(57)【要約】【課題】熱可塑性エラストマーと可塑剤とからなり可塑剤を多量に含む成形材料を用い、ヒケの発生を最小限に抑制しつつ、高い生産性で所定形状の成形品を製造できるようにする。【解決手段】成形材料を金型のキャビティ(11)内へ所定温度で圧入し、金型を独立して型締め状態に保持した状態で、キャビティ内の成形材料を前記所定温度より高温で保持する。  成形材料は熱膨張の少ない状態で圧入されるため、収縮量を見越した必要量を充填することができる。そしてその後に、金型を型締め状態に保持した状態で高温で保持するので、粘度低下によって成形材料でキャビティ内を密に充填することができ、しかも型割面からの漏れも防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性エラストマーと可塑剤とを該可塑剤が70重量％以上となるように練り合わせて成形材料とする混練工程と、
該成形材料を金型のキャビティ内へ所定温度で圧入する成形工程と、
該金型を独立して型締め状態に保持した状態で該キャビティ内の該成形材料を該成形工程の温度より高温で保持する高温保持工程と、
キャビティ内の成形品の形状が安定した後に該金型を開いて該成形品を取り出す離型工程と、をこの順で行うことを特徴とする軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性エラストマーはスチレン系エラストマーであり前記可塑剤はオイルである請求項１に記載の軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法。
【請求項３】
前記金型は、前記成形材料が圧入されるゲート部分に前記成形材料の逆流を防止する逆流防止弁をもつ請求項１に記載の軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法。
【請求項４】
前記金型は一部に可動型を備えた複数の分割型からなり、該可動型を他の分割型に向かって押圧する付勢手段を有する請求項１に記載の軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチレン系エラストマーに代表される熱可塑性エラストマーと、多量の可塑剤と、からなる成形材料を用いた軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベッドなどのクッション材の重要な機能として、圧力集中を除去し、広い表面にクッション効能を分配させることが挙げられる。そこで従来より、フォームクッション、液状クッション、ゲルクッション、熱可塑性フィルムハニカムクッション、マットレス、その他伝統手芸的なクッション、例えばコットン詰め綿、羽毛などが用いられている。しかしこれらのクッション材では、クッション材として適切な弾性、軟質性、形状保持性を全て兼ね備えたものは少ない。
【０００３】
そこで例えば特表2001−514912号公報には、複数の空洞コラムをもち、ゼラチン状エラストマーーからなるクッション構成材が記載されている。このクッション構成材によって、物体のクッションとの接触面積を最大限にしてなおかつ物体をクッションに深く沈みこませることができ、過去に見られた問題、例えば平面ではないクッションの表面に物体が乗ると反発張力により表面が膨張するような問題を克服できる。また、形状記憶性を有しているので、荷重が離れれば元の形状に戻る。したがって調度品、自動車シート、劇場用シートなどにも有用である。
【０００４】
上記公報には、このクッション構成材はスチレン系エラストマーとミネラルオイルとからなる成形材料を用い、射出成形法、押出成形法、鋳造法などで製造することができると記載されている。ところがこの成形材料は、温度−粘度曲線の勾配が小さく、加熱しても粘度が高いという性質を有している。一方、常温から 200℃で体積が約 105％膨張するなど熱膨張係数が大きく、また熱容量も大きいという性質もある。
【０００５】
そのため射出成形法を用いた場合には、成形材料を液状として高圧で金型内に射出するためには、温度を高温とするためにシリンダ長が長く必要となり、スペース面で問題がある。また冷却にも長時間必要となり、その間補圧を維持しなければならず、生産性が低い。また冷却後の体積収縮が大きいために、ヒケが発生するという問題もある。
【０００６】
また押出成形法を用いた場合には、ダイスから押し出された成形品を切断する必要があるが、上記成形品は液体と固体の両性質を有して変形しやすく、切断刃の押圧によって容易に変形するため切断面の精度が低いという問題がある。
【０００７】
鋳造法では、予め溶融された成形材料が金型内に注入される。注入するためには高温として粘度を低くしなければならず、ヒケを防止するためには体積収縮分を見越して多く注入するか、若しくは金型内で加圧する必要がある。しかし体積収縮分を見越して多く注入する方法では、その注入量の制御が難しく、形状精度が低下する。また粘度の低い液体を加圧するためには、金型精度を極度に高める必要があり、金型コストが上昇する。
【特許文献１】特表2001−514912号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性エラストマーと可塑剤とからなり可塑剤を多量に含む成形材料を用い、ヒケの発生を最小限に抑制しつつ、高い生産性で所定形状の成形品を製造できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法の特徴は、熱可塑性エラストマーと可塑剤とを該可塑剤が70重量％以上となるように練り合わせて成形材料とする混練工程と、成形材料を金型のキャビティ内へ所定温度で圧入する成形工程と、金型を独立して型締め状態に保持した状態でキャビティ内の成形材料を成形工程の温度より高温で保持する高温保持工程と、キャビティ内の成形品の形状が安定した後に金型を開いて成形品を取り出す離型工程と、をこの順で行うことにある。
【００１０】
金型は、成形材料が圧入されるゲート部分に、成形材料の逆流を防止する逆流防止弁をもつことが望ましい。また金型は一部に可動型を備えた複数の分割型からなり、可動型を他の分割型に向かって押圧する付勢手段を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の軟質粘弾性樹脂成形品の製造方法によれば、金型内に低い温度の成形材料を圧入している。したがって熱膨張の少ない状態でキャビティ内に圧入されるため、収縮量を見越した必要量の成形材料を充填することができる。そしてその後に、金型を型締め状態に保持した状態でキャビティ内の成形材料を成形工程の温度より高温で保持する高温保持工程を行うので、粘度低下によって成形材料でキャビティ内を密に充填することができ、しかも型割面からの漏れも防止される。したがってヒケが抑制され形状精度の高い成形品を製造することができる。そして金型を独立して型締め状態に保持しているので、成形機を次の金型での成形に使用することができ生産性が高い。
【００１２】
また金型のゲート部分に逆流防止弁をもつ金型を用いることにより、高温保持工程における注入口からの成形材料の漏れを防止でき、成形機による補圧も不要であるので生産性に悪影響がない。
【００１３】
さらに、可動型を他の分割型に向かって押圧する付勢手段を有すれば、高温保持工程において金型自体で独立して型締め状態を確実に維持することができ、熱膨張した成形材料の漏れを確実に防止できるとともに、成形機による加圧を不要とすることができ生産性に悪影響がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
混練工程では、熱可塑性エラストマーと可塑剤とが、可塑剤を70重量％以上含有する状態で混練される。可塑剤が70重量％未満では、実用的な軟質粘弾性樹脂成形品が得られず、本願発明のような工夫をしなくても製造することが可能となる。この混練工程は、ニーダー、押出機など公知の装置を用いて行うことができる。
【００１５】
熱可塑性エラストマーとしては、A-B-A という三部構成から成るものが好ましい。A は水晶体ポリマ（ポリスチレンや官能基ポリマなど）、B はエラストマーー性ポリマ（例えば、ポリスチレン、ポリブチレン、ポリエチレン、水素化ポリ（イソプレン、ブタジエン、イソプレン−ブタジエン、エチレン-プロピレン、エチレン/ブチレン+エチレン/プロピレン）などが例示される。A の構成要素はそれぞれ成形品の強度に貢献し、B の構成要素は成形品の弾力性に貢献する。より大きな分子量を持つポリマーとするためには、多量のA 成分をA-B-A 構成部分のA 部分に化合させ、また、多量のB 成分をA-B-A 構成部分のB 部分に化合させたものが好ましい。中でも超高分子ポリスチレン−水素化ポリ（イソプレン+ブタジエン）−ポリスチレンの構造をもつものが望ましい。
【００１６】
この熱可塑性エラストマーは、高い分子量を持つことが好ましい。高い分子量とは、エラストマーの20重量％トルエン溶液の粘度が約20,000 cpsから50,000 cps以上であることを意味し、実質的には30,000 cps以上のものがクッション用として適している。
【００１７】
可塑剤としては常温で液状で揮発性がなく、熱可塑性エラストマーと均一に混合できるものが用いられ、パラフィン性白ミネラルオイル、パラフィン、イソパラフィン、ナフサンオイル、ポリブチレン、ポリプロピレン、ポリテルペン、ポリーβ-ピネン、水素化ポリブタン、ポリブタン（ポリブタンポリマーの端一つにエポキシド基を有する）などを用いることができる。
【００１８】
また他の成分として、ハロゲン化炭化水素などの滲出防止添加剤、界面活性剤やグリセリンなどの粘着分離剤、酸化防止剤などの各種添加剤を用いることも好ましい。なお各種添加剤の添加量は、５〜10重量％未満とすることが望ましい。
【００１９】
成形工程では、混練された成形材料を金型のキャビティ内へ所定温度で圧入する。この時、キャビティ内に圧入された成形材料の温度は、できるだけ低いことが好ましい。しかし成形材料の粘度が高いと圧入が困難であるので、圧入できる最高粘度となる温度とするのが好ましい。これにより熱膨張量が少ない状態で必要量の成形材料がキャビティ内に圧入され、ヒケを最小限に抑制することができる。なお、圧入時の成形材料は、半固体状であってもよく、キャビティ内を密に充填していなくてもよい。
【００２０】
成形工程では、成形材料の温度がある程度上昇した状態で圧入するのであるから、混練時に発生する熱を利用することが好ましい。したがって押出機あるいはニーダーなどで混練され温度が上昇した成形材料をシリンダ内に投入し、プランジャで押圧することでキャビティ内に圧入する、いわゆるトランスファ成形法により行うことが望ましい。
【００２１】
また成形工程では、成形材料の圧入と同時に、金型の型開きを防止する規制手段を作動させることが望ましい。これにより圧入時に型割面から成形材料が漏れるのを防止することができる。この規制手段は、プレス装置で押圧するのが便利である。
【００２２】
高温保持工程は、金型を独立して型締め状態に保持した状態でキャビティ内の成形材料を成形工程の温度より高温で保持する工程である。これにより成形材料の粘度が低下してキャビティ内を密に充填する。また成形材料は熱膨張するが、金型は型締めされた状態であるので成形材料の漏れが防止されている。したがって熱膨張による応力は逃げ場がなく成形材料内に蓄えられる。
【００２３】
すなわち成形工程では、キャビティ内に圧入された成形材料は低温であるため熱膨張量が少なく、また内圧を有して圧縮状態にあるので、必要量の成形材料をキャビティ内に充填することができる。そして高温保持工程によってさらに成形材料の内圧が高まり粘度が低下しても、成形材料の漏れが防止されているのでキャビティ内に密に充填された状態となる。したがって、その後の冷却により内圧が消滅しても、体積の収縮を最小限に抑制することができヒケの発生が抑制される。
【００２４】
金型は、成形材料が圧入されるゲート部分に成形材料の逆流を防止する逆流防止弁をもつことが好ましい。これにより高温保持工程で成形材料の粘度が低下し、体積が膨張しようとしても圧入口からの成形材料の漏れを防止でき、ヒケの発生をさらに抑制することができる。
【００２５】
高温保持工程で、金型を独立して型締め状態に保持した状態でキャビティ内の成形材料を高温とするには、例えばクランプなどで型締め状態を保持し、金型をオーブンなどの炉内に配置することで行うことができる。
【００２６】
しかし加熱による膨張によって成形材料の圧力がさらに高くなるので、型割面からの成形材料の漏れをさらに防止する必要がある。そこで、一部に可動型を備えた複数の分割型からなる金型を用い、可動型を他の分割型に向かって押圧する付勢手段を有することが望ましい。これにより、分割型どうしの接触面に均一に力をかけることができるので、成形材料の漏れを確実に防止できる。そして金型単独で型締め状態を維持することができ、高温保持工程で金型が成形機を占有することがないので、成形機は次の金型で成形を行うことができ生産性が向上する。
【００２７】
そして離型工程では、キャビティ内の成形品の形状が安定した後に、金型を開いて成形品が取り出される。キャビティ内の成形品の形状が安定した後とは、塑性変形しない状態をいい、本発明で用いられる成形材料の場合には90〜 100℃の温度以下となった状態である。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。本実施例では、直径50mm、高さ42.5mmの円柱状クッション材を製造している。このクッション材は、ベッドのマット中に互いに間隔を隔てて複数個並べて配置され、金属スプリングの代わりに用いられる。
【００２９】
図１に本実施例の製造方法を行う製造ラインの平面図を示す。この製造ラインは、コンベア 100による無端のラインをもち、混練機 101とプレス装置 102とからなる圧入ゾーンと、オーブン 103からなる高温保持ゾーンと、空冷ゾーンと、手作業で行われる離型・投入ゾーンとからなり、コンベア 100上に六角形状の金型１が複数個載置されてコンベア 100と共に移動している。
【００３０】
金型１は、図２に示す下型２と、図３に示す上型３とから構成されている。下型２は、図５に示すように下プレート20と上プレート21とが積層されて形成され、円形の凹部22をもつ６個の可動型23が、下プレート20と上プレート21の間に上下に２mmだけ移動できるようにそれぞれ保持されている。可動型23と下プレート20との間には、２枚の皿バネ24が配置され、皿バネ24によって可動型23は上方へ付勢可能となっている。
【００３１】
可動型23の凹部22には、円筒型10がそれぞれ載置される。また下型２の表面には３個の位置決めピン25が立設され、外周部の表面には図４に示す鉤状の下ロックプレート26が３個それぞれ揺動自在に立設されている。
【００３２】
上型３は、図５に示すように下プレート30と上プレート31とが積層されて形成され、下型２に載置された円筒型10で形成される６個のキャビティ11にそれぞれ開口する小径の貫通孔32が６個形成されている。貫通孔32は、下プレート30と上プレート31とを貫通し、その中間に比較的容積の大きなハウジング33が形成されている。ハウジング33内にはボール弁34が収納されている。ハウジング33には、上プレート31の表面に径が徐々に狭まるテーパ表面35が形成され、ボール弁34がテーパ表面35に当接することでキャビティ11内の成形材料の逆流を防止する逆流防止弁として機能する。
【００３３】
また上型３の下型２に対向する表面には、下型２の位置決めピン25がそれぞれ挿通可能な３個の位置決め孔36が穿設されている。さらに外周部の表面には、図４に示すように、下型２の下ロックプレート26が係合可能な３個の鉤状の上ロックプレート37が固定されている。
【００３４】
圧入ゾーンにおけるプレス装置 102には、図６に示すシリンダ４とプランジャ５とが配置されている。シリンダ４は鍋状の形状をなし、底部に表裏を貫通する小径のノズル孔40が６個形成されている。また底部の裏面には、上型３の位置決め孔36と係合する３個の位置決めピン41が立設されている。３個の位置決め孔36に位置決めピン41がそれぞれ係合することで、ノズル孔40は上型３の貫通孔32と正確に連通するように構成されている。
【００３５】
本実施例の製造方法では、先ず、下型２の可動型23の凹部22に円筒型10をそれぞれ載置し、位置決めピン25を位置決め孔36に係合させることで位置決めして上型３を重ねる。凹部22の表面、円筒型10の内周表面、及び円筒型10に対向する上型３の表面に離型剤を予め塗布しておく。この状態では、下ロックプレート26と上ロックプレート37とはまだ係合していない。
【００３６】
こうして組み付けられた金型１は、先ず圧入ゾーンのプレス装置 102の位置へ搬送され、位置決めピン41が上型３の位置決め孔36にそれぞれ係合することで、上型３の表面にシリンダ４が位置決めされて配置される。
【００３７】
圧入ゾーンでは、スチレン系エラストマー（「セプトン4055」クラレ（株）製）が15重量％と、パラフィン系プロセスオイルが80重量％と、公知の老化防止剤や増量剤を合わせて５重量％と、からなる成形材料が混練機 101で予め混練されており、混練によって約 120℃の温度となっている。この成形材料の所定量をシリンダ４内に押出して供給し、プランジャ５を下降させてシリンダ４内の成形材料６を押圧する。
【００３８】
プランジャ５の押圧力はシリンダ４を介して上型３にも伝わり、上型３と下型２とが型締めされると同時に成形材料６がノズル孔40から貫通孔32を通過して、それぞれのキャビティ11内へ圧入される。圧入完了後に、さらにプランジャ５により上型３と下型２を押圧し、可動型23を約２mm下降させて皿バネ24を弾性変形させ、下ロックプレート26と上ロックプレート37を係合させる。下ロックプレート26は図示しないスプリングによって上ロックプレート37に近接する方向に付勢されている。そして上型３の下型２への近接によって下ロックプレート26が上ロックプレート37で押圧されることで、下ロックプレート26は図４の一点鎖線に示すように揺動し、次いで図示しないスプリングの付勢力によって揺動して上ロックプレート37と自動的に係合する。
【００３９】
そして圧入完了後プランジャ５を上昇させると、皿バネ24の弾性力によって可動型23が約１mm上昇し、皿バネ24が約１mm弾性変形した状態で金型１が固定される。この状態では、金型１個当たり約 1.5ｔの荷重が発生し、金型１全体としてはその６倍の 9.5ｔの荷重で型締めされた状態となっている。
【００４０】
成形材料６が充填され、下ロックプレート26が上ロックプレート37に係合した金型１は、コンベア 100によってオーブン 103内へ搬送される。オーブン 103内では、金型１は成形材料が最高温度で 200℃となるように加熱される。これにより成形材料の粘度が低下するものの、金型１は 9.5ｔの荷重で型締めされているので、型割面からの成形材料の漏れが防止される。また成形材料の膨張によってキャビティ11の内圧が上昇するが、その圧力によってボール弁34がテーパ表面34に押圧されるため、貫通孔32からの成形材料の漏れも防止される。
【００４１】
オーブン 103から出た金型１は、空冷ゾーンで約 100℃まで冷却される。そして離型ゾーンでは、図示しないプレス装置によって上型３を 9.5ｔ以上の荷重で下型２へ向かって押圧する。すると皿バネ24が約１mm圧縮されるので、下ロックプレート26を下方から押し上げることで上ロックプレート37との係合を解除することができる。そして上型３と下型２を分離し、円筒型10から円柱形状の成形品をそれぞれ取り出す。
【００４２】
成形品が取り出された金型１は、円筒型10、下型２及び上型３のバリなどが除去されて清浄とされ、離型剤を塗布した後に組付けて再び圧入ゾーンへ投入される。
【００４３】
すなわち本実施例の製造方法によれば、皿バネ24及びボール弁34の存在によって高温保持ゾーンにおける成形材料の漏れが確実に防止されている。そして成形材料は、圧入ゾーンにおいて熱膨張量が少ない 120℃の低温で圧入されるため、キャビティ11内に必要な量の成形材料を充填することができ、また金型１自身によって大きな力で型締めされているので、高温保持ゾーンにおいても漏れが無い。したがってヒケが抑制され、形状精度に優れた成形品が得られる。
【００４４】
さらにプレス装置 102は成形材料の圧入のみに用いられるため、一つの金型１に占有される時間は短い。しったがって短時間で次の金型１へ成形材料を圧入することができ、生産性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明により製造される成形品は、スプリングの代用品としてベッドなどに用いられる他、その形状記憶性、軟質性、粘弾性などを利用して、各種の分野に用いることが可能である。さらに可塑剤の種類を人体に無害なものに変更することで、玩具などにも用いることができる。
【００４６】
そして本発明の製造方法は、上記した各種成形品を形状精度高く、かつ生産性高く製造できるので、その利用可能性はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例で用いた製造ラインの説明図である。
【図２】本発明の一実施例で用いた下型の平面図である。
【図３】本発明の一実施例で用いた上型の平面図である。
【図４】本発明の一実施例で用いた金型のクランプ装置の要部正面図である。
【図５】本発明の一実施例で用いた金型の要部断面図である。
【図６】本発明の一実施例における圧入工程において金型とプレス装置との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：金型                ２：下型                    ３：上型
４：シリンダ            ５：プランジャ              ６：成形材料
10：円筒型              11：キャビティ              23：可動型
24：皿バネ（付勢手段）  25：ボール弁（逆流防止弁）
【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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