JP2020163827A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形製品内の気泡が均一なサイズおよび均一な分布となる、射出成形装置の提供。【解決手段】鋳型１３０は成形キャビティ１３２を有し、射出装置１１０は成形キャビティ内に材料を射出するように構成されている。ガス供給装置１４０は、成形キャビティ内の圧力を増加させるように、成形キャビティにガスを供給するように構成されている。温度制御装置１７０は、成形キャビティ内の温度を制御するように構成されている。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、詳細には、射出成形装置および射出成形方法に関する。

ポリマー産業における発泡体射出成形技法の応用は、ますます一般的になっている。これらの技法により、射出成形製品の内部を微細な気泡で覆うことができ、それによって製品の衝撃強度および遮音性を強化し、同時に、製品の重量を減少させて、軽量効果を達成することができる。近年、発泡体射出成形プロセスは、履物産業に適用されており、射出成形製品の発泡体品質管理は、特に注目を受けている。したがって、いかにして気泡を均一なサイズおよび均一な分布にするかは、発泡体射出成形技法の重要な問題である。

本発明は、射出成形製品内の気泡に均一なサイズおよび均一な分布を提供することができる射出成形装置および射出成形方法を提供する。

本発明の射出成形装置は、射出装置と、鋳型と、ガス供給装置と、温度制御装置と、を含む。鋳型は、成形キャビティを有し、射出装置は、成形キャビティ内に材料を射出するように構成されている。ガス供給装置は、成形キャビティ内の圧力を増加させるように、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。温度制御装置は、成形キャビティ内の温度を制御するように構成されている。

本発明の一実施形態では、射出成形装置はガス流弁を含み、鋳型は、少なくとも１つのガス流開口部を有し、ガス供給装置は、少なくとも１つのガス流開口部を通して成形キャビティ内にガスを供給し、ガス流弁は、少なくとも１つのガス流開口部に接続される。

本発明の一実施形態では、温度制御装置は、鋳型を加熱するように構成されている加熱装置を含む。

本発明の一実施形態では、温度制御装置は、成形キャビティ内の温度を一定温度に制御するように構成されている。

本発明の一実施形態では、射出成形装置は、被発泡流体供給装置を含み、被発泡流体供給装置は、被発泡流体を射出装置に供給するように構成され、射出装置は、材料および被発泡流体を混合して、材料および被発泡流体を成形キャビティ内に射出するように構成されている。

本発明の一実施形態では、射出装置は、ある期間内に成形キャビティ内に材料を射出するように構成され、ガス供給装置は、その期間中に成形キャビティにガスを供給するように構成され、温度制御装置は、その期間中に成形キャビティ内の温度を変更するように構成されている。

本発明の射出成形方法は、以下のステップを含む。材料が射出装置を介して成形キャビティ内に射出される。成形キャビティ内の圧力を、ガス供給装置を介して成形キャビティ内にガスを供給することによって増加させる。温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を制御する。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、加熱装置を介して鋳型を加熱することを含む。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を一定温度に制御することを含む。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、以下のステップを含む。被発泡流体は、被発泡流体供給装置を介して射出装置に供給され、材料および被発泡流体は、射出装置を介して混合されて、材料および被発泡流体が成形キャビティ内に射出される。

本発明の一実施形態では、射出成形方法は、以下のステップを含む。材料は、ある期間内に射出装置を介して成形キャビティ内に射出され、ガスは、その期間内にガス供給装置を介して成形キャビティに供給され、成形キャビティ内の温度は、その期間内に温度制御装置を介して変更される。

上記に基づいて、本発明では、ガス供給装置によって供給されるガスを介して成形キャビティ内の圧力を増加させることに加えて、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度をさらに制御する。ガス供給装置は、成形キャビティ内の圧力を増加させることによって鋳型内の材料に射出された被発泡流体の発泡を抑制する。鋳型内に射出された材料の表面が冷却されて固化された後は、成形キャビティ内の圧力は、ガス供給装置を介してもはや増加せず、その結果、材料内の被発泡流体によって形成される複数の気泡核が、圧力の低下に伴い同時に発泡し始める。それによって、まだ固化されていない状態の被発泡流体の発泡に起因する材料の表面の欠陥を防止することができ、被発泡流体の発泡が均一になり得る。温度制御装置は、成形キャビティ内の温度を上げることによって、製品の表面上の固化層が過度に厚くならないようにすることができ、その結果、発泡体が製品の表面近くに均一に分布することができる。加えて、成形キャビティ内の温度を上げることによって、材料を鋳型の内面に可能な限り接合させて、製品の表面を滑らかにすることができる。すなわち、ガス供給装置および温度制御装置は、圧力および温度の制御を介してそれぞれ材料の発泡均一性を促進し、圧力および温度の制御を介してそれぞれ製品の滑らかで欠陥のない表面を促進する。したがって、ガス供給装置は、温度制御装置と併せて使用されて、製品の発泡体均一性を向上し、製品の表面平滑性を向上するという相加効果を生み出す。さらに、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を上げながら、ガス供給装置を使用して、成形キャビティ内の圧力を増加させ、それによって、高温に起因する材料の発泡の不均一分布を抑制する。加えて、ガス供給装置を介して成形キャビティ内の圧力を増加させながら、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を上げ、その結果、高圧に起因して材料内の気泡が小さくなりすぎるのを防止する。

本開示の前述の特徴および利点をより分かりやすくするために、図面を伴う実施形態を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、説明とともに、本発明の原理について説明するのに役立つ。

本発明の一実施形態の射出成形装置の概略図である。

本発明の一実施形態の射出成形方法のフローチャートである。

図１の成形キャビティ内の温度および圧力の変化を示す図である。

図１の成形キャビティ内の温度および圧力の変化を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態の射出成形装置の概略図である。図１を参照すると、本実施形態の射出成形装置１００は、射出装置１１０と、被発泡流体供給装置１２０と、鋳型１３０と、ガス供給装置１４０と、温度制御装置１７０とを含む。鋳型１３０は、成形キャビティ１３２を有する。被発泡流体供給装置１２０は、射出装置１１０に被発泡流体（超臨界流体または起泡剤などの発泡特性を有する流体）を供給するように構成され、射出装置１１０は、そのスクリュー１１２を介して材料および被発泡流体を混合して、材料および被発泡流体を成形キャビティ１３２内に射出するように構成されている。ガス供給装置１４０は、成形キャビティ１３２内の圧力を増加させるように、成形キャビティ１３２内にガスを供給するように構成されている。温度制御装置１７０は、例えば、成形キャビティ１３２内の温度を動的に制御し、成形キャビティ１３２内の温度を静的に制御し、または成形キャビティ１３２内の温度を動的かつ静的に制御する。

以下、図１に示す射出成形装置１００を例にして、本発明の一実施形態の射出成形方法について説明する。図２は、本発明の一実施形態の射出成形方法のフローチャートである。図２を参照すると、まず、材料が射出装置１１０を介して成形キャビティ１３２内に射出される（ステップＳ６０２）。成形キャビティ１３２内の圧力を増加させるために、ガスがガス供給装置１４０を介して成形キャビティ１３２に供給される（ステップＳ６０４）。成形キャビティ１３２内の温度は、温度制御装置１７０を介して制御される（ステップＳ６０６）。

ガス供給装置１４０は、成形キャビティ１３２内の圧力を増加させることによって、鋳型１３０内の材料に射出された被発泡流体の発泡を抑制する。鋳型１３０内に射出された材料の表面が冷却されて固化された後は、成形キャビティ内の圧力は、ガス供給装置１４０を介してもはや増加せず、その結果、材料内の被発泡流体によって形成される複数の気泡核が、圧力の低下に伴い同時に発泡し始める。それによって、まだ固化されていない状態の被発泡流体の発泡に起因する材料の表面の欠陥を防止することができ、被発泡流体の発泡が均一になり得る。

温度制御装置１７０は、成形キャビティ１３２内の温度を上げることによって、製品の表面上の固化層が過度に厚くならないようにすることができ、その結果、発泡体が製品の表面近くに均一に分布することができる。加えて、成形キャビティ１３２内の温度を上げることによって、材料を鋳型１３０の内面に可能な限り接合させて、製品の表面を滑らかにすることができる。

すなわち、ガス供給装置１４０および温度制御装置１７０は、圧力および温度の制御を介してそれぞれ材料の発泡均一性を促進し、圧力および温度の制御を介してそれぞれ製品の滑らかで欠陥のない表面形成を促進する。したがって、ガス供給装置１４０は、温度制御装置１７０と併せて使用されて、製品の発泡体均一性を向上し、製品の表面平滑性を向上するという相加効果を生み出す。

さらに、温度制御装置１７０を介して成形キャビティ１３２内の温度を上げながら、ガス供給装置１４０を使用して成形キャビティ１３２内の圧力を増加させ、それによって高温に起因する材料の発泡の不均一分布を抑制する。加えて、ガス供給装置１４０を介して成形キャビティ内の圧力を増加させながら、温度制御装置１７０を介して成形キャビティ内の温度を上げ、その結果、高圧に起因して材料内の気泡が小さくなりすぎるのを防止する。

本実施形態では、射出成形装置１００は、水循環温度制御装置などのサーモスタット装置１８０を含み、成形キャビティ１３２内の温度を制御するように構成されている。温度制御装置１７０は、例えば、サーモスタット装置１８０が成形キャビティ１３２の温度制御を行う間、鋳型１３０を加熱して成形キャビティ１３２内の温度を上げるように構成されている加熱装置である。他の実施形態では、サーモスタット装置１８０は、配置されなくてもよく、成形キャビティ１３２内の温度は、温度制御装置１７０によって一定温度に制御され、本発明は、この点に関して限定されない。

図３は、図１の成形キャビティ内の温度および圧力の変化を示す。本実施形態では、射出装置１１０は、例えば図２に示す時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間内に、成形キャビティ１３２内に材料を射出する。したがって、ガス供給装置１４０は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間内に成形キャビティ１３２内の圧力を増加させるように、図２に示すように時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の期間内に成形キャビティ１３２にガスを供給する。さらに、温度制御装置１７０は、時間ｔ１と時間ｔ２との間の期間内に成形キャビティ１３２内の温度を（上げるなど）変化させる。射出装置１１０において成形キャビティ１３２内に材料を射出することによって、材料の発泡均一性および材料の滑らかな表面の効果が、上述したような成形キャビティ１３２内の温度および圧力の増加によって明らかに達成される。

図３に示すように、ガス供給装置１４０が動作している時間の長さは、（図２の破線によって示すように）時刻ｔ２の後まで必要に応じて延長されて、材料冷却プロセス中に加圧効果を提供し続けることができる。同様に、温度制御装置１７０が動作している時間の長さは、（図２の破線によって示すように）時刻ｔ２の後まで必要に応じて延長されて、材料冷却プロセス中に加熱効果を提供し続けることができる。

図４は、図１の成形キャビティ内の温度および圧力の変化を示す。射出成形製品の異なる部分は、サイズおよび厚さが異なり、加熱および加圧の要件が異なる場合があり、射出装置１１０が材料を成形キャビティ１３２内に射出するとき、異なる部分は、それぞれ異なる時点で射出成形されるため、異なる時点に応じて、成形キャビティ１３２内の圧力は、図４に示すように、ガス供給装置１４０の制御を介して複数の異なる圧力値（２つが示されている）に連続的に変更することができ、成形キャビティ１３２内の温度は、図３に示すように、温度制御装置１７０の制御を介して複数の異なる温度値（２つが示されている）に連続的に変更することができる。

本実施形態では、被発泡流体供給装置１２０は、ガス加圧ユニット１２２およびフィルタユニット１２４を含む。フィルタユニット１２４は、ガス貯蔵ユニット５０からのガス（例えば、不活性ガス）をろ過するように構成され、ろ過されたガスは、ガス加圧ユニット１２２に供給される。ガス加圧ユニット１２２は、ガスを加圧して被発泡流体を形成するように構成されている。原料ガスに応じて、ガス加圧ユニット１２２は、原料ガスを加熱または加圧／加熱するために、ガス加熱ユニットまたはガス加圧／加熱ユニットに変更されてもよく、これは、本発明によって限定されない。

さらに、本実施形態のガス供給装置１４０は、ガス噴射ユニット１４２およびフィルタユニット１４４を含む。フィルタユニット１４４はガス貯蔵ユニット６０からのガス（例えば、不活性ガス）をろ過するように構成され、ろ過されたガスは、ガス噴射ユニット１４２に供給される。ガス噴射ユニット１４２は、ガス逆圧技術を介して鋳型１３０内にガスを噴射して、鋳型１３０内の圧力を増加させるように構成されている。

さらに、本実施形態の射出成形装置１００は、通路１５０および感圧素子１５２を含む。通路１５０は、射出装置１１０と被発泡流体供給装置１２０との間に接続される。被発泡流体供給装置１２０は、通路１５０を介して射出装置１１０に被発泡流体を供給するように構成されている。感圧素子１５２は、ガスが射出装置１１０内に噴射されるときの圧力を検知するために通路１５０上に配置され、被発泡流体供給装置１２０が射出装置１１０にガスを噴射するときの噴射圧力を制御する。

同様に、本実施形態の射出成形装置１００は、別の２つの通路１６０および１６０’と、別の感圧素子１６２とを含む。通路１６０は、鋳型１３０のガス入り口１３０ａとガス供給装置１４０との間に接続され、通路１６０’は、ガス出口１３０ｂに接続され、ガス供給装置１４０は、通路１６０およびガス入り口１３０ａを介して成形キャビティ１３２内にガスを供給するように構成され、感圧素子１６２は、ガスが鋳型１３０内に噴射されるときの圧力を検知するために通路１６０上に配置されて、ガス供給装置１４０が鋳型１３０内にガスを噴射するときの噴射圧力を制御する。加えて、射出成形装置１００は、ガス流弁１６４を含み、ガス流弁１６４は、通路１６０’に配置され、鋳型１３０のガス流開口部（ガス出口１３０ｂなど）に接続される。他の実施形態では、ガス流弁１６４は、通路１６０に配置され、鋳型１３０の別のガス流開口部（ガス入り口１３０ａなど）に接続されてもよい。ガス流弁は、成形キャビティ１３２内の圧力の定着を確認し、成形キャビティ１３２内の圧力を調整し、成形キャビティ１３２内の圧力を動的に制御するためのものである。一部の実施形態では、鋳型１３０は、ガス出口１３０ｂを有することなくガス入り口１３０ａを有してもよく、本発明はそれに限定されない。

上記に基づいて、本発明では、ガス供給装置によって供給されるガスを介して成形キャビティ内の圧力を増加させることに加えて、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度をさらに制御する。ガス供給装置は、成形キャビティ内の圧力を増加させることによって鋳型内の材料に射出された被発泡流体の発泡を抑制する。鋳型内に射出された材料の表面が冷却されて固化された後は、成形キャビティ内の圧力は、ガス供給装置を介してもはや増加せず、その結果、材料内の被発泡流体によって形成される複数の気泡核が、圧力の低下に伴い同時に発泡し始める。それによって、まだ固化されていない状態の被発泡流体の発泡に起因する材料の表面の欠陥を防止することができ、被発泡流体の発泡が均一になり得る。温度制御装置は、成形キャビティ内の温度を上げることによって、製品の表面上の固化層が過度に厚くならないようにすることができ、その結果、製品の表面近くで発泡体を均一に分布させることができる。加えて、成形キャビティ内の温度を上げることによって、材料を鋳型の内面に可能な限り接合させて、製品の表面を滑らかにすることができる。すなわち、ガス供給装置および温度制御装置は、圧力および温度の制御を介してそれぞれ材料の発泡均一性を促進し、圧力および温度の制御を介してそれぞれ製品の滑らかで欠陥のない表面形成を促進する。したがって、ガス供給装置は、温度制御装置と併せて使用されて、製品の発泡体均一性を向上し、製品の表面平滑性を向上するという相加効果を生み出す。さらに、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を上げながら、ガス供給装置を使用して成形キャビティ内の圧力を増加させ、それによって高温に起因する材料の発泡の不均一分布を抑制する。加えて、ガス供給装置を介して成形キャビティ内の圧力を増加させながら、温度制御装置を介して成形キャビティ内の温度を上げ、その結果、高圧に起因して材料内の気泡が小さくなりすぎるのを防止する。

本発明は、上記の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神から逸脱することなく、説明した実施形態に修正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。したがって、本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明の射出成形装置および射出成形方法は、射出成形プロセスに適用することができる。

５０、６０：ガス貯蔵ユニット
１００：射出成形装置
１１０：射出装置
１１２：スクリュー
１２０：被発泡流体供給装置
１２２：ガス加圧ユニット
１２４、１４４：フィルタユニット
１３０：鋳型
１３２：成形キャビティ
１４０：ガス供給装置
１４２：ガス噴射ユニット
１５０、１６０：通路
１５２、１６２：感圧素子
１７０：温度制御装置
１８０：サーモスタット装置
ｔ１、ｔ２：時刻

Claims (11)

1. 射出装置と、
   成形キャビティを有する鋳型であって、前記射出装置が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ている鋳型と、
   前記成形キャビティ内の圧力を増加させるように、前記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ガス供給装置と、
   前記成形キャビティ内の温度を制御するように構成されている温度制御装置と、
   を備えた射出成形装置。
2. ガス流弁を備え、前記鋳型が少なくとも１つのガス流開口部を有し、前記ガス供給装置が前記少なくとも１つのガス流開口部を通して前記成形キャビティ内に前記ガスを供給し、前記ガス流弁が前記少なくとも１つのガス流開口部に接続される請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記温度制御装置が前記鋳型を加熱するように構成されている加熱装置を備えた請求項１または２に記載の射出成形装置。
4. 前記温度制御装置が前記成形キャビティ内の前記温度を一定温度に制御するように構成されている請求項１から３のいずれか１項に記載の射出成形装置。
5. 被発泡流体供給装置を備え、当該被発泡流体供給装置が前記射出装置に被発泡流体を供給するように構成され、前記射出装置が前記材料および前記被発泡流体を混合して、当該材料および前記被発泡流体を前記成形キャビティ内に射出するように構成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の射出成形装置。
6. 前記射出装置がある期間内に前記成形キャビティ内に前記材料を射出するように構成され、前記ガス供給装置が前記期間内に前記成形キャビティに前記ガスを供給するように構成され、前記温度制御装置が前記期間内に前記成形キャビティ内の前記温度を変更するように構成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の射出成形装置。
7. 射出装置を介して成形キャビティ内に材料を射出することと、
   ガス供給装置を介して前記成形キャビティにガスを供給することによって、前記成形キャビティ内の圧力を増加させることと、
   温度制御装置を介して前記成形キャビティ内の温度を制御することと、
   を含む、射出成形方法。
8. 加熱装置を介して前記鋳型を加熱することを含む請求項７に記載の射出成形方法。
9. 前記温度制御装置を介して前記成形キャビティ内の前記温度を一定温度に制御することを含む請求項７または８に記載の射出成形方法。
10. 被発泡流体供給装置を介して被発泡流体を前記射出装置に供給することと、前記射出装置を介して前記材料および前記被発泡流体を混合して、当該材料および当該被発泡流体を前記成形キャビティ内に射出することと、を含む請求項７から９のいずれか１項に記載の射出成形方法。
11. ある期間内に前記射出装置を介して前記材料を前記成形キャビティ内に射出することと、前記期間内に前記ガス供給装置を介して前記ガスを前記成形キャビティに供給することと、前記期間内に前記温度制御装置を介して前記成形キャビティ内の前記温度を変更することと、を含む請求項７から１０のいずれか１項に記載の射出成形方法。