JP2007144662A - 樹脂成形体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度に応じて粘度が変化する樹脂材料を用いた場合にあっても、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生を抑制することができる樹脂成形体の製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂成形体製造装置では、樹脂材料の流通経路であるスプルーにおける第２温調手段が付加されてなる部分（冷却部）よりもキャビティの側の部分には、第１温度（キャビティ加熱温度）と第２温度（冷却部冷却温度）との間の値の第３温度に、当該部分における樹脂材料の温度調節を行うことで樹脂材料の粘度をコントロールする第３温調手段（ヒータ）が付加されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形体の製造装置および製造方法に関し、特に、コールドランナーシステムにおける樹脂材料の温度制御技術に関する。

現在、様々な用途に樹脂成形体が用いられている。この樹脂成形体の製造には、射出成形装置が用いられる。射出成形装置は、樹脂材料を射出する射出部、射出された樹脂材料を受ける成形型、およびこれらに付帯される各機能部などから構成されている。このような射出成形装置では、その材料として２液混合の熱硬化性樹脂を用いる場合、材料硬化のために供給される熱によって樹脂材料流路（スプルー）内の樹脂材料が硬化してしまうのを防止する目的からスプルーを冷却する機能が付加された構成、所謂、コールドランナーシステムが採用される（例えば、特許文献１）。

コールドランナーシステムを採用する射出成形装置における成形型の構造について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、上記射出成形装置における成形型は、可動型５１０と固定型５２０との組み合わせをもって構成されている。固定型５２０には、可動型５１０との合わせ目部分に向けて延びるスプルー５２１が形成されており、このスプルー５２１の湯口部分５２１ａに射出部のノズルが取り付けられることになる。そして、スプルー５２１の周辺部分には、スプルー５２１内の樹脂材料を冷却するための冷却液流路５２２が形成されている。冷却液流路５２２には、冷却液供給部５６０が接続されている。

固定型５２０と可動型５１０との合わせ目部分には、キャビティ５１１およびランナー５１２が上記固定型５２０におけるスプルー５２１に対し流路の接続が図られた状態で形成されている。そして、スプルー５２１とランナー５１２との接続部分には、スプルーロック５１３が形成されている。なお、キャビティ５１１とランナー５１２との境目部分には、ゲートが形成されている（図５では、不図示）。

可動型５１０および固定型５２０の各々には、キャビティ５１１に対応する領域にヒータ５１４、５２４がそれぞれ埋設され、当該ヒータ５１４、５２４の各々には、ヒータ電源５４０、５４５が接続されている。
なお、固定型５２０における冷却液供給流路５２２とヒータ５２４が埋設された領域との間には、断熱部５２３が設けられ、キャビティ５１１を加熱するヒータ５１４、５２４の熱が固定型５２０の冷却液供給路５２２を流れる冷却液によって奪い取られない構成となっている。

上記構造を有する従来の射出成形装置では、湯口部分５２１ａから熱硬化性の樹脂材料を供給し、供給された樹脂材料は、スプルー５２１およびランナー５１２を通りキャビティ５１１へと充填される。キャビティ５１１に充填された樹脂材料は、ヒータ５１４、５２４からの熱供給を受けて硬化する。ここで、キャビティ５１１内の樹脂材料は、一定時間の間、加熱されることによって硬化するのであるが、このとき固定型５２０に冷却機能を付加していないとすれば、ヒータ５１４、５２４からの熱によりスプルー５２１内の樹脂材料も温度上昇してしまい、次のショットで用いるべき樹脂材料までもが硬化してしまうことになる。

特許文献１の技術は、このような不具合を解消すべく、スプルー５２１の周辺領域に冷却液流路５２２を設けてスプルー５２１内の樹脂材料が硬化してしまわないようにしている。
特許２６１２７９５号公報

しかしながら、スプルー５２１で冷却された２液混合の熱硬化性樹脂材料をヒータ５１４、５２４で加熱されたキャビティ５１１内へと充填する場合には、樹脂材料の温度が急速に上昇し、その粘度も急速に変化してしまう。このため、図５に示すような従来の射出成形装置を用いて成形を行うときには、充填中における樹脂材料の急速な粘度の変化に由来して、成形体における形状バラツキ、バリおよび気泡などが生じることがある。

具体的に、２液混合の熱硬化性樹脂材料は、５０〜１５０（℃）において、その粘度が常温付近の１／１０程度まで一旦低下する領域が存在し、これよりも高温の領域においては温度上昇に伴いその粘度が急速に上昇するというものである。また、２液混合の熱硬化性樹脂材料は、常温付近でも硬化を開始する。これらの事項より、従来の射出成形装置で上記樹脂材料を用いた成形を行う場合には、スプルー５２１で常温よりも低い温度に冷やされた樹脂材料が、可動型５１０のキャビティ５１１に充填されたとき、あるいはランナー５１２を通っているときに最も粘度の低い状態となり、その後に急速に粘度が上昇することになる。従って、従来の射出成形装置では、上述のような不具合を生ずるに至る場合がある。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、温度に応じて粘度が変化する樹脂材料を用いた場合にあっても、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生を抑制することができる樹脂成形体の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次のような構成を採用する。
本発明に係る樹脂成形体製造装置は、キャビティと当該キャビティに繋がる樹脂材料の流通経路とが形成された成形型を有し、キャビティの近傍領域に、キャビティ内部の樹脂材料の温度をその硬化が促進される第１温度に調節する第１温調手段が設けられ、流通経路における樹脂流通の上流側の近傍領域に、当該部分における流通経路内の樹脂材料の温度をその硬化が抑制される第２温度に調節する第２温調手段が設けられ、流通経路における第２温調手段が設けられてなる部分よりも樹脂流通の下流側の近傍領域に、当該部分における流通経路内の樹脂材料の温度を第３温度に調節する第３温調手段が設けられており、第３温度は、樹脂材料における温度−粘度特性に基づくとともに、第１温度と第２温度との間の値に設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る樹脂成形体製造方法は、次の（１）〜（４）のステップを有することを特徴とする。
（１）充填ステップ：キャビティと、当該キャビティに繋がる流通経路とが形成された成形型に対し、流通経路の開口端からキャビティに向けて樹脂材料を充填する。
（２）第１温調ステップ：キャビティに樹脂材料が充填された状態を維持しながら、当該充填された樹脂材料の温度を、その硬化が促進される第１温度に調節する。
（３）第２温調ステップ：流通経路の一部内方における樹脂材料の温度を、その硬化が抑制される第２温度に調節する。
（４）第３温調ステップ：第２温調ステップで第２温度に温度調節された当該部分内方の樹脂材料を、第１温度に温度調節されたキャビティに充填するに際し、第２温調ステップが温度調節の対象とする上記流通経路の一部と、キャビティとの間において、当該間の部分の内方の樹脂材料の温度を、第１温度と第２温度との間の値の第３温度にし、その部分における粘度を調節する。

本発明に係る樹脂成形体製造装置では、上述のように、樹脂材料の流通経路における第２温調手段が近傍領域に設けられてなる部分よりも樹脂流通の下流側、即ち、樹脂材料の流通経路におけるキャビティ側の近傍領域に、当該部分に対応する樹脂経路内における樹脂材料の温度を第３温度に調節し、これにより当該部分での樹脂材料の粘度調節を実行する第３温調手段が設けられた構成を有する。そして、上記における第３温度は、成形に用いる樹脂材料の温度−粘度特性に基づくとともに、第１温度（キャビティ内の樹脂材料の硬化が促進される温度）と第２温度（樹脂経路の上流側での樹脂材料の硬化が抑制される温度）との間の値に設定されている。このような構成を有することにより、本発明に係る樹脂成形体製造装置では、流通経路の下流側における樹脂材料の温度を上記値を採る第３温度に調節することが可能であり、キャビティへの充填に際しての樹脂材料の粘度を最適化することができる。

例えば、図５に示す従来の樹脂成形体製造装置では、上述のように、硬化抑制のためにスプルー５２１で冷却されていた樹脂材料が、硬化促進のために加熱されたキャビティ５１１の方へと進むにつれて、その温度が急速に上昇し、粘度も急速に変化する。このため、上記従来の樹脂成形体製造装置を用いた樹脂成形体の製造では、キャビティ５１１に充填される際の樹脂材料の粘度をコントロールすることが困難であった。特に、例えば樹脂材料のロット間バラツキなどによってもキャビティ５１１に充填される際の樹脂材料の粘度は大きく影響を受け、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡などの発生を効果的に抑制することができなかった。

これに対して、本発明に係る樹脂成形体製造装置では、硬化抑制のために第２温度に温度調節された樹脂材料をそのままキャビティに充填するのではなく、用いる樹脂材料の温度−粘度特性に基づくとともに、第３温調手段を以って第１温度と第２温度との間の値である第３温度に温度調節することができるので、キャビティへの充填に際して樹脂材料の粘度を最適に設定することが可能である。

従って、本発明に係る樹脂成形体製造装置は、温度に応じて粘度が変化する樹脂材料を用いた場合にあっても、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生を抑制することができる。
また、本発明に係る樹脂成形体の製造方法では、第３温調ステップを有し、キャビティに充填される樹脂材料の温度を硬化促進のための第１温度と効果抑制のための第２温度との間の値の第３温度とすることができるので、本発明に係る樹脂成形体製造装置での説明の通り、キャビティに充填するに際しての樹脂材料の粘度を最適値にコントロールすることが可能である。

従って、本発明に係る樹脂成形体の製造方法では、温度に応じて粘度が変化する樹脂材料を用いた場合にあっても、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生を抑制することができ、歩留まりおよび品質の向上を図ることが可能である。
上記本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法では、次のようなバリエーションを採用することができる。

本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法では、第１温調手段（製造方法にあっては、第１温調ステップ）と第２温調手段（製造方法にあっては、第２温調ステップ）とを有するので、熱硬化性の樹脂材料を対象とすることができる。即ち、両温調手段（両温調ステップ）を備えることにより、キャビティ内の樹脂材料の硬化を促進しながらも、スプルー内の樹脂材料の硬化を抑制することができ、製造効率および樹脂成形体の品質などの観点から優位である。

また、本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法では、温度−粘度特性において第１温度と第２温度との間にその粘度が最低となる第４温度が存在するような樹脂材料を対象とする場合に、特に優位である。即ち、このような樹脂材料を図５に示す上記従来の製造装置を用いて成形する場合には、スプルーで冷やされた樹脂材料がキャビティへと導入される際に、その温度が上昇することで一旦粘度の低下を生じ、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生することがある。

これに対して、本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法では、第３温調手段（製造方法にあっては、第３温調ステップ）によりキャビティに導入される樹脂材料の粘度の最適化が実施できる。このため、本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法を用いた場合には、上記温度−粘度特性を有する樹脂材料に対しても、第３温度を第４温度と第１温度との間に設定することで、上述のような各不良を低減することができる。中でも、主剤と硬化剤との２液が混合されてなる樹脂材料を用いる場合に、優位である。

また、本発明に係る樹脂成形体の製造装置では、その成形型において、第１温調手段の実行部と第３温調手段の実行部との間、および第３温調手段の実行部と第２温調手段の実行部とのそれぞれの間に、互いの間の熱の流通を抑制する断熱部を介挿した構成を採用すれば、キャビティの温度が第２温調手段および第３温調手段などの温調による熱的影響を受けにくく、硬化に係るキャビティの温度を安定に維持することができ、製品の品質という観点から優位性を有する。また、このように断熱部を介挿することによって、装置に対し付加する熱を無駄にすることもなく、エネルギ効率という観点からも優位である。

なお、上記において、「各手段における上記実行部」とは、例えば、加熱の場合であればヒータやスチームなどの熱流体の流通経路などを意味し、冷却の場合であれば冷却液の流通経路における吸熱部分などを意味するものである。
また、本発明に係る樹脂成形体の製造装置では、第１温調手段および第２温調手段および第３温調手段に対し、適用しようとする樹脂材料に応じた温度−粘度特性に関するデータを予め備える熱制御部を接続しておけば、樹脂材料を変更する毎に各部の温度設定をオペレータが設定しなおすことも必要でなくなり、製造時における時間的効率の観点での優位性や、不要な温度設定ミスをなくすことができるという優位性を有する。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係る樹脂成形体の製造装置および製造方法の構成およびその作用を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、これらに限定を受けるものではない。
１．装置構成
本発明の実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１は、その材料として２液混合の熱硬化性樹脂材料を用いるものである。その構成について、その主たる部分を図１を用い説明する。図１は、樹脂成形体製造装置１の構成の内、型１０、２０に係る部分を主として表す模式断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１は、可動型１０と固定型２０、および射出部３０などから主に構成されている。また、図１ではその図示を省略しているが、各機能部分に接続され、各機能部分に駆動信号を出力する制御部が設けられている。
射出部３０は、スクリュータイプの押出し機であって、シリンダ３１とこれに内挿されたスクリュー３２などからなる。また、射出部３０には、固定型２０との接続部分近くにバルブピン３３を有する。このバルブピン３３は、射出部３０から型１０、２０への樹脂材料の充填の量的制御を実行するために設けられている。なお、射出部３０には、シリンダ３１とスクリュー３２との間隙の一部に逆流防止弁が設けられているが、図１ではその図示を省略している。さらに、スクリュー３２の他端には、その回転動力源たるモータなども設けられている。

可動型１０には、固定型２０との境界部分に成形の形状、あるいはこれに相似する形状のキャビティ１０１が複数箇所（図１では、２箇所）設けられており、それぞれに対応してヒータ１１１、２１４が可動型１０および固定型２０の各々に埋設されている。ヒータ１１１、２１４のそれぞれには、ヒータ電源４０、４５が接続されている。２箇所のキャビティ１０１は、ランナー１０２で繋がっており、その中央部分に台錐状のスプルーロック１０３が形成されている。

本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１では、ヒータ１１１、２１４とヒータ電源４０、４５との各組み合わせを以って、キャビティ１０１内に充填される樹脂材料に対する加熱手段となっている。そして、その内のヒータ１１１、２１４が、キャビティ１０１に対する加熱手段の実行部分である。
また、可動型１０の外周にあっては、フランジ１０ａが形成されており、図１のＸ軸方向にストローク可能に配されたシリンダ５０がこれに接合されている。シリンダ５０は、エアシリンダであるが、油圧シリンダやモータとボールネジを組み合わせたものでも適用することができる。さらに、可動型１０の外周には、固定型２０の突起２０ａと嵌合する形状を有する突起１０ｂが形成されている。

固定型２０は、その内方において、射出部３０の樹脂射出口から可動型２０との境界部分におけるランナー１０１の中央部分とを繋ぐように図１のＸ軸方向に延びるスプルー２０１が形成されている。スプルー２０１は、射出部３０から射出された樹脂材料の流通ＦＬＯＷ_Ｒの経路となる。また、固定型２０は、断熱部２２１によって図１のＸ軸方向に３つの部分に分けられている。その内のＸ軸方向右側に位置する部分には、冷却液の流通ＦＬＯＷ_Ｃの経路である冷却液流路２０２がスプルー２０１に近接して形成されている。冷却液流路２０２は、冷却液供給部６０に接続されている。本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１では、冷却液流路２０２と冷却液供給部６０との組み合わせを以って、当該部分（冷却部２０１ａ）における樹脂材料の冷却を実行する手段となっている。そして、冷却液流路２０２における冷却部２０１ａに相当する部分が、冷却手段の実行部分である。

また、固定型２０における３つの部分の内、Ｘ軸方向における中程の部分には、スプルー２０１に近接する位置にヒータ２１１が埋設され、各ヒータ２１１には、ヒータ電源７０が接続されている。本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１では、ヒータ２１１とヒータ電源７０との組み合わせを以って、予加熱部２０１ｂにおけるスプルー２０１内の樹脂材料の温度を調節する手段となっている。そして、ヒータ２１１が、温調手段の実行部分である。

また、固定型２０における３つの部分の内、Ｘ軸方向における左側の部分、即ち、可動型１０に境界を接する側の部分には、上述のように、キャビティ１０１を加熱するためのヒータ２１４が各キャビティ１０１に対応して埋設されている。そして、各ヒータ２１４には、ヒータ電源４５が接続されている。
さらに、固定型２０の外周には、上述のように、可動型１０との嵌合に供する突起２０ａが形成されており、樹脂材料を充填する際には、可動型１０と固定型２０との両突起１０ｂ、２０ａが嵌合した状態において、当該台錐状となる突起１０ｂ、２０ａに対してこれに相応する凹部８０ａを有するロックブロック８０が嵌合する。なお、ロックブロック８０は、エアシリンダなどのストローク機構（不図示）により、図１のＹ軸方向に上下できるようになっている。

２．充填時における樹脂材料の流れ
上記構成の樹脂成形体製造装置１を用い樹脂成形体を製造する場合には、２液混合の熱硬化性樹脂材料を射出部３０のホッパ（不図示）から投入し、スクリュー３１の回転を以って固定型２０のスプルー２０１へと射出される。このとき、樹脂材料の射出量については、バルブピン３３をＸ軸方向にスライドさせることで調整される。

固定型２０のスプルー２０１に射出された樹脂材料は、流れＦＬＯＷ_Ｒの方向に流れるのであるが、冷却液流路２０２が近接配置された冷却部２０１ａで冷却される。スプルー２０１内の樹脂材料は、Ｘ軸方向左側へと流れ、予加熱部２０１ｂを通過する。このとき、樹脂材料は、ヒータ２１１により加熱される。
スプルー２０１を通った樹脂材料は、射出部３０からの射出圧力を受けて、ランナー１０２を通りキャビティ１０１へと充填される。

樹脂成形体製造装置１を用いた樹脂成形体の製造においては、上記樹脂材料の流れを所定のショット数繰り返す。
３．型１０、２０における温度制御
次に、上記構成を有する樹脂成形体製造装置１の温度調節に係る制御機構について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１における樹脂材料等の温度調節に係る制御機構を模式的に表したブロック構成図である。

図２に示すように、樹脂成形体製造装置１には、図１では図示を省略した温度制御部９０および主制御部１００が設けられている。また、可動型１０および固定型２０のそれぞれには、キャビティ１０１、冷却部２０１ａおよび予加熱部２０１ｂに対応して各部の温度測定を行う温測部１１２、２１２、２１３、２１５が設けられている。これら温測部１１２、２１２、２１３、２１５は、温度制御部９０に温度情報をフィードバックできるよう信号線で接続されている。また、温度制御部９０は、ヒータ１１１に繋がるヒータ電源４０、ヒータ２１１に繋がるヒータ電源７０、冷却液流路２０２に対し冷却液の供給を行う冷却液供給部６０およびヒータ２１４に繋がるヒータ電源４５のそれぞれに対しても信号線で接続されている。

以上のような制御機構を有する樹脂成形体製造装置１での温度制御について、２液混合の熱硬化性樹脂材料を対象とする場合を一例として、図３を用いて説明する。図３は、２液混合の熱硬化性樹脂材料の温度−粘度特性を示す図である。
図３に示すように、上記樹脂材料の粘度Ｖは、常温（２５℃）あるいはそれより低い温度Ｔ_２から上昇させて行くに従って（温度Ｔ_２→温度Ｔ_３）、一旦低下する（粘度Ｖ_１→粘度Ｖ_２）。そして、樹脂材料の粘度Ｖは、温度Ｔ_３で最小となり（ポイントＰ_ＬＯＷ）、さらに温度を上げると（温度Ｔ_３→温度Ｔ_１）、急激な上昇に転ずる。なお、ポイントＰ_ＬＯＷにおける粘度Ｖ_２は、例えば、常温（２５℃）における粘度の約１／１０となる。

本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１における温度制御部９０には、樹脂材料毎に図３のような温度−粘度特性が予めテーブル化されて格納されており、オペレータからの使用樹脂材料の選択指示信号に基づき、温度制御パターンを設定する。
例えば、温度制御部９０は、図３に示す特性の樹脂材料が選択された場合に、可動側キャビティ用ヒータ電源４０および固定側キャビティ用ヒータ電源４５に対し、キャビティ１０１内の樹脂材料の硬化の促進に十分な温度Ｔ_１以上の温度領域Ｂに設定し、可動側および可動側のキャビティ温測部１１２、２１５によりキャビティ１０１の温度をモニタリングしながら温度調節を実行する。なお、本実施の形態における温度制御部９０が実行する温度制御においては、ＯＮ／ＯＦＦ制御方法を用いても良いし、インバータ制御方法などを用いてもよい。

また、温度制御部９０は、固定型２０における冷却液供給部６０からの冷却液の供給量あるいは冷却液の温度を制御することによって、スプルー２０１における冷却部２０１ａにおける樹脂材料の温度を常温（２５℃）あるいはそれより低い温度Ｔ_２以下の温度領域Ａに設定する。この制御においても、温度制御部９０は、冷却箇所温測部２１２からの樹脂材料温度に関するモニタリング情報に基づく温度制御を行う。

次に、本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１においては、スプルー２０１における冷却部２０１ａとキャビティ１０１の加熱用のヒータ１１１、２１４との間において、スプルー２０１内の樹脂材料を予加熱するところに特徴を有しているのであるが、温度制御部９０は、予加熱部２０１ｂ内の樹脂材料の温度を、図３の領域Ｃあるいは領域Ｄの範囲内に設定する。即ち、温度制御部９０は、ヒータ２１１の温度を、対象とする樹脂材料における最も粘度が低くなる温度Ｔ_３よりも高い温度に制御する。特に、図３における温度領域Ｄの範囲内で制御する場合には、キャビティ１０１へ充填される際の樹脂材料の粘度が低すぎることがないので、可動型１０と固定型２０との合わせ目などから樹脂材料が漏れ出すことがなく、バリなどの不良の低減を図るのに有利である。

なお、図３のような樹脂材料における温度−粘度特性については、樹脂材料の種類毎に求められるものであり、型１０、２０におけるランナー１０２やキャビティ１０１の形状等を考慮してシミュレーションなどでの解析結果を基に、キャビティ１０１に充填する際の樹脂材料の最適な粘度を検討すればよい。これより、例えば、キャビティ１０１に充填するに際しての樹脂材料の最適な粘度が粘度Ｖ_３と粘度Ｖ_４との間に存在するのであれば、予加熱部２０１ｂの温度設定を温度領域Ｄ（温度Ｔ_４〜温度Ｔ_５）の範囲内としておけばよい。

ただし、図３のような温度−粘度特性を有する樹脂材料を対象とする場合にあっては、予加熱部２０１ｂの温度設定を少なくともポイントＰ_ＬＯＷよりも高い温度域に設定することが望ましい。これは、ポイントＰ_ＬＯＷよりも高い温度域に設定することによって、キャビティ１０１に充填するに際して、樹脂材料の粘度は粘度Ｖ_２から高くなるのみであり、樹脂材料の粘度コントロールがし易いという優位性を有するためである。

なお、２液混合の熱硬化性樹脂の一例であるシリコーン樹脂の場合には、図３の各値は次のようになる。
温度Ｔ_３：７０〜８０（℃）
粘度Ｖ_２：８〜８．５（Ｐａ・ｓ）
温度Ｔ_４：９０〜１１０（℃）
温度Ｔ_５：１１０〜１３０（℃）
粘度Ｖ_４：３０〜３５（Ｐａ・ｓ）
４．射出成形方法
次に、本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１を用いた射出成形方法について、図４を用いて説明する。なお、図４に示すフローチャートは、図２に示す温度制御部９０と制御部１００とが協働して実行するものである。

図４に示すように、オペレータが本装置１の主制御部１００に対し、成形開始の旨の指示を与えると、これを受けた主制御部１００は、内蔵のカウンタをリセットする（ステップＳ１）。次に、主制御部１００は温度制御部９０に対し、温度調節に関する駆動を開始する旨の信号を送出し、これを受けた温度制御部９０は、キャビティ１０１に対応するヒータ電源４０、４５をＯＮとし（ステップＳ２）、スプルー２０１の予加熱部２０１ｂに対応するヒータ電源７０をＯＮとし（ステップＳ３）、冷却部２０１ａを冷却するための冷却液供給部６０の駆動を開始させる（ステップＳ４）。

次に、主制御部１００は、シリンダ５０に対し可動型１０を閉状態とするように駆動信号を送出し、その後、可動型５０と固定型２０とが嵌合したことを確認後、ロックブロック８０によって型１０、２０をロックする（ステップＳ５）。可動型１０と固定型２０とのロック状態において、温度制御部９０は、各温測部１１２、２１２、２１３からの温度に関するモニタリング情報を監視し、各部１０１、２０１ａ、２０１ｂにおける温度が設定された温度になっているか否かをチェックする（ステップＳ６）。具体的には、キャビティ１０１の温度が図３の温度領域Ｂとなっているか、スプルー２０１の冷却部２０１ａの温度が温度領域Ａとなっているか、スプルー２０１の予加熱部２０１ｂの温度が温度領域Ｃまたは温度領域Ｄとなっているかを各モニタリング情報からチェックする。

温度制御部９０は、上記ステップＳ６で各部１０１、２０１ａ、２０１ｂの温度がそれぞれ設定の範囲内となっていることを確認した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、主制御部１００に対してその旨の信号を送出する。これを受けた主制御部１００は、射出部３０における駆動モータ（不図示）を駆動させ、また、バルブピン３３を制御することにより、スプルー２０１へと樹脂材料を射出させる。スプルー２０１に射出された樹脂材料は、ランナー１０２を通りキャビティ１０１へと充填される（ステップＳ７）。

主制御部１００は、キャビティ１０１などを満たす容量の樹脂材料を射出した後、バルブピン３３を図１のＸ軸方向左側へとスライドさせ、また、射出部３０の駆動モータの回転を停止させる。この状態で、キャビティ１０１に充填された樹脂材料が硬化するのに要する十分な時間、状態を保持する（ステップＳ８）。そして、キャビティ１０１内の樹脂材料が硬化した後に、主制御部１００は、ロックブロック８０に対しロックの解除に係る指示信号を送出し、シリンダ５０に対し可動型１０を開状態とする旨の指示信号を送出する。これにより、可動型１０が開状態となり、図１などでは図示を省略の製品排出用ピンなどの作用を以って、キャビティ１０１内の製品が排出される（ステップＳ１０）。

主制御部１００は、製品排出を以ってカウンタの値ｋをカウントアップし（ステップＳ１１）、そのカウンタ値がオペレータの指示回数（ｎ）となるまで、上記ステップＳ５からステップＳ１１までの各ステップを繰り返し実行する。
主制御部１００は、カウンタの値ｋが回数（ｎ）となった場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、温度制御部９０に対して、温度調節に関する駆動を停止する旨の信号を送出する。この信号を受けた温度制御部９０は、キャビティ１０１に対応するヒータ電源４０、４５をＯＦＦとし（ステップＳ１３）、スプルー２０１の予加熱部２０１ｂに対応するヒータ電源７０をＯＦＦとし（ステップＳ１４）、冷却部２０１ａを冷却するための冷却液供給部６０の駆動を停止させる（ステップＳ１５）。

以上で、樹脂成形体製造装置１を用いた樹脂成形体の製造が終了する。
５．樹脂成形体製造装置１およびこれを用いた製造方法が有する優位性
上記構成を有する本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１およびこれを用いた製造方法では、次のような優位性を有する。
本実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１では、固定型２０のスプルー２０１における冷却部２０１ａよりもキャビティ１０１の側の予加熱部２０１ｂの内方の樹脂材料に対し、キャビティ１０１の加熱温度（図３の温度領域Ｂ）と冷却部２０１ａの冷却温度（図３の温度領域Ａ）との間の値の温度（図３の温度領域Ｃまたは温度領域Ｄ）となるように加熱するためヒータ２１１が埋設された構成を採用している。

樹脂成形体製造装置１では、このような構成を採用することで、スプルー２０１の予加熱部２０１ｂでの樹脂材料への予加熱により、キャビティ１０１への充填に際しての樹脂材料の粘度を最適化することができる。
従って、樹脂成形体製造装置１では、温度に応じて粘度が変化する樹脂材料を用いた場合にあっても、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡の発生などの不良の発生を抑制することができる。また、当該優位性を有する樹脂成形体製造装置１を用いた製造方法についても、上記不良の発生を低減することができる。

一方、図５に示す従来の樹脂成形体製造装置では、上述のように、硬化抑制のためにスプルー５２１で冷却されていた樹脂材料が、硬化促進のために加熱されたキャビティ５１１の方へと進むにつれて、その温度が急速に上昇し、粘度も急速に変化する。このため、上記従来の樹脂成形体製造装置を用いた樹脂成形体の製造では、キャビティ５１１に充填される際の樹脂材料の粘度をコントロールすることが困難であった。特に、例えば樹脂材料のロット間バラツキなどによってもキャビティ５１１に充填される際の樹脂材料の粘度は大きく影響を受け、成形体の形状バラツキや、未充填、バリおよび気泡などの発生を効果的に抑制することができなかった。

６．その他の事項
上記における実施の形態は、本発明の構成上の特徴およびそこから奏される作用・硬化を分かりやすく説明するために採用した一例であって、その本質とする特徴以外についての種々のバリエーションを採ることができる。例えば、図１に示す上記実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１の主要構成については、スプルー２０１やキャビティ１０１などの形状等を単純化して図示したものであり、これら形状については製品を製造する上で要求される形状に沿って設計される。また、キャビティ１０１やランナー１０２の複雑化などによっては、３分割以上の成形型構成とすることもできる。

また、図１に示すように、上記実施の形態においては、便宜上、スプルー２０１の形状を単なる円柱状としたが、型抜きなどを考慮して錐状とすることも現実的である。さらに、ランナー１０２とキャビティ１０１との境界部分には、ゲートを設けることもできる。
また、上記実施の形態では、加熱手段として電気をエネルギとするヒータを採用したが、これ以外にも、設定の温度まで成形型を局部的に加熱できるものであれば採用することができる。例えば、スプルー２０１に近接するように流通経路を設け、この流通経路をスチームなどが循環できるシステムを採用することもできる。冷却のためのシステムについても、同様に種々のバリエーションを採用することができる。

また、上記実施の形態においては、冷却部２０１ａとキャビティ１０１との間に１箇所の予加熱部２０１ｂを設けることとし、予加熱部２０１ｂでの設定温度を１つの値としたが、スプルー２０１の流路方向に連続的に温度変化するような設定を行うこともできし、互いに設定温度の異なる複数の温調部を配設することとしてもよい。
また、上記実施の形態においては、成形対象となる樹脂材料として２液混合の熱硬化性樹脂材料を適用したが、これ以外の樹脂材料に対しても適用することが可能である。例えば、熱可塑性の樹脂材料を採用する場合には、スプルー２０１における入り口付近の樹脂材料の温度を高くし、キャビティ１０１の温度を低く設定することとなるが、この場合においても、その中間部分に硬化促進温度と硬化抑制温度との間の値で、その粘度をキャビティ１０１に充填するのに最適な値となる温度に温度制御できる部分を構成しておけばよい。

さらに、上記実施の形態では、固定型２０におけるスプルー２０１内の樹脂材料の温度を制御することとしたが、可動型１０におけるランナー１０２内の樹脂材料を制御することとしてもよい。

本発明は、高品質な樹脂成形体を高い歩留まりを維持しながら製造することができる樹脂成形体の製造装置および製造方法を実現する上で有効な技術である。

本発明の実施の形態に係る樹脂成形体製造装置１の主たる構成を示す模式断面図である。 樹脂成形体製造装置１における各部温度制御に係る構成を示すブロック構成図である。 ２液混合の熱硬化性樹脂における温度と粘度との関係を示す特性図である。 樹脂成形体製造装置１における駆動方法を示すフロー図である。 従来に係る樹脂成形体製造装置の構成の内、成形型に係る部分を示す模式断面図である。

符号の説明

１．樹脂成形体製造装置
１０．可動型
２０．固定型
３０．射出部
３１．シリンダ
３２．スクリュー
３３．バルブピン
４０、４５、７０．ヒータ電源
５０．シリンダ
６０．冷却液供給部
８０．ロックブロック
９０．温度制御部
１００．主制御部
１０１．キャビティ
１０２．ランナー
１０３．スプルーロック
１１１、２１１、２１４．ヒータ
１１２、２１２、２１３、２１５．温測部
２０１．スプルー
２０２．冷却液流路
２２１．断熱部

Claims (10)

1. キャビティと当該キャビティに繋がる樹脂材料の流通経路とが形成された成形型を有し、
   前記キャビティの近傍領域に、キャビティ内部の樹脂材料の温度をその硬化が促進される第１温度に調節する第１温調手段が設けられ、
   前記流通経路における樹脂流通の上流側の近傍領域に、当該部分における流通経路内の樹脂材料の温度をその硬化が抑制される第２温度に調節する第２温調手段が設けられ、
   前記流通経路における前記第２温調手段が設けられてなる部分よりも樹脂流通の下流側の近傍領域に、当該部分における流通経路内の樹脂材料の温度を第３温度に調節する第３温調手段が設けられており、
   前記第３温度は、前記樹脂材料における温度−粘度特性に基づくとともに、前記第１温度と前記第２温度との間の値に設定されている
   ことを特徴とする樹脂成形体製造装置。
2. 前記樹脂材料は、熱硬化性を有する材料であり、
   前記第２温度は、前記第１温度よりも低い値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形体製造装置。
3. 前記樹脂材料は、温度−粘度特性において、前記第１温度と第２温度との間に粘度が最低となる第４温度が存在する材料であり、
   前記第３温度は、前記第４温度と第１温度との間に設定されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形体製造装置。
4. 前記樹脂材料は、主剤と硬化剤との２液が混合されてなる材料である
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の樹脂成形体製造装置。
5. 前記第１温調手段および第２温調手段および第３温調手段は、前記成形型内に発熱または吸熱に係る実行部分を有し、
   前記成形型において、第１温調手段の前記実行部と第３温調手段の前記実行部との間、および第３温調手段の前記実行部と第２温調手段の前記実行部との間のそれぞれには、互いの間の熱の流通を抑制または遮断する断熱部が介挿されている
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の樹脂成形体製造装置。
6. 前記第１温調手段および第２温調手段および第３温調手段には、充填しようとする樹脂材料に応じた温度−粘度特性に関するデータを予め備える熱制御部が接続されている
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の樹脂成形体製造装置。
7. キャビティと、当該キャビティに繋がる流通経路とが形成された成形型に対し、前記流通経路の開口端から前記キャビティに向けて樹脂材料を充填する充填ステップと、
   前記キャビティに前記樹脂材料が充填された状態を維持しながら、当該充填された樹脂材料の温度を、その硬化が促進される第１温度に調節する第１温調ステップと、
   前記流通経路の一部の内方の樹脂材料の温度を、その硬化が抑制される第２温度に調節する第２温調ステップと、
   前記第２温調ステップで第２温度に温度調節された当該部分内方の樹脂材料を、前記第１温度に温度調節された前記キャビティに充填するに際し、前記流通経路における前記一部と前記キャビティとの間において、当該部分内方の樹脂材料の温度を、前記第１温度と第２温度との間の値の第３温度にし、その粘度を調節する第３温調ステップとを有する
   ことを特徴とする樹脂成形体製造方法。
8. 前記樹脂材料は、熱硬化性を有する材料であり、
   前記第２温調ステップでは、前記第２温度が、前記第１温度よりも低い値に設定される
   ことを特徴とする請求項７に記載の樹脂成形体製造方法。
9. 前記樹脂材料は、温度−粘度特性において、前記第１温度と前記第２温度との間に粘度が最低となる第４温度が存在する材料であり、
   前記第３温調ステップでは、第３温度が、前記第４温度と前記第１温度との間の値に設定される
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の樹脂成形体製造方法。
10. 前記樹脂材料は、主剤と硬化剤との２液が混合されてなる材料である
    ことを特徴とする請求項７から９の何れかに記載の樹脂成形体製造方法。

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