JP2008221671A - 射出成形用金型およびこれを用いた射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品をスムーズに取り出すことができる射出成形用金型およびこれを用いた射出成形方法を提供すること。
【解決手段】固定型２０および該固定型２０に離間接近する可動型３０のうち少なくとも固定型２０の固定側型板２４ａが、一般式：Ｍｎ_３Ｘ_ｎＧｅ_ｎ−１Ｎ（ただし、Ｘは、Ｃｕ，ＺｎおよびＧａの一種または二種以上であり、ｎは、０≦ｎ≦１の範囲にある。）で表される負膨張材料により形成される射出成形用金型とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形用金型およびこれを用いた射出成形方法に関し、更に詳しくは、温度下降に伴い体積が増加（温度上昇に伴い体積が減少）する負膨張材料を用いた射出成形用金型およびこれを用いた射出成形方法に関するものである。

従来より、射出成形において、射出成形用金型（以下単に金型と言うこともある。）のキャビティ内で形成された成形品を取り出す方法としては様々なものがある。一般的には、固定側および可動型が型開された後に、エジェクタピンを作動させて成形品を金型外に突き出す手法が採用される（例えば、特許文献１参照。）。

このエジェクタピンは、エジェクタプレートを介して、可動型のキャビティに対して進退動可能に設けられる。よって、成形品固化後、型開された際に、成形品は可動型に残留するようにしなければならない。つまり、固定型における成形品の離型抵抗を極力小さくするため、固定型のキャビティには、可動型に向かって拡開した抜き勾配を設けることが必須となる。

一方、成形品の取り出し工程では、前述したように、成形品はエジェクタピンに直接突き出される。特に卓上レベルの小型射出成形機の金型は、１００ｍｍ角程度の大きさであり、冷却配管等との干渉を避けるため、エジェクタピンを太くしたり、本数を増やしたりするのには制限がある。したがって、少数の細いピンで突き出さざるを得ず、エジェクタピン一本当たりの成形品の単位面積にかかる圧力は高くなる。その結果、成形品表面には、必然的にエジェクタピンによる凹状の痕跡が残ってしまう。よって、可動型のキャビティにも、固定型より離型抵抗が小さくならない範囲で成形品の抜き勾配が形成されており、エジェクタピンによる大きな突き出し圧が成形品に負荷されないよう設計されている。

特開平５−８４７８８号公報

この抜き勾配の形成は、一般的に放電加工等によりなされるが、金型に微小な傾斜角を高精度に形成しなければならないため、金型の加工コストが増加する。特に、金型が小さいほど抜き勾配の加工が難しくなるため、その傾向は顕著になり、金型の加工コストが大きく嵩んでしまう。また、成形品の形状によっては、抜き勾配を形成することができないことがある。

このような金型の場合、連続成形時に成形品が固定型に残存してしまう取り出し不良により、金型が破損してしまうおそれが高い。また、可動型における成形品の取り出しの際の離型抵抗が大きくなり、成形品に残るエジェクタピンの痕跡が深くなってしまう等の問題もある。

本発明が解決しようとする課題は、金型の加工性に優れ、かつ成形品の取り出し工程が円滑であり、エジェクタピンによる成形品の外観不良を防止可能な射出成形用金型およびこれを用いた射出成形方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る射出成形用金型は、固定型と、成形品を金型外に排出するためのエジェクタ機構部が設けられた可動型とから構成される射出成形用金型において、前記固定型が負膨張材料により形成されていることを要旨とするものである。この負膨張材料は、温度の上昇に伴い、収縮して体積が小さくなり、冷却した際には、再び膨張して元に戻る性質を持つ。

この場合、前記可動型が前記固定型と同種の負膨張材料により形成されていれば好適である。

また、上記射出成形用金型において、前記固定型および／または前記可動型のキャビティに抜き勾配が設けられていないことが好ましい。

また、前記エジェクタ機構部に設けられ前記可動型内を摺動するエジェクタピンが前記可動型と同種の負膨張材料により形成されていることが好ましい。

また、前記負膨張材料が一般式：Ｍｎ_３Ｘ_ｎＧｅ_ｎ−１Ｎ（ただし、Ｘは、Ｃｕ，ＺｎおよびＧａの一種または二種以上であり、ｎは、０≦ｎ≦１の範囲にある。）で表されるマンガン窒化物であることが好ましい。

さらに、上記射出成形用金型は、小型成形品に使用する１００ｍｍ角以下の大きさの金型であればよい。

また、上記課題を解決するために本発明に係る射出成形方法は、上記射出成形用金型を用いて連続的に射出成形を行うことを要旨とするものである。

本発明に係る射出成形用金型によれば、固定型が負膨張材料により形成されているため、キャビティ内に射出された溶融樹脂が冷却されるに従い、固定型が膨張してそのキャビティの容積が広がる。したがって、型開時には固定型における成形品の離型抵抗が小さくなり、成形品を確実にエジェクタ機構部が設けられた可動型に残留させることができる。しかも、固定型のキャビティに抜き勾配を設ける必要もないため、金型加工コストを大幅に低減することができる。

この場合、可動型も固定型と同種の負膨張材料で形成されていれば、可動型に残留した成形品の離型抵抗が可動型のキャビティの膨張により小さくなるため、成形品を金型外に排出する際に、エジェクタ機構部から成形品に負荷される圧力を小さくすることができ、成形品の外観品質向上につながる。

また、上記固定型および／または可動型には抜き勾配が設けられていないため、金型加工コストを大幅に低減することができる。

また、上記エジェクタ機構部に設けられるエジェクタピンも可動型と同様の負膨張材料で形成されていれば、可動型の収縮・膨張に伴いエジェクタピンが摺動するピン孔も収縮・膨張するが、エジェクタピンも可動型と同比率で収縮・膨張する。そのため、エジェクタピンとピン孔との摺動が、金型の温度変化により妨げられることがなくなる。

また、一般式：Ｍｎ_３Ｘ_ｎＧｅ_ｎ−１Ｎ（ただし、Ｘは、Ｃｕ，ＺｎおよびＧａの一種または二種以上であり、ｎは、０≦ｎ≦１の範囲にある。）で表されるマンガン窒化物で形成された射出成形用金型であれば、負膨張性を有し、かつ高い機械的強度および熱伝導性を有した射出成形用金型とすることができる。

さらに、上記射出成形用金型が小型成形品に使用する１００ｍｍ角以下の大きさの金型であれば、従来の小型射出成形用金型で成形される成形品のように、エジェクタピンの痕跡が深く残ってしまうことがなく、外観品質に優れた成形品を成形することができる小型の射出成形用金型とすることができる。

また、本発明に係る射出成形方法によれば、成形品冷却工程で膨張する金型を使用しており、成形品取り出し工程において、成形品が固定型に残存してしまう取り出し不良や、エジェクタピンの突き出し痕による成形品の外観不良等を防止する。そのため、製造コストを大幅に低減し、かつ製品品質を大幅に向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１〜３は、本発明の第一実施形態に係る樹脂成形品Ｍを成形するための射出成形用金型１０ａの断面図である。ここで、図１は、この射出成形用金型１０ａを構成する固定型２０と可動型３０が突き合わされた状態を示した断面図、図２は可動型３０が固定型２０より離間した断面図、図３は成形品Ｍが金型１０ａから突き出された状態を説明するための断面図である。

固定型２０は、図示されない射出成形機の原料供給側に固定して取り付けられ、主として、固定側取付板２２および固定側型板２４ａとで構成される。

固定側取付板２２は、射出成形機と固定側型板２４ａを連結する板状の金属部材である。その中央には、射出成形機への固定型２０の取り付け（センター合わせ）を容易にするために、ロケートリング２３が突出して配設されている。固定型２０取付時には、このロケートリング２３が形成する開口２３ａに射出成形機の原料供給ノズルが嵌合される。

固定側型板２４ａは、固定型２０の本体を構成する主要部分である。この固定側型板２４ａと上記固定側取付板２２の中央には、原料である溶融樹脂の供給路となる原料供給路２６が形成されている。この原料供給路２６は、摩耗した場合の交換を容易にするため、別部材に形成し、この別部材を固定側取付板２２および固定側型板２４ａに嵌め込むように構成してもよい。

また、固定側型板２４ａには、金型１０ａのキャビティ１５の一部を構成する固定側キャビティ１５ａが形成されている。さらに、固定側型板２４ａのやや外寄りの位置には、ガイドピンブシュ２９が嵌入されている。このガイドピンブシュ２９は、閉型時には、固定型２０および可動型３０の突き合わせ位置を合わせるため、後述する可動型３０に設けられるガイドピン３８と係合する。

さらに、固定側型板２４ａは、温度上昇に伴いその体積が収縮する負膨張材料にて形成されている。具体的には、一般式：Ｍｎ_３Ｘ_ｎＧｅ_ｎ−１Ｎ（ただし、Ｘは、Ｃｕ，ＺｎおよびＧａの一種または二種以上であり、ｎは、０≦ｎ≦１の範囲にある。）で表されるマンガン窒化物である。この物質の線膨張率はＸ元素と、Ｇｅ元素の混合比によって異なるが、その比率を変えることで、約０〜−２５（μｍ／℃）の範囲で線膨張率を変化させることができる。

また、この物質は、温度が上昇すると共に連続的に体積が小さくなり、均一な負膨張性を有するため、温度変化を繰り返しても機械的欠陥や、歪みが入りにくい。さらに、射出成形用金型として十分な機械的強度を有し、金型の冷却、加熱に必要な高い熱伝導性を有する。以下、この負膨張材料を用いた場合の成形品寸法へ与える影響について検討する。

従来の一般的な金型には、ＳＫＤ１１の様な熱膨張する一般的な金属が用いられる。例えば、長さ６０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの成形品をＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）により、金型設定温度を８０℃にして成形を行う場合について、金型にＳＫＤ１１と線膨張係数が−２５（μｍ／℃）の上記負膨張材料を用いた場合の成形品寸法を比較した結果を表１に示す。なお、この条件の場合、表１に示すように、キャビティにおける金型表面温度は、溶融樹脂が流入してきたときに約１１５℃、成形品取り出し時には約７５℃となる。

表１に示すように、負膨張材料により形成された金型の場合、ＳＫＤ１１で形成されたものと比較し、幅方向で０．０１５ｍｍ、長さ方向で０．０８８ｍｍの寸法差が発生する。一般的に、射出成形用金型の抜き勾配は、１°に形成される。例えば、上記成形品の厚み（３ｍｍ）方向をキャビティの深さ方向とすると、ＳＫＤ１１の金型に１°の勾配を形成した場合、金型の突き合わせ面では０．１０４ｍｍキャビティが広がることになる。つまり、負膨張材料を用いた金型により形成された成形品の寸法差は、一般的な金型材料（ＳＫＤ１１）に１°の抜き勾配を設けた場合とほとんど変わらないといえる。したがって、従来と比較し、この負膨張材料を金型１０ａに用いることによって、成形品の寸法精度に影響が出ることはほとんどない。

このように構成される固定型２０に対して、可動型３０は、射出成形機に搭載された油圧シリンダ等を駆動源として固定型２０に離間・接近可能に取り付けられる。この可動型３０は、主として、可動側取付板３２、可動側型板３４、可動側型板受板４０、スペーサブロック４２およびエジェクト機構部４４とから構成される。

可動側取付板３２は、射出成形機に可動型３０を取り付けるための金属板であり、射出成形機の動力を受け、可動型３０全体を固定型２０に対して進退動作させる。その中央には、後述するエジェクタロッド６０が挿通可能に形成されたエジェクタホール３２ａが形成されている。

可動側型板３４は、可動型３０の本体を構成する主要部分であり、固定側型板２４ａと同様に、可動側キャビティ１５ｂが形成されている。また、やや外寄りには、型閉時に、固定側型板２４ａに設けられたガイドピンブシュ２９に係合するガイドピン３８が配設されている。

可動側型板受板４０は、可動側型板３４をスペーサブロック４２と連結するための部材である。図示されるように、可動側型板受板４０には、後述するリターンピン５０のガイド孔を形成するリターンピンブシュ４１が嵌合されている。

スペーサブロック４２は、可動側型板３４および可動側型板受板４０を可動側取付板３２と連結すると同時に、エジェクタ機構部４４を配置するための空間４２ａを形成するための部材である。

この空間４２ａに配設されるエジェクタ機構部４４は、キャビティ１５内で成形された成形品を金型外に突き出すための機構を備えており、エジェクタピン４６、エジェクタプレート４８、リターンピン５０およびリターンスプリング５２から構成される。

エジェクタピン４６は、成形品を金型外に突き出すため部材であり、その先端部が可動側キャビティ１５ｂに臨んで設けられる。このエジェクタピン４６は、その頭部が上エジェクタプレート４８ａおよび下エジェクタプレート４８ｂに挾持されて支持されると共に、可動側型板３４に形成されたガイド孔４６ａに摺動可能に取り付けられている。よって、エジェクタプレート４６の進退動作に伴い、エジェクタピン４６も可動側キャビティ１５ｂに対して進退動作する。

また、上エジェクタプレート４８ａには、エジェクタプレート４８のガイド軸となるリターンピン５０が立設されている。リターンピン５０は、前述のリターンピンブシュ４１をガイドとして、エジェクタプレート４８を金型１０ａの開閉方向と平行に進退動作させる。このリターンピン５０には、リターンスプリング５２が挿通されており、エジェクタプレート４８は、可動側取付板３２方向に常に付勢されている。

このように構成されるエジェクタ機構部４４の駆動機構について、以下説明する。

図２に示されるように、成形品固化後、型開時には、エジェクタプレート４８は、リターンスプリング５２により付勢され、可動側取付板３２と接触している。この後、図３に示されるように、射出成形機に設けられているエジェクタロッド６０が前進し、エジェクタプレート４８を可動側キャビティ１５ｂ側に前進させる。すると、このエジェクタプレート４８に取り付けられたエジェクタピン４６が可動側キャビティ１５ｂ内に突出して、成形品Ｍを可動側キャビティ１５ｂの外に突き出す。

成形品Ｍを突き出した後、エジェクタロッド６０が後退すると、エジェクタプレート４８は、リターンスプリング５２の付勢力を受け、図２に示した元の位置まで後退する。そして、再び固定型２０および可動型３０が型閉され、次の射出成形が行われる。

次に、このように構成される金型１０ａを使用した場合の成形品取り出し工程を図４〜６を参照して説明する。図４〜６は、この取り出し工程を説明するためのキャビティ１５付近における金型断面の概略図である。

まず、原料供給路２６を通じてキャビティ１５内に溶融樹脂が供給される。すると、その溶融樹脂温度により、金型１０ａの温度が上昇する。負膨張材料で形成された固定側型板２４ａは収縮し、固定側キャビティ１５ａは、図の点線で示される位置から、実線で示される位置まで小さくなる。成形品Ｍは、固定側キャビティ１５ａが収縮した状態で形成される（図４）。

原料供給後、成形品Ｍが冷却される間に、固定側型板２４ａの温度が下がる。この温度下降に伴い、固定側型板２４ａが膨張し、固定側キャビティ１５ａが大きくなる（図５）。

この状態で、固定型２０および可動型３０が型開されるため、冷却されて拡大した固定側キャビティ１５ａにおける成形品Ｍの離型抵抗は非常に小さく、成形品Ｍは可動型３０に確実に残存する（図６）。つまり、成形品Ｍが固定型２０に残ってしまったり、その一部が分断されて、固定型２０に残ってしまうといった取り出し不良を防止することができる。

次に、本発明の第二実施形態に係る射出成形用金型１０ｂについて説明する。この金型１０ｂは、固定側型板２４ａに加え、可動側型板３４ａが負膨張材料で形成されている点で第一実施形態と異なる。また、可動型３０には、先端がＺ形状に形成されたスプルロックピン７０による公知のスプルロック機構が設けられ、成形品Ｍが必ず可動型３０に残留するよう構成されている。なお、その他の構成部品については、第一実施形態と同様であるため、第一実施形態と同じ番号を付し、その説明を省略する。

このような金型１０ｂによれば、図７（ａ）に示されるように、原料である溶融樹脂の供給後、成形品Ｍが冷却されている間に、固定側型板２４ａおよび可動側型板３４ａが膨張し、固定側キャビティ１５ａおよび、可動側キャビティ１５ｂが拡大する。よって、型開時の固定型２０および可動型３０の双方における離型抵抗は非常に小さくなる。つまり、上記第一実施形態に係る金型１０ａと同様に、固定型２０の離型抵抗により、型開時に成形品Ｍの一部が分断されて、固定型２０に残留してしまうといった不具合を防止することができる。

それに加え、図７（ｂ）に示されるように、エジェクタピン４６で成形品Ｍが突き出しされる際にも、可動型３０の離型抵抗が小さいため、エジェクタピン４６によって成形品Ｍに負荷される突き出し圧を小さくすることができる。よって、エジェクタピン４６の突き出し痕による成形品Ｍの外観不良等を防止することができる。

また、この射出成形用金型１０ｂにおいて、エジェクタピン４６（スプルロックピン７０を含む。）は、可動側型板３４と同じ収縮率を有する負膨張材料で形成するとよい。このようにすることで、金型１０ｂの温度変化に伴い、エジェクタピン４６のガイド孔４６ａが膨張・収縮すると、エジェクタピン４６が同じ割合で膨張・収縮するため、ガイド孔４６ａにおけるエジェクタピン４６の摺動性を維持することができる。

なお、このように構成される第一実施形態および第二実施形態における金型１０ａ，１０ｂにおいて、キャビティ１５を入れ子により構成するようにしてもよい。つまり、キャビティ１５が形成された入れ子を負膨張材料で形成し、この入れ子を固定側型板および可動側型板に固定する構成としても、同様の効果が期待できる。

このように、本発明の第一実施形態に係る射出成形用金型１０ａによれば、固定型２０の固定側型板２４ａが負膨張材料で形成されているため、キャビティ１５内に射出された溶融樹脂が冷却されるに従い、固定側キャビティ１５ａの容積が広がる。したがって、型開時の固定側キャビティ１５ａにおける成形品Ｍの離型抵抗が小さくなるため、成形品Ｍが固定型２０に残存してしまう等の取り出し不良の発生を防止することができる。また、固定側キャビティ１５ａに抜き勾配を設ける必要もないため、金型の加工コスト、特に、抜き勾配を形成するのが困難である小型の金型の加工コストを大幅に低減することができる。

さらに、本発明の第二実施形態に係る射出成形用金型１０ｂによれば、可動型３０の可動側型板３４ａも同様に負膨張材料で形成されているため、成形品Ｍに負荷されるエジェクタピン４６による突き出し圧を小さくすることができる。よって、成形品Ｍに残るエジェクタピン４６の痕跡が目立たなくなり、成形品Ｍの外観品質向上させることができる。また、上記第一実施形態と同様に、固定側キャビティ１５ａおよび可動側キャビティ１５ｂに抜き勾配を設ける必要がないため、金型加工コストを大幅に低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、樹脂成形に係る射出成形用金型であることを説明したが、ダイカスト等の金属製品の射出成形用金型にも本発明の技術思想は適用可能である。

本発明の第一実施形態に係る射出成形用金型の型閉時の断面図である。 図１に示した射出成形用金型の型開時の断面図である。 図１に示した射出成形用金型おいて成形された成形品突き出し時の断面図である。 本発明の第一実施形態に係る射出成形用金型のキャビティに原料である溶融樹脂が射出された状態を説明するための金型断面の概略図である。 図４に示した射出成形用金型に射出された溶融樹脂が冷却固化した時のキャビティの状態を説明するための金型断面の概略図である。 図５に示した射出成形用金型の型開時の状態を説明するための金型断面の概略図である。 本発明の第二実施形態に係る射出成形用金型における成形品取り出し工程を説明するための金型断面の概略図であり、（ａ）は成形品突き出し前の状態を示し、（ｂ）は成形品突き出し後の状態を示す。

符号の説明

１０ａ 射出成形用金型（第一実施形態）
１０ｂ 射出成形用金型（第二実施形態）
１５ キャビティ
１５ａ 固定側キャビティ
１５ｂ 可動側キャビティ
２０ 固定型
２４ａ 固定側型板
３０ 可動型
３４ 可動側型板
３４ａ 可動側型板（負膨張性有）
４６ エジェクタピン

Claims (7)

1. 固定型と、成形品を金型外に排出するためのエジェクタ機構部が設けられた可動型とから構成される射出成形用金型において、前記固定型が負膨張材料により形成されていることを特徴とする射出成形用金型。
2. 前記可動型が前記固定型と同種の負膨張材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
3. 前記固定型および／または前記可動型のキャビティに抜き勾配が設けられていないことを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形用金型。
4. 前記エジェクタ機構部に設けられ前記可動型内を摺動するエジェクタピンが前記可動型と同種の負膨張材料により形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の射出成形用金型。
5. 前記負膨張材料が一般式：Ｍｎ_３Ｘ_ｎＧｅ_ｎ−１Ｎ（ただし、Ｘは、Ｃｕ，ＺｎおよびＧａの一種または二種以上であり、ｎは、０≦ｎ≦１の範囲にある。）で表されるマンガン窒化物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形用金型。
6. 小型成形品に使用する１００ｍｍ角以下の大きさの金型であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形用金型。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の射出成形用金型を用いて連続的に射出成形を行うことを特徴とする射出成形方法。

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