JP4796416B2 - 成形溶着部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂からなる大型の射出成形品を変形なく、早い成形サイクルで成形することを可能とする射出成形技術とそれを用いた大型成形品の溶着成形部品を得るための製造方法に関するものである。

従来、タンク形状の中空成形品は主にブロー成形法にて成形されていた。また、ガスバリア性や耐薬品性が求められる場合にはガスバリア性や耐薬品性の優れた材料との多層ブローが用いられてきた。

しかしながら、ブロー成形は肉厚の均一性に欠け、モジュール化が困難、成形サイクルが長い等の問題があり、射出成形による中空成形品の成形を可能にする方法はいまだ実現されていないものであった。

特に、タンク形状の中空体を射出成形法で得るための方法としては、一般的にはアッパー側とロア側の箱形状の成形体を射出成形した後、熱板溶着等でアッパー側とロア側を熱溶着して一体の成形体とする方法等が考えられる。しかし、多くのタンク製品は高い衝撃強度が求められるために高温時剛性の低い材料や柔軟な材料で成形する必要があった。

しかしながら、高温時剛性の低い材料や柔軟な材料で箱形状の成形体を射出成形すると、樹脂の抱きつきによる離型不良、エジェクターによる変形、成形サイクルの大幅アップ等の問題が発生し良好な成形品を得ることが困難であった。また、離型後の収縮により成形品が変形し反りが大きくなるという問題もあった。

一方、キャビティと取り外し可能な入れ子からなる金型を用い射出成形方法が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、当該方法では金型外にエジェクト装置を必要とし成形設備が複雑になるという欠点を有していた。
特開２０００−３０９０４０号公報（特許請求の範囲）

本発明の目的は、大型の射出成形品を変形なく、早い成形サイクルで成形することを可能とする樹脂の射出成形方法を利用した成形溶着部品の製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成する本発明の成形溶着部品の製造方法は、以下の（１）の構成からなるものである。

（１）固定側金型と可動側金型で形成されるキャビティ本体と入れ子とで構成される金型に溶融樹脂を充填し、冷却固化することにより成形品を得る樹脂の射出成形方法において、前記入れ子は前記金型から取り外し可能な構造を有しており、該入れ子は成形品の外側に配置されるものであり、前記冷却固化せしめた後、金型内に設けられたエジェクター手段を用いて該入れ子を前記キャビティ内に突き出すことにより、該入れ子と前記成形品を一体的に成型品として取り出し、しかる後、該成型品を該入れ子ごと他部品と溶着することを特徴とする成形溶着部品の製造方法。

また、かかる本発明の成形溶着部品の製造方法において、より具体的に好ましくは、以下の（２）の構成を有するものである。

（２）金型として、前記入れ子がエジェクター時に成形品からはずれないための凹凸形状部を有する金型を使用することを特徴とする上記（１）記載の成形溶着部品の製造方法。

上述した本発明の成形溶着部品の製造方法は、例えば、固定側金型と可動側金型で形成されるキャビティ本体と入れ子とで構成される金型に溶融樹脂を充填し、冷却固化することにより成形品を得る射出成形方法において、当該入れ子は当該金型より取り外し可能な構造を有しており、入れ子が成形品の外側に配置され、金型内に設けられたエジェクター手段により、前記入れ子を前記キャビティ内に突き出すことにより入れ子と成形品を一体に取り出し、さらに、成形品に入れ子が付いたまま後工程の溶着機にセットし別の成形品と溶着して製品を得る方法である。

本発明では、取り外し可能な入れ子で成形品を支え、入れ子部分を突き出すことにより、成形品の変形や離型不良を押さえた成形が可能となる。

また、入れ子と成形品が一体となり金型から取り出され冷却されるため、入れ子が矯正型となり、金型取り出し後の成形品の反りを有効に押さえることが可能である。入れ子部分をエジェクターピンで突き出す際、成形品部分にエアーエジェクターを併用すると更に離型がスムーズとなる。

上述したように、入れ子により成形品の反りや収縮が抑えられ、さらに入れ子が溶着機の位置決め治具として働くため、成形品の溶着面の合わせ面が正確となり溶着強度および溶着信頼性の高い溶着部品を製造することができる。

本発明の方法によれば、成形品の外周に沿った金属入れ子を樹脂成形金型に設け、該入れ子を突き出すことにより、高温時に剛性の低い材料や柔軟な材料、固化の遅い材料で成形された成形品であっても、早い成形サイクルでかつ変形させることなく作ることが可能となるものであり、更に、後加工性に優れ、安価で高品位の製品（成形溶着部品）を得ることができるものである。

以下、本発明の成形溶着部品の製造方法に使用される樹脂の射出成形方法の一実施態様例を図１から図６に基づいて説明する。本発明方法を実施する際に使用する金型は、図１に示す固定側金型１と可動側金型２、成形品をキャビティから取り外すためのエジェクター手段７、キャビティ内に突出可能に嵌合された入れ子４からなる。本発明に使用する入れ子４は成形品の外側に配置される構造である。

本発明の成形溶着部品の製造方法に使用される樹脂の射出成形方法は、該固定側金型１と可動側金型２とで形成されるキャビティ本体と、入れ子４とで構成される金型に溶融樹脂を充填し、冷却固化することにより成形品を得る樹脂の射出成形方法であり、該入れ子４は前記金型から取り外し可能な構造を有しており、該入れ子４は成形品の外側に配置されるものであり、該成形品の前記冷却固化をせしめた後、金型内に設けられたエジェクター手段７を用いて該入れ子４を該キャビティ内に突き出すことにより、該入れ子４と前記成形品を一体的に取り出すことを特徴とする。

可動側金型２には図２に示す入れ子４の位置決めおよび成形品突き出し時の落下防止のためのガイドピン５が横方向に突出している。可動側金型２を後退させた状態でガイドピン５に、図３に示す入れ子４に穿設された穴部６を通し、可動側金型２に入れ子４をセット、または固定側金型１に設けられた入れ子溝９に入れ子４をセットした後、可動側金型２を前進させ金型を閉じる。金型を閉じた後、図４に示す射出ユニット１０を前進させキャビティに溶融樹脂を充填し、冷却固化することにより成形品３を形成する。この際の射出装置は、キャビティに溶融樹脂を充填できるものであれば、既存の装置などのいずれでもよく、例えばインラインスクリュー式、スクリュープリプラ式、プランジャー式、プランジャープリプラ式等が挙げられ、特にインラインスクリュー式射出成形機が好ましい。

次に図５に示すように、前記入れ子４を金型内に設けられたエジェクター手段７によりキャビティ内に突き出すことにより、該成形品３を入れ子４と共に取り出す。

該エジェクター手段７は、具体的には、ピン状あるいは棒状などの各種のエジェクター手段を良好に使用することができる。

本発明に用いられる入れ子４には、図６に示すような型開き時に成形品から外れないための凹凸形状部を設けておくことが望ましい。これにより、射出成形の際に該凹凸部に溶融樹脂を注入することにより成形品を入れ子に密着させるという効果を発現する。

入れ子４の凹凸部深さあるいは高さ８は、下記式を満足する範囲に構成するのがよい。
凹凸部深さあるいは高さ＝３ｍｍ±（線膨張係数×金型温度×金型温度時の材料剛性／１０）

なお、線膨張係数、金型温度、金型温度時の材料剛性のそれぞれの単位は、ｍｍ／℃、℃、ＭＰａである。

本発明の溶着製品の製造方法の一例を図１１〜１３に基づいて説明する。本発明に使用する金型は図１１に示す固定側金型１１と中間金型１２と可動側金型１３からなり、中間金型１２と可動側金型１３には金属入れ子付き成形品をセットするためのキャビティがそれぞれ設けられている。可動側金型１３を開いた状態で金属入れ子付き成形品を中間金型１２と可動側金型１３にセットする。成形品をセットした後、図１２に示す通り可動側金型１３を閉じ、射出成形ユニットを前進させ溶融樹脂を成形品の溶着界面に設けられた二次材流入路１４に射出注入し成形品を溶着する。この際に金属入れ子が熱可塑性樹脂成形品の矯正型および位置決め治具の役割を果たすため、成形品の溶着位置ズレが生じず良好な接着強度が得られる。冷却後エジェクターで溶着した成形品を入れ子ごと突き出し、成形機から取り出し図１３に示す金属入れ子付き中空成形品１５を得る。その後金属入れ子を外して中空成形品１５を得る。

本発明で用いる溶着方法は、それ自体既知の方法でよいが、特に熱板溶着、振動溶着、あるいは射出溶着が好ましい。

本発明で用いる熱可塑性樹脂は、射出成形可能であればよく、いずれでも使用可能であるが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ＡＡＳ樹脂、ポリアセタール、変性ＰＰＯ、ポリフェニレンスルフイド（ＰＰＳ） 、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンープロピレン共重合体、エチレンーブテン共重合体、ポリブデン、エチレンープロピレンージエン共重合体、エチレンー酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン系エラストマ、スチレンーブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ブタジエンーアクリロニトリル共重合体、ポリイソプレン、ブテンーイソプレン共重合体などのジエン系エラストマおよびこれらの水添物、エチレンーアクリル酸メチル共重合体、エチレンーアクリル酸エチル共重合体、エチレンーアクリル酸イソプロピル共重合体、エチレンーメタクリル酸メチル共重合体、エチレンーメタクリル酸エチル共重合体などのアクリル系エラストマ、芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成誘導体と脂肪族ジオールから形成される結晶性芳香族ポリエステルと脂肪族ポリエーテルからなるポリエステル系エラストマ、脂肪族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸からなる脂肪族ポリアミドと脂環族ポリアミド−ポリエーテルブロック共重合体からなるポリアミドエラストマなどが挙げられる。

特に、成形温度や金型温度の高い結晶性樹脂であるポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフイド（ＰＰＳ）、ポリイミドや剛性の低いポリオレフィン系エラストマ、ジエン系エラストマ、アクリル系エラストマ、ポリエステル系エラストマ、ポリアミドエラストマが好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。各特性については下記の方法により測定を行ったものである。

（１）離型可能冷却時間：
図７に示す形状の箱形形状を射出成形し、冷却時間を徐々に短くして、成形品が離型可能となる最短冷却時間を離型可能冷却時間とした。

（２）反り量：
図７に示す形状の箱形形状を射出成形し、１日放置後の成形品溶着面の反り量を３次元寸法測定機で測定し、最大値を反り量とした。

（３）溶着性：
図７に示す形状の箱形を２つ熱板溶着して得られた箱（図１３に概略断面図を示したもの）に水を封入し、５ＭＰａの内圧を加え溶着部からの水漏れの有無を評価した。

（４）成形に用いる樹脂の線膨張係数：
本発明に用いる線膨張係数は、ＪＩＳ−Ｋ７１９７に準拠し、−４０℃から＋８０℃間での平均膨張係数を用いる。試験片寸法は、射出成形により得られたＪＩＳ−Ｋ７１３９多目的試験片Ａ型の平行部から長さ１０ｍｍの試験片を切り出して用いる。

（５）成形に用いる樹脂の金型温度時の材料剛性：
射出成形により得られたＪＩＳ−Ｋ７１３９多目的試験片Ａ型の平行部から長さ８０ｍｍの短冊状試験片を切り出し、高温槽付曲げ試験機でＩＳＯ１７８に準拠し測定した曲げ弾性率を材料剛性とした。

実施例１
図１に概略を示した金型を、株式会社日本製鋼所製の射出成形装置Ｊ３５０Ｅに取り付け、シリンダー温度３００℃、金型温度１３０℃に設定した。

東レ株式会社製ＰＰＳ樹脂“トレリナ”Ａ６７０−Ｘ０１を成形機ホッパーから投入し、キャビティを充満するに足りる量を可塑化後、充填時間９．５ｓｅｃで射出した。その後３０ｓｅｃ金型内で冷却固化後、型開きを実行し、入れ子を金型内に設けられたエジェクターピンによって突き出し離型を行った。ＰＰＳ樹脂“トレリナ”Ａ６７０−Ｘ０１は、線膨張係数は１０×１０^−５（／℃）、１３０℃曲げ強さは８００ＭＰａであった。

かかる成形において、型開き時の入れ子のハズレや離型性に問題はなく良好な成型品が得られた。

実施例２、３
入れ子の凹凸部寸法を表１の通りとした以外は実施例１と同様として成形を行った。実施例１と同様、型開き時の入れ子のハズレや離型性に問題はなく良好な成型品が得られた。

比較例１
図３に示す金型の入れ子を固定側金型にボルトで固定し、該入れ子をキャビディ内に突き出すことができない態様の、通常の２枚割り金型として成形した以外は実施例１と同様にした。冷却時間１５０ｓｅｃとしても突き出しピンが製品を突き破り、成型品の離型ができなかった。

実施例４、５
入れ子の凹凸部寸法を表１の通りとした以外は実施例１と同様として成形した。

実施例４は、約１０ショットに１回以下程度の割合で型開き時に入れ子が成形品からはずれ、離型の不良発生があったもののその他の点では良好だった。実施例５は成形機から取り出した後、手で入れ子を成形品から多少取り外しにくかったもののその他の点では良好だった。

実施例６〜１０
実施例１〜５により得られた成形品（それぞれ、表１において成形品１〜５と表記した）を株式会社日本製鋼所製J３５０Ｅに取り付けた射出溶着用金型に向かい合わせでセットし、金型温度６０℃、シリンダー温度３００℃で東レ株式会社製ＰＰＳ樹脂“トレリナ”Ａ６７０−Ｘ０１を２次射出し、溶着された中空成形品を得た。

得られた中空成形品に水を満たし、水圧５ＭＰａを加え溶着面からの水漏れの有無を確認した。得られた成形品からの水漏れはなく、溶着性は良好であった。

比較例２
比較例１により得られた成形品（表１において成形品６と表記した）を用いた以外は実施例６〜１０と同様とした。得られた成形品の溶着面から水漏れが確認され溶着不良が生じていた。

以上の結果を、表１、表２に示した。

本発明方法を実施する際に用いられ得る金型の１例を示した概略断面図である。 本発明方法を実施する際に用いられ得る金型の１例を開いた態様の概略断面図である。 本発明方法を実施する際に用いられ得る金属入れ子の正面概略図である。 本発明方法の実施に際して用いられ得る金属入れ子を金型に設置した後、射出ユニットを前進させて溶融樹脂をキャビティに充填した状態を説明する概略断面図である。 本発明方法の実施に際して用いられ得る金型に溶融樹脂を充填し冷却後、型開きし金属入れ子をエジェクター手段により突出させた状態を説明する概略図である。 図３に示した金属入れ子のＡ−Ａ断面図である。 実施例、比較例において、離型可能冷却時間、反り量、溶着性を評価するために射出成形したタンクの正面図である。 実施例、比較例において、離型可能冷却時間、反り量、溶着性を評価するために射出成形した図７に示したタンクの図７のＢ−Ｂ断面図である。 実施例、比較例において、離型可能冷却時間、反り量、溶着性を評価するために射出成形した図７に示したタンクの図７のＣ−Ｃ断面図である。 本発明方法を実施した結果得られたタンクの溶着部の拡大図である。 本発明方法に使用することができる射出溶着用金型の断面図である。 本発明方法に使用することができる射出溶着用金型に金属入れ子付き成形品をセットし、２次材を充填した状態を示した図である。 本発明方法により射出溶着して得られた成形品の一例を示した断面図である。

符号の説明

１：固定側金型
２：可動側金型
３：成型品
４：入れ子
５：ガイドピン
６：入れ子に穿設された穴部
７：エジェクター手段
８：入れ子の凹凸部深さあるいは高さ
９：入れ子溝
１０：射出ユニット
１１：固定側金型
１２：中間金型
１３：可動側金型
１４：二次材流入路
１５：中空成形品

Claims (2)

1. 固定側金型と可動側金型で形成されるキャビティ本体と入れ子とで構成される金型に溶融樹脂を充填し、冷却固化することにより成形品を得る樹脂の射出成形方法において、前記入れ子は前記金型から取り外し可能な構造を有しており、該入れ子は成形品の外側に配置されるものであり、前記冷却固化せしめた後、金型内に設けられたエジェクター手段を用いて該入れ子を前記キャビティ内に突き出すことにより、該入れ子と前記成形品を一体的に成型品として取り出し、しかる後、該成型品を該入れ子ごと他部品と溶着することを特徴とする成形溶着部品の製造方法。
2. 金型として、前記入れ子がエジェクター時に成形品からはずれないための凹凸形状部を有する金型を使用することを特徴とする請求項１記載の成形溶着部品の製造方法。

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