JP2005343169A

JP2005343169A - 熱硬化性樹脂の射出成形方法

Info

Publication number: JP2005343169A
Application number: JP2005080489A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 信鈴木; Takeshi Kusano; 健草野; Hiroshi Nagae; 弘永柄; Yoshitaka Kamiya; 義孝神谷; Hisashi Kayano; 久茅野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US20050248048A1; DE102005020918A1

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂の成形においてふくれが原因となって硬化時間が短縮できない事例において、熱硬化性樹脂の硬化時間を短縮する射出成形方法を提供する。
【解決手段】熱硬化性樹脂の射出成形方法において、少なくとも2つ以上の部分により構成される金型が具備され、金型を所定温度に加熱温調するヒータが金型内に具備される。金型を閉じてキャビティを形成する型閉じ手順と、キャビティ内に熱硬化性樹脂の材料を射出する射出手順と、キャビティ内に射出された熱硬化性樹脂の材料を硬化する硬化手順と、金型を開いて、硬化して成形された製品を取り出す型開き手順とを具備する。型閉じ手頂から型開き手順までを1つのサイクルとした場合に、硬化手順終了時から次サイクルの射出手順開始時までの間に、キャビティ形成面の温度を低下させる冷却手順を具備し、ヒータにより金型を、サイクルを通じて常時所定温度に温調する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱硬化性樹脂の射出成形方法に係り、より特別には、成形サイクルタイムを減少可能な熱硬化性樹脂の射出成形方法に関する。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等がある。熱硬化性樹脂は、一般的に熱可塑性樹脂と比較されるが、熱可塑性樹脂は分子構造が線状構造であるため、一度硬化しても熱によって容易に軟化するが、熱硬化性樹脂は3次元的網目構造を有するので、一度硬化したら再び加熱しても軟化しない特性を有しており耐熱性を有する。また、熱可塑性樹脂は冷却により固化されるのに対して、熱硬化性樹脂は加熱により硬化し、これらの樹脂では成形方法が異なる。

熱硬化性樹脂は、耐熱性の特性から、耐熱製品の材料として使用されているが、自動車部品、電機部品、電子部品等の幅広い分野で使用されている。熱硬化性樹脂による製品の製造方法には、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等がある。本発明は、熱硬化性樹脂の射出成形に関するもので、金型キャビティ表面の金型温度を成形工程のサイクルタイム内で変動させることで、硬化時間を短縮しサイクルタイムを短縮するものである。熱硬化性樹脂を射出成形する場合、熱可塑性樹脂の場合と同様に、閉じられた金型に材料を射出しその後材料を硬化させ、更に型を開いて製品を取り出すといった工程により成形されるが、前述の如く硬化方法が異なる。熱硬化性樹脂の射出成形装置の例としては、加熱シリンダを有しており、金型も内部にヒータを設ける等により加熱可能な構造を有する。

従来、熱硬化性樹脂の硬化反応において、一定の設定温度により成形していた際には、内部から発生するガスの残留によるふくれを抑制するために、一定時間以上は硬化時間を短縮できず、また硬化を促進するために金型温度を上昇させると内部に欠陥ができてしまい、成形品強度が低下するといった課題があった。

一方金型温度制御の手段として、高温気体を給気する考案(例えば、特許文献1参照)や、熱伝導や熱輻射を用いる考案(例えば、特許文献2参照)があるが、温度の変動パターンが熱可塑性樹脂を対象としており適用できないといった問題点がある。温調プレートと温調ブロックを用いる考案(例えば、特許文献3参照)は、金型全体を温度変化させるため所定の時間で目的の温度変動幅が得られない。温調媒体として水蒸気を用いる考案(例えば、特許文献4参照)は、加熱温度が熱硬化性樹脂の硬化温度まで上昇させることができず適用できない。ヒータ等加熱媒体の温調温度を1サイクルの間で変化させる考案（例えば、特許文献5参照）は、加熱媒体からキャビティ表面まで熱伝導させる際のタイムラグが発生するため、目的の温度制御を行うことができない。

特開平7-178783号特開平9‐104048号特開平10-315292号特開平11‐348041号特開昭62-16533号

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、熱硬化性樹脂の成形においてふくれが原因となって硬化時間が短縮できない事例において、金型温度をサイクルタイム内で変動させることにより、特に硬化時間の後半で温度を上昇させることにより、熱硬化性樹脂の硬化時間を短縮する方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項1の形態では、上述した目的を達成するために、熱硬化性樹脂の射出成形方法においては、少なくとも2つ以上の部分により構成される金型と、前記金型を所定温度に加熱温調する金型内のヒータが具備される。該射出成形方法は、前記金型を閉じてキャビティを形成する型閉じ手順と、前記キャビティ内に熱硬化性樹脂の材料を射出する射出手順と、前記キャビティ内に射出された前記熱硬化性樹脂の材料を硬化する硬化手順と、前記金型を開いて、硬化して成形された製品を取り出す型開き手順と、を具備する。前記型閉じ手頂から前記型開き手順までを1つのサイクルとした場合に、前記硬化手順終了時から次サイクルの前記射出手順開始時までの間に、前記キャビティの形成面の温度を低下させる冷却手順を具備し、前記ヒータをサイクルを通じて所定温度に温調しておくことを特徴とする。

この様に構成することにより、即ち1サイクルを通じてヒータにより金型を温調制御しながら、射出手順以前にキャビティ表面を冷却することによって、金型内部に蓄熱した熱量が伝熱によってキャビティ形成面の温度を徐々に昇温することができ、熱硬化性樹脂の射出成形工程において、成形品強度を低下させずに硬化時間を短縮することができる。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記キャビティの形成面の温度パターンは、前記金型の温度を一定の所定温度に温調することにより実現されることを特徴とする。
本形態によれば、金型の温度調節がより容易に実施できる。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項1または２の形態において、前記金型内部にヒータの温調に使用する温度を測温する熱電対と、前記金型のキャビティ近傍の温度を測温する熱電対とを具備することを特徴とする。
本形態によれば、本発明を実施するのに適した金型構造を具体化し、更に射出成形方法を具体化する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項1から３の形態のいずれか一項において、前記キャビティの形成面の冷却を前記型開き手順から前記型閉じ手順までの型が開いている手順間に、前記冷却手順における前記キャビティの形成面に向けて低温の液体または気体を吹きかけることによって行なうことを特徴とする。
本形態によれば、本発明がより効果を発揮し得る、形態を具体化する。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項1から４の形態のいずれか一項において、前記キャビティ形成面の冷却を、エアーにミストを混ぜた気体を用いて行なうことを特徴とする。
本形態によれば、キャビティ形成面の冷却は迅速に実施可能であり、それにより射出成形方法のサイクルタイムの減少に繋がる。

本発明の請求項６の形態では、上記請求項1から５の形態のいずれか一項において、前記熱硬化性樹脂が硬化反応の過程でガスを発生することを特徴とする。
本形態によれば、本発明がより効果を発揮し得る、熱硬化性樹脂材料の特性を限定する。

本発明の請求項７の形態では、上記請求項1から６の形態のいずれか一項において、前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の対象の熱硬化性樹脂材料をより具体化する。

本発明の請求項８の形態では、上記請求項1から７の形態のいずれか一項において、前記熱硬化性樹脂の通常成形温度が170〜190℃であることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の対象の熱硬化性樹脂材料と共にその成形温度をより具体化する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の射出成形方法を詳細に説明する。図1は、本発明に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施可能な射出成形装置の金型の好適な実施の形態の図解的側断面図である。

まず図1を参照すると、本発明の好適な実施の形態に係わる射出成形装置の金型１が示されており、金型1は、固定型3と、可動型4とを具備する。図1において、可動型4は固定型3に組み合わされて、金型1は閉じられており、固定型3と可動型4との間にはキャビティ6が形成される（型閉じ手順）。キャビティ6は例えば、図1に示される様な平板状の形状である。この状態で、本実施の形態においてはフェノール樹脂である熱硬化性樹脂材料は、図示されない射出成形装置から金型1内のキャビティ6へランナー7を介して供給される（射出手順）。金型1内に具備されたヒータ8（本例では、可動型４及び固定型３にそれぞれ４個づつの計８個具備されるが、数量はこれより多くても少なくても良い）は、金型1内に具備された第１の熱電対9（本例では、可動型４及び固定型３にそれぞれ１個づつの計２個具備されるが、数量はこれより多くても良い）の測温値を所定の設定温度に保つように温調制御を行なう、図示されない温調装置によって制御される。金型1内には第２の熱電対10が設置されており(本実施の形態においては第１の熱電対９と同様に計2つ)、キャビティ表面温度Tsは第２の熱電対10により温度計測される。

上記の型閉じ手順、射出手順の次に、金型１内に具備されたヒータ８によって温調されている金型１の熱量を熱硬化製樹脂材料に伝熱することにより、射出された熱硬化性樹脂材料を製品形状に硬化させる（硬化手順）。熱硬化性樹脂材料が硬化すると、型を開き、成形された成形製品を取り出す（型開き手順）。その後、型閉じ手順において型を閉じて、再度同様な工程が繰り返される。上記の型閉じ手順から型開き手順までが、本実施の形態の熱硬化性樹脂材料の射出成形方法の１サイクルである。このサイクルを繰り返して実施することにより、製品が次々に成形される。

本実施形態においては、射出手順、硬化手順、型開き手順、型閉じ手順と進む成形サイクルにおいて、型開き手順と型閉じ手順の間に冷却手順を実施した。
図2に各手順における金型の設定温度と、短いサイクルで欠陥のない成形品を成形するための理想的なキャビティ表面温度Tsが示されている。
本実施形態においては、通常フェノール樹脂を欠陥なく短かいサイクルで成形するにあたって、金型を温調設定する温度Tu（160から190℃）よりも高い温度、例えば200から240℃の所定温度Th（本実施例では220℃）に金型１（可動型４及び固定型３）の内部温度をサイクルを通じて一定に温調を行なう。

ヒータ８により金型１を一定温度で温調している状態において、型開きの際に、固定型3及び可動型4のキャビティ形成面には、金型1より十分に温度の低い水ミストを含むエアミストが吹き付けられ、キャビティ形成面は冷却される。これにより、キャビティ形成面の温度はヒータ8の設定温度Tｈより低い温度、例えば160℃程度まで下げられる。上記のエアミストの吹き付けは、複数の細孔が設けられたノズル１１からエアミストを高速で吹き付けることにより実施される。このエアミストの吹付けと金型1からエアミストヘの伝熱状態を図3に図解的に示す。エアミストの吹付けによりキャビティ表面の温度Tsは一時的に低下するが、金型内部温度は所定温度Thに温調されており、エアミストの吹付けが終了後は金型内部に蓄熱した熱量が伝熱することにより、射出手順、硬化手順の間にキャビティ表面の温度は徐々に上昇する。なお、この冷却手順を行なう時間帯は従来のバリ取りを行なっていた時間であるため、型開き時にエアミストの吹き付けによる冷却を行なえば、サイクルタイムの延長にはなることはない。

図４には、実際の実験における1サイクルにおける金型1のキャビティ形成面の表面温度Ｔｓ（第２の熱電対１０で計測）と、第１の熱電対9によって測定される金型内部の温度Tcの時間変化を示す。本発明を実際に実施した実験では、キャビティ形成面の温度Tsは図4で示す時間変化をするように、エアミストによる冷却量を調整された。図4においては、キャビティ6内が空の場合を点線で示し、フェノール樹脂が射出され充填された場合を実線で示す。キャビティの冷却により、金型1のキャビティ形成面の表面温度Tsは、例えば160℃の初期温度以下に降下するが、冷却を停止し冷却後の射出成形のために型閉じされると、金型1自体に蓄えられた熱量がキャビティ形成面に伝熱することにより、キャビティ形成面の表面温度Tsは例えば180℃の温度に戻るようにミスト混エアーの吹付け量、吹付け時間を調整する。その後、型閉じ後、射出工程から硬化工程までの間に、金型内部からの伝熱によりキャビティ形成面の表面温度Tsは上昇し、硬化時間の後半には200℃に達する。金型内部の温度Tcは温調装置とヒータ8によって220℃に温調されている（金型設定温度Thに一致する）ため、1サイクルを通じて一定であった。これにより、本発明を用いず通常設定温度Tuの一定温度に温調した金型で射出成形を実施した場合、1サイクルの成形が75秒要していた成形事例に対し、本発明を用いることで60秒のサイクルで射出成形を行うことができた。

上記の本実施の形態の1サイクルの射出成形工程における、フェノール樹脂、即ち熱硬化性樹脂の粘度変化について図5において実線で示す。図5において射出成形の従来例を点線で示しており、図5においては本実施の形態によって硬化時間が短縮されたことが分かる。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の好適な実施の形態の熱硬化性樹脂の射出成形方法により以下の効果が期待できる。
・熱硬化性樹脂の射出成形工程において、ふくれやボイド等の不良の発生無く、硬化時間が短縮出来る。なお、金型1のキャビティ形成面の冷却は、型開き手順において実施されるので、従来この時間帯はバリ取りを行なっていたことから、サイクルタイムの延長にはならない。

上記の説明において、本発明の熱硬化性樹脂はフェノール樹脂として記載されたが、該樹脂が、例えばエポキシ樹脂等の、これ以外の熱硬化性樹脂であっても良い。また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、射出成形工程において設定した温度は一例であって、熱硬化性樹脂の種類又は成形される製品に応じてこれとは別に設定されても良い。

上記の説明において、本実施形態は図１に示す横開きの金型によって行なわれたが、図６に示すような竪開きの金型によっても実施可能である。

上記実施形態では金型１の設定温度Thを常時一定温度としてヒータ8により温調制御したが、上記キャビティ表面温度の変動パターンを実現できる範囲内であれば、設定温度Thは常時一定である必要はない。

上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図1は、本発明の好適な実施の形態に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施可能な射出成形装置の金型の図解的側断面図である。図2は、本発明の好適な実施の形態の射出成形方法の各工程における、金型の温調設定温度Thとより好適に制御された金型のキャビティ形成面温度Tsの変化を示すグラフである。図3は、前記実施の形態におけるエアミストの吹付けと金型からエアミストヘの伝熱状態の図解的説明図である。図4は、本発明の実際の実験における、1サイクルにおける金型のキャビティ形成面の表面温度Ts（樹脂充填時と空昇温時）と金型設定温度Thの時間変化を示すグラフである。図5は、前記実施の形態の1サイクルの射出成形工程における、フェノール樹脂、即ち熱硬化性樹脂の粘度変化について従来例との比較を示す。図6は、本発明の実施の形態に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施可能な射出成形装置の第2の金型の実施の形態の図解的側断面図である。

符号の説明

１金型
３固定型
４可動型
６キャビティ
７ランナー
８ヒータ
９第１の熱電対
１０第２の熱電対
１１冷却用ミスト吐出ノズル

Claims

熱硬化性樹脂の射出成形方法において、この射出成形方法は、
少なくとも2つ以上の部分により構成される金型であって、前記金型を所定温度に加熱温調するヒータを具備する前記金型を閉じてキャビティを形成する型閉じ手順と、
前記キャビティ内に熱硬化性樹脂の材料を射出する射出手順と、
前記キャビティ内に射出された前記熱硬化性樹脂の材料を硬化する硬化手順と、
前記金型を開いて、硬化して成形された製品を取り出す型開き手順と、
を具備しており、
前記型閉じ手頂から前記型開き手順までを1つのサイクルとした場合に、前記硬化手順終了時から次サイクルの前記射出手順開始時までの間に、前記キャビティの形成面の温度を低下させる冷却手順を具備し、更に
前記ヒータをサイクルを通じて所定温度に温調しておく
ことを特徴とする射出成形方法。
前記ヒータを温調する所定温度が、サイクルを通じて一定の所定温度であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
前記金型内部に前記ヒータの温調に使用する温度を測温する熱電対と、
前記金型のキャビティ近傍の温度を測温する熱電対と、
を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形方法。
前記冷却手順における前記キャビティの形成面の冷却を、前記型開き手順から前記型閉じ手順までの型が開いている手順間に、前記キャビティの形成面に向けて低温の液体または気体を吹きかけることによって行なうことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の射出成形方法。
前記冷却手順における前記キャビティの形成面の冷却を、エアーにミストを混ぜた気体を用いて行なうことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の射出成形方法。
前記熱硬化性樹脂が硬化反応の過程でガスを発生することを特徴とする請求項1から５のいずれか一項に記載の射出成形方法。
前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の射出成形方法。
前記熱硬化性樹脂の通常成形温度が170〜190℃であることを特徴とする請求項1から７のいずれか一項に記載の射出成形方法。