(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、充填予定量の一部の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部に集中的に充填し、その後に充填予定量の残量を送入してキャビテイ全体に充填する発泡成形方法における充填方法であって、前記袋状凹部に集中的に充填するための原料ビーズの送入操作を複数回行うことを特徴とする発泡成形方法における充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリスチレンまたはポリオレフィン系発泡性樹脂を用いた発泡成形方法における充填方法に関するものであって、特に、複雑な凹凸形状を有する発泡成形体を均質に製造するための発泡成形方法における充填方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで、本発明の背景となる発泡成形方法の概要を説明すると、この発泡成形に用いられる金型装置の配置は、図３の断面略図に示すように、発泡製品が充填成形されるキャビティ１を形成するよう、凸型金型３１と凹型金型２１が対向配置される。凹型金型２１は通常架台に固定されているが、凸型金型３１は、図３のように凹型金型２１内にキャビティ１を形成した状態から水平に移動（図３では右方向へ）し、成形された発泡体を取り出すことができるよう移動可能に配置されている。そして、この凹凸型金型２１、３１には、後記の加熱用スチームなどの用役が通過できるよう多数のベントホール２２、３２が透設されている。
【０００３】
また、これら凹、凸型金型２１、３１の裏面側には、スチーム、空気、冷却水などの用役が供給される凹側チャンバ２と凸側チャンバ３が形成され、凹型金型２１のほぼ中央には原料ビーズをキャビテイ１内に充填するための原料ビーズ充填器２６が凹側チャンバ２を貫通して配置されている。
なお、この事例では、それぞれのチャンバ２、３の上部には、加熱用スチーム、加圧空気などを供給するための上部用役口２４、３４が設けられ、下部には、下部用役口２５、３５が設けられ、減圧ポンプあるいはドレン配管に接続されている。
【０００４】
このような発泡成形用金型装置を用いて、発泡成形体を製造するには、先ず、原料ビーズ容器（図示せず）から所定の発泡ポリスチレン樹脂などからなる予備発泡させた発泡性原料ビーズを原料ビーズ充填器２６を通じてキャビティ１内に送入し充填した後、加熱用スチームで加熱し、溶融発泡させ、冷却固化させて、発泡成形体として取り出すという順に行われる。
【０００５】
この原料ビーズの充填方法として、従来から１）原料ビーズ容器およびキャビテイ内を大気圧に連通し開放した状態で、インジェクタにより原料ビーズを機械的に搬送して充填するクラッキング法、２）原料ビーズ容器内を０．２〜１．５ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧し、チャンバを通じて大気圧に開放した状態のキャビテイ内に、その差圧を利用して搬送して充填する加圧充填法、および３）原料ビーズ容器内の圧力ｐを加圧充填法より高めの１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧し、一方のチャンバ内をそれより若干マイナスに加圧して、その差圧により原料ビーズを圧縮状態のまま搬送して充填する圧縮充填法などが知られている。
【０００６】
これらの充填方法は、要するに原料ビーズ容器とキャビテイ１の間に適度な差圧を設けて、この差圧に基づいて原料ビーズを送入するものであり、図３に例示するような比較的単純な形状のキャビテイの場合には、原料ビーズが隅々まで充分に行き渡った状態に充填され、部分的な充填むらも少ない状態が得られるので、最終的な発泡成形体においても密度むらが少なく比較的均質な品質を得ることができた。
【０００７】
しかしながら、図４（Ａ）に例示するような、凸型金型３１の中央平面に断面袋状の深くて狭い凹部３１ａ（図４では上下に２か所）が設けられている形状、あるいは図４（Ｂ）に例示するような、凹型金型２１の中央平面に断面袋状の深くて狭い凹部２１ａ（図４では同じく上下に２か所）が設けられている形状の場合には、原料ビーズがこの断面袋状凹部３１ａ、あるいは２１ａの奥まで充填されにくく、極端な密度むらが生じたり、その程度がひどいときには充填欠損のため成形不能になるなどの不具合が発生した。
【０００８】
このような問題に対処するため、充填しにくい凹部に向けて特別に原料ビーズ充填器を配置することも試みられたが、エア使用量が増加する不具合の他、金型１型当たりの成形体個数を削減せざるを得ず、生産性が著しく低下するという問題が発生した。その理由は、通常、成形装置１台あたりの原料ビーズ充填器の取付け個数は、原料ビーズ容器の容量あるいは加圧空気の供給能力などから一定に定められている。例えば、最も汎用な機種では取付け容量は１８個であるところ、通常のケースである１成形体当たり３個に対して、複雑なため６個必要になったと仮定すると、金型スペースは本来、６個取りの余裕があるにもかかわらず、僅か３個取りの金型しか設計できなくなってしまうという非効率性が生じるからである。
【０００９】
また、クラッキング法または加圧充填法の場合は、原料ビーズに通過抵抗を減らして充填むらを解消する目的で、充填のクラッキング幅を大きく設定することも試みられたが、最終的に余分に広げたクラッキング幅分だけ、原料ビーズは発泡成形体の底面平面部分に集中して充填されることになるので、かえって大きな密度むらが生じてしまうという問題が生じてしまった。なお、圧縮充填法の場合には、クラッキングを設けないのでこの方法は到底応用できない方法である。
このようにして、近年、複雑な形状の発泡成形体を製造できる技術の開発が要望されるようになってきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、複雑な凹凸形状の成形体のための発泡成形用金型の袋状凹部における原料ビーズに充填不足を解消し、従来の方法では充填欠損が生じて成形自体が困難であったような複雑な、あるいは突出形状を有する発泡成形体を製造できるようにするとともに、成形体全体の発泡密度のバラツキを軽減することが可能となる発泡成形方法における充填方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決した本発明の発泡成形方法における充填方法は、袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、充填予定量の一部の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部に集中的に充填し、その後に充填予定量の残量を送入してキャビテイ全体に充填する発泡成形方法における充填方法であって、前記袋状凹部に集中的に充填するための原料ビーズの送入操作を複数回行うことを特徴とするものである。
【００１２】
そして、本発明によれば、少なくとも前記袋状凹部を形成する金型側のチャンバを、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧の差圧に保持するとともに、充填予定量の原料ビーズを一時に送入するのではなく、その一部分の量の原料ビーズを送入するので、従来の場合には原料ビーズが充填されにくいような深い狭隘な袋状凹部の内部にまで前記差圧に基づき流れ込むことになるので、前記袋状凹部に集中的に充填することになる。その後に残量を送入して、比較的充填し易い部分を含めてキャビテイ全体に充填するから、キャビテイ内に部分的な充填欠損が防止でき、さらに充填不足による密度むらも軽減できるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に，本発明の充填方法に係る実施形態について、本発明を実施できる発泡成形装置の要部を示す図１および本発明の実施工程例を示す表１を参照しながら説明する。
先ず、本発明は、断面袋状凹部を有する金型からなる発泡成形用金型のキャビテイ内に原料ビーズを充填する方法であって、ここでは発泡成形用金型である凹型金型２１、凸型金型３１のうち、凸型金型３１に断面袋状凹部３１ａが形成され、凹型金型２１側に原料ビーズ充填器２６は配設され、この原料ビーズ充填器２６から原料ビーズがキャビテイ１内に充填されるものとされている。
【００１４】
そして、その特徴とするところは、第１に、少なくとも前記袋状凹部２１ａを形成している凸型金型３１側のチャンバ３の圧力を調整して、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持するとともに、キャビテイ全体に対する充填予定量の一部である、好ましくは前記前記袋状凹部２１ａに対応する量の原料ビーズを送入して、前記袋状凹部３１ａに集中的に充填する点にある。この場合、後記表１に示すように、凹側チャンバに給気し加圧することで、この集中的充填を促進するのが適当である。
【００１５】
第２の特徴とするところは、前記集中的充填に続いて、両方のチャンバ２、３の圧力を調整して、充填される原料ビーズの雰囲気圧力に対してマイナス圧に保持して、充填予定量の残部の原料ビーズをを送入してキャビテイ１全体に充填する点にある。なおこの場合、充填される原料ビーズの雰囲気として基準となる圧力は、原料ビーズ容器の加圧圧力で代表させることができる。
【００１６】
このような操作を、さらに次の表１の工程表により具体的に説明する。
なお、バルブＡは、原料ビーズ容器（図示せず）から充填器２６の間に設けられる供給バルブ。バルブＢは、チャンバ２に供給される加圧空気供給バルブで、離型用空気の供給などに用いられる。バルブＥは、チャンバ２の排気用バルブであり、大気または調圧減圧装置に連結されている。また、バルブＤ、Ｆは、チャンバ３の排気用バルブであり、バルブＥに同じく設定されている。バルブＨは、充填器２６からキャビテイ１内に原料ビーズを送入するための噴出エアを供給するための加圧空気供給バルブである。
【００１７】
【表１】
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注：排気バルブＥ、Ｄ、Ｆの「開」は、大気排気または調圧排気の状態を示す。
【００１８】
（１）充填待機工程では、原料ビーズ容器を、例えば１．２ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧するとともに、両側チャンバ２、３を、例えば１．０ｋｇ／ｃｍ2 程度に調圧して、その差圧０．２ｋｇ／ｃｍ2 程度にして充填操作の準備を行う。
この差圧としては、好ましくは、０．０１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 の範囲とするのが充填操作の速度、確実性、制御のし易さなどから適当である。
【００１９】
（２）充填１工程では、バルブＥを閉じ、容器圧力とチャンバ３間の差圧を維持しながら、バルブＡを開き、前記袋状凹部３１ａの容積に相当する量の原料ビーズをキャビテイ１に送入して、次の集中充填工程に移る。この間には、バルブＨを開いて、流量は少ないが６ｋｇ／ｃｍ2 程度の充填空気を噴出して充填を促進する。
【００２０】
（３）集中充填工程では、原料ビーズの供給を一旦止めて、バルブＢを開き、チャンバ２を、例えば２．０ｋｇ／ｃｍ2 程度に与圧する。この場合、チャンバ３は、例えば１．８ｋｇ／ｃｍ2 程度に調圧して、その０．２ｋｇ／ｃｍ2 程度の差圧は維持する。この間、約４秒程度であるが、キャビテイ１内には、その差圧に基づくチャンバ２側からチャンバ３側方向の気流が生じるので、このため先に送入された原料ビーズは、袋状凹部３１ａに流れ込んで集中的に充填されるのである。
【００２１】
この場合、チャンバ２、３の圧力設定は、前記のように先の充填１工程の場合より、高くするのが好ましい。この圧力設定の結果、原料ビーズはより強く与圧されるので、容積が小さく圧縮されているから、より効果的に袋状凹部３１ａに流れ込み易くなるという利点が得られる。
なお、この与圧の程度は、前記差圧を維持しながら、原料ビーズ容器の圧力を０．０１〜５．０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲に昇圧するのが適当である。
【００２２】
（４）次の調圧工程では、チャンバ２の加圧を止め、チャンバ２、３の圧力および原料ビーズ容器内圧を充填１の状態に復帰させ、次の本格的な充填操作である充填２の準備を行う。
そして、本発明では、前記の袋状凹部が特に深く狭隘な場合、あるいは凹部が複数個設けられているように、充填しにくい場合には、この２）充填１工程、３）集中充填工程、４）調圧工程を必要に応じて繰り返すのが好ましい形態とされる。
【００２３】
（５）充填２工程では、両方のチャンバ２、３の圧力を調整して、先の充填１工程の状態と同様な差圧を保持して、充填予定量の残部の原料ビーズをを送入してキャビテイ１全体に充填する
【００２４】
（６）次のブローバック１およびブローバック２工程では、キャビテイ１内に原料ビーズが充填されると、充填された原料ビーズ層が障壁となって、充填空気が充填器２６内を逆流するという自然ブローバックであるブローバック１が行われ、次いで充填器２６の送入口を封鎖し、強制ブローバックであるブローバック２を行い、充填器１６などの配管中の残った原料ビーズを全て原料ビーズ容器に還流させる。
以上で原料ビーズの充填工程が終了し、次の加熱工程に移るのである。
【００２５】
なお、これまでの説明では、凸型金型３１側に袋状凹部３１ａが設けられている場合について説明したが、袋状凹部が図４（Ｂ）のように、凹型金型２１側に設けられている場合には、これまでの説明におけるチャンバ２、３を逆に読み替えた方法を採用することにより、全く同様な作用と効果を得ることができる。
【００２６】
本発明の発泡成形方法における充填方法は、以上詳述したように構成されているので、これによれば、充填しにくい断面袋状凹部にも、他の部分と同様に原料ビーズを充填することができるようになる。
次に、発泡成形体の部位による密度の分布の事例を図２に示す。ここでは、横軸の（Ａ）は発泡成形体の周辺壁上縁部および袋上凹部で形成された凸部先端部を代表し、（Ｂ）は発泡成形体の壁部分、（Ｃ）は底部分を表す。
【００２７】
この結果によれば、○印で示される従来法による発泡成形体は、Ａ、Ｂ部分が極端に密度が低いのに、底部Ｃは密度が高くなるという密度むらが顕著であるのに対して、△印で示す本発明の充填方法の場合には、密度むらが約１／２に減少することが判明した。
【００２８】
さらに、本発明では、充填時にクラッキング幅を設けないように、あるいは設けても最小にできるので、クラッキングに起因する密度むらを解消することができる。また、充填器の配置個数を増やす必要がなくなり最小限に止めることが可能となるので、充填空気などの用役の使用量を大幅に削減することができる。さらに１製品当たりの充填器の配置個数が少なくて済むので、金型成形面積を全て金型面として有効に利用できるようになるから、従来の単純形状の金型の場合と同様に高い生産性が維持できる、などの利点が得られるのである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の発泡成形方法における充填方法は、以上に説明したように構成されているので、複雑な凹凸形状を成形できる発泡成形用金型の袋状凹部に対する原料ビーズの充填不足を解消することが可能となり、従来の方法では成形できなかったような突出形状を有する発泡成形体を製造できるとともに、成形体全体の発泡密度のバラツキを軽減することもでき、品質向上に寄与できる。
【００３０】
また、充填用空気の使用量の増大を抑止でき、金型設計も効率化できるうえ、生産性が高く維持できるなどの優れた効果がある。よって本発明は従来の問題点を解消した発泡成形方法における充填方法として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための金型装置の要部断面図。
【図２】本発明による発泡成形体の密度分布を示すグラフ。
【図３】従来の発泡成形方法を説明するための金型装置の要部断面図。
【図４】袋状凹部を有する金型装置の例を示す要部断面図。
【符号の説明】
１  キャビテイ、２  チャンバ、２１  凹型金型、２２  ベントホール、２６  充填器、３  チャンバ、３１  凸型金型、３１ａ  袋状凹部、３２  ベントホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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