JPH03213319A - 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】 ［産寥トの刊…分軒］ 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。

ところて、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。

しかしなから、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。したかって、成形品における剛性、耐熱性、耐
薬品性の物性が劣るという闇−′９−牢しる場合かあっ
た−そこて、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
量か高いものを使用可能にする成形法か考えられるよう
になり、今までにいくつかの提案がなされている。例え
ば、特公昭５７−２０８８号で提案されている金型のゲ
ート部分に超音波振動を印加する方法、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かある。

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、金型の中て冷却される際
に収縮するのて、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し
、かつ型締め力も同様に高くすることにより２材料の温
度を低くして成形する方法、あるいは、特開昭５８−］
：１４７２２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て構成し、材料かキャビティ内に
注入され、冷却される過程ての材料温度の不均一性を大
幅に減少しようとする方法等かある。

［発明か解決しようとする課題］ 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、特開昭　５８１
３４７２２号で提案されている技術は、金型の構造か非
常に複雑になるとともに、超音波振動により金型自体お
よび装置の他の部分に悪影響を与えるという問題かあり
、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、材料
に超音波振動を十分印加てきないという問題かあった。

また、特開昭６１−４４６１６号て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か判明した。

さらに、射出圧力を著しく高くし、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、成形品に歪か生じ、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。

そこて、本発明者等は、特願平１−６２１９６号におい
て、金型を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てきることを示した。

しかしながら、特願平１−６２１９６号て提案した装置
は、振動発生装置である超音波振動子を可動側金型のキ
ャビティと反対側に結合しであるため、型締め部シリン
ダを後方に大きく張り出した状態て配置しなければなら
ず、結果的に成形機か非常に長くなって大型化していた
。

本発明は上記の事情にかんがみてなされたもので、振動
発生装置を、可動側金型及び／もしくは固定側金型の上
部または下部等のキャビティと反対側以外の位置に結合
するようにしたものてあり、 成形方法の発明は、上記振動発生装置からの振動を、振
動方向変換体を介して金型に印加することにより、金型
を共振させ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、射出成形装置の小型化を可能と
するとともに、複数の振動発生装置を振動方向変換体に
結合して、同時に振動を印加することにより振動のパワ
ーアップを図れるようにした射出成形装置の提供を目的
とする。

［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、振動方向変換体を介
し、振動によって金型な共振させつつ成形を行なう方法
としである。

そして好ましくは、超音波振動によって金型な共振させ
つつ成形を行なう方法としである。

また上記目的を達成するため、射出成形装置の発明は、
可動側金型と固定側金型からなる金型のキャビティに成
形機からの成形材料を供給して射出成形を行なう装置に
おいて、上記可動側金型と固定側金型を固定治具によっ
て固定するとともに、上記可動側金型及び／もしくは固
定側金型に振動方向変換体を形成し、かつこの振動方向
変換体に振動発生装置を結合した構成としである。

そして好ましくは、振動発生装置を超音波振動子とし、
この超音波振動子の結合位置を、キャビティと反対側の
位置を除く、任意の位置に結合した構成としである。

［実施例コ 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図にもとづいて
説明する。

同図において５　ｌは金型であり、可動側金型２と固定
側金型３に分割されており、可動側金型２には振動方向
変換体２１を一体的に形成しである。ここて振動方向変
換体２１とは、振動の伝達する方向をある程度変換させ
るものてあり、その角度は任意に選ぶことかてきる。公
知のＬ−Ｌ変換体、Ｌ−Ｒ変換体、Ｌ−Ｌ−Ｌ変換体な
どを利用すると振動の伝達方向を、例えば９０度変換す
ることかできる。

また、可動側金型２の固定側金型３との接触面には、キ
ャビティ２ａが、またキャビティ２ａと対応する固定側
金型３の接触面にはスプルー３ａか設けである。

金型ｌ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−七ネル、リン青銅、ジュラルミン等を用い
ることか好ましい。

また、金型１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、その際分画面は、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かできるが、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か好
ましい、また、突出しピンを金型に設ける場合には、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することが好まし
い。

４は成形機１３のノズルであり、スプルー３ａ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３
ａのノズル４との接触面は、固定側金型３における超音
波振動（変位波形）のほぼ節部（後述）に位置するよう
にしである。Ｃ５は第一保持部材（型締め部材）で、シ
リンダ６により進退可能に支持されており、その先部に
は固定治具７か取り付けである。

固定治具７による可動側金型２の保持は、可動側金型２
の外周に溝２ｂを設け、この溝２ｂに先細りとなった固
定板７ａを当接させることにより行なっている。したが
って、この場合の固定板７ａによる可動側金型２の保持
は線接触保持となり、可動側金型２と固定板７ａの接触
面積はきわめて小さくなる。これにより、金型２の振動
の外部流出を最小限に抑えることかできる。

８は第二保持部材てあり、シリンダ６の外側に固定され
ており、その先部には取付９１８ａか取り付けである。

取付９８　ａには固定側金型３に向って水平方向に固定
治具９が設けてあり、この固定治具９の先端９ａはねじ
となっている。一方、固定側金型３の軸方向には、保持
穴３ｂが、固定治具９の側面と接しない状態で固定側合
ｆｉ３の共振の節の位置まで設けである。そして、この
保持穴１３の先端部に固定治具９の先端９ａをねしこむ
ことによって、固定側金型３を保持している。

可動側金型２及び固定側金型３の保持は、振動による共
振の節部（後述する）を、で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が好ましい。

１０は固定治具７と一体的に支持されている振動発生装
置（振動子）であり、ねじ等の取付は部材１１によって
可動側金型２の振動方向変換体２１の上部に結合しであ
る。

振動としては、周波数かＩＯＨ，〜１０ＭＨ。

の振動を用いることかてきる。このような振動のうち、
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には、１０ＫＨ，〜１００ＫＨ，の
超音波とすることか好ましい。

振動発生装置としては、超音波振動子のほが、動電加振
機９檄械式加振機、油圧式加振機等の装置を用いること
かできる。

なお、この振動方向変換体２１の振動子ｌＯへの結合位
置は、可動側金型２のキャビティ２ａと反対側の位置を
除いた位置であれば任意の位置を選択することかできる
。また、振動子１０の結合は、振動伝達体を介して行な
うことも可能であり、その数も複数取り付けることかて
きる。なお、固定側金型にも振動方向変換体を形成し、
振動子を結合することも可能である。したかって、可動
側金型及び／もしくは固定側金型に振動方向変換体を介
して振動子を結合することかできる。

１２は超音波発振器て、振動子ｌＯに超音波振動を発生
させ、可動側金型２及び固定側金型３を励振し共振させ
る。

この共振周波数は、あらかしめ超音波発振器の追尾可能
な周波数に設計、製作されているので、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。

また、振動モードとしては、後述する縦振動のほか２横
振動、ねじり振動、径振動、たわみ振動等の公知の振動
モートを用いることかてきる。

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。

成形機１３のノズル４を固定側金型３のスプルー３ａに
圧接し、このスプルー３ａ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１
２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ｌをｎ波長共振させる。超音波振
動を発生させる時期は、目的とする効果に応して選ぶこ
とかできる。

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
れか良好になる。

また、第二実施例は、共振の節部（変位波形の交差する
部分て、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ｌ
　ＯＫＨ，〜１００ＫＨアの周波数とすることか好まし
い。超音波振動の振幅は、大きいほうかその効果を十分
発揮てきるが、金型の材質や疲労強度に合わせて設定す
ることが好ましい。

各種の振動モートにおいて、振動を有効に作用させるた
め、金型１は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ｓ罹を一致させるためには、
なるべく節部の数の少ないｎ＜３とすることか好ましい
。

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、超音波の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
れが良好となる。

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を固定治具７及び９によってそ
れぞれ保持する位置と、超音波による共振の節部を一致
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、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。

ここて、プラスチックとしては、次のようなものを挙げ
ることかてきる 熱可塑性樹脂として α−オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリスチレン、シンシオタクＷチックーポリスチレン
、増化ビニル樹脂、ポリブテン、超高分子量ポリエチレ
ン、ポリメチルペンテン、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
リッチレンテレフタレート、ボリアリレート等） ポリエーテル系樹１１ｆＩ（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５２−２２３２２６号］等） ポリカーボネート系樹脂 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　フタジエン　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　なと 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樹脂 アミノ樹脂　など。

熱可塑性エラストマーとして 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、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９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。

「ψ馳伽］ 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、金型を共振させつつ射出成形を行ない
、そのときの流動長を求めた。

流動長は、キャピティに流れた樹脂の長さを測定し、１
０回の平均値をもって評価した。

その結果を表１に示す。

艦敷璽」 金型を超音波によって共振させない以外、実験例１と同
じ条件て実験を行なった。

友艶璽ス 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と同じ条件で実験を行なった。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１０を可動側金型２と固定
側金型３の接触部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。

［以下余白］ 表 １）（）は標準偏差 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か
よくなることか判明した。

実験例２ 射出成形装置：固定側金型及び可動側金型か多少長尺に
なっている以外、第１図に示す装置と同様である。

成形材料：ポリプロピレン （出光石油化学（株）Ｊ−７０００） 上記条件により、金型な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。

比較例４ 金型を超音波によって共振させない以外、実験例２と同
し条件て実験を行なった。

友蚊皇ｊ 振動子１０を可動側金型２と固定側金型３の接触部に位
置させた（第７図参照）以外は、実験例２と同し条件て
実験を行なった。

ＬＬ　ｋｋ　Ｉｓａ　Ａ　　ｅハ蛙眼ち主り？岬纂す表 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２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が判明し
た。

実験例３ 金型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を測定した。

その結果を表３に示す。

実験例４ 金型の保持を、先端が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、固定板は金型と面接触の状態
となる。

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

この結果、金型の保持は、線接触による保持が非常に有
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 成形材料：タルク３０重量％入り　ポリプロピレン と同し 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）に示すウェルトライン発生箇所のウェルド
部のへこみ（ｘ　ｍ　ｍ　）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と同じ条件で
成形を行なった。

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。

また、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であった、高分
子量のプラスチックやフィラーを多量に混合した複合材
料等の成形や、低温域での成形か容易となり、さらに成
形品に生じるウェルドマークを低減することができる。

さらに、金型を共振させることにより、振動な゛効率良
く伝達し、かつ振動の応力効果を利用できるため、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で優れた製品を成形でき
るとともに、共振する部分の振動の外部流出を最小限に
抑えることができ、装置の他の部分に悪影響を与えない
という効果がある。

また、射出成形装置を小型化することかできるとともに
、複数の振動発生装置を用いて、振動のパワーアップを
図れるという効果がある。

【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裁断側
面図、第２図は実験例１に用いたキャビティの平面図、
第３図は金型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の実験に使用したキャビティの
説明図、第６図（ｂ）はウェルド部へこみの説明図、第
７図は比較例３及び５に用いた装置側概略図を示す。 ｌ：金型　　　　　　２：可動側金型 ２１：振動方向変換体 ２ａ：キャビティ　　２ｂ：溝 ３：固定側金型　　　３ａニスブルー ３ｂ：保持穴 ７．９：固定治具　　１０：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、振動方向
   変換体を介し、振動によって金型を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）可動側金型と固
   定側金型からなる金型のキャビティに成形機からの成形
   材料を供給して射出成形を行なう装置において、上記可
   動側金型と固定側金型を固定治具によって固定するとと
   もに、上記可動側金型及び／もしくは固定側金型に振動
   変換体を形成し、かつこの振動変換体に振動発生装置を
   結合したことを特徴とする射出成形装置。