JP5370823B2 - 射出発泡成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形品の射出発泡成形方法に関し、特に、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を用い１つの射出ユニットで時間差を設けて発泡性溶融樹脂を順次射出充填して、金型を開くことによって充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させて、或いは金型を開かないことによって充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させずに、これらの組み合わせ動作によって、１回の成形動作で複数の発泡製品、或いは複数の発泡製品と未発泡製品を同時に成形する射出発泡成形方法に関する。

複数個のキャビティを有する金型を用い型閉じした金型のいずれかのキャビティに溶融樹脂を射出充填した後に、時間差を設けて他のキャビティに溶融樹脂を射出充填し、複数回に分けて全てのキャビティへの溶融樹脂の充填を完了させ、全キャビティに射出充填した溶融樹脂の冷却後に金型を開いて成形品を取り出す射出成形方法が開示されている。この射出成形方法では、型締力が小さい小型の射出成形装置を用いて生産性良く製品が得られる効果を有する。（特許文献１参照）

また、各キャビティにおける射出充填及び保圧工程をキャビティ毎に定めた所定の射出条件で行ない、いずれかのキャビティへの射出充填及び保圧工程が完了して、他のキャビティへ射出充填を行うに際しスクリュが後退し各キャビティへ連通する樹脂流路及びスクリュ先端部の樹脂圧力が解放され、該解放後のスクリュ停止位置を次の射出開始の位置となるように補正を行なう射出成形方法が開示されている。この射出成形方法では、キャビティ毎の充填量が安定し、成形品の重量及び寸法が安定する効果を有する。（特許文献２参照）

ところで、上記従来の射出成形方法により複数個のキャビティを有する金型を用い、発泡性溶融樹脂による射出発泡成形を行った場合、一つのキャビティに射出充填の後にスクリュが後退し樹脂流路及びスクリュ先端部の樹脂圧力が開放されることから、発泡性溶融樹脂中から発泡ガスが放出されて脱泡し、所定の発泡倍率を有する成形品を得ることができなかった。特に、射出順位が後位となるキャビティほど脱泡が顕在化し、発泡倍率、製品重量、形状不良の原因となっていた。
そして、上記従来の射出成形方法は、全てのキャビティに充填する溶融樹脂を予めスクリュ先端に備え、キャビティ毎に所定の必要量を射出する構成であることから、各キャビティに充填される溶融樹脂には温度差があること、また、充填順位が後位でキャビティに充填される溶融樹脂は熱履歴時間が長く劣化されることから、キャビティそれぞれが所定の発泡倍率を有する成形品を得ることが難しかった。

特開平１−１２５２１２号公報 特開２００４−１５５０７１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を１つの射出ユニットで時間差を設けて発泡性溶融樹脂を順次射出充填して、金型を開くことによって充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させて、或いは、金型を開かないことによって充填した発泡性溶融樹脂を発泡させずに、これらの組み合わせ動作によって、１回の成形動作で所定の発泡倍率、製品重量及び形状の安定した複数の発泡製品、或いは、複数の発泡製品と未発泡製品を同時に成形することができる射出発泡成形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本発明の射出発泡成形方法は、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を用いて、発泡性ガスを含む発泡性溶融樹脂を１つの射出ユニットより異なるキャビティへ時間差をもって順次射出充填した後、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる射出発泡成形方法において、各キャビティには独立駆動の樹脂流路の切り替え手段を有し、先ず第１製品キャビティ容積に相当する樹脂量を計量して予め設定した第１の射出充填パターンに基づいて第１製品キャビティ内へ発泡性溶融樹脂を射出充填し、射出充填の完了後に樹脂流路を閉じ射出ユニット内の発泡性溶融樹脂の圧力を第２製品キャビティ容積に相当する樹脂量の計量時の背圧で保持し金型を拡張して充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させるとともに、引き続き第２製品キャビティ容積に相当する樹脂量を計量し、第２製品キャビティへの樹脂流路を開け予め設定した第２の射出充填パターンに基づいて前記第２製品キャビティ内へ発泡性溶融樹脂を射出充填し、以下樹脂流路の切替え手段を操作し、他のキャビティも計量と射出充填とを繰り返す。

本発明の射出発泡成形方法は前記記載の発明において、前記第２製品キャビティへの射出充填後に金型を拡張させて、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させ、以下他のキャビティも射出充填後に金型を拡張させ、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる。また、前記記載の発明のその他の射出発泡成形方法において、前記複数のキャビティへの射出充填後に金型を拡張させるパターンと、金型を拡張させないパターンとを組み合わせて、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる、或いは発泡膨張させない任意の製品組み合わせを得る。

本発明の射出発泡成形方法によれば、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を用いて複数の発泡成形品を成形するときに、射出充填の完了後にキャビティを拡張する第１製品キャビティではハイプレッシャー法（フルショット法）による表面性に優れた発泡成形品を、射出充填の完了後にキャビティを拡張しない第２製品キャビティでは発泡性溶融樹脂をフルショットすることで反りや厚肉部にひけのない発泡成形品または発泡性溶融樹脂をショートショットすることでロープレッシャー法による発泡成形品を、或いは発泡性溶融樹脂をフルショットし保圧を負荷させることで未発泡成形品を１回の型開閉動作で得ることができる。

各キャビティへの樹脂の供給は、先のキャビティに溶融樹脂を充填後に必要量を可塑化して計量し、次いでキャビティに射出充填する構成とするとともに、充填完了後及び可塑化中は発泡剤の発泡を抑制する背圧を作用させる構成としたので、成形動作中に発泡剤が発泡することがなく、全ての成形品は所定の発泡倍率、製品重量及び形状が安定する。
また、第２製品キャビティ内への溶融樹脂を射出充填完了後、選択的に拡張する構成としたので、第２製品キャビティにおいてもハイプレッシャー法（フルショット法）による表面性に優れた発泡成形品を同時に得ることができる。
また、溶融樹脂の充填後に拡張させずに未発泡成形品を得る場合においても、発泡性ガスの脱泡が無い状態でキャビティに溶融樹脂を射出充填できるので、表面性に優れた未発泡成形品を得る。

本発明の実施の形態を示す金型と射出成形装置の断面図であり、金型が閉じられた状態を示している。 図１の金型のキャビティが拡張された状態を示している。 図１の金型と成形機により射出発泡成形するときの動作工程を説明するブロック図である。 本発明の他の実施の形態を示す金型と射出成形装置の断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように本発明の実施形態の射出成形装置１０は、バレル１１とバレル１１内で回転及び前後方向に移動自在に嵌挿されたスクリュ１２とを有する射出装置と、金型２０と、取付けた金型２０を開閉自在とする図示しない型締装置とで要部が構成される。
そして、前記型締装置は、金型２０に溶融樹脂を充填した後キャビティを拡張するために所定の寸法型開きして停止し、その後、外力が作用しても可動型と固定型との隙間を一定に維持する可動盤位置の位置保持手段を備えている。

金型２０は、固定型２１と可動型２２とで構成され、金型２０を閉じることで第１製品キャビティ２４と第２製品キャビティ２５が形成される。第２製品キャビティ２５は可動型２２が型開方向に移動して第１製品キャビティ２４が拡張された状態で所定の容積となるように設定されている。
固定型２１には射出装置と連通し第１製品キャビティ２４及び第２製品キャビティ２５に溶融樹脂を供給する樹脂流路２３が設けられ、樹脂流路２３には第１製品キャビティ２４、第２製品キャビティ２５への溶融樹脂を選択的に供給するための樹脂流路の切り替え手段３０を備えている。樹脂流路２３は、ホットランナより構成される。

樹脂流路の切り替え手段３０は、油圧シリンダ３１ａ、３１ｂ、ピストンロッド３２ａ、３２ｂ及びゲートバルブ３３ａ、３３ｂを有し制御装置３５により駆動制御される。
第１製品キャビティ２４、第２製品キャビティ２５と樹脂流路２３を連通させる場合は、制御装置３５より圧油をシリンダ３１ａ、３１ｂのロッド側に供給してピストンロッド３２ａ、３２ｂを引き込む方向に移動させることによって行ない、第１製品キャビティ２４、第２製品キャビティ２５と樹脂流路２３を遮断する場合には、制御手段３５より圧油をシリンダ３１ａ、３１ｂのヘッド側に供給してピストンロッド３２ａ、３２ｂを押し出す方向に移動させることによって行なう。
この操作によってゲートバルブ３３ａ、３３ｂが移動し、樹脂流路２３と第１製品キャビティ２４、第２製品キャビティ２５との開閉が行なえ、いずれか一方のゲートを開き、他のゲートを閉じることでそれぞれのキャビティへの樹脂供給を選択的に行なうことができる。図１では、いずれのゲートも閉じた状態を示している。

図１では第１の製品キャビティ２４及び第２の製品キャビティ２５の二つのキャビティを有する構成としたが、金型に設けるキャビティの数はこれに限定されるものではなく、第３、第４の製品キャビティを有する構成であっても良い。
また、樹脂流路２３の切り替え手段３０はゲートバルブ３３ａ、３３ｂの駆動手段に油圧シリンダを用いる構成としたが、油圧シリンダに限定されるものではなく、空圧シリンダ等他の駆動手段が用いられても良い。
発明を解決する手段における金型を拡張するとは実施形態に示すように、可動型又は可動型に型開方向に移動自在に組み込んだスライドコアを所定寸法型開き方向に移動させて、キャビティの容積を初期の状態から拡大させることをいう。

図２は、第１製品キャビティ２５に発法性溶融樹脂をフルショットし、スキン層が形成される所定の時間が経過した後に可動型２２を所定の拡張ストロークＳだけ後退させ、第１製品キャビティ２５を拡張して第１の製品２７が成形された状態を示している。更に、図２では、第２製品キャビティが所定の容積に設定されるとともに、発泡性溶融樹脂を第２製品キャビティ２５内に充填して、第２の製品２８を成形した状態を示している。
第２の製品を成形するに際して可動型２２の位置は、固定型２１との隙間Ｓを保持するように型締装置によって制御される。

次に、本発明の実施形態の射出発泡成形方法について、射出成形装置と金型の動作を工程図である図３により説明する。
先ず、可動型２２を固定型２１の方向に移動して当接させ型締を行なう。第１製品キャビティ２４のゲートバルブ３３ａ及び第２製品キャビティ２５のゲートバルブ３３ｂは閉じた状態にしておく。

次に、第１製品キャビティ２４のゲートバルブ３３ａを開き、第１製品の射出工程である射出１で第１製品キャビティ２４内に発泡性溶融樹脂を射出充填する。
射出１完了の後に、ゲートバルブ３３ａを閉じ、第１製品のスキン層が形成される所定の時間金型２０を型締した状態を保持し、射出装置では充填完了後のバレル１１内の溶融樹脂を脱泡させないように計量時の背圧圧力で保持する。
その後、型締装置を駆動して可動型２２を所定のストロークＳだけ後退させて第１の製品キャビティ２４と第２製品キャビティ２５を拡張させる。第１の製品キャビティ２４では射出充填された溶融樹脂が発泡を開始し、表面がスキン層で内部が発泡した第１の製品２７を得、この状態で冷却を待つ。一方、射出装置ではスクリュ１２を駆動し第２製品キャビティに射出充填する容積の溶融樹脂を可塑化して計量（ａ）する。

或いは、キャビティ容積と同等の容積の発泡性溶融樹脂を充填し、加えて、溶融樹脂の冷却固化収縮量に相当する樹脂量を保圧充填することで未発泡の成形品を得る。
更には、発泡性溶融樹脂の射出充填後に、スキン層の形成を待って、型締装置を駆動して可動型２２を所定のストロークＳ２だけ後退させて、第２製品キャビティ２５を拡張させて発泡膨張させても良い。この場合は、第１製品２７と同様に、表面がスキン層で内部が発泡した発泡成形品を得る。

計量（ａ）の完了後、第２製品キャビティ２５のゲートバルブ３３ｂを開き、第２製品キャビティ２５内に所定量の発泡性溶融樹脂を射出２する。このとき、キャビティに充填する樹脂量を変えることで、成形方法と成形品性状が変わる。即ち、キャビティ容積よりも少ない容積の樹脂を充填する場合はショートショット法となり、不足した容積を樹脂の発泡によって補う発泡成形品が得られ、成形品の形状が限定されることが少ない。一方、キャビティ容積と同等の容積の溶融樹脂を充填する場合はハイプレッシャー法となり、例えば、反りや変形が少なくまた、厚肉部の引けを防止した成形品を得ることができる。

次いで、射出２完了の後に、ゲートバルブ３３ｂを閉じ、所定の冷却時間金型を位置保持する。また、射出装置では充填完了後のバレル１１内の溶融樹脂を脱泡させないように計量時の背圧圧力で保持する。そして、スクリュ１２を駆動し第１製品キャビティに射出充填する容積の溶融樹脂を可塑化して計量（ｂ）し、次の成形サイクルに備える。
第１成形品２７及び第２成形品２８の必要冷却時間を計時完了した時点で、可動型２２を型開方向に移動させ、製品２７、２８の取り出しを行なう。
そして、射出工程では、予め定めた所定の速度及び圧力によって制御される。

図４により本発明の他の実施の形態について説明する。図４に示す実施の形態は、第２製品キャビティに発泡性溶融樹脂を充填した後に、前述した第１製品キャビティと同様にキャビティを拡張して溶融樹脂を発泡させて成形品を得るように構成したものである。

図４に示すように本発明の他の実施形態の射出成形装置は、バレル１１とバレル１１内で回転及び前後方向に移動自在に嵌挿されたスクリュ１２とを有する射出装置と、金型４０と、取付けた金型４０を開閉自在とする図示しない型締装置とで要部が構成される。
そして、前記型締装置は、金型に溶融樹脂を充填した後にキャビティを拡張するために所定の寸法型開きして停止し、外力が作用しても可動型と固定型との隙間を一定に維持する可動盤位置の位置保持手段を備えている。

金型４０は、固定型４１と可動型４２とで構成され、金型を閉じることで第１製品キャビティ４４と第２製品キャビティ４５が形成される。
固定型４１には射出装置と連通し第１製品キャビティ４４及び第２製品キャビティ４５に溶融樹脂を供給する樹脂流路４３が設けられ、樹脂流路４３には第１製品キャビティ４４、第２製品キャビティ４５への溶融樹脂を選択的に供給するための樹脂流路の切り替え手段５０を備えている。樹脂流路４３はホットランナより構成される。

そして、金型４０は、第２製品キャビティ４５の拡張手段６０及び拡張手段６０の制御装置６５を備えている。
拡張手段６０は、油圧シリンダ６１、ピストンロッド６２及びスライドコア６３により要部が構成され、制御装置６５により駆動制御される。

樹脂流路の切り替え手段５０は、油圧シリンダ５１ａ、５１ｂ、ピストンロッド５２ａ、５２ｂ及びゲートバルブ５３ａ、５３ｂを有し図示しない制御装置により駆動制御される。
第１製品キャビティ４４、第２製品キャビティ４５と樹脂流路４３を連通させる場合は、制御手段より圧油をシリンダ５１ａ、５１ｂのロッド側に供給してピストンロッド５２ａ、５２ｂを引き込む方向に移動させることによって行ない、第１製品キャビティ４４、第２製品キャビティ４５と樹脂流路４３を遮断する場合には、制御手段より圧油をシリンダ５１ａ、５１ｂのヘッド側に供給してピストンロッド５２ａ、５２ｂを押出方向に移動させることによって行なう。
この操作によってゲートバルブ５３ａ、５３ｂが移動し、樹脂流路４３と第１製品キャビティ４４、第２製品キャビティ４５との開閉が行なえ、いずれか一方のゲートを開き、他のゲートを閉じることでそれぞれのキャビティへの樹脂供給を選択的に行なうことができる。図４では、いずれのゲートも閉じた状態を示している。

図４では第１の製品キャビティ４４及び第２の製品キャビティ４５の二つのキャビティを有する構成としたが、金型に設けるキャビティの数はこれに限定されるものではなく、第３、第４の製品キャビティを有する構成であっても良い。
また、樹脂流路４３の切り替え手段５０はゲートバルブ５３ａ、５３ｂの駆動手段に油圧シリンダを用いる構成としたが、油圧シリンダに限定されるものではなく、空圧シリンダ等他の駆動手段が用いられても良い。

次に、第２製品キャビティ４５の拡張手段６０の動作について説明する。第２の製品キャビティ４５の拡張は、前述した第１製品キャビティ４４の拡張と同様にキャビティ内に溶融樹脂を射出充填した後に行う。第２製品キャビティ４５の拡張は、金型４０を開くと第１製品の厚さが変化することから実施することができないため、スライドコアを用いる構成とした。

第１製品キャビティに溶融樹脂を射出してスキン層を形成した後、可動型を開くに際して、拡張手段６０の油圧シリンダ６１のヘッド側に制御装置６５より圧油を供給し、ピストンロッド６２でスライドコア６３を固定型４１に押圧しておく。
この状態で可動型４２を後退させ可動型４２と固定型４１との間に隙間（拡張ストローク）Ｓを設けても、第２製品キャビティ４５の容積は変化することなく維持できる。

次に、可動型４２の位置を保持した状態で第２製品キャビティ４５内に溶融樹脂を充填、スキン層の形成を待ち、その後拡張手段６０の油圧シリンダ６１のロッド側に制御装置６５より圧油を供給し、ピストンロッド６２でスライドコア６３を可動型４２方向に所定量移動させることによってキャビティを拡張させる。このキャビティの拡張により、発泡剤を溶融した樹脂は発泡が可能となり、発泡した成形品が得られる。
この方法は、ハイプレッシャー法であり成形品はスワルマークの無い良好な表面を有する。

図４の金型における成形工程は、図３により説明した工程において、第２製品キャビティへの溶融樹脂の射出２と冷却の工程の間に、スキン層の形成工程とキャビティ拡張の工程が追加される（即ち図３において、第２製品の工程と第１製品の工程が同一となる。）ことで説明される。
スライドコア６３は、型開を行ない製品が取り出された後、次の型締工程が完了し可動型と固定型が当接した状態で型閉方向へ移動させる。これにより所定の容積の第２製品キャビティを形成することができる。
また、図４に示すスライドコア６３を逆に圧縮動作させる制御設定とすれば、射出圧縮成形に類似た成形動作となって、変形の少ない未発泡の成形品を得る。

以上説明したように、本発明の射出発泡成形方法によれば、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を用いて複数の発泡成形品を成形するときに、射出充填の完了後にキャビティを拡張する第１製品キャビティではハイプレッシャー法（フルショット法）により行ない、射出充填の完了後にキャビティを拡張しない第２製品キャビティでは発泡性溶融樹脂をフルショットすることで反りや厚肉部にひけのない発泡成形品または発泡性用油樹脂をショートショットするにより行なうことで、或いはフルショットして保圧を負荷させることで、それぞれの成形方法の特徴を有する射出発泡成形品、或いは射出発泡成形品と通常射出成形品の組み合わせを１回の型開閉動作で得ることができる。
第１製品キャビティでは表面性に優れた発泡成形品が、発泡性溶融樹脂をフルショットすることで反りや厚肉部にひけのない発泡成形品やロープレッシャー法による発泡成形品が得られる。

先のキャビティに溶融樹脂を充填後に必要量を可塑化して計量し、次いでキャビティに射出充填する構成とするとともに、充填完了後及び可塑化中は発泡剤の発泡を抑制する背圧を作用させたので、成形動作中に発泡剤が発泡することがなく、全ての成形品は所定の発泡倍率、製品重量及び形状が安定する。
そして、第２製品キャビティ内への溶融樹脂を射出充填完了後、選択的に拡張可能とする構成としたので、第２製品キャビティにおいてもハイプレッシャー法（フルショット法）による表面性に優れた発泡成形品を同時に得ることができる。

１０ 射出成形装置
１１ バレル
１２ スクリュ
２０、４０ 金型
２１、４１ 固定型
２２、４２ 可動型
２３、４３ 樹脂流路
２４、４４ 第１製品キャビティ
２５、４５ 第２製品キャビティ
２７ 第１の製品
２８ 第２の製品
３０、５０ 樹脂流路の切り替え手段
３３ａ、３３ｂ ゲートバルブ
５３ａ、５３ｂ ゲートバルブ
３５ 樹脂流路切り替え手段の制御装置
６０ キャビティ拡大手段
６３ スライドコア
６５ キャビティ拡大手段の制御装置
Ｓ 拡張ストローク

Claims (3)

1. 製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型を用いて、発泡性ガスを含む発泡性溶融樹脂を１つの射出ユニットより異なるキャビティへ時間差をもって順次射出充填した後、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる射出発泡成形方法において、各キャビティには独立駆動の樹脂流路の切り替え手段を有し、先ず第１製品キャビティ容積に相当する樹脂量を計量して予め設定した第１の射出充填パターンに基づいて第１製品キャビティ内へ発泡性溶融樹脂を射出充填し、射出充填の完了後に第１製品キャビティへの樹脂流路を閉じ射出ユニット内の発泡性溶融樹脂の圧力を第２製品キャビティ容積に相当する樹脂量の計量時の背圧で保持し金型を拡張して充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させるとともに、引き続き第２製品キャビティ容積に相当する樹脂量を計量し、第２製品キャビティへの樹脂流路を開け予め設定した第２の射出充填パターンに基づいて前記第２製品キャビティ内へ発泡性溶融樹脂を射出充填し、以下樹脂流路の切替え手段を操作し、他のキャビティも計量と射出充填とを繰り返す射出発泡成形方法。
2. 前記第２製品キャビティへの射出充填後に金型を拡張させて、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させ、以下他のキャビティも射出充填後に金型を拡張させ、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる請求項１記載の射出発泡成形方法。
3. 前記複数のキャビティへの射出充填後に金型を拡張させるパターンと、金型を拡張させないパターンとを組み合わせて、充填した発泡性溶融樹脂を発泡膨張させる、或いは発泡膨張させない任意の製品組み合わせを得る請求項１記載の射出発泡成形方法。

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