JP3017052B2 - 多層成形方法および装置 - Google Patents
多層成形方法および装置Info
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Description
キン材とコア材とから構成された多層成形品を射出成形
により成形する方法と装置に関するのものである。
形材料として使用し、成形品をスキン層とコア層とから
構成する一般的にサンドイッチ成形と称されている多層
成形技術がある。
する材料(以下これをスキン材と称する)を先にノズル
からキャビティに射出充填し、その後に同じノズルから
コア層を形成する材料(以下これをコア材と称する)を
射出充填する方法と、同心円の二重ノズルを使用し、外
側のノズルから適量のスキン材を射出充填したところで
内側のノズルからもコア材を射出して、両方の材料を同
時に射出充填する方法とがある。しかし、そのいずれの
方法もスキン材を先行充填することを必要としている。
して後、コア材を射出充填する場合における樹脂の切換
えはノズル部において行っている。図14はその1例を
示すもので、111はスキン材の射出シリンダ、112
はコア材の射出シリンダで、その両方は同一の供給ブロ
ック113に接続してある。この供給ブロック113の
先端にはノズル部材114が取り付けてあり、そのノズ
ル部材114の内部に供給ブロック113を貫通して、
内部中央にニードルバルブ115を備えた可動ノズル1
16を軸方向に可動自在に挿入し、その可動ノズル11
6とノズル部材114との間に供給路117を介して上
記スキン材の射出シリンダ111と連通する樹脂路11
8を、またニードルバルブ115と可動ノズル116と
の間に供給路119を介して上記スキン材の射出シリン
ダ111と連通する樹脂路120を形成している。
16の後部は、それぞれ切換用の油圧シリンダ121,
122のピストン123,124と連結し、それら油圧
シリンダ121,122の作動により進退移動して、バ
ルブ部材内に形成された2つの樹脂路118,120を
交互に切換えている。
クを共用しての多層成形では次のようなことが課題とし
て挙げられる。・ 通常、供給ブロックの温度は2種類
の樹脂の溶融温度の許容範囲に保たれており、また各供
給路及び樹脂路には断熱が施されていないので、キャビ
ティに射出充填する際の樹脂温が電熱により射出シリン
ダにて設定した樹脂温と異なり、最も好ましい樹脂温で
の成形が困難となること。したがって、両方の樹脂に大
きな温度差、すなわち粘度差を付けた条件下での多層成
形には採用し難いということ。
時間、樹脂流動が完全に止まり、先にキャビティに射出
充填した溶融樹脂の冷却が進行するという問題が生じ
る。さらに樹脂の切換位置よりキャビティまでの距離は
長くなっており、その間にはキャビティとは冷却条件の
異なるスプル、ランナがある。切換動作後でもその部分
には切換え前の樹脂があり、この樹脂がキャビティ内に
充填されてから切換え後の樹脂がキャビティ内に充填を
開始する。このことはコア材充填を行う上で重要な問題
であり、スキン材の冷却が進行することによりキャビテ
ィ角部等の滞留部までコア材を充填することは困難であ
る。
と内部(コア層)の構成樹脂の材質を変えることが可能
であるために様々な用途に用いられている。表面と内部
で硬さを変える、発泡剤による厚肉成形のヒケ防止、ガ
スバリヤ特性を向上させる、コア材としてリサイクル材
を使用する等の目的でこの成形法は脚光を浴びてきてい
る。
は、コア材の充填挙動、充填率である。理想とするとこ
ろは、成形品全体にコア材が充分に均一に充填され、よ
り多くの樹脂が充填されていることである。前述の問題
点は、このコア材の充填を阻害するものと思われるた
め、本発明ではこれらの問題点を解決し、多層成形にお
けるコア材の充填効率の悪さを改善して、従来よりも高
充填率となすとともに、リサイクル材をコア材として使
用可能な新たな多層成形法を提供することを目的とす
る。
多層成形方法は、成形品の表層部を形成するスキン材
と、内部を形成するコア材の両方を同系樹脂とし、スキ
ン材の射出充填を先行して多層成形品を成形するにあた
り、射出成形時の設定温度をスキン材側では高く、コア
材側では低く設定して、スキン材を低粘度にコア材は高
粘度となし、その粘度差を維持した状態でキャビティに
射出充填し、その射出充填の切換えをゲート部近傍で行
い、スキン材の滞留部を低減してコア材の充填効率を向
上してなる、というものである。
°〜100℃、好ましくは30°〜80℃の範囲がよ
く、また粘度差を温度差により維持して射出充填を行う
点から、スキン材とコア材の射出充填に共用される通路
は出来るだけ短くノズル孔部の範囲に限るのがよい。こ
のような通路では射出シリンダからキャビティのゲート
に至る間の温度変化も極めて少なく、成形材料ごとに設
定された温度、すなわち粘度を保ったままキャビティへ
の射出充填が可能となる。
好ましく、切換えが早いほど切換時の樹脂流動停止が改
善され、スキン材の冷却・固化層の成長を抑制した状態
でコア材を充填することが可能となる。この結果、スキ
ン材とコア材が同系樹脂であっても、高粘度のコア材が
低粘度のスキン材を押し拡げながら入り込むので、コア
材の先き細り現象が防止され、コア材が再使用材料であ
ってもコア材がキャビティの角部まで充填されるように
なり、高充填率の達成される。
ロータリーバルブによる場合と、コールドランナで行う
場合の両方を採用することができる。コールドランナの
場合には、スキン材のホットランナとコア材のホットラ
ンナの両方をゲート部近傍のコールドランナに接続する
ことによって行い得る。
切換えに、ノズルと本体内の2つの樹脂路を交互に接続
する2つ切換路を有するロータリーバルブを備えた切換
装置を採用した場合には、本体内の2つの樹脂路の切換
えを両方の樹脂路に射出圧を加えた状態で行うことがで
き、スキン材とコア材のいずれか一方の樹脂路がノズル
と接続しているとき、他方は本体の開口に接続して樹脂
の流動を継続するので、流動停止後の樹脂の滞留による
温度低下を防止でき、またロータリーバルブの切換えも
スムーズに行い得る。
た本発明の多層成形装置は、先端にノズル部材を取付け
た供給ブロックを備え、その供給ブロックに設けた供給
路を経て、射出シリンダ内の溶融樹脂をノズル部材から
射出する一対の射出シリンダと、2つの樹脂路を後部か
ら内部に有し、かつ前後中央部の対向位置に単一のノズ
ル孔と開口とを有する本体の内部に、上記樹脂路をノズ
ル孔と開口に交互に接続する2つの切換路を有するロー
タリーバルブを回動自在に設けた切換装置とからなり、
上記一対の射出シリンダを互いに熱の干渉が生じないよ
うにうに並設して、それぞれのノズル部材を上記切換装
置の樹脂路に当接してなる、というものである。
の切換手段としてはラック・ピニオン、リンク機構、サ
ーボモータによる一定角度回転機構などが採用でき、ま
た切換駆動源としては充分な回転トルクを確保できるも
のであれば、エアシリンダーであってもよく、また市販
のロータリアクチュエータを採用してロータリーバルブ
の回転を行うことも可能である。
生じないようにうに並設した一対の射出シリンダを、ロ
ータリーバルブを内設した切換装置の樹脂路に当接して
いるので、射出シリンダごとに独立した温度制御が可能
となり、またロータリーバルブの採用では装置内流路が
ニードルバルブを切換手段する場合よりも短く形成く、
材料樹脂の切換装置を通過する時間はきわめて短時間で
あるので、切換装置における温度管理を殊更に厳密に行
う必要もなく、予め設定した温度による粘度差を維持し
て同系樹脂による多層成形を可能とする。
タリーバルブを採用した多層成形装置による本発明の多
層成形方法を説明するものである。先ず装置について説
明すると、図中1,2は外周囲にバンドヒーター(図示
せず)を取付けた一対の射出シリンダで、先端にノズル
部材3,4を取付けた供給ブロック5,6を備え、その
供給ブロック5,6にそれぞれ設けた供給路7,8を経
て、射出シリンダ内の溶融樹脂をノズル部材3,4から
射出する構成よりなる。なお、供給ブロック5,6の外
側には図では省略したが保温用のヒーターが取付けてあ
る。
ロック5,6の間に断熱材9を設けて、互いに熱の干渉
が生じないようにうに一体的に並設され、それぞれのノ
ズル部材3,4は切換装置10の樹脂路11,12に当
接してある。
ように、上記樹脂路11,12を後側から内部に屈曲し
て設け、単一のノズル孔13と開口14とを前後中央部
の対向位置に設けた本体15と、上記2つの樹脂路1
1,12をノズル孔13と開口14に交互に接続する2
つの切換路16,17を有する本体内のロータリーバル
ブ18とから構成され、上記ノズル孔13は金型19の
キャビティ中央のゲート20に当接してある(図1参
照)。
脂路11,12の切換手段としては種々のものがある
が、この場合にはラック・ピニオンを採用している。油
圧シリンダ21のピストン21aに連結したラック22
と噛合したピニオン23を、同軸上に取付けた上記ロー
タリーバルブ18は、油圧シリンダ21の作動により9
0°回転を繰り返し往復運動して、上記2つの樹脂路1
1,12を瞬時に切換える。角度は油圧シリンダ21の
ストロークとピニオン23の歯数により決定することが
でき、切換操作に要する時間は油圧シリンダ21の作動
速度により決定される。
は、充分な回転トルクを確保できるものであれば、エア
シリンダーであってもよく、また市販のロータリアクチ
ュエータを採用してロータリーバルブ18の回転を素早
く行うようにしてもよい。
採用した場合で、油圧またはエアシリンダ21のピスト
ン21aに連結したロッド25にリンクレバー26を取
付け、クランク27をロータリーバルブ18の回転支軸
18aに取付けて、その両方をピン結合して構成され、
ピストン21aによる直線運動をリンク機構24により
回転運動に変換してロータリーバルブ18を瞬時に90
°回転する。
場合で、ロータリーバルブ18の回転支軸18aとモー
タ出力軸28aに設けたプーリー29,30にわたりタ
イミングベルト31を巻回して構成され、ロータリーバ
ルブ18の回転角度をサーボモータ28に取付けたタコ
メータージェネレータ、エンコーダ等の検出器32によ
り検出して、瞬時に90°回転を行えるようにしてあ
る。
ーバルブ18の回転を成形材料の射出充填の完了と同時
に、出来得れば瞬時に行えることが可能な機構であれ
ば、本発明の成形方法に採用することができ、また切換
手段をゲート部近傍に設置することにより温度差を保っ
たままスキン材とコア材の射出充填が可能となる。
18の回転による樹脂路11,12の切換駆動源とした
場合の制御は、射出回路に切換制御用のソレノイドバル
ブを組み込み、射出回路の制御ソフトを若干変更するだ
けで容易に実施し得る。またロータリーバルブ18の切
換タイミングは、射出シリンダ1,2のいずれか一方の
スクリュ速度切換位置をもって行い、予め設定されたス
クリュ速度切換位置にスクリュが到達したら、ソレノイ
ドバルブを切換わるように制御ソフトを設定すればよ
い。なお、図6はその制御の基本的流れを示すものであ
る。
示すもので、図(1)では切換路16を介して樹脂路1
1とゲート13とが接続され、スキン材101がキャビ
ティに射出充填されている。また樹脂路12は切換路1
7を介して開口14と接続し、その開口14の先はタブ
となっている。
と、ロータリーバルブ18が瞬時に時計方向に90°回
転する。この回転の途中で切換路16,17の変位によ
り、図(2)に示すように、一時的に樹脂路11,12
を同時に遮断する。
換路17を介して樹脂路12とゲート13とが接続し、
スキン材201がキャビティに射出充填されている。ま
た樹脂路11は切換路16を介して開口14と接続し、
その開口14の先はタブとなっている。
°角ごとの往復回転により2つの樹脂路11,12がゲ
ート13とタブとなる開口14とに切換わり、そこにス
キン材101とコア材201の交互射出が混合を生ずる
ことなく行われる。また図(1)から図(3)までの所
要時間は125msであり、図(2)のような状態で成
形材料の流れを完全に止めてしまう時間は15〜20m
s程度である。
ト20と接続したコールドランナ40にて、スキン材と
コア材との射出充填の切換えを行う場合を示すものであ
る。このコールドランナ40は出来るだけ短くゲート2
0に近接して、パーティング面に設けられたものであ
り、そのコールドランナ40の固定型側に一対のホット
ランナ41,42が接続してある。
材の射出シリンダ1とコア材の射出シリンダ2がそれぞ
れノズルタッチしてある。この射出シリンダ1,2から
の溶融樹脂は切換えにより前後して、コールドランナ4
0及びゲート20を経てキャビティ19aに充填され、
先行充填される溶融樹脂が多層成形品のスキン層を形成
し、後からの溶融樹脂がコア層を形成する。したがっ
て、ゲート20に接近した射出シリンダ1がスキン材の
射出充填に使用されるというものではなく、作動順序に
よって射出シリンダ2がスキン材の射出充填を行うこと
もある。
形ら限らず、金型構造によってはゲートに対してT字形
あるいはト状形に設けられる場合もある。このコールド
ランナ40では、平面形状に影響を受けずスキン材とコ
ア材の切換えを可能とする。勿論その切換えは射出シリ
ンダ1,2の操作により行われるのであるが、切換え後
におけるスキン材の残留は極めて僅かとなり、素早く行
われるコア材の射出充填に影響を与えるものではない。
また充填完了によりコールドランナ40に残留したコア
材は金型温度により冷却固化し、成形品と共に型開時に
コールドランナ40から突出されて取り除かれる。
2つのモードが考えられる。図9はその動作モードの説
明図である。なお、この説明図では各射出シリンダ1,
2ともに速度切換位置S1〜S5の順次5段階までが設
定可能である。説明上、射出シリンダ1,2をそれぞれ
A側,B側とする。
まで射出。 b.B側射出シリンダが射出開始。 c.A側射出シリンダがS4まで射出すると、油圧シリ
ンダ前進により回転切換部は時計回りに90°回転し、
切換動作完了。 d.エジェクタ完了で油圧シリンダが後退し、回転切換
部は反時計回りに90°回転し全動作完了。
まで射出。 b.B側射出シリンダが射出開始。 c.A側射出シリンダの3次圧タイマがアップすると、
回転切換部が時計回りに90°回転。 d.エジェクタ完了で回転切換部は反時計回りに90°
回転し全動作完了。
ゲート部近傍におけるコア材形状の幅方向の広が著し
く、キャビティ角部まで充分にコア材が充填されてい
る。また板厚4mmの多層板体の成形では、ゲートより流
動方向に沿った断面のコア材の充填状態は、図11に示
すように、板厚方向においてもコア材は充分に充填さ
れ、流動長の増加に伴ったコア材の先細り現象も低減し
ている。これは、温度差を付けることによりスキン材に
対してコア材の粘度が高くなり、さらにコア材射出率を
高くすることでコア材がプラグフローに近い状態で流動
して行くためと思われる。このように板厚方向に関して
も温度差によってコア材の充填はキャビティ末端まで充
分に行われることを確認される。
すように、コア材側射出シリンダの射出率を変化させて
も、コア材側がスキン材側より高粘度である限り、コア
材の充填状態に大差なく、これは射出率に左右されずキ
ャビティ角部までのコア材の充填を教示するものであ
る。
材の平面分布状態を示すもので、いずれの設定条件から
看ても、コア材の分布はキャビティの角部まで及ばず、
特にゲート部近傍におけるコア材形状の幅方向の広がり
方に難点があり、充填効率の悪さが認められる。
は、スキン材−コア材とした。またスキン材からコ
ア材の切り換えタイミングはスクリュ位置にて行い、切
換作動時には両射出シリンダとも圧抜きを行っている。
またコア材の成形状態の確認は、金型にガラスをインサ
ートしてキャビティ内を外部から透視できるようにし、
またコア材を赤色マスターバッチにより着色して行っ
た。
と図12から対比すると、詳細な部分までを比較するこ
とは困難であるが、ゲート部近傍におけるコア材形状の
幅方向の広がり方に注目すべき差異が認められる。比較
例による場合は樹脂温度を変させても(この場合はスキ
ン材、コア材の間に温度差はつけていない)、コア材の
充填量を変化させても、どの条件をみてもキャビティ角
部(スキン材の滞留部)へのコア材の充填は充分にされ
ていない。
で充分にコア材が充填されている。この比較において、
各々の実験条件(特に温度条件)が違うために詳しい比
較議論はできないが、少なくとも本発明の多層成形によ
れば、温度差の維持、すなわちスキン材を低粘度にコア
材を高粘度の状態で射出充填を行う限り、キャビティ角
部までコア材が充填される、ということである。
充填状態に著しい影響を与えることは、温度条件を除き
他の成形条件を同じくして成形を行った場合の結果から
明らかである。図13(A)(B)は成形条件NO2に
よるものであるが、図(B)の比較例は温度設定のみ変
えて、スキン材とコア材の温度を共に190℃とし、そ
の両方に温度差、すなわち粘度差を付けなで射出成形を
行った場合である。そのいずれもゲート部近傍(ゲート
から35mmの位置まで)のコア材の充填状態を示して
いる。
率の影響はみられないが、実施例の図(A)の方が温度
差を付けない比較例の図(B)の方と比べてコア材が角
部にまで充填されており、スキン材温度を上げたことに
よる角部冷却の抑制効果と併せて、実施例による多層成
形ではキャビティ角部のスキン材滞留部を低減させる効
果が認められる。
層成形装置の要部平面図である。
リンク機構の略示平面図(A)と略示側面図(B)であ
る。
面図(A)と略示側面図(B)である。
れの説明図である。
である。
である。
である。
分布図である。
方法による比較例のコア材の平面分布図である。
分布図(A)と粘度差を付けない場合のコア材の平面分
布図(A)との対比図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 成形品の表層部を形成するスキン材と、
内部を形成するコア材の両方を同系樹脂とし、スキン材
の射出充填を先行して多層成形品を成形するにあたり、
射出成形時の設定温度をスキン材側では高く、コア材側
では低く設定して、スキン材を低粘度にコア材は高粘度
となし、その粘度差を維持した状態でキャビティに射出
充填し、その射出充填の切換えをゲート部近傍で行い、
スキン材の滞留部を低減してコア材の充填効率を向上し
てなることを特徴とする多層成形方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の多層成形方法におい
て、上記スキン材とコア材の射出充填の切換は、スキン
材のホットランナとコア材のホットランナとを接続した
ゲート部近傍のコールドランナで行うことを特徴とする
多層成形方法。 - 【請求項3】 スキン材とコア材の樹脂の射出充填の切
換えは、ノズルと本体内の2つの樹脂路を交互に接続す
る2つ切換路を有するロータリーバルブを備えた切換装
置を用い、本体内の2つの樹脂路の切換えは両方の樹脂
路に射出圧を加えた状態で行うとともに、スキン材とコ
ア材のいずれか一方の樹脂路がノズルと接続していると
き、他方は本体の開口に接続して樹脂の流動を継続して
いることを特徴とする請求項1記載の多層成形方法。 - 【請求項4】 先端にノズル部材を取付けた供給ブロッ
クを備え、その供給ブロックに設けた供給路を経て、射
出シリンダ内の溶融樹脂をノズル部材から射出する一対
の射出シリンダと、 2つの樹脂路を後部から内部に有し、かつ前後中央部の
対向位置に単一のノズル孔と開口とを有する本体の内部
に、上記樹脂路をノズル孔と開口に交互に接続する2つ
の切換路を有するロータリーバルブを回動自在に設けた
切換装置とからなり、 上記一対の射出シリンダを互いに熱の干渉が生じないよ
うに並設して、それぞれのノズル部材を上記切換装置の
樹脂路に当接してなることを特徴とする多層成形装置。
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---|---|---|---|
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JP7224559A Expired - Lifetime JP3017052B2 (ja) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | 多層成形方法および装置 |
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- 1995-08-10 JP JP7224559A patent/JP3017052B2/ja not_active Expired - Lifetime
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