JPWO2011125121A1 - 樹脂の射出成形方法 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る樹脂の射出成形方法は、キャビティに対し、複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路を閉止するタイミングと、他方の経路を閉止するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで閉止する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させるものである。

Description

本発明は、キャビティに対して複数の経路から樹脂を供給し、各経路からの樹脂を合流させることで樹脂を成形する樹脂の射出成形方法に関し、特に、樹脂の合流部に視認される境界線を目立たなくする樹脂の射出成形方法に関する。
金型内のキャビティへゲートから樹脂を射出して充填する射出成形では、キャビティの形状が複雑な場合、その細部にまで樹脂が行き渡るよう、複数のゲートを設けて各ゲートからキャビティへ樹脂を送り込む手法が用いられる。このように複数のゲートからの樹脂を合流させる場合、その合流部では、成形品の表面にウエルドと呼ばれる溝が発生し、成形品の美観が損なわれる。
このウエルドの発生を防止する手段として、金型を加熱して射出充填時の金型温度を非結晶樹脂ではガラス転移温度や熱変形温度以上に、結晶性樹脂では融点温度以上とする樹脂の射出成形方法が従来提唱されている(例えば、特許文献1参照)。この射出成形方法によれば、合流部で樹脂がより高温な溶融状態で合流するので、樹脂は金型に対して十分に押し付けられた状態で固化する。これにより、合流部においてウエルドを完全に無くすことができる、或いはウエルドの溝深さを浅くして目立たなくすることができる。
特許第3859620号公報
しかし、従来の射出成形方法によれば、合流部にウエルドが全く無いにも拘わらず、樹脂の境界線が合流部で視認される場合がある。この境界線は、合流部を境として成形品の光沢や光の反射具合に差があることによって発生すると考えられている。そして、外観を重視する成形品では、このような境界線さえも、その発生を抑止することが要請される。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数のゲートから射出した樹脂をキャビティ内で合流させる樹脂の射出成形方法において、合流部に樹脂の境界線が発生することを抑止する手段を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路を閉止するタイミングと、他方の経路を閉止するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで閉止する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする。
このような方法によれば、他方の経路を閉じて樹脂の射出が停止した後も、一方の経路から樹脂が射出されるので、一方の経路からの樹脂が他方の経路からの樹脂の内部に潜り込む。従って、成形品をその表面に対して垂直な方向から見た場合に、一方の経路からの樹脂と他方の経路からの樹脂との合流面が、視線方向に対して傾く。更に、少なくとも他方の経路からの樹脂、すなわち潜り込まれる方の樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることにより、合流部における成形品の少なくとも表面部分が半透明或いは不透明となる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂の射出あるいは保圧を完了するタイミングと、他方の経路において樹脂の射出あるいは保圧を完了するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで射出あるいは保圧を完了する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする。
このような方法によれば、他方の経路において樹脂の保圧が完了した後も、一方の経路において樹脂の射出あるいは保圧が継続されるので、一方の経路から射出された樹脂が他方の経路から射出された樹脂の内部に潜り込む。従って、成形品をその表面に対して垂直な方向から見た場合に、一方の経路からの樹脂と他方の経路からの樹脂との合流面が、視線方向に対して傾く。更に、少なくとも他方の経路からの樹脂、すなわち潜り込まれる方の樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることにより、合流部における成形品の少なくとも表面部分が半透明或いは不透明となる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂を保圧する圧力値と、他方の経路において樹脂を保圧する圧力値とに差を持たせるとともに、少なくとも、小さい圧力値で保圧する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする。
このような方法によれば、一方の経路からの樹脂と他方の経路からの樹脂が合流した後、保圧の圧力値が大きい一方の経路からの樹脂が、保圧の圧力値が小さい他方の経路からの樹脂の内部に潜り込む。従って、成形品をその表面に対して垂直な方向から見た場合に、一方の経路からの樹脂と他方の経路からの樹脂との合流面が、視線方向に対して傾く。更に、少なくとも他方の経路からの樹脂、すなわち潜り込まれる方の樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることにより、合流部における成形品の少なくとも表面部分が半透明或いは不透明となる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、前記一方の経路から射出した樹脂と前記他方の経路から射出した樹脂とが合流した後に、前記一方の経路から射出した樹脂を保圧する圧力値と、前記他方の経路から射出した樹脂を保圧する圧力値とに差を持たせることを特徴とする。
このような方法によれば、一方の経路からの樹脂と他方の経路からの樹脂とが合流した後にのみ、両経路における保圧の圧力値に差を持たせればよいので、両経路における保圧値の制御が容易になる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、前記所定の結晶化度が、20%であることを特徴とする。
このような方法によれば、樹脂結晶の量が光を遮るのに十分成長しているため、樹脂の合流面の光の反射および透過が抑えられ、光の乱反射により合流部における成形品の少なくとも表面部分を半透明あるいは不透明とし、合流部の反射光および透過光と、合流部から離れた箇所の反射光および透過光との差異を実質的に視認できない程度とすることができる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、前記一方の経路及び前記他方の経路を閉じた後、成形品の表面が固化するまでの間の一部あるいは全部において、前記一方の経路から射出した樹脂と前記他方の経路から射出した樹脂との合流部付近での前記金型の温度を、樹脂の熱変形温度から樹脂の融点温度までの間で保持することを特徴とする。
このような方法によれば、金型の加熱に要する熱エネルギーが小さく、生産性が向上する。更に、金型の温度を樹脂の融点温度以上に維持する時間が短いため、樹脂の粘度が必要以上に低下し金型表面の微細な凹みに入ることを抑制するので、成形品と金型が過度に密着することがなく、成形品を金型から取り出す際に離型しやすい。また合流後の前記金型の温度を、樹脂の熱変形温度から融点温度までの間で保持することで、成形品最表面の合流線を消失させると共に、結晶性樹脂においても合流部を実質的に溶着させることができるので、合流部が容易に剥がれることを防止できる。また、合流部の実質的な溶着により接合強度が向上するため、接合強度向上のための高圧による保圧が不要となるので、合流部の残留応力を低減できると共に、残留歪みなどの成形品の変形を防止できる。更に、合流後の前記金型の温度を樹脂の融点温度以下とすることで、成形品を固化するための金型の冷却時間を短縮して生産性を向上できる。
前記一方の経路及び前記他方の経路を閉じるタイミングを保圧完了時とし、保圧を完了する前記金型の温度を、樹脂の熱変形温度以下とすることを特徴とする。
このような方法によれば、樹脂の固化の進行とともに表面にヒケが発生するのを、保圧をかけながら抑えることができる。
また、本発明に係る樹脂の射出成形方法は、前記一方の経路及び前記他方の経路から射出する樹脂が、結晶性樹脂であることを特徴とする。
このような方法によれば、各結晶性樹脂の特性としての結晶化度が比較的高い結晶性樹脂を用いて、成形条件を選定して成形することにより、成形品の結晶化度が20%以上となるように固化させることで、本発明の効果を容易に得ることができる。
従来の手法では、成形品をその表面に対して垂直な方向から見た場合に、合流面が視線方向に対し傾きが殆どなく、合流面が成形品の最表面上における合流線の直下近傍に集中し、合流面で反射する光が最表面にある合流線近傍に集中して現れるので、合流部の反射光および透過光と、合流部から離れた箇所の反射光および透過光との差異が発生し、合流部が線として視認されてしまう。これに対し、本発明に係る樹脂の射出成形方法によれば、一方の経路から射出した樹脂と他方の経路から射出した樹脂との合流面が視線方向に対して傾くことにより、光学的な境界である合流面が視線方向に対し垂直方向(横方向)に広がる。そのため、合流面で反射する光が最表面の合流線近傍に集中することなく、最表面の合流線から離れた範囲まで広がって、合流面が線として認識しにくくなる分、樹脂の境界線がぼやけて目立たなくなる。更に、樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることにより合流部における成形品の少なくとも表面部分が半透明或いは不透明にすることができるので、樹脂の結晶によって光が乱反射し樹脂の境界線がぼやけて一層目立たなくなる。これにより、樹脂の境界線によって成形品の美観が損なわれない。更には金型を加熱して成形することにより、合流部のウエルドを実質的に消失させて、合流部を実質的に視認できなくすることができるとともに、樹脂が十分に流動性を有する高温状態で合流させることが容易となり、且つ合流面を全面的に滑らかな連続面にすることができる。そのため、一部が固化してしまい合流部に不連続な面が発生してしまった場合に起こり、合流部(境界線)の視認を容易にしてしまう光の反射の特異点の発生を防止できる。
本発明の第1実施形態に係る樹脂の射出成形方法で使用する金型ユニット10の構成を示す概略断面図。 第1実施形態における可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図。 図1におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図。 図1におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図。 キャビティKにおける樹脂の合流部の周辺を示す概略断面図。 本発明の第2実施形態及び第3実施形態に係る樹脂の射出成形方法で使用する金型ユニット20の構成を示す概略断面図。 第2実施形態における可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図。 図5におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図。 図5におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図。 第3実施形態における可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る樹脂の射出成形方法で使用される金型ユニットについて説明する。図1は、金型ユニット10の構成を示す概略断面図である。金型ユニット10は、キャビティKを形成する金型本体11と、この金型本体11に接続して設けられた射出シリンダ12と、各部の動作を制御する制御装置13とを備える。
金型本体11は、成形機に固定された固定金型112と、この固定金型112に対して移動可能に設けられた可動金型111とから構成される。そして、相対向するように設けられた固定金型112の凹部112aと可動金型111の凸部111aとの間に、キャビティKが形成されている。
可動金型111には、そのキャビティKに近接した位置に、熱媒体により或いは電気的な手段により金型本体11を加熱或いは冷却する温調装置14が設けられ、この温調装置14の動作が制御装置13によって制御されている。これにより、キャビティKの周辺における金型本体11の温度を任意に調節できるようになっている。また、温調装置14は、固定金型112のキャビティKに近接した位置に、熱媒体により或いは電気的な手段により加熱或いは冷却する温調装置14を設けてもよく、さらには可動金型111及び固定金型112の両方に設けてもよい。
固定金型112には、キャビティKと外部とを連通してランナ(経路)15が形成されている。このランナ15は、第1ランナ15a(一方の経路)と第2ランナ15b(他方の経路)とに分岐し、第1ランナ15aの経路上には第1ゲートバルブ16が開閉可能に設けられる一方、第2ランナ15bの経路上には第2ゲートバルブ17が開閉可能に設けられている。そして、この第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作が制御装置13によって制御されている。このような構成によれば、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉によって、第1ランナ15aからキャビティKへ向かっての樹脂の射出開始/射出停止と、第2ランナ15bからキャビティKへ向かっての樹脂の射出開始/射出停止とをそれぞれ任意に切り換えることができる。また、図1に詳細は示さないが、制御装置13による制御の下、可動金型111は固定金型112から離れる方向へ移動可能となっている。これにより、成形品の離型に際しては、可動金型111を固定金型112から離せば、成形品をキャビティKから取り出すことができる。
射出シリンダ12は、キャビティKに充填するための樹脂を射出及び保圧する。この射出シリンダ12は、図1に示すように、その内部に射出スクリュー121が回転可能に設けられるとともに、その先端部122がランナ15の一端に接続されている。そして、射出スクリュー121の動作が制御装置13によって制御されている。このように構成される射出スクリュー121によれば、まず射出スクリュー121が回転することによって溶融状態の樹脂を先端側へ向かって搬送し、この樹脂が射出シリンダ12の先端部122に順次貯留される。その後、先端部122に貯留された樹脂が一定量に達すると、射出シリンダ12はその回転を停止するとともに、先端側へ向けて前進する。これに伴い、先端部122に貯留された樹脂が、射出スクリュー121に押圧されることで先端部122から射出され、ランナ15を経てキャビティKに充填される。キャビティKが樹脂で充填されると、射出スクリュー121は樹脂を保圧する、すなわち樹脂に対して一定の圧力を加え続ける。尚、この樹脂の保圧時における圧力値は、制御装置13が射出スクリュー121の位置および前進速度または射出スクリュー121の前進力を適宜変化させることにより、任意に調節可能となっている。
次に、第1実施形態に係る樹脂の射出成形方法の工程について説明する。この第1実施形態の射出成形方法は、射出する樹脂が結晶性樹脂(以下、単に「樹脂」と略す)であり、結晶化度を20%以上で固化させる点、及び第1ゲートバルブ16を閉じるタイミングと第2ゲートバルブ17を閉じるタイミングに差を持たせる点、を特徴とする。ここで、図2は、可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図である。また、図3A及び図3Bは、図1におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図である。また、図4は、キャビティKにおける樹脂の合流部の周辺を示す概略断面図である。
樹脂の成形に際しては、まず図2に示すように、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止した状態である時刻t0に、図1に示す温調装置14を作動させることにより、金型本体11の加熱を開始する。これにより、金型本体11の温度Tkは、樹脂の溶融温度以上の温度を加熱目標温度として、周囲の気温と略等しい温度T0から徐々にあるいは急速に上昇し始める。
その後、図2に示すように、時刻t0から所定時間経過後の時刻t1に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を開放する。そして、この状態で射出シリンダ12から樹脂を射出させる。そうすると、射出された樹脂は第1ランナ15aと第2ランナ15bに分岐し、各分岐した樹脂が第1ランナ15aと第2ランナ15bをほぼ等しい速度でそれぞれ流通する。そして、図3Aに示すように、第1ランナ15aに分岐した樹脂J1は、第1ゲートバルブ16を超えてキャビティKに流入し、流入方向に向かって左右両側に広がっていく。同様に、第2ランナ15bに分岐した樹脂J2も、第2ゲートバルブ17を越えてキャビティKに流入し、第1ランナ15aに分岐した樹脂J1と略同じ速度で、流入方向に向かって左右両側に広がっていく。ところで、図2に示すように、この時刻t1の時点において、金型本体11の温度Tkは、樹脂の融点温度である温度Tmに達している。
そして、図2に示すように、時刻t1から所定時間経過後の時刻t2に、第1ゲートバルブ16だけを閉止する。これにより、第1ランナ15aからキャビティKへの樹脂J1の流入が停止し、第1ランナ15aからの樹脂J1はその流れが停止する。一方、第2ゲートバルブ17は開放されたままであるため、第2ランナ15bからキャビティKへは引き続き樹脂J2が流入し、第2ランナ15bからの樹脂J2は、更にキャビティKの内部へ広がっていく。ところで、図2に示すように、この時刻t2の時点において、金型本体11の温度Tkは樹脂の溶融温度Tmより高い温度に達している。そして、この時刻t2に前後して、温調装置14を制御することによって金型本体11の冷却を開始する。これにより、金型本体11の温度Tkは徐々に下降し始める。このとき、冷却による金型本体11の温度Tkの下降速度を、温調装置14による金型へ供給する冷却媒体の流量を増減させる、あるいは冷却媒体の温度を高低させるなどにより調整することによって、樹脂の結晶化度が20%以上となるように冷却を行う。結晶化速度は樹脂毎に異なるので、樹脂の結晶化特性に合わせて、少なくとも樹脂の固化後の成形品表面の結晶化度が20%以上になるようにキャビティKの冷却速度(温度Tkの下降速度)を適宜調整する。温度Tkの下降速度を調整する代わりに、あるいは温度Tkの下降速度を調整することに加えて、温調装置14によって冷却工程中の金型再加熱や冷却媒体の供給停止などを行うことにより結晶化温度近傍の温度で所定の時間、温度Tkを保持することによって、樹脂の結晶化度を調整しても良い。
その後、時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、図3Bに示すように、第2ランナ15bからの樹脂J2の先頭部分が、第1ランナ15aからの樹脂J1の先頭部分に合流する。そして、更に第2ランナ15bからキャビティKへ樹脂が流入すると、図4に示すように、第2ランナ15bからの樹脂J2の先頭部分が、第1ランナ15aからの樹脂J1の内部へ没入する。従って、図4に示すように、樹脂J1と樹脂J2をその表面に対して垂直な方向から見た場合に、第1ランナ15aからの樹脂J1と第2ランナ15bからの樹脂J2との合流面が、視線方向に対して傾く。これにより、合流面が線として認識しにくくなる分、樹脂J1,J2の境界線Bがぼやけて目立たなくなる。更に、前述のように樹脂の結晶化度が20%以上となるように樹脂を固化させたので、その表面が半透明或いは不透明になり、樹脂J1,J2の境界線Bが一層ぼやけて目立たなくなる。またこのとき境界線Bを目立たなくさせるには、成形品表面近傍において、成形品表面の延長戦と合流面の接線とが成す角度Sは、25度以下であることが良い。好ましくは15度以下が良い。更に好ましくは10度以下が良い。あるいは、樹脂J1に対する樹脂J2の没入量(没入距離)Lは、合流部の成形品肉厚寸法と同等以上が良く。好ましくは成形品肉厚寸法の2倍以上が良い。更に好ましくは成形品肉厚寸法の3倍以上が良い。
その後、図2に示すように、時刻t3から更に所定時間経過後の時刻t4に、第2ゲートバルブ17を閉止する。これにより、第2ランナ15bからキャビティKへの樹脂の流入が停止し、第2ランナ15bからの樹脂J2の先頭部分はその流れが停止する。ところで、この時刻t3の時点において、金型本体11の温度Tkは、依然として樹脂の融点温度Tmより高い温度であって、更に下降し続けている。
その後、時刻t4から更に所定時間経過後の時刻t5に樹脂の固化が進行する。図2では、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングが時刻t4であるが、樹脂の熱変形温度Td(時刻t5)以下まで下降したあとに第2ゲートバルブ17を閉止してもよい。これにより、樹脂の固化の進行とともに表面にヒケが発生するのを、保圧をかけながら抑えることもできる。そして、図に詳細は示さないが、金型本体11の温度が更に低下して樹脂が固化すると、成形品を離型する。すなわち、可動金型111を固定金型112から離れる方向に移動させ、成形品をキャビティKから取り出す。
尚、本実施形態では、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17を時刻t1で同時に開放した。しかし、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングに差を持たせるだけでなく、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17を開放するタイミングにも差を持たせてもよい。例えば、図2に一点鎖線で示すように、第1ゲートバルブ16を時刻t1に開放してから時刻t2に閉止するまでの間に、第2ゲートバルブ17を開放してもよい。更に、図2に二点鎖線で示すように、第1ゲートバルブ16を時刻t2に閉止した後に、第2ゲートバルブ17を開放してもよい。もちろん、いずれの場合も、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングが、第1ゲートバルブ16を閉止するタイミングより遅い点では同じである。
また、本実形態では、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングに差を持たせるべく、第1ゲートバルブ16を閉止するタイミングを、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングより早めた。しかし、これとは逆に、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングを、第1ゲートバルブ16を閉止するタイミングより早めてもよい。また、これらと同じ意味で、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングを、第1ゲートバルブ16を閉止するタイミングより遅らせると表現してもよいし、これとは逆に、第1ゲートバルブ16を閉止するタイミングを、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングより遅らせると表現してもよい。
また、本実施形態では金型ユニット10を使用したが、これに代えて、後述する図5の第2実施形態及び第3実施形態で使用する金型ユニット20を使用してもよい。この場合、第1ランナ21と第2ランナ22に対して別々の射出シリンダ23,24がそれぞれ接続されるので、第1ランナ21と第2ランナ22に対して異なる性質の樹脂を射出することも可能である。従って、加熱した金型内のキャビティKに連通した少なくとも先にゲートバルブを閉止する側のランナ21,または22に対し、射出した樹脂を結晶化度が20%以上となるように固化させればよい。そうすれば、先にゲートバルブを閉止する側、すなわち合流後に没入される側の樹脂が成形品の表面を形成するので、前述のように樹脂の境界線Bを目立たなくする効果が得られる。
(実施例1)
発明者らは下記の要領にて示したような実成形試験によって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路を閉止するタイミングと、他方の経路を閉止するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで閉止する方の経路から射出する樹脂、つまり没入された側の樹脂の結晶化度を所定の結晶化度以上で固化させることで、合流部の境界であるウエルドを目立たなくさせることが可能なことを見出した。また本発明の効果を実用的に有効とするためには(商品として市場が許容可能であろうレベルまでウエルドを目立たなくさせるには)、没入された側の樹脂の結晶化度を20%以上とする必要があることを見出した。

<射出成形条件>
・成形機:三菱射出成形機450ME2−50(スクリュ径φ70)
・樹脂:ポリプロピレン
・成型温度:230℃
・金型の加熱温度:120℃
・成形品:平板:495×210×t2mm
・ゲート点数:2点
・全光線透過率:自記分光光度計を用いて、波長555nmで測定
・結晶化度の調整は、成形品を金型から取り出した後、100℃に熱した炉内に入れて成形品を再加熱し、該加熱炉内で成形品を保持する時間を異ならせることによって結晶化度を調整した。
Figure 2011125121
A:目視ではウェルドラインは確認できない。(商品として市場が許容可能なレベル)
B:凝視すればウェルドラインが確認できる。
C:一見でウェルドラインが確認できる。
次に、本発明の第2実施形態と第3実施形態に係る樹脂の射出成形方法で使用される金型ユニット20について説明する。図5は、金型ユニット20の構成を示す概略断面図である。本実施形態の金型ユニット20は、第1実施形態と比較すると、第1ランナ21と第2ランナ22とが連通することなく独立して設けられ、各ランナ21,22に対して第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24がそれぞれ接続される点、およびキャビティKにおいて、第1射出シリンダ23から射出されるキャビティ領域と、第2射出シリンダ24から射出されるキャビティ領域がそれぞれ独立に冷却速度制御ができる点で異なっている。それ以外の構成及びその作用効果については第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。
次に、第2実施形態に係る樹脂の射出成形方法の工程について説明する。この第2実施形態の射出成形方法は、第1ランナ21から射出する樹脂が結晶性樹脂(以下、単に「樹脂」と略す)であり、結晶化度を20%以上で固化させる点、及び第1ランナ21と第2ランナ22とで樹脂の保圧を完了するタイミングに差を持たせる点、を特徴とする。ここで、図6は、可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図である。また、図7A及び図7Bは、図5におけるキャビティKの周辺を拡大した部分拡大断面図である。
樹脂の成形に際しては、まず図6に示すように、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止した状態である時刻t0に、図1に示す温調装置14を作動させることにより、金型本体11の加熱を開始する。これにより、金型本体11の温度Tkは、周囲の気温と略等しい温度T0から徐々にあるいは急速に上昇し始める。
その後、図6に示すように、時刻t0から所定時間経過後の時刻t1に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を開放する。そして、この状態で第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24から、略同じ速度でそれぞれ樹脂を射出させる。そうすると、射出された樹脂は、第1ランナ21と第2ランナ22をほぼ等しい速度でそれぞれ流通する。そして、図7Aに示すように、第1ランナ21を流通する樹脂J1は、第1ゲートバルブ16を超えてキャビティKに流入し、流入方向に向かって左右両側に広がっていく。同様に、第2ランナ22を流通する樹脂J2も、第2ゲートバルブ17を越えてキャビティKに流入し、第1ランナ21を流通する樹脂J1と略同じ速度で、流入方向に向かって左右両側に広がっていく。ここで、簡単のために第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24から、略同じ速度でそれぞれ樹脂を射出することとしたが、第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24をそれぞれ独立に制御し、各射出シリンダからの樹脂の射出速度を、異なった速度としても支障ない。ところで、図6に示すように、この時刻t1の時点において、金型本体11の温度Tkは、樹脂の融点温度である温度Tmに達している。
そして、時刻t1から所定時間経過後の時刻t2に、図7Bに示すように第1ランナ21からの樹脂J1と第2ランナ22からの樹脂J2とがキャビティKの中央部で合流すると、図5に示す第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24を制御して、第1ランナ21と第2ランナ22の樹脂J1,J2の保圧を開始する。ここで、第1射出シリンダ23から第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値と、第2射出シリンダ24から第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値は略等しい大きさとする。
ところで、図6に示すように、この時刻t2や時刻t3の時点において、金型本体11の温度Tkは樹脂の融点温度Tmより更に高い温度に達している。そして、この時刻t2や時刻t3に前後して、温調装置14を制御することによって金型本体11の冷却を開始する。これにより、金型本体11の温度Tkは徐々に下降し始める。このとき、樹脂J1側のキャビティの冷却速度を調整することによって、第1ランナ21から射出する樹脂J1の結晶化度が20%以上になるように樹脂J1側の冷却を制御する。
その後、時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を完了する。一方、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧はそのまま継続する。これにより、第1ランナ21からの樹脂J1と第2ランナ22からの樹脂J2の間に圧力差が生じ、樹脂J2の保圧により樹脂J1が第1射出シリンダ23側にバックフローする、あるいは圧力の負荷されていない樹脂J1の流動末端部の樹脂を押しのけるなどにより、図4に示すように、第2ランナ22からの樹脂J2の先頭部分が、第1ランナ21からの樹脂J1の内部に没入し始める。従って、第1実施形態と同様の理由により、樹脂J1,J2の境界線Bがぼやけて目立たなくなる。更に、第1ランナ21から射出する樹脂J1の結晶化度が20%以上になるように樹脂J1を固化させるので、樹脂J1,J2の境界線Bが一層目立たなくなる点も第1実施形態と同様である。
その後、図6に示すように、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧を完了する。これにより、前記没入が停止する。そして、時刻t4から所定時間経過後の時刻t5に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止する。これにより、第1ランナ21及び第2ランナ22からキャビティKへの樹脂J1,J2の流入がそれぞれ停止する。ところで、この時刻t5において、金型本体11の温度Tkは樹脂の融点温度Tmに達し、更に下降し続けている。
尚、本実施形態においては、各射出シリンダによる保圧完了のタイミングと、各ゲートバルブの閉止タイミングが異なった例を示したが、各射出シリンダによる保圧完了のタイミングを各ゲートバルブの閉止タイミングに代えても良い。つまり、時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を完了し、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧を完了し、時刻t4から所定時間経過後の時刻t5に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止したが、時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、第1ゲートバルブ16を閉止し、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第2ゲートバルブ17を閉止しても良い。このように第1ゲートバルブ16を閉止することによって、第1射出シリンダ23とキャビティKを分断することで、第1ランナ21を介しての実質的な第1射出シリンダ23による保圧は終了する。また時刻t3に第1ゲートバルブ16を閉止することによって、時刻t3後も第2射出シリンダ24の樹脂J2の保圧が継続していても、樹脂J1が第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧に押されて、樹脂J1が第1ランナ21を介して第1射出シリンダ23側にバックフローするのを防止できる。またゲートバルブ16が閉止していることで、樹脂J1がバックフローできないため、樹脂J2により押しのけられた樹脂J1の流動末端の樹脂は、キャビティ壁面に沿って樹脂J2の上流側に流入し、樹脂J2の樹脂J1側への見かけ上の没入量を増大させ、合流面の成形品表面の延長線と合流面の接線の傾きが成す角度Sを縮小させて、樹脂J1,J2の境界線Bが一層目立たなくさせることができる。なお樹脂J1の第1射出シリンダ23側へのバックフローを防止するために、ゲートバルブ16を閉止する代わりに、第1射出シリンダ23内の射出スクリューを後退しないように所定の位置を保持するように制御しても良い。
その後、時刻t5から所定時間経過後の時刻t6に樹脂の固化が進行する。図6では、第2ゲートバルブ17を閉止するタイミングが時刻t5であるが、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧完了のタイミングを樹脂の熱変形温度Tdまで下降したあとの時刻t6としてもよい。樹脂の熱変形温度Td(時刻t6)以下まで下降したあとに第2ゲートバルブ17を閉止して、樹脂の固化の進行とともに表面にヒケが発生するのを、保圧をかけながら抑えることもできる。そして、図に詳細は示さないが、金型本体11の温度が更に低下して樹脂が完全に固化すると、成形品を離型する。すなわち、可動金型111を固定金型112から離れる方向に移動させ、成形品をキャビティKから取り出す。
尚、本実施形態では、第1ランナ21と第2ランナ22とで樹脂の保圧を完了するタイミングに差を持たせるべく、第1ランナ21の樹脂の保圧を完了するタイミングを、第2ランナ22の樹脂の保圧を完了するタイミングより早めた。しかし、これとは逆に、第2ランナ22の樹脂の保圧を完了するタイミングを、第1ランナ21の樹脂の保圧を完了するタイミングより早めてもよい。また、これらと同じ意味で、第2ランナ22の保圧を完了するタイミングを、第1ランナ21の保圧を完了するタイミングより遅らせると表現してもよいし、これとは逆に、第1ランナ21の保圧を完了するタイミングを、第2ランナ22の保圧を完了するタイミングより遅らせると表現してもよい。
また、本実施形態では、合流部の周辺で成形品の表面を形成するのが、没入される側すなわち先に保圧を完了する第1ランナ21の側であることを考慮して、キャビティKにおける第1ランナ21から射出する樹脂J1側のキャビティKの冷却速度を調整することによって、樹脂J1だけを結晶化度が20%以上になるように固化させた。しかし、これに限られず、成形品表面状態を均一にするために第2ランナ22から射出する樹脂J2に関しても、キャビティKの冷却速度を調整することによって、結晶化度が20%以上になるように固化させてもよい。
(実施例2)
発明者らは下記の要領にて示したような実成形試験によって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂の保圧を完了するタイミングと、他方の経路において樹脂の保圧を完了するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで保圧を完了する方の経路から射出する樹脂、つまり没入された側の樹脂の結晶化度を所定の結晶化度以上で固化させることで、合流部の境界であるウエルドを目立たなくさせることが可能なことを見出した。また本実施例においても、本発明の効果を実用的に有効とするためには(商品として市場が許容可能であろうレベルまでウエルドを目立たなくさせるには)、没入された側の樹脂の結晶化度を20%以上とする必要があることを見出した。尚、記載のない射出成形条件は、実施例1と同じである。
Figure 2011125121
A:目視ではウェルドラインは確認できない。(商品として市場が許容可能なレベル)
B:凝視すればウェルドラインが確認できる。
C:一見でウェルドラインが確認できる。
次に、第3実施形態に係る樹脂の射出成形方法の工程について説明する。この第3実施形態の射出成形方法は、第1ランナ21から射出する樹脂が結晶性樹脂(以下、単に「樹脂」と略す)であり、結晶化度を20%以上で固化させる点、及び第1ランナ21と第2ランナ22とで樹脂を保圧する圧力値に差を持たせる点、を特徴とする。ここで、図8は、可動金型111の経時的な温度変化、及び第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の開閉動作を経時的に示した図である。
本実施形態では、時刻t0から時刻t1までの工程は、第2実施形態と同じであるため説明を省略する。すなわち、時刻t0で金型本体11の加熱を開始し、時刻t1で第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を開放するとともに、第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24から略同じ速度で樹脂を射出させる。
そして、時刻t1から所定時間経過後の時刻t2に、図7Bに示すように第1ランナ21からの樹脂J1と第2ランナ22からの樹脂J2とがキャビティKの中央部で合流すると、第1射出シリンダ23と第2射出シリンダ24を制御して、第1ランナ21と第2ランナ22の樹脂J1,J2の保圧を開始する。ここで、第1射出シリンダ23から第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値を、第2射出シリンダ24から第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値より小さくする。これにより、第1ランナ21からの樹脂J1と第2ランナ22からの樹脂J2との間に圧力差が生じ、第2実施形態と同様に、図4に示すように、合流直後から第2ランナ22からの樹脂J2の先頭部分が、第1ランナ21からの樹脂J1の内部に没入し始める。従って、第1実施例と同様の理由により、樹脂J1,J2の境界線Bがぼやけて目立たなくなる。
その後、時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を完了するとともに、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧も完了する。これにより、前記没入が停止する。ところで、図8に示すように、この時刻t3の時点において、金型本体11の温度Tkは樹脂の融点温度Tmより更に高い温度に達している。そして、この時刻t2や時刻t3に前後して、温調装置14を制御することによって金型本体11の冷却を開始する。これにより、金型本体11の温度Tkは温度Tmから徐々にあるいは急速に下降し始める。このとき、樹脂J1側のキャビティKの冷却速度を調整することによって、第1ランナ21から射出する樹脂J1の結晶化度が20%以上になるように樹脂J1を固化させる。これにより、樹脂J1,J2の境界線Bが一層目立たなくなる点も第1実施形態と同様である。
そして、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止する。これにより、第1ランナ21及び第2ランナ22からキャビティKへの樹脂J1,J2の流入がそれぞれ停止する。ところで、この時刻t4において、金型本体11の温度Tkは樹脂の融点温度Tmに達し、更に下降し続けている。
尚、本実施形態では時刻t2から所定時間経過後の時刻t3に、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を完了するとともに、第2射出シリンダ24による第2ランナ22の樹脂J2の保圧も完了し、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止したが、第2実施形態と同様に、各射出シリンダによる保圧完了のタイミングを各ゲートバルブの閉止タイミングに代えても良い。つまり、時刻t3から所定時間経過後の時刻t4に、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止するまで、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を継続しても良い。このように金型本体11の温度Tkが金型の加熱目標温度に達し樹脂が収縮固化する時刻t4まで保圧を負荷し続けることによって、成形品にヒケによる外観不良を抑制できる。
その後、時刻t4から所定時間経過後の時刻t5に樹脂の固化が進行する。また、時刻t5まで保圧を継続し、第1ゲートバルブ16と第2ゲートバルブ17の両方を閉止するまで、第1射出シリンダ23による第1ランナ21の樹脂J1の保圧を継続しても良い。このように金型本体11の温度Tkが熱変形温度Td(時刻t5)以下とすることによって、成形品にヒケによる外観不良を抑制できる。そして、図に詳細は示さないが、金型本体11の温度が更に低下して樹脂が完全に固化すると、成形品を離型する。すなわち、可動金型111を固定金型112から離れる方向に移動させ、成形品をキャビティKから取り出す。
尚、本実施形態では、第1ランナ21と第2ランナ22とで樹脂J1,J2の保圧の圧力値に差を持たせるべく、第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値を、第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値より小さくした。しかし、これとは逆に、第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値を、第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値より小さくしてもよい。また、これと同じ意味で、第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値を、第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値より大きくすると表現してもよいし、これとは逆に、第1ランナ21の樹脂J1に加える圧力値を、第2ランナ22の樹脂J2に加える圧力値より大きくすると表現してもよい。
また、本実施形態でも、合流部の周辺で成形品の表面を形成するのが、没入される側すなわち保圧の圧力値が小さい第1ランナ21の側であることを考慮して、キャビティKにおける第1ランナ21から射出する樹脂J1側の冷却速度を調整することによって、樹脂J1だけを結晶化度を20%以上になるように固化した。しかし、これに限られず、第2実施形態と同様に、第2ランナ22から射出する樹脂J2に関しても、キャビティの冷却速度を調整することによって、結晶化度が20%以上になるように固化させてもよい。
(実施例3)
発明者らは下記の要領にて示したような実成形試験によって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂を保圧する圧力値と、他方の経路において樹脂を保圧する圧力値とに差を持たせるとともに、少なくとも、小さい圧力値で保圧する方の経路から射出する樹脂、つまり没入された側の樹脂の結晶化度を所定の結晶化度以上で固化させることで、合流部の境界であるウエルドを目立たなくさせることが可能なことを見出した。また本実施例においても、本発明の効果を実用的に有効とするためには(商品として市場が許容可能であろうレベルまでウエルドを目立たなくさせるには)、没入された側の樹脂の結晶化度を20%以上とする必要があることを見出した。尚、記載のない射出成形条件は、実施例1と同じである。
Figure 2011125121
A:目視ではウェルドラインは確認できない。(商品として市場が許容可能なレベル)
B:凝視すればウェルドラインが確認できる。
C:一見でウェルドラインが確認できる。
尚、以上説明した第1実施形態から第3実施形態では、キャビティKに対して2本のランナから樹脂を射出充填する場合を例に説明した。しかし、これに限られず、キャビティKに対して3本以上の複数本のランナから樹脂を射出充填する場合にも、上記各実施形態を適用可能である。すなわち、射出した樹脂が互いに合流する一対のランナについて、一方のランナと他方のランナについて各実施形態のような関係を満たせばよい。
また、結晶化度を20%以上とすることができる結晶化樹脂としては、ポリエチレン、エチレン系共重合体(EVA樹脂、EEA樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン−プロピレン共重合体など)、ポリプロピレン樹脂、ポリ7ツ化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンオキシド、ポリメチルペンテン、ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド及びこれらの共重合体などが挙げられるが、これらに限定するものではない。
また、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは工程等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
本発明は、金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路を閉止するタイミングと、他方の経路を閉止するタイミングとに差を持たせるとともに、少なくとも、早いタイミングで閉止する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする樹脂の射出成形方法に関する。このような樹脂の射出成形方法によれば、樹脂の合流部における境界線がぼやけて目立たなくなり、樹脂の境界線によって成形品の美観が損なわれない。
11…金型本体(金型)
K…キャビティ
15a…第1ランナ(一方の経路)
15b…第2ランナ(他方の経路)
J1,J2…樹脂

Claims (8)

  1. 金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、
    射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路を閉止するタイミングと、他方の経路を閉止するタイミングとに差を持たせるとともに、
    少なくとも、早いタイミングで閉止する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする樹脂の射出成形方法。
  2. 金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出した後、あるいは射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、
    射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂の射出あるいは保圧を完了するタイミングと、他方の経路において樹脂の射出あるいは保圧を完了するタイミングとに差を持たせるとともに、
    少なくとも、早いタイミングで射出あるいは保圧を完了する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする樹脂の射出成形方法。
  3. 金型によって包囲されたキャビティに対し、開閉可能に設けられた複数の経路から樹脂を射出及び保圧した後、各経路を閉じることによって樹脂を成形する樹脂の射出成形方法であって、
    射出した樹脂が互いに合流する一対の経路のうち、一方の経路において樹脂を保圧する圧力値と、他方の経路において樹脂を保圧する圧力値とに差を持たせるとともに、
    少なくとも、小さい圧力値で保圧する方の経路から射出する樹脂を所定の結晶化度以上で固化させることを特徴とする樹脂の射出成形方法。
  4. 前記一方の経路から射出した樹脂と前記他方の経路から射出した樹脂とが合流した後に、前記一方の経路から射出した樹脂を保圧する圧力値と、前記他方の経路から射出した樹脂を保圧する圧力値とに差を持たせることを特徴とする請求項3に記載の樹脂の射出成形方法。
  5. 前記所定の結晶化度が、20%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂の射出成形方法。
  6. 前記一方の経路及び前記他方の経路を閉じた後、成形品の表面が固化するまでの間の一部あるいは全部において、前記一方の経路から射出した樹脂と前記他方の経路から射出した樹脂との合流部付近での前記金型の温度を、樹脂の熱変形温度から樹脂の融点温度までの間で保持することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の樹脂の射出成形方法。
  7. 前記一方の経路及び前記他方の経路を閉じるタイミングを保圧完了時とし、保圧を完了する前記金型の温度を、樹脂の熱変形温度以下とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の樹脂の射出成形方法。
  8. 前記一方の経路及び前記他方の経路から射出する樹脂が、結晶性樹脂であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の樹脂の射出成形方法。
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