JP4289664B2 - パウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置およびパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法 - Google Patents
パウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置およびパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パウダースラッシュ成形用金型(以下、単に成形用金型と称する場合がある。)の洗浄装置およびパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法に関する。特に、大型かつ大重量のパウダースラッシュ成形用金型の取り扱いが容易な、パウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置および洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両用内装部材等の立体成形品は、塩化ビニル等を主原料とした樹脂パウダーを用いて、パウダースラッシュ成形により成形されている。かかるパウダースラッシュ成形に使用する成形用金型の成形面には、立体成形品の装飾性を高めるべく、しぼ模様等の立体装飾を施すための微細な凹凸が形成されている。そして、このような成形用金型を繰り返し使用した場合、樹脂パウダーに含まれる可塑剤等が、金型表面の微細な凹凸に入り込んだ状態で残留し、立体成形品におけるしぼ模様等の立体性が次第に低下して、立体成形品の装飾性を損なうという問題が見られた。
そこで、このような金型表面に付着した残留物を除去する方法として、図9に示すように、パウダースラッシュ成形に使用した成形用金型205を、強アルカリ性の洗浄液207を加熱するとともに、その中に浸漬させて、残留物203を除去する成形用金型の洗浄方法200が広く実施されていた。すなわち、立体成形品におけるしぼ模様等の立体性が低下してくると、パウダースラッシュ成形機から成形用金型205を取り外し、それを一昼夜程度、加熱容器内に収容した強アルカリ性の洗浄液207に浸漬させて、残留物203を除去することが実施されていた。
【0003】
また、近年、立体成形品の装飾性や加工性の向上、あるいは耐熱性や環境特性の向上の観点から、塩化ビニル等の樹脂に代わって、熱可塑性ウレタンエラストマー(TPU)や熱可塑性オレフィンエラストマー(TPO)等が樹脂粉末の主原料として使用されている。
しかしながら、かかるTPUやTPOからなる残留物は、強アルカリ性の洗浄液を用いても、ほとんど除去することができず、そのために、立体成形品の装飾性を損ないやすいという問題が見られた。また、洗浄液中に強アルカリ成分を含んでいるために、廃液処理が困難であるとともに、環境汚染を引き起こしやすいという問題も見られた。
そこで、かかるTPUやTPOからなる残留物を除去する方法として、図10に示すように、成形用金型251に対して、洗浄液として、アルミナ粒子等からなるセラミック樹脂粉255と、水等との混合物により、金型表面の残留物253を除去することを特徴とした成形用金型の洗浄方法250が提案されている。さらに、メラミン樹脂やフェノール樹脂中に、無機充填剤や帯電防止剤を添加し、所定形状および所定粒度に形成した後、気体流とともに成形用金型に対して吹き付け、金型表面の残留物質を除去する方法も提案されている(特許文献1〜4参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−36252号 (特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開2001−328123号 (特許請求の範囲)
【特許文献3】
特開平5−131460号 (特許請求の範囲)
【特許文献4】
特公平6−24730号 (特許請求の範囲)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミナ粒子を用いたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法では、アルミナ粒子の硬度が高すぎるために、金型表面の残留物を除去するだけでなく、成形用金型を傷付けてしまうという問題が見られた。したがって、結果として、得られる立体成形品の装飾性が低下するとともに、成形用金型の耐久性が低下するという問題が見られた。また、アルミナ粒子を用いたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法は、成形用金型の洗浄後に、アルミナ粒子と、水と、さらには除去した残留物等とを分離処理しなければならず、廃液処理が困難であるとともに、環境汚染を引き起こしやすいという問題も見られた。さらに、アルミナ粒子を用いたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法は、成形用金型の洗浄後に、純水洗浄が別途必要になるばかりか、乾燥工程を設けて成形用金型を十分に乾燥させた後でなければ、再使用できないというプロセス上の問題も見られた。
【0006】
一方、特許文献1〜4に開示された樹脂粉は、成形用金型の洗浄用に開発されているものの、パウダースラッシュ成形用金型のように、例えば、横幅が1〜2m程度の大型で、かつ、1トン程度の大重量物である成形用金型に対して適用された例はなかった。
すなわち、パウダースラッシュ成形用金型をパウダースラッシュ成形機から脱型した後、それにブラスト処理を適切に施すためには、パウダースラッシュ成形用金型を、所定位置に移動させた後、回転させたりする必要があったが、そのような洗浄装置が存在していなかった。
【0007】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、パウダースラッシュ成形用金型の取り扱いを容易にした洗浄装置を開発するとともに、所定の樹脂粉をブラスト処理することにより、TPUやTPOからなる樹脂パウダーを用いて、パウダースラッシュ成形した場合であっても、金型表面を傷付けることなく、表面の残留物を除去し、立体成形品を安定して製造できることを見出した。
すなわち、本発明は、大型かつ重量物であるパウダースラッシュ成形用金型の取り扱いが容易であって、表面に付着した残留物の種類にかかわらず、容易かつ迅速に除去できるパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置、およびそのような洗浄装置を用いたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、金型支持部と、ブラスト処理部と、を備えたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置であって、金型支持部は、パウダースラッシュ成形用金型が固定される開口部を有するとともに開口部がパウダースラッシュ成形用金型によって塞がれることで閉鎖ブースが形成される支持部材を備え、支持部材は、パウダースラッシュ成形用金型を、水平軸を中心に回転移動させ、所定の角度に保持するための回転機構を含み、ブラスト処理部は、支持部材の内部に設けられるとともに、パウダースラッシュ成形用金型の成形面に対して、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とした樹脂粉を吹き付けるための噴射装置を備えていることを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置が提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、かかる洗浄装置によれば、大型かつ重量物の成形用金型であっても、実質的に水平な状態で載置したり、固定したり、取り出したり、あるいは、所定角度でブラスト処理したりすることができ、成形用金型の取り扱いが極めて容易かつ短時間となる。
また、所望により、角度を変えながらブラスト処理ができるため、成形用金型が大型で、複雑な形状である場合であっても、効率的かつ精度良くブラスト処理を施すことができるために、金型表面に付着した残留物を効果的に除去することができる。
さらに、かかる洗浄装置によれば、所定硬度の樹脂粉を使用して、金型表面に対してドライ状態でブラスト処理を施すことにより、金型表面を傷付けることなく、効果的に金型表面に付着した残留物を除去することができる一方、洗浄後の樹脂粉と、除去した残留物等との分離処理が容易になるばかりか、廃液処理や乾燥処理等の問題が生じることがない。
【0009】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、ブラスト処理部は、実質的に閉鎖ブースとして構成してあるとともに、当該閉鎖ブース内に備えた噴射装置を、外部から操作するためのグローブ部を備えていることが好ましい。
このように構成することにより、ブラスト処理に使用する樹脂粉を飛散させることを有効に防止することができるとともに、噴射装置を外部から操作できるため、洗浄する成形用金型の形状にかかわらず、金型表面に付着した残留物を精度よく除去することができる。
【0010】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、ブラスト処理部を外部から観察できるように、支持部材の一部に窓部が備えてあることが好ましい。
このように構成することにより、金型表面に付着した残留物の洗浄程度が認識できるとともに、噴射装置を外部から容易に操作することができる。
【0011】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、ブラスト処理部は、噴射装置の位置を制御するためのサーボモータを備えており、自動的にブラスト処理を実施することが好ましい。
このように構成することにより、噴射装置の位置制御が容易かつ短時間となり、洗浄する成形用金型の形状や個数にかかわらず、金型表面に付着した残留物を、自動制御しながら効率よく除去することができる。
【0012】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、パウダースラッシュ成形用金型の形状を予め記憶し、その記憶した形状に関する情報に基づいて、噴射装置の位置を移動させるための制御装置を備えていることが好ましい。
このように構成することにより、洗浄する成形用金型の形状にかかわらず、あるいは、複数の成形用金型であっても、金型表面に付着した残留物を、噴射装置を自動制御しながら効率よく除去することができる。
【0013】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、ブラスト処理に使用した樹脂粉を循環使用するとともに、所定以下の粒径を有する樹脂粉を分別回収するためのサイクロンを備えていることが好ましい。
このように構成することにより、立体成形品の製造コストが安価となる洗浄装置を提供できるとともに、一定条件の樹脂粉を使用できるため、装飾性等に優れた立体成形品を安定して製造することができる。
【0014】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を構成するにあたり、支持部材が無段階または段階的に回転することが好ましい。
このように構成することにより、成形用金型と、噴射装置との相対位置をきめ細かく制御することができる。また、成形用金型の形状等に起因して、仮に一定角度であっては樹脂粉が衝突しにくい箇所があったとしても、複数角度において樹脂粉を噴射できるので、成形用金型全体をまんべんなく洗浄することができる。
【0015】
また、本発明の別の態様は、パウダースラッシュ成形用金型に付着した残留物を除去する洗浄方法であって、下記工程(A)〜(C)を順次に含むことを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法である。
(A)パウダースラッシュ成形用金型を、支持部材に設けられた開口部を塞ぐように成形面を下方に向けて支持部材上に載置して固定する工程
(B)支持部材を回転させることで、パウダースラッシュ成形用金型を、水平軸を中心に回転させて、所定の角度に保持する工程
(C)支持部材の内部で、パウダースラッシュ成形用金型に対して、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とした樹脂粉を吹き付けて、ブラスト処理を実施することにより、当該パウダースラッシュ成形用金型の表面に付着した残留物を除去する工程
すなわち、このように回転可能な支持部材を利用して、成形用金型を所定角度に保持しながらブラスト処理を実施するため、大型かつ重量物の成形用金型であっても、残留物等の洗浄を、容易かつ精度良く実施することができる。
また、所定硬度の樹脂粉を使用して、金型表面に対してブラスト処理を施すことにより、成形用金型を傷付けることなく、効果的に金型表面に付着した残留物を除去することができる。したがって、パウダースラッシュ成形用金型の耐久性を低下させることなく、装飾性に優れた立体成形品を安定して得ることができる。
さらに、このようにドライ状態でブラスト処理を実施することにより、洗浄後の樹脂粉と、除去した残留物等との分離処理が容易になるばかりか、廃液処理や乾燥処理等の問題が生じることがない。
【0016】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を実施するにあたり、パウダースラッシュ成形用金型の表面に付着した残留物が、熱可塑性ウレタンエラストマーあるいは熱可塑性オレフィンエラストマーを主原料としてパウダースラッシュ成形した際の残留物であることが好ましい。
このように実施することにより、装飾性や加工性、あるいは耐熱性や環境特性が向上した立体成形品をパウダースラッシュ成形する場合であっても、金型表面に付着した残留物を効果的に除去することができる。
【0017】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を実施するにあたり、パウダースラッシュ成形用金型により形成される成形品における、凹凸加工の深さ、またはパウダースラッシュ成形用金型における残留物の洗浄程度を検査する検査工程をさらに含み、当該凹凸加工の深さが所定値未満、あるいは残留物の洗浄程度が所定程度以下である場合に、ブラスト処理を実施することが好ましい。
このように実施することにより、洗浄が必要な時期や条件を見極めることができ、過度に成形用金型を洗浄することがなくなり、コスト面や作業時間での優位性が得られるのはもちろんのこと、成形用金型の劣化防止をさらに図ることができる。
また、このように実施することにより、かかる洗浄方法をパウダースラッシュ成形工程中に容易に組み込むことができ、装飾性等に優れた立体成形品の歩留まりを著しく向上させることができる。
【0018】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を実施するにあたり、樹脂粉の循環工程を設け、その循環工程中で、所定粒径以下の樹脂粉を分別回収することが好ましい。
このように実施することにより、立体成形品の製造コストが低減できるとともに、一定条件の樹脂粉を使用できるため、装飾性等に優れた立体成形品を安定して製造することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を適宜参照しつつ、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置および洗浄方法に関する実施形態を具体的に説明する。
【0020】
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、図1および図2に例示するように、金型支持部30と、ブラスト処理部40と、を備えたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置20であって、
金型支持部30は、パウダースラッシュ成形用金型を固定させるとともに、当該パウダースラッシュ成形用金型84を、水平軸29を中心に回転移動させ、所定の角度に保持するための回転機構32を含む支持部材21を備えており、
ブラスト処理部40は、パウダースラッシュ成形用金型に対して樹脂粉を吹き付けるための噴射装置41を備えていることを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置20である。
【0021】
1.金型支持部
(1)基本的構成
金型支持部30は、図4(a)〜(c)に示すように、洗浄する成形用金型84を支持部材21上に載置させた後、強固に固定させるとともに、当該成形用金型84を、水平軸29を中心に回転移動させて、所定の角度に保持するための構成部位である。
ここで、金型支持部は、図2に示すように、主として、金型84を固定するための支持部材21と、水平軸29を含む回転機構32と、制御装置36と、角度調整部材34と、から構成することが好ましい。
この理由は、このような構成の金型支持部とすることにより、大型かつ重量物の成形用金型であっても、容易かつ迅速に回転移動させて、作業効率を向上させることができるためである。すなわち、支持部材を、制御装置および角度調整部材によって制御、保持された回転機構により、その位置を決定して、被洗浄物としての成形用金型の固定、回転移動、およびブラスト処理を迅速に実施することができるためである。
なお、支持部材の回転機構に関して、無段階または段階的に回転保持できることが好ましい。
この理由は、成形用金型と、噴射装置との相対位置をきめ細かく制御することができるためである。また、成形用金型の形状等に起因して、仮に一定角度であっては樹脂粉が衝突しにくい箇所があったとしても、複数角度において樹脂粉を噴射できるので、成形用金型全体をまんべんなく洗浄することができるためである。
【0022】
(2)支持部材
支持部材は、パウダースラッシュ成形用金型84が固定される開口部を有するとともに開口部がパウダースラッシュ成形用金型84によって塞がれることで閉鎖ブースを形成することができる構成であれば、特にその構成は制限されるものではないが、例えば、図2に示すように、固定された成形用金型84と一体化して閉鎖ブースを構成することが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、ブラスト処理を施した際に、樹脂粉が外部に飛散することを有効に防止することができるとともに、噴射した樹脂粉を、効率よく回収することができるためである。
また、図1に示すように、支持部材21における、金型固定位置28に正対する位置に、支持部材21の内部を支持部材21の外部から観察するための窓部23を設けることが好ましい。この理由は、成形用金型84の洗浄面(成形面)に対する樹脂粉の噴射位置や、残留物の除去状態を確認しながら、除去作業を実施することができるためである。なお、窓部の数や面積については、特に制限されるものではないが、成形用金型の視認性や、支持部材の強度等を考慮して、図1に示すように、窓部23を2個以上設けることが好ましい。
【0023】
(3)固定具
支持部材21は、図2に示すように、固定具27を備え、当該固定具27により、成形用金型84を所定位置に保持した状態で、ブラスト処理を実施することが好ましい。
この理由は、このような固定具を備えた支持部材を利用することにより、支持部材に、成形用金型を固定して回転させた場合であっても、位置ずれすることなく、成形用金型に対して、精度良くブラスト処理を実施することができるためである。
ここで、固定具の形状は特に制限されるものではないが、図2に示すように、簡易的な固定が可能な爪状部や、それ一つであっても強固な固定が可能なストッパー等から構成することが好ましい。
【0024】
2.ブラスト処理部
(1)基本的構成
ブラスト処理部は、図5(a)に示すように、支持部材21上に固定された成形用金型84に対して、樹脂粉35を吹き付けてブラスト処理することにより、金型表面に付着した残留物31を除去するための構成部位である。
ここで、ブラスト処理部は、主として、噴射装置にエアーおよび樹脂粉を送り込むための移送部43、58と、支持部材21の内部に設けられるとともに、成形用金型の成形面に対して樹脂粉を吹き付けるための噴射装置41と、かかる噴射装置の位置制御手段と、からなることが好ましい。
【0025】
(2)移送部
移送部は、通常、管構造であって、図1に示すように、コンプレッサー45等によって発生させる圧縮エアーと、後に説明するサイクロン50から移送されてきた樹脂粉と、を均一に混合して、噴射装置41へ送るための構成部位であって、樹脂粉の量および流量を調整するための弁42や、エアーの圧力を制御するための圧力計46を備えていることが好ましい。
【0026】
(3)噴射装置
噴射装置は、図1に示すように、移送部43、58を経て送られてきた樹脂粉およびエアーを、成形用金型の被洗浄面に対して吹き付けるための噴射装置41であり、例えば、噴射ノズルであることが好ましい。また、かかる噴射ノズルの種類は特に制限されるものではないが、例えば、直圧式、サクション式等のいずれであっても良い。ただし、噴射時の威力がより強く、樹脂粉を高速で吹き付けることができることから、直圧式の噴射ノズルであることが好ましい。
また、噴射装置の配置、すなわち、噴射ノズルの配置や数は、洗浄する成形用金型の大きさ、形状等を考慮しつつ、さらには作業効率等を考慮して決定することが好ましい。
【0027】
(4)樹脂粉
(4)−1 モース硬度
ブラスト処理に使用する樹脂粉は、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とすることを特徴とする。このような硬度を有する樹脂粉を使用することにより、成形用金型の残留物を効果的に除去することができるとともに、成形用金型自体を傷付けることがないためである。
また、樹脂粉の主成分となる樹脂は、モース硬度で示される硬さが所定の範囲内の値であれば、特に制限されるものではないが、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、グアナミン樹脂、キシレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等であることが好ましい。中でも、他の樹脂からなる樹脂粉と比較すればさらに硬くて、硬度や形状の調整が容易になることから、ユリア樹脂あるいはメラミン樹脂を使用することが好ましい。
【0028】
ただし、研磨能力を調整するために、亜鉛、銅、ステンレス、アルミナ、ガラス、カーボン、炭化珪素、窒化珪素等からなる研磨粒子を、樹脂粉内あるいは外添して、混合することも好ましい。その場合、樹脂粉以外の構成材料の添加量を、全体量に対して、1〜50重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる樹脂粉以外の構成材料の添加量が1重量部未満の値になると、添加効果が発現しない場合があるためであり、かかる樹脂粉以外の構成材料の添加量が50重量部を超えると、成形用金型を損傷する機会が著しく増加する場合があるためである。
したがって、樹脂粉以外の構成材料の添加量を、3〜30重量部の範囲内の値とすることがより好ましく、5〜20重量部の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【0029】
また、樹脂粉以外の構成材料を添加する場合、その球相当の平均粒径(D2)を、後述する樹脂粉の平均粒径(D1)よりも小さくすることが好ましい。
この理由は、かかる樹脂粉以外の構成材料の平均粒径(D2)が、樹脂粉の平均粒径(D1)と同等以上になると、衝突機会の関係で、成形用金型を損傷する機会が著しく増加する場合があるためである。
したがって、樹脂粉の平均粒径をD1とし、樹脂粉以外の構成材料の平均粒径をD2とした場合に、D2/D1で表される比率を0.001〜0.9の範囲内の値とすることがより好ましく、0.01〜0.1の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【0030】
(4)−2 形状
また、樹脂粉の形状に関して、少なくとも一つのエッジ部を有する多角形状であることが好ましい。
この理由は、このような形状の樹脂粉を使用することにより、金型表面に付着した残留物に対して研削効果が働き、形状が球体である場合と比較して、効率よく残留物を除去することができるためである。また、このような形状の樹脂粉であれば、エアー流とともに噴出した際に、噴射装置の目づまりが生じることも少なくなるためである。
したがって、樹脂粉の形状は、具体的に、6面体〜20面体、あるいはそれ以上の多面体や、さらにはこれら多面体の粉砕物からなる形状であることが好ましい。
【0031】
(4)−3 平均粒径
また、樹脂粉の平均粒径を150〜2,000μmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる樹脂粉の平均粒径が150μm未満の値となると、金型表面に付着した残留物を除去することが困難となる場合があるためである。一方、樹脂粉の粒径が2,000μmを超えると、成形用金型の細部に入り込んだ残留物を除去することが困難となる場合があるためである。したがって、吹き付ける樹脂粉の平均粒径を180〜1,900μmの範囲内の値とすることがより好ましく、200〜1,700μmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、成形用金型の形状や大きさ等にかかわらず、さらに効果的に残留物を除去できるとともに、成形用金型への損傷が少ないことから、粒径が200〜500μmの範囲内の値である比較的粒径の小さい樹脂粉と、粒径が1,000〜1,500μmの範囲内の値である比較的粒径の大きい樹脂粉とを、例えば、10:90〜90:10の重量比の範囲で、適宜混合して使用することが好ましい。
【0032】
(4)−4 比重
また、樹脂粉の比重を1.3〜1.8の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、樹脂粉の比重が1.3未満の値となると、樹脂粉が成形用金型に衝突する際の衝突エネルギーが過度に小さくなって、金型表面に付着した残留物を効果的に除去できない場合があるためである。一方、樹脂粉の比重が1.8を越えると、樹脂粉が成形用金型に衝突した際に、樹脂粉が破壊されやすくなり、再利用することが困難になる場合があるためである。
したがって、樹脂粉の比重を1.35〜1.75の範囲内の値とすることがより好ましく、1.4〜1.7の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、樹脂粉の比重を所定範囲内の値に調整するにあたり、高分子材料以外に、ガラス、金属、セラミック材料等を適宜混合することが好ましい。
【0033】
(5)位置制御手段
(5)−1 グローブ部
噴射装置の成形用金型に対する位置を制御する手段としては、筐体を構成する支持部材の一部に、噴射装置の位置を手動により移動させるためのグローブ部を備えることが好ましい。すなわち、図5(a)に示すように、ブラスト処理する際に、作業者33が手を通して、支持部材21の外部から筐体内の噴射装置41を操作できるとともに、支持部材21および成形用金型84から構成される筐体の密閉性を保持できるようなグローブ部25を設けることが好ましい。
この理由は、大型かつ複雑な形状の成形用金型であっても、所定の洗浄面(成形面)に対して的確にブラスト処理を施すことができるとともに、吹き付けた樹脂粉が外部に飛散することを有効に防止することができるためである。
また、グローブ部は、洗浄する成形用金型の大きさ、形状等を考慮して、一対のグローブ部を、複数箇所設けることが好ましい。この理由は、このように構成することにより、作業効率を著しく高めることができるためである。
【0034】
(5)−2 サーボモータ(駆動装置)
また、噴射装置の成形用金型に対する位置を制御する別の手段として、成形用金型に対して適切に樹脂粉を吹き付けるために、少なくとも噴射装置の位置を変更可能なように駆動装置を備えることが好ましい。
すなわち、ブラスト処理部は、噴射装置から所定の樹脂粉を噴射した状態であっても、自由に三次元移動できるように、駆動装置として、例えば、図3に示すような、アームロボット13を備えることが好ましい。
この理由は、このようなアームロボットを備えることにより、洗浄する成形用金型の大きさや形状等にかかわらず、的確かつ迅速なブラスト処理が可能となるためである。
また、かかるアームロボットにおいて、アームの長さや位置を適宜制御して、上下方向の位置および成形用金型の被洗浄面(成形面)との間の距離を、常に所定範囲内に定めることが好ましい。この理由は、このような位置関係を保持するように制御することにより、常に均一なブラスト処理条件を達成することができるためである。
さらにまた、かかるアームロボットは、図3に示すように、台座上16に備えてあり、その台座16の下面には、さらに車輪16aおよびレール16bを備えることが好ましい。この理由は、台座およびこれら車輪およびレールの協働によって、アームロボットシステムの位置を水平方向においても、迅速かつ円滑に移動可能とするためである。
よって、ブラスト処理部は、成形用金型の形状や大きさに対応して、自由に三次元移動して、その位置を変えることができるため、成形用金型に対するブラスト処理を均一かつ十分に行うことができる。
【0035】
(5)−3 位置制御装置
また、噴射装置の位置制御手段として、アームロボット等の駆動装置を使用する場合には、その位置制御装置として、アームロボットの位置制御システムや洗浄する成形用金型の被洗浄面(成形面)の形状記憶装置等を含むことが好ましい。
この理由は、このような位置制御装置を備えることにより、被洗浄物である成形用金型の存在場所を正確に認識し、さらには、成形用金型の形状や大きさ等にかかわらず、ブラスト処理部において、均一かつ迅速なブラスト処理が可能となるためである。
したがって、被洗浄物である成形用金型の位置や形状等を一旦認識した後は、その認識した情報に基づいて、すばやくブラスト処理を実施することができる。
【0036】
3.樹脂粉循環部
(1)基本的構成
本発明の成形用金型の洗浄装置は、成形用金型に対して吹き付けた樹脂粉および除去された残留物を回収するとともに、所定の粒径の樹脂粉のみを分離して、再びブラスト処理部へと移送する部位である樹脂粉循環部をさらに備えることが好ましい。すなわち、図1に示すように、成形用金型に対して吹きつけられた樹脂粉および除去された残留物を回収する回収部59と、所定値以上の粒径を有する樹脂粉のみを分離収容するサイクロン51と、収容した樹脂粉をブラスト処理部へ圧送するための圧送部58と、からなる樹脂粉循環部50であることが好ましい。
この理由は、かかる樹脂粉循環部を備えることにより、一度ブラスト処理に使用した樹脂粉であっても、所定値以上の粒径を有する樹脂粉のみを回収して、再利用することができるためである。一方、成形用金型に衝突、粉砕して、所定値未満の粒径となった樹脂粉は、金型表面から除去された残留物とともにダストボックスに回収できるためである。したがって、パウダースラッシュ成形用金型の洗浄効率を著しく高めることができるようになる。
【0037】
(2)回収部
回収部59は、図1に示すように、支持部材21の一部に連結され、樹脂粉および除去された残留物を外部に回収するための管状物であることが好ましい。
また、支持部材への管状物の連結位置に関し、樹脂粉等が比重によって自動的に集中的に回収できることから、ブラスト処理時において底面となる位置に管状物を連結することが好ましい。
なお、かかる支持部材への管状物の連結位置に、下方に向かって口径が狭くなるテーパ部を設けることにより、樹脂粉等が比重によってさらに集中的に回収できることから好ましい態様である。
【0038】
(3)サイクロン
サイクロンは、回収した樹脂粉および残留物等を、風力を利用して、所定値以上の粒径を有する樹脂粉のみを、選択的に分離できる構成部品である。すなわち、図1に示すように、所定値未満の粒径となった樹脂粉および残留物は、その重量が軽いために、風力によりサイクロン51の上方部から、ダストボックス55へと回収される。一方、所定値以上の粒径を有する樹脂粉であれば、その重量によって、風力の影響を受けずに落下して、分離回収される。そして、分離回収された所定値以上の粒径を有する樹脂粉は、圧送部58を介して、ブラスト処理部40に移送され、再びブラスト処理に利用されることになる。
【0039】
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、図4(a)〜(c)および図5(a)〜(c)に例示するように、パウダースラッシュ成形用金型84の洗浄方法であって、以下の工程(A)〜(C)を順次に含むことを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型84の洗浄方法である。
(A)パウダースラッシュ成形用金型84を、実質的に水平な状態に保持された支持部材21上に、支持部材21に設けられた開口部を塞ぐように成形面を下方に向けて載置して固定する工程
(B)支持部材21を回転させることで、パウダースラッシュ成形用金型84を、水平軸29を中心に回転させて、所定の角度に保持する工程
(C)支持部材21の内部で、パウダースラッシュ成形用金型84に対して、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とした樹脂粉を吹き付けて、ブラスト処理を実施することにより、当該パウダースラッシュ成形用金型84の表面に付着した残留物を除去する工程
なお、第2実施形態において説明するパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法に使用する洗浄装置は、第1実施形態で説明したのと同様の内容とすることができるため、ここでの説明は省略する。
【0040】
2.準備工程
工程(A)を実施するに先立ち、洗浄する成形用金型として、車両用内装部材等の立体成形品をパウダースラッシュ成形する際に使用した金型を準備することが好ましい。
例えば、Ni電鋳型であって、TPUやTPOからなる樹脂パウダーを主原料として、パウダースラッシュ成形して、立体成形品を成形する際に使用した成形用金型であることが好ましい。この理由は、Ni電鋳型であれば、加熱性、冷却性、耐久性および剥離性等に比較的優れているためである。また、所定の樹脂パウダーを使用することにより、装飾性や加工性、あるいは耐熱性や環境特性が向上した立体成形品を得られる一方、従来のアルカリ洗浄では、金型表面に付着した残留物を効果的に除去することができないためである。すなわち、本発明のブラスト処理を実施することにより、従来のアルカリ洗浄で除去できない残留物を、効率的に除去することができるためである。
【0041】
3.工程(A)
工程(A)は、図4(a)〜(b)に示すように、洗浄するパウダースラッシュ成形用金型84を、実質的に水平な状態に保持された支持部材21上に、支持部材21に設けられた開口部を塞ぐように成形面を下方に向けて載置して固定する工程である。
例えば、図4(b)に示すように、水平な状態に保持されるとともに、矩形状であって、開口部を備えた筐体からなる支持部材21上に、成形用金型84の洗浄面(成形面に相当)85を下方に向けて載置するとともに、成形用金型84のフランジを利用して、フック等の固定具27により、筐体の開口部に固定することが好ましい。
この理由は、通常、パウダースラッシュ成形用金型84は、横幅が1〜2m程度の大型金型であって、かつ1トン程度の重量物であるため、支持部材21を水平な状態に保持することにより、運搬手段を用いて、正確な位置に容易かつ迅速に載置できるためである。
また、筐体の開口部に固定することにより、成形用金型84の移動が容易になるばかりか、その後のブラスト処理等の作業効率が著しく向上するためである。
【0042】
4.工程(B)
工程(B)は、図4(c)に示すように、支持部材21上に固定したパウダースラッシュ成形用金型84を、支持部材21の横幅に沿って設けてある水平軸29を中心に回転させて、所定の角度に保持する工程である。図4(c)の例では、支持部材21を90°回転させた状態で、パウダースラッシュ成形用金型84を保持してある。
ここで、成形用金型を保持する角度は、ブラスト処理を施すにあたって、効率よく作業できる角度であれば、特に制限されるものではないが、例えば、実質的に鉛直方向になるように保持することが好ましい。この理由は、成形用金型の内面に対して、樹脂粉を効率よく吹き付けることができるとともに、吹き付けられた樹脂粉および除去された残留物が自然落下して、効率よく回収できるためである。
また、成形用金型の清掃程度や清掃位置に応じて、成形用金型を保持する角度を、少なくとも二段階で変更することも好ましいし、さらには、所定角度内において、成形用金型を連続的に往復回転(部分回転)させることも好ましい。
【0043】
5.工程(C)
工程(C)は、図5(a)に示すように、所定角度に保持された成形用金型84の洗浄面(成形面)85に対して、支持部材21の内部で、所定の硬さの樹脂粉35を、噴射装置41を用いて吹き付けて、ブラスト処理することにより、金型表面に付着した残留物31を除去する工程である。
すなわち、このように実施することにより、大型かつ重量物の成形用金型であっても、作業が容易になるような角度に成形用金型を保持して、作業効率を著しく高めることができるとともに、樹脂粉の衝突エネルギーおよび樹脂粉の研削効果を有効利用して、効果的に残留物を除去することができる。
【0044】
また、樹脂粉を吹き付ける際のエアー風量を、100〜10,000リットル/分の範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、かかるエアー風量が100リットル/分未満の値となると、樹脂粉が成形用金型に衝突した際の衝突エネルギーが小さく、金型表面に付着した残留物を効果的に除去できない場合があるためである。一方、かかるエアー風量が10,000リットル/分を超えると、樹脂粉が成形用金型に衝突した際に、金型表面を過度に研磨したり、樹脂粉が破壊されやすくなって、再利用できなくなったりする場合があるためである。
したがって、樹脂粉を吹き付ける際のエアー風量を300〜5,000リットル/分の範囲内の値とすることがより好ましく、500〜3,000リットル/分の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【0045】
なお、工程(C)の終了後には、図5(b)〜(c)に示すように、付着した残留物31を除去した後の成形用金型84を、再び実質的に水平な状態に戻した後、支持部材21から取り出すことが好ましい。すなわち、成形用金型を実質的に水平な状態に戻すことにより、大型かつ重量物の成形用金型であっても、容易かつ迅速に取り出すことができ、作業効率を著しく高めることができるためである。
【0046】
6.検査工程
金型表面の残留物を除去する前工程あるいは後工程として、成形用金型の成形面の立体模様(しぼ模様)の深さを測定するための検査工程を設けることが好ましい。
このような検査工程を設けることにより、残留物を除去する前であれば、洗浄が必要な成形用金型のみを選択して、ブラスト処理を実施できるためである。また、残留物を除去した後であれば、洗浄効果を確認するとともに、未だ残留物が検知された場合には、再度ブラスト処理をすることができるためである。
【0047】
また、かかる検査工程を、図6(a)〜(c)および図7(a)〜(c)に示すような一連のパウダースラッシュ成形工程中に、金型交換工程を設けるとともに、当該金型交換工程と同時に実施することが好ましい。すなわち、例えば、図8に示すようなパウダースラッシュ成形機の金型交換部(D部)において、成形用金型の成形面のしぼ模様の深さを検査することが好ましい。
この理由は、パウダースラッシュ成形の一工程として、成形用金型の成形面に形成されたしぼ模様の深さを検査することにより、かかるしぼ模様の深さが所定値以上である場合には、当該成形用金型をパウダースラッシュ成形における次工程に移すことができるためである。一方、かかるしぼ模様の深さが所定値未満であって、成形用金型の洗浄が必要な場合には、迅速に金型を洗浄することが可能となるためである。
したがって、パウダースラッシュ成形によって得られる立体成形品の装飾性が低下することを防止することができ、装飾性に優れた立体成形品の歩留まりを著しく向上させることができるためである。
なお、しぼ模様の深さは、例えば、レーザ方式や赤外線方式の測定装置を用いて測定することができる。
【0048】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。ただし、言うまでもなく、本発明の範囲は、実施例の記載に制限されるものではない。
【0049】
[実施例1]
Ni電鋳金属からなる、深さ0.1mmのしぼ模様用微細加工が施されたパウダースラッシュ成形用金型(300mm×450mm×1.0mm)を使用し、熱可塑性ウレタンエラストマー(TPU)を主原料として所定形状の立体成形品(インパネ部材)をパウダースラッシュ成形した。このパウダースラッシュ成形を50回繰り返し使用した後、金型表面に形成されたしぼ模様の深さを、レーザ方式の測定装置として、レーザ変位計LC(キーエンス社製)を用いて測定したところ、立体成形品におけるしぼ模様の深さは0.03mmであった。
次いで、この成形用金型を、図1に示すような、洗浄装置に装着して、エッジ部を有する多角形状であるメラミン樹脂(モース硬度:4.0、粒径:1200μm、比重:1.5)を主成分とする樹脂粉を、エアー流量500リットル/分の条件で吹き付けて、ブラスト処理を施した。次いで、ブラスト処理後の成形用金型を、実施例1のパウダースラッシュ成形用金型として、以下の評価に供した。得られた結果を表1に示す。
【0050】
(1)洗浄性
ブラスト処理を施したパウダースラッシュ成形用金型を、光学顕微鏡を使用して金型表面に付着した残留物を観察し、以下の基準に従って、成形用金型の洗浄性を評価した。
◎:残留物が全く確認されない。
○:残留物が多少確認される。
△:残留物がかなり確認される。
×:残留物が全く除去されていない。
【0051】
(2)立体成形品の装飾性
ブラスト処理を施したパウダースラッシュ成形用金型を使用し、熱可塑性ウレタンエラストマー(TPU)を主原料として、所定形状の立体成形品をパウダースラッシュ成形した。次いで、前述のレーザ方式の測定装置を用いて、かかる立体成形品におけるしぼ模様の深さを10箇所において測定し、平均値を算出した。
◎:しぼ模様の深さの平均値が0.20mm以上である。
○:しぼ模様の深さの平均値が0.15mm以上である。
△:しぼ模様の深さの平均値が0.10mm以上である。
×:しぼ模様の深さの平均値が0.10mm未満である。
【0052】
(3)金型損傷性
ブラスト処理を施したパウダースラッシュ成形用金型を、再びパウダースラッシュ成形において50回使用するとともに、ブラスト処理を施した。これを10回繰り返した後、成形用金型の内面を、光学顕微鏡を使用して観察し、以下の基準に従って、ブラスト処理による金型損傷性(非損傷性)を評価した。
◎:金型の成形面は全く損傷していない。
○:金型の成形面が若干損傷している。
△:金型の成形面がかなり損傷している。
×:金型の成形が損傷して使用できない。
【0053】
(4)環境特性
パウダースラッシュ成形用金型にブラスト処理を施し、廃液処理の容易さから以下の基準にしたがって、洗浄液(樹脂粉を含む)の環境特性を評価した。
◎:廃液処理が全く不要である。
○:廃液処理は必要であるが、簡易な物理処理で済む。
△:廃液処理は必要であり、物理処理以外に簡易な化学処理を要する。
×:廃液処理は必要であり、物理処理以外に複雑な化学処理を要する。
【0054】
(5)乾燥工程
パウダースラッシュ成形用金型にブラスト処理を施し、以下の基準にしたがって、乾燥工程の必要性の評価をした。
◎:乾燥工程が全く不要である。
○:乾燥工程は必要であるが、1時間以下の処理時間で済む。
△:乾燥工程は必要であり、5時間以下の処理時間を要する。
×:乾燥工程は必要であり、5時間を越える処理時間を要する。
【0055】
[実施例2]
実施例2においては、実施例1における樹脂粉のかわりに、平均粒径がそれぞれ300μm、1,200μmであるメラミン樹脂の混合樹脂粉を用いたほかは実施例1と同様に、成形用金型に対してブラスト処理を施した後、評価を実施した。
【0056】
[実施例3]
実施例3においては、実施例1における樹脂粉のかわりに、平均粒径が900μmであるユリア樹脂からなる樹脂粉を用いたほかは、実施例1と同様に、成形用金型に対してブラスト処理を施した後、評価を実施した。
【0057】
[実施例4]
実施例4においては、実施例1における立体成形品の主原料としての熱可塑性ウレタンエラストマーの代わりに、塩化ビニル樹脂を用いた他は、実施例1と同様に、成形用金型に対してブラスト処理を施した後、評価を実施した。
【0058】
[比較例1]
比較例1においては、実施例1におけるブラスト処理に使用する樹脂粉のかわりに、モース硬度が12.0で、球状のアルミナ粒子を主成分とする樹脂粉を用いたほかは実施例1と同様に、成形用金型に対してブラスト処理を施した後、評価を実施した。
【0059】
[比較例2]
比較例2においては、平均粒径が10μmである球状のアルミナ粒子を、水とともに成形用金型に対して吹き付けて、液体ホーニングを施した。次いで、液体ホーニング後の成形用金型を、比較例2のパウダースラッシュ成形用金型とし、実施例1と同様の評価を実施した。
【0060】
【表1】
【0061】
[実施例5〜8]
実施例5〜8においては、樹脂粉以外の粉体の添加効果を検討した。すなわち、樹脂粉に対して、それ以外の粉体として、アルミナの添加量をかえて添加した以外は、実施例1と同様に、成形用金型に対してブラスト処理を施して、洗浄性等を評価した。得られた結果を表2に示す。
【0062】
【表2】
【0063】
【発明の効果】
本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置によれば、所定の支持部材を含むことにより、大型かつ重量物である成形用金型であっても容易に取り扱えるようになり、当該成形用金型を損傷させることなく、熱可塑性ウレタンエラストマー等の金型表面に付着した残留物を、容易かつ迅速に除去可能な洗浄装置を提供できるようになった。
したがって、パウダースラッシュ成形機と組み合わせることにより、装飾性の高い立体成形品を安定的に提供できるようになった。
【0064】
また、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法によれば、所定硬度の樹脂粉を使用してブラスト処理することにより、樹脂パウダーとして、熱可塑性ウレタンエラストマー等を使用した後の成形用金型であっても、当該成形用金型を損傷させることなく、その表面に付着した残留物を容易に除去することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を説明するために供する図である(その1)。
【図2】 本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を説明するために供する図である(その2)。
【図3】 本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置を説明するために供する図である(その3)。
【図4】 (a)〜(c)は、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を説明するために供する図である(その1)。
【図5】 (a)〜(c)は、本発明のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を説明するために供する図である(その2)。
【図6】 (a)〜(c)は、パウダースラッシュ成形方法を説明するために供する図である(その1)。
【図7】 (a)〜(c)は、パウダースラッシュ成形方法を説明するために供する図である(その2)。
【図8】 パウダースラッシュ成形機を説明するために供する図である。
【図9】 従来のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を説明するために供する図である(その1)。
【図10】 従来のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法を説明するために供する図である(その2)。
【符号の説明】
20:洗浄装置
21:支持部材
23:窓部
25:グローブ部
27:固定具
29:水平軸
31:残留物
32:回転機構
35:樹脂粉
41:噴射装置
84:成形用金型
Claims (11)
- 金型支持部と、ブラスト処理部と、を備えたパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置であって、
前記金型支持部は、前記パウダースラッシュ成形用金型が固定される開口部を有するとともに前記開口部が前記パウダースラッシュ成形用金型によって塞がれることで閉鎖ブースが形成される支持部材を備え、
前記支持部材は、前記パウダースラッシュ成形用金型を、水平軸を中心に回転移動させ、所定の角度に保持するための回転機構を含み、
前記ブラスト処理部は、前記支持部材の内部に設けられるとともに、前記パウダースラッシュ成形用金型の成形面に対して、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とした樹脂粉を吹き付けるための噴射装置を備えていることを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。 - 前記噴射装置を、前記支持部材の外部から操作するためのグローブ部を備えていることを特徴とする請求項1に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- 前記支持部材の内部を前記支持部材の外部から観察できるように、前記支持部材の一部に窓部が備えてあることを特徴とする請求項1または2に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- 前記ブラスト処理部は、前記噴射装置の位置を制御するためのサーボモータを備えており、自動的にブラスト処理を実施することを特徴とする請求項1または3に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- 前記パウダースラッシュ成形用金型の形状を予め記憶し、その記憶した形状に関する情報に基づいて、前記噴射装置の位置を移動させるための制御装置を備えていることを特徴とする請求項1または3に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- 前記ブラスト処理に使用した樹脂粉を循環使用するとともに、所定以下の粒径を有する樹脂粉を分別回収するためのサイクロンを備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- 前記支持部材が無段階または段階的に回転することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄装置。
- パウダースラッシュ成形用金型に付着した残留物を除去する洗浄方法であって、下記工程(A)〜(C)を順次に含むことを特徴とするパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法。
(A)前記パウダースラッシュ成形用金型を、支持部材に設けられた開口部を塞ぐように成形面を下方に向けて前記支持部材上に載置して固定する工程
(B)前記支持部材を回転させることで、パウダースラッシュ成形用金型を、水平軸を中心に回転させて、所定の角度に保持する工程
(C)前記支持部材の内部で、前記パウダースラッシュ成形用金型に対して、モース硬度が2.0〜6.0の範囲内の値である樹脂を主成分とした樹脂粉を吹き付けて、ブラスト処理を実施することにより、当該パウダースラッシュ成形用金型の表面に付着した残留物を除去する工程 - 前記パウダースラッシュ成形用金型の表面に付着した残留物が、熱可塑性ウレタンエラストマーあるいは熱可塑性オレフィンエラストマーを主原料としてパウダースラッシュ成形した際の残留物であることを特徴とする請求項8に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法。
- 前記パウダースラッシュ成形用金型により形成される成形品における、凹凸加工の深さ、または前記パウダースラッシュ成形用金型における残留物の洗浄程度を検査する検査工程をさらに含み、当該凹凸加工の深さが所定値未満、あるいは残留物の洗浄程度が所定程度以下である場合に、前記ブラスト処理を実施することを特徴とする請求項8または9に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法。
- 前記樹脂粉の循環工程を設け、その循環工程中で、所定粒径以下の樹脂粉を分別回収することを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載のパウダースラッシュ成形用金型の洗浄方法。
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