射出成形方法及びその装置
【課題】射出成形において、装置が大型化することや大重量化すること、さらには設備投資が高騰することを回避しつつ、十分な強度を示し且つ欠陥発生が回避された成形品を得る。
【解決手段】流動通路を流通する溶融樹脂を、昇温部４０を通過させることで、射出機３２内で溶融したときの温度よりも高温とするとともに粘度を低下させる。昇温部４０にスタティックミキサ５４が配設されている場合、溶融樹脂は、撹拌されながら昇温部４０を流動する。このため、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避され、その結果、粘度が略一様となる。以上のようにして高温となり且つ粘度が低下した溶融樹脂は、糸引き防止部４２、スプルー４４、スラッグウェル８６、ランナ４６及びゲート４８を経由した後、製品部５０に導入される。
【解決手段】流動通路を流通する溶融樹脂を、昇温部４０を通過させることで、射出機３２内で溶融したときの温度よりも高温とするとともに粘度を低下させる。昇温部４０にスタティックミキサ５４が配設されている場合、溶融樹脂は、撹拌されながら昇温部４０を流動する。このため、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避され、その結果、粘度が略一様となる。以上のようにして高温となり且つ粘度が低下した溶融樹脂は、糸引き防止部４２、スプルー４４、スラッグウェル８６、ランナ４６及びゲート４８を経由した後、製品部５０に導入される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型内に形成されたキャビティに溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、型内に形成されたキャビティに溶融樹脂を充填し、その後、該溶融樹脂を冷却硬化して成形品を得る一手法として周知である。
【０００３】
射出成形においては、射出機にて樹脂が溶融され、これにより得られた溶融樹脂が前記射出機から射出された後、ホットランナを流通する。溶融樹脂は、さらに、型に形成されるスプルーやゲート等を経由して製品部に導入される。ホットランナの温度は、例えば、２００℃〜２２０℃程度に保持され、一方、型の温度は略常温である。従って、キャビティに射出された溶融樹脂は該キャビティの形状に沿って変形し（すなわち、成形され）、さらに、熱が奪取されることに伴って降温することによって硬化して成形品となる。
【０００４】
このような射出成形において、製品コストの低廉化を図るべく樹脂の使用量を低減することや、ＣＯ２発生量の低減のために軽量な成形品を得ることを目的とし、厚み方向寸法（肉厚）が小さい薄肉物を作製することが試みられる。しかしながら、この場合、肉厚が大きな厚肉物を成形するときと射出条件を同一とすると、溶融樹脂の流動距離が短くなることがある。
【０００５】
このような事態が生じると、例えば、製品部の端部に溶融樹脂が到達しなくなる。すなわち、充填不良が起こり、このため、当該部位が欠落したり、いわゆるデフォームが発生したりした不良成形品が作製されてしまう。
【０００６】
この不具合を回避するべく、溶融樹脂の射出圧力を大きくすることが想起される。この場合、溶融樹脂に対する押圧力が大きくなるので、該溶融樹脂の流動距離が大きくなると期待されるからである。しかしながら、溶融樹脂の射出圧力を大きくすると、パーティング面、特にゲート近傍でバリが発生し易くなる。そこで、型締め圧力を大きくし、バリが発生するような間隙を可及的に低減することも考えられるが、大きな型締め圧力を得るためには、可動型を変位させて型締め・型開きを行う変位機構として大型のものや高出力のものが必要である。このため、射出成形装置が大型化するとともに、重量も大となってしまう。また、そのような変位機構は概して高価であるため、設備投資が高騰する。
【０００７】
以上の観点から、特許文献１では、薄肉部を有する樹脂成形品を安価な設備コストで成形するべく、型内に第１及び第２の樹脂通路を形成し、第１の樹脂通路から製品部に導入される溶融樹脂が薄肉部を形成する部位を通過した後、第２の樹脂通路に設けた弁を開き、該第２の樹脂通路から、製品部中の未充填部位に対して溶融樹脂を供給することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１記載の従来技術では、弁を開くタイミング、換言すれば、第２の樹脂通路から溶融樹脂を供給するタイミングを制御装置に記憶させるべく、溶融樹脂の射出を開始してからの経過時間と、製品部内における溶融樹脂の到達位置との関係を、試験を繰り返すことで予め求めておく必要がある。従って、煩雑であり、また、試験の実施のために長時間を要する。
【００１０】
特許文献１の段落［００２７］に記載されるように、製品部に検出手段を設け、この検出手段で溶融樹脂が所定の位置を通過したことを検出することも考えられるが、この場合、検出手段の位置に応じて溶融樹脂の射出圧力を変更しなければならない。
【００１１】
しかも、特許文献１に開示された射出成形装置は、製品部に溶融樹脂を導入するゲートが複数個存在する、いわゆる多点ゲートのものであるが、このためにウェルドラインが形成されるので、成形品の外観品質が低下する。加えて、バブルゲートを複数個設置しなければならないので、金型費が増大する。
【００１２】
そこで、射出機での樹脂の溶融温度を高温に設定することで溶融樹脂の温度を上昇させるとともに粘度を低下させ、ホットランナで高温・低粘度状態を維持した後、該溶融樹脂をキャビティに導入することも考えられる。しかしながら、本発明者の鋭意検討によれば、この場合、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して、強度が十分ではない成形品が得られることが多々ある。
【００１３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、製品部の全体にわたって溶融樹脂を充填させることが可能であり、しかも、射出成形装置が大型化することや大重量化すること、さらには設備投資が高騰することを回避し得るとともに、十分な強度を示す成形品を得ることが可能な射出成形方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明は、型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法において、
樹脂を射出機にて溶融して得た溶融樹脂を、該射出機から射出する工程と、
ホットランナを流動する前記溶融樹脂を、前記ホットランナの一部に設けられた昇温部に通過させることによって温度上昇させ、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とする工程と、
前記温度上昇に伴って粘度が低下した前記溶融樹脂を、前記製品部に導入する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形装置において、
樹脂を溶融して溶融樹脂を得るとともに、該溶融樹脂を射出する射出機と、
前記溶融樹脂の流動通路であるホットランナと、
前記ホットランナの一部に設けられ、前記溶融樹脂を、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とするための昇温部と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
以上のように、本発明では、ホットランナを流動する溶融樹脂を昇温部に通過させて温度上昇させ、射出機内での溶融時の温度よりも高温とするとともに粘度を低下させるようにしている。このため、溶融樹脂の流動距離を大きくすることができる。
【００１７】
すなわち、例えば、製品部に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂の温度が高いために金型から熱を奪取され難いので、溶融樹脂が低粘度のまま該部位を容易に通過し、該製品部の端部まで到達する。このため、欠陥が発生することが回避された成形品を得ることができる。
【００１８】
しかも、溶融樹脂が高温に保持される時間が短いので、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して成形品が脆化することも回避される。すなわち、得られた成形品は、十分な強度を示す。
【００１９】
その上、本発明では、成形品の強度を確保するには昇温部の温度と高温に保持される時間を制御すれば十分であり、多点ゲートのように試験を繰り返して射出条件を最適化する必要もない。加えて、多点ゲートを採用する必要が特にないので、ウェルドラインが発生する懸念が払拭される。しかも、金型費が増大することもない。
【００２０】
また、この場合、溶融樹脂の流動距離を大きくするべく溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がない。このため、射出圧力を大きくすることに伴ってバリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要がないと期待される。
【００２１】
以上のような理由から、射出成形装置が大型化することや、大重量化することを回避することが図れる。また、小型の変位機構は、大型のものに比して概して安価であるため、設備投資が高騰することも回避される。
【００２２】
なお、昇温部を流動する溶融樹脂を撹拌するための撹拌手段を設けることが好ましい。この撹拌により、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避される。従って、溶融樹脂の温度、ひいては粘度が略一様となる。これにより、溶融樹脂に高粘度な部位が形成されることが回避されるので、該溶融樹脂の流動距離を大きくすることが容易となる。
【００２３】
撹拌手段の好適な例としては、スタティックミキサが挙げられる。周知のように、スタティックミキサで撹拌を行うに際しては動力を必要としないので、例えば、射出成形を行う際の消費電力が上昇することが回避される。また、スタティックミキサの形状や構造により、溶融樹脂に付与される熱の伝達と剪断力を調整することができる。このため、スタティックミキサを通過する溶融樹脂の昇温の度合いを制御することができる。さらに、溶融樹脂への剪断力を制御することができるので、射出機の射出圧力を小さくすることが可能となることから、射出機の負担を軽減することができる。
【００２４】
また、昇温部を通過した溶融樹脂が通過する糸引き防止部を設けることが好ましい。この場合、昇温部の熱が成形品に伝達されることが防止されるので、型開き時に糸引きが生じることを回避し得る。
【００２５】
１回の射出成形が終了した後、昇温部に溶融樹脂が残留することがある。この残留溶融樹脂は、次回の射出成形が行われるまで昇温部に残留するので、温度が上昇した状態を維持する。このため、残留溶融樹脂が物性変化を起こすことが懸念される。物性変化を起こした残留溶融樹脂が、次回の射出成形時に製品部に導入されると、強度が十分でない成形品や、外観品質が良好でない成形品等が得られる可能性がある。
【００２６】
この懸念を払拭するべく、昇温部から製品部に至るまでの流動通路の距離を大きくすることが考えられる。残留溶融樹脂は、新たに射出された溶融樹脂によって押し出される際にファウンテンフローを起こし、流動通路の壁面にスキン層として付着するので、流動通路の距離が大きくなれば、残留溶融樹脂の全量がスキン層となる。このため、残留溶融樹脂が製品部に導入されることが防止されるからである。しかしながら、この場合、射出成形装置が大型化してしまう。
【００２７】
そこで、前回の射出時に昇温部に残留した溶融樹脂を、次回の射出時に受けることが可能なスラッグウェルを昇温部の下流側に設けることが好ましい。この場合、流動通路の距離を大きくすることなく、残留溶融樹脂の全量を昇温部から製品部に至るまでの流動通路でスキン層とすることができる。従って、射出成形装置が大型化することがない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ホットランナを流動する溶融樹脂を昇温部に通過させて温度上昇させ、射出機内での溶融時の温度よりも高温とするとともに粘度を低下させるようにしているので、溶融樹脂の流動距離が大きくなる。従って、例えば、製品部に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂が該部位を容易に通過し、該製品部の端部まで到達するようになる。このため、欠陥が発生することが回避された成形品を得ることができる。
【００２９】
しかも、溶融樹脂が昇温部に滞在する時間が短いので、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して成形品が脆化することが回避される。従って、十分な強度を示す成形品が得られる。
【００３０】
さらに、本発明においては、強度が確保された成形品を得るには昇温部の温度を制御すれば十分であるので、多点ゲートのように試験を繰り返して射出条件を最適化する必要もない。加えて、多点ゲートを採用する必要が特にないので、ウェルドラインが発生する懸念が払拭されるとともに、金型費が増大することが回避される。
【００３１】
また、本発明においては、上記したように溶融樹脂の粘度を低下させることで流動距離を大きくするようにしているので、流動距離を大きくするために溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がない。従って、射出圧力を大きくすることに伴ってバリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要がなくなると期待される。以上のような理由から、射出成形装置が大型化することや、大重量化することを回避することが図れる。また、小型の変位機構は、大型のものに比して概して安価であるため、設備投資が高騰することも回避される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形装置の要部概略縦断面図である。
【図２】図１の射出成形装置の別部位の要部概略縦断面図である。
【図３】直管内を流動する流動物の温度ムラを模式的に示した概略側面断面図である。
【図４】スタティックミキサ内の流動物の流動状態を模式的に示した概略断面側面図である。
【図５】射出成形を行った後に昇温部に溶融樹脂が残留した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図６】昇温部に残留した溶融樹脂が、新たに射出された溶融樹脂によって昇温部から押し出された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図７】昇温部に残留した溶融樹脂が、図６からさらに押し出された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図８】昇温部に残留した溶融樹脂が、図７からさらに押し出され、スラッグウェルに貯留された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図９】スラッグウェルに貯留された残留溶融樹脂の一部が、スラッグウェルから押し出されてランナに導入された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１０】残留溶融樹脂の一部が、図９からさらに押し出されてランナを流動している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１１】残留溶融樹脂の一部が、図１０からさらに押し出されてランナを流動している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１２】残留溶融樹脂の一部が、図１１からさらに押し出されてランナを流動した後、スキン層を形成して残留した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１３】新たに射出された溶融樹脂のみが製品部に導入された状態を示す要部概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る射出成形方法につき、それを実施する射出成形装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係る射出成形装置１０の要部概略縦断面図である。この射出成形装置１０は、固定型１２と、図示しない変位機構の作用下に固定型１２に対して接近又は離間する可動型１４とを備える。
【００３５】
固定型１２には、第１ホットランナ１６が形成された第１ホットランナブロック１８が付設される。なお、第１ホットランナブロック１８の下流側には、第２ホットランナ２０が形成された第２ホットランナブロック２２が設けられる。
【００３６】
第１ホットランナブロック１８には、タッチピース２４が設けられている。タッチピース２４には導入孔３０が貫通形成され、この導入孔３０の開口には、射出機３２の射出ノズル３４が着座する。
【００３７】
前記第１ホットランナ１６は、前記導入孔３０に連通する。また、第２ホットランナ２０は、第１ホットランナ１６に連通する連通路３６と、該連通路３６から放射状に分岐した複数個の分岐路３８とからなる。なお、図１においては、複数個の分岐路３８中、互いに略１８０°離間した２個を示している。
【００３８】
分岐路３８は、第２ホットランナ２０の末端部としての昇温部４０を経た後、さらに、糸引き防止部４２、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８（図２参照）を介して、製品部５０に連通する。
【００３９】
第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０の近傍には、図示しないヒータ等の加熱手段が設けられている。このため、第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０を流動する溶融樹脂は、例えば、２００℃〜２２０℃の間の所定温度に保たれる。
【００４０】
第２ホットランナ２０には、ホットノズル５２（図１参照）を介して分岐路３８に連なるようにして、昇温部４０が設けられる。
【００４１】
本実施の形態において、昇温部４０は、スタティックミキサ５４の外周壁に第１バンドヒータ５６が巻回されることで構成されている。スタティックミキサ５４の小径な端部５５はネジ部であり、このネジ部は、前記ホットノズル５２の端部に設けられたネジ部に螺合されている。
【００４２】
スタティックミキサ５４は、周知の通り、内部にミキシングブレード５８が設けられた管部材である。スタティックミキサ５４内を流通する溶融樹脂は、ミキシングブレード５８を通過する際、該ミキシングブレード５８の形状に沿って移動する。この移動により、溶融樹脂が撹拌される。このことから諒解されるように、スタティックミキサ５４は、動力が不要な撹拌手段である。
【００４３】
スタティックミキサ５４の外周壁に巻回された第１バンドヒータ５６は、該外周壁を介してミキシングブレード５８に熱を伝達する。従って、ミキシングブレード５８を通過する溶融樹脂にも熱が伝達され、また、ミキシングブレード５８の形状によっては剪断発熱が生じ、その結果、溶融樹脂の温度が上昇する。すなわち、昇温部４０は、該昇温部４０を流通する溶融樹脂の温度を上昇させるためのものである。なお、昇温部４０の温度は、第１熱電対６０を介して測定された値に応じて制御される。
【００４４】
昇温部４０には、糸引き防止部４２が連なる。この糸引き防止部４２は、管部材６２と、該管部材６２の外周壁に巻回された第２バンドヒータ６４と、管部材６２の内部に収容された糸引き防止リング６６とを有する。
【００４５】
スタティックミキサ５４の端部には、軸線方向に沿って陥没したネジ付段部７０が形成されている。一方、管部材６２は、小径部７２、大径部７４をスタティックミキサ５４に近接する側からこの順序で有し、スタティックミキサ５４に最近接する小径部７２が前記ネジ付段部７０に挿入されている。小径部７２にはネジ部が形成され、このネジ部は、ネジ付段部７０のネジ部に螺合される。
【００４６】
また、小径部７２の外周壁にはリング形状の断熱部材７８が外嵌され、この断熱部材７８により、スタティックミキサ５４と管部材６２との熱的遮断が図られている。すなわち、スタティックミキサ５４の熱が管部材６２に伝達されることが抑制される。
【００４７】
前記第２バンドヒータ６４は、管部材６２の大径部７４の外周壁に巻回されている。ここで、大径部７４には第２熱電対８０が接触している。第１バンドヒータ５６、第２バンドヒータ６４、第１熱電対６０及び第２熱電対８０は、図示しない制御回路に電気的に接続されており、従って、第１バンドヒータ５６及び第２バンドヒータ６４の発熱量は、第１熱電対６０及び第２熱電対８０によって検出される昇温部４０及び糸引き防止部４２の温度に対応して、制御回路の制御作用下に調節される。後述するように、糸引き防止部４２の温度は、昇温部４０に比して低温に設定される。
【００４８】
管部材６２には、大径部７４に収容凹部８２が形成される。前記糸引き防止リング６６は、この収容凹部８２に収容されている。なお、糸引き防止リング６６は、溶融樹脂の射出成形において広汎に使用されている当業者に周知のものであり、従って、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
収容凹部８２には、スプルー４４が形成されたノズルチップ８４も収容される。なお、ノズルチップ８４の外径は略一定であるが、該ノズルチップ８４の内部に形成されたスプルー４４は、管部材６２に近接する側（上流側）の端部から離間する側（下流側）の端部に向かってテーパー状に拡径している。
【００５０】
可動型１４には、スプルー４４の軸線方向に沿って延在するスラッグウェル８６が形成される。このスラッグウェル８６の容積と、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８の各容積との総和は、スタティックミキサ５４の容積に比して大きく設定される。従って、スタティックミキサ５４に残留した溶融樹脂は、次回の射出成形時、その全量がスプルー４４、スラッグウェル８６、ランナ４６及びゲート４８でスキン層となる。
【００５１】
スラッグウェル８６には、ランナ４６が連通する。ここで、ランナ４６の軸線方向は、スプルー４４の軸線方向に対して略直交している。このため、スプルー４４から導出された溶融樹脂の流動方向は、ランナ４６によって変換される。
【００５２】
ランナ４６の下流には、図２に示すように、該ランナ４６に連通するゲート４８と、該ゲート４８を介してランナ４６に連通する製品部５０とが形成される。上記したように、製品部５０は、固定型１２と可動型１４との合わせ面に位置している。
【００５３】
図１及び図２においては、理解を容易にするために昇温部４０やスプルー４４、ランナ４６等を拡大して示しているが、図１及び図２の縮尺は実際の寸法に対応するものではない。例えば、スタティックミキサ５４の軸線方向寸法（長さ）は、実際には、分岐路３８及び第２ホットランナ２０に比して著しく小さく設定される。すなわち、スタティックミキサ５４における溶融樹脂の流動距離は、分岐路３８及び第２ホットランナ２０における溶融樹脂の流動距離に比して小さい。
【００５４】
本実施の形態に係る射出成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、該射出成形装置１０にて実施される射出成形方法との関係で説明する。
【００５５】
射出成形を行うに際しては、先ず、図示しない前記変位機構の作用下に可動型１４を固定型１２に向けて変位させ、型締めを行う。その前又は後に、射出機３２内にて所定の温度で樹脂を溶融し、溶融樹脂を得る。
【００５６】
次に、射出機３２の射出ノズル３４から溶融樹脂を射出する。射出された溶融樹脂は、タッチピース２４に形成された導入孔３０を経由して第１ホットランナ１６に到達し、その後、第２ホットランナ２０の連通路３６を経て分岐路３８に至る。溶融樹脂は、複数個の分岐路３８の各々に沿ってさらに流動する。
【００５７】
上記したように第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０は、図示しない加熱手段（ヒータ等）によって加熱されており、このため、溶融樹脂は、溶融時の温度に略保持された状態で、第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０を流動する。勿論、この温度は、溶融樹脂が冷却硬化して成形品となったときに十分な強度を確保し得る温度である。
【００５８】
溶融温度ないし保持温度は、溶融樹脂の種類に応じて設定されるが、概ね２００℃〜２２０℃の間、一層好適には２０５℃〜２１５℃の間である。
【００５９】
第２ホットランナ２０の分岐路３８を流動した溶融樹脂は、ホットノズル５２から、昇温部４０を構成するスタティックミキサ５４の内部に導出される。ここで、スタティックミキサ５４には、該スタティックミキサ５４内が射出機３２における溶融時の温度に比して高温となるように、第１バンドヒータ５６からの熱が伝達される。従って、ミキシングブレード５８を通過する溶融樹脂にも熱が伝達され、その結果、溶融樹脂は、射出機３２内で溶融したとき、ないし分岐路３８を流動したときの温度に比して高温となり、これに伴って粘度が低下する。
【００６０】
なお、スタティックミキサ５４の設定温度は、射出機３２内の溶融温度に比して１０℃〜１５０℃程度高温が好適であり、２０℃〜１００℃程度高温が一層好適である。この程度の温度であれば、強度が不十分な成形品が作製されることが回避される。
【００６１】
溶融樹脂は、ミキシングブレード５８を通過する際に剪断力を受けることに伴って熱を帯びる。すなわち、ミキシングブレード５８を通過することのみでも溶融樹脂の温度が上昇する。この温度上昇幅が十分であれば、スタティックミキサ５４の設定温度を、射出機３２内の溶融温度と同一にしてもよい。
【００６２】
射出機３２内での溶融温度を、樹脂の溶融に必要最低限に設定するとともに、昇温部４０の温度を、溶融樹脂が製品部５０の全体に充填されるに必要な粘度にし得る必要最低限に設定することにより、射出成形装置１０の電力消費量を抑制することができる。
【００６３】
ここで、昇温部４０に単純な直管９０が配置されている場合（図３参照）、実際には、直管９０の内部に温度ムラが生じる。すなわち、内周壁に近い箇所では温度が高く、直径中心近傍では温度が低くなる。このため、直管９０内を流動する溶融樹脂にも温度ムラが生じるので、直管９０内の場所に関わらず溶融樹脂の粘度を均等にすることが容易でなくなる懸念がある。
【００６４】
これに対し、スタティックミキサ５４を設けた本実施の形態においては、図４に示すように、溶融樹脂がミキシングブレード５８を通過することに伴って、内周壁に近い溶融樹脂が直径中心に向かって移動するとともに、直径中心に近い溶融樹脂が内周壁に向かって移動する。このため、熱源である第１バンドヒータ５６に近接して比較的高温となった溶融樹脂と、第１バンドヒータ５６から離間して比較的低温である溶融樹脂とが連続的に混じり合いながらスタティックミキサ５４を流動していくことになる。従って、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避され、その結果、部位に関わらず温度が略均等な、換言すれば、粘度が略一様な溶融樹脂が得られる。
【００６５】
しかも、出発材料が、例えば、マスターバッチ材料やメタリック原着材料であっても、スタティックミキサ５４の撹拌によって十分に分散されるので、外観品質に優れた成形品を得ることができる。また、初回の射出成形を行った後、色や出発材料の種類を変更して第２回の射出成形を行う際、初回の射出成形時に射出された溶融樹脂が残留して新たに射出された溶融樹脂に混入したとしても、両溶融樹脂がスタティックミキサ５４によって十分に撹拌されるため、例えば、残留した溶融樹脂に起因する筋状の外観不良等が成形品に発生し難い。このため、不良品の発生数を低減することができる。
【００６６】
加えて、スタティックミキサ５４を採用する場合、撹拌を行うための動力を設ける必要がない。このため、射出成形装置１０の構成が複雑となることが回避されるとともに、金型投資が高騰することが回避される。また、消費電力が多くなることもない。
【００６７】
昇温部４０を通過した溶融樹脂は、糸引き防止部４２に導入される。この糸引き防止部４２は、昇温部４０に比して５０℃〜１００℃、典型的には約８０℃程度低温に設定される。しかしながら、管部材６２の長さはスタティックミキサ５４に比して著しく小さく、また、管部材６２にミキシングブレード５８が存在しないので、糸引き防止部４２を流動する溶融樹脂は、ほとんど温度降下を起こすことなく糸引き防止リング６６からスプルー４４に導出される。
【００６８】
溶融樹脂は、スプルー４４を通過した後、ランナ４６及びゲート４８（図２参照）を経て製品部５０に導入される。ここで、上記したように、溶融樹脂は昇温部４０によって昇温されることで粘度が低下している。従って、流動距離が大きくなり、このため、製品部５０に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂は、該部位を容易に通過して製品部５０の端部まで到達する。
【００６９】
製品部５０は、通常、略常温となるように温度調整されている。従って、製品部５０に導入された溶融樹脂は、熱が奪取されることに伴って冷却硬化する。これにより、成形品が得られるに至る。
【００７０】
溶融樹脂は、昇温部４０に導入される前、冷却硬化して成形品となったときに十分な強度を確保し得る温度に保持されて第２ホットランナ２０、連通路３６及び分岐路３８を流動する。その後、昇温部４０を通過するが、この際の流通時間は短い。換言すれば、溶融樹脂が、射出機３２内での溶融時よりも高温となっている時間は短い。このため、溶融樹脂が物性変化を起こすことが回避されるので、十分な強度を示す成形品を得ることができる。しかも、溶融樹脂が製品部５０の端部まで到達して冷却硬化しているので、該成形品に欠陥が発生することが回避される。
【００７１】
また、溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がないので、バリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要もない。従って、型締め・型開きを行う変位機構（油圧シリンダ等）は小型のもので十分である。このため、射出成形装置１０が大型化することや、大重量化することが回避される。また、高価な変位機構が不要であるので、設備投資が高騰することも回避される。
【００７２】
しかも、本実施の形態では、多点ゲートを採用していないので、ウェルドラインが形成される懸念が払拭される。加えて、昇温部４０の温度を制御すればよいので、射出条件を設定するための試験を繰り返し行う必要がないという利点も得られる。
【００７３】
前記変位機構の作用下に可動型１４を固定型１２から離間させて型開きを行えば、成形品を露呈させることができる。成形品は、例えば、ノックアウトピン（図示せず）によって押し出され、射出成形装置１０から離間する。
【００７４】
成形品には、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８に残留して冷却硬化した樹脂が製品部位に一体的に連結したものとして得られる。このような部位は成形品の製品部位から切断され、例えば、次回の射出成形の出発原料とするべく粉砕される。
【００７５】
ここで、本実施の形態では、糸引き防止部４２を設けるようにしている。糸引き防止部４２に溶融樹脂が残留した場合、この溶融樹脂は、糸引き防止部４２に長時間残留したことによって、昇温部４０を通過したときよりも低温となっている。上記したように、糸引き防止部４２が昇温部４０に比して低温に設定されているからである。また、断熱部材７８によってスタティックミキサ５４の熱が管部材６２に伝達されることが抑制されていることも、糸引き防止部４２を昇温部４０に比して低温に保つことに寄与する。
【００７６】
このように温度が低下した溶融樹脂は、粘度が十分に低下している。しかも、糸引き防止部４２には、糸引き防止リング６６が設けられている。以上のことが相俟って、型開きの際に糸引きが発生することが防止される。
【００７７】
以上の射出成形を行った後は、図５に示すように、昇温部４０に溶融樹脂が残留することがある。この残留溶融樹脂は、次回の射出成形時に、図６に示すように、第２ホットランナ２０及び分岐路３８を通過して昇温部４０に到達した新たな溶融樹脂によってスプルー４４に押し出される。なお、残留溶融樹脂と新たに射出された溶融樹脂との区別を明確にするべく、各々の参照符号を１００、１０２とするとともに、互いに相違するハッチングを付す。
【００７８】
残留溶融樹脂１００は、後述するファウンテンフローによって一部がスプルー４４の内周壁に付着する。一方、残部は、図７に示すようにランナ４６側に向かって押し出され、その結果、図８に示すようにスラッグウェル８６及びランナ４６に貯留される。すなわち、スラッグウェル８６は、押し出された残留溶融樹脂１００を受ける。
【００７９】
新たな溶融樹脂１０２は、図９〜図１２に示すように、残留溶融樹脂１００の中央近傍を押圧しながらさらに流動する。すなわち、残留溶融樹脂１００に、中央からランナ４６の壁面に向かう流れ（ファウンテンフロー）が生じる。
【００８０】
ファウンテンフローによってランナ４６の壁面に接触した残留溶融樹脂１００は、該壁面に熱が奪取される。壁面近傍の残留溶融樹脂１００は、これにより冷却硬化し、スキン層として壁面に付着する。スプルー４４、ランナ４６、スラッグウェル８６及びゲート４８の各容積の総和が、スタティックミキサ５４の容積に比して大きく設定されているので、スキン層の形成は、最大でもゲート４８で終了する。なお、図１２においては、残留溶融樹脂１００の壁面への付着がゲート４８の上流側で終了した場合を示している。このため、図１３から諒解されるように、残留溶融樹脂１００が次回の射出成形時に製品部５０に導入されることが回避される。
【００８１】
残留溶融樹脂１００は、前回の射出成形が終了してから次回の射出成形が開始されるまで高温の昇温部４０に残留していたものであるので、これを製品部５０に導入した場合、強度が十分でない成形品が作製される懸念がある。しかしながら、本実施の形態では、残留溶融樹脂１００をスラッグウェル８６に一時的に受け、新たな溶融樹脂１０２が流動するときにファウンテンフローを生じさせてスプルー４４やランナ４６の壁面に付着したスキン層とするようにしているので、残留溶融樹脂１００が製品部５０に導入されることが回避される。このため、強度が十分でない成形品が作製される懸念が払拭される。
【００８２】
スキン層は、ランナ４６に残留した新たな溶融樹脂１０２が冷却硬化した際にこの硬化物と一体化する。上記と同様に、型開きが行われた後、該硬化物は成形品の製品部位から切断される。
【００８３】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。
【００８４】
例えば、この実施の形態では、スタティックミキサ５４に第１バンドヒータ５６を巻回することで昇温部４０を構成するようにしているが、スタティックミキサ５４にコイル型ヒータやカートリッジヒータを埋設して昇温部４０を構成するようにしてもよい。
【００８５】
また、撹拌手段はスタティックミキサ５４に特に限定されるものではなく、例えば、動力によって回転動作するスクリュであってもよい。
【００８６】
撹拌手段は必須ではなく、例えば、直径が小さいために温度ムラ幅が小さい直管を昇温部４０に用いる場合等では、撹拌手段を省略するようにしてもよい。
【００８７】
さらに、昇温部４０の残留溶融樹脂１００を、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８でスキン層にし得る場合には、スラッグウェル８６を設ける必要は特にない。
【００８８】
そして、糸引き防止部４２には、例えば、管部材６２に放熱リングを外嵌する等、放熱を促進する部材をさらに設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０…射出成形装置 １２…固定型
１４…可動型 １６、２０…ホットランナ
３２…射出機 ３４…射出ノズル
４０…昇温部 ４２…糸引き防止部
４４…スプルー ４６…ランナ
４８…ゲート ５０…製品部
５４…スタティックミキサ ５６、６４…バンドヒータ
５８…ミキシングブレード ６２…管部材
６６…糸引き防止リング ７８…断熱部材
８６…スラッグウェル １００…残留溶融樹脂
１０２…新たに射出された溶融樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型内に形成されたキャビティに溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、型内に形成されたキャビティに溶融樹脂を充填し、その後、該溶融樹脂を冷却硬化して成形品を得る一手法として周知である。
【０００３】
射出成形においては、射出機にて樹脂が溶融され、これにより得られた溶融樹脂が前記射出機から射出された後、ホットランナを流通する。溶融樹脂は、さらに、型に形成されるスプルーやゲート等を経由して製品部に導入される。ホットランナの温度は、例えば、２００℃〜２２０℃程度に保持され、一方、型の温度は略常温である。従って、キャビティに射出された溶融樹脂は該キャビティの形状に沿って変形し（すなわち、成形され）、さらに、熱が奪取されることに伴って降温することによって硬化して成形品となる。
【０００４】
このような射出成形において、製品コストの低廉化を図るべく樹脂の使用量を低減することや、ＣＯ２発生量の低減のために軽量な成形品を得ることを目的とし、厚み方向寸法（肉厚）が小さい薄肉物を作製することが試みられる。しかしながら、この場合、肉厚が大きな厚肉物を成形するときと射出条件を同一とすると、溶融樹脂の流動距離が短くなることがある。
【０００５】
このような事態が生じると、例えば、製品部の端部に溶融樹脂が到達しなくなる。すなわち、充填不良が起こり、このため、当該部位が欠落したり、いわゆるデフォームが発生したりした不良成形品が作製されてしまう。
【０００６】
この不具合を回避するべく、溶融樹脂の射出圧力を大きくすることが想起される。この場合、溶融樹脂に対する押圧力が大きくなるので、該溶融樹脂の流動距離が大きくなると期待されるからである。しかしながら、溶融樹脂の射出圧力を大きくすると、パーティング面、特にゲート近傍でバリが発生し易くなる。そこで、型締め圧力を大きくし、バリが発生するような間隙を可及的に低減することも考えられるが、大きな型締め圧力を得るためには、可動型を変位させて型締め・型開きを行う変位機構として大型のものや高出力のものが必要である。このため、射出成形装置が大型化するとともに、重量も大となってしまう。また、そのような変位機構は概して高価であるため、設備投資が高騰する。
【０００７】
以上の観点から、特許文献１では、薄肉部を有する樹脂成形品を安価な設備コストで成形するべく、型内に第１及び第２の樹脂通路を形成し、第１の樹脂通路から製品部に導入される溶融樹脂が薄肉部を形成する部位を通過した後、第２の樹脂通路に設けた弁を開き、該第２の樹脂通路から、製品部中の未充填部位に対して溶融樹脂を供給することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１記載の従来技術では、弁を開くタイミング、換言すれば、第２の樹脂通路から溶融樹脂を供給するタイミングを制御装置に記憶させるべく、溶融樹脂の射出を開始してからの経過時間と、製品部内における溶融樹脂の到達位置との関係を、試験を繰り返すことで予め求めておく必要がある。従って、煩雑であり、また、試験の実施のために長時間を要する。
【００１０】
特許文献１の段落［００２７］に記載されるように、製品部に検出手段を設け、この検出手段で溶融樹脂が所定の位置を通過したことを検出することも考えられるが、この場合、検出手段の位置に応じて溶融樹脂の射出圧力を変更しなければならない。
【００１１】
しかも、特許文献１に開示された射出成形装置は、製品部に溶融樹脂を導入するゲートが複数個存在する、いわゆる多点ゲートのものであるが、このためにウェルドラインが形成されるので、成形品の外観品質が低下する。加えて、バブルゲートを複数個設置しなければならないので、金型費が増大する。
【００１２】
そこで、射出機での樹脂の溶融温度を高温に設定することで溶融樹脂の温度を上昇させるとともに粘度を低下させ、ホットランナで高温・低粘度状態を維持した後、該溶融樹脂をキャビティに導入することも考えられる。しかしながら、本発明者の鋭意検討によれば、この場合、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して、強度が十分ではない成形品が得られることが多々ある。
【００１３】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、製品部の全体にわたって溶融樹脂を充填させることが可能であり、しかも、射出成形装置が大型化することや大重量化すること、さらには設備投資が高騰することを回避し得るとともに、十分な強度を示す成形品を得ることが可能な射出成形方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明は、型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法において、
樹脂を射出機にて溶融して得た溶融樹脂を、該射出機から射出する工程と、
ホットランナを流動する前記溶融樹脂を、前記ホットランナの一部に設けられた昇温部に通過させることによって温度上昇させ、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とする工程と、
前記温度上昇に伴って粘度が低下した前記溶融樹脂を、前記製品部に導入する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形装置において、
樹脂を溶融して溶融樹脂を得るとともに、該溶融樹脂を射出する射出機と、
前記溶融樹脂の流動通路であるホットランナと、
前記ホットランナの一部に設けられ、前記溶融樹脂を、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とするための昇温部と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
以上のように、本発明では、ホットランナを流動する溶融樹脂を昇温部に通過させて温度上昇させ、射出機内での溶融時の温度よりも高温とするとともに粘度を低下させるようにしている。このため、溶融樹脂の流動距離を大きくすることができる。
【００１７】
すなわち、例えば、製品部に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂の温度が高いために金型から熱を奪取され難いので、溶融樹脂が低粘度のまま該部位を容易に通過し、該製品部の端部まで到達する。このため、欠陥が発生することが回避された成形品を得ることができる。
【００１８】
しかも、溶融樹脂が高温に保持される時間が短いので、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して成形品が脆化することも回避される。すなわち、得られた成形品は、十分な強度を示す。
【００１９】
その上、本発明では、成形品の強度を確保するには昇温部の温度と高温に保持される時間を制御すれば十分であり、多点ゲートのように試験を繰り返して射出条件を最適化する必要もない。加えて、多点ゲートを採用する必要が特にないので、ウェルドラインが発生する懸念が払拭される。しかも、金型費が増大することもない。
【００２０】
また、この場合、溶融樹脂の流動距離を大きくするべく溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がない。このため、射出圧力を大きくすることに伴ってバリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要がないと期待される。
【００２１】
以上のような理由から、射出成形装置が大型化することや、大重量化することを回避することが図れる。また、小型の変位機構は、大型のものに比して概して安価であるため、設備投資が高騰することも回避される。
【００２２】
なお、昇温部を流動する溶融樹脂を撹拌するための撹拌手段を設けることが好ましい。この撹拌により、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避される。従って、溶融樹脂の温度、ひいては粘度が略一様となる。これにより、溶融樹脂に高粘度な部位が形成されることが回避されるので、該溶融樹脂の流動距離を大きくすることが容易となる。
【００２３】
撹拌手段の好適な例としては、スタティックミキサが挙げられる。周知のように、スタティックミキサで撹拌を行うに際しては動力を必要としないので、例えば、射出成形を行う際の消費電力が上昇することが回避される。また、スタティックミキサの形状や構造により、溶融樹脂に付与される熱の伝達と剪断力を調整することができる。このため、スタティックミキサを通過する溶融樹脂の昇温の度合いを制御することができる。さらに、溶融樹脂への剪断力を制御することができるので、射出機の射出圧力を小さくすることが可能となることから、射出機の負担を軽減することができる。
【００２４】
また、昇温部を通過した溶融樹脂が通過する糸引き防止部を設けることが好ましい。この場合、昇温部の熱が成形品に伝達されることが防止されるので、型開き時に糸引きが生じることを回避し得る。
【００２５】
１回の射出成形が終了した後、昇温部に溶融樹脂が残留することがある。この残留溶融樹脂は、次回の射出成形が行われるまで昇温部に残留するので、温度が上昇した状態を維持する。このため、残留溶融樹脂が物性変化を起こすことが懸念される。物性変化を起こした残留溶融樹脂が、次回の射出成形時に製品部に導入されると、強度が十分でない成形品や、外観品質が良好でない成形品等が得られる可能性がある。
【００２６】
この懸念を払拭するべく、昇温部から製品部に至るまでの流動通路の距離を大きくすることが考えられる。残留溶融樹脂は、新たに射出された溶融樹脂によって押し出される際にファウンテンフローを起こし、流動通路の壁面にスキン層として付着するので、流動通路の距離が大きくなれば、残留溶融樹脂の全量がスキン層となる。このため、残留溶融樹脂が製品部に導入されることが防止されるからである。しかしながら、この場合、射出成形装置が大型化してしまう。
【００２７】
そこで、前回の射出時に昇温部に残留した溶融樹脂を、次回の射出時に受けることが可能なスラッグウェルを昇温部の下流側に設けることが好ましい。この場合、流動通路の距離を大きくすることなく、残留溶融樹脂の全量を昇温部から製品部に至るまでの流動通路でスキン層とすることができる。従って、射出成形装置が大型化することがない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ホットランナを流動する溶融樹脂を昇温部に通過させて温度上昇させ、射出機内での溶融時の温度よりも高温とするとともに粘度を低下させるようにしているので、溶融樹脂の流動距離が大きくなる。従って、例えば、製品部に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂が該部位を容易に通過し、該製品部の端部まで到達するようになる。このため、欠陥が発生することが回避された成形品を得ることができる。
【００２９】
しかも、溶融樹脂が昇温部に滞在する時間が短いので、溶融樹脂が物性変化を起こすことに起因して成形品が脆化することが回避される。従って、十分な強度を示す成形品が得られる。
【００３０】
さらに、本発明においては、強度が確保された成形品を得るには昇温部の温度を制御すれば十分であるので、多点ゲートのように試験を繰り返して射出条件を最適化する必要もない。加えて、多点ゲートを採用する必要が特にないので、ウェルドラインが発生する懸念が払拭されるとともに、金型費が増大することが回避される。
【００３１】
また、本発明においては、上記したように溶融樹脂の粘度を低下させることで流動距離を大きくするようにしているので、流動距離を大きくするために溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がない。従って、射出圧力を大きくすることに伴ってバリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要がなくなると期待される。以上のような理由から、射出成形装置が大型化することや、大重量化することを回避することが図れる。また、小型の変位機構は、大型のものに比して概して安価であるため、設備投資が高騰することも回避される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形装置の要部概略縦断面図である。
【図２】図１の射出成形装置の別部位の要部概略縦断面図である。
【図３】直管内を流動する流動物の温度ムラを模式的に示した概略側面断面図である。
【図４】スタティックミキサ内の流動物の流動状態を模式的に示した概略断面側面図である。
【図５】射出成形を行った後に昇温部に溶融樹脂が残留した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図６】昇温部に残留した溶融樹脂が、新たに射出された溶融樹脂によって昇温部から押し出された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図７】昇温部に残留した溶融樹脂が、図６からさらに押し出された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図８】昇温部に残留した溶融樹脂が、図７からさらに押し出され、スラッグウェルに貯留された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図９】スラッグウェルに貯留された残留溶融樹脂の一部が、スラッグウェルから押し出されてランナに導入された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１０】残留溶融樹脂の一部が、図９からさらに押し出されてランナを流動している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１１】残留溶融樹脂の一部が、図１０からさらに押し出されてランナを流動している状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１２】残留溶融樹脂の一部が、図１１からさらに押し出されてランナを流動した後、スキン層を形成して残留した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図１３】新たに射出された溶融樹脂のみが製品部に導入された状態を示す要部概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る射出成形方法につき、それを実施する射出成形装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係る射出成形装置１０の要部概略縦断面図である。この射出成形装置１０は、固定型１２と、図示しない変位機構の作用下に固定型１２に対して接近又は離間する可動型１４とを備える。
【００３５】
固定型１２には、第１ホットランナ１６が形成された第１ホットランナブロック１８が付設される。なお、第１ホットランナブロック１８の下流側には、第２ホットランナ２０が形成された第２ホットランナブロック２２が設けられる。
【００３６】
第１ホットランナブロック１８には、タッチピース２４が設けられている。タッチピース２４には導入孔３０が貫通形成され、この導入孔３０の開口には、射出機３２の射出ノズル３４が着座する。
【００３７】
前記第１ホットランナ１６は、前記導入孔３０に連通する。また、第２ホットランナ２０は、第１ホットランナ１６に連通する連通路３６と、該連通路３６から放射状に分岐した複数個の分岐路３８とからなる。なお、図１においては、複数個の分岐路３８中、互いに略１８０°離間した２個を示している。
【００３８】
分岐路３８は、第２ホットランナ２０の末端部としての昇温部４０を経た後、さらに、糸引き防止部４２、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８（図２参照）を介して、製品部５０に連通する。
【００３９】
第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０の近傍には、図示しないヒータ等の加熱手段が設けられている。このため、第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０を流動する溶融樹脂は、例えば、２００℃〜２２０℃の間の所定温度に保たれる。
【００４０】
第２ホットランナ２０には、ホットノズル５２（図１参照）を介して分岐路３８に連なるようにして、昇温部４０が設けられる。
【００４１】
本実施の形態において、昇温部４０は、スタティックミキサ５４の外周壁に第１バンドヒータ５６が巻回されることで構成されている。スタティックミキサ５４の小径な端部５５はネジ部であり、このネジ部は、前記ホットノズル５２の端部に設けられたネジ部に螺合されている。
【００４２】
スタティックミキサ５４は、周知の通り、内部にミキシングブレード５８が設けられた管部材である。スタティックミキサ５４内を流通する溶融樹脂は、ミキシングブレード５８を通過する際、該ミキシングブレード５８の形状に沿って移動する。この移動により、溶融樹脂が撹拌される。このことから諒解されるように、スタティックミキサ５４は、動力が不要な撹拌手段である。
【００４３】
スタティックミキサ５４の外周壁に巻回された第１バンドヒータ５６は、該外周壁を介してミキシングブレード５８に熱を伝達する。従って、ミキシングブレード５８を通過する溶融樹脂にも熱が伝達され、また、ミキシングブレード５８の形状によっては剪断発熱が生じ、その結果、溶融樹脂の温度が上昇する。すなわち、昇温部４０は、該昇温部４０を流通する溶融樹脂の温度を上昇させるためのものである。なお、昇温部４０の温度は、第１熱電対６０を介して測定された値に応じて制御される。
【００４４】
昇温部４０には、糸引き防止部４２が連なる。この糸引き防止部４２は、管部材６２と、該管部材６２の外周壁に巻回された第２バンドヒータ６４と、管部材６２の内部に収容された糸引き防止リング６６とを有する。
【００４５】
スタティックミキサ５４の端部には、軸線方向に沿って陥没したネジ付段部７０が形成されている。一方、管部材６２は、小径部７２、大径部７４をスタティックミキサ５４に近接する側からこの順序で有し、スタティックミキサ５４に最近接する小径部７２が前記ネジ付段部７０に挿入されている。小径部７２にはネジ部が形成され、このネジ部は、ネジ付段部７０のネジ部に螺合される。
【００４６】
また、小径部７２の外周壁にはリング形状の断熱部材７８が外嵌され、この断熱部材７８により、スタティックミキサ５４と管部材６２との熱的遮断が図られている。すなわち、スタティックミキサ５４の熱が管部材６２に伝達されることが抑制される。
【００４７】
前記第２バンドヒータ６４は、管部材６２の大径部７４の外周壁に巻回されている。ここで、大径部７４には第２熱電対８０が接触している。第１バンドヒータ５６、第２バンドヒータ６４、第１熱電対６０及び第２熱電対８０は、図示しない制御回路に電気的に接続されており、従って、第１バンドヒータ５６及び第２バンドヒータ６４の発熱量は、第１熱電対６０及び第２熱電対８０によって検出される昇温部４０及び糸引き防止部４２の温度に対応して、制御回路の制御作用下に調節される。後述するように、糸引き防止部４２の温度は、昇温部４０に比して低温に設定される。
【００４８】
管部材６２には、大径部７４に収容凹部８２が形成される。前記糸引き防止リング６６は、この収容凹部８２に収容されている。なお、糸引き防止リング６６は、溶融樹脂の射出成形において広汎に使用されている当業者に周知のものであり、従って、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
収容凹部８２には、スプルー４４が形成されたノズルチップ８４も収容される。なお、ノズルチップ８４の外径は略一定であるが、該ノズルチップ８４の内部に形成されたスプルー４４は、管部材６２に近接する側（上流側）の端部から離間する側（下流側）の端部に向かってテーパー状に拡径している。
【００５０】
可動型１４には、スプルー４４の軸線方向に沿って延在するスラッグウェル８６が形成される。このスラッグウェル８６の容積と、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８の各容積との総和は、スタティックミキサ５４の容積に比して大きく設定される。従って、スタティックミキサ５４に残留した溶融樹脂は、次回の射出成形時、その全量がスプルー４４、スラッグウェル８６、ランナ４６及びゲート４８でスキン層となる。
【００５１】
スラッグウェル８６には、ランナ４６が連通する。ここで、ランナ４６の軸線方向は、スプルー４４の軸線方向に対して略直交している。このため、スプルー４４から導出された溶融樹脂の流動方向は、ランナ４６によって変換される。
【００５２】
ランナ４６の下流には、図２に示すように、該ランナ４６に連通するゲート４８と、該ゲート４８を介してランナ４６に連通する製品部５０とが形成される。上記したように、製品部５０は、固定型１２と可動型１４との合わせ面に位置している。
【００５３】
図１及び図２においては、理解を容易にするために昇温部４０やスプルー４４、ランナ４６等を拡大して示しているが、図１及び図２の縮尺は実際の寸法に対応するものではない。例えば、スタティックミキサ５４の軸線方向寸法（長さ）は、実際には、分岐路３８及び第２ホットランナ２０に比して著しく小さく設定される。すなわち、スタティックミキサ５４における溶融樹脂の流動距離は、分岐路３８及び第２ホットランナ２０における溶融樹脂の流動距離に比して小さい。
【００５４】
本実施の形態に係る射出成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、該射出成形装置１０にて実施される射出成形方法との関係で説明する。
【００５５】
射出成形を行うに際しては、先ず、図示しない前記変位機構の作用下に可動型１４を固定型１２に向けて変位させ、型締めを行う。その前又は後に、射出機３２内にて所定の温度で樹脂を溶融し、溶融樹脂を得る。
【００５６】
次に、射出機３２の射出ノズル３４から溶融樹脂を射出する。射出された溶融樹脂は、タッチピース２４に形成された導入孔３０を経由して第１ホットランナ１６に到達し、その後、第２ホットランナ２０の連通路３６を経て分岐路３８に至る。溶融樹脂は、複数個の分岐路３８の各々に沿ってさらに流動する。
【００５７】
上記したように第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０は、図示しない加熱手段（ヒータ等）によって加熱されており、このため、溶融樹脂は、溶融時の温度に略保持された状態で、第１ホットランナ１６及び第２ホットランナ２０を流動する。勿論、この温度は、溶融樹脂が冷却硬化して成形品となったときに十分な強度を確保し得る温度である。
【００５８】
溶融温度ないし保持温度は、溶融樹脂の種類に応じて設定されるが、概ね２００℃〜２２０℃の間、一層好適には２０５℃〜２１５℃の間である。
【００５９】
第２ホットランナ２０の分岐路３８を流動した溶融樹脂は、ホットノズル５２から、昇温部４０を構成するスタティックミキサ５４の内部に導出される。ここで、スタティックミキサ５４には、該スタティックミキサ５４内が射出機３２における溶融時の温度に比して高温となるように、第１バンドヒータ５６からの熱が伝達される。従って、ミキシングブレード５８を通過する溶融樹脂にも熱が伝達され、その結果、溶融樹脂は、射出機３２内で溶融したとき、ないし分岐路３８を流動したときの温度に比して高温となり、これに伴って粘度が低下する。
【００６０】
なお、スタティックミキサ５４の設定温度は、射出機３２内の溶融温度に比して１０℃〜１５０℃程度高温が好適であり、２０℃〜１００℃程度高温が一層好適である。この程度の温度であれば、強度が不十分な成形品が作製されることが回避される。
【００６１】
溶融樹脂は、ミキシングブレード５８を通過する際に剪断力を受けることに伴って熱を帯びる。すなわち、ミキシングブレード５８を通過することのみでも溶融樹脂の温度が上昇する。この温度上昇幅が十分であれば、スタティックミキサ５４の設定温度を、射出機３２内の溶融温度と同一にしてもよい。
【００６２】
射出機３２内での溶融温度を、樹脂の溶融に必要最低限に設定するとともに、昇温部４０の温度を、溶融樹脂が製品部５０の全体に充填されるに必要な粘度にし得る必要最低限に設定することにより、射出成形装置１０の電力消費量を抑制することができる。
【００６３】
ここで、昇温部４０に単純な直管９０が配置されている場合（図３参照）、実際には、直管９０の内部に温度ムラが生じる。すなわち、内周壁に近い箇所では温度が高く、直径中心近傍では温度が低くなる。このため、直管９０内を流動する溶融樹脂にも温度ムラが生じるので、直管９０内の場所に関わらず溶融樹脂の粘度を均等にすることが容易でなくなる懸念がある。
【００６４】
これに対し、スタティックミキサ５４を設けた本実施の形態においては、図４に示すように、溶融樹脂がミキシングブレード５８を通過することに伴って、内周壁に近い溶融樹脂が直径中心に向かって移動するとともに、直径中心に近い溶融樹脂が内周壁に向かって移動する。このため、熱源である第１バンドヒータ５６に近接して比較的高温となった溶融樹脂と、第１バンドヒータ５６から離間して比較的低温である溶融樹脂とが連続的に混じり合いながらスタティックミキサ５４を流動していくことになる。従って、溶融樹脂に温度ムラが生じることが回避され、その結果、部位に関わらず温度が略均等な、換言すれば、粘度が略一様な溶融樹脂が得られる。
【００６５】
しかも、出発材料が、例えば、マスターバッチ材料やメタリック原着材料であっても、スタティックミキサ５４の撹拌によって十分に分散されるので、外観品質に優れた成形品を得ることができる。また、初回の射出成形を行った後、色や出発材料の種類を変更して第２回の射出成形を行う際、初回の射出成形時に射出された溶融樹脂が残留して新たに射出された溶融樹脂に混入したとしても、両溶融樹脂がスタティックミキサ５４によって十分に撹拌されるため、例えば、残留した溶融樹脂に起因する筋状の外観不良等が成形品に発生し難い。このため、不良品の発生数を低減することができる。
【００６６】
加えて、スタティックミキサ５４を採用する場合、撹拌を行うための動力を設ける必要がない。このため、射出成形装置１０の構成が複雑となることが回避されるとともに、金型投資が高騰することが回避される。また、消費電力が多くなることもない。
【００６７】
昇温部４０を通過した溶融樹脂は、糸引き防止部４２に導入される。この糸引き防止部４２は、昇温部４０に比して５０℃〜１００℃、典型的には約８０℃程度低温に設定される。しかしながら、管部材６２の長さはスタティックミキサ５４に比して著しく小さく、また、管部材６２にミキシングブレード５８が存在しないので、糸引き防止部４２を流動する溶融樹脂は、ほとんど温度降下を起こすことなく糸引き防止リング６６からスプルー４４に導出される。
【００６８】
溶融樹脂は、スプルー４４を通過した後、ランナ４６及びゲート４８（図２参照）を経て製品部５０に導入される。ここで、上記したように、溶融樹脂は昇温部４０によって昇温されることで粘度が低下している。従って、流動距離が大きくなり、このため、製品部５０に薄肉部を形成する部位が存在する場合であっても、溶融樹脂は、該部位を容易に通過して製品部５０の端部まで到達する。
【００６９】
製品部５０は、通常、略常温となるように温度調整されている。従って、製品部５０に導入された溶融樹脂は、熱が奪取されることに伴って冷却硬化する。これにより、成形品が得られるに至る。
【００７０】
溶融樹脂は、昇温部４０に導入される前、冷却硬化して成形品となったときに十分な強度を確保し得る温度に保持されて第２ホットランナ２０、連通路３６及び分岐路３８を流動する。その後、昇温部４０を通過するが、この際の流通時間は短い。換言すれば、溶融樹脂が、射出機３２内での溶融時よりも高温となっている時間は短い。このため、溶融樹脂が物性変化を起こすことが回避されるので、十分な強度を示す成形品を得ることができる。しかも、溶融樹脂が製品部５０の端部まで到達して冷却硬化しているので、該成形品に欠陥が発生することが回避される。
【００７１】
また、溶融樹脂の射出圧力を大きくする必要がないので、バリが発生することを回避するべく型締め圧力を大きくする必要もない。従って、型締め・型開きを行う変位機構（油圧シリンダ等）は小型のもので十分である。このため、射出成形装置１０が大型化することや、大重量化することが回避される。また、高価な変位機構が不要であるので、設備投資が高騰することも回避される。
【００７２】
しかも、本実施の形態では、多点ゲートを採用していないので、ウェルドラインが形成される懸念が払拭される。加えて、昇温部４０の温度を制御すればよいので、射出条件を設定するための試験を繰り返し行う必要がないという利点も得られる。
【００７３】
前記変位機構の作用下に可動型１４を固定型１２から離間させて型開きを行えば、成形品を露呈させることができる。成形品は、例えば、ノックアウトピン（図示せず）によって押し出され、射出成形装置１０から離間する。
【００７４】
成形品には、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８に残留して冷却硬化した樹脂が製品部位に一体的に連結したものとして得られる。このような部位は成形品の製品部位から切断され、例えば、次回の射出成形の出発原料とするべく粉砕される。
【００７５】
ここで、本実施の形態では、糸引き防止部４２を設けるようにしている。糸引き防止部４２に溶融樹脂が残留した場合、この溶融樹脂は、糸引き防止部４２に長時間残留したことによって、昇温部４０を通過したときよりも低温となっている。上記したように、糸引き防止部４２が昇温部４０に比して低温に設定されているからである。また、断熱部材７８によってスタティックミキサ５４の熱が管部材６２に伝達されることが抑制されていることも、糸引き防止部４２を昇温部４０に比して低温に保つことに寄与する。
【００７６】
このように温度が低下した溶融樹脂は、粘度が十分に低下している。しかも、糸引き防止部４２には、糸引き防止リング６６が設けられている。以上のことが相俟って、型開きの際に糸引きが発生することが防止される。
【００７７】
以上の射出成形を行った後は、図５に示すように、昇温部４０に溶融樹脂が残留することがある。この残留溶融樹脂は、次回の射出成形時に、図６に示すように、第２ホットランナ２０及び分岐路３８を通過して昇温部４０に到達した新たな溶融樹脂によってスプルー４４に押し出される。なお、残留溶融樹脂と新たに射出された溶融樹脂との区別を明確にするべく、各々の参照符号を１００、１０２とするとともに、互いに相違するハッチングを付す。
【００７８】
残留溶融樹脂１００は、後述するファウンテンフローによって一部がスプルー４４の内周壁に付着する。一方、残部は、図７に示すようにランナ４６側に向かって押し出され、その結果、図８に示すようにスラッグウェル８６及びランナ４６に貯留される。すなわち、スラッグウェル８６は、押し出された残留溶融樹脂１００を受ける。
【００７９】
新たな溶融樹脂１０２は、図９〜図１２に示すように、残留溶融樹脂１００の中央近傍を押圧しながらさらに流動する。すなわち、残留溶融樹脂１００に、中央からランナ４６の壁面に向かう流れ（ファウンテンフロー）が生じる。
【００８０】
ファウンテンフローによってランナ４６の壁面に接触した残留溶融樹脂１００は、該壁面に熱が奪取される。壁面近傍の残留溶融樹脂１００は、これにより冷却硬化し、スキン層として壁面に付着する。スプルー４４、ランナ４６、スラッグウェル８６及びゲート４８の各容積の総和が、スタティックミキサ５４の容積に比して大きく設定されているので、スキン層の形成は、最大でもゲート４８で終了する。なお、図１２においては、残留溶融樹脂１００の壁面への付着がゲート４８の上流側で終了した場合を示している。このため、図１３から諒解されるように、残留溶融樹脂１００が次回の射出成形時に製品部５０に導入されることが回避される。
【００８１】
残留溶融樹脂１００は、前回の射出成形が終了してから次回の射出成形が開始されるまで高温の昇温部４０に残留していたものであるので、これを製品部５０に導入した場合、強度が十分でない成形品が作製される懸念がある。しかしながら、本実施の形態では、残留溶融樹脂１００をスラッグウェル８６に一時的に受け、新たな溶融樹脂１０２が流動するときにファウンテンフローを生じさせてスプルー４４やランナ４６の壁面に付着したスキン層とするようにしているので、残留溶融樹脂１００が製品部５０に導入されることが回避される。このため、強度が十分でない成形品が作製される懸念が払拭される。
【００８２】
スキン層は、ランナ４６に残留した新たな溶融樹脂１０２が冷却硬化した際にこの硬化物と一体化する。上記と同様に、型開きが行われた後、該硬化物は成形品の製品部位から切断される。
【００８３】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。
【００８４】
例えば、この実施の形態では、スタティックミキサ５４に第１バンドヒータ５６を巻回することで昇温部４０を構成するようにしているが、スタティックミキサ５４にコイル型ヒータやカートリッジヒータを埋設して昇温部４０を構成するようにしてもよい。
【００８５】
また、撹拌手段はスタティックミキサ５４に特に限定されるものではなく、例えば、動力によって回転動作するスクリュであってもよい。
【００８６】
撹拌手段は必須ではなく、例えば、直径が小さいために温度ムラ幅が小さい直管を昇温部４０に用いる場合等では、撹拌手段を省略するようにしてもよい。
【００８７】
さらに、昇温部４０の残留溶融樹脂１００を、スプルー４４、ランナ４６及びゲート４８でスキン層にし得る場合には、スラッグウェル８６を設ける必要は特にない。
【００８８】
そして、糸引き防止部４２には、例えば、管部材６２に放熱リングを外嵌する等、放熱を促進する部材をさらに設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０…射出成形装置 １２…固定型
１４…可動型 １６、２０…ホットランナ
３２…射出機 ３４…射出ノズル
４０…昇温部 ４２…糸引き防止部
４４…スプルー ４６…ランナ
４８…ゲート ５０…製品部
５４…スタティックミキサ ５６、６４…バンドヒータ
５８…ミキシングブレード ６２…管部材
６６…糸引き防止リング ７８…断熱部材
８６…スラッグウェル １００…残留溶融樹脂
１０２…新たに射出された溶融樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法において、
樹脂を射出機にて溶融して得た溶融樹脂を、該射出機から射出する工程と、
ホットランナを流動する前記溶融樹脂を、前記ホットランナの一部に設けられた昇温部に通過させることによって温度上昇させ、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とする工程と、
前記温度上昇に伴って粘度が低下した前記溶融樹脂を、前記製品部に導入する工程と、
を有することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形方法において、前記昇温部を流動する前記溶融樹脂を撹拌手段によって撹拌することを特徴とする射出成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の射出成形方法において、前記昇温部を通過した前記溶融樹脂を、糸引き防止部に通過させることを特徴とする射出成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形方法において、前記昇温部の下流側にスラッグウェルを設け、前回の射出時に前記昇温部に残留した前記溶融樹脂を、次回の射出時に前記スラッグウェルで受けることを特徴とする射出成形方法。
【請求項５】
型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形装置において、
樹脂を溶融して溶融樹脂を得るとともに、該溶融樹脂を射出する射出機と、
前記溶融樹脂の流動通路であるホットランナと、
前記ホットランナの一部に設けられ、前記溶融樹脂を、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とするための昇温部と、
を有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項６】
請求項５記載の射出成形装置において、前記昇温部を流動する前記溶融樹脂を撹拌する撹拌手段をさらに有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項７】
請求項６記載の射出成形装置において、前記撹拌手段がスタティックミキサであることを特徴とする射出成形装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の射出成形装置において、前記昇温部の下流側に糸引き防止部が設けられていることを特徴とする射出成形装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の射出成形装置において、前記昇温部の下流側にスラッグウェルが設けられていることを特徴とする射出成形装置。
【請求項１】
型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形方法において、
樹脂を射出機にて溶融して得た溶融樹脂を、該射出機から射出する工程と、
ホットランナを流動する前記溶融樹脂を、前記ホットランナの一部に設けられた昇温部に通過させることによって温度上昇させ、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とする工程と、
前記温度上昇に伴って粘度が低下した前記溶融樹脂を、前記製品部に導入する工程と、
を有することを特徴とする射出成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形方法において、前記昇温部を流動する前記溶融樹脂を撹拌手段によって撹拌することを特徴とする射出成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の射出成形方法において、前記昇温部を通過した前記溶融樹脂を、糸引き防止部に通過させることを特徴とする射出成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形方法において、前記昇温部の下流側にスラッグウェルを設け、前回の射出時に前記昇温部に残留した前記溶融樹脂を、次回の射出時に前記スラッグウェルで受けることを特徴とする射出成形方法。
【請求項５】
型内に形成された製品部に溶融樹脂を充填することで成形品を得る射出成形装置において、
樹脂を溶融して溶融樹脂を得るとともに、該溶融樹脂を射出する射出機と、
前記溶融樹脂の流動通路であるホットランナと、
前記ホットランナの一部に設けられ、前記溶融樹脂を、前記射出機内での溶融時の温度よりも高温とするための昇温部と、
を有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項６】
請求項５記載の射出成形装置において、前記昇温部を流動する前記溶融樹脂を撹拌する撹拌手段をさらに有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項７】
請求項６記載の射出成形装置において、前記撹拌手段がスタティックミキサであることを特徴とする射出成形装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の射出成形装置において、前記昇温部の下流側に糸引き防止部が設けられていることを特徴とする射出成形装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の射出成形装置において、前記昇温部の下流側にスラッグウェルが設けられていることを特徴とする射出成形装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６３７０（Ｐ２０１３−６３７０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１１９０（Ｐ２０１１−１４１１９０）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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