JP6602670B2 - 金型装置、射出成形システム、成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
(射出圧空成形)
「射出圧空成形」とは、キャビティ内に樹脂を充填(射出)し、射出途中、射出完了直後、または射出完了後予め定められた時間経過した後、キャビティ内に充填された樹脂とキャビティ面との隙間に加圧流体を注入し、加圧流体の圧力をキャビティ内の樹脂に作用させる射出成形加工法をいい、単に「圧空成形」ともいう。
「成形空間」とは、金型における樹脂を充填する空間をいい、「キャビティ」と同義である。「キャビティ内」とは、キャビティの内部、空間、または体積をいう。
「射出」とは、キャビティ内に樹脂を充填すること、若しくはキャビティ内を樹脂で満たすこと、またはその工程(プロセス)をいう。
「充填」とは、射出成形加工において、キャビティ内に樹脂を入れることをいう。
「容量」とは、注射器、秤などの装置で量った体積(vol)、重量(wt)または質量(mass)をいう。地球上では重力の加速度は略一定の9.8ニュートン(N)であることから、重量と質量とは同義語とする。
「パーティング」とは、固定側の金型と、可動側の金型との合わせ部分をいう。
パーティングで合わされた固定側の金型と可動側の金型との間で成形空間が形成され、この成形空間に樹脂が充填される。
「加圧流体」とは、大気圧{760mm(ミリメートル)Hg}以上に圧縮された気体または液体をいう。超臨界状態のモノは気体に含める。本発明では、気体が溶解された炭酸水や、気体を含んだマイクロバブル水などは、液体とする。また、本発明では、「流体」とは、気体または液体をいう。
「気体」は、液体とともに流体であり、分子の熱運動が分子間力を上回っており、液体の状態に比べて分子が自由に動くことができる。気体は、圧力と温度による体積の変化が激しい。また、気体は、一定の体積をもたず、容器に入れるとこれを満たし、流動性に富み、常に自ら広がろうとする性質をもつ。気体の密度は、固体、液体よりも小さく、容易に圧縮することができる。気体の体積は、温度に比例し、圧力に反比例する。
「蒸気」は、物質が液体から蒸発、または固体から昇華して気体になった状態のものをいう。特に臨界温度以下の物質は、気相という。
「気化」とは、物質が液体または固体から気体に変化する現象をいう。気化には、蒸発と沸騰がある。
「液体」は、分子が引力をおよぼしあっている状態であるが、流動的で、容器に合わせて形を変え、気体と同様に流体としての特性を示すが、気体に比べて圧縮性が小さいのでパスカルの原理に従う。液体は、ほぼ一定の密度を保ち、気体とは異なり、容器全体に広がることはない。液体は、それ自身の表面を形成するなど特有の性質として、表面張力がある。直観的には、形が一定ならば「固体」、形は一定しないが体積が一定ならば「液体」、形も体積も一定しないのが「気体」である。
「流体加圧」とは、加圧流体をキャビティ内の樹脂とキャビティ面との隙間に入れ、樹脂に加圧流体の圧力を作用させ、樹脂表面に圧力をかけ(伝え)ることをいう。
「併用」とは、それだけでなく、別のモノとともにもちいること、組み合わせることをいう。
(金型装置)
キャビティ内に射出された樹脂と、第一型または第二型のキャビティ面(成形空間を画定する面の一例)の隙間(溶融樹脂と金型との隙間)に加圧流体を入れ、キャビティ内の樹脂を加圧流体で加圧すると、加圧流体は、エジェクターピンの隙間から外部に漏れるので、加圧流体による加圧効果が低下する。ここで、エジェクターピンは、軸体の一例である。
図1は、加圧流体を製造する加圧流体製造装置140の圧空(空圧)回路図である。
加圧流体製造装置140は、射出成形機(成形装置の一例)などとのインターフェースなどを変更すれば、ガス・アシスト成形装置、インナー・ガス・カウンター・プレッシャー(IGCP)装置、MuCell、AMOTEC装置などにも転用可能である。以下に、加圧流体製造装置140をもちいて射出圧空成形をおこなう方法を説明する。
図1に示した加圧流体製造装置140は、レギュレーター12を1つ、加圧回路を1系統有している。このため、加圧流体製造装置140は、加圧圧力、加圧時間などの条件を1とおり設定できる。これに対し、図46に示した加圧流体製造装置1140は、図1のレギュレーター12以降の金型21に注入する回路を2系統有する。このため、加圧流体製造装置1140は、流体加圧の加圧圧力、加圧時間などの条件を別々に、または注入の圧力条件を初めは高く、次に低く、あるいはその逆などに設定できる。加圧流体製造装置1140は、ペアー取り、2ヶ取り、多数ヶ取りなどの場合において、それぞれの成形品に最適な加圧条件を各々設定できる。このように加圧回路を複数もつことは、繊細な流体加圧の条件の設定が可能となる。
加圧流体製造装置140と、射出成形機とのインターフェース(それぞれの動きのやり取り)を説明する。射出圧空成形は、高圧に圧縮した加圧流体を使用するので、安全の観点および視点から、加圧流体製造装置140と、射出成形機とは、互いに信号を送受信して動作させるのが望ましい。
・キャビティ内へ樹脂の充填途中での流体加圧(モード1)
・樹脂の充填後すぐに(直後)流体加圧(モード2)
・樹脂の充填完了後一定の時間を経過した後の流体加圧(モード3)
・キャビティ内に充填された樹脂の圧力を下げる目的で樹脂の充填後すぐに予定された位置まで射出成形機のスクリューをサックバックさせ、サックバックが開始された直後の流体加圧(モード4)
・サックバック途中(予め定められた時間、またはスクリュー位置を経過した時)の流体加圧(モード5)
・サックバックが完了して直後の流体加圧(モード6)
・サックバックが完了し、予め定められた時間を経過した後の流体加圧(モード7)
射出圧空成形は、前記したそれぞれの流体加圧モード1ないし7に樹脂保圧を併用すれば、さらに金型への転写性を向上させることができる。
例えば、モード1では、キャビティへの樹脂などの充填途中で流体加圧をしながら、キャビティに樹脂を充填し、更に樹脂保圧してもよい。
また、サックバックを実施するモードでは、キャビティに樹脂を充填し、樹脂保圧をかけ、その後にサックバックさせてもよい。
また、樹脂をフル・パックでキャビティに充填した後、樹脂保圧をかけ、樹脂保圧と同時に、樹脂保圧の途中、樹脂保圧の完了直後、または樹脂保圧が完了して時間が経過した後、流体加圧してもよい。
射出圧空成形における流体加圧の工程について説明する。
前記したモード1ないし7などにおいて、加圧流体は、可動側パーティングおよび可動側スライドコアパーティングの少なくとも一方、または固定側パーティングおよび固定側スライドコアパーティングの少なくとも一方における一または複数箇所から注入して、キャビティ内の樹脂を流体加圧する。
「直接加圧」は、キャビティ内の樹脂と、キャビティ面(固定側パーティングまたは可動側パーティング)との隙間に加圧流体を直接入れる方法である。直接加圧は、加圧ピンの先端部に設けられた注入口から直接、加圧流体をキャビティ内の樹脂の表面に作用させ、キャビティ内の樹脂をキャビティ面に押し付ける。
この場合には図1に示す弁14も弁15も閉である。
遅延時間を長くすると、キャビティ内に充填された溶融樹脂の固化が進むので、流体加圧の作用・効果が少なくなる。成形品の肉厚が厚くなると成形品内部に加圧流体が入り込み、中空を形成してしまうが、遅延時間を長くすることで表面の冷却固化が進んだ層(本発明では「スキン層」という。)が形成させるので、肉厚の成形品でも流体加圧が可能である。
(加圧時間)
加圧時間を長くすると転写性は向上する。
(保持時間)
保持時間は成形品内部の歪みを下げる作用がある。
(大気放出時間)
「大気放出」とは、キャビティ内の樹脂を加圧した流体を、外部に排気する時間をいう。
遅延時間、加圧時間、保持時間、大気放出時間は任意に設定が可能なタイマーによって弁14、弁15の開閉をおこなう
(加圧圧力)
加圧圧力は低いと転写性も低くなるが、成形品の歪みも少なくなる。
加圧流体製造装置140は、圧力調整弁12の有無にかかわらず、流体加圧に必要な圧力の加圧流体をレシーバータンク10に蓄圧した後(溜めた後)、注入弁14を開き、レシーバータンク10内の加圧流体でキャビティ21内の樹脂を流体加圧してもよい。これを加圧流体の「圧力制御(圧力制御加圧)」という。
従来の構造の射出成形金型の可動側金型から流体加圧するためにキャビティ内の樹脂の表面に達する加圧ピンを可動側金型に設け、加圧流体をキャビティに注入し、キャビティ内の樹脂を加圧流体で直接流体加圧すると、加圧流体の一部は、エジェクターピンの隙間から射出成形金型の外部に逃げる。この課題を解決する手段としては、図2のシール金型141、または図3のシール金型142をもちいる。
図2に示すように、シール金型141は、エジェクター機構を囲うボックス構造とされている。ここで、エジェクター機構とは、エジェクターピン27およびエジェクタープレートのことである。エジェクタープレートは、エジェクタープレート上28と、エジェクタープレート下29とからなる。図2に示すように、エジェクタープレートは、エジェクタープレート28に形成された貫通穴にエジェクターピン27を通し、エジェクターピン27の基端部に設けられた鍔(ツバ)部をエジェクタープレート上28とエジェクタープレート下29で挟んで、エジェクターピン27を固定する。
なお、エジェクターボックス51は、エジェクター機構を閉空間に閉じ込め密封する構造(ボックス構造)のことであり、図2において破線で示されている。
可動側の金型202は、固定側の金型201に対して、パーティング26を境界面にして接触離間させることができる。
次に、エジェクターピンをもちいての流体加圧の手段を説明する。
図4〜図9で説明した加圧ピンは、元々エジェクタースリーブを追加工したので、この加圧ピンの形状をエジェクターピン27としてもちいることでエジェクターピンからの流体加圧が可能となる。
図3に示したシール金型142において、金型206のプレート53とプレート54の隙間に加圧流体を入れ、流体加圧した場合は、エジェクターピンと金型の隙間以外に、入子34の隙間35からも加圧流体が出る場合がある。この場合は、入子34の隙間35から出た加圧流体が金型キャビティに充填された溶融樹脂を加圧し、当該溶融樹脂により形成される成形品の形状を乱す(崩す)おそれがある。
図52に示したエジェクターピンの外筒224は、図4と同様に、内芯225が入る貫通穴77が形成された中空の軸部と、該軸部の一端に形成された鍔部70と、を有している。鍔部70は、内芯225の鍔部117を挿入できるように、貫通穴77に通じる凹部79が形成されている。
図53は、芯体部226の模式図である。芯体部226は、図5と同様に、軸部と、該軸部の一端に形成された鍔部117と、を有している。軸部にはDカット部72が形成され、鍔部117にはDカット部118が形成されている。加圧流体は、これらDカット部118および72を通る。先端部73は、図9の74、75と同様の形状の加工がなされている。図示は省略するが、鍔部117には、図7、図8の溝加工がなされている。
つまり、エジェクターピン227の鍔部70は、プレート28とプレート29で挟持されている。鍔部70の上面と、プレート28の間には、加圧流体が漏れ出ないようにシール228が設けられている。プレート28とプレート29の間には、プレート28とプレート29の間から加圧流体が漏れ出ないようにするためのシール229が設けられている。必要に応じてプレート29の底面と取り付け板23が接する面も230でシールされる。符号49は加圧流体の通路、符号48は、図1に示した加圧流体製造装置140、図46に示した加圧流体製造装置1140との繋ぎ口である。
図57に示したプレート29は、図55のプレート29を紙面の上方から見た図である。プレート29には、加圧流体が通る溝236と、通路(貫通穴)49と、が形成されている。通路49は、一端が溝236と通じており、他端が繋ぎ口48と連結可能に構成されている。なお、溝236は、プレート28とプレート29とを合わせることにより、加圧流体が通る流路(空圧回路)が形成される。また、溝236は、プレート28とプレート29とを合わせたときに、凹部231および凹部232と通じる(接続する)位置に形成されている。
図58(B)は、図58(A)のプレート28を図58(A)の紙面上方から見た図である。また、図58(C)は、図58(A)のプレート28を図58(A)の紙面上方から見た図である。
図58(B)に示すように、プレート28には、貫通穴233および貫通穴234が形成されている。また、プレート28の下面には、貫通穴233および貫通穴234のそれぞれに、エジェクターピン227の鍔部70が位置する凹部(ざぐり部)が形成されている。
図58(C)に示すように、プレート29は、加圧流体が通る溝237および溝238と、2本の通路(貫通穴)49と、が形成されている。ぞれぞれの通路49は、一端が溝(溝237または溝238)と通じており、他端が繋ぎ口48と連結可能に構成されている。なお、溝237および溝238は、プレート28とプレート29とを合わせることにより、加圧流体が通る空圧回路が形成される。また、溝237および溝238は、プレート28とプレート29とを合わせたときに、貫通穴231および貫通穴232と通じる(接続する)位置に形成されている。換言すると、溝237および溝238は、プレート28とプレート29とを合わせたときに、エジェクターピン227の鍔部70が挿入される2つの凹部と通じる位置に形成されている。
図58(A)に示した金型構造は、図46に示した加圧流体製造装置1140で製造した加圧流体を、それぞれ別々の繋ぎ口48と繋ぐことで、別々の流体加圧条件で成形品の成形ができる作用効果がある。
図59(A)は、図55に示した金型構造におけるエジェクターピン227の取り付けの他の実施形態を示したものである。
つまり、シール93、プレート53、プレート54、シール55、入子34等は、説明を分かりやすくするため、図59(A)への図示を省略している。
図59(B)は、図59(A)の紙面上側のプレート29を図59(A)の紙面上方から見た図である。図59(C)は、図59(A)の紙面下側のプレート29を図58(A)の紙面上方から見た図である。図59(D)は、図59(A)の紙面上側のプレート28を図59(A)の紙面上方から見た図である。図59(E)は、図59(A)の紙面下側のプレート29を図58(A)の紙面上方から見た図である。
なお、図59(B)および図59(D)には、図59(C)に示した貫通穴235と同様の位置に貫通穴が形成されているが、図示を省略している。
図59(A)に示したエジェクターピン227の取り付け構造は、エジェクターピン227の鍔部70を挟持するプレート28およびプレート29からなる一対のプレートを複数もちいたものである。換言すると、当該取り付け構造は、それぞれの一対のプレートからエジェクターピン227を立てるものである。それぞれの一対のプレートには、加圧流体が通る溝および通路が形成されている。このため、図46に示した加圧流体製造装置1140で製造した加圧流体は、それぞれの一対のプレートに供給することにより、別々の流体加圧条件で成形品の成形ができる。
シール金型141の特徴は、固定側の金型201と可動側の金型202が型締めされ、射出成形機のノズルがスプールブッシュ24に接触した段階で、キャビティ200が閉ざされ、「密閉空間(シール金型)」となる。このため、シール38〜43がもちいられている。
「直接加圧」は、キャビティ200内の樹脂に直接加圧ピン50をもちいて加圧流体を作用させ、流体加圧する方法である。「間接加圧」は、キャビティ200内以外の他の場所に加圧流体を入れて、可動側の入子34の隙間35、エジェクターピン27に沿った隙間、コアピンの隙間などから加圧流体がキャビティ200内の樹脂に達し、キャビティ内の樹脂を流体加圧する方法である。これら以外には、入子34の底などに加圧流体を入れて入子34を動かし、入子加圧する方法などがある。
図2に示す注入手段58は、キャビティ200内の樹脂を直接加圧する場合にもちいられる。注入手段58は、繋ぎ口48と、加圧流体の通路49と、加圧ピン50と、を備えている。繋ぎ口48は、加圧流体が流れる耐圧ホースの一端部を繋ぐための接続部である。耐圧ホースの他端部は、図1に示した加圧流体製造装置の配管17に接続される。具体的には、図1における配管17の末端に耐圧ホースの他端部が接続される。
可動側の金型202において間接加圧をする場合は、注入手段56からエジェクターボックス51の空間52内に加圧流体を注入する。空間52に注入した加圧流体は、入子の隙間35、エジェクターピン27に沿った隙間などからキャビティ200内に入り、キャビティ200内の樹脂の表面を可動側から固定側に向けて流体加圧する。
固定側の金型201から直接加圧をする場合は、図2および図3に示す注入手段57をもちいる。固定側の金型201から間接加圧をする場合は、図2および図3に示す注入手段61をもちいる。注入手段57および61の少なくとも一方から加圧流体を注入すると、加圧流体は、キャビティ200内の樹脂を固定側の金型201から可動側の金型202に向かう方向に流体加圧する。注入手段57および61は、注入手段58で説明した繋ぎ口48、加圧流体の通路49、加圧ピン50と同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
注入手段57をもちいて固定側の金型201からキャビティ200内に加圧流体を注入してキャビティ200内の樹脂を直接加圧すると、キャビティ200内に注入した加圧流体は、可動側の金型202における流体加圧と同様、入子32の隙間33から外部に漏れ出そうとする。この問題を解決するため、固定側入子32の底(キャビティ200とは反対側の面)はシールプレート下44で受け、シールプレート44とシールプレート上45の間にはシール46を設ける。そうすると、入子32の隙間33を通る加圧流体が外部に漏れるのを防止できる。図示していないが、可動側の入子34の底(キャビティ200とは反対側の面)は、必要に応じてシールを設けるのが望ましい。また、固定側取り付け板22と固定側型板78との間にもシール39を設けるのが望ましい。
特に流体加圧が必要な場所は、前記した可動側の場合と同様、図4ないし図17に示す加圧ピンを必要に応じて設け、シールプレート下44とシールプレート上45の隙間に加圧流体を入れるだけで流体加圧できる。
加圧ピン50は、例えば、(株)ミスミのエジェクタースリーブピンを追加工することにより製造できる。以下、図4〜図13をもちいて、加圧ピン50について説明する。
加圧ピン50の周りにφ20mm程度の粗いシボ加工を施すことで、加圧流体はより隙間に入りやすくなる。実際には図示していないが、図36の加圧ピン50の周りには、少し偏心させφ20の粗いシボ加工(図36の220)が施してある
以下、図14〜17をもちいて、加圧ピンの他の構成(加圧ピン204の構成)について説明する。
図4〜図13で説明した加圧ピン50は、加圧ピンの長手方向に沿った方向に注入口が形成されているものであった。これに対し、加圧ピン204は、図14〜図16に示すように、加圧ピンの長手方向に沿った方向とは交差する方向に注入口が形成されているものである。別言すると、加圧ピン204は、加圧ピン204の側面から加圧流体が出る構造をしている。
図4〜図17をもちいて説明した加圧ピンは、外筒69に内芯71を挿入した二重構造とした。
図4の外筒69の内芯71が入る形状77、79を入子32、入子34に直接加工(図48の221)し、その中に内芯71を挿入した。
この方法では内芯71の高さは製品面と同じにする、低くする、高くする場合とがあり、通常は低くする。内芯71の底部の加圧流体が外も漏れるのを防ぐシール222を設ける。
図49は図48をもちいて内芯71を組み込んだ図である。
図49における下部の図は上部図のプレート53を紙面上方から紙面下方に向けて見た模式図(平面図)である。
なお、図49、図49、図50、図51において、図19、図20などに示す、シール55、91、93などは同様にもちいるがこれらの図49などには図示していない。
キャビティに樹脂を充填するときの圧力は、「充填圧力」、「射出圧力」といい、MPa(メガパスカル)、kg/cm2、または射出成形機の最大射出圧力の割合をもちいて%(パーセント)で表される。
流体加圧は、成形品全体(例えば、可動側パーティングの全体)に作用させる全体加圧と、部分的に作用させる部分加圧と、を実施できる。
全体加圧は、加圧したい面(固定側パーティングまたは可動側パーティング)に加圧ピンを設け、流体加圧する。加圧ピンの本数は、成形品の加圧面積と、肉厚とで決定する。
固定側の金型201および205は、シールプレート下44、シールプレート上45およびシール46をもちいることにより、キャビティ200内への樹脂の充填時にキャビティ200内の空気の逃げ場がなくなる。同様に、可動側の金型202および206は、シールプレート下53、シールプレート上54およびシール55をもちいることにより、キャビティ200内への樹脂の充填時にキャビティ200内の空気の逃げ場がなくなる。このため、固定側の金型201および可動側の金型202をもちいるシール金型142は、ショート・モールド、変色または焼けの原因になる場合がある。
固定側の金型201または可動側の金型202に設けたスライドコアは、前記の固定側の金型201の構成とほとんど同じである。つまり、スライドコアは、スライドの下(スライドの入子の底)に固定側で説明したシールプレート下44、シールプレート上45およびシール46と同様な構成とする。また、スライドコアは、スライドコアの金型合わせ面から加圧流体の漏れを防ぐため、シール(図2の固定側スライドではシール41、可動側スライドではシール42)を同様に設ける。
(シール金型142の金型構造)
エジェクターボックス51をもちいたシール金型141は、可動側の金型202の空間52を加圧流体で満たす必要があるので、多量の加圧流体を必要とする。
次に、図18〜20をもちいて、入子34のシールについて説明する。
シールプレート上54は、一方の面の中央部に矩形の凹部213を備えた矩形のプレートである。可動側の金型206の入子34の一端部は、凹部213に嵌め込まれている。別言すると、入子34におけるキャビティ200から離れた部分は、シールプレート上54により周囲が囲まれている。
シール金型142は、固定側の金型205と可動側の金型206が閉じられた後であって、キャビティ200内に溶融した樹脂が充填される前に、キャビティ200内を減圧する減圧手段を有していてもよい。減圧手段は、例えば、真空ポンプ、または流体を利用してベンチュリ効果によって減圧状態を作り出すための器具{アスピレーター(aspirator)}などである。
樹脂のショート・モールド、並びに成形品の変色および焼けを抑制する手段は、前記した減圧手段以外に、例えば窒素ガスなどの不活性な気体をキャビティ200内に注入する手段がある。不活性な気体は、キャビティ200内に溶融した樹脂を充填する前に、シール金型142における弁62、弁66および弁68の少なくとも1つからキャビティ200内に注入し、キャビティ200内の空気を不活性なガスで置換する。
エジェクターピン27をシールしつつ支持するシールリング89およびシールリング90は、例えば、サンゴバン社(米国)、タフトレーディング(株)、シールテック(株)、日本シール精工(株)、(株)ニシヤマなどが販売しているオムニシール(商品名)、日本トレルボルグ シーリング ソリューションズ(株)が販売しているターコン(商品名)バリシール(商品名)などが例示できる。ここでターコンとは材質を表す表示で、通常はPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)であるが、PTFE以外にPE(ポリエチレン)などをもちいたモノも存在するので単にバリシールと称する場合もある。シールリングの構成の一例を図27および図28に示す。シールリングは、バネ(スプリング)荷重式テフロン(登録商標)パッキンで、樹脂製のシール部103と、金属製のバネ部104と、を有している。
このエジェクターピンの周りにリブを設ける手段は、入子の構造ではない金型、例えば平板のような形状の場合は、エジェクターピンにシールリングを設ける必要はないが、入子構造の場合は、入子の隙間から加圧流体が逃げてしまうので、図19、図20に示したプレート53、プレート34をもちい、入子からの加圧流体の漏れを防止しなくてはならず、その場合には、エジェクターピンからの加圧流体の漏れがあるので、エジェクターピンはシールリングをもちい、シールする必要がある。
別に、はエジェクターピンの周りにガスリブを設けて、しかも入子の周りもガスリブで囲い、入子の隙間に加圧流体が入らない構造を取れば、プレート53、プレート54の必要はない。
必ずしもバネ部をもちいる必要はないが、バネ荷重しているとエジェクターピンへの密着性が向上し、キャビティ内の樹脂を加圧した際に、エジェクターピンからの加圧流体の漏れを少なくできる。
シール金型142のパーティング26は、ガス抜き手段を設けてもよい。ガス抜き手段は、図23をもちいて説明する。
図23は、固定側の金型205のパーティング26にもうけられたガス抜き手段の構成を示す模式図である。なお、ガス抜きは、空気抜き、空気のベント、ガスベント、ベントなどともいう。
0.01mm以下ではガスベントの作用はするが、効果は低い。0.2mm以上であればバリ発生が懸念される。
入子には、ショート・モールドまたは成形品の変色および焼けの発生を防止するため、ガス抜き手段が設けられている。図24ないし図26をもちいて、隙間35からガスを抜くガス抜き手段を有する入子34を説明する。図24は、入子34の模式図である。図25は、図24に図示した入子34およびシールプレート上54を、入子214と入子215の合わせ面に沿う面で切断した模式図である。別言すると、図25は、図24を単純に中央で縦に分割した図である。図26は、図25に図示した分割した入子34およびシールプレート上54を、図25における紙面左側から紙面右側に向けて見た模式図である。
図2に示すエジェクターボックス51をもつシール金型141の場合に限定すれば、エジェクターピン27をガスベント99として使用することができる。この場合は、必要に応じてエジェクターピン27の内芯71(図5参照)の本体の一部や鍔部117などにD面などを施し、空気の排気回路とする。ただし、図3に示すシール金型142は、エジェクターピン27をシールリング89でシールするので、前記したD面などは形成しない。
流体加圧の効果は、キャビティ200内に充填された樹脂の表面の冷却速度を遅くすることにより、さらに向上させることができる。樹脂の表面の冷却速度は、キャビティ面に、例えば、荒い梨地のシボなどを形成すれば、遅くすることができる。キャビティ面にシボを形成すると、シボの底(成形品ではシボの頂点)には、空気層ができる。この空気層は断熱層になるので、熱可塑性樹脂などの場合は、冷却固化が遅くなる。
前記二酸化炭素、エーテル類、アルコール類の注入は樹脂の可塑化の段階、計量中におこなう。
金型表面温度を高くすると、キャビティ内に充填された溶融樹脂の冷却固化を遅くすることができる。金型の表面温度を上げる手段は、温調器をもちいる方法、加熱水蒸気をもちいる方法、金型表面にハロゲンランプを当てる方法、高周波を当てる方法などがある。キャビティ内に溶融樹脂賀充填される段階で、その樹脂のガラス転移点温度(Tg)以上に金型表面温度が高いとより効果は高くなる。
本発明はオープンノズルでの実施も可能であるが、加熱筒内に高圧の流体が入り込んでしまう危険性があるので、ボールチェックノズル、油圧、空圧、または電動式で作動するシャットオフノズルをもちいる。
本発明は、OA、家電、車両、建築、遊技機、雑貨などの転写性が要求される成形品で実施することが望ましい。成形品は、例えば、筐体、カバー、内装品などが挙げられる。その他、本発明は、OA機器のプリンター、デジタルコピーなどにもちいられている光学系のミラー、車両などのヘッドランプのリフェレクターなどの成形にももちいることができる。
シール金型142は、62、67、68などの弁を樹脂の充填にあわせて開けキャビティ内に圧気を大気開放するなどと、弁の動作を工夫すれば発泡成形で表面平滑性を得る手段の一つであるガス・カウンター・プレッシャー(GCP)用のシール金型として使用もできる。
本発明で使用可能な樹脂は、化学工業日報社のプラスチック成形材料商取引便覧−特性データベース−〈1999年版、2012年版〉に記載されている。
熱可塑性樹脂を例示すれば、スチレン系単量体を重合せしめてなるポリスチレン系樹脂、例えばポリスチレン(PS)、ハイインパクト(耐衝撃性)ポリスチレン(HIPS)、ニトリル系単量体・スチレン系単量体との共重合体であるスチレン系樹脂、例えば、アクリロニトリル・スチレン共重合体(AS)、ニトリル系単量体・スチレン系単量体・ブタジエン系ゴムからなる樹脂例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)、ブタジエン系ゴムをオレフィン系ゴムとしたAES、アクリル系ゴムとしたASA(AAS)などのスチレン系樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などに代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)、スチレン変性のポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(PA)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのエンジニアリングプラスチック、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などのポリエステル樹脂、塩化ビニル(PVC)のビニル系樹脂、ポリオキシメチレン(POM)などでの実施も可能である。
MuCellやAMOTEC、UCC法などの発泡成形での実施も可能である。
本発明の圧縮の手段は、コアバック、リセス(リセッション)などに代表される発泡成形などでキャビティの拡大(拡張)の手段としてももちいることもできる。
本発明は、中空成形との組み合わせでの実施も可能である。
実施例1でもちいた樹脂は、下記の通りである。射出成形加工、ABSは旭化成工業(株)のスタイラック121(商品名)を、HIPSは旭化成工業(株)のスタイロン492、m−PPEは旭化成工業(株)のザイロン100Z(商品名)、PC/ABSは帝人化成のマルチロンT3714(商品名)、PCは三菱エンジニアリングプラスチック(株)のユーピロンS2000(商品名)、PPは住友化学工業(株)の住友ノーブレンH501(商品名)をもちいた。POMはポリプラスチックス(株)のジュラコンM90S(商品名)、PA66(66ナイロン)は旭化成工業(株)のレオナ1200Sをもちいた
成形品1(図30の試験片)は、平板であり、流動末端のヒケの有無を流体加圧しなかった場合と比較した。
成形品2(図31の試験片)は、平板であり、中央部の円形の周りのヒケの有無を流体加圧しなかった場合と比較した。
成形品3(図32の試験片)は、平板であり、部分加圧で固定側に発生するリブが起因するヒケの有無を流体加圧しなかった場合と比較確認した。
本実施例では、樹脂保圧をもちいてはいない。
加圧流体の圧力、加圧時間、保持時間、液体の場合の液温などは、実施例の表1、表2、表3、表4中に示した。
これら実施例から明らかなように、気体、液体をもちいた流体加圧は、転写性の向上、ヒケを少なくする作用効果の確認ができた。
図2に示すシール金型141では弁62、弁67は樹脂の充填の間は開かれている。
図3の構造のシール金型142でも弁62、弁67、弁68は同じく開かれ、充填によって排出される金型内の空気を外に逃がした。
それぞれの金型141、金型142ではこれらの弁は流体加圧前に閉じ、加圧流体が外に漏れるのを防いだ。
エジェクターボックス51を備えたシール金型141では、例えば水などの液体の加圧流体の使用が困難なので、窒素ガスまたは空気のみにした。加圧流体は、注入手段56と注入手段58から入れて流体加圧した。図3のシール金型142では、注入手段58および注入手段115をもちいて、加圧流体として窒素ガス、空気、水で流体加圧した。
実施例2と実施例3は、予め図1の装置のタンク10内に水などの液体を半分程度入れて、窒素ガスで加圧、下部から液体を取り出すし加圧する手段を講じた。
実施例1のABS樹脂の溶融温度を285℃にして実施例1条件で、加圧流体を窒素ガスで圧空した結果、実施例1の場合よりも金型への転写性向上は確認できた。
使用した樹脂は実施例1の全ての樹脂で、天肉2.5mmに対し、4mmにリブでもヒケが認められず、固定側は綺麗な外観の成形品を得た。
使用した射出成形機は東芝機械製の350tonである。
加圧ピンは図36などに示すように2カ所設けてある。それぞれ1本の場合と、2本をもちいた場合とを実施し、2本もちいた方が、1本だけより転写性があがることを確認した。実施例5は直接加圧である。
このようにリブが多く、リブで囲まれている場合、リブで囲まれた形状の中それぞれに加圧ピンを設けなければならないので、経済的ではない。実施例6はエジェクターピンの隙間から流体加圧する間接加圧を適用した。図示していないが、リブで囲まれた中には、1本以上のエジェクターピンが配置されている。
圧力は30MPaで加圧時間は20秒間を樹脂充填と同時に窒素ガスでの流体加圧おこなった。
使用した樹脂は実施例5の全ての樹脂で、天肉2.5mmに対し、リブによるヒケが認められず、固定側は綺麗な外観の成形品を得た。
使用した樹脂は実施例5の全ての樹脂で、天肉2.5mmに対し、リブによるヒケが認められず、固定側は綺麗な外観の成形品を得た。実施例7は直接加圧である。
得られた成形品の外観には、ヒケは確認されない綺麗な成形品を得た。使用した樹脂は実施例8の結果を示した表5中に示し、表5中に示していないが金型表面温度は固定側」、可動側共に60℃とした。
加圧流体のピン227供給は図60の手段をもちいた。
尚実施例1乃至実施例8のヒケのレベルを比較する射出中実成形品は、樹脂それぞれ同じ成形条件で加工し、樹脂保圧をまったく使用せず、ショート・モールドになるぎりぎりまで計量値を下げたので、固定側平板面には大きなヒケが発生している。射出中実成形品と流体加圧した成形品の重量は同じとした。
2 圧力計(窒素ボンベ1内の圧力を示す圧力計)
3 バルブ(窒素ガスボンベの交換の際に閉じる手動バルブ)
4 レギュレーター(窒素ガスボンベの圧力を調整するレギュレーター)
5 圧力計(レギュレーター4の設定の圧力を確認する圧力計)
6 逆止弁
7 圧力計(ガスブースターの中間段の圧縮時の圧力を確認する圧力計)
8 ガスブースター(窒素ガスを圧縮するガスブースター)
9 圧力計(レシーバータンク10内の圧力を確認する圧力計)
10 レシーバータンク(圧縮した高圧の窒素ガスを蓄圧するレシーバータンク)
11 バルブ(タンク10内のガスを抜く手動バルブ(ドレンバルブ))
12 レギュレーター(キャビティ内の樹脂を加圧する際は、加圧流体の圧力を設定するレギュレーター。設定圧力を確認する圧力計は図示せず。)
13 圧力計(加圧流体の圧力を確認する圧力計)
14 自動開閉弁(キャビティ内に加圧流体を入れる自動開閉弁)
15 自動開閉弁(注入した加圧流体を大気放出する自動開閉弁)
16 加圧流体の流れ方向
17 配管
18 加圧流体の排気(ブローアウト)の方向
19 タンク10内の加圧流体をドレンした場合の排気ガスの流れ方向
20 大気中であることを示す
21 キャビティ
22 固定側の取り付け板
23 可動側の取り付け板
24 スプールブッシュ
25 成形品のスプール
26 金型のパーティング
27 エジェクターピン
28 エジェクタープレート上
29 エジェクタープレート下
30 固定側の金型キャビティ
31 可動側の金型キャビティ
32 固定側の入子
33 固定側の入子の合わせ部分の隙間
34 可動側の入子
35 可動側の入子の合わせ部分の隙間
36 固定側に設けたスライドコア
37 可動側に設けたスライドコア
38 シール(スプールブッシュからの加圧流体の漏れを防ぐ目的で設置したシール)
39 シール(固定、および可動の取り付け板と型板の間のシール)
40 シール(パーティングの設置したシール)
41 シール(固定側に設けたスライドコアのパーティング面のシール)
42 シール(可動側に設けたスライドコアのパーティング面のシール)
43 シール(エジェクタープレートの設けたシール)
44 プレート(固定側の入子下のシールプレート下)
45 プレート(固定側の入子下のシールプレート上)
46 シール(固定側の入子下のシールプレート44と45の間に設けたシール)
47 加圧流体の流れ方向(ただし固定側の部分は可動側などと同様なので図示せず。)
48 繋ぎ口(加圧流体の図1、または図46の装置との金型との繋ぎ口)
49 加圧流体の通路
50 加圧ピン
51 破線(エジェクター機構を閉空間に閉じ込め密封(エジェクターボックス構造)したことを示す破線51
52 空間(エジェクターボックス52によって作られた空間)
53 プレート(可動側の入子下のシールプレート下)
54 プレート(可動側の入子下のシールプレート上)
55 シール(可動側の入子下のシールプレート53と54の間に設けたシール)
56 注入手段(エジェクターボックス51内への加圧流体の注入手段56は繋ぎ口48と加圧流体の通路49で構成されている。)
57 注入手段(キャビティ内の樹脂に直接加圧流体を作用させ、キャビティ内の樹脂を固定側から直接に加圧する注入手段57は、繋ぎ口48と加圧流体の通路49と加圧ピン50で構成されている。)
58 注入手段(キャビティ内の樹脂に直接加圧流体を作用させ、キャビティ内の樹脂を可動側から直接に加圧する注入手段58は、繋ぎ口48と加圧流体の通路49と加圧ピン50で構成されている。)
59 注入手段(固定側のスライドコアからキャビティ内の樹脂に直接加圧流体を作用させる加圧する注入手段59は、繋ぎ口48と加圧流体の通路49と加圧ピン50で構成されている。)
60 注入手段(可動側のスライドコアからキャビティ内の樹脂に直接加圧流体を作用させる加圧する注入手段60は、繋ぎ口48と加圧流体の通路49と加圧ピン50で構成されている。)
61 注入手段(加圧流体を固定側の入子の隙間33を通じてキャビティ内に入れ樹脂を固定側から加圧する注入手段61は、繋ぎ口48と加圧流体の通路49と加圧ピン50で構成されている。)
62 弁(キャビティ内に樹脂が充填された時に、キャビティ内の空気をパーティングから外に逃がし、ショート・モールドや変色・焼けの発生を解決する自動開閉弁)
63 通路(キャビティ内の空気をパーティング、入子などに設けられたガスベントなどから排気する金型内の通路)
64 ホース(キャビティ内の空気の排気用に設けた弁62、弁67、弁68などに繋ぐ耐圧ホース)
65 キャビティ内の空気の排気の流れ方向
66 大気中に放出されたキャビティ内の空気
67 弁(固定側のプレート44とプレート45に繋がれた自動開閉弁62と同じ作用をする自動開閉弁)
68 弁(固定側のプレート44とプレート45に繋がれた自動開閉弁62と同じ作用をする自動開閉弁)
69 外筒
70 鍔部
71 内芯
72 D面(Dカットし、加圧流体の通路としている。)
73 内芯71の先端部
74 D面
75 六角形状
76 継ぎ手
77 内芯71の入る部分
78 固定側の型板
79 内芯71の鍔部の入る部分(Oリングは、線接触なのでシール性が低い、発明者はゴムシートを円形にカットしてもちいることで、面接触にしてシール性を高めた。)
80 穴
81 溝(キャビティ内の空気の排気と加圧流体の通路)
82 溝(シールリング89を納める溝)
83 穴(エジェクターピンを入れ込む穴)
84 穴(加圧ピン50を入れ込む穴)
85 穴(加圧ピン50の鍔部を納める穴)
86 穴(図3の空気を逃がす通路63の穴の詳細を示している。)
87 可動側の型板
89 シールリング(エジェクターピンにシールに為に設置したシールリング)
90 シールリング(真空引きをした場合にエジェクターピンからの空気の侵入を防ぐ為に設置したシールリング)
91 シール(真空引きをした場合にプレート53とプレート92の隙間からエアーの侵入を防ぐ。)
92 プレート(シールリング90を押さえる為のプレート)
93 シール(可動側型板87とプレート54の間に設けたシールでこの隙間からの加圧流体の漏れを防ぐ。固定側型板78とプレート44の間にも図示されていないが同じ作用をするシールが設置される。)
94 ガスベント
95 溝
96 溝
97 穴(排気ガス回路63の穴)
98 繋ぎ口(図3の弁62の繋ぎ口)
99 入子のガスベント
100 通路(キャビティ内に空気の排気の通路、加圧流体の通路)
101 溝(ガスベント99に通じる溝での排気通路63に繋がっている。プレート53とプレート54の間に加圧流体を入れ、入子の隙間からキャビティ内の樹脂を加圧する場合の加圧流体の通路)
102 空間(クッション性をもたせる目的で設けた小空間で、必ずしも設ける必要はない。)
103 樹脂部分
104 スプリング
105 シボ
106 セラミック皮膜
107 光沢面
108 ゲート(サイドゲートとした)
109 加圧流体ピンの先端
110 可動側の加圧部分
111 固定側の加圧部分
112 可動側のスライドコアの加圧部分
113 固定側のスライドコアの加圧部分
115 注入手段
116 注入手段(プレート53とプレート54の間に加圧流体を入れ通路となる溝81を通じて入子の隙間や、エジェクターピンの隙間などからキャビティ内に樹脂を加圧する)
117 内芯71の鍔部
118 鍔部117のD面(Dカットし、加圧流体の通路としている。)
119 先端部
120 U溝(U溝が掘ってあって、加圧流体の通路になっている。)
121 穴
122 六角レンチの穴
123 ネジ部
124 成形品
126 Oリング(シール)
127 セットビス
128 加圧流体
129 薄肉部分
130 ボス
131 U溝(U溝が掘ってあって、加圧流体の通路になっている。)
132 外筒
133 内芯
134 D面
135 鍔部
136 成形品のボス
140 加圧流体製造装置
141 シール金型、
142 シール金型
200 キャビティ、成形空間
201 固定側の金型
202 可動側の金型
203 芯体部
204 加圧ピン(直接加圧)
205 第一型
206 第二型
207 鍔部
208 凹部
209 開口部
210 成形品
211 リブ(加圧流体を止める目的で設けてあるリブである。)
212 加圧ピン(間接加圧)
213 凹部
214 入子
215 入子
216 成形品
217 面
218 エジェクターピンの周りのガスリブ
219 エジェクターピンとリブ218との隙間
220 φ20の粗いシボ加工
221 入子34に芯体部203が収まる形状加工したことを示す模式図
222 シール
223 加圧流体が吹き出す部分
224 外筒
225 内芯
226 芯体部
227 エジェクタースリーブを加工して、加圧流体の通路をもたせたエジェクターピン
228 シール
229 シール
230 シ−ル
231 エジェクターピンを入れる段付き穴
232 エジェクターピンを入れる段付き穴
233 エジェクターピンを入れる段付き穴
234 エジェクターピンを入れる段付き穴
235 エジェクターピンを入れる段付き穴
236 溝
237 溝
238 溝
239 溝
240 溝
241 凸形状
242 凹形状
243 シール
1100 ヒケ発生の場所
1101 ヒケ発生の場所
1102 ヒケ発生の場所
1140 加圧流体製造装置
Claims (9)
- 成形空間の樹脂と金型面との間に加圧流体の圧力を作用させる成形法に使用される金型 装置であって、
前記成形空間を形成する第一型および第二型の少なくとも一方に設けられ、前記成形空間に射出される前記樹脂により成形される成形品を押し出す軸体と、
該軸体を支持する荷重式環状弾性部材であって、周方向に沿って形成された溝の開口部が該成形空間に向けられた該環状弾性部材と、
該第一型および該第二型の少なくとも一方に設けられ、該成形空間に加圧流体を注入する注入部と、
を有する金型装置。 - さらに、前記成形空間の加圧流体を排出する排出部を有する請求項1に記載の金型装置。
- 前記軸体を支持する前記環状弾性部材は、
周方向に沿って形成された溝の開口部が前記成形空間に向けられた第1の環状弾性部材と、
周方向に沿って形成された溝の開口部が前記成形空間とは反対の方向に向けられた第2の環状弾性部材と、
からなる請求項2に記載の金型装置。 - 前記軸体を支持する前記環状弾性部材は、さらに、開口部が前記成形空間とは反対の方向に向けられた第2の溝を有する請求項2に記載の金型装置。
- 請求項1〜4のいずれか1つに記載の金型装置と、
前記金型装置に前記樹脂を射出する射出装置と、
を有する射出成形システム。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の金型装置の前記成形空間に前記樹脂を射出する第1工程と、
前記金型装置の前記成形空間内の前記樹脂と前記成形空間を画定する前記第一型または前記第二型の面との間に前記注入部から前記加圧流体を注入する第2工程と、
前記加圧流体を排出する第3工程と、
前記第一型と前記第二型を型開きした後、前記成形空間内の前記樹脂により形成される前記成形品を前記軸体により押し出す第4工程と、
を有する成形品の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の金型装置に前記加圧流体を注入する第1工程と、
前記金型装置の前記成形空間に前記樹脂を射出する第2工程と、
前記加圧流体を排出する第3工程と、
前記第一型と前記第二型を型開きした後、前記成形空間内の前記樹脂により形成される前記成形品を前記軸体により押し出す第4工程と、
を有する成形品の製造方法。 - 前記第一型および前記第二型の少なくとも一方が入子構造を有し、
前記金型装置は、前記入子構造の隙間に前記加圧流体が流れ込むことを防止するための シール構造を有する請求項1に記載の金型装置。 - 前記軸体を二重構造にし、前記軸体から前記加圧流体を注入する請求項1に記載の金型 装置。
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