(57)【要約】【課題】溶融樹脂の射出前に、金型のキャビティ面を高温の気体で暖める樹脂成形方法において、キャビティの末端まで高温の気体を供給することができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】金型のキャビティを減圧する減圧工程（ＳＴ０３〜ＳＴ０５）と、減圧状態のキャビティへ金型の温度より高温の気体を充填させる気体充填工程（ＳＴ０６〜ＳＴ０７）と、高温の気体で暖めたキャビティへ溶融樹脂を射出して充填する樹脂充填工程（ＳＴ０９〜ＳＴ１０）とからなることを特徴とする。【効果】減圧状態のキャビティへ高温の気体を充填させるため、キャビティの末端まで高温の気体を充填することができる。この結果、金型のキャビティ面を隅々まで昇温することができ、成形不良の発生を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティを減圧する減圧工程と、減圧状態のキャビティへ前記金型の温度より高温の気体を充填させる気体充填工程と、高温の気体で暖めたキャビティへ溶融樹脂を射出して充填する樹脂充填工程とからなることを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項２】
前記高温の気体は、空気より比熱が大きな気体であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形方法。
【請求項３】
前記空気より比熱が大きな気体は、ヘリウムガスであることを特徴とする請求項２記載の樹脂成形方法。
【請求項４】
前記高温の気体は、空気とヘリウムガスの混合気体であることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形方法。
【請求項５】
前記減圧工程と前記気体充填工程とは、この順で少なくとも２回実施し、その後に前記樹脂充填工程を実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂成形方法。
【請求項６】
前記気体充填工程で用いる高温の気体は、樹脂の軟化点以上の高温であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄肉成形に好適な樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型のキャビティへ溶融樹脂を射出し、充填することで樹脂成形品を得ることは広く実施されている。
低温の金型へ高温の溶融樹脂を射出すると、充填開始直後に溶融樹脂が急激に凝固し、後の充填に支障をきたす場合や、成形品に大きな歪が残ることがある。
そこで、金型のキャビティ面を暖め、そこへ溶融樹脂を射出することで、凝固を遅らせる成形技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開平４−２０１３０６号公報（特許請求の範囲第１項）
【特許文献２】特開平１０−５８４５３号公報（請求項１）
【０００３】
特許文献１の特許請求の範囲第１項には「・・・おいて、前記キャビティ（４）内に溶融樹脂を充填する前に、前記キャビティ（４）内に高温気体を供給することを特徴とする合成樹脂の成形方法。」の記載がある。
【０００４】
特許文献２の請求項１には「・・・おいて、前記金型のキャビティ内へ高温気体を流動させてキャビティ表面を原料の成形適温まで昇温させ、昇温すると上記キャビティ内へ上記高温気体を排出しながら溶融樹脂を充填して、・・・」の記載がある。
【０００５】
特許文献１、２の発明は、いずれも金型のキャビティ面を暖め、そこへ溶融樹脂を射出することで、凝固を遅らせる成形技術に関する。
【０００６】
一方、近年、成形品形状の複雑化や成形品の極薄肉化の要求が高まり、キャビティの形状を複雑にすることやキャビティギャップを微小にする必要が出てきた。
キャビティの形状を複雑にすることやキャビティギャップを微小にすると、高温気体が流れにくくなり、キャビティの末端まで到達しないか、到達しても高温気体の量が少な過ぎることが判明した。
この結果、キャビティの末端まで溶融樹脂が回らないか、回ってもその量が不足し、成形品の品質が低下する。
【０００７】
薄肉成形において、キャビティの末端まで高温の気体を供給することができる技術が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、キャビティの末端まで高温の気体を供給することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、金型のキャビティを減圧する減圧工程と、減圧状態のキャビティへ前記金型の温度より高温の気体を充填させる気体充填工程と、高温の気体で暖めたキャビティへ溶融樹脂を射出して充填する樹脂充填工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、高温の気体は、空気より比熱が大きな気体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明では、空気より比熱が大きな気体は、ヘリウムガスであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明では、高温の気体は、空気とヘリウムガスの混合気体であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明では、減圧工程と気体充填工程とは、この順で少なくとも２回実施し、その後に樹脂充填工程を実施することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明では、気体充填工程で用いる高温の気体は、樹脂の軟化点以上の高温であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明では、減圧状態のキャビティへ高温の気体を充填させるため、キャビティの末端まで高温の気体を充填することができる。この結果、金型のキャビティの隅々まで昇温することができ、成形不良の発生を抑制することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、高温の気体は、空気より比熱が大きな気体とした。比熱と量との積が熱量となるため、比熱が大きな気体は大きな熱量を金型に与える。この結果、金型のキャビティ面を十分に暖めることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明では、空気より比熱が大きな気体は、ヘリウムガスである。ヘリウムは爆発の心配がない安全な気体であり、作業環境を良好に保つことができる。
【００１８】
請求項４に係る発明では、高温の気体は、空気とヘリウムガスの混合気体である。ヘリウムガスは高価なガスであるため、空気と混ぜることにより使用量を抑えて、ガスの調達費用を抑える。
【００１９】
請求項５に係る発明では、減圧工程と気体充填工程とは、この順で少なくとも２回実施し、その後に樹脂充填工程を実施する。高温の気体は金型へ熱を与えると自身は温度が低下する。この低温になった気体を２回目の減圧工程で排除し、２回目の気体充填工程で高温の気体を充填すれば、金型のキャビティ面を十分に暖めることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明では、気体充填工程で用いる高温の気体は、樹脂の軟化点以上の高温である。溶融樹脂の凝固を十分に遅らせることができ、キャビティの細部まで樹脂を回すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る樹脂成形装置の原理図であり、樹脂成形装置１０は、固定型１１と可動型１２とからなる金型１３と、この金型１３のキャビティ１４へゲート１５を介して溶融樹脂を射出する射出機１６と、キャビティ１４の末端を外へ連通するガス抜きスリット１８と、このガス抜きスリット１８から延ばした共用管１９と、この共用管１９から分岐させたガス抜き管２１、真空排気管２２及び気体供給管２３と、ガス抜き管２１に介在させたガス抜き弁２４と、真空排気管２２に介在させた排気弁２５及び真空ポンプ２６と、気体供給管２３に介在させた気体供給弁２７、気体を暖めるヒータ２８及び気体供給源２９と、金型１３を適温に保つ金型温度調節器３１と、射出機１６、ガス抜き弁２４、排気弁２５及び気体供給弁２７を一括して制御する制御部３２とを備える。
【００２２】
射出機１６は、計量、射出、保圧などの一連の動作が行える充填装置であればよく、形式や種類は問わない。ただし、高圧で且つ高速充填が可能なスクリュー式射出機が好適である。
真空ポンプ２６は、ロータリーポンプ、油拡散真空ポンプ、ターボ分子ポンプなどポンプであればよく、形式や種類は問わない。ただし、価格や性能の面からロータリーポンプが好適である。
気体供給源２９は、気体が空気であればコンプレッサー又はエアポンプ、気体がヘリウムガスや水素ガスであればガスボンベであればよい。
【００２３】
以上の構成からなる樹脂成形装置を用いて実施する樹脂成形方法を次に説明する。
図２は本発明に係る樹脂成形の工程図である。
ステップ番号（以下、ＳＴと略す。）０１で、型締めを実施する。すなわち、図１で固定型１１に可動型１２を押圧して、型締め状態にする。
ＳＴ０２でガス抜き弁及び気体供給弁を閉じ、ＳＴ０３で真空ポンプを運転状態にする。
【００２４】
ＳＴ０４で排気弁を開く。これで、キャビティが減圧される。一定時間が経過して減圧が完了したら、ＳＴ０５で排気弁を閉じる。次に、ＳＴ０６で気体供給弁を開く。すると、所定の温度に加熱された高温の気体（空気やヘリウムガス）が、キャビティに吹き込まれる。
【００２５】
キャビティは大気圧より十分に低いため、高温の気体は膨張してキャビティの隅々まで到達し、キャビティ面を暖める。この暖め作用が終わった頃に、気体供給弁を閉じる（ｓｔ０７）。排気及び気体の供給を繰り返す場合には、ＳＴ０８を介してＳＴ０４に戻る。
【００２６】
ＳＴ０８で繰り返す必要がないと判断したときには、ＳＴ０９でガス抜き弁を開く。ＳＴ０９と同時又はＳＴ０９の直後にＳＴ１０で溶融樹脂の射出を行う。溶融樹脂は高圧であるため、キャビティに残存する高温の気体を押し、ガス抜き管を通じて外へ放出させながら、キャビティに充満する。キャビティ面が高温であるため、樹脂の凝固が遅くなり、溶融樹脂は固まることなく、キャビティの末端や細部まで進入する。
【００２７】
樹脂が固まったら、ＳＴ１１で型を開き、ＳＴ１２で成形品を取出す。これで、１チャージ分の樹脂成形工程が終了した。
以上の工程説明から明らかなように、本発明に係る樹脂成形方法は、金型のキャビティを減圧する減圧工程（ＳＴ０３〜ＳＴ０５）と、減圧状態のキャビティへ金型の温度より高温の気体を充填させる気体充填工程（ＳＴ０６〜ＳＴ０７）と、高温の気体で暖めたキャビティへ溶融樹脂を射出して充填する樹脂充填工程（ＳＴ０９〜ＳＴ１０）とからなることを特徴とする。
【００２８】
次に本発明方法と従来の方法との比較実験について説明する。
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００２９】
共通条件：
・射出機：日精樹脂工業株式会社製ＵＨ１０００−１８０
・射出圧力：２００ｋｇｆ／ｃｍ２
・樹脂材料：ポリプレピレン樹脂（エラストマー、タルク、他添加剤を含む。）
・キャビティ：厚さ（図１のＴ）が３ｍｍ、幅（図１で表裏方向の幅）が５０ｍｍ。
【００３０】
・ガス抜きスリット：厚さ（図１のｔ）が５０μｍ
・金型の温度：３０℃
・気体：空気又はヘリウムガス
・気体の温度：１００℃又は３００℃
以上の条件で実施した実施例、及びこの実施例のための比較例を次表に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
比較例１は、減圧工程及び気体充填工程が無い、普通の射出成形法を試した。図１において、ゲート１５から成形品の末端までの距離を、成形品毎に計測し、得られた計測値を「樹脂流動距離」とした。比較例１では、樹脂流動距離は１２０ｍｍであった。
比較例２は、気体充填工程を実施した。すなわち、特許文献１の技術を試した。樹脂流動距離は１２８ｍｍであった。
【００３３】
実施例１は、減圧工程及び気体充填工程を含む、本発明の射出成形法を試した。気体の温度は１００℃で、気体の種類は空気とした。そして、１回の減圧と１回の気体充填を実施した後に、樹脂の射出を行った。樹脂流動距離は１５７ｍｍであった。
実施例２では、気体の種類を空気からヘリウムガスに変え、他の条件は実施例１と同一にした。樹脂流動距離は１６８ｍｍであった。
実施例３では、空気の温度を１００℃から３００℃に変え、他の条件は実施例１と同一にした。樹脂流動距離は１６５ｍｍであった。
【００３４】
実施例４では、気体の種類を空気からヘリウムガスに変え、ヘリウムガスの温度を１００℃から３００℃に変え、他の条件は実施例１と同一にした。樹脂流動距離は１７３ｍｍであった。
実施例５では、減圧の回数を２回に変え、気体充填の回数を２回に変え、他の条件は実施例１と同一にした。樹脂流動距離は１７０ｍｍであった。
【００３５】
以上の結果を、グラフで比較する。
図３は樹脂流動距離のグラフ図である。
（ａ）では、従来技術と本発明とを比較するために、比較例２と実施例１とを対比した。比較例２は減圧工程が無く、実施例１は減圧工程が有る。その他の条件に差はない。樹脂流動距離は各々１２８ｍｍと１５７ｍｍであるから、（１５７−１２８）／１２８＝０．２３の計算により、実施例１は比較例２の２３％増しであった。したがって、減圧工程の効果は著しいことが分かった。
【００３６】
（ｂ）では、空気とヘリウムガスとを比較するために、実施例１と実施例２とを対比した。実施例１は空気を用い、実施例２はヘリウムガスを使用した。その他の条件に差はない。樹脂流動距離は各々１５７ｍｍと１６８ｍｍであるから、（１６８−１５７）／１５７＝０．０７の計算により、実施例２は実施例１の７％増しであった。したがって、ヘリウムガスの効果が認められた。
【００３７】
（ｃ）では、減圧・気体充填の回数を比較するために、実施例１と実施例５とを対比した。実施例１は減圧・気体充填が１回であり、実施例２は減圧・気体充填が２回である。その他の条件に差はない。樹脂流動距離は各々１５７ｍｍと１７０ｍｍであるから、（１７０−１５７）／１５７＝０．０８の計算により、実施例５は実施例１の８％増しであった。したがって、複数回の効果が認められた。
【００３８】
以上の比較実験から次の事柄が確認できた。
まず、減圧工程が無い従来技術と減圧工程が有る本発明とでは、樹脂流れの点で本発明が大きく勝っている。減圧状態のキャビティへ高温の気体を充填させるため、キャビティの末端まで高温の気体を充填することができたためと考えられる。
【００３９】
次に、高温の気体に空気より比熱の大きなヘリウムガスを用いると、樹脂流れの点でヘリウムが勝っている。比熱と量との積が熱量となるため、比熱が大きな気体は大きな熱量を金型に与える。この結果、金型のキャビティ面を十分に暖めることができたと考えられる。
【００４０】
また、減圧・気体充填の回数が１回と２回とを比較すると、樹脂流れの点で１回より２回が勝っていた。高温の気体は金型へ熱を与えると自身は温度が低下する。この低温になった気体を２回目の減圧工程で排除し、２回目の気体充填工程で高温の気体を充填すれば、金型のキャビティ面を十分に暖めることができと考えられる。
【００４１】
なお、空気の４００Ｋ（１２７℃）における定圧比熱は、１．０１５ｋＪであり、ヘリウムの４００Ｋにおける定圧比熱は、５．１９３ｋＪであり、水素ガスの４００Ｋにおける定圧比熱は、１４．４８ｋＪであり、水蒸気の４００Ｋにおける定圧比熱は、２．００ｋＪである。空気より比熱の大きな気体としてヘリウム、水素、水蒸気が適用可能である。しかし、水蒸気は空気の２倍に留まり、値が比較的小さい。また、水素は爆発に注意する必要がある。その点、ヘリウムガスは爆発の心配がない安全な気体であり、作業環境を良好に保つことができる。
なお、ヘリウムガスは高価なガスであるため、空気と混ぜることにより使用量を抑えて、ガスの調達費用を抑えることは差し支えない。
【００４２】
尚、本発明では、減圧や気体充填にガス抜きスリットを利用したが、減圧や気体充填のために別の口を金型に設けてもよい。
また、図２で説明した工程フローは、ステップを増減することや、入れ替えることで、適宜変更することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、薄肉成形品を対象とする樹脂成形方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る樹脂成形装置の原理図である。
【図２】本発明に係る樹脂成形の工程図である。
【図３】樹脂流動距離のグラフ図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…樹脂成形装置、１３…金型、１４…キャビティ、１８…ガス抜きスリット、２６…真空ポンプ、２７…気体供給弁、２８…ヒータ、２９…気体供給源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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