JPS63176124A - 射出成形方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、充填工程にあってはキャビティ内を均一な高
温に保持し、冷却工程では急速に冷却することを可能に
した射出成形方法及び射出成形装置に関するものである
。

（従来の技術） 金型のキャビティに熔融樹脂を射出して成形する射出成
形方法においては、熔融樹脂がキャビティ内を流動する
とき金型に接する部分では金型により冷却されて粘度が
高くなり、流動性の著しく悪い層（スキン層と呼ばれる
。）が生じる。これによりキャビティ表面からの転写性
が悪くなったり、フローマーク或はウェルドライン等の
成形不良が生じやすくなる。

その対策として、キャビティ表面を樹脂の軟化温度以上
に高周波誘導加熱した後に射出成形する方法が、例えば
特公昭５８−４０５０４号により提案されている。

その構成につき簡単に説明すると、第４図は同方法を実
施するための金型部分を示し、金型１の固定側１ａと可
動側１ｂの間に図示しない工業用ロボットにより高周波
誘導加熱コイル２が移動設置される。同コイル２は、直
径３璽１の鋼管を５龍間隔で渦巻き状に皿形状にそわせ
て型作り、それを３　ａｍの厚さになる様にエポキシ樹
脂をもって注型し、平板状に固化形成されたものである
。

射出成形にあたっては、前回の成形品を取り出した後の
型開き状態にあるとき、図示せぬ工業用ロボットによっ
てコイル２を降下させて、金型ｌの固定側１ａと可動側
１ｂとの間に挿入した後に金型１を閉じ、コイル２を金
型１の固定側１ａ及び可動側１ｂとで挾み込み、その状
態で高周波を通電してキャビティ表面ＩＣを加熱する。

このとき、金型１に冷却水は通水されていない。

この高周波誘導加熱による金型温度の測定例を第５図に
示す。同図におけるＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ点は第４図における
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに対応する位置の各点を示している。第
５図から明らかな如く、金型表面のＡ点とＢ点は短時間
で急激に昇温し、金型内部の０点及びＤ点では高周波誘
導加熱によっては温度の上昇がほとんどないことが分る
。

さて、上記操作により金型表面の昇温を確認したのち、
金型１を一旦開き、コイル２を金型１の固定側１ａ及び
可動側１ｂの間から抜き出し、再度金型１を閉じて通常
の射出成形と同様に充填工程と保圧工程からなる射出工
程、金型１に冷却水を通水して冷却する冷却工程を実行
する。

本射出成形方法によると、こうしてキャビティ表面が樹
脂の軟化温度以上に加熱された後に射出されるため、キ
ャビティ表面でスキン層が生じにくくなり、転写性が著
しく向上し、フローマーク・ウェルドライン等の成形不
良の発生が防止できる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記したようなコイルを使っての金型表面の
加熱には次のような問題点がある。

（１）　　キャビティの形状が複雑になると、その形状
を完全に転写したコイルを作ることが困難となり、そう
なるとコイルがキャビティの全面に完全に密着しないの
で、キャビティ表面の加熱度合に差が生じる。その結果
、フローマーク・ウェルドライン等の成形不良が解決で
きないことになる。

（２）　　コイルを金型で挾み込んだ時点でのみキャビ
ティを加熱するようにしているため、コイルの出入れ及
び金型の挾み込みに要する動作時間分、成形サイクルが
延びるという結果になる。

（３）室温、型開き時間、成形品の取出し時間が変動す
ると、それに伴なってキャビティの冷却割合が変動する
ので、同一時間加熱してもキャビティ温度が変動し、そ
のため成形品質が安定しない。

（４）特に薄肉成形品の場合、射出工程において、生ず
るスキン層の生成速度が速いため、溶融樹脂の流れ方向
に圧力勾配を生じ、ゲート付近に過大圧がかかって、前
記スキン層とゲートから供給される樹脂との間でずり応
力が発生する。このすり応力により残留応力が生じ、そ
の結果、変形、クラック。

寸法精度不良等が発生し、特に光ディスク。

コンパクトディスクの基盤では、複屈折の悪化という致
命的な成形不良を生じる。

（５）前項の対策として、樹脂温度を通常よりも上げて
成形しているが、このときのキャビティに対する射出開
始前の加熱設定温度は作業者の経験と勘に頌って決めざ
るを得ないものである。

本発明はこれらの諸問題を一挙に解決すべく開発された
もので、射出工程に入る前に自動的にキャビティ表面を
所定の温度まで均一に冑め、冷却工程では急速冷却を可
能にして高品質の成形品を得られるようにする射出成形
方法及び装置を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）このため、本
発明は射出成形方法として、キャビティを形成する移動
可能な中子とこれを取り囲む常時冷却状態にある金型本
体とからなる２重構造の金型を用い、射出開始前から充
填工程中は金型本体と移動中子とを非接触状態とするこ
とにより両者間を断熱すると共に移動中子の温度を樹脂
の軟化温度以上に昇温保持し、続く保圧工程ではキャビ
ティ内の圧力（保圧）により移動中子を金型本体に接触
させ、かつ移動中子の加熱を停止することにより、次の
冷却工程において急速冷却を行なうことを構成とし、こ
の方法を実施するための装置として、キャビティを形成
する移動中子と、それを取り囲む金型本体と、前記移動
中子を前記金型本体内で駆動する駆動機構と、移動中子
の内部を配される加熱装置及び温度検出器とを有する金
型を備えると共に、前記温度検出器の信号を受けて、前
記移動中子の温度を設定温度に制御する金型温調器を装
備することを構成として、これらの構成をもって上記問
題点の解決手段とするものである。

即ち、本発明では、 （１１キャビティを形成する部分を移動中子とし、それ
を取り囲む金型本体との間で接触あるいは非接触状態を
可能にした２重構造の金型とする。

（２）　　この移動中子は、予め設定された樹脂の軟化
温度以上に温度制御され、金型本体は常時冷却されてい
る。

（３）射出開始前及び射出工程中は、移動中子と金型本
体を非接触の状態とする。このため移動中子と金型本体
との間が断熱されることになり、キャビティ表面の温度
は、前記温度制御と相俟って所定の温度に保たれ、射出
工程中のスキン層の生成を防止し、残留応力を低減させ
る。その結果、成形不良を生じさせない。

（４）　　冷却工程に入ると、移動中子を移動させて金
型本体と接触させ、金型本体からの移動中子への熱伝達
率が高め、移動中子を急速に冷却する。このように、金
型本体が常時冷却されており、冷却工程では移動中子だ
けを冷却すれば足りるだけ成形サイクルが短縮される。

（５）一方、前記移動中子は、通常の機械加工により任
意の形状に加工できるので、複雑な成形品にも容易に対
応し得る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。第１
図は本発明の方法を実施するための移動中子と金型本体
からなる金型の側断面を示す。

図において、１０は金型であり、金型１ｏは従来と同様
に固定側金型と可動側金型から構成され、各金型とも移
動中子１１ａ、　ｌｌｂと同移動中子１１ａ。

１１ｂをそれぞれ囲むようにして成形された金型本体１
０ａ、　１０ｂとからなることを基本構成としている。

キャビティ１５は固定側の移動中子１１と可動側の移動
中子１１ｂにより形成される。つまり、本発明における
金型１０は、固定側と可動側と全て対になっているもの
で、図面では固定側にはａを、可動側にはｂの符号を付
しである。従って、その構造の説明にあたっては可動側
を主に説明するが、固定側についても同様の構造である
。

移動中子１１ｂは可能な限り厚さを薄く形成して表面積
の割に質量を小さくし、かつアルミの如き熱伝導率の高
い材質のものを使用する。移動中子１１ｂの内部には、
移動中子１１ｂのキャビティ側の表面温度、すなわちキ
ャビティ表面温度Ｔを検出する熱電対等を用いる温度検
出器１２ｂとヒータ等を用いる加熱装置１３ｂが設置さ
れている。移動中子１１ｂの外周には、ナイロン。

ベークライト等の合成樹脂、又はジルコニア（ＺｒＯ□
）等のセラミックスの如き熱伝導率の小さい材料からな
る断熱材で構成されるライナー１４ｂが、固定されてい
る。同ライナー１４ｂは、溶融樹脂の漏れを防ぎ、かつ
キャビティ１５内の樹脂圧力に耐え得る最小限の大きさ
としている。

移動中子１１ｂの反キャビティ側（後端）の金型本体１
０ｂには、含油軸受等からなるブツシュ１６ｂで保持さ
れ、外周にリップパツキン等によるシール１８ｂを嵌め
込み、金型本体１０ｂとの間に形成される油室１９ｂの
圧油により進退駆動されるラム１７ｂが設置され、同ラ
ム１７ｂの先端は前記ライナー１４ｂと同様の断熱材２
０ｂを介して移動中子１１ｂの後端と連結されている。

２１ｂは前記油室１９ｂに通じる油孔端部で、高圧ゴム
ホースの接続口であり、２２ｂは金型本体１０ｂを冷却
する冷却水通路である。２３は固定側金型本体１０ａに
取付けられたスプルーブシュである。固定側及び可動側
の移動中子１１ａ、　ｌｌｂは、対応する各ラム１７ａ
、　１７ｂにより各金型本体１０ａ。

１０ｂ内を隙間δだけ移動する。δの値は、０．３〜１
　、０　＊＊の範囲で選ばれるのが好ましい。

この各移動中子１１ａ、　ｌｌｂが各金型本体１１ａ、
ｌｌｂ内をδだけ前進したときには、同移動中子１１ａ
。

１１ｂはキャビティ１５、対応するライナー１４ａ、　
１４ｂ−断熱材２０ａ、　２０ｂ及び各移動中子１１ａ
、　ｌｌｂの移動により形成されるスペースＡ、Ａによ
り金型本体１０ａ、　１０ｂとは断熱状態におかれる。

第２図にキャビティ表面温度の制御ブロック線図を示す
。

金型温調器３１は、予め設定された樹脂の軟化温度以上
のキャビティ表面温度の設定値Ｔｓｅｔを出力する設定
器３２と、キャビティ表面温度を検出する温度検出器１
２ａ、　１２ｂの出力Ｔを前記設定値Ｔｓｅｔより減算
して偏差ｅ　（＝　Ｔｓｅｔ　−Ｔ）を出力する比較器
３３と、同偏差ｅをＰＩＤ制御（Ｐ・−・比例、　■・
・・積分、　　Ｄ−ｉ分）の玉出力する制御器３４と、
制御器３４の出力に応じて発熱量が変化する加熱装置１
３ａ、　１３ｂとからなる閉ループ制御系として構成さ
れている。

この金型温調器３１と、１対の高圧ゴムホース接続口２
１ａ、　２１ｂを通して各油室１９ａ、　１９ｂに圧油
を供給し又は各油室１９ａ、　１９ｂの圧油を排出する
油圧機構３５とをシーケンス制御するシーケンサ３６が
用意される。

なお、第２図では閉ループ系を１つにして示しているが
、固定側金型本体１０ａと可動側金型本体１０ｂで熱容
量が違う場合は、夫々独立して閉ループ制御するほうが
より効率が良い。

第３図に本発明が適用されるときの射出成形の工程例を
示す。以下、その工程を第１図及び第２図を参照しつつ
説明する。

（１１まず、型開して製品を取出した後に型閉を行ない
、その後シーケンサ３６の指令により油圧機構３５から
の圧油が各油室１９ａ、　１９ｂに供給されて、ラム１
７ａ、　１７ｂを移動させて各移動中子１１ａ、　ｌｌ
ｂと対応する金型本体１０ａ。

１０ｂとの間に隙間δを生じさせ、常時冷却している金
型本体１０ａ、　１０ｂと移動中子１１ａ。

１１ｂとを断熱する。この移動中子の移動操作は型閉動
作と同時又は型閉動作の途中から実施してもよい。

（２）　　シーケンサ３６の指令により金型温調器３１
が作動して各移動中子１１ａ、　ｌｌｂを昇温させる。

各温度検出器１２ａ、　１２ｂにより各移動中子１１ａ
、　ｌｌｂのキャビティ１５に近い側の温度が検出され
、同検出器１２ａ、　１２ｂからの出力と予め設定され
た樹脂の軟化温度以上の設定温度Ｔｓｅｔとの偏差ｅに
基づき制御器３４により加熱装置１３ａ、　１３ｂを調
節して、偏差ｅを零、即ち上記設定温度Ｔｓｅｔを保持
するためのＰＩＤ制御が行なわれる。

（３）移動中子１１ａ、　ｌｌｂの温度が上記設定温度
Ｔｓｅｔに到達すると、金型温調器３１からの信号を受
けて、シーケンサ３６の指令により射出が開始され充填
工程に入る。射出中も金型温調器３１により前記設定温
度に保温制御される。

（４）　　充填工程が完了して、キャビティ１５内の樹
脂圧力が上昇すると、この圧力に負けて各油室１９ａ、
　１９ｂの圧油が排出され、移動中子１１ａ、　ｌｌｂ
は金型本体１０ａ、　１０ｂと接触する。

一般に、この切換状態はスクリュ位置。

射出油圧、キャビティ内の樹脂圧力等により検知が可能
である。このとき、射出制御は保圧制御に切換えられて
保圧工程となり、同時にシーケンサ３６の指令により加
熱装置１３ａ、　１３ｂは加熱を停止する。

（５）保圧工程及び次工程である冷却工程においても、
金型本体１０ａ、　１０ｂは、冷却水通路２２ａ、　２
２ｂを通水される冷却水により常時冷却されており、移
動中子１１ａ、　ｌｌｂと金型本体１０ａ、　１０ｂが
接触することにより、移動中子１１ａ、　ｌｌｂと金型
本体１０ａ、　１０ｂとの間で熱伝達が促進され、キャ
ビティ１５内の溶融樹脂を急速に冷却する。

成形品の形状及び寸法は、移動中子１１８゜１１ｂと金
型本体１０ａ、１０ｂとが接触した状態下でのキャビテ
ィ形状・寸法となる如く設定される。

（６）　　ここで、予め設定された冷却時間が経過する
と、シーケンサ３′６の指令により型開を開始する。

（７）前記（１）に戻り、以後は同様の動作を繰り返す
。

移動中子１１ａ、　ｌｌｂと金型本体１０ａ、　１０ｂ
との対面する部分の形状・寸法は、両者が接触する部分
に配設されるライナー１４ａ、　１４ｂ並びに移動中子
１１ａ、　ｌｌｂとラム１７ａ、　１７ｂとの連結部に
ある断熱材２０ａ、　２０ｂを強度上必要となる最小限
の大きさとし、それ以外を移動中子１１ａ、　Ｉｌｂが
後退したとき接触するような表面形状・寸法とする。

また、既述したとおり移動中子１１ａ、　ｌｌｂは、厚
さを小さくして表面積の割に質量が小さく、かつ熱伝導
率の高い材料で加工されているため、移動中子１１ａ、
　１ｌｂＯ昇温時間は短縮され、同時に移動中子１１ａ
、　ｌｌｂと金型本体１０ａ、　１０ｂとの接触による
熱伝達の促進がはかられる。

なお、上記実施例では説明を避けたが、金型本体１０ａ
、　１０ｂと移動中子１１ａ、　Ｉｌｂ間で断熱をより
効率良く行なうために、上記隙間δの部分のエアを抜く
ようにして同部分を真空とする場合もある。こうすると
、移動中子１１ａ、　Ｌｌｂの昇温時間を更に短縮でき
ることになる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によれば、金型をキャ
ビティを形成する部分と金型本体とに分けたため、次の
諸効果を奏するようになる。

（１）移動中子を金型本体と非接触状態で加熱制御する
ことができるため、キャビティ表面だけを効率よく加熱
でき、同時に従来の様な加熱コイルを挾み込むに要する
時間が不要となって、サイクルが大巾に短縮できる。

（２）　　キャビティの表面温度を金型本体とは断熱さ
れた移動中子につき閉ループ制御するため、制御時には
所定の温度が保持されるようになり、成形品の品質がよ
り安定する。

（３）射出工程の間、キャビティ部分を常時冷却状態に
ある金型本体から離して断熱することによりキャビティ
表面温度を樹脂の軟化温度以上に保持し易くなり、スキ
ン層の生成が防止されて残留応力が低減し、変形。

クラック、複屈折の悪化等の成形不良が解決される。

以上の効果に加えて、移動中子は通常の機械加工により
容易に加工ができるものであるから、複雑な形状・寸法
の型でも容易に得られるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す金型の概略断面図、第
２図は本発明によるキャビティ表面の温度制御ブロック
線図、第３図は本発明による射出成形工程の工程説明図
、第４図は従来の高周波誘導加熱による金型の加熱概念
を示す側面図、第５図は同加熱による金型の温度分布の
１例を示す説明図である。 図の主要部分の説明 １０・−金型　　　　　　１０ａ、　１０ｂ−金型本体
１１ａ、　１ｌｂ−移動中子　１２ａ、　１２ｂ−＝温
度検出器１３ａ、　１３ｂ・−加熱装置　１４ａ、　１
４ｂ−ライナー１５・−キャビテ４　　　１７ａ、　１
７ｂ−・−ラム１９ａ、　１９ｂ−一油室 ２０ａ、　２０ｂ−＝−断熱材 ２２ａ、　２２ｂ・−・・冷却水通路 ３０−金型温調器 第１図 第４図 ８吾　間　（１篭ト）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）キャビティを形成する移動可能な中子とこれを取
   り囲む常時冷却状態にある金型本 体とからなる２重構造の金型を用い、射出 開始前から充填工程中は金型本体と移動中 子とを非接触状態とすることにより両者間 を断熱すると共に移動中子の温度を樹脂の 軟化温度以上に昇温保持し、続く保圧工程 ではキャビティ内の圧力（保圧）により移動中子を金型
   本体に接触させ、かつ移動中子 の加熱を停止することにより、次の冷却工 程において急速冷却を行なうことを特徴と する射出成形方法。
2. （２）キャビティを形成する移動中子と、それを取り囲
   む金型本体と、前記移動中子を前 記金型本体内で駆動する駆動機構と、移動 中子の内部に配される加熱装置及び温度検 出器とを有する金型を備えると共に、前記 温度検出器の信号を受けて、前記移動中子 の温度を設定温度に制御する金型温調器を 装備することを特徴とする射出成形装置。