JPS61286109A - 熱可塑性物質を射出することにより物品を成形する方法および装置 - 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、熱可塑性樹脂を金型に射出して物品を製造す
る方法および前記方法を実施する装置に関する。

（従来の技術） 通常顆粒状で供給される熱可塑性樹脂を可塑化装置、す
なわち溶融シリンダーでまず溶融液（ｍｅｌ・ｔ）とし
、次いで、ウオームまたはピストンの軸方向運動により
溶融液を金型に送り、そこで熱可塑性樹脂を冷却後最終
特性を有する製造物品の最終形状とする熱可塑性樹脂を
金型に射出して物品を製造する方法が従来使用されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、溶融液は、非晶質重合体のガラス転移温度また
は半結晶質重合体の融解温度よりかなり低い温度の金型
に流入するので、金型に流入後型合体溶融液は急速に冷
却され、その流動性が急速に低下する。このため、非常
に高温の溶融液を高圧下で高速で金型に充填して金型の
全内部空間に十分液状である物質を完全に充填すること
が必要である。熱可塑性樹脂の高温への加熱は使用重合
体の熱安定性によって制限され、充填率は、ポンプによ
って与えられる圧媒液の圧力に比例しかつ重合体溶融液
の特性に比例する力のみを射出装置のピストンまたはウ
オームに与えることが出来る射出装置の設計によって制
限される。重合体溶融液の特性は高温のためノズルを通
過時機械的劣化を受ける。これらのマイナス現象を抑制
するために、複雑な形状の製品の製造に関連する場合、
金型は非晶質重合体のガラス転移温度または結晶性重合
体の融解温度より数度低い温度に加熱される。

このようにして溶融液のレオロジー特性は改良されるが
、しかし、金型における溶融液の冷却時間が長くなる。

これは、金型の少なくとも一部を冷却することが必要な
ためである。したがって、生産性は著しく低下する。

作業工程中金型の温度制御は現在まで行われておらず、
実際の所これは不可能である。何となれば、金型は普通
重量が大きく、その加熱には多大の電力と時間が必要だ
からである。

熱可塑性樹脂を射出して物品を製造する従来公知方法の
他の欠点は、溶融液の冷却部分における体積収縮のため
に溶融液の完全充填を行うため最終圧力を作用させる際
、粘弾性物質の運動は製品の品質低下の主な原因である
その物質の配向および応力の不均一性に関して射出条件
に悪影響を及ぼすことである。これらの不利な現象を完
全に除去することは従来公知の使用されている製造方法
で事実上不可能である。これらの不利な効果は金型およ
び射出系の設計および各金型における温度分布に左右さ
れる。

〔前記問題点を解決するための手段及びその作用効果〕

従来公知の製造方法の前述した欠点のあるものは、熱可
塑性樹脂をまず溶融液とし、次いでこれを金型に射出す
る本発明による熱可塑性樹脂を金型に射出して物品を製
造する方法によって除去することが出来る。本発明の原
理は、熱可塑性樹脂を金型に射出し、この金型の成形空
間を射出開始前および（または）熱可塑性樹脂の射出時
成形空間の壁部に作用する熱媒によって非晶質重合体の
ガラス転移温度以上に最終的には半結晶質重合体の融解
温度以上に加熱することにある。熱可塑性樹脂の射出中
熱媒の温度および圧力は所要値に維持される。成形空間
が満たされたら、前取って決められたプログラムに従っ
て成形空間に冷媒が作用せしめられる。溶融液を金型に
射出し、金型中の射出液を本発明により冷却する工程時
、熱または冷却媒体の圧力を金型の成形中空部の溶融液
の圧力と同じ水準に保持するのが有利である。

本発明による方法を実施する装置は、成形空間を肉薄成
形壁たとえば熱伝導性箔によって画成し、成形空間から
離れた側から熱媒用の外部熱空間を成形壁に隣接させた
金型によって表わされ、この金型は溶融液および熱媒を
供給する射出機構並びに溶融液および温度制御媒体、特
に液体の供給を制御する制御機構に連結されている。

本発明による金型は、非晶質重合体ま−たは半結晶質重
合体の射出に最適である温度に容易に、急速にかつ正確
に加熱される。金型に溶融液が充填された後、必要なら
、射出液の制御された比較的急速な冷却を行うことが出
来る。成形空間は、温度制御液が同じ圧力で同時に供給
されるので射出液の圧力によって変形され得ない薄い壁
たとえば成形箔または膜によって画成される。

本発明による金型の他の利点は、金型の基本部分は多数
の製品すなわち種々の製品に対して同じであるから製造
が容易であり、成形壁の形状のみを変えるだけですみ、
成形壁の製造はその厚みが小さいために従来使用されて
いる金型の製造よりはるかに容易であることである。

〔実施例〕

本発明の理解を明確にしかつ本発明の実施を容易にする
ため、例として好ましい実施態様について図面を参照し
て説明する。

熱可塑性樹脂の溶融液を射出することによって物品を製
造する金型は２個構成金型（ｄｏｕｂｌｅ　−ｐａｒｔ
　ｏｎｅ　）　　である。金型は上部金属部分５および
下部金属部分９からなり、これらの部分によって内部成
形空間７が画成され、金型のジャケットが形成される。

金型のジャケットの金属部分５および９によって金型は
射出機の密閉装置（ｃｌｏｓｉｎｇｕｎｉｔ　）に固定
され、製品の製造中に生じる力が密閉装置に伝達される
。成形空間７はこの例示実施態様においては内部成形壁
３２および外部成形壁３３によって画成され、これらの
成形壁の厚みは小さくし、その成形面は形状に関して製
造物品の形状と一致し、またそれらの成形壁は熱電導性
筒、膜または成形板等からなる。成形壁３２．３３の成
形並間７に向いている側の後には、内部温度制御空間６
および外部温度制御空間８があり、これらの空間は他の
実施態様ではさらに小さい室に分割され得る。これらの
温度制御空間６．８には、温度制御液が入口１から供給
され、次いでこの液は出口２から排出される。温度制御
液は成形壁３２．３３への射出前に所望の温度に加熱さ
れ、成形空間７が充填された後、前記液によって供給さ
れる温度を下げることによって成形空間７の充填物の冷
却が制御される。金型のジャケットに熱が失われないよ
うに、温度制御空間６．８は断熱層３．４によって金型
のジャケットの金属部分５，９と分離されており、また
熱可塑性樹脂を射出する入口通路も断熱材１０によって
囲まれている。

熱可塑性樹脂の射出時に成形壁３２．３３が変形されな
いようにするため、成形空間７の充填時の溶融液の圧力
と同一の温度制御液の過圧が温度制御空間６．８に保持
される。溶融液の冷却工程の制御は温度制御液の温度制
御によって行うことが出来る。

温度制御液の温度を連続的に制御する手段が装置に設け
られない場合、異なる限界温度の２つの温度制御媒体を
用いて作業することが出来、内部空間を隔壁によって数
個のさらに小さい室に分割することが出来る。

成形壁３２．３３は調節された電気抵抗の材料でつくる
ことが出来、そして成形壁３２．３３は成形壁を表わす
箔に供給される電流によって所望の温度に加熱すること
が出来る。また、冷却はこの場合循環冷却液によって行
われる。

熱可塑性樹脂製の製品を製造する全装置のブロック図を
第２図に示す。熱可塑性樹脂の金型１３への射出は、各
制御信号２０を送る制御装置１２によって制御される射
出装置１１によって行われる。制御装置１２は、射出中
プロセスの進行に関す・るフィードバック情報を処理し
かつカップリング３工により制御装置に連結された論理
装置１４によって制御される。

論理装置１４には、可塑化射出袋Ｗｌｌ中の材料の温度
および圧力の分布を特徴づける第一信号２１、および射
出入口２５を介して溶融液が入って来る金型−１３中の
溶融液の圧力を特定化する第二信号２２が送られる。論
理装置はこれらのフィードバック情報に基いて第三信号
２３によって制種弁１９を制御し、温度制御媒体の圧力
を制御する。論理装置１４の他の仕事は、金型１３の加
熱方式の制御であり、この実施態様ではこれは第四信号
２４によってサーボバルブ１７を制御することにより実
現される。金型１３の温度制御は、ポンプ１８によって
行われる温度制御媒体の循環によって行われる。温度制
御媒体は入口１から金型１３に入り、出口２から排出さ
れる。温度制御媒体は制御弁１９を通過後、経路３０を
経てサーボバルブ１７に至る。サーボバルブ１７の機能
は金型１３の加熱または冷却方式を設定することである
。冷却媒体の容器１５から液体が取り出される場合、入
口２６および出口２７が作動状態に置かれる。金型１３
が熱媒の容器１６からの液体によって加熱される場合、
第三人口２８および第三出口２９が作動状態に置かれる
。

本発明による金型１３を熱可塑性樹脂の射出に応用する
場合、熱可塑性樹脂を従来公知の製造方法のような高温
に加熱する必要がなく、たとえば６０℃に加熱された。

１００ｋｇ重量の金型でポリプロピレン類のブランクを
製造する場合、溶融液を最低２００℃まで加熱すること
が必要であるが、本発明による方法では普通１６０℃の
温度で十分である。

２０℃の冷却液によって成形壁３２．３３を冷却する場
合、製品は、従来公知技術により同じ条件でポリプロピ
レン製品を製造出来る時間の約１／２の時間内で冷却さ
れる。本発明による方法を応用する場合、製品の品質は
材料の内部応力に関して、従来公知の製造方法を応用す
る場合よりも数倍優れている。

熱可塑性樹脂を温度制御された金型に射出する技術は、
機械的、光学的および寸法特性に関して多くが求められ
る形状が複雑な製品の少量生産に有利に応用することが
出来る。この技術を自動車および航空機産業において工
業ブランク（ｂｌａｎｋ）の製造で光学加工物たとえば
レンズ、プリズムおよび格子の製造に応用した。

また、この技術は非晶質および半結晶質重合体製の大寸
法部品の製造に応用して成功した。この場合、金型の低
価格、締付可能な金型に対する比較的低い密閉力（圧力
は、いわゆる金型の汗の発生（ｐｅｒｓｐｉｒｉｎｇ　
ｏｆ　ｍｏｕｌｄｓ）を補償する加熱および冷却液の内
部過圧によって補償される）および金型における温度状
Ｍ（ｒｅｇｉｍｅ）を制御することにより重合体中の結
晶相部分を増大出来る可能性が有利に使用された。

本発明による技術を応用する場合、形状が複雑なブラン
クについていわゆるコールドジヨイント（ｃｏｌｄ　ｊ
ｏｉｎｔ）は除去された。

五土 本発明による熱可塑性樹脂製ブランクの製造方法を応用
してポリスチレン製直径８０鶴の完全球形の工業製品を
製造した。この製品の場合、最小内部応力および最大光
学等方性（１００ｍｍ以下）を必要とした。この製品製
造の射出サイクルは次のようなパラメーターを有した： 射出速度　２０ｃｆｆｌ／ｓｅｃ 溶融液の温度　　１５０℃ 加熱液の温度　　９５℃ 冷却液の温度　　２０℃ 最終圧力へ変える瞬間の溶融液の圧力　１５ＭＰａ充填
時間　１３．８秒 最終圧力の時間　６２秒 ブランクの冷却方式　−重合体のガラス転移温度までパ
ルス冷却、および 金型の外壁の連続急速冷却 選んだ製品を張力作用（ｔｅｎｓｏａｃｔｉｖｅ）環境
に暴露して試験を行い、高分子の等方性について光弾性
測定法（ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｏｍｅｔ？ｙ）により調
→べた。

５０’個のブランクの試験結果は光学異方性に関して品
質の所要値を越えなかった。またブランクを張力作用環
境に暴露してもたいした曇りが生ぜず、これはブランク
の非常に低い応力を示すものである。

ルアクリレートＵＭＡＫＲＹＬ　Ｋｌでつくった五角形
プリズムを製造した。この製造の場合、次のような技術
パラメーターを規定した： 溶融液の温度−：−１８０℃、加熱液の温度ニー　１４
５℃、冷却液の温度ニー２０℃、溶融液の圧カニ１１．
３ＭＰａ。

ブランクの容積；３５ｃｆｆｌ、１サイクルの時間；２
秒。

製品の光学的特性を試験した場合、不−適当なプリズム
の割合は全体の０．２２％であった。

■１ 本発明による技術を用いてポリアミド６製の歯車を製造
した。

溶融液の温度；１８０〜１８５℃； 金型を１２８℃に加熱した； 充填圧力から最終圧力へ変える瞬間における溶融液の圧
カニ９．９ＭＰａ　　； 冷却液の温度；−１８〜２２℃。

製造した歯車ブランクは、従来技術により、すなわち常
温金型に射出することにより製造した同様のブランクに
比較して強度が平均して２３％大きかった。また、本発
明による技術によって製造したブランクの公差偏差は従
来公知技術によって製造されたブランクの偏差より平均
して４８％低かった。１サイクルの時間は従来技術に比
較して１８％短かった。

本発明は好ましい実施態様を参照して説明されたが、本
発明はそのような好ましい実施態様に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲内で多数の修正が可能であるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱可塑性樹脂を射出することにより製品を製造
する金型の断面図であり、第２図は制御機構を有する射
出装置のブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂をまず溶融液とし、次いでこの溶融液
   を成形空間中に射出する、熱可塑性樹脂を金型に射出し
   て物品を成形する方法であって、熱可塑性樹脂溶融液の
   射出前および（または）溶融液の射出時に、成形空間の
   壁部を加熱液によって非晶質重合体のガラス転移温度以
   上に、最終的には半結晶質重合体の融解温度以上に加熱
   し、熱可塑性樹脂溶融液を金型に充填した後、成形空間
   の壁部を冷却媒体によって冷却し、熱可塑性樹脂溶融液
   の射出時加熱媒体の圧力を熱可塑性樹脂溶融液の圧力に
   維持することを含んで成る成形方法。 ２、成形空間が形成される複数個構成ジャケットを有し
   かつ入口通路によって射出装置に連結された金型からな
   り、成形空間は、成形空間から離れた側を温度制御媒体
   、特に液体のための温度制御空間によって囲まれた肉薄
   成形箔、特に熱伝動性箔によって画成され、前記温度制
   御空間は、操作方式を制御する制御機構を設けた温度制
   御媒体の流出入機構に管によって連結される熱可塑性物
   質を射出することによって物品を成形する装置。 ３、温度制御空間が断熱層によって囲まれる特許請求の
   範囲第２項に記載の装置。 ４、成形壁が電気抵抗を有する導電性物質でつくられか
   つ成形壁加熱用の電源に連結されている特許請求の範囲
   第２項に記載の装置。 ５、温度制御液の流出入機構がポンプからなり、その吐
   出管が金型に入り込む温度制御液の入口に連結され、か
   つサーボバルブに連結され、サーボバルブへは冷却液用
   容器からおよび加熱液用容器から管が入っており、サー
   ボバルブは金型からの温度制御液の出口に連結された制
   御弁に連結され、そしてサーボバルブおよび制御弁は金
   型の内部空間、熱可塑性樹脂の溶融液を射出する射出機
   構および射出機構を制御する制御装置に連結された論理
   装置に制御ラインによって連結されている特許請求の範
   囲第２〜４項のいずれか１項に記載の装置。