JP4567011B2 - 射出成形方法および射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定金型と、この固定金型に対して型開閉される可動金型とからなり、これらの金型のパーティング面にキャビティが形成されている金型を使用し、前記可動金型を型閉して前記キャビティに溶融樹脂を射出・充填し、冷却固化を待って前記可動金型を開いて成形品を得る、射出成形方法および射出成形装置に関するもので、より具体的にはウエルドラインのない成形品を得ることができる射出成形方法およびこの方法の実施に直接使用される射出成形装置に関するものである。

射出成形方法あるいは射出成形装置は、従来周知で概略的には固定金型と、この固定金型に対して型開閉される可動金型と、射出ユニットとから構成されている。したがって、可動金型を固定金型に対して型締めし、そしてこれらの金型のパーティング面に形成されているキャビティに射出ユニットから溶融樹脂を射出・充填し、冷却固化を待って可動金型を開くと所定形状の成形品を得ることができる。

特開平１０−１６６４４９号公報 実用新案登録第３００７１６６号 特開２００１−５４９１０

上記のような基本的な成形方法が改良された、中空成形品の射出成形方法も良く知られている。すなわち、固定金型と、この固定金型に対して型開閉されると共にスライド的に駆動されるスライド金型とを使用し、スライド金型を１次成形位置に駆動して型締めして一対の半中空成形品を突合部を有するように１次成形し、そして一対の半中空成形品がそれぞれの金型に残っている状態でスライド金型を開いて２次成形位置に駆動して一対の半中空成形品の突合部を突き合わせて型締めて、突合部を溶着して中空成形品を得る成形方法も知られている。この突合部は、一般には２次射出成形により融着されているが、特許文献１、２には一対の半中空成形品がそれぞれの金型に残っている状態でスライド金型を開いて、突合部の間に熱板あるいは熱源を挿入して突合部を溶融してから熱板を待避させ、そして型締めして突合部を融着・接合する成形方法が示されている。

また、従来周知のように、射出成形機のスクリュシリンダの外周部にはヒータが設けられ、内部の成形材料は加熱されるようになっているが、熱はスクリュシリンダの外周部から内周部へ熱伝導により伝わり、そしてスクリュシリンダの内周壁から主として熱伝導により間接的に加熱されるようになっているので、熱応答性も熱効率も悪い。そこで、特許文献３によりスクリュシリンダ内の成形材料を赤外線ランプにより直接的に加熱する成形材料の加熱方法が提案されている。

ところで、前記したような成形方法により得られる成形品には、成形不良としてウエルドラインあるいはウエルドマークが付く。この現象はキャビティの形状に起因し、溶融樹脂がキャビティ内で分流し、そして再び合流するときに樹脂温度が低下し、完全に融合しないために生じる。また、例えばキャビティが大きく、形状的にも複数個のゲートから射出・充填しなければならないときには、合流点が必ず存在するので、ウエルドラインは生じる。２個のゲートＧ１、Ｇ２から充填するときは、図４の（イ）に示されているように、第１、２のゲートＧ１、Ｇ２からそれぞれ充填された成形材料の先端部Ｓ１、Ｓ２の間には、キャビティ内の空気、水分、揮発分等を挟み込み、溶融樹脂温度の低下と相まって、図４の（ロ）に示されているようにウエルドラインＷ、Ｗが生じる。このようなウエルドラインＷ、Ｗが生じると、外観形状を損ね、また強度的にも落ちるようになる。

そこで、キャビティ内における溶融状態の成形材料の流動性を一定に保ち、また融合時の温度を維持するために、成形材料および金型温度を高くする等の対策が採られている。すなわち、金型全体を加熱してから射出・充填し、金型を冷却して成形品が固化してから取り出す、いわゆる「ヒート・アンド・クール」方式が採られている。

上記の「ヒート・アンド・クール」方式によると、ウエルドラインの発生は抑えることができるが、金型全体を加熱するようになっているので、加熱に時間がかかる。また、加熱に時間がかかることは冷却にも時間がかかることになり、成形サイクルが長くなる欠点がある。さらには、金型全体が加熱・冷却されるようになっているので、エネルギの損失は大きい。特許文献１あるいは２に記載の発明によると、１次成形品の突合部あるいは接合端部という局所を加熱するようにはなっているが、加熱に単なる熱板あるいは熱源が採用されているので、突合部の溶融に時間がかかり、成形サイクルが長くなることが予想される。特に、特許文献１、２に記載の発明は、１次成形品を加熱するようになっているだけで、特許文献１、２に記載の発明によりウエルドラインの発生を防止することはできない。特許文献３に記載の発明は、赤外線ランプにより加熱するようにはなっているが、射出シリンダ内の成形材料を加熱するもので、同様に金型を加熱するようにはなっていないので、ウエルドラインの発生を抑えることはできない。
以上のように、特許文献１〜３に記載の発明では、ウエルドラインの発生を防止することはできない。

本発明は、上記したような従来の実情に鑑みて成されたもので、ウエルドラインのない成形品を得ることができる、射出成形方法および射出成形装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、瞬間加熱手段が適用される。そして、金型のパーティング面の間に挿入され、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの両面を非接触的に瞬間的に加熱するように構成される。また、他の発明は、キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの形状と相似した形状を有する瞬間加熱手段により加熱するように、さらに他の発明は、瞬間加熱手段をパーティング面の間に挿入する動作に先んじて規定出力にアップし、待避させる動作に遅れて規定出力にダウンするように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、固定金型と、該固定金型に対して型開閉される可動金型とからなり、これらの金型のパーティング面にキャビティが形成されている金型を使用し、前記可動金型を型閉して前記キャビティに溶融樹脂を射出・充填し、冷却固化を待って前記可動金型を開いて成形品を得るとき、前記可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときに、前記パーティング面の間に、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの形状と相似した形状を有する瞬間加熱手段を挿入して、前記キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所の両面を非接触的に加熱し、そして前記瞬間加熱手段を待避させて型閉し、次いで溶融樹脂を射出・充填して成形品を得るように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１記載の成形方法において、前記瞬間加熱手段を前記パーティング面の間に挿入する動作に先んじて規定出力にアップし、待避させる動作に遅れて規定出力にダウンするように構成される。

請求項３に記載の発明は、固定金型と、該固定金型に対して電動サーボモータにより型開閉される可動金型とからなり、これらの金型のパーティング面にキャビティが形成されている金型と、瞬間加熱手段と、前記瞬間加熱手段を前記パーティング面の間へ駆動し、そして待避させる加熱体駆動手段とを備え、前記瞬間加熱手段は、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの形状と相似した形状を有し、前記キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所の両面を瞬間的に加熱するように選定されていると共に、前記加熱体駆動手段により前記パーティング面と平行移動により、前記可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときのパーティング面の間へ駆動され、そして待避されるように構成される。

以上のように、本発明によると、パーティング面の間に瞬間加熱手段を挿入して、キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所の両面を非接触的に加熱して、成形材料を射出・充填するので、すなわち金型のキャビティの表面温度が高い状態で射出・充填するので、射出材料は溶融状態に保たれて合流する。したがって、成形品にウエルドラインは生じない。このとき、本発明によると、ウエルドラインが生じる箇所の両面を非接触的に瞬間加熱手段により加熱するので、主として輻射熱により瞬間的にキャビティの表面のみが加熱される。したがって、成形品の冷却固化時間が格別に長くなるようなことはない。また、加熱エネルギも少なくてすむ。さらには、瞬間加熱手段を可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときに挿入するので、成形動作に無駄がなく、成形サイクルが長くなるようなこともない。また、瞬間加熱手段に、ウエルドラインが生じる箇所の形状と相似した形状を有する瞬間加熱手段を適用するので、より必要箇所のみを省エネ的に加熱することができる効果がさらに得られる。

また、他の発明によると、瞬間加熱手段をパーティング面の間に挿入する動作に先んじて規定出力にアップし、待避させる動作に遅れて規定出力にダウンするので、一層省エネ的に成形できる。請求項３に記載の発明によると、瞬間加熱手段は、駆動手段によりパーティング面と平行移動により、パーティング面の間へ挿入され、そして待避されるように構成されているので、すなわち瞬間加熱手段はパーティング面と平行に駆動あるいは移動されるので、移動動作は単純で、移動距離は最短である。したがって、瞬間加熱手段の挿入・待避時間は短く、キャビティが高温の状態で射出・充填することができる。つまり、金型の表面（キャビティ）を加熱高温にするので、樹脂の固化速度が遅れ、キャビティに対する転写性が大きく向上することになり、現在は塗装等を行って製品の表面を加飾加工をしているが、すなわち新たな手法で表面を飾る加工をしているが、本発明によるとこのような問題が解決される。また、スキン層が形成されないので、樹脂流動断面積が大きくなり、高温金型の助けもあって低圧でキャビティに溶融樹脂を充填することもできる。また、瞬間加熱手段は、ウエルドラインが生じる箇所の形状と相似した形状を有し、前記可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときのパーティング面の間へ駆動されるようになっているので、請求項１または２に記載の発明と同様な効果も得られる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜３により、図４に示されているようなゲートが２個設けられている例について説明する。図１は、本実施の形態に関わる射出成形装置の要部を示す断面図であるが、この図に示されているように、射出装置自体は従来周知のように、射出ベッドに固定的に取り付けられている固定盤１と、射出ベッド上に移動自在に設けられ、固定盤１に対して型開閉される可動盤１０と、固定金型２の射出孔にノズルＮがタッチした状態で示されている射出ユニットとから構成されている。そして、固定盤１には固定金型２が、可動盤１０には可動金型１２がそれぞれ取り付けられている。型開閉装置は、図１には示されていないが、本実施の形態によると、電動サーボモータで開閉される。したがって、可動金型１２の、固定金型２に対する型開き位置すなわちパーティング面Ｐ、Ｐの間の間隔を正確に制御できることになる。

固定金型２の中心部には、この固定金型２を横切る形でスプル３が形成され、このスプル３からは第１、２のランナ４、４’が上下に分岐している。第１のランナ４には第１のゲート５が、そして第２のランナ４’には第２のゲート５’がそれぞれ連通している。これらの第１、２のゲート５、５’は、パーティングラインあるいはパーティング面Ｐに開口し、後述する上下の水平凹部１３、１３にそれぞれ臨んでいる。

可動金型１２のパーティング面Ｐ側には、井桁状の凹部が形成されている。この凹部は本実施の形態では成形品が図４の（イ）に示されているように四角形の枠型をしているので、所定の間隔をおいた上下の水平凹部１３、１３と、これらの上下の水平凹部１３、１３の両端部に連なった左右の縦凹部１４、（１４’）とから四角の枠型に構成されている。図４から容易に理解されるように、本実施の形態では、左右の縦凹部１４、（１４’）の略中心部がウエルドラインが発生する箇所ＷＰ、（ＷＰ’）となっている。

可動盤１０からは支持部材１５が上方に伸び、この支持部材１５からアーム１６がパーティング面Ｐの方へ伸びている。そして、このアーム１６に加熱体駆動装置１７が設けられ、加熱体駆動装置１７のアーム１８に瞬間加熱体２０が取り付けられている。加熱体駆動装置１７は、油圧、空気圧等の流体でアーム１８を上下方向に駆動するピストン・シリンダユニットあるいは電動サーボモータから構成されている。この加熱体駆動装置１７のアーム１８は、パーティング面Ｐに平行に上下方向に駆動される。したがって、瞬間加熱体２０は最短距離あるいは最短時間でパーティング面Ｐの間に挿入され、そして待避させられることになる。

瞬間加熱体２０は、ハロゲンランプ、カーボンランプヒータ等から構成されている。この瞬間加熱体２０は、ハロゲンランプ等から放射される近赤外線あるいは遠赤外線をライン状、スポット状、面状等の熱源に加工されている。すなわち、キャビティのウエルドラインが生じる箇所ＷＰ、（ＷＰ’）の形状に合うように加工されている。本実施の形態では、ウエルドラインが生じる箇所ＷＰは２個であるので、２個のスポット加熱体として構成され、１個の瞬間加熱体２０にまとめられている。これにより、キャビティを構成している固定金型２と可動金型１２の両表面のウエルドラインが生じる箇所ＷＰ、（ＷＰ’）の近傍が、瞬間的に輻射熱により非接触的に加熱されることになる。

次に、上記実施の形態の作用を説明する。可動金型１２を固定金型２に対して型締する。そうすると、固定金型２のパーティング面Ｐと、可動金型１２の上下の水平凹部１３、１３と左右の縦凹部１４、（１４’）とによりキャビティが構成される。射出ユニットＳＵから可塑化された成形材料を射出する。射出ノズルＮから射出される成形材料は、スプル３から第１、２のランナ４、４’へ分岐し、それぞれの第１、２のゲート５、５’から上下の水平凹部１３、１３で構成されているキャビティから左右の縦凹部１４、（１４’）で構成されているキャビティへ射出充填される。冷却固化を待って可動金型１２を開いて、成形品を取り出す。

上記のようにして、成形品を取り出してから次の成形を実施するために可動金型１２を型締めするとき、図２に示されている所定位置ｄまで駆動して型締め動作を一旦停止する。加熱体駆動装置１７により、瞬間加熱体２０をパーティング面Ｐ、Ｐの間に挿入して、ウエルドラインが生じる箇所ＷＰ、（ＷＰ’）に対応させる。瞬間加熱体２０を上記のように挿入して対応させた状態が図２に示されている。

加熱体駆動装置１７による駆動動作に合わせて、より望ましくは駆動動作に先んじて瞬間加熱体２０を規定出力にアップしておく。瞬間加熱体２０を挿入することにより、ウエルドラインが生じる箇所ＷＰ、（ＷＰ’）のキャビティの両表面は瞬間的に加熱される。所定時間経過したら、瞬間加熱体２０をパーティング面Ｐ、Ｐの間から待避させる。この待避動作よりも所定時間遅れて瞬間加熱体２０を規定出力にダウンする。可動金型１２を型締めして、前述したようにして成形材料を射出充填する。ウエルドラインが生じる箇所ＷＰ、（ＷＰ’）の近傍は加熱されているので、射出材料はこの近傍で固化することなく、溶融状態にある。第１、２のゲート５，５’から射出・充填された成形材料は、合流点において融合する。これにより、ウエルドラインの付かない成形品が得られる。以下同様にして成形する。

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できる。例えば、上記実施の形態では瞬間加熱体２０は、金型２、１２の上方からパーティング面Ｐ、Ｐの間に挿入されるようになっているが、金型２、１２の配置によってはサイドから挿入できることは明らかである。また、固定金型と可動金型が上下方向に配置された縦型金型で実施することもできる。さらには、比較的遠くに配置されているハロゲンランプ等から放射される熱線を、石英ガラス等の光透過体あるいは光ファイバにより導いて、前述したような形状の瞬間加熱体２０を構成することもできる。

図３に、加熱体駆動装置の他の実施の形態が示されている。本実施の形態によると、加熱体駆動装置３０は、移動可能なスタンド３１、このスタンド３１から３次元の運動が可能に出ている第１、２のアーム３２、３３等からなるロボットにより、金型とは別体に構成されている。スタンド３１は自由に移動することができるので、コントローラ３４に所定のデータを入力するだけで、既存の成形用金型にも容易に適用できる効果が得られる。

本発明に係る射出成形装置の実施の形態を模式的に断面にして示す正面である。 本発明の実施の形態に関わる金型を、そのパーティング面の間に瞬間加熱体を挿入した状態で示す正面図である。 本発明の実施の形態に関わる加熱体駆動装置の他の例を示す斜視図である。 従来の射出成形方法により成形するとき、成形品にウエルドラインが付く原理を説明するための図で、その（イ）はウエルドラインが形成される直前の状態を、その（ロ）はウエルドラインが形成された状態を示す平面図で、その（ハ）は図４の（イ）において矢視ハ−ハで見た断面図である。

符号の説明

１ 固定金型
５、５’ 第１、２のゲート
１２ 可動金型
１３、１３ 水平凹部
１４、（１４’） 縦凹部
１７ 加熱体駆動装置
２０ 瞬間加熱体
３０ 加熱体駆動装置（ロボット）
Ｐ パーティング面

Claims (3)

1. 固定金型と、該固定金型に対して型開閉される可動金型とからなり、これらの金型のパーティング面にキャビティが形成されている金型を使用し、前記可動金型を型閉して前記キャビティに溶融樹脂を射出・充填し、冷却固化を待って前記可動金型を開いて成形品を得るとき、
   前記可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときに、前記パーティング面の間に、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの形状と相似した形状を有する瞬間加熱手段を挿入して、前記キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所の両面を非接触的に加熱し、そして前記瞬間加熱手段を待避させて型閉し、次いで溶融樹脂を射出・充填して成形品を得ることを特徴とする射出成形方法。
2. 請求項１記載の成形方法において、前記瞬間加熱手段を前記パーティング面の間に挿入する動作に先んじて規定出力にアップし、待避させる動作に遅れて規定出力にダウンすることを特徴とする射出成形方法。
3. 固定金型と、該固定金型に対して電動サーボモータにより型開閉される可動金型とからなり、これらの金型のパーティング面にキャビティが形成されている金型と、
   瞬間加熱手段と、
   前記瞬間加熱手段を前記パーティング面の間へ駆動し、そして待避させる加熱体駆動手段とを備え、
   前記瞬間加熱手段は、ウエルドラインが生じる箇所のキャビティの形状と相似した形状を有し、前記キャビティの、ウエルドラインが生じる箇所の両面を瞬間的に加熱するように選定されていると共に、前記加熱体駆動手段により前記パーティング面と平行移動により、前記可動金型を閉じる過程で所定間隔に閉じたときのパーティング面の間へ駆動され、そして待避されるようになっていることを特徴とする射出成形装置。

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