JP2005349683A - 射出成形方法と射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形のサイクルタイムを短縮する。
【解決手段】 キャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、成形品裏面に向けて開口する注入流路２４ｄ．２４ｆから加圧流体を注入し、成形品裏面とキャビティ面２４ａの間に浸入した加圧流体を成形品裏面に開口する排出流路２４ｈから排出する工程を実行する。成形品裏面とキャビティ面の間に浸入した加圧流体は、成形品裏面とキャビティ面の間を通過し、成形品裏面に開口する排出流路から排出される。溶融樹脂は、成形品裏面に接して流れる加圧流体によって効率的に冷却される。溶融樹脂を冷却して自らは加熱された加圧流体は射出成形型外に排出される。溶融樹脂は金型に伝熱して冷却されるのではなく、加圧流体に伝熱して冷却され、その加圧流体は射出成形型外に排出されるので、冷却能力に制約されない。成形品の表面は、加圧流体によってキャビティ面に付勢され、正確な表面形状に成形される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、射出成形技術に関する。

射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、充填した溶融樹脂が凝固したら型を開けて成形品を取出す。
射出成形技術でサイクルタイムを短くするためには、キャビティに充填した溶融樹脂を効率的に冷却し、凝固時間を短くする必要がある。

射出成形型が金型で形成されている場合、キャビティに充填した溶融樹脂は金型に接触しており、金型に伝熱して急速に冷却されるものと考えることができる。
しかしながら実際には、金型のキャビティに溶融樹脂を充填する必要があり、金型温度が低すぎると、キャビティへの溶融樹脂の充填がうまくゆかない。また、キャビティに充填した溶融樹脂は冷却されるにつれて収縮し、収縮した結果キャビティ面から剥離する。剥離すると、樹脂表面とキャビティ面の間は真空空間となり、断熱層となってしまう。実際には、溶融樹脂から金型に伝熱する速度は速くなく、さらに効率的に冷却する技術が必要とされている。

特許文献１に、樹脂表面とキャビティ面の間に真空空間が形成されることを禁止する技術が開示されている。特許文献１の技術では、多くの成形品には意図した表面形状に仕上げる必要がある面（これを意匠面という）と、表面形状が重視されない面（これを裏面という）があることに着目し、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し終えたら樹脂に圧力を加えることを止め、その代わりに成形品の裏面に加圧流体を注入する。成形品の裏面に加圧流体を注入すると、成形品の裏面はキャビティ面から剥離する一方、成形品の意匠面はキャビティ面に押付けられる。特許文献１の技術では、成形品の意匠面はキャビティ面に押付けられ、成形品の裏面には加圧流体が接触する。樹脂表面とキャビティ面の間に真空空間が形成されることがない。

特開平１０−５８４９３号公報

特許文献１の技術によると、樹脂表面とキャビティ面の間に真空空間が形成されないために、溶融樹脂から金型に伝熱する速度は速くなる。しかしながら、所詮は金型に伝熱することによって溶融樹脂を冷却するものであり、金型温度が高ければ溶融樹脂の冷却に時間を要してしまう。また成形品の裏面に注入された加圧流体の熱伝導率によって伝熱効率が制約されてしまう。
本発明は、特許文献１の技術によるよりもさらに効率的に溶融樹脂を冷却することができる射出成形技術を提供するために創作された。

射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、溶融樹脂が凝固してから型を開く。
本発明で創作された射出成形方法では、キャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、成形品裏面に向けて開口する注入流路から加圧流体を注入し、成形品裏面とキャビティ面の間に浸入した加圧流体を成形品裏面に開口する排出流路から排出する工程を実行する。

本射出成形方法では、通常の成形品には意図した表面形状に仕上げる必要がある意匠面と、表面形状が重視されない裏面があることに着目し、成形品裏面に向けて開口する注入流路から加圧流体を注入することによって、成形品裏面をキャビティ面から剥離させ、成形品裏面とキャビティ面の間に加圧流体を浸入させる。成形品裏面はキャビティ面から剥離するために、成形品裏面の形状精度は確保されないが、裏面形状は重視されないことから問題がない。
成形品裏面とキャビティ面の間に浸入した加圧流体は、成形品裏面とキャビティ面の間を通過し、成形品裏面に開口する排出流路から排出される。溶融樹脂は、成形品裏面に接して流れる加圧流体によって効率的に冷却される。溶融樹脂を冷却して自らは加熱された加圧流体は射出成形型外に排出される。すなわち、溶融樹脂は金型に伝熱して冷却されるのではなく、加圧流体に伝熱して冷却され、その加圧流体は射出成形型外に排出されるので、冷却能力に制約されない。金型温度によって冷却能力が制約されることもなく、加圧流体の熱伝導率によって冷却能力が制約されることもない。

成形品裏面に注入する加圧流体は、特許文献１に記載されているように、高い圧力であってもよい。しかしながら、低い圧力でも成形品裏面とキャビティ面を剥離させ、両者の間に加圧流体を浸入させることができる。
このためには、加圧流体の注入排出工程と同時に、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて溶融樹脂をキャビティに補充する工程を実行することが好ましい。

溶融樹脂の補充を同時に実行することによって、意匠面を意図した形状に射出成形するのに必要な注入圧力を低減できる推測理由を下記に示す。ただし、本発明の技術はその推測理由によって制約されるものでなく、あくまで特許請求の範囲に記載されている客観的要件に従う。
成形品の裏面側では、樹脂が冷却されて収縮するにつれ、ゲートから樹脂に掛けられている圧力が伝達し難くなり、樹脂全体に作用する圧力が低下していく。樹脂全体に作用する圧力が、成形品の裏面に向けて開口する流路に存在する流体に加えられている圧力よりも低下すると、加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に浸入し始め、成形品裏面をキャビティ面から剥離させる。この結果、成形品裏面はキャビティ面を転写したものに仕上がらないが、成形品の裏面形状は製品性能に影響しないために、問題にはならない。樹脂の収縮に伴って、成形品の裏面近傍の圧力が低下するため、低圧の加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に容易に浸入することができる。注入圧力は低くてもよい。樹脂の収縮に伴って、成形品の意匠面近傍の圧力も低下するが、意匠面がキャビティ面から剥離しない間に、成形品裏面とキャビティ面の間に加圧流体が入り込み、成形品裏面とキャビティ面から剥離させる。
成形品の裏面がキャビティ面から剥離した後においても、成形品の意匠面形状が固定されるまでの間は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しないように、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続ける。このとき、キャビティ面から剥離した成形品の裏面が成形品の意匠面に向けて接近して厚みを減じるように収縮できるために、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を従来技術よりも低くしても、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離することを抑制することができる。
成形品裏面への加圧流体の注入だけによって成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、相当大きな圧力で成形品を裏面から意匠面に向けて押付けおく必要がある。特許文献１の技術では２０ＭＰａ程度の高い注入圧力を必要としている。
一方、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて収縮分を補充する技術だけで成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、成形品裏面がキャビティ面から先に剥離することが保証されておらず、意匠面がキャビティ面から先に剥離することがありえる。この場合、成形品裏面側の収縮と成形品表面側の収縮が複合した力が意匠面をキャビティ面から剥離させる力となる。これに抗して意匠面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を高くしなければならない。典型例を挙げれば、４０ＭＰａ程度の高い補充圧力を必要とする。
本発明の射出成形技術では、成形品の裏面に向けて開口する注入流路から加圧流体を注入するために、意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に裏面とキャビティ面の間に加圧流体が侵入し始め、成形品裏面が意匠面よりも先に剥離することが保証されている。この条件が成立していると、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を低くしても、意匠面がキャビティ面から剥離することを抑制することがきる。成形品の裏面が意匠面に向けて接近して厚みを減じることができるために、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を低くしても、成形品表面がキャビティ面から剥離することを抑制することがきる。
以上の相乗作用が得られるために、先に例示した場合であれば、溶融樹脂の補充圧力は２０ＭＰａ程度と半減でき、加圧流体の注入圧力についてはわずか１ＭＰａ程度の低い圧力で、成形品の意匠面を意図した形状に射出成形することができるものと推測できる。

本発明は射出成形装置に具現化することもできる。本発明で具現化された射出成形装置は、成形品裏面に向けて開口する注入流路と成形品裏面に開口する排出流路が形成されている射出成形型と、射出成形型のキャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に注入流路に加圧流体を注入する手段を備えている。

本射出成形装置によると、キャビティに充填された溶融樹脂は、成形品裏面とキャビティ面の間に浸入した加圧流体によって効率的に冷却される。サイクルタイムが短縮化し、量産能率が向上する

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、充填しづらい末端部に、加圧流体注入流路の開口を設ける。
（形態２） 注入流路の開口は、成形品の裏面に対向する位置に、分散配置する。
（形態３） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇するよりも早いタイミングで、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態４） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇し、その後に冷却されて低下するのを待って、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態５） 加圧流体は、加圧空気である。
（形態６） 加圧空気は、工場に既設されている加圧空気パイプから供給される。新規な設備を必要としない。
（形態７） 排出通路には、所定圧力以上の流体を排出するプレッシャレギュレータが組込まれている。

本発明の射出成形技術を具現化した実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の射出成形技術によって成形する成形品の部分斜視図であり、図２は本実施例の射出成形装置の概略断面図であり、図３は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法を比較する図であり、図４は本実施例の射出成形方法の工程図であり、図５は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法で必要とされる圧力を対比して示す図である。

図１に示す成形品１０は、図２に示す射出成形装置１８によって射出成形される樹脂成形品であり、その典型例として、自動車の樹脂バンパ用の成形品が例示されている。
成形品１０において、面１２は意図した表面形状に精密に仕上げる必要がある意匠面であり、面１４は表面形状が重視されない裏面である。この成形品１０は、射出成形装置のランナーとノズルからゲート２８を経て金型内のキャビティに溶融樹脂を充填することによって成形される。

図２は、射出成形装置１８の金型２０の、図１の成形品１０のII−II線に対応する位置での断面を示す。金型２０は、成形品１０の意匠面１２を成形するための雌金型２２と、成形品１０の裏面１４を成形するための雄金型２４とを有している。雌金型２２と雄金型２４を組合せることによって形成されるキャビティ２６の形状は、得ようとする成形品１０の形状に対応している。即ち、雌金型２２のキャビティ面２２ａと成形品１０の意匠面１２が正確に対応しており、雄金型２４のキャビティ面２４ａと成形品１０の裏面１４がほぼ対応している。

雌金型２２には、雌金型２２の外部とキャビティ面２２ａを連通するゲート２８が形成されている。ゲート２８が雌金型２２の外部に開口する箇所に、ランナー３２のノズル３０が取付けられている。ランナー３２が所定の圧力で溶融樹脂を押出すために、溶融樹脂はゲート２８からキャビティ２６に充填される。

雄金型２４には、雄金型２４の外部とキャビティ面２４ａを連通する２本の流体注入流路２４ｄ，２４ｆが形成されている。流体注入流路２４ｄ，２４ｆはキャビティ面２４ａに開口し、その開口部２４ｃ，２４ｅは、ゲート２８からキャビティ２６に溶融樹脂を充填する際に、溶融樹脂を充填しづらい末端部に設けられている。開口部２４ｃ，２４ｅには、ベント３６ｃ，３６ｅが取付けられている。ベント３６ｃ，３６ｅは、溶融樹脂は通過させないが空気は通過させる径の小孔を有している。
雄金型２４には、雄金型２４の外部とキャビティ面２４ａを連通する１本の流体排出流路２４ｈが形成されている。流体排出流路２４ｈはキャビティ面２４ａに開口し、その開口部２４ｉは、注入用開口部２４ｃ，２４ｅの中間位置に設けられている。開口部２４ｉには、ベント３６ｉが取付けられている。
流体注入流路２４ｄ，２４ｆが雄金型２４の外部に開口する箇所に、流体配管３８が接続されている。流体配管３８の一端には、流体を加圧して送出すポンプ４２が接続されており、流体配管３８の途中には流体の流量を調整するバルブ４０が設けられている。バルブ４０の開度は、図示しない制御装置によって制御される。
流体排出流路２４ｈが雄金型２４の外部に開口する箇所に、プレッシャレギュレータ４６が設けられている。プレッシャレギュレータ４６は、流体排出流路２４ｈ内の空気の圧力が０．５ＭＰａ以上となると、流体排出流路２４ｈ内の空気を大気に放出する。
ポンプ４２が送出す加圧流体（この実施例では空気）は、流体配管３８と流体注入流路２４ｄ，２４ｆからキャビティ２６に注入され、流体排出流路２４ｈから大気に放出される循環を繰返す。プレッシャレギュレータ４６によって、循環する加圧空気の圧力は０．５ＭＰａに調圧される。

上記の射出成形装置１８による射出成形方法の工程図を図４を参照して説明する。
最初に雌金型２２と雄金型２４を合せ、金型２０を閉じる。このときに流体注入部４４のバルブ４０は閉じておく。この状態で、射出成形装置のランナー３２から約５０ＭＰａの射出圧で溶融樹脂を押出す。押出された溶融樹脂はノズル３０を経てゲート２８からキャビティ２６に充填されていく。
溶融樹脂がキャビティ２６に充填し終えたら、ランナー３２の射出圧を２０ＭＰａまで降下させ、樹脂圧力保持工程に移行する。
キャビティ２６に溶融樹脂を充填し終ったタイミング、すなわち、樹脂圧力保持工程の開始タイミングで、流体注入部４４のバルブ４０を開き、０．５ＭＰａに加圧した空気を流体注入流路２４ｄ、２４ｆに導く。

ゲート２８からキャビティ２６内の溶融樹脂に加えられている圧力と、流体注入流路２４ｄ、２４ｆに加えられている加圧流体の圧力の関係から下記のいずれかの事象が存在する。
ゲート２８からキャビティ２６内に溶融樹脂が充填された直後には、ゲート２８から遠い末端部の樹脂圧力が低く、流体注入流路２４ｄ、２４ｆに加えられている加圧流体の圧力の方が高いことがある。この場合には、キャビティ２６内に充填された溶融樹脂が凝固するのを待たないで成形品の裏面側に加圧流体が注入され、成形品の裏面がキャビティ面２４ａから剥離した状態で溶融樹脂が凝固し始める。
流体注入流路２４ｄ、２４ｆに加圧流体が導入されたときのキャビティ２６内の溶融樹脂の圧力が加圧流体の圧力よりも高い場合には、溶融樹脂が凝固するのにともなって樹脂圧力が低下するために、樹脂圧力が流体圧力よりも低下した時に、成形品の裏面側に加圧流体が注入される。
いずれの場合でも、成形品の裏面側に流体注入流路２４ｄ、２４ｆから加圧流体が注入されるために、成形品の意匠面がキャビティ面２２ａから剥離することがなく、その前に成形品の裏面がキャビティ面２４ａから剥離する。

キャビティ２６に充填した溶融樹脂は冷却されて収縮する。このとき、成形品の裏面に加圧流体を注入するのと同時に、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続ける。図５に示すように、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続けると、末端部の樹脂圧力は約８ＭＰａ程度となる。
この樹脂圧力は、図５の従来技術１に示す従来の樹脂圧力保持技術による場合の約半分であり、低い樹脂圧力である。

図３は、本実施例の射出成形技術を従来の射出成形技術と対比して説明する図である。（ａ）は、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けて樹脂の収縮分を補充する技術だけで意匠面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応する。先に成形品裏面がキャビティ面から剥離することが保証されておらず、意匠面がキャビティ面から先に剥離することがありえる。この場合、成形品裏面側の収縮と成形品表面側の収縮が複合した力が意匠面をキャビティ面から剥離させる力となる。これに抗して意匠面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に加え続ける圧力Ｐ１を高くしなければならない。図５に示すようにゲート部で４０ＭＰａ（末端部で１６ＭＰａ）程度の圧力が得られる高い補充圧力を必要とする。
図３（ｂ）は、成形品裏面へ加圧流体を注入するだけで意匠面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応し、その技術では、相当大きな圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。図５に示すように、１８ＭＰａ程度の高い圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。
図３（ｃ）は、本実施例に対応し、溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けるのと同時に、成形品裏面に加圧空気を注入する。空気の注入圧力は低くても、意匠面がキャビティ面２２ａから剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面２４ａから剥離することが保証されており、溶融樹脂に加える圧力Ｐ１を低下させることができる。図５に示すようにゲート部で２０ＭＰａ（末端部で８ＭＰａ）程度の圧力を掛ければよい。
上記の数値は例示のためのものであり、本発明の技術範囲に定める要件ではない。また上記の説明は、推測理由の説明であって、本発明の技術はその推測理由に拘束されない。

樹脂圧力保持工程は、加圧流体注入工程よりも先に終了させることができる。本実施例では、加圧流体注入排出工程を実施するために、意匠面がキャビティ面から剥離しようとする力を低減することができる。意匠面の強度が比較的に弱い段階で樹脂圧力保持工程を終了しても、意匠面がキャビティ面から剥離することを抑制することができるために、樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化することができる。
図３（ｃ）に示すように、成形品裏面に注入された加圧流体（この場合は空気）は、成形品裏面とキャビティ面の間を流動し、成形品を裏面側から冷却し、成形品を冷却することによって加熱された加圧流体は、放出流路２４ｈから金型２０外に排出される。排出流路２４ｈにプレッシャレギュレータ４６が組込まれているために、成形品の裏面側に接する加圧流体の圧力は０．５ＭＰａに維持される。
成形品は、裏面を流れる加圧流体によって効率的に冷却され、その後の工程を早いタイミングで実施できるようになる。図４において、破線は従来の技術による場合の工程実施タイミングを示す。本実施例によると、型開きタイミングを早めることができ、製品取出しタイミングを早めることができる。サイクルタイムが短縮化され、量産効率が増大する。

本実施例によると、樹脂圧力保持工程に必要な時間を短縮化することができ、型開きまでの時間を短縮化できる。サイクルタイムが短縮化され、量産効率が増大する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例の技術で成形する成形品の一例を斜視した図。 実施例の射出成形装置の概略断面図。 成形品表面がキャビティ面から剥離する様子を説明する図。 実施例の工程図を従来と対比して説明する図。 実施例で必要な圧力を従来と対比して説明する図。

符号の説明

１０：成形品
１２：表面
１４：裏面
１６：貫通穴
１８：射出成形装置
２０：金型
２２：雌金型
２２ａ：キャビティ面
２４：雄金型
２４ａ：キャビティ面
２４ｂ：柱状部
２４ｃ，２４ｅ：開口
２４ｄ，２４ｆ：注入流路
２４ｈ：排出流路
２６：キャビティ
２８：ゲート
３０：ノズル
３２：ランナー
３４：樹脂射出部
３６ｃ，３６ｅ：ベント
３８：流体配管
４０：バルブ
４２：ポンプ
４４：流体注入部

Claims (3)

1. 射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、
   成形品裏面に向けて開口する注入流路に加圧流体を注入し、成形品裏面とキャビティ面の間に浸入した加圧流体を成形品裏面に開口する排出流路から排出する工程を備えている射出成形方法。
2. 加圧流体の注入排出工程と、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて溶融樹脂をキャビティに補充する工程を同時に実行することを特徴とする請求項１の射出成形方法。
3. 成形品裏面に向けて開口する注入流路と、成形品裏面に開口する排出流路が形成されている射出成形型と、
   射出成形型のキャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、注入流路に加圧流体を注入する注入手段を、
   備えている射出成形装置。

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