JP2010137457A - 射出成形方法および射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形機において、キャビティ内の環境を良好に制御するし、射出工程において、溶融樹脂の酸化を防ぐと共に、キャビティ内の温度が低下し、溶融樹脂の流動性が低下することを防ぎ、冷却工程において、キャビティ内の温度を速やかに低下させる。
【解決手段】溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出し冷却して固化する射出成形方法であり、射出工程において、金型の近傍に設けた加熱装置で供給ガスを加熱した高温ガスをキャビティ内に注入して、キャビティ内をガス雰囲気とすると共に、キャビティ内の温度を高めた後、キャビティ内に溶融樹脂を射出する。溶融樹脂を射出した後の冷却工程において、キャビティ内に冷却用ガスを注入してキャビティ内の温度を低下させ、キャビティ内の溶融樹脂を冷却して固化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形方法および射出成形装置に関し、特に、原料の樹脂の酸化を防止するための不活性ガスの注入に関する。

射出成形機は、原料の樹脂であるペレットや粉末を溶融し、この溶融樹脂を固定金型と移動金型の間に形成されたキャビティ内に射出することによって成形している。この樹脂の注入成形に際して、空気中の酸素により樹脂が酸化すると、樹脂が劣化し成形品が変色を起こすという問題が発生する。そこで、従来、金型に囲まれたキャビティに連通しているガス吸引口よりキャビティ内の空気を吸引することによって、空気による酸化を防止することが行われている。

以下、従来の射出成形機による射出成形について概略を説明する。

射出成形機は、高温の溶融樹脂に圧力をかけて金型に強制的に溶融樹脂を注入する装置である。従来の射出成形機として、例えばインラインスクリュー式の射出成形機が知られている。このインラインスクリュー式の射出成形機では、可塑化シリンダーと、可塑化シリンダーに対して回転可能かつ軸方向に対して移動可能にはめ合わされたスクリューと、可塑化シリンダーの後部に固定されたホッパーと、可塑化シリンダーの先端に設けられたノズルと、スクリューの先端側にそれぞれ設けられたスクリューヘッド、逆流防止リング、及び押し金とを備え、ホッパーから可塑化シリンダーに樹脂を供給し、可塑化シリンダー内のスクリューによって樹脂を溶融すると共にノズルからキャビティ内に射出する。可塑化シリンダーは加熱筒を有し、この加熱筒の外周部には樹脂を加熱するためのヒータが設けられている。

射出成形は、可塑化工程によって樹脂を可塑化した後、射出工程によって金型内に射出し、保圧・冷却工程を経て成形を行う。

可塑化工程では、ヒータに通電して加熱するとともに、スクリュー駆動装置の回転駆動部によってスクリューを回転駆動させ、ホッパー内の樹脂を可塑化シリンダーの材料供給口を通して導入する。可塑化シリンダー内において、導入された樹脂はスクリューの螺旋溝に沿って前方のノズル側に移送され、加熱及びせん断作用によって溶融・混錬され、スクリューヘッドの前側の溶融樹脂貯留部に順次貯留される。この間、貯留部の溶融樹脂の圧力によりスクリューは後退させられる。所定量の溶融樹脂が貯留されると、スクリューの回転が停止して可塑化工程が終了する。

射出工程では、スクリュー駆動装置の軸方向駆動部によってスクリューを前進させることにより、貯留された溶融樹脂をノズルを通して、金型のキャビティ内に射出する。このとき、逆流防止リングは押し金の前端部に押し付けられ、貯留中の溶融樹脂がホッパー側に逆流するのを防止する。従って、加熱筒内の逆流防止リングより前方は高圧になるが、逆流防止リングより後方はそれほど高圧にならない。また、逆流防止リングより後方は、材料供給口に近づくほど未溶融樹脂の割合が増加し、材料供給口の近傍は未溶融樹脂だけになり、未溶融樹脂が容易に分散移動し易い状態になっている。

その後、所定の保圧・冷却工程に続いて型開きが行われ、この間に次の可塑化工程が開始される。金型からは成形品が取り出され、再び型閉じが行われて射出成形が繰り返して行われる。

各工程を実施している中で、金型を構成している固定金型と移動金型に挟まれたキャビティに連通しているガス吸引口を形成し、このガス吸引口からキャビティ内の空気を吸引することによってキャビティ内の空気を少なくすることで樹脂の酸化を防止している。

射出成形機において、金型のキャビティ内の空気を完全に抜き取ることは難しく、キャビティ内に空気が残留している場合には、溶融樹脂が酸化されて、焼け、黒点、ヤニ、ガス、ウエルド等各種の不良原因となる。そこで、キャビティ内の残留空気を排除するために窒素ガスをキャビティ内に注入する構成（特許文献１）や、ノズル先端内部での酸化物の生成を抑制するためにノズル先端をガスで加熱する構成（特許文献２）が提案されている。

また、従来、射出成形機において、上記したキャビティ内の残留空気の排除とは異なる目的で、窒素ガス等を注入する構成が提案されている。例えば、樹脂ペレットを乾燥させるためにホッパー側において窒素ガスを循環させる構成（特許文献３、４）が提案されている。

また、射出行程では金型の温度を上げて溶融樹脂の流動性を確保し、冷却行程では成形品を冷却しキャビティから早急に取出せる状態にすることが求められる。したがって、生産効率すなわちサイクルタイムを上げるためには、金型の温度調整が重要となる。従来、金型の温度をコントロールするために、金型の内部に油や温水を流すことによって金型の温調を行う他、金型に窒素ガスをブローして金型から樹脂基板の離型を容易とする構成（特許文献５）が提案されている。

特開２００６−１８２０００号公報 特開２００３−３３４６４５号公報 特開２００８−５５８８３号公報 特開２００８−８７４４９号公報 特開２００２−３６３２４号公報

キャビティ内に注入された溶融樹脂は、キャビティ内の温度状態の影響を受ける。例えば、高温溶融樹脂のキャビティ内への射出において、キャビティ内の温度が高い場合には、溶融樹脂の粘度は保持されるため溶融樹脂はキャビティの隅々にまで届く。また、キャビティ内の温度が低い場合には、溶融樹脂の粘度が高まるためショート・ショット等の不良を起こす場合がある。

他方、キャビティの表面温度が低い場合には、溶融樹脂がキャビティ表面に触れると、溶融樹脂の表層はキャビティによって温度が低下するため固化が急速に始まり、樹脂の表面は荒れた状態になる。

また、キャビティ内を溶融樹脂が流れる場合、溶融樹脂の流れに分流が発生することがある。流れの先端は冷やされて樹脂温度が下る他、キャビティ内の空気に触れて酸化したりしながら進む。分流した樹脂の流れがぶつかると、樹脂温度が下ったり、酸化した物質が集積された状態となり、成形品のなかに変色や変形といった不良が発生する要因となる。この状態はウエルドと云われる。

また、樹脂の酸化防止を目的としてキャビティ内に注入された窒素ガスは、キャビティ内の温度を低下させて成形に影響を及ぼす要因となる場合がある。

例えば、キャビティ内に注入される窒素ガスは大気温度であるため、温調された金型のキャビティは注入された窒素ガスによって冷却されることになり、成形に悪影響を及ぼすことになる。

また、キャビティ内に窒素ガスを注入する場合、狭い通路を通すため高い圧力の窒素ガスが必要となる。このため高圧窒素ガスが狭い通路を通りキャビティ内に噴出されると断熱膨張を起こす。この断熱膨張による温度低下によって、窒素ガスは自己冷却した状態となってキャビティ内に流入することになり、キャビティの温度を低下させることになる。

このような低温の窒素ガスの注入を防ぐためには、窒素ガスをヒータ等で加熱することが考えられる。しかしながら、窒素ガスは熱容量が小さく、高温の窒素ガスでも供給通路が長いと加熱されてから金型に達するまでに大気温度に近くに低下するという問題がある。

また、ヒータから金型に向けて加熱した窒素ガスを導くには、射出成形機の移動金型に対応するために柔軟性のあるガス用チューブが必要となる。しかしながら、一般に、柔軟性のあるガス用チューブは高温になると耐圧性が極端に落ちてしまうため、高温の窒素ガスの導入管としては適当でない。また、１００℃に耐える高温用のチューブも存在するが、高価であり、また柔軟性が乏しいため、高温の窒素ガスの導入管としては適当とは云えない。したがって、射出成形機の移動金型の動きに追従できるチューブとして適当なものは知られていない。

したがって、射出成形機において、キャビティ内の環境を良好に制御することが求められる。より詳細には、射出工程では、キャビティは溶融樹脂の酸化を防ぐために空気を排除した空間とし、かつ、溶融樹脂の良好な流動性を確保するために高温とすることが求められ、生成後の冷却工程では、生成品を取り出すためにキャビティ内の温度を速やかに低下させることが求められる。また、射出工程においては、溶融樹脂の酸化のために導入する窒素ガスによる温度低下を防ぐことが求められる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、射出成形機において、キャビティ内の環境を良好に制御することを目的とする。

より詳細には、射出工程において、キャビティ内に窒素ガス等の不活性ガスを導入して溶融樹脂の酸化を防ぐと共に、キャビティ内にガスを導入することによってキャビティ内の温度が低下し、溶融樹脂の流動性が低下することを防ぐことを目的とし、また、冷却工程において、キャビティ内の温度を速やかに低下させることを目的とする。

本発明は、キャビティ内への溶融樹脂の射出において、ガス導入による温度低下を、キャビティ内に高温のガスを注入することで防ぎ、これによってキャビティ内での流動性の低下を防ぐ。

また、キャビティ内に射出した樹脂の冷却において、キャビティ内に冷却用ガスを注入することによってキャビティ内の温度を速やかに低下させる。この冷却用ガスの注入は、射出に用いたガス注入の装置を利用することができる。

本発明は、射出成形方法の形態および射出成形装置の形態とすることができる。

本発明の射出成形方法の形態は、溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出し冷却して固化する射出成形方法であり、射出工程において、金型の近傍に設けた加熱装置で供給ガスを加熱して高温ガスとし、この高温ガスをキャビティ内に注入して、キャビティ内をガス雰囲気とすると共に、キャビティ内の温度を高めた後、キャビティ内に溶融樹脂を射出する。

キャビティ内に溶融樹脂を射出する前の段階において、キャビティ内に高温ガスを注入することによってキャビティ内の温度を高温として溶融樹脂の温度を高温とすると共に、注入するガスを窒素ガス等の不活性ガスとすることによって、溶融樹脂の酸化を防止する。

また、溶融樹脂を射出した後の冷却工程において、キャビティ内に冷却用ガスを注入してキャビティ内の温度を低下させ、キャビティ内の溶融樹脂を冷却して固化させる。

ここで、冷却用ガスを注入する一形態は、加熱装置に併設した冷却装置で供給ガスを冷却して冷却用ガスとし、この冷却用ガスをキャビティ内に供給する。

この冷却用ガスのキャビティ内への注入は、金型を開いて金型と射出後の樹脂との間にガス流路を形成し、形成したガス流路内に冷却ガスを供給する形態とするほか、キャビティの周囲に設けた冷却通路内に冷却ガスを供給する形態とすることができる。

本発明の射出成形装置の形態は、溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出し冷却して固化する射出成形装置であり、供給ガスを金型のキャビティ内に供給する供給ガス源と、供給ガスを加熱して金型のキャビティ内に注入する加熱装置とを備える。

加熱装置は金型の近傍に備える。加熱装置は、供給ガス源から供給された供給ガスを加熱して高温ガスとし、この高温ガスをキャビティ内に注入して、キャビティ内をガス雰囲気とすると共にキャビティ内の温度を高める。

加熱装置は金型の移動金型又は固定金型に取り付けることができる。また、加熱装置から金型へのガスの供給は、両者の間を接続するパイプを介して行うことができる。このパイプは、加熱装置の出力ポートと金型の入力ポートとの間を接続する、銅又はステンレスのパイプとすることができる。

供給ガス源は、大気から窒素ガスを生成する窒素ガス発生装置を用いることができる。また、この窒素ガス発生装置は、ベンチュリー管に窒素ガス発生装置が備える圧縮吸気を導入して狭窄部に負圧を発生する負圧発生装置を備える構成とすることができ、この負圧発生装置が発生する負圧によってキャビティ内のガスを排気する。

この負圧発生装置が構成するエジェクタによって、キャビティ内の空気や注入初期に発生する低濃度窒素ガスを排気したり、キャビティ内の空気と窒素ガスとの置換効率を高めることができる。

キャビティ内を冷却する構成は、金型の入力ポーチからキャビティ内に冷却用ガスを注入することで行う。冷却工程では、キャビティ内は樹脂で満たされているため、冷気や大気をキャビティ内に直接注入することは困難である。そこで、金型を開いて冷却用ガスが流れる流路を形成し、この流路内に冷却用ガスを流したり、キャビティの冷却用ガスが流れる冷却通路を形成しておき、この冷却通路内に冷却用ガスを流すことによって。キャビティ内を冷却する。

溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出し冷却して固化する射出成形装置において、供給ガスを金型のキャビティ内に供給する供給ガス源と、供給ガスを加熱して金型のキャビティ内に注入する加熱装置とを備える。

加熱装置は金型の近傍に備え、供給ガス源から供給された供給ガスを加熱して高温ガスとし、この高温ガスをキャビティ内に注入して、キャビティ内をガス雰囲気とすると共にキャビティ内の温度を高めることができる。

加熱装置は金型に取り付ける構成とすることができ、これによって加熱装置で加熱された高温ガスが加熱のキャビティ内に送られる間に生じる温度低下を和らげることができる。この構成において、加熱装置の出力ポートと金型の入力ポートとの間を銅又はステンレスのパイプで接続する。このパイプは高温に対する強度が高い特性を有しているため、加熱装置で高められたガスによる劣化を抑えることができる。

キャビティ内を冷却する構成として、ガス加熱装置に冷却装置を併設させる構成とすることができる。この冷却装置を金型の入力ポートに接続し、入力ポートを通してキャビティ内に冷却用ガスを注入してキャビティ内の温度を低下させる。冷却装置としては、例えばボルテックス・チューブを用いることができる。

本発明の形態によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）高圧で温度の高い窒素ガスをキャビティ内に注入することが可能となり、キャビティ内の窒素ガス濃度を上げ、キャビティ内の温度低下を抑制することができる。

（２）更に、樹脂の溶融温度前後の温度に窒素ガスを加熱し、この高温の窒素ガスをキャビティ内に注入することによって、溶融樹脂の酸化を防止できるばかりでなく、キャビティ内の雰囲気温度が上がり、キャビティの狭小部分の温度も高めることができる。このキャビティ内に溶融樹脂を射出すると、窒素ガス雰囲気によって溶融樹脂の酸化は抑制され、高温雰囲気によって溶融樹脂の粘性の低下も抑制することができ、キャビティの奥まで溶融樹脂を充填させることができる。

（３）更に、従来金型の奥まで樹脂を達せさせるために、油又は温水で温調することで、金型全体の温度を上げていたが、本発明の形態によれば、上昇させた金型の温度を、窒素ガスの注入によって下げることができるため、短時間に成形品の温度を下げることができ、冷却時間を短くすることができる。これによって、射出成形の成形サイクルタイムを短くすることができる。

（４）樹脂の溶融温度以上に加熱した窒素ガスをキャビティ内に注入することによって、溶融樹脂の先端において、酸化を抑制すると共に、窒素ガスがキャビティ内で膨張する際の断熱膨張によるキャビティの温度低下を抑制するができる。

（５）樹脂の溶融温度以上に加熱した空気をキャビティ内に注入することによって、空気がキャビティ内で膨張する際の断熱膨張によるキャビティの温度低下を抑制するができ、ウエルドの発生を抑えることができる。

本発明によれば、射出成形機において、キャビティ内の環境を良好に制御することができる。

本発明によれば、射出工程において、キャビティ内に窒素ガス等の不活性ガスを導入して溶融樹脂の酸化を防ぐと共に、キャビティ内にガスを導入することによってキャビティ内の温度が低下し、溶融樹脂の流動性が低下することを防ぐことができる。

本発明によれば、冷却工程において、キャビティ内の温度を速やかに低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の射出成形機の各工程を説明するためのフローチャートである。

通常の射出成形機による射出成形は、型締め工程（Ｓ１）、射出工程（Ｓ３）、冷却工程（Ｓ４）、型開き工程（Ｓ５）、突出し工程（Ｓ６）、取出し工程（Ｓ７）によって行われるのに対し、本発明の射出成形機による射出成形は、型締め工程（Ｓ１）と射出工程（Ｓ３）との間に高温ガスの注入工程（Ｓ２）を備え、また、冷却工程（Ｓ４）において、金型の内部に油や温水を流して温調を行うことに代えて、あるいはこの温調に加えて、キャビティ内にキャビティ温度よりも低温の冷却用ガスを注入することによって行う。

型締め工程（Ｓ１）は、固定金型に移動金型を組み合わせて圧力を加えて固定することで行う。固定金型と移動金型には成形品の形状に合わせた形状のキャビティが形成され、このキャビティ内に溶融した樹脂を注入した後、冷却・固化することで成形品が成形される。

型締め工程（Ｓ１）の後注入工程（Ｓ２）において、供給ガスを加熱装置で加熱した高温ガスをキャビティ内に注入する。この供給ガスは、窒素ガス等の不活性ガスとする他、酸化の程度が低い樹脂である場合には空気を用いることもできる。供給ガスの加熱は、加熱装置によって行う。加熱装置は、移動金型の近傍に設置することによって、加熱した高温ガスが移動金型に移動する間の温度が低下することを抑制する。

加熱装置は移動金型に取り付ける構成とする他、射出成形機のベース上に設けられた機構において移動金型に近い任意の箇所とすることができる。なお、加熱装置は固定金型上への設置を排除するものではなく、固定金型上に設置してもよい。

射出成形において、射出工程に先立って可塑化シリンダー内において可塑化工程によって樹脂を可塑化する。射出工程（Ｓ３）は、可塑化によって溶融した樹脂を金型内に射出し、保圧・冷却工程を経て成形を行う。

可塑化工程では、ヒータに通電して加熱するとともに、スクリュー駆動装置の回転駆動部によってスクリューを回転駆動させ、ホッパー内の樹脂を可塑化シリンダーの材料供給口を通して導入する。可塑化シリンダー内において、導入された樹脂はスクリューの螺旋溝に沿って前方のノズル側に移送され、加熱及びせん断作用によって溶融・混錬され、スクリューヘッドの前側の溶融樹脂貯留部に順次貯留される。この間、貯留部の溶融樹脂の圧力によりスクリューは後退させられる。所定量の溶融樹脂が貯留されると、スクリューの回転が停止して可塑化工程が終了する。

射出工程（Ｓ３）では、スクリュー駆動装置の軸方向駆動部によってスクリューを前進させることにより、貯留された溶融樹脂をノズルを通して、金型のキャビティ内に射出する。このとき、逆流防止リングは押し金の前端部に押し付けられ、貯留中の溶融樹脂がホッパー側に逆流するのを防止する。従って、加熱筒内の逆流防止リングより前方は高圧になるが、逆流防止リングより後方はそれほど高圧にならない。また、逆流防止リングより後方は、材料供給口に近づくほど未溶融樹脂の割合が増加し、材料供給口の近傍は未溶融樹脂だけになり、未溶融樹脂が容易に分散移動し易い状態になっている。

冷却工程（Ｓ４）では、キャビティ内にキャビティ温度よりも低温の冷却用ガスを注入して、キャビティおよび生成品を冷却する。この冷却工程は、前記したように、従来構成の金型の内部において、油や温水を流して行う温調に代えて冷却用ガスを注入する他、温調と共に冷却用ガスを注入してもよい。

その後、所定の保圧・冷却工程に続いて型開き（Ｓ５）を行い、突出し工程（Ｓ６）によって成形品を金型を外し、取出し工程（Ｓ７）によって成形品を金型から取り出す。

図２は、本発明の射出成形機の概略構成を説明するための図である。射出成形機１００は、通常の射出成形機が備える型締め機構１０１、固定金型１７を固定すると共に移動金型１９を移動自在に保持する金型部１０４、原料となる樹脂を供給自在に保持するホッパー１０３、ホッパー１０３から樹脂の供給を受けて可塑化して溶融樹脂を形成し、溶融樹脂を移動金型１９からキャビティ１８内に注入する可塑化シリンダー１０２、および射出成形機の各動作を制御する射出成形制御部１０５の各構成に加えて、キャビティ内に供給する不活性ガスを発生する不活性ガス発生装置Ａ、不活性ガス発生装置Ａで発生した不活性ガスを加熱して高温ガスを生成する加熱部（ヒータユニット）Ｂ、加熱部（ヒータユニット）Ｂおよび冷却装置Ｄを制御するコントローラ３２を備える。

不活性ガス発生装置Ａは、ガス供給源から供給されたガス（空気）を処理して不活性ガスを生成する。不活性ガスが窒素ガスである場合の構成例については、図３を用いて後述する。

ガス供給源は、例えば、エアーフィルタ１、コンプレッサー２、ドライヤー３、タンク４の構成とすることができる。エアーフィルタ１は大エアーフィルタ空気から塵等の不純物を除去する。コンプレッサー２は、取り込んだ空気を圧縮して加圧してドライヤー３に送る。ドライヤー３は取り込んだ空気を除湿する。タンクは、所定の圧力で空気を蓄積する。

不活性ガス発生装置Ａは、柔軟性を有したチューブ３４を介して発生した不活性ガスを加熱装置Ｂに供給する。加熱装置Ｂは、供給された不活性ガスを加熱して高温ガスとし、この高温ガスを銅あるいはステンレスのパイプ３３を介して移動金型１９側に注入する。

吸引装置Ｃは、ベンチュリー管を用いて構成することができる。窒素ガス発生装置が備える圧縮吸気を導入して、ベンチュリー管の狭窄部に負圧を発生する負圧発生装置で構成することができ、この負圧によってキャビティ内のガスを排気する。この負圧発生装置が構成するエジェクタによって、キャビティ内の空気や注入初期に発生する低濃度窒素ガスを排気したり、キャビティ内の空気と窒素ガスとの置換効率を高めることができる。

冷却装置ＤをヒータユニットＢに併設して設ける。冷却装置Ｄは、不活性ガス発生装置Ａから供給されたガスを冷却して冷却用ガスとし、この冷却用ガスを移動金型１９に導入する。冷却装置Ｄは、例えば、ボルテックス・チューブを用いることができる。

ヒータユニットＢからの高温ガスと冷却装置Ｄからの冷却用ガスの切替は、図示しない切替用電磁弁を切り替えることによって行うことができる。

コントローラ３２は、ヒータコード２３，２４を介して加熱部のヒータユニットＢに給電する。また、コントローラ３２は、電磁弁コード２６を介してヒータユニットＢ内の電磁弁（図示していない）を制御する。また、コントローラ３２は、センサコード３０を介してヒータユニットＢ内の温度センサ（図示していない）で検出したヒータ温度を受信し、受信したヒータ温度に基づいてヒータの制御温度を定め、ヒータユニットＢに給電する電流を制御する。また、コントローラ３２には電源コード２８によって駆動され、射出機コード２７によって制御される。

また、コントローラ３２は、冷却装置Ｄの駆動を制御する他、図示しない電磁弁を制御して不活性ガス発生装置Ａからの供給ガスの冷却部Ｄへの供給を制御する。

図３は本発明の射出成形装置の一構成例を説明するための図であり、加熱装置のヒータユニットの構成例を示し、不活性ガス発生装置として窒素ガス発生装置の例を示している。以下、窒素ガス発生装置および加熱装置の構成例について図３を用いて説明する。

窒素ガス発生装置Ａは、不活性ガス発生装置の一構成例であり、タンク４に蓄積した圧縮空気を供給ガスとして導入し、この空気から窒素ガスを生成してヒータユニット（加熱装置）Ｂに供給する。また、図３では、窒素ガス発生装置Ａは窒素ガスの生成と共に吸引装置を構成している。

タンク４に貯蔵された圧縮空気はフィルタ５を通した後、一方は絞り弁７を介して窒素ガス発生部１０に送られて窒素ガスが生成され、他方は絞り弁７を介してベンチュリー管を用いた真空エジェクタ１６に送られて負圧が生成され、キャビティ１８内を吸引する。フィルタ５は、圧縮空気から塵埃やオイルミスト等を除去する。また、フィルタ５の後には圧力計が設けられている。

絞り弁７はタンク４から供給されるガス量を調整する。絞り弁７でガス量が調整された空気は、レギュレータ９を介して窒素ガス発生部１０に送られ、窒素ガスが生成される。窒素ガス発生部１０は、例えば、圧縮空気から酸素を除去するＰＡＳ方式による窒素ガス発生部や、中空糸膜による窒素ガス発生部を用いることができる。また、発生した窒素ガスから更に窒素ガスの純度を向上させる目的で酸素を吸収する酸素吸収装置（図示していない）を設けても良い。窒素ガス発生部１０の前後にはレギュレータ９，１１を設ける。

ここで、フィルタ１，５は、塵埃やオイルミスト等を除去することを目的として一組で構成しているが、圧縮空気より塵を除去するプレフィルタと圧縮空気より油を除去するミストフィルターとミクロミストフィルターを目的毎に分けて複数組で構成しても構わない。また、ドライヤー３は、空気を乾燥させる機能を持っていれば、冷凍式でも膜式でも乾燥剤によるものでも、その他どのような方式でも構わない。また、ドライヤー３からは、露化して溜まったドレン水を排出することができるようになっている。

タンク２１に貯蔵された窒素ガスは、絞り弁２０および流量計１２を介して、窒素ガス発生装置Ａの出力ポートから出力される。

一方、吸引装置Ｃは、絞り弁８および電磁弁１４，レギュレータ１５を介して真空エジェクタ１６に接続することによって構成される。真空エジェクタ１６は、圧縮空気を流入する流入部１６ａと流出する流出部１６ｃと、流入部１６ａと流出部１６ｃとの間の流路に形成された狭窄部１６ｄとを備える。狭窄部１６ｄには負圧部１６ｂのポートが設けられる。圧縮空気が狭窄部１６ｄを流れる際の圧力変化によって、負圧部１６ｂのポートはチューブ３５を介してキャビティ１８内を吸引する。吸引装置Ｃの駆動制御は、コントローラ３２から電磁弁コード２５を介して電磁弁１４の開閉を制御することで行うことができる。

なお、樹脂によっては溶融しても殆ど酸化しないものもあるため、このような酸化の程度が低い樹脂の場合には、樹脂の溶融温度以上に加熱した窒素ガスだけではなく、圧縮空気をキャビティ内に送り込むことにより、ウエルドを防ぐこともできる。

ヒータユニット（加熱装置）Ｂは、チェック弁３１、ヒータ２２、温度センサ２９、電磁弁１３を直列に結んで構成されている。ヒータ２２は樹脂溶融温度以上に上げることができるガス加熱用のヒータであり、コントローラ３２からヒータコードを介して供給される電流によって加熱させる。温度センサ２９はヒータ２２の温度を検出し、センサコード３０を介して検出温度をコントローラ３２に送る。コントローラ３２は、検出温度に基づいてヒータ２２に供給する電流を制御して、ヒータ２２の温度が所定温度となるように温度制御を行う。

また、コントローラ３２は、電磁弁コード２６を介して電磁弁１３の開閉を制御し、加熱した窒素ガスを金型のキャビティ１８への供給を制御する。電磁弁１３は外部のコントローラ３２により制御され、常時は閉状態とし、型締行程と射出行程との間に設けた窒素ガス注入行程時に開状態とし、短い時間（例えば１〜２秒程度）でヒータ２２によって加熱して高温の窒素ガスを金型側に送り出す。

ヒータユニットＢは、射出成形機の金型に搭載するか、またはその近くに取り付けられる。

窒素ガス発生装置Ａと窒素ガスを受け入れるヒータユニットＢのポートとは、柔軟性のあるチューブで連結する。この柔軟性のあるチューブで連結することによって、金型に取り付けられたヒータユニットＢが移動した場合であっても追従することができる。

また、高温の窒素ガスを供給する電磁弁１３のポートと窒素ガスを受け入れる金型のポートとは銅、ステンレス等の高温強度の高いパイプ３３で金型（移動金型１９）に連通されている。

チェック弁３１はヒータ２２で加熱した窒素ガスが逆流し、高温窒素ガスによってチューブ３４を破損しないようにしている。

次に、冷却工程について、図４，図５を用いて説明する。

図４のフローチャートは、キャビティ内に設けた冷却通路に低温のガスを注入することで冷却する場合である。この場合には、ヒータ２２の温度を溶融温度以下に温調してキャビティ温度が溶融温度より低温の所定温度となるように制御したり、あるいは温調を停止する（Ｓ４ａ）。キャビティ内に低温ガスを注入する。低温ガスは、ヒータユニットＢのヒータ温度を低温に設定したり、あるいはヒータによる加熱を停止した状態で、窒素ガスをキャビティ内に供給することで行うことができる（Ｓ４ｂ）。この低温ガスの注入は、予め定めた時間とする他、温度センサを設け、検出温度が所定温度以下となるまで行い（Ｓ４ｃ）、キャビティ内の温度を所定温度以下となった後、低温ガスの供給を停止する（Ｓ４ｄ）。

また、低温ガスの生成は、ボルテックス・チューブを用いて不活性ガス発生装置Ａからの供給ガスを冷却してもよい。

図５のフローチャートは、金型をわずかに開いて流路を形成し、この流路の冷却用ガスを注入することによってキャビティ内への冷却用ガスの注入を行う例を示している。なお、ここでは、冷却装置Ｄによって供給ガスを冷却した冷却用ガスを用いる場合を示している。

この冷却では、型締め機構を駆動して移動金型をわずかに開いて、移動金型と樹脂との間に冷却用ガスが流れる程度の隙間を開けて流路を形成し（Ｓ４Ａ）、冷却装置Ｄに窒素ガスを導入して冷却用ガスを生成する（Ｓ４Ｂ）。

切替電磁弁を切り替えたヒータユニットＢに代えて冷却装置Ｄを移動金型の入力ポートに接続し、冷却用ガスをＳ４Ａで形成して流路に供給する（Ｓ４Ｃ）。冷却が終了した後、切替電磁弁を切り替えて次の射出成形に備える（Ｓ４Ｄ）。

図６は、キャビティ内の温度変化の一例を模式的に示している。図６において、キャビティ温度は、ガス注入工程によって上昇し、所定温度となった時点で射出工程を行う。射出工程から保持工程を経た後、冷却工程によってキャビティ内を所定温度以下に下げた後、型開き工程で金型を開き、取り出し工程において金型から生成品を取り出す。

本発明の射出成形機の各工程を説明するためのフローチャートである。 本発明の射出成形機の概略構成を説明するための図である。 本発明の射出成形装置の一構成例を説明するための図である。 冷却工程を説明するためのフローチャートである。 冷却工程を説明するためのフローチャートである。 キャビティ内の温度変化の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…フィルタ
２…コンプレッサー
３…ドライヤー
４…タンク
５…フィルタ
７…絞り弁
８…絞り弁
９…レギュレータ
１０…窒素ガス発生部
１１…レギュレータ
１２…流量計
１３…電磁弁
１４…電磁弁
１５…レギュレータ
１６…真空エジェクタ
１６ａ…流入部
１６ｂ…負圧部
１６ｃ…流出部
１６ｄ…狭窄部
１７…固定金型
１８…キャビティ
１９…移動金型
２０…絞り弁
２１…タンク
２２…ヒータ
２３…ヒータコード
２４…ヒータコード
２５…電磁弁コード
２６…電磁弁コード
２７…射出機コード
２８…電源コード
２９…温度センサ
３０…センサコード
３１…チェック弁
３２…コントローラ
３３…パイプ
３４…チューブ
３５…チューブ
１００…射出成形機
１０１…型締め機構
１０２…可塑化シリンダー
１０３…ホッパー
１０４…金型部
１０５…射出成形制御部
Ａ…窒素ガス発生装置（不活性ガス発生装置）
Ｂ…ヒータユニット（加熱装置）
Ｃ…吸引装置
Ｄ…冷却装置

Claims (13)

1. 溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出し冷却して固化する射出成形方法において、
   前記金型の近傍に設けた加熱装置で供給ガスを加熱して高温ガスとし、当該高温ガスをキャビティ内に注入して、キャビティ内をガス雰囲気とすると共にキャビティ内の温度を高めた後、当該キャビティ内に溶融樹脂を射出することを特徴とする射出成形方法。
2. 前記ガスは不活性ガス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。
3. 前記不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする、請求項２に記載の射出成形方法。
4. 溶融樹脂を射出した後、前記キャビティ内に冷却用ガスを注入してキャビティ内の温度を低下させ、キャビティ内の溶融樹脂を冷却して固化させることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の射出成形方法。
5. 前記冷却用ガスの注入は、前記加熱装置に併設した冷却装置で供給ガスを冷却して冷却ガスとし、当該冷却用ガスをキャビティ内に供給することを特徴とする、請求項４に記載の射出成形方法。
6. 前記冷却用ガスのキャビティ内への注入は、
   前記金型を開いて金型と射出後の樹脂との間にガス流路を形成し、前記ガス流路内に前記冷却ガスを供給することによって行うことを特徴とする、請求項５に記載の射出成形方法。
7. 前記冷却用ガスのキャビティ内への注入は、
   前記キャビティの周囲に設けた冷却通路内に前記冷却ガスを供給することによって行うことを特徴とする、請求項５に記載の射出成形方法。
8. 溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出する射出成形装置において、
   供給ガスをキャビティ内に供給する供給ガス源と、
   前記供給ガスを加熱して前記金型のキャビティ内に注入する加熱装置と、
   樹脂を溶融して金型のキャビティ内の射出する射出部とを備え、
   前記加熱装置は前記金型の近傍に設け、前記供給ガス源から供給される供給ガスを加熱して高温ガスとし、当該高温ガスを前記キャビティ内に注入して、前記キャビティ内をガス雰囲気とすると共にキャビティ内の温度を高め、
   前記射出部は、ガス雰囲気でかつ温度を高めたキャビティ内に溶融樹脂を射出することを特徴とする射出成形装置。
9. 前記加熱装置は前記金型の移動金型又は固定金型の金型に取り付けることを特徴とする、請求項８に記載の射出成形装置。
10. 前記加熱装置の出力ポートと前記金型に設けた入力ポートとの間を銅又はステンレスのパイプで接続することを特徴とする、請求項８又は９に記載の射出成形装置。
11. 前記供給ガス源は大気から窒素ガスを生成する窒素ガス発生装置であることを特徴とする、請求項８から１０の何れか一つに記載の射出成形装置。
12. 前記窒素ガス発生装置は、ベンチュリー管に窒素ガス発生装置が備える圧縮吸気を導入して狭窄部に負圧を発生する負圧発生装置を備え、
    前記負圧発生装置が発生する負圧によってキャビティ内のガスを排気することを特徴とする、請求項１１に記載の射出成形装置。
13. 前記キャビティ内に射出して溶融樹脂を冷却して固化する冷却装置を前記加熱装置に併設して備え、
    前記冷却装置は前記金型の入力ポートに接続し、当該入力ポートを通して前記キャビティ内に冷却用ガスを注入してキャビティ内の温度を低下させることを特徴とする、請求項８から１２の何れか一つに記載の射出成形装置。

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