专利名称：注射成形装置以及注射成形方法
技术领域：
本发明涉及一种注射成形装置以及注射成形方法，是适合于用于成形例如电磁流量计的测定管内的衬里或成形树脂配管的注射成形装置及注射成形方法。
背景技术：
在利用电磁感应现象测定流动于测定管内的导电性流体流量的电磁流量计上，为了防止在流体中产生的电动势与由不锈钢等的非磁性体构成的测定管短路，通常将作为测定管接液面的内圆周面和与整体设在测定管两端部的法兰盘的配管连接的面(以下，称为配管连接端面)用衬里材料覆盖。作为衬里材料，由于要求其具有耐热性、耐腐蚀性、电气绝缘性等，所以通常使用氟类树脂等的绝缘材料，并以注射成形的方法成形于测定管的内圆周面以及法兰盘的配管连接端面上。
当用传递模塑成形机成形这样的被实施衬里的测定管时，要将测定管本体填装在模具内，并且将模具加热到衬里材料溶融温度以上。然后，将溶融了的衬里材料加压注入并用衬里材料覆盖测定管的内圆周面及法兰盘的配管连接端面。
在测定管加衬时，作为衬里材料使用的氟类树脂与金属的附着性差、容易从测定管剥离。为此，如特开平61-294316号、特开平61-271419号以实公平61-28411号所示，通常是用被称为冲眼板的多孔板形成的增强管预先安装在测定管的内部，并用衬里材料覆盖被安装的增强管。以此，提高衬里材料与测定管的机械的结合强度，并防止衬里材料剥离，另外能防止因测定管内的温度变化或压力变化引起的衬里材料的变形等。
图16，是用于测定管成形的以往的注射成形装置。在图16中，注射成形装置1，具有由上模2和下模3构成的模具4和注射喷嘴(未图示)。下模3，由第1下模5、第2下模6及型芯7构成。将氟类树脂的溶融了的成形材料9加压注入形成于模具4的模腔8内，且在第2下模6的内圆面及设在法兰盘10的配管连接端面10a的环状凹部15上实施加衬，以此将作为测定管11的第2下模6取出。即，注射成形装置1，用第2下模6作为测定管11，并通过外层成形对测定管本体施加衬里。另外，16是通过间隔垫17安装于第2下模6内部的增强管，18是模具4的冷却管路(冷却介质通道)。
在注射成形测定管时，当模具4的合模压力(锁模力)相对于成形压力(注射压力)不充分时，会从上模2与第2下模6的结合部12A以及第1下模5与第2下模6的结合部12B(以下，称为密封部)漏出溶融的成形材料9。这时，漏出的成形材料9在固化后会作为飞边残留在成形体的表面上。另外，当成形材料9过多地漏出时，树脂就不能充分地充填于模具4内而不能成形。为了防止这种情况，例如用多根螺栓13及锁模板14将模具4锁紧，或用液压锁模机构锁模，使结合部12A、12B打不开。
作为结合部12A、12B打不开的条件，若以成形品的总投影面积为D(cm2)、以注射压力为P(kg/cm2)、以锁模力为W(kg)，则应满足以下条件DP＜W。
另外，总投影面积D，意味着沿锁模力方向(螺栓13的轴向方向)所看到的与模具4的溶融树脂接触的内壁面的面积。因此，“DP”表示模具4受溶融树脂压力的锁模方向的分力。
这样的注射成形方法，被公开在特开平5-147061号「热可塑性树脂的传递模塑成形方法以及向热可塑性树脂的母材的覆盖方法」上。在该前面的文献中，从所记载的「将挤出成形机…与连接·锁紧的覆盖用母材安装模具的另外的筒连接」的内容，虽然不详细但指示出具有某种锁模机构。
另外，在“Preliminary Information from Plastic Technical ServicesLaboratory about DU PONT TEFLON RESIN，DU PONT TEFZELFLUOROPOLYMER FLUOROCARBONS，DIVISION，PLASTICSDEPARTMENT，E.I.DU PONT DE NEMOURS & CO.(INC.)，WILM.，DEL.19898 PIB #36(Revised)，August 1973”中详细叙述了用于在配管的内侧加氟类树脂制的衬里的传递模塑成形的模具、成形装置及成形方法。即，根据上述文献的23页、第10～13行“It is not necessary to boltthe melt pot assembly to the mold as the pot area is much greater than thegate”area.As a resalt，the“sealing force”between the mold and nozzle isfar greater than the force exerted by the melt at the nozzle/sprue bushinginterface.”所述，其公开了可以利用溶融物的注射压力保持溶融筒的喷嘴与模具浇道(sprue bushing)的分界面的密封性。但是，关于需要用螺栓紧固将模具本体锁模，与图16所示的以往技术一样。
如上所述的以往的注射成形装置1，为了防止从密封部12A、12B漏出成形材料9，用多根螺栓13及锁模板14，或利用液压的锁模机构将模具4锁紧。但是，用螺栓13及锁模板14的锁模作业，由于每成形一次操作者必须进行安装/拆卸锁模板14作业，所以操作者的负担过重，有操作性及生产效率显著降低的问题。
并且，利用液压的锁模机构，有使注射成形机本身规模变大且昂贵的问题。
本发明的目的在于提供一种完全不需要用于锁模的由螺栓或液压进行锁模的机构的注射成形装置及注射成形方法。
本发明的另一目的在于提供一种防止模具塑性变形及破坏的注射成形装置及注射成形方法。
发明内容
本发明的注射成形装置，设有收容成形材料的容器，容器，在其底部具有注射成形材料的喷嘴孔以及形成于所述喷嘴孔周围的第1密封面；由重叠在容器的下侧的多个重叠部件构成、并被充填从容器注射的成形材料的模具，模具，具有在上部与所述喷嘴孔连通的流道以及形成于所述流道周围的第2密封面，各个重叠部件，在相互接触的部分具有第3密封面；对容器内的成形材料加压的推力柱塞；对推力柱塞施加推力且通过容器内的成形材料对推力柱塞及模具的一方加压的推力施加机构，推力施加机构，通过对推力柱塞施加相对于模具向下的推力，使第1密封面与第2密封面以及第3密封面彼此紧密配合。
另外，本发明的注射成形方法，具有进行将成形材料收容于容器内、将从所述容器注射的成形材料充填于由多个重叠部件构成的模具内、向推力柱塞施加推力并通过所述容器内的成形材料对所述推力柱塞及所述模具的一方施加压力、利用所述推力柱塞的推力将所述模具锁模的各个步骤。
图1是表示本发明的第1实施例的注射成形装置的局部剖的主视图。
图2是图1所示的注射成形模具的剖视图。
图3是从图2所示的底板的上方看的投影面积图。
图4是从图2所示的上模的下方看的投影面积图。
图5是从图2所示的密封面附近的放大剖视图。
图6是本发明的第2实施例的注射成形用模具的剖视图。
图7是本发明的第3实施例的注射成形用模具的剖视图。
图8是本发明的第4实施例的注射成形用模具的剖视图。
图9是图8所示的第2下模部件的俯视图。
图10是图8所示的型芯的仰视图。
图11A～11D是图10的A-A线、B-B线、C-C线、D-D线的剖视图。
图12是图8所示的浇口环的俯视图。
图13是图8所示的浇口环的剖视图。
图14是图13所示的浇口环的局部放大剖视图。
图15是图8所示的注射成形用模具上的冷却程序图。
图16是以往的注射成形用模具的剖视图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明。
图1是本发明的第1实施例的注射成形装置局部剖的概略结构图。
在图3中，斜线部分表示投影面积，从内侧数第2个圆表示形成于底板上面上的圆锥形凹部的外轮廓线。在图4中，斜线部分表示投影面积，从外侧数第2个圆表示形成于模具底面上的环状凹部的外轮廓线，从外侧数第3个圆表示形圆锥形凹部的外轮廓线。
在图1中，由设置于地板上的带脚的底板21、固定油缸22的油缸安装板23、连接底板21和油缸安装板23的4根支柱24构成具有充分机械强度的框架组25。框架组25，与油缸22协同动作，作为向后述的推力柱塞32施加推力的推力施加机构而动作。由框架组25、设置于底板21上的模具安装板26、通过陶瓷等的隔热材料27设置在模具安装板26上的注射成形用模具30、装载于模具30上的有底圆筒状的传递模塑筒(容器)31、对传递模塑筒31内的溶融的成形材料9加压的推力柱塞32、使推力柱塞32下降的油缸(推力施加机构)22构成筒型立式注射成形装置20。
油缸22被朝下安装在由支柱24支撑的油缸安装板23上，并具有可灵活升降的柱塞33。柱塞33的下端面，在柱塞33通过油压而下降时与推力柱塞32的上面靠接，并在上升复原时从推力柱塞32的上面离开。
推力柱塞32为厚板的圆盘状，并被插入在传递模塑筒31内。在传递模塑筒31的内圆周面与推力柱塞32之间形成适当的间隙，使空气从该间隙溢出，以便容易进行将推力柱塞32嵌入传递模塑筒31的操作。
传递模塑筒31，由圆筒体31A、及覆盖圆筒体31A的下方侧开口部的圆盘状的底板31B构成。在圆筒体31A的下端部内圆周面上，如图2所示，形成嵌合底板31B的环状槽35。在环状槽35的内圆周面与底板31B的外圆周面之间几乎为无间隙状态，即，能在溶融的成形材料9不漏出的状态下滑动。在圆筒体31A的下端内圆周面上凸出设置了多个销子(止动部件)37，以便使圆筒体31A和底板31B不分离，以此支撑底板31B并防止从圆筒体31A脱落。根据环状槽35由形成于圆筒体31A内圆周面的台阶部38及销子37限制底板31B上下方向的位移量。
底板31B具有由贯通中央的通孔构成的喷嘴孔40，在下面的中央，整体凸出设置了包围喷嘴孔40的圆锥状的凸起41。该凸起41圆周面下端部，形成与注射成形用模具30的密封面41a。
注射成形用模具30，由构成重叠部件的上模44和下模45构成。上模44，具有形成于下面中央的圆锥形凹部47、及形成于壁厚内的环状冷却回路48。由第1及第2上模部件44A、44B的两个部件构成上模44的理由，是因为必须形成冷却回路48的原因。在形成了冷却回路48以后，用螺栓将第1及第2上模部件44A、44B连接使其一体化。
上模44的凹部47，与后述的型芯57共同形成浇道49。即，在上模44的上面开口且与喷嘴孔40连通的部分形成流道50，并与模腔8连通的下端部形成浇口51。在上模44的上面中央，在流道50的周围形成圆锥形凹部53，底板31B的凸起41与凹部53嵌合。形成于凸起41的圆周面上的密封面41a，在凹部53的内壁面上形成密封接合的环状的密封面53a，用这些密封面41a、53a形成密封部C。
当将传递模塑筒31装载于上模44上时，将底板31B的凸起41与上模44的凹部53嵌合，并使密封面41a、53a相互密封接合，这样使喷嘴孔40与流道50自动定位并连通，形成密封部C。密封部C的面积，被设定得比后述的其它两个密封部A、B的各个面积充分地小。另外，在将传递模塑筒31装载于上模44上的状态下，由于将圆筒体31A的下端靠在上模44的上面，所以传递模塑筒31的定位好。由于传递模塑筒31只是放置在上模44上不需要任何固定，所以在推力柱塞32没有受到来自油缸22的推力的状态下，原封不动地装载于上模44上并能以凸起41及凹部53为转轴在水平面内转动。这是后述的浇口切断作业所必须的。
下模45，由第1和第2下模55、56(都是重叠部件)及型芯57构成。第1下模55，由叠层配置的第1和第2下模部件55A、55B构成，并通过隔热材料27被定位固定在模具安装板26上。将第2下模56及型芯57同时定位固定在第1下模55上，进而将上模44同样地定位设置在其上面。上模44与第2下模56相互紧密结合的环状结合部、形成密封部A。第1和第2下模55、56相互紧密结合的环状结合部、形成密封部B。密封部A与密封部B的面积大致相等。
第1下模部件55A，其中央具有贯通型芯57的孔60，并在上面形成包围孔60周围的环状凹部61。凹部61的底面外圆周部，形成有紧密结合着第2下模56下面的密封面61a。
第2下模56，被用作电磁流量计用的测定管本体。第2下模56，由内径比型芯57外径大的圆筒状的管本体56a、整体设在管本体56a的两端开口部、或由焊接固定的同一形状的两个法兰盘56b、56c构成。在管本体56a内，通过间隔垫17配置了由多孔板形成的增强管16。
在各法兰盘56b、56c的配管连接面上，形成可充填成形材料9的环状槽63A、63B。上侧法兰盘56b的环状槽63A的外侧表面，如图5所示，形成紧密结合上模44的密封面65a的密封面63a，由密封面63a、65a形成密封部A。密封面65a，成为形成于上模44下面的环状凹部65的底面的外圆周部。下侧法兰盘56c的环状槽63B的外侧表面，形成紧密结合第1下模55的密封面61a的密封面63b，由密封面61a、密封面63b形成密封部B。
型芯57，由圆柱状的型芯本体57A、与型芯本体57A嵌合的圆筒体57B、由焊接固定在型芯本体57A和圆筒体57B的上面的圆锥体57c构成，并在内部形成冷却管路66。设于型芯57与第1和第2下模55、56之间的空间，形成能充填成形材料9的模腔8。圆锥体57C，与上模44的凹部47保持适当的间隙并被同轴插入，该间隙形成流过成形材料9的浇道49，且与模腔8连通的下端部形成浇口51。
在第1下模55上，直立设置了多个支撑部件70，在支撑部件70的上端螺纹结合着连接螺栓71，其头部与第2上模部件44B的下面靠接。根据成形条件可以选择安装或拆下支撑部件70和连接螺栓71。首先，假定将支撑部件70和连接螺栓71拆下并说明图2。如图2所示，安装支撑部件70和连接螺栓71的状态有待后述。
注射成形用模具30，只是以自重将上模44、下模45及传递模塑筒31重叠配置组装而成。因此完全不具备图16所示的螺栓13和锁模板14或通过液压的锁模机构。在本实施例中，在利用由推力柱塞32对成形材料9施加的力、将3个密封部A、B、C密封并进行形成这一点与以往的模具根本不同。
其次，说明利用这样结构的注射成形装置20，对电磁流量计的测定管本体施加衬里的顺序。
首先，将模具30与传递模塑筒31和成形材料9一起置于加热炉中，加热到规定温度(350～370℃)。在将成形材料9加热溶融期间，将推力柱塞32从传递模塑筒31拆下并保持于室温，在将溶融了的成形材料9注入模腔8的操作之前，安装到传递模塑筒31中。然后，在将被加热了的模具30及传递模塑筒31设置在模具安装板26上以后，驱动油缸22并通过由柱塞33推压推力柱塞32，对推力柱塞32施加规定的推力F1。
推力柱塞32被施加推力F1并将成形材料9加压，则成形材料9就从底板31B的喷嘴孔40通过流道50、浇道49及浇口51被加压注入到模腔8内。用推力柱塞32加压注入成形材料9的时间为两分钟左右，以此用推力柱塞32的注射压力P将模腔8内的空气通过密封部A、B向外部排出。即，密封部A、B，被加工为能排出空气但不排出溶融树脂程度的表面光洁度。由于空气与溶融树脂的各自的粘性大不相同，所以能这样地调节密封部A、B的表面光洁度。
被推力柱塞32加压的成形材料9，向下方对底板31B加压并被从喷嘴孔40注射，但此时通过传递模塑筒31与推力柱塞32的径向间隙(通常单侧为0.3～1.0mm左右)向上方漏出。但是，由于推力柱塞32的温度被设定得比成形材料9的温度低，所以与推力柱塞32接触部分的成形材料9急剧冷却固化而堵塞间隙，起到密封垫的作用，因此溶融的成形材料9不向外部漏出。
然后，溶融的成形材料9，由该压力将固化于间隙的成形材料9向上方推起。固化于间隙的成形材料9，因与传递模塑筒31之间的摩擦力，起到将传递模塑筒31向上方抬起的作用。因此，传递模塑筒31的圆筒体31A的下端，从上模44的上面离开。当销子37不久与底板31B的下面相靠时，传递模塑筒31就被阻止不能再往上抬。在该状态下传递模塑筒31与上模44只在密封部C相接，施加给推力柱塞32的推力P1的大部分被施加给密封部C。如上所述，由于密封部C的面积比密封部A、B的任何一个面积都小，所以在密封部C产生足够大的密封压力，可以防止从密封部C泄漏溶融的成形材料9。
油缸22压下推力柱塞32的力F1，作用于推力柱塞32下面的面积S1上，并在传递模塑筒31内部产生对溶融的成形材料9的注射压力P。受到该注射压力P且产生于底板31B上的力Fn，向下并通过密封部C将上模44压在第2下模56上。严密地讲，是推力柱塞32、传递模塑筒31、成形材料9及上模44的重量也将上模44向下压，但如后所述，相对于向下的力Fn小到可以忽略。第2下模56被压在第1下模55上，以此在其间也产生同样大小的锁紧力。从沿力F1方向看到的底板31B的受压面的投影面积Sn(图3的斜线部)及注射压力P，可以求出对底板31B的模具30的挤压力Fn。
Fn＝P·Sn＝F1·Sn/S1相反地，在模具30上，因注射压力P而产生向上方的推力(从第2下模56将上模44拉开的力)Fm。由上模44的投影面积Sm(图4的斜线部)及注射压力P可以求出该推力Fm。
Fm＝P·Sm＝F1·Sm/S1从而，因对底板3 1B的上模44的挤压力Fn，上模44对第2下模56的密封部A(密封部B也同样)实行挤压的力F为F＝Fn-Fm如果挤压力Fn比推力Fm小，则由于挤压的力F为负值，所以上模44被抬起且密封受到破坏。以密封部A的面积为Sa、产生于密封部A的压力(密封压力)为Pa，则密封压力Pa为Pa＝(Fn-Fm)/Sa＝(Sn-Sm)P/Sa＝F1·(Sn-Sm)/S1·Sa此时，将讨论成形材料9、上模44、第2下模56、传递模塑筒31等的重量、实际上对密封比(密封压力Pa除以注射压力P的值)K有多大程度影响的结果记述如下。在测定管的口径为100mm时和40mm时，成形材料9、上模44、第2下模56、传递模塑筒31等的总重量，分别是21.5Kg、4.3Kg左右。对此，由底板31B产生的挤压力Fn，口径为100mm时为5148Kgf、口径为40mm时为1825Kgf。另外，推力Fm，在口径为100mm时为3382Kgf、口径为40mm时为1378Kgf。因此，由于与这些值相比其总重量极小，几乎对密封比K没有影响，可判定为误差范围而忽略不计。而且，后面将要叙述，密封比K，在口径为100mm时为2.04、口径为40mm时为1.41。
为了防止成形材料9从密封部A漏出，最低条件(必要条件)是密封压力Pa为正值，但要以实验求出需多大程度的压力成形材料9才不漏出。如上式表明，推力柱塞32的推力越高，则注射压力P及密封压力Pa越高。但是，若推力柱塞32的推力过高，则会在成形品中残留内应力，则会成为因变形或裂纹而开列的原因，故最好不要这样。
密封比K由下式表示。
K＝Pa/P＝(Fn-Fm)/Sa·P＝(Sn-Sm)/Sa密封比K，是在设计注射成形用模具30时被决定的无因次数值，用于成形材料9不从密封部A漏出的条件(充分条件)是K＝Pa/P＞CC是在实际成形时、由成形材料9的种类、粘度、温度等决定的数值，是由实验归纳求出的值。表示密封比K比该常数值C小，则成形材料9从密封部A漏出，大则不漏出。
因而，改变密封比K、成形材料9的种类、粘度及温度而进行实际成形，以止住成形材料9漏出的时刻的密封比K值作为常数C。例如，在以密封比K为0.3进行成形时，假定止住了成形材料9从密封部A的漏出，则常数C为0.3。此时，为了使成形材料9不从密封部A漏出，密封比K必需大于0.3。实验时是制造密封面积S大的模具并进行成形，并一点一点减少地切削密封部A而渐渐地减小密封面积S，以此加大密封比K并进行反复的成形。此时，将止住成形材料9从密封部A漏出时的密封比K作为常数值C。
另外，至此以密封部A为例进行了叙述，但关于密封部B也可以同样考虑。并且如前所述，由于密封部C面积小，所以能获得相当大的密封比，实际上没有问题。
在成形材料9的注入结束之后，原封不动地保持油缸22的推力F1，并放置数分钟以便使成形体的残留应力的分布均匀化。随后，向冷却管路66供给作为冷却介质的空气并将模具30从内侧冷却规定时间，使模腔8内的成形材料9固化。模具的冷却有待后述。
在成形材料9固化了以后，转动传递模塑筒31，则可以很容易地在喷嘴孔40与流道50的连接部分切断成形材料9。然后，使上模44与传递模塑筒31一起上升，将第2下模56从第1下模55取出，切断毛刺、浇道49、固化于浇口51部分的成形材料9。第2下模56，作为用衬里材料覆盖内圆周面及法兰盘56b、56c的配管连接端面的测定管使用。继续进行测定管的成形时，将新的第2下模56置于第1下模55上，再在其上设置上模44及传递模塑筒31，并按上述顺序进行成形。
具体是，在使用三井DU PONT FLUOROCHEMICAL公司制的PFA树脂450HP-J作为成形材料9时，被确认为模具温度为360℃、树脂温度为360℃、密封比K为0.32时，不发生树脂的漏出。
在本实施例中，说明的是将如图2所示的支撑部件70及连接螺栓71拆下并进行成形时的情况。但是，当挤压力F＝Fn-Fm大，且模具30、特别是成为成形品的第2下模56壁薄强度低时，第2下模56可能因纵弯曲而塑性变形或被破坏。在此，为了解决这样的问题，以安装支撑部件70及连接螺栓71并成形的情况为第2实施例进行说明。
在本实施例中，是将支撑部件70介于上模44与第1下模55之间，并将连接螺栓71的上端与上模44靠接，用支撑部件70承受从上模44传给第2下模56的挤压力Fn的一部分，以减小施加于第2下模56的挤压力F。
支撑部件70，是能压缩弹性变形的圆柱状，并在靠第1下模55的外围的圆周方向等间隔地垂直设置4根。支撑部件70的上端，位于上模44的第1上模部件44A的下方，且在上端面上设有与连接螺栓71螺纹配合的螺孔73。使用淬火钢作为支撑部件70的材料。
连接螺栓71为淬火钢制，且与各支撑部件70的螺孔73螺纹配合，能调节其头部以便与上模44下面靠接。另外，其它的结构，与上述的第1实施例相同。
在这样结构的注射成形模具30上，当对推力柱塞32施加挤压力F1并将传递模塑筒31内的溶融的成形材料9加压注入到模具30的模腔8时，挤压力Fn施加于模具30、通过模具30施加于支撑部件70上。此时，主要是支撑部件70挠曲，支撑部件70的弹力(反作用力)R起到作用于上模44的顶杆的功能。以此，由于减小了施加于模具30的挤压力F，所以即使第2下模56的强度低，也不会因纵弯曲而塑性变形或被破坏。因此，也能适用于以需要高压的树脂的加衬，或强度低的测定管的成形。
下面，说明注射成形模具30的密封比K。
支撑部件70及第2下模56因注射压力P只缩短Δ1。
Δ1＝Fr/E·1/Sr·Lr＝Fp/E·1/Sp·Lp……(1)∴ Fr＝Sr/Sp·Lp/Lr·FpFp＝Sp/Sr·Lr/Lp·Fr……(2)
〔根据Δ1/Lr＝σ/E 〕P注射压力Sn从底板的上方看的投影面积Sm从上模的下方看的投影面积Sa密封面积Sr支撑部件(支撑部件本体)的截面积Sp第2下模的截面积Fn由注射压力P产生的底板向下的力(＝P·Sn)Fm由注射压力P产生的上抬模具的力(＝P·Sm)Fr施加于支撑部件的力Fp施加于第2下模的力Lp第2下模法兰盘之间的长度Lr支撑部件的长度Δ1支撑部件的收缩量E支撑部件的纵弹性模量(假定与第2下模的纵弹性模量相同)n支撑部件的根数另外，假定第2下模56的法兰盘部56b、56c及连接螺栓71不变形。力的平衡如(3)式所示。(Fn-Fm)＝nFr+Fp……(3)将(2)式代入(3)式(Fn-Fm)＝nFr+Sp/Sr·Lr/Lp·Fr(Fn-Fm)＝n·Sr/Sp·Lp/Lr·Fp+Fp∴Fr＝(Fn-Fm)/(n+Sp/Sr·Lr/Lp)∴Fp＝(Fn-Fm)/(n·Sr/Sp·Lp/Lr+1)……(4)用(4)求出密封比K。密封压力Pa如下式表示。Pa＝Fp/Sa＝(Fn-Fm)/Sa{(n·Sr/Sp·Lp/Lr)+1}……(5)用P除以(5)式的两边求出密封比K。Pa/P＝1/P·P(Sn-Sm)/Sa{(n·Sr/Sp·Lp/Lr)+1}……(6)Pa/P＝(Sn-Sm)/Sa·1/{(n·Sr/Sp·Lp/Lr)+1}……(7)(7)式的前项表示通常的密封比，后项表示用支撑部件的减少部分，密封比的减低小率如下式所示。
{n·(Sr/Sp·Lp/Lr)+1}＞1→1/{n·(Sr/Sp·Lp/Lr)+1}＜1……(8)图6是本发明的第3实施例的注射成形用模具。
本实施例，表示的是适用于第2下模56的法兰盘156b、156c的外径大且面间距离(配管连接端面间的距离)长的测定管的情况。在本实施例中，将多根能弹性形变的支撑部件170设在第2下模56的法兰盘156b、156c之间，用两根连接螺栓171将各支撑部件170与第2下模56的上侧及下侧法兰盘156b、156c连接。支撑部件170，在上端面和下端面上具有能拧入螺栓171的螺孔173。其它的结构，与上述第1实施例相同。
在这样的结构中，由于支撑部件170具有支撑杆的功能，将上下法兰盘156b、156c保持大致一定的间隔，所以第2下模56不会因挤压力Fn而产生纵弯曲或被破坏。
图7是本发明的第4实施例的注射成形用模具。
本实施例，与第1实施例一样，表示的是适用于第2下模56的法兰盘56b、56c的外径小的薄壁型测定管的情况。在本实施例中，将由能弹性形变的圆筒体构成的支撑部件270设在上模44与第1下模55之间，用上面直接支撑上模44。其它的结构，与上述第1实施例相同。
以这样的结构，也能获得与上述2实施例同样的效果。但是，由于注射成形时的热停滞于支撑部件270内而延迟了模具30的冷却，所以最好在注塑结束以后不仅向模具30的内部也向外部的支撑部件270周围供给冷却用空气以提高冷却效果。
图8是本发明的第5实施例的注射成形用模具。
在电磁流量计的测定管为法兰盘型时，通常是将法兰盘56b、56c嵌合在管本体56a两端部外圆周上以后、用焊接结合而制造构成测定管的第2下模56。因此，尺寸精度低且管本体56a与法兰盘56b、56c的轴线不一致，或法兰盘56b、56c相对倾斜地被装在管本体56a上。所以，在注射成形时，会有产生衬里材料壁厚的偏差或增强管16的表面露出外部的废品的问题。这样的问题，特别是由于配管连接端面之间的距离越长的测定管，其壁厚偏差越大，所以是明显降低成形品质量的主要原因。
本实施例就是要解决该问题。另外，与上述的第1实施例相同的构成要件用相同符号表示，并省略其说明。
在图8中，注射成形用模具30，由上模44、下模45及浇口环110构成，内部具有冷却机构66。上模44，具有形成于下面中央的圆锥形凹部47，并通过浇口环110被设置在下模45上。下模45，由第1及第2下模55、56、及型芯57构成。上模44与第1下模55之间，由多根支撑部件70及连接螺栓71连接。
第2下模56为圆筒状，被定位设置在第1下模55上。作为第2下模56的电磁流量计用的测定管，由管本体56a、分别嵌合在管本体56a两端部外圆周面上并用焊接138结合的上下一对法兰盘56b、56c构成。通过间隔垫17将用多孔板形成的增强管16固定在管本体56a的内部。
模具30的冷却机构66，具有第1～第6冷却管路116A～116F。第1冷却管路116A，由形成于第1下模部件55A的下面侧的环状槽135、形成于第2下模部件55B且与环状槽135连通的空气供给口136及空气排放口137构成。空气供给口136与空气供给源(未图示)连接，空气排放口137向大气开放。
第2～第5冷却管路116B～116E被形成于型芯57的内部，具有沿轴线方向隔开且形成于型芯本体57A的外圆周面上的环状槽150～153。环状槽150～153，如图10和图11A～11D所示，通过连通通道156a～156d、157a～157d、分别与形成于型芯本体57 A的内部的空气供给通道154a～154d及空气排放通道155连通。空气供给通道154a～154d，由开放于型芯本体57A下面的不通孔构成，并沿圆周方向按规定角度隔开地形成于空气排放通道155的周围。即，如图10所示，空气供给通道154a～154d，按顺时针方向每隔135°形成一个。
因此，空气供给通道154b，相对于空气供给通道154a沿顺时针方向离开135°，空气供给通道154c相对于空气供给通道154b沿顺时针方向离开135°，空气供给通道154d相对于空气供给通道154c沿顺时针方向离开135°。空气排放通道155，由开放于型芯本体57A下面中央的不通孔构成，具有比空气供给通道154a～154d大的孔径。
在第2下模部件55B上，如图9所示，形成有与各空气供给通道154a～154d、空气排放通道155连通的通道160a～160d、161。通道160a～160d、161，由贯通第2下模部件55B的上下面的通孔形成。通道160a～160d与空气供给源(未图示)连接，通道161开放于大气。第6冷却管路116F，具有形成于上模44内的环状槽48、与环状槽48连通的空气供给口118以及空气排放口119。空气供给口118与空气供给源(未图示)连接，空气排放口119向大气开放。
浇口环110，将型芯57定位于第2下模56上，并且将浇道49与模具30的模腔8连通。浇口环110，能位于上模44与第2下模56之间并可灵活装卸地被嵌装于圆筒体57B的上端部外圆周上。因此，浇口环110，如图12、图13所示，型芯57具有贯通的中心孔168，中心孔168与型芯57的配合公差，设定为使该两部件的轴线大概一致的大小。浇口环110的上面为平坦面，如图14所示，通过与上模44的环状槽121嵌合并紧密结合、而形成密封部A1。浇口环110的上面110a的一部分与环状槽121的底面121a的一部分，通过相互紧密结合而形成密封面，以这些密封面形成密封部A1。
浇口环110在下面侧具有环状槽169，环状槽169与凸出设于第2下模56上侧法兰盘56b的配管连接面上的凸起142a嵌合。凸起142a与环状槽169相互紧密结合的部分，形成密封面142b、169a，并以这些密封面形成密封部A2。密封面142b，为凸起142a的上面，密封面169a为环状槽169的底面。
另外，浇口环110，具有通过环状槽169将由上模44和型芯57形成的浇道49与模具30的模腔8连通的浇口170。浇口170，如图12所示，由形成于以浇口环110的中心为圆心的同一圆周上的通孔组成的多个小直径浇口170A及大直径浇口170B构成。小直径浇口170A及大直径浇口170B相互交错间隔地形成，如图14所示，其位于靠上侧法兰盘56b的环状槽63A的外圆周位置。
用凸起142a与环状槽169的嵌合将浇口环110，设置在上侧法兰盘56b的上面上，则型芯57被定位为中心与第2下模56一致。因此，型芯57被配置为能相对于第1下模55向径向稍微移动。
下面，说明用这样结构的注射成形装置100成形电磁流量计的测定管的顺序。首先，将模具30设置在模具安装板26(图1)上。此时，用浇口环110将型芯57定位。即，在将型芯57的上部预先嵌合于浇口环110的环状槽169内的状态下，将浇口环110与上侧法兰盘56b的环状凸起142a嵌合。以此，第2下模56与浇口环110的轴线一致，且型芯57的轴线也被强制地与第2下模56的轴线一致。因此，型芯57不会与第2下模56相对位移或倾斜，将第1及第2下模45、46的中心定位。
用浇口环110将型芯57定位以后，再将上模44的环状槽121从上方嵌合在浇口环110上，并使上模44与第2下模56的轴线一致，然后再将传递模塑筒31设置在其上。
然后，将模具30与传递模塑筒31和成形材料9一起置于加热炉中，加热到规定温度(350～370℃)。用推力柱塞32将溶融的成形材料9加压并通过喷嘴孔40、流道50和浇道49慢慢地加压注入模腔8内。注入时间为两分钟左右，因推力柱塞32的注射压力P，模腔8内的空气从密封部A1、A2、B向外部排出。
通过向下压推力柱塞32，将溶融的成形材料9加压，则成形材料9对底板31B向下方加压并被从喷嘴孔40注射。与此同时，溶融的成形材料9从传递模塑筒31与推力柱塞32之间的间隙(通常单侧为0.3～1.0mm)向上方漏出。但是，由于推力柱塞32的温度被设定得比成形材料9的温度低，所以与推力柱塞32接触部分的成形材料9被急剧冷却固化。因此，在与传递模塑筒31之间产生摩擦力，而起到将传递模塑筒31向上方抬起的作用。此时，底板31B以推力柱塞32的注射压力P推压销子37，以阻止传递模塑筒31向上方的抬起。
一旦由推力柱塞32将溶融的成形材料9加压并注入模具30的模腔8内时，注射压力P就直接加压于模具30整体并将模具30压缩。此时，支撑部件70也受到注射压力P而稍微弯曲，并对上模44施加相对于注射压力P的反力。因此，第2下模56不会因注射压力P而产生塑性形变或被破坏，即使是需要高压的树脂，或是强度低的成形品都可以成形。
图15是模具30的冷却顺序。在冷却的全过程中，由油缸持续向推力柱塞32施加推力F1，并持续保持残留于传递模塑筒31内部的溶融的成形材料9的压力P。在成形材料9注入结束了以后，静置数分钟以便使成形体的残留应力的分布均匀化。然后，按规定的时间依次向第1～第6冷却管路116A～116F供给压缩空气200，将模具30冷却，使模腔8内的成形材料9从下向上慢慢地固化。这样，可根据由模腔8内的成形材料9的固化而产生的体积收缩，从传递模塑筒31补充溶融的成形材料9，从而获得无塌陷的成形体。
当成形材料9完全固化完成了成形以后，开模并取出作为成形品的第2下模56。在取出成形品时，首先转动传递模塑筒31以便将浇道49内的成形材料9从底板31B上切断。然后，使上模44与传递模塑筒31一起上升并将第2下模56从第1下模55中取出，切断飞边、固化于浇道49部分的成形材料9。该被取出的第2下模56，作为用衬里材料覆盖内圆周面以及法兰盘56b、56c的配管连接端面的测定管使用。
当继续进行测定管的成形时，将另外的第2下模56设置在第1下模55上，再在其上设置上模44和传递模塑筒31，并按上述顺序进行成形。
下面，说明成形材料9不从密封部A1、A2、B漏出的理由。
(1)不使用支撑部件70的情况在用推力柱塞32将溶融的成形材料9加压注入模具30的模腔8时，对应于推力柱塞32的推力，注射压力P产生于模具30整体。因此，在底板31B上产生向下方的推力(挤压力)Fn，并将上模44压在第2下模56上，以此在上模44与第2下模56之间产生锁模力。同样，第2下模56被压在第1下模55上，以此在其间也产生同样的锁模力。对底板31B的模具30的挤压力Fn，可由底板31B的投影面积Sn和注射压力P求出。
Fn＝P·Sn相反，因注射压力P对模具30产生向上方的推力(从第2下模56使上模44分离的力)Fm。该推力Fm，可由上模44的投影面积Sm和注射压力P求出。
Fm＝P·Sm从而，因对底板31B的上模44的挤压力Fn而对模具30的密封部A1、A2、B挤压的力F为F＝Fn-FmFn若小于Fm，则上模44被上抬起而密封被破坏。
以各密封部A1、A2、B的面积为S1、S2、S3，以产生于各密封部A1、A2、B的压力(密封压力)为Pa1、Pa2、Pa3，则密封部A1、S2、S3的密封压力Pa1、Pa2、Pa3为Pa1＝(Fn-Fm)/S1＝(Sn-Sm)P/S1Pa2＝(Fn-Fm)/S2＝(Sn-Sm)P/S2Pa3＝(Fn-Fm)/S3＝(Sn-Sm)P/S3密封比K(K1、K2、K3)为将密封压力Pa1、Pa2、Pa3除以注射压力P的值Pa1/P、Pa2/P、Pa3/P。密封比K是在设计模具时被决定的无因次数值。如果将密封比K设计的比某数值大，则成形材料9不从密封部A1、A2、B漏出，而小则漏出。决定是否漏出的临界值，是由成形材料9决定的常数值C，因成形材料9的种类、粘度、成形温度而异。
成形材料9、上模44、第2下模56、传递模塑筒31等的总重量(口径为100mm时21.5Kg、口径为40mm时4.3Kg左右)，如上所述，与由底板31B产生的挤压力Fn及推力Fm相比总重量极小。因此，对密封比K1、K2、K3的影响也极小，可判定为误差范围而忽略不计。总之，密封比K1、K2、K3几乎不受成形材料9、上模44、第2下模56、传递模塑筒31等重量的影响。另外，密封比K1、K2、K3，在口径为100mm、口径为40mm的任何情况都为1～3。
为了防止成形材料9从密封部A1、A2、B漏出，最低条件是密封压力Pa1、Pa2、Pa3分别为正值。如上式所表明，推力柱塞32的推力越高，则注射压力P变高，且可以使密封压力Pa1、Pa2、Pa3变高。但是，若推力柱塞32的推力过高，则会在成形品中残留内应力，则会成为因变形或裂纹而开列的原因，故最好不要这样。
各个密封比K1、K2、K3，在设计注射成形装置100时决定。
但是，在如上述的实际成形中，当比因成形材料9的种类、粘度、成形温度所决定的常数值C小的时候，成形材料9从密封部A1、A2、B漏出，大的时候则不漏出。常数值C，是由实验归纳求出的数值，改变密封比K1，K2，K3、成形材料9的种类、粘度及温度并进行实际成形，以止住成形材料9漏出时刻的值作为密封比K1，K2，K3。例如，在以密封比K1为0.3进行成形时，假定止住了成形材料9从密封部A1的漏出，则常数C为0.3。因此，为了使成形材料9不从密封部A1漏出，密封比K1必需大于0.3。即，为了使成形材料9不从密封部A1，A2漏出，则必须满足的条件是Pa/P＞C在实验时，制造密封面积S1、S2、S3大的模具并进行成形，并一点一点减少地切削密封部A1、A2、B而使密封面积S1、S2、S3渐渐地减小，以此加大密封比K1、K2、K3并进行反复的成形。将止住成形材料9从密封部A1、A2、B漏出时的密封比K1、K2、K3作为常数值C。
(2)使用支撑部件70的情况在使用支撑部件70时，由于用上模44和支撑部件70承受注射压力P，所以施加于密封部A1、A2、B的挤压力F变小。从而，减少了密封比K1、K2、B。
在这样的注射成形装置100中，由于也没有将模具30锁模的需要，所以与图16所示的以往的注射成形用模具4相比，结构简单可以减少零件数量。并且，可以缩短注射成形周期并提高生产率。
由于型芯57被设置的能在第1下模55上沿径向移动，所以能将浇口环1 10设置并定位于第2下模56上。此时，浇口环110将型芯57与第2下模56定位，使轴线大概一致。因此，不发生壁厚偏差，可以提高成形体的壁厚尺寸精度，可以降低废品率。
另外，由于将浇口环110的浇口170由相互隔开的多个小直径浇口170A及大直径浇口170B构成，所以能防止产生对缝。即，若用相同大小的多个孔构成浇口170，则刚刚通过各孔的成形材料9总是形成速度大致一样的层流而相互接触。因此，其接触部分能成为对缝并在成形品的表面上呈现纹路。为了将对缝的产生降到最小限度，有效的方法是缩小浇口直径并且缩小浇口间隔。但是，浇口直径和成形材料的易流动性一般与浇口直径的3次方成正比。因此，浇口直径越小越难于流动，且成形的时间越长，是成形不良的原因，所以最好不要这样。
在此，在用孔径大小不同的两种浇口170A、170B构成浇口170并将其相互交错地排列进行实验时，可以明显地减少对缝的产生。虽然对缝减少的理由不是很明确，但被认为是由于通过小直径浇口170A和大直径浇口170B的成形材料9的流速不同，所以即使刚通过各浇口的成形材料9为层流，也会相互接触并因速度不同而相互混合，从而难于产生对缝。
在上述各个实施例中，所述的都是适用于对测定管的内圆周面及法兰盘的配管连接面施加衬里的注射成形装置的情况，但本发明对此没有任何特别限定。例如，容器或杯状物，特别是在半导体制造工厂的超净室使用的物品，由于大多是100％氟类列树脂的制品，所以，用本发明的注射成形装置，能更廉价地制造。另外，不局限于管状的成形品，例如也可以适用于板状的成形品。
另外，在上述实施例中，所述的成形品是测定管，所以是将模具30的下模45由第1和第2下模55、56以及型芯57构成且用测定管构成第2下模56的情况，但也可以根据成形品只用一个下模和上模构成模具。
另外，模具的密封部A(A1、A2)，B不局限于水平面，也可以是斜面。另外，作为推力柱塞32的推力施加机构，也可以不是用油缸22使柱塞33下降而推压推力柱塞32的结构，相反，可以将推力柱塞32固定，用液压千斤顶使模具30上升，以此对推力柱塞32相对地施加推力。
根据如上所述的本发明，由于利用用于对成形材料加压而施加的推力，将喷嘴孔周围的密封面与浇口周围的密封面，以及各重叠部件的密封面一起紧密结合，所以不需要设置以往的锁模机构，可以使结构简单化。
另外，根据各成形材料，可以决定密封压力，以便使成形材料不从各密封面漏出，可以适当地设计模具。另外，由于将成为成形体的零件的一部分兼用作模具，所以不需要另外的模具。另外，当重叠部件的机械强度不足时，可以减弱施加于该重叠部件的力，以防止重叠部件产生塑性形变或破坏。另外，在将容器设置于模具的上面上时，由于构成容器的筒体的下端与模具的上面靠接，所以容器的设置良好，并能容易地进行喷嘴孔与浇口的对位作业。
并且，在用推力施加机构对推力柱塞施加推力时，成形材料进入推力柱塞的外圆周面与容器的筒体内圆周面的间隙而固化，并将筒体向上方抬起，但筒体稍微上升时止动部件与底板相靠，筒体的上升停止。由于筒体的下端从模具的上面离开，所以推力从喷嘴孔周围的密封面只传递给浇口周围的密封面。从而，因获得了大密封压力，而成形材料不从这些密封面之间漏出。
权利要求
1.一种注射成形装置，设有收容成形材料的容器，所述容器，在其底部具有注射成形材料的喷嘴孔以及形成于所述喷嘴孔周围的第1密封面，和由重叠在所述容器的下侧的多个重叠部件构成、并被充填从所述容器注射的成形材料的模具，所述模具，具有在上部与所述喷嘴孔连通的流道以及形成于所述流道周围的第2密封面，各个所述重叠部件，在相互接触的部分具有第3密封面，和对所述容器内的成形材料加压的推力柱塞，和对所述推力柱塞施加推力、且通过所述容器内的成形材料对所述推力柱塞及所述模具的一方加压的推力施加机构，所述推力施加机构，通过对所述推力柱塞施加相对于所述模具向下的推力，使所述第1密封面与所述第2密封面、以及所述第3密封面彼此紧密配合。
2.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于所述第1～第3密封面被形成为环状，且所述第1密封面与所述第2密封面及所述第3密封面之间沿全圆周紧密结合。
3.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于以被所述推力柱塞施加压力的成形材料的注射压力为P、施加在所述第3密封面之间的密封压力为Pa、由成形材料的材质决定的常数值为C，则Pa/P＞C成立。
4.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于所述重叠部件当中至少有一个构成成形体的一部分。
5.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于还具有抵抗所述推力柱塞的推力并支撑所述重叠部件的任意一个的、能弹性形变的支撑部件。
6.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于所述容器，由两端开放的筒体，和具有所述喷嘴孔、且能上下移动地与所述筒体下端嵌合的底板，和形成于所述底板下方的所述筒体内圆周面上、并在成形材料注射时与所述底板接触而限制其向上方移动的止动部件构成。
7.一种注射成形方法，具有进行将成形材料收容于容器内、将从所述容器注射的成形材料充填于由多个重叠部件构成的模具内、向推力柱塞施加推力并通过所述容器内的成形材料对所述推力柱塞及所述模具的一方施加压力、利用所述推力柱塞的推力将所述模具锁模的各个步骤。
8.根据权利要求7所述的注射成形方法，其特征在于以成形材料的注射压力为P、施加在所述重叠部件之间的密封部的密封压力为Pa、由成形材料的材质决定的常数值为C，则Pa/P＞C成立。
9.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于所述重叠部件，由上模、具有型芯的下模组装体构成，所述下模组装体，由重叠的第1和第2下模构成。
10.根据权利要求9所述的注射成形装置，其特征在于所述第1下模，由重叠的第1和第2下模部件构成。
11.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于还具有相互独立地形成于所述重叠部件内部且冷却所述模具的多条冷却管路，所述冷却管路，按照从喷嘴孔远离的顺序供给冷却介质。
12.根据权利要求1所述的注射成形装置，其特征在于还具有作为所述重叠部件且构成所述模具的上模及下模、可沿水平方向移动地设置于所述下模内的型芯、形成于所述型芯的上部与所述上模之间且与所述喷嘴孔连通的浇道、具有连通所述浇道和所述模具内的浇口并将所述型芯定位于所述下模的浇口环。
全文摘要
一种注射成形装置以及注射成形方法，由上模(44)和下模(45)构成模具(30)。另外，由第1、第2下模(55)、(56)及型芯(57)构成下模(45)。将第1、第2下模(55)、(56)和上模(44)重叠配置。从设于传递模塑筒(31)的底板(31B)的喷嘴孔(40)、将溶融的成形材料(9)注入模具(30)的模腔(8)内，并将第2下模(56)作为成形品取出。以成形材料(9)的注射压力为P，以密封压力为Pa，以由成形材料(9)决定的常数值为C，则满足以下条件Pa/P＞C。
文档编号B29C45/02GK1481300SQ02803349
公开日2004年3月10日 申请日期2002年10月9日 优先权日2001年10月15日
发明者关宏治, 杉山信幸, 小川真吾, 小黑直辉, 吾, 幸, 辉 申请人:株式会社山武