JP5635795B2 - 充填成形装置及び充填成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂又は金属材料の射出成形等において、成形品への気泡の混入を防止できる充填成形装置及び充填成形方法に関する。

射出成形において成形材料を金型内に射出する際、キャビティ内外の空気や成形材料から発生するガスがキャビティ内に滞留すると、気泡となって成形品に混入し、外観不良や内部欠陥の原因となることがある。かかる不具合を解消するために、特許文献１には、金型に形成された真空引き通路及び吸引ノズルを介して成形材料の射出時にキャビティ内を真空引きする射出成形装置が示されている。

特開２００６−２７２８４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置にあっては、金型に真空引き通路を形成する必要上、金型の構造が複雑となり、コストアップを招来する。また、金型の真空引き通路から成形材料が流出するため、成型品に不要なランナー、バリ等が生ずる。また、真空引き通路に流出し詰まった成形材料により、キャビティ内を真空引きする機能が有効に働かなくなる。特に低粘性の成形材料を使用する場合、真空引き通路への成形材料の詰まりは顕著なものとなり、金型のメインテナンスを頻繁に行ない、詰まった成形材料を除去しなければならなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡素かつ低コストな構成でキャビティ内の気体の滞留を抑制し、成型品への気泡の混入を防止できる充填成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、 成形材料が充填されるキャビティを区画する金型と、前記金型の材料供給口を介して前記キャビティ内に成形材料を充填するノズルとを備え、
前記ノズルは、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる通気路を有し、
前記通気路を真空引きする真空引き装置をさらに備え、
前記真空引き装置によって真空引きされた前記通気路を前記材料供給口と連通状態とすることにより真空状態とした前記キャビティに、成形材料を充填する充填成形装置において、
前記ノズルは、筒状のノズル本体と、前記ノズル本体の外側に嵌装され、前記ノズル本体を支持する筒状部材と、前記ノズル本体の内部に摺動自在に組み込まれる開閉スリーブと、前記開閉スリーブの内部に摺動自在に組み込まれる開閉ピンを有し、
前記ノズル本体と前記開閉スリーブとの間には成形材料を供給するための材料供給路が形成され、前記開閉スリーブが摺動することにより前記材料供給路と前記材料供給口とが連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられ、
前記開閉スリーブと前記開閉ピンとの間には第１通気路が形成され、
前記開閉ピンは、前記第１通気路と連通される排気口と、前記開閉スリーブに対して該開閉ピンが摺動することにより、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる吸気口と、前記吸気口と前記排気口とを連通させる第２通気路を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の充填成形装置において、前記ノズル本体の外側面と前記筒状部材の内側面に囲まれた冷却水路をさらに備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の充填成形装置において、前記吸気口は、前記開閉ピンの先端部の外側面に形成され、前記開閉ピンの先端部が前記材料供給口に突出することにより前記吸気口が開放され、前記開閉ピンの先端部が前記開閉スリーブに収納されることにより前記吸気口が閉鎖されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の充填成形装置において、前記開閉スリーブの先端部は、テーパー状に形成され、前記ノズル本体は、前記開閉スリーブの先端部に対応するすり鉢状の弁座を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の充填成形装置において、前記開閉スリーブの先端部の内径と前記開閉ピンの外径が同一であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の充填成形装置において、前記ノズル本体と前記金型との間隙及び前記金型を構成する雄金型と雌金型との間隙には、封止部材が介挿されていることを特徴とする。

請求項７の発明は、成形材料が充填されるキャビティを区画する金型と、前記金型の材料供給口を介して前記キャビティ内に成形材料を充填するノズルとを備え、
前記ノズルは、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる通気路を有し、
前記通気路を真空引きする真空引き装置をさらに備え、
前記真空引き装置によって真空引きされた前記通気路を前記材料供給口と連通状態とすることにより真空状態とした前記キャビティに、成形材料を充填する充填成形装置において、
前記ノズルは、筒状のノズル本体と、前記ノズル本体の外側に嵌装され、前記ノズル本体を支持する筒状部材と、前記ノズル本体の内部に摺動自在に組み込まれる開閉スリーブと、前記開閉スリーブの内部に摺動自在に組み込まれる開閉ピンを有し、
前記ノズル本体と前記開閉スリーブとの間には前記通気路が形成され、前記開閉スリーブが摺動することにより前記通気路と前記材料供給口とが連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられ、
前記開閉スリーブと前記開閉ピンとの間には成形材料を供給するための第１材料供給路が形成され、前記開閉ピンは、前記第１材料供給路と連通される第１供給口と、前記開閉スリーブに対して該開閉ピンが摺動することにより、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる第２供給口と、前記第１供給口と前記第２供給口とを連通させる第２材料供給路を有することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の充填成形装置において、前記ノズル本体の外側面と前記筒状部材の内側面に囲まれた冷却水路をさらに備えたことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の充填成形装置において、前記通気路に圧縮気体を逆噴射させる圧縮気体噴出装置をさらに備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、真空引きされている通気路を材料供給口と連通させることにより、成形材料を充填する前のキャビティ内を予め真空状態とすることができる。これにより、キャビティ内の気体の滞留を抑制し、成型品への気泡の混入を防止できる。また、ノズルの通気路を介して金型の材料供給口から真空引きを行うので、既存の金型をそのまま流用して低コストに真空充填成形をすることができ、また金型のメインテナンスも従来と同程度に抑制できる。また、開閉ピンを摺動させて吸気口を材料供給口と連通状態にすることにより、キャビティ内の気体を吸気口、第１通気路、排気口及び第２通気路を介して真空引き装置に吸引させることができる。そして、吸気口を材料供給と非連通状態とした後、開閉スリーブを摺動させて材料供給路と材料供給口とを連通状態にすることにより、キャビティ内に成形材料を充填することができる。これにより、開閉ピン及び開閉スリーブを摺動させることにより、真空充填成形を行うことが可能となり、簡素な構成及び動作で請求項１に記載の充填成形装置を実現できるようになる。

請求項２の発明によれば、冷却水が冷却水路を流れる間に、ノズル本体等との間で熱交換がなされ、熱硬化性液状成形材料が短時間で硬化しない温度までノズル本体等が冷却される。

請求項３の発明によれば、吸気口は、開閉ピンの先端部の外側面に形成されているので、開閉ピンの摺動に連動して吸気口が開放又は閉鎖される。これにより、一層簡素な構成で請求項２に記載の充填成形装置を実現できるようになる。

請求項４の発明によれば、開閉スリーブの先端部とノズル本体の弁座によって構成されるニードル弁構造によって、開閉スリーブの下降時に材料供給路を密閉し、成形材料の漏洩を確実に防止することができる。また、開閉スリーブの上昇時にはすり鉢状の弁座の内面に沿って成形材料が円滑に流れるので、成形材料の一部が弁座の近傍に滞留する虞が少なくなる。

請求項５の発明によれば、開閉スリーブの先端部の内径と開閉ピンの外径が同一であるので、開閉スリーブの先端部の内側面と開閉ピンの外側面との隙間が少なくなり、この隙間から成形材料が吸気口及び第２通気路に逆流することを抑制できる。これにより、成形材料が吸気口及び第２通気路に詰まってキャビティ内を真空引きする機能が有効に働かなくなることを抑制できる。

請求項６の発明によれば、ノズル本体と金型との間隙及び金型を構成する雄金型と雌金型との間隙には、封止部材が介挿されているので、真空引きの際に上記間隙から空気が吸い込まれることを防止して、吸引効率を高めることができる。また、充填の際に上記間隙から成形材料が漏出することを防止できる。

請求項７の発明によれば、開閉スリーブを摺動させて通気路を材料供給口と連通状態にすることにより、真空引き装置に吸引させることができる。そして、通気路を材料供給と非連通状態とした後、開閉ピンを摺動させて第２供給口と材料供給口とを連通状態にすることにより、第１材料供給路、第１供給口、第１材料供給路及び第２供給口を介して、キャビティ内に成形材料を充填することができる。これにより、開閉ピン及び開閉スリーブを摺動させることにより、真空充填成形を行うことが可能となり、簡素な構成で充填成形装置を実現できるようになる。

請求項８の発明によれば、冷却水が冷却水路を流れる間に、ノズル本体等との間で熱交換がなされ、熱硬化性液状成形材料が短時間で硬化しない温度までノズル本体等が冷却される。

請求項９の発明によれば、成形材料として極めて低粘度な樹脂等が用いられ、通気路に成形材料が僅かながらも逆流する場合であっても、通気路に圧縮気体を逆噴射させることにより、通気路に逆流した成形材料の残滓を排除できる。これにより、成形材料が通気路に詰まってキャビティ内を真空引きする機能が有効に働かなくなることを確実に抑制できる。

本発明の一実施形態による充填成形装置の一例である射出成形装置の構成を示す断面図。 同装置のノズルの構成を示す組み立て斜視図。 ノズル先端の近傍の構成を示す断面図。 同ノズルに組み込まれる開閉スリーブ及び開閉ピンの構成を示す斜視図。 第１通気路が接続される気圧回路の構成を示す図。 待機状態にある射出成形装置を示す断面図。 型閉じ状態にある射出成形装置を示す断面図。 吸引工程にある射出成形装置を示す断面図。 通気路閉鎖工程にある射出成形装置を示す断面図。 材料充填工程にある射出成形形装置を示す断面図。 材料硬化工程にある射出成形装置を示す断面図。 離型工程にある射出成形装置を示す断面図。 逆噴射工程にある射出成形装置を示す断面図。 開閉スリーブ及び開閉ピンの別な構成を示す斜視図。 開閉スリーブ及び開閉ピンのさらに別な構成を示す斜視図。

本発明の一実施形態による充填成形装置の一例として射出成形装置について図面を参照して説明する。図１は射出成形装置の構成を示している。射出成形装置１は、成形材料が充填されるキャビティ７を区画する固定金型２及び移動金型３と、キャビティ７内に成形材料を射出充填するノズル４等によって構成されている。本実施形態においては、固定金型２を雄金型、移動金型３を雌金型としているが、固定金型を雌金型、移動金型を雄金型としてもよい。

固定金型２は、金型本体２１と、金型本体２１に組み込まれ、成形材料を射出充填する際にノズル４の先端が当接されるスプルーブッシュ２２を有している。スプルーブッシュ２２には材料供給口２２ａが形成されている。本実施形態においては、スプルーブッシュ２２を交換可能なように金型本体２１とは別部品として構成しているが、スプルーブッシュ２２を金型本体２１と一体化して、材料供給口２２ａを金型本体２１に形成する、いわゆるダイレクトゲートとして構成されていてもよい。また、移動金型にスプルーブッシュを組み込む形態であってもよい。

移動金型３は、固定金型２に対して図中上下方向に移動して型閉じ及び型開きを行う。移動金型３には、成型品を離型するためのエジェクタピン（図示せず）等が設けられている。固定金型２と移動金型３との当接面には、必要に応じてシート状の封止部材を介挿されている。

ノズル４は、キャビティ７内に成形材料を充填するために、スプルーブッシュ２２に当接された後、材料供給口２２ａに熱硬化性液状成形材料８を射出する。ノズル４の材料供給路４１ａに供給される熱硬化性液状成形材料８は、材料貯蔵装置（図示せず）に貯蔵され、材料供給装置（図示せず）によって加圧されて供給される。材料貯蔵装置は、成形材料の初期の形状が液状であれ、固形状であれ、成形材料の貯蔵可能なものであれば特に限定はない。必要に応じて材料貯蔵装置に貯蔵されている成形材料を脱気処理するのが望ましい。また、材料の特性に応じて所定の温度範囲に保持される。材料供給装置には、スクリューを用いた推進機構又はピストンを用いた加圧機構などを使用するものが挙げられる。従来法を用いればよく特に限定はない。成形材料が溶融状態又は液状である場合、この段階でも脱気処理できる。

ここで、本実施形態の射出成形装置１において、使用される成形材料について説明する。射出成形装置１は、粘度が１０Ｐａ・ｓから１２０Ｐａ・ｓの範囲にあるエポキシ樹脂などの低粘性の熱硬化性樹脂などに対して特に有用であるが、これに限られない。他にも、適用可能な成形材料としては、熱可塑性樹脂などの各種の有機系高分子材料、シリコーン樹脂などの樹脂類、アルミニウム合金、マグネシウム合金などのダイキャスト材料が挙げられる。これら成形材料には、流動性及び装置の保全性を損なわない範囲で、顔料、可塑剤、難燃剤、シリカ、チタニアなどのフィラー類などの各種の添加剤が加えられてもよい。

図２は、ノズル４の構成の一部（外側部分）を示している。本実施形態の射出成形装置１は、熱硬化性液状成形材料８をキャビティ７内に射出して成形する装置であるため、熱硬化性液状成形材料８がノズル４の内部で硬化しないように、ノズル４を冷却する機構が設けられている。以下、ノズル４の構成について詳述する。ノズル４は、成形材料８を供給するための材料供給路４１ａが形成されたノズル本体４１と、ノズル本体４１の先端近傍のリング装着溝４１ｄに装着されるＯリング４２と、ノズル本体４１を支持する筒状部材４３と、筒状部材４３の先端に装着される封止部材４４と、封止部材４４を筒状部材４３の先端に固定するためのキャップ４５等によって構成されている。

ノズル本体４１には、材料供給路４１ａと、ノズル４を冷却するための冷却水が循環される冷却水溝（往路溝）４１ｂ、冷却水溝（復路溝）４１ｃ及び冷却水溝（連通溝）４１ｅと、Ｏリング４２が装着されるリング装着溝４１ｄ等が形成されている。材料供給路４１ａは、ノズル本体４１の内部を貫いて形成されている（図１参照）。往路溝４１ｂ、復路溝４１ｃ及び連通溝４１ｅ等によってノズル本体４１の冷却機構が構成されている。往路溝４１ｂは、ノズル本体４１の根元部から先端部に亘って、復路溝４１ｃは、ノズル本体４１の先端部から根元部に亘ってそれぞれ螺旋状に形成されている。ノズル本体４１の先端部に形成されている連通溝４１ｅによって往路溝４１ｂと復路溝４１ｃとが連通されている。

往路溝４１ｂと復路溝４１ｃとは、ノズル本体４１の外側面において交互に、すなわち２条の螺旋状に形成されている。往路溝４１ｂと筒状部材４３の内側面によって囲まれた冷却水路には、筒状部材４３を介して供給される冷却水（冷水）が流れる。一方、復路溝４１ｃと筒状部材４３の内側面によって囲まれた冷却水路には、ノズル本体４１等との間の熱交換により温められた冷却水（温水）が流れ、筒状部材４３を介して排出される。冷却水が往路溝４１ｂ、連通溝４１ｅ及び復路溝４１ｃを流れる間に、ノズル本体４１等との間で熱交換がなされ、熱硬化性液状成形材料８が短時間で硬化しない温度までノズル本体４１等が冷却される。なお、ノズル本体４１と筒状部材４３との隙間に浸入した冷却水は、リング装着溝４１ｄに装着されたＯリング４２によって封止され、ノズル４の外部に漏れ出すことはない。

筒状部材４３の根元部には、往路溝４１ｂと筒状部材４３の内側面によって囲まれた冷却水路に冷却水（冷水）を供給するための冷水供給水路４３ａ、及び、復路溝４１ｃと筒状部材４３の内側面によって囲まれた冷却水路から冷却水（温水）をノズル４の外部に排出するための温水排出水路４３ｂが形成されている。冷水供給水路４３ａと往路溝４１ｂ及び温水排出水路４３ｂと復路溝４１ｃが、筒状部材４３の根元部においてそれぞれ連通されている。

封止部材４４の中央部には、ノズル本体４１の材料供給路４１ａ及びスプルーブッシュ２２の材料供給口２２ａと連通する連通穴４４ａが形成されている。封止部材４４は、スプルーブッシュ２２とノズル本体４１との間で単位時間内に交換される熱量を制限して材料供給路４１ａ内における熱硬化性液状成形材料８の硬化を抑制できる程度に十分な断熱性と、スプルーブッシュ２２とノズル本体４１との隙間から熱硬化性液状成形材料８が漏れ出すことを防止できる程度に十分な弾性を有する素材で形成されている。この封止部材４４を形成する材料としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、フッ化エチレン等の耐薬品性、耐熱性に優れた高分子材料が挙げられる。封止部材４４は、上記断熱性と弾性を確保するために十分な厚み（例えば、１〜５ｍｍ程度）に設定され、キャップ４５によって筒状部材４３の先端部に固定されている。筒状部材４３の先端部には、キャップ４５を装着するための雄ねじが形成されている。ノズル４がスプルーブッシュ２２に当接されるとき、ノズル４には大きな力が生ずるので、必要に応じていわゆるダブルナットでキャップ４５が固定される。そして、筒状部材４３にノズル本体４１が挿入されると、ノズル本体４１の先端が封止部材４４と密着される。

図３は、ノズル４の先端近傍を示している。筒状のノズル本体４１の内部には、材料供給路４１ａが形成され、開閉スリーブ５及び開閉ピン６が組み込まれる。開閉スリーブ５は、ノズル本体４１に対して摺動自在に組み込まれ、材料供給路４１ａと材料供給口２２ａとを連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えることにより、材料供給路４１ａを開閉する。開閉ピン６は、開閉スリーブ５に対して摺動自在に組み込まれる。なお、ノズル４には、ノズル４自身、開閉スリーブ５及び開閉ピン６を上下方向に駆動するための昇降装置（図示せず）が設けられている。昇降装置の動力源としては、空気圧、油圧又は電力等を用いることができるが、これらに限定されることはない。

図４は、ノズル本体４１に摺動自在に組み込まれる開閉スリーブ５及び開閉ピン６の構成を示している。開閉スリーブ５の先端部５１は、テーパー状に形成され、材料供給路４１ａを開閉するためのニードル弁を構成する。一方、ノズル本体４１の内部は、図３等に示すように開閉スリーブ５の先端部５１に対応するすり鉢状の弁座４１ｆを有している。すなわち、開閉スリーブ５がノズル本体４１に対して摺動することにより、先端部５１のニードル弁が開閉され、材料供給路４１ａと材料供給口２２ａとが連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる。特に、開閉スリーブ５の下方に駆動されると、開閉スリーブ５の移動する方向に対して非平行に形成されている先端部５１とノズル本体４１の弁座４１ｆとの接触圧力が高められ、成形材料の漏洩や、材料供給路４１ａへの空気の侵入が効果的に防止できる。

先端部５１の近傍を除いて開閉スリーブ５の内径は、開閉ピン６の外径よりも大きく形成されており、開閉スリーブ５の内側面と開閉ピン６の外側面との隙間に第１通気路５２が形成されている。先端部５１の近傍において、開閉スリーブ５の内径は、開閉ピン６の外径と同一に形成されている。すなわち、第１通気路５２は、開閉スリーブ５の先端部５１の手前で留められている。ここで、開閉スリーブ５の内径が開閉ピン６の外径と同一であるとは、開閉スリーブ５の内側面と開閉ピン６の外側面との間に開閉ピン６の摺動を妨げない程度の僅かな隙間が形成されている状態をいう。また、この僅かな隙間は、低粘度の熱硬化性液状成形材料８がほとんど侵入できない程度の隙間をいうものとする。

開閉ピン６は、細長い円筒状に形成されている。開閉ピン６の形状は、円筒状に制限されるものではないが、昇降装置に駆動されて摺動するため、強度が確保される程度に充分に太いことが望ましい。開閉ピン６の材質は、充分硬質で一定の靭性を持つものであれば特に限定されない。開閉スリーブ５の先端部５１から突出した開閉ピン６の先端の位置ずれを防止するために、開閉スリーブ５の内側面に開閉ピン６をガイドする構造を形成してもよい。開閉ピン６の先端部には、排気口６１、第２通気路６２、吸気口６３が形成されている。排気口６１及び吸気口６３は、開閉ピン６の外側面を貫いて形成されている。排気口６１は、開閉ピン６が下降したときにあっても、第１通気路５２と連通状態が維持される位置に形成されている。吸気口６３は、開閉ピン６が下降したときに、スプルーブッシュ２２の材料供給口２２ａに突出して連通され、かつ開閉ピン６が上昇したときに、開閉スリーブ５の内部に収納されて閉鎖され、材料供給口２２ａとは非連通とされる位置、例えば開閉ピン６の下端から３ｍｍ程度上方に形成されている。排気口６１及び吸気口６３は、それぞれ複数個設けられていてもよい。第２通気路６２は、排気口６１と吸気口６３を連通させるように、開閉ピン６の中心すなわち開閉ピン６の内部に形成されている。第１通気路５２、第２通気路６２、排気口６１及び吸気口６３の流路断面積は、キャビティ７内の気体を短時間に排出できる程度に確保されている。例えば本実施形態においては、第１通気路５２、第２通気路６２、排気口６１及び吸気口６３の直径は、１ｍｍ程度に設定されている。

図５は、第１通気路５２が接続される気圧回路の構成を示している。第１通気路５２は、三方切替弁９１を介して真空ポンプ（真空引き装置）９２及び圧縮ポンプ（圧縮気体噴出装置）９３に接続されている。三方切替弁９１を真空ポンプ９２の側に切り替えると、第１通気路５２が真空ポンプ９２に接続され、真空ポンプ９２は、第１通気路５２内の気体を吸引する。また、三方切替弁９１を圧縮ポンプ９３の側に切り替えると、圧縮ポンプ９３は、第１通気路５２内に圧縮空気を供給する。

以上のように構成された射出成形装置１の動作について、図６乃至図１３を参照して説明する。図６は、待機状態にある射出成形装置１を示している。この状態では、移動金型３が固定金型２の下方に開かれ、ノズル４が固定金型２の上方に位置されている。また、開閉スリーブ５及び開閉ピン６は、閉じられている。また、三方切替弁９１は真空ポンプ９２の側に切り替えられ、第１通気路５２、排気口６１、第２通気路６２及び吸気口６３は真空引きされている。

待機状態から図７に示すように、移動金型３が上昇して型閉めがなされ、ノズル４が下降してスプルーブッシュ２２に当接されて、キャビティ７及び材料供給口２２ａが気密状態とされた後、図８に示すように開閉ピン６が下降してスプルーブッシュ２２の材料供給口２２ａに突出され吸気口６３が開放されると、スプルーブッシュ２２の材料供給口２２ａが吸気口６３、第２通気路６２、排気口６１及び第１通気路５２が連通され、キャビティ７内の空気が真空ポンプ９２によって吸引され、キャビティ７内が減圧される。（吸引工程）。こうしてキャビティ７内を真空状態とした後、図９に示すように、開閉ピン６が上昇して吸気口６３は、開閉スリーブ５に一旦格納され閉鎖される（通気路閉鎖工程）。これにより、キャビティ７内の真空状態が維持される。なお、図８においてキャビティ７内を真空状態とするのに要する時間は、キャビティ７の容積及び真空ポンプ９２の能力等に依存する。

そして、図１０に示すように、開閉スリーブ５が上昇すると、材料供給路４１ａから流れ込んだ熱硬化性液状成形材料８がノズル４の先端及び材料供給口２２ａを介してキャビティ７内に射出充填される（材料充填工程）。このとき、図８、９に示したように、キャビティ７内が予め真空状態とされているため、材料供給装置によって加圧されている熱硬化性液状成形材料８との圧力差によって、熱硬化性液状成形材料８の充填は迅速かつ円滑になされる。また、キャビティ７の隅に空気が滞留することもないため、成型品への気泡の混入を防止できる。また、吸気口６３が、開閉スリーブ５に格納されて閉鎖されているので、熱硬化性液状成形材料８が吸気口６３から第２通気路６２等に逆流する虞はほとんどない。また、開閉ピン６の内部に第２通気路６２が形成されているので、吸気口６３から第２通気路６２、排気口６１を経て第１通気路５２に至る経路を長くかつ屈曲させることができ、これにより開閉ピン６と開閉スリーブ５との間の気密性・密閉性を高めることができる。

その後、図１１に示すように、開閉スリーブ５が下降すると、材料供給路４１ａが閉鎖されると共に、開閉スリーブ５の先端部によって熱硬化性液状成形材料８が押圧され、キャビティ７内の圧力が高められる。一方、固定金型２及び移動金型３には熱硬化性液状成形材料８を硬化させるための熱が供給され、熱硬化性液状成形材料８が硬化する（材料硬化工程）。熱硬化性液状成形材料８が硬化すると、図１２に示すように、ノズル４を固定金型２から離脱させると共に、移動金型３を下降させて型開きを行った後、成型品を離型する（離型工程）。離型の際には、スプルーロックピン、エジェクターピンなどによって突き出されてもよいが、この場合、スプルーロックピン、エジェクターピンなどが出没する箇所は封止部材により、材料漏れや空気混入がないように封止しておくのが望ましい。

熱硬化性液状成形材料８の粘度が極めて低い場合にあっては、材料充填工程及び材料硬化工程において、ノズル４の先端近傍にある熱硬化性液状成形材料８が、開閉スリーブ５の内側面と開閉ピン６の外側面との間の僅かな隙間から侵入（逆流）し、残滓となって滞留する虞がある。そこで、本実施形態の射出成形装置１においては、必要に応じて三方切替弁９１を圧縮ポンプ９３の側に切り替えて圧縮ポンプ９３から第１通気路５２内に圧縮空気を供給すると共に、図１３に示すにように、開閉ピン６が下降して外界の受け皿１００の上方に突出され、吸気口６３が開放される。これにより、第１通気路５２内の圧縮空気が排気口６１、第２通気路６２及び吸気口６３を通過して、吸気口６３から逆噴射される（逆噴射工程）。これにより、吸気口６３の近傍及び第２通気路６２等に侵入していた僅かな熱硬化性液状成形材料８の残滓もノズル４の外部に排出され、予めノズル４の下方に移動された受け皿１００に溜められる。この後、必要に応じて開閉ピン６の先端部を水又はアルコール等の有機溶剤で洗浄してもよい。なお、この逆噴射工程は、１サイクル毎に実行しなければならないものではなく、必要に応じて数サイクル毎に実行するようにしてもよい。また、仮に逆噴射工程において第２通気路６２等に侵入した全ての熱硬化性液状成形材料８の残滓を排出できない場合であっても、開閉ピン６の内部に第２通気路６２を形成することにより、吸気口６３から第１通気路５２に至る経路を長くかつ屈曲して形成しているので、次の成形サイクルにおいて熱硬化性液状成形材料８の残滓が第１通気路５２に吸い込まれる虞を抑制できる。

以上のように、本実施形態の射出成形装置１によれば、真空引きされている通気路５２、６２を材料供給口２２ａと連通させることにより、熱硬化性液状成形材料８を射出する前のキャビティ７内を予め真空状態とすることができる。これにより、キャビティ７内の気体の滞留を抑制し、成型品への気泡の混入を防止できる。また、ノズル４の通気路５２、６２を介して金型の材料供給口２２ａから真空引きを行うので、既存の金型をそのまま流用して低コストに真空射出成形をすることができ、また金型のメインテナンスも従来と同程度に抑制できる。

また、開閉ピン６を摺動させて吸気口６３を材料供給口２２ａと連通状態にすることにより、キャビティ７内の気体を吸気口６３、第１通気路６２、排気口６１及び第２通気路５２を介して真空ポンプ９２に吸引させることができる。そして、吸気口６３を材料供給口２２ａと非連通状態とした後、開閉スリーブ５を摺動させて材料供給路４１ａと材料供給口２２ａとを連通状態にすることにより、キャビティ７内に熱硬化性液状成形材料８を射出することができる。これにより、開閉ピン６及び開閉スリーブ５を摺動させることにより、真空射出成形を行うことが可能となり、簡素な構成及び動作で優れた射出成形装置を実現できるようになる。

また、吸気口６３は、開閉ピン６の先端部の外側面に形成されているので、開閉ピン６の摺動に連動して吸気口６３が開放又は閉鎖される。これにより、一層簡素な構成で優れた射出成形装置を実現できるようになる。また、開閉スリーブ５の先端部５１とノズル本体４１の弁座によって構成されるニードル弁構造によって、開閉スリーブ５の下降時に材料供給路４１ａを密閉し、熱硬化性液状成形材料８の漏洩を確実に防止することができる。また、開閉スリーブ５の上昇時にはすり鉢状の弁座４１ｆの内面に沿って熱硬化性液状成形材料８が円滑に流れるので、熱硬化性液状成形材料８の一部が弁座４１ｆの近傍に滞留する虞が少なくなる。

また、開閉スリーブ５の先端部５１の内径と開閉ピン６の外径が同一であるので、開閉スリーブ５の先端部５１の内側面と開閉ピン６の外側面との隙間が少なくなり、この隙間から熱硬化性液状成形材料８が吸気口６３及び第２通気路６２に逆流することを抑制できる。これにより、熱硬化性液状成形材料８が吸気口６３及び第２通気路６２に詰まってキャビティ７内を真空引きする機能が有効に働かなくなることを抑制できる。また、ノズル本体４１とスプルーブッシュ２２との間隙及び金型を構成する固定金型２と移動金型３との間隙には、封止部材が介挿されているので、真空引きの際に上記間隙から空気が吸い込まれることを防止して、吸引効率を高めることができる。また、射出の際に上記間隙から熱硬化性液状成形材料８が漏出することを防止できる。

また、成形材料として極めて低粘度な熱硬化性液状成形材料８等が用いられ、通気路に熱硬化性液状成形材料８が僅かながらも逆流する場合であっても、通気路５２、６２に圧縮気体を逆噴射させることにより、通気路５２、６２に逆流した熱硬化性液状成形材料８の残滓を排除できる。これにより、熱硬化性液状成形材料８が通気路５２、６２に詰まってキャビティ７内を真空引きする機能が有効に働かなくなることを確実に抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも真空ポンプ９２等の真空引き装置によって真空引きされた通気路６２を材料供給口２２ａと連通状態とすることにより、予め真空状態としたキャビティ７に成形材料を充填するように構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、射出成形に限らず、トランスファー成形、注型成形などの他の充填成形法にも適用可能である。

また、開閉スリーブ５及び開閉ピン６の形態は、図４に示したものに限られない。例えば、成形材料の粘度が十分に高い場合にあっては、図１４に示すように、第２通気路６２を開閉ピン６の外側面に溝状に形成してもよい。また、図１５に示すように、第２通気路５３を開閉スリーブ５の先端部５１の内側面に溝状に形成してもよい。第２通気路５３、６２の個数は特に制限されない。

また、熱硬化性液状成形材料８に替えて、例えば温度の管理が容易な樹脂を用いる場合には、ノズル本体４１と開閉スリーブ５との間に通気路を、開閉スリーブ５と開閉ピン６の間に第１材料供給路をそれぞれ設けてもよい。樹脂の粘性が充分低く、材料供給路に詰まる虞がなければ、さらに開閉ピン６に第１材料供給路と連通される第１供給口、材料供給口２２ａに出没可能な第２供給口及び第１供給口と第２供給口を連通させる第２材料供給路が形成され、開閉スリーブ５を摺動させて通気路を材料供給口２２ａと連通状態にして真空ポンプ９２に吸引させた後、開閉ピン６を摺動させて材料供給路と材料供給口２２ａとを連通状態にすることにより、キャビティ７内に成形材料を射出充填することができる。また、中実の開閉ピンを上昇させて材料供給路（又は通気路）を連通状態にする形態も考えられる。例えば、開閉ピンの先端をテーパー状に形成し、開閉スリーブの内側面にこれに対応する弁座を形成することにより２重構造のニードル弁を構成し、材料供給路の開閉を行うものとしてもよい。これらの場合においては、開閉ピンの構造を簡素化することができる。

１ 射出成形装置（充填成形装置）
２ 固定金型
３ 移動金型
４ ノズル
５ 開閉スリーブ
６ 開閉ピン
７ キャビティ
２２ スプルーブッシュ
２２ａ 材料供給口
４１ ノズル本体
４１ａ 材料供給路
５２ 第１通気路
６１ 排気口
６２ 第２通気路
６３ 吸気口

Claims (9)

1. 成形材料が充填されるキャビティを区画する金型と、前記金型の材料供給口を介して前記キャビティ内に成形材料を充填するノズルとを備え、
   前記ノズルは、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる通気路を有し、
   前記通気路を真空引きする真空引き装置をさらに備え、
   前記真空引き装置によって真空引きされた前記通気路を前記材料供給口と連通状態とすることにより真空状態とした前記キャビティに、成形材料を充填する充填成形装置において、
   前記ノズルは、筒状のノズル本体と、前記ノズル本体の外側に嵌装され、前記ノズル本体を支持する筒状部材と、前記ノズル本体の内部に摺動自在に組み込まれる開閉スリーブと、前記開閉スリーブの内部に摺動自在に組み込まれる開閉ピンを有し、
   前記ノズル本体と前記開閉スリーブとの間には成形材料を供給するための材料供給路が形成され、前記開閉スリーブが摺動することにより前記材料供給路と前記材料供給口とが連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられ、
   前記開閉スリーブと前記開閉ピンとの間には第１通気路が形成され、
   前記開閉ピンは、前記第１通気路と連通される排気口と、前記開閉スリーブに対して該開閉ピンが摺動することにより、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる吸気口と、前記吸気口と前記排気口とを連通させる第２通気路を有することを特徴とする充填成形装置。
2. 前記ノズル本体の外側面と前記筒状部材の内側面に囲まれた冷却水路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の充填成形装置。
3. 前記吸気口は、前記開閉ピンの先端部の外側面に形成され、
   前記開閉ピンの先端部が前記材料供給口に突出することにより前記吸気口が開放され、前記開閉ピンの先端部が前記開閉スリーブに収納されることにより前記吸気口が閉鎖されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の充填成形装置。
4. 前記開閉スリーブの先端部は、テーパー状に形成され、前記ノズル本体は、前記開閉スリーブの先端部に対応するすり鉢状の弁座を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の充填成形装置。
5. 前記開閉スリーブの先端部の内径と前記開閉ピンの外径が同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の充填成形装置。
6. 前記ノズル本体と前記金型との間隙及び前記金型を構成する雄金型と雌金型との間隙には、封止部材が介挿されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の充填成形装置。
7. 成形材料が充填されるキャビティを区画する金型と、前記金型の材料供給口を介して前記キャビティ内に成形材料を充填するノズルとを備え、
   前記ノズルは、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる通気路を有し、
   前記通気路を真空引きする真空引き装置をさらに備え、
   前記真空引き装置によって真空引きされた前記通気路を前記材料供給口と連通状態とすることにより真空状態とした前記キャビティに、成形材料を充填する充填成形装置において、
   前記ノズルは、筒状のノズル本体と、前記ノズル本体の外側に嵌装され、前記ノズル本体を支持する筒状部材と、前記ノズル本体の内部に摺動自在に組み込まれる開閉スリーブと、前記開閉スリーブの内部に摺動自在に組み込まれる開閉ピンを有し、
   前記ノズル本体と前記開閉スリーブとの間には前記通気路が形成され、前記開閉スリーブが摺動することにより前記通気路と前記材料供給口とが連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられ、
   前記開閉スリーブと前記開閉ピンとの間には成形材料を供給するための第１材料供給路が形成され、前記開閉ピンは、前記第１材料供給路と連通される第１供給口と、前記開閉スリーブに対して該開閉ピンが摺動することにより、前記材料供給口と連通状態又は非連通状態に選択的に切り替えられる第２供給口と、前記第１供給口と前記第２供給口とを連通させる第２材料供給路を有することを特徴とする充填成形装置。
8. 前記ノズル本体の外側面と前記筒状部材の内側面に囲まれた冷却水路をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の充填成形装置。
9. 前記通気路に圧縮気体を逆噴射させる圧縮気体噴出装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の充填成形装置。

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