JP2008149499A - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性に優れたアルミニウム型を用い、必要な箇所に限定して硬質化することによって、円滑かつ効率的に成形を行えるようにする。
【解決手段】成形用金型１において、型板２ａ，３ａ，コア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃからなる固定型部材２及び可動型部材３はアルミニウム合金製のもので、コア２ｂ，３ｂのキャビティ４が形成されている部位と、流路構成部２ｃ，３ｃのランナ１２及びゲート１３を構成する流路部分には硬質化するために、鉄系のメッキが施され、これ以外の部位及び型板２ａ，３ａの全面は非メッキ面とする。また、受け板６及びスペーサブロック７も、軽量化の観点からアルミニウム合金から構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は射出成形用の金型に関するものであり、特にアルミニウム合金を母材とした成形型からなる射出成形用金型に関するものである。

射出成形用の金型は鋼鉄製のものが一般的に使用されているが、金型の製造に困難性があり、また製作が長時間化し、さらにこれらに起因して製造コスト高になる等の問題点があり、しかも熱伝導率や重量等でも不満が大きい。以上の点を勘案して、金型の素材として鋼鉄以外にも様々なものが実用化されている。そのうち、アルミニウム製の金型は、加工性が良好で、型製造時間の短縮及びコストの低減が図られるだけでなく、熱伝導率が高いこと等の理由で、成形サイクルの短縮が図られ、さらに軽量であることから、成形機における金型の着脱，搬送及び組み立て等の点からも有利である。

従って、射出成形用の金型の素材としては、アルミニウム、特にアルミニウム合金が極めて有望である。しかしながら、アルミニウム金型は、鉄製金型と比較して、軟質の金属であり、耐摩耗性も劣っている。射出成形に用いられる合成樹脂は熱可塑性樹脂が一般的であるが、強度向上等の観点から、通常、樹脂に例えばガラス繊維からなる強化材が樹脂に混合して用いられる。ガラス繊維の混合率が低い場合はともかく、例えば４０％以上というように、ガラス繊維が高い比率で混合されていると、溶融樹脂をスプル，ランナ及びゲートを経てキャビティ内に供給される際にそれらの内壁面に磨耗を生じさせることになる。このために、供給樹脂にアルミニウムの磨耗粉が混入する等といった不都合があり、またキャビティ内面の磨耗により、早期に転写精度が低下して成形品の面精度が低下し、金型としては短寿命なものである。従って、アルミニウム金型は、前述した種々の利点はあるにも拘らず、１００個程度までの製品の成形を行う場合であればともかく、成形品を量産するための金型として用いることはできなかった。

以上のことから、アルミニウム金型の長寿命化を図るための試みが種々なされているが、その１つの方向として、アルミニウム素材として、硬質のもの、例えば超超ジュラルミン（Ａ７０７５）からなるアルミニウム合金を用いる等によって、磨耗しにくいアルミニウム素材を用いて金型を構成したものが用いられている。しかしながら、たとえ超超ジュラルミンを用いたとしても、鋼鉄製の金型と比較すると、やはり耐久性の点で不満であり、成形される樹脂材の性質によっては、金型として必要な硬度が得られない場合もある。

一方、アルミニウム金型のキャビティを含む面を硬質化処理することにより、その寿命を長くするようにしたものも知られている。例えば、特許文献１に提案されているのは、アルミニウム合金材料からキャビティを形成する固定型及び可動型からなる金型を製造し、これら型素材の表面に直接、またはアルマイト処理を行った上で、この金型表面にアルゴンを主とするイオンビームを照射して硬化層となし、チタンやアルミニウムをターゲット材として、窒素雰囲気下でスパッタリングを行うことにより窒化物膜を形成し、さらにその上に無電解ニッケルメッキを行うようにしている。
特開平７−３４７０号公報

アルミニウム金型の表面を硬質化処理するにしても、必要な程度にまで硬度を上げようとすると、前述したような多重の硬質化処理が必要となり、処理が極めて複雑かつ面倒になるという問題点があり、加工性が良好で、型製造時間の短縮及びコストの低減という特性が損なわれてしまう。しかも、最終段に行われる無電解ニッケルメッキは、金型の表面全体にわたって行われるものである。このように、固定型部材と可動型部材との双方に対して、その接合面全体にアルミニウムより低い熱伝達率を有する部材であるニッケルメッキされると、固定型部材と可動型部材との間が熱的に遮断された状態になる。その結果、加熱及び冷却の効率が低下することになり、また固定型部材と可動型部材との間で温度差が生じ、キャビティ内に温度差が生じる可能性があり、これが原因となって成形精度が悪くなり、また離型不良が生じる等といった不都合を生じる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、加工性に優れたアルミニウム金型を用い、必要な箇所に限定して硬質化することによって、円滑かつ効率的に成形を行うことができる射出成形用金型を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、固定型部材と可動型部材との間にキャビティを形成し、このキャビティに溶融樹脂を供給するために、前記キャビティに接続したゲートと、このゲートに接続したランナを設けた射出成形用金型であって、前記固定型部材及び可動型部材はアルミニウム合金から形成し、少なくとも前記キャビティを構成する固定型部材及び可動型部材の転写壁面には鉄系メッキを施したメッキ面とし、前記メッキ面以外は、前記アルミニウム合金が無垢の状態で露出する非メッキ面とする構成としたことをその特徴とするものである。

射出成形用の金型においては、固定型部材と可動型部材とを接合させることにより、その間にキャビティが形成される。従って、キャビティ内面は固定側と可動側とに分かれることになり、キャビティ内面を構成するそれぞれの転写壁面に限定して鉄系メッキ（を施し、キャビティの転写壁面以外の部位にはメッキを施さない非メッキ面とする。型素材としてのアルミニウム合金が表面に現れた無垢な面とする。これは、固定型部材及び可動型部材に対して、キャビティとなる部位を形成した後、非メッキ面となる部位をマスクした状態で鉄系メッキを行うことにより、容易に達成することができる。ここで、鉄系メッキは鉄及び鉄合金、例えばＦｅ−Ｃｕ系の合金等を含むものである。

最低限キャビティは鉄系メッキを施すとして、このキャビティに向けての溶融樹脂の供給路となるランナ及びゲートについても、硬度を高くし、耐摩耗性を良好とする必要があることから、これらの部位にも鉄系メッキを施すのが望ましい。ここで、耐摩耗性の観点からは、鉄系メッキを行った後の後処理として浸硫窒化処理を行うと、表面の硬度をさらに向上させることができる。また、表面を研磨することにより平滑化が図られて、樹脂の流通性を高めることができる。また、ランナに加えてスプルを有する構成とした場合、このスプル内面も鉄系メッキを施す。なお、スプルは固定型部材とは別部材で形成して、この固定型部材に装着するように構成したものもあり、この場合にはスプルブッシュを鋼鉄製のものとして、固定型部材に装着すれば良い。

ここで、固定型部材と可動型部材との間に形成されるキャビティは、固定型部材及び可動型部材に直接形成される場合もあるが、いずれか一方または両方の型部材を型板とコアから構成される場合がある。型板にコアを装着する場合には、コアの壁面の一部がキャビティとなるために、このキャビティを構成する壁面のみに鉄系のメッキを施し、それ以外の壁面は非メッキ面となし、アルミニウム合金を無垢の状態で露出させる。また、樹脂の加熱及び冷却手段は型板に設けられるので、型板はアルミニウム合金製とする。また、型板を有する構成とした場合において、ゲート及びランナからなり、キャビティに向けて溶融樹脂を供給する樹脂供給路を設けた流路構成部を型板とは別部材で形成して、コアと共にこの流路構成部を型板に装着するように構成することができる。この場合には、樹脂供給路を構成する壁面をメッキ面となし、それ以外の壁面を非メッキ面とする。

樹脂の成形が終了した後、成形品を取り出すために、突き出しピンや突き出しスリーブが設けられる。このような突き出し部材は可動型部材に形成した挿通孔に挿通されて、この挿通孔に沿って摺動することになる。このために、挿通孔の内面も同様に鉄系メッキを施すのが望ましい。また、突き出し部材と共に復帰部材も設けられ、この復帰部材の挿通孔も可動型部材に装着されるが、この挿通孔も同様に鉄系メッキを施すことにより摺動性を良好とする。さらに、可動型部材は固定型部材に対して接離するものであり、このときに可動型部材を固定型部材に対して位置合わせがなされていなければならない。このために、可動型部材の動きをガイドするガイドピンが可動型部材に設けられ、ガイドピンが挿通されるガイド孔が固定型部材に形成される。従って、必要に応じてこのガイド孔も硬質鉄系メッキを施すことができる。

このように、固定型部材及び可動型部材は共に軽量で、熱伝導率が高く、しかも加工性が良好なアルミニウム合金で構成することにより、型製造時間の短縮及びコストの低減が図られる。そして、成形時における固定型部材及び可動型部材の加熱・冷却を迅速かつ効率的に、しかもキャビティ全体にわたって均一に行うことができる。従って、成形サイクルタイムが短縮されて、成形品の製造をより効率化することができる。さらに、キャビティ内面は鉄または鉄合金による鉄系メッキが施されて硬質化されているので、成形用の樹脂としてガラス繊維等が多量に混合されているものを用いても、キャビティ内面の磨耗が抑制され、長期間にわたって転写面形状を高精度に維持することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１に射出成形用金型の縦断面図を示す。同図から明らかなように、成形用金型１は、固定型部材２と可動型部材３とを備え、これら固定型部材２と可動型部材３とを接合させることにより、その間にキャビティ４が形成される。ここで、固定型部材２及び可動型部材３は、共に型板２ａ，３ａにコア２ｂ，３ｂを装着したものから構成されており、キャビティ４はコア２ｂ，３ｂ間に形成されている。なお、固定型部材２及び可動型部材３はコアと型板とを一体物で構成することもできる。

固定型部材２は固定側取付板５に固定されており、可動型部材３は受け板６及びスペーサブロック７を介して可動側取付板８に連結されている。固定側取付板５にはロケートリング９が装着されており、このロケートリング９には射出シリンダ（図示せず）が接続されることになる。また、固定側取付板５におけるロケートリング８の内側にはスプルブッシュ１０が装着されている。スプルブッシュ１０は固定側取付板５を貫通して固定型部材２内にまで延在され、その内部には溶融樹脂の供給流路となるスプル１１が形成されている。スプル１１にはランナ１２が連通しており、このランナ１２とキャビティ４とはゲート１３を介して連通している。ここで、スプル１１とランナ１２との接続部には、成形後にスプル１１内に残存する樹脂を除去するためのスプルロックピン１４が臨んでいる。

受け板６及びスペーサブロック７を介して可動側取付板８に連結した可動型部材３は、固定型部材２に対して近接・離間する方向に移動可能なものであり、この動作時に可動型部材３を固定型部材２に対して位置合わせするために、可動型部材３に設けたガイドピン１５が固定型部材２に設けたガイドブッシュ１６に摺動可能に連結されている。さらに、キャビティ４内で成形が完了した後には、このキャビティ４の下部に位置する突き出しピン１７を上昇させて、キャビティ４内で成形された成形品を突き上げるようにして型離れすることになる。ここで、突き出しピン１７は昇降板１８に装着されており、型板３ａからコア３ｂを貫通してキャビティ４に望むように形成した挿通孔１９に挿通されている。そして、昇降板１８を可動側取付板８に近接する方向に所定ストロークだけ移動させることによって、キャビティ４内の成形品が突き上げられることになる。昇降板１８が成形品の突き上げのために上昇した後、可動側取付板８に当接する位置まで下降させるために、復帰用ばねを作用させたリターンピン２０が設けられており、このリターンピン２０は、可動型部材３における型板３ａに設けた挿通孔２１に摺動可能となっている。

射出成形用金型は以上のように構成されるものであって、成形用金型１には、さらにキャビティ４内の樹脂を加熱したり、冷却したりするための加熱手段及び冷却手段を備えている。ここで、加熱手段は、一般的に、ロッド式またはバンド式のヒータが用いられ、冷却手段は水冷または空冷のものから構成され、型板２ａ，３ａに内蔵させるのが一般的である。なお、これら加熱手段及び冷却手段は従来から周知であるので、それらの図示及び説明は省略する。

成形用金型１を構成する可動側取付板８を固定側取付板５に近接する方向に駆動することにより固定型部材２と可動型部材３とを接合させて、所定の加圧力を作用させることにより型締めが行われる。この状態で、ロケートリング９に射出用シリンダを接続して、スプル１１からランナ１２及びゲート１３を介してキャビティ４内に溶融樹脂を供給する。このキャビティ４内に十分行き渡るまでは樹脂を高温状態に保持するために、加熱手段により固定型部材２及び可動型部材３を加熱状態に保持する。

キャビティ４内全体に樹脂が行き渡ると、加熱手段による加熱を停止し、冷却手段による冷却を開始する。キャビティ４が所定の温度にまで低下すると、樹脂が固化・成形されることになる。そこで、可動型部材３を下降させて、固定型部材２から離間させることにより型離れを行わせ、次いで突き出しピン１７を上昇させることにより成形品を取り出して、さらにリターンピン２０の作用で突き出しピン１７を下降させる。これを１サイクルとして、この操作を繰り返すことによって、順次樹脂の成形が行われる。

ここで、前述のようにして行われる樹脂を射出成形する際において、キャビティ４内を加熱・冷却が繰り返されることから、加熱及び冷却のサイクルタイムを短縮するために、成形用金型１の素材としては、熱伝導率が高いものを用いる必要がある。また、型締め及び型開きを軽い負荷で円滑に行うために、成形用金型１、特に可動型部材３や受け板６，スペーサブロック７等を軽量化しなければならない。しかも、キャビティ４や、溶融樹脂の流路となるランナ１２，ゲート１３等に対しては高い成形圧が作用することから、成形用金型１を構成する各部は機械的な強度も要求される。これらの点から、成形用金型１を構成する各部のうち、特に樹脂の通路を構成する固定型部材２及び可動型部材３はアルミニウム合金製のものとする。また、受け板６及びスペーサブロック７も、軽量化の観点からアルミニウム合金で構成する。ただし、固定側取付板５及び可動側取付板８は、強度を保持させるために、鋼鉄製とするのが望ましい。

固定型部材２及び可動型部材３に作用する成形圧に対する強度を持たせるために、アルミニウム合金としては、例えばＡｌ−Ｍｇ系，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系等が好適に用いられ、またＡｌ−Ｃｕ―Ｍｇ系、つまりジュラルミンも用いることができる。

前述したアルミニウム合金は軟質の金属であり、鉄より低硬度のものである。ただし、硬度が低いことにより、その加工が容易であり、金型の製造時間が短く、しかも製造コストも低減されるという利点がある。ただし、転写面となる固定型部材２及び可動型部材３の表面や、溶融樹脂の流路を構成するランナ１２及びゲート１３の表面からなる壁面に無垢のままのアルミニウム合金が露出していると、溶融樹脂を供給したときに、特にガラス繊維等を混入した樹脂を供給すると、壁面が早期に磨耗する等、耐久性が不足する。

そこで、溶融樹脂が流れる経路となり、樹脂が接触する壁面、つまりランナ１２，ゲート１３及びキャビティ４の内壁面に鉄系メッキを施して、硬質化させている。なお、スプル１１も溶融樹脂の流路となるが、このスプル１１はスプルブッシュ１０に形成されており、このスプルブッシュ１０の素材は鋼材とする。ただし、スプルブッシュ１０をアルミニウム合金で構成し、その内面に鉄系メッキを施すようにしても良い。

そして、固定型部材２及び可動型部材３において、鉄系メッキを行うのは、前述した樹脂の流路を構成する壁面に限定し、これ以外の部位はアルミニウム合金を無垢のままとする。つまり、キャビティ４，ゲート１３及びランナ１２を構成する内壁面のみをメッキ面とし、これら以外の外面は、型板２ａ，３ａであれ、またコア２ｂ，３ｂであれ、メッキを施さない非メッキ面としている。これによって、型締めしたときに、固定型部材２と可動型部材３との接合面が無垢のアルミニウム合金素材同士となる。このために、相互間に高い熱伝達を発揮し、キャビティ４の内部温度を迅速に、しかも全体にわたって均一化することができる。その結果、極めて高い転写精度を有する高品質の成形品を得ることができる。また、アルミニウム合金の表面の大半が外部に露出しているので、冷却時の放熱性が良好となり、冷却時間の短縮を図ることができる。

ここで、アルミニウムの熱伝導率は２４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であるのに対して、鋼鉄製の金型として一般に用いられる炭素鋼の熱伝導率は４８．５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１である。即ち、アルミニウム製の金型の熱伝導率は鋼鉄製の金型より熱伝導率が５〜６倍程度高いことから、アルミニウム金型を用いる方が、加熱・冷却を迅速に行うことができ、かつ消費エネルギも少なくなる。また、比重は、アルミニウムが２．７０であるのに対して鋼鉄は７．８５程度となるので、成形用金型１の全体が軽量化され、その組み立てが容易になり、かつ型締め及び型開きが軽い負荷で円滑に行えることになる。

固定型部材２及び可動型部材３は部分的に鉄系メッキが施されている。鉄系メッキが施されるのは、コア２ｂ，３ｂにおけるキャビティ４が形成されている部位であり、またランナ１２及びゲート１３を構成する流路部分である。そこで、キャビティ４を構成するコア２ｂ，３ｂだけでなく、ランナ１２及びゲート１３からなる流路を構成する部位について、型板２ａ，３ａとは別個に流路構成部２ｃ，３ｃとして形成されている。即ち、固定型部材２及び可動型部材３は、それぞれ型板２ａ，３ａと、コア２ｂ，３ｂと、流路構成部２ｃ，３ｃとの３部材で構成されている。

型板２ａ，３ａは、その外面全体が非メッキ面であり、従って鉄系メッキは行わない。コア２ｂ，３ｂは、そのキャビティ４を構成する壁面と、ゲート１３を構成する壁面とがメッキ面とし、それ以外の表面はメッキを行わない非メッキ面とする。また、流路構成部２ｃ，３ｃは、ランナ１２及びゲート１３が形成されている部位のみをメッキ面とし、これら以外の表面を非メッキ面とする。

コア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃにおいて、前述した非メッキ面全体をマスキングしても良いが、図４及び図５に示したように、コア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃにおいて、ドットを付した部位だけにマスキングを行い、側面や裏面については格別マスキングを行わない。従って、マスキングを行う箇所を極めて小さい面積となり、マスキング及びその剥離といった作業を容易に行うことができる。そして、これらコア２ｂ，３ｂと、流路構成部２ｃ，３ｃとは、図６に示した吊下用ワイヤ３０ａを連結したハンガ３０に装着して電解メッキを行うことによって、部分メッキが行われる。ハンガ３０にはコア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃを装着する凹部３１が形成されている。これらコア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃは、部分メッキされる部位は全て同じ面を向いているので、ハンガ３０においては、この面を表側にして、コア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃを嵌合させて、このハンガ３０の表面とコア２ｂ，３ｂ及び流路構成部２ｃ，３ｃの表面とを同一平面とする。これによって、最小限のマスクにより必要な部位にのみ部分的な鉄系メッキを行うことができる。そして、メッキ面の硬度をさらに向上するために、マスキングを行ったままで浸硫窒化処理を行うのが望ましい。

ここで、転写面となるキャビティ４を構成する壁面は成形品の形状を決定するものであり、またランナ１２及びゲート１３は樹脂の流れの円滑性を左右するものである。前述したメッキ面におけるメッキ厚は数μｍ〜十数μｍ程度とするが、表面の平滑化のために、メッキを行った後に、表面を研磨することにより均質な表面形状とするのが望ましい。また、可動型部材３には、その型板３ａ及びコア３ｂに突き上げピン１７の挿通孔１９が形成されており、また型板３ａにはリターンピン２０の挿通孔２１が設けられているが、これらの摺動性を良好にするために、挿通孔１９及び２１内面にも硬質化するためのメッキを施すようにする。

本発明の実施の一形態を示す射出成形用金型の縦断面図である。 図１の射出成形用金型の固定型部材の平面図である。 図１の射出成形用金型の可動型部材の平面図である。 コアの外観図である。 流路構成部の外観図である。 コア及び流路構成部にメッキを行うために用いられるハンガを、このハンガにコア及び流路構成部を装着した状態にして示す正面図である。

符号の説明

１ 成形用金型 ２ 固定型部材
３ 可動型部材 ２ａ，３ａ 型板
２ｂ，３ｂ コア ２ｃ，３ｃ 流路構成部
４ キャビティ １０ スプルブッシュ
１１ スプル １２ ランナ
１３ ゲート １５ ガイドピン
１６ 突き上げピン １９ 挿通孔
２０ リターンピン ２１ 挿通孔
３０ ハンガ

Claims (6)

1. 固定型部材と可動型部材との間にキャビティを形成し、このキャビティに溶融樹脂を供給するために、前記キャビティに接続したゲートと、このゲートに接続したランナを設けた射出成形用金型において、
   前記固定型部材及び可動型部材はアルミニウム合金から形成し、
   少なくとも前記キャビティを構成する固定型部材及び可動型部材の転写壁面には鉄系メッキを施したメッキ面とし、
   前記メッキ面以外の壁面は、前記アルミニウム合金が無垢の状態で露出する非メッキ面とする
   構成としたことを特徴とする射出成形用金型。
2. 前記キャビティに向けて溶融樹脂を供給する樹脂供給路となる前記ゲート及びランナの内面にも鉄系メッキを施す構成としたことを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
3. 前記固定型部材及び可動型部材のうち、少なくとも一方は型板とコアとから構成され、これら型板及びコアにおける前記キャビティを形成する壁面をメッキ面となし、それ以外の壁面を非メッキ面とする構成としたことを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
4. 前記ゲート及びランナが形成され、前記キャビティに向けて溶融樹脂を供給する樹脂供給路が設けられ、この樹脂供給路を構成する壁面をメッキ面となし、それ以外の壁面を非メッキ面とした流路構成部を前記型板とは独立の部材で形成して、この型板に前記コアと共に前記流路構成部を装着する構成としたことを特徴とする請求項３記載の射出成形用金型。
5. 前記コア内に位置する成形品を離型させるために、成形品の突き上げ部材を挿通させる挿通孔及びこの突き上げ部材の復帰部材を挿通する挿通孔の内面に鉄系メッキを施す構成としたことを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
6. 前記メッキ面には、さらに浸硫窒化処理を行う構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の射出成形用金型。

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