JPH0698695B2 - 熱可塑性合成樹脂ブロツク用発泡成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は熱可塑性合成樹脂ブロック用発泡成形方法に関
し、更に詳しくは、熱可塑性発泡性樹脂粒子を予備発泡
した予備発泡粒子（以下、予発粒と略称）をブロック金
型に充填し、加熱成形した後、冷却して取り出す発泡成
形方法に関し、更に詳しくは、該成形方法に真空装置を
組み合わせることにより、ブロック成形品の密度分布を
小さくできるばかりでなく、冷却時間を大巾に短縮で
き、成形サイクルを大巾に短縮できる成形方法に関する
ものである。

「従来技術と問題点」 従来の発泡スチロール（以下、EPSと略称）製ブロック
成形技術による成形サイクルは、8kg品と通称される軽
量級のブロック成形品で約30分と長い。この成形品の成
形サイクルの大部分は冷却時間であり、従ってブロック
は冷却時間が他の一般成形品に比較して大巾に長い。例
えば、一般成形品の冷却時間は１〜４分程度である。こ
の冷却時間が一般成形品に比較して長い最大の原因は厚
肉のためである。一般成形品の肉厚は通常10〜50mm程度
であるのに対し、ブロック成形品の肉厚は420〜500mmと
厚肉であり、同時に発泡スチレンはJIS-A9511に表示さ
れている如く、保温材として使用されている通り熱伝導
率が0.034〔kcal/m.H.℃〕と低いために通常の伝導伝熱
だけでは冷却効率が上がらないと考えられる。

次に、ブロックの品質上の問題として、ブロック成形品
の内側と外側の密度分布バラツキがある。通常のブロッ
クの一例を示すと、外形寸法（mm）は1840（縦）×925
（横）×425（厚み）で、厚み方向を20等分割して使用
する場合が多いが、内側と外側の密度分布を調べてみる
と、最中心部が最も軽く、最外部が最も重く、いわばＶ
字型をなしている。最内外部の密度比は約20％ある。こ
の密度分布差の発生原因は、成形操作において、加熱時
には外側は内側より蒸気加熱による熱の影響を受け易
く、このため発泡粒子間の発泡剤が逸散して発泡力が弱
くなること、及び冷却時に、成形品の外側は冷却される
が、内側は厚肉であるために除熱冷却が充分に行われ難
く、発泡圧が高いため、成形体は内部の発泡圧と外側か
らの冷却による収縮現象との連動により、外部は圧縮し
て密度が大となり、内部は膨張して密度が小になると考
えられる。従って、冷却を急激に行わずに徐冷すれば密
度分布のバラツキは小さくなるが、反面冷却時間が延び
て成形時間が長くなるという相反する関係にある。

「問題点を解決するための手段」 本発明者はかかる実情に鑑み、上記問題点を解決するべ
く鋭意研究の結果、本発明を完成させたものである。

即ち、本発明の第１は、固定側金型、移動側金型及び側
面側金型により画成される型窩内に熱可塑性合成樹脂予
備発泡粒子を充填し、加熱して発泡成形した後、冷却し
て成形体を取り出すブロック用発泡成形方法において、
予備発泡粒子を型窩内に充填した後、全金型内の真空排
気を行い、次いで固定側もしくは移動側のいずれか一方
の金型の蒸気室内に蒸気を供給しながら他方の金型の蒸
気室内より真空排気を行い、続いて真空排気を止めて排
出側を大気圧にした状態で一方加熱、逆一方加熱及び側
面加熱を行った後、全面加熱を行い発泡成形し、しかる
後に冷却して成形体を取り出すことを特徴とする熱可塑
性合成樹脂ブロック用発泡成形方法を、 本発明の第２は、固定側金型、移動側金型及び側面側金
型により画成される型窩内に熱可塑性合成樹脂予備発泡
粒子を充填し、加熱して発泡成形した後、冷却して成形
体を取り出すブロック用発泡成形方法において、予備発
泡粒子を型窩内に充填した後、全金型内の真空排気を行
い、次いで固定側もしくは移動側のいずれか一方の金型
の蒸気室内に蒸気を供給しながら他方の金型の蒸気室内
より真空排気を行い、続いて真空排気を止めて排出側を
大気圧にした状態で一方加熱、逆一方加熱及び側面加熱
を行い発泡成形し、次いで全金型蒸気室内の真空排気を
行った後大気圧に戻し、水冷、排水、真空排気冷却を順
次行った後、大気圧に戻す操作を２回以上繰り返し行っ
た後、成形体を取り出すことを特徴とする熱可塑性合成
樹脂ブロック用発泡成形方法をそれぞれ内容とするもの
である。

本発明者は上記した密度分布のバラツキと成形時間の相
反するブロック成形の現象を解決するための方法として
下記の２点を対応可能な手段として検討した。

第１点として、融着を向上させる状況を作り、最小限の
加熱量とする。

第２点として、伝導伝熱冷却以外の冷却法を併用する。

上記の２点が有効に活用できる手段として真空装置及び
自動計測制御装置の採用である。現状でも真空装置や自
動計測制御装置は部分的に使用されているが、ブロック
成形に適した使用法とはいえない。本発明は上記の二つ
の装置を組み合わせて鋭意研究し、完成したものであ
る。

第１図に基づき本発明を詳細に説明する。

ブロック成形は熱可塑性発泡樹脂を予備発泡した粒子、
即ち、予発粒をブロック用金型に充填し、加熱融着、冷
却後取り出すのが一般的な方法である。

成形品を成形するための成形品室（１）は固定側蒸気室
（２）と移動側蒸気室（３）及び側面側蒸気室（４）の
三室に囲まれて構成されている。側面側蒸気室（４）は
成形品室（１）の４周辺を連続的に取り囲んだロの字型
になっている。上記の金型、即ち蒸気室の構成は従来の
ブロック成形と同様である。充填装置に関しては予発粒
を充填する充填器及び貯蔵するホッパーがあるが、図示
していない。又、移動側蒸気室を型開閉する型開閉装置
についても図示していない。

次に充填した予発粒を加熱し、冷却するユーティリティ
装置につき説明する。固定側蒸気室（２）には固定側蒸
気弁（５）、固定側冷却水弁（６）、固定側真空弁
（７）、固定側ドレン弁（８）が設けられ、いずれも自
動的に作動するように構成されている。同時に、移動側
蒸気室（３）には移動側蒸気弁（９）、移動側冷却水弁
（10）、移動側真空弁（11）、移動側ドレン弁（12）が
設けられ、いずれも自動的に作動するように構成されて
いる。また、同様に側面側蒸気室（４）には側面側蒸気
弁（13）、側面側冷却水弁（14）、側面側真空弁（1
5）、側面側ドレン弁（16）が設けられ、いずれも自動
的に作動するように構成されている。

従来のブロック成形機においては、固定側蒸気室（２）
と移動側蒸気室（３）に設けられている蒸気弁及び冷却
水弁は共用で各１個、又、真空弁はいずれの各蒸気室に
も設けられていない。

次に、計測制御装置につき説明する。

各蒸気室の各一方加熱操作において蒸気圧力を検出し、
設定値に到達したら各蒸気に弁の閉作動を発信する接点
付圧力計が、固定側接点付圧力計（17）、移動側接点付
圧力計（20）、及び側面側接点付圧力計（23）にそれぞ
れ設けられている。この接点付圧力計による制御方式は
一般成形には広く使用さているが、従来のブロック成形
機はこの接点付圧力計の代わりにタイマー制御方式が採
用されている。

各蒸気室の蒸気圧力が設定値以上にならないように蒸気
圧力を制御するのが減圧弁で、この蒸気圧力を減圧弁の
スプリング締付け式調節の代わりに空気圧で調節されて
いるのが遠隔操作弁で各蒸気弁の二次側にそれぞれ、固
定側減圧弁（18）、固定側遠隔操作弁（19）、移動側減
圧弁（21）、移動側遠隔操作弁（22）、側面側減圧弁
（24）及び側面側遠隔操作弁（25）として設けられてい
る。遠隔操作弁付蒸気減圧弁の方式は、一般成形には広
く使用されているが、従来のブロック成形に使用されて
いる例は少なく、上記の蒸気弁と同様に固定側と移動側
で共用１個と他に側面側の１個となっている。

金型に充填した予発粒が蒸気加熱による発泡圧力を検出
する面圧計（26）は固定側蒸気室（２）の中心部に設け
られている。この面圧計は蒸気加熱の最終操作である全
面加熱及び加熱直後の真空冷却及び離型取り出しを決定
する発泡圧力を発信し、これを制御装置（27）が受信し
制御信号を発信して加熱及び冷却操作を制御するように
してある。この面圧計制御方式は一般成形には使用され
ておらず、従来のブロック成形においては離型開始用信
号としてのみ使用されている。発泡圧力制御の効果とし
て、例えば8kgのブロックにおいては全面加熱時の発泡
圧力は通常0.8kg/cm²Ｇであるが、0.9kg/cm²Ｇになる
と、約10分冷却時間が延長することが観測されている。
また、加熱直後の真空冷却時には発泡圧力は急激に低下
するが、0.5kg/cm²Ｇ以下になると、成形体の収縮が発
生し、養生しても回復しない。

ブロック成形は予発粒を完全に型締めした金型に充填す
る。充填方法としては、通常の充填器単独使用法もある
が、真空装置を併用して金型内を吸引減圧して充填する
方法が予発粒の充填性を向上させる効果があり、好まし
い。

以下、加熱及び冷却に関する方法について説明する。

操作法は第１表から第３表及び装置については第１図を
基にして各操作ごとに説明していく。

加熱法の第１操作は真空排気である。この操作目的は金
型内の空気を排気することにより加熱用蒸気の金型内の
通過抵抗を少なくして、充填した予発粒の融着性を向上
させることにある。具体的操作は、型密閉後に、固定側
真空弁（７）、移動側真空弁（11）、側面側真空弁（1
5）のみを開にして真空減圧をタイマー（図示せず）設
定で自動制御する。

第２操作は真空加熱である。この操作目的は金型の一方
から蒸気を供給し、他方から真空排気を続行することに
より蒸気室内及び成形品室（１）内の残留空気との蒸気
置換排除を行い、充填した予発粒の融着性を向上させる
ものである。具体的な操作は、例えば固定側蒸気弁
（５）を開にし、移動側真空弁（11）を開にして、タイ
マー設定で自動制御する。

第１操作の真空排気と第２操作の真空加熱法を使用しな
いと、内外部の加熱バランスを保って厚さ約420mmある
予発粒の内部に蒸気を浸透させることは難しい。この方
式による内部融着のウエイトは極めて大きい。

第３の加熱操作は真空排気を伴わない、即ち、真空排気
を止めた状態での一方加熱である。この操作の目的は充
填した予発粒の内部に流通、浸透した蒸気を加圧して加
熱し内部融着させるものである。操作は融着の指標を示
す蒸気圧力の設定で自動制御する。本操作は一般成形に
は広く採用されている技術である。一方、従来のブロッ
ク成形における一方加熱は、第２表に示されている通
り、蒸気は固定側及び移動側蒸気室より同時に供給し
て、側面側室から内部の空気及びドレンを排除する方法
である。この従来法は簡単という利点はあるが、ブロッ
クの最中心部の蒸気流通浸透が少なく、外側と内部との
加熱融着のアンバランスによるいわゆる額縁現象が発生
する。

第４の加熱操作は逆一方加熱である。この操作の目的は
上記の第３の加熱操作の反対側の移動側の表面及び隅角
部の融着を行うものである。本技術も一般成形では広く
使用されているが、従来のブロック成形には使用されて
いない。

第５の加熱操作は側面加熱である。操作目的は上記第３
及び第４の加熱操作の反対で蒸気供給は側面側蒸気弁
（13）により側面側蒸気室（４）から固定側蒸気室
（２）及び移動側蒸気室（３）からドレンを排出させ、
設定は蒸気圧力による自動制御で行う。本加熱法は一般
成形には当然ないが、従来のブロック成形では使用され
ているが、制御はタイマー設定である。

第６の加熱操作は全面加熱である。この加熱操作の目的
は表面融着を行うことにある。従来のブロック成形にお
いても本操作は使用されている。但し、本法における制
御は発泡圧を示す面圧計（26）に対し、従来法はタイマ
ー設定である。面圧計（26）の方が予発粒の揮発分変動
や全面加熱以前の加熱状況変化を吸収し対応できる有力
な方法である。

第７の加熱操作は補助加熱である。この加熱操作の目的
は加熱不足の各金型面の再加熱を行うもので、省略する
こともできる。制御はタイマー設定である。一般成形で
は広く使用されている操作である。

第８の加熱操作は保熱である。この加熱操作の目的は、
蒸気供給は行わず各ドレン弁を閉にした状態で放置する
もので融着促進を図ることにある。同時に本法において
は、次の冷却工程の第１操作で真空減圧を行うので、圧
力の高い蒸気が残留している状態で冷却工程を開始する
のは望ましくないので、蒸気室内の圧力低下まで放置す
る。制御はタイマー設定である。

冷却法の第１操作は真空排気である。この操作目的は成
形体内部の残留蒸気やドレン及び揮発分を真空吸引除去
するもので、しかも水冷前に行うのが特徴である。この
理由は、水冷を行うと成形品の表面に膜状のスキン層が
成形体内部の膨張圧力と表面の冷却収縮により形成し、
これが成形体内部の残留蒸気ドレンの真空吸引の障害と
なっているからである。

第２操作は大気圧に戻した状態での水冷である。この操
作目的は金型温度を冷却水により冷却させて、ブロック
成形体の発泡圧力を低下させることである。発泡成形に
おいて一般的に使用されている方法である。制御はタイ
マー設定である。

第３操作は排水である。この目的は金型内に残留してい
る冷却水を排出させる。過剰の金型内残留冷却水は次に
行う真空冷却の冷却効率を低下させることになるので、
充分にいわゆる水切りを行う。又、上記第２操作と同じ
く、金型内が大気圧になるまで、上記第１操作で行った
成形体内部の減圧が大気圧に回復し、成形体の収縮防止
に効果がある。真空冷却を連続して行うと、成形体が収
縮するので、継続的に行うのが本法の特徴である。制御
はタイマー設定で行う。

第４操作は真空排気冷却である。この操作目的は金型に
付着している残留冷却水による金型の温度低下と成形体
内部の残留蒸気の吸引除去により発泡圧を低下させるも
のである。この制御はタイマー設定で行う。真空排気冷
却を行った後大気圧に戻す。上記水冷、排水、真空排気
冷却及び大気圧に戻す操作は２回以上繰り返すのが好ま
しく、場合によっては３回以上行うことがある。この場
合は発泡倍率が低くて発泡圧の低下速度が遅いときに使
用される。

第５操作は発泡圧が設定値の近くから設定値に到達する
迄放置し、離型操作によりブロック成形体を取り出すも
のである。制御は面圧計設定により行われる。

「作用・効果」 以上説明した通り、ブロック成形に真空加熱と真空冷却
を適用し、更にはこれに自動計測制御を組み込んで、上
記の如く加熱、冷却操作を行うことにより、冷却時間の
短縮化が図れると共に、成形体の密度分布バラツキを減
少させることができる。又、成形体の含水率も少ないの
で、従来は乾燥しないとニクロム切断できなかったが、
本発明法による場合は成形直後でも切断できる。叙上の
通り、本発明は成形サイクルの短縮化、製品品質の向
上、成形後の加工サイクルの短縮化に加え、省エネルギ
ーにも奉仕するもので、その産業上の意義は大である。

「実施例」 以下、実施例、比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらにより何ら制限されることはな
い。

実施例１〜３、比較例 下記の条件でポリスチレンビーズを用いてブロックを成
形した。成形サイクルと得られたブロック成形体の密度
バラツキを第３表に示す。

1.原料及び予備発泡条件 １）原料；鐘淵化学工業（株）製のEPS商品名;NSKM ２）予備発泡機；加圧バッチ式予発機 （大開工業（株）製BHP1300S−Ａ） ３）発泡倍率;85倍 2.成形条件 １）成形機；東洋機械金属（株）製 PS-184 ２）金型寸法（mm）;1845×930×426

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に用いられる装置の一例を示す概
要図である。 １……成形品室、２……固定側蒸気室 ３……移動側蒸気室、４……側面側蒸気室 ５……固定側蒸気弁、６……固定側冷却水弁 ７……固定側真空弁、８……固定側ドレン弁 ９……移動側蒸気弁、10……移動側冷却水弁 11……移動側真空弁、12……移動側ドレン弁 13……側面側蒸気弁、14……側面側冷却水弁 15……側面側真空弁、16……側面側ドレン弁 17……固定側接点付圧力計、18……固定側減圧弁 19……固定側遠隔操作弁、20……移動側接点付圧力計 21……移動側減圧弁、22……移動側遠隔操作弁 23……側面側接点付圧力計、24……側面側減圧弁 25……側面側遠隔操作弁、26……面圧計 27……制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定側金型、移動側金型及び側面側金型に
   より画成される型窩内に熱可塑性合成樹脂予備発泡粒子
   を充填し、加熱して発泡成形した後、冷却して成形体を
   取り出すブロック用発泡成形方法において、予備発泡粒
   子を型窩内に充填した後、全金型内の真空排気を行い、
   次いで固定側もしくは移動側のいずれか一方の金型の蒸
   気室内に蒸気を供給しながら他方の金型の蒸気室内より
   真空排気を行い、続いて真空排気を止めて排出側を大気
   圧にした状態で一方加熱、逆一方加熱及び側面加熱を行
   った後、全面加熱を行い発泡成形し、しかる後に冷却し
   て成形体を取り出すことを特徴とする熱可塑性合成樹脂
   ブロック用発泡成形方法。
2. 【請求項２】一方加熱、逆一方加熱及び側面加熱におい
   て、各蒸気室の蒸気圧力の設定値制御を行い、全面加熱
   では樹脂の発泡圧力の設定値制御を行う特許請求の範囲
   第１項記載の成形方法。
3. 【請求項３】固定側金型、移動側金型及び側面側金型に
   より画成される型窩内に熱可塑性合成樹脂予備発泡粒子
   を充填し、加熱して発泡成形した後、冷却して成形体を
   取り出すブロック用発泡成形方法において、予備発泡粒
   子を型窩内に充填した後、全金型内の真空排気を行い、
   次いで固定側もしくは移動側のいずれか一方の金型の蒸
   気室内に蒸気を供給しながら他方の金型の蒸気室内より
   真空排気を行い、続いて真空排気を止めて排出側を大気
   圧にした状態で一方加熱、逆一方加熱及び側面加熱を行
   い発泡成形し、次いで全金型蒸気室内の真空排気を行っ
   た後大気圧に戻し、水冷、排水、真空排気冷却を順次行
   った後、大気圧に戻す操作を２回以上繰り返し行った
   後、成形体を取り出すことを特徴とする熱可塑性合成樹
   脂ブロック用発泡成形方法。
4. 【請求項４】一方加熱、逆一方加熱及び側面加熱におい
   て、各蒸気室の蒸気圧力の設定値制御を行い、全面加熱
   及び／又は全面加熱後の真空冷却では樹脂の発泡圧力の
   設定値制御を行う特許請求の範囲第３項記載の成形方
   法。