JP5800029B2 - 成形用金型および成形方法 - Google Patents

Description

本発明は発泡成形時の外観不良を防止し、発泡成形品の外観形状を向上させた成形用金型および成形方法に関する。

近年、自動車から排出されるＣＯ_２削減のため、燃費の向上が求められており、自動車の軽量化が必須である。このため、自動車の内装樹脂部品においては部品肉厚の薄肉化を図って軽量化する手法があるが、製品を薄肉化すると製品剛性の確保が困難になる。

一方、製品の軽量化を図りつつ、剛性を確保する方法に成形用金型を用いた射出発泡成形がある。射出発泡成形は、ＰＰ樹脂に発泡剤を添加し、成形用金型の成形空間（キャビティ）に溶融樹脂を射出した後、金型の可動金型を所要量移動（コアバック）させて発泡させる方法である。

射出発泡成形では、溶融樹脂が成形用金型のキャビティに射出され、圧力が開放されると発泡が開始される。溶融樹脂中の発泡セルが破泡しながら成形用金型内を流動すると、銀白色の条痕（以下、スワールマークという。）が生じたり、金型流動中の溶融樹脂が破泡したエアを巻き込むと製品表面上に凹み（くぼみ、所謂、“あばた”）が発生する。

スワールマークや凹みの問題に対応するため、金型キャビティ内に予めエアを注入し、型内圧力を発泡圧以上に昇圧させた後、溶融樹脂をキャビティ内に射出することで、スワールマークや凹みを抑制するカウンタープレッシャ法が知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１１５８５７号公報

カウンタープレッシャ法を適用した射出発泡成形用金型では、キャビティ内に加圧エアを注入するため、溶融樹脂を充填して成形する際、注入されたエアが、金型外に排気されないで残留エアとして残り、発泡を阻害したり、溶融樹脂が残留エアを巻き込んで凹みを発生させる問題があった。

さらに、カウンタープレッシャ法が適用される成形用金型では、エアを注入した後、注入したエアを効率的に金型外に排出する方法として、真空ポンプ等により吸引させる方法がある。

しかし、注入されたエアを金型外に排気するタイミングが難しい。エアを早く排気し過ぎると、金型内の圧力が下がり、スワールマークや凹み等の外観不良が発生する問題がある。エアの排気タイミングが遅過ぎると、金型内の残留エアにより発泡が妨げられ、凹みや発泡不良を引き起す問題があり、新たに真空引き設備を導入する必要がある。

本発明は、上述した事情を考慮したもので、発泡成形特有の外観不良であるスワールマークや凹み（あばた）を効果的に防止し、発泡成形品の外観形状を向上させることができる成形用金型および成形方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために提供される本発明による成形用金型は、固定金型と可動金型を型合わせすることにより内部に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填し得られる発泡成形品をカウンタープレッシャ法を用いて成形し、発泡成形品を製造する成形用金型であって、前記カウンタープレッシャ法の加圧エアを固定金型と可動金型の間でシールするシール材を、連続気泡を有する弾性発泡体で構成し、前記成形用金型を閉じたとき、前記シール材の連続気泡が潰れて前記キャビティをシールし、前記成形用金型が開いたとき、前記シール材の連続気泡が回復して残留エアを前記成形用金型外に排気する構成としたことを特徴とするものである。

また、本発明による固定金型と可動金型を型合わせすることにより内部に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填し得られるカウンタープレッシャ法を用いた発泡成形品の成形方法であって、固定金型と可動金型から成形用金型内に、溶融樹脂を充填可能なキャビティを形成し、前記成形用金型を閉じたとき、弾性発泡体で構成されたシール材の連続気泡が潰れて前記キャビティをシールし、前記成形用金型が開いたとき、シール材の弾性復元力により連続気泡が回復し、溶融樹脂の発泡を妨げる残留エアを成形用金型外に排気し、前記成形用金型で溶融樹脂から発泡成形品を製造することを特徴とする成形方法である。

上記本発明の実施例においては、前記シール材は、固定金型と可動金型の少なくとも一方の合せ面に、かつ前記キャビティの周りを囲む閉ループ状に設けることが望ましい。

また、前記シール材は、可動金型が固定金型から後退するコアバック時に、弾性復元力の作用で連続気泡が回復されることが望ましい。

本発明においては、シール材に連続気泡を有する弾性発泡体を用いたので、成形用金型の型締めからエアの注入時には、シール材は連続気泡が潰れてシール機能を保ち、金型がコアバックにて開くと、シール材は連続気泡が回復して残留エアを金型外に排気でき、発泡作用を阻害することなく、スワールマークや凹みの発生の無い発泡成形品が得られ、製品の外観形状を向上させることができる。

本発明の実施形態を示す成形用金型の樹脂射出前の概略断面図。 成形用金型の可動金型を示す樹脂射出前の状態を示す図。 固定金型（あるいは可動金型）に取り付けられるシール材の取付状態を示すもので、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。 成形用金型で製造される発泡成形品の製品形状例を示す図。 樹脂射出後でコアバック前の成形用金型を示す概略断面図。 コアバック後の成形用金型を示す概略断面図。 成形用金型から発泡成形品を取り出す製品取出時の状態を示す断面図。 カウンタープレッシャエア注入時の成形用金型を示す概略断面図。 図８のＡ部を拡大して示すシール材の使用状態を示す断面図。 コアバック後の成形用金型の概略断面図。 図１０のＢ部を拡大して示すもので、コアバック後の連続気泡構造のシール材の使用状態を示す取付図。 横断面矩形のシール材を用いたもので、図８のＡ部を拡大して示す取付図。 横断面矩形のシール材を用いたもので、図１０のＢ部を拡大して示す取付図。 図１１に対応する従来のウレタンゴム（ソリッド）製O-リングを示すもので、図１０のＢ部に相当するコアバック後の断面図。 図１１に対応する従来の砲弾形断面のウレタンゴム（ソリッド）製O-リングを示すもので、図１０のＢ部に相当するコアバック後の断面図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本発明は、成形用金型を用いた射出発泡成形において、発泡成形品を発泡成形特有の外観不良であるスワールマークや凹み（あばた）の発生を防止する技術である。

図１は、本発明に係る成形用金型の実施形態を示す概略断面図である。この成形用金型１０は、図示しない射出成形機に備えられるもので、一対の固定金型１１と可動金型１２とを有する。

固定金型１１は、図１および図２に示すように、樹脂供給側から溶融樹脂の供給を案内する供給通路（スプルー溝）１４およびエア供給および排気用のエア供給・排気穴１５が形成されている。可動金型１２は固定金型１１に進退自在に組み合されて嵌合され、固定金型１１と可動金型１２の凹凸嵌合部に成形用空間としてのキャビティ１６が形成される。具体的には、固定金型１１の凹部と可動金型１２の凸部との間にキャビティ１６が形成され、このキャビティ１６内に溶融樹脂が供給通路（スプルー溝）１４を経て供給される。固定金型１１の凹部と可動金型１２の凸部は凹凸関係を逆に設けてもよい。

固定金型１１のエア供給・排気穴１５は、外部配管（図示せず）に接合されて、図示しないエア供給源およびは排気設備に弁等を介して切替可能に接続されており、カウンタープレッシャ法で使用する加圧エア等を供給あるいは排気することができる。

また、固定金型１１と可動金型１２との合せ面には、キャビティ１６を取り囲むように周りに弾性変形可能なシール材１８が閉ループ状に設けられる。このシール材１８は、連続気泡を有する弾性発泡体、例えば発泡ウレタンで構成される。弾性発泡体は、発泡ウレタン以外にも、天然ゴム（ＮＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＮ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコンゴム（ＳｉＲ）等で構成される。連続気泡を有する弾性発泡体のシール材１８は、加圧により連続気泡が潰れてシール機能を有し、圧力を開放すると、弾性復元力で連続気泡構造が回復するゴム弾性体で構成される。

シール材１８は、固定金型１１あるいは可動金型１２の合せ面に、図３に示すように、粘着テープ１９で固定される。このため、固定金型１１あるいは可動金型１２にシール材設置用の溝を設けることを必ずしも必要としない。シール材１８の断面は、断面積がｌ×ｍ、例えば１０ｍｍ×３０ｍｍの矩形形状に構成される。

シール材１８として連続気泡を有する閉ループ状の弾性発泡体を用いると、成形用金型１０を閉じたときは、シール材１８は連続気泡が潰されてシール機能をとることが可能となる。したがって、カウンタープレッシャ法による成形用金型１０の射出発泡成形時に、加圧エア注入により、金型のキャビティ１６に注入された溶融樹脂に発泡や、破泡を防止する程度の圧力をかけることが可能になる。

また、成形用金型１０が開いたときは、可動金型１２が固定金型１１から後退するコアバック時には、シール材１８はゴム弾性を有する連続気泡の性質（弾性復元力）から連続気泡構造が回復する。このため、金型１０がコアバックにて開くと、溶融樹脂の流動末端に残留する圧縮エアを金型１０外に排気することができる。したがって、残留エアによって溶融樹脂の発泡が妨げられるのを防ぐことができる。

このように、樹脂材料の溶融樹脂から、図１および図２に示される成形用金型１０を用いてカウンタープレッシャ法により射出発泡成形すると、図４に示す発泡成形品２０を取得することができる。

［成形用金型を用いた発泡樹脂成形］
成形用金型１０を用いて発泡成形品を射出発泡成形するときには、樹脂材料としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂に炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）の化学発泡剤を添加し、混ぜたものを用意する。

成形用金型１０は図１に示すように、固定金型１１と可動金型１２を閉じた型閉め状態において、カウンタープレッシャ法ではエア供給源からエア供給・排気穴１５を通して金型のキャビティ１６内に加圧エアを注入し、金型１０内を所要圧、例えば０．４ＭＰａ程度に昇圧させる。金型１０内の昇圧は、溶融樹脂の発泡を抑制できる程度の圧力、例えば０．３ＭＰａ〜１ＭＰａ未満が望ましい。

成形用金型１０は図１に示す型締め状態で、エア供給源から加圧エアが供給されると、シール材１８は連続気泡が潰れてシール機能が保たれる。これにより、加圧エアを金型１０内に注入すると、金型１０内の圧力が上昇する。

成形用金型１０内の圧力が、所要圧に達したら、発泡剤を添加した溶融樹脂ＷＲを射出して供給通路１４からキャビティ１６内に充填される（図５参照）。溶融樹脂ＷＲの充填完了後、エア切替弁（図示せず）によりエアの注入を停止させ、自然排気状態にする。コアバック前には、溶融樹脂ＷＲが充填されても、型内圧が発泡圧より高いため、発泡は抑制される。

コアバック時には、可動金型１２が固定金型１１から後退するが、このコアバック開始時には、シール材１８はある程度シール機能が維持されているので、溶融樹脂ＷＲの流動末端の圧縮エアが金型１０以外に排気することは難しく、そのエアによって溶融樹脂の発泡が抑制される。

コアバックが進み、金型１０が開くと、シール材１８は弾性復元力により連続気泡構造が回復し、流動末端に残留エアを金型１０外に連続気泡から排気できる。したがって、溶融樹脂ＷＲは、残留エアによって発泡が妨げられることを防止できる。

この成形用金型１０は固定金型１１と可動金型１２を閉じた型締め状態で、例えば製品の厚み（キャビティ１６の厚み）３ｍｍであり、コアバック量を２ｍｍとし、厚さ５ｍｍの発泡成形品２０が保たれる設定とした。発泡成形品２０の寸法形状はＰ×ｑ、一例として１５０ｍｍ×５０ｍｍ、の矩形面を有する形状とした。

本実施形態の成形用金型１０を備えた射出成形機（図示せず）の仕様例は、表１に示す通りである。

本実施形態の成形用金型１０では、加圧エア注入後の可動金型１２が固定金型１１から後退するコアバック時には、エア供給・排気穴１５は自然排気状態にセットされ、シール材１８は弾性復元力を有する弾性発泡体の性質により、連続気泡の潰れが解消して連続気泡が回復される。コアバックが進むと、金型のキャビティ１６内の残留エアが連続気泡を通して金型外に排気され、溶融樹脂ＷＲはキャビティ１６内で発泡し、図５に示すように、発泡成形品２０が形成される。なお、符号２２はスプルであり、符号２３はランナである。

成形用金型１０はコアバックにより、図６に示す発泡成形品２０が得られる。成形用金型１０のコアバックにより得られた発泡成形品２０は、図７に示すように可動金型１２を大きく後退させることにより、金型１０から取り出される。

本実施形態における成形用金型１０の主な成形条件を例示すると、表２に示す通りである。

表２におけるコアバック遅延時間は、金型のキャビティ１６内に溶融樹脂の射出完了からコアバック開始に至るまでの時間をいう。コアバック遅延時間は、溶融樹脂表面にスキン層を形成させてからコアバックを開始するために設定される。

成形用金型１０を図示しない射出成形機に取り付けて射出発泡成形を行なうことができる。成形用金型１０が閉じて、図８に示すように固定金型１１と可動金型１２が型締めされると、閉ループ状のシール材１８は図９に示すように連続気泡が潰れてシール構造をとる。エア供給・排気穴１５からエアを供給すると、金型キャビティ１６内に溶融樹脂が注入され、充填されても、溶融樹脂の破泡を防止する程度の圧力をかけることができる。

また、コアバックにより成形用金型１０が図１０に示すように開けたときは、連続気泡を有するゴム弾性のシール材（弾性発泡体）１８は、弾性復元力を有する連続気泡の性質から残留エアを成形用金型１０の金型内から外へ排気することが可能となる。

これにより、発泡を妨げる金型１０内の残留エアを効率的にシール材１８の連続気泡から金型１０外に排気し、発泡成形時特有の外観不良であるスワールマークと凹み（あばた）の発生を防止することができる。

このように、連続気泡を有する弾性発泡体のシール材１８を用いた成形用金型１０では、可動金型１２が固定金型１１から後退するコアバック時には、連続気泡のシール材１８は弾性復元力で連続気泡が回復して、シール性が低下してエアが金型１０外へ逃げるため、金型外にエアを排気し易い。したがって、発泡成形品２０内にエアの残留を有効的に防止でき、凹みの発生を抑制することができる。

また、発泡成形品の製品形状が簡単なものであれば、成形用金型内に残留するエアを真空引きして排気する必要がないため、真空設備を導入する必要もない。

さらに、閉ループ状で連続気泡を有する弾性発泡体のシール材１８は断面形状の円形であっても、図１２および図１３に示すように矩形形状であっても、さらに、楕円形や長円形であってもよく、種々の形状が考えられる。

次に、成形用金型にシール材として、（１）連続気泡を有する弾性発泡体（発泡ウレタン）、（２）従来技術のウレタンゴム（ソリッド）のO-リング、（３）O-リングなし、を準備し、カウンタープレッシャ法を使用した射出発泡成形により、成形される発泡成形品と比較して示したものが、表３である。

表３に示すように、連続気泡のウレタン発泡品（弾性発泡体）をシール材１８として使用した場合、成形用金型１０に破泡を抑制するカウンタープレッシャ圧が得られ、スワールマークや凹みのない発泡成形品２０を得ることができた。O-リングなしでは、破泡を抑制するカウンタープレッシャ圧が得られず、発泡成形品にスワールマークや凹みの外観不良が発生した。

また、図１４に示すように、従来から用いられているウレタンゴム製の中実のO-リング２４で成形用金型をシールして発泡成形を行なったところ、必要なカウンタープレッシャ圧が得られ、スワールマークは抑制することができた。しかし、カウンタープレッシャの残留エアを巻き込んだと思われる凹みが流動末端に発生したり、発泡成形品の発泡が充分ではなく、発泡不良が発生していた。

なお、流動末端の発泡不良の原因は、成形用金型外に排気できなかったエアが、流動末端で圧縮された状態で存在したため、コアバック動作により、圧力が開放され、発泡が妨げられたと考えられる。

さらに、図１５に示すように、断面形状の砲弾形でウレタンゴム製（ソリッド）の中実のO-リング２５を用いた場合にも図１２と同じような問題が発生していた。ウレタンゴム製（ソリッド）のO-リング２４，２５を用いた場合には、中実のO-リングを収納するリング溝２６を金型の合せ面に形成する必要がある。

なお、実施形態では、固定金型１１にエア供給・排気穴１５およびシール材１８を設けた例を示したが、エア供給・排気穴およびシール材は可動金型側に設けてもよい。

１０ 成形用金型
１１ 固定金型
１２ 可動金型
１４ 供給通路（スプルー溝）
１５ エア供給・排気穴
１６ キャビティ（形成用空間）
１８ シール材
１９ 粘着テープ
２０ 発泡成形品
２２ スプルー
２３ ランナ

Claims (4)

1. 固定金型と可動金型を型合わせすることにより内部に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填し得られる発泡成形品をカウンタープレッシャ法を用いて成形し、発泡成形品を製造する成形用金型であって、
   前記カウンタープレッシャ法の加圧エアを固定金型と可動金型の間でシールするシール材を、連続気泡を有する弾性発泡体で構成し、
   前記成形用金型を閉じたとき、前記シール材の連続気泡が潰れて前記キャビティをシールし、
   前記成形用金型が開いたとき、前記シール材の連続気泡が回復して残留エアを前記成形用金型外に排気する構成としたことを特徴とする成形用金型。
2. 前記シール材は、固定金型と可動金型の少なくとも一方の合せ面に、かつ前記キャビティの周りを囲む閉ループ状に設けられる請求項１に記載の成形用金型。
3. 前記シール材は、可動金型が固定金型から後退するコアバック時に、弾性復元力の作用で連続気泡が回復される請求項１または２に記載の成形用金型。
4. 固定金型と可動金型を型合わせすることにより内部に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填し得られるカウンタープレッシャ法を用いた発泡成形品の成形方法であって、
   固定金型と可動金型から成形用金型内に、溶融樹脂を充填可能なキャビティを形成し、
   前記成形用金型を閉じたとき、弾性発泡体で構成されたシール材の連続気泡が潰れて前記キャビティをシールし、
   前記成形用金型が開いたとき、シール材の弾性復元力により連続気泡が回復し、溶融樹脂の発泡を妨げる残留エアを成形用金型外に排気し、
   前記成形用金型で溶融樹脂から発泡成形品を製造することを特徴とする発泡成形品の成形方法。

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