JP2017177694A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性材料を用いて射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化及び成形品の外観不具合の発生を抑制し、かつ成形品に対する均一な導電性付与を可能とする射出成形装置及び射出成形方法の提供。【解決手段】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、成形型は、キャビティの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を有して成り、導電部間に所定の電圧を印加する通電手段を備え、加熱射出手段の先端部から導電性材料流路にわたる領域内にスタティックミキサー７０が設けられている射出成形装置。【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形装置および射出成形方法に関し、特に、本発明は、導電性材料を用いて射出成形するための射出成形装置および射出成形方法に関する。

従来より、射出成形装置を用いて成形品を射出成形する方法は知られている。具体的には、かかる方法は、射出成形装置を用いて樹脂材料を流動可能温度に加熱溶融させる工程、予め型締めされた金型のキャビティ内に溶融樹脂材料を充填する工程、充填した溶融樹脂材料を保圧・冷却させる工程、金型を開いて成形品を取り出す工程から構成される。

射出成形装置を用いて射出成形される成形品として、例えばバンパー等の自動車部品が挙げられる。近年、当該バンパー等の自動車部品の更なる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。大型かつ薄肉の成形品を射出成形する場合、射出圧力が不足すると、キャビティの末端部まで溶融樹脂材料が充填されないおそれがある。

射出圧力不足の解消のため射出圧力を高めることが考えられる。しかしながら、射出圧力の大きさに応じた型締圧力による金型の型締めを要するため、高い型締圧力を有する大型の射出成形装置と、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、射出圧力不足の解消のためゲート数を増やす方法や成形品の肉厚を厚くする方法も考えられる。しかしながら、ウェルドマークの発生し得る箇所が増加し、材料コストも増加し得る。

これにつき、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樹脂材料が間接的に加熱され、樹脂材料の温度低下が抑制されるので、射出圧力を高め、かつゲート数や成形品の肉厚を変更することなくその樹脂材料の流動性低下を抑制することができる。

また、近年、樹脂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、絶縁性樹脂材料に導電性フィラを混合させて得られる導電性材料が射出成形にて用いられている。これにつき、特許文献２には、射出成形装置のノズルにて、キャビティへの充填前にノズル流路内の導電性材料を通電加熱させる旨が開示されている。

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では、充填される溶融樹脂材料に比べ熱容量が大きな金型が加熱されるため金型温度が高くなる。金型温度が高くなると、それに起因して金型を冷却して成形品を冷却するための時間が長くなってしまう。そのため、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。

特許文献２では、ノズルからキャビティ内に注入される溶融樹脂材料は、キャビティの形成面に触れる表面側から冷却されていく。かかる冷却により溶融樹脂材料が固化状態へと向かうため溶融樹脂材料の流動性が低下する。かかる流動性低下により、キャビティの末端部まで溶融樹脂材料を充填できないおそれがある。そのため、溶融樹脂材料の充填不足に起因した成形品の外観不具合が発生し得る。

また、溶融樹脂材料として、導電性フィラ等の導電性物質を含む導電性材料を用いる場合、導電性物質が導電性材料中にて均一に分散しないおそれがある。そのため、かかる導電性物質の不均一な分散により、最終的に得られる成形品に対して均一な導電性を付与することができないおそれがある。

そこで、本発明は、導電性材料を用いて射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化および成形品の外観不具合の発生を抑制し、かつ成形品に対する均一な導電性付与を可能とする射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
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、
成形型は、キャビティの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を有して成り、
導電部間に所定の電圧を印加する通電手段を備え、
加熱射出手段の先端部から導電性材料流路にわたる領域内にスタティックミキサーが設けられている
ことを特徴とする射出成形装置が提供される。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
導電性材料を成形型内に射出して射出成形品を得るための射出成形方法であって、
加熱射出手段を用いて、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ステップと、
射出された導電性材料が成形型のキャビティの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、導電部間に電圧を印加する通電ステップと、を含み、
キャビティへの導電性材料の導入に先立って、加熱射出手段の先端部から導電性材料流路にわたる領域内に設けられたスタティックミキサーによって導電性材料を混合する
ことを特徴とする射出成形方法が提供される。

本発明に従えば、導電性材料を用いて射出成形する場合に、射出成形サイクルの長期化および成形品の外観不具合の発生抑制を可能とし、かつ成形品に対する均一な導電性付与を可能とする。

本発明の一実施形態に係る射出成形装置の構成を模式的に示した図である。 スタティックミキサーを流れる導電性材料の流体流れを模式的に示した断面図である。 （ａ）図２に示すスタティックミキサーの断面Ａ−Ａ間における断面図である。（ｂ）図２に示すスタティックミキサーの断面Ｂ−Ｂ間における断面図である。 スタティックミキサーの外観を模式的に示した斜視図である。 スプールとスプールから分岐したランナーとを有する金型装置を模式的に示した断面図である。 導電性材料が通電加熱される状態を模式的に示した拡大断面図である。 ショット毎の導電部間の漏洩電流の変化を示すグラフである。 射出成形サイクルを示すフローチャートである。 図８内の型間絶縁性チェック工程を示すフローチャートである。 図８内の通電工程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。

＜射出成形装置の一般的構成＞
まず、本実施形態の射出成形装置における特徴的構成について説明する前に、本実施形態の射出成形装置の一般的構成について図面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、加熱射出装置２と対向するように設けられた型締装置３と、を有して成る。加熱射出装置２と型締装置３は基台フレーム（図示せず）上に設けられている。

（加熱射出装置）
加熱射出装置２は射出シリンダ２１を備えている。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が取り付けられている。射出シリンダ２１の周囲には、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設けられている。

スクリュ２４の後方（図１の左方）には、スクリュ２４を前進および後退させるための駆動源として用いられる射出用シリンダ装置２５が設けられている。射出用シリンダ装置２５では、作動油を用いて射出用シリンダ装置２５内に設けられた射出用ピストン２５ａを前進または後退させる。

射出用ピストン２５ａはスクリュ２４の後端と接続されており、射出用ピストン２５ａを射出用シリンダ装置２５内にて前進又は後退させることにより、スクリュ２４を射出シリンダ２１内にて前進または後退可能としている。なお、射出用ピストン２５ａには、位置検出器が接続されており、かかる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。

射出用シリンダ装置２５の後方には、スクリュ２４を回転させるための駆動源として用いられる計量モータ２６が設けられている。加熱射出装置２の構成要素である射出シリンダ２１、スクリュ２４、射出用シリンダ装置２５および計量モータ２６は、同一軸上に設けられている。

（型締装置）
型締装置３には、金型装置４が設けられる。かかる金型装置４は、可動金型４１と固定金型４２とから成り、可動金型４１と固定金型４２は型締め時に相互に対向する型合わせ面を形成するように構成される。型締め時には可動金型４１と固定金型４２とにより、加熱射出装置２より射出された溶融樹脂材料を注入するためのキャビティＣが形成される。また、可動金型４１および固定金型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。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、後退させるための駆動源として用いられる型締用シリンダ装置３３と、を備えている。

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が設けられている。型締用ピストン３３ａは、型締用シリンダ装置３３内に供給される作動油により、型締用シリンダ装置３３内を前進または後退する。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り、可動側取付板３１に取り付けられた可動金型４１が前進または後退する。以上により、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に取り付けられた可動金型４１が前進し、それにより型閉および型締が行われる。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に取り付けられた可動金型４１が後退し、それにより型開が行われる。

なお、可動側取付板３１の背面（図１の右面）には、エジェクタ装置が設けられている。かかるエジェクタ装置は、金型装置４が型開きした際にキャビティ内から成形品を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では、直動方式の型締装置３を示しているが、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の型締装置が用いられてよい。

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を更に有して成る。冷却装置５は冷却ポンプ５１を有しており、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および固定金型４２にそれぞれ接続されている。供給配管５２および排出配管５３には、冷却液の流れを遮断するための遮断弁５４がそれぞれ設けられている。かかる冷却装置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を駆動させて、可動金型４１および固定金型４２の各流路Ｆに冷却液を環流させることで、可動金型４１および固定金型４２を冷却可能とする。なお、可動金型４１と固定金型４２を別々に冷却するために、可動金型冷却用の冷却ポンプと固定金型冷却用の冷却ポンプとがそれぞれ供されてもよい。

冷却液としては、絶縁性液体が用いられてよい。絶縁性液体は、絶縁性液体の冷却性能、金型装置の使用温度（金型装置の最高温度）、耐圧性能（下述の通電装置による最大印加電圧）等に基づいて選定することができる。絶縁性液体としては、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ２３２０）に規格が示された電気絶縁油、フッ素系不活性液体等を用いることができる。絶縁性液体を用いると、下述の通電加熱時における冷却液を介した冷却ポンプ５１への漏電を回避することができる。なお、これに限定されることなく、金型装置４の冷却は、冷却手段を用いることなく自然放熱させて行われてもよい。また、金型装置４の冷却は、例えばペルチェ素子等の冷却手段を用いて行われてもよい。

＜射出成形装置の特徴的構成＞
次に、本実施形態の射出成形装置の特徴的構成について説明する。

まず、射出成形装置１に係る金型装置４は以下の特徴を有する。

かかる金型装置４は可動金型４１と固定金型４２とから成り、可動金型４１と固定金型４２とはそれぞれ入れ子式の構造を有している。具体的には、可動金型４１は、型外形部４３と、絶縁部材４５を介して型外形部４３の内部に設けられる導電部４７とを有する。また、固定金型４２は、型外形部４４と、絶縁部材４６を介して型外形部４４の内部に設けられる導電部４８とを有する。導電部４７および導電部４８は、可動金型４１と固定金型４２とにより形成されるキャビティＣの形成面に設けられている。具体的には、導電部４７および導電部４８は、可動金型４１と固定金型４２とにより形成されるキャビティＣの形成面の少なくとも一部を形作るように設けられている。また、図１に示すように、導電部４７と導電部４８とは、キャビティＣを挟んで相互に対向するように設けられている。

絶縁部材４５、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成る群から少なくとも１つ選択される。かかる絶縁部材４５、４６は、所望の耐圧性能（下述の通電装置による最大印加電圧）、金型装置４の使用温度（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。また、絶縁部材４５、４６は、型外形部４３、４４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。

可動金型４１と固定金型４２との型合わせ面には、導電部４７と導電部４８との間を電気的に絶縁する絶縁部材４９が設けられている。具体的には、絶縁部材４９は、型合わせ面において、可動金型４１の導電部４７の表面領域を覆うように層状に設けられている。なお、絶縁部材４９は、これに限定されることなく、可動金型４１の導電部４７および固定金型４２の導電部４８の表面領域の少なくとも一方を覆うように層状に設けられていればよい。

本実施形態にて、加熱成形装置から射出される樹脂材料として、導電性材料Ｐが用いられる。導電性材料Ｐは、樹脂材料に導電性フィラ等の導電性物質を所望の特性に応じて混合したものである。樹脂材料としては、例えば熱可塑性樹脂材料が挙げられる。熱可塑性樹脂材料は、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およびポリカーボネイト等から成る群から少なくとも１つ選択される。導電性物質は、例えば、金属繊維、金属粉末、金属フレーク等の金属系導電性物質、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性物質等から成る群から少なくとも１つ選択される。

また、射出成形装置１は以下の特徴を有する。

（導電性材料の通電加熱）
射出成形装置１は、上述の導電部４７と導電部４８との間に電圧を印加するための通電装置６１を備えている。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。射出成形装置１の構成要素である加熱射出装置２には、射出シリンダ２１内でバンドヒータ２３により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。

導電部４７および導電部４８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と接続されている。本実施形態では、型内抵抗値センサ６３は、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、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するためのセンサとして作用する。

また、本実施形態の射出成形装置１は、図１に示すように制御ユニット１００により制御されている。制御ユニット１００は、加熱射出制御部１１０と、型締制御部１２０と、冷却制御部１３０と、通電制御部１４０とを備えている。加熱射出制御部１１０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、および計量モータ２６を制御するためのものである。型締制御部１２０は、型締装置３の型締用シリンダ装置３３を制御するためのものである。冷却制御部１３０は、冷却装置５の冷却ポンプ５１および各遮断弁５４を制御するためのものである。

電圧制御部１４０は、通電装置６１を制御するためのものであって、通電装置６１が出力する所定の電圧をオン／オフ制御し、および、通電装置６が出力する電圧値を制御できるように構成されている。具体的には、本実施形態では、下記の射出成形装置１の制御動作の流れにおいても述べるが、通電制御部１４０は、加熱射出装置２から射出された導電性材料Ｐが導電部４７、４８に接触した際に通電加熱されるように、通電装置６１により導電部４７、４８間に印加される電圧を制御する。つまり、導電性材料Ｐが導電部４７、４８に接触した際に通電加熱されるように、通電装置６１は、導電性材料Ｐの射出開始にあわせて通電を開始するように通電制御部１４０により制御されている。

なお、上述の「導電性材料Ｐの通電加熱」の原理について図６を参照しながら説明する。なお、図６等において、符号ＰＬは、可動金型と固定金型とのパーティングラインを示している。

図６に示すように、加熱射出装置２からスプールＳを介してキャビティＣ内に注入される導電性材料Ｐは、キャビティＣの末端部側（図６のキャビティＣの上側に相当）に向かって移動しつつ、キャビティの形成面に触れた表面部分から冷却される。ここで、本実施形態では、上述のように通電制御部１４０の制御下で、通電装置６１によって導電部４７、４８間に電圧が印加される。具体的には、通電制御部１４０の制御下で、通電装置６１によって導電部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。かかる電圧印加により、導電部４７、４８間に位置するキャビティＣ内の導電性材料Ｐが、キャビティＣの厚み方向にて導電部４８側から導電部４７側（図６のキャビティ内の波形矢印を参照）へと向かって通電される。つまり、電流が導電部４８側からキャビティＣ内の導電性材料Ｐを介して導電部４７へと流れる。なお、上述のように、導電部４７と導電部４８とは型合わせ面にて絶縁部材４９により相互に絶縁されているため、導電部４８から導電部４７への直接の通電が回避されると共に、導電部４７と導電部４８との間にある導電性材料Ｐに確実に通電することができる。

かかる通電により、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質が有する電気抵抗によりジュール熱が発生し、それにより導電性材料Ｐが通電加熱される。ここで言う「通電加熱」とは、広義には電流を通じさせることで被加熱媒体を加熱させることを指す。ここで言う「通電加熱」とは、狭義には金型装置全体を加熱して間接的に被加熱媒体を加熱させるのではなく、被加熱媒体に電流を通じさせて直接的に加熱させることを指す。かかる通電加熱は、導電性材料ＰがキャビティＣ内を移動中に行われることになるため、キャビティＣの形成面に触れた導電性材料Ｐの表面部分からの冷却が抑制される。これにより、キャビティＣ内を移動する導電性材料Ｐの温度低下が抑制され、導電性材料Ｐの流動性低下が抑制される。これにより、溶融した導電性材料ＰをキャビティＣの末端部まで充填することができる。つまり、キャビティＣ内における導電性材料Ｐの充填不足を解消することができる。その結果、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐの充填不足に起因したウェルド等の成形品の外観不具合の発生を回避することができる。

本実施形態では、導電性材料Ｐと比べ熱容量が大きな金型装置全体を加熱して間接的に導電性材料Ｐを加熱させるのではなく、導電性材料Ｐその物を通電加熱する。そのため、金型装置の温度が必要以上に高くならず、それにより金型装置を冷却して成形品を冷却するための時間の長期化を回避することができる。つまり、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の長期化を回避することができる。また、本実施形態では、導電性材料の流動性低下によりキャビティＣ末端部まで導電性材料を十分に充填することができないという問題回避のために、成形品の肉厚を敢えて厚くする必要もない。それ故、肉厚成形品の形成のために導電性材料を不必要に使用することを要しないため、材料コストの増大を回避することができる。

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の射出状態に基づき通電装置６１を作動制御する。そのため、導電性材料Ｐが射出されるタイミングに合わせて通電が開始されるので、導電性材料Ｐを効率的に通電加熱することができる。

射出成形装置１に係る金型装置４は以下の特徴も有する。

（スタティックミキサーの設置）
図１に示すように、金型装置４が直線状のスプールＳを有するダイレクトゲート方式の金型装置である場合、加熱射出装置２から射出された樹脂材料は、スプールＳを介してキャビティＣへと進む。上述のように、加熱成形装置から射出される樹脂材料として導電性材料Ｐが用いられる場合、導電性材料Ｐが導電性物質を含む樹脂材料であることに起因して、導電性物質が導電性材料Ｐ中にて均一に分散しないおそれがある。そのため、かかる導電性物質の不均一な分散により、導電性材料を均一に通電加熱することができないおそれがある。そこで、図１の点線丸括弧に示すように、本実施形態では、加熱射出装置２の先端部２０からスプールＳ（導電性材料流路に相当）にわたる領域内に全体的に又は部分的にスタティックミキサー７０が設けられている。なお、ここで言う「スプールＳ」とは、加熱射出装置２から射出された導電性材料Ｐが流れる流路を指す。ここで言う「加熱射出装置２の先端部２０」とは、導電性材料Ｐが射出される射出口および当該射出口の近接領域（周縁領域）を指す（図１参照）。また、ここで言う「スタティックミキサー７０」とは、駆動部を用いなくとも流体混合を可能とする「静止型混合器」に相当する。

スタティックミキサー７０は、以下のような構造を有している。具体的には、図２〜４に示すように、スタティックミキサー７０は、断面Ａ−Ａラインにて内部の空間領域を上下に２分割するように配置された壁７１、および断面ＢーＢラインにて内部の空間領域を左右に２分割するように配置された壁７２を備えている。なお、これに限定されることなく、壁７１は断面Ａ−Ａラインにて内部の空間領域を左右に２分割するように配置されていてもよい。また、壁７２は、断面ＢーＢラインにて内部の空間領域に上下に２分割するように配置されていてよい。スタティックミキサー７０が設けられている場合、加熱射出装置２から射出される導電性材料Ｐはスタティックミキサー７０を介してキャビティＣへと進むことになる。加熱射出装置２から射出される導電性材料Ｐが上記構造を有したスタティックミキサー７０を一方向に通じる場合、導電性材料Ｐの流体流れは以下のようになる。具体的には、図２および図３（ａ）に示すように、まず、スタティックミキサー７０を通じる導電性材料Ｐの流体流れは、スタティックミキサー７０の断面Ａ−Ａラインにて内部に配置された壁７１を介して上下に２分割される。次いで、図２および図３（ｂ）に示すように、上下に２分割された導電性材料Ｐの流体流れは、スタティックミキサー７０の断面Ｂ−Ｂラインにて内部に配置された壁７２を介して左右に２分割される。次いで、図２および図３（ａ）に示すように、左右に２分割された導電性材料Ｐの流体流れは、スタティックミキサー７０の断面Ａ−Ａラインにて内部に配置された壁７１を介して上下に２分割される。次いで、図２および図３（ｂ）に示すように、上下に２分割された導電性材料Ｐの流体流れは、スタティックミキサー７０の断面Ｂ−Ｂラインにて内部に配置された壁７２を介して左右に２分割される。

以上のように、加熱射出装置２から射出される導電性材料Ｐがスタティックミキサー７０を通じる場合、導電性材料Ｐの流体流れを上下に２分割する工程と、上下に２分割した導電性材料Ｐの流体流れを左右に２分割する工程とが繰り返される。これにより、スタティックミキサー７０において導電性材料Ｐの流体流れが「上下」と「左右」に“交互”に繰り返し分割されることに起因して、導電性材料Ｐを混合するための駆動部を用いなくとも導電性材料Ｐを混合するための力を作用させることができる。これにより、導電性材料Ｐがスタティックミキサー７０により混合され、それに起因して、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質を均一に分散させることが可能となる。具体的には、導電性物質を樹脂材料中に均一に分散させることが可能となる。

上述のように、加熱射出装置２から射出される導電性材料Ｐはスタティックミキサー７０を介してキャビティＣへと進む。換言すれば、導電性材料Ｐは「キャビティＣへの注入前」にスタティックミキサー７０を通ずることになる。これにより、「キャビティＣへの注入前」において、導電性物質が均一に分散した導電性材料Ｐを形成することができる。従って、キャビティＣには、導電性物質が均一に分散した導電性材料Ｐを注入することができる。これにより、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐに含まれる導電性物質が均一に分散していることで、最終的に得られる成形品に対して均一な導電性を付与することができる。それ故、得られる成形品に均一な導電性が付与されていることに起因して、静電塗装等を好適に実施することができる。

また、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質が均一に分散した状態で、通電装置６１により導電部４７、４８間に電圧を印加して導電性材料Ｐを通電させると、以下の効果を奏することができる。具体的には、均一な分散状態の導電性物質が有する電気抵抗によりキャビティＣ内にてジュール熱が局所的に発生することなく、「全体的に」発生する。これにより、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐを均一に通電加熱することができる。

かかる均一な通電加熱は、導電性材料ＰがキャビティＣ内を移動中も行われる。そのため、キャビティＣ内を移動する導電性材料Ｐの温度低下をより好適に抑制することができる。これにより、導電性材料Ｐの流動性低下がより好適に抑制され、溶融した導電性材料ＰをキャビティＣの末端部までより好適に充填することができる。その結果、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐの充填不足に起因したウェルド等の成形品の外観不具合の発生をより好適に回避することができる。

なお、金型装置４は直線状スプールＳを有するダイレクトゲート方式の金型装置に限定されない。例えば、図５に示すように、金型装置４がスプールＳとスプールＳから分岐したランナーＲとを有するピンゲート方式等の金型装置であってもよい。この場合、分岐前のスプールＳの領域にスタティックミキサーを設けて、スタティックミキサーを介して導電性材料Ｐを混合してよい。これにより、「分岐前」において、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質を均一に分散させることが可能である。それ故、「分岐後」において、均一な分散状態の導電性物質を含む導電性材料Ｐを各ランナーを介してキャビティにそれぞれ注入することができる。なお、これに限定されず、分岐後のランナーＲの領域にスタティックミキサーを設け、かかるスタティックミキサーを介して導電性材料Ｐを混合してよい。これにより、「分岐後」において、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質を均一に分散させた上で、分散状態の導電性物質を含む導電性材料Ｐを各ランナーを介してキャビティにそれぞれ注入することができる。

また、図１では、直線状のスプールＳが示されているが、これに限定されることなく、例えば、らせん状等の非直線形状のスプールＳであってもよい。非直線形状のスプールＳを用いる場合、直線状のスプールＳに比べてスプール長をより長くすることができるため、キャビティＣへの導電性材料Ｐの注入前に、スプールＳ領域に設けられたスタティックミキサーによる導電性材料Ｐの混合をより十分に行うことができる。

スタティックミキサー７０は下記態様を採ることが好ましい。

スタティックミキサー７０はスプールＳ（導電性材料流路に相当）の下流側に設けられていることが好ましい。スタティックミキサー７０がスプールＳの下流側に設けられていると、スタティックミキサー７０と導電性材料Ｐが充填されるキャビティＣとの間の距離が短くなる。そのため、かかる距離が短いことに起因して、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質の均一な分散状態が維持され易くなる。そのため、均一な分散状態の導電性物質を含む導電性材料ＰをキャビティＣに充填し易くすることができる。これにより、均一な分散状態が維持された導電性物質が有する電気抵抗によりキャビティＣ内にて「全体的に」より発生させ易くなる。これにより、キャビティＣ内における導電性材料Ｐの均一な通電加熱をより好適に行うことができる。

また、スタティックミキサー７０は、スプールブッシュに設けられていることが好ましい。スプールブッシュは、射出時に金型装置４（固定金型４２）に直接接触することによる加熱射出装置２の射出口の摩耗および損傷を防ぐために、外部から金型装置４に対して供されるものである。かかるスプールブッシュにスタティックミキサー７に設ける場合、金型装置４の内部構造を変えることなく導電性材料Ｐの混合を行うことができるため、スタティックミキサー７０の設置の作業効率の点で利点がある。

なお、本実施形態では、スタティックミキサー７０として、ミキシングノズルが用いられてよい。ミキシングノズルは一般的に成形品の着色ムラ防止のために用いられる。この点、本実施形態では、着色ムラ防止のために一般的に用いられるミキシングノズルを敢えて導電性材料Ｐに含まれる導電性物質の分散のために用いる点に特徴がある。

（導電部間の絶縁部材における漏洩電流）
以下、導電部４７、４８間の絶縁部材４９における漏洩電流について図７を参照しながら説明しておく。

上述の導電部４７、４８間を相互に絶縁するための絶縁部材４９は、射出成形装置１のショット数の増加に従い劣化が進行する。具体的には、絶縁部材４９は、例えば、絶縁部材の摩耗、使用温度および使用圧力、並びに通電電圧等によって劣化が進行する。かかる絶縁部材４９の劣化の進行により、絶縁部材の絶縁性能が徐々に低下する。図７に示すように、絶縁性能の低下に伴い、通電加熱時に絶縁部材４９を介して導電部４７、４８間を流れる漏洩電流の電流ピーク値が徐々に大きくなる。

絶縁部材４９は、例えば、打痕、擦り傷、変形、過熱、過圧力、過電圧等の突発的な事象により絶縁性能が急激に低下する場合がある。しかしながら、かかる事象による絶縁性能の急激な低下を事前予測することは困難である。したがって、絶縁部材４９の絶縁性能を監視する観点から、ショット毎に絶縁部材４９の漏洩電流の電流ピーク値を測定することが好ましい。

そのため、上述の通電制御部１４０には、絶縁部材４９の絶縁状態を判定するための閾値として予め設定された正常値Ｉ１、警告値Ｉ２、および危険値Ｉ３が、内蔵されたメモリ等に記憶されている。正常値Ｉ１としては、使用前の絶縁部材４９の漏洩電流の電流ピーク値が設定される。所定のショット数において、測定された漏洩電流の電流ピーク値が正常値Ｉ１より大きく、警告値Ｉ２以下である場合、射出成形装置１による成形品の生産を続行可能であると判定される。電流ピーク値が警告値Ｉ２より大きく、危険値Ｉ３以下である場合、射出成形装置１の操作者に対して警告を行う必要があると判定される。電流ピーク値が危険値Ｉ３以上である場合、生産を停止すべきと判定される。

＜射出成形装置の制御動作の流れ＞
以下、制御ユニット１００により制御される射出成形装置１の制御動作の流れについて説明しておく。具体的には、かかる射出成形装置１の制御動作の流れについて、図８〜図１０のフローチャートと、スクリュ位置、射出圧力、通電ＯＮ／ＯＦＦ、冷却ポンプのＯＮ／ＯＦＦの変化を示す図１１のタイムチャートと、を参照しながら説明する。

ステップＳ１
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を型閉および型締する。この時の型締圧力は、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、型締信号に基づき冷却制御部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）。

ステップＳ２
次に、可動金型４１と固定金型４２の型間絶縁性チェックを実行する。

以下、ステップＳ２における型間絶縁性チェック工程について、図９を参照しながら具体的に説明する。

まず、型内抵抗値センサ６３により導電部４７、４８間を流れる漏洩電流の電流ピーク値を測定する。かかる漏洩電流の電流ピーク値に基づき、電流ピーク値が予め設定された危険値Ｉ３より小さいか否かを判定する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１にて電流ピーク値が危険値Ｉ３以上であると判定されると、射出成形装置１による成形品の生産を停止する（ステップＳ２２）。なお、成形品の生産停止後、新たな金型装置４に取り換えて生産を再開してもよい。

ステップＳ２１で電流ピーク値が危険値Ｉ３より小さいと判定されると、電流ピーク値が予め設定された警告値Ｉ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３で電流ピーク値が警告値Ｉ２以上であると判定されると、例えば、射出成形装置１に設けられたブザー（図示しない）によりアラーム音を発したり、警告灯を点灯、点滅させることで射出成形装置１の操作者に対して警告を行う（ステップＳ２４）。射出成形装置１の操作者に対して警告を行った上で、下記のステップ３に進む。

ステップＳ２３で電流ピーク値が警告値Ｉ２より小さいと判定されると、下記のステップ３に進む。

以上により、可動金型４１と固定金型４２との間の絶縁性をチェックすることができる。

ステップＳ３
次に、時刻ｔ１において、加熱射出制御部１１０が射出信号を出力する。かかる射出信号の出力により、加熱射出装置２の射出用シリンダ装置２５により予め設定した射出速度でスクリュ２４を前進させ、それにより射出シリンダ２１から加熱溶融させた導電性材料Ｐを射出する。次いで、射出する導電性材料Ｐを、加熱射出装置２の先端部２０から金型装置４のスプールＳ（導電性材料流路に相当）にわたる領域内に全体的に又は部分的に設けたスタティックミキサー７０に通す（図１〜図３参照）。その後、スタティックミキサー７０に通した導電性材料ＰをキャビティＣ内へと進め、導電性材料Ｐの充填を開始する。

ステップＳ４
時刻ｔ１において、射出信号に基づき通電制御部１４０は通電装置６１を制御する。通電制御部１４０の制御下で、通電装置６１により導電部４７、４８間に所定の電圧を印加する。かかる電圧印加により、キャビティＣに注入される導電性材料Ｐを、導電部４８側から導電部４７側へと向かって通電させる（図６参照）。つまり、電流が導電部４８側からキャビティＣ内の導電性材料Ｐを介して導電部４７へと流れる。かかる通電により、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質が有する電気抵抗によりジュール熱を発生させ、それにより導電性材料Ｐを通電加熱する。

以下、ステップＳ４における通電工程について、図１０を参照しながら具体的に説明する。

まず、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射出信号がＯＮか否かを判定する（ステップＳ４１）。

ステップＳ４１において射出信号がＯＮと判定されると、通電制御部１４０は、通電装置６１に通電を開始させる（ステップＳ４２）。

この際、通電制御部１４０は、加熱射出装置２から射出された導電性材料Ｐが導電部４７、４８に接触した際に通電加熱されるように、通電制御部１４０は、通電装置６１により導電部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により導電部４７、４８間に予め設定された定電圧が印加される。

次に、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保圧信号がＯＮか否かを判定する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４３において保圧信号がＯＮと判定されると、通電装置６１の通電を終了し、ステップ５に進む（ステップＳ４４）。

以上により、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の射出状態に基づき通電装置６１を制御することができる。

ステップＳ５
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ｔ２において、加熱射出制御部１１０は保圧信号を出力する。かかる保圧信号に基づき加熱射出装置２が制御され、キャビティＣ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Ｓ６
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ｔ３において、予め設定した冷却時間分保圧した導電性材料Ｐを冷却させる。同時に、加熱射出装置２では、次なるショットのためにバンドヒータ２３により導電性材料Ｐを流動可能温度に加熱溶融すると共に、スクリュ２４を回転させ、所定の位置まで後退させる。この際、ホッパ２２から供給された導電性材料Ｐ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の後退に伴いスクリュ２４の前方に保持される。

ステップＳ７
次に、冷却完了の時刻ｔ４において、型締制御部１２０により型締装置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Ｓ８
次に、エジェクタ装置によりキャビティＣ内から成形品を突き出して取り出す。

ステップＳ９
最後に、成形終了の是非を判定し、成形終了である判定すれば、かかる射出成形サイクルを終了する。

上述のように、ステップＳ３では、射出する導電性材料Ｐを、加熱射出装置２の先端部２０からスプールＳ（導電性材料流路に相当）にわたる領域内に全体的に又は部分的に設けたスタティックミキサー７０に通している。導電性材料Ｐをスタティックミキサー７０に通すと、導電性材料Ｐの流体流れを上下に２分割する工程（図２および図３（ａ）参照）と、上下に２分割した導電性材料Ｐの流体流れを左右に２分割する工程（図２および図３（ｂ）参照）とが繰り返されることになる。これにより、スタティックミキサー７０において導電性材料Ｐの流体流れが「上下」と「左右」に“交互”に繰り返し分割されることに起因して、導電性材料Ｐを混合するための駆動部を用いなくとも導電性材料Ｐを混合するための力を作用させることができる。これにより、導電性材料Ｐがスタティックミキサー７０により混合され、それに起因して、導電性材料Ｐに含まれる導電性物質を均一に分散させることが可能となる。

ステップ３を経て導電性材料Ｐに含まれる導電性物質は均一に分散されているため、導電部４７、４８間に電圧を印加して導電性材料Ｐを通電させると、以下の効果を奏することができる。具体的には、均一な分散状態の導電性物質が有する電気抵抗によりキャビティＣ内にてジュール熱が局所的に発生することなく「全体的」に発生する。これにより、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐを均一に通電加熱することができる。

かかる均一な通電加熱は、導電性材料ＰがキャビティＣ内を移動中に行われるため、キャビティＣ内を移動する導電性材料Ｐの温度低下をより好適に抑制することができる。これにより、導電性材料Ｐの流動性低下がより好適に抑制され、溶融した導電性材料ＰをキャビティＣの末端部までより好適に充填することができる。その結果、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐの充填不足に起因したウェルド等の成形品の外観不具合の発生をより好適に回避することができる。

また、キャビティＣ内にて導電性材料Ｐに含まれる導電性物質が均一に分散されていることで、最終的に得られる成形品に対して均一な導電性を付与することができる。それ故、得られる成形品に均一な導電性が付与されていることに起因して、静電塗装等を好適に実施することができる。

更に、上述のように、ステップ４では、導電部４７、４８間における電圧印加により、導電部４７、４８間に位置するキャビティＣ内の導電性材料Ｐを通電加熱している。つまり、導電性材料Ｐと比べ熱容量が大きな金型装置全体を加熱して間接的に導電性材料Ｐを加熱させるのではなく、導電性材料Ｐその物を通電加熱している。そのため、金型装置の温度が必要以上に高くならず、それにより金型装置を冷却して成形品を冷却するための時間の長期化を回避することができる。つまり、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の長期化を回避することができる。

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、種々の改良および設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明の一実施形態に係る射出成形装置は、バンパー等の自動車部品の製造、液晶ディスプレイ枠等の製造にて好適に利用することができる。

１ 射出成形装置
２ 加熱射出装置（加熱射出手段）
２０ 加熱射出装置（加熱射出手段）の先端部
４ 金型装置（成形型）
４７、４８ 導電部
４９ 絶縁部材
６１ 通電装置（通電手段）
７０ スタティックミキサー
Ｃ キャビティ
Ｐ 導電性材料
Ｓ スプール（導電性材料流路）

Claims (6)

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、キャビティの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を有して成り、
   前記導電部間に所定の電圧を印加する通電手段を備え、
   前記加熱射出手段の先端部から導電性材料流路にわたる領域内にスタティックミキサーが設けられている
   ことを特徴とする射出成形装置。
2. 前記導電性材料が導電性物質を含有する樹脂材料であって、
   前記スタティックミキサーが、前記導電性材料中に前記導電性物質を分散させるためのミキサーである
   ことを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
3. 前記導電性材料流路の下流側領域に前記スタティックミキサーが設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の射出成形装置。
4. 前記スタティックミキサーがスプールブッシュに取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形装置。
5. 導電性材料を成形型内に射出して射出成形品を得るための射出成形方法であって、
   加熱射出手段を用いて、前記導電性材料を流動可能温度に加熱溶融させ、前記成形型内に射出する加熱射出ステップと、
   射出された前記導電性材料が前記成形型のキャビティの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、を含み、
   前記キャビティへの前記導電性材料の導入に先立って、前記加熱射出手段の先端部から導電性材料流路にわたる領域内に設けられたスタティックミキサーによって前記導電性材料を混合する
   ことを特徴とする射出成形方法。
6. 前記導電性材料が導電性物質を含有する樹脂材料であって、
   前記混合により、前記導電性物質を前記導電性材料中に分散させる
   ことを特徴とする請求項５記載の射出成形方法。

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