JP2008207445A - 成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】転写性の良好な成形品を得る。
【解決手段】射出成形用金型１０は、溶融樹脂をキャビティ３２に注入して冷却し成形品を得るものである。この射出成形用金型１０は、開閉自在に対向配置され、キャビティ３２を形成する固定側型板１６と可動側型板２０とを備えている。そして、固定側型板１６及び固定側取付板１８の熱容量と、可動側型板２０の熱容量とを等しくした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、注入口から溶融樹脂をキャビティに注入して冷却し成形品を得る成形用金型に関する。

射出成形用金型においては、金型の冷却時に固定側型部材と可動側型部材とで、夫々の熱容量が相違しているためキャビティからの熱移動速度が異なる。このように、冷却速度が異なると、キャビティの表裏面の温度が異なることから、成形品に反りが発生する。特に、光学素子のような高精度成形品にあっては、わずかな反りでも不良品となる。

このため、この反り対策として、例えば特許文献１では、コア型と表面加工層との間に断熱層を設け、キャビティ内の樹脂の表裏面の温度差をなくして反りの発生を防止している。これにより、短時間で成形する、いわゆるハイサイクル成形（成形サイクルの短縮化）を可能としている。
特開２００６−４４２４６号公報

しかしながら、特許文献１において、成形サイクルを極端に短縮すると、固定側型部材と可動側型部材の転写面での転写性に差が生じる。これは、キャビティを形成している固定側型部材と可動側型部材の熱容量が異なるためである。これにより、樹脂冷却時の熱移動が固定側と可動側とで異なり、固定側と可動側に接する夫々の転写面での冷却固化速度に差が生じる。

この冷却固化速度差は、ハイサイクル成形に特有の不具合であり、通常は十分な冷却時間の間に合成樹脂の応力が緩和され、夫々の面精度はほぼ等しくなる。しかし、ハイサイクル成形では、この応力緩和のための冷却時間が短くなっている。このため、固定側と可動側に接する夫々の転写面の転写性が均一でなく、面精度に差が生じてしまうという課題があった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、転写性の良好な成形品を得ることのできる成形用金型を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
溶融樹脂をキャビティに注入して冷却し成形品を得る成形用金型において、
開閉自在に対向配置され、前記キャビティを形成する固定側型部材と可動側型部材とを備え、
前記固定側型部材と前記可動側型部材との熱容量を等しくしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成形用金型において、
前記固定側型部材は、
固定側型板、又は該固定側型板と熱的に一体形成された固定側取付板を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の成形用金型において、
前記可動側型部材は、
可動側型板、又は該可動側型板と熱的に一体形成された可動側受板を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の成形用金型において、
前記固定側型板及び前記固定側取付板の合計熱容量と、前記可動側型板及び前記可動側受板の合計熱容量とを等しくし、
前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２又は３に記載の成形用金型において、
前記固定側型板及び前記固定側取付板の合計熱容量と、前記可動側型板の熱容量とを等しくし、
前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成したことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項２又は３に記載の成形用金型において、
前記固定側型板と前記可動側型板との熱容量を等しくし、
前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成したことを特徴とする。

本発明によれば、固定側型部材と可動側型部材の熱容量を等しくすることで、転写性の良好な成形品を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（成形用金型の構成説明）
図１は、本発明に係る成形用金型を射出成形用金型に適用した場合の概略構成を示す図である。

射出成形用金型１０は、型開閉方向（矢印Ａ方向）に開閉自在に対向配置された固定側型部材１２と可動側型部材１４とを備えている。固定側型部材１２は、固定側型板１６と固定側取付板１８とを有している。なお、この固定側型部材１２は固定側型板１６で構成される場合もある。

また、可動側型部材１４は、可動側型板２０を有している。この可動側型部材１４は、可動側型板２０と可動側受板（図示せず）とを有する場合がある。但し、この可動側受板（図示せず）を付加するのは、金型製作時の便宜上の理由によるものであり、可動側型部材１４としての全体の形状や大きさは変化しない。

固定側型部材１２と可動側型部材１４とは、パーティングラインＰＬを境として、開閉自在に対向配置されている。また、固定側型部材１２と可動側型部材１４の対向面側（例えば可動側型板２０側）には、成形品と同一の空間を有するキャビティ３２が形成されている。更に、固定側型板１６と固定側取付板１８には、ノズル５０から射出される樹脂の注入口としてのスプルー２８が貫通形成されている。

そして、このスプルー２８の射出方向の先端側で、可動側型板２０との境界面側の該可動側型板２０には、樹脂流路としてのランナー３０が形成されている。このランナー３０は、前述したキャビティ３２に連通されている。

固定側取付板１８と可動側取付板２２は、射出成形機（図示せず）のプラテン２４，２６に不図示の締結手段（ボルト等）により固定されている。
可動側型板２０には、スペーサブロック３４を介して可動側取付板２２が取付けられている。このスペーサブロック３４の内側には、一対のエジェクタプレート３６，３８が配置されている。

また、キャビティ３２の一側裏面（反ＰＬ側）には、キャビティ３２内の成形品を離型するためのエジェクタピン４０が当接配置されている。このエジェクタピン４０は、スペーサブロック３４の内側に配置されたエジェクタプレート３６，３８に嵌合されている。

更に、固定側型板１６と可動側型板２０の夫々には、金型温度を調整するための温調管４２が設けられている。この温調管４２内を媒体（水、油）が流通することにより、金型温度が一定に保たれる。

ホッパ４４内の樹脂４５は、加熱筒４６内のスクリュー４８にて加熱溶融され、ノズル５０によりスプルー２８を介して射出成形用金型１０内に射出される。このノズル５０から射出された溶融樹脂は、スプルー２８、ランナー３０を通ってキャビティ３２に充填される。充填された樹脂は、その後、保圧、冷却される。このように、冷却時に保圧することで、成形品にひけ等が生じるのを防止している。また、冷却時には、温調管４２内に低温の媒体（水、油）を流通させる。

この冷却工程の後、パーティングラインＰＬを境として金型を開いて離型し、更にエジェクタピン４０で成形品を突き出し、成形品が取り出される。このとき、キャビティ３２内の熱は、熱容量の大きい側の金型部材に流れる性質を有している。このため、転写性の良い成形品を得るには、キャビティ３２内の熱が等しい速度で周辺に移動することが求められる。

図２は、固定側型部材１２と可動側型部材１４とを型開きした状態を示す図である。
この場合、固定側型部材１２を固定したまま、可動側型部材１４を図面左方向に移動させてパーティングラインＰＬを境として型開きを行う。

次に、エジェクタプレート３６、３８を図の右方向（固定側型部材１２側の方向）に移動させ、エジェクタピン４０を同方向に突出させる。これにより、キャビティ３２から成形品５２が突き出される。この成形品５２には、スプルー２８とランナー３０に充填された樹脂が固化して一体的に連結されている。最終的には、これらスプルー２８とランナー３０に相当する樹脂部分を除去して製品が得られる。
（第１の実施の形態）
本実施形態では、固定側型部材１２と可動側型部材１４との熱容量を等しくしたものである。すなわち、固定側型部材１２と可動側型部材１４の夫々の温度を１℃上げるのに要する熱量を等しく設定した。

具体的には、固定側型板１６、及び該固定側型板１６と熱的に一体形成された固定側取付板１８（エポキシ樹脂等で接合されている）の熱容量と、可動側型板２０の熱容量とを等しくした。各部材の熱容量を等しくするには、例えば、各部材に同じ材料を用いかつ各部材の容積を等しくしたり、又は、各部材に異なる材料を用いかつ部材の容積も異ならせる等の手段が考えられる。

本実施形態によれば、固定側型部材１２と可動側型部材１４とで熱容量を等しくしたことから、冷却時にキャビティ３２内の樹脂の熱が波動状にほぼ等しい速度で均一に周辺の型部材に移動する。これにより、キャビティ３２の周囲面（特に表裏両面）での樹脂の冷却固化速度もほぼ等しくなる。

その結果、ハイサイクル成形によっても、キャビティ３２の周囲面（特に表裏両面）での転写性に差が生ぜず、反りのないかつ面粗さの良好な成形品を得ることができる。
なお、本実施形態では、固定側型板１６、及び該固定側型板１６と熱的に一体形成された固定側取付板１８の合計熱容量と、可動側型板２０、及び該可動側型板２０と熱的に一体形成された可動側受板（図示せず）の合計熱容量と、を等しくした場合については、説明を省略した。

この場合においても、可動側型部材１４の形状及び大きさとして、可動側型板２０と可動側受板（図示せず）とを加えたものと同一と考えられているので、実質的には上述した本実施形態と同様に考えることができる。よって、この場合でも、転写性の良好な成形品を得ることができる。

次に、前述した「熱的に一体」の意義について説明する。
例えば、ステンレス鋼同士を互いに面接触させた場合、それらの接触面の面粗さを、ともにＲａ≒０．３μｍとし、夫々を互いに約７ＭＰａ（メガパスカル）で押し付けたとする。このとき、境界面の接触熱抵抗は、２×１０４ｍ２Ｋ／Ｗ（但し、Ｗはワット、ｍはメートル、Ｋはケルビンを示す）にまで及ぶ。

このように、面の粗さを例えばＲａ≒０．３μｍとしても、境界面の接触熱抵抗が高いのは、微細な観点で観察すると、各々の接触面には、０．１μｍオーダーの凹凸部が存在しているためと考えられる。すなわち、この凹凸の隙間に空気が入り込み、断熱層を形成するからではないかと考えることができる。

ところで、空気の熱伝導率は、常時０．０２８Ｗ／ｍＫであり、高断熱素材として知られるセラミックスと比べてみても、空気はその１／１０の熱伝導率しか有さない。このため、空気は極めて大きな熱断熱効果をもたらすと言える。

よって、上記隙間に空気が入り込んだ場合、その空気が大きな断熱効果をもたらし、固体から固体への熱伝達を大幅に抑制してしまうのである。そこで、例えば固定側型板１６と固定側取付板１８との接触面に、エポキシ樹脂系接着剤を塗布し、固定する。

これにより、固定側型板１６と固定側取付板１８との接触面（いわゆる界面）の空気層がなくなるので、熱抵抗は小さくなる。このような状態を、本実施形態では、「熱的に一体」という。逆に、可動側型板２０とスペーサブロック３４との接触面には、何らの処理も行っていないとすると、この可動側型板２０とスペーサブロック３４とは、熱的に一体でない状態である。
（第２の実施の形態）
本実施形態では、固定側型板１６、及び該固定側型板１６と熱的に一体形成された固定側取付板１８の合計熱容量と、可動側型板２０の熱容量とを等しくした。

具体的には、固定側型板１６、固定側取付板１８、及び可動側型板２０の材質を全て同じくし、かつ固定側型板１６と固定側取付板１８の容積の総和と、可動側型板２０の容積とを等しくした。

すなわち、固定側型板１６、固定側取付板１８、及び可動側型板２０の材質を共に炭素鋼であるＳ５５Ｃ（比熱０．４３Ｊ／ｇＫ）で形成した。また、固定側型板１６と固定側取付板１８とを、エポキシ樹脂で接合して熱的に一体となるようにした。そして、固定側型板１６の大きさ（縦×横×高さ）を、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３０ｍｍとし、固定側取付板１８の大きさ（縦×横×高さ）を、４００ｍｍ×２５０ｍｍ×１５ｍｍとした。更に、可動側型板２０の大きさ（縦×横×高さ）を、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×５４ｍｍとした。

よって、このときの固定側型板１６及び固定側取付板１８の合計熱容量と、可動側型板２０の熱容量は共に等しく、１１．３２ｋＪ／Ｋである。
本実施形態によれば、熱的に一体形成した固定側型板１６及び固定側取付板１８の合計熱容量と、可動側型板２０の熱容量とを等しくしたので、キャビティ３２内の樹脂冷却時の熱移動が固定側と可動側でほぼ等しくなり、キャビティ３２の表裏面側での冷却固化速度もほぼ等しくなる。この結果、成形品の表裏面の転写性に差が生じることはなく、反りのないかつ面粗さの良好な成形品を得ることができる。
（第３の実施の形態）
本実施形態では、固定側型板１６と可動側型板２０との熱容量を等しくした。

具体的には、固定側型板１６と可動側型板２０の材質を同じくし、その容積（大きさ）も同一として熱容量を等しくした。
すなわち、固定側型板１６と可動側型板２０を共に炭素鋼であるＳ５５Ｃ（比熱０．４３Ｊ／ｇＫ）で形成した。また、夫々の大きさ（縦×横×高さ）を、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×８０ｍｍとした。よって、このときの容積は共に等しく、また熱容量も共に等しく、１６ｋＪ／Ｋである。

本実施形態によれば、固定側型板１６と可動側型板２０との熱容量を等しくしたので、キャビティ３２内の樹脂冷却時の熱移動が固定側と可動側でほぼ等しくなり、キャビティ３２の特に表裏面側での冷却固化速度もほぼ等しくなる。この結果、成形品の表裏面の転写性に差が生ぜず、ハイサイクル成形でも良好な成形品を得ることができる。
（第４の実施の形態）
本実施形態では、第３の実施の形態と同様に、固定側型板１６と可動側型板２０の熱容量を等しくした。

しかし、第３の実施の形態では、固定側型板１６と可動側型板２０の材質及び容積を同一としたが、本実施形態では、これらの材質及び容積を異ならせている点が相違する。
具体的には、固定側型板１６と可動側型板２０の材質を異ならせ、かつその大きさも異ならせる一方、全体として固定側型板１６の熱容量と可動側型板２０の熱容量とを等しくした。

すなわち、固定側型板１６をステンレス鋼であるＳＵＳ３０４（比熱０．５０Ｊ／ｇＫ）で形成した。また、その大きさ（縦×横×高さ）を、３００ｍｍ×３００ｍｍ×６８．８ｍｍとした。これに対し、可動側型板２０を炭素鋼であるＳ５５Ｃ（比熱０．４３Ｊ／ｇＫ）で形成した。また、その大きさ（縦×横×高さ）を、３００ｍｍ×３００ｍｍ×８０ｍｍとした。よって、このときの熱容量は共に等しく、２３ｋＪ／Ｋである。

本実施形態によれば、固定側型板１６と可動側型板２０の材質及び容積は異なっても、熱容量を等しくしたので、キャビティ３２内の樹脂冷却時の熱移動が固定側と可動側でほぼ等しくなり、キャビティ３２の表裏面側での冷却固化速度もほぼ等しくなる。この結果、成形品の表裏面の転写性に差が生じることなく、良好な成形品を得ることができる。

なお、以上説明した各実施形態では、発明を実施するための最良の形態として射出成形用金型を例として説明した。しかし、これに限らず、例えば本発明を圧縮成形用金型においても適用することが可能である。

本発明が適用された射出成形用金型の成形時の断面正面図である。 同上の離型時の断面正面図である。

符号の説明

１０ 射出成形用金型
１２ 固定側型部材
１４ 可動側型部材
１６ 固定側型板
１８ 固定側取付板
２０ 可動側型板
２２ 可動側取付板
２４ プラテン
２６ プラテン
２８ スプルー
３０ ランナー
３２ キャビティ
３４ スペーサブロック
３６ エジェクタプレート
３８ エジェクタプレート
４０ エジェクタピン
４２ 温調管
４４ ホッパ
４５ 樹脂
４６ 加熱筒
４８ スクリュー
５０ ノズル
５２ 成形品

Claims (6)

1. 溶融樹脂をキャビティに注入して冷却し成形品を得る成形用金型において、
   開閉自在に対向配置され、前記キャビティを形成する固定側型部材と可動側型部材とを備え、
   前記固定側型部材と前記可動側型部材との熱容量を等しくした
   ことを特徴とする成形用金型。
2. 前記固定側型部材は、
   固定側型板、又は該固定側型板と熱的に一体形成された固定側取付板を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
3. 前記可動側型部材は、
   可動側型板、又は該可動側型板と熱的に一体形成された可動側受板を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
4. 前記固定側型板及び前記固定側取付板の合計熱容量と、前記可動側型板及び前記可動側受板の合計熱容量とを等しくし、
   前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成した
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の成形用金型。
5. 前記固定側型板及び前記固定側取付板の合計熱容量と、前記可動側型板の熱容量とを等しくし、
   前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成した
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の成形用金型。
6. 前記固定側型板と前記可動側型板との熱容量を等しくし、
   前記固定側型板と前記可動側型板とでキャビティを形成した
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の成形用金型。

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