JPH1190952A - ガス注入射出成形用ガス注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス注入成形による中空部を有する成形品の
シルバーやフローマークなどの外観不良現象を解消し、
簡易な設備、成形条件設定幅が広く、各種成形品の製造
に適用可能な、生産性にすぐれた中空部含有樹脂成形品
を成形するためのガス注入装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】射出シリンダー内の溶融樹脂中にガスを注
入後、金型キャビティに射出する中空部含有成形品の成
形に用いるガス注入射出成形用ガス注入装置であって、
ガス源、ガス遮断弁、ガス注入弁間のガスを排出する脱
圧弁を設けたガス注入装置である。さらに、ガス遮断弁
の開閉を位置制御および／または時間制御し、脱圧弁の
開閉を時間制御するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス注入による中
空部を含有する成形品の射出成形に用いるガス注入射出
成形用ガス注入装置に関する。詳しくは射出シリンダー
内の可塑化溶融樹脂中にガスを注入後、金型キャビティ
に射出する中空部含有樹脂成形品の成形に用いるガス注
入射出成形用ガス注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチ
レン系樹脂などの熱可塑性樹脂は、自動車部品、家電部
品、電気部品等の成形品に射出成形方法を採用して製造
されている。しかしながら、一般の射出成形では軽量化
できない欠点があり、また肉厚の異なる成形品、特にリ
ブ付き成形品、厚肉部を有する成形品ではリブ部、厚肉
部にヒケが発生し一体成形ができないと言う問題点があ
った。これを解決する方法として発泡性樹脂を用いる方
法があるが、軽量化は可能であるが、強度が十分でない
こと、表面性が劣ることに加えて、冷却時間が長く、結
果として成形サイクルが長くなり生産性に劣るなどの欠
点がある。

【０００３】近時、他の方法として、ガス注入射出成形
方法が採用されてきている。ガス注入射出成形方法は、
金型キャビティに溶融樹脂を射出した後、溶融樹脂内に
射出ノズル、金型内ランナー、金型キャビティ壁から窒
素などの加圧ガスを注入する成形方法である。ガスは成
形品の全体にわたって中空部分を形成したり、リブ部や
厚肉部に中空部を形成し、そのガス圧により金型キャビ
ティ面の転写が行われ、その結果、ヒケ、ソリ、変形の
少ない寸法精度にすぐれた軽量樹脂成形品が得られる。
このため、一般の射出成形よりも低圧成形が可能である
こと、軽量化できること、剛性が高くなること、複雑な
製品設計、大型成形品へも適用可能な点など多くのすぐ
れた特徴により成形品分野に展開されてきている。

【０００４】しかしながら、従来のガス注入射出成形で
は、金型キャビティ内の溶融樹脂にガスを注入するもの
であり、ガスとして通常、３ＭＰａ以上の高圧のガスを
用いる必要があること、ガスの貯蔵、ガス注入のための
設備、注入のために複雑な制御が必要であるなどの問題
点を抱えている。これらの理由により、射出成形分野に
広く採用されるまでには至っておらず、特殊な分野の成
形に止まっているのが実状である。

【０００５】これらの欠点を改良する新しい思想による
ガス注入成形方法が提案されている（特開平９−１６４
５４７号公報）。この方法は、従来のガスの注入が、注
入箇所として、射出ノズル、金型内ランナー、金型キャ
ビティ等であり、いずれにしても金型キャビティ中の溶
融樹脂であったのに対してガスの注入箇所を本質的に変
えたものである。すなわち、ガスの注入を射出シリンダ
ー中の可塑化溶融樹脂に対して行い、ガスを含んだ溶融
樹脂を射出成形することで中空部含有樹脂成形品を得る
ことを特徴とするものである。具体的には、可塑化スク
リューの先端またはシリンダー壁から、第一次の樹脂可
塑化の完了後にガスを注入し、さらに第二次の樹脂可塑
化を行い、可塑化樹脂中にガスによる空洞を形成させ、
このガスと可塑化樹脂を一体として射出成形するもので
ある。

【０００６】この射出成形方法は比較的低圧のガスでガ
ス注入成形ができる、設備が簡略化できるなど非常にす
ぐれた射出成形方法である。しかしながら、前記公報に
開示されているガス注入装置では、ガス注入工程外にお
いて、シリンダー内の圧力がガス注入弁前のガス供給路
の圧力（ガス注入完了時の圧力が残存している）よりも
低くなった場合には、ガス注入弁からガスが自動的にシ
リンダー内に注入される恐れがある。この意図しないガ
ス注入により表面外観不良が発生するなど安定的に一定
した成形品を製造できない問題点がある。

【０００７】また、前記公報の開示においては、ガスの
遮断弁の開閉制御は、スクリューの後退位置を第１リミ
ットスイッチで検出して開放し、ガスを一定量注入する
と第２リミットスイッチかタイマで閉鎖することが記載
されている。しかしながら、このリミットスイッチでの
遮断弁の開放にあっては、ガスの注入が樹脂が可塑化溶
融されつつある段階、すなわちスクリューの後退途中に
行われる場合では、特に問題はないものの、スクリュー
の後退時期とは無関係に、たとえば、可塑化と計量が終
了しスクリューの後退移動がない場合には行うことがで
きないなど、成形条件が制限されると言う問題点を残し
ており改良の余地がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況下で、ガスを可塑化シリンダー中の可塑化溶融樹脂
中に直接注入した後、射出成形する中空部含有樹脂成形
品の射出成形において、シルバーやフローマークなどの
外観不良の発生がなく安定して連続成形ができ、また、
成形品に応じて幅広い成形条件に対応可能な、ガス注入
射出成形用ガス注入装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、可塑化シ
リンダー中の溶融樹脂にガスを注入した後、射出成形す
る中空部含有樹脂成形品の射出成形方法に関し、ガス注
入と成形品の外観、成形安定性の関係について鋭意研究
を重ねた結果、ガス注入制御のみでなく他の制御、特に
ガス供給ラインの制御が必要であることを見いだした。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

【００１０】すなわち、本発明は、（１）射出シリンダ
ー内の可塑化溶融樹脂中にガスを注入後、金型キャビテ
ィに射出する中空部含有樹脂成形品の成形に用いるガス
注入射出成形用ガス注入装置であって、ガス源、ガス遮
断弁、ガス注入弁を備えたガス流路において、ガス遮断
弁とガス注入弁間のガスを排出する脱圧弁を設けたこと
を特徴とするガス注入射出成形用ガス注入装置。 （２）ガス遮断弁の開閉を位置制御および／または時間
制御する上記（１）記載のガス注入射出成形用ガス注入
装置。 （３）脱圧弁の開閉を時間制御する上記（１）または
（２）記載のガス注入射出成形用ガス注入装置を提供す
るものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の中空部含有樹脂成形品の射出成形方法に
用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂であり、射出成
形可能な樹脂であれば、特には制限ない。例えばポリプ
ロピレン、エチレン−プロピレンブロック共重合体やラ
ンダム共重合体、高密度ポリエチレンなどのポリオレフ
ィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ゴム変成ポリスチレン
樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、Ｐ
ＭＭＡ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリアセテート樹脂などがある。また、耐衝撃改良剤と
して、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、ポリブタジ
エンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共
重合体ゴム（ＳＢＳ）、ＳＢＳを水添したスチレン−エ
チレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体ゴム（Ｓ
ＥＢＳ）などのゴム類を添加することもできる。また、
必要により、成形品の要求特性等を考慮して、金属粉、
カーボンブラック、グラファィト、タルク、マイカ、ク
レー、炭酸カルシウム、シリカ、水酸化アルミニウム、
水酸化マグネシウム、硫酸カルシウム、ガラス繊維、炭
素繊維、チタン酸カルシウムウイスカー、繊維状のマグ
ネシウムオキシサルフェートなどの無機充填剤、結晶化
促進剤、酸化防止剤（リン系、フエノール系、硫黄系な
ど）、中和剤、滑剤、分散剤、過酸化物、熱安定剤、紫
外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助
剤、可塑剤、エポキシ化合物、金属不活性化剤、顔料、
染料などをの添加剤を添加することもできる。

【００１２】本発明においては、通常これらの熱可塑性
樹脂に必要に応じて公知の付加的添加剤を配合して溶融
混練して得られたペレットを原料として、可塑化スクリ
ューを内蔵した射出シリンダー中に供給し、スクリュー
の回転により可塑化することにより、シリンダーの先端
部に可塑化溶融樹脂を形成し、溶融樹脂の形成中あるい
は形成後に溶融樹脂中にガスを注入するものである。つ
いで、このガスを含む溶融樹脂を、金型中のキャビティ
内に射出し中空部含有樹脂成形品を得るものである。

【００１３】本発明では、このガス注入装置として、ガ
ス源からのガスをガス遮断弁に導きこの遮断弁の開放
で、この下流に設けられたガス注入弁をガス圧により開
放して溶融樹脂中にガスを注入するガス流路の改良に関
するものである。すなわち、ガス遮断弁とガス注入弁の
間のガスを排出する脱圧弁を設けるものである。この脱
圧弁は、ガスの注入を完了させたい場合においては、ガ
ス供給路内を脱圧してシリンダー内の圧力とガス供給路
の圧力に明確な差を設け、ガス注入弁を確実に閉鎖させ
る働きをするものである。ガス遮断弁を閉鎖しただけで
は、その後にシリンダー内の圧力が低下した場合に、ガ
ス注入弁が開放する恐れがある。このため、ガスの注入
が終了した時点以後、ガス遮断弁の閉鎖でガス注入弁と
の間に閉じ込められたガス流路中のガスを排出して減圧
または完全に大気に開放するものである。

【００１４】本発明では、溶融樹脂中へのガスの注入
は、一般的には、スクリューの先端に設けられた開閉可
能な逆止弁から行われるが、この場合、上記流路はスク
リュー中でかなりの温度を受け、したがってガスの圧力
も高くなる恐れがあり、特にこの場合に重要性が高くな
る。ガスの注入位置としては、前記のスクリュー先端の
場合の他、シリンダー壁面から行うこともできる。しか
しながら、一個のガス注入弁でもって、溶融樹脂へのガ
スの注入を樹脂の溶融可塑化のどの段階でも行うことが
でき、しかも、可塑化計量樹脂量の変更に自由に対応す
ることができる点でスクリューの先端に設けることが好
ましい。なお、注入弁からのガスの注入方法としては、
特に制限はないが、スクリュー軸に直角方向を基準に反
射出方向に注入することが好ましい。この場合の注入方
向の角度αは１０度以上、２０〜６０度程度とする。こ
れを可能にする注入弁としては、ポペット弁を用いるこ
とができる。

【００１５】本発明は、さらに、前記の脱圧弁を備えた
ガス注入装置において、ガス遮断弁の開閉を位置制御お
よび／または時間制御するものである。これにより、ガ
ス注入のタイミングを樹脂の溶融可塑化によるスクリュ
ーの位置制御だけでなく、まったく自由なタイミングで
制御できるようになる。すなわち、位置制御に加えて樹
脂射出開始信号、規定量の可塑化計量信号、可塑化計量
完了信号などの特定の基準点から、直接あるいはこれか
らの時間遅れ時点等任意の時点でガスの遮断弁の開放、
ガスの注入を行うことができる。また、ガス注入の完了
後の脱圧弁の開放は、位置制御だけではできず時間制御
するものである。

【００１６】以下、図面に基づいて、本発明を説明す
る。図１は、本発明のガス注入射出成形用ガス注入装置
が適用される射出成形装置の全体を部分的断面で示す概
念図である。１は射出成形装置、２はシリンダー、３は
スクリュー、４は射出ノズル、５はノズル遮断弁、６は
ガス供給路、７はガス注入弁、８は固定金型、９は移動
金型、１０は金型キャビティ、１１はホッパー、１２は
可塑化溶融樹脂、１３はスプルー、１４はスクリュー位
置検出装置、１５はガス注入装置、１６はガス注入制御
装置である。

【００１７】図２は、本発明の実施例のガス注入装置の
詳細図である。２１はガス供給管、２２は減圧弁Ａ、２
３はガス遮断弁、２４は流量調節弁、２５はガス注入
管、２６は脱圧弁、２７は減圧弁Ｂ、２８は弁作動用低
圧窒素ライン、２９はガス遮断弁用作動弁、３０は脱圧
弁用作動弁である。なお、図中、２９、３０は、電流が
流れ励磁されて流路が開き、作動窒素ガスにより、それ
ぞれの弁２３、２６を開閉するものである。

【００１８】次に、本発明のガス注入射出成形用ガス注
入装置を用いたガス注入射出成形を一例について説明す
る。ノズル遮断弁５を閉じた後、原料のペレットはホッ
パー１１からスクリュー３に供給されスクリューの回転
による可塑化、スクリューの後退によりシリンダーの先
端部に可塑化供給され可塑化溶融樹脂１２を形成する。
なお、この溶融樹脂の計量は成形品の中空部を除いた体
積に相当するように制御される。

【００１９】次いで、この溶融樹脂に図示しないガスボ
ンベなどのガス供給源からのガスを、ガス供給管２１、
減圧弁２２を作動して導き、ガス注入制御装置１６から
の信号で作動弁２９を作動させてガス遮断弁２３を開
き、スクリューの中心に設けられたガス供給路６を通
り、ガスの圧力によりガス注入弁７のガス注入口を開き
ガスを注入する。注入ガスの圧力は通常減圧弁２２によ
り制御され、通常０．５〜２．８ＭＰａの範囲とされ
る。

【００２０】また、ガスの注入のタイミングとしては、
シリンダーの先端部に射出に必要な溶融樹脂がある程度
形成された後であれば特に制限はないが、可塑化継続中
は溶融樹脂に背圧がかかり、かなりの圧力があるので、
可塑化の終了近く、特に可塑化と計量が終了した後に、
サックバック（スクリューを後退させる）しながら注入
することが低圧でガスを注入できる点で好ましい場合が
ある。ガスの注入が完了したら、作動弁２９によりガス
遮断弁２３を閉鎖し、ついで、作動弁３０を作動させて
脱圧弁２６により流路中のガス圧力を低下させる。この
ガス圧力の低下程度は、次のガス注入溶融樹脂のキャビ
ティへの射出後の工程を含めてシリンダー中の圧力より
低ければよく、これによってガス注入弁７が完全に閉鎖
される。これにより流路中のガスが不必要な時にシリン
ダー内へ流入する恐れがなくなる。この脱圧は、注入ガ
ス流路に空気が進入することを防止する点からは、大気
圧よりも若干高めの圧力に保つ方が望ましい。

【００２１】ガスが注入されてガスを含む溶融樹脂１２
は、開放されたノズル遮断弁５、射出ノズル４、スプル
ー１３を経て金型キャビティ１０に射出、充填される。
ついで、冷却、賦形された成形品は、必要により中空部
のガスを抜いた後、金型を開放して成形品を離型するこ
とにより成形サイクルが完了することになる。なお、金
型キャビティへ射出される時点でのシリンダー内の溶融
樹脂とガスがどのような形態で存在しているかは明確で
なく、どのような状態で存在していてもよい。

【００２２】本発明は、また、脱圧弁を備えたガス注入
装置において、ガス遮断弁の開閉を位置制御および／ま
たは時間制御、すなわち、単独または組み合わせて制御
するものである。さらに、脱圧弁の開閉を時間制御する
ものである。従来のガス注入方法では、ガス遮断弁の開
閉を、スクリューの前進・後退による位置制御であり、
また、ガス遮断弁とガス注入弁間の流路中の残存ガスが
ガス注入弁の下流の圧力の低下により注入弁の逆止弁作
用により開放してしまうなどの問題を有していた。これ
に対して、本発明では、脱圧弁を設けることに加えて、
ガスの注入、停止、脱圧などを基本的なスクリューの可
塑化による前進・後退の位置変動による位置制御に加え
て時間制御を組み合わすことにより、任意な形状、サイ
ズ、中空部の程度、樹脂の種類、樹脂の溶融粘度など多
くの成形変動因子に対してガスの注入を自由に制御でき
ことを可能にしたものである。

【００２３】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定さ
れるものではない。三菱重工業株式会社製の射出成形機
３５０ＭＧ〔型締力：３５０トン、スクリュー径：６２
ｍｍ〕用いて、自動車用サイドモール〔長さ：１１００
ｍｍ、幅：７０ｍｍ厚み：２．５ｍｍ〕金型を用い、原
料樹脂としてポリプロピレン〔ＩＤＥＭＩＴＳＵ ＰＰ
Ｊ−９５０Ｈ（ＭＩ＝２０ｇ／１０分：２３０℃、
２．１６ｋｇ荷重）〕を用い、窒素ガスを注入すること
で成形を行った。成形条件を下記に示す。 （１）成形温度：２００℃ （２）金型温度：４０℃ （３）ガス注入開始：計量完了後 （４）ガス注入圧力：２．２ＭＰａ （５）ガス注入時間：５秒 （６）ガス注入ポペット弁：開口部径＝２３ｍｍ、注入
方向α＝３５度〔スクリュー軸に直角方向を基準に反射
出方向角度〕 ガス注入開始のガス遮断弁の開放は、スクリューの計量
完了位置信号によった。この時を基準として、ガス遮断
弁の閉鎖を５秒後に制御し、５．５秒後に脱圧弁を作動
させて流路内圧力を０．２ＭＰａに制御した。

【００２４】得られた自動車用サイドモールは、平均肉
厚が２．５ｍｍであり、シルバー、フローマークがなく
表面外観にすぐれるとともに、安定的に繰り返し成形で
きた。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、シルバー、フローマー
クなどの発生がなく外観良好な中空部を有する軽量な成
形品を安定的に連続成形できる。また、ガスの注入タイ
ミング、注入時間、圧力などを、成形品に相応しい成形
条件に細かく設定できる。また、設備費、成形コスト、
不良品の発生がないなどのすぐれた効果を合わせ有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いた射出成形機の全体を示
す、部分断面概念図である。

【図２】本発明の実施例で用いた射出成形機の主要部で
ある、ガス注入装置の説明図である。

【符号の説明】

１：射出成形装置 ２：シリンダー ３：スクリュー ４：射出ノズル ５：ノズル遮断弁 ６：ガス供給路 ７：ガス注入弁 ８：固定金型 ９：移動金型 １０：金型キャビティ １１：ホッパー １２：可塑化溶融樹脂 １３：スプルー １４：スクリュー位置検出部 １５：ガス注入装置 １６：制御装置 ２１：ガス供給管 ２２：減圧弁Ａ ２３：ガス遮断弁 ２４：流量調節弁 ２５：ガス注入管 ２６：脱圧弁 ２７：減圧弁Ｂ ２８：弁作動用低圧窒素ライン ２９：ガス遮断弁用作動弁 ３０：脱圧弁用作動弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】射出シリンダー内の可塑化溶融樹脂中にガ
   スを注入後、金型キャビティに射出する中空部含有樹脂
   成形品の成形に用いるガス注入射出成形用ガス注入装置
   であって、ガス源、ガス遮断弁、ガス注入弁を備えたガ
   ス流路において、ガス遮断弁とガス注入弁間のガスを排
   出する脱圧弁を設けたことを特徴とするガス注入射出成
   形用ガス注入装置。
2. 【請求項２】ガス遮断弁の開閉を位置制御および／また
   は時間制御する請求項１記載のガス注入射出成形用ガス
   注入装置。
3. 【請求項３】脱圧弁の開閉を時間制御する請求項１また
   は２記載のガス注入射出成形用ガス注入装置。