(57)【要約】【課題】発泡性樹脂粒子を加熱発泡させる発泡樹脂成形装置において、最適な発泡圧カーブを維持するため、新規な構成の発泡樹脂成形装置及びその加熱制御方法を提供する。【解決手段】発泡性樹脂粒子を充填する成形用金型と、金型と連通するチャンバーと、これに接続する蒸気供給管とドレン管とを備える発泡樹脂成形装置において、蒸気供給管に流量の微調節可能な弁機構を取り付けると共に、ドレン管に少量の排水が可能な開閉弁を備えたバイパス管を構成する。また、弁機構を、サーボモータによって作動する弁体の移動量により流量の微調節可能な弁機構とする。そして、装置の加熱制御方法を、予め規定した最適発泡圧の変化率を倣うように供給蒸気を微調節して発泡させる両面加熱工程を経た後、追加熱工程においても蒸気供給管からの蒸気供給及びバイパス管からの蒸気排気の微調整により行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡性樹脂粒子を充填して発泡成形するための凸凹一対の成形用金型（２）と、該金型（２）の背面側に付帯させて金型（２）内と連通させたチャンバー（３Ａ、３Ｂ）と、該チャンバー（３Ａ、３Ｂ）に接続させた蒸気供給管（４）とドレン管（５）とを備えてなる発泡樹脂成形装置において、
蒸気供給管（４）に流量調節可能な弁機構（４１）を取り付けると共に、
ドレン管（５）の流量より少ない流量に設定した開閉弁（５１ａ、５１ｂ）を備えたバイパス管（５１）を、ドレン弁（５０）より上流側のドレン管（５）に接続したことを特徴とする発泡樹脂成形装置。
【請求項２】
蒸気供給管（４）に取り付ける流量調節可能な弁機構（４１）を、
サーボモータ（４１ｂ）又はステッピングモータによって作動する弁体（４１ｄ）の移動量により流路断面積を調節して流量を設定する弁機構としたことを特徴とする請求項１記載の発泡樹脂成形装置。
【請求項３】
成型用の金型内に充填させた発泡性樹脂粒子を、蒸気により加熱発泡させる発泡樹脂成形装置の加熱制御方法において、
発泡性樹脂粒子の発泡圧を予め規定した最適発泡圧の変化率を倣うように供給蒸気の流量を調節して発泡させる両面加熱工程を経た後、
追加熱工程において、蒸気供給管から少量の蒸気を供給すると共に、適宜に少量の蒸気を排気させるようにしたことを特徴とする発泡樹脂成形装置の加熱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、発泡性樹脂粒子を成型用金型内に充填し、該金型内への蒸気供給により加熱発泡させて成形する発泡樹脂成形装置に関して、特に、蒸気供給量の可変調節制御と金型内蒸気の適宜排出制御により、最適な加熱工程を実現させる発泡樹脂成形装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な合発泡樹脂成形装置Ｍは、例えば、図４に示すような構成が採られている。すなわち、凹型２０と凸型２１から成る一対の成形用金型２の型合わせにより成形空間が区画形成され、該成形空間には多数の連通孔２２、２２・・・を介して加熱用の蒸気を供給するためのチャンバー３Ａ、３Ｂが隣接して配設されている。これらのチャンバー３Ａ、３Ｂには蒸気供給管４が配管してあり、この管路には蒸気供給調整用の調圧弁４１を配設して蒸気供給の制御を行っている。また、金型２の下流側には、排気、または蒸気復水や冷却排水を排出させるためのドレン管５を配管し、この管路にドレン弁５０を配設している。
【０００３】
さらに、金型内には圧力検出手段２３が配設され、この検出手段２３により金型内の蒸気圧（以下、「発泡圧」と称する。）を監視すると共に検出された圧力データをもとに調圧弁４１（ダイヤフラム弁やピストン弁）による流量調節を行っている。
【０００４】
上記の検出手段２３を付加した装置としては、例えば、発泡性樹脂粒子を金型内で発泡、融着させるための加熱発泡工程時において、所望の発泡樹脂成形体９（以下「成形体」と略称する。）を得るためにリアルタイムで金型内の蒸気圧を検出し、そのデータを基に調圧弁４１の流量調節する制御、いわゆるフィードバック制御を行って金型内の蒸気圧（発泡圧）を調整しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３００３８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の発泡樹脂成形装置の蒸気供給管に配設する調圧弁は、圧縮空気等を駆動手段として合成ゴム等の膜（ダイヤフラム）を弁体に押しつけて流路をふさぐ構造のダイヤフラム弁やピストンシャフトを弁座に当接させて稜々調整を行う構成のピストン弁であった。このため、これら弁の作動の応答性はそれほど悪くないが、作動自体をエアレギュレータのＯＮ・ＯＦＦで行っているため、流量の微調整が非常に困難であり、その結果、供給蒸気量のコントロールに手間取ることが多く、サイクルタイムが嵩んでしまうという問題があった。
【０００７】
また、加熱発泡工程においては、特に予め設定した最適の発泡圧の変化率（以下、「最適発泡圧カーブ」と称する。）に倣って発泡圧が上昇又は維持するように蒸気の供給を制御して成形体の品質の向上・安定を図っているが、従来の弁機構ではこの最適発泡圧カーブに発泡圧を速やかに追従させることに限界があり、ある程度の不良品の発生は黙認せざるを得ないのが現状であった。
【０００８】
さらに、金型からのドレン管は通常、排気や排水の効率を良くするため大口径に形成されており、これに伴ってドレン弁も大口径対応のものにならざるを得なかった。このため、上記した最適発泡圧カーブになるように、追加熱工程おいて供給蒸気の少量追加に連動させた少量排気による最適圧力調整を行う発泡圧の微調整が行え難いという問題もあった。
【０００９】
【目的】
そこで、本願発明は上記問題に鑑み為されたものであり、発泡性樹脂粒子を金型に充填して蒸気供給により加熱発泡させて成形する発泡樹脂成形装置において、最適な発泡圧カーブを維持するため、金型内の発泡圧を微調整可能な蒸気供給弁の構造とドレン管路の構成をもった新規な発泡樹脂成形装置及びその加熱制御方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明に係る発泡樹脂成形体装置は以下のように構成している。
すなわち、発泡性樹脂粒子を充填して発泡成形するための凸凹一対の成形用金型（２）と、該金型（２）の背面側に付帯させて金型（２）内と連通させたチャンバー（３Ａ、３Ｂ）と、該チャンバー（３Ａ、３Ｂ）に接続させた蒸気供給管（４）とドレン管（５）とを備えてなる発泡樹脂成形装置において、蒸気供給管（４）に流量調節可能な弁機構（４１）を取り付けると共に、ドレン管（５）の流量より少ない流量に設定した開閉弁（５１ａ、５１ｂ）を備えたバイパス管（５１）を、ドレン弁（５０）より上流側のドレン管（５）に接続したことを特徴としている。
【００１１】
また、蒸気供給管（４）に取り付ける流量調節可能な弁機構（４１）を、サーボモータ（４１ｂ）又はステッピングモータによって作動する弁体（４１ｄ）の移動量により流路断面積を調節して流量を設定する弁機構としたことを特徴としている。
【００１２】
次に、上記構成の発泡樹脂成形装置の加熱制御方法は以下のように行っている。
すなわち、成型用金型内に充填させた発泡性樹脂粒子を、蒸気により加熱発泡させる発泡樹脂成形装置の加熱制御方法において、発泡性樹脂粒子の発泡圧を予め規定した最適発泡圧の変化率を倣うように供給蒸気の流量を調節して発泡させる両面加熱工程を経た後、追加熱工程において、蒸気供給管から少量の蒸気を供給すると共に、適宜に少量の蒸気を排気させるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
なお、上記の特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。
【００１４】
【作用】
請求項１、２の構成を採ることにより、金型内の発泡樹脂の加熱発泡工程において、最適発泡圧カーブに倣って発泡圧が上昇又は維持するような蒸気圧制御を蒸気供給側と蒸気又は復水の排気又は排水側の両方で行えることとなる。
【００１５】
なお、ここで、「最適発泡圧カーブ」とは、発泡樹脂成形体の最適な形成条件であって、１サイクル毎の蒸気圧と時間との関係において、成形品の品質、例えば、融着強度、表面状態が良好となるよう経験または実験に基づいて設定したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明に係る発泡樹脂成形装置の実施形態例（以下、「本実施装置」と略称する。）及びその加熱制御方法の実施形態例（以下、「本実施方法」と略称する。）について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は本実施装置の全体説明図であり、図２は本実施装置の蒸気供給管に配置した調圧弁の弁機構の断面説明図であり、図３は本実施装置の加熱工程における発泡圧カーブの説明図（Ａ）、（Ｂ）である。
【００１８】
先ず、本実施装置１の構成は、図１に示すように、従来例と同様に、凹型２０と凸型２１から成る一対の成形用の金型２と、該金型２内に多数の連通孔２２、２２・・を介して加熱用の蒸気を供給するため背面側に付帯させたそれぞれのチャンバー３Ａ、３Ｂから成り、該チャンバー３Ａ、３Ｂには、それぞれ調圧弁４１を配設した蒸気供給管４と、金型内の排気及び蒸気の復水、冷却水の排水用のドレン管５とを備えている。なお、本実施装置１には、原料の発泡樹脂の自動充填器、冷却水の噴霧装置、金型２からの成形体９の取出装置（エジェクトピン）等あるが、本願発明の要旨ではないため、詳細な説明及び図示は省略する。また、従来装置Ｍと同一機構は同一符号を付して説明する。
【００１９】
蒸気供給管４は、蒸気メイン管７から元弁４０である自動開閉弁（自動ボールバルブ）を介して分岐し、調圧弁４１を経て金型２へ配管されている。
【００２０】
また、この調圧弁４１は、図２に示すように、流路を形成するハウジング４１ａの上部側に配置したサーボモータ４１ｂを駆動手段として作動する弁棒４１ｃの下端側に配置した弁体４１ｄを移動させ、その移動量により弁座４４ｅと成す流路の断面積形を調節する弁機構を構成している。この弁機構により弁体４１ｄの移動量の微調整が可能となって、供給する蒸気の流量を調整している。
【００２１】
ドレン管５には、ドレン弁５０（自動ボールバルブ）を配設すると共に、このドレン弁５０の上流側にドレン管５の主管（配管呼び径５０Ａ）より小口径（配管呼び径２０Ａ）のバイパス管５１から成るバイパス経路を形成し、下流側はドレンメイン管８へ接続させている。バイパス管５１には流量調整用の手動の調整弁５１ａとその下流側に開閉弁５１ｂ（自動バールバルブ）を配設し、バイバス管５１の管路を介した金型２からの排気や排水の微調整を可能としている。なお、前記の調整弁５１ａと開閉弁５１ｂは、統合して自動開口調整機構を有する弁に変更することも可能である。
【００２２】
さらに、金型内壁の適宜の箇所には、発泡過程の発泡圧を検出するため、例えば、ダイヤフラム式圧力センサなどの発泡圧センサ２３を配設すると共に、これからの信号データを制御ボックス６に供給するようにしている。また、制御ボックス６では、上述した蒸気供給管４に配設した調圧弁４１と、ドレン管５のドレン弁５０、バイパス管５１に配設した自動開閉弁５１ｂからの信号データを制御ボックス６に供給し、これらの信号データに基づいて本実施装置１を制御するようにしている。なお、対向させた凹凸の金型２内にもそれぞれ蒸気圧センサを配設しているが、本明細書では省略する。
【００２３】
【本実施形態の作用】
以上にように構成した本実施装置は次のように作用する。
先ず、本実施装置１における発泡樹脂成形の加熱発泡工程は、以下の手順で行われている。
すなわち、熱可塑性樹脂粒子を予備発泡させてなる発泡性樹脂粒子を、自動充填器（図示省略）を用いて成形空間に充填する。充填後、ドレン弁５０を開放した状態で調圧弁４１を開け蒸気供給管４からチャンバー３Ａへ蒸気を供給し、次いで連通孔２２、２２・・・を介して、一方側の金型（例えば、凹型２０）のドレン弁５０を閉塞して他方側の金型（例えば、凸型２１）へ蒸気を供給し、発泡性樹脂粒子の間隙に効率よく蒸気を行き渡らせて加熱する（片面加熱工程）。次に、両方のドレン弁５０を閉塞して両チャンバー３Ａ、３Ｂへ蒸気を供給して加熱する（両面加熱工程Ｂ１）。最後に、成形品９の側面とチャンバー側の表面の融着差を補うため一定時間追加加熱する（追加熱工程Ｂ２）。
【００２４】
また、両面加熱工程Ｂ１と追加熱工程Ｂ２における発泡圧は、図３（Ｂ）に示す最適発泡圧カーブに倣うように、調圧弁４１、及び調整弁５１ａの両方により制御するようにしている。例えば、両面加熱工程Ｂ１において、発泡圧を所定の変化率で略０．０９５Ｍｐａまで上昇させ、追加熱工程Ｂ２では所定時間ｔ１において前記値を超えることを極力抑え、かつ発泡圧が上下のふらつきが少なくなるように制御している。両面加熱工程Ｂ１では、主に蒸気供給管４の調圧弁４１によって制御し、追加熱工程Ｂ２では前記の調圧弁４１、及びバイパス管５１に配設した自動の開閉弁５１ｂの起動により制御している。この自動の開閉弁５１ｂの通過流量は、直列接続させた調整弁５１ａの調節量により予め設定している。なお、追加熱工程Ｂ２では蒸気の一部が復水し始めるもの（以下、「湿り蒸気」と称する。）もあるので、成型品９の品質安定を図るため、この湿り蒸気を漸次排出すると共に、通常の蒸気（湿り蒸気と対比して「乾いた蒸気」と称する。）を投入するようにもしている。
【００２５】
一方、成形工程全体の最適発泡圧カーブは、図３（Ａ）に示すようになり、追加熱工程Ｂ２の後に冷却工程Ｃをおき、所定の圧力ｐ（以下、「取出発泡圧」と称する。）となったら金型２を展開して成形体９を取り出す（離型する）ようにしている。このため、両面加熱工程Ｂ１と追加熱工程Ｂ２の発泡圧が規定値を超えないように制御することができれば、成形品９の余分な熱膨張を押さえることが可能となると共に、取出発泡圧ｐとの圧力差も少なくすることができ、図３（Ａ）における冷却工程Ｃの時間ｔ２を短縮することが可能となる。これにより、結果として成形工程全体のサイクルタイムの短縮（従来の成形装置より１０％〜２０％の短縮）が図れることとなる。
【００２６】
【他の実施形態の可能性】
次に、本願発明の目的を達成するため、本実施例は以下のように変更することも可能である。
すなわち、蒸気供給管４に取り付ける調圧弁４１の弁機構において、弁体４１ｄの駆動手段をサーボモータ４１ｂのほかにステッピングモータを用いて弁体４１ｄの微量移動をさせるようにしても良い。
【００２７】
【効果】
以上述べたように、本願発明に係る発泡樹脂成形装置は、成形工程の特に加熱工程において、金型内の蒸気圧を極めて再現性良く予め設定した最適な発泡圧カーブに倣った制御とすることが可能となり、安定した品質の成形品を供給できると共に、成形工程のサイクルタイムを短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施装置の全体説明図である。
【図２】本実施装置の蒸気供給管に配置した調圧弁の弁機構の断面説明図である。
【図３】本実施装置の加熱工程における発泡圧カーブの説明図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図４】従来の成形装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１  本実施装置
２  金型
２０  凹型
２１  凸型
２２  連通孔
２３  発泡圧センサ
３Ａ  チャンバー（蒸気室、凹型）
３Ｂ  チャンバー（蒸気室、凸型）
４  蒸気供給管
４０  元弁
４１  調圧弁
４１ａ  ハウジング
４１ｂ  サーボモータ
４１ｃ  弁棒
４１ｄ  弁体
４４ｅ  弁座
５  ドレン管
５０  ドレン弁
５１  バイパス管
５１ａ  調整弁
５１ｂ  開閉弁
６  制御ボックス
７  蒸気メイン管
８  ドレンメイン管
９  成形体
Ｂ１  両面加熱工程
Ｂ２  追加熱工程
Ｃ  冷却工程
ｐ  取出発泡圧
Ｍ  成形装置（従来の）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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