(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部にノズル孔を有して溶融した成形材料を収容する容器と、この容器の前記ノズル孔から射出された成形材料が充填される金型と、前記容器内の成形材料を加圧するプッシャと、前記プッシャまたは前記金型に前記プッシャが前記容器内の成形材料を実質的に加圧する方向の推力を付与する推力付与手段とを備えた射出成形装置であって、
前記金型を積層配置された上型と中子を備えた下型とで構成し、前記中子は円柱状の中子本体と、この本体に嵌合する円筒体とを有し、前記中子本体の外周面に、軸線方向に離間して形成された複数の溝形の互いに独立した冷却回路をそれぞれ設け、これらの冷却回路にゲートに近いものほど冷却開始の時期が遅くなるように順次冷却媒体を供給することによりキャビティ内に注入された成形材料の冷却硬化の時期を段階的に制御するようにしたことを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形装置において、
前記プッシャで前記容器内の成形材料を加圧することにより前記下型と前記上型とのシール面を全周にわたって互いに密接させることを特徴とする射出成形装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の射出成形装置において、
成形材料が弗素樹脂であり、プッシャによって加圧されたときの成形材料の射出圧をＰ、各シール面に加わるシール圧をＰａとすると、
以下の条件
Ｐａ／Ｐ＞０．３２
が成り立つことを特徴とする射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形装置に関し、例えば電磁流量計の測定管内のライニングの成形や樹脂製配管の成形等に用いて好適な射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定管内を流れる導電性流体の流量を電磁誘導現象を利用して測定する電磁流量計は、流体中で発生した起電力とステンレス鋼等の非磁性体からなる測定管との短絡を防止するために、通常測定管の接液面である内周面および測定管の両端部に一体的に設けたフランジの配管が接続される面（以下、配管接続端面という）をライニング材によって被覆している。ライニング材としては、耐熱性、耐食性、電気絶縁性等が要求されるため、通常弗素樹脂等の絶縁材が使用されており、射出成形によって測定管の内周面およびフランジの配管接続端面に成形によって形成されている。
【０００３】
このようなライニングが施された測定管をトランスファー成形機によって成形する場合は、ライニングが施されていない測定管を金型内に装填し、金型をライニング材の溶融温度以上に加熱し、溶融したライニング材を金型内に加圧注入して測定管の内周面およびフランジの配管接続端面をライニング材で被覆する。
【０００４】
測定管のライニングに際して、ライニング材として使用される弗素樹脂は金属との密着性が悪く、測定管から剥離し易いことから、通常パンチングプレートと呼ばれる多孔板によって形成した補強管を測定管の内部に予め取付けておき、この補強管をライニング材によって覆うことにより、ライニング材と測定管との機械的な結合強度を高めてライニング材の剥離を防止するとともに、測定管内の温度変化や圧力変化によるライニング材の変形等を防止している（特公平５−４８８４６号公報、特公平５−４８８４５号公報、実公平２−２８４１１号公報等）。
【０００５】
このようなライニングが施された測定管をトランスファー成形機によって成形するには、補強管が取付けられた測定管を金型内に装填し、金型をライニング材の溶融温度以上に加熱し、溶融したライニング材を金型内に加圧注入して測定管の内周面およびそのフランジの配管接続端面を被覆する。成形材料をキャビティ内に充填した後は、金型に圧縮空気等の冷却媒体を供給して成形材料を硬化させ、全体が十分に冷却固化した後、金型から成形品を取り出す。
【０００６】
成形材料の冷却方式としては、例えば米国デュポン社発行の技報
「Preliminary Infomation from Plastic Technical Services Laboratryabout DU PONT TEFLON FLUOROCARBON RESIN,DU PONT TEFZEL FLUOROPOLYMERFLUOROCARBONS DIVISION,PLASTICS DEPARTMENT,E.T.DU PONT DE NEMOURS &CO.(INC.),WILM.,DEL.19898 PBI#36(Revised)August 1973」に記載のトランスファー成形装置に採用したものが知られている。このトランスファー成形装置は、中子の内部にパイプを貫通させ、このパイプの周面に多数の孔をゲート側より遠くなるほど粗になるように形成し、前記孔から冷却媒体を中子内に供給することにより中子を内側から強制的に冷却するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のトランスファー成形装置における冷却方式は、パイプに形成した孔の数、密度によって冷却効果（冷却速度）が決まるため、成形品の肉厚、大きさ等に応じて冷却効果、冷却箇所の順序等を自由に変更することができず、成形に要する時間が長くなるという問題があった。また、成形品毎に孔の数、密度等が異なったパイプを準備する必要があるため、パイプの種類が増加し、その保管、管理、交換作業等が煩わしいという問題もあった。
【０００８】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、多段冷却方式を採用し金型のゲートから遠い部分からゲートに向かって順次冷却することにより、キャビティ内の成形材料を効果的に冷却することができ、ひけや脈理の発生を防止し得るようにした射出成形装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、底部にノズル孔を有して溶融した成形材料を収容する容器と、この容器の前記ノズル孔から射出された成形材料が充填される金型と、前記容器内の成形材料を加圧するプッシャと、前記プッシャまたは前記金型に前記プッシャが前記容器内の成形材料を実質的に加圧する方向の推力を付与する推力付与手段とを備えた射出成形装置であって、前記金型を積層配置された上型と中子を備えた下型とで構成し、前記中子は円柱状の中子本体と、この本体に嵌合する円筒体とを有し、前記中子本体の外周面に、軸線方向に離間して形成された複数の溝形の互いに独立した冷却回路をそれぞれ設け、これらの冷却回路にゲートに近いものほど冷却開始の時期が遅くなるように順次冷却媒体を供給することによりキャビティ内に注入された成形材料の冷却硬化の時期を段階的に制御するようにしたものである。
この発明においては、冷却硬化に伴う成形材料の収縮に対して溶融状態の成形材料が供給され続けるように各冷却回路の冷却時期を個々に制御できるので、ひけや脈理が発生しない品質の良好な成形品を成形することができる。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記プッシャで前記容器内の成形材料を加圧することにより前記下型と前記上型とのシール面を全周にわたって互いに密接させるようにしたものである。
この発明においては、成形材料を加圧するためにプッシャに実質的に付与される推力によって、シール面どうしを密着させることで実質的に型締めを行うので、従来の型締め手段を設ける必要がない。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、成形材料が弗素樹脂であり、プッシャによって加圧されたときの成形材料の射出圧をＰ、各シール面に加わるシール圧をＰａとすると、
以下の条件
Ｐａ／Ｐ＞０．３２
が成り立つようにするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る射出成形装置の一実施の形態の一部を破断して示す概略構成図、図２は射出成形用金型の断面図、図３は底板の上から見た投影面積を示す図、図４は上型の下から見た投影面積を示す図、図５はシール面付近の拡大断面図、図６は第１の下型部材の平面図、図７は中子の底面図、図８（ａ）〜（ｄ）は図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線断面図である。本実施の形態は、フランジタイプの電磁流量計用測定管のライニングのための成形に用いられるポット式の竪型射出成形装置２０に適用した例を示す。なお、図３において、斜線部が投影面積を示し、内側から２番目の円が底板上面に形成した円錐形の凹部の外形線を示している。図４において、斜線部が投影面積を示し、外側から２番目の円が上型底面に形成した環状凹部の外形線を示し、外側から３番目の円が円錐形の凹部の外形線を示している。
【００１３】
図１において、床面に設置された脚付きのベースプレート２１と、油圧シリンダ２２が固定されたシリンダ取付板２３と、これらを連結する４本の支柱２４とにより十分な機械的強度を持つ枠組２５が構成されている。この枠組２５は、油圧シリンダ２２と協働して、後述するプッシャ３２へ推力を与える推力付与手段として働くものである。さらに、前記ベースプレート２１上に設置された金型取付板２６、この金型取付板２６上にセラミック等の断熱材２７を介して設置された射出成形用の金型３０、この金型３０の上に載置された有底円筒状のトランスファポット３１（容器）、トランスファポット３１内の加熱溶融された成形材料９を加圧する前記プッシャ３２、このプッシャ３２を降下させる前記油圧シリンダ２２（推力付与手段）等によってポット式の竪型射出成形装置２０を構成している。
【００１４】
前記油圧シリンダ２２は、前記支柱２４の上方に架設された前記シリンダ取付板２３に下向きに設置されており、昇降自在なプランジャ３３を有している。プランジャ３３は油圧によって下降するとその下端面が前記プッシャ３２の上面に当たり、上昇復帰すると前記プッシャ３２の上面から離間するように構成されている。
【００１５】
前記プッシャ３２は円盤状に形成され、前記トランスファポット３１内に嵌挿されている。トランスファポット３１の内周面とプッシャ３２との間には適宜な隙間が設けられており、この隙間から空気を逃がすことで、プッシャ３２をトランスファポット３１に嵌め込む作業を容易にしている。
【００１６】
前記トランスファポット３１は、円筒体３１Ａと、この円筒体３１Ａの下方側開口部を覆う円盤状の底板３１Ｂとで構成されている。前記円筒体３１Ａの下端部内周面には、前記底板３１Ｂが嵌合する環状溝３５が形成されている。環状溝３５の内周面と底板３１Ｂの外周面との間には殆ど隙間がない状態（すなわち溶融した成形材料９が漏れ出ない状態）で摺動可能とされている。円筒体３１Ａと底板３１Ｂとが分離しないように、円筒体３１Ａの下端内周には複数のピン（止め部材）３７が突設されており、これにより底板３１Ｂを支持し円筒体３１Ａからの脱落を防止している。底板３１Ｂは、環状溝３５により円筒体３１Ａの内周面に形成された段部３８と前記ピン３７とによって上下方向の変位量が規制されている。また、底板３１Ｂは中央に貫通孔からなるノズル孔４０を有し、下面中央には前記ノズル孔４０を取り囲む円錐状の突起４１が一体に突設されている。この突起４１の周面下端部は、前記射出成形用金型３０とのシール面４１ａを形成している。
【００１７】
前記射出成形用金型３０は、積重ね部材を構成する上型４４および下型４５によって構成されている。前記上型４４は、下面中央に形成された円錐形の凹部４７と、肉厚内に形成された後述する冷却機構６６の第６の冷却回路６７Ｆを有している。上型４４がさらに第１、第２の上型部材４４Ａ，４４Ｂの２部材とからなるのは、前記冷却回路６７Ｆを形成するためであり、冷却回路６７Ｆを形成した後、第１、第２の上型部材４４Ａ，４４Ｂは、ボルトによって締結されることにより一体化されている。
【００１８】
前記上型４４の凹部４７は、後述する中子５７とともに湯道４９を形成するもので、特に上型４４の上面に開口し前記ノズル孔４０に連通する部分がスプルー５０を形成し、キャビティ８に連通する下端部がゲート５１を形成している。前記上型４４の上面中央で前記スプルー５０の周囲には円錐形の凹部５３が形成されており、この凹部５３に前記底板３１Ｂの突起４１が嵌合している。そして、凹部５３の内壁面は前記突起４１の前記シール面４１ａが密接するシール面５３ａを形成しており、これらのシール面４１ａ，５３ａによってシール部Ｃを形成している。
【００１９】
前記トランスファポット３１を上型４４の上に載置するとき、底板３１Ｂの突起４１を上型４４の凹部５３に嵌合してそのシール面４１ａ，５３ａを互いに密接させると、ノズル孔４０とスプルー５０が自動的に位置決めされて連通し、前記シール部Ｃを形成する。シール部Ｃの面積は、後述する他の２つのシール部Ａ，Ｂの面積に比べて十分小さく設定されている。なお、トランスファポット３１が上型４４の上に載置された状態で、円筒体３１Ａの下端は上型４４の上面に当たっており、トランスファポット３１の座りを良くしている。トランスファポット３１は上型４４に対して単に載置されているだけで何ら固定されていないので、プッシャ３２が油圧シリンダ２２から推力を受けていない状態であれば、上型４４の上に載せたままで前記突起４１と凹部５３を回転軸として水平面内において回転することも可能である（後述のスプルー切断作業において必要である）。
【００２０】
前記下型４５は、第１、第２の下型５５，５６（いずれも積重ね部材）および前記中子５７とで構成されている。また、第１の下型５５は、積層配置された第１、第２の下型部材５５Ａ，５５Ｂとで構成され、前記金型取付板２６の上に前記断熱材２７を介して位置決めされて固定されている。第１の下型５５の上には、前記第２の下型５６と中子５７が同じく位置決めされて設置されており、さらにこれらの上に前記上型４４が同じく位置決めされて設置されている。上型４４と第２の下型５６の互いに密接する接合部は前記シール部Ａを形成し、第１、第２の下型５５，５６の互いに密接する接合部は前記シール部Ｂを形成している。シール部Ａとシール部Ｂの面積は略等しい。
【００２１】
前記第１の下型部材５５Ａは、中央に前記中子５７が貫通する孔６０を有し、また上面には前記孔６０の周囲を取り囲む環状の凹部６１が形成されている。凹部６１の底面外周部は、前記第２の下型５６の下面が密接するシール面６１ａを形成している。
【００２２】
前記第２の下型５６としては、ライニング処理されていない電磁流量計用の測定管が用いられる。この第２の下型５６は、内径が前記中子５７の外径より大きい円筒状の管本体５６ａと、この管本体５６ａの両端開口部に一体に設けられるかまたは溶接によって固定された同一形状からなる２つのフランジ５６ｂ，５６ｃとで構成されている。管本体５６ａの内部には、多孔板によって形成した補強管１６がスペーサ１７を介して配設されている。
【００２３】
各フランジ５６ｂ，５６ｃの配管接続端面には、成形材料９が充填される環状溝６３Ａ，６３Ｂがそれぞれ形成されている。上側のフランジ５６ｂの環状溝６３Ａより外側の表面は、上型４４のシール面６５ａが密接するシール面６３ａを形成しており、これらのシール面６３ａ，６５ａによって前記シール部Ａを形成している。前記シール面６５ａは、前記上型４４の下面に形成した環状凹部６５の底面外周部とされる。
【００２４】
前記下側のフランジ５６ｃの環状溝６３Ｂより外側の表面は、第１の下型５５の前記シール面６１ａが密接するシール面６３ｂを形成しており、これらのシール面６１ａ，６３ｂによって前記シール部Ｂを形成している。
【００２５】
前記中子５７は、円柱状の中子本体５７Ａと、この中子本体５７Ａに嵌合した円筒体５７Ｂと、中子本体５７Ａと円筒体５７Ｂの上面に溶接によって固定された円錐体５７Ｃとからなり、内部に冷却回路６６が形成されている。中子５７と前記第１、第２の下型５５，５６との間に設けられた空間は、成形材料９が充填される前記キャビティ８を形成している。前記円錐体５７Ｃは、前記上型４４の凹部４７に適宜な隙間を保って同軸に挿入され、この隙間が成形材料９の通る前記湯道４９を形成し、前記キャビティ８に連通する下端部が前記ゲート５１を形成している。
【００２６】
前記上型４４の第１の上型部材４４Ａと第１の下型５５との間には、複数本の支持部材７０が設けられている。この支持部材７０は、第１の下型５５に立設されており、上端に連結ボルト７１が螺合され、その頭部が前記第２の上型部材４４Ｂの下面に当接しており、成形条件によって装着するか取り外すかを選択できるようになっている。ここではまず、取り外した状態を想定して説明するので、支持部材７０および連結ボルト７１は全て描かれていないものとして図２を参照されたい。なお、図２の通り支持部材７０および連結ボルト７１が装着されている状態については後述する。
【００２７】
このような射出成形用金型３０は、上型４４、下型４５およびトランスファポット３１を単に自重によって積み重ね配置して組み立てているだけで、従来の型締め機構を全く備えておらず、前記プッシャ３２で成形材料９を加圧する力を利用して３つのシール部Ａ，Ｂ，Ｃをシールして成形を行う点で従来の金型と基本的に相違している。
【００２８】
図２、図６〜図９において、前記金型３０の前記冷却機構６６は、第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆを有している。第１の冷却回路６７Ａは、第１の下型部材５５Ａの下面側に形成した環状溝８１と、第２の下型部材５５Ｂに設けた貫通孔からなり前記環状溝８１にそれぞれ連通するエア供給口８２およびエア排出口８３等で構成されている。エア供給口８２は図示を省略したエア供給源に接続され、エア排出口８３は大気に開放している。
【００２９】
前記第２〜５の冷却回路６７Ｂ〜６７Ｅは、前記中子５７の内部に形成されるもので、中子本体５７Ａの外周面に軸線方向に離間して形成された環状溝８５〜８８をそれぞれ有し、これらの環状溝８５〜８８を中子本体５７Ａの内部に形成したエア供給通路８９ａ〜８９ｄとエア排出通路９０に、連通路９１ａ〜９１ｄ、９２ａ〜９２ｄを介してそれぞれ連通させている。前記エア供給通路８９ａ〜８９ｄは、前記中子本体５７Ａの下面に開放する不貫通孔からなり、前記エア排出通路９０の周囲に周方向に所要角度離間して形成されている。すなわち、図７０に示すように、エア供給通路８９ａ〜８９ｄは、時計方向に１３５°ずつ離間するように形成されている。このため、エア供給通路８９ｂは、エア供給通路８９ａに対して時計方向に１３５°離間し、エア供給通路８９ｃはエア供給通路８９ｂに対して時計方向に１３５°離間し、エア供給通路８９ｄはエア供給通路８９ｃに対して時計方向に１３５°離間している。前記エア排出通路９０は、前記中子本体５７Ａの下面中央に開放する不貫通孔からなり、前記エア供給通路８９ａ〜８９ｄより大きな穴径を有している。
【００３０】
図６において、前記第２の下型部材５５Ｂには、前記エア供給口８２およびエア排出口８３に加えて前記各エア供給通路８９ａ〜８９ｄ、エア排出通路９０と連通する通路９５ａ〜９５ｄ，９６が形成されている。これらの通路９５ａ〜９５ｄ，９６は、第２の下型部材５５Ｂの上下面に貫通する貫通孔によって形成されている。前記各通路９５ａ〜９５ｄは、エア供給源にそれぞれ接続され、通路９６は大気中に開放している。
【００３１】
図２において、前記第６の冷却回路６７Ｆは、前記上型４４内に形成された環状溝９８と、この環状溝９８に連通するエア供給口９９およびエア排出口１００を有している。エア供給口９９は図示を省略したエア供給源に接続され、エア排出口１００は大気中に開放している。
【００３２】
前記第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆは、電磁弁の切替操作によってエア供給源から圧縮空気が順次供給されることにより、金型３０を内側から、しかもゲート５１から最も遠い部分からゲート５１に向かって順次冷却することで、キャビティ８に注入された成形材料９の冷却硬化の時期を制御するように構成されている。
【００３３】
このような射出成形装置２０を用いて第２の下型５６の内周面と各フランジ５６ｂ，５６ｃの環状溝６３Ａ，６３Ｂにライニングを施して電磁流量計の測定管を成形するには、金型３０をトランスファポット３１および成形材料９とともに加熱炉の中に設置し、所定温度（３５０〜３７０℃）に加熱する。
【００３４】
成形材料９を加熱溶融している間、プッシャ３２はトランスファポット３１から外されて室温に保持されており、溶けた成形材料９をキャビティ８に注入する作業の直前にトランスファポット３１に装着される。加熱された金型３０およびトランスファポット３１を、金型取付板２６の上に設置し、油圧シリンダ２２を駆動し、プランジャ３３によってプッシャ３２を押圧することによりプッシャ３２に所定の推力Ｆｌを与える。プッシャ３２が推力Ｆｌを付与されて成形材料９を加圧すると、成形材料９は底板３１Ｂのノズル孔４０からスプルー５０、湯道４９およびゲート５１を通ってキャビティ８に加圧注入される。プッシャ３２による成形材料９の加圧注入時間は、２分程度で、キャビティ８内の空気をプッシャ３２による射出圧力Ｐによってシール部Ａ，Ｂから外部へ排出する。すなわち、シール部Ａ，Ｂは、空気は排出するが溶融樹脂は排出しない程度の面粗度に加工されている。空気と溶融樹脂とは、それぞれの粘性が大きく異なるために、シール部Ａ，Ｂの面粗度を調節すれば、このようなことが可能になる。
【００３５】
また、プッシャ３２を押し下げて溶融した成形材料９を加圧すると、成形材料９は底板３１Ｂを下方に加圧しつつノズル孔４０から射出されるとともに、トランスファポット３１とプッシャ３２との径方向の隙間（通常片側０．３〜１．０ｍｍ程度）を通って上方へ漏れ出ようとする。プッシャ３２の温度が成形材料９の温度よりも低く設定されていると、プッシャ３２に接触した部分の成形材料９が急冷固化して隙間を塞ぎパッキンとして作用するので、溶融した成形材料９が外部へ漏れ出ることはない。さらに、溶融している成形材料９は、その圧力によって隙間で固化した成形材料９を上方へと押し上げる。隙間で固化した成形材料９は、トランスファポット３１との間の摩擦力により、トランスファポット３１を上方へ持ち上げるように作用する。そして、トランスファポット３１の円筒体３１Ａの下端が上型４４の上面から離れる。やがてピン３７が底板３１Ｂの下面に当たると、トランスファポット３１はそれ以上持ち上げられるのを阻止される。この状態でトランスファポット３１と上型４４とはシール部Ｃのみで接しており、プッシャ３２に与えられた推力Ｐｌの大部分がシール部Ｃに付加される。前述の通り、シール部Ｃの面積はシール部Ａ，Ｂのいずれの面積よりも小さいので、シール部Ｃには十分に大きなシール圧が発生し、シール部Ｃからの溶融した成形材料９の漏れを防止することができる。
【００３６】
油圧シリンダ２２がプッシャ３２を押し下げる力Ｆｌは、プッシャ３２の下面の面積Ｓｌに作用して、トランスファポット３１の内部で溶融している成形材料９に射出圧力Ｐを発生させる。この射出圧力Ｐを受けて底板３１Ｂに発生する力Ｆｎは下向きで、シール部Ｃを介して上型４４を第２の下型５６に押しつけるように働く。厳密にはプッシャ３２、トランスファポット３１、成形材料９および上型４４の重量も上型４４を下向きに押しつけるように働くが、後述の通り、Ｆｎに対して無視できるほど小さい。第２の下型５６は第１の下型５５に押し付けられることにより、これらの間にも同じ大きさの締付け力が発生する。底板３１Ｂの金型３０に対する押付力Ｆｎは、底板３１Ｂの受圧面を力Ｆｌ方向に見通した投影面積Ｓｎ（図３の斜線部）と射出圧力Ｐから求められる。
Ｆｎ＝Ｐ・Ｓｎ＝Ｆｌ・Ｓｎ／Ｓｌ
【００３７】
反対に、金型３０には射出圧力Ｐにより上方への推力（第２の下型５６から上型４４を引き離そうとする力）Ｆｍが発生する。この推力Ｆｍは、上型４４の下から見通した投影面積Ｓｍ（図４の斜線部）と射出圧力Ｐから求められる。
Ｆｍ＝Ｐ・Ｓｍ＝Ｆｌ・Ｓｍ／Ｓｌ
【００３８】
したがって、底板３１Ｂの上型４４に対する押付力Ｆｎによって上型４４が第２の下型５６のシール部Ａ（シール部Ｂも同様）を押し付ける力Ｆは、
Ｆ＝Ｆｎ−Ｆｍ
となる。
ＦｎがＦｍより小さくなると、押付力Ｆが負になるため、上型４４が持ち上げられてシールが損なわれる。
シール部Ａの面積をＳａ、シール部Ａに発生する圧力（シール圧）をＰａとすると、シール圧Ｐａは、
Ｐａ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓａ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓａ
＝Ｆｌ・（Ｓｎ−Ｓｍ）／Ｓｌ・Ｓａ
となる。
【００３９】
ここで、成形材料９、上型４４、第２の下型５６、トランスファポット３１等の重量が実際にシール比（シール圧Ｐａを射出圧力Ｐで除した値）Ｋにどの程度影響するかについて検討したところ、測定管の口径が１００ｍｍの場合と４０ｍｍの場合における成形材料９、上型４４、第２の下型５６、トランスファポット３１等の総重量をそれぞれ２１．５Ｋｇ、４．３Ｋｇ程度とすると、底板３１Ｂによる押付力Ｆｎ（口径１００ｍｍの場合：５１４８Ｋｇｆ、口径４０ｍｍの場合：１８２５Ｋｇｆ）、推力Ｆｍ（口径１００ｍｍの場合：３３８２Ｋｇｆ、口径４０ｍｍの場合：１３７８Ｋｇｆ）に比べて総重量がきわめて小さいため、シール比Ｋへの影響がきわめて少なく、誤差範囲として無視し得ることが判った。なお、さらに後述するが、前記シール比Ｋは、口径１００ｍｍの場合、２．０４、口径４０ｍｍの場合、１．４１であった。
【００４０】
シール部Ａからの成形材料９の漏出を防止するためには、シール圧Ｐａが正の値であることが最低条件（すなわち必要条件）であるが、どの程度の圧力であれば成形材料９が漏出しなくなるかを実験で追求した。
上記式からも明らかなようにプッシャ３２の推力を高くすれば、射出圧力Ｐとシール圧Ｐａは高くなる。しかし、プッシャ３２の推力を過剰に高くすると成形品に内部応力が残り、変形やクラックによる割れの原因となるため好ましくないことが判った。
【００４１】
ここでシール比Ｋという概念を導入する。すなわち、Ｋ＝Ｐａ／Ｐ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓａ・Ｐ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）／Ｓａ
シール比Ｋは、射出成形用金型３０の設計時に決定される無次元の数値であり、成形材料９がシール部Ａから漏出しないようにするための条件（すなわち十分条件）はＫ＝Ｐａ／Ｐ＞Ｃである。ただし、Ｃは実際の成形において成形材料９の種類、粘度、温度等によって決まる定数値で、実験によって帰納的に求められる値である。この定数値Ｃよりシール比Ｋが小さいと成形材料９がシール部Ａから漏出し、大きいと漏出しなくなる。シール比Ｋ、成形材料９の種類、粘度および温度を変えて実際に成形を行い、成形材料９の漏出が止まった時点のシール比Ｋの値を定数Ｃとする。例えば、シール比Ｋを０．３として成形を行ったときに成形材料９のシール部Ａからの漏出が止まったと仮定すると、定数値Ｃは０．３となる。したがって、成形材料９がシール部Ａから漏出しないようにするためには、シール比Ｋを０．３より大きくする必要がある。実験に際しては、シール面積Ｓが大きい金型を製作して成形を行い、シール部Ａを少しずつ削ってシール面積Ｓを徐々に小さくすることによりシール比Ｋを大きくして成形を繰り返し行い、成形材料９のシール部Ａからの漏出が止まったときのシール比Ｋを定数値Ｃとみなす。なお、ここまでシール部Ａを例にとって述べてきたが、シール部Ｂについても同様に考えることができる。また前述の通り、シール部Ｃは面積が小さいので、かなり大きなシール比を得られ、実際上問題になることはない。
【００４２】
成形材料９の注入が終了した後、油圧シリンダ２２からの推力Ｆｌを保ったまま数分放置して成形体の残留応力の分布を均一化させる。次に、第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆに冷却媒体としての圧縮空気を供給して金型３０を内側から一定時間冷却し、キャビティ８内の成形材料９を固化させる。
【００４３】
図９に金型３０の冷却の手順を示す。冷却の全工程において、油圧シリンダからプッシャ３２へ推力Ｆｌを与え続けて、トランスファポット３１の内部に残っている溶融した成形材料９の圧力Ｐを保ち続ける。成形材料９の注入が終了した後、数分間放置して成形体成形品）の残留応力の分布を均一化させる。次に、圧縮空気を第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆに所定の時間をおきながら順次供給して金型３０を冷却し、キャビティ８内の成形材料９を下から上方に向かって徐々に固化させる。
【００４４】
実際の冷却は、第１の冷却回路６７Ａに圧力３〜５Ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧縮空気２１０を一定時間（４分程度）供給して第１の下型５５Ａの環状凹部６１と下側のフランジ５６ｃの環状溝８１に充填されている成形材料９を冷却する。
【００４５】
次に、前記環状凹部６１と環状溝８１に充填された成形材料９の環状溝８１に接触する上側部分が固化し始めるタイミングで第２の冷却回路６７Ｂに圧縮空気を一定時間供給し、中子５７の下端部を冷却する。第１の冷却回路６７Ａによる冷却開始から第２の冷却回路６７Ｂによる冷却開始までの時間差は１分半程度である。同様にして第３〜第５の冷却回路６７Ｃ〜６７Ｅに圧縮空気を所定の時間差（１分程度）をもって順次供給し、中子５７の冷却を上方に向かって進めていく。第２〜第５の冷却回路６７Ｂ〜６７Ｅによる冷却時間は、それぞれ３分程度である。そして、第５の冷却回路６７Ｅによる冷却が終了する前に第６の冷却回路６７Ｆに圧縮空気を所定時間（４分半程度）供給して上型４４を冷却し、キャビティ８内の成形材料９を完全に固化させる。このようにすると、キャビティ８内の成形材料９の固化により発生する体積収縮に応じて、トランスファポット３１から溶融状態の成形材料９が補給され、ヒケのないきれいな成形体を得ることができる。
【００４６】
金型３０内の成形材料９が完全に固化して成形が完了した後、トランスファポット３１を回転させると、ノズル孔４０とスプルー５０との接続部分で成形材料９を容易に切断できる。次に、上型４４をトランスファポット３１とともに上昇させて第２の下型５６を第１の下型５５から取出し、ばり、湯道４９、ゲート５１部分で固化した成形材料９を切断することにより成形を終了する。この第２の下型５６は、内周面およびフランジ５６ｂ，５６ｃの配管接続端面がライニング材によって被覆された成形品である測定管として用いられる。引き続き測定管の成形を行う場合は、新たな第２の下型５６を第１の下型５５の上に設置し、さらにその上に上型４４およびトランスファポット３１を設置し、上記した手順にしたがって成形を行う。
【００４７】
【実施例】
三井デュポンフロロケミカル社製のＰＦＡ樹脂４５０ＨＰ−Ｊを成形材料９として用いた場合、金型温度を３６０°Ｃ、樹脂温度を３６０°Ｃとし、シール比Ｋを０．３２としたとき、樹脂の漏出が発生しないことが確認された。
【００４８】
上記では図２において支持部材７０および連結ボルト７１を取り外して成形を行う場合を説明した。しかし、押付力Ｆ＝Ｆｎ−Ｆｍが大きく、かつ金型３０、特に成形品となる第２の下型５６が肉薄で強度が低い場合は、第２の下型５６が座屈により塑性変形したり破壊されるおそれがある。
【００４９】
そこで、次にこのような問題を解決するために、図２において支持部材７０および連結ボルト７１を装着して成形する場合の実施例について説明する。
本実施の形態においては上型４４と第１の下型５５との間に前記支持部材７０を介在させ、連結ボルト７１の上端を上型４４に当接することで、上型４４から第２の下型５６へ伝わる押付力Ｆｎの一部を前記支持部材７０によって受け止め、第２の下型５６に加わる押付力Ｆを低減するようにしている。
【００５０】
前記支持部材７０は、圧縮弾性変形可能な円柱状に形成され、前記第１の下型５５の外周寄りに周方向に等間隔おいて４本垂直に立設されることにより上端が第１の下型５５の上方に延在し、上面中央に前記連結ボルト７１が螺合するねじ孔７３を有している。支持部材７０の材質としては焼き入れ鋼等が用いられる。
【００５１】
前記連結ボルト７１は焼入れ鋼製で、前記各支持部材７０のねじ孔７３に螺合され、頭部が上型４４の下面に当接するように調節される。なお、その他の構造は上記した実施の形態と略同一である。
【００５２】
このような構造からなる射出成形用金型３０において、プッシャ３２に推力Ｆｌを与えてトランスファポット３１内の溶融した成形材料９を加圧し金型３０のキャビティ８に注入すると、押付力Ｆｎは金型３０と、この金型３０を介して支持部材７０に加わる。このため、主として支持部材７０が撓むが、このとき支持部材７０の弾発力（反力）Ｒが上型４４に作用し、突っ張り棒として機能する。したがって、金型３０に加わる押付力Ｆが低減され、第２の下型５６が強度の低いものであっても座屈により塑性変形したり破壊されることがなく、高圧を必要とする樹脂によるライニングや、強度が低い測定管の成形に対しても適用することが可能である。
【００５３】
次に、支持部材７０を用いた射出成形用金型３０におけるシール比Ｋについて説明する。
支持部材７０と第２の下型５６は射出圧力ＰによってΔｌだけ縮む。
【００５４】
【数１】
0004185275.tif 000002
【００５５】
【数２】
0004185275.tif 000003
【００５６】
ここで、
Ｐは射出圧力
Ｓｎは底板の上から見た投影面積
Ｓｍは上型の下から見た投影面積
Ｓａはシール面積
Ｓｒは支持部材（支持部材本体）の断面積
Ｓｐは第２の下型の断面積
Ｆｎは射出圧力によって発生する底板の下向きの力（＝Ｐ・Ｓｎ）
Ｆｍは射出圧力によって金型を押し上げようとする力（＝Ｐ・Ｓｍ）
Ｆｒは支持部材に加わる力
Ｆｐは第２の下型に加わる力
Ｌｐは第２の下型のフランジ間の長さ
Ｌｒは支持部材の長さ
Δｌは支持部材の縮み量
Ｅは支持部材のヤング率（第２の下型のヤング率と同じと仮定）
ｎは支持部材の本数である。
第２の下型５６のフランジ部５６ｂ，５６ｃと連結ボルト７１は変形しないものと仮定する。
【００５７】
力の釣り合いを考えると
（Ｆｎ−Ｆｍ）＝ｎＦｒ＋Ｆｐ          ・・・（２）
上記（Ａ）式を（２）式に代入数ると
【００５８】
【数３】
0004185275.tif 000004
【００５９】
上記（Ｂ）式を用いてシール比Ｋを求める。シール圧Ｐａは次式によって表される。
【００６０】
【数４】
0004185275.tif 000005
上記（４）式の両辺をＰで除してシール比Ｋを求める。
【数５】
0004185275.tif 000006
【００６１】
【数６】
0004185275.tif 000007
【００６２】
上記（６）式の前項は、通常のシール比、後項は支持部材による減少分で、シール比の低減率は次式で表される。
【００６３】
【数７】
0004185275.tif 000008
【００６４】
このような射出成形装置２０によれば、金型３０を型締めする必要がないので、従来の型締め機構を備えた射出成形装置に比べて構造が簡単で部品点数を削減でき、また射出成形サイクルを短縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００６５】
また、金型３０内にそれぞれ独立した第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆからなる冷却機構６６を設け、これらの冷却回路６７Ａ〜６７Ｆに圧縮空気を所要の時間差をもって順次供給することにより、成形材料９の冷却硬化の時期を制御するようにしているので、ひけや脈理が発生ことがなく、品質の高い成形品を成形することができる。
また、成形品の大きさ、肉厚等に応じて第１〜第６の冷却回路６７Ａ〜６７Ｆに供給する圧縮空気のタイミング、供給時間等を制御するだけでよいので、制御も容易である。
【００６６】
なお、上記した実施の形態は、電磁流量計用測定管の内周面とフランジの配管接続端面にライニングを施す射出成形装置２０に適用した例を示したが、本発明はこれに何等特定されるものではなく、例えば容器やカップ状のもの、特に半導体製造工場のクリーンルームで使用されるものは、略１００％弗素樹脂製なので、本発明による射出成形装置を用いることにより、安価に製作することができる。
また、本実施の形態においては、冷却機構６６を６つの冷却回路６７Ａ〜６７Ｆによって構成したが、その数は任意であり、成形品の大きさによって適宜増減することができる。
さらに、上記実施の形態においては、射出成型用金型３０を型締め機構によって型締めしない射出成形装置２０について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく従来の型締め機構を備えた射出成形装置にも適用することができることは勿論である。
さらにまた、上記した実施の形態においては、成形品が測定管のため、金型３０の下型４５を、第１、第２の下型５５，５６および中子５７とで構成し、第２の下型５６をライニングが施される前の測定管で構成した例を示したが、成形品によっては金型が１つの下型と上型と中子とで構成されるものであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る射出成形装置は、キャビティ内に注入された成形材料の冷却硬化の時期を任意に制御することができるため、ひけや脈理が発生せず高品質な成形品を成形することができる。
【００６８】
また、プッシャの成形材料を押圧する力を利用して下型と上型のシール面に面圧を発生させ、弗素樹脂からなる成形材料が外部へ漏れ出るのを防止するようにしたので、ボルトによる締結や油圧による型締め機構によって金型を型締めする必要がなく、射出成形装置の簡素化および金型製作費の低減を達成するとともに、金型の組立、分解作業が容易で生産性を向上させることができる。また、成形材料の漏出がないため、不良率を低減することができる。
また、Ｐａ／Ｐ＞０．３２の条件を満たす範囲内において金型設計を行うことができるので、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る射出成形装置の一実施の形態の一部を破断して示す概略構成図である。
【図２】  射出成形用金型の断面図である。
【図３】  底板の上から見た投影面積を示す図である。
【図４】  上型の下から見た投影面積を示す図である。
【図５】  シール面付近の拡大断面図である。
【図６】  第１の下型部材の平面図である。
【図７】  中子の底面図である。
【図８】  （ａ）〜（ｄ）は図７のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図９】  冷却のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
８…キャビティ、９…成形材料、２０…射出成形装置、２２…油圧シリンダ、３０…射出成形用金型、３１…トランスファポット、３２…プッシャ、４０…ノズル孔、４１ａ…シール面、４４…上型、４５…下型、４９…湯道、５０…スプルー、５１…ゲート、５３ａ…シール面、５５…第１の下型、５６…第２の下型、５６ｂ，５６ｃ…フランジ、５７…中子、６１ａ，６３ａ，６３ｂ，６５ａ…シール面、６６…冷却機構、６７Ａ〜６７Ｆ…冷却回路、７０…支持部材、Ａ，Ｂ，Ｃ…シール部。
【図１】
0004185275.tif 000009
【図２】
0004185275.tif 000010
【図３】
0004185275.tif 000011
【図４】
0004185275.tif 000012
【図５】
0004185275.tif 000013
【図６】
0004185275.tif 000014
【図７】
0004185275.tif 000015
【図８】
0004185275.tif 000016
【図９】
0004185275.tif 000017