(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-25
(45)【発行日】2023-09-04
(54)【発明の名称】成形装置及び成形方法
(51)【国際特許分類】
B29C 45/77 20060101AFI20230828BHJP
B29C 45/23 20060101ALI20230828BHJP
B29C 45/28 20060101ALI20230828BHJP
B29C 45/37 20060101ALI20230828BHJP
【FI】
B29C45/77
B29C45/23
B29C45/28
B29C45/37
(21)【出願番号】P 2021102567
(22)【出願日】2021-06-21
【審査請求日】2022-06-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000003263
【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 昭宏
(72)【発明者】
【氏名】豊森 佑夏
【審査官】▲高▼橋 理絵
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-219448(JP,A)
【文献】特開2013-052622(JP,A)
【文献】特開2001-170977(JP,A)
【文献】特開平11-138577(JP,A)
【文献】特開2015-162598(JP,A)
【文献】特開平04-279310(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B29C 45/00-45/84
B29C 33/00-33/76
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1型
に形成した開口又は溝部と第2型
に形成した開口又は溝部との間のキャビティに、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料を充填して成形品を成形する成形装置であって、
上記キャビティに上記未硬化材料を充填するプランジャ又はスクリューを有する充填装置と、
上記充填装置によって充填された上記未硬化材料が上記キャビティの90%以上充填されたときに流れ込む
、上記成形品の余肉部を形成する上記第1型及び上記第2型の少なくとも一方に形成した開口又は溝部と、
上記
余肉部を形成する開口又は溝部よりも奥のオーバーフロー部を形成する壁面に設けられた充填センサと、
上記キャビティに上記未硬化材料が完全に充填される前にV-P切替すると共に上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記未硬化材料が硬化する領域から離れた位置に設けられた上記充填装置の可動部を制御して上記未硬化材料の充填量を調整する制御装置とを備えている
ことを特徴とする成形装置。
【請求項2】
請求項1に記載の成形装置であって、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの押込量を調整するように構成されている
ことを特徴とする成形装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の成形装置であって、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの出口を開閉するシャットオフノズルを閉じるように構成されている
ことを特徴とする成形装置。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか1つに記載の成形装置であって、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの出口から上記キャビティに至る充填流路を開閉するバルブゲートを閉じるように構成されている
ことを特徴とする成形装置。
【請求項5】
第1型
に形成した開口又は溝部と第2型
に形成した開口又は溝部との間のキャビティに硬化前の、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料を充填して成形品を成形する成形方法であって、
上記キャビティにプランジャ又はスクリューを有する充填装置によって上記未硬化材料を充填し、
上記充填装置によって充填された上記未硬化材料が、上記キャビティ
に完全に充填される前にV-P切替すると共に、90%以上充填されて
上記成形品の余肉部を形成する上記第1型及び上記第2型の少なくとも一方に形成した開口又は溝部に流れ込み、
上記余肉部を形成する開口又は溝部よりも奥のオーバーフロー部を形成する壁面に設けられた充填センサが上記未硬化材料を検知したときに上記未硬化材料が硬化する領域から離れた位置に設けられた上記充填装置の可動部を制御して上記未硬化材料の充填量を調整
し、
上記未硬化材料の加硫を完了し、
加硫後の成形品を上記キャビティから取り出し、
上記余肉部を取り除く
ことを特徴とする成形方法。
【請求項6】
請求項5に記載の成形方法であって、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューを停止して上記未硬化材料の押込量を調整する
ことを特徴とする成形方法。
【請求項7】
請求項5に記載の成形方法であって、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューの出口を開閉するシャットオフノズルを閉じる
ことを特徴とする成形方法。
【請求項8】
請求項5に記載の成形方法であって、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューの出口から上記キャビティに至る充填流路を開閉するバルブゲートを閉じる
ことを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第1型と第2型との間のキャビティに、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料を充填して成形品を成形する成形装置及び成形方法に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の未硬化材料をプレス機でトランスファー成形する場合、予備成形(通常、重量管理で行う)を行ってから金型に挿入することが知られている。また、この種の未硬化材料を射出成形する場合には、成形機による被成形材料の体積の管理が行われている。
【0003】
例えば、特許文献1の射出成形装置は、金型内の各キャビティに、キャビティ内に充填される熱硬化性樹脂材料などの、高流動性溶融材料の充填状況を検知する光センサと、この光センサの情報により開閉するキャビティ用ゲートとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、予備成形で規定の質量に合わせることは困難であり、また、高精度で計量できないという問題がある。
【0006】
また、ゴムのような弾性体よりなる未硬化材料は、塊にしたときに空気等が混ざりやすく、さらに、正確に計量できないと、金型キャビティへ安定して充填することが難しい。計量が少ない場合は寸法過小や欠肉になり、計量が多い場合は寸法過大やバリになるという問題がある。
【0007】
上記特許文献1の射出成形機は、熱硬化性樹脂材料などの流動性の高い材料には適用できるが、そもそもこのような流動性の高い溶融材料では、成形前に塊にならず空気等が混ざるという問題が発生しにくい。また、光センサの情報により開閉するキャビティ用ゲートが、溶融材料が流れ込んできて硬化する場所にあるため、硬化した材料によってキャビティ用ゲートにバリが入って正常に動かなくなり、長時間連続で成形できないという問題もある。
【0008】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キャビティ内に未硬化材料を充填して成形品を成形する成形装置及び成形方法において、容易かつ精密に成形品の仕上がり寸法や質量を安定させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するために、この発明では、充填センサ及び充填装置の可動部を最適な位置に設けた。
【0010】
具体的には、第1の発明では、第1型と第2型との間のキャビティに、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料を充填して成形品を成形する成形装置であって、
上記キャビティに上記未硬化材料を充填するプランジャ又はスクリューを有する充填装置と、
上記充填装置によって充填された上記未硬化材料が上記キャビティの90%以上充填されたときに流れ込む最終充填領域と、
上記最終充填領域に設けられた充填センサと、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記未硬化材料が硬化する領域から離れた位置(すなわち、材料未硬化領域)に設けられた上記充填装置の可動部を制御して上記未硬化材料の充填量を調整する制御装置とを備えている。
【0011】
上記の構成によると、充填前に未硬化材料の厳密な計量を行わなくても、実際にキャビティ内の最終充填領域に未硬化材料が充填されてきたことを検知し、その検知信号を利用して充填装置の可動部を制御して未硬化材料の充填量を調整するので、欠肉やバリが生じにくくなって製品の仕上がり寸法や質量が安定する。また、プランジャ又はスクリュー、シャットオフノズル、バルブゲートなどの可動部が、未硬化材料が硬化する領域から離れた位置に設けられているので、可動部にバリが入ることはなく、安定した連続運転が可能である。ここで、未硬化材料とは、ゴム材料では、加圧及び加熱が施されていない未加硫状態を意味する。
【0012】
第2の発明では、第1の発明において、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの押込量を調整するように構成されている。
【0013】
上記の構成によると、プランジャ又はスクリューの可動部は、未硬化材料が硬化する領域から十分に離れており、可動部にバリが入ることはなく、制御も容易である。
【0014】
第3の発明では、第1又は第2の発明において、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの出口を開閉するシャットオフノズルを閉じるように構成されている。
【0015】
上記の構成によると、シャットオフノズルの可動部も未硬化材料が硬化する領域から十分に離れており、可動部にバリが入ることはなく、制御も容易である。
【0016】
第4の発明では、第1から第3のいずれか1つの発明において、
上記制御装置は、上記充填センサの信号を受けて上記プランジャ又はスクリューの出口から上記キャビティに至る充填流路を開閉するバルブゲートを閉じるように構成されている。
【0017】
上記の構成によると、バルブゲート自体は、未硬化材料が硬化する領域に近いので、バルブゲートを閉じるとすぐに未硬化材料の充填が停止される。このため、充填量の制御が容易である。この場合、バルブゲートの可動部の位置を未硬化材料が硬化する領域内に設けない又は断熱材などを設けて未硬化材料が硬化する領域とはしないことで、可動部周辺にバリが生じるのを防ぐことができる。
【0018】
第5の発明では、第1型と第2型との間のキャビティに硬化前の、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料を充填して成形品を成形する成形方法を対象とし、
上記成形方法では、
上記キャビティにプランジャ又はスクリューを有する充填装置によって上記未硬化材料を充填し、
上記充填装置によって充填された上記未硬化材料が、上記キャビティの90%以上充填されて最終充填領域に流れ込み、
上記最終充填領域に設けられた充填センサが上記未硬化材料を検知したときに上記未硬化材料が硬化する領域から離れた位置に設けられた上記充填装置の可動部を制御して上記未硬化材料の充填量を調整する構成とする。
【0019】
上記の構成によると、充填前に未硬化材料の厳密な計量を行わなくても、実際にキャビティ内の最終充填領域に未硬化材料が充填されてきたのを検知し、その検知信号を利用して充填装置の可動部を制御して未硬化材料の充填量を調整するので、欠肉やバリが生じにくくなって製品の仕上がり寸法や質量が安定する。また、プランジャ又はスクリュー、シャットオフノズル、バルブゲートなどの可動部が、未硬化材料が硬化する領域から離れた位置に設けられているので、可動部にバリが入ることはなく、安定した連続運転が可能である。
【0020】
第6の発明では、第5の発明において、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューを停止して上記未硬化材料の押込量を調整する構成とする。
【0021】
上記の構成によると、プランジャ又はスクリューの可動部は、未硬化材料が硬化する領域から十分に離れており、可動部にバリが入ることはなく、制御も容易である。
【0022】
第7の発明では、第5の発明において、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューの出口を開閉するシャットオフノズルを閉じる構成とする。
【0023】
上記の構成によると、シャットオフノズルの可動部も未硬化材料が硬化する領域から十分に離れており、可動部にバリが入ることはなく、制御も容易である。
【0024】
第8の発明では、第5の発明において、
上記充填センサが上記未硬化材料を検知したときに、上記プランジャ又はスクリューの出口から上記キャビティに至る充填流路を開閉するバルブゲートを閉じる構成とする。
【0025】
上記の構成によると、バルブゲート自体は、未硬化材料が硬化する領域にある程度近いので、バルブゲートを閉じるとすぐに未硬化材料の充填が停止されるので、充填量の制御が容易である。この場合、バルブゲートの可動部の位置を未硬化材料が硬化する領域内に設けないことで、可動部周辺にバリが生じるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【0026】
以上説明したように、本発明によれば、容易かつ精密に成形品の仕上がり寸法や質量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【
図1】射出中の本発明の実施形態に係る、成形装置の概要を示す断面図である。
【
図2】射出前の本発明の実施形態に係る、成形装置の概要を示す断面図である。
【
図3】比較例と実施例とで製品重さを比較した結果を示す図である。
【
図4】射出前の、本発明の実施形態の変形例に係る、成形装置の概要を示す断面図である。
【
図5B】別の金型の例を一部切断して示す斜視図である。
【
図6B】別の金型の例を上方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0029】
図1及び
図2は、本発明の実施形態の成形装置1を示し、この成形装置1は、金型9の第1型2と第2型3との間のキャビティ4に、硬化前の、ゴム又は熱可塑性エラストマよりなる未硬化材料5を充填して成形品を成形するものである。本実施形態では、第1型2が可動型で、第2型3が固定型であるが、第1型2が固定型で、第2型3が可動型でもよく、両方が可動型でもよい。また、
図1に示すように、第1型2及び第2型3を水平に並べてもよいし、
図5Aに示すように、第1型2が下型で、第2型3が上型となるように上下に並べてもよい。本実施形態では、
図1に一部拡大して示すように、例えば成形品として内径40mm、線径5mmのOリング20の場合について説明するが、その形状には限定されない。例えば、第1型2が固定され、第2型3が移動して型開きするようになっている。
【0030】
金型の具体例は後述するが、例えばゴムの場合、材料硬化領域Aでは、未硬化材料5が加硫する温度になるようにヒータなどで例えば120℃から180℃に温調される。材料未硬化領域Bでは、未硬化材料5が加硫する温度にならないように、30℃~80℃にウオータジャケットの温水などで温調される。材料硬化領域Aと材料未硬化領域Bとの間には、熱の伝導を抑制する断熱板14が設けられている。加硫を行うために未硬化材料に硫黄などのバインダが加えられていてもよい。
【0031】
本実施形態の成形装置は、キャビティ4に未硬化材料5を充填するスクリュー7(充填シリンダ7a部分も含む)を有する充填装置6を備えている。スクリュー7は、プランジャでもよい。スクリュー7の先端側に未硬化材料5を貯めてからスクリュー7を進ませてその先端から第2型3の材料注入口3aへ未硬化材料5を充填するようになっている。
【0032】
材料注入口3aからキャビティ4に向かう充填流路としてのスプルー3bには、ゲート3cが設けられ、このゲート3cよりも先がキャビティ4に連通している。ゲート3cを開閉するバルブゲート13の開閉シリンダ13a(駆動部)は、材料硬化領域Aから断熱板14を隔てた材料未硬化領域Bに設けられている。
【0033】
図1に一部拡大して例示するように、ゲート3cから流れ込んだ未硬化材料5は、3角形状の第1余肉部20a部分を通ってOリング本体部20b部分を通り三角形状の第2余肉部20c部分(本実施形態では、最終充填領域8)に至る。この最終充填領域8は、充填装置6によって充填された未硬化材料5がキャビティ4の90%以上充填されたときに流れ込む部分よりなる。この最終充填領域8の少なくとも一部を構成するオーバーフロー部には、圧力センサ、光学センサ、温度センサ等よりなる充填センサ10が設けられている。
【0034】
成形装置1は、CPUなどを有する制御装置11で制御されるが、この制御装置11は、充填センサ10が未硬化材料5を検知したときに、材料未硬化領域Bに設けられた充填装置6の可動部を制御して未硬化材料5の充填量を調整する役割を果たす。
【0035】
具体的には本実施形態では、制御装置11は、充填センサ10の信号を受けてスクリュー7の押込量を調整するように構成されている。
【0036】
-実施例-
図3に、実施例として上記成形装置1でOリング20を成形した場合と、比較例として、充填センサ10を設けずに予め計量した未硬化材料5を用いてOリングを成形した場合とで、製品重さがどう異なるかを複数の試料1~10を用いて比較した。
【0037】
比較例では、製品重さの最大値から最小値を引いた値が0.0415gであったのに対し、実施例では、0.0138gとなり、製品重さのばらつきが約1/3に低減されたことがわかる。
【0038】
-変形例-
図4は本発明の実施形態の変形例を示し、制御装置11が制御する可動部が、シャットオフノズル12及びバルブゲート13である点で実施形態と異なる。なお、以下の変形例及びでは、
図1及び
図2と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0039】
すなわち、本変形例では、スクリュー7の先端にシャットオフノズル12が設けられている。シャットオフノズル12は、図示しないエアシリンダなどのアクチュエータで開閉可能となっている。このシャットオフノズル12を閉じることで、スクリュー7から材料注入口3aに至る流路が即時に遮断されるようになっている。
【0040】
また、キャビティ4と充填流路(スプルー3b)とを遮断するバルブゲート13が設けられている。このバルブゲート13も図示しないアクチュエータ(
図5Aの例では開閉シリンダ13a)により開閉可能となっている。このバルブゲート13を閉じることで、スプルー3bからキャビティ4に至る流路が即時に遮断されるようになっている。
【0041】
このように、本変形例では、制御装置11は、充填センサ10の信号を受けてスクリュー7の出口を開閉するシャットオフノズル12を閉じたり、スクリュー7の出口からキャビティ4に至る充填流路(スプルー3b)を開閉するバルブゲート13を閉じたりするように構成されている。上記実施形態のように、同時にスクリュー7の進行自体を止めてもよいし、シャットオフノズル12のみを閉じたり、バルブゲート13のみを閉じたりしてもよい。
【0042】
バルブゲート13自体は、材料硬化領域Aに近い(本変形例では、領域内にある)ので、バルブゲート13を閉じるとすぐに未硬化材料5の充填が停止される。このため、充填量の制御が容易である。
【0043】
この場合、バルブゲート13の可動部(開閉シリンダ13a)の位置を材料硬化領域Aではなく材料未硬化領域Bに設けることで、効果的に可動部周辺にバリが生じるのを防ぐことができる。
【0044】
シャットオフノズル12の可動部も未硬化材料5が硬化する領域から十分に離れており、可動部にバリが入ることはなく、制御も容易である。
【0045】
(金型の具体例)
図5A~
図6Bは、本発明の実施形態に係る、成形装置1の金型9の具体例を示し、
図1及び
図2と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0046】
図1等でも示したように、成形装置1の金型9における、第1型2と第2型3には、材料硬化領域Aと材料未硬化領域Bとの間での熱伝達を抑制する断熱板14が設けられている。
【0047】
未硬化材料5は、スクリュー7によって材料注入口3aから注入され、充填流路としてのスプルー3b及びランナ3dを通ってゲート3cに向かうようになっている。また、第1型2には真空引用流路15も設けられており、キャビティ4内の空気を吸い込めるようになっている。
【0048】
上記実施形態とは多少位置が異なるが、充填センサ10は、最終充填領域8のオーバーフロー部に該当する位置に設けられており、充填センサ10よりも先は、キャビティ4内部の空気がエアベント部16を通って外部に逃げるように構成されている。
【0049】
本実施形態では、ゲート3cそのものは、材料硬化領域A内に配置されているが、少なくともバルブゲート13の駆動部である開閉シリンダ13aなどバルブゲートのシステムは領域Bの温度管理内にある。
【0050】
-成形方法-
次に、本実施形態に係る成形方法について図面を用いて説明する。
【0051】
まず、
図7Aに示す準備工程において、滞留時間を考慮してスクリュー7部分を、加硫しないが粘度が最低になる温度に温調し、材料硬化領域Aを120℃から180℃(例えば、180℃)に温調し、材料未硬化領域Bを30℃~80℃(例えば、80℃)に温調しておく。型締め力は、最初は最大に設定しておく。金型開き位置は金型寸法による。金型開閉速度は、異音がしない程度の速さに設定しておく。
【0052】
次いで、
図7Bに示す計量工程において、スクリュー7にシリコンゴムよりなる未硬化材料5を充填する。3DのCADデータやショートショット(充填不良)を考慮して計量する。背圧は、エアの巻き込みがなく鼻タレが発生しない程度に設定する。スクリュー7の回転数は、早すぎると発熱するので、加硫時間内にシリンダに溜まるように設定する。サックバック(スクリュー後退)は5mmを標準とする。この場合、従来のように正確に充填量を測る必要はないので、作業が極めて楽である。ゴム材料であれば硫黄などのバインダを加えておくことで、加熱及び加圧により加硫が行われ、未加硫状態から加硫状態となる。
【0053】
次いで、
図7Cに示す射出工程において、スクリュー7を進ませてキャビティ4に未硬化材料5を充填する。射出速度は、架橋が始まるまでに充填できる速度に設定する。V-P切替位置は、充填の90~95%とする。射出圧は、過圧防止のために設備最大値の70%程度とする。
【0054】
未硬化材料5は、硬化し終わる前に、満充填状態になる手前で最終充填領域8に流れ込む。この最終充填領域8に設けられた充填センサ10が未硬化材料5を検知する。
【0055】
この検知信号が制御装置11に送信され、制御装置11はすぐにスクリュー7の進行を停止する。場合によっては、上述したように、充填センサ10の信号を受けてシャットオフノズル12を閉じたり、バルブゲート13を閉じたりする。
【0056】
次いで、
図7Dに示す加硫工程において、成形品の重量が変わらないようなゲートシール時間(加硫完了時間)で保圧する。加硫時間は、未加硫でなく、焼けてしまわない時間とする。加熱により、未硬化材料5が加硫し、製品となるOリング20が成形される。
【0057】
次いで、
図7Eに示す取出工程において、第2型3を開いてOリング20を取り出し、製品として不要な第1余肉部20a、第2余肉部20c等を取り除いて製品が完成する。エジェクタ速度及びエジェクタ圧は、製品が変形しないように設定するとよい。
【0058】
このように本実施形態では、充填前に未硬化材料5の厳密な計量を行わなくても、実際にキャビティ4内の最終充填領域8に未硬化材料5が充填されてきたのを検知し、その検知信号を利用して充填装置6の可動部を制御して未硬化材料5の充填量を調整するので、欠肉やバリが生じにくくなって製品の仕上がり寸法や質量が安定する。
【0059】
また、スクリュー7、シャットオフノズル12、バルブゲート13などの可動部が、未硬化材料5が硬化する材料硬化領域Aではなく、材料未硬化領域Bに設けられているので、可動部周辺にバリが入ることはなく、安定した連続運転が可能である。
【0060】
以上説明したように、本発明によれば、容易かつ精密に未硬化材料5を安定させることができる。
【0061】
(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【0062】
すなわち、上記実施形態では、未硬化材料はシリコンゴムで、製品はOリングとしたがこれに限定されず、NBR(ニトリルゴム)、フッ素ゴムなどの弾性体となるゴム材料でもよいし、弾性体となる熱硬化性エラストマ材料又は熱可塑性エラストマ材料でもよく、製品は弾性体であれば特に限定されない。
【0063】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【符号の説明】
【0064】
1 成形装置
2 第1型
3 第2型
3a 材料注入口
3b スプルー(充填流路)
3c ゲート
3d ランナ(充填流路)
4 キャビティ
5 未硬化材料
6 充填装置
7 スクリュー
8 最終充填領域
9 金型
10 充填センサ
11 制御装置
12 シャットオフノズル
13 バルブゲート
13a 開閉シリンダ
14 断熱板
15 真空引用流路
16 エアベント部
20 Oリング(製品)
20a 第1余肉部
20b Oリング本体部
20c 第2余肉部