JP7453518B2

JP7453518B2 - 金型及び成形体の製造方法

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Publication number: JP7453518B2
Application number: JP2020033295A
Authority: JP
Inventors: 誠治大野
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: JP2021133642A

Description

本発明は、金型及び成形体の製造方法に関する。

従来から、シート状の熱可塑性樹脂を分割金型の間に配置させて型締めをし、樹脂成形体を製造する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、溶融状態の熱可塑性樹脂シートを、一方の金型のキャビティの側方に垂下させ、熱可塑性樹脂シートを当該キャビティ側から真空吸引して吸着させ、概ねキャビティに沿った形状とした後に型締めを行う樹脂成形体の製造方法が開示されている。熱可塑性樹脂シートは、上記型締めの後、当該キャビティと対向する金型から吹き込まれた加圧流体によりキャビティ側に加圧されて、熱可塑性樹脂シートをキャビティに沿った形状に加圧形成している。

特開２０１８－５２０９３号

樹脂成型体は、金型内で冷却された後、金型を開いて離型される。しかし、熱可塑性樹脂シートを一方の金型に吸着させて他方の金型から加圧させて成形する場合、熱可塑性樹脂シートの両面において温度差が生じ、成形体に反りが発生する場合がある。

本発明は、良好に成形可能な金型及び成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の金型は、溶融樹脂シートを挟んで成形体を成形する第１金型と第２金型とを備え、前記第１金型は、前記溶融樹脂シートと当接可能な第１当接面と、前記第１当接面から突出した突出面とを有し、前記第２金型は、前記突出面と対向する位置に前記第１当接面に倣った第２当接面を有する、ことを特徴とする。

本発明の成形体の製造方法は、樹脂供給装置、第１金型及び第２金型を用いた成形体の製造方法であって、前記樹脂供給装置が前記第１金型及び前記第２金型の間に溶融樹脂シートを供給する工程と、前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記溶融樹脂シートに当接させて型締めする工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、良好に成形可能な金型及び成形体の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る樹脂成形装置の模式図である。本発明の実施形態に係る第１金型の一部を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る図２に示した第１金型の裏面側から見た拡大斜視図である。本発明の実施形態に係る図２の第１金型のＩＶ－ＩＶ断面において、第２規制部の断面を組み合わせた組合せ断面図である。本発明の実施形態に係る成形体の製造方法を示す図であり、（ａ）は型枠を溶融樹脂シートに当接させた状態を示し、（ｂ）は溶融樹脂シートを金型内に賦形させた状態を示す。本発明の実施形態に係る成形体の製造方法を示す図であり、第１金型及び第２金型を型締めした状態を示す。本発明の実施形態に係る第１金型及び第２金型を型締めした状態の拡大図であり、（ａ）は溶融樹脂シートと突出部が当接した初期の状態を示し、（ｂ）は溶融樹脂シートが当接面に当接した様子を示し、（ｃ）はスライド部が押し込まれた様子を示す。本発明の実施形態の樹脂成形装置により製造した成形体を示す図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の樹脂成形装置６０を示す図である。樹脂成形装置６０は、樹脂供給装置６１により、シート状の樹脂材である溶融樹脂シート３を成形する。溶融樹脂シート３は、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、エンジニアリングプラスチックなどから形成することができる。樹脂供給装置６１の下方には、金型１０（第１金型１、第２金型２）が配置される。

樹脂供給装置６１は、樹脂材料の供給口とされるホッパー６５と、油圧モータ６８に接続されて内部に配置されるスクリューによりホッパー６５から供給された材料を溶融、混錬する押出機６６と、を有する。押出機６６は、プランジャ７２を備えるアキュムレータ７０と接続される。溶融、混錬された樹脂材料は、押出機６６によりアキュムレータ７０に送られる。樹脂材料は、アキュムレータ７０で高圧とされてＴダイ７１に送られる。そして、適宜のタイミングでＴダイ７１のダイスリットが開かれて、ローラ７９により送り出された溶融樹脂シート３が形成される。

第１金型１及び第２金型２は、対向して配置される。本実施形態では、第１金型１及び第２金型２がそれぞれ凸型及び凹型である場合について示す。第１金型１には、後述するスライド部１２及び固定部１３を含むコア１ａが形成される。第２金型２には、コア１ａに対応するキャビティ２ａが形成され、キャビティ２ａ内に囲われた空間を吸気孔２ａ１により吸気して減圧する真空ポンプ（不図示）が設けられる。また、第２金型２の外周には、型枠２１が設けられる。

図２は、第１金型１の一部を示す斜視図である。図３は、図２の第１金型１の裏面側から見た拡大斜視図である。また、図４は、図２の第１金型１のＩＶ－ＩＶ断面において、第１規制部１６の断面を組み合わせた組合せ断面図である。第１金型１は、平板状の基部１１に対して、相対的に移動可能な複数のスライド部１２と、複数のスライド部１２の外周を囲うよう配置された固定部１３とを有する。基部１１は、図１の移動型１４に対して固定される。また、本実施形態の固定部１３は、図１に示すように移動型１４の一部として構成されるが（図４に示す一点鎖線は固定部１３と移動型１４との境界の仮想線である）、移動型１４とは別体に構成してもよい。

スライド部１２は、矩形平板状に形成され、２行３列のマトリクス状に複数配置される。スライド部１２は、略平坦な当接面１２１（第１当接面）と、当接面１２１上に形成された突出部１２２とを有する。突出部１２２には、所定の幅を有して当接面１２１と略平行で平坦な突出面１２３が形成される。図２のＡ部拡大図に示すように、突出部１２２は、３枚のスライド部１２が連設される方向である第１方向に延設される第１突出部１２２ａと、２枚のスライド部１２が連設される方向である第２方向に延設される第２突出部１２２ｂとを含む。第１突出部１２２ａ及び第２突出部１２２ｂは、直線状に複数本略等間隔で配置されており、互いに直交（交差）するように形成される。本実施形態の突出部１２２は、当接面１２１の全体に亘って略格子状に形成される。

突出面１２３の幅は、当接面１２１の幅よりも短幅で形成される。例えば、図２に示す複数の突出面１２３の幅を１５ｍｍとし、突出面１２３の第１方向及び第２方向のピッチを８０ｍｍ又は４０ｍｍ（すなわち各当接面１２１の幅は６５ｍｍ又は２５ｍｍ）とすることができる。

突出面１２３の高さ（当接面１２１から突出面１２３までの距離）は、溶融樹脂シート３の肉厚よりも薄い寸法で突出しており、例えば溶融樹脂シート３を２～３ｍｍ程度とし、突出面１２３の高さを０．５ｍｍに設定することができる。突出面１２３の当接面１２１からの高さは、溶融樹脂シート３の流動性（ＭＦＲ，メルトフローレート）等の特性に応じて、後述する型締工程における第１金型１が溶融樹脂シート３と当接する初期の第１タイミングにおいて溶融樹脂シート３が当接面１２１と当接しない高さであって、第１金型１と第２金型２との型締め力により第１タイミングの後の第２タイミングにおいて当接面１２１と当接する高さに設定される。これにより、溶融樹脂シート３に対して突出面１２３に対応する箇所の冷却を素早く開始させ、その後の当接面１２１の当接により溶融樹脂シート３全体の冷却時間を短くすることができる。

各スライド部１２の四方を囲う側面１２５には、図４のＢ部拡大図参照に示すように、スライド部１２の移動方向と平行な平行面１２５ａと、平行面１２５ａと連続して接続される傾斜面１２５ｂとが含まれる。平行面１２５ａは当接面１２１側に設けられ、傾斜面１２５ｂは裏面１２６側（基部１１側）に設けられる。傾斜面１２５ｂは、スライド部１２の板厚方向において、平行面１２５ａよりも広幅となるように形成される。従って、スライド部１２は、基部１１側へ向かうに従い全体的に窄まるように薄板の角錐台状に形成される。

スライド部１２は、基部１１が設けられる裏面１２６側において、弾発部１５及び第１規制部１６により支持される（図３及び図４等参照）。スライド部１２は、基部１１側から第２金型２側に弾発付勢されており、基部１１側及び第２金型２側への移動範囲が第１規制部１６により所定の位置で規制される。

弾発部１５は、平面視におけるスライド部１２の四隅に対応して四カ所に配置される。弾発部１５は、スライド部１２から基部１１側に立設される軸芯１５１と、基部１１側に固定されたブッシュ１５２と、軸芯１５１が挿入されたブッシュ１５２の外周周りに巻回される圧縮コイルばね１５３とを備える。軸芯１５１はブッシュ１５２を介して基部１１の軸受１１１にも摺動可能に挿通される。スライド部１２は、圧縮コイルばね１５３がスライド部１２及び基部１１を離間する方向に弾発して、当接面１２１側（換言すれば、第２金型２側）に付勢される。

第１規制部１６は、スライド部１２の当接面１２１側への移動を規制する。第１規制部１６は、平面視におけるスライド部１２の略中央位置に対応して配置される。第１規制部１６は、スライド部１２の裏面１２６から立設する円柱状の支持軸部１６１と、支持軸部１６１の端部側に形成される四角柱状の拡径部１６２とを有する。支持軸部１６１は、基部１１に設けられた貫通孔である軸受１１２に摺動可能に挿通される。拡径部１６２は、支持軸部１６１及び軸受１１２よりも大径に形成されて、移動型１４側の摺動空間１４１に配置される（図４参照）。従って、スライド部１２は、拡径部１６２が軸受１１２の周縁と当接して、基部１１から離間する方向への移動が規制される。

また、基部１１には、スライド部１２側へ向けて立設する四角柱状の第２規制部１７が設けられる。第２規制部１７は、平面視におけるスライド部１２の四辺に対応して四カ所に配置される。各第２規制部１７の端面１７１は、図４のＢ部拡大図に示すように、スライド部１２が当接面１２１側（第２金型２側）へ付勢された状態において、スライド部１２の裏面１２６と所定の間隙Ｇを設けて離間している。スライド部１２が基部１１側に押圧された場合、スライド部１２の基部１１側への移動は、第２規制部１７の端面１７１とスライド部１２の裏面１２６とが当接して規制される。スライド部１２の移動可能な幅（間隙Ｇの最大値）は、例えば、１ｍｍに設定される。

図２に戻り、固定部１３は、複数のスライド部１２の外周周りに隣接配置された矩形環状に形成される。固定部１３は、スライド部１２の当接面１２１に対して略平行な平坦面である当接面１３１（第三当接面）と、当接面１３１から連設された傾斜面である側面１３２とを有する。側面１３２からは、所定の間隔で突出した突出壁部１３４が複数設けられる。突出壁部１３４は、平面視において外側へ突出しており、当接面１３１は突出壁部１３４側にも延設される。突出壁部１３４の側面１３５は、側面１３２よりも急峻な角度で形成される。側面１３２及び突出壁部１３４には、スライド部１２に設けられた第１突出部１２２ａ又は第２突出部１２２ｂの延長方向に連設された第三突出部１３３ａ及び第四突出部１３３ｂが形成される。第三突出部１３３ａ及び第四突出部１３３ｂにおける突出面の当接面１３１からの高さは、第１突出部１２２ａ及び第２突出部１２２ｂにおける突出面１２３の当接面１２１からの高さと略同じである。また、第三突出部１３３ａ及び第四突出部１３３ｂは、第１突出部１２２ａ及び第２突出部１２２ｂと同幅で形成される。スライド部１２が第２金型２側へ付勢されている状態における、当接面１２１と当接面１３１との段差は、突出面１２３，１３３ｃの当接面１２１，１３１からの高さよりも大きく設定することができる。

第２金型２のキャビティ２ａには、対向する第１金型１の当接面１２１に倣った形状の当接面２２（第２当接面）が形成される。本実施形態の当接面２２は、当接面１２１と略平行な平坦面として形成される。例えば、第１金型１の当接面１２１が曲面又は傾斜面を有する場合では、対向する第２金型２の当接面２２の箇所は、当接面１２１に倣うように曲面又は傾斜面とすることができる。

次に成形体５の製造方法について説明する。本実施形態で製造される成形体５（図５参照）は、図１等に示す樹脂成形装置６０により形成される。まず、材料供給工程において、樹脂供給装置６１は、溶融樹脂シート３を、第１金型１及び第２金型２の間に配置されるように、垂下させて供給する（図１参照）。

賦形工程では、型枠２１を溶融樹脂シート３に向けて移動させて溶融樹脂シート３のシート面に当接させる（図５（ａ）参照）。そして、型枠２１と第２金型８１とを相対的に近づけるとともに、溶融樹脂シート３、キャビティ２ａ、及び型枠２１とで形成される空間内を吸気孔２ａ１からの吸気により減圧して、溶融樹脂シート３をキャビティ２ａに賦形させる（図５（ｂ）参照）。

型締工程では、第１金型１と、第２金型２とを相対的に接近させて、環状のピンチオフ部１ｂ，２ｂ同士が当接するように型締めする（図６参照）。すなわち、第１金型１及び第２金型２は、両側から直接挟み込むように溶融樹脂シート３に当接する。型締めによりスライド部１２が溶融樹脂シート３と当接する初期のタイミング（第１タイミング）では、図７（ａ）のＣ１部拡大図に示すように、溶融樹脂シート３は、初めにスライド部１２の突出部１２２（突出面１２３）と当接して、この突出部１２２により押圧される。固定部１３付近においても同様に、溶融樹脂シート３は、初めに固定部１３の突出部１３３（突出面１３３ｃ）と当接する。従って、溶融樹脂シート３は、格子状に形成された突出部１２２，１３３と当接した箇所から冷却が開始される。

その後、図７（ａ）の状態から所定時間経過したタイミング（上記第１タイミングよりも後の第２タイミング）で、図７（ｂ）のＣ２部拡大図に示すように、溶融樹脂シート３は、突出部１２２，１３３との当接箇所の周囲に流動して、当接面１２１，１３１と当接する。固定部１３の側面１３２，１３５側においても、溶融樹脂シート３は、突出部１３３との当接箇所の周囲に流動して側面１３２，１３５と当接する。これにより、溶融樹脂シート３の第１金型１側の面は、略全面に亘って冷却が開始される。なお、溶融樹脂シート３の突出部１２２，１３３に対応する箇所は、前述したように当接面１２１，１３１よりも先に当接するため、或いは周囲の当接面１２１，１３１と対応する箇所と比較して肉厚が薄くなるため、溶融樹脂シート３のうち格子状の領域（図５の成形体５の凹部５２に対応する領域）を優先的に冷却することができる。

スライド部１２は、第１金型１及び第２金型２の型締め力により溶融樹脂シート３から受ける抗力が弾発部１５の弾発力より大きくなると、弾発部１５の弾発力に抗して、第２金型２とは反対側（溶融樹脂シート３とは反対側）に移動する。スライド部１２の移動は、裏面１２６が第２規制部１７の端面１７１と当接することで規制される。スライド部１２が第２規制部１７と当接するまで押し込まれた場合は、図７（ｃ）のＣ３部拡大図に示すように、当接面１２１と当接面１３１とが略同一面となる。

その後、取出工程にて、第１金型１及び第２金型２を型開きさせて、金型１０内からは成形された成形体５が取り出される。また、成形体５は、全体としては完全に冷え切って硬化する前に離型され、外周のバリが取り除かれる。本実施形態の成形体５は、当接面１２１，１３１と当接した領域よりも硬化が進んだ格子状の領域（図５の凹部５２に対応する領域）を有するため、金型１０から取り出しても成形体５の全体の強度を高くすることができる。従って、金型１０から取り出した成形体５の反りを抑制することができる。成形体５は、例えば、トイレユニット、浴室ユニット、シャワーユニット、又はプレハブ等の壁面パネルとして形成することができる。

図１のＴダイ７１から垂下された溶融樹脂シート３は、第１金型１及び第２金型２のコア１ａ及びキャビティ２ａの対応範囲に亘ってシート厚みが異なる場合がある。例えば、溶融樹脂シート３は、自重によりＴダイ７１側が伸長されて、Ｔダイ７１側よりも下端側の溶融樹脂シート３の厚みが薄く形成されることが想定される。この場合、図６の型締めの際、複数のスライド部１２Ａ～１２Ｃのうち下方のスライド部１２Ｃは、上方の他のスライド部１２Ａ，１２Ｂよりも先に溶融樹脂シート３に当接し、その後、スライド部１２Ｂ及びスライド部１２Ａの順に溶融樹脂シート３に当接することとなる。また、スライド部１２Ｃに対応する下方側の溶融樹脂シート３が比較的厚い場合、スライド部１２Ｃは、スライド部１２Ａ及びスライド部１２Ｂに比べて押し込み量が多くなる。従って、各スライド部１２Ａ～１２Ｃ（図２に示すスライド部１２Ｄ～１２Ｆも同様）の押し込み量は、溶融樹脂シート３の厚みに応じて異なるように追従することができる。

従って、溶融樹脂シート３に薄い箇所が発生した場合であっても、第１金型１が溶融樹脂シート３と当接しなくなることを防止でき、溶融樹脂シート３の冷却ムラを低減することができる。

図８は、樹脂成形装置により製造された成形体５の例を示す図である。成形体５は、長矩形の略平板状に形成される。成形体５の図８に表される表面５ａは、第２金型２により成形された成形面である。また、成形体５の表面５ａとは反対側の裏面５ｂには、破線で示すように、第１金型１の当接面１２１及び突出面１２３により成形された被当接面５１及び凹部５２（５２ａ，５２ｂ）が設けられる。凹部５２ａは第１突出部１２２ａに対応し、凹部５２ｂは第２突出部１２２ｂに対応する。外周部５３は、固定部１３により形成された領域である。なお、成形体５の表面５ａは略平坦面として構成する例を示しているが、任意に凹凸を設けることができる。この場合であっても、凹部５２は、溶融樹脂シート３の肉厚よりも薄く設けられるため、成形体５の表面５ａ側への機能や意匠へ与える影響を低減することができる。

以上、本実施形態によると、溶融樹脂シート３の一方面側は第２金型２と当接させ、溶融樹脂シート３の他方面側は突出部１２２，１３６に対応する箇所の溶融樹脂シート３を先に当接させる構成としたため、溶融樹脂シート３の突出部１２２，１３６と対応する箇所の硬化速度を向上させ、全体の冷却ムラを低減して成形体５の反りを低減することができる。また、成形体５を反りにくく形成することができるため、成形体５を短い冷却時間で取り出して成形サイクルを短くし、成形体５の生産性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は各実施形態により限定されることは無く、種々の変更を加えて実施することができる。例えば、本実施形態では、第１金型１には、溶融樹脂シート３からの抗力により移動可能なスライド部１２を設けたが、溶融樹脂シート３の特性によっては、スライド部１２を設けない構成としてもよい。この場合は、第１金型１を簡易に構成することができる。

また、本実施形態では、第１金型１を凸型とし、第２金型２を凹型とする構成について説明したが、スライド部１２を有する第１金型１は凹型で構成してもよい。或いは、第１金型１とともに、第２金型２にもスライド部を設ける構成としてもよい。

また、突出部１２２における突出面１２３は、当接面１２１の一部に亘って設ける構成としてもよいが、当接面１２１（成形体５の面）の全体に対して半分以上、より好ましくは８割以上の面積となるように設けることが好ましい。当接面１２１に対する突出面１２３の面積割合を大きくすることで、成形体５の全体の強度を高めることができる。

また、突出面１２３を当接面１２１の一部に設ける場合、平坦部分（比較的曲率の小さい曲面部分を含む）が大きい当接面１２１の領域に、突出面１２３を設けることができる。例えば、突出面１２３は、上記平坦部分が当接面１２１の全体に対して３０％以上の面積を占める領域に設けることができる。突出面１２３を部分的に設けることで金型の構成を簡易にすることができる。

１第１金型１ａコア
１ｂピンチオフ部２第２金型
２ａキャビティ２ａ１吸気孔
２ｂピンチオフ部３溶融樹脂シート
５成形体５ａ表面
５ｂ裏面１０金型
１１基部１２スライド部
１２Ａ～１２Ｆスライド部１３固定部
１４移動型１５弾発部
１６第１規制部１７第２規制部
２１型枠２２当接面（第２当接面）
５１被当接面５２凹部
５２ａ凹部５２ｂ凹部
５３外周部６０樹脂成形装置
６１樹脂供給装置６５ホッパー
６６押出機６８油圧モータ
７０アキュムレータ７１Ｔダイ
７２プランジャ７９ローラ
８１第２金型１１１軸受
１１２軸受１２１当接面（第１当接面）
１２２突出部１２２ａ第１突出部
１２２ｂ第２突出部１２３突出面
１２５側面１２５ａ平行面
１２５ｂ傾斜面１２６裏面
１３１当接面（第三当接面）１３２側面
１３３ａ（１３３）第三突出部１３３ｂ（１３３）第四突出部
１３３ｃ突出面１３４突出壁部
１３５側面１３６突出部
１４１摺動空間１５１軸芯
１５２ブッシュ１５３圧縮コイルばね
１６１支持軸部１６２拡径部
１７１端面Ｇ間隙

Claims

垂下させて供給される溶融樹脂シートを挟んで成形体を成形する第１金型と第２金型とを備え、
前記第１金型は、前記溶融樹脂シートと当接可能な第１当接面と、前記第１当接面から突出した突出面とを有し、
更に前記第１金型は、基部と、該基部に対して移動可能であって前記第１当接面及び前記突出面を含み前記溶融樹脂シートが垂下する方向に連設される複数のスライド部と、複数の前記スライド部に隣接して外周周りを囲うよう前記基部に対して相対的に固定して設けられる固定部を有し、
前記スライド部は、前記基部側及び前記第２金型側への移動が予め定めた範囲で規制され、
前記固定部は、前記第２金型側に位置する状態における前記スライド部の前記第１当接面よりも低い第三当接面を有し、
前記第１当接面と前記第三当接面との段差は、前記突出面の前記第１当接面からの高さよりも大きく設定され、
前記第２金型は、前記突出面と対向する位置に、同一面とされる前記基部側に位置する状態における前記スライド部の前記第１当接面及び前記第三当接面に倣った第２当接面を有する、
ことを特徴とする金型。
前記突出面の幅は、前記第１当接面の幅よりも短幅となるように複数の線状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の金型。
前記突出面は、互いに交差する第１方向及び第２方向に延設された格子状に前記第１当接面の全体に亘って形成されることを特徴とする請求項２に記載の金型。
前記突出面の前記第１当接面からの高さは、前記溶融樹脂シートの肉厚よりも薄く設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金型。
樹脂供給装置、第１金型及び第２金型を用いた成形体の製造方法であって、
前記樹脂供給装置が前記第１金型及び前記第２金型の間に溶融樹脂シートを供給する工程と、
前記第１金型及び前記第２金型を相対的に近づけて、前記第１金型及び前記第２金型を前記溶融樹脂シートに当接させて型締めする工程と、
を含み、
前記第１金型は、第１当接面と、前記第１当接面から突出した突出面とを有し、
更に前記第１金型は、基部と、該基部に対して移動可能であって前記第１当接面及び前記突出面を含むスライド部と、前記スライド部に隣接して外周周りを囲うよう前記基部に対して相対的に固定して設けられる固定部を有し、
前記固定部は、前記第２金型側に位置する状態における前記スライド部の前記第１当接面よりも低い第三当接面を有し、
前記第２金型は、前記突出面と対向する位置に、同一面とされる前記基部側に位置する状態における前記スライド部の前記第１当接面及び前記第三当接面に倣った第２当接面を有し、
前記型締めする工程において、前記突出面は前記第１当接面よりも先に前記溶融樹脂シートに当接して冷却し、所定時間経過後、前記第１当接面と前記第三当接面が同一面となり前記溶融樹脂シートに当接して冷却する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。