JP3174954B2

JP3174954B2 - 流体圧縮ユニットを利用するプラスチック射出成形方法および装置

Info

Publication number: JP3174954B2
Application number: JP19986291A
Authority: JP
Inventors: ダブリューヘンドリージェイムズ
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 2001-06-11
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: US5114660A; JPH04314509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体圧を利用するプラ
スチック射出成形方法および装置に関し、特に、プラス
チック製品を作製するのを補助するために流体圧を利用
してプラスチック製品を射出成形する方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】フリードリッヒによる米国特許第４，１
０１，６１７号に記載されているように、プラスチック
の射出成形に加圧流体を用いることが知られている。

【０００３】ガスアシスト射出成形は、クラスＡの表面
を有し且つ事実上ひけのない、残留応力のない大きな物
品を提供できる熱可塑性樹脂の射出成形プロセスであ
る。ガスアシスト射出成形は、通常の射出成形に比べて
低圧の成形プロセスである。このプロセスにおいて、不
活性ガスがプラスチックが金型に入った後にプラスチッ
ク内に注入される。ガスはプラスチックと混合しない
が、成形品の厚肉部の中央に残留する。ガス圧、金型内
に射出されたプラスチックの量（ショートショット）及
びガス流速を制御することによって、予め定められた中
空の連続チャネルの系路が成形品内に形成される。ガス
圧は、その系路内に一定に保たれる。このことにより、
成形品の肉厚部の収縮が補われ、そりが防止され、応力
が緩和される。ガス圧は金型を開く直前に排気される。
射出圧が比較的低い為、大きな成形品を実質的に低い型
締め力で成形できる。

【０００４】ガスシステムにより成形品に注入されるガ
スの圧力、タイミング及び容量を正確に制御でき、これ
等は全てガスアシスト射出プロセスの制御に重要であ
る。

【０００５】“熱可塑性樹脂製品の成形における改良さ
れたガスの利用方法”をタイトルとした米国特許出願Ｎ
ｏ．４０８，９２１号（１９８９年９月１８日出願）に
おいて、加圧ガスが金型内に注入されるが、製品を画定
するキャビティには入らないガスアシスト射出成形法が
開示されている。ガスは、キャビティを樹脂で充填し且
つ表面品質を向上するのを助けるのに十分な予め定めら
れた量及び圧を有している。

【０００６】図２は、従来のガスアシストプラスチック
射出成形装置の概略図である。

【０００７】加圧流体（典型的には窒素ガス）の制御さ
れた注入は、スプルー１０の利用によってなされる。ス
プルー１０はスプルー本体１４内に設けられたディスク
状のインサート１２を有している。

【０００８】スプルー１０は通常のプラスチック射出成
形機２０と連接され、成形機２０のノズル１８はインサ
ート正面側の凹状表面２２と接合し、成形機２０からス
プルー１０を介してプラスチック流を流路１６及びキャ
ビティ（図示せず）に供給する。

【０００９】溶融プラスチック流は、インサート１２を
通って流れ、従来公知のトーピード２４によって迂回さ
れる。

【００１０】樹脂流路への加圧流体の導入は、インサー
ト内に形成（ドリル状のものによって）された通路２６
と２８を介してなされる。この通路２６は、オリフィス
３０を介して樹脂流路に開口しており、そのオリフィス
の大きさは、プラスチックの粘度に依存するが、射出中
比較的高い粘度の溶融樹脂の侵入を防ぐために、例えば
０．００５〜０．０４０インチ（０．１３〜１ｍｍ）の
十分小さなものである。

【００１１】成形機２０は中心部に円筒状開口部３４を
有するバレル３２を有している。スクリュー３６は、樹
脂を可塑化しノズル域に押し進める働きがある。樹脂が
完全に可塑化されると、スクリュー３６は、ノズル１８
を介して溶融プラスチックを射出するためにバレル３２
の前頭部まで油圧作動で前進する。プラスチックは、ス
クリュー３６のストロークにより設定されたプラスチッ
ク射出圧でインサート１２を通過する。この圧力は、ス
トロークが実質的に完了し、成形機２０のバレル３２か
らプラスチックが排出されることによって低下する。

【００１２】インサート１２は、スプルー本体１４の凹
部に同心的に設けられている。溶融プラスチックは、ノ
ズル１８から、流路内に２つの分岐路として設けられた
一対の腎臓形の開口を介してトーピードのまわりを通過
する。加圧流体は、通路２６とオリフィス３０を介して
プラスチック流路に注入される。

【００１３】インサート１２の温度は、電気ヒーターバ
ンドや公知の他の補助ヒート源を用いて、プラスチック
加工条件に応じて、制御される。

【００１４】図２の装置は、加圧流体（加圧ガス）をス
プルーインサート１２に供給するメカニズム３７も有し
ている。例えば、油圧流体供給部３８は、加圧オイルの
ような作動流体をアキュムレーター４２のチャンバー４
０に伝える。このアキュムレーターは、圧縮ピストン４
４によって互いに反比例的に変化する容積を有する二つ
のチャンバーに分離されている。流体供給部４６は、第
１チェックバルブ４８を介して、加圧のためのアキュム
レーター４２の第２チャンバー５０内にガスを供給する
ものである。コントロールバルブ５４はチャンバー５０
からスプルーインサート１２へのガスの移送を制御す
る。チェックバルブ５２は、コントロールバルブ５４と
連続してつながっている。

【００１５】従来の射出成形プロセスにおいて用いる加
圧流体（加圧ガス）を供給するメカニズムは、米国特許
Ｎｏ．４，８５５，０９４に詳細に記載されている。ま
た、メカニズム３７の操作に係る詳細な説明もこの特許
に記載されている。

【００１６】従来のメカニズム３７では、プラスチック
射出成形サイクルが実質的に完了（典型的には７５％）
した後にのみ、油圧ユニットが流体の再供給が可能にな
るという制限がある。また、そのような油圧ユニットは
各サイクル毎に再稼働されなければならない。従って、
多段システムに用いる場合にはこの様な油圧ユニットで
は一定の圧力がいつも得られるとは限らない。

【００１７】このような油圧ユニットの他の欠点は、同
時に複数の射出形成プロセスの操作をするだけの融通性
がないことである。従って、各々の射出成形機と金型の
組合せに、それぞれの油圧ユニットが当てられなければ
ならない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、射出
成形中に、いつでも流体を加圧できる、プラスチック製
品の射出成形方法及び装置を提供することである。

【００１９】また、本発明の他の目的は、流体を加圧す
るための流体加圧手段が各々の射出成形サイクル毎に再
加圧を必要としない、プラスチック製品射出成形方法及
び装置を提供することにある。更に、本発明の他の目的
は、比較的一定の圧力を有する流体を、射出成形中に常
に利用できる、プラスチック製品射出成形方法及び装置
を提供することにある。

【００２０】更に、本発明の他の目的は、流体加圧手段
及び蓄圧容器という最小の装備を以って複数の射出成形
システムを作動させることの出来る、プラスチック製品
の射出成形方法及び装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の本発明の
目的を達成するための、射出成形装置によるプラスチッ
ク製品を射出成形する方法を提供する。射出成形装置
は、樹脂射出ノズルと、射出口及びノズルからの溶融樹
脂を受け入れる型キャビティを有する金型を備えてい
る。本発明の成形方法は、流体を加圧する工程、予め定
められた圧力範囲内の圧レベルで蓄圧容器内に加圧ガス
を蓄える工程及び射出ノズルから射出口を介して型キャ
ビティ内に溶融プラスチックを射出する工程を有してい
る。更に、本発明の成形方法は、射出工程と同時又はそ
の後に、型キャビティに通ずるオリフィスに蓄圧容器か
ら加圧流体を注入する工程を有している。また、型キャ
ビティ内で物品が仕上がるまで、金型内の流体は加圧下
に維持され、その後、流体は金型から排出される。更
に、蓄圧容器内の圧力がその圧力範囲下限以下に低下す
るまで、上記の射出、注入、保圧及び排気工程を繰り返
し、そして、上記圧力が下限以下になると加圧工程と蓄
圧工程を繰り返す。

【００２２】更に、本発明の上記目的を達成するため
に、上記工程を実施する装置が提供される。

【００２３】好ましくは、本発明の方法は、流体注入工
程において、蓄圧容器からの流体圧を製品の成形に適切
なレベルに流体圧を減少する工程を含む。この工程は、
典型的には減圧弁のような流体減圧メカニズムによって
実施される。そのような減圧弁が複数あると、加圧及び
注入システムが複数の射出成形機及びそれらに付随する
金型を運転することができる。

【００２４】本発明の特徴や利点は、図によって詳細に
説明する以下の実施例より、容易に理解することができ
る。

【００２５】

【実施例】初めに、本発明の操作工程について説明し、
次いで、好ましい態様のシステムについて説明する。

【００２６】＜操作方法の概括的な説明＞図１は、本発
明の方法に必要とされる概括的な操作工程を示すフロー
チャートである。この方法は、型キャビティ内での製品
の成形中に加圧流体によって生成する中空部を有するプ
ラスチック製品の射出成形方法を提供するものである。
加圧流体は、ひけを最小にするような圧力を生み出し且
つプラスチック素材の使用量、成形物品の重量を減じ
る。しかしながら、この方法は、加圧流体がキャビティ
には入らないが金型に入る中実のプラスチック製品の射
出成形方法を提供することもできるものであることを理
解すべきである。この場合ガスはキャビティを樹脂で充
填し、かつ表面品質を向上させるのに十分な予め決めら
れた量及び圧を有しており、このことは“プラスチック
製品の射出成形においてガスを利用する方法”をタイト
ルとした１９８９年９月１８日出願の米国特許出願Ｎ
ｏ．４０８，９２１号に詳細に記載されている。

【００２７】工程１においては、流体は予め定められた
圧力レベルに加圧される。

【００２８】工程２においては、加圧流体は、予め定め
られた圧力範囲内のレベルで蓄圧容器内に蓄えられる。
この圧力は、必要に応じて要求される圧力に減圧され
る。

【００２９】工程３においては、溶融プラスチックが射
出成形機のノズルから流路を介して型キャビティ内に所
望の射出圧力下で射出される。その溶融プラスチック
量、即ちショット分の射出量は、中空製品が成形される
ときは、通常の場合に金型キャビティを充填する時より
も少ない。

【００３０】工程４においては、加圧流体（好ましいの
は窒素ガス）は、プラスチック射出中又は後に蓄圧容器
から型キャビティに通ずるオリフィスに注入される。好
ましくは、オリフィスは比較的粘性のある溶融プラスチ
ックの侵入を阻止するために十分に小さい。

【００３１】工程５においては、プラスチック製品が型
キャビティ内で仕上がるまで、加圧ガスは加圧下に金型
内で維持される。中空プラスチック製品の形成中に、プ
ラスチックに金型表面の細部を転写させ且つひけや他の
表面欠陥が最小限にされた優れた表面になる様に、加圧
ガスはプラスチックに作用して外方向に働く。

【００３２】工程６においては、金型を開き、最終製品
を取り出す前に金型からガスを外気に排気する。

【００３３】工程７においては、射出成形プロセスを続
けるかどうかが決定される。

【００３４】工程８において、もし、射出プロセスが続
けられる場合には、蓄圧容器内の圧力が予め定められた
範囲を下回っているかどうかを検出する。もし下回って
いる場合には、次のガスを加圧するために工程１に進
む。もし蓄圧容器内の圧力が予め定められた範囲内にあ
る場合には、次の新たな溶融プラスチックがノズルから
射出口及び金型キャビティに射出される工程３に進む。
この場合には蓄圧容器内のガス圧が次の新たな成形品を
成形するのに十分であるので、次のガスを加圧する必要
はない。

【００３５】＜装置の説明＞図３を参照すると、図２の
メカニズム３７に代えて、加圧流体又はガスを加圧し、
スプルーインサート１２に注入する、メカニズム３７’
を示している。

【００３６】圧気空気供給部５６は、空気のような作動
流体を、第１及び第２のチャンバーに分かれてなるブー
スター５８の区画室（図示せず）に導く。第１のチャン
バーは作動流体を受け、第２チャンバーでその流体を加
圧する。

【００３７】ガス供給部６０は、ガスをチェックバルブ
６２に導き、圧力レギュレータ６４によって調整され、
加圧のためのガスブースター５８の第２チャンバーに導
かれる。

【００３８】ガスブースター５８の操作は、コントロー
ラー６６によって制御される。即ち、加圧ガスを圧気供
給部に供給するために、ポンプ７０を動かすモーター６
８の操作を制御する。次いで、圧気供給部５６からの加
圧ガスは、コントローラー６６に連結された圧力スイッ
チ７１によって設定された、予め定められた圧力範囲
に、ガスブースター５８内で流体を加圧する。加圧流体
は、蓄圧容器７２に蓄えられる。流体がブースター５８
によって、圧力スイッチ７１で設定された圧力範囲に加
圧されると、ブースター５８はコントローラー６６の制
御により停止する。

【００３９】蓄圧容器７２からの流体圧は、減圧弁７４
を調整することによって射出成形プロセスに必要な適切
な圧力に減圧される。その加圧流体が射出成形に必要と
されるときは、蓄圧容器７２内に流体を予め止めている
方向制御バルブが、コントローラー６６の制御下で作動
し、図２に示すように、通路２６、２８及びインサート
１２を介して蓄圧容器７２内の流体をオリフィス３０に
注入するのに十分長く開口している。

【００４０】十分な量の流体が蓄圧容器７２から注入さ
れると、方向制御バルブ７６はその働きを止める。

【００４１】製品が型キャビティ内で仕上がるまで流体
を加圧下に維持した後に、方向制御バルブ７８を開放す
るように働かせて流体は外気に排出又は容器に排出され
る。すなわち、バルブ７８によって制御された速度で金
型から流体を排気する。その後、バルブ７８は閉じら
れ、完成品が金型から取り出される。

【００４２】別の態様では、溶融樹脂がその軟化点以下
に冷却された後に、金型と射出ノズル１８を分離するこ
とによって流体を外気に排出する。

【００４３】これらの減圧弁７４’と７４”は、減圧弁
７４が方向制御バルブ７６及び７８に接続されているの
と同じように、各々の方向制御バルブに接続されること
になる。付加する減圧弁は、圧力の異なる流体に適合す
るように異なった圧力を設定することもある。従来の油
圧ユニットでは、融通性がなく、複数の射出成形機や金
型に適合させることは困難であった。複数の減圧弁７
４’と７４”を付加することによって、ニューマチック
メカニズム３７’は複数のガスアシスト射出成形方法及
び装置を実施するのに適用できる。

【００４４】蓄圧容器７２の圧力が圧力スイッチ７１の
設定した下限を下回ると、圧力スイッチの設定圧に再び
回復するまで、ブースター５８は蓄圧容器７２を再びチ
ャージし始める。

【００４５】本発明を具体的に説明してきたが、用いら
れた専門用語は限定のための用語というより解説のため
の用語として用いられたものである。

【００４６】明らかに、上述の構成要素に基づき本発明
は多くの態様が可能である。それゆえ、請求の範囲に記
載の本発明は実施例の記載のみによって限定されるもの
ではない。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る圧気利用圧縮ユニット３
７’の利用には、多数の利点がある。例えば、ブースタ
ー５８は射出成形中にいつでも操作しえる。これは、射
出成形プロセスが実質的にそのサイクル終了（即ち７５
％）後においてのみ再操作できる、従来の油圧ユニット
と対比されるべき事項である。

【００４８】また、ユニット３７’は、典型的には、い
くつかの射出成形サイクルに対しては再チャージの必要
はない。これは、成形サイクル毎に再注入しなければな
らないユニット３７のような油圧ユニットと対比される
べき事項である。

【００４９】また、ユニット３７’は、予め定められた
圧力範囲内で比較的一定の圧力を得ることができる。こ
れは、油圧ユニット（特に油圧多段システムを有するも
の）では必ずしも得ることができないものである。しか
も、蓄圧容器７２からの流体の圧力は、減圧弁７４を調
整することによって射出成形プロセスに必要な適切な圧
力に減圧されて供給されるので、製品の変更等によっ
て、必要な流体の圧力が変わっても、この減圧弁７４の
調整で直ちに対応でき、融通性に富む。

【００５０】更に、タイマーが、プラスチックのヘジテ
ーションマークを除くためにプラスチック／ガス射出の
タイミングを調整するために用意されることもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の操作工程を示すフローチャート
である。

【図２】従来の射出成形システムの概要を示す図であ
る。

【図３】図２のメカニズムに代えて、加圧流体（ガス）
を加圧し注入する、本発明のメカニズムを示す図であ
る。

【符合の説明】

１０金型スプルー１２インサート１４スプルー本体１８ノズル２０射出成形機２４トーピード２６，２８流体通路３０オリフィス３７，３７’ 流体圧縮ユニット（メカニズム）６０ガス供給源７２蓄圧容器７４，７４’，７４” 減圧弁７６，７８方向制御バルブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂射出ノズルと射出口及びノズルからの
溶融樹脂を受ける型キャビティを有する金型とを備えた
射出成形装置によるプラスチック製品の射出成形方法で
あって、（１）流体を加圧する工程、（２）予め定めら
れた圧力範囲内の圧レベルで蓄圧容器内に加圧流体を蓄
える工程、（３）射出ノズルから射出口を介して型キャビティ内に
溶融プラスチックを射出する工程、（４）射出工程と同時又はその後に、型キャビティに通
ずるオリフィスに、蓄圧容器からの流体を製品の成形に
適切なレベルの圧力に減圧して注入する工程、（５）型キャビティ内で製品が仕上がるまで、金型内の
流体を加圧下に維持する工程、（６）金型から流体を排出する工程、（７）蓄圧容器内の圧力がその圧力範囲下限以下に低下
するまで、工程（３）〜工程（６）を繰り返す工程、及
び（８）次の成形に備えて、蓄圧容器内の圧力が、定めた
圧力範囲下限以下になると直ちに、工程（１）と工程
（２）を繰り返す工程、とを含む、プラスチック製品の射出成形方法。
【請求項２】流体がガスである請求項１に記載の射出成
形方法。
【請求項３】金型が射出口を有するスプルーを備えてお
り、加圧流体がスプルーから型キャビティに導入される
請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項４】流体排出工程が、溶融樹脂がその軟化点以
下に冷却された後に、金型と射出ノズルを切り離す工程
を含む請求項１に記載の射出成形方法。
【請求項５】流体が、流体を導入したときと同じオリフ
ィスを介して成形物品から排出される請求項１又は４に
記載の射出成形方法。
【請求項６】プラスチック製品を射出成形するための射
出成形装置であって、（１）ノズルを介して溶融樹脂を射出するための射出ノ
ズルを有する射出成形機、（２）樹脂射出口及びノズルから溶融樹脂を受ける型キ
ャビティを有する金型、（３）流体を加圧する手段、（４）予め定められた圧力範囲内の圧力レベルで、加圧
流体を蓄える蓄圧容器、（５）プラスチックの射出と同時又は後に、流体を金型
に導くために、型キャビティに通ずるオリフィスと蓄圧
容器を連結させる流体系路、（６）蓄圧容器からオリフィスへ供給する流体の圧力
を、金型内で製品を成形するに適切なレベルに減圧する
ために、蓄圧容器に接続された流体減圧手段、及び（７）蓄圧容器内の圧力が圧力範囲下限以下になると、
直ちに流体を加圧するために流体加圧手段を作動させ、
該蓄圧容器内の流体圧が次の製品の成形に備えて、定め
た圧力範囲内になるように流体を蓄える様になした制御
手段、を有する射出成形装置。
【請求項７】流体系路が、更に、製品が型キャビティ内
で仕上がるまで、金型内に流体を加圧下に維持させる手
段を有する請求項６に記載の装置。
【請求項８】流体系路が、更に、流体を外部へ排出する
ための流体排出手段を有する請求項７に記載の装置。
【請求項９】流体加圧手段が、流体を受け入れる流体ブ
ースターである請求項６に記載の装置。
【請求項１０】流体ブースターが、流体を加圧するため
に作動ガスを受け入れる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】制御手段が、制御されたシーケンスで流
体ブースター内の圧力を調節する請求項１０に記載の装
置。
【請求項１２】少なくとも流体系路の一部が、金型内に
含まれている請求項６に記載の装置。
【請求項１３】金型が射出口を備えたスプルーを有し、
流体系路がスプルー内に含まれている請求項１２に記載
の装置。
【請求項１４】スプルーがオリフィスを備えたインサー
トを有し、射出ノズルがインサートと連接し、加圧流体
がブッシュ中のオリフィスに注入される請求項１３に記
載の装置。
【請求項１５】オリフィスが、実質的に溶融プラスチッ
クの侵入に抵抗できるほどに十分小さい請求項１４に記
載の装置。
【請求項１６】プラスチック製品を射出成形するための
射出成形装置であって、（１）ノズルを介して溶融樹脂を射出するための射出ノ
ズルを各々有する複数の射出成形機、（２）樹脂射出口及びノズルから溶融樹脂を受ける型キ
ャビティを各々有する複数の金型、（３）流体を加圧する手段、（４）予め定められた圧力範囲内の圧力レベルで、加圧
流体を蓄える蓄圧容器、（５）プラスチックの射出と同時又は後に、流体をそれ
ぞれの金型に注入するために、それぞれの型キャビティ
に通ずる複数のオリフィスと蓄圧容器を相互に連結させ
る流体系路、（６）蓄圧容器からオリフィスへ供給する流体の圧力
を、それぞれの金型内で製品を成形するに適切なレベル
に減圧するために、蓄圧容器に接続された複数の流体減
圧手段、及び（７）蓄圧容器内の圧力が圧力範囲下限以下になると、
直ちに流体を加圧するために流体加圧手段を作動させ、
該蓄圧容器内の流体圧が次の製品の成形に備えて、定め
た圧力範囲内になるように流体を蓄える様になした制御
手段、を有する射出成形装置。