JP2002086496A - 射出成形用金型および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールのためのボルトによる締結や油圧によ
る型締め機構を一切必要とせず、射出ノズルの金型に対
する押付力のみで良好なシール性を確保する。 【解決手段】 金型２１を下型２４と上型２５とで構成
する。また、下型２４を、第１、第２の下型２７，２８
と、中子２９とで構成する。第１、第２の下型２７，２
８および上型２５を積層配置する。射出ノズル２２から
溶融した成形材料９を金型２１のキャビティ８内に射出
し、第２の下型２８を成形品として取り出す。成形材料
９の射出圧力をＰ、シール圧をＰａ、成形材料７によっ
て決まる定数値をＣとすると、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形用金型お
よび射出成形方法に関し、例えば電磁流量計の測定管と
して用いられるライニング管等の成形に用いて好適な射
出成形用金型および射出成形方法に関する。

【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
ンジの配管接続端面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、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、射出成形によって測定管の内周面およびフランジの
配管接続端面に形成される。

【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そ
のフランジの配管接続端面をライニング材で被覆する。

【０００４】図３（ａ）、（ｂ）は測定管の成形に用い
られる従来の射出成形用金型を示す平面図およびＡ−Ａ
線断面図である。この射出成形用金型１は、上型２およ
び下型３とからなる金型４と、図示しない射出ノズルと
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
型用金型１は、ライニングが施されていない測定管を第
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。

【０００５】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、射出圧力によって金型４のパーティングライン面
（以下、シール面という）１２から溶融した成形材料９
が流出して固化するとバリが生じ、過剰に流出した場合
は成形不能になるため、上型２、第１、第２の下型５，
６を複数本のボルト１３または油圧による型締め機構に
よって型締めし、シール面１２が開かないようにする必
要がある。シール面１２が開かないようにするために
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、次の
条件 ＤＰ＜Ｗ を満足させればよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
射出成形用金型１は、シール面１２からの成形材料９の
流出を防止するために金型４をボルト１３の締結によ
り、または油圧による型締め機構によって型締めしてい
た。しかしながら、ボルト１３の締結による型締め作業
は、その締付けと弛緩とを行わなければならないために
作業者の負担が大きく、作業性および生産性が低いとい
う問題があった。また、上型２、第１、第２の下型５，
６にボルト１３の挿通孔を形成する必要があるため、金
型４自体の製造コストが高くなるという問題もあった。
一方、油圧による型締め機構は、成形機自体が大がかり
となり、高価になるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明者らは種々の射出成形用金
型を製作し、ボルトの締結や油圧による型締め機構を用
いないで成形実験を行った場合のシール性について検討
した結果、以下のことを見出した。成形材料に射出圧力
を加えることにより、射出ノズルには金型を押し付ける
下向きの力が発生する。射出ノズルが金型を押し付ける
ことによって上型２と第２の下型６および第１の下型５
と第２の下型６の間（第２の下型がない場合は上型と第
１の下型との間）に同じ大きさの締め付け力がそれぞれ
発生する。一方、射出圧力によって成形材料９を金型４
のキャビティ８に加圧注入することにより金型４を押し
上げようとする力（反力）が発生する。成形材料９の射
出圧力によって発生する射出ノズルの下向きの力をＦ
ｎ、射出圧力によって金型４を押し上げようとする力を
Ｆｍ、上型２と第２の下型６のシール面積をＳとする
と、シール面１２に加わる圧力は（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓと
なる。これを射出圧力Ｐで除した値（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ
Ｐをここではシール比（Ｋ）と呼ぶ。このシール比Ｋは
無次元単位の数値で、金型の設計時に決定される。シー
ル比Ｋがある値より大きくなるように設計すると、シー
ル面１２から成形材料９が流出せず、小さいと流出する
ことが確認された。流出するか否かを決定する値は、成
形材料９によって決まる定数値Ｃであり、成形材料９の
種類、粘度、成形温度等によって異なる。

【０００８】本発明は上記した実験結果に基づいてなさ
れたもので、その目的とするところは、シールのための
ボルトの締結・弛緩ないし油圧による型締め機構を一切
必要とせず、射出ノズルの金型に対する押付力のみで良
好なシール性を確保することができるようにした射出成
形用金型および射出成形方法を提供することにある。

【０００９】

【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の発明に係る射出成形用金型は、溶融した成形材
料を所定の射出圧力で押し出す射出ノズルと、この射出
ノズルから射出された前記成形材料がキャビティ内に加
圧注入される金型とを備え、前記金型を積層配置された
下型および上型とで構成し、前記上型と下型との間にお
いて、射出圧力をＰ、シール圧をＰａ、成形材料により
決まる定数値をＣとすると、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つものである。

【００１０】第２の発明に係る射出成形用金型は、上記
第１の発明において、下型が第１、第２の下型と、中子
とからなるものである。

【００１１】第３の発明に係る射出成形用金型は、上記
第１または第２の発明において、第２の下型が上型と第
１の下型の間に配置され、成形品の一部を構成する部材
であるものである。

【００１２】第４の発明は、溶融した成形材料を所定の
射出圧力で押し出す射出ノズルと、この射出ノズルから
射出された前記成形材料がキャビティ内に加圧注入され
る金型とを備え、前記金型を積層配置された下型および
上型とで構成し、前記上型と下型との間において、射出
圧力をＰ、シール圧をＰａ、成形材料により決まる定数
値をＣとすると、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つものである。

【００１３】第５の発明は、複数に分割される金型と中
子との間に形成したキャビティ内に溶融した成形材料を
射出ノズルによって加圧注入することにより成形品を成
形する射出成形方法において、 前記複数に分割された
金型間において、射出圧力をＰ、シール圧をＰａ、成形
材料により決まる定数値をＣとすると、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つものである。

【００１４】第１、第３、第４の発明においては、Ｐａ
／Ｐが成形材料によって決まる定数値Ｃより大きいこと
により、射出ノズルの金型に対する押付力（下向きの
力）のみで金型を固定でき、良好にシール面をシールす
る。したがって、成形材料がシール面から流出せず、大
がかりな油圧による型締め機構を用いたり、ボルトによ
る面倒な型締め作業を行う必要がなく、簡単に射出成形
することができる。また、上記条件が成り立つ範囲内に
おいて、射出圧力Ｐ、溶融した成形材料に所定の射出圧
力を与えた結果発生する射出ノズルの金型に対する押付
力Ｆｎ、溶融した成形材料に所定の射出圧力を与えた結
果発生する金型を押し上げようとするＦｍ、シール面積
Ｓの値を決定することができるので、金型の設計上の自
由度が拡大する。

【００１５】第３の発明においては、成形品の一部を構
成する部品を第２の下型として用いているので、第２の
下型の取付け、取外しが即成形品の取付け、取外しとな
る。したがって、作業工程が削減できる。また、成形品
である第２の下型の固定のためのボルト固定用の付加的
構造を設ける必要がないので、金型自体も安価に製作す
ることができる。ここで、成形品とは、射出成型用金型
によって成形される物品である。したがって、インサー
トまたはアウトサート成形によって成形される成形品の
場合は、金属、セラミックス等の異種材料からなる部材
と成形材料によって形成される部材とからなり、例えば
ライニング管を成形する場合は、金属またはセラミック
ス製の管本体が下型の第２の下型として用いられ、この
管本体を成形材料によってライニングすることになる。

【００１６】

【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
出成形用金型の一実施の形態を示す断面図、図２
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は射出ノズルの投影面積、上型
の投影面積およびシール面を示す図である。本実施の形
態は、電磁流量計用測定管の成形に用いられるトランス
ファー成形機用の射出成形用金型に適用した例を示す。

【００１７】これらの図において、射出成形用金型２０
は、金型２１と、射出ノズル２２とを有し、金型取付板
２３の上に設置されている。金型２１は、下型２４と、
上型２５とからなり、下型２４が第１、第２の下型２
７，２８および中子２９とからなり、第１の下型２７と
中子２９が前記金型取付板２３上に位置決めされて固定
され、第１の下型２７の上に第２の下型２８が位置決め
されて載置され、さらにその上に上型２５が同じく位置
決めされて載置されている。

【００１８】前記第１の下型２７はリング状に形成さ
れ、中央に前記中子２９が貫通する孔２７ａを有してい
る。

【００１９】前記第２の下型２８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２８は、内径が前記中子２９の外径より
大きい円筒部２８ａと、この円筒部２８ａの両端開口部
に一体に設けられたフランジ２８ｂとで構成されてい
る。また、各フランジ２８ｂの配管接続端面である外側
面には、ライニングのための環状溝２８ｃが形成されて
いる。

【００２０】前記上型２５は、下面中央に形成された円
錐形の凹部２５ａと、環状の冷却用エア通路３１を有し
ている。凹部２５ａは、上型２５の上面中央に開口して
おり、前記射出ノズル２２のノズル孔２２ａに連通して
いる。

【００２１】前記中子２９は、円柱状の中子本体２９Ａ
と、この中子本体２９Ａの外周を覆う筒体２９Ｂと、中
子本体２９Ａと筒体２９Ｂの上面に溶接によって固定さ
れた円錐体２９Ｃとで構成され、前記第１、第２の下型
２７，２８内に装着されることによりこれらの下型の内
面とともにキャビティ８を形成している。中子本体２Ａ
の内部には、冷却用エア通路３３が形成されている。円
錐体２９Ｃは、前記上型２５の凹部２５ａに適宜な隙間
を保って挿入され、この隙間が成形材料９の通る湯道３
４を形成している。

【００２２】このような、金型２１は、下型２４、上型
２５および射出ノズル２２を単に積層配置しているだけ
で、ボルトの締結や油圧による型締め機構によって型締
めされていない。また、前記上型２５の上には、前記射
出ノズル２２を内部下方に備えたトランスファポット３
５が設置されている。３６は図示しない油圧シリンダに
よって昇降されるプランジャ、Ａは第２の下型２８と上
型２５のシール面、Ｂは第１の下型２７と第２の下型２
８のシール面である。

【００２３】このような射出成形用金型２０を用いて第
２の下型２８の内周面とフランジ２８ｂの端面にライニ
ングを施して電磁流量計の測定管を成形するには、射出
成形用金型２０とトランスファポット３５とともに加熱
炉の中に設置し、所定温度に加熱する。次に、ライニン
グ材である弗素樹脂等の成形材料９をトランスファポッ
ト３３内に投入して加熱溶融する。この溶融した成形材
料９をプランジャ３６によって加圧して射出ノズル２２
からキャビティ８に加圧注入する。注入時間は２分程度
で、キャビティ８内の空気はシール面Ａ，Ｂから外部へ
排出される。

【００２４】注入に際しては、プランジャ３６を室温に
しておく。トランスファポット３５とプランジャ３６と
の間には、通常０．３〜１．０ｍｍ程度の隙間が存在す
るが、この隙間は溶融した成形材料９の一部がプランジ
ャ３６との接触によって固化することにより埋められる
ため、溶融した成形材料９がトランスファポット３５の
上方に流出することはない。

【００２５】溶融した成形材料９が金型２１のキャビテ
ィ８内に加圧注入されると、プランジャ３６の推力に応
じて射出圧力Ｐが金型全体に発生する。これにより射出
ノズル２２は下方への推力（押付力）Ｆｎが発生し、上
型２５を第２の下型２８に押し付けることにより、第２
の下型２８と上型２５との間に締付け力が発生する。同
様に、第２の下型２８は第１の下型２７に押し付けられ
ることにより、これらの間に同じ締付け力が発生する。
射出ノズル２２の金型２１に対する押付力Ｆｎは、射出
ノズル２２の投影面積Ｓｎと射出圧力Ｐから求められ
る。 Ｆｎ＝Ｐ・Ｓｎ

【００２６】反対に、上型２５には射出圧力Ｐにより上
方への推力（第２の下型２８から上型２５を引き離そう
とする力）Ｆｍが発生する。この推力Ｆｍは、上型２５
の投影面積Ｓｍと射出圧力Ｐから求められる。 Ｆｍ＝Ｐ・Ｓｍ

【００２７】射出ノズル２２の上型２５に対する押付力
Ｆｎによって上型２５が第２の下型２８のシール面Ａ
（シール面Ｂも同様）を押し付ける力Ｆは、 Ｆ＝Ｆｎ−Ｆｍ である。ＦｎがＦｍより小さくなると、上型２５は持ち
上げられるためシールが損なわれる。シール面Ａの面積
をＳ、シール面Ａに発生する圧力をＰａとすると、Ｐａ
は Ｐａ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／Ｓ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）Ｐ／Ｓ となる。

【００２８】ここで、溶融材料９、上型２５、第２の下
型２８、ポット３５等の重量が実際にシール比Ｋにどの
程度影響するかについて検討したところ、溶融材料９、
上型２５、第２の下型２８、ポット３５等の総重量を口
径１００ｍｍの場合、２１．５Ｋｇ、４０ｍｍの場合
４．３Ｋｇ程度とすると、 射出ノズル２２による押付
力Ｆｎ（口径１００ｍｍの測定管の場合に５１４８Ｋｇ
ｆ、口径４０ｍｍの場合に１８２５Ｋｇｆ）、推力Ｆｍ
（口径１００ｍｍの場合に３３８２Ｋｇｆ、口径４０ｍ
ｍの場合に１３７８Ｋｇｆ）に比べてきわめて小さいた
め、シール比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、シール比Ｋは、口径
１００ｍｍの場合、２．０４、口径４０ｍｍの場合、
１．４１でああった。

【００２９】シール面Ａからの成形材料９の流出を防止
するためには、シール圧Ｐａが正の値であることが最低
条件であるが、どの程度の圧力であれば成形材料９が流
出しなくなるかを実験で追求した。上記式からも明らか
なようにプランジャ３６の推力を高くすれば、射出圧力
Ｐが上がり、シール圧Ｐａも上げることができる。しか
し、プランジャ３６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が生じるた
め好ましくない。

【００３０】シール比Ｋ（シール圧Ｐａを射出圧力Ｐで
除した値）は、 Ｋ＝Ｐａ／Ｐ＝（Ｆｎ−Ｆｍ）／ＳＰ＝（Ｓｎ−Ｓｍ）
／Ｓ となる。このシール比Ｋは無次元単位の数であり、金型
２１の設計時に決定されるが、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がシール面Ａから流出し、大きい
と流出しなくなることが確認された。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Ｋ、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の流出が止まった時点のシール比Ｋの値
である。例えば、シール比Ｋを０．３として成形を行っ
たときに成形材料９のシール面からの流出が止まったと
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がシール面から流出しないようにするために
は、シール比Ｋを０．３より大きくする必要がある。実
験に際しては、シール面積Ｓが大きい金型を製作して成
形を行い、シール面を少しずつ削ってシール面積Ｓを徐
々に小さくすることによりシール比Ｋを小さくして成形
を繰り返し行い、成形材料９のシール面からの流出が止
まったときのシール比Ｋを定数値Ｃとする。

【００３１】注入が終了すると射出成型用金型２０をエ
アで冷却してキャビティ８内の成形材料９を固化させ
る。成形材料９が固化すると、トランスファポット３５
を回転させて湯道３０内の成形材料を射出ノズル２２か
ら切断し、上型２５をポット３５とともに上昇させて第
２の下型２８を取出し、ばり、湯道部分で固化して成形
材料を切断することにより、測定管の成形を終了する。

【００３２】

【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、樹脂の流出が発生しないこと
が確認された。

【００３３】なお、上記した実施の形態においては、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
成形する射出成形用金型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用金型を用いることにより、
安価に製作することができる。また、管状の成形品に限
らず、例えば板状の成形品にも適用することが可能であ
る。また、シール面Ａ，Ｂは水平に限らず、斜面であっ
てもよい。また、例えば、上型２５と第２の下型２８と
の間にリング状の別部材を介在させてその上下面をそれ
ぞれシール面としてもよい。さらに、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２１の下型
２４を、第１、第２の下型２７，２８および中子２９と
で構成し、第２の下型２７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１つの下型と上型のみで
構成されるものであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る射出成
形用金型は、溶融した成形材料を所定の射出圧力で押し
出す射出ノズルと、この射出ノズルから射出された前記
成形材料がキャビティ内に加圧注入される金型とを備
え、前記金型を積層配置された下型および上型とで構成
し、前記上型と下型との間において、射出圧力をＰ、シ
ール圧をＰａ、成形材料により決まる定数値をＣとする
と、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つようにしたので、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しなくても成形材
料の流出を確実に防止することができ、射出成形用金型
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、成形材料の流出がないため、不良率を
低減することができる。特に、上記の条件を満たす範囲
内において金型設計を行うことができるので、設計の自
由度を向上させることができる。

【００３５】また、本発明は成形品の一部を構成する部
材を第２の下型として用いているので、第２の下型の取
付け、取外しが即成形品の取付け、取外しとなり、作業
工程を低減することができる。また、金型自体を安価に
製作でき、成形品である第２の下型の固定のためのボル
ト固定用の付加的構造を設ける必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る射出成形用金型の一実施の形態
を示す断面図である。

【図２】 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は射出ノズルの投影
面積、上型の投影面積およびシール面を示す図である。

【図３】 （ａ）、（ｂ）は射出成形用金型の従来例を
示す平面図およびＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

８…キャビティ、９…成形材料、２０…射出成形用金
型、２１…金型、２２…射出ノズル、２４…下型、２５
…上型、２７…第１の下型、２８…第２の下型、２９…
中子、３５…トランスファポット、３６…プランジャ、
Ａ，Ｂ…シール面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 關 宏治 東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会 社山武内 Ｆターム(参考） 4F202 CA11 CB01 CK25 CK81 CK86

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融した成形材料を所定の射出圧力で押
   し出す射出ノズルと、この射出ノズルから射出された前
   記成形材料がキャビティ内に加圧注入される金型とを備
   え、前記金型を積層配置された下型および上型とで構成
   し、前記上型と下型との間において、射出圧力をＰ、シ
   ール圧をＰａ、成形材料により決まる定数値をＣとする
   と、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つことを特徴とする射出成形用金型。
2. 【請求項２】 請求項１記載の射出成形用金型におい
   て、 下型が第１、第２の下型と、中子とからなることを特徴
   とする射出成形用金型。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の射出成形用金型
   において、 第２の下型が上型と第１の下型の間に配置され、成形品
   の一部を構成する部材であることを特徴とする射出成形
   用金型。
4. 【請求項４】 溶融した成形材料を所定の射出圧力で押
   し出す射出ノズルと、この射出ノズルから射出された前
   記成形材料がキャビティ内に加圧注入される金型とを備
   え、前記金型を積層配置された下型および上型とで構成
   し、前記上型と下型との間において、射出圧力をＰ、シ
   ール圧をＰａ、成形材料により決まる定数値をＣとする
   と、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つことを特徴とする射出成形用金型。
5. 【請求項５】 複数に分割される金型と中子との間に形
   成したキャビティ内に溶融した成形材料を射出ノズルに
   よって加圧注入することにより成形品を成形する射出成
   形方法において、 前記複数に分割された金型間において、射出圧力をＰ、
   シール圧をＰａ、成形材料により決まる定数値をＣとす
   ると、以下の条件 Ｐａ／Ｐ＞Ｃ が成り立つことを特徴とする射出成形用金型。