JP4251509B2 - 発泡成型用金型装置および原料ビーズの充填方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡ポリスチレン樹脂などからなる断熱性容器あるいは建設用型材、または断熱床下地材などを製造するための発泡成形方法において、原料である予備発泡させた発泡性原料ビーズを金型内のキャビティに充填するための充填方法、および発泡成型用金型装置の改良に関する。
【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が対向配置されるとともに、凹型金型２１は通常固定されているが、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供給金具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供給金具２６を介してキャビティ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）クラッキング法、２）加圧充填法、３）圧縮充填法などが知られている。
１）クラッキング法は、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方法であるが、内部に滞留する空気が障害となって充填むらを生じやすく、充填密度がバラツキが大きくなるという欠点があった。
【０００６】
２）加圧充填法は、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方法である。この場合、原料ビーズ容器からキャビテイまでの搬送通路内の差圧が利用できるので、前記クラッキング法に較べて充填むらが少なくなる利点が得られる。
【０００７】
３）圧縮充填法は、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加圧して、ベントホールを通じて連通しているキャビテイ内圧力ｐ1 の差圧（ｐ−ｐ１）を変化させて、原料ビーズを搬送して充填する方法であり、原料ビーズが圧縮された状態で送られるので、充填性に優れる。
【０００８】
ところで、このような発泡成形方法に用いられる金型装置は、先に説明した通り、加熱用スチーム、排気、給気、給水などの用役をキャビテイ内に作用させるためのベントホールが多数形成されているため、次のような問題を内在している。すなわち、強度維持のため肉厚となり孔明け加工費も嵩んで金型材料費がコスト高となる、目詰まり防止など特別なメンテナンスのための費用もかかる、加熱冷却の熱効率が低い、冷却水が製品に浸透するので乾燥が必要になる、成形体の表面が凹凸になり印刷面に適さない、などのベントホールに起因する不都合が認識されるようになり、その改善が試みられている。
【０００９】
そこで、従来の金型構造において、ベントホールを設けない凹型、凸型金型の組合せを準備して、原料ビーズの充填操作を試行してみた結果、前記クラッキング法を応用する場合は、凹型、凸型金型の型締めを完全には行わず、若干隙間を開けておくことにより、一応原料ビーズが送入可能ではあるが、充填むらが甚だしく実用の見通しは得られなかった。
【００１０】
また、加圧充填法の場合には、同様に凹型、凸型金型の間に若干隙間を開けておくことによりキャビテイ内を大気圧に維持できるので、一応の充填操作は可能であるが、充填された原料ビーズは、操作後にクラッキングに相当する型閉め代寸法だけ圧縮されることになるが、図３の容器の底部になる平面部分と側壁部になる部分では、圧縮率が異なり、平面部は側壁部より充填率が大きくなって、充填密度むらが発生するという欠点は解消できなかった。なお、圧縮充填法の場合には、キャビテイ内を大気圧以上の所定の圧力に維持する必要があるものの、ベントホールの存在しない金型では加圧を保持しながら原料ビーズを送り込む手段がないので比較、検討することもできなかった。
【００１１】
【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、従来必要であったベントホールを金型面から省略した新規な発泡成形用金型装置の実用化を図るものであり、ベントホールを備えていない発泡成形用金型装置を使用しながら、原料ビーズ充填時の充填むらをできるだけ防止できる発泡成型用金型装置および原料ビーズの充填方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するためになされた本発明の発泡成型用金型装置は、狭隘な凹所を有しキャビティを形成する一対の組合せ金型が、型締めされた状態で組合せ金型の合わせ目部分に沿ってスリットを、その開口幅を供給される原料ビーズの粒径よりも小さいものとして配設するとともに、該スリットが金型装置のフレームに設けられた用役口に連通する型間通路と型間空間を両金型およびフレームの合わせ目に沿って配設したうえに、
型間空間と前記狭隘な凹所とを、原料ビーズの粒径よりも小さい開口幅の内部配管で連通したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の原料ビーズの充填方法は、請求項１に記載の発泡成形用金型装置を用いて、用役口からスリットを通じてキャビティを原料ビーズ容器よりもマイナス圧に調圧するとともに、用役口から内部配管を通じて狭隘な凹所を原料ビーズ容器よりもマイナス圧に調圧して、原料ビーズをキャビティに充填することを特徴とするものである。
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の原料ビーズの充填方法に係る実施形態を説明する。本発明の原料ビーズの充填方法は、原料ビーズ容器から発泡成形用金型内のキャビティに原料ビーズを充填する方法であって、裏面側にチャンバを配設した一対の金型で包囲して、前記チャンバとは気密に隔てられた状態でキャビティを形成する第１ステップ、原料ビーズ容器内の圧力に対して、前記キャビティ内の圧力を所定のマイナス圧に維持しながら、該原料ビーズを前記キャビティに送入する第２ステップを含むものである。
【００１６】
ここで、参考例である発泡成形用金型装置について、その要部断面略図参考図である図１を参照して、説明する。図１において、型閉時に、発泡成形体を形成するためのキャビティ４を包囲した状態で形成する一対の組合せ金型５１、６１において、その組合せ金型の合わせ目部分に沿って、キャビティ内の両端部分に露出したスリット７ａ、７ｂを、その開口幅を供給される原料ビーズの粒径より小さいものとして、配設するとともに、該スリットから外部の用役配管に連通する通路を設けたことを特徴とする発泡成形用金型装置が適当である。
【００１７】
また、同様に発泡成形体を形成するためのキャビティ４を包囲した状態で形成する一対の組合せ金型５１、６１において、その組合せ金型の少なくとも一方の金型に取り付けられた付属部品、例えば、原料ビーズ供給金具８などのキャビティ内に露出した部分に、スリット８ａを配設するとともに、該スリットから外部の用役配管に連通する通路を設けたことを特徴とする発泡成形用金型装置も適当である。このスリット８ａの開口幅を供給される原料ビーズの粒径より小さいものとするのは、スリット７ａ、７ｂの場合と同様である。
【００１８】
さらに、前記組合せ金型の合わせ目部分に沿って設けられたスリット７ａ、７ｂと、前記組合せ金型の少なくとも一方の金型に取り付けられた原料ビーズ供給金具８のキャビティ内に露出した部分に設けられたスリット８ａとを併設した形態の発泡成形用金型装置も適当である。
【００１９】
さらに詳細に説明すると、キャビティ４を形成する凸型金型６１と凹型金型５１のうち、凹型金型５１は固定され移動できないが、凸型金型６１は、図１のように凹型金型５１内にキャビティ４を形成した状態から水平に移動（図１では右方向へ）し、成形工程で得られた発泡成形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のが通例である。
【００２０】
そして、これら金型５１、６１の裏面側には、フレーム５２、６２と裏板５３、６３が取付けられ、スチームなどの用役が供給される凹側チャンバ５と凸側チャンバ６が形成されている。なお、この事例では、フレーム５２、６２の上部には、上部用役口５４、６４が、下部には、下部用役口５５、６５が配設されていて、上部用役口５４、６４には、加熱用スチームが供給されるスチーム弁がそれぞれ取り付けられ、下部用役口５５、６５には、減圧ポンプまたはドレン配管に接続される弁が取り付けられている。
【００２１】
そして、前記一対の組合せ金型５１、６１の合わせ目部分に沿ってキャビティ４内の両端部分に露出した、スリット７ａ、７ｂを配設するとともに、該スリット７ａ、７ｂから外部の用役配管に接続される用役口７３ａ、７３ｂの間を連通させる通路として、型間通路７１ａ、７１ｂおよびチャンバ５、６内を通過する内部配管７２ａ、７２ｂが設けられている。
【００２２】
つまり、金型５１、６１には，従来のようなベントホールが設けられておらず、金型５１、６１を閉じたときには、キャビティ４は、凹側チャンバ５と凸側チャンバ６のそれぞれから気密に隔離された状態に形成されるとともに、スリット７ａ、７ｂと、これらスリットが専用の用役口７３ａ、７３ｂに連通する通路が形成されるのである。
【００２３】
さらに、それら組合せ金型の少なくとも一方の金型に取り付けられた付属部品、例えば外部から貫通して金型５１に取り付けられた原料ビーズ供給金具８のキャビティ内に露出した部分には、スリット８ａを配設するとともに、該スリット８ａから外部の用役配管に接続される用役口８２ａに連通する通路８１ａを設けられている。
【００２４】
この場合の原料ビーズ供給金具８は、原料ビーズ容器（図示せず）から供給配管（図示せず）を通じて原料ビーズを供給するものであり、供給ノズル８０とその周囲を取り囲む２重管８１から構成され、その先端部分は金型５１を通じてキャビティ４に臨む状態で配設されている。そして、この供給ノズル８０と２重管８１との間には通路８１ａが設けられていて、その先端部は環状のスリット８ａとし、供給ノズル８０のノズル口８ｂと同様に、キャビティ４に露出している。
【００２５】
そして、前記供給ノズル８０と２重管８１との間の通路８１ａの他端は、金型外に臨む用役口８２ａに通じていて、この用役口８２ａから、キャビテイ４内の原料ビーズに対して、前記のスリット７ａ、７ｂと同様に、所要のスチーム、加圧空気の供給あるいは減圧操作などを行うことができるのである。
【００２６】
以上詳細に説明した発泡成形用金型装置を使用すれば、原料ビーズの充填方法における第１ステップである、裏面側にチャンバ（参考、図１の符号５、６、以下同様）を配設した一対の金型（図１の符号５１、６１）で包囲して、前記チャンバとは気密に隔てられた状態でキャビティ（図１の符号４）を形成することができる。
【００２７】
次いで、第２ステップである、原料ビーズ容器内の圧力に対して、前記キャビティ内の圧力を所定のマイナス圧に維持すれば、その差圧に基づいて、その容器内の原料ビーズは供給配管内を搬送され、前記原料ビーズ供給金具（図１の符号８）からキャビティ（図１の符号４）内に送入され、キャビティを充填することができるのである。なお、この差圧を維持するには、キャビティの両側部にあるスリット（図１の符号７ａ、７ｂ）に連通している用役口（図１の符号７３ａ、７３ｂ）から加圧、または減圧などの調圧操作を加えれば容易に行うことができる。
【００２８】
この場合、原料ビーズ容器内の圧力を大気圧〜５．０ｋｇ／ｃｍ² の範囲に保持して、さらには、前記キャビティ内の圧力を、原料ビーズ容器内の圧力マイナス０．５ｋｇ／ｃｍ² 未満であって、かつ大気圧以上の加圧状態に維持して原料ビーズを前記キャビティに送入するのが好ましい具体的な方法である。
【００２９】
原料ビーズ容器内の圧力を大気圧〜５．０ｋｇ／ｃｍ² の範囲とする理由は、この範囲の場合にキャビテイ内の原料ビーズは、最適の外径（容積）に圧縮減容され、金型キャビティの平面部分、側面部分あるいは狭隘な部分においても充填密度が比較的均一になるという好ましい効果が得られるからである。
【００３０】
また、前記キャビティ内の圧力を大気圧以上に維持しつつ、原料ビーズ容器内の圧力に対してマイナス０．５ｋｇ／ｃｍ² 未満の差圧を設ける理由は、この範囲を外れる圧力状態では、搬送気流の流速が過剰でありキャビティ内あるいは充填通路の狭隘部分において原料ビーズの詰まりの現象がみられるようになるから好ましくないからである。
【００３１】
さらに、第２のステップにおいて、原料ビーズ容器内の圧力を大気圧〜５．０ｋｇ／ｃｍ² の範囲に保持しながら、前記キャビティ内の圧力を大気圧からマイナス１．０ｋｇ／ｃｍ² までの大気圧以下の減圧状態に維持して、原料ビーズを前記キャビティに送入するのも好ましい具体的な方法となり得る。
【００３２】
このように、原料ビーズ容器内の圧力を大気圧〜５．０ｋｇ／ｃｍ² の範囲に保持しながら、キャビティ内の圧力を大気圧からマイナス１．０ｋｇ／ｃｍ²までの負圧に保つ利点は、圧縮減容を必要としない原料ビーズに対して、キャビティのみを減圧するため、充填時に負圧状態を保持し易く、キャビティの金型平面部分、または側面部分あるいは狭隘な部分においても、充填密度が均一になるという好ましい効果が得られるからである。
【００３３】
さらに、参考例としての原料ビーズの充填方法によれば、以下の利点が得られる。
１）送入された原料ビーズは、キャビティのほぼ中央に位置する供給ノズルからキャビティの側端部に設けられたスリットの方向に流動して充填されるので、キャビティ内に充填むらが生じにくく、製品の品質が安定する。
２）充填された原料ビーズは、圧縮状態で充填されるので、原料ビーズの粒子間空間を少なくでき、その後に行われる加熱発泡時のスチームとの置換操作などが容易となる。
【００３４】
充填時の調圧操作において、対象はキャビティ空間に限定されるので、従来のような両サイドのチャンバ空間を含む大容積の調圧が不要となり、調圧空間が１／２０以下になるので、加圧、減圧装置の負荷が大幅に減少でき、機器のコンパクト化が可能となる。
【００３５】
次に、本発明の発泡成形用金型装置について、その要部断面略図である図２を参照して、説明する。図２は、発泡成形用金型装置の下半分を省略した断面略図であり、型閉時に、発泡成形体を形成するためのキャビティ４を包囲した状態で形成する一対の組合せ金型５１、６１の合わせ目部分に沿って、キャビティ内の両端部分に露出したスリット７ａ、７ｂ（図示せず）を、その開口幅を供給される原料ビーズの粒径より小さいものとして、配設する点で先の形態と同様であるが、以下の点で、その構造を異にする。
【００３６】
それは、この組合せ金型５１、６１の合わせ目部分に沿ってキャビティ４内の両端部分に露出したスリット７ａから外部の用役配管に接続される用役口９３ａの間を連通させる通路として、型閉時に、金型５１、６１の合わせ目部分で形成される型間通路９１ａと、同じく型閉時に、型間通路９１ａに連通し、外部の用役口９３ａを備え、かつ密閉されるフレーム５２、６２の合わせ目部分で包囲された状態で形成される型間空間９２ａを利用するものである。このスリット７ａ〜用役口９３ａに至る構造は、金型装置の下半分にも対称状態にして同様に設けられ得るものである。
【００３７】
つまり、金型５１、６１には，従来のようなベントホールが設けられておらず、金型５１、６１を閉じたときには、キャビティ４は、凹側チャンバと凸側チャンバのそれぞれから気密に隔離された状態に形成されるとともに、スリット７ａと、これらスリットが金型装置のフレーム（図２ではフレーム５２側）に設けられた専用の用役口９３ａに連通する通路（型間通路９１ａおよび型間空間９２ａ）が、先の図１の事例とは異なった形態で、両金型およびフレームの合わせ目に沿って形成されるのである。
【００３８】
この図２に示す金型装置を使用すれば、本発明の原料ビーズの充填方法における第１ステップである、裏面側にチャンバを配設した一対の金型５１、６１で包囲して、前記チャンバとは気密に隔てられた状態でキャビティ４を形成することができる。
【００３９】
次いで、第２ステップである、原料ビーズ容器内の圧力に対して、キャビティの両側部にあるスリット（７ａ、７ｂ）に連通している用役口（９３ａ、９３ｂ）から加圧、または減圧などの調圧操作を加えて、前記キャビティ内の圧力を所定のマイナス圧に維持すれば、その差圧に基づいて、その容器内の原料ビーズは供給配管内を搬送され、前記原料ビーズ供給金具（図１の符号８）からキャビティ４内に送入され、充填することができるのである。この場合、先の実施形態の場合に同様に、キャビティ内の圧力を好ましく設定することができる。
【００４０】
そして、この図２に示す金型装置を用いる本発明によれば、先の図１の場合と同様な利点を全て享受できるうえ、製作時に配管工事が必要である独立した内部配管７２ａ、７２ｂが不要であるから、金型装置の製作コストが抑えられ、メンテナンスも不要となる利点が得られるのである。
【００４１】
また、本発明では、キャビティ４を包囲した状態で形成する一対の組合せ金型５１、６１において、図２に示すように、原料ビーズが進入しにくく、充填されにくい凹所あるいは狭隘な部位４１、４２を、内部配管４３、４４によって、前述の型間空間９２ａに連通させた構造の金型装置を利用することができる。この場合、この内部配管４３、４４のキャビティ４への開口幅は、スリット７ａのときに同じく、供給される原料ビーズの粒径より小さいものとする。
【００４２】
この実施形態によれば、型間空間９２ａの調圧操作に連動して、前記の狭隘な部位４１、４２が、原料ビーズ容器に対して所要のマイナス圧に調節されるので、本来原料ビーズが進入しにくいこれら狭隘な部位４１、４２にも、原料ビーズが進入しやすくなるので、充填むらが解消できる利点がある。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の原料ビーズの充填方法は、以上に説明したように構成されているので、下記のようにベントホールを金型面から省略した新規な発泡成形用金型装置の実用化が可能となる他、製品品質の安定化、原料ビーズ粒子間空間のスチームとの置換操作の容易化、あるいは調圧機器のコンパクト化に寄与するなどの優れた効果がある。
【００４４】
また、従来の発泡成形用金型装置では、キャビティとチャンバとを連通させるベントホールは必要不可欠なものであったが、本発明によって、ベントホールを金型面から省略した新規な発泡成形用金型装置の実用化が可能となった。
【００４５】
その結果、ａ）金型材料費が安価になり、金型の製作加工コストも削減できる。ｂ）特別なメンテナンスが不要になる。ｃ）加熱冷却の熱効率が向上し、省エネルギ、サイクル時間短縮に有効となる。ｄ）成形体の含水率が低下するので乾燥後工程が省略できる。ｅ）成形体の表面が滑らかで外観品質に優れる。ｆ）用役操作の自由度が拡張できるなどという、ベントホールを省略した場合の多くの効果を実現できるようになったのである。よって本発明は従来の問題点を解消した原料ビーズの充填方法として、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】参考例として示す発泡成形用金型装置の要部断面略図。
【図２】本発明に用いられる発泡成形用金型装置の要部断面略図。
【図３】従来の発泡成形用金型装置の要部断面略図。
【符号の説明】
４ キャビティ、４１、４２ 狭隘部位、４３、４４ 内部配管、５ 凹側チャンバ、５１ 凹型金型、５４ 上部用役口、５５ 下部用役口、６ 凸側チャンバ、６１ 凸型金型、６４ 上部用役口、６５ 下部用役口、７ａ、７ｂ スリット、７２ａ、７２ｂ 内部配管、７３ａ、７３ｂ 用役口、８ 原料ビーズ供給金具、８ｂ ノズル口、８０ 供給ノズル、８ａ スリット、８１ ２重管、８１ａ 通路、８２ａ 用役口。９１ａ 型間通路、９２ａ 型間空間、９３ａ用役口。

Claims (2)

1. 狭隘な凹所を有しキャビティを形成する一対の組合せ金型が、型締めされた状態で組合せ金型の合わせ目部分に沿ってスリットを、その開口幅を供給される原料ビーズの粒径よりも小さいものとして配設するとともに、該スリットが金型装置のフレームに設けられた用役口に連通する型間通路と型間空間を両金型およびフレームの合わせ目に沿って配設したうえに、
   型間空間と前記狭隘な凹所とを、原料ビーズの粒径よりも小さい開口幅の内部配管で連通したことを特徴とする発泡成型用金型装置。
2. 請求項１に記載の発泡成形用金型装置を用いて、用役口からスリットを通じてキャビティを原料ビーズ容器よりもマイナス圧に調圧するとともに、用役口から内部配管を通じて狭隘な凹所を原料ビーズ容器よりもマイナス圧に調圧して、原料ビーズをキャビティに充填することを特徴とする原料ビーズの充填方法。

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