JP5419379B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型を閉じた状態でキャビティ内に射出充填された合成樹脂内に加圧ガスを注入して、中空部を形成する射出成形方法に関する。

この種の射出成形方法は、例えば特許文献１などに開示されているように、中空射出成形により得られる中空成形品には、中空部が形成された部位の表面に光沢むらが発生し易いために、この発生を防止すべく、金型キャビティ内に溶融樹脂を射出した後、加圧ガスを圧入して金型キャビティ内の余剰の溶融樹脂を金型キャビティ外へ押し出して厚肉部に中空部を形成する技術が提案されている。
特許３４７２６３７号公報

しかしながら、加圧ガスを圧入して金型キャビティ内の余剰の溶融樹脂を金型キャビティ外へ押し出しているので、押し出す分だけ合成樹脂材料を無駄に消費するという問題がある。

そこで本発明は、上記の点に鑑み、合成樹脂材料を無駄に消費しないようにすると共に、キャビティ内に射出された前記合成樹脂の表面側温度ばかりか、前記合成樹脂に中空部を形成するために注入された加圧ガスにより、前記中空部内面温度をも低下させて、成形時間の短縮及び合成樹脂成形品の変形を極力無くすようにすることを目的とする。

このため第１の射出成形方法に係る発明は、固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出する
ことを特徴とする。

第２の射出成形方法に係る発明は、固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
この装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧する
ことを特徴とする。

第３の射出成形方法に係る発明は、固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
この装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧し、
この再度の保圧がされている状態下で前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を加熱して前記合成樹脂を軟化させた後、このキャビティ形成面側を冷却して、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記キャビティ内に注入され前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出する
ことを特徴とする。

第４の射出成形方法に係る発明は、固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記中空部内の熱交換された前記加圧ガスの装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧し、
この再度の保圧がされている状態下で前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を加熱して前記合成樹脂を軟化させた後、このキャビティ形成面側を冷却することを必要に応じて繰り返し、
このキャビティ形成面側の前記合成樹脂を硬化させたら前記中空部内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記加圧ガスを装置外へ排出する
ことを特徴とする。

本発明によれば、合成樹脂材料を無駄に消費しないようにすると共に、キャビティ内に射出された合成樹脂の表面側温度ばかりか、前記合成樹脂に中空部を形成するために注入された加圧ガスにより、前記中空部内面温度をも低下させて、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、両面から冷却するようにしたから、冷却時間の短縮による成形時間の短縮及び合成樹脂成形品の変形の発生を極力無くすようにすることができる。

以下図１に基づき、本発明の実施の形態について説明する。先ず、射出成形装置の縦断正面図である図１において、１は図示しない固定プラテンにボルトによって取り付けられた固定側組立体であり、この固定側組立体１は固定側ベースプレート２と、この固定側ベースプレート２にボルトにより固定される固定金型（雌金型）３と、前記固定側ベースプレート２の前記固定プラテン寄りに設けられ固定側ベースプレート２を固定プラテンに対して位置決めするロケートリング４等から成る。

そして、前記ロケートリング４の中心に接続するように前記固定金型３には図示しない射出ノズルから射出される溶融した合成樹脂を通すためのスプルー５が形成され、このスプルー５にはランナー６が接続され、更にこのランナー６の出口にゲート７が接続される。

一方、１０は図示しない可動プラテンにボルトによって取り付けられた上下動可能な可動側組立体であり、この可動側組立体１０は可動側第１ベースプレート１１と、この可動側第１ベースプレート１１にボルトによって固定された可動側第２ベースプレート１２と、この可動側第２ベースプレート１２にボルトによって固定された可動側第３ベースプレート１３と、前記可動側第１ベースプレート１１に下部がボルトによって固定された可動側第４ベースプレート１４、１４と、この可動側第４ベースプレート１４上部にボルトによって固定された金型基体１５と、この金型基体１５の凹部内に嵌合してこの金型基体１５に固定される可動金型（雄金型）１６等から成る。

この可動金型１６と前記固定金型３とにより、水平方向に延びる、例えば平面視矩形状の空間とこの空間の外周部から垂直方向に延びる、例えば角筒状の空間とから形成されるキャビティＳは上面開口する箱体の上蓋（矩形状の水平面とこの水平面の各辺から垂下する４つの垂直面を有する）のような形状を呈する成形品を成形するが、この成形品は肉厚のものである。

また、８は前記固定金型３及び可動金型１６のキャビティＳに近い部位にこのキャビティＳに沿って形成された熱媒体通路で、この熱媒体通路８内に加熱媒体である圧縮された熱い蒸気や冷却媒体である冷却水を流して固定金型３及び可動金型１６のキャビティ形成面側を急加熱又は急冷却する。

２０は前記ランナー６に上面開口部が連通する垂直なガスニードル注入路で、図示しない加圧ガス源からの加圧ガス（例えば、窒素ガスや空気など）を供給弁を介してキャビティＳ内に供給するためのもので、上面開口部が前記ランナー６に連通する場合に限らず、前記キャビティＳに連通させてもよい。

２１は図示しない駆動源により上下動可能なガス抜き用ピンである。このガス抜き用ピン２１は通常の状態ではその上面が可動金型１６のキャビティ形成面と同じ面一にあり、キャビティＳに連通する空間である摺動路２２に沿って上昇すると前記キャビティＳ内に入り込み、同じく下降すると前記摺動路２２をガス排出路２３と連通させ、キャビティＳ内の加圧ガスを射出成形装置外へ排出する。

以上の構成により、以下図２乃至７に基づいて説明する。先ず、射出成形時には、初めに固定金型３及び可動金型１６の各熱媒体通路８内に熱媒体である圧縮された熱い蒸気を供給して、固定金型３及び可動金型１６のキャビティ形成面側を加熱して、このキャビティＳ内に射出する熱可塑性の合成樹脂の種類に応じたこの合成樹脂の軟化温度以上となるように昇温を開始させ、固定側組立体１と可動側組立体２０とが型閉めされる（図１参照）。このように、昇温を開始した後に型閉めする場合に限らず、昇温の開始と同時に型閉めしたり、型閉めしてから昇温を開始してもよい。

そして、固定金型３及び可動金型１６のキャビティ形成面側が前述した合成樹脂の軟化温度以上となると前記蒸気の供給を止めて昇温を停止し、射出ノズルから溶融した合成樹脂Ｊをスプルー５、ランナー６を介してゲート７から前記可動金型１６と固定金型３との間のキャビティＳ内に射出する。この場合、合成樹脂の軟化温度以上になったら直ちに前記蒸気の供給を止めて溶融した合成樹脂Ｊを射出する場合に限らず、前記蒸気の供給を所定時間だけ維持しつつ合成樹脂を射出し、この所定時間後に前記蒸気の供給を止めてもよい。この合成樹脂Ｊの射出は、キャビティＳ内に中空部が形成される成形品を成形するに必要な量である（図２参照）。

そして、この必要量の溶融した合成樹脂Ｊの射出を終えると、成形品内に中空部を形成するため、加圧ガスＧを加圧ガス源からガスニードル注入路２０、ランナー６及びゲート７を介してキャビティＳ内に供給する。このとき、加圧ガスＧは近道を進むため、逆さにした鍋のような形状を呈しているキャビティＳの第１コーナー部Ｃ１では可動金型１６側が固定金型３側より合成樹脂Ｊが厚肉となり、第２コーナー部Ｃ２では固定金型３側が可動金型１６側より厚肉となる（図３参照）。

更に、加圧ガスＧが第３コーナー部Ｃ３まで進むと、この第３コーナー部Ｃ３―では固定金型３側が可動金型１６側より合成樹脂Ｊが厚肉となる（図４参照）。やがて、供給され続けている加圧ガスＧが第４コーナー部Ｃ４を越えて、図５に示すように、中空部が隅々まで形成されることとなるが、この第４コーナー部Ｃ４では可動金型１６側が固定金型３側より合成樹脂Ｊが厚肉となる。

このような状態で中空部の内側からこの合成樹脂Ｊの表面及び裏面を前記可動金型１６と固定金型３のキャビティ形成面へ押し付ける保圧が維持されて、ある程度合成樹脂Ｊが圧縮されたら、固定金型３及び可動金型１６の各熱媒体通路８から圧縮された前記蒸気を抜いて大気開放し、冷却媒体である冷却水を流して固定金型３及び可動金型１６のキャビティ形成面側を冷却して、キャビティ表面温度を急降下させる。この急冷により、合成樹脂Ｊの表面を硬化させることとなるが、加圧ガスの圧力は合成樹脂の射出圧力よりも低いが、キャビティ表面温度が合成樹脂の軟化温度より高温なので、転写性の問題はない。

そして、合成樹脂Ｊの表面側がある程度硬化したら、ガス抜き用ピン２１を摺動路２２に沿って上昇させて、図６に示すように、前記キャビティＳ内に入り込ませて、合成樹脂Ｊを貫通させてその先端部を中空部内にまで入り込ませる。次いで、図７に示すように、ガス抜き用ピン２１をその上端部が前記摺動路２２とガス排出路２３とが連通する位置まで下降させ、キャビティＳ内の合成樹脂Ｊにより加熱されて熱交換された加圧ガスをガス排出路２３を介して射出成形装置外へ排出する。

すると、供給を続けている加圧ガスは低温（例えば、１５℃程度）なので、合成樹脂Ｊの中空部内面温度を低下させて、中空部内面側を硬化させる。従って、合成樹脂Ｊの表面側の硬化に加えて、中空部内面側も硬化させることができるので、成形時間の短縮及び合成樹脂の変形防止ができる。

そして、前記ガス抜き用ピン２１の下降により合成樹脂Ｊの中空部内の高温の加圧ガスから低温の加圧ガスに置き換って合成樹脂Ｊが硬化できる所定時間が経過したら、加圧ガスの供給を停止すると共にガス抜き用ピン２１をその上面が可動金型１６のキャビティ形成面と同じ面一まで上昇させ（図５と同様）、型開きして、成形品をキャビティＳから取り出す。

しかしながら、異形形状や肉厚の成形品にあっては、変形防止が以上では不十分な場合では、加圧ガスの供給を停止することなく、ガス抜き用ピン２１をその上面が可動金型１６のキャビティ形成面と同じ面一まで上昇させるが、型開きせずに、以下のような動作を行う。

即ち、供給を続けている加圧ガスにより保圧を再度行うことによって、前述したようなキャビティＳのコーナー部での合成樹脂Ｊの厚肉部や薄肉部における合成樹脂Ｊの収縮差を減少させ、より合成樹脂Ｊの変形を防止する。なお、逆さにした鍋のような形状の成形品に限らず、等しい厚さにしたいにもかかわらず、一方側が厚肉となったり、逆に薄肉となるような形状の成形品を成形する場合にも適用できる。

そして、更にこの再度の保圧が維持されて、ある程度合成樹脂Ｊが圧縮されたら、図７と同様に、ガス抜き用ピン２１をその先端部が前記摺動路２２とガス排出路２３とが連通する位置まで下降させ、キャビティＳ内の合成樹脂Ｊにより温度上昇した加圧ガスをガス排出路２３を介して射出成形装置外へ排出させ、低温の加圧ガスにより合成樹脂Ｊの中空部内面温度を低下させて、中空部内面側をより硬化させ、合成樹脂の変形防止を図る。そして、加圧ガスの供給を停止すると共にガス抜き用ピン２１をその上面が可動金型１６のキャビティ形成面と同じ面一まで上昇させ（図５と同様）、型開きして、成形品をキャビティＳから取り出して終了する。

しかし、厚肉部と薄肉部との硬化度に大きな差が生じる成形品や収縮率の大きい合成樹脂の成形品にあっては、前述したように、前記加圧ガスによる保圧が再度行われている状態下で固定金型３及び可動金型１６の各熱媒体通路８内へ圧縮された熱い蒸気を供給して合成樹脂Ｊを軟化させ、その後にこの保圧が再度行われている状態下で固定金型３及び可動金型１６の各熱媒体通路８への蒸気の供給を停止すると共に圧縮された前記蒸気を抜いて大気開放し、代わりに冷却媒体である冷却水を流して固定金型３及び可動金型１６のキャビティ形成面側を冷却して、合成樹脂Ｊを硬化させれば、より一層変形防止を図ることができる。

なお、以上でも変形防止が不十分な場合にあっては、必要に応じて再度の保圧されている状態下での前記固定金型３及び可動金型１６の前記キャビティ形成面側を加熱して前記合成樹脂Ｊを軟化させた後、このキャビティ形成面側を冷却して、このキャビティ形成面側の合成樹脂Ｊを硬化させることを必要に応じて繰り返してもよい。

そして、前記保圧が維持されて、ある程度合成樹脂Ｊが圧縮されて硬化したら、図７と同様に、ガス抜き用ピン２１をその先端部が前記摺動路２２とガス排出路２３とが連通する位置まで下降させ、キャビティＳ内の加圧ガスをガス排出路２３を介して射出成形装置外へ排出させ、前記加圧ガスの供給を停止すると共にガス抜き用ピン２１をその上面が可動金型１６のキャビティ形成面と同じ面一まで上昇させ（図５と同様）、型開きして、成形品をキャビティＳから取り出して終了する。

以上のように、本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

射出成形装置の縦断正面図である。 溶融した合成樹脂を射出した状態の図１の要部拡大図である。 射出された合成樹脂内に加圧ガスを供給した状態の図１の要部拡大図である。 射出された合成樹脂内への加圧ガスの供給継続状態の図１の要部拡大図である。 射出された合成樹脂内への加圧ガスの供給が行き渡った状態の図１の要部拡大図である。 ガス抜き用ピンが上昇した状態の図１の要部拡大図である。 ガス抜き用ピンが下降した状態の図１の要部拡大図である。

符号の説明

１ 固定側組立体
３ 固定金型
８ 熱媒体通路
１０ 可動側組立体
１５ 金型基体
１６ 可動金型
２１ ガス抜き用ピン
Ｓ キャビティ

Claims (4)

1. 固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
   この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
   前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出する
   ことを特徴とする射出成形方法。
2. 固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
   この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
   前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
   この装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧する
   ことを特徴とする射出成形方法。
3. 固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
   この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
   前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
   この装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧し、
   この再度の保圧がされている状態下で前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を加熱して前記合成樹脂を軟化させた後、このキャビティ形成面側を冷却して、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記キャビティ内に注入され前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出する
   ことを特徴とする射出成形方法。
4. 固定金型と可動金型との間に形成されたキャビティ内に前記固定金型及び前記可動金型のキャビティ形成面側を加熱した後に溶融した熱可塑性の合成樹脂を射出し、
   この射出を終了した後に加圧ガスを前記キャビティ内に注入することにより射出された前記合成樹脂に中空部を形成して、内側からこの合成樹脂の表面及び裏面を前記固定金型と前記可動金型のキャビティ形成面へ押し付けて保圧し、
   前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を冷却すると共に前記キャビティ内に注入された前記加圧ガスにより前記合成樹脂の前記中空部内面側を冷却し、このキャビティ形成面側の合成樹脂を硬化させたら前記加圧ガスの注入を行いつつ前記キャビティ内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記中空部内の前記加圧ガスを装置外へ排出し、
   前記加圧ガスの前記キャビティ内への注入を行いつつ前記中空部内の熱交換された前記加圧ガスの装置外への排出を終えると、この排出を停止して再び前記加圧ガスにより保圧し、
   この再度の保圧がされている状態下で前記固定金型及び前記可動金型の前記キャビティ形成面側を加熱して前記合成樹脂を軟化させた後、このキャビティ形成面側を冷却することを必要に応じて繰り返し、
   このキャビティ形成面側の前記合成樹脂を硬化させたら前記中空部内の前記合成樹脂により加熱されて熱交換された前記加圧ガスを装置外へ排出する
   ことを特徴とする射出成形方法。

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