JP2020090085A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界発泡技術を採用することによって望ましい品質および歩留りで製品を製造可能な、鋳型および射出装置を含む射出成形装置の提供。【解決手段】鋳型１１０は、固定部分１１２および可動部分１１４を含む。成形凹部が、固定部分と可動部分との間に形成され、可動部分は、固定部分に対して移動して成形キャビティ１１０ａの容積を変化させるように構成され、それにより、成形凹部内部の圧力が加圧状態と非加圧状態との間で調整される。射出装置１２０は、成形凹部内に材料を射出するように構成されている。材料は、被発泡材料を含み、被発泡材料は、加圧状態で気化することが防止され、被発泡材料は、非加圧状態で気化する。加えて、射出成形方法も提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、成形装置および成形方法に関し、詳細には、射出成形装置および射出成形方法に関する。

超臨界発泡技術によって製造された製品は、その発泡特性のために、高い重量低減率、高い衝撃強度、および高い弾性などの特性を示し、したがって、様々な分野に適用されてきた。しかしながら、一方では発泡特性に起因して製品の表面に欠陥が生じやすい。その上、製品の内部の気泡を制御するのが困難であるため、大きな気泡が容易に生成されることがあり、製品の機械的特性が影響を受けることがある。その結果、製品品質および歩留まりが予想よりも低い。

本発明の実施形態は、超臨界発泡技術を採用することによって望ましい品質および歩留まりで製品を製造することが可能な射出成形装置および射出成形方法を提供する。

本発明の一実施形態によると、射出成形装置は、鋳型および射出装置を含む。鋳型は、固定部分および可動部分を含む。成形凹部が、固定部分と可動部分との間に形成され、可動部分は、固定部分に対して移動して成形キャビティの容積を変化させるように構成され、それにより、成形凹部内部の圧力が加圧状態と非加圧状態との間で調整される。射出装置は、成形凹部内に材料を射出するように構成されている。材料は、被発泡材料を含み、被発泡材料は、加圧状態で気化することが防止され、被発泡材料は、非加圧状態で気化する。

本発明の一実施形態によると、射出成形装置は、ガス供給装置をさらに含む。ガス供給装置は、成形キャビティ内部の圧力を増加させるために成形キャビティ内にガスを供給するように構成されている。

本発明の一実施形態によると、鋳型は、ガス噴射通路を有し、ガス噴射通路は、成形キャビティの内部と成形キャビティの外部とを接続し、ガス供給装置は、ガス噴射通路を介して成形キャビティ内にガスを供給するように構成されている。

本発明の一実施形態によると、射出成形装置は、圧力センサをさらに含む。圧力センサは、ガス噴射通路に配置されている。

本発明の一実施形態によると、射出成形方法は、以下を含む。鋳型が用意される。鋳型は、固定部分および可動部分を含み、成形キャビティが固定部分と可動部分との間に形成される。可動部分を固定部分に対して移動させて成形キャビティの容積を低減させ、それにより、成形キャビティ内部の圧力を非加圧状態から加圧状態に調整する。材料は、射出装置によって成形キャビティ内に射出される。材料は、被発泡媒体を含む材料を含み、被発泡媒体を含む材料は、加圧状態で気化することが防止される。可動部分を固定部分に対して移動させて成形キャビティの容積を増加させ、成形キャビティ内部の圧力を非加圧状態に戻す。被発泡媒体を含む材料は、非加圧状態で気化する。

本発明の一実施形態によると、射出成形方法は、ガス供給装置によって成形キャビティ内にガスを供給して成形キャビティ内部の圧力を増加させる工程をさらに含む。

本発明の一実施形態によると、ガスが鋳型の成形キャビティ内に供給された後、材料が射出装置によって成形キャビティ内に射出される。

本発明の一実施形態によると、射出装置によって成形キャビティ内に材料を射出した後の所定の時間の後に、ガス供給装置は、ガスの供給を停止する。

本発明の一実施形態によると、可動部分を固定部分に対して移動させて成形キャビティの容積を低減させた後、材料が射出装置によって成形キャビティ内に射出される。

本発明の一実施形態によると、射出装置によって成形キャビティ内に材料を射出した後の所定の時間の後に、可動部分を固定部分に対して移動させて成形キャビティの容積を増加させる。

上記に基づいて、本発明の実施形態では、原材料が鋳型に射出される前に、鋳型の可動部分を移動させて成形キャビティ内部の圧力を増加させる。このようにして、鋳型に射出された材料中の（超臨界流体などの）被発泡材料が発泡するのを防止する。鋳型に射出された原材料の表面が冷却され固化された後、鋳型の可動部分を移動させて成形キャビティ内部の圧力を低下させ、それにより原材料中の超臨界流体は、圧力が低下するとともに発泡を開始する。このようにして、超臨界流体の発泡に起因する非固化状態の原材料の表面に生じる欠陥が回避され、超臨界流体の発泡が均一となる。したがって、製造された製品は、それに応じて望ましい品質および歩留まりを有する。

本発明の前述のおよび他の特徴ならびに利点を理解可能にするために、図を伴ういくつかの例示的な実施形態について以下で詳細に説明する。

添付の図面は、本発明についてのさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示し、説明と共に、本発明の原理について説明するのに役立つ。

本発明の実施形態による射出成形装置を示す概略図である。

図１の射出成形装置１００の動作プロセスを示す図である。 図１の射出成形装置１００の動作プロセスを示す図である。 図１の射出成形装置１００の動作プロセスを示す図である。 図１の射出成形装置１００の動作プロセスを示す図である。

本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。 本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。

図３Ａおよび図３Ｂの射出成形装置の射出成形方法を示すフローチャートである。

本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。 本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。

図５Ａおよび図５Ｂの射出成形装置の射出成形方法を示すフローチャートである。

ここで、本発明の現在の好ましい実施形態について詳細に言及し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同じまたは同様の部分を指すために、図面および説明において同じ参照番号が使用される。

図１は、本発明の実施形態による射出成形装置を示す概略図である。図１を参照すると、本実施形態の射出成形装置１００は、鋳型１１０、射出装置１２０、およびガス供給装置１３０を含む。鋳型１１０は、固定部分１１２および可動部分１１４を含む。成形キャビティ１１０ａは、固定部分１１２と可動部分１１４との間に形成されている。可動部分１１４は、固定部分１１２に対して移動して成形キャビティ１１０ａの容積を変化させるように構成されている。

鋳型１１０は、ガス噴射通路１１０ｂを有する。ガス噴射通路１１０ｂは、成形キャビティ１１０ａの内部と成形キャビティ１１０ａの外部とを接続する。ガス供給装置１３０は、ガス噴射通路１１０ｂを介して成形キャビティ１１０ａ内にガスを供給するように構成されている。ガスは、例えば、ガス対抗圧技術を採用することによって成形キャビティ１１０ａ内に供給されてもよく、ガスは、不活性ガスであってもよい。射出成形装置１００は、圧力センサ１４０をさらに含む。圧力センサ１４０は、ガス噴射通路１１０ｂに配置され、ガスが成形キャビティ１１０ａ内に噴射されるときの圧力を検知し、ガス供給装置１３０が成形キャビティ１１０ａ内にガスを噴射するときの噴射圧を制御するように構成されてもよい。

可動部分１１４を移動させる位置、およびガス供給装置１３０が成形キャビティ１１０ａ内にガスを供給するか否かに基づいて、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力を非加圧状態と加圧状態との間で調整することができる。射出装置１２０は、成形キャビティ内に材料Ｍを射出するように構成されている。材料Ｍは、例えばプラスチック材料であり、材料Ｍ中の超臨界流体の気化によって発泡するように、（超臨界流体などの）被発泡材料を含む。超臨界流体は、加圧状態で気化することが防止され、超臨界流体は、非加圧状態で気化する。超臨界流体は、例えば、窒素ガスまたは不活性ガスを加圧することによって製造され、射出装置１２０においてプラスチック材料と混合されて材料Ｍを形成する。

図２Ａ〜図２Ｄは、図１の射出成形装置１００の動作プロセスを示す図である。具体的には、射出成形プロセスの前に、制御ユニット５０は、駆動機構６０を制御して図１の可動部分１１４を駆動機構６０によって図２Ａに示す位置まで駆動することができ、それにより、成形キャビティ１１０ａの容積を低減させ、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力を増加させる。また、ガス供給装置１３０によってガスを供給することによって成形キャビティ１１０ａ内部の圧力を増加させる。したがって、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力は、図１に示す非加圧状態から図２Ａに示す加圧状態に調整される。制御ユニット５０は、例えば、コンピュータまたはユーザによって制御可能な他の制御装置であり、駆動機構６０は、例えば、モータ、シリンダ、または他の適切な駆動源によって駆動される連結ロッドまたは他の適切な機構である。本発明は、この点に関して制限を課すことは意図していないことに留意されたい。

可動部分１１４を固定部分１１２に対して移動させて成形キャビティ１１０ａの容積を低減させ、ガス供給装置１３０によって成形キャビティ１１０ａ内にガスを供給した後、図２Ｂ〜図２Ｃに示すように、射出装置１２０によって材料Ｍを成形キャビティ１１０ａ内に射出する。この時点では、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力は、加圧状態である。したがって、鋳型内部の材料Ｍ中の超臨界流体によって形成された気泡核Ｎが発泡するのを防ぐことができる。

射出装置１２０によって成形キャビティ１１０ａ内に材料Ｍを射出した後の所定の時間の後に、鋳型１１０に射出された材料Ｍの表面が冷却され固化されると、ガス供給装置１３０は、ガス供給装置１３０によるガスの供給を停止して、成形キャビティの圧力の増加を停止する。加えて、図２Ｃに示す可動部分１１４を固定部分１１２に対して図２Ｄに示す位置まで移動させて成形キャビティ１１０ａの容積を増加させる。このようにして、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力は、非加圧状態に戻される。したがって、材料Ｍ中の超臨界流体によって形成された気泡核Ｎは、圧力が低下するとともに発泡を開始し、複数の気泡Ｂが形成される。このようにして、超臨界流体の発泡に起因する非固化状態の材料Ｍの表面に生じる欠陥が回避され、超臨界流体の発泡が均一になる。したがって、製造された製品は、それに応じて望ましい品質および歩留まりを有する。

他の実施形態では、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力が加圧状態から非加圧状態に戻されるとき、必要に応じて製品サイズによっては、可動部分１１４を図２Ｄに示す位置まで完全に戻す必要がない場合がある。その代りに、製品サイズを制御するために、可動部分１１４を図２Ｃに示す位置と図２Ｄに示す位置との間の適切な位置に移動させることができる。また、他の実施形態では、可動部分１１４を最初に左方向に移動させて成形キャビティ１１０ａの容積を増加させることができ、それにより、材料Ｍが成形キャビティ１１０ａに射出されるときの圧力が小さくなるため、材料Ｍは、成形性が向上し、発泡により複数の気泡を形成することができる。次いで、可動部分１１４を右方向に移動させて材料を圧縮し、それにより、気泡は、互いに接続されて貫通孔を形成し、それによって製品の弾力性を変化させる。

他の実施形態では、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力は、可動部分１１４を移動させることによってのみ、またはガス供給装置１３０によってガスを供給することによってのみ変化させるか、または変化させなくてもよい。本発明は、この点に関して制限を課すことは意図していないことに留意されたい。これに関して、図面を参照して以下に実施例を記載する。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。図４は、図３Ａおよび図３Ｂの射出成形装置の射出成形方法を示すフローチャートである。図３Ａおよび図３Ｂに示す射出成形装置１００Ａは、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施形態では、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力を可動部分１１４を移動させることによってのみ変化させるという点で、図１および図２Ａ〜図２Ｄに示す射出成形装置１００とは異なる。本動作プロセスは、図１および図２Ａ〜図２Ｄに示す実施形態の可動部分１１４の動作プロセスと同様である。この点に関する詳細が図４を参照して以下に記載される。最初に、鋳型１１０が用意される。鋳型１１０は、固定部分１１２および可動部分１１４を含む。成形キャビティ１１０ａは、固定部分１１２と可動部分１１４との間に形成される（ステップＳ６０２）。次いで、可動部分１１４を、固定部分１１２に対して図３Ａに示す状態に移動させて成形キャビティ１１０ａの容積を低減させ、それにより、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力が非加圧状態から加圧状態に調整される（ステップＳ６０４）。材料Ｍを射出装置１２０によって成形キャビティ１１０ａ内に射出する。材料Ｍは、超臨界流体を含む。図３Ａに示す加圧状態において超臨界流体が気化することが防止される（ステップＳ６０６）。図３Ｂに示すように可動部分１１４を固定部分１１２に対して移動させて成形キャビティ１１０ａの容積を増加させ、それにより、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力が非加圧状態に戻される。加えて、超臨界流体が気化して、図３Ｂに示す非加圧状態で発泡を開始する。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の別の実施形態による射出成形装置の動作プロセスを示す図である。図６は、図５Ａおよび５Ｂの射出成形装置の射出成形方法を示すフローチャートである。図５Ａおよび図５Ｂに示す射出成形装置１００Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態では、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力をガス供給装置１３０によってガスを供給することによってのみ変化させるか、または変化させないという点で図１および図２Ａ〜図２Ｄに示す射出成形装置１００とは異なる。本動作プロセスは、図１および２Ａ〜図２Ｄに示す実施形態のガス供給装置１３０の動作プロセスと同様である。この点に関する詳細が図６を参照して以下に記載される。最初に、ガスがガス供給装置１３０によって鋳型１１０の成形キャビティ１１０ａに供給され、それにより、成形キャビティ内部の圧力がガスによって非加圧状態から加圧状態に調整される（ステップＳ７０２）。次いで、材料Ｍを射出装置１２０によって成形キャビティ内に射出する。材料Ｍは、（超臨界流体などの）被発泡媒体を含む材料を含む。図５Ａに示す加圧状態は、超臨界流体が気化するのを防止する（ステップＳ７０４）。ガス供給装置１３０は、ガスの供給を停止し、それにより、成形キャビティ１１０ａ内部の圧力が非加圧状態に戻される。図５Ｂに示す非加圧状態は、超臨界流体を気化させ、発泡を開始させることを可能にする（ステップＳ７０６）。

前述の事項に鑑みて、本発明の実施形態では、材料を鋳型に射出する前に、ガス供給装置は、成形キャビティ内にガスを供給して成形キャビティ内部の圧力を増加させ、および／または鋳型の可動部分を移動させて成形キャビティ内部の圧力を増加させる。このようにして、鋳型に射出された材料中の超臨界流体が発泡するのを防止する。鋳型に射出された材料の表面が冷却され固化された後、ガス供給装置は、もはや成形キャビティ内部の圧力を増加させず、それにより、材料の超臨界流体中に形成された気泡核は、圧力が低下するとともに発泡を開始する。このようにして、超臨界流体の発泡に起因する非固化状態の材料の表面に生じる欠陥が回避され、超臨界流体の発泡が均一になる。したがって、製造された製品は、それに応じて望ましい品質および歩留まりを有する。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の構造に様々な変更および変形を加えることができることは当業者には明らかであろう。前述の事項に鑑みて、本発明は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に収まる限り、本発明の修正形態および変形形態を網羅することが意図されている。

本発明の射出成形装置は、射出成形プロセスにおいて適用することができる。

１０：光検知装置
５０：制御ユニット
６０：駆動機構
１００、１００Ａ、１００Ｂ：射出成形装置
１１０：鋳型
１１０ａ：成形キャビティ
１１０ｂ：ガス噴射通路
１１２：固定部分
１１４：可動部分
１２０：射出装置
１３０：ガス供給装置
１４０：圧力センサ
Ｂ：気泡
Ｍ：材料
Ｎ：気泡核

Claims (10)

1. 固定部分および可動部分を備える鋳型であって、成形キャビティが前記固定部分と前記可動部分との間に形成され、前記可動部分が前記固定部分に対して移動して前記成形キャビティの容積を変化させるように構成され、それにより、前記成形キャビティ内部の圧力が非加圧状態と加圧状態との間で調整される、鋳型と、
   前記成形キャビティ内に材料を射出するように構成された射出装置であって、前記材料が被発泡材料を含み、前記被発泡材料が前記加圧状態で気化することが防止され、前記被発泡材料が前記非加圧状態で気化する、射出装置と、
   を備える射出成形装置。
2. ガス供給装置をさらに備え、前記ガス供給装置が前記成形キャビティ内にガスを供給して前記成形キャビティ内部の前記圧力を増加させるように構成されている、請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記鋳型がガス噴射通路を有し、前記ガス噴射通路が前記成形キャビティの内部と前記成形キャビティの外部とを接続し、前記ガス供給装置が前記ガス噴射通路を介して前記成形キャビティ内に前記ガスを供給するように構成されている、請求項２に記載の射出成形装置。
4. 圧力センサをさらに備え、前記圧力センサが前記ガス噴射通路に配置されている、請求項３に記載の射出成形装置。
5. 鋳型を用意する工程であって、前記鋳型が固定部分および可動部分を備え、成形キャビティが前記固定部分と前記可動部分との間に形成される工程と、
   前記可動部分を前記固定部分に対して移動させて前記成形キャビティの容積を低減させ、それにより、前記成形キャビティ内部の圧力が非加圧状態から加圧状態に調整される工程と、
   射出装置によって前記成形キャビティ内に材料を射出する工程であって、前記材料が被発泡媒体を含む材料を含み、被発泡媒体を含む前記材料が前記加圧状態で気化することが防止される工程と、
   前記可動部分を前記固定部分に対して移動させて前記成形キャビティの前記容積を増加させ、前記成形キャビティ内部の前記圧力を前記非加圧状態に戻す工程であって、被発泡媒体を含む前記材料が前記非加圧状態で気化する工程と、
   を含む、射出成形方法。
6. ガス供給装置によって前記成形キャビティ内にガスを供給して前記成形キャビティ内部の前記圧力を増加させる工程をさらに含む、請求項５に記載の射出成形方法。
7. 前記ガスが前記鋳型の前記成形キャビティ内に供給された後、前記材料が前記射出装置によって前記成形キャビティ内に射出される、請求項６に記載の射出成形方法。
8. 前記射出装置によって前記成形キャビティ内に前記材料を射出した後の所定の時間の後に、前記ガス供給装置が前記ガスの供給を停止する、請求項６または７に記載の射出成形方法。
9. 前記可動部分を前記固定部分に対して移動させて前記成形キャビティの前記容積を低減させた後、前記材料が前記射出装置によって前記成形キャビティ内に射出される、請求項５から８のいずれか１項に記載の射出成形方法。
10. 前記射出装置によって前記成形キャビティ内に前記材料を射出した後の所定の時間の後に、前記可動部分を前記固定部分に対して移動させて前記成形キャビティの前記容積を増加させる、請求項５から９のいずれか１項に記載の射出成形方法。