JPH06510711A - 金型内のチェンバー内の加圧流体を利用する射出成形方法と射出成形装置 - 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】 金型内のチェンバー内の加圧流体を利用する射出成形方法と射出成形装置 関連出願との対応 本願は、１９９１年３月２８日出願の米国出願第６７４，９９７号（発明の名称 「流体圧縮ユニットを利用するプラスチック製品の射出成形方法と射出成形装置 」）の一部継続出願であり、該一部継続出願は１９９０年７月１６日出願の米国 出願第５５２，９０９号（発明の名称「流体圧縮ユニットを利用するプラスチッ ク製品の射出成形方法と射出成形装置」）の一部継続出願である。両出願はここ で引用により本願明細書中に取り込まれる。

技術分野 本願は、流体圧力を使用するプラスチック製品の射出成形の方法と装置に関し、 特にプラスチック製品を作る際に流体圧力を使用するプラスチック製品の射出成 形の方法と装置に関する。

背景技術 プラスチック成形技術において、プラスチック成形において加圧流体を使用する ことは、フレデリックの米国特許第４，１０１，６１７号に開示されているよう に公知である。

ガス利用射出成形は、Ａクラスの表面とシンクマークが事実上ないストレスのか かっていない大きなパーツを提供する熱可塑性プラスチックの成形方法である。

ガス利用射出成形は従来の射出成形に比して低圧成形方法である。この方法にお いては、不活性ガスがプラスチックを金型内に入れた後に射出される。ガスはプ ラスチックとは混合しないで、成形品のより厚みのある部分の中央部に留まる。

ガス圧力、金型内に射出されるプラスチック量（ショート・ショット）およびガ スの流速をコントロールすることにより、チャンネルを相互に結合する所定の中 空ネットワークが成形品の内に形成される。ガス圧力は成形を通して中空チャン ネルのネットワーク中で一定になっている。これにより成形品のより厚い領域で のプラスチックの縮む傾向が補償され、そりを防止し、かつ、ストレスを減らす ことになる。ガス圧力は金型を開放する直前に開放される。比較的低い射出圧力 により、大きなパーツがクランプ圧をかなり下げても成形できる。

ガス射出装置は、ガス利用射出成形のコントロールにおいて全て重要な因子であ る、圧力、パーツ内に射出するタイミングおよびガス量の精密なコントロールを する。

本発明の譲受人に譲渡された米国特許第４，９４８，５４７号（発明の名称「熱 可塑性製品の成形においてガスを利用する改良方法」）の中において、圧縮ガス が製品画成キャビティの中ではなく金型内に射出されるガス利用射出成形が開示 されている。射出されるガス量は、製品画成キャビティを樹脂で充たし、表面の 品質を向上させるに充分な所定の量と圧とになるように設定される。

米国特許第４，９３５，１９１号は、第一の圧力で金型の空間にプラスチック物 質の流れを導入するステップを含む、射出成形品の製法を開示する。一定量のガ スが第一の圧力と少なくとも同じ圧力の第二の圧力で貯蔵チェンバー中に貯蔵さ れる。ガスが導入される位置を溶融プラスチック物が通過した直後に、ガスがプ ラスチック物質の溶融流の中に導入され、それにより、溶融プラスチック物質中 にガス・キャビティを形成する。

成形方法で使用するために加圧流体またはガスを充填するメカニズムは米国特許 第４，８５５，０９４号中に詳しく開示されている。本願の譲受人に譲渡された この特許の中で、金型内に加圧ガスを導入する様々なメカニズムについての詳し い説明が為されている。一つのメカニズムはスプルー・ブツシュ内に位置するス ライディング・ニードル弁である。ニードル弁の開位置において、ガスはボート を通して射出される。

従来技術の一つの欠点は、加圧ガスが金型から幾らか離れた個所で貯蔵され、そ の結果、ガスが金型にたどりつくまでにガス圧力の低下があることである。再加 圧が必要となる。従来技術のもう一つの欠点は、ある機械的なメカニズムを備え なければ、加圧ガスが金型内の溶融プラスチックの圧力よりも小さくなるという ことである。

本発明の要旨 本発明の目的は、金型内で充填された加圧流体が貯蔵でき、金型内の溶融プラス チックの圧力よりも大きい圧力を持つことができる、プラスチック製品の射出成 形方法と装置を提供することである。

本発明のもう一つの別の目的は、移動可能な弁が金型内の溶融プラスチックの中 でくぼみを形成し、そのくぼみの中で、弁機構の移動があれば流れるようにされ た加圧流体の流れを方向づけるようにされている、プラスチック製品の射出成形 方法と装置を提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、射出成形の間に、金型内の溶融プラスチックに 隣接する位置で充填された加圧流体が利用できる、プラスチック製品の射出成形 方法と装置を提供することにある。

本発明の上記の目的およびその他の目的を達成するために、射出成形装置内でプ ラスチック製品を射出成形する方法が提供される。本発明の射出成形装置は、射 出アパーチャを有する金型と溶融樹脂を受容する金型キャビティを有する。本発 明の方法は射出アパーチャを通して、かつ、金型キャビティの中に一定量の溶融 プラスチックを射出するステップを含む。樹脂流路は、金型内の射出アパーチャ と金型キャビティを流体的に連通ずる。本方法はまた、加圧流体の源から加圧流 体を金型内のチェンバー、チェンバーから樹脂流路まで開いているオリフィスに 流してオリフィスを閉じて、加圧流体がチェンバー内に貯蔵する工程を含む。本 方法は更に、オリフィスを開放し、貯蔵された加圧流体がオリフィスから樹脂流 路中に導入される工程や、金型キャビティ中で製品が固化するまで金型内で該加 圧流体を圧力下に保持し、かつ、金型から該加圧流体を排気する工程を含む。

本発明の上記目的およびその他の目的を実施するため、プラスチック製品の射出 成形のための射出成形装置が提供される。本装置は樹脂射出アパーチャおよび溶 融プラスチックを受容するための金型キャビティを有する金型を含む。本装置は 更に、金型、チェンバー、および、チェンバーから樹脂流路に開いているオリフ ィスによって、金型キャビティと射出アパーチャを流体的に連通ずる。流体容器 手段は加圧流体を貯蔵する。流体回路手段は充填された加圧流体をチェンバーの 中に選択的に導入するためチェンバーと流体容器手段とを相互結合する。弁手段 はチェンバーと樹脂流路とを選択的に流体的に連通させる。弁手段に結合され、 かつ、その動作をコントロールする手段は充填された加圧流体を先ずチェンバー 内に貯蔵するように弁手段を作動させ、次いで、充填された加圧流体を樹脂流路 中に流すようにチェンバーと樹脂流路とを連通させるように弁手段を作動させる 。

好ましくは、本発明での金型はピストンと該ピストンを協働し、がっ、チェンバ ー内で一緒に動く先端部分とを有している弁手段を含む。該先端部分はチェンバ ーからオリフィスを通して樹脂流路内に、充填された加圧流体を導入するために 、閉位置と開位置を有している。貯蔵された加圧流体はピストンに圧力を加えて 、その先端部分をその開位置に向かわせる。

本発明の上記の目的およびその他の目的、特徴、並びに利点は添付の図面と本発 明を実施するための最適実施態様についての次の詳細説明より容易に理解されよ う。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って構成された装置の概略図である。

第２図は、弁機構がその中に配置され、かつ、弁機構が閉位置にあるスプルー・ ブツシュの拡大断面図である。

第３図は、スプルー内に溶融プラスチックがあり、弁機構が開位置にある、スプ ルー・ブツシュの一部切欠き断面図である。

第４図は、第３図と類似であるが従来技術を示す図である。

第５図は、第１図〜第３図のスプルー・ブツシュが改造され、金型キャビティま たは金型のランナー・システムに隣接して配置されている一部切欠き断面図であ る。

第６図は、第５図の改造スプルー・ブツシュにして、その弁機構が充填された加 圧ガスを金型内のキャビティ中に流し込ませるようにするため開位置にした改造 スプルー・ブツシュを示す図である。

第７図は、第５図および第６図の改造ブルー・ブツシュの一部切欠き断面図であ る。

本発明の最適実施態様 一般的な操作方法 概略すれば、本方法は金型キャビティ中の製品の形成中に、そのを成形する方法 を提供する。加圧流体の存在により外方への圧力を作り、それによってシンク・ マークを最小にし、かつ、材料消費と成形品の重量を減らす。しかしながら、本 方法は加圧流体を製品画成キャビティ中ではなく金型内に射出することにより、 内部がつまったプラスチック製品を提供することができることも理解されるべき である。製品画成キャビティを樹脂で充たし、かつ、表面品質を向上させるのに 充分な量と圧力のガスを充填する技術は、米国特許第４，９４８，５４７号（発 明の名称「プラスチック製品の成形におけるガス補助の利用方法」）中に詳しく 説明されている。

上記の特許出願中に記載されたように加圧流体が流体容器手段またはメカニズム １０内に所定範囲の圧力、例えば１４，０００ｐｓｉで貯えられる。この圧力は 、例えばガス調節器１２によって、射出成形プロセスで要求される圧力まで低下 される。

ある実施態様において、ある量の溶融プラスチックが従来の射出成形機のノズル より、一般的に１６で示されるガス射出ブツシュの中の樹脂流路１４へ射出され る。溶融プラスチックは樹脂流路に沿って金型の金型キャビティ中にある射出圧 力で流入する。溶融プラスチックの量、つまり金型に装入されるプラスチックの 量は金型キャビティを充たすに通常必要な量より少ない。

加圧ガス、好ましくは窒素ガスが、プラスチック射出の間または前に、加圧流体 容器手段１０から、チェンバー１８から樹脂流路へ開いているオリフィス２０を 通して、金型キャビティと選択的に流体連絡しているガス・チェンバー１８へ移 される。オリフィスは一般的に２４で示されるバルブ手段またはメカニズムの先 端部分２２によって閉じられるから、オリフィスは米国特許第４，９４３，４０ ７号中に記載されているように、比較的粘い溶融プラスチックの導入に抗するた め充分小さい径を有している必要はない。該先端部分２２はスプルー領域または 樹脂流路１４中まで延び、加圧ガスがオリフィス２０を通じてスプルーの中心に 入り、次いでスプルーの中心を下がるようにされている。これと第４図の従来技 術の方法（米国特許第４，９４３，４０７号中に示されているような）すなわち 、ガスがスプルーを横から押し、次いで、ガスがスプルー内に進入する糸路を見 出す方法と対比されるべきである。

次いで、加圧ガスは製品が金型キャビティ内で固化するまで加圧下で金型内に保 持される。中空プラスチック製品の形成の間に、加圧ガスは外方に圧力を発生さ せ、プラスチックを金型表面の細部に一致させ、シンク・マーク、または、他の 表面欠陥が最小の外観を呈するようにする。ガスの大気への排出時にガスが噴出 しないようにするため、好ましくは、比較的低い保持圧で金型内が保たれる。

最後に、金型を開ける前にガスは金型から大気中に、または、再利用のためガス タンクに排出され、次いで、出来上がった成形品が取り出される。

装置の説明 前述の如く、加圧ガスは好ましくは１４，０ＯＯｐｓｉの能力を有するガスまた は空気圧力容器１０のなかで貯蔵される。

圧力容器１０からのガスは射出成形プロセスに必要とされる適切な圧力まで圧力 調節器１２により低下または調節される。圧力調節器１２は１４，０ＯＯｐｓｉ から、製品または成形に必要な圧力値まで、つまり製品に使用されるプラスチッ クによって異なるが１，０００ｐｓｉから８，０ＯＯｐｓｉ。

好ましくは２，５００ｐｓｉから３，５００ｐｓｉまで低下される。

方向制御弁２６のソレノイドがコントローラー２８のコントロール下で開かれた 時にして、かつ、加圧ガス容器１０内のガスのある所定量が通路３０を通してチ ェンバー１８まで移されるに充分長い時間だけ開いている時、射出成形プロセス に必要な所定量の加圧ガスがチェンバー１８まで移される。弁機構２４の先端部 分２２がオリフィス２０を閉じるので、加圧ガスの所定量が弁機構２４のピスト ン３２の一方側上のチェンバー１８内に貯えられる。

ガス容器１０から充分量のガスが移された時、方向制御弁２６は閉じられる。

ピストン３２の一方側上のチェンバー１８に加圧ガスの所定量が移されるに先立 ち、ガスは通路３４を通してピストン３２の反対側に移される。このガスはガス 容器１０から来るが、ガス調節器３６によりガス圧力を低下または調節してから 導入される。方向制御弁３８はコントローラー２８のコントロールの下で、チェ ンバー１８内にガスを貯えて先端部分２２をその閉位置に保持するためにピスト ン３２の反対側上に所定量のガスを移すのに必要なだけ長く開けられている。

貯えられたガスが金型キャビティ中に導入されるべき時に、方向制御弁４０のソ レノイドがコントローラー２８のコントロール下にピストン３２の反対側上のガ スを通路３４を通して大気に排出するに充分長い時間だけ開けられる。

コントローラー２８のコントロール下でガス方向制御弁４２は、成形品中のガス を圧力低下バルブまたは圧力調節器４４に流して、成形品内を低い圧力（つまり 成形を完了させ、かつ、肉厚の部分にシンク・マークが出ないようにするために 充分な圧力）にさせる。

手動式の絞り弁４６は成形品から流出するガスの速度をコントロールする。これ により成形品または製品からのガスの噴出を防止する。

金型キャビティ中で製品を固化させるため圧力下で加圧流体が封入された後、弁 ４８を開けるために方向制御弁４８を付勢すれば該加圧流体は大気または容器、 若しくはタンクに排気される。金型からのガスの流速は手動ガス絞り弁（図示さ れていない）によって調節でき、ガス圧力が大気圧まで余りに速く低下しないよ うにできる。その後、方向制御弁４８は閉じられ、完成製品が金型から排出され る。

あるいは溶融樹脂がその軟化点より下がった後で金型と射出ノズル（図示されて いない）を分離することにより加圧流体を大気に排気することができる。

操作の手順 （１）バルブ３８を開けると、ガスはピストン３２の反対側に行き、バルブ・メ カニズムを第１図および第２図で示した閉位置まで移動させる。

（２）プラスチックを、樹脂射出アパーチャー中および金型キャビティ中に射出 する。

（３）第２工程の間のいつでも、または、その前、若しくは、その後において、 弁２６を付勢し、調節器１２で圧力設定してチェンバー１８内にガスを入れる。

たとえ調節器の圧力が調節器１２の圧力の何分の１であっても、弁機構２４は、 ピストン３２の両側間で面積の差があるので弁機構２４の先端部分２２を閉位置 に保持し続けるので、移動しない。しかしながら、調節器３６の圧力は調節機器 １２の圧力に打ち克つだけ充分高い必要がある。

（４）ひとたびガスがチェンバー１８に入れば、射出のためのガス圧力は従来技 術で示された成形圧力に近く、かつ、ガス圧の低下があった時は即座に少量のガ スを成形品内に射出できる。典型的には、弁機構を移動させるのにたった０、０ ２立方センチメートルのガスが必要とされるだけである。

（５）シグナル、つまりタイマー、位置、その他によって、コントローラー２８ は弁４０を開け、弁３８を閉じる。ピストン３２の反対側上のガスは大気中に排 出され、チェンバー１８からのガスにより先端部分２２をその開位置に一気に移 動させる。これにより、ガスをスプルー領域１４に一気に入れ、成形品中に流入 させる。

（６）成形品が充満された後、弁２６は閉じられる。弁４２は開けられて、ガス はより低い成形圧力になるまで排気される。あるいは、ガス圧力は、ガスが成形 品中に入るとできるだけ早く低下される。

（７）成形品が自分自身で支えられるようになった後で、弁４２を閉め、かつ、 弁４８を開け、成形品中の圧力を大気圧にまで脱気する。

（８）成形品内の圧力が大気圧まで低下した後で、弁３８は開けられ、かつ、弁 ４０は閉じられて弁機構２４を閉じる。そして、この装置は、次のプラスチック の射出を受け入れる状態になる。

上記の手順はガスを成形品に近づけて、ガスが成形品に流入する時に圧力低下が ごく僅かか、または、全くないようにしており、それにより再加圧の必要性をな くした。

第５図から第７図には、金型または製品（つまり成形品）の中で金型キャビティ またはランナー・システムに隣接して配置された、一般的に１６′で示されてい る、改造されたガス射出ブツシュが図示されている。前述した部分と同一または 類似の機能を有する部分はプライム表示している。

通路３０′はプラグまたはウェルド５０によって一箇所で閉じられる。

改造ブツシュ１６゛の板５２はポルト５４によってガス射出ブツシュ１６の台架 に固定される。

ガス継手５６およびガス・パイプ５８が、第１の実施態様に関して説明したよう に、ガスを通路３０°および３４′に移す。

カバー板６０はボルト６２により板５２を金型６１に固定する。

本発明は例示的に記述され、使用された語句は限定のためでなく表現の語句とし ての使用が意図されている。

上記の教示に照らし、明らかに多くの修正および変形が本発明に対して可能であ る。それ故、添付のフレイムの範囲内において、本発明はここに具体的に記載し た以外の態様で実施されることが理解されるべきである。

Ｆｉｇ、　／ Ｆｌ（ｊ、　３　Ｆｌｑ、　４　ｒ従来技術）補正書の翻訳文提出書（特許法第 １８４条の７第１項）平成５年１１月１５日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．射出アパーチャーと溶融樹脂を受け入れる金型キャビティを有する金型を含 む射出成形装置中でプラスチック製品を射出成形する方法にして、 （ａ）射出アパーチャーを通して溶融プラスチックのある量を、金型キャビティ と金型内で射出アパーチャーと金型キャビティとを流体的に連通する樹脂流路に 、射出する工程；（ｂ）加圧流体のある装入量を加圧流体源から金型内のチェン バー、チェンバーから樹脂流路へ開いているオリフィスに移す工程：（ｃ）装入 された加圧流体がチェンバー内に貯えられるようにオリフィスを閉鎖する工程； （ｄ）貯えられた加圧流体がオリフィスから樹脂流路内に導入されるように、オ リフィスを開ける工程；（ｅ）製品が固化し、金型キャビティ内で形成されるま で、加圧流体を金型内で加圧下に含有する工程；および（ｆ）加圧流体を金型か ら排気する工程からなる射出成形方法。
2. ２．金型がピストンおよび該ピストンとチェンバー内で一緒に動くようにされて いる先端部分を有し、該先端部分は閉位置と加圧流体をオリフィスを通して樹脂 流路に導入するため開位置とを有し、かつ、オリフィスの閉鎖工程が該先端部分 をその閉位置に動かせているピストンにコントロール圧をかけることにより、貯 えられた加圧流体の圧力を受けているピストンが、コントロール圧が開放される や、先端部分をその開位置まで動かしてオリフィスを開けるようにすることで実 現される、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．先端部分がその閉位置においてオリフィスを通過して樹脂流路中まで延びて いる、特許請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．ピストンがチェンバー内で往復運動をするように配置されている、特許請求 の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．成形品からの加圧流体がそれが導入された同じオリフィスから排気される、 特許請求の範囲第１項または第４項に記載の方法。
6. ６．プラスチック製品を射出成形するための射出成形装置にして、その改良が、 溶融プラスチックを射出するための射出成形機；樹脂射出アパーチャー、溶融プ ラスチックを受け入れる金型キャビティ、金型内の金型キャビティと射出アパー チャーとを連通する樹脂流路、チェンバーおよびチェンバーから樹脂流路へ開い ているオリフィスを有する金型；加圧流体を貯えるための流体容器手段；チェン バー内に加圧流体を選択的に導入するための、加圧流体容器手段をチェンバーに 相互結合する流体回路手段と；チェンバーから樹脂流路に選択的かつ流体的に連 通させる弁手段；および 弁手段に結合され、それにコントロール圧を加えることにより弁手段の動作をコ ントロールしてオリフィスを閉じて、初めはチェンバー内に加圧ガスを貯えさせ 、次いで、弁手段をしてチェンバーと樹脂流路とを連通させ、貯えた加圧ガスを 樹脂流路に入れさせるコントロール手段 とからなる装置。
7. ７．加圧流体回路手段が、成形品が金型キャビティ中でシンクすることなく固化 するように、更に金型内の加圧流体の圧力を低下させる流体圧力低下手段を含ん でいる、特許請求の範囲第６項に記載の装置。
8. ８．加圧流体回路手段が更に加圧流体を大気中に排気する流体排気手段を有して いる、特許請求の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．加圧流体回路手段の少なくとも一部が金型内に含まれている、特許請求の範 囲第６項に記載の装置。
10. １０．金型がスプルーを含み、該スプルーが射出アパーチャーを有し、かつ、加 圧流体回路手段がスプルー内に含まれている、特許請求の範囲第９項に記載の装 置。
11. １１．スプルーがオリフィスを有するブッシュを含み、かつ、射出ノズルがブッ シュと連通し加圧流体がブッシュ内のオリフィスに移される、特許請求の範囲第 １０項に記載の装置。
12. １２．金型がピストンとチェンバー内でピストンと一緒に移動するように係合さ れた先端部分とを有する弁機構を含み、先端部分がチェンバーからオリフィスを 通過して樹脂流路内まで加圧流体を導入するために、閉位置と開位置とを有して いる、特許請求の範囲第６項に記載の装置。
13. １３．弁手段が金型の台に関して直線的に移動可能であり、かつ、弁開放工程が 、加圧流体により、チェンバー内で弁手段を直線的に移動させ、先端部分がオリ フィスに関して開位置に移動するようにする工程を含む、特許請求の範囲第１２ 項に記載の装置。
14. １４．先端部分か、その閉鎖位置においてオリフィスを通過して樹脂流路中まで 延びている、特許請求の範囲第１２項に記載の装置。