JPH07505585A - 熱可塑性ポリマーの射出成形 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱可塑性ポリマーの射出成形 この発明は熱可塑性ポリマーの射出成形のための工程に関する。そのような工程 においては、分離可能なモールド部分によって規定される１つまたはそれ以上の キャビティ内に溶融ポリマー材料が注入され、冷却および凝固され、モールド部 分が分離された後に取り出される。熱可塑性ポリマーは冷却で収縮し、このため に物品がまわりの領域よりも厚い領域において表面上にはっきりし−たひけマー クが生しる。

ひけマークは成形された熱可塑性物品の外見を著しく損ない、それらを予防する ために努力が払われてきた。ひとつの工程ではある程度凝固した融解物内に高圧 空気を注入し、空気が融解物内にチャネルを形成しかつ物品の相対的に厚い領域 へと主に広がるということが見出される。ここで、空気は高圧下で閉じ込められ 、かつ融解物が冷却するにつれて外側の沈みを呈する外向きの力を及ぼす。

上述の方法の困難性は、融解物を介する空気の流れが制限され、かつ融解物の狭 い領域においてしばしば遮断されることであり、それはこれらが通常は最初に凝 固するからである。その方法はそれ故ある形式の物品には適さず、かつ気体流路 プロファイルの変化が部分材料における不均一性を引き起こすので、特定的には 多数の部分を成形するためのマルチキャビティモールドには適さないであろう。

この発明は改良された射出成形のプロセスを提供することを試みる。

この発明のある局面に従えば、分離可能なモールド部分によって規定されるキャ ビティ内に溶融熱可塑性ポリマー材料を注入し、冷却段階において材料を冷却お よび凝固させ、モールド部分を分離して凝固した材料を取り出すことに存する射 出成形の方法が提供され、冷却段階の間に、キャビテイ壁内の開口を介して圧力 下で気体が与えられて冷却ポリマーとキャビテイ壁の選択された部分との間に加 圧された気体層を形成することを特徴とする。好ましくは気体は空気である。

通常はキャビテイ壁は滑らかに形成されるが、選択された領域においてわずかに 壁をざらざらにすることによって空気は小さなチャネルを与えられ、それに沿っ て流れて要求される空気の層を形成し得るということが見出される。

更に、滑らかな境界を設けることによってざらざらにされた領域に気体が閉じ込 められ得て、そこでポリマーはシールを形成するであろう。この発明の好ましい 局面においては、キャビテイ壁内の選択的に分布された場所に気体が与えられ、 壁内の小さなチャネルを介して選択された領域に分配され、かつ滑らかな壁の境 界部でのポリマーのシールによって制限される。このように、大変薄い高圧空気 層が所望の場所に確立され得る。実務において、他の態様ではひけマークが経験 されるであろうキャビティの対向する壁に対して凝固するポリマーを促すように 空気の層が位置づけられるであろう。明確に、モールド内で所望の場所に空気を 与えることが可能であり、この発明は単一キャビティの成形と同様にマルチキャ ビティの成形に適用できる。

この発明のもう１つの局面に従えば、熱可塑性ポリマー物品の射出成形のための 成形工具が提供され、工具は分離可能な工具部分によって規定される少なくとも １つのキャビティ、キャビテイ壁を介してキャビティ内に気体を導入するための 少なくとも１つの工具部分内のガスダクト、およびキャビテイ壁の準備された表 面部分とを有し、キャビテイ壁とキャビティ内で冷却するポリマーとの間に気体 の層が導入される。好ましくは、準備された表面部分はざらざらにされて小さな チャネルを与える。

従来の射出成形技術においては他の不利益がある。例えば、中央コアと外側モー ルドとの間にキャビティを規定することによって一般的に中空の厚い壁の物品が 形成される。

冷却において、ポリマーはコア上へと収縮し、外側モールドとの熱接触を失う。

結果として、コアを介して熱が取り出されなければならず、かつコアのサイズが 小さく、熱アクセスが制限されるので、冷却率は制限される。順に、このことは 成形プロセスのサイクルタイムを制限する。コアと冷却ポリマーとの間に気体の 層を設けるように配置することが可能であるので、この発明は改良を提供し、そ れによってポリマーが冷却する時にポリマーと外側モールドとの間の熱接触を保 つ。コアーを介する代わりに、外側モールドを介して熱が効率的かつ迅速に取り 出され得る。

このように、この発明のもう１つの局面に従えば、一般的に中空の厚い壁の熱可 塑性ポリマー物品の射出成形のための成形工具が提供され、工具は、中央コアお よび外側モールドの間に規定されるキャビティを有し、中央コアはガスダクトと 準備された表面部分とが設けられ、それによって工具内でポリマーが冷却すると 中央コアとポリマーとの間に加圧された気体の層が導入され、かつ外側モールド から熱を取り出すために手段が設けられる。好ましくは、準備された表面部分は ざらざらにされて小さなチャネルを与える。

この発明は添付の図面を参照して更に説明されるであろう、そこにおいて。

第１図は容器のための熱可塑性ひねり栓の斜視図であり、第２図は第１図のひね り栓の比較断面図であり、第３図は第１図および第２図に示される種類のひねり 栓を成形するためのこの発明に従う成形工具の断面図であり、第４図は第３図の 工具の部分の詳細な図であり、更に第５図はこの発明を具体化する成形機械の概 略図である。

第１図を参照して、ひねり栓は２において内部的にねじ切りされた一般的に円筒 形の本体ｌを有し、かつそれはその周囲に平坦部４を有するドーム形の頭部３を 有する。第２図は比較断面図であり、右側には従来的に成形された時のひねり栓 が示され、かつ左側にはこの発明に従って成形された時のひねり栓が示される。

右側は冷却中の収縮の影響（図面においては誇張されている）を示す。ねじ切り 領域２は交互の壁厚のものであるので、冷却中に差別的な収縮がある。より厚い 部分はより薄い部分よりもより収縮し、かつ収縮は内側に向かうので、その影響 は５におけるわずかな窪みを与えることである。これらはひけマークと呼ばれる 。

さて、第３図を参照して、第１図および第２図のひねり栓を成形するために設計 されたこの発明に従う成形工具が示される。その工具はねじ切り７を有する中央 コア６を含み、それはひねり栓の内形を規定する。コア６は外側スプリットモー ルド８内にあり、それの内側表面がひねり栓の外形を規定する。コア６と外側モ ールド８との間に規定されるキャビティ９がスクリューインジェクター（図示せ ず）によって内部中央チャネルＣを介して溶融熱可塑性ポリマーて満たされる。

それから冷却段階があり、その間にポリマーは冷却および凝固される。冷却段階 の間に、収縮が起こる時工具内により多くのポリマーを入れるために噴射圧が保 持される。

エアダクト１０がコア６内に設けられ、かつこれらは制御バルブ（図示せず）に よって高圧空気供給に連結される。

典型的には空気の圧力は１−３００バールであり得る。コアと冷却ポリマーとの 間に加圧された空気の薄い層を確立するという所望の効果のために選択された位 置でダクトはキャビティ内に口を開けられ、空気は冷却段階の間に与えられる。

穴の幅は０．００１”よりも小さい。液体ポリマーはそのような小さな通路を阻 止しない。空気がコアの表面に沿って流れることを許容するために、グリッドブ ラストによって選択された場所１１でコアはざらざらにされる。

このざらざらはそれを介して空気が広がり得る小さなチャネルを設ける。穴を各 々の選択された領域内に位置させることによって、または空気を伝えるために穴 と選択された領域との間の領域にざらざらをつけることによって、選択された領 域への空気の連通が確保される。実務において、２つの段階で空気を与えること が有益であると見出され、それらは第１に短い低圧段階、および第２により大き な高圧段階である。

このガス圧力の効果はポリマーを加圧することであり、−気体圧力と実質的に等 しい。このことは、多くの成形された構成要素において、ゲートバルブまたはマ シンノズル遮断バルブのいずれかによって妨げられない限り、構成要素「フィー ドゲート」を介してポリマーが流れ戻ることを引き起こすであろう。両方のシス テムは所有の射出成形装置として入手可能である。

第４図は第３図の工具の詳細を示し、特定的にはモールドコア（内部モールド部 分）２６上のざらざらにされた領域１１を示す。これらは滑らかな境界領域１２ で囲まれる。

これらの滑らかな境界部分において、冷却ポリマーは加圧された空気の層を含む （ｃｏｎｔａｉｎ）シールを形成する。モールドキャビティ（外側モールド部分 ）２７は平滑である。注入されたプラスチックは２８で示される。

空気の効果はポリマーをコアから離れるように促すことである。ポリマーが収縮 しようとする傾向にもかかわらず、外側モールド８の壁に対してポリマーの外向 きの圧力を維持するのに空気がちょうど十分であるように、空気の量および圧力 が厳密に調節される。換言すれば、収縮効果に適応し、かつポリマーをモールド ８の壁との密接な接触に維持するバネとして空気は働く。これは２つの効果を有 する。

第１に、ひけマークの形成が抑えられる。第２に、ポリマーの冷却が外側モール ド８を介して起こる。

さて、第５図を参照して、第３図に示される種類の工具を存するが、多数モール ドキャビティ１３を有する成形機械が図式的に示される。モールドキャビティは 固定プラテン１４と移動プラテン１５との間に規定される。マシンスクリューお よびバレル可塑化／注入システム１Ｇが遮断ノズル１８を介して１７の塑性材料 を注入するために設けられる。

ニアコンプレッサ２１がらエアソレノイドバルブ２ｏを介して空気導管システム １９に高圧空気が供給される。ニアリザーバ２２が圧力の変動を減じるために設 けられる。

バルブ２０は、上述の低圧力段階のために用いられてもよい低空気圧力人力２５ を存する。外側（移動）モールド部分内の冷却ダクト２３によって加速される冷 却が達成される。パイプシステム２４がダクト２３に冷却水を供給し、かつｋれ をそこから除去する。

従来的にコアを介するよりも、外側モールドを介する方がより迅速な冷却が可能 なので、サイクルタイムにおける改良が達成され得る。例えば、（ａ、）従来の 実務および（ｂ）この発明のプロセスのための典型的な数値が以下に与えられる 。

（ａ）典型的標準サイクル（数値−秒）示される１６秒の全体のサイクル （ｉ）材料注入　本２本 （ｉｉ）　圧力保持　ネ＊零６１ネ （ｉｉｉ）部分冷却　本章４零零 （ｉｖ）　モールド開　ネｌ （ν）　部分排出　続本 （ｂ）第３図の工具使用 １４秒のサイクルタイムを仮定 （ｉ）材料注入　続本 （１１）圧力保持　粒零 （ｉｉｉ）低圧ガス　続零 （ｉｖ）　高圧ガス　本章４零零 （Ｖ）　モールリド開　本１ （ｖｉ）　部分排出　本２本 この成形プロセスの更なる利点は、上述のポリマーの応力か構成要素の全体を通 して基本的に等しいことであると認められた。これは従来の成形技術では普通の ことではなく、「ひけマーク」を最小にするために、それが冷却しかつキャビテ イ壁から離れるように収縮するにつれて部分の半溶融コア内に溶融ポリマーが継 続的に注入されると理解される。このプロセスエレメントは通常、［圧力保持ま たは充てん段階（ｐａｃｋｉｎｇｐｈａｓｅ）」と呼ばれ、均一でない、時には 過酷な応力を構成要素内に引き起こすと理解される。

これらの一様でない内部応力は、それがモールドから取り出されると、部品のそ りを引き起こし、かつ部品品質廃棄の大きな要素である。こうして、実質的に等 しい応力および低いそりを有する任意のプロセスは著しい経済的および品質的有 益性を有するであろう。

この発明の有益性のい（つかは以下のように要約される。

製品の品質 熱可塑性成形に対して、このプロセスは「沈みのない」正確な成形を効果的に得 るための経済的手段を提供する。

また、部品内の応力は均等でかつ低く、結果として起こる低いそり率を伴う。

製品の刷新 刷新的な工具設計で、比較的簡単なツーリングで部品が製造され得て、とにかく それは遅いサイクル上で稼働する高価なツーリングによってのみ可能であったで あろう。ひけマークを隠すという要件が和らげられるので、部品設計における自 由が許される。

サイクルの有益性 後に続く　「ショット」のために溶融装填物を可塑化するために必要な時間によ って多くの射出成形サイクルが制限される。

この発明を用いれば、サイクルの可塑化要素がマシンサイクルにおいて著しくよ り速く開始され得て、従ってサイクルを短縮する機会を与えるということが理解 される。高体積部分に対する多くの手段において、このサイクルタイムの節約は 部品コスト上に相対的な効果を存するであろう。

マシンサイズの有益性 多くの成形システムにおいて、成形機械のサイズ（かつそれ故コスト）は、部品 上の「ひけ」を最小にするために必要な「充てん圧力」によって決められる。部 品が冷却するにつれて、［ゲートＪから遠く離れた特徴部内に溶融材料を注入す ることは次第により困難になるので、この充てん圧力は相対的に高い傾向がある 。

しかしながら、この発明を用いれば、充てんのために必要とされる最大の期間は ２．０秒であり、かつそれ故融解物は相対的に熱く、かつ圧力は最小となり得る 。こうして、所与のサイズの機械上で成形することができる部品のサイズの増大 が可能になり、消費者に対するコストの減少が伴う。

より安価なツーリング 内部成形応力が減じられかつモールドがフラッシュする可能性がより小さいので 、より安価なツーリングを用いることが可能である。

より小さなゲートマーク 成形の「ゲートマーク」がよく目に見える位置にある場合、このマークのサイズ は重大な品質のパラメータとなる。

ゲートが固まらないように、ゲートの直径は必要な「充てん段階」の長さによっ て実質的に支配される。しかしながら、このプロセスを用い８場合、この考慮は もはや当てはまらず、かつゲートの直径は部品を充てんするのに必要な最小であ ってよい。

収縮の予測 従来の成形技術を用いれば、部品の各々の別個の要素に対する正確な収縮値を予 測することは極めて困難であると見出されてきた。この収縮値は成形中の以下の 塑性条件によって影響される。

（ａ）塑性温度プロファイル （ｂ）塑性応力プロファイル、および （Ｃ）要素が自由に収縮するか、またはモールドコアまたはキャビティによって 制限されるか。

このプロセスを用いることによってこれらのパラメータのすべての変動が減じら れるので、この収縮値が著しく小さな変動を示し、かつそれ数予測することが容 易であろうと考えられる。

この発明は以上の例の詳細に制限されない。例えば、いくつかの状況においては 、気体の流れを容易にするためにモールド壁をざらざらにすることは必要ではな い。

Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、４ ２４　Ｆｉｇ、５ 補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）（＋）平成５年１２月３ｏＩ ３１−

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．分離可能なモールド部分によって規定されるキャビティ内に溶融熱可塑性ポ リマー材料を注入し、冷却段階において材料が冷却および凝固するのを許容し、 モールド部分を分離し、かつ凝固された材料を取り出すことに存する射出成形の 方法において、冷却段階の間に、キャビティ壁内の開口を介して圧力下で気体が 与えられて冷却ポリマーとキャビティ壁の選択された部分との間に加圧された気 体層を形成することを特徴とする、射出成形の方法。
2. ２．気体は、キャビティ壁における選択的に分布された場所において与えられ、 壁内の小さなチャネルを介して選択された領域に分配され、かつ滑らかな壁の境 界部分でのポリマーのシールによって制限される、請求項１記載の方法。
3. ３．モールドはマルチキャビティモールドである、請求項１または請求項２記載 の方法。
4. ４．気体層がコアおよび冷却ポリマーの間に設けられ、それによってポリマーが 冷却する時に、ポリマーと外側モールドとの間の熱接触を保持する、前項のいず れかに記載の方法。
5. ５．工具は分離可能工具部分によって規定される少なくとも１つのキャビティと 、キャビティ壁を介してキャビティ内に気体を導入するための工具部分の少なく とも１つ内のガスダクトと、キャビティ壁の準備された表面部分とを有し、キャ ビティ壁とキャビティ内で冷却するポリマーとの間に気体層が導入される、熱可 塑性ポリマー物品の射出成形のための成形工具。
6. ６．準備された表面部分は小さなチャネルを与えるようにざらざらにされている 、請求項５記載の成形工具。
7. ７．準備された表面部分は滑らかな領域によって境界づけられている、請求項６ 記載の成形工具。
8. ８．ダクトは、気体の層がコアとポリマーとの間に設けられるように配置されて いる、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の成形工具。
9. ９．外側モールドから熱を取り出すために冷却手段が設けられる、請求項８記載 の成形工具。