JP2017164994A - 樹脂成形機及び樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ側を減圧する外部装置を不要にできるようにすること。
【解決手段】金型（１０）は、型締め状態でキャビティ空間（１２）を形成する固定側キャビティ形成体（１６）及び可動側キャビティ形成体（１８）と、各キャビティ形成体の接近移動によって動作する移動体（３３）と、移動体の動作により負圧を発生させる負圧形成部（３２）と、負圧形成部と固定側キャビティ形成体とに連通する通路（３１）とを備えている。金型では、通路を通じて負圧形成部の負圧によりキャビティ空間の空気を吸引して減圧させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、キャビティ空間内に充填した樹脂を固化して樹脂成形品を成形することができる樹脂成形機及び樹脂成形方法に関する。

射出成形等の樹脂成形にあっては、金型内部に形成されたキャビティ空間に溶融した樹脂を充填し、金型と樹脂の熱交換によって樹脂を固化して成形品を成形している。特許文献１の樹脂成形においては、型締めした状態で、真空ポンプによって負圧を発生してキャビティ空間の気体を吸引した後、樹脂を充填することでキャビティ空間への樹脂の進入を加速させている。

特開２０１０−８３１２４号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、キャビティ空間の気体を吸引するために、真空ポンプ等の外部装置が必要となる。このため、外部装置のための設置スペースが必要となる他、消費エネルギーが増大し、設備上のコスト負担が大きくなる、という問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、キャビティ側を減圧する外部装置を不要とすることができる樹脂成形機及び樹脂成形方法を提供することを目的とする。

本発明の樹脂成形機は、相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体を備えた樹脂成形機であって、前記各キャビティ形成体の接近移動によって動作する移動体と、前記移動体の動作により負圧を発生させる負圧形成部と、前記負圧形成部と少なくとも一方の前記キャビティ形成体とに連通する通路とを含み、前記通路を通じて前記負圧形成部の負圧により前記各キャビティ形成体の間を減圧させることを特徴とする。

この構成によれば、閉型のためのキャビティ形成体の移動エネルギーを利用して負圧を発生させ、キャビティ形成体の内部を減圧できるので、ポンプ等の外部装置を不要とすることができる。これにより、かかる外部装置を設置しない分、その設置スペースや消費エネルギーをなくすことができ、設備コストの削減を図ることができる。

また、本発明の樹脂成形方法は、相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体の接近移動によって移動体を動作して発生させた負圧により、前記各キャビティ形成体の間を減圧させる減圧工程と、前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する充填工程とを行うことを特徴とする。

また、本発明の樹脂成形方法は、相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体の接近移動によって移動体を動作して負圧を発生させる負圧形成工程と、前記負圧形成工程から所定時間経過後、該負圧形成工程で発生した負圧により前記各キャビティ形成体の間を減圧させると同時又は直前に、前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する減圧及び充填工程とを行うことを特徴とする。

本発明によれば、キャビティ形成体の接近移動によって移動体を動作し、負圧を発生させることによってキャビティ形成体の内部を減圧できるので、かかる減圧のための外部装置を不要とすることができる。

第１の実施の形態に係る樹脂成形機を型開きした状態の概略構成図である。 上記樹脂成形機の型締めが完了した状態の概略構成図である。 上記樹脂成形機を型締めする中途の状態の概略構成図である。 上記樹脂成形機を型締めする中途の状態の概略構成図である。 上記樹脂成形機に溶融樹脂を充填した状態の概略構成図である。 第２の実施の形態に係る樹脂成形機の概略構成図である。 第３の実施の形態に係る樹脂成形機の概略構成図である。 第３の実施の形態の樹脂成形機に溶融樹脂を充填する中途の状態の概略構成図である。 第３の実施の形態の樹脂成形機に溶融樹脂を充填した状態の概略構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。なお、以下の実施の形態では、熱可塑性の樹脂を用いた成形品を成形するための樹脂成形金型及び成形方法について説明するが、成形用の樹脂は熱可塑性に限定されるものでない。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る樹脂成形機を型開きした状態の概略構成図であり、図２は、上記樹脂成形機を型締めした状態の概略構成図である。なお、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」は、図１を基準として用いる。

図１及び図２に示すように、金型（樹脂成形機）１０は、固定型１１と、この固定型１１との間にキャビティ空間１２を形成する可動型１３とを備えている。固定型１１及び可動型１３は、射出成形機（図示省略）に搭載され、当該射出成形機から熱可塑性の溶融樹脂がゲート（図示省略）を通じてキャビティ空間１２内に充填される。また、可動型１３は、射出成形機の駆動によって図中上下方向に往復移動可能となる。換言すると、可動型１３は、固定型１１に対して離反すると図１に示す型開き状態をなし、固定型１１と相互に接近して成形品に応じたキャビティ空間１２を形成すると図２に示す型締め状態をなす。

なお、キャビティ空間１２にて成形される樹脂成形品の形状は、板状やシート状にする等の二次元的な形状としたり、凹凸等が種々の位置に形成された三次元形状としたりすることができる。本実施の形態では、一例として板状の樹脂成形品を成形するためのキャビティ空間１２の一部及びその周辺構造について簡略的に図示して説明するものであり、それ以外の構成についての図示、説明を省略する。

固定型１１は、固定側型板１５に装着される固定側キャビティ形成体１６を含み、可動型１３は、可動側型板１７に装着される可動側キャビティ形成体１８を含んで構成される。各キャビティ形成体１６、１８の相対面によってキャビティ空間１２の表面１２ａが形成され、また、キャビティ空間１２の外側に合わせ面１６ａ、１８ａが形成される。合わせ面１６ａ、１８ａは、図２に示す型締め状態で面接触する。

固定側キャビティ形成体１６の合わせ面１６ａには、図１の型開きした状態で可動側キャビティ形成体１８に向かって延びるシール材（封止部材）１９が設けられている。シール材１９は、キャビティ空間１２を囲うように設けられ、その内外での気密性を維持可能に設けられる。

各型板１５、１７は、各キャビティ形成体１６、１８の外縁よりはみ出す大きさに形成され、そのはみ出した外周部１５ａ、１７ａ間に各キャビティ形成体１６、１８間を減圧させる減圧手段３０が設けられている。

減圧手段３０は、固定側キャビティ形成体１６に一端部が接続される通路３１と、通路３１の他端部が接続されるケース状の負圧形成部３２と、負圧形成部３２に設けられる移動体３３と、を備えている。

通路３１は、一端部が固定側キャビティ形成体１６の合わせ面１６ａに開口しており、他端部が負圧形成部３２の内部に開口している。これにより、通路３１は、固定側キャビティ形成体１６と負圧形成部３２とに連通し、それらの間で通路３１を介して空気が流れるようになる。

負圧形成部３２は、外周部１５ａの下面から垂下する周壁３５と、周壁３５の下端部に連なる底壁３６とによって内部に減圧室３７を形成している。負圧形成部３２の上方における外周部１５ａには、負圧形成部３２の内部と金型１０外部とを連通する流路３９が形成されている。また、負圧形成部３２における通路３１の開口部には弁４０が設けられ、この弁４０は、通路３１から減圧室３７への空気の流れを許容しつつ、その反対方向への空気の流れを規制する。

移動体３３は、負圧形成部３２内で上下に往復移動可能に設けられたピストン４２と、ピストン４２の下面から底壁３６を貫通して下方に延びるピストンロッド４３とを備えている。ピストン４２は、負圧形成部３２内を上下に気密状態で仕切って下方に減圧室３７を形成している。

続いて、上記金型１０を用いた成形品の成形方法について説明する。先ず、図１に示すように、シール材１９が可動側キャビティ形成体１８の合わせ面１８ａから離れ、ピストンロッド４３の下端が可動側型板１７の外周部１７ａから離れた型開きした状態とする。この状態から、可動型１３を固定型１１に接近する方向に移動し、図３に示すように、シール材１９の下端を可動側キャビティ形成体１８の合わせ面１８ａに接触させる。これにより、各キャビティ形成体１６、１８の間であってシール材１９で囲まれる内側に、キャビティ空間１２を含む閉塞空間Ｓが形成される。

シール材１９と合わせ面１８ａとの接触に前後して、可動型１３の固定型１１への接近移動によってピストンロッド４３の下端を可動側型板１７の外周部１７ａに接触させる。この接触後、可動型１３の固定型１１への更なる接近移動によってピストンロッド４３を介し、負圧形成部３２内でピストン４２が底壁３６から離れる方向に動作する。この動作によって、負圧形成部３２の減圧室３７の容積が拡張して減圧室３７に負圧が発生され、この負圧で通路３１を通じて閉塞空間Ｓ内の空気を吸引する（図４参照）。これにより、各キャビティ形成体１６、１８の間となる閉塞空間Ｓが外界圧力より減圧された状態となる（減圧工程）。

なお、接近移動量当たりの減圧室３７の容積増加量は、接近移動量当たりの閉塞空間Ｓの容積減少量より大きくなるように負圧形成部３２の大きさが設定されており、移動量が大きくなる程、減圧室３７及び閉塞空間Ｓの圧力が低下するようになる。また、可動型１３が固定型１１へ接近する速度は、シール材１９と合わせ面１８ａとが接触する前より接触した後の方が相対的に遅くなるようにするとよい。これにより、各キャビティ形成体１６、１８が接触する際の衝撃を緩和しつつ、型締めに要する可動型１３の移動時間を短くすることができる。

負圧形成部３２内におけるピストン４２の上部空間の空気は、流路３９を介して負圧形成部３２の金型１０外部に排出される。

可動型１３を固定型１１に接近し、各キャビティ形成体１６、１８の合わせ面１６ａ、１８ａが面接触すると、図２に示すように型締めされた状態となる。この状態で、ゲート（図示省略）を通じてキャビティ空間１２内に溶融樹脂Ｍを充填する（充填工程、図５参照）。このとき、キャビティ空間１２が減圧された状態となるので、キャビティ空間１２内で溶融樹脂Ｍが吸い込まれるように流れ易くして充填を容易にすることができ、また、成形品のボイドの発生を防止して物性低下や外観不良の改善を図ることができる。

溶融樹脂Ｍの充填を終えてから、所定の冷却時間が経過して金型１０内に注入した溶融樹脂Ｍが固化した後、型開きして成形品を取り出す。

このような実施の形態によれば、型締めのための可動型１３の移動によってピストン４２を動作させ減圧室３７内に負圧を形成して閉塞空間Ｓの空気を減圧できるので、真空ポンプ等の外部装置を利用しなくてもよくなる。これにより、外部装置用の設置スペースを不要としてスペースの有効利用を図ることができる上、消費電力の削減を実現することができる。

次に、本発明の前記以外の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、説明する実施の形態より前に記載された実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態に係る樹脂成形機の概略構成図である。図６に示すように、第２の実施の形態に係る金型（樹脂成形機）１０は、通路３１を開閉可能とするバルブ（開閉機構）５０を備えている。第２の実施の形態では、型開きした状態から図６に示す型締めした状態までバルブ５０を閉塞しておき、第１の実施の形態と同様にピストン４２を移動して減圧室３７に負圧を発生させる（負圧形成工程）。そして、所定時間経過後、バルブ５０を開放し、減圧室３７の負圧によってキャビティ空間１２を減圧させると同時又は直後（例えば、０．１〜２秒後などで設定可能、実際は１〜２秒後で設定）に、キャビティ空間１２内に溶融樹脂Ｍを充填する（減圧及び充填工程）。これにより、合わせ面１６ａ、１８ａの間を通じて吸引されるキャビティ空間１２内の空気の流れにより、キャビティ空間１２内を流れる溶融樹脂Ｍに加速させる力を加えることができ、溶融樹脂Ｍをより一層流れ易くすることができる。また、キャビティ空間１２を負圧に維持する時間をできるだけ短縮することができ、キャビティ空間１２への溶融樹脂Ｍの進入を良好に加速させることができる。また、流路３９の面積が小さい場合や可動型１３の移動速度が速い場合は、負圧形成工程の後、バルブ５０の開放までに時間差を設けることで、確実に減圧室３７内の圧力を接近移動量に応じた値とすることができるため、より安定してキャビティ空間１２の減圧を行うことができる。

なお、上記したタイミングでバルブ５０を開放する場合には、シール材１９を省略してもよい。また、バルブ５０を開放したまま型締めした場合には、第１の実施の形態と同様にキャビティ空間１２内を減圧でき、減圧させる方法を選択することが可能となる。

［第３の実施の形態］
図７〜図９は、第３の実施の形態に係る樹脂成形機の概略構成図である。図７に示すように、第３の実施の形態に係る金型（樹脂成形機）１０は、固定側キャビティ形成体１６におけるキャビティ空間１２の表面（形成面）１２ａに通路３１の一端部が開口している。そして、その開口側には、キャビティ空間１２に充填された溶融樹脂Ｍの通路３１内への流入を規制する流入防止部６０が設けられている。

流入防止部６０は、通路３１の開口を開閉する開閉弁６１と、コイルばね等からなる付勢部材６２とを備えている。付勢部材６２は、キャビティ空間１２に溶融樹脂Ｍ（図８参照）を充填する前の状態で、開閉弁６１が通路３１の開口を開放する位置を維持する。また、開閉弁６１が充填された溶融樹脂Ｍによって押圧されると、付勢部材６２が縮んで開閉弁６１の上昇変位を許容し、開閉弁６１によって通路３１の開口が閉塞される（図９参照）。

このような実施の形態によれば、キャビティ空間１２に通路３１の一端部が開口されるので、キャビティ空間１２内の空気を合わせ面１６ａ、１８ａ間を通さずに直接的に吸引することができる。また、流入防止部６０を設けたので、通路３１内に溶融樹脂Ｍが流れ込んで通路３１が詰まらなくなり、キャビティ空間１２の減圧に支障が生じることを回避することができる。なお、付勢部材６２に替えてアクチュエータ等の駆動手段を設け、開閉弁６１を昇降させるよう駆動してもよい。この構成では、駆動手段の駆動によって開閉弁６１を上昇することで、通路３１の開口を閉塞できるようになり、流入防止部６０が通路３１を開閉するバルブとしての機能も兼ね備えることができる。この場合、バルブ５０を省略することができ、構成の簡略化を図ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、材質、方向については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

例えば、負圧形成部３２や移動体３３の設置位置は変更してもよく、固定型１１に対して可動型１３を移動させる射出成形機等の成形機（不図示）に設けてもよい。この場合には、固定型１１及び可動型１３が取り付けられる成形機の固定取付盤及び可動取付盤に負圧形成部３２や移動体３３を設置することが例示でき、樹脂成形機が射出成形機によって構成されることとなる。

また、負圧形成部３２や移動体３３の構成は、移動体３３の動作によって負圧を発生できる限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、各キャビティ形成体１６、１８が接近移動する直線運動を回転運動に変換するラックピニオン構造等を設け、その回転体によって移動体を構成し、回転体を収容するケース等によって負圧形成部を構成してもよい。この場合、負圧形成部は、回転体の回転によって内部空間を拡張して負圧化する減圧室を備えた構成となる。

また、上記実施の形態では２体のキャビティ形成体１６、１８を用いたが、成形品の形状に応じてキャビティ空間１２を形成するキャビティ形成体を更に増設することを妨げるものでない。

また、封止部材をシール材１９としたが、これに限られるものでなく、例えば、各キャビティ形成体１６、１８の外周面間に跨って蛇腹状のカバー等を設け、それらの内部に減圧可能な閉塞した空間を形成するようにしてもよい。

また、通路３１を固定側キャビティ形成体１６に連通した場合を説明したが、可動側キャビティ形成体１８に連通したり、両方のキャビティ形成体１６、１８に連通したりするようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、充填する樹脂として熱可塑性樹脂を用いたが熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、キャビティ空間１２に充填された溶融樹脂を加熱することによって固化させる。

また、上記実施の形態では射出成形としたが、トランスファー成形、圧縮成形、注型成形によって成形を行ってもよい。

１０ 金型（樹脂成形金型）
１２ キャビティ空間
１２ａ 表面
１６ 固定側キャビティ形成体（キャビティ形成体）
１６ａ 合わせ面
１８ 可動側キャビティ形成体（キャビティ形成体）
１８ａ 合わせ面
１９ シール材（封止部材）
３０ 減圧手段
３１ 通路
３２ 負圧形成部
３３ 移動体
５０ バルブ
６０ 流入防止部
Ｂ ウェルド部
Ｍ 溶融樹脂

Claims (8)

1. 相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体を備えた樹脂成形機であって、
   前記各キャビティ形成体の接近移動によって動作する移動体と、
   前記移動体の動作により負圧を発生させる負圧形成部と、
   前記負圧形成部と少なくとも一方の前記キャビティ形成体とに連通する通路とを含み、
   前記通路を通じて前記負圧形成部の負圧により前記各キャビティ形成体の間を減圧させることを特徴とする樹脂成形機。
2. 前記通路を開閉可能とする開閉機構を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形機。
3. 前記各キャビティ形成体における前記キャビティ空間の外側には、型締め状態で面接触する合わせ面が形成され、
   前記通路は、前記合わせ面に開口していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形機。
4. 前記通路は、前記キャビティ空間の形成面に開口していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形機。
5. 前記キャビティ空間に充填された樹脂の前記通路内への流入を規制する流入防止部を前記通路の開口側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の樹脂成形機。
6. 前記各キャビティ形成体の間の空間を密閉するための封止部材を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の樹脂成形機。
7. 相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体の接近移動によって移動体を動作して発生させた負圧により、前記各キャビティ形成体の間を減圧させる減圧工程と、
   前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する充填工程とを行うことを特徴とする樹脂成形方法。
8. 相対移動によって相互に接近した型締め状態でキャビティ空間を形成する２体のキャビティ形成体の接近移動によって移動体を動作して負圧を発生させる負圧形成工程と、
   前記負圧形成工程後、該負圧形成工程で発生した負圧により前記各キャビティ形成体の間を減圧させると同時又は直後に、前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する減圧及び充填工程とを行うことを特徴とする樹脂成形方法。
   

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