(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡層がスキン層で覆われ、且つそのスキン層の一部が発泡層内に打ち抜かれ当該打抜き孔の内周面に発泡層が露出してなる発泡樹脂成形体の製造方法であって、
上記発泡樹脂成形体成形用のキャビティを形成する固定型及び可動型の少なくとも一方は型本体とピン部材とを備え、該ピン部材はその先端面が当該型本体の成形面と共に上記キャビティを形成しており、
上記ピン部材の先端面の熱伝導率、又は上記ピン部材の先端面及び該ピン部材の先端面を囲む上記成形面の環状部分の熱伝導率が、そのまわりの上記成形面の熱伝導率よりも低く、
原料樹脂に発泡剤を含ませてなる溶融状態の発泡性樹脂を上記キャビティに充填することにより、上記発泡層がスキン層で覆われてなる発泡樹脂成形体をそのキャビティ内に成形した後、
上記ピン部材を上記キャビティ内に突き入れることにより、上記スキン層を打ち抜いて当該打抜き孔の内周面に上記発泡層を露出させることを特徴とする発泡樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記原料樹脂はポリプロピレンであり、
上記ピン部材を上記キャビティ内に突き入れる速度を１５ｍｍ／ｓ以上１９ｍｍ／ｓ以下とし、
上記キャビティ内に、上記速度でのスキン層のせん断強さτｆが１３．８Ｎ／ｍｍ２以上１８．０Ｎ／ｍｍ２以下、発泡層の圧縮降伏強さσｃが２．０Ｎ／ｍｍ２以上２．６Ｎ／ｍｍ２以下であり且つ上記スキン層の最大せん断荷重が上記発泡層の最大圧縮降伏荷重よりも小さい発泡樹脂成形体を成形することを特徴とする発泡樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発泡樹脂成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車用部品などの種々の工業用部品の分野において、軽量性、断熱性及び防音性等の優れた特性を有する発泡樹脂成形体が幅広く採用されている。このような発泡樹脂成形体は、使用される目的及び用途などに応じて好適な樹脂材料を選定し、また、成形体内部の気泡の形態や発泡倍率などの諸条件を設定して成形されている。
【０００３】
その成形方法の一例として、樹脂に発泡剤を含有させた溶融状態の発泡性樹脂を固定型と可動型とでなる成形型のキャビティに充填した後に、可動型を型開き方向に移動させてキャビティの容積を拡大することにより、発泡性樹脂の発泡を促進させるようにした所謂コアバック法が知られている。このコアバック法によれば、キャビティに充填した発泡性樹脂が成形型によって表面から冷却されることにより、発泡樹脂成形体の表面に表皮層として非発泡のスキン層が形成され、該スキン層の内側にコアバックによる発泡促進によって得られた発泡層が形成される。つまり、非発泡の表皮層間に発泡層が一体的に挟まれた形態の成形体が得られる。
【０００４】
このような発泡樹脂成形体を断熱材や防音材（吸音材）としてそのまま使用すると、表面に非発泡のスキン層があるため、内部の発泡層が有する断熱効果や防音効果が十分に発揮されないと言う問題がある。すなわち、表面のスキン層の熱伝導率が大きいためまわりに熱が伝わりやすくなり、或いはスキン層によって音が反射され易くなる。
【０００５】
これに対して、断熱効果や防音効果を高めるべく、表面に形成されたスキン層を取り除き、内部の発泡層を露出させることが考えられる。
【０００６】
発泡樹脂成形体のスキン層を除去することに関して、例えば、特許文献１には、断熱効果や防音効果の向上を狙いとするものではないが、片面に接着性シートを積層したシート状発泡体を成形し、このシート状発泡体の反対側の面に形成されているスキン層全体をスライス刃によって除去することが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、可動型にピン部材を組み込んでおき、溶融状態の発泡性樹脂をキャビティに充填した後、ピン部材を可動型と共にコアバックさせ、次いでピン部材を前進させてキャビティ内に押し込むことにより、発泡樹脂成形体に凹部を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４４４５９号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載された方法では、発泡樹脂成形体の成形工程とは別にスキン層除去工程を設ける必要があり、工数が多くなるとともに、スライス刃及びスライス刃を受けるロールを設ける必要があって装置全体も大掛かりになる。また、この方法は、発泡樹脂成形体のスキン層全体をスライスするというものであり、スキン層を所望位置及び所望形態で部分的に除去するという要望には応えることができない。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載された方法は、発泡樹脂成形体の表面に形成されたスキン層をピン部材にて凹状に変形させて発泡層内部に押し込むものであり、期待する断熱効果及び吸音効果の向上が望めず、さらに、吸音性に関しては、ピン部材によってスキン層表面に形成された凹部が逆に異音（空力音）の発生源になるおそれもある。
【００１１】
そこで、本発明は、表面のスキン層が部分的に打ち抜かれて内部の発泡層が露出した発泡樹脂成形体を得る方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、発泡層がスキン層で覆われてなる発泡樹脂成形体をキャビティ内に成形した後、固定型及び可動型の少なくとも一方に設けられたピン部材を上記キャビティ内に突き入れることにより、上記スキン層を打ち抜くようにした。
【００１３】
すなわち、ここに提示する発泡樹脂成形体の製造方法は、発泡層がスキン層で覆われ、且つそのスキン層の一部が発泡層内に打ち抜かれ当該打抜き孔の内周面に発泡層が露出してなる発泡樹脂成形体を得る方法であって、
上記発泡樹脂成形体成形用のキャビティを形成する固定型及び可動型の少なくとも一方は型本体とピン部材とを備え、該ピン部材はその先端面が当該型本体の成形面と共に上記キャビティを形成しており、
上記ピン部材の先端面の熱伝導率、又は上記ピン部材の先端面及び該ピン部材の先端面を囲む上記成形面の環状部分の熱伝導率が、そのまわりの上記成形面の熱伝導率よりも低く、
原料樹脂に発泡剤を含ませてなる溶融状態の発泡性樹脂を上記キャビティに充填することにより、上記発泡層がスキン層で覆われてなる発泡樹脂成形体をそのキャビティ内に成形した後、
上記ピン部材を上記キャビティ内に突き入れることにより、上記スキン層を打ち抜いて当該打抜き孔の内周面に上記発泡層を露出させることを特徴とする。
【００１４】
従って、本発明によれば、スキン層をスライスすることなく、ピン部材によるスキン層の打ち抜きによって簡単に、発泡樹脂成形体の発泡層を所望の位置で且つピン部材の断面形状に対応する所望の形態で露出させることができる。
【００１５】
また、上記ピン部材の先端面の熱伝導率を上記型本体の成形面の熱伝導率よりも低くし、或いは、上記ピン部材の先端面及び該ピン部材の先端面を囲む上記成形面の環状部分の熱伝導率を、そのまわりの上記成形面の熱伝導率よりも低くしたことにより、当該熱伝導率が低い部位では発泡性樹脂の冷却速度が緩慢になってスキン層がそのまわりよりも薄くなり、ピン部材によるスキン層の打ち抜きが容易になる。
【００１６】
好ましい実施形態では、上記原料樹脂をポリプロピレンとし、上記ピン部材を上記キャビティ内に突き入れる速度を１５ｍｍ／ｓ以上１９ｍｍ／ｓ以下とし、上記キャビティ内に、上記速度でのスキン層のせん断強さτｆが１３．８Ｎ／ｍｍ２以上１８．０Ｎ／ｍｍ２以下、発泡層の圧縮降伏強さσｃが２．０Ｎ／ｍｍ２以上２．６Ｎ／ｍｍ２以下であり且つ上記スキン層の最大せん断荷重が上記発泡層の最大圧縮降伏荷重よりも小さい発泡樹脂成形体を成形する。これにより、スキン層を確実に打ち抜いて発泡層を露出させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、ピン部材の先端面の熱伝導率、又はピン部材の先端面及び該ピン部材の先端面を囲む上記成形面の環状部分の熱伝導率を、そのまわりの上記成形面の熱伝導率よりも低くし、発泡性樹脂を成形型のキャビティに充填することにより、発泡層がスキン層で覆われてなる発泡樹脂成形体を成形した後、ピン部材を上記キャビティ内に突き入れることにより、上記スキン層を打ち抜いて当該打抜き孔の内周面に上記発泡層を露出させるようにしたから、上記熱伝導率が低い部位では発泡性樹脂の冷却速度が緩慢になってスキン層がそのまわりよりも薄くなり、そのため、ピン部材によるスキン層の打ち抜きが容易になり、簡単に、発泡樹脂成形体の発泡層を所望位置で且つピン部材の断面形状に対応する所望の形態で露出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】発泡樹脂成形体の製造装置の全体構成を示す図である。
【図２】コアバック途中の成形型の状態を示す断面図である。
【図３】コアバック終了後にピン部材を発泡樹脂成形体の発泡層に突き入れた状態を示す断面図である。
【図４】ピン部材を発泡樹脂成形体の発泡層に突き入れた状態を示す拡大断面図である。
【図５】発泡樹脂成形体の一部を示す断面図である。
【図６】スキン層の打ち抜き不良例を示す断面図である。
【図７】スキン層の打ち抜き不良の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２０】
＜発泡樹脂成形体の製造装置の構成＞
図１に示す発泡樹脂成形体の製造装置において、１は発泡樹脂成形体の成形型、２は成形型１のキャビティ３に溶融状態の発泡性樹脂を充填する充填手段としての射出装置である。成形型１は、固定型４と、該固定型４に向かって進退するように設けられた可動型５とを備えてなり、固定型４と可動型５とによってキャビティ３が形成されている。固定型４にスプルー６が設けられている。
【００２１】
可動型５は、可動型本体７とピン部材８とを備えてなる。ピン部材８は、固定型４に向かって進退できるように、可動型本体７に形成されたピン孔９に挿入されている。すなわち、ピン部材８は、その先端面が可動型本体７と共にキャビティ３を形成するように且つ固定型４の成形面に対向するように設けられている。
【００２２】
成形型１には、可動型本体７を固定型４に向かって進退させる可動型本体駆動手段１１と、ピン部材８を固定型４に向かって進退させるピン部材駆動手段１２とが接続されている。それら駆動手段１１，１２はコントローラ１３によって制御される。なお、図１ではピン部材８が１本のみ示されているが、防音用又は断熱用の発泡樹脂成形体の成形においては複数のピン部材８を可動型５に設けることになる。
【００２３】
射出装置２は、内部にスクリュー１５が回転自在に挿入され外周面に加熱用ヒータが設けられたシリンダ１６を備え、シリンダ１６の先端のノズルが固定型４のスプルー６に接続されている。シリンダ１６の基端側には、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂等の原料樹脂１７を供給するためのホッパ１８と、スクリューの回転及び進退を行なうためのスクリュー駆動手段１９とが設けられている。シリンダ１６の中間部には、物理発泡剤として超臨界状態の流体を注入するノズル２１が接続されている。ノズル２１には、ボンベ２２から送られる不活性ガス（二酸化炭素、窒素等）が超臨界状態発生装置２３にて超臨界状態にされて供給される。この場合、原料樹脂１７は、ヒータによる加熱とスクリュー１５による練りとによって溶融し、さらに上記発泡剤と共に混練されて、溶融状態の発泡性樹脂２４となってスプルー６から成形型１のキャビティ３に供給される。
【００２４】
なお、化学発泡剤（例えば、三協化成株式会社製セルマイクMB3274（NaHCO３））を含有する発泡性樹脂を用いて成形を行なう場合には、その発泡剤を原料樹脂１３と共にホッパ１８に投入する。繊維強化発泡樹脂成形体を得る場合は、補強用繊維を予め原料樹脂１７に混入させておけばよい。
【００２５】
＜発泡樹脂成形体の製造＞
コントローラ１３は、発泡性樹脂２４を固定型４と可動型５との間のキャビティ３に充填した後、駆動手段１１，１２を制御して、図２及び図３に示すように可動型５を固定型４から後退させるコアバックを行なう。これにより、キャビティ３を成形すべき発泡樹脂成形体２７に応じた容積に拡張させる。このコアバックにおいては、ピン部材８は可動型本体７と共に同じ速度で同じ距離後退する。
【００２６】
そうして、コントローラ１３は、キャビティ３内に形成された発泡樹脂成形体２７の冷却中に、図３及び図４に示すように、ピン部材８を前進させてその先端面を発泡樹脂成形体２７の発泡層２６内に入るようにキャビティ３内に突き入れる。これにより、図５に示すように、ピン部材８に対応する部位に打抜き孔２８が開き、この打抜き孔２８の内周面に発泡層２６が露出した発泡樹脂成形体２７が得られる。
【００２７】
よって、得られた発泡樹脂成形体２７では、打抜き孔２８の内周面に露出した発泡層２６が音を吸収するため、防音効果が高くなる。また、断熱性に関しても、発泡樹脂成形体２７のスキン層２５に打抜き孔２８があいているから、スキン層２５を伝わる表面の熱伝導率が低くなり、断熱効果が高くなる。
【００２８】
スキン層２５を打ち抜くためのピン部材８の前進突き入れは、理論的には次の式１及び式２を満足する条件で行なうことになる。
【００２９】
Qf max(v)＜Cc max(v)＋Cgas max(v)               ……式１
Cpin(v)＞Qf max(v)＋Cc max(v)＋Cgas max(v)      ……式２
Cpin(v)はピン部材８がスキン層２５に与える圧縮力、Qf max(v)はスキン層２５の最大せん断荷重、Cc max(v)は発泡層２６の最大圧縮降伏荷重、Cgas max(v)は発泡ガスの最大圧縮荷重である。ピン部材８が円柱状であるとき、その直径をｄ、スキン層２５のせん断強さをτf(v)、スキン層２５の厚みをｔf、発泡ガス圧力をPgas(v)、発泡層２６の圧縮降伏強さをσc(v) とすると、次のようになり、いずれも、ピン部材８の前進速度ｖに依存する（速度ｖが大きくなるほどそれら荷重は大きくなる。）。
【００３０】
スキン層２５の最大せん断荷重；Qf max(v)＝π・ｄ・ｔf・τf(v)
発泡層２６の最大圧縮降伏荷重；Cc max(v)＝π・ｄ２／４・σc(v)
発泡ガスの最大圧縮荷重；      Cgas max(v)＝π・ｄ２／４・Pgas(v)
ここに、式１に関し、仮に「Qf max(v)≧Cc max(v)＋Cgas max(v)」であれば、式２を満足する条件でピン部材８をキャビティ３に突き入れても、図６に示すように、スキン層２５がせん断されることなく発泡層２６が圧縮されて、スキン層２５に肩だれ２５ａを生じ、或いは、図７に示すように、ピン部材８によるスキン層２５の発泡層２６内への引き込み２５ｂを生じる。すなわち、スキン層２５を確実に打ち抜くこと（発泡層２６を露出させること）が難しくなる。特に、ピン部材８の前進速度ｖを低下させたときにスキン層２５の打ち抜きが難しくなる。
【００３１】
＜実施例＞
次に示す発泡性樹脂材料条件、射出成形装置条件及び成形手順にて発泡樹脂成形体を得た。
【００３２】
−材料・装置条件−
原料樹脂：住友化学株式会社製ポリプロピレン
発泡剤：Ｎ２
射出成形装置：株式会社日本製鋼所製，型締力＝８５０トン
成形条件：発泡性樹脂温度＝２００℃、型温度＝６０℃
射出速度：２００ｍｍ／ｓ（射出圧力：１００ＭＰａ）
キャビティ容量：型閉じ状態で３３６ｃｍ３（縦６０ｃｍ×横４０ｃｍ×幅０．１４ｃｍの直方体）
ピン部材８の直径：１０ｍｍ
−成形手順−
イ．成形型１を閉じた状態で、シリンダ１６から幅１．４ｍｍのキャビティ３に発泡性樹脂（原料樹脂＋発泡剤）２４を射出充填する。
【００３３】
ロ．可動型本体７をピン部材８と共に４．２ｍｍ後退（コアバック）させる。
【００３４】
ハ．コアバック完了後、ピン部材８を圧縮力Cpin(v)＝６５０Ｎ、前進速度１７ｍｍ／ｓでキャビティ３内に４．５ｍｍ突き入れ、４０秒間冷却して発泡樹脂成形体２７を取り出す。
【００３５】
−結果−
図５に示すように、スキン層２５が打ち抜かれ、その打抜き孔２８の内面に発泡層２６が露出した発泡樹脂成形体２７を得ることができた。
【００３６】
上記ピン部材８の突き入れにおいて、スキン層２５の最大せん断荷重Qf max(v)は１５０Ｎ、発泡層２６の最大圧縮降伏荷重Cc max(v)は１８０Ｎ、発泡ガスの最大圧縮荷重Cgas max(v)は０Ｎであった。すなわち、発泡層２６の発泡ガス圧力Pgas(v)が零になった後にピン部材８の前進突き入れを行なっている。
【００３７】
実施例の場合、ピン部材８の直径ｄは１０ｍｍ、スキン層２５の厚さは０．３ｍｍである。従って、スキン層２５のせん断強さτf(v)は１５．９Ｎ／ｍｍ２であり、発泡層２６の圧縮降伏強さσc(v)は２．３Ｎ／ｍｍ２である。これらはピン部材８の前進速度が１７ｍｍ／ｓのときの値であるが、発泡樹脂成形体に対して静的に荷重が加えられた場合のせん断強さτf及び圧縮降伏強さσcも殆ど同じ値になる。
【００３８】
型温度、射出速度、コアバック速度、ピン部材８の前進速度等を適宜変化させてスキン層２の打ち抜きを行なったところ、スキン層２５のせん断強さτfが１３．８Ｎ／ｍｍ２以上１８．０Ｎ／ｍｍ２以下であり、発泡層２６の圧縮降伏強さσcが２．０Ｎ／ｍｍ２以上２．６Ｎ／ｍｍ２以下であり、且つスキン層２５の最大せん断荷重Qf max(v)が発泡層２６の最大圧縮降伏荷重Cc max(v)よりも小さいときは、ピン部材８の前進速度を１５ｍｍ／ｓ以上１９ｍｍ／ｓ以下とすると、スキン層２５を確実に打ち抜いて発泡層２６を露出させることができた。
【００３９】
＜スキン層の薄肉化＞
以上から明らかなように、スキン層２５の最大せん断荷重Qf max(v)はスキン層２５の厚さｔfに比例する。従って、スキン層２５のピン部材８で打ち抜かれる部分のみをまわりよりも薄くすると、得られる発泡樹脂成形体２７の表面強度を損なうことなく、ピン部材８によるスキン層２５の打ち抜きが容易になる。
【００４０】
この薄肉化は、ピン部材８の先端面の熱伝導率を可動型本体７の成形面の熱伝導率よりも小さくすることで成すことができる。例えば、ピン部材８の先端面の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以上０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、可動型本体７の成形面の熱伝導率を１６Ｗ／ｍ・Ｋ以上２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすればよい。これにより、ピン部材８の先端面では発泡性樹脂の冷却速度が緩慢になり、該ピン部材８との接触によって形成されるスキン層は薄くなる。例えば、金型材料として熱伝導率６０．５Ｗ／ｍ・Ｋのクロム・モリブデン鋼を用い、ピン部材８の先端面に熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・Ｋのポリイミド樹脂の被覆層を設けると、スキン層２５の厚さは、可動型本体７に接触する部分が０．３ｍｍ程度になり、ピン部材８に接触する部分が０．２ｍｍ程度になる。すなわち、ピン部材８に接触する部分のスキン層厚さはそのまわりの厚さの２／３程度になる。
【００４１】
上記金型材料としては、クロム・モリブデン鋼の他に、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼）、アルミニウム合金等を採用することもでき、上記被覆層に関しては、ポリイミド等の合成樹脂に代えて無機酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア等）を採用することもできる。
【００４２】
また、ピン部材８の先端面だけでなく、このピン部材８の先端面を囲む成形面の環状部分を含めて低熱伝導率の被覆層を設けるようにしてもよい。
【００４３】
なお、上記実施形態では可動型５にピン部材８を設けたが、固定型４にピン部材を設けてもよい。
【００４４】
また、ピン部材８の断面形状は、円形に限る必要はなく、三角形、その他の多角形、或いは瓢箪型など適宜の形状にすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    成形型
２    射出装置
３    キャビティ
４    固定型
５    可動型
６    スプルー
７    可動型本体
８    ピン部材
２５    スキン層
２６    発泡層
２７    発泡樹脂成形体
２８    打抜き孔
【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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【図６】
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【図７】
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