(57)【要約】【課題】本発明は、発泡樹脂成形加工の製造原価低減を目的とし、蒸気室加熱による金型昇温や熱伝導による熱エネルギロスを削減し、且つ加熱時間の短縮に繋げるものである。【解決手段】蒸気室内面又は蒸気室内面及び蒸気室を加熱する事により熱伝導される金型と成形機の接続部を、熱伝導率が１〜０．０１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にあり、且つ塗膜厚さが０．０００１〜０．００５ｍの範囲から選択されたその熱貫流率が１〜１０００Ｗ／ｍ２・Ｋの範囲内にある塗料で塗装して断熱する事で、蒸気消費量を削減し加熱時間の短縮を図るものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡樹脂成形型の固定型と移動型各々、蒸気室の内面又は蒸気室の内面及び蒸気室内を加熱する事により熱伝導される金型と成形機の接続部を塗料で塗装して断熱することを特徴とする発泡樹脂成形型の断熱法。
【請求項２】
熱伝導率が１〜０．０１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にあり、且つ塗膜厚さが０．０００１〜０．００５ｍの範囲内から選択されたその熱貫流率が１〜１０００Ｗ／ｍ２・Ｋの範囲内にある塗料で塗装して断熱する事を特徴とする特許請求項１記載の発泡樹脂成形型の金型断熱法。
【請求項３】
中空ビーズの含有率が８０％未満の範囲内にあり、その熱伝導率が０．０１〜１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にあり、且つ塗膜厚さが０．０００１〜０．００５ｍの範囲内から選択されたその熱貫流率が１〜１０００Ｗ／ｍ２・Ｋの範囲内にある塗料で塗装して断熱することを特徴とする特許請求項１の発泡樹脂成形型の断熱法。
【請求項４】
発泡樹脂成形型に塗料を塗装した時の塗膜長が１０００ｍｍ以下となるように間仕切りする事を特徴とする特許請求項１の発泡樹脂成形型の断熱法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は発泡樹脂の成形加工に使用する金型の断熱法に関する。
【背景技術】
【０００２】予備発泡された発泡樹脂粒子の型内成形は、発泡性ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレンに代表的される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】発泡樹脂成形型は固定型と移動型で構成された製品型の空間内に発泡樹脂粒子を充填して水蒸気で加熱し、軟化させ、発泡、融着させた後、発泡圧が大気圧になるまで冷却して、金型より離型して成形体を得ている。これらの発泡樹脂成形型は熱伝導率の良いアルミや鉄で製作されている。発泡樹脂成形型は一般的に金型枠に製品型が固定され、その背面に裏板が接続されて蒸気室を構成している。この蒸気室に水蒸気を導入して製品型と発泡樹脂粒子のみを加熱したいが、構造上金型枠や裏板やインサイド型を含めた蒸気室内全体が加熱されてしまい、必要以上の水蒸気を消費していた。この水蒸気の消費量に対して蒸気配管からの時間当たり水蒸気供給量が少ない事もあり製品型や発泡樹脂粒子の加熱を遅らせる要因となっていた。【０００４】また蒸気室内の加熱により高温部の金型枠から低温部の成形機へ熱が伝わり、蒸気消費量が更に増大し、成形機本体の昇温と金型枠からの放熱と併せて成形室の雰囲気温度が上昇し、特に夏季に於いては４０〜５０℃にまで作業温度が上昇する劣悪な成形室環境であった。【０００５】本発明は、蒸気室に導入された水蒸気の熱エネルギが製品型や発泡樹脂粒子のみを加熱して、それ以外の金型の昇温や成形機への熱伝導を防止し、水蒸気消費量の削減を図り、且つ加熱時間の短縮を図るものである。【０００６】金型枠の断熱材としてゴムライニングが提案されたが、ゴムの耐熱温度や熱膨張による変形や剥離が発生し、また経年劣化等で接着面へ水蒸気が進入したりして断熱効果が減少し、現場で簡単に補修しにくいこと等からゴムライニングは使用されなくなった。【０００７】建築分野ではウレタンフォームやガラスウールや発泡樹脂等の断熱材が使用されているが、水蒸気や冷却水を使用する発泡樹脂成形型の蒸気室内の断熱には耐熱性や耐水性や接着性の問題があり使用出来なかった。【０００８】また樹脂製の断熱板は、金型内面が凹凸構造であり金型の内面との密着性が悪く接着面に水蒸気が進入し断熱性能を悪化させる。金型枠と成形機との断熱にシリコン樹脂製の断熱板が挿入されたが、経年劣化や破損等が生じ修理時間や材料費の問題で修理が敬遠された。【０００９】これらの問題から発泡樹脂成形型の断熱は積極的に採用されなかった。【００１０】発明者は係る問題解決の為に水蒸気の消費項目別に分析し、５０％以上が金型枠やインサイド型や裏板の加熱や熱伝導による熱エネルギのロスであることを見出し、これらの金型枠等の加熱や成形機への熱伝導を防止する方法を検討した。【００１１】本発明の熱ロスを削減出来る最大の方法は、金型枠等の昇温を押さえ、成形機との接続部の熱伝導を遮断する事に有り、即ち金型枠等を断熱する方法であってその断熱材は熱伝導率が金属の１／１００〜１／１００００の材料から選択し、且つ現場で簡単に施工でき、補修が簡単で、過酷な蒸気室環境に耐える断熱材から塗料が最適と判断し選択した。その塗料は一般的に被塗装物の美観を向上させ、被塗装物の腐食や傷の保護の目的で使用されているが、発明者は鋭意研究の結果、条件が整えば塗料に於いても充分発泡樹脂型の良い断熱材となりうることを考案した。モルタルセメントや珪藻土も金型の断熱材となりうるが耐水性が劣り採用出来なかった。【００１２】一般論として塗料で発泡樹脂型を塗装して断熱するには塗膜厚さを厚くする必要が有るが、塗膜厚さを厚くするには限度があり、塗膜厚さが厚過ぎると塗膜のひび割れに繋がり、塗膜厚さが薄過ぎると断熱効果を損ねる。塗膜厚さを如何に薄くするかが重要な検討課題であった。【００１３】更に検討を重ね、発泡樹脂の加熱時間は長くても６０秒以内であり、この時間内に蒸気室内の加熱や成形機への熱伝導の熱量を抑制する方法を検討した。【００１４】蒸気室に導入された水蒸気の熱エネルギが、製品型や発泡樹脂粒子加熱や、金型枠やインサイド型や裏板を加熱する時間当たりの熱エネルギ量を算出し、この熱エネルギ量を制御する事、即ち熱貫流率の値を設定する事で金型枠等の昇温エネルギ量が制御出来、市販の塗料の熱伝導率に於いても塗膜厚さが０．０００１〜０．００５ｍｍの範囲内で金型枠の断熱が行なえる事を見出したのである。塗膜の厚さを薄くする為に熱伝導率の小さな塗料を選択する事がより経済的である事は明白である。【００１５】特開平５−２１２８１０に金型枠等と製品型の接続部に樹脂製断熱板を挿入する提案が成されたが、蒸気室加熱により金型枠等は加熱されてしまい、その昇温熱量の削減は出来ないし、寸法精度が要求される製品は樹脂製断熱板を挿入する事で製品寸法が狂うので、樹脂製断熱板と金型の寸法精度を高める加工が不可欠で有り、既存の金型に断熱板を採用するにはその加工に高額な費用が発生する。【００１６】特開平９−１５５８６９に蒸気室内に断熱層を設置する提案が成されたが、蒸気室加熱による金型枠等の昇温による熱ロスは防止できない。本提案は蒸気室の外断熱であり、断熱層に直接水蒸気が接触しないので断熱材の選択は幅が広くなる。蒸気室に導入される水蒸気温度が１２０℃と記載されているが、即ち水蒸気圧１ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度の蒸気圧に耐える剛性を持った蒸気室の外壁が必要となり、この昇温熱量は熱ロスとなる。また既存の金型を断熱施工するには高額な費用が発生する。【００１７】第２５７５６７５に製品型の薄肉化の提案が成されたが、金型枠等の昇温による水蒸気消費量を削減する事は出来ず、また既存型を薄肉化に修正するには高額な費用が発生する【００１８】本発明は発泡樹脂成形型の過酷な蒸気室環境でも対応可能で、従来にない安価な費用で、現場施工に技術を要せず、断熱性に優れ、補修が簡単な塗料で断熱し、水蒸気消費量削減と発泡樹脂成形加工の加熱時間短縮による生産性を改善するものである。【００１９】発泡樹脂の成形温度は低いもので発泡性ポリスチレンの１１０℃前後、高いものでは発泡ポリプロピレンの１４０℃前後で有る。この金型断熱には水蒸気の温度や圧力（最大水蒸気圧３ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）に耐え得る断熱材が要求される。また冷却水での金型冷却により耐水性が要求される。一般に一時間に２０〜５０回の加熱冷却のヒートサイクルに耐え、更に金型との接着性が要求される。断熱材が金型表面から剥離すれば水蒸気が剥離面に進入して断熱性能は著しく低下する。このような過酷な環境下故、今まで最適な断熱材の提案がなされなかった。
【課題を解決する為の手段】
【００２０】本発明は発泡樹脂の成形加工の内、加熱時間内の蒸気室加熱で金型枠等の昇温の熱エネルギと成形機に熱伝導される熱量を算出し、この熱量が最小となる条件を検討した結果、一般に熱量はＱ＝Ｋ×Ａ×ΔＴの式で表されるが、蒸気室内や金型外面の伝熱係数や断熱材の熱伝導率と断熱厚さの値で構成されるこの熱貫流率であるＫ値は、断熱材の熱伝導率と断熱厚さが大きく寄与する事が解り、発明者は本特許に於いて熱貫流率を簡易的に断熱材の熱伝導率を断熱材の厚さで除した値をＫ値としたものである。このように断熱性は勿論の事、耐熱性や耐水性が良く金属との接着性が良い塗料を提案するものである。アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等に代表される塗料は施工性が良く金属との接着力が強く、耐熱温度も１５０℃程度と高く、耐水性は建材用途の外壁で立証されている。近年熱伝導率が改善された塗料即ち、セラミックや樹脂による中空ビーズを含有した耐熱、耐水塗料の出現により熱伝導率が小さいので塗膜厚さが薄く出来、経済性が高まってきた。
【００２１】蒸気室の内面、即ち金型枠やインサイド型や裏板の内面を塗料で塗装した断熱層は蒸気室に導入された水蒸気で金型が昇温されにくく、製品型や発泡樹脂粒子のみの加熱に有効に使用され、金型枠と成形機との接続部を塗料で塗装することにより成形機への熱伝導による熱ロスが削減出来る。製品型や発泡樹脂粒子加熱が短縮時間の加熱で済み、加熱時間短縮と蒸気使用量を大幅に削減するものである。
【発明の効果】
【００２２】本発明は塗料による金型の断熱で蒸気消費量が従来の１／２程度と大幅に削減出来る事で、重油消費量削減に繋がり、業界全体の二酸化炭素排出量削減に繋がる技術である。更に加熱時間も従来の１／２近くまで短縮出来ることにより生産性が高まり、安価な断熱費で且つ簡単な施工により高い効果をもたらす技術である。
【発明を実施する為の最良形態】
【００２３】蒸気室の内面及び金型と成形機の接続部を塗料で塗装し、金型昇温や熱伝導による熱ロスを防止する為に、熱伝導率が０．０１〜１Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にあり、且つ塗膜厚さが０．０００１〜０．００５ｍの範囲内から選択されたその熱貫流率が１〜１０００Ｗ／ｍ２・Ｋの範囲内にある塗料で、蒸気室内面を塗装する事で蒸気消費量や加熱時間が従来の１／２近くまでにする事が出来た。
【実施例】
【００２４】以下、本発明を図１に従って説明する。図１は発泡樹脂成形型の概略断面図である。金型枠２ａ、２ｂに製品型接続用のインサイド型３ａ、３ｂを介して製品型４ａ、４ｂが接続されている。更に金型枠２ａ、２ｂの背面に裏板５ａ、５ｂが接続されている。これらの発泡樹脂型がダイプレート１ａ、１ｂに固定されている。この金型枠２ａ，２ｂとインサイド型３ａ、３ｂと製品型４ａ、４ｂと裏板５ａ、５ｂとで各々蒸気室６ａ、６ｂを構成している。金型枠２ａ、２ｂは成形機下部の受け台７ａ、７ｂに接している。蒸気室内６ａ、６ｂには金型冷却用の配管８ａ、８ｂが配置され、図示していないが金型枠上部の冷却配管に接続されている。移動型は移動側プレート１５に取り付けられた金型開閉シリンダ１７により移動側ダイプレート１ｂを開閉する事が出来る。移動型を作動させて型締して出来る各々製品型４ａ、４ｂの成形空間であるキャビティ１４に発泡樹脂粒子を充填して加熱冷却して成形体を得ている。本発明は蒸気室内６ａ、６ｂの金型枠内面９ａ、９ｂ及び裏板内面１０ａ、１０ｂを塗料で塗装して金型枠２ａ、２ｂと裏板５ａ、５ｂを断熱するものである。更に金型枠と製品型との接続用のインサイド型３ａ、３ｂの内面１１ａ、１１ｂを塗料で塗装して断熱する。また加熱中に金型枠からダイプレート１ａ、１ｂへの熱伝導を遮断すべく金型枠と成形機との接続部１２ａ、１２ｂ及び金型枠と受け台１３ａ、１３ｂを塗料で塗装するものである。【００２５】記載していないが金型枠２ａ、２ｂの上部には蒸気配管、冷却配管、エアー配管が接続され、金型枠２ａ、２ｂの下部には蒸気又はエアーや冷却水を排出する排出配管が接続されている。裏板５ａの外側には発泡樹脂粒子充填用の充填機、離型用の離型盤や離型ピンが接続され、裏板５ａから製品型４ａに貫通している。更に図示していないが製品型４ａ、４ｂの補強板又は補強棒が製品型４ａ、４ｂと裏板５ａ、５ｂとを接続している。また製品型４ａ、４ｂにはスリットやキリ孔の開いた蒸気孔が配置されている。【００２６】次に従来技術を成形工程に従って詳細を説明する。まず移動プレート１５に接続された金型開閉シリンダ１７を作動させタイロッド１６の案内で移動側ダイプレート１ｂが固定側方向に型締される。次に製品型４ａ，４ｂで構成されたキャビティ１４に裏板外側に接続された充填機により発泡樹脂粒子をキャビティ１４に充填する。充填後型締状態で金型枠２ａ、２ｂ上部に接続された蒸気配管から蒸気室６ａ、６ｂに水蒸気を導入し、蒸気室内の空気を金型枠２ａ、２ｂの下部排出配管から排出する。蒸気室内の空気を排出後、一方の排出弁を閉じ製品型を経由してキャビティ内の発泡樹脂粒子間の空気を排出する。この時一方型から水蒸気を導入し他方型下部より排出する。これを逆方向からも繰り返して発泡樹脂粒子内の空気の排出効率を高める。空気の排出が終了した後蒸気室２ａ、２ｂを密閉とし水蒸気圧を０．５〜０．８ｋｇ／ｃｍ２Ｇの範囲に高め製品型４ａ、４ｂを経由して発泡樹脂粒子内に水蒸気を供給し、発泡樹脂粒子を加熱すると共に、発泡、融着させる。加熱終了後蒸気室の圧力を開放して、金型枠２ａ、２ｂ上部の冷却水配管より蒸気室６ａ、６ｂ内の冷却配管を通して製品型４ａ、４ｂを冷却水で冷却する。金型温度が発泡樹脂の軟化温度以下になれば冷却水による冷却は終了する。この後発泡樹脂の発泡圧が大気圧に降圧するまで型締下で冷却する。この時蒸気室６ａ、６ｂ内を真空（−０．５〜−０．９ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）の範囲で冷却する場合もある。発泡樹脂の発泡圧が大気圧に到達した時点で冷却を終了し金型を開放して、得られた成形体を裏板５ａの外側に接続された離型盤を作動させて離型ピンにより金型から離型して発泡樹脂の成形工程を終了する。この時の加熱時間は３２秒であり、蒸気消費量は６．０ｋｇであった。【００２７】更に実施例に従って本発明の詳細を記述する。先ず発泡樹脂に代表される発泡性ポリスチレンの成形型の金型枠と裏板とインサイド型に下地材のプライマ処理を施した後、アクリル樹脂塗料を塗装した。熱貫流率の値が１０００、４００、１００、４０Ｗ／ｍ２・Ｋとなるように塗料の熱伝導率と塗膜厚さを調整した。まず熱貫流率が１０００Ｗ／ｍ２・Ｋとなる様に熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋの塗料で塗膜厚さが０．０００２ｍｍを目標に刷毛塗りした。熱貫流率が１０００Ｗ／ｍ２・Ｋの目標の場合以外は塗膜厚さを全て０．０００５ｍｍとして熱伝導率の異なる塗料を選択した。熱貫流率が４００Ｗ／ｍ２・Ｋ目標の場合は、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋの一般のアクリル樹脂塗料を選択し、１００Ｗ／ｍ２・Ｋ目標の場合はセラミック中空粒子混入の熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋの塗料を選択した。熱貫流率が４０Ｗ／ｍ２・Ｋ目標の場合は、更にセラミック中空粒子の混入率の高い熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋの塗料を選択した。何れも一週間室温乾燥後に成形した。結果は表１に記載したが、加熱時間は熱貫流率が１０００、４００、１００、４０Ｗ／ｍ２・Ｋの順に従い各々３０秒、２８秒、２５秒、２４秒と短縮出来た。又蒸気消費量も同様で５．６ｋｇ、５．３ｋｇ、４．７ｋｇ、４．５と減少した。【００２８】次に塗装面を金型枠とダイプレートの接続部や金型枠と受け台の接続部を金型枠内面や裏板内面やインサイド型内面に追加して塗装した。塗料の熱貫流率の値が４０Ｗ／ｍ２・Ｋとなるように塗膜厚さを調整した。熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋの塗料で塗膜厚さが０．０００５ｍを目標に刷毛塗りして一週間室温乾燥した。その結果は表１の実施例５の通りであり蒸気消費量の削減と加熱時間の短縮が最大となり各々従来の１／２近くまで改善出来た。【００２９】成形後金型を分解して、塗料の塗装状態を確認したところ剥離現象は見られず、塗装面は良好であった。しかし塗膜長が１０００ｍｍを超える部分のみに金型の端部付近の一部に長さ２０〜３０ｍｍ、幅１ｍｍ程度の細い亀裂数本を確認した。亀裂面積は伝熱面積の０．０００７％前後であり、断熱性能には全く支障を来たさない程度であったが亀裂部分を塗料で補修した。１０００ｍｍ未満の部位には亀裂は無く問題なかった。【００３０】この亀裂防止のために塗膜長が１０００ｍｍを超える部分に、塗膜長が８００ｍｍとなるように断熱シートで間仕切りをした後、塗料で塗装して成形後確認したところ亀裂は生じておらず問題はなかった。これは塗料の線膨張率が７×１０−５℃程度で、加熱中に塗膜長が１０００ｍｍを超える部分は塗料���膨張寸法が最大７ｍｍ程度にもなり、冷却時には３０℃前後の冷却水で塗料が急冷され収縮し、塗料に生じた引張応力が樹脂強度を超えて亀裂が生じたものと推定した。よって塗料の膨張や収縮の量を小さくする事で、引張応力が塗料の樹脂強度以下となる様に塗膜長を短くする事で亀裂が防止できたものと判断した。【００３１】これらの結果より断熱性は塗料の熱貫流率に支配され、熱貫流率即ち熱伝導率を塗膜厚さで除した値が１０００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下、好ましくは１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以下となる塗料の熱伝導率と肉厚を選択する事で蒸気消費量が削減できる。経済的には塗膜の厚さを薄くすべく熱伝導率の値が０．０１〜０．０５Ｗ／ｍ・Ｋを選択する事がより好ましい。【００３２】以上のように本発明は熱貫流率が低くなる塗料を選択して、蒸気室内面及び蒸気室を加熱する事により熱伝導される金型と成形機の接続部を塗料で塗装して断熱し、製品型を急速に加熱して加熱時間を短縮し、熱エネルギのロスを防止する金型断熱法を提案するものである。【００３３】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３４】原材料が高騰し製品価格を圧迫している状況下で、燃料費を削減し加熱時間短縮により生産性が高まり、製造原価低減の最良の技術である。また重油の燃焼によりボイラーで水蒸気を発生させているプロセスに於いて、二酸化炭素発生量削減にも大きな効果をもたらす技術であり、本技術の業界への普及が待望されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本名発明の発泡樹脂成形型の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】ａは固定側、ｂは移動側を表す。
１ａ、１ｂはダイプレート
２ａ、２ｂは金型枠
３ａ、３ｂはインサイド型
４ａ、４ｂは製品型
５ａ、５ｂは裏板
６ａ、６ｂは蒸気室
７ａ、７ｂは金型受け台
８ａ、８ｂは冷却配管
９ａ、９ｂは金型枠内面塗料
１０ａ、１０ｂは裏板内面塗料
１１ａ、１１ｂはインサイド型内面塗料
１２ａ、１２ｂは金型枠とダイプレート接続部塗料
１３ａ、１３ｂは金型枠と金型受け台部塗料
１４はキャビティ
１５は移動側ダイプレート
１６はタイロッド
１７は金型開閉シリンダ
［表１］本発明の実施例の結果を纏めたものである。
［書類名］図面
［図１］
【図１】
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