注塑成型机以及发泡成型体的制造方法与流程

本发明涉及一种发泡成型用的注塑成型机以及发泡成型体的制造方法。

背景技术：

本申请的申请人在专利文献1中公开了以往的发泡成型用的注塑成型机的一个例子。该注塑成型机在加热筒头内内置有套筒。该套筒具有由多孔材料形成的部分，在该部分开设有构成树脂通路的一部分的中心孔。并且，在套筒的周围形成有超临界状态的co2气体或n2气体等(将它们总称为“物理发泡剂”)的导入空间，喷射到导入空间的物理发泡剂穿过多孔材料所具有的微小的空孔从而供给至树脂通路内。

专利文献1：日本特开2012-232558号公报

技术实现要素：

为了生成超临界状态的物理发泡剂，这种注塑成型机将co2气体或n2气体等原料气体升压至20～30mpa左右。但是，难以控制这种高压流体即物理发泡剂的供给量，若物理发泡剂的量产生偏差，则会存在成形品的品质也产生偏差的问题。另外，由于需要使原料气体变为高压的升压泵，因此存在装置的价格变高的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够使用低压的原料气体来进行发泡成型的注塑成型机以及发泡成型体的制造方法。

为了达成上述目的，本发明的一实施方式的注塑成型机为用于发泡成型的注塑成型机，其特征在于，具有缸；螺杆，容纳在所述缸中；螺杆驱动部，使所述螺杆旋转以及前进后退；以及套筒构件，嵌入所述缸的前端部；所述套筒构件具有筒状部，所述筒状部构成所述缸的前端部的树脂流路的一部分，所述筒状部具有气体能够穿过的多孔部分，在所述缸的前端部，在所述筒状部的周围设置有用于导入原料气体的导入空间，当向所述导入空间中导入原料气体时，所述螺杆驱动部以使所述树脂流路内的树脂材料的压力高于该原料气体的压力的方式驱动所述螺杆。

根据本发明，嵌入缸的前端部的套筒构件具有筒状部，该筒状部构成树脂流路的一部分。该筒状部具有气体能够通过的多孔部分，在缸的前端部，在该筒状部的周围设置有用于导入原料气体的导入空间。并且，当向导入空间中导入原料气体时，以使树脂流路内的树脂材料的压力高于该原料气体的压力的方式，驱动螺杆。通过这样，使树脂流路内的树脂材料的压力变高，从而位于树脂流路内的原料气体的压力也变高，因此能够促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料中。因此，能够使用较低压力的原料气体来进行发泡成型，并能够抑制品质的偏差并降低装置成本。

在本发明中，当向所述导入空间中导入原料气体时，所述螺杆驱动部以使所述树脂流路内的树脂材料的压力成为使所述原料气体在所述树脂流路内为超临界状态的压力的方式，驱动所述螺杆。通过这样，能够使原料气体在树脂流路内为超临界状态，从而能够进一步促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料中。

在本发明中，优选地，当向所述导入空间中导入原料气体时，所述螺杆驱动部以使所述树脂流路内的树脂材料的压力变为20～40mpa的方式，驱动所述螺杆。通过这样，原料气体在树脂流路内为超临界状态或与之接近的状态，从而能够进一步促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料中。

在本发明中，优选地，在向所述导入空间中导入原料气体之前，所述螺杆驱动部以使所述树脂流路内的树脂材料的压力低于该原料气体的压力的方式，驱动所述螺杆。通过这样，能够使导入到导入空间中的原料气体容易地穿过套筒构件的筒状部的多孔部分，从而能够有效地向树脂流路供给原料气体。

在本发明中，优选地，所述注塑成型机还具有开闭机构，所述开闭机构用于打开关闭所述树脂流路的出口，在通过所述螺杆驱动部驱动所述螺杆而使所述树脂流路内的树脂材料的压力高于所述原料气体的压力之前，所述开闭机构关闭所述出口。通过这样，能够抑制树脂流路内的树脂材料从出口流出，从而能够高效地提高树脂流路内的树脂材料的压力。

在本发明中，优选地，所述螺杆具有防止逆流功能，防止将所述缸内的树脂材料向前方注射时该树脂材料逆流。通过这样，能够抑制缸内的树脂材料的逆流，从而能够有效地提高树脂流路内的树脂材料的压力。

在本发明中，优选地，所述注塑成型机还具有原料气体供给部，所述原料气体供给部用于供给向所述导入空间导入的原料气体，所述原料气体供给部能够供给的原料气体的最大压力为3～7mpa。通过这样，能够供给的原料气体的最大压力较低，因此能够容易地控制原料气体的供给量，从而能够抑制成形品的品质的偏差。另外，不需要使原料气体变为高压的升压泵等，因此能够降低装置成本。

为了达成上述目的，本发明的另一实施方式的发泡成型体的制造方法，在注塑成型机中使用，所述注塑成型机具有：缸；螺杆，容纳在所述缸中；螺杆驱动部，使所述螺杆旋转以及前进后退；以及套筒构件，嵌入所述缸的前端部；所述套筒构件具有筒状部，所述筒状部构成所述缸的前端部的树脂流路的一部分，所述筒状部具有气体能够穿过的多孔部分，在所述缸的前端部，在所述筒状部的周围设置有用于导入原料气体的导入空间，该发泡成型体的制造方法的特征在于，当向所述导入空间中导入原料气体时，驱动所述螺杆，使所述树脂流路内的树脂材料的压力高于该原料气体的压力。

根据本发明，通过使树脂流路内的树脂材料的压力变高，从而使位于树脂流路内的原料气体的压力也变高，因此能够促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料中。因此，能够使用较低压力的原料气体来进行发泡成型，从而能够抑制品质的偏差并降低装置成本。

根据本发明，能够使用低压的原料气体进行发泡成型。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的注塑成型机的主要部分的剖视图。

图2是图1的注塑成型机所具有的套筒构件的立体图。

图3是示出图1的注塑成型机的控制部以及被其控制的各功能部的图。

图4是用于说明图1的注塑成型机的塑化动作的图。

图5是用于说明图1的注塑成型机的减压动作的图。

图6是用于说明图1的注塑成型机的加压动作的图。

图7是用于说明图1的注塑成型机的注射动作的图。

图8是用于说明图1的注塑成型机的产品取出动作的图。

附图标记说明

1…注塑成型机、10…缸、11…缸主体、12…缸前端部、13…加热装置、14…树脂流路、15…导入空间、16…管路、17…注塑口、20…套筒构件、21…筒状部、22…凸缘部、23…内侧空间、24…基体材料部分、25…多孔部分、30…螺杆、31…螺杆主体、32…螺杆头、33…头部、34…轴部、35…止逆环、36…座、37…环状流路、40…开闭机构、41…阀体、42…摆动构件、43…气缸、44、45…连结销、46…驱动轴、50…原料气体供给部、51…压力调整部、52…供给量调整部、60…螺杆驱动部、70…合模驱动部、80…控制部、k…模具、k1…移动模具、k2…固定模具、c…型腔、r…流道、p…树脂材料、s…产品、l0…基准位置、l1…塑化结束位置、l2…减压位置、l3…加压位置、l4…注塑结束位置

具体实施方式

以下，参照图1～图8，对本发明的一实施方式的注塑成型系统进行说明。

图1是用于说明本发明的一实施方式的注塑成型机的主要部分的剖视图。图2是图1的注塑成型机所具有的套筒构件的立体图。图3是示出图1的注塑成型机的控制部以及被其控制的各功能部的图。图4～图8是用于说明图1的注塑成型机的动作的图，依次与塑化动作、减压动作、加压动作、注射动作以及产品取出动作相对应。在以下的说明中，“上下”与图1、图4～图8的上下相对应。另外，“前后”是指缸的前端侧以及后端侧，其与图1、图4～图8的左右相对应。

本实施方式的发泡成型用的注塑成型机1，向具有移动模具k1以及固定模具k2的模具k的型腔c中注射树脂材料p来制造发泡成型体即产品s，在该树脂材料p中浸渗和扩散有co2气体或n2气体等原料气体。

如图1所示，注塑成型机1具有缸10、套筒构件20、螺杆30、开闭机构40以及原料气体供给部50。

缸10具有圆筒形状的缸主体11以及安装在缸主体11的前端(图1左侧)的缸前端部12。在缸主体11的外周面例如设置有多个由带式加热器构成的加热装置13。加热装置13也可以设置在缸前端部12。缸前端部12形成有与缸主体11连通的树脂流路14。在缸前端部12嵌入有图2所示的套筒构件20。

套筒构件20具有圆筒形状的筒状部21以及设置在筒状部21的两端的圆形的凸缘部22、22。筒状部21插入树脂流路14的中途，以使筒状部21的内侧空间23形成为缸前端部12的树脂流路14的一部分。即，筒状部21构成树脂流路14的一部分。

套筒构件20是通过对金属粉末(包括合金粉末)进行激光加工而得到的。若向金属粉末照射高强度的激光，则金属粉末完全溶解，并在固化后形成为基体材料(bulkmaterial)。另一方面，若照射低强度的激光，则仅金属粉末的一部分溶解，并在固化后形成为多孔烧结金属。

例如，在加工台上形成平面形状为环状且具有规定的厚度的金属粉末层并进行激光加工。然后，通过重复进行金属粉末层在厚度方向上的层叠和激光加工，能够得到具有预期的结构以及形状的套筒构件20。具体而言，能够通过对金属粉末层沿着周向照射高强度的激光，使周向整体变为基体材料，或通过照射低强度的激光，使周向整体变为多孔烧结金属。或者，通过交替切换高强度的激光以及低强度的激光，能够以在周向交替排列的方式形成基体材料部分和多孔烧结金属部分，并且通过使基体材料部分在厚度方向或周向上相连，能够将其作为加强结构。多孔烧结金属的孔隙率能够通过改变激光的功率来进行调整。

在本实施方式中，套筒构件20的筒状部21一体地具有格子状的基体材料部分24以及多孔部分25，该多孔部分25由配置在基体材料部分24的格子内的多孔烧结金属构成。通过使多孔部分25变多，能够高效地向树脂流路14的一部分即内侧空间23供给原料气体。筒状部21的孔隙率为60％。优选筒状部21的孔隙率为5％～80％。若孔隙率小于5％，则会阻碍原料气体的穿过，从而不能充分地供给原料气体。另外，若孔隙率大于80％，则机械强度会成为问题。凸缘部22、22整体为基体材料。

在缸前端部12中，在套筒构件20的筒状部21的周围设置有导入原料气体的圆筒形状的导入空间15。另外，在缸前端部12中，设置有与导入空间15连通的管路16。管路16的一端在缸前端部12的上表面有开口，并与后述的原料气体供给部50连接。缸前端部12的树脂流路14的出口即注塑口17与形成在固定模具k2上的流道r连通。

如图1所示，螺杆30具有螺杆主体31以及安装在螺杆主体31的前端的螺杆头32。

螺杆主体31呈圆柱形状，并在外周面设置有螺棱(screwflight)。螺杆主体31的后端部(图1右侧的端部，未图示)与后述的螺杆驱动部60连结。

螺杆头32具有圆锥形状(锥形)的头部33、与头部33的后端同轴地相连的圆柱形状的轴部34、防止逆流用的止逆环35以及设置在轴部34与螺杆主体31之间的圆形的座部36。

止逆环35呈圆筒形状，外径与缸主体11的内径大致相同，且内径大于轴部34的外径。轴部34在止逆环35的内侧穿过，且止逆环35能够相对于轴部34在前后方向上移动。换言之，止逆环35有游隙地套在轴部34上。

在止逆环35与轴部34之间形成有环状流路37。若止逆环35相对于轴部34向前方移动，则能够在止逆环35与座部36之间形成间隙。由此，树脂材料能够在环状流路37中流动。另外，若止逆环35相对于轴部34向后方移动，则止逆环35与座部36抵接，从而间隙消失。由此，限制了树脂材料在环状流路37中向后方流动(逆流)。即，螺杆30具有防止逆流功能。

开闭机构40具有阀体41、摆动构件42以及气缸43。阀体41被设置为能够在缸前端部12的树脂流路14内沿着前后方向移动。对于摆动构件42，其中间部通过连结销44以能够转动的方式安装在缸前端部12，且其上端部与阀体41的后端抵接，且其下端部通过连结销45以能够转动的方式安装在气缸43的驱动轴46。若驱动轴46被拉入气缸43内，则阀体41被摆动构件42的上端部推动而向前方移动，从而关闭注塑口17。通过将驱动轴46从气缸43推出，使摆动构件42的上端部向后方移动。螺杆30通过注射动作而前进，阀体41被施加树脂压力而向后方移动，从而打开注塑口17。此外，对于在模具k中设置有闸阀的结构等，也可以省略开闭机构40。

原料气体供给部50通过缸前端部12的管路16与导入空间15连接，向导入空间15中供给co2气体或n2气体等原料气体。原料气体供给部50具有：压力调整部51，用于对供给的原料气体的压力进行调整；以及供给量调整部52，用于对原料气体的供给量进行调整。

压力调整部51以使原料气体的压力变为规定的压力的方式进行调整。对于压力调整部51来说，压力调整部的结构为如下等任意结构，例如，在容纳于储气瓶中的原料气体的压力低的情况下，由升压泵构成，该升压泵将压力升压至规定的压力，或者在原料气体的压力高的情况下，由减压泵构成，该减压泵将压力减压至规定的压力。在本实施方式中，压力调整部51由将原料气体的压力升压至5mpa的升压泵构成。优选压力调整部51能够供给的原料气体的最大压力为3～7mpa，更优选最大压力为5mpa。例如，若是升压泵，则优选升压能力为3～7mpa。通过这样，由于能够供给的原料气体的最大压力较低，因此容易地控制供给量调整部52中的原料气体的供给量，从而能够抑制成形品的品质的偏差。另外，由于不需要使原料气体变为超临界状态的高压的升压泵等，因此能够降低装置成本。此外，也可以是使容纳有原料气体的储气瓶直接与导入空间15连接的结构。在该情况下，储气瓶的阀相当于原料气体供给部50。

另外，如图3所示，注塑成型机1具有螺杆驱动部60、合模驱动部70以及控制部80。

螺杆驱动部60例如具有马达、减速机构以及滚珠丝杠机构等。螺杆驱动部60使螺杆30在缸10内旋转以及前进后退。

合模驱动部70例如通过使未图示的合模装置所具有的肘杆机构伸展和弯曲，使安装有移动模具k1的未图示的可动模板相对于安装有固定模具k2的未图示的固定模板前进后退。由此，使移动模具k1和固定模具k2闭模及开模。

控制部80掌管注塑成型机1整体的动作。控制部80例如包括嵌入式设备用的微型计算机，该嵌入式设备用的微型计算机具有cpu、rom、ram、eeprom、各种输入/输出接口(i/o接口)等。控制部80与加热装置13、气缸43、原料气体供给部50(压力调整部51、供给量调整部52)、螺杆驱动部60以及合模驱动部70连接。控制部80在闭模动作、塑化动作(计量动作)、减压动作、原料气体供给动作、加压动作、注射动作、开模动作以及产品取出动作等各种动作中对上述各功能部进行控制。

接着，对本实施方式的注塑成型机1的发泡成型体的制造方法的动作的一个例子进行说明。

作为准备动作，注塑成型机1的控制部80对加热装置13以及螺杆驱动部60进行控制以进行清除动作，直到熔融的树脂材料p稳定并从注塑口17流出。

若准备动作结束，则如图4所示，控制部80对开闭机构40的气缸43进行控制，将驱动轴46拉入气缸43内，由此使阀体41向前方移动从而关闭注塑口17。另外，控制部80对合模驱动部70进行控制，使移动模具k1和固定模具k2重合并合模(闭模动作)。在该状态下，熔融状态的树脂材料p滞留在缸前端部12的树脂流路14中。然后，控制部80对螺杆驱动部60进行控制，使螺杆30一边旋转一边后退，从而使树脂材料p塑化(熔融)，并向缸10内的螺杆30的前方的空间供给一次注射所需要的量(塑化动作)。在该塑化动作中，螺杆30相对于基准位置l0后退至塑化结束位置l1。在本实施方式中，将基准位置l0作为缸主体11与缸前端部12的边界，但是例如也可以将前一次的注射结束位置作为基准位置l0，基准位置l0可据装置结构而为任意位置。在本实施方式中，在塑化动作结束时，树脂流路14内的树脂材料p的压力为10～15mpa。

接着，如图5所示，控制部80对螺杆驱动部60进行控制，以使树脂流路14内的树脂材料p的压力低于从原料气体供给部50供给的原料气体的压力的方式来驱动螺杆(减压动作)。在该减压动作中，控制部80以一边监视树脂材料p的压力一边使之变为规定的减压目标压力的方式通过螺杆驱动部60使螺杆30后退。由此，螺杆30从塑化结束位置l1后退至减压位置l2。在本实施方式中，在减压动作结束时，树脂流路14内的树脂材料p的压力(目标减压压力)为2～3mpa。

接着，控制部80对原料气体供给部50进行控制，通过压力调整部51使容纳在未图示的储气瓶中的原料气体升压，并且通过供给量调整部52测量一次注射所需要的量的原料气体并将其喷射(供给)到导入空间15中(原料气体供给动作)。在本实施方式中，压力调整部51将原料气体的压力升压至5mpa。喷射至导入空间15的原料气体穿过套筒构件20的筒状部21的多孔部分25，进入树脂流路14(即内侧空间23)内。进入树脂流路14内的原料气体与滞留在该树脂流路14内的树脂材料p接触。

接着，如图6所示，当控制部80对螺杆驱动部60进行控制，从而向导入空间15中导入原料气体时，以使树脂流路14内的树脂材料p的压力高于原料气体的压力的方式来驱动螺杆30(加压动作)。在该加压动作中，控制部80以一边监视树脂材料p的压力一边使其变为规定的加压目标压力的方式来通过螺杆驱动部60使螺杆30前进。加压动作在注射动作之前(打开注塑口17之前)进行。由此，螺杆30从减压位置l2前进至加压位置l3。在本实施方式中，在加压动作结束时，树脂流路14内的树脂材料p的压力(目标加压压力)为20～40mpa。

在加压动作中，当向导入空间15中导入原料气体时，注塑成型机1驱动螺杆30，从而使缸前端部12的树脂流路14内的树脂材料p的压力高于该原料气体的压力。若在原料气体与树脂材料p接触的状态下使压力变高，则原料气体的压力也变高，从而促进了原料气体浸渗和扩散到树脂材料p中。尤其，通过使树脂材料p的压力变为20～40mpa，原料气体在树脂流路14内变为超临界状态或与之接近的状态，从而进一步促进了原料气体浸渗和扩散到树脂材料p中。此外，优选螺杆驱动部60以使树脂流路14内的树脂材料p的压力成为使原料气体在树脂流路14内为超临界状态的压力的方式，来驱动螺杆30。通过这样，原料气体在树脂流路14内为超临界状态，从而进一步促进了原料气体浸渗和扩散到树脂材料p中。

如图7所示，在经过了规定的扩散时间之后，控制部80对开闭机构40的气缸43进行控制，来将驱动轴46从气缸43内推出，由此使摆动构件42的上端部向后方移动，从而使阀体41能够向后方移动。扩散时间根据树脂材料p、原料气体以及目标加压压力等进行适当设定。然后，控制部80对螺杆驱动部60进行控制，以使螺杆30前进从而向模具k的型腔c中注射树脂材料p(注射动作)。当螺杆30前进时，树脂压力施加到阀体41，阀体41向后方移动，从而打开注塑口17。在该注射动作中，螺杆30从加压位置l3前进至注射结束位置l4。

然后，通过注射动作向型腔c中填充树脂材料p之后，控制部80对开闭机构40的气缸43进行控制，将驱动轴46拉入气缸43内，由此使阀体41向前方移动，从而关闭注塑口17。在该状态下，等待经过规定的硬化时间。如图8所示，在树脂材料p硬化之后，控制部80对合模驱动部70进行控制，从而打开移动模具k1和固定模具k2(开模动作)，并通过未图示的顶出针从型腔c中取出产品s(产品取出动作)。

此后，重复上述闭模动作～上述产品取出动作，从而进行产品s的成型。

如上所述，根据本实施方式的注塑成型机1，在缸前端部12嵌入的套筒构件20具有筒状部21，该筒状部21构成缸前端部12的树脂流路14的一部分。该筒状部21具有气体能够穿过的多孔部分25，在缸前端部12，在该筒状部21的周围设置有用于导入原料气体的导入空间15。并且，若向导入空间15中导入原料气体，则以使树脂流路14内的树脂材料p的压力高于该原料气体的压力的方式来驱动螺杆30。通过这样，使树脂流路14内的树脂材料p的压力变高，从而位于树脂流路14内的原料气体的压力也变高，因此能够促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料p中。因此，能够使用较低压力的原料气体来进行发泡成型，且能够抑制品质的偏差并降低装置成本。

另外，若向导入空间15中导入原料气体，则螺杆驱动部60以使树脂流路14内的树脂材料p的压力变为20～40mpa的方式来驱动螺杆30。通过这样，原料气体在树脂流路14内变为超临界状态或与之接近的状态，从而能够进一步促进原料气体浸渗和扩散到树脂材料中。

另外，在向导入空间15中导入原料气体之前，螺杆驱动部60以使树脂流路14内的树脂材料p的压力低于该原料气体的压力的方式来驱动螺杆30。通过这样，导入到导入空间15中的原料气体容易穿过套筒构件20的筒状部21的多孔部分，从而能够有效地向树脂流路14供给原料气体。

另外，本发明还具有开闭机构40，该开闭机构40用于打开和关闭树脂流路14的注塑口17。并且，在通过螺杆驱动部60驱动螺杆30而使树脂流路14内的树脂材料p的压力高于原料气体的压力之前，开闭机构40关闭注塑口17。通过这样，能够抑制树脂流路14内的树脂材料p从注塑口17流出，从而能够高效地提高树脂流路14内的树脂材料p的压力。

另外，螺杆30具有防止逆流功能，防止在缸10内向前方注射树脂材料p时该树脂材料p逆流。通过这样，能够在加压动作时抑制缸10内的树脂材料p的逆流，从而能够有效地提高树脂流路14内的树脂材料p的压力。

另外，本发明还具有原料气体供给部50，该原料气体供给部50用于供给向导入空间15中导入的原料气体，原料气体供给部50能够供给的原料气体的最大压力为5mpa。通过这样，能够供给的原料气体的最大压力较低，因此能够容易地控制原料气体的供给量，从而能够抑制成形品的品质的偏差。另外，不需要使原料气体变为高压的升压泵等，因此能够降低装置成本。

根据本实施方式的注塑成型机1，能够使用低压力的原料气体进行发泡成型。

在上述内容中对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于这些示例。本领域的技术人员适当地对上述构成要素进行追加、删除或设计变更而得到的方案，或将实施方式的特征进行适当组合而得到的方案，只要符合本发明的宗旨，都包括在本发明的范围内。