JP6755945B2 - 発泡粒子から成る成形品の製造装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ１つの部分キャビティを有する複数の部分金型を備え、これらの部分キャビティが協働して1つの成形品キャビティを形成し、部分金型の少なくとも１つがそれぞれ導入路と蒸気室とを有し、導入路を介して合成樹脂粒子が成形品キャビティに装填され、蒸気室から高温蒸気が少なくとも１つの蒸気路を介して成形品キャビティに装填されるようにした、発泡粒子から成る成形品の製造装置に関する。

さらに本発明は、合成樹脂粒子を成形品キャビティに装填し、そこで高温蒸気の導入のもとに発泡および／または融合するようにした、発泡粒子から成る成形品の製造方法に関する。

発泡粒子から成る成形品または構成部材の製造装置は、一般に２つの部分金型を有し、これらの金型はそれぞれ１つの部分キャビティを有するとともに互いに接合および離反走行することができるようにされている。接合状態ではこれらの部分キャビティは１つの成形品キャビティを形成し、その中にたとえばＥＰＰ（ビーズ法発泡ポリプロピレン）またはＥＰＳ（ビーズ法発泡ポリスチロール）から成る合成樹脂粒子を装填することができる。部分金型にはそれぞれ蒸気室が形成され、この室には１つまたは複数の蒸気発生器から高温蒸気が供給される。蒸気室からは高温蒸気が蒸気ノズルを介して成形品キャビティに装填されるので、予め成形品キャビティに装填された発泡粒子が融接または融合されることになる。

この場合導入された高温蒸気は、成形品キャビティ内にある発泡粒子を融接または融合に必要な温度（ＥＰＰでは約１６０℃、ＥＰＳでは約１２０℃）に加熱するばかりではなく、同時に部分金型、成形品キャビティの壁部および蒸気室の壁部も加熱する。

成形品キャビティ内で発泡粒子の融接または融合が行われた後に部分金型およびこれに伴って蒸気室も冷却流体、通常は冷水により約８０℃の温度に冷却され、これに基づき部分金型が互いに離されるので、成形品を取り出すもしくは離型させることができる。

高温蒸気による成形品キャビティ、部分金型および蒸気室の加熱工程および冷却水による成形品キャビティ、部分金型および蒸気室の冷却は一般に周期的に行われる。これには大きなエネルギーと高温蒸気を必要とする。なぜならこの処置では合成樹脂粒子に高温蒸気を介して融接または融合に必要なエネルギーを導入するばかりではなく、高温蒸気の主要部分は周囲にある部材、すなわち成形品キャビティ、部分金型および蒸気室を加熱するので、これらは次いで再び冷却し、その後に新しい高温蒸気で再び加熱しなければならない。この結果全体として大きなエネルギーが必要となるので、公知の方法はコストが極めて大となる。

本発明の課題は、エネルギー需要を著しく減少した発泡粒子から成る成形品の製造装置を提供することにある。

さらにエネルギー需要を減少して迅速におよび簡単に実行できる発泡粒子から成る成形品の製造方法を提供しなければならない。

この課題は製造技術的観点からは請求項１の特徴を有する装置により解決される。この場合少なくとも一方の部分金型は部分キャビティを有する第１の金型片と蒸気室を有する第２の金型片を含み、第１の金型片は第１の金型片を所定の温度に加熱および／または冷却することのできる第１の温度調整装置を有し、第２の金型片は第２の金型片を所定の温度に加熱および／または冷却することのできる第２の温度調整装置を有するようにされる。

本発明は、成形品キャビティ内での合成樹脂粒子の融接、融合および場合によっては発泡のために必要なエネルギーを専らまたはその大部分を公知のように高温蒸気により調達するが、成形品キャビティおよび蒸気室の周期的な加熱および冷却に必要なエネルギーを高温蒸気のエネルギー系とは分離するという基本的考察から出発している。このため各部分金型は複数の金型片に分割され、これらの金型片は互いに別個に温度調整、すなわち加熱および／または冷却できるようにされる。

成形品キャビティ内での発泡粒子から成る成形品の硬化には、成形品キャビティの壁部および成形品を融接または融合後に冷却する必要がある。これは、成形品キャビティの部分キャビティを形成する第１の金型片を所望の温度に加熱および／または冷却できる第１の温度調整装置により行われる。これに付加して、蒸気室を有する第２の金型片が設けられる。蒸気室は成形品キャビティ内にある成形品の硬化のために冷却する必要はないので、第２の金型片の第２の温度調整装置は蒸気室および第２の金型片を所定の温度に維持するのに用いられる。各方法サイクルにおいて加熱および冷却しなければならない構成部材もしくは質量はこれにより著しく減少され、付加的に成形品の形成に必要な高温蒸気量が減少される。なぜなら高温蒸気は主として合成樹脂粒子の発泡、融接または融合に必要なエネルギーのみを負担すれば良いからである。

本発明の有利な実施形態では、装置は少なくとも２つの部分金型から、特にそれぞれ上記の構成の第１の金型片と第２の金型片を有するまさに２つの部分金型から成るようにされる。

本発明の有利な実施形態では、第１の金型片および第２の金型片は断熱層により互いに分離および／または間隔を置いて保持されるようにされる。第１の金型片と第２の金型片の間の断熱層は、これらの両金型片間の熱移行の減少を保証するものである。このようにすれば、第１の金型片の冷却の際に第２の金型片は不必要に冷却されなくなる。第１の金型片と第２の金型片の間の断熱層に付加してまたはその代わりに、これらの両金型片間に絶縁用の空隙を形成することもできる。

好適には、第１の金型片の第１の温度調整装置は、第１の金型片内に形成され温度調整流体により貫流される少なくとも１つの流体路を有するようにされる。温度調整流体は液体または気体とすることができる。一般には加熱には熱水が、冷却には冷水が使用される。

本発明の別の実施形態では、第１の温度調整装置は、第１の温度制御装置に接続された少なくとも１つの第１の温度センサを有するようにされる。

本発明の別の実施形態では、第２の金型片の第２の温度調整装置は、第２の金型片内に形成され温度調整流体により貫流される少なくとも１つの流体路を有するようにされる。この場合第２の温度調整装置は、第２の温度制御装置に接続される少なくとも１つの第２の温度センサを有することができる。第２の温度調整装置で使用される温度調整流体は好適には同様に熱水もしくは冷水であり、第２の温度制御装置は第２の金型片の所定の温度を調整および監視するのに用いられる。

合成樹脂粒子は導入路を介して成形品キャビティに導入され、その際合成樹脂粒子は既に発泡されているかまたは成形品キャビティ内において初めて発泡される。好適には合成樹脂粒子用の導入路は、第１の金型片内に形成された少なくとも１つの第１の導入路部分と第２の金型片内に形成された第２の導入路部分を含む。

方法技術的には上述の課題は請求項９の特徴を備えた方法により解決される。この場合、第２の金型片は第２の温度調整装置により少なくとも高温蒸気の温度に相当する温度に維持され、第１の金型片は高温蒸気の導入前に第１の温度調整装置により少なくとも高温蒸気の温度に相当する温度にもたらされ、第１の金型片は成形品キャビティ内の合成樹脂粒子の発泡および／または融合後に第１の温度調整装置により離型温度に冷却されるようにされる。

この場合、第２の金型片は第２の温度調整装置により高温蒸気の温度より最大５℃下の温度に、好適には少なくとも高温蒸気の温度に相当する温度に、特に好適には高温蒸気の温度より少なくとも３℃上の温度に、特に少なくとも５℃上の温度に維持されるようにされる。

蒸気室を有する第２の金型片は、方法の実施中に第２の温度調整装置により好適には高温蒸気の温度を若干上回る（３℃〜５℃）蒸気室壁温度に調整される。この温度は方法の実施中に少なくともほぼ一定に保持される。このようにして蒸気室への進入時の高温蒸気の凝縮は避けられ、高温蒸気には再度成形品キャビティ内への進入前にエネルギーが供給される。

部分キャビティおよび成形品キャビティの壁部が形成される第１の金型片は、別個の第１の温度調整装置により方法サイクル中に繰り返し温度調整される、すなわち好適には高温蒸気の導入前に第１の金型片が第１の温度調整装置により高温蒸気の温度に相当するまたはこれを若干上回る温度にもたらされる。第１の金型片が高温蒸気の所望の温度レベルに達すると、合成樹脂粒子は導入路を介して成形品キャビティに充填される。成形品キャビティの完全な充填後に高温蒸気は蒸気発生器から好適には絶縁された蒸気ホースを介して蒸気室に、そしてそこから蒸気ノズルを介して成形品キャビティに導入される。予め加温され絶縁された金型片により高温蒸気は凝縮を回避でき、高温で成形品キャビティに達し、そこで合成樹脂粒子を融接、融合および場合により予め発泡させる。

成形品キャビティ内で発泡した合成樹脂粒子の融接または融合が行われた後に高温蒸気の導入が中止され、第１の金型片および成形品キャビティ内にある成形品も第１の温度調整装置によりたとえば約８０℃の離型温度に冷却される。離型温度に到達後に装置は開かれ、安定化した成形品を取り出すことができる。続いて装置は再び閉じられ、上述の方法が前記のサイクルで改めて行われる。

発泡粒子から成る成形品の製造装置は少なくとも２つの部分金型を有し、そのうちの少なくとも１つの部分金型および好適には両部分金型はそれぞれ上述の第１の金型片と上述の第２の金型片とを有し、上述の方法および相応する温度調整装置により温度調整される。

本発明のさらなる詳細および特徴は図面を参照した以下の実施例の記述から明らかにされる。

図１は発泡粒子から成る成形品の製造装置の開放状態を示す概略図である。 図２は合成樹脂粒子の装填時の図１の装置の閉鎖状態を示す。 図３は高温蒸気導入時の図２の装置を示す。 図４は成形品形成時の図３の装置を示す。

図1は発泡粒子から成る成形品の製造装置１０を示し、この装置は上側の第1の部分金型１１と下側の第２の部分金型１２を有する。第1の部分金型１１は下側の第1の金型片１３を有しており、その下側には部分キャビティ１４が形成されている。第1の金型片１３には第1の温度調整装置１５が付設されており、この装置は第1の金型片内に形成された流体路１６を含んでおり、この流体路は温度調整流体、たとえば熱水または冷水により矢印Ｆ_１で示すように貫流されている。第１の金型片１３には第１の温度センサ２２が配置されており、このセンサは第１の金型片１３の温度を検出し、相応する温度信号をリード線３１を介して第１の制御装置３２に発信し、この装置は破線で示すように温度調整流体の導入に影響を与えることができる。第１の温度調整装置により第１の金型片１３は極めて精確に所望の温度にもたらされ、この温度に維持される。

第１の金型片１３はその外側に断熱材２８を備えている。

断熱層３０を介在して第１の金型片１３の上には第２の金型片１９が配置され、この中に蒸気室２４が形成されている。蒸気室２４は概略表示した蒸気発生器２６から蒸気導入路２７を介して高温蒸気が供給でき、この蒸気は蒸気室２４から第１の金型片１３内に形成された複数の蒸気路１８を介して部分キャビティ１４にもたらすことができる。蒸気路１８には閉鎖弁または制御弁を配置できる（図示せず）。

第２の金型片１９には第２の温度調整装置２０が付設されており、この装置は第２の金型片１９内に配置された複数の流体路２１を含んでおり、この流体路には図示しない水源から矢印Ｆ_２で示すように温度調整流体、たとえば熱水または冷水を供給することができる。

第２の金型片１９には第２の温度センサ２３が付設されており、このセンサはリード線３３を介して第２の制御装置３４に接続されており、この装置は破線で示したように導入される温度調整流体の量および温度に作用することができる。このようにして第２の金型片１９は高い精度で所望の温度にもたらされ、この温度に維持することができる。

第２の金型片１９は外側に断熱材２９を備えている。

上側の第１の部分金型１１のこれまで述べた構成は下側の第２の部分金型１２にも適用され、相応する部材は相応する符号を付けられている。第１の部分金型１１および第２の部分金型１２はそれらの部分キャビティ１４で相対して一緒に動くことができ、部分キャビティ１４は閉鎖状態で１つの成形品キャビティＫを形成する（図２参照）。

上側の第１の部分金型１１は下側の部分金型１２とは図示の実施例では、合成樹脂粒子用の導入路３５を付設される点で異なっている。導入路３５は第１の金型片１３内に形成された第１の導入路部分１７を含んでおり、これは部分キャビティ１４に開口しており、部分キャビティ１４と反対側で第２の金型片１９内に形成された第２の導入路部分２５に移行している。

図２から図４に基づき発泡粒子から成る成形品の製造サイクルを説明する。まず両部分金型１１、１２が図１に示す互いに離れた状態から一緒に動き、両部分キャビティ１４が成形品キャビティＫを形成する。両部分金型１１、１２の第２の両金型片１９はそれぞれ第２の温度調整装置２０を介して予め決められた温度に維持されるので、蒸気室２４の壁部の温度は高温蒸気の温度の最大５℃だけ下に、好適には少なくとも高温蒸気の温度に相応するか、特に有利には使用される高温蒸気の温度の少なくとも３℃上、特に約３℃から５℃上にある。これにより蒸気室２４への進入時における高温蒸気の凝縮が避けられる。

まず両部分金型１１、１２の第１の両金型片１３がそれぞれ第１の温度調整装置１５により、図２の矢印Ｐで示すように高温蒸気の温度に相応するかまたはこれを若干上回る温度に加熱される。

第１の両金型片１３および成形品キャビティ１４の壁部が高温蒸気の温度レベルに達すると、合成樹脂粒子は導入路２５を介して成形品キャビティＫに装填される。

成形品キャビティＫの完全な充填後に高温蒸気は蒸気発生器２６からそれぞれ蒸気導入路２７を介して蒸気室２４にもたらされ、蒸気路１８を介して図３に示すように成形品キャビティＫに導入される。温度調整された金型片により高温蒸気はこの場合凝縮することなく成形品キャビティＫに達し、そこで合成樹脂粒子を融接または融合することができる。

成形品キャビティＫ内での合成樹脂粒子の融接または融合後に高温蒸気の導入は停止され（図４参照）、両部分金型１１、１２の第１の両金型片１３はそれぞれ第１の温度調整装置１５によりたとえば８０℃の離型温度に冷却される（図４参照）。離型温度に達した後に装置１０が開かれ、安定した成形品が取り出される。したがって再び図１に示した状態になり、そこから上述のサイクルが再び行われる。

１０ 成形品の製造装置
１１ 第１の部分金型
１２ 第２の部分金型
１３ 第１の金型片
１４ 部分キャビティ
１５ 第１の温度調整装置
１６ 流体路
１７ 導入路部分
１８ 蒸気路
１９ 第２の金型片
２０ 第２の温度調整装置
２１ 流体路
２２ 第１の温度センサ
２３ 第２の温度センサ
２４ 蒸気室
２５ 導入路
２６ 蒸気発生器
２７ 蒸気導入路
２８ 断熱材
２９ 断熱材
３０ 断熱層
３１ リード線
３２ 第１の制御装置
３３ リード線
３４ 第２の制御装置
３５ 導入路
Ｋ 成形品キャビティ
Ｐ 合成樹脂粒子

Claims (10)

1. それぞれ部分キャビティ（１４）を有する複数の部分金型（１１、１２）を備え、前記部分キャビティ（１４）が協働して１つの成形品キャビティ（Ｋ）を形成し、前記複数の部分金型（１１、１２）の少なくとも１つが導入路（３５）と蒸気室（２４）とを備え、前記導入路（３５）から合成樹脂粒子が前記成形品キャビティ（Ｋ）に装填され、蒸気室から高温蒸気が少なくとも１つの蒸気路（１８）を介して前記成形品キャビティ（Ｋ）に装填されるようにした発泡粒子から成る成形品の製造装置（１０）において、前記複数の部分金型（１１、１２）の少なくとも１つが前記部分キャビティ（１４）を有する第１の金型片（１３）と前記蒸気室（２４）を有する第２の金型片（１９）とを含み、前記第１の金型片（１３）が第１の温度調整装置（１５）を有し、前記第１の温度調整装置（１５）により前記第１の金型片（１３）を所定の温度に加熱および冷却の少なくとも一方ができるようにし、前記第２の金型片（１９）が第２の温度調整装置（２０）を有し、前記第２の温度調整装置（２０）により前記第２の金型片（１９）を所定の温度に加熱および冷却の少なくとも一方ができるようにしたことを特徴とする装置。
2. それぞれ前記第１の金型片（１３）と前記第２の金型片（１９）を有する少なくとも２つの部分金型（１１、１２）が設けられることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第１の金型片（１３）と前記第２の金型片（１９）が断熱層（３０）により互いに分離されるおよび／または間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記第１の金型片（１３）の前記第１の温度調整装置（１５）が、前記第１の金型片（１３）内に形成され温度調整流体により貫流される少なくとも１つの流体路（１６）を有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
5. 前記第１の温度調整装置（１５）が、第１の温度制御装置（３２）に接続された少なくとも１つの第１の温度センサ（２２）を有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
6. 前記第２の金型片（１９）の前記第２の温度調整装置（２０）が、前記第２の金型片（１９）内に形成され温度調整流体により貫流される少なくとも１つの流体路（２１）を有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
7. 前記第２の温度調整装置（２０）が、第２の温度制御装置（３４）に接続された少なくとも１つの第２の温度センサ（２３）を有することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
8. 合成樹脂粒子用の前記導入路（３５）が、前記第１の金型片（１３）内に形成された少なくとも１つの第１の導入路部分（１７）と、前記第２の金型片（１９）内に形成された少なくとも１つの第２の導入路部分（２５）を有することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
9. 合成樹脂粒子（Ｐ）が前記成形品キャビティ（Ｋ）へ装填されそこで高温蒸気の導入のもとに発泡および融合の少なくとも一方がされる請求項１から８の１つに記載の装置により発泡粒子から成る成形品を製造する方法において、前記第２の金型片（１９）が前記第２の温度調整装置（２０）により少なくとも高温蒸気の温度に相応する温度に維持され、前記第１の金型片（１３）が高温蒸気の導入の前または導入中に前記第１の温度調整装置（１５）により少なくとも高温蒸気の温度に相応する温度にもたらされ、前記第１の金型片（１３）が前記成形品キャビティ（Ｋ）内での合成樹脂粒子の発泡後および融合後の少なくとも一方において前記第１の温度調整装置（１５）により離型温度に冷却されることを特徴とする方法。
10. 前記第２の金型片（１９）が前記第２の温度調整装置（２０）により高温蒸気の温度より少なくとも３℃高いの温度に維持されることを特徴とする請求項９記載の方法。

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