JP2007083550A

JP2007083550A - 液状樹脂成形型構造

Info

Publication number: JP2007083550A
Application number: JP2005275216A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Fujita; 直洋藤田
Original assignee: Nihon Plast Co Ltd
Current assignee: Nihon Plast Co Ltd
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】ＲＩＭ成形品における気泡に起因する製品不良が発生しない液状樹脂成形用金型構造を提供する
【解決手段】製品キャビティ及び液状樹脂を製品キャビティに注入するための導入部を有する液状樹脂成形型構造であって、その導入部は、液状樹脂の供給装置に接続されるランナー部と、ランナー部と製品キャビティとを接続するゲート部とからなり、前記導入部に流路断面積が急激に縮小する領域３−４とその下流側の流路を略一定とするあるいは漸減する領域３−３を設け、かつその上流側の流路断面積とその下流側の流路断面積の比がＸ：１（３≦Ｘ≦６）を満たすことを特徴とする液状樹脂成形型構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状樹脂の反応射出成形に使用する成形型の構造に関する。

閉じられた金型のキャビティ内に液状の反応前樹脂材料を注入してキャビティ内で反応させて樹脂成形品を得る反応射出成形（ＲＩＭ成形法）では、従来よりファン（扇型）ゲートが好まれて使用されている。例えば、発泡剤を実質的に無添加としてエアローディングにより空気泡を導入してインテグラルスキンフォームを成形する方法に関する特許文献１において図２に示されているように、ミキシングヘッド（材料射出機構２１）からランナー（７）を通って、末広がり状の扇型のゲート（８）からキャビティに注入されるように構成されている。図１中、ゲート８は、ランナー７よりも断面の厚みが薄い構造となっているが、前記のとおりゲートは扇型に幅が広がっており、ゲートとランナーを通じてほぼ一定の流路断面になるように、あるいは流路断面に急激な変化が生じないように構成されていることがわかる。これは反応前の樹脂材料液が急激に圧縮や膨張（減圧）されないようにして、液の流れの乱れをなくし、気泡の発生やその膨張が生じないようにして、製品中にボイドが発生するのを防止するためである。このようにゲートの上流側と下流側ではその断面積を略一定にすることは、この技術分野ではよく知られていることである。また、特許文献２には、同様に成形製品中のボイドや泡の発生を防止、低減するために、反応原液に不溶性のポリマー粒子を少量添加する方法が提案されている。
特開平７−１４９３号公報特開平１１−１２９２８０号公報

しかし、特許文献１に記載のランナー−ゲート構造では、発生したボイドが製品表面に現れるという不具合を解決することができない。すなわち、ベント孔（５）からポリウレタン材料の流動先端を吹き出させて流動先端に位置する気泡を製品キャビティ外に排出させることはできる。しかし、例えば、ランナー部の金型表面に付着して残った気泡が通過していく反応原液により金型表面から遊離して反応原液に取り込まれることが起こり、流動先端から後方に位置する気泡はもはやベント孔から溢れ出ることができず、製品キャビティ部分に位置することとなる。このような場合に気泡が製品表面に出ると初期外観を悪くするし、また表面から微小距離だけ内方に埋没した状態では経時的な劣化（陥没など）が発生する。当然ミキシングヘッドからランナーに反応原液が射出されるときには圧力の開放が起きるから、ミキシングヘッド内で微小の気泡であったものもランナー部分に入った瞬間に大きくなり、上記一定圧力、非膨張・圧縮の流路として設計されているランナー−ゲートで気泡は大きいまま流れ、金型キャビティに入ることとなる。そのような気泡がベント孔から排出されることなく製品部分に残る可能性もきわめて大きい。

そのような課題について、前記特許文献２の技術を適用すれば、気泡（ボイド）の不良発生が低減できるとも考えらるが、不溶性ポリマー粒子が必要で、その粒子を所望量だけ加え均一に分散させるための装置も必要であるから、製造コストが上昇する。また、そのような粒子により表面外観の劣化が懸念される。ポリウレタン樹脂粒子の色調が合わないと、不良品になるし、粒子添加による物性の変化が懸念される。とりわけ、エアバッグ装置を形成するインテリアトリムにあっては、広い範囲の温度領域（例えばマイナス３０℃〜常温（２０℃）〜９０°）で安定した開裂特性が求められるし、開裂箇所から微小破片が発生しないことも必要である。したがって、こうした懸念を払拭するためには、ポリウレタン樹脂の配合、ポリマー粒子の材料選択に非常に多大の開発努力を要し、それがコストを押し上げる要因となる。
こうした状況の中で、本発明は、ＲＩＭ成形品における気泡に起因する問題を解消すること、すなわち、気泡に起因する製品不良が発生しない液状樹脂成形用金型構造を提供することを目的とするものである。

本発明者は、鋭意検討した結果、ランナー−ゲートの流路断面をむしろ急激に縮小させて、含まれている気泡を破壊して、細かく分散化、微細化することが有効であることを知見して本発明に至った。
すなわち、本発明は、
［１］製品キャビティ及び液状樹脂を製品キャビティに注入するための導入部を有する液状樹脂成形型構造であって、その導入部は、液状樹脂の供給装置に接続されるランナー部と、ランナー部と製品キャビティとを接続するゲート部とからなり、前記導入部に流路断面積が急激に縮小する領域とその下流側の流路を略一定とするあるいは漸減する領域を設け、かつその上流側の流路断面積とその下流側の流路断面積の比がＸ：１（３≦Ｘ≦６）を満たすことを特徴とする液状樹脂成形型構造。
［２］前記導入部においてゲート部はフィルム状をなし、ランナー部との接続部から急激に流路断面積を縮小する領域とその下流側の製品キャビティとの接続部にかけて略一定の流路断面積の領域とを有する［１］記載の液状樹脂成形型構造。
［３］前記導入部においてゲート部はフィルム状をなし、ランナー部との接続部から急激に流路断面積を縮小する領域とその下流側の製品キャビティとの接続部にかけて流路断面積を漸減する領域とを有する［１］記載の液状樹脂成形型構造。
［４］製品キャビティはその内部の上側に載置されたインサート部を有し、その下側に薄層の表面層形成用空間部を有する［１］〜［３］記載の液状樹脂成形型構造。
に関する。

本発明によれば、反応射出成形製品中で反応材料である液状樹脂中の気泡に起因するボイドの発生を抑制でき、特に表面のボイドの発生を抑制できるので、製品の外観品質の向上に寄与することができる。
また、ゲート部の流路断面積を大幅に縮小したことによりゲート部およびキャビティへの液状樹脂材料の流速も大幅に増大させることができ、このことにより反応樹脂材料の攪拌が一層促進されて反応をより均一に行うことができ、その結果、大型のあるいは長大な成形品であってもその物性、外観などの均一性を向上させることができる。

本発明においては、液状樹脂をキャビティ内に導入するランナー部と、ランナー部と製品キャビティとを接続するゲート部とからなる導入部において流路断面積を急激に縮小する領域を設け、その上流側の流路断面積とキャビティ接続部に至るその下流側の流路断面積の比が３：１から６：１の範囲とすることが重要である。好ましくは３：１〜５：１の範囲である。ここで流路断面積とは液状樹脂の流動方向に対して垂直方向の断面の面積である。
この断面積の比が３：１未満の小さい比率では、気泡を微細化する効果が不十分であり、断面積を狭小とした下流側での高速化、乱流の発生が少なく、大粒の気泡がそのまま製品キャビティに流入することとなる。例えば２：１とした場合、気泡が十分微細にならないため、製品表面上に明らかに視認できるボイドが発生して外観品質を劣化させる。また６：１を越える大きい比率では、例えば７：１の場合には、気泡の微細化効果はあるものの、流路抵抗が大きくなりすぎることから、扇型ゲートのＰＬ面やミキシングヘッド付近からポリウレタン樹脂材料がバリとして漏れでてしまい、キャビティ内に必要量を供給することができず、ショートショットとなってしまう。また、下流側で圧縮された流体が製品キャビティで開放されるとき、微細化された気泡が再膨張されるが、その膨張が目視可能なレベルの気泡サイズにまで達する場合が多くなり製品の不良率を増やすこととなる。

本発明においては流路断面積を急激に縮小させた後、下流側の製品キャビティに至る流路では反応材料原液を膨張させない形態が好ましく、したがって、一定流路断面積とするか、微小に圧縮傾向とするのがよい。もっとも、微細化した気泡に製品の品質に影響するような実質的な膨張が起こらない程度であれば微小な膨張傾向としてもかまわない。そこで、本発明においては流路断面積を略一定とするか、漸減させるような流路断面形状とすることが好ましい。ここで、漸減とは、例えばフィルム状ゲートの液状樹脂の流れ方向に沿う断面においてその流路厚みの変化率を１０％未満、好ましくは５％未満とすることである。

金型製作上及びメンテナンス上、上流側をランナー部とし、下流側をゲート部とし、その接続部分から長さ１５ｍｍ〜３０ｍｍの扇型の末広がり領域で急激に流路厚みを薄くしていき、扇型から先のゲート幅が一定とした残りのゲート部の長さ２０ｍｍ〜４０ｍｍの領域を流路厚みを一定として断面積を一定にして上記断面積比率の関係を得るのが好ましい。この場合において前記上流側の流路断面積はランナー部の断面積であり、下流側の断面積はゲート部の流路厚みを一定とした領域の断面積となり、また、前記の一定流路断面積領域を、製品キャビティとの接続部に至る流路で微小に漸減した流路断面積とする場合下流側の流路断面積は、キャビティ接続部における流路断面積となる。
このような流路断面積とした、ランナー部とゲート部とを別ブロック構成として金型に組み込む構成とすることができるので、ランナー部とゲート部との境目付近で上記断面積比率を実現することが容易となる。また、最適な気泡微細化効果を得るための金型調整作業においてブロックを分離加工するほうが容易であり、数個の異なる比率となるブロックを取り替えて使用し、簡単に最適条件を見出すこともできるからである。

本発明においては、すでに述べているとおり、液状樹脂をキャビティ内に導入するランナー部と、ランナー部と製品キャビティとを接続するゲート部とからなる導入部において流路断面積が急激に縮小する領域とその下流側の流路断面積を略一定あるいは漸減する領域を設け、かつ上流側の流路断面積と下流側の流路断面積の比が３：１から６：１の範囲とすることが重要であるが、そのほかの条件については、公知の反応射出成形方法と同様である。
すなわち、本発明に使用する液状樹脂材料としては、ポリオールとポリイソシアネートを基本とするポリウレタン樹脂材料が好ましいが、これに制限されるものではなく、液状の反応材料をキャビティ内に導入してそこで反応させて目的の樹脂成形品を形成できるものであれば、これに制限されるものではなく、例えば前記の特許文献２に記載の液状樹脂材料も適用することができる。

また、本発明の好ましい態様として、金型キャビティ内にインサート部材を配置しておき、インサート部材の下方に薄層の表面層形成用空間部を設け、そこに液状樹脂材料を注入して表面層を形成する金型構造である。こうした金型構造を使用すれば、前記液状樹脂材料に同伴される微細化された気泡はキャビティ内に注入されると比重の差により液状樹脂材料中を移動して上方のインサート部材の表面部寄りに集まり、インサート部材に設けた表面層の表面部には液状樹脂材料に同伴された気泡を実質的に完全に排除することができる。微細化された気泡をインサート部材の表面部に集めても、このインサート部材と表面層との接着性に影響を何ら与えるものではない。特に表面層に微細であってもボイドや凹みなどの欠陥がないことを要求されるような高品質製品の成形により好適である。あるいは、微細な気泡の存在によっても破断特性が影響を受けるおそれのあるエアバッグカバー部などにも好適である。

実施例１
以下に図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の液状樹脂成形型構造の概要説明図である。図１中、１はランナー、２はフィルム状ゲート、３−１はゲート内の流路厚み、３−２はゲート幅、３−３ゲート長さ、３−４はランナーとゲート接続部で流路断面積が急激に縮小する領域、４は製品部、５は表皮、Ａ１はゲート断面積、Ａ３はゲート断面積をそれぞれ示す。
本実施例では、ランナーの径８ｍｍ、急激流路縮小領域長さ２０ｍｍ、ゲート内の流路厚み１ｍｍで一定、ゲート幅１５ｍｍ、ゲート長さ３０ｍｍ、表皮厚み１ｍｍのときＡ１の断面積：約５０ｍｍ^２、Ａ３の断面積：１５ｍｍ^２とした。
単位時間吐出量３００ｇ／ｓｅｃでミキシングヘッドより射出されたポリウレタン樹脂原料はランナー部の空気を巻き込みながら進むが断面積が１／３になったフィルム状ゲート２を経て製品部４へ１８ｍ／ｓｅｃの流速で注入され固化し表皮層５を形成する。
ミキシングヘッドから射出されたポリウレタン樹脂原料は、ランナー部の空気を巻き込みながら進むが、断面積が１／３になったフィルム状ゲート内で圧力がかかり、巻き込まれてできた気泡は細かく分散される。したがって、ゲートからキャビティヘ入ったポリウレタン樹脂原料は製品を不良品（ＮＧ）とするほどの大きな気泡（ボイド）を含まない。また、ゲート厚み製品部の表皮の厚みが同じため、一度細かくした気泡は、凝集せず製品末端まで流れていく。上側にインサート下側にポリウレタン表皮の状態で成形する場合には、分散された気泡は少なくともインサート側にかたよるので、実際の製品では表皮表面には見られなくなる。

図２は、本発明の液状樹脂成形金型構造においてインサート成形する際の好ましい態様を示す図である。
図２（ａ）は、ポリウレタン原料がミキシングヘッドからランナーに導かれ、ランナー内で巻き込みエア（気泡）が発生している状態の説明図である。
図２（ｂ）は、気泡がフィルム状ゲートに入る際の状態の説明図である。
図２（ｃ）は、フィルム状ゲートを通過中に気泡が細かく分散される状態の説明図である。
図２（ｄ）は、気泡が分散された状態で製品部に入るが、比重の小さい微細な気泡はインサート側に集まり製品表面を不良（ＮＧ）とするような気泡はない。

本発明の液状樹脂成形型構造の一例を示す説明図。図２ａ〜ｄは、本発明の成形型構造を使用して、かつキャビティ内にインサート部材を配設した場合の成形説明図。

Claims

製品キャビティ及び液状樹脂を製品キャビティに注入するための導入部を有する液状樹脂成形型構造であって、その導入部は、液状樹脂の供給装置に接続されるランナー部と、ランナー部と製品キャビティとを接続するゲート部とからなり、前記導入部に流路断面積が急激に縮小する領域とその下流側の流路を略一定とするあるいは漸減する領域を設け、かつその上流側の流路断面積とその下流側の流路断面積の比がＸ：１（３≦Ｘ≦６）を満たすことを特徴とする液状樹脂成形型構造。
前記導入部においてゲート部はフィルム状をなし、ランナー部との接続部から急激に流路断面積を縮小する領域とその下流側の製品キャビティとの接続部にかけて略一定の流路断面積の領域とを有する請求項１記載の液状樹脂成形型構造。
前記導入部においてゲート部はフィルム状をなし、ランナー部との接続部から急激に流路断面積を縮小する領域とその下流側の製品キャビティとの接続部にかけて流路断面積を漸減する領域とを有する請求項１記載の液状樹脂成形型構造。
製品キャビティはその内部の上側に載置されたインサート部を有し、その下側に薄層の表面層形成用空間部を有する請求項１〜３記載の液状樹脂成形型構造。