(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡性熱可塑性樹脂粒子をコア側金型とキャビティ側金型で形成される成形空間に充填し、熱融着させ、冷却して、熱可塑性樹脂発泡体を得る型内発泡成形機であって、（金型に接続された蒸気供給管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値が１．５〜３．０であることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体成形機。
【請求項２】
（金型に接続された蒸気供給管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値が１．５〜３．０である熱可塑性樹脂発泡体の型内発泡成形機を用い、発泡性熱可塑性樹脂粒子を該成形機のコア側金型、キャビティ側金型で形成される成形空間内に充填し、熱融着させ、冷却して、熱可塑性樹脂発泡体を得ることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂などの発泡性熱可塑性樹脂粒子を原材料とする熱可塑性樹脂発泡体を成形するための成形機および成形方法であって、さらに詳しくは型内発泡成形のための成形機および成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より熱可塑性樹脂発泡体の成形方法としてよく用いられる方法のひとつに型内発泡成形方法がある。型内発泡成形方法とは、コア側金型とキャビティ側金型とを型締めして形成されたキャビティ内に発泡性熱可塑性樹脂粒子（以下単に樹脂ビーズと称する、通常は予備発泡した樹脂ビーズを使用する）を充填し、飽和蒸気などの加熱媒体により加熱して樹脂ビーズを相互融着させたのち、これを冷却して熱可塑性樹脂発泡体を得るものである。
【０００３】
この型内発泡成形方法において、近年の成形工程の短サイクル化の要請に伴い、加熱媒体による加熱効率を向上させて加熱工程を短縮し、成形工程全体のサイクルを短くしようとする試みがなされてきた。
【０００４】
例えば特開昭６０−１１６４３２号公報では、発泡スチレンの成形方法において加熱媒体の供給を短時間に多量に行うと、短い成形サイクルで樹脂ビーズを均一に融着でき、しかも加熱媒体の消費量が少なくなることが報告されている。しかしながら当該公報には加熱媒体の供給を短時間に多量に行う具体的方法の記載はなく、また当該公報中には「蒸気室への約１００℃の加熱媒体（特に蒸気）の供給を１．０〜２．０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で短時間に２〜１０ｋｇ／秒の流量で行うのが有利である」と記載されているが、１００℃の蒸気の圧力は大気圧であって、１．０〜２．０ｋｇ／ｃｍ2 ではなく、技術的に矛盾がある。また１０ｋｇ／秒の流量とは３６ｔｏｎ／Ｈｒの流量であり、この流量を実現することは設備上不可能である。また本発明者の実験によれば、必ずしも該公報記載の実施例および比較例通りの結果は得られない。
【０００５】
加熱媒体の供給方法としては、特開昭５７−１９３３２７号公報では、キャビティ内部の圧力を検知する圧力検知装置により蒸気の蒸気室への流入を制御することが報告されている。しかしこの方法は、不良品の発生率を低下させるために金型内に供給する蒸気の流れをキャビティ内の圧力に応じて制御することに主眼が置かれており、加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給することには成功しておらず、この方法では不十分である。
【０００６】
また、特開昭６２−２１６７３４号公報では、チャンバー内に加熱蒸気を脈動を与えながら供給することが報告されているが、この方法も、加熱蒸気に脈動を与えることでキャビティ内の樹脂ビーズに出来るかぎり満遍なく蒸気が行き渡るようにすることに主眼が置かれており、加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給することには成功しておらず、この方法でも不十分である。
【０００７】
以上のように、熱可塑性樹脂発泡体の型内成形においては、加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給することで、成形工程の短サイクル化と樹脂ビーズの均一な融着および省エネルギーが達成できるとの思想が知られていたが、いかにすれば加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給することが可能か、具体的な方法については未だ提案されるに至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような事情により鑑みて成されたものであり、その目的は、加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給することで、型内発泡成形方法での成形工程の短サイクル化を実現できる熱可塑性樹脂発泡体成形機と、この成形機を用いて成形工程を短サイクル化した熱可塑性樹脂発泡体の成形方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
そこで本発明者が鋭意研究した結果、従来の成形機では、蒸気室へ蒸気を供給する蒸気供給管の径には全く注意が払われておらず、慣習的に決められた細い蒸気供給管が使用されてきたが、この細い蒸気供給管を使用することにより生じる蒸気圧の圧力損失が原因で、成形機の加熱効率が悪化し、加熱工程に時間がかかり、ひいてはこの圧力損失が成形工程の短サイクル化の障害となっていることを見いだした。これを解決するためには、蒸気供給管による蒸気圧の圧力損失を生じさせないか、無視できる程度にまで減少させて蒸気弁を有効に活用して金型内への蒸気の流入を制御することが、加熱媒体を短時間にかつ多量に金型内に供給するために重要であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、請求項１に係る熱可塑性樹脂発泡体成形機は、樹脂ビーズをコア側金型とキャビティ側金型で形成される成形空間に充填し、熱融着させ、冷却して、熱可塑性樹脂発泡体を得る型内発泡成形機であって、（金型に接続された蒸気供給管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値が１．５〜３．０であることを特徴とする。この成形機では、金型に接続された蒸気供給管断面積の合計が、金型への蒸気主配管断面積の１．５倍〜３倍であるので、金型内に流入する飽和蒸気の流量が蒸気供給管によっては制限、阻害されない。
【００１１】
請求項２に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法は、（金型に接続された蒸気供給管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値が１．５〜３．０である熱可塑性樹脂発泡体の型内発泡成形機を用い、樹脂ビーズを該成形機のコア側金型、キャビティ側金型で形成される成形空間内に充填し、熱融着させ、冷却して、熱可塑性樹脂発泡体を得ることを特徴とする。この成形方法では、金型に接続された蒸気供給管断面積の合計が金型への蒸気主配管断面積の１．５倍〜３倍である熱可塑性樹脂発泡体の成形機を利用するので、加熱工程において飽和蒸気の流量が蒸気供給管によっては制限、阻害されない。
【００１２】
尚、本発明で（金型に接続された蒸気供給管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値を１．５〜３．０としたのは、下限値は従来の成形機の値より大きく、かつ本発明の効果を発揮しうる値であり、上限値は理論上は大きければ大きいほど効率は良くなるが金型の大きさには一定の限度があるので、金型へ配管する管の径にも限界があることを考慮したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の熱可塑性樹脂発泡体の型内成形方法に用いる成形機および金型の一例を示す模式図である。尚、図１に示す成形機および金型はあくまでも一例であり、これに限定されるものではない。
【００１４】
図１に示すキャビティ側金型３はキャビティ側蒸気室１内部に、またコア側金型４はコア側蒸気室２の内部に取り付けられている。尚、ここでは図示しないがキャビティ側金型３およびコア側金型４それぞれには樹脂ビーズを加熱融着させるための飽和蒸気を通す蒸気孔が適宜設けられており、またキャビティ側金型３へは、樹脂ビーズを充填する充填装置と、成形体を取り出すためのエジェクトピンが設けられている。
【００１５】
キャビティ側蒸気室１内部にはキャビティ側冷却水入口ノズル７から通じる冷却水ノズルが、またコア側蒸気室２内部にも同様にコア側冷却水入口ノズル８から通じる冷却水ノズルが設けられている。またキャビティ側蒸気室１には複数のキャビティ側蒸気ノズル５と複数のキャビティ側ドレンノズル１７が、コア側蒸気室２には複数のコア側蒸気ノズル５と複数のコア側ドレンノズル１７が、それぞれ連通連結されている。
【００１６】
樹脂ビーズを加熱融着させるための飽和蒸気のキャビティ側金型３への供給は、図示外の蒸気発生装置からキャビティ側蒸気主配管９、キャビティ側蒸気弁１１、キャビティ側蒸気ヘッダー１３、複数のキャビティ側蒸気供給管１５を経て、キャビティ側蒸気室１に取り付けられた複数のキャビティ側蒸気ノズル５からキャビティ側蒸気室１に入る。一方、飽和蒸気のコア側金型４への供給は、キャビティ側金型３への供給と同様に、図示外の蒸気発生装置からコア側蒸気主配管１０、コア側蒸気弁１２、コア側蒸気ヘッダー１４、複数のコア側蒸気供給管１６を経て、コア側蒸気室２に取り付けられた複数のコア側蒸気ノズル６からコア側蒸気室２に入る。
【００１７】
熱可塑性樹脂発泡体の型内成形方法の基本的な工程には、充填工程、加熱工程、冷却工程、離型工程があるが、樹脂ビーズを加熱融着させるための飽和蒸気の流入を行う加熱工程は、キャビティ側蒸気室１とコア側蒸気室２に供給する飽和蒸気の流量を図示外のタイマーと圧力計とで制御しながら、キャビティ側蒸気弁１１とコア側蒸気弁１２とで行うのが一般的である。そして熱可塑性樹脂発泡体の型内成形に際しては、キャビティ側蒸気室１とコア側蒸気室２に供給される蒸気圧力が高すぎると成形される成形品が溶融したり収縮したりしてしまい、また、蒸気圧力が低過ぎると融着不良が生じるため、適度な蒸気圧力とする必要がある。
【００１８】
しかし従来の成形機および金型では、キャビティ側蒸気弁１１とコア側蒸気弁１２で制御された飽和蒸気は、複数のキャビティ側蒸気供給管１５および複数のコア側蒸気供給管１６において生じる圧力損失のために流量が制限、阻害されるため、必要以上に蒸気の流入に要する時間がかかり、結果として成形サイクルが長くなっていた。
【００１９】
この蒸気供給管１５、１６において生じる圧力損失による蒸気流量の制限、阻害について説明する。
例えば発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子を用いた熱可塑性樹脂発泡体の成形工程においては、蒸気室１、２内の蒸気圧の上限は１．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ（Ｇ＝ゲージ圧、以下同様）であることが望ましい。そこで、蒸気発生装置から供給される飽和蒸気は、蒸気弁１１、１２により１．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとなるように調整されたのち、蒸気供給管１５、１６を通じて金型３、４の蒸気室１、２へ供給される。蒸気弁１１、１２の上流側に３．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの飽和蒸気が供給された場合、蒸気弁１１、１２の上流側における飽和蒸気の比容積は下流側における飽和蒸気の比容積に比べ２倍となる。
【００２０】
すなわち、一般的な圧縮性流体では（圧力Ｐ）×（容積Ｖ）は一定であることが知られており、蒸気弁１１、１２上流側の蒸気圧をＰ1 、容積をＶ1 、蒸気弁１１、１２下流側の蒸気圧をＰ2 、容積をＶ2 とすると、次式
Ｐ1 Ｖ1 ＝Ｐ2 Ｖ2   （１）
が成立する。
ここで蒸気発生装置からの蒸気圧を上記のように３．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとし、蒸気室１、２内の蒸気圧を１．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとすると、Ｐ1 とＰ2 の値は
Ｐ1 ＝３．０＋１．０（ｋｇ／ｃｍ2 ）  （２）
Ｐ2 ＝１．０＋１．０（ｋｇ／ｃｍ2 ）  （３）
（１．０ｋｇ／ｃｍ2 は大気圧分）
となり、式（１）、（２）、（３）より、
２Ｖ1 ＝Ｖ2 （４）
となる。
なお飽和蒸気の比容積は、日本機械学会の飽和蒸気表によれば、飽和蒸気の圧力が３ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの時の容積は０．４７０９ｍ3 ／ｋｇ、飽和蒸気の圧力が１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの時の容積は０．９０１８ｍ3 ／ｋｇとなっており、上式とほぼ等しくなっている。
【００２１】
すなわち、蒸気弁１１、１２下流側での蒸気流速は上流側に比べて２倍となる。したがって蒸気弁１１、１２上流側に配された蒸気主配管９、１０の断面積と、下流側に配された蒸気供給管１５、１６の断面積合計とが同じである場合、飽和蒸気の流れに対する蒸気供給管１５、１６の抵抗が大きくなってしまい、蒸気供給管１５、１６での圧力損失が増加して飽和蒸気の流速が低下し、その結果、金型３、４へ供給される飽和蒸気の流量が低下して加熱時間が延びてしまっていたのである。
【００２２】
例えば、フレームの外寸法が１３６０ｍｍ×１４５０ｍｍ、キャビティ側金型３の深さ２５０ｍｍ、コア側金型４の深さ１２０ｍｍの成形機であって、キャビティ側蒸気主配管９、およびコア側蒸気主配管１０として、それぞれ６５Ａ（近似内径が６７．９ｍｍ、以下同様）の管１本を用い、キャビティ側蒸気供給管１５およびコア側蒸気供給管１６として、それぞれ３２Ａ（３５．７ｍｍ）の管を２本と２０Ａ（２１．６ｍｍ）の管を２本の合計４本を用いた場合、（金型に接続された蒸気配管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）＝２７．３ｃｍ2 ／３６．２ｃｍ2 ＝約０．７５となる。
【００２３】
上記の成形機において、蒸気弁１１、１２の上流側の蒸気圧力を３．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとした場合、上述の通り飽和蒸気の比容積は約２倍となり、飽和蒸気の流速が蒸気弁１１、１２の下流側で２倍になってしまうにもかかわらず、下流側に配された蒸気供給管１５、１６の断面積合計は上流側に配された蒸気主配管９、１０の断面積に比べて約２５％減少しているので、金型３、４に流入する飽和蒸気の流量は蒸気弁１１、１２の操作にかかわらず、蒸気供給管１５、１６における圧力損失のために制限され、その結果、加熱工程にかかる時間が長くなり、成形工程のサイクルを短縮できず、生産性が阻害されてしまっていた。
【００２４】
これに対し、本発明では（金型に接続された蒸気配管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値を１．５〜３．０としているので、蒸気供給管による圧力損失を無視できる程度までに減少する。その結果、金型に流入する飽和蒸気の流量は抑制されず、金型３、４に対して短時間に多量の飽和蒸気を供給でき、加熱効率が改善されて短サイクル化が可能となる。更に、前記（金型に接続された蒸気配管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値は好ましくは１．８〜２．５であり、より好ましくは２．０以上である。
【００２５】
例えば、上記したフレームの外寸法が１３６０ｍｍ×１４５０ｍｍ、キャビティ側金型３の深さ２５０ｍｍ、コア側金型４の深さ１２０ｍｍの成形機において、キャビティ側蒸気主配管９、およびコア側蒸気主配管１０として、。それぞれ６５Ａ（６７．９ｍｍ）の管１本をそのまま用い、他方、キャビティ側蒸気供給管１５およびコア側蒸気供給管１６として、それぞれに５０Ａ（５２．９ｍｍ）の管を４本用いると、（金型に接続された蒸気配管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）＝８７．９ｃｍ2 ／３６．２ｃｍ2 ＝約２．４２となる。
【００２６】
このように配管された成形機において、蒸気弁１１、１２上流側の蒸気圧力を３．０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとした場合、上述の通り飽和蒸気の比容積は約２倍となり、飽和蒸気の流速が蒸気弁１１、１２下流側で２倍となるが、（金型に接続された蒸気配管断面積の合計）／（金型への蒸気主配管断面積）の値が約２．４２であり、蒸気弁１１、１２下流側に配された蒸気供給管１５、１６の断面積合計が蒸気弁１１、１２上流側に配された蒸気主配管９、１０の断面積の２倍以上になっているので蒸気供給管１５、１６における圧力損失は無視できる程度にまで減少する。そして蒸気弁１１、１２を介して金型３、４に流入する飽和蒸気の流量が蒸気供給管１５、１６によっては制限を受けず、蒸気弁１１、１２による圧力調整が有効に活用され、短時間に多量に金型３、４内に飽和蒸気を流入させることが可能となり、加熱工程に要する時間を短縮でき、その結果、成形工程全体のサイクルの短縮化が実現できるのである。
【００２７】
全成形工程にかかる時間と蒸気室内圧の関係を示したグラフを図２と図３に示す。図２は本発明にかかる成形機を用いた例であり、図３は従来の成形機を用いた例である。この２つのグラフより明らかなように、従来方法では加熱時間に３５秒を要していたのに対し、本発明方法では加熱時間が２１秒となっており、すなわち加熱時間が１４秒短縮されている。つまり、成形工程全体のサイクルに１２０秒要する場合であれば、その成形工程全体のサイクル中加熱工程に要する時間が本発明にかかる成形機を用いれば１４秒短縮されるので、成形工程全体のサイクルが短縮化され、約１２％生産性が向上する。
【００２８】
以上の通り、本発明にかかる熱可塑性樹脂発泡体の型内成形に用いる成形機および金型と、これを用いた熱可塑性樹脂発泡体の型内成形方法によれば、蒸気供給管１５、１６による圧力損失を無視できる程度にまで減少できる。そして蒸気弁１１、１２を有効に活用して金型３、４の蒸気室１、２に流入する飽和蒸気の流量を制御することが可能となり、加熱工程、ひいては成形工程全体の短縮が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明は以下のような効果を奏する。
請求項１に係る熱可塑性樹脂発泡体の型内成形機によれば、金型への蒸気供給管による圧力損失を無視できる程度に減少できることから、金型に流入する蒸気の流量が蒸気供給管により制限されることがなくなり、蒸気流量の制御に蒸気弁が有効活用されることから、短時間に多量に金型内に蒸気を供給できるようになり、加熱工程を短縮できるので、成形の短サイクル化が実現できる。また、蒸気供給管に使用する管が太くなるので、管の取り付けが安定し、管の取り付け自体も容易となる、という効果もある。
【００３０】
請求項２に係る熱可塑性樹脂発泡体の成形方法によれば、金型への蒸気供給管による圧力損失を無視できる程度に減少できるので、金型に流入する蒸気の流量が蒸気供給管により制限されず、金型内への蒸気流量の制御において蒸気弁が有効に活用される成形機を利用してなるので、成形の加熱工程が短縮でき、ひいては成形の短サイクル化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  熱可塑性樹脂発泡体の型内成形方法に用いる成形機および金型の一例を示す模式図。
【図２】  本発明に係る成形機を用いた場合の成形時間と蒸気室内圧の関係を示したグラフ。
【図３】  従来の成形機を用いた場合の成形時間と蒸気室内圧の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１    キャビティ側蒸気室              ２    コア側蒸気室
３    キャビティ側金型                ４    コア側金型
５    キャビティ側蒸気ノズル          ６    コア側蒸気ノズル
７    キャビティ側冷却水入口ノズル    ８    コア側冷却水入口ノズル
９    キャビティ側蒸気主配管        １０    コア側蒸気主配管
１１    キャビティ側蒸気弁            １２    コア側蒸気弁
１３    キャビティ側蒸気ヘッダー      １４    コア側蒸気ヘッダー
１５    キャビティ側蒸気供給管        １６    コア側蒸気供給管
１７    キャビティ側ドレンノズル      １８    コア側ドレンノズル
【図１】
0003783350.tif 000002
【図２】
0003783350.tif 000003
【図３】
0003783350.tif 000004