JPH03213317A - 射出成形方法とその装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、高分子材料等の成形材料の射出成形に際し、
物性か高く、かつ外観性の良好な成形品を成形てきるよ
うにした射出成形方法とその装置に関する。

［従来の技術］ 従来、射出成形方法は、生産性が高いという大きな利点
を有することから、熱可塑性樹脂あるいは熱可塑性樹脂
を主たる組成物とした材料からなる製品の成形に広く使
用されている。

ところで、近年、熱可塑性樹脂の物性研究の進展により
、成形品の剛性、耐熱性および耐薬品性は、その材料（
熱可塑性樹脂）の分子量によって大きく左右されること
か知られるようになってきた。

しかしながら、従来の射出成形方法において成形てきる
熱可塑性樹脂の分子量はそれ程大きくなく、一般にフィ
ルムグレートとして製品化されているものより分子量は
小さい。したがって、成形品にぶける剛性、耐熱性、耐
薬品性の物性か劣るという問題を生じる場合かあった。

そこで、物性を高める観点から、射出成形時における樹
脂の流れを良くして、成形品を構成する樹脂の分子量が
高いものを使用可能にする成形法が考えられるようにな
り、今までにいくつかの提案がなされている０例えば、
特公昭５７−２０８８号て提案されている金型のゲート
部分に超音波振動を付与する方法、あるいは特開昭６１
−４４６１６号て提案されている金型表面を高周波によ
り誘導加熱する方法などがある。

一方、高分子材料を射出成形に用いた場合、高分子材料
は加熱された状態で金型に充填される。

このため、加熱時に熱膨張し、金型の中で冷却される際
に収縮するので、金型のキャビティ寸法よりも小さい成
形品しか得られなかった。

そこて、成形品の寸法精度を向上させる観点から、金型
に充填された材料の収縮を少なくするため、いくつかの
提案かなされている。例えば、射出圧力を著しく高くシ
、かつ型締め力も同様に高くすることにより、材料の温
度を低くして成形する方法、あるいは、特開昭５８−１
３４７２２号て提案されているような、キャビティを超
音波振動用のホーンで構成し、材料かキャビティ内に注
入され、冷却される過程での材料温度の不均一性を大幅
に減少しようとした方法等がある。

［発明が解決しようとした課題］ しかし、上述した従来の成形方法には次のような問題か
あった。

すなわち、特公昭５７−２０８８号、＃開開５８−１３
４７２２号で提案されている技術は、金型の構造が非常
に複雑になるとともに、超音波振動により金型自体及び
装置の他の部分に悪影響を与えるという問題があり、さ
らに材料とホーンか直接接触する構造となっているため
、ホーンや振動発生部に大きな負荷かかかり１．材料に
超音波振動を十分付与てきないという問題かあった。

また、特開昭６１−４４６１６号で提案されている技術
は、実験の結果、金型表面を加熱しても樹脂の流動性は
期待する程向上しないことが判明した。

さらに、射出圧力を著しく高くシ、かつ型締め力も同様
に高くすることにより、材料の型締め温度を低くして成
形する方法は、成形品に歪が生し、製品として使用する
際に変形しやすいという問題かあった。

そこで、本発明者等は、特願平１−６２１９６号におい
て、金型な共振させつつ射出成形する方法と装置を提案
し、上記の問題点を解決できることを示した。

しかしながら、特願平１−６２１９６号で提案した装置
の型締め部は特殊な構造をしているため、従来の射出成
形機に適用する場合には、射出成形機に大幅な改造を加
える必要があった。

本発明は上記の事情にかんかみてなされたもので、従来
の射出成形機に適用する場合でも、大幅な改造を加える
ことなく、型締め部をそのまま利用できるようにしたも
のであり、 成形方法の発明は、単に振動を金型に付与するたけでな
く、金型の一部を共振させることにより材料の流動性を
飛躍的に向上させる射出成形方法ｎ坦謹ル日酷シ１、 さらには、共振体に接触する成形材料が、節部に引き寄
せられるという振動の応力効果（共振の節部）を利用す
ることにより、射出圧力のみで成形材料をキャビティに
圧入する場合に比べ、寸法収縮のきわめて小さい成形品
を得ることのできる射出成形方法の提供を目的としてい
る。

また成形装置の発明は、上記方法を円滑に実施てきるよ
うにするとともに、装置構成上無理がなく、従来の射出
成形機への応用も容易な射出成形装置の提供を目的とし
た。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、射出成形方法の発明は、成形
材料を射出成形する方法において、金型内に振動によっ
て共振する共振体を設け、これを共振させつつ成形を行
なう方法としである。

そして好ましい態様としては、振動効果て、注入される
材料と金型壁面との接触抵抗を最も効率よく低減させる
ために、共振体の共振の腹部が、金型のキャビティの位
置と一致するよう共振さ妊　藷γに／ｌ、１．／ｌ＋　
煽―児小刑厩へＥ’Ａナスのを防止するため、共振体の
共振の節部が、固定側金型の共振する部分の保持部及び
可動側金型の共振する部分の保持部の位置とそれぞれ一
致するよう共振させる方法としである。

また、他の好ましい態様としては、振動の応力効果（共
振の節部）で、成形品の寸法収縮を抑え１寸法績度を向
上させるために、共振体の共振の節部が、金型のキャビ
ティの位置と一致するよう共振させ、及び／もしくは振
動か金型外へ伝達するのを防止するため、共振体の共振
の節部を。

固定側金型の共振する部分の保持部及び可動側金型の共
振する部分の保持部の位置とそれぞれ一致するよう共振
させる方法としである。

また、好ましい態様として、上記成形方法における振動
を超音波による振動しである。

一方、成形機からの成形材料を金型のスプルーを介して
キャビティに供給し、射出成形を行なう装置の発明にお
いては、上記金型を固定側金型と可動側金型によって形
成するとともに、これら固定側金型と可動側金型の一部
に振動によって共振する部分を設け、この部分を固定側
金型と可動側金型へ固定治具によってそれぞれ保持する
構成としてあり、 好ましい態様としては、固定側金型の共振する部分に形
成したスプルーを介して成形機からの成形材料を、固定
側金型の共振する部分に形成したキャビティに供給する
構成としてあり、また好ましくは、可動側金型内の共振
体の任意の位置に、振動発生装置を結合した構成として
あり、 さらに好ましくは、固定側金型及び可動側金型の共振す
る部分の固定治具による保持を、線接触による保持構造
としである。

［実施例］ 以下、上記解決手段の実施例について説明する。

まず、射出成形装置の一具体例を、第１［にもとづいて
説明する。

同図において、１は金型であり、可動側金型２と固定側
金型３に分割されている。そして、可動側金型２の固定
側金型３との内部に共振体（振動方向変換体を含む）、
すなわち可動側共振体２１及び固定側共振体３１をそれ
ぞれ具備している。

また、可動側共振体２１の固定側共振体３１との接触面
には、キャビティ（ランナーを含めてキャビティと称す
こともある。）２ａか形成しである。また、キャビティ
２ａと対応する固定側共振体３１の接触面にはスプルー
３ａが設けである。

共振体２１．３１には、金属、セラミックス。

グラファイト等を用いることができるが、振動の伝達損
失か少なく、また振動の振幅を大きくしても疲労の少な
い材質、例えばチタン合金、に−モネル、リン青銅、ジ
ュラルミン等を用いることか好ましい。共振体２１．３
１には、振動方向を変換させるＬ−Ｌ変換体、Ｌ−Ｒ変
換体、Ｌ−Ｌ−Ｌ変換体等の機構を備えることもできる
。

また、金型ｌの表面にはメツキや、しぼ加工等の処理を
行なってもよい。さらに、金型ｌは三個以上に分割する
ことも可能であるが、その際分割面は、振動の伝達を良
くするために、可能な限り、共振の腹部の近くに位置さ
せることか好ましい。

その他、金型の温調、成形品の突出し方法については、
公知の方法を用いることがてきる。金型の温調について
は、金型の局所加熱方式であるホットランナ−システム
、高周波誘導加熱法も利用することができる。

金型温調用媒体を金型に導入し、あるいは排出するため
に金型に取り付けられるジヨイントは、節部の近くに取
り付けることが好ましい、また、突出しピンを金星に設
ける場合には、突出しビンとそれを通す穴とのクリアラ
ンスを、突出し前の状態における節部の位置で最小値と
したことか好ましい。

４は成形機（図示せず）のノズルてあり、スプルー３８
を介してキャビティ２ａに成形材料を射出供給する。ス
プルー３８とノズル４との接触面は、固定側金型３の内
部に設けた固定側共振体３１！、：おける振動（変位波
形）のほぼ節部（後述）に位置するようにしである。

５は可動側プレートてあり、シリンダ６により進退する
可動側金型取付盤５１に結合されている。また、８は固
定側プレートてあり、固定側金型取付盤８１に結合され
ている。

可動側金型２への可動側共振体２１の保持は、固定治具
をなす固定板７によって行なわれている。すなわち、固
定板７による可動側共振体２１の保持は、可動側共振体
２１の外周に溝２ｂを設け、この溝２ｂに固定板７の先
細りとなった先端７ａを当接させることにより行なって
いる。

したかって、この場合の固定板７による可動側共振体２
１の保持は線接触保持となり、可動側共振体２１と固定
板７の接触面積はきわめて小さくなる。これにより、共
振体２１の振動の外部流出を最小限に抑えることかてき
る。

また、固定側共振体３１の保持も、固定側共振体３１の
外周に溝３ｂを設けるとともに、固定板９の先端９ａを
先細りとして、上記と同様にして行なう。

共振体２１．３１の保持は、超音波による共振の節部な
、てきるたけ接触面積の小さい保持部材を用いて保持す
ることか好ましい。

振動は、振動発生装置て発生させるか１本実施例では、
振動子１０と超音波発振器１２て振動発生装置を構成し
ている。

振動子ｌＯは、ねし等の取付は部材１１によって可動側
共振体２１に結合しである。なお、この振動子１０は仕
様に応し可動側共振体２１及び／あるいは固定側共振体
３１の任意の位置に任意の数取り付けることかてきる。

超音波発振器１２は、振動子１０に超音波振動を発生さ
せ、可動側共振体２１及び固定側共振体３１を励振し共
振させる。

共振周波数は、あらかしめ超音波発振器１２の追尾可能
な周波数に設計、製作されているのて、成形機のノズル
４をスプルー３８に圧接させ、成形材料をスプルー３ａ
を介してキャビティ２ａに供給する場合の刻々の負荷変
動に対しての共振周波数の変化に対し常に追尾を行ない
、また、必要電力の供給も刻々の変化に応じて必要量（
最大出力以下）を供給するように設定されている。

なお、振動としては、周波数がＩＯＨ，〜１０ＭＨ，の
振動を用いることかできる。このような周波数のうち、
短時間で振動の効果か得られ、かつ成形材料の過度の発
熱現象を抑えるため１０ＫＨ，〜１００ＫＨ，の超音波
か好ましい。

また、振動発生装置は、上述した。超音波発生器のほが
、動電式加振機１機械式加振機等を用いることかてきる
。

さらに、振動モードとしては、後述する縦振動のほが、
横振動、ねじり振動、径振動、たわみ振動等公知の振動
モードを用いることがてきる。

次に、上記射出成形装置を用いて行なう射出成形方法の
実施例について説明する。

図示せざる成形機のノズ・ル４を固定側金型３のスプル
ー３３に圧接し、このスプルー３３を介してキャビティ
２ａに成形材料を射出し成形を行なうとともに、超音波
発振器１２により、振動子１０に超音波振動（縦振動）
を発生させることによって金型１の共振する部分、すな
わち共振体をｎ波長共振させる。超音波振動を発生させ
る時期は、目的とした効果に応じて選ぶことかてきる。

射出成形方法の第一実施例は、共振の腹部（変位波形の
最も離れる部分て、一番強く振動している点）を、キャ
ビティ２ａと一致させて成形を行なう。このようにする
と超音波の振動効果を最大限有効利用でき成形材料の流
れが良好になる。

また、第二実施例は、共振の節部（変位波形の交差する
部分で、振動してない点）をキャビティ２ａに一致させ
て成形を行なう。このようにすると、超音波の応力効果
により、成形品の寸法収縮か著しく小さくなる。

上記成形を行なうときの振動周波数は上述のようにｌ０
ＫＩ（、〜１００　Ｋｌ（、の周波数としたことが好ま
しい。振動の振幅は、大きいほうかその効果を十分発揮
てきるが、共振体の材質の疲労強度に合わせて設定する
ことか好ましい。

各種の振動モードにおいて、振動の効果を太きくするた
め可動側共振体２１、固定側共振体３１をｎ波長共振さ
せる。このｎ波長共振におけるｎは、ｍ／２（ｍは正の
整数）であるが、金型固定部やノズルの接触部に共振の
節部を一致させるためには、なるべく節部の数の少ない
ｎ＜３としたことか好ましい。

また、ｎ＜３の場合においても、共振の腹部が、キャビ
ティ２ａと一致し、振動効果を最大限有効利用てきるよ
うに共振させると、上述のように成形材料の流れか顕著
に良好となる。

上述した第−及び第二実施例を実施するに際し、可動側
金型２及び固定側金型３の共振体２１．３１を可動側金
型及び固定側金型のそれぞれに保持する位置と、振動に
よる共振の節部を致させて、共振させつつ成形を行なう
と振動の外部への伝達を有効に防止する。

上述した射出成形方法及びその装置によって成形可能な
成形材料としては、プラスチック、ゴム、エラストマー
等の有機材料、無機高分子、セラミックス、金属１ガラ
ス等の無機材料、その他食料品及びそれらの混合材料等
、成形時に若干の流動性を有する材料を挙げられる。

ここで、プラスチックとしては、次のようなものを挙げ
ることかできる。

熱硬化性樹脂として α−オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリフロピレン
、ポリスチレン、シンジオタク〃チックーポリスチレン
、塩化ビニル樹脂、ポリブテン、超高分子量ポリエチレ
ン、ポリメチルベンゾン、アイオノマー、ポリブチレン
等） ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポ
リブチレンテレフタレート、ボリアリレート等） ボーリエーテル系樹脂（ポリサルホン、ポリエーテルサ
ルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリアリルスルホン、ポリオキシベンシレン、ポ
リフェニレンオキサイド、ポリシアノアリルエーテル［
特開昭６２−２２３２２６号］等） ボリカーホネート系樹脂 ポリイミド系樹脂 ポリアミド系樹脂 ポリアミドイミド系樹脂 メタクリル樹脂 フッソ樹脂 ＭＢＳ　（メタクリレート　ツタジエン　スチレン）樹
脂 ＡＡＳ（アクリレート　アクリロニトリル　スチレン）
樹脂 ＡＳ（アクリロニトリル　スチレン）樹脂ＡＣＳ（塩素
化アクリロニトリル　ポリエチレン　スチレン）樹脂 ＡＢＳ　（アクリロニトリル　ブタジェン　スチレン）
樹脂 ポリアセタール系樹脂 セルロース系樹脂 ポリ塩化ビニリデン 塩素化ポリエチレン ＥＶＡ　（エチレン　ビニル　アセテート）樹脂ポリウ
レタン系樹脂 シリコーン樹脂 アリル樹脂 フラン樹脂 液晶性ポリマー　など、 熱硬化性樹脂として エポキシ樹脂 フェノール樹脂 ポリブタジェン樹脂 シリコーン樹脂 不飽和ポリエステル欄内 アミノ樹脂　など、 熱可塑性エラストマーとじて スチレン−ブタジェン系エラストマー ポリエステル系エラストマー ポリエチレ系エラストマー ウレタン系エラストマー 塩化ビニル系エラストマー　など。

また１本発明における射出成形とは、多色成形、インサ
ート成形、アウトサート成形、射出圧縮成形、射出発泡
成形１反応射出成形、混色射出成形等を含み、さらに、
流動状態またはゴム様状態の成形材料を金型内に圧入し
、所定の形状に賦形した後、成形品を取り出す方法を採
用するすべての成形方法を含むものである。

そして、本発明における射出成形は、家電機器用部品、
自動車用部品９通信機器用部品、情報記録機器用部品１
日用・雑貨品９発電機器用部品。

光学用部品等の成形に用いることがてきる。

［実験例］ 以下、本発明実施例の射出成形方法とその装置を用いて
行なった実験結果を、比較例と比較しつつ説明する。

実験例１ 射出成形装置：第１図に示す装置 上記条件により、金型の共振体を共振させつつ射出成形
を行ない、そのときの流動長（第２図す参照）を求めた
。

流動長は、キャビティ（ランナーを含む）に流れた樹脂
の長さを測定し、１０回の平均値をもって評価した。

その結果を表１に示す。

比較例１ 超音波の発振を停止し、金型の共振体を共振させない以
外、実験例１と同じ条件で実験を行なった。

比較例２ 遠赤外線ヒータを用い、金型温度を２００℃まて加熱し
、比較例１と同じ条件て実験を行なった。この例は、高
周波誘導加熱装置を用いて金型表面温度を上げて成形を
行なう従来例と同等と考えられる。

比較例３ 第７図に示すように、振動子ｌＯを結合したホーンをス
プル一部３ａに位置させた以外は、実験例１と同じ条件
で実験を行なった。このとき、金型は共振状態ではなか
った。

比較例１〜３の結果を表１に示す。

表　　１ この結果１本発明によれば、超音波を印加しない場合は
勿論のこと、スプル一部に超音波を印加した場合あるい
は、金型を加熱した場合などより、はるかに成形材料の
流動性がよくなることか判明した。

また１本発明によればポリエチレンにカーボンブラック
か良く分散することも判明した。

え蔓璽ユ 射出成形装置：固定側金型及び可動側金型が多少長尺に
なっている以外、第１図に示す装置と同様である。

上記条件により、金型を共振させつつ射出成形を行ない
、そのときの成形品の直径を測定した。

評価は成形品１０個の平均値をもって行なった。

その結果を表２に示す。

監敷負Ａ 金型の共振体を超音波によって共振させない以外、実験
例２と同じ条件て実験を行なった。

坂艷璽ｊ 振動子１０を結合したホーンをスプル一部に位置させた
（第７図参照）以外は、実験例２と同じ条件で実験を行
なった。

比較例４，５の結果を表２に示す。

表　　２ この結果、本発明によれば、超音波を印加しない場合は
勿論のこと、単に、超音波を印加した場合と比べても、
顕著に寸法収縮の小さい成形品を得られることか判明し
た。

実験例３ 共振体を線接触状態で保持し、実験例１の成形を行なっ
た際における超音波発振器の負荷電流な測定した。

その結果を表３に示す。

実験例４ 共振体の保持を、先端か先細りとなっていない固定板を
用いて行なった。この場合、固定板は共振体と面接触の
状態となる。

その結果を表３に示す。

表　　３ 負荷電流の高くなる実験例４（面接触）では、振動か固
定板を通して流出していることか明らかに分かった。

この結果、金型の共振体の保持は、線接触による保持か
非常に有効であることが判明した。

実験例５ 射出成形装置：第１図に示す装置 上記条件により、金型の共振体を共振させつつ成形を行
なった。

第６図（ｂ）に示す成形品表面のウェルド部のへこみ（
ｘｍｍ）を求めた。

その結果を表４に示す。

比較例６ 超音波の発振を停止させた以外、実験例５と同し条件で
成形を行なった。

その結果を表４に示す。

実験例６ 出力２００Ｗの超音波振動子を二個に増やしく第１図に
おけるＬ−Ｌ変換体の下側の面、すなわち振動子１０の
取付は位置と反対側の面に一個増設）１発振タイミング
をそれぞれ合わせ、実験例４と同じ実験を行なった。

その結果を表４に示す。

表４ ［発明の効果］ 以上のように、射出成形方法の発明によれば、振動によ
って金型の一部を共振させることにより、振動を効率良
く伝達することができる。そして、振動効果を最大限に
発揮せしめ、成形材料の流動性向上を図れ、従来の成形
技術では困難てあった、高分子量のプラスチックやフィ
ラーな多量に混合した複合材料等の成形あるいは低温域
ての成形か容易となり、さらに成形品に生じるウェルト
マークを低減することかてきる。

また、振動によって金型の一部を共振させることにより
、振動を効率良く伝達し、かつ超音波の応力効果を利用
てきるため、単に振動を金型に印加した場合よりも、成
形品の寸法収縮を顕著に低減できる。

射出成形装置の発明によれば、成形材料の流動性の向上
を図れ、物性及び寸法精度の点て優れた製品を成形てき
るとともに、共振する部分の振動の外部流出を最小限に
抑えることかてき、装置の他の部分に悪影響を与えない
という効果かある。

また、従来の射出成形機における型締部を利用てきるの
て、従来の射出成形機に容易に応用することか可能にな
り、利用価値か非常に高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験例１に用いた射出成形装置の要部断側面図
、第２図（ａ）は実験例１に用いるキャビティの平面図
、第２図（ｂ）は流動長の説明図、第３図は共振体の共
振時における変位波形、波長の説明図、第４図は実験例
２の成形実験に使用したキャビティの説明図、第５図は
実験例２の成形実験における共振条件の説明図、第６図
（ａ）は実験例５の成形実験に使用したキャビティの説
明図、第６図（ｂ）はウェルト部へこみの説明図、第７
図は比較例３及び５に用いた装置側概略図を示す。 １：金型 ２１：可動側共振体 ３：固定側金型 ２ｂ、３ｂ：溝 ７．９：固定治具 ２：可動側金型 ２ａ：キャビティ ３１：固定側共振体 ３ａニスブルー ｌＯ：振動子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形材料を射出成形する方法において、可動側及
   び固定側の金型の一部分を振動によって共振させつつ成
   形を行なうことを特徴とした射出成形方法。
2. （２）振動が、超音波による振動であることを特徴とし
   た請求項１記載の射出成形方法。（３）成形機からの成
   形材料を金型のスプルーを介してキャビティに供給し射
   出成形を行なう装置において、上記金型を固定側金型と
   可動側金型によって形成するとともに、これら固定側金
   型と可動側金型の一部に振動によって共振する部分を設
   け、この部分を固定側金型と可動側金型へ固定治具によ
   ってそれぞれ保持することを特徴とした射出成形装置。