JP4269879B2 - 発泡樹脂成形体の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、発泡樹脂材料を発泡成形する発泡樹脂成形体の成形方法に関するものであり、特に多点ゲートでの充填バランスを調整する技術に関し、車両用空調装置の空調ケースなどの製造に適用して好適な成形装置に関するものである。

一般に、車両用空調装置の空調ケースなどには、弾力性に富むポリプロピレンなどの樹脂材料を射出成形した樹脂成形ケースが用いられている。このような空調ケースにおいては、近年の車両の軽量化・低コスト化の要請に伴い、軽量で断熱性能を兼ね備えたものが求められている。そこで、樹脂成形ケースの軽量化と断熱性能を持たせるために、発泡樹脂成形が検討されている。

これは、樹脂成形材料として、例えば、ポリプロピレンなどの樹脂材料に、発泡材料として、熱に反応して炭酸ガスを発生させる発泡剤を１〜５（質量％）混入したものを使用し、該発泡剤を発泡させながら成形を行うことによって、多数の気泡を含有した発泡樹脂ケースを成形するものである。

しかしながら、上記した従来技術において、例えば大物箱型成形品を多点ゲートで成形する場合、その多点ゲートでの充填バランスが悪い場合がある。図４〜６は、従来の多点ゲートでの溶融樹脂充填方法例を説明する模式図である。

図４は、複数あるゲート４を同時に開いて充填する例を示している。キャビティ１ｃ内で溶融樹脂が最後に到達する最終充填部１ｄが複数存在し、各ゲート４から各最終充填部１ｄまでの樹脂流動長さに差があるものにおいては、図４のように複数のゲート４を同時に開いて溶融樹脂を充填すると、先に充填が完了する３ｂ側では樹脂流動長さの長い３ａ側の充填が完了するまで高圧がながくかかって発泡が充分に進まないという問題がある。

図５は、これに対してゲート径を変えて充填する方法を示している。樹脂流動長さの長い３ａ側はゲート径の大きいゲート４ｃを配置し、樹脂流動長さの短い３ｂ側はゲート径の小さいゲート４を配置して充填バランスを調整したものであるが、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受けるうえ、微妙な調整が困難であるため、最適な充填バランスを確立するのに金型の手直しが何度も必要という問題がある。

図６は、これらに対してタイマー７を利用して充填バランスを調整する方法を示している。樹脂流動長さの長い３ａ側のゲート４ａから開いて充填を開始し、所定時間が経過した後に樹脂流動長さの短い３ｂ側のゲート４ｂを開いて充填を行うものである。上記のゲート径を変える方法よりは微妙な調整も容易であるが、射出速度が高速になればなるほど、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受けるという問題は避けられず、最適な充填バランスの成形条件を出すことが困難である。

本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、多点ゲートでの充填バランスが溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受け難く、且つ調整容易な発泡樹脂成形体の成形方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、溶融樹脂をキャビティ（１ｃ）内に充填する第１および第２のゲート（４ａ、４ｂ）と、キャビティ（１ｃ）内で、第１のゲート（４ａ）から充填した溶融樹脂が最後に到達する第１の最終充填部（１ｄ）と、第２のゲート（４ｂ）から充填した溶融樹脂が最後に到達する第２の最終充填部（１ｄ）とを持ち、第１のゲート（４ａ）から第１の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動長さは、第２のゲート（４ｂ）から第２の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動長さよりも長く形成されており、ゲート（４ａ、４ｂ）の開閉を制御する制御手段（６）を有し、溶融樹脂の樹脂成形材料として、樹脂材料に発泡剤を混入したものを使用し、発泡剤を発泡させながら成形を行うことによって多数の気泡を含有した発泡樹脂成形体（３）を成形する発泡成形装置（１）において、
制御手段（６）は、第１のゲート（４ａ）から開いて充填を開始し、溶融樹脂が第１の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動部（３ａ）の所定位置まで流れた時に第２のゲート（４ｂ）を開いて充填を行うことにより、第１および第２の最終充填部（１ｄ）にて実質的に同時に溶融樹脂の充填が完了することを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、複数の最終充填部（１ｄ）にて略同時に溶融樹脂の充填が完了することとなり、従来の、先に充填が完了する部分（３ｂ）では樹脂流動長さの長い部分（３ａ）の充填が完了するまで高圧がながくかかって発泡が充分に進まないという問題を無くすことができる。これにより、全体で均一に発泡が進んで軽量な発泡樹脂成形体（３）を得ることができる。また、最終充填部（１ｄ）に近い位置での実際の樹脂流れにて残りのゲート（４ｂ）を開くタイミングを取るため、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受け難くすることができる。

また、請求項２に記載の発明では、樹脂流動部（３ａ）の所定位置に圧力検出手段（５）を配置すると共に、制御手段（６）は、圧力検出手段（５）にて検出される圧力信号によって溶融樹脂が所定位置まで流れたことの検出を行うことを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、第２のゲート（４ｂ）を開くタイミングを、キャビティ（１ｃ）内の所定位置に設けた圧力検出手段（７）で取ることにより、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受け難くなる。このため、安定した最適タイミングで第２のゲート（４ｂ）を開くことができるうえ、立ち上がる圧力信号値のどの値をタイミングとするかによって微妙な調整も容易に行うことができるようになる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態における発泡成形金型（発泡成形装置）１の断面模式図であり、図２は、図１の発泡成形金型１で成形する発泡樹脂成形品（発泡樹脂成形体）３の斜視図である。本実施形態は、発泡樹脂成形品３として車両用空調装置の空調ケース３を発泡樹脂によって形成するものである。

発泡成形金型１は、大きくは上型１ａと下型１ｂとで構成されており、それぞれが取付板２に取り付けられたうえ、図示しない射出成形機に装着される。そして、上型１ａと下型１ｂとを密閉させた時に生じるキャビティ空間１ｃへ、後述する射出装置１１から溶融した発泡樹脂を充填することにより、発泡樹脂成形品３を得るものであり、周知の型構造である。尚、図１中の１ｄ部は、溶融した発泡樹脂が最後に到達する最終充填部である。

本実施形態の上型１ａには、溶融した発泡樹脂をキャビティ１ｃ内に注入するゲート４ａ・４ｂを複数個設けた、いわゆる多点ゲートとしている。ちなみに、４ｅはゲート４ａ・４ｂを開閉するゲートピンである。そしてこのゲートピン４ｅは、図示しないシリンダによって駆動され、ゲート４ａ・４ｂは制御装置（制御手段）６によって開閉が制御されるようになっている。尚、具体的な作動については後述で説明する。

また、本実施形態の特徴として、各ゲート４ａ・４ｂ（本発明で言う第１、第２ゲート）から先の各最終充填部１ｄ（本発明で言う第１、第２最終充填部）までの樹脂流動長さに差があるものとなっているうえ、本発明の特徴構成として、その差があるうちの最も長い樹脂流動部（図１での３ａ）の所定位置に、キャビティ１ｃ内の樹脂圧を検知する圧力検出手段として樹脂圧センサ５を配置している。この樹脂圧センサ５はロードセルのようなものであり、圧力信号を制御装置６に出力するようになっている。

次に、当発泡成形金型１に溶融樹脂を注入する射出装置１１の構成について説明する。図１において、１１ｂはシリンダ部材としての加熱シリンダである。１２は、その加熱シリンダ１１ｂ内において、回転自在且つ進退自在（図１における左右方向に移動自在）に配設された射出スクリューである。射出スクリュー１２の表面には、螺（ら）旋状にフライト１２ａが形成され、そのフライト１２ａに沿って溝１２ｃが形成され、樹脂材は溝１２ｃ内を前進させられスクリュヘッド１２ｂの前方に蓄えられる。

加熱シリンダ１１ｂには、後方（図１における右方）の所定の位置に樹脂材料を供給するホッパ１１ａが設けられ、加熱シリンダ１１ｂの前端（図１における左端）に射出ノズル１１ｃが形成されている。ホッパ１１ａには、樹脂材と、その樹脂材などに発泡材料を混入することによって得られた発泡剤とが投入される。

発泡剤として、例えば、５０（質量％）のポリプロピレン樹脂と５０（質量％）の重炭酸ソーダとを混合させて形成されたマスターバッチ式のものなどがある。これらの発泡樹脂材は、ホッパ１１ａから樹脂材供給口Ｑ１を介して加熱シリンダ１１ｂ内に供給され、先の射出ノズル１１ｃから射出される。

１３は進退方向の駆動手段としての射出シリンダであり、１４は回転方向の駆動手段としての油圧モータである。射出シリンダ１３は進退自在に配設されたピストン１３ａを備え、このピストン１３ａの後方（図１における右方）に第１の油室１３ｂと、前方（図１における左方）に第２の油室１３ｃとが形成され、第１・第２の油室１３ｂ・１３ｃは図示しない切換弁を介して図示しない油圧供給源に接続される。

この場合、第１の油室１３ｂに油圧を供給し、第２の油室１３ｃの油圧をドレーンすることによって射出スクリュー１２を前進（図１における左方に移動）させたり、第１の油室１３ｂの油圧をドレーンし、油圧モータ１４を駆動することによって、射出スクリュー１２を回転させて計量を行ったりすることができる。また、計量を行う時に、第１の油室１３ｂに油圧を供給することによって、射出スクリュー１２に背圧を加えることができる。

尚、これらの駆動手段は、射出シリンダ１３に代えて電動の射出用モータや、油圧モータ１４に代えて電動の計量用モータを使用したものであっても良い。そして、ピストン１３ａと連結させて射出スクリュー１２の位置を検出する位置センサ（スクリュウ位置検出手段）１５が配設され、検出信号は制御装置６に出力するようになっている。

次に、上記構成における発泡成形金型１の作動について、図３も併せて用いて説明する。図３は、図１の発泡成形金型１における多点ゲート４ａ・４ｂでの溶融樹脂充填方法を説明する模式図である。発泡成形金型１が型開きされて製品取り出しが行われ、型内が空になった状態から１サイクルの作動を説明する。製品取り出しが行われて型内が空になると、再度型が閉じられて次の成形サイクルに入る。発泡成形金型１が閉じきったことの確認が成されると、成形機の射出装置１１から溶融樹脂の射出（注入）が行われる。

この時に本実施形態の発泡成形金型１では、制御装置６は、ゲート４ａ・４ｂのうちキャビティ１ｃ内で最も樹脂流動距離の長い３ａ側へ溶融樹脂を供給するゲート４ａから開いて充填を開始する（図３（ａ）参照）。そして、溶融樹脂が最も樹脂流動距離の長い３ａ側の所定位置、つまりその所定位置に設けた樹脂圧センサ５で所定の圧力信号値が得られるまで流れた時に、残りのゲート４ｂを開いて残りの樹脂流動距離の短い３ｂ側にも溶融樹脂を充填するようになっている（図３（ｂ）参照）。

このような時間差でのゲート開タイミングは、溶融樹脂が各最終充填部１ｄへ略同時に達するタイミングを狙って設定し、後は圧力信号の信号値で調整を行っている。その後キャビティ１ｃ内への充填が完了すると、型内での発泡と冷却との時間がとられた後、発泡成形金型１が型開きされて製品取り出しが行われ手１サイクルを終了する。

次に、本実施形態での特徴と、それによる効果について述べる。まず、発泡樹脂成形品３を成形する発泡成形金型１であり、溶融樹脂をキャビティ１ｃ内に充填する複数のゲート４ａ・４ｂと、キャビティ１ｃ内で溶融樹脂が最後に到達する複数の最終充填部１ｄとを持ち、ゲート４ａ・４ｂから最終充填部１ｄまでの樹脂流動長さに差があるものにおいて、
ゲート４ａ・４ｂの開閉を制御する制御装置６を設けると共に、制御装置６は、ゲート４ａ・４ｂのうち最も長い樹脂流動部３ａへ溶融樹脂を供給するゲート４ａから開いて充填を開始し、溶融樹脂が最も長い樹脂流動部３ａの所定位置まで流れた時に残りのゲート４ｂを開いて充填を行うようにしている。

これによれば、複数の最終充填部１ｄにて略同時に溶融樹脂の充填が完了することとなり、従来の、先に充填が完了する部分３ｂでは樹脂流動長さの長い部分３ａの充填が完了するまで高圧がながくかかって発泡が充分に進まないという問題を無くすことができる。これにより、全体で均一に発泡が進んで軽量な発泡樹脂成形品３を得ることができる。また、最終充填部１ｄに近い位置での実際の樹脂流れにて残りのゲート４ｂを開くタイミングを取るため、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受け難くすることができる。

また、最も長い樹脂流動部３ａの所定位置に樹脂圧センサ５を配置すると共に、制御装置６は、樹脂圧センサ５にて検出される圧力信号によって溶融樹脂が所定位置まで流れたことの検出を行うようにしている。

これによれば、残りのゲート４ｂを開くタイミングを、キャビティ１ｃ内の最も長い樹脂流動部３ａの所定位置に設けた樹脂圧センサ５で取ることにより、溶融樹脂の粘性や流れ性のばらつきの影響を受け難くなる。このため、安定した最適タイミングで残りのゲート４ｂを開くことができるうえ、立ち上がる圧力信号値のどの値をタイミングとするかによって微妙な調整も容易に行うことができるようになる。

また、上記に記載の発泡成形金型１を用いて、最も長い樹脂流動部３ａへ溶融樹脂を供給するゲート４ａから開いて充填を開始し、溶融樹脂が最も長い樹脂流動部３ａの所定位置まで流れた時に残りのゲート４ｂを開いて充填を行うことことにより、複数の最終充填部１ｄにて略同時に溶融樹脂の充填が完了する成形方法としている。

これによれば、従来の、先に充填が完了する部分３ｂでは樹脂流動長さの長い部分３ａの充填が完了するまで高圧がながくかかって発泡が充分に進まないという問題を無くすことができる。これにより、全体で均一に発泡が進んで軽量な発泡樹脂成形体３を得ることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ゲート４ａ・４ｂは同等のゲート径としているが、図５に示したゲート径を変えて充填する方法と併用し、樹脂流動長さの長い３ａ側はゲート径の大きいゲート４ｃを配置し、樹脂流動長さの短い３ｂ側はゲート径の小さいゲート４を配置して大まかな充填バランスを取ったうえで本発明を適用しても良い。このようにすれば、充填時間を短縮する効果も得られる。

また、上述の実施形態では、多点ゲートを最少の２点で説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、先に開いて充填を開始する長い樹脂流動部のゲートが複数有っても良いし、溶融樹脂が長い樹脂流動部の所定位置まで流れた時に開く残りのゲートも複数有っても良い。

また、長い樹脂流動部で中位の樹脂流動部のゲート開タイミングを取り、中位の樹脂流動部で短い樹脂流動部のゲート開タイミングを取る、というように多段の関係としても良いし、最も長い樹脂流動部で所定位置まで溶融樹脂が流れたことの検出を取り、例えば中位の樹脂流動部と短い樹脂流動部とのゲート開タイミングの差にタイマーを併用しても良い。

尚、上述の実施形態では、超臨界流体発泡を含む物理発泡の例で示しているが、本発明はこれに限るものではなく、化学発泡による発泡成形であっても良い。

本発明の一実施形態における発泡成形金型１の断面模式図である。 図１の発泡成形金型１で成形する発泡樹脂成形品３の斜視図である。 図１の発泡成形金型１における多点ゲート４ａ・４ｂでの溶融樹脂充填方法を説明する模式図である。 従来の多点ゲート４での溶融樹脂充填方法例を説明する模式図である。 従来の多点ゲート４・４ｃでの溶融樹脂充填方法例を説明する模式図である。 従来の多点ゲート４ａ・４ｂでの溶融樹脂充填方法例を説明する模式図である。

符号の説明

１…発泡成形金型（発泡成形装置）
１ｃ…キャビティ
１ｄ…最終充填部
３…空調ケース、発泡樹脂成形品（発泡樹脂成形体）
４ａ…ゲート（最も長い樹脂流動部へ溶融樹脂を供給するゲート）
４ｂ…ゲート（残りのゲート）
５…樹脂圧センサ（圧力検出手段）
６…制御装置（制御手段）

Claims (2)

1. 溶融樹脂をキャビティ（１ｃ）内に充填する第１および第２のゲート（４ａ、４ｂ）と、
   前記キャビティ（１ｃ）内で、前記第１のゲート（４ａ）から充填した前記溶融樹脂が最後に到達する第１の最終充填部（１ｄ）と、前記第２のゲート（４ｂ）から充填した前記溶融樹脂が最後に到達する第２の最終充填部（１ｄ）とを持ち、
   前記第１のゲート（４ａ）から前記第１の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動長さは、前記第２のゲート（４ｂ）から前記第２の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動長さよりも長く形成されており、
   前記ゲート（４ａ、４ｂ）の開閉を制御する制御手段（６）を有し、
   前記溶融樹脂の樹脂成形材料として、樹脂材料に発泡剤を混入したものを使用し、前記発泡剤を発泡させながら成形を行うことによって多数の気泡を含有した発泡樹脂成形体（３）を成形する発泡成形装置（１）において、
   前記制御手段（６）は、前記第１のゲート（４ａ）から開いて充填を開始し、前記溶融樹脂が前記第１の最終充填部（１ｄ）までの樹脂流動部（３ａ）の所定位置まで流れた時に前記第２のゲート（４ｂ）を開いて充填を行うことにより、前記第１および第２の最終充填部（１ｄ）にて実質的に同時に前記溶融樹脂の充填が完了することを特徴とする発泡樹脂成形体の成形方法。
2. 前記樹脂流動部（３ａ）の所定位置に圧力検出手段（５）を配置すると共に、
   前記制御手段（６）は、前記圧力検出手段（５）にて検出される圧力信号によって前記溶融樹脂が前記所定位置まで流れたことの検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂成形体の成形方法。

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