(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系合成樹脂からなる予備発泡ビーズを成形空間内に充填して、蒸気により加熱融着させた後、成形品を冷却する際に、成形型に対する発泡樹脂圧を面圧センサにて順次測定しながら冷却し、成形型に対する発泡樹脂圧が成形品に応じて予め設定した圧力になったときに成形品の冷却を完了して成形品を離型し、その後成形品をフィクスチャーにセットして形状を安定化させるポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項２】
前記成形型に対する発泡樹脂圧が０．０２〜０．２ＭＰａの範囲内のときに成形品の冷却を完了して成形品を離型する請求項１記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項３】
前記フィクスチャーに対する成形品のセット時間を５〜６０分に設定した請求項１又は２記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項４】
前記フィクスチャーを複数用意し、これをコンベアにより成形装置に循環供給する請求項１〜３のいずれか１項記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項５】
成形型として成形品外面の目立つ場所を成形する成形部に、コアベント及びコアベントホールなどの通気孔が存在しないコア型及びキャビティ型を用いた請求項１〜４のいずれか１項記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項６】
前記通気孔を両成形型から完全に省略した請求項５記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項７】
前記成形品の冷却時、第１冷却手段により、両成形型の背面に向けて冷却水をそれぞれ噴射して、成形型を介して間接的に成形品を冷却するとともに、第２冷却手段により、成形型の外部から導かれた冷却水を、少なくとも一方の成形型に形成した冷却水孔から成形空間内へ噴射して、冷却水により直接的に成形品を冷却する請求項５又は６記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項８】
前記冷却水孔を予備発泡ビーズの充填器付近とエジェクタピン付近の少なくとも一方に形成した請求項７記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項９】
第１冷却手段により冷却水を噴射して冷却を開始してから、２〜３０秒経過後に第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射する請求項７又は８記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項１０】
成形型に対する発泡樹脂圧を順次測定し、第１冷却手段による冷却開始後における発泡樹脂圧が、加熱終了時の発泡樹脂圧の０．５０〜０．９５倍の範囲内のときに、第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射する請求項７又は８記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項１１】
第２冷却手段の作動時間を２〜３０秒間に設定した請求項７〜１０のいずれか１項記載のポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法。
【請求項１２】
第２冷却手段の作動時間を第１冷却手段の作動時間の３〜５０％に設定した請求項７〜１１のいずれか１項記載のポリオレフィン系樹脂の型内発泡成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン系合成樹脂からなる予備発泡ビーズを用いた型内発泡成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性合成樹脂からなる予備発泡ビーズを用いて成形品を製作する型内発泡成形装置として、コア型及びキャビティ型と、両型間に形成される成形空間内に予備発泡ビーズを充填するための充填手段と、成形空間内に充填した予備発泡ビーズに対して蒸気を通し、予備発泡ビーズを加熱、発泡融着させる蒸気供給手段と、コア型及びキャビティ型の背面に対して冷却水を噴霧して成形品を冷却する冷却手段とを備え、コア型の背面側及びキャビティ型の背面側にチャンバをそれぞれ形成するとともに、コア型及びキャビティ型にチャンバと成形空間とを連通するコアベントやコアベントホールなどの通気孔を形成し、該チャンバを、予備発泡ビーズの充填時には、予備発泡ビーズとともに成形空間内に供給される空気の排出空間として機能させ、加熱、発泡融着時には、成形空間に蒸気を供給するためのチャンバとして機能させ、冷却時にはコア型背面及びキャビティ型背面に対して冷却水を噴射するための冷却室として機能させるように構成したものが実用化されている。
【０００３】
この成形装置を用いた成形品の成形方法は、基本的には、次のような４つの工程から構成されている。
先ず、充填工程において、予備発泡ビーズを充填した原料タンクと成形空間とに差圧を生じさせ、原料タンクから成形空間への空気の流れに乗せて、成形空間内に予備発泡ビーズを充填する。充填方法としては、クラッキング充填、圧縮充填、加圧充填などが一般に採用されている。
次に、加熱融着工程において、チャンバに蒸気圧を作用させて、通気孔を介して成形空間内に導入した蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させる。但し、予備発泡ビーズ間に空気が残ると、予備発泡ビーズが融着し難くなるので、成形空間に蒸気を通して、予備発泡ビーズ間の空気を蒸気に置換してから加熱融着することになる。
【０００４】
次に、冷却工程において、成形型の背面側から冷却水を吹き付けて成形品を冷却する。このとき成形品は、成形型の背面側に吹き付けられた冷却水により、成形型を介して間接的に冷却されるとともに、通気孔を通って成形空間内に侵入した冷却水により直接的に冷却されることになる。
次に、離型工程において、成形型を型開きし、成形品を離型することになる。型開きのタイミングは、通常は冷却水の噴射開始からの経過時間に基づいて設定されている。尚、離型直後の成形品は、ビーズ内の蒸気圧及び空気圧が高いことから十分な保形性を有しているが、時間の経過とともに蒸気が凝縮して、成形品が収縮する傾向にある。このため、成形品の冷却は十分に行うことが好ましく、また形状や寸法に対する要求が厳しい成形品に関しては、形状や寸法が安定するまで、成形品をフィクスチャーにセットすることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記発泡成形方法は、現在最も主流の成形方法であるが、この成形方法においても、次のような課題を有している。
（１）成形型に多数の通気孔を透設したことによる成形型の強度低下を補うため、アルミニウム合金型材からなる成形型の肉厚を例えば８〜１２ｍｍと厚肉に設定する必要があるが、このように構成すると、成形型の熱容量が大きくなり、加熱冷却の熱効率が低下したり、昇温、降温の速度が遅くなることから、制御精度が低くなる。
（２）一般的な１対の成形型において２０００〜４０００個の通気孔が設けられているので、孔あけ作業が煩雑で加工コストが高くなるうえ、コアベントは成形型に形成した取付孔に対して手作業で取付けるため、その作業が煩雑であり、しかも型表面の損傷が避けられず、余分な手直し作業も必要となる。
【０００６】
（３）コアベントやコアベントホールなどの通気孔にスケールなどの目詰まりが生じて、加熱不良、離型不良、冷却不良が生じるので、コアベントの取り替えまたは定期的な高圧洗浄水による洗浄などのメンテナンス作業が必要となる。
（４）発泡成形品の表面に通気孔の跡が付くので、成形品の外観の美麗性を低下させる要因になるとともに、外面に対して印刷等を施す場合には通気孔の跡が邪魔になって綺麗な印刷ができない。
（５）成形後、チャンバ内に冷却水を噴霧して発泡成形品を冷却するため、通気孔を通じて水分が成形空間内に浸透し、成形品の内部にまで６〜１０％程度含水することになり、乾燥工程が必要であった。また、成形品に冷却水が直接的に接触するので、衛生的な成形品を得るためには、冷却水を清浄な状態に管理する必要がある。
【０００７】
（６）チャンバから成形空間内へ蒸気を通して予備発泡ビーズを同じ加熱条件で加熱し、発泡融着させる関係上、このようにして得られる成形品（以下、等加熱成形品と称する）においては、ビーズの融着率に依存して表面性が変化する。具体的には、融着率が低くなると表面性が悪化し、融着率が高くなると表面性が良好になる。一方、等加熱成形品におけるビーズの融着率は、高く設定するほど成形品の機械的強度などの物性が向上するが、加熱、発泡融着時間及び冷却時間が長くなり、成形のサイクルタイムが全体的に長くなって生産性が低下するという問題がある。
【０００８】
また、このようなことから前述の成形技術では、成形品におけるビーズの融着率を、例えば４０％〜８０％に設定し、表面性を良好にして外観の美麗性を確保するとともに、融着率を十分に確保して機械的強度を確保するようにしているが、機械的強度に対する要求の低い成形品においても、外観の美麗性を確保するため、ある程度融着率を高く設定する必要があり、その分成形のサイクルタイムが長くなって、生産性が低下するという問題がある。尚、ここで使用する融着率とは、成形品を割ってみて、その破断面におけるビーズの状態を評価したものであり、具体的にはビーズ自体が破損することなく、ビーズの表面に沿って割れているものを融着していないとみなし、ビーズ自体が破損して割れているものを融着しているとみなして、ビーズ自体が破損しているものの割合を測定して求めたものである。
【０００９】
このように、前記発泡成形方法においては、コアベントやコアベントホールなどの通気孔を活用して蒸気や空気などの用役流体を成形空間内に供給し、あるいは成形空間から排出することで、発泡成形品を得るように構成されているが、通気孔を設けるが故、前述のような多数の問題が発生しているのが実状である。
【００１０】
本発明者らは、これらの課題を根本的に解決すべく、通気孔の無い成形型を用いた発泡成形方法の実用化について鋭意検討し、種々の試験を行った。成形型から通気孔を無くするとはいっても、成形空間に対して蒸気や空気などの用役流体を供給或いは排出するためのコアベントやコアベントホールに代わる通路は必須であるので、このような通路を何処に、どの様に形成するかが問題であり、またこの様な通路に対してどの様なタイミングで、またどの様な条件で用役流体を供給するのかなど、解決しなければならない課題が山積されている。
【００１１】
このような課題の１つとして、成形品の冷却効率が低下するという課題がある。即ち、このような通気孔を有しない成形型においては、成形型の背面に向けて冷却水を噴射しても、成形空間内に冷却水が侵入しないので、成形品は冷却水により直接的に冷却されることはなく、成形型を介して間接的に冷却されるだけとなり、従来の成形装置のように直接的及び間接的に冷却される場合と比較して、冷却効率が低下し、成形品の冷却に要する時間が長くなるという問題がある。尚、通気孔を有する成形型を備えた型内発泡成形装置においてもそうであるが、十分に冷却されない状態で成形品を離型すると、成形品自体が軟質で保形力が小さい状態になっていることから、成形品の形状安定性が低下して変形などの問題が発生する。このため、成形品の冷却時間をこれ以上短縮することは困難であると考えられていた。
【００１２】
本発明の目的は、コアベントやコアベントホールなどの通気孔を成形型の表面から無くした新規な発泡成形装置の実用化を図るものであり、このような新規な発泡成形技術における課題の１つであるところの、成形品の冷却時間を短縮し得るポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその作用】
本出願人は、成形品の冷却時間の短縮に関して、鋭意検討した結果、冷却が不十分な軟質な状態の成形品であっても、これを離型してフィクスチャーにセットすることで、成形品形状を安定化させることができ、破損しない程度に軟質な状態で成形品を離型することで、冷却時間を極力短縮できるとの発想を得た。また、このような離型のタイミングは、成形型に対する予備発泡ビーズの面圧を順次測定して、この測定結果に基づいて設定することで、適正に設定でき且つ寸法安定性に大いに寄与できるとの発想に基づいて、本発明を発明するに至った。
【００１４】
請求項１に係るポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法は、ポリオレフィン系合成樹脂からなる予備発泡ビーズを成形空間内に充填して、蒸気により加熱融着させた後、成形品を冷却する際に、成形型に対する発泡樹脂圧を面圧センサにて順次測定しながら冷却し、成形型に対する発泡樹脂圧が成形品に応じて予め設定した圧力になったときに成形品の冷却を完了して成形品を離型し、その後成形品をフィクスチャーにセットして形状を安定化させるものである。
【００１５】
この成形方法によれば、離型後に成形品をフィクスチャーにセットして一定時間保持することで、型外において成形品の形状及び寸法を安定化させることが可能となるので、成形品の寸法精度を十分に確保しつつ、破損しない程度に軟質な状態で成形品を離型して冷却時間を短縮し、成形品の生産性を向上できる。しかも、離型タイミングは、成形型に対する発泡樹脂圧を順次測定して、その測定結果に基づいて設定するので、最適なタイミングで離型することが可能である。つまり、現在一般的に使用されている型内発泡成形装置では、冷却開始からの時間をタイマーにより測定して、この時間が所定時間を経過したときに、冷却を終了して成形品を離型しているが、この場合には、各ショット毎における予備発泡ビーズの粒径のバラツキや、コアベントの目詰まりによる冷却効率の低下などによる、最適離型タイミングの変動に応じて離型タイミングを調整できない。それ故、冷却時間を長目に設定する必要がある。それに対して本発明では、発泡樹脂圧に基づいて離型のタイミングを設定するので、常に最適なタイミングで離型することが可能となり、冷却時間を極力短縮でき且つ各ショット毎の成形品の寸法バラツキを抑制して成形品の寸法安定性を向上できる。
【００１６】
請求項２記載の成形方法は、成形型に対する発泡樹脂圧が０．０２〜０．２ＭＰａの範囲内のときに成形品の冷却を完了して成形品を離型するものである。発泡樹脂圧が０．０２ＭＰａ未満の場合には、冷却時間の短縮効果が十分に得られず、０．２ＭＰａを越える場合には、成形品が柔らか過ぎて、離型のためエジェクタピンにより成形品を突き出したときに、成形品に割れが発生したり、予備発泡ビーズの発泡圧力が高すぎて、離型後に成形品が膨らみ、成形品の寸法精度が低下するなどの問題が発生するので、０．０２〜０．２ＭＰａに設定することが好ましい。
【００１７】
請求項３記載の成形方法は、フィクスチャーに対する成形品のセット時間を５〜６０分に設定したものである。セット時間は、予備発泡ビーズの素材や成形品重量によっても異なるが、比較的大型な成形品であっても１５〜４０分セットすればほぼその形状が安定する。
【００１８】
請求項４記載の成形方法は、フィクスチャーを複数用意し、これをコンベアにより成形装置に循環供給するものである。この場合には、成形装置により成形した成形品を、コンベアにより成形装置に供給されるフィクスチャーに順次セットすることが可能となり、成形品の成形工程と成形品の形状安定化の工程とを連続的に行える。
【００１９】
請求項５記載の成形方法は、成形型として成形品外面の目立つ場所を成形する成形部に、コアベント及びコアベントホールなどの通気孔が存在しないコア型及びキャビティ型を用いたものである。
この成形方法においては、成形品外面の目立つ場所を成形する成形部に通気孔を形成しないので、成形品表面に形成される通気孔の跡は、成形品表面の目立たない場所に配置されることになり、成形品表面の美麗性を向上できる。
【００２０】
また、この成形方法においては、通気孔を完全あるいは略完全になくして、コア型の背面側のチャンバと、キャビティ型の背面側のチャンバと、成形空間とに対してそれぞれ個別に用役流体を制御することも可能である。この場合には、例えば用役流体として蒸気を制御して、それぞれの空間の加熱条件を独立に調整すると、両チャンバに供給する蒸気により、成形空間内に充填された予備発泡ビーズのコア型及びキャビティ型に接する表面性をそれぞれ調整でき、また成形空間に供給する蒸気により、成形空間内に充填された予備発泡ビーズを加熱、発泡融着して、表面性とは独立に予備発泡ビーズの融着率を調整できることになる。このため、成形品内部の融着率を低く抑えて、成形のサイクルタイムを短縮しつつ、表面美麗な成形品を製作することが可能となり、生産性と商品価値の両立を図ることが可能となる。
【００２１】
請求項６記載の成形方法は、前記通気孔を両成形型から完全に省略したものである。この場合には、コア型の背面側のチャンバと、キャビティ型の背面側のチャンバと、成形空間との３つの空間の加熱条件をより厳密に設定できるとともに、通気孔の跡の無い美麗な表面の成形品が得られるので好ましい。しかも、通気孔が無いことから、成形品に対して冷却水が直接的に接触することを防止できるので、成形品の含水率を低く設定して、離型後における乾燥工程を省略できること、冷却水を清浄な状態に管理しなくても衛生的な成形品を成形できること、などの効果が得られる。
【００２２】
請求項７記載の成形方法は、前記成形品の冷却時、第１冷却手段により、両成形型の背面に向けて冷却水をそれぞれ噴射して、成形型を介して間接的に成形品を冷却するとともに、第２冷却手段により、成形型の外部から導かれた冷却水を、少なくとも一方の成形型に形成した冷却水孔から成形空間内へ噴射して、冷却水により直接的に成形品を冷却するものである。
【００２３】
前述のように成形型から通気孔を省略すると、成形品の冷却時、成形品は冷却水により直接的に冷却されなくなるので、冷却効率が低下する。この発明では、第１冷却手段により成形型の背面側に冷却水を噴射して、成形型を介して間接的に成形品を冷却できるとともに、第２冷却手段により両成形型の少なくとも一方に形成した冷却水孔を介して成形空間内に冷却水を噴射して、冷却水により成形品を直接的に冷却できるので、通気孔を形成しない成形型を用いた場合であっても、成形品の冷却効率を高めて、成形品の冷却のための所要時間を大幅に短縮できるとともに、冷却水の使用量を節減できる。しかも、成形品に接触する冷却水は、第２冷却手段からの冷却水のみとなるので、成形品の衛生状態を向上する場合には、第２冷却手段の冷却水のみを高度な清浄状態に管理すれば良いので、冷却水の処理コストを格段に節減できる。
【００２４】
請求項８記載の成形方法は、冷却水孔を予備発泡ビーズの充填器付近とエジェクタピン付近の少なくとも一方に形成したものである。コア型及び／又はキャビティ型に形成した冷却水孔は、コアベントやコアベントホールなどの通気孔と同様に、成形品の表面に跡を残すので、該跡が成形品の目立たない位置、例えば予備発泡ビーズの充填器付近とエジェクタピン付近の少なくとも一方に形成することが好ましい。
【００２５】
請求項９記載の成形方法は、第１冷却手段により冷却水を噴射して冷却を開始してから、２〜３０秒経過後に第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射するものである。
つまり、成形空間内に充填した予備発泡ビーズは、蒸気圧を作用させて加熱した後、成形空間を大気開放したときに、成形空間内に隙間なく膨らんで相互に融着することになるが、このとき成形空間内に冷却水を供給すると、予備発泡ビーズが十分に膨らまない状態で固化してしまい、成形品の表面に凹凸が形成されるという成形不良が発生する。一方、成形型の冷却には一定時間を要するので、予備発泡ビーズが十分に膨張した後、成形型の背面側へ向けて冷却水を噴射して冷却を開始したのでは冷却時間が長くなる。このため、第１冷却手段による成形品の冷却は、加熱終了直後から開始し、その後２〜３０秒経過して予備発泡ビーズが十分に膨らんだ状態で、第２冷却手段により成形空間内に冷却水を供給して、成形品を冷却することで、冷却時間を極力短縮しつつ、品質の良い成形品を得ることが可能となるのである。
【００２６】
請求項１０記載の成形方法は、成形型に対する発泡樹脂圧を順次測定し、第１冷却手段による冷却開始後における発泡樹脂圧が、加熱終了時の発泡樹脂圧の０．５０〜０．９５倍の範囲内のときに、第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射するものである。つまり、前記請求項９では、第１冷却手段を作動させてからの遅延時間により第２冷却手段の作動タイミングを設定したが、成形空間内における発泡樹脂圧を直接的に測定し、第１冷却手段による冷却開始後における発泡樹脂圧が、加熱終了時の発泡樹脂圧の０．５０〜０．９５倍の範囲内のときに、予備発泡ビーズが十分に膨らんだ状態になっているとして、第２冷却手段を作動させてもよい。
【００２７】
第２冷却手段の作動時間は、請求項１１記載のように２〜３０秒間に設定したり、請求項１２記載のように第１冷却手段の作動時間の３〜５０％に設定することが好ましい。つまり、第２冷却手段は、冷却工程の終了まで作動させることも可能であるが、第２冷却手段から供給される冷却水は成形品に直接接触するので、冷却効率を充分に確保しつつ、過冷却による成形品の収縮を防止したり、成形品の含水率を極力少なくするとともに、離型後における成形品の汚損等を防止するため、請求項１１又は１２記載のようにその作動時間を設定することが好ましい。
【００２８】
前記成形方法により、型内発泡成形品として自動車用バンパーの芯材を成形できる。
このような自動車用バンパーの芯材は、長尺であるにも係わらず寸法精度に対する要求が厳しく、従来の成形方法では冷却時間を長く設定した場合でも成形困難であると考えられていたが、前述のような成形方法を採用すると、生産性を低下させることなく成形することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、本発明に係る成形装置及び成形方法で用いる予備発泡ビーズについて説明する。
予備発泡ビーズの素材としては、ポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系合成樹脂材料や、これらの合成樹脂材料の共重合体などを採用できる。具体的には、エチレンプロピレンランダムポリプロピレン樹脂、エチレンプロピレンブロックポリプロピレン樹脂、ホモポリプロピレンエチレンプロピレンブテンランダムターポリマー、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、架橋低密度ポリエチレン（架橋ＬＤＰＥ）などを好適に利用できる。このようなポリオレフィン系樹脂の予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系樹脂からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすいので、本発明を適用するのに好適である。
【００３０】
予備発泡ビーズの発泡倍率は、その素材にもよるが、３〜９０倍、好ましくは３〜６０倍のものが好適に利用できる。また、粒径は１〜１０ｍｍ、好ましくは２．０〜８ｍｍの範囲のものが好適に利用できる。特にポリオレフィン系合成樹脂材料の予備発泡ビーズは、素材自体が軟らかく、しかもガス透過性が高いことから、同一発泡倍率のポリスチレン系合成樹脂材料からなる予備発泡ビーズよりも格段に粒子形状が変形しやすので、特に充填性の改善効果を発揮する上で好ましい。
【００３１】
より具体的には、ポリオレフィン系合成樹脂材料として例えばポリプロピレン系樹脂からなる予備発泡ビーズを用いる場合には、次のようにその物性を設定することになる。
予備発泡ビーズのセル径は、１００μｍ未満の場合には、成形時に表面伸びが悪く、ヒケ易く、表面外観の見栄えが劣るという問題があり、９００μｍを越える場合には、セル径が不均一になり易く、セル径が大きいため表面のきめが粗く、表面外観が劣るという問題があるので、１００〜９００μｍの範囲内、より好ましくは１５０〜７００μｍ、特に好ましくは１７０〜５５０μｍに設定することになる。
発泡倍率は、特に制限はないが５〜６０倍（発泡ビーズの嵩倍率）程度が好ましい。
【００３２】
ＤＳＣ２’ｎｄピーク比は、８％〜６０％に設定することが好ましい。ＤＳＣ２’ｎｄピーク比とは、基材樹脂を加熱したときに、基材樹脂の結晶融点に起因して形成される、低温側と高温側の２つのＤＳＣ（示差走査熱量測定）のピークの合計面積に対する高温側ピークの面積の割合であり、このＤＳＣ２’ｎｄピーク比が、８％未満の場合には、成形時の加熱条件幅が狭く、成形体が収縮し易く、ヒケ易い。また、６０％を越えると、加熱条件を大幅にアップする必要があり、成形機の大型化が必要であり、且つ省エネルギーという観点からもマイナスとなるので８〜６０％、より好ましくは１０〜５０％、特に好ましくは１５〜４０％に設定することになる。
【００３３】
独立気泡率は、６５％未満の場合には、成形時の加熱圧をアップしてなんとかビーズ同士を融着させたとしても、成形体の収縮、ヒケが大きくなり易く、目標の品質の成形体が得られ難くなるので、６５％以上、より好ましくは７５％以上、特に好ましくは８５％以上に設定することになる。
【００３４】
次に、型内発泡成形装置の具体的構成について説明するが、本発明に係る型内発泡成形装置は、次の３つの特徴的な構成を備えている。
（１）第１の特徴とする構成
成形型から通気孔を完全或いは略完全に省略するとともに、成形品の目立たない部分を成形する成形部に、予備発泡ビーズの充填用の空気や加熱融着用の蒸気などの用役流体を供給する開口部を形成した点
（２）第２の特徴とする構成
成形型から通気孔を完全或いは略完全に省略するとともに、成形品の冷却時に、成形空間内に冷却水を圧入噴射して、成形品を直接的に冷却できるように構成した点
（３）第３の特徴とする構成
成形型に対する発泡樹脂圧を順次測定するセンサを設け、成形品を最適なタイミングで離型するとともに、離型した成形品をフィクスチャーにセットして、形状及び寸法を安定化させるように構成した点
第１及び第２の特徴とする構成は、成形型から通気孔を完全或いは略完全に省略した成形装置を用いることを前提としており、第３の特徴とする構成は、通気孔を完全或いは略完全に省略した成形装置に対しても適用できるし、通気孔を有する周知の成形装置に対しても適用できるものであるので、これら３つの特徴的な構成を具備可能な、通気孔を完全或いは略完全に省略した成形装置を例示しながら説明する。
【００３５】
図１、図２に示すように、型内発泡成形装置１は、対向配置した１組の成形型としてのコア型２及びキャビティ型３と、コア型２とキャビティ型３とで形成される成形空間４内に空気の流れに乗せて予備発泡ビーズを充填するためのビーズ充填手段と、成形空間４内を減圧する減圧手段と、成形空間４内へ圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、成形空間４内に充填された予備発泡ビーズを蒸気により加熱し、発泡融着させる蒸気供給手段と、成形品を冷却するための第１冷却手段及び第２冷却手段とを備えている。
【００３６】
コア型２及びキャビティ型３は、枠状フレーム１０と裏板１１とを有するハウジング１２にそれぞれ取り付けられ、コア型２及びキャビティ型３の背面側には第１チャンバ１３及び第２チャンバ１４がそれぞれ形成されている。
【００３７】
第１チャンバ１３及び第２チャンバ１４は用役弁ＳＶ１、ＳＶ２及び切替弁ＳＷＶ１、ＳＷＶ２を介して蒸気供給管１５及び空気供給管１６にそれぞれ接続されるとともに、ドレン弁ＤＶ１、ＤＶ２及び切替弁ＳＷＶ３、ＳＷＶ４を介してドレン管１７及び真空ポンプ１９が介装された減圧管１８にそれぞれ接続されている。また、成形品を冷却するための第１冷却手段として、第１及び第２チャンバ１３、１４にはコア型２とキャビティ型３の背面に対して冷却水を噴霧する複数のノズル２０を備えたノズルユニット２１がそれぞれ設けられ、両ノズルユニット２１は冷却水弁ＣＶ１、ＣＶ２を介して冷却水供給管２２に接続されている。
【００３８】
本発明に係る型内発泡成形装置の第１の特徴とする構成は、コア型２及びキャビティ型３のうちの、成形品の目立たない部分を成形する成形部に成形空間４に開口する第１開口部３０を形成し、この第１開口部３０を外部の用役配管１５〜１８にそれぞれ連通する連通路を設け、用役弁ＳＶ３〜ＳＶ６及びドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４と、切替弁ＳＷＶ１〜ＳＷＶ４の操作により、複数の第１開口部３０から成形空間４に対して蒸気や圧縮空気などの用役流体をチャンバ１３、１４とは独立に供給或いは排出できるように構成した点にある。このため、コア型２及びキャビティ型３には、従来の成形装置とは異なり、コアベントやコアベントホールなどの通気孔が形成されておらず、成形空間４と両チャンバ１３、１４とは独立な空間に構成されている。但し、このように成形空間４と両チャンバ１３、１４とを完全に気密状に隔絶することが最も好ましいが、成形空間４と両チャンバ１３、１４を連通する従来のコアベントやコアベントホールなどの通気孔を少数設けた場合でも、これらの空間を独立に制御するように構成したものは本発明の範疇である。
【００３９】
第１開口部３０の形成位置は、基本的には、コア型２とキャビティ型３との合わせ目或いはその付近に形成する場合と、充填器２３やエジェクタピン２４などの付属部品における成形空間４に露出する部分の付近に形成する場合と、両者の組合せの３通りに大別できる。
先ず、第１開口部３０をコア型２とキャビティ型３との合わせ目或いはその付近に形成したものについて、３つのタイプを例示しながら説明する。
【００４０】
（１）第１のタイプの型内発泡成形装置１は、図１、図２に示すように、コア型２とキャビティ型３との合わせ目部分に沿って成形空間４に開口するスリット状の第１開口部３０ａ、３０ｂを配置するとともに、該第１開口部３０ａ、３０ｂと外部の用役配管１５〜１８とを連通する連通路として、型間通路３１ａ、３１ｂ及び内部配管３２ａ、３２ｂを設けたものであり、コア型２及びキャビティ型３には、従来のようなコアベントやコアベントホールなどの通気孔が設けられておらず、型閉されたときには、成形空間４は両チャンバ１３、１４と気密に隔離されると同時に、コア型２及びキャビティ型３間に外部の用役配管１５〜１８に通じる第１開口部３０ａ、３０ｂが形成されるように構成したものである。
【００４１】
このように構成すると、予備発泡ビーズに対する予熱排気工程及び融着加熱工程を、従来のコアベントやコアベントホールなどの通気孔に代えてこの第１開口部３０ａ、３０ｂを用いて、以下の要領で行うことが可能となる。
すなわち、予熱排気工程においては、第１開口部３０ａ又は第１開口部３０ｂから減圧排気して成形空間４内を直接に減圧した後、予熱用蒸気を同様に直接に供給すればよく、また融着加熱工程では、同様に第１開口部３０ａ又は第１開口部３０ｂから融着温度の蒸気を成形空間４内の予備発泡ビーズに直接に供給すればよいことになる。
この場合、第１開口部３０ａ、３０ｂに対する予備発泡ビーズの目詰まりを防止するには、第１開口部３０ａ、３０ｂの成形空間４側の開口幅を、充填する予備発泡ビーズの外径寸法である１〜１０ｍｍφ以下に形成する必要があり、また、はみ出しやバリ跡などの発生を少なくし、発泡成形体の仕上がりを良好にするには、可及的に開口幅を狭くする方が好ましいが、開口幅を狭くすると用役流体の通過抵抗が大きくなるので、開口幅は、０．１〜１．５ｍｍに設定するのが適当である。
【００４２】
また、本発明において、前記第１開口部３０ａ、３０ｂは、コア型２とキャビティ型３との合わせ目で凹部の谷部分に沿って設けるのが適当である。この場合、スリット状の第１開口部３０ａ、３０ｂは、発泡成形体の外周囲の凸角稜線部に相当するので、わずかなバリなどが残ったとしても外観を損なうことが少ないからである。
また、内部配管３２ａ、３２ｂとしては、４〜１５ｍｍφの銅パイプを利用するのが適当である。
なお、図１では、第１開口部３０ａと型間通路３１ａと内部配管３２ａからなる一連の連通路と、第１開口部３０ｂと型間通路３１ｂと内部配管３２ｂからなる一連の連通路との２個の組合せが示されているが、本発明ではこの形態に限定されるものではなく、得られる発泡成形体の形状、サイズに応じて、３個以上の組合せも可能であるし、また単数個で実施することも可能である。
【００４３】
また、前記第１開口部３０を複数個設けた場合には、例えば１対の第１開口部３０ａ、３０ｂを設けた場合には、図２に例示するように、成形空間４の対向する両端部の対辺に位置する成形型２、３間の合わせ目に向かい合わせに配置するのが好ましい。第１開口部３０ａ、３０ｂの長さを特に限定するものではないが、このようにすれば、一方の第１開口部から成形空間４を通過して他方の第１開口部に向けて、蒸気などの用役流体を供給可能とした用役操作を採用することができ、特に、成形空間４内に充填した予備発泡ビーズ間の空気を蒸気で置換する操作や、予備発泡ビーズの加熱操作が迅速に行うことができるようになるなどの利点が得られるので好ましい。
【００４４】
この第１のタイプの利点を整理して示すと次の通りである。
［１］成形型２、３から従来のような多数のコアベントやコアベントホールなどの通気孔を省略できるので、成形型２、３の強度低下を防止しつつ、従来の肉厚８〜１２ｍｍのアルミニウム合金型材を肉厚４〜８ｍｍに低減でき、その結果、熱容量が小さくなって加熱冷却の熱効率が向上し、温度制御の精度も向上し、材料コストも低減できる。
［２］コアベント取付孔やコアベントホールなどの孔明け作業や、コアベント取付孔に対するコアベントの取付作業が不要となって、加工コストを大幅に削減でき、成形型２、３の製作コストを低減できる。
【００４５】
［３］また、目詰まりに基づく加熱不良、離型不良、冷却不良が発生せず、コアベントの取替えまたは定期的な高圧洗浄水による洗浄などのメンテナンス作業が全く不要となる。
［４］製品の表面にコアベント、ベントホールの跡が付かないので、外観品質が向上し、表面印刷、シールラベルの貼付などの工程の障害が解消される。
［５］冷却工程で用いられる冷却水が成形空間内に侵入しなくなるので、成形品の水分が従来の６〜１０％程度から０．５〜４％程度にまで低下するから、乾燥工程が不要となり、サイクル時間短縮に大いに寄与する。
【００４６】
［６］本発明の最大の利点は、従来の成形型では実現のできなかった用役操作が可能になるという点である。なんとなれば、従来、予備発泡ビーズに蒸気などの用役流体を作用させるには、用役配管から供給された用役流体が、いずれかのチャンバに作用した後、コアベントやコアベントホールなどの通気孔を経由して予備発泡ビーズに作用を及ぼすというものであったが、本発明では、チャンバ１３、１４と成形空間４の用役通路とを分離、独立させ、加圧空気、蒸気、減圧空気、冷却水などの用役流体は、第１開口部３０ａ、３０ｂを通じて成形空間４内に直接に作用させることになるので、用役操作の自由度が拡張されたことになる。
【００４７】
例えば、成形空間４内を減圧にしたい場合、従来の成形型では、両方のチャンバも減圧にする必要があったが、本発明では、チャンバ容積の１／１０オーダの容積である成形空間４のみを対象にして減圧操作を行うことが可能となった。したがって、従来、レスポンスが迅速に行われるから、その操作性が大幅に改善されるなどのメリットが得られるのである。
【００４８】
また、チャンバ１３、１４が成形空間４とは独立な空間に構成され、それぞれの加熱条件を独立に調整できるので、２つのチャンバ１３、１４に供給する蒸気により、１組の成形型２、３の温度をそれぞれ独立に調整して、成形型２、３に密着する成形品の表面性を調整でき、また成形空間４に供給する蒸気により、成形空間４内に充填された予備発泡ビーズを加熱し、発泡融着して、表面性とは独立に予備発泡ビーズの融着率を調整できることになる。このため、成形品内部の融着率を低く抑えて、成形のサイクルタイムを短縮しつつ、表面美麗な成形品を製作することが可能となり、生産性と商品価値の両立を図ることが可能となる。
【００４９】
（２）第２のタイプの型内発泡成形装置１Ａは、図３に示すように、スリット状の第１開口部３０ａ、３０ｂを外部の用役配管１５〜１８に連通する連通路として、型閉時に、成形空間４側から外部に向けて成形型２、３の合わせ目部分に沿って形成される型間通路３３ａ、３３ｂと、枠状フレーム１０同士の合わせ目部分で包囲された状態で形成される型間空間３４ａ、３４ｂとを備えたものである。それ以外の構成は、前記型内発泡成形装置１と同様なので、同一部材には、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５０】
つまり、この型内発泡成形装置１Ａにおいては成形型２、３には、従来のようなコアベントやコアベントホールなどの通気孔が設けられておらず、型閉されたときには、成形空間４は両チャンバ１３、１４と気密に隔離された状態に形成されるとともに、第１開口部３０ａ、３０ｂと、これら第１開口部３０ａ、３０ｂを用役配管１５〜１８に連通する連通路、即ち型間通路３３ａ、３３ｂおよび型間空間３４ａ、３４ｂが、先の第１のタイプの型内発泡成形装置１とは異なった形態で、成形空間４側から両成形型２、３及び枠状フレーム１０の合わせ目に沿って外部に向けて形成されるのである。
【００５１】
この図３に示す発泡成形装置１Ａにおいては、型内発泡成形装置１と同様に、発泡成形時に用役流体を操作できるので、前述した［１］〜［６］の全ての利点を享受できるうえ、製作時に配管工事が必要である独立した内部配管３２ａ、３２ｂが不要であるから、発泡成形装置の製作コストが抑えられ、メンテナンスも不要となる利点が得られるのである。
【００５２】
（３）第３のタイプの型内発泡成形装置１Ｂは、図４、図５に示すように、コア型２とキャビティ型３の合わせ目付近におきてコア型２に成形空間４内に開口する第１開口部３０ｃ、３０ｄを形成し、第１開口部３０ｃ、３０ｄを外部の用役配管１５〜１８に連通する連通路として、第１開口部３０ｃ、３０ｄを取り囲むようにコア型２の内側に固定した通路形成部材３８により形成される連通空間３９ａ、３９ｂと、連通空間３９ａ、３９ｂを外部の用役配管１５〜１８に連通する内部配管４０ａ、４０ｂとを備え、連通空間３９ａ、３９ｂ及び内部配管４０ａ、４０ｂを介して第１開口部３０ｃ、３０ｄに対して個別に用役流体を供給或いは排出できるように構成したものである。それ以外の構成は、前記型内発泡成形装置１と同様なので、同一部材には、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
つまり、この型内発泡成形装置１Ｂにおいて成形型２、３には、従来のように成形空間４とチャンバ１３，１４とを連通するコアベントやコアベントホールなどの通気孔が設けられておらず、成形型を閉じたときには、成形空間４は、チャンバ１３，１４と気密に隔離された状態に形成されるとともに、第１開口部３０ｃ、３０ｄと、これら第１開口部３０ｃ、３０ｄを用役配管１５〜１８に連通する連通路、即ち連通空間３９ａ、３９ｂおよび内部配管４０ａ、４０ｂが、先の２つの事例とは異なった形態で形成されるのである。
【００５４】
第１開口部３０ｃ、３０ｄは、コア型２に直接的に貫通孔やスリットを形成してもよいが、蒸気が流通することにより内面が磨耗することが考えられるので、従来の成形装置における通気孔と同様に、第１開口部３０ｃ、３０ｄに対応させてコアベント取付孔を形成して、コアベントを着脱自在に組付けることが好ましい。
【００５５】
この図４、図５に示す発泡成形装置１Ｂにおいては、型内発泡成形装置１と同様に、発泡成形時に用役流体を操作できるので、前述した［５］［６］の利点を享受できる。また、成形空間４と連通空間３９ａ、３９ｂとを連通するコアベントを設けることから、前述した［１］〜［４］の利点に対しては多少不利になるが、従来のようにコアベントを成形型の全面に一様に形成するわけではないので、コアベントの個数を格段に少なくすることが可能となる。また、蒸気による第１開口部３０ｃ、３０ｄの磨耗にも容易に対応できるので、より現実的な設計のものとなる。なお、この第３のタイプの発泡成形装置１Ｂにおいても、第２のタイプの発泡成形装置１Ａと同様に左右の枠状フレーム１０の合わせ目間に型間空間を形成し、内部配管３２ａ、３２ｂを省略することも可能である。
尚、図４にしめす事例では、第１開口部３０ｃ、３０ｄをコア型２側に形成したが、成形品の内面側（コア型２側）が外部に露出する場合には、第１開口部３０ｃ、３０ｄをキャビティ型３側に形成することが、成形品の美麗性を向上させる上で好ましい。
【００５６】
次に、第１開口部３０を充填器２３やエジェクタピン２４などの付属部品付近に形成する場合について説明する。
付属部品付近に第１開口部３０を形成する場合には、図１、図３、図４に示すように、キャビティ型３のうちの充填器２３及びエジェクタピン２４に対応する位置に略筒状の外装部材４１を固定し、充填器２３及びエジェクタピン２４を外装部材４１に内嵌状に設け、充填器２３及びエジェクタピン２４と外装部材４１間に用役配管１５〜１８に個別に連通する連通路４２、４３を形成し、連通路４２、４３の先端部に成形空間４に開口する第１開口部３０ｅ、３０ｆを夫々形成し、連通路４２、４３に用役弁ＳＶ５、ＳＶ６を介して用役配管１５〜１８を接続し、前記第１開口部３０ａ〜３０ｄの場合と同様に、所要の蒸気、加圧空気の供給あるいは減圧操作などを行うことになる。
この場合、先の第１開口部３０ａ〜３０ｄを併設せず、第１開口部３０ｅ、３０ｆを単独に設けた形態であっても本発明の目的を達成することが可能であるが、前記第１開口部３０ａ〜３０ｄと併設する形態が好ましい。
【００５７】
このように充填器２３及びエジェクタピン２４の先端付近に配設した第１開口部３０ｅ、３０ｆと、先に説明した第１開口部３０ａ〜３０ｄとを図１、図３、図４のように併設して、それぞれの第１開口部３０から外部の用役配管１５〜１８に連通する個別の通路を設けてもよい。この場合には、成形空間４の対向する両端部分と成形空間４の中央部分の少なくとも３か所に用役流体を供給可能な第１開口部３０が設けられるので、品質要求に応じた用役流体の供給が可能になるうえ、用役流体の供給、停止など制御操作の自由度が増加するから、発泡成形体の種類、形状などに対応した最適の用役操作が行えるという利点が得られる。
【００５８】
但し、この図１、図３、図４による事例では、充填器２３及びエジェクタピン２４の先端部付近に第１開口部３０ｅ、３０ｆを配設したが、本発明は、この形態に限定されるものではなく、成形型に取り付けられるその他の付属部品、例えば、冷却水配管金具などを利用することも可能である。また、成形空間４内の予備発泡ビーズ全体に対して一様に蒸気が行き渡るように構成されていれば、全ての充填器２３やエジェクタピン２４の外側に連通路４２、４３を形成する必要はないし、第１開口部３０ｅ、３０ｆの一方或いは両方を省略することも可能で、第１開口部３０ｅ、３０ｆは成形する成形品の形状などに応じて適宜に設けることになる。また、第１開口部３０ａ〜３０ｄを第１開口部３０ｅ、３０ｆから成形空間４に供給される蒸気の排出専用の開口部として用いてもよい。尚、図１、図３、図４においては、充填器２３やエジェクタピン２４をキャビティ型３側に形成したが、成形品の外面側（キャビティ型３側）が外部に露出する場合には、充填器２３やエジェクタピン２４をコア型２側に形成することが、成形品の美麗性を向上させる上で好ましい。
【００５９】
本発明に係る型内発泡成形装置の第２の特徴とする構成は、成形品の冷却時に、成形空間４内に冷却水を圧入噴射して、冷却水により成形品を直接的に冷却するための第２冷却手段を設けた点にある。
第２冷却手段について説明すると、図１〜図５に示すように、コア型２とキャビティ型３には冷却水孔４５、４６が形成され、両冷却水孔４５、４６は冷却弁ＣＶ３、ＣＶ４を介して冷却水供給管２２にそれぞれ接続されている。そして、予備発泡ビーズを蒸気により加熱融着させた後、成形品を冷却する際に、前述した第１冷却手段により成形型２，３の背面に対して冷却水を噴射して、成形型２，３を介して間接的に成形品を冷却するとともに、第２冷却手段により冷却水を成形空間４内に圧入噴射することで、冷却水により直接的に成形品を冷却できるように構成されている。但し、第２冷却手段と第１冷却手段とを別系統の冷却水供給管に連通させてもよい。つまり、衛生面を重視する成形品を成形する場合には、第２冷却手段へ供給する冷却水は、成形品に直接的に接触するので、高度に清浄な状態に管理する必要があるが、第１冷却手段に供給する冷却水は成形品とは接触しないので、必ずしも清浄な状態に管理する必要がない。このため、第１冷却手段へ供給する冷却水のみを高度に管理することで、冷却水の浄化処理のためのコストを削減できることになる。
【００６０】
冷却水孔４５，４６は、丸孔でもよいし、細長いスリット状や小判型の孔でもよく、任意の形状を採りうる。また、冷却水孔４５，４６の形成位置は任意に設定可能であるが、成形品全体がバランスよく冷却されるようにレイアウトすることが好ましい。更に、個数も任意に設定可能であるが、多すぎるとコアベントやコアベントホールなどの通気孔を省略することによるメリットが少なくなるので、極力少なくすることが好ましく、開口面積も同様の理由から極力小さくすることが好ましい。具体的には、冷却水孔の個数は、成形品形状や成形品サイズにもよるが、凹凸型それぞれの表面積１００ｃｍ２当たり０．５〜１．５箇所設けることが好ましい。また、冷却水孔の１個当たりの開口面積は、０．０５ｃｍ２（根拠：キリ穴程度）〜２．００ｃｍ２（根拠：コアベント程度）に設定することが好ましい。
【００６１】
冷却水の圧力は、冷却水噴射時の発泡樹脂圧力以下の場合には、水圧が発泡樹脂圧に負けて噴射できなくなるため、発泡樹脂圧以上が必要である。また、０．５ＭＰａ（ポリプロピレン用成形機の耐圧）以上の場合には、成形機及び成形品が破損するためそれ未満に設定することになる。
【００６２】
尚、冷却水孔４５，４６は、成形型２，３に独立に形成してもよいが、例えば、図６に示すように、第１開口部３０ｅ，３０ｆを冷却水孔として活用することも可能である。この場合には、連通路４２，４３を用役弁ＣＶ５を介して冷却水供給管２２に連通させ、成形品の冷却時に用役弁ＣＶ５を開いて、第１開口部３０ｅ，３０ｆから成形空間４内に冷却水を供給することになる。また、予備発泡ビーズ５を充填するための充填器２３の周囲に連通路４２を形成しない場合には、充填器２３の内部通路（図示略）を活用して、成形空間４内に冷却水を供給することも可能である。
【００６３】
第２冷却手段による冷却水の噴射タイミングは、第１冷却手段による冷却水の噴射タイミングよりも少し遅らすことが好ましい。具体的には、蒸気による予備発泡ビーズの加熱が完了すると、ドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４を開いて、成形空間４内を大気開放することになるが、第１冷却手段は、成形空間４を大気開放すると同時に作動させ、第２冷却手段は、成形空間４を大気開放してから、予備発泡ビーズが十分に膨張するまでの一定時間経過後に作動させることになる。つまり、第１冷却手段では、成形型２，３の背面側へ向けて冷却水を噴射して、成形型２，３を介して成形品を冷却する関係上、成形型２，３自体が冷却されるまでに多少の時間を要する。このため、予備発泡ビーズが十分に膨張してから冷却水を噴射したのでは、成形品が迅速に冷却されず、冷却時間が長くなる。一方、第２冷却手段では、成形空間４内に冷却水を供給して、冷却水により直接的に成形品を冷却する関係上、成形空間４を大気開放すると同時に成形空間４内に冷却水を供給すると、予備発泡ビーズが十分に膨張しない状態で成形品が冷却されてしまい、成形品表面に凹凸が形成されるという不具合が発生する。このため、冷却時間を極力短縮するとともに成形品品質を確保するため、第１冷却手段は予備発泡ビーズの加熱完了後、直ちに作動させ、第２冷却手段は第１冷却手段よりも一定時間経過後に作動させることになる。
【００６４】
次に、第２冷却手段の作動タイミングを決定するために行った試験について説明する。
（成形条件）
・予備発泡ビーズ
ポリプロピレン樹脂製ビーズ
平均発泡倍率      ：１５倍
融点              ：約１４５℃
メルトフローレイト：約５．５ｇ／１０分
粒重量            ：約１．８ｍｇ
・成形品
幅２００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚み１００ｍｍの板状部材
平均発泡倍率１１倍
・成形装置
最高蒸気圧力：０．３４３ＭＰａ（一定）
冷却水水温  ：３０〜４０℃
冷却水圧力  ：約０．３９２ＭＰａ
冷却終了条件：発泡樹脂圧０．０４９ＭＰａの時点（一定）
上記成形条件で成形空間４内に予備発泡ビーズを充填し、蒸気により予備発泡ビーズを加熱融着させてから、発泡樹脂圧が０．０４９ＭＰａになるまで第１冷却手段を作動させて、成形型の背面に冷却水を噴射するとともに、表２に示すように、第２冷却手段の制御パターンを変更して６種類の成形品を製作した。冷却方法をより具体的に説明すると、試験例１では、第１冷却手段のみで成形品を冷却し、試験例２では、第１冷却手段の作動後、２０秒間の遅延時間を経過してから第２冷却手段を５秒間作動させ、試験例３では、第１冷却手段の作動後、１０秒間の遅延時間を経過してから第２冷却手段を５秒間作動させ、試験例４では、第１冷却手段の作動後、１０秒間の遅延時間を経過してから第２冷却手段を２秒間作動させ、試験例５では、第１冷却手段の作動後、１０秒間の遅延時間を経過してから第２冷却手段を２秒間作動させ、その後成形空間内を真空引きし、試験例６では、第１冷却手段と同時に第２冷却手段を５秒間作動させた。そして、予備発泡ビーズの充填開始から成形品の冷却完了までの成形サイクルタイムを測定して、表２の結果を得た。また、図７は成形時間と発泡樹脂面圧との関係を示した線図である。
【００６５】
【表１】
0003928318.tif 000002
【００６６】
表１及び図７から判るように、第１冷却手段と第２冷却手段とを併用した試験例２〜６は、第１冷却手段のみにより冷却した試験例１と比較して、冷却時間が短く、成形サイクルタイムが全体的に短くなっていることが判る。また、第１及び第２冷却手段を併用する場合においても、試験例６のように、蒸気による予備発泡ビーズの加熱後、両冷却手段を同時に作動させて冷却すると、成形品表面に凹凸が形成されて成形品品質が低下し、また試験例２のように第１冷却手段の作動後、２０秒経過してから第２冷却手段を作動させたのでは、成形サイクルタイムの短縮時間が第１冷却手段のみで冷却した試験例１と比較して５秒程度と短く、第２冷却手段を設けることのメリットが十分に引き出せないので、試験例３〜５のように遅延時間を１０秒程度に設定することが好ましい。更に、第２冷却手段による冷却水の噴射時間は、試験例４のように２秒では短すぎ、５秒程度が好ましいことが判る。更にまた、第２冷却手段により冷却水を供給してから成形空間内を真空引きすると、成形品表面が乾燥するので好ましい。
【００６７】
以上の結果から、第１冷却手段に対する第２冷却手段の作動遅延時間は５〜２０秒程度が好適であり、第２冷却手段の作動時間は２〜１０秒程度が好適であることが判る。但し、作動遅延時間及び作動時間は、成形品のサイズや形状によって多少変動するので、成形品形状やサイズに応じて適宜に設定することになる。具体的には、第１冷却手段に対する第２冷却手段の作動遅延時間は２〜３０秒、好ましくは５〜２０秒に設定し、第２冷却手段の作動時間は２〜３０秒、好ましくは２〜１０秒に設定することになる。また、第２冷却手段の作動時間は、第１冷却手段の作動時間の３〜５０％、好ましくは５〜２０％に設定してもよい。
また、予備発泡ビーズが十分に膨張した後に第２冷却手段を作動させると、成形不良が発生しないことから、成形型に対する発泡樹脂面圧を測定するための面圧センサを成形型に設け、第１冷却手段による冷却開始後における発泡樹脂圧が、加熱終了時の発泡樹脂圧の０．５０〜０．９５倍の範囲内、好ましくは０．６〜０．８倍の範囲内のときに、第２冷却手段を作動させてもよい。
【００６８】
また、本実施例では、成形品の冷却効率を高めるため冷却水孔４５，４６を形成したが、この冷却水孔４５，４６を活用して、成形品の離型性を向上させるように構成することも可能である。例えば、冷却水孔４５を制御弁（図示外）及び切替弁ＳＷＶ２を介して空気供給管１６に連通させるととももに、冷却水孔４６を制御弁（図示外）及び切替弁ＳＷＶ４を介して減圧管１８に連通させ、成形型２，３を型開きするときには、両制御弁を開放して、冷却水孔４５から加圧エアを供給して成形品をコア型２から切り離すとともに、冷却水孔４６内を減圧してキャビティ型３に対して成形品を吸着し、キャビティ型３に成形品が残置されるようにしてもよい。つまり、成形品のコア型２側とキャビティ型３とに差圧を生じさせ、所望の成形型側に成形品を残置させることが可能となる。また、キャビティ型３からの成形品の離型時には、冷却水孔４６に加圧エアを供給して、エジェクタピン２４により離型作業を補助させてもよい。
【００６９】
本発明に係る型内発泡成形装置の第３の特徴とする構成は、成形型２、３に対する発泡樹脂圧を順次測定する面圧センサを設け、発泡樹脂圧に基づいて破損しない程度の硬さになったときに成形品を離型することで冷却時間を極力短縮し、離型した成形品をフィクスチャーにセットすることで、成形型２、３外においてその形状及び寸法を安定化させるように構成した点にある。
【００７０】
面圧センサは、前述した冷却タイミングを設定するための面圧センサと共用できる。また、複数個取りする場合には、各成形空間に対応させて面圧センサを設け、これら複数の面圧センサの平均値を用いて離型タイミングを設定してもよいし、成形型に１つだけ面圧センサを設け、この１つの面圧センサから出力に基づいて離型タイミングを設定してもよい。
【００７１】
具体的な、離型タイミングは、成形品が適度な硬さになったときに離型されるように、成形型に対する発泡樹脂圧が０．０２〜０．２ＭＰａの範囲内、好ましくは０．０３〜０．１５ＭＰａの範囲内に設定されている。冷却時の発泡樹脂圧は、図８に示すような変化を示すことになるが、発泡樹脂圧が０．０２ＭＰａ未満の場合には、冷却時間が長くなり、０．２ＭＰａを越える場合には、成形品の冷却が十分になされておらず、成形品が過度に軟質な状態で、離型時における成形品の破損や寸法精度の低下が懸念されるので、０．０２〜０．２ＭＰａの範囲内に設定することが好ましい。このように、離型タイミングを発泡樹脂圧により設定すると、例えば図８に示すように、発泡樹脂圧が０．１５ＭＰａのときに離型する場合には、０．０５ＭＰａ付近で離型する場合と比較して冷却時間を約半分に短縮できる。また、冷却時間を成形サイクルタイム加熱時の発泡樹脂圧がばらついた場合であっても、常に一定の発泡圧力で離型できるので、成形品の寸法安定性を向上できる。
【００７２】
また、この発明では、離型した成形品をフィクスチャーにセットすることで、軟質な成形品を成形型外において、形状及び寸法を安定化させることになる。ここで、フィクスチャーとは、成形品の形状及び寸法を安定化させるための養生型のことであり、本実施例では図示していないが、成形品の少なくとも基準位置における成形品寸法、例えば、自動車バンパーの芯材においては、フロントビームに対する芯材の取付位置における成形品寸法が、高精度になるように成形品の該位置に係合する係合部を形成したフィクスチャーを用い、これに成形品をセットして成形品の形状及び寸法を安定化させることになる。但し、フィクスチャーの形状は、成形品の形状に応じて任意に設定するものとする。そして、このようにフィクスチャーに対して成形品をセットすることで、成形品の寸法を高精度に要求寸法に設定することが可能となるのである。
【００７３】
フィクスチャーに対する成形品のセット時間は、成形品のサイズ、使用する予備発泡ビーズの素材などにより、適宜設定することになるが、概ね５〜６０分間に設定すれば、十分にその形状を安定化させることが可能である。
【００７４】
具体的には、表２に示すような成形条件で、自動車用バンパーの芯材を成形した場合について比較すると、実施例では離型タイミングが早めになることから、冷却時間が短縮されて、成形サイクルが比較例よりも短縮されていることが判る。また、実施例及び比較例はフィクスチャーによる養生時間を同じに設定しているにも係わらず、常に一定の発泡圧力で離型している実施例の方が、比較例よりも成形品寸法のバラツキの少ない品質の良い成形品であることが判る。尚、この実施例では、通気孔を有しない成形装置を用い、成形品の冷却は、第１冷却手段により成形型２、３の背面に対してのみ冷却水を吹き付けて行っており、離型後における成形品の乾燥も不要になっている。それに対して、比較例では通気孔を有する従来の成形装置を用いているので、離型後に５時間の乾燥工程を必要とする。もっとも、この実施例において、第２冷却手段を併用して、冷却水により成形品を直接的に冷却する場合には、更なる成形サイクルの短縮が可能であり、しかも前述のように第２冷却手段からの冷却水の供給量を制限することで、離型後における乾燥工程も省略可能である。
【００７５】
【表２】
0003928318.tif 000003
【００７６】
また、このような設備を備えた成形システムにおいては、例えば図９に示すように、成形装置１の側方にフィクスチャー５０を複数備えたコンベア５１を配置させ、このコンベア５１により成形装置１に対してフィクスチャー５０を循環供給し、成形装置１にて成形して成形品５２を順次フィクスチャー５０にセットして、成形品５２の形状及び寸法を安定化できるように構成することが好ましい。
【００７７】
次に、図１に示す発泡成形装置１を用いた成形品の成形方法について説明する。
この成形方法は、成形空間４に予備発泡ビーズを充填する充填工程と、成形空間４に充填された予備発泡ビーズを加熱、発泡融着させる加熱工程と、成形された成形品を冷却する冷却工程と、離型した成形品の形状及び寸法を安定化させるためのフィクスチャー養生工程の４つの工程に分かれている。
【００７８】
先ず、予備発泡ビーズの充填工程について説明する。
この工程では、コア型２とキャビティ型３とを型閉めするとともにドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４を開け、充填器２３から成形空間４に対して予備発泡ビーズを空気の流れに乗せて供給しながら、成形空間４内に供給される空気を第１開口部３０ａ、３０ｂを介して成形空間４外に排出し、成形空間４内に予備発泡ビーズを充填する。尚、予備発泡ビーズとして、成形前にビーズに対して大気圧以上の空気を圧入し、発泡力を付加したビーズ、所謂成含ビーズを用いることも可能である。
【００７９】
具体的な充填方法としては、次に示すような、クラッキング充填法、加圧充填法、圧縮充填法などを採用できる。
［１］クラッキング充填法では、充填時に、コア型２とキャビティ型３とを完全に型閉めせず（クラッキング）、例えば成形品の底肉厚の１０％だけ開けておき、コア型２とキャビティ型３間の隙間から充填時に使用する空気を排出しながら予備発泡ビーズを充填することになる。
［２］加圧充填法では、予備発泡ビーズを収容した原料タンク内を０．０２〜０．１５ＭＰａ程度に加圧し、成形空間４内を大気圧に開放した状態で、原料タンクと成形空間４との差圧を利用して、成形空間４内に予備発泡ビーズを搬送して充填することになる。
［３］圧縮充填法では、原料タンク内の圧力ｐを加圧充填法よりも高めの０．０１〜０．５ＭＰａ程度に加圧し、成形空間４の内圧ｐ１との差圧（ｐ−ｐ１）を維持しながら、予備発泡ビーズを搬送して充填することになる。
【００８０】
次に、成形空間４に充填された予備発泡ビーズの蒸気による加熱工程について説明する。
先ず、ドレン弁ＤＶ１、ＤＶ２を開けた状態で用役弁ＳＶ１、ＳＶ２を開け、チャンバ１３，１４に対して蒸気を流す事で、チャンバ１３，１４の空気を蒸気で置換する。但し、この工程は、充填工程内で行ってもよい。
【００８１】
次に、ドレン弁ＤＶ１、ＤＶ２を閉じるとともに、チャンバ１３，１４内が予め設定した蒸気圧になるように用役弁ＳＶ１、ＳＶ２を制御しながら、チャンバ１３，１４に予め設定した加熱時間だけ蒸気を供給し、コア型２及びキャビティ型３を加熱して、コア型２及びキャビティ型３に接触する予備発泡ビーズを発泡融着させ、成形品の表面部を成形する。
一方、成形空間４内に充填された予備発泡ビーズを加熱するための工程を並行して行うが、この工程は大きく３つに分かれている。
【００８２】
第１工程では、ドレン弁ＤＶ４を開けるとともにドレン弁ＤＶ３を閉め、用役弁ＳＶ３、ＳＶ５、ＳＶ６を開けるとともに用役弁ＳＶ４を閉めて、成形空間４内に蒸気を通して予備発泡ビーズ間の空気を蒸気に置換する。
第２工程では、第１工程とは逆に、ドレン弁ＤＶ４を閉めるとともにドレン弁ＤＶ３を開け、用役弁ＳＶ３を閉めるとともに用役弁ＳＶ４、ＳＶ５、ＳＶ６を開けて、成形空間４内に蒸気を通して予備発泡ビーズ間の空気を蒸気に置換する。但し、この第２工程は省略してもよい。
【００８３】
第３工程では、ドレン弁ＤＶ３、ＤＶ４を閉めるとともに、成形空間４内が予め設定した蒸気圧になるように用役弁ＳＶ３〜ＳＶ６を制御しながら、成形空間４に予め設定した加熱時間だけ蒸気を供給し、予備発泡ビーズを加熱、発泡融着させて、成形品の内部を成形する。
このようにチャンバ１３，１４に供給される蒸気と、成形空間４に供給される蒸気とにより、成形品の表面部と成形品の内部とを独立に加熱できるので、成形品の表面性と、成形品内部の融着率とを個別に調整することが可能となる。
【００８４】
次の冷却工程では、冷却水弁ＣＶ１、ＣＶ２を開けて、コア型２及びキャビティ型３に向けてノズル２０から冷却水を噴霧し、コア型２及びキャビティ型３を介して成形空間４内の成形品を冷却するとともに、第１冷却手段を作動させてから前述した一定の遅延時間を経過したときに、第２冷却手段の冷却水弁ＣＶ３，ＣＶ４，ＣＶ５を一定時間開けて、冷却水孔４５，４６から成形空間４内に圧入した冷却水により成形品を直接的に冷却する。但し、図６に示すように構成する場合には、冷却水弁ＣＶ５も冷却水弁ＣＶ３、ＣＶ４と同様に制御することになる。
【００８５】
また、この冷却工程において、面圧センサにより発泡樹脂圧の面圧を順次測定し、発泡樹脂面圧が０．０２〜０．２ＭＰａになったときに、成形品の冷却を終了する。尚、このときの成形品は、比較的早い段階でその冷却が終わるので、破損しない程度には硬化しているが、従来の成形方法により成形した成形品よりも軟質な状態になっている。
次のフィクスチャー養生工程では、このように比較的軟質な状態の成形品を、成形型２、３を型開きしてエジェクタピン２４により離型し、離型した成形品をフィクスチャーにセットして５〜６０分間養生し、成形型２、３外において成形品の形状及び寸法を安定化させることになる。
【００８６】
このようにして成形した成形品は、外面にコアベント及びコアベントホールの跡の無い表面美麗な成形品となる。しかも表面性に関しては、従来の成形技術により製作した等加熱成形品と同等に設定しつつ、内部の融着率に関しては、該表面性の等加熱成形品よりも低く設定したり、高く設定した成形品となる。つまり、従来の成形方法では、予備発泡ビーズの加熱、発泡融着時に、予備発泡ビーズの表面と内部とが同じ加熱条件で加熱される関係上、成形品内部の融着率を低く設定すると、図１０（ａ）に示すように、成形品内部のビーズ５Ａの境界部に隙間が形成されるとともに成形品の表面部に窪み７が形成されるが、本発明の成形方法では、表面と内部とを独立に加熱できるので、内部の融着率のみを低く設定することで、図１０（ｂ）に示すように、成形品内部のビーズ５Ａの境界部には隙間６が形成されるものの、成形品の表面のビーズ５Ｂの境界部には窪み７がほとんど形成されていない、表面が平滑で美麗な成形品を実現できる。また、内部の融着率を低く設定した場合には、表面性に対する要求が高く、機械的強度があまり要求されないような成形品、例えばコンクリート表面化粧型枠、容器の蓋や断熱材などの成形品として好適に利用でき、内部の融着率を高くした場合には、表面性はあまり要求されないが、機械的強度に対する要求の高い成形品や繰り返し使用に耐える成形品、例えば自動車用の各種部材や通い函などの成形品として好適に利用できる。また、本発明は、例えばカップ麺の容器のような小型な成形品よりも、比較的大きい成形品において、効果を発揮し、有用なものである。特に、長さが１０００ｍｍ以上で且つ長さのバラツキ（３σ）が長さの０．２％以内の成形品、例えば自動車用バンパーの芯材のように、長尺でしかも寸法精度の要求が厳しい成形品に好適である。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１に係るポリオレフィン系合成樹脂の型内発泡成形方法によれば、離型後に成形品をフィクスチャーにセットして一定時間保持することで、型外において成形品の形状及び寸法を安定化させることが可能となるので、成形品の寸法精度を十分に確保しつつ、破損しない程度に軟質な状態で成形品を離型して冷却時間を短縮し、成形品の生産性を向上できる。しかも、成形型に対する発泡樹脂圧を順次測定して、その測定結果に基づいて離型タイミングを設定するので、常に最適なタイミングで離型することが可能となり、冷却時間を極力短縮でき且つ各ショット毎の成形品の寸法バラツキを抑制して成形品の寸法安定性を向上できる。
【００８８】
請求項２記載のように、成形型に対する発泡樹脂圧が０．０２〜０．２ＭＰａの範囲内のときに成形品の冷却を完了して成形品を離型すると、成形品の破損や寸法精度の低下を防止しつつ、冷却時間を極力短縮して成形品の生産性を向上できる。
【００８９】
請求項３記載のように、フィクスチャーに対する成形品のセット時間を５〜６０分に設定すると、成形品の形状及び寸法が十分に安定したものとなる。
請求項４記載のように、フィクスチャーを複数用意し、これをコンベアにより成形装置に循環供給すると、成形品の成形工程と成形品の形状安定化の工程とを連続的に行うことが可能となる。
【００９０】
請求項５記載のように、成形型として成形品外面の目立つ場所を成形する成形部に、コアベント及びコアベントホールなどの通気孔が存在しないコア型及びキャビティ型を用いると、成形品表面に形成される通気孔の跡が、成形品表面の目立たない場所に配置されることになり、成形品表面の美麗性を向上できる。しかも、通気孔を完全あるいは略完全になくして、コア型の背面側のチャンバと、キャビティ型の背面側のチャンバと、成形空間とに対してそれぞれ個別に用役流体を制御することも可能なので、これら３つの空間の加熱条件をそれぞれ独立に調整して、例えば成形品内部の融着率を低く抑えて、成形のサイクルタイムを短縮しつつ、表面美麗な成形品を製作することが可能となり、生産性と商品価値の両立を図ることが可能となる。
【００９１】
請求項６記載のように、通気孔を両成形型から完全に省略すると、コア型の背面側のチャンバと、キャビティ型の背面側のチャンバと、成形空間との３つの空間の加熱条件をより厳密に設定できるとともに、通気孔の跡の無い美麗な表面の成形品が得られるので好ましい。しかも、通気孔が無いことから、成形品に対して冷却水が直接的に接触することを防止できるので、成形品の含水率を低く設定して、離型後における乾燥工程を省略できること、冷却水を清浄な状態に管理しなくても衛生的な成形品を成形できること、などの効果が得られる。
【００９２】
請求項７記載のように、成形品の冷却時、第１冷却手段により成形型を介して冷却水で間接的に成形品を冷却するとともに、第２冷却手段により直接的に冷却水で成形品を冷却すると、成形型から通気孔を省略することによる冷却効率の低下を防止できる。また、成形品の衛生状態を高めるには、成形品に直接的に接触する第２冷却手段からの冷却水のみを高度に管理すれば良いので、冷却水の処理コストを格段に節減できる。
【００９３】
請求項８記載の成形方法のように、冷却水孔を予備発泡ビーズの充填器付近とエジェクタピン付近の少なくとも一方に形成すると、成形品に形成される冷却水孔の跡が目立たなくなるので、成形品の美麗性を向上する上で好ましい。
【００９４】
請求項９記載のように、第１冷却手段により冷却水を噴射して冷却を開始してから、２〜３０秒経過後に第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射したり、請求項１０記載のように、成形型に対する予備発泡ビーズの発泡樹脂圧を順次測定し、第１冷却手段による冷却開始後における発泡樹脂圧が、加熱終了時の発泡樹脂圧の０．５０〜０．９５倍の範囲内のときに、第２冷却手段により冷却水孔から成形空間内へ冷却水を噴射すると、冷却時間を極力短縮しつつ、表面美麗な品質の良い成形品を得ることが可能となるのである。
【００９５】
請求項１１記載のように、第２冷却手段の作動時間を２〜３０秒間に設定したり、請求項１２記載のように、第２冷却手段の作動時間を第１冷却手段の作動時間の３〜５０％に設定すると、冷却効率を充分に確保しつつ、成形品が冷却水で濡れることを極力防止して、過冷却による成形品の収縮を防止したり、成形品の含水率を少なくできるとともに、離型後における成形品の汚損等を防止できる。
【００９６】
前記成形方法により、従来の成形方法では成形困難であると考えられていた、大型でしかも高精度な成形品としての自動車用バンパーの芯材を、生産性を低下させることなく実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  型内発泡成形装置の全体構成図
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ線断面図
【図３】  他の構成の型内発泡成形装置の全体構成図
【図４】  他の構成の型内発泡成形装置の全体構成図
【図５】  図４のＶ−Ｖ線断面図
【図６】  他の構成の型内発泡成形装置の全体構成図
【図７】  成形サイクルと発泡樹脂面圧の関係を示す線図
【図８】  成形サイクルと発泡樹脂面圧の関係を示す線図
【図９】  成形システムの全体構成を示す平面図
【図１０】  成形品の表面性と内部融着率の説明図
【符号の説明】
１      型内発泡成形装置    ２      コア型
３      キャビティ型        ４      成形空間
５Ａ    ビーズ              ５Ｂ    ビーズ
６      隙間                ７      窪み
１０    枠状フレーム        １１    裏板
１２    ハウジング          １３    第１チャンバ
１４    第２チャンバ        １５    蒸気供給管
１６    空気供給管          １７    ドレン管
１８    減圧管              １９    真空ポンプ
２０    ノズル              ２１    ノズルユニット
２２    冷却水供給管        ２３    充填器
２４    エジェクタピン
ＳＶ１、ＳＶ２        用役弁
ＳＷＶ１、ＳＷＶ２    切替弁
ＤＶ１、ＤＶ２        ドレン弁
ＳＷＶ３、ＳＷＶ４    切替弁
ＣＶ１、ＣＶ２        冷却水弁
３０    第１開口部
３０ａ  第１開口部          ３０ｂ  第１開口部
３１ａ  型間通路            ３１ｂ  型間通路
３２ａ  内部配管            ３２ｂ  内部配管
１Ａ    型内発泡成形装置
３３ａ  型間通路            ３３ｂ  型間通路
３４ａ  型間空間            ３４ｂ  型間空間
１Ｂ    型内発泡成形装置
３０ｃ  第１開口部          ３０ｄ  第１開口部
３８    通路形成部材
３９ａ  連通空間            ３９ｂ  連通空間
４０ａ  内部配管            ４０ｂ  内部配管
３０ｅ  第１開口部          ３０ｆ  第１開口部
４１    外装部材            ４２    連通路
４３    連通路
４５    冷却水孔          ４６    冷却水孔
５０    フィクスチャー    ５１    コンベア
５２    成形品
【図１】
0003928318.tif 000004
【図２】
0003928318.tif 000005
【図３】
0003928318.tif 000006
【図４】
0003928318.tif 000007
【図５】
0003928318.tif 000008
【図６】
0003928318.tif 000009
【図７】
0003928318.tif 000010
【図８】
0003928318.tif 000011
【図９】
0003928318.tif 000012
【図１０】
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