(57)【要約】【課題】発泡成形用金型を備えた発泡成形装置において、発泡成形サイクルにおける発泡成形用金型の冷却に要する時間を短縮できるようにする。【解決手段】発泡成形装置で用いる発泡成形用金型３０において、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面３ａの裏面側３ｂを、凸条２０が連続する面とする。凸条２０とすることで表面積が大きくなり、冷却効果が増大する。アーク溶接方式による３Ｄプリンタ５０によって造形することで、この形状の発泡成形用金型３０を容易かつ低コストで製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡成形装置で用いる発泡成形用金型であって、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面となっていることを特徴とする発泡成形用金型。
【請求項２】
１つの凸条の幅が１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする発泡成形用金型。
【請求項３】
少なくとも請求項１または２に記載の発泡成形用金型を備えた発泡成形装置。
【請求項４】
発泡成形用金型の製造方法であって、製造工程の一部にアーク溶接方式による３Ｄプリンタを用いて造形する工程を含むことを特徴とする発泡成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡成形用金型およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
予備発泡粒子（ビーズ）を発泡成形用のキャビティ内で発泡させて発泡成形品とすることが行われている。特許文献１や特許文献２等に記載されるように、そのような発泡成形には、図５に概略断面図を示すような発泡成形装置１が一般に用いられる。発泡成形装置１は、一対の発泡成形用金型２、３を有し、各発泡成形用金型２、３は、それぞれ機枠４、５に対して、互いに対向する姿勢で固定されている。各発泡成形用金型２、３には多数の蒸気孔６、７が形成されている。
【０００３】
図５に示すように、発泡成形用金型２、３が閉じた状態となることで、その間に発泡成形用の空間である成形用キャビティ１０が形成される。そして、成形用キャビティ１０内に、原料フィーダ１１から予備発泡粒子が充填される。
【０００４】
発泡成形用金型２、３における、成形用キャビティ１０を形成する成形面２ａ、３ａおよびその裏面側である裏面２ｂ、３ｂは、ともに平坦な面である。また、前記裏面２ｂ、３ｂと機枠４、５との間は、蒸気室８、９とされている。そして、蒸気室８、９には、蒸気供給口１２または１３から加熱蒸気が供給される。供給された加熱蒸気は蒸気室８または９から成形用キャビティ１０内に入り込み、成形用キャビティ１０内に充填されている予備発泡粒子を発泡させ、また部分的に溶融させる。それにより、キャビティ１０内には、発泡粒子が相互に融着した発泡成形体が成形される。
【０００５】
その後、前記蒸気室８、９内に配設した水管１４、１５等から冷却水が蒸気室８、９内に給水され、該冷却水によって発泡成形用金型２、３が冷却される。また、必要に応じて、蒸気室８、９内を減圧して発泡成形用金型２、３の付着水やキャビティ１０内の水分を蒸発させ、そのときの気化熱によって、発泡成形用金型２、３はキャビティ１０内の発泡成形体とともに、さらに冷却される。冷却後に一対の発泡成形用金型２、３を開き、発泡成形体を取り出す。これにより、発泡成形の１サイクルが終了する。
【０００６】
一方、適宜の立体模型を製造する技術として、非特許文献１に記載されるように、アーク溶接方式による３Ｄプリンタの開発が進み、実用化の域に達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−９５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０９７３４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】村田秀和「アーク溶接を利用した高速・高強度・低コスト金属３Ｄプリンタ「Value Arc MA5000-S1」の開発  日刊工業新聞社刊「新技術」２０１６年２月号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した通常の発泡成形サイクルにおいて、発泡成形用金型の冷却に要する時間は、予備発泡粒子の充填に要する時間や、充填した予備発泡粒子を加熱して発泡および相互融着させるのに要する時間と比べて、一般的に長い。１回の発泡成形サイクルに要する時間を短縮することが求められるが、長い金型冷却時間がネックとなり、時間短縮の要請に適切に答えられていないのが、現状である。
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、発泡成形用金型を備えた発泡成形装置において、発泡成形サイクルにおける発泡成形用金型の冷却に要する時間を短縮できるようにした発泡成形用金型、および該発泡成形用金型を備えた発泡成形装置を提供することを課題とする。また、そのような発泡成形用金型を製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による発泡成形用金型は、発泡成形装置で用いる発泡成形用金型であって、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面となっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明による発泡成形用金型において、前記凸条の幅に特に制限はないが、好ましくは、１つの凸条の幅が１ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００１３】
本発明による発泡成形装置は、少なくとも上記の発泡成形用金型を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による発泡成形用金型の製造方法は、製造工程の一部にアーク溶接方式による３Ｄプリンタを用いて造形する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による発泡成形用金型は、少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面となっている。そのために、前記裏面が単に平坦な面とされた発泡成形用金型と比較して、例えば冷却水である冷媒と接触する面積が大きくなる。それにより、従来の裏面が単に平坦な面とされた発泡成形用金型と比較して、冷却に要する時間を短縮することができ、結果、本発明による発泡成形用金型を備えた発泡成形装置では、１回の発泡成形サイクルに要する時間を、従来の装置と比較して短縮することができるようになる。
【００１６】
また、一般に、アーク溶接方式による３Ｄプリンタで立体模型を造形する場合、造形された立体模型は、全体として横断面が凸をなす凸条部（ビード）が多列に積層した形状となる。したがって、本発明による発泡成形用金型の製造手段としてアーク溶接方式による３Ｄプリンタを用いることで、容易かつ安価に、凸条が連続する面を備えた発泡成形用金型を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による発泡成形用金型の一実施の形態を説明する斜視図。
【図２】本発明による発泡成形用金型の他の実施の形態を説明する斜視図。
【図３】アーク溶接方式による３Ｄプリンタの作動原理を説明するための図。
【図４】発泡成形用金型を製造する過程の一例を説明する図。
【図５】従来の発泡成形用金型を備えた発泡成形装置を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による発泡成形用金型と発泡成形装置および発泡成形用金型の製造方法の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明による発泡成形用金型の一実施の形態を、断面を伴う斜視図で示している。この発泡成形用金型３０は、図５に基づき説明した発泡成形用金型２、３のうちの、一方の発泡成形用金型３に相当するものであり、全体として薄肉状の金属製品である。説明は省略するが、対をなすもう一方の発泡成形用金型２についても、発泡成形用金型３０の場合と同様に、本発明の技術事項を適用することができる。
【００２０】
この例において、発泡成形用金型３０は、前記した成形用キャビティ１０の一方側を形成する凹部を有し、該凹部は、平面状の底面３１とその４周から立ち上がる周側壁３２とで構成される。前記周側壁３２の上端からは取付用フランジ３３が外側に延出している。
【００２１】
前記凹部を形成する底面３１と周側壁３２の内側面である成形面３ａと外側面である裏面３ｂは、いずれも平坦な面ではなく、その表面には、横幅が１ｍｍ〜３ｍｍ程度である多数本の凸条２０が列をなす状態で形成されている。前記取付用フランジ３３の表裏面は平坦な面である。また、底面３１と周側壁３２には、適数個の貫通孔が蒸気孔７として形成されている。
【００２２】
上記の発泡成形用金型３０を、図５で説明した、通常の発泡成形装置１の発泡成形用金型３に変えて取り付ける。また、図示しないが、もう一方の発泡成形用金型２の成形面２ａと裏面２ｂに同じようにして多数本の凸条２０を形成した発泡成形用金型３０Ａ（図示を省略）を、発泡成形用金型２に替えて取り付ける。その状態で、従来法と同様にして、発泡成形を行う。
【００２３】
上記の発泡成形用金型３０，３０Ａを備えた発泡成形装置において、予備発泡粒子を充填する工程と、充填した予備発泡粒子を加熱して発泡および相互融着する工程は、従来の発泡成形装置と同様にして行うことができる。それらに要する時間も同じである。本発明による発泡成形用金型３０，３０Ａを備えた発泡成形装置において、次の金型を冷却する工程に要する時間が短縮される。
【００２４】
すなわち、冷却サイクルで冷却水等の冷媒に接触する面、すなわち、発泡成形用金型３０の裏面３ｂおよび発泡成形用金型３０Ａの裏面の表面積は、裏面が平坦な面である従来の発泡成形用金型２、３の裏面の表面積よりも、凸条２０の曲面部の表面積と底面積との差分だけ広くなっている。そのために、発泡成形用金型３０、３０Ａおよび発泡成形品の冷却に要する時間を短縮することが可能となる。この時間短縮分だけ、発泡成形サイクルの短縮化が可能となる。場合によっては、一方の成形用金型、例えば図５での成形用金型３のみを、図１に示した凸条２０を備えた形状の発泡成形用金型３０とし、他方の成形用金型２は、従来形状の金型、すなわち凸条２０を備えない形状の発泡成形用金型２として、発泡成形を行うこともできる。
【００２５】
発泡成形用金型において、凸条２０の横幅に特に制限はないが、１ｍｍ〜１０ｍｍであることは実際的である。横幅１ｍｍ未満の凸条は製造が困難であり、横幅１０ｍｍを超える凸条は冷却効果に影響を与えるように表面積の増加が得られない。なお、凸条のすべてが同じ横幅のものであってもよく、異なった横幅のものが混じっていても差し支えない。発泡成形に用いる樹脂種や発泡成形品の形状等に応じで、実験的に最適なものを、設定すればよい。凸条２０の横断面形状は、円の一部や楕円の一部ように滑らかな曲線であることが好ましい。凸条２０の高さは、２ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。
【００２６】
図１に示した発泡成形用金型３０を用いる場合には、成形される発泡成形品の表面は、凸条２０を転写した凹条を有したものとなる。表面が平坦な発泡成形品を希望する場合には、図２に示すように、成形用キャビティ１０の成形面となる内側面３ａを平坦な面とした発泡成形用金型３０を用いるようにする。
【００２７】
図１および図２に示した発泡成形用金型３０は、適宜の方法で製造することができる。従来の表裏面が平坦な面となっている発泡成形用金型２、３に対して、必要な個所に切削等の機械加工を後加工で施して、凸条２０を形成するようにしてもよい。他の好適な製造方法は、アーク溶接方式による３Ｄプリンタを用いる製造方法である。
【００２８】
図３は、アーク溶接方式による３Ｄプリンタ５０の作動原理を説明している。図示のように、送給装置から連続的に供給される直径１ｍｍ程度の金属ワイヤ５１をシールドガスが送給されている溶接トーチ５２内に送り込む。金属ワイヤ５１に溶接電源５３によりプラスの電位をかけ、下方にあるサブストレート５４との間にアーク放電を発生させる。放電による熱で金属ワイヤ５１が溶融し、サブストレート５４の上に滴下する。ＮＣ制御により、溶接トーチ５２を適切に動かすことで、溶融滴下した金属は、サブストレート５４の上に、線状の軌跡（ビード）を描くようになる。このビードを多段に積層することにより、立体模型が造形される。
【００２９】
上記のアーク溶接方式による３Ｄプリンタ５０を用い、かつ造形する形状に応じた制御プログラムを作成して、ＮＣ制御により溶接トーチ５２を適切に動かすことで、発泡成形用金型を立体的に造形することができる。そこで造形品は、前記のように、線状のビードの積層体であることから、造形品の表面と裏面は、多数の凸条が列状の連続した面となっている。このビードによって形成される凸条を、そのまま、前記しかつ図１に示した発泡成形用金型３０における成形面３ａおよび裏面３ｂでの凸条２０として利用できる。
【００３０】
造形技術上、取付用フランジ３３を同時成形できない場合には、平面状の底面３１とその４周から立ち上がる周側壁３２とを造形したものに対して、取付用フランジ３３を溶着等によって後付することもできる。また、図２に示した、成形用キャビティ１０の成形面となる内側面３ａが平坦な面とされた発泡成形用金型とする場合には、３Ｄプリンタ５０による造形後に、内側面３ａに対して機械的研削を施して、平坦な面とすればよい。
【００３１】
図４は、図１に示した発泡成形用金型３０をアーク溶接方式による３Ｄプリンタ５０を用いて製造（造形）する場合の、他の例を示している。ここでは、最初に、サブストレート５４の上に、平板状の部材を縦方向に造形する。この平板状の部材は発泡成形用金型３０での前記底面３１に相当する部材である。次に、平板状の部材を水平に配置し、これをサブストレート５４として利用し、その周囲に、アーク溶接によるビードを連続的に積層していく。このビードの積層体が、発泡成形用金型３０での前記周側面３２に相当する部材となる。
【００３２】
なお、いずれの製造方法による場合にも、造形後に、底面３１および周側面３２に必要な蒸気孔の穿設作業を行うことで、発泡成形用金型３０とされる。
【００３３】
アーク溶接方式による３Ｄプリンタにおいて、金属ワイヤ５１である造形金属としては、軟鋼、ステンレス、インコネル、ＳＫＤ６１、チタン、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル合金等が、一般に用いられるが、発泡成形用金型の造形用には、アルミニウムのような金属が好適である。
【００３４】
実際に、アーク溶接方式による３Ｄプリンタを用い、造形用金属としてアルミニウムを使用して、３００ｍｍ×２００ｍｍ×２００ｍｍの直方体形状のキャビティを有する成形型を作製した。なお、成形用キャビティを形成する成形面の裏面側は、凸条が連続する面（１つの凸条の幅が２ｍｍ）とし、成形面は研磨面とした。
【００３５】
作製した成形型を備えた発泡ビーズ自動成形機（積水工機製作所社製  商品名「エース３型」）のキャビティ内にポリスチレン系樹脂予備発泡粒子（６０倍）を充填し、ゲージ圧０．０４０ＭＰａの水蒸気で、一方加熱４秒、逆一方加熱４秒、両面加熱３秒（合計加熱時間１１秒）の加熱成形を行った。次に、前記金型のキャビティ内の発泡体を１０秒間水冷した後、減圧下にて４０秒放冷（冷却工程）して発泡成形体を得た（成形サイクル９０秒）。
【００３６】
一方、一般的な鋳物金型を用いて、前記発泡成形体と同質（外観）の発泡成形体を得るためには、一方加熱４秒、逆一方加熱４秒、両面加熱１２秒（合計加熱時間２０秒）の加熱成形を行い、金型のキャビティ内の発泡体を１０秒間水冷した後、減圧下にて６０秒の放冷（冷却工程）を要した（成形サイクル１２０秒）。
【００３７】
上記のことから、本発明の発泡成形用金型を用いることにより、成形サイクルの改善を図ることができることが確認された。
【符号の説明】
【００３８】
１…発泡成形装置、
２，３…発泡成形用金型、
８、９…蒸気室、
１０…成形用キャビティ、
１１…原料フィーダ、
３０…本発明による発泡成形用金型、
３ａ…内側面である成形面、
３ｂ…成形面の裏面側、
３１…底面３１、
３２…周側壁、
３３…取付用フランジ、
２０…少なくとも成形用キャビティを形成する成形面の裏面側に形成される凸条、
５０…アーク溶接方式による３Ｄプリンタ、
５１…金属ワイヤ、
５２…溶接トーチ、
５３…溶接電源、
５４…サブストレート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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