JP2018069565A - 成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形品を連続的に製造した場合であっても、所望の寸法精度にない成形品が大量に発生することを抑制する、成形品の製造方法を提供すること。【解決手段】 複数回の成形サイクルを繰り返して連続的に成形品を製造する製造方法であって、各成形サイクルでは樹脂組成物を金型の内部に充填する充填工程と、金型の内部の樹脂組成物を加圧する加圧工程と、金型の内部の樹脂組成物を冷却水で冷却する冷却工程と、金型の内部から樹脂組成物を離脱させて成形品を得る離脱工程とを有し、複数回の成形サイクルのうちＡ回目の成形サイクルをＢ回目の成形サイクルよりも時間をかけて遅延させる遅延サイクルとすることが可能であり、Ａ回目のサイクルを遅延サイクルとするとき、冷却工程において金型の内部を流れる冷却水の流速をＢ回目のサイクルよりも低下させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、成形品の製造方法に関するものである。

射出成形による成形品は、様々な部分で使用されている。その一例として、インクジェット記録ヘッドがある。図７にインクジェット記録ヘッド１０を示す。インクジェット記録ヘッド１０は、インクを吐出する吐出口が形成された記録素子基板１と、射出成形による成形品である支持部材２とを有している。記録素子基板１は、支持部材２で支持固定されている。インクジェット記録ヘッド１０は、他にも電気配線部材３や、記録素子基板１と支持部材２を接合する接合部材４も設けられている。図７（ａ）はこれらの部材を固定する前の図であり、図７（ｂ）はこれらの部材を固定した後の図である。図７（ｃ）は図７（ｂ）のインクジェット記録ヘッドを別の角度から見た様子を示す図である。

記録素子基板１を支持部材２に支持固定する際には、記録素子基板１を位置決め冶具で吸着保持した後、支持部材２の位置まで移動させ、支持部材２上に配置しておいた接合部材４を介して固定する。上述のように、支持部材２は、コストや加工性等の点から射出成形による成形品で形成されていることがある。一方、接合部材４は主に熱硬化型の接着剤で形成されている。この場合、支持部材２の上方で記録素子基板１を接合部材４と当接させた後、接合部材４に熱を付与して硬化させ、記録素子基板１を支持部材２に固定する。

コストダウンの観点からは、記録素子基板１の大きさはなるべく小さいことが好ましい。記録素子基板１の大きさを小さくすると、記録素子基板１内にインクを供給するためのインク経路の幅は狭くなる。よって、記録素子基板１を支持部材２上に配置する際の配置精度のばらつきが大きい場合、支持部材２に形成されたインク経路５に接着剤がはみ出すことがある。インク経路５への接着剤のはみ出しは、支持部材２を経て記録素子基板１に供給されるインクの流れを妨げてしまい、記録素子基板１からのインクの吐出に影響が出ることがある。接着剤のインク経路５へのはみ出し量を少なくするには、支持部材２に配置される接着剤の高さを低くするなどして接着剤を少なくする方法が考えられるが、接着剤の量が不足すると、インクが外部に漏れ出す可能性がある。

この点、特許文献１には、記録素子基板１と支持部材２とを接着剤を介して接合する際、支持部材２の記録素子基板１との接合面上に凸部を形成しておくことが記載されている。この方法によれば、記録素子基板１が接着剤を介して支持部材２に固定される際、凸部が過剰な接着剤の潰れを抑制し、接着剤がインク経路５にはみ出しにくくなる。

特開２０１２−２４０２１０号公報

上述のように、支持部材のような成形品としては、コストや加工性等の観点からモールド加工されたものが多く用いられる。図６に、射出成形装置によるモールド成形の構成概念図を示す。射出成形装置６は、内部に樹脂充填部８を有する。射出成形装置６の上方にはアニール装置７があり、下方には冷却水循環装置１１と冷却水循環経路１２とが備えられている。一般的に、射出成形装置６によるモールド成形は、射出成形装置６の立ち上げ時に寸法精度を安定させるための安定時間を必要とする。安定時間の間に成形された所望の寸法精度にない支持部材２は、廃却することになる。よって射出成形装置６の立ち上げや立ち下げを頻繁に繰り返すと、所望の寸法精度にない支持部材２が大量に発生し、その分部品コストの増加につながる。このため通常のモールド成形では、必要な支持部材２の数量を作り終えるまで射出成形装置６を止めることはない。

射出成形による成形工程の後には、各種の工程が連続して行われ、連続的に成形品を製造していく場合がある。例えば、モールド成形直後の支持部材２は高温であるため、常温（２５℃）にまで温度が低下すると支持部材２の成形寸法が変化する。そのため、支持部材２の成形工程に、成形された支持部材２の寸法を安定させるための工程（アニール工程）が、成形工程に連結している場合がある。図６では、支持部材２の寸法を安定させるためにアニール装置７が設けられている。他にも、成形された支持部材２に別部材等を接合する場合、それらの接合工程を成形工程に連結すること等が考えられる。

本発明者らは、上述のように成形工程に別の工程が連結されている場合において、射出成形装置６による成形工程以外の部分で製造がうまくいかないといったことが生じた場合、射出成形装置６を停止することを検討した。しかし、射出成形装置６以外の工程でこのようなことが頻発する場合には、その度に射出成形装置６の立ち上げ、立ち下げを頻繁に繰り返すこととなり、所望の寸法精度にない支持部材２が大量に発生することになる。よって、成形品の製造コストが増加してしまう。このような課題は、成形品がインクジェット記録ヘッドの支持部材である場合に発生しやすいが、成形品全般で起こり得るものである。

本発明は、以上のような課題を解決するものである。即ち本発明は、成形品を連続的に製造した場合であっても、所望の寸法精度にない成形品が大量に発生することを抑制する、成形品の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明は、複数回の成形サイクルを繰り返して連続的に成形品を製造する製造方法であって、前記複数回の成形サイクルの各成形サイクルでは、樹脂組成物を金型の内部に充填する充填工程と、前記金型の内部の樹脂組成物を加圧する加圧工程と、前記金型の内部の樹脂組成物を冷却水で冷却する冷却工程と、前記金型の内部から樹脂組成物を離脱させて成形品を得る離脱工程と、を有し、前記複数回の成形サイクルのうちある回の成形サイクルをＡ回目の成形サイクル、前記Ａ回目の成形サイクルと異なる回の成形サイクルをＢ回目の成形サイクルとしたとき、前記Ａ回目の成形サイクルを前記Ｂ回目の成形サイクルよりも時間をかけて遅延させる遅延サイクルとすることが可能であり、前記Ａ回目のサイクルを遅延サイクルとするとき、前記冷却工程において金型の内部を流れる冷却水の流速を、前記Ａ回目のサイクルでは前記Ｂ回目のサイクルよりも低下させることを特徴とする成形品の製造方法である。

本発明によれば、成形品を連続的に製造した場合であっても、所望の寸法精度にない成形品が大量に発生することを抑制する、成形品の製造方法を提供することができる。

成形品の製造方法のフローチャートである。 成形工程中の金型温度を示す図である。 成形品の成形サイクルと冷却水制御の関係を示す図である。 成形品の製造方法のフローチャートである。 サイクルごとの成形材料の計量工程の実施タイミングを示す図である。 射出成形装置によるモールド成形の構成概念図である。 インクジェット記録ヘッドを示す図である。

図１に、本発明の成形品の製造方法の一例をフローチャートにて示す。図１に示すフローチャートは、射出成形装置で１回の成形サイクルの間に実施される工程の順番を示したものである。本発明では、このような成形サイクルを複数回繰り返し、連続的に成形品を製造する。そして、射出成形工程以外で何かしらのことが生じた場合に、成形工程を止めるのではなく、あるサイクルを遅延サイクルとする。そしてこの遅延サイクルにおいて、冷却水を制御して流速を低下させる。ここでは、成形品としてインクジェット記録ヘッドの記録素子基板を支持する支持部材を製造する例を用いて、具体的に説明を行う。

図１に示すように、開始工程（ＳＴ０１）にて成形が開始されると、まず成形材料である樹脂組成物を金型の内部に流し込み、金型の内部に充填する充填工程（ＳＴ０２）が行われる。続いて、樹脂組成物を金型内の隅々に行き渡らせて樹脂組成物の成形密度を向上させるため、金型の内部の樹脂組成物を加圧する加圧工程（ＳＴ０３）が行われる。

次に、遅延サイクルの実施可否を判断（ＳＴ０４）する。複数回の成形サイクルのうち、ある回の成形サイクルをＡ回目の成形サイクル、Ａ回目のサイクルとは異なる回の成形サイクルをＢ回目のサイクルとする。このときＡ回目のサイクルをＢ回目のサイクルよりも、成形にかける時間をかけ、成形完了のタイミングを遅延させることを遅延サイクルの実施という。遅延サイクルは、例えば成形工程に続く工程で工程を順調に進めることができない場合に、成形サイクルを止めないために行う。遅延サイクルを行うサイクルは１回に限られるものではなく、複数回のサイクルを遅延サイクルとしてもよい。また、Ｂ回目のサイクルは、通常の連続的に成形品を製造しているときの、同様の条件で繰り返す各回のサイクル（通常サイクルのうちの１サイクル）であることが好ましい。以下、Ａ回目のサイクルを遅延サイクル、Ｂ回目のサイクルを通常サイクルとして説明する。

遅延サイクルを行わない場合、即ち通常サイクルの場合は、金型の内部の樹脂組成物を冷却する冷却工程（ＳＴ０５）を行い、その後に樹脂組成物を金型の内部から離脱させる離脱工程（ＳＴ０６）を経て、成形品を得る。

一方、遅延サイクルを行う場合には、冷却工程（ＳＴ０５´）を経て離脱工程（ＳＴ０６´）を終了するまでに、冷却水の流速を低下させて金型温度を安定させるための冷却水流速調整（ＳＴ０７）と、冷却水流速復帰（ＳＴ０８）とを行う。即ち、冷却工程において金型の内部を流れる冷却水の流速を、遅延サイクルであるＡ回目のサイクルでは、Ａ回目のサイクルとは異なるＢ回目のサイクルよりも低下させる。Ｂ回目のサイクルは、必ずしも通常サイクルでなくてもよいが、通常サイクルであることが多い。

冷却水の流速を低下させる理由について、図２を用いて説明する。図２は、成形工程中の金型の温度を示す概略図である。条件Ａ、条件Ｂともに、例えば他の工程の影響で成形サイクルにかける時間を延ばして遅延させる場合、即ち遅延サイクルを行う場合である。条件Ａでは冷却水の流速は低下させず、条件Ｂでは冷却水の流速を低下させる。条件Ａのように冷却水の流速を低下させない場合には、充填工程（ＳＴ０２）により昇温した金型は、時間と共に降温し、通常サイクル終了時間（ＴＨ）の温度はＨＴとなる。終了時間（ＴＬ）の金型温度はさらに低下し、ＨＬとなる。ここで、ＨＴとＨＬの差ＨＡの分だけ成形工程開始時の金型状態が異なるため、支持部材の寸法精度が低下してしまう。よって、成形品の寸法精度が所望のものでなくなってしまう。

これに対し、条件Ｂのように、遅延サイクルにて冷却水を制御して流速を低下させると、ＴＬ時点での金型温度の低下を抑え、ＨＴになるべく近い値に、或いは実質的に同じ値にすることができる。言い換えれば、ＨＡを小さくする、或いは実質的に０とすることができ、高い寸法精度を有する成形品を得ることができる。

図３は、サイクル遅延時の冷却水の流速を低下させる方法を示す概略図であり、冷却水循環を示す部分の縦方向の幅は、幅が大きい程冷却水の流速が早いことを示している。冷却水の流速を低下させる方法は、大きく２通りある。１つは、冷却水循環方法（１）に示すものであり、冷却水は停止しないが流速を低下させる方法であり、点線で示す通常サイクル時の冷却水流速に対して遅延サイクル時は遅くする。もう１つは、冷却水循環方法（２）に示すものであり、一時的に金型内に流れる冷却水を停止させて対応する方法である。この方法では、点線で示す通常サイクル時の冷却水の流速に対して、遅延サイクル時は冷却水の流れを停止する時間を設ける。

ここで、図２の条件Ｂとして、通常サイクルの終了時間（ＴＨ）と遅延サイクルの終了時間（ＴＬ）との関係をＴＬ＝２ＴＨとし、冷却水の流速調整としては図３の冷却水循環方法（２）を選択して実際に検討を行った結果を説明する。冷却水の停止開始時間は加圧工程（ＳＴ０３）終了後であり、金型内へ樹脂を充填する際の環境が通常サイクルと遅延サイクルで同等となるようにした。金型内に流れる冷却水の停止時間をＴＬ×３／４としたところ、通常サイクル終了時間（ＴＨ）と遅延サイクルの終了時間（ＴＬ）の金型温度差（ＨＡ）は５℃未満となり、成形品の寸法精度が非常に高いことが確認された。

次に、図４、図５を用いて、遅延サイクルと成形材料の計量の関係について説明する。図４は、射出成形装置で１回の成形サイクルの間に実施される工程の順序をフローチャートで示したものである。また、図５は、１回の成形サイクルごとの成形材料（樹脂組成物）の計量工程の実施タイミングについて、通常サイクルと遅延サイクルを比較した概略図を示したものである。計量工程とは、充填工程で充填する樹脂組成物（成形材料）の量を計量する工程である。

図４と図５について説明する。図１で説明した工程と同様に、開始工程（ＳＴ０１）にて成形が開始されると、成形材料である樹脂組成物を金型の内部に充填する充填工程（ＳＴ０２）が行われる。続いて、樹脂組成物を金型内の隅々に行き渡らせて樹脂組成物の成形密度を向上させるため、金型の内部の樹脂組成物を加圧する加圧工程（ＳＴ０３）を行う。

次に、遅延サイクルの実施可否を判断（ＳＴ０４）する。遅延サイクルを行わない場合、即ち通常サイクルの場合は、樹脂組成物を冷却する冷却工程（ＳＴ０５）の後に、樹脂組成物を金型の内部から離脱させる離脱工程（ＳＴ０６）を行う。その間に、次サイクルの充填工程の開始予定時間ＴＪと、次サイクルで使用する溶融状態の樹脂組成物を準備する成形材料の計量工程（ＳＴ０７）が終了した時間ＴＫとの時間差ＴＮを計算する。ここでは冷却工程（ＳＴ０５）と離脱工程（ＳＴ０６）との間に計量工程（ＳＴ０７）を行ったが、計量工程（ＳＴ０７）を行った後に、冷却工程（ＳＴ０５）を行ってもよい。また、離脱工程（ＳＴ０６）を行った後に計量工程（ＳＴ０７）を行ってもよい。

一方、遅延サイクルを行う場合は、冷却工程（ＳＴ０５´）から離脱工程（ＳＴ０６´）までの間に、金型温度を安定させるための冷却水流速調整（ＳＴ０８）と冷却水流速復帰（ＳＴ０９）を行う。さらにその間に、（ＳＴ１０）、（ＳＴ１１）、（ＳＴ１２）に示すように、次サイクルで使用する溶融状態の樹脂組成物を準備する成形材料の計量工程（ＳＴ１２）を開始する時間を計算する。成形材料の計量工程（ＳＴ１２）の開始時間は、次サイクルの充填の開始予定時間ＴＪと成形材料の計量工程（ＳＴ１２）の終了時間との時間差ＴＹが、通常サイクルの上記時間差ＴＮと同じになるように設定する。遅延サイクル時の成形材料の計量工程（ＳＴ１２）を開始する時間は、事前にＴＹ≒ＴＮとなるように任意の値を設定してもよい。このように計量工程のタイミングを制御することで、通常サイクルと遅延サイクルの、成形材料の計量工程（ＳＴ１２）の終了時間から次サイクルの充填工程（ＳＴ０２）開始時間までの間隔を、一定（ＴＹ＝ＴＮ）となるように制御することができる。さらには、計量工程の終了時間から次のサイクルでの充填工程の開始時間までの間隔を、複数回の成形サイクルで一定となるように制御することができる。尚、ここでいう「一定」とは、製造誤差等による差は無視して一定であるという意味である。よって、樹脂組成物の熱劣化の影響を抑制でき、成形品の寸法精度をより安定化させることができる。

ここでは冷却水流速調整（ＳＴ０８）と冷却水流速復帰（ＳＴ０９）との間に、（ＳＴ１０）、（ＳＴ１１）、（ＳＴ１２）の工程を行った。しかし、例えば（ＳＴ１０）、（ＳＴ１１）、（ＳＴ１２）の工程を行った後に、冷却水流速調整（ＳＴ０８）を行ってもよい。また、計量工程（ＳＴ１２）は、次サイクルの充填工程開始まで１分以内のタイミングで行うことが好ましい。計量した樹脂を１分よりも長い時間放置すると、その間に樹脂が変質する可能性がある為である。

冷却水の流速の低下は、充填工程の前に行ってもよいが、充填工程の後に行う方が好ましい。また、冷却水の流速の低下は、加圧工程の前に行うこともできるが、加圧工程の後に行う方が好ましい。即ち、１回の成形サイクル内において、充填工程及び加圧工程の後に、冷却水流調整工程で冷却水の流速を低下させることが好ましい。

冷却水の流速の低下は、成形サイクルが遅い程長く行うことが好ましい。また、冷却水を停止する場合には、成形サイクルが遅い程、長く停止させておくことが好ましい。このようにすることで、成形品の成形精度がより高くなる。尚、制御する冷却水は、必ずしも循環されているものでなくてもよく、一方向に流れ続けているものであってもよい。

以上のようにして、成形品を連続的に製造した場合であっても、所望の寸法精度にない成形品が大量に発生することを抑制することができる。

Claims (10)

1. 複数回の成形サイクルを繰り返して連続的に成形品を製造する製造方法であって、前記複数回の成形サイクルの各成形サイクルでは、樹脂組成物を金型の内部に充填する充填工程と、前記金型の内部の樹脂組成物を加圧する加圧工程と、前記金型の内部の樹脂組成物を冷却水で冷却する冷却工程と、前記金型の内部から樹脂組成物を離脱させて成形品を得る離脱工程と、を有し、
   前記複数回の成形サイクルのうちある回の成形サイクルをＡ回目の成形サイクル、前記Ａ回目の成形サイクルと異なる回の成形サイクルをＢ回目の成形サイクルとしたとき、前記Ａ回目の成形サイクルを前記Ｂ回目の成形サイクルよりも時間をかけて遅延させる遅延サイクルとすることが可能であり、
   前記Ａ回目のサイクルを遅延サイクルとするとき、前記冷却工程において金型の内部を流れる冷却水の流速を、前記Ａ回目のサイクルでは前記Ｂ回目のサイクルよりも低下させることを特徴とする成形品の製造方法。
2. 前記Ａ回目のサイクルを遅延サイクルとするとき、前記Ａ回目のサイクルにおける前記冷却水の流れは停止させない請求項１に記載の成形品の製造方法。
3. 前記Ａ回目のサイクルを遅延サイクルとするとき、前記Ａ回目のサイクルにおける前記冷却水の流れを停止させる請求項１に記載の成形品の製造方法。
4. 前記Ａ回目のサイクルにおいて、前記金型の内部を流れる冷却水の流速の低下は、前記充填工程の後に行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
5. 前記Ａ回目のサイクルにおいて、前記金型の内部を流れる冷却水の流速の低下は、前記加圧工程の後に行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
6. 前記Ａ回目のサイクルにおいて、前記金型の内部を流れる冷却水の流速の低下は、前記冷却工程と前記離脱工程との間に行う請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
7. 次のサイクルの充填工程で充填する樹脂組成物の量を計量する計量工程を有し、前記計量工程のタイミングを制御することで、計量工程の終了時間から次のサイクルでの充填工程の開始時間までの間隔を、前記Ａ回目のサイクルと前記Ｂ回目のサイクルとで一定となるように制御する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
8. 前記計量工程のタイミングを制御することで、計量工程の終了時間から次のサイクルでの充填工程の開始時間までの間隔を、複数回の成形サイクルで一定となるように制御する請求項７に記載の成形品の製造方法。
9. 前記計量工程は、次のサイクルの充填工程開始まで１分以内のタイミングで行う請求項７または８に記載の成形品の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の成形品の製造方法により、インクジェット記録ヘッドの記録素子基板を支持する支持部材を製造することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの支持部材の製造方法。

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