专利名称：树脂成形品及其成形方法
技术领域：
本发明涉及具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品及其成形方法。
背景技术：
在现有技术中，对于壁厚差比较大的树脂成形品，如图17所示，为了减小壁厚差，以肋或减重形状构成厚壁部位。另外，由于起到轴的作用、而无法避开厚壁部的形状的情况下，如图18所示，向厚壁部位注入空气，做成中空形状，以减小壁厚。
另外，在日本专利特开2002-36280号公报中所记述的公知的方法是，在熔化的树脂材料中溶进二氧化碳气、同时在金属模模腔内也以二氧化碳气体加压；在薄壁部位充填树脂后，使模腔内的气体压力降低，再使厚壁部发泡。
但是，虽然在其每一方法中，都可防止厚壁部位的气孔，但在壁厚差比较大的情况下，特别是在维持数倍以上的壁厚差的状态下，无法消除由厚壁部位与薄壁部位的收缩差引起的翘曲与变形。
发明内容
本发明即是有鉴于上述之课题提出的，其目的在于，可在壁厚差较大的树脂零件的成形中，防止由收缩差引起的翘曲与变形。
为解决上述课题、达到上述目的，根据本发明的第一项发明的树脂成形品，是具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品，其特征在于，前述厚壁部是发泡体。
另外，依本发明的第二项发明的树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法；其特征是，预先将惰性气体浸透于树脂材料中之后，将前述树脂材料在1秒钟以下的充填时间里注射到比前述惰性气体侵透前的前述树脂材料的热变形温度低5°～25℃的温度的金属模内，在模内发泡固化后，从模中取出。
依本发明的第三项发明的树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法，其特征是，在将惰性气体预先浸透于树脂材料中之后，在成形前述薄壁部的金属模部位的导热系数为0.15～8.5W/m·K的金属模中注射前述树脂材料而成形。
依本发明的第四项发明的树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法，其特征在于，在预先将惰性气体浸透于树脂材料中之后，将前述树脂材料充填于金属模内，在0.1～1.0秒的时间内施加上80～200Mpa的保持压力。
关于本发明的其他特征和优点、通过如下的连同附图的说明中可充分表现出来，在整个图中相同符号表示相同或相似的零件。
图1是表示本发明一实施形态的第一实施例的成形品形状的图。
图2是以现有方法成形的成形品正视图。
图3是以现有方法成形的成形品俯视图。
图4是图1所示成形品的侧视剖面图。
图5是表示本发明一实施形态的模的形状的图。
图6是表示在以现有的方法的模内的成形品温度变化的图。
图7是表示本发明的一实施形态的方法的模内成形品的温度变化的图。
图8是表示一实施形态的成形装置之构成的图。
图9是表示一实施形态的成形装置的另一构成例的图。
图10是表示一实施形态的成形装置的再一构成例的图。
图11是表示一实施形态的成形装置的又一构成例的图。
图12是一实施形态的模块的剖面图。
图13是表示一实施形态的第二实施例的成形品形状的图。
图14是表示一实施形态的第三实施例的成形品形状的图。
图15是表示一实施形态的第四实施例的成形品形状的图。
图16是表示一实施形态的第五实施例的成形品形状的图。
图17是表示现有成形品形状的图。
图18是表示现有成形品形状的图。
图19是表示现有成形方法的翘曲变形结果的图。
图20是表示本发明一实施形态的翘曲变形结果的图。
图21是表示本发明一实施形态的翘曲变形结果的图。
具体实施例方式
下边来说明本发明的合适的一实施形态。
首先，说明本实施形态的概要。
在本实施形态中，预先使惰性气体等浸透于树脂材料中。在浸透发泡剂时，树脂材料成熔化状态或粉末状态。作为发泡剂的惰性气体可以使用氮气、二氧化碳气或氩气。浸透了发泡剂的树脂材料，在熔化状态下，使用注射模塑成型机或挤压机、以可限制的高速度充填于被加工成规定形状的金属模内。充填速度快了，由于树脂流动中的冷却而形成表皮层较少，效果更好；但是往往由于树脂材料的粘度、或注射模塑成形机、挤压机能力的限制，在本实施形态的研究结果是，在0.1～1.0秒的时间将树脂材料充填完。因此，确认充填树脂时需要的压力为80～200MPa。对于大型零件，为达到本实施形态的充填时间，必须增加浇口数量。
在将树脂材料充填于模内之后，根据需要可在0.1～1.0秒内施加80～200MPa的保持压力。这时壁厚差越大、由收缩差引起的翘曲变形越大，保持压力的值也越大。在通常的发泡成形中，为加大发泡倍率，不是加保压，而往往是在将树脂材料充填于模内之后，加大模的容积、负压成形；在本实施形态中，如后所述，在改变模的材料的情况下，而且壁厚差在2～3倍的程度之外时，必须有上述的保持压力。短时间施加保持压力，薄壁部与厚壁部的内部压力差变大，增高了内部压力变大的厚壁部的密度。
另外，在本实施形态中，浸透于树脂中的发泡剂，在保压中或保压结束后仍有发泡力使厚壁部的尺寸变大的方向、即收缩量变小的方向产生作用。结果可以把通常情况下厚壁部的收缩量比薄壁部的大，因而造成由收缩差产生的翘曲、变形的情况变为可提高厚壁部的密度、使收缩量达到近于薄壁部的值，因此，在本实施形态中，可消除由收缩差引起的翘曲、变形。
另外，在本实施例中，借改变对应于薄壁部与厚壁部的模构件的导热系数，可使薄壁部的冷却固化时间与厚壁部的冷却固化时间相接近，而使两者的收缩量相接近，由此可减小翘曲变形量。在薄壁部，借使用树脂绝热层、陶瓷、多孔质金属等导热系数低的材料可推迟薄壁部的冷却固化开始时间；在结晶性树脂材料中，借加长结晶化时间，与通常的成形相比，加大了收缩量，可使其接近厚壁部的收缩量。另外，由对厚壁部使用导热性好的铜合金、铝合金等，可提前厚壁部的冷却固化开始时间，使之接近薄壁部的冷却固化开始时间，由此可消除由收缩差引起的翘曲变形。
下边，对本发明的实施形态进行具体说明。
图8～11中示出了在本发明的一实施形态的树脂材料中浸透发泡材料的装置。
在图8中，12是注射模塑成形机，13是金属模，14是增塑装置，15是漏斗，16是储气瓶，17是气体加压浸透装置，18是气体浸透容器，19和20是泵，21是材料贮罐。
下边以图8来说明在树脂材料中浸透作为发泡材料的气体的过程。
粉末状的树脂材料贮存于贮罐21中，在成形时将需要量的树脂材料由泵20送到气体浸透容器18中。作为发泡材料的气体，从储气瓶16经气体加压装置17加压、送入气体浸透容器18中。在气体浸透容器18中，气体浸透于树脂材料中。浸透了气体的树脂材料，由泵19送到漏斗15。漏斗15内的树脂由增塑装置14进行增塑搅混，充填到设于金属模13内的希望形状的模腔中。浸透了作为发泡材料的气体的树脂，与充填于模内同时开始发泡，冷却后，开模、取出成形品。
图9示出了将作为发泡材料的气体直接导入注射模塑成形机的增塑装置一类的装置。在图9中，14是增塑装置，17是气体加压装置，经气体加压装置17加压的作为发泡材料的气体，通过配管23导入增塑装置14内，与熔化状态的树脂材料相混合，浸透于树脂材料中。而后，充填于模内，形成成形品。
图10是使用挤压机的实施例。
在图10中，与图9一样，作为发泡材料的气体，经加压装置29加压后，经由配管27、导入挤压机的增塑部26。与熔化树脂混合；浸透了气体的树脂材料，通过模25、再由水冷装置24冷却，由进给装置33依次送出。
图11示出了将发泡材料与树脂材料在漏斗部混合而注射模塑成形的装置。在图11中，35是导入发泡材料的漏斗，36是导入树脂材料的漏斗，两种材料混合，以注射模塑成形机34成形。
图5示出了本实施形态的金属模。在图5中，6是适合于薄壁部的模块，5是适合于厚壁部的模块。各模块可装拆，适用于图20所示的模构件。
图12示出了本实施形态的模的模块剖面，37是钢材，38是由蒸镀聚合法形成的树脂皮膜，39是硬质膜。具体而言，作为钢材，可使用S55C等的碳钢、SUS304等的不锈钢；作为树脂皮膜，可使用聚酰亚胺、4氯化乙烯；作为硬质膜，可使用铬、镍、氮化钛等。
图1示出了本实施形态的第一实施例的成形品形状。在图1中，1是厚壁部，2是薄壁部，3是轴承部。厚壁部1与薄壁部2各自的壁厚，可借更换金属模的模块来改变。图19中示出了以图1所示的形状、改变各壁厚与树脂材料的情况下、现有成形品的翘曲变形结果。而且，为便于与本实施形态相比较，型材以外的各条件与后述图20的本实施形态设定得相同。
从图19的结果看，在任何一种材料与壁厚差下，由收缩量差引起的翘曲变形量都大到2.5mm以上；特别是在壁厚差10倍以上的POM中，大到5mm以上；在树脂的种类方面，结晶性的POM与PA6显示出了较大的值。
图2示出了从薄壁部端面方向看翘曲较大的成形品的图。由于厚壁部1的收缩量比薄壁部2的收缩量大，在薄壁部前端，产生了图2中所示那样的波浪形翘曲变形。
另外，在图3中示出了从上面看变形了的零件之状态。厚壁部1，由收缩量差，产生了纸面上下方向的翘曲变形。
图20是本实施形态的第一实施例，与图19相同，对于树脂材料，作为本实施形态的第一特征，预先将作为发泡材料的惰性气体浸透于树脂材料中之后，在1秒以内的充填时间中，向温度比树脂材料的热变形温度低5～25℃的金属模内注射成形，在模内发泡之后，从模中取出，图中示出了成形品的翘曲量。与图19的现有方法相比，可以确认，本实施例在所有树脂材料下，都有效减小了翘曲量。
图21是本实施形态的第二实施例，与图19相同，对树脂材料，作为本实施形态第一特征，将发泡材料浸透于树脂材料，加以高速充填，作为第二特征，薄壁部与厚壁部中分别使用导热系数不同的材料，另外，作为第三特征，进行短时间保压，比较其翘曲变形量。
从图21的翘曲量看，在本实施例中，即使是结晶性树脂材料，翘曲量也在0.3mm以下；对于其他树脂材料在0.1mm以下，几乎消除了翘曲变形。
图4示出了本实施例图1所示零件的剖面。在厚壁部1中，产生了无数个1mm以下的细小气泡，而在薄壁部2几乎没有产生。
图5中示出了作为本实施形态的第二特征，薄壁部与厚壁部分别使用导热系数不同的材料的金属模。5是对应于厚壁部的金属模的模块，6是对应于薄壁部的金属模的模块。
图6示出了在图19所示的现有成形中厚壁部与薄壁部的模内的冷却状态。
在图6中，横轴表示时间，纵轴表示温度。另外，Tm表示树脂的软化温度，Tw表示金属模温度，Tr表示室温；7是厚壁部的平均温度，8是薄壁部的平均温度。Δt1表示冷却到树脂的软化温度时刻的厚壁部与薄壁部的时间差。
如图6所示，在现有的成形中，在厚壁部与薄壁部冷却速度有很大差值。
其次，使用图6，可以说明产生成为翘曲变形原因的厚壁部与薄壁部的收缩量之差的理由。
在图6中，薄壁部温度8是，在充填入模内后马上变成比树脂的软化温度Tm低的温度。由于低于Tm的温度下树脂成固体，大致按热膨胀系数的热收缩量收缩。但是，在结晶性树脂情况下，到达室温Tr附近，由结晶化引起收缩。另一方面，在厚壁部，表面层与模接触之后，可以看到与薄壁部同样的温度变化；而在厚壁的中心附近，如图6的线7所示，到达软化温度需要Δt1的时间。其结果，在薄壁部固化了的状态下，厚壁部在Δt1的时间内，从软化状态到固体间产生了很大的收缩，相应于Δt1时间的收缩差，成了翘曲变形的主要原因。通过软化温度后，厚壁部也和薄壁部一样，按热膨胀系数的热收缩量收缩；Δt1时间的收缩差残留下来，该差值在将成形品从模中取出时、厚壁部拉伸薄壁部、成了翘曲变形而明显存在。
图7示出了本实施形态的厚壁部与薄壁部的模内温度变化。
在图7中，横轴表示时间，纵轴表示温度。另外，Tm表示树脂软化温度，Tw表示金属模温度，Tr表示室温；9是厚壁部的平均温度，10是薄壁部的平均温度。而Δt2表示冷却到树脂软化温度时刻的厚壁部与薄壁部的时间差。
如图7所示，在本实施形态中，厚壁部与薄壁部的冷却速度差，与图6所示的现有Δt1相比，变得非常小，这是容易理解的。从而，如前所述，成为翘曲变形原因的厚壁部与薄壁部的Δt2时间的收缩差非常小，由于其差值变小，故从模取出成形品时厚壁部对薄壁部的拉伸力变小，翘曲变形也变小。
图13示出了本实施形态的第二实施例的成形品形状，40是树脂制容器，41是盖，42是厚壁部，43是薄壁部。薄壁部43起铰链作用，是可以开闭盖41的结构。由于厚壁部42与薄壁部41、43间产生了收缩差，在现有的成形方法中，成形品变形，盖41不可能正确地结合于容器40。对此，如依本实施形态的方法，变形极小，盖与容器可正确结合起来。
图14示出了本实施形态第三实施例的成形品形状，44是成形品本体，45是过渡部，46是厚壁部，47是薄壁部。在现有的成形方法中，由于厚壁部46与薄壁部47间产生收缩差，成形品变形、难以得到期望的平面精度。对此，如依本实施形态的方法，变形极小，可得到良好的平面精度。
图15表示了作为本实施形态第四实施例的成形品的镜筒形状，48是厚壁部，49是薄壁部，50是凸轮。现有的成形品，由于厚壁部的收缩比薄壁部的大，各内径产生差值，损坏了真圆度，难以维持与其他零件的组装间隔。对此，由采用本实施形态，在厚壁部内部发泡，与薄壁部的收缩差变小，提高了内径精度，维持与其他零件的间隔变得容易。而且，作为树脂材料，使用聚碳酸酯中加入35％的玻璃纤维的材料，作为气体使用二氧化碳气体。另外，作为模具材料，厚壁部用铜合金，薄壁部用氧化锆陶瓷，注射充填时间0.1秒，保持压力以18MPa施加1秒。
图16是表示作为本实施形态的第五实施例的成形品的用于空压机等的风叶的图。51是兼作安装轴的厚壁部，52是作为叶片部分的薄壁部；现有的成形品，由于厚壁部的收缩比薄壁部大，叶片52的尖端产生变形。对此，在本实施形态中，对树脂材料预先浸透发泡剂，由发泡成形，由于在厚壁部内部发泡，减小了与薄壁部的收缩差，叶片52的尖端变形变小。另外，作为本实施形态记述的模具材料，厚壁部用铝合金，薄壁部用聚酰亚胺蒸镀聚合膜与镀铬层；注射充填时间0.5秒，保持压力以10MPa施加0.5秒钟，从而使叶片52几乎无变形。而且，作为树脂材料，使用丙烯腈丁二烯树脂，作为气体使用二氧化碳气。
图17示出了现有成形品形状，在厚壁部内设减重部53。
图18示出了现有的其他成形品形状，54是由气体在厚壁部内部沿轴向连续形成的空洞。
如上所述，由单独或复合使用作为本实施形态的特征的在树脂材料中浸透发泡材料、短时间内向模内充填、短时间进行规定的保压、对薄壁部与厚壁部使用导热系数不同的型材等，可极大地减小由壁厚差较大的树脂成形品的厚壁部与薄壁部之间的收缩差引起的翘曲变形。
如上说明，如依上述实施形态，在壁厚差较大的树脂零件的成形中，可防止由收缩差引起的翘曲与变形。
在不脱开发明的宗旨与范围的情况下，本发明可广泛应用于许多实例中，很明显，本发明在权利要求范围内并不局限于特定实施例。
权利要求
1.一种树脂成形品，所述树脂成形品具有厚壁部与薄壁部，其特征在于，所述厚壁部是发泡体。
2.按权利要求1所记述的树脂成形品，其特征在于，所述厚壁部成棒状，所述薄壁部成板状。
3.按权利要求1所记述的树脂成形品，其特征在于，所述厚壁部成环状，所述薄壁部成圆筒状。
4.一种树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法，其特征在于在预先将惰性气体浸透于树脂材料中之后，在1秒以内的充填时间内，将所述树脂材料注射入比所述惰性气体浸透前的所述树脂材料的热变形温度低5～25℃的金属模内，使其在模内发泡、固化后，从模中取出。
5.一种树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法，其特征在于在预先将惰性气体浸透于树脂材料中之后，将所述树脂材料注射入成形所述薄壁部的金属模部位的导热系数为0.15～8.5W/m·K的金属模中进行成形。
6.按权利要求5所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，用于成形所述薄壁部的金属模部位，由常温下导热系数为0.15～0.98W/m·K的树脂层与硬镀层形成。
7.按权利要求6所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，所述树脂层是厚度为0.05～0.5mm、由蒸镀聚合形成的聚酰亚胺层。
8.按权利要求5所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，用于成形所述薄壁部的金属模部位，由常温下导热系数为1.4～1.9W/m·K的陶瓷形成。
9.按权利要求5所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，用于成形所述薄壁部的金属模部位，由常温下导热系数为3.5～8.5W/m·K的多孔质金属形成。
10.按权利要求5所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，用于成形所述厚壁部的金属模部位，由常温下导热系数为150～400W/m·K的铜合金或铝合金形成。
11.按权利要求5所记述的树脂成形品的成形方法，其特征在于，用于成形所述厚壁部的金属模部位，由常温下导热系数为25～55W/m·K的碳钢形成。
12.一种树脂成形品的成形方法，是用于成形具有厚壁部与薄壁部的树脂成形品的树脂成形品成形方法，其特征在于在预先将惰性气体浸透到树脂材料中之后，将所述树脂材料充填入金属模内，在0.1～1.0秒间施加80～200MPa的保持压力。
全文摘要
本发明以在成形壁厚差较大的树脂成形品中、防止由收缩差引起的翘曲与变形为目的。为达到此目的，本发明的树脂成形品具有厚壁部与薄壁部，厚壁部是发泡体。
文档编号B29C45/17GK1486831SQ03127409
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月7日
发明者新井隆 申请人:佳能株式会社