JP3174962B2 - プラスチック成形において表面性向上のためのガス利用方法 - Google Patents
プラスチック成形において表面性向上のためのガス利用方法Info
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Classifications
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- Y10S425/812—Venting
Description
方法に関し、特に射出成形プロセスを補助する加圧ガス
の利用方法に関する。
6日付で出願された特願平3−199862号に関連す
るものである。
補助する加圧ガスの利用は、USPNo.4,101,
617(1978年7月18日登録)に開示されたフリ
ードリッヒの発明によって、最初に実用化された。この
フリードリッヒによる特許は、一度の成形操作によって
中空の成形品を射出成形する問題に取り組み、溶融プラ
スチック樹脂の金型キャビティ内への射出と共に又はそ
の直後に圧縮ガスを導入する実用的な方法を教示してい
る。更に、この特許は、成形品中のガス圧の減圧又は除
去の問題をノズルの金型からの分離によって解決してい
る。フリードリッヒの初期の研究は、透明なプラスチッ
ク建築レンガなどのような実用的な物品の射出成形に向
けられていた。最近では、特許されたフリードリッヒに
よるプロセスが、さまざまな形状及び大きさの中空プラ
スチック製品の射出成形に利用されるようになってき
た。
成形プロセスを補助する加圧ガスの利用は、今日享受で
きると知られている機能的特性の全てが認識されていた
わけではなかった。とりわけ初期のころは、プラスチッ
ク工業においては、軽くて好ましい表面仕上げを有する
(即ち、慣用のプラスチック射出成形に伴うヒケを防
ぐ)かなり厚みのある物品を射出成形する特殊なプロセ
スとして、ストラクチュラルフォームの利用がより大き
な注目を浴びた。しかしながら、熱可塑性物質のストラ
クチュラルフォーム成形の潜在的な応用範囲は、そのプ
ロセスの持つ固有の特性のために制限された。そのよう
な固有の特性とは、金型内でプラスチックを冷却するの
にかなり長いサイクル時間が必要とされること(フォー
ムセルは熱移動を妨げる働きをする)、溶融樹脂がキャ
ビティの冷えた表面に接触することに起因する表面仕上
げの問題(スプレーマーク、ふくれ及びスウォームマー
ク)である。
れてきた製品の品質や生産性を達成するために、慣用の
プラスチック射出成形を補助するガスの利用に関心が向
けられるようになった。表面の品質、型締め力、速いサ
イクル時間、軽量化、材料節減、及び部分ひずみ又はそ
りの低減等が慣用のプラスチック射出成形プロセスに対
して適切にガスを利用することで全て実現可能である。
1989年3月2日付のSAEの会合で発表された、ケ
ン・シー・ラッシュ博士による“Gas−Assist
ed Injection Molding…The
New Thermoplastic Molding
Technology For Exterior
Body Panels”をタイトルとした論文では、
プラスチック射出成形に係るガスの利用に関連した変遷
を詳細に論述している。また、1990年4月1日から
3日の構造用プラスチック・コンファレンスにて発表さ
れた、ヘルムト・エックアルト氏による“The Ai
r Mold Process A Gas−Assi
sted Injection MoldingPro
cess”をタイトルとした論文では、最新の情報を提
供している。
に肉厚の成形品(即ち、割合に厚みのある断面を有す
る)である自動車ハンドルのプラスチック射出成形を実
現せんとする本発明者の研究課題であった。そのような
ハンドルの作製では、所定の成形品からその実質的な容
積分のプラスチックを排除する(つまり、これにより中
空部分を形成する)ことが要求され、射出圧は割合に低
い。
ルを実現するにあたって、本発明者はいくつかの実用上
の問題に直面した。例えば、ドアハンドルの外部表面
は、“クラスA”の品質を満足しなければならない。ヘ
ジテーションマークや他の欠陥による表面劣化は商品規
格上受けいれられるものではない。典型的には中空プラ
スチック成形品を形成するために、成形品の形成に必要
な全て(又は実質的に全て)のプラスチックが製品成形
用金型キャビティ内に射出される、しかし後にガスを金
型に注入するときにおいて一般的にヘジテーションマー
クが形成される。このヘジテーションマークは、プラス
チック流が停止し、そして再びキャビティ内で流れ始め
た所で形成される。
チがバクシーによるUSP No.4,935,191
で論じられており、この特許によれば、溶融プラスチッ
クがガスの導入される位置を通過した後直ちにガスは溶
融プラスチック内に導入される。そのような同時射出
は、ヘンドリーらによる英国特許第2158002Bに
おいても論じられている。
ック内で所望のガスバブルを生み出すよりもむしろプラ
スチックの外側に流出しないように、加圧ガスを制御す
るのは不可能ではないとしても困難であることである。
その理由は、溶融プラスチックの射出圧が射出中に変動
することにある。また、金型にゲートを設けたとき、プ
ラスチックの圧力は、ゲートの反対側のキャビティより
もゲートの前の方が実質的に高い。
型のキャビティ内に射出された後にのみ、追加のプラス
チックの射出と共に金型に加圧ガスを同時に注入するこ
とによって、中空プラスチック製品の表面品質を向上さ
せることにある。この出願において、加圧ガスは、初め
に最初のプラスチック流を停止から防ぎ、それから追加
の樹脂の射出工程終了後にキャビティ内に溶融プラスチ
ック樹脂のトータル量を分配する。この方法は、プラス
チック製品の外部表面上の欠陥を防ぐ。
の目的を達成するのに、射出成形システムにおいてプラ
スチック製品の表面品質を向上させるために、中空プラ
スチック製品の成形にガスを用いる方法が提供される。
射出成形システムはキャビティを有する金型を含む。本
発明の方法は、溶融プラスチック樹脂がキャビティに流
れるために、プラスチック製品の作製に十分な溶融プラ
スチック樹脂のトータル量よりも少ない、最初の溶融プ
ラスチック樹脂をキャビティに射出する工程を含んでい
る。本発明の方法は、また、キャビティに最初の溶融プ
ラスチックを射出した後、金型に加圧ガスを注入する工
程を含んでいる。ここで、この加圧ガスは、キャビティ
中の最初の溶融プラスチックに入り樹脂外に出ず、且
つ、キャビティ中の最初の溶融プラスチック流の停止を
防ぐのに十分な圧及び量を有している。
プラスチック樹脂がキャビティに射出され続け、最初の
溶融プラスチック樹脂と共に、プラスチック製品の作製
に十分なトータル量を与える。更に、本発明の方法は、
追加の溶融プラスチック射出終了後に、キャビティ内の
溶融プラスチックを広げるために加圧ガスの注入を続け
る工程を含んでいる。本発明の方法は、プラスチック製
品の外部表面上の欠陥を防止するものである。最後に、
本発明の方法は、キャビティ内で製品が仕上がるまで金
型内のガスを加圧下に維持する工程、製品内のガスを排
出する工程、及び金型から製品を取り出す工程を含んで
いる。
量に対する最初の溶融プラスチック樹脂量の比率は0.
2〜0.7であり、好ましくは約0.5である。
施例により詳細に説明する。
程を示すフロー図である。図2〜図5は、符号10で示
される射出成形システムの概略を示しており、このシス
テムはかなり大きく厚みのある断面を有するプラスチッ
ク成形品を作るもので、自動車ハンドルを作製するとき
のように、その実質的な容積分のプラスチックは製品か
ら排除され、射出圧は割合に低い。
方法の工程に図2〜図5に示す成形品構造を対応させて
説明する。既に前述したように、ガス援用射出成形の一
般的な原理は、フリードリッヒの基本特許である米国特
許No.4,101,617(登録日:1978年7月
18日)に開示されている。本発明はフリードリッヒ特
許に基づいて改良を行ったもので、金型内への溶融プラ
スチックと加圧ガスの導入を調整し、その後中空成形品
内のガスの排出を行い、再現性よく商業ベースで優れた
表面品質の中空成形品を生産するための方法に関するも
のである。
ラスチック樹脂が、システム10において符号16で示
される金型の射出開口部14に射出される。金型16
は、典型的にはパーティングライン22に沿って分離し
ている金型部分18と20を有している。
部14は、金型16のキャビティ26への加圧ガスの導
入を補助するデバイス24によって形成される。このよ
うなデバイスは、本発明者によるUSP No.4,9
43,407に詳細に記載されている。この特許に記載
されているように、デバイス24はシステム10におい
てキャビティ26の前に位置していれば良い(典型的に
は金型ランナーシステム内、ただし、システム10のノ
ズル上にあっても良い。)。
6を部分的に満たすのに十分な圧で射出される。この最
初のプラスチック樹脂の量は、プラスチック製品の形状
や断面及びガス圧に依存するが、プラスチック製品を作
るのに必要なトータル量の20%〜70%の範囲内であ
り、好ましくは約50%である。
の十分な流動性を確保するために樹脂組成物の加工温度
の範囲内である。しかしながら、プラスチック射出温度
は、樹脂組成物の分解又は燃焼、及びフィラー材料の分
離による不均一化を含めて材料の劣化を生じるほど大き
くすべきではない。
よる上記特許に示すように、デバイス24は金型16の
スプルー開口部に取付けるようになっており、かつ、符
号30で示される射出成形機のノズルのチップエンド2
8を受け止めるようになっている。射出成形機30は、
また射出スクリューラム32を有しており、このラムは
プラスチック樹脂を溶融状態に溶解するよう慣用の方式
にて操作し、成形機30のノズルを介して溶融プラスチ
ック樹脂を射出する。射出成形機30のノズルは、ノズ
ル遮断弁を有するものとしては描かれてはいない。しか
しながら、そのような遮断弁は、本発明の種々の態様に
好ましく用いられるものである。
ビティ26との間に伸びる樹脂流路をひとまとめに形成
する、デバイス24、スプルー、金型16のランナー及
びゲート33を介して、溶融プラスチック樹脂が流れ
る。
な加圧ガスの源(図示せず)と連結している弁36を開
放した後、加圧ガスは金型16に注入される。ガスの注
入は、上述した特願平3−199862号に記載したシ
ステムによって行うことが好ましい。
中に実質的に一定の速度で動くラムと同調させる。ラム
32が最初のプラスチックがキャビティ26内に入るの
に対応する位置にきたとき、弁36は、リミットスイッ
チの制御の下で開放をコントロールすることができる。
に入いるのに十分な圧及び量を有しており、そして、更
に図4に示すように、キャビティ26中の最初の溶融プ
ラスチック樹脂に入り樹脂外に出ないのに十分な圧及び
量を有している。加圧ガスは、最初の溶融プラスチック
樹脂流がキャビティ26で停止するのを防ぐ。あるい
は、窒素ガスは、直接、キャビティ26内の最初のプラ
スチック樹脂に、キャビティ26に伸びるピン(図示せ
ず)によって注入され、ピンは、加圧ガスが注入される
とき、最初の溶融プラスチック樹脂によって覆われるこ
とになる。
同時に、追加の溶融プラスチック樹脂が型キャビティ2
6に射出される。ラム32は実質的に一定速度で動くの
で、追加のプラスチック樹脂は最初のプラスチック樹脂
に続いて連続的に流れる。
わせた量が、プラスチック製品の作製に十分な溶融プラ
スチック樹脂のトータル量を規定する。プラスチック製
品の作製に必要な全ての樹脂は、図4に示すように、加
圧ガスと共にキャビティ26内に存在している。
ャビティ26内で溶融プラスチック樹脂を広げるため
に、キャビティ26内に加圧ガスの注入を続ける。この
溶融プラスチック樹脂の最終の拡大は、追加の溶融プラ
スチック材料を射出する工程36が終了した後に起こ
る。
ック樹脂の同時射出は、型キャビティ内のプラスチック
樹脂の流れをその停止から防ぎ、そしてその結果、プラ
スチック製品の外部表面は、表面仕上げに関する自動車
会社基準のクラスAを満たすために欠陥を回避すること
ができる。工程34に先立つ、キャビティ26内の最初
のプラスチックの存在は破裂(即ち、ガスがキャビティ
26の表面に向ってプラスチックの外側に出る。)を防
ぐ。
キャビティ26内で固化している間、加圧ガスは製品内
に維持される。プラスチック固化中の製品内の加圧ガス
は、その表面品質を向上するためにキャビティの壁にプ
ラスチックをしっかり接触させ、押し付ける。このガス
圧は、冷却中の収縮というプラスチックの一般的な傾向
を押し止め、最終製品の表面における欠陥を除去する。
排出することによって減圧され、最終製品が金型16か
ら取り出される。好ましくは、ガスが金型に入ってくる
のと同じデバイス24の通路を介してガスを排出するた
めに、バルブ42を開放して排出する。排気は、弁42
に連続したニードル弁44の設置によって、ゆっくりな
される。
切断又は同様の機械的操作をスプルーやランナーに適用
するなど、種々の方法で行うことができる。
で、成形品全体が金型16から取り出される。ランナー
とスプルーの付属品は、通常の操作に沿って最終製品か
ら分離することができる。
れた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。
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。
いる。例えば、本発明の方法は、プラスチックの射出が
始まった後、キャビティ内での溶融プラスチック樹脂の
移動を保ちつづける。これは、成形機に貯められた全て
の溶融プラスチックがスクリューラムから金型に射出さ
れる前にガス流をスタートさせることによってなされ
る。これにより、製品の外部表面上に形成されることが
あったヘジテーションマークを消すことができる。その
ようなマークは、プラスチック流が止まり再び動く所に
現われる。上述したように、そのようなマークの現われ
た部分は、クラスAの表面仕上げを有していないので、
商品として受け入れられるものではない。
面を持つ成形品を得るのに有効で、その実質的な容積分
のプラスチックは製品から排除されて、中空部分に置き
換えられ、射出圧は割合に低い(1000psi〜50
00psi)。
ロセスフローチャートである。
ックが蓄積された、金型を有するプラスチック射出成形
システムの概略断面図である。
プラスチック樹脂量の約50%が金型のキャビティに射
出され、一部の加圧ガスが金型内に入っている(但し、
キャビティ内には入っていない)、図2に記載の射出成
形システムの概略断面図である。
タル量が、一部の加圧ガスと共にキャビティ内に存在す
る、図2に記載の射出成形システムの概略断面図であ
る。
プラスチック樹脂のトータル量を分配した、型キャビテ
ィ内の中空プラスチック製品を示した、図2に記載の射
出成形システムの概略断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】製品成形用キャビティを有する金型を備え
た射出成形システムによって、表面品質を向上させた中
空プラスチック製品を形成するのにガスを用いる方法で
あって、 (1)プラスチック製品の作製に十分な溶融プラスチッ
ク樹脂のトータル量よりも少ない最初の溶融プラスチッ
ク樹脂をキャビティに射出して、最初の溶融プラスチッ
ク樹脂をキャビティに流す、最初の樹脂の射出工程、 (2)最初のプラスチック樹脂のキャビティへの射出工
程の後に、加圧ガスを金型に注入する工程であって、該
加圧ガスが、キャビティ内の最初の溶融プラスチック樹
脂に入り樹脂外に出ず、かつ、キャビティ内の最初の溶
融プラスチック流を停止から防ぐのに十分な圧及び量を
有するものである、加圧ガスの注入工程、 (3)加圧ガスの注入工程と同時にキャビティに追加の
溶融プラスチック樹脂の射出を続ける工程であって、最
初及び追加の溶融プラスチック樹脂が、プラスチック製
品の作製に十分なトータル量を与えるものである、追加
の樹脂の射出工程、 (4)追加の溶融プラスチック樹脂の射出工程終了後
に、キャビティ内のトータル量の溶融プラスチック樹脂
を広げるために加圧ガスの金型への注入を続けること
で、プラスチック製品の外部表面上の欠陥を防ぐ、加圧
ガスの注入工程、 (5) キャビティ内で製品が仕上がるまで、金型内の
ガスを加圧下に維持する工程、 (6)製品内のガスを排出する工程、 (7)金型から製品を取り出す工程とを含み、溶融プラ
スチック樹脂のトータル量に対する最初の溶融プラスチ
ック樹脂量の比率は、0.2〜0.7である、中空プラ
スチック製品の成形におけるガス利用方法。 - 【請求項2】溶融プラスチック樹脂のトータル量に対す
る最初の溶融プラスチック樹脂量の比率が約0.5であ
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】加圧ガスの圧力が、1000psi〜50
00psiの範囲である請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】金型は射出開口部を有し、最初の溶融プラ
スチックが、射出開口部を介し、射出開口部からキャビ
ティに隣接するゲートに伸びる樹脂流路に沿って、更に
ゲートを介して、キャビティに流れる請求項1に記載の
方法。 - 【請求項5】ガスの排出工程は、制御された速度でなさ
れる請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】ガスの排出工程は、金型内の樹脂流路を少
なくとも部分的に規定するデバイスを介して伸びるガス
通路を介してなされる請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】追加の溶融プラスチック樹脂は、樹脂流路
に沿って射出開口部を介して射出される請求項4に記載
の方法。 - 【請求項8】製品成形用キャビティを有する金型を備え
た射出成形システムによって、表面品質を向上させた中
空プラスチック製品を形成するのにガスを用いる方法で
あって、 (1)プラスチック製品の作製に十分な溶融プラスチッ
ク樹脂のトータル量よりも少ない最初の溶融プラスチッ
ク樹脂をキャビティに射出して、最初の溶融プラスチッ
ク樹脂をキャビティに流す、最初の樹脂の射出工程、 (2)最初のプラスチック樹脂のキャビティへの射出工
程の後に、加圧ガスを金型に注入する工程であって、該
加圧ガスが、キャビティ内の最初の溶融プラスチック樹
脂に入り樹脂外に出ず、かつ、キャビティ内の最初の溶
融プラスチック流を停止から防ぐのに十分な圧及び量を
有するものである、加圧ガスの注入工程、 (3)加圧ガスの注入工程と同時にキャビティに追加の
溶融プラスチック樹脂の射出を続ける工程であって、最
初及び追加の溶融プラスチック樹脂が、プラスチック製
品の作製に十分なトータル量を与えるものである、追加
の樹脂の射出工程、 (4)追加の溶融プラスチック樹脂の射出工程終了後
に、キャビティ内のトータル量の溶融プラスチック樹脂
を広げるために加圧ガスを金型に注入を続けることで、
プラスチック製品の外部表面上の欠陥を防ぐ、加圧ガス
の注入工程、 (5) キャビティ内で製品が仕上がるまで、金型内の
ガスを加圧下に維持する工程、 (6)製品内のガスを排出する工程、 (7)金型から製品を取り出す工程とを含み、溶融プラ
スチック樹脂のトータル量に対する最初の溶融プラスチ
ック樹脂量の比率は0.2〜0.7であり、加圧ガスの
圧力は約1000psi〜5000psiの範囲であ
る、中空プラスチック製品の成形におけるガス利用方
法。
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