JP5570309B2 - ガスアシスト射出成形用金型装置と成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスアシスト射出成形用金型装置と成形品の製造方法に関する。特に、金型のキャビティ内に気体注入を伴う樹脂の射出成形方法であるガスアシスト射出成形において、カウンタプレッシャの安定性を高精度に保証する技術に関するものである。

近年、樹脂の射出成形品に求められる精度や機能が高まるにつれて、それに応える一つの手法として、金型内に気体を注入し、樹脂を射出成形するガスアシスト射出成形方法が行われている。
例えば、特許文献１では、金型表面状態を高度に成形品に転写することができるようにした、つぎのようなガスアシスト射出成形方法が提案されている。
この方法では、まず、金型のキャビティを二酸化炭素などの特定のガス体を適度なガス圧で満たしてから樹脂が充填される。
これにより、ガス体は流動樹脂のフローフロントで吸収され、あるいは金型と樹脂の界面に入り込み、樹脂表面層に溶解する。
樹脂に溶解したガス体は可塑剤として作用し、樹脂の溶融粘度を下げ、特に樹脂表面の固化温度を選択的に低下させる。
これらにより、薄い樹脂表面層だけ固化温度が下がり、固化温度が金型表面温度以下となれば、樹脂充填工程中の固化が起きない。このような手法により、成形品の金型表面転写性の向上が図られている。

ガスアシスト成形において、キャビティ内のガス圧は重要な成形因子の一つとなるため、これを管理するために金型内に圧力ゲージを挿入し、キャビティ内のガス圧を測定することが行われる。
例えば、ガス供給装置から金型に至る配管経路に圧力計を配置し、キャビティ内のガス圧力を１箇所で測定し、時間経過と圧力値の関係を波形データで取得することが広く行われている。
また、特許文献２によれば、所望の成形品を得るための条件として、樹脂を金型内に射出するに先立って金型内の成形空間を圧力Ｐ１で加圧する際に、成形空間内の圧力Ｐ１がガス供給路の圧力Ｐ２の５〜７０％となることを規定している。金型には、これらの圧力を測定するために、圧力計がキャビティとガス供給路に１つずつ設置されている。

特開平１１−２４５２５７号公報 特開２００９−０３９９５４号公報

上記したガスアシスト射出成形方法において、金型キャビティに気体を注入して保持するためには、専用の金型構造が必要となる。
その際、気密性を高めるために、Ｏリングなどのシール材をパーティングラインやエジェクタピンの周囲に配置し、気体供給口を設けて気体供給装置と接続する。
さらに、気体がキャビティの近くまで確実に至るように気体の案内溝を加工し、キャビティの淵に設けた樹脂が入り込まない程度の微小な隙間からキャビティに気体を注入する。
気体の排気は供給経路と共通であるか、もしくは排出経路を別途設けてキャビティから案内溝を経て排出される。供給、排出経路には開閉弁を設置し、これによって供給、保持、排出の一連動作を制御する。
上記のような金型により連続成形を実施したとき、継続過程でショット積算によって金型の気密対象空間内の一部に樹脂カスが蓄積したり、樹脂の揮発成分が付着したりして金型内の導通箇所が目詰まりを起こすことがある。
あるいは、前記シール材の劣化によって、ガス供給時の金型空間内の気密性が低下することがある。

ガスアシスト成形用金型内の気密空間は、キャビティを主としてガス供給口からガス溝やガスベントによって導通性が確保されているが、いくつもの金型構成部材で構成されているため、供給されたガスは前記部材を回り込むように充満する。
このようなことから、１０ＭＰａを越える高圧でガスを供給したとしても、気密対象空間を供給開始からキャビティを所定の圧力まで昇圧させて定常状態まで至らしめるまでに、数秒の時間が必要となる。
このため、上記した従来から広く行われているガス供給装置から金型に至る配管経路に圧力計を配置し、キャビティ内のガス圧力を１箇所で測定する方法では、成形中のガス昇圧時に精度良く金型の気密状態を検知することは困難である。
このような測定方法では、金型内の気密状態に変化が生じたときに、これを十分に検知することができないという問題を有している。
また、逐一成形品を測定、観察することで金型の状態を推測する方法では、成形管理、金型保守が非効率である。
なお、本明細書での金型内の気密状態とは、気密対象空間を閉塞しているシール材のシール性と、該空間内における金型構成部材間の気体導通性の両方を意味している。

本発明は、上記課題に鑑み、金型内の気密状態を高精度に検知することができ、連続成形過程での成形品の品質を保証し、量産成形性の向上を図ることが可能となるガスアシスト射出成形用金型装置と成形品の製造方法の提供を目的とする。

本発明は、つぎのように構成したガスアシスト射出成形用金型装置と成形品の製造方法を提供するものである。
本発明のガスアシスト射出成形用金型は、金型における固定側金型と可動側金型とにより形成されたキャビティ内に、気体の注入を伴うガスアシストによって樹脂の射出成形を行う際に用いるガスアシスト射出成形用金型装置であって、
前記固定側金型の、前記気体が排出される口に接続された第１の圧力計と、
前記可動側金型の、前記気体が排出される口に接続された第２の圧力計と、
前記射出成形中に、前記第１の圧力計と前記第２の圧力計とにより測定された圧力をロギングする手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の成形品の製造方法は、金型における固定側金型と可動側金型とにより形成されたキャビティ内に、気体の注入を伴うガスアシストによって射出成形を行う成形品の製造方法であって、
前記固定側金型の、前記気体が排出される口に接続された第１の圧力計と、
前記可動側金型の、前記気体が排出される口に接続された第２の圧力計と、
を用い、前記ガスアシストによる射出成形中に前記第１の圧力計と前記第２の圧力計とにより測定された圧力を比較し、前記固定側金型と前記可動側金型の気密状態を検知して射出成形を行うことを特徴とする。

本発明によれば、金型内の気密状態を高精度に検知することができ、連続成形過程での成形品の品質を保証し、量産成形性の向上を図ることが可能となるガスアシスト射出成形用金型装置と成形品の製造方法を実現することができる。

本発明の実施形態におけるガスアシスト射出成形用金型の構成について説明する図。 本発明の実施例におけるガスアシスト射出成形用金型とガス供給装置について説明する図。 本発明の実施例におけるガス圧計で計測された波形を示す図。 従来例におけるガスアシスト射出成形用金型の構成を示す図。 従来例の金型内気密対象空間における金型構成部材の合わせ面に存在する隙間を示す図。 従来例の非成形時における金型内気密対象空間内におけるガスの流れを示す図。 従来例の樹脂充填後における金型内気密対象空間内におけるガスの流れを示す図。

つぎに、本発明の実施形態におけるガスアシスト射出成形用金型の構成について説明する。
まず、本実施例を説明する前に、図４を用いて従来例におけるガスアシスト射出成形用金型の構成を説明する。
図４に示すように、従来例の金型は、固定側ダイセット１、２、固定側抱き駒３、可動側ダイセット５、６、可動側抱き駒４、エジェクタピン１３からなる。
パーティングライン面７にはＯリング２３が、固定側ダイセット１と２の合わせ面８にはＯリング２４が、可動側ダイセット５に対して可動側抱き駒４が収まるポケットの底面１２にはＵパッキン２２が配されており気密仕様となっている。９はキャビティ、１０はスプルー、１１はノズルタッチ部である。
固定側ダイセット２にはガス供給兼排出口２１が設けられており、配管１９によってガス供給装置１７と接続されている。
ガスをキャビティ内の樹脂に作用させ易くするために、前記ガス供給兼排出口２１は固定側抱き駒３に突き当たり、そこからは溝によってパーティングライン面７に至る。
図４には省略されているが、キャビティの周囲には樹脂は通さないがガスを通すガスベントが掘られている。
ガス供給装置から供給される気体は減圧弁１８によって圧力調整され、ガス供給兼排出口２１へと至る経路には圧力ゲージ１４が設けられている。これによりキャビティ内の圧力を測定し所望のカウンタプレッシャに達するとガスを金型内で保持するために電磁弁１６が閉じられる。
保持時間が終了すると電磁弁１５が開いてガスが排出され、成形のワンサイクルが終了する。

つぎに、上記従来例の金型における金型内の気密対象空間について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、ガスは前記ガス溝、ガスベントから優先的に流れてスプルーを含むキャビティに充満する。
また、固定側ダイセット１と固定側ダイセット２の合わせ面２０、固定側ダイセット１と固定側抱き駒３の合わせ面２７や、
可動側ダイセット５と可動側抱き駒４の合わせ面２５、エジェクタピン１３とエジェクタピン穴の勘合面２６には、少なくとも数十μｍ単位の隙間が存在するため、これらの空間にもガスは回りこむ。

前記隙間にはキャビティに遅れること数秒でガスが充満するため、金型内の気密対象空間がスプルーを含むキャビティと前記隙間の集合から成ると考えた場合、金型内の気密対象空間のカウンタプレッシャが定常状態に達するまでは数秒程度の時間を要する。

ここで、Ｕパッキン２２が劣化してシールが不完全になった場合について考える。
図６に、矢印を用いて非成形時における金型内のガスの流れを図示する。×印はＵパッキン２２が気密性を失っていることを示す。矢印の大小はガスの流れ易さを指し、矢印が太いほどガスの流れが多いことを示す。
非成形中ではガス圧計１４からキャビティまでの導通は確立されているため、エジェクタピンからガスが漏れているとガス圧計にてカウンタプレッシャの低下をレスポンスよく検知することができる。
これに対して、図７に成形中における金型内のガスの流れを、図６と同様に図示する。
成形中の射出完了後はキャビティとスプルーは樹脂２８で満たされるため、ガスはキャビティ及びスプルーを通ることができない。
エジェクタピンの裏側からガスが漏れていたとすると、可動側ダイセットと可動側抱き駒の合わせ面を通って圧力計まで圧力の損失が伝わるまでに数秒の時間を要することになり、圧力の計測に時間遅れが大きくなる。
これは、すなわち金型内気密対象空間における圧力検知の精度が低いことを指す。
このように上記従来例のものでは、金型の気密性が変化したとき精度よく検知することができない。
光学部品を量産成形するにおいて、カウンタプレッシャの安定性を高精度に保証する必要があるため、従来構成では精度が不足していた。

そこで、本実施形態では、金型の固定側金型の側だけでなく可動側金型の側の気密性の変化も敏感に検知することができるように構成し、金型の気密状態を高精度に測定することができるように形成されている。
具体的には、図１に示すように構成される。図１において、上記した図４に示した構成と同様の構成には同一の符号を付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図１において、２９は配管接続口、３１は圧力計（第１の圧力計）、３３は圧力計（第２の圧力計）、３４は供給弁、３５は配管、３６は経路である。
本実施形態のガスアシスト射出成形用金型においては、圧力計３１がガス供給口２１に至るガス供給経路に配設されていると共に、固定側金型と可動側金型とのパーティングライン面を隔てて、ガス供給口２１とは別に配管接続口２９が配設されている。
ガス供給装置１７、減圧弁１８から前記ガス供給口２１に至る経路３６に供給弁３４と圧力計３１を設ける。また、配管接続口２９に繋る配管３５を備え、配管３５の終端部に圧力計３３を設ける。
このような構成により、射出成形中において双方の圧力値を比較することによって、固定側だけでなく可動側における気密性の変化も敏感に検知することが可能となり、気密対象空間の圧力検知の精度を向上させることができる。
また、これにより金型内へ圧力センサー挿入を伴わず、容易に当該構造を構築できることから、コストメリットもある。
また、連続成形のショット積算や金型メンテナンス前後での金型の気密状態の変化を高精度に検知することが可能となり、カウンタプレッシャの高い安定性が求められる成形品の品質を保証し、量産成形性を高めることが可能となる。

以下に、本発明の実施例における金型のキャビティ内に気体の注入を伴うガスアシストにより樹脂の射出成形を行う際に用いるガスアシスト射出成形用金型の構成例について、図２を用いて説明する。
図２において、３７は固定型ダイセット、３８は固定型ダイセット、３９は可動型ダイセット、４０は可動型ダイセット、４１は可動型ダイセット、４２は可動型ダイセット、４３はエジェクタプレートである。
４４は固定側抱き駒、４５は可動側抱き駒、４６はセンターピン、４７はエジェクタピン、４８はスプルーブッシュ、４９はＵパッキン、５０はＯリング、５１はガス注入口、５２は配管接続口である。
注入口５１及び配管接続口５２はステンレス管によってガス供給装置５３と接続されている。

本実施例では、配管接続口５２に繋がれたステンレス管６２の終端部に圧力計５９とともに排出弁５５を配置する。
このように配管接続口をガス排出口とすることにより、ガス排出時に前記終端部から効率的にガスを排気することができる。
ガス供給装置は内部に制御ユニット５４を有し、制御ユニット５４によって排出弁５５、供給弁５６、バイパス弁５７の開閉、圧力計（ガス圧計）５８、圧力計（ガス圧計）５９が計測する圧力値のロギングと監視を行う。
昇圧ユニット６３はガスボンベ６０と接続されており、ガスボンベから供給されたガスを制御ユニットで設定された圧力まで昇圧する機能を持つ。

ガス供給前には昇圧ユニット６３からステンレス管６１を経て、注入口５１からガスが金型に導入される。
ガスは金型内で注入口５１から固定側ダイセット内を通過して、突き当たり部の合わせ穴から固定側抱き駒４４内で直角に曲がって優先的にパーティングライン面に至る。
図内では省略しているが、パーティングライン面でキャビティの周囲に加工された１０μｍ以下のガスベントを通ってガスはキャビティへと供給される。
ガスベントはガスを通すが樹脂を通さない。
ガスは金型の中で金型構成部品４４、４５、４６、４７、４８の隙間にも流れてあらゆる経路から固定側から可動側へと流れて配管接続口５２へと至り、最終的にステンレス管６２を経てガス供給装置内で閉じられている排出弁５５、バイパス弁５７の一端に達する。
ガス圧は注入弁に設けられた圧力計５８と排出弁に設けられた圧力計５９の二箇所で測定する。

つぎに、ガスアシスト成形中におけるガス圧の測定プロセスを説明する。
まず、金型が閉じて型締めがかかると同時にガスアシスト成形が開始する。
ガス供給前は全ての電磁弁が閉じた状態になっているが、供給時には供給弁５６が開いてキャビティに充填される樹脂にガスを作用させる。
金型内へガスを注入するタイミングは樹脂射出前でも良いし、樹脂射出後でも良い。
ガス圧計５８、ガス圧計５９で金型内のカウンタプレッシャを測定し、所望の値に達すると供給弁５６は閉じて保持状態になる。
保圧工程に入ってゲートシール完了後に排出弁５５とバイパス弁５７が開いて金型内のガスが排出される。
こうすることで、金型内の固定側に充満していたガスがステンレス管６１から、可動側に充満していたガスがステンレス管６２から排出されることになり、効率的にガスを排出することが可能となる。
ガス排出後、冷却工程を経て金型が開いて型開限にて成形品が突き出され、ガスアシスト成形の１サイクルが終了する。

本実施例では、成形中のガス圧計５８、ガス圧計５９をロギングすることにより、ショットカウント毎に成形品の良否を判定するシステムを構築し、連続成形過程における不良品の発生を検出可能とした。
光学成形品の表面形状は主に保圧工程開始からゲートシールまでに形作られるため、この時間帯におけるカウンタプレッシャは形状精度を左右する重要な成形因子の一つとなる。
本実施例では、射出時間が４．５秒、ゲートシール時間が保圧工程に入ってから５秒後であったため、射出開始から数えて４．５秒から９．５秒の時間帯がガス圧測定のタイミングとなるが、ここでは射出開始から８秒後のガス圧を測定した。
キャビティに供給するガス圧は７．４ＭＰａとし、ガス圧計の測定誤差を考慮して良品条件範囲を±０．１ＭＰａとした。

図３に、成形開始から第一保圧終了後までガス圧計５８、ガス圧計５９が計測したガス圧の経時変化を波形で出力したグラフを示す。
成形の工程を分かり易くするためにスクリュ後方で計測した保圧も併記した。
射出工程から第一保圧工程に切り替わると同時にガス圧は収束しており、８秒後で圧力計５８の値は７．３ＭＰａ、圧力計５９の値は７．５ＭＰａを計測しており、良品条件を満たしている。
ショットカウント毎に前記判定を行い、連続成形過程における何らかの原因による金型内気密性の変化に対する成形品の品質変化をシステム管理する。
表１はロギングデータで３４１５ショット目から不良品が発生しており、金型メンテナンスが必要であることを示している。
［表１］

１：固定側ダイセット
２：固定側ダイセット
３：固定側抱き駒
４：可動側抱き駒
５：可動側ダイセット
６：可動側ダイセット
７：パーティングライン面
８：固定側ダイセットの合わせ面
９：キャビティ
１０：スプルー
１１：ノズルタッチ部
１２：ポケット底面
１３：エジェクタピン
２１：ガス供給兼排出口
２２：Ｕパッキン
２３：Ｏリング
２４：Ｏリング
２９：配管接続口
３１：圧力計
３３：圧力計
３４：供給弁
３５：配管
３６：経路

Claims (5)

1. 金型における固定側金型と可動側金型とにより形成されたキャビティ内に、気体の注入を伴うガスアシストによって樹脂の射出成形を行う際に用いるガスアシスト射出成形用金型装置であって、
   前記固定側金型の、前記気体が排出される口に接続された第１の圧力計と、前記可動側金型の、前記気体が排出される口に接続された第２の圧力計と、前記射出成形中に、前記第１の圧力計と前記第２の圧力計とにより測定された圧力をロギングする手段と、
   を有することを特徴とするガスアシスト射出成形用金型装置。
2. 前記固定側金型の、前記気体が排出される口は、前記気体を金型に供給するガス供給口を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載のガスアシスト射出成形用金型装置。
3. 金型における固定側金型と可動側金型とにより形成されたキャビティ内に、気体の注入を伴うガスアシストによって射出成形を行う成形品の製造方法であって、前記固定側金型の、前記気体が排出される口に接続された第１の圧力計と、前記可動側金型の、前記気体が排出される口に接続された第２の圧力計と、を用い、前記ガスアシストによる射出成形中に前記第１の圧力計と前記第２の圧力計とにより測定された圧力を比較し、前記固定側金型と前記可動側金型の気密状態を検知して射出成形を行うことを特徴とする成形品の製造方法。
4. 前記固定側金型の、前記気体が排出される口は、前記気体を金型に供給するガス供給口を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の成形品の製造方法。
5. 前記第１の圧力計により測定された値および前記第２の圧力計により測定された値をロギングし、前記ロギングした値により成形品の良否を判定することを特徴とする請求項３または４に記載の成形品の製造方法。

Images