JP5594173B2 - 成形装置および成形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金型を備える成形装置、および金型を用いる成形方法に関する。
従来、特許文献１には、金型を取り外すことなく、優れた成形品離型性を維持することのできる成形装置および成形方法が記載されている。
この従来技術によると、金型（上型および下型）が開かれた状態で上型と下型との間にプラズマトーチが進入し、プラズマトーチから金型表面にプラズマジェットを吹き付けることによって型面をフッ化処理する。
プラズマトーチは、金型が閉められた状態では金型の外側に後退して待避するようになっている。
この従来技術によると、金型が開かれた状態で金型表面をフッ化処理することができるので、金型を取り外すことなく優れた成形品離型性を維持することができる。
しかしながら、この従来技術によると、金型が開かれた状態で上型と下型との間にプラズマトーチが進入するので、型開き量を大きくする必要があり、成形装置全体が大型化してしまう問題がある。
また、この従来技術によると、金型が開かれた状態でプラズマによるフッ化処理を行うので、プラズマトーチから噴射されたフッ素ラジカルが金型の外部に拡散してしまい、フッ化処理の効率が良くないという問題もある。
本発明は上記点に鑑みて、金型が閉められた状態で金型表面にプラズマを照射できる成形装置および成形方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、溶融材料が送り込まれる金型（１０）と、
金型（１０）から成形品を離型させる離型ピン（１２、１３）と、
離型ピン（１２、１３）が挿入されるピン穴（１０１ａ、１０２ａ）とを備え、
離型ピン（１２、１３）は、プラズマを発生させるための一対の電極の一方の電極を構成しており、
金型（１０）には、一対の電極の間で発生したプラズマを金型（１０）の内部空間（１１）に照射するためのプラズマ照射口が設けられており、
プラズマ照射口は、ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）で構成されていることを特徴とする。
金型（１０）から成形品を離型させる離型ピン（１２、１３）と、
離型ピン（１２、１３）が挿入されるピン穴（１０１ａ、１０２ａ）とを備え、
離型ピン（１２、１３）は、プラズマを発生させるための一対の電極の一方の電極を構成しており、
金型（１０）には、一対の電極の間で発生したプラズマを金型（１０）の内部空間（１１）に照射するためのプラズマ照射口が設けられており、
プラズマ照射口は、ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）で構成されていることを特徴とする。
これによると、離型ピン（１２、１３）を一方の電極とする一対の電極の間で発生したプラズマを、金型（１０）に設けられたプラズマ照射口（１０１ａ、１０２ａ）から金型（１０）の内部空間（１１）に照射するので、金型（１０）が閉められた状態で金型表面にプラズマを照射することができる。
請求項１に記載の発明では、プラズマ照射口は、ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）で構成されている。これにより、既存のピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を利用してプラズマを照射することができるので、構成を簡素化できる。
請求項１に記載の発明では、離型ピン（１２、１３）は、プラズマを発生させるための一対の電極の一方の電極を構成している。これにより、既存の離型ピン（１２、１３）を利用してプラズマを発生することができるので、構成を簡素化できる。
具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の成形装置において、離型ピン（１２、１３）を駆動するピン駆動手段（１４、１５）を備え、
ピン駆動手段（１４、１５）は、離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を開くプラズマ照射位置、離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を塞ぐ成形位置、および離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）よりも金型（１０）の内部空間（１１）側に突出する離型位置に、離型ピン（１２、１３）を調整可能になっていればよい。
ピン駆動手段（１４、１５）は、離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を開くプラズマ照射位置、離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を塞ぐ成形位置、および離型ピン（１２、１３）がピン穴（１０１ａ、１０２ａ）よりも金型（１０）の内部空間（１１）側に突出する離型位置に、離型ピン（１２、１３）を調整可能になっていればよい。
また具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の成形装置において、金型（１０）は、プラズマを発生させるための一対の電極の他方の電極を構成することができる。
請求項４、５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の成形装置を用いて成形品を製造する成形方法であって、
金型（１０）を閉めた状態で、プラズマ照射口（１０１ａ、１０２ａ）から金型（１０）の内部空間（１１）にプラズマを照射するプラズマ照射工程を含むことを特徴とする。
金型（１０）を閉めた状態で、プラズマ照射口（１０１ａ、１０２ａ）から金型（１０）の内部空間（１１）にプラズマを照射するプラズマ照射工程を含むことを特徴とする。
これにより、上記した請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
請求項４に記載の発明では、プラズマ照射工程は、
金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
金型（１０）の内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
反応活性工程では、反応活性用プラズマを、金型改質用プラズマに比べて集中照射することを特徴とする。
金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
金型（１０）の内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
反応活性工程では、反応活性用プラズマを、金型改質用プラズマに比べて集中照射することを特徴とする。
これにより、金型（１０）の改質、およびインサート部品（１）の反応活性化の両方を効果的に行うことができる。
請求項５に記載の発明では、プラズマ照射工程は、
金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
金型（１０）の内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
反応活性工程では、反応活性用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命を、金型改質用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命に比べて短くすることを特徴とする。
金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
金型（１０）の内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
反応活性工程では、反応活性用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命を、金型改質用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命に比べて短くすることを特徴とする。
これによっても、金型（１０）の改質、およびインサート部品（１）の反応活性化の両方を効果的に行うことができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態におけるインサート成形装置（成形装置）の概略を示す断面図である。インサート成形装置は金型１０を備えている。金型１０は、上型１０１と下型１０２とでキャビティ１１（成形品の形状を有する内部空間）を形成するものである。
以下、第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態におけるインサート成形装置（成形装置）の概略を示す断面図である。インサート成形装置は金型１０を備えている。金型１０は、上型１０１と下型１０２とでキャビティ１１（成形品の形状を有する内部空間）を形成するものである。
図１では図示を省略しているが、金型１０には、溶融樹脂（溶融材料）に圧力を加えてキャビティ１１内に送り込むためのプランジャが接続されている。また、金型１０には、溶融樹脂をキャビティ１１内に導入するゲートと、キャビティ１１の温度を調整するヒーターとが備えられている。
上型１０１および下型１０２にはそれぞれ離型ピン１２、１３が挿入されるピン穴１０１ａ、１０２ａが形成されている。離型ピン１２、１３としては、上型１０１用の払い出しピン１２、および下型１０２用のエジェクタピン１３とが設けられている。
離型ピン１２、１３およびピン穴１０１ａ、１０２ａは、キャビティ１１の全体に対して満遍なく多数個配置されている。離型ピン１２、１３は、ピン駆動機構１４、１５（ピン駆動手段）によって駆動される。
上型１０１および下型１０２にはそれぞれ、離型ピン１２、１３をプラズマを発生させるための一対の電極の一方の電極（以下、プラズマ電極という）とするプラズマチャンバー１６、１７が設けられている。
離型ピン１２、１３にはプラズマ用電源１８の一方の極が接続されている。プラズマ用電源１８の他方の極は金型１０に接続されている。プラズマチャンバー１６、１７は、金型１０と電気的に接続されている。すなわち、金型１０は、プラズマを発生させるための一対の電極の他方の電極を構成している。
プラズマチャンバー１６、１７と離型ピン１２、１３との摺動部には絶縁シール１９、２０が設けられている。
プラズマチャンバー１６、１７のプラズマ照射口は、ピン穴１０１ａ、１０２ａで構成されている。そのために、ピン穴１０１ａ、１０２ａは、キャビティ１１側では内径が離型ピン１２、１３の先端部の外径と同一にされ、キャビティ１１の反対側では離型ピン１２、１３の先端部の外径よりも拡径された形状に形成されている。
上型１０１のプラズマチャンバー１６にはガス配管２１が接続され、不活性ガス（本例ではＡｒガス）、金型改質用ガス（本例ではＣＦ４ガス）、および反応活性用ガス（本例ではＨ２ガス）が所望の流量で導入されるようになっている。
図示を省略しているが、下型１０２のプラズマチャンバー１７にもガス配管が接続され、不活性ガス、金型改質用ガスおよび反応活性用ガスが所望の流量で導入されるようになっている。
ピン駆動機構１４、１５は、離型ピン１２、１３の位置をプラズマ照射位置、成形位置および離型位置の３つの位置に調整可能になっている。
プラズマ照射位置では、離型ピン１２、１３の先端面がキャビティ面（金型表面）よりも引っ込んだ位置になり、ピン穴１０１ａ、１０２ａ（プラズマ照射口）が開けられる。
成形位置では、離型ピン１２、１３の先端面がキャビティ面（金型表面）とほぼ同じ位置になり、離型ピン１２、１３がピン穴１０１ａ、１０２ａ（プラズマ照射口）を塞ぐ。
離型位置では、離型ピン１２、１３の先端面がキャビティ面（金型表面）よりも突出した位置になる。
プラズマ用電源１８は、大気圧プラズマ発生用のナノ・マイクロパルス電源が望ましい。もし型閉め後にキャビティ内を真空に引くことができるのであれば、直流電源や交流電源など真空プラズマ発生用の電源でもかまわない。
図２は、上記成形装置を用いた成形方法を示すフロー図である。上記成形装置を用いた成形方法では、離型ピン１２、１３がプラズマ照射位置にある状態において、まず金型１０を閉める（型閉め工程）。
次いで金型改質用プラズマを照射する（金型改質工程、プラズマ照射工程）。具体的には、プラズマチャンバー１６、１７の内部に不活性ガスとしてのＡｒガスを導入しながら離型ピン１２、１３にプラズマ用電源１８によって電界を加える。これにより大気圧プラズマが発生する。大気圧プラズマの発生が安定した後、Ａｒガスに加えて、金型改質用ガスとしてのＣＦ４ガスも導入する。これによりフッ素ラジカルが生成される。
フッ素ラジカルがピン穴１０１ａ、１０２ａ（プラズマ照射口）を通じてキャビティ１１内の全体に拡散することによりキャビティ面（金型表面）がフッ化処理される。このとき、プラズマによってフッ素ラジカルが生成されて金型の主成分である鉄元素がフッ化されればよいので、金型改質用ガスの成分は必ずしもＣＦ４でなくともよい。
例えば金型改質用ガスとして、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等のフッ化炭素系のガス、ＨＦのフッ化水素、ＣＨＦ系のフッ化炭化水素ガス、ＳＦ６、ＳｉＦ４などのフッ化化合物ガス、またはＮＦ３などのフッ化窒素ガスなどを用いてもよい。また、このときフッ化鉄の反応を促進させるため、金型１０の温度を１００〜６００℃程度に加熱してもよい。
プラズマ照射時間は樹脂材料、金型形状にもよるが、生産効率上、プランジャ内部に樹脂タブレットを設置し温度を安定化させるための待機時間中に１０秒以下、さらに望ましくは３秒以下でプラズマ処理してしまうのが良い。
また成型を１回行う毎に金型改質用のプラズマを照射することが望ましいが、金型改質用プラズマを１回照射することによる離型効果が複数回の成形にわたって持続するようであればその限りでない。
次いで金型１０を開き、図３（ａ）に示すように金型１０内にインサート部品１をセットし、金型１０を再度閉じる（インサート部品セット工程）。
次いで反応活性用プラズマを照射する（反応活性工程、プラズマ照射工程）。具体的には、プラズマチャンバー１６、１７の内部に不活性ガスとしてのＡｒガスを導入しながら離型ピン１２、１３にプラズマ用電源１８によって電界を加える。これにより大気圧プラズマが発生する。
大気圧プラズマの発生が安定した後、Ａｒガスに加えて、反応活性用ガスとしてのＨ２ガスも導入する。これにより、インサート部品１の表面が還元処理される。このとき、インサート部品１の表面が反応活性になればよいので、反応活性用ガスの成分は必ずしもＨ２でなくともよい。
例えば、金属と樹脂との密着性を上げるために部品表面の還元が望ましければＨ２の他にアンモニア（ＮＨ３）、Ｎ２、Ｈ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２またはＮ２Ｈ３ＣＨ３などを反応活性用ガスとして用いてもよい。金属と樹脂との間にカップリング効果を持たせる場合には、反応活性用ガスとしてＳｉＨ３ＣＨ３などのシラン系ガスが好適である。
次いで、離型ピン１２、１３を成形位置に移動させて成形を行う（成形工程）。具体的には、図３（ｂ）に示すようにプランジャ２２で溶融樹脂に圧力を加えてキャビティ１１内に送り込み、キャビティ１１内で溶融樹脂を硬化させる。
次いで図３（ｃ）に示すように型を開き、離型ピン１２、１３を離型位置に移動させて成形部品を離型させる（離型工程）。次いで離型ピン１２、１３をプラズマ照射位置に移動させる。上記工程を繰り返すことによって、インサート成形品の製造を繰り返し行うことができる。
本実施形態によると、ピン穴１０１ａ、１０２がプラズマ照射口を兼ねているので、金型１０が閉められた状態でキャビティ面（金型表面）にプラズマを照射することができる。このため、上記従来技術と比較して、型開き量を小さくして成形装置を小型化できるとともに、プラズマによって生成されたラジカルが金型１０の外部に拡散することを抑制して金型表面改質の効率およびインサート部品反応活性化の効率を向上できる。
また、金型表面改質およびインサート部品反応活性化を成形の直前に行うことができるので、金型表面改質およびインサート部品反応活性化の効果を高めることができる。
さらに、離型ピン１２、１３がプラズマ電極を兼ねているので、プラズマ電極専用の部材を設ける場合に比べて構成を簡素化できる。
ちなみに、プラズマ照射口から照射されるプラズマは、キャビティ面（金型表面）およびインサート部品１に直接当たらないことが好ましい。
プラズマを照射した場合、反応を促進するためのラジカルだけでなく、イオンも多く発生する。そのため、特にインサート成形部品が電子部品である場合、イオンが電子部品に与えるダメージを抑制するために、電子部品に直接プラズマが照射されないようにプラズマ照射口を配置するのが好ましい。
また、金型表面改質およびインサート部品反応活性化の両方を効果的に行うために、プラズマ用電源１８に加える電界や導入ガスの圧力等を適宜調整してプラズマの立て方やラジカルの持続時間（活性寿命）を適宜コントロールするのが好ましい。
例えば、金型表面改質を行う場合にはプラズマを拡散照射し、インサート部品を反応活性化する場合にはプラズマを集中照射（スポット照射）するのが好ましい。また、金型表面改質を行う場合にはラジカルの活性寿命を長くし、インサート部品を反応活性化する場合にはラジカルの活性寿命を短くするのが好ましい。
（第２実施形態）
本第２実施形態では、誘電体バリア放電（無声放電）を用いたプラズマ発生系としている。誘電体バリア放電（無声放電）とは、絶縁体に電界を加えて電荷を蓄積させ、電位差が生じたところで放電させる現象のことであり、常時電流が流れないので、高温プラズマにはならず、化学的反応を促進する大気圧プラズマの発生方法として知られている。
本第２実施形態では、誘電体バリア放電（無声放電）を用いたプラズマ発生系としている。誘電体バリア放電（無声放電）とは、絶縁体に電界を加えて電荷を蓄積させ、電位差が生じたところで放電させる現象のことであり、常時電流が流れないので、高温プラズマにはならず、化学的反応を促進する大気圧プラズマの発生方法として知られている。
本実施形態では、プラズマ用電源１８は一般的な高周波電源でよく、直流パルスのような特殊な電源でなくともよい。図４に示すように、本実施形態では、プラズマ電極をなす離型ピン１２、１３を、石英、アルミナなどの絶縁体２０、２１で覆う必要がある。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、離型ピン１２、１３のピン穴１０１ａ、１０２をプラズマ照射口として利用しているが、これに限定されるものではなく、例えばスライドコア用の穴をプラズマ照射口として利用しても良い。また、金型１０にプラズマ照射専用の穴を設けても良い。
なお、上記各実施形態では、離型ピン１２、１３のピン穴１０１ａ、１０２をプラズマ照射口として利用しているが、これに限定されるものではなく、例えばスライドコア用の穴をプラズマ照射口として利用しても良い。また、金型１０にプラズマ照射専用の穴を設けても良い。
また、上記各実施形態では、型内表面をフッ化処理することによって離型性を向上させているが、これに限定されるものではない。例えば、フッ化処理の他、シリコーン塗布によるシロキサン処理がある。シロキサン処理はその表面がメチル基で被覆されているために表面自由エネルギーが低く、他の物質との化学結合を抑制する効果がある。
シリコーン塗布以外にシロキサン処理をする場合は、トリメチルシラン、テトラメチルシランなどを原料としたプラズマＣＶＤ処理で形成が可能である。
１ インサート部品
１０ 金型
１１ キャビティ（内部空間）
１２、１３ 離型ピン（プラズマ電極）
１４、１５ ピン駆動機構（ピン駆動手段）
１０１ａ、１０２ａ ピン穴（プラズマ照射口）
１０ 金型
１１ キャビティ（内部空間）
１２、１３ 離型ピン（プラズマ電極）
１４、１５ ピン駆動機構（ピン駆動手段）
１０１ａ、１０２ａ ピン穴（プラズマ照射口）
Claims (5)
- 溶融材料が送り込まれる金型（１０）と、
前記金型（１０）から成形品を離型させる離型ピン（１２、１３）と、
前記離型ピン（１２、１３）が挿入されるピン穴（１０１ａ、１０２ａ）とを備え、
前記離型ピン（１２、１３）は、プラズマを発生させるための一対の電極の一方の電極を構成しており、
前記金型（１０）には、前記一対の電極の間で発生した前記プラズマを前記金型（１０）の内部空間（１１）に照射するためのプラズマ照射口が設けられており、
前記プラズマ照射口は、前記ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）で構成されていることを特徴とする成形装置。 - 前記離型ピン（１２、１３）を駆動するピン駆動手段（１４、１５）を備え、
前記ピン駆動手段（１４、１５）は、前記離型ピン（１２、１３）が前記ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を開くプラズマ照射位置、前記離型ピン（１２、１３）が前記ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）を塞ぐ成形位置、および前記離型ピン（１２、１３）が前記ピン穴（１０１ａ、１０２ａ）よりも前記内部空間（１１）側に突出する離型位置に、前記離型ピン（１２、１３）を調整可能になっていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。 - 前記金型（１０）は、前記一対の電極の他方の電極を構成していることを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。
- 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の成形装置を用いて成形品を製造する成形方法であって、
前記金型（１０）を閉めた状態で、前記プラズマ照射口（１０１ａ、１０２ａ）から前記内部空間（１１）に前記プラズマを照射するプラズマ照射工程を含み、
前記プラズマ照射工程は、
前記金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
前記内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
前記反応活性工程では、前記反応活性用プラズマを、前記金型改質用プラズマに比べて集中照射することを特徴とする成形方法。 - 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の成形装置を用いて成形品を製造する成形方法であって、
前記金型（１０）を閉めた状態で、前記プラズマ照射口（１０１ａ、１０２ａ）から前記内部空間（１１）に前記プラズマを照射するプラズマ照射工程を含み、
前記プラズマ照射工程は、
前記金型（１０）の表面を改質するための金型改質用プラズマを照射する金型改質工程と、
前記内部空間（１１）にセットされたインサート部品（１）を反応活性にするための反応活性用プラズマを照射する反応活性工程とを含み、
前記反応活性工程では、前記反応活性用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命を、前記金型改質用プラズマによって生成されるラジカルの活性寿命に比べて短くすることを特徴とする成形方法。
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