JP4897189B2 - 射出成形システムおよび射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、竪（上下）方向に開閉し、簡単な機構で横型締ができる金型と横型射出成形機から構成される射出成形システム及びそれを用いた射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱硬化性樹脂の成形方法として金型を竪（縦）方向（上下方向）に開閉及び型締する射出成形はトランスファー成形として良く知られている。
また、熱可塑性樹脂の射出成形においては、水平方向に開閉し、横型締する金型を用い、横型射出成形機を使用して成形するのが一般的である。しかし、設置面積が狭くて所定台数の設置ができない場合や、インサート成形でキャビティー内へのインサート物の挿入が困難であったり、不確実になる場合には竪（縦）型射出成形機が使用される場合がある。竪（縦）型射出成形機においては、金型は上下方向に開閉及び型締めされる。
【０００３】
竪型射出成形機には、竪型締・竪型射出成形機と竪型締・横型射出成形機とがある。竪型締・竪型射出成形機は、あたかも横型射出成形機を立てた形態で使用するものであり、金型は横型射出成形機と同じものが使用される。竪型締・横型射出成形機は横型の射出成形機を用い、金型の分割面からプラスチックを射出するパーテング射出成形となる。いずれも型締機構のほとんどは、直圧式型締機構による竪型締である（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
高分子学会編 プラスチック加工技術ハンドブック、４９１〜４９３頁（日刊工業新聞社１９９５年６月１２日発行）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の竪型締・横型射出成形機における直圧式機構による型締は、油圧シリンダーのラムで直接金型を締め付けるものであり、金型の取り付けが容易である利点はあるものの、装置が大型化し、運転コストや配管コストが高く、射出圧力が大きくて型締力に近接したときには製品にバリが生じるなどの問題がある。この方式は多数個取りの大きな金型や大きな成形品の製造向きであり、数個取りの小さな金型を使用する場合には適していない。
【０００６】
また、インサート成形で、例えば、インサート物が球状で、その表面に一定厚さの層状殻（表皮）を形成する場合（通常、被覆成形あるいは封止成形と称される）、インサート物は安定に保持され、注入される溶融プラスチックで保持状態が変動しないことが必要である。しかし、型締が横型の場合（金型は水平方向に開閉する）、一方の金型（可動型）には水平方向に前後進する保持ピンを設置し、これでインサート物を保持することができるが、射出ノズル側の金型（固定型）にはこのようなピンを設置することは構造的に困難で、インサート物の保持は片側だけであり、注入される溶融プラスチックで保持状態が変動し、インサート物を安定に保持することは極めて困難である。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、大掛かりな型締機構によらない簡単な機構で型締ができ、インサート成形におけるインサート物の保持、特に球状のインサート物を安定に保持することができる手段の設置が容易で、横型締でありながら、金型を竪（縦：上下）方向に開閉する構造を有する、横型締めが可能な竪型金型と横型射出成形機とから構成される射出成形システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、横型射出成形機と、型取付面が垂直方向に配置されている固定盤と、該固定盤に対して水平方向に駆動される可動盤とからなり、可動盤に設置された上下方向に開閉する一対の可動型すなわち一対の上下金型とからなる射出成形システムにおいて、上記可動型の少なくとも一方は上下方向に可動可能で、固定型は上記可動型の上下面を圧接可能に挟持する構造に形成され、上記可動型を、閉型後あるいは閉型しつつ、可動盤を前進させて上記固定型に内挿することで上記可動型は型締され、上記固定型に形成されたスプルーから上記可動型の合わせ面を経由して上記可動型に設けたキャビティーに横型射出成形機から溶融プラスチックを射出するように構成したことを特徴とする射出成形システム及びこのシステムを使用する射出成形方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明の横型射出成形機と、固定型と、竪（上下）方向に開閉する一対の竪型金型（可動型）とから構成される射出成形システムは、金型（可動型）の型締機構が従来の竪型締とは異なり横型締であり、そのために図１に例示するような断面が楔様形状に形成された一対の可動型を、同様の断面形状に形成された固定型に押し込む機構で型締がなされるように可動型及び固定型が形成されていることが特徴である。成形用のキャビティーは可動型に形成される。
金型（固定型）の型締は横型締であるが、可動型の上下方向の開閉には公知の空・油圧方式、カム方式及び電動方式の少なくとも１種の方式が用いられる（例えば、射出成形技術入門（基礎と応用・改定・増補）、７１〜７６頁（（株）シグマ出版、１９９７年４月１０日発行）等参照）。カム方式は傾斜ピンを一種のカムとして使用するアンギュラーピン方式、アンギュラーピン方式の変形でストロークが長くできるドッグレッグカム方式及び摺動溝を設けた板カム方式等が挙げられる。どのカム方式を用いるかは金型の質量や成形品の形状や大きさ等を考慮して適宜選択すればよく、特に限定されない。カム方式では上記のピンや板カムは固定型に設置される。
【００１０】
本発明の射出成形システムの１例（一対の可動型の開閉をアンギュラーピン方式で行う例）の概略断面を図１に示す。図１は開型状態を、図２は可動型を前進させて閉型及び型締された状態をそれぞれ示している。尚、閉型とは上下可動型が単にそれぞれの合わせ面で接触している状態であり、この状態では溶融プラスチックを可動型に設けたキャビティーに注入しても溶融プラスチックは合わせ面から流れ出てしまう。型締とは、このような事態とならないように上下可動型を圧接した状態をいう。
射出成形システムは、横型射出成形機１と、固定盤２に固定された固定型３と、可動盤５の型板６に設置された可動型７（上金型：７ａ、下金型：７ｂ）とから構成される。可動型７は、上下可動型すなわち上金型７ａと下金型７ｂとからなる。固定型３の下側には、可動盤５が固定盤２方向に前進することで下金型７ｂを上昇させて閉型させ、後退することで下金型７ｂを下降させて開型させるアンギュラーピン４が、そして下金型７ｂにはアンギュラーピン４が挿入されるガイド孔８がそれぞれ設けられている。この例では可動型７の下金型７ｂだけが上下動するが、固定型３の上側及び上金型７ａにもそれぞれアンギュラーピン及びガイド孔を設けると可動型７の両金型（７ａ、７ｂ）を上下動させることができる。アンギュラーピン４の取り付け角度や長さを調整することで開型時の上下金型７ａと７ｂの合わせ面の間隔や固定型３と可動型７の先端間の間隔を所望の範囲とすることができる。型板６には下金型７ｂの下降を制限するストッパー１０が取り付けてある。
【００１１】
可動盤５の型板６に設置した上金型７ａは型板６に多少の上下動可能な遊びを有するように固定されているが、下金型７ｂは、図３に示すように上下動可能に、その両側面に固定した摺動板（図３の（１）の左側において、点線で示されている直方体部分）を型板６の両側縁部に固定したＬ字状のスライド溝板９で摺動可能に保持されている。図１に示す固定型３の下側に設置された一対のアンギュラーピン４が、閉型のために可動型７を前進させるにつれて下金型７ｂに設けたアンギュラーピン挿入ガイド孔８に挿入されて下金型７ｂは上昇し、可動型７は閉型するとともに固定型３に挟み込まれ、可動型７先端と固定型３が接触するまで可動型７を前進させると型締が完了する。成形、冷却後、開型のために可動型７を後退させると、アンギュラーピン４にガイドされて下金型７ｂは下降する。
【００１２】
閉型後の横型締は以下のようにしてなされる。
可動型７は、その上金型７ａの上面と下金型７ｂの下面が、固定型３に向かって厚みが薄くなるように斜面に形成されている。一方、固定型３は、前進してくる可動型７を上下から挟み込んで型締できるように断面形状がＶの字様の構造に形成され、その上側と下側の、上下金型７ａ、７ｂとの接触面もそれぞれ対応する斜面に形成されている（図１参照）。可動型７の傾斜角は、特に制限されないが、水平面に対して、例えば、１０〜２０°程度が適当である。この傾斜角は、射出成形機によって得られる型締力が小さい場合においても、充填圧力により金型を開かせようとする作用に対して拡大された力を得ることができる。可動型７を、その先端が固定型３の底部に接触するまで前進させると型締は完了する。可動盤５の前後動には、通常の横型射出成形機における直圧式、トグル式等の型締機構を用いることができるが、他の方式であってもよい。必要に応じて、この型締機構を上記の型締機構に加えて利用することもできる。
【００１３】
型締後、通常の成形品は、上記のように上下金型７ａ、７ｂの間に形成されている、当該成形品を形成するキャビティーに溶融プラスチックを注入することで製造される。
インサート成形する場合、例えば、インサート物が球状で、その表面を均一な厚さの表皮「殻（シェル）」で被覆する場合には、インサート物は注入される溶融プラスチックで変（偏）位しないように安定に保持されることが必要になる。
従来の横方向に開閉する合わせ面が水平面に対して垂直方向にある金型では、可動型には保持ピン等のインサート物保持手段を設置できるが、固定型（射出成形機側）には設置できないために、インサート物を安定に保持することは極めて困難である。
上記の如き本発明の竪方向に開閉する、合わせ面が水平面となる金型では、上下金型７ａ、７ｂの両方に保持ピン等の設置が可能であり、インサート物を安定に保持することができる。
【００１４】
図４に上下金型７ａ、７ｂに保持ピン１３（１３ａ、１３ｂ）と、それらを上下動させる保持ピン作動アクチュエーター１４（１４ａ、１４ｂ）とを設置した例を示す。図５には、上下金型７ａ７ｂが固定型３で型締された状態の上面図を示す。保持ピン作動アクチュエーター１４を上下金型７ａ、７ｂに設置した場合には固定型３は、その設置の支障とならないように、上側と下側も、例えば、図５に示されているように平面形状が「コ」の字様の構造に形成されている。
この例は保持ピン１３ａ、１３ｂを保持ピン作動アクチュエーター１４ａ、１４ｂの作動により上昇させ、上下金型７ａ、７ｂのキャビティー面を突き抜けてインサート物の中空芯体１５を保持している状態を示す。この状態で、キャビティー１６に溶融プラスチックが注入されると、保持ピン１３ａ、１３ｂをキャビティー面まで保持ピン作動アクチュエーター１４ａ、１４ｂによって降下させる。通常、保持ピン１３ａ、１３ｂはキャビティー１６の容積の５０％以上、好ましくは７０〜８０％が溶融プラスチックで充填された時点でキャビティー面まで降下させながら充填を完了する。冷却後、あるいは冷却しながら可動型７を後退させ、開型させた後、保持ピン１３ｂをキャビティー面より上部に上昇させることで成形品を離型させることができる。このように可動型７に保持ピン作動アクチュエーター１４ａ、１４ｂを設置することで、グラウンドゴルフボールやパークゴルフボール等の、中空球体を一定の厚さの表皮で被覆したプラスチック製球体の製造が容易となる。
【００１５】
本発明の射出成形システムは、インサート物を可動型のキャビティーのない部分で保持する、例えば、ドライバー等の工具類やスプーン等の食器類にプラスチック製の握り部を形成するインサート成形にも有効である。
上記の例は可動型７の開閉をアンギュラーピン４によるカム方式で行なうものであるが、これ以外のカム方式や油圧や空気圧でアクチュエーターを作動させる方式であってもよく、これらを併用してもよい。可動型７の上下動（開閉）は、上下金型７ａ、７ｂのいずれか一方でも、両方であってもよい。可動型７が固定型３に挟み込まれて閉型し、それぞれの先端部が密接すると型締も完了する。型締に際して、必要に応じて可動型７を固定型３に密接させるために油圧や電動式サーボモーター等の手段を利用することもできる。保持ピン作動アクチュエーター１４ａ、１４ｂの作動も、油圧式、電動式等の適当な手段でよく、特に限定されない。また、保持ピン作動アクチュエーター１４を設置する場合、その個数及び保持ピン１３の本数もインサート物を安定に保持できる個数及び本数であれば特に制限されない。インサート物は保持ピンで安定に保持されることから、インサート物には保持ピンが挿入される孔が不要となる。必要ならばインサート物に保持ピン挿入孔を形成しても構わない。
【００１６】
以下に本発明の射出成形システムを使用する具体例として、プラスチック製球状中空中芯体をインサートし、その外面に一定厚さの表皮を形成してグラウンドゴルフボールないしパークゴルフボールとして使用されるプラスチック製球体の製造例を図６〜１０に基づいて説明する。尚、図７〜１０には各部の数字は記載されていないので図６を参照されたい。
【００１７】
グラウンドゴルフボールは、通常、球状中空芯体（例えば、予め形成された２等分に分割され、各分割面に適当な結合部を有する中空半球体を結合して中空球状体としたものを使用）をインサート物とし、この表面に一体に殻状表皮を形成することで製造される。
【００１８】
図６に示すように、先ず開型状態の、グラウンドゴルフボールの形状に形成されたキャビティーを有する下側の下金型７ｂの保持ピン１３ｂに球状中空芯体１５を保持させる。保持ピン１３ａ及び１３ｂは、予め保持ピン作動アクチュエーター１４ａ、１４ｂを作動させてキャビティー面より表皮の厚さ分だけ突出させてある。
【００１９】
可動盤５を固定型３に向かって前進させると固定型３の下側に設けたアンギュラーピン４が下金型７ｂに開けたそのガイド孔８に挿入されるにつれて下金型７ｂは上昇し（図７）、上下金型７ａ、７ｂは固定型３の上下間に挟まれて閉型する。閉型し、可動型７を、その先端が固定型３と接触するまで前進させると横型締が完了する。射出成形機１のノズル１８を固定盤２に密接させ、溶融プラスチックをスプルー１１、ランナー１２からキャビティー１６に注入する（図８）。キャビティー１６の略８０％（容積）が充填された時点で保持ピン１３ａ及び１３ｂをキャビティー面まで後退（不図示）させながら充填を完了する（不図示）。上下金型７ａ、７ｂを冷却しながら可動盤５を後進させて型締を解くと下金型７ｂはアンギュラーピン４によりガイドされて下降し、上下金型７ａ、７ｂは開型する（図９）。最後に下側の保持ピン１３ｂを上方にスライドさせて形成された中空球状体（表皮被覆球体）１７を突きあげ、離型させる（図１０）。以上の工程によってグラウンドゴルフボールが製造される。中空球状芯体を中実球状芯体に代えれば、上記と同様にして中実球状体を製造することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、新規に竪型射出成形機を導入することなく、既存の横型射出成形機の金型関連部分を改造することで対応できるので経済的メリットが大きく、横型締が簡単かつ容易で、インサート成形における球形等のインサート物を安定に保持、固定することができる保持ピンの設置が容易な上下方向に開閉する横型射出成形機と竪（縦）型金型からなる射出成形システムが提供される。
本発明の射出成形システムは、球形インサート物を用いたインサート成形に特に好適であり、ゲートボールやグラウンドゴルフボールなどの球状芯体に均一な厚さの表皮が一体に形成されたプラスチック製球状体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形システムを、金型を開いた状態で示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る射出成形システムを、金型を閉じた状態で示す概略断面図である。
【図３】可動型の上下スライド機構を示す図で、その（１）は斜視図、その（２）は概略断面図である。
【図４】保持ピンが設置された可動型を示す概略断面図である。
【図５】保持ピンが設置された可動型と固定型の形状を示す概略上面図である。
【図６】インサート成形工程を示す概略断面図である。
【図７】次のインサート成形工程を示す概略断面図である。
【図８】さらに次のインサート成形工程を示す概略断面図である。
【図９】さらに次のインサート成形工程を示す概略断面図である。
【図１０】さらに次のインサート成形工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１：横型射出成形機
２：固定盤
３：固定型
４：アンギュラーピン
５：可動盤
６：型板
７：７、７ａ、７ｂ：可動型
８：アンギュラーピン挿入ガイド孔
９：スライド溝板
１０：下側可動型下降ストッパー
１１：スプルー
１２：ランナー
１３、１３ａ、１３ｂ：保持ピン
１４、１４ａ、１４ｂ：保持ピン作動アクチュエーター
１５：中空芯体
１６：キャビティー
１７：中空球状体（表皮被覆球体）
１８：ノズル

Claims (5)

1. 横型射出成形機（１）と、型取付面が垂直方向に配置されている固定盤（２）と、該固定盤（２）に対して水平方向に駆動される可動盤（５）とからなり、前記固定盤（２）には固定型（３）が、そして前記可動盤（５）には可動型（７）がそれぞれ取り付けられるようになっている、射出成形システムであって、
   前記可動型（７）は、上下方向に駆動可能に前記可動盤（５）に設けられ、型締時に型合わせ面間にキャビティー（１６）が構成される一対の上下金型（７ａ，７ｂ）からなり、
   前記可動盤（５）を前記固定盤（２）に対して型締め方向に駆動すると、前記一対の上下金型（７ａ，７ｂ）は、前記固定盤（２）に取り付けられている固定型（３）により、その型合わせ面は型締めされ、型開方向に駆動すると、その型合わせ面は開かれるようになっていると共に、
   前記横型射出成形機（１）から射出される溶融プラスチックは、前記固定型（３）に形成されているスプルーから前記一対の上下金型（７ａ，７ｂ）の型合わせ面を経由して前記キャビティーに充填されるようになっていることを特徴とする射出成形システム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記一対の上下金型（７ａ，７ｂ）の型合わせ面間に型閉じ時に構成されているキャビティーは球形である、射出成形システム。
3. 請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記一対の上下金型（７ａ，７ｂ）には、前記キャビティー面より突出および後退するインサート物保持ピン（１３ａ、１３ｂ）が設けられている射出成形システム。
4. 請求項３に記載の射出成形システムを使用した、表皮を有するプラスチック球体の射出成形方法であって、
   前記可動盤（５）を後退させて前記上下金型（７ａ、７ｂ）を開型して、開型した前記上下金型（７ａ、７ｂ）のキャビティー（１６）の所定の位置に、球形インサート物（１５）を前記インサート物保持ピン（１３ａ、１３ｂ）により保持する第１の工程と、
   その後、前記可動盤（５）を前記固定型（３）に向かって前進させて前記上下金型（７ａ、７ｂ）を固定型（３）の上下間に内挿して閉型・型締する第２の工程と、
   その後、射出成形機（１）のノズル（１８）から溶融プラスチックを前記キャビティー（１６）に注入し、所定量充填した時点で前記インサート物保持ピン（１３ａ、１３ｂ）を前記キャビティー（１６）面まで後退させて、さらに充填して充填を完了する第３の工程と、
   前記第３の工程後、前記可動盤（５）を後退させて前記上下金型（７ａ、７ｂ）の型締を解いて開型し、そして前記インサート物保持ピンを前記キャビティー（１６）面から突き出して、形成された成形品を離型する、第４の工程とからなる、表皮を有するプラスチック球体の射出成形方法。
5. 請求項４に記載の射出成形方法において、ゲートボールまたはグランドゴルフボールを成形する、表皮を有するプラスチック球体の射出成形方法。

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