JP2939282B2

JP2939282B2 - 射出成形方法とその装置

Info

Publication number: JP2939282B2
Application number: JP2008137A
Authority: JP
Inventors: 俊宏古沢; 佐藤　　淳; 孝中島; 則彰松岸
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Seidensha Electronics Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Seidensha Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH03213319A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高分子材料等の成形材料の射出成形に際
し、物性が高く、かつ外観性の良好な成形品を成形でき
るようにした射出成形方法とその装置に関する。

［従来の技術］従来、射出成形方法は、生産性が高いという大きな利
点を有することから、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性樹
脂を主たる組成物とした材料からなり製品の成形に広く
使用されている。

ところで、近年、熱可塑性樹脂の物性研究の進展によ
り、成形品の剛性，耐熱性および耐薬品性は、その材料
（熱可塑性樹脂）の分子量によって大きく左右されるこ
とが知られるようになってきた。

しかしながら、従来の射出成形方法において成形でき
る熱可塑性樹脂の分子量はそれ程大きくなく、一般にフ
ィルムグレードとして製品化されているものより分子量
は小さい。したがって、成形品における剛性，耐熱性，
耐薬品性の物性が劣るという問題を生じる場合があっ
た。

そこで、物性を高める観点から、射出成形時における
樹脂の流れを良くして、成形品を構成する樹脂の分子量
が高いものを使用可能にする成形方法が考えられるよう
になり、今までいくつかの提案がなされている。例え
ば、特公昭57−2088号で提案されている金型のゲート部
分に超音波振動を印加する方法、あるいは特開昭61−44
616号で提案されている金型表面を高周波により誘導加
熱する方法などがある。

一方、高分子材料を射出成形に用いた場合、高分子材
料は加熱された状態で金型に充填される。このため、加
熱時に熱膨張し、金型の中で冷却される際に収縮するの
で、金型のキャビティ寸法よりも小さい成形品しか得ら
れなかった。

そこで、成形品の寸法精度を向上させる観点から、金
型に充填された材料の収縮を少なくするため、いくつか
の提案がなされている。例えば、射出圧力を著しく高く
し、かつ型締め力も同様に高くすることにより、材料の
温度を低くして成形する方法、あるいは、特開昭58−13
4722号で提案されているような、キャビティを超音波振
動用のホーンで構成し、材料がキャビティ内に注入さ
れ、冷却される過程での材料温度の不均一性を大幅に減
少しようとする方法等がある。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上述した従来の成形方法には次のような問題
があった。

すなわち、特公昭57−2088号，特開昭58−134722号で
提案されている技術は、金型の講造が非常に複雑になる
とともに、超音波振動により金型自体および装置の他の
部分に悪影響を与えるという問題があり、さらに材料と
ホーンが直接接触する講造となっているため、ホーンや
振動発生部に大きな負荷がかかり、材料に超音波振動を
十分印加できないという問題があった。

また、特開昭61−44616号で提案されている技術は、
実験の結果、金型表面を加熱しても樹脂の流動性は期待
する程向上しないことが判明した。

さらに、射出圧力を著しく高くし、かつ型締め力も同
様に高くすることにより、材料の温度を低くして成形す
る方法は、成形品に歪が生じ、製品として使用する際に
成形しやすいという問題があった。

そこで、本発明者等は、特願平１−62196号におい
て、金型を共振させつつ射出成形する方法と装置を提案
し、上記の問題点を解決できることを示した。

しかしながら、特願平１−62196号で提案した装置
は、振動発生装置である超音波振動子を可動側金型のキ
ャビティと反対側に結合してあるため、型締め部シリン
ダを後方に大きく張り出した状態で配置しなければなら
ず、結果的に成形機が非常に長くなって大型化してい
た。

本発明は上記の事情にかんがみてなされたもので、振
動発生装置を、可動側金型及び／もしくは固定側金型の
上部または下部等のキャビティと反対側以外の位置に結
合するようにしたものであり、成形方法の発明は、上記振動発生装置からの振動を、
振動方法変換体を介して金型に印加することにより、金
型を共振させる射出成形方法の提供を目的としている。

また成形装置の発明は、射出成形装置の小型化を可能
とするとともに、複数の振動発生装置を振動方法変換体
に結合して、同時に振動を印加することにより振動のパ
ワーアップを図れるようにした射出成形装置の提案を目
的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、射出成形方法の発明は、成
形材料を射出成形する方法において、振動方法変換体を
介し、振動によって金型を共振させつつ成形を行なう方
法としてある。

そして好ましくは、超音波振動によって金型を共振さ
せつつ成形を行なう方法としてある。

また上記目的を達成するため、射出成形装置の発明は
可動側金型と固定金型からなる金型のキャビティに成形
機からの成形材料を供給して射出成形を行なう装置にお
いて、上記可動側金型と固定側金型を固定治具によって
固定するとともに、上記可動側金型及び／又は固定側金
型に振動方向変換体を形成し、かつこの振動方法変換体
に振動発生装置を結合した構成としてある。

そして好ましくは、振動発生装置を超音波振動子と
し、この超音波振動子の結合位置を、キャビティと反対
側の位置を除く、任意の位置に結合した構成としてあ
る。

［実施例］以下、上記解決手段の実施例について説明する。

まず、射出成形装置の一具体例を、弟１図にもとづい
て説明する。

同図において、１は金型であり、可動側金型２と固定
側金型３に分割されており、可動側金型２には振動方向
変換体21を一体的に形成してある。ここで振動方向変換
体21とは、振動の伝達する方向をある程度変換させるも
のであり、その角度は任意に選ぶことができる。公知の
Ｌ−Ｌ変換体,L−Ｒ変換体,L−Ｌ−Ｌ変換体などを利用
すると振動の伝達方向を、例えば90度変換することがで
きる。

また、可動側金型２の固定側金型３との接触面には、
キャビティ2aが、またキャビティ2aと対応する固定側金
型３の接触面にはスプルー3aが設けてある。

金型１には、金型，セラミックス，グラファイト等を
用いることができるが、振動の伝達損失が少なく、また
振動の振幅を大きくしても疲労の少ない材質、例えばチ
タン合金,K−モネル，リン青銅，ジュラルミン等を用い
ることが好ましい。

また、金型１の表面にはメッキや、しぼ加工等の処理
を行なってもよい。さらに、金型１は三個以上に分割す
ることも可能であるが、その際分割面は、振動の伝達を
良くするために、可能な限り共振の腹部の近くに位置さ
せることが好ましい。

その他、金型の温調，成形品の突出し方法について
は、公知の方法を用いることができるが、金型温調媒体
を金型に導入し、あるいは排出するために金型に取り付
けられるジョイントは、節部の近くに取り付けることが
好ましい。また、突出しピンを金型に設ける場合には、
突出ピンとそれを通す穴とのクリアランを、突出し前の
状態における節部の位置で最小値とすることが好まし
い。

４は成形機13のノズルであり、スプルー3aを介してキ
ャビティ2aに成形材料を射出供給する。スプルー3aのノ
ズル４との接触面は、固定側金型３における超音波振動
（変位波形）のほぼ節部（後述）に位置するようにして
ある。

５は第一保持部材（型締め部材）で、シリンダ６によ
り進退可能に支持されており、その先部には固定治具７
が取り付けてある。

固定治具７による可動側金型２の保持は、可動側金型
２の外周に溝2bを設け、この溝2bに先細りとなった固定
板7aを当接させることにより行なっている。したがっ
て、この場合の固定板7aによる可動側金型２の保持は線
接触保持となり、可動側金型２と固定板7aの接触面積は
きわめて小さくなる。これにより、金型２の振動の外部
流出を最小限に抑えることができる。

８は第二保持部材であり、シリンダ６の外側に固定さ
れており、その先部には取付盤8aが取り付けてある。取
付盤8aには固定側金型３に向って水平方向に固定治具９
が設けてあり、この固定治具９の先端9aはねじとなって
いる。一方、固定側金型３の軸方向には、保持穴3bが、
固定治具９の側面と接しない状態で固定側金型３の共振
の節の位置まで設けてある。そして、この保持穴13の先
端部に固定治具９の先端9aをねじこむことによって、固
定側金型３を保持している。

可動側金型２及び固定側金型３の保持は、振動による
共振の節部（後述する）を、できるだけ接触面積の小さ
い保持部材を用いて保持することが好ましい。

10は固定治具７と一体的に支持されている振動発生装
置（振動子）であり、ねじ等の取付け部材11によって可
動側金型２の振動方向変換体21の上部に結合してある。

振動としては、周波数が10H_Z〜10MH_Zの振動を用いる
ことができる。このような振動のうち、短時間で振動の
効果が得られ、かつ成形材料の過度の発熱現像を抑える
ためには、10KH_Z〜100KH_Zの超音波とすることが好まし
い。

振動発生装置としては、超音波振動子のほか、動電加
振機，機械式加振機，油圧式加振機等の装置を用いるこ
とができる。

なお、この振動方向変換体21の振動子10への結合位置
は、可動側金型２のキャビティ2aと反対側の位置を除い
た位置であれば任意の位置を選択することができる。ま
た、振動子10の結合は、振動伝達体を介して行なうこと
も可能であり、その数も複数取り付けることができる。
なお、固定側金型にも振動方向変換体を形成し、振動子
を結合することも可能である。したがって、可動側金型
及び／もしくは固定側金型に振動方向変換体を介して振
動子を結合することができる。

12は超音波発振器で、振動子10に超音波振動を発生さ
せ、可動側金型２及び固定側金型３を励振し共振させ
る。

この共振周波数は、あらかじめ超音波発振器の追尾可
能な周波数に設計，製作されているので、成形機のノズ
ル４をスプルー3aに圧接させ、成形材料をスプルー3aを
介してキャビティ2aに供給する場合の刻々の負荷変動に
対しての共振周波数の変化に対し常に追尾を行ない、ま
た、必要電力の供給も刻々の変化に応じて必要量（最大
出力以下）を供給するように設定されている。

また、振動モードとしては、後述する縦振動のほか、
横振動，ねじり振動，径振動，なわみ振動等の公知の振
動モードを用いることができる。

次に、上記射出成形装置を用いて行なう、射出成形方
法の実施例について説明する。

成形機13のノズル４を固定側金型３のスプルー3aに圧
接し、このスプルー3aを介してキャビティ2aに成形材料
を射出し成形を行なうとともに、超音波発振器12によ
り、振動子10に超音波振動（縦振動）を発生させること
によって金型１をｎ波長共振させる。超音波振動を発生
させる時期は、目的とする効果に応じて選ぶことができ
る。

射出成形方法の第一実施例は、共振の腹部（変位波長
の最も離れる部分で、一番強く振動している点）を、キ
ャビティ2aと一致させて成形を行なう。このようにする
と超音波の振動効果を最大限有効利用でき成形材料の流
れが良好になる。

また、第二実施例は、共振の節部（変位波長の交差す
る部分で、振動してない点）をキャビティ2aに一致させ
て成形を行なう。このようにすると、超音波の応力効果
により、成形品の寸法収縮が著しく小さくなる。

上記成形を行なうときの振動周波数は、上述のように
10KH_Z〜100KH_Zの周波数とすることが好ましい。超音波
振動の振幅は、大きいほうがその効果を十分発揮できる
が、金型の材質や疲労強度に合わせて設定することが好
ましい。

各種の振動モードにおいて、振動を有効に作用させる
ため、金型１はｎ波長共振させる。このｎ波長共振にお
けるｎは、m/2（ｍは正の整数）であるが、金型固定部
やノズルの接触部に共振の節部を一致させるためには、
なるべく節部の数の少ないｎ＜３とすることが好まし
い。

また、ｎ＜３の場合においても、共振の腹部が、キャ
ビティ2aと一致し、超音波の振動効果を最大限有効利用
できるように共振させると、上述のように成形材料の流
れが良好となる。

上述した第一及び第二実施例を実施するに際し、可動
側金型２及び固定側金型３を固定治具７及び９によって
それぞれ保持する位置と、超音波による共振の節部を一
致させて、共振させつつ成形を行なうと振動の外部への
伝達を有効に防止する。

上述した射出成形方法及びその装置によって成形可能
な成形材料としては、プラスチック，ゴム，エラストマ
ー等の有機材料、無機高分子，セラミックス，金属，ガ
ラス等の無機材料、その他食料品及びそれらの混合材料
等、形成時に若干の流動性を有する材料を挙げられる。

ここで、プラスチックとしては、次のようなものを挙
げることができる熱可塑性樹脂として α−オレフィンフ系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレ
ン、塩化ビニル樹脂、ポリブテン、超高分子量ポリエチ
レン、ポリメチルペンテン、アイオノマー、ポリブチレ
ン等）ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート等）ポリエーテル系樹脂（ポリサルホン、ポリエーテルサ
ルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリアリルスルホン、ポリオキシベンジン、ポリ
フェニレンオキシサイド、ポリシアノアリルエーテル
［特開昭62−223226号］等）ポリカーボネート系樹脂ポリイミド系樹脂ポリアミド系樹脂ポリアミドイミド系樹脂メタクリル樹脂フッソ樹脂 MBS（メタクリレートブタジエンスチレン）樹脂 AAS（アクリレートアクリロニトリルスリレン）
樹脂 AS（アクリロニトリルスチレン）樹脂 ACS（塩素化アクリロニトリルポリエチレンスチ
レン）樹脂 ABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹
脂ポリアセタール系樹脂セルロース系樹脂ポリ塩化ビニリデン塩素化ポリエチレン EVA（エチレンビニルアセテート）樹脂ポリウレタン系樹脂シリコーン樹脂アリル樹脂フラン樹脂液晶性ポリマーなど熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂フェノール樹脂ポリブタジエン樹脂シリコーン樹脂不飽和ポリエステル樹脂アミノ樹脂など、熱可塑性エラストマーとしてスチレン−ブタジエン系エラストマーポリエステル系エラストマーポリエチレ系エラストマーウレタン系エラストマー塩化ビニル系エラストマーなど。

また、本発明における射出成形とは、多色成形，イン
サート成形，アウトサート成形，射出圧縮成形，射出発
泡成形，反応射出成形，混色射出形成等を含む、さら
に、流動状態またはゴム様状態の成形材料を金型内に圧
入し、所定の形状に賦形した後、成形品を取り出す方法
を採用するすべての成形方法を含むものである。

［実験例］以下、本発明実施例の射出成形方法とその装置を用い
て行なった実験結果を、比較例と比較しつつ説明する。

実験例１射出成形装置：第１図に示す装置成形材料：ポリエチレン（出光石油化学（株）640UF）金型：断面60mm×60mm角柱形状、材質S45C 第２図に示すキャビティを形成超音波発振器：基本周波数19.15KH_Z （精電舎電子工業（株）製 SONOPET 1200−Ｂ）成形条件：型締力 3.5（ton）射出圧力 940（kg/cm²）樹脂温度 142〜144（℃）振幅５μｍ共振金型は1.5波長共振体とした（第
３図）上記条件により、金型を共振させつつ射出成形を行な
い、そのときの流動長を求めた。

流動長は、キャビティに流れた樹脂の長さを測定し、
10回の平均値をもって評価した。

その結果を表１に示す。

比較例１金型を超音波によって共振させない以外、実験例１と
同じ条件で実験を行なった。

比較例２遠赤外線ヒータを用い、金型温度を200℃まで加熱
し、比較例１と同じ条件で実験を行なった。この例は、
高周波誘導加熱装置を用いて金型表面温度を上げて成形
を行なう従来例と同等と考えられる。

比較例３第７図に示すように、振動子10を可動側金型２と固定
側金型３の接触部に位置させた以外は、実験例１と同じ
条件で実験を行なった。このとき、金型は共振状態では
なかった。

比較例１〜３の結果を表１に示す。

この結果、本発明によれば、超音波を印加しない場合
は勿論のこと、単に超音波を印加した場合あるいは、金
型を加熱した場合などより、はるかに成形材料の流動性
がよくなることが判明した。

実験例２射出成形装置：固定側金型及び可動側金型が多少長尺に
なっている以外、第１図に示す装置と同様である。

成形材料：ポリプロピレン（出光石油化学（株）Ｊ−700G）金型：断面60mm×60mm 材質チタン合金（6Al−4V）固定側金型に、肉厚1mm及び20Φの円形溝状キャビティを形成（第４図）。

超音波発振器：基本周波数19.15KH_Z （精電舎電子工業（株）製 SONOPET 1200−Ｂ）成形条件：型締力 3.5（ton）射出圧力 940（kg/cm²）樹脂温度 220（℃）振幅 33μｍ共振金型は2.0波長共振体とした（第５図）上記条件により、金型を共振させつつ射出成形を行な
い、そのときの成形品の直径を測定した。評価は成形品
10個の平均値をもって行なった。

その結果を表２に示す。

比較例４金型を超音波によって共振させない以外、実験例２と
同じ条件で実験を行なった。

比較例５振動子10を可動側金型２と固定側金型３の接触部に位
置させた（第７図参照）以外は、実験例２と同じ条件で
実験を行なった。

比較例4,5の結果を表２に示す。

この結果、本発明によれば、超音波を印加しない場合
は勿論のこと、単に、超音波を印加した場合と比べて
も、顕著に寸法収縮の小さい成形品を得られることが判
明した。

実験例３金型を線接触状態で保持し、実験例１の成形を行なっ
た際における超音波発振器の負荷電流を測定した。

その結果を表３に示す。

実験例４金型の保持を、先端が先細りとなっていない固定板を
用いて行なった。この場合、固定板は金型と面接触の状
態となる。

その結果を表３に示す。

負荷電流の高くなる実験例４（面接触）では、振動が
固定板を通して流出していることが明らかに分かった。

この結果、金型の保持は、線接触による保持が非常に
有効であることが判明した。

実験例５射出成形装置：第１図に示す装置成形材料：タルク30重量％入りポリプロピレン共振体：キャビティを第６図（ａ）に示すようにした以
外は、実験例１で用いたものと同じ超音波発振器：基本周波数19.15KH_Z （精電舎電子工業（株）製 SONOPET 1200−Ｂ）成形条件：型締力 3.5（ton）射出圧力 600（kg/cm²）樹脂温度 225（℃）振幅 11μｍ金型温度 50℃ 共振共振体は1.5波長共振体とした（第３図）上記条件により、金型の共振体を共振させつつ成形を
行なった。

第６図（ｂ）に示すウェルドライン発生箇所のウェル
ド部のへこみ（xmm）を求めた。

その結果を表４に示す。

比較例６超音波の発振を停止させた以外、実験例５と同じ条件
で成形を行なった。

その結果を表４に示す。

［発明の効果］以上のように、射出成形方法の発明によれば、振動に
よって金型を共振させることにより、振動を効率良く伝
達することができる。

また、振動効果を最大限に発揮せしめ、成形材料の流
動性向上を図れ、従来の成形技術では困難であった、高
分子量のプラスチックやフィラーを多量に混合した複合
材料等の成形や、低温域での成形が容易となり、さらに
成形品に生じるウェルマークを低減することができる。

さらに、金型を共振させることにより、振動を効率良
く伝達し、かつ振動の応力効果を利用できるため、単に
振動を金型に印加した場合よりも、成形分の寸法収縮を
顕著に低減できる。

射出成形装置の発明によれば、成形材料の流動性の向
上を図れ、物性及び寸法精度の点で優れた製品を成形で
きるとともに、共振する部分の振動の外部流出を最小限
に抑えることができ、装置の他の部分に悪影響を与えな
いという効果がある。

また、射出成形装置を小型化することができるととも
に、複数の振動発生装置を用いて、振動のパワーアップ
を図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験例１に用いた射出成形装置の要部截断側面
図、第２図は実験例１に用いたキャビティの平面図、第
３図は金型の共振時における変位波形，波長の説明図、
第４図は実験例２の成形実験に使用したキャビティの説
明図、第５図は実験例２の成形実験における共振条件の
説明図、第６図（ａ）は実験例５の実験に使用したキャ
ビティ説明図、第６図（ｂ）はウェルド部へこみの説明
図、第７図は比較例３及び５に用いた装置例概略図を示
す。 1:金型、2:可動側金型 21:振動方向変換体 2a:キャビティ、2b:溝 3:固定側金型、3a:スプルー 3b:保持穴 7,9:固定治具、10:振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島孝東京都台東区鳥越２丁目９番13号精電舎電子工業株式会社内 (72)発明者松岸則彰東京都台東区鳥越２丁目９番13号精電舎電子工業株式会社内 (56)参考文献特開平１−218813（ＪＰ，Ａ) 特開平１−182016（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−95920（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−135334（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−135333（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】成形材料を射出成形する方法において、振
動方向変換体を介し、振動によって金型を共振させつつ
成形を行なうことを特徴とした射出成形方法。
【請求項２】振動が、超音波による振動であることを特
徴とした請求項１記載の射出成形方法。
【請求項３】可動側金型と固定側金型からなる金型のキ
ャビティに成形機からの成形材料を供給して射出成形を
行なう装置において、上記可動側金型と固定側金型を固
定治具によって固定するとともに、上記可動側金型及び
／又は固定側金型に振動方向変換体を形成し、かつこの
振動方向変換体に振動発生装置を結合したことを特徴と
する射出成形装置。