JPH0924519A - 熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法とその成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型内で成形材料を直接溶融固化し得るよう
にした熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法と、ゲー
トレス成形装置を提供することにある。 【構成】 熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法は、
合成樹脂金型１のキャビティ４に成形材料７を直接入
れ、その金型１に超音波エネルギーＥを与え、該超音波
エネルギーＥにて成形材料７を金型１内で溶融し、その
溶融樹脂８の固化により形成するものである。ゲートレ
ス成形装置は、雄金型２と雌金型３の間にキャビティ４
を形成し、両金型２，３の少なくとも一方に超音波発振
器６を取付け、その発振器６によりキャビティ４を超音
波振動するか、キャビティ４の一部を、超音波によって
振動するホーン５にて形成し、該ホーン５に超音波発振
器６を取付け、キャビティ４の一部を超音波振動するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱可塑性樹脂製
品のゲートレス成形方法と、そのゲートレス成形装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂製品の成形法として、金型
内に溶融樹脂を必要な圧力で流し込む射出成形法と、溶
融樹脂をダイより連続的に押し出す押出成形法、ダイよ
り押し出したパリソンの先端部を塞ぎ、他端部より空気
を吹込むブロー成形法、雌金型内に成形材料を入れると
同時に加熱し、材料を軟化し流動性を帯びさせて雄金型
を合わせ、圧力をかけて成形する圧縮成形法、板状や棒
状の成形材料を必要な温度に加熱軟化せしめて、外部か
ら加圧、又は吸引して必要な形状に形成する真空（吸
引）成形法、或いはホットプレス成形法等が知られてい
る。（例えば特開昭49-111962 号公報、特開平4-83622
号公報、特開平4-187415号公報）

【０００３】射出成形法として、更に図８の如くスプー
ルＳとランナーＲ、及びゲートＧを介してキャビティに
溶融樹脂を送込み、樹脂製品Ａを形成するコールドラン
ナー方式、図１０の如く金型Ｂ内にヒータポットＨを組
込み、ヒータポットＨによってランナーＲ部を溶融状態
に保持し、ランナー部を固化させないで順次キャビティ
Ｃに溶融樹脂を送込み、樹脂製品を成形するホットラン
ナー方式、或いはセミホット方式が知られている。コー
ルドランナー方式では、一回の成形毎に、樹脂製品と同
時に、スプール、ランナー、及びゲート（以下、これら
を不要部分と称する）が成形される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】熱可塑性樹脂製品の射
出成形法は、樹脂素材をヒーターにて溶融し、溶融樹脂
を射出して形成するものであるから、高精度の樹脂製
品、複雑な形状物、更には凹凸が顕著な形状物等を成形
する場合、金型の剛性と加工精度を高めたり、ゲート位
置の決定に高度の熟練を要する等の問題点があった。更
に、溶融樹脂が金型内で固化する時に発生する収縮を、
どの様に金型寸法や精度に反映させ、固化をどの様なプ
ロセスで行うか、予め修正を前提にして経験的に試作金
型を作り、流動解析したり製品精度を確認したりする必
要がある等の問題点があった。コンピュータを使用して
溶融樹脂の流動解析を成し、前もってある程度の予測を
して金型製作することも可能であるが、コンピュータは
高価でしかも操作に特殊技能を必要とする問題点もあっ
た。

【０００５】コールドランナー方式では、成形毎に発生
する不要部分を再使用することもあるが、樹脂の種類や
製品によっては再使用不能で、不要部分を廃棄する場合
もあるため、不要部分の材料が無駄になり、その分、製
品コストに大きな影響を及ぼす等の問題点があった。特
に樹脂製品が小形化するほど、製品に使用する樹脂量よ
り不要部分の樹脂量が多くなるという問題点があった。
セミホット方式においても、製品として使用する樹脂量
より、不要部分の樹脂量が多い場合も珍しくない。

【０００６】ホットランナー方式では、成形材料の無駄
は無くなるものの、金型価格が異常に高くなり、尚かつ
周辺設備も必要となる結果、その分が製品コストに反映
する問題点があると共に、小形製品を多数個取りする場
合、ヒータポットによって取り数が制限されるので、結
果として製品コストに影響を及ぼす問題点があった。即
ち、樹脂製品が小形化する程、また多数個取りが多くな
る程に難しくなる問題点があると共に、金型価格の高
騰、周辺機器の設備投資、生産中の成形管理等に新たな
問題点が発生する。

【０００７】薄肉成品の成形においては、小さなゲート
口からキャビティに溶融樹脂を隅々まで、しかも変形し
ないように流し込む必要があるし、流し込んだ樹脂があ
る程度固まるまで圧力（保圧）をかけておく必要がある
ため、樹脂製品に内部応力からくる歪みが生じたり，或
いは経時変形が生ずる等の問題点があった。更に、複雑
な形状の樹脂製品や比較的大きい樹脂製品にあっては、
複数のゲート（多点ゲート）を設置する必要があるの
で、それに必要な多機能の成形機を使用し、高度の技術
を屈指して作られた金型で、高度な成形技術をもって射
出成形を行わなければならない問題点があった。

【０００８】また真空（吸引）成形法にあっては、板状
や棒状の成形材料を必要な温度まで加熱し、これを外部
から加圧して形成するものであるから、極端な凹凸樹脂
製品や繊細な精度を要求する樹脂製品には不適当で、あ
る程度ラフな樹脂製品しか成形し得ない問題点があっ
た。

【０００９】そこでこの発明は、従来技術の有するこの
ような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、金型内で成形材料を直接溶融固化し得る
ようにした熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法と、
ゲートレス成形装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法
は、合成樹脂金型のキャビティに成形材料を直接入れ、
その金型に超音波エネルギーを与え、該超音波エネルギ
ーにて成形材料を金型内で溶融し、その溶融樹脂の固化
により形成するものである。また本発明による熱可塑性
樹脂製品のゲートレス成形装置は、雄金型と雌金型の間
にキャビティを形成し、両金型の少なくとも一方に超音
波発振器を取付け、その発振器によりキャビティを超音
波振動するか、キャビティの一部を超音波によって振動
するホーンにて形成し、該ホーンに超音波発振器を取付
け、キャビティの一部を超音波振動するものである。

【００１１】熱可塑性樹脂製品のゲートレス成形方法
は、合成樹脂金型に成形材料を直接入れ、該成形材料に
超音波エネルギーを与え、成形材料を金型内で溶融する
ものであるから、成形材料をヒーターで加熱溶融する必
要がなく、その分、成形手段も簡略になる。熱可塑性樹
脂製品のゲートレス成形装置は、雄金型と雌金型の少な
くとも一方に超音波発振器を取付けるか、キャビティの
一部を形成するホーンに超音波発振器を取付けるもので
あるから、小形製品の多数個取りも容易であるし、成形
装置の構造も著しく簡略になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】先ず、本発明によるゲートレス成
形装置の実施形態を図１と図２に基づき説明すれば、成
形装置は金型１を構成する雄金型２と雌金型３の間にキ
ャビティ４を形成し、雄金型２に超音波発振器６を取付
けるか、雌金型３に超音波発振器６を取付け、該発振器
６にコントローラ16を電気接続し、発振器６によりキャ
ビティ４を超音波振動するものである。図３の成形装置
は、雄金型２と雌金型３の少なくとも一方に、キャビテ
ィ４の一部を形成するホーン５を組込み、該ホーン５に
超音波発振器６を取付け、キャビティ４の一部を超音波
振動するものである。

【００１３】次に本発明による熱可塑性樹脂製品のゲー
トレス成形方法を図１に基づき説明すれば、金型１のキ
ャビティ４に成形材料７を直接入れ、金型１を構成する
雄金型２と雌金型３の少なくとも一方を超音波にて振動
し、キャビティ４に超音波エネルギーＥを与え、該超音
波エネルギーＥの反射や透過等の音響的特性を利用して
キャビティ４内の成形材料７の発熱を促し、成形材料７
を金型１内で溶融した後、金型１の超音波振動を止め、
溶融樹脂８の固化により熱可塑性樹脂製品９を形成する
ものである。

【００１４】

【実施例】超音波発振器６には２０ＫＨｚ以上（２０〜
４０ＫＨｚ程度が望ましい）の高い周波数の音を出すも
のを用い、雄金型２と雌金型３の型締め工程から作動す
るか、金型１の型締め後に作動し、成形材料７を瞬時
（通常１秒前後）に溶融するもので、前者の如く超音波
振動しながら型締めする場合、超音波エネルギーＥを型
締め方向に与え、その超音波エネルギーＥにより機械的
振動圧力も与えることが望ましく、後者の如く型締め後
に超音波エネルギーＥを与える場合、超音波エネルギー
Ｅを必要な方向、例えば上下、左右、斜め方向から与え
ることもできるし、回転状態で与えることも可能であ
る。

【００１５】コントローラ16は発振器６からの出力エネ
ルギーを積算し、発振時間をコントロールするもので、
常に一定のエネルギーを発振器６に供給する。キャビテ
ィ４に入れる成形材料７として、例えば塩化ビニル樹
脂、ポリプロピレン、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、ふ
っ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート、アセタ
ール樹脂等の熱可塑性樹脂を用い、成形材料７の形状と
してはチップ、ピレット、フレーク、粉末樹脂等が適当
である。

【００１６】図４のゲートレス成形方法は、雄金型２を
金型本体2aとホーン５から構成し、金型本体2aとホーン
５に発振器６を夫々取付け、キャビティ４に入れる成形
材料７の量を、キャビティ４の体積より僅かに多くし、
ホーン５の超音波振動により成形材料７を溶融した際、
溶融樹脂８の一部がキャビティ４からオーバーフローす
るようにすれば、樹脂製品９の充填密度を高めることが
できる。キャビティ４よりオーバーフローして固化した
バリ9aは、金型本体2aを超音波振動して除去するか、図
５の如く雌金型３を金型本体3aと中心部3bから構成し、
溶融樹脂８の固化後、金型本体3bを機構的に作動してバ
リ9aを除去する。

【００１７】図７のゲートレス成形方法は、雌金型３の
キャビティ４に、樹脂製品９の肉厚よりやや厚めの板状
成形材料７を入れ、該成形材料７に超音波エネルギーＥ
を与え、その超音波エネルギーＥにより成形材料７を軟
化溶融し、樹脂製品９を成形するものである。図６のゲ
ートレス成形方法は、雄金型２と雌金型３の間に平板状
の成形材料７を介在し、該成形材料７に超音波エネルギ
ーＥを与え、超音波エネルギーＥにより成形材料７を軟
化溶融し、樹脂製品９を成形するものである。

【００１８】尚、本発明による熱可塑性樹脂製品のゲー
トレス成形方法と、ゲートレス成形装置は上記実施例に
限定されるものではなく、例えば雌金型３にキャビティ
４内まで出入りする突出ピン13を備えておけば、キャビ
ティ４内で固化した樹脂製品９を取出す際、突出ピン13
を作動して樹脂製品９を外部に放出することも可能であ
る。また成形材料７を超音波エネルギーＥにて溶融した
後、雌金型３に冷却水を通せば、溶融樹脂８の固化が一
段と容易になる。

【００１９】

【発明の効果】本発明による熱可塑性樹脂製品のゲート
レス成形方法は上記構造のとおりであるから、次に記載
する効果を奏する。合成樹脂金型に成形材料を直接入
れ、該成形材料に超音波エネルギーを与え、成形材料を
金型内で溶融するものであるから、基本的に成形材料を
溶融して流し込む必要がなく、即ち、成形材料をヒータ
ーで加熱溶融する必要がないので、成形手段が著しく簡
略になるばかりか、樹脂製品の内部応力からくる歪み、
或いは経時変形等が、ゲートから高圧で溶融樹脂を射出
する射出成形法より極端に小さくなるので、仕上がりの
揃った樹脂製品が安定して得られる。

【００２０】本発明によるゲートレス成形装置は上記構
造のとおりであるから、次に記載する効果を奏する。雄
金型と雌金型の少なくとも一方に超音波発振器を取付け
るか、キャビティの一部を超音波振動するホーンにて形
成するものであるから、金型を加工する際、溶融樹脂の
流動性を考慮する必要もないし、樹脂製品の収縮バラン
スを取る必要もない。その結果、金型構造が著しくシン
プルとなり、金型製作も著しく簡略になると共に、成形
機械やユーテリティ等も簡素化し得るので、樹脂製品の
低価格化に最適である。

【００２１】特に本発明は、従来問題となっていたラン
ナー、スプール、或いゲートの不要部分を省略し得るの
で、成形材料を無駄なく有効に活用し得るばかりか、前
記の如く金型構造や成形装置が簡素になるので、小形樹
脂製品の多数個取りにも顕著な効果を発揮する。また、
本発明は小形樹脂製品の製造に適する以外に、薄肉の樹
脂製品、例えばフロッピーのカートリッジ、ＭＤのカー
トリッジ、ビデオに使用されているリールフランジ、或
いはカートリッジに使用する各種マド等の、比較的平面
的な樹脂製品の製造にも大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）本発明による熱可塑
性樹脂製品のゲートレス成形方法を示す工程図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）本発明による成形装置の断面図と
一部切欠正面図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）成形装置の断面図と一部切欠正面
図である。

【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）ゲートレス成形方法
を示す工程図である。

【図５】（Ａ）（Ｂ）オーバーフローによる成形例を示
す工程図である。

【図６】（Ａ）（Ｂ）平板状成形材料を用いたゲートレ
ス成形方法を示す工程図である。

【図７】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）板状成
形材料を用いたゲートレス成形方法を示す工程図であ
る。

【図８】（Ａ）（Ｂ）コールドランナー方式の製品と不
要部分の関係を示す要部正面図である。

【図９】セミホット方式における多数個取りレイアウト
を示す金型の平面図である。

【図１０】ホットランナー方式の金型構造例を示す一部
切欠正面図である。

【符号の説明】

１ 金型 ２ 雄金型 ３ 雌金型 ４ キャビティ ５ ホーン ６ 超音波発振器 ７ 成形材料 ８ 溶融樹脂 ９ 熱可塑性樹脂製品 16 コントローラ Ｓ スプール、Ｒ ランナー、Ｇ ゲート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂金型（１）より成形材料（７）
   に超音波エネルギー（Ｅ）を与え、該超音波エネルギー
   （Ｅ）にて成形材料（７）を溶融し、その溶融樹脂
   （８）の固化により形成する熱可塑性樹脂製品のゲート
   レス成形方法。
2. 【請求項２】 雄金型（２）と雌金型（３）の間にキャ
   ビティ（４）を形成し、両金型（２，３）の少なくとも
   一方に超音波発振器（６）を取付け、その発振器（６）
   によりキャビティ（４）を超音波振動する熱可塑性樹脂
   製品のゲートレス成形装置。
3. 【請求項３】 キャビティ（４）の一部を、超音波によ
   って振動するホーン（５）にて形成し、該ホーン（５）
   に超音波発振器（６）を取付け、キャビティ（４）の一
   部を超音波振動する請求項２記載の熱可塑性樹脂製品の
   ゲートレス成形装置。