(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高度な樹脂密度分布が要求される多数個取りを可能とする射出成形方法であって、
射出装置から等長ランナーによって溶融樹脂材料を複数に分配する多数個取りの為の分配工程と、
前記分配工程から分配された各前記溶融樹脂材料の樹脂密度分布を調整する樹脂密度調整工程と、
前記樹脂密度調整工程により樹脂密度の調整が図られた溶融樹脂材料を成形品となる領域に充填する充填工程と、を全体の工程中に含み、
前記樹脂密度調整工程は、前記溶融樹脂材料を改めて温度調整を行うことで流動性を調整するホットランナー工程と、前記射出装置から射出された樹脂圧力を改めて調整するコールドランナー工程とを併用する併用工程を含む構成であって、
前記併用工程は、前記ホットランナーからスプール及び分岐ランナーを介してキャビティーの中心から同一ピッチ円上に等分して配置される複数のコールドランナーに分配するものであり、
前記分配工程から前記樹脂密度調整工程までの一連の工程を一つの金型において、複数同時に行うことを特徴とする多数個取り射出成形方法。
【請求項２】
前記複数のコールドランナーから、前記充填領域への前記溶融樹脂材料の充填が規則的で等間隔に複数分散して配置するピンゲート形式を採用したことを特徴とする請求項１に記載の多数個取り射出成形方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の多数個取り射出成形方法に用いられる射出成形用の金型であって、
射出装置から等長ランナーを通じて複数に溶融樹脂材料を分配する分配構造を備え、
前記分配構造により分配されて各前記溶融樹脂材料の樹脂密度分布を調整する樹脂密度調整構造を備え、
前記樹脂密度調整構造により樹脂密度の調整が図られた前記溶融樹脂材料を成形品となる領域に充填する充填構造を備えており、
前記樹脂密度調整構造は、前記溶融樹脂材料を改めて温度調整を行うことで流動性を調整するホットランナーと、前記射出装置から射出された樹脂圧力をあらためて調整するコールドランナーとを併用する併用ランナー構造を備え、
前記併用構造は、ホットランナーからスプール及び分岐ランナーを介してキャビティーの中心から同一ピッチ円上に等分して複数配置される複数の前記コールドランナーに分配するものであり、
前記分配構造から前記充填構造までの一連の構造を一つの金型において、複数備え、これらが複数同時に稼動することを特徴とする多数個取り射出成形用金型。
【請求項４】
前記複数のコールドランナーから、前記充填領域への前記溶融樹脂材料の充填が規則的で等間隔に複数分散して配置するピンゲート構造を採用したことを特徴とする請求項３に記載の多数個取り射出成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シロッコファンやターボファンといった、高速で回転する使用態様の樹脂製品を射出成形手段により生産する技術に関し、詳しくは、当該射出成形品において、不釣り合いバランス調整を不要にできる均一な密度特性を備えると共に、多数個取りを可能とすべく、ホットランナーによる温度調整とコールドランナーによる圧力調整の双方を併用して、溶融樹脂の流動性をコントロールし、均一な密度特性と多数個取りの両立を可能にする射出成形方法及び金型の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形において、多数個取りができれば製造時間を大幅に短縮できるため、そのメリットは大きい。しかし、多数個取りの場合は、複数のキャビティ間を繋ぐランナーの本数や長さが増加してしまうため、流路内での温度変化によって粘性変化や異方性による歪み等の問題が生じたり、残留応力による弊害が生じたりすることがある。従って、高回転でのバランスが要求される送風ファンのような射出成形品においては、樹脂密度の分布管理やランナーの設計等の観点から多数個取りは採用されないのが一般的であった。【０００３】
係るランナー設計に目を向けると、流動性をよくして成形品の品質を高めることが可能なホットランナーを用いることも多くなってきた。ホットランナーによれば、ランナーが長くなっても、キャビティへの直前に加熱できるので、ブレード部のように狭い流路でも、「充填不足（ショートショット）」や「ウェルドマーク」の発生を予防でき、また、成形品だけを取出せるので、不要なランナーの粉砕工程や、再使用するための工程が不要になり、環境問題や廃プラスチック対策の一助になり、製品化能力が実質的に増大するなどのメリットもある。【０００４】
ただし、他方では、溶融樹脂の温度が高過ぎると熱劣化によりもろくなる等、温度管理が難しくなるという問題もある。また、羽根部のような狭い部分を高速度で溶融樹脂が流動するとき，樹脂を構成している分子が流動方向に引き伸ばされて，流動方向に配列する「流動配向」または「分子配向」という現象が起きることが知られている。従って、送風ファンのように低回転から高回転まで振動を生じない特性が要求される射出成形品においては、係る流動速度の調節が必要であり、不釣り合いバランス調整の要否に影響する。【０００５】
以上の通り、騒音や振動を嫌う高精度高品質なシロッコファン、ターボファン、或いはブロアなどの高回転物の射出成形品において、多数個取り射出成形は困難な現状下にあり、高精度で高バランスなファンの多数個取りができる技術が求められているといえる。ファンやブロアのように高速回転するものでは所定のバランスが重要であり、キャビティ内では、溶融樹脂の流動速度や温度圧力など種々の条件において均一であることが必要である。【０００６】
また、多数個取りのために流動性を良くしようとして、樹脂の温度を高くしすぎると、樹脂の熱劣化によりもろくなってしまうという問題や、流動性の不均一は振動や騒音の原因ともなってしまうため、多数個取りの問題は多い。従って、多数個取りができれば、コストの軽減化や製造時間を短縮できるという大きなメリットがある。【０００７】
なお、近年では、プラスチック成形加工における流動状態をコンピュータにより解析するＣＡＥ（Computer Aided Engineering）の開発が進んでいる。しかしながら、射出成形においては、冷えた金型に溶融した樹脂を高速で流して高い圧力で固めるというプロセスであるため、成形挙動が非常に複雑であり、特に、送風用のファンのように薄くて長い羽根部分を持つ射出成形品の流動状態は解析が困難であるという問題がある。  【０００８】
このような現状に鑑み、従来から種々の技術が提案されている。例えば、「成形品の表面に現れる微小なひけや、射出途中におけるヘジテーションや射出末期における過剰圧力発生などの問題が生じない合成樹脂射出成形用金型」を提供する技術が提案され、公知技術となっている（特許文献１参照）。より詳しくは、「キャビティの表面が交互に加熱冷却される合成樹脂射出成形用金型において、樹脂供給路をコールドランナー方式またはセミホットランナー方式とし、樹脂供給路の少なくとも一部に加熱冷却媒体流路を設け、樹脂供給路を交互に加熱冷却する。なお、上記金型において、樹脂供給路の少なくとも一部を交互に加熱冷却するのに代えて、樹脂供給路の少なくとも一部に断熱層を設けても良い。」【０００９】
また、「成形品の形状に応じてキャビティ形状を迅速かつ簡易に変更することが可能であって、少ロットの生産、納期の短縮、低コスト化に対する要求を十分に満たすことが可能な簡易金型を用いた射出成形装置を提供する。」技術が提案され、公知技術となっている（特許文献２参照）。より詳しくは、「射出成形装置は、キャビティが形成された交換部と装置本体部に固定される固定部とを有する簡易金型と、簡易金型の開閉動作を制御する制御部とを備えている。交換部は、固定部に固定される固定型板と、固定型板に接近離反する可動型板と、成形品を離反させる突き出し機構とを有している。固定部には、溶融樹脂を溶融状態でキャビティへ送出させるためのホットランナーが形成される。固定型板には、ホットランナーより送出される溶融樹脂をキャビティに導くためのコールドランナーが形成される。」とした技術である。【００１０】
また、「ホットランナーと併用されるコールドランナーでの溶融樹脂材料の流動性を確保して、その樹脂材料の固化を防ぐとともに、成形品へのコールドスラッグの混入を未然に防止する。」技術が提案され、公知技術となっている（特許文献３参照）。より詳しくは、「ホットランナーを延長するかたちでそのホットランナーと直列にコールドランナーを設けてある。コールドランナーは分割ブロック側の分割面に形成した断面略半円状の溝部とキャビティブロック側の分割面とで形成される。溝部側に断熱層を形成して、コールドランナーに断熱効果を持たせてある。コールドランナーの終端部のコールドスラッグを捕集するためのスラッグウェルとし、このスラッグウェルには断熱層を設けることなく、非断熱構造としている。【００１１】
上記いずれの先行技術も、コールドランナーとホットランナーを併用することで、成形品の精度を上げるという点は、本願発明の課題を解決するための手段と共通している。しかしながら、前記文献２及び前記文献３に係る技術では、多数個取りまでも含めた課題とはしておらず、精度を高めながらも、これと並行して多数個取りを可能とする問題については記載も示唆もなく、未だに解決できていない。また、文献３には、図面の２に多数個取りについての図示があるが、係る図面には、一般的な多数個取りの先行例が記載されているにすぎず、ホットランナーとコールドランナーとを併用した多数個取りの記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２１０７９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０９９０４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１８７８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題点を鑑みて、ホットランナー１５０及びコールドランナー１６０とを併用することに着目し、ホットランナー１５０による高精度な温度管理と、コールドランナー１６０による圧力・速度管理を行うことで、従来不可能であった高い密度分布が要求される成形品についての多数個取りを可能としたことを最大の特徴とするものである。
【実施するための手段】
【００１４】
本発明は、前記の目的を達成するために、高度な樹脂密度分布が要求される多数個取りを可能とする射出成形方法であって、前記併用工程は、前記ホットランナーからスプール射出装置から等長ランナーによって溶融樹脂材料を複数に分配する多数個取りの為の分配工程と、前記分配工程から分配された各前記溶融樹脂材料の樹脂密度分布を調整する樹脂密度調整工程と、前記樹脂密度調整工程により樹脂密度の調整が図られた溶融樹脂材料を成形品となる領域に充填する充填工程と、を全体の工程中に含む射出成型方法であり、前記樹脂密度調整工程は、前記溶融樹脂材料を改めて温度調整を行うことで流動性を調整するホットランナー工程と、前記射出装置から射出された樹脂圧力を改めて調整するコールドランナー工程とを併用する併用工程を含む構成であって、及び分岐ランナーを介してキャビティーの中心から同一ピッチ円上に等分して配置される複数のコールドランナーに分配するものであり、
前記分配工程から前記樹脂密度調整工程までの一連の工程を一つの金型において、複数同時に行うことを特徴とする多数個取り射出成形方法。
射出成形方法とした。
【００１５】
また、本発明は、前記複数のコールドランナーから、前記充填領域への前記溶融樹脂材料の充填が規則的で等間隔に複数分散して配置するピンゲート形式を採用したことを特徴とする前記多数個取り射出成形方法とすることもできる。
【００１６】
また、本発明は、前記に記載の多数個取り射出成形方法に用いられる射出成形用の金型であって、射出装置から等長ランナーを通じて複数に溶融樹脂材料を分配する分配構造を備え、前記分配構造により分配されて各前記溶融樹脂材料の樹脂密度分布を調整する樹脂密度調整構造を備え、前記樹脂密度調整構造により樹脂密度の調整が図られた前記溶融樹脂材料を成形品となる領域に充填する充填構造を備えて成る。
【００１７】
前記多数個取り射出成形方法において、前記分配構造から前記樹脂密度調整構造までの樹脂の流通経路が同一ピッチ円上に等角に分散された構成であることを採用することもできる。
【００１８】
前記樹脂密度調整構造は、前記溶融樹脂材料を改めて温度調整を行うことで流動性を調整するホットランナーと、前記射出装置から射出された樹脂圧力をあらためて調整するコールドランナーとを併用する併用ランナー構造を備え、
前記併用構造は、ホットランナーからスプール及び分岐ランナーを介してキャビティーの中心から同一ピッチ円上に等分して複数配置される複数の前記コールドランナーに分配するものであり、前記分配構造から前記充填構造までの一連の構造を一つの金型において、複数備え、これらが複数同時に稼動することを特徴とする多数個取り射出成形用金型。
【００１９】
また、本発明は、前記複数のコールドランナーから、前記充填領域への前記溶融樹脂材料の充填が規則的で等間隔に複数分散して配置するピンゲート構造を採用したことを特徴とする多数個取り射出成形金型とすることもできる。
【００２０】
前記多数個取り射出成形金型において、前記分配構造から前記樹脂密度調整構造までの樹脂の流通経路が同一ピッチ円上に等角に配置される構成を採用することもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る多数個取り射出成型方法並びに金型によれば、不釣り合いバランス調整を不要にできる均一な密度特性を備えると共に、多数個取りを可能としたことで、生産時間の短縮が図られるといった優れた効果を奏するものである。【００２２】
また、本発明に係る多数個取り射出成型方法並びに金型によれば、近年開発が進んだＣＡＥによっても溶融樹脂材料の流動状態
の解析が困難な形状の成形においても、係る解析技術に頼らず、個々の形状や寸法に応じて、ホットランナーノズルの温度調整や、コールドランナー１６０の流路内径若しくは絞り条件を変化させることで、ベストな状態を容易に導き出すことが可能であるという優れた効果を奏するものである。【００２３】
また、本発明に係る射出成形方法によれば、バランス調整を行う必要のないファンを作ることが可能となる優れた効果を発揮するものである。また、加熱することにより粘性が小さくなり、狭い流路内にもしっかりと浸透させて微細な突起等の形状の創出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本願発明に係る多数個取り射出成型方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】本願発明に係る２個取りの場合の構成を示す正面図である。
【図３】ホットランナー及びコールドランナー併用説明拡大正面図である。
【図４】本願発明に係る２個取りの場合の可動側平面図である。
【図５】本願発明に係る２個取りの場合の固定側底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、ホットランナー１５０とコールドランナー１６０を併用し、更に、ランナーの長さを等長として複数接続することで、高精度でありながら、多数個取りを可能とすることを最大の特徴とするものである。
以下、実施例を図面に基づいて記述する。尚、図面に示された形状、寸法に本願発明が限定されるものではなく、本願書面に表された技術的思想の創作の要部といえる技術的範囲内において、変更できるものとする。
【００２６】
図１は、本発明に係る多数個取り射出成形方法に用いられる工程を示すフローチャートである。本願発明は、均一な密度分布が要求される成形品の多数個取りを可能とする射出成形方法である。具体的には、例えば、シロッコファンやターボファンのように、毎分数千回転で回転する送風用のファンのように、高速回転する成形品においては、樹脂の密度を均一に充填することが必要である。
【００２７】
分配工程１０は、射出装置のスプール１２０から等長のランナーによって溶融樹脂材料を複数に分配し、該分配工程１０から供給される前記溶融樹脂材料をホットランナーシステムへと供給する。なお、図２から図５は２個取りの場合の実施例を示すものであるため、ランナーはスプール１２０を中心に等長の直線状であるが、例えば３個取りであれば１２０度間隔の３方向のランナーとなり、４個取りであれば９０度間隔の４方向のランナーとなる。
【００２８】
樹脂密度調整工程２０は、溶融樹脂材料の樹脂密度の分布を調整する工程であり、ホットランナー工程２２とコールドランナー工程２４とを併用して利用する構成を採用している。ホットランナー１５０とコールドランナー１６０は、分岐ランナー１５４を介して接続配置される。なお、前記分岐ランナー１５４はホットランナーノズル１４０を中心として放射状に延びるランナーであり、図２及び図３に示した分岐ランナー１５４は成形品となるファンの軸心を中心とした同一ピッチ円上に６カ所コールドランナー１６０を規則的に配列する実施例である。なお、ランナーの先端にはスラグウェル１５２を設けることが望ましい。
【００２９】
ホットランナー工程２２は、射出装置において加熱され溶融状態となった樹脂を、キャビティ１８０内に充填する直前において、改めて過熱するもので、流動性を、よくし、樹脂密度の均一化を図るための第一の方法として用いる。また、マニホールド１９０による加熱には一般的なヒータなどを用いて、安定した溶融状態を保つことが望ましい。なお、ホットランナーノズル１４０には、ノズルの先端が開放回復をしているオープンゲート式と、開閉機構のついたバルブゲート式があり、いずれかを限定するものではないが、バルブゲート式の方が、ゲートの開閉機構を有するためゲートの切れが良く、金型の価格はやや高くなるものの、オープンゲート式に比べると，ゲート部の温度設定が容易であるため、本願発明の課題の対象となる回転ファンなどでは図２に示すようなバルブゲート式が望ましい。
【００３０】
コールドランナー工程２４は、前記ホットランナーノズル１４０により高温となった溶融樹脂材料がキャビティ１８０内に充填される際、流入速度並びに圧力を調整するために用いている。特に、成形品がシロッコファンのブレード部のように、極めて薄い流動部を有しているような場合には、流動性を高めすぎると、係る狭い流路で充填速度が高まり、樹脂を構成している分子が流動方向に引き伸ばされて，流動方向に配列する流動配向または分子配向という現象が起きる。残留応力等の問題を生じることとなる。そこで、前工程のホットランナー１５０の利点を生かすべくコールドランナー１６０を併用して、高温域から低温域への流路の温度差と、コールドランナー１６０における絞りによる圧力差を物理的に作用させて、溶融樹脂の流動特性を調整する構成を採用している。
【００３１】
充填工程３０は、前記樹脂密度調整工程２０により樹脂密度調整が図られた前記溶融樹脂材料を、前記各キャビティ１８０の所定位置から等角位置から充填する工程である。なお、実験により種々の配置構成を検討した結果、係る配置は６等分である場合に、特に良い均一な樹脂密度が得られた。
【００３２】
なお、その後の冷却工程は通常のエアーによる空冷又は冷却水による水冷などであり、離型工程も押し出しピン２３０と押し出し板２４０・２５０等による押し出しなど、通常の工程同様であるため省略する。
【００３３】
図２は、成形品がシロッコファンである場合の２個取り係る実施例正面図である。特徴的な部分は、ホットランナー１５０とコールドランナー１６０を並存して使用している点であり、両者は図面に示すように直列的な配置構成を成し、温度調節がされた溶融樹脂が、所定の絞りによって圧力調整をされることにより、略円筒状のファン形状に対し、均一な速度と性状により充填される。なお、射出装置から供給される溶融樹脂は、一般的に高温化させすぎると、熱劣化を生じ、歪みや残留応力を残す原因となる。したがって、従来その温度の設定上限から流出するランナーの長さが長い場合、著しく温度が変化し、このような弊害が生じることがある。また、ホットランナー１５０を用いると、不要なランナーが残らないため経済的であるが、本願発明では、ホットランナー１５０の係る利点よりもコールドランナー１６０による充填速度と圧力調整を優先し、あえてランナーの残るコールドランナー１６０の併用という構成を採用した。より具体的には、射出装置により加熱されて流動性を得た溶融樹脂材料をキャビティ手前のホットランナーノズル１４０により再度加熱することによって,流動性を更に高めた場合、溶融樹脂材料は、羽部分の薄い通路において流速が増してしまう。そうすると、前記弊害を生ずる結果となる。そこで、コールドランナー１６０のノズル部及びコールドランナー１６０の流路を絞ることによって圧力調整をし、併せて流速の均一化を測っている。更に、ピンゲートを複数設けることにより、流速を更に調節して良好な流動状態を確保することも望ましい。
【００３４】
図２は、シロッコファンの２個取りの場合の構成を示す側面図であり、図３は溶融樹脂材料の流路を示す拡大図であり、図４と図５は、図２に対応する
２個取りの場合の可動側平面図(図４)と固定側底面図（図５）である。各図面はシロッコファンを実施例としているが、これは自動車の空調用に用いられるもので、成形品のブレードが薄く、しかも、３０〜６０枚程度と、ブレード数も多い。従って、均一な樹脂密度分布が求められるものである
【００３５】
また、本願発明者は、この他にもプロペラファン、ターボファン、ブロアファン等種々の型式も実験をしており、いずれの形式でもホットランナー１５０の温度制御と、コールドランナー１６０の流路径、絞り、ノズル形状、若しくはゲートの有無などを選択できるように用意しておくことで、いずれのファン形式を多数個取りにしても良好な結果が得られることを見出している。
【００３６】
なお、金型１については特別な構造を有することはなく、図２から図５に示すような、通常の２プレート又は３プレート金型でよく、可動側金型には雄型２２０が、固定側金型１００には雌型１７０が其々備えられる。また、図５では、コールドランナー１６０の先端はキャビティ１８０の軸心から等方的に６カ所配置されているように図示しているが、係る数や位置に限定されるものではなく、あくまでも圧力や流速の調整に応じて本数は変更できるものである。なお、図面に示すシロッコファンの場合は、６カ所から供給したものが物性的に優れていたため、これを例示したものである。
【００３７】
ホットランナー１５０システムは、図２及びに図３に示すように、スプールから等長のランナーを介して供給される溶融樹脂材料を改めて加熱し、流動性を高めるシステムであり、ホットランナーノズル１４０やマニホールド１９０が固定側金型１００に備えられる。ホットランナーノズル１４０は内設されるヒータを電気的に制御して加熱するものであれば一般的なものでよく、前記の通り、ノズルの先端が開放回復をしているオープンゲート式と、開閉機構のついたバルブゲート式があり、いずれかを限定するものではないが、バルブゲート式の方が、ゲートの開閉機構を有するためゲートの切れが良く、ゲート部の温度設定が容易であるため、本願発明の課題の対象となる回転ファンなどではバルブゲート式が望ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１  金型
１０  分配工程
２０  樹脂密度調整工程
２２  ホットランナー工程
２４  コールドランナー工程
３０  充填工程
１００  固定側金型
１１０  固定側取付板
１２０  スプール
１３０  ランナー
１４０  ホットランナーノズル
１５０  ホットランナー
１５２  スラグウェル
１５４  分岐ランナー
１６０  コールドランナー
１７０  雌型
１８０  キャビティ
１９０  マニホールド
２００  可動型金型
２１０  可動側取付板
２２０  雄型
２３０  押し出しピン
２４０  押し出し板（上）
２５０  押し出し板（下）
２６０  冷却装置
【要約】
【課題】本発明は、高速で回転する使用態様の樹脂成形品の射出成形技術に関し、詳しくは、当該射出成形品において、不釣り合いバランス調整を不要にできると共に、多数個取りを可能とすることで製造時間の短縮と、コストの軽減形善を図る技術の提案。
【解決手段】溶融樹脂材料を複数に分配する分配工程と、樹脂密度分布を調整する樹脂密度調整工程と、溶融樹脂材料を成形品となる領域に充填する充填工程から成り、ホットランナー工程と、コールドランナー工程とを併用する併用工程を含む構成であって、ホットランナーからスプール及び分岐ランナーを介して複数の前記コールドランナーに分配するものであり、前記分配工程から前記充填工程までの一連の工程を一つの金型において、複数同時に行うことを特徴とする多数個取り射出成形方法。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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