(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のキャビティ部を有する雌型と、
雌型のキャビティ部に挿入されるプラグ部を有し、雌型と型締めされる雄型とを含み、型締めすることによって材料シートをプレス成形するためのシート成形金型において、
上記プラグ部の基端部分にはプラグ部の外径を拡径するように傾斜された側面が形成されており、この側面はプラグ部の基端部分の外周を周回するように形成されており、
上記キャビティ部の開口周縁部には、弾性体により構成されているライナーが嵌め込まれており、上記ライナーにはキャビティ部の開口の径を拡径するように傾斜された壁面が形成されており、この壁面はキャビティ部の開口周縁部の内周を周回するように形成されており、
上記壁面の傾斜角は上記側面の傾斜角に対応しており、これにより雌型と雄型とを型締めした状態で逆テーパ部が構成されるようになっていることを特徴とするシート成形金型。
【請求項２】
請求項１記載のシート成形金型において、
上記弾性部材は、シリコンゴムを含むことを特徴とするシート成形金型。
【請求項３】
所定のキャビティ部を有する雌型と、雌型のキャビティ部に挿入されるプラグ部を有する雄型とにより型締めすることによって材料シートをプレス成形するシート成形方法において、
上記プラグ部の基端部分にはプラグ部の外径を拡径するように傾斜された側面を形成し、この側面はプラグ部の基端部分の外周を周回するように形成し、
上記キャビティ部の開口周縁部には、弾性体により構成されているライナーを嵌め込み、上記ライナーにはキャビティ部の開口の径を拡径するように傾斜された壁面を形成し、この壁面はキャビティ部の開口周縁部の内周を周回するように形成し、
上記壁面の傾斜角は上記側面の傾斜角に対応させ、これにより雌型と雄型とを型締めした状態で逆テーパ部を形成し、
上記材料シートを上記ライナーを介してプレスすることを特徴とするシート成形方法。
【請求項４】
請求項３記載のシート成形方法において、
上記弾性部材は、シリコンゴムを含むことを特徴とするシート成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に樹脂シートの成形に用いる金型および成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、たとえば発泡シートを成形加工する際には、図６に示す装置が広く採用されている（たとえば、特開平６−２１８８０５号公報参照）。同図を参照して、発泡シート１は、原反２から順次繰り出され、まずオーブン３内に送られる。オーブン３内は、一定の雰囲気温度に設定されており、発泡シート１は、このオーブン３内で予め所定温度にまで加熱される。このときの加熱温度は、使用される発泡シートの材質によって異なる。加熱された発泡シート１は、直ちにプレス機４に送られる。
【０００３】
プレス機４は、雌型６と雄型５とを有する成形金型７を備えている。発泡シート１は、成形金型７内に挿入され、この成形金型７をシリンダ８で駆動して雌型６と雄型５とを型締めすることによってプレス成形される。成形された発泡シート９は、カッター１０で切断され、トリミングされて製品として完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
雌型６と雄型５とを型締めする際には、加熱された発泡シート１が引き延ばされるのであるが、このとき、発泡シート１は、雌型６または雄型５との間ですべりが生じる。このすべり抵抗の大きさは、雌型６または雄型５の温度によって変化し、金型が金属製の場合は、一般に温度が高いほど滑りやすくなる。
【０００５】
ところで、オーブン３により発泡シート１を加熱する場合には、発泡シート１の全体を均一に加熱することは困難であって、発泡シート１には、シート面に沿ってある程度の温度むらが生じてしまう。一方、成形金型７は、通常アルミニウムにより構成されるが、アルミニウムは、非常に熱伝導性に優れるため、温度むらが生じている発泡シート１をプレスした場合には、発泡シート１の温度むらに対応した温度むらが成形金型７側にも生じてしまう。
【０００６】
図７は、成形金型７によって発泡シート１が成形される様子を模式的に示した図である。
同図を参照して、アルミニウムからなる成形金型７に温度むらが生じると、発泡シート１と成形金型７との間で、滑りやすい部分と滑りにくい部分とが生じ、このため、発泡シート１には、型締めの際に強く引っ張られる部分とそうでない部分とが生じる。特に、発泡シート１の、雌型６のエッジ部分１１に対応する部分が他の部分よりも低温となっている場合には、このエッジ部分１１が強く引っ張られるという現象が生じる。
【０００７】
このように、発泡シート１が全体として均一に延ばされないと、成形した後に、強く引っ張られた部分に意図しない模様が発生してしまい、製品の品質が低下するという不都合が生じる。
【０００８】
また、図７に示す成形金型７では、雌型６と雄型５との間にテーパ１２が形成されているが、金型によっては、雌型と雄型との間に逆テーパが形成されている場合がある。かかる逆テーパを有する金型では、型締めした状態においては予め設計された通りの金型クリアランスが形成されるとしても、型開きした状態では、逆テーパの影響で、雌型と雄型との間の隙間、特に雌型のエッジ部分と雄型の先端角部との間の隙間がきわめて小さくなる。このため、プレス機の組付精度等によっては、雌型と雄型とが衝突してしまい金型が破損するおそれがある。
【０００９】
そこで、この発明の第１の目的は、逆テーパを有する成形金型であっても、型締め／型開きの際の損傷を防止することができるシート成形金型およびシート成形方法を提供することである。
【００１０】
また、この発明の第２の目的は、型締めの際に材料シートを均一に引き延ばして成形製品中に不良品の発生を抑えることができるシート成形金型およびシート成形方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の目的を達成するため、請求項１に係るシート成形金型は、所定のキャビティ部を有する雌型と、雌型のキャビティ部に挿入されるプラグ部を有し、雌型と型締めされる雄型とを含み、型締めすることによって材料シートをプレス成形するためのシート成形金型において、上記プラグ部の基端部分にはプラグ部の外径を拡径するように傾斜された側面が形成されており、この側面はプラグ部の基端部分の外周を周回するように形成されており、上記キャビティ部の開口周縁部には、弾性体により構成されているライナーが嵌め込まれており、上記ライナーにはキャビティ部の開口の径を拡径するように傾斜された壁面が形成されており、この壁面はキャビティ部の開口周縁部の内周を周回するように形成されており、上記壁面の傾斜角は上記側面の傾斜角に対応しており、これにより雌型と雄型とを型締めした状態で逆テーパ部が構成されるようになっていることを特徴とするものである。
【００１２】
この構成によれば、成形金型が逆テーパを有するタイプであって、成形金型の組付精度その他の種々の事情によって、型締め，型開きの際に雄型と雌型とが衝突したとしても、雌型のキャビティ部の開口周縁部に弾性部材を使用しているから、衝突の際の衝撃を当該弾性部材により緩和することができる。しかも、弾性部材は、キャビティ部の開口周縁部に使用しているから、材料シートをプレスする際に型締め力が不足するという不都合が発生することはない。
【００１３】
本発明の第２の目的を達成するため、請求項２に係るシート成形金型は、請求項１記載のシート成形金型において、上記弾性部材は、シリコンゴムを含むことを特徴とするものである。
【００１４】
この構成によれば、請求項１に係る発明と同様の作用を奏する。加えて、弾性部材としてシリコンゴムを使用することにより、少なくともキャビティ部の開口周縁部の熱伝導性を低下させることができる。
【００１５】
また、本発明の第１の目的を達成するため、請求項３に係るシート成形方法は、所定のキャビティ部を有する雌型と、雌型のキャビティ部に挿入されるプラグ部を有する雄型とにより型締めすることによって材料シートをプレス成形するシート成形方法において、上記プラグ部の基端部分にはプラグ部の外径を拡径するように傾斜された側面を形成し、この側面はプラグ部の基端部分の外周を周回するように形成し、上記キャビティ部の開口周縁部には、弾性体により構成されているライナーを嵌め込み、上記ライナーにはキャビティ部の開口の径を拡径するように傾斜された壁面を形成し、この壁面はキャビティ部の開口周縁部の内周を周回するように形成し、上記壁面の傾斜角は上記側面の傾斜角に対応させ、これにより雌型と雄型とを型締めした状態で逆テーパ部を形成し、上記材料シートを上記ライナーを介してプレスすることを特徴とするものである。
【００１６】
この構成によれば、成形金型が逆テーパを有するタイプであって、成形金型の組付精度その他の種々の事情によって、型締め，型開きの際に雄型と雌型とが衝突したとしても、雌型のキャビティ部の開口周縁部に弾性部材を使用しているから、衝突の際の衝撃を当該弾性部材により緩和することができる。しかも、弾性部材は、キャビティ部の開口周縁部に使用しているから、材料シートをプレスする際に型締め力が不足するという不都合が発生することはない。
【００１７】
さらに、本発明の第２の目的を達成するため、請求項４に係るシート成形方法は、請求項３記載のシート成形方法において、上記弾性部材は、シリコンゴムを含むことを特徴とするものである。
【００１８】
この構成によれば、請求項３に係る発明と同様の作用を奏する。加えて、弾性部材としてシリコンゴムを使用することにより、少なくともキャビティ部の開口周縁部の熱伝導性を低下させることができ、材料シートの温度によって当該開口周縁部の急激な温度変化を避けることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るシート成形金型の断面図であって、型締めした状態を示している。また、図２は、このシート成形金型の断面図であって、型開きした状態を示している。
【００２０】
これらの図を参照して、このシート成形金型２０は、いわゆるマッチモールド型の金型である。シート成形金型２０は、雌型２１と雄型２２とを有しており、図２のように型開きした状態で、雌型２１と雄型２２との間に材料シートを配置し、雄型２２を雌型２１に挿入して型締めを行うことによってシート成形作業を行うようになっている。
【００２１】
本実施の形態の特徴とするところは、▲１▼成形により形成される成形品は、上面部に開口を有するカップ状の容器である点、▲２▼シート成形金型２０は、型締めした状態でいわゆる逆テーパ部３０が形成されるタイプのものである点、▲３▼雌型２１の所定部にシリコンゴムからなるライナー３１が装着されており、型締めの際に、材料シートがライナー３１を介してプレスされるようになっている点である。
【００２２】
雄型２２は、アルミニウムにより構成することができ、雌型２１のキャビティ部２４に挿入されるプラグ部２５が形成されている。このプラグ部２５の基端部分には、プラグ部２５の外径を拡径するように傾斜された側面３４が形成されている。この側面３４は、プラグ部２５の基端部分の外周を周回するように形成されている。
【００２３】
雌型２１は、雄型２２と同様にアルミニウムにより構成することができる。雌型２１は、雄型２２のプラグ部２５が挿入されるキャビティ部２４が形成されている。雄型２２と雌型２１とを型締めした状態では、雌型２１と雄型２２との間で所定のクリアランス２３が形成されるようになっている。このキャビティ部２４の入り口部分には、キャビティ部２４の開口３２の径を拡径するように傾斜された壁面３３が形成されている。この壁面３３は、キャビティ部２４の入り口部分の内周を周回するように形成されている。また、壁面３３の傾斜角は、上記側面３４の傾斜角に対応している。これにより、雄型２２と雌型２１とを型締めした状態で、上記逆テーパ部３０が構成されるようになっている。
【００２４】
さらに、雌型２１にはライナー３１が嵌め込まれている。ライナー３１は、開口３２の開口周縁部３５を構成するように配置されており、このライナー３１によって、上記壁面３３が構成されている。ライナー３１は、上述のようにシリコンゴムで形成されている。シリコンゴムは、ＪＩＳ  Ｋ６３０１  Ａ型  スプリング硬さ試験において、硬度４０ないし８０以下のものを使用することができるが、特に、１００℃程度の雰囲気で、手で押しつける程度の外力で変形し、かつ外力を除去した場合に直ちに復元するものが好ましい。本実施の形態では、硬度７０のものを使用している。
【００２５】
次に、本実施の形態に係るシート成形金型２０を用いたシート成形作業について説明する。図３は、シート成形金型２０を用いたシート成形作業を模式的に示す図である。
【００２６】
図３(a) を参照して、参照符号４０は、材料シートを示している。この材料シート４０は、原反から繰り出され、図示しないオーブンで予め加熱されたものである。材料シート４０としては、ポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート，ポリカーボネートまたはこれらの複合品を採用することができる。また、材料シートは、非発泡シートでも発泡シートでも良い。本実施の形態では、発泡ポリプロピレンシートを採用している。また、予め加熱する加熱温度は、１４０℃に設定されている。なお、一般的に予め加熱する温度は、ポリスチレンでは１１０〜１２０℃，ポリプロピレンでは１３０〜１５０℃，ポリエチレンテレフタレートでは８０〜９０℃，ポリエチレンナフタレートでは１００〜１２０℃，ポリカーボネートでは１３０〜１５０℃である。
【００２７】
図３(a) に示すように、シート成形金型２０に対して材料シート４０を配置した状態で、図３(b) に示すように、雄型２２を雌型２１に対して型締めする。型締めする際の速度は、１００ｍｍ／分に設定されている。この型締めの際に、材料シート４０が引き延ばされ、最終的に図３(c) に示すようにマッチモールド成形される。
【００２８】
ところで、雌型２１の開口周縁部３５は、シリコンゴムからなるライナー３１により構成されている。従って、型締めにより材料シート４０がプレスされる際には、ライナー３１が材料シート４０と雌型２１との間に介在することとなる。これにより、雌型２１の開口周縁部３５の熱伝導性は低くなっている。従って、予め加熱された材料シート４０が全体として均一な温度になっておらず、シート面に沿って温度分布が生じている場合であっても、型締めしたときに、その温度分布に対応して雌型２１の開口周縁部３５の温度が高くなったり、低くなったりするのを抑えることができる。つまり、型締めの際に、材料シート４０と雌型２１との間のすべり抵抗を均一にし、材料シート４０が雌型２１の開口３２のエッジ部５０において他の部分にくらべて強く引っ張られるという現象が生じるのを避けることができる。
【００２９】
その結果、型締めの際に、均等に材料シート４０を引き延ばすことができる。すなわち、型締めの際に材料シート４０の特定の部分が強く引っ張られることがなく、製品に意図しない模様等が発生するのを防止して品質を一定に保つことができる。特に、本実施の形態では、カップ状の容器を成形するものであることから、当該容器の開口の周囲に皺等が生じるのを防止することができる。
【００３０】
加えて、雌型２１の開口周縁部３５をシリコンゴムで構成することにより、型開きの際の成形品の取り出しがきわめてスムーズに行うことができるという利点もある。
【００３１】
図４は、従来の金型と本実施の形態に係るシート成形金型２０とを用いて実際に成形作業を行った場合の比較検査結果である。検査項目は、成形品の重量，成形品のリップ強度，成形品の外観上の皺（意図しない模様）や亀裂の有無および成形品の離型性である。また、試験回数は、各金型について２０回ずつ行った。成形品の重量および成形品のリップ強度については、試験２０回のうちの最大値，最小値および平均値並びに標準偏差σn-1 を求めた。成形品の外観上の皺や亀裂の有無および成形品の離型性については、目視により調べ判断した。
【００３２】
成形品の重量は、単位はグラムである。成形品の重量を検査するのは、成形の際に材料シート４０が均一に引き延ばされないと、成形品の肉厚のばらつきが大きくなり、その結果、重量のばらつきが大きくなるからである。また、リップ強度の単位は、ニュートンである。リップ強度を調べるのは、成形品の肉厚にばらつきが大きくなると、成形品において剛性の高い部分と低い部分とが生じるからである。そして、これらを測定することにより、材料シート４０が均一に引き延ばされているか否かを判断することができる。
【００３３】
リップ強度とは、次のように定義する。すなわち、図５に示すように、成形品であるカップ状の容器５１を圧縮試験器６０によって所定条件の下で挟み、その状態で容器５１の反発力を測定し、その反発力の大きさをリップ強度として定義する。本実施の形態の場合は、圧縮試験器６０による圧縮速度は１００ｍｍ／ｍｉｎであり、圧縮距離は１０ｍｍである。すなわち、リップ強度は、圧縮速度が１００ｍｍ／ｍｉｎで１０ｍｍだけ圧縮したときの反発力の最大値である。
【００３４】
図４に示すように、成形品重量およびリップ強度は、従来品に比べてばらつきが小さく、また、皺や亀裂が生じていない。従って、本実施の形態に係るシート成形金型２０を用いれば、材料シート４０を均一に引き延ばした良好な成形を行えることが分かる。
【００３５】
さらに、本実施の形態では、上記開口周縁部３５をシリコンゴムからなるライナー３１により構成することにより、次のような作用効果を奏する。
【００３６】
シート成形金型２０のように逆テーパ部３０を有するタイプでは、型締め／型開きの際にクリアランス２３の寸法が変化する。すなわち、図１に示すように、型締めした状態でのクリアランスをｄとすれば、図２に示すように、型開きした状態でのクリアランスは、ｄに比べて相当小さい値となる。具体的には、本実施の形態では、クリアランスｄを１．５ｍｍに設定しており、型開きした状態でのクリアランスは、０．７ｍｍとなる。なお、クリアランスｄは、所要の成形寸法を達成するためのきわめて重要な設計寸法であって、型開きした状態でのクリアランスを大きくとるために、ｄの値を変更することは許されない。
【００３７】
このように、雄型２２と雌型２１との間のクリアランスがきわめて小さい場合は、型締め／型開きの際に、シート成形金型２０の組付精度その他の種々の事情によって、雄型２２と雌型２１とが衝突するおそれがあるが、万一衝突したとしても、この衝撃をライナー３１により緩和することができる。しかも、ライナー３１は、硬度が７０であり、かつキャビティ部２４の開口周縁部３５にのみ使用しているから、材料シート４０をプレスする際に型締めする力がライナー３１に吸収されてしまうという不都合がなく、十分な型締め力を確保することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態の変形例として、次のようなものが考えられる。
ライナー３１は、シリコンゴムを採用したが、一般に他の弾性部材を採用することができる。ただし、成形する材料シート４０の種類や成形条件にもよるが、弾性部材には少なくとも約２００℃程度の耐熱性が要求される。また、硬度についても、上記シリコンゴムと同等の性能が要求される。なお、シリコンゴムは、着色されたものでも使用することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、雌型２１の開口周縁部３５のみにライナー３１を装着したが、雌型２１の全体をシリコンゴムで形成することも可能である。もっとも、雄型２２をもシリコンゴムで形成することもできる。このように、成形型そのものをシリコンゴムで構成することにより、材料シート４０の温度分布の影響を効果的に避けることができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１または３に係る発明によれば、雌型のキャビティ部の開口周縁部に弾性部材を使用しているから、仮に、型締め，型開きの際に雄型と雌型とが衝突したとしても、この衝撃を弾性部材により緩和することができ、成形金型の損傷を防止することができる。しかも、弾性部材は、キャビティ部の開口周縁部に使用しているから、材料シートをプレスする際に型締め力が不足して、成形品が不良となることを防止することができる。
【００４１】
請求項２または４に係る発明によれば、それぞれ、請求項１または３に係る発明と同様の効果を奏する。加えて、弾性部材としてシリコンゴムを使用することにより、少なくともキャビティ部の開口周縁部の熱伝導性を低下させることができるから、材料シートの温度分布に不均一が生じていても、型締めの際に、均等に材料シートを引き延ばすことができる。その結果、材料シートの特定の部分が強く引っ張られることがなく、製品の品質を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るシート成形金型の断面図であって、型締めした状態を示す図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るシート成形金型の断面図であって、型開きした状態を示す図である。
【図３】シート成形金型を用いた成形作業を模式的に示す図である。
【図４】従来の金型と本実施の形態に係る金型とを用いて成形品を製造したときの比較を示す図である。
【図５】リップ強度の概念を示す模式図である。
【図６】従来のシート成形加工を行うための装置を模式的に示す図である。
【図７】従来の成形金型によって発泡シートが成形される様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
２０  シート成形金型
２１  雌型
２２  雄型
２３  クリアランス
２４  キャビティ部
２５  プラグ部
３０  逆テーパ部
３１  ライナー（弾性部材）
３２  開口
３３  壁面
３４  側面
３５  開口周縁部
４０  材料シート
５０  エッジ部
【図１】
0003755098.tif 000002
【図２】
0003755098.tif 000003
【図３】
0003755098.tif 000004
【図４】
0003755098.tif 000005
【図５】
0003755098.tif 000006
【図６】
0003755098.tif 000007
【図７】
0003755098.tif 000008