JP7338376B2 - 発泡樹脂成形品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、発泡樹脂成形品の製造方法及び製造装置に関する。

発泡樹脂成形品を成形する方法としてコアバック法が知られている。このコアバック法によれば、キャビティの容積が可変の金型に発泡剤を含む樹脂（以下、「発泡樹脂」という。）を充填する。金型に充填された発泡樹脂は、金型との接触面から冷却され、スキン層が形成される。その後、キャビティ内の発泡樹脂の温度が適当な温度になった状態でキャビティ内の容積が拡大され、これによりスキン層の内側に気泡構造のコア層が形成される。このようにして得られた発泡樹脂成形品は、エジェクタピンによって金型から押し出される。

特開平５－４２６１０号

コアバック法により成形された樹脂成形品は、一方の金型に設けたエジェクタピンによって金型から押し出される。このとき、エジェクタピンによって加えられた力はスキン層を介してコア層に伝達され、コア層の気泡が加圧される。その結果、気泡がエジェクタピンから加えられた力によって破裂したり、エジェクタピンで押された領域の発泡ガスが周辺に広がってスキン層をコア層から剥離したり、発泡樹脂成形品の表面が膨れて成形品の外観が損なわれるおそれがある。

そこで、本発明は、発泡樹脂成形品を金型から取り出す際に生じ得る問題を解消し、優れた品質の外観を有する発泡樹脂成形品を製造できる製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の実施形態に係る発泡樹脂成形品の製造方法は、第１の金型と第２の金型の分離面に形成されたキャビティに発泡性の樹脂を充填して発泡樹脂成形品を製造する方法であって、
前記キャビティに前記発泡性の樹脂を充填する工程（ａ）と、
前記第１の金型に隣接する第１の樹脂部分と前記第２の金型に隣接する第２の樹脂部分を冷却するとともに、前記第２の樹脂部分を前記第１の樹脂部分よりもより冷却する工程（ｂ）と、
前記発泡性の樹脂を発泡させて前記樹脂の中に気泡を含む発泡樹脂成形品を形成する工程（ｃ）と、
前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型に残したまま前記第１の金型を前記発泡樹脂成形品から分離させる工程（ｄ）と、
前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型から前記第１の金型に向かう方向に押して、前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型から分離させる工程（ｅ）、を備え、
前記工程（ｂ）によって前記発泡樹脂成形品の表面にスキン層が形成され、
前記工程（ｃ）によって前記スキン層の内側全体に気泡を含むコア層が形成され、
前記工程（ｅ）の開始時点で、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分は、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも、外力に対する抵抗力が大きい、ことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る発泡樹脂成形品の製造装置は、第１の金型と第２の金型の分離面に形成されたキャビティに発泡性の樹脂を充填して発泡樹脂成形品を製造する装置であって、
前記第１の金型に設けた第１の冷却手段と、
前記第２の金型に設けた第２の冷却手段と、
前記第１の金型又は前記第２の金型の少なくともいずれか一方の金型を他方の金型から離れる方向に動かす金型移動手段と、
前記第２の金型に支持された前記発泡樹脂成形品を前記第１の金型に向かう方向に押し
て前記第２の金型から前記発泡樹脂成形品を分離する分離手段と、
前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、前記移動手段、及び前記分離手段を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を駆動して、前記第１の金型に隣接する第１の樹脂部分と前記第２の金型に隣接する第２の樹脂部分を冷却するとともに、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分が、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも、外力に対する抵抗力が大きくなるように、前記第２の樹脂部分を前記第１の樹脂部分よりもより冷却する、ことを特徴とする。

本発明によれば、分離手段が付勢する第２の樹脂部分において、急冷却されて硬くて厚い、抵抗力の大きなスキン層が形成されることで、発泡樹脂成形品を金型から取り出す際に生じ得る問題を解消し、優れた品質の外観を有する発泡樹脂成形品を製造できる製造装置及び製造方法を提供できる。

実施形態に係る発泡樹脂成形品の射出成形装置の概略構成を示す概略図。 図１に示す射出成形装置の金型の概略構成を示す概略図。 図１に示す射出成形装置の金型の概略構成を示す概略図。 図１に示す射出成形装置の金型の概略構成を示す概略図。 他の実施形態に係る発泡樹脂成形品の射出成形装置の金型の概略構成を示す概略図。

以下、添付図面を参照して本発明に係る発泡樹脂成形品の製造装置及び製造方法の実施形態を説明する。

［成形装置］
図１は実施形態に係る発泡樹脂成形品の射出成形装置の概要を示す。図示する射出成形装置１０は、図の右側に配置されている第１の構造（射出部）１２と、図の左側に配置されている第２の構造（成形部）１４を有する。

第１の構造１２は溶融樹脂射出部１６を含む。溶融樹脂射出部１６は、図の左右方向に伸びる略円筒形状のシリンダ（バレル）１８を有する。シリンダ１８は、第２の構造１４の近傍に射出ノズル２０を有する。射出ノズル２０は、後述する第２の構造１４に設けた樹脂注入口２２（図２～４参照）に接続されている。

シリンダ１８は、樹脂を加熱して溶融する加熱部２４を備える。シリンダ１８は、射出ノズル２０の反対側が、発泡樹脂を供給する発泡樹脂供給部２６に接続されている。

シリンダ１８は、スクリュウ２８を内蔵している。スクリュウ２８はスクリュウ駆動部３０と接続されている。

加熱部２４、発泡性能樹脂供給部２６、及びスクリュウ駆動部３０は、制御部３２に接続されており、制御部３２の指令に基づいて動作が制御される。

［成形金型］
第２の構造１４の詳細を説明する。なお、実施形態の理解を容易にするために、以下の説明及びその説明のために利用する図面では、図１に示した第２の構造１４を図１の反時計周り方向に９０度回転した状態で表し、図１の右側に現れる金型部分を上金型、図１の左側に現れる金型部分を下金型と表す。

このような表記を前提とすると、図１に示すように、第２の構造１４は、第１の構造１２から供給される溶融発泡樹脂を所定の形状に成形する成形金型３４を含み、成形金型３４は上金型（第１の金型）３６と下金型（第２の金型）３８を有する。上金型３６又は下金型３８若しくはそれらの両方は、上下方向（基準方向）に移動可能に支持されている。実施形態では、上金型３６が固定されている。下金型３８は、上下に移動可能に支持され、下金型３８を上下方向に移動する金型駆動部４０に駆動連結されている。

［キャビティ］
図２に示すように、上金型３６は下金型３８に対向する上金型面（第１の金型面）４２を有し、下金型３８は上金型３６に対向する下金型面（第２の金型面）４４を有し、これら上金型面４２と下金型面４４を合わせて形成される金型分離面に、成形品の外観形状に対応する形状のキャビティ４６が形成される。キャビティ４６は、上金型３６の下金型対向面（第１の金型面）に形成された上部キャビティ形成部分（第１のキャビティ形成部分又は第１の成形部分）４８と、下金型３８の上金型対向面（第２の金型面）に形成された下部キャビティ形成部分（第２キャビティ形成部分、第２の成形部分、キャビティ容積可変部分）５０を有し、上金型３６の上金型面４２を下金型３８の下金型面４４が互いに接触した状態で、上部キャビティ形成部分４８と下部キャビティ形成部分５０の間には成形体１１０（図３，４，５参照）に対応する形状のキャビティ４６が形成される。

実施形態では、上部キャビティ形成部分４８は下金型３８に向けて凹状の部分からなり、下部キャビティ形成部分５０は上金型３６に向けて凸状の部分からなる。

上部キャビティ形成部分４８は、図の左右方向に伸びる上壁部５２と、上壁部５２の外周端から下金型３８に向かって基準方向に伸びる第１の周壁（内壁）５４が形成されている。下部キャビティ形成部分５０は、図の左右方向に伸びる下壁部５６と、下壁部５６の外周端から上金型３６に向かって基準方向に伸びる第２の周壁（外壁）５８が形成されている。第１の周壁５４と第２の周壁５８は、基準方向から見たとき、同じ形状と大きさを有する。第１の周壁５４の高さ（基準方向の長さ）は第２の周壁５８の高さ（基準方向の長さ）よりも大きい。したがって、図１に示すように、上金型３６の上金型面４２と下金型３８の下金型面４４が接触した状態で、上金型３６の上壁部５２と下金型３８の下壁部５６との間に第１の容積を有する第１の閉鎖空間からなる第１キャビティ空間６０が形成され、上金型３６の上金型面４２と下金型３８の下金型面４４が離れた状態で、上金型３６の上壁部５２と下金型３８の下壁部５６との間に、第１の容積よりも大きな第２の容積を有する第２の閉鎖空間からなる第２キャビティ空間６２（図３参照）が形成されるようになっている。

実施形態では、下金型３８の下壁部５６には、上金型３６から離れる方向に向かって基準方向に伸びる一つ又は複数の溝（リブ形成部）６８が形成されている。

［樹脂注入口、エアベント］
実施形態では、上金型３６に樹脂注入口２２とキャビティ４６を接続するスプルー７０が形成されており、シリンダ１８から排出される溶融発泡樹脂７２が樹脂注入口２２からスプルー７０を介してキャビティ４６に供給されるようになっている。また、図示しないが、上金型３６の上金型面４２又は下金型３８の下金型面４４若しくはそれらの両方には、射出成形時にキャビティ４６内のエア又はガスを排出するためのエアベント（図示せず）が形成されている。

［エジェクタ］
下金型３８はまた、下部キャビティ形成部分５０の下壁部５６から下方（上金型３６から離れる方向に）に向かってまっすぐに伸びる一つ又は複数のエジェクタ通路７６が形成されている。エジェクタ通路７６には、エジェクタピン７８が挿入されている。エジェクタピン７８はエジェクタピン駆動部８０に連結されており、エジェクタピン駆動部８０の駆動に基づいて、図２，３に示すように、エジェクタピン７８の上端面が下部キャビティ形成部分５０の下壁部５６と同じ高さに位置する下降位置と、エジェクタピン７８の上端が下部キャビティ形成部分５０の下壁部５６から上方に突出した上昇位置との間を移動するようにしてある。図４において、エジェクタピン７８の上端は、下降位置から上昇位置に向かうまでの中途位置にあり、上昇位置に向けてさらに移動できるように構成されている。

［冷却手段］
上金型３６と下金型３８には、キャビティ４６に射出された溶融樹脂を冷却する第１の冷媒循環路８２と第２の冷媒循環路８４がそれぞれ形成されている。第１の冷媒循環路８２と第２の冷媒循環路８４はそれぞれ第１の冷媒供給回収路８６と第２の冷媒供給回収回路８８を介して第１の冷媒供給回収装置９０と第２の冷媒供給回収装置９２に接続されている。図示しないが、第１と第２の冷媒供給回収装置９０，９２は、冷媒を循環させるポンプと、高温樹脂との熱交換によって熱を回収した冷媒を冷却する冷却器を備えている。

［温度センサ］
図２～４に示すように、上金型３６のキャビティ４６に隣接する部分（例えば、上壁部５２の表面）には、キャビティ４６に充填された溶融発泡樹脂７２であってその部分に位置する溶融発泡樹脂部分の温度を検出する第１の温度検出器９４が配置されている。また、下金型３８のキャビティ４６に隣接する部分（例えば、下壁部５６の表面）には、キャビティ４６に充填された溶融発泡樹脂７２であってその部分に位置する溶融発泡樹脂部分の温度を検出する第２の温度検出器９６が配置されている。

金型駆動部４０、エジェクタピン駆動部８０、冷媒供給回収装置９０，９２、及び温度検出器９４，９６は制御部３２に接続されており、例えば、温度検出器９４，９６で検出される温度をもとに、制御部３２が金型駆動部４０、エジェクタピン駆動部８０、及び冷媒供給回収装置９０，９２が駆動するように構成されている。

［成形プロセス］
制御部３２の制御に基づく成形プロセスを説明する。
発泡樹脂供給部２６には、樹脂と発泡剤を混合した発泡樹脂が貯蔵される。樹脂には、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロンからなる熱可塑性樹脂が利用される。発泡剤は、化学発泡剤、物理発泡剤、発泡性マイクロカプセルのいずれであってもよい。微細な気泡を形成する場合、発泡剤として超臨界状態の窒素又は二酸化炭素を用いることが好ましい。

成形金型３４の上金型３６と下金型３８は、図２に示すように、上金型３６の上金型面４２と下金型３８の下金型面４４を接触させた状態で閉じている。

この状態から、制御部３２によって発泡樹脂供給部２６から発泡樹脂がシリンダ１８の内部に供給される。

制御部３２は、スクリュウ駆動部３０を駆動して、スクリュウ２８を軸周りに回転させる。制御部３２はまた、加熱部２４を起動して、シリンダ１８に投入された発泡樹脂７２を加熱して溶融する。例えば、ポリプロピレンの場合、その融点は１６５℃であるため、一般的に、２００～３０５℃まで加熱される。

溶融した発泡樹脂７２は、スクリュウ２８の回転に基づいて、成形金型３４の一つ又は複数の注入口２２から、スプルー７０を介してキャビティ４６（第１の容積を有する第１のキャビティ空間６０）に射出され、キャビティ４６内のエア又はガスと置換される。置換されたエア又はガスは、図示しないエアベントを介して排出される。

充填された発泡樹脂７２は、下金型３８に形成された溝６８にも充填されて補強リブ７４を形成する。

このとき、制御部３２からの指令に基づいて冷媒供給回収装置９０，９２が駆動しており、上金型３６と下金型３８の冷媒循環路８２，８４には冷媒が循環される。したがって、キャビティ４６に充填された発泡樹脂７２は、特にキャビティ４６内面に接触する樹脂部分が冷却され、そこにスキン層１００が形成される。

ただし、制御部３２は、第２の冷媒供給回収装置９２の冷却能力を第１の冷媒供給回収装置９０の冷却能力よりも上げて、下金型３８を上金型３６よりもより冷却する。これにより、下金型３８に隣接する発泡樹脂７２の温度は上金型３６に隣接する発泡樹脂７２の温度よりも低くなる。また、下金型３８に接する発泡樹脂７２は、上金型３６に接する発泡樹脂７２よりもより冷却される。その結果、下金型３８の近傍に形成されるスキン層１００は上金型３６の近傍に形成されるスキン層１００よりも硬く且つ厚くなり、例えば外側から内側に向かって作用する外力に対する抵抗力が大きい。

その後、制御部３２は、金型駆動部４０を駆動して下金型３８を所定量下降し、キャビティ４６の容積を第１の容積よりも大きな第２の容積を有する第２のキャビティ空間６２に拡大して、キャビティ４６の中に負圧を誘導する（図３参照）。これにより、発泡樹脂７２の内部、特にスキン層１００の内側に位置する発泡樹脂７２に含まれる発泡剤が発泡し、スキン層１００の内側全体に気泡が形成されてコア層１０２が形成される。ただし、この段階における下金型３８の下降量は、下金型３８における下部キャビティ形成部分５０の周壁５８の高さよりも小さい。したがって、上金型３６と下金型３８の間には閉鎖空間が維持される。

以上のようにして発泡処理が終了すると、制御部３２は、下金型３８を下方に移動して、図４に示すように、上金型３６と下金型３８の間に成形体取出空間を形成する。続いて、制御部３２は、エジェクタピン駆動部８０を駆動し、エジェクタピン７８を上昇させて、成形体１１０を下金型３８から分離する。（図４は、エジェクタピン７８の上端が、成形体１１０を下金型３８から分離する上昇位置に向かうまでの中途位置にあることを示している。）

このとき、成形体１１０は下金型３８に密着しているので、エジェクタピン７８に大きな力が加えられる。特に、補強リブ７４を有する成形体１１０を金型から分離する場合、エジェクタピン７８から成形体１１０に加えられる力はさらに大きい。また、エジェクタピン７８から成形体１１０に加えられた力は、成形体表面のスキン層１００から成形体内部のコア層１０２に伝達され、コア層１０２に含まれる気泡体に圧力を加える。しかし、上述のように、エジェクタピン７８が当たる成形体１１０の下部は、急冷却されて硬くて厚い、抵抗力の大きなスキン層が形成されているので、エジェクタピン７８に押されたガスの気泡が破裂するとか、エジェクタピン７８に押されたガスの移動によりスキン層１００がコア層１０２から剥離されるとか、ガスがスキン層１００を破って噴き出るということはない。そのため、発泡樹脂からなる成形体１１０の外観が損なわれることがない。

なお、非発泡樹脂の成形体の場合、一般には軽量化のために板厚を薄くするため、樹脂の一部を急冷却してもその部分の抵抗力が大きくなることはないし、逆に急冷却すると全体に反りを生じる。これに対し、実施形態の成形体のように、内部に発泡コア層を形成して厚みが大きくした発泡樹脂成形品の場合、上述のように片側を急冷却しても反りを生じることがないし、片面を急冷却することによってその部分の抵抗力を大きくすることで、エジェクタピンによる脱型時の変形も防げる。

［他の実施形態］
以上の説明では、下金型３８に下部キャビティ形成部分５０を一体的に形成したが、図５に示すように、下金型３８を、金型閉鎖時に上金型３６に接触する第１の下金型部分（本体部分）２１０と、上金型３６に対して前進後退可能な第２の下金型部分（可動部分）２１２で構成し、第２の下金型部分２１２を上金型３６に対して前進後退させることによって、上金型３６と下金型３８との間に形成されたキャビティ４６の容積を、第１の容積と、該第１の容積よりも大きな第２の容積との間で可変するようにしてもよい。

また、上述した上金型と下金型はそれぞれ任意の数に分割しても構わない。

さらに、以上の説明では、上金型と下金型の近くにそれぞれ温度検出器を設け、上金型と下金型の近くに位置するそれぞれの樹脂の温度を測定したが、これら２つの温度検出器を設ける必要はなく、少なくとも一方の温度検出器だけを設け、その検出値を用いて金型の移動を制御してもよい。また、温度検出器を設けることは必須ではなく、複数の実験データをもとに、冷却能力や冷却速度等を時間管理してもよい。

３６：第１の金型（上金型）
３８：第２の金型（下金型）
４６：キャビティ
７２：発泡性の樹脂
１１０：発泡樹脂成形品

Claims (4)

1. 第１の金型と第２の金型の分離面に形成されたキャビティに発泡性の樹脂を充填して発泡樹脂成形品を製造する方法であって、
   前記キャビティに前記発泡性の樹脂を充填する工程（ａ）と、
   前記第１の金型に隣接する第１の樹脂部分と前記第２の金型に隣接する第２の樹脂部分を冷却するとともに、前記第２の樹脂部分を前記第１の樹脂部分よりもより冷却する工程（ｂ）と、
   前記発泡性の樹脂を発泡させて前記樹脂の中に気泡を含む発泡樹脂成形品を形成する工程（ｃ）と、
   前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型に残したまま前記第１の金型を前記発泡樹脂成形品から分離させる工程（ｄ）と、
   前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型から前記第１の金型に向かう方向に押して、前記発泡樹脂成形品を前記第２の金型から分離させる工程（ｅ）、を備え、
   前記工程（ｂ）によって前記発泡樹脂成形品の表面にスキン層が形成され、
   前記工程（ｃ）によって前記スキン層の内側全体に気泡を含むコア層が形成され、
   前記工程（ｅ）の開始時点で、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分は、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも、外力に対する抵抗力が大きい、ことを特徴とする発泡樹脂成形品の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）によって前記発泡樹脂成形品の表面にスキン層が形成され、
   前記工程（ｅ）の開始時点で、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分は、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも厚い、ことを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂成形品の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）によって前記発泡樹脂成形品の表面にスキン層が形成され、
   前記工程（ｅ）の開始時点で、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分は、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも硬い、ことを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂成形品の製造方法。
4. 第１の金型と第２の金型の分離面に形成されたキャビティに発泡性の樹脂を充填して発泡樹脂成形品を製造する装置であって、
   前記第１の金型に設けた第１の冷却手段と、
   前記第２の金型に設けた第２の冷却手段と、
   前記第１の金型又は前記第２の金型の少なくともいずれか一方の金型を他方の金型から離れる方向に動かす金型移動手段と、
   前記第２の金型に支持された前記発泡樹脂成形品を前記第１の金型に向かう方向に押して前記第２の金型から前記発泡樹脂成形品を分離する分離手段と、
   前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、前記金型移動手段、及び前記分離手段を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記第１の冷却手段と前記第２の冷却手段を駆動して、前記第１の金型に隣接する第１の樹脂部分と前記第２の金型に隣接する第２の樹脂部分を冷却するとともに、前記第２の金型に隣接する前記第２の樹脂部分に形成される第２のスキン層部分が、前記第１の金型に隣接する前記第１の樹脂部分に形成される第１のスキン層部分よりも、外力に対する抵抗力が大きくなるように、前記第２の樹脂部分を前記第１の樹脂部分よりもより冷却する、ことを特徴とする発泡樹脂成形品の製造装置。

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