射出成形体の製造方法
【課題】 冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程Ｐ２と、前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程Ｐ３と、前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、前記冷却用媒体の注入を待機する保圧工程Ｐ４と、前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程Ｐ６とを備える。
【解決手段】 型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程Ｐ２と、前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程Ｐ３と、前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、前記冷却用媒体の注入を待機する保圧工程Ｐ４と、前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程Ｐ６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、射出成形体は、溶融状態にある樹脂を金型に射出した後に冷却することによって成形されるが、冷却期間の長期化を抑える等の理由から射出成形体の内部に空間を設ける場合がある。このような中空部を有する射出成形体に関して、例えば、下記特許文献に記載された射出成形方法が提案されている。
【０００３】
この射出成形方法では、第１金型と第２金型とを型締めすることによって形成されるキャビティ内に、溶融状態にある樹脂が射出され、その射出後からキャビティ内に加圧流体が導入される。この導入により、溶融状態にある樹脂に中空部が形成される。そして、中空部が形成された後も継続して加圧流体が導入され、その加圧流体によって樹脂が冷却されることで、中空部を有する射出成形体が得られる。なお、このような加圧流体自体を冷却させることが、冷却期間の長期化を抑える観点からより好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加圧流体によって樹脂を冷却すると、中空部を形成する樹脂の内壁が外壁よりも先に固化する傾向にある。この傾向は、加圧流体自体を冷却させた場合には、顕著となる。そして、中空部を形成する樹脂の内壁が外壁よりも先に固化した場合、その内壁に対して加圧流体によって与えられる圧が外壁に伝わらず、外壁にヒケが生じてしまう。この結果、設計値と異なる形状の射出成形体が得られてしまう場合があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明は、射出成形体の製造方法であって、型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程と、前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程と、前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、冷却用媒体の注入を待機する保圧工程と、前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
このような射出成形体の製造方法によれば、熱可塑性樹脂が突き破られた時点以後一定の期間、キャビティ内での加圧気体の流れ（通過）が抑止され、当該期間では、主に金型への熱伝導によって、熱可塑性樹脂の外側が冷却される。このため、溶融状態にある熱可塑性樹脂の外側よりも内側を急速に冷却してしまうことが防止される。したがって、中空部が形成される熱可塑性樹脂の内側が外側よりも先に固化することで外側にヒケが生じるといったことが未然に防止される。また、当該期間が経過した以後には、冷却用媒体によって熱可塑性樹脂が速やかに冷却されるため、冷却期間の長期化が抑えられる。こうして、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造することができる。
【０００９】
また、前記経路は、前記冷却媒体の注入経路であり、前記冷却工程では、前記注入経路から、前記熱可塑性樹脂が突き破られた部分を介して前記冷却用媒体を注入させることが好ましい。
【００１０】
熱可塑性樹脂は、加圧気体注入工程中でも冷却されるため、加圧気体の注入部分における熱可塑性樹脂に比べて、突き破られた部分における熱可塑性樹脂の冷却度合いが低くなるといった冷却ムラが生じ易い傾向にある。この点、熱可塑性樹脂が突き破れた部分から冷却用媒体を注入させ、加圧気体の注入口から冷却媒体を排出させる冷却工程によれば、上記冷却ムラを低減できる。したがって、このような冷却工程を採用しない場合に比べて、キャビティ内の熱可塑性樹脂全体としての冷却期間を短縮することができる。なお、上記冷却ムラが生じ易い傾向は、キャビティが大きいほど顕著となるため、上記冷却ムラを低減できるということは、比較的大きな射出成形体を製造する場合には、特に有用となる。
【００１１】
また、前記加圧気体の注入口は、前記加圧気体と前記冷却用媒体との排出口とされることが好ましい。
【００１２】
このような成形方法によれば、注入経路から注入される冷却用媒体を熱可塑性樹脂の冷却用のみならず加圧気体の排出用として共用できるのみならず、排出孔から排出先までの経路も共用することができ、加圧気体と冷却用媒体との排出孔を別々に設ける場合に比べて、工程の簡易化及び小型化を図ることができる。また、注入経路から注入された冷却用媒体を金型の割等から排出する場合に比べて、排出面積を大きく確保することができ、より多量の冷却用媒体を中空部に経由させることが可能となる。
【００１３】
また、前記保圧工程では、前記期間が経過した時点で前記加圧気体の注入を停止することが好ましい。
【００１４】
このような保圧工程によれば、型締状態にある金型の割等から加圧気体が漏洩している場合であっても、加圧気体の圧力によって、溶融状態にある熱可塑性樹脂を金型に押し続けることができる。このため、熱可塑性樹脂から金型への熱伝達効率を向上することができる。
【００１５】
また、前記経路は、前記加圧気体注入工程でも閉塞状態にあることが好ましい。
【００１６】
このような成形方法によれば、熱可塑性樹脂の突き破りによるキャビティ内の圧力変動を抑制することができる。このため、圧力変動に起因して金型内壁面や加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離して加圧気体の漏洩が生じるといったことを未然に防止することができる。
【００１７】
また、前記冷却用媒体は、空気であることが好ましい。
【００１８】
このような成形方法によれば、水等の液体を用いる場合に比べて、乾燥工程を省略することができるため、製造工程の簡易化を図ることができる。また、他の気体を用いる場合に比べて、安全性を確保するとともに低廉化を図ることが可能となる。さらに、高圧状態の冷却用媒体を用いる場合に比べて、コンプレッサー等の簡易化を図ることも可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】射出成形装置を示す概念図である。
【図２】型締状態にある金型組立体を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る射出成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】樹脂射出工程後の様子を示す断面図である。
【図５】加圧気体注入開始直後の様子を示す断面図である。
【図６】加圧気体注入途中の様子を示す断面図である。
【図７】熱可塑性樹脂が突き破られる直前の様子を示す断面図である。
【図８】熱可塑性樹脂が突き破られた後の様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る射出成形体の製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る製造方法を用いた射出成形装置１は、制御ユニット１０、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０、冷却用空気注入ユニット４０、及び、金型組立体５０を主な構成要素として備える。
【００２３】
制御ユニット１０は、射出成形装置１全体の統括的な制御を司るユニットである。この制御ユニット１０は、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０、冷却用空気注入ユニット４０又は金型組立体５０に適宜指令を与えて各種制御処理を実行する。
【００２４】
溶融樹脂射出ユニット２０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、溶融状態にある熱可塑性樹脂（以下、溶融樹脂という）を金型組立体５０に射出するユニットである。
【００２５】
溶融樹脂射出ユニット２０で用いるべき熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミドＭＸＤ６等のポリアミド系樹脂；ポリオキシメチレン（ポリアセタール，ＰＯＭ）樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂；ポリフェニレンサルファイド樹脂；ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳ樹脂といったスチレン系樹脂；メタクリル系樹脂；ポリカーボネート樹脂；変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂；ポリスルホン樹脂；ポリエーテルスルホン樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリエーテルイミド樹脂；ポリアミドイミド樹脂；ポリイミド系樹脂；ポリエーテルケトン樹脂；ポリエーテルエーテルケトン樹脂；ポリエステルカーボネート樹脂；液晶ポリマーを例示することができる。
【００２６】
なお、熱可塑性樹脂に対して、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、防かび剤、滑剤、着色剤、架橋剤、耐衝撃強化剤、充填剤などのいずれか１つあるいは複数が混合されていても良い。
【００２７】
加圧気体注入ユニット３０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、規定値の圧力が加えられた気体（以下、加圧気体という）を金型組立体５０に注入するユニットである。この加圧気体注入ユニット３０は、金型組立体５０との経路に開閉弁３１を有しており、この開閉弁３１が開放状態にある場合、加圧気体が金型組立体５０に注入される。
【００２８】
加圧気体注入ユニット３０で用いるべき気体は、常温及び常圧の際に気体であれば特に制限されるものではないが、溶融樹脂射出ユニット２０で用いられる熱可塑性樹脂と反応や混合しないものが望ましい。具体的には、窒素ガス、炭酸ガス、ヘリウムガス、あるいは、空気等が挙げられるが、安全性や経済性などを考慮すると、窒素ガス、あるいは、ヘリウムガスが好ましい。
【００２９】
冷却用空気注入ユニット４０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、例えば０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下となる範囲程度の圧力が加えられた冷却用空気を金型組立体５０に注入するユニットである。この冷却用空気注入ユニット４０は、金型組立体５０との経路又は図示しない大気連絡口との経路に切り換え可能な三方弁４１を有しており、この三方弁４１が冷却用空気注入ユニット４０と金型組立体５０とを繋ぐ状態にある場合、冷却用空気が金型組立体５０に注入される。また、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合、加圧気体注入ユニット３０から注入された加圧気体が金型組立体５０を介して大気中に排出される。
【００３０】
金型組立体５０は、図２に示すように、第１金型５１と第２金型５２とを有する。これら第１金型５１及び第２金型５２は、制御ユニット１０の指令に基づいて、互いに離れた状態（以下、型開状態という）と、第１金型５１の一面と第２金型５２の一面とを規定値の圧力で重ね合わした状態（以下、型締状態という）とを相互に移行可能とされる。なお、この図２は、型締状態にある金型組立体５０を示している。
【００３１】
第１金型５１と第２金型５２とが型締状態にある場合、これら第１金型５１の一面に形成される凹部と、第２金型５２の一面に形成される凹部とによって空間が形成される。具体的には、成形目的の成形品を象った空間（以下、成形キャビティという）ＳＰＣ１、余分な溶融樹脂を貯留させる空間（以下、オーバーフローキャビティという）ＳＰＣ２、及び、成形キャビティＳＰＣ１とオーバーフローキャビティＳＰＣ２とを連通する空間（以下、連通キャビティ）ＳＰＣ３が形成される。
【００３２】
成形キャビティＳＰＣ１には、溶融樹脂を射出するためのゲート（以下、樹脂射出ゲートという）ＧＴが形成され、この樹脂射出ゲートＧＴは金型外側と連通される。また、加圧気体を注入するノズル（以下、気体注入ノズル）ＮＬを挿入するための孔（以下、ノズル挿入孔という）ＨＬが形成され、このノズル挿入孔ＨＬも金型外側と連通される。この実施形態の場合、樹脂射出ゲートＧＴ及びノズル挿入孔ＨＬの形成位置は、成形キャビティＳＰＣ１において連通キャビティＳＰＣ３が形成される末端側とは逆の末端側近傍とされる。
【００３３】
気体注入ノズルＮＬは、制御ユニット１０の指令に基づいて、ノズル先端がキャビティ内にある位置（以下、開始位置という）ＰＸと、ノズル先端がキャビティ外にある位置（以下、退避位置）ＰＹとにノズル挿入孔ＨＬを介して移動可能とされる。
【００３４】
一方、オーバーフローキャビティＳＰＣ２のうち、連通キャビティＳＰＣ３から流入する溶融樹脂の流動方向の末端とされる金型内壁には、金型外側に向かって陥入する凹部６０が形成される。この凹部６０の外形は例えば円錐台状とされ、凹部空間が金型外側に向かって先細りとなっている。このような凹部６０の凹部底には管（以下、連通管という）６１が連結され、その連通管６１によってオーバーフローキャビティＳＰＣ２と金型外側とが連通される。
【００３５】
次に、本実施形態に係る射出成形体の製造方法について説明する。図３に示すように、本実施形態に係る射出成形体の製造方法は、金型型締工程Ｐ１、樹脂射出工程Ｐ２、加圧気体注入工程Ｐ３、保圧工程Ｐ４、加圧気体排出工程Ｐ５、冷却工程Ｐ６、及び、金型型開工程Ｐ７を主な工程として備える。
【００３６】
＜金型型締工程Ｐ１＞
この金型型締工程Ｐ１では、第１金型５１と第２金型５２とが型締状態にされ、図２に示したように、成形キャビティＳＰＣ１、オーバーフローキャビティＳＰＣ２及び連通キャビティＳＰＣ３が形成される。また、図２に示したように、気体注入ノズルＮＬが、退避位置ＰＹからノズル挿入孔ＨＬを通じて開始位置ＰＸに移動され、成形キャビティ内に気体注入ノズルＮＬの一部が挿入される。
【００３７】
＜樹脂射出工程Ｐ２＞
この樹脂射出工程Ｐ２では、開閉弁３１（図１）が閉塞状態にされ、三方弁４１（図１）が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にされる。この状態において、溶融樹脂射出ユニット２０（図１）から樹脂射出ゲートＧＴ（図２）を介してキャビティ内に溶融樹脂が射出され始める。そして、規定射出量の溶融樹脂が射出された時点で溶融樹脂の射出が停止される。こうして、図４に示すように、溶融樹脂がキャビティ内に充填される。
【００３８】
なお、三方弁４１は閉塞状態にされていても良い。ただし、三方弁４１が閉塞状態にある場合、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合に比べて、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３における単位時間当たりの大気排出量が少なくなり、キャビティ内圧が溶融樹脂の射出を妨げる可能性がある。したがって、このような可能性を防止する観点では、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合のほうが好ましい。
【００３９】
＜加圧気体注入工程Ｐ３＞
この加圧気体注入工程Ｐ３では、三方弁４１（図１）が閉塞状態にされる。この状態において、溶融樹脂の射出停止時以降に開閉弁３１（図１）が開放状態にされ、気体注入ノズルＮＬ（図２）を介してキャビティ内に加圧気体が注入され始める。これにより図５に示すように、成形キャビティＳＰＣ１に射出された溶融樹脂には、キャビティ内に流入する加圧気体によって中空部ＨＷが形成される。そして、この中空部ＨＷは、図６に示すように、溶融樹脂を金型内壁と前方に押して進む。こうして、溶融樹脂は、図７に示すように、金型内壁に沿って、成形キャビティＳＰＣ１、連通キャビティＳＰＣ３、オーバーフローキャビティＳＰＣ２の順に流動し、その後、オーバーフローキャビティ末端の凹部６０に流入し始める。続いて、図８に示すように、オーバーフローキャビティ末端の凹部６０に流入した溶融樹脂が、凹部底に至るまでに突き破られ（以下、ブローアウトという）、中空部ＨＷと連通管６１とが連通状態となる。
【００４０】
ところで、ブローアウト時において三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３での圧力が急速に下がり易く、その圧力変動に起因して、第１金型５１又は第２金型５２の内壁面や加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離する傾向にある。そして、加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離すると、その剥離部分から加圧気体が漏れて、キャビティ内圧の制御が困難となる場合があり、この場合にはヒケが生じてしまう。しかしながら、この加圧気体注入工程Ｐ３では、ブローアウト時において三方弁４１が閉塞状態にあるため、ブローアウトに起因するキャビティ内圧の変動を抑止することができ、この結果、加圧気体の漏洩、ヒケの発生を防止できる。
【００４１】
また、凹部６０に流入した溶融樹脂が凹部底に至るまでに、その溶融樹脂をブローアウトさせることによって、連通管６１が閉塞されることを未然に防止することができる。なお、凹部６０に流入した溶融樹脂を凹部底に至るまでにブローアウトさせることは、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３の体積に応じて、溶融樹脂の射出量や加圧気体の注入タイミングなどを調整することで実現可能である。このことは、既に本発明者らの実験等により確認されている。
【００４２】
＜保圧工程Ｐ４＞
この保圧工程Ｐ４では、ブローアウト時点から、冷却用空気を注入せずに待機すべき所定期間（以下、待機期間という）が経過するまで、三方弁４１が閉塞状態のまま加圧気体の注入が継続され、待機期間が経過した時点で加圧気体の注入が停止される。したがって、キャビティ内を加圧気体が流れる（通過する）ことなく、キャビティ内の圧力が一定に保持される。この保圧工程Ｐ４では、キャビティ内を加圧気体が流れる（通過する）ことが抑止されるため、主に第１金型５１及び第２金型５２への熱伝導によって溶融樹脂が冷却される。
【００４３】
なお、待機期間として、溶融樹脂の外側が固化し十分な剛性を持ち始める程度の期間を確保することが望ましく、主に、成形キャビティＳＰＣ１における溶融樹脂の厚み（金型内壁と中空部ＨＷとの間の幅）と、溶融樹脂の温度と、金型の温度とを基準として規定される。具体的には、溶融樹脂の厚みが大きいほど、溶融樹脂や金型の温度が高いほど待機期間が長くなるが、例えば、成形キャビティＳＰＣ１における溶融樹脂の厚みが３ｍｍであり、溶融樹脂の温度が３００℃であり、金型の温度が８０℃である場合、待機期間は４０秒とされる。
【００４４】
＜加圧気体排出工程Ｐ５＞
この加圧気体排出工程Ｐ５では、待機期間が経過した以後に三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にされる。これにより各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３にある加圧気体が大気中に排出される。
【００４５】
＜冷却工程Ｐ６＞
この冷却工程Ｐ６では、気体注入ノズルＮＬが、開始位置ＰＸ（図２）から退避位置ＰＹ（図２）に移動される。また、三方弁４１（図１）が冷却用空気注入ユニット４０と金型組立体５０とを繋ぐ状態にされる。これにより冷却用空気は、連通管６１から流入し、オーバーフローキャビティＳＰＣ２、連通キャビティＳＰＣ３、成形キャビティＳＰＣ１を順に経由して、ノズル挿入孔ＨＬから排出される。この冷却用空気によるキャビティ内の流動によって、溶融樹脂が速やかに冷却される。
【００４６】
＜金型型開工程Ｐ７＞ この金型型開工程Ｐ７では、第１金型５１と第２金型５２とが型開締状態にされ、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３にて成形された成形体が取り出される。そして、この成形体から、不要部分（連通キャビティＳＰＣ３及びオーバーフローキャビティＳＰＣ２部分）が分断され、成形目的の成形品（成形キャビティＳＰＣ１部分）が得られる。
【００４７】
以上の説明のとおり、本実施形態の射出成形体の製造方法では、ブローアウト時点以後一定の期間（待機期間）、キャビティ内での気体の流れ（通過）が抑止され、当該待機期間では、主に金型５１，５２への熱伝導によって溶融樹脂の外側が冷却される。このため、溶融樹脂の外側よりも内側を急速に冷却してしまうことが防止される。したがって、中空部ＨＷが形成される溶融樹脂の内側が外側よりも先に固化することで外側にヒケが生じるといったことが未然に防止される。
【００４８】
一方、待機期間が経過した以後には、冷却用空気がキャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３に経由される。このため、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３の熱可塑性樹脂が速やかに冷却され、冷却期間の長期化が抑えられる。こうして、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、冷却工程Ｐ６で用いられる冷却用媒体として空気が適用された。しかしながら、冷却用媒体は空気に限定されるものではない。例えば、窒素ガス、炭酸ガスあるいはヘリウムガス等の気体や、水等の液体、あるいは、ミスト状の水を含んだ気体を冷却用媒体として用いることができる。ただし、溶融樹脂と反応や混合しないものが望ましく、安全性や経済性などを考慮すると、空気、窒素ガス、ヘリウムガスあるいは水などが好ましい。また、冷却用媒体は高圧の状態で注入されても良い。ただし、構成簡易化の観点では、例えば０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下の範囲程度の高圧ではない状態で注入したほうが、コンプレッサー等を簡易化できるため好ましい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、待機期間が経過する時点で加圧気体の注入が停止されたが、待機期間が経過する前の時点で加圧気体の注入が停止されても良い。ただし、待機期間が経過する時点まで加圧気体の注入が継続されているほうが好ましい。これは、型締状態にある金型５１と５２との境界（金型５１及び５２の割）等から加圧気体が漏洩している場合であっても、加圧気体の圧力によって、溶融樹脂を金型５１及び５２に押し続けることができる。このため、熱可塑性樹脂から金型５１及び５２への熱伝達効率を向上することができるからである。
【００５２】
また、上記実施形態では、キャビティ内に注入された加圧気体の排出先が連通管６１とされたが、ノズル挿入孔ＨＬとしても良い。具体的には、三方弁４１（図１）が閉塞状態にされたままで、気体注入ノズルＮＬが開始位置ＰＸ（図２）から退避位置ＰＹ（図２）に移動され、その移動により得られるノズル挿入孔ＨＬから加圧気体が排出される。このようにすれば、連通管６１を加圧気体の排出用経路として用いなくても加圧気体の排出が可能となるため、当該連通管６１を、専ら冷却用空気の注入用経路として用いることが可能となる。したがって、三方弁４１（図１）を、開閉弁２１と同様のものに代えて、経路切替工程を省略することができるとともに、金型組立体５０（連通管６１）と大気連絡口とを繋ぐ経路を省略することができる。また、冷却工程Ｐ６にて冷却用空気を流すことで、加圧気体を大気中に排出することが可能となる。このため、上記実施形態のように、加圧気体排出工程Ｐ５にて三方弁４１を開放して加圧気体を排出した後に、冷却工程Ｐ６にて冷却用空気を流す場合に比べて、冷却用空気を溶融樹脂の冷却用のみならず加圧気体の排出用としても共用でき、工程を簡易化できる。この結果、射出成形体の製造方法の簡易化や射出成形装置１の小型化を図ることができる。また、連通管６１から注入された冷却用媒体を金型５１と５２との境界（金型５１及び５２の割）等から排出する場合に比べて、排出面積を大きく確保することができ、より多量の冷却用媒体を熱可塑性樹脂の中空部に経由させることが可能となる。
【００５３】
上記実施形態では、連通管６１から冷却用空気が注入されたが、連通管６１以外からから冷却用空気が注入されても良い。ただし、熱可塑性樹脂は、加圧気体注入工程中でも冷却されるため、加圧気体注入部分の熱可塑性樹脂に比べて、ブローアウト部分（凹部６０）の熱可塑性樹脂の冷却度合いが低くなるといった冷却ムラが生じ易い傾向にある。したがって、冷却ムラを低減させる観点では、凹部６０に連絡する連通管６１から冷却用媒体を注入させるほうが好ましい。このようにすれば、連通管６１以外から冷却媒体を注入する場合に比べて、キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３内の熱可塑性樹脂全体としての冷却期間を短縮することができる。なお、冷却ムラが生じ易い傾向は、キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３が大きいほど顕著となるため、連通管６１から冷却用媒体を注入させることは、比較的大きな射出成形体を製造する場合には、特に有用となる。なお、ノズル挿入孔ＨＬから冷却用空気を注入することも可能である。ただし、気体注入ノズルＮＬの内径が小さいことなどに起因して気体注入ノズルＮＬから冷却用空気を流入できない場合がある。また、気体注入ノズルＮＺから冷却用空気を流すと、気体注入ノズルＮＺが冷却され、その冷却状態にある気体注入ノズルＮＺによって、２回目以降にキャビティ内に射出される熱可塑性樹脂が冷却されてノズルとの密着不良が発生し、ガス漏れが生ずる場合がある。このような場合に、ノズル挿入孔ＨＬから冷却用空気を入れようとすると、気体注入ノズルＮＬを別のノズルに交換する等といった工程が加わるため、ノズルの形状等にかかわらず同じ工程数で冷却用空気を入れる観点では、連通管６１から冷却用空気を入れるほうが好ましい。
【００５４】
上記実施形態では、加圧気体が注入される前から三方弁４１が閉塞状態にされた。しかしながら、三方弁４１を閉塞状態とする時期は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加圧気体の注入時点から、溶融樹脂のブローアウト時点の直前までの期間のいずれかの時点とすることができる。要するに、ブローアウト以前に三方弁４１が閉塞状態にあれば、上記実施形態と同様に、ブローアウトに起因する圧力変動を抑止することができる。
【００５５】
上記実施形態では、溶融樹脂の射出が停止された時点以後に加圧気体の注入が開始された。しかしながら、加圧気体の注入時期は上記実施形態に限定されるものではなく、溶融樹脂の射出が開始された後から停止される前までの期間のいずれかの時点とすることができる。
【００５６】
上記実施形態では、第２金型５２に形成される凹部６０の外形が円錐台状とされた。しかしながら、凹部６０の外形はこの実施の形態に限定されるものではなく、例えば円筒形状などでもよい。ただし、成形品の離型を抑える観点などでは、凹部空間が金型外側に向かって先細りとなっていたほうが望ましい。また、凹部底に対する溶融樹脂の到達を回避する観点では、凹部の開口の直径をＤ深さをＨとしたときＨ／Ｄの値が１．２以上、好ましくは２以上、より好ましくは５以上であると良い。なお、凹部６０が形成される部位は、第１金型５１と第２金型５２との割（境界）との距離が長いほど好ましい。これは、凹部６０が形成される部位が割に近いと、割から加圧気体が漏洩する可能性を有するからである。
【００５７】
上記実施形態では、型締状態にある第１金型５１と第２金型５２との双方に形成される凹部によって各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３が形成されたが、型締状態にある第１金型と第２金型との一方に形成される凹部によってキャビティが形成されても良い。また、キャビティＳＰＣ２又はＳＰＣ３が省略されても良い。
【００５８】
上記実施形態では、制御ユニット１０が、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０及び冷却用空気注入ユニット４０それぞれを制御するものとされたが、これらユニットを別々に制御する複数の制御ユニットが適用されても良い。また、溶融樹脂射出ユニット２０を制御するユニットが、加圧気体注入ユニット３０及び冷却用空気注入ユニット４０それぞれを制御するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、中空部を有する物品を取り扱う分野において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・射出成形装置
１０・・・制御ユニット
２０・・・溶融樹脂射出ユニット
３０・・・加圧気体注入ユニット
３１・・・開閉弁
４０・・・冷却用空気注入ユニット
４１・・・三方弁
５０・・・金型組立体
５１・・・第１金型
５２・・・第２金型
６０・・・凹部
６１・・・連通管
ＳＰＣ１・・・成形キャビティ
ＳＰＣ２・・・オーバーフローキャビティ
ＳＰＣ３・・・連通キャビティ
ＧＴ・・・樹脂射出ゲート
ＨＬ・・・ノズル挿入孔
ＨＷ・・・中空部
ＮＬ・・・気体注入ノズル
ＰＸ・・・開始位置
ＰＹ・・・退避位置
Ｐ１・・・金型型締工程
Ｐ２・・・樹脂射出工程
Ｐ３・・・加圧気体注入工程
Ｐ４・・・保圧工程
Ｐ５・・・加圧気体排出工程
Ｐ６・・・冷却工程
Ｐ７・・・金型型開工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、射出成形体は、溶融状態にある樹脂を金型に射出した後に冷却することによって成形されるが、冷却期間の長期化を抑える等の理由から射出成形体の内部に空間を設ける場合がある。このような中空部を有する射出成形体に関して、例えば、下記特許文献に記載された射出成形方法が提案されている。
【０００３】
この射出成形方法では、第１金型と第２金型とを型締めすることによって形成されるキャビティ内に、溶融状態にある樹脂が射出され、その射出後からキャビティ内に加圧流体が導入される。この導入により、溶融状態にある樹脂に中空部が形成される。そして、中空部が形成された後も継続して加圧流体が導入され、その加圧流体によって樹脂が冷却されることで、中空部を有する射出成形体が得られる。なお、このような加圧流体自体を冷却させることが、冷却期間の長期化を抑える観点からより好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加圧流体によって樹脂を冷却すると、中空部を形成する樹脂の内壁が外壁よりも先に固化する傾向にある。この傾向は、加圧流体自体を冷却させた場合には、顕著となる。そして、中空部を形成する樹脂の内壁が外壁よりも先に固化した場合、その内壁に対して加圧流体によって与えられる圧が外壁に伝わらず、外壁にヒケが生じてしまう。この結果、設計値と異なる形状の射出成形体が得られてしまう場合があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明は、射出成形体の製造方法であって、型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程と、前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程と、前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、冷却用媒体の注入を待機する保圧工程と、前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
このような射出成形体の製造方法によれば、熱可塑性樹脂が突き破られた時点以後一定の期間、キャビティ内での加圧気体の流れ（通過）が抑止され、当該期間では、主に金型への熱伝導によって、熱可塑性樹脂の外側が冷却される。このため、溶融状態にある熱可塑性樹脂の外側よりも内側を急速に冷却してしまうことが防止される。したがって、中空部が形成される熱可塑性樹脂の内側が外側よりも先に固化することで外側にヒケが生じるといったことが未然に防止される。また、当該期間が経過した以後には、冷却用媒体によって熱可塑性樹脂が速やかに冷却されるため、冷却期間の長期化が抑えられる。こうして、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造することができる。
【０００９】
また、前記経路は、前記冷却媒体の注入経路であり、前記冷却工程では、前記注入経路から、前記熱可塑性樹脂が突き破られた部分を介して前記冷却用媒体を注入させることが好ましい。
【００１０】
熱可塑性樹脂は、加圧気体注入工程中でも冷却されるため、加圧気体の注入部分における熱可塑性樹脂に比べて、突き破られた部分における熱可塑性樹脂の冷却度合いが低くなるといった冷却ムラが生じ易い傾向にある。この点、熱可塑性樹脂が突き破れた部分から冷却用媒体を注入させ、加圧気体の注入口から冷却媒体を排出させる冷却工程によれば、上記冷却ムラを低減できる。したがって、このような冷却工程を採用しない場合に比べて、キャビティ内の熱可塑性樹脂全体としての冷却期間を短縮することができる。なお、上記冷却ムラが生じ易い傾向は、キャビティが大きいほど顕著となるため、上記冷却ムラを低減できるということは、比較的大きな射出成形体を製造する場合には、特に有用となる。
【００１１】
また、前記加圧気体の注入口は、前記加圧気体と前記冷却用媒体との排出口とされることが好ましい。
【００１２】
このような成形方法によれば、注入経路から注入される冷却用媒体を熱可塑性樹脂の冷却用のみならず加圧気体の排出用として共用できるのみならず、排出孔から排出先までの経路も共用することができ、加圧気体と冷却用媒体との排出孔を別々に設ける場合に比べて、工程の簡易化及び小型化を図ることができる。また、注入経路から注入された冷却用媒体を金型の割等から排出する場合に比べて、排出面積を大きく確保することができ、より多量の冷却用媒体を中空部に経由させることが可能となる。
【００１３】
また、前記保圧工程では、前記期間が経過した時点で前記加圧気体の注入を停止することが好ましい。
【００１４】
このような保圧工程によれば、型締状態にある金型の割等から加圧気体が漏洩している場合であっても、加圧気体の圧力によって、溶融状態にある熱可塑性樹脂を金型に押し続けることができる。このため、熱可塑性樹脂から金型への熱伝達効率を向上することができる。
【００１５】
また、前記経路は、前記加圧気体注入工程でも閉塞状態にあることが好ましい。
【００１６】
このような成形方法によれば、熱可塑性樹脂の突き破りによるキャビティ内の圧力変動を抑制することができる。このため、圧力変動に起因して金型内壁面や加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離して加圧気体の漏洩が生じるといったことを未然に防止することができる。
【００１７】
また、前記冷却用媒体は、空気であることが好ましい。
【００１８】
このような成形方法によれば、水等の液体を用いる場合に比べて、乾燥工程を省略することができるため、製造工程の簡易化を図ることができる。また、他の気体を用いる場合に比べて、安全性を確保するとともに低廉化を図ることが可能となる。さらに、高圧状態の冷却用媒体を用いる場合に比べて、コンプレッサー等の簡易化を図ることも可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造し得る射出成形体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】射出成形装置を示す概念図である。
【図２】型締状態にある金型組立体を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る射出成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】樹脂射出工程後の様子を示す断面図である。
【図５】加圧気体注入開始直後の様子を示す断面図である。
【図６】加圧気体注入途中の様子を示す断面図である。
【図７】熱可塑性樹脂が突き破られる直前の様子を示す断面図である。
【図８】熱可塑性樹脂が突き破られた後の様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る射出成形体の製造方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る製造方法を用いた射出成形装置１は、制御ユニット１０、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０、冷却用空気注入ユニット４０、及び、金型組立体５０を主な構成要素として備える。
【００２３】
制御ユニット１０は、射出成形装置１全体の統括的な制御を司るユニットである。この制御ユニット１０は、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０、冷却用空気注入ユニット４０又は金型組立体５０に適宜指令を与えて各種制御処理を実行する。
【００２４】
溶融樹脂射出ユニット２０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、溶融状態にある熱可塑性樹脂（以下、溶融樹脂という）を金型組立体５０に射出するユニットである。
【００２５】
溶融樹脂射出ユニット２０で用いるべき熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミドＭＸＤ６等のポリアミド系樹脂；ポリオキシメチレン（ポリアセタール，ＰＯＭ）樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂；ポリフェニレンサルファイド樹脂；ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳ樹脂といったスチレン系樹脂；メタクリル系樹脂；ポリカーボネート樹脂；変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂；ポリスルホン樹脂；ポリエーテルスルホン樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリエーテルイミド樹脂；ポリアミドイミド樹脂；ポリイミド系樹脂；ポリエーテルケトン樹脂；ポリエーテルエーテルケトン樹脂；ポリエステルカーボネート樹脂；液晶ポリマーを例示することができる。
【００２６】
なお、熱可塑性樹脂に対して、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、防かび剤、滑剤、着色剤、架橋剤、耐衝撃強化剤、充填剤などのいずれか１つあるいは複数が混合されていても良い。
【００２７】
加圧気体注入ユニット３０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、規定値の圧力が加えられた気体（以下、加圧気体という）を金型組立体５０に注入するユニットである。この加圧気体注入ユニット３０は、金型組立体５０との経路に開閉弁３１を有しており、この開閉弁３１が開放状態にある場合、加圧気体が金型組立体５０に注入される。
【００２８】
加圧気体注入ユニット３０で用いるべき気体は、常温及び常圧の際に気体であれば特に制限されるものではないが、溶融樹脂射出ユニット２０で用いられる熱可塑性樹脂と反応や混合しないものが望ましい。具体的には、窒素ガス、炭酸ガス、ヘリウムガス、あるいは、空気等が挙げられるが、安全性や経済性などを考慮すると、窒素ガス、あるいは、ヘリウムガスが好ましい。
【００２９】
冷却用空気注入ユニット４０は、制御ユニット１０の指令に基づいて、例えば０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下となる範囲程度の圧力が加えられた冷却用空気を金型組立体５０に注入するユニットである。この冷却用空気注入ユニット４０は、金型組立体５０との経路又は図示しない大気連絡口との経路に切り換え可能な三方弁４１を有しており、この三方弁４１が冷却用空気注入ユニット４０と金型組立体５０とを繋ぐ状態にある場合、冷却用空気が金型組立体５０に注入される。また、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合、加圧気体注入ユニット３０から注入された加圧気体が金型組立体５０を介して大気中に排出される。
【００３０】
金型組立体５０は、図２に示すように、第１金型５１と第２金型５２とを有する。これら第１金型５１及び第２金型５２は、制御ユニット１０の指令に基づいて、互いに離れた状態（以下、型開状態という）と、第１金型５１の一面と第２金型５２の一面とを規定値の圧力で重ね合わした状態（以下、型締状態という）とを相互に移行可能とされる。なお、この図２は、型締状態にある金型組立体５０を示している。
【００３１】
第１金型５１と第２金型５２とが型締状態にある場合、これら第１金型５１の一面に形成される凹部と、第２金型５２の一面に形成される凹部とによって空間が形成される。具体的には、成形目的の成形品を象った空間（以下、成形キャビティという）ＳＰＣ１、余分な溶融樹脂を貯留させる空間（以下、オーバーフローキャビティという）ＳＰＣ２、及び、成形キャビティＳＰＣ１とオーバーフローキャビティＳＰＣ２とを連通する空間（以下、連通キャビティ）ＳＰＣ３が形成される。
【００３２】
成形キャビティＳＰＣ１には、溶融樹脂を射出するためのゲート（以下、樹脂射出ゲートという）ＧＴが形成され、この樹脂射出ゲートＧＴは金型外側と連通される。また、加圧気体を注入するノズル（以下、気体注入ノズル）ＮＬを挿入するための孔（以下、ノズル挿入孔という）ＨＬが形成され、このノズル挿入孔ＨＬも金型外側と連通される。この実施形態の場合、樹脂射出ゲートＧＴ及びノズル挿入孔ＨＬの形成位置は、成形キャビティＳＰＣ１において連通キャビティＳＰＣ３が形成される末端側とは逆の末端側近傍とされる。
【００３３】
気体注入ノズルＮＬは、制御ユニット１０の指令に基づいて、ノズル先端がキャビティ内にある位置（以下、開始位置という）ＰＸと、ノズル先端がキャビティ外にある位置（以下、退避位置）ＰＹとにノズル挿入孔ＨＬを介して移動可能とされる。
【００３４】
一方、オーバーフローキャビティＳＰＣ２のうち、連通キャビティＳＰＣ３から流入する溶融樹脂の流動方向の末端とされる金型内壁には、金型外側に向かって陥入する凹部６０が形成される。この凹部６０の外形は例えば円錐台状とされ、凹部空間が金型外側に向かって先細りとなっている。このような凹部６０の凹部底には管（以下、連通管という）６１が連結され、その連通管６１によってオーバーフローキャビティＳＰＣ２と金型外側とが連通される。
【００３５】
次に、本実施形態に係る射出成形体の製造方法について説明する。図３に示すように、本実施形態に係る射出成形体の製造方法は、金型型締工程Ｐ１、樹脂射出工程Ｐ２、加圧気体注入工程Ｐ３、保圧工程Ｐ４、加圧気体排出工程Ｐ５、冷却工程Ｐ６、及び、金型型開工程Ｐ７を主な工程として備える。
【００３６】
＜金型型締工程Ｐ１＞
この金型型締工程Ｐ１では、第１金型５１と第２金型５２とが型締状態にされ、図２に示したように、成形キャビティＳＰＣ１、オーバーフローキャビティＳＰＣ２及び連通キャビティＳＰＣ３が形成される。また、図２に示したように、気体注入ノズルＮＬが、退避位置ＰＹからノズル挿入孔ＨＬを通じて開始位置ＰＸに移動され、成形キャビティ内に気体注入ノズルＮＬの一部が挿入される。
【００３７】
＜樹脂射出工程Ｐ２＞
この樹脂射出工程Ｐ２では、開閉弁３１（図１）が閉塞状態にされ、三方弁４１（図１）が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にされる。この状態において、溶融樹脂射出ユニット２０（図１）から樹脂射出ゲートＧＴ（図２）を介してキャビティ内に溶融樹脂が射出され始める。そして、規定射出量の溶融樹脂が射出された時点で溶融樹脂の射出が停止される。こうして、図４に示すように、溶融樹脂がキャビティ内に充填される。
【００３８】
なお、三方弁４１は閉塞状態にされていても良い。ただし、三方弁４１が閉塞状態にある場合、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合に比べて、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３における単位時間当たりの大気排出量が少なくなり、キャビティ内圧が溶融樹脂の射出を妨げる可能性がある。したがって、このような可能性を防止する観点では、三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合のほうが好ましい。
【００３９】
＜加圧気体注入工程Ｐ３＞
この加圧気体注入工程Ｐ３では、三方弁４１（図１）が閉塞状態にされる。この状態において、溶融樹脂の射出停止時以降に開閉弁３１（図１）が開放状態にされ、気体注入ノズルＮＬ（図２）を介してキャビティ内に加圧気体が注入され始める。これにより図５に示すように、成形キャビティＳＰＣ１に射出された溶融樹脂には、キャビティ内に流入する加圧気体によって中空部ＨＷが形成される。そして、この中空部ＨＷは、図６に示すように、溶融樹脂を金型内壁と前方に押して進む。こうして、溶融樹脂は、図７に示すように、金型内壁に沿って、成形キャビティＳＰＣ１、連通キャビティＳＰＣ３、オーバーフローキャビティＳＰＣ２の順に流動し、その後、オーバーフローキャビティ末端の凹部６０に流入し始める。続いて、図８に示すように、オーバーフローキャビティ末端の凹部６０に流入した溶融樹脂が、凹部底に至るまでに突き破られ（以下、ブローアウトという）、中空部ＨＷと連通管６１とが連通状態となる。
【００４０】
ところで、ブローアウト時において三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にある場合、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３での圧力が急速に下がり易く、その圧力変動に起因して、第１金型５１又は第２金型５２の内壁面や加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離する傾向にある。そして、加圧気体注入ノズルから溶融樹脂が剥離すると、その剥離部分から加圧気体が漏れて、キャビティ内圧の制御が困難となる場合があり、この場合にはヒケが生じてしまう。しかしながら、この加圧気体注入工程Ｐ３では、ブローアウト時において三方弁４１が閉塞状態にあるため、ブローアウトに起因するキャビティ内圧の変動を抑止することができ、この結果、加圧気体の漏洩、ヒケの発生を防止できる。
【００４１】
また、凹部６０に流入した溶融樹脂が凹部底に至るまでに、その溶融樹脂をブローアウトさせることによって、連通管６１が閉塞されることを未然に防止することができる。なお、凹部６０に流入した溶融樹脂を凹部底に至るまでにブローアウトさせることは、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３の体積に応じて、溶融樹脂の射出量や加圧気体の注入タイミングなどを調整することで実現可能である。このことは、既に本発明者らの実験等により確認されている。
【００４２】
＜保圧工程Ｐ４＞
この保圧工程Ｐ４では、ブローアウト時点から、冷却用空気を注入せずに待機すべき所定期間（以下、待機期間という）が経過するまで、三方弁４１が閉塞状態のまま加圧気体の注入が継続され、待機期間が経過した時点で加圧気体の注入が停止される。したがって、キャビティ内を加圧気体が流れる（通過する）ことなく、キャビティ内の圧力が一定に保持される。この保圧工程Ｐ４では、キャビティ内を加圧気体が流れる（通過する）ことが抑止されるため、主に第１金型５１及び第２金型５２への熱伝導によって溶融樹脂が冷却される。
【００４３】
なお、待機期間として、溶融樹脂の外側が固化し十分な剛性を持ち始める程度の期間を確保することが望ましく、主に、成形キャビティＳＰＣ１における溶融樹脂の厚み（金型内壁と中空部ＨＷとの間の幅）と、溶融樹脂の温度と、金型の温度とを基準として規定される。具体的には、溶融樹脂の厚みが大きいほど、溶融樹脂や金型の温度が高いほど待機期間が長くなるが、例えば、成形キャビティＳＰＣ１における溶融樹脂の厚みが３ｍｍであり、溶融樹脂の温度が３００℃であり、金型の温度が８０℃である場合、待機期間は４０秒とされる。
【００４４】
＜加圧気体排出工程Ｐ５＞
この加圧気体排出工程Ｐ５では、待機期間が経過した以後に三方弁４１が金型組立体５０と大気連絡口とを繋ぐ状態にされる。これにより各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３にある加圧気体が大気中に排出される。
【００４５】
＜冷却工程Ｐ６＞
この冷却工程Ｐ６では、気体注入ノズルＮＬが、開始位置ＰＸ（図２）から退避位置ＰＹ（図２）に移動される。また、三方弁４１（図１）が冷却用空気注入ユニット４０と金型組立体５０とを繋ぐ状態にされる。これにより冷却用空気は、連通管６１から流入し、オーバーフローキャビティＳＰＣ２、連通キャビティＳＰＣ３、成形キャビティＳＰＣ１を順に経由して、ノズル挿入孔ＨＬから排出される。この冷却用空気によるキャビティ内の流動によって、溶融樹脂が速やかに冷却される。
【００４６】
＜金型型開工程Ｐ７＞ この金型型開工程Ｐ７では、第１金型５１と第２金型５２とが型開締状態にされ、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３にて成形された成形体が取り出される。そして、この成形体から、不要部分（連通キャビティＳＰＣ３及びオーバーフローキャビティＳＰＣ２部分）が分断され、成形目的の成形品（成形キャビティＳＰＣ１部分）が得られる。
【００４７】
以上の説明のとおり、本実施形態の射出成形体の製造方法では、ブローアウト時点以後一定の期間（待機期間）、キャビティ内での気体の流れ（通過）が抑止され、当該待機期間では、主に金型５１，５２への熱伝導によって溶融樹脂の外側が冷却される。このため、溶融樹脂の外側よりも内側を急速に冷却してしまうことが防止される。したがって、中空部ＨＷが形成される溶融樹脂の内側が外側よりも先に固化することで外側にヒケが生じるといったことが未然に防止される。
【００４８】
一方、待機期間が経過した以後には、冷却用空気がキャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３に経由される。このため、各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３の熱可塑性樹脂が速やかに冷却され、冷却期間の長期化が抑えられる。こうして、冷却期間の長期化を抑えつつもより設計値に近い形状の射出成形体を製造することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、上記実施形態では、冷却工程Ｐ６で用いられる冷却用媒体として空気が適用された。しかしながら、冷却用媒体は空気に限定されるものではない。例えば、窒素ガス、炭酸ガスあるいはヘリウムガス等の気体や、水等の液体、あるいは、ミスト状の水を含んだ気体を冷却用媒体として用いることができる。ただし、溶融樹脂と反応や混合しないものが望ましく、安全性や経済性などを考慮すると、空気、窒素ガス、ヘリウムガスあるいは水などが好ましい。また、冷却用媒体は高圧の状態で注入されても良い。ただし、構成簡易化の観点では、例えば０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下の範囲程度の高圧ではない状態で注入したほうが、コンプレッサー等を簡易化できるため好ましい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、待機期間が経過する時点で加圧気体の注入が停止されたが、待機期間が経過する前の時点で加圧気体の注入が停止されても良い。ただし、待機期間が経過する時点まで加圧気体の注入が継続されているほうが好ましい。これは、型締状態にある金型５１と５２との境界（金型５１及び５２の割）等から加圧気体が漏洩している場合であっても、加圧気体の圧力によって、溶融樹脂を金型５１及び５２に押し続けることができる。このため、熱可塑性樹脂から金型５１及び５２への熱伝達効率を向上することができるからである。
【００５２】
また、上記実施形態では、キャビティ内に注入された加圧気体の排出先が連通管６１とされたが、ノズル挿入孔ＨＬとしても良い。具体的には、三方弁４１（図１）が閉塞状態にされたままで、気体注入ノズルＮＬが開始位置ＰＸ（図２）から退避位置ＰＹ（図２）に移動され、その移動により得られるノズル挿入孔ＨＬから加圧気体が排出される。このようにすれば、連通管６１を加圧気体の排出用経路として用いなくても加圧気体の排出が可能となるため、当該連通管６１を、専ら冷却用空気の注入用経路として用いることが可能となる。したがって、三方弁４１（図１）を、開閉弁２１と同様のものに代えて、経路切替工程を省略することができるとともに、金型組立体５０（連通管６１）と大気連絡口とを繋ぐ経路を省略することができる。また、冷却工程Ｐ６にて冷却用空気を流すことで、加圧気体を大気中に排出することが可能となる。このため、上記実施形態のように、加圧気体排出工程Ｐ５にて三方弁４１を開放して加圧気体を排出した後に、冷却工程Ｐ６にて冷却用空気を流す場合に比べて、冷却用空気を溶融樹脂の冷却用のみならず加圧気体の排出用としても共用でき、工程を簡易化できる。この結果、射出成形体の製造方法の簡易化や射出成形装置１の小型化を図ることができる。また、連通管６１から注入された冷却用媒体を金型５１と５２との境界（金型５１及び５２の割）等から排出する場合に比べて、排出面積を大きく確保することができ、より多量の冷却用媒体を熱可塑性樹脂の中空部に経由させることが可能となる。
【００５３】
上記実施形態では、連通管６１から冷却用空気が注入されたが、連通管６１以外からから冷却用空気が注入されても良い。ただし、熱可塑性樹脂は、加圧気体注入工程中でも冷却されるため、加圧気体注入部分の熱可塑性樹脂に比べて、ブローアウト部分（凹部６０）の熱可塑性樹脂の冷却度合いが低くなるといった冷却ムラが生じ易い傾向にある。したがって、冷却ムラを低減させる観点では、凹部６０に連絡する連通管６１から冷却用媒体を注入させるほうが好ましい。このようにすれば、連通管６１以外から冷却媒体を注入する場合に比べて、キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３内の熱可塑性樹脂全体としての冷却期間を短縮することができる。なお、冷却ムラが生じ易い傾向は、キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３が大きいほど顕著となるため、連通管６１から冷却用媒体を注入させることは、比較的大きな射出成形体を製造する場合には、特に有用となる。なお、ノズル挿入孔ＨＬから冷却用空気を注入することも可能である。ただし、気体注入ノズルＮＬの内径が小さいことなどに起因して気体注入ノズルＮＬから冷却用空気を流入できない場合がある。また、気体注入ノズルＮＺから冷却用空気を流すと、気体注入ノズルＮＺが冷却され、その冷却状態にある気体注入ノズルＮＺによって、２回目以降にキャビティ内に射出される熱可塑性樹脂が冷却されてノズルとの密着不良が発生し、ガス漏れが生ずる場合がある。このような場合に、ノズル挿入孔ＨＬから冷却用空気を入れようとすると、気体注入ノズルＮＬを別のノズルに交換する等といった工程が加わるため、ノズルの形状等にかかわらず同じ工程数で冷却用空気を入れる観点では、連通管６１から冷却用空気を入れるほうが好ましい。
【００５４】
上記実施形態では、加圧気体が注入される前から三方弁４１が閉塞状態にされた。しかしながら、三方弁４１を閉塞状態とする時期は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、加圧気体の注入時点から、溶融樹脂のブローアウト時点の直前までの期間のいずれかの時点とすることができる。要するに、ブローアウト以前に三方弁４１が閉塞状態にあれば、上記実施形態と同様に、ブローアウトに起因する圧力変動を抑止することができる。
【００５５】
上記実施形態では、溶融樹脂の射出が停止された時点以後に加圧気体の注入が開始された。しかしながら、加圧気体の注入時期は上記実施形態に限定されるものではなく、溶融樹脂の射出が開始された後から停止される前までの期間のいずれかの時点とすることができる。
【００５６】
上記実施形態では、第２金型５２に形成される凹部６０の外形が円錐台状とされた。しかしながら、凹部６０の外形はこの実施の形態に限定されるものではなく、例えば円筒形状などでもよい。ただし、成形品の離型を抑える観点などでは、凹部空間が金型外側に向かって先細りとなっていたほうが望ましい。また、凹部底に対する溶融樹脂の到達を回避する観点では、凹部の開口の直径をＤ深さをＨとしたときＨ／Ｄの値が１．２以上、好ましくは２以上、より好ましくは５以上であると良い。なお、凹部６０が形成される部位は、第１金型５１と第２金型５２との割（境界）との距離が長いほど好ましい。これは、凹部６０が形成される部位が割に近いと、割から加圧気体が漏洩する可能性を有するからである。
【００５７】
上記実施形態では、型締状態にある第１金型５１と第２金型５２との双方に形成される凹部によって各キャビティＳＰＣ１〜ＳＰＣ３が形成されたが、型締状態にある第１金型と第２金型との一方に形成される凹部によってキャビティが形成されても良い。また、キャビティＳＰＣ２又はＳＰＣ３が省略されても良い。
【００５８】
上記実施形態では、制御ユニット１０が、溶融樹脂射出ユニット２０、加圧気体注入ユニット３０及び冷却用空気注入ユニット４０それぞれを制御するものとされたが、これらユニットを別々に制御する複数の制御ユニットが適用されても良い。また、溶融樹脂射出ユニット２０を制御するユニットが、加圧気体注入ユニット３０及び冷却用空気注入ユニット４０それぞれを制御するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、中空部を有する物品を取り扱う分野において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・射出成形装置
１０・・・制御ユニット
２０・・・溶融樹脂射出ユニット
３０・・・加圧気体注入ユニット
３１・・・開閉弁
４０・・・冷却用空気注入ユニット
４１・・・三方弁
５０・・・金型組立体
５１・・・第１金型
５２・・・第２金型
６０・・・凹部
６１・・・連通管
ＳＰＣ１・・・成形キャビティ
ＳＰＣ２・・・オーバーフローキャビティ
ＳＰＣ３・・・連通キャビティ
ＧＴ・・・樹脂射出ゲート
ＨＬ・・・ノズル挿入孔
ＨＷ・・・中空部
ＮＬ・・・気体注入ノズル
ＰＸ・・・開始位置
ＰＹ・・・退避位置
Ｐ１・・・金型型締工程
Ｐ２・・・樹脂射出工程
Ｐ３・・・加圧気体注入工程
Ｐ４・・・保圧工程
Ｐ５・・・加圧気体排出工程
Ｐ６・・・冷却工程
Ｐ７・・・金型型開工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程と、
前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程と、
前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、前記冷却用媒体の注入を待機する保圧工程と、
前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程と
を備えることを特徴とする射出成形体の製造方法。
【請求項２】
前記経路は、前記冷却媒体の注入経路であり、前記冷却工程では、前記注入経路から、前記熱可塑性樹脂が突き破られた部分を介して前記冷却用媒体を注入させる
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項３】
前記加圧気体の注入口は、前記加圧気体と前記冷却用媒体との排出口とされる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項４】
前記保圧工程では、前記期間が経過した時点で前記加圧気体の注入を停止する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項５】
前記経路は、前記加圧気体注入工程でも閉塞状態にある
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項６】
前記冷却用媒体は、空気である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項１】
型締状態にある第１金型及び第２金型によって形成されるキャビティに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を射出する樹脂射出工程と、
前記キャビティに加圧気体を注入し、前記加圧気体によって、前記熱可塑性樹脂の内部に中空部を形成させた後に前記熱可塑性樹脂を突き破らせ、前記キャビティに連絡される経路と前記中空部とを連通させる加圧気体注入工程と、
前記熱可塑性樹脂が突き破られた時点から所定の期間が経過する以前に前記加圧気体の注入を停止し、前記期間が経過するまで前記経路を閉塞した状態で、前記冷却用媒体の注入を待機する保圧工程と、
前記期間が経過した以後に、前記経路を開放し、前記中空部に前記冷却用媒体を経由させる冷却工程と
を備えることを特徴とする射出成形体の製造方法。
【請求項２】
前記経路は、前記冷却媒体の注入経路であり、前記冷却工程では、前記注入経路から、前記熱可塑性樹脂が突き破られた部分を介して前記冷却用媒体を注入させる
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項３】
前記加圧気体の注入口は、前記加圧気体と前記冷却用媒体との排出口とされる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項４】
前記保圧工程では、前記期間が経過した時点で前記加圧気体の注入を停止する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項５】
前記経路は、前記加圧気体注入工程でも閉塞状態にある
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【請求項６】
前記冷却用媒体は、空気である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか１項に記載の射出成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８２１２１（Ｐ２０１３−８２１２１Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３４６８（Ｐ２０１１−２２３４６８）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５９４１３７５７９）三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社 (609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（５９４１３７５７９）三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社 (609)
【Ｆターム（参考）】
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