JP4079362B2 - 樹脂成形体の成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶融した樹脂を金型内に注入して所定の形状を備えた樹脂成形体に成形するための成形方法に関し、特にそのひけや表面のむら（フローマーク）を無くした樹脂成形体を得るための成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から樹脂を成形するに際して所望の樹脂成形体を得るために成形中に金型を冷却水や冷却空気で適当な温度に冷却制御することが一般に行なわれている。
【０００３】
具体的には、樹脂成形中の金型冷却速度を制御する場合には、図３に示すように、金型５０に適当な冷却回路５１を形成し、当該冷却回路５１に冷却水や冷却空気（図３では冷却水Ｗ）を通して冷却速度を制御していた。この方式の場合、冷却回路５１の入口側５１ａ（図中、領域Ａ）と出口側５１ｂ（図中、領域Ｂ）とで冷却水や冷却空気（図３では冷却水Ｗ）の温度差が生じてしまう。これは、冷却回路５１を通過中に冷却水や冷却空気が金型５０から熱を奪うためである。この温度差により金型内の樹脂（図中Ｒで図示）を全体的に均一な冷却速度で冷却することができなくなる。即ち、樹脂の冷却速度にも部分的に冷却差が出てしまう。この温度差が冷却回路５１の入口側５１ａと出口側５１ｂで最も大きくなり、これが樹脂成形体の変形や変色等の不具合の発生につながっていた。
【０００４】
このような不具合を改善するための手段として、金型全体を槽に入れ、この槽に冷却用の液体を供給する冷却方式が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この方式であれば、液体によって金型外周面を均等に冷却することが可能になる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２１４５６３号公報（第２−３頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
かかる特許文献１に記載された金型の冷却方法を図４に示す。この方法を実施する金型の冷却装置６は、上下に分割可能な金型６０を液槽７０内に支柱７１を介して若干浮かせた状態で固定し、液槽７０の下方に接続された給水管７５から冷却水（図中Ｗで図示）を供給し、液槽上部の排水管７６から冷却水を排出する構成を有している。また、金型６０のキャビティ６１に溶融した樹脂（図中Ｒで図示）を供給する注湯管７２は、液槽７０の底部を貫通して金型下部に接続されている。そして、金型６０へ供給する樹脂が規定量に達して樹脂の充填が完了した後に給水管７５より冷却水を供給し、液漕７０を冷却水で満たして金型６０の冷却を行っている。この方法であれば水平面内での冷却速度が均一となりこの面内での冷却むらをなくすことができる。
【０００７】
かかる冷却装置６を備えた樹脂成形装置は、樹脂が規定量に達すると圧力センサが作動して樹脂を停止するようになっている。そのため、樹脂の供給を停止した後に金型内の樹脂が固化することによる体積収縮が原因となり、成形体にひけが発生してしまうことがある。また、特許文献１に記載された発明において、冷却中もひけ分を補うために、注湯管７２を通じてキャビティ６１内の溶融樹脂への加圧を継続し続けたとしても、成形体にひけが生じてしまうという不具合を十分に解消できない。なぜならば、給水管７５がゲート側に設定されており、給水管７５から供給される最も温度の低い冷却水は金型６０のゲート６３側に主に到達するので、ゲート側の樹脂が最初に冷却され固化してしまうからである。
【０００８】
このようにゲート６３に位置する樹脂が最初に固化してゲート６３が詰まると、その時点から溶融樹脂の圧力がキャビティ６１の内部へ伝わらなくなって、キャビティ６１に樹脂を供給できなくなり、成形体にひけが発生することがある。そのため、かかる冷却装置６を備えた成形装置では金型６０のゲート６３に対応する部分のみならず樹脂成形体全体に亘って成形後にひけが生じてしまうことがあり、一定の品質水準を備えた樹脂成形体を安定的に得ることはできない。
【０００９】
本発明の目的は、一定の高品質を備えた樹脂成形体を得ることのできる樹脂成形体の成形方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる樹脂成形体の成形方法は、
金型を少なくとも樹脂の融点よりも高く予備加熱する第１の工程と、
槽内に入れられた前記金型内に樹脂を充填する第２の工程と、
前記金型内に樹脂が十分充填された後、前記金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら、少なくとも前記金型周囲を冷却する冷却水の水位を前記金型のベント側からゲート側に向かって移動するように前記槽内に冷却水を徐々に供給する第３の工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
金型の冷却過程において、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにするため、少なくとも金型周囲を冷却する冷却水の水位を金型のベント側からゲート側に向かって移動するように槽内に冷却水を徐々に供給するようにしたので、金型のゲート側が金型の他の部分よりも先に冷却されることが無い。そのため、金型のゲート側が先に固化して金型内に十分な樹脂注入がなされなくなることがない。また、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにしたので、保圧が作用せずかつその際に樹脂の充填が行なわれていないことによる成形体のひけが生じたりすることが無い。これによって表面にひけやむらの無い品質の一定した樹脂成形体を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は、図１に示すように、底面近傍から冷却水を供給可能な例えばステンレスでできた槽１と、槽１内に入れられ上型１１と下型１２が結合してなる金型１０とを利用して実施される。なお、金型１０自体には上述した後者の従来例と同様に冷却回路を設けず、冷却水の水位が上昇するに従ってその水位の全周に亘って金型１０が均一に冷却されるように槽１の略中央部分に金型１０を配置する。
【００１３】
続いて、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法をその工程順に説明する。
【００１４】
まず、金型１０を予熱（予備加熱）する。この予熱は熱可塑性樹脂（図中Ｒで図示）の流動性を確保するために行うもので、一般には金型１０を、使用する樹脂の融点より高温に加熱する。なお、実際には充填する樹脂の温度と同じ温度まで加熱するのが好ましい。このように金型を予熱することで、樹脂が固化する温度に到達するまでの時間が長くなり、金型内での樹脂の流動性が低下せず、これに加えて冷却速度の制御も行い易くすることができる。
【００１５】
続いて、樹脂に圧力を加えて金型１０に樹脂を充填する。金型１０は上型１１と下型１２とからなり、型の当接面（図中Ｘ参照）の面粗さを適当に調節することによって、樹脂の充填過程においてこの当接面から樹脂が流出することなくキャビティ内の空気のみが排気されるようになっている。なお、当該当接面Ｘは金型１０のベント（排気部）を形成している。
【００１６】
金型内への樹脂の加圧供給は冷却水による冷却が完了するまで行い続ける。これは成形後にひけが生じるのを回避するためである。このように金型内を保圧し続けながら給水管１６より槽１内に冷却水を徐々に供給して金型１０の冷却を開始する。このとき、槽内冷却水の水位付近の樹脂は、冷却が進み固化して体積が収縮する。しかし、その上方部分に充填された樹脂は、金型外周においてその付近の高さまで冷却水が達していないので、未固化のままである。この未固化の樹脂が充填のためにかける圧力により樹脂の不足領域に移動し、冷却により固化して減少した体積分を満遍なく補うことができる。
【００１７】
そして、冷却水の水位をベント側からゲート１３に向かって少しずつ上昇（移動）させると、これに伴って金型内の樹脂も下方から上方に徐々に固化していく。しかしながら、冷却水による冷却の影響を未だ受けていないゲート１３より樹脂が適宜補填されて固化による体積減少に起因するひけを生じることの無い成形体ができあがる。
【００１８】
なお、本実施形態においては、冷却水が槽内で対流することで温度分布がベント側（槽下方）で低温になると共にゲート側（槽上方）で高温となり、ゲート側が固化しにくい状態を積極的に作ることができ、上述のような樹脂の好適な冷却を助ける。
【００１９】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は原理的には上述の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法と同一であるが、金型の構成や金型内の冷却水による冷却領域が第１の実施形態と異なっている。
【００２０】
本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は、図２に示すような槽２内に特別な形状の金型２０を配置した状態で実施される。なお、かかる金型２０は流体を流す金属管の接液面を覆ういわゆるライニングを形成するための金型であり、この金型に樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）を充填して両端周囲全周にフランジ状突起部を備えた円筒状のライニングを形成するための金型である。
【００２１】
本実施形態に利用される槽２は第１の実施形態の場合と同様にステンレス等の金属でできた有底円筒体からなる。なお、槽２の底部中央には槽下方から冷却水排出用パイプ３が貫通しており、槽２の内壁近傍には冷却水の給水用パイプ４が備わっている。また、冷却水排出用パイプ３には、槽２の底部下方に開閉バルブ３ａが備わって冷却工程終了後に冷却水（図中Ｗで図示）を全て排水できるようになっている。
【００２２】
金型２０は、薄い円環状のベースプレート２１、ベースプレート２１に載置された厚い円環状のフランジプレート２２、フランジプレート２２とライニングのフランジ部形成用空間を確保した状態で当該フランジプレート２２に載置され、金型として代用される管体ボディＭと、管体ボディＭの周面に嵌合され、冷却水の水位上昇に伴う冷却速度の一定化を図る熱マスとしての役目を果たすスペーサ２３を有している。金型２０は更に、これらの金型の上部に載置され、略円錐形の頭部を備えた中子２５と、中子２５の上部に取付けられ中子２５と協働してゲート３１を構成する上型２６と、上型２６の上部に取付けられたスプールブッシュ２７と、スプールブッシュ２７に結合し皿型形状を備えて中央部に樹脂の流出孔が形成されたノズル２８と、ノズル２８の周囲に配置され樹脂を貯める円筒形の容器２９と、容器２９の上部に取付けられたシリンダヘッド３０を備えている。
【００２３】
そして、金型２０のゲート３１は上述の通り中子２５と上型２６とで挟まれた部分に形成され、金型２０のベント３２はフランジプレート２２と管体ボディＭとで挟まれた部分に形成されている。
【００２４】
即ち、フランジプレート２２と管体ボディＭとの当接面（ベント３２）は樹脂がこの当接面から漏出することはないが、成形時に伴う加圧に応じて金型内部の空気のみが各当接面から金型外部に排気されるようになっている。
【００２５】
そして、図示しない油圧アクチュエータを用いて注入パイプを介してシリンダヘッド３０、容器２９、及びノズル２８で画成された空間に溶融した樹脂を充填する。続いて、図示しない油圧シリンダでシリンダヘッド３０を一定圧力で押すことで金型上部に溜まった樹脂が所定圧力で金型内の図中樹脂ハッチング（太線と細線との連続ハッチング）した空間に注入されるようになっている。
【００２６】
一方、冷却水は冷却水排出用パイプ３に備わった開閉バルブ３ａを開くことで当該パイプ３から冷却後の冷却水を排水できるようになっている。なお、ベースプレート２１の底面には金型外部に供給された冷却水を金型内部に効率良く導くためのスリット２１ａが適当な本数だけ形成されている。そのため、金型外側に溜まった冷却水は金型２０のスリット２１ａを伝わって金型２０の内側にも溜まる。従って、開閉バルブ４ａを開放しておくことで給水用パイプ４から槽底部に冷却水が供給され、槽内の水位が全体的に徐々に上昇していくようになっている。
【００２７】
なお、排水パイプ３の上端はライニングの上端面よりも上方に位置しており、接液面全体に後述するようにひけやむら（フローマーク）の無いライニングに成形する役目を果たしている。
【００２８】
以下、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について各工程順に説明する。なお、本実施形態にかかる成形方法においては樹脂にポリプロピレン（以下、「ＰＰ」とする）を用いている。
【００２９】
まず、金型全体を予熱する。この予熱は樹脂であるＰＰの金型内での流動性を確保するために行うもので、金型全体を、使用するＰＰの融点（約１６０°Ｃ）より高温である２２０°Ｃまで図示しない加熱槽内で加熱する。なお、かかる温度まで加熱する理由は本実施形態において金型に接触した樹脂の温度が下がり、それによって樹脂の流動性が低下するのを回避するためである。
【００３０】
続いて、予熱した金型２０を図示しない搬送装置で樹脂成形ステーションに搬送する。なお、当該搬送ステーションには予め金型冷却に用いる槽２を設置しておき、当該槽２の底部に前述の金型２０を配置する。なお、この作業においては、槽２の底部から槽内に突出した冷却水排出用パイプ３が図２に示すように金型２０の内部に挿入されるように金型２０を位置決めしながら配置する。
【００３１】
続いて、金型２０に樹脂を充填する。なお、金型内への樹脂の供給は後述する樹脂の冷却が完了するまで行い続ける。具体的には金型内に樹脂が十分充填された後、冷却工程中において金型内を保圧し続けることからなる。これは第１の実施形態の場合と同様に冷却中、金型内の樹脂不足分を補填することで樹脂にひけが生じるのを回避するためである。なお、金型全体に樹脂を充填し終わるまでには、内径５cm、厚み０．４cmライニングを形成する場合、一例として約３分の時間を要する。
【００３２】
金型全体に樹脂を充填した後、金型２のゲート３１から金型内に保圧をかけたまま冷却水供給用パイプ４の開閉バルブ４ａを開放し、冷却水供給用パイプ４のパイプ先端より金型外部に冷却水を徐々に供給して金型２の冷却を開始する。
【００３３】
金型外側に溜まった冷却水は、ベースプレート２１に設けたスリット２１ａを介して金型内側の空洞部分に流入し、金型の内側と外側において冷却水が溜まっていく。そして、金型内側の空洞部分に溜まった冷却水の水位と金型外側に溜まった冷却水の水位とが一致するようになり、金型内において冷却水の水位よりも低い部分に充填された樹脂が急速に冷却されて固化し始める。
【００３４】
なお、このように金型外部のみを冷却せずに金型内部も同時に冷却することで成形体であるライニングの内側部分も所望の冷却速度で冷却可能となる。その結果、ライニングの内側部分に成形不良が現れるのを防止することができる。なお、ライニングの内側部分は管体の接液部分に相当する重要な部位なので、このように冷却することでかかるライニング内側部分の成形不良を無くすことは技術的に十分な意義があると言える。
【００３５】
上述の通り、槽内冷却水の水位付近の樹脂は、冷却が進み固化して体積が収縮する。しかし、その上部に位置する充填された樹脂は、その付近の高さまで冷却水が達していないので、未固化のままである。この未固化の樹脂が充填のために金型にかける保圧により下方に移動し、冷却により固化して減少した体積分を満遍なく補うことができる。
【００３６】
そして、冷却水の水位をベント３２の方向からゲート３１の方向に少しずつ上昇させていけば、金型内の樹脂も下方から上方に徐々に固化していく。しかしながら、冷却水による冷却の影響を未だ受けていないゲート３１から樹脂が間断無く供給されるので、固化による体積減少分はかかる樹脂で補填されて固化による体積減少に起因するひけの無い成形体を得ることができる。
【００３７】
続いて、冷却水の水位を上げていくと、水位が排出用パイプ３より高くなり、金型内側の冷却水と中子２５とで囲まれた領域の空気は排出用パイプ３を介して金型内から全て排気される。そして、サイホン現象により漕内の冷却水が続けて排出され始める。従って、サイホン現象で水が排出され始めた時点で排出用パイプ３の開閉バルブ３ａを閉める。これによって冷却水の排出を一時的に止めて槽内の冷却水が排水しないようにする。
【００３８】
金型内側における冷却水の水位は冷却水排出用パイプ３の高さより高くなるので、冷却水排出用パイプ３の長さを長くして金型内で成形されるライニングの接液部分より水位が上昇するように中子２５と給水パイプ上端部との位置関係を特別に規定している。
【００３９】
即ち、槽内に供給される冷却水の水位は冷却水排出用パイプ３の上端部を超えて上昇する。この水位は成形体であるライニングの図中上端面Ｐよりも上方となるので、ライニングの上端面Ｐも確実に冷却することができる。これによってライニングの接液部分全体に亘ってむら（フローマーク）の生じない成形体を得ることができる。
【００４０】
また、上述の実施形態と同様に冷却水が槽内で対流することで温度分布が、ベント側（槽下方）で低温になると共にゲート側（槽上方）で高温となり、ゲート側が固化しにくい状態を積極的に作ることができる。従って、上述のような樹脂の好適な冷却を助ける。
【００４１】
続いて、一定の冷却時間を経過した後、排出用パイプ３を開き漕内の冷却水を全て排出し、冷却工程を終了する。
【００４２】
その後、金型２０を槽内から図示しない搬送装置で取り出し、金型２０を分割して成形体を取り出す。そして、所定の位置で成形体を切断して管体用のライニングを得る。
【００４３】
このようにして得られた管体のライニングは樹脂のひけやむらを有さず、特に接液部である内周面において高品質を保っている。そのため、かかるライニングを備えた管体はライニングの部分に穴があくようなことが無く、従って、管体外部に被測定流体が漏出するようなことも無い。
【００４４】
また、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法を用いれば、多数の打ち抜き孔が形成された板金からなる補強板のような金属製の補強材をライニングに用いることなく、補強フィラーのみを含有したＰＰのみで接液面にひけやむらの生じない廉価で耐久性に優れたライニングを形成することができる。そのため、管体全体のコスト低減に貢献することができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態において成形材料に使用する樹脂としてはＰＰだけでなくＰＦＡ（四ふっ化−パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂）にも適用可能であることが確認済みである。
【００４６】
また、例えば内径５cmのライニングの成形工程において、従来のように空冷による金型冷却に際しては約３０分の冷却時間を要したが、上述の方法を用いた場合、金型冷却が約１５分と短縮され、ライニング製造工程のタクトタイム低減に大いに貢献することが分かった。
【００４７】
また、ひけやむらの無いライニングを安定して形成することができたので、従来のライニング成形方法に較べて製品の歩留りが格段に向上した。
【００４８】
なお、上述の実施形態においては、ゲートが上部にある金型の周囲を冷却水の水位がベント側からゲート側に徐々に上昇する構成に基づいて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。即ち、金型自体を水平方向に寝かした状態で配置し、金型のゲートを水平方向一方（例えば右方向）に設けて、冷却水を金型の水平方向他方（例えば左方向）からゲートに向かって水平方向に水位が移動するような構造が可能であれば、このような構造を備えた装置を用いて樹脂成形体を成形する方法も本発明の範囲内であると言える。
【００４９】
また、冷却に用いる媒体は水に限らずオイル等の他の液体であっても構わない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる樹脂成形体の成形方法は、金型の冷却過程において、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにするため、少なくとも金型周囲を冷却する冷却水の水位を金型のベント側からゲート側に向かって移動するように槽内に冷却水を徐々に供給するようにしたので、金型のゲート側が金型の他の部分よりも先に冷却されることが無い。そのため、金型のゲート側が先に固化して金型内に十分な樹脂注入がなされなくなることがない。また、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにしたので、保圧が作用しなくなるとともにその際に樹脂の充填が行なわれていないことによって成形体にひけが生じたりすることが無い。これによって表面にひけやむらの無い品質の一定した樹脂成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法に使用する金型及び金型の冷却装置を示した概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法に使用する金型及び金型の冷却装置を示した概略断面図である。
【図３】従来の金型の冷却方法を示した概略断面図である。
【図４】図３とは別の従来の金型の冷却方法を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１，２ 槽
３ 排出用パイプ
３ａ 開閉バルブ
４ 給水用パイプ
６ 冷却装置
１０ 金型
１５ 槽
１６ 給水管
２０ 金型
２１ 第１金型
２１ａ スリット
２２ フランジプレート
２３ スペーサ
２５ 中子
２６ 上型
２７ スプールブッシュ
２８ ノズル
２９ 容器
３０ シリンダヘッド
３１ ゲート
３２ ベント
５０ 金型
５１ 冷却回路
５１ａ 入口側
５１ｂ 出口側
６０ 金型
６１ キャビティ
６３ ゲート
７０ 液槽
７１ 支柱
７２ 注湯管
７５ 給水管
７６ 排水管
Ｍ 管体ボディ
Ｒ 樹脂
Ｗ 冷却水
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶融した樹脂を金型内に注入して所定の形状を備えた樹脂成形体に成形するための成形方法に関し、特にそのひけや表面のむら（フローマーク）を無くした樹脂成形体を得るための成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から樹脂を成形するに際して所望の樹脂成形体を得るために成形中に金型を冷却水や冷却空気で適当な温度に冷却制御することが一般に行なわれている。
【０００３】
具体的には、樹脂成形中の金型冷却速度を制御する場合には、図３に示すように、金型５０に適当な冷却回路５１を形成し、当該冷却回路５１に冷却水や冷却空気（図３では冷却水Ｗ）を通して冷却速度を制御していた。この方式の場合、冷却回路５１の入口側５１ａ（図中、領域Ａ）と出口側５１ｂ（図中、領域Ｂ）とで冷却水や冷却空気（図３では冷却水Ｗ）の温度差が生じてしまう。これは、冷却回路５１を通過中に冷却水や冷却空気が金型５０から熱を奪うためである。この温度差により金型内の樹脂（図中Ｒで図示）を全体的に均一な冷却速度で冷却することができなくなる。即ち、樹脂の冷却速度にも部分的に冷却差が出てしまう。この温度差が冷却回路５１の入口側５１ａと出口側５１ｂで最も大きくなり、これが樹脂成形体の変形や変色等の不具合の発生につながっていた。
【０００４】
このような不具合を改善するための手段として、金型全体を槽に入れ、この槽に冷却用の液体を供給する冷却方式が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この方式であれば、液体によって金型外周面を均等に冷却することが可能になる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２１４５６３号公報（第２−３頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
かかる特許文献１に記載された金型の冷却方法を図４に示す。この方法を実施する金型の冷却装置６は、上下に分割可能な金型６０を液槽７０内に支柱７１を介して若干浮かせた状態で固定し、液槽７０の下方に接続された給水管７５から冷却水（図中Ｗで図示）を供給し、液槽上部の排水管７６から冷却水を排出する構成を有している。また、金型６０のキャビティ６１に溶融した樹脂（図中Ｒで図示）を供給する注湯管７２は、液槽７０の底部を貫通して金型下部に接続されている。そして、金型６０へ供給する樹脂が規定量に達して樹脂の充填が完了した後に給水管７５より冷却水を供給し、液漕７０を冷却水で満たして金型６０の冷却を行っている。この方法であれば水平面内での冷却速度が均一となりこの面内での冷却むらをなくすことができる。
【０００７】
かかる冷却装置６を備えた樹脂成形装置は、樹脂が規定量に達すると圧力センサが作動して樹脂を停止するようになっている。そのため、樹脂の供給を停止した後に金型内の樹脂が固化することによる体積収縮が原因となり、成形体にひけが発生してしまうことがある。また、特許文献１に記載された発明において、冷却中もひけ分を補うために、注湯管７２を通じてキャビティ６１内の溶融樹脂への加圧を継続し続けたとしても、成形体にひけが生じてしまうという不具合を十分に解消できない。なぜならば、給水管７５がゲート側に設定されており、給水管７５から供給される最も温度の低い冷却水は金型６０のゲート６３側に主に到達するので、ゲート側の樹脂が最初に冷却され固化してしまうからである。
【０００８】
このようにゲート６３に位置する樹脂が最初に固化してゲート６３が詰まると、その時点から溶融樹脂の圧力がキャビティ６１の内部へ伝わらなくなって、キャビティ６１に樹脂を供給できなくなり、成形体にひけが発生することがある。そのため、かかる冷却装置６を備えた成形装置では金型６０のゲート６３に対応する部分のみならず樹脂成形体全体に亘って成形後にひけが生じてしまうことがあり、一定の品質水準を備えた樹脂成形体を安定的に得ることはできない。
【０００９】
本発明の目的は、一定の高品質を備えた樹脂成形体を得ることのできる樹脂成形体の成形方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる樹脂成形体の成形方法は、
金型を少なくとも樹脂の融点よりも高く予備加熱する第１の工程と、
槽内に入れられた前記金型内に樹脂を充填する第２の工程と、
前記金型内に樹脂が十分充填された後、前記金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら、少なくとも前記金型周囲を冷却する冷却水の水位を前記金型のベント側からゲート側に向かって移動するように前記槽内に冷却水を徐々に供給する第３の工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
金型の冷却過程において、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにするため、少なくとも金型周囲を冷却する冷却水の水位を金型のベント側からゲート側に向かって移動するように槽内に冷却水を徐々に供給するようにしたので、金型のゲート側が金型の他の部分よりも先に冷却されることが無い。そのため、金型のゲート側が先に固化して金型内に十分な樹脂注入がなされなくなることがない。また、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにしたので、保圧が作用せずかつその際に樹脂の充填が行なわれていないことによる成形体のひけが生じたりすることが無い。これによって表面にひけやむらの無い品質の一定した樹脂成形体を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は、図１に示すように、底面近傍から冷却水を供給可能な例えばステンレスでできた槽１と、槽１内に入れられ上型１１と下型１２が結合してなる金型１０とを利用して実施される。なお、金型１０自体には上述した後者の従来例と同様に冷却回路を設けず、冷却水の水位が上昇するに従ってその水位の全周に亘って金型１０が均一に冷却されるように槽１の略中央部分に金型１０を配置する。
【００１３】
続いて、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法をその工程順に説明する。
【００１４】
まず、金型１０を予熱（予備加熱）する。この予熱は熱可塑性樹脂（図中Ｒで図示）の流動性を確保するために行うもので、一般には金型１０を、使用する樹脂の融点より高温に加熱する。なお、実際には充填する樹脂の温度と同じ温度まで加熱するのが好ましい。このように金型を予熱することで、樹脂が固化する温度に到達するまでの時間が長くなり、金型内での樹脂の流動性が低下せず、これに加えて冷却速度の制御も行い易くすることができる。
【００１５】
続いて、樹脂に圧力を加えて金型１０に樹脂を充填する。金型１０は上型１１と下型１２とからなり、型の当接面（図中Ｘ参照）の面粗さを適当に調節することによって、樹脂の充填過程においてこの当接面から樹脂が流出することなくキャビティ内の空気のみが排気されるようになっている。なお、当該当接面Ｘは金型１０のベント（排気部）を形成している。
【００１６】
金型内への樹脂の加圧供給は冷却水による冷却が完了するまで行い続ける。これは成形後にひけが生じるのを回避するためである。このように金型内を保圧し続けながら給水管１６より槽１内に冷却水を徐々に供給して金型１０の冷却を開始する。このとき、槽内冷却水の水位付近の樹脂は、冷却が進み固化して体積が収縮する。しかし、その上方部分に充填された樹脂は、金型外周においてその付近の高さまで冷却水が達していないので、未固化のままである。この未固化の樹脂が充填のためにかける圧力により樹脂の不足領域に移動し、冷却により固化して減少した体積分を満遍なく補うことができる。
【００１７】
そして、冷却水の水位をベント側からゲート１３に向かって少しずつ上昇（移動）させると、これに伴って金型内の樹脂も下方から上方に徐々に固化していく。しかしながら、冷却水による冷却の影響を未だ受けていないゲート１３より樹脂が適宜補填されて固化による体積減少に起因するひけを生じることの無い成形体ができあがる。
【００１８】
なお、本実施形態においては、冷却水が槽内で対流することで温度分布がベント側（槽下方）で低温になると共にゲート側（槽上方）で高温となり、ゲート側が固化しにくい状態を積極的に作ることができ、上述のような樹脂の好適な冷却を助ける。
【００１９】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は原理的には上述の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法と同一であるが、金型の構成や金型内の冷却水による冷却領域が第１の実施形態と異なっている。
【００２０】
本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法は、図２に示すような槽２内に特別な形状の金型２０を配置した状態で実施される。なお、かかる金型２０は流体を流す金属管の接液面を覆ういわゆるライニングを形成するための金型であり、この金型に樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）を充填して両端周囲全周にフランジ状突起部を備えた円筒状のライニングを形成するための金型である。
【００２１】
本実施形態に利用される槽２は第１の実施形態の場合と同様にステンレス等の金属でできた有底円筒体からなる。なお、槽２の底部中央には槽下方から冷却水排出用パイプ３が貫通しており、槽２の内壁近傍には冷却水の給水用パイプ４が備わっている。また、冷却水排出用パイプ３には、槽２の底部下方に開閉バルブ３ａが備わって冷却工程終了後に冷却水（図中Ｗで図示）を全て排水できるようになっている。
【００２２】
金型２０は、薄い円環状のベースプレート２１、ベースプレート２１に載置された厚い円環状のフランジプレート２２、フランジプレート２２とライニングのフランジ部形成用空間を確保した状態で当該フランジプレート２２に載置され、金型として代用される管体ボディＭと、管体ボディＭの周面に嵌合され、冷却水の水位上昇に伴う冷却速度の一定化を図る熱マスとしての役目を果たすスペーサ２３を有している。金型２０は更に、これらの金型の上部に載置され、略円錐形の頭部を備えた中子２５と、中子２５の上部に取付けられ中子２５と協働してゲート３１を構成する上型２６と、上型２６の上部に取付けられたスプールブッシュ２７と、スプールブッシュ２７に結合し皿型形状を備えて中央部に樹脂の流出孔が形成されたノズル２８と、ノズル２８の周囲に配置され樹脂を貯める円筒形の容器２９と、容器２９の上部に取付けられたシリンダヘッド３０を備えている。
【００２３】
そして、金型２０のゲート３１は上述の通り中子２５と上型２６とで挟まれた部分に形成され、金型２０のベント３２はフランジプレート２２と管体ボディＭとで挟まれた部分に形成されている。
【００２４】
即ち、フランジプレート２２と管体ボディＭとの当接面（ベント３２）は樹脂がこの当接面から漏出することはないが、成形時に伴う加圧に応じて金型内部の空気のみが各当接面から金型外部に排気されるようになっている。
【００２５】
そして、図示しない油圧アクチュエータを用いて注入パイプを介してシリンダヘッド３０、容器２９、及びノズル２８で画成された空間に溶融した樹脂を充填する。続いて、図示しない油圧シリンダでシリンダヘッド３０を一定圧力で押すことで金型上部に溜まった樹脂が所定圧力で金型内の図中樹脂ハッチング（太線と細線との連続ハッチング）した空間に注入されるようになっている。
【００２６】
一方、冷却水は冷却水排出用パイプ３に備わった開閉バルブ３ａを開くことで当該パイプ３から冷却後の冷却水を排水できるようになっている。なお、ベースプレート２１の底面には金型外部に供給された冷却水を金型内部に効率良く導くためのスリット２１ａが適当な本数だけ形成されている。そのため、金型外側に溜まった冷却水は金型２０のスリット２１ａを伝わって金型２０の内側にも溜まる。従って、開閉バルブ４ａを開放しておくことで給水用パイプ４から槽底部に冷却水が供給され、槽内の水位が全体的に徐々に上昇していくようになっている。
【００２７】
なお、排水パイプ３の上端はライニングの上端面よりも上方に位置しており、接液面全体に後述するようにひけやむら（フローマーク）の無いライニングに成形する役目を果たしている。
【００２８】
以下、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法について各工程順に説明する。なお、本実施形態にかかる成形方法においては樹脂にポリプロピレン（以下、「ＰＰ」とする）を用いている。
【００２９】
まず、金型全体を予熱する。この予熱は樹脂であるＰＰの金型内での流動性を確保するために行うもので、金型全体を、使用するＰＰの融点（約１６０°Ｃ）より高温である２２０°Ｃまで図示しない加熱槽内で加熱する。なお、かかる温度まで加熱する理由は本実施形態において金型に接触した樹脂の温度が下がり、それによって樹脂の流動性が低下するのを回避するためである。
【００３０】
続いて、予熱した金型２０を図示しない搬送装置で樹脂成形ステーションに搬送する。なお、当該搬送ステーションには予め金型冷却に用いる槽２を設置しておき、当該槽２の底部に前述の金型２０を配置する。なお、この作業においては、槽２の底部から槽内に突出した冷却水排出用パイプ３が図２に示すように金型２０の内部に挿入されるように金型２０を位置決めしながら配置する。
【００３１】
続いて、金型２０に樹脂を充填する。なお、金型内への樹脂の供給は後述する樹脂の冷却が完了するまで行い続ける。具体的には金型内に樹脂が十分充填された後、冷却工程中において金型内を保圧し続けることからなる。これは第１の実施形態の場合と同様に冷却中、金型内の樹脂不足分を補填することで樹脂にひけが生じるのを回避するためである。なお、金型全体に樹脂を充填し終わるまでには、内径５cm、厚み０．４cmライニングを形成する場合、一例として約３分の時間を要する。
【００３２】
金型全体に樹脂を充填した後、金型２のゲート３１から金型内に保圧をかけたまま冷却水供給用パイプ４の開閉バルブ４ａを開放し、冷却水供給用パイプ４のパイプ先端より金型外部に冷却水を徐々に供給して金型２の冷却を開始する。
【００３３】
金型外側に溜まった冷却水は、ベースプレート２１に設けたスリット２１ａを介して金型内側の空洞部分に流入し、金型の内側と外側において冷却水が溜まっていく。そして、金型内側の空洞部分に溜まった冷却水の水位と金型外側に溜まった冷却水の水位とが一致するようになり、金型内において冷却水の水位よりも低い部分に充填された樹脂が急速に冷却されて固化し始める。
【００３４】
なお、このように金型外部のみを冷却せずに金型内部も同時に冷却することで成形体であるライニングの内側部分も所望の冷却速度で冷却可能となる。その結果、ライニングの内側部分に成形不良が現れるのを防止することができる。なお、ライニングの内側部分は管体の接液部分に相当する重要な部位なので、このように冷却することでかかるライニング内側部分の成形不良を無くすことは技術的に十分な意義があると言える。
【００３５】
上述の通り、槽内冷却水の水位付近の樹脂は、冷却が進み固化して体積が収縮する。しかし、その上部に位置する充填された樹脂は、その付近の高さまで冷却水が達していないので、未固化のままである。この未固化の樹脂が充填のために金型にかける保圧により下方に移動し、冷却により固化して減少した体積分を満遍なく補うことができる。
【００３６】
そして、冷却水の水位をベント３２の方向からゲート３１の方向に少しずつ上昇させていけば、金型内の樹脂も下方から上方に徐々に固化していく。しかしながら、冷却水による冷却の影響を未だ受けていないゲート３１から樹脂が間断無く供給されるので、固化による体積減少分はかかる樹脂で補填されて固化による体積減少に起因するひけの無い成形体を得ることができる。
【００３７】
続いて、冷却水の水位を上げていくと、水位が排出用パイプ３より高くなり、金型内側の冷却水と中子２５とで囲まれた領域の空気は排出用パイプ３を介して金型内から全て排気される。そして、サイホン現象により漕内の冷却水が続けて排出され始める。従って、サイホン現象で水が排出され始めた時点で排出用パイプ３の開閉バルブ３ａを閉める。これによって冷却水の排出を一時的に止めて槽内の冷却水が排水しないようにする。
【００３８】
金型内側における冷却水の水位は冷却水排出用パイプ３の高さより高くなるので、冷却水排出用パイプ３の長さを長くして金型内で成形されるライニングの接液部分より水位が上昇するように中子２５と給水パイプ上端部との位置関係を特別に規定している。
【００３９】
即ち、槽内に供給される冷却水の水位は冷却水排出用パイプ３の上端部を超えて上昇する。この水位は成形体であるライニングの図中上端面Ｐよりも上方となるので、ライニングの上端面Ｐも確実に冷却することができる。これによってライニングの接液部分全体に亘ってむら（フローマーク）の生じない成形体を得ることができる。
【００４０】
また、上述の実施形態と同様に冷却水が槽内で対流することで温度分布が、ベント側（槽下方）で低温になると共にゲート側（槽上方）で高温となり、ゲート側が固化しにくい状態を積極的に作ることができる。従って、上述のような樹脂の好適な冷却を助ける。
【００４１】
続いて、一定の冷却時間を経過した後、排出用パイプ３を開き漕内の冷却水を全て排出し、冷却工程を終了する。
【００４２】
その後、金型２０を槽内から図示しない搬送装置で取り出し、金型２０を分割して成形体を取り出す。そして、所定の位置で成形体を切断して管体用のライニングを得る。
【００４３】
このようにして得られた管体のライニングは樹脂のひけやむらを有さず、特に接液部である内周面において高品質を保っている。そのため、かかるライニングを備えた管体はライニングの部分に穴があくようなことが無く、従って、管体外部に被測定流体が漏出するようなことも無い。
【００４４】
また、本実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法を用いれば、多数の打ち抜き孔が形成された板金からなる補強板のような金属製の補強材をライニングに用いることなく、補強フィラーのみを含有したＰＰのみで接液面にひけやむらの生じない廉価で耐久性に優れたライニングを形成することができる。そのため、管体全体のコスト低減に貢献することができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態において成形材料に使用する樹脂としてはＰＰだけでなくＰＦＡ（四ふっ化−パーフルオロアルキルビニルエーテル樹脂）にも適用可能であることが確認済みである。
【００４６】
また、例えば内径５cmのライニングの成形工程において、従来のように空冷による金型冷却に際しては約３０分の冷却時間を要したが、上述の方法を用いた場合、金型冷却が約１５分と短縮され、ライニング製造工程のタクトタイム低減に大いに貢献することが分かった。
【００４７】
また、ひけやむらの無いライニングを安定して形成することができたので、従来のライニング成形方法に較べて製品の歩留りが格段に向上した。
【００４８】
なお、上述の実施形態においては、ゲートが上部にある金型の周囲を冷却水の水位がベント側からゲート側に徐々に上昇する構成に基づいて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。即ち、金型自体を水平方向に寝かした状態で配置し、金型のゲートを水平方向一方（例えば右方向）に設けて、冷却水を金型の水平方向他方（例えば左方向）からゲートに向かって水平方向に水位が移動するような構造が可能であれば、このような構造を備えた装置を用いて樹脂成形体を成形する方法も本発明の範囲内であると言える。
【００４９】
また、冷却に用いる媒体は水に限らずオイル等の他の液体であっても構わない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる樹脂成形体の成形方法は、金型の冷却過程において、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにするため、少なくとも金型周囲を冷却する冷却水の水位を金型のベント側からゲート側に向かって移動するように槽内に冷却水を徐々に供給するようにしたので、金型のゲート側が金型の他の部分よりも先に冷却されることが無い。そのため、金型のゲート側が先に固化して金型内に十分な樹脂注入がなされなくなることがない。また、槽内に入れられた金型内に樹脂が十分充填された後、金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら金型のゲート側が最後に冷却水で冷却されるようにしたので、保圧が作用しなくなるとともにその際に樹脂の充填が行なわれていないことによって成形体にひけが生じたりすることが無い。これによって表面にひけやむらの無い品質の一定した樹脂成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法に使用する金型及び金型の冷却装置を示した概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかる樹脂成形体の成形方法に使用する金型及び金型の冷却装置を示した概略断面図である。
【図３】従来の金型の冷却方法を示した概略断面図である。
【図４】図３とは別の従来の金型の冷却方法を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１，２ 槽
３ 排出用パイプ
３ａ 開閉バルブ
４ 給水用パイプ
６ 冷却装置
１０ 金型
１５ 槽
１６ 給水管
２０ 金型
２１ 第１金型
２１ａ スリット
２２ フランジプレート
２３ スペーサ
２５ 中子
２６ 上型
２７ スプールブッシュ
２８ ノズル
２９ 容器
３０ シリンダヘッド
３１ ゲート
３２ ベント
５０ 金型
５１ 冷却回路
５１ａ 入口側
５１ｂ 出口側
６０ 金型
６１ キャビティ
６３ ゲート
７０ 液槽
７１ 支柱
７２ 注湯管
７５ 給水管
７６ 排水管
Ｍ 管体ボディ
Ｒ 樹脂
Ｗ 冷却水
Claims (1)
- 金型を少なくとも樹脂の融点よりも高く予備加熱する第１の工程と、
槽内に入れられた前記金型内に樹脂を充填する第２の工程と、
前記金型内に樹脂が十分充填された後、前記金型内を保圧し樹脂を充填し続けながら、少なくとも前記金型周囲を冷却する冷却水の水位を前記金型のベント側からゲート側に向かって移動するように前記槽内に冷却水を徐々に供給する第３の工程とを有することを特徴とする樹脂成形体の成形方法。
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