JP4948986B2

JP4948986B2 - 射出プレス成形方法および射出成形機

Info

Publication number: JP4948986B2
Application number: JP2006314158A
Authority: JP
Inventors: 修瀬川
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008126526A

Description

本発明は、スキン部材の内部に芯材が埋込まれた成形品と、この成形品を製造するための射出プレス成形方法および射出成形機に関する。

樹脂製品の一種で、スキン部材の内部に芯材が埋込まれた成形品が知られている。芯材として、例えばガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維、金属材料、ガラス繊維マット、布など種々の形態のものが使用される。この種の成形品を製造するには、芯材の一方の面と他方の面とをそれぞれスキン部材によって覆う必要がある。このような成形品を製造する装置として、例えば下記特許文献１に記載されている成形装置が公知である。

特許文献１に記載されている成形装置は、成形品の外表面に対応する型面を有するキャビティ型と、分割面と有するコア型と、このコア型の内部でキャビティ型に対して移動可能に設けられたスライドコア型と、このスライドコア型の先端部に設けられた芯材保持部と、第１の樹脂を射出するための第１のゲートと、第２の樹脂を射出するための第２のゲートなどを備えている。

特許文献１の成形装置によって成形品を製造するには、前記キャビティ型とコア型とスライドコア型との間に形成されたキャビティ内に、前記芯材を配置し、型を閉じたのち、第１のキャビティに第１のゲートを通じて第１の樹脂を射出することにより、芯材の一方の面に第１の樹脂部を形成する。この第１の樹脂部が芯材に固着したのち、スライドコア型を後退させることにより、スライドコア型と芯材との間に第２のキャビティを形成する。この第２のキャビティに第２のゲートを通じて第２の樹脂を射出することにより、芯材の他方の面に第２の樹脂部を形成する。こうして第１の樹脂部と第２の樹脂部との間に芯材が埋込まれる。
特許第３５３１２６９号（特開平８−２７６４６３号公報）

特許文献１に記載されている成形装置は、キャビティ型以外にコア型やスライドコア型などが必要であるため構造が複雑かつ大型化し、しかも各々の型が複雑に移動するため型の動作制御や射出装置の制御が複雑となる。このため汎用の射出成形機を用いることができず、芯材を有する樹脂成形品用の専用機となってしまうなど汎用性に欠け、コストアップの原因となる。

従って本発明の目的は、芯材を有する成形品を固定型と移動型とを使用して製造することができる射出プレス成形方法と射出成形機を提供することにある。

本発明の射出プレス成形方法は、固定型と移動型とを有する金型の前記移動型の内面に芯材を取付ける工程と、前記固定型と前記移動型とを型締することにより、前記固定型と前記芯材の一方の面との間に第１のキャビティを形成する工程と、射出装置によって前記第１のキャビティ内に材料を射出する第１の射出工程と、前記移動型を型開き方向に移動させることにより前記芯材の他方の面と前記移動型との間に第２のキャビティを形成する工程と、前記射出装置によって前記第２のキャビティ内に材料を射出する第２の射出工程と、前記移動型を再び型締方向に移動させることにより、前記固定型と前記移動型との間で前記材料を加圧する工程と、前記材料が硬化したのち前記移動型を型開き方向に移動させる工程とを具備している。前記芯材は、厚み方向に貫通する貫通孔を有し、前記移動型は、前記貫通孔と対応する位置にスプールロックピン用凹部を有し、前記第１の射出工程において前記材料の一部を前記貫通孔を通じて前記スプールロックピン用凹部に充填し、前記第２のキャビティを形成する工程において前記移動型が開く際に、前記スプールロックピン用凹部内の材料と前記第１のキャビティ側の材料とを切断し未硬化の切断面を前記第２のキャビティに露出させることにより、前記第２のキャビティに前記材料を供給するための樹脂流路を確保し、前記第２の射出工程において前記材料を前記貫通孔を通じて前記第２のキャビティ側に射出する。

すなわち本発明の射出プレス成形方法では、前記第１の射出工程において第１のキャビティ（芯材の一方の面）に向けて材料を射出し、さらに射出動作中に移動型が型開き方向に移動することにより、第２のキャビティが形成され、この第２のキャビティ（芯材の他方の面）に向けて材料を射出したのち、再型締が行なわれることにより、射出プレス成形が行なわれる。

本発明に係る射出成形機は、射出装置と、固定側ダイプレートおよび移動側ダイプレートを有する型締装置と、前記固定側ダイプレートに設けた固定型と、前記移動側ダイプレートに設けられ、前記固定型に対して型締方向および型開き方向に移動する移動型と、前記射出装置と前記型締装置を制御する制御部とを有し、前記移動型は、厚み方向に貫通する貫通孔を有した芯材を取付ける内面を有しかつ前記貫通孔と対応する位置にスプールロックピン用凹部を有し、前記制御部は、前記固定型と前記移動型とを型締することにより、前記移動型の内部に取付けられている前記芯材の一方の面と前記固定型との間に第１のキャビティを形成する手段と、前記射出装置によって前記第１のキャビティに材料を射出する手段と、前記移動型を型開き方向に移動させることにより前記芯材の他方の面と前記移動型との間に第２のキャビティを形成するとともに前記スプールロックピン用凹部内の材料と前記貫通孔側の材料との間を切断することにより未硬化の切断面を前記第２のキャビティに露出させる手段と、前記射出装置によって前記第２のキャビティに材料を射出する手段と、前記移動型を再び型締方向に移動させることにより、前記固定型と前記移動型との間で前記材料を加圧する手段と、前記材料が硬化したのち前記移動型を型開き方向に移動させる手段と、を具備している。

前記制御部の前記それぞれの手段は、該制御部に組込まれたソフトウェア（コンピュータプログラム）やメモリ、ＣＰＵ等によって構成され、前記射出プレス動作が所定のシーケンスで実行されるように予め記録媒体等にプログラムされている。

本発明の射出プレス成形方法によって製造される成形品は、厚み方向に貫通孔を有する芯材と、前記芯材の一方の面を覆って射出プレス成形された第１の材料からなる第１樹脂層と、前記第１の材料と同一の第２の材料からなり、前記第１樹脂層側から前記芯材の前記貫通孔を通って前記芯材の他方の面側に流れかつ前記芯材の他方の面を覆って射出プレス成形された第２樹脂層と、前記芯材の前記貫通孔の内部で前記材料の一部が硬化してなる中間樹脂層とを具備している。

本発明によれば、移動型の動きに応じて、第１のキャビティと第２のキャビティが順次形成されるため、固定型と移動型とを用いて、芯材がサンドイッチされた成形品を製造することができる。このため、前記特許文献１が採用しているようなスライドコア型などの複雑な型を金型内部に設ける必要がなく、射出成形機の構造が複雑化することもない。本発明の射出プレス成形方法は、例えば標準射出成形機の制御部に射出プレス動作用のプログラム（射出プレス回路）を備えることで対応することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る射出成形機と、この射出成形機によって製造される成形品と、射出プレス成形方法について、図１から図１０を参照して説明する。

図１に示された射出成形機１０は、いわゆる標準射出成形機の一例であり、架台としてのフレーム１１と、フレーム１１上に設けた型締装置１２および射出装置１３と、制御手段として機能する制御部１４などを備えている。

型締装置１２は、固定型２０を設ける固定側ダイプレート２１と、移動型２２を設ける移動側ダイプレート２３と、移動側ダイプレート２３をガイドバー２４に沿って水平方向に移動させるダイプレート駆動機構２５と、成形後の成形品を取出す際に使用するエジェクト機構（図示せず）などを備えている。固定型２０と移動型２２とによって金型２６が構成されている。移動型２２の内面に、Ｚピン（スプールロックピン）を形成するためのＺピン用凹部２８（図８〜図１０に示す）が形成されている。

射出装置１３はバレル３０を備えている。バレル３０の基部付近に、成形品の材料（例えば樹脂ペレット）を供給するホッパ３１が設けられている。バレル３０の内部にスクリュー３２が収容されている。バレル３０の先端部にノズル３３が設けられている。ノズル３３は、固定型２０に形成された材料注入口３４と対向している。例えばシリンダ機構あるいはボールねじとモータ等を備えたノズルタッチ機構３５によって、バレル３０を所定位置まで前進させたとき、ノズル３３の先端が固定型２０の材料注入口３４に当接するようになっている。

制御部１４は、移動型２２を以下に説明する順序で移動させるように、型締装置１２の動作を制御しかつ射出装置１３の動作を制御するためのコンピュータプログラム等のソフトウェアと、各種メモリおよびＣＰＵ等を備えている。すなわちこの射出成形機１０は、制御部１４に組込まれたプログラムに応じて、芯材を使用しない一般的な射出成形と、以下に説明する芯材を有する成形品を得るための射出プレス成形（射出圧縮成形法）を実行することができるものである。

図２と図３は、射出成形機１０によって製造される成形品４０の一例（サンプル品）を模式的に示している。成形品４０は、芯材４１と、芯材４１の外側全体を包み込むスキン部材４２とを備えている。つまりこの成形品４０は、スキン部材４２の内部に芯材４１が埋込まれた複合製品である。芯材４１の材質は限定されないが、例えばガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維、金属材料、ガラス繊維マット、布など種々の形態のものが使用される。この芯材４１には、芯材４１の一方の面４１ａと他方の面４１ｂとにわたって芯材４１の厚み方向に貫通する貫通孔４３が形成されている。

スキン部材４２は、芯材４１の一方の面４１ａを覆う第１樹脂層５１と、芯材４１の他方の面４１ｂを覆う第２樹脂層５２と、貫通孔４３の内側に形成された中間層５３とを有している。芯材４１の外周は、これら第１樹脂層５１および第２樹脂層５２の外周部によって覆われている。言い換えると、第１樹脂層５１と第２樹脂層５２との間に芯材４１がサンドイッチされている。各層５１，５２，５３は互いに共通の樹脂によって構成され、各層５１，５２，５３が互いに一体化している。説明の都合上、図３と図６〜図１０においては、第１樹脂層５１と第２樹脂層５２とが互いに異なるハッチングで描かれている。

以下に、前記射出成形機１０を用いて成形品４０を製造するための射出プレス成形方法の一例について説明する。
図４は芯材取付け工程を示している。この芯材取付け工程では、移動型２２を型締装置１２によって型開き位置（型開限）に移動させることにより、固定型２０と移動型２２との間に広い空間を形成する。この状態で移動型２２の内面の所定位置に芯材４１をセットする。このとき芯材４１の貫通孔４３の位置と、Ｚピン用凹部２８の位置とが対応する。芯材４１を移動型２２に固定する手段は、例えば接着でもよいし、あるいは移動型２２に設けたピンによって芯材４１を保持してもよい。要するに適宜の固定手段を採用できるため、芯材４１の固定手段は限定されない。

図５は、第１のキャビティ６１を形成するための第１の型締工程を示している。この型締工程では、型締装置１２によって移動型２２を固定型２０に向かって移動させ、固定型２０と移動型２２とを型締状態とする。この型締状態において、金型２６の内部に第１のキャビティ６１が形成される。第１のキャビティ６１は、固定型２０と、芯材４１の一方の面４１ａと、移動型２２の一部（芯材４１によって覆われていない部分）とによって囲まれる空間である。そしてノズル３３の先端が固定型２０の材料注入口３４に当接する。

図６は第１の射出工程を示している。第１の射出工程では、バレル３０内の予め計量されていた第１の材料（溶融した樹脂）Ｍ１が、ノズル３３の先端から第１のキャビティ６１内に所定の射出速度で充填される。材料Ｍ１の一部は、第１のキャビティ６１から芯材４１の貫通孔４３を通って移動型２２のＺピン用凹部２８に充填される。貫通孔４３にも材料Ｍ１が充填される。第１の材料Ｍ１は、スキン部材４２の第１樹脂層５１を形成する樹脂である。

図７は、第２のキャビティ６２を形成するための中間型開き工程を示している。この中間型開き工程では、移動型２２が固定型２０から離れる方向に、小さな距離（例えば数ｍｍ程度）移動することにより、芯材４１の他方の面４１ｂと移動型２２との間に第２のキャビティ６２が形成される。

前述した第１の射出工程で第１のキャビティ６１に射出された材料Ｍ１は、固定型２０側は溶融した状態であり、移動型２２側は芯材４１により断熱されている。このため第１のキャビティ６１に射出された材料Ｍ１は固定型２０に密着する性質がある。このため、図７に示される中間型開き工程で移動型２２が固定型２０から離れると、Ｚピン用凹部２８内の材料Ｍ１と、貫通孔４３側の材料Ｍ１との間が切断され、未硬化の切断面７１が第２のキャビティ６２に臨んで露出することになる。このため、以下に述べる第２の材料Ｍ２を第２のキャビティ６２に供給するための樹脂流路が確保される。この中間型開き工程において、移動型２２が所定の開き量に達するまでの射出速度は、前記第１の射出工程の射出速度よりも低速とする。

図８は第２の射出工程を示している。第２の射出工程では、射出速度が前記所定の射出速度に変更され、ノズル３３の先端から射出される第２の材料Ｍ２が前記切断面７１から押し出されて第２のキャビティ６２内に供給される。第２の材料Ｍ２は、スキン部材４２の第２樹脂層５２を形成する樹脂である。これらの材料Ｍ１，Ｍ２は互いに同一の樹脂であるが、成形品４０の仕様によっては、２台の射出装置により互いに異なる樹脂が使用されてもよい。

図９は第２の型締工程（射出プレス工程）を示し、前記第２の射出工程の射出完了付近で行なわれる。すなわちこの第２の型締工程（射出プレス工程）では、第２のキャビティ６２への材料Ｍ２の射出が完了する前、あるいは射出完了後に、移動型２２を再び型締方向に移動させ、型締状態にする。このことにより、固定型２０と移動型２２との間で前記材料Ｍ１，Ｍ２を加圧するとともに、冷却して硬化させる。この射出プレス工程において材料Ｍ１，Ｍ２が硬化することにより、第１樹脂層５１と第２樹脂層５１とを有するスキン部材４２が所定の正確な形状に成形される。

図１０はエジェクト工程を示している。このエジェクト工程では、移動型２２を再び型開き方向に移動させ、固定型２０と移動型２２との間に成形品４０を取出すことのできる広さの空間を形成する。このとき移動型２２に付着している成形品４０は、図示しないエジェクト機構によって、移動型２２から突き出され、例えばシュート上に落下する。その後、成形品４０に突出しているスプール対応部４０ａとＺピン対応部４０ｂが切落とされ、図３に示す成形品４０となる。

以上説明したように本実施形態は、図５に示される第１の型締工程において第１のキャビティ６１が形成され、第１のキャビティ６１に材料Ｍ１を射出したのち、図７に示される中間型開き工程において、移動型２２を型開き方向に少し移動させることにより、第２のキャビティ６２を形成することができる。そしてこの第２のキャビティ６２に材料Ｍ２を射出したのち、図９に示される第２の型締工程によって射出プレスを実施することができる。

このため本実施形態によれば、固定型２０と移動型２２との間に従来のスライドコア型のように複雑な構造の型を設ける必要がなく、一般的な射出成形に使用される標準射出成形機を用いて、射出プレス動作（射出プレス成形方法）を実施することができ、種々の形態の芯材を有する成形品を簡便な射出成形機によって低コストで製造することが可能である。例えばガラス繊維、炭素繊維等の強化材料により成形されたハードな成形品や、ガラス繊維マット、布等のテキスタイルのようなソフトな芯材（補強材）がサンドイッチ化された成形品も、１台の射出成形機１０によって成形することが可能となった。

なお、前述した中間型開き工程（図７）において移動型２２を型開き方向に数ｍｍ程度移動させるとき、第１のキャビティ６１によって成形される材料Ｍ１（第１樹脂層５１）を固定型２０側に確実に密着させる手段として、例えば固定型２０の一部によってＺピンを形成してもよいし、あるいは、型開き時に押出し機構の押出しピンによって、芯材４１と第１樹脂層５１を固定型２０に向かって押付けることなどにより、第１樹脂層５１を固定型２０に確実に密着させることができる。

前記実施形態によれば、固定型２０と移動型２２とを備えた射出成形機１０を用いて芯材４１を有する成形品４０を製造することができるため、例えばスライドコアのような複雑な構成の型を金型内部に設ける必要がない。そして前記実施形態の射出プレス成形方法は、射出成形機の制御部に射出プレス動作用のプログラム（射出プレス回路）を備えることで対応することができる。ただし本発明は、射出プレス成形のための専用機にも適用できる。

さらに本実施形態では、前記射出プレス成形方法を採用したことにより、下記の副次的効果を奏することができる。
（１）駆動圧力の低圧化
低い射出圧力、型締力で成形が可能であり、射出成形機の小型化が可能。
（２）成形品の薄肉化
移動側ダイプレートの移動により、成形品の薄型化が可能。
（３）成形品の寸法精度向上
成形品のひずみが低減するため、寸法精度の向上が可能。
（４）成形品の反りの低減
成形品のひずみが均一化するため、反りの低減が可能。
（５）経時変形の低減
成形時のひずみが低減するため、成形後の時間経過による変形の低減が可能。

本発明を実施するに当たって、金型の構造、成形品、芯材、スキン部材の形状、構造をはじめとして、本発明の構成要素を適宜に変形して実施できることは言うまでもない。例えば樹脂流路については、金型に第１の樹脂流路と第２の樹脂流路を形成し、第１の射出工程と第２の射出工程とで第１および第２の樹脂流路を切換えてもよい。

また前記実施形態ではダイレクトゲートの円盤金型を例にとって説明したが、本発明はホットランナを用いた多点ゲートを有する金型にも適用することができる。多点ゲートを有する金型の場合には、第１のキャビティ用ホットチップと、第２のキャビティ用ホットチップとに分けることにより、樹脂流路を確保することができる。

また前記実施形態では、第２のキャビティを形成する際にＺピン部を切断することにより樹脂流路を確保するようにしたが、その代りに、例えば押出しピンのような機構によって、第２のキャビティを形成する際に、機械的に樹脂流路用の孔を形成するようにしてもよい。要するに金型の構造についても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施することができるものである。

本発明の一実施形態に係る射出プレス成形方法を実施するための射出成形機の正面図。本発明の一実施形態に係る射出プレス成形方法によって製造された成形品の平面図。図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う断面図。図１に示された射出成形機の移動型に芯材がセットされた状態の断面図。移動型が型締されて第１のキャビティが形成された状態の断面図。前記第１のキャビティに材料が射出された状態の断面図。移動型が型開き方向に移動し第２のキャビティが形成された状態の断面図。前記第２のキャビティに材料が射出された状態の断面図。移動型が型締されて成形品が加圧されている状態の断面図。移動型が開いて成形品が取出された状態の断面図。

符号の説明

１０…射出成形機
１２…型締装置
１３…射出装置
１４…制御部（制御手段）
２０…固定型
２２…移動型
２６…金型
４０…成形品
４１…芯材
４２…スキン部材
４３…貫通孔
６１…第１のキャビティ
６２…第２のキャビティ

Claims

固定型と移動型とを有する金型の前記移動型の内面に芯材を取付ける工程と、
前記固定型と前記移動型とを型締することにより、前記固定型と前記芯材の一方の面との間に第１のキャビティを形成する工程と、
射出装置によって前記第１のキャビティ内に材料を射出する第１の射出工程と、
前記移動型を型開き方向に移動させることにより前記芯材の他方の面と前記移動型との間に第２のキャビティを形成する工程と、
前記射出装置によって前記第２のキャビティ内に材料を射出する第２の射出工程と、
前記移動型を再び型締方向に移動させることにより、前記固定型と前記移動型との間で前記材料を加圧する工程と、
前記材料が硬化したのち前記移動型を型開き方向に移動させる工程と、
を具備し、
前記芯材は、厚み方向に貫通する貫通孔を有し、
前記移動型は、前記貫通孔と対応する位置にスプールロックピン用凹部を有し、前記第１の射出工程において前記材料の一部を前記貫通孔を通じて前記スプールロックピン用凹部に充填し、前記第２のキャビティを形成する工程において前記移動型が開く際に、前記スプールロックピン用凹部内の材料と前記第１のキャビティ側の材料とを切断し未硬化の切断面を前記第２のキャビティに露出させることにより、前記第２のキャビティに前記材料を供給するための樹脂流路を確保し、
前記第２の射出工程において前記材料を前記貫通孔を通じて前記第２のキャビティ側に射出することを特徴とする射出プレス成形方法。
射出装置と、
固定側ダイプレートおよび移動側ダイプレートを有する型締装置と、
前記固定側ダイプレートに設けた固定型と、
前記移動側ダイプレートに設けられ、前記固定型に対して型締方向および型開き方向に移動する移動型と、
前記射出装置と前記型締装置を制御する制御部とを有し、
前記移動型は、厚み方向に貫通する貫通孔を有した芯材を取付ける内面を有しかつ前記貫通孔と対応する位置にスプールロックピン用凹部を有し、
前記制御部は、
前記固定型と前記移動型とを型締することにより、前記移動型の内部に取付けられている前記芯材の一方の面と前記固定型との間に第１のキャビティを形成する手段と、
前記射出装置によって前記第１のキャビティに材料を射出する手段と、
前記移動型を型開き方向に移動させることにより前記芯材の他方の面と前記移動型との間に第２のキャビティを形成するとともに前記スプールロックピン用凹部内の材料と前記貫通孔側の材料との間を切断することにより未硬化の切断面を前記第２のキャビティに露出させる手段と、
前記射出装置によって前記第２のキャビティに材料を射出する手段と、
前記移動型を再び型締方向に移動させることにより、前記固定型と前記移動型との間で前記材料を加圧する手段と、
前記材料が硬化したのち前記移動型を型開き方向に移動させる手段と、
を具備したことを特徴とする射出成形機。