成形方法、成形用金型、成形品及び成形機

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【発明の名称】	成形方法、成形用金型、成形品及び成形機
【発明者】	【氏名】滝川直樹【住所又は居所】千葉県千葉市稲毛区長沼原町７３１番地の１住友重機械工業株式会社千葉製造所内
【要約】	【課題】型締の後にわずかに型開された状態で、キャビティ内において成形材の一部を発泡させることによって、単純な構成の金型装置を使用して、寸法の再現性が高く、かつ、表面精度が高い、一部に発泡部を備える成形品を成形することができるようにする。【解決手段】薄肉部と厚肉の膨出部とを備えたキャビティに成形材を充填し、前記キャビティ３７内に充填（てん）された成形材に成形品表面層が形成されると型開工程を開始し、金型装置を型開させることにより前記膨出部の成形材を発泡させ、ある設定された型開位置で発泡した成形材の外形を形成するようにして、一部に発泡部を備える成形品を成形する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）薄肉部と厚肉の膨出部とを備えたキャビティに成形材を充填し、
（ｂ）前記キャビティ内に充填された成形材に成形品表面層が形成されると型開工程を開始し、
（ｃ）金型装置を型開させることにより前記膨出部の成形材を発泡させ、
（ｄ）ある設定された型開位置で発泡した成形材の外形を形成するようにして、一部に発泡部を備える成形品を成形することを特徴とする成形方法。
【請求項２】
成形品の薄肉部の形状は、金型装置が型閉した際のキャビティ形状で形成され、成形品の膨出部の形状は、金型装置がある設定された型開位置でのキャビティ形状で形成される請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記成形材の充填は、金型装置の型閉工程終了前に完了されている請求項１又は２に記載の成形方法。
【請求項４】
（ａ）パーティング面を備える固定金型と、
（ｂ）該固定金型のパーティング面に押し付けられて密着するパーティング面を備え、前記固定金型に対して進退する可動金型と、
（ｃ）前記固定金型及び可動金型の間に形成され、薄肉部と厚肉の膨出部を備えたキャビティとを有し、
（ｄ）該キャビティの薄肉部の形状は、金型装置が型閉した際に成形品の薄肉部を形成することができる形状であり、
（ｅ）前記キャビティの膨出部の形状は、金型装置がある設定された型開位置で成形品の膨出部を形成することができる形状であることを特徴とする成形品。
【請求項５】
請求項１～３に記載の方法によって成形された成形品。
【請求項６】
（ａ）金型装置によって成形品を成形する成形機であって、
（ｂ）パーティング面を備える固定金型と、
（ｃ）該固定金型のパーティング面に押し付けられて密着するパーティング面を備え、前記固定金型に対して進退する可動金型と、
（ｄ）前記固定金型及び可動金型の間に形成され、薄肉部と厚肉の膨出部を備えたキャビティと、
（ｅ）該キャビティ内に充填された成形材に成形品表面層が形成されると型開工程を開始し、金型装置を型開させることにより前記膨出部の成形材を発泡させるように駆動部を制御する制御手段を有することを特徴とする成形機。
【請求項７】
前記制御装置は、ある設定された型閉位置で発泡した成形材の外形を形成するようにして、一部に発泡部を備える成形品を成形する請求項６に記載の成形機。
【請求項８】
前記制御装置は、前記成形材の充填を金型装置の型閉工程終了前に完了させる請求項６又は７に記載の成形機。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形方法、成形用金型、成形品及び成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機等の樹脂成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され、溶融させられた樹脂を高圧で射出して金型装置のキャビティ内に充填（てん）し、該キャビティ内において樹脂を冷却し、固化させることによって成形品を成形するようになっている。そのために、前記金型装置は固定金型及び可動金型から成り、型締装置によって前記可動金型を進退させ、前記固定金型に対して接離させることによって、型開閉、すなわち、型閉、型締及び型開を行うことができるようになっている。
【０００３】
また、成形品の一部又は全部における樹脂を発泡させて成形品を成形する発泡成形方法も行われている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、成形品を軽量化したり成形品の強度や耐熱性を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特表平１１－５０９４９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の発泡成形方法は、樹脂の発泡を促進するために金型装置の一部を、コアトラクタと通称される装置によって、移動させるようにしたり、金型装置内にヒータを配設するようになっているので、金型装置の構成が複雑化し、コストが高くなってしまう。また、成形品において樹脂が発泡する部分、すなわち、発泡部は、金型装置のキャビティを構成する面に束縛されない状態で発泡するので、寸法の再現性が低く、かつ、表面精度が低くなってしまう。また、そのため、同一の寸法を有し、滑らかな表面を有する均一な品質の成形品を成形することが困難である。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、型締の後にわずかに型開された状態で、キャビティ内において成形材の一部を発泡させることによって、単純な構成の金型装置を使用して、寸法の再現性が高く、かつ、表面精度が高い、一部に発泡部を備える成形品を成形することができる成形方法、成形品及び成形機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の成形方法においては、薄肉部と厚肉の膨出部とを備えたキャビティに成形材を充填し、前記キャビティ内に充填された成形材に成形品表面層が形成されると型開工程を開始し、金型装置を型開させることにより前記膨出部の成形材を発泡させ、ある設定された型開位置で発泡した成形材の外形を形成するようにして、一部に発泡部を備える成形品を成形する。
【０００８】
本発明の他の成形方法においては、さらに、成形品の薄肉部の形状は、金型装置が型閉した際のキャビティ形状で形成され、成形品の膨出部の形状は、金型装置がある設定された型開位置でのキャビティ形状で形成される。
【０００９】
本発明の更に他の成形方法においては、さらに、前記成形材の充填は、金型装置の型閉工程終了前に完了されている。
【００１０】
本発明の成形品においては、パーティング面を備える固定金型と、該固定金型のパーティング面に押し付けられて密着するパーティング面を備え、前記固定金型に対して進退する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の間に形成され、薄肉部と厚肉の膨出部を備えたキャビティとを有し、該キャビティの薄肉部の形状は、金型装置が型閉した際に成形品の薄肉部を形成することができる形状であり、前記キャビティの膨出部の形状は、金型装置がある設定された型開位置で成形品の膨出部を形成することができる形状である。
【００１１】
本発明の他の成形品においては、請求項１～３に記載の方法によって成形された。
【００１２】
本発明の成形機においては、金型装置によって成形品を成形する成形機であって、パーティング面を備える固定金型と、該固定金型のパーティング面に押し付けられて密着するパーティング面を備え、前記固定金型に対して進退する可動金型と、前記固定金型及び可動金型の間に形成され、薄肉部と厚肉の膨出部を備えたキャビティと、該キャビティ内に充填された成形材に成形品表面層が形成されると型開工程を開始し、金型装置を型開させることにより前記膨出部の成形材を発泡させるように駆動部を制御する制御手段を有する。
【００１３】
本発明の他の成形機においては、さらに、前記制御装置は、ある設定された型閉位置で発泡した成形材の外形を形成するようにして、一部に発泡部を備える成形品を成形する。
【００１４】
本発明の更に他の成形機においては、さらに、前記制御装置は、前記成形材の充填を金型装置の型閉工程終了前に完了させる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の成形方法は、各種の装置や用途に適用することができるものであるが、本実施の形態においては、説明の都合上、射出成形機に適用した場合について説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施の形態における射出成形機の構成を示す概略図である。
【００１７】
図において、３０は射出装置であり、加熱シリンダ３１、該加熱シリンダ３１の前端に配設された射出ノズル３２、前記加熱シリンダ３１の内部に配設されたスクリュ３３、及び、前記加熱シリンダ３１に取り付けられた材料供給ホッパ３４を有する。ここで、前記スクリュ３３は、図示されない駆動手段によって、前記加熱シリンダ３１の内部において、回転させられ、かつ、進退（図における左右方向に移動）させられる。
【００１８】
ここで、前記射出成形機においては、加熱シリンダ３１内において加熱され、溶融させられた成形材としての樹脂を高圧で射出して後述される金型装置のキャビティ３７内に充填し、該キャビティ３７内において樹脂を冷却し、固化させることによって成形品を成形するようになっている。この場合、前記スクリュ３３の進退は図示されない制御装置によって制御されるが、本実施の形態においては、射出される樹脂又はキャビティ３７内に充填される樹脂の圧力、すなわち、樹脂の充填圧が所定値となるようにスクリュ３３の進退を制御する複雑な圧力制御でなく、樹脂の充填圧とは無関係に進退するスクリュ３３の位置を制御する簡単な位置制御が行われる。これにより、所定量の樹脂がキャビティ３７内に充填される。ここで、前記所定量は、例えば、キャビティ３７の型閉状態における容積の約１００～１５０〔％〕、望ましくは、約１２０〔％〕に相当する量である。なお、前記位置制御に代えて充填開始からの充填時間を制御する方法であってもよい。
【００１９】
また、前記金型装置は固定金型２４及び可動金型２３から成り、型締装置によって前記可動金型２３を進退させ、前記固定金型２４に対して接離させることによって、型開閉、すなわち、型閉、型締及び型開を行うことができるようになっている。そして、前記型締装置は、固定金型２４を保持する固定プラテン２２及び可動金型２３を保持する可動プラテン２１を有し、該可動プラテン２１を進退させる油圧シリンダ装置１１を駆動することによって作動させられる。
【００２０】
そして、前記射出装置３０に対向して固定金型支持装置としての前記固定プラテン２２が配設される。該固定プラテン２２は、図示されない射出成形機のフレームに固定され、金型取付面に固定金型２４が取り付けられている。さらに、前記固定プラテン２２には、複数、例えば、四本のタイバー２７の一端が固定されている。
【００２１】
また、可動金型支持装置としての可動プラテン２１は前記固定プラテン２２と対向して配設され、前記タイバー２７に沿って進退自在に配設される。さらに、前記可動プラテン２１における前記固定プラテン２２と対向する金型取付面に前記可動金型２３が取り付けられる。
【００２２】
そして、前記可動プラテン２１の背面に対向して駆動源支持部材２６が、前記タイバー２７に位置調整可能に取り付けられる。ここで、前記駆動源支持部材２６の背面（図における左側面）には、射出成形機の型締装置の駆動源として、油圧シリンダ装置１１が取り付けられている。この場合、該油圧シリンダ装置１１は、ヘッド側油圧室１１ａ、ロッド側油圧室１１ｂ、ピストン１１ｃ及びロッド１１ｄを有する。ここで、前記ヘッド側油圧室１１ａ及びロッド側油圧室１１ｂは、前記ピストン１１ｃにおけるロッド１１ｄの反対側及びロッド１１ｄの側に、それぞれ、配設される。また、前記ロッド１１ｄは、駆動源支持部材２６に形成された貫通孔（こう）に挿入され、その端部が前記可動プラテン２１に接続されている。
【００２３】
なお、本実施の形態において、型締装置及び該型締装置の駆動源はいかなるものであってもよく、例えば、型締装置は、図に示されるような直圧方式のものであってもよいし、トグルリンクを利用したトグル方式のものであってもよいし、リンク機構とシリンダ装置とを組み合わせた複合方式のものであってもよい。また、駆動源も図に示されるような油圧シリンダ装置であってもよいし、電動モータとボールねじとを組み合わせたものであってもよい。
【００２４】
図３は本発明の実施の形態における成形品の斜視図、図４は本発明の実施の形態における成形品の断面図である。
【００２５】
本実施の形態において、成形される成形品はいかなる形状のものであってもよいが、成形方法及び成形機は、図３及び４に示されるように、立体的な形状を有し、薄肉化された側壁の一部に樹脂が発泡した部分、すなわち、発泡部としての側壁発泡部４１ａを備え、開口部のフランジに発泡部としてのフランジ発泡部４１ｂを備え、全体として深底凹状の容器のような形状を有する成形品４１の成形に適用することができる点に特徴を有するものである。したがって、ここでは、立体的な形状を有し、薄肉化された側壁（薄肉部）の一部に該側壁より厚肉の側壁発泡部４１ａ及びフランジにフランジ発泡部４１ｂを備え、深底凹状の容器のような形状を有する成形品４１を成形する場合について説明する。
【００２６】
図４に示される例において、側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂには、内部に空洞が存在するように示されているが、これは説明のための模式的な図であって、側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂの内部の状態を正確に表現したものではない。通常、樹脂が発泡した場合には、微細な気泡が多数形成されるが、該気泡を正確に図示することは困難である。そのため、図４においては前記気泡が存在する領域を空洞として図示したものである。また、気泡が存在する領域と気泡が存在しない領域との間に明確な境界線を引くことが実際には困難であるので、図４における空洞の輪郭線は、気泡が存在する領域と気泡が存在しない領域とのおよその境界を示している。
【００２７】
なお、立体的な形状を有し薄肉化された側壁の一部に側壁発泡部４１ａ及びフランジにフランジ発泡部４１ｂを備えた深底凹状の容器のような形状を有する成形品４１としては、ゼリー、プリン、コーヒー、紅茶等の食料品の容器、カップ、コンテナ等である。そして、本実施の形態において成形される成形品４１は、例えば、深さが１０〔ｍｍ〕以上であり、側壁発泡部４１ａ以外の側壁の厚さが０．２～３〔ｍｍ〕程度のものであり、通常は、１〔ｍｍ〕前後のものである。
【００２８】
また、本実施の形態において成形材の材質はいかなる材質であってもよいが、本実施の形態における成形方法及び成形機は、成形材として発泡剤が混合された樹脂を使用して一部に発泡部を備える成形品を短時間に高精度で成形することができる点に特徴を有するものである。したがって、ここでは、発泡剤が混合された樹脂による成形品を成形する場合について説明する。なお、樹脂は、通常、熱可塑性樹脂であり、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等であるが、いかなる種類のものであってもよい。また、発泡剤は、通常、化学発泡剤であり、例えば、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタンメチレンテトラミン等の熱分解型発泡剤であるが、いかなる種類のものであってもよい。さらに、金属酸化物等の発泡助剤、シビニルベンゼン等の架橋促進剤、ケイ酸カルシウム等の気泡調整剤等を補助材料として、前記樹脂に混合することもできる。
【００２９】
次に、金型装置の構成について詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態における金型装置の構成を示す断面図である。
【００３１】
図１において、１２は可動プラテン２１の金型取付面に取り付けられた可動金型２３の金型コア、及び、１４は前記成形品４１を可動金型２３からエジェクトする（突き出す）エジェクタ（成形品突き出し部材）として機能するストリッパプレートである。該ストリッパプレート１４は可動金型２３の一部を構成する可動部材である。また、１５は固定プラテン２２の金型取付面に取り付けられた固定金型２４のキャビティ型板であり、１６は該キャビティ型板１５の内部に嵌（は）め込まれたゲートブロックである。金型コア１２は、深底凹状の成形品４１の内側側壁及び内側底面を形成する凸部１２ａを有し、キャビティ型板１５は、成形品４１の外側側壁を形成する凹部１５ａを有し成形品４１の周縁下面を形成し、ストリッパプレート１４は、成形品４１の周縁上面を形成し、ゲートブロック１６は、成形品４１の外側底面を形成している。そして、型閉した状態においては、前記金型コア１２及びストリッパプレート１４と、キャビティ型板１５及びゲートブロック１６との間に前記成形品４１に対応するキャビティ３７が形成される。
【００３２】
また、前記固定プラテン２２には、加熱シリンダ３１の前端に配設された射出ノズル３２から射出された樹脂の流通するスプルー等の樹脂流路２８が形成され、ゲートブロック１６には、前記キャビティ３７の内部と樹脂流路２８とを連通するゲート孔（あな）３９が形成されている。これにより、前記射出ノズル３２から射出された後述される溶融樹脂４２がキャビティ３７内に充填されるようになっている。なお、前記樹脂流路２８はホットランナである。また、加熱装置を備えているホットランナであってもよい。
【００３３】
ここで、前記ストリッパプレート１４とキャビティ型板１５とが互いに接触する面、すなわち、可動金型２３及び固定金型２４のパーティング面には、インロウ結合するように、凹凸が形成されている。これにより、キャビティ３７内に充填された溶融樹脂４２が前記パーティング面の隙（すき）間から漏れ出してバリが発生してしまうことが防止される。
【００３４】
さらに、キャビティ型板１５のパーティング面には、インサートリング１７が、ボルト、皿ねじ等の固定手段によって着脱自在に固定されている。そして、前記インサートリング１７は、キャビティ型板１５のパーティング面に固定される基部と前記ストリッパプレート１４のパーティング面に向かって突出する突出部とから成り、断面Ｌ字形状を有している。なお、前記キャビティ型板１５のパーティング面には、図１に示されるように、溝が形成され、該溝に前記インサートリング１７の基部が収納されるようになっていることが望ましい。
【００３５】
また、前記ストリッパプレート１４のパーティング面には、リング状の凹溝であるインサートリング収納溝１８が形成され、図１に示されるように、該インサートリング収納溝１８に前記インサートリング１７の突出部が嵌（かん）合するようになっている。そして、前記インサートリング１７及びインサートリング収納溝１８は、前記可動金型２３及び固定金型２４のパーティング面に形成された凹凸と同様に、キャビティ３７内に充填された溶融樹脂４２が前記パーティング面の隙間から漏れ出してバリが発生してしまうことを防止する。
【００３６】
なお、前記ストリッパプレート１４のパーティング面にインサートリング１７を固定し、キャビティ型板１５のパーティング面にインサートリング収納溝１８を形成するようにしてもよい。
【００３７】
ここで、前記インサートリング１７は、ストリッパプレート１４及びキャビティ型板１５の材質よりも軟質の材質から成ることが望ましい。この場合、金型装置を長期間に亘（わた）り使用すると、前記ストリッパプレート１４及びキャビティ型板１５は摩耗せず、専らインサートリング１７が摩耗することとなるが、該インサートリング１７は、ボルト、皿ねじ等の固定手段によって着脱自在に固定されているので、容易に交換することができる。
【００３８】
なお、前記可動プラテン２１には、ストリッパプレート１４を駆動する図示されないエジェクタ装置が取り付けられている。前記ストリッパプレート１４は、図示されないエジェクタロッド、エジェクタプレート等の部材を介して、エジェクタ装置の駆動源に接続され、前進又は後退（図１における右方向又は左方向に移動）させられる。これにより、前記エジェクタ装置が作動すると、エジェクタプレート１４が前進して金型コア１２から離れて、キャビティ型板１５に向けて突出するようになっている。また、前記エジェクタ装置が逆方向に作動すると、ストリッパプレート１４が後退して、図１に示されるように、金型コア１２に密着した状態となる。
【００３９】
さらに、図１においては、前記樹脂流路２８にゲートピンとしてのバルブゲートピン３８が進入した状態が示されている。ここで、該バルブゲートピン３８は、その基部が固定プラテン２２に取り付けられている駆動機構としての図示されない空圧シリンダ装置に取り付けられ、金型装置の開閉方向、すなわち、図１における横方向に移動させられる。なお、図１に示される状態においては、バルブゲートピン３８の先端がゲート孔３９内に進入して該ゲート孔３９を閉塞（そく）し、空圧シリンダ装置は所定の力でバルブゲートピン３８をゲート孔３９の方向に押し付け続ける保圧状態となっている。一方、バルブゲートピン３８の先端は、キャビティ３７内の樹脂の圧力によって、前記バルブゲートピン３８を空圧シリンダ装置の方向に押し付ける力を受けている。そして、キャビティ３７内の樹脂の圧力が所定値以上となるとゲート孔３９を開放する。すなわち、キャビティ３７内の樹脂は、圧力が所定値以上になると、バルブゲートピン３８をゲート孔３９の方向に押し付ける力に打ち勝って、バルブゲートピン３８を空圧シリンダ装置の方向に移動させる。これにより、バルブゲートピン３８がゲート孔３９を開放するので、樹脂がキャビティ３７から樹脂流路２８に漏れ出し、キャビティ３７内の樹脂の圧力が低下する。そして、該樹脂の圧力が所定値未満になると、バルブゲートピン３８をゲート孔３９の方向に押し付ける力が樹脂の圧力に打ち勝つので、バルブゲートピン３８の先端がゲート孔３９を再び閉塞する。
【００４０】
このように、前記バルブゲートピン３８は、キャビティ３７内の樹脂の圧力を所定値未満に維持する定圧弁、又は、リリーフ弁として機能する。しかし、キャビティ３７内の樹脂の圧力が所定値以上にならない限り、バルブゲートピン３８の先端はゲート孔３９内に進入して該ゲート孔３９を閉塞した状態を維持する。そのため、キャビティ３７内に充填された溶融樹脂４２は、加圧され圧縮されても、前記ゲート孔３９から漏れ出すことがない。
【００４１】
そして、キャビティ３７は、成形品４１の形状にほぼ対応した形状を有し、側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂに対応する膨出部としての側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂを備えている。ここで、側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂの容積は金型が型閉状態において、対応する側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂよりもそれぞれ小さいが、溶融樹脂４２の内部が発泡可能な温度を維持できる程度に大きくなっている。すなわち、前記側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、溶融樹脂４２の外側の部分は、キャビティ３７の内面に接触して速やかに冷却されるが、溶融樹脂４２の内部は、キャビティ３７の内面から離れているので、冷却が遅れ、ある程度の時間、発泡可能な温度を維持することができるようになっている。
【００４２】
次に、前記構成の成形機の動作について説明する。
【００４３】
図５は本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり型閉を開始する状態を示す図、図６は本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり溶融樹脂が充填される状態を示す図、図７は本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり型閉された状態を示す図、図８は本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり発泡のためにわずかに型開された状態を示す図、図９は本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり成形品を取り出す状態を示す図である。
【００４４】
まず、成形を開始する前には、油圧シリンダ装置１１のピストン１１ｃ及びロッド１１ｄが後退（図２における左方向に移動）した状態になっているので、金型装置は、図５に示されるように、型開された状態になっている。また、バルブゲートピン３８の先端がゲート孔３９内に進入して該ゲート孔３９を閉塞した状態になっている。
【００４５】
続いて、型閉工程が開始されると、前記油圧シリンダ装置１１が駆動してピストン１１ｃ及びロッド１１ｄが前進（図２における右方向に移動）し、可動プラテン２１が前進させられる。これにより、可動金型２３が固定金型２４に接近する。そして、図６に示されるように、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ａになった時点で、前記油圧シリンダ装置１１が停止し、型閉工程が一時中断される。ここで、前記寸法ａは、樹脂の圧縮量であり、成形品４１の側壁の肉厚の３～１００倍程度であり、通常は、１～１５〔ｍｍ〕程度の寸法である。なお、前記圧縮量は、成形品４１の側壁の肉厚及び成形材としての溶融樹脂４２の粘度に基づいて決定される。ここで、前記成形品４１の肉厚が１．５～３．０〔ｍｍ〕の場合、前記圧縮量を３～１０倍とし、前記成形品４１の側壁発泡部４１ａ以外の側壁における肉厚が０．２～１．５〔ｍｍ〕の場合、前記圧縮量を１０～１００倍とすることが望ましい。
【００４６】
そして、図６に示されるように、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面とが開いた状態で、バルブゲートピン３８が後退（図６における右方向に移動）し、該バルブゲートピン３８がゲート孔３９を開放する。続いて、加熱シリンダ３１の前端に配設された射出ノズル３２から射出された溶融樹脂４２が、樹脂流路２８を通って型開状態における金型コア１２とゲートブロック１６との間のキャビティ３７内に充填される。そして、所定量の溶融樹脂４２がキャビティ３７内に充填されると、バルブゲートピン３８が前進して、該バルブゲートピン３８の先端がゲート孔３９に進入して該ゲート孔３９を閉塞する。
【００４７】
この場合、金型装置の開閉方向に対してほぼ垂直な底部のすべてには溶融樹脂４２が充填されるが、金型装置の開閉方向に対して傾斜する側壁部のゲート孔３９から離れた部分には溶融樹脂４２が充填されていない。すなわち、本実施の形態において、所定量の溶融樹脂４２の充填完了時に、前記側壁部の少なくとも一部には溶融樹脂４２が充填されていないようになっている。
【００４８】
ここで、図６示されるように前記底部の容積が比較的大きいので、前記溶融樹脂４２は、金型コア１２とゲートブロック１６との間のキャビティ３７内において、主として前記底部に留まっている。また、型閉工程が一時中断される時間は極めて短くなっている。そのため、型閉工程が一時中断されている間、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間から外部に漏れ出すようなことがない。なお、型閉工程が一時中断される時間をできる限り短くするために、溶融樹脂４２の充填速度をできる限り高くすることが望ましい。また、前記型閉工程での一時中断をなくしてもよい。これにより、一ショットの成形時間を短縮することができ、成形機のスループットを向上させることができる。
【００４９】
なお、キャビティ３７内に充填される際の溶融樹脂４２は、その温度が、例えば、樹脂の種類がポリプロピレンの場合、約２２０～２４０〔℃〕の高温になっているが、数百〔ｋｇｆ／ｃｍ^２〕程度の高い圧力を受けた状態にあるので、発泡していない。
【００５０】
続いて、前記油圧シリンダ装置１１が駆動を再開して可動金型２３が固定金型２４に向けて前進し、型閉工程が再開される。なお、前記溶融樹脂４２の充填は、再開された型閉工程中に継続されていてもよい。また、再開された型閉工程は、溶融樹脂４２を圧縮するコンプレッション工程である。これにより、溶融樹脂４２の充填速度を高くすることができない場合であっても、一ショットの成形時間を短縮することができ、成形機のスループットを向上させることができる。
【００５１】
そして、図７に示されるように、型閉が行われることによって、金型コア１２とゲートブロック１６との間のキャビティ３７内において、主として前記底部に留まっていた溶融樹脂４２は、前記キャビティ３７が狭められるので、加圧されて該キャビティ３７内を図７における左方へ移動し、前記側壁部のゲート孔３９から離れた部分にも充填され、前記キャビティ３７の全体に万遍なく行き渡る。この場合、型閉によって、インサートリング１７の突出部がストリッパプレート１４のパーティング面に形成されたインサートリング収納溝１８に嵌合するので、前記溶融樹脂４２は、インサートリング１７によって遮られ、可動金型２３及び固定金型２４のパーティング面の隙間から漏れ出すことがない。
【００５２】
続いて、型閉が終了した後も、前記油圧シリンダ装置１１によって可動金型２３が固定金型２４に押し付けられ、型締が行われる。なお、型締工程においては、ゲートブロック１６に形成されたゲート孔３９がバルブゲートピン３８によって塞（ふさ）がれている。このように、溶融樹脂４２は、型締工程において圧縮されるので、キャビティ３７の全体に万遍なく行き渡るだけでなく、内部における圧力分布が均等になり、樹脂の分子の配向が改善され、金型表面の転写性が向上し、樹脂のひけが防止され、残留応力が低減し、変形が防止される。
【００５３】
本実施の形態においては、前述されたように型閉工程終了前にキャビティ３７内への所定量の樹脂の充填を完了するようになっているので、前記側壁部における金型コア１２の表面とキャビティ型板１５の表面との間隔が型閉工程終了時の間隔よりもわずかに広い時点で溶融樹脂４２が流動することが分かる。そのため、側壁部が金型装置の開閉方向に対して傾斜している場合、前記側壁部における金型コア１２の表面とキャビティ型板１５の表面との間隔が狭くても、溶融樹脂４２の流動が前記間隔が広い際に行われるので、溶融樹脂４２はスムーズに流動し、側壁部の全体に充填される。したがって、図６に示されるように、キャビティ３７内への所定量の樹脂の充填が完了した時点で、前記側壁部のゲート孔３９から離れた部分に溶融樹脂４２が充填されていなくても、型閉工程終了時には、図７に示されるように、前記側壁部のゲート孔３９から離れた部分にも溶融樹脂４２が充填される。なお、キャビティ３７内に余分な樹脂が充填されている際は、樹脂流路２８側に逆流させる。具体的には、バルブゲートピン３８を空圧シリンダ等の駆動源でゲート孔３９の方向に所定の圧力で押し付け、キャビティ３７内の樹脂が所定以上の圧力になると、バルブゲートピン３８が前記圧力に負けて後退する。これにより、バルブゲートピン３８がゲート孔３９を解放するので、樹脂がキャビティ３７から樹脂流路２８に漏れ出し、キャビティ３７内の樹脂の圧力が低下する。そして、キャビティ３７内の樹脂の圧力が所定値より低くなると、バルブゲートピン３８がゲート孔３９を解放するので、バルブゲートピン３８がゲート孔３９の方向に押し付けられ、再び、ゲート孔が閉塞する。
【００５４】
続いて、該溶融樹脂４２の外側の部分がキャビティ３７の内面に接触して冷却され、ある程度固化した成形品表面層としてのスキン層が形成された時点で型開が行われる。この時点で、前記スキン層の温度は、例えば、樹脂の種類がポリプロピレンの場合、約１３０～１４０〔℃〕にまで低下し、発泡不能な温度になっている。また、この時点で、前記キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、溶融樹脂４２の内部は、キャビティ３７の内面から離れているので、固化しておらず、ある程度の時間、発泡可能な温度、例えば、約２００〔℃〕を維持しているが、溶融樹脂４２に高い圧力がかかっているので、内部で発泡することはない。そして、図８に示されるように、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ｂになった時点で、型開工程が一時中断される。なお、前記寸法ｂは、キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂの形状が、成形品４１の側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂに対応する形状となる寸法である。
【００５５】
そして、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ｂになるように可動金型２３と固定金型２４とが開いたことによって、型開方向のキャビティ３７内の空間が拡大されるので、該キャビティ３７内において溶融樹脂４２の受ける圧力が低下する。そのため、前記キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、内部の溶融樹脂４２が発泡して膨張する。これにより、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂが形成される。なお、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４１ｂのスキン層は、内部の溶融樹脂４２の温度が高いのでその影響により完全には固化せず、伸長可能な状態にある。そのため、前記キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、スキン層は、内部の溶融樹脂４２が発泡して膨張するに連れて伸長するので、破断することなく維持される。
【００５６】
この場合、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂの表面は、膨張してキャビティ３７の内面に押し付けられる。すなわち、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂはキャビティ３７を構成する面に束縛された状態で発泡する。そのため、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂの形状及び寸法は、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ｂになった時点におけるキャビティ３７の形状及び寸法に規定され、常に均一なものとなる。すなわち、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂの形状及び寸法は、再現性が高いものである。また、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂのスキン層は、破断することなくキャビティ３７の内面に押し付けられるので、キャビティ３７を構成する面が高精度で転写され、表面精度が高く、滑らかで手触りが良く、美観の高いものとなる。さらに、前記キャビティ３７を構成する面に模様が形成されている場合、該模様が前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂの表面に忠実に再現される。
【００５７】
一方、キャビティ３７における側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂ以外の部分では、前述されたように、溶融樹脂４２の厚さが０．２～３〔ｍｍ〕程度と薄くなっているので、内部まで速やかに冷却され、溶融樹脂４２全体がもスキン層と同程度の発泡不能な温度にまで低下する。そのため、キャビティ３７における側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂ以外の部分の溶融樹脂４２は、受ける圧力が低下しても発泡することがない。そのため、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂ以外の部分における溶融樹脂４２は薄肉化された状態を維持するようになっている。
【００５８】
続いて、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂにおける発泡が終了して、溶融樹脂４２全体がある程度冷却されて固化し、側壁発泡部４１ａ及びフランジにフランジ発泡部４１ｂを備えた成形品４１が形成されると、型開工程が再開され、可動金型２３と固定金型２４とが大きく開いた状態となる。続いて、成形品４１の取り出しが行われるが、前記成形品４１が金型コア１２の外面に付着している場合、図９に示されるように、ストリッパプレート１４が金型コア１２に対して相対的に前進させられる。これにより、成形品４１は金型コア１２から離れて落下する。なお、落下することによって、成形品４１が損傷する恐れがある場合には、図示されない成形品取り出し機を使用して、成形品４１を落下させることなく、金型コア１２から取り外すこともできる。
【００５９】
次に、成形機の動作シーケンスについて説明する。
【００６０】
図１０は本発明の実施の形態における成形機の動作シーケンスを示す図である。
【００６１】
本実施の形態において、可動金型２３の位置は、図１０に示されるように変化する。なお、図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は可動金型２３の位置を示している。この場合、金型装置が型開された状態において、型閉工程が開始されると、型締装置によって加えられる型締力が上昇し、可動金型２３は、前進を開始し、位置（１）を通過して固定金型２４に接近する。なお、位置（１）は図５に示される位置に対応する。
【００６２】
そして、可動金型２３が固定金型２４に接近し、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ａになった時点で、型締装置の作動が一時停止して、可動金型２３の動きが位置（２）で一時停止する。なお、位置（２）は図６に示される位置に対応する。この時点において、バルブゲートピン３８が後退させられる。これにより、バルブゲートピン３８がゲート孔３９を開放する。そして、それまでスクリュ３３が回転して溶融樹脂４２の計量工程を継続していた射出装置３０において、射出工程が開始され、スクリュ３３が前進させられる。これにより、射出ノズル３２から溶融樹脂４２が射出され、キャビティ３７内への溶融樹脂４２の充填が開始される。
【００６３】
この場合、前記スクリュ３３を前進させる動きは図示されない制御装置によって制御されるが、射出ノズル３２から射出される溶融樹脂４２又はキャビティ３７内に充填される溶融樹脂４２の圧力が所定値となるようにスクリュ３３の進退を制御する複雑な圧力制御でなく、溶融樹脂４２の圧力とは無関係に前進するスクリュ３３の位置を制御する簡単な位置制御が行われる。これにより、所定量の溶融樹脂４２がキャビティ３７内に充填される。
【００６４】
一方、前記溶融樹脂４２の充填が継続されている間に、前記型締装置が作動を再開し、型閉工程が再開される。そして、型閉工程が継続されている間に、溶融樹脂４２の充填が完了する。すなわち、前記キャビティ３７内へ、充填されるべきすべての量の溶融樹脂４２が充填される。すると、バルブゲートピン３８が前進して、該バルブゲートピン３８の先端がゲート孔３９に進入して該ゲート孔３９を閉塞する。なお、溶融樹脂４２の充填が完了した後には、前記スクリュ３３はわずかに後退させられる。これにより、樹脂流路２８内に残存する溶融樹脂４２の量が減少するので、キャビティ３７内の溶融樹脂４２の圧力が所定値以上となり、バルブゲートピン３８がゲート孔３９を開放し、溶融樹脂４２がキャビティ３７から樹脂流路２８に漏れ出した場合、漏れ出した溶融樹脂４２は樹脂流路２８内に収容される。
【００６５】
続いて、位置（３）において、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面とが接触して型閉工程が完了して、型締装置は型締力を増大させる。なお、位置（３）は図７に示される位置に対応する。そして、前記型閉工程によって、キャビティ３７の容積が収縮され、該キャビティ３７内の溶融樹脂４２が加圧され圧縮される。そのため、該溶融樹脂４２はキャビティ３７の全体に万遍なく行き渡り、該キャビティ３７全体に溶融樹脂４２が充填された状態となる。さらに、型閉工程の後の型締工程によっても、キャビティ３７内の溶融樹脂４２が加圧され圧縮される。そのため、該溶融樹脂４２はキャビティ３７の全体に万遍なく行き渡り、該キャビティ３７内に溶融樹脂４２が完全に充填された状態となる。
【００６６】
続いて、前記溶融樹脂４２の外側の部分がキャビティ３７の内面に接触して冷却されスキン層が形成されると、型開が行われ前記型締装置が作動して、可動金型２３が後退する。そして、ストリッパプレート１４のパーティング面とキャビティ型板１５のパーティング面との間隔が寸法ｂになった時点で、型締装置の作動が一時停止して、可動金型２３の動きが位置（４）で一時停止する。なお、位置（４）は図８に示される位置に対応する。これにより、キャビティ３７内の空間が拡大されるので、該キャビティ３７内において溶融樹脂４２の受ける圧力が低下する。そのため、前記キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、充填された溶融樹脂４２の内部が発泡して膨張し、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２がが形成される。
【００６７】
続いて、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂにおける発泡が終了して、溶融樹脂４２全体がある程度冷却されて固化し、側壁発泡部４１ａ及びフランジにフランジ発泡部４１ｂを備えた成形品４１が形成されると、型開工程が再開され、可動金型２３は、さらに後退して位置（５）に到達する。なお、位置（５）は図９に示される位置に対応する。そして、ストリッパプレート１４が金型コア１２に対して相対的に前進させられ、成形品４１は金型コア１２から離れて落下する。
【００６８】
このように、本実施の形態においては、溶融樹脂４２の外側の部分が冷却され、スキン層が形成された時点で、キャビティ３７の側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂの形状が成形品４１の側壁発泡部４１ａ及びフランジ発泡部４１ｂに対応する形状となるまで、型開が行われる。
【００６９】
これにより、キャビティ３７内の空間が拡大されるので、該キャビティ３７内において溶融樹脂４２の受ける圧力が低下し、前記側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂにおいて、溶融樹脂４２の内部が発泡して膨張し、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂが形成される。この場合、該側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂは、キャビティ３７を構成する面に束縛された状態で発泡するので、形状及び寸法がキャビティ３７の形状及び寸法に規定され、常に均一なものとなる。また、前記側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂのスキン層は、破断することなくキャビティ３７の内面に押し付けられるので、キャビティ３７を構成する面が高精度で転写され、表面精度が高く、滑らかで手触りが良く、美観の高いものとなる。なお、キャビティ３７における側壁膨出部３７ａ及びフランジ膨出部３７ｂ以外の部分では、溶融樹脂４２の厚さが薄く、溶融樹脂４２全体が発泡不能な温度にまで低下しているので、圧力が低下しても発泡することがない。そのため、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂ以外の部分における溶融樹脂４２は薄肉化された状態を維持する。
【００７０】
したがって、立体的な形状を有し薄肉化された側壁の一部に側壁発泡部４１ａ及びフランジにフランジ発泡部４１ｂを備えた深底凹状の容器のような形状を有する成形品４１のように、所定部分だけを発泡させた成形品４１を成形することができる。
【００７１】
また、可動金型２３と固定金型２４とが開いて、キャビティ３７内において溶融樹脂４２の受ける圧力が低下した状態で、溶融樹脂４２を発泡させるので、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂの発泡倍率を大きくすることができる。そのため、側壁発泡部４２ａ及びフランジ発泡部４２ｂを大きく膨張させることができ、任意の形状とすることができる。
【００７２】
さらに、通常の構成の可動金型２３と固定金型２４とを使用することができるので、金型装置のコストを低減することができる。
【００７３】
前記成形品４１は、例えば、ゼリー、プリン、コーヒー、紅茶等の食料品の容器、カップ、コンテナ等として使用することができる。この場合、側壁発泡部４１ａ、フランジ発泡部４１ｂ等の発泡部は、内部に微細な気泡が多数形成されているので、断熱性が高く、また、手触りが柔らかくなっている。そのため、例えば、高温のコーヒー、紅茶等の食料品のカップとして使用する場合、側壁発泡部４１ａを素手で把持しても、火傷をしたり熱く感じたりすることがない。さらに、側壁発泡部４１ａが素手の形状に合わせて変形するので、感触が良く、かつ、滑り落ちにくくなるので、把持しやすい。また、フランジ発泡部４１ｂに口を付けた場合に、唇や歯が触れたときの感触が良い。
【００７４】
さらに、側壁発泡部４１ａの形状及び寸法が均一なので、成形品４１の内部の容積も均一となり、内部に収容する食料品等を正確に計量することができる。また、蓋（ふた）を付ける場合、フランジ発泡部４１ｂの形状及び寸法が均一なので、常に、同一の蓋を使用して密閉することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、凹状容器を成形する場合について説明したが、これに限定されることはなく、薄肉部と厚肉の膨出部とを備えた成形品であればどのような形状をしていてもよい。要するに、型締した状態で成形品の薄肉部を形成し、型開工程で膨出部の成形材を発泡させて成形品の膨出部を形成するようにしている。また、可動金型２３と固定金型２４とののパーティング面が互いに離れた状態でキャビティ３７内に溶融樹脂４２を充填し、その後、型閉及び型締を行う場合について説明したが、可動金型２３と固定金型２４とのパーティング面が接触した状態で、すなわち、型閉が行われた状態でキャビティ３７内に溶融樹脂４２を充填してもよい。すなわち、本実施の形態は、いかなる成形方法にも適用することができるものである。しかし、可動金型２３と固定金型２４とのパーティング面が互いに離れた状態でキャビティ３７内に溶融樹脂４２を充填し、その後、型閉及び型締を行う場合には、立体的な形状を有し側壁が薄肉化された深底凹状の容器のような形状を有していても、高粘度の樹脂による成形品を短時間に高精度で成形することができるという効果も得ることができる。また、成形品におけるゲートブロックからの樹脂の流動長Ｌと成形品の肉厚Ｔとの流動長／肉厚比としてのＬ／Ｔを大きくすることができる。
【００７６】
さらに、前記の実施の形態においては、型締装置を油圧式の場合について説明したが電動の型締装置の方が望ましい。また、可動プラテンが横方向（水平方向）に移動する横置型の射出成形機について説明したが、本発明の成形方法、成形品及び成形機は、可動プラテンが縦方向（垂直方向）に移動する縦置型の射出成形機にも適用することができる。さらに、本発明の成形方法、成形品及び成形機は、射出成形機の他に、ダイプレス等の成形機にも適用することができる。
【００７７】
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、型締の後にわずかに型開された状態で、キャビティ内において成形材の一部を発泡させることによって、単純な構成の金型装置を使用して、寸法の再現性が高く、かつ、表面精度が高い、一部に発泡部を備える成形品を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における金型装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における射出成形機の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態における成形品の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における成形品の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり型閉を開始する状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり溶融樹脂が充填される状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり型閉された状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり発泡のためにわずかに型開された状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における金型装置の断面図であり成形品を取り出す状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における成形機の動作シーケンスを示す図である。
【符号の説明】
３７キャビティ
３７ａ側壁膨出部
３７ｂフランジ膨出部
４１成形品
４１ａ側壁発泡部
４１ｂフランジ発泡部
４２溶融樹脂

【出願人】	【識別番号】０００００２１０７【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社【住所又は居所】東京都品川区北品川五丁目９番１１号
【出願日】	平成１５年７月１７日（２００３．７．１７）
【代理人】	【識別番号】１００１１６２０７【弁理士】【氏名又は名称】青木俊明【識別番号】１０００８９６３５【弁理士】【氏名又は名称】清水守【識別番号】１０００９６４２６【弁理士】【氏名又は名称】川合誠
【公開番号】	特開２００５－３５０８６（Ｐ２００５－３５０８６Ａ）
【公開日】	平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願番号】	特願２００３－１９８４２３（Ｐ２００３－１９８４２３）