JPH11320623A - 中空射出成形装置および中空射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスなどの加圧流体を効率よく安定して注入
することにより、成形品の寸法の安定性を高めること。 【解決手段】 電気抵抗体によってセンターピン２１の
先端部を形成し、その先端部を通電して発熱させること
により、加圧流体としてのガスの注入口に位置する溶融
樹脂を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスなどの加圧流
体を圧入することによって、金型キャビティー内の未固
化の樹脂中に中空部を形成する中空射出成形装置、およ
び中空射出成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のいわゆるガスアシスト成
形において、加圧流体としてのガスの注入口構造は、２
つに大別される。１つは、特開昭６４−１４０１２号公
報などに記載されている逆止弁方式であり、溶融樹脂の
逆流を防ぎ、ガスの射出時に、ガス圧で逆止弁を押し
て、逆止弁の位置まで充填されている溶融樹脂を吹き飛
ばし、その溶融樹脂の中にガスを通して中空部を形成す
るものである。

【０００３】しかし、この逆止弁方式は、成形回数を重
ねるにつれて、溶融樹脂が逆止弁の作動に影響を与え、
逆止弁の作動不良を起こすおそれがある。また、逆止弁
に接触している溶融樹脂が固化しないように、逆止弁を
内蔵しているスリーブをヒータ等で温度上昇させること
が必要になり、しかも、その温度上昇が一定せずに、ガ
ス射出の安定性を困難にしていた。

【０００４】もう１つの方式は、特開平５−１７７６６
７号公報などに記載されているピン方式であり、センタ
ーピンとスリーブピンとの間に、樹脂が逆流しないよう
なクリアランスを設け、そのクリアランスを通じて、ガ
スを成形品内部の溶融プラスチック内へ導入するもので
ある。

【０００５】このピン方式は、逆止弁方式に比べ、作動
不良などの問題もなく、ピン先端の加熱も不要であるな
どのメリットがある。

【０００６】しかし、実際に、成形品内部へのガスの入
り方を確認すると、成形ショットの違いにより、ガスの
導入される位置が一定しないことが確認されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ガスアシスト成形法によるプラスチック中空成形品は、
通常の射出成形によるプラスチック成形品に比べ、プラ
スチック成形品の特徴である「そり変形」を低減させる
ものとして、期待されている。ガスアシスト成形法なら
びに中空成形品のメリットは、他に、中空部を形成する
ことによる材料費低減、局部的な外観不良（ひけなど）
を改善するなどが挙げられる。しかし、その一方、プラ
スチック成形用の溶融樹脂内部へのガスの入り方の違い
により、成形品の寸法の安定性が損なわれるという新た
な問題が生じてきた。

【０００８】従来のピン方式において、溶融樹脂へのガ
スの入り方を確認すると、図１のようになる。図１にお
いて、１１はガス注入針のセンターピン、１２はセンタ
ーピンと嵌合するスリーブピン、１３は成形品のキャビ
ティーを構成する金型、１４はキャビティーに充填され
ている溶融樹脂である。１５は、溶融樹脂１４内へ導入
されるガスであり、その入り方向を矢印によって示す。

【０００９】このようなピン方式において、ガス射出さ
れたガス１５が溶融樹脂１４内を流動する際において、
次のように２つの問題がある。

【００１０】第１の問題：樹脂１４の溶融層まで到達す
る過程にロスがあること 第２の問題：両サイドからのガス１５が独立して、樹脂
１４内を流動してしまう ここで、ガスの流れについて考察すると、ガス１５は溶
融状態の樹脂１４の圧力が低いところに流れやすい。つ
まり、樹脂１４の温度が高く、密度が低い所にガス１５
が流れやすいことになる。

【００１１】通常、溶融樹脂１４がキャビティーに流れ
込むと、金型１３の温度の影響により、その金型１３に
接触した樹脂１４の表面層が急速に固化していくのに対
し、キャビティーの板厚方向における樹脂１４の中心層
の固化速度は遅い。ガス１５が最も流れやすいのは、そ
の樹脂１４の中心層における未固化部分となる。

【００１２】しかし、図１の従来のピン方式の場合、ガ
ス１５は、樹脂１４の中心層における未固化部分に到達
するまでの間に、樹脂１４の固化層を突き破らなければ
ならない。その際、その樹脂１４の固化層を突き破るだ
けのガス圧が要求されるため、樹脂１４の溶融層に流れ
込むために本来必要とされるガス圧よりも高いガス圧が
必要となる。仮りに、その必要とされるガス圧よりも低
圧であった場合には、ガス１５は、樹脂１４の固化層を
十分に突き破らず、全く不確定な経路を経て溶融層に到
達したり、もしくは未固化の樹脂１４にガス１５が十分
に到達せず、ガス漏れなどが起こったりする。このよう
な状況では、成形品内でのガス１５の安定した充填は保
証されず、成形品の品質の安定性が維持されない。

【００１３】さらに、ピン１１のクリアランスから射出
されるガスがそれぞれ別の動きをするならば、不確定な
要素がさらに増え、安定した品質の製品が得られなくな
る。

【００１４】加圧流体としてのガスの入り方として、特
に、ガスを未固化の樹脂内に導入せしめる導入口を成す
注入針からのガス圧の安定性がガスの入り方（中空部の
でき方）、さらに、成形品の寸法安定性に大きく影響を
及ぼしていることが明らかになりつつある。

【００１５】しかし、従来のガス注入針構造は、ガスの
入り方が安定せず、また、樹脂の逆流、ガス漏れ、ガス
回収の速さなどに言及したものがあるものの、ガスの入
り方の安定性に言及したものはなかった。

【００１６】本発明の目的は、ガスなどの加圧流体を効
率よく安定して注入することにより、成形品の寸法の安
定性を高めることができる中空射出成形装置および中空
射出成形方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の中空射出成形装
置は、金型キャビティー内の未固化の樹脂中に加圧流体
注入口から加圧流体を注入して、前記樹脂に中空部を形
成してから、前記樹脂を冷却固化させて取り出す中空射
出成形装置において、前記加圧流体注入口に接続され
て、内部に前記加圧流体を通す加圧流体通路を形成する
スリーブピンと、前記スリーブピンの内部に移動自在に
配備されて、移動位置に応じて前記加圧流体通路を開閉
し、かつ先端部によって、前記加圧流体注入口に位置す
る前記樹脂を加熱可能なセンターピンと、前記センター
ピンを移動させる移動手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１８】本発明の中空射出成形方法は、金型キャビ
ティー内の未固化の樹脂中に加圧流体注入口から加圧流
体を注入して、前記樹脂に中空部を形成してから、前記
樹脂を冷却固化させて取り出す中空射出成形方法におい
て、前記加圧流体注入口に接続されたスリーブピンの内
周面と、該スリーブピンの内部に位置するセンターピン
の外周面との間に形成される加圧流体通路を通して、前
記加圧流体注入口に前記加圧流体を注入し、前記加圧流
体の注入時に、前記センターピンの先端部によって、前
記加圧流体注入口に位置する前記樹脂を加熱することを
特徴とする。

【００１９】本発明では、樹脂の溶融層にいかに低圧で
加圧流体を導入し、安定したガスなどの加圧流体の射出
を実現できるかを狙ったものである。

【００２０】ガスなどの加圧流体の安定した注入には、
下記の条件が必要となってくる。

【００２１】１：加圧流体の注入時に、その注入口に位
置する樹脂が固化していないこと。

【００２２】２：加圧流体の注入以前は、未固化の樹脂
が注入口の位置を通過しても注入口内部に樹脂が漏れな
いこと。

【００２３】３：加圧流体が未固化の樹脂に集中して向
かうこと。

【００２４】４：加圧流体の保圧が十分行われること。

【００２５】５：樹脂冷却後の加圧流体ガス排出時に、
その加圧流体を十分に排出できること本発明は上記の条
件を満たすものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図２
から図６に基づいて説明する。

【００２７】図２に、本発明における加圧流体としての
ガスの注入口の構造を示す。そのガス注入口の主たる特
徴は、２つのポイントからなっている。

【００２８】まず、第１のポイントは、センターピン２
１とスリーブピン２２との寸法関係および位置関係にあ
る。センターピン２１は、その先端が円錐形状等の凸形
状を成しており、その胴部の外径は、それと嵌合するス
リーブピン２２の内径よりも３０μｍ以上小さくなって
いる。これは、加圧流体としてのガスを十分な圧力で樹
脂中に注入するための最小の隙間である。無論、スリー
ブピン２２の断面形状を円形としない、いわゆる２方取
りやＤカット等の方法を用いても良いが、ガスの充填の
均一性を考慮すると、本例のようにセンターピン２１と
スリーブピン２２の間に、周方向において均一なクリア
ランスを形成する方が好ましい。このセンターピン２１
は、装置２７によって上下動作される構成になってい
る。ガス遮断時は、センターピン２１が上死点に位置
し、その円錐状の凸部を成す先端部２１４（図５参照）
がスリーブピン２２の縮径した先端部２２１と嵌合し
て、それら間がガスの遮断が可能なクリアランス１０μ
ｍ以下になる。図２中の圧縮流体出入り口２２４から送
り込まれた圧縮流体としてのガスは、センターピン２１
の外周面に沿って先端部２１４に進み、そしてスリーブ
ピン２２の先端部２２１ののテーパ部にて、中心に向か
うように流れの方向が変更される。このような構造およ
び寸法関係により、スリーブピン２２を通して入ってく
る圧縮流体としてのガスは、スリーブピン２２の全周方
向から均一に、そのスリーブピン２２の先端部２２１、
すなわち樹脂へのガスの注入口の中央に向って導かれる
ことになる。

【００２９】第２の特徴は、センターピン２１の凸状の
先端部２１４が電気的に発熱可能な電気抵抗を有してい
ることである。これは、射出された樹脂をガス注入時に
おいて、準溶融状態とするためである。つまり、前述し
たように、ガス注入口に位置する樹脂が固化してしまっ
た場合には、その固化層を突き破って内部にガスを導く
ために、多大なエネルギーが必要となってガスの注入が
安定しない現象が起きる。そこで、このような問題を解
決すべく、樹脂射出時に、センターピン２１の先端部２
１４の温度を樹脂のガラス転移点以上になるように加熱
して、他の注入口近傍の樹脂は固化してもセンターピン
２１の先端部２１４との対向位置においては樹脂を流動
状態に保つことにより、その流動状態の樹脂の部分から
集中的かつ安定的にガスを注入する構造になっている。
図２において、１４１は樹脂の固化層、１４２は樹脂の
準流動状態の部分である。

【００３０】このように、集中的かつ安定的にガスをセ
ンターピン２１の先端部２１４に導き、さらに、その先
端部２１４に接する樹脂を準流動状態とすることによ
り、その準流動状態にある樹脂部からの低圧ガスの安定
的な注入が達成可能となる。さらに、ガス漏れが生じず
らくなって安定することにもなる。

【００３１】ちなみに、従来の方式の場合は、図１のよ
うに、ガス１５がピン１１，１２に近い位置を通って注
入されるため、スリーブピン１２と金型１３からガス漏
れが起こり易かった。しかし、本発明の実施形態の場合
では、図２のように、ピン２１の中心方向へガスが誘導
されることと、ガスの注入部における樹脂が溶融状態に
なっているため、この樹脂部分からのみガスが注入され
て、ガス漏れの可能性が極めて小さくなる。

【００３２】図３は、ガス注入成形の作業手順を説明す
るためのフローチャートである。

【００３３】まず、ステップＳ１にて、プラスチック成
形用の溶融樹脂のキャビティー内への充填が行われる。
その樹脂充填完了後、わずかな時間でガス射出が行われ
る（ステップＳ２）。このガスの射出のタイミングは重
要であり、一般に射出遅延時間と称され、樹脂充填完了
前後ほぼ同タイミングが望ましい。ガスの注入タイミン
グは、キャビティー内に溶融樹脂を射出中または射出後
であってもよい。溶融樹脂は、キャビティーに入った
後、すぐに固化が進んでしまうため、ガスの射出タイミ
ングを逸すると、ガス圧を非常に高くしなければ、ガス
の充填が十分でなくなってしまう。しかし、本例では、
電気供給装置２６からの電力によって先端部２４を発熱
させて、センターピン２１の先端部２１４近傍の樹脂を
ガラス移転点以上に加熱することにより、その部分の樹
脂の固化が進まない状態とされて、前述したような樹脂
の固化層を破るための余分なガス圧が不要となる。

【００３４】次のステップＳ３において、ガスによる樹
脂中空部への保圧がなされる。ガス注入部のシール能力
が低いと、ガス漏れが生じ易くなる。そこで、本例で
は、センターピン２１を再度上死点に動かして、ガスの
完全なシールを期すようになっている。

【００３５】次のステップＳ４にて、ガスの回収が行わ
れる。この回収時は、センターピン２１を下死点にまで
下げることにより、十分なガスの排出を可能とする。樹
脂の冷却は、ステップＳ３，Ｓ４の過程で行われる。

【００３６】以上の過程を経た後、ステップＳ５にて成
形品の取り出しが行われる。

【００３７】ここで、センターピン２１の構造を図４に
示す。

【００３８】本例のセンターピン２１は、３つの構造体
２１１，２１２，２１４からなっている。２１１，２１
２は、導通体としての第１，第２のピン本体であり、２
１４は、通電により発熱可能な抵抗値を有する凸形状の
発熱体としての先端部である。第１，第２の本体２１
１，２１２は、嵌合絶縁部２１３において嵌合し、かつ
電気的に絶縁されている。本体２１１，２１２は、その
嵌合絶縁部２１３にて、径方向に相対的に固定されてい
る。発熱体としての先端部２１４は、第１，第２の本体
２１１，２１２に接合されている。さらに、センターピ
ン２１全体は、電気配線２６１との接続部以外が全て外
周絶縁部２１５によって絶縁されている。先端部２１４
は、電気配線部２６１から供給された電力により発熱し
て、その温度を保つことが可能となっている。先端部２
１４の温度を確認するために、その近傍に温度センサー
を配置してもよい。その温度センターの配置スペースが
取れない場合は、先端部２１４の通電時間と温度との関
係を予め確認しておいて、その通電時間で温度を管理す
ることも可能である。

【００３９】次に、センターピン２１の製作工程につい
て説明する。図６は、センターピン２１の製作工程を説
明するためのフローチャート、図７（ａ），（ｂ）は、
その工程中における斜視図である。

【００４０】まず、２つ割り構造になっている本体素材
２１１，２１２の嵌合部を仕上げ、その嵌合部の部分に
絶縁処理を施す（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）。
次に、２つのブランク（本体素材２１１′，２１２′）
を組合わせて、センターピン２１の先端部の凸部以外の
外形を仕上げる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。次に、先
端部に、電気抵抗を有する先端部素材を接合し、その形
状を仕上げて先端部２１４とする（ステップＳ１６，Ｓ
１７）。最後に、全体を絶縁処理して電気のリード線
（電気配線２６１）を付ける（ステップＳ１８，Ｓ１
９）。

【００４１】その後、以上のように製作し、センターピ
ン２１をスリーブピン２２に組込み、上下駆動装置２７
を装着し、電気および圧縮流体の供給を可能にして、金
型１３に組込みことにより注入構造を完成する。

【００４２】

【実施例】（実施例１）図２のガス注入口の構造を用
い、樹脂（本例は、ＡＢＳを使用）射出時に、その樹脂
のガラス転移点以上の温度に、センターピン２１の発熱
体としての先端部２１４を保った（本例は、１５０℃に
保つために２４Ｖの電流を１０秒間流した）。樹脂射出
後に、センターピン２１をピン動作装置２７により下げ
ると同時に、ガスなどの圧縮流体をセンターピン２１と
スリーブピン２２との間隙に圧縮流体出入り口２２４か
ら圧縮流体を供給した。その圧縮流体は、センターピン
２１とスリーブピン２２との間隙部２２２をセンターピ
ン２１の周方向に沿って均一に上昇してから、スリーブ
ピン２１の先端部２２１のテーパによって、流れの方向
がセンターピン２１の軸心方向に変更され、その後、セ
ンターピン２１の先端部２１４近傍の準流動状態にある
樹脂部に集中的に注入されていった。その後の保圧過程
においては、センターピン２１を上死点に戻して、圧縮
流体が漏れないようにシールする。この時、センターピ
ン２１の先端部２１４には電流を流さずに、その温度を
下げるのが望ましい。冷却工程が終了した時点で、再度
センターピン２１を下死点まで下げて、成形品内部の圧
縮流体を外部に排出する。以上の工程でガスの注入から
排出工程が完了する。

【００４３】図４，図５の形状のセンターピン２１を用
いてガス成形を行った時のガス圧力は、７０ｋｇ／ｃｍ
² であった。このようなセンターピン２１を用いること
により、ガス圧力を低くすることが可能となった。図１
のような従来のセンターピン１１を用いた場合には、１
００ｋｇｆ／ｃｍ² 以下のガス圧による成形は困難であ
った。図２のガス注入口の構造を用いることにより、そ
れよりもはるかに少ないガス圧（８０ｋｇｆ／ｃｍ² 以
下）での成形が可能となった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ガスな
どの加圧流体の注入口に位置する溶融樹脂をセンターピ
ンの先端によって加熱して、低圧による加圧流体の注入
を可能とすることができる。さらに、加圧流体を注入口
の中央に向って導くようにして注入することにより、そ
の加圧流体をより効率よく集中的に注入することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のガスの注入口構造を説明するための断面
図である。

【図２】本発明の成形装置におけるガスの注入口構造を
説明するための断面図である。

【図３】本発明の成形装置における成形作業を説明する
ためのフローチャートである。

【図４】図３におけるセンターピンの底面図である。

【図５】図３におけるセンターピンの縦断面図である。

【図６】図３におけるセンターピンの製作手順を説明す
るためのフローチャートである。

【図７】（ａ），（ｂ）は、それぞれ図３におけるセン
ターピンの異なる製作段階における斜視図である。

【符号の説明】

１３ 金型 ２１ センターピン ２２ スリーブピン ２６ 電気供給装置 ２７ センターピン上下駆動装置 ２１１，２１２ ピン本体 ２１３ 嵌合絶縁部 ２１４ 先端部 ２１５ 外周絶縁部 ２２１ 先端部 ２２２ 隙間 ２２３ 嵌合部 ２２４ 圧縮流体出入り口 ２６１ 電気配線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型キャビティー内の未固化の樹脂中に
   加圧流体注入口から加圧流体を注入して、前記樹脂に中
   空部を形成してから、前記樹脂を冷却固化させて取り出
   す中空射出成形装置において、 前記加圧流体注入口に接続されて、内部に前記加圧流体
   を通す加圧流体通路を形成するスリーブピンと、 前記スリーブピンの内部に移動自在に配備されて、移動
   位置に応じて前記加圧流体通路を開閉し、かつ先端部に
   よって、前記加圧流体注入口に位置する前記樹脂を加熱
   可能なセンターピンと、 前記センターピンを移動させる移動手段とを備えたこと
   を特徴とする中空射出成形装置。
2. 【請求項２】 前記センターピンの先端部は、前記加圧
   流体注入口に位置する前記樹脂を流動状態を保つ温度に
   加熱することを特徴とする請求項１に記載の中空射出成
   形装置。
3. 【請求項３】 前記センターピンは、通電されることに
   よって前記先端部を加熱する電気抵抗体を備えたことを
   特徴とする請求項１または２に記載の中空射出成形装
   置。
4. 【請求項４】 前記センターピンは、前記先端部を構成
   する電気抵抗体と、前記電気抵抗体の通電回路を形成す
   る対の導電性のピン本体とを含むことを特徴とする請求
   項１から３のいずれかに記載の中空射出成形装置。
5. 【請求項５】 前記センターピンの先端部の温度を検知
   するセンサーを備えたことを特徴とする請求項１から４
   のいずれかに記載の中空射出成形装置。
6. 【請求項６】 前記電気抵抗体の通電時間と温度との関
   係に基づき、前記電気熱抵抗体の通電時間に応じて温度
   を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項３
   または４に記載の中空射出成形装置。
7. 【請求項７】 前記加圧流体通路は、前記加圧流体を前
   記加圧流体注入口の中央に向って導くことを特徴とする
   請求項１から６のいずれかに記載の中空射出成形装置。
8. 【請求項８】 前記加圧流体通路は、前記センターピン
   の外周面と前記スリーブピンの内周面との間に形成さ
   れ、 前記センターピンの先端部は先細り形状とされ、 前記スリーブピンの先端部は内方に縮径されていること
   を特徴とする請求項７に記載の中空射出成形装置。
9. 【請求項９】 前記センターピンの先端部は円錐形状と
   され、 前記スリーブピンの先端部の内周面に、前記センターピ
   ンの円錐形状の先端部に対応するテーパー面を形成した
   ことを特徴とする請求項８に記載の中空射出成形装置。
10. 【請求項１０】 前記移動手段は前記センターピンを前
    記スリーブピンの軸線方向に移動させ、 前記センターピンが前記加圧流体注入口の方向に移動さ
    れたときに、前記センターピンの外周面と前記スリーブ
    ピンの内周面が密接して前記加圧流体通路を閉じること
    を特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の中空射
    出成形装置。
11. 【請求項１１】 金型キャビティー内の未固化の樹脂中
    に加圧流体注入口から加圧流体を注入して、前記樹脂に
    中空部を形成してから、前記樹脂を冷却固化させて取り
    出す中空射出成形方法において、 前記加圧流体注入口に接続されたスリーブピンの内周面
    と、該スリーブピンの内部に位置するセンターピンの外
    周面との間に形成される加圧流体通路を通して、前記加
    圧流体注入口に前記加圧流体を注入し、 前記加圧流体の注入時に、前記センターピンの先端部に
    よって、前記加圧流体注入口に位置する前記樹脂を加熱
    することを特徴とする中空射出成形方法。
12. 【請求項１２】 前記加圧流体の注入時に、該加圧流体
    を前記加圧流体注入口の中央に向って導くことを特徴と
    する請求項１１に記載の中空射出成形方法。