JPH08300385A - 発泡性合成樹脂の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形金型のキャビティに充填した発泡ビーズ
を蒸気加熱により発泡融着させるにあたり、蒸気の無駄
な消費がなく、しかも融着状態の均一性に優れた良質の
発泡樹脂成形品を製造することのできる成形方法を提供
する。 【構成】 一方加熱時の蒸気圧の設定値を、発泡ビーズ
の融着温度に適した値（両面加熱時の適正値）よりも低
い値とし、その設定値（目標値）ｖ₃ と金型蒸気室の圧
力検出値ｘ₃ との偏差がなくなるような操作量ｙ₃ で蒸
気供給系のコントロール弁１１の開度を制御する。これ
により、一方加熱時に過剰な蒸気が成形金型の蒸気室に
供給されることがなくなる結果、所期の目的を達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発泡性合成樹脂の成形方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡性合成樹脂を成形する方法として
は、成形金型内に形成されるキャビティに、ポリスチレ
ンビーズ等の予備発泡樹脂粒子（発泡ビーズ）を充填
し、この状態で充填ビーズを蒸気加熱により発泡（膨
張）、融着させる方法が一般に広く知られている。

【０００３】また、この種の発泡成形法では、成形時間
の短縮や蒸気消費量の節約などを目的として、加熱工程
を、例えば金型加熱工程、一方加熱工程、逆一方加熱工
程、両面加熱工程等に分ける方式（例えば特公昭６１−
４５９４０号公報）が採用されることが多い。

【０００４】それら分割される加熱工程のうち、まず、
金型加熱工程は型の昇温を主目的として行われるもの
で、成形金型の蒸気室内に蒸気を一定時間だけ供給し、
そのドレンを型外部へと排出するといった操作で行われ
る。

【０００５】一方加熱工程は、発泡ビーズを発泡、融着
させるための前加熱とキャビティ内の空気の排除（空気
→蒸気の置換）などを目的として行われるもので、蒸気
を成形金型の一方の型（例えば雌型）の蒸気室を通じ
て、キャビティ内の発泡ビーズの隙間に流し、これを他
方の型（雄型）の蒸気室を通して型外部へと排出する工
程である。

【０００６】逆一方加熱工程は、前工程（一方加熱）の
処理により、キャビティ内の発泡ビーズに生じる温度差
つまり蒸気が通過する方向に生じる温度勾配をなくすた
め、蒸気を、先とは逆のルートで蒸気室に導入して加熱
処理を行う工程である。

【０００７】そして、両面加熱工程は、キャビティ内の
発泡ビーズを最終的に発泡、融着させる工程であり、成
形金型の両方の型の蒸気室に同時に蒸気を導入するとい
った操作で行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した加
熱工程において一方加熱は、通常、蒸気供給系のコント
ロール弁を制御し、成形金型の蒸気室の圧力が設定値に
達した時点で工程を終了するか、あるいは工程の終点を
タイマにより設定するといった操作で行われているが、
この一方加熱工程においてコントロール弁の開度に対す
る設定値は、両面加熱時の適正値（融着温度；0.6Kg/cm
² 〜0.8Kg/cm² ）と等しい値で成形工程中に変更される
ことはない。

【０００９】ここで、一方加熱工程の主要な目的は空気
→蒸気の置換であり、この工程での蒸気温度は融着温度
である必要はなく、むしろ、それ以下の値であることが
望ましい。しかしながら、従来では、上記したように、
一方加熱工程においても蒸気圧が両面加熱時の適正値に
設定されており、しかも、この工程において蒸気供給系
のコントロール弁の開度は、オンオフ動作に近い制御つ
まり成形金型の蒸気室の圧力が設定値に達するまでは開
度を全開に近い状態に設定するといった制御により行わ
れている。

【００１０】そのため、一方加熱時に過剰な蒸気が成形
金型に供給されてしまい、その分だけ蒸気の利用効率が
悪くなるばかりなく、成形効率が却って悪くなるといっ
た問題も発生する。

【００１１】すなわち、一方加熱時の蒸気量が多いと、
成形金型の蒸気室の熱量が大きくなり、金型のキャビテ
ィを形成する面のみが先行して加熱され、そのキャビテ
ィ形成面に接触する表面層の発泡ビーズが先に結合して
しまい、これにより、蒸気供給孔の目詰まりが生じて蒸
気室からの蒸気がキャビティ内に通り難くなる結果、表
面層のみが融着し内部には未融着の部分が残るといった
製品不良が発生することがある。

【００１２】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、成形金型のキャビティに充填した発泡ビーズを
蒸気加熱により発泡融着させるにあたり、蒸気の無駄な
消費がなく、しかも融着状態の均一性に優れた良質の発
泡樹脂成形品を製造することのできる成形方法を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明方法は、実施例に対応する図１に示すよう
に、成形金型１，２内のキャビティＣに発泡性の合成樹
脂粒子Ｂを充填した後、そのキャビティＣ内に金型蒸気
室１ａ，２ａから蒸気を供給して樹脂粒子Ｂを発泡さ
せ、この各発泡粒子同士を融着させることにより発泡成
形品を得る方法で、しかも、その加熱工程が、蒸気供給
系に設けたコントロール弁１１，２１の制御により、少
なくとも、金型加熱工程、キャビティＣ内の樹脂粒子Ｂ
間に存在する空気を蒸気に置換する一方加熱工程、キャ
ビティＣ内の樹脂粒子Ｂを発泡融着させる両面加熱工程
に分けられる成形方法において、一方加熱を行うとき
に、蒸気圧の設定値（目標値）ｖ₃ を、両面加熱時より
も低い値とし、その設定値ｖ₃ と金型蒸気室１ａの圧力
検出値ｘ₃ との偏差に比例した値を操作量としてコント
ロール弁１１の開度を制御することによって特徴づけら
れる。

【００１４】

【作用】一方加熱工程で設定する設定値（目標値）ｖ₃
を、両面加熱時の適正値（発泡融着に適した値）よりも
低い値とするとともに、その設定値ｖ₃ と金型蒸気室１
ａの圧力検出値ｘ₃ との偏差がなくなるような操作量
で、蒸気供給系のコントロール弁１１の開度を制御する
ことにより、従来の成形法で行われていた制御、つまり
一定加熱工程においてコントロール弁の開度をほぼ全開
とし、しかも設定値を両面加熱時の適正値とする制御法
に比して、一方加熱時の蒸気の供給量が少なくて済む
（図２のグラフ参照）。これにより余剰な蒸気による成
形金型の過度な加熱がなくなる結果、所期の目的を達成
できる。

【００１５】

【実施例】本発明方法の実施例を、以下、図面に基づい
て説明する。まず、この実施例で使用する成形金型は、
図１に示すように、雌型（固定型）１とその側方に対向
して配設された雄型（移動型）２を備えている。その雄
型２は締付け機構（図示せず）によって平行移動し、雌
型１に密着した状態つまり型締め状態で、雌型１と雄型
２によってキャビティＣが形成される。なお、図示しな
いが、雌型１側にはキャビティＣ内に原料を充填するた
めのフィーダ及び成形品の押出し用のエジェクトピンが
設けられている。

【００１６】雌型１及び雄型２にはそれぞれ蒸気室１
ａ，２ａが設けられている。この各蒸気室１ａ，２ａに
は、それぞれ、蒸気配管３１，３２及びドレン弁１２，
２２が接続されており、その各蒸気配管３１，３２はコ
ントロール弁１１，２１を介して蒸気源８に接続されて
いる。

【００１７】また、雌型１及び雄型２には、キャビティ
Ｃに面する壁体に、それぞれ、蒸気通過用のスリット孔
１ｂ・・１ｂ，２ｂ・・２ｂが設けられている。なお、雌型
１及び雄型２には、図示はしないが、発泡成形工程の冷
却時に蒸気室１ａ，２ａに冷却水を供給するための冷却
水供給管も接続される。

【００１８】そして、これらの雌型１と雄型２にドレン
弁１２，２２と、下記の空気弁１１ａ，２１ａは、発泡
成形機のコントローラ４によって後述する動作で開閉制
御が行われる。なお、コントローラ４には、各空気弁１
１ａ，２１ａが開となった時点から経時を開始し、その
閉鎖時を規定する等の弁開閉動作のタイミングを設定す
るためのタイマが内蔵されている。

【００１９】さて、本発明実施例において注目すべきと
ころは、蒸気供給系のコントロール弁１１，２１の制御
法にある。その弁制御系は、直列に接続された二つの調
節器５及び６と、各コントロール弁１１，２１の操作入
力側に接続された空気弁（開閉弁）１１ａ，２１ａ、並
びに、後述する加熱工程において調節器６に２段階の目
標値を設定する圧力設定器７を備えている。

【００２０】各調節器５，６は、ダイアフラムと弁など
が組み込まれた空気式の比例動作調節器（ブリード型パ
イロット弁）で、蒸気の設定圧力（目標値ｖ₂,ｖ₃ ）
と、伝送蒸気圧Ｐ₂,Ｐ₃ （検出値ｘ₂,ｘ₃ ）との偏差に
比例した値を操作量ｙ₂,ｙ₃ として出力するように構成
されており、その比例帯は例えば５０％程度に設定され
ている。

【００２１】その１段目の調節器５は、蒸気の２次圧の
制御に使用されるもので、コントロール弁１１の下流側
近傍の圧力Ｐ₂ が２次圧の検出値ｘ₂ として導かれ、こ
の検出値ｘ₂ の目標値ｖ₂ に対する偏差に比例した操作
量ｙ₂ を出力する。その操作量ｙ₂ は、エアー源９から
の供給圧力を、ｖ₂ とｘ₂ との偏差に応じて変化させた
もので、この出力圧が２段目の調節器６への供給圧力と
なる。また、１段目の調節器５に設定される目標値（２
次圧の設定値）ｖ₂ は、例えば0.8Kg/cm² であり連続成
形工程中に変更されることはない。

【００２２】一方、２段目の調節器６に設定される目標
値（圧力設定値）ｖ₃ は、加熱工程中において変更さ
れ、一方加熱時の値が両面加熱時に対して低い値となる
ように設定される。その具体的な数値は、例えば、両面
加熱時を、通常、適正値とされる 0.6Kg/cm²〜 0.8Kg/c
m²とし、この両面加熱時の値に対し、一方加熱時の設定
値を 0.3Kg/cm²〜 0.6Kg/cm²とする。また、これら二つ
の目標値は、コントローラ４が出力する指令信号に基づ
く圧力設定器７の駆動により加熱工程において自動的に
設定される。

【００２３】そして、２段目の調節器６では、圧力設定
器７により設定される目標値ｖ₃ と雌型１の蒸気室１ａ
から導かれた圧力検出値ｘ₃ との偏差に比例した操作量
ｙ₃すなわち１段目の調節器５からの供給圧力をｖ₃ と
ｘ₃ との偏差に応じて変換した空気圧力を出力し、その
出力圧が各コントロール弁１１，２１に操作入力として
導かれる。なお、各コントロール弁１１，２１は、空気
圧制御において一般に用いられる空気圧式（ピストン
式）の流量制御弁で操作入力（圧力空気）の供給が停止
されているときには全閉の状態となる。また、各空気弁
１１ａ，２１ａは閉の状態で上流側（調節器６側）の流
路のみを閉鎖し、その下流側（コントロール弁側）の流
路を大気に開放する構造の弁である。

【００２４】次に、本発明実施例の加熱工程を、図２及
び先の図１を参照しつつ説明する。まず、雌型１と雄型
２の型締めを行い、この状態でフィーダなどにより発泡
ポリスチレンビーズ等の発泡ビーズＢをキャビティＣ内
に充填する。

【００２５】さて、加熱工程に入ると、まずは金型加熱
工程が行われる。この工程は、ドレン弁１２及び２２を
開いた状態で、制御系の二つの空気弁１１ａ及び２１ａ
の双方を開き、コントロール弁１１，２１を通じて蒸気
を各型の蒸気室１ａ，２ａに供給するといった操作で行
われる。また、この工程の終点は、蒸気の供給を開始し
た時点から一定の時間が経過した後に、各空気弁１１
ａ，２１ａを閉じるいう動作により設定される。なお、
この金型加熱工程では、蒸気圧の設定値を 0.6Kg/cm²〜
0.8Kg/cm²とし、コントロール弁１１，２１をほぼ全開
の状態とする。

【００２６】次に、雌型１のドレン弁１２を閉じ、雄型
２のドレン弁２２のみを開いた状態で空気弁１１ａを開
き、コントロール弁１１を通じて蒸気を雌型１側の蒸気
室１ａに供給して一方加熱を行い、キャビティＣ内の発
泡ビーズＢの隙間に存在する空気を蒸気に置換する。

【００２７】この一方加熱工程において、コントロール
弁１１は、設定値 0.3Kg/cm²〜 0.6Kg/cm²を目標値とし
た比例制御により開度調節が行われ、また、この工程の
終点は、コントロール弁１１の制御を開始した時点から
一定の時間が経過した後に空気弁１１ａを閉じるといっ
た動作により設定される。

【００２８】次いで、ドレン弁１２及び２２を閉じた状
態で空気弁２１ａのみを開いて、コントロール弁２１を
通じて蒸気を雄型２の蒸気室２ａに供給し、一定の時間
が経過した後に空気弁２１ａを閉じる、という操作によ
り逆一方加熱を行う。

【００２９】そして、最後に、ドレン弁１２及び２２を
閉じた状態で、二つの空気弁１１ａ及び２１ａの双方を
開いて、各コントロール弁１１，２１を通じて蒸気を蒸
気室１ａ，２ａに供給して両面加熱を行い、キャビティ
Ｃ内の発泡ビーズＢを発泡、融着させる。この両面加熱
工程において、コントロール弁１１，２１の開度は、設
定値 0.6Kg/cm²〜 0.8Kg/cm²を目標値とした制御により
調節され、また、この工程の終点は、コントロール弁１
１，２１の制御を開始した時点から一定の時間が経過し
た後に空気弁１１ａ，２１ａを閉じるといった動作によ
り設定される。

【００３０】この後、ドレン弁１２，２２を開いて各型
の蒸気室１ａ，２ａに冷却水を供給して、成形品の冷却
を行った後、型開き→成形品取出しの工程を経て１ショ
ット分のサイクルを完了する。

【００３１】以上のように、本発明実施例では、一方加
熱工程で設定する目標値ｖ₃ を、両面加熱時の目標値よ
りも低い値とし、その一方加熱工程においてコントロー
ル弁１１の開度を、目標値ｖ₃ と成形金型の圧力検出値
ｘ₃ との偏差がなくなるような操作量でもって制御する
ので、図２のグラフに示すように、この一方加熱工程中
において雌型１の蒸気室１ａに供給する蒸気量（流量）
を、従来の成形法（図中破線で示す）に比して少なくす
ることができる。しかも、この実施例では、１段目の設
定器５を用いて２次圧の制御量を、コントロール弁１１
の操作量に加えて、２次圧の補償も行っているので、蒸
気源８側の１次圧Ｐ₁ に変動があってもその影響が、加
熱工程時の圧力制御にあらわれることもない。

【００３２】なお、以上の本発明実施例では、一方加熱
時の蒸気の流路を、雌型１から雄型２へと向かう経路と
しているが、その逆の雄型２→雌型１の経路としてもよ
い。この場合、制御対象をコントロール弁２１とし、そ
の制御系に雄型２の蒸気室２ａの圧力検出値を用いるこ
とは言うまでもない。

【００３３】また、本発明実施例では、雌型１の蒸気室
１ａとその蒸気配管３１の圧力検出値ｘ₃,ｘ₂ のみを採
用してコントロール弁１１，２１の制御を行っている
が、この制御に雄型２の蒸気室２ａと蒸気配管３２の圧
力検出値を加えてもよい。

【００３４】さらに、以上の実施例では、各コントロー
ル弁１１，２１を、２次圧の補償と加熱工程時の蒸気圧
制御に二つの制御に利用しているが、これに限られるこ
となく、それらの各制御にそれぞれ専用のコントロール
弁を設けてもよいし、また、２次圧が他の手段で補償さ
れるか、もしくはその必要がない場合には、１段目の調
節器５を省いて、各コントロール弁１１，２１を２段目
の調節器６のみで制御するといった手法を採用しても
い。

【００３５】さらにまた、図１の構成に加えて、各型の
蒸気室１ａ，２ａにドレン側に、それぞれ真空弁及び真
空ポンプ等を接続して、成形工程において各蒸気室１
ａ，２ａ及びキャビティＣ内の排気を適宜に行うように
しておいてもよい。

【００３６】ここで、本発明において、成形金型への蒸
気量を制御するコントロール弁の一方加熱時及び両面加
熱時の開度調節を行うための操作エネルギは、空気圧に
限られることなく、他の物理量を用いてもよい。例え
ば、成形金型の圧力を検出する圧力センサと、その検出
値に基づいてコントロール弁を比例動作で制御するシー
ケンサを設けることにより、電気的な制御系により、先
の実施例と同等な制御を行うことが可能になる。

【００３７】また、本発明は、加熱工程において逆一方
加熱を組み込まない手法（金型加熱工程→逆一方加熱工
程→両面加熱工程）を採用した成形方法にも適用できる
ことは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成形方法
によれば、一方加熱時の蒸気圧の設定値を、発泡ビーズ
の融着温度に適した値よりも低い値とし、その設定値と
金型蒸気室の圧力検出値との偏差がなくなるような操作
量で蒸気供給系のコントロール弁の開度を制御するの
で、一方加熱時に過剰な蒸気が金型蒸気室に供給される
ことがなく、その一方加熱工程での空気→蒸気の置換に
適した温度と量の蒸気を供給することが可能となる。そ
の結果、蒸気の使用効率が向上するとともに、融着状態
の均一性に優れた良質の発泡樹脂成形品を常に安定して
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に使用する成形機の構成図

【図２】加熱工程における成形金型の圧力変化と蒸気量
の変化を併記して示すグラフ

【符号の説明】

１ 雌型 １ａ 蒸気室 １ｂ スリット孔 ２ 雄型 ２ａ 蒸気室 ２ｂ スリット孔 Ｃ キャビティ Ｂ 発泡ビーズ １１，２１ コントロール弁 １２，２２ ドレン弁 ３１，３２ 蒸気配管 ４ コントローラ ５，６ 調節器 ７ 圧力設定器 ８ 蒸気源 ９ エアー源 ｖ₃ 目標値（圧力設定値） ｘ₃ 検出値 ｙ₃ 操作量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形金型内のキャビティに発泡性の合成
   樹脂粒子を充填した後、そのキャビティ内に金型蒸気室
   から蒸気を供給して樹脂粒子を発泡させ、この各発泡粒
   子同士を融着させることにより発泡成形品を得る方法
   で、かつ、その加熱工程が、金型蒸気室への蒸気供給系
   に設けたコントロール弁の制御により、少なくとも、金
   型加熱工程、キャビティ内の樹脂粒子間に存在する空気
   を蒸気に置換する一方加熱工程、キャビティ内の樹脂粒
   子を発泡融着させる両面加熱工程に分けられる成形方法
   において、上記一方加熱を行うときに、蒸気圧の設定値
   を両面加熱時よりも低い値とし、その設定値と成形金型
   内の圧力検出値との偏差に比例した値を操作量として上
   記コントロール弁の開度を制御することを特徴とする発
   泡性合成樹脂の成形方法。