JP7485941B2

JP7485941B2 - 成形体の製造方法及び成形体

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Publication number: JP7485941B2
Application number: JP2020143768A
Authority: JP
Inventors: 慶詞大野; 成将太田
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2024-05-17
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: JP2022038999A

Description

本発明は、成形体の製造方法及び成形体に関する。

従来から、発泡性樹脂材の円筒状パリソンを用いたブロー成形により成形体を成形する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の成形体は、分割金型間に発泡性樹脂材による円筒形状のパリソンを押し出し、分割金型を型締めしてパリソンを挟み込み、中空部と、中空部に連設される板状部とを含むインパネダクトをブロー成形している。板状部は、キャビティの一部によりパリソンが挟み込まれて圧縮され、成形される。この板状部はインパネダクトを保持する保持部として用いることができる。

国際公開第２０１５／１７８２０７号

上記の板状部では、発泡性樹脂材を圧縮して機械的強度を高めることができるが、板厚が薄くなると曲げ剛性については弱くなる。パリソン等の溶融シートを用いた成形ではブロー圧や自重等によりシート厚みが薄くなることがあり、この薄い部位を用いて成形すると十分な強度を備えた板状部を得ることが難しい場合がある。

本発明は、発泡性樹脂材により成形される板状部を補強可能な成形体の製造方法及び成形体を提供することを目的とする。

本発明の成形体の製造方法は、発泡性樹脂材により予め発泡成形体を成形する工程と、前記発泡成形体をインサート配置する工程と、前記発泡性樹脂材の溶融シートを金型間に配置して型締めし、前記溶融シートによる圧縮層及び前記発泡成形体による発泡層を含む板状部を成形する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の成形体は、発泡性樹脂材により成形された発泡成形体がインサート配置されて形成される発泡層と、前記発泡性樹脂材の溶融シートが圧縮されて形成された圧縮層と、を含む板状部を有することを特徴とする。

本発明によれば、発泡性樹脂材により成形される板状部を補強可能な成形体の製造方法及び成形体を提供することができる。

本発明の実施形態に係る成形体を示す図である。本発明の実施形態に係る成形装置を示す図である。本発明の実施形態に係る一方の金型のキャビティ側から見た図である。本発明の実施形態に係る図３の金型のＩＶ－ＩＶ断面位置における型締めの様子を示しており、（ａ）は溶融シートが金型に当接した状態を示し、（ｂ）は溶融シートが型締めにより変形した状態を示している。本発明の実施形態に係る金型の型締め状態を示す図である。本発明の実施形態に係る型締め状態の金型の中空成形部及び圧縮成形部の拡大図である。本発明の実施形態に係る型締め状態の金型の圧縮成形部の拡大図である。

以下、図に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は、発泡性樹脂材を用いた発泡ブロー成形により成形された成形体１を示している。成形体１は、インパネダクトとして形成されており、エアコンユニット（不図示）に接続される供給口３を管部２の中央側に設けている。管部２は、供給口３側から複数のダクト部２１～２４（本実施形態では４本のダクト部）に分岐して設けられる。ダクト部２１～２４は、中空の筒状に形成されており、供給口３とは反対側の開口部２１ａ～２４ａまで流路が形成される。従って、ダクト部２１～２４は、冷暖風である空気ａ，ｂ，ｃ（供給風）が供給口３を介してエアコンユニットから導入されると、開口部２１ａ～２４ａ側に空気ａ，ｂ（ｂ１，ｂ２），ｃ（排出風）を排出させることができる。

成形体１は、外側面の複数個所にフランジ部４，５（板状部）を有する。フランジ部４，５は、ダクト部２１～２４（中空部）の外側面に連設するように設けられる。図１の例では、フランジ部４は、ダクト部２１～２４の中途部や開口部２１ａ～２４ａの近傍位置に設けられる。フランジ部４には、図１に例示するように固定用孔４１が設けられ、固定用孔４１にボルトを挿通する等して締結することで、成形体１を他の構造体（例えば、成形体１が自動車のインパネダクトであれば自動車の車体側の部材）に固定することができる。従って、フランジ部４は取付部として形成される。

フランジ部５は、ダクト部２１，２２の分岐部及びダクト部２３，２４の分岐部に設けられ、成形体１の補強部として形成される。これらのフランジ部４，５は、溶融シート８１（本実施形態では円筒状パリソンの対向するシート）を重ねて押し潰した板状に形成される。

成形体１は、発泡剤を基材樹脂に混合させて作製した熱可塑性樹脂である発泡性樹脂材をブロー成形して、独立気泡構造を備えて得られる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。ポリオレフィン系樹脂は、柔軟性に優れるので、発泡ブロー形成体の耐衝撃性が向上する。これらの中でも、熱可塑性樹脂は、プロピレン単位を有するものであることが好ましく、具体的には、プロピレン単独重合体、エチレン－プロピレンブロック共重合体、エチレン－プロピレンランダム共重合体等が挙げられる。さらに、これらの中でも、長鎖分岐構造を有するプロピレン単独重合体であることが特に好ましい。この場合、溶融張力が高くなるので、発泡しやすくなり、気泡セルもより均一化される。

上記熱可塑性樹脂に混合される発泡剤としては、物理発泡剤、化学発泡剤及びその混合物が挙げられる。物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、及び、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤、更には、それらの超臨界流体を適用することができる。これらの中でも、物理発泡剤を用いることが好ましく、空気、炭酸ガス又は窒素ガスを用いることがより好ましい。この場合、有体物の混入が防げるので、耐久性等の低下が抑制される。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素等を用いて作成することが好ましく、窒素であれば臨界温度が－１４９．１℃、臨界圧力が３．４ＭＰａ以上、二酸化炭素であれば臨界温度が３１℃、臨界圧力が７．４ＭＰａ以上とすることで作成することができる。

図２は、成形体１を成形可能なブロー成形装置６を示している。ブロー成形装置６は、樹脂供給装置６１と、型締装置７０とを備える。樹脂供給装置６１内では成形に用いる樹脂材料が混練されて基材樹脂が作製される。基材樹脂は、バージン樹脂のみを用いて作製したり、バージン樹脂に対して必要に応じて改良剤を加えて混練して作製することができる。また、基材樹脂は、回収樹脂材を粉砕してバージン樹脂を所定の割合加え、混練して作製してもよい。このように作製された基材樹脂には、発泡剤が添加されて樹脂供給装置６１内で混合された後、ダイ内アキュムレータ（不図示）に発泡性樹脂材として所定の樹脂量で貯留される。

型締装置７０は、分割金型７Ａ，７Ｂ（金型７）を有する。型締装置７０は、樹脂供給装置６１から供給された溶融シート８１を分割金型７Ａ，７Ｂにより型締めして成形体１を成形することができる。

図３は、分割金型７Ａをキャビティ側から見た模式図である。なお、分割金型７Ａと対向して配置される分割金型７Ｂについても略同様に構成されるため、ここでは分割金型７Ａの構成について説明する。分割金型７Ａには、成形体１を成形する凹部（キャビティ）である第一成形部７１と、ピンチオフ部７２と、バリ部２０（図５乃至図７参照）が配置される逃げ部７３とが形成される。また、分割金型７Ａには、後述する発泡成形体８２を成形する凹部である第二成形部７４が形成される。第一成形部７１は、中空部であるダクト部２１～２４を成形する中空成形部７１１～７１４と、図１に示した成形体１の板状部であるフランジ部４，５を成形する圧縮成形部７１５とを含む。圧縮成形部７１５は、中空成形部７１１～７１４に連設される。

圧縮成形部７１５のうち、圧縮成形部７１５ａ，７１５ｂはフランジ部４を成形する。また、圧縮成形部７１５のうち、圧縮成形部７１５ｃはフランジ部５を成形する。圧縮成形部７１５ａは、第二成形部７４で成形した発泡成形体８２を配置してフランジ部４をインサート成形により作成することができ、他の圧縮成形部７１５ｂ，７１５ｃよりも溶融シート８１の軸線８１ａから遠い位置に設けたり、強度を補強したいフランジ部４等に設けることができる。本実施形態の補強を行うフランジ部４（板状部）は、円筒状の溶融シート８１が分割金型７Ａ，７Ｂと当接する先当たり部よりも肉厚が薄くなる後当たり部側の位置に設けられた圧縮成形部７１５ａによって成形される。

第二成形部７４は、第一成形部７１とは離間して溶融シート８１が型締めされる位置に配置される。第二成形部７４は、分割金型７Ａにおいて、各中空成形部７１１～７１４の間や、第一成形部７１の外方位置に設けてもよい。また、第二成形部７４は、一つ又は複数設けることができるが、例えば、圧縮成形部７１５ａの数と同数又は圧縮成形部７１５ａの数よりも多く設けることができる。

次に、成形体１の製造方法（成形方法）について説明する。図２に示す樹脂供給装置６１内の発泡性樹脂材は、内部のリング状ピストン（不図示）が下方に押し下げられて、環状ダイ６１１のダイスリットにより、円筒状パリソンである溶融シート８１として押し出される。溶融シート８１は、分割金型７Ａ，７Ｂ間に押し出されて配置される。

フランジ部４を成形する分割金型７Ａにおける一部の圧縮成形部７１５ａ（図４（ａ）参照）には、溶融シート８１により予め成形した板状の発泡成形体８２がインサート配置される。発泡成形体８２の配置は、分割金型７Ａ，７Ｂにより溶融シート８１を型締めする前、例えば、溶融シート８１を分割金型７Ａ，７Ｂ間に配置させる前に行うことができる。また、発泡成形体８２の配置は手動で又はロボットハンドによる自動で支持された発泡成形体８２を圧縮成形部７１５ａへ移動させて行うことができる。

圧縮成形部７１５ａに配置された発泡成形体８２の保持は、例えば、発泡成形体８２に設けた凹部又は凸部を、圧縮成形部７１５ａ側に設けた凸部又は凹部に嵌め込むことで行うことができる。又は、発泡成形体８２の全体を圧縮成形部７１５ａの凹部に嵌め込んで保持させてもよい。さらに、発泡成形体８２は、圧縮成形部７１５ａ側に発生させた負圧により吸引して保持させる等、その他の手段により保持させることができる。

分割金型７Ａ，７Ｂを型締めしていくと、図２の二点鎖線及び図４（ａ）に示すように、溶融シート８１の一部に分割金型７Ａ，７Ｂが当接する。分割金型７Ａ，７Ｂをさらに型締めして近接させると、図４（ｂ）に示すように、溶融シート８１が撓んで変形する。型締めの際、溶融シート８１内にはエアーが導入される。

溶融シート８１は、分割金型７Ａ，７Ｂに対して型締め方向の距離が短い中央側（軸線８１ａ側）の部位８１１から接する。分割金型７Ａ，７Ｂと接する溶融シート８１の部位は、冷却が進んで硬化が始まり、また、内圧（或いはブロー圧）による膨張が規制される。そのため、溶融シート８１は分割金型７Ａ，７Ｂと未だ接していない部位に比べて延伸しにくくなる。従って、図４（ｂ）の溶融シート８１のうち、先当たりする部位８１１は押し出された円筒状パリソンと略同厚みを有するが、部位８１１に続いて分割金型７Ａ，７Ｂと当接する部位８１２～８１５（即ち、パリソンの軸線８１ａから図４（ｂ）の左右方向に離間する部位）は、溶融シート８１の内圧により延伸されて肉厚が薄くなる。溶融シート８１の肉厚は、先当たり部（例えば、部位８１１）側から、後当たり部（例えば、部位８１５）側に向かって部位８１１、８１２、８１３、８１４、８１５の順に肉厚が薄くなる。このため、遅れて分割金型７Ａ，７Ｂと当接する部位（図４（ａ）の例では部位８１５）は肉厚が最も薄くなる。

その後、図５に示すように、型締めされて中空部であるダクト部２１～２４が成形される。図６は、図３に示した分割金型７ＡのＸＩ－ＸＩ断面位置における型締め状態の分割金型７Ａ，７Ｂの断面図である。図６では、中空成形部７１１と、中空成形部７１１に連設される圧縮成形部７１５ａについて示している。また、図７は、図６における圧縮成形部７１５ａの拡大図である。

中空成形部７１１では、溶融シート８１内にエアーが導入されて中空成形部７１１の内壁に沿ったダクト部２１が成形される。圧縮成形部７１５ａでは、円筒状の溶融シート８１が潰されて対向する２枚のシートが重ねられた状態で挟持される。また、本実施形態では、分割金型７Ａ側の圧縮成形部７１５ａ内に第二成形部７４によって予め成形した発泡成形体８２がインサート配置されているため、圧縮成形部７１５ａでは、発泡成形体８２と溶融シート８１とが積層された状態で圧縮されて、フランジ部４が成形される。

また、発泡成形体８２は、予め成形されておりインサート前に結晶化されているため、型締めの際に圧縮力を受けても内在する気泡が潰れ難く、層厚みの変化が少ない。従って、フランジ部４には発泡成形体８２による発泡層４ａが形成される。

一方で、円筒状パリソンとして押し出された溶融シート８１は、除熱されていないため、圧縮成形部７１５ａと発泡成形体８２とにより圧縮されて気泡が押し出され、発泡層４ａと比べて発泡倍率の低い（比重が高い）圧縮層４ｂを形成する。本実施形態の圧縮層４ｂは、気泡が略排除されたソリッド層として形成される。

なお、発泡層４ａ（発泡成形体８２）は、ダクト部２１と略同じ又はダクト部２１よりも低い発泡倍率で形成することができる。また、発泡層４ａは発泡倍率を高くすると軽さを備えながら厚みＴ１を厚くすることができ、曲げ剛性を高めることができる。従って、発泡層４ａの厚みＴ１は、フランジ部４の総厚みＴ２に対する比率を低くしても曲げ剛性を確保することができる。例えば、発泡倍率が２倍以上の場合、発泡成形体８２の厚みＴ１は成形後のフランジ部４の総厚みＴ２の１／２以上とすることが好ましい。

また、図７では発泡成形体８２をフランジ部４の先端部４３側に寄せて配置した例を示しているが、発泡成形体８２は、先端部４３から基端部４２までの間の一部に設けたり、先端部４３から基端部４２までの全体に設けてもよい。本実施形態のように、発泡成形体８２をフランジ部４の基端部４２側に設けない場合は、圧縮層４ｂの気泡が基端部４２側に押し出されることにより発生する成形不良（例えば、ダクト部２１の内面側に発生する風船状の気泡）の発生を低減することができる。

溶融シート８１は発泡成形体８２と溶着して一体的に形成される。溶融シート８１と発泡成形体８２とは、同材質の発泡性樹脂材により形成されるため高い溶着強度により溶着させることができる。

このように、フランジ部４は、発泡層４ａと、溶融シート８１が圧縮されて形成された圧縮層４ｂとを含むため、発泡層４ａにより厚みを持たせて曲げ剛性を高め、圧縮層４ｂにより機械的強度を向上させた板状部を構成することができる。また、フランジ部４は、発泡層４ａを含むため、同じ厚みをソリッド層や発泡倍率の低い層のみで形成した場合に比べて軽量とし、熱伝導性を低く形成することができる。

他方、図３に示した分割金型７Ａの第二成形部７４では、圧縮成形部７１５ａと同様に、円筒状の溶融シート８１が潰されて対向する２枚のシートが重ねられた状態で挟持され、板状の発泡成形体８２が成形される。発泡成形体８２の発泡倍率は、前述の通りダクト部２１と又はダクト部２１よりも低く形成することができる。また、発泡成形体８２は、フランジ部４の平面視における形状と略同じ外形の板状部材としてもよいし、フランジ部４の平面視における形状よりも相似形又は異なる形状で小さく形成してもよい。

また、第二成形部７４を溶融シート８１の内側（換言すれば円筒状パリソンの軸線８１ａ側）に配置した場合は、溶融シート８１の比較的厚みのある部位を型締めすることができるため、溶融シート８１が薄い部位を型締めした場合に比べて、同じ厚みでも比較的低い発泡倍率で（又は、同じ発泡倍率で比較的板厚の大きい）発泡成形体８２を成形することができる。

その後、分割金型７Ａ，７Ｂは型開きされて成形体１及び発泡成形体８２が取り出される。成形体１及び発泡成形体８２がバリ部２０と連設された状態で取り出される場合は、バリ部２０が取り除かれて、成形体１及び発泡成形体８２が取り出される。なお本実施形態では複数の発泡成形体８２が成形される。

取り出された発泡成形体８２は、成形体１をブロー成形する後のサイクル（例えば、一つ後のサイクルや、２つ後のサイクル）において、前述したように圧縮成形部７１５ａにインサート配置されて発泡層４ａ及び圧縮層４ｂを含むフランジ部４の成形に用いることができる。発泡成形体８２は、成形体１の成形に用いる分割金型７Ａ，７Ｂにより作成することができ、また、成形体１を成形する工程において１つのサイクルで作成することができる。従って、別途の装置で作成する等の場合に比べてブロー成形の工法を大きく変えることなく、発泡成形体８２を簡易に作成して、一部のフランジ部４をインサート成形により補強した成形体１を成形することができる。

このように作成された成形体１は、発泡性樹脂材により全体を軽量化しながら、任意のフランジ部４の機械的強度を部分的に補強ことができる。また、フランジ部４の圧縮層４ｂ側においては表面硬度を向上させることができる。

また、インサート部材として成形体１と同材質の発泡性樹脂材を用いることで、成形不良等により成形体１を再利用する場合であっても、発泡層４ａと圧縮層４ｂとを分別することなく回収樹脂材として用いることができる。従って、発泡性樹脂材を回収樹脂材として利用する際に工数の増加を低減して工程を簡易にすることができる。

以上、本発明は本実施形態によって限定されることは無く、種々の形態で実施することができる。例えば、本実施形態の溶融シート８１は、円筒状パリソンについて示したが、パリソンの断面形状は楕円形状に押し出してもよい。

また、溶融シート８１は円筒状パリソンに限らず、板状の溶融シートを用いてもよい。この場合、例えば、分割金型７Ａ，７Ｂ間に２枚の溶融シートを押し出して配置し、溶融シートを分割金型７Ａ，７Ｂ側にそれぞれ賦形させた後に型締めすることで、中空部と、板状部とを連設した成形体１を成形することができる。発泡成形体８２は、溶融シートを分割金型７Ａ，７Ｂに賦形する前に分割金型７Ａ，７Ｂの圧縮成形部７１５ａに配置してもよいし、分割金型７Ａ，７Ｂに賦形した溶融シート８１に対して配置してもよい。

また、本実施形態では、圧縮層４ｂは、気泡が略排除されたソリッド層である例について説明したが、発泡層４ａよりも発泡倍率が低い発泡層として形成してもよい。この場合においても、板状部は、曲げ剛性を含めた機械的強度を向上させることができる。

また、本実施形態の成形体１は、中空部であるダクト部２１と、このダクト部２１に連設されて発泡層４ａ及び圧縮層４ｂを含む板状部であるフランジ部４とを備えるインパネダクトである例について説明したが、中空部を備えない構成としてもよい。例えば、成形体は、中空部の代わりに中実部を備え、この中実部と連設された上記の補強された板状部を含む構成としてもよい。中実部としては、発泡性樹脂材の溶融シート８１を潰して形成した板状発泡部材とすることができる。従って、成形体は、中実部及び補強された板状部を含んで全体が板状の部材となるように構成することができる。この場合であっても、成形体は、補強が必要な任意の部位に発泡層４ａ及び圧縮層４ｂによる板状部を設けて補強することができる。

１成形体２管部
３供給口４フランジ部
４ａ発泡層４ｂ圧縮層
５フランジ部６ブロー成形装置
７金型７Ａ，７Ｂ分割金型
２０バリ部２１～２４ダクト部
２１ａ～２４ａ開口部４１固定用孔
４２基端部４３先端部
６１樹脂供給装置７０型締装置
７１第一成形部７２ピンチオフ部
７３逃げ部７４第二成形部
８１溶融シート８１ａ軸線
８２発泡成形体６１１環状ダイ
７１１～７１４中空成形部７１５圧縮成形部
７１５ａ～７１５ｃ圧縮成形部８１１～８１５部位
Ｔ１厚みＴ２総厚み
ａ～ｃ，ｂ１，ｂ２空気

Claims

発泡性樹脂材により予め発泡成形体を成形する工程と、
前記発泡成形体をインサート配置する工程と、
前記発泡性樹脂材の溶融シートを金型間に配置して型締めし、前記溶融シートによる圧縮層及び前記発泡成形体による発泡層を含む板状部を成形する工程と、
を含み、
前記金型は、前記板状部を成形する第一成形部と、前記発泡成形体を成形する第二成形部とを有し、
前記型締めにおいて、前記板状部と、後のサイクルで前記インサート配置される前記発泡成形体とを成形する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
発泡性樹脂材により予め発泡成形体を成形する工程と、
前記発泡成形体をインサート配置する工程と、
前記発泡性樹脂材の溶融シートを金型間に配置して型締めし、前記溶融シートによる圧縮層及び前記発泡成形体による発泡層を含む板状部を成形する工程と、
を含み、
前記圧縮層は、前記発泡成形体よりも発泡倍率が低く形成されることを特徴とする成形体の製造方法。
前記圧縮層は、前記発泡成形体よりも発泡倍率が低く形成されることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
発泡性樹脂材により予め発泡成形体を成形する工程と、
前記発泡成形体をインサート配置する工程と、
前記発泡性樹脂材の溶融シートを金型間に配置して型締めし、前記溶融シートによる圧縮層及び前記発泡成形体による発泡層を含む板状部を成形する工程と、
を含み、
前記発泡性樹脂材による円筒状パリソンを前記金型間に配置させ、
ブロー成形により、中空部と、前記中空部に連設される前記板状部とを成形する、
ことを特徴とする成形体の製造方法。
前記発泡性樹脂材による円筒状パリソンを前記金型間に配置させ、
ブロー成形により、中空部と、前記中空部に連設される前記板状部とを成形する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の成形体の製造方法。
前記発泡層を含む前記板状部は、前記円筒状パリソンが前記金型と当接する先当たり部よりも肉厚が薄くなる後当たり部側において成形されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の成形体の製造方法。