JP6429009B2

JP6429009B2 - ブロー成形方法及びブロー成形装置

Info

Publication number: JP6429009B2
Application number: JP2014218541A
Authority: JP
Inventors: 優五十嵐
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: JP2016083859A

Description

本発明は、発泡ダクト等を成形するブロー成形方法及びブロー成形方法に関するものであり、特に、生産性を向上するための改良に関する。

発泡ブロー成形品として、例えば自動車のインストルメントパネル内に取り付けられる各種空調ダクトが知られている。これら空調ダクトには、発泡した樹脂材料を成形した発泡ダクトが広く用いられている。発泡ダクトは、軽量であり、例えばポリオレフィン系樹脂等の樹脂材料に発泡剤を加えて溶融混練し、押出機のダイから押し出される発泡パリソンをブロー成形することにより容易に製造することができる。

エアコンからの空気を通風させるためのダクトでは、管状の発泡成形体を用いることにより、断熱性に優れ、軽量なダクトを実現することができる。さらに、こうしたダクトでは、製造時の発泡倍率を上げて発泡体内部の気泡を多くすることにより、断熱性、軽量さをさらに向上させることができるため、より効果的である。

こうした発泡成形体の製造方法としては、溶融樹脂を分割金型で型締めして成形する方法が広く知られている。近年では、成形技術の向上に伴い、発泡成形品の発泡倍率を向上させた量産化が可能となりつつある。

また、本出願人により先に出願されている技術として、発泡樹脂による樹脂シートと、未発泡樹脂による樹脂シートとを分割金型で型締めすることにより、管状部分および板状部分を有する発泡成形品を製造するものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１３１７７６号公報

ところで、前述の発泡ブロー成形を行った発泡成形品（発泡ダクト）においては、型締めされた金型の周囲にバリが形成され、これを除去することが必須の工程となる。一般に、ブロー成形後のバリ取りは、プレス機を用いて行うことが多く、プレス機でバリを打ち抜くことにより、金型周囲のバリが一括して除去される。

この時、バリが十分に冷却されていることが必要であり、バリの冷却が不十分であると、バリ切れが悪くなり、きれいにバリを取ることができない。例えばポリプロピレンを発泡ブロー成形する場合、プレス機でバリ打ち抜きが可能なバリ温度の上限は１００℃程度であり、これ以上の温度で打ち抜きを行うと、良好なバリ取りは難しい。

したがって、前述の発泡ブロー成形においては、バリが十分に冷却するまで待ってからプレス機によるバリ打ち抜きを行っており、時間的な損失が大きく、生産性を損なう要因となっている。

また、バリ取り後、サイズの大きなバリは、粉砕機等により粗砕、破砕してから所定量のバージン材と混合し、再度ホッパーから押出機へ投入するという一連の流れにより処理するが、サイズの大きなバリが高温状態のままでは粉砕機内や搬送経路内での詰まりの原因となる。そこで、サイズの大きなバリは、送風機等で冷却してから供給するが、冷却所要時間は発泡倍率や設定肉厚等により千差万別であり、冷却時間の見極めが難しい。また、ここでの冷却も生産性の低下に繋がる。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、冷却時間の短縮を図りながら良好なバリ取りを実施することが可能なブロー成形方法及びブロー成形装置を提供することを目的とし、品質の高い成形品を生産性良く製造し得るブロー成形方法及びブロー成形装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明のブロー成形方法は、一対の分割金型からなる金型内で発泡ブロー成形を行うブロー成形方法であって、閉鎖されたバリ逃がし用空間において、バリを一対の分割金型の双方に接触させて冷却することを特徴とする。また、本発明のブロー成形装置は、一対の分割金型からなる金型内でブロー成形を行うブロー成形装置であって、一方の分割金型のバリ逃がし空間の外側に枠形状部を設けてバリ逃がし空間を閉鎖するようにし、閉鎖されたバリ逃がし用空間において、バリを一対の分割金型の双方に接触させて冷却することを特徴とする。

バリを金型と接触させて冷却するようにすれば、バリの冷却時間が大幅短縮される。したがって、ブロー成形からバリ取りまでの一連の工程に要する時間が短時間で済み、生産性が向上する。また、バリ取り後のバリを冷却する必要もなく、直ちに粉砕して再利用することができる。

本発明のブロー成形方法及びブロー成形装置によれば、バリの冷却時間を大幅に短縮することができ、品質の高い発泡成形品を生産性良く製造することが可能である。また、本発明によれば、サイズの大きなバリを再利用する際にも、バリの冷却時間を短縮することができ、押出しの安定化を図ることが可能である。

発泡ダクトの一例を示す概略平面図である。図１に示す発泡ダクトの底面図である。発泡ダクトをブロー成形する際の態様を模式的に示す概略断面図である。バリを除去する前の発泡ダクトを示す概略平面図である。バリ打ち抜き工程を示す概略断面図である。バリ逃がし空間を設けた金型の一例を示す概略断面図である。バリ逃がし空間の浅い金型の一例を示す概略断面図である。バリを金型に接触させるための真空吸引機構を設けた金型の一例を示す概略断面図である。バリを金型に接触させるための真空吸引機構及びエアー吹き付け機構を設けた金型の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明を適用したブロー成形方法及びブロー成形装置の実施形態を、発泡ダクトの製造を例に図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２は、ブロー成形される発泡ダクト１の形状例を示すものである。本例の発泡ダクト１においては、エアコンユニット（図示せず）に接続するための供給口３が管部２の底面側中央に開設され、管部２が分岐した複数のダクト部（ここでは４本のダクト部）４，５，６，７の開放端には、それぞれ嵌め合い部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが設けられている。各ダクト部４，５，６，７は、流体を流通させる流路を有するよう筒状に構成され、前記供給口３を介してエアコンユニットから導入される冷暖風を流通させられるようになっている。したがって、本実施形態の発泡ダクト１においては、前記管部２及びダクト部４，５，６，７が管本体に相当し、内部空間が冷暖風の主流部となる。

本例の発泡ダクト１においては、ダクト自体の構造的補強、及び他の部位材に対して取り付けの際の補強等を目的として、管本体であるダクト部４，５，６，７の複数箇所に、フランジ部８（板状部分）が管本体（ダクト部４，５，６，７）の外側に連接する形で設けられている。これらフランジ部８は、２枚の発泡パリソンを重ねて押し潰したコンプレッション部として形成されるものである。

本例の発泡ダクト１の場合、前記フランジ部８は、ダクト部４，５の分岐部分やダクト部６，７の分岐部分、さらには、各ダクト部４，５，６，７の中途部や先端近傍位置において、補強や取り付け固定に必要な位置に形成されている。各フランジ部８には、必要に応じて固定用孔（図示は省略する）が穿設されており、これら固定用孔にボルト等を通し、ナットで締め付けることにより、他の管状部材や車体に設けられた支持部等に固定する。

前述の形態の発泡ダクト１は、例えば発泡剤を混合させた熱可塑性樹脂を分割金型で型締めし、ブロー成形することで成形される。ここで、前記熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレン系樹脂等を挙げることができ、１〜２０質量％のポリオレフィン系重合体や５〜４０質量％の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを混合させたブレンド樹脂等を用いることもできる。

前記ポリプロピレン系樹脂としては、２３０℃におけるメルトテンションが３０〜３５０ｍＮの範囲内のポリプロピレンが好ましい。特に、ポリプロピレン系樹脂は、長鎖分岐構造を有するプロピレン単独重合体であることが好ましく、エチレン−プロピレンブロック共重合体を添加することが更に好ましい。

ポリプロピレン系樹脂にブレンドされる水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、耐衝撃性を改善すると共に管状発泡成形体としての剛性を維持するために、ポリプロピレン系樹脂に対して５〜４０質量％、好ましくは、１５〜３０質量％の範囲で添加することが好ましい。

具体的には、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエンランダム共重合体などの水素添加ポリマーを用いる。また、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、スチレン含有量が３０質量％未満、好ましくは、２０質量％未満であり、２３０℃におけるＭＦＲ（ＪＩＳＫ−７２１０に準じて試験温度２３０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定）は１０ｇ／１０分以下、好ましくは、５．０ｇ／１０分以下で、かつ、１．０ｇ／１０分以上である。

ポリプロピレン系樹脂にブレンドされるポリオレフィン系重合体としては、低密度のエチレン−α−オレフィンが好ましく、１〜２０質量％の範囲で配合することが好ましい。低密度のエチレン−α−オレフィンは、密度０．９１ｇ／ｃｍ^３以下のものを用いることが好ましく、エチレンと炭素原子数３〜２０のα−オレフィンとを共重合して得られるエチレン−α−オレフィン共重合体が好適であり、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン、４−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ヘキセン等があり、特に、１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテン等が好適である。また、炭素原子数３〜２０のα−オレフィンは単独で用いたり、２種以上を併用したりすることも可能である。エチレン−α−オレフィン共重合体中のエチレンに基づく単量体単位の含有量は、エチレン−α−オレフィン共重合体に対して、５０〜９９質量％の範囲であることが好ましい。また、α−オレフィンに基づく単量体単位の含有量は、エチレン−α−オレフィン共重合体に対して、１〜５０質量％の範囲であることが好ましい。特に、メタロセン系触媒を用いて重合された直鎖状超低密度ポリエチレン又はエチレン系エラストマー、プロピレン系エラストマーを用いることが好ましい。

発泡剤としては、物理発泡剤、化学発泡剤及びその混合物が挙げられる。物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、及び、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤、更には、それらの超臨界流体を適用することができる。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素などを用いて作ることが好ましく、窒素であれば臨界温度−１４９．１℃、臨界圧力３．４ＭＰａ以上、二酸化炭素であれば臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａ以上とすることで作ることができる。

ブロー成形により形成される発泡ダクト１の発泡倍率は、例えば２．５倍以上であり、複数の気泡セルを有する独立気泡構造（独立気泡率が７０％以上）により構成される。本発明は、発泡倍率の高い管状発泡成形体の成形において効果的であり、係る観点から、発泡倍率３倍以上とする場合に効果が高い。厚み方向における気泡セルの平均気泡径は例えば３００μｍ未満、好ましくは、１００μｍ未満である。

また、ブロー成形により形成される発泡ダクト１は、−１０℃における引張破壊伸びが４０％以上で、かつ、常温時における引張弾性率が１０００ｋｇ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。さらに、−１０℃における引張破壊伸びが１００％以上であることが好ましい。なお、前記発泡倍率や引張破壊伸び、引張弾性率の各用語の定義は下記の通りである。

・発泡倍率：熱可塑性樹脂の密度を、ブロー成形により得られた発泡ダクトの管本体における見かけ密度で割った値である。
・引張破壊伸び：ブロー成形により得られた発泡ダクトの管本体を切り出し、−１０℃で保管後に、ＪＩＳＫ−７１１３に準じて２号形試験片として引張速度を５０ｍｍ／分で測定を行った値である。
・引張弾性率：ブロー成形により得られた発泡ダクトの管本体を切り出し、常温（２３℃）で、ＪＩＳＫ−７１１３に準じて２号形試験片として引張速度を５０ｍｍ／分で測定を行った値である。

次に、前述の発泡ダクト１のブロー成形方法及びそれに用いるブロー成形装置について説明する。図３は、発泡ダクト１をブロー成形する際の一実施形態を示す図である。

ブロー成形に際しては、先ず、押出機内で成形に用いる樹脂材料を混練して基材樹脂を作製する。バージン樹脂のみを用いて成形する場合であれば、前述の樹脂材料のバージン樹脂に、必要に応じて改質材を加えて混練し、基材樹脂を作製する。回収樹脂材料を用いる場合には、粉砕された回収樹脂材料にバージン樹脂を所定割合加え、混練して基材樹脂を作製する。

こうして準備した基材樹脂に発泡剤を添加し押出機内で混合した後、ダイ内アキュムレータ（図示せず）に貯留し、続いて、所定の樹脂量が貯留された後にリング状ピストン（図示せず）を水平方向に対して直交する方向（垂直方向）に押し下げる。そして、図３に示す環状ダイ１１のダイスリットより、例えば押出速度７００ｋｇ／時以上で、円筒状のパリソンＰとして、型締装置２０を構成する分割金型２１，２２の間に押し出す。その後、分割金型２１，２２を型締してパリソンＰを挟み込み、さらにパリソンＰ内に０．０５〜０．１５ＭＰａの圧力範囲でエアーを吹き込み、発泡ダクト１を形成する。

成形後に、冷えて固化した樹脂材料における完成品以外の部分（バリ）を粉砕して回収樹脂材料とし、この回収樹脂材料にバージン樹脂を所定割合加えた混合樹脂を用いて、再度同様のブロー成形を行う。こうした製造サイクルを繰り返すことにより、発泡ダクト１を大量生産することもできる。

樹脂成形品を一般的なブロー成形により成形する際、溶融状態の樹脂材料を金型表面の形状に賦形し、冷えて固化した状態で金型から離型し、成形品の周囲等のバリや開口部をカッター等で切除することで完成品を得る。

図４は、ブロー成形後の発泡ダクト１を分割金型２１，２２から型開きして取り出した状態を示す図である。ブロー成形後の発泡ダクト１は、製品となる発泡ダクト１の周囲に製品よりも大きなバリ３１を有しており、これを切断して除去する必要がある。

図５は、プレス機によるバリ打ち抜き工程を示す図であり、プレス機の上プラテン及び下プラテンにそれぞれ設けられ上下に対向する打ち抜き刃３２，３３により、発泡ダクト１とバリ３１とを境界線に沿って切断する。

一般的なブロー成形装置では、図６に示すように、分割金型２１，２２は、発泡ダクト１を成形するためのキャビティ２１ａ，２２ａを備えるとともに、その外周部分にピンチ部２１ｂ，２２ｂを備え、このピンチ部２１ｂ，２２ｂでパリソンを押し潰す。この部分がパーティングラインとなる。このパーティングラインの外側には、余分な発泡樹脂（バリ３１）が存在するが、分割金型２１，２２にはバリ逃がし凹部２１ｃ，２２ｃが設けられ、バリ逃がし用の空間が形成される。

バリ３１は、この分割金型２１，２２のバリ逃がし用空間に収容される形になるが、分割金型２１，２２に対する接触は不十分である。成形後のバリ３１は、時間の経過とともに収縮するため、バリ逃がし用空間が広いと（深いと）、分割金型２１，２２との密着性が悪くなる。場合によってはバリ３１が分割金型と接触しないこともある。したがって、バリ３１の冷却までに時間を要し、生産性の低下を招くことになる。

これを解消するために、例えば図７に示すように、バリ逃がしを浅くすることも考えられる。図７に示す例では、分割金型２１，２２のバリ逃がし凹部２１ｃ，２２ｃをピンチ部２１ｂ，２２ｂから後退させ、浅くした部分２１ｇ，２２ｇを形成することによりこの部分のバリ逃がし用空間を狭めることにより、バリ３１が分割金型２１，２２に接触し易くして、冷却効率を向上し、冷却時間を短縮するようにしている。

しかしながら、バリ逃がし用空間を浅くすると、ピンチ部２１ｂ，２２ｂで押し潰された樹脂材料が逃げ場を失い、発泡ダクト１のパーティングライン近傍の内面が厚肉（肉溜まり）になったり、風船状の気泡が発生する等の問題が生ずるおそれがある。

そこで、本実施形態のブロー成形方法、ブロー成形装置においては、図８に示すように、一方の分割金型２２のバリ逃がし空間の外側に枠形状部２２ｄを設けてバリ逃がし空間を閉鎖するようにし、さらに分割金型２１，２２のバリ逃がし凹部２１ｃ，２２ｃに対応して、それぞれ真空吸引機構としてエアベント２１ｅ，２２ｅを設け、バリ３１を強制的に分割金型２１，２２と接触するようにしている。本実施形態の場合、エアベント２１ｅ，２２ｅの入り口側端部に通気部材２２ｈ，２２ｈが設置され、これら通気部材２１ｈ，２２ｈを介してエアベント２１ｅ，２２ｅにより凹部２１ｃ，２２ｃ内を真空吸引するような構成とされている。通気部材２１ｈ，２２ｈは、たっ問えば表裏に連通する微細孔を多数有する多孔質板や、貫通孔を１または２以上形成した板状部材等である。エアベント２１ｅ，２２ｅにおける空吸引のタイミングは、例えば発泡ダクト１をブロー成形する際のエアー吹き込みのタイミングと同じである。

エアベント２１ｅ，２２ｅより真空吸引を行うことで、バリ３１と分割金型２１，２２の密着性を向上させることができ、バリ３１を冷却効率を向上させ、冷却時間を短縮することができる。この時、エアベント２１ｅ，２２ｅにより真空引きを行うことでバリ３１をバリ逃がし凹部２１ｃ，２２ｃに沿って予備賦形し、その後、型締めを行い、エアー吹き込み針をバリ３１に差し込んでエアー吹き込みを行い、バリ３１を中空形状とすることで、冷却性を向上させることも可能である。

通常、発泡ブロー成形においては、発泡層をブロー圧で潰さないためにブロー圧を１ｋｇ／ｃｍ^２以下と一般的なブロー成形よりも低く設定する必要があるが、前述の構成を採用すれば、製品側（発泡ダクト１側）とバリ３１側とで異なったブロー圧を設定することが可能である。そこで、バリ３１側だけ選択的に高圧（例えば１０ｋｇ／ｃｍ^２）でブローすることで、製品よりも低い発泡倍率とし、さらに冷却効率を向上させることも可能である。

さらに、図９に示すように、一方の分割金型２１に真空吸引のためのエアベント２１ｅを設け、他方の分割金型２２にエアー吹き付け用のエアベント２２ｆを設け、真空吸引とエアー吹き付けにより、バリ３１を一方の分割金型２１側に押し付けて接触させるようにすることも可能である。ただし、金型に対するバリ３１の接触面積は、先の図８に示す例の方が大きく、図８に示す構成を採用する方が冷却効率の点で良好である。

本実施形態のブロー成形方法及びブロー成形装置では、前述の通り、バリ３１を積極的に金型と接触させて冷却効率を向上させているので、製品取り出しからバリ打ち抜きまでの時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。また、バリ３１を再利用する場合にも、発泡成形品の物性に影響されることなく、バリ３１の冷却時間を短縮することが可能であり、さらには粉砕材の見掛け比重を上げることができるため、押出しの安定化を図ることも可能である。

以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。

ブロー成形条件
本実施例におけるブロー成形条件は下記の通りである。
・製品重量４８４ｇ
・バリ重量２８１０ｇ
・バリ比率８５．３０％
・金型温度２１．６℃
・樹脂温度１７９．５〜１８０℃
・ガス濃度０．２７８ｗｔ％
・設定発泡倍率３倍
・設定肉厚２〜２．５ｍｍ
・ブロー圧０．５ｋｇ／ｃｍ^２
・型締力１０ｔｏｎ（１０％）

バリ冷却の有無による相違
前記ブロー条件において、図８に示す実施態様でバリ冷却を行い、バリ冷却の有無によるバリ切れ状態の相違を調べた。実験は、冷却時間（吹き込み時間）を変えて行い（５０秒及び３０秒）、それぞれ複数回実施した。結果を表１に示す。なお、表１には、吹き込み時間やバリ冷却の有無の他、製品部やバリ部の温度（取り出し直後の温度）、製品の平均比重、発泡倍率、重量、肉厚を併せて記載した。

表１から、バリを真空吸引によって金型と接触させて冷却効率を向上することで、バリ切れ状態が良好なものとなることがわかる。バリ冷却を行わないと、設定冷却時間では、良好なバリ切れ状態を得ることができない。

１発泡ダクト
２管部
３開口部
４，５，６，７ダクト部
８フランジ部
２１，２２分割金型
２１ｂ，２２ｂピンチ部
２１ｃ，２２ｃバリ逃がし凹部
２２ｄ枠形状部
２１ｅ，２２ｅエアベント（真空吸引）
２２ｆエアベント（エアー吹き付け）

Claims

一対の分割金型からなる金型内で発泡ブロー成形を行うブロー成形方法であって、閉鎖されたバリ逃がし用空間において、バリを一対の分割金型の双方に接触させて冷却することを特徴とするブロー成形方法。
真空吸引によりバリを金型と接触させることを特徴とする請求項１記載のブロー成形方法。
一対の分割金型からなる金型内でブロー成形を行うブロー成形装置であって、一方の分割金型のバリ逃がし空間の外側に枠形状部を設けてバリ逃がし空間を閉鎖するようにし、閉鎖されたバリ逃がし用空間において、バリを一対の分割金型の双方に接触させて冷却することを特徴とするブロー成形装置。
バリを金型と接触させる真空吸引機構を備えることを特徴とする請求項３記載のブロー成形装置。