JP5661108B2 - 発泡樹脂成形方法と発泡樹脂成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、発泡樹脂成形に関するものである。

金型に発泡樹脂を注入して成形する発泡樹脂成形は、発泡樹脂の使用によって成形品の軽量化、材料削減を図ることが出来る反面、成形品の強度が低下するという問題があり、実用化への課題となっている。

この課題に対し、特許文献１には、金型の表面を冷却することにより成形物表面を発泡させないことにより強度低下を抑制する成形方法が記載されている。

図１０（ａ）（ｂ）では、固定型３１と移動型３２で形成されるキャビティ４２へ発泡性樹脂Ｒを充填する。固定型３１の周縁部には、取付部Ｘｂを形成するための溝３１ａが形成されている。

図１０（ｃ）では、キャビティ４２の容積が拡大する方向に移動型３２を矢印方向にコアバックする。Ｒａは発泡セル、Ｘｃは空隙率が小さなスキン層で、成型品本体に連続して取付部Ｘｂが形成されている。

このように、成形品を作成する工程において、固定型３１の溝３１ａ内に存在する発泡性樹脂Ｒの部分は、容積が相対的に少ないから、温度が室温程度である固定型３１の表面で早期に冷却、固化され、圧力低下が抑制されることにより、発泡セルＲａの成長が抑制された取付部Ｘｂが形成される。

特開２００９−０９６１０９号公報

しかしながら、この発泡樹脂成形方法では、金型表面を冷却するので、発泡しない部位は金型表面に面する樹脂の１ｍｍ以下の程度の厚み部のみとなり、強度低下を抑制する効果は少ない。或いは、適用部位の大きさが限定されるのが現状である。

本発明は、強度低下の少ない成形品を生産できる発泡樹脂成形方法を提供することを目的とする。

本発明の発泡樹脂成形方法は、第１金型と第２金型とで形成されたキャビティに、発泡性樹脂を注入して発泡させるに際し、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定し、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の入れ子を、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置し、前記キャビティ内に溶融樹脂を注入し、前記入れ子に接する部分の溶融樹脂を、前記入れ子に接する部分を除く部分の溶融樹脂より早く固化させて、前記凹部の内部と外部との間の溶融樹脂の流動の壁となる初期固化部の溶融樹脂を固化させ、前記初期固化部の溶融樹脂を固化させた後に、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定された可動中子を、前記凹部の内部に押し出すことにより、前記凹部の内部の後期固化部の溶融樹脂の圧縮および冷却を行うことを特徴とする。

本発明の発泡樹脂成形金型は、第１金型と第２金型とで形成したキャビティに発泡性樹脂を注入して発泡させる発泡樹脂成形金型において、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置され、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の入れ子と、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、前記入れ子の前記凹部の内部に押し出される可動中子を設けたことを特徴とする。

また、本発明の発泡樹脂成形金型は、第１金型と第２金型とで形成したキャビティに発泡性樹脂を注入して発泡させる発泡樹脂成形金型において、第１金型の設定温度より低い温度に設定され、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置され、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の第１入れ子と、前記キャビティの表面の一部を構成するよう枠状の第１入れ子の端部に対向して第２金型に配置され、第２金型の設定温度より低い温度に設定された環状の第２入れ子と、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、第１入れ子の前記凹部の内部に押し出される可動中子を設けたことを特徴とする。

この構成によると、第１金型と第２金型に形成されるキャビティの成型品となったときに強度が要求されている個所を形成する部分に、入れ子を配置し、キャビティに溶融樹脂を注入後、入れ子に面する樹脂は他の部分より早く固化させて、入れ子の凹部の溶融樹脂が流動できない固化樹脂の壁を形成してから、入れ子の凹部の内部の溶融樹脂を圧縮することによって、発泡気泡の大きさが小さくなる、或いは発泡ガスを樹脂内へ吸収させることで、発泡した気泡の体積が少なくなり、成形品の軽量化と使用樹脂量の低減を実現し、必要強度も確保する発泡樹脂成形を実現できる。

本発明の実施の形態１における発泡樹脂成形用金型を示す型締め状態と型開け状態の断面図 同実施の形態によって生産された成型品１３１の斜視図 同実施の形態の第１，第２入れ子１０５，１０６の斜視図 同実施の形態の成形工程図 本発明の実施の形態２の第１，第２入れ子１０５，１０６の斜視図 同実施の形態の型締め状態の断面図 図６のＸ−Ｘにおける可動ピン１０７による加圧前後の断面図 本発明の実施の形態３の型締め状態の断面図 本発明の実施の形態４の型締め状態の断面図 従来例における成形工程図

以下、本発明の発泡樹脂成形方法を、具体的な実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１における発泡樹脂成形用金型の型開き状態と型締め状態を示している。図２は生産しようとしている成型品１３１を示している。

この発泡樹脂成形用金型は、第１金型１０１と第２金型１０２の間にキャビティ１０３を形成している。

第１金型１０１のキャビティ側には、第１入れ子１０５が配置されている。第１入れ子１０５は、図３（ａ）にも示すようにキャビティ１０３に連通する凹部１０５ａが形成されており、その開口端１０５ｂはキャビティ１０３の表面の一部を構成するように配置されている。

第２金型１０２のキャビティ側には、図３（ｂ）に示す環状の第２入れ子１０６が、第１入れ子１０５に対向して、キャビティ１０３の表面の一部を構成するように配置されている。

第１，第２入れ子１０５，１０６の温度は、第１，第２金型１０１，１０２よりも低温に温度調節されている。さらに、第１入れ子１０５には、凹部１０５ａの内部に対して出退する可動中子としての可動ピン１０７が設けられている。可動ピン１０７の温度は、第１金型１０１よりも低温に温度調節されている。

第１，第２入れ子１０５，１０６、可動ピン１０７の温度調節方法は、空気、水などの冷媒を通して冷やすとか、間接的にヒートパイプで冷やすなどにより、第１，第２金型１０１，１０２より低く設定する。

この発泡樹脂成形用金型を使用して実現される発泡樹脂成形方法は、図４（ａ）〜（ｅ）の工程で成形される。

先ず、図４（ａ）に示すように、第１金型１０１と第２金型１０２を型閉じしたキャビティ１０３に、可動ピン１０７を凹部１０５ａから後退させた状態で、発泡性溶融樹脂１１１を溶融樹脂注入する。

注入された発泡性溶融樹脂１１１は、発泡ガスが溶け込んだ溶融樹脂自ら発泡することにより体積が増、図４（ｂ）に示すようにキャビティ１０３の末端に向かって広がる。白丸は発泡した気泡を表しており、その大小は気泡の大きさを示している。

気泡は成長しながら流動するために、この段階で成形品全体に存在するが、図４（ｃ）に示すように第１入れ子１０５、第２入れ子１０６に面する初期固化部１２１の溶融樹脂は、他の箇所より冷却され固化が早いので、気泡成長があまりない状態で固化する。

この初期固化部１２１は、第１入れ子１０５と第２入れ子１０６に挟み込まれ冷却、固化しており、キャビティ１０３の末端の溶融状態の後期固化部１２２と、第１入れ子１０５の凹部１０５ａの内部の溶融状態の後期固化部１２３の間の溶融樹脂の流動の壁となる。

また、固化した流動の壁は、枠状の壁形状であり、この枠状の壁は流動性が悪くなるので、枠状の壁の周囲から、充填される場合もある。

初期固化部１２１の樹脂が硬化して壁が形成された後、図４（ｄ）に示すように可動ピン１０７を第１入れ子１０５の凹部１０５ａに差し込んで、キャビティ１０３の容積を縮小して溶融状態の後期固化部１２３の溶融樹脂１１１を圧縮する。

このことにより、後期固化部１２３の溶融樹脂１１１の体積が縮小することにより、発泡気泡の大きさが小さくなる、或いは発泡ガスを樹脂内へ吸収させることで、発泡した気泡の体積が少なくなる。

その後、後期固化部１２２及び後期固化部１２３が冷却固化した状態で図４（ｅ）に示すように、第１金型１０１と第２金型１０２が開き、取り出された成形品１３１のボス部１３２は、他の部位に比べ発泡した気泡の体積が少なく形成される。
成形品１３１に形成されたボス部１３２は、成型品が電化製品等の外装ケース等の場合には、各種の電子回路基板を取り付けるタッピングネジやピンの圧入箇所として、ボス部１３２を適用できる。

なお、上記により形成された気泡の体積が少ない部位から気泡の体積が多い部位までの樹脂の密度は連続的に変化するので、形状的に応力集中がおきやすいボス部でも、応力集中が緩和され、強度が高くなる。

これにより、従来の発泡樹脂成形品に比べて、ボス部１３２の発泡した気泡の体積が少ない部位は、強度が発泡の無い通常成形品と同等となり、強度が落ちることにより発泡樹脂成形が実用できない、という問題に対して、大きく改善することができる。

なお、第１入れ子１０５、第２入れ子１０６、可動ピン１０７には、第１金型１０１、第２金型１０２より熱伝導率の高い材料、たとえば、銅合金や超硬材料を使うとよく熱を奪うので、更に効果が高くなる。第１入れ子１０５、第２入れ子１０６と第１金型１０１、第２金型１０２の間に空隙を設けると温度差をつけやすいので更によい。

（実施の形態２）
図５〜図７は実施の形態２を示す。

実施の形態１の第１入れ子１０５は、図３（ａ）に示したようにその開口端１０５ｂはキャビティ１０３の表面に環状の状態で全周が露出し、第２入れ子１０６は、図３（ｂ）に示したようにそのキャビティ１０３の表面に環状の状態で全周が露出していたが、この実施の形態２の第１，第２入れ子１０５，１０６は、図５（ａ）（ｂ）に示したように形状が変更されている。

図５（ａ）に示した第１入れ子１０５には、開口端１０５ｂに切り欠き１５１ａが形成されている。第２入れ子１０６にも図５（ｂ）に示したように第１入れ子１０５の切り欠き１５１ａに対向する個所に切り欠き１５１ｂが形成されている。図６は切り欠き１５１ａが形成された第１入れ子１０５と切り欠き１５１ｂが形成された第２入れ子１０６を、第１，第２金型１０１，１０２に組み込んだ状態を示している。この図６に示すように第１，第２入れ子１０５，１０６を第１，第２金型１０１，１０２に組み込んだ状態では、第１入れ子１０５の切り欠き１５１ａに第１金型１０１の一部が嵌り込んでいる。また、第２入れ子１０６の切り欠き１５１ｂに第２金型１０２の一部が嵌り込んでいる。その他は実施の形態１と同じである。

第１入れ子１０５の切り欠き１５１ａとこの切り欠き１５１ａに嵌り込んだ第１金型１の役割を説明する。

第１入れ子１０５に切り欠き１５１ａが形成されていない実施の形態１の場合には、初期固化部１２１が形成後、図４（ｄ）のように可動ピン１０７を後期固化部１２３内に押し込むことによりキャビティ１０３が縮小して、後期固化部１２３を加圧して、発泡気泡の大きさが小さくなる、或いは発泡ガスを樹脂内へ吸収させることで、発泡した気泡の体積が少なくなるが、図２の右側のボス部１３２ｂのように、左側のボス部１３２ａの中心孔よりも大径の中心孔を形成することが必要な場合には、可動ピン１０７を大径にすることになって、可動ピン１０７が凹部１０５ａに押し込まれることによって、後期固化部１２３の圧力が過剰に上昇して、流動の壁となる初期固化部１２１が破れ、後期固化部１２２と後期固化部１２３の間で溶融樹脂が流動することがある。このように後期固化部１２３の加圧が不足すると、ボス部１３２ｂの樹脂に十分に小さくならなかった気泡が残ったままで樹脂が硬化するため、ボス部１３２ｂの強度が不足する。

これに対して第１入れ子１０５の開口端１０５ｂの一部に切り欠き１５１ａを形成しこの切り欠き１５１ａに第１金型１を嵌め込んだ図６の場合には、初期固化部１２１の樹脂の一部がこの切り欠き１５１ａに嵌まり込んだ第１金型１の熱によって部分的にやわらかくできる。

図７（ａ）は可動ピン１０７を凹部１０５ａに押し出す前の樹脂の硬化状態を示している。この時点での図６のＸ−Ｘ断面の樹脂の状態は、切り欠き１５１ａの部分を除いて第１，第２入れ子１０５，１０６の間に挟まれた樹脂が初期固化部１２１となって硬化しており、凹部１０５ａの内外とも溶融樹脂自ら発泡して体積が増加した状態になっている。

次に、可動ピン１０７を押し出して凹部１０５ａの発泡樹脂を加圧すると、図７（ｂ）に示すように、後期固化部１２３の溶融樹脂１１１の体積が縮小することにより、発泡気泡の大きさが小さくなる、或いは発泡ガスを樹脂内へ吸収させることで、発泡した気泡の体積が少なくなる。この凹部１０５ａの内部の加圧によって、後期固化部１２３の一部の樹脂は切り欠き１５１の隙間から凹部１０５ａの外側に向かって拡張することによって、凹部１０５ａの内側の圧力が必要以上に高くなることを防止している。図７（ｂ）の破線１５２は、凹部１０５ａの外側の発泡気泡の大きい後期固化部１２２の樹脂と、可動ピン１０７による加圧によって発泡気泡の大きさが小さくなる、或いは発泡した気泡の体積が少なくなった凹部１０５ａの内周側の発泡樹脂との境界を表している。切り欠き１５１ａの樹脂は流動するが、第１入れ子１０５の開口端１０５ｂの若干の隙間であるため、オリフィス効果により圧力が高まり、後期固化部１２２より気泡が小さくなることにより、強度を高く保つことができる。

このように、中心孔がボス部１３２ｂのようにボス部１３２ａよりも大きく、ボス部の直径に比べて太い可動ピン１０７を使用する場合であっても、初期固化部１２１の流動の壁が破れることを防止できる。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３を示す。

実施の形態２では、切り欠き１５１ａが形成された第１入れ子１０５を第１金型１０１に設け、切り欠き１５１ｂが形成された第２入れ子１０６を第２金型１０２に設けたが、この実施の形態では第２金型１０２に第２入れ子１０６が設けられていない。その他は実施の形態１と同じである。

このように第２金型１０２に第２入れ子１０６を設けなかった場合には、成形品の一部を囲む枠状の初期固化部１６２の一部に、樹脂が流動できる未固化部分の樹脂流動部位１６１を若干だけ残すことができる。

これにより、可動ピン１０７が押し込み時、後期固化部１２３内が一定以上の圧力になると、後期固化部１２３から後期固化部１２２へ樹脂が流動し、後期固化部１２３内の圧力が過剰に上がることがなくなり、初期固化部１６２の流動の壁が破れることを防止できる。

樹脂流動部位１６１の樹脂は流動するが、初期固化部１６２の厚みに対し若干の厚みであるため、オリフィス効果により圧力が高まり、後期固化部１２２より気泡が小さくなることにより、強度を高く保つことができる。この方法による気泡の大きさは、
後期固化部１２２＞ 樹脂流動部位１６１ ＞ 初期固化部１６２
の順になり、板厚方向に見て、ボス根元部の気泡が緻密になることにより、要求されるボス強度を得ることができる。

これにより、従来の発泡樹脂成形品に比べて、ボス部１３２ｂ（図２）の発泡の少ない部位は強度が発泡の無い通常成形品と同等となり、強度が落ちることにより発泡樹脂成形が実用できない、という問題に対して、大きく改善することができる。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４を示す。

この実施の形態４は、図１に示した実施の形態１の第１第１金型１０１に可動中子１７１を設け、後期固化部１２２が溶融の状態で可動中子１７１を矢印の方向へバック動作させることにより、キャビティ１０３の容積が拡張して、キャビティ１０３内の圧力が部分的に下がり、高発泡部位１７２を形成することができる。その他は実施の形態１と同じである。

これにより、発泡樹脂の発泡力のみで発泡された通常発泡部位、キャビティ内の圧力を積極的に下げることで形成した高発泡部位、及び発泡気泡が少ない強度の高い部位をひとつの成形品に形成することができ、軽量化、強度確保の他に、断熱性、防音性などの機能両立ができる。

ここでは可動中子１７１を第１第１金型１０１に設けた場合を説明したが、第２金型１０２に可動中子１７１を設け、後期固化部１２２が溶融の状態で可動中子１７１をバック動作させるように構成することもできる。

この実施の形態４では実施の形態１の場合について説明したが、実施の形態２，実施の形態３についても同様に実施できる。

本発明によれば、発泡樹脂によって部品を成形した場合であっても強度を要求される個所に要求される強度を有したボス部を一体成形することができ、各種電子機器の生産性の向上に寄与する。

１０１ 第１金型
１０２ 第２金型
１０５ 第１入れ子
１０５ａ 凹部
１０５ｂ 開口端
１０６ 第２入れ子
１０７ 可動ピン（可動中子）
１１１ 発泡性溶融樹脂
１２１ 初期固化部
１２２，１２３ 後期固化部
１３１ 成形品
１３２ａ，１３２ｂ ボス部
１５１ａ，１５１ｂ 切り欠き
１６１ 樹脂流動部位
１７１ 可動中子
１７２ 高発泡部位

Claims (4)

1. 第１金型と第２金型とで形成されたキャビティに、発泡性樹脂を注入して発泡させるに際し、
   第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定し、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の入れ子を、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置し、
   前記キャビティ内に溶融樹脂を注入し、前記入れ子に接する部分の溶融樹脂を、前記入れ子に接する部分を除く部分の溶融樹脂より早く固化させて、前記凹部の内部と外部との間の溶融樹脂の流動の壁となる初期固化部の溶融樹脂を固化させ、
   前記初期固化部の溶融樹脂を固化させた後に、第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定された可動中子を、前記凹部の内部に押し出すことにより、前記凹部の内部の後期固化部の溶融樹脂の圧縮および冷却を行う
   発泡樹脂成形方法。
2. 前記枠状の入れ子の端部に切り欠きを有する
   請求項１に記載の発泡樹脂成形方法。
3. 第１金型と第２金型とで形成したキャビティに発泡性樹脂を注入して発泡させる発泡樹脂成形金型において、
   第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置され、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の入れ子と、
   第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、前記入れ子の前記凹部の内部に押し出される可動中子を設けた
   発泡樹脂成形金型。
4. 第１金型と第２金型とで形成したキャビティに発泡性樹脂を注入して発泡させる発泡樹脂成形金型において、
   第１金型の設定温度より低い温度に設定され、前記キャビティの表面の一部を構成するように配置され、前記キャビティに連通する凹部が形成された枠状の第１入れ子と、
   前記キャビティの表面の一部を構成するよう枠状の第１入れ子の端部に対向して第２金型に配置され、第２金型の設定温度より低い温度に設定された環状の第２入れ子と、
   第１金型あるいは第２金型の設定温度より低い温度に設定され、第１入れ子の前記凹部の内部に押し出される可動中子を設けた
   発泡樹脂成形金型。