JP2007160580A - 射出成形方法および射出成形用金型構造 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティのうち製品の肉厚変化急変部でのガス抜きを確実に、且つ長期にわたり安定して行えるようにして、ガス溜まりによる欠肉の発生を未然に防止する。
【解決手段】型締め動作途中で一次減圧用ベント孔９にてキャビティ４内を強制吸引により一次減圧状態とする。次いで、キャビティ４を密閉空間とした上で、キャビティ４のうち製品の肉厚変変化急変部ａに相当する部分に焼結金属ブロック１１を介して臨ませてある局部ガス抜き用ベント孔１０を使って、キャビティ４内のガスを強制吸引しながら成形原料を吐出・充填する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウレタンＲＩＭ成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ＝反応射出成形）に代表されるような射出成形方法および射出成形用金型構造に関し、特に製品の肉厚変化急変部においていわゆるガス溜まりによる欠肉等の不具合発生を未然に防止するようにした射出成形方法および射出成形用金型構造に関するものである。

ウレタンＲＩＭ成形においては、キャビティのうち製品の端末あるいは肉厚変化急変部に相当する部分ではいわゆるガス溜まりが発生しやすく、それによって製品に欠肉が発生しやすいことから、例えば特許文献１に記載のように、（１）金型全体を真空引きする、（２）エアベントやガス抜きピンを設置する、等の手法が採られている。
特開平９−２０７１５９号公報

しかしながら、キャビティのうち製品端末に相当する部分から強制吸引にてガスを抜く方法では、製品の中央部に相当する部分に溜まるガスについてはその強制吸引効果が不十分であり、なおも欠肉等の不具合が発生することがある。また、そのような部位には上記のようにエアベントやガス抜きピンを設置することになるが、エアベントの場合にはエアベントからの樹脂材料の噴き出しが余儀なくされ、そのエアベントに相当する非製品部領域の切除作業が必要となるほか、ガス抜きピンの場合にはクリアランスに樹脂材料が詰まりやすく、本来の効果が長続きしないという問題点があった。

さらに、キャビティのうち製品端末に相当する部分から型合わせ面（パーティング面）を使って強制吸引にてガスを抜く場合、特に大型の製品の成形を目的とした金型では型合わせ面のクリアランスを一定に保つことが困難であり、そのために相対的にクリアランスが大きい部分では「ばり」が発生し、後工程においてその「ばり」取り作業に多大な工数を要するという問題点があった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけキャビティのうち製品の肉厚変化急変部でのガス抜きを確実に、且つ長期にわたり安定して行えるようにして、もって従来のようなガス溜まりによる欠肉の発生を未然に防止できるようにした射出成形方法と射出成形用金型構造を提供しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、成形原料の充填に先立つ金型の型締め状態において、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分について負圧吸引力をもって局部的にガス抜きを行いながら成形原料の充填を行う一方、成形原料充填後の製品取り出しに先立つ型開き時には上記肉厚変化急変部に圧縮空気を吹き込むことを特徴とする。

ここで、型締め状態とは、例えば金型が上型と下型とで構成されている場合に双方の型要素の型合わせ面同士が完全に密着しないまでも、少なくともキャビティを主要素とする金型の内部空間が外部から遮断されて密閉空間となった状態を含むものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出成形方法に用いる金型構造として、金型に、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨む局部ガス抜き用ベント孔を形成してあることを特徴とする。

この場合、請求項３に記載のように、上記多孔質金属部材は、ガス抜きが可能で且つ成形原料が流入しない１０μｍ以下の微細空孔を有する焼結金属をもって形成してあることがその機能を長期にわたって維持する上で望ましく、さらには請求項４に記載のように、上記多孔質金属部材は、４０〜１００μｍの高さの凹凸をもって表面を粗面形状としたものであることが製品の離型を容易にする上でより望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項１または５に記載の射出成形方法を前提として、上記局部的なガス抜きはキャビティ内を一次減圧状態とした上で行うことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の射出成形方法に用いる金型構造として、金型に、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨む局部ガス抜き用ベント孔を形成するとともに、金型の型合わせ面のうちキャビティの最外周位置よりも外側にシール部材を配置し、そのキャビティの最外周位置とシール部材との間にはキャビティ内を一次減圧状態とするための一次減圧用ベント孔を臨ませてあることを特徴とする。

この場合、局部的なガス抜きと一次減圧とを効率良く行うためには、請求項９に記載のように、金型の型合わせ面のうちキャビティの最外周位置よりも外側に外側シール部材を、キャビティの最外周位置よりも外側で且つ外側シール部材の内側には外側シール部材よりも突出高さの小さな内側シール部材をそれぞれ配置して二重シール構造としてあり、それら外側シール部材と内側シール部材との間に一次減圧用ベント孔を臨ませてあることが望ましい。

特に、請求項１０に記載のように、上記外側シール部材がシール状態となった時点で一次減圧用ベント孔によるキャビティの一次減圧が開始される一方、上記内側シール部材がシール状態となった時点でキャビティの一次減圧が終了し、その一次減圧に代わって局部ガス抜き用ベント孔による局部的なガス抜きが行われるようになっていることがより望ましい。

したがって、請求項１に記載の発明では、型締め状態において、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分について負圧吸引力をもって局部的にガス抜きを行いながら成形原料の充填を行うことにより、特に製品段階で肉厚変化急変部となる部分について集中的にガス向きが行われることになる。そのため、キャビティの隅々まで確実にガス抜きが行われて、特に製品段階で肉厚変化急変部となる部分についても従来のようなガス溜まりによる欠肉を未然に防止できるようになる。

その一方、成形原料充填後の製品取り出しに先立つ型開き時には、それまでの局部的なガス抜きに代わって上記肉厚変化急変部に圧縮空気を吹き込むことにより、金型から製品が剥がれやすくなり、その金型への製品の張り付きを未然に防止できることになる。

特に、請求項２に記載のように、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨む局部ガス抜き用ベント孔を形成してあると、上記のように多孔質金属部材から圧縮空気を吹き込むことでその多孔質金属部材に付着している樹脂小片も吐出されて、局部ガス抜き用ベント孔の詰まりを防止しつつその局部ガス抜き用ベント孔本来の機能を長期にわたって安定維持することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、型締め状態において特にキャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分について集中的にガス向きが行われるため、ガス抜きを効率良く行えることはもちろんのこと、その肉厚変化急変部について従来のようなガス溜まりおよびそのガス溜まりに起因する欠肉等の不具合を確実に且つ未然に防止できる効果がある。

また、製品取り出しに先立つ型開き時には、それまでの局部的なガス抜きに代わって肉厚変化急変部に圧縮空気を吹き込むことにより、金型からの製品の離型性も良好なものとなる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の射出成形方法に用いる金型構造を前提として、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨むことになる局部ガス抜き用ベント孔を形成したため、請求項１に記載の発明と同様の効果に加えて、局部ガス抜き用ベント孔の詰まりを防止しつつその局部ガス抜き用ベント孔本来の機能を長期にわたって安定維持することができる効果がある。

図１，２は本発明に係る射出成形金型のより具体的な実施の形態としてウレタンＲＩＭ成形用の金型構造を示しており、ここでは製品として図３に示すような自動車のインストルメントパネル表皮材Ｗを成形する際に、特にその肉厚変化急変部ａでのガス溜まりに基づく欠肉Ｑの発生を防止することを主たる目的としている。

図１に示すように、金型１は例えば固定型としての上型２と可動型としての下型３とをもって構成されていて、それら上下型２，３の型締め状態をもって製品部空間としてのキャビティ４が隔離形成されることになる。下型３には成形原料の吐出機（ミキシングヘッド）５が付帯しており、この吐出機５からランナー６を介して所定の成形原料がキャビティ４に吐出・充填されることになる。

一方、上型２の型合わせ面（パーティング面）２ａには、キャビティ４よりも外周側に位置してこれを囲繞するようにシール部材としてのシリコーン樹脂製の外側シール７と内側シール８とを内外二重にわたって閉ループ状に設けてあり、型締め状態では上下型２，３の型合わせ面２ａ，３ａにおいていわゆる二重シール構造となるように設定してある。そして、図５に示すように、外側シール７および内側シール８の自由状態においては各シール７，８の型合わせ面２ａからの突出量は内側シール８よりも外側シール７の方が大きくなるように設定してあるとともに、内側シール８の位置はキャビティ４と型合わせ面２ａ，３ａとの境界位置およびランナー６と型合わせ面２ａ，３ａとの境界位置に沿うような位置に設定してあり、これにより内側シール８は型合わせ面２ａ，３ａにおけるいわゆる「ばり」発生防止のためのシールを兼ねている。その結果、図１の金型構造ではいわゆる「ばり」レス構造のものとなっている。

上型２には一次減圧用ベント孔９が形成されていて、この一次減圧用ベント孔９はその上型２側の型合わせ面２ａにおいて外側シール７と内側シール８との間に開口している。また、上型２にはその一次減圧用ベント孔９とは別に、当該一次減圧用ベント孔９から分岐した局部ガス抜き用ベント孔１０が形成されていて、この局部ガス抜き用ベント孔１０はキャビティ４のうち製品段階で肉厚変化急変部ａ（図３参照）となる部分に多孔質金属部材である焼結金属ブロック１１をもって開口させてある。そして、一次減圧用ベント孔９と局部ガス抜き用ベント孔１０は一つの管路として集約された上で切換バルブ１２を介して圧縮空気供給源１３と強制吸引手段である真空ポンプ１４に接続されている。なお、切換バルブ１２と真空ポンプ１４との間にはアキュームレータ１５を介在させてある。その結果、切換バルブ１２を切換動作させることにより、一次減圧用ベント孔９および局部ガス抜き用ベント孔１０には、真空ポンプ１４からの負圧吸引力および圧縮空気供給源１３からの圧縮空気のうちのいずれかを選択的に導入することができるようになっている。

ここで、キャビティ４のうち製品段階で肉厚変化急変部ａとなる部分に臨ませてある焼結金属ブロック１１は、ガスや空気の流通を許容しながらも成形原料の流入を阻止できるように例えば１０μｍ以下の微細空孔を有するいわゆる多孔質状のもので、図４に示すように少なくとも４０〜１００μｍの高さの凹凸をもって表面を粗面形状のものとしてある。

したがって、このような金型構造によれば、図５に示す型開き状態では金型温度が６０〜８０℃に保たれており、この状態から上型２を下降させて型締め動作に移行する。

型締め動作に移行すると、図６に示すように最初に外側シール７が下型３側の型合わせ面３ａに圧接して、不完全型締め状態でありながらキャビティ４は外部空間から遮断されて独立した密閉空間となる。この状態で切換バルブ１２を真空ポンプ１４側に切り換えて、一次減圧用ベント孔９および局部ガス抜き用ベント孔１０を介してキャビティ４に負圧吸引力を作用させて、そのキャビティ４内を急速に負圧減圧状態（一次減圧状態）とする。なお、この時には上型２はなおも下降動作を継続している。

上型２のさらなる下降動作に伴い図７に示すように内側シール８が下型３側の型合わせ面３ａに圧接すると、外側シール７と内側シール８との間の空間がキャビティ４から遮断されて独立した密閉空間となる。これにより、外側シール７と内側シール８との間の空間に開口もしくは臨んでいる一次減圧用ベント孔９の負圧吸引力は、以降はキャビティ４には作用しなくなる。つまり、内側シール８が下型３側の型合わせ面３ａに圧接した以降は、負圧吸引の対象となる領域が従前の一次減圧時よりも狭められ、キャビティ４には局部ガス抜き用ベント孔１０による負圧吸引力のみが焼結金属ブロック１１を介して作用するようになる。このように、負圧吸引力によるエア抜きが実質的に二段階で行われることにより、焼結金属ブロック１１が臨んでいる部分、すなわちキャビティ４のうち製品Ｗ段階で肉厚変化急変部ａとなる部分を中心としてさらに局部的なエア抜きが継続して行われて、きわめて短時間のうちに肉厚変化急変部ａを中心としたキャビティ４内が所定の減圧状態に保持されることになる。なお、この段階においても上型２はなおも下降動作を継続している。

やがて上型２が下死点に達して完全なる型締め状態となったならば、図８に示すように吐出機５からキャビティ４内にＲＩＭ成形のための成形原料を吐出・充填して、所定時間だけ保圧状態とすることで反応硬化を促進させ、製品たる成形品Ｗを成形する。このＲＩＭ成形のための成形原料の吐出・充填時には、焼結金属ブロック１１を介しての局部ガス抜き用ベント孔１０による負圧吸引力が作用したままであるから、その成形原料の吐出・充填の進行に伴ってキャビティ４のうち製品Ｗ段階で肉厚変化急変部ａとなる部分に追いやられた発生ガスがスムーズに外部に排出される。したがって、図３に示したようなガス溜まりの発生がなく、それによる欠肉Ｑの発生もまた未然に防止されることになる。

所定の保圧時間を経たならば、図９に示すように切換バルブ１２を圧縮空気供給源１３側に切り換えて、局部ガス抜き用ベント孔１０の先端の焼結金属ブロック１１からキャビティ４内に圧縮空気を吹き出し、それと同時に上型２を上昇動作させて型開き動作に移行する。このキャビティ４内への圧縮空気の吹き出しにより、上型２からの製品Ｗの剥離がスムーズに行われて、その上型２への製品Ｗの張り付きが未然に防止される。同時に、キャビティ４に臨んでいる焼結金属ブロック１１の表面が図４に示したように粗面となっていることから、その焼結金属ブロック１１からの圧縮空気の吹き出しに伴い焼結金属ブロック１１の表面に付着した樹脂片も容易に吐出されることになる。その結果、焼結金属ブロック１１の目詰まりが未然に防止されて、その焼結金属ブロック１１を有する局部ガス抜き用ベント孔１０の本来の機能を長期にわたって維持することができるようになる。

また、本実施の金型構造によれば、先に述べたようにいわゆる「ばり」レス構造のものであるため、金型１の型合わせ面２ａ，３ａには「ばり」が発生せず、製品Ｗにはわずかにランナー６に相当する非製品部領域が付帯しているだけであるため、その後の「ばり」取り作業を実質的に廃止できるようになる。

なお、本実施の形態ではＲＩＭ成形用の金型を例にとって説明しているが、本発明はＲＩＭ成形用の金型以外の射出成形用金型をはじめとして各種樹脂成形用の金型に適用することができることは言うまでもない。

本発明のより具体的な実施の形態としてＲＩＭ成形用の金型構造を示す断面説明図。 図１の要部拡大図。 図１の金型構造で成形される製品の一例として自動車のインストルメントパネル表皮材を示す断面説明図。 図１，２に示す焼結金属ブロックの要部拡大断面図。 図１の金型構造での型開き状態を示す断面説明図。 型締め状態に移行する途中の状態を示す断面説明図。 同じく型締め状態に移行する途中の状態を示す断面説明図。 図１の金型構造での型締め状態を示す断面説明図。 図１の金型構造での型開き状態の初期段階を示す断面説明図。

符号の説明

１…金型
２…上型
２ａ…型合わせ面
３…下型
３ａ…型合わせ面
４…キャビティ
７…外側シール（シール部材）
８…内側シール（シール部材）
９…一次減圧用ベント孔
１０…局部ガス抜き用ベント孔
１１…焼結金属ブロック（多孔質金属部材）
１２…切換バルブ
１３…圧縮空気供給源
１４…真空ポンプ（強制吸引手段）
ａ…肉圧変化急変部
Ｗ…インストルメントパネル表皮材（成形品，製品）

Claims (11)

1. 成形原料の充填に先立つ金型の型締め状態において、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分について負圧吸引力をもって局部的にガス抜きを行いながら成形原料の充填を行う一方、
   成形原料充填後の製品取り出しに先立つ型開き時には上記肉厚変化急変部に圧縮空気を吹き込むことを特徴とする射出成形方法。
2. 請求項１に記載の射出成形方法に用いる金型構造であって、
   金型に、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨む局部ガス抜き用ベント孔を形成してあることを特徴とする射出成形用金型構造。
3. 上記多孔質金属部材は、ガス抜きが可能で且つ成形原料が流入しない１０μｍ以下の微細空孔を有する焼結金属をもって形成してあることを特徴とする請求項２に記載の射出成形用金型構造。
4. 上記多孔質金属部材は、４０〜１００μｍの高さの凹凸をもって表面を粗面形状としたものであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形用金型構造。
5. 上記局部的なガス抜きはキャビティ内を一次減圧状態とした上で行うことを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
6. 請求項１または５に記載の射出成形方法に用いる金型構造であって、
   金型に、キャビティのうち製品段階で肉厚変化急変部となる部分に多孔質金属部材をもって臨む局部ガス抜き用ベント孔を形成するとともに、
   金型の型合わせ面のうちキャビティの最外周位置よりも外側にシール部材を配置し、
   そのキャビティの最外周位置とシール部材との間にはキャビティ内を一次減圧状態とするための一次減圧用ベント孔を臨ませてあることを特徴とする射出成形用金型構造。
7. 上記多孔質金属部材は、ガス抜きが可能で且つ成形原料が流入しない１０μｍ以下の微細空孔を有する焼結金属をもって形成してあることを特徴とする請求項６に記載の射出成形用金型構造。
8. 上記多孔質金属部材は、４０〜１００μｍの高さの凹凸をもって表面を粗面形状としたものであることを特徴とする請求項７に記載の射出成形用金型構造。
9. 金型の型合わせ面のうちキャビティの最外周位置よりも外側に外側シール部材を、キャビティの最外周位置よりも外側で且つ外側シール部材の内側には外側シール部材よりも突出高さの小さな内側シール部材をそれぞれ配置して二重シール構造としてあり、
   それら外側シール部材と内側シール部材との間に一次減圧用ベント孔を臨ませてあることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の射出成形用金型構造。
10. 上記外側シール部材がシール状態となった時点で一次減圧用ベント孔によるキャビティの一次減圧が開始される一方、上記内側シール部材がシール状態となった時点でキャビティの一次減圧が終了し、その一次減圧に代わって局部ガス抜き用ベント孔による局部的なガス抜きが行われるようになっていることを特徴とする請求項９に記載の射出成形用金型構造。
11. 上記一次減圧用ベント孔および局部ガス抜き用ベント孔は、強制吸引手段と圧縮空気供給源とに選択的に接続可能となっていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の射出成形用金型構造。

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