JPH0733040B2 - 射出成形機及びガス供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、射出成形された熱可塑性部品を作成するため
の装置及び方法、特に平滑な外側スキンと中空のコアを
有する部品のガス補助式射出成形に関する。

〔従来の技術〕

これまでに、より少ない材料を使用して重量及びコスト
の減少を達成すると同時に、構造的な特性を維持し且つ
研磨その他の仕上げの必要のない平滑な外側表面即ちス
キンを作成することについて、種々の射出成形技術が提
案されてきている。ガスをも含めた発泡剤を使用して、
多孔質の、気泡のある、或いはセル構造のコアを生成す
ることができ、また幾つかの場合には中空のコアを生成
することもできる。中空のコアを形成するためにガスが
使用される場合、ガスはノズルから、或いは金型内へと
直接に、好ましくは所望とするコア構造を得るべく制御
された方法でもって、溶融プラスチックの流れの中へ向
けて注入できる。

ヘンドリーの米国特許第4,474,717号には、ガス注入プ
ローブによってガスを金型内へと注入する幾つかの装置
及び方法が開示されている。最初に少量のプラスチック
が金型内へと射出されてガス注入プローブを包み込み、
その後このプローブを通してガスが注入されると同時に
プラスチックの射出が継続されて、所望とするコア構造
が形成される。成形作業の終了時には、プローブを通し
て金型キャビティを排気することにより金型内のガス圧
が緩和されるが、この場合プローブは減圧弁として働く
ものである。これと同様の金型内ガス注入−減圧弁は、
セイヤーの米国特許第4,740,150号にも開示されてい
る。ガス注入プローブ又はノズルは、ヘンドリー及びセ
イヤーの何れの米国特許においても、往復動スクリュー
射出成形機などからプラスチックが射出される金型半体
に向かい合う側の金型半体に設けられるものとして示さ
れている。ヘンドリー及びセイヤーの米国特許によって
教示されたところに従いガスを金型キャビティ内に注入
及び／又は排気することは、所望とされるコア構造をも
たらすのに十分なものであろうが、ガス注入ノズル又は
プローブに対応するために金型のそれぞれについて改造
を行うことが必要である。これは特に金型キャビティが
多数の場合や既存の金型を後から取り付ける場合にコス
トが嵩み、またガス注入ノズルの位置の設定に腐心しな
ければならない。

フロードリッヒの米国特許第4,101,617号に示された如
く、金型キャビティよりも前にプラスチック射出成形機
のノズル部分から溶融プラスチックの流れの中へとガス
又は発泡剤を導入することや、オラビシの米国特許第4,
136,220号に示された如く特別なマニホールドによって
プラスチックの射出の後にキャビティ内へとガス又は発
泡剤を導入することなどの、他のガス注入技術もまた提
案されてきている。しかしこれらの場合でも、ノズル又
はマニホールドを改造することはやはりコストがかか
り、また成形機によって成形される部品に応じ、異なる
用途ごとにノズル又はマニホールドを変えることが必要
とされる。

他のガス注入位置もまた提案されている。ガハンの米国
特許第4,498,860号は金型半体に設けられる伸縮自在の
傾斜したピストンを開示しているが、これは伸長して逆
向きにテーパしたスプルー通路を閉ざすことができ、そ
れによりスプルーを遮断するものである。ガスが金型領
域を通ってプラスチックと共に流動するようにプラスチ
ック材料中へとガスを注入するための、ピストンと同心
の小さなパイプが開示されている。だがやはりこの場合
にも、スプルー開閉ピストン用のホルダーに対応するた
めに、金型を比較的精密に改造することが必要となる。
ガス注入管の向きが傾斜されているために、金型に入る
プラスチック中でガスが不均一な分散を生じ、或いは有
効なガス注入が損なわれることも確実である。

ガスやセイヤー及びヘンドリーの特許におけるようにし
て金型内へと注入される場合でも、或いはフリードリッ
ヒの特許におけるようにして金型よりも前で溶融樹脂流
中に注入される場合でも、ガスの注入を正確に制御する
ためには、これらのガスの注入は色々なガス注入システ
ムとの両立性を持たねばならない。このためノズル又は
金型のさらなる改造が必要となることがあるが、これは
特に以前は中実であった部品を中空コアを持つ部品にし
ようとしてガス注入システムを後から既存の金型に取り
付ける場合にコストを増加させるものである。

新しい装置の場合も同様であるが、既存の射出成形機及
び金型に後から取り付ける場合について、ガスの注入を
より正確に制御して長期の製造工程にわたり所望とする
コア構造を繰り返して得るための、各種の技術が提案さ
れてきている。一つの試みが前述したセイヤーの米国特
許第4,740,150号中に概括的な用語でもって記載されて
おり、また該特許で言及されている英国特許明細書第2,
139,548号では、予め定められ又は計量された容積の圧
縮ガスが成形サイクルの各々の間に金型内へと注入され
る。

また一般的にプリセット圧力という用語で既述されるも
のを使用する方法が、1987年５月５日に出願され1987年
12月12日に公報87/52号で公開第0250080A2として発行さ
れたバクシーの欧州特許出願第87304002.6号において提
案されている。この方法によれば、予め定められた容積
を用いる技術とは対照的に、金型内に導入されるガスの
量は直接的には計量されず、ガスの圧力だけが制御され
る。ガスをプリセット圧力にまで圧縮するためにガス圧
縮装置と共にガス供給源が設けられるが、このプリセッ
ト圧力は少なくとも溶融プラスチック材料が金型内に導
入される圧力程度には大きい。プラスチック材料の射出
が開始された場合にガスを直ちに利用できるようにする
ために、ガスをプリセット圧力で貯蔵するための貯蔵チ
ャンバーが備えられる。プラスチックの冷却に際して、
本質的に中空の部品をもたらすべくプラスチックが金型
によって指定された形状を維持できるようになるまで、
ガスの圧力はプラスチックを金型キャビティの内側表面
に対して保持する。欧州特許公報第0,250,080号に記載
されている如く、プラスチックの射出に先立って、高圧
ガス貯蔵タンクがその成形作業用にプリセットされた圧
力でもって完全に充填される。プラスチックの射出が開
始された直後に、貯蔵タンクからの高圧ガスは、ノズル
にある供給チャンバーによって溶融プラスチックの流れ
の中へと注入される。高圧タンクは圧力スイッチによっ
て制御されているポンプにより充填及び再充填され、か
くして高圧タンク内においてプリセット圧力にある十分
なガスが常に利用できるようにされる。1973年10月25日
に出願され1982年３月27日に特公昭57-14968号として公
告された旭ダウ株式会社の特願昭48-120318号は、高圧
ピストン又はラム及びノズルにある注入口を介してガス
を注入するための同様の構成を示している。

〔発明の解決しようとする課題〕

従来技術で記述されている予め定められた即ちプリセッ
ト容積及びプリセット圧力による方法は、正確に制御さ
れていないガスの注入とは対照的に、十分に良好な結果
をもたらしうるものではなるが、しかし何れの方法もガ
スの注入の制御の正確で再現性のある制御が行われない
という欠点がある。即ち容積を一定とする方法の場合に
は、長期の使用及び経時に伴う摩耗その他の変動により
生ずる、定容積シリンダ及びピストンという構成に固有
の変化のために、多数の成形サイクルにわたって再現性
を保つことは困難である。またプリセット圧力による方
法では、使用する高圧の圧力貯蔵タンクは充填されねば
ならず、ガスがタンクから解放されたまポンプによって
再充填されるにつれて、注入サイクルの間にプリセット
圧力が変化しうるからである。

従って、前述した課題及びその他の困難を克服すると同
時に、全体により良好でより利点のある結果をもたら
す、中空部品を射出成形するための改良された方法及び
装置を提供することが望ましい。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、中空の射出成形部品を製造するための
新規且つ改良された方法及び装置が提供される。

より詳しくは、本発明の重要な側面の一つによれば、平
滑な表面又はスキンを有するプラスチック射出成形部品
を作成するための方法及び装置が提供され、そこにおい
て熱可塑性材料は溶融した流れとして、金型に固定され
たスプルーブシュを通って金型キャビティ内へと射出さ
れる。同時に未計量の量の不活性ガスが、溶融した流れ
と実質的に同心に、且つ熱可塑性材料を貫通して金型内
で溶融した材料中にガスのキャビティを形成するのに十
分な圧力でもって、スプルーブシュのところでアダプタ
ーを通して溶融した流れの中へと導入される。既存の金
型に後から取り付けるために、既存のスプルーブシュに
対してアダプターを付け加えることもできる。新しい金
型については、スプルーブシュはノズル側が改造され
る。

本発明の別の側面によれば、プラスチックの射出の間、
プラスチックが自己支持性（self-supporting）となる
までプラスチックを金型表面に対して保持するよう、ガ
スは予め定められた一定の適当な高圧に維持される。こ
のガスは金型が開く前にスプルーブシュ及びアダプター
を通って戻り、金型から排気される。金型までのガス圧
力ラインにある圧力センサーによって制御される容積置
換用部材を内部に有する大きなシリンダにより、プリセ
ットされた適当な高圧がガス供給源において維持され
て、射出及び冷却の間にキャビティ内における適当なプ
リセットガス圧力が維持される。

本発明の基本的な目的は従来技術におけるガス補助式射
出成形の欠点を克服し、或いは少なくとも最小限とし、
内部に中空のキャビティを有しまた平滑な外側表面を持
ち、さらにひけや部分的なそりが少ない優れたプラスチ
ック部品を製造するガス補助式射出成形のための方法及
び装置であって、効果的で効率的で経済的であり、通常
の射出成形機を使用する大きな融通性をもたらすものを
提供することである。

〔実施例〕

本発明の上述の目的及びその他の特徴、利点は以下の詳
細な説明、特許請求の範囲及び添付図面から明らかとな
ろう。

なお添付図面は単に本発明の好ましい実施例を図示した
ものであって、特許請求の範囲には他の実施例もまた包
含されるものであることは理解されるであろう。

第１図に示されている成形機を全体的に参照してみる
と、固定側金型半体10及び可動側金型半体12がそれらの
閉鎖位置で示されていて、外殻18及び中空のコア20を有
するプラスチック部品16を成形するための金型キャビテ
ィ14を画定している。プラスチックは、スプルーブシュ
のアダプター24及びスプルーブシュ26を通してキャビテ
ィ14内へと射出される。全体が28で示された供給装置か
らのガスが溶融樹脂の流れの中に、アダプター24を介し
てスプルー通路38において導入される。ここで説明する
実施例においてアダプター24は、一般的なスプルーブシ
ュ26を既に有する既存の金型に対して後から取り付けら
れている。既存の金型に対しては、中実の部品の成形を
コア20の如き中空のコアを有する同じ部品の成形に変換
することが望ましい場合に後から取り付けがなされる。

第１図から第３図を詳細に検討すると、スプルーブシュ
26はフランジ付きのヘッド30を有しており、このヘッド
は圧入及び金型半体10にボルト止めされた保持プレート
34によって、凹部32に設けられている。ヘッド30と一体
になっているスプルーブシュのスリーブ36が金型半体10
を通って延びると共に、第１図で見て左側においてキャ
ビティ14内へと開口するよう外側に向かって広がってい
るスプルー通路38を有している。スリーブ36もまた、金
型半体10に圧入されている。スプルー通路38の細い方の
端部は半球状の凹部40においてヘッド30に開口している
が、この凹部は後からアダプターを取り付ける前に射出
成形機のノズル42のためのシートを提供していたもので
ある。射出の完了時には、スプルー通路38は大体41で示
した領域においてスプルーを含んでおり、そしてこのス
プルーはそれを通るガスチャネル43を有する。

一般によく知られているように、スプルーブシュ26のよ
うなブシュは金型のための安価な保護手段である。すな
わち損傷はブシュ部分に生じ、ブシュはコストを余りか
けずに交換することができる。この目的のためスプルー
ブシュ26は典型的には、配置時及び繰り返しての射出サ
イクルの間の両方において、射出圧力がスプルーブシュ
26とノズル42の境界面に加えられるに際してのノズルの
衝撃に耐える焼き入れ鋼から製造される。

スプルー通路38は通常は研磨され非常に磨かれた仕上げ
のものであり、溶融樹脂との摩擦を最小とし、それによ
り最終製品に劣化や焼けを生ずるようなプラスチックの
摩擦発熱を最小限にする。スプルー通路38を通ずる繰り
返しての射出を長期にわたって行うと、プラスチック材
料の研磨性によって表面に掻き傷がついたりスコーチを
生じたりする。また摩耗及び表面の不完全性は、例えば
ガラス充填プラスチックによって発生する。摩耗したス
プルー通路はまた、特に高速の射出サイクルにおいて、
壁面に乱流及び摩擦流をも生じ、望ましくない圧力降下
を生成して金型の適切な充填を妨げ、金型の隅々までの
プラスチックの流動を損なう。いずれにせよ通常のスプ
ルーブシュは、ブシュを交換することによって損傷を修
復するという安価な方途を提供している。スプルーブシ
ュ26は加熱されないものとして図示されているが、本発
明は加熱されるスプルーブシュを用いる用途にも等しく
適用されることは理解されるべきである。

スプルーブシュのアダプター24は、一体の魚雷状のウェ
ブ52を有するスチール製の本体50からなり、このウェブ
は本体50内の貫通路54を横切って、貫通路54を魚雷状の
ウェブにおける２つの開口56へと分割している。本体50
もまた焼き入れ鋼からなり、貫通路54の入口側において
ノズルシート51を有している。本体50は58で示す個所に
おいてスプルーブシュ26にボルト止めされており、ヘッ
ド30と凹部40の境界面におけるばりを除去するために銀
ロウ付けされている。ウェブ52は、スプルー通路38内を
同心に延びており且つガス通路62を内部に有する一体で
針状のガス注入ノズル即ちプローブ60を有している。ア
ダプター24は向かい合った半径方向のガス入口及び排出
通路64,66を有しており、これらはウェブ52を通って延
びると共に内端部分でノズルのプローブ60内のガス通路
62とＴ字型に接続して連通している。ガス入口通路64は
その外端部分が高圧ライン65を介してガス供給装置28に
接続されている。ガス排出通路66は、ソレノイド作動弁
70及びライン72を介して減圧バフル68へと接続されてい
る。好ましくはガス排出通路66はガス入口通路64よりも
例えば２倍大きな直径を有しており、キャビティ14が減
圧された場合にプラスチックが吸い戻されたとしても閉
塞しないようになっている。プローブ60はスプルー通路
38の中へ僅かに突き出したものとして図示されている
が、これは特定の用途に応じてより長く又は短くするこ
とができる。一つの適用例においてはプローブは凹部32
とスプルー通路38の接合部分と大体整列して開口し、ま
た別の適用例においてキャビティ14の付近まで延伸する
といった具合である。しかしながら何れの場合でも、ガ
ス通路62はスプルーブシュと同心であって、溶融材料の
流動する方向において溶融樹脂流中へとガスを同心に注
入する。

射出成形機22は、通常の往復動するスクリュー74とシリ
ンダ作動の遮断弁76を有している。第１図においてスク
リュー74は、プラスチック部品16が実質的に完全に形成
されるよう遮断弁76を閉じる直前の、その行程の最後の
ところで示されている。

射出行程の間に圧縮ガスは高圧のチャンバー82から逆止
弁アセンブリ84及びソレノイド88により作動される弁86
を通り、高圧ライン65を介してスプルーブシュのアダプ
ター24へと供給される。チャンバー82内のガス圧はガス
圧インジケータ−センサー90によってモニターされ、ガ
ス圧がプリセット圧力以下に下がった場合に導線94を介
してコントローラ92へと電気的出力信号が供給される。
チャンバー82内のガスが逆止弁アセンブリ84及び弁86を
通って高圧ライン65へと供給されると、ピストンロッド
96はコントローラ92により作動されている油圧シリンダ
98によって動かされ、チャンバーの容積を減少させて圧
力を一定に保つ。ピストンロッド96はチャンバー82内へ
と突き出しているが、チャンバー壁99上には何も摺動シ
ールは有していない。ピストンロッド96は油圧シリンダ
98及びチャンバー８の壁、及び油圧シリンダ98内のピス
トン102についての湿潤金属シール100を通って下方へと
延びている。低圧のガスが、供給タンク104から減圧弁1
06及び逆止弁アセンブリ84を介してチャンバー82へと供
給されている。このガスは好ましくは窒素である。

成形サイクルの開始に先立って、ソレノイド作動弁70及
び86は閉じられており、第１図に見られるようにピスト
ンロッド96を引っ込めてピストン102を押し下げるよう
にコントローラ92及び油圧シリンダ98を作動させること
により、不活性ガスがチャンバー82内に貯蔵される。こ
れにより比較的低圧のガスが供給タンク104から、空の
チャンバー82へと引かれる。ガスはチャンバー82内の圧
力が、減圧弁106により設定され圧力ゲージ108により指
示された、供給タンク104から入ってくるガスの圧力と
等しくなるまで、チャンバー82内へと流入する。チャン
バー82内のガス圧は、例えば150psi（1030kPa）から250
psi（1720kPa）と比較的低い。逆止弁アセンブリ84は、
ガスが供給タンク104へと戻るのを防止する。次いで油
圧シリンダ98が作動されてピストンロッド96をチャンバ
ー82内へと延伸させ、圧力インジケータ−センサー90に
より設定され指示されている例えば2000psi（1379kPa）
以上のプリセットされた所望の高圧へとチャンバー82内
のガスを圧縮する。一般に、ガス圧は少なくともスプル
ーブシュ26及びキャビティ14の個所におけるプラスチッ
ク射出圧力よりも大きくなるように設定される。必要と
された所望の圧力において、ピストン102は導線94から
の制御信号に応じて停止し、後続の射出作動の間、所要
のプリセットされたガス圧力以下に圧力が下がる時ま
で、この上昇した位置に留まる。チャンバー82が所望の
プリセット圧力まで完全に充填され、ソレノイド作動弁
70、逆止弁アセンブリ84及び弁86が閉じている状態で、
成形サイクルは開始位置にある。

成形サイクルを開始するためには、金型型締めユニット
（図示せず）が閉じられて、プラスチック溶融物の射出
圧力及びガス注入圧力を越える型締め力の下に、金型半
体10及び12を閉鎖保持する。射出成形機22用の射出サイ
クルコントローラ（図示せず）の制御の下にノズルの遮
断弁76が開かれて、ノズル42、アダプター24、スプルー
ブシュ26を通して金型キャビティ14内へと溶融プラスチ
ック110を押し込むようにスクリュー74が作動される。
溶融したプラスチックがガス注入用のプローブ60を通過
してスプルーブシュ26に入ったならば、サイクルコント
ローラによって弁86が直ちに開かれ、高圧のガスがチャ
ンバー82から高圧ライン65を通ってガス入口通路64及び
ガス通路62へと流れ、スプルー通路38内の溶融樹脂の流
れの中へと注入されることを可能ならしめる。ガスの注
入は、前述したヘンドリーの米国特許第4,474,717号に
開示されているのと同様の仕方で、ガスの流れが始まる
直前にノズル即ちプローブ60の出口端部が溶融プラスチ
ックで包み込まれるように開始することが好ましい。プ
ラスチックの射出の間、排出用のソレノイド作動弁70は
閉じたままとされる。

ガスがスプルー通路38内の溶融樹脂の流れに入ると、よ
り高いこのガスの圧力によって溶融プラスチックは迅速
に金型キャビティ14の方へ、またキャビティ壁部に対し
て押され、プラスチックの冷却につれて中空のコア20を
形成する。プラスチックの射出の間に溶融樹脂の流れの
中に入り、また冷却の間にガスチャネル43を介してコア
20内に保持されるガスの圧力は一定であり、成形サイク
ルの間に大きく変化することはない。チャンバー82内の
ガス圧が降下し始めると、圧力インジケータ−センサー
90がコントローラ92を付勢してピストン102を上方へと
動かし、ピストンロッド96をチャンバー82内へとさらに
延伸させて、チャンバー82及びコア20内におけるガス圧
を所定のレベルに保つ。

スクリュー74がその前方への移動を終えたとき、溶融プ
ラスチックを金型表面に対して当てがうために、ガス流
は短期間だけ継続する。次いで弁86がサイクルコントロ
ーラによって閉じられる。コントローラサイクル（図示
せず）によって設定された期間の間、金型キャビティ14
内の溶融プラスチックの外殻18が十分に冷却して自己支
持性を持つに至るまで、このガス圧は一定に保たれる。
この後にガス排出用のソレノイド作動弁70がサイクルコ
ントローラによって開かれて、ガスをキャビティ14から
スプルー41内に開いたガスチャネル43を通って戻して減
圧し、貫通路54、ガス排出通路66、ライン72を通り、減
圧バフル68を介して大気中へと排気ガスを抜気する。続
いて金型を開き、成形されたプラスチック部品16を金型
から取り出すことができる。

成形サイクルの間のキャビティ14における減圧時間の間
に、油圧シリンダ98はピストン102及びピストンロッド9
6を引っ込める。チャンバー82は再充填され、次いでピ
ストンロッド96はチャンバー82内のガス圧がガス圧イン
ジケータ−センサー90のインジケータにおける所望の設
定値に達するまで伸長される。こうしてこの装置は、弁
86及びソレノイド作動弁70が閉じた状態で、サイクルを
繰り返す準備ができる。

〔発明の効果〕

上述した構成において、ガス注入用のプローブ60は溶融
樹脂の流れと同じ方向において、スプルーブシュ26内に
スプルー通路38と同心に開口している。このことは、標
準的なスプルーブシュ又は開口の設計を変更することな
しに、金型に開口する標準的なスプルーブシュを使用す
ることを可能ならしめる。これは特に後から取り付けを
行う場合に重要である。なぜならその場合に、スプルー
通路38がキャビティ内のどこに開口しているかを含め
て、スプルーブシュの形状を変化させることは必要ない
からである。かくして標準的なスプルー設計におけるプ
ラスチックの流れのパラメータが変動されることはな
い。

スプルーブシュにおいてガスを注入することの別の利点
は、ガスがノズル部分で注入されまた排気される場合に
存在するコールドスラグを排除できるということであ
る。ガスがノズルを介して排出されると、ノズルの先端
が僅かにガスによって冷却され、固化及びコールドスラ
グを生じるからである。

材料の流れの方向におけるスプルーブシュでの同心のガ
ス注入のさらなる利点を考えてみると、ガスの入口が溶
融樹脂の流れによって包み込まれた後にプラスチック及
びガスの流入が継続すると、包囲体が形成され、これが
金型キャビティ14内へと移動してキャビティの隅々まで
膨張し、その間この包囲体は十分に流動性であってガス
の圧力下に膨張する。包囲体がキャビティを充填して外
殻18を形成したならば、特にこの外殻内の圧力が一定に
保たれた状態で、外殻はそれが自己支持性となる時まで
壁面に対して当てがわれる。スプルーブシュにおける溶
融樹脂の流れの中へのガスの同心での注入は、溶融樹脂
の流れ、及び金型キャビティ中で膨張するについての包
囲体中におけるガス及びガスの圧力の均一な分散をもた
らす。スプルーブシュにおけるガスの同心での注入はま
た、溶融樹脂の流れが常に粘稠である個所においてガス
が樹脂中に入ることを確かなものとする。溶融樹脂の流
れの方向におけるスプルーブシュでの同心のガス注入は
さらに、最終製品中において独立気泡を生ずるような溶
融樹脂の流れにおける乱流を最小限のものとする。

以上においては、スプルーブシュにおけるガスの注入
を、定圧ガス供給装置28と関連した好ましい実施例にお
いて説明したが、その利点は例えば前述した従来技術に
開示された如き型式の他のガス供給装置についても有用
なものである。

同様に、スプルーブシュにおけるガス注入はこれまで既
存の金型に後から取り付ける場合について説明してきた
が、これは新しい金型についても等しく有利なものであ
る。新しい金型に適用する場合については、安価な標準
的なスプルーブシュを使用できる。アダプター24はスプ
ルーブシュに固定され、ばりを防ぐために境界面におい
て銀ロウ付けすることが好ましい。特別なスプルーブシ
ュが必要とされる場合には、アダプターの一部をブシュ
と一体の部材として製造することができる。しかしなが
ら、既存の金型に後から取り付ける場合でも、また新し
い金型に適用する場合でも、ガス注入機構はスプルーブ
シュの一部をなしており、かかる機構がノズルに存して
いたり或いは金型に直接にある場合とは対照的なもので
ある。かくして金型及び射出成形機のいずれをも大きく
改造する必要はない。スプルーブシュ又はアダプターが
摩耗したり又は損傷を受けた場合には、簡単に取り外し
て交換することができる。

スプルーブシュは多くの用途について好ましいものであ
るが、幾つかの用途については金型にスプルーブシュを
設ける必要がないことは理解されよう。その場合はガス
の注入を行うアダプター24を金型上に設けて溶融樹脂の
流れをキャビティに運ぶようにし、ガス及び溶融樹脂の
流れが一緒に金型キャビティに入るようにする。かかる
用途においてはスプルーのゆえに、成形される部品はプ
ラスチックが射出注入された個所において、非機能性で
あったり、ランナーの一部であったり、或いは後で最終
製品から除去される他の何らかの部分といった幾つかの
部分を有する。従って広い意味において本発明は、部品
又は部品のランナーのスプルー又はスプルー状部分にお
いて、ノズルとは無関係にその下流側で溶融樹脂の流れ
の中にガスを注入するアダプターの使用を意図したもの
である。

〔別の実施例及び効果〕

第４図は本発明の別の実施例を示すものであり、そこに
おいて金型キャビティ（図示せず）は、通常ホットドロ
ップとして知られている４つのホットドロップスプルー
120を有している。ホットドロップスプルー120の各々は
ホットランナー122,123によって、通常は射出成形機の
ノズルからプラスチックを受け取る主たるスプルーブシ
ュ124へと接続されている。アダプター24のようなアダ
プターをスプルーブシュ124に設けることにより、４つ
のホットドロップスプルー120の各々へと分散するため
のガスを溶融樹脂流中に導入することができる。ホット
ドロップスプルーの各々に対するガスの均等な分散をよ
り一層確実ならしめるために、ガスを注入するプローブ
を分岐してホットランナー123,122を通って延ばし、第
４図に点線で示したチューブ126により示されているよ
うにしてホットドロップスプルーの各々へ入るように構
成することができる。これらのチューブ126は各々のホ
ットドロップスプルー120中で同心に、且つ金型内への
溶融樹脂の流れの方向において、溶融樹脂流中に開口し
ている。

ガス供給装置28もまた、前述した従来技術による供給装
置に対して利点を有する。ガス供給装置28は射出及び金
型内での冷却の間一定の圧力を保ち、成形されるプラス
チック部品が自己支持性となるまで該部品が金型壁部と
の完全な接触状態で当てがわれることを確実にする。ガ
スが幾らかでもチャンバー82から放出されると直ちにピ
ストンロッド96が瞬間的且つ自動的にチャンバー82内へ
と延ばされ、放出されたガスの分を置換して圧力を一定
に保つため、定圧が実現されるものである。このことは
定容のシステムとは対照的である。かかるシステムでは
射出の間にガスの圧力が降下し、従来の技術がピスト
ン、ポンプその他によって実質的に一定の圧力を達成し
ようとしていたのである。

チャンバー82、ピストンロッド96及びピストン102の行
程は、チャンバー82が射出の各々について十分な以上の
ガスを含有し、且つピストンロッド96がチャンバーの壁
に絶対に当接することがないように選ばれる。その結
果、チャンバー82が一旦所望のプリセット圧力にまで圧
縮されたならば、ガスを使用に伴って置換することによ
り、この圧力を射出の間ずっと維持することができる。
このことはまた、ガス圧縮シリンダ中のピストンを使用
することと対照的である。なぜならチャンバー82内には
各々の射出に十分なよりも多い圧縮ガスが貯蔵されるか
らである。ピストンロッド96は、チャンバー82内にピス
トンリングその他の乾燥摺動シールを必要としない。ガ
ス中に潤滑剤を導入することは、成形されるプラスチッ
ク部品の表面仕上げを損ない、或いは望ましくない表面
や気泡を生ずることになる。シール100は油圧シリンダ9
8中の油圧流体によって湿潤されているが、チャンバー8
2内へと油圧流体が漏出すことを防止するためのかかる
金属シールの設計は周知のものである。チャンバー82内
では移動するシールの摩擦によって余分な熱は発生され
ないから、より長い寿命とより信頼の置ける作動が達成
される。

前述したように、ガス供給装置28は高圧のシステムであ
る。プリセット圧力は各々の用途についての成形パラメ
ータに応じて変化するものであるが、通常は2000から70
00psi（13790kから48270kPa）の範囲、及びさらにより
高いガス圧が意図されており、ガスの注入圧力はガスが
注入される個所における溶融樹脂の圧力以上となるよう
に選択される。典型的には、ポリプロピレン及びポリエ
チレンのような汎用性ポリマーはこの範囲の下限であっ
て、スプルーブシュ26において例えば1800psi（12410kP
a）であり、ガスはそこからこれよりも僅かに高い、200
0psi（13790kPa）を越える圧力でもって注入される。例
えばガラスやマイカを充填したナイロン、ABS及びポリ
カーボネート（商標名Lexan）の場合はこの範囲の上限
付近となり、3500から7000psi（24130kから48270kPa）
程度のより高い溶融樹脂圧力がプリセットされ、インジ
ケータ−センサー90におけるガスのプリセット圧力はこ
の場合もこの溶融樹脂圧力を越えるものとなる。

スプルーブシュ26におけるガス注入は各種のガス供給装
置について使用することができ、またガス供給装置28ス
プルーブシュ以外の個所においてガスを注入するために
も使用することができるが、ガス供給装置28の一定のガ
ス圧を使用してスプルーブシュにおいてガス注入を行う
という組み合わせが好ましい。これら二つの特徴は、よ
り良い成形部品を得るために特に適合し合うものであ
る。溶融樹脂の流れはスプルーブシュにおいて、また一
定圧力でのガスの注入が可能な圧力下において、依然と
して非常に粘稠なものであり、成形部品への効果的なコ
ア空け及び仕上げを必要としない平滑な表面が達成され
る。

以上においては射出成形装置及び方法は説明を行う目的
の下に記述されたものであって、本発明の限定及び修正
を意図したものではないことを理解すべきである。本発
明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されている。

最後に本発明の理解の便に資するため、本発明の要約を
記すと、本発明によれば平滑な表面又はスキン及び中空
のコアを有するプラスチック射出成形部品を作成するた
めの方法及び装置が提供され、そこにおいて熱可塑性材
料は溶融した流れとして、金型に固定されたスプルーブ
シュを通って金型キャビティ内へと射出される。同時に
未計量の量の不活性ガスが、溶融した流れと実質的に同
心に、且つ熱可塑性材料を貫通して金型内で溶融した材
料中にガスのキャビティを形成するのに十分な圧力でも
って、スプルーブシュのところでアダプターを通して溶
融した流れの中へと導入される。既存の金型に後から取
り付けるために、既存のスプルーブシュに対してアダプ
ターを付け加えることもできる。プラスチックの射出及
び金型内における冷却の間、プラスチックが自己支持性
となるまでプラスチックを金型表面に対して保持するよ
う、ガスは予め定められた一定の適当な高圧に維持され
る。このガスは金型が開く前にスプルーブシュ及びアダ
プターを通って戻り、金型から排気される。金型までの
ガス圧力ラインにある圧力センサーによって制御される
容積置換用部材を内部に有する大きなシリンダにより、
プリセットされた適当な高圧がガス供給源において維持
されて、キャビティ内における適当なプリセットガス圧
力が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図はスプルーブシュを備えた金型、スプルーブシュ
アダプター、回転スクリュー式射出成形機及び圧縮ガス
供給装置を概略的に図示している、一部を断面で示した
部分的な立面図であり； 第２図は第１図の２−２線に沿って取った拡大部分断面
図であり； 第３図は第１図の３−３線に沿って取った拡大部分断面
図であり；及び 第４図は金型キャビティに４つの開口を有する金型に適
用された本発明の別の実施例を示す概略図である。 10…金型半体（固定側） 12…金型半体（可動側） 14…キャビティ、16…プラスチック部品 18…外殻、20…コア、22…射出成形機 24…アダプター、26…スプルーブシュ 28…ガス供給装置、30…ヘッド 38…スプルー通路、42…ノズル 51…ノズルシート、52…ウェブ 54…貫通路、60…プローブ 62…ガス通路、64…ガス入口通路 66…ガス排出通路、82…チャンバー 90…ガス圧インジケータ−センサー 92…コントローラ、96…ピストンロッド 98…油圧シリンダ、99…チャンバー壁 100…シール、104…供給タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリク・イー・エリクソン アメリカ合衆国ミシガン州48045マウン ト・クレメンズ，イー・ラッセル・シュミ ット・ブルヴァード・50171，ケア・オ ブ・エンコア・モールディング・システム ズ・コーポレーション (56)参考文献 特開 昭63−78714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−102960（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型と、該金型により担持され該金型内の
   金型キャビティへと開口しているスプルー通路を有し、
   前記金型に着脱自在に設けられたスプルーブシュである
   スプルー手段と、ガス供給装置と、前記スプルー手段を
   介して前記キャビティ内へと溶融プラスチックを射出す
   る手段とを有し、前記プラスチック射出手段がノズルを
   有するガス補助式プラスチック射出成形機において、前
   記プラスチック射出手段が作動時に前記金型と共働する
   場合に前記ノズルと前記スプルー通路との間に配置さ
   れ、前記キャビティから遠い方の前記ノズルと係合する
   端部において前記スプルーブシュに設けられたアダプタ
   ーであるガス注入手段を含み、該ガス注入手段が前記ガ
   ス供給装置と接続するよう構成されていると共に、前記
   スプルー通路を通過する溶融プラスチック内にガスを注
   入するよう前記スプルー通路に開口しているガス注入口
   を有することを特徴とする射出成形機。
2. 【請求項２】前記アダプターは前記ノズルから前記スプ
   ルー通路へと溶融プラスチックの流れを導く貫通路を有
   し、前記ガス注入口は前記スプルー通路において前記溶
   融プラスチックの流れと直接に連絡する、請求項１記載
   の射出成形機。
3. 【請求項３】前記アダプターはガス入口通路及びガス排
   出通路を有し、これらはいずれも前記ガス注入開口と連
   通する、請求項２記載の射出成形機。
4. 【請求項４】前記ガス注入開口は前記スプルー通路と実
   質的に同心であり、前記アダプター及び前記スプルーブ
   シュを通る溶融プラスチックの流れの方向において実質
   的に開口している、請求項２記載の射出成形機。
5. 【請求項５】前記アダプターは前記アダプターの貫通路
   を横切って延びるほぼ魚雷状の形状のウェブを有し、該
   ウェブはガス入口通路及びガス排出通路を有し、これら
   の通路はいずれもガス注入通路と連通し、該ガス注入通
   路が前記溶融プラスチックの流れと実質的に同心に開口
   している前記ガス注入開口を形成している、請求項４記
   載の射出成形機。
6. 【請求項６】前記ガス注入通路が前記スプルー通路内へ
   と実質的に同心に延びている、請求項５記載の射出成形
   機。
7. 【請求項７】前記アダプターは、前記スプルーブシュ内
   のスプルー通路内へと突き出しているガス注入用のプロ
   ーブを含む、請求項１記載の射出成形機。
8. 【請求項８】前記スプルー手段は焼き入れ鋼からなる標
   準的なスプルーブシュであって、研磨されたスプルー通
   路及びノズルシートを有するヘッド部分を有し、前記ア
   ダプターは前記ヘッド部分に設けられ、前記アダプター
   もまた鋼からなり前記ノズルと係合するノズルシートを
   有する、請求項１記載の射出成形機。
9. 【請求項９】プラスチックが金型内へと射出され、溶融
   プラスチックの射出圧力よりも高い予め選択した圧力に
   おいてガスが前記プラスチック内へと導入され、外殻が
   自己支持性となるよう十分に冷却するまで前記コアにお
   けるガスの圧力が維持される、外殻及び中空のコアを有
   するプラスチック部品等のガス補助式射出成形に用いる
   ためのガス供給装置において、該ガス供給装置が部品の
   作成に必要とされるよりも多いある量のガスを前記予め
   選択した圧力において供給する手段と、前記ある量のガ
   スを貯蔵する貯蔵チャンバーと、前記予め選択した圧力
   からのガス圧力の逸脱を検出する手段と、ガスの導入の
   開始後にガス圧力の変動の検出に応じて前記チャンバー
   の容積を自動的に減少させて前記チャンバーから放出さ
   れたガスの分を補償し、かくしてプラスチックの射出が
   終了し前記外殻が自己支持性となるまで前記予め選択し
   たガスの圧力を実質的に一定に維持する手段と、前記プ
   ラスチック内へのガスの導入を遮断する手段と、前記コ
   アを排気して前記外殻を減圧する手段とからなることを
   特徴とするガス供給装置。
10. 【請求項１０】前記ガス供給手段が比較的低圧のガス源
    からなり、該低圧のガスが該低圧において前記チャンバ
    ーへと供給され、前記チャンバーの容積を減少させる手
    段が前記ある量のガスを予め選択された圧力へと圧縮す
    る、請求項９記載のガス供給装置。
11. 【請求項１１】前記予め選択したガスの圧力は少なくと
    も約2000psi（13790kPa）よりも大きい、請求項９記載
    のガス供給装置。
12. 【請求項１２】前記チャンバーの容積を減少させる手段
    は前記チャンバー内へと移動可能な容積置換部材を圧縮
    する、請求項９記載のガス供給装置。
13. 【請求項１３】前記部材には貯蔵チャンバーの壁を摺動
    するシールがなく且つ該壁との摩擦係合もなく、前記部
    材はチャンバーの壁の開口を通過し、該開口にシールが
    設けられている、請求項９記載のガス供給装置。
14. 【請求項１４】前記部材は油圧シリンダによって動かさ
    れ、前記シールは該シリンダ内の油圧流体によって潤滑
    されており、前記部材は前記チャンバーにおける圧力変
    化に応答するコントローラにより作動される油圧シリン
    ダにより動かされる、請求項13記載のガス供給装置。
15. 【請求項１５】前記金型のスプルーブシュと、該スプル
    ーブシュとプラスチック射出成形機のノズルの間に配置
    されたガス注入用アダプターとをさらに含み、前記スプ
    ルーブシュがその中にスプルー通路を有し、前記ガス注
    入用アダプターが前記貯蔵チャンバーに接続されている
    と共に前記スプルーブシュを通過する溶融プラスチック
    内へとガスを注入するように前記ルプルーブシュに開口
    しているガス注入口を有している、請求項９記載のガス
    供給装置。