JP3910388B2

JP3910388B2 - 成形方法

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Publication number: JP3910388B2
Application number: JP2001263326A
Authority: JP
Inventors: 賢今泉; 二朗北山; 洋一久森; 史郎風間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003071872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、成形品を成形する方法に関するもので、特に、成形時の残留応力が要因となる成形品の経時変形を抑制して寸法精度の向上を図るようにした成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術としては、たとえば特開平８−３３２６７３号公報（以下、従来技術１という）に示されたものがある。この従来技術１は、光照射によって硬化する光硬化性樹脂を用いて成形品を成形する方法において、光硬化性樹脂液に収縮防止用充填剤を撹拌混合しながら光照射を行うようにしたものである。
【０００３】
収縮防止用充填剤としては、合成樹脂を殻材とした中空粒子や、低ヤング率のゴムビーズを用いるようにしている。これら中空粒子やゴムビーズは、適度な固さを有し、かつ中実粒子に比べて変形し易いため、光硬化性樹脂の硬化収縮を抑えることができるとともに、光硬化性樹脂の硬化の際に適宜変形することによって成形品の内部に大きな応力が残留するのを防止することが可能となる。
【０００４】
また、上記収縮防止用充填剤として、熱線や紫外線の照射によって膨張する膨張性粒子を用いた例も開示されている。光硬化性樹脂を光照射によって硬化させる際に、硬化用の光照射と同時に加熱用の熱線等を照射し、光硬化性樹脂の硬化収縮に見合う量だけ膨張性粒子を膨張させれば、成形品全体としての硬化収縮をゼロ、もしくは著しく低減することができる。この場合、膨張性粒子は、光硬化性樹脂の硬化にあわせて徐々に膨張するため、成形品の残留応力をきわめて小さいものとすることができる。
【０００５】
これらの結果、上記のような収縮防止用充填剤を光硬化性樹脂液に撹拌混合しながら光照射した場合には、収縮防止用充填剤が光硬化性樹脂液に沈殿することなく均等に分散して光硬化するため、成形品全体に亘って大きな応力が残留する事態を防止することができ、当該残留応力が要因となる成形品の経時変形を抑制することが可能になる。
【０００６】
また、成形品の経時変形を抑えるための従来技術としては、特開平１１−１１５９２３号公報（以下、従来技術２という）に開示されたものもある。この従来技術２では、射出成形によって一次成形品プリフォームを成形した後、さらに二軸延伸ブローすることによって成形されるプラスチック壜体を適用対象とし、該プラスチック壜体の底部に経時変形の起こり難い構造を設けるようにしたものである。すなわち、上記従来技術２では、図１０に示すように、壜体１の底部２に、胴部３に連続した環状底壁部４と、この環状底壁部４の内周縁から壜体中心軸線１ａに沿って胴部３の内部に半球状に隆起している凸状底壁部５と、この凸状底壁部５の頂壁部分において半球状に窪んだ状態の凹状底壁部６と、を設けるようにしている。これらの構成のうち、半球状に窪んだ凹状底壁部６は、プリフォーム成形時の状態をそのまま残した部分である。従って、この凹状底壁部６は、プリフォームの射出成形時における高温での成形記憶（摂氏２５０〜２８０度での成形記憶）がそのまま残ったものとなり、ブロー成形時において壜体１の底部２に発生するひずみが小さくなるとともに、その後の熱変形や経時変形を抑制することができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術にあっては、確かに経時変形を抑制することが可能になるものの、各々の具現化にあたって成形材料や成形品の形状が限定されることになり、種々の問題を招来する虞れがある。
【０００８】
例えば、従来技術１では、成形材料が光硬化性樹脂に限られるばかりか、この光硬化性樹脂に対応した収縮防止用充填材が必要となるため、材料の選択幅が著しく狭くなるばかりか、混合した収縮防止用充填材が成形品の機械的特性や熱的特性等の諸特性を低下させる要因となる虞れもある。従って、成形品の用途もごく限られたものとなり、機械的特性や熱的特性が要求される成形品の成形を行うことができない。さらに、光照射によって光硬化性樹脂を都度硬化させなければならないため、成形品を高速、かつ大量に成形する場合には不向きである。
【０００９】
一方、従来技術２は、底部を有した成形品には有効であるが、例えば貫通孔を有する筒状成形品のように、底部が存在しない成形品への適用は不可能である。さらに、射出成形によって一次成形品プリフォームを成形した後、二軸延伸ブローするものに限定されるため、従来技術１と同様に、成形品を高速、かつ大量に成形する場合には不向きである。
【００１０】
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、成形材料や成形品の形状を限定することなく、成形品の経時変形を抑制することのできる成形方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる成形方法は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填した後、前記第２金型部分を成形品から離隔し、かつ前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、該第１金型部分を通じて前記成形品の冷却を行う成形方法であって、前記成形品の残留応力が減少するように、前記第１金型部分を前記成形品に保持させる時間を制御することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、第１金型部分を成形品に保持させる時間を制御することにより、成形品の残留応力を減少させることができる。
【００１３】
つぎの発明にかかる成形方法は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填した後、前記第２金型部分を成形品から離隔し、かつ前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、該第１金型部分を通じて前記成形品の冷却を行う成形方法であって、前記成形品の残留応力が減少するように、前記製品キャビティに充填した成形材料に対する印加圧力を制御することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、製品キャビティに充填した成形材料に対する印加圧力を制御することにより、成形品の残留応力を減少させることができる。
【００１５】
つぎの発明にかかる成形方法は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填した後、前記第２金型部分を成形品から離隔し、かつ前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、該第１金型部分を通じて前記成形品の冷却を行う成形方法であって、前記成形品の残留応力が減少するように、前記第１金型部分および前記第２金型部分の温度制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１金型部分および第２金型部分の温度制御を行うことにより、成形品の残留応力を減少させることができる。
【００１７】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記第１金型部分に対して互いに温度の異なる媒体を供給することにより、当該第１金型部分の温度制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができる。
【００１９】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、少なくとも前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際には、これら第１および第２金型部分に高温媒体を供給することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、第１および第２金型部分に高温媒体を供給することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができる。
【００２１】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記成形品の冷却を行う際には、前記第１金型部分に低温媒体を供給することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、低温媒体を供給することにより、第１金型部分を冷却することができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記第１金型部分の材質として前記第２金型部分よりも熱容量の小さい材質を用いることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、成形品を冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる成形金型および成形方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
まず、この発明の概要について説明する。成形品に発生する経時変形の主要因は、成形品の内部に残留している応力である。外力が与えられない場合には、時間の経過に伴ってこの残留応力が順次解放されることになり、これが成形品の経時変形となって現れる。従って、成形品内部の残留応力の状態が変化すれば、経時変形の挙動も変わることになる。つまり、成形品の残留応力として圧縮応力が支配的に作用している場合には成形品が膨張し、一方、残留応力として引張応力が支配的に作用している場合には成形品が収縮するようになる。
【００２７】
経時変形を引き起こす残留応力としては以下の３つが挙げられる。（１）成形品の冷却時の熱収縮に伴って生じる熱応力、（２）保圧による内部応力、（３）成形材料が結晶性樹脂の場合に非晶部分に生じる結晶ひずみ応力である。これらの残留応力は、以下の過程で発生する。
【００２８】
（１）熱収縮に伴う熱応力
成形品の一方の成形面のみを第１金型部分に保持したまま強制冷却を継続している場合には、当該成形品が線膨張係数に応じて熱収縮することになる。しかしながら、第１金型部分によって変形が阻止されているため、成形品の内部に引張応力が発生する。これが熱収縮に伴う熱応力である。
【００２９】
（２）保圧による内部応力
保圧力が作用している保圧工程の間においては、成形品が第１金型部分と第２金型部分との間の成形品キャビティに閉じ込められた状態となる。従って、第１金型部分と第２金型部分とによって変形が拘束された成形品には、その内部に圧縮応力が発生する。これが保圧による内部応力である。
【００３０】
（３）結晶ひずみ応力
成形材料が結晶性樹脂の場合には、内部の非晶部分に凝固収縮に伴って引張応力が発生する。これが結晶ひずみ応力である。
【００３１】
以上３つの残留応力を制御すれば、成形品全体としての残留応力の発生を最小限に抑え、経時変形を抑制することができるようになる。すなわち、熱応力を制御するために一方の成形面を第１金型部分に保持する時間を適宜調整し、また保圧による内部応力を制御するために保圧力を適宜調整し、また結晶ひずみ応力を制御するために成形材料の加熱温度を適宜調整すれば、残留応力の引張と圧縮とを相殺するような条件を見出すことができる。これにより残留応力を最小限に抑えた成形品を成形し、経時変形を抑制することが可能となる。
【００３２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である金型装置を示したものである。ここで例示する金型装置は、図４に示すように、主円筒部１１と、この主円筒部１１の外周面（他方の成形面）１１ａから直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を、結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、単にＰＰＳ樹脂という）によって射出成形するためのものである。筒状成形品１０において２本の副円筒部１２，１３は、相互に上下にオフセットした位置に設けてあり、主円筒部１１の軸心に対して左右が非対称である。この筒状成形品１０では、主円筒部１１の上端面が寸法の基準面１４となっている。また、筒状成形品１０においては、図５中の符号Ａで示す主円筒部１１の上端部分が最も精度の要求される箇所であり、特に、その内周面（一方の成形面）１１ｂに高い真円度が要求されるものである。つまり、上記筒状成形品１０において最も経時変形を抑制すべき部分は、主円筒部１１においてその上端部分の内周面１１ｂである。
【００３３】
上記筒状成形品１０を成形する金型装置は、図１に示すように、外型部２０と、コアピン２１と、コアガイド２２と、サブコアピン２３と、２本のサイドピン２４，２５とを備えて構成してある。
【００３４】
外型部２０は、図には明示していないが、互いに開閉する固定側外型部と移動側外型部とを備えたもので、これら固定側外型部と移動側外型部との間に筒状成形品１０の外形形状に合致した成形品キャビティ２０ａを有している。コアピン２１は、筒状成形品１０において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを成形するためのもので、高い真円度を有した円柱状を成している。コアガイド２２は、円筒状を成し、かつその中心孔２２ａに上記コアピン２１を摺動可能に嵌合したもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。このコアガイド２２の先端面は、筒状成形品１０の寸法基準となる基準面１４を成形する部分となる。サブコアピン２３は、筒状成形品１０において主円筒部１１の下端部内周面、並びに主円筒部１１の下端面１５を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。サイドピン２４，２５は、それぞれ筒状成形品１０において副円筒部１２，１３の内周面、並びに副円筒部１２，１３の先端面１６，１７を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。これら外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５は、すべてを冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ４４０）等の鋼材によって形成してもよいが、特にコアピン２１に関しては、他の構成部品よりも熱容量の小さい材質、例えば銅合金やアルミニウム合金によって形成することが好ましい。本実施の形態１では、上述した金型装置の構成部品のうち、コアピン２１が特許請求の範囲の第１金型部分に相当し、外型部２０等が第２金型部分に相当する。
【００３５】
なお、図には明示していないが、上記金型装置は、上述した外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５をはめ込むための母型もその構成要素として備えている。
【００３６】
一方、上記金型装置では、外型部２０、コアピン２１、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５の各内部にそれぞれ媒体通路２０Ａ，２１Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａを設けてある。このうち、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ（以下、単に第２媒体通路という）に関しては、連絡流路２６を介して互いに直列に接続し、さらに温度調整手段３０の高温媒体供給部３１に接続してある。なお、必ずしも外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａは、互いに直列に接続する必要はなく、並列に接続して高温媒体供給部３１に接続してもよいし、個別に高温媒体供給部３１に接続するようにしてもよい。
【００３７】
これに対してコアピン２１に設けた媒体通路２１Ａ（以下、単に第１媒体通路という）は、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａとは独立しており、供給媒体選択部４０を介して温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２に接続してある。供給媒体選択部４０は、第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２を択一的に接続するためのもので、４つのバルブ４１，４２，４３，４４を備えている。具体的には、低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに至る低温媒体供給流路４５に設けた第１バルブ４１と、第１媒体通路２１Ａから低温媒体供給部３２に至る低温媒体返送流路４６に設けた第２バルブ４２と、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａに至る高温媒体供給流路４７に設けた第３バルブ４３と、第１媒体通路２１Ａから高温媒体供給部３１に至る高温媒体返送流路４８に設けた第４バルブ４４とを備えている。これら第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４は、バルブ駆動制御部５０からの制御信号に基づいてそれぞれの流路４５，４６，４７，４８を個別に開閉するように動作するものである。
【００３８】
上述した温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２は、それぞれ媒体として、熱交換効率に優れ、かつ取り扱いが容易な水を供給するものである。このうち、高温媒体供給部３１は、媒体である水を所定の高温状態に調整した状態で供給する一方、低温媒体供給部３２は、媒体である水を所定の低温状態に調整した状態で供給する。なお、高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２が供給する媒体としては、必ずしも水に限らず、エチレングリコールや各種油等の液体、あるいは飽和蒸気や加熱蒸気等の気体を適用してもよい。
【００３９】
図２は、上述した金型装置による筒状成形品１０の成形過程を順に示した概念図、図３は、筒状成形品１０の成形過程において第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに供給する媒体の切替態様を示した図表である。以下、これらの図を参照しながら、上記金型装置を適用した筒状成形品１０の成形工程について説明する。
【００４０】
図３に示すように、上記金型装置では、型閉め工程→射出工程→保圧・冷却工程→型開き工程→強制冷却工程→離型工程→型閉め工程を順次繰り返すことによって筒状成形品１０の成形を行う。
【００４１】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置する（型閉め工程）。この状態から外型部２０とコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５との間に画成される成形品キャビティ２０ａに対して溶融状態の成形材料を射出し（射出工程）、さらに射出した成形材料に所定の保圧力を与えながら凝固点以下に維持して固化させる（保圧・冷却工程）。その後、図２（ｂ）に示すように、筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させ（型開き工程）、さらに図２（ｃ）に示す後述の強制冷却工程を経た後、図２（ｄ）に示すように、筒状成形品１０からコアピン２１を離隔させて取り出す（離型工程）。その後、再び、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置し（型閉め工程）、上述した工程を繰り返し実施する。
【００４２】
上述した成形工程のうち、保圧・冷却工程においては、できる限り保圧力を高めることで、筒状成形品内部のボイドや表面のヒケ発生を抑制し、転写性が良好になるばかりでなく、筒状成形品１０の強度を向上させることができるようになる。しかしながら、保圧力を高めすぎると、バリの発生が増えたり、金型装置や射出成形機の負荷が過大となって寿命を短くする等の問題が発生する。これらの条件を考慮して保圧力、並びに保圧力を印加し続ける時間（保圧時間）の最適値を設定する。
【００４３】
図３からも明らかなように、これら一連の成形工程において第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに対しては、常に高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を継続し、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５が室温以上の温度となるように保持しておく。また、第１媒体通路２１Ａに対しても、型閉め工程から型開き工程が終了するまでの間においては、高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を行い、コアピン２１が室温以上となるように保持しておく。つまり、第１および第２バルブ４１，４２を閉成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を開成する。
【００４４】
これは、成形品キャビティ２０ａに射出した成形材料の良好な流動性を確保するとともに、成形材料を成形品キャビティ２０ａに充填する過程においてその温度低下を可及的に抑えることにより、ウェルド部の強度を向上するためである。この成形材料の流動性やウェルド部の強度を考慮した場合、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度は、できるだけ高いことが好ましい。しかしながら、これらの温度が高すぎると、保圧・冷却工程において筒状成形品１０が十分に冷却されないため、その取り出し時に不具合が生ずる。すなわち、型開き工程において筒状成形品１０の最表層部が剥離して外型部２０、サブコアピン２３、サイドピン２４，２５の表面に残留したり、エジェクタピン（図示せず）が筒状成形品１０を傷つけ、最悪突き破るといった不具合が発生する。さらに、成形材料から発生する分解ガスの量が増大し、金型装置の腐食を促進させる虞れもある。これらの不具合を発生させることなく、成形材料の良好な流動性やウェルド部の強度を確保するには、成形材料に応じて外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度に上限値を設定する必要がある。本実施の形態１で適用するＰＰＳ樹脂では、この温度の上限値が４２３Ｋ程度となる。
【００４５】
一方、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度には、上述した上限値だけではなく、下限値も存在する。すなわち、ＰＰＳ樹脂等の結晶性樹脂の場合には、これ以上は結晶化が進行しないという最大の結晶化度（＝飽和結晶化度）が存在する。筒状成形品１０の結晶化度がこの飽和結晶化度に到達しなかった場合には、結晶ひずみが増大し、これが内部応力として作用するため、離型工程の後に筒状成形品１０の内部応力によって変形量が大きくなり、寸法精度を低下させる要因となる。従って、筒状成形品１０の寸法精度を向上させるためには、成形工程中において離型工程までの間に飽和結晶化度以上に到達させる必要がある。上述したＰＰＳ樹脂の場合には、図６に示すように、４０３Ｋ以上で飽和結晶化度となる。
【００４６】
これらの理由から、成形材料としてＰＰＳ樹脂を適用する場合には、型閉め工程から型開き工程までの間に、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１を４０３Ｋ〜４２３Ｋの温度範囲に設定しておくことが好ましいことになる。本実施の形態１では、上述したウェルド部の強度をできる限り向上させるため、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１が上記温度範囲の上限値である４２３Ｋとなるように、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに高温媒体を供給するようにしている。なお、成形材料としてＰＰＳ樹脂以外のものを適用する場合には、最適な温度範囲も異なるものとなり、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００４７】
型開き工程が終了した後においては、強制冷却工程および離型工程の間、図３に示すように、第１媒体通路２１Ａに対して低温媒体供給部３２から低温媒体の供給を行い、コアピン２１の強制冷却を行う。この場合、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを制御することにより、つまり第１および第２バルブ４１，４２を開成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を閉成することにより、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を瞬時に切り替えることができる。しかも、コアピン２１に関しては、上述したように、熱容量の小さい材質によって構成してある。さらに、共通の第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体と低温媒体とを切り替え供給するようにしているため、高温媒体と低温媒体とを個別の媒体通路に供給する場合に比べて第１媒体通路２１Ａの横断面積を大きく確保することができる。これらの結果、媒体の切り替えに要する時間を著しく短縮し、生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００４８】
ここで、高温媒体供給部３１が供給する高温媒体は、低温媒体供給部３２が供給する低温媒体よりも高圧状態として熱輸送量を多くとることがさらに好ましい。本実施の形態１では、低温媒体として約１ｋｇｆ／ｃｍ²の水を供給するのに対して、高温媒体としては約２ｋｇｆ／ｃｍ²、もしくはそれ以上の圧力の高圧水を供給するようにしている。これにより、生産効率を一層向上させることができるようになる。
【００４９】
上述した強制冷却の際には、筒状成形品１０の温度が室温と同等になるまで完全に冷却するのが理想的である。しかしながら、適用する成形材料によっては冷却に多大な時間を要し、成形サイクルが長くなって生産効率に影響を与えるようになる。そこで、本実施の形態１で適用するＰＰＳ樹脂のように、成形材料が結晶性樹脂の場合には、少なくともコアピン２１がガラス転移点以下の温度となるように強制冷却するようにしている。これは、結晶性樹脂がガラス転移点以上の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量と、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮量とを加算した量の収縮が発生するのに対し、ガラス転移点以下の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量のみとなるためである。上述したＰＰＳ樹脂では、ガラス転移点が約３６３Ｋに存在する。本実施の形態１では、離型工程までの間に筒状成形品１０をできる限り室温に近づけるべく、コアピン２１が２９３Ｋとなるように低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに低温媒体を供給するようにしている。なお、強制冷却の際のコアピン２１の温度に関しても、ＰＰＳ樹脂以外の成形材料を適用する場合には、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００５０】
上記のように、型開き工程において筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させた後、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂをコアピン２１に保持させた状態のまま、当該コアピン２１を通じて強制冷却するようにした成形方法によれば、高い寸法精度が要求される主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを拘束する一方、比較的寸法精度の要求されない他の部分の拘束を解除することでその自由な変形を招来することができるようになる。従って、筒状成形品１０に発生する内部応力を可及的に抑え、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の変形量を最小限に止めることが可能になる。また、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを局所的に強制冷却することで、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の熱収縮による変形量も最小限に止めることができる。さらに、強制冷却温度をＰＰＳ樹脂のガラス転移点以下である２９３Ｋに設定してあるため、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮をも最小限に止めることができる。
【００５１】
これらの結果、コアピン２１に抜き勾配を設けたり、専用の設備を要することなく、離型工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂから当該コアピン２１を容易に抜き出すことができるようになり、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、その内周面１１ｂに極めて高い寸法精度を確保することができるようになる。しかも、射出成形を前提とした成形方法であるため、筒状成形品１０を高速、かつ大量に成形する場合にも好適である。
【００５２】
ここで、上記強制冷却工程においては、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂのみがコアピン２１に保持されたままとなって熱収縮による変形が拘束される一方、その他の部分の拘束を解除することで熱収縮による自由な変形が許容されるようになる。従って、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間を適宜変更すれば、熱応力を意図的に発生させ、かつこれを任意に制御することが可能となる。
【００５３】
図７は、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間と、経時変形前後の寸法変化量との関係を示したものである。この図７において縦軸は、筒状成形品１０の成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比を示したものである。この縦軸において正の値は筒状成形品１０が膨張していることを表す一方、負の値は筒状成形品１０が収縮していることを表している。図７において横軸となる保持時間に関しては、０〜９０秒の範囲で適宜変化させてある。測定個所は、図５に示すように、主円筒部１１の内周面１１ｂにおいて、代表となる４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄであり、３次元測定機によってそれぞれの内径測定を行った。なお、短時間のうちに筒状成形品１０の残留応力を解放させる目的で、成形後の筒状成形品１０に対して、３７３Ｋ、大気圧下で１００時間の熱処理を行っている。
【００５４】
図７において、保持時間を５秒に設定した筒状成形品１０では、保圧工程の際に比較的高い圧力で成形材料を保圧した影響が残り、内部に圧縮応力が支配的に作用する。この圧縮応力が離型工程後において残留応力となり、当該残留応力が解放された場合に経時変形として筒状成形品１０が膨張することになる。
【００５５】
一方、保持時間を長く設定すると、筒状成形品１０は全体として収縮しようとするが、コアピン２１が嵌合されたままとなる主円筒部１１の内周面１１ｂにおいては、変形が拘束されることにより引張応力が支配的となる。例えば、保持時間を９０秒に設定した筒状成形品１０では、保圧工程において発生する圧縮応力よりも、強制冷却中に発生する引張応力が圧倒的となり、これが残留応力となるため、当該残留応力が解放された場合に経時変形として筒状成形品１０が収縮するようになる。
【００５６】
このように、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間を適宜変更することにより、熱収縮に伴う熱応力を任意に制御することができる。この熱応力（引張応力）および結晶ひずみ応力（引張応力）と、保圧による内部応力（圧縮応力）とを互いに相殺するように保持時間を設定すれば、離型工程後に残留する応力を最小限に抑えることが可能となり、筒状成形品１０の主円筒部１１において内周面１１ｂの経時変形も最小限となる。本実施の形態１では、保持時間を１５〜１７秒に設定することで、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、全測定箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比を±５×１０^-4以内に抑えることができた。
【００５７】
図７において保持時間に０秒を含めているのは、従来の成形方法との比較のためである。つまり、保持時間が０秒となるのは、型開き工程において外型部２０、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５と同様に筒状成形品１０からコアピン２１をも離隔させることであり、従来の成形方法に相当するものである。なお、測定個所については、実施の形態１と同一である。
【００５８】
この従来の成形方法では、成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比が１．０×１０^-3〜１．４×１０^-3となり、経時変形として筒状成形品１０が大きく膨張することになる。この結果と、上述した実施の形態１による結果（保持時間を１５〜１７秒に設定したもの）とを比較すれば、実施の形態１のものが経時変形量を１／２〜１／３程度に低減できることを容易に理解することができる。
【００５９】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、型開き工程の後、強制冷却工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間を制御することにより、筒状成形品１０の残留応力を制御し、これによって経時変形を最小限に抑えるようにしている。これに対して実施の形態２は、筒状成形品１０に対して転写性や成形品強度が特に求められず、保圧工程での保圧力にも制限がない場合に、当該保圧力を制御することによって経時変形を最小限に抑えるようにしたものである。
【００６０】
この実施の形態２では、保圧工程において保圧力を２７．８ＭＰａ、５５．６ＭＰａ、８３．４ＭＰａ、１１１ＭＰａの４通りに設定した。保圧時間はいずれも約１０秒で共通である。また、強制冷却工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間に関しても、相互に共通としてある。なお、特に説明していない条件については、実施の形態１と同様である。
【００６１】
図８は、こうした保圧力と経時変形前後の寸法変化量との関係を示したものである。この図８において縦軸は、筒状成形品１０の成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比を示したものである。この縦軸において正の値は筒状成形品１０が膨張していることを表す一方、負の値は筒状成形品１０が収縮していることを表している。測定個所は、図５に示すように、主円筒部１１の内周面１１ｂにおいて、代表となる４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄであり、３次元測定機によってそれぞれの内径測定を行った。なお、短時間のうちに筒状成形品１０の残留応力を解放させる目的で、成形後の筒状成形品１０に対して、３７３Ｋ、大気圧下で１００時間の熱処理を行っている。
【００６２】
この結果によれば、保圧力を３５ＭＰａ程度に設定することで、筒状成形品１０の経時変形を最小限とすることができる。つまり、保圧力を３５ＭＰａに設定すれば、この保圧による内部応力（圧縮応力）と、熱応力（引張応力）および結晶ひずみ応力（引張応力）とが互いに相殺することになり、離型工程後に残留する応力が最小限となって、筒状成形品１０の主円筒部１１において内周面１１ｂの経時変形も最小限となる。実際に、保圧力を２７．８ＭＰａに設定した場合には、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比が３×１０^-4程度となり、経時変形が有効に防止されていることが分かった。
【００６３】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、型開き工程の後、強制冷却工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂに対するコアピン２１の保持時間を制御することにより、筒状成形品１０の残留応力を制御し、これによって経時変形を最小限に抑えるようにしている。これに対して実施の形態３は、射出工程で成形材料の良好な流動性やウェルド部の強度を特に確保する必要がない場合に、成形材料の加熱温度、つまり金型部分の加熱温度を制御することによって経時変形を最小限に抑えるようにしたものである。成形材料が結晶性樹脂の場合、非晶部分に凝固収縮に伴う結晶ひずみが発生し、結晶ひずみ応力が残留する。この応力は結晶化度と相関があり、また、結晶化度は成形時の加熱温度に依存する（図６参照）。従って、金型部分の加熱温度を適宜変更すれば、結晶ひずみ応力を任意に制御することが可能になる。
【００６４】
この実施の形態３では、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びに強制冷却工程および離型工程以外においてコアピン２１が３１３Ｋ、３４３Ｋ、３７１Ｋ、４０３Ｋ、４２３Ｋの５通りとなるように、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに高温媒体を供給するように設定した。保圧工程では、筒状成形品１０内部のボイドや表面の引け発生を抑制し、転写性や成形品強度の向上を図るために保圧力を１１１ＭＰａと比較的高めに設定し、約１０秒間の保圧時間を設定してある。なお、特に説明していない条件については、実施の形態１と同様である。
【００６５】
図９は、こうした成形材料の加熱温度と経時変形前後の寸法変化量との関係を示したものである。この図９において縦軸は、筒状成形品１０の成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比を示したものである。この縦軸において正の値は筒状成形品１０が膨張していることを表す一方、負の値は筒状成形品１０が収縮していることを表している。測定個所は、図５に示すように、主円筒部１１の内周面１１ｂにおいて、代表となる４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄであり、３次元測定機によってそれぞれの内径測定を行った。なお、短時間のうちに筒状成形品１０の残留応力を解放させる目的で、成形後の筒状成形品１０に対して、３７３Ｋ、大気圧下で１００時間の熱処理を行っている。
【００６６】
この結果によれば、加熱温度を３８０〜３９０Ｋ程度に設定することで、筒状成形品１０の経時変形を最小限とすることができる。つまり、加熱温度を３８０〜３９０Ｋに設定すれば、保圧による内部応力（圧縮応力）と、熱応力（引張応力）および非晶部分に存在する結晶ひずみ応力（引張応力）、さらには結晶化の進行に伴う体積収縮の影響とが互いに相殺することになり、離型工程後に残留する応力が最小限となって、筒状成形品１０の主円筒部１１において内周面１１ｂの経時変形も最小限となる。実際に、加熱温度を３７１Ｋに設定した場合には、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、成形直後の寸法に対する経時変形前後の寸法の変化量の比が７×１０^-4程度となり、経時変形が有効に抑制されていることが分かった。
【００６７】
なお、上述した実施の形態１〜３では、成形材料として結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を例示しているが、その他の成形材料を用いても同様の作用効果を期待することが可能である。例えば高分子系の樹脂材料の場合、熱可塑性樹脂であればその種類は問わない。具体的には、（１）ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン系樹脂、（２）ポリ塩化ビニル系樹脂、ナイロン６やナイロン６６などの脂肪族ポリアミド系樹脂、（３）ポリフタルアミドなどの芳香族ポリアミド系樹脂、（４）ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、（５）ポリオキシメチレン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などの結晶性樹脂、（６）ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアレリート系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン系樹脂などの非晶性樹脂、（７）芳香族ポリエステル系樹脂や芳香族ポリエステルアミド系樹脂などの液晶ポリマーなどを列挙することができる。また、これらのアロイや、ガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂であってもよい。
【００６８】
また、上述した本実施の形態では、樹脂を成形材料としたものを例示しているが、必ずしも樹脂による射出成形に限らず、例えば、無機材料を用いた粉末成形にも適用することが可能である。この種の粉末成形としては、セラミック射出成形、金属粉末射出成形、超硬合金射出成形などがある。これらの粉末成形では、成形材料に可塑性を付与するためにバインダが混入される。バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブラチール、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、パラフィンワックスやカルナバ蝋などのワックス類などを挙げることができる。
【００６９】
さらに、上述した実施の形態では、成形品として、主円筒部１１と、この主円筒部１１の周面から直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を例示しているが、その他の形状の成形品にも適用することが可能である。この場合、成形品が必ずしも筒状を成している必要はない。つまり、一方の成形面と他方の成形面とを有するものであれば、如何なる形状の成形品にも適用することが可能である。
【００７０】
また、上述した実施の形態では、温度調整手段３０として高温媒体や低温媒体を供給するものを例示しているが、必ずしも媒体を適用する必要はない。例えば、コアピン２１等の金型部分に加熱素子や冷却素子を埋設するようにしてもよい。また、電熱ヒータを設置したり、高温ガスを金型部分の内部に直接吹き付けるようにしても構わない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１金型部分を成形品に保持させる時間を制御することにより、成形品の残留応力を減少させることができるため、成形材料や成形品の形状を限定することなく、成形品の経時変形を抑制することが可能となる。
【００７２】
つぎの発明によれば、製品キャビティに充填した成形材料に対する印加圧力を制御することにより、成形品の残留応力を減少させることができるため、成形材料や成形品の形状を限定することなく、成形品の経時変形を抑制することが可能となる。
【００７３】
つぎの発明によれば、第１金型部分および第２金型部分の温度制御を行うことにより、成形品の残留応力を減少させることができるため、成形材料や成形品の形状を限定することなく、成形品の経時変形を抑制することが可能となる。
【００７４】
つぎの発明によれば、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができるため、媒体の切り替えによって第１金型部分の温度制御を行うことが可能になる。
【００７５】
つぎの発明によれば、第１および第２金型部分に高温媒体を供給することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができるため、ウェルド部の強度を向上させることが可能になる。
【００７６】
つぎの発明によれば、低温媒体を供給することにより、第１金型部分を冷却することができるため、第１金型部分を通じて成形品の一方の成形面を強制冷却することが可能になる。
【００７７】
つぎの発明によれば、成形品を強制冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができるため、生産効率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１〜３で適用する金型装置を示した概念図である。
【図２】図１に示した金型装置による筒状成形品の成形過程を順に示した概念図である。
【図３】筒状成形品の成形過程において第１媒体通路および第２媒体通路に供給する媒体の切替態様を示した図表である。
【図４】図１に示した金型装置によって成形する成形品を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図５】図４に示した成形品において真円度測定を行った箇所を示す断面側面図である。
【図６】金型装置の加熱温度と成形材料の結晶化度との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態１において、成形品に対する第１金型部分の保持時間と、経時変形前後の寸法変化量との関係を示したグラフである。
【図８】この発明の実施の形態２において、保圧力と経時変形前後の寸法変化量との関係を示したグラフである。
【図９】この発明の実施の形態３において、成形材料の加熱温度と経時変形前後の寸法変化量との関係を示したグラフである。
【図１０】従来の成形方法によって成形したプラスチック製壜体の底部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０筒状成形品、１１主円筒部、１１ａ外周面、１１ｂ内周面、１２，１３副円筒部、１４基準面、１５下端面、１６，１７先端面、２０外型部、２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ第２媒体通路、２０ａ成形品キャビティ、２１コアピン、２１Ａ第１媒体通路、２２コアガイド、２２ａ中心孔、２３サブコアピン、２４，２５サイドピン、２６連絡流路、３０温度調整手段、３１高温媒体供給部、３２低温媒体供給部、４０供給媒体選択部、４１第１バルブ、４２第２バルブ、４３第３バルブ、４４第４バルブ、４５低温媒体供給流路、４６低温媒体返送流路、４７高温媒体供給流路、４８高温媒体返送流路、５０バルブ駆動制御部。

Claims

高い寸法精度の内側の面を拘束する第１金型部分と、前記内側の面より寸法精度の低い外側の面を拘束する第２金型部分とを含む、少なくとも２つの金型部分間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して、オフセット位置に分岐部を有する管状成形品の成形を行う成形方法であって、
前記成形品キャビティに成形材料を充填して保圧する保圧工程と、
前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、前記第１金型部分内の媒体通路に流れる媒体を高温媒体から前記高温媒体より温度が低い低温媒体に切り替えて、強制的に冷却する強制冷却工程とを含み、
前記成形品に発生する経時変形を抑制するために、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記成形材料の非晶質部分の凝固収縮による結晶ひずみ応力と、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記強制冷却工程での前記成形品の熱収縮による熱応力と、前記成形品内部に圧縮応力として発生する、前記保圧工程での保圧による内部応力との総和である残留応力が減少するように、
前記強制冷却工程においては、前記第１金型部分を前記成形品に保持させる時間を制御して、前記熱応力を制御する
ことを特徴とする成形方法。
高い寸法精度の内側の面を拘束する第１金型部分と、前記内側の面より寸法精度の低い外側の面を拘束する第２金型部分とを含む、少なくとも２つの金型部分間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して、オフセット位置に分岐部を有する管状成形品の成形を行う成形方法であって、
前記成形品キャビティに成形材料を充填して保圧する保圧工程と、
前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、前記第１金型部分内の媒体通路に流れる媒体を高温媒体から前記高温媒体より温度が低い低温媒体に切り替えて、強制的に冷却する強制冷却工程とを含み、
前記成形品に発生する経時変形を抑制するために、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記成形材料の非晶質部分の凝固収縮による結晶ひずみ応力と、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記強制冷却工程での前記成形品の熱収縮による熱応力と、前記成形品内部に圧縮応力として発生する、前記保圧工程での保圧による内部応力との総和である残留応力が減少するように、
前記保圧工程においては、前記成形品キャビティに充填した成形材料に対する保圧力を制御して、前記保圧による内部応力を制御する
ことを特徴とする成形方法。
高い寸法精度の内側の面を拘束する第１金型部分と、前記内側の面より寸法精度の低い外側の面を拘束する第２金型部分とを含む、少なくとも２つの金型部分間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して、オフセット位置に分岐部を有する管状成形品の成形を行う成形方法であって、
前記成形品キャビティに成形材料を充填して保圧する保圧工程と、
前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を前記成形品に保持させた状態で、前記第１金型部分内の媒体通路に流れる媒体を高温媒体から前記高温媒体より温度が低い低温媒体に切り替えて、強制的に冷却する強制冷却工程とを含み、
前記成形品に発生する経時変形を抑制するために、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記成形材料の非晶質部分の凝固収縮による結晶ひずみ応力と、前記成形品の内部に引張応力として発生する、前記強制冷却工程での前記成形品の熱収縮による熱応力と、前記成形品内部に圧縮応力として発生する、前記保圧工程での保圧による内部応力との総和である残留応力が減少するように、
前記保圧工程においては、前記第１金型部分および前記第２金型部分の温度を制御して、前記結晶ひずみ応力を制御する
ことを特徴とする成形方法。
前記第１金型部分内の媒体通路に対して互いに温度の異なる媒体を供給することにより、当該第１金型部分の温度制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の成形方法。
少なくとも前記第１の金型部分と前記第２の金型部分との間の前記成形品キャビティに成形材料を充填する際には、前記第１金型部分内の媒体通路および前記第２金型部分内の媒体通路に前記高温媒体を供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の成形方法。
前記成形品の冷却を行う際には、前記第１金型部分内の媒体通路に前記低温媒体を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の成形方法。
前記第１金型部分の材質として前記第２金型部分よりも熱容量の小さい材質を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の成形方法。