JP2005059252A - 高速射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエルドラインを発生することなく、高速で射出できる高速射出成型方法を提供すること。
【解決手段】固定型２にはスプール２１、複数のランナー２２、ランナー２２の先端に配置されるゲート２３を形成し、可動型には、キャビティＣの内側付近に４箇所のガス回収溝３１を形成している。型締めする際、固定型２と可動型との間のパーティングラインに、溶融樹脂材を通過させずにガスだけを排気させる程度の微小隙間を形成して軽い形締めで射出成型を行う。この際、溶融樹脂材料はキャビティＣの容積とほぼ同一の量を計量してキャビティＣ内に充填するとともに、射出速度を２〜３ｋｇの射出量に対して１．５〜３秒で射出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に自動車のファン等の大型の部品を成形するとともに射出速度を高速で行える高速射出成形方法に関する。

周知のように、射出成形は、加熱シリンダ内で溶融された溶融樹脂材を射出プランジャで押し出すことによって、ノズル・ランナー・ゲートを通って金型内のキャビティに充填され、金型内で冷却固化されて、所定の形状に形成するように成形される。この際、１型で１部品あるいは１セットの部品を成形する場合、通常、体積変化を考慮してキャビティの全容積より溶融樹脂材の充填量がプラスアルファ分多くなるように計量して充填するとともに、多点ゲートによって溶融樹脂材がキャビティ内で合流する部位においてウエルドラインを発生しやすくウエルドラインを発生することによって強度不足を起こすことから、予め、肉厚を設計上の厚みより厚くした状態で成形することとなっていた。

溶融樹脂材をキャビティの容積より多く充填することによって、射出プランジャで押し出す溶融樹脂材は、その圧力によってゲートに逆流する虞れがある。溶融樹脂材がゲートに流れることによって成形された成形品にバリが発生することになるから、型締めの際、強固な型締め力で固定型と可動型を閉合するようにしている。そのため、射出した後の型内には、キャビティ内に残されたガスの排気が困難な状態になり、ガスの排気速度に合わせるために射出速度を遅くしてガスを徐々に排気させることとなっていた。例えば、従来の場合の射出速度は、２〜３ｋｇの成型部品を成型する際、１５〜２０秒程度で設定されていた。

しかし、射出速度を遅くすることは、冷却する部位が、早く冷却する部位と遅く冷却する部位とに分かれてそれぞれバラツキを生じることとなったり、またキャビティ内に溶融樹脂材が行きわたらなくなったりする虞れがあり、成形不良の要因となることがあった。従って、射出速度を早めるために、従来から、型内のガスを排気するためのガス抜き構造が、各種提案されていた。

例えば、特許文献１によれば、図１３に示すように、１型で複数の小物部品を成形する際に、固定型６２と可動型６３との合わせ面、つまりパーティングラインＰＬから、例えば固定型６２に凹部６２１を形成して圧受け板６４を挿入し、圧受け板６４と凹部６２１との間に微小厚みのライナー板６５を介在させている。これによって、キャビティＣ２の周りの連接部位にライナー板６５と同一厚みの微小隙間Ｓを形成することとなって、この微小隙間Ｓが溶融樹脂を通過させずにガスを通過させる大きさに形成することから、この微小隙間Ｓからガスが排気されることとなっていた。

また、特許文献２によれば、図１４に示すように、型締めの際、固定型７２に対して可動型７３を軽く押し付けた状態（ａ）で、金型７１内に溶融樹脂を１成形サイクルの全射出量に満たない所定量だけ射出・充填し（ｂ）、その後、固定型７２と可動型７３との間、つまりパーティングラインＰＬからガス抜きを行い（ｃ）、次に、金型７１内への充填樹脂量が１成形サイクルの全射出量となるように、金型７１内に溶融樹脂を所定量だけ射出・充填してから所定の型締め力で最終型締めを行うようにしている（ｄ）。これによって型締めの際にガス抜き工程を含めることから、均一な成形を行うことができることとなっていた。
特開平１０−１５６８９５号公報（３〜５頁、図３参照） 特開平９−２７７３３４号公報（２〜３頁、図１〜２参照）

上記の特許文献１に示される構成は、例えば、成形品が小型である場合には、微小隙間Ｓを設けることによってガスを有効に抜くことができて極めて有利に働くものの、成形品が１型で１部品あるいは１セット部品で成型するものであれば、例えば自動車のファンとして形成する大型の部品であれば、型締めの際にガスを充分に抜くことができない。

また、大型の部品を、例えばＡＢＳ材で溶融して射出する場合、厚みの段差が大きかったり形状が複雑であったりすれば、キャビティ内を回る溶融樹脂材の流れは悪くなるから、通常、多点ゲートを形成して多方面から射出できるように構成されていた。しかし、多点ゲートにすることは、各ゲートから射出される速度に差異が生じて冷却速度がそれぞれ異なることから、合流する位置において接合部が相溶して一体化できずウエルドラインとして発生する虞れがあった。このために、他点ゲートで行うためには、射出速度を遅くせざるを得ないこととなっていた。

また、特許文献２の場合では、型締め作業においてガス抜きを行うことから、型費をコストアップとならずに行えるものの、型締めを２回で行うことととなり、しかも溶融樹脂材の射出量をそれぞれの段階で異なる量で行うことから操作を複雑化させることとなって、操作管理を複雑化させるためにトータルコストは高くなっていた。

本発明は、上述の課題を解決するために、大型の部品を成形する際に、ウエルドラインを発生させることなく高速で射出できる高速射出成形方法を提供することを目的とするものであり、本発明に係る高速射出成形方法は、請求項１に示すように、固定型と可動型とを有し、前記固定型と前記可動型との間にキャビティが形成され、溶融樹脂材がゲートから前記キャビティ内に射出する方法であって、
型を閉合する際、パーティングラインが、前記溶融樹脂材が通らずにガスが通る程度の微小隙間を有して型締めするとともに、前記溶融樹脂材の射出量が、前記キャビティの容量と略同一であることを特徴とするものである。

さらに、請求項２記載の発明では、固定型と可動型とを有し、前記固定型と前記可動型との間にキャビティが形成され、溶融樹脂材がゲートから前記キャビティ内に射出する方法であって、
型を閉合する際、パーティングラインが、前記溶融樹脂材が通らずにガスが通る程度の微小隙間を有して型締めするとともに、前記溶融樹脂材の射出量が、キャビティの容量と略同一であり、かつ、溶融樹脂材の射出速度が、射出量２〜３ｋｇに対して１．５〜３秒程度で設定されることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の発明では、前記可動型又は前記固定型には、パーティングラインから凹状に形成されるガス回収溝が形成されていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、型締めを軽めに設定することによってガス抜きを行えるようにする方法である。つまり、加熱シリンダ内に溶融樹脂材が充填して射出シリンダで押し出すと同時に可動型が固定型に向かって移動すると、溶融樹脂材は、ランナーからゲートを通ってキャビティ内に充填される。この際、射出シリンダの圧力で移行された溶融樹脂材はキャビティ内の全域にわたって行きわたることとなるが、キャビティ内に残されているガスは、軽く型締めされたパーティングラインの微小隙間から外部に排気される。

軽い型締めは、溶融樹脂材が通らずにガスが通る程度の微小隙間を有していることから、ガスはパーティングラインの微小隙間から外部に排気されることとなる。しかも、溶融樹脂材を予めキャビティの容積と略同一となるように計量して充填させれば、型締めの際、射出圧力を高くしても充填された溶融樹脂材は内部圧力を高くすることがないことから、ゲートに逆戻りすることなくキャビティ内に収まることができる。また、キャビティの容積以上の溶融樹脂材を追加することがなく、それによって溶融樹脂材に必要以上の圧力をかけずにおけることから内部応力を高めることなく均一な層を形成できる。従って、強度計算された肉厚以上に肉厚を大きくすることなく、成形された製品を軽量化することができる。

また、パーティングラインが型の周りの略全周にわたって形成されていることから、軽い型締めだけでガスの排気速度を速くすることができ、ガスの排気速度を速くできることによって、あらかじめ射出速度を速めても、溶融樹脂材はキャビティ内全周に行きわたることができ高速射出成形を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明に加えて射出速度を従来に比べて１０倍以上の速度で行うように設定している。つまり、自動車のファンを成型する場合、溶融樹脂材の充填量を約２〜３ｋｇに対して１．５〜３秒程度に射出速度を設定することによって、キャビティの容積と略同一の充填量の溶融樹脂材は、速やかにキャビティ内に回ることができるとともに、軽い型締めにおけるパーティングラインの微小隙間からガスが瞬時に排気される。溶融樹脂材が短時間で加熱されている間にキャビティ内を回ることによって、その間で冷却固化されることがほとんどないことから、成形された樹脂は均一な密度で形成されることとなり、生産性を向上するとともに品質を向上することができる。

請求項３記載の発明によれば、型締めが完了した時点でキャビティ内に残されているガスは、一部がパーティングラインから微小隙間を通って外部に排気され、他の一部はガス回収溝に回収され後金型内に形成されたトンネルを通って外部に排気されることとなるから、ガスの排気速度を速くし、その結果、射出速度を速めることができて高速射出成形を可能とすることができる。

本発明で実施される高速射出成形方法は、特に１金型で１部品あるいは１セット部品を成形するような比較的大型の部品に好適に使用されるものである。

図１〜３に示す金型１は、自動車のプロペラファン１０を成形するものであり、プロペラファン１０は、リング部１１と羽部１２と取付部１３と補助リブ部１４とから形成されている。羽部１２はリング部１１の外周面から複数箇所（図例では４箇所）に形成され一方の端部から他方の端部に向かって下傾するとともに湾曲状に形成されている。さらに羽部１２はリング部１１側元部から外周部側先端に向かって徐々に細肉状となる傾斜面に形成されている。取付部１３はリング１１の内周面側に配置して中央部に取り付け穴を有して円板状に形成されている。補助リブ部１４は、取付部１３から立ち上がってリング部１１の内周面に連接するように４箇所に配置されて、それぞれ羽部１２と対向する位置に三角板状に形成されている。従って、この成型品は段差を有して複雑な形状に形成され、厚みも異なることから、溶融樹脂材がキャビティ内にまわりにくい形状となっている。

金型１は、固定型２と可動型３が対向するように配置され、それぞれ、プロペラファン１０を形作るように中空状となったキャビティＣと、固定型２に形成されたスプール２１とスプール２１の下端部から四方に分岐されたランナー２２と、ランナー２２の先端部でキャビティＣに連接するゲート２３とを有して形成されている。固定型２と可動型３との合わせ面は、パーティングラインＰＬとして形成される。

可動型３には、図１及び図４に示すように、四方に分岐されたランナー２２間にパーティングラインＰＬから凹状溝を形成するように、湾曲状のガス回収溝３１が形成されている。各ガス回収溝３１の中央部あたりには、固定型２を貫通して固定型２の外面に向かって外部に連接するトンネル２４が形成されている。

スプール２１の一方の端部には、図５に示すように、加熱シリンダ４１のノズル４２が接続され、さらに加熱シリンダ４１には射出プランジャ４３が接続され、加熱シリンダ４１内に充填された樹脂材が加熱して溶融され溶融樹脂材となると射出プランジャ４３の押し出しによって、溶融樹脂材がノズル４２からスプール２１・ランナー２２・ゲート２３を通ってキャビティＣ内に流入されることとなる。

なお、図１において、ハッチング部位は固定型２の壁部を示すものであり、ハッチングを施していない部位が、ほぼキャビティＣを示すものである。

次に、上記のように構成された金型１において、可動型３を固定型２に対して移動させる形締め方法について図５〜８に基づいて説明する。

図５において、射出プランジャ４３は後退位置にあり樹脂材料Ｗ１がシリンダ内に自然落下する状態にあり、可動板３は後退位置にあって金型１が開いた状態にある。シリンダ内に流入する樹脂材料Ｗ１の容量は、設定されたキャビティＣの全容積と略同一となるように計量された量（実施例１においては２〜３ｋｇ）で充填される。

図６のように、射出プランジャ４３を前進させると同時に可動板３を固定板２に向かって移動させると、シリンダ内の樹脂材料Ｗ１が加熱シリンダ４１内に移行する。すると、予め加熱シリンダ４１内で溶融されている溶融樹脂材Ｗ（設定されたキャビティＣの全容積と略同一となるように計量された量）が、ノズル４２から固定型２のスプール２１・ランナー２２・ゲート２３を通ってキャビティＣ内に充填される。このときの射出速度を１．０〜３．０秒程度、好ましくは１．５秒程度（従来では１５〜２０秒程度）に設定する。この際、型締め力は軽い型締めによって行われる。つまり、可動板３と固定板２とのパーティングラインＰＬにおける隙間は、２０〜４０μｍ程度の隙間であり、この隙間の量は、溶融樹脂材Ｗは通過しないがガスは通過する程度に設定されている。

従って、図１〜２に示すように、溶融樹脂材Ｗは、４箇所のゲート２３からキャビティＣ内に流入してキャビティＣ内を充満する。キャビティＣ内に残されているガスは、軽い型締めによって形成された微小隙間から外部に排気されるとともに、ガス回収溝３１に回収された一部のガスは固定型２に形成されたトンネル２４を通って外部に排気される。

その後、図７に示すように、射出プランジャ４３が元の位置に復帰すると、金型１内の溶融樹脂材Ｗが徐々に冷却される。この際、金型１の冷却孔から冷却水を通すことによって冷却を促進させる。これによってキャビティＣ内の溶融樹脂材Ｗは固化される。

そして、樹脂材Ｗが冷却して固化されると、図８に示すように可動型３が開いて製品となったプロペラファン１０を取り出し、これで１サイクルが終了することとなる。

上記のように、実施例１では、自動車のプロペラファンを１型で１部品を成形するものであり、型締めの際に微小隙間を有するように軽い型締め力で行ってガス抜きを行い、１サイクルで使用する溶融樹脂材Ｗ１の容量を、金型１に形成されたキャビティＣの容積と略同一となるように計量してキャビティＣ内に充填させることによって、射出プランジャ４３で加圧する際の溶融樹脂材Ｗ１の内部応力を高めることなく成形でき、さらに、射出速度を従来に比べて約１０倍で行うことによって、溶融樹脂材Ｗ１が加熱されている間にキャビティＣ内全般に行きわたらせることができることとなる。

従って、ガス抜きを瞬時に行えることによって、成形品の内部の巣や先端に発生する焼けを防止することができるとともに、従来のように、キャビティの容量より樹脂材の容量を増加して供給することによる内部圧力を増加することに対して、内部圧力の増加を防止できて均一な層を形成することができる。しかも射出速度を速めることによって、溶融樹脂材Ｗが加熱されている間にキャビティＣの全体に行きわたらせることから、複数のゲートから射出してもその合流位置においてはウエルドラインを発生しにくく、そのため強度も向上することができる。これによって、成型品の厚みを設計以上に厚くする必要はなく、軽量化も図ることができる。

なお、上記の形態において、軽い型締め力の設定は、成形機の有する型締め能力に対して約１０％程度の力で行い、溶融樹脂材を通さずにガスが通る程度の微小隙間、つまり２０〜４０μｍ程度の隙間をパーティングラインに形成しているものであるが、例えば、図９に示すように、キャビティＣとガス回収溝３１との間に溶融樹脂材を通さずにガスが通る程度の微小隙間、つまり２０〜４０μｍ程度の溝３２を可動型３に形成してもよく、また、図１０に示すように、キャビティＣの外周面に沿って溶融樹脂材を通さずにガスが通る程度の微小隙間、つまり２０〜４０μｍ程度の溝３４を可動型３に形成し、さらに微小隙間の溝３４の外周面に沿ってガス回収溝３３を形成するようにしてもよい。そして、ガス回収溝３３から外周面に至っては溝３４より大きな隙間３５を有するか、あるいは固定型を通るトンネルを形成してガス回収溝３３からのガスを外部に排気するようにする。この場合、成形機の有する型締め能力に対して約８０％程度の型締め力で設定すればよい。

これによって、可動型３にガス回収溝３１、３３及びガス回収溝３１、３３とキャビティＣとの間に微小隙間としての溝３２、３４を形成することによって、軽い型締めの際に残存したガスを排気することができることから、ガスの排気速度を速めることができ、ガスの排気速度を速めることによって射出速度を早くすることができることとなる。これによって、成形品の品質を向上することができる。

成形品が長尺状に形成された部品、例えば、自動車のピラー等を成形する場合、図１１〜１２に示すように、ランナー５２・ゲート５３は１箇所に形成される。つまり、固定型２Ａには、固定型のほぼ中央部に形成されたスプール５１とスプール５１に接続される１箇所のランナー５２と、ランナー５２の先端に形成される小径のゲート５３とを有している。ゲート５３はピラーを形作る中空状のキャビティＣ１に接続して、溶融樹脂材をキャビティＣ１内に流入可能に形成されている。

成型品となるピラーは断面コ字状に形成され長さ方向に長尺状をなしている。キャビティＣ１におけるゲート５３と反対側にはパーティングラインから凹溝状に形成されガス回収溝５５が形成されている。

この成形品を成形する際の型締め方法は、前述の実施例１と同様に、溶融樹脂材の容量をキャビティＣ１の容積と略同一の量となるように計量し、型締めの際に、溶融樹脂材を通過させずにガスが通過できる２０〜４０μｍ程度の微小隙間を有するように型締め力を設定し、さらに射出速度を１．０〜３．０秒程度にする。

これによって、実施例１と同様に、ガス抜きを瞬時に行えることによって、成形品の内部の巣や先端に発生する焼けを防止することができるとともに、従来のように、キャビティの容量より樹脂材の容量を増加して供給することによる内部圧力の増加を防止できて均一な層を形成することができる。しかも射出速度を速めることによって、溶融樹脂材が加熱されている間にキャビティＣの全体に行き渡らせるとともに、１点ゲートによりウエルドラインの発生を防止することができる。そのため強度も向上することができ、これによって成型品の厚みを設計以上に厚くする必要はなく、軽量化を図ることもできる。

なお本発明の高速射出成型方法では、１型１部品あるいは１型１セットの成型品に好適に行えるが、勿論それに限定するものではなく、例えば、１型で多数成型できる小型部品でも同様に行うことができる。

また、可動型３、５３に形成するガス回収溝３１、３３、５５及び微小隙間３２、３４、５６は、固定型２、５２側に形成するようにしてもよい。

本発明の一形態における金型のキャビティを示す平面断面図である。 図１における縦断面図である。 図１におけるIII−III断面図である。 図１におけるIV−IV断面図である。 図１における金型の型締め作用を示す作用図である。 図１における金型の型締め作用を示す作用図である。 図１における金型の型締め作用を示す作用図である。 図１における金型の型締め作用を示す作用図である。 図１の可動型に微小隙間の溝を形成した別の形態を示す一部断面図である。 図１の可動型に微小隙間の溝を形成した別の形態を示す一部断面図であり、図１におけるＸ−Ｘ断面図である。 本発明の別の形態における金型のキャビティを示す平面断面図である。 図１１におけるXII−XII断面図である。 従来の射出整形用金型を示す一部断面図である。 従来の射出成型方法における型締めの作用を示す断面図である。

符号の説明

１ 金型
２ 固定型
３ 可動型
１０ プロペラファン
２１ スプール
２２ ランナー
２３ ゲート
２４ トンネル
３１ ガス回収溝
３２ 微小隙間
３３ ガス回収溝
３４ 微小隙間
４１ 加熱シリンダ
４２ ノズル
４３ 射出プランジャ
Ｃ、Ｃ１ キャビティ
ＰＬ パーティングライン
Ｗ 溶融樹脂材

Claims (3)

1. 固定型と可動型とを有し、前記固定型と前記可動型との間にキャビティが形成され、溶融樹脂材がゲートから前記キャビティ内に射出する高速射出成形方法であって、
   型を閉合する際、パーティングラインが、前記溶融樹脂材が通らずにガスが通る程度の微小隙間を有して型締めするとともに、前記溶融樹脂材の射出量が、キャビティの容量と略同一であることを特徴とする高速射出成形方法。
2. 固定型と可動型とを有し、前記固定型と前記可動型との間にキャビティが形成され、溶融樹脂材がゲートから前記キャビティ内に射出する高速射出成形方法であって、
   型を閉合する際、パーティングラインが、前記溶融樹脂材が通らずにガスが通る程度の微小隙間を有して型締めするとともに、前記溶融樹脂材の射出量が、前記キャビティの容量と略同一であり、かつ、溶融樹脂材の射出速度が、射出量２〜３ｋｇに対して１．５〜３秒程度で設定されることを特徴とする高速射出成形方法。
3. 前記可動型又は前記固定型には、パーティングラインから凹状に形成されるガス回収溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高速射出成形方法。

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