JP3784999B2 - 熱硬化性樹脂の射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェノール樹脂やユリア樹脂等の熱硬化性樹脂を用いて製品を成形する熱硬化性樹脂の射出成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱硬化性樹脂製品の射出成形は、熱可塑性樹脂の射出成形と基本的に同じであり、射出ユニットで計量された熱硬化性樹脂を射出ノズルからスプルとランナによって構成される樹脂通路を通じて金型の成形キャビティに射出し、その射出樹脂を成形キャビティ内で硬化させて成形品とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
熱硬化性樹脂の射出成形には、熱硬化性樹脂の特殊性に起因して、熱可塑性樹脂の成形とは異なる次のような解決すべき課題がある。
すなわち、熱硬化性樹脂の反応度、計量時の材料密度、材料粒度等の１以上が僅かでも変化すると、ショット毎に金型の成形キャビティ圧力が変動する。このため、成形品の外観、寸法のばらつきを生じ易い。
【０００４】
また、熱硬化性樹脂はクッション成形が困難なため、樹脂の供給量がばらつき、その結果、成形不良となりやすい。インサート、アウトサート成形の場合、樹脂供給量が均一であっても、インサート品の体積のばらつきにより、成形品の品質が変化してしまう。
【０００５】
ところで、通常の射出成形において、射出樹脂の熱収縮に伴う気泡の発生やヒケを防止する目的で、エジェクタピンを軸孔に沿って摺動させて射出樹脂を加圧することは、特公平３−７１２５４号公報や特許第２５８７５７５号公報等で周知である。
【０００６】
しかし、この方式では、エジェクタピンの先端が軸孔を摺動して射出樹脂を加圧する関係から、かじりを生じてショット毎に加圧力が変動するおそれがあり、良好な成形ができないことがある。この点は、熱硬化性樹脂に硬度の高い、例えばガラス繊維等の材料が混入されている場合に顕著である。
【０００７】
また、上記の方式は、エジェクタピンが射出樹脂の加圧に兼用されているので構造的には簡単になるが、成形品を金型から取り出すエジェクタ速度及び圧力と、気泡やヒケ等を防止する加圧速度及び圧力とには大きな差があるため、エジェクタピンの制御系が複雑になるという問題点もある。
【０００８】
前掲の特許第２５８７５７５号公報には、射出樹脂によって移動させられたエジェクタピンの移動距離から成形品の良否判断を行うことが開示されているが、これだけでは、例えば樹脂材料のロットや気温等が変わって射出ユニットの計量樹脂量が多くなる傾向、或いは少なくなる傾向が生じても成形運転を継続しながら上記の傾向を修正することができない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、成形状態を把握された品質の良好な成形品を得ることができる熱硬化性樹脂の射出成形方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、射出ユニットの計量樹脂量を自動的に修正して成形運転を継続することができる熱硬化性樹脂の射出成形方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の少なくとも１つの目的を達成するために、請求項１記載の発明は、射出ユニットで計量された熱硬化性樹脂を射出ノズルから樹脂通路を通じて金型の成形キャビティに射出し、該射出樹脂を成形キャビティ内で硬化させて成形品とする熱硬化性樹脂の射出成形方法において、上記成形キャビティ内への熱硬化性樹脂の射出終了後に、上記樹脂通路等に設けられた樹脂溜り部内に、加圧プランジャを移動量検出手段によって移動量を検出しながら加圧駆動装置の作動で押し入れて上記成形キャビティ内の溶融状態の熱硬化性樹脂を加圧する構成とし、移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量に応じて次回の上記射出ユニットで計量される計量樹脂量を加減することができることとした。
【００１１】
この手段では、成形キャビティへの射出樹脂量やインサート品の体積にばらつきがあって、そのままでは成形圧力が変化して成形不良となる場合でも、加圧プランジャの加圧によって成形圧力が一定に保たれる。加圧プランジャの押入れ移動量を移動量検出手段の検出結果から知り、加圧プランジャの移動量が適正範囲内ならばその時の成形品を良品、適正範囲から外れておれば不良品と判定する。加圧プランジャは、射出樹脂の加圧に専用的に用い、射出樹脂が硬化して次の熱硬化性樹脂が成形キャビティに射出されるまでの適当な時期に、押入れ位置から元の位置に後退させて次の成形に備える。加圧プランジャを射出樹脂の加圧にのみ作用させる構成のため、エジェクタピンと兼用させる場合と違って、制御系が単純になる。
また、加圧プランジャの移動量に応じて射出ユニットの計量樹脂量が自動的に加減される。この結果次回からの計量樹脂量が適量となる。
【００１３】
請求項１記載の熱硬化性樹脂の射出成形方法において、移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量が最大設定値よりも大きかった場合に、射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を増大させる構成とすることが好ましい（請求項２）。この構成では、加圧プランジャの移動量が最大設定値よりも大きかった場合、射出ユニットの計量樹脂量が自動的に増大させられる。この場合も次回からの計量樹脂量が適量となる。
【００１４】
請求項１又は請求項２記載の熱硬化性樹脂の射出成形方法において、移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量が最小設定値よりも小さかった場合に、射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を減少させる構成とすることが好ましい（請求項３）。この構成では、加圧プランジャの移動量が最小設定値よりも小さかった場合、射出ユニットの計量樹脂量が自動的に減少させられる。このため、次回からの計量樹脂量が適量となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１と図２は本発明に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施する射出成形機の主要部の一例を示す。この射出成形機は、金型ユニット１と射出ユニット２を備えている。
【００１６】
金型ユニット１は、型締装置（図示せず）で型締めされる一対の金型４（図には便宜上１個から示されていない。）を主体とする。金型４には、スプル４ａとランナ４ｂ及び成形キャビティ４ｃが周知のように形成され、スプル４ａに射出された溶融状態の熱硬化性樹脂Ｊがランナ４ｂを通って成形キャビティ４ｃに充填されるようになっている。
【００１７】
そして、スプル４ａとランナ４ｂからなる樹脂通路、正確にはスプル４ａとランナ４ｂの交点のスプル４ａに向き合う位置に樹脂溜り部４ｄが形成されている。この樹脂溜り部４ｄの内壁面４ｅは、ランナ４ｂに近づくにしたがって広がるテーパ状となっている。
【００１８】
金型４には加圧プランジャ５が設けられている。加圧プランジャ５は、加圧駆動装置６で樹脂溜り部４ｄ内に押し入られて成形キャビティ４ｃ内の樹脂を樹脂溜り部４ｄとランナ４ｂ内の樹脂を介して加圧するものであり、自体の中心軸線をスプル４ａと樹脂溜り部４ｄの中心線に一致させるとともに、自体の先端５ａを樹脂溜り部４ｄに僅かに突き出して（樹脂溜り部４ｄの底面と面一でもよい。）金型４の軸孔４ｆに挿通されている。この加圧プランジャ５の外径は樹脂溜り部４ｄの内壁面４ｅの内径よりも小さくされている。
【００１９】
このため、加圧プランジャ５は内壁面４ｅがテーパ状に形成されていることと相俟って、進退移動に際し内壁面４ｅに接触することがなく、また先端５ａと軸孔４ｆとの間にかじりを生じることもない。なお、スプル４ａと樹脂溜り部４ｄ及び加圧プランジャ５の横断面形状は、いずれも真円にされているが、他の形状の場合もあり得る。
【００２０】
加圧駆動装置６としては、ピストンロッドで加圧プランジャ５を直接動かす油圧シリンダや、回転運動を直線運動に変えるねじ機構を介して加圧プランジャ５を移動させるサーボモータ等の電気モータ等が用いられるが、本発明において、その具体的な構造や種類は任意である。
【００２１】
加圧駆動装置６は、加圧力と速度を自由に変えることが可能で、加圧プランジャ５を比較的低い圧力で樹脂溜り部４ｄに押し入れてから、任意のタイミングで加圧力を高めることができるようになっている。
【００２２】
射出ユニット２は、周知のもので、加熱筒８内に射出スクリュ９を周方向に回転自在に、かつ軸方向に移動自在に挿入して成り、射出スクリュ９を回転駆動装置（図示せず）で回転させて熱硬化性樹脂を溶融させながら、射出スクリュ９を所定の背圧で所定位置まで後退させて溶融樹脂を加熱筒８の先端部に計量した後、射出スクリュ９を射出駆動装置（図示せず）で前進させて計量樹脂を射出ノズル８ａから、スプル４ａとランナ４ｂを通じて金型４の成形キャビティ４ｃに射出することができるようになっている。
【００２３】
符号１１は、加圧プランジャ５の移動量（位置）を検出する移動量検出手段であり、また符号１２は、射出スクリュ９の後退移動量、換言すれば、射出ユニット２の計量樹脂量を調整する樹脂量調整手段である。両手段１１，１２は制御装置１４にそれぞれ接続されている。
【００２４】
制御装置１４は、加圧プランジャ５の移動量が過大で、その時の成形品が不良又はこれに近い状態となる時の最大設定値と、加圧プランジャ５の移動量が過小で、その時の成形品が不良又はこれに近い状態となる時の最小設定値を設定する設定部を備えており、移動量検出手段１１で検出された加圧プランジャ５の移動量が最大設定値をこえた場合に、その後の射出ユニット２の計量樹脂量が増大して適量となるように樹脂量調整手段１２に指令を出力し、また移動量検出手段１１で検出された加圧プランジャ５の移動量が最小設定値に達しなかった場合に、その後の計量樹脂量が減少して適正となるように樹脂量調整手段１２に指令を出力するようになっている。
【００２５】
移動量検出手段１１と樹脂量調整手段１２は、加圧駆動装置６と射出ユニット２の構造等に対応したものが使用されるので、両手段１１，１２の具体的な構造や種類等は本発明において任意である。
【００２６】
次に、上記構成の射出成形機を用いた本発明に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法の実施の形態を説明する。
まず、金型４を型締めするとともに加圧プランジャ５を加圧駆動装置６で後退させて準備し、射出ユニット２で溶融計量された熱硬化性樹脂Ｊを、射出スクリュ９を前進させることにより、射出ノズル８ａからスプル４ａとランナ４ｂを通じて金型４の成形キャビティ４ｃに射出する（図１参照）。
【００２７】
次いで、射出スクリュ９が前進限に達して所定量の樹脂Ｊが成形キャビティ４ｃに射出され充填工程が終了したら、スクリューは前進限のまま加圧保持しシリンダへの樹脂の逆流を防止し、加圧駆動装置６を比較的低い圧力で作動させて加圧プランジャ５を図２のように樹脂溜り部４ｄに押し入れて保圧工程に入り、成形キャビティ４ｃ内の射出樹脂Ｊを樹脂溜り部４ｄとランナ４ｂ内の樹脂を介して加圧する。
【００２８】
成形キャビティ４ｃ内の樹脂表面にスキン層が形成される所定時間上記の加圧を継続し、所定時間が経過したところで、加圧駆動装置６の加圧力を高める。
樹脂溜り部４ｄ内への加圧プランジャ５の進入時に、加圧プランジャ５が樹脂溜り部４ｄの内壁面４ｅに触れて抵抗がかかることがないので、加圧駆動装置６によって与えられた加圧力が樹脂に正確に伝達される。
【００２９】
射出樹脂量にばらつきがあったり、射出樹脂量が正しくてもインサート品の体積に誤差があって、そのままでは所定の加圧力が得られないような場合でも、上記した加圧プランジャ５の加圧作動によって成形キャビティ４ｃ内の樹脂圧力が所定の圧力となり、正常に成形が行われる。したがって、バリやヒケがなく、寸法精度の良い所定形状の成形品が得られる。
【００３０】
また、加圧が適正になされる上、スキン層が形成された後に加圧力を所定の圧力に高めるので、バリの発生が一層低減される。
【００３１】
加圧プランジャ５の上記加圧作動において、射出樹脂量が多かったり、インサート品の体積が大きかったりした場合は、加圧プランジャ５の樹脂溜り部４ｄ内への進入移動量が小さくなり、上記の逆の場合は進入移動量が大きくなる。
【００３２】
既述のように、移動量検出手段１１は加圧プランジャ５の移動量を検出して制御装置１４に出力し、制御装置１４は、例えば、図３に示すように、加圧プランジャ５の移動量が最大設定値をこえた場合に樹脂量調整手段１２に次回の計量樹脂量が増大するように指令を出力し、また最小設定値に達しなかった場合に、樹脂量調整手段１２に次回の計量樹脂量が減少するように指令を出力する。この指令によって次回の計量樹脂量が適量に修正されることとなり、良品が成形される。
【００３３】
成形キャビティ４ｃ内の樹脂が硬化するまで加圧プランジャ５による加圧を継続し、樹脂が硬化したら、加圧プランジャ５を加圧駆動装置６で元の状態に後退させ、金型４を型開きして金型４から成形品を取り出す。
以下、上記の成形サイクルを繰り返して成形を続行する。
【００３４】
図４は、樹脂溜り部の加圧成形を実施し、移動量検出手段１１と樹脂量調整手段１２及び制御装置１４を機能させずに図１の射出成形機を作動させた場合の実験結果（キャビティ圧力線図）を示し、また図５は、加圧プランジャで加圧しない通常の射出成形方法の場合、図６は、金型に成形キャビティに開口する軸孔を設けて加圧プランジャで成形キャビティ内の樹脂を直接加圧した場合の実験結果をそれぞれ示す。
【００３５】
図４と図５及び図６の比較から明らかなように、図５では、各ショットのキャビティ圧力線に大きなばらつきが見られるが、図４では、ショット間のキャビティ圧力線は無視できる程度の小さいばらつき幅で見事に纏り、また迅速に立上っていることが分かる。
【００３６】
図１の射出成形機を、移動量検出手段１１と樹脂量調整手段１２及び制御装置１４を機能させて作動させ、本熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施した場合は、計量樹脂量が過大、又は過小となると自動修正されるので、樹脂材料のロットや気温等が変わるようなことがあっても、長時間にわたり成形品の品質を最高に保って連続運転することが可能となる。
【００３７】
なお、図６のものでは、加圧プランジャが成形キャビティ内に突き出した場合、成形品のその部分に凹みができ、凹みの深さは均一でないため、成形品形状に制約を受けてしまう場合がある。
【００３８】
上記の実施形態では、加圧プランジャ５の移動量が最大設定値より大きかったり、最大設定値よりも小さかったりすると、直ちに制御装置１４から樹脂量調整手段１２に指令を出して次回の計量樹脂量を修正したが、２回以上の所定回数、移動量が過大、又は過小が続いた場合にのみ、修正指令を出すようにすることもできる。
また、最大設定値と最小設定値を良品と不良品の限界点に設定せずに、それらの一方又は両方を、良品の枠内に余裕をもって設定することができる。この場合は、上記説明の所定回数後の修正が生きる。
【００３９】
また、修正方式ついて言えば、制御装置１４による計量樹脂量の修正量を定量とすることができるが、それよりも加圧プランジャ５の実際の移動量と最大設定値又は最小設定値の差が大きいときは修正量を大きく、また差が小さいときは修正量を小さくする修正方式の方が好ましい。計量樹脂量の修正は、最大設定値と最小設定値のいずれか一方とすることもあり得る。
【００４０】
金型に成形キャビティ４ｃが２以上形成されている場合、樹脂溜り部４ｄは、各成形キャビティ４ｃの樹脂を均等に加圧できる、樹脂通路の位置（普通は中央）に設けられる。また樹脂溜り部４ｄを複数個設け、樹脂溜り部４ｄと一対になるように加圧プランジャ５を設けても良い。この場合、樹脂溜り部４ｄはスプル４ａとキャビティ４ｃの中間のように均一に圧力伝達できる位置であればどこでも良い。スプル４ａ、ランナ４ｂ、成形キャビティ４ｃ、加圧プランジャ５等の形状、個数は図のものに限られるものではなく任意である。
【００４１】
また、樹脂溜り部４ｄの内壁面４ｅは、加圧プランジャ５に接触しなければ、加圧プランジャ５と平行な直線状とすることができ、場合によっては、制御系の簡略化のみを期待して、加圧プランジャ５と接触する構造とすることもあり得る。樹脂溜り部４ｄは、成形キャビティ４ｃに直結して設ける場合もある。
【００４２】
また加圧プランジャ５で樹脂を加圧する際に、加圧樹脂が加熱筒８に逆流するのを防止するために、加圧プランジャ加圧動作時には、スクリューは最前進位置に保持することでシリンダへの樹脂の逆流は防止でき、射出ユニットは特別な形状とする必要はなく、従来のものが使用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、熱硬化性樹脂の反応度、計量時の材料密度、材料粒度、インサート品の体積等に差があっても、それを吸収して成形キャビティ内の樹脂を所定の圧力で加圧し、硬化させることができる上、移動量検出手段の検出信号によって成形品の良否の判定を行うことができる。したがって、バリやひけがなく、寸法精度の高い品質の良好な熱硬化性樹脂の成形品を成形し、それを不良成形品と区別して取り出すことができる。
【００４４】
また、移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量に応じてその後の射出ユニットで計量される計量樹脂量を加減する構成とし、さらに請求項１記載の熱硬化性樹脂の射出成形方法において、移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量が最大設定値よりも大きかった場合に、射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を増大させ、また移動量検出手段で検出された加圧プランジャの移動量が最小設定値よりも小さかった場合に、射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を減少させる構成とした場合は、計量樹脂量の自動修正によって良品の成形率が向上し、不良成形率が低下するとともに、長時間の連続成形運転が可能となる。したがって、あらゆる面で総合的に無駄を省き、成形品の生産コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱硬化性樹脂の射出成形方法を実施する射出成形機の主要部の一例を示す充填工程の図である。
【図２】 同じく、加圧プランジャを樹脂溜り部に押し入れた保圧工程の図である。
【図３】 制御装置による計量樹脂量の修正例を示す図である。
【図４】 制御装置等を機能させずに図１の射出成形機で成形した場合のキャビティ圧力線図である。
【図５】 通常の射出成形方法で成形した場合のキャビティ圧力線図である。
【図６】 加圧プランジャで成形キャビティ内の樹脂を直接加圧した場合のキャビティ圧力線図である。
【符号の説明】
１ 金型ユニット ２ 射出ユニット
４ 金型 ４ａ スプル
４ｂ ランナ ４ｃ 成形キャビティ
４ｄ 樹脂溜り部 ４ｅ 内壁面
４ｆ 軸孔 ５ 加圧プランジャ
６ 加圧駆動装置 ８ 加熱筒
８ａ 射出ノズル ９ 射出スクリュ
１１ 移動量検出手段 １２ 樹脂量調整手段
１４ 制御装置 Ｊ 樹脂

Claims (3)

1. 射出ユニットで計量された熱硬化性樹脂を射出ノズルから樹脂通路を通じて金型の成形キャビティに射出し、該射出樹脂を成形キャビティ内で硬化させて成形品とする熱硬化性樹脂の射出成形方法において、上記成形キャビティ内への熱硬化性樹脂の射出終了後に、上記樹脂通路に設けられた樹脂溜り部内に、加圧プランジャを移動量検出手段によって移動量を検出しながら加圧駆動装置の作動で押し入れて上記成形キャビティ内の溶融状態の熱硬化性樹脂を加圧し、上記移動量検出手段で検出された上記加圧プランジャの移動量に応じて次回の上記射出ユニットで計量される計量樹脂量を加減することを特徴とする熱硬化性樹脂の射出成形方法。
2. 上記移動量検出手段で検出された上記加圧プランジャの移動量が最大設定値よりも大きかった場合に、上記射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を増大させることを特徴とする請求項１記載の熱硬化性樹脂の射出成形方法。
3. 上記移動量検出手段で検出された上記加圧プランジャの移動量が最小設定値よりも小さかった場合に、上記射出ユニットに指令を出力してその後の計量樹脂量を減少させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱硬化性樹脂の射出成形方法。

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