JP4223665B2

JP4223665B2 - 射出成形用金型および射出成形方法

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Publication number: JP4223665B2
Application number: JP2000281926A
Authority: JP
Inventors: 信幸杉山; 真吾小川; 宏治關
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2020-09-18
Also published as: JP2002086496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用金型および射出成形方法に関し、例えば電磁流量計の測定管として用いられるライニング管等の成形に用いて好適な射出成形用金型および射出成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測定管内を流れる導電性流体の流量を電磁誘導現象を利用して測定する電磁流量計は、流体中で発生した起電力とステンレス鋼等の非磁性体からなる測定管との短絡を防止するために、通常測定管の接液面である内周面および測定管の両端部に一体的に設けたフランジの配管接続端面をライニング材によって被覆している。ライニング材としては、耐熱性、耐食性、絶縁性等が要求されるため、通常弗素樹脂等の絶縁材が使用され、射出成形によって測定管の内周面およびフランジの配管接続端面に形成される。
【０００３】
このようなライニングが施された測定管をトランスファー成形機によって成形する場合は、ライニングが施されていない測定管を金型内に装填し、金型をライニング材の溶融温度以上に加熱し、溶融したライニング材を金型内に加圧注入して測定管の内周面およびそのフランジの配管接続端面をライニング材で被覆する。
【０００４】
図３（ａ）、（ｂ）は測定管の成形に用いられる従来の射出成形用金型を示す平面図およびＡ−Ａ線断面図である。この射出成形用金型１は、上型２および下型３とからなる金型４とを備え、下型３を第１の下型５、第２の下型６および中子７とで構成し、金型４のキャビティ８内に弗素樹脂等の溶融した成形材料９を加圧注入して第２の下型６の内周面およびそのフランジ１０の配管接続端面１０ａにライニングを施すことにより、第２の下型６を測定管１１として取り出すようにしている。すなわち、この射出成型用金型１は、ライニングが施されていない測定管を第２の下型６として用い、アウトサート成形するものである。
【０００５】
射出成形に際しては、成形圧力（射出圧力）に対して金型４の締付圧力（型締力）が不十分な場合、射出圧力によって金型４のパーティングライン面（以下、シール面という）１２から溶融した成形材料９が漏出して固化するとバリが生じ、過剰に漏出した場合は成形不能になるため、上型２、第１、第２の下型５，６を複数本のボルト１３または油圧による型締め機構によって型締めし、シール面１２が開かないようにする必要がある。シール面１２が開かないようにするためには、成形品の総投影面積をＤ（ｃｍ²）、射出圧力をＰ（Ｋｇ／ｃｍ²）、型締力をＷ（Ｋｇ）とすると、次の条件
ＤＰ＜Ｗ
を満足させればよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の射出成形用金型１は、シール面１２からの成形材料９の漏出を防止するために金型４をボルト１３の締結により、または油圧による型締め機構によって型締めしていた。しかしながら、ボルト１３の締結による型締め作業は、その締付けと弛緩とを行わなければならないために作業者の負担が大きく、作業性および生産性が低いという問題があった。また、上型２、第１、第２の下型５，６にボルト１３の挿通孔を形成する必要があるため、金型４自体の製造コストが高くなるという問題もあった。一方、油圧による型締め機構は、成形機自体が大がかりとなり、高価になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者らは種々の射出成形用金型を製作し、ボルトの締結や油圧による型締め機構を用いないで成形実験を行った場合のシール性について検討した結果、以下のことを見出した。
成形材料に射出圧力を加えることにより、射出ノズルには金型を押し付ける下向きの力が発生する。射出ノズルが金型を押し付けることによって上型２と第２の下型６および第１の下型５と第２の下型６の間（第２の下型がない場合は上型と第１の下型との間）に同じ大きさの締め付け力がそれぞれ発生する。一方、射出圧力によって成形材料９を金型４のキャビティ８に加圧注入することにより金型４を押し上げようとする力（反力）が発生する。成形材料９の射出圧力によって発生する射出ノズルの下向きの力をＦｎ、射出圧力によって金型４を押し上げようとする力をＦｍ、上型２と第２の下型６のシール面積をＳとすると、シール面１２に加わる圧力は（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓとなる。これを射出圧力Ｐで除した値（Ｆｎ−Ｆｍ）／ＳＰをここではシール比（Ｋ）と呼ぶ。このシール比Ｋは無次元単位の数値で、金型の設計時に決定される。シール比Ｋがある値より大きくなるように設計すると、シール面１２から成形材料９が漏出せず、小さいと漏出することが確認された。漏出するか否かを決定する値は、成形材料９によって決まる定数値Ｃであり、成形材料９の種類、粘度、成形温度等によって異なる。
【０００８】
本発明は上記した実験結果に基づいてなされたもので、その目的とするところは、シールのためのボルトの締結・弛緩ないし油圧による型締め機構を一切必要とせず、射出ノズルの金型に対する押付力のみで良好なシール性を確保することができるようにした射出成形用金型および射出成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係る射出成形用金型は、型締め機構を備えず、弗素樹脂からなる成形材料を射出ノズルから射出しキャビティ内に加圧注入する射出成形用金型であって、下型と、この下型の上にパッキンを介在させることなく直接積み重ねられた上型とを有し、この上型は射出ノズルの下側に接触して前記下型へと押し付けられ、前記上型と前記下型とが接触するシール面において、以下の条件
Ｐａ／Ｐ＞０．３２
（ただし、前記成形材料を所定の圧力で射出するときの射出圧力をＰ、前記シール面に発生するシール圧をＰａとする）
が成り立つものである。
【００１０】
第２の発明に係る射出成形用金型は、前記第１の発明において、前記下型が第１の下型と第２の下型と中子とからなるものである。
【００１１】
第３の発明に係る射出成形用金型は、前記第２の発明において、前記第２の下型が前記第１の下型と前記上型との間に配置されるとともに、成形品の一部を構成するものである。
【００１３】
第４の発明に係る射出成形方法は、上記第１の発明に係る射出成形用金型を用いて射出成形するものである。
【００１４】
第１〜第４の発明においては、成形材料が弗素樹脂で、射出成形条件をＰａ／Ｐ＞０．３２としたことにより、射出ノズルの金型に対する押付力（下向きの力）のみで金型を固定でき、良好にシール面をシールする。したがって、成形材料がシール面から漏出せず、大がかりな油圧による型締め機構を用いたり、ボルトによる面倒な型締め作業を行う必要がなく、簡単に射出成形することができる。また、上記条件が成り立つ範囲内において、射出圧力Ｐ、溶融した成形材料に所定の射出圧力を与えた結果発生する射出ノズルの金型に対する押付力Ｆｎ、溶融した成形材料に所定の射出圧力を与えた結果発生する金型を押し上げようとする力Ｆｍ、シール面積Ｓの値を決定することができるので、金型の設計上の自由度が拡大する。
【００１５】
第３の発明においては、成形品の一部を構成する部品を第２の下型として用いているので、第２の下型の取付け、取外しが即成形品の取付け、取外しとなる。したがって、作業工程が削減できる。また、成形品である第２の下型の固定のためのボルト固定用の付加的構造を設ける必要がないので、金型自体も安価に製作することができる。
ここで、成形品とは、射出成型用金型によって成形される物品である。したがって、インサートまたはアウトサート成形によって成形される成形品の場合は、金属、セラミックス等の異種材料からなる部材と成形材料によって形成される部材とからなり、例えばライニング管を成形する場合は、金属またはセラミックス製の管本体が下型の第２の下型として用いられ、この管本体を成形材料によってライニングすることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る射出成形用金型の一実施の形態を示す断面図、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は射出ノズルの投影面積、上型の投影面積およびシール面を示す図である。本実施の形態は、電磁流量計用測定管の成形に用いられるトランスファー成形機用の射出成形用金型に適用した例を示す。
【００１７】
これらの図において、射出成形装置２０は、射出成形用の金型２１と、射出ノズル２２とを備え、金型取付板２３の上に設置されている。前記射出成形用金型２１は、下型２４と、上型２５とからなり、下型２４が第１、第２の下型２７，２８および中子２９とからなり、第１の下型２７と中子２９が前記金型取付板２３上に位置決めされて固定され、第１の下型２７の上に第２の下型２８が位置決めされて載置され、さらにその上に上型２５が同じく位置決めされて載置されている。
【００１８】
前記第１の下型２７はリング状に形成され、中央に前記中子２９が貫通する孔２７ａを有している。
【００１９】
前記第２の下型２８としては、ライニング処理されていない電磁流量計用の測定管が用いられる。この第２の下型２８は、内径が前記中子２９の外径より大きい円筒部２８ａと、この円筒部２８ａの両端開口部に一体に設けられたフランジ２８ｂとで構成されている。また、各フランジ２８ｂの配管接続端面である外側面には、ライニングのための環状溝２８ｃが形成されている。
【００２０】
前記上型２５は、下面中央に形成された円錐形の凹部２５ａと、環状の冷却用エア通路３１を有している。凹部２５ａは、上型２５の上面中央に開口しており、前記射出ノズル２２のノズル孔２２ａに連通している。
【００２１】
前記中子２９は、円柱状の中子本体２９Ａと、この中子本体２９Ａの外周を覆う筒体２９Ｂと、中子本体２９Ａと筒体２９Ｂの上面に溶接によって固定された円錐体２９Ｃとで構成され、前記第１、第２の下型２７，２８内に装着されることによりこれらの下型の内面とともにキャビティ８を形成している。中子本体２９Ａの内部には、冷却用エア通路３３が形成されている。円錐体２９Ｃは、前記上型２５の凹部２５ａに適宜な隙間を保って挿入され、この隙間が成形材料９の通る湯道３４を形成している。
【００２２】
このような、金型２１は、下型２４、上型２５および射出ノズル２２を単に積層配置しているだけで、ボルトの締結や油圧による型締め機構によって型締めされていない。また、前記上型２５の上には、前記射出ノズル２２を内部下方に備えたトランスファポット３５が設置されている。３６は図示しない油圧シリンダによって昇降されるプランジャ、Ａは第２の下型２８と上型２５のシール面、Ｂは第１の下型２７と第２の下型２８のシール面である。
【００２３】
このような射出成形用金型２１を用いて第２の下型２８の内周面とフランジ２８ｂの端面にライニングを施して電磁流量計の測定管を成形するには、射出成形用金型２１とトランスファポット３５とともに加熱炉の中に設置し、所定温度に加熱する。次に、ライニング材である弗素樹脂等の成形材料９をトランスファポット３５内に投入して加熱溶融する。この溶融した成形材料９をプランジャ３６によって加圧して射出ノズル２２からキャビティ８に加圧注入する。注入時間は２分程度で、キャビティ８内の空気はシール面Ａ，Ｂから外部へ排出される。
【００２４】
注入に際しては、プランジャ３６を室温にしておく。トランスファポット３５とプランジャ３６との間には、通常０．３〜１．０ｍｍ程度の隙間が存在するが、この隙間は溶融した成形材料９の一部がプランジャ３６との接触によって固化することにより埋められるため、溶融した成形材料９がトランスファポット３５の上方に漏出することはない。
【００２５】
溶融した成形材料９が金型２１のキャビティ８内に加圧注入されると、プランジャ３６の推力に応じて射出圧力Ｐが金型全体に発生する。これにより射出ノズル２２は下方への推力（押付力）Ｆｎが発生し、上型２５を第２の下型２８に押し付けることにより、第２の下型２８と上型２５との間に締付け力が発生する。同様に、第２の下型２８は第１の下型２７に押し付けられることにより、これらの間に同じ締付け力が発生する。射出ノズル２２の金型２１に対する押付力Ｆｎは、射出ノズル２２の投影面積Ｓｎと射出圧力Ｐから求められる。
Ｆｎ＝Ｐ・Ｓｎ
【００２６】
反対に、上型２５には射出圧力Ｐにより上方への推力（第２の下型２８から上型２５を引き離そうとする力）Ｆｍが発生する。この推力Ｆｍは、上型２５の投影面積Ｓｍと射出圧力Ｐから求められる。
Ｆｍ＝Ｐ・Ｓｍ
【００２７】
射出ノズル２２の上型２５に対する押付力Ｆｎによって上型２５が第２の下型２８のシール面Ａ（シール面Ｂも同様）を押し付ける力Ｆは、
Ｆ＝Ｆｎ−Ｆｍ
である。
ＦｎがＦｍより小さくなると、上型２５は持ち上げられるためシールが損なわれる。
シール面Ａの面積をＳ、シール面Ａに発生する圧力をＰａとすると、Ｐａは
Ｐａ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓ
となる。
【００２８】
ここで、成形材料９、上型２５、第２の下型２８、ポット３５等の重量が実際にシール比Ｋにどの程度影響するかについて検討したところ、成形材料９、上型２５、第２の下型２８、ポット３５等の総重量を口径１００ｍｍの場合、２１．５Ｋｇ、４０ｍｍの場合４．３Ｋｇ程度とすると、射出ノズル２２による押付力Ｆｎ（口径１００ｍｍの測定管の場合に５１４８Ｋｇｆ、口径４０ｍｍの場合に１８２５Ｋｇｆ）、推力Ｆｍ（口径１００ｍｍの場合に３３８２Ｋｇｆ、口径４０ｍｍの場合に１３７８Ｋｇｆ）に比べてきわめて小さいため、シール比Ｋへの影響がきわめて少なく、誤差範囲として無視し得ることが判った。なお、シール比Ｋは、口径１００ｍｍの場合、２．０４、口径４０ｍｍの場合、１．４１であった。
【００２９】
シール面Ａからの成形材料９の漏出を防止するためには、シール圧Ｐａが正の値であることが最低条件であるが、どの程度の圧力であれば成形材料９が漏出しなくなるかを実験で追求した。
上記式からも明らかなようにプランジャ３６の推力を高くすれば、射出圧力Ｐが上がり、シール圧Ｐａも上げることができる。しかし、プランジャ３６の推力を過剰に高くすると成形品に内部応力が残り、変形やクラックによる割れが生じるため好ましくない。
【００３０】
シール比Ｋ（シール圧Ｐａを射出圧力Ｐで除した値）は、
Ｋ＝Ｐａ／Ｐ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／ＳＰ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）／Ｓ
となる。
このシール比Ｋは無次元単位の数であり、金型２１の設計時に決定されるが、実際の成形において成形材料９の種類、粘度、温度等によって決まる定数値Ｃより小さいと成形材料９がシール面Ａから漏出し、大きいと漏出しなくなることが確認された。定数値Ｃは、実験によって帰納的に求められる値で、シール比Ｋ、成形材料９の種類、粘度および温度を変えて実際に成形を行い、成形材料９の漏出が止まった時点のシール比Ｋの値である。例えば、シール比Ｋを０．３として成形を行ったときに成形材料９のシール面からの漏出が止まったと仮定すると、定数値Ｃは０．３となる。したがって、成形材料９がシール面から漏出しないようにするためには、シール比Ｋを０．３より大きくする必要がある。実験に際しては、シール面積Ｓが大きい金型を製作して成形を行い、シール面を少しずつ削ってシール面積Ｓを徐々に小さくすることによりシール比Ｋを小さくして成形を繰り返し行い、成形材料９のシール面からの漏出が止まったときのシール比Ｋを定数値Ｃとする。
【００３１】
注入が終了すると射出成型用金型２１をエアで冷却してキャビティ８内の成形材料９を固化させる。成形材料９が固化すると、トランスファポット３５を回転させて湯道３４内の成形材料を射出ノズル２２から切断し、上型２５をポット３５とともに上昇させて第２の下型２８を取出し、ばり、湯道部分で固化して成形材料を切断することにより、測定管の成形を終了する。
【００３２】
【実施例】
三井デュポンフロロケミカル社製のＰＦＡ樹脂４５０ＨＰ−Ｊを成形材料として用いた場合、金型温度を３６０°Ｃ、樹脂温度を３６０°Ｃとし、シール比Ｋを０．３２としたとき、樹脂の漏出が発生しないことが確認された。
【００３３】
なお、上記した実施の形態においては、測定管の内周面とフランジの配管接続端面にライニングを成形する射出成形用金型２１に適用した例を示したが、本発明はこれに何等特定されるものではなく、例えば容器やカップ状のもの、特に半導体製造工場のクリーンルームで使用されるものは、略１００％弗素樹脂製なので、本発明による射出成形用金型を用いることにより、安価に製作することができる。また、管状の成形品に限らず、例えば板状の成形品にも適用することが可能である。
また、シール面Ａ，Ｂは水平に限らず、斜面であってもよい。また、例えば、上型２５と第２の下型２８との間にリング状の別部材を介在させてその上下面をそれぞれシール面としてもよい。
さらに、上記した実施の形態においては、成形品が測定管のため、金型２１の下型２４を、第１、第２の下型２７，２８および中子２９とで構成し、第２の下型２８を測定管で構成した例を示したが、成形品によっては金型が１つの下型と上型のみで構成されるものであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る射出成形用金型および射出成型方法によれば、射出ノズルから射出された弗素樹脂からなる成形材料がキャビティ内に加圧注入される金型を備え、この金型を下型と、この下型の上に型締めされず、かつパッキンを介在させることなく直接積層配置された上型とで構成し、この上型は射出ノズルの下側に接触して前記下型へと押し付けられ、前記上型と前記下型とが接触するシール面において、前記成形材料を所定の圧力で射出するときの射出圧力をＰ、前記シール面に発生するシール圧をＰａとすると、以下の条件
Ｐａ／Ｐ＞０．３２
が成り立つようにしたので、ボルトによる締結や油圧による型締め機構による型締めを行わなくても成形材料の漏出を確実に防止することができる。したがって、射出成形用金型の簡素化および金型製作費の低減を達成することができ、さらに上、下金型の組立、分解作業が容易に行えるために生産性を向上させることができる。また、成形材料の漏出がないため、不良率を低減することができる。特に、上記の条件を満たす範囲内において金型設計を行うことができるので、設計の自由度を向上させることもできる。
【００３５】
また、本発明は成形品の一部を構成する部材を第２の下型として用いているので、第２の下型の取付け、取外しが即成形品の取付け、取外しとなり、作業工程を低減することができる。また、金型自体を安価に製作でき、成形品である第２の下型の固定のためのボルト固定用の付加的構造を設ける必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形用金型の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は射出ノズルの投影面積、上型の投影面積およびシール面を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は射出成形用金型の従来例を示す平面図およびＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
８…キャビティ、９…成形材料、２０…射出成形装置、２１…射出成形用金型、２２…射出ノズル、２４…下型、２５…上型、２７…第１の下型、２８…第２の下型、２９…中子、３５…トランスファポット、３６…プランジャ、Ａ，Ｂ…シール面。

Claims

型締め機構を備えず、弗素樹脂からなる成形材料を射出ノズルから射出しキャビティ内に加圧注入する射出成形用金型であって、
下型と、この下型の上にパッキンを介在させることなく直接積み重ねられた上型とを有し、この上型は射出ノズルの下側に接触して前記下型へと押し付けられ、前記上型と前記下型とが接触するシール面において、以下の条件
Ｐａ／Ｐ＞０．３２
（ただし、前記成形材料を所定の圧力で射出するときの射出圧力をＰ、前記シール面に発生するシール圧をＰａとする）
が成り立つことを特徴とする射出成形用金型。
請求項１記載の射出成形用金型において、
前記下型は第１の下型と第２の下型と中子とからなることを特徴とする射出成形用金型。
請求項２記載の射出成形用金型において、
前記第２の下型は前記第１の下型と前記上型との間に配置されるとともに、成形品の一部を構成することを特徴とする射出成形用金型。
請求項１記載の射出成形用金型を用いて射出成形することを特徴とする射出成形方法。