JP3764369B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

【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】
図１２は測定管の成形に用いられる従来の射出成形装置を示す断面図である。この射出成形装置１は、上型２および下型３とからなる金型４と、図示を省略した射出ノズルとを備え、下型３を第１の下型５、第２の下型６および中子７とで構成し、金型４のキャビティ８内に弗素樹脂等の溶融した成形材料９を加圧注入して第２の下型６の内周面およびそのフランジ１０の配管接続端面１０ａに設けた環状凹部１５にライニングを施すことにより、第２の下型６を測定管１１として取り出すようにしている。すなわち、この射出成形装置１は、ライニングが施されていない測定管１１を第２の下型６として用い、アウトサート成形するものである。１６は第２の下型６の内部にスペーサ１７を介して取付けられた補強管、１８は金型４の冷却回路である。
【０００６】
測定管の射出成形に際しては、成形圧力（射出圧力）に対して金型４の締付圧力（型締力）が不十分な場合、上型２と第２の下型６との接合部１２Ａおよび第１の下型５と第２の下型６との接合部１２Ｂ（以下、これらの接合部をシール部という）から溶融した成形材料９が漏出して固化するとバリが生じ、過剰に漏出した場合は成形不能になる。このため、複数本のボルト１３と型締め板１４とによって金型４を型締めするか、または油圧による型締め機構によって型締めし、シール部１２Ａ，１２Ｂが開かないようにしている。
【０００７】
シール部１２Ａ，１２Ｂが開かないための条件は、成形品の総投影面積をＤ（ｃｍ² ）、射出圧力をＰ（Ｋｇ／ｃｍ² ）、型締力をＷ（Ｋｇ）とすると、以下の条件
ＤＰ＜Ｗ
を満たす必要がある。なお、総投影面積Ｄというのは、金型４の溶融樹脂と接触する内壁面を型締力方向（ボルト１３の軸線方向）に見通した面積のことである。したがってＤＰは、金型４が溶融樹脂から受ける力の型締方向の分力を表している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電磁流量計の測定管１１は、フランジタイプの場合、通常フランジ１０を管本体６ａの両端部外周に嵌合し溶接によって接合している。このため、寸法精度が低く管本体６ａとフランジ１０の軸線が一致していなかったり、フランジ１０が管本体６ａに対して傾いて取付けられることがある。それ故、射出成形したときライニング材の肉厚に偏肉が生じたり、補強管１６が外部に露出して不良品になるという問題があった。このような問題は、特にフランジの面間距離（配管接続端面間の距離）が長い測定管ほど偏肉が大きくなるため、成形品の品質を著しく低下させるものである。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、成形材料の偏肉の発生を確実に防止することができ、またウエルドライン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。
【００１０】
【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、前記金型は積層配置された下型および上型と、前記下型内に水平方向に移動可能に配置された中子とを有し、この中子の上部と前記上型との間に前記ノズル孔に連通する湯道を形成し、前記湯道と金型のキャビティを連通させるゲートを有し前記中子を前記下型に対して位置決めするゲートリングを前記上型と前記下型との間に介在させたものである。この発明においては、ゲートリングによって中子を下型に対して位置決めするので、キャビティ寸法を正しく保つことができ、偏肉の発生を防止する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記推力付与手段は前記プッシャに前記金型に対して相対的に下向きの推力を付与することにより、前記ノズル孔とスプルーの周囲にそれぞれ設けられたシール面どうし、および前記上型、下型およびゲートリングとの間のシール面どうしをそれぞれ全周にわたって互いに密着させるものである。
この発明においては、プッシャが成形材料を加圧する力を利用してシール面を互いに密接させ、所定の面圧を発生させるので、成形材料がシール面から漏れることがなく、型締めするための機構または作業を必要としない。
【００１３】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、前記ゲートリングのゲートは、同一円周上に交互に並設された貫通孔からなる複数個の小径ゲートと大径ゲートとで構成されているものである。
この発明においては、小径ゲートを通過する成形材料の流速が大径ゲートを通過する成形材料より速くなる。このため、小径ゲートと大径ゲートを通過した後の成形材料が相互に混ざり合い、ウエルドラインの発生を防止する。
【００１４】
第４の発明は、上記第１、第２または第３の発明において、前記下型が複数の積重ね部材からなり、そのうちの少なくともいずれか１つが成形後の成形体の一部を成すようにするものである。
この発明においては、成形体の一部を積重ね部材が兼用するので、別途金型を必要としない。
【００１５】
【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一実施の形態を示す断面図、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は金型の要部の拡大断面図、図６はゲートリングの平面図、図７は同ゲートリングの断面図、図８は第１の下型部材の平面図、図９は中子の底面図、図１０（ａ）〜（ｄ）は図９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。
【００１６】
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内の溶融した成形材料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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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を取り囲む半球状の突起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。
【００２０】
前記射出成形用金型３０は、積重ね部材を構成する上型４４、下型４５およびゲートリング４６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を構成する第６の冷却回路８０Ｆ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８０Ｆをこれら両部材間に形成するためであり、冷却回路８０Ｆ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。
【００２１】
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、下端側が前記ゲートリング４６の後述するゲート７５に連通している。前記上型４４の上面中央で前記スプルー５０の周囲には半球状の凹部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。
【００２２】
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、金型３０の後述する他の３つのシール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂの各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（後述のノズル孔とスプルー間の固化した成型材料の切断作業において必要である）。
【００２３】
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が設置されており、さらにこれらの上に前記上型４４が前記ゲートリング４６を介して設置されている。
【００２４】
前記第１の下型部材５５Ａは、中央に前記中子５７の下端部が適宜な隙間を保って挿通される孔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より外側の上面は、前記第２の下型５６の下面外周部が密接するシール面６６ａを形成している。
【００２５】
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の両端開口部に嵌合され溶接６２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。
【００２６】
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の下面は、前記ゲートリング４６の下面側シール面６４ａが密接するシール面６５ａを形成しており、これらのシール面６４ａ，６５ａによって前記シール部Ａ2 を形成している。
【００２７】
前記下側のフランジ５６ｃの下面は、前記第１の下型部材５５Ａのシール面６６ａが密接するシール面６７ａを形成しており、これらのシール面６６ａ，６７ａによって前記シール部Ｂを形成している。シール面６６ａは、前記環状溝６３Ｂより外側の表面である。
【００２８】
前記中子５７は、円柱状の中子本体５７Ａと、この中子本体５７Ａに嵌合した前記円筒体５７Ｂと、この円筒体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、内部に前記冷却機構６６の第１〜第５の冷却回路８０Ａ〜８０Ｅ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が充填されるキャビティ８を形成している。円筒体５７Ｂは中子本体５７Ａに嵌合され、下端部が前記第２の下型部材５５Ｂの上面に形成した環状溝７０に径方向に移動可能に挿入されている。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を形成している。
【００２９】
図５〜図７において、前記ゲートリング４６は、前記中子５７を第２の下型５６に対して位置決めするとともに、湯道４９と金型３０のキャビティ８を連通させるためのもので、前記上型４４と前記第２の下型５６との間に介装され、前記円筒体５７Ｂの上端部外周が着脱自在に嵌挿されている。このため、ゲートリング４６は、前記中子５７が貫通する中心孔７０を有し、この中心孔７０と前記中子５７のはめ合い公差は、これら両部材の軸線が略一致するように小さく設定されている。ゲートリング４６の上面は平坦面からなり、前記上型４４の下面に設けた環状溝７１に嵌合して密接している。このため、ゲートリング４６の上面外周部と前記環状溝７１の底面外周部は、互いに密接するシール面４６ａ，７１ａを形成しており、これらのシール面４６ａ，７１ａによって前記シール部Ａ1 を形成している。シール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂの面積は略等しい。
【００３０】
また、ゲートリング４６は下面側に環状溝６４を有し、この環状溝６４が第２の下型５６の上側のフランジ５６ｂの配管接続端面に突設した突起６５に嵌合し、これらの互いに密接する部分が前記シール面６４ａ，６５ａからなるシール部Ａ2 を形成している。シール面６４ａは、前記環状溝６４の底面外周部とされ、シール面６５ａは前記突起６５ａの上面とされる。
【００３１】
さらに、前記ゲートリング４６は、上型４４と中子５７とによって形成される前記湯道４９を前記環状溝６４を介して金型３０のキャビティ８に連通させるゲート７５を有している。このゲート７５は、図６に示すようにゲートリング４６の中心を中心とする同一円周上にそれぞれ形成された貫通孔からなる複数個の小径ゲート７５Ａと大径ゲート７５Ｂとで構成されている。また、小径ゲート７５Ａと大径ゲート７５Ｂは、交互に隣り合うように形成され、前記上側フランジ５６ｂの環状溝６３Ａの外周寄りに位置している。このようなゲートリング４６は、前記突起６５と環状溝６４の嵌合によって上側のフランジ５６ｂの上面に設置されると、中子５７を強制的に第２の下型５６に対して位置決めし中心を一致させる。
【００３２】
図２、図８〜図１０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８０Ａ〜８０Ｆを有している。第１の冷却回路８０Ａ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。
【００３３】
前記第２〜５の冷却回路８０Ｂ〜８０Ｅ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９０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。
【００３４】
図８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。
【００３５】
図２において、前記第６の冷却回路８０Ｆ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。
【００３６】
前記上型４４と第１の下型５５との間には、複数本の支持部材１０２が設けられている。この支持部材１０２は、第１の下型５５に立設されており、上端に連結ボルト１０３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１０２および連結ボルト１０３は全て描かれていないものとして図１、図２を参照されたい。なお、図１、図２に示す通り支持部材１０２および連結ボルト１０３が装着されている状態については後述する。
【００３７】
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、図１２に示したボルト１３と型締め板１４または油圧による型締め機構を全く備えておらず、プッシャ３２で成形材料９を加圧する力を利用して４つのシール部Ａ1 ，Ａ2 ，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。
【００３８】
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、先ず金型３０を金型取付板２６上に設置する。このとき、中子５７をゲートリング４６によって位置決めする。すなわち、ゲートリング４６の環状溝７０に予め中子５７の上部外周を嵌装し、このゲートリング４６を上側のフランジ５６ｂの環状突起６５に嵌合すると、第２の下型５６とゲートリング４６の軸線が一致し、中子５７の軸線を強制的に第２の下型５６の軸線と一致させる。したがって、中子５７は、第２の下型５６に対して位置ずれしたり傾いたりすることがなく、第１、第２の下型５５，５６の中心に位置づけられる。ゲートリング４６によって中子５７を位置決めした後、さらに上型４４の環状溝７１をゲートリング４６に上方から嵌合して、上型４４と第２の下型５６の軸線を一致させ、さらにその上にトランスファポット３１を設置する。
【００３９】
次に、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。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。
【００４０】
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７５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Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂから外部へ排出する。すなわち、シール部Ａ1 ，Ａ2 ，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Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂの面粗度を調節すれば、このようなことが可能になる。
【００４１】
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き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Ａ1 ，Ａ2 ，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。
【００４２】
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をゲートリング４６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
【００４３】
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
【００４４】
したがって、底板３１Ｂの上型４４に対する押付力Ｆｎによって金型３０のシール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂ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、上型４４は持ち上げられるためシールが損なわれる。
【００４５】
各シール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂ の面積をＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 とし、各シール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂに発生する圧力（シール圧）をＰａ1 ，Ｐａ2 ，Ｐａ3 とすると、シール部Ａ1 におけるシール圧Ｐａ1 は
Ｐａ1 ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ1 ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓ1
となる。
シール部Ａ2 におけるシール圧Ｐａ2 は
Ｐａ2 ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ2 ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓ2
となる。
シール部Ｂにおけるシール圧Ｐａ3 は
Ｐａ3 ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ3 ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓ3
となる。
【００４６】
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。
【００４７】
シール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂからの成形材料９の漏出を防止するためには、シール圧Ｐａ1 ，Ｐａ2 ，Ｐａ3 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Ｐａ1 ，Ｐａ2 ，Ｐａ3 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。
【００４８】
ここでシール比Ｋという概念を導入する。すなわち、シール比Ｋ（Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ）は、シール圧Ｐａ1 ，Ｐａ2 ，Ｐａ3 を射出圧力Ｐで除した値Ｐａ1 ／Ｐ，Ｐａ2 ／Ｐ，Ｐａ3 ／Ｐである。
【００４９】
各シール比Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 は、射出成形装置２０の設計時に決定されるが、上記した通り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Ｃより小さいと成形材料９がシール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂから漏出し、大きいと漏出しなくなる。定数値Ｃは、実験によって帰納的に求められる値で、シール比Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 、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Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 の値である。例えば、シール比Ｋ1 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Ａ1 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Ａ1 から漏出しないようにするためには、シール比Ｋ1 を０．３より大きくする必要がある。つまり、成形材料９がシール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂから漏れないようにするためには、
Ｐａ／Ｐ＞Ｃ
の条件を満足させればよい。
【００５０】
実験に際しては、シール面積Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 が大きい金型を製作して成形を行い、シール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂを少しずつ削ってシール面積Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 を徐々に小さくすることによりシール比Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 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Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂからの漏出が止まったときのシール比Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 を定数値Ｃとする。なお、前述した通り、シール部Ｃはシール部Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂに比べて面積が小さいので、かなり大きなシール比が得られ、実際上問題になることはない。
【００５１】
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、冷却回路６６に冷却媒体としてのエアを供給して金型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。
【００５２】
図１１に金型３０の冷却の手順を示す。圧縮空気１２０を第１〜第６の冷却回路８０Ａ〜８０Ｆ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。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。
【００５３】
成形材料９が固化した後、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７５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。
【００５４】
このような射出成形装置２０においては、金型３０を型締めする必要がないので、図１２に示した従来の射出成形用金型４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。
【００５５】
また、中子５７は第１の下型５５上に径方向に移動可能に設置されているため、ゲートリング４６を第２の下型５６の上に位置決めして設置すると、ゲートリング４６が中子５７を第２の下型５６に対して位置決めし、軸線を略一致させる。したがって、偏肉が発生せず、成形体の肉厚の寸法精度を高めることができ、不良率を低減することができる。
【００５６】
また、ゲートリング４６のゲート７５を交互に隣り合う複数個の小径ゲート７５Ａと大径ゲート７５Ｂとで構成したので、ウエルドラインの発生を防止することができる。すなわち、ゲート７５を同一の大きさからなる複数個の孔で構成すると、各孔を通過した直後の成形材料９はいずれも速度が略一定な層流となって互いに接触する。したがって、その接触部がウエルドラインとなり成形品の表面に縞模様ができる。ウエルドラインの発生を最小限にするためには、ゲート径を小さくするとともにゲート間隔を小さくすることが有効である。しかし、ゲート径と成形材料の流れ易さは、一般にゲート径の３乗に比例するので、ゲート径を小さくすればするほど流れにくくなり、成形時間が長くなるばかりか、成形不良の原因となるため好ましくない。
【００５７】
そこで、ゲート７５を穴径が異なる大小２種類のゲート７５Ａ，７５Ｂで構成し、これらを交互に配列して実験を行ったところ、ウエルドラインの発生を著しく減少させることができた。ウエルドラインが減少する理由は明確ではないが、小径ゲート７５Ａと大径ゲート７５Ｂを通過する成形材料９の流速が異なるので、各ゲートを通過した直後の成形材料９は層流であっても互いに接触すると速度の違いから互いに混ざり合うことによりウエルドラインを発生し難くするものと考えられる。
【００５８】
【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。
【００５９】
上記では図２において支持部材１０２および連結ボルト１０３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。
【００６０】
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１０２および連結ボルト１０３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１０２を介在させ、連結ボルト１０３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１０２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。
【００６１】
前記支持部材１０２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、上下面中央に前記連結ボルト１０３が螺合するねじ孔１０４を有している。支持部材１０２の材質としては焼き入れ鋼等が用いられる。
【００６２】
前記連結ボルト１０３は焼入れ鋼製で、前記各支持部材１０２のねじ孔１０４に螺合され、上側の連結ボルトの頭部が上型４４の下面に当接するように調節される。なお、金型３０自体の構造は支持部材１０２を用いない場合と全く同一である。
【００６３】
このような支持部材１０２を用いた射出成形用金型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１０２に加わる。このため、主として支持部材１０２が撓むが、このとき支持部材１０２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。
【００６４】
次に、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１０２と第２の下型５６は射出圧力ＰによってΔｌだけ縮む。
【００６５】
【数１】

【００６６】
【数２】

【００６７】
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１０３は変形しないものと仮定する。
【００６８】
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
【００６９】
【数３】

【００７０】
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。
【００７１】
【数４】

上記（４）式の両辺をＰで除してシール比Ｋを求める。
【数５】

【００７２】
【数６】

【００７３】
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。
【００７４】
【数７】

【００７５】
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、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上型、下型および中子で構成されるものであってもよい。
さらに、プッシャ３２の推力付与手段としては、油圧シリンダ２２によってプランジャ３３を下降させプッシャ３２を押し下げるものではなくて、逆に、プッシャ３２を固定しておき、油圧ジャッキを用いて金型３０を上昇させることでプッシャ３２に相対的に推力を付与するものであってもよい。
【００７６】
【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、ゲートリングによって中子を下型に対して位置決めしているので、偏肉が生じず、成形体の肉厚の寸法精度を高めることができる。さらに、ゲートを小径ゲートと大径ゲートとで構成し、これらのゲートを通過する成形材料の流速を異ならせたので、成形品の表面にウエルドラインが発生せず、品質を向上させることができる。
【００７７】
また、本発明によれば、プッシャの成形材料を押圧する力を利用して金型のシール面に面圧を発生させ、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。さらに、成形体を成す部品の一部を金型として兼用するので、別途金型を必要としない。
【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】 射出成形用金型の一実施の形態を示す断面図である。
【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】 金型の要部の拡大断面図である。
【図６】 ゲートリングの平面図である。
【図７】 同ゲートリングの断面図である。
【図８】 第１の下型部材の平面図である。
【図９】 中子の底面図である。
【図１０】 （ａ）〜（ｄ）は図９のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線断面図である
【図１１】 冷却のシーケンスを示す図である。
【図１２】 従来の射出成形装置用金型の断面図である。
【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、３１Ａ…円筒体、３１Ｂ…底板、３２…プッシャ、４０…ノズル孔、４１ａ…シール面、４４…上型、４５…下型、４６…ゲートリング、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、６４ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ…シール面、７５…ゲート、７５Ａ…小径ゲート、７５Ｂ…大径ゲート、Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂ，Ｃ…シール部。

Claims (4)

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、
   前記金型は積層配置された下型および上型と、前記下型内に水平方向に移動可能に配置された中子とを有し、この中子の上部と前記上型との間に前記ノズル孔に連通する湯道を形成し、前記湯道と金型のキャビティを連通させるゲートを有し前記中子を前記下型に対して位置決めするゲートリングを前記上型と前記下型との間に介在させたことを特徴とする射出成形装置。
2. 請求項１記載の射出成形装置において、
   前記推力付与手段は前記プッシャに前記金型に対して相対的に下向きの推力を付与することにより、前記ノズル孔とスプルーの周囲にそれぞれ設けられたシール面どうし、および前記上型、下型およびゲートリングとの間のシール面どうしをそれぞれ全周にわたって互いに密着させることを特徴とする射出成形装置。
3. 請求項１または２記載の射出成形装置において、
   前記ゲートリングのゲートは、同一円周上に交互に並設された貫通孔からなる複数個の小径ゲートと大径ゲートとで構成されていることを特徴とする射出成形装置。
4. 請求項１，２または３記載の射出成形装置において、
   前記下型が複数の積重ね部材からなり、そのうちの少なくともいずれか１つが成形後の成形体の一部を成すことを特徴とする射出成形装置。

Images