JP2002096347A - 中空成形品の成形方法および金型 - Google Patents
中空成形品の成形方法および金型Info
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Abstract
ガスチャンネルを希望する厚肉部の末端まで確実に形成
するとともに、樹脂流れ模様、ヒケ、反りなどがなく外
観にすぐれた成形品を生産性よく製造する成形方法を提
供すること。 【解決手段】 溶融熱可塑性樹脂を成形金型の製品キャ
ビティ内に射出し、完全充填後に、溶融樹脂にガスを注
入することにより、製品キャビティ内の溶融熱可塑性樹
脂の一部を、流出路を介してスピルオーバー室に追い出
し、中空部を形成する中空成形品の成形方法であって、
流出路のスピルオーバー室への入り口部分の断面積が緩
やかに拡大する形状に形成されてなる金型を用いること
を特徴とする中空成形品の成形方法。
Description
位置に必要な中空部が形成された高品質の熱可塑性樹脂
中空成形品を、トラブル発生なく安定的に、生産性よく
製造できる成形方法に関する。
形品の軽量化、高剛性化などの特徴を有している。これ
ら中空成形品の成形方法は、成形圧力が低いために、金
型コスト、装置コストが低く安価に製造できることか
ら、ブロー成形方法が主として採用されてきた。しか
し、ブロー成形方法では、成形品の形状、寸法精度、中
空度、中空部の分布、原料歩留り、成形品の形状制限な
どの問題がある。
形方法として、金型キャビティ内に射出された溶融樹脂
にガスを注入して中空部を形成する、ガス射出成形方法
が近年多くの分野で採用されてきている。このガス射出
成形方法は、成形品に中空部を形成させるために、成形
品にガスチャンネルが形成されるように厚肉部を設ける
ため、一般の射出成形方法と比べて低圧で成形すること
ができる。このため、金型型締圧力が低く大型成形品の
製造が容易となるとともに、成形品の残留歪みも少な
く、しかもヒケ、反り変形などの発生が抑制され、すぐ
れた成形品が得られる。
成において、成形品の外観品質、成形品の希望する位置
に確実にガスを注入して中空部を形成することは困難で
ある場合がある。また、成形品の末端まで中空部を形成
する必要がある場合もある。この場合には、射出成形金
型として、製品キャビティと製品キャビティ中の溶融樹
脂をガスの注入によって追い出すスピルオーバー室を有
する金型を用いて溶融樹脂を追い出し、希望する箇所に
確実に中空部を形成することが行われている。
などの薄肉成形品の剛性を高めるために、部分的に厚肉
部を設けた製品においては、熱収縮の差により厚肉部の
表面にヒケや反りなどの変形が発生し易い。このような
ヒケの発生を防止する方法として、この厚肉部にガスを
注入してガスチャンネルを形成し、中空部を形成するこ
とが行われている。この場合に製品における厚肉部にガ
スを注入してガスチャンネルを形成し、中空部とするの
であるが、この中空部は断面積が小さく、しかも比較的
長くなるため、厚肉部の末端まで均一な中空部の形成が
困難となる。
車用内装部品などでは、単なる中空部の形成による剛性
の向上、反り・変形防止、特に樹脂の流れ跡による外観
不良の発生も重要な問題点となっている。この樹脂の流
動模様などの外観の悪化は、ガス注入の前に、溶融樹脂
を製品キャビティ全体に完全充填し、製品外面を賦形し
た後にガスを注入することにより解決できる。このた
め、製品キャビティ内の樹脂圧力は比較的高くなり、注
入ガスがガスチャンネルの先端まで、行き渡ることがよ
り困難となる。
ャビティに溶融樹脂を射出し、完全充填後に、ガスを注
入して、製品キャビティ内の中空部に相当する溶融樹脂
をスピルオーバー室に追い出し中空化する方法が好まし
く採用されている。これによって、外観にすぐれ、厚肉
部の全長にわたってガスチャンネルを形成することによ
って中空部を形成した成形品が成形できる。
年自動車内装部品など製品の大型化などにより、スピル
オーバー室の容量が大きくなってきている。従来、スピ
ルオーバー室は、製品とならない部分であり、その機能
としては、溶融樹脂と注入ガスがスピルオーバーすれば
よいものと考えられ、特に詳細な検討はなされていなか
った。
オーバー室の容量が大きくなると、ガスを注入して保持
賦形した後、ガスを排出する場合に、スピルオーバー室
内の未だ溶融している樹脂が流出路中の中空路を塞ぎ、
スピルオーバー室内のガス圧が高圧のまま閉じ込められ
る場合が発生する。このような場合には、当然ながら型
が開放される際に、スピルオーバー室に相当する中空成
形品(非製品)に膨れが発生したり、ひどい場合には破
裂し、樹脂片、樹脂粉が飛散することになる。
に付着し、次の成形ショットで外観不良発生の原因とな
ったり、金型の当たり面に付着して金型を損傷するなど
の問題が発生する。また、樹脂の破裂音の発生による職
場環境の悪化、オペレーターの精神衛生上も問題となっ
ておりその解決策が求められている。
方法において、特に比較的大型の製品(成形品)であっ
ても、ガスチャンネルを希望する厚肉部の末端まで確実
に形成するとともに、樹脂流れ模様、ヒケ、反りなどが
なく外観にすぐれた成形品を高品質で、生産性よく製造
することができる成形方法および金型を提供することを
目的とする。
脂中空成形品の成形方法において、特に薄肉大型成形品
の厚肉部の全長に渡って、均一な中空部を安定して形成
する成形方法について鋭意検討した。その結果、溶融樹
脂を金型の製品キャビティに射出し、完全充填した後、
ガスを注入して溶融樹脂の一部を製品キャビティ外のス
ピルオーバー室に追い出す成形方法を採用することが好
ましいことを見いだした。さらに、スピルオーバー室へ
流入したガスが脱圧時にスムースに脱圧できない場合が
生じ、金型開放による離型時にスピルオーバー部の成形
品が膨れたり、破裂の原因となり、これが安定生産、製
品品質に大きく影響し、脱圧が確実になされる成形方法
が必要であることを見いだし、本発明を完成するに到っ
た。
内に射出し、完全充填後に、溶融樹脂にガスを注入する
ことにより、製品キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の一
部を、流出路を介してスピルオーバー室に追い出し、中
空部を形成する中空成形品の成形方法であって、流出路
のスピルオーバー室への入り口部分の断面積が緩やかに
拡大する形状に形成されてなる金型を用いることを特徴
とする中空成形品の成形方法。 (2) 緩やかに拡大する形状が成形後に流出路とスピ
ルオーバー室間に連通する中空部が閉塞されないように
形成されてなる(1)記載の中空成形品の成形方法。 (3) 成形品の厚肉部にガスチャンネルを形成するこ
とにより中空部を形成する(1)または(2)記載の成
形品の成形方法。 (4) 流出路に開閉機構を備えてなる(1)〜(3)
のいずれかに記載の中空成形品の成形方法。 (5) 成形金型の製品キャビティと製品キャビティか
ら流出路を介して連通したスピルオーバー室とからな
り、流出路のスピルオーバー室への入り口部分の断面積
が緩やかに拡大する形状に形成されてなることを特徴と
する射出成形金型。 (6) 流出路に開閉機構を備えてなる請求項5に記載
の射出成形金型を提供するものである。
する。本発明の熱可塑性樹脂中空成形品の成形方法は、
溶融熱可塑性樹脂を成形金型の製品キャビティ内に射出
し、完全充填後に溶融樹脂にガスを注入することによ
り、製品キャビティ内の溶融熱可塑性樹脂の一部を、流
出路を介してスピルオーバー室に追い出し、中空部を形
成する中空成形品の成形方法であって、流出路のスピル
オーバー室への入り口部分の断面積が緩やかに拡大する
形状に形成されてなる金型を用いることを特徴とする中
空成形品の成形方法であり、また本発明の射出成形金型
は、本発明の中空成形品の成形方法に好適に用いられる
射出成形金型である。
られる中空成形品は、成形品全体に中空部が形成された
成形品、成形品の一部に中空部が形成された成形品など
中空部の形状、箇所については特に制限はない。但し、
本発明の成形方法が好ましく適用できる中空成形品は、
長尺の厚肉成形品や比較的大型でスピルオーバー室の容
量を大きくする必要のある中空成形品である。
ル)充填した後にガスを注入するので、溶融樹脂が金型
の製品キャビティ面上で断続的な流れを起こすことがな
く、しかも金型面の転写性にすぐれたガス注入射出成形
方法である。すなわち、成形金型の製品キャビティに対
して、溶融樹脂を射出し完全充填して金型面の転写を確
保した後に、金型面に接する表面部分が冷却固定した状
態で、内部の溶融樹脂部分にガスを注入し、中空部形成
に相当する溶融樹脂を製品キャビティ外のスピルオーバ
ー室に追い出すものである。
法における、成形品の厚肉部に対する中空部の比率は、
非晶性樹脂、結晶性樹脂により異なる場合があるが、通
常10%を超える容積率である。この容積率は、成形品
の用途、形状、中空化の目的などによる成形品の設計に
基づいて適宜決定される。
する。図1は、本発明の中空成形品の成形方法の成形手
順を説明する概念断面図てある。図1において(A)
は、溶融樹脂射出充填後、(B)はガス注入後を示す。
図2は、成形金型の主要部であるスピルオーバー室部分
の拡大断面図である。図(A)、(B)は従来例、図
(C)は本発明例を示す。
可動金型3よりなり、金型の型締により製品キャビティ
4、製品キャビティ4の一端に設けられた流出路7を介
してスピルオーバー室9が形成される。スプルー5は図
示しない射出成形機の射出ノズルに連通する。可動金型
3には製品キャビティ4中の溶融樹脂にガスを注入する
ための、および脱圧するためのガス注入(脱圧)機構1
1および溶融樹脂の射出時に閉じ、ガス注入時に開くた
めの流出路7の流路を開閉する開閉機構10が設けられ
ている。
対して、可動金型3を前進させ型締するとともに、流出
路7を閉じる。ついで、射出成形機の射出ノズルより射
出された溶融樹脂はスプルー5、ランナーゲート6を介
して製品キャビティ4内に射出充填され、溶融樹脂12
aは製品キャビティ4に充満する。充満した溶融樹脂
は、射出圧によりキャビティ金型面に押しつけられ、金
型の転写、賦形とともに表面スキン層の冷却が始まる。
て、流出路7が開放され、ガス注入機構11からガスが
注入される。ガス注入は、流出路7の開放と同時、もし
くは開放の前でもよい。ガスの注入によって製品キャビ
ティ4中の溶融樹脂12aの一部は流出路7を介してス
ピルオーバー室9に追い出される。溶融樹脂の追い出し
の終了時には、注入ガスもスピルオーバー室に流入す
る。これによって、製品キャビティ4内には中空部13
aを有する中空成形品(製品部)14が、スピルオーバ
ー室9にも中空部13bを有する中空成形品(非製品
部)15が形成されることになる。
品中の高圧のガスが脱圧排気される。その後に可動金型
3が後退して金型が開放され、中空の成形品14、15
が取り出される。この成形サイクルを繰り返すことによ
り、中空成形品は連続的に生産される。射出成形の生産
性を高めるためには、この成形サイクルは短いほど好ま
しく、成形品の変形などが生じない範囲で短縮されるこ
とが好ましい。
ケ、反りや流動模様のない外観良好な中空成形品が成形
できる。通常の中空成形品の成形方法では、この成形方
法で特に問題なく生産性よく成形できる。しかしなが
ら、成形品の大型化、中空率の増加などによりスピルオ
ーバー室への溶融樹脂の流出量の増加、あるいは成形サ
イクルの短縮化などの場合に、スピルオーバー室内の溶
融樹脂の冷却が製品キャビティ内の中空成形品の冷却に
遅れることが生じる場合がある。すなわち、中空成形品
(製品部)の肉厚が薄いのに対して、スピルオーバー室
の成形品(非製品部)の肉厚が厚くなることがしばしば
起こるからである。
室部分の拡大図である、図2を基に説明する。図2
(A)は、一般のスピルオーバー室9に溶融樹脂12b
と注入ガスにより中空部22が形成された状態を示す。
すなわち、スピルオーバー室中の中空部22は、流出路
7を介して製品キャビティ4中の中空部と連通してい
る。このままの状態で中空部の高圧ガスが脱圧されれ
ば、特に問題は生じることはない。
樹脂12bの冷却が十分でない場合には、図2(B)に
示すように、脱圧に伴うガスの流れにより溶融樹脂が、
流出路7へ向かって流動を生じ、流出路7中の中空路を
塞ぐことになる。すなわち、スピルオーバー室内には、
高圧を保持した高圧閉じ込め中空部23を有する成形品
(非製品部)15となる。このようなことが起こると、
金型を開放して、成形品を取り出す場合に、スピルオー
バー室内の非製品部15に膨れが発生したり、場合によ
っては破裂する場合がある。
品粉体が成形金型の表面を損傷したり、粉体が金型キャ
ビティ表面、型締面に付着して、成形品に混入したり、
成形品表面に付着して外観不良の発生となる。また、繰
り返し成形により型締不良によるバリの発生の原因とも
なる。
掃をする必要があり、自動化運転が困難となるばかり
か、生産性の大幅な低下につながり、成形コストの上
昇、製品品質、製品管理上大きな問題となる。また、こ
の非製品の破裂は、急激に発生し、高い、大きな破裂音
が生じ、成形環境の悪化に加えて作業者の精神衛生上の
問題も大きい。
品の膨れの抑制、破裂の防止を図るものである。図2
(C)は、本発明の主要部であるスピルオーバー室部の
拡大断面図である。図(A)と異なるのは、図(A)が
流出路7の端部であるスピルオーバー室への入り口部分
8が直線的にスピルオーバー室に通じているのに対し
て、本発明の図(C)はその断面積が緩やかに拡大した
形状をとってスピルオーバー室へ通じている点にある。
の流動を乱すことが少なく、流出路7の中空部を閉鎖す
ることなく脱圧が可能になる点にある。ここで、断面積
が緩やかに拡大する形状とは、金型開放時の成形品の製
品部と非製品部が流出路中の中空部で実質的に連通する
ことを可能にする形状である。
(C)に示す、部分アール形状に限定されるものではな
く、全周アール状(ラッパ状)、斜面状などであっても
よい。また、この部分は非製品部であり、一般のゲート
とは異なり、ゲートカットのような製品部との切り取り
除去部ではないので、より脱圧時のガスの流れがスムー
スとなるようにすることができる。
入設備を有する射出成形装置を用いて成形することがで
きる。ガスとしては、特に制限はないが一般的には、不
活性、安全、安価などの観点から窒素ガスが用いられ
る。窒素ガスは窒素ボンベから直接供給する場合、空気
中から分離膜、吸着塔などの手段を用いた窒素製造装置
から調整弁を介して供給される。またガス注入設備は、
窒素などのガスを注入圧力として、30MPa以下、通
常5〜20MPa程度、好ましくは8〜15MPaの範
囲で注入できるものである。
ットの動作と連動して圧力、時間制御できるように構成
されている。金型の製品キャビティ内の溶融樹脂中への
ガスの注入方法は特に制限はなく、通常、ランナー、ゲ
ート、金型壁に設けられたガス注入ピンなどを用いて行
われる。また、ノズルから注入することも可能である。
を制御する。 射出成形機からの射出開始信号を取り込み、遅延タイ
マーをスタートさせる。 遅延タイマータイムアップ後、圧力調整弁で所定圧力
に制御されたガスを設定された時間だけ注入弁を開けて
ガスを注入する。 ガス注入後、注入弁を閉じて一定時間保持する(形成
された中空部を高圧に保つ)。 脱圧ラインの脱圧弁を開けて、脱圧する(大気開
放)。 これらの一連の制御を冷却時間の終了までに行う。
形品の成形に用いられるものであり、成形金型の製品キ
ャビティと製品キャビティから流出路を介して連通した
スピルオーバー室とからなり、流出路のスピルオーバー
室への入り口部分の断面積が緩やかに拡大する形状に形
成されていることを特徴とするものであり、詳しくは前
記成形方法で説明したものである。
る熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、射出成形が
できる樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例え
ば、ポリプロピレン、プロピレン−エチレンブロック共
重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、高密
度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポ
リエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体エラス
トマー、不飽和カルボン酸あるいはその誘導体変性ポリ
オレフィン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレ
ン単独重合体、ゴム変性ポリスチレン、シンジオタクチ
ック構造含有ポリスチレンなどのポリスチレン系樹脂、
AS樹脂、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリア
ミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ芳香族エーテルまた
はチオエーテル系樹脂、ポリ芳香族エステル系樹脂、ポ
リスルホン系樹脂、アクリレート系樹脂、各種熱可塑性
エラストマー等が採用できる。
ることもできるが、二種類以上を組み合わせて用いても
よい。これらの熱可塑性樹脂には、必要により、エラス
トマーなどの衝撃強度改良剤、ガラス繊維、タルク、炭
酸カルシウムなどの強化剤、充填材、酸化防止剤、紫外
線吸収剤、帯電防止剤、耐候剤、光安定剤、核剤、着色
剤、発泡剤、架橋剤などの添加剤などを加えることもで
きる。
の射出成形金型を用いて、好ましくは流出路に備えられ
た開閉機構で流出路を閉じた後、金型の製品キャビティ
に溶融樹脂を射出、充填、充満させる。射出、充填され
た溶融樹脂は、樹脂量、樹脂温度、樹脂射出圧力により
金型の製品キャビティの末端まで、確実に充満する。こ
の結果、成形品の細リブ、ボスなど、あるいはシボ面な
どを形成する金型の微細な凹凸は、成形品に確実に転写
され、外観にすぐれたものとなる。金型の製品キャビテ
ィ中の溶融樹脂は、金型面から冷却が始まる。ある程度
の冷却後、ガスが金型の製品キャビティ中の溶融樹脂に
注入され、溶融流動性のある厚肉部の中央部分の樹脂を
流出路を介してスピルオーバー室に追い出し、いわゆる
厚肉部に連通したガスチャンネルが形成される。また注
入されたガスの末端も最終的にスピルオーバー室に達
し、結果として、目的とする成形品の希望箇所、すなわ
ち末端まで確実に中空部が形成される。これにより、中
空体の肉厚もほぼ均一となり、注入ガスの保圧効果でヒ
ケの発生もなくなる。したがって、特に、自動車内装品
など外観が重要視される成形品の成形に好適に用いられ
る。
スピルオーバー室の非製品部内を含めて中空部の高圧の
ガスを脱圧し、必要により補助冷却を待って、金型を開
放し中空成形品が得られる。脱圧については、前記で
は、ガス注入路、脱圧路と併用する場合を示したが、そ
れぞれ独立の配管を用いて行うことができることは言う
までもない。
形方法の一例について具体例に基づいて説明するが、こ
れらの実施例に何ら制限されるものではない。ガス注入
設備を備えた射出成形機〔東芝機械(株)製:IS22
00DF〕を用い、図3に示す自動車のインストルメン
トパネル30を連続成形した。
の(A)、(B)に示されるように、デフロスター部の
剛性向上のために、デフロスター部に沿って運転席側か
ら助手席側へ向かって厚肉部を有し、ガス注入によりガ
スチャンネル31が形成されることで、中空部が形成さ
れるようになっている。またガス注入位置32は、運転
席側末端部、スピルオーバー設定位置は助手席側ガスチ
ャンネル末端部であり、樹脂流出路には開閉弁を設けて
ある。なお、溶融樹脂の射出は、中央部および運転席、
助手席側の略中央部の3ケ所から行い、脱圧はガスを注
入するガスピン部から行った。
スピルオーバー室への入り口部分の形状は、全周にわた
って、5mmのアール加工を施したラッパ形状であっ
た。スピルオーバー室の容積は、20cm3 である成形
金型を用いた。
製、IDEMITSUPP、MFR(荷重:21.18
N、温度:230℃) :10g/10分 ・溶融樹脂温度 :220℃ ・金型温度 :40℃ ・射出時間 :5秒 ・ガス注入タイミング :4秒後(射出開始から) ・ガス注入時間 :2.5秒 ・注入ガス圧力 :10MPa ・注入停止後のガス保圧時間:20秒 ・脱圧時間 :10秒 ・冷却時間 :40秒 この本発明の成形金型を用いた、成形ではスピルオーバ
ー室に相当する中空成形品(非製品部)に膨れが発生し
たり、破裂することもなく連続的に安定生産ができた。
にアールを形成せず、流出路がスピルオーバー室に直角
に結合した金型を用いた場合には、スピルオーバー室に
相当する中空成形品(非製品部)に膨れが発生し、離型
が困難になると共に、度々大きな音を発生して破裂する
現象が観察された。このため、その都度成形を中断し
て、金型内を清掃する必要があり、安定、量産性が著し
く劣るものであった。また、非製品部の膨れのために、
離型が不安定となり取り出しロボットが取り損なうトラ
ブルの発生がしばしば見られた。
填、充満させて、金型面を確実に転写した後、溶融樹脂
にガスを注入して、金型の製品キャビティ内の溶融樹脂
の一部を製品キャビティ外のスピルオーバー室に追い出
し、所望の中空部を、所望のサイズで、外観良好に形成
することができる。したがって、得られる中空成形品は
溶融樹脂の射出充填が完全充填であり、成形品表面のヒ
ケ、樹脂の流動模様などがなく、金型面の微細な凹凸が
確実に転写され、外観にすぐれたものである。また、ス
ピルオーバー室への追い出し量が比較的多い場合であっ
て、溶融樹脂の冷却が遅れがちであっても、冷却後の中
空部の全体の脱圧が完全に行え、スピルオーバー室に相
当する(非製品部)の膨れ、破裂などの異常の発生を無
くすことができる。したがって、離型異常、破裂による
破片による成形金型の損傷、製品外観の不良発生が防止
できる。また、金型寿命、冷却時間の短縮、成形異常が
ないことなどから生産性が著しく向上する。したがっ
て、特に外観が重視される大型中空成形品の成形が容易
となり、その応用分野の大幅な拡大が期待される。
明する概念断面説明図である。
の拡大断面図である。
トパネルの平面図および正面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 溶融熱可塑性樹脂を成形金型の製品キャ
ビティ内に射出し、完全充填後に、溶融樹脂にガスを注
入することにより、製品キャビティ内の溶融熱可塑性樹
脂の一部を、流出路を介してスピルオーバー室に追い出
し、中空部を形成する中空成形品の成形方法であって、
流出路のスピルオーバー室への入り口部分の断面積が緩
やかに拡大する形状に形成されてなる金型を用いること
を特徴とする中空成形品の成形方法。 - 【請求項2】 緩やかに拡大する形状が成形後に流出路
とスピルオーバー室間に連通する中空部が閉塞されない
ように形成されてなる請求項1記載の中空成形品の成形
方法。 - 【請求項3】 成形品の厚肉部にガスチャンネルを形成
することにより中空部を形成する請求項1または2記載
の成形品の成形方法。 - 【請求項4】 流出路に開閉機構を備えてなる請求項1
〜3のいずれかに記載の中空成形品の成形方法。 - 【請求項5】 成形金型の製品キャビティと製品キャビ
ティから流出路を介して連通したスピルオーバー室とか
らなり、流出路のスピルオーバー室への入り口部分の断
面積が緩やかに拡大する形状に形成されてなることを特
徴とする射出成形金型。 - 【請求項6】 流出路に開閉機構を備えてなる請求項5
に記載の射出成形金型。
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