JPWO2018180409A1

JPWO2018180409A1 - 成形品の冷却方法及び冷却装置

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Publication number: JPWO2018180409A1
Application number: JP2019509177A
Authority: JP
Inventors: 勝久遠藤; 雅人宇佐美
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Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-11-21
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Abstract

本発明は、合成樹脂を素材とするプレス成形装置から取出された成形品の冷却方法及び冷却装置に関し、成形時間を短縮しつつ製品品質の確保することを目的とする。未だ熱いうちに型出しされた成形品Ｍは、冷却室24内の回転台26上に複数設置された治具30上に投入口34より導入される。冷却室24の上部における噴霧ユニットのノズル60から成形品Mに向けてドライミストFが噴霧される。ノズル60から成形品Mに噴霧されたドライミストFは成形品Mが具有する熱量の下で昇華させることで成形品Mから熱が奪われ、成形品Mは水滴を付着させることなく冷却され、冷却された成形品Mは取出口38より排出される。ドライミスト噴霧は冷却室24を密閉して行い、また、冷却中の成形品Mは、重力による変形防止のため治具30に載置される。

Description

この発明は、合成樹脂を素材とするプレス成形装置から取出された成形品の冷却方法及び冷却装置に関するものである。

自動車用の合成樹脂製品、例えば、フェンダーインナーやアンダーカバー等をプレス成形により製造するため、合成樹脂素材を溶融し、ダイからシート状に押し出し、所定長さに切断し、プレス成形が可能な低剛性（軟弱性）を呈するべき温度に調温されたシート片とし、シート片をプレス成形装置の上型と下型間に導入し、上型と下型を合体させることで、シート片に所期の形状を賦型する成形品のプレス成形方法（以下調温シート片プレス成形法）が公知である（特許文献１）。他方、プレス成形装置のサイクルタイムを短縮し生産性を高めるため、１サイクルの成形時間の短縮が有効な手段である。１サイクルの成形時間の短縮のため、金型からの成形品を早めに（樹脂が未だ相当に熱いうちに）取り出し、冷却ファンからの空気流により強制冷却することが通常良く行われる。強制冷却のため、金型から成形品はコンベヤ上に次々に取り出され、コンベヤに対向して冷却ファンが複数設置され、冷却ファンからの空気流により、コンベヤ上の成形品の強制冷却が行われる。冷却ファンからの空気流による成形品の強制冷却については、特許文献２に記載されている。但し、特許文献２は上述した調温シート片プレス成形法に係わるものではなく、射出成形法によるプレス成形における成形品の冷却に関わるものである。また、本発明の関連技術としてドライミストによる成形品の冷却としては、ブロー成形において、金型内でのブロー成形品の冷却に関わるものであるが特許文献３に記載されている。更に、超微細ミスト（所謂ドライミスト）を得るための超微細噴霧形成ノズルについては特許文献４及び５等に記載されている。

特開昭６４−４０３１１号公報特開平１０−２４４７４号公報特開２０００−１４１４６３号公報特開昭６２−２８９２５７号公報特開平５−２０８１４８号公報

冷却ファンによる成形品の冷却は、冷却風の温度が季節による外気温の変化の影響受け易く、これにより、寸法精度の変化等の製品品質への影響が大きい問題点がある。また、プレス成形装置から取出した時の成形品はその高温度故の低剛性によりコンベヤ上での搬送中における自重による外力の影響による変形等を受け易く、これが製品品質に及ぼす影響の懸念があった。
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、成形時間を短縮しつつ製品品質の確保することを目的とする。

この発明によれば、合成樹脂を加熱下において成形する成形装置から未だ熱を具有した状態にて取り出した成形品にミストを噴霧し、成形品に噴霧されたミストを成形品が具有する熱量の下で昇華させることで成形品から熱を奪い、成形品に水滴を実質的に付着させることがないようにしつつ成形品の冷却を行なうことを特徴とする成形品の冷却方法が提供される。
本発明において、ミストの平均粒径は１０μｍ若しくはそれ以下であることが好ましい。このような粒径のミストを成形装置から取り出された未だ熱い成形品に噴霧することにより、ミストは成形品の熱により水蒸気に昇華し、水滴として凝縮することがなく、そのため“ドライミスト”と通称される。ドライミストを得るためのノズルとしては、水流に対して高圧空気流を衝突させることにより水滴を微細な粒径に破砕するタイプのものを採用することができる。この種のノズルとしては各種提案されているが、傾斜して対向する噴口より水を空気で囲む状態にて噴射衝突させ、微粒化したミストを前方に噴射するようにした方式のものを採用することができる（特許文献４及び５参照）。

本発明において、成形品に対するドライミストの噴霧は成形品を収容する空間を実質的に閉鎖して行ない、また、成形装置から取り出される成形品は順次成形品を収容するための前記空間に導入するようにし、冷却が完了した成形品は冷却室から順次排出されるように、かつ複数の成形品を前記空間に留まらせて複数の製品の冷却を同時に行なうことが好ましく、また、空間内の水蒸気の強制排気を行なうことが好ましい。成形品を実質的に閉鎖された空間に収容した状態でミストを噴霧することによりミストの外部への漏洩を防止し、隣接して設置されるプレス成形装置等の機械設備や建屋の壁面に対する結露による錆の発生等の不具合を防止することができる。
この発明において、成形品に対するミストの噴霧は成形品を形状保持用治具上に載置して行うことが好ましい。本発明によるドライミストによる成形品の冷却は、冷却効率が著しく高いため、成形装置からの成形品の取出しは成形品が未だ相当に熱い従来より相当に早めのタイミングで行うことができるが、この場合、成形品は温度が未だ高いことによる低剛性故による自重により変形を受け易いが、治具を使用することにより冷却中の成形品の変形を防止することができ、製品品質を損なうことがない。

この発明によれば、ドライミストによる成形品の冷却装置であって、成形品を収容し、成形品の冷却を行なう空間を形成し、夫々が専用のドアにより開閉可能な成形品の投入口及び冷却された成形品のための取出口を有した冷却室と、冷却室内において直立軸の周りを回転される回転台と、回転台上に複数設置され、成形品をその形状を確保しながら定位置に保持する治具と、冷却室の上部に設置され、治具により保持された成形品にドライミストを噴霧するためのドライミスト噴霧装置とを具備して成る成形品の冷却装置が提供される。

本発明の冷却装置においては、ドライミスト噴霧装置からのドライミストは冷却室内において回転台上に複数の治具上の成形品に噴霧され、効率的な冷却を行なうことができる。回転台の停止中に、成形装置から取出された成形品は投入口に対峙した治具に専用のドアを開けて投入され、ドライミストによる冷却が完了した成形品は取出口に対峙した治具より専用のドアを開けて取り出される。プレス成形装置における成形品の成形動作と、冷却装置における成形品の投入、取出動作及び回転台の回転動作との時間的連携をとることにより、成形品を次々と冷却室内に導入しつつ冷却室内でのドライミストの噴霧による成形品の所期の冷却を行うと共に、所期の冷却が完了した成形品を取出口より次々と取出すことができる。

成形品が有している熱を利用してミストを昇華させることで、成形品の熱を奪い、水滴の付着を伴うことなく成形品の急速冷却を行なうことができる。成形品の急速冷却が可能であるため、成形品をより高温の状態でプレス成形装置から取り出すことができ、プレス成形装置におけるサイクルタイムが短縮するため成形品の生産速度を高め、かつ効率的な冷却が行われるため成形品の早期取出しにも係わらず、成形品の冷却のため大掛かりな冷却装置に依拠することがないためコスト的に有利となる。

冷却中の製品の形状保持を行なう治具の採用により冷却工程が品質に及ぼす要因を低減し、品質安定を実現することができる。
成形品の冷却を実質的に閉鎖した空間内において行なうことにより外気温度等の製品の品質変動要因を縮減することができる。
厚板製品や偏肉部を有した製品に対しては、ミストを形成するための水圧、水量や、空気圧等のパラメータの調整により適合が可能となる。
回転台式の冷却方式は従来のコンベヤによる冷却ラインと比較して設備のコンパクト化を実現することができる。

図１は自動車用樹脂部品としての自動車用フェンダーインナーのプレス成形設備の模式的レイアウトである。図２は図１におけるプレス成形装置の模式的断面図（図１のII−II線に沿って表される矢視断面図）である。図３は図２のプレス成形装置により製造される自動車用フェンダーインナーの模式的斜視図であり、（ａ）は成形装置から取出時の左右のフェンダーインナーの一体形状を示し、（ｂ）はトリミングプレスによりトリミング後の左右のフェンダーインナーに分離された形状を示す。図４は図１のプレス成形設備における冷却装置の拡大図（図５のIV−IV線に沿った矢視断面図）である。図５は回転台の停止位置における冷却装置の縦断面図（図４のV−V線に沿った矢視断面図）である。図６は図４と同様に図５のIV−IV線に沿った矢視断面図であるが、回転台が図４の停止位置から６０度回転した状態を示す。図７は回転台の停止位置における冷却装置の縦断面図（図５のVII−VII線に沿った矢視断面図）である。図８は噴霧装置に使用される一つのノズルの構造を示す模式的一部破断側面図である。図９は水蒸気の強制排気装置の模式的断面図である。図１０は成形装置の動作と、冷却装置における回転台、治具及び噴霧ユニットの動作との連携を示す模式的なタイミングチャートである。図１１は成形装置への材料投入からの温度変化を示すグラフである

以下、本発明の実施形態を、特許文献１に記載された調温シート片プレス成形法に依拠する成形品のプレス成形において、プレス成形装置の金型から取り出された成形品の冷却のため実施した場合について説明するが、本発明は、このプレス成形法に依拠したプレス成形品に限らず、射出成形法によりプレス成形された成形品の冷却のためにも、更には、金型から取り出された温度が高い成形品の冷却一般において実施することが可能である。また、以下の実施形態はフェンダーインナーやアンダーカバーのような自動車用樹脂部品について説明するが、本発明をこれらへの応用に限定する意図のものでなく、樹脂部品一般に本発明は適用可能であることは言うまでもない。

図１はフェンダーインナーやアンダーカバーのような自動車用樹脂部品のプレス成形設備の模式的レイアウトを示しており、このプレス成形設備は、プレス成形可能な温度（樹脂素材がポリプロピレン（融点調整のためポリエチレン等の他種原料を小量含有する場合もある）の場合は１２０度近辺の温度）に調温されたシート片のプレス成形を行うものであり、図１には調温されたシート片の形成までの設備は図示を省略してあるが、特許文献１に記載のように、ポリプロピレンやポリエチレンのような合成樹脂素材（チップ主体であるが一部スクラップが混入したもの）を溶融し、ダイスからシート状に押出し、所定長さのシート片にカットし、必要あれば追加的に加熱することによりプレス成形に適した温度に調温されたシート片を製造する設備が備えられている。図１において、１０はシート片からの金型によるプレス成形装置（成形プレス）、１２はドライミストによる成形品の冷却装置（ドライミスト冷却装置）、１４はプレス成形品のトリミング用プレス装置（トリミングプレス）、１５はトリミング後の成形品のための作業台、1６はトリミングにより生じたスクラップのコンベヤ（スクラップコンベヤ）、18, 20, 22は成形品の取り扱いのため多関節型マニュピレータ（ロボット）を示す。ここにドライミストとは本実施形態においては平均粒径が１０μｍ以下のミストのことをいい、成形品にミストを噴霧した場合に成形品が具有する熱量だけで昇華される、その気化潜熱により成形品から熱を奪い、成形品に水滴の付着無しにその冷却を行うことができる。

成形プレス１０は、図２に模式的に示すように、上型10-1と下型10-2とを備えており、上型10-1は図示しないクランクプレスに連結される。上記の調温されたシート片Ｓは上型10-1と下型10-2間に導入され、上型10-1を下型10-2に向け下降させ、両者を合体させることにより、シート片Ｓはトリミング後にフェンダーインナーとなる一体成形品（以下単に成形品）Ｍの形状にプレス成形される。成形品Ｍは、成形プレス１０から取り出されたときの具体的な形状を図３（ａ）により模式的に示しており、この実施形態においては、自動車用の前輪用の左右の樹脂製フェンダーインナーを一体化したものであり、ポリプロピレン等を素材とする調温シートＳを成形プレス１０によりプレス成形することにより得ることができる。成形プレス１０は成形品Ｍが未だ冷却が必要な熱い状態（ポリプロピレンの場合７０℃近辺の温度）において上型10-1が上昇（型開き）され、成形品Ｍはロボット１８によりドライミスト冷却装置１２の内部に搬入され、後述のように、ドライミスト噴霧により所望温度（ポリプロピレンの場合４０℃程度）まで水滴の付着を伴うことなく冷却される。冷却後の成形品Ｍは、ロボット２０によりドライミスト冷却装置１２から取出され、トリミングプレス１４にてトリミングが行なわれる。トリミングプレス１４によるトリミング後のフェンダーインナーの状態は、図３（ｂ）に模式的に示しており、成形品Ｍ（図３(ａ))より不要部分がトリミング（必要な成形品の輪郭に沿ったカット）され、自動車の前輪用の左右のフェンダーインナーＭ_１及びＭ_２に分離され、フェンダーインナーＭ_１及びＭ_２は図１に示すように一旦作業台１５上に載置される。ロボット２２はフェンダーインナーＭ_１及びＭ_２の取り出しを行い、また、フェンダーインナーＭ_１及びＭ_２取出し後のスクラップSRはスクラップコンベヤ１６にて図示しない樹脂回収装置に運ばれ、樹脂回収装置において成形プレス１０にて成形品Ｍの成形に再利用される樹脂原料となる。

本発明の実施形態としてのドライミストによる成形品のドライミスト冷却装置１２の構成について説明すると、ドライミスト冷却装置１２は、図４及び図５に示すように、矩形箱型の冷却室２４と、回転台２６と、上下端が冷却室２４の上下壁24-1, 24-2（図５）に回転可能に軸支され、回転台２６に固定された支柱２８と、回転台２６上に相互に１２０度の等間隔で固定され、成形プレス１０から取り出された未だ熱く柔らかい成形品をその自重による外力の影響に係わらず変形しないように所定位置に載置保持する３セットの成形品保持用治具（以下治具）３０と、図４においては回転方向（矢印ａ）に隣接する治具３０間に鉛直方向に相互に１２０度の間隔で配置された隔壁３２と、成形プレス１０に対向した冷却室２４の側壁24-3に形成され、成形品の投入のための矩形をなした投入口３４と、昇降することにより投入口３４の開閉を行うドア３６と、ドア３６の開閉のための空気圧シリンダ３７と、トリミングプレス１４（図１）に対向した冷却室２４の側壁24-4に形成され、成形品の取出しのための取出口３８と、昇降することにより取出口３８の開閉を行うドア４０と、ドア４０の昇降駆動のための空気圧シリンダ４１と、冷却室２４の上壁24-1に設置され、支柱２８を回転させることにより回転台２６、換言すれば回転台２６上の治具３０を回転させる駆動用電動モータ４２と、図７に示すように治具３０の上方における冷却室２４内において、１２０度間隔で３個設置され、後述のように、治具３０に保持される成形品Ｍにドライミストを噴霧するドライミスト噴霧装置を構成する３組の噴霧ユニット44A, 44B, 44Cと、冷却室２４の底部に設置され、冷却室２４の強制的な排気を行うための排気装置４６とを備える。

次に、ドライミスト冷却装置１２の上記構成部品についてより詳細に説明すると、図５において回転台２６は下面に支持台４８を固定しており、支持台４８はキャスター５０を介して冷却室２４の底壁面24-2に載置されており、これにより回転台２６のスムースな回転動作が得られるようになっている。また、冷却室２４の底壁面24-2は外周に向けた傾斜面をなしている。底壁面24-2の傾斜構造は換気装置４６との関連で後述する。

隔壁３２は、支柱２８に固定された回転部５２と冷却室２４の上部壁24-1の下面に固定された固定部５４とから構成され、回転部５２は円周方向に隣接する治具３０間を支柱２８外周面から回転台２６の外周面まで半径方向に延びている（図４）。図５に示すように、回転部５２の上端面と固定部５４の下端面とは回転部５２の回転の支障とならないように若干の隙間を残している。
支柱２８は冷却室２４の上部壁24-1から外部に延出した上端において変速機５６を備えており、変速機５６は、周知のためその構造は図示しないが、基本的には、出力側の（支柱２８側の）ピニオンギヤと入力側のウォームギヤを内臓し、ウォームギヤに連結される変速機５６の入力部材５７の回転を減速して支柱２８に伝達することができる。他方、電動モータ４２の回転軸は内部の適宜のギヤを介して変速機５６の入力部材５７に連結される出力軸５８に連結しており、電動モータ４２の回転軸の回転は減速されて支柱２８に伝達され、支柱２８の回転により回転台２６が回転され、回転台２６上の治具３０は冷却室２４内において適宜の速度にて回転され、その間に治具３０に保持された成形品にミストの噴霧が行なわれ、成形品の冷却が行なわれる。

次に、回転台２６の回転による治具３０の回転位置と投入口３４及び取出口３８との関係を説明する。説明の便宜上、回転上に３個設置される治具３０について区別のためNo.1, No.2, No.3を付すものとする（図４）。これらNo.1, No.2, No.3の治具３０はNo.1の治具に関しては、成形品Ｍの投入前の空の状態であり実線にて示すが、No.2, No.3の治具３０については成形品Ｍを載置した状態であり、破線にて表されている。尚、図１ではNo.1, No.2, No.3の治具３０の全てについて成形品Ｍの投入状態で図示されている。図４は前述のように回転台２６の１２０度回転毎に生ずる停止位置の一つを示し、このとき３個の保持用治具のうちのNo.1治具３０は投入口３４と対峙した投入位置Ａに位置し、No.3治具３０は回転方向において隣接した（１２０度離れた）中間位置Ｂに位置し、No.2治具３０は取出口３８と対峙した成形品排出位置Ｃに位置する。ここに、成形品投入位置Ａ、中間位置Ｂ、成形品排出位置Ｃは直立中心に対して回転方向に１２０度相互に離間した冷却室２４の内部における固定位置を意味している。回転台２６の図４の停止位置においては、図５に示すように投入口３４のためのドア３６が解放され、成形プレス１０から投入位置Ａに来た治具３０への成形品Ｍの投入を行なう準備がされ、また、取出口３８のためのドア４０が開放され、成形品排出位置Ｃに来た治具３０から冷却完了した成形品Ｍの排出が行なう準備がされている。そして、図４の回転台２６の停止位置においては、図５に示すように、隔壁３２は、支柱２８に固定された回転部５２と冷却室２４の上部壁24-1の下面に固定された固定部５４とが一直線上に位置される。投入位置Ａにおいて治具３０への成形品Ｍの導入及び成形品排出位置Ｃにおいて治具３０から冷却完了した成形品Ｍの排出が行なわれると、回転台２６は１２０度回転され、図４において成形品排出位置Ｃに居たNo.2の治具３０は図４で投入位置Ａに来て、成形プレス１０からの冷却のための新たな成形品を受け取ることができ、中間位置Ｂに居たNo.3の治具３０は成形品排出位置Ｃに来て、成形品の排出が行なわれ、投入位置Ａに居た治具３０は中間位置Ｂに来る。このような回転台２６の停止、回転の動作の繰返しにより成形装置からの冷却すべき成形品の投入及び冷却が完了した成形品の排出が次々と行なわれる。

回転台２６のこのような回転運動の間に、隔壁３２の回転部５２は回転台２６と共に回転し、隔壁３２の固定部５４は不動のままである、従って、回転台２６の回転中に回転部５２と固定部５４との相対位置は変化し、図４の停止位置では、回転部５２と固定部５４とは上下に整列するが、停止位置から回転台２６の回転によって、固定部５４に対して回転部５２の回転角度（＝間隔）は増大し、停止位置からの回転台２６の６０度の回転により図６に示すように隣接する回転部５２間の中間に固定部５４が位置し、回転部５２と固定部５４との隙間は最大となるが、更なる、６０度の回転により元に戻ることになる。

次に、本発明においては、成形プレス１０から取出された成形品の冷却のため、後述のノズル６０からの超微細噴霧を成形品に噴霧し、冷却対象物である成形品に水滴を生ずることなく、水蒸気とし、その潜熱によって効率的な冷却を行なうものである。この実施形態においては、ドライミスト噴霧装置は３箇所に設置した噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cを備えている。噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは、夫々、冷却室２４内部における投入位置Ａ、中間位置Ｂ、成形品排出位置Ｃに固定設置される（図６及び図７参照）。従って、回転台２６が停止位置（図４）に来たとき、各治具３０の夫々の上方に噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cが位置していることになる。また、噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは、図７に示すように、隔壁３２における、円周方向に隣接する固定部５４間に位置している。各噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cの構成について説明すると、各噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは直径が１０μｍ又はそれ以下のミストを噴霧するためのノズル６０を備えている。このような微小な粒径のミストによる対象物の冷却の際に、ミストはその微小な粒径故に液体の状態を経由することなく蒸発（昇華）されるため、冷却対象物を湿潤させることがなくドライミストと称される。ドライミストの形成のためのノズルの構成としては水をノズルから噴出することにより形成された水の粒子（粒径は未だ大きい）に圧縮空気を衝突させることで、水の粒子を粉砕し、ドライミストとすることができる。このような衝突型のノズルとして、所謂２流体式の微粒化ノズルが公知であり、本実施形態においてもノズル６０は２流体式の微粒化ノズルの構成を持つものとしている（特許文献４及び５）。この実施形態では、ノズル６０として株式会社いけうち製の商品名AKIJet（登録商標）の２流体式ノズルを使用している。ノズル６０の概略構造は図８に略示され、本体60-1は水流入通路60-2と圧縮空気流入通路60-3とを備えており、本体60-1からはノズル支持部60-4, 60-5が二股状に分岐され、ノズル本体支持部60-4, 60-5は、本体60-1の水流入通路60-2及び圧縮空気流入通路60-3に夫々連通する水通路及び圧縮空気通路（図示しない）を備えている。ノズル本体支持部60-4, 60-5にはノズル支持部60-6, 60-7が夫々連接される。ノズル支持部60-6, 60-7は、ノズル本体支持部60-4, 60-5内の水通路及び圧縮空気通路内部に夫々連通する同芯の内側水噴出ノズルと外側圧縮空気噴出ノズルとを備え、内側の水と外側の圧縮空気との２流体の噴射流f_A, f_Bが得られ、並列噴射流f_A, f_Bの衝突により超微細化された噴霧Ｆを得ることができる（詳細には特許文献４及び５の記載参照）。また、ノズル支持部60-4, 60-5及びノズル支持部60-4, 60-5は外側において全体をカバー60-8により被覆されており、また、カバー60-8は中央部に噴霧Ｆの通り道となる開口部60-9を備えた構造となっている。噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは、後述の通り、各々が２４個のノズル６０を備えており（図７）、各ノズル６０の水流入通路60-2及び圧縮空気流入通路60-3は、夫々、図示しない共通の水供給配管および圧縮空気供給配管を介して、同じく図示しない水供給ポンプ及びエアコンプレッサに接続される。また、水供給配管および圧縮空気供給配管において、水量、水圧、圧縮空気流量及び圧縮空気圧の測定が可能となっている。

本実施形態においては、図７に示すように、各噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cの各々は、６個のノズル６０を備えた縦ユニット６２を４本、総計６×４＝２４個のノズル６０を全ての噴口部（図８の開口部60-9）を下向きにして備えている。各噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cのノズル６０からは図５に示すように下向きの噴霧Ｆが一斉に噴出されるようになっている。縦ユニット６２は支持枠６４に固定され、夫々の噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cとされる。ノズル６０からの下向き噴霧Ｆは治具３０上の成形品Ｍに指向され（図５）、成形品Ｍの冷却が行われることになる。図５に示すように、各噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは夫々の支持部材６６に取付けられ、各支持部材６６は、図示しない昇降装置（例えばウインチ式の昇降装置）に連結され、噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cは、夫々の昇降装置により昇降可能（矢印ｇ）とされ、治具３０に載置された成形品に対する噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cの高さ位置の調整が可能となっている。即ち、冷却対象物である成形品の高さに応じて成形品に対するノズル６０の最適高さ位置があり、例えば、成形品として自動車のフェンダーインナー（本発明実施形態における成形品Ｍ）であれば、図５のように噴霧ユニット4４A, 44B, 44Cの高さは比較的高くなるし、冷却対象物である成形品が車体アンダーカバーであれば平坦形状のもの故に，ノズル６０を図５の位置より下げることが好ましい。しかしながら、隔壁３２の回転部５２との干渉を回避する必要上、ノズル６０は隔壁３２の回転部５２の上縁に沿ったラインＬ以下に下げることはできない。

次に、冷却室２４における投入口３４及び取出口３８の開閉手段について説明すると、ドア３６は矩形枠体に内部観察のため透明でかつ開閉操作の際に加わる負荷に対して破損しない強度の、十分に肉厚のフィルム（透明板）を張ることにより構成することができ、縦方向の両側を延びるガイド板72a, 72b（図４及び図７）によりドア３６は上下にスライド可能となっている。ドア３６はドア枠の高さ方向の中間を延びる横棒36-1（図５）を備えており、横棒36-1に空気圧シリンダ３７のピストンロッド37-1の下端が枢着されている。そのため、空気圧シリンダ３７のピストンロッド37-1の伸縮に応じて、ドア３６は投入口３４を閉鎖する下側位置（想像線３６ａ）と、投入口３４を開放する図５の実線にて図示の上側位置との間を移動可能である。取出口３８の開閉のためのドア４０の昇降のための構成も同様であり、両側がガイド板73a, 73bにより縦方向に摺動可能に案内されており、ドア枠の高さ方向の中間を延びる横棒40-1に連結される空気圧シリンダ４１のピストンロッド41-1の伸縮に応じて、ドア４０は取出口３８を閉鎖する図５の実線下側位置と、投入口３４を開放する想像線４０ａにて示す上側位置との間を昇降可能である。

排気装置４６は成形品の冷却時にミスト（超微細水滴）が気化することにより生ずる水蒸気の強制排気のため設置される。即ち、本発明では成形プレス１０から取り出されたまだ熱い成形品にミストを噴霧することで水滴を気化させ（水蒸気とし）、その気化潜熱により成形品の冷却する仕組みとなっており、冷却室２４の内部空間には水蒸気が充満する。水蒸気の長時間の滞留による温度低下による水蒸気の結露による成形品への水滴の付着を防止するため、冷却室２４の内部空間の水蒸気の強制排気の仕組みが設置されている。排気装置４６はこの実施形態では結露水の分離機能も備えており、図９に示すように電動式の排気ファン７４を備えており、排気ファン７４は冷却室２４の壁面における排気孔７６に位置している。排気ファン７４の回転軸は電動モータ７５に連結され、排気ファン７４の前部及び後部にシュラウド78, 79が設置され、また、シュラウド78, 79の前面及び後面に水切り用のパンチングプレート80, 81が設置され、パンチングプレート80, 81の直下の冷却室底壁面24-2に排水孔82, 84が設置されている。電動モータ７５は室外側のシュラウド７９に固定されるカバー８５の中心部に設置される。排気ファン７４の回転により冷却室２４の内部から排気孔７６及びカバー８５の通風孔を介して外部への強制的な流れ（矢印ｈ）が生じ、水蒸気の強制排気を行うことができる。水蒸気に少しは含まれ得る水滴をパンチングプレート80, 81通過時に孔周辺のプレートに付着し落下させ、排水孔82, 84より排出することができる。また、過剰のミスト又は水蒸気の滞留により冷却室２４の内部空間に生じ得る結露水は冷却室の底壁面24-2の傾斜により自然に流下され（矢印Ｅ）、排水孔82, 84にて回収することができる（矢印Ｄ）。排気装置４６は図５では、冷却室の一つの壁面（側壁24-4）にのみ設置されているように図示されているが、図１の全体図に略示するように他の３壁面にも同様に設置されている。

以上説明した装置の概略動作を説明すると、金型は未だ熱いうち開放（上型10-1の上昇（図２））され、成形品Ｍ（図３（ａ））はロボット１８により取り出される。ロボット１８は多節腕18-1の先端に成形プレス１０の下型10-2上の成形品Ｍを吸引保持する吸盤18-2（図５）を備えている。成形プレス１０からの成形品Ｍの取出し時に、ドライミスト冷却装置１２は、回転台２６上の一つの治具３０（図４ではNo. 1治具）が投入口３４と対峙する成形品導入位置Ａに位置し、回転台２６上の別の一つの治具３０（図４ではNo. 2治具）が成形品排出口と対峙する成形品排出位置Ｃに位置し、回転台２６上の残りの一つの治具３０（図４ではNo. 3治具）は中間位置Ｃに位置した停止状態（図４）にあり、回転台２６はその回転は停止しており、空気圧シリンダ３７のピストンロッド37-1の収縮により、ドア３６は上昇位置され、投入口３４が開けられ、吸盤18-2に成形品Ｍを保持したロボット１８の多節腕18-1は投入口３４を介して冷却室２４の内部に導入され、成形品Ｍは、投入口３４に対峙した治具３０に載置され、吸盤18-2は吸引動作を停止される。吸盤18-2が吸引動作を停止することにより、治具３０上に正しく設置された成形品を想像線Ｍ´にて示す。治具３０上への成形品Ｍ´の設置後にロボット１８の多節腕18-1は冷却室１２の外部に後退され、空気圧シリンダ３７のピストンロッド37-1の伸張によりドア３６は下降位置され、ドア３６は投入口３４を閉鎖する（図５の想像線３６ａ）。他方、治具３０と対峙した取出口３８においては、空気圧シリンダ４１のピストンロッド41-1の収縮により、ドア４０は上昇位置（４０ａ）を取るようにされ、取出口３８が開けられ、吸盤20-2を先端に備えたロボット２０の多節腕20-1は取出口３８を介して冷却室２４の内部に導入され、治具３０に載置された成形品の上面に吸盤20-2が当てられ、吸盤20-2は吸引動作を開始される。ロボット２０の多節腕2０-1は後退され、成形品Ｍは想像線にて示すように治具３０から外され、取出口３８を介して冷却室２４から取り出され、上述のようにトリミングプレス１４に送られる。空気圧シリンダ４１のピストンロッド41-1の伸張によりドア４０は下降位置され、取出口３８を閉鎖する。以上説明した冷却室２４内部への冷却のための成形品の投入動作と、冷却終了後の成形品の取出動作は同時的に実行される。そして、この成形品の投入動作と、成形品の取出動作の実行の間、投入位置Ａに位置する噴霧ユニット４４Ａ及び成形品排出位置Ｃに位置する噴霧ユニット４４Ｃについてはノズルからのドライミストの噴霧は停止している。また、中間位置Ｂにある噴霧ユニット４４Ｂについてはこの位置Ｂに位置する治具３０上の成形品Ｍに対するドライミスト噴霧は継続される。即ち、図４の停止位置では、隔壁３２は、支柱２８に固定された回転部５２と冷却室２４の上部壁24-1の下面に固定された固定部５４とが上下整列しており（図５）、中間位置Ｂに位置する治具３０上の成形品Ｍは、両側から隔壁３２により遮断されており（図４）、隔壁３２間は実質的な閉鎖空間を形成し、噴霧ユニット４４Ｂからのミストの冷却室外部への漏洩は実質的に阻止しつつ、成形品に対するドライミスト噴霧による成形品の冷却は継続することが可能である。

回転台２６の停止状態における冷却すべき成形品の投入及び冷却後の成形品の取出並びにドア36, 40による投入口３４，取出口３８の閉鎖が完了すると、回転台２６の回転移動が再開され、同時に投入位置Ａに位置する噴霧ユニット４４Ａ及び成形品排出位置Ｃに位置する噴霧ユニット４４Ｃについてノズル６０からのミストの噴霧が再開される。回転台２６の移動につれて、投入位置Ａに位置していた治具上の成形品Ｍは噴霧ユニット４４Ａから離れてゆくが、噴霧ユニット４４Ｂに近づいて行くため、投入位置Ａに位置していた治具上の成形品Ｍが受ける噴霧量は均衡する。同様なことが、中間位置Ｂに位置していた治具上の成形品Ｍについても言えるため、噴霧ユニット４４Bから離れてゆくが、噴霧ユニット４４Ｂに近づいて行くため、治具上の成形品Ｍが受ける噴霧量は、噴霧ユニット44A, 44B, 44Cの固定配置に関わらず、回転台２６の回転に対してあまり大きくは変化しないように工夫されている。

次に、成形プレス１０における成形動作と、冷却装置１２における冷却動作との連結について説明する。成形プレス１０（図２）での成形品としての成形品Ｍの成形工程は型開きのための上型10-1の上昇、成形品取出し及び材料供給動作、型締めのための上型10-1の下降、加圧保持動作から成る工程の繰返しである。他方、ドライミスト冷却装置１２による冷却工程においては、回転台２６の停止中における、投入位置Ａでの成形プレス１０からの冷却すべき成形品Ｍの治具３０への投入、取出位置Ｃでの冷却後の成形品Ｍの取出し動作、これらの投入動作及び取出し動作完了後の次の停止位置までの回転台の１２０度の回転動作との繰返しである。本発明のこの実施形態においては、基本的には、成形プレス１０での成形品取出及び材料供給動作の間に回転台２６を停止し、回転台２６の治具３０への成形品の投入及び取出し動作を行い、成形プレス１０での加圧保持（シートＳを成形品Ｍに成形する工程）中に回転台２６の回転を行うことにより、プレス成形装置１０による成形動作と冷却装置１２における回転台２６の回転・停止動作と同期させている。従って、回転台２６が１２０度回転を行う時間＝成形プレス１０における加圧保持時間動作となり、換言すれば、回転台２６の回転速度は成形プレス１０における加圧保持時間動作により決まる。また、冷却室内におけるドライミスト噴霧による成形品の冷却に関しては、回転台２６の停止中には投入位置Ａ及び取出位置Ｃではドア36, 40を開けるため、噴霧が冷却室の外部に漏洩しないように、噴霧装置44A, 44Cは停止し、噴霧装置44A, 44Cはドア36, 40が閉じる回転台２６の回転中に噴霧を行なうようにしている。他方、中間位置の噴霧装置４４Ｂについては、ドア36, 40が開いても両側を回転台２６から冷却室２４の上壁面24-1に至るまで隔壁３２により閉鎖しており（図４及び図５）、実質的に完全閉鎖空間内での噴霧であり、外部への漏洩はしないので停止中の噴霧を行なうようにしている。この実施形態においては、成形品は投入位置Ａにおいて冷却装置に投入しドア36, 40を閉鎖後取出位置Ｃにおいて取出しのためドア36, 40を開けるまでの間にドライミストの噴霧（冷却）を受け、その間に成形品は所期の温度まで低下（冷却）する必要がある。必要な冷却が行われるように水量、水圧、圧縮空気圧、噴霧距離、冷却室の温度、噴霧時間（噴霧装置の動作時間）等の設定を行う必要がある。また、噴霧装置の動作時間は間接的にはロボット18, 20, 22やドア36, 40の動作速度にも影響されることから、これらの因子の最適調整も必要なことは言うまでもない。また、成形品の肉厚が特に大きい場合や偏肉がある場合には水量、水圧、空気圧の調整により対応することが可能である。

以上概略説明した成形プレスでの成形動作と、冷却装置による冷却動作の連携について図１０の模式的タイミングチャートにてより詳細に説明する。図中、丸付き数字１〜４は、夫々が、上型を上昇させた型開き状態での成形品取出及び材料供給動作と、上型を下降させた型締め状態での加圧動作とからなる成形プレスの一連の４サイクルの成形動作を示す。説明の便宜上、図４に示すように、冷却装置が具備する３個の治具３０のうち、No. 1治具３０（空）が投入位置Ａに位置し、No. 2治具が取出位置Ｃ（冷却終了した成形品Ｍを搭載）に位置し、残りのNo. 3治具（冷却中の成形品Ｍを搭載）が中間位置Ｂに位置して停止した状態からスタートするものとする。成形プレス１０においてシートＳからの成形品Ｍの成形が完了しており、上型10-1は下型10-2より上昇される。冷却室２４のドア３６及び４０が開放され、投入位置ＡのNo.1の治具３０では成形プレス１０より成形品Ｍの投入が開始され、取出位置ＣのNo.2の治具３０では、冷却が完了し成形品Ｍの取出が開始され、噴霧ユニット44A, 44Cは停止される（t₁）。回転台２６の停止の間噴霧ユニット44A, 44Cは停止するが中間位置Ｂの噴霧ユニット４４Ｂについては噴霧ユニット44A, 44Cの停止中も噴霧を継続している。成形プレス１０において次の成形のためシートの供給が完了すると成形プレス１０の上型10-1は下型10-2に向け下降され、加圧保持することにより成形品Ｍの成形が開始される。上型10-1の下降開始に若干遅れて、成形品Ｍの投入及び取出も完了しているためドア３６及び４０が閉められ、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転が開始される（t₂）。成形プレスにおいて加圧保持時間が経過すると型は上昇し、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転は停止され、このときNo. 3の治具は取出位置Ｃに、No. 2の治具３０は投入位置Ａに来ており、ドア３６及び４０が開けられ、投入位置ＡにおけるNo. 2の治具３０への成形品Ｍ投入が開始され、取出位置ＣにおけるNo. 3の治具からの冷却完了した成形品Ｍの取出が開始される（t₃）。成形プレスにおいては成形の準備のため素材が供給されると成形プレスは下降され、加圧保持することにより成形品Ｍの成形が開始される。成形品Ｍの成形開始より少し遅れて、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転が再開される（t₄）。成形プレスにおいて所定の加圧保持時間が経過すると上型は上昇を開始し、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転は停止され、このときNo. 1の治具は取出位置Ｃに、No. 3の治具３０は投入位置Ａに来ているため、ドア３６及び４０の開放により、投入位置ＡにおけるNo. 3の治具３０への成形品Ｍの投入、排出位置ＣにおけるNo. 1の治具３０からの冷却完了した成形品Ｍの排出が行われる（t₅）。成形プレスにおいては次期成形の準備のため板材供給されると成形プレスの上型は下降され、加圧保持することにより次の成形品Ｍの成形が開始される。上型の下降に少し遅れてドア３６及び４０は閉鎖され、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転が再開される（t₆）。成形プレスでは所定の加圧保持時間が経過すると、上型は上昇し、噴霧ユニット44A, 44Cからのドライミストの噴霧及び回転台２６の回転は停止され、No. 1の治具は投入位置ＡにNo. 2の治具３０は取出位置Ｃに来る（t₇）。以降はこれまで述べた工程の繰返しであるが、４回目の成形プレスの動作サイクルにおける冷却装置の動作を示しており、成形プレスにおけるシート材料投入中に回転台を停止し成形品Ｍの投入及び取出しを行い、プレス型の下降による加圧保持動作の開始によりドアを閉じ、回転台の回転を開始し（t₈）、プレス型での加圧保持動作の完了（型の上昇）に回転台の回転を停止する（t₉）。

図１１は成形プレス１０へのシート片（Ｓ）投入からの経過時間と成形品の温度との関係を示す。投入時のシート片の温度は樹脂原料がポリプロピレンの場合１２０℃(Ｔ₀)近辺である。実線にて示す本発明の場合、８０℃近辺の温度Ｔ₁まで降下した時点（タイミングＰ₁）において、成形プレス１０が空けられ（上型10-1が上昇され）、成形品は取り出される。成形品の取出しにより型と非接触となるため一旦温度低下の速度は緩むが、ドライミスト冷却装置１２に投入され、ドライミストの噴霧を受けることにより、成形品の冷却はドライミストの昇華作用の利用により急速に進行されるが、４０度程度の温度まで下がると冷却は緩慢となる。ラインＮは成形品のトリムを可能とする上限の温度を示し、ポリプロピレンの場合４０℃近辺である。トリム可能ラインＮを幾分下回る温度（３５度程度）まで下降すると（ポイントＰ₂））、冷却は終了し、成形品は冷却装置から取り出される。成形品の冷却を冷却ファンに依拠する従来技術の場合の冷却動作の例を破線にて示す。従来のコンベヤ及び冷却ファンによる冷却の場合の成形品の温度低下は型が開くまでは本発明と同一ラインに沿って変化する。型からの取出しのタイミングはＱ₁にて示され、本発明のタイミングＰ₁）より相当遅れており、型から取出し後は回転する冷却ファンの冷却風により冷却されトリム可能上限温度ラインＮを幾分下回る冷却終了のタイミングをＱ₂にて示す。本発明と従来技術とを比較すると、成形プレス１０からの成形品の取出しは従来のＱ₁のタイミングからＰ₁のタイミングに早められ、図示のδ₁秒（本実施形態では約４秒）早まっていることが分る。これは、１サイクルの成形時間としてδ₁秒の短縮が行なわれていることを意味し、１サイクルの成形時間の短縮により成形品の生産速度をその分高めることができることが分かる。他方、冷却時間時間については、成形プレス１０における成形品の取出しから冷却が終了するまでの時間を比較すると本発明ではＰ₂であり、従来のＱ₂と比較してδ₂秒（本実施形態では約５０秒）短縮されており、本発明において、成形プレス１０からの成形品の取出しが早められているにも関わらず冷却は早期に終了することを意味しており、本発明のドライミストを使用した冷却方式が従来の冷却ファン方式のものとの比較で冷却性に関し非常に優れていることを意味する。

本発明の実施形態においては、図１０において説明したように成形プレス１０における１サイクルの成形工程における加圧保持の間において隣接する冷却装置１２の1サイクルに相当する回転台２６の１２０度回転を行なっている。これは、回転台２６の回転速度は加圧保持の時間に応じて決まり、加圧保持時間が短縮する程、換言すれば、本実施形態に従って、成形プレス１０からの成形品の取出しを早めるほど回転台２６の回転速度を速める必要があることを意味する。回転台２６の回転速度を速めることによりドライミスト噴霧装置（噴霧ユニット44A, 44B, 44C）からのトータルの噴霧量がその分減少し、冷却が不十分となる可能性がある。この場合においては、治具３０を図４の３台から４台に増加させる対策をとることができ、この場合は冷却装置の１サイクルは回転台２６の９０度回転となるが、９０度の回転を同一の加圧保持時間で行なうことから回転台２６の速度はその分遅くされることになる。また、逆に成形プレス１０の生産速度をあまり高めなくて良い場合（サイクルタイムが長い場合）においては、治具３０が２個だけという構成も成り立ち得る。治具が２個だけの場合は、治具を停止状態でのミスト噴霧は行い得ないが、サイクルタイムが長い分回転数は遅くできるため、回転中のミスト噴霧により成形品の所望の冷却は行い得る。

１０…成形プレス
10-1…上型
10-2…下型
１２…ドライミスト冷却装置
１４…トリミングプレス
１５…作業台
１６…スクラップコンベヤ
18, 20, 22…多関節型マニュピレータ（ロボット）
２４…冷却室
２６…回転台
２８…支柱
３０…成形品保持用治具
３２…隔壁
３４…投入口
３６…投入口ドア
３８…取出口
４０…取出口ドア
４２…電動モータ
44A, 44B, 44C…噴霧ユニット
４６…排気装置
４８…支持台
５２…隔壁の回転部
５４…隔壁の固定部
５６…変速機
６０…ドライミスト噴霧用ノズル
６６…噴霧ユニット支持部材
７４…排気ファン
78, 79…シュラウド
80, 81…水切り用パンチングプレート
82, 84…排水孔
Ａ…成形品導入位置
Ｂ…中間位置
Ｃ…成形品排出位置
Ｍ…フェンダーインナーとなる一体成形品
M₁, M₂…フェンダーインナー
Ｓ…シート片
SR…スクラップ

Claims

合成樹脂素材を加熱下において成形する成形装置から未だ熱を具有した状態にて取り出した成形品にミストを噴霧し、成形品に噴霧されたミストを成形品が具有する熱量の下で昇華させることで成形品から熱を奪い、成形品に水滴を実質的に付着させることがないようにしつつ成形品の冷却を行なうことを特徴とする成形品の冷却方法。
請求項１に記載の発明において、成形品に対するミストの噴霧は成形品を収容する空間を実質的に閉鎖して行なう成形品の冷却方法。
請求項２に記載の発明において、金型から取り出される成形品は順次成形品を収容するための前記空間に導入するようにし、冷却が完了した成形品は前記空間から順次排出されるように、かつ複数の成形品を前記空間に留まらせて複数の成形品の冷却を同時に行なう成形品の冷却方法。
請求項２若しくは３に記載の発明において、冷却中において成形品は形状保持用治具上に載置され、ミスト噴霧中に重力の影響を排除しつつ成形品の形状を保持するようにした成形品の冷却方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、成形品を収容するための前記空間において生じた水蒸気の常時換気を行う成形品の冷却方法。
請求項１から５に記載の成形品の冷却方法の実施のための成形品の冷却装置であって、成形品を収容し、成形品の冷却を行なう空間を形成し、夫々がドアにより開閉可能な冷却すべき成形品の投入口及び冷却された成形品のための取出口を有した冷却室と、冷却室内において直立軸の周りを回転される回転台と、回転台上に円周方向に等間隔に複数設置され、成形品をその形状を確保しながら定位置に保持する治具と、冷却室の上部に設置され、治具により保持された成形品にミストを噴霧するためのミスト噴霧装置とを具備して成り、一つの治具が投入口と対峙し別の治具が取出口と対峙した状態で回転台は停止され、投入口から治具上に投入されミスト噴霧を受けた成形品は回転台の回転により取出口まで運ばれる成形品の冷却装置。
請求項６に記載の発明において、治具は回転台上に３個又はそれ以上設置され、かつ回転方向に隣接する治具間に隔壁が設置される成形品の冷却装置。
請求項７に記載の発明において、各隔壁は、回転台と一体回転し、噴霧装置直下位置まで上方に延出される回転部と、噴霧装置直下位置から冷却室上壁面まで上方に延出される固定部とから成り、回転台の停止状態において治具の回転部と固定部とは上下に整列位置される成形品の冷却装置。
請求項６から８のいずれか一項に記載の発明において、ミスト噴霧装置は冷却室内において昇降可能に設置される冷却装置。
請求項８若しくは９に記載の発明において、ミスト噴霧装置は、回転台の停止状態において、各治具の上方に夫々設置される複数の噴霧ユニットを具備し、各噴霧ユニットは縦緯に複数設置されるノズルと、各ノズルは共通の圧縮空気源及び水源に接続する通路を備え、ノズルは、空気流と水流とを互いに衝突させるように噴出することでミストを形成する冷却装置。
請求項６から１０のいずれか一項に記載の発明において、冷却室の排気のための強制的な排気手段が具備される冷却装置。
請求項１１に記載の発明において、前記強制的排気手段は排気中の凝縮水の分離手段を具備する冷却装置。
請求項６から１２のいずれか一項に記載の発明において、冷却室の底面は外周側程低い傾斜面に形成され、余剰水の回収を傾斜面の外周側部位にて行なうようにした冷却装置。