JP4804334B2

JP4804334B2 - 射出成形品の製造方法

Info

Publication number: JP4804334B2
Application number: JP2006347572A
Authority: JP
Inventors: 和也佐々本; 和明五十嵐; 俊樹河村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008155503A

Description

本発明は、固定型と可動型とを有する射出成形機を用いて行う射出成形品の製造方法に関する。

燃料電池は、電解質・電極接合体を１対のセパレータで介装した単位セルが所定数積層されたスタックを有する。該スタックの両端には、絶縁板を介してエンドプレートが配設される。必要に応じ、絶縁板とスタックとの間にスペーサが介装されることもある（例えば、特許文献１参照）。

これらスペーサ及び絶縁板には、例えば、射出成形法によって作製された樹脂成形品が多用されている。すなわち、複数個の型内に溶融樹脂を充填した後に冷却して硬化させる成形方法で設けられた成形品であり、該成形品は、キャビティの形状に対応する形状を有する。

ここで、スペーサ及び絶縁板の双方の厚み分の厚みを有する厚肉樹脂成形品を作製すれば、スペーサ及び絶縁板の各々を作製することが不要となり、射出成形回数が低減して作業効率が向上するとともに、燃料電池の部品点数が低減して該燃料電池の組み立てが容易になるとも考えられる。しかしながら、このような厚肉樹脂成形品を射出成形法で作製する場合、溶融樹脂が冷却硬化に伴って体積収縮を起こす際にヒケが発生し易く、このために外観不良の成形品となるという不具合がある。

このような不具合を解消するべく、特許文献２、３においては、可動型を変位させることでキャビティの容積を大きくしながら溶融樹脂を射出することが提案されている。

特開２００４−２２７８９４号公報特開平７−１１２４５７号公報特開平６−３２０５９１号公報

厚肉樹脂成形品を作製するべく射出成形法を採用した場合、内部側の密度が外皮側に比して小さく、このために低強度の成形品となることがある。この理由は、厚肉樹脂成形品を得るべく多量の溶融樹脂をキャビティに導入すると、該厚肉樹脂成形品の内部側となる溶融樹脂の硬化速度が外皮側となる溶融樹脂に比して遅いからである。すなわち、内部側の溶融樹脂がキャビティ下方に流動し、その結果、該キャビティ下方で形成される外皮側が密となる一方、内部側が疎になるからである。

この不具合は、特許文献２、３に記載されているようにキャビティの容積を変化させながら溶融樹脂を充填させるのみでは、解消することは困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、厚肉樹脂成形品を作製する場合であっても外観の美観を確保することが可能で、且つ該厚肉樹脂成形品における内部側の密度を外皮側と略同等とすることも可能な射出成形品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、固定型と可動型とを有する射出成形機を用いて射出成形品を製造する射出成形品の製造方法であって、
前記固定型と前記可動型とでキャビティを設ける工程と、
前記キャビティに原材料の射出を行う工程と、
溶融樹脂の圧力が低減する途中で、前記可動型を、可動機構によって後退させることで前記キャビティの容積を拡張しながら、該キャビティへの前記原材料の射出を続行する工程と、
前記キャビティに射出された前記原材料に対して圧力を付与しながら前記原材料の冷却硬化を行う工程と、
前記可動型を前記可動機構によって前進させ、前記原材料を圧縮する工程と、
前記可動型を後退させて型開きを行い、前記原材料が硬化することで形成された射出成形品を取り出す工程と、
を有することを特徴とする。

すなわち、本発明では、先ず、容積が比較的小さなキャビティを形成して原材料の射出を行い、次に、可動型を後退させることでキャビティの容積を拡張しながら所定量の原材料の射出を行った後、可動型を前進させて原材料を圧縮するようにしている。小容積のキャビティでは、射出成形品の内部側となる原材料がキャビティ下方に流動することが抑制される。また、可動型を前進させて原材料を圧縮することで、キャビティの容積を拡張しながら射出された原材料が流動することも抑制される。その上、キャビティの容積を拡張しながら原材料を導入するので、厚肉の射出成形品を作製することが可能である。

以上のような理由から、厚肉であるにも関わらずボイド等の内部欠陥が極めて少なく品質が全体にわたって略一定であり、従って、内部側と外皮側とで密度が略同等であるために高強度を示す射出成形品を得ることができる。

しかも、前記の圧縮を行うことで、原材料の冷却硬化に伴う収縮時にヒケが発生することを抑制することもできる。その結果、外観の美観が良好となる。

なお、本発明においては、キャビティの拡張容積と原材料の導入量との均衡を図ることが好ましい。キャビティの拡張容積が原材料の導入量よりも過度に小さいと原材料を導入することが困難となり、過度に大きいと溶融樹脂が流動するので成形することが容易でなくなることがあるからである。具体的には、可動型の後退によるキャビティの拡張容積を４０〜４８００ｃｍ³／秒とする一方、原材料の充填量を８０〜２２０ｃｍ³／秒とすることが好ましい。

また、可動型の後退変位終了点は、最大で射出成形品の厚みの１００％超〜１１０％となる位置とすることが好ましい。これにより、設計寸法の厚みを有する射出成形品を得ることが著しく容易となる。

さらに、最初のキャビティを形成する際には、固定型と可動型とのクリアランスを１０ｍｍ以内とすることが好ましい。この場合、射出成形品の内部側となる原材料がキャビティの下方に流動することが著しく抑制されるので、内部側の密度が外皮側の密度と略同等の射出成形品を容易に得ることができるようになるからである。

本発明によれば、はじめに容積が比較的小さなキャビティを形成して原材料の射出を行い、次に、可動型を後退させることでキャビティの容積を拡張しながら所定量の原材料の射出を行った後、可動型を前進させて原材料を圧縮するようにしているので、ボイド等の内部欠陥が極めて少なく品質が全体にわたって略一定であり、従って、内部側と外皮側とで密度が略同等であるために高強度を示す射出成形品を得ることができる。

さらに、可動型の後退量を調整することによって種々の厚みの射出成形品を得ることができる。

また、キャビティの容積を拡張しながら原材料を導入するので、上記の射出成形品を厚肉のものとして作製することも可能である。

以下、本発明に係る射出成形品の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る製造方法を実施するための射出成形機１０の要部縦断面説明図である。この射出成形機１０は、固定型１２と、可動型１４と、該可動型１４に設置されたスクリュ１６とを有し、固定型１２と可動型１４とで形成されるキャビティ１８により、平板形状の射出成形品を成形するものである。

固定型１２において、可動型１４に臨む端面には凹部２０が形成されている。この凹部２０の鉛直方向寸法及び水平方向寸法は、例えば、約４００ｍｍ、約２００ｍｍに設定される。

また、凹部２０には、図示しないノックアウトピンが進退自在に配設されている。前記ノックアウトピンは、射出成形品を設ける工程である第１工程Ｓ１〜第４工程Ｓ４（後述）が実施されている間は固定型１２の内部に埋入され、射出成形品を取り出す第５工程Ｓ５工程を行う際に付勢されて凹部２０の側面２０ａから露呈する。

そして、凹部２０が形成された端面では、該凹部２０の近傍にシム２２、２２が設置されている。後述するように、これらシム２２、２２は、可動型１４を固定型１２から所定距離だけ離間する位置で停止させる役割を果たす。なお、本実施の形態において、前記所定距離は１０ｍｍ以内に設定される。換言すれば、シム２２、２２の高さｈは、１０ｍｍ以内である。

一方の可動型１４の一端面には、固定型１２の前記凹部２０の位置に対応する位置に凸部２４が形成されている。図１に示すように、この凸部２４は、可動型１４が固定型１２に最接近した際、凹部２０内に挿入される。この挿入に伴い、キャビティ１８が形成される。

可動型１４の他端面に設置された前記スクリュ１６は、溶融樹脂Ｒを射出する射出機構を構成する。また、可動型１４の内部には、スクリュ１６から射出された溶融樹脂Ｒをキャビティ１８に導入するための通路であるランナ２６が形成されている。すなわち、ランナ２６は可動型１４の一端面から他端面（凸部２４の先端面）まで貫通形成されており、溶融樹脂Ｒは、凸部２４の先端面からキャビティ１８に導入される。

可動型１４には、保圧を行うための図示しないガス供給路が形成されている。さらに、可動型１４は、図示しない可動機構、例えば、サーボモータや油圧制御モータ等の作用下に固定型１２に対して接近・離間する。可動型１４の変位及び変位停止は、図示しない制御回路が前記可動機構（サーボモータないし油圧制御モータ等）を制御することで決定される。なお、可動型１４の位置は、図示しない位置センサによって検出される。

次に、本実施の形態に係る射出成形品の製造方法につき、そのフローチャートである図２を参照して説明する。この製造方法は、キャビティ１８を設ける第１工程Ｓ１と、溶融樹脂Ｒ（原材料）の射出を行う第２工程Ｓ２と、可動型１４を後退させることでキャビティ１８の容積を拡張しながら溶融樹脂Ｒの射出を行う第３工程Ｓ３と、可動型１４を前進させて溶融樹脂Ｒを圧縮する第４工程Ｓ４と、射出成形品を取り出す第５工程Ｓ５とを有する。

第１工程Ｓ１においては、型閉じが行われる。すなわち、可動型１４が固定型１２に対して接近し、最終的に、図１に示すように、該可動型１４がシム２２、２２の先端面に当接する。この当接により、固定型１２と可動型１４とがシム２２、２２の高さｈ分だけ離間する。換言すれば、固定型１２と可動型１４との間に１０ｍｍ以内の適切なクリアランスが設けられる。

その一方で、可動型１４の凸部２４が固定型１２の凹部２０に挿入され、これに伴い、キャビティ１８が形成される。厚みが一定である平板形状の射出成形品を作製する本実施の形態では、キャビティ１８を形成する凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との間のクリアランスが、可動型１４が固定型１２に再接近した際の側面２０ａと凸部２４の先端面との間の離間距離にシム２２、２２の高さｈを加えた値と略同等となる。ここで、本実施の形態では、可動型１４が固定型１２に再接近した際の側面２０ａと凸部２４の先端面との間の離間距離は、シム２２、２２の高さｈに比して著しく小さい。従って、凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との間のクリアランスは、シム２２、２２の高さｈに近似される。

次いで、第２工程Ｓ２において、スクリュ１６からの溶融樹脂Ｒの射出を開始する。ここで、溶融樹脂Ｒとしては、変性ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の一般的な熱可塑性樹脂を用いることができる。また、型温度、射出圧力、射出速度は、例えば、それぞれ、７０〜１５０℃、９００〜１７００ｋｇｆ／ｃｍ²、８０〜２２０ｃｍ³／秒の範囲内に設定すればよい。

第２工程Ｓ２では、射出成形品の厚み方向寸法に相当する凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との間のクリアランスがシム２２、２２の高さｈ、すなわち、１０ｍｍ以内であるキャビティ１８に溶融樹脂Ｒが充填される。厚み方向寸法がこの程度では、凸部２４で溶融樹脂Ｒを押圧するのみであっても、該溶融樹脂Ｒがキャビティ１８の下方に流動することが著しく抑制される。従って、内部側の密度が小さく外皮側の密度が大きい成形品が作製されることが回避される。

なお、溶融樹脂Ｒに対する押圧力は、およそ６０ＭＰａで十分である。この押圧力は、キャビティ１８に配設された圧力センサで溶融樹脂Ｒの圧力を測定することで検知することが可能である。以下の説明においては、測定された溶融樹脂Ｒの圧力を「型内圧力」と表記する。

本実施の形態においては、図３に示すように、型内圧力を低減させる途中で次工程である第３工程Ｓ３を行う。すなわち、図４に示すように、可動型１４を後退させながら溶融樹脂Ｒの射出を行う。なお、図３中の実線が型内圧力を表し、破線は固定型１２と可動型１４の離間距離を示す。また、図３中のＳ１は第１工程Ｓ１の進行中であることを意味しており、残余のＳ２〜Ｓ４も同様に、第２工程Ｓ２〜第４工程Ｓ４のそれぞれが進行中であることを意味する。

可動型１４を後退させることに伴い、キャビティ１８の容積が次第に大きくなる。第３工程Ｓ３では、このように容積が大きくなりつつあるキャビティ１８に溶融樹脂Ｒを導入する。この際、キャビティ１８の拡張容積が溶融樹脂Ｒの導入量よりも過度に小さいと溶融樹脂Ｒを導入することが困難となり、一方、過度に大きいと溶融樹脂Ｒを成形することが容易でなくなる。従って、キャビティ１８の拡張容積と溶融樹脂Ｒの導入量との均衡を図りながら可動型１４の後退と溶融樹脂Ｒの導入を行うことが好ましい。具体的には、キャビティ１８を４０〜４８００ｃｍ³／秒ずつ拡張しながら溶融樹脂Ｒを８０〜２２０ｃｍ³／秒の量で射出すると好適である。なお、キャビティ１８の拡張容積と溶融樹脂Ｒの導入量は、比例させることが好ましい。

図５に示すように、可動型１４は、所定の位置まで後退して変位を終了する。本実施の形態において、この変位終了点は、凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との離間距離が、成形品の厚み方向設計寸法よりも大きくなるように設定される。例えば、厚み方向寸法が２０ｍｍである射出成形品を作製する場合、可動型１４の変位終了点は、凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との離間距離が２０ｍｍを超えるように設定される。

なお、可動型１４の変位終了点は、凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との離間距離が成形品の厚み方向設計寸法の１１０％以内となるように設定することが好ましい。この場合、厚み方向の寸法が略設計値である射出成形品を容易に得ることができるからである。例えば、上記の例の場合、凹部２０の側面２０ａと凸部２４の先端面との離間距離が２２ｍｍ以内となるように可動型１４を停止させることが好ましい。

第３工程Ｓ３を実施する間は、溶融樹脂Ｒが射出成形品となることに伴って収縮する分を補うべく、圧力を加えながら溶融樹脂Ｒの冷却硬化を行う、いわゆる保圧を行う。この保圧は、図示しない前記ガス供給路から供給されたガスによって営まれる。

そして、第４工程Ｓ４において、図６に示すように、可動型１４を固定型１２に指向して前進させる。これにより可動型１４が固定型１２に再接近し、その結果、溶融樹脂Ｒが凸部２４によって押圧されて圧縮される。この状態で溶融樹脂Ｒを冷却硬化させる。

冷却硬化の際、上記したように、溶融樹脂Ｒが凸部２４によって押圧される。これにより、溶融樹脂Ｒが前記冷却硬化に伴って収縮する際にヒケが発生することが抑制される。従って、厚肉であっても外観の美観に優れた射出成形品Ｆが得られる。また、前記押圧によって溶融樹脂Ｒがキャビティ１８の下方に流動することが抑制されるので、射出成形品Ｆにおける内部側の密度と外皮側の密度が略同等となる。すなわち、得られた射出成形品Ｆは、厚肉であるにも関わらずボイド等の内部欠陥が極めて少なく全体にわたって品質が略一定であり、このために高強度を示す。

以上の第１工程Ｓ１〜第４工程Ｓ４における型内圧力の変化、及び、固定型１２と可動型１４の離間距離の変化を図３に併せて示す。

最後に、第５工程Ｓ５において、可動型１４を後退させて型開きを行い、図示しない前記ノックアウトピンの作用下に射出成形品Ｆ（平板材）を押圧する。これにより、射出成形品Ｆが取り出されるに至る。

このように、本実施の形態においては、比較的幅狭のキャビティ１８を先ず形成して溶融樹脂Ｒを射出した後、可動型１４を後退させることで前記キャビティ１８を拡張しながら溶融樹脂Ｒのさらなる射出を行い、その上、射出が終了した後に可動型１４を前進させて溶融樹脂Ｒを押圧するようにしている。これにより、厚肉であっても外観の美観が良好であり、且つ内部欠陥が少なく全体にわたって略均質な射出成形品Ｆを得ることができる。

このようにして作製される射出成形品Ｆの具体例としては、燃料電池を構成するスタックとエンドプレートとの間に介装され、絶縁板とスペーサとの機能を兼ね備える部材が挙げられる。又は、厚みが相違する種々のスペーサであってもよい。

なお、上記した実施の形態では、第３工程Ｓ３において可動型１４を所定の位置まで連続的に変位させるようにしているが、段階的に変位させるようにしてもよい。この場合、可動型１４が変位している最中のみ溶融樹脂Ｒを射出するようにすればよい。

また、この実施の形態では、固定型１２にシム２２、２２を設けることで可動型１４の前進端を規定し、これにより固定型１２の凹部２０の側面２０ａと可動型１４の凸部２４の先端面との間に所定のクリアランスを設けるようにしているが、凸部２４の突出寸法を凹部２０の深さ寸法に比して小さくし、これにより可動型１４が固定型１２に最近接した際に側面２０ａと凸部２４の先端面との間に所定のクリアランスを設けるようにしてもよい。

さらに、射出成形品Ｆは、燃料電池の構成部材に特に限定されるものではなく、如何なる部材であってもよい。その形状も、平板形状のものに限定されるものではなく、様々な形状のものを作製することができる。勿論、屈曲部ないし湾曲部を有する射出成形品を設けるようにしてもよい。

本実施の形態に係る射出成形品の製造方法を実施するための射出成形機の要部縦断面説明図である。前記製造方法のフローチャートである。溶融樹脂から射出成形品を作製する工程を行っている間の型内圧力の変化、及び、固定型と可動型との離間距離の変化を示すグラフである。キャビティを拡張しながら溶融樹脂を射出する第３工程を行っている最中の射出成形機の要部縦断面説明図である。可動型が所定位置までの後退変位を終了した時点の射出成形機の要部縦断面説明図である。可動型を前進させて溶融樹脂を圧縮する第４工程を行っている最中の射出成形機の要部縦断面説明図である。

符号の説明

１０…射出成形機１２…固定型
１４…可動型１６…スクリュ
１８…キャビティ２０…凹部
２２…シム２４…凸部
２６…ランナＦ…射出成形品
Ｒ…溶融樹脂

Claims

固定型と可動型とを有する射出成形機を用いて射出成形品を製造する射出成形品の製造方法であって、
前記固定型と前記可動型とでキャビティを設ける工程と、
前記キャビティに原材料の射出を行う工程と、
溶融樹脂の圧力が低減する途中で、前記可動型を、可動機構によって後退させることで前記キャビティの容積を拡張しながら、該キャビティへの前記原材料の射出を続行する工程と、
前記キャビティに射出された前記原材料に対して圧力を付与しながら前記原材料の冷却硬化を行う工程と、
前記可動型を前記可動機構によって前進させ、前記原材料を圧縮する工程と、
前記可動型を後退させて型開きを行い、前記原材料が硬化することで形成された射出成形品を取り出す工程と、
を有することを特徴とする射出成形品の製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記可動型の後退によって前記キャビティを４０〜４８００ｃｍ^３／秒ずつ拡張しながら前記原材料を８０〜２２０ｃｍ^３／秒の量で射出することを特徴とする射出成形品の製造方法。
請求項１又は２記載の製造方法において、前記可動型を最大で前記射出成形品の厚みの１００％超〜１１０％となる位置まで後退させることを特徴とする射出成形品の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、容積拡張前の初期厚みを１０ｍｍ以内として前記キャビティを形成することを特徴とする射出成形品の製造方法。