JP2004299107A - 射出成形用金型およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ内のガス等を簡単に排出させ、薄肉品の成形にも好適な射出成形用金型を提供する。
【解決手段】溶融樹脂が充填されるキャビティ４を形成する射出成形用金型１において、キャビティ４を形成する金型部材６ａ，８ａを囲んで、発泡金属からなる断熱部材２０が設けられているとともに、この断熱部材２０と型外とを連通する通気路１７が設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融樹脂をキャビティに充填して所望形状の成形品を形成する射出成形用金型およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、型内にキャビティを形成する射出成形金型では、キャビティ内に溶融樹脂を射出して所望形状の部品を製造する際に、溶融樹脂から発生するガスがキャビティ内に残留すると成形不良となるため、型合わせ面やコアピン、エジェクタピン外周に形成される小さな隙間を通じて、キャビティ内部から金型の外部にガスを放出させる構造となっている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このような射出成形金型では、成形品を短時間で製造するために、キャビティ内へ射出するまでは樹脂を高温にして溶融状態を保つ一方で、キャビティ内に射出された後は樹脂を一定温度まで速やかに冷却し固化させることが要求される。そのため、キャビティを構成する型板、入子型等の周囲に断熱部を設けることで、ランナの加熱部等側とキャビティとを断熱し、キャビティの温度を一定温度に維持制御できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−０２８９５５号公報
【特許文献２】
特開平６−１１４８８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の射出成形用金型において、キャビティを構成する部材の周囲に断熱部を設けることで、断熱するように構成しているものの、断熱するために種々の部材に工夫をしなければならず、それだけ金型構造の複雑化を招く問題があり、しかも、より断熱化を図ることが困難となる問題があった。
【０００６】
また、小型、薄肉の部材を製造する場合、金型においてキャビティを形成する金型面間の間隔が狭くなるため、射出された溶融樹脂がキャビティ全体に行き渡りにくく、キャビティ内に元々存在している空気および溶融樹脂から発生したガスの抜けが不十分となる。従って、キャビティ内のガス抜きを良好に行わないと、充填不良等、得られる成形品に問題が生じてしまう。特に、ポリカーボネートのような樹脂は、溶融すると熱分解してガスを発生させるので、キャビティ内から確実にガス抜きできる金型構造が要求される。
【０００７】
例えば、図７に示すように、従来の金型１００においてキャビティ１０１を構成する可動側の入子型１０２、断熱部材１０３、受け板１０４を貫通して、エジェクタピンやガス抜きピン等のピン１０５が嵌合されるピン挿通孔１０６が設けられている場合、型合わせ面や、ピン挿通孔１０６とピン１０５との嵌合隙間、ピン挿通孔１０６が貫通する金型部材の当接面間等の隙間が、キャビティ１０１から金型外部へガスを排出させるための流路となる。一般に、入子型１０２や受け板１０４等の部材は金属製、断熱部材１０３はセラミックス製等であって、いずれも通気性を持たない材質から形成されている。
【０００８】
このようなガス抜き構造では、ピン１０５とピン挿通孔１０６との嵌合隙間は受け板１０４の背面に至るまで開放されず、入子型１０２と断熱部材１０３との間からのガス抜きは期待できない。このため、図８に示すように、受け板１０４の断熱部材１０３との当接面に、各ピン挿通孔１０６同士および他の当接面間までを連通させるような溝１０７を設け、ガス抜き性の向上を図ることが考えられる。しかしながら、これらの溝１０７は金型構造の複雑化を招き、金型の製造性を低下させてしまう。
【０００９】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、キャビティ内のガス等を簡単に排出させ、薄肉品の成形にも好適な射出成形用金型を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、溶融樹脂が充填されるキャビティを形成する射出成形用金型において、キャビティを形成する金型部材を囲んで発泡金属からなる断熱部材が設けられているとともに、この断熱部材と型外とを連通する通気路が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る射出成形用金型によれば、キャビティを形成する金型部材を囲んで断熱部材が設けられ、この断熱部材が断熱性に優れた発泡金属で構成されていることから、スプルー側（加熱側）からキャビティに伝わる熱を遮断することができ、良好な断熱効果が得られる。しかも、連通気孔による通気性を有する発泡金属と型外とが通気路により連通されているので、キャビティから発泡金属の気孔内に流入したガスがこの通気路から金型外に排出されるので、キャビティ内のガス抜きを簡単かつ良好に行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の射出成形用金型において、キャビティの成形面の一部をなすピンが、キャビティと断熱部材との間を連通するピン挿通孔内に嵌合されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る射出成形用金型によれば、いわゆるエジェクタピンやコアピン、ガス抜きピン等のピンと、これを挿通するピン挿通孔の壁面との間の隙間をガスが通過できることから、ここを介してキャビティ内と断熱部材とが連通され、型外へのガス排出を簡単かつ良好に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の射出成形用金型の製造方法であって、原料粉末および発泡剤を含むスラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に延ばしてスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、スラリー層の発泡剤を発泡させて発泡グリーンシートとする発泡工程と、発泡グリーンシートを乾燥させてグリーンシートとする乾燥工程と、グリーンシートを脱脂・焼結して焼成体とする焼成工程と、焼成体あるいはグリーンシートを加工成形して形状を付与する成形工程とを行うことにより、断熱部材を製造することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、原料粉末を圧縮せずに焼結することができ、さらに発泡剤によって大きな気孔が形成されるので、ガスの通過および断熱に十分な気孔を有する発泡金属からなる断熱部材を製造することができる。
なお、上記製造方法において、成形工程後に焼成工程を行って成形後のグリーンシート同士を接合させる場合には、各グリーンシート同士は焼結により接合される。一方、焼成工程後に成形工程を行って焼成体同士を接合させる場合には、各焼成体同士は拡散接合等によって接合させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図４はこの発明の第１の実施形態に係る射出成形用金型を示す図であって、図１は射出成形用金型の概略図、図２は同じく射出成形用金型の要部を示す拡大図、図３は断熱部材を形成するのに用いるグリーンシート製造装置を示す説明図、図４は断熱部材の断面構成を概略的に示す拡大説明図である。
【００１７】
図１及び図２に示す射出成形用金型（以下、金型と略称す）１は、固定金型２と可動金型３とから構成され、両型２、３間に溶融樹脂が充填されて成形品を得るためのキャビティ４が形成されている。キャビティ４には、溶融樹脂が射出機構のスプルーから固定金型２に設けられたスプルーブッシュからランナ、ゲートを介して注入されるが、図示省略している。
【００１８】
固定金型２は、概略的には、固定側取付板５の表面に固定金型板（金型部材）６が取り付けられ、固定金型板６の表面にキャビティ４の成形面の一部をなす固定側キャビティ部４ａを形成する入子型６ａが設けられている。
可動金型３は、可動側取付板７の上に可動金型板（金型部材）８が取り付けられ、可動金型板８上に、上記固定側キャビティ部４ａとともにキャビティ４の成形面をなす可動側キャビティ部４ｂを形成する入子型８ａが設けられている。可動金型板８は、キャビティ４内に充填された樹脂が硬化したとき、図示しない可動機構によって固定金型２から離型し、エジェクタピン（ピン）９が可動金型板８に対して上昇して可動側キャビティ部４ｂ内の成形品を突き出すことで脱型させるようになっている。符号１０はスペーサブロック、１１は受け板、１２はエジェクタピン９を挿通するピン挿通孔である。
【００１９】
そして、この金型１内には、断熱部材２０が設けられている。断熱部材２０は、キャビティ４を形成する各入子型６ａ，８ａを取り囲んで配設されており、例えば固定側キャビティ部４ａを有する固定金型板６と、可動側キャビティ部４ｂを有する可動金型板８とに、それら両キャビティ部４ａ、４ｂの周囲を取り囲むように配設されている。
【００２０】
この断熱部材２０は、発泡金属からなっている。発泡金属は、粉末冶金によって形成された一般的な通気性金属とは異なるものであって、図３に示すグリーンシート製造装置１００を用いて製造されたグリーンシートを焼成することで、内外周に渡り連通気孔が形成され、高い断熱性および通気性を有して形成されている。
【００２１】
さらに、この断熱部材２０と型外とを連通する通気路１７が、可動金型板８に溝を形成することにより、可動金型板８と受け板１１との間に形成されている。
【００２２】
可動金型３に設けられたピン挿通孔１２は、キャビティ４と断熱部材２０との間を連通して設けられている。キャビティ４内のガスは、図２に矢印で示すように、このピン挿通孔１２の壁面とエジェクタピン９との間の隙間を流れて断熱部材２０の気孔内へ流入し、通気路１７を通過して型外へと排出されることができる。
【００２３】
この実施の形態において、エジェクタピン９の直径が４ｍｍのとき、ピン挿通孔１２の内径が４．０１ｍｍとすると、およそ０．０１ｍｍ程度の隙間が形成される。この隙間の大きさは、溶融樹脂が流入しない程度として成形品にバリが形成されないように設定することが望ましく、溶融樹脂の材料の種類や材料の注入圧の大きさ、更にはキャビティの形状等によって適宜選定するのが好ましい。
【００２４】
この金型１では、図示しない型締め装置によって可動金型３が固定金型２に型締めされ、溶融樹脂が図示しない射出機構によってスプルーブッシュからランナ、ゲートを経てキャビティ４内に充填され、かつ冷却によって硬化することでキャビティ４の空間に対応する形状の成形品が得られる。
【００２５】
このとき、キャビティ４内のガスは、射出された溶融樹脂の樹脂圧によってキャビティ４に対して開放された隙間（エジェクタピン９とピン挿通孔１２との隙間）に押し込まれ、この隙間を通じて断熱部材２０の気孔内および通気路１７を通じて、円滑に型外へ放出される。
また、断熱部材２０が発泡金属からなり断熱性に優れているので、スプルー及びランナからキャビティ４に伝わる熱を遮断することができ、キャビティ４から断熱部材２０の外部に伝わる熱をも吸収することで断熱でき、良好な断熱効果が得られる。
【００２６】
しかも、断熱部材２０は、キャビティ４を形成する金型部材（各入子型６ａ，８ａ）を囲んで配設されているだけなので、従来のように断熱部として入駒のような金型構成部材に種々の工夫を懲らすことが不要になり、金型構造を確実に簡素化することができる。
【００２７】
ここで、断熱部材２０の製造方法について説明する。
まず、原料粉末および発泡剤を含むスラリーＳを、ローラ１０１，１０２によって搬送されるキャリアシート１０３上に、ドクターブレード１０４により延ばして（ドクターブレード法）、所要の厚さのスラリー層Ｓ１を形成する（スラリー層形成工程）。
スラリーＳは、たとえば、原料粉末としてＳＵＳ３１６Ｌ（ステンレス鋼）の粉末（平均粒径１２μｍ）を３０〜８０重量％、発泡剤としてヘキサン０．５〜２０重量％に加えて、糊成分としてメチルセルロース（バインダー）０．５〜２０重量％、グリセリン０．１〜１５重量％、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．０５〜５重量％を含んでいる。
【００２８】
つぎに、形成されたスラリー層Ｓ１を、高温高湿加熱装置１０５内を通過させて加熱し、発泡剤を気化させて発泡グリーンシートＳ２を形成する（発泡工程）。高温高湿加熱装置１０５は、炉１０５ａ内を加湿するための水を貯えた水槽１０５ｂと、この水槽１０５ｂ内の水を加熱するヒータ１０５ｃと、キャリアシート１０３を下方から加熱するヒータ１０５ｄと、炉１０５ａ内をキャリアシート１０３上方から加熱するヒータ１０５ｅとを備えている。
この発泡工程では、たとえば湿度９０％、温度６０℃の高湿度雰囲気下で２０分間の熱処理を行うことにより、発泡剤を気化させ、スラリー層Ｓ１にひび割れ等を生じさせずに、スポンジ状の発泡グリーンシートＳ２を形成することができる。
【００２９】
さらに、発泡グリーンシートＳ２を、赤外線ヒータ１０６ａを有する乾燥機１０６内を通過させて、たとえば空気中で温度８０℃、３０分間の熱処理により乾燥させ、グリーンシートＳ３を形成する（乾燥工程）。
【００３０】
そして、このグリーンシートＳ３を成形し、断熱部材２０の形状を有する成形体を作成し、同様の乾燥機（図示せず）内を通過させて加熱処理し、グリーンシートＳ３を脱脂・焼結する（焼成工程）。
脱脂は、たとえば空気中で温度５００℃、１５分間の加熱処理により、グリーンシートＳ３中に糊成分として含まれるメチルセルロース（バインダー）などの有機物を飛ばすために行うものである。焼結では、たとえば真空雰囲気下で温度１２００℃、１００分間の加熱処理により、原料粉末同士が焼結されて結合する。
このようにして、断熱部材２０を形成することができる。
【００３１】
なお、グリーンシートＳ３をそのまま焼成してから、得られたシート状の焼成体を断熱部材２０の形状に成形して断熱部材２０を製造してもよい。その際、複数の焼成体を接合して断熱部材２０の形状を得る場合には、各焼成体間の接合面を拡散接合などにより接合することができる。
また、得られた焼成体を圧縮成形することにより、スポンジ状の通気性金属を押しつぶして気孔率を小さくしたり、強度を向上させたりすることもできる。
【００３２】
このようにして得られた焼成体（断熱部材２０）は、図４に示すように、気孔径が大きく互いに連通した気孔２０ａが骨格２０ｂ間に形成され、全体として高い気孔率（９０％〜９８％）を有している。このように高い気孔率を有する発泡金属は高い断熱性と通気性を有しているので、発泡金属を断熱部材２０として用いることにより、良好なガス排出性と断熱性によって射出成形用金型における充填不良を防ぎ、成形サイクルを短縮させることが可能となる。
【００３３】
図５は、この発明の第２の実施形態に係る金型１を示したものであって、エジェクタピン９とは別にコアピン１３を用いてガスを排出させる場合の金型１に適用している。
即ち、この金型１は、コアピン１３の先端部がキャビティ４内に突出することで成形品の一部を画成する構成している。そして、この金型１内に、キャビティ４を形成する金型部材（各入子型６ａ，８ａ）を囲んで断熱部材２０が配設されると共に、この断熱部材２０に連通するピン挿通孔１４と、このピン挿通孔１４内に嵌合するコアピン１３との間を、キャビティ４内のガスが流れるようになっている。
【００３４】
この実施形態によれば、発泡金属からなる断熱部材２０がキャビティ４を形成する金型部材（各入子型６ａ，８ａ）を囲んで配設される他、コアピン１３とピン挿通孔１４の壁面との間にキャビティ４と断熱部材２０とを連通する隙間が形成されるので、この隙間を通じて断熱部材２０に流れ込んだガスを通気路１７から型外へ円滑に排出させることができる。
【００３５】
図６は、この発明の第３の実施形態に係る金型１であって、ガス抜きピン１５を有する金型に適用している。
つまり、金型１のガス抜きピン１５と、このガス抜きピン１５を挿通するピン挿通孔１６との間の隙間を通じて、キャビティ４内のガスが、断熱部材２０および通気路１７を経て外部に排出されるように構成されている。
【００３６】
なお、図示実施の形態において、金型１として、固定金型２に対し可動金型３が上下方向に分割される構成とした例を示したが、左右方向に分割される構成のものにも適用し、同様の作用効果を得ることができるので、図示例に限定されるものではなく、また、金型の具体的構成例においても図示例に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金型内にキャビティを形成する金型部材を囲んで設けられた発泡金属からなる断熱部材により、良好な断熱効果が得られる。しかも、ピンとそのピン挿通孔の壁面との間の隙間がキャビティと断熱部材とを連通し、断熱部材には型外に連通する通気路が連通しているから、キャビティ内のガスが金型外に円滑に送り出され、ガス抜きを簡単かつ良好に行うことができ、ガス排出が困難な薄肉品を成形する場合であっても、良好な成形性を有する射出成形用金型を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る射出成形用金型を示す図であって、エジェクタピンを用いた射出成形用金型の概略図である。
【図２】同じく射出成形用金型の要部を示す拡大図である。
【図３】断熱部材を形成するのに用いるグリーンシート製造装置を示す説明図である。
【図４】断熱部材の断面構成を概略的に示す拡大説明図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る射出成形用金型を示す図であって、コアピンを用いた射出成形用金型に適用した要部の説明図である。
【図６】この発明の第３の実施形態に係る射出成形用金型を示す図であって、ガス抜きピンを用いた射出成形用金型に適用した要部の説明図である。
【図７】従来の射出成形用金型におけるガス抜き流路を示す断面図である。
【図８】図７に示す金型において流路が設けられた受け板の上面を示す図である。
【符号の説明】
１ 射出成形用金型
２ 固定金型
３ 可動金型
４ キャビティ
６ 固定金型板（金型部材）
８ 可動金型板（金型部材）
９ エジェクタピン
１２ ピン挿通孔
１３ コアピン
１４ ピン挿通孔
１５ ガス抜きピン
１６ ピン挿通孔
２０ 断熱部材

Claims (3)

1. 溶融樹脂が充填されるキャビティを形成する射出成形用金型であって、
   前記キャビティを形成する金型部材を囲んで発泡金属からなる断熱部材が設けられているとともに、該断熱部材と型外とを連通する通気路が設けられていることを特徴とする射出成形用金型。
2. 請求項１記載の射出成形用金型において、
   前記キャビティの成形面の一部をなすピンが、前記キャビティと前記断熱部材との間を連通するピン挿通孔内に嵌合されていることを特徴とする射出成形用金型。
3. 請求項１または２に記載の射出成形用金型の製造方法であって、
   原料粉末および発泡剤を含むスラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に延ばしてスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、
   該スラリー層の発泡剤を発泡させて発泡グリーンシートとする発泡工程と、
   該発泡グリーンシートを乾燥させてグリーンシートとする乾燥工程と、
   該グリーンシートを脱脂・焼結して焼成体とする焼成工程と、
   該焼成体あるいは前記グリーンシートを加工成形して形状を付与する成形工程とを行うことにより、前記断熱部材を製造することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。

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