JP3893080B2 - Thermoplastic resin molding method and molding apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性樹脂の成形方法及び成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようする課題】
これまで一般に知られている熱可塑性樹脂の射出成形方法においては、キャビティを型締めによって閉じた状態で溶融樹脂を射出充填する。この場合、特に、薄肉で大きな表面積を有する成形品を成形しようとすると、溶融樹脂の充填口とキャビティ末端部とでは樹脂内の圧力差が大きくなる。このとき、キャビティ末端部に至るまで溶融樹脂を充填するには、溶融樹脂の射出充填圧を高くする必要がある。これに伴い、その充填圧に耐え得るキャビティの型締め圧が必要となるが、型締め圧を高くすることで充填される溶融樹脂の流動抵抗が増し、キャビティ内における圧力差をさらに増大させる要因となる。これにより、成形品の分子配向や歪みといった問題が生じていた。
【0003】
この問題を解決する手段として、射出圧縮成形法が知られている。この射出圧縮成形法では、キャビティに溶融樹脂を充填する際に、キャビティ容積を一時的に増大させることにより溶融樹脂内部の圧力を低く維持し、所定量の溶融樹脂の充填が完了した後に、型締め機構等を利用して溶融樹脂を加圧圧縮する。これにより、樹脂の分子配向の発生が抑制され且つ残留応力の少ない成形品を得ることができる。しかしながら、この方法では、微細な金型パターンを溶融樹脂に転写する場合、金型パターン内部に溶融樹脂が十分に侵入せずに、金型パターンの溶融樹脂への十分な転写が得られない。
【0004】
本発明の目的は、樹脂内部の分子配向や歪みを抑制し且つ樹脂表面に微細な金型パターンを転写するための熱可塑性樹脂の成形方法及びその成形装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の態様によれば、金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂を成形する方法であって、
CO2が充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することを含む熱可塑性樹脂の成形方法が提供される。
【0006】
本発明においては、溶融樹脂を金型に射出充填して成形を行う射出成形を行う。溶融樹脂は、予めCO2が充填されたチャンバー内で、上面が開放された金型容器に射出充填される。金型容器は、上面が開放されていることにより、溶融樹脂が充填される際の流動抵抗が極めて低いので、容器内で溶融樹脂の圧力差は殆ど生じない。予めチャンバー内に充填されたCO2は溶融樹脂に対して可塑材として機能することにより、溶融樹脂の粘性が低く保たれる。溶融樹脂の低流動抵抗及び低粘性により、溶融樹脂が金型の端部まで充分に広がると共に、金型容器の底面に形成されている成形パターン内部にまで十分に溶融樹脂が侵入する。次いで、プレス金型を用いて金型容器の開放面を閉鎖すると共に、溶融樹脂を加圧することにより、型締めが行われる。溶融樹脂の表面が金型容器及びプレス金型によって冷却され固化することにより、金型パターンが溶融樹脂表面に転写される。この状態で溶融樹脂を冷却することにより、熱可塑性樹脂を成形することができる。なお、本発明では、射出充填される溶融樹脂に予め加圧CO2が含浸されていることが望ましい。溶融樹脂内部に予め含浸させた加圧CO2においても、溶融樹脂に対して可塑材として機能するので、溶融樹脂の粘性をさらに低く保つことができる。
【0007】
本発明では、溶融樹脂をプレス金型で加圧する工程は、CO2を充填したチャンバー内で行ってもよく、あるいは別の場所に金型容器を移送して行ってもよい。
【0008】
本発明の第2の態様によれば、金型に溶融樹脂を充填することにより熱可塑性樹脂を成形する方法であって、
CO2が充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に溶融樹脂を充填することと;
上記溶融樹脂が充填された金型を回転させることを含む熱可塑性樹脂の成形方法が提供される。
【0009】
本発明においては、溶融樹脂を金型に射出充填して成形を行う射出成形を行う。溶融樹脂は、予めCO2が充填されたチャンバー内で、上面が開放された金型容器に射出充填される。金型容器は、上面が開放されていることにより、溶融樹脂が充填される際の流動抵抗が極めて低いので、容器内で溶融樹脂の圧力差は殆ど生じない。予めチャンバー内に充填されたCO2は溶融樹脂に対して可塑材として機能することにより、溶融樹脂の粘性が低く保たれる。溶融樹脂の低流動抵抗及び低粘性により、溶融樹脂が金型の端部まで充分に広がると共に、金型容器の底面に形成されている成形パターン内部にまで十分に溶融樹脂が侵入する。さらに、金型容器を回転ステージ等を用いて回転させて金型容器上の溶融樹脂の厚みを均一にする。この状態で溶融樹脂を冷却することにより、熱可塑性樹脂の薄膜を成形することができる。なお、本発明では、射出充填される溶融樹脂に予め加圧CO2が含浸されていることが望ましい。溶融樹脂内部に予め含浸させた加圧CO2においても、溶融樹脂に対して可塑材として機能するので、溶融樹脂の粘性をさらに低く保つことができる。
【0010】
本発明の第3の態様によれば、熱可塑性樹脂を成形する装置であって、
上面が開放された金型容器と;
上記金型容器を収容するためのチャンバーと;
上記チャンバー内にCO2を供給するCO2供給部と;
CO2が供給された上記チャンバー内に収容された金型容器に上記溶融樹脂を充填するための射出充填装置と;
上記金型容器に射出充填された溶融樹脂を加圧するための加圧装置と;を有することを特徴とする熱可塑性樹脂を成形する装置が提供される。
【0011】
本発明の成形装置では、CO2が充填されたチャンバー内で、射出充填装置により金型容器に溶融樹脂が充填される。CO2は溶融樹脂に対して可塑剤として機能するので溶融樹脂の粘性は低く保たれる。また、金型容器は上面が開放されているので、溶融樹脂が金型容器に流れ込む際の流動抵抗は低くなる。それゆえ、溶融樹脂を、金型容器の転写パターンの全面に極めて容易に且つ素早く行き渡らせることができる。この後、例えば、プレスピストンなどの加圧装置で、金型容器の開放された面を通じて溶融樹脂が加圧され、次いで、冷却される。
【0012】
本発明においては、射出充填装置と加圧装置が同一チャンバー内に配置されていることが望ましい。射出充填装置と加圧装置が同一チャンバー内に配置されることで、溶融樹脂の金型容器への射出充填と溶融樹脂の加圧による成形を連続的に行うことができる。また、溶融樹脂が充填された金型容器を射出充填装置から加圧装置に搬送するための搬送装置をチャンバー内に有することが望ましい。チャンバー内に搬送装置を用いることで、射出充填装置と加圧装置が同一チャンバー内に配置される場合及び射出充填装置と加圧装置が異なるチャンバー内に配置される場合のいずれにおいても、金型容器を装置間で効率良く移動させることができる。さらに、金型容器底部にスタンパを有することが望ましい。スタンパを交換することで、様々なパターンを転写した成形品を形成することができる。
【0013】
本発明の第4の態様によれば、熱可塑性樹脂を成形する装置であって、
上面が開放された金型容器と;
上記金型容器を収容するためのチャンバーと;
上記チャンバー内にCO2を供給するCO2供給部と;
CO2が供給された上記チャンバー内に収容された金型に上記溶融樹脂を充填するための射出充填装置と;
金型容器を回転するための回転装置と;を有することを特徴とする熱可塑性樹脂を成形する装置が提供される。
【0014】
本発明の成形装置では、CO2が充填されたチャンバー内で、射出充填装置により金型容器に溶融樹脂が充填される。CO2は溶融樹脂に対して可塑剤として機能するので溶融樹脂の粘性は低く保たれる。また、金型容器は上面が開放されているので、溶融樹脂が金型容器に流れ込む際の流動抵抗は低くなる。それゆえ、溶融樹脂を、金型容器の転写パターンの全面に極めて容易に且つ素早く行き渡らせることができる。回転装置は、溶融樹脂が充填された金型容器を回転させるので、金型容器内での樹脂の厚さを均一にすることができる。
【0015】
本発明においては、上記射出充填装置と上記回転装置が上記チャンバー内に配置されていることが望ましい。射出充填装置と回転装置が同一チャンバー内に配置されることで、溶融樹脂の金型容器への射出充填と溶融樹脂の回転による成形を連続的に行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0017】
【実施例】
本発明に用いた熱可塑性樹脂を成形するための成形装置を、図1及び2を用いて説明する。本成形装置は、図2に示すように、主に、チャンバー1、射出充填部5、型締部4、成形品取出部21及び移動金型予熱部22からなる。なお、図1は、図2におけるA’−A’線の断面を示した図である。
【0018】
チャンバー1は、図2に示すように、直径1000mm、高さ200mmの円筒状に形成されている。チャンバー1は、円筒の中心軸AXを中心として、外周部まで放射状に延在する壁15、16、17及び18により、その内部が4つのサブチャンバー11、12、13及び14に区画されている。壁15、16、17及び18は、それぞれ上下動を行う機構(不図示)により上下動可能であり、例えば、壁15、16が上昇しているときにサブチャンバー11は密閉される。チャンバー1には、移動金型20を、チャンバー1の中心軸AXを中心として回転移動させるための搬送装置19が設けられている。搬送装置19は、中心軸AX上に位置するロータ100と、ロ―タ100から放射状に延在する4本のアーム101とを有しており、各アームの先端には移動金型20を把持する不図示のチャックが設けられている。ロータ100の回転(時計方向)により、移動金型20が各サブチャンバー間を移動するときのみ、該当する壁が下降しサブチャンバー間の雰囲気を連通させ、移動金型20の移動が完了すると、該当する壁が上昇し再びサブチャンバー同士を隔離する。図2に示したように、ロータ100の回転により、移動金型20はサブチャンバー11〜14を順次移動して、各サブチャンバーで作業が行われる。サブチャンバー11では、移動金型20に樹脂の射出成形と型締め(圧縮)が行われる。サブチャンバー12、14は待機室であり、サブチャンバー13では成形品の取出し及び移動金型20の加熱が行われる。
【0019】
各移動金型20は、金型用鋼材である日立金属社製HPM38からなる円筒状の金属容器である。図3に示すように、移動金型20の底面20aには、所望の凹凸パターンが形成されたスタンパ23が、不図示のスタンパ押えを介して設置されている。
【0020】
図1及び2に示すように、サブチャンバー11の上方には、時計回り方向に順に、射出充填部5及び型締部4が配置されている。射出充填部5及び型締部4は、このサブチャンバー11において、移動金型20への溶融樹脂の射出充填及び金型の型締めをそれぞれ行なう。
【0021】
中心軸AXに関してサブチャンバー11に対向するサブチャンバー13内は、成形品取出部21及び移動金型予熱部22が設けられており、サブチャンバー13の内部が大気圧状態に維持されている。移動金型予熱部22における加熱手段として、高周波誘導加熱またはマイクロ波加熱等が用いられる。予め移動金型20を加熱することによって、移動金型20上に射出充填される溶融樹脂の温度をガラス転移温度以上に維持することができる。
【0022】
射出充填部5は、図1に示すように、溶融樹脂の可塑化部2、射出部3及びステージ70からなる。可塑化部2及び射出部3は、プリプラ式の射出機構で構成されている。可塑化部2は先端にあるノズル2’が水平面に対して斜め下向きとなるように配置されている。可塑化部2は、主にシリンダ33、スクリュー37及びヒーター36から構成される。スクリュー37は、シリンダ33の内部に配置され、シリンダ33内に充填された溶融樹脂を可塑化する。ヒーター36は、シリンダ33の周囲に配置され、シリンダ33内で可塑化された溶融樹脂の可塑状態を維持するために、シリンダ33を加熱する。シリンダ33の側面には、第1ベントポート34及び第2ベントポート35が形成されている。第1ベントポート34は、シリンダ33内で、スクリュー37の回転により可塑化された樹脂から発生したモノマー成分等の揮発ガスを、真空ポンプ32を用いて外部に排気するために用いられる。また、第2ベントポート35は、加圧CO2をCO2ガスボンベ38から加圧CO2発生装置39を介して、シリンダ33内に充填するために用いられる。
【0023】
射出部3は、射出シリンダ40及びゲート開閉シリンダ42で構成されている。射出シリンダ40は、可塑化部2の下方に配置され、水平方向に延在する。射出シリンダ40内部には、射出プランジャー41が配置され、射出シリンダ40内に充填された溶融樹脂を射出する。射出プランジャー41は、射出シリンダ40先端近傍に形成された溶融樹脂供給口40’から後退した位置に配置されている。射出プランジャー41の位置により、ゲート開閉シリンダ42を介して移動金型20内に射出充填される溶融樹脂の量が決定される。また、射出シリンダ40の溶融樹脂供給口40’で射出シリンダ40の内部と可塑化部2のノズル2’とが通じる。ゲート開閉シリンダ42は、射出シリンダ40の先端部に隣接して鉛直方向に延在しており、その先端がサブチャンバー11内部に至っている。ゲート開閉シリンダ42の内部には、ゲート開閉ピストン45が配置されており、ゲート開閉ピストン45によってゲート開閉シリンダ42内に充填された溶融樹脂がサブチャンバー内に射出される。また、ゲート開閉シリンダ42の周囲にはバンドヒーター43が設置されており、バンドヒーター43によってゲート開閉シリンダ42内に充填された溶融樹脂の温度制御が行われる。射出シリンダ40のノズル40”は、ゲート開閉シリンダ42と所定の高さ位置において連通している。ステージ70は、サブチャンバー11内において、ゲート開閉シリンダ42の下方に配置される。ステージ70は、モーター90上に、モーター90の軸BXを中心に回転可能に設置されている。ステージ70上面には、搬送装置(19)によって搬送されてきた移動金型20が載置され、この移動金型20上に溶融樹脂が射出充填される。
【0024】
型締部4は、図1に示すように、主に、プレスステージ50、ステージドライバ51及びプレスシリンダ52からなる。プレスステージ50は、サブチャンバー11内部でステージドライバ51の上面に設置される。また、プレスステージ50の上面には、射出充填部5より搬送装置(19)により搬送されてきた移動金型20が載置される。ステージドライバ51を駆動させることにより、プレスステージ50を介して移動金型20が上下動する。プレスシリンダ52は、サブチャンバー11の上部に設置されている。プレスシリンダ52の内部には、シリンダ内を鉛直方向に上下動するプレスピストン53が設置されている。また、プレスピストン53の下面にプレス金型54が取り付けられている。プレス金型54は、プレスピストン53を下降したときに、移動金型20の凹部と嵌合して凹部内の樹脂を圧縮する。
【0025】
次に、熱可塑性樹脂の成形方法について、図1及び3を用いて説明する。まず、溶融樹脂の射出充填工程について説明する。図示しない乾燥機より、射出充填部5における可塑化部2のホッパ30に、ポリカーボネートからなるペレット(成形材料)が供給される。次いで、ペレットは、ホッパ30の周囲に設置されたヒーター31によって、ホッパ30内部で加熱され、より乾燥が促進される。このとき、ホッパ30内部は真空ポンプ32により脱気される。次いで、乾燥ペレットは、可塑化部2のシリンダ33に供給される。第1ベントポート34から可塑化時に発生する揮発ガスを真空ポンプ32より脱気させ、溶融樹脂を飢餓状態にする。次いで、溶融樹脂が供給されたシリンダ33内に、第2ベントポート35から加圧CO2を10MPaの圧力で充填する。
【0026】
シリンダ33において加圧CO2が充填された溶融樹脂は、スクリュー37が回転することにより、シリンダ33のノズル2’を介して、射出シリンダ40に充填される。次いで、射出シリンダ40の射出プランジャー41を前進(押出)させることによって、射出シリンダ40内に供給された溶融樹脂のみが、射出シリンダ40のノズル40”を介してゲート開閉シリンダ42に供給される。射出プランジャー41の先端が射出シリンダ40のノズル40”まで移動した状態では、溶融樹脂供給口40’が射出プランジャー41によって塞がれる。これにより、可塑化部2のシリンダ33内部は閉塞状態となる。この状態で、シリンダ33内のスクリュー37を回転させることにより、シリンダ33内部に存在する溶融樹脂の圧力を高く維持することができる。次いで、ゲート開閉シリンダ42に供給された溶融樹脂をバンドヒーター43で温度制御する。次いで、ゲート開閉ピストン45の先端部46を上昇させることにより、ゲート開閉シリンダ42のゲート47が開放され、移動金型20上に溶融樹脂が充填される。
【0027】
図3は、図1中の符号Aの部分を拡大した図である。ゲート開閉シリンダ42のゲート47から、溶融樹脂RSが移動金型20上に設置されたスタンパ23上に充填される。このとき、移動金型20は上方が開放された容器であるので、溶融樹脂RSはその流路を制限されることなく、底面20aに設置されたスタンパ23上に流れ出す。サブチャンバー11内部には、CO2ガスボンベ38から加圧CO2発生装置39を介して供給されたCO2が、圧力10MPaで予め充填されている。このCO2が、溶融樹脂RSの可塑材として機能する。これにより、射出充填された溶融樹脂RSの粘性が低く保たれる。また、このCO2により、溶融樹脂RS内に含浸されている加圧CO2や残留ガスの揮発による発泡や、空気等が溶融樹脂内に取り込まれることによる発泡を抑制することができる。さらに、サブチャンバー11内のCO2の圧力を一定に保つことにより、溶融樹脂RSに予め含浸されている加圧CO2の含有量の変化を抑制できる。これにより、高アスペクト比で微細なパターンを有するスタンパを移動金型20に設置した場合においても、パターンの細部に至るまで溶融樹脂を十分侵入させることができる。
【0028】
次に、溶融樹脂に金型パターンの転写工程について、図1を用いて説明する。まず、射出充填部5で溶融樹脂の充填が行われた移動金型20を、同一サブチャンバー内のプレスステージ50上に搬送装置(19)を用いて移動する。次いで、プレスピストン53を鉛直方向に押し下げることにより、プレス金型54を移動金型20に嵌合させる。これにより、移動金型20上の溶融樹脂が圧縮される。プレス金型54により、露出している溶融樹脂の表面がほぼ一様な圧力で圧縮されるため、溶融樹脂の内部圧力差は殆ど生じない。このときのプレス金型54の表面は、CO2を含浸した溶融樹脂のガラス転移温度以上であることが望ましい。溶融樹脂はほぼ均等な圧力でプレス金型54の金型面に接触するので、溶融樹脂の表面は一様に冷却され固化する。さらに、このままの状態で溶融樹脂を冷却し、溶融樹脂内部を固化させることにより、熱可塑性樹脂の成形が行われる。
【0029】
こうして、成形された樹脂成形品は、搬送装置(19)により、サブチャンバー12、13の順に移動される。図2に示すように、移動金型20をサブチャンバー11からサブチャンバー13に移動する際に、まず、サブチャンバー11と12の間に位置する壁16が下降し、サブチャンバー11と12の雰囲気を連通させる。次いで、搬送装置19によって移動金型20がサブチャンバー11からサブチャンバー12に移送される。移動金型20がサブチャンバー12に完全に侵入した状態で、壁16が上昇し、サブチャンバー11と12の雰囲気が隔離される。次いで、サブチャンバー12と13の間に位置する壁17が下降し、サブチャンバー12と13の雰囲気が連通する。搬送装置19によって、移動金型20をサブチャンバー12からサブチャンバー13に移動した後、壁17を上昇する。こうすることで、サブチャンバー11と13を直接連通させることなくサブチャンバー11から13に移動金型20を移送することができる。
【0030】
サブチャンバー13に移送された移動金型20は、成形品取出部21に位置付けられる。成形品取出部21では、移動金型20内で固化した成形品が、図示しない取出口から装置外に取り出される。次いで、空となった移動金型20は、搬送装置19により移動金型予熱部22に移送される。移動金型予熱部22では、次の射出成形のために移動金型20が加熱される。
【0031】
移動金型予熱部22で加熱された移動金型20は、搬送装置19により、サブチャンバー14、11の順に移動される。まず、サブチャンバー13と14の間に位置する壁18が下降し、サブチャンバー13と14の雰囲気を連通させる。次いで、搬送装置19によって移動金型20がサブチャンバー13からサブチャンバー14に移送される。移動金型20がサブチャンバー14に完全に侵入した状態で、壁18が上昇し、サブチャンバー13と14の雰囲気が隔離される。次いで、サブチャンバー14と11の間に位置する壁15が下降し、サブチャンバー14と11の雰囲気が連通する。搬送装置19によって、移動金型20をサブチャンバー14からサブチャンバー11に移動した後、壁15を上昇する。こうすることで、サブチャンバー13と11を直接連通させることなくサブチャンバー13から11に移動金型20を移送することができ、サブチャンバー13における移動金型予熱部22で発生した熱がサブチャンバー11に伝わることが防止される。
【0032】
以上のように、移動金型20を本成形装置の各動作部間で移動させることにより、一連の成形作業が行われる。本成形装置の搬送装置19には、上述の通り4本のアームが設けられているので、4つの移動金型をそれぞれの動作部で同時に処理することができる。例えば、射出充填部において、ある移動金型20に溶融樹脂の充填が行われている最中に、溶融樹脂充填の準備段階として別の移動金型20が移動金型予熱部22で加熱される。このような、装置内部での効率的な作業が行われることにより、成形品のスループットが向上される。
【0033】
【変形例】
本発明における変形例について、図1を用いて説明する。上記実施例では、移動金型20に溶融樹脂を充填した後に、移動金型20を型締部4に移動し、型締部4において溶融樹脂の型締めを行ったが、本変形例では、移動金型20に溶融樹脂を充填した後に、移動金型20を射出充填部5下方に配置した状態で、ステージ70に連結したモーター90を駆動して移動金型20を回転させる。金型が回転することにより、移動金型20上に射出充填された溶融樹脂は移動金型20の遠心力の影響で金型表面全体に広がり、その膜厚が均一となる。この状態で、ステージ70に埋設された冷却装置(不図示)等を用いて冷却することにより、熱可塑性樹脂を形成することができる。この方法を用いることにより、型締めすることなく、厚さ0.1mm程度の薄い成形品を成形することが可能である。
【0034】
上記実施例及び変形例では、ペレット(成形材料)として、ポリカーボネートを用いたが、これに限らず、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリメチルペンテン、ポリエーテルイミド、ABS樹脂等、または、それらの共重合体を用いることができる。特に、CO2が溶解することでガラス転移温度が低下する熱可塑性樹脂が望ましい。
【0035】
上記実施例及び変形例では、溶融樹脂の充填を一箇所のゲートから行ったが、複数のゲートを設けて、それらのゲートから溶融樹脂の充填を行ってもよい。複数のゲートから溶融樹脂を充填した場合、一箇所のゲートから充填した場合よりも溶融樹脂は移動金型20内に一層均一に充填され、一様に冷却される。一又は複数のゲートを配置する位置を、成形品の形状に合わせて適宜調整してもよい。これにより、成形品の形状に応じて、移動金型への一層効率的な溶融樹脂の充填が可能となる。
【0036】
上記実施例及び変形例では、サブチャンバー11とは異なるサブチャンバー13にて移動金型20を予め加熱したが、移動金型20が載置されるステージ70に内蔵したヒーター71を用いて、サブチャンバー11内で移動金型20を加熱してもよい。また、上記実施例では、金型パターンの転写工程において、プレス金型54に溶融樹脂を接触させて溶融樹脂の表面を温度制御したが、プレス金型54が設置されるプレスピストン53及び移動金型20が載置されるプレスステージ50にそれぞれ内蔵した、ヒーター75及び冷却装置76を用いて温度制御を行ってもよい。ヒーター75及び冷却装置76を用いてプレス金型54及び移動金型20を温度制御することによって、溶融樹脂が急冷されることを防止する。これにより、溶融樹脂表面の冷却ムラの発生や発泡を抑制できる。冷却装置76として、冷却水を還流させてもよい。また、電磁弁77を作動させることにより、チャンバー内のCO2をチャンバー外に逃がすことで、溶融樹脂のガラス転移温度を低下させ冷却を促進させてもよい。
【0037】
溶融樹脂が固化した後またはプレス金型54と移動金型20が嵌合した状態で、サブチャンバー内のCO2の入替えを行ってもよい。この入替えは以下のような操作で行う。密閉されたサブチャンバー11を、電磁弁60を介して大気開放した後に、電磁弁61を作動させることにより、真空ポンプ32で急速に減圧する。次いで、電磁弁62を作動することにより、加圧CO2発生装置39からサブチャンバー11に加圧CO2を供給する。これにより、サブチャンバー内に発生した余分な酸素や樹脂からの揮発成分、また、微細パターン内の残留ガス等を完全に排気することができる。
【0038】
上記実施例では、サブチャンバー内で移動金型20を移動させて溶融樹脂の射出充填及び金型パターンの転写を行ったが、射出充填部5及び型締部4の移動機構を設けて、移動金型20を固定した状態で、射出充填部5及び型締め部4を移動させることにより射出充填及び金型パターン転写を行ってもよい。さらに、射出充填部5及び型締め部4をそれぞれ独立したチャンバー内に設置して、射出充填及び金型パターン転写を行ってもよい。
【0039】
【発明の効果】
本発明においては、溶融樹脂の粘性が均一且つ低い状態で金型に充填されるので、特に、流動性の低い成形材料を用いた成形には好適である。また、金型がチャンバー内で開放された状態で溶融樹脂が充填されるので、大型な成形品を製造する場合においても、溶融樹脂の充填圧や型締め時の圧力を低くすることができ、射出成形装置の構造を簡略化できる。さらに、溶融樹脂の射出充填後、型締め工程にて金型パターン転写を行わずに、金型を回転させることにより厚みが均一な成形品を製造することができるので、さらに射出成形装置を小型化することができる。
【0040】
また、本発明においては、溶融樹脂の射出充填の際に、高圧の充填圧や型締圧を必要としないため、金型を薄くすることができる。この金型は熱容量が小さくなり、熱伝導効率も良くなる。したがって、金型の温度制御が容易であると共に、溶融樹脂の熱が金型によって急速に奪われることを抑制し、よって、樹脂内部の構造が非常に安定した成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置の射出充填部、型締部及びその下方に位置するサブチャンバーを概略的に示した断面図である。
【図2】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置におけるチャンバーの概略平面図である。
【図3】 本発明に用いた熱可塑性樹脂成形装置の溶融樹脂の充填の様子を概略的に示した図である。
【符号の説明】
1,11,12,13,14 チャンバー
2 可塑化部
3 射出部
4 型締部
5 射出充填部
15,16,17,18 壁
20 移動金型
21 成形品取出部
22 移動金型予熱部
23 スタンパ
33 シリンダ
40 射出シリンダ
41 射出プランジャー
42 ゲート開閉シリンダ
50 プレスステージ
53 プレスピストン
54 プレス金型
90 モーター[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a thermoplastic resin molding method and molding apparatus.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
In the thermoplastic resin injection molding method generally known so far, the molten resin is injected and filled with the cavity closed by clamping. In this case, in particular, when an attempt is made to mold a molded product having a thin wall and a large surface area, the pressure difference in the resin becomes large between the molten resin filling port and the cavity end. At this time, in order to fill the molten resin up to the end of the cavity, it is necessary to increase the injection filling pressure of the molten resin. Along with this, the mold clamping pressure of the cavity that can withstand the filling pressure is required, but increasing the mold clamping pressure increases the flow resistance of the molten resin to be filled, which further increases the pressure difference in the cavity. It becomes. This has caused problems such as molecular orientation and distortion of the molded product.
[0003]
As a means for solving this problem, an injection compression molding method is known. In this injection compression molding method, when filling the cavity with the molten resin, the pressure inside the molten resin is kept low by temporarily increasing the cavity volume, and after filling the predetermined amount of the molten resin, The molten resin is pressurized and compressed using a fastening mechanism or the like. Thereby, generation | occurrence | production of the molecular orientation of resin can be suppressed and a molded article with few residual stresses can be obtained. However, in this method, when a fine mold pattern is transferred to the molten resin, the molten resin does not sufficiently enter the mold pattern, and sufficient transfer of the mold pattern to the molten resin cannot be obtained.
[0004]
An object of the present invention is to provide a thermoplastic resin molding method and a molding apparatus for suppressing molecular orientation and distortion inside the resin and transferring a fine mold pattern onto the resin surface.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of molding a thermoplastic resin by filling a mold with a molten resin,
CO 2 Filling a molten resin in a mold container which is disposed in a chamber filled with an open top surface;
There is provided a method for molding a thermoplastic resin including pressurizing a molten resin filled in a mold container using a press mold.
[0006]
In the present invention, injection molding is performed in which molten resin is injected and filled into a mold. The molten resin is pre-CO 2 2 Is filled in a mold container having an open upper surface. Since the mold container has an open upper surface, the flow resistance when the molten resin is filled is extremely low, so that the pressure difference of the molten resin hardly occurs in the container. CO filled in the chamber in advance 2 By functioning as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin is kept low. Due to the low flow resistance and low viscosity of the molten resin, the molten resin sufficiently spreads to the end of the mold, and the molten resin sufficiently penetrates into the molding pattern formed on the bottom surface of the mold container. Next, the mold container is clamped by closing the open surface of the mold container using a press mold and pressurizing the molten resin. When the surface of the molten resin is cooled and solidified by the mold container and the press mold, the mold pattern is transferred to the surface of the molten resin. The thermoplastic resin can be molded by cooling the molten resin in this state. In the present invention, the molten resin to be injected and filled is preliminarily pressurized CO. 2 Is preferably impregnated. Pressurized CO pre-impregnated inside the molten resin 2 However, since it functions as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin can be kept even lower.
[0007]
In the present invention, the step of pressurizing the molten resin with a press die is performed by CO. 2 It may be carried out in a chamber filled with or may be carried out by transferring the mold container to another place.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, a method of molding a thermoplastic resin by filling a mold with a molten resin,
CO 2 Filling a molten resin in a mold container which is disposed in a chamber filled with an open top surface;
There is provided a method for molding a thermoplastic resin including rotating a mold filled with the molten resin.
[0009]
In the present invention, injection molding is performed in which molten resin is injected and filled into a mold. The molten resin is pre-CO 2 2 Is filled in a mold container having an open upper surface. Since the mold container has an open upper surface, the flow resistance when the molten resin is filled is extremely low, so that the pressure difference of the molten resin hardly occurs in the container. CO filled in the chamber in advance 2 By functioning as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin is kept low. Due to the low flow resistance and low viscosity of the molten resin, the molten resin sufficiently spreads to the end of the mold, and the molten resin sufficiently penetrates into the molding pattern formed on the bottom surface of the mold container. Further, the mold container is rotated using a rotary stage or the like to make the thickness of the molten resin on the mold container uniform. By cooling the molten resin in this state, a thermoplastic resin thin film can be formed. In the present invention, the molten resin to be injected and filled is preliminarily pressurized CO. 2 Is preferably impregnated. Pressurized CO pre-impregnated inside the molten resin 2 However, since it functions as a plasticizer for the molten resin, the viscosity of the molten resin can be kept even lower.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, an apparatus for molding a thermoplastic resin,
A mold container with an open top;
A chamber for containing the mold container;
CO in the chamber 2 CO to supply 2 A supply section;
CO 2 An injection filling device for filling the molten resin into a mold container accommodated in the chamber supplied with
And a pressurizing device for pressurizing the molten resin injected and filled in the mold container. An apparatus for molding a thermoplastic resin is provided.
[0011]
In the molding apparatus of the present invention, CO 2 In the chamber filled with the molten resin, the mold container is filled with the molten resin by the injection filling device. CO 2 Functions as a plasticizer for the molten resin, so that the viscosity of the molten resin is kept low. Further, since the upper surface of the mold container is open, the flow resistance when the molten resin flows into the mold container is lowered. Therefore, the molten resin can be distributed very easily and quickly over the entire surface of the transfer pattern of the mold container. Thereafter, the molten resin is pressurized through the open surface of the mold container with a pressurizing device such as a press piston, and then cooled.
[0012]
In the present invention, it is desirable that the injection filling device and the pressurizing device are disposed in the same chamber. By arranging the injection filling device and the pressurizing device in the same chamber, the injection filling of the molten resin into the mold container and the molding by the pressure of the molten resin can be performed continuously. In addition, it is desirable that the chamber has a transfer device for transferring the mold container filled with the molten resin from the injection filling device to the pressurizing device. By using the transfer device in the chamber, the mold can be used both when the injection filling device and the pressurizing device are arranged in the same chamber and when the injection filling device and the pressurizing device are arranged in different chambers. A container can be efficiently moved between apparatuses. Furthermore, it is desirable to have a stamper at the bottom of the mold container. By exchanging the stamper, a molded product to which various patterns are transferred can be formed.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for molding a thermoplastic resin,
A mold container with an open top;
A chamber for containing the mold container;
CO in the chamber 2 CO to supply 2 A supply section;
CO 2 An injection filling device for filling the molten resin in a mold housed in the chamber supplied with
And a rotating device for rotating the mold container. An apparatus for molding a thermoplastic resin is provided.
[0014]
In the molding apparatus of the present invention, CO 2 In the chamber filled with the molten resin, the mold container is filled with the molten resin by the injection filling device. CO 2 Functions as a plasticizer for the molten resin, so that the viscosity of the molten resin is kept low. Further, since the upper surface of the mold container is open, the flow resistance when the molten resin flows into the mold container is lowered. Therefore, the molten resin can be distributed very easily and quickly over the entire surface of the transfer pattern of the mold container. Since the rotating device rotates the mold container filled with the molten resin, the thickness of the resin in the mold container can be made uniform.
[0015]
In the present invention, it is desirable that the injection filling device and the rotating device are disposed in the chamber. By arranging the injection filling device and the rotation device in the same chamber, it is possible to continuously perform injection filling of the molten resin into the mold container and molding by rotation of the molten resin.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
[0017]
【Example】
A molding apparatus for molding the thermoplastic resin used in the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the present molding apparatus mainly includes a
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
Each moving
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, an
[0021]
In the sub-chamber 13 facing the sub-chamber 11 with respect to the central axis AX, a molded product take-out
[0022]
As shown in FIG. 1, the
[0023]
The injection unit 3 includes an
[0024]
As shown in FIG. 1, the
[0025]
Next, a method for molding a thermoplastic resin will be described with reference to FIGS. First, the injection filling process of the molten resin will be described. A pellet (molding material) made of polycarbonate is supplied to a
[0026]
Pressurized CO in the
[0027]
FIG. 3 is an enlarged view of the portion A in FIG. From the
[0028]
Next, the process of transferring the mold pattern to the molten resin will be described with reference to FIG. First, the moving
[0029]
The resin molded product thus molded is moved in the order of the sub-chambers 12 and 13 by the transfer device (19). As shown in FIG. 2, when moving the
[0030]
The moving
[0031]
The moving
[0032]
As described above, a series of molding operations is performed by moving the
[0033]
[Modification]
A modification of the present invention will be described with reference to FIG. In the above embodiment, after the
[0034]
In the above examples and modifications, polycarbonate was used as the pellet (molding material). However, the present invention is not limited to this. For example, polyethylene, polystyrene, polyolefin, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene oxide, polymethylpentene, polyetherimide, ABS Resins or the like or copolymers thereof can be used. In particular, CO 2 A thermoplastic resin in which the glass transition temperature is lowered by dissolving is desirable.
[0035]
In the above-described embodiments and modifications, the molten resin is filled from one gate, but a plurality of gates may be provided and the molten resin may be filled from these gates. When the molten resin is filled from a plurality of gates, the molten resin is filled more uniformly into the moving
[0036]
In the above-described embodiments and modifications, the moving
[0037]
After the molten resin is solidified or with the
[0038]
In the above embodiment, the
[0039]
【The invention's effect】
In the present invention, since the mold is filled with the molten resin having a uniform and low viscosity, it is particularly suitable for molding using a molding material having low fluidity. In addition, since the molten resin is filled in a state where the mold is opened in the chamber, even when manufacturing a large molded product, the filling pressure of the molten resin and the pressure at the time of mold clamping can be lowered. The structure of the injection molding apparatus can be simplified. Furthermore, after injection filling with molten resin, it is possible to produce a molded product with a uniform thickness by rotating the mold without performing mold pattern transfer in the mold clamping process. Can be
[0040]
Further, in the present invention, when the molten resin is injected and filled, a high filling pressure and a mold clamping pressure are not required, so that the mold can be made thin. This mold has a smaller heat capacity and better heat conduction efficiency. Therefore, it is easy to control the temperature of the mold, and it is possible to suppress the heat of the molten resin from being rapidly taken away by the mold, and thus it is possible to manufacture a molded product having a very stable structure inside the resin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an injection filling part, a mold clamping part, and a sub-chamber located below the injection filling part of a thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a chamber in the thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a view schematically showing a state of filling a molten resin in a thermoplastic resin molding apparatus used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 11, 12, 13, 14 Chamber
2 Plasticization part
3 Injection part
4 Clamping part
5 Injection filling part
15, 16, 17, 18 walls
20 Moving mold
21 Molded product removal part
22 Moving mold preheating part
23 Stamper
33 cylinders
40 Injection cylinder
41 Injection plunger
42 Gate open / close cylinder
50 Press stage
53 Press piston
54 Press mold
90 motor
Claims (9)
CO2が充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に溶融樹脂を充填することと;
金型容器に充填された溶融樹脂を、プレス金型を用いて加圧することを含む熱可塑性樹脂の成形方法。A method of molding a thermoplastic resin by filling a mold with a molten resin,
Filling a molten resin in a mold vessel disposed in a chamber filled with CO 2 and having an open top surface;
A method for molding a thermoplastic resin, comprising pressurizing a molten resin filled in a mold container with a press mold.
CO2が充填されたチャンバー内に配置され且つ上面が開放された金型容器に溶融樹脂を充填することと;
上記溶融樹脂が充填された金型容器を、該金型容器内の所定の回転軸を中心として自転させることを含む熱可塑性樹脂の成形方法。A method of molding a thermoplastic resin by filling a mold with a molten resin,
Filling a molten resin in a mold vessel disposed in a chamber filled with CO 2 and having an open top surface;
Molding a thermoplastic resin comprising the molten resin to mold containers filled, to bicycles around a predetermined rotation axis of the mold container.
上面が開放された金型容器と;
上記金型容器を収容するためのチャンバーと;
上記チャンバー内にCO2を供給するCO2供給部と;
CO2が供給された上記チャンバー内に収容された上記金型容器に上記溶融樹脂を充填するための射出充填装置と;
上記金型容器に射出充填された溶融樹脂を加圧するための加圧装置と;を有することを特徴とする熱可塑性樹脂を成形する装置。An apparatus for molding a thermoplastic resin,
A mold container with an open top;
A chamber for containing the mold container;
And CO 2 supply unit for supplying the CO 2 into the chamber;
An injection filling device for CO 2 is filled with the molten resin in the stowed the mold container in the supplied the chamber;
And a pressurizing device for pressurizing the molten resin injected and filled in the mold container.
上面が開放された金型容器と;
上記金型容器を収容するためのチャンバーと;
上記チャンバー内にCO2を供給するCO2供給部と;
CO2が供給された上記チャンバー内に収容された上記金型容器に上記溶融樹脂を充填するための射出充填装置と;
所定の回転軸を有する回転装置であって、該回転軸を中心として、上記金型容器を自転させるための該回転装置と;を有することを特徴とする熱可塑性樹脂を成形する装置。An apparatus for molding a thermoplastic resin,
A mold container with an open top;
A chamber for containing the mold container;
And CO 2 supply unit for supplying the CO 2 into the chamber;
An injection filling device for CO 2 is filled with the molten resin in the stowed the mold container in the supplied the chamber;
A rotary device having a predetermined rotation axis, around the rotation axis, the mold container and the rotating device. Used to bicycles; apparatus for molding a thermoplastic resin characterized by having a.
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