JP3169382B2 - 熱可塑性ポリマーの射出成形 - Google Patents

熱可塑性ポリマーの射出成形

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱可塑性ポリマーの射出成形のための工程
に関する。そのような工程においては、分離可能なモー
ルド部分によって規定される１つまたはそれ以上のキャ
ビティ内に溶融ポリマー材料が注入され、冷却および凝
固され、モールド部分が分離された後に取り出される。
熱可塑性ポリマーは冷却で収縮し、このために物品がま
わりの領域よりも厚い領域において表面上にはっきりし
たひけマークが生じる。
ひけマークは成形された熱可塑性物品の外見を著しく
損ない、それらを予防するために努力が払われてきた。
ひとつの工程ではある程度凝固した融解物内に高圧空気
を注入し、空気が融解物内にチャネルを形成しかつ物品
の相対的に厚い領域へと主に広がるということが見出さ
れる。ここで、空気は高圧下で閉じ込められ、かつ融解
物が冷却するにつれて外側の沈みを呈する外向きの力を
及ぼす。
上述の方法の困難性は、融解物を介する空気の流れが
制限され、かつ融解物の狭い領域においてしばしば遮断
されることであり、それはこれらが通常は最初に凝固す
るからである。その方法はそれ故ある形式の物品には適
さず、かつ気体流路プロファイルの変化が部分材料にお
ける不均一性を引き起こすので、特定的には多数の部分
を成形するためのマルチキャビティモールドには適さな
いであろう。
代わりの方法が特許明細書US 3345687に示されてお
り、そこでは圧力下の空気が一方のモールド表面と成形
されている部分の半溶解ポリマーとの間に導入される。
この方法は低い空気の圧力を用いる。現在の商業的製品
およびポリマーに対しては、ずっと大きな空気圧力が要
求され、より高い圧力の使用は、成形されている部分と
モールド離し線との負から空気が漏れるかもしれず、か
つポリマーがキャビティのゲート点を介して強制的に戻
され得るという困難性をもたらす。この発明は改良され
た射出成形のプロセスを提供しようと試みる。
この発明のある局面に従えば、分離可能なモールド部
分によって規定されるキャビティ内に溶融熱可塑性ポリ
マー材料を注入し、冷却段階において材料を冷却および
凝固させ、モールド部分を分離して凝固した材料が取り
出され、冷却段階の間に、キャビティ壁内の開口を介し
て圧力下で気体が与えられて冷却ポリマーとキャビティ
壁との間に加圧された気体層を形成する射出成形の方法
が提供され、気体がキャビティ壁の小さなチャネルを介
してキャビティ壁の選択された場所に分配されることを
特徴とする。好ましくは気体は空気である。
通常はキャビティ壁は滑らかに形成されるが、選択さ
れた領域においてわずかに壁をざらざらにすることによ
って空気は小さなチャネルを与えられ、それに沿って流
れて要求される空気の層を形成し得るということが見出
される。更に、滑らかな境界を設けることによってざら
ざらにされた領域に気体が閉じ込められ得て、そこでポ
リマーはシールを形成するであろう。このように、大変
薄い高圧気体層が所望の場所に確立され得る。実務にお
いて、他の態様ではひけマークが経験されるであろうキ
ャビティの対向する壁に対して凝固するポリマーを促す
ように空気の層が位置づけられるであろう。明確に、モ
ールド内で所望の場所に空気を与えることが可能であ
り、この発明は単一キャビティの成形と同様にマルチキ
ャビティの成形に適用できる。
この発明のもう１つの局面に従えば、熱可塑性ポリマ
ー物品の射出成形のための成形工具が提供され、工具は
分離可能な工具部分によって規定される少なくとも１つ
のキャビティ、キャビティ壁を介してキャビティ内に気
体を導入するためのモールド部分の少なくとも１つ内の
ガスダクトを有し、キャビティ壁とキャビティ内で冷却
するポリマーとの間に気体の層が導入され、使用におい
て、小さなチャネルを設けるようにざらざらにされた準
備された表面部分を介してキャビティ壁内の選択された
場所に気体が分配されることを特徴とする。
従来の射出成形技術において他の不利益がある。例え
ば、中央コアと外側モールドとの間にキャビティを規定
することによって一般的に中空の厚い壁の物品が形成さ
れる。冷却において、ポリマーはコア上へと収縮し、外
側モールドとの熱接触を失う。結果として、コアを介し
て熱が取り出さなければならず、かつコアのサイズが小
さく、熱アクセスが制限されるので、冷却率は制限され
る。順に、このことは成形プロセスのサイクルタイムを
制限する。コアと冷却ポリマーとの間に気体の層を設け
るように配置することが可能であるので、この発明は改
良を提供し、それによってポリマーが冷却する時にポリ
マーと外側モールドとの間の熱接触を保つ。コアを介す
る代わりに、外側モールドを介して熱が効率的かつ迅速
に取り出され得る。
この発明は添付の図面を参照して更に説明されるであ
ろう、そこにおいて： 第１図は容器のための熱可塑性ひねり栓の斜視図であ
り、 第２図は第１図のひねり栓の比較断面図であり、 第３図は第１図および第２図に示される種類のひねり
栓を成形するためのこの発明に従う成形工具の断面図で
あり、 第４図は第３図の工具の部分の詳細な図であり、更に 第５図はこの発明を具体化する成形機械の概略図であ
る。
第１図を参照して、ひねり栓は２において内部的にね
じ切りされた一般的に円筒形の本体１を有し、かつそれ
はその周囲に平坦部４を有するドーム形の頭部３を有す
る。第２図は比較断面図であり、右側には従来的に成形
された時のひねり栓が示され、かつ左側にはこの発明に
従って成形された時のひねり栓が示される。右側は冷却
中に収縮の影響（図面においては誇張されている）を示
す。ねじ切り領域２は相互の壁厚のものであるので、冷
却中に差別的な収縮がある。より厚い部分はより薄い部
分よりもより収縮し、かつ収縮は内側に向かうので、そ
の影響は５におけるわずかな窪みを与えることである。
これらはひけマークと呼ばれる。
さて、第３図を参照して、第１図および第２図のひね
り栓を成形するために設計されたこの発明に従う成形工
具が示される。その工具はねじ切り７を有する中央コア
６を含み、それはひねり栓の内形を規定する。コア６は
外側スプリットモールド８内にあり、それの内側表面が
ひねり栓の外形を規定する。コア６と外側モールド８と
の間に規定されるキャビティ９がスクリューインジェク
ター（図示せず）によって内部中央チャネルＣを介して
溶融熱可塑性ポリマーで満たされる。それから冷却段階
があり、その間にポリマーは冷却および凝固される。冷
却段階の間に、収縮が起こる時工具内により多くのポリ
マーを入れるために噴射圧が保持される。
エアダクト10がコア６内に設けられ、かつこれらは制
御バルブ（図示せず）によって高圧空気供給に連結され
る。典型的には空気の圧力は１−300バールであり得
る。コアと冷却ポリマーとの間に加圧された空気の薄い
層を確立するという所望の効果のために選択された位置
でダクトはキャビティ内に口を開けられ、空気は冷却段
階の間に与えられる。穴の幅は0.001″よりも小さい。
液体ポリマーはそのような小さな通路を阻止しない。空
気がコアの表面に沿って流れることを許容するために、
グリットブラストによって選択された場所11でコアはざ
らざらにされる。このざらざらはそれを介して空気が広
がり得る小さなチャネルを設ける。穴を各々の選択され
た両域内に位置させることによって、または空気を伝え
るために穴と選択された領域との間の領域にざらざらを
つけることによって、選択された領域への空気の連通が
確保される。実務において、２つの段階で空気を与える
ことが有益であると見出され、それらは第１に短い低圧
段階、および第２により大きな高圧段階である。
このガス圧力の効果はポリマーを加圧することであ
り、気体圧力と実質的に等しい。このことは、多くの成
形された構成要素において、ゲートバルブまたはマシン
ノズル遮断バルブのいずれかによって妨げられない限
り、構成要素「フィードゲート」を介してポリマーが流
れ戻ることを引き起こすであろう。両方のシステムは所
有の射出成形装置として入手可能である。
第４図は第３図の工具の詳細を示し、特定的にはモー
ルドコア（内部モールド部分）26上のざらざらにされた
領域11を示す。これらは滑らかな境界領域12で囲まれ
る。これらの滑らかな境界部分において、冷却ポリマー
は加圧された空気の層を含む（contain）シールを形成
する。モールドキャビティ（外側モールド部分）27は平
滑である。注入されたプラスチックは28で示される。
空気の効果はポリマーをコアから離れるように促すこ
とである。ポリマーが収縮しようとする傾向にもかかわ
らず、外側モールド８の壁に対してポリマーの外向きの
圧力を維持するのに空気がちょうど十分であるように、
空気の量および圧力が厳密に調節される。換言すれば、
収縮効果に適応し、かつポリマーをモールド８の壁との
密接な接触に維持するバネとして空気は働く。これは２
つの効果を有する。第１に、ひけマークの形成が抑えら
れる。第２に、ポリマーの冷却が外側モールド８を介し
て起こる。
さて、第５図を参照して、第３図に示される種類の工
具を有するが、多数モールドキャビティ13を有する成形
機械が図式的に示される。モールドキャビティは固定プ
ラテン14と移動プラテン15との間に規定される。マシン
スクリューおよびバレル可塑化／注入システム16が遮断
ノズル18を介して17の塑性材料を注入するために設けら
れる。
エアコンプレッサ21からエアソレノイドバルブ20を介
して空気導管システム19に高圧空気が供給される。エア
リザーバ22が圧力の変動を減じるために設けられる。バ
ルブ20は、上述の低圧力段階のために用いられてもよい
低空気圧力入力25を有する。外側（移動）モールド部分
内の冷却ダクト23によって加速される冷却が達成され
る。パイプシステム24がダクト23に冷却水を供給し、か
つそれをそこから除去する。
従来的にコアを介するよりも、外側モールドを介する
方がより迅速な冷却が可能なので、サイクルタイムにお
ける改良が達成され得る。例えば、（ａ）従来の実務お
よび（ｂ）この発明のプロセスのための典型的な数値が
以下に与えられる。
この成形プロセスの異なる利点は、上述のポリマーの
応力が構成要素の全体を通して基本的に等しいことであ
ると認められた。これは従来の成形技術では普通のこと
ではなく、「ひけマーク」を最小にするために、それが
冷却しかつキャビティ壁から離れるように収縮するにつ
れて部分の半溶融コア内に溶融ポリマーが継続的に注入
されると理解される。このプロセスエレメントは通常、
「圧力保持または充てん段階（packing phase）」と呼
ばれ、均一でない、時には過酷な応力を構成要素内に引
き起こすと理解される。これらの一様でない内部応力
は、それがモールドから取り出されると、部品のそりを
引き起こし、かつ部品品質廃棄の大きな要素である。こ
うして、実質的に等しい応力および低いそりを有する任
意のプロセスは著しい経済的および品質的有益性を有す
るであろう。
この発明の有益性のいくつかは以下のように要約され
る。
製品の品質 熱可塑性成形に対して、このプロセスは「沈みのな
い」正確な成形を効果的に得るための経済的手段を提供
する。また、部品内の応力は均等でかつ低く、結果とし
て起こる低いそり率を伴う。
製品の刷新 刷新的な工具設計で、比較的簡単なツーリングで部品
が製造され得て、とにかくそれは遅いサイクル上で稼働
する高価なツーリングによってのみ可能であったであろ
う。ひけマークを隠すという要件が和らげられるので、
部品設計における自由が許される。
サイクルの有益性 後に続く「ショット」のために溶融装填物を可塑化す
るために必要な時間によって多くの射出成形サイクルが
制限される。
この発明を用いれば、サイクルの可塑化要素がマシン
サイクルにおいて著しくより速く開始され得て、従って
サイクルを短縮する機会を与えるということが理解され
る。高体積部分に対する多くの手段において、このサイ
クルタイムの節約は部品コスト上に相対的な効果を有す
るであろう。
マシンサイズの有益性 多くの成形システムにおいて、成形機械のサイズ（か
つそれ故コスト）は、部品上の「ひけ」を最小にするた
めに必要な「充てん圧力」によって決められる。部品が
冷却するにつれて、「ゲート」から遠く離れた特徴部内
に溶融材料を注入することは次第により困難になるの
で、この充てん圧力は相対的に高い傾向がある。
しかしながら、この発明を用いれば、充てんのために
必要とされる最大の期間は2.0秒であり、かつそれ故融
解物は相対的に熱く、かつ圧力は最小となり得る。こう
して、所与のサイズの機械上で成形することができる部
品のサイズの増大が可能になり、消費者に対するコスト
の減少が伴う。
より安価なツーリング 内部成形応力が減じられかつモールドがフラッシュす
る可能性がより小さいので、より安価なツーリングを用
いることが可能である。
より小さなゲートマーク 成形の「ゲートマーク」がよく目に見える位置にある
場合、このマークのサイズは重大な品質のパラメータと
なる。ゲートが固まらないように、ゲートの直径は必要
な「充てん段階」の長さによって実質的に支配される。
しかしながら、このプロセスを用いる場合、この考慮は
もはや当てはまらず、かつゲートの直径は部品を充てん
するのに必要な最小であってよい。
収縮の予測 従来の成形技術を用いれば、部品の各々の別個の要素
に対する正確な収縮値を予測することは極めて困難であ
ると見出されてきた。この収縮値は成形中の以下の塑性
条件によって影響される。
（ａ）塑性温度プロファイル （ｂ）塑性応力プロファイル、および （ｃ）要素が自由に収縮するか、またはモールドコアま
たはキャビティによって制限されるか。
このプロセスを用いることによってこれらのパラメー
タのすべての変動が減じられるので、この収縮値が著し
く小さな変動を示し、かつそれ故予測することが容易で
あろうと考えられる。
この発明は以上の例の詳細に制限されない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−8028（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−138677（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−164617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−33258（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−501090（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分離可能なモールド部分によって規定され
    るキャビティ内に溶解熱可塑性ポリマー材料を注入し、
    冷却段階において材料の冷却および凝固を許容し、モー
    ルド部分を分離しかつ凝固した材料を取り出す射出成形
    の方法において、冷却段階の間に、キャビティ壁内の開
    口を介して気体が圧力下で与えられて冷却ポリマーとキ
    ャビティ壁との間に加圧された気体の層を形成し、その
    際に、開口からキャビティ壁の小さなチャネルを介し
    て、加圧された気体の層を必要とするキャビティ壁の選
    択された領域に気体が分配されることを特徴とする、射
    出成形の方法。
  2. 【請求項２】小さなチャネルを介する気体の分配が平滑
    な壁の境界部分でのポリマーのシールによって制限され
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】モールドがマルチキャビティモールドであ
    る、請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】モールドがモールドコアおよび外側モール
    ドを含み、気体の層がコアおよび冷却ポリマーの間に設
    けられ、それによってポリマーが冷却する時にポリマー
    と外側モールドとの間の熱接触を保持する、請求項１〜
    ３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】熱可塑性ポリマー物品の射出成形のための
    成形工具であって、工具は分離可能な工具部分によって
    規定される少なくとも１つのキャビティと、キャビティ
    壁を介してキャビティ内に気体を導入するための工具部
    分の少なくとも１つ内のガスダクトと、加熱されたポリ
    マー材料を前記キャビティ内に注入する手段とを有し、
    前記ガスダクトは、加圧された気体の層を前記キャビテ
    ィ壁とキャビティ内で冷却する加熱されたポリマー材料
    との間に導入する手段を含み、キャビティ壁は、小さな
    チャネルを与えるようにざらざらにされた表面部分を有
    し、加圧された気体の層を必要とするキャビティ壁の選
    択された領域に小さなチャネルを介してガスが分配され
    ることを特徴とする、成形工具。
  6. 【請求項６】前記表面部分が平滑な領域によって境界づ
    けられる、請求項５記載の成形工具。
  7. 【請求項７】工具がコアおよび外側モールドを含み、ダ
    クトは、気体の層がコアとポリマーとの間に設けられる
    ように配置される、請求項５または６記載の成形工具。
  8. 【請求項８】外側モールドから熱を取り出すために冷却
    手段が設けられる、請求項５〜７のいずれかに記載の成
    形工具。
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