JPS58194522A - 射出成形方法 - 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】 本発明の技術分野は、成形材料を金型内へ射出する射出
成形方法に係るもので、とくに、これまで不可能であっ
た金型の転写性の飛躍的向上と成形サイクルの短縮とを
同時に実現可能とした成形方法に関するものである。詳
しくは、あらかじめ金型内を冒真空状態とした後に、あ
らかじめ決められた射出制御パターンで成形材料を断熱
変化に近い超高速で充填して低圧成形するという従来に
ない新規な方法に関するものである。

現在の射出成形における最大の関心事は、金型の転写性
をどこまで向上できるかということと、成形サイクルを
いかに短縮できるかということに尽きる。金型の転写性
に関しては、寸法としてはミクロンオーダーの精度が出
せないことと、形状としては変形などが解決されていな
いことと、外観としてはとくにウェルドラインがこれま
での射出成形方法では避けられなかったことなどが問題
となっている。

上記問題としては、第１に、エンジニアリングプラステ
ックスの発展に伴なって、成形品の精度要求は高められ
るばかシで、ミクロンオーダーの超精密機能部品が望ま
れている。しかしながら、現状では、１０μ〜２０μの
寸法精度が限界となっている。

第２に、成形品の形状に関しては、各種の変形が避けら
れないものとなっている。その原因の大きなものは、射
出圧力が大きいことと、金型り導度が高いことにある。

射出成形は、本来、成形サイクルの短縮のために射出を
高速化されなければを高めなければならない。現在のと
ころ、射出圧力は高圧が常識で、型内圧でおよそ５００
Ｋｔ／ｍ’〜１５００Ｋｇ／−となっている。一部には
、成形収縮をできるだけ小ζくして寸法精度を上げると
いう目的から、２５００に４／ｍ’以上の超高圧下で成
形する試みもある。その結果、成形品にはどうしても残
留し力が生じ、内部歪や反りなどの変形が増大すること
となる。例えば大形成形品は、反シなどの変形が目立つ
ので、矯正作業が増えている。１だ、高圧になればなる
ほど金型の歪が大きくなるので、金型は、その構造や強
度が問題となってくる。とくに精密成形において、金型
は射出圧力を考慮に入れた精密圧力容器と考えなければ
ならないので、型構造への様々な制約が生じ、このこと
が金型設計を困難にしている。しかも、高圧に耐えられ
るようにするために、型締機構は過大設備化の傾向とな
らざるを得ないものである。

〈−△悪循環″′傾向全示し″［ｊ、−９・成９サイク
ルの帰線には自ら限界があった。

第３に、現在の射出技術では、射出過程における浴融樹
脂の粘度変化を避けることができないので、とくにウェ
ルドラインの解消は不可能であうた。この解消のために
金型温度を上昇させる方法は、かえって金型冷却時間が
延び、溶融樹脂の劣化が問題となるので、好ましくなか
った。

以上の通シ、射出成形技術の現状は、金型の転写性と、
成形サイクルの短縮とを、それぞれまたは同時に達成で
きるもりではなかった。

し力・して、本発明は、上記現状に鑑みて開発されたも
のであって、金型の転写性の向上と成形サイクルの短縮
とを同時に可能にでき、あらかじめ高貞窒状態とした金
型内に断熱変化に近い超高速で充填して低圧成形すると
いう新技術の提供を、そＱ）目的とするものである。

以下、本発明に係る新技術について説明する。

ミクロンオーダー（以下、超精密という。）の　　　　
　　、ｆ成型品の成形は、根本的に高速射出が必要不可
欠であり、可能な限シ晶速が望ましい。どれだけ高速に
したらよいかについて、実験を重ねた結果、高速射出は
、溶融樹脂がその充填過程において断熱変化に近い超高
速で行なわれることが最適であると判明した。ここで射
出とは、保圧を含めた元型が溶融樹脂の熱エネルギーを
奪う時間もなく行なわれるので、粘度変化を生じはぜる
ことがない。

すなわち、溶融樹脂と金型表面との間では熱伝達が遮断
される状態となって、断熱変化に近い状態となる。充填
速度をさらに早めれば、断熱変化の状態で充填される。

上記の意味において、超高速という用語を使用する。

上記超高速充填は、速度制御はれなければ実用化できな
い。現在のところ、それは機械系を含め７’ｃｆｔｔｌ
Ｊ御パルプの応答速度で制限される。超高速充填は、成
形容量とは無関係に、充填開始から充填終了まで０．１
〜０．０１秒位で達成できた。実験によれば、充填速度
を増大してゆくと、金型表面の濡髪とは無関係に溶融樹
脂ＯＬ／ｌ　　が決定され、これに伴なって従来の射出
成形では考えられなかった低圧下で充填されることが判
明した。また、超高速充填は成形材料の種類を選ばない
ものである。従って、熱に敏感な材料でも超高速充填で
きる。

ところで、問題は、＠高速充填による障害の除去にある
。その一つは、スプルーまたはランナーを含めたキャビ
ティ内の排気対策と、もう一つは、超高速充填制御であ
る。

その一つとしての金型内の排気対策は、従来からエヤー
ベントなどの対策がとられていたが、超高速充填ではエ
ヤーベントは、むしろ障害となるものであった。なぜな
らば、超高速になると、ゲート周辺のキャビティは、む
しろ負圧になって、エジェクタービンやエヤーベントか
ら大気が侵入するためである。このために、金型は大気
が侵入しないように気密性を保つ夕要があると同時に、
射出前にあらかじめ金型内を真空にしておくａ要がある
。どの程度の真空朋が要求されるかは、超精布成形品の
実現と関連する問題であった。

すなわち、出願人は、ミクロン万一ター−の射出成形技
術が確立できない原因を追求した結果、溶融樹脂と金型
のキャビティ表面との間に、これまで全く意識されなか
った薄い空気やガスなどのスキン層が断熱層として機能
することにあると解明した。このスキン層は、キャビテ
イ面の形状などに旧じて薄さも分布の程度も一様でなく
、シかも各ショット毎に分布状況が変化するものである
。

溶融樹脂は、薄さも分布も一様でなく、ショット毎に変
化するこのスキン層を介して、金型内に充填されるので
、金型の転写性が既に損なわれていたのである。また、
このスキン層は、充填これてからの保圧工程において、
溶融樹脂が金型と熱伝達して固化に至る過程で断熱層と
して機能するので、この面からも樹脂の収縮に微細な影
響を与えるものである。このことが、ミクロンオーダー
が不可能であった大きな原因であった。上記スキン層を
除去するには、数Ｔｏｒｒ以下（以下、高真空という。

）の真空度が要求される。実験の結果、超精密成形品に
ついては、Ｉ　Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒ程の真空度が必
要であった。ピンホールが問題トなるような成形品につ
いては、少なくとも１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下が必要であっ
た。金型内の高真空状態と、超高速充填による低圧成形
と、ミクロンオーダーの達成とは密接な関連を有するも
のであった。

ここで、従来から金型内を真空とする射出成形方法が公
知となっているが、これは一般にガス抜きを目的とする
低い真空状態であって、上記のこと〈スキン層を除去す
る程の高真空状態に到達するものではない。従来からの
エヤーベントなどを応用して溶融樹脂が侵入しない程度
の孔径から吸引するものは、高真空に達する壕での吸引
時間が長くかかり、所定のサイクル内では単なるガス抜
きを達成できるのみである。気体分子の平均自由行程は
、真空度が高い程大きくなるので、吸引間隙が小ζいと
大きな抵抗となって十分に吸引されないからである。

もう一つの超高速充填による問題は、充填速度　　　　
　　　　１′とその制御にある。溶融樹脂を超高速でキ
ャビティ内へ充填すると、充填完了時点にその運動エネ
ルギーで過大なサージ圧力が発生する。このサージ圧力
は、理論射出圧力よりも高く・、衝撃波となってキャビ
ティ内を伝播し、型構造で強匿が問題となるところに悪
影響を及ぼす。もし、型構造の中に片持機構になってい
るビンがあれば、ビンはこの圧力で曲ったり、あるいは
コアの偏芯をひき起したシ、金型に歪を生じさせる。こ
のサージ圧力が型締力を上廻ると、金型のパーティング
面を開き、パリの発生原因となる。父、このサージ圧力
は、成形品に大きな歪を生じでぜる。高速充填になる程
、このサージ圧力対策がヅ要である。

上記サージ圧力は、キャビティ内に溶融樹脂が満される
前には超高速充填でも発生しないが、キャビティ内に溶
融樹脂−＋呑構−＃充填完了した時点から発生する。こ
のサージ圧力の影響を受けないようにするためには、キ
ャビティ内に実際に充填されてくる溶融樹脂のエネルギ
ーと光＊量とを、正確に制御するほかはない。壕ず、超
高速充填のうち充填速度か比較的遅い場せには、パルプ
を完全なタイミングで応答させることができるので、サ
ージ圧力の発生がなく、低圧成形できた。

次に、高粘度の溶融樹脂や充填速度が速い場合には、バ
ルブの応答性によってサージ圧力の発生を防止できない
ことが起こった。サージ圧力が発生した場合は、サージ
圧力を急激に下げることによって、その影響を少なくす
る。すなわち、サージ圧力は、超高速充填による急激な
立上が多波形と急激な立下げ波形とから成るパルスとし
て把握できるので、このパルス幅を狭（設定すれば、悪
影響がないことが判明した。例えば、サージ圧力のパル
ス幅が狭い限り金型を開く間がなく、パリの発生もない
。筐た、成形品への影響も生じない。

このように、パルス幅を狭くするように射出制御するこ
とによって、低圧で成形することが始めてｉｉＪ能とな
る。

しからげ、上記射出制菌をい力・なる方法で行なうかと
いうことになる。

ここで、発明者の提供した特開昭５２−１４６５８　ｙ
、′に示されるように、型内圧があらがじめ決められた
パターンになるように射出速度を制御する方法が知られ
ている。これは、充填量の増加が樹脂圧の圧力上昇状況
で直接的に把握できることに着目したものであり、上記
サージ圧力は、この型内圧の最高圧として正確に制御で
きることとなルー　− る。この制御力法は、スジ４賦豐・フンナーを含むキャ
ビティ内に成形材料の圧力を検出する型内圧センサーを
金型にセットし、あらかじめ良品の得られる型内圧パタ
ーンを設定して、ショット毎の型内圧がその設定通りの
型内圧パターンになるように、電気、油圧サーボシステ
ムを射出シリンダーに組み込むことによシ、ショット毎
の正確な充填量が得られるのと同時に、充填完了寸前に
サージ圧力も未然に防ぐことができ、品質の安定につは
、その射出条件を選定するパターンは多くない。

使用する成形材料と型構造で決まる２種類のパターンで
充分である。

次に、不発明の一実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。

略図、第２図は金型の動作状態を示す概略図、第３図は
型内圧制御システムを示すブロック図、第４図は代表的
な型内圧パターンを示す曲線図である。

金型は、固定型板１と可動型板２とからキャビティ３を
構成し、可動型板２にはスプルーエジェクタービン４が
進退町に取付けされる。スプルーエジェクタービン４は
、固定型板１のスゲルー５と同軸線上に配置これでおシ
、その先端近傍の軸力向を縮径してパルプ６が形成され
るとともに、パルプ６と連通する吸引孔７が可動型板２
に穿けらハている。スプルーエジェクタービン４は、他
りニンニクタービン８より太径とし、その先端面の中央
には半球状の受部９が設けられる。受部９は、スプルー
５またはゲートの口径と略向径または太径とされる。ま
た、スプルーエジェクタービン４は、そり後端をニンニ
クターブレー）１０に　　　　　　　　１１固定されて
おらず、フリー状態で当接されている。

従って、スプルーエジェクタービン４は、工／エクター
ル−ト１０の前進によって後端を押圧されて突出位置と
なるが、エジェクタープレート１０の後退に追随せずに
突出位置を確保する。型締動作によって、スプルーエジ
ェクタービン４の先端は、スプルー５に当接している。

なお、図中１１は、固定型板の固定取付板、１２は可動
型板２の可動取付板、１３はスペーサーブロックである
。

上記金型のパーティング面１４には、溶融樹脂が侵入し
ない微少間隙のエヤーベント溝１５が設けられており、
エヤーベント溝１５が吸引孔１６に連通される。吸引孔
１６．１は、チューブ１１および真空パルプ１Ｂを介し
て真空装置に連通される。真空装置は、真空タンク１９
、メカニカルブースター２０およ゛び真空ポンプ２１か
ら成り、スプルー５を含めたキャビティ３を瞬時に高置
生状態とするために、あらがじめ所定の真空装に保持さ
れる。高真空状態を保持するために、キャビティ３の周
囲はシールパツキン２２で密封される。

また、キャビティ３内には、型内圧を検出する圧力セン
サー２３の圧力検出ビン２４が臨ませられている。

舌らに、射出成形機は、射出シリンダー３０、サーボバ
ルブ３１、アキュームレーク−３２および油圧源３３か
ら成り、アキュームレーター３２は、昭高速を出す為に
ｌ要十分な蓄圧ざねた流体エネルギーを有している。

上記ＩＩ？成に基づいて、まず真空工程を説明すると、
スプルーエジェクタービン４は、成形品の押出し後突出
位置にあるので、可動型板２の型締完了時にはキャビテ
ィ３の内面とパルプ６とで吸引ｎ］ｊ隙を構成する。吸
引間隙はスプルーニンニクタービン４を太径として大き
く形成されている。従って、型締完了時では、キャビテ
ィ３は吸引孔７に連通しているので、真空パルプ１８を
開とすれば、キャビティ３および７ノールー５は瞬時に
高置生状態に到達はせられることとなる。その結果、キ
ャビティ３のスキン層が斑なぐ完全に除去されて清浄化
処理されるので、金型の転写性の前提条件が整備される
。これと同時に、キャビティ３は、大気とり完全なシー
ルが果されている。高置仝のためのインターバルをとっ
て、射出を開始°する。

このインターバルは、約１秒以下の瞬時で可能である。

上記真空工程は、充填開始タイミングで終了する。すな
わち、充填が開始されると、溶輸樹脂は射出ンリンダー
３０によってスプルー５に注入されるので、スプルー５
を閉塞している受部９に樹脂圧が作用し、スプルーエジ
ェクタービン４を押し戻してバルブ６を閉とするためで
ある。スプルーエジェクタービン４は、エジェクタープ
レート１０に当接して後退位置となる。この場合、スプ
ルーエジェクタービン４は大径で、先端面に受部９を備
えているとともにスプルーと同軸上であるために、樹脂
圧で曲がることなく直ちに後退させることができ、バル
ブ６からの樹脂の侵入もない。

スゲルーエジェクタービン４の後退位置において、エヤ
ーベント溝１５およびスプルーニンニクタービン４の周
囲の微少間隙からガス排気がなされている。

上記真空工程を前提として型内圧パターンによる射出制
御工程を説明する。

型内圧パターン設定部３４は、設定圧力に応じた電気信
号をサーボアンプ３５に供給し、サーボアンプ３５の電
気信号に基いてサーボバルブ３１は、油圧源３３からの
油圧ｆ：調整して射出シリンダー３０に供給する。射出
シリンダー３０は、アキュームレーター３２によって蓄
圧されたエネルギーを受けて溶融樹脂をキャビティ３日
に充填する。この場合には、圧力センサー２３の検出す
る型内圧を閉ループでフィードバックし、設定圧力Ｐが
あらかじめ決められた型内圧パターンになるように制御
する。３６は圧力センサー２３の信号を増幅する増幅器
である。

詳述すると、まずサーボバルブ３１を略全開状態とする
と、最高圧最高速で溶融樹脂がキャビティ３日に充填さ
れるので、最高圧Ｐ１が設定通り一定となるようにフィ
ードバック制御する。このｉ（ 場合の波形は、略＠線上にケ上がるとともに、立上がり
上部において僅かに傾斜するパターンを示す。次に、最
高圧Ｐ１への到達と目１時にサーボバルブ３１を迅速に
略閉状態となし、設定圧力を急激に引き下げる。この場
合には、略垂直に下げられたパターンを示し、全体とし
てパルス状の波形を示す。パルス状の波形幅は、充填時
間ｔｌとなるが、従来の充填時間の略ｌ／１０以下の瞬
時に行なわれ、サージ圧力による影響を生じさせない。

さらに、溶融樹脂が固化に至るまで保持圧Ｐ２が一定と
なるように、油圧を可変制御する。保持圧Ｐ２は、上記
パルス状の油圧引き下げによって、必然的に低圧に設定
されることとなる。ここで保圧時間ｔ２は、金型温度を
考慮しない分だけ短縮できる。

上記一実施例によれば、最高圧Ｐｌを常に正確に設定で
き、バラツキのない超高速充填を行なえる。この型内圧
パターンによシ高粘度樹脂の射出成形が可能である。

型内圧パターンは、第５図および第６図に示すようなパ
ターンを選択できる。

第５図に示す型内圧パターンは、あらかじめ充填不足ま
たは過充填とならない型内圧の最高圧Ｐ３の許容範囲を
設定し、開ループで最高圧最高速の油圧全かけて超高速
充填し、その後に閉ループで油圧を下げて保圧Ｐ２を低
圧とするものである。

この場合、充填時間ｔ３を最も短縮でき、サージ圧力シ
ノ影響を最少にできる。丑た、最高圧の許容範囲で多少
のバラツキを生じることがあるが、外乱による影響を受
ける間もすく、最少限にバラツキを押さえることができ
る。

第６図に示す型内圧パターンは、あらかじめ充填不足ま
たは過充填にならない型内圧の最高圧ＰＩＩの許容範囲
内に必要設定圧力を設定し、この必要設定圧力で保圧ｐ
Ｈするようにしたものである。

この場合には、閉ループでフィードバック制御中る。実
験によれば、低粘度樹脂のパターンとして好適なもので
あシ、サージ圧力の発生は全くない。

さらに、第７図は前記スゲルーニンニクタービンを採用
できないような型構造に実施される他の真空吸引構造を
示す概略図である。４ｏは進退動する進退杆で、進退杆
４ｏは金型内に設置されてキャビティ３またはランナー
に前端を臨１せられておシ、前端近傍にはバルブ４１が
設けられ、このバルブ４１に連通ずる吸引孔４２が金型
に設けられている。進退杆４０はその後端をバルブ開閉
用信号孔４３．４４と連通されている。４５はシールパ
ツキンである。進退杆４０Ｆｉ型締完了タイばングでバ
ルブ４１を開とし、吸引孔４２に連通ずる真空装置（図
示せず）によシ筒真空状態となり、充填開始タイミング
でバルブ４１を閉トスル。

充填中、進退杆４０の周囲の微細間隙から吸引排気され
るりで、ガス排気が果される、。

上記の通り、射出制御パターンとして型内圧パターンに
よる制鉤ヲ説明したが、他の制御パターンにも実用化で
きる。例えば、精屁を厳格に要求しない成形品について
は、次のような位置検出による機械的制御力法も可能で
ある。すなわち、正確な計量に基いて、シリンダーをあ
らかじめ決められた所定位置１で最冒圧最冒速で移動さ
せて停止させ、そＶノ抜低圧で保圧式ぜる方法である。

この方法は、サージ圧力が許容範囲に入るような正確な
充填計量が要求されるものてあシ、試し打ちに基いて位
置補正して決定されなければならない１、しかして、本
発明によれば、あらかじめ金型内を冒真空状態としてキ
ャビテイ面などのスキン層を除去した後に超高速充填し
たので、金型を完全に転写したミクロン万一グーの寸法
精度を出すことができ、超高速充填によってウェルドラ
インなどの外観上の問題を解決できた。従って、例えば
ビデオディスク盤、ＬＰレコード盤、精密光学レンズ、
その他超精密機能部品を射出成形可能とした。とくに、
超高速充填のために、充填時間を０．１〜０．０１秒と
大幅に短縮できた。超高速充填は断熱変化に近い状態で
行なわれるので、金型湯度や成形材料の影響を受けるこ
とがなく、金型湯度を下げて成形サイクルを短縮できた
。本発明によれげ、金型の冷却能力にもよるが従来の成
形サイクルを大幅に短縮できる。

また、本発明によれば、あらかじめ決められた射出制御
パター・で成形材料を超高速充填して低　　　　　　　
゛（圧成形を可能としたりで、残留しカがなく、変形の
ない成形品が得られるうえ、インサート物が介挿されて
いても損傷を４看ることがない。従って、例えば、光通
信用ケーブルコネクター、トランジスタ、ＩＣその他の
モールドパツクージなどを射出成形可能とし、トランス
ファー成形ではその成形圧力をさらに低下させることが
できる。また、低圧成形のために、金型構造や型締構造
を簡素化して寿命を伸ばすことができるうえ、インサー
ト物を介挿してもインサート物に損傷を与えることがな
く、あらゆるインサート物に適用できる。さらに、成形
材料を問わないので、銅、ニッケル、フェライト等の金
属、セラミック、あるいはこれらの複合材料も射出でき
る。この場合、従来のエンキャップ方法では成形できな
かった流動性の悪い成形材料を封止して低圧成形できる
ので、一層優れた電気的特性などを発揮できる。

さらに、本発明はダイキャスト成形、ゴム成形などにも
適用可能であシ、現状よシ品質及び生産性の向上に寄与
することができる。例えば、ダイキャスト成形に適用す
ると、昼真空下で低圧成形可能となるので、例えばアル
ミニウムなどでは酸化被覆がなく、クラック発生もない
。

とぐに、成形材料として熱硬化性樹脂に対しては、ガス
発生を防止できると同時に低圧によってパリ発生がない
ので、最適な方法といえる。

図、第２図は金型の動作状態を示す概略図、第３図は型
内圧制御システムを示すブロック図、第４図は代表的な
型内圧パターンを示す曲線図、第５図３第６図は他の型
内圧パターンを示す曲線図、第７図は他の真空吸引構造
を示す要部概略図である。

１・・・固定型板、２・・・可動型板、３・・・キャビ
ティ、４・・ズブルーエジェクタ、−ヒン、５・・・ス
プルー、６．４１・・・バルブ、７，１６．４２・・・
吸引孔、９・・・受部、１４・・・パ〜ティング面、１
８・・・真空パルプ、２３・・・圧力センサー、３０・
・・射出シリンダー。

特許出願人　　株式会社テクノプラス 第４図 Ｐ 第５図　　　　　　第６図 第７図 ４５４４４５ ｒ（ 手続補正書（自発） 昭和５７年９月６日 特許庁長官　　島田春樹殿 】　事件の表示 昭和５７年　特　許　願第７７１７’９号事件との関係
　　特許出願人 ４、代理人〒１０５ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 明細書 ８　補正の内容 （１）　　明細書第３頁第３行目、同第４行目及び同第
６行目に、ｒＫ、／ｒｒ？Ｊとあるのを、それぞれ［Ｋ
ｇ／　ｃａ　Ｊと補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金型内への射出状態を検出して射出制御するようにした
   射出成形方法において、あらかじめ金型内を昼真空状態
   とした後に、決められた射出制御パターンで成形材料を
   断熱変化に近い超高速で充填して低圧成形するようにし
   たことを特徴とする射出成形方法。