JP3565048B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリブやボス等の部分的に厚肉部を有する形状の成形品に発生するヒケと呼ばれる表面欠陥をなくするための射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形において、製品形状にリブやボス等の部分的に厚肉部がある場合には、厚肉部は他の部分に比べて冷却・固化が遅れるので、この厚肉部の表面にはヒケと呼ばれる表面欠陥が発生していた。図２（Ａ）に示した高温部が固化して体積収縮するため、図２（Ｂ）のように反リブ側表面にヒケが発生する。
【０００３】
これを無くすため保圧工程において溶融樹脂の冷却・固化に伴う体積収縮分を補うための補償充填を行っているが、ゲート部の樹脂が流動性を失った後（ゲートシール完了後）では保圧の効果はなく、ヒケを完全に無くすことは実際上不可能であった。特に、ポリプロピレン樹脂のような結晶性樹脂では体積収縮が大きく、ヒケの発生は避けられなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このヒケを目立たなくするため、製品設計上や成形条件面より種々の工夫がなされていたが満足できる状態ではなかった。特に、体積収縮が大きいポリプロピレン樹脂のような結晶性樹脂についてはヒケが大きくなるので、製品設計上から大きな制約となるとともに成形条件出しにも手間がかかっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明においては、金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填（１次射出）し賦形完了後、該溶融樹脂が流動可能な時間内で、一旦該金型を僅かに開く途中かまたは該金型の型開後に溶融樹脂を更に射出（２次射出）し、その後再度該金型を閉じて賦形した後、再び該金型を僅かに開いて成形品表面と金型キャビティ面との間に隙間を設けて一定時間保持し、更に該表面側溶融樹脂が流動可能な時間内で再度該金型を閉じることとした。
【０００６】
【作用】
リブやボス等の部分的に厚肉部がある製品形状であっても、製品の表面側（反リブ・ボス側）に断熱層としての隙間を設けることにより反表面側（リブ・ボス側）からのみ冷却・固化が進行する。このため、射出された樹脂は製品の表面側では反表面側に比べて冷却・固化が大幅に遅れるので、未だ溶融状態にあり流動可能である。製品表面側が未だ溶融状態にある時間内で、且つ、射出開始から一定時間経過後に再型締を行うことにより、樹脂を流動させてヒケを防止することが可能である。
【０００７】
リブ・ボス部を含む厚肉部の反表面側（リブ・ボス側）は金型に密着しているので、冷却速度が速くこの部分での冷却・固化は、製品の表面側に比べて大幅に先行している。従って、表面側が溶融状態であっても反表面側の冷却・固化は略完了している。表面側の溶融状態にある高温部の樹脂は図２（Ｃ）に示すように表面に薄いスキン層を形成した状態で、略一様な厚みになっている。このスキン層の内側に高温の溶融樹脂があり、この溶融樹脂を加圧することにより流動させることができる。リブ側（反表面側）は冷却・固化しており、体積収縮は略完了している。即ち、溶融状態にある樹脂はスキン層の内側に均一な厚みで存在していることになる。
【０００８】
この状態で、再型締動作を行うと反表面側の固化した樹脂が断熱層として作用するため、表面側の溶融樹脂の冷却・固化は主として製品の表面側から進行する。このため、リブのある部分の樹脂も他の部分と同様に略均一に冷却が進行することになる。このようにして、体積収縮が大きな結晶性樹脂で部分的に厚肉部が存在する形状の成形品に対してもヒケの発生を防止することができる。
【０００９】
しかしながら、型開後２次射出を行った状態ではゲート近傍の成形品の肉厚が厚くなっており、型開量が小さい場合では２次射出により生じた厚肉部の表面が金型キャビティ面に接触することがある。溶融樹脂が金型表面に接触すると、金型の冷却能力が大きいので溶融樹脂が急速に冷却されて、再型締を行っても樹脂を流動させることができない。このような状態を回避するために、本発明においては２次射出後型締力を負荷して再度金型を閉じて賦形した後に、再び金型を開いて成形品表面と金型キャビティ面との間に断熱層としての隙間を設けるようにした。こうすることにより、反表面側（反断熱層側）の冷却・固化を促進するとともに、表面側（断熱層側）の冷却・固化を遅らせることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施例の詳細について説明する。図１〜図４は本発明の実施例に係り、図１は本発明に係る射出成形装置の全体構成図、図２は厚肉部のヒケの発生と防止対策を図解するための説明図、図３は本発明に係る射出成形方法のフローチャート図、図４は本発明の効果の確認実験に使用した成形品の平面図および縦断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明による射出成形装置１００は射出装置２００、型締装置３００、金型装置４００、制御装置５００とで構成されている。
【００１２】
金型装置４００は、固定盤４０１に取り付けられた固定金型４０３と可動盤４０２に取り付けられた可動金型４０４とからなり、可動盤４０２および可動金型４０４は型締装置の型締シリンダ３０１で前後進できるように構成されている。型締装置３００は、金型装置の金型の型開、型閉を作動する型締シリンダ３０１を備えており、可動金型が固定金型に対して図示しないタイバーに案内されて前後進する。
【００１３】
射出装置２００は、射出ユニット２０１と射出シリンダー２０２および油圧モータ２０３とで構成されている。
一方、制御装置５００は、図１に示すように、成形装置制御部５０１、成形材料樹脂の可塑化と溶融樹脂の金型キャビティ内への射出を制御する射出制御部５１０、金型の開閉や型締力を制御する型締制御部５２０と型開タイミングを制御する比較制御部５３０等から構成されている。
【００１４】
比較制御部５３０は切替タイミング条件設定部５３４、タイマ５３３、温度モニタ部５３２および型締制御部５２０と接続されている。また、型締制御部５２０は成形装置制御部５０１、型締位置モニタ部５２２、型締条件設定部５２１、比較制御部５３０等に接続されている。
なお、本実施例では、直圧式の型締装置を有する射出成形機を用いたが、トグル式型締装置の射出成形機や、あるいは竪型の射出成形機または電動式の型締装置を有する射出成形機を使用してもよい。
【００１５】
次に、本発明の射出成形方法の概要と運転方法について図３のフローチャートに基づいて説明する。
成形材料として冷却・固化に伴う体積収縮の大きなＰＰ（ポリプロピレン）樹脂を使用した成形方法を例にとって詳細に説明する。
成形品としては、図３に示すような形状の直径３４０ｍｍのリブ付・窓付の円板であり、円板部の厚みは２．５ｍｍであり、リブ部の厚みは２ｍｍである。ゲート形状は直径が２ｍｍのピンポイントゲートである。
【００１６】
射出成形機としては型締力３５０トンのマシンを使用した。型締装置３００により所定の型締力で型締された金型キャビティ内に、射出装置２００により溶融状態のＰＰ樹脂を予め設定した量を１次射出するとともにタイマー５３３（ｔ１）を起動する。射出充填完了後ｔａ秒経過した時点で、成形品表面と金型キャビティ面との隙間が所定の値となるように型締装置３００により可動金型４０４を後退させる。１次射出完了後は保圧状態に入るが、この保圧状態では２次射出が１次射出完了時より継続して行なわれている（詳細は後述する）。タイマー５３３（ｔ１）がｔｂ秒経過した時点で保圧（２次射出）を終了する。
【００１７】
次に、。タイマー５３３（ｔ１）がｔｃ秒経過した時点で型締装置３００により可動金型４０４を前進させて所定の型締力で再型締を行い、２次射出により生じた厚肉部を修正・賦形する。この状態をタイマー５３３（ｔ１）がｔｄ秒に達するまで保持し、ｔｄ秒経過後に、成形品表面と金型キャビティ面との間に断熱層としての隙間を設ける。この状態でタイマー５３３（ｔ１）がｔｅ秒に達するまで保持し、ｔｅ秒経過後に再度所定の型締力で型締を行う。その後、タイマー５３３（ｔ１）がｔｆ秒に達した時点で型開きの上、成形品６００を取出して１成形サイクルを完了して次サイクルに備える。
【００１８】
なお、１次射出と２次射出の区別は以下の通りである。即ち、金型を開くために型締力を除去する動作を開始する迄にキャビティ内に溶融樹脂を射出する動作を１次射出とし、金型を開くために型締力を除去する動作を開始した後に射出する動作を２次射出とした。
従って、１次射出と２次射出をそれぞれ別個（不連続的）に行ってもよいし、１次射出の後に連続して行う保圧操作（工程）で２次射出を行ってもよい。
【００１９】
次に、本発明による射出成形方法と従来より実施されている射出成形方法との比較を行うために確認実験を行った。その結果を表１に示す。
なお、ヒケの測定は図３に示すように中心部にあるピンポイントゲートから１５０ｍｍ離れたリブの位置で行なった。
【表１】

注記：
（１）成形材料はＰＰ樹脂である。
（２） タイマー設定値は以下の通りである。
ｔａ：３秒、 ｔｂ：８秒、 ｔｃ：１３秒、 ｔｄ：１９秒 ｔｅ：３０秒、
ｔｆ：７０秒
（３）型開量は２回とも０．３ｍｍである。
（４）射出圧力は設定値を樹脂圧換算値１４００ｋｇｆ／ｃｍ２としたが、実際の射出圧力は相当小さかった。
（５）ヒケの測定位置はゲート中心より１５０ｍｍのリブの表面側中央である。
【００２０】
表１より明らかなように、本発明による射出成形方法では厚肉部表面側のヒケの程度は従来の成形方法に比べて大幅に少なくなっている。このように本発明の射出成形方法はヒケ対策としては画期的なものである。
【００２１】
本発明で懸念されることは成形品の表面状態（金型の転写性）と賦形性であるが、これらは従来の射出成形方法と何ら変ることなく良好な状態であったことを付言しておく。
【００２２】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは言うまでもない。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による射出成形方法によれば、部分的に厚肉部を有する成形品であっても、従来の射出成形方法では避けることができなかった厚肉部に発生するヒケをなくすことが可能となった。本発明により、部分的に厚肉部を有する成形品を効率的に、且つ、高品質に設計・生産することができる。即ち、非晶性樹脂は勿論のこと、体積収縮の大きいポリプロピレン樹脂のような結晶性樹脂に対しても、製品設計上からの制約もなく成形条件出しも容易となり効率的な生産が可能となる。
また、結晶性樹脂を対象にした場合は最初の射出充填時に充填する樹脂量が少ないことおよび冷却・固化に伴う体積収縮を補うための再射出を型開状態で行なうことにより必要型締力を大幅に小さくでき、型締装置のコンパクト化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形装置の全体構成図である。
【図２】厚肉部のヒケの発生と防止対策を図解するための説明図である。
【図３】本発明に係る射出成形方法のフローチャート図である。
【図４】本発明の効果の確認実験に使用した成形品の平面図および縦断面図である。
【符号の説明】
１００ 射出成形装置
２００ 射出装置
２０１ 射出ユニット
２０２ 射出シリンダ
２０３ 油圧モータ
３００ 型締装置
３０１ 型締シリンダ
４００ 金型装置
４０１ 固定盤
４０２ 可動盤
４０３ 固定金型
４０４ 可動金型
５００ 制御装置
５０１ 成形装置制御部
５１０ 射出制御部
５２０ 型締制御部
５２１ 型締条件設定部
５２２ 型締位置モニタ部
５２３ 位置検出センサ
５３０ 比較制御部
５３１ 温度センサ
５３２ 温度モニタ部
５３３ タイマ
５３４ 切替タイミング条件設定部
６００ 成形品

Claims (1)

1. 金型キャビティ内に溶融樹脂を射出充填（１次射出）し賦形完了後、該溶融樹脂が流動可能な時間内で、一旦該金型を僅かに開く途中かまたは該金型の型開後に溶融樹脂を更に射出（２次射出）し、その後再度該金型を閉じて賦形した後、再び該金型を僅かに開いて成形品表面と金型キャビティ面との間に隙間を設けて一定時間保持し、更に該表面側溶融樹脂が流動可能な時間内で再度該金型を閉じることを特徴とする射出成形方法。

Images