JP2020078897A - 金型、射出成形機、成形方法、並びに、樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量化でき、射出成形時の大幅な省電力化を可能とする、金型、射出成形機、成形方法、並びに、樹脂成形品を提供することにある。【解決手段】本発明は、射出シリンダのノズルから射出される溶融樹脂により、樹脂成形品を成形するための金型（４）であって、コア型（５）と、キャビティ型（６）と、前記コア型の側面から側方に突出する第１フランジ（３１）と、前記キャビティ型の側面から側方に突出し前記第１フランジに対向する第２フランジ（３２）と、前記コア型と前記キャビティ型とを合わせた状態で、前記第１フランジと前記第２フランジを合わせたフランジ部（３０）に側方から嵌め込んで型締めする型締めホルダ（７、８）と、を有することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、金型、射出成形機、成形方法、並びに、樹脂成形品に関する。

特許文献１には、射出成形機に関する発明が開示されている。射出成形機は、型締め装置と、射出シリンダと、を有して構成される。型締め装置では、例えば、コア型が固定盤に取り付けられ、キャビティ型が可動盤に取り付けられる。そして、可動盤を動かして、コア型とキャビティ型との開閉を行う。型締め装置は、射出圧に相応した応力で可動盤を動かして、キャビティ型とコア型を締め付ける。

射出シリンダ内では、粉砕されたペレットを押し付け溶融させたものと摩擦熱と応力で可塑化した樹脂とが混錬される。そして、射出シリンダの先端に位置するノズルから、溶融樹脂が、金型のキャビティ内に射出され、樹脂成形品が成形される。

射出成形機より製造される樹脂成形品の精度は、射出成形機を構成する、型締め装置及び、射出シリンダを含めた構造体の剛性と、機械的寸法の経時変動に影響されやすい。そこで、射出成形機は、高剛性の構造体で構成され、型締め装置及び、射出シリンダを精度良く保持している。

特開平５−９６５６３号公報

従来の射出成形機に適用される金型は、上記したように、型締め装置の可動盤及び固定盤に固定支持されており、基本的に型締め装置から分離できないようになっている。そして、樹脂成形品の精度を向上させるべく、従来の金型は、樹脂成形品の重量に対して、約数千倍も重い。更に、射出成形機自体の重量は、金型の約数１０倍もある。このように、樹脂成形品に比較して射出成形機は極めて重い重量を備え、且つ、射出成形機の設置スペースは極めて大きくなっていた。

また、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックは、軽量で強度があり、金属に代替される用途がある。これらの樹脂は、従来の汎用樹脂に比べて高温での使用が可能である。従って、成形は高温で行われる。

汎用樹脂の場合、樹脂温度は、２００℃〜３００℃程度、金型温度は、数十度以下であるのに対して、スーパーエンジニアリングプラスチックでは、樹脂温度が約４００℃以上、金型温度は、約２００℃以上となることがある。

このため、従来の射出成形機では、金型を加熱するために、大電力のヒータや高温蒸気による加熱システムが必要となり、更に、金型の取付部の断熱を要した。

また、従来の射出成形機の構造では、多くの熱量が、固定盤や可動盤を通して射出成形機全体に拡散しやすい。このため、加熱効率を大幅に低下させるとともに、射出成形機内に、温度変化による熱膨張や収縮によりひずむ部分が生じやすい。この結果、金型に対する型締め装置内での位置ずれや寸法変動等が生じ、コア型とキャビティ型の密着強度や篏合位置に変異が生じる。これにより、成形品の精度を低下させる問題があった。

また、射出成形後に、金型を冷却して成形品を固化させる必要があるが、冷却に対しても、加熱と同様の問題が生じる。

また金型を高温に加熱するためには長時間を要する。冷却させる場合も同等の時間が必要である。高温成形の場合、成形サイクルの中で、金型を昇温する時間と冷却する時間は、射出成形時間に比べて少なくとも数倍以上であり、生産性が非常に低かった。このように、金型を昇温し冷却するサイクルを繰り返すために、大きな電力と長いサイクル時間が必要であった。

また、金型を加熱・冷却する熱は、金型よりも質量の大きい固定盤や、可動盤、各種機構に伝導するため、エネルギーの損失は極めて大きい。また、射出成形機の熱が周囲環境の室温を大きく上昇させるため、射出成形機を設置する空間には、大電力の空調設備が必要となった。

そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型・軽量化でき、射出成形時の大幅な省電力化を可能とする、金型、射出成形機、成形方法、並びに、樹脂成形品を提供することにある。

本発明は、射出シリンダのノズルから射出される溶融樹脂により、樹脂成形品を成形するための金型であって、コア型と、キャビティ型と、前記コア型の側面から側方に突出する第１フランジと、前記キャビティ型の側面から側方に突出し前記第１フランジに対向する第２フランジと、前記コア型と前記キャビティ型とを合わせた状態で、前記第１フランジと前記第２フランジを合わせたフランジ部に側方から嵌め込んで型締めする型締めホルダと、を有することを特徴とする。

本発明では、前記フランジ部及び前記型締めホルダの各嵌合面は、前記側面から離れるほど内側に傾斜するテーパ面で形成されていることが好ましい。

本発明は、上記に記載の金型のキャビティに、射出シリンダから溶融樹脂を射出して樹脂成形品を成形するための射出成形機であって、前記コア型及び前記キャビティ型を、表面に設置するためのテーブルと、前記射出シリンダのノズルを、前記金型のゲートに、直接、押圧接続できるように、前記射出シリンダを可動可能に支持する可動装置と、を有することを特徴とする。

本発明では、前記テーブルの表面には、前記型締めホルダを保持し、前記テーブルに設置された前記コア型及び前記キャビティ型の前記フランジ部に着脱可能に前記型締めホルダを水平移動させる移動装置を備えることが好ましい。

本発明は、樹脂成形品を射出成形する成形方法であって、上記に記載の前記コア型及び前記キャビティ型を予め加熱する工程、上記に記載の射出成形機の前記テーブルの表面に、前記コア型及び前記キャビティ型を合わせて設置し、前記型締めホルダを、前記コア型及び前記キャビティ型の側方からフランジ部に嵌め込む工程、前記射出シリンダのノズルを、前記金型のゲートに、直接、押圧接続する工程、前記射出シリンダのノズルから前記溶融樹脂を、前記ゲートを通じて前記キャビティに射出する工程、前記コア型及び前記キャビティ型を前記テーブルから取り外して冷却し、前記成形品を前記キャビティから取り出す工程、を有し、加熱工程及び冷却工程を、射出成形工程とは独立して行うことを特徴とする。

本発明では、前記加熱工程及び前記冷却工程では、複数の前記金型をまとめて加熱及び冷却し、前記射出成形工程では、複数の前記金型をまとめて、共通の前記型締めホルダにより型締めした状態で、各金型に対し、射出成形を行うことが好ましい。

本発明では、複数のゲートを備えた一つあるいは複数の金型に対し、複数の射出シリンダを用いて、射出成形を行うことが好ましい。

本発明の成形品は、未溶融である平均粒子径１０μｍ以上のペレット片が、樹脂断面にて、５０μｍ×５０μｍの測定範囲内で観察されないことを特徴とする。

本発明では、厚さ１０μｍ以下のフィルム状であることが好ましい。

本発明によれば、金型及び射出成形機を小型・軽量化でき、射出成形時の大幅な省電力化が可能となる。
また、成形方法では、射出成形時、大幅な省電力化が可能であり、高精度な成形が可能になる。

また、本発明の射出成形機を用いて成形された成形品では、溶融されていない平均粒子径が１０μｍ以上となるペレット片は観測されず、高精密な成形品を成形することができる。

本実施形態における射出成形機の模式図である。 従来における射出成形機の模式図である。 本実施形態における射出シリンダの断面模式図である。 図３とは一部で形状が異なる射出シリンダの断面模式図である。 本実施形態における金型の斜視図である。 図５に示す金型の断面図である。 図５とは別の本実施形態における金型の斜視図である。 図５とは別の本実施形態における金型の平面図である。 図５とは別の本実施形態における金型の平面図である。 本実施形態における成形品の成形工程を説明するための概念図である。 図１１Ａは、テーブル上に設置された金型と、型締めホルダを外すためのくさび部材とを示す側面図であり、図１１Ｂは、テーブル上に設置された本実施形態の金型を移動させて、型締めホルダを外す工程を示す平面図である。 図１０とは一部で異なる成形品の成形工程を説明するための概念図である。 複数組の金型を共通の型締めホルダで保持した状態を示す平面図である。 一つの金型に、複数のゲート及びキャビティを有する平面図である。 図１０とは別の射出成形工程を示す斜視図である。 図１６Ａは、本実施形態における一例としてのキャビティ部の平面図であり、図１６Ｂは、断面図であり、図１６Ｃは、部分側面図であり、図１６Ｄは、正面図である。 図１７Ａは、本実施形態における一例としてのコア部の平面図であり、図１７Ｂは、部分断面図であり、図１７Ｃは、部分側面図であり、図１７Ｄは、正面図である。 図１８Ａは、本実施径形態における一例としての型締めホルダの側面図であり、図１８Ｂは、正面図である。 図１６に示すキャビティ部と、図１７に示すコア部とを、図１８に示す型締めホルダで保持した状態を示す金型の正面図である。 図２０Ａは、図１７のコア部に取り付けられるアダプタ部の平面図であり、図２０Ｂは、断面図である。 実施例の樹脂成形品の切断面拡大写真である。 比較例の樹脂成形品の切断面拡大写真である。 実施例の樹脂成形品の切断面拡大写真である。 比較例の樹脂成形品の切断面拡大写真である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

＜本実施形態の概要＞
本実施形態では、射出樹脂を製造する手段として、従来のペレットを可塑化する方法から、ジュール熱で溶融する方法に改良した。これにより、射出シリンダを大幅に小型・軽量化することができた。

その結果、固定盤を用いずに直接、射出シリンダのノズルを、金型のゲートに押圧接続することが可能になり、金型を、固定盤及び可動盤に固定支持する構造が不要となった。また、本実施形態では、コア型、及びキャビティ型それぞれに装着していた一回り大きい厚板鋼材の取り付け板も不要となった。これにより、コア型及びキャビティ型（以下、コア型及びキャビティ型を合わせて、「型本体」と称する場合がある）を、大幅に小型、軽量化することが可能となった。

型本体を小型化できることにより、型本体に対する型締めは、従来の固定盤及び可動盤を備えた型締め機構による押圧に代わって、ホルダ構造とすることが可能になった。これにより、金型を簡易且つ確実に型締め、及び型開きが出来るようになった。

このように、金型を小型化できるため、成形品を成形する場合に、金型を昇温する熱量や、冷却する熱量を、従来よりも大幅に低下させることが可能になった。具体的には、同じ体積の樹脂成形品を製造する際、各熱量を夫々、従来に比べて、約１０分の１以下にでき、大幅な省電力化が可能となった。

従来における樹脂成形は、環境負荷の高い生産方法であったが、本実施形態では、大幅な省電力化が可能であり、従来の課題を解決することが可能である。

以下、本実施形態の射出成形機に用いられる射出シリンダ及び金型について詳しく説明する。

＜射出成形機＞
図１は、本実施形態における射出成形機の模式図である。図１に示すように、射出成形機１は、射出シリンダ２と、射出シリンダ２を可動可能に支持する可動装置３と、金型４を設置するテーブル９と、型締めホルダ７、８をテーブル９と水平方向に移動可能に支持する移動装置１０、１１と、を有して構成される。

図１に示すように、テーブル９の表面には、断熱板１２が設けられている。そして、断熱板１２の表面に、コア型５とキャビティ型６とを重ねた型本体４ａを載置することができる。図１に示すように、断熱板１２の両端のテーブル表面には、移動装置１０、１１が設けられている。

移動装置１０、１１は、固定軸１３とシリンダ１４とを具備して構成される。固定軸１３は、テーブル９に固定されている。シリンダ１４の後端面１４ｂは、固定軸１３により固定されており、シリンダ１４の前端面１４ａは、断熱板１２側（内側）に向いている。

シリンダ１４を限定するものではないが、例えば、油圧シリンダであり、ピストンロッド１４ｃが、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に移動できるように構成されている。

図１に示すように、ピストンロッド１４ｃの先端には、型本体４ａを型締めするための型締めホルダ７、８が取り付けられている。なお、型締めホルダ７、８の構造については、後で詳細に説明する。シリンダ１４の駆動により、型締めホルダ７、８を、テーブル９上で前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に水平移動させることができる。

図１に示すように、型締めホルダ７、８を、断熱板１２上に設置された型本体４ａの方向に移動させ、型本体４ａの両側を、型締めホルダ７、８により型締めする。

図１に示すように、射出シリンダ２は、可動装置３に支持されており、射出シリンダ２を可動装置３により駆動させ、金型４に接続させることができる。なお、図１２では、図示右側の型締めホルダ８が型本体４ａから外れているが、実際には、型本体４ａの両側を型締めホルダ７、８で保持した後、射出シリンダ２により射出成形を行う。

可動装置３の構造を限定するものではないが、例えば、ロボットアームやシリンダ装置等である。

図１に示すように、射出シリンダ２を金型４に直接、押圧接続した状態で、射出シリンダ２から溶融樹脂を金型４のキャビティ内に射出する。射出成形後、シリンダ１４を駆動させて、型締めホルダ７、８を型本体４ａから外す。そして、コア型５とキャビティ型６との間を開き、樹脂成形品を取り出す。

なお、テーブル９は、単体の台であってもよいし、生産ラインのコンベアの一部等であってもよい。

また、図１に示すように、型締めホルダ７、８を、移動装置１０、１１を用いて型締めする機構でなくてもよい。例えば、予め、型本体４ａに型締めホルダ７、８を取り付けた金型４を、テーブル９上にセットしてもよい。或いは、移動装置１０、１１のうち、一方にのみ移動装置が設けられ、他方は、固定軸１３のみで構成されていてもよい。係る構成では、移動装置と固定軸に夫々、型締めホルダ７、８を取り付けておき、移動装置により、型本体４ａを固定軸に取り付けられた型締めホルダ側に押し付けて、型本体４ａの両側を型締めホルダ７、８で固定することができる。

図２は、従来における射出成形機（一例）１００の模式図である。図２に示すように、射出成形機１００には、固定盤１０１及び可動盤１０２が設けられている。例えば、コア型１０５は、固定盤１０１に厚板鋼材の取り付け板１０７を介してボルト１０８により取り付けられている。また、キャビティ型１０６は、可動盤１０２に厚板鋼材の取り付け板１０７を介してボルト１０８により取り付けられている。このため、コア型１０５及びキャビティ型１０６は、基本的には、固定盤１０１及び可動盤１０２から取り外さない構成となっている。

図２に示すように、キャビティ型１０６を固定支持する可動盤１０２には型締め機構１０９が取り付けられており、型締め機構１０９の直線駆動により、可動盤１０２を図示上方に移動させ、コア型１０５とキャビティ型１０６とを型締めすることができる。

図２に示すように、固定盤１０１には、射出シリンダ１２０のノズル１２１を差し込むことが可能な差込口１２２が設けられており、射出シリンダ１２０のノズル１２１が差込口１２２に差し込まれる。図２に示すように、固定盤１０１から取り付け板１０７及びコア型１０５にかけてランナ１２３が通じており、射出シリンダ１２０から溶融樹脂を、ランナ１２３を介してキャビティ１０６ａに射出することができる。

このように、本実施形態の射出成形機１と、従来の射出成形機１００とを対比すると、本実施形態では、固定盤１０１及び可動盤１０２を備えた型締め装置を用いることなく、金型４をテーブル９上に設置し、金型に形成されたゲートに直接、射出シリンダ２のノズルを、押圧接続している。すなわち、本実施形態の金型４には、従来のようなランナ１２３は無く、ゲートからキャビティへ直接、溶融樹脂を射出することができる。

本実施形態において、金型４の型締め機構として、従来用いられてきた固定盤１０１及び可動盤１０２等を不要にできたのは、本実施形態では、射出樹脂を製造する手段として、従来のペレットを可塑化する方法から、ジュール熱で溶融する方法に改良し、これにより、射出シリンダ２を大幅に小型・軽量化することができたためである。そして、本実施形態では、従来に比べて低い射出圧での射出成形を可能とする。以上により、従来のように固定盤１０１を介すこと無く、射出シリンダ２のノズルを、金型に形成したゲートに直接、押圧接続することが可能になり、金型４を、固定盤１０１及び可動盤１０２に固定支持する構造が不要となったのである。

以下、本実施形態の射出シリンダ２及び金型４の具体的構造について詳細に説明する。

＜射出シリンダ２＞
図１に示す射出シリンダ２は、溶融に必要なジュール熱に相応する電力量で樹脂を溶融できる構成である。本実施形態の射出シリンダ２は、小型、軽量化に優れており、例えば、アームロボットによる可動装置３により、射出シリンダ２を可動可能に支持することができる。本実施形態の射出シリンダ２では、ペレットをほぼ完全溶融でき、樹脂の流動性に優れる。したがって、金型４のキャビティの最端部にまで溶融樹脂を充填でき、従来の可塑化方式に比べて、同じ体積の樹脂成形品を成形するに際し、約５分の１の射出圧での成形が可能になっている。なお、本実施形態において、「射出圧」を従来と比べる際、特に断りが無い場合は、同じ体積の樹脂成形品を成形する際にしての射出圧を意味する。

図３は、本実施形態における射出シリンダ２の断面模式図である。本実施形態の射出シリンダ２は、シリンダ本体２２と、溶融器２３と、ノズル２１と、溶融器２３を加熱するための発熱体２６と、溶融樹脂を加圧してノズル２１から外部に射出するための加圧手段と、を有して構成される。

図３に示すように、シリンダ本体２２と溶融器２３は接続されて固定されている。また、溶融器２３とノズル２１は接続されて固定されている。また、シリンダ本体２２内には、加圧手段としてのプランジャ２５が設けられている。図３では、プランジャ２５は、溶融器よりもシリンダ本体２２の後端側（図３の上方側）に配置されている。プランジャ２５は、駆動手段により上下移動（往復移動）が可能に支持されている。

シリンダ本体２２は、先端から後端に向けて略一定の内径及び外径を有する細長い円筒状で形成されているが、特に形状を限定するものではない。すなわち、溶融器２３と接続でき、シリンダ内部で加圧手段としてのプランジャ２５を上下移動させることが可能な形態であれば特に形状を限定しない。例えば、シリンダ本体２２を内部が空洞の角形とすることもできる。

またシリンダ本体２２の材質を特に限定するものでないが、強度を保つ観点等により、鉄又は鉄の含有量の多いステンレスなどを用いることが好適である。

図３に示すように、シリンダ本体２２には、ペレット供給口２２ａが設けられている。そして、ペレット供給口２２ａには、管状の供給管２４が接続されている。

供給管２４の上端は、多数の樹脂ペレット（射出材料）Ｐを保管する保管部２０と連通しており、樹脂ペレットＰは、保管部２０から供給管２４を通じてペレット供給口２２ａへ供給される。保管部２０は、例えば、ホッパである。また保管部２０には、スクリュー搬送や空気圧装置が具備されており、樹脂ペレットＰを強制的に供給管２４へ投入することもできる。なお保管部２０を設けず、スクリュー搬送や空気圧送により遠方からパイプで供給することもできる。

プランジャ２５は、押圧部２５ａと、押圧部２５ａの周囲に設けられ、シリンダ本体の後端方向に向けて形成された筒状の外周側面部２５ｂとを有して構成される。押圧部２５ａの前面（図示下面側）には、硬質耐熱性の合成樹脂が必要に応じて固着されている。これによって、溶融器２３とプランジャ２５との間を断熱して溶融器２３の熱がプランジャ２５に奪われないように、また、プランジャ２５が加熱して駆動部に熱が伝導しないようにすることができる。

プランジャ２５は、駆動部２８と接続されており、駆動部２８の駆動力により、プランジャ２５はシリンダ本体２２内を上下移動（往復移動）できるように支持されている。なお、図３に示すように、駆動部２８とプランジャ２５との間には駆動伝達軸（竿）２９が配置されており、駆動部２８と駆動伝達軸２９とを含めて「駆動手段」を構成している。例えば、駆動部２８はモータ駆動部、駆動伝達軸２９はラック軸であり、モータ駆動部とラック軸との間にピニオンギア（図示しない）が配置されており、駆動手段が、モータ駆動部、ラック軸及びピニオンギアを有して構成されている。なお駆動伝達軸（竿）２９の断面形状は、例えば円形であるが形状を限定するものでない。

図３に示すように、溶融器２３の先端側（図１の下方側）に接続されたノズル２１は、熱伝導の良い材質で形成されることが好適であり、具体的には、ノズル２１は、ベリリウム銅、銅、或いは黄銅により形成されることが望ましい。

多数の固体状の樹脂ペレット（射出材料）Ｐが、保管部２０から供給管２４を通じてシリンダ本体２２内に供給される。

樹脂ペレットＰの材質を特に限定するものでないが、熱可塑性樹脂を好ましく使用でき、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＡＢＳ、ポリカーボネート（ＰＣ）／ＡＢＳ、ポリアセタール（ＰＯＭ）、塩化ビニール、ポリオレフィン、ナイロン等の各種樹脂に好ましく適用される。また、樹脂ペレットＰには、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。なお、樹脂ペレットＰは、例えば、１〜１．５ｍｍ程度の径、あるいは長辺を有する大きさである。

樹脂ペレットＰが、溶融器２３上に到達すると、樹脂ペレットＰは、溶融器２３の各貫通孔（溶融孔）２７内に流入口（図示上面）から入り込む。各貫通孔２７内に入り込んだ樹脂ペレットＰは、後から流入する樹脂ペレットＰによって、各貫通孔２７の流出口側（図示下面側）に押圧される。このとき、溶融器２３は、発熱体２６により、樹脂ペレットＰを溶融する温度に維持されている。

各貫通孔２７に流入した樹脂ペレットＰは、溶融器２３からの熱により一部軟化される。そして、図３に示すように、駆動手段を駆動させて加圧手段としてのプランジャ２５をノズル２１の方向（図示下方向）に駆動させる。これにより、溶融器２３の流入口側面（図示上面）とプランジャ２５の押圧部２５ａの下面との間に位置する多数の樹脂ペレットＰ全体が相互に押圧される。なお、プランジャ２５の下方向への移動によりペレット供給口２２ａはプランジャにより塞がれた状態になる。

プランジャ２５の移動により溶融器２３の各貫通孔２７内に流入した樹脂ペレットＰも加圧される。このように、樹脂ペレットＰは、各貫通孔２７内で加圧されて気密状態となり、さらに溶融器２３からの熱により溶融し、溶融樹脂が、溶融器２３の流出口（下面側）からノズル２１内に流れ込む。そして溶融樹脂は、高い気密状態を保ちつつ加圧されて、ノズル２１の先端から外部に射出される。

（溶融器２３）
溶融器２３について説明する。図３に示すように、溶融器２３には、上面から下面に向けて貫通する複数の貫通孔２７が形成されている。溶融器２３は、金属製であり、熱伝導率が高い金属で形成されることが好ましい。具体的には、銅、ベリリウム銅、真鍮、金、銀、クロム鋼、タングステン鋼、アルミ等を好ましく使用することができる。この中でも、特に、熱伝導率が高く且つ製造費を抑制できる、銅や銅合金で形成されることが好ましい。溶融器２３は、銅で形成されることが特に好ましい。

本実施形態では、図３に示すように、溶融器２３の側面に発熱体２６を直接、取り付けることができる。本実施形態では、発熱体２６として、電気ヒータやＩＨヒータを用いることができる。本実施形態の溶融器２３によれば、発熱体２６からの熱を直接、溶融器２３に伝えることができる。また、溶融器２３の熱容量を大きくでき、放熱量や蓄熱性能を大きくすることができる。

したがって、本実施形態の溶融器２３によれば、溶融効率を効果的に高めることができる。よって、本実施形態の溶融器２３を用いた射出シリンダ２によれば、従来に比べて、射出効率を向上させることが可能になる。

図４は、図３とは一部で形状が異なる射出シリンダの断面模式図である。図４に示す射出シリンダ２は、図３と異なって、溶融器２３がシリンダ本体２２の内側に設けられている。そして、溶融器２３と対向するシリンダ本体２２の外周面に、発熱体２６が設けられている。

これに対し、従来のように可塑化して樹脂を溶融させる場合、樹脂ペレットＰは、射出シリンダ内で回転するスクリューと射出シリンダの内壁の間隙に入り、粉砕・溶融される。樹脂ペレットＰは、熱伝導度が低いため、直接、射出シリンダの内壁に押圧されなければ溶融しない。このため、多数の粉砕された樹脂ペレットが溶融されずに、隙間を通過しそれらが摩擦熱と熱伝導で溶融された樹脂と混錬される。よって、ノズルから射出される樹脂には、溶融されない平均粒子径１０ミクロンから数１０ミクロン以上の固形物が多数残り、金型内で、平均粒子径１０ミクロンから数１０ミクロン以上の固形物を含めて成形されることになる。なお、本実施形態の射出成形機１と、従来の射出成形機１００とを用いて、実際に、樹脂成形品を成形したので、各樹脂断面の違いについて、後で写真を交えて説明する。

図３及び図４に示す射出シリンダ２によれば、溶融器２３を備え、樹脂ペレットＰを、ジュール熱で溶融できる。具体的には、図３、図４に示す溶融式の射出シリンダ２では、先に投入された樹脂ペレットＰから順次溶融される。このため、射出シリンダＰの容積は射出に必要な樹脂ペレットＰの体積まで小さくすることが出来、従来の可塑化方式に比べて大幅に小型、軽量化が可能となる。

そして、射出シリンダ２を小型、軽量化できたことで、本実施形態の射出シリンダ２は、強固な筐体に固定支持する必要が無くなり、アームロボット等の可動装置３に取り付けて駆動させることができる。加えて、溶融樹脂を射出するためのプランジャ２５を駆動する電力は、従来の可塑化方式の射出シリンダよりも、同量の樹脂を射出するに際して小さくでき、具体的には約５分の１以下にすることができる。

＜金型４＞
本実施形態の金型４について説明する。図５は、本実施形態における金型４の斜視図である。図６は、図５に示す金型の断面図である。なお、図５、図６では、図示右側の型締めホルダ８を取り付けていない状態（コア型５とキャビティ型６からなる型本体４ａから離した状態）を図示している。

図５、図６に示すように、本実施形態の金型４は、コア型（上型）５と、キャビティ型（下型）６と、型締めホルダ７、８と、を有して構成される。

図５に示すコア型５及びキャビティ型６は、前端面５ａ、６ａ、後端面５ｂ（キャビティ型６の後端面は図示せず）、前端面５ａ、６ａと後端面５ｂとを繋ぐ両側端面５ｃ、６ｃ、上面５ｄ、６ｄ、及び下面５ｅ、６ｅを有する。ここで、前端面及び後端面の幅方向を左右方向（Ｙ１−Ｙ２方向）、両側端面の長さ方向を前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）とし、左右方向と前後方向は直交した関係にある。高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）は、左右方向（Ｙ１−Ｙ２方向）及び、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の双方に直交した方向である。図５に示すように、両側端面５ｃ、６ｃの長さはＬ１である。

なお、コア型５の下面５ｅ、及びキャビティ型６の上面６ｄは、合わせ面（ＰＬ面）であり、以下、ＰＬ面５ｅ、６ｄと称する場合がある。

図５、図６に示すように、コア型５の両側端面５ｃからは、夫々、側方に向けて突出する第１フランジ３１が形成されている。また、キャビティ型６の両側端面６ｃからは、夫々、側方に向けて突出する第２フランジ３２が形成されている。そして、図５、図６に示すように、コア型５とキャビティ型６とを高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に重ねた状態では、第１フランジ３１と第２フランジ３２とは高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）で対向しており、第１フランジ３１と第２フランジ３２とを合わせてフランジ部３０を構成している。

図５に示すように、第１フランジ３１及び第２フランジ３２は、共にＬ１の長さで形成されている。

図５、図６に示すように、コア型５とキャビティ型６とを高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に重ねた状態では、第１フランジ３１と第２フランジ３２とは高さ方向に所定の間隙Ｓ１を有して対向している。

また、第１フランジ３１の上面３１ａ及び第２フランジ３２の下面３２ａは、いずれも、型締めホルダ７、８との嵌合面（以下、嵌合面３１ａ、３２ａと称する場合がある）であり、これら嵌合面３１ａ、３２ａは、左右方向（Ｙ１−Ｙ２方向）と前後方向（Ｘ１−Ｘ２）からなる平面に対し、傾斜したテーパ面で形成されている。これら嵌合面３１ａ、３２ａは、側端面５ｃ、６ｃから離れるほど徐々に内側に傾くように、すなわち、第１フランジ３１の上面３１ａは、側端面５ｃから離れるほど徐々に下方向に傾斜し、第２フランジ３２の下面３２ａは、側端面６ｃから離れるほど徐々に上方に向けて傾いている。

第１フランジ３１の上面（嵌合面）３１ａの傾き角度、及び第２フランジ３２の下面（嵌合面）３２ａの傾き角度は、共にθ１である。このように、第１フランジ３１及び第２フランジ３２の傾き角度θ１は同じであることが好ましい。

図５に示すように、コア型５の上面５ｄには、樹脂注入口であるゲート３３が設けられている。そして、本実施形態では、このゲート３３に射出シリンダ２のノズル２１を直接、押圧接続することができる。なお、図５では、ゲート３３の位置が、コア型５の上面５ｄの中央部に形成されているが、樹脂成形品の形状等により、ゲート３３を、任意の位置に設けることが可能である。

射出シリンダ２をゲート３３に押圧する応力は、シリンダ面積に対する、ノズル穴面積の比率に比例する。通常、ノズル２１の穴径は、直径数ミリメートル以下である。したがって、本実施形態によれば、ゲート３３を押圧する応力を、射出シリンダ２の射出圧の約１００分の1以下にでき、小さな押圧で射出シリンダ２のノズル２１をゲート３３に押し付けることができる。よって、ゲート３３から溶融樹脂が外部に漏れる等の不具合を防止でき、金型４のキャビティ４ｂで精度良く射出成形を行うことができる。

このように、本実施形態では、射出圧を小さくすることができ、コア型５とキャビティ型６との間のＰＬ面５ｅ、６ｄを、フランジ部３０と型締めホルダ７、８との嵌合により、適切に、密着させることができる。

型締めホルダ７、８について説明する。図５、図６に示すように、本実施形態では、フランジ部３０を、側方から嵌め込むことが可能な型締めホルダ７、８を備える。型締めホルダ７、８は、フランジ部３０の前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に延出する、所定幅を備えた上部７ａ、８ａ及び下部７ｂ、８ｂと、上部７ａ、８ａ及び下部７ｂ、８ｂの外端を繋ぐ側部７ｃ、８ｃと、を有し、内側に開口した開口部３４を備えている。開口部３４の内側上面３４ａ及び内側下面３４ｂは、夫々、型締めホルダ７、８をフランジ部３０に嵌め込んだときに、第１フランジ３１の上面３１ａ及び第２フランジ３２の下面３２ａが当接する嵌合面（以下、嵌合面３４ａ、３４ｂと称する場合がある）であり、斜めに傾斜するテーパ面で形成される。嵌合面３４ａ、３４ｂは、開口部３４の開口側から奥行き方向に向けて、徐々に内側に傾くように、すなわち、内側上面３４ａは、開口側から奥行き方向に向けて徐々に下方向に向けて傾斜し、内側下面３４ｂは、開口側から奥行き方向に向けて徐々に上方に向けて傾いている。内側上面３４ａ及び内側下面３４ｂの傾き角度は、共にθ２であることが好ましい。また、傾き角度θ１と傾き角度θ２は、同じであることが好ましい。

図５に示すように、型締めホルダ７、８の前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）への長さは、Ｌ２である。フランジ部３０の長さＬ１と、型締めホルダ７、８の長さＬ２とは、同じであっても異なっていてもよい。すなわち、どちらか一方が他方より長くても短くてもよい。ただし、フランジ部３０及び型締めホルダ７、８の各長さＬ１、Ｌ２は、型開き応力に対して十分耐えられる長さであることが必要である。そこで、各長さＬ１、Ｌ２は、金型長（側端面５ｃ、６ｃの長さＬ１）の５０％以上であることが好ましい。

また、図５に示すように、コア型５とキャビティ型６との位置合わせは、一方の型面に設けた２か所以上の位置決めピン３５を、もう一方の型面に設けたそれぞれの位置決めピンに対応した位置決め穴３６に合わせることで行うことができる。このように、コア型５とキャビティ型６の各ＰＬ面５ｅ、６ｄは、位置決めピン３５及び位置決め穴３６で位置決めされるが、コア型５とキャビティ型６はそれぞれの型以外には固定していない。すなわち、コア型５とキャビティ型６からなる型本体４ａは、他の構造物に固定されていない。これにより、他の構造物からの機械振動や変形ひずみが型本体４ａに伝わるのを防ぎ、成形精度を上げることができる。既に説明した図１に示すように、本実施形態では、テーブル９上に、金型４を設置することができ、或いは、金型４を自立で垂直に立てることもできる。このように、本実施形態では、金型４の外部から、コア型５及びキャビティ型６のＰＬ面５ｅ、６ｄに機械的応力が加えられることが無い。このため、射出成形工程において、金型４自体の精度を十分に保つことができ、精度の高い樹脂成形品を製造することが可能である。

また、上記したように、フランジ部３０及び型締めホルダ７、８の各嵌合面３１ａ、３２ａ、３４ａ、３４ｂは、傾斜角度θ１、θ２を有するテーパ面であるが、これら傾斜角度θ１、θ２は、キャビティ型６とコア型５とを引き離す応力（すなわち、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）にかかる応力）に対して十分強く、型締めホルダ７、８を外すには十分小さな保持力となる角度であることが好ましい。具体的には、傾斜角度θ１、θ２は、３°〜２０°程度であることが好ましく、３°〜１５°程度であることがより好ましく、４°〜１０度程度であることが更に好ましい。なお、傾斜角度θ１、θ２は、６°程度であることが最も好ましく、このとき、引き離す力を１０とすると、型締めホルダ７、８を外す力を１以下にすることができる。このように、傾斜角度θ１、θ２を調整することで、小さな型締め力で大きな型開き応力に十分耐える確実な型締めが可能になる。

本実施形態では、上記したように、コア型５とキャビティ型６とのＰＬ面（合わせ面）５ｅ、６ｄを重ね合わせたときに、第１フランジ３１と第２フランジ３２との高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の間に間隙Ｓ１を設けている。これにより、型締めホルダ７、８を、フランジ部３０に嵌め込んだ時、コア型５とキャビティ型６とのＰＬ面５ｅ、６ｄを、より密接させることが可能になる。限定するものではないが、間隙Ｓ１は、１〜５ｍｍ程度であることが好ましい。

また、図５、図６に示すように、フランジ部３０に型締めホルダ７、８を嵌め込んだ際、型締めホルダ７、８の開口部３４の開口端部３４ｃと、コア型５及びキャビティ型６の両側端面５ｃ、６ｃとの間には、間隙Ｓ２が設けられる。これにより、型締めホルダ７、８を、フランジ部３０に嵌め込んだ際に、コア型５とキャビティ型６とのＰＬ面５ｅ、６ｄを、より効果的に密接させることが可能である。限定するものではないが、間隙Ｓ２は、１〜５ｍｍ程度が好ましい。

また、第１フランジ３１と第２フランジ３２の厚みＴ１は、樹脂射出時の注入圧力に十分耐える剛性を有する大きさで形成される。ここで、厚みＴ１は、各フランジ３１、３２の中で、一番薄い部分を指す。厚みＴ１は、型本体４ａの大きさに比例する。鉄系の型本体４ａを使用し、型本体４ａの面積が１００平方センチメートルの場合、第１フランジ３１と第２フランジ３２の各厚みＴ１は、１０ｍｍ程度である。

また、型締めホルダ７、８の開口端部３４ｃの厚みＴ２は、第１フランジ３１及び第２フランジ３２の各厚みＴ１と同等であることが好ましい。これにより、樹脂射出時の注入圧力に十分耐える剛性を有することができる。

型締めホルダ７、８の材料は、型本体４ａと同様の材料であることが好ましく、例えば、鉄系鋼材を好ましく使用することができるが、ステンレス、アルミニウム、銅その他金属、もしくは、セラミック、プラスチック等から選択することも可能である。なお、型締めホルダ７、８の材料としては、型本体４ａと同程度の熱膨張係数を有することが好ましいが、この限りではない。

本実施形態では、図５に示すコア型５の上面５ｄに設けられたゲート（樹脂注入口）３３に直接、射出シリンダ２のノズル２１を押圧接続して、溶融樹脂を射出する。図２で説明した従来の射出成形機１００のように固定盤を経由することなく、溶融樹脂を直接、金型４のキャビティ４ｂに注入することができるため、溶融樹脂の流路やランナ１２３（図２参照）が不要である。したがって、本実施形態では、溶融樹脂の金型４に対する流動抵抗を小さくでき、小さい射出圧で成形することができる。このとき、本実施形態の射出シリンダ２を用いることで、溶融樹脂の流動性を高めることができ、このような流動性の効果と合わせて、更に小さな射出圧で成形することが可能である。

本実施形態では、従来の型締め機構のように、射出成形時に、キャビティに樹脂を射出注入する際の瞬時の高圧力で金型が瞬時に開く現象が生じない。したがって、精度の高い成形品を製造することが可能である。

また、本実施形態では、ホルダ方式による型締め機構のため、従来の型締め機構１０９のように、電力を用いて、押圧力を与える機構ではない。このように、本実施形態では、従来の型締め機構１０９と異なって、型締め時間の期間中、型締めのために電力は消費されず、省エネの型締め機構を実現できる。

更に、本実施形態では、金型４に、従来のような流路やランナが不要であるため、流路及び、ランナ内に溜まったまま成形される不要な樹脂を削減することができる。流路やランナで消費される樹脂の量は、樹脂成形品の数倍以上になる場合が往々にしてあるため、本実施形態のように、流路及び、ランナが無い金型４を用いることで、省資源成形に非常に効果的である。

図５、図６に示す本実施形態では、フランジ部３０を型本体４ａの両側に夫々設け、２つの型締めホルダ７、８で型締めしているが、フランジ部３０及び型締めホルダ７、８の個数を限定するものではない。図７に示すように、フランジ部３０を各側端面の４か所に設け、４つの型締めホルダ３７にて型締めする構成とすることができる。なお、図７では、全てのフランジ部３０は図示されていない。或いは、金型４（型本体４ａ）の形状は、矩形状以外の多角形や円形であってもよい。例えば、図８に示すように、型本体４ａを三角形の形状とし、フランジ部３０を各側端面の３か所に設け、３つの型締めホルダ３８にて型締めする構成とすることができる。或いは、図９のように、型本体４ａを円形状とし、フランジ部３９を型本体４ａの外周にわたって設け、２つの型締めホルダ４０にて型締めする構成とすることができる。金型４が多角形である場合、側端面全てにフランジ部を設けて型締めすることが、ＰＬ面の密着性を向上させる点で好ましいが、射出圧や金型形状によっては、側端面の数に対し、フランジ部の数を間引くこともできる。例えば、図５に示すように、型本体４ａは、左右方向（Ｙ１−Ｙ２方向）よりも前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）のほうが長い矩形状である。係る構成では、前後方向に延出する型本体４ａの両側端面にのみフランジ部３０を設け、型締めホルダ７、８で型締めする構成でも、十分に型締めすることができる。すなわち、型本体４ａの前端面や後端面を型締めしなくても適切に、型本体４ａのＰＬ面を密着させることができる。

また、本実施形態では、型本体の形状に係らず型締めホルダを共通に使用することができる。例えば、図５に示す型締めホルダ７、８を、図７や図８に示す各型本体にも適用することが可能である。

また、図５等では、一つの型本体４ａを、型締めホルダ７、８で保持する構成であったが、図１３に示すように、複数組みの型本体４ａをまとめて、共通の型締めホルダ７、８により保持することができる。或いは、図１４に示すように、一つの型本体４ａに、複数のキャビティ４２ａ〜４２ｄ及びゲート３３を設けてもよい。

＜成形方法（成形サイクル）＞
次に、成形品の成形方法について説明する。本実施形態では、金型４を小型、軽量化することができ、金型４を射出成形機１に一体的に保持する必要がない。このため、本実施形態では、金型４を射出成形機１から分離することが可能である。

ところで、樹脂成形品の成形工程には、金型４の型締め、金型４の昇温、溶融樹脂の射出成形、金型４の冷却、金型４の片開き、及び樹脂成形品の取り出しがあるが、このサイクルの中で、金型４の昇温・冷却の時間は、射出成形時間に比べて長い。特に、金型４を高温に加熱するスーパーエンジニアリングプラスチックの成形の場合、さらに、昇温・冷却時間は長くなる。

本実施形態では、金型４を射出成形機１から分離することができるため、加熱工程及び冷却工程を、射出成形工程とは独立して行うことができる。

図１０は、本実施形態における成形品の成形工程を説明するための概念図である。図１０の（ａ）工程は、型合わせ工程であり、コア型５とキャビティ型６のＰＬ面同士を合わせる。例えば、キャビティ型６には複数の位置決めピン３５が設けられ、コア型５には複数の位置決め穴３６が設けられている。位置決めピン３５を位置決め穴３６に挿通することで、キャビティ型６とコア型５を精度良く位置合わせすることができる。

次に、図１０の（ｂ）では、コア型５とキャビティ型６を位置合わせした型本体４ａを加熱工程に移動させる。この加熱工程での金型温度は、溶融樹脂の種類によって適宜調節することができる。例えば、スーパーエンジニアリングプラスチックを用いる場合は、金型温度を、例えば、１００℃以上に昇温する。

次に、図１０（ｃ）では、加熱工程で加熱された型本体４ａを、射出成形機１のテーブル９上に載置する（図１参照）。なお、自動制御により、型本体４ａをテーブル９上の所定箇所に設置することができる。なお、図１に示すように、テーブル９の表面には断熱板１２が設けられ、金型４の熱がテーブル９に伝搬しないようになっている。

そして、移動装置１０、１１のシリンダ１４を駆動させて、ピストンロッド１４ｃに保持された型締めホルダ７、８を、型本体４ａの両側に突出するフランジ部３０に嵌め込む。これにより、型本体４ａの両側を型締めホルダ７、８で保持した金型４を構成することができる。本実施形態では、シリンダ１４に必要とされる型締め力は、ほぼ型締めホルダ７、８を水平移動させるのに必要な応力のみで足りる。このように、従来の型締め機構１０９のように大きな型締め力が不要であり、大幅な電力消費が可能である。

次に、射出シリンダ２を支持するアームロボット等の可動装置３（図１参照）を駆動させ、射出シリンダ２のノズル２１を金型４のゲート３３に直接、押圧接続する。そして、射出シリンダ２の射出圧を制御して、溶融樹脂を金型４のキャビティ４ｂに射出する。

続いて、移動装置１０のシリンダ１４を、金型４から離れる方向に後退させ、型締めホルダ７、８をフランジ部３０から取り外す。

射出成形後、型本体４ａを、射出成形機１のテーブル９上から取り外し、（ｄ）の冷却工程に移動させる。冷却工程では、型本体４ａを十分に冷却させる。型本体４ａが１００℃以下まで降温させることが望ましい。

そして、（ｅ）に示すように、コア型５とキャビティ型６とを分離し、キャビティ４ｂから樹脂成形品５０を取り出す。

なお、図１０の（ｃ）に示す工程では、両方の型締めホルダ７、８をシリンダ１４に固定し、両方の型締めホルダ７、８を型本体４ａに向けて移動させているが、例えば、一方の型締めホルダを固定軸１３に固定し、片方のシリンダ１４のみを動かして、型締めホルダ７、８を型本体４ａに篏合押圧することも可能である。

また、移動装置１０を使用せずに、型締めホルダ７、８を型本体４ａの両側に取り付けてもよい。例えば、（ａ）の時点で、型本体４ａを型締めホルダ７、８で保持し、（ｃ）では、型本体４ａが型締めホルダ７、８で保持された金型４を、テーブル９上に載置することができる。この場合、例えば、図１１Ａに示すように、テーブル９上に載置された金型４の型締めホルダ７、８と前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で対向する位置にくさび部材５１を配置する。図１１Ｂに示すように、例えば、くさび部材５１は、平面が直角三角形状であり、最も鋭角な端部５１ａが、ちょうど、型締めホルダ７、８とフランジ部３０との間であって、キャビティ型６側に設けられた間隙Ｓ２（図５参照）と対向する位置に設けられている。そして、図１１Ｂに示すように、射出成形工程が終了した金型４を、くさび部材５１の方向に移動させ、間隙Ｓ２に、くさび部材５１の端部５１ａを差し込む。更に、金型４を移動させることで、くさび部材５１の徐々に広がる傾斜面に沿って、型本体４ａから型締めホルダ７、８を容易に取り外すことができる。

ただし、射出成形後、冷却工程前に、型締めホルダ７、８を型本体４ａから取り外さず、型本体４ａに型締めホルダ７、８を装着したままの金型４を、次の冷却行程に移動させてもよい。

図１０では、１組の金型４による成形サイクルの工程図であったが、図１２に示すように、複数組の金型を同時に成形サイクルに適用することができる。図１２では、射出成形工程に要する時間よりも、長い時間が必要とされる金型の加熱及び冷却（図１２に示す（ｂ）の加熱工程、及び（ｄ）の冷却工程）を、複数組の金型に対して同時に行うことができる。これにより、生産性を向上させることができる。また、成形サイクルの中で最も時間を要する加熱工程と冷却工程は、射出シリンダ２の能力に合わせてサイクル時間を短縮することも出来る。なお、生産能力やコスト等を考慮して、生産ラインに同時に流す金型数を適宜調節することが可能である。

複数の金型を同時に成形サイクルに適用する場合、例えば、図１３に示すように、複数の型本体４ａを共通の型締めホルダ７、８で保持した金型や、図１４に示すように、一つの型本体４ａに複数のキャビティ４２ａ〜４２ｄ及びゲート３３を備えた金型を用いることができる。図１３及び図１４では、金型ごとに成形される樹脂成形品は、同じ形状でも異なる形状であってもよい。例えば、図１４では、各キャビティ４２ａ〜４２ｄの形状が異なっており、異なる形状の樹脂成形品を製造することができる。また、図１３、図１４の金型構造では、各ゲート３３からキャビティに通じる間にランナ（図２の符号１２３）が無いため、ランナで消費される樹脂の損失を抑制することができる。高価なエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックでは、このように、樹脂損失を抑制することができることで、省資源成形に非常に効果的であり、生産コストの低減を図ることができる。

なお、本実施形態では、図１０や図１２に示す成形サイクルを、直線の生産ラインで行っても良いし、ターンテーブル方式としてもよい。

（加熱・冷却手段）
本実施形態では、従来に比べて、金型を大幅に小型・軽量化することができるため、使用可能な加熱・冷却の手段を広げることができ、効率的な加熱冷却が可能になる。

限定されるものではないが、加熱手段は、電気ヒータによるホットプレート、ＩＨ誘導加熱、高温蒸気加熱、ペルチェ素子を用いた加熱、その他、ガス燃焼、及び赤外線等から適宜選択することができる。例えば、金型が鉄系やステンレス系の材料である場合、加熱手段としてはＩＨ誘導加熱を用いることが効率的よく迅速に加熱できる。

また、限定されるものではないが、冷却手段は、水冷、冷却剤等による冷却プレート、空冷、及びペルチェ素子を用いた冷却等から適宜選択することができる。

特に、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックのように、金型を高温に加熱する際に必要な熱量及び成形後に冷却する際に必要な冷却熱量は、金型の体積に比例するため、本実施形態のように、金型を小型化できることで、大幅な省エネを実現できる。

例えば、同じ体積の樹脂成形品を成形する場合、従来の金型に比べて本実施形態の金型の重量を約１０分の１以下にすることができる。そして、本実施形態では、金型を加熱・冷却するエネルギーも１０分の１以下とすることができる。これにより、上記したように、より多くの加熱手段及び冷却手段を適用することが可能になる。

また、従来における射出成形機１００では、金型が成形機に密接固定されており、金型を加熱する際に熱が金型の質量よりはるかに大きい固定盤１０１、可動盤１０２及び成形機筐体に伝導し効率が低下することで、エネルギーロスが大きかった。これに対し、本実施形態では、射出成形機１から金型４（型本体４ａ）を分離でき、従来のような固定盤１０１や可動盤１０２は必要がない。したがって、従来に比べて、エネルギーロスを小さくすることができる。また、従来では、金型の熱変化による射出成形機１００の温度ひずみや、射出成形機１００が設置されている周囲環境の温度変化により、射出成形機１００のひずみが、金型にひずみを与え、精度の高い成形が困難であった。これに対し、本実施形態では、射出成形機１から金型４（型本体４ａ）を分離できることで、金型４（型本体４ａ）に対する、熱による射出成形機１の膨張・収縮の影響を抑制でき、より精度の高い樹脂成形が可能になる。

また、本実施形態では、金型４の質量が小さいため、金型４から放射される熱が周囲環境や周辺装置等に与える影響を非常に小さくでき、射出成形機１を設置した空間の空調装置も消費電力を大幅に低減することができる。

このように、本実施形態では、金型４から放射される熱量を小さくでき、より少ない電力で精度良く温度制御が可能となり、より精密な成形を実現することができる。

本実施形態では、加熱手段及び冷却手段を、射出成形機１に組み込まず、金型の加熱工程及び冷却工程を、射出成形工程と独立して行う。

これにより、金型４の加熱及び冷却に最も効率的な加熱構造及び冷却構造を独立して採用することができ、エネルギー効率の高い成形システムが可能になる。

また、本実施形態の射出成形工程では、図１３に示すように、複数の型本体４ａを一つにまとめた金型構造や、図１４に示すように、一つの金型に複数のゲート３３及びキャビティ４２ａ〜４２ｄを備えた構造を適用することができるが、これらの金型に対し、複数の射出シリンダを用いて射出成形してもよい。

図１５に示す射出シリンダ６０、６１は、それぞれ図１に示す射出シリンダ２と同じ構成である。これら射出シリンダ６０、６１は、ロボットアームやシリンダ機構等の可働装置３に固定支持されている。各射出シリンダ６０、６１を、可動装置３により、Ｘ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、及びＺ１−Ｚ２方向に自在に移動させることができる。すなわち、射出シリンダ６０、６１を、可動装置３により、Ｘ１−Ｘ２方向、及びＹ１−Ｙ２方向に水平移動させて、射出シリンダ６０、６１の各ノズル６０ａ、６１ａを夫々、金型４に設けられた複数のゲート３３に対向させ、射出シリンダ６０、６１を、可動装置３により、Ｚ１−Ｚ２方向に垂直移動させて、ノズル６０ａ、６１ａを指定の各ゲート３３に直接、押圧接続する。そして、複数のキャビティ内に、溶融樹脂を射出成形することができる。

図１５に示すように、複数の射出シリンダ６０、６１を用いることで、射出シリンダ６０、６１ごとに、異なる樹脂材料や異なる色の樹脂を用いることが可能である。図１５に示す構成では、射出シリンダ６０、６１毎にそれぞれ材料に適した溶融温度と射出圧を設定することが可能である。

なお、図１５に示す二つの射出シリンダ６０、６１で同時に射出成形をしても良いし、時間差を設けて射出成形してもよい。

また、本実施形態では、金型のゲート３３を上方に向け、金型の上方から射出シリンダを押圧接続していたが、金型のゲート３３を下方に向け、金型の下方から射出シリンダを押圧接続してもよい。また、ゲート３３は上下方向に限らず、左右方向に向けてもよい。このように、本実施形態の金型では、上下左右の全方向からの射出成形が可能である。

図１５では、射出シリンダ６０、６１を２つ使用しているが、射出シリンダを３つ以上使用することも可能である。

＜別の実施形態＞
図１６から図２０を用いて、上記に示した金型とは形状の異なる金型について説明する。図１６Ａは、本実施形態における一例としてのキャビティ部の平面図であり、図１６Ｂは、断面図であり、図１６Ｃは、部分側面図であり、図１６Ｄは、正面図である。図１７Ａは、本実施形態における一例としてのコア部の平面図であり、図１７Ｂは、部分断面図であり、図１７Ｃは、部分側面図であり、図１７Ｄは、正面図である。図１８Ａは、本実施径形態における一例としての型締めホルダの側面図であり、図１８Ｂは、正面図である。図１９は、図１６に示すキャビティ部と、図１７に示すコア部とを、図１８に示す型締めホルダで保持した状態を示す金型の正面図である。図２０Ａは、図１７のコア部に取り付けられるアダプタ部の平面図であり、図２０Ｂは、断面図である。

図１６Ａ等に示すように、キャビティ型７１には、キャビティ７２が形成されている。キャビティ７２の周囲に位置する上面７１ａは、コア型８１とのＰＬ面（以下、ＰＬ面７１ａと称する）である。キャビティ型７１の両側端面７１ｂには側方に突出する第２フランジ７３が設けられている。図１６Ｃに示すように、第２フランジ７３の下面７３ａには、前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に間隔を空けて斜めに傾斜する複数のテーパ面７４が形成されており、各テーパ面７４の間はフラット面７５で形成されている。テーパ面７４が型締めホルダとの嵌合面とされている。テーパ面７４は、両側端面７１ｂから側方に離れるにしたがって、内側方向に、すなわち上方に向けて傾斜している。傾斜角度は、図５で説明した傾斜角度θ１である。例えば、各テーパ面７４のトータル長さは、第２フランジ７３の長さの３分の１程度である。

また、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、コア型８１には、ゲート８２が形成されている。この実施形態では、ゲート８２は、コア型８１の前方側（Ｘ１寄り）に位置している。コア型８１とキャビティ型７１とを重ね合わせたとき、ゲート８２からキャビティ７２に直接通じており、ゲート８２とキャビティ７２との間に、従来のような流路やランナ等の細長い経路は設けられていない。

キャビティ型７１のＰＬ面７１ａと対向するコア型８１の下面８１ａがＰＬ面（以下、ＰＬ面８１ａと称する）である。コア型８１の両側端面には、側方に突出する第１フランジ８３が設けられている。また、図１７Ｃに示すように、第１フランジ８３の上面には、前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に間隔を空けて斜めに傾斜する複数のテーパ面８４が形成されており、各テーパ面８４の間はフラット面８５で形成されている。各テーパ面８４が型締めホルダ９０との嵌合面とされている。例えば、各テーパ面８４のトータル長さは、第１フランジ８３の長さの３分の１程度である。第２フランジ７３に形成された各テーパ面７４と、第１フランジ８３に形成された各テーパ面８４は、コア型８１をキャビティ型７１に重ね合わせたとき、互いに対向する位置に形成されている（図１９も参照）。

図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、型締めホルダ９０は、フランジ部と対向する開口部９１を備え、開口部９１の内側上面９１ａ及び内側下面９１ｂは、開口端部から奥行き方向に向けて、全体的に、斜めに傾くテーパ面で形成されている。内側上面９１ａは、開口端部から奥行き方向に向けて徐々に下方向に傾き、内側下面９１ｂは、開口端部から奥行き方向に向けて徐々に上方に傾いている。

図１８に示す型締めホルダの前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への長さ寸法は、図１６及び図１７に示すコア型８１及びキャビティ型７１の前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）への長さ寸法に比べて短いが、第２フランジ７３及び第１フランジ８３に形成された両端に位置する各テーパ面７４、８４間の長さより長く形成される。よって、型締めホルダ９０を、コア型８１とキャビティ型７１とを合わせた型本体の両側端面に接続したとき、全てのテーパ面７４、８４が、型締めホルダ９０の開口部９１内に配置され、良好に型締めすることが可能である。

図１８に示すように、型締めホルダ９０には、例えば、外側の側面から開口部９１の内側側面にかけて通じる貫通孔９２が形成されている。この貫通孔９２は、ボルト（図示せず）を通し、型締めホルダ９０を移動装置側に固定するために利用される。なお、ボルト止めでなく、他の方法で型締めホルダ９０を移動装置に固定してもよい。

図２０Ａ及び図２０Ｂに示すアダプタ９５を、図１７に示すゲート８２が設けられた上面に設置することができる。アダプタ９５には、ゲート８２に通じるノズル挿入口９６と、その両側にネジ穴９７が設けられている。図１７に示すように、ゲート８２の両側にはネジ穴９７に対向する位置に固定穴８６が形成されている。アダプタ９５のノズル挿入口９６とゲート８２とを位置合わせた状態で、ネジ（図示しない）をネジ穴９７から固定穴８６にまで通すことで、アダプタ９５をコア型８１に固定することができる。

アダプタ９５を設けることで、射出シリンダ２のノズル２１を、アダプタ９５のノズル挿入口９６に適切にセットでき、より効果的に、射出シリンダ２のノズル２１から溶融樹脂が外部に漏れることなく、キャビティ７２内へ導くことができる。

また、図１６、図１７では、第２フランジ７３及び第１フランジ８３に形成される嵌合面としてのテーパ面７４、８４を前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に向けて、間欠的に形成したが、これにより、前後方向に長く形成された型締めホルダ９０をフランジ部に差し込みやすくできる。また、嵌合面としてのテーパ面７４、８４を部分的に形成することで、押圧力が増し、仮に、フランジ部に歪や反りがあっても確実に締めることができる。また、摩擦抵抗を小さくできるため、型締めホルダ９０を外しやすくできる。

＜樹脂成形品＞
図２１は、図１に示す射出成型機を用いて、代表的な汎用プラスチック樹脂ポリプロピレン（ＰＰ）により成形したダンベル試験片成形品（ＪＩＳ Ｋ ７１３９Ｔｙｐｅ A）の切断面拡大写真である。樹脂断面の観察手法については、レーザ顕微鏡（光学顕微鏡；ＬＳＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）等を例示できる。このうちレーザ顕微鏡を用いることが好ましい。図２１は、レーザ顕微鏡写真である。

図２１では、溶融方式の射出シリンダ２と、型締めホルダ７、８によりコア型５とキャビティ型６とのＰＬ面を密着させた金型４とを用い、加熱工程及び冷却工程を、射出成形工程と独立させた成形方法を用いて成形した。加熱工程による金型の加熱温度を、３０℃とした。溶融器の温度が２１０℃となるまで昇温させ、また射出圧が２５ＭＰａとなるように調整した。

図２１に示すように、５０μｍ四方の面積に、溶融されていない平均粒子径１０ミクロン以上のペレットの粉砕片は観察されなかった。なお、５０μｍ四方の面積は、任意に定めることができる。なお、平均粒子径は、画面上の測長機能により測定される（拡大投影されている任意の距離を測定することができる）。

図２２は、図２に示す従来の成型機ソディックＧＬ ６０を用いて、同一風袋のポリプレン樹脂により成形したダンベル試験片（ＪＩＳ Ｋ ７１３９Ｔｙｐｅ Ａ）の切断拡大図である。なお、金型温度を３０℃とした。また、溶融機の温度が２１０℃となるまで昇温させ、更に射出圧が１００ＭＰａとなるように調整した。

図２２に示すように、５０ミクロン四方の面積に、溶融されていない直径１０ミクロン以上のペレットの粉砕片が、１０個以上観察された。

図２３は、図１に示す射出成型機を用いて、代表的なスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により成形したダンベル試験片（ＪＩＳ Ｋ７１３９ Ｔｙｐｅ Ａ）の切断拡大図である。金型温度を１３５℃、溶融器の温度を３３５℃となるまで昇温させ、また射出圧が３０ＭＰａとなるように調整した。

図２３に示すように、５０μｍ四方の面積に、溶融されていない平均粒子径１０ミクロン以上のペレットの粉砕片は観察できなかった。

図２４は、図２に示す従来の成型機ソディックＧＬ ６０を用いて、同一風袋のポリフェニレンサルファイド樹脂により成形したダンベル試験片（ＪＩＳ Ｋ７１３９Ｔｙｐｅ Ａ）の切断拡大図である。金型温度を１３５℃、溶融機の温度を３３５℃となるまで昇温させ、また射出圧が１９０ＭＰａとなるように調整した。

図２４に示すように、５０ミクロン四方の面積に、溶融されていない粒子径２０ミクロン以上のペレット粉砕片が２個以上観察された。

本実施例では、溶融方式であり、ペレットは先に投入されたものからペレット毎に順次溶融される。このため、残留未溶融物の無い完全溶融に近い溶融樹脂とすることができる。このように、ペレットをほぼ完全に溶融することができ、溶融樹脂の流動性が良くなり、金型のキャビティの最端部まで溶融樹脂を充填できる。

また、溶融方式では、可塑化方式に比べて、約５分の１の射出圧で成形が可能になった。これにより、金型を構成するコア型及びキャビティ型の板材を薄くすることが可能となり、同じ体積の成形品を成形する場合、本実施例では、従来に比べて、金型の重量を１０分の１以下にでき、小型軽量化が可能となった。

また、本実施例では、溶融樹脂にペレットの粉砕粒が無いため、高精細、高精密の成形品や厚さ１０ミクロン以下のフィルム状の成形も可能になった。

本発明は、射出樹脂を製造する手段として、従来のペレットを可塑化する方法から、ジュール熱で溶融する方法にしたことで射出シリンダを大幅に小型、軽量化することができる。これにより、金型の小型、軽量化も可能になり、金型をホルダ方式により型締めすることが可能になる。そして本発明の射出成形機を用いて、成形品を良好な品質で得ることができる。

１ 射出成形機
２、６０、６１ 射出シリンダ
３ 可動装置
４ 金型
４ａ 型本体
４ｂ、４２ａ〜４２ｄ、７２ キャビティ
５、８１ コア型
５ｃ、６ｃ 側端面
５ｅ、６ｄ、７１ａ、８１ａ ＰＬ面
６、７１ キャビティ型
７、８、３７、３８、４０、９０ 型締めホルダ
９ テーブル
１０、１１ 移動装置
１２ 断熱板
１３ 固定軸
１４ シリンダ
１４ｃ ピストンロッド
２１、６０ａ、６１ａ ノズル
２２ シリンダ本体
２３ 溶融器
２５ プランジャ
２７ 貫通孔
２８ 駆動部
３０ フランジ部
３１ａ、３２ａ、３４ａ、３４ｂ 嵌合面
３１、８３ 第１フランジ
３２、７３ 第２フランジ
３３、８２ ゲート
３４ 開口部
３５ 位置決めピン
３６ 位置決め穴
５０ 樹脂成形品
５１ くさび部材
７４、８４ テーパ面
７５、８５ フラット面
９５ アダプタ
９６ ノズル挿入口

Claims (9)

1. 射出シリンダのノズルから射出される溶融樹脂により、樹脂成形品を成形するための金型であって、
   コア型と、
   キャビティ型と、
   前記コア型の側面から側方に突出する第１フランジと、
   前記キャビティ型の側面から側方に突出し前記第１フランジに対向する第２フランジと、
   前記コア型と前記キャビティ型とを合わせた状態で、前記第１フランジと前記第２フランジを合わせたフランジ部に側方から嵌め込んで型締めする型締めホルダと、
   を有することを特徴とする金型。
2. 前記フランジ部及び前記型締めホルダの各嵌合面は、前記側面から離れるほど内側に傾斜するテーパ面で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
3. 請求項１又は請求項２に記載の金型のキャビティに、射出シリンダから溶融樹脂を射出して樹脂成形品を成形するための射出成形機であって、
   前記コア型及び前記キャビティ型を、表面に設置するためのテーブルと、
   前記射出シリンダのノズルを、前記金型のゲートに、直接、押圧接続できるように、前記射出シリンダを可動可能に支持する可動装置と、を有することを特徴とする射出成形機。
4. 前記テーブルの表面には、前記型締めホルダを保持し、前記テーブルに設置された前記コア型及び前記キャビティ型の前記フランジ部に着脱可能に前記型締めホルダを水平移動させる移動装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。
5. 樹脂成形品を射出成形する成形方法であって、
   請求項１又は請求項２に記載の前記コア型及び前記キャビティ型を予め加熱する工程、
   請求項３又は請求項４に記載の射出成形機の前記テーブルの表面に、前記コア型及び前記キャビティ型を合わせて設置し、前記型締めホルダを、前記コア型及び前記キャビティ型の側方からフランジ部に嵌め込む工程、
   前記射出シリンダのノズルを、前記金型のゲートに、直接、押圧接続する工程、
   前記射出シリンダのノズルから前記溶融樹脂を、前記ゲートを通じて前記キャビティに射出する工程、
   前記コア型及び前記キャビティ型を前記テーブルから取り外して冷却し、前記成形品を前記キャビティから取り出す工程、
   を有し、
   加熱工程及び冷却工程を、射出成形工程とは独立して行うことを特徴とする成形方法。
6. 前記加熱工程及び前記冷却工程では、複数の前記金型をまとめて加熱及び冷却し、
   前記射出成形工程では、複数の前記金型をまとめて、共通の前記型締めホルダにより型締めした状態で、各金型に対し、射出成形を行うことを特徴とする請求項５に記載の成形方法。
7. 複数のゲートを備えた一つあるいは複数の金型に対し、複数の射出シリンダを用いて、射出成形を行うことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の成形方法。
8. 未溶融である平均粒子径１０μｍ以上のペレット片が、樹脂断面にて、５０μｍ×５０μｍの測定範囲内で観察されないことを特徴とする樹脂成形品。
9. 厚さ１０μｍ以下のフィルム状であることを特徴とする請求項８に記載の樹脂成形品。