JP4168829B2 - 型内発泡成形用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡性樹脂粒子から発泡成形品を得るための型内発泡成形方法に用いられる金型の改良に関する。特に、発泡成形品で凹型と凸型との型割部を美麗化するための型内発泡成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発泡成形品の成形技術として、ポリスチレンやポリプロピレン及びポリエチレンなどの熱可塑性合成樹脂材料を予備発泡した発泡性樹脂粒子を成形空間内に充填し、これを蒸気などにより加熱、発泡融着させてから冷却し、所望形状の発泡成形品を得るように構成した型内発泡成形装置が広く知られている。
【０００３】
前記型内発泡成形装置としては、成形空間を形成するための１組みの凸型と凹型とを備え、凸型及び凹型の背面側に蒸気室をそれぞれ形成するとともに、凸型及び凹型に蒸気室と成形空間とを連通する多数の通気孔をそれぞれ形成し、成形空間内への発泡性樹脂粒子の充填時には、発泡性樹脂粒子とともに成形空間内へ供給される充填用エアを成形空間から通気孔を通じて蒸気室へ排出し、また発泡性樹脂粒子の加熱、発泡融着時には、蒸気室から通気孔を通じて成形空間内へ加熱蒸気を供給して、発泡性樹脂粒子を加熱、発泡融着するように構成したものが採用されている。
【０００４】
前記型内発泡成形装置の基本的な金型構造及び成形方法は、前述した通りであるが、より具体的な構成はクラッキング充填法や圧縮充填法などの発泡性樹脂粒子の充填方法に応じて、次のように設定されている。
【０００５】
例えばクラッキング充填法を用いた成形法（以下、クラッキング充填成形法と称する）では、図８に示すように、凹型１００に凸型１０１の一部が金型開閉方向と平行に嵌まり込んで型割部いわゆるパーティングライン１０２を形成する金型構造を採用し、成形品の成形に際しては、凹型１００と凸型１０１とのパーティングライン１０２を僅かに開いた状態で、凹型１００と凸型１０１とにより形成される成形空間１０３内にフィーダにより発泡性樹脂粒子を充填した後、凹型１００と凸型１０１を型閉めし、蒸気室（図示せず）に加熱用蒸気を供給して発泡性樹脂粒子を加熱、発泡融着させ、これを冷却固化させて成形品を得ることになる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、圧縮充填法を用いた成形法（以下、圧縮充填成形法と称する）では、図９に示すように、凹型１１０と凸型１１１とを突き合わせてパーティングライン１１２を形成する金型構造を採用し、成形品の成形に際しては、凹型１１０と凸型１１１を型閉めした状態で、凹型１１０と凸型１１１とにより形成される成形空間１１３内に、原料タンク(図示せず)の容器内を加圧して成形空間１１３よりも高い圧力に維持させながら、フィーダにより発泡性樹脂粒子を圧縮した状態で充填し、成形空間１１３内の圧力を大気に戻した後、蒸気室（図示せず）に加熱用蒸気を供給して加熱、発泡融着させ、これを冷却固化させて成形品を得ることになる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３０９７３４号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７６９５６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記クラッキング充填成形法では、凹型と凸型との温度差による熱膨張差によって、金型開閉時に凹型と凸型との嵌合部が擦れて磨耗し、発泡性樹脂の一部がパーティングラインからはみ出して発泡成形品にバリが形成されることがあり、バリ除去のための作業が必要となって、生産性が著しく低下するという問題があった。また、バリの発生を少なくするため凹型と凸型との嵌合部分を定期的に補修する必要があり、生産機会の損失及び修理費用の増大となって、生産コストが高くなるという問題があった。更に、クラッキング量を大きく設定しても、凹型と凸型間の隙間が略一様に保たれるので、パーティングライン付近の充填性を改善することが困難であった。
【０００９】
また、前記圧縮充填成形法では、発泡成形品の形状によっては、金型設計通りに発泡性樹脂粒子が均一に充填されないことがあり、通気孔を増設するなどの設計変更や、金型をクラッキング充填成形法用の凹型と凸型との嵌合構造に変更するなどの設計変更が必要となり、発泡成形品の生産の立ち上げが遅れて、顧客に多大の迷惑をかけることがあった。
【００１０】
本発明の目的は、パーティングラインにおけるバリの発生防止し、且つパーティングライン付近における発泡性樹脂粒子の充填性を改善し得る型内発泡成形用金型を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る型内発泡成形用金型は、凹型とそれに組み合わされる凸型とを備え、凹型と凸型との型合わせにより形成される成形空間内に発泡性樹脂粒子を充填し、次に凹型及び凸型の背面側にそれぞれ形成した蒸気室から成形空間に蒸気を供給して、成形空間内の発泡性樹脂粒子を加熱、発泡融着させて成形品を得るようになした型内発泡成形法で用いる型内発泡成形用金型において、凹型と凸型との型割部の少なくとも一部に互いに平行に当接し、型開閉方向に対して９０°未満の異なる角度を付けた複数種類の当接面を形成したものである。
【００１２】
この型内発泡成形用金型は、クラッキング充填成形法に代表される、凹型と凸型とを僅かに開いた状態で発泡性樹脂粒子を充填した後型閉めして成形する方法と、圧縮充填成形法に代表される、凹型と凸型とを型閉めした状態で発泡性樹脂粒子を充填し成形する方法とに適用できる。
【００１３】
また、両当接面は型開閉方向に対して０°よりも大きく９０°よりも小さい角度範囲、即ち９０°未満の角度を付けて形成されているので、この金型を用いてクラッキング充填成形法にて成形品を成形すると、クラッキング量を大きく設定することにより凹型と凸型間の隙間が大きくなり、充填用エアを効率よく排出することが可能となるので、パーティングライン付近における発泡性樹脂粒子の充填性を向上できる。
【００１４】
更に、この型内発泡成形用金型では、型開閉方向に対して９０°未満の角度を付けて形成した凹型及び凸型の当接面を相互に当接させて両型を型閉めするので、この金型をクラッキング充填成形法に適用する場合においても、従来の金型とは異なり嵌合部が熱膨張差により摩耗するという不具合を防止できる。それ故、パーティングラインにおけるバリ発生を防止でき、成形品の品質を向上できると共に、凹型と凸型の磨耗を補修する必要がなく、生産性の向上及び金型維持費用を低減できる。但し、凹型の当接面と凸型の当接面は、型閉め時に必ずしも接触させる必要はなく、０．１〜０．３ｍｍ程度の隙間を有する構造としてもよい。
また、当接面として型開閉方向に対して異なる角度の複数種類の当接面を形成するとことができる。つまり、凹型と凸型との型割部全周の当接面の角度は、必ずしも同一に設定する必要はなく、発泡成形品の形状により、例えばパーティングライン付近での発泡樹脂粒子の充填性が困難と予測される場所は、当接面の角度を大きくして、発泡性樹脂粒子を充填する際に用いる充填用エアの排出を多くし、充填不良を回避することができる。
【００１５】
ここで、前記当接面は、凹型と凸型との型割部の全周に設けることができる。このように構成すると、両型に熱膨張差が発生した場合においても、凹型及び凸型の当接面の当接位置が型開閉方向にずれることにより、両型を緊密に型閉めすることができる。また、前記型割部の一部に型開閉方向と平行な嵌合面を形成し、前記型割部のうちの前記嵌合面以外の部分に前記当接面を形成することもできる。
【００１７】
当接面に蒸気室に連通する貫通孔を形成し、パーティングライン付近における充填用エアの排出性を高めたり、パーティングライン付近の金型の加熱性を高めてもよい。
【００１８】
前記凹型と凸型の少なくとも一方の型割部を取り替え可能な別部材で構成することができる。このように型割部を別部材で構成すると、例えば発泡性樹脂粒子を異なる直径のものに切換えるときに、型割部を、発泡性樹脂粒子の直径に応じた角度の当接面を有するものと交換することが可能となり、成形条件の変更に容易に対応することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、型内発泡成形装置１は、第１金型１０と第２金型２０とを備え、第１金型１０は、前後に開口部を有する角筒状の金型フレーム１１と、金型フレーム１１の後側の開口部を閉塞する背板１２と、金型フレーム１１の前側の開口部を閉塞する中板１３と、背板１２と中板１３の間に設けた補強用のサポート１４と、中板１３に固定した凹型１５と、凹型１５と背板１２の間に設けた補強用のサポート１６とを備えている。
【００２０】
第２金型２０は、前後に開口部を有する角筒状の金型フレーム２１と、金型フレーム２１の後側の開口部を閉塞する背板２２と、金型フレーム２１の前側の開口部を閉塞する中板２３と、背板２２と中板２３の間に設けた補強用のサポート２４と、凹型１５に対応させて中板２３に固定した凸型２５と、凸型２５と背板２２の間に設けた補強用のサポート２６とを備えている。
【００２１】
第１金型１０内には蒸気室１７が形成され、第１金型１０には成形品の離型用のエジェクトピン２や発泡性樹脂粒子供給用のフィーダ３が組み付けられるとともに、凹型１５及び中板１３に対して冷却水を噴霧するための冷却水配管４及び冷却水ノズル５が組み付けられている。第２金型２０内には蒸気室２７が形成され、第２金型２０には凸型２５及び中板２３に対して冷却水を噴霧するための冷却水配管６と冷却水ノズル７が組み付けられている。
【００２２】
第１金型１０と第２金型２０とを型合わせした状態で、凹型１５と凸型２５間には発泡性樹脂粒子が充填される成形空間８が形成され、凹型１５と凸型２５には成形空間８と蒸気室１７、２７を連通する複数の通気孔１５ａ、２５ａが形成されている。
【００２３】
図１〜図３に示すように、凹型１５及び凸型２５の外周部には型割部１８、２８が形成され、両型割部１８、２８には互いに平行な当接面１９、２９が型開閉方向に対して９０°未満の角度θを付けて形成され、両当接面１９、２９は型閉めにより略隙間無く面一に当接するように構成されるとともに、型閉めした状態において両当接面１９、２９は成形空間８内に露出しないように構成されている。当接面１９、２９は、型割部１８、２８の少なくとも一部に形成してもよいし、型割部１８、２８の全周に形成してもよい。
【００２４】
ここで、図２に示すように、金型開閉方向を０度とし、凹型１５と凸型２５との当接面１９、２９の角度をθとすると、凹型１５と凸型２５の型開き量ａと凹型１５と凸型２５の当接面１９、２９間の距離ｂの関係は、次式（１）で表わされる。
ｂ＝ａ×ｓｉｎθ（１）
この凹型１５と凸型２５との当接面１９、２９間の距離ｂが、使用する発泡性樹脂粒子の径より小さくなるように当接面１９、２９の角度θを設定すれば、クラッキング充填成形法での充填時に、凹型１５と凸型２５のパーティングライン３０からの発泡性樹脂粒子の食み出しを防止することができる。
【００２５】
また、凹型１５と凸型２５との当接面１９、２９の幅は、任意に設定できるが、図３に示すように、当接面１９、２９の幅ｃは、当接面１９、２９の角度θと凹型１５と凸型２５の型開き量ａから、次式に示すように設定するのが好ましい。
ｃ≧ａ／ｃｏｓθ（２）
当接面１９、２９の幅ｃを必要以上に大きく設定すると、金型１０、２０が大きくなり、金型フレーム１１、２１に収納可能な複数の同形状の金型又は異種形状の金型の設置数が減少することになって、生産性が低下することになる。
【００２６】
図３に示すように、凹型１５及び凸型２５外周の当接面１９、２９の型開閉方向に対する角度θは、例えば、凹型１５と凸型２５とを１０ｍｍ開いて、即ちクラッキング１０ｍｍで、直径３ｍｍの発泡性樹脂粒子を充填するとした場合、前記式（１）より、ｓｉｎθは０．３となり、角度θは１７．５度よりも小さく設定することになる。また、凹型１５外周の当接面１９の幅は、角度θを１７.４度に設定すると、前記式（２）より、１０．５ｍｍとすることになる。凸型２５の当接面２９の幅は、凹型１５の当接面１９の幅と同じ寸法になる。尚、この金型は、クラッキング充填成形法に対しても、圧縮充填成形法に対しても適用することができる。
【００２７】
次に、前記実施例の構成を部分的に変更した他の実施例について説明する。尚、前記実施例と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（１） 図４に示す金型１０、２０Ａのように、凸型２５に代えて型閉め状態においても凹型１５の型割部１８から離間する部分を形成した型割部２８Ａを有する凸型２５Ａを設け、当接面２９に代えて凹型１５の当接面１９よりも幅を狭く設定した当接面２９Ａを当接面１９と平行に凸型２５Ａに形成してもよい。つまり、凸型２５Ａのパーティングライン３０から凹型１５の当接面１９への垂直な距離が実際の型開き量を規定しているため、凸型２５Ａのパーティングライン３０から外側の当接面２９Ａの寸法は、凹型１５のパーティングライン３０から外側の当接面１９の寸法と必ずしも同じに設定しなくてもよい。
【００２８】
（２）当接面１９、２９の角度θは、金型１０、２０の全周にわたって一様に設定することも可能であるが、発泡性樹脂粒子の充填性を考慮して部位毎に異なる角度に設定することも可能である。例えば、成形空間８内における発泡性樹脂粒子の充填密度は、一般に上部の方が下部に比べて疎になるため、図５に示す金型１０Ｂ、２０Ｂのように、上部の型割部１８Ｂａ、２８Ｂａの当接面１９Ｂａ、２９Ｂａの角度を下部の型割部１８Ｂｂ、２８Ｂｂの当接面１９Ｂｂ、２９Ｂｂの角度より大きく設定し、充填時に上部の空気の排出量を下部の空気の排出量よりも多くすることにより、成形空間８の上部に対する発泡性樹脂粒子の充填密度を高め、成形空間８内における発泡性樹脂粒子の充填密度が一様になるように設定することが好ましい。
【００２９】
（３） 図６に示す金型１０Ｃ、２０Ｃは、凹型１５及び凸型２５に代えて別部材からなる型割部材１８Ｃ、２８Ｃを取り替え可能にそれぞれ固定した凹型１５Ｃ及び凸型２５Ｃを設け、この型割部材１８Ｃ、２８Ｃにより当接面１９、２９Ａを形成したものである。この金型１０Ｃ、２０Ｃでは、発泡性樹脂粒子を異なる直径のものに切換えるときに、型割部材１８Ｃ、２８Ｃを、発泡性樹脂粒子の直径に応じた角度の当接面を有するものと交換することが可能となり、成形条件の変更に容易に対応することが可能となる。
【００３０】
尚、図７（ａ）に示すように、一側部の途中部に凹部４１を有するような成形品４０で凹部４１の形状を凸型で形成して製作する必要がある場合には、図７（ｂ）に示す凹型１５Ｄ及び凸型２５Ｄのように、凸型２５Ｄに凹部４１を成形するための成形部４２を突出状に形成し、成形部４２周辺における型割部１８Ｄ、２８Ｄの一部に型開閉方向と平行な嵌合面４３、４４を形成し、型割部１８Ｄ、２８Ｄのうちの嵌合面４３、４４以外の部分に、略平行な当接面１９Ｄ、２９Ｄを型開閉方向に対して９０°未満の角度θを付けて形成することになる。
【００３１】
また、図２に仮想線で示すように、型割部１８、２８に蒸気室１７、２７に開口する貫通孔３５、３６を形成してクラッキング充填時に、この貫通孔３５、３６から充填用エアを排気させ、パーティングライン付近に対する発泡性樹脂粒子の充填性を高めたり、加熱時に貫通孔３５、３６へ蒸気を供給して、パーティング付近を効率的に加熱したりしてもよい。この貫通孔３５、３６の個数や形成位置は任意に設定できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る型内発泡成形用金型によれば、クラッキング充填成形法に代表される、凹型と凸型とを僅かに開いた状態で発泡性樹脂粒子を充填した後型閉めして成形する方法、及び圧縮充填成形法に代表される、凹型と凸型とを型閉めした状態で発泡性樹脂粒子を充填し成形する方法に適用できる。
【００３３】
クラッキング充填成形法では、凹型と凸型との嵌合分部の擦れによる磨耗を回避できることから、得られる成形品のパーティングラインでのバリ発生を抑止し、成形品の品質を向上できると共に、凹型と凸型の磨耗を補修する必要がなく、生産性の向上及び金型維持費用を低減できるという優れた効果がある。
【００３４】
また、万一、圧縮充填成形法によって成形した結果、発泡性樹脂粒子の充填性が不均一となった場合でも、成形法をクラッキング充填成形法に変更することで、金型に対して設計変更等を行うことなく充填性を改善できるので、生産機会の損失及び金型費用の増大を防ぐことができ、工業的価値は極めて大となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 型内発泡成形用金型の概略を示す縦断面図
【図２】 （ａ）は型閉め状態での型割部付近の要部縦断面図、（ｂ）は型開き状態での型割部付近の要部縦断面図
【図３】 型開き状態での型割部付近の要部縦断面図
【図４】 他の構成の金型における型割部付近の要部縦断面図
【図５】 他の構成の金型における型割部付近の縦断面図
【図６】 他の構成の金型における型割部付近の要部縦断面図
【図７】 （ａ）は他の構成の凹型及び凸型で製作される成形品の斜視図、（ｂ）は他の構成の凹型及び凸型の縦断面図
【図８】 従来のクラッキング充填成形法で使用される金型の型割部付近の要部縦断面図
【図９】 従来の圧縮充填成形で使用される金型の型割部付近の要部縦断面図
【符号の説明】
１ 型内発泡成形装置 ２ エジェクトピン
３ フィーダ ４ 冷却水配管
５ 冷却水ノズル ６ 冷却水配管
７ 冷却水ノズル ８ 成形空間
１０ 第１金型 １１ 金型フレーム
１２ 背板 １３ 中板
１４ サポート １５ 凹型
１５ａ 通気孔 １６ サポート
１７ 蒸気室 １８ 型割部
１９ 当接面
２０ 第２金型 ２１ 金型フレーム
２２ 背板 ２３ 中板
２４ サポート ２５ 凸型
２６ サポート ２７ 蒸気室
２８ 型割部 ２９ 当接面
３０ パーティングライン
３５ 貫通孔 ３６ 貫通孔
２０Ａ 金型 ２５Ａ 凸型
２８Ａ 型割部 ２９Ａ 当接面
１０Ｂ 金型 １８Ｂａ 型割部
１８Ｂｂ 型割部 １９Ｂａ 当接面
１９Ｂｂ 当接面 ２０Ｂ 金型
２８Ｂａ 型割部 ２８Ｂｂ 型割部
２９Ｂａ 当接面 ２９Ｂｂ 当接面
１０Ｃ 第１金型 １５Ｃ 凹型
１８Ｃ 型割部材 ２０Ｃ 金型
２５Ｃ 凸型 ２８Ｃ 型割部材
４０ 成形品 ４１ 凹部
４２ 成形部 ４３ 嵌合面
４４ 嵌合面 １５Ｄ 凹型
１８Ｄ 型割部 １９Ｄ 当接面
２５Ｄ 凸型 ２８Ｄ 型割部
２９Ｄ 当接面

Claims (5)

1. 凹型とそれに組み合わされる凸型とを備え、凹型と凸型との型合わせにより形成される成形空間内に発泡性樹脂粒子を充填し、次に凹型及び凸型の背面側にそれぞれ形成した蒸気室から成形空間に蒸気を供給して、成形空間内の発泡性樹脂粒子を加熱、発泡融着させて成形品を得るようになした型内発泡成形法で用いる型内発泡成形用金型において、凹型と凸型との型割部の少なくとも一部に互いに平行に当接し、型開閉方向に対して９０°未満の異なる角度を付けた複数種類の当接面を形成したことを特徴とする型内発泡成形用金型。
2. 前記当接面を凹型と凸型との型割部の全周に設けた請求項１記載の型内発泡成形用金型。
3. 前記型割部の一部に型開閉方向と平行な嵌合面を形成し、前記型割部のうちの前記嵌合面以外の部分に前記当接面を形成した請求項１記載の型内発泡成形用金型。
4. 前記当接面に蒸気室に連通する貫通孔を形成した請求項１〜３のいずれか１項記載の型内発泡成形用金型。
5. 前記凹型と凸型の少なくとも一方の型割部を取り替え可能な別部材で構成した請求項１〜４のいずれか１項記載の型内発泡成形用金型。

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