(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが型穴を画成する一組の型を備える装置であって、前記型穴が開いた開位置と、前記型が組み合わされて完全に閉じた型穴を画成する閉位置との間で前記型が移動可能である装置と、
前記型を加熱および冷却する手段と、
を使用してプラスチック製品を成形するプロセスであって、
前記開位置に前記型を配置するステップと、
所与のプラスチック材料の融点を越える温度まで前記型を伝熱によって加熱するステップと、
前記型内に粒子状のプラスチック材料を配置し、プラスチックが各型の内側を覆う被膜を形成するステップと、
一方の型に形成されたプラスチック被膜に膨張フィラー材料を配置するステップと、
前記型を閉じて完全に閉じた型穴を作り、前記型内の前記プラスチック被膜が互いに接合して、前記フィラー材料を完全に包囲する連続プラスチックシェルを形成するステップと、
前記型を冷却して前記型を開き、成形製品を取り出すステップと、
を含むプロセス。
【請求項２】
前記一方の型にプラスチック被膜を形成する前記ステップが、
前記型穴内にフォーマを配置して該フォーマと前記型穴の側壁との間に空隙を残し、
前記空隙内にプラスチック材料を配置して前記型穴の側壁の内側を覆うプラスチック被膜を形成し、
前記フォーマを取り出して前記型穴の基部上にさらにプラスチック材料を配置して、前記型の基部の内側を覆いかつ前記側壁の内側を覆うプラスチック被膜と一体的なプラスチック被膜を形成することを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記フォーマを取り出す前に、前記型を反転させて余分なプラスチック材料を取り除くステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記加熱するステップが、前記型内に形成された流路を通して加熱された流体を送ることを含む請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
前記冷却するステップが、前記型内に形成された流路を通して冷却流体を送ることを含む請求項１ないし４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
前記型を閉じるステップが、前記型をともにクランプすることを含む請求項１ないし５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
前記加熱するステップが、前記型の温度を２２０°Ｃに上昇させることを含む請求項１ないし６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
前記冷却するステップが、前記型の温度を８０°Ｃに低下させることを含む請求項１ないし７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
開位置と閉位置の間で前記型が枢動できるようにする少なくとも一つのヒンジによって、前記型が互いに接続されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
各型の周囲に断熱ジャケットを設けることをさらに含む請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
前記クランプするステップが、一方の型に枢動可能に接続され、他方の型に固定されたボス内で位置決め可能である少なくとも一つのボルトを設けることをさらに含む請求項６に記載のプロセス。
【請求項１２】
型の座屈に抵抗し型の支持部として機能する強化構造を設けることをさらに含む、請求項１ないし１１のいずれかに記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンドイッチ構造、特に再生廃棄物で作成されてもよい発泡コアを包囲する連続プラスチック皮膜を有するサンドイッチ構造を持つプラスチック製品の形成プロセスに関する。このプロセスは、大面積の板状部材の製造に特に適している。
【背景技術】
【０００２】
射出成形やブロー成形などの、プラスチック製品を成形する多数の異なる装置およびプロセスが広く知られている。より最近の例として、ＷＯ  ２００２／０６２５５０に記載されているような粉末インプレッション成形がある。このプロセスでは、典型的に炉内の対流によって加熱された型と接触するように粒子状のプラスチック材料が配置される。型の上にプラスチック被膜が形成される。各金型の上に形成されたプラスチック被膜の間にフィラー材料を配置した状態で二つの相補的な金型が互いに組み合わされてサンドイッチ構造を形成し、その結果、フィラー材料の各面上に別個のプラスチック被膜が作られる。しかしながら、実用上、このプロセスを効率的に操作する装置は開発されていない。既存の試みは、金型を加熱する炉、金型を移動させるクレーンおよびコンベヤなどの設備を準備するのに非常に高い資本コストがかかる。さらに、炉および対流加熱を使用するため、エネルギー消費が非常に大きくなり、金型の加熱が不均一になり、したがって製品の表面仕上げが平坦でなくなる。また、分離した金型のハンドリングがやりにくく、成形された製品に不出来な継ぎ目が形成されてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、従来技術のこのような問題および制限に対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、それぞれが型穴を画成する一組の型を備える装置であって、型穴が開いた開位置と、型が組み合わされて完全に閉じた型穴を画成する閉位置との間で型が移動可能である装置と、型を加熱および冷却する手段と、を使用してプラスチック製品を成形するプロセスを提供する。この方法は、開位置に型を配置するステップと、所与のプラスチック材料の融点を越える温度まで型を伝熱によって加熱するステップと、型内に粒子状のプラスチック材料を配置し、プラスチックが各型の内側を覆う被膜を形成するステップと、一方の型に形成されたプラスチック被膜に膨張フィラー材料を配置するステップと、型を閉じて完全に閉じた型穴を作り、型内のプラスチック被膜が互いに接合して、フィラー材料を完全に包囲する連続プラスチックシェルを形成するステップと、型を冷却して型を開き、成形製品を取り出すステップと、を含む。
【０００５】
一方の型にプラスチック被膜を形成するステップは、型穴内にフォーマを配置してフォーマと型穴の側壁との間に空隙を残し、空隙内にプラスチック材料を配置して型穴の側壁の内側を覆うプラスチック被膜を形成し、フォーマを取り出して型穴の基部上にさらにプラスチック材料を配置して、型の基部の内側を覆いかつ側壁の内側を覆うプラスチック被膜と一体的なプラスチック被膜を形成することを含む。
【０００６】
プロセスは、フォーマを取り出す前に、型を反転させて余分なプラスチック材料を取り除くステップをさらに含んでもよい。
【０００７】
伝熱により加熱するステップは、型内に形成された流路を通して加熱された流体を送ることを好ましくは含む。
【０００８】
同様に、冷却するステップは、型内に形成された流路を通して冷却流体を送ることを好ましくは含む。
【０００９】
型を閉じるステップは、型をともにクランプすることを好ましくは含む。
【００１０】
一実施例では、加熱するステップが型の温度を２２０°Ｃに上昇させることを含み、冷却するステップが型の温度を８０°Ｃに低下させることを含む。
【００１１】
好ましくは、開位置と閉位置の間で型が枢動できるようにする少なくとも一つのヒンジによって型が互いに接続される。
【００１２】
本方法は、各型の周囲に断熱ジャケットを設けることをさらに含むことが好ましい。
【００１３】
一実施例では、クランプするステップが、一方の型に枢動可能に接続され、他方の型に固定されたボス内で位置決め可能である少なくとも一つのボルトを設けることをさらに含む。
【００１４】
好ましくは、本方法は、型の座屈に抵抗し型の支持部として機能する強化構造を設けることをさらに含む。
【００１５】
本発明は、フィラー材料を完全に包囲する連続プラスチック皮膜を備え、上述したプロセスによって製造される成形プラスチック製品を提供する。
【００１６】
好ましくは、プラスチック製品は、各辺の長さが１０００ｍｍ以上であり厚さが８ｍｍ以上である板状部材である。
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、例示のみを目的として本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る方法で用いるプラスチック成形機が開位置にあるときの斜視図である。
【図２】図１の成形機が閉位置にあるときの斜視図である。
【図３】図１および図２の成形機が閉位置にあるときの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図４にＢで示した領域の詳細図である。
【図６】図６ａ−６ｆは、本発明に係る成形プロセスを示す、金型の一部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る方法での使用に適した装置１０は、上部金型片（mould halve）１２および下部金型片１４を備える。金型片１２、１４はヒンジ１６によって連結され、図１に示す開位置と図２に示す閉位置との間で金型片が移動可能にされている。
【００２０】
各金型片１２、１４は、プラスチック製品を形成するための型穴２２、２４を画成する型１８、２０を含む。この例では、型穴２２、２４は、角が丸められた各辺３００ｍｍの正方形である。上部型穴２２は深さ５ｍｍで浅い一方、下部型穴２４はそれより深く深さ２５ｍｍである。したがって、閉位置では、型１８、２０が組み合わされて通気孔のない深さ３０ｍｍの完全に閉じた型穴を画成する。しかしながら、このような寸法は限定を目的とするものではない。
【００２１】
実際、本発明は、各辺が１０００ｍｍ以上であり厚さが８ｍｍ以上である、大面積の板状部材の製造に特に適している。
【００２２】
図５に最も良く現れているように、各型１８、２０は、相互接続流路２６、２８のネットワークを持つように形成される。使用時、これらの流路２６、２８を外部の流体源（図示せず）と接続可能であり、流体を選択的に加熱または冷却して流路２６、２８を通して循環させ、伝熱によって型１８、２０を加熱または冷却することができる。
【００２３】
好ましくは、各型１８、２０は、典型的にオイルである流体を循環可能である連続閉回路を有した一つの入口および一つの出口（図示せず）を持つように形成される。それでもなお、それぞれが専用の入口および出口を有する複数の流路を備える構成とすることも可能である。外部流体源は、必要に応じて流体温度を監視および調整し、また流体を循環させるためのポンプを提供する。加熱または冷却されたオイルを供給するためのこの種の装置は周知であり、したがって本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００２４】
各型１８、２０は、断熱ジャケット３０、３２内に収納される。型１８、２０は、アルミニウムまたは鋼鉄などの熱伝導性材料で形成される。断熱ジャケット３０、３２は、典型的に、断熱材料を包囲する鋼鉄のケーシングである。
【００２５】
断熱ジャケット３０、３２にはリブ強化構造３４と相互接続はり３６が設けられ、使用時に金型片１２、１４が座屈することを防いでいる。リブ３４は金型片１２、１４の支持脚としても機能し、ヒンジ１６および後述のクランプ手段３８を取り付けるための位置を提供している。
【００２６】
クランプ手段３８は、上部金型片１２および下部金型片１４上にヒンジ１６の位置とは反対側に設けられており、閉位置にあるとき金型片１２、１４をともに固定する。この実施形態では、クランプ手段３８は、一組のボルト４０と、対応する一組の環４２とを含む。各ボルト４０の一端は、下部金型片１４上の強化リブ３４の突起部４４にピボット４４によって接続される。各環４２は、上部金型片１２上の強化リブ３４の突起部４８に固定され、軸方向に延びるスロット５０を有している。図２および図４に示すように、閉位置にあるときボルト４０は最初下方にぶら下がっているが、時計回りに枢動可能であり、スロット５０を通過して環４２内に入り締結されることができる。これによって、上部金型片１２および下部金型片１４を一緒にクランプする。
【００２７】
装置１０を使用した本発明に係るプラスチック製品の成形プロセスを、図６ａ−ｆを参照して以下に説明する。図６ａ−ｆは、型穴２２、２４を画成する型１８、２０の一部を示しているが、他の部分は明瞭さのために省略している。
【００２８】
最初に、上部金型片および下部金型片は図１に示した開位置にある。流路２６、２８を通した加熱オイルの循環によって、製品の被膜を形成するために使用されるプラスチック材料の融点よりも高い温度に、型１８、２０が加熱される。例えば、約１９０°Ｃの融点を有するポリエチレン（ＰＥ）のプラスチック被膜の場合、型１８、２０が最大２２０°Ｃまで加熱される。
【００２９】
図６ａに示すように、例えば木材で作られるフォーマ５２が下部型穴２４内に配置される。フォーマ５２は型穴２４よりもわずかに小さく、略中心に配置される。したがって、フォーマ５２と型穴２４の側壁との間に空隙５４が残る。粉末状または粒状のプラスチック材料がこの空隙に流し込まれる。加熱された型２４と接触するとプラスチック材料が融解し、型穴２４の側壁の周りにプラスチック壁５６を形成する。
【００３０】
一部の応用形態では、特に型穴が上述した例、例えば５０ｍｍ以上の深さである場合、装置１０の全体を回転アームに取り付けることが望ましい場合がある。これによって、型１８、２０を反転させて、余分なプラスチック材料が流れ落ちるようにすることができる。このような回転アームは他の種類のプラスチック成形プロセスで知られており、したがってこれ以上は説明しない。回転アームを使用する場合、余分なプラスチック材料を除いた後に型１８、２０を開始位置まで戻し、その後、プロセスを継続してフォーマ５２を取り去る。
【００３１】
フォーマ５２は、プラスチック材料がくっつきにくい木材などの低熱伝導率の材料で形成されることが好ましく、こうするとフォーマ５２を容易に取り除くことができる。より多くの粉末状または粒状のプラスチック材料が開いた型穴２４に注ぎ込まれ、型穴の基部をカバーする。再びプラスチック材料が加熱された型２０との接触で融解し、プラスチック側壁５６と接合し、図６ｃに示すように、型穴２４の内側を覆う連続プラスチック被膜５８を形成する。
【００３２】
上部型１８の場合、型穴２２が遙かに浅いので、プラスチック材料の側壁を形成するのにフォーマは必要ない。その代わり、図６ｄに示すように、同一の粉末状または粒状のプラスチック材料を型穴２２に注ぎ込み、型穴の内側を覆うプラスチック被膜６０を形成する過程が一段階で行われる。
【００３３】
続いて、下部型穴２４に形成されたプラスチック被膜５８の穴の中に、発泡フィラー（foamable filler）材料６２が配置される。これは、ＰＥフォームなどの任意の種類の加熱により活性化される発泡製品であってよいが、発泡剤が混合された処理済みの廃棄材料であることが好ましい。事実上、通常は埋立地に向かうであろう、プラスチック、木材および金属を含むあらゆる種類の廃棄物を使用することができる。
【００３４】
所望であれば、図６ｅに示すように、他の材料６４の一つまたは複数の層とフィラー材料６２を積層して、最終製品に特別な特性を与えることができる。例えば、ケブラー（登録商標）の層を追加して衝撃強度を得たり、炭素繊維の層を追加して剛性を高めたりすることができる。
【００３５】
電子部品または流体を受け入れるためのパイプをプラスチック被膜５８の中に配置することも可能であり、この結果、他のフィラー材料６２によって囲まれた状態でパイプが最終製品内に一体化される。最終製品内のこの種のパイプにアクセスするために、糸（スレッド）などのモールドイン・インサートまたは位置決めピンを型の中に配置してもよいし、代替的に事後的に穴を開けてもよい。成形後インサートも使用可能であり、この場合、穴を開けるときに摩擦のためにインサートスレッドがプラスチック皮膜内に融解する。このようにして、最終製品の構造的完全性またはプラスチック被膜によるフィラー材料の完全な包囲を犠牲にすることなく、最終製品内でこの種のパイプにアクセスすることができる。
【００３６】
所望のフィラー材料６２、６４が追加されると、上部型１８がヒンジ１６の周りに下部型２０の上面の閉位置まで回転され、クランプ手段３８が操作されて金型片同士が固定される。上部型穴２２に形成されたプラスチック被膜６０が、下部型穴２４に形成されたプラスチック被膜５８と継ぎ目なしに接合され、フィラー材料６２、６４を内部に完全に包囲する連続プラスチックシェル６６が作成される。
【００３７】
型１８、２０が閉じてクランプされるので、外側のプラスチック被膜５８、６０に圧力がかかる一方で、膨張するフィラー材料６２が同時に圧力をその内側に及ぼす。これにより、フィラー材料６２の周囲をプラスチック被膜５８、６０が完全に封止して、連続したプラスチックシェル６６が確実に形成される。
【００３８】
フィラー材料内の発泡剤が型１８、２０の余熱によって活性化され、膨張してプラスチックシェルを完全に充満する。型穴には穴が開いてないので、膨張するフィラー材料によって生み出される圧力および力は非常に高く、それゆえに負荷を分散して金型片１２、１４の座屈を防止する強化材料３４、３６が必要になる。
【００３９】
金型片１２、１４は、これらがさらされる大きな温度範囲、例えば周囲温度２０°Ｃから最大３００°Ｃまでの温度範囲によって生み出される熱的力に耐える非常に頑丈な構造をしていなければならない。強化構造３４、３６は、熱的力により生じる金型片１２、１４のあらゆる歪みまたは変形に抵抗する役割をする。フィラー材料が膨張する間に過度の圧力が生じた場合に装置を損傷無く開くことを可能にする特殊な閉鎖機構（図示せず）が装置に設けられることが好ましい。
【００４０】
閉位置にされると、流路２６、２８を通した加熱オイルの循環が停止され、代わりに冷却オイルが循環されて型１８、２０の冷却プロセスが開始される。温度が特定のしきい値、典型的に約１７０°Ｃを下回ると発泡性フィラー材料が止まり始め、さらなる膨張が停止する。型１８、２０は、型１８、２０を開くことができるポイントである典型的に８０°Ｃまでさらに冷却され、最終プラスチック製品が取り出される。
【００４１】
成形製品にはさらなる仕上げが不要である。型穴２２、２４の壁が滑らかであり、流路２６、２８を循環するオイルからの伝熱のために型１８、２０が均等に加熱されるので、滑らかで平らな表面仕上げが製品に付与される。金型片１２、１４を堅くクランプし、また型穴内に通気孔が存在しないため、上部および下部プラスチック皮膜の間で、後に取り除かなくてはならないばり（flash）の出ない継ぎ目なしの接合が保証される。
【００４２】
このようにして、全てのプロセスを完了し、最終製品を約２０分で製造することができる。
【００４３】
上述した大きさの型についてはプロセスを手作業で実行することができるが、油圧システム、クレーンまたはロボット等を使用して実行される様々な操作を用いて機械化することも同等に適している。
【００４４】
流路２６、２８を通して循環する加熱オイルからの直接伝熱によって型１８、２０が加熱され、断熱ジャケット３０、３２が熱損失を抑制するので、本装置および製造プロセスは非常にエネルギー効率が高い。オイルを循環し加熱および冷却するためのデバイスは、比較的低い資本コストで容易に入手可能である。完成品の製造に必要なものは、装置そのものと、流体供給および加熱デバイスの形態の周辺機器が一つだけである。両方とも、型を加熱するオーブン、コンベヤ、型を移動するハンドリング装置などを必要とする既知のプロセスと比較して、比較的低コストの物品である。両方の物品とも比較的動かしやすい。このように、本装置およびプロセスは安価で小規模の製造に役立つものであり、例えば小規模の企業、または財源および電力供給の両方の観点でリソースが限られている第三世界での使用に役立つ。それでもなお、各装置は事実上完全な製造モジュールであるので、本装置およびプロセスは大規模の製造ユニットへの拡大にも等しく適している。エネルギー要件が低いことに加えて、本プロセスは、本来であれば埋立地に向かうであろう廃棄材料から有用な製品を製造するという、環境上の追加利点もある。
【００４５】
特許請求の範囲で述べる本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変形をなし得ることが認められよう。例えば、型の正確な形状および大きさ、クランプ手段、流路および強化構造の構成は、同一の機能を発揮するものであっても、所与の正確な例と全く異なることもあり得る。
【図１】
0005457439.tif 000002
【図２】
0005457439.tif 000003
【図３】
0005457439.tif 000004
【図４】
0005457439.tif 000005
【図５】
0005457439.tif 000006
【図６ａ】
0005457439.tif 000007
【図６ｂ】
0005457439.tif 000008
【図６ｃ】
0005457439.tif 000009
【図６ｄ】
0005457439.tif 000010
【図６ｅ】
0005457439.tif 000011
【図６ｆ】
0005457439.tif 000012