JP2004174812A - 多層成形用金型、多層成形品の成形方法、および多層成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、確実且つ容易に成形材料から発生したガスを排出することができる多層成形用金型を提供する。
【解決手段】多層成形用金型は、互いに対向して相対的に近接・遠退可能に配置されて、近接して衝合されたときに内部にキャビティ３を形成する固定型１と可動型２により構成されており、キャビティ３の端部には、成形品Ｐの型開閉方向の肉厚が厚くなる肉厚部Ｐａを成形する肉厚部成形部分３０が形成されている。そして、多層成形用金型は、一方がキャビティ３の肉厚部成形部分３０に開口し他方が金型外に開口するように形成されてキャビティ３内で成形材料から発生するガスＧを逃すための通路４と、成形品の肉厚部Ｐａを冷却する冷却手段５と、成形品の肉厚部Ｐａ以外の部分を所定の適切な温度に調整する温調手段６と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層成形用金型、多層成形品の成形方法、および多層成形品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多層成型品の成形方法に関する従来の技術として、たとえば、合成樹脂成形品の表面に被覆剤を被覆するために、合成樹脂成形のための成形型内に、合成樹脂成形後、上記合成樹脂の表面が、上記被覆剤に対して、その注入・流動圧力に耐え得る適正硬化または固化の時点で、上記成形型をそのままの状態に保持しながら、成形型内表面と上記合成樹脂成形品との境界に上記被覆剤を注入し、上記被覆剤で、上記合成樹脂成形品の表面を被覆する工程と、上記被覆剤を硬化させる工程とを有する型内被覆方法において、被覆剤の注入工程で、所要の注入速度パターンで、多段の可変速度による注入を実施することを特徴とする型内被覆方法が知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、溶融樹脂から発生するガスを金型外部へと排気するための従来の技術として、ａ．固定型と、ｂ．移動型（可動型）と、ｃ．前記固定型の一部を構成し、ランナを備えた主板と、ｄ．同じく固定型の一部を構成し、前記ランナーに接続するゲートスプルーを備えた入子と、ｅ．前記主板と前記入子の合わせ面に、且つ前記ゲートスプルーの周囲に形成されたガス抜き溝と、ｆ．前記ガス抜き溝に連通されたガス抜き穴と、ｇ．前記ガス抜き穴に連通されたガス吸引機と、を備えたガス抜き機構を備えた射出成形金型が知られている（特許文献２を参照）。
【０００４】
当該特許文献２には、その作用において、「射出された溶融樹脂は、ランナーとゲートスプルーを経てゲートに至り、ゲート付近で溶融樹脂の流れが制限され、高圧でキャビティ内に充填される。この時、ゲート以前の溶融樹脂から発生するガスは、ゲート付近で塞き止められ、主板と入子の合わせ目などに逃げ場を求めることになるが、ゲートスプルーの周囲に形成されたガス抜き溝から、ガス抜き穴を経て、ガス吸引機により金型外部へと排気される。」などと記載されている（段落番号０００５など）。
【０００５】
また、溶融樹脂から発生するガスを金型外部へと排気するための別の従来の技術として、多点薄肉部圧縮成形方法及びこの方法に用いる多点薄肉部圧縮成形金型が知られている（特許文献３を参照）。当該特許文献３の多点薄肉部圧縮成形金型は、お互いに開閉して型閉め時の相互間に成形品形状のキャビティを形成した一対の金型装置を有し、この金型装置の開閉する一方の可動金型に前記キャビティ内部で他の固定金型方向に金型自体の機構または個別の機構によって突出する少なくとも１つ以上の可動入子を設け、この可動入子の周囲または一部を囲む前記可動金型にリブ用の凹部を形成したことを特徴とするもので、前記可動金型及び可動入子には、前記可動入子の中心及び周囲の両方または一方のいずれかにガスを排出する１５μ〜２０μの隙間を有したガス抜け部を形成している。そして、特許文献３には、溶融樹脂がキャビティ空間に充填すると、複数の可動入子を駆動させて圧縮を開始する。これにより溶融樹脂は、複数の可動入子の圧縮圧力により凹部及びエアポケット部に充填し、キャビティの内部全てに充填される。この際、可動入子には、ガス抜き部が形成されているため、エアポケット部のガスを外部に排出することができる、などと記載されている（段落番号００２７）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６‐３２８５０４号公報
【特許文献２】
登録実用新案公報第３００５２５５号
【特許文献３】
特開２０００−１９０３４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１にあっては、被覆剤からガスが発生した場合には、かかるガスをキャビティ外に排気させることができないという問題があった。
【０００８】
一方、上記特許文献２にあっては、ゲート以前の溶融樹脂から発生するガスを排気するためのものであり、上記特許文献１と同様に、キャビティ内射出充填された溶融樹脂から発生するガスをキャビティ外へ排気することができないという問題があった。
【０００９】
さらに、上記特許文献３にあっては、溶融樹脂をキャビティ空間に充填した際に凹部にエアポケット部が形成されることになり、このエアポケット部のガスをガス抜け部から外部に排出するものであり、キャビティ空間内の凹部以外の箇所で溶融樹脂から発生したガスについては凹部へ確実に移動するとは限らず、外部へ排出することができないために表面の成形性が良くない場合があるという問題があった。そして、かかる問題は、上記特許文献３を上記特許文献１に適用したとしても、同様にキャビティ内の被覆剤（成形材料）から発生するガスを外部に排気することができないために、解決することはできなかった。
【００１０】
本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、確実且つ容易に成形材料から発生したガスを排出することができる多層成形用金型、および多層成形品の成形方法を提供することを目的としたものである。また、本発明は、精度良く、しかも表面形状の成形性を向上させることができる構成の多層成形品を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の多層成形用金型に係る発明は、上記目的を達成するため、複数の層をキャビティ内で順次積層成形する多層成形用金型であって、成形材料から発生するガスを逃す通路と、第１層の、通路の開口と対応する周囲部分を通路の開口から離間させるように収縮させるべく部分的に冷却する冷却手段と、を備え、キャビティの通路が開口する部分に肉厚部成形部分を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の多層成形品の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、成形時に発生するガスをキャビティー外に逃がす通路を有すると共に、キャビティの通路が開口する部分の周囲の肉厚が他の部分と比べて厚く形成された金型を型閉じし、キャビティ内に成形材料を供給して、通路と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く形成された肉厚部を有する第１層を成形し、第１層の肉厚部を冷却して該部分を通路の開口から離間させるように収縮させ、前記第１層とキャビティーとの間に第２層の成形材料を供給し、第２層の成形材料を通路の開口に向かって流動させて、第１層に第２層が積層された所定形状の多層成形品を成形することを特徴とするものである。
さらに、請求項３の多層成形品に係る発明は、上記目的を達成するため、成形時に発生するガスをキャビティー外に逃がす通路を有する金型により複数の層が順次積層成形されてなる多層成形品であって、第１層の通路の開口と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く成形された肉厚部を有しており、第２層は、その成形材料が供給された箇所から反対側の第１層の肉厚部に向かって流動するように積層成形されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１の発明では、金型を型閉じしてキャビティを形成し、このキャビティ内に成形材料を供給して第１層を成形する。キャビティの、成形材料から発生するガスを逃すために設けられた通路が開口する部分の周囲の肉厚が他の部分と比べて厚くなった肉厚部成形部分が形成されているため、第１層の通路が開口する部分の周囲と対応する部分は、その肉厚が他の部分の肉厚よりも厚くなった肉厚部が成形されることとなる。そして、第１層の肉厚部は、冷却手段によって部分的に冷却されることにより、他の部分と比較して確実に且つ短時間で大きく収縮して、キャビティの通路の開口から大きく離間される。第１層とキャビティとの間であって、通路の反対側から第２層の成形材料を供給して成形すると、第２層の成形材料が通路に向かって全体に流動して第１層に第２層が積層成形され、しかも、第２層の成形材料の流動に伴って、そこから発生したガスが通路からキャビティー外へと逃がされて、第２層の表面の成形性が良好な状態で多層成形品が成形されることとなる。
請求項２の発明では、成形材料から発生するガスを逃すために設けられた通路が開口する部分の周囲の肉厚が他の部分と比べて厚くなった肉厚部成形部分が形成されたキャビティが形成される。このキャビティ内に成形材料を供給して第１層を成形すると、第１層の通路が開口する部分の周囲と対応する部分は、その肉厚が他の部分の肉厚よりも厚くなった肉厚部が成形されることとなる。そして、第１層の肉厚部を部分的に冷却すると、この肉厚部は、他の部分と比較して確実に且つ短時間で大きく収縮されて、キャビティの通路の開口から大きく離間される。その後、第１層とキャビティとの間であって、通路の反対側から第２層の成形材料を供給して成形すると、第２層の成形材料が通路に向かって全体に流動して第１層に第２層が積層成形され、しかも、第２層の成形材料の流動に伴って、そこから発生したガスが通路からキャビティー外へと逃がされて、第２層の表面の成形性が良好な状態で多層成形品が成形されることとなる。
請求項３の発明では、第１層の通路の開口と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く成形された肉厚部を有していることにより、かかる肉厚部分はその収縮量が大きくなるように構成されている。そのため、第２層を積層成形するときには、その成形材料が供給された箇所から反対側の第１層の肉厚部に向かって流動するように積層成形されてなるため、第２層の表面の成形性が良好な状態となるように成形される多層成形品が構成されることとなる。
なお、本発明の第１層および第２層とは、単一の層に限定されることはなく、たとえば合計で三つの層を積層成形する場合に、第１層として一つ目の層に第２層として二つ目の層を積層成形し、この一つ目の層と二つ目の層とを積層成形したものを第１層として、第２層としての三つ目の層を積層成形するような場合も含まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の多層成形用金型の実施の一形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の多層成形用金型は、概略、互いに対向して相対的に近接・遠退可能に配置されて、近接して衝合されたときに内部にキャビティ３を形成する少なくとも一対からなるもので、この実施の形態では、固定型１と可動型２により構成されており、キャビティ３の端部には、成形品Ｐの型開閉方向の肉厚ｔ（図４）が厚くなる肉厚部Ｐａを成形する肉厚部成形部分３０が形成されている。そして、多層成形用金型は、一方がキャビティ３の肉厚部成形部分３０に開口し他方が金型外に開口するように形成されてキャビティ３内で成形材料から発生するガスＧを逃すための通路４と、成形品Ｐの肉厚部Ｐａを冷却する冷却手段５と、成形品Ｐの肉厚部Ｐａ以外の部分を所定の適切な温度に調整する温調手段６と、を備えている。
【００１４】
この実施の形態においては、固定型１は図の下方に固設された固定盤１０に取り付けられ、可動型２は固定盤１０と対向するように図の上方に配設された可動盤２０に取り付けられており、可動盤２０は型締手段（図示を省略する）に連結されている。すなわち、この実施の形態では、型開閉方向が図の上下方向となるように配置されている。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されることなく、型開閉方向がたとえば図の左右方向となるように配置することもできる。また固定型１を図の上方に、可動型２を図の下方に配置することもできる。
【００１５】
この実施の形態の場合、図の右方端にキャビティ３の肉厚部成形部分３０が形成されており、これに伴って、ガスＧを逃すための通路４および冷却手段を構成する冷却媒体流通管路５が配置されている。一方、図の中央から右方端にかけては、温調手段を構成する温調媒体流通管路６が配置されており、略中央には第１層Ｐ１の成形材料を供給するための導入経路となるスプル７（後述する）が配設され、キャビティ３の肉厚部成形部分３０が形成された図の右方端と反対側である左方端には、第２層の成形材料を供給するためのインジェクタ８（後述する）が配設される。
【００１６】
固定型１は、冷却手段の冷却媒体流通管路５が配設された冷却ブロック１１と、
温調手段の温調媒体流通管路６が配設された温調ブロック１２と、両ブロック１１、１２の間に介装された断熱材１３とにより構成されている。固定型１には、第１層Ｐ１を成形するためのたとえば熱可塑性樹脂からなる成形材料を混練・溶融して計量し射出する射出機構のノズル９が接合されてその成形材料をキャビティ３内に導入させるためのスプル７が設けられている。なお、成形材料がシートモールディングコンパウンドやバルクモールディングコンパウンドなどである場合には、スプル７に替えてこのような成形材料を型開きされた状態の固定型１と可動型２との間に搬送する搬送手段を設けることもできる（図示は省略する）。
【００１７】
可動型２は、冷却手段の冷却媒体流通管路５が配設された冷却ブロック２１と、温調手段の温調媒体流通管路６が配設された温調ブロック２２と、両ブロック２１、２２の間に介装された断熱材２３とにより構成されている。可動型２には、ガスＧを逃すための通路４と、第２層Ｐ２を成形するための成形材料を供給するためのインジェクタ８とが設けられている。インジェクタ８は、第２層Ｐ２を成形するためのたとえば熱硬化性樹脂からなる溶融化された成形材料を計量してキャビティ３と第１層Ｐ１との間に注入するよう構成されている。この実施の形態は、インジェクタ８は、キャビティ３の肉厚部成形部分３０とは反対側である図の左方端から第２層Ｐ２の成形材料を注入するよう配置されている。なお、インジェクタ８は、この実施の形態の場合には第１層Ｐ１の上面に第２層Ｐ２を成形するために、上方に位置する可動型２に設けられているが、第１層Ｐ１の下面に第２層Ｐ２を成形する場合などには固定型１に設けることもでき、さらには、インジェクタ８に替えて、第１層Ｐ１の成形材料を供給するための射出機構とは別に、第２層Ｐ２の成形材料を供給するための射出機構を用意し、各射出機構のノズル９を切換可能に固定型１のスプル７に対して接合させることができるように構成することもできる。また、インジェクタ８がキャビティ３の中央に第２層Ｐ２の成形材を供給するように配置構成された場合には、肉厚部成形部分３０と通路４および冷却媒体流通管路５は、キャビティ３の図における両端に設けられることとなる。
【００１８】
固定型１および可動型２の温調ブロック１２、２２に配設された温調媒体流通管路６には、図示しない温調媒体供給手段が接続されて、水や蒸気、あるいは油などの温調媒体が供給循環されて、温調ブロック１２、２２をたとえば８０〜１２０度Ｃに調整する。一方、固定型１および可動型２の冷却ブロック１１、２１の肉厚部形成部分近傍に配設された冷却媒体流通管路５には、図示しない冷却媒体供給手段が接続されて、冷水などの温調媒体が適当なタイミングで供給循環されて、冷却ブロック１１、２１をたとえば０〜２０度Ｃに調整する。
【００１９】
ガスＧを逃すための通路４は、複数が型開閉方向に延在して肉厚部成形部分３０の型開閉方向と直交する面に開口するように形成されている。
【００２０】
次に、本発明の多層成形品の成形方法の実施の一形態を、上述したように構成された多層成形用金型を用いる場合により、その作動と共に詳細に説明する。
本発明の多層成形品の成形方法は、概略、肉厚部形成部分３０が形成されたキャビティ３と、成形時に発生するガスＧをキャビティー３外に逃がす通路４と、を有する金型１、２を型閉じし、キャビティ３内に成形材料を供給して肉厚部Ｐａを有する第１層Ｐ１を成形し、第１層Ｐ１の肉厚部Ｐａを部分的に冷却して通路４の開口から離間させるように収縮させ、前記第１層Ｐ１とキャビティー３との間であって通路４の開口と反対側から第２層Ｐ２の成形材料を供給し、第２層Ｐ２の成形材料を供給箇所から通路４の開口に向かって全体的に流動させて第１層Ｐ１に第２層Ｐ２が積層された所定形状の多層成形品Ｐを成形するものである。
【００２１】
多層成形品Ｐを成形するにあたっては、最初に、固定型１に対して可動型２を近接させて型閉じしてキャビティ３を形成する。このキャビティ３の一端側には肉厚部整形部分３０が設けられており、肉厚部整形部分３０の型開閉方向と直交する面には通路４が開口している。また、キャビティ３の他端側には、第２層Ｐ２の成形材料を供給するためのインジェクタ８が設けられている。
【００２２】
続いて、第１層Ｐ１を成形する所定量の成形材料を、射出機構のノズル９からスプル７を介してキャビティ３内に導入する。成形された第１層Ｐ１の端部には、肉厚部Ｐａが形成されることとなる。そして、成形された第１層Ｐ１の肉厚部Ｐａ以外の部分は、温調ブロック１２、２２の温調媒体流通管路６に所定温度の温調媒体が供給循環されることによって所定の温度（たとえば８０〜１２０度Ｃ）に保持される。なお、温調媒体流通管路６に循環供給される温調媒体の温度が第１層Ｐ１の成形材料の溶融温度よりも低い場合には、係る部分の固化が始まり、僅かな収縮量ｔｈ（図２）で板厚が収縮することとなる。
【００２３】
一方、成形された第１層Ｐ１の肉厚部Ｐａは、冷却ブロック１１、２１の冷却媒体流通管路５に所定温度の冷却媒体が供給循環されることによって所定の温度（たとえば０〜２０度Ｃ）に部分的に冷却されて、温調ブロック１２、２２と対応する部分の収縮量ｔｈよりも大きな収縮量ｔｃ（図２）で板厚が収縮することとなる。そして、この収縮により第１層Ｐ１の肉厚部Ｐａの上面は、可動型２が構成するキャビティ３の肉厚部成形部分３０の、通路４の開口周囲の面から短時間で確実に大きく離間することとなる。
【００２４】
その後、肉厚部形成部分３０と反対側に設けられたインジェクタ８から第２層Ｐ２の成形材料を注入する。このとき、第１層Ｐ１の、特に肉厚部Ｐａの板厚Ｔｃが大きく収縮してキャビティ３面から大きく離間していることにより、第２層Ｐ２の成形材料が第１層Ｐ１とキャビティ３の間であって、インジェクタ８が設けられた図の左方から右方の肉厚部成形部分３０に向かって全体的に流動し、この流動に伴って、第２層Ｐ２の成形材料から発生したガスＧは、肉厚部成形部分３０に開口する通路４を介して外部へ強制的に逃がされることとなる。そのため、第２層Ｐ２の表面がガスＧによる影響を受けることなく良好な状態で第１層Ｐ１に積層成形されることとなる。そして、ガスＧが通路４から第２層Ｐ２の成形材料自体の流動によって強制的に排気されるため、通路４からガスＧを吸引させるための吸引手段などを設ける必要がなく、したがって、簡単な構成であるために設備コストを低減させることができる。
【００２５】
なお、第１層Ｐ１の肉厚部以外の部分の板厚ｔｈの収縮量が小さく第２層Ｐ２の成形材料を注入するのが困難な場合、あるいは、成形品Ｐの設定された板厚が完全に型閉じした状態で成形される板厚よりも大きい場合など、必要ある場合には、第２層Ｐ２の成形材料を注入するに先だって、図３に示すように、可動型２を固定型１から所定量開かせておき、第２層Ｐ２の成形材料を所定量注入した後に、図４に示すように、成形品Ｐが設定された所定の板厚寸法となるように所定の型締力で型閉じさせる。
【００２６】
このように成形された多層成形品Ｐは、図４に示したように、肉厚部Ｐａを有する第１層Ｐ１に対して、第２層Ｐ２の成形材料が供給された箇所（図の左方）から反対側の第１層Ｐ１の肉厚部Ｐａ（図の右方）に向かって全体的に流動してガスＧを逃しながら積層成形されるため、第２層Ｐ２の表面がガスＧによる影響を受けることなく第１層Ｐ１に精度良く積層成形された良好な状態のものとなる。
【００２７】
なお、本発明の第１層Ｐ１および第２層Ｐ２は、単一の層に限定されることはなく、たとえば合計で三つの層を積層成形する場合に、第１層Ｐ１として一つ目の層に第２層Ｐ２として二つ目の層を積層成形し、この一つ目の層と二つ目の層とを積層成形したものを第１層Ｐ１として、三つ目の層を第２層Ｐ２として積層成形するような場合も含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、成形材料から発生するガスを逃す通路と、第１層の、通路の開口と対応する周囲部分を通路の開口から離間させるように収縮させるべく部分的に冷却する冷却手段と、を備え、キャビティの通路が開口する部分の周囲の肉厚を他の部分と比較して厚く形成したことにより、簡単な構成で、確実且つ容易に成形材料から発生したガスを排出することができる多層成形用金型を提供することができる。
請求項２の発明によれば、成形時に発生するガスをキャビティー外に逃がす通路を有すると共に、キャビティの通路が開口する部分の周囲の肉厚が他の部分と比べて厚く形成された金型を型閉じし、キャビティ内に成形材料を供給して、通路と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く形成された第１層を成形し、第１層の肉厚が他の部分と比較して厚く形成された部分を冷却して該部分を通路の開口から離間させるように収縮させ、前記第１層とキャビティーとの間に第２層の成形材料を供給し、第２層の成形材料を通路の開口に向かって流動させて、第１層に第２層が積層された所定形状の多層成形品を成形することとしたことにより、簡単な構成で、確実且つ容易に成形材料から発生したガスを排出することができる多層成形品の成形方法を提供することができる。
請求項３の発明では、第１層の通路の開口と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く成形されており、第２層は、その成形材料が第１層の肉厚が他の部分と比較して厚く形成された部分に向かって流動するように積層成形されてなることにより、精度良く、しかも表面形状の成形性を向上させることができる構成の多層成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層成形用金型の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】第１層の肉厚部が冷却されて収縮した状態を説明するための拡大断面図である。
【図３】第２層の成形材料をキャビティと第１層との間に注入した状態を説明するための断面図である。
【図４】第２層の成形材料が第１層の表面全体に流動して多層成形品が成形され、ガスが通路から金型外に排気された状態を説明するための断面図である。
【符号の説明】
Ｐ 多層成形品
Ｐ１ 第１層
Ｐ２ 第２層
Ｐａ 肉厚部
Ｇ ガス
１ 固定型
２ 可動型
３ キャビティ
３０ 肉厚部成形部分
４ 通路
５ 冷却媒体流通管路（冷却手段）
６ 温調媒体流通管路（温調手段）

Claims (3)

1. 複数の層をキャビティ内で順次積層成形する多層成形用金型であって、
   成形材料から発生するガスを逃す通路と、
   第１層の、通路の開口と対応する周囲部分を通路の開口から離間させるように収縮させるべく部分的に冷却する冷却手段と、を備え、
   キャビティの通路が開口する部分に肉厚部成形部分を形成したことを特徴とする多層成形用金型。
2. 成形時に発生するガスをキャビティー外に逃がす通路を有すると共に、キャビティの通路が開口する部分の周囲の肉厚が他の部分と比べて厚く形成された金型を型閉じし、
   キャビティ内に成形材料を供給して、通路と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く形成された肉厚部を有する第１層を成形し、
   第１層の肉厚部を冷却して該部分を通路の開口から離間させるように収縮させ、
   前記第１層とキャビティーとの間に第２層の成形材料を供給し、
   第２層の成形材料を通路の開口に向かって流動させて、第１層に第２層が積層された所定形状の多層成形品を成形することを特徴とする多層成形品の成形方法。
3. 成形時に発生するガスをキャビティー外に逃がす通路を有する金型により複数の層が順次積層成形されてなる多層成形品であって、
   第１層の通路の開口と対応する部分の周囲の肉厚が他の部分と比較して厚く成形された肉厚部を有しており、
   第２層は、その成形材料が供給された箇所から反対側の第１層の肉厚部に向かって流動するように積層成形されてなることを特徴とする多層成形品。

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