JP2023183105A - 射出又はトランスファー成形機、及び、射出又はトランスファー成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調整された中子で成形することにより、成形品の物性及び寸法を安定させる。【解決手段】射出成形機１に可動側金型２と、固定側金型３と、可動側金型２に設けられた中子１０と、可動側金型２及び固定側金型３を型締め及び型開きする型開閉ユニット５と、可動側金型２、固定側金型３及び中子１０で形成されるキャビティ１２にゴム又は樹脂材料１３を供給する射出ユニット６と、少なくとも可動側金型２及び固定側金型３を加熱又は冷却するヒータ８と、中子１０に設けられた中子側温度センサ２０ａと、この中子側温度センサ２０ａが所定温度に達して所定時間が経過すると射出ユニット６からキャビティ１２にゴム又は樹脂材料１３を供給するように制御する制御部２１とを設ける。【選択図】図５

Description

本発明は、射出又はトランスファー成形機、及び、射出又はトランスファー成形方法に関し、特に中子の温度調整及び中子温度により成型を制御することに関する。

従来、射出成形用金型の成形キャビティ内への溶融樹脂の射出、充填操作が行われる前に、射出成形用金型の全体が、所定範囲内の温度に維持されるように、射出成形用金型の全体の温度を調節する射出成形方法は知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、中子を置き駒にしない場合には、いったん金型を閉めてから適当な時間に金型を開き、表面温度計で中子の温度を測り、指定温度に達していたら射出成形を開始する。指定温度に達していなかったら、もう一度金型を閉めて中子を昇温する。

一方、中子を有する金型の場合、中子を置き駒にして金型の外に取り出し、先に加熱済みの別の中子を再び金型に組み付けて次の成形を行う。その間に、取り出した中子は加熱しておく。

特開２０１１－１５６７７３号公報

特許文献１のような従来の射出成形方法では、ヒートアンドクールという製法で、樹脂の充填時のみ高流動で充填するため、通常、キャビティ直下の温度を測定して射出を開始するようにしている。このため、その後、キャビティの温度は金型全体の温度になじんでしまう。

しかしながら、金型内に温度分布ができると、成形品の寸法及び物性に影響が出てしまうという問題がある。

また、複数置き駒を用いて交換方式とする場合、置き駒が複数となるのでコストが高く、また、駒による寸法の差が出る。また、駒の取付にも時間がかかり、その間にせっかく昇温させた中子の温度にばらつきが出てしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度調整された中子で成形することにより、成形品の物性及び寸法を安定させることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、中子を交換せずに所定温度で成形を開始できるようにした。

具体的には、第１の発明では、
第１金型と、
第２金型と、
前記第１金型に設けられた中子と、
前記第１金型及び前記第２金型を型締め及び型開きする型開閉ユニットと、
前記第１金型、前記第２金型及び前記中子で形成されるキャビティに成形材料を供給する成形材料供給ユニットと、
少なくとも前記第１金型及び前記第２金型を加熱又は冷却する温度調整ユニットと、
前記中子に設けられた温度センサと、
前記中子に設けられた温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると前記成形材料供給ユニットから前記キャビティに成形材料を供給するように制御する制御部とを備えている。

上記の構成によると、温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると成形材料供給ユニットからキャビティに成形材料を供給するように制御するので、従来のように、予め温めた中子に交換する必要がなく、中子の温度を測った結果を成形材料供給ユニットの制御に反映することで、同じ温度で成形できるので、成形品の物性及び寸法が安定する。また、作業者が金型を開いて中子の温度を直接測定する必要がないので、測定する工数を省人化することができる。さらに、温度センサの値は、自動記録することも可能なので、作業者の測定工数自体が不要となる。

第２の発明では、第１の発明において、
前記制御部は、
前記温度センサが前記所定温度に達するまでは、前記型開閉ユニットによって前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力よりも低い低圧で型締めし、
前記温度センサが前記所定温度に達すると、前記型開閉ユニットによって前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力で型締めするように構成されている。

上記の構成によると、低圧で型締めすることで、第１金型及び第２金型から中子に熱が充分に伝達すると共に、その間、通常圧力よりも低い圧力とすることで、第１金型及び第２金型にかかる負荷を低減できる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
前記温度調整ユニットとして、
前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方に温度調整を行う温度調整部が設けられており、
前記中子には、前記温度調整部が設けられていない。

上記の構成によると、中子の構成が容易になるとともに、中子の温度を間接的に第１及び第２金型と同じ温度にすればよいので、制御が容易である。なお、第１金型及び第２金型の両方に温度調整部が設けられているのが有利であるが、場合によっては、第１金型及び前記第２金型の一方のみに温度調整部が設けられていてもよい。

第４の発明では、
少なくとも前記第１金型及び前記第２金型を加熱又は冷却し、
中子に設けた温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると、前記第１金型、前記第２金型及び前記中子で形成されるキャビティに成形材料を供給する。

上記の構成によると、温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると成形材料供給ユニットからキャビティに成形材料を供給するように制御するので、従来のように、予め温めた中子に交換する必要がなく、中子の温度を測った結果を成形材料供給ユニットの制御に反映することで、同じ温度で成形できるので、成形品の物性及び寸法が安定する。また、作業者が金型を開いて中子の温度を直接測定する必要がないので、時間経過と共に中子が冷えてしまうことによる測定差がなくなり、測定する工数を省人化することができる。さらに、温度センサの値は、自動記録することも可能なので、作業者の測定工数自体が不要となる。

第５の発明では、第４の発明において、
前記温度センサが前記所定温度に達するまでは、前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力よりも低い低圧で型締めし、
前記温度センサが前記所定温度に達すると、前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力で型締めする。

上記の構成によると、低圧で型締めすることで、第１金型及び第２金型から中子に熱が充分に伝達すると共に、その間、通常圧力よりも低い圧力とすることで、第１金型及び第２金型にかかる負荷を低減できる。

第６の発明では、第４又は第５の発明において、
前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方の温度調整を行うことにより、間接的に前記中子を所定温度になるように調整する。

上記の構成によると、中子に温度調整機能を設ける必要がなく、その構成が容易になるとともに、中子を間接的に第１及び第２金型と同じ温度にすればよいので、制御は容易である。ここでも、第１金型及び第２金型の両方に温度調整部が設けられているのが有利であるが、場合によっては、第１金型及び前記第２金型の一方のみに温度調整部が設けられていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、温度調整された中子で成形することにより、成形品の物性及び寸法を安定させることができる。

本発明の実施形態１に係る射出成形機を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る射出成形機を示す図１相当断面図であり、（ａ）は、射出ユニット準備工程を、（ｂ）は、ゲートユニット前進工程を、（ｃ）は、低圧型締め工程をそれぞれ示す。 本発明の実施形態１に係る射出成形機を示す図１相当断面図であり、（ａ）は、射出開始工程を、（ｂ）は、加硫工程を、（ｃ）は、ゲート開き工程をそれぞれ示す。 本発明の実施形態１に係る射出成形機を示す図１相当断面図であり、（ａ）は、再型開き工程を、（ｂ）は、金型突き出し工程を、（ｃ）は、製品取り出し工程をそれぞれ示す。 次の低圧型締め工程を示す、本発明の実施形態１に係る射出成形機を示す図１相当断面図である。 成形材料を供給する様子を示す、本発明の実施形態２に係るトランスファー成形機を示す図１相当断面図である。 射出ユニット準備工程を示す、本発明の実施形態２に係るトランスファー成形機を示す図２（ａ）相当断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の射出成形機１を示し、この射出成形機１は、第１金型としての可動側金型２と、第２金型としての固定側金型３、可動側金型２に設けられた中子１０と、可動側金型２及び固定側金型３を型締め及び型開きする型開閉ユニット５と、可動側金型２、固定側金型３及び中子１０で形成されるキャビティ１２に成形材料を供給する射出ユニット６とを備えている。

可動側金型２の構成は特に限定されないが、例えば、この可動側金型２は、断熱材７を介して型開閉ユニット５に連結されており、この型開閉ユニット５の伸縮動作により、射出成形機１のベース１ａ上をスライド移動可能に構成されている。型開閉ユニット５は、中子１０を押し出すための突出シリンダ５ａを有する。

成形品の形状や材質は特に限定されないが、例えば、外径３０ｍｍ～１００ｍｍ、高さ５ｍｍ～５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ～５ｍｍ程度の、カップ状の複数の成型品であり、シリコーンゴムで構成されている。図１に示す実施形態では、例えば、可動側金型２及び固定側金型３金型は、軸方向から見て３００ｍｍ×３００ｍｍ程度で、成形品は、外径５０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度である。

可動側金型２の内部には、可動側金型２を加熱する温度調整ユニットとしてのヒータ８が設けられている。このヒータ８は、固定側金型３の内部にも設けられている。一方、中子１０には、温度調整部としてのヒータ８は設けられていない。なお、本実施形態では、温度調整ユニットとして加熱を行うヒータ８を設けているが、熱可塑性樹脂などの、冷却すると固まる材料の射出成形では、冷却用の冷媒を流すことができる配管が金型自体に設けられていてもよい。本実施形態では、可動側金型２及び固定側金型３の両方にヒータ８を設けているが、場合によっては、どちらか一方にのみ設けてもよい。

中子１０は、複数設けられていてもよく、本実施形態でも２つ以上設けられている。各中子１０には、中子側温度センサ２０ａが設けられている。中子側温度センサ２０ａは、例えば本実施形態では、有線タイプの熱電対であり、制御部２１に接続されている。これは非接触式の温度センサであったり、無線式の温度センサであったりしてもよい。同様に金型側温度センサ２０ｂが、可動側金型２や固定側金型３にも複数設けられており、それらの温度情報が制御部２１に送られるようになっている。中子側温度センサ２０ａ及び金型側温度センサ２０ｂの配線は、図１では概略的に示しているが、可動側金型２のスライド移動を阻害しないように配線がされている。断熱材７により、可動側金型２の熱は、型開閉ユニット５側に直接伝達されないようになっている。

射出ユニット６は、例えば、射出シリンダ６ａを備え、その内部に材料供給プランジャ６ｂが設けられている。射出シリンダ６ａの材料供給口６ｃを通して材料入れ６ｅ，６ｆから２液配合部６ｄを介して例えば２種類の、液状の供給材料が連続して供給されるようになっている。

固定側金型３は、その内部に、所定距離だけスライド移動可能なゲートユニット９を有し、このゲートユニット９は、ゲート９ａを開閉するためのゲート開閉用シリンダ９ｂが設けられている。このゲート開閉用シリンダ９ｂには図示しない圧縮エア供給管が接続されている。ゲートユニット９と、ヒータ８を含む固定側金型３の一部との間には、断熱材７が設けられているので、ゲートユニット９側にヒータ８の熱が直接伝わらないようになっている。

射出成形機１は、中子側温度センサ２０ａが所定温度に達して所定時間が経過すると射出ユニット６からキャビティ１２に成形材料を供給するように制御する制御部２１を備えている。制御部２１は、例えば、射出成形機１全体の制御を行う制御盤で構成されている。

制御部２１は、金型側温度センサ２０ｂの情報を元に可動側金型２や固定側金型３を射出材料に合わせた適切な温度（例えば、シリコーンゴムだと１５０℃）になるようにヒータ８を調整する。中子１０そのものには、ヒータ８が設けられていないので、中子１０の温度は、可動側金型２や固定側金型３から伝わる熱によって調整されるようになっている。

－射出成形方法－
次に、本実施形態に係る射出成形方法について説明する。

まず、制御部２１は、金型側温度センサ２０ｂの値を計測しながらヒータ８により、可動側金型２及び固定側金型３を所定温度（例えば１５０℃）に加熱しておく。中子１０にはヒータ８は設けられていないので、可動側金型２及び固定側金型３からの熱により加熱される。

次いで、図２（ａ）に示すように、射出ユニット準備工程で、材料入れ６ｅ，６ｆから２液配合部６ｄを介して初期温度２０℃の、成形材料としてのシリコーンゴム１３（例えば、ＫＥ１９５０－４０）を材料供給口６ｃから射出シリンダ６ａに供給する。このＫＥ１９５０－４０は、透明かつ高強度で、硬化後のデュロメータＡの硬度が４０°の液状シリコーンゴムである。

また、圧縮エアをゲート開閉用シリンダ９ｂの圧力室９ｃに送り込んでゲート９ａを開いておく。

次に、図２（ｂ）に示すように、ゲートユニット前進工程において、射出ユニット６を前進させてゲートユニット９を押す。すると、ゲートユニット９の先端がゲート９ａの周縁に当接する。

次いで、図２（ｃ）に示すように、低圧型締め工程において、型開閉ユニット５で可動側金型２をスライド移動させ、可動側金型２、中間板２ａ及び固定側金型３を閉じる。このとき、制御部２１は、型開閉ユニット５によって可動側金型２及び固定側金型３を通常圧力よりも低い低圧（例えば３ｔ程度の荷重）で型締めするように型開閉ユニット５を制御する。すると、低圧で型締めすることで、可動側金型２及び固定側金型３から中子１０に熱が伝達する。

そして、中子１０に設けた中子側温度センサ２０ａが所定温度に（例えば１５０℃）に達するまでは、低圧で型締めを維持する。

次に、図３（ａ）に示すように、射出開始工程において、中子１０に設けた中子側温度センサ２０ａが所定温度（例えば、１５０℃）に達して所定時間（例えば、３秒）が経過すると、制御部２１が型開閉ユニット５によって可動側金型２及び固定側金型３を通常圧力（例えば７５ｔの荷重）で型締めする。

次いで制御部２１は、射出ユニット６に指示を出し、射出シリンダ６ａを伸長させて可動側金型２、固定側金型３及び中子１０で形成されるキャビティ１２（図２（ｃ）に示す）に成形材料としてのシリコーンゴム１３の射出を開始する。

そして、図３（ｂ）に示すように、ゲートユニット後退工程において、充填量が計量値に達したら射出シリンダ６ａの伸長を停止する。圧縮エアを供給してゲート開閉用シリンダ９ｂを伸長させてゲート９ａを閉じ、その後、スコーチ対策のために射出ユニット６を若干後退させてゲートユニット９を離す。

本実施形態の成形材料であるシリコーンゴム１３は、例えば、加硫温度は１５０℃で、加硫時間は充填部分の容積や充填速度に依存する。制御部２１は、射出停止してすぐに架橋時間のカウントを開始する。

そして、加硫時間が経過すると加硫を終了する。

次に、図３（ｃ）に示すように、ゲート開き工程において、加硫が終了すると、スコーチ対策のために圧縮エアをゲート開閉用シリンダ９ｂの圧力室９ｃに送り込んでゲート９ａを開く。

次いで、図４（ａ）に示すように、型開き工程において、制御部２１は、型開閉ユニット５に指示を出して可動側金型２を固定側金型３から離し、型開きする。

次に、図４（ｂ）に示すように、制御部２１は、突出シリンダ５ａにより、中間板２ａを突き出し、余った成形材料（シリコーンゴム１３）でできた逃げタブ１４を切る。

次いで、図４（ｃ）に示すように、突き出した中間板２ａから、図示しないロボットアーム等により、製品１５を取り出す。

次に、図５に示すように、制御部２１は、型開閉ユニット５に指示を出して再び低圧で金型を閉じる。そして、中子１０の中子側温度センサ２０ａが所定温度に達したら、次の成形を開始し、上述した動作が繰り返される。

このように、中子１０が所定温度に達するまで通常圧力よりも低い圧力とすることで、可動側金型２及び固定側金型３にかかる負荷を低減できる。

また、本実施形態では、中子１０を間接的に加熱するようにしているので、中子１０にヒータ８などの温度調整機能を設ける必要がなく、その構成が容易になるとともに、熱の伝達により可動側金型２及び固定側金型３と同じ温度にすればよいので、制御は容易である。

本実施形態では、中子側温度センサ２０ａが所定温度に達して所定時間が経過すると射出ユニット６からキャビティ１２にシリコーンゴム１３を供給するように制御するので、従来のように、予め温めた中子１０に交換する必要がなく、中子１０の温度を測った結果を射出シリンダ６ａの制御に反映することで、同じ温度で成形できるので、成形品の物性及び寸法が安定する。

また、作業者が金型を開いて中子１０の温度を直接測定する必要がないので、時間経過と共に中子１０が冷えてしまうことによる測定差がなくなり、測定する工数を省人化することができる。さらに、中子側温度センサ２０ａの値は、制御部２１等により自動記録可能なので、作業者の測定工数自体が不要となる。

したがって、本実施形態に係る射出成形機１及び射出成形方法によると、温度調整された中子１０で成形することにより、成形品の物性及び寸法を安定させることができる。

（実施形態２）
図６及び図７は本発明の実施形態２を示し、材料の供給方法が異なる点で上記実施形態１と異なる。なお、以下の各実施形態では、図１～図５と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

具体的には、本実施形態は、上記実施形態１のような射出成形機１ではなく、トランスファー成形機１０１及びトランスファー成形方法を対象としており、成形材料の供給のやり方及び射出ユニット１０６の構成が異なるが、それ以外は実施形態１と共通する点が多い。このため、特に異なる部分について重点的に説明する。

本実施形態の射出ユニット１０６の射出シリンダ１０６ａは、固定側金型３側に挿入されている。この射出シリンダ１０６ａ内にブロック状の成形材料１１３を入れるように構成されている。なお、この成形材料１１３は、数ショット毎に射出シリンダ１０６ａ内に入れられる。

－トランスファー成形方法－
次いで、本実施形態のトランスファー成形方法について説明する。

本実施形態でも、まず、図６に示すように、制御部２１は、中子側温度センサ２０ａの値を計測しながらヒータ８により、可動側金型２及び固定側金型３を所定温度（例えば１５０℃）に加熱しておく。中子１０にはヒータ８は設けられていないので、可動側金型２及び固定側金型３からの熱により加熱される。

次いで、図７に示すように、ブロック状の成形材料１１３を射出シリンダ１０６ａ内に挿入する。上記実施形態１では、液状のシリコーンゴム１３などの成形材料が適しているが、本実施形態では、固形状又は半固形状の成形材料１１３が適している。また、圧縮エアをゲート開閉用シリンダ９ｂの圧力室９ｃに送り込んでゲート９ａを開いておく。

この後は、基本的には、図２（ｂ）～図４（ｃ）と同様の動作が行われる。射出シリンダ１０６ａ内の成形材料が減って来たら再びブロック状の成形材料１１３を射出シリンダ１０６ａ内に供給するとよい。

したがって、本実施形態に係るトランスファー成形機１０１によっても、上記実施形態１と同様に、温度調整された中子１０で成形することにより、成形品の物性及び寸法を安定させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態１及び２では、固定側金型３を第１金型とし、可動側金型２を第２金型としているが、逆に可動側金型２を第１金型とし、固定側金型３を第２金型としてもよい。

また上記実施形態１では、液状のシリコーンゴム１３を加硫して成形するようにしているが、例えば、３００℃に加熱して溶融状態にある熱可塑性樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ樹脂）を供給し、１５０℃に加熱した可動側金型２及び固定側金型３で射出成形するようにしてもよい。この場合は、成形材料は冷却されることになる。

上記各実施形態では、温度調整ユニットの温度調整部としてヒータ８を用いているが、例えば、温度調整部として、可動側金型２及び固定側金型３内に流路（配管）を設け、その内部に加熱又は冷却した熱媒体である油や水で温度調整をするようにしてもよい。例えば、ポリプロピレン樹脂を２００℃で溶かして、水冷（６０℃）によって金型を冷やして成形するようにしてもよい。このように、成形材料１３，１１３は熱硬化性材料、熱可塑性材料など特に限定されず、成形材料１３，１１３に合わせて金型を加熱又は冷却すればよい。

上記各実施形態では、制御部２１の一例として、制御盤を説明した。ただし、制御部２１は、射出成形機１又はトランスファー成形機１０１を制御するものであれば、物理的にどのように構成してもよい。例えば、制御部２１は、マイクロコンピュータやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等のように、ソフトウェア（プログラム）を利用するものであってもよい。あるいは、制御部は、ハードウェア（回路部品）を組み合わせて実現してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 射出成形機
１ａ ベース
２ 可動側金型（第１金型）
２ａ 中間板
３ 固定側金型（第２金型）
５ 型開閉ユニット
５ａ 突出シリンダ
６ 射出ユニット（成形材料供給ユニット）
６ａ 射出シリンダ
６ｂ 材料供給プランジャ
６ｃ 材料供給口
６ｄ ２液混合部
６ｅ，６ｆ 材料入れ
７ 断熱材
８ ヒータ（温度調整ユニット、温度調整部）
９ ゲートユニット
９ａ ゲート
９ｂ ゲート開閉用シリンダ
９ｃ 圧力室
１０ 中子
１２ キャビティ
１３ シリコーンゴム（成形材料）
１４ タブ
１５ 製品
２０ａ 中子側温度センサ
２０ｂ 金型側温度センサ
２１ 制御部
１０１ トランスファー成形機
１０６ 射出ユニット
１０６ａ 射出シリンダ
１１３ 成形材料

Claims (6)

1. 第１金型と、
   第２金型と、
   前記第１金型に設けられた中子と、
   前記第１金型及び前記第２金型を型締め及び型開きする型開閉ユニットと、
   前記第１金型、前記第２金型及び前記中子で形成されるキャビティに成形材料を供給する成形材料供給ユニットと、
   少なくとも前記第１金型及び前記第２金型を加熱又は冷却する温度調整ユニットと、
   前記中子に設けられた温度センサと、
   前記中子に設けられた温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると前記成形材料供給ユニットから前記キャビティに成形材料を供給するように制御する制御部とを備えている
   ことを特徴とする射出又はトランスファー成形機。
2. 前記制御部は、
   前記温度センサが前記所定温度に達するまでは、前記型開閉ユニットによって前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力よりも低い低圧で型締めし、
   前記温度センサが前記所定温度に達すると、前記型開閉ユニットによって前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力で型締めするように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出又はトランスファー成形機。
3. 前記温度調整ユニットとして、
   前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方に温度調整を行う温度調整部が設けられており、
   前記中子には、前記温度調整部が設けられていない
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出又はトランスファー成形機。
4. 少なくとも前記第１金型及び前記第２金型を加熱又は冷却し、
   中子に設けた温度センサが所定温度に達して所定時間が経過すると、前記第１金型、前記第２金型及び前記中子で形成されるキャビティに成形材料を供給する
   ことを特徴とする射出又はトランスファー成形方法。
5. 前記温度センサが前記所定温度に達するまでは、前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力よりも低い低圧で型締めし、
   前記温度センサが前記所定温度に達すると、前記第１金型及び前記第２金型を通常圧力で型締めする
   ことを特徴とする請求項４に記載の射出又はトランスファー成形方法。
6. 前記第１金型及び前記第２金型の少なくとも一方の温度調整を行うことにより、間接的に前記中子を所定温度になるように調整する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の射出又はトランスファー成形方法。