JP4229490B2 - 発泡成形方法における充填方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリスチレンまたはポリオレフィン系発泡性樹脂を用いた発泡成形方法における充填方法に関するものであって、特に、複雑な凹凸形状を有する発泡成形体を均質に製造するための発泡成形方法における充填方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
ここで、本発明の背景となる発泡成形方法の概要を説明すると、この発泡成形に用いられる金型装置の配置は、図3の断面略図に示すように、発泡製品が充填成形されるキャビティ1を形成するよう、凸型金型31と凹型金型21が対向配置される。凹型金型21は通常架台に固定されているが、凸型金型31は、図3のように凹型金型21内にキャビティ1を形成した状態から水平に移動(図3では右方向へ)し、成形された発泡体を取り出すことができるよう移動可能に配置されている。そして、この凹凸型金型21、31には、後記の加熱用スチームなどの用役が通過できるよう多数のベントホール22、32が透設されている。
【0003】
また、これら凹、凸型金型21、31の裏面側には、スチーム、空気、冷却水などの用役が供給される凹側チャンバ2と凸側チャンバ3が形成され、凹型金型21のほぼ中央には原料ビーズをキャビテイ1内に充填するための原料ビーズ充填器26が凹側チャンバ2を貫通して配置されている。
なお、この事例では、それぞれのチャンバ2、3の上部には、加熱用スチーム、加圧空気などを供給するための上部用役口24、34が設けられ、下部には、下部用役口25、35が設けられ、減圧ポンプあるいはドレン配管に接続されている。
【0004】
このような発泡成形用金型装置を用いて、発泡成形体を製造するには、先ず、原料ビーズ容器(図示せず)から所定の発泡ポリスチレン樹脂などからなる予備発泡させた発泡性原料ビーズを原料ビーズ充填器26を通じてキャビティ1内に送入し充填した後、加熱用スチームで加熱し、溶融発泡させ、冷却固化させて、発泡成形体として取り出すという順に行われる。
【0005】
この原料ビーズの充填方法として、従来から1)原料ビーズ容器およびキャビテイ内を大気圧に連通し開放した状態で、インジェクタにより原料ビーズを機械的に搬送して充填するクラッキング法、2)原料ビーズ容器内を0.2〜1.5kg/cm2 程度に加圧し、チャンバを通じて大気圧に開放した状態のキャビテイ内に、その差圧を利用して搬送して充填する加圧充填法、および3)原料ビーズ容器内の圧力pを加圧充填法より高めの1.0〜5.0kg/cm2 程度に加圧し、一方のチャンバ内をそれより若干マイナスに加圧して、その差圧により原料ビーズを圧縮状態のまま搬送して充填する圧縮充填法などが知られている。
【0006】
これらの充填方法は、要するに原料ビーズ容器とキャビテイ1の間に適度な差圧を設けて、この差圧に基づいて原料ビーズを送入するものであり、図3に例示するような比較的単純な形状のキャビテイの場合には、原料ビーズが隅々まで充分に行き渡った状態に充填され、部分的な充填むらも少ない状態が得られるので、最終的な発泡成形体においても密度むらが少なく比較的均質な品質を得ることができた。
【0007】
しかしながら、図4(A)に例示するような、凸型金型31の中央平面に断面袋状の深くて狭い凹部31a(図4では上下に2か所)が設けられている形状、あるいは図4(B)に例示するような、凹型金型21の中央平面に断面袋状の深くて狭い凹部21a(図4では同じく上下に2か所)が設けられている形状の場合には、原料ビーズがこの断面袋状凹部31a、あるいは21aの奥まで充填されにくく、極端な密度むらが生じたり、その程度がひどいときには充填欠損のため成形不能になるなどの不具合が発生した。
【0008】
このような問題に対処するため、充填しにくい凹部に向けて特別に原料ビーズ充填器を配置することも試みられたが、エア使用量が増加する不具合の他、金型1型当たりの成形体個数を削減せざるを得ず、生産性が著しく低下するという問題が発生した。その理由は、通常、成形装置1台あたりの原料ビーズ充填器の取付け個数は、原料ビーズ容器の容量あるいは加圧空気の供給能力などから一定に定められている。例えば、最も汎用な機種では取付け容量は18個であるところ、通常のケースである1成形体当たり3個に対して、複雑なため6個必要になったと仮定すると、金型スペースは本来、6個取りの余裕があるにもかかわらず、僅か3個取りの金型しか設計できなくなってしまうという非効率性が生じるからである。
【0009】
また、クラッキング法または加圧充填法の場合は、原料ビーズに通過抵抗を減らして充填むらを解消する目的で、充填のクラッキング幅を大きく設定することも試みられたが、最終的に余分に広げたクラッキング幅分だけ、原料ビーズは発泡成形体の底面平面部分に集中して充填されることになるので、かえって大きな密度むらが生じてしまうという問題が生じてしまった。なお、圧縮充填法の場合には、クラッキングを設けないのでこの方法は到底応用できない方法である。
このようにして、近年、複雑な形状の発泡成形体を製造できる技術の開発が要望されるようになってきた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、複雑な凹凸形状の成形体のための発泡成形用金型の袋状凹部における原料ビーズに充填不足を解消し、従来の方法では充填欠損が生じて成形自体が困難であったような複雑な、あるいは突出形状を有する発泡成形体を製造できるようにするとともに、成形体全体の発泡密度のバラツキを軽減することが可能となる発泡成形方法における充填方法を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決した本発明の発泡成形方法における充填方法は、袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、充填予定量の一部の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部に集中的に充填し、その後に充填予定量の残量を送入してキャビテイ全体に充填する発泡成形方法における充填方法であって、前記袋状凹部に集中的に充填するための原料ビーズの送入操作を複数回行うことを特徴とするものである。
【0012】
そして、本発明によれば、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧の差圧に保持するとともに、充填予定量の原料ビーズを一時に送入するのではなく、その一部分の量の原料ビーズを送入するので、従来の場合には原料ビーズが充填されにくいような深い狭隘な袋状凹部の内部にまで前記差圧に基づき流れ込むことになるので、前記袋状凹部に集中的に充填することになる。その後に残量を送入して、比較的充填し易い部分を含めてキャビテイ全体に充填するから、キャビテイ内に部分的な充填欠損が防止でき、さらに充填不足による密度むらも軽減できるのである。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に,本発明の充填方法に係る実施形態について、本発明を実施できる発泡成形装置の要部を示す図1および本発明の実施工程例を示す表1を参照しながら説明する。
先ず、本発明は、断面袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、ここでは発泡成形用金型である凹型金型21、凸型金型31のうち、凸型金型31に断面袋状凹部31aが形成され、凹型金型21側に原料ビーズ充填器26は配設され、この原料ビーズ充填器26から原料ビーズがキャビテイ1内に充填されるものとされている。
【0014】
そして、その特徴とするところは、第1に、少なくとも前記袋状凹部21aを形成している凸型金型31側のチャンバ3の圧力を調整して、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、キャビテイ全体に対する充填予定量の一部である、好ましくは前記前記袋状凹部21aに対応する量の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部31aに集中的に充填する点にある。この場合、後記表1に示すように、凹側チャンバに給気し加圧することで、この集中的充填を促進するのが適当である。
【0015】
第2の特徴とするところは、前記集中的充填に続いて、両方のチャンバ2、3の圧力を調整して、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持して、充填予定量の残部の原料ビーズをを送入してキャビテイ1全体に充填する点にある。なおこの場合、充填される原料ビーズの雰囲気として基準となる圧力は、原料ビーズ容器の加圧圧力で代表させることができる。
【0016】
このような操作を、さらに次の表1の工程表により具体的に説明する。
なお、バルブAは、原料ビーズ容器(図示せず)から充填器26の間に設けられる供給バルブ。バルブBは、チャンバ2に供給される加圧空気供給バルブで、離型用空気の供給などに用いられる。バルブEは、チャンバ2の排気用バルブであり、大気または調圧減圧装置に連結されている。また、バルブD、Fは、チャンバ3の排気用バルブであり、バルブEに同じく設定されている。バルブHは、充填器26からキャビテイ1内に原料ビーズを送入するための噴出エアを供給するための加圧空気供給バルブである。
【0017】
【表1】
注:排気バルブE、D、Fの「開」は、大気排気または調圧排気の状態を示す。
【0018】
(1)充填待機工程では、原料ビーズ容器を、例えば1.2kg/cm2 程度に加圧するとともに、両側チャンバ2、3を、例えば1.0kg/cm2 程度に調圧して、その差圧0.2kg/cm2 程度にして充填操作の準備を行う。
この差圧としては、好ましくは、0.01〜0.5kg/cm2 の範囲とするのが充填操作の速度、確実性、制御のし易さなどから適当である。
【0019】
(2)充填1工程では、バルブEを閉じ、容器圧力とチャンバ3間の差圧を維持しながら、バルブAを開き、前記袋状凹部31aの容積に相当する量の原料ビーズをキャビテイ1に送入して、次の集中充填工程に移る。この間には、バルブHを開いて、流量は少ないが6kg/cm2 程度の充填空気を噴出して充填を促進する。
【0020】
(3)集中充填工程では、原料ビーズの供給を一旦止めて、バルブBを開き、チャンバ2を、例えば2.0kg/cm2 程度に与圧する。この場合、チャンバ3は、例えば1.8kg/cm2 程度に調圧して、その0.2kg/cm2 程度の差圧は維持する。この間、約4秒程度であるが、キャビテイ1内には、その差圧に基づくチャンバ2側からチャンバ3側方向の気流が生じるので、このため先に送入された原料ビーズは、袋状凹部31aに流れ込んで集中的に充填されるのである。
【0021】
この場合、チャンバ2、3の圧力設定は、前記のように先の充填1工程の場合より、高くするのが好ましい。この圧力設定の結果、原料ビーズはより強く与圧されるので、容積が小さく圧縮されているから、より効果的に袋状凹部31aに流れ込み易くなるという利点が得られる。
なお、この与圧の程度は、前記差圧を維持しながら、原料ビーズ容器の圧力を0.01〜5.0kg/cm2 の範囲に昇圧するのが適当である。
【0022】
(4)次の調圧工程では、チャンバ2の加圧を止め、チャンバ2、3の圧力および原料ビーズ容器内圧を充填1の状態に復帰させ、次の本格的な充填操作である充填2の準備を行う。
そして、本発明では、前記の袋状凹部が特に深く狭隘な場合、あるいは凹部が複数個設けられているように、充填しにくい場合には、この2)充填1工程、3)集中充填工程、4)調圧工程を必要に応じて繰り返すのが好ましい形態とされる。
【0023】
(5)充填2工程では、両方のチャンバ2、3の圧力を調整して、先の充填1工程の状態と同様な差圧を保持して、充填予定量の残部の原料ビーズをを送入してキャビテイ1全体に充填する
【0024】
(6)次のブローバック1およびブローバック2工程では、キャビテイ1内に原料ビーズが充填されると、充填された原料ビーズ層が障壁となって、充填空気が充填器26内を逆流するという自然ブローバックであるブローバック1が行われ、次いで充填器26の送入口を封鎖し、強制ブローバックであるブローバック2を行い、充填器16などの配管中の残った原料ビーズを全て原料ビーズ容器に還流させる。
以上で原料ビーズの充填工程が終了し、次の加熱工程に移るのである。
【0025】
なお、これまでの説明では、凸型金型31側に袋状凹部31aが設けられている場合について説明したが、袋状凹部が図4(B)のように、凹型金型21側に設けられている場合には、これまでの説明におけるチャンバ2、3を逆に読み替えた方法を採用することにより、全く同様な作用と効果を得ることができる。
【0026】
本発明の発泡成形方法における充填方法は、以上詳述したように構成されているので、これによれば、充填しにくい断面袋状凹部にも、他の部分と同様に原料ビーズを充填することができるようになる。
次に、発泡成形体の部位による密度の分布の事例を図2に示す。ここでは、横軸の(A)は発泡成形体の周辺壁上縁部および袋上凹部で形成された凸部先端部を代表し、(B)は発泡成形体の壁部分、(C)は底部分を表す。
【0027】
この結果によれば、○印で示される従来法による発泡成形体は、A、B部分が極端に密度が低いのに、底部Cは密度が高くなるという密度むらが顕著であるのに対して、△印で示す本発明の充填方法の場合には、密度むらが約1/2に減少することが判明した。
【0028】
さらに、本発明では、充填時にクラッキング幅を設けないように、あるいは設けても最小にできるので、クラッキングに起因する密度むらを解消することができる。また、充填器の配置個数を増やす必要がなくなり最小限に止めることが可能となるので、充填空気などの用役の使用量を大幅に削減することができる。さらに1製品当たりの充填器の配置個数が少なくて済むので、金型成形面積を全て金型面として有効に利用できるようになるから、従来の単純形状の金型の場合と同様に高い生産性が維持できる、などの利点が得られるのである。
【0029】
【発明の効果】
本発明の発泡成形方法における充填方法は、以上に説明したように構成されているので、複雑な凹凸形状を成形できる発泡成形用金型の袋状凹部に対する原料ビーズの充填不足を解消することが可能となり、従来の方法では成形できなかったような突出形状を有する発泡成形体を製造できるとともに、成形体全体の発泡密度のバラツキを軽減することもでき、品質向上に寄与できる。
【0030】
また、充填用空気の使用量の増大を抑止でき、金型設計も効率化できるうえ、生産性が高く維持できるなどの優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した発泡成形方法における充填方法として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための金型装置の要部断面図。
【図2】本発明による発泡成形体の密度分布を示すグラフ。
【図3】従来の発泡成形方法を説明するための金型装置の要部断面図。
【図4】袋状凹部を有する金型装置の例を示す要部断面図。
【符号の説明】
1 キャビテイ、2 チャンバ、21 凹型金型、22 ベントホール、26 充填器、3 チャンバ、31 凸型金型、31a 袋状凹部、32 ベントホール。
Claims (1)
- 袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、充填予定量の一部の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部に集中的に充填し、その後に充填予定量の残量を送入してキャビテイ全体に充填する発泡成形方法における充填方法であって、前記袋状凹部に集中的に充填するための原料ビーズの送入操作を複数回行うことを特徴とする発泡成形方法における充填方法。
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