(57)【要約】【課題】大形バルク材を合成樹脂材料で型成形するにあたり、製品の内部に気泡や空洞等が発生しないようにした大形バルク材の樹脂成形装置および成形方法を提供する。【解決手段】溶融状態の合成樹脂材料を送出する材料供給装置２に、製品成形用の型３が結合された大形バルク材の樹脂成形装置１であって、上記型３の断面が閉断面でその断面形状が長さ方向に略一定とされ、上記材料供給装置２からの合成樹脂材料を上記型３内に供給する供給口１３が上記型３の長手方向の端部に設けられ、上記供給口１３に対向しているとともに型３内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値に維持しながら徐々に型３内を製品成形部１５の容積が大きくなる方向に移動する圧力制御部材１６が設けられている。これにより、溶融合成樹脂が加圧条件下で硬化して行くので、気泡や空洞のない圧縮強度の高い大形バルク材が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の合成樹脂材料を送出する材料供給装置に、製品成形用の型が結合された大形バルク材の樹脂成形装置であって、上記型の断面が閉断面でその断面形状が長さ方向に略一定とされ、上記材料供給装置からの合成樹脂材料を上記型内に供給する供給口が上記型の長手方向の端部に設けられ、上記供給口に対向しているとともに型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動する圧力制御部材が設けられていることを特徴とする大形バルク材の樹脂成形装置。
【請求項２】
上記圧力制御部材の外周面は上記型の内周面に摺動するかまたは上記外周面と上記内周面との間の間隙が微小な値とされている請求項１記載の大形バルク材の樹脂成形装置。
【請求項３】
上記圧力制御部材は、上記圧力を所定値以上に維持する駆動装置に結合されている請求項１または２記載の大形バルク材の樹脂成形装置。
【請求項４】
上記駆動装置は、加圧力制御装置に接続された油圧シリンダである請求項３記載の大形バルク材の樹脂成形装置。
【請求項５】
溶融状態の合成樹脂材料を製品成型用の型内に注入して大形バルク材を成形する大形バルク材の合成樹脂成形方法であって、上記型内に進退可能な状態で挿入した圧力制御部材を、型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動させて圧力制御部材に近い方から合成樹脂材料を順次硬化させることを特徴とする大形バルク材の合成樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大形バルク材の樹脂成形装置およびその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶のキール部分を損傷させないように支持したり、工場の床面や地上に重量物を置くときに、木製の角材の上に上記キール部分や重量物を置くことが行なわれている。上記角材の縦，横，長さ寸法は、載置するものの質量が著しく大きいことから大形なものとなり、例えば船舶の場合では、それぞれ３５ｃｍ，３５ｃｍ，１２０ｃｍのサイズとなる。このようなサイズの角材を天然の樹木から求めることは、きわめて大きな樹木が必要となり、また、天然木材の資源が減少しているために、十分な本数を入手することが困難であり、価格的にも高価なものとなっている。
【特許文献１】特開平９−１５５８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような角材すなわち大形バルク材の問題を解決するために、コンクリート製や鋼鉄製のものが採用されているが、製作や原価の面において実用化がしにくく、質量が過大であるという問題がある。また、合成樹脂材料で大形バルク材を成形するにあたっては、通常の連続押出成形では製品の断面積が過大であり、連続押出成形としては質量も大きいために成形が著しく困難である。また、型内に射出成形をする方法においては、上記のように大形サイズであるために、製品内部に空洞ができたりして、重量物の支持には耐えられないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、大形バルク材を型を用いて合成樹脂材料で成形するにあたって、製品の内部に気泡や空洞等が実質的に問題にならない程度に大幅に減少するようにした大形バルク材の樹脂成形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の大形バルク材の樹脂成形装置は、溶融状態の合成樹脂材料を送出する材料供給装置に、製品成形用の型が結合された大形バルク材の樹脂成形装置であって、上記型の断面が閉断面でその断面形状が長さ方向に略一定とされ、上記材料供給装置からの合成樹脂材料を上記型内に供給する供給口が上記型の長手方向の端部に設けられ、上記供給口に対向しているとともに型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動する圧力制御部材が設けられていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の大形バルク材の樹脂成形装置は、上記型の断面が閉断面でその断面形状が長さ方向に略一定とされ、上記材料供給装置からの合成樹脂材料を上記型内に供給する供給口が上記型の長手方向の端部に設けられ、上記供給口に対向しているとともに型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動する圧力制御部材が設けられている。
【０００７】
このため、成形初期の段階では、型の内側端面と圧力制御部材との間の製品成形部の空間容積が小さいので、上記材料供給装置から所定の圧力で型内に供給された溶融状態の合成樹脂で直ちに満たされる。この段階において、溶融状態の合成樹脂は、上記供給口からの合成樹脂流となって型内に流入し、直ちに上記圧力制御部材で受け止められる。このようにして溶融状態の合成樹脂は圧力制御部材の表面で冷却されながら、型の内周面の方に向きを変えて放射的な方向に流れて行き、さらに型の内周面で受け止められ冷却されて硬化する。したがって、合成樹脂は圧力制御部材の表面の型内周面に近い箇所が早期の内に硬化し、順次圧力制御部材の中央部に硬化領域が拡大されて行く。そして、未硬化の合成樹脂は材料供給装置で所定圧力で加圧され、その圧力を受けながら圧力制御部材が徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動するため、未硬化の合成樹脂の圧力は所定値以上に維持される。これにより、硬化した合成樹脂に引続いて硬化が継続され、加圧下における連続的硬化であるため、気泡や空洞等が大幅に少なくなる。
【０００８】
上記の初期の段階の後は、圧力制御部材が上記の方向にさらに移動しながら硬化部分の領域が拡大されて行き、加圧下における連続的硬化が継続する。この段階においても、溶融状態の合成樹脂が順次型内に供給されるので、未硬化の合成樹脂圧力は圧力制御部材の徐々な移動によって、所定値以上の圧力に維持され気泡や空洞等が大幅に減少した硬化現象が継続する。なお、圧力制御部材の移動に伴って、硬化した合成樹脂は型の内面を摺動しながら圧力制御部材に追従して行く。
【０００９】
上記のような溶融状態の合成樹脂の継続的な加圧供給と、圧力制御部材の制御された移動が最終段階に達すると、圧力制御部材は型内側の他端面等に当たって停止する。このときに、合成樹脂の加圧状態を継続しておくことにより、未硬化部分の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に減少して製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００１０】
本発明においては、「溶融状態の合成樹脂材料の圧力が所定値以上に維持されている」のであるが、この所定値以上の圧力は、気泡や空洞等の発生を大幅に少なくすることができる圧力であることを意味する。適正な圧力値は、使用する材料やバルク材の要求特性等によって適宜設定すれば良いが、その設定圧力値は、材料供給装置の供給圧力および圧力制御部材に加えられる圧力等により設定される。
【００１１】
本発明の大形バルク材の樹脂成形装置において、上記圧力制御部材の外周面が上記型の内周面に摺動するかまたは上記外周面と上記内周面との間の間隙が微小な値とされている場合には、流入してきた溶融状態の合成樹脂が圧力制御部材の外周部から漏洩することがなく、製品部分を正確に成形することができる。さらに、合成樹脂は圧力制御部材に接した型の内周面に近い箇所から硬化し始めるので、この硬化部分が溶融合成樹脂に対するシール部材の役割を果たし、溶融合成樹脂のリークを防止する。したがって、上記隙間が若干大きい場合であっても正常な型成形が可能となる。
【００１２】
本発明の大形バルク材の樹脂成形装置において、上記圧力制御部材が、上記圧力を所定値以上に維持する駆動装置に結合されている場合には、材料供給装置からの溶融合成樹脂の供給圧力と溶融合成樹脂の型内における増量速度に対向させて、上記駆動装置が圧力制御部材をバックアップしながら圧力制御部材が移動する。したがって、大形バルク材の成形途上において溶融合成樹脂の圧力を所定値以上に維持することができ、未硬化部分の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に少なく製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００１３】
本発明の大形バルク材の樹脂成形装置において、上記駆動装置は、加圧力制御装置に接続された油圧シリンダである場合には、材料供給装置からの溶融合成樹脂の供給圧力と溶融合成樹脂の型内における増量速度に対向させて、上記油圧シリンダの出力が上記加圧力制御装置によって最適値に設定され、この最適値とされた油圧シリンダの出力が圧力制御部材をバックアップしながら圧力制御部材が移動する。さらに、季節変化等による環境温度、合成樹脂の種類、合成樹脂の溶融温度等が変化するために、合成樹脂の硬化速度に遅速が発生するのであるが、上記加圧力制御装置によって、圧力制御部材の移動速度を上記の各種硬化速度の変化因子に適合した最適の移動速度が設定できる。したがって、大形バルク材の成形途上において溶融合成樹脂の圧力を所定値以上に正確に維持することができ、未硬化部分の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に減少して製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の大形バルク材の樹脂成形方法は、溶融状態の合成樹脂材料を製品成型用の型内に注入して大形バルク材を成形する大形バルク材の合成樹脂成形方法であって、上記型内に進退可能な状態で挿入した圧力制御部材を、型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動させて圧力制御部材に近い方から合成樹脂材料を順次硬化させることを要旨とする。
【００１５】
本発明の大形バルク材の樹脂成形方法は、上記型内に進退可能な状態で挿入した圧力制御部材を、型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動させて圧力制御部材に近い方から合成樹脂材料を順次硬化させる。
【００１６】
このため、成形初期の段階では、型の内側端面と圧力制御部材との間の製品成形部の空間容積が小さいので、上記材料供給装置から所定の圧力で型内に供給された溶融状態の合成樹脂で直ちに満たされる。この段階において、溶融状態の合成樹脂は、圧力制御部材を直撃するような流れの状態で直ちに上記圧力制御部材で受け止められる。このようにして溶融状態の合成樹脂は圧力制御部材の表面で冷却されながら、型の内周面の方に向きを変えて放射的な方向に流れて行き、さらに型の内周面で受け止められ冷却されて硬化する。したがって、合成樹脂は圧力制御部材の表面の型内周面に近い箇所が早期の内に硬化し、順次圧力制御部材の中央部に硬化領域が拡大されて行く。そして、未硬化の合成樹脂は材料供給装置で所定圧力で加圧され、その圧力を受けながら圧力制御部材が徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動するため、未硬化の合成樹脂の圧力は所定値以上に維持される。これにより、硬化した合成樹脂に引続いて硬化が継続され、加圧下における連続的硬化であるため、気泡や空洞等が大幅に少なくなる。
【００１７】
上記の初期の段階の後は、圧力制御部材が上記の方向にさらに移動しながら硬化部分の領域が拡大されて行き、加圧下における連続的硬化が継続する。この段階においても、溶融状態の合成樹脂が順次型内に供給されるので、未硬化の合成樹脂圧力は圧力制御部材の徐々な移動によって、所定値以下の圧力に維持され気泡や空洞等が大幅に減少して硬化現象が継続する。なお、圧力制御部材の移動に伴って、硬化した合成樹脂は型の内面を摺動しながら圧力制御部材に追従して行く。
【００１８】
上記のような溶融状態の合成樹脂の継続的な加圧供給と、圧力制御部材の制御された移動が最終段階に達すると、圧力制御部材は型内側の他端面等に当たって停止する。このときに、合成樹脂の加圧状態を継続しておくことにより、未硬化部分の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に少なく製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２０】
以下の説明では、型の断面が閉断面でその断面形状が長さ方向に略一定とされ、材料供給装置からの合成樹脂材料を上記型内に供給する供給口が上記型の長手方向の端部に設けられ、上記供給口に対向しているとともに型内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値以上に維持しながら徐々に型内を製品成形部の容積が大きくなる方向に移動する圧力制御部材が設けられ、しかも上記圧力制御部材が、上記圧力を所定値以上に維持する駆動装置に結合され、さらに、上記駆動装置は、加圧力制御装置に接続された油圧シリンダとされている。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図３は、本発明の大形バルク材の樹脂成形装置の一実施例を示す。
【００２２】
図１は、大形バルク材の樹脂成形装置の全体構造を示す断面図、図２は、図１の〔２〕−〔２〕断面図、図３は、大形バルク材が硬化しながら徐々に型内で大きくなって行く変化状態を示す断面図である。
【００２３】
大形バルク材の樹脂成形装置全体は符号１で示され、上記装置１は、合成樹脂材料を送出する材料供給装置２と、上記材料供給装置２から溶融状態の合成樹脂が供給される大形バルク材成形用の型３と、加圧力制御装置で出力制御がなされ上記型３に接続されている駆動装置４から構成されている。
【００２４】
上記材料供給装置２としては種々な方式のものが採用できるが、ここでは一般的に使用されている射出成形装置である。この射出成形装置は、断面円形の供給シリンダ５内に長尺なスクリュー６が挿入され、回転駆動装置７によって上記スクリュー６にフィード回転が付与される。上記供給シリンダ５の外周には合成樹脂材料を溶融させるヒータ８が取り付けてある。供給シリンダ５の端部には、ペレット等の合成樹脂材料や充填材等を貯留し供給シリンダ５内に上記材料を供給するホッパー９が設けられている。供給シリンダ５の他端にはノズルプレート１０が取り付けられ、上記ノズルプレート１０に設けられた多数の開口１１から溶融合成樹脂が押出されるようになっている。
【００２５】
上記ノズルプレート１０に中継管１２が接続され、この中継管１２を経て上記型３内に合成樹脂が供給されるようになっている。型３は、その断面が閉断面でその断面形状や断面寸法が長さ方向に略一定とされ、上記中継管１２からの合成樹脂材料を型３内に供給する円形の供給口１３が、型３の長手方向の端部に設けてある。型３は、図２に示すように、肉厚の鋼板で製作され、その断面形状は略正方形である。型３の端部に略正方形の端板１４が配置され、その略中央部に上記供給口１３が設けてある。
【００２６】
上記供給口１３から型３内に流入してきた合成樹脂を受け止めて、溶融状態の合成樹脂の圧力を所定値以上に維持するとともに、端板１４との間に製品成形部１５を構成する圧力制御部材１６が設けられている。上記圧力制御部材１６は、型３の断面形状と同様に略正方形とされ、その外周面１７と型３の内周面３Ａとの間に微小な間隙Ｃがあけられている。圧力制御部材１６は上記のように配置されて、供給口１３に対向しているとともに型３内に供給された合成樹脂材料の増量途上における溶融状態の合成樹脂材料の圧力を、所定値以上に維持しながら徐々に型３内を製品成形部１５の容積が大きくなる方向に移動するようになっている。
【００２７】
大形バルク材の成形が完了して型３から抜き出すために、上記端板１４かまたは端板１４とは反対側の端板１８が外せるようにしてある。この例では、上記端板１８が外せるようになっていて、端板１８側に設けたフランジ１９と、型３の本体側に設けたフランジ２０とを衝合し、この衝合部分を分離させて型３の端部が開放される。また、上記衝合部分を強く密着させておいて合成樹脂の注入がなされる。衝合部分の衝合状態を確実に維持するために、クランプ機構２１が両フランジ１９，２０の複数箇所に等間隔で配置されている。上記クランプ機構２１は一般的に使用されている形式のものであり、この例では、両フランジ１９，２０を貫通する軸部材２２と、それに結合したクランプレバー２３で構成されている。図１に示した状態は、上記クランプレバー２３を締付位置に停止させて、両フランジ１９，２０が強く密着している状態である。また、クランプレバー２３を回動して締付状態を緩めて軸部材２２を両フランジ１９，２０から外すと、端板１８を開放できる状態になる。
【００２８】
供給口１３が開口している側の端板１４を着脱する場合にも、端板１８側と同様なクランプ機構等を採用する。
【００２９】
つぎに、上記圧力制御部材１６の中央部には駆動軸２４が結合され、この駆動軸２４は端板１８の軸受部２５を貫通して上記駆動装置４に結合されている。駆動装置４としては油圧シリンダ２６が用いられており、圧力制御部材１６を、上記材料供給装置２から導入される溶融合成樹脂の圧力に対向し、所定の速度で圧力制御部材１６を製品成形部が大きくなる方向に移動させるために、加圧力制御装置２７が設けられている。上記加圧力制御装置２７は、製品成形部１５の溶融合成樹脂の圧力信号を変換手段を用いて、圧力制御弁を動作させることのできる通常の装置であり、油圧ポンプＰから油圧ピストン２８の左右に伝達される油圧が、上記圧力制御弁によって溶融合成樹脂の圧力に対応させて設定されている。
【００３０】
増量途上の上記溶融合成樹脂の圧力を所定値以上に維持するためには、単位時間当たりの溶融合成樹脂の増量量に応じて、圧力制御部材１６の移動速度を設定することにより行なわれる。すなわち、上記増量量に対して圧力制御部材１６の移動速度をやや遅く設定することにより、溶融合成樹脂は常に圧縮状態におかれる。圧力制御部材１６の移動速度を上記のように設定するために、図１に示した油圧ピストン２８の右側から左側に移動する作動油に所定の絞り抵抗を付与するのであり、この絞り抵抗の設定が加圧力制御装置２７でなされる。
【００３１】
上記型３の断面形状は略正方形であるが、大形バルク材の形状に応じて、円形断面，長方形断面，台形断面等にすることができる。また、上記間隙Ｃをさらに微小にして、外周面１７が型３の内周面３Ａに摺動するようにすることもできる。さらに、駆動装置４として油圧シリンダ２６が採用されているが、これを電動モータ等に置きかえることも可能である。
【００３２】
つぎに、合成樹脂の種類としては、大形バルク材に対する圧縮荷重に耐えられるものであれば種々な合成樹脂が採用できるのであるが、この例では、オレフィン系樹脂（ポリプロピレン）の廃材を粒子状にしたものと、充填材としての木紛とを混合して上記ホッパー９に投入している。上記合成樹脂の廃材と木紛との混合比率は、重量％で上記廃材６０％，上記木紛４０％である。なお、上記合成樹脂と充填材については、大形バルク材の耐圧性能、大きさ等に応じて、選択される合成樹脂や充填材の種類および両者の混合比率が設定される。
【００３３】
図３は、製品成形部１５内に流入した合成樹脂が所定の圧力を維持した状態で硬化して行く状態を示している。同図（Ａ）は、製品成形部１５の容積が最小の状態とされた成形初期の段階である。この段階では供給口１３から流入してきた溶融合成樹脂が、圧力制御部材１６の端面中央部を直撃し、圧力制御部材１６で冷却されながら放射方向に流動する。その後、合成樹脂は型３の内周面３Ａで受け止められてそこでさらに冷却される。このような初期の合成樹脂の流動現象により、圧力制御部材１６に近い型３の内周面３Ａから硬化が開始され、それに引続いて圧力制御部材１６の中央部の方へ硬化領域が拡大して行く。そして、順次溶融合成樹脂が流入してくるので、それに対向させながら圧力制御部材１６を徐々に右方へ移動させ、溶融合成樹脂の圧力は材料供給装置２の供給圧力と略同じかまたはそれよりもやや低い圧力に維持される。図３において、２９は合成樹脂が溶融状態である未硬化部分、３０は硬化部分である。
【００３４】
図３（Ｂ）の段階になると、硬化部分３０の領域が拡大されるとともに、未硬化部分２９は（Ａ）よりも大きい領域となっている。この段階においても、圧力制御部材１６の移動速度が、製品成形部１５の容積の増大を抑制するような遅い速度であるから、未硬化部分２９の圧力は材料供給装置２の供給圧力と略同じかまたはそれよりもやや低い圧力に維持される。
【００３５】
図３（Ｃ）の段階になると、未硬化部分２９の容量は（Ｂ）と同じであるが、硬化部分３０は増大し硬化した製品部分がさらに大きくなっている。この段階においても、未硬化部分２９の圧力は上記（Ｂ）に示す段階と同様な圧力状態になっている。
【００３６】
未硬化部分２９の圧力が設定される条件としては、製品成形部１５の容積，合成樹脂の粘性，型３の冷却度合い等が掲げられるが、この例では、材料供給装置２の供給圧力が１５００Ｋｇ／ｃｍ２（１４７０９．９７５×１０−４Ｐａ），上記１５００Ｋｇ／ｃｍ２に対向する油圧シリンダの加圧は８００Ｋｇ／ｃｍ２（７８４５．３２×１０−４Ｐａ）である。上記両圧力の比は１０：５から１０：９の範囲内である。
【００３７】
上記型３内で合成樹脂が硬化したら、クランプ機構２１を動作させて端板１８を外し、その後、型３を中継管１２から分離して、型３を上下方向の姿勢にして吊り上げ、硬化収縮した大形バルク材を下方に抜き出す。あるいは、端板１４の側に端板１８のような開放機能を付与することにより、油圧シリンダ２６の押圧出力で大形バルク材を型３から押出すことができ、作業性が向上する。また、上記のような大形バルク材の抜き取りを容易にするために、型３の内面に離型剤を塗布しておくことにより、作業性を改善することができる。
【００３８】
上記の実施例１の構成による作用効果を列記すると、次のとおりである。
【００３９】
成形初期の段階では、型３の内側端面すなわち端板１４と圧力制御部材１６との間の製品成形部１５の空間容積が小さいので、上記材料供給装置２から所定の圧力で型３内に供給された溶融状態の合成樹脂で直ちに満たされる。この段階において、溶融状態の合成樹脂は、上記供給口１３からの合成樹脂流となって型３内に流入し、直ちに上記圧力制御部材１６で受け止められる。このようにして溶融状態の合成樹脂は圧力制御部材１６の表面で冷却されながら、型３の内周面３Ａの方に向きを変えて放射的な方向に流れて行き、さらに型３の内周面３Ａで受け止められ冷却されて硬化する。したがって、合成樹脂は圧力制御部材１６の表面の型内周面３Ａに近い箇所が早期の内に硬化し、順次圧力制御部材１６の中央部に硬化領域が拡大されて行く。そして、未硬化の合成樹脂は材料供給装置２で所定圧力で加圧され、その圧力を受けながら圧力制御部材１６が徐々に型３内を製品成形部１５の容積が大きくなる方向に移動するため、未硬化の合成樹脂の圧力は所定値以上に維持される。これにより、硬化した合成樹脂に引続いて硬化が継続され、加圧下における連続的硬化であるため、気泡や空洞等が大幅に少なくなる。
【００４０】
上記の初期の段階の後は、圧力制御部材１６が上記の方向にさらに移動しながら硬化部分３０の領域が拡大されて行き、加圧下における連続的硬化が継続する。この段階においても、溶融状態の合成樹脂が順次型３内に供給されるので、未硬化の合成樹脂圧力は圧力制御部材１６の徐々な移動によって、所定値以上に維持され気泡や空洞等が大幅に減少して硬化現象が継続する。なお、圧力制御部材１６の移動に伴って、硬化した合成樹脂は型３の内周面３Ａを摺動しながら圧力制御部材１６に追従して行く。
【００４１】
上記のような溶融状態の合成樹脂の継続的な加圧供給と、圧力制御部材１６の制御された移動が最終段階に達すると、圧力制御部材１６は型内側の他端面等に当たって停止する。このときに、合成樹脂の加圧状態を継続しておくことにより、未硬化部分２９の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に少なくなり製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００４２】
上記圧力制御部材１６の外周面１７と上記型３の内周面３Ａとは、摺動関係または微小な間隙Ｃが設定されている。したがって、流入してきた溶融状態の合成樹脂が圧力制御部材１６の外周面１７から漏洩することがなく、製品部分を正確に成形することができる。さらに、合成樹脂は圧力制御部材１６に接した型３の内周面３Ａに近い箇所から硬化し始めるので、この硬化部分３０が溶融合成樹脂に対するシール部材の役割を果たし、溶融合成樹脂のリークを防止する。したがって、上記間隙Ｃが若干大きい場合であっても正常な型成形が可能となる。
【００４３】
上記圧力制御部材１６が、駆動装置４で動作されているので、材料供給装置２からの溶融合成樹脂の供給圧力と溶融合成樹脂の型３内における増量速度に対向させて、上記駆動装置４が圧力制御部材１６をバックアップしながら圧力制御部材１６が移動する。したがって、大形バルク材の成形途上において溶融合成樹脂の圧力を所定値以上に維持することができ、未硬化部分２９の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に減少して製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００４４】
上記駆動装置４は、加圧力制御装置２７に接続された油圧シリンダ２６であるから、材料供給装置２からの溶融合成樹脂の供給圧力と溶融合成樹脂の型３内における増量速度に対向させて、上記油圧シリンダ２６の出力が上記加圧力制御装置２７によって最適値に設定され、この最適値とされた油圧シリンダ２６の出力が圧力制御部材１６をバックアップしながら圧力制御部材１６が移動する。さらに、季節変化等による環境温度、合成樹脂の種類、合成樹脂の溶融温度等が変化するために、合成樹脂の硬化速度に遅速が発生するのであるが、加圧力制御装置２７によって、圧力制御部材１６の移動速度を上記の各種硬化速度の変化因子に適合した最適の移動速度が設定できる。したがって、大形バルク材の成形途上において溶融合成樹脂の圧力を所定値以上に正確に維持することができ、未硬化部分２９の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に少なくなって製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【００４５】
上記のように、加圧条件下で合成樹脂を硬化させるので、熱化塑性合成樹脂の廃材を粒状にして再利用しても、高い密度をもって気泡や空洞が実質的に問題にならないレベルで硬化させることができ、コストダウンにとって有利である。また、木紛等の充填材も上記のような圧力条件下で硬化した合成樹脂中に混在しているので、充填材混入による大形バルク材の圧縮強度を低下させることがない。
【００４６】
上記圧力制御部材１６の後退速度を型３の全長にわたって一定にした場合には、溶融合成樹脂の注入初期の段階では製品成形部１５の圧力が十分に高くならないので、この部位には気泡等の分布が基準値を上回る現象が生じる。一方、圧力制御部材１６が最終的な位置まで後退した状態では、溶融合成樹脂の圧力が所定値以上に安定して設定されているので、最終段階で硬化する部分の気泡等は基準値以下となる。このように大形バルク材の両端部近傍では気泡等の分布にばらつきができるので、必要に応じて、上記両端部を切り捨てて、全長にわたって均一な気泡や空洞等の分布をした大形バルク材に仕上げる。
【実施例２】
【００４７】
図４〜図８は、本発明の大形バルク材の樹脂成形装置の第２の実施例を示す。
【００４８】
この実施例は、成形された大形バルク材の長手方向の密度をできるだけ均一化すると共に、成形中および成形後の冷却性を高めるものである。
【００４９】
図４は、主として上記型３の内部構造を示す横断平面図である。圧力制御部材１６は、前板１６Ａと後板１６Ｂが間隔をおいて配置された２重構造とされ、上記前板１６Ａと後板１６Ｂは中央部の接続部１６Ｃで一体化されている。この例では、駆動軸２４が２本平行に配置され、その一端は支持板３１に結合され、他端は圧力制御部材１６に結合されている。上記支持板３１は、油圧シリンダ２６のピストンロッド３２に結合されている。また、駆動軸２４と圧力制御部材１６の結合は、駆動軸２４の端部に形成した雄ねじ部とそれに螺合するナットのいわゆるねじ構造で結合することも可能であるが、この例では、上記後板１６Ｂに駆動軸２４を摺動可能な状態で貫通させ、その先端部を前板１６Ａの背面に突き当てた構造とされている。
【００５０】
上記型３の略中央部に型３の長手方向にわたって鋼鉄製の冷却管３３が配置されている。上記冷却管３３は、上記圧力制御部材１６の接続部１６Ｃにあけた挿通穴１６Ｄを摺動可能な状態で貫通しており、後部は端板１８にあけたガイド穴３４にガイドされている。上記ガイド穴３４は、中央部に冷却管３３を支持する大径部３４Ａと、上記大径部３４Ａの両側に駆動軸２４が通る通過部３４Ｂとから構成されている。図６に示すように、上記冷却管３３の後端を受けとめるストッパプレート３５に２本のボルト３６が貫通し、その先端側が端板１８にねじ込まれている。
【００５１】
上記冷却管３３は、図８に示すように、断面が円形であり中空部３３Ａを有する中空管とされていて、その先端部にはテーパ部３３Ｂが設けられ中空部３３Ａを閉塞している。冷却管３３の直径は上記供給口１３の内径よりも大きく設定され、この例では、冷却管３３の直径が９０ｍｍ、供給口１３の開口部の内径が８０ｍｍである。また、冷却管３３が最も後退してしている位置は、テーパ部３３Ｂの先端部が供給口１３内に進入した位置であり、この位置において合成樹脂材料が型３内に流入する流路３７が形成されている。上記流路３７は、図７に示すように、環状の流通空間の形状とされ、その流路幅は符号Ｗで示されている。上記テーパ部３３Ｂの中心軸と供給口１３の中心軸を合致させるために、断面「く」字型の受け部材３８を冷却管３３の下側に配置して、端板１４の内面に溶接してある。
【００５２】
上記ボルト３６を締め込むと、ストッパプレート３５が端板１８の方に移動するので、それとともに冷却管３３が供給口１３の方へ押され、テーパ部３３Ｂが供給口１３の開口縁に圧接される。したがって、テーパ部３３Ｂと供給口１３の開口縁によって弁のような機能を果たす。
【００５３】
上述のように、この例では、冷却管３３の直径が９０ｍｍ、供給口１３の開口部の内径が８０ｍｍであるが、一方、型３の内部寸法は縦，横はそれぞれ３５０ｍｍ、長さは１７００ｍｍである。それ以外は、上記第１の実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。また、船舶用の大形バルク材は船舶が進水後に浮上するようにしておくのが大形バルク材の回収上便利であり、また、地上で搬送するときにも軽量であることが得策である。そのような観点から、大形バルク材の比重は１ｇ／ｃｃ以下、望ましくは天然木材に近い０．５ｇ／ｃｃに設定される。このような比重の設定は、使用する合成樹脂の種類、充填材の種類や混入量によって調整される。
【００５４】
上記構成により、溶融した合成樹脂材料は上記環状の流路３７から製品成形部１５内に流入する。このときの溶融合成樹脂の流れ形態は、テーパ部３３Ｂの形状によって略テーパ型に拡散した流れになり、その主流は型３の内周面３Ａの方を指向している。したがって、溶融合成樹脂は型３の内周面３Ａで冷却される。これと同時に、溶融合成樹脂は冷却管３３に接触することにより製品成形部１５の中央部において冷却される。したがって、溶融合成樹脂は、型３の内周面３Ａと冷却管３３の両方で冷却され、このような冷却状態が圧力制御部材１６の後退時に継続的に維持され、大形バルク材の内側と外側から冷却される。このような型３の長手方向の継続した冷却現象により、大形バルク材は短時間で硬化するので、気泡や空洞の成長が全長にわたって抑制され、密度が均一化されると共に高荷重に耐えられる大形バルク材が得られる。
【００５５】
圧力制御部材１６が最も後退して製品成形部１５が未硬化部分２９と硬化部分３０で満たされると、ボルト３６を締め込んで冷却管３３を供給口１３の方へ移動し、テーパ部３３Ｂを供給口１３の開口縁に着座させる。これにより、供給口１３から製品成形部１５にわたって連続している溶融合成樹脂が切断された状態になり、材料供給装置２からの溶融合成樹脂の供給が打ち切られる。その後、製品成形部１５全体が硬化すると、クランプ機構２１を解除して端板１８を型３から外し、さらに駆動軸２４を後退させて圧力制御部材１６を型３から抜き取る。これにより、型３内には大形バルク材とそれを貫通している冷却管が残ることになる。その後、冷却管３３の後端をつかんで大形バルク材を型３から引き出す。さらに、大形バルク材から冷却管３３を抜き取って成形品単体の状態になる。
【００５６】
上述のように、溶融合成樹脂を製品成形部１５に供給しているときには、冷却管３３の中空部３３Ａを経て溶融合成樹脂の熱が放散されて、合成樹脂の硬化を促進し、気泡や空洞部の発生を大幅に少なくすることができる。また。冷却管３３が大形バルク材から抜き取られてからは、大形バルク材に形成された貫通穴が放熱に役立ち、空冷の促進に有効である。
【００５７】
また、上記のように、冷却機能を果たす冷却管３３によって、溶融合成樹脂の流入を遮断するバルブ機能を行なわせるので、冷却管３３を多機能化して構造を簡素化するのに有効である。
【００５８】
冷却管３３は中空構造とされているので、その全長にわたって冷却機能を果たすことができ、圧力制御部材１６の後退にともなって連続的な冷却が行なえる。また、冷却管３３には溶融合成樹脂の圧力が作用するので、その後端部はストッパプレート３５に押し当てられた状態になり、これによって、テーパ部３３Ｂと供給口１３の開口縁との相対位置すなわち上記流路幅Ｗが正確に設定され、製品成形部１５内への適正な溶融合成樹脂の流入が得られる。
【００５９】
圧力制御部材１６が後退して行くと、冷却管３３の先端部は片持ちになり自重で下方に変位して、テーパ部３３Ｂの中心軸と供給口１３の中心軸とがずれるおそれがある。しかし、受け部材３８が設けてあるので上記のような中心線がずれることがなく、流路幅Ｗも円周方向に均一な状態で保持され、良好な溶融合成樹脂の流入が確保できる。なお、受け部材３８の存在が溶融合成樹脂の流れを乱すことも考えられるが、受け部材３８の大きさを小さくしたり図８に示した空隙部３８Ａを流通させることにより、流れへの影響を最小化することができる。
【００６０】
図６に示すように、ストッパプレート３５に通気穴３９をあけて、中空部３３Ａからの放熱を促進させて、一層冷却効果を高めることができる。さらに、通気穴３９から冷却空気を送給して冷却性をさらに向上させることもできる。あるいは、図示していないが、冷却管３３を水冷式にすることも可能である。
【００６１】
端板１８にあけられた上記ガイド穴３４は、冷却管３３を通過させる大径部３４Ａと駆動軸２４を通す通過部３４Ｂから構成されているので、駆動軸２４と冷却管３３を型３内に配置することが容易に行なえる。
【００６２】
さらに、駆動軸２４が圧力制御部材１６をバックアップするような状態で圧力制御部材１６に結合されていると共に、冷却管３３が圧力制御部材１６の挿通穴１６Ｄを貫通しているので、溶融合成樹脂が製品成形部１５に供給されて圧力制御部材１６が徐々に後退するときの移動動作が滑らかになり、異常な機械的抵抗が発生したりしない。したがって、溶融合成樹脂の圧力状態を狂わせるような因子が除去され、所定値以上の圧力が正確に維持される。
【００６３】
上記テーパ部３３Ｂで供給口１３を閉じる時期は、未硬化部分２９の容積ができるだけ減少してから閉じるのが望ましい。このような時期に供給口１３を閉じることにより、未硬化部分２９が硬化するときの凝縮を少なくすることができ、成形形状を正確に形成することができる。
【実施例３】
【００６４】
図９は、本発明の大形バルク材の樹脂成形装置の第３の実施例を示す。
【００６５】
この実施例は、加圧ポンプ４０を供給口１３の上流側に配置したものである。上記加圧ポンプ４０としては、押出し圧力が調整できるギヤ式ポンプが採用されている。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００６６】
上記構成により、型３内への溶融合成樹脂の供給圧力が調整できるので、上記の未硬化部分２９の圧力状態をより一層正確に制御することができ、気泡や空洞の発生を最小化することができる。上記２実施例における未硬化部分２９の圧力は、材料供給装置２の供給圧力と略同じかまたはそれよりもやや低い圧力であるが、加圧ポンプ４０を配置することにより、未硬化部分２９の圧力を材料供給装置２の供給圧力よりも高い値に設定することができ、気泡や空洞等の発生を最小化するのに有効である。それ以外は、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
また、本発明による大形バルク材の樹脂成形方法によれば、成形初期の段階では、型３の内側端面すなわち端板１４と圧力制御部材１６との間の製品成形部１５の空間容積が小さいので、上記材料供給装置２から所定の圧力で型３内に供給された溶融状態の合成樹脂で直ちに満たされる。この段階において、溶融状態の合成樹脂は、圧力制御部材１６を直撃するような流れの状態で直ちに上記圧力制御部材１６で受け止められる。このようにして溶融状態の合成樹脂は圧力制御部材１６の表面で冷却されながら、型３の内周面の方に向きを変えて放射的な方向に流れて行き、さらに型３の内周面で受け止められ冷却されて硬化する。したがって、合成樹脂は圧力制御部材１６の表面の型内周面に近い箇所が早期の内に硬化し、順次圧力制御部材１６の中央部に硬化領域が拡大されて行く。そして、未硬化の合成樹脂は材料供給装置２で所定圧力で加圧され、その圧力を受けながら圧力制御部材１６が徐々に型内を製品成形部１５の容積が大きくなる方向に移動するため、未硬化の合成樹脂の圧力は所定値以上に維持される。これにより、硬化した合成樹脂に引続いて硬化が継続され、加圧下における連続的硬化であるため、気泡や空洞等が大幅に少なくなる。
【００６８】
上記の初期の段階の後は、圧力制御部材１６が上記の方向にさらに移動しながら硬化部分３０の領域が拡大されて行き、加圧下における連続的硬化が継続する。この段階においても、溶融状態の合成樹脂が順次型内に供給されるので、未硬化の合成樹脂圧力は圧力制御部材１６の徐々な移動によって、所定値以上に維持され気泡や空洞等が大幅に少なくなって硬化現象が継続する。なお、圧力制御部材１６の移動に伴って、硬化した合成樹脂は型３の内面を摺動しながら圧力制御部材１６に追従して行く。
【００６９】
上記のような溶融状態の合成樹脂の継続的な加圧供給と、圧力制御部材１６の制御された移動が最終段階に達すると、圧力制御部材１６は型内側の他端面等に当たって停止する。このときに、合成樹脂の加圧状態を継続しておくことにより、未硬化部分２９の冷却硬化時に気泡や空洞が大幅に減少して製品全域にわたって緻密で正常な内部状態となり、高荷重が作用しても変形することのない大形のバルク材が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
大形バルク材を樹脂成形によって製造するに当たり、内部の気泡や空洞の発生が実質的になくなり、船舶や工作機械等の重量物の支持部材として有効に活用でき、広い産業分野での利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施例を示す装置の全体構造を示す断面図である。
【図２】図１の〔２〕−〔２〕断面図である。
【図３】製品が成形されて行く状態を順を追って示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す型内部の全体構造を示す横断平面図である。
【図５】図４の〔５〕−〔５〕断面図である。
【図６】冷却管の動作構造を示す断面図である。
【図７】冷却管の先端部分を示す側面図である。
【図８】図７の〔８〕−〔８〕断面図である。
【図９】本発明の第３の実施例を示す部分的な断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    大形バルク材の樹脂成形装置
２    材料供給装置
３    型
３Ａ  内周面
４    駆動装置
５    供給シリンダ
６    スクリュー
７    回転駆動装置
８    ヒータ
９    ホッパー
１０    ノズルプレート
１１    開口
１２    中継管
１３    供給口
１４    端板
１５    製品成形部
１６    圧力制御部材
１６Ａ  前板
１６Ｂ  後板
１６Ｃ  接続部
１６Ｄ  挿通穴
１７    外周面
１８    端板
Ｃ      間隙
１９    フランジ
２０    フランジ
２１    クランプ機構
２２    軸部材
２３    クランプレバー
２４    駆動軸
２５    軸受部
２６    油圧シリンダ
２７    加圧力制御装置
２８    油圧ピストン
Ｐ      油圧ポンプ
２９    未硬化部分
３０    硬化部分
３１    支持板
３２    ピストンロッド
３３    冷却管
３３Ａ  中空部
３３Ｂ  テーパ部
３４    ガイド穴
３４Ａ  大径部
３４Ｂ  通過部
３５    ストッパプレート
３６    ボルト
３７    流路
Ｗ      流路幅
３８    受け部材
３８Ａ  空隙部
３９    通気穴
４０    加圧ポンプ
【図１】
2005074657.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005074657.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005074657.tif 000009
【図８】
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【図９】
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