JP2016144889A - 射出成形装置及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性材料を射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制し、さらに、通電加熱時の放電現象による成形型の損傷を防止することができる射出成形装置を提供する。
【解決手段】成形型は、キャビティ形成面の少なくとも一部に互いに絶縁された複数の導電部と、該導電部を成形型の外表面に対して電気的に絶縁する第１絶縁部材と、を有すると共に、導電部間に所定の電圧を印加する通電手段と、通電手段によって印加される電圧を制御する通電制御手段と、を有し、成形型は、真空源に接続された吸引路の吸引口がキャビティ形成面に開口されており、通電制御手段は、真空源によって成形型内を真空引きしながら加熱射出手段によって射出された導電性材料が成形型の導電部に接触したときに通電加熱されるように、通電手段によって導電部間に電圧を印加することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形装置及び射出成形方法に関し、特に、導電性材料を射出成形するための射出成形装置及び射出成形方法に関する。

従来、樹脂製の成形品は、射出成形装置によって成形される。一般に、射出成形装置は、ホッパに供給されたペレット状の熱可塑性樹脂をヒータによる加熱とスクリュの回転によるせん断熱により流動可能温度に溶融し、予め型締めされた金型のキャビティ内にスクリュを前進させて溶融樹脂を充填し、充填された溶融樹脂をスクリュの前進力により保圧し、キャビティ内で成形品を冷却した後、金型を開いて成形品を取り出すように構成されている。

このような射出成形装置において、金型のゲート部からキャビティの末端部に向かって充填される溶融樹脂は、キャビティ内を移動しながら、金型のキャビティ形成面に触れた表面部分から冷却されることで樹脂温度が低下し、その結果、特に移動する溶融樹脂の先端部での粘度が高くなって流動性が低下する。そのため、ノズルからキャビティ内に射出される溶融樹脂の射出圧力が不足すると、成形品にウェルドマーク、フローマーク、ひけ、転写不良等の外観不具合が発生するおそれがあった。

近年、バンパ等の大型の樹脂製自動車部品の更なる軽量化や、液晶テレビ等の液晶ディスプレイ用のフレームの大型化及び軽量化等のニーズに応えるため、大型かつ薄肉の成形品を射出成形する技術が求められている。このような大型かつ薄肉の成形品の場合、射出圧力が不足すると、上述の外観不具合に加えて、従来の射出成形装置では、キャビティの末端部まで溶融樹脂が充填されないショートショットが発生するおそれがあった。

これに対する改善策として、射出圧力を高めることが考えられるが、射出成形時に射出圧力の大きさに応じた型締圧力で金型を型締めしておく必要があるので、高い型締圧力を有する大型の射出成形装置と、これら射出圧力と型締圧力に耐えうる大型の金型とが必要となる。また、ゲート数を増やすことや成形品の肉厚を厚くすることも考えられるが、ウェルドマークの発生する可能性のある箇所が増える、材料コストが増加する等の新たな課題が生じる。

そこで、例えば特許文献１には、金型の加熱と冷却を繰り返す、所謂ヒートアンドクール成形について開示されている。これによれば、射出時に金型を加熱することで、キャビティ内に射出された溶融樹脂が間接的に加熱され、溶融樹脂の温度低下が抑制されるので、射出圧力を高めたり、ゲート数や成形品の肉厚を変更したりすることなく、その溶融樹脂の流動性の低下を抑制することができる。

また、近年、樹脂製の成形品に対して静電塗装に必要な導電性を付与するために、母材となる絶縁性樹脂に導電性フィラを混合させたり、成形品の強度向上のために、樹脂原料に炭素繊維等を混合させたりした導電性材料を射出成形するための技術が求められている。

このような技術として、例えば特許文献２には、射出成形装置のノズルにおいて、金型のキャビティへ充填する直前にその流路を流れる導電性の溶融材料に通電し、該溶融材料をジュール熱により直接に発熱させる技術が開示されている。

特開２００８−０５５８９４号公報 特開２００３−３４０８９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された射出成形装置では、充填される溶融樹脂に比べて熱容量が大きな金型が加熱され、その温度が高くなっているので、その射出、保圧工程の後に金型の冷却によって成形品を冷却する時間が長くなり、その結果、射出工程から成形品の取出工程までの射出成形サイクルが長期化するおそれがある。

また、特許文献２に開示された技術では、ノズルからキャビティ内に射出された溶融樹脂は、上述のように、キャビティ内を移動しながら金型によって冷却されるので、溶融樹脂の流動性の低下によって生じ得る成形品の外観不具合等の課題を解決することができない。

これに対して、導電性材料を射出成形する場合に、成形型のキャビティ内に充填された溶融材料自体を通電加熱することが考えられる。これによれば、キャビティ内での溶融材料の流動性の低下を抑制することができるので、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制することができる。

しかしながら、一般に、導電性材料を加熱溶融するとガス成分が揮発することがある。そのため、上述の溶融材料自体を通電加熱する方法でも、通電加熱時に溶融材料からガス成分が揮発するおそれがある。この揮発したガス成分が成形型のキャビティ内に充満すると、通電加熱時にキャビティ内で放電現象が生じやすくなる。この放電現象は、高熱を伴うので成形型のキャビティ形成面を部分的に溶解して損傷するおそれがある。

そこで、本発明は、導電性材料を射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制し、さらに、放電現象による成形型の損傷を防止することができる射出成形装置及び射出成形方法を提供することを課題とする。

なお、本課題は、アルミ等の金属材料を成形型内で射出成形するダイカストマシン等の射出成形装置の場合にも共通する課題である。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
導電性材料を流動可能温度に加熱溶融させ、成形型内に射出する加熱射出手段を備えた射出成形装置であって、
前記成形型は、キャビティ形成面の少なくとも一部に互いに絶縁された複数の導電部と、該導電部を前記成形型の外表面に対して電気的に絶縁する第１絶縁部材と、を有すると共に、
前記導電部間に所定の電圧を印加する通電手段と、
前記通電手段によって印加される電圧を制御する通電制御手段と、を有し、
前記成形型は、真空源に接続された吸引路の吸引口が前記キャビティ形成面に開口されており、
前記通電制御手段は、前記真空源によって前記成形型内を真空引きしながら前記加熱射出手段によって射出された導電性材料が前記成形型の前記導電部に接触したときに通電加熱されるように、前記通電手段によって前記導電部間に電圧を印加する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出成形装置において、
前記真空源による前記成形型内の真空引きを制御する真空引き制御手段を有し、
前記真空引き制御手段は、導電性材料の射出開始前から前記真空源による前記成形型内の真空引きを開始するように制御する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の射出成形装置において、
前記導電性材料は、導電性物質を含有する樹脂材料である
ことを特徴とする。

また、本願の請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形装置において、
前記成形型は、型閉め時に互いに対接する型合わせ面を有する一対の型から構成され、
前記導電部は、各型の前記キャビティ形成面に設けられ、
少なくとも一方の前記型合わせ面には、前記導電部間を電気的に絶縁する第２絶縁部材を有する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の射出成形装置において、
前記加熱射出手段による導電性材料の加熱及び射出を制御する射出制御手段を有し、
前記通電制御手段は、前記射出制御手段から出力される制御信号が示す導電性材料の射出状態に基づいて前記通電手段を制御する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項６に記載の発明は、
導電性材料を成形型内で射出成形する射出成形方法であって、
真空源によって前記成形型内を真空引きする真空引きステップと、
流動可能温度に加熱溶融させた前記導電性材料を真空引きしながら前記成形型内に射出する射出ステップと、
射出された前記導電性材料が前記成形型のキャビティ形成面の少なくとも一部に互いに絶縁して設けられた複数の導電部に接触したときに通電加熱されるように、前記導電部間に電圧を印加する通電ステップと、を有する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の射出成形方法において、
前記真空引きステップは、前記射出ステップの実行開始前から実行開始する
ことを特徴とする。

また、本願の請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の射出成形方法において、
前記導電性材料は、導電性物質を含有する樹脂材料である
ことを特徴とする。

また、本願の請求項９に記載の発明は、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の射出成形方法において、
前記通電ステップを実行するタイミングは、前記射出ステップを制御する制御信号が示す導電性材料の射出状態に基づいて制御される
ことを特徴とする。

上記の構成により、本願の請求項１に記載の発明によれば、射出された導電性材料が成形型の導電部に接触したときに通電加熱されるように、通電制御手段によって通電手段が導電部間に印加する電圧を制御するので、この電圧制御によって、キャビティ内を移動する導電性材料の温度が低下しないように導電性材料の温度を制御することができる。よって、本発明によれば、導電性材料の温度低下による流動性の低下を防ぐことができ、比較的低い射出圧力であっても、導電性材料の先端部まで射出圧力を十分に伝えることができる。

その結果、射出圧力の不足に起因するショートショット等の外観不具合の発生を回避することができ、特に大型の薄肉成形品の場合には、射出成形装置及び成形型の小型化が可能である。また、成形型を加熱するのではなく、導電性材料自体を通電加熱するので、充填される導電性材料に比べて熱容量が大きな成形型の温度上昇を抑えることができる。よって、成形品の冷却時間が長くならず、射出成形サイクルの長期化を抑制することができ、成形時のランニングコストを低減することができる。さらに、流動性の向上のために成形品の肉厚を厚くする必要がないので、材料コストが増加することがない。

さらに、本発明によれば、真空源によって成形型内を真空引きしながら加熱射出手段によって導電性材料を成形型内に射出するので、射出された導電性材料からガス成分が揮発した場合にも、このガス成分は真空源によってキャビティ内から排出され、キャビティ内に充満することはない。そのため、通電加熱時に、このガス成分に起因してキャビティ内で放電現象が生じるのを抑制することができる。その結果、成形型のキャビティ形成面が部分的に溶解して損傷するのを防止することができる。

したがって、本発明によれば、導電性材料を射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制し、さらに、通電加熱時の放電現象による成形型の損傷を防止することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、導電性材料の射出開始前から真空源による成形型内の真空引きを開始するので、加熱射出手段内で導電性材料から揮発して成形型内に侵入したガス成分を射出開始前からキャビティ内から排出することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、導電性材料が導電性物質を含有する樹脂材料の場合、例えば、静電塗装に必要な導電性を付与するために、母材となる絶縁性材料に導電性フィラを混入させたり、成形品の強度向上のために、樹脂原料に炭素繊維等を含有させたりした場合にも、上述の請求項１に記載の発明による効果を奏することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、成形型は、型閉め時に互いに対接する型合わせ面を有する一対の型から構成され、導電部は、各型のキャビティ形成面に設けられ、少なくとも一方の型合わせ面には、導電部間を電気的に絶縁する絶縁部材を有するので、導電部間に電圧を印加した際、導電部間を直接電流が流れることなく、導電部間にある導電性材料に確実に通電することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、通電制御手段は、射出制御手段から出力される制御信号が示す導電性材料の射出状態に基づいて通電手段を制御するので、導電性材料が射出されるタイミングに合わせて通電を開始し、効率的に導電性材料を通電加熱することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の射出成形装置の発明と同様の効果を奏することができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、請求項２に記載の射出成形装置の発明と同様の効果を奏することができる。

また、請求項８に記載の発明によれば、請求項３に記載の射出成形装置の発明と同様の効果を奏することができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、請求項５に記載の射出成形装置の発明と同様の効果を奏することができる。

本発明の実施形態に係る射出成形装置の全体構成の概略図である。 導電性材料の通電加熱を説明する図１の一部拡大断面図である。 射出成形サイクルを示すフローチャートである。 射出成形装置の動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明を適用した射出成形装置の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、加熱射出装置２と、該加熱射出装置２と対向して配設された型締装置３と、を有する。加熱射出装置２と型締装置３は図示しない基台フレーム上に配置されている。

加熱射出装置２は、射出シリンダ２１を備え、該射出シリンダ２１の上部には、成形品の原料となるペレット状の熱可塑性樹脂を射出シリンダ２１内に供給するためのホッパ２２が取り付けられており、射出シリンダ２１の周りには、熱可塑性樹脂を流動可能温度に加熱溶融するためのバンドヒータ２３が巻かれている。射出シリンダ２１内には、スクリュ２４が回転可能かつ進退可能に配設されている。

スクリュ２４の後方（図１の左方）には、スクリュ２４を前進、後退させる駆動源としての射出用シリンダ装置２５が配設されている。射出用シリンダ装置２５は、図示しない管路を介して供給された作動油によって、射出用シリンダ装置２５内の射出用ピストン２５ａが前進または後退される。

射出用ピストン２５ａには、スクリュ２４の後端が接続されており、射出用ピストン２５ａが射出用シリンダ装置２５内を前進または後退することによって、スクリュ２４が射出シリンダ２１内を前進または後退される。なお、射出用ピストン２５ａには、図示しない位置検出器が接続されており、該位置検出器によってスクリュ２４のスクリュ位置が検出される。

また、射出用シリンダ装置２５の後方には、スクリュ２４を回転させる駆動源としての計量モータ２６が配設されている。加熱射出装置２を構成するこれら射出シリンダ２１、スクリュ２４、射出用シリンダ装置２５及び計量モータ２６は、同一軸上に配設されている。

型締装置３には、型閉め時に互いに対接する型合わせ面を有する可動金型４１及び固定金型４２からなる金型装置４が取り付けられる。型締装置３は、可動金型４１が取り付けられる可動側取付板３１と、固定金型４２が取り付けられる固定側取付板３２と、可動側取付板３１を前進、後退させる駆動源としての型締用シリンダ装置３３と、を有する。なお、固定側取付板３２と型締用シリンダ装置３３とは、図示しないタイバによって連結されており、可動側取付板３１はタイバに沿って前進または後退可能に設けられている。

型締用シリンダ装置３３内には、直線的に移動可能な型締用ピストン３３ａが配設されている。型締用ピストン３３ａは、管路を介して型締用シリンダ装置３３内に供給される作動油によって、型締用シリンダ装置３３内を前進または後退させられる。型締用ピストン３３ａの前端（図１の左端）には、可動側取付板３１が接続されており、型締用ピストン３３ａが型締用シリンダ装置３３内を前進または後退することによって、可動側取付板３１と共に可動金型４１が前進または後退させられる。これによって、型締用ピストン３３ａを前進（図１の左方）させると、可動側取付板３１と共に可動金型４１が前進させられ、型閉及び型締が行われる。また、型締用ピストン３３ａを後退（図１の右方に移動）させると、可動側取付板３１と共に可動金型４１が後退させられ、型開が行われる。

なお、可動側取付板３１の背面（図１の右面）には、図示しないエジェクタ装置が配設されている。金型装置４が型開きした際、このエジェクタ装置を駆動することで、成形品をキャビティＣ内から押し出して取り出すことができるように構成されている。また、図１は、直動方式の型締装置３を示しているが、該型締装置３は、型締用シリンダ装置３３と可動側取付板３１の間にトグル機構を設けたトグル方式であってもよい。

金型装置４は、可動金型４１と固定金型４２間を閉じることにより、その内部にキャビティＣが形成されるようになっている。可動金型４１及び固定金型４２の内部には、冷却水等の冷却液を流すための流路Ｆがそれぞれ形成されている。

さらに、本実施形態の射出成形装置１は、金型装置４を冷却するための冷却装置５を有する。冷却装置５は、冷却ポンプ５１を有し、該冷却ポンプ５１は、冷却液の供給配管５２と排出配管５３を介して可動金型４１及び固金金型４２にそれぞれ接続されている。各供給配管５２及び排出配管５３には、冷却液の流れを遮断するための遮断弁５４が設けられている。この冷却装置５によれば、全ての遮断弁５４を開いた状態で冷却ポンプ５１を駆動することで、可動金型４１及び固定金型４２の各流路Ｆに冷却水が環流され、可動金型４１及び固定金型４２が冷却される。なお、可動金型４１と固定金型４２を個別に冷却するために個別の冷却ポンプ５１を設けてもよい。

ここまで、射出成形装置１における従来公知の構成について説明したが、次に、本発明に特徴的な射出成形装置１の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の可動金型４１及び固定金型４２は、入れ子式の構造をしている。すなわち、可動金型４１は、型外形部４３と、該型外形部４３の内部に絶縁部材４５を介して設けられた導電部４７とを有する。同様に、固定金型４２は、型外形部４４と、該型外形部４４の内部に絶縁部材４６を介して設けられた導電部４８とを有する。導電部４７、４８は、可動金型４１及び固定金型４２の各キャビティ形成面Ｃｓに設けられている。

絶縁部材４６は、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、石英、酸化チタン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、ポリアミドイミド等から選ばれる少なくとも１種である。絶縁部材４６は、型外形部４２、４３と導電部４７、４８間に、例えば、塗布、溶射、スプレー、転写、嵌め込み、インモールド成形、貼り合せ等の方法によって設けることができる。なお、絶縁部材４６は、金属部材の表面に例示した樹脂やセラミックスからなる絶縁層を設けたものであってもよい。また、絶縁部材４６は、所望の耐圧性能（通電装置６１による最大印加電圧）、使用温度（金型装置４の最高温度）等に基づいて選定することができる。

導電部４７、４８は、導電性が良い点で金属材料であることが好ましく、金属材料としては、例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、ステンレスまたはこれらの合金等が挙げられる。また、導電部は、一金属からなる単層構造体であってもよく、複数の異種金属を重ねて構成された多層構造体であってもよい。

可動金型４１の型合わせ面には、導電部４７、４８間を電気的に絶縁する絶縁部材４９が設けられている。本実施形態の場合、絶縁部材４９は、可動金型４１の型合わせ面のうち、導電部４７によって構成された部分を覆うように層状に設けられている。なお、絶縁部材４９は、可動金型４１の型合わせ面及び固定金型４２の型合わせ面４２ａの少なくともいずれか一方に設けられていればよい。

また、射出成形装置１は、金型装置４の導電部４７、４８間に電圧を印加するための通電装置６１を備えている。本実施形態の場合、通電装置６１は、定電圧を印加可能な直流電源である。なお、通電装置６１は、交流電源であってもよい。

加熱射出装置２には、射出シリンダ２１内でバンドヒータ２３によって溶融された導電性材料Ｐの電気抵抗値を検知するための抵抗センサ６２が設けられている。抵抗センサ６２から出力されるセンサ信号は、後述する通電制御部１４０に入力されるように構成されている。

金型装置４の導電部４７、４８には、導電部４７、４８間の電気抵抗値を検知するための型内抵抗値センサ６３が接続されている。本実施形態では、型内抵抗値センサ６３として、キャビティＣ内に導電性材料Ｐが充填される前の状態で、金型装置４の導電部４８から導電部４７に絶縁層２９を介して流れる漏洩電流を検出できる電流センサが設けられている。

さらに、本実施形態の射出成形装置１は、金型装置４のキャビティＣの内部の気体を真空引きするための真空ポンプ６４を有する。真空ポンプ６４は、吸引路６５を介して金型装置４に接続されている。より具体的には、図２（ａ）に示すように、吸引路６５の吸引口６５ａが可動金型４１のキャビティ形成面Ｃｓに開口されている。吸引路６５には、その内部の気体の流れを遮断するための遮断弁６６が設けられている。この真空ポンプ６４によれば、遮断弁６６を開いた状態で真空ポンプ６４を駆動することで、金型装置４のキャビティＣの内部の気体が真空引きされる。真空ポンプ６４として、例えば、ロータリ式、スクリュ式、ベーン式、ピストン式等の真空ポンプを用いることができる。

ここで、吸引口６５ａは、可動金型４１及び固定金型４２の少なくとも一方のキャビティ形成面Ｃｓに開口していればよい。この際、吸引口６５ａは、キャビティＣの形状やゲート位置等を考慮して、射出された導電性材料Ｐから揮発したガス成分をキャビティＣ内から効率よく排出することができる位置に必要な個数設けるのが望ましい。例えば、図２（ａ）に示すように、揮発したガス成分が溜まりやすい部位、すなわち金型装置４内に射出された導電性材料Ｐが移動して最後に充填されるキャビティＣの末端部のキャビティ形成面Ｃｓに吸引口６５ａを設けてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、放電現象が生じやすい部位、すなわち導電部４７、４８間の空間距離が狭くなる部分のキャビティ形成面Ｃｓに吸引口６５ａを設けてもよい。

制御ユニット１００は、加熱射出装置２のバンドヒータ２３、射出用シリンダ装置２５及び計量モータ２６を制御する加熱射出制御部１１０と、型締装置３の型締用シリンダ装置３３を制御する型締制御部１２０と、冷却装置５の冷却ポンプ５１及び各遮断弁５４を制御する冷却制御部１３０と、通電装置６１の通電装置６１を制御する通電制御部１４０と、真空ポンプ６４及び遮断弁６６を制御する真空引き制御部１５０と、を有する。本実施形態では、通電制御部１４０は、通電装置６１が出力する所定の電圧をオン／オフ制御するものであるが、通電装置６１が出力する電圧値を制御可能なものであってもよい。また、真空引き制御部１５０は、遮断弁６６を開閉制御すると共に、真空ポンプ６４の運転をオン／オフ制御するものであるが、真空ポンプ６４を駆動するモータの回転速度を制御可能なものであってもよい。

ここで、射出成形の原料となる導電性材料Ｐは、絶縁性の熱可塑性樹脂の母材に導電性充填剤を所望の特性に応じて混合したものである。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスルフェンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ＡＢＳ、ＡＳＡ及びポリカーボネイト等から選ばれる少なくとも１種である。導電性充填剤は、例えば、金属繊維、金属粉末、金属フレーク等の金属系導電剤や、例えば、炭素繊維、炭素複合繊維、カーボンブラック、黒鉛等の炭素系導電剤等から選ばれる少なくとも１種である。なお、導電性材料Ｐは、金属材料自体であってもよい。金属材料は、例えば、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム等の非鉄金属とその合金から選ばれる少なくとも１種である。

次に、導電性材料Ｐの通電加熱の原理について、図２（ａ）を参照しながら説明する。なお、図２等において、符号ＰＬは、金型装置４における可動金型４１と固定金型４２の型合わせ面同士が対接したパーティングラインを示している。

図２（ａ）に示すように、射出シリンダ２１の先端のノズルから金型装置４のスプールＳを介してキャビティＣ内に射出充填された導電性材料Ｐは、キャビティＣ内をその末端部に向かって（図２（ａ）で上方に）移動しながら、金型のキャビティ形成面Ｃｓに触れた表面部分から冷却される。しかし、導電部４８が導電部４７よりも高電位となるように導電部４７、４８間に電圧が印加されると、この導電性材料Ｐには、キャビティＣの厚み方向において導電部４８側から導電部４７側（図２（ａ）の右方、波形の矢印を参照）に向かって電流が流れる。この通電によって導電性材料Ｐは、自らの有する電気抵抗によってジュール熱を発生し、すなわち通電加熱される。そのため、導電性材料Ｐは、その樹脂温度を保ちながら、移動する導電性材料Ｐの先端部での高粘度化による流動性の低下が抑制された状態で、キャビティＣの末端部まで充填される。

このとき、導電部４７、４８は、型合わせ面では絶縁部材４９によって互いに絶縁されているので、導電部４８から導電部４７に直接電流が流れることはない。

次に、制御ユニット１００によって制御される射出成形装置１の制御動作の流れについて、図３のフローチャートと、その間のスクリュ位置、射出圧力、通電ＯＮ／ＯＦＦ、冷却ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ、真空ポンプ６４のＯＮ／ＯＦＦの変化を示す図４のタイムチャートと、を参照しながら説明する。

まず、時刻ｔ０において、型締制御部１２０から出力された型締信号に基づいて型締用シリンダ装置３３を駆動させて可動金型４１を固定金型４２に向かって移動させ、金型装置４を型閉し、さらに所定の型締圧力で型締する（ステップＳ１）。このときの型締圧力は、射出時に金型装置４が開かない程度の高い圧力に設定されている。また、型締信号に基づいて冷却制御部１３０は、冷却ポンプ５１の駆動を停止する（ＯＮからＯＦＦに切り替える）。さらに、真空ポンプ６４は運転停止（ＯＦＦ）している。

次に、型締制御部１２０からの出力信号に基づいて、金型装置４の型締が完了したか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２においてＹＥＳ（型締完了）と判定した時刻ｔ１において、真空引き制御部１５０は、真空ポンプ６４の運転を開始（ＯＮ）し、金型装置４の真空引きを開始し、内蔵されたタイマによって真空引き経過時間のカウントを開始する（ステップＳ３）。

次に、加熱射出制御部１１０から加熱射出装置２に対して出力される充填開始信号がＯＮか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４においてＹＥＳ（充填開始信号がＯＮ）と判定した時刻ｔ２において、加熱射出制御部１１０は、予め設定した射出速度によって加熱射出装置２の射出用シリンダ装置２５によってスクリュ２４を前進（図の右方へ移動）させ、射出シリンダ２１の先端のノズルから金型装置４のスプールＳを介してキャビティＣ内へ溶融した導電性材料Ｐを射出充填し始める（ステップＳ５）。

次に、通電制御部１４０は、通電装置６１に通電を開始（ＯＮ）させる（ステップＳ６）。

このとき、通電制御部１４０は、キャビティＣ内を移動する導電性材料Ｐの温度が低下して流動性が低下しないように、通電装置６１によって導電部４７、４８間に印加される電圧を制御する。本実施形態では、通電装置６１によって導電部４７、４８間に予め設定された定電圧が印加される。

次に、ステップＳ３で金型装置４の真空引きを開始してからの真空引き経過時間が所定の設定時間を超過したか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７においてＹＥＳ（真空引き経過時間が設定時間を超過）と判定されると、真空引き制御部１５０は、真空ポンプ６４の運転を停止（ＯＦＦ）し、金型装置４の真空引きを終了する（ステップＳ８）。なお、本実施形態の場合、この設定時間は、充填が完了する直前に真空引きを終了するように設定されている。

次に、加熱射出制御部１１０から加熱充填装置２に対して出力される保圧信号がＯＮか否かを判定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９においてＹＥＳ（保圧信号がＯＮ）と判定されると、通電装置６１の通電を終了（ＯＦＦ）する（ステップＳ１０）。

次に、スクリュ２４がキャビティＣ内に導電性材料Ｐが完全充填されるスクリュ位置Ａ１まで前進した時刻ｔ３において、加熱射出制御部１１０は保圧信号を出力し、該保圧信号に基づいて加熱射出装置２が制御され、金型装置４に充填した導電性材料Ｐに対して、予め設定した保圧時間が経過するまで射出充填時の最大圧力Ｐ１よりも低圧である保圧力Ｐ２が付与される（ステップＳ１１）。

次に、保圧時間が経過し、スクリュ２４のスクリュ位置がＡ２まで前進した時刻ｔ４において、予め設定した冷却時間だけ成形品を冷却させる。同時に、加熱射出装置２では、次のショットのために、バンドヒータ２３によって導電性材料Ｐを流動可能温度に加熱溶融すると共に、計量モータ２６によってスクリュ２４を回転させ、所定の位置まで後退させる。このとき、ホッパ２２から供給された原料は、射出シリンダ２１内において加熱溶融させられ、スクリュ２４の後退に伴ってスクリュ２４の前方に貯留される（ステップＳ１２）。

次に、冷却時間が経過した時刻ｔ５において、型締制御部１２０によって型締装置３を制御し、型締用シリンダ装置３３の型締用ピストン３３ａを後退させて金型装置４の型開きを行う（ステップＳ１３）。

次に、エジェクタ装置によって金型装置４のキャビティＣ内から成形品を突き出して取り出す（ステップＳ１４）。

最後に、予め計画された成形が終了したか否かを判定し、終了したと判定すれば、当該射出成形サイクルを終了する（ステップＳ１５）。

以上により、金型装置４内を真空引きしながら導電性材料Ｐを金型装置４に充填できるように、真空引き制御部１５０は真空ポンプ６４を制御することができる。

以上のように、本実施形態によれば、射出された導電性材料Ｐが金型装置４の導電部４７、４８に接触したときに通電加熱されるように、通電制御部１４０によって通電装置６１が導電部４７、４８間に印加する電圧を制御するので、この電圧制御によって、キャビティＣ内を移動する導電性材料Ｐの温度が低下しないように制御することができる。よって、本発明によれば、導電性材料Ｐの温度低下による流動性の低下を防ぐことができ、この導電性材料Ｐの先端部まで射出圧力を十分に伝えることができる。

その結果、比較的低い射出圧力で溶融した導電性材料ＰをキャビティＣ内に充填することができるので、射出圧力の不足に起因するショートショット等の外観不具合の発生を回避することができ、特に大型の薄肉成形品の場合には、射出成形装置１及び金型装置４の小型化が可能である。また、導電性材料Ｐ自体を通電加熱するので、金型装置４の冷却時間が長くならず、よって、射出成形サイクルを短縮することができ、成形時のランニングコストを低減することができる。さらに、流動性の向上のために成形品の肉厚を厚くする必要がないので、材料コストが増加することがない。

さらに、本実施形態によれば、真空ポンプ６４によって金型装置４内を真空引きしながら加熱射出装置２によって導電性材料Ｐを金型装置４内に射出するので、射出された導電性材料Ｐからガス成分が揮発した場合にも、このガス成分は真空ポンプ６４によってキャビティＣ内から排出され、キャビティＣ内に充満することはない。そのため、通電加熱時に、このガス成分に起因してキャビティＣ内で高熱を伴う放電現象が生じるのを抑制することができる。その結果、金型装置４のキャビティ形成面Ｃｓが部分的に溶解して損傷するのを防止することができる。

したがって、本実施形態によれば、導電性材料Ｐを射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制し、さらに、通電加熱時の放電現象による金型装置４の損傷を防止することができる。

また、本実施形態によれば、導電性材料Ｐの射出開始前から真空ポンプ６４による金型装置４内の真空引きを開始するので、射出シリンダ２１内で導電性材料Ｐから揮発して金型装置４内に侵入したガス成分を射出開始前からキャビティＣ内から排出することができる。よって、より確実にキャビティＣ内で放電現象が生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、導電性材料Ｐが導電性物質を含有する樹脂材料の場合、例えば、静電塗装に必要な導電性を付与するために、母材となる絶縁性材料に導電性フィラを混合させたり、成形品の強度向上のために、樹脂原料に炭素繊維等を混合させたりした場合にも適用でき、上述の効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、金型装置４は、型閉め時に互いに対接する型合わせ面を有する可動金型４１及び固定金型４２から構成され、導電部４７、４８は、各金型４１、４２のキャビティ形成面Ｃｓに設けられ、少なくとも一方の型合わせ面には、導電部４７、４８間を電気的に絶縁する絶縁部材４９を有するので、導電部４７、４８間に電圧を印加した際、導電部４７、４８間を直接電流が流れることなく、導電部４７、４８間にある導電性材料Ｐに確実に通電することができる。

また、本実施形態によれば、通電制御部１４０は、加熱射出制御部１１０から出力される制御信号が示す導電性材料Ｐの射出状態に基づいて通電装置６１を制御するので、導電性材料Ｐが射出されるタイミングに合わせて通電を開始し、効率的に導電性材料Ｐを通電加熱することができる。

なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、導電性材料として樹脂材料を射出成形するものであるが、これに限るものではなく、少なくとも加熱時に導電性のある溶融材料であればよく、例えば、アルミ等の金属材料を射出成形するダイカストマシンであってもよい。

また、本実施形態では、導電部４７、４８間に電圧が印加する際、導電部４８が導電部４７よりも高電位となるようにしたが、これに限るものではなく、導電部４８が導電部４７よりも低電位となるようにしてもよい。

また、本実施形態では、加熱射出装置２及び型締装置３は、駆動源として油圧アクチュエータを用いたが、これに限るものではなく、電動アクチュエータを用いてもよい。

また、本実施形態では、冷却ポンプ５１によって冷却液を環流させることで金型装置４を冷却するものであるが、これに限るものではなく、特に冷却手段を設けずに金型装置４を自然放熱させる、もしくは、例えばペルチェ素子等の冷却手段を用いて金型装置４を積極的に冷却するものであってもよい。

さらに、本実施形態では、真空源として真空ポンプ６４を用いたが、これに限るものではなく、真空エジェクタを用いてもよい。

以上のように、本発明によれば、導電性材料を射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化等を抑制しながら、成形品の外観不具合等の発生を抑制し、さらに、通電加熱時の放電現象による成形型の損傷を防止することができるので、射出成形装置、または該射出成形装置を各種部品の製造に用いる自動車や液晶ディスプレイ等の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

１ 射出成形装置
２ 加熱射出装置（加熱射出手段）
４ 金型装置（成形型）
４５、４６ 第１絶縁部材
４７、４８ 導電部
６１ 通電装置（通電手段）
６４ 真空ポンプ（真空源）
６５ 吸引路
６５ａ 吸引口
１１０ 加熱射出制御部（射出制御手段）
１４０ 通電制御部（通電制御手段）
１５０ 真空引き制御部（真空引き制御手段）
Ｃ キャビティ
Ｃｓ キャビティ形成面
Ｐ 導電性材料

Claims (9)

1. 導電性材料を流動可能温度に加熱溶融させ、成形型内に射出する加熱射出手段を備えた射出成形装置であって、
   前記成形型は、キャビティ形成面の少なくとも一部に互いに絶縁された複数の導電部と、該導電部を前記成形型の外表面に対して電気的に絶縁する第１絶縁部材と、を有すると共に、
   前記導電部間に所定の電圧を印加する通電手段と、
   前記通電手段によって印加される電圧を制御する通電制御手段と、を有し、
   前記成形型は、真空源に接続された吸引路の吸引口が前記キャビティ形成面に開口されており、
   前記通電制御手段は、前記真空源によって前記成形型内を真空引きしながら前記加熱射出手段によって射出された導電性材料が前記成形型の前記導電部に接触したときに通電加熱されるように、前記通電手段によって前記導電部間に電圧を印加する
   ことを特徴とする射出成形装置。
2. 前記真空源による前記成形型内の真空引きを制御する真空引き制御手段を有し、
   前記真空引き制御手段は、導電性材料の射出開始前から前記真空源による前記成形型内の真空引きを開始するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記導電性材料は、導電性物質を含有する樹脂材料である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形装置。
4. 前記成形型は、型閉め時に互いに対接する型合わせ面を有する一対の型から構成され、
   前記導電部は、各型の前記キャビティ形成面に設けられ、
   少なくとも一方の前記型合わせ面には、前記導電部間を電気的に絶縁する第２絶縁部材を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の射出成形装置。
5. 前記加熱射出手段による導電性材料の加熱及び射出を制御する射出制御手段を有し、
   前記通電制御手段は、前記射出制御手段から出力される制御信号が示す導電性材料の射出状態に基づいて前記通電手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の射出成形装置。
6. 導電性材料を成形型内で射出成形する射出成形方法であって、
   真空源によって前記成形型内を真空引きする真空引きステップと、
   流動可能温度に加熱溶融させた前記導電性材料を真空引きしながら前記成形型内に射出する射出ステップと、
   射出された前記導電性材料が前記成形型のキャビティ形成面の少なくとも一部に互いに絶縁して設けられた複数の導電部に接触したときに通電加熱されるように、前記導電部間に電圧を印加する通電ステップと、を有する
   ことを特徴とする射出成形方法。
7. 前記真空引きステップは、前記射出ステップの実行開始前から実行開始する
   ことを特徴とする請求項６に記載の射出成形方法。
8. 前記導電性材料は、導電性物質を含有する樹脂材料である
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の射出成形方法。
9. 前記通電ステップを実行するタイミングは、前記射出ステップを制御する制御信号が示す導電性材料の射出状態に基づいて制御される
   ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の射出成形方法。

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