JP2005088435A - フッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度制御が極めて難しいフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形を、簡単かつ能率的に実施できるようにする。
【解決手段】 フッ素系熱可塑性エラストマーからなる成形材料ｍを射出成形して成形品Ｍを製造する装置である。成形材料ｍが射出されるキャビティ６０を構成する一対の金型４０、５０と、金型４０、５０を支持する支持型１０、２０と、金型４０、５０と支持型１０、２０との間に配置され、金型との間で熱伝達して金型の温度を調整する熱伝達盤３０と、熱伝達盤３０に配設された熱媒体循環路３２と、金型４０、５０に埋め込まれた温度センサ７６と、熱媒体循環路３２に熱媒体Ｆを循環させるとともに、熱媒体Ｆの温度を調整して温度検知手段７６で検知されるキャビティ温度を制御する温度制御装置７０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置および射出成形方法に関し、詳しくは、耐食性に優れるなどの特徴を有するフッ素系熱可塑性エラストマーを用いて、Ｏリングのようなシール材その他の成形品を、射出成形によって製造するための装置と、このような射出成形装置を用いる射出成形方法とを対象にしている。

Ｏリングなどのシール材の材料として、従来一般的に採用されていたゴム材料の代わりに、熱可塑性エラストマーを用いる技術が知られている。ゴム材料に比べて、成形が容易で使用性能にも優れたものが得られるという利点がある。熱可塑性エラストマーを用いたＯリングの成形方法として、熱プレス成形や押出成形あるいは射出成形などが利用される。射出成形は、高精度の成形品を高能率で生産できる技術として、ゴム材料および熱可塑性エラストマーの何れに対しても採用されている。
熱可塑性エラストマーの１種であるフッ素系熱可塑性エラストマーは、フッ素樹脂とフッ素ゴムの特性を兼ね備えたような材料であり、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂と同様の成形性と、フッ素ゴムの優れた弾性や耐性との両方が発揮できる。従来知られている汎用の熱可塑性エラストマー、例えばポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）などに比べて、酸やアルカリあるいはプラズマなどに対しても非常に高い耐性を有し、低温から高温までの広い温度範囲で優れた弾性を発揮できることから、各種製品への利用が提案されている。

射出成形技術として、型窩（キャビティ）を構成する金型に電熱ヒータを埋め込んだりして、金型を加熱する技術も知られている。例えば、特許文献１、２には、ゴム製品を成形する射出成形金型にヒータを埋め込んでおき、ゴム材料を加熱して加硫する技術が示されている。
特開昭６２−６２７２０号公報 特開昭６２−１６１１４号公報

汎用の熱可塑性エラストマーと同様の射出成形装置を用いて、フッ素系熱可塑性エラストマーによるＯリングなどの成形を行うと、成形がうまく出来なかったり、品質性能に劣るＯリング製品しか得られなかったりするという問題があった。Ｏリングにクラック（割れ）が発生して不良品になることが多く、生産歩留まりが悪くなっていた。
その理由について検討したところ、フッ素系熱可塑性エラストマーは、汎用の熱可塑性エラストマーに比べて、温度変化に対して極めて敏感な性質があり、温度が少しでも変化すると流動性などの特性が大きく変わることが原因として考えられた。
キャビティ内に成形材料を射出して成形材料がキャビティ内に十分に行き渡るまでは、成形材料は、良好な流動性を有している必要がある。但し、成形材料の温度が高くなり過ぎると、却って特性が損なわれることがある。成形材料の温度は、融点よりも少し高い程度が好ましいことになる。

成形材料をキャビティに射出した段階で、キャビティの温度が低いと、溶融した成形材料が金型との接触で急激に冷却されて、適切な射出成形が行えない。成形された成形品にクラックが発生したりする。成形材料がキャビティ内に行き渡り、十分な射出圧力が印加されたあとは、成形材料を速やかに冷却して硬化させれば、成形品の取り出しを短時間で開始でき、生産性を向上させることができる。但し、成形材料の硬化が進行する初期の段階で過度に冷却されると、成形品にクラックが入ったり品質不良が発生したりし易い。また、成形品取り出し後に、キャビティが冷却され過ぎると、次の成形サイクルで、射出成形に適した温度まで昇温させるのに余分の熱エネルギーが必要になったり昇温に時間がかかったりするので、過度に冷却することは避けなければならない。

フッ素系熱可塑性エラストマーの場合は、上記した射出段階での適温、あるいは、成形品取り出し段階での適温の温度条件が非常に厳しく、わずかでも温度条件が適温から外れてしまうと、成形品質に悪影響を及ぼしてしまう。従来の射出成形装置では、このようなフッ素系熱可塑性エラストマーに要求される厳密な温度制御が難しかった。
本発明の課題は、前記した温度制御が極めて難しいフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形を、簡単かつ能率的に実施できるようにすることである。

本発明にかかるフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置は、フッ素系熱可塑性エラストマーからなる成形材料を射出成形して成形品を製造する装置であって、前記成形材料が射出されるキャビティを構成する一対の金型と、それぞれの金型を支持する支持型と、前記金型と前記支持型との間に配置され、金型の背面に当接し金型との間で熱伝達して金型の温度を調整する熱伝達盤と、前記熱伝達盤の内部に配設された熱媒体循環路と、前記金型のキャビティに近接して金型に埋め込まれた温度検知手段と、前記熱媒体循環路に熱媒体を循環させるとともに、熱媒体の温度を調整して前記温度検知手段で検知されるキャビティ温度を制御する温度制御装置とを備える。

〔フッ素系熱可塑性エラストマー〕
熱可塑性エラストマーの構成単位として、フッ素樹脂相からなるハードセグメントと、フッ素ゴム相からなるソフトセグメントを有する。熱可塑性樹脂に近い成形性などと、フッ素ゴムに近い弾性や耐食性などとの両方を兼ね備えた特性を示す。
通常の製造方法で得られるフッ素系熱可塑性エラストマーあるいは市販のフッ素系熱可塑性エラストマー製品が使用できる。具体例として、ダイエルサーモプラスチック（商品名：ダイキン社製）が挙げられる。フッ素系熱可塑性エラストマーの融点は、約２２０℃である。

〔射出成形装置〕
基本的な構造は、通常の合成樹脂やゴムの射出成形に利用される射出成形装置と同様の構造を備えたものが使用できる。
射出成形装置の基本構造としては、金型と金型を支持する支持型とからなる固定型と、同じく金型および支持型からなる可動型とを備え、可動型が固定型に近接したり離間したりすることで、型閉めおよび型開きが行われる。型閉め状態で金型間に構成される空間すなわちキャビティに成形材料を射出することで成形品が得られる。固定型には、成形材料を溶融して射出する射出シリンダを備えている。そのほか、成形品の取り出し機構など、通常の射出成形装置に備えられている機構構造を備えておくことができる。

射出成形装置には、固定型と可動型とが横方向に配置され開閉動作が水平方向に行われる水平型と、固定型と可動型とが上下方向に配置され開閉動作が垂直方向に行われる上下型とがあり、何れにも適用できる。
金型のキャビティ内に、射出する成形材料とは別の部品を配置し、成形品と一体化させる同時埋め込み成形にも適用できる。
〔支持型〕
金型および熱伝達盤を支持し、射出成形装置の固定型および可動型を構成する基本部材である。基本的には、通常の射出成形装置における固定型、可動型と同様の技術が適用できる。鋼材や鋳造材などで構成される。

金型や熱伝達盤を取り付けるための構造を備える。例えば、ボルト孔、植え込みボルト、ナットなどのボルト締結構造が採用できる。嵌合あるいは係合用の凹凸構造を備えることもできる。
固定型側の支持型には、射出シリンダが連結され、射出シリンダの射出ノズルを金型のキャビティに連通させ成形材料が通過する射出路を備える。可動型側の支持型には、支持型を進退動作させるトグル機構や油圧機構などの駆動機構が連結されている。
〔金型〕
可動型側および固定型側になる一対の金型で、成形材料が射出されるキャビティを構成する。

金型の材料や形状構造は、通常の射出成形装置と共通する技術が適用できる。金型の材料として、Ｓ５０Ｃ（ＪＩＳ規格）などの炭素鋼、その他の金型材料が使用される。
キャビティの形状構造は、目的とする成形品の形状に合わせて設定される。成形品の形状部分に成形材料を供給するランナー形状やゲート形状も設けられる。複数の成形品を同時に成形する場合は、個々の成形品に対応するキャビティ形状がランナー形状でつながれる。
金型には、キャビティ内を排気する真空吸引孔を設け、真空吸引装置と接続しておくことができる。成形品を押し出す押し出しピンを備えておくこともできる。その他、通常の射出成形用金型に採用される各種の機構構造を備えておくことができる。

金型は、ボルト締結などの手段で熱伝達盤に着脱自在に支持しておくことができる。熱伝達盤は支持型に取り付けたままで、キャビティ形状の異なる金型だけを簡単に交換したり取り外して補修したりすることが可能になる。
＜温度検知手段＞
金型には、キャビティに近接する個所に、温度検知手段が埋め込まれる。温度検知手段は、射出成形の温度環境に適した特性を有していれば、検知機構や構造は限定されない。熱電対や半導体素子などを用いた各種の温度センサが利用できる。
温度検知手段の設置場所は、キャビティ温度を適切に検知できる場所が好ましい。温度検知手段は、一つのキャビティに対して１個所だけに設けておいてもよいし、複数個所に設けておくこともできる。一対の金型のうち、固定型側および可動型側の何れか一方あるいは両方に備えることができる。

温度検知手段は、検知された温度情報を電気信号として出力し、温度検知手段に連結された情報線を経由して温度制御装置に情報が入力される。
〔熱伝達盤〕
金型と支持型との間に配置される。金型の背面に当接し金型との間で熱伝達して金型の温度を調整する。
熱伝達盤の材料は、熱媒体循環路の熱媒体から金型への熱伝達が効率的に行われる良熱伝導性材料が好ましい。熱媒体循環路の形成が容易であることや、金型の支持が確実に行える強度や剛性を備えていることも必要である。具体的には、前記金型材料と同様の炭素鋼や銅が挙げられる。

熱伝達盤は、支持型にボルト締結などの手段で支持される。熱伝達盤は、支持型に固定取付されていてもよいし、着脱自在に取り付けておくこともできる。熱伝達盤を使用しなくても成形可能な条件では、熱伝達盤を取り外して、支持型に直接に金型を取り付けることも可能になる。
熱伝達盤の寸法は、支持型および金型の大きさに合わせて設定できる。金型の背面形状よりも少し大きく、支持型の前面形状よりは少し小さな平面形状が採用できる。熱伝達盤の厚みは、熱媒体循環路が配置できる厚みが必要である。射出成形装置の容量によっても異なるが、通常は、５〜４０ｍｍの厚さに設定できる。

＜熱媒体循環路＞
熱伝達盤の内部には、熱媒体循環路が配設される。
熱媒体循環路は、熱媒体がスムーズに流通し、熱媒体から熱伝達盤を介して金型への熱伝達が効率的に行えるような形状および配置で設けられる。熱伝達盤の平面形状で全体に均等に配置しておくことができる。金型のキャビティに対応する領域に高い密度で配置することもできる。例えば、蛇行線状に配置しておくことができる。渦巻き線状や放射線状などのパターンを組み合わせることもできる。枝分かれ個所や合流個所を設けることもできる。一つの金型には、通常、１本の熱媒体循環路を設けておけばよいが、複数本の熱媒体循環路を設けることもできる。

熱媒体循環路の断面形状は、通常は円形であるが、楕円形や長円形、角形なども採用できる。熱媒体循環路の口径は、射出成形装置の容量、熱伝達盤の大きさ、循環する熱媒体の種類などによっても異なるが、通常、口径３〜３０ｍｍに設定される。
熱媒体循環路は、熱伝達盤の前面で金型に近接する位置に設けることで、金型への熱伝達が良好に行われる。
熱媒体循環路は、熱伝達盤の外周端で温度制御装置に連結される熱媒体配管に接続される。熱媒体配管との連結個所には、配管継手を設けておくことができる。
＜熱媒体＞
熱媒体循環路を循環して、熱エネルギーを供給する。熱容量が大きく流動性の高い液系流体が好ましい。射出成形時に必要な加熱温度に耐える耐熱性の高い流体が好ましい。耐熱温度がフッ素系熱可塑性エラストマーの融点を超えるものが望ましい。具体的には、耐熱温度２００℃以上のものが好ましい。また、射出成形時の最低温度環境でも、流動性が低下しない流体が好ましい。熱媒体の具体例として、商品名バーレルサーモ４００（松村石油社製）などの合成系有機熱媒体油が挙げられる。

〔温度制御装置〕
熱媒体循環路に熱媒体を循環させるポンプ機能を有する。また、熱媒体の温度を調整して温度検知手段で検知されるキャビティ温度を制御する熱交換機能も有する。
基本的には、通常の熱媒体の加熱冷却装置と同様の技術が適用できる。
温度制御装置には、熱媒体を貯留するタンクや、熱媒体を圧送するポンプ、熱媒体を加熱あるいは冷却する熱交換器などを備えておくことができる。温度制御装置から送出する熱媒体あるいは送り返されてきた熱媒体の温度を検知する温度センサや、熱媒体の流量を検知する流量センサ、熱媒体の圧力を検知する圧力センサなどを備えておくこともできる。

温度制御装置には、熱媒体の温度を自動的に制御する制御機構を組み込んでおくことができる。例えば、コンピュータによって、熱媒体の温度を検知し、射出成形作業の各段階で必要な温度設定条件をもとに、熱媒体の温度を適切な温度に昇温あるいは降温させる。温度制御装置の制御動作は、射出成形装置の全体を管理制御する中央制御装置やコンピュータで制御することもできる。この場合は、中央制御装置などの指令に基づいて、温度制御装置が作動させられる。
温度制御装置には、金型に備えた温度検知手段の検知情報が入力される。これによって得られたキャビティ温度の情報をもとにして、熱媒体の温度を適切に制御することができる。

温度制御装置で循環させる熱媒体の流量は、熱伝達盤の大きさなどの条件によって異なる。熱媒体の流量が多いほど伝熱効率が向上するが、熱媒体の供給動力が増える。
〔射出成形方法〕
基本的には、通常の射出成形方法と同様の工程および処理条件が適用される。射出成形装置は、前記した構造を備えたものが使用される。
成形材料として、フッ素系熱可塑性エラストマーが使用される。成形材料は、射出シリンダで加熱溶融された状態にされる。通常、２００〜２５０℃に加熱しておく。
可動型を固定型のほうに移動させて型閉めを行い、射出シリンダから金型のキャビティに成形材料を射出し、射出された成形材料が硬化してから型開きを行って成形品を取り出すのは、通常の射出成形と同じである。

但し、温度制御装置における熱媒体の温度調整によるキャビティ温度の制御を、以下のように行う。
（ａ）キャビティから成形品が取り出されたあとで、キャビティ温度の昇温を開始させる。
前の成形サイクルが終了して成形品をキャビティから取り出してから、次の成形サイクルにおける適切なキャビティ温度を目指して昇温を開始させる。具体的には、温度制御装置で熱媒体を加熱し、加熱された熱媒体を熱伝達盤の熱媒体循環路に循環させる。熱媒体から熱伝達盤を介して金型に熱が伝達されて、キャビティ温度が上昇する。この段階では、型開きされているので、閉ざされたキャビティ空間は存在しない。キャビティ温度とは、金型のキャビティ表面の温度を意味する。

この昇温過程は、出来るだけ迅速に昇温させることが望ましい。そのため、温度制御装置で熱媒体に加える熱エネルギーを出来るだけ多くし、熱媒体循環路を循環させる熱媒体の流量も増やすことが有効である。
（ｂ）キャビティを構成する一対の金型を型閉めする段階を経て、型閉めされたキャビティに成形材料を射出する段階まで、前記キャビティ温度の昇温を継続させる。
キャビティ温度の昇温は、次の成形サイクルが始まって、型閉めを終え、キャビティに成形材料を射出する段階までつづける。溶融状態の成形材料が射出されると、その熱容量で金型が加熱されるので、金型およびキャビティは、熱媒体と成形材料の両方で加熱昇温されることになる。成形材料の熱が加わるようになれば、熱媒体による加熱は必要がなくなる。

（ｃ）前記射出段階の開始時点で、キャビティ温度を、成形材料であるフッ素系熱可塑性エラストマーの融点付近である温度Ｔ_１に到達させる。
射出開始時温度Ｔ_１は、成形材料の融点が基準となる。融点よりも少し高い温度になっても、成形材料の特性に悪影響がない程度であれば構わない。射出時温度Ｔ_１が高過ぎるのは、熱エネルギーの無駄になる。成形材料の融点よりも少し低い温度であっても、成形材料の流動性や成形性能への悪影響が少なければ構わない。射出開始時温度Ｔ_１の具体的数値としては、Ｔ_１＝２００〜２２０℃である。
（ｄ）前記射出段階の途中で、キャビティ温度の降温を開始させる。

キャビティ温度を降温させるには、温度制御装置で供給する熱媒体の温度を下げる。但し、温度制御装置を出る熱媒体の温度が下がっても、すぐにはキャビティ温度が降温しない。したがって、キャビティ温度が最高温度に到達する少し前の段階から温度制御装置における熱媒体の温度を下げる動作を開始することができる。
（ｅ）前記射出段階の途中から、射出成形された成形品をキャビティから取り出す段階まで、キャビティ温度の降温を継続させる。
射出段階で、成形材料がキャビティの全体に十分に行き渡り十分な射出圧力が印加されるまでは、キャビティ温度が過度に下がらないようにしておく。

射出段階の終了近くになれば、キャビティ温度を下げても問題はない。その後は、出来るだけ迅速にキャビティ温度すなわち成形材料の温度を下げることが望ましい。
キャビティ内の成形品が十分に冷却硬化すれば、型開きを行い、成形品を取り出す。型開きによって熱が放出されることで、キャビティ温度の降温が促進される。成形品と取り出せば、金型表面が露出して、さらにキャビティ温度の降温が促進される。このような自然の降温に加えて、熱伝達盤の熱媒体による冷却作用が加わるので、キャビティ温度は迅速に降温される。
成形品の取り出し後。金型のキャビティ内面を清掃したり、離型剤を塗工したりする作業を行う。このような作業の実行が可能な程度まで、キャビティ温度を降温させておく。

（ｆ）前記成形品を取り出し、フッ素系熱可塑性エラストマーの融点よりも十分に低い最低温度Ｔ_２に到達させた後、前記（ａ）状態に戻る。
最低温度Ｔ_２は、成形品の取り出しが可能な温度よりも低く、フッ素系熱可塑性エラストマーの融点よりも十分に低い温度になる。但し、最低温度Ｔ_２を低くし過ぎると、次の成形サイクルで昇温させるときに、余分の熱エネルギーと時間がかかる。そこで、最低温度Ｔ_２は、成形品の取り出しが可能で、離型剤の塗工作業などが可能な限り、できるだけ高い温度に設定しておくことが望ましい。具体的には、最低温度Ｔ_２＝１８０〜１９０℃に設定する。

なお、次の成形サイクルにおけるキャビティ温度の昇温を迅速に行うには、キャビティ温度が最低温度Ｔ_２に到達するよりも少し前から、温度制御装置における熱媒体の温度を上昇させることが有効である。
〔成形品〕
本発明の射出成形装置あるいは射出成形方法で製造される成形品としては、従来も射出成形技術によって製造されていた各種の製品が該当する。特に、フッ素系熱可塑性エラストマーの特性を生かすことのできる用途の成形品が好ましい。
例えば、Ｏリングなどの封止リングが挙げられる。半導体装置用の封止リングは、腐食性ガスやプラズマなどの腐食性かつ高温の環境で使用されることが多いので、フッ素系熱可塑性エラストマーからなる成形品が有用である。

本発明にかかるフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置は、金型と支持型との間に備えた熱伝達盤の熱媒体循環路に、温度制御装置で温度調整された熱媒体を循環させることで、温度管理が極めて難しいフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形を、高品質で能率的に行うことができる。
特に、熱媒体による熱伝達盤から金型への熱伝達は、熱媒体の温度変化が直ちに金型に伝達され、成形サイクルの各段階における最適なキャビティ温度を正確に設定することができる。成形品の取出しに適した低い温度から、成形材料の射出に適した高い温度へと、極めて短い時間で切り換えることができ、型開きから次の成形サイクルでの型閉めまでの昇温時間を大幅に削減することができる。成形サイクルの各作業段階でキャビティ温度を変化させる外部要因が発生しても、熱容量の大きな熱媒体を迅速に循環させることで、所望の温度に正確に維持したり、所望の温度まで急速に変化させたりすることができる。

その結果、フッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形に要求される厳しい温度条件を容易に満足させて、成形品の生産歩留まりを大幅に向上させ、品質性能の高い成形品を、経済的に生産することが可能になる。
さらに、射出成形装置の構造が簡単で装置コストも安価になる。金型に直接にヒータなどを埋め込み設置した場合は、形状の異なる成形品毎に用意される全ての金型に対して、ヒータ埋め込みなどの加工が必要であり、金型製造に手間がかかり製造コストが増大する。金型交換後に、ヒータの内蔵設置や結線接続などの余分な作業も必要になる。しかし、熱媒体が循環する熱伝達盤は、金型とは別部材であるから、成形品毎に金型を交換するだけで、熱伝達盤についてはそのまま使用することができる。金型交換に要する作業時間および金型コストが格段に削減される。

〔射出成形装置〕
図１，２に示す射出成形装置は、Ｏリングの成形製造に用いられる。
射出成形装置は、一対の金型４０、５０と、それぞれの金型４０、５０を支持する支持型１０、２０とを備え、金型４０、５０と支持型１０、２０との間には、熱伝達盤３０、３０が配置されている。
金型４０、５０および支持型１０、２０は、通常の射出成形装置における金型およびそれを支持する支持型と共通する構造を備えている。
図１の表示は、左右に金型４０、５０が配置された横型の成形装置を示しているが、上下に金型４０、５０が配置される竪型の成形装置でも、基本的な構造は同じになる。

＜支持型＞
支持型１０は固定型であり、支持型２０は支持型１０に対して近接離間する方向に移動する可動型である。図示を省略したが、可動支持型２０は、背後に設けられた可動軸２２の進退動作によって進退する。固定支持型１０の背面には、射出シリンダ１２が設けられている。射出シリンダ１２からは溶融状態の成形材料Ｆが圧送されてくる。
＜金型＞
金型４０、５０の合わせ面には、成形品ＭであるＯリングの形状、すなわち、断面円形で円環状をなすキャビティ６０が形成されている。円環状のキャビティ６０は、図１の上下に一対および紙面の前後に一対の合計４個所に同形状で配置されている。

各キャビティ６０は、射出路６２でつながっている。射出路６２は、金型４０、その背面の熱伝達盤３０および支持型１０を貫通して射出シリンダ１２に連通している。
可動支持型２０に支持された金型５０は、可動支持型２０とともに進退動作して、金型４０に対して型開きおよび型閉めの動作を行う。
図示を省略しているが、金型４０、５０の合わせ面には、真空吸引孔が開口しており、射出成形装置の外部に設置された真空吸引源に真空ホースなどで接続されている。合わせ面には、キャビティ６０の外周を囲んで封止パッキンが装着されている。
一方の金型５０で、キャビティ６０に近接したところには、温度センサ７６が埋め込まれており、キャビティ温度を検知できるようになっている。

＜熱伝達盤＞
一対の熱伝達盤３０は、基本的に同じ構造を有している。熱伝導性に優れたＳ５０Ｃ（ＪＩＳ規格）などの鋼材からなり、厚さ５〜４０ｃｍである。金型４０、５０よりも一回り大きな平面形を有し、金型４０、５０の背面に密着して配置されている。金型４０、５０と熱伝達盤３０、３０とは、ボルト締結で緊密に接合されている。熱伝達盤３０、３０は支持盤１０、２０にボルト締結で固定されている。したがって、支持盤１０、２０および熱伝達盤３０、３０を取り外さなくても、金型４０、５０だけを容易に着脱することができる。

図２に詳しく示すように、熱伝達盤３０の内部には、全面にわたって蛇行して配置された熱媒体循環路３２を有する。熱媒体循環路３２は、熱伝達盤３０の端部で熱媒体配管７２に連結されている。なお、固定型側の熱伝達盤３０には、厚み方向に貫通する射出路６２が設けられている。
＜温度制御装置＞
それぞれの熱伝達盤３０に接続された２本の熱媒体配管７２は、射出成形装置の本体部分とは別に設置された温度制御装置７０に連結されている。
温度制御装置７０は、熱媒体Ｆである合成系有機オイルなどを、それぞれの熱伝達盤３０の熱媒体循環路３２へ循環させるポンプを内蔵している。また、熱媒体Ｆを加熱および冷却する熱交換器を内蔵している。さらに、熱交換器の作動を制御する機能を果たす自動制御機構やコンピュータも内蔵している。温度センサ７６で検知されたキャビティ温度の情報を入力する情報線が接続され、入力情報をコンピュータなどで演算処理して、熱交換器の駆動を制御する。あらかじめ設定された射出成形の各段階における温度条件データを記憶しておく記録装置も備えている。

温度制御装置７０から熱伝達盤３０に供給する熱媒体Ｆの温度を上げれば、熱媒体Ｆからの伝熱で熱伝達盤３０が昇温し、熱伝達盤３０からの熱伝達によって金型４０、５０も昇温する。熱媒体Ｆの温度を下げれば、金型４０、５０の温度が下がる。
熱容量の大きな熱媒体Ｆを急速に循環させることで、金型４０、５０の温度を迅速に変化させることができる。
〔射出成形方法〕
基本的には、通常のゴム材料や樹脂材料の射出成形と同様の工程を経て、Ｏリングの成形が行われる。

成形品Ｍとして、環径５０ｍｍ、断面直径４ｍｍのＯリングを成形する。成形材料として、フッ素系熱可塑性エラストマーであるダイエルサーモプラスチック（商品名：ダイキン社製）を用いる。融点は２２０℃である。熱媒体Ｆとして、バーレルサーモ４００（商品名：松村石油社製、合成系有機オイル、耐熱温度３４０℃）を循環させた。
図３に、経時的な工程の移り変わりとキャビティ温度の変化を示している。
＜型閉めから射出＞
図１に示すように、左右の金型４０、５０を合わせて型閉めした状態にする。前の成形サイクルの終了段階から、温度制御装置７０による熱媒体Ｆ、熱伝達盤３０を介しての金型４０、５０の昇温が行われているので、型閉め開始段階で、キャビティ温度は約２０４℃になっている。

型閉め開始から約２０秒で型閉めが完了する。型閉めの際に、前記した真空吸引孔から金型４０、５０の合わせ面およびキャビティ６０を排気しておくことが有効である。型閉め後、直ちに、射出シリンダ１２から溶融状態の成形材料ｍを射出する。射出シリンダ１２内における成形材料の温度は約２３０℃である。射出開始時点におけるキャビティ温度すなわち射出開始時温度Ｔ_１＝２０５℃であり、成形材料の温度と大きな差がない。
成形材料ｍは、射出路６２からキャビティ６０に圧送される。キャビティ６０を成形材料ｍが満たしたあとも、射出シリンダ１２から圧力を加えて、キャビティ６０の成形材料ｍを加圧しておくことができる。

射出工程の間もキャビティ温度は上昇するが、射出工程の途中で、温度制御装置７０から供給される熱媒体Ｆの温度を下げて、キャビティ温度を降下させる。但し、熱媒体Ｆの温度を下げても直ぐにはキャビティ温度は下がらない。キャビティ温度の最高到達時点は、温度制御装置７０で熱媒体Ｆの温度を下げる冷却開始時点よりも少し遅れる。キャビティ温度の最高到達温度は約２０７℃になる。
＜冷却から型開き、製品取出し＞
成形材料ｍすなわち成形品Ｍの温度が十分に下がるまで冷却が行われる。冷却開始は、射出開始から約２０秒後に行う。成形品Ｍが取出し可能な状態になれば、型開きが行われる。型開きは、冷却開始から約１４０秒後に行う。型開き開始時のキャビティ温度は、約１９８℃である。型開き動作には約２０秒かかる。

金型４０、５０が型開きされたあと、キャビティ６０からＯリング製品になる成形品Ｍを取り出す。
成形品Ｍは、４個のＯリングがランナーでつながった状態になっているので、個々のＯリングを切り離したり、切断個所の整形したりするなど、必要な後処理を経て、Ｏリング製品が得られる。
この作業段階では、キャビティ温度は少し上下に変動することもあるが、全体としては温度が下がっていく。
成形品の取り出しのあとで、キャビティ６０の内面に離型剤を塗布する作業を行う。離型剤の塗布作業は、キャビティ６０が十分に降温している必要がある。

＜昇温＞
成形品Ｍの取出しが完了したころに、温度制御装置７０から供給する熱媒体Ｆの温度を上昇させて、キャビティ温度を上昇させる。但し、熱媒体Ｆを昇温させてから少し遅れてキャビティ温度の昇温が始まる。キャビティ温度は、最低温度Ｔ_２＝１９３℃まで下がっている。型開き終了から昇温開始まで、約１４５秒かかる。キャビティ温度は、最低温度Ｔ_２から急激に上昇する。
図３の右端における昇温工程までを１サイクルの成形作業とする。次の成形サイクルでも、図３の左端における型閉め工程から開始される。昇温工程の開始から次の成形サイクルでの型閉め開始まで約９５秒である。

成形サイクル中に、キャビティ温度は、最高温度約２０７℃から最低温度約１９３℃の間を、繰り返して変化することになる。成形サイクルの全経過時間は約６分２５秒になる。

本発明の実施形態を表す射出成形装置の断面構造図 熱伝達盤の水平断面図 成形サイクル中のキャビティ温度の推移を示すグラフ

符号の説明

１０、２０ 支持型
１２ 射出シリンダ
３０ 熱伝達盤
３２ 熱媒体循環路
４０、５０ 金型
６２ 射出路
７０ 温度制御装置
７２ 熱媒体配管
７６ 温度センサ
Ｆ 熱媒体
ｍ 成形材料
Ｍ 成形品

Claims (5)

1. フッ素系熱可塑性エラストマーからなる成形材料を射出成形して成形品を製造する装置であって、
   前記成形材料が射出されるキャビティを構成する一対の金型と、
   それぞれの金型を支持する支持型と、
   前記金型と前記支持型との間に配置され、金型の背面に当接し金型との間で熱伝達して金型の温度を調整する熱伝達盤と、
   前記熱伝達盤の内部に配設された熱媒体循環路と、
   前記金型のキャビティに近接して金型に設置された温度検知手段と、
   前記熱媒体循環路に熱媒体を循環させるとともに、熱媒体の温度を調整して前記温度検知手段で検知されるキャビティ温度を制御する温度制御装置と
   を備えるフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置。
2. 前記熱伝達盤が、炭素鋼、銅から選ばれる良熱伝導性材料からなる
   請求項１に記載のフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置。
3. 前記熱媒体が、合成系有機熱媒体油から選ばれる耐熱温度２００℃以上の熱媒体である
   請求項１または２に記載のフッ素系熱可塑性エラストマーの射出成形装置。
4. 請求項１に記載の射出成形装置を用いて、フッ素系熱可塑性エラストマーからなる成形材料を射出成形して成形品を製造する方法であって、
   前記温度制御装置における熱媒体の温度調整によるキャビティ温度の制御が、下記の（ａ）〜（ｆ）を繰り返す射出成形方法。
   （ａ）キャビティから成形品が取り出されたあとで、キャビティ温度の昇温を開始させる。
   （ｂ）キャビティを構成する一対の金型を型閉めする段階を経て、型閉めされたキャビティに成形材料を射出する段階まで、前記キャビティ温度の昇温を継続させる。
   （ｃ）前記射出段階の開始時点で、キャビティ温度を、成形材料であるフッ素系熱可塑性エラストマーの融点付近である温度Ｔ_１に到達させる。
   （ｄ）前記射出段階の途中で、キャビティ温度の降温を開始させる。
   （ｅ）前記射出段階の途中から、射出成形された成形品をキャビティから取り出す段階まで、キャビティ温度の降温を継続させる。
   （ｆ）前記成形品を取り出し、フッ素系熱可塑性エラストマーの融点よりも十分に低い最低温度Ｔ_２に到達させた後、前記（ａ）状態に戻る。
5. 前記段階（ｃ）における射出開始時温度Ｔ_１が２００〜２２０℃であり、
   前記段階（ｆ）における成形品取り出し後の最低温度Ｔ_２が１８０〜１９０℃である
   請求項４に記載の射出成形方法。

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