JP4200225B2 - ゲートチップの工程別加熱による射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック射出成形用金型のホットランナー方式におけるゲートチップの工程別加熱によるゲート樹脂の溶融−固化を制御する射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチック成形時の廃棄物の減量等の点から、余計な固化ランナーなどを作らないように、ホットランナー方式などによる射出成形方法が利用されている。ホットランナー方式には、内部加熱方式（トーピード型）、外部加熱方式（ホットノズル型）、それらの混合型（ホットチップゲート型など）があるが、いずれの方式でも、スプルーからキャビティの樹脂ゲートまでのランナー部分を溶融状態に保つために、金型とは別に温度コントロールされる。
ホットランナーとキャビティの間を開閉する樹脂ゲートとしては、ホットチップゲートなどのオープンゲートやエッジゲートやバルブゲートなどが挙げられるが、構造が簡単で調整が容易なものとしてホットチップゲートが用いられる。
【０００３】
特開昭６２−１８４８２６号公報には、型締中または型締後にノズル先端温度を、開口するための上限温度に上昇させ、該温度に所定時間維持し、この間に樹脂を射出し、所定時間維持後ノズル先端を下限温度に低下させてノズル先端を閉鎖して、型開きを行うノズル温度制御方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
しかし、この方法では、保圧工程中はゲートチップヒータへの通電を遮断ないし低電力で維持するため、ゲート部の樹脂の固化が促進されており、保圧力が十分に成形品に伝達せずボイドが発生したり寸法精度が悪くなる。また、該公報の図３に示す制御方法では、保圧終了前に温度を下げているので、成形品に精度不良が発生する。
また、特開平１１−３２０６１５号公報には、ホットランナーゲート部を溶融状態に保った状態で成形する厚肉成形品の製造方法として、射出開始を起点として射出・保圧時間を変化させて得られた成形品の重量変化が殆どなくなるまでの期間、ヒーターなどで加熱状態に維持することが開示されている（例えば特許文献２参照）。
しかし、この方法では、樹脂焼け、熱分解が生じやすく、離型時にゲート部の樹脂が固化が不十分で、離型時のゲート部からの樹脂漏れが発生し、外観、強度、寸法精度などに悪影響を及ぼす。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−１８４８２６号公報（請求の範囲、図１および図３）
【特許文献２】
特開平１１−３２０６１５号公報（請求項１〜３、段落番号［０００８］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、成形品内の収縮率分布を低減させ、寸法精度を良好にするために、射出前のゲートチップ加熱によるゲートの熱的開放、保圧工程中のゲートの樹脂の溶融維持、及び離型時のゲート部からの樹脂漏れの防止を可能にした射出成形法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、射出前および射出工程中のゲートチップの加熱条件と、保圧工程中のゲートチップの加熱条件とを別々に制御し、且つ冷却工程中にゲートチップの加熱を停止又は大幅に低下させることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、射出工程前および射出工程中は、樹脂ゲートの樹脂が溶融温度＋２０℃以上、分解開始温度未満になるようにゲートチップを加熱し、保圧工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度以上、溶融温度＋４０℃未満に維持するようにゲートチップを加熱し、冷却工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度未満にするようにゲートチップの加熱を低下または停止する射出成形方法であって、前記樹脂として、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート又はポリフェニレンスルフィドを使用することを特徴とする射出成形方法である。
本発明においては、ゲートチップの加熱をヒータに通電して行うことが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を使用して説明する。
図１に、本発明に係るゲートチップの温度制御パターン（ｅ）および（ｆ）と、従来のゲートチップの加熱方法に係る温度制御パターン（ａ）〜（ｄ）の比較を示す。
横軸は各工程、縦軸はゲートチップのヒータの加熱用電力の相対比率（％）である。
【０００９】
ホットチップゲートでは、従来のゲートチップの温度制御は、図１の（ａ）通常成形−１では、射出前にゲートチップのヒータに通電することで加熱してゲート部の固化樹脂を溶融させることで熱的にゲートを開放する。ゲート開放後に樹脂の射出を行ない、保圧工程及び冷却工程中は、ゲートチップヘの通電を停止することでゲート部の樹脂を固化させ、熱的にゲートを閉鎖する。そのような温度制御を行なうことで、射出前のゲートの開放と離型時のゲート部からの樹脂漏れ防止を両立させている。
この場合、保圧工程中及び冷却工程中はゲートチップヘの通電を停止して、加熱していないため、ゲート部の樹脂の固化は促進されており、充分な保圧力が製品に伝達し難い状態にあり、ボイドが発生したりして寸法精度に悪影響を及ぼす。
【００１０】
図１の（ｂ）通常成形−２では、上記（ａ）通常成形−１において、保圧工程中及び冷却工程中はゲートチップヘの通電が大幅に低下されるが、次の成形サイクルのゲート開放に備えて、加熱が続けられる。この成形方法では、十分な保圧力が成形品に伝達し難く、ボイドが発生したりして寸法精度に悪影響を及ぼす。
図１の（ｃ）ゲート溶融成形−１では、保圧工程中も射出工程と同じ状態でゲートチップの加熱が続けられ、冷却工程でゲートチップ加熱が停止されるため、離型時にゲートチップの温度が溶融温度未満に下がらず、ゲート部からの樹脂漏れが発生してはな垂れが生じたり、製品内に漏れた樹脂が混入することにより、外観、強度、寸法精度等に悪影響を及ぼしたり、長時間ゲートチップが加熱されるので樹脂焼けや熱分解を生じることがある。
図１の（ｄ）ゲート溶融成形−２は、図１の（ｃ）ゲート溶融成形−１において、冷却工程中はゲートチップヘの通電が大幅に低下されるが、次の成形サイクルのゲート開放に備えて、加熱が続けられる。そのため、図１の（ｃ）と同じ問題が生じる。
【００１１】
図１の（ｅ）は、本発明の方法に係るゲートチップの温度制御パターンであり、射出工程前にゲートチップは溶融温度＋２０℃以上、分解開始温度未満になるように加熱され、射出工程中は射出工程前と同一条件で加熱され、保圧工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度＋４０℃未満、溶融温度以上に維持するように加熱され、冷却工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度未満にするようにゲートチップの加熱が停止される。
図１の（ｆ）は、図１の（ｅ）において、冷却工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度未満にするように、ゲートチップヘの通電が大幅に低下されるが、次の成形サイクルのゲート開放に備えて、加熱が続けられる。
図１の（ｅ）および（ｆ）の温度制御パターンとすることにより、射出開始前にゲートが熱的に開放されること、保圧工程中に樹脂が溶融温度以上の流動可能状態に保たれること、および離型時にゲートが閉じられることから樹脂漏れが生じない。
【００１２】
本発明に係るゲートチップの工程別加熱方法の詳細は、次の通りである。
（ｉ）射出工程前および射出工程中の加熱
加熱パターンには特に制限はないが、型開きして成形品を取り出した後、直ちに昇温を開始して型締め終了後直ちに射出工程に入れるように加熱するパターンが、成形サイクルを短くするために好ましい。
射出工程前および射出工程中のゲートチップの通電力（Wi）および通電時間（ti）は、樹脂の種類、射出成形装置の種類、射出条件、ゲートチップ加熱用ヒーターの発熱量などによって異なるが、通電力（Wi）は、ゲートチップの樹脂が溶融温度＋２０℃以上、分解開始温度未満になるように、制御される。
【００１３】
（ii）保圧工程中の樹脂の溶融状態の維持
本発明では、保圧工程中のゲートチップの通電力（Wp）および通電時間（tp）は、ゲートチップの樹脂を溶融温度以上、溶融温度＋４０℃未満に維持するように、制御される。溶融温度＋４０℃以上に加熱されると、特に長時間の連続成形において樹脂焼け、熱分解、離型時のゲート部からの樹脂漏れが発生し、外観、強度、寸法精度などに悪影響を及ぼす。また、溶融温度未満では充分な保圧力が製品に伝達し難い状態にあり、ボイドが発生したりして寸法精度に悪影響を及ぼす。
（iii）冷却工程中の樹脂の固化
冷却工程中に樹脂ゲートの樹脂を固化するように加熱を停止するか十分に低下する。具体的には、溶融温度未満とする。溶融温度以上では、離型時のゲート部からの樹脂漏れが発生し、外観、強度、寸法精度などに悪影響を及ぼす。
【００１４】
なお、金型の熱伝導、熱容量の点から、上記（ｉ）〜（iii）の温度は滑らかに連続的につながって、上下するものであり、各工程の設定時間も樹脂の種類および成形品の形状や要求性能によって有る程度任意に設定されるので、各工程においてその温度領域に維持される時間は、各工程の時間的長さに対して必ずしも１００％である必要はなく、実質的に本発明の効果が得られれば特に制限はないが、各工程毎に異なるが、好ましくは射出工程９０〜１００％、保圧工程１００〜１１０％、さらに好ましくは射出工程９５〜１００％、保圧工程１００〜１０５％である。例えば、射出工程開始時点で溶融温度＋２０℃にあった場合、射出工程中で最後の１０％の時間は溶融温度＋２０℃よりも低くてもよく、保圧工程中、溶融温度＋４０℃よりも低く溶融温度以上にあった場合、冷却工程中の最初の１０％の時間は溶融温度以上であってもよく、冷却工程中では型開きの段階で樹脂ゲートからの樹脂漏れ等が生じない温度まで冷却されれば、最初の１０％の時間が溶融温度以上で、残りの時間が溶融温度未満であってもよい。
【００１５】
本発明に係るゲートチップの工程別加熱方法は、手動で行ってもよいが、センサーと制御装置を設けて、比例／積分制御などにより自動化することが好ましい。
【００１６】
本発明に使用される成形樹脂は、熱可塑性樹脂であり、具体的には、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート又はポリフェニレンスルフィドであり、好ましくはポリフェニレンスルフィドである。
【００１７】
上記樹脂には、各種の樹脂添加剤、充填剤、樹脂改質剤等が入っていてもよい。
充填剤は、機械的強度、耐熱性、寸法安定性、電気的性質等に優れるために、特に剛性を高める目的で有効である。
充填剤は、目的に応じて繊維状、粉粒状又は板状のものが用いられる。繊維状充填剤としては、ガラス繊維、アスベスト繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化硅素繊維、醐素繊維、チタン酸カリ繊維、更にステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物などの無機質繊維状物質が挙げられる。特に代表的な繊維状充填剤はガラス繊維である。尚、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリル樹脂などの高融点有機質繊維状物質も使用することができる。一方、粉粒状充填剤としては、カーボンブラック、黒鉛、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ガラス粉、硅酸カルシウム、硅酸アルミニウム、カオリン、タルク、クレー、硅藻土、ウォラストナイトの如き硅酸塩、酸化鉄、酸化チタン、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、その他炭化硅素、窒化硅素、窒化硼素、各種金属粉末等が挙げられる。
又、板状充填剤としては、マイカ、ガラスフレーク、各種金属箔等が挙げられる。これらの無機充填剤は１種又は２種以上併用することができる。繊維状充填剤、特にガラス繊維又はカーボン繊維と、粒状又は板状充填剤の併用は特に機械的強度と寸法精度、電気的性質等を兼備する上で好ましい組み合わせである。無機充填剤の添加量は樹脂材料全量に対しそれぞれ４０重量％以下である。これより多いと成形加工性や靱性が損なわれ好ましくない。特に好ましくは３０重量％以下である。
尚、本発明において使用する熱可塑性樹脂材料は熱可塑性樹脂に一般的に添加される上記以外の公知の物質、すなわち、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の各種安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、可塑剤及び結晶化促進剤、結晶核剤、離型剤、界面活性剤、帯電防止剤等を任意の組み合わせで配合することも勿論可能である。
【００１８】
本発明に係る成形方法としては、射出成形、射出圧縮成形等が挙げられる。
【００１９】
本発明により得られる成形品は、平面度が７０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下と高いので、高い寸法精度を必要とする成形品に適する。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、本実施例では、下記に示すような形状の成形品を射出成形し、寸法精度の指標として平面度を、ゲートからの樹脂漏れの指標としてはな垂れを調べた。
成形品の平面度測定
装置：テーラーホブソン社製タリロンド３００
測定方法：最外周より０．５ｍｍの位置から中心に向けて４ｍｍ刻みで４箇所測定することを、円周上で多数点行った。
【００２１】
［実施例１および比較例１〜４］
ポリフェニレンスルフィドとして、フォートロン（登録商標）６１６５Ａ６（ポリプラスチックス（株）製、溶融温度２８０℃、分解開始温度４００℃）を使用した。
成形品形状：外径φ３５ｍｍ×肉厚４ｍｍの円盤
成形機：住友重機械（株）製ＳＥ１００Ｄ
ホットランナ：（株）新興セルビク製、マイクロプローブＣＧ０４５Ｆ−２Ｈセンター１点ゲート、ゲート径φ２
シリンダ温度：３２０℃
金型温度：１４０℃
ゲートチップ加熱条件：ゲートチップ加熱温度は、ゲートチップ通電力が、最大使用電力を１００％とした場合の９９％では３５０℃、８０％では２９０℃、６０％では２８０℃、４０％では２６０℃である。
各工程の時間は下記の通りである。
射出開始前（型閉じ開始から射出開始直前まで）：０．５秒
射出工程：０．５秒
保圧工程：６０秒
冷却工程：１０秒
型開き開始から突き出し完了まで：１．５秒
結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
ゲートチップを射出工程前および射出工程中のみ加熱する比較例１では、はな垂れはないものの、平面度が９６μｍと非常に大きい。
従来の温度制御で、保圧中及び冷却中も、ゲートチップ加熱通電力４０％で通電し続けた比較例２では、はな垂れはないものの、平面度が約６０μｍと大きく、通電力６０％で通電し続けた比較例３では、平面度は４４μｍと小さいものの、はな垂れが発生する。通電力８０％で通電し続けた比較例４では、平面度は４５μｍと小さいものの、はな垂れが著しく発生する。
【００２４】
実施例１に示すように、射出前通電力９９％、保圧中通電力６０％、冷却中は通電を停止することで、平面度が良好ではな垂れの無い成形品を得ることができた。
【００２５】
平面度は、従来の成形方法（比較例１）では１００μｍ程度であったが、本発明の方法により半減する。
また、冷却工程中もチップ加熱電力を射出前のチップ加熱電力の４０％以上にした場合では、ゲートチップで樹脂が固化しないので、はな垂れを生じるが、本発明の方法では、はな垂れを生じない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、平面度が良好で、はな垂れの無い成形品を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例および比較例に係るゲートチップの温度制御パターンを示す図である。

Claims (2)

1. 射出工程前および射出工程中は、樹脂ゲートの樹脂が溶融温度＋２０℃以上、分解開始温度未満になるようにゲートチップを加熱し、
   保圧工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度以上、溶融温度＋４０℃未満に維持するようにゲートチップを加熱し、冷却工程中は樹脂ゲートの樹脂を溶融温度未満にするようにゲートチップの加熱を低下または停止する射出成形方法であって、前記樹脂として、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート又はポリフェニレンスルフィドを使用することを特徴とする射出成形方法。
2. ゲートチップの加熱をヒータに通電して行う請求項１に記載の射出成形方法。

Images