JP3711340B2 - 射出成形品の内部に第２成形部を同時に一体成形する方法及びこの成形方法に用いられる金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂を材料とする成形品の内部に、別の熱可塑性樹脂を材料とする第２成形部を同一の金型キャビティ内において貫通するように同時に一体成形する方法及びこの金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形品において、スキン層とコア層を異なる成形材料で成形する場合には、２台の射出ユニットを有する成形機を使用してそれぞれからスキン層用又はコア層用として同一のゲートからキャビティ内に成形材料を射出する成形方法がとられている。
この方法は、スキン層用成形材料を所定量キャビティに充填した後でコア層用成形材料を射出することにより、スキン層を表皮側に、コア層を中心側に組み合わせた成形品を得る方法である。
【０００３】
しかし、この方法においては、成形品形状の複雑化に伴ってコア層用の成形材料の充填分布が不均一となりやすく、コア層用成形材料の充填率も低下する傾向があり、単純形状の成形品への適用が主流である。
また、スキン層用成形材料とコア層用成形材料の充填ゲートが同一であることから、成形品におけるコア層の形状には制約が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの点に鑑みて提案されるものであって、その第１の目的は、成形品の内部に異種材料の成形部を同一の金型キャビティ内において同時に一体成形する方法とこの金型を提供することである。更に、本発明の第２の目的は、成形品の内部に成形する成形部の形状は可成り複雑なものであっても成形可能な成形方法とこの金型を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、射出成形方法において、金型キャビティの一端に設けた第１ゲートから、該金型キャビティ内に第１成形材料を充填すると共に、この第１成形材料のコア層が溶融状態の間に、前記金型キャビティにおいて、前記第１ゲートとは異なる位置に設けた第２ゲートから前記コア層内に第１成形材料とは異なる第２成形材料を充填して、この充填圧で、コア層内から第１成形材料を前記第１ゲートを経由してキャビティの外に押し出すことにより、コア層内を貫通するように第２成形材料に置換して、第１成形材料で成形された成形品のコア層内に、第２成形材料を用いて貫通した第２成形部を同時に一体成形することを特徴とするものである。
【０００６】
更に、請求項２に記載の発明においては、射出成形方法において、金型キャビティの一端に設けた複数の第１ゲートの少なくともひとつ以上のゲートから、該金型キャビティ内に第１成形材料を充填すると共に、この第１成形材料のコア層が溶融状態の間に、前記金型キャビティにおいて、前記第１ゲートとは異なる位置に設けた複数の第２ゲートの少なくとも１つ以上のゲートから前記コア層内に第１成形材料とは異なる第２成形材料を充填して、この充填圧で、コア層内から第１成形材料を前記第１ゲートの開いているところからキャビティ外に押し出すことにより、コア層内を貫通するように第２成形材料に置換して、第１成形材料で成形された成形品のコア層内に第２成形材料で所望する形状の第２成形部を同時に一体成形することを特徴とするものである。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明においては、射出成形品の内部に第２成形部を同時に一体成形するための射出成形用金型において、金型キャビティの一端に、該キャビティ内に第１溶融成形材料を充填および排出するための第１ゲートを複数配置すると共に、これらの第１ゲート又は第１ゲートに続くランナー部に第１流路開閉機構を設けたこと、前記金型キャビティにおいて、第１ゲートとは異なる位置に、第２成形材料を充填するための第２ゲートを複数設けると共に、これら第２ゲート又は第２ゲートに続くランナー部に第２流路開閉機構を設けたこと、前記第１及び第２流路開閉機構を制御してひとつ以上の第１ゲートからキャビティ内に溶融した第１成形材料を充填した後、この第１ゲートとは別の第２ゲートから、第１成形材料が溶融状態の間に、第２成形材料を充填して、コア層内の第１成形材料を第１ゲートからキャビティ外に押し出すことにより、第１成形材料で成形された成形品の内部に第２成形材料で成形された所望する形状の貫通した第２成形部を同時に一体成形するための制御回路を設けたこと、を特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
金型キャビティに第１ゲートから第１成形材料を充填すると、キャビティ面と接する樹脂の表面が固化し、いわゆるスキン層が形成される。次に、第１成形材料を充填した第１ゲートとは異なる位置の第２ゲートから第１成形材料で成形された成形品のコア層内の樹脂が溶融状態にある間に第２成形材料を充填して、コア層内から第１次成形材料を、第１成形材料を充填した第１ゲートからランナー側に押し出すことにより、コア層内を第２成形材料に置換する。その後、冷却して固化することにより、第１成形材料で成形された成形品の内部に第２成形材料で成形された貫通した第２成形部が一体成形される。
このようにして成形された成形品は、成形時に異なった種類あるいは色彩の成形材料を組み合わせることでさまざまな用途を持った成形品を得ることができる。
【０００９】
本発明に用いることが出来る成形材料は、熱可塑性樹脂である。
たとえば、光ファイバーやオプティカルカプラー、あるいはプラスチック集光体のような、第１透明樹脂からなるコアと、コアよりも屈折率の低い第２樹脂からなりコアを包囲するように形成されたクラッドを備えた成形品も、透明熱可塑性樹脂であるポリスチレン、ポリメチルメタクリレートなどの組み合わせにより同時に一体成形が可能である。
【００１０】
また、固有の性質としてあるいは顔料の添加などにより着色を施されたような不透明な材料とポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどのような透明材料を組み合わせることで、光ファイバーのような導光品を成形することが可能である。
以上に記述した本発明の特徴は、以下に説明する例によって、より具体的に理解できる 。
【００１１】
【実施例１】
（請求項１〜３に対応）
はじめに射出成形用金型について説明する。図１および図２において、金型には固定型２０ｂと可動型２０ａにより十字状の突出端３ａを有するキャビティ３が形成され、このキャビティ３の各突出端３ａには、図２に示すように対向するゲート４とゲート６からなる一対の第１ゲートと、この第１ゲート４と６に直交する反対側のゲート５とゲート７からなる一対の第２ゲートが存在する。それぞれのゲートには、溶融成形材料の流路開閉機構８、９、１０、１１が存在し、この流路開閉機構８、９、１０、１１は、それぞれが後述する制御回路により、任意にその開閉を制御することが可能である。キャビティ３と射出成形機の第１射出ユニット１６の間は、ゲート４とゲート６、及びそれぞれの流路開閉機構８と１０、及びそれぞれのランナー１２と１４を経て接続されている。一方、キャビティ３と射出成形機の第２射出ユニット１７の間は、ゲート５とゲート７、及びそれぞれの流路開閉機構９と１１、およびそれぞれのランナー１３と１５を経て接続されている。
【００１２】
図２において、Ａは制御回路であって、前記流路開閉機構８、９、１０、１１及び第１射出ユニット１６、第２射出ユニット１７を制御する。このような金型を用いてスキン層内にコア層を有する成形品を成形するときの手順を次に説明する。
まず、図３に示すように、制御回路Ａは、流路開閉機構８、１０を開状態にし、流路開閉機構９、１１を閉状態に制御する。この状態で、溶融した第１成形材料１を第１射出ユニット１６よりランナー１２、１４、第１ゲート４、６を経て、キャビティ３内へ充填する。この工程を第１次充填工程と呼ぶ。
【００１３】
この後、キャビティ３内においてスキン層が形成され、コア層内が溶融状態の間に、図４に示すように、流路開閉機構９、１１を開状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第２ゲート５および７からキャビティ３内へ第２成形材料２を充填する。それにより、第２ゲート５からゲート６およびゲート７から第１ゲート４の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層の溶融樹脂が第２成形材料２により第１ゲート４、６側に夫々押し出されてコア層内が第２成形材料に置換される。この結果、第１成形材料１で形成された成形品の中に、貫通した第２成形材料２の流路が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は第１ゲート４、６、ランナー１２、１４を経て第１射出ユニット１６まで逆流し、スクリュー１８を後退させる。同時に、第２成形材料２の流頭は第１ゲート４、６又はランナー１２、１４の一部まで侵入してくる。この工程を第２次充填工程と呼ぶ。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
【００１４】
この成形方法により、図５に示すように、第１成形材料１で形成された十字状の成形品２１のコア層内に不交差型の第２次成形材料２で形成された第２成形部２２が一体に形成された成形品が得られる。なお、第２次充填工程において、第２ゲート５、７から第２成形材料２を充填したときに、この第２成形材料２が交わらないで夫々第１ゲート４、６側に流動するのは、充填された材料が開かれている第２ゲート５、７から充填された樹脂は、圧力の低い第１ゲート４又は６側に流動すると云う性質と、流動部は射出圧により高圧なので、流路が互いに重なることは無いと云う流体の性質による。
【００１５】
【実施例２】
（請求項１〜３に対応）
本実施例２は、実施例１と同じ構造をもつ金型を使用して、欧文字のＴ字状に分岐した成形部を成形品内に同時に一体形成する成形方法である。
第１次充填工程までは実施例１と同じ工程で行う。
次に、第１成形材料１をキャビティ３に充填した後、図６に示すように、流路開閉機構１１を開状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第２ゲート７からキャビティ３内へ第２成形材料を充填する。それにより、第２ゲート７から第１ゲート４および第１ゲート６の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層内の溶融樹脂が押し出されて、コア層内が第２成形材料２に置換され、第１成形材料１で形成された成形品の中に、Ｔ字状に分岐貫通した第２成形材料２で成形された第２成形部２４が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は第１ゲート４、 ６、ランナー１２、 １４を経て第１射出ユニット１６まで逆流し、スクリュー１８を後退させる。同時に第２成形材料２の流頭は第１ゲート４、６、ランナー１２、１４の一部まで進入してくる。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
この成形方法により、図７に示すＴ字状に分岐した第２成形部２４を内部に、一体成形した成形品２３が得られる。
【００１６】
【実施例３】
（請求項１〜３に対応）
本実施例３は、実施例１と同じ構造をもつ金型を使用して、成形品内部にＬ字形に曲折した成形部を一体形成する成形方法である。
第１次充填工程までは実施例１と同じ工程で行う。第１成形材料１をキャビティ３に充填した後、図８に示すように、流路開閉機構１１を開状態にし、かつ流路開閉機構１０を閉状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第２ゲート７からキャビティ３内へ第２成形材料２を流入させる。それにより、第２ゲート７から第１ゲート４の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層内の溶融樹脂が押し出されてコア層内が第２成形材料２に置換され、第１成形材料１で形成された成形品２５の中に、欧文字のＬ字状に屈曲貫通した第２成形材料２で成形された第２成形部２６が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は、第１ゲート４、ランナー１２を経て第１射出ユニット１６まで逆流し、スクリュー１８を後退させる。同時に、第２成形材料２の流頭は第１ゲート４又はランナー１２の一部まで侵入してくる。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
この工法により、図９に示すＬ字状に屈曲した第２成形部２６を内部に一体成形した成形品２５が得られる。
【００１７】
【実施例４】
（請求項１〜３に対応）
本実施例４は、実施例１と同じ構造をもつ金型を使用して、成形品内部に直線状の成形部を一体形成する成形方法である。
第１次充填工程までは実施例１と同じ工程で行う。第１成形材料１をキャビティ３に充填した後、図１０に示すように、流路開閉機構１１を開状態にし、かつ流路開閉機構８、９を閉状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第 ２ゲート７からキャビティ３内へ第２成形材料を充填する。それにより、第２ゲート７から第１ゲート６の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層内の溶融樹脂が押し出されてコア層内が第２成形材料２に置換され、第１成形材料で形成された成形品２７の中に、直線状の第２成形材料２で成形された第２成形部２８が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は第１ゲート６、ランナー１４を経て第１射出ユニット１６まで逆流し、スクリュー１８を後退させる。同時に第２成形材料２の流頭は第１ゲート６又はランナー１４の一部まで侵入してくる。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
この工法により、図１１に示す十字状の成形品２７の内部に一直線状の第２成形部品２８を一体成形した成形品２７が得られる。
【００１８】
〔参考例１〕
本参考例１は、実施例１と同じ構造をもつ金型において、図１２に示すように、第１成形樹脂１を充填する側に、制御回路Ｂにより制御される流路開閉機構３２、３６を介して捨てキャビティ２９、３３を設けて、成形品内部に十字状の成形部を一体形成する成形方法である。
第１次充填工程までは実施例１と同じ工程で行う（図１２）。第１成形材料１をキャビティ３に充填した後、図１３に示すように、流路開閉機構９、１１及び３２、３６を開状態にし、かつ流路開閉機構８、１０を閉状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第２ゲート５、７からキャビティ３内へ第２成形材料を充填する。それにより、捨てキャビティ２９、３３の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層内の溶融樹脂が押し出されてコア層内が第２成形材料２に置換され、第１成形材料で形成された成形品２１の中に、図５に示す不交差型の第２成形材料２で成形された第２成形部２２が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は、流路開閉機構３２、３６から捨てキャビティ２９、３３内に流入する。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
この工法により、図５に示す十字状の成形部２２を内部に一体成形した成形品２１が得られる。
なお、本参考例１の金型を用いて、図７のＴ字状又は図９に示すＬ字状の成形部２６を成形する場合には、流路開閉機構９又は１１を開に、流路開閉機構３２又は３６を閉又は開（図７の成形品の場合は双方を開）に制御することにより行うことができる。同時に、図１１に示す直線的な成形部２８を成形する場合には、対向する流路開閉機構９と３２又は１１と３６を開に、他を閉に制御することにより行うことができる。
【００１９】
〔参考例２〕
本参考例２は、実施例１と同じ構造をもつ金型において、図１４に示すように、第１成形樹脂１を充填する第１ゲート４側に、制御回路Ｂにより制御される流路開閉機構３２を介して捨てキャビティ２９を設けて、成形品内部にＬ字状の第２成形部を形成する工法である。
第１次充填工程までは実施例１と同じ工程で行う（図１４）。第１成形材料１をキャビティ３に充填した後、図１５に示すように、流路開閉機構１１、３２を開状態にし、かつ流路開閉機構８、９、１０を閉状態にし、第２射出ユニット１７内のスクリュー１９を前進させることにより、第２ゲート７からキャビティ３内へ第２成形材料を充填する。それにより、第２ゲート７から捨てキャビティ２９の方向に、キャビティ３内に存在する第１成形材料１の中でまだ十分に固化が進行していないコア層内の溶融樹脂が押し出されてコア層内が第２成形材料２に置換され、第１成形材料で形成された成形品２５の中に、図９に示したＬ字状の第２成形材料２で成形された第２成形部２６が形成される。このとき、キャビティ３内の固化していない第１成形材料１は開閉機構３２を経由して捨てキャビティ２９内に流入する。
その後、成形品を十分に固化させた後に、金型２０を開き、成形品を取り出す。
この工法により、図９に示すＬ字状の第２成形部２６を内部に一体成形した成形品２５が得られる。
なお、本参考例２は、捨てキャビティ２９を一個設けてＬ字状（図９）及び直線状（図１１）の成形品を得る金型と方法であって、図１１に示す直線状の成形品の場合には、流路開閉機構９、３２を開に、流路開閉機構１０、１１を閉にして行う。
【００２０】
〔参考例３〕
本参考例３は、ポリメチルメタクリレートを使用し、第２成形材料２にポリスチレンを使用したときの実施例である。ポリメチルメタクリレートは屈折率が１.４９、ポリスチレンは屈折率が１.５９である。第１成形材料１には無色のポリメチルメタクリレートを、第２成形材料２には無色のポリスチレンを使用し、それ以外は実施例１と同じ条件にて成形を行った。
得られた成形品の破断面を観察したところ、表皮側がポリメチルメタクリレート、中心側がポリスチレンであり、コア‐クラッド組成物を得ることができた。
【００２１】
〔参考例４〕
本参考例４は、成形材料に、ポリメチルメタクリレートを使用したときの実施例である。成形品寸法は直径２ｍｍの円柱状体を９０°間隔で７．５ｍｍ放射状に突出させた十字型であり、実施例１と同じ構造をもつ金型を使用した。また、二つの射出ユニットにおける樹脂の色を変え、第１射出ユニット１６には黒色、第２射出ユニット１７に無色透明の樹脂を使用した。
成形条件は、実施例１に示すものと同じ第１と第２充填工程において成形し、それぞれの工程の時間は、第１次充填工程における充填時間０.４秒、休止時間２秒、第２次充填工程１.５秒とした。
得られた成形品は、表皮側が黒色、中心側が無色透明の構造であり、赤色レーザーを照射したところ導光機能が確認された。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による成形方法は以上のように、第１成形材料をキャビティ内に充填し、この充填した第１成形材料のコア層内が溶融している間に第２成形材料を前記コア層内に充填することにより、第１成形材料で成形された成形品の内部に異種又は異色の貫通する第２成形部を同時に一体成形した。この結果、従来のスキン層を成形し、この中にコア層を後から成形して組み合わせる、又はこの反対の方法によって成形する異種材料同士の成形品を組み合わせる方式に比較して、生産性の向上と複雑な形状への対応が可能となる。
又、本発明によると、コア層内を貫通する異種材料の成形品として、例えばコア−クラッド組成物等を簡単に成形して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１における金型および射出ユニットの説明図
【図２】 実施例１における金型および射出ユニットの説明図
【図３】 実施例１における第１次充填工程の説明図
【図４】 実施例１における第２次充填工程の説明図
【図５】 実施例１で得られる成形品の説明図
【図６】 実施例２における第２次充填工程の説明図
【図７】 実施例２で得られる成形品の説明図
【図８】 実施例３における第２次充填工程の説明図
【図９】 実施例３で得られる成形品の説明図
【図１０】 実施例４における第２次充填工程の説明図
【図１１】 実施例４で得られる成形品の説明図
【図１２】 参考例１における捨てキャビティ２ケを設けた金型の説明図。
【図１３】 参考例１における第２次充填工程の説明図。
【図１４】 参考例２における捨てキャビティ１ケを設けた金型の説明図。
【図１５】 参考例２における第２次充填工程の説明図。
【符号の説明】
１ 第１成形材料
２ 第２成形材料
３ キャビティ
４、６ 第１ゲート
５、７ 第２ゲート
８、９、１０、１１、３２、３６ 流路開閉機構
１２、１３、１４、１５ ランナー
１６、１７ 射出ユニット
１８、１９ スクリュー
２０ 金型
２１ 実施例１で成形された第２成形品の説明図
２２ 実施例１で形成された第２成形部の説明図
２３ 実施例２で成形された第２成形品の説明図
２４ 実施例２で形成された第２成形部の説明図
２５ 実施例３で成形された第２成形品の説明図
２６ 実施例３で形成された第２成形部の説明図
２７ 実施例４で成形された第２成形品の説明図
２８ 実施例４で形成された第２成形部の説明図

Claims (3)

1. 金型キャビティの一端に設けた第１ゲートから、該金型キャビティ内に第１成形材料を充填すると共に、この第１成形材料のコア層が溶融状態の間に、前記金型キャビティにおいて、前記第１ゲートとは異なる位置に設けた第２ゲートから前記コア層内に第１成形材料とは異なる第２成形材料を充填して、この充填圧で、コア層内から第１成形材料を前記第１ゲートを経由してキャビティの外に押し出すことにより、コア層内を貫通するように第２成形材料に置換して、第１成形材料で成形された成形品のコア層内に、第２成形材料を用いて貫通した第２成形部を同時に一体成形する射出成形方法。
2. 金型キャビティの一端に設けた複数の第１ゲートの少なくともひとつ以上のゲートから、該金型キャビティ内に第１成形材料を充填すると共に、この第１成形材料のコア層が溶融状態の間に、前記金型キャビティにおいて、前記第１ゲートとは異なる位置に設けた複数の第２ゲートの少なくとも１つ以上のゲートから前記コア層内に第１成形材料とは異なる第２成形材料を充填して、この充填圧で、コア層内から第１成形材料を前記第１ゲートの開いているところからキャビティ外に押し出すことにより、コア層内を貫通するように第２成形材料に置換して、第１成形材料で成形された成形品のコア層内に第２成形材料で所望する形状の第２成形部を同時に一体成形する射出成形方法。
3. 金型キャビティの一端に、該キャビティ内に第１溶融成形材料を充填および排出するための第１ゲートを複数配置すると共に、これらの第１ゲート又は第１ゲートに続くランナー部に第１流路開閉機構を設けたこと、前記金型キャビティにおいて、第１ゲートとは異なる位置に、第２成形材料を充填するための第２ゲートを複数設けると共に、これら第２ゲート又は第２ゲートに続くランナー部に第２流路開閉機構を設けたこと、前記第１及び第２流路開閉機構を制御してひとつ以上の第１ゲートからキャビティ内に溶融した第１成形材料を充填した後、この第１ゲートとは別の第２ゲートから、第１成形材料が溶融状態の間に、第２成形材料を充填して、コア層内の第１成形材料を第１ゲートからキャビティ外に押し出すことにより、第１成形材料で成形された成形品の内部に第２成形材料で成形された所望する形状の貫通した第２成形部を同時に一体成形するための制御回路を設けたこと、を特徴とする射出成形品の内部に第２成形部を同時に一体成形するための射出成形用金型。

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