JPH03140222A - 射出成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は寸法精度の高いプラスチック製品を低圧で成形
する低型締圧射出成形方法及び装置に関するものである
。

（従来の技術） 従来の射出成形機は充填圧が５０ＭＰａ〜１００ＭＰａ
と高いため、成形品の応力歪が大きく寸法安定性に欠け
たり、金型が高価、金型寿命が短い等の欠点があった。

これを更に詳しく説明するため、従来の射出成形機の成
形時の負荷曲線を第４図に示すと、曲線ａは射出圧力、
曲線すは金型キャビティ入口圧力、曲線Ｃは金型キャビ
ティ末端圧力、曲線ｄは型締圧力である。第４図の曲線
ａ、ｂ、ｃから明らかなように、射出圧、型内圧、型締
圧共に高い圧力が要求される。これは−船釣に成形品の
Ｌ（流動長）／ｌ（肉厚）が大きく、狭い金型キャビテ
ィ内を低い温度の、従って粘度が高く流動抵抗の大きい
溶融樹脂を無理に流すことから圧力ドロップが大きいた
めである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら曲線す、ｃで示す型内圧から分かるように
、型内圧、即ち金型キャビティの入口と出口の圧力のア
ンバランスの程度が大きい。

ごのため金型の応力歪も大きく、高剛性が要求されるた
め、金型の寸法、重量は大きく、かつ高価であった。ま
たプラスチックの成形では樹脂の冷却に伴う収縮分の補
填が必要であるが、射出成形ではゲートがシールされる
と圧力が凍結され、有効圧がキャビティに作用しないた
め、型内圧がアンバランスのまま冷却固化が進行し、成
形品の内部応力歪として凍結される。このため成形品の
応力歪が大きく、寸法安定性に欠けたり、ソリ、ヒケ等
の不具合が発生していた。

また圧力ドロップ等で無駄なエネルギーが浪費されるた
め、エネルギー消費の面でも問題があった。

従来から少量生産型として使用されている、ＺＡＳ（亜
鉛合金）金型は型費が鉄鋼型（Ｓ５５Ｃなど）と比べ、
制作費は約２と安い反面、硬度が低く、ヤング率が低い
ため変形し易く、成形時の圧力によりパーティング面が
開いてパリが発生し、金型が傷み易く、寿命が短いとい
う問題があった。この金型の変形を炭素鋼材と同程度に
押えれば、ＺＡＳ金型での量産も可能である。鋼材の変
形はヤング率に比例することから、型内圧をヤング率以
下に押えれば良く、従って第１表から明らかなように、
充填圧を２０ＭＰａ以下に押えればＺＡＳ金型での量産
ができる。

第１表（型材のヤング率と最大型内圧）従来も特開昭５
８−１６７１３３号公報、特開昭６０−２１２２５号公
報、特開昭６１−２４１１１４号公報において射出圧縮
成形方法、射出圧縮成形装置が提案されているが、これ
らもやはり前記のような問題があった。

本発明は前記の如く充填圧が鋼製金型に対するヤング率
比１１５、乃至最大型内圧力２０ＭＰａ以下の低型締圧
力成形を実現し、金型の大幅なコストダウンを図ること
を目的とする射出成形方法及び装置を提供せんとするも
のである。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、金型を若干開き溶融樹脂を充填圧力
を減少させて充填する射出充填時に、射出ノズルを絞る
ことにより溶融樹脂の剪断熱を発生させ、かつ樹脂の他
の可塑化温度上昇手段により高温にして粘度を低下させ
、この低粘度の樹脂を金型に充填し、充填完了後移動金
型で樹脂を押圧し、ゲートシール後も金型キャビティに
充填された樹脂に有効な押圧力が作用するようにしてな
るもので、これを課題解決のための手段とするものであ
る。

また本発明は、固定金型に対し、移動金型の間隔を成形
品の圧縮代（樹脂の冷却に伴う比容積の減少分）を見込
んだ定位置に保持する移動金型の定位置決め手段と、射
出充填時、絞りノズルの溶融樹脂流路断面積可変手段と
連動する射出流量及び圧力調整手段と、スクリュ可塑化
部のヒータ高温度設定、又はスクリュ背圧増加、或はス
クリュ回転数増加等による可塑化樹脂温度上昇手段と、
充填完了後、移動金型により樹脂を押圧する押圧手段と
を備えてなるもので、これを課題解決のための手段とす
るものである。

（作用） 金型を若干開いて溶融樹脂を充填することにより、金型
キャビティ内を流動する樹脂圧力ドロップが減少するた
め充填圧力が減少する。この射出充填時に射出ノズルを
絞って狭い樹脂通路を高剪断速度下で樹脂を通過させる
ことにより、樹脂の剪断熱を発生させ、かつ樹脂の他の
可塑化温度上昇手段による高温で溶融樹脂の粘度が低下
し、金型キャビティ内での圧力ドロンブ、ひいては充填
圧力が低下する。充填完了後移動金型で樹脂を押圧する
ことにより、ゲートシール後も金型キャビティに充填さ
れた樹脂に有効な押圧力が作用し、応力歪が低く、高密
度の成形品を得ることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、第１
図は本発明の第１実施例の射出成形機の要部断面図を示
す。図において１はスクリュで、シリンダ２、エンドキ
ャップ３、絞りノズル４で形成される閉塞された空間２
ａに滑動自在に組み込まれている。また原料樹脂はホッ
パ５に供給されて、シリンダ２内に落下し、図示しない
ヒータによる加熱と油圧モークロによるスクリュｌの回
転により溶融可塑化され、スクリュ１の前方へ送られて
溶融樹脂７として貯留される。油圧モータ軸６ａは射出
ラム８の内部でスプライン結合され、両者の間で一体回
転するが、軸方向へは自由に摺動できるようになってい
る。なお、図中９はスクリュ１の位置センサ、１０は電
磁リリーフ弁である。さてスクリュ１はコントローラ１
１の指令に基づき、油圧源１２からの圧油を電磁弁１３
、流量制御弁１４を介して射出シリンダ１５に送り込み
、溶融樹脂７を金型キャビティに充填する。

前記絞りノズル４の詳細を第２図に示す。図において２
０はノズル、２１はニードルピン、２２はバルブ本体で
、エンドキャップ３を介してシリンダ２に連結されてい
る。またニードルピン２１は、連結金具２４に枢着され
たレバー２３と穴２１ａを介して結合されており、前記
連結金具２４を往復動させる第１図に示す油圧シリンダ
２５により駆動されるようになっている。油圧シリンダ
２５は、ブラケット２６によりシリンダ２に固定されて
いる。２７は位置センサで、油圧シリンダ２５のストロ
ーク位置、ひいてはニードルピン２１の位置を検出する
。なお、第２図の２０ａはノズル穴、２０ｂは樹脂通路
、２２ａも樹脂通路で円周上に設けられた複数個の穴で
構成されている。また前記バルブ本体２２はエンドキャ
ップ３にボルト２８で取りつけられ、ノズル２０はバル
ブ本体２２にねしこまれている。ニードルピン２１はバ
ルブ本体２２に摺動自在に嵌合され、その先端はノズル
２０との間でスキマｄ１を形成し、後部において前記の
如く穴２１ａを介してレバー２３と結合している。

２９はサーボ弁で、位置センサ２７で油圧シリンダ２５
のストローク位置を検出してその信号をコントローラ１
１に送り、同コントローラ１１でスキマｄ、に換算し、
設定されたスキマｄ０と比較することにより増減信号を
同サーボ弁２９に送り、スキマｄ、のサーボ制御を行う
ものである。

また第１図において、移動盤３１に固定された移動金型
３２は型締シリンダ３３により後退し、固定盤３４に固
定された固定金型３５と係合することにより金型キャビ
ティ３６を形成する。このキャビティ３６は、成形に際
し予め圧縮代δを残して一次型締されるが、圧縮代δを
正確に決定するために、楔形スペーサ３７が駆動源３８
により移動金型３２と固定金型３５の間に介在している
。３９は位置センサで、楔形スペーサ３７のストローク
位置を検出してコントローラ１１に信号を送り、楔形ス
ペーサ３７の動きをより正確に制御する。また第３図に
示す如く、楔形スペーサ３７の傾斜角αは、金型とのラ
ップ代２の長短により圧縮代δの微調整が行なえる。ま
た楔形スペーサ３７は、固定金型３５と移動金型３２と
の間に単数乃至複数個バランス良く配置されている。な
お、第１図の４０は電磁切換弁、４１は電磁リリーフ弁
で、コントローラ１１の信号により油圧源１２’からの
圧油を型締シリンダ３３に送り、その動作及び圧力を制
御するものである。

ここで圧縮代δを含んだキャビティ３６に、高温度に可
塑化された溶融樹脂７が、コントローラ１１の信号によ
りスクリュ１の設定された位置まで高速で射出充填され
る。そしてこの際には金型キャビティ入口圧力、即ち充
填圧が大幅に低減される。充填完了後、コントローラ１
１から電磁切換弁４０、電磁リリーフ弁４１に信号を出
して一次型締圧を降圧し、更に楔形スペーサ３７を後退
させた後、サーボ弁２９に信号を出して絞りノズル４の
スキマｄ１を閉鎖し、しかる後電磁切換弁４０と電磁リ
リーフ弁４１に信号を送り、二次型締圧として所定の圧
力で、所定の時間金型キャビティ３６を圧縮する。次い
で冷却固化後、移動金型３２を開き成形品を取り出す。

次に本発明を実施したテスト結果について説明する。

１、充填圧低減試験 （１）テスト条件 ２００φ円板金型を使用して、充填圧低減の感度分析試
験を実施した。

（１）試　験　ａ　：　射出１　９００／２２０Ｍ５（
２）金　　　型：２００φ円板金型（第６図）肉　　　
　　厚：１，３ｍｍ 射出率 ５０、１００，２００．５０υｃ＋ｆｌ／５ｅｃ２００
φ円板金型を使用し、成形条件を変えて、型内圧２点（
キャビティ入口、キャビティ末端）と樹脂流入温度を測
定した。ここで充填圧は充填完了時（末端圧力Ｏ）のキ
ャビティ入口圧力と定義する。

（２）試験結果 金型温度の感度は今回のテストでは有意義が認められな
かった。ゲート寸法、成形品肉厚、樹脂温度、射出率を
説明変数に、充填圧を特性値にとり、前項に示すそれぞ
れのテスト水準での結果を複合変数重回帰分析した。

得られた重回帰式を用いて、各説明変数の変化に対する
特性値を再計算することにより、充填圧力低減に及ぼす
各説明変数の感度を求めることができる。ゲート寸法、
金型肉厚、射出率の感度分析結果を第７図に示す。肉厚
１　ｍｍ、ゲート寸法０．７關を基準にし、この時の充
填圧の実測値５０ＭＰａを２０ＭＰａに低減するプロセ
スは次の通りである。

第７図から明らかなように、（１）ゲート寸法を０．１
ｔｘｍから０．２＋ｎｍに絞って発熱させることにより
、充填圧を５０ＭＰａから３２ＭＰａ　（■→■）に低
減できる。また（２）肉厚を１　ｍｍから１．２ｍｍに
増加することにより、３２ＭＰａから２２ＭＰａ　（■
→■）に低減できる（肉厚増分効果）。更に（３）射出
率を１００ｃｎｔ／ｓｅｃから３００ｃｆｆｌ／ｓｅｅ
に増加することにより、２２ＭＰａから１７ＭＰａ（■
→■）に低減できることが分かる。即ち、２０ＭＰａ以
下となる。

以上の充填圧低減効果の内、（１）項と（３）項は溶融
樹脂のゲート通過時の剪断発熱による樹脂温度上昇効果
である。なお、前記テストは金型のゲートを絞って実施
したが、ノズル部で絞ることによっても同等の効果が得
られることは明らかであり、充填圧５０ＭＰａを２０Ｍ
Ｐａに低減することができる。

２、射出後の圧縮成形 第８図に使用樹脂ＡＢＳタフレックス−２１０のＰｖＴ
曲線を示す。射出成形の場合、樹脂温度２１０　’Ｃで
充填して保持圧５０ＭＰａで保持しても、ゲートシール
後は有効圧が金型キャビティに作用しないため、比容積
はゲートシール時間で決まり、第６図の例の場合１．０
３２ｃｆｆｌ／ｇである。

一方本発明の低圧充填後の圧縮成形では、熱変形温度近
くまでキャビティに有効圧が作用するため、圧縮圧が、
例えば１０ＭＰａの低圧でも、耐熱ＡＢＳＯ熱変形温度
１１０°Ｃまで圧力を掛けたとすると、圧縮成形の最終
時の比容積は１．Ｏｃ４／ｇとなり、射出成形品以上の
高密度の成形品が得られる。

第９図及び第１Ｏ図は本発明の第２実施例を示す。高設
定温度で可塑化すると、シリンダ内で高温度に曝される
時間が長いため、酸化劣化が進行し、溶融樹脂の物性低
下を起こす虞れがある。これを防止するため、第９図は
前記第１図に示した射出成形装置に酸化劣化防止装置を
付加した例を示す。第９図は基本的構成を示すが、第１
図、第２図と同一機能を果たす部位は同一番号を付して
説明する。第１０図は第９図における要部の詳細断面図
を示す。第１０図においてスフリユ１の軸シール部５１
はスクリュフライト５２と同一径で、ストレート部を長
く取っている。

また気密性を保持するためにグランドパンキン５３がパ
ツキン押さえ５４により、図示しないボルトを介してシ
リンダ２に固着されている。５５゜５６は０リングで、
それぞれシリンダ２とホッパ５間、及びホッパ５とホッ
パ１５７間の気密性を保つために設けられている。５８
は窒素ガスボンベ、５９はストップバルブ、６０はガス
用流量制御弁である。これらは導管６１を介してホッパ
シリンダ６２を貫通し、気密性を保って窒素ガス吹き出
しノズル６３と連結されている。窒素ガス吹き出しノズ
ル６３は、ホッパ部６４下のスクリュ１に若干量のスキ
マｄをとる位置に設けられている。

ストップバルブ５９は窒素ガスボンベ５８を取り換える
時に使用するもので、通常運転時は開のまま使用される
。

さて連続成形時、コントローラ１１の指令によりガス用
流量制御弁６０を開いて、定量の窒素ガスをホッパ部６
４に流すことにより、ホッパ部６４の空気を窒素ガスで
追い出しく置換し）、溶融樹脂の酸化劣化を防止する。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く本発明は構成されているので、
金型キャビティ入口圧力は大幅に低下し、成形時の負荷
曲線は第５図（ｅは射出圧力、ｆは金型キャビティ人口
圧力、ｇは金型キャビティ流動末端圧力、ｈは型締圧力
）の通りとなり、金型キャビティ内の圧力ドロップΔＰ
２は従来のΔＰ１と比較すると、溶融樹脂の粘度低下に
より大幅に低減されている。またキャビティ入口と末端
の圧力のアンバランスも殆ど無くなっている。そして充
填完了後の移動金型（押圧手段）がキャビティ全体を所
定圧力りで押圧するとき、入口圧力ｒと流動末端圧力ｇ
の差が小さく、金型に無理な圧力のアンバランスが生じ
ない。そして前記入口と末端の平均圧力も低く、押圧力
は低圧でよくエネルギー消費が少な（て済む。以上のこ
とから、本発明によれば金型キャビティ入口圧力も、充
填後の押圧力も低い状態で成形ができることになり、Ｚ
ＡＳ金型で十分成形が可能である。

また本発明は、射出充填時、金型を開いて射出充填する
ことによる金型肉厚増分効果、高温度可塑化による樹脂
温度増分効果、ノズル絞りの発熱による樹脂温度増分効
果、高速充填による樹脂温度増分効果により充填圧は５
０Ｍｒ’ａから１７ＭＰａへと大幅低減が可能である。

また充填後の圧縮成形では、１０ＭＰａの低圧でも寸法
精度のよい成形品が得られ、型締力は従来より遥かに小
さくてよい。従って本発明によると、低充填圧成形及び
低型締圧成形が可能となり、従来から少楢生産型として
使用されているＺＡＳ（亜鉛合金）での猾産が可能とな
り、金型費も大幅に少なくてよい。更に低圧充填、低圧
型締により成形品１個当りに消費するエネルギーは大幅
に低減できる。また低型締圧力でよいため、射出成形装
置の小型化と、省スペース化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す射出成形機の断面と
配管を示す系統図、第２図及び第３図は夫々第１図にお
ける要部の断面図、第４図は従来の射出成形機における
負荷曲線図、第５図は本発明の成形機における負荷曲線
図、第６図は試験金型成形品の断面図、第７図は肉厚、
ゲート寸法、射出率の充填圧低減の感度特性曲線図、第
８図はＡＢＳ樹脂のＰｖＴ曲線図、第９図は本発明の第
２実施例を示す射出成形機の断面と配管を示す系統図、
第１０図は第９図における要部の断面図である。 図の主要部分の説明 １・・−スクリュ ４・・・絞りノズル １１−・・−コントローラ ２１−・ニードルピン ２７・−・位置センサ ３３−型締シリンダ ３６・−キャビティ ５１−・・軸シール ２−　シリンダ ５・・・ホッパ ２０・−ノズル ２２・−バルブ本体 ３２・−・移動金型 ３５・−固定金型 ３７−模形スペーサ ５３・−グランドパッキン ５８ 窒素ガスボンベ 第４図 イ乏」（の倉士出、Ａ％Ｒのｊｉｔｇｒ６＊［Ｕ的１場 （１） 第５図 木発唱の成形機Ｏ轟荷１■象回 ルテ　九ｎ（Ｃ） 第８図 ｊ１崖（’Ｃ） ｌＰＪ６図 １人５突衾型（φ２００円版、會型）七ンサ位１ 第７図 肉厚、ゲート寸ｉ五、１１＋出平の先墳圧イ氏滅の嵐度
財エキ〔Ｃ−γｆｃｃ） 見１０口 手続補正書 平成２年１月１２日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金型を若干開き溶融樹脂を充填圧力を減少させて
   充填する射出充填時に、射出ノズルを絞ることにより溶
   融樹脂の剪断熱を発生させ、かつ樹脂の他の可塑化温度
   上昇手段により高温にして粘度を低下させ、この低粘度
   の樹脂を金型に充填し、充填完了後移動金型で樹脂を押
   圧し、ゲートシール後も金型キャビティに充填された樹
   脂に有効な押圧力が作用するようにしたことを特徴とす
   る射出成形方法。
2. （２）固定金型に対し、移動金型の間隔を成形品の圧縮
   代（樹脂の冷却に伴う比容積の減少分）を見込んだ定位
   置に保持する移動金型の定位置決め手段と、射出充填時
   、絞りノズルの溶融樹脂流路断面積可変手段と連動する
   射出流量及び圧力調整手段と、スクリュ可塑化部のヒー
   タ高温度設定、又はスクリュ背圧増加、或はスクリュ回
   転数増加等による可塑化樹脂温度上昇手段と、充填完了
   後、移動金型により樹脂を押圧する押圧手段とを備え、
   溶融樹脂の粘度を下げて金型キャビティ内での溶融樹脂
   の圧損を低下せしめるようにしたことを特徴とする射出
   成形装置。