(57)【要約】【課題】繊維材が成形材料の内部で均等に分散されている成形品を成形すること。【解決手段】射出装置から材料をキャビティ内に充填する充填工程と、キャビティ内で材料から成形品を成形させる成形工程と、充填工程中に、キャビティ内で往復動部材を往復動させる往復動工程と、を備えて成形品の製造方法を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出装置から材料をキャビティ内に充填する充填工程と、
前記キャビティ内で前記材料から成形品を成形させる成形工程と、
前記充填工程中に、前記キャビティ内で往復動部材を往復動させる往復動工程と、を備えたことを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項２】
前記往復動工程は、前記往復動部材が前記充填工程中に、１度往復動される工程としたことを特徴とする請求項１に記載の成形品の製造方法。
【請求項３】
前記往復動工程は、前記往復動部材が前記充填工程中に、所定回数連続して往復動される工程としたことを特徴とする請求項１に記載の成形品の製造方法。
【請求項４】
前記往復動工程は、複数個設けられた前記往復動部材で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
【請求項５】
前記往復動部材は、前記成形品を金型から押出す押出しピンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
【請求項６】
金型のキャビティ内に材料を射出する射出装置と、
前記射出装置が前記金型のキャビティ内に材料を射出充填しているとき、前記キャビティ内で往復動部材を往復動させる往復動装置と、を備えたことを特徴とする成形装置。
【請求項７】
前記往復動装置は、成形品を前記金型から押出す押出装置であることを特徴とする請求項６に記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形材料の繊維が成形品の内部で均等に分散される成形品の製造方法、及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、射出装置から溶融樹脂等の成形材料を金型内に射出し、キャビティ内で固化して成形品を成形する。射出成形では、炭素繊維などの繊維材を成形材料に混入させる場合がある。成形材料に繊維材を混入した場合、繊維材が成形材料をつなぎ合わせることにより、成形品の強度が向上することが知られている。
【０００３】
ところが、射出成形では、金型内で生じた成形材料の流れに従って繊維材の向きが揃ってしまうことがあった。繊維材が揃った箇所では、繊維材が揃った方向と交差する方向に配置される繊維材が少なくなるため、強度が低下することがあった。又、繊維材を混入しない場合でも、樹脂の流れた痕が樹脂の配向として成形材料に残ることがあった。
【０００４】
この点に関して、金型内で樹脂を攪拌して樹脂の配向性を消失させたり、繊維材の向きを多方向に分散させる発明が知られている。例えば、樹脂を充填した後エジェクタピンを作動させ、樹脂を圧縮して樹脂の配向性を消失させたり、圧縮コアを設け、これによりキャビティ内の樹脂を圧縮させて繊維材の向きをランダムにさせた発明がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１７０８９号公報
【特許文献２】特開平６−１３４８１０号公報
【特許文献３】特開平６−２４６７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記先行技術では、射出の保圧工程時に、保圧の圧力を一時的に下げるとともにエジェクタピンを出し入れしたり、圧縮コアを前後進させている。保圧工程では、金型内での樹脂の流れはほとんど停止しており、エジェクタピンや圧縮コアを作動させても、キャビティ内の繊維材の向きを効果的に変更させることは困難であると考えられる。又、保圧工程時に金型の保圧力を一時的に下げてしまうため、成形品にヒケを生じさせる虞があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、成形材料の繊維が成形品の内部に均等に分散される成形品の製造方法、及び成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明にかかる一実施形態の成形品の製造方法、及び成形装置は、次のように構成されている。
【０００９】
射出装置から材料をキャビティ内に充填する充填工程と、キャビティ内で材料から成形品を成形させる成形工程と、充填工程中に、キャビティ内で往復動部材を往復動させる往復動工程と、を備えて成形品の製造方法を構成した。
【００１０】
又、金型のキャビティ内に材料を射出する射出装置と、射出装置が金型のキャビティ内に材料を射出充填しているとき、キャビティ内で往復動部材を往復動させる往復動装置と、を備えて成形装置を構成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、材料がキャビティ内に射出充填されているときに、往復動部材により材料の流路に乱れが発生する。これにより、キャビティ内で材料が攪拌され、材料内における繊維の方向が多方向に分散され、繊維の配向性が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかる一実施形態の射出成形装置を示す斜視図。
【図２】同射出成形装置の押出装置を示す断面図。
【図３】同押出装置において、押出しピンで成形品を押出した状態を示す断面図。
【図４】金型のキャビティ内部を示す平面図。
【図５】金型のキャビティ内部を示す断面図。
【図６】金型のキャビティ内部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明にかかる一実施形態の成形方法、及び本発明にかかる一実施形態の射出成形装置を説明する。図１は、本発明にかかる第１実施形態の射出成形装置を示す斜視図であり、図２は、射出成形装置の押出装置を示す断面図であり、図３は、押出装置が、成形品を押出した状態を示す断面図であり、図４は、金型のキャビティを示す平面図であり、図５は、金型のキャビティを示す断面図であり、図６は、押出し部材が突出したときのキャビティを示す断面図である。
【００１４】
図１に、第１実施形態である射出成形装置１０を示す。射出成形装置１０は、ベース１２と、ベース１２上に設けられた射出装置１４と、金型開閉装置としての型締装置１６と、制御装置１８と、表示装置２０と、入力装置２２とを備えている。
【００１５】
ベース１２は、ほぼ直方体で、ベース１２の上面にはレール２４が設けられている。レール２４は、ベース１２の長手方向に沿って設けられ、レール２４上に射出装置１４が移動自在に載置されている。ベース１２には、駆動装置が設けられ、駆動装置の駆動により射出装置１４がレール２４上を前後に移動する。
【００１６】
射出装置１４は、内部にスクリュを具えたシリンダ２６と、スクリュをシリンダ２６内で軸周りに回転させたり、軸方向に前後進させる駆動機構と、シリンダ２６を加熱する加熱装置２７と、成形材料（材料）としての樹脂ペレットを貯留するホッパー２８などを備えて構成されている。成形材料としての樹脂ペレットには、繊維材としての炭素繊維が混入してある。炭素繊維は、成形材料内に分散可能で、かつ射出装置１４を用いて金型３０（図２参照）内に射出可能な直径と長さ、及び硬さを備えている。又、炭素繊維は、所定の強度を有し、主として成形品の強度を向上させるために混入される。
【００１７】
射出装置１４は、スクリュを回転させるとホッパー２８から成形材料（材料）をシリンダ２６内に導入する。加熱装置２７によるシリンダ２６の加熱と、スクリュによる混練によりシリンダ２６内で成形材料が溶融される。そして射出装置１４は、駆動機構によりスクリュを回転させたり、前進させることによりシリンダ２６から材料を射出する。
【００１８】
射出装置１４による材料の射出動作は、材料に繊維材が含有されている場合でも、含有されていない場合であっても基本的に同じである。尚、射出装置１４及び型締装置１６はそれぞれ外方にカバーを有し、図１にはカバーで覆われた状態が示してある。
【００１９】
表示装置２０と入力装置２２は、射出成形装置１０のほぼ中央部分に設けられている。表示装置２０は、例えば液晶表示装置であり、制御装置１８に接続し、制御装置１８からの指示に従い各種内容を表示する。入力装置２２は、各種スイッチ類を備えている。尚、表示装置２０の表面にタッチパネルを設け、表示装置２０に表示させた表示ボタンとタッチパネルとを組み合わせて入力装置２２を形成してもよい。ベース１２の図１における左側部分には、射出装置１４に対向して型締装置１６が設けられている。
【００２０】
型締装置１６は、例えばトグル機構とサーボモータとを備えた型締機構を備え、型締機構により一対の金型３０（図２参照）を開閉させるとともに、所定の圧力を加え金型３０を型締めする。型締機構は、従来から知られている機構、構成のものでよい。
【００２１】
又、型締装置１６には、位置検出センサや圧力検出センサ類が適宜設けられ、これら位置検出センサや圧力検出センサ類で、金型３０の開閉状態や型締め時の圧力などを検出する。検出された値は、制御装置１８に送信される。尚、型締装置１６は、サーボモータにより駆動される方式が好ましいが、油圧で駆動する方式、その他であってもよい。
【００２２】
金型３０は、図２に示すように固定金型３２と可動金型３４とを備えて構成されている。固定金型３２は、型締機構１６の固定プラテン３６に取り付けられ、可動金型３４は、型締機構１６の可動プラテン３８に取り付けられている。固定金型３２と可動金型３４の合わせ面に、成形品を形成するキャビティ３３が形成されている。固定金型３２には、キャビティ３３に連通した注入口３５が設けられている。
【００２３】
可動金型３４は、可動金型本体部４０と押出しプレート４２とを備えて構成されている。可動金型本体部４０は、固定金型３２側の面にキャビティ３３を形成する成形面が設けられている。可動金型本体部４０は、可動プラテン３８に固定されている。
【００２４】
押出しプレート４２は、可動金型本体部４０に対して図２の左右方向に所定量移動自在に設けられている。押出しプレート４２には、往復動部材としての押出しピン４４が設けられている。押出しピン４４は、可動金型本体部４０に設けられた貫通孔に摺動自在に通されている。
【００２５】
押出しピン４４は、先端が、可動金型本体部４０のキャビティ３３を形成する面内に露出している。又、押出しピン４４は、固定金型３２に設けられた注入口３５に対向して設けられている。押出しピン４４の先端面は、キャビティ３３を形成する面と同一の面内に位置し、押出しプレート４２の移動に伴い、キャビティ３３から突出後退する。
【００２６】
又、型締装置１６には、押出しプレート４２を作動させる押出装置（往復動装置）５０が設けられている。押出装置５０は、サーボモータ５６と、サーボモータ５６で駆動される送りねじ機構５２と、押出し板５４とを備えている。サーボモータ５６は、駆動軸が送りねじ機構５２の送りねじ５８にベルト６４を介して連結している。サーボモータ５６には、制御装置１８が接続してある。サーボモータ５６は、制御装置１８からの指示に従い作動する。
【００２７】
送りねじ機構５２は、送りねじ５８と送りねじ５８に螺合する作動部６０を備えている。作動部６０は、押出し板５４に固定してあり、送りねじ５８の回転により移動し、押出し板５４を前後進（図において左右方向）させる。押出し板５４には、作動棒６２が取り付けられている。作動棒６２は、可動プラテン３８を摺動自在に貫通し、一端が押出しプレート４２に固定されている。
【００２８】
図３中の４６は、金型３０により成形された成形品である。成形品４６は、成形された後、図３に示すように押出しピン４４が可動金型本体部４０から突出して、金型３０から押し出される。
【００２９】
制御装置１８は、射出成形装置１０全体の作動を制御する。例えば、成形開始のスイッチが入力されると、射出装置１４において、スクリュが作動してホッパー２８から材料がシリンダ２６内に導入される。加熱装置２７が作動し、材料を加熱する。又、スクリュが回転して、材料が混練・溶融されながら、シリンダ２６内の先端側（注入口３５付近）へ送られる。
【００３０】
更に、型締装置１６が金型３０を閉じ、金型３０を所定の圧力で型締めする。駆動装置が作動し、射出装置１４をベース１２上で移動させ、シリンダ２６を固定金型３２の注入口３５に密着させる。スクリュを前進させ、シリンダ２６から溶融材料を射出し、注入口３５から溶融材料を金型３０のキャビティ３３内に注入する。
【００３１】
その後、型締装置１６と射出装置１４とで保圧を行い、注入された材料を冷却して、固化させる。材料が固化したら型締装置１６が金型３０を開き、押出装置５０が、可動金型本体部４０から押出しピン４４を突出させる。押出しピン４４の突出により、金型３０から成形品４６が押し出される。以上が、射出成形装置１０における成形品の製造方法の一例である。更に、制御装置１８は、かかる成形品の製造方法に、射出装置１４が金型３０内に材料を射出する際、材料攪拌動作を加えて、成形品の製造を行わせる。
【００３２】
材料攪拌動作は、射出成形装置１０において、射出成形が開始され、射出装置１４が金型３０内へ材料を射出したときに実施される。具体的には、金型３０内に材料が射出されたとき、制御装置１８は、サーボモータ５６を駆動させる。これにより、押出しプレート４２が作動し、押出しピン４４がキャビティ３３の表面から突出される。そして、押出しピン４４は、キャビティ３３内への材料３７の射出充填が終了する直前に、キャビティ３３の成形面と同一面の位置に戻される。材料は、その後、キャビティ３３内に完全に充填され、上記成形方法に従って成形品が成形される。
【００３３】
次に、射出成形装置１０の作用、及び効果について説明する。射出成形装置１０は、繊維材として炭素繊維を含む材料を成形材料として成形品の成形を行う。又、成形作業に先立ち、例えば入力装置２２を介して、成形中に材料攪拌動作を行う旨の入力操作が行なわれている。
【００３４】
射出装置１４のホッパー２８には、炭素繊維を混入させた成形材料が収納されている。成形動作が開始されると、制御装置１８は、射出装置１４のスクリュを回転させ、ホッパー２８から材料をシリンダ２６内に流入させる。材料は、加熱装置２７により加熱されるとともに、スクリュの回転により混練され、シリンダ２６内で溶融される。炭素繊維は、基本的に成形材料の内部に均等に、かつ長手方向の向きが特定の方向を向くことなく分散される。
【００３５】
一方、型締装置１６で、金型３０を所定の圧力で型締めする。射出装置１４を金型３０の注入口３５に密着させ、スクリュを前進させて、金型３０内に溶融材料を射出させる。そして、金型３０に材料が射出充填されているときに（充填工程中に）、押出装置５０を作動させ、押出しピン４４をキャビティ３３内に突出させる。
【００３６】
図４に、金型３０のキャビティ３３を示す。図４のキャビティ３３は、材料３７の流れを説明するため、四角形で、一方の端部に注入口３５を備え、キャビティ３３内に２本の押出しピン４４が設けられている。押出しピン４４は、紙面に対して垂直に突出、後退するように設けられている。キャビティ３３内に射出される材料には符号３７を付し、又、材料３７の流路を矢印Ａで示している。
【００３７】
図４に示すように注入口３５から材料３７がキャビティ３３内に射出されると、材料３７は、キャビティ３３内に突出した押出しピン４４に直進移動が遮られ矢印Ａで示すように押出しピン４４を迂回してキャビティ３３内を流れる。これにより、材料３７の流れは、注入口３５からキャビティ３３の奥に向かう一様の流れではなくなり、押出しピン４４を中心として多方向に流れが生じる。これにより、材料３７の配向性が解消される。又、材料３７に混入されている炭素繊維も、その長手方向の向きが多方向に分散される。
【００３８】
材料３７がキャビティ３３内に充満する時期（充填工程の終了付近）に達したら、押出装置５０が作動し、押出しピン４４が後退し、先端面がキャビティ３３の成形面と同一の面に設定される。これにより、射出充填中に、押出しピン４４がキャビティ３３内で往復動されたこと、つまり、往復動工程がされたことになる。更に、キャビティ３３内に材料３７が完全に充填されたら（充填工程が終了したら）、保圧工程が行なわれる。保圧工程（成形工程）で、材料３７が冷却され、キャビティ３３内で固化したら、図３に示すように金型３０を開き、押出装置５０により押出しピン４４を作動させて、成形品４６を金型３０から押し出す。
【００３９】
成形品４６が金型３０から押し出されたなら、押出しピン４４を戻すとともに、型締装置１６により金型３０を閉じて、次の成形動作に移行する。したがって、成形品４６には、射出充填中に突出した押出しピン４４により、材料３７の流れの痕を示す配向が存在せず、又炭素繊維の向きが均等に分散され、炭素繊維が同一の方向に揃うことによる品質の低下や強度の低下が発生しない。
【００４０】
又、保圧工程では、途中で圧力が低下されることなく従来と同様に保圧が実施されるので、成形品に発生するヒケを抑制することができる。又、材料３７の流れが一様な方向を向くことによる成形品４６の不良品の発生を抑制できる。更に、かかる成形は、射出成形装置１０に、新たな押圧装置類を加えることなく実施でき、コストを低減できる。
【００４１】
次に、第２実施形態の射出成形装置１０について説明する。第２実施形態では、制御装置１８は、材料攪拌動作において押出しピン４４を、所定時間、複数回往復動させる。例えば、制御装置１８は、射出装置１４から射出された材料３７が、射出開始から押出しピン４４に到達するまでの時間を算出し、その時間に適合させて押出しピン４４を往復動させる。又、制御装置１８は、その後、適宜の時間をあけて再度往復動させる。
【００４２】
押出しピン４４の往復動作の振幅、作動回数、及び作動速度は、押出しピン４４に接したとき材料３７が流路を乱され、材料３７の内部に混入された炭素繊維の長手方向の向きを多方向に分散されるように設定する。尚、押出しピン４４の往復動作は、例えば、射出装置１４のスクリュ位置を基準にして行うことができる。
【００４３】
したがって、第２実施形態では、射出装置１４からキャビティ３３内に材料３７が射出されると、図５、図６に示すように、往復動している押出しピン４４に材料３７が接触する。これにより、材料３７は押出しピン４４の往復動により適宜攪拌されながらキャビティ３３内に充填される。
【００４４】
そして、第１実施形態と同様、材料３７がキャビティ３３内に充填されたら、保圧が行なわれ、成形品４６が成形される。このようにしても、成形品４６における材料３７の配向性が解消されるとともに、材料３７に混入されている炭素繊維の向きが多方向に分散される。
【００４５】
尚、可動金型本体部４０側における押出しピン４４の往復動の折り返し位置は、キャビティ３３の表面と同一面となる位置であっても、あるいは、キャビティ３３の表面より可動金型本体部４０の内部に後退した位置、あるいはキャビティ３３の表面から所定量突出した位置であってもよい。
【００４６】
次に、射出成形装置１０の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、制御装置１８は、押出しピン４４を、射出装置１４が材料を射出している間、連続して往復動を行わせる。押出しピン４４の往復動作の振幅、及び作動速度は、上述したように押出しピン４４に接した材料３７が流路を乱され、材料３７の内部に混入された炭素繊維の長手方向の向きが、多方向に分散した状態となってキャビティ３３内に充填される値とする。
【００４７】
第３実施形態においても、押出しピン４４は、材料３７がキャビティ３３内に注入されている間（充填されている間）、連続して往復動していることから材料３７の流路が乱され、攪拌されながら金型３０のキャビティ３３内に順次充填される。これによっても、材料３７の配向性が解消されるとともに材料３７に混入されている炭素繊維の向きが多方向に分散される。
【００４８】
上述した実施形態にかかる成形品の製造方法、及び射出成形装置１０によれば、成形品において、材料の配向が解消され、繊維材が内部に均等に分散されるので、強度にばらつきがない成形品を安定して製造することができる。
【００４９】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、発明の趣旨に沿って適宜変更可能である。押出しピン４４は、固定金型３２に形成された注入口３５に対向した位置、あるいはその近辺に設けられていることが、注入口３５から金型３０内に射出された直後に材料３７の流路が乱される点から好ましい。
【００５０】
しかし、押出しピン４４を、注入口３５から離れた位置に設け、キャビティ３３内に所定量射出された後、材料３７が押出しピン４４に接触し、材料３７が攪拌されるようにしてもよい。結果的にキャビティ３３内に射出された材料全体が攪拌され、炭素繊維の向きが多方向に分散されれば、押出しピン４４の位置、数量、大きさ等は問わない。
【００５１】
更に、制御装置１８は、金型３０のキャビティ３３内に材料が充填された後も、押出装置５０を作動させ、押出しピン４４を介して振動を付与して材料３７を攪拌してもよい。材料３７に混入する繊維材は、炭素繊維に限るものではなく、ガラス繊維、アラミド繊維などの他の繊維材でもよく、更に材料には、繊維材が混入されていなくてもよい。又、材料は、樹脂に限るものではなく、金属、ガラス、炭素、アラミドなど、他の材料であってもよい。
【００５２】
更に、押出しピン４４（エジェクタピン）に限らず、別途金型３０に往復動部材を設けて成形材料（材料）の流路を変更したり、成形材料に振動を付与することも可能である。又、押出しプレート４２は、往復動部材の一例としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、材料に炭素繊維などの繊維材を混入させて成形する射出成形装置に用いられる。又、本発明は、ダイキャスト成形装置、トランスファ成形装置に用いてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…射出成形装置、１２…ベース、１４…射出装置、１６…型締装置、１８…制御装置、２６…シリンダ、３０…金型、３２…固定金型、３３…キャビティ、３４…可動金型、３５…注入口、３６…固定プラテン、３７…材料、３８…可動プラテン、４０…可動金型本体部、４２…押出しプレート、４４…押出しピン、４６…成形品、５０…押出装置、５２…送り機構、５４…押出し板、５６…サーボモータ、６０…作動部、６２…作動棒。
【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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【図６】
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