JP6898549B2

JP6898549B2 - 成形体の製造方法

Info

Publication number: JP6898549B2
Application number: JP2017036998A
Authority: JP
Inventors: 芳裕山崎; 輝雄玉田; 優五十嵐; 佑太南川
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018140575A

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

特許文献１には、Ｔダイから押し出した溶融状態の熱可塑性樹脂シートを金型内に配置し、樹脂シートを金型のキャビティに押圧して樹脂成形品を成形する方法が開示されている。

特開２０１０−２０１６６１号公報

特許文献１では、金型の前面に垂下する樹脂シートが波打った形状になる場合がある。特に、樹脂シートが発泡樹脂シートである場合には、波打ちの程度が顕著である。この結果、樹脂シートが成形された成形体の品質が低下する恐れがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂シートの波打ちを低減することが可能な成形体の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、垂下工程と、張力印加工程と、賦形工程を備え、前記垂下工程では、金型の前面側に樹脂シートを垂下させ、前記張力印加工程では、前記樹脂シートに張力を加え、前記賦形工程では、前記樹脂シートに張力を加えた状態で前記樹脂シートを前記金型に設けられたキャビティの内面に沿った形状に賦形する、成形体の製造方法が提供される。

本発明の製造方法では、樹脂シートに張力を加える張力印加工程を行うことによって、樹脂シートの波打ちを低減することができる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記張力は、前記樹脂シートの幅方向に加えられる。
好ましくは、前記張力は、エキスパンダによって加えられ、前記エキスパンダは、一対の把持ユニットを備え、前記樹脂シートの幅方向の両端が前記一対の把持ユニットによって保持され、前記一対の把持ユニットの間の距離が増大されることによって前記樹脂シートに前記張力が加えられる。
好ましくは、前記賦形工程の前に吸着工程を備え、前記吸着工程では、前記金型の前面側に垂下された樹脂シートを、前記金型の周面に沿って配置された外枠で吸着し、前記賦形工程では、前記金型により前記樹脂シートの減圧吸引を行う。
好ましくは、前記吸着工程は、前記張力印加工程の後に行われる。
好ましくは、前記外枠は、枠上部及び枠下部を備える。
好ましくは、前記枠上部及び前記枠下部のそれぞれは、前記金型の上下方向における上端及び下端から、前記金型の上下方向の長さの５０％以内に収まるように配置される。
好ましくは、前記枠上部及び前記枠下部のそれぞれは、平板形状である。
好ましくは、前記樹脂シートは、発泡樹脂シートである。

本発明の一実施形態の成形体の製造方法で利用可能な成形機１の一例を示す。金型装置３１は、図２中のＸ−Ｘ断端面図である。図１中の金型装置３１の斜視図である。外枠３３が後退した状態での金型装置３１の斜視図である。金型装置３１及び外枠３３の前面側に樹脂シート２３を垂下させている状態を示す前面斜視図である。樹脂シート２３の下端が枠下部３３ｂよりも下側に到達し、樹脂シート２３をエキスパンダ５で把持した状態を示す前面斜視図である。図５の背面斜視図である。張力印加工程を表す前面斜視図である。図７の背面斜視図である。外枠３３に樹脂シート２３を当接させた状態を示す前面斜視図である。図９の背面斜視図である。図９の状態から外枠３３で樹脂シート２３を吸着しつつ、外枠３３を後退させ、樹脂シート２３を金型３２に当接させた状態を表す図である。図１１の背面斜視図である。エキスパンダ５を金型３２の側面まで前進させた状態を表す前面斜視図である。図１３の背面斜視図である。金型３２で樹脂シート２３を減圧吸引して賦形した状態を示す前面斜視図である。型締め工程において、金型装置３１及び押圧金型３４により型締めされた状態を示す断面図である。図１７Ａは成形体２３ｍの前面斜視図である。図１７Ｂは成形体２３ｍの背面斜視図である。金型装置３１の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

１．成形機１の構成
最初に、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態の成形体の製造方法の実施に利用可能な成形機１について説明する。成形機１は、樹脂シート形成装置２と、金型装置３１を備える。樹脂シート形成装置２は、ホッパー１２と、押出機１３と、インジェクタ１６と、アキュームレータ１７と、Ｔダイ１８を備える。押出機１３とアキュームレータ１７は、連結管２５を介して連結される。アキュームレータ１７とＴダイ１８は、連結管２７を介して連結される。
以下、各構成について詳細に説明する。

＜ホッパー１２，押出機１３＞
ホッパー１２は、原料樹脂１１を押出機１３のシリンダ１３ａ内に投入するために用いられる。原料樹脂１１の形態は、特に限定されないが、通常は、ペレット状である。原料樹脂は、例えばポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂であり、ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体及びその混合物などが挙げられる。原料樹脂１１は、ホッパー１２からシリンダ１３ａ内に投入された後、シリンダ１３ａ内で加熱されることによって溶融されて溶融樹脂になる。また、シリンダ１３ａ内に配置されたスクリューの回転によってシリンダ１３ａの先端に向けて搬送される。スクリューは、シリンダ１３ａ内に配置され、その回転によって溶融樹脂を混練しながら搬送する。スクリューの基端にはギア装置が設けられており、ギア装置によってスクリューが回転駆動される。シリンダ１３ａ内に配置されるスクリューの数は、１本でもよく、２本以上であってもよい。

＜インジェクタ１６＞
シリンダ１３ａには、シリンダ１３ａ内に発泡剤を注入するためのインジェクタ１６が設けられる。原料樹脂１１を発泡させない場合は、インジェクタ１６は省略可能である。インジェクタ１６から注入される発泡剤は、物理発泡剤、化学発泡剤、及びその混合物が挙げられるが、物理発泡剤が好ましい。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、およびブタン、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、さらにはそれらの超臨界流体を用いることができる。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以上とすることにより得られる。化学発泡剤としては、酸（例：クエン酸又はその塩）と塩基（例：重曹）との化学反応により炭酸ガスを発生させるものが挙げられる。化学発泡剤は、インジェクタ１６から注入する代わりに、ホッパー１２から投入してもよい。

＜アキュームレータ１７，Ｔダイ１８＞
発泡剤が添加されている又は添加されていない溶融樹脂１１ａは、シリンダ１３ａの樹脂押出口から押し出され、連結管２５を通じてアキュームレータ１７内に注入される。アキュームレータ１７は、シリンダ１７ａとその内部で摺動可能なピストン１７ｂを備えており、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが貯留可能になっている。そして、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂１１ａが所定量貯留された後にピストン１７ｂを移動させることによって、連結管２７を通じて溶融樹脂１１ａをＴダイ１８内に設けられたスリットから押し出して垂下させて溶融状態の樹脂シート２３を形成する。

＜金型装置３１＞
図２及び図３に示すように金型装置３１は、樹脂シート２３を成形するための金型３２と、金型３２の周面３２ｓに沿って移動可能に構成された外枠３３を備える。外枠３３は、シリンダ機構などによって移動可能に構成されている。

金型３２は、略直方体状であり、前面３２ｆと、背面３２ｒと、これらの間の周面３２ｓを備える。前面３２ｆは、樹脂シート２３に対向する面であり、背面３２ｒは、前面３２ｆの反対側の面である。周面３２ｓは、上面３２ｓｔ、底面３２ｓｂ、右側面３２ｓｒ、及び左側面３２ｓｌを備える。上面３２ｓｔと底面３２ｓｂが互いに対向し、右側面３２ｓｒと左側面３２ｓｌが互いに対向する。

金型３２は、キャビティ３２ａを有し、キャビティ３２ａを取り囲むようにピンチオフ部３２ｂが設けられている。キャビティ３２ａ内には、減圧吸引孔（図示せず）が設けられており、減圧吸引孔を通じて樹脂シート２３を減圧吸引して金型３２のキャビティ３２ａの内面に沿った形状に賦形することが可能になっている。減圧吸引孔は、極小の孔であり、一端が金型３２内部を通ってキャビティ３２ａの内面にまで連通されてり、他端が減圧装置に接続されている。

外枠３３は、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂを備える。本実施形態では、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂのそれぞれは平板形状である。外枠３３には、溝状の減圧吸引孔３３ｓが設けられている。減圧吸引孔３３ｓは、減圧装置に接続されており、減圧吸引により樹脂シート２３を外枠３３に吸着できるように構成されている。

枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂは、それぞれ、金型３２の上側及び下側に配置され、独立して移動可能に構成されている。つまり、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂは、それぞれ、金型３２の上面３２ｓｔ及び底面３２ｓｂに沿って配置されており、各面に沿って平行に移動可能に構成されている。

そして、金型装置３１は、図１に示すように、押圧金型３４との間で樹脂シート２３を挟んで押圧する。押圧金型３４は、金型装置３１のピンチオフ部３２ｂと対応するピンチオフ部３４ｂを有する。また、押圧金型３４は、キャビティ３２ａと対応する押圧部３４ａを有する。キャビティ３２ａと押圧部３４ａにより形成される空間に、樹脂シート２３が充填される。

２．成形体の製造方法
ここで、図１〜図１７を用いて、本発明の一実施形態の成形体の製造方法について説明する。本実施形態の方法は、垂下工程と、張力印加工程と、吸着工程と、賦形工程と、型締め工程を備える。以下、詳細に説明する。

２−１．垂下工程
垂下工程では、図１に示すように、金型３２の前面側に樹脂シート２３を垂下させる。このとき、外枠３３は前進した状態となっている。ここで、樹脂シート２３は、溶融状態の樹脂をＴダイ１８内に設けられたスリットから押し出して垂下させることによって形成されたものであり、図４〜図６に示すように、通常、波打った形状になっている。これを解消するため、図４に示すように、金型３２及び外枠３３の前面側にある樹脂シート２３に張力を加えるためのエキスパンダ５が設けられている。エキスパンダ５は、一対の把持ユニット５ａを備える。各把持ユニット５ａは把持部５ａ１，５ａ２を備え、図５に示すように、把持部５ａ１，５ａ２の間に樹脂シート２３を把持可能になっている。また、一対の把持ユニット５ａは、その間の距離Ｌが可変になっている。一対の把持ユニット５ａが樹脂シート２３の幅方向の両端を把持した状態で距離Ｌを大きくすることによって樹脂シート２３に幅方向の張力を加えることが可能になっている。また、エキスパンダ５は、金型３２に対して、前後左右方向に相対移動が可能になっている。エキスパンダ５が金型３２に向かって相対移動することによって樹脂シート２３を金型３２のピンチオフ部３２ｂ及び外枠３３の前面に押し付けることが可能になっている。

２−２．張力印加工程
次に、張力印加工程では、樹脂シート２３に張力を加える。具体的には、図５及び図６に示すように、樹脂シート２３の下端２３ｅが枠下部３３ｂよりも下側に到達した後に、一対の把持ユニット５ａ間の距離Ｌを近づけ、把持部５ａ１，５ａ２により樹脂シート２３を把持する。樹脂シート把持工程では、金型３２及び外枠３３の前面側にある樹脂シート２３の幅方向の各端部を把持部５ａ１，５ａ２で挟むことによって樹脂シート２３を把持する。そして、図７及び図８に示すように、一対の把持ユニット５ａをそれぞれ左右方向に移動させつつ、エキスパンダ５を後方向に移動させることにより、樹脂シート２３の波打ちを低減する。樹脂シート２３が発泡樹脂シートである場合には、波打ちの程度が顕著であるので、樹脂シート２３に幅方向の張力を加える技術的意義が顕著である。そして、図９及び図１０に示されるように、エキスパンダ５を前進させ、樹脂シート２３を外枠３３の前面に当接させる。

２−３．吸着工程
吸着工程では、金型３２の前面側に垂下された樹脂シート２３を、金型３２の周面に沿って配置された外枠３３で吸着する。

具体的には、外枠３３を樹脂シート２３に当接させた状態で外枠３３の減圧吸引孔３３ｓに繋がっている減圧装置を作動させることによって樹脂シート２３を外枠３３に吸着させる。本実施形態では、図１１及び図１２に示すように、外枠３３で樹脂シート２３を吸着した状態で、外枠３３の前面が金型３２の前面とツライチとなる位置まで外枠３３を後退させる。外枠３３を後退させつつ吸引することにより、樹脂シート２３の上部及び下部を金型３２の前面３２ｆの上部及び下部に押し付けることができる。ここで、外枠３３を後退させるタイミングは特に限定されず、樹脂シート２３が外枠３３の前面に当接した直後、又は樹脂シート２３を外枠３３の前面に当接してからわずかに送れて外枠３３の後退を開始してもよい。

その後、図１３及び図１４に示すように、エキスパンダ５が金型３２の側面の略中央に位置するまで、エキスパンダ５を前進させる。これによって、金型３２のキャビティ３２ａが樹脂シート２３で塞がれ、キャビティ３２ａが密閉空間となる。ここで、本実施形態では、樹脂シート２３が幅方向に拡張されることにより金型３２及び外枠３３側に引き寄せられるので、金型３２の左右に外枠を設けたのと同等の効果が得られる。これにより、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂを移動させるときに左右の外枠との位置決めが不要になるので、外枠３３と金型３２の干渉を抑制することができる。

２−４．賦形工程
賦形工程では、樹脂シート２３に張力を加えた状態で樹脂シート２３を金型３２に設けられたキャビティ３２ａの内面に沿った形状に賦形する。本実施形態では、金型３２により樹脂シート２３の減圧吸引を行う。ここで、賦形方法はこれに限定されず、ブロー成形により樹脂シート２３を賦形することもできる。

具体的には、図１５及び図１６に示すように、金型３２により樹脂シート２３の減圧吸引を行って樹脂シート２３をキャビティ３２ａの内面に沿った形状に賦形する。

２−５．型締め工程
型締め工程では、図１６に示すように、金型装置３１及び押圧金型３４の型締めを行う。これによって、金型３２によって形成される、キャビティ３２ａの内面に沿った形状の中空の成形体２３ｍが得られる。この後は、図１７に示すように、金型３２から成形体２３ｍを取り出し、バリ２３ｂを除去することによって、所望の成形体が得られる。

３．変形例
上記実施形態では、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂは平板形状であったが、これらは、必ずしも平板形状でなくてもよい。例えば、図１８の変形例では、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂはそれぞれ、その端部において、金型３２の側面に沿って突出した突出部３３ｔｅ及び突出部３３ｂｅが形成されている。また、枠上部３３ｔ及び枠下部３３ｂのそれぞれは、金型３２の上下方向における上端及び下端から、金型３２の上下方向の長さＨの５０％以内に突出部３３ｔｅ及び突出部３３ｂｅが収まるように配置されることが好ましい。さらに好ましくは、長さＨの４０％、さらに好ましくは、３０％、さらに好ましくは、２０％、さらに好ましくは、１０％、さらに好ましくは、０％の範囲に突出部３３ｔｅ及び突出部３３ｂｅが収まるように配置される。また、別の表現では、金型３２の上下方向における上端及び下端の中点Ｍから、金型３２の上下方向に対して長さＨの０％以上の空間ＳＰが設けられる。好ましくは、１０％、さらに好ましくは、２０％、さらに好ましくは、３０％、さらに好ましくは、４０％、さらに好ましくは、５０％の空間ＳＰが設けられる。ここで、これらの数値は単なる例示であり、各数字の間の値としてもよい。このような形状の場合でも、上記実施形態と同様の作用効果によって、外枠３３と金型３２の干渉を抑制することができる。

４．その他
本実施形態は、以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態では、外枠３３には、溝状の減圧吸引孔３３ｓが設けられているが、減圧吸引孔３３ｓの形状は限定されず、例えば、円形の減圧吸引孔３３ｓが多数配置されているような構成であってもよい。
・賦形工程及び型締め工程は、同時に行ってもよく、賦形工程からわずかに遅れて型締め工程を開始してもよい。このとき、押圧金型３４により、金型３２と逆方向に樹脂シート２３の減圧吸引を行ってもよい。
・上記実施形態では、一対の金型装置３１及び押圧金型３４を用いて中空の成形体２３ｍを形成する方法を例に挙げて説明を行ったが、１つの金型装置３１を用いて、１枚の樹脂シート２３を賦形して、成形体を形成してもよい。この場合、賦形工程の後に型締め工程が不要である。
・一対の金型装置３１を用いる場合には、成形体２３ｍは中空であってもよく、成形体２３ｍ内に発泡体などを充填してもよい。
・樹脂シート２３は、発泡樹脂シートであってもよい。
・外枠３３を前進させた状態（図２参照）で樹脂シート２３を外枠３３の前面に当接させた後、金型３２を前進させてもよい。

１：成形機
２：樹脂シート形成装置
５：エキスパンダ
５ａ：把持ユニット
５ａ１：把持部
５ａ２：把持部
１１：原料樹脂
１１ａ：溶融樹脂
１２：ホッパー
１３：押出機
１３ａ：シリンダ
１６：インジェクタ
１７：アキュームレータ
１７ａ：シリンダ
１７ｂ：ピストン
１８：Ｔダイ
２３：樹脂シート
２３ｂ：バリ
２３ｅ：下端
２３ｍ：成形体
２５：連結管
２７：連結管
３１：金型装置
３２：金型
３２ａ：キャビティ
３２ｂ：ピンチオフ部
３２ｆ：前面
３２ｒ：背面
３２ｓ：周面
３２ｓｂ：底面
３２ｓｌ：左側面
３２ｓｒ：右側面
３２ｓｔ：上面
３３：外枠
３３ｂ：枠下部
３３ｌ：枠左部
３３ｒ：枠右部
３３ｔ：枠上部
３３ｓ：減圧吸引孔
３３ｔｅ：突出部
３３ｂｅ：突出部
３４：押圧金型
３４ａ：押圧面
３４ｂ：ピンチオフ部

Claims

垂下工程と、張力印加工程と、賦形工程を備え、
前記垂下工程では、溶融状態の発泡樹脂を樹脂シート形成装置のスリットから押し出すことで、金型の前面側に発泡樹脂シートを垂下させ、
前記張力印加工程では、前記発泡樹脂シートに張力を加え、
前記張力は、エキスパンダによって加えられ、
前記エキスパンダは、一対の把持ユニットを備え、
前記発泡樹脂シートの幅方向の両端が前記一対の把持ユニットによって保持され、
前記一対の把持ユニットの間の距離が増大されることによって前記発泡樹脂シートに前記張力が加えられ、
前記張力は、前記発泡樹脂シートのうち前記金型の前面側に配置される部分の前記幅方向に加えられ、
前記幅方向は、重力方向及び前記金型の開閉方向に直交する方向であり、
前記賦形工程では、前記発泡樹脂シートに前記張力を加えた状態で前記発泡樹脂シートを前記金型に設けられたキャビティの内面に沿った形状に賦形する、成形体の製造方法。
前記賦形工程の前に吸着工程を備え、
前記吸着工程では、前記金型の前面側に垂下された前記発泡樹脂シートを、前記金型の周面に沿って配置された外枠で吸着し、
前記賦形工程では、前記金型により前記発泡樹脂シートの減圧吸引を行う、請求項１に記載の方法。
前記吸着工程は、前記張力印加工程の後に行われる、請求項２に記載の方法。
前記外枠は、枠上部及び枠下部を備える、請求項２又は請求項３に記載の方法。
前記枠上部及び前記枠下部のそれぞれは、前記金型の上下方向における上端及び下端から、前記金型の上下方向の長さの５０％以内に収まるように配置される、請求項４に記載の方法。
前記枠上部及び前記枠下部のそれぞれは、平板形状である、請求項４又は請求項５に記載の方法。
垂下工程と、張力印加工程と、吸着工程と、賦形工程を備え、
前記垂下工程では、金型の前面側に樹脂シートを垂下させ、
前記張力印加工程では、前記樹脂シートに張力を加え、
前記吸着工程は、前記賦形工程の前に実施され、前記吸着工程では、前記金型の前面側に垂下された前記樹脂シートを、前記金型の周面に沿って配置された外枠で吸着し、
前記外枠は、枠上部及び枠下部を備え、
前記賦形工程では、前記樹脂シートに前記張力を加えた状態で前記樹脂シートを前記金型に設けられたキャビティの内面に沿った形状に賦形し、且つ、前記金型により前記樹脂シートの減圧吸引を行う、成形体の製造方法。