JP2001232656A - 少なくとも１個の空隙を有する成形体の射出成形方法、及びこれを行うための装置 - Google Patents

少なくとも１個の空隙を有する成形体の射出成形方法、及びこれを行うための装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な窒素を必要とせず、冷却効果が高く、
得られる成形体の品質に悪影響を及ぼすことのない射出
成形方法およびこのための装置を得る。 【解決手段】 プラスチック溶融体によるキャビティ
（５）の充填を、キャビティにプラスチック溶融体を完
全に充填せずにより行い、溶融体状のプラスチック材料
に熱容量の大きな流体を噴射してキャビティ（５）の表
面を完全に被覆することを特徴とする方法熱可塑性プラ
スチック材料から少なくとも１個の空隙（１）を有する
成形体（２）を射出成形する方法、およびこの方法を行
うために用いられる、成形体（２）の空隙（１）に存在
する流体の除去手段（１３）を有し、この流体として熱
容量の大きな流体を用いることを特徴とする装置を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、 ａ）射出成形金型のキャビティの溶融体流動経路に沿っ
て、噴射装置から熱可塑性プラスチック材料を溶融体状
で噴射し、 ｂ）未だ溶融体状のプラスチック材料に流体を噴射し、
これによりキャビティ壁部にプラスチック材料を押付
け、 ｃ）このプラスチック材料を、自己保持性の成形体が形
成されるまで冷却し、 ｄ）射出成形金型のキャビティから成形体を離型する、 各工程を含む、熱可塑性プラスチック材料から少なくと
も１個の空隙を有する成形体を射出成形する方法に関す
る。
【０００２】更に、本発明は熱可塑性プラスチック材料
から少なくとも１個の空隙を有する成形体を射出成形す
る装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】熱可塑性樹脂から成形体を製造する方法
がガス内圧法として公知であり、広く使用されている。
この様な方法は例えば米国特許第４１０１６１７号明細
書により公知である。この方法では、溶融体状のプラス
チック溶融体に、加圧流体を導入する。これにより、溶
融体内部に施された圧力が溶融体を射出成形金型のキャ
ビティ壁部に押しつける。冷却による容量収縮により生
ずる「ひけ」が減少するものである。
【０００４】加圧下に溶融体に注入される流体として、
一般には窒素ガスが使用される。このように不活性ガス
を用いることにより、加熱した溶融体において化学反応
が生じないという利点が得られるが、製造段階での窒素
ガスが高価につくという欠点を有する。更に、この射出
成形装置では、容器から窒素ガスを供給するか、または
分子フィルターを用い、ガスを現場で−大量のガスを供
給して−製造するかのいずれかを行わなければならな
い。
【０００５】製造工程の経済性に関する要求が高まるに
従って、得られる成形体をできる限り高品質とすると共
に、更に射出成形サイクルを短時間化することが要求さ
れている。サイクルを短時間化するために、種々の装置
が用いられている。
【０００６】ヨーロッパ特許第０４００３０８Ｂ１号公
報には、溶融体へのガス注入の後、ガスを、噴射部材か
ら離れた位置で再度抜き出し、次いで得られた空隙を通
してガスを循環させる方法が開示されている。このガス
循環においては、冷却装置が不可欠である。これによ
り、閉鎖された循環路に冷却ガスが給送されるため、溶
融体の冷却処理がより迅速に行われる。
【０００７】ドイツ特許出願公開第４２１９９１５Ａ１
号では、溶融体への噴射に冷却ガスが用いられる。この
場合には、特に使用するガスが−１６０℃まで冷却され
る。この方法では、プラスチック材料をなるべく早く冷
却する必要があり、射出成形金型への溶融体の噴射から
離型までの時間が短縮される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】公知方法では、依然と
して、高価な窒素が必要であるばかりではなく、ガスの
熱容量が小さいことにより、いかなる措置を講じても冷
却効果が低いままであるという不都合を有する。更に、
これとは別に、溶融体とガスとの著しい粘度差により成
形体表面の所々にフローマークが生じ、これが得られる
成形体の品質に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その課題は、上述の不都合点を有さず、更に発展
した射出成形方法を提供することにある。この方法およ
びこれを行うための装置では、高価な窒素が必要とされ
ない。また、冷却時間の短縮を行い、これにより射出成
形工程が顕著に短縮された方法および装置を得るもので
ある。更に、本発明では射出成形金型で可能な限り均一
な溶融体の流動経路が確保されるため、切り替えマーク
（Umschaltmarkierungen）が大幅に減少される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、上述の工程ａ）により、プラスチック溶
融体によるキャビティ（５）の充填を、キャビティにプ
ラスチック溶融体を完全に充填せず、好ましくはキャビ
ティ容量に対して最大８０％まで充填することにより行
い、前記工程ｂ）において、未だ溶融体状のプラスチッ
ク材料に噴射される流体として、熱容量の大きな流体を
使用し、溶融状態のプラスチック材料にまず流体を噴射
することにより、キャビティ（５）の表面を完全に被覆
することを特徴とする方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の中心的思想は、溶融体に
噴射される流体として、熱容量の大きな流体を使用し、
これがキャビティの部分的充填と関連して、主にプラス
チック材料の使用が効率化を計ることである。キャビテ
ィの溶融体による部分的充填と、熱容量の大きな流体の
使用とを組み合わせることにより、冷却工程が迅速化さ
れるため、射出成形サイクルのサイクル時間が顕著に短
縮される。しかるに、上記特徴を有する本発明の方法に
よれば、ガス内圧法により発生、観察されるフローマー
クをほとんど有さないという効果が得られる。これは、
流体状の溶融体粘度が、噴射される大熱容量の流体の粘
度に匹敵することに起因する。
【００１２】第一の実施の形態では、上記製造工程ｂ）
の間に、未だ溶融体状のプラスチック材料の一部を、キ
ャビティ（５）から、離型可能な副キャビティ（８）中
に排除する。プラスチック材料の、キャビティ（５）か
ら副キャビティ（８）への流動は、予めなされた時間的
設定により開閉する弁部材（９）により制御されるのが
好ましい。これにより、主キャビティから副キャビティ
までの溶融体のオーバーフローに適切な影響が与えられ
る。
【００１３】この流体は、溶融体流動経路（４）に沿っ
て、軸部（１１）を経て、キャビティ（５）内に噴射さ
れるか、または噴射ノズル（１０）により直接キャビテ
ィ（５）に噴射される。
【００１４】後者の場合には、工程ｂ）の間に、キャビ
ティ（５）内に存在するプラスチック材料の一部を、噴
射流体によりキャビティ（５）から噴射装置（３）の方
向に取り出せることが有効である。
【００１５】熱可塑性プラスチック溶融体をキャビティ
（５）に噴射する前に、ガスを導入して周囲の圧力より
も高い圧力をもたらすと、溶融体の流動状態を更に向上
させること、または流動状態を制御することができる。
この場合、ガス圧を上記工程ｂ）の間に徐々に低下させ
ることが可能である。ガス圧の低下は、流体の噴射圧の
上昇などに依存して制御または調整される。
【００１６】本発明の方法における他の実施の形態で
は、流体の噴射の後、及びプラスチックの冷却の前また
は間に、流体によりプラスチックに形成された空隙
（１）に更に加圧ガスを導入する。
【００１７】特に好ましい形態として、未だ溶融体状の
プラスチック材料中に噴射する以前の流体の温度調整を
行う。この場合、特に、流体を所定温度に冷却すること
が一般的である。この場合０℃から２０℃、好ましくは
４℃から１５℃の温度範囲とすることが特に好ましい。
更に、例えば衝撃性冷却により悪影響を受ける材料の場
合には、この流体を所定温度範囲に暖めることも必要で
ある。この様な場合、温度範囲を２０℃〜１５０℃、特
に４０℃〜１００℃とすることが極めて好ましい。
【００１８】本発明において、噴射後の流体（望ましく
は射出成形装置中にあるもの）を除去することも重要で
ある。これについて、本発明における種々の可能性を示
す。
【００１９】第一の例として、放冷後、かつ離型前に以
下の処理工程を設けてもよい。
【００２０】ｃ'）加圧ガス、好ましくは加圧空気を、
流体がプラスチック材料に噴射される通路に沿って押込
み、流体を成形体（２）の空隙（１）から、少なくとも
一カ所の放出部位（１２）で放出する。この放出部位
（１２）は流体の導入部位から離れた位置に設ける。
【００２１】放出部位（１２）は、プラスチック材料の
溶融体流動経路の範囲内に配置されているのが好まし
い。
【００２２】他の例では、所定時点に、以下の処理工程
を設けてもよい。ｃ”）加圧ガス、好ましくは加圧空気
を、流体をプラスチック材料に対して噴射する位置から
離れたガス導入部位で押込み、流体をプラスチック材料
に対して噴射する位置で、成形体（２）の空隙（１）か
ら放出する。
【００２３】空隙から流体を放出する以外に、流体を吸
引することも可能である。この場合、以下の処理工程を
設ける。
【００２４】ｃ”’）空隙（１）に存在する流体を空隙
（１）から吸引するために、流動的に、流体で充填され
た空隙（１）と結合する位置で減圧を行う。
【００２５】これにより、流体噴射ノズル（１０）が減
圧されるという利点が得られる。
【００２６】溶融体および流体の噴出の間、並びに材料
の硬化の間の、媒体圧力を制御または調整することによ
り、成形体形成工程に好ましい影響が与えられる。従っ
て、上記工程ｂ）および／またはｃ）の間に、プラスチ
ック溶融体中にもたらされた流体に上述の時間分布によ
り調整または制御された圧力付加が行われる利点が得ら
れる。圧力分布はパルス状の上昇勾配または下降勾配を
有する過程により調整または制御される。この場合、設
定された所定の圧力値に対して、好ましくはサイン（正
弦）状に圧力が推移することが特に好ましい。第一の時
間相の圧力を、第一の（好ましくは一定の）圧力水準
に、この後の第二の時間相における圧力を、第二の（好
ましくは一定の）圧力水準に調整または制御し、この第
一の圧力水準を第二の圧力水準よりも低くするように設
定することも可能である。
【００２７】熱容量の大きな流体としては、水または油
が重要である。
【００２８】上述の本発明の方法を行うための射出成形
装置は、噴射装置（３）、溶融体状プラスチック材料を
キャビティ（５）に導入する際に用いられる溶融体流動
経路（４）を備えたキャビティ（５）を有する射出成形
金型（６）、および流体噴射手段（１０）、を有する。
【００２９】本発明による装置は、成形体（２）の空隙
（１）に存在する流体の除去手段（１３）、好ましくは
吸引手段を有し、この流体が熱容量の大きな流体である
という特徴を有する。
【００３０】この手段（１３）は流体を空隙（１）から
放出するために用いられるノズルであるのが好ましい。
或いは、この手段が減圧状態を得るための装置であり、
流体噴出手段（１０）に連結されていてもよい。
【００３１】この装置が噴射素子（１４）を有する場
合、射出成形金型（６）のキャビティ（５）中に流体
（Ｗ）またはガス（Ｇ）のいずれも吹き込み可能である
という装置技術における利点を生ずる。この噴射素子
は、使用媒体を他の種類の媒体とする、切り替え可能性
も有するものである。
【００３２】図面により、本発明の実施の形態を説明す
る。
【００３３】図１に、噴射装置３を具備する射出成形装
置を示す。この装置により、慣用の方法でプラスチック
溶融体を得、射出成形金型６に噴出するものである。金
型６はキャビティ壁部７を具備するキャビティ５を有す
るものである。これにより、プラスチック溶融体は溶融
体流動経路４に沿って、噴射装置３から金型６に噴出さ
れる。
【００３４】従って、製造される成形体２は空隙１を有
するため、得られた成形体は軽く材料の使用量も少量と
され、更にキャビティ５での溶融体の冷却の間に、部材
をキャビティ壁部に押しつけることが可能である。この
ため、得られた成形体２は、非常に優れた表面品質を有
する。
【００３５】キャビティ５への溶融体の噴射の間および
／または流体の導入の間に、溶融体の一部がオーバーフ
ローキャビティ８に溢れ出る。この溢出は、弁部材9に
より制御または調整される。
【００３６】流体の噴出は、噴射ノズル１０により行わ
れる。流体は図示されているように、溶融体流動経路４
に沿ってキャビティ５の方向に拡散する。
【００３７】本発明における流体としては、熱容量の大
きな流体が使用される。これによりサイクル時間を顕著
に短縮することが可能であり、流体がプラスチック溶融
体から大量の熱を奪うことが可能となる。従ってプラス
チック溶融体は短時間に硬化し、このため離型工程を、
公知方法の場合に比較して早期に行うことできる。
【００３８】流体の噴射前にキャビティ５を、まず部分
的に、好ましくは容量の８０％以下充填する。次いで流
体、好ましくは水を噴射する。流体の温度調節、特に４
℃〜１５℃の間に冷却することにより、プラスチック溶
融体が非常に迅速に硬化可能とされる。この場合、自己
保持性が得られるまでプラスチック材料が冷却される。
【００３９】図１に、軸部１１における溶融体流動経路
４に沿った流体の導入の様子が描かれている。射出成形
金型の範囲の詳細な形態については、図２および３おい
て記載する。
【００４０】図２に示されるように、溶融体Ｓはキャビ
ティ５の軸部１１に放出される。この溶融体は、既に上
述したように、主キャビティ５から副キャビティ８への
流動経路を、オーバーフローを調節する弁部材９を介し
て流れる。少なくとも部分的に硬化した後、空隙１に充
填されている流体を再度除去しなければならない。この
ため、流体１０用の噴射ノズルに加圧空気を導入する。
【００４１】図２に記載されているように、溶融体中に
流体が導入されると、空隙１はキャビティ５上を副キャ
ビティに向かって伸長する。オーバーフローキャビティ
８の範囲、すなわち流体放出部位１２に放出ノズル１３
を配置する。ノズル１０による加圧空気噴射により、空
隙から全流体を再度放出することが可能である。流体は
放出ノズル１３から放出される。この場合、補助的方法
として、放出ノズル１３を減圧してもよい。
【００４２】オーバーフローを行わない場合にも、図３
に記載されているように流体の放出を行うことが可能で
ある。
【００４３】図４に、噴射素子１４を用い、これにより
流体（水）Ｗまたは加圧空気（ガス）Ｇのいずれかが噴
射される場合の、装置において特に好ましい実施の形態
を示す。図４では流体と気体用の噴射ノズル１０が、金
型キャビティ内の噴射装置３の溶融体流動経路４の範囲
まで延びている。もちろん、液体および気体用の噴射素
子１４を、対応のノズルから液体またはガスが金型のキ
ャビティに直接噴射されるように組み合わせて配置して
もよい。
【００４４】上述の方法を慣用の射出成型方法に用いる
ことも有効である。例えば、複数のプラスチック成分か
ら成る成形体を射出成形により得る場合（２-Ｋ-法）に
もこの方法を好ましく用いることができる。
【００４５】更に、例えば、流体を金型の二カ所で噴射
し、二媒体の放出を行い、圧力制御によりこれらを相互
に融合させることも可能である。この技術自体は公知の
ものである。
【００４６】また、多数の部分から成るキャビティに流
体を給送する分配用ノズルで流体の導入を行うことも可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出成形装置の略断面図である。
【図２】副キャビティを有する射出成形金型の略断面図
である。
【図３】副キャビティを有さない、図２と同様の射出成
形金型の略断面図である。
【図４】溶融体および流体の噴射範囲の断面図である。
【符号の説明】
１ 空隙 ２ 成形体 ３ 噴射装置 ４ 溶融体流動経路 ５ キャビティ ６ 射出成形金型 ７ キャビティ壁部 ８ 副キャビティ ９ 弁部材 １０ 流体噴射ノズル １１ 軸部 １２ 流体放出部位 １３ 放出ノズル １４ 噴射素子 Ｓ 溶融体 Ｗ 流体（水） Ｆ 気体（ガス）

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）射出成形金型（６）のキャビティ
    （５）の溶融体流動経路（４）に沿って、噴射装置
    （３）から熱可塑性プラスチック材料を噴射し、ｂ）未
    だ溶融体状のプラスチック材料に流体を噴射し、これに
    よりキャビティ （５）の壁部（７）にプラスチック材料を押付け、 ｃ）このプラスチック材料を、自己保持性の成形体が形
    成されるまで冷却し、 ｄ）射出成形金型（６）のキャビティ（５）から成形体
    （２）を離型する各工程を含む、熱可塑性プラスチック
    材料から少なくとも１個の空隙（１）を有する成形体
    （２）を射出成形する方法において、 前記工程ａ）におけるプラスチック溶融体によるキャビ
    ティ（５）の充填を、キャビティにプラスチック溶融体
    を完全に充填せず、好ましくはキャビティ容量に対して
    最大８０％まで充填することにより行い、 前記工程ｂ）において、未だ溶融体状のプラスチック材
    料に噴射される流体として、熱容量の大きな流体を使用
    し、 溶融状態のプラスチック材料にまず流体を噴射すること
    により、キャビティ（５）の表面を完全に被覆すること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の上記製造工程ｂ）の間
    に、未だ溶融体状のプラスチック材料の一部を、キャビ
    ティ（５）から、離型可能な副キャビティ（８）中に排
    除することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 プラスチック材料の、キャビティ（５）
    から副キャビティ（８）への流動が、時間的設定に従っ
    て開閉する弁部材（９）により制御されることを特徴と
    する請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 流体が、溶融体流動経路（４）に沿っ
    て、軸部（１１）を経て、キャビティ（５）内に噴射さ
    れることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 流体を噴射ノズル（１０）からキャビテ
    ィ（５）に直接噴射することを特徴とする請求項１〜３
    のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の工程ｂ）の間に、キャ
    ビティ（５）内に存在するプラスチック材料の一部を、
    噴射流体によりキャビティ（５）から噴射装置（３）の
    方向に取り出すことを特徴とする請求項５に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の工程ａ）における熱可
    塑性プラスチック溶融体のキャビティ（５）への噴射前
    に、ガスを導入して周囲の圧力よりも高い圧力をもたら
    すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の工程ｂ）におけるガス
    圧を除々に低下させることを特徴とする請求項７に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 ガス圧の低下を、請求項１に記載の工程
    ｂ）の間の流体噴射圧の上昇に依存して制御または調整
    することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の工程ｂ）の後かつ工
    程ｃ）の前に、更なる加圧ガスを、流体により形成され
    た空隙（１）に導入することを特徴とする請求項１〜９
    のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載の工程ａ）の後に、未
    だ溶融状態のプラスチック材料に対する噴射前の流体の
    温度制御を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいず
    れかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 流体を所定温度範囲に冷却することを
    特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 所定温度範囲が０℃から２０℃、好ま
    しくは４℃から１５℃の範囲である請求項１２に記載の
    方法。
  14. 【請求項１４】 所定温度範囲が２０℃から１５０℃、
    好ましくは４０℃から１００℃の範囲である請求項１２
    に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 以下の工程ｃ’）、すなわち ｃ'）加圧ガス、好ましくは加圧空気を、流体がプラス
    チック材料に噴射される通路に沿って押込み、流体を成
    形体（２）の空隙（１）から少なくとも一カ所の放出部
    位（１２）で放出し、放出部位（１２）が流体の導入部
    位から離れた位置に設けられていることを特徴とする工
    程、を請求項1に記載の工程ｃ）の後で、かつ工程ｄ）
    の前に行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか
    に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 放出部位（１２）が、プラスチック材
    料の溶融体流動経路内に配置されていることを特徴とす
    る請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 以下の工程ｃ”）、すなわち ｃ”）加圧ガス、好ましくは加圧空気を、流体をプラス
    チック材料に対して噴射する位置から離れたガス導入部
    位で押込み、流体をプラスチック材料に対して噴射する
    位置により、成形体（２）の空隙（１）から流体を放出
    する工程、 を請求項1に記載の工程ｃ）の後で、かつ工程ｄ）の前
    に行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 以下の工程ｃ”’）、すなわち ｃ”’）空隙（１）に存在する流体を空隙（１）から吸
    引するために、流動的に、流体で充填された空隙（１）
    と結合する位置で減圧を行う工程、 を請求項1に記載の工程ｃ）の後で、かつ工程ｄ）の前
    に行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】 流体噴射ノズル（１０）が減圧されて
    いることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 所定時間分布により調整または制御す
    ることにより、プラスチック溶融体に対して導入した液
    体を、請求項１に記載の工程ｂ）および／またはｃ）の
    間に加圧することを特徴とする請求項１〜１９のいずれ
    かに記載の方法。
  21. 【請求項２１】 圧力をパルス状の上昇勾配または下降
    勾配を有して分布するように調整または制御することを
    特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 設定された所定の圧力値に対して、好
    ましくはサイン（正弦）状に圧力が推移することを特徴
    とする請求湖２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 第一の時間相における圧力を、第一
    の、好ましくは一定の水準に、この後の第二の時間相に
    おける圧力を、第二の、好ましくは一定の水準に調整ま
    たは制御し、第一の圧力水準が第二の圧力水準よりも低
    いことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 流体として水を使用することを特徴と
    する請求項１〜２３のいずれかに記載の方法。
  25. 【請求項２５】 流体として油を使用することを特徴と
    する請求項１〜２３のいずれかに記載の方法。
  26. 【請求項２６】 噴射装置（３）、溶融体状プラスチッ
    ク材料をキャビティ（５）に導入する際に用いられる溶
    融体流動経路（４）を備えたキャビティ（５）を有する
    射出成形金型（６）、および流体噴射手段（１０）、を
    有する請求項１〜２４のいずれかに記載の方法を行うた
    めに使用される、熱可塑性プラスチック材料から少なく
    とも1個の空隙（１）を有する成形体（２）を射出成形
    する装置であって、 成形体（２）の空隙（１）に存在する流体の除去手段
    （１３）、好ましくは吸引手段を有し、この流体が熱容
    量の大きな流体であることを特徴とする装置。
  27. 【請求項２７】 流体除去手段（１３）が、流体を空隙
    （１）から放出するために用いられるノズルであること
    を特徴とする請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 流体除去手段（１３）が減圧状態を得
    るための装置であり、流体噴出手段（１０）に連結され
    ていることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 噴射素子（１４）を有し、これにより
    射出成形金型（６）のキャビティ（５）中に流体（Ｗ）
    または気体（Ｇ）のいずれも吹き込み可能であることを
    特徴とする請求項２６〜２８のいずれかに記載の装置。
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