射出成形方法と射出成形装置
【課題】 成形品の表面を意図した表面形状に射出成形するために必要な圧力を低減し、射出成形型の小型化と製造コストを低減する。
【解決手段】 キャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する工程を同時に実行する。両者を同時に実行すると、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて収縮分を補充する圧力を低下させることができ、成形品裏面をキャビティ面から剥離させるために成形品の裏面に注入する加圧流体の圧力を低下させることができる。
【解決手段】 キャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する工程を同時に実行する。両者を同時に実行すると、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて収縮分を補充する圧力を低下させることができ、成形品裏面をキャビティ面から剥離させるために成形品の裏面に注入する加圧流体の圧力を低下させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、充填した溶融樹脂が凝固したら型を開けて成形品を取出す。
多くの樹脂は凝固するときに収縮する。キャビティに充填した溶融樹脂が収縮して凝固すると、成形品の外形形状がキャビティの形状からずれてしまい、成形品の外形を意図した形状に成形することができない。
【０００３】
これに対策するために、キャビティに充填した溶融樹脂が凝固するまでの間、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続け、溶融樹脂が収縮する分だけ溶融樹脂を補充する技術が開発されている。これによると、溶融樹脂が収縮しても成形品外面がキャビティ面から剥離することが防止され、意図した外形を有する成形品を射出成形することができる。
【０００４】
特許文献１に、これに代わる技術が開示されている。特許文献１の技術では、多くの成形品には意図した表面形状に仕上げる必要がある面（これを意匠面という）と、表面形状が重視されない面（これを裏面という）があることに着目し、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し終えたら樹脂に圧力を加えることを止め、その代わりに成形品の裏面に加圧流体を注入する。成形品の裏面に加圧流体を注入すると、成形品の裏面がキャビティ面から剥離する一方、成形品の意匠面はキャビティ面に押付けられる。このために、成形品の意匠面を意図した表面形状に仕上げることができる。特許文献１の技術では、キャビティに溶融樹脂を充填し終えたら樹脂に圧力を加えることを止めるので、余分な樹脂が必要とされないと説明している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−５８４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャビティに充填した溶融樹脂が凝固するまでの間、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続ける技術によって良好な成形品を成形しようとすると、高い圧力を加え続ける必要がある。例えば自動車のバンパを成形しようとすると、収縮が問題となる末端部位（ゲートから遠い部位をいう）で１６ＭＰａ程度の圧力を加え続ける必要があり、そのためにはゲート近傍で４０ＭＰａ程度の圧力を加え続ける必要がある。このために、バンパ成形型には４０ＭＰａ以上の耐圧が必要とされ、大型で高価な射出成形型が必要とされる。
ゲートから供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることに代えて、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術によって良好な成形品を成形する場合でも、高い流体圧力が必要とされる。特許文献１の技術でも、１８ＭＰａ程度の加圧流体を注入する。射出成形型には１８ＭＰａ以上の耐圧が必要とされ、大型で高価な射出成形型が必要とされる。
【０００７】
本発明は、成形品の意匠面を意図した表面形状に射出成形するために必要とされる圧力を低減し、射出成形型に必要とされる耐圧を低減し、射出成形型の小型化と射出成形型の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、溶融樹脂が凝固してから型を開く。
本発明で創作された射出成形方法では、キャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する加圧流体注入工程を同時に実行する。
【０００９】
本射出成形方法は、手法の上からみると、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることによって収縮分を補充する技術と、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術の両者を実行するものである。本射出成形方法では、両者を同時に実行することによって予期せぬ相乗作用を得ることに成功し、意図した意匠面形状に成形するのに必要な圧力を大幅に低減するのに成功した。先に例示したケースでは、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて収縮分を補充する技術だけによる場合には末端部で１６ＭＰａ程度の圧力が必要とされ、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術だけによる場合には１８ＭＰａ程度の圧力が必要とされていたのに対し、両者を同時に実行すると、溶融樹脂の補充圧力は８ＭＰａ程度と半減でき、加圧流体の注入圧力についてはわずか１ＭＰａ程度の圧力で足りるようになる。溶融樹脂の補充圧力と、加圧流体の注入圧力の両者とも低くてよく、両者とも低い条件の中で成形品の意匠面を意図した表面形状に成形することができる。なお上記圧力値は例示のためのものであり、発明の技術的範囲を制約するものではない。
【００１０】
溶融樹脂の補充と成形品裏面への加圧流体の注入を同時に実行することによって、意匠面を意図した形状に射出成形するのに必要な圧力を低減できる推測理由を下記に示す。ただし、本発明の技術はその推測理由によって制約されるものでなく、あくまで特許請求の範囲に記載されている客観的要件に従う。
成形品の裏面側では、樹脂が冷却されて収縮するにつれ、ゲートから樹脂に掛けられている圧力が伝達し難くなり、樹脂全体に作用する圧力が低下していく。樹脂全体に作用する圧力が、成形品の裏面に向けて開口する流路に存在する流体に加えられている圧力よりも低下すると、加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に浸入し始め、成形品裏面をキャビティ面から剥離させる。この結果、成形品裏面はキャビティ面を転写したものに仕上がらないが、成形品の裏面形状は製品性能に影響しないために、問題にはならない。樹脂の収縮に伴って、成形品の裏面近傍の圧力が低下するため、低圧の加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に容易に浸入することができる。樹脂の収縮に伴って、成形品の意匠面近傍の圧力も低下するが、意匠面がキャビティ面から剥離しない間に、成形品裏面とキャビティ面の間に加圧流体が入り込み、成形品裏面とキャビティ面から剥離させる。
成形品の裏面がキャビティ面から剥離した後においても、成形品の意匠面形状が固定されるまでの間は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しないように、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続ける。このとき、キャビティ面から剥離した成形品の裏面が成形品の意匠面に向けて接近して厚みを減じるように収縮できるために、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を従来技術よりも低くしても、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離することを禁止することができる。
【００１１】
キャビティに溶融樹脂を充填し終えた後、溶融樹脂圧力保持工程と加圧流体注入工程を同時に開始することが好ましい。
キャビティに溶融樹脂を充填し終えた後、時間間隔をおいてから両工程を開始してもよいが、キャビティに溶融樹脂を充填し終えたタイミングに引続いて、溶融樹脂圧力保持工程と加圧流体注入工程を同時に開始することが好ましい。この場合、無駄な成形時間を必要としない。
あるいは、キャビティに溶融樹脂を充填し終えるのを待たないで、加圧流体注入工程を開始するようにしてもよい。キャビティに溶融樹脂を充填する際には、溶融樹脂がキャビティ内を流動し、溶融樹脂の先端が移動していく。キャビティに溶融樹脂を充填し終えるのを待たないで加圧流体注入工程を開始する場合には、キャビティ内を移動してゆく溶融樹脂の先端が、加圧流体を注入する流路の開口を通過した後に、加圧流体注入工程を開始することが好ましい。この場合、溶融樹脂の先端が開口を通過した後であって溶融樹脂の収縮が開始する前に、加圧流体注入工程を開始することが好ましい。
この場合、成形品の裏面がそれに対向するキャビティ面から剥離した状態で、溶融樹脂の凝固を進行させることができ、意匠面が意図した形状に仕上げられる。
成形品の裏面に対向するキャビティ面は、複数個に分割された成形型を組合わせて形成されていることがあり、その組合せ部位に段差が生じることがある。裏面といえどもキャビティ面に段差が存在していると、成形品の厚みが急変することから収縮が一様に進行せず、キャビティの意匠面が平坦であっても、成形品の意匠面に裏面の段差に対応する歪が現れることがある。本射出成形方法によると、成形品の厚みに裏面側キャビティ面の段差が影響せず、段差歪の発生が抑えられる。
【００１２】
溶融樹脂圧力保持工程を終了した後に、加圧流体注入工程を継続して実行することが好ましい。
加圧流体注入工程を継続すると、成形品の意匠面側で樹脂が収縮しても、その収縮によって意匠面がキャビティ面から剥離することがない。すなわち、成形品裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入するために、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しづらい状態を維持することができる。これによって樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化することができ、サイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【００１３】
溶融樹脂圧力保持工程において溶融樹脂に加える圧力と、加圧流体注入工程において加圧流体を介して溶融樹脂に加える圧力とによって、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離されない状態を形成することが好ましい。
樹脂圧力と流体圧力のそれぞれは低くても、それらが複合して作用することによって、意匠面がキャビティ面から剥離することを抑制できる圧力であることが好ましい。
特に、樹脂圧力保持工程で加える圧力は、同時に加圧流体注入工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できない圧力であり、加圧流体注入工程で加える圧力は、同時に樹脂圧力保持工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できない圧力であることが好ましい。
本技術によると、同時に加圧流体注入工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できないほど低い樹脂圧力で足りる。また、同時に樹脂圧力保持工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できないほど低い圧力の加圧流体を注入すれば足りる。両者の特徴を生かし、両者とも低い圧力で実施することが可能となる。
【００１４】
本射出成形方法は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証することと、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることを組合せて利用することによって、相乗作用を得るものである。成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する手法は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証する一つの手法であって、それには限られない。
本射出方法は、一般化していえば、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面とそれに対向するキャビティ面を剥離させる工程とを同時に実行することを特徴とする射出成形方法であるということができる。
ノックアウトピン等を利用して機械的に成形品裏面をキャビティ面から剥離させるようにし、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証するようにしてもよい。
【００１５】
本発明は、射出成形装置に具現化することもできる。この射出成形装置は、ゲートと、キャビティと、成形品の裏面に向けて開口するとともに開口部にベントを備えている流路を有する射出成形型を利用する。ここでいうベントとは、溶融樹脂の通過を禁止し、それよりも低粘性の流体の通過を許容するものであり、金型からのガス抜き等の目的で通常利用されているものである。
本発明で具現化された射出成形装置は、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから後もゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける手段と、前記流路から加圧流体を注入する手段を備えている。
本射出成形装置によると、溶融樹脂に加える圧力と流路から注入する流体の圧力をともに下げても、成形品の表面形状を意図して形状に成形することができる。射出成形型に必要な耐圧を下げることができる。従って、射出成形型の小型化と射出成形型の製造コストを低減することができる。
【００１６】
貫通穴を持つ成形品を射出成形する場合、貫通穴を成形するための柱状部がキャビティ内に形成されている射出成形型を用いる。キャビティ内に柱状部が形成されていると、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、その柱状部の左右を通過した溶融樹脂が柱状部の下流側で合流する。この場合、加圧流体を注入する流路の開口部を、合流する樹脂の境界の近傍に形成しておくことが好ましい。
【００１７】
２以上の樹脂の流れが合流する境界では、内部ウエルドと称する成形欠陥が発生しやすい。この成形欠陥は、キャビティに溶融樹脂を充填してから後に溶融樹脂に加え続ける圧力が高いほど発生しやすい。溶融樹脂に加え続ける圧力が高いほど、境界の左右の圧力差が大きくなり、境界が移動しやすくなるからである。境界が移動すると内部ウエルドが発生しやすい。内部ウエルドの発生を抑えるためには、溶融樹脂に加え続ける圧力を低下させるのが有効であるが、そうすると、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しやすくなってしまう。表面形状の精度を確保しながら内部ウエルドの発生を抑制することができる技術がなく、随分と苦労している。本装置は、この問題を解決する。
２以上の樹脂の流れが合流する境界の近傍に加圧流体の注入流路を設けておけば、意匠面の形状精度を確保するために溶融樹脂に加え続ける圧力を下げることができ、それによって内部ウエルドの発生を抑制することができる。
さらには、加圧流体注入手段は、キャビティに充填した溶融樹脂が流動して流路の開口部上を通過してから、加圧流体の注入を開始することが好ましい。
このような射出成形装置によれば、成形品の裏面がそれに対向するキャビティ面から剥離した状態で溶融樹脂の凝固を進行させることができ、意匠面を意図した形状に仕上げることができる。成形品の裏面に対向するキャビティ面に段差があっても、成形品の意匠面に段差歪が現れないようすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、充填しづらい末端部に、加圧流体注入流路の開口を設ける。
（形態２） 注入流路の開口は、成形品の裏面に対向する位置に、分散配置する。
（形態３） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇するよりも早いタイミングで、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態４） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇し、その後に冷却されて低下するのを待って、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態５） キャビティに溶融樹脂が充填され終えるのを待たないで、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態６） キャビティに充填された溶融樹脂が加圧流体を噴出す開口を通過する時間を予め計測しておき、その時間が経過したときに加圧流体を注入し始める。
（形態７） 加圧流体は、加圧空気である。
（形態８） 加圧空気には、工場に既設されている空気源から供給される工場エアーを用いる。新規な設備を必要としない。
【実施例】
【００１９】
（第１実施例）
本発明の射出成形技術に係る第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の射出成形技術によって成形する成形品の部分斜視図であり、図２は本実施例の射出成形装置の概略断面図であり、図３は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法を比較する図であり、図４は本実施例の射出成形方法の工程図であり、図５は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法で必要とされる圧力を対比して示す図である。
【００２０】
図１に示す成形品１０は、図２に示す射出成形装置１８によって射出成形される樹脂成形品であり、典型例として、自動車の樹脂バンパ用の成形品が例示される。
成形品１０において、面１２は意図した表面形状に精密に仕上げる必要がある意匠面（表面）であり、面１４は表面形状が重視されない裏面である。成形品１０には表裏を貫通する穴１６が成形される。
【００２１】
図２は、射出成形装置１８の金型２０の、図１の成形品１０のII−II線に対応する位置での断面を示す。金型２０は、成形品１０の意匠面１２を成形するための雌金型２２と、成形品１０の裏面１４を成形するための雄金型２４とを有している。雌金型２２と雄金型２４を組合せることによって形成されるキャビティ２６の形状は、得ようとする成形品１０の形状に対応している。即ち、雌金型２２のキャビティ面２２ａと成形品１０の意匠面１２が正確に対応しており、雄金型２４のキャビティ面２４ａと成形品１０の裏面１４がほぼ対応している。雄金型２４には、キャビティ面２４ａからキャビティ面２２ａに向かって伸びる柱状部２４ｂが形成されている。柱状部２４ｂはキャビティ面２２ａに当接している。柱状部２４ｂの形状は、図１の成形品１０に成形される貫通穴１６の形状に対応している。
【００２２】
雌金型２２には、雌金型２２の外部とキャビティ面２４ａを連通するゲート２８が形成されている。ゲート２８が雄金型２４の外部に開口する箇所に、ランナー３２のノズル３０が取付けられている。ゲート２８とノズル３０とランナー３２は、樹脂射出部３４を構成している。ランナー３２が所定の圧力で溶融樹脂を押出すために、溶融樹脂はゲート２８からキャビティ２６に充填される。
【００２３】
雄金型２４には、雄金型２４の外部とキャビティ面２４ａを連通する２本の流体注入流路２４ｄ，２４ｆが形成されている。流体注入流路２４ｄ，２４ｆはキャビティ面２４ａに開口し、その開口部２４ｃ，２４ｅは、ゲート２８からキャビティ２６に溶融樹脂を充填する際に、溶融樹脂を充填しづらい末端部に設けられている。開口部２４ｃ，２４ｅには、ベント３６ｃ，３６ｅが取付けられている。ベント３６ｃ，３６ｅは、溶融樹脂は通過させないが空気は通過させる径の小孔を有している。さらに、第３の流体注入流路２４ｇが設けられている。流体注入流路２４ｇの開口は、溶融樹脂をゲート２８からキャビティ２６に充填する際に、貫通穴１６を成形する柱状部２４ｂの左右を通過した溶融樹脂が、柱状部２４ｂの下流で合流する位置に形成されている。流体注入流路２４ｇの開口部にもベントが取付けられている。
流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇが雄金型２４の外部に開口する箇所に、流体配管３８が接続されている。流体配管３８の一端には、流体を加圧して送出すポンプ４２が接続されており、流体配管３８の途中には流体の流量と圧力を調整するバルブ４０が設けられている。バルブ４０は、ポンプ４２が供給する空気の圧力を０．５ＭＰａに調圧する。バルブ４０の開度は、図示しない制御装置によって制御される。ポンプ４２が送出す加圧流体（この実施例では空気）は、バルブ４０で０．５ＭＰａに調圧され、流体配管３８と流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇから、キャビティ２６に注入される。流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇの開口部は、雄金型２４側に用意されており、成形品の裏面に向けて０．５ＭＰａに調圧された加圧空気を送出す。
【００２４】
上記の射出成形装置１８による射出成形方法の工程図を図４を参照して説明する。
最初に雌金型２２と雄金型２４とを合せ、金型２０を閉じる。このとき流体注入部４４のバルブ４０は閉じておく。この状態で、樹脂射出部３４のランナー３２から約５０ＭＰａの射出圧で溶融樹脂を押出す。押出された溶融樹脂はノズル３０を経てゲート２８からキャビティ２６に充填されていく。柱状部２４ｂの近傍では、溶融樹脂が柱状部２４ｂの左右を通過し、柱状部２４ｂの下流位置で合流する。
溶融樹脂がキャビティ２６に充填し終えたら、ランナー３２の射出圧を２０ＭＰａまで降下させ、溶融樹脂圧力保持工程に移行する。
キャビティ２６に溶融樹脂を充填し終ったタイミング、すなわち、樹脂圧力保持工程の開始タイミングで、流体注入部４４のバルブ４０を開き、０．５ＭＰａに加圧した空気を流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに導く。
【００２５】
ゲート２８からキャビティ２６内の溶融樹脂に加えられている圧力と、流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに加えられている加圧流体の圧力の関係から、下記の事象が存在する。
流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに加圧流体が導入されたときのキャビティ２６内の溶融樹脂の圧力が加圧流体の圧力よりも高いため、溶融樹脂が凝固するのにともなって樹脂圧力が低下し、樹脂圧力が流体圧力よりも低くなった時に、成形品の裏面側に加圧流体が注入される。
成形品の裏面側に流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇから加圧流体が注入されるために、成形品の表面側がキャビティ面２２ａから剥離することがなく、その前に成形品の裏面がキャビティ面２４ａから剥離する。
【００２６】
キャビティ２６に充填した溶融樹脂は冷却されて収縮する。このとき、成形品の裏面に加圧流体を注入するのと同時に、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続ける。図５に示すように、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続けると、末端部の樹脂圧力は約８ＭＰａ程度となる。
この樹脂圧力は、図５の従来技術１に示す従来の樹脂圧力保持技術による場合の約半分であり、低い樹脂圧力である。
【００２７】
図３は、本実施例の射出成形技術を従来の射出成形技術と対比して説明する図である。（ａ）は、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けて樹脂の収縮分を補充する技術だけで成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応する。先に成形品裏面がキャビティ面から剥離することが保証されておらず、成形品表面がキャビティ面から先に剥離することがありえる。この場合、成形品裏面側の収縮と成形品表面側の収縮が複合した力が成形品表面をキャビティ面から剥離させる力となる。これに抗して成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に加え続ける圧力Ｐ１を高くしなければならない。図５に示すようにゲート部で４０ＭＰａ（末端部で１６ＭＰａ）程度の圧力が得られる高い補充圧力を必要とする。
図３（ｂ）は、成形品裏面へ加圧流体を注入するだけで成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応し、その技術では、相当大きな圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。図５に示すように、１８ＭＰａ程度の高い圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。
図３（ｃ）は、本実施例に対応し、溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けるのと同時に、成形品裏面に加圧空気を注入する。空気の注入圧力は低くても成形品表面がキャビティ面２２ａから剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面２４ａから剥離することが保証されており、溶融樹脂に加える圧力Ｐ１を低下させることができる。図５に示すようにゲート部で２０ＭＰａ（末端部で８ＭＰａ）程度の圧力を掛ければよい。
上記の数値は例示のためのものであり、本発明の技術範囲に定める要件ではない。また上記の説明は、推測理由の説明であって、本発明の技術はその推測理由に拘束されない。あくまで本発明の技術は、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する工程を同時に実施する技術である。
【００２８】
溶融樹脂圧力保持工程は、加圧流体注入工程よりも先に終了させることができる。本実施例では、加圧流体注入工程を実施するために、成形品表面がキャビティ面から剥離しようとする力を低減することができる。成形品表面の強度が比較的に弱い段階で樹脂圧力保持工程を終了しても、成形品表面がキャビティ面から剥離することを禁止することができるために、樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化することができる。
樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化できるために、その後の工程を早いタイミングで実施できるようになる。図４において、破線は従来の技術による場合の工程実施タイミングを示す。本実施例によると、型開きタイミングを早めることができ、製品取出しタイミングを早めることができる。サイクルタイムが短縮化され、量産効率が増大する。
【００２９】
本実施例によると、溶融樹脂圧力保持工程で必要な圧力をほぼ半減することができる。このために、成形品に貫通穴を成形する柱状部の左右を通過した溶融樹脂が柱状部の下流側で合流した境界が、樹脂圧力保持工程で移動することがなく、樹脂の合流境界が目立たない製品を成形することができる。このためには、合流境界の近傍に、加圧流体注入流路２４ｇを形成しておくことが好ましい。
また、例えば、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面とそれに対向するキャビティ面を機械的な力で離させる工程を同時に実行するようにしてもよい。ノックアウトピン等を利用して、成形品表面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面をキャビティ面から剥離させればよい。
【００３０】
（第２実施例）
本発明の射出成形技術に係る第２実施例について、図面を参照しながら説明する。
本第２実施例では、図６に示す射出成形装置５０を用いて、第１実施例と同形状の成形品１０（図１参照）を成形する。射出成形装置５０は、金型５１と加圧部５２を備えている。図６では、金型５１の成形品１０の端部を成形する部分のみを図示している。金型５１は、雌金型５３と雄金型５４を備えている。雄金型５４は、中子５９を持っている。雌金型５３と雄金型５４を組合せることによってキャビティ５５が形成される。雌金型５３のキャビティ面５６は、成形品１０の意匠面１２に対応している。雄金型５４のキャビティ面５７は、成形品１０の裏面１４にほぼ対応している。金型５１を開くときには、雌金型５３と雄金型５４を上下方向に分離する。
雄金型５４には、一端が開口部６０としてキャビティ面５７に開口し、他端６１が雄金型５４の外面に開口する流体注入流路５８が形成されている。開口部６０には、ベント６２が装着されている。ベント６２には、キャビティ５５と流体注入流路５８を連通させる孔が設けられている。その連通孔の大きさは、キャビティ５５に溶融樹脂が充填されたときに（射出されたときに）、樹脂が流体注入流路５８に入り込まないように設定されている。
図６には図示されていないが、本第２実施例の射出成形装置５０は、第１実施例の射出成形装置１８と同様に、ランナー３２、ノズル３０、ゲート２８から構成される樹脂射出部３４を有している。
【００３１】
加圧部５２は、オートカプラ６３、流体配管６４、ソレノイドバルブ７０、レギュレータ６８、フィルタ６７、タイマー部７１、成形コントローラ７２を備えている。オートカプラ６３は、雄金型５４の外面に固定されているとともに、流体注入流路５８と接続されている。流体配管６４の一端６５は、オートカプラ６３と接続されている。流体配管６４の他端６６には、加圧流体としての工場エアーが供給されている。フィルタ６７、レギュレータ６８、ソレノイドバルブ７０は、流体配管６４に介装されている。フィルタ６７は、工場エアーに含まれている異物を取り除く。レギュレータ６８は、供給された工場エアーを所定圧力（例えば、０．５ＭＰａ）に調圧する。ソレノイドバルブ７０は、その通過流路を開閉する。ソレノイドバルブ７０が開いているときには、金型５１の流体注入流路５８に、レギュレータ６８によって調圧された加圧流体が供給される。ソレノイドバルブ７０には、タイマー部７１が接続されている。タイマー部７１には、成形コントローラ７２が接続されている。成形コントローラ７２は、射出成形装置５０を統合的に制御している。
成形コントローラ７２は、金型５１に溶融樹脂の射出が開始されたタイミングで、タイマー部７１に射出開始信号を出力する。また、成形コントローラ７２は、金型５１を開く動作が開始されたタイミングで、型開信号をタイマー部７１に出力する。さらに、成形コントローラ７２は、金型５１を閉じる動作が開始されたタイミングで、型閉信号をタイマー部７１に出力する。
タイマー部７１は、入力された射出開始信号と型開信号と型閉信号に基づいて、開信号または閉信号をソレノイド７０に出力する（タイマー部７１が開信号／閉信号を出力するタイミングについては、後述にて詳細に説明する）。
【００３２】
射出成形装置５０によって成形品１０を成形する各工程と、その工程が進行するときのキャビティ５５内の圧力の変化について、図７を参照しながら説明する。図７の下半分は、成形工程図である。図７の上半分はキャビティ５５内の圧力を示すグラフである。成形工程図の横軸は、時間（秒）に対応している。その横軸の時間は、キャビティ内の圧力のグラフにも適用される。キャビティ内の圧力のグラフ中に示されている線Ｘは、ゲート２８（図１、図２参照）近傍のキャビティ内圧力に対応している。線Ｙは、流体注入流路５８の開口部６０近傍のキャビティ内圧力に対応している。図７に記載されているＡ〜Ｄを付した三角形は、後述にて加圧流体の注入開始や注入停止のタイミングを詳細に説明するときに使用する。
図７に示すように、成形品１０を成形する際には、最初に、雌金型５３と雄金型５４を組合せて金型５１を型閉めする工程を行う。型閉工程が開始されたタイミングで型閉信号がソレノイドバルブ７０に出力されることによって、ソレノイドバルブ７０は閉じる。従って、金型５１の流体注入流路５８には、加圧空気が供給されない。次に、金型５１内のキャビティ５５にゲート２８から溶融樹脂を射出する射出工程が行われる。
【００３３】
射出された溶融樹脂は、キャビティ５５に充填されて行く。射出が開始されると、ゲート２８近傍のキャビティ内圧力（線Ｘ）は急激に６０（ＭＰａ）程度まで上昇する。キャビティ５５に溶融樹脂が射出されても、その圧力は直ぐにはキャビティ５５の開口部６０近傍に伝搬しない。従って、キャビティ５５の開口部６０近傍の圧力（Ｙ線）が上昇を始めるのは、射出工程の終わりに近づいてからである。
射出された溶融樹脂は、キャビティ５５内を流動する。図８はキャビティ５５に射出された溶融樹脂７４の先端（先頭部分）７５（以下、「メルトフロント７５」と言う）が流体注入流路５８の開口部６０を通過する前の状態を図示している。図９は、溶融した樹脂７４のメルトフロント７５が流体注入流路５８の開口部６０を通過した直後の状態を図示している。
【００３４】
タイマー部７１は、成形コントローラ７２から型閉信号が入力されてから計時を行っている。そしてタイマー部７１は、樹脂７４のメルトフロント７５が流体注入流路５８の開口部６０上を通過したタイミング（図７において、三角Ｂで示されているタイミング。以下、「注入タイミング」と言う）で、ソレノイドバルブ７０に開信号を出力する。注入タイミングは、開口部６０近傍のキャビティ面５７の圧力を計測したデータや、樹脂７４のキャビティ５５内における流動解析結果等を用いて、メルトフロント７５が開口部６０を通過するタイミングを推定することによって、あらかじめ設定されている。射出開始信号が入力されてから計時を行い、それに基づいてソレノイドバルブ７０に開信号を出力することもできる。
注入タイミングでソレノイドバルブ７０が開くと、流体注入流路５８に加圧流体としての空気が供給され、流体注入工程が開始される。このとき、開口部６０近傍の樹脂７４は凝固しておらず、この凝固していない樹脂７４の裏面側にベント６２から流体が注入され、樹脂７４の裏面とキャビティ面５７が剥離する。
図６には１つしか図示されていないが、キャビティ面５７には、キャビティ５５に流体を注入する開口部が複数設けられている。それら開口部が流体を注入するタイミングは、各開口部に連通する流体配管に介装されているソレノイドバルブがタイマー部７１に制御されることによって、別々に調整される。
【００３５】
図７に示すように、射出工程を終了してから、溶融樹脂圧力保持工程（保圧工程）に移行する。また、保圧工程とともに、冷却工程も開始され、キャビティ５５内の温度が低下することで樹脂７４の凝固が進行する。ベント６２から流体が注入されているので、樹脂７４の裏面がキャビティ面５７と剥離した状態で樹脂７４が凝固する。保圧工程が終了しても、流体注入工程と冷却工程は継続される。そして、流体注入工程と冷却工程は同時に終了される。
ゲート２８近傍のキャビティ内圧力（線Ｘ）は、保圧工程に移行すると急激に低下し、冷却工程が終了するまで約３５（ＭＰａ）を維持する。開口部６０近傍のキャビティ内圧力は、保圧工程が開始されても上昇を続け、保圧工程の中程でピーク（約１０（ＭＰａ））を付け、その後下降して、保圧工程が終了してからゼロに戻る。このように、開口部６０近傍のキャビティ内圧力は、一旦は加圧流体の圧力（０．５（ＭＰａ））をよりも高くなる。開口部６０近傍のキャビティ内圧力が加圧流体の圧力（０．５（ＭＰａ））よりも高くなっても、樹脂７４が凝固することによって収縮するので、樹脂７４の裏面とキャビティ面５７は間もなく剥離する。
図１０は、流体注入工程が終了したタイミング（図７の三角Ｄ）における樹脂７４の状態を図示している。樹脂７４の裏面が剥離しており、樹脂の表面は雌金型５３のキャビティ面５６に確実に密着している。図６に示すように、雄金型５４が中子５９を持っていることによって段差６９が存在しても、樹脂７４の裏面が剥離した状態で凝固が進行するので、段差６９によって樹脂７４の裏面に段差部が形成されることがない。よって、樹脂７４の裏面に段差部が形成されてしまい、その影響が意匠面１２におよぶこともない（段差部に対応する歪みが意匠面１２に発生することがない）。よって、成形品１０の意匠面１２は良好に成形される。
流体注入工程と冷却工程が終了するタイミングで、タイマー部７１はソレノイドバルブ７０に閉信号を出力する。ソレノイドバルブ７０が閉じると、キャビティ５５への加圧流体の供給が停止される。流体注入工程と冷却工程が終了してから、型開き工程に移行して金型５１を開く。図１４は、金型５１が開かれた状態を図示している。
最後に製品取出工程を実行して成形品１０を金型５１から取り出す。
【００３６】
上述したように、樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過した直後のタイミング（注入タイミング）で流体を樹脂７４の裏側に注入することで、良好な意匠面１２を持つ成形品１０を成形することができる。それに対して、図１１に示すように、溶融した樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過するよりも前のタイミング（図７の三角Ａ）でキャビティ５５に流体を注入すると、メルトフロント７５に流体が吹き込まれる。このため、成形品１０にフローマークが発生してしまう。
キャビティ５５に充填された樹脂７４は、冷却工程が進行すると、凝固する過程で収縮する。冷却工程が進行したタイミング（図７の三角Ｃ）、すなわち樹脂７４が収縮を開始してから樹脂７４の裏側に流体を注入しても、成形品１０の意匠面１２が歪んでしまう。具体的には、図１２に示すように、流体が樹脂７４の裏面側に十分に入り込む前に収縮が起こってしまい、成形品１０の意匠面１２と裏面１４に歪み７７が発生してしまう。
樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過した直後のタイミング（注入タイミング、図７の三角Ｂ）で流体の注入を開始しても、早目に（例えば、図７の三角Ｃ）で流体の注入を中止すると、樹脂７４が凝固している途中なので、成形品１０が良好に成形されない。詳しくは、図１３に示されているように、成形品１０の意匠面１２が良好に形成される範囲Ｆ（流体注入の効果がある範囲）が狭くなってしまう。
【００３７】
発明者は、樹脂７４の裏側に流体を注入した状態で、保圧時間とキャビティ５５内の圧力とを様々に変化させて成形品１０を成形してみた。図１５は、その結果を示している。図１５の横軸は保圧時間（保圧工程を実行した時間）（秒）に対応している。縦軸は、キャビティ５５の端末部（開口部６０近傍）内の圧力（ＭＰａ）に対応している。なお、このキャビティ内圧力は保圧状態におけるものである。
図１３中の「○」は、成形品１０が良好に成形されたポイントを示している。「１」を付した「×」は、成形品１０にバリが発生してしまったポイントを示している。「２」を付した「×」は、成形品１０にボイドが発生してしまったポイントを示している。「３」を付した「×」は、成形品１０の意匠面１２に歪みが発生してしまったポイントを示している。従って、領域「Ｊ」、領域「Ｋ」、領域「Ｌ」では成形品１０を良好に成形することが出来ない。
これに対して、太い線のハッチングで示されている領域Ｇと、細い線のハッチングで示されている領域Ｈで保圧時間とキャビティ内圧力を組み合わせれば、良好な成形品１０を成形することができる。
従来のように樹脂７４の裏側に流体を注入しない場合には、領域Ｇでしか良好な成形品１０を成形することができなかった。すなわち、従来においては、保圧時間を最低でも８（秒）必要としていたのに、それを３（秒）まで短くしても良好な成形品１０を成形することが可能になった。保圧時間が短くなると、成形時間が短縮されるので、単位時間当りにより多くの成形を行うことができる。また、従来においては、キャビティ内圧力を最低でも２０（ＭＰａ）必要としていたのに、それを１０（ＭＰａ）まで低下させても良好な成形品１０を成形することが可能になった。キャビティ内圧力を低下させることできると、型締め圧力を強くしなくても、より大きな成形品を成形することが可能になる。
上述した数値は例示のためのものであり、本発明の技術範囲に定める要件ではない。また上述した説明は、推測理由の説明であって、本発明の技術はその推測理由に拘束されない。
【００３８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例の技術で成形する成形品の一例を斜視した図。
【図２】第１実施例の射出成形装置の概略断面図。
【図３】成形品表面がキャビティ面から剥離する様子を説明する図。
【図４】第１実施例の工程図を従来と対比して説明する図。
【図５】実施例で必要な圧力を従来と対比して説明する図。
【図６】第２実施例の射出成形装置の概略断面図。
【図７】射出成形の各工程と、キャビティ内圧力の変化を説明する図。
【図８】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図９】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図１０】流体注入工程終了時におけるキャビティ内の樹脂の状態を説明する図。
【図１１】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図１２】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１３】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１４】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１５】保圧時間とキャビティ内圧力を変化させて射出成形を行った結果を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１０：成形品
１２：意匠面
１４：裏面
１６：貫通穴
１８：射出成形装置
２０：金型
２２：雌金型
２２ａ：キャビティ面
２４：雄金型
２４ａ：キャビティ面
２４ｂ：柱状部
２４ｃ，２４ｅ：開口
２４ｄ，２４ｆ，２４ｇ：注入流路
２６：キャビティ
２８：ゲート
３０：ノズル
３２：ランナー
３４：樹脂射出部
３６ｃ，３６ｅ：ベント
３８：流体配管
４０：バルブ
４２：ポンプ
４４：流体注入部
５０：射出成形装置
５１：金型
５２：加圧部
５３：雌金型
５４：雄金型
５５：キャビティ
５６、５７：キャビティ面
５８：流体注入流路
５９：中子
６０：開口部
６１：他端
６２：ベント
６３：オートカプラ
６４：流体配管
６５：一端
６６：他端
６７：フィルタ
６８：レギュレータ
６９：段差
７０：ソレノイドバルブ
７１：タイマー部
７２：成形コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、充填した溶融樹脂が凝固したら型を開けて成形品を取出す。
多くの樹脂は凝固するときに収縮する。キャビティに充填した溶融樹脂が収縮して凝固すると、成形品の外形形状がキャビティの形状からずれてしまい、成形品の外形を意図した形状に成形することができない。
【０００３】
これに対策するために、キャビティに充填した溶融樹脂が凝固するまでの間、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続け、溶融樹脂が収縮する分だけ溶融樹脂を補充する技術が開発されている。これによると、溶融樹脂が収縮しても成形品外面がキャビティ面から剥離することが防止され、意図した外形を有する成形品を射出成形することができる。
【０００４】
特許文献１に、これに代わる技術が開示されている。特許文献１の技術では、多くの成形品には意図した表面形状に仕上げる必要がある面（これを意匠面という）と、表面形状が重視されない面（これを裏面という）があることに着目し、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し終えたら樹脂に圧力を加えることを止め、その代わりに成形品の裏面に加圧流体を注入する。成形品の裏面に加圧流体を注入すると、成形品の裏面がキャビティ面から剥離する一方、成形品の意匠面はキャビティ面に押付けられる。このために、成形品の意匠面を意図した表面形状に仕上げることができる。特許文献１の技術では、キャビティに溶融樹脂を充填し終えたら樹脂に圧力を加えることを止めるので、余分な樹脂が必要とされないと説明している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−５８４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャビティに充填した溶融樹脂が凝固するまでの間、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続ける技術によって良好な成形品を成形しようとすると、高い圧力を加え続ける必要がある。例えば自動車のバンパを成形しようとすると、収縮が問題となる末端部位（ゲートから遠い部位をいう）で１６ＭＰａ程度の圧力を加え続ける必要があり、そのためにはゲート近傍で４０ＭＰａ程度の圧力を加え続ける必要がある。このために、バンパ成形型には４０ＭＰａ以上の耐圧が必要とされ、大型で高価な射出成形型が必要とされる。
ゲートから供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることに代えて、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術によって良好な成形品を成形する場合でも、高い流体圧力が必要とされる。特許文献１の技術でも、１８ＭＰａ程度の加圧流体を注入する。射出成形型には１８ＭＰａ以上の耐圧が必要とされ、大型で高価な射出成形型が必要とされる。
【０００７】
本発明は、成形品の意匠面を意図した表面形状に射出成形するために必要とされる圧力を低減し、射出成形型に必要とされる耐圧を低減し、射出成形型の小型化と射出成形型の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
射出成形方法では、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填し、溶融樹脂が凝固してから型を開く。
本発明で創作された射出成形方法では、キャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する加圧流体注入工程を同時に実行する。
【０００９】
本射出成形方法は、手法の上からみると、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることによって収縮分を補充する技術と、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術の両者を実行するものである。本射出成形方法では、両者を同時に実行することによって予期せぬ相乗作用を得ることに成功し、意図した意匠面形状に成形するのに必要な圧力を大幅に低減するのに成功した。先に例示したケースでは、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けて収縮分を補充する技術だけによる場合には末端部で１６ＭＰａ程度の圧力が必要とされ、成形品の裏面に加圧流体を注入する技術だけによる場合には１８ＭＰａ程度の圧力が必要とされていたのに対し、両者を同時に実行すると、溶融樹脂の補充圧力は８ＭＰａ程度と半減でき、加圧流体の注入圧力についてはわずか１ＭＰａ程度の圧力で足りるようになる。溶融樹脂の補充圧力と、加圧流体の注入圧力の両者とも低くてよく、両者とも低い条件の中で成形品の意匠面を意図した表面形状に成形することができる。なお上記圧力値は例示のためのものであり、発明の技術的範囲を制約するものではない。
【００１０】
溶融樹脂の補充と成形品裏面への加圧流体の注入を同時に実行することによって、意匠面を意図した形状に射出成形するのに必要な圧力を低減できる推測理由を下記に示す。ただし、本発明の技術はその推測理由によって制約されるものでなく、あくまで特許請求の範囲に記載されている客観的要件に従う。
成形品の裏面側では、樹脂が冷却されて収縮するにつれ、ゲートから樹脂に掛けられている圧力が伝達し難くなり、樹脂全体に作用する圧力が低下していく。樹脂全体に作用する圧力が、成形品の裏面に向けて開口する流路に存在する流体に加えられている圧力よりも低下すると、加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に浸入し始め、成形品裏面をキャビティ面から剥離させる。この結果、成形品裏面はキャビティ面を転写したものに仕上がらないが、成形品の裏面形状は製品性能に影響しないために、問題にはならない。樹脂の収縮に伴って、成形品の裏面近傍の圧力が低下するため、低圧の加圧流体が成形品裏面とキャビティ面の間に容易に浸入することができる。樹脂の収縮に伴って、成形品の意匠面近傍の圧力も低下するが、意匠面がキャビティ面から剥離しない間に、成形品裏面とキャビティ面の間に加圧流体が入り込み、成形品裏面とキャビティ面から剥離させる。
成形品の裏面がキャビティ面から剥離した後においても、成形品の意匠面形状が固定されるまでの間は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しないように、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続ける。このとき、キャビティ面から剥離した成形品の裏面が成形品の意匠面に向けて接近して厚みを減じるように収縮できるために、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に加え続ける圧力を従来技術よりも低くしても、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離することを禁止することができる。
【００１１】
キャビティに溶融樹脂を充填し終えた後、溶融樹脂圧力保持工程と加圧流体注入工程を同時に開始することが好ましい。
キャビティに溶融樹脂を充填し終えた後、時間間隔をおいてから両工程を開始してもよいが、キャビティに溶融樹脂を充填し終えたタイミングに引続いて、溶融樹脂圧力保持工程と加圧流体注入工程を同時に開始することが好ましい。この場合、無駄な成形時間を必要としない。
あるいは、キャビティに溶融樹脂を充填し終えるのを待たないで、加圧流体注入工程を開始するようにしてもよい。キャビティに溶融樹脂を充填する際には、溶融樹脂がキャビティ内を流動し、溶融樹脂の先端が移動していく。キャビティに溶融樹脂を充填し終えるのを待たないで加圧流体注入工程を開始する場合には、キャビティ内を移動してゆく溶融樹脂の先端が、加圧流体を注入する流路の開口を通過した後に、加圧流体注入工程を開始することが好ましい。この場合、溶融樹脂の先端が開口を通過した後であって溶融樹脂の収縮が開始する前に、加圧流体注入工程を開始することが好ましい。
この場合、成形品の裏面がそれに対向するキャビティ面から剥離した状態で、溶融樹脂の凝固を進行させることができ、意匠面が意図した形状に仕上げられる。
成形品の裏面に対向するキャビティ面は、複数個に分割された成形型を組合わせて形成されていることがあり、その組合せ部位に段差が生じることがある。裏面といえどもキャビティ面に段差が存在していると、成形品の厚みが急変することから収縮が一様に進行せず、キャビティの意匠面が平坦であっても、成形品の意匠面に裏面の段差に対応する歪が現れることがある。本射出成形方法によると、成形品の厚みに裏面側キャビティ面の段差が影響せず、段差歪の発生が抑えられる。
【００１２】
溶融樹脂圧力保持工程を終了した後に、加圧流体注入工程を継続して実行することが好ましい。
加圧流体注入工程を継続すると、成形品の意匠面側で樹脂が収縮しても、その収縮によって意匠面がキャビティ面から剥離することがない。すなわち、成形品裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入するために、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しづらい状態を維持することができる。これによって樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化することができ、サイクルタイムを大幅に短縮することができる。
【００１３】
溶融樹脂圧力保持工程において溶融樹脂に加える圧力と、加圧流体注入工程において加圧流体を介して溶融樹脂に加える圧力とによって、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離されない状態を形成することが好ましい。
樹脂圧力と流体圧力のそれぞれは低くても、それらが複合して作用することによって、意匠面がキャビティ面から剥離することを抑制できる圧力であることが好ましい。
特に、樹脂圧力保持工程で加える圧力は、同時に加圧流体注入工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できない圧力であり、加圧流体注入工程で加える圧力は、同時に樹脂圧力保持工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できない圧力であることが好ましい。
本技術によると、同時に加圧流体注入工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できないほど低い樹脂圧力で足りる。また、同時に樹脂圧力保持工程を実施しなければ成形品表面とキャビティ面が剥離することを禁止できないほど低い圧力の加圧流体を注入すれば足りる。両者の特徴を生かし、両者とも低い圧力で実施することが可能となる。
【００１４】
本射出成形方法は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証することと、ゲートからキャビティに供給する溶融樹脂に圧力を加え続けることを組合せて利用することによって、相乗作用を得るものである。成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する手法は、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証する一つの手法であって、それには限られない。
本射出方法は、一般化していえば、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面とそれに対向するキャビティ面を剥離させる工程とを同時に実行することを特徴とする射出成形方法であるということができる。
ノックアウトピン等を利用して機械的に成形品裏面をキャビティ面から剥離させるようにし、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面から剥離することを保証するようにしてもよい。
【００１５】
本発明は、射出成形装置に具現化することもできる。この射出成形装置は、ゲートと、キャビティと、成形品の裏面に向けて開口するとともに開口部にベントを備えている流路を有する射出成形型を利用する。ここでいうベントとは、溶融樹脂の通過を禁止し、それよりも低粘性の流体の通過を許容するものであり、金型からのガス抜き等の目的で通常利用されているものである。
本発明で具現化された射出成形装置は、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから後もゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける手段と、前記流路から加圧流体を注入する手段を備えている。
本射出成形装置によると、溶融樹脂に加える圧力と流路から注入する流体の圧力をともに下げても、成形品の表面形状を意図して形状に成形することができる。射出成形型に必要な耐圧を下げることができる。従って、射出成形型の小型化と射出成形型の製造コストを低減することができる。
【００１６】
貫通穴を持つ成形品を射出成形する場合、貫通穴を成形するための柱状部がキャビティ内に形成されている射出成形型を用いる。キャビティ内に柱状部が形成されていると、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、その柱状部の左右を通過した溶融樹脂が柱状部の下流側で合流する。この場合、加圧流体を注入する流路の開口部を、合流する樹脂の境界の近傍に形成しておくことが好ましい。
【００１７】
２以上の樹脂の流れが合流する境界では、内部ウエルドと称する成形欠陥が発生しやすい。この成形欠陥は、キャビティに溶融樹脂を充填してから後に溶融樹脂に加え続ける圧力が高いほど発生しやすい。溶融樹脂に加え続ける圧力が高いほど、境界の左右の圧力差が大きくなり、境界が移動しやすくなるからである。境界が移動すると内部ウエルドが発生しやすい。内部ウエルドの発生を抑えるためには、溶融樹脂に加え続ける圧力を低下させるのが有効であるが、そうすると、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離しやすくなってしまう。表面形状の精度を確保しながら内部ウエルドの発生を抑制することができる技術がなく、随分と苦労している。本装置は、この問題を解決する。
２以上の樹脂の流れが合流する境界の近傍に加圧流体の注入流路を設けておけば、意匠面の形状精度を確保するために溶融樹脂に加え続ける圧力を下げることができ、それによって内部ウエルドの発生を抑制することができる。
さらには、加圧流体注入手段は、キャビティに充填した溶融樹脂が流動して流路の開口部上を通過してから、加圧流体の注入を開始することが好ましい。
このような射出成形装置によれば、成形品の裏面がそれに対向するキャビティ面から剥離した状態で溶融樹脂の凝固を進行させることができ、意匠面を意図した形状に仕上げることができる。成形品の裏面に対向するキャビティ面に段差があっても、成形品の意匠面に段差歪が現れないようすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、充填しづらい末端部に、加圧流体注入流路の開口を設ける。
（形態２） 注入流路の開口は、成形品の裏面に対向する位置に、分散配置する。
（形態３） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇するよりも早いタイミングで、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態４） キャビティの末端部に充填された樹脂の圧力が、樹脂圧力保持工程によって上昇し、その後に冷却されて低下するのを待って、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態５） キャビティに溶融樹脂が充填され終えるのを待たないで、成形品裏面に加圧流体を注入する。
（形態６） キャビティに充填された溶融樹脂が加圧流体を噴出す開口を通過する時間を予め計測しておき、その時間が経過したときに加圧流体を注入し始める。
（形態７） 加圧流体は、加圧空気である。
（形態８） 加圧空気には、工場に既設されている空気源から供給される工場エアーを用いる。新規な設備を必要としない。
【実施例】
【００１９】
（第１実施例）
本発明の射出成形技術に係る第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の射出成形技術によって成形する成形品の部分斜視図であり、図２は本実施例の射出成形装置の概略断面図であり、図３は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法を比較する図であり、図４は本実施例の射出成形方法の工程図であり、図５は本実施例の射出成形方法と従来の射出成形方法で必要とされる圧力を対比して示す図である。
【００２０】
図１に示す成形品１０は、図２に示す射出成形装置１８によって射出成形される樹脂成形品であり、典型例として、自動車の樹脂バンパ用の成形品が例示される。
成形品１０において、面１２は意図した表面形状に精密に仕上げる必要がある意匠面（表面）であり、面１４は表面形状が重視されない裏面である。成形品１０には表裏を貫通する穴１６が成形される。
【００２１】
図２は、射出成形装置１８の金型２０の、図１の成形品１０のII−II線に対応する位置での断面を示す。金型２０は、成形品１０の意匠面１２を成形するための雌金型２２と、成形品１０の裏面１４を成形するための雄金型２４とを有している。雌金型２２と雄金型２４を組合せることによって形成されるキャビティ２６の形状は、得ようとする成形品１０の形状に対応している。即ち、雌金型２２のキャビティ面２２ａと成形品１０の意匠面１２が正確に対応しており、雄金型２４のキャビティ面２４ａと成形品１０の裏面１４がほぼ対応している。雄金型２４には、キャビティ面２４ａからキャビティ面２２ａに向かって伸びる柱状部２４ｂが形成されている。柱状部２４ｂはキャビティ面２２ａに当接している。柱状部２４ｂの形状は、図１の成形品１０に成形される貫通穴１６の形状に対応している。
【００２２】
雌金型２２には、雌金型２２の外部とキャビティ面２４ａを連通するゲート２８が形成されている。ゲート２８が雄金型２４の外部に開口する箇所に、ランナー３２のノズル３０が取付けられている。ゲート２８とノズル３０とランナー３２は、樹脂射出部３４を構成している。ランナー３２が所定の圧力で溶融樹脂を押出すために、溶融樹脂はゲート２８からキャビティ２６に充填される。
【００２３】
雄金型２４には、雄金型２４の外部とキャビティ面２４ａを連通する２本の流体注入流路２４ｄ，２４ｆが形成されている。流体注入流路２４ｄ，２４ｆはキャビティ面２４ａに開口し、その開口部２４ｃ，２４ｅは、ゲート２８からキャビティ２６に溶融樹脂を充填する際に、溶融樹脂を充填しづらい末端部に設けられている。開口部２４ｃ，２４ｅには、ベント３６ｃ，３６ｅが取付けられている。ベント３６ｃ，３６ｅは、溶融樹脂は通過させないが空気は通過させる径の小孔を有している。さらに、第３の流体注入流路２４ｇが設けられている。流体注入流路２４ｇの開口は、溶融樹脂をゲート２８からキャビティ２６に充填する際に、貫通穴１６を成形する柱状部２４ｂの左右を通過した溶融樹脂が、柱状部２４ｂの下流で合流する位置に形成されている。流体注入流路２４ｇの開口部にもベントが取付けられている。
流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇが雄金型２４の外部に開口する箇所に、流体配管３８が接続されている。流体配管３８の一端には、流体を加圧して送出すポンプ４２が接続されており、流体配管３８の途中には流体の流量と圧力を調整するバルブ４０が設けられている。バルブ４０は、ポンプ４２が供給する空気の圧力を０．５ＭＰａに調圧する。バルブ４０の開度は、図示しない制御装置によって制御される。ポンプ４２が送出す加圧流体（この実施例では空気）は、バルブ４０で０．５ＭＰａに調圧され、流体配管３８と流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇから、キャビティ２６に注入される。流体注入流路２４ｄ，２４ｆ，２４ｇの開口部は、雄金型２４側に用意されており、成形品の裏面に向けて０．５ＭＰａに調圧された加圧空気を送出す。
【００２４】
上記の射出成形装置１８による射出成形方法の工程図を図４を参照して説明する。
最初に雌金型２２と雄金型２４とを合せ、金型２０を閉じる。このとき流体注入部４４のバルブ４０は閉じておく。この状態で、樹脂射出部３４のランナー３２から約５０ＭＰａの射出圧で溶融樹脂を押出す。押出された溶融樹脂はノズル３０を経てゲート２８からキャビティ２６に充填されていく。柱状部２４ｂの近傍では、溶融樹脂が柱状部２４ｂの左右を通過し、柱状部２４ｂの下流位置で合流する。
溶融樹脂がキャビティ２６に充填し終えたら、ランナー３２の射出圧を２０ＭＰａまで降下させ、溶融樹脂圧力保持工程に移行する。
キャビティ２６に溶融樹脂を充填し終ったタイミング、すなわち、樹脂圧力保持工程の開始タイミングで、流体注入部４４のバルブ４０を開き、０．５ＭＰａに加圧した空気を流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに導く。
【００２５】
ゲート２８からキャビティ２６内の溶融樹脂に加えられている圧力と、流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに加えられている加圧流体の圧力の関係から、下記の事象が存在する。
流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇに加圧流体が導入されたときのキャビティ２６内の溶融樹脂の圧力が加圧流体の圧力よりも高いため、溶融樹脂が凝固するのにともなって樹脂圧力が低下し、樹脂圧力が流体圧力よりも低くなった時に、成形品の裏面側に加圧流体が注入される。
成形品の裏面側に流体注入流路２４ｄ、２４ｆ、２４ｇから加圧流体が注入されるために、成形品の表面側がキャビティ面２２ａから剥離することがなく、その前に成形品の裏面がキャビティ面２４ａから剥離する。
【００２６】
キャビティ２６に充填した溶融樹脂は冷却されて収縮する。このとき、成形品の裏面に加圧流体を注入するのと同時に、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続ける。図５に示すように、ランナー３２から約２０ＭＰａの圧力を加え続けると、末端部の樹脂圧力は約８ＭＰａ程度となる。
この樹脂圧力は、図５の従来技術１に示す従来の樹脂圧力保持技術による場合の約半分であり、低い樹脂圧力である。
【００２７】
図３は、本実施例の射出成形技術を従来の射出成形技術と対比して説明する図である。（ａ）は、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けて樹脂の収縮分を補充する技術だけで成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応する。先に成形品裏面がキャビティ面から剥離することが保証されておらず、成形品表面がキャビティ面から先に剥離することがありえる。この場合、成形品裏面側の収縮と成形品表面側の収縮が複合した力が成形品表面をキャビティ面から剥離させる力となる。これに抗して成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにするためには、ゲート２８からキャビティ２６に供給する溶融樹脂に加え続ける圧力Ｐ１を高くしなければならない。図５に示すようにゲート部で４０ＭＰａ（末端部で１６ＭＰａ）程度の圧力が得られる高い補充圧力を必要とする。
図３（ｂ）は、成形品裏面へ加圧流体を注入するだけで成形品表面がキャビティ面から剥離しないようにする技術に対応し、その技術では、相当大きな圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。図５に示すように、１８ＭＰａ程度の高い圧力で成形品を裏面から表面に向けて押付けおく必要がある。
図３（ｃ）は、本実施例に対応し、溶融樹脂に圧力Ｐ１を加え続けるのと同時に、成形品裏面に加圧空気を注入する。空気の注入圧力は低くても成形品表面がキャビティ面２２ａから剥離するよりも前に成形品裏面がキャビティ面２４ａから剥離することが保証されており、溶融樹脂に加える圧力Ｐ１を低下させることができる。図５に示すようにゲート部で２０ＭＰａ（末端部で８ＭＰａ）程度の圧力を掛ければよい。
上記の数値は例示のためのものであり、本発明の技術範囲に定める要件ではない。また上記の説明は、推測理由の説明であって、本発明の技術はその推測理由に拘束されない。あくまで本発明の技術は、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する工程を同時に実施する技術である。
【００２８】
溶融樹脂圧力保持工程は、加圧流体注入工程よりも先に終了させることができる。本実施例では、加圧流体注入工程を実施するために、成形品表面がキャビティ面から剥離しようとする力を低減することができる。成形品表面の強度が比較的に弱い段階で樹脂圧力保持工程を終了しても、成形品表面がキャビティ面から剥離することを禁止することができるために、樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化することができる。
樹脂圧力保持時間を大幅に短縮化できるために、その後の工程を早いタイミングで実施できるようになる。図４において、破線は従来の技術による場合の工程実施タイミングを示す。本実施例によると、型開きタイミングを早めることができ、製品取出しタイミングを早めることができる。サイクルタイムが短縮化され、量産効率が増大する。
【００２９】
本実施例によると、溶融樹脂圧力保持工程で必要な圧力をほぼ半減することができる。このために、成形品に貫通穴を成形する柱状部の左右を通過した溶融樹脂が柱状部の下流側で合流した境界が、樹脂圧力保持工程で移動することがなく、樹脂の合流境界が目立たない製品を成形することができる。このためには、合流境界の近傍に、加圧流体注入流路２４ｇを形成しておくことが好ましい。
また、例えば、射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから型を開くまでの間に、ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける工程と、成形品の裏面とそれに対向するキャビティ面を機械的な力で離させる工程を同時に実行するようにしてもよい。ノックアウトピン等を利用して、成形品表面がキャビティ面から剥離するよりも前に成形品裏面をキャビティ面から剥離させればよい。
【００３０】
（第２実施例）
本発明の射出成形技術に係る第２実施例について、図面を参照しながら説明する。
本第２実施例では、図６に示す射出成形装置５０を用いて、第１実施例と同形状の成形品１０（図１参照）を成形する。射出成形装置５０は、金型５１と加圧部５２を備えている。図６では、金型５１の成形品１０の端部を成形する部分のみを図示している。金型５１は、雌金型５３と雄金型５４を備えている。雄金型５４は、中子５９を持っている。雌金型５３と雄金型５４を組合せることによってキャビティ５５が形成される。雌金型５３のキャビティ面５６は、成形品１０の意匠面１２に対応している。雄金型５４のキャビティ面５７は、成形品１０の裏面１４にほぼ対応している。金型５１を開くときには、雌金型５３と雄金型５４を上下方向に分離する。
雄金型５４には、一端が開口部６０としてキャビティ面５７に開口し、他端６１が雄金型５４の外面に開口する流体注入流路５８が形成されている。開口部６０には、ベント６２が装着されている。ベント６２には、キャビティ５５と流体注入流路５８を連通させる孔が設けられている。その連通孔の大きさは、キャビティ５５に溶融樹脂が充填されたときに（射出されたときに）、樹脂が流体注入流路５８に入り込まないように設定されている。
図６には図示されていないが、本第２実施例の射出成形装置５０は、第１実施例の射出成形装置１８と同様に、ランナー３２、ノズル３０、ゲート２８から構成される樹脂射出部３４を有している。
【００３１】
加圧部５２は、オートカプラ６３、流体配管６４、ソレノイドバルブ７０、レギュレータ６８、フィルタ６７、タイマー部７１、成形コントローラ７２を備えている。オートカプラ６３は、雄金型５４の外面に固定されているとともに、流体注入流路５８と接続されている。流体配管６４の一端６５は、オートカプラ６３と接続されている。流体配管６４の他端６６には、加圧流体としての工場エアーが供給されている。フィルタ６７、レギュレータ６８、ソレノイドバルブ７０は、流体配管６４に介装されている。フィルタ６７は、工場エアーに含まれている異物を取り除く。レギュレータ６８は、供給された工場エアーを所定圧力（例えば、０．５ＭＰａ）に調圧する。ソレノイドバルブ７０は、その通過流路を開閉する。ソレノイドバルブ７０が開いているときには、金型５１の流体注入流路５８に、レギュレータ６８によって調圧された加圧流体が供給される。ソレノイドバルブ７０には、タイマー部７１が接続されている。タイマー部７１には、成形コントローラ７２が接続されている。成形コントローラ７２は、射出成形装置５０を統合的に制御している。
成形コントローラ７２は、金型５１に溶融樹脂の射出が開始されたタイミングで、タイマー部７１に射出開始信号を出力する。また、成形コントローラ７２は、金型５１を開く動作が開始されたタイミングで、型開信号をタイマー部７１に出力する。さらに、成形コントローラ７２は、金型５１を閉じる動作が開始されたタイミングで、型閉信号をタイマー部７１に出力する。
タイマー部７１は、入力された射出開始信号と型開信号と型閉信号に基づいて、開信号または閉信号をソレノイド７０に出力する（タイマー部７１が開信号／閉信号を出力するタイミングについては、後述にて詳細に説明する）。
【００３２】
射出成形装置５０によって成形品１０を成形する各工程と、その工程が進行するときのキャビティ５５内の圧力の変化について、図７を参照しながら説明する。図７の下半分は、成形工程図である。図７の上半分はキャビティ５５内の圧力を示すグラフである。成形工程図の横軸は、時間（秒）に対応している。その横軸の時間は、キャビティ内の圧力のグラフにも適用される。キャビティ内の圧力のグラフ中に示されている線Ｘは、ゲート２８（図１、図２参照）近傍のキャビティ内圧力に対応している。線Ｙは、流体注入流路５８の開口部６０近傍のキャビティ内圧力に対応している。図７に記載されているＡ〜Ｄを付した三角形は、後述にて加圧流体の注入開始や注入停止のタイミングを詳細に説明するときに使用する。
図７に示すように、成形品１０を成形する際には、最初に、雌金型５３と雄金型５４を組合せて金型５１を型閉めする工程を行う。型閉工程が開始されたタイミングで型閉信号がソレノイドバルブ７０に出力されることによって、ソレノイドバルブ７０は閉じる。従って、金型５１の流体注入流路５８には、加圧空気が供給されない。次に、金型５１内のキャビティ５５にゲート２８から溶融樹脂を射出する射出工程が行われる。
【００３３】
射出された溶融樹脂は、キャビティ５５に充填されて行く。射出が開始されると、ゲート２８近傍のキャビティ内圧力（線Ｘ）は急激に６０（ＭＰａ）程度まで上昇する。キャビティ５５に溶融樹脂が射出されても、その圧力は直ぐにはキャビティ５５の開口部６０近傍に伝搬しない。従って、キャビティ５５の開口部６０近傍の圧力（Ｙ線）が上昇を始めるのは、射出工程の終わりに近づいてからである。
射出された溶融樹脂は、キャビティ５５内を流動する。図８はキャビティ５５に射出された溶融樹脂７４の先端（先頭部分）７５（以下、「メルトフロント７５」と言う）が流体注入流路５８の開口部６０を通過する前の状態を図示している。図９は、溶融した樹脂７４のメルトフロント７５が流体注入流路５８の開口部６０を通過した直後の状態を図示している。
【００３４】
タイマー部７１は、成形コントローラ７２から型閉信号が入力されてから計時を行っている。そしてタイマー部７１は、樹脂７４のメルトフロント７５が流体注入流路５８の開口部６０上を通過したタイミング（図７において、三角Ｂで示されているタイミング。以下、「注入タイミング」と言う）で、ソレノイドバルブ７０に開信号を出力する。注入タイミングは、開口部６０近傍のキャビティ面５７の圧力を計測したデータや、樹脂７４のキャビティ５５内における流動解析結果等を用いて、メルトフロント７５が開口部６０を通過するタイミングを推定することによって、あらかじめ設定されている。射出開始信号が入力されてから計時を行い、それに基づいてソレノイドバルブ７０に開信号を出力することもできる。
注入タイミングでソレノイドバルブ７０が開くと、流体注入流路５８に加圧流体としての空気が供給され、流体注入工程が開始される。このとき、開口部６０近傍の樹脂７４は凝固しておらず、この凝固していない樹脂７４の裏面側にベント６２から流体が注入され、樹脂７４の裏面とキャビティ面５７が剥離する。
図６には１つしか図示されていないが、キャビティ面５７には、キャビティ５５に流体を注入する開口部が複数設けられている。それら開口部が流体を注入するタイミングは、各開口部に連通する流体配管に介装されているソレノイドバルブがタイマー部７１に制御されることによって、別々に調整される。
【００３５】
図７に示すように、射出工程を終了してから、溶融樹脂圧力保持工程（保圧工程）に移行する。また、保圧工程とともに、冷却工程も開始され、キャビティ５５内の温度が低下することで樹脂７４の凝固が進行する。ベント６２から流体が注入されているので、樹脂７４の裏面がキャビティ面５７と剥離した状態で樹脂７４が凝固する。保圧工程が終了しても、流体注入工程と冷却工程は継続される。そして、流体注入工程と冷却工程は同時に終了される。
ゲート２８近傍のキャビティ内圧力（線Ｘ）は、保圧工程に移行すると急激に低下し、冷却工程が終了するまで約３５（ＭＰａ）を維持する。開口部６０近傍のキャビティ内圧力は、保圧工程が開始されても上昇を続け、保圧工程の中程でピーク（約１０（ＭＰａ））を付け、その後下降して、保圧工程が終了してからゼロに戻る。このように、開口部６０近傍のキャビティ内圧力は、一旦は加圧流体の圧力（０．５（ＭＰａ））をよりも高くなる。開口部６０近傍のキャビティ内圧力が加圧流体の圧力（０．５（ＭＰａ））よりも高くなっても、樹脂７４が凝固することによって収縮するので、樹脂７４の裏面とキャビティ面５７は間もなく剥離する。
図１０は、流体注入工程が終了したタイミング（図７の三角Ｄ）における樹脂７４の状態を図示している。樹脂７４の裏面が剥離しており、樹脂の表面は雌金型５３のキャビティ面５６に確実に密着している。図６に示すように、雄金型５４が中子５９を持っていることによって段差６９が存在しても、樹脂７４の裏面が剥離した状態で凝固が進行するので、段差６９によって樹脂７４の裏面に段差部が形成されることがない。よって、樹脂７４の裏面に段差部が形成されてしまい、その影響が意匠面１２におよぶこともない（段差部に対応する歪みが意匠面１２に発生することがない）。よって、成形品１０の意匠面１２は良好に成形される。
流体注入工程と冷却工程が終了するタイミングで、タイマー部７１はソレノイドバルブ７０に閉信号を出力する。ソレノイドバルブ７０が閉じると、キャビティ５５への加圧流体の供給が停止される。流体注入工程と冷却工程が終了してから、型開き工程に移行して金型５１を開く。図１４は、金型５１が開かれた状態を図示している。
最後に製品取出工程を実行して成形品１０を金型５１から取り出す。
【００３６】
上述したように、樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過した直後のタイミング（注入タイミング）で流体を樹脂７４の裏側に注入することで、良好な意匠面１２を持つ成形品１０を成形することができる。それに対して、図１１に示すように、溶融した樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過するよりも前のタイミング（図７の三角Ａ）でキャビティ５５に流体を注入すると、メルトフロント７５に流体が吹き込まれる。このため、成形品１０にフローマークが発生してしまう。
キャビティ５５に充填された樹脂７４は、冷却工程が進行すると、凝固する過程で収縮する。冷却工程が進行したタイミング（図７の三角Ｃ）、すなわち樹脂７４が収縮を開始してから樹脂７４の裏側に流体を注入しても、成形品１０の意匠面１２が歪んでしまう。具体的には、図１２に示すように、流体が樹脂７４の裏面側に十分に入り込む前に収縮が起こってしまい、成形品１０の意匠面１２と裏面１４に歪み７７が発生してしまう。
樹脂７４のメルトフロント７５が開口部６０を通過した直後のタイミング（注入タイミング、図７の三角Ｂ）で流体の注入を開始しても、早目に（例えば、図７の三角Ｃ）で流体の注入を中止すると、樹脂７４が凝固している途中なので、成形品１０が良好に成形されない。詳しくは、図１３に示されているように、成形品１０の意匠面１２が良好に形成される範囲Ｆ（流体注入の効果がある範囲）が狭くなってしまう。
【００３７】
発明者は、樹脂７４の裏側に流体を注入した状態で、保圧時間とキャビティ５５内の圧力とを様々に変化させて成形品１０を成形してみた。図１５は、その結果を示している。図１５の横軸は保圧時間（保圧工程を実行した時間）（秒）に対応している。縦軸は、キャビティ５５の端末部（開口部６０近傍）内の圧力（ＭＰａ）に対応している。なお、このキャビティ内圧力は保圧状態におけるものである。
図１３中の「○」は、成形品１０が良好に成形されたポイントを示している。「１」を付した「×」は、成形品１０にバリが発生してしまったポイントを示している。「２」を付した「×」は、成形品１０にボイドが発生してしまったポイントを示している。「３」を付した「×」は、成形品１０の意匠面１２に歪みが発生してしまったポイントを示している。従って、領域「Ｊ」、領域「Ｋ」、領域「Ｌ」では成形品１０を良好に成形することが出来ない。
これに対して、太い線のハッチングで示されている領域Ｇと、細い線のハッチングで示されている領域Ｈで保圧時間とキャビティ内圧力を組み合わせれば、良好な成形品１０を成形することができる。
従来のように樹脂７４の裏側に流体を注入しない場合には、領域Ｇでしか良好な成形品１０を成形することができなかった。すなわち、従来においては、保圧時間を最低でも８（秒）必要としていたのに、それを３（秒）まで短くしても良好な成形品１０を成形することが可能になった。保圧時間が短くなると、成形時間が短縮されるので、単位時間当りにより多くの成形を行うことができる。また、従来においては、キャビティ内圧力を最低でも２０（ＭＰａ）必要としていたのに、それを１０（ＭＰａ）まで低下させても良好な成形品１０を成形することが可能になった。キャビティ内圧力を低下させることできると、型締め圧力を強くしなくても、より大きな成形品を成形することが可能になる。
上述した数値は例示のためのものであり、本発明の技術範囲に定める要件ではない。また上述した説明は、推測理由の説明であって、本発明の技術はその推測理由に拘束されない。
【００３８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例の技術で成形する成形品の一例を斜視した図。
【図２】第１実施例の射出成形装置の概略断面図。
【図３】成形品表面がキャビティ面から剥離する様子を説明する図。
【図４】第１実施例の工程図を従来と対比して説明する図。
【図５】実施例で必要な圧力を従来と対比して説明する図。
【図６】第２実施例の射出成形装置の概略断面図。
【図７】射出成形の各工程と、キャビティ内圧力の変化を説明する図。
【図８】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図９】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図１０】流体注入工程終了時におけるキャビティ内の樹脂の状態を説明する図。
【図１１】キャビティ内を樹脂が流動する状態を説明する図。
【図１２】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１３】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１４】成形品が成形された状態を説明する図。
【図１５】保圧時間とキャビティ内圧力を変化させて射出成形を行った結果を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１０：成形品
１２：意匠面
１４：裏面
１６：貫通穴
１８：射出成形装置
２０：金型
２２：雌金型
２２ａ：キャビティ面
２４：雄金型
２４ａ：キャビティ面
２４ｂ：柱状部
２４ｃ，２４ｅ：開口
２４ｄ，２４ｆ，２４ｇ：注入流路
２６：キャビティ
２８：ゲート
３０：ノズル
３２：ランナー
３４：樹脂射出部
３６ｃ，３６ｅ：ベント
３８：流体配管
４０：バルブ
４２：ポンプ
４４：流体注入部
５０：射出成形装置
５１：金型
５２：加圧部
５３：雌金型
５４：雄金型
５５：キャビティ
５６、５７：キャビティ面
５８：流体注入流路
５９：中子
６０：開口部
６１：他端
６２：ベント
６３：オートカプラ
６４：流体配管
６５：一端
６６：他端
６７：フィルタ
６８：レギュレータ
６９：段差
７０：ソレノイドバルブ
７１：タイマー部
７２：成形コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、
ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、
成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する加圧流体注入工程と、
を同時に実行することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
キャビティに溶融樹脂を充填した後に、前記溶融樹脂圧力保持工程と、前記加圧流体注入工程を同時に開始することを特徴とする請求項１の射出成形方法。
【請求項３】
キャビティに溶融樹脂を充填する際にキャビティ内を流動する溶融樹脂の先端が前記流路の前記開口を通過した後に前記加圧流体注入工程を開始することを特徴とする請求項１の射出成形方法。
【請求項４】
前記溶融樹脂圧力保持工程を終了した後に、前記加圧流体注入工程を継続することを特徴とする請求項１から３のいずれかの射出成形方法。
【請求項５】
前記溶融樹脂圧力保持工程において溶融樹脂に加える圧力と、前記加圧流体注入工程において加圧流体を介して溶融樹脂に加える圧力とによって、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離されない状態を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかの射出成形方法。
【請求項６】
射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、
ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、
成形品の裏面を、それに対向するキャビティ面から剥離させる剥離工程とを、
同時に実行することを特徴とする射出成形方法。
【請求項７】
ゲートと、キャビティと、成形品の裏面に向けて開口するとともに開口部にベントを備えている流路を有する射出成形型と、
ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから後もゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持手段と、
前記流路から加圧流体を注入する加圧流体注入手段を、
備えている射出成形装置。
【請求項８】
射出成形型は、成形品に貫通穴を成形する柱状部をキャビティ内に備えており、
前記開口部は、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、柱状部の左右を通過した溶融樹脂が合流する境界の近傍に形成されていることを特徴とする請求項７の射出成形装置。
【請求項９】
前記加圧流体注入手段は、キャビティに充填した溶融樹脂が流動して前記流路の開口部上を通過してから、加圧流体の注入を開始することを特徴とする請求項７または８の射出成形装置。
【請求項１】
射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、
ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、
成形品の裏面に向けて開口する流路から加圧流体を注入する加圧流体注入工程と、
を同時に実行することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
キャビティに溶融樹脂を充填した後に、前記溶融樹脂圧力保持工程と、前記加圧流体注入工程を同時に開始することを特徴とする請求項１の射出成形方法。
【請求項３】
キャビティに溶融樹脂を充填する際にキャビティ内を流動する溶融樹脂の先端が前記流路の前記開口を通過した後に前記加圧流体注入工程を開始することを特徴とする請求項１の射出成形方法。
【請求項４】
前記溶融樹脂圧力保持工程を終了した後に、前記加圧流体注入工程を継続することを特徴とする請求項１から３のいずれかの射出成形方法。
【請求項５】
前記溶融樹脂圧力保持工程において溶融樹脂に加える圧力と、前記加圧流体注入工程において加圧流体を介して溶融樹脂に加える圧力とによって、成形品の意匠面がキャビティ面から剥離されない状態を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかの射出成形方法。
【請求項６】
射出成形型のゲートからキャビティに溶融樹脂を充填して型を開くまでに、
ゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持工程と、
成形品の裏面を、それに対向するキャビティ面から剥離させる剥離工程とを、
同時に実行することを特徴とする射出成形方法。
【請求項７】
ゲートと、キャビティと、成形品の裏面に向けて開口するとともに開口部にベントを備えている流路を有する射出成形型と、
ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填してから後もゲートからキャビティに補充する溶融樹脂に圧力を加え続ける溶融樹脂圧力保持手段と、
前記流路から加圧流体を注入する加圧流体注入手段を、
備えている射出成形装置。
【請求項８】
射出成形型は、成形品に貫通穴を成形する柱状部をキャビティ内に備えており、
前記開口部は、ゲートからキャビティに溶融樹脂を充填する際に、柱状部の左右を通過した溶融樹脂が合流する境界の近傍に形成されていることを特徴とする請求項７の射出成形装置。
【請求項９】
前記加圧流体注入手段は、キャビティに充填した溶融樹脂が流動して前記流路の開口部上を通過してから、加圧流体の注入を開始することを特徴とする請求項７または８の射出成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−２１５２０（Ｐ２００６−２１５２０Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７３７５１（Ｐ２００４−３７３７５１）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０００８７３９６）株式会社ビーピーエイ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０００８７３９６）株式会社ビーピーエイ (10)
【Ｆターム（参考）】
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