JP2009090568A - 射出成形用金型及びそれを用いた樹脂成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上金型と、下金型と、該上金型と該下金型とから形成されるキャビティとを具備する射出成形用金型であって、該上金型と該下金型との突合せ面の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、該キャビティと該突合せ面との境界線の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位を中心として40%以上の境界線に接して設けられる凹凸部であることを特徴とする射出成形用金型及びそれを用いた樹脂成形品の製造方法である。
【選択図】図2
Description
これに対し、特許文献1では、金型内と外部とを連通する多数の細孔からなる複数のエアベント(直径0.5mm以下)を配設することを提案している。
また、金型内で溶融状態の樹脂の流れが合流する部分に湯だまり(コールドスラッグウェル)を設けることによって流動先端部の樹脂を逃がしてウェルドライン発生を軽減することも知られている。
しかしながら、これらの手法は、排出される樹脂の量が多くなり、経済的ではない。また、金型の構造が複雑となり、金型加工性が低下するという問題もある。
一方、金型温度上昇、射出温度上昇、保圧上昇等の成形条件によりウェルドライン発生を軽減することも行われている。例えば、特許文献2においては、キャビティ型(雌型又はキャビティプレートともいう)又はコア型(雄型又はコアプレートともいう)にキャビティに開口する高温高圧空気の空気吹出部を設けることを提案している。しかし、金型温度を高くすると、可塑化された樹脂を冷却固化させるに必要な時間が長くなり、成型能率が低下し、サイクルタイムも悪いという問題がある。
また、特許文献3では、熔融樹脂が充填されるキャビティを形成するキャビティ型とコア型とを有する熱可塑性樹脂の射出成形用金型において、キャビティ型の表面に、芳香族ポリマー、又は該芳香族ポリマーにセラミックス微粒子を分散させた耐熱樹脂のコーティング層からなる断熱層を設けることによりウェルドライン発生を軽減することが開示されている。この構成により、熔融樹脂がキャビティに注入されたとき、該断熱層が熔融樹脂により過熱されて昇温し、キャビティ型の表面のみが高温になりキャビティ型表面が急激に温度低下しないため、型表面の転写性が良くなると共に、加熱された熔融状態の樹脂がキャビティに注入されたとき、キャビティ型の表面が瞬時に昇温し、熔融樹脂はキャビティ型の表面に密着するのでウェルドライン発生が軽減されるというものである。この方法には、耐熱樹脂のコーティング層からなる断熱層を形成する加工が難しく、経済的ではない。
更に、特許文献4では、射出成形用金型のキャビティ型とコア型との突合せ面のいずれか一方、あるいは両方に、他方の突合せ面に接触して隙間を形成する複数個の着脱自在なサポートブロックを取り付け、型締め時に5〜25μm程度の隙間を形成して、その隙間からガス抜きを行なうことを提案している。この提案は、サポートブロックを設置するための加工工数、加工費が増大し、経済的ではなく、型締め圧力に応じてサポートブロックの交換が必要となり、更にサポートブロックの経時変化も懸念される。
即ち、本発明は、
(1)上金型と、下金型と、該上金型と該下金型とから形成されるキャビティとを具備する射出成形用金型であって、該上金型と該下金型との突合せ面の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、該キャビティと該突合せ面との境界線の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位を中心として40%以上の境界線に接して設けられる凹凸部であることを特徴とする射出成形用金型であり、
(2)上金型と、下金型と、該上金型と該下金型とから形成されるキャビティとを具備する射出成形用金型であって、該上金型と該下金型との突合せ面の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、該キャビティと該突合せ面との境界線の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位を中心として40%以上の境界線に接して設けられる凹凸部である射出成形用金型の該キャビティに該射出樹脂を射出することを特徴とする樹脂成形品の製造方法である。
本発明の射出成形用金型1は少なくとも上金型2と、下金型3と、それら上金型2と下金型3とから形成されるキャビティ4とを具備し、上金型2と下金型3との突合せ面5の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、キャビティ4と突合せ面5との境界線50の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位10を中心として40%以上の境界線50に接して設けられる凹凸部5aであることを特徴とする。ここで、上金型2がキャビティ型、下金型3がコア型であっても良いし、逆に、上金型2がコア型、下金型3がキャビティ型であっても良い。また、図1に示すように、上金型2のキャビティ4と下金型3のキャビティ4とが略同一形状であっても良い。
本発明の射出成形用金型1は、上金型2と下金型3とを具備すれば、どんな構造であっても良い。例えば、スプールが1段目だけにあるツープレート型(1段スプール型)、スプールが2段になっているスリープレート型(2段スプール型)、更に溶融樹脂の通り路であるスプール部分を常時加熱しておき、射出成形のサイクルタイム短縮化を図ったホットランナー金型であっても良い。
なお、突合せ面5の凹凸部5aは、上金型2と下金型3との一方にあれば良いが、双方にあっても良い。図2では、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の90%の境界線に接して凹凸部5aが設けられており、キャビティ4と突合せ面5との内側境界線52の100%の境界線に接して凹凸部5aが設けられている。このように、外側境界線51と内側境界線52とで、凹凸部5aと接する境界線の比率が異なる場合は、両者を相加平均すれば良い。即ち、図2においては、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は95%である。凹凸部5aに接する境界線の比率は100%であっても良いが、通常、ゲート部9には凹凸部5aを設けないので、凹凸部5aに接する境界線の比率は40〜95%であることが好ましく、50%以上が更に好ましく、50〜95%であることが特に好ましい。
凹凸部5aに接する境界線の比率が40%未満であると、ガス抜き性が低下し、ウェルドラインが発生し易くなる。
また、上金型2と下金型3との突合せ面5に、上金型2と下金型3との型締め力を支える平坦部5bを備えると、金型の使用によっても経時的に凹凸部5aが摩滅しにくくなるので好ましい。
図3では、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の45%の境界線に接して凹凸部5aが設けられており、キャビティ4と突合せ面5との内側境界線52の40%の境界線に接して凹凸部5aが設けられている。即ち、図3においては、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は42.5%である。
図4は、上述のガス排出手段が、境界線50に接して設けられている凹凸部5aに加えて、凹凸部5aに連通し、且つ金型外に開口する溝部11を具備する実施態様を示す。図4においては、溝部11は、凹凸部5aと連通して井桁状に形成されているが、それに限られるものではなく、溝部11は、凹凸部5aからのガスを本発明の射出成形用金型外に逃がすものであれば、どの様な溝形状、溝断面形状でも良く何ら制限されるものではない。通常、溝部11は、エアベントと比較し、幅広で、溝の深いもので良いので、金型に精密加工する必要がなく、金型を鋳造等する段階で設けることができる。
これに対し、通常の射出成形用金型の突合せ面の算術平均粗さRaは、0.2〜0.6μm程度でありガス抜けは困難である。
ショットブラストは、投射材と呼ばれる粒体を被加工物である金型に衝突させ、金型の加工等を行う手法である。投射材の投射方法により、機械式、空気式、湿式に分類される。
機械式は、主にインペラーと呼ばれる耐磨耗合金製の羽根車の遠心力により投射材を投射する手法であり、一般的には、ショットブラストといえばほぼこの手法をいう。比較的広範囲に大量の投射材を投射できるため大物の処理や大量の加工物の連続処理に向いている。
空気式は、圧縮空気により投射材を投射する手法でありエアーブラストと呼ばれる。また特に砂を投射材に用いるものをサンドブラストと呼ぶこともある。主に空気流の負圧により投射材を気流に乗せる吸引式と圧縮空気に直接投射材を混合して噴射する直圧式に大別できる。機械式に比べ大量の投射材を広範囲に投射することはできないが、投射条件を細かく設定することができる、より細かい粒子を投射材に使用することができる(〜数μm)、投射エネルギーを大きくすることができる等の利点がある。また、噴射ノズルをマニピュレーター等の先端につけることによりパイプ状の内面や複雑な形状のワークの処理の自動化も行える。
湿式は、主に水に投射材を混合噴射して加工を行う。上記の機械式、空気式等の乾式は発生する粉塵対策のため集塵機が必須であり粉塵爆発の危険性も潜在的に存在するが、この手法の場合はその心配がない。また、乾式では投射材の飛散防止のためキャビネット内で作業が行われるが、この手法に関しては必要としない場合もある。しかし、加工物の錆防止や乾燥、排水の処理等の手間が増えるため適応例は少ない。
以上のショットブラストの内、エアーブラストの一種である、サンドブラストが投射条件を細かく設定することができ、より細かい粒子を投射材に使用することができ、更に、投射エネルギーを大きくすることができるので、算術平均粗さRaを制御出来易く特に好ましい。
金属系投射材としては、金属ワイヤーを切断して角を丸めた粒子やアトマイズ法により作製された鋳鉄や鋳鋼の球形粒子(スチールショット、スチールビーズ)、それを砕いた角のある非球形粒子のグリッド、アルミや亜鉛系の粒子、アモルファス金属球形粒子等が挙げられる。
セラミック系投射材としては、アルミナ、炭化ケイ素(SiC)等硬度のある球形粒子や微粉末等が挙げられる。
上記の投射材の内、金属製の金型にショットブラスト処理するためには、硬いセラミック系投射材、特に硬度の高い炭化ケイ素(SiC)が好ましい。
放電加工により、ショットブラストと同様な凹凸が得られるが、経済性の点では、ショットブラストに及ばない。
また、図8は、本発明の射出成形用金型1の突合せ面5の凹凸部5aの放電加工処理された表面状態の一例を示す写真である。放電加工によっても、ランダムで且つ均一な凹凸形状が形成されていることがわかる。
これに対し、図9は、比較例の射出成形用金型の突合せ面の表面状態の一例を示す写真であり、切削面を軽く磨き仕上げした状態である。
用いられる樹脂として制限は無く、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、種々の硬化性樹脂、硬化性エラストマーが用いられる。
なお、上述のように、凹凸の算術平均粗さRaは、JIS B 0601:2001に準拠して測定した。
図1及び図2に示すようなスリープレート型の射出成形用金型1の、直径2mmの断面円形のキャビティ4内面を有するキャビティ型である上金型2の突合せ面5に、図2に示すような配置で、平均粒子径70μmの炭化ケイ素(SiC)を投射材として用い、投射条件(投射圧:0.7MPa、投射時間:5秒、投射口内径:2mm、投射口と加工面との距離:15mm)にてサンドブラスト処理を行い、上金型2の突合せ面5に均一な凹凸部5aを形成した。凹凸部5aは、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の90%の境界線に接し、内側境界線52の100%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は95%であった。この凹凸部5aの算術平均粗さRaは1.3μmであり、図7に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリも殆どなく、ウェルドラインの発生も全く認められなかった。
実施例1と同じ射出成形用金型1の、キャビティ型である上金型2の突合せ面5に、図3に示すような配置で、実施例1と同様にサンドブラスト処理を行い、上金型2の突合せ面5に均一な凹凸部5aを形成した。凹凸部5aは、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の45%の境界線に接し、内側境界線52の40%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は42.5%であった。この凹凸部5aの算術平均粗さRaは実施例1と同様に1.3μmであり、図7に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリも殆どなく、ウェルドラインの発生も全く認められなかった。
実施例1と同じ射出成形用金型1の、キャビティ型である上金型2の突合せ面5に、予め図4に示すような配置で幅2mm、深さ2mmの溝部11を形成した後、実施例1と同様にサンドブラスト処理を行い、上金型2の突合せ面5に溝部11に連通する図4に示す配置の均一な凹凸部5aを形成した。凹凸部5aは、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の90%の境界線に接し、内側境界線52の100%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は95%であった。この凹凸部5aの算術平均粗さRaは実施例1と同様に1.3μmであり、図7に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリも殆どなく、ウェルドラインの発生も全く認められなかった。
実施例1と同じ射出成形用金型1の、キャビティ型である上金型2の突合せ面5に、図2に示すような配置で、放電加工処理を行い、上金型2の突合せ面5に均一な凹凸部5aを形成した。凹凸部5aは、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の90%の境界線に接し、内側境界線52の100%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は95%であった。この凹凸部5aの算術平均粗さRaは1.5μmであり、図8に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリも殆どなく、ウェルドラインの発生も全く認められなかった。
実施例1と同じ射出成形用金型1の、キャビティ型である上金型2の突合せ面5及び直径2mmの断面円形のキャビティ4内面に、図5に示すような配置で、実施例1と同様にサンドブラスト処理を行い、上金型2の突合せ面5及びキャビティ4内面の一部に均一な凹凸部5a及び4aを形成した。凹凸部5aは、ウェルド部位10を中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の90%の境界線に接し、内側境界線52の100%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は95%であった。この凹凸部5a及び4aの算術平均粗さRaは実施例1と同様に1.3μmであり、図7に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリも殆どなく、ウェルドラインの発生も全く認められなかった。
実施例1と同じ射出成形用金型の、キャビティ型である上金型の突合せ面及び直径2mmの断面円形のキャビティ内面の全面を、切削面を軽く磨き仕上げした状態に仕上げた。この凹凸の算術平均粗さRaは0.2μmであり、図9に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリは殆どなかったが、ガス抜けが不十分なためウェルドラインが発生し、ガスケットとしてのシール性能及びウェルド部位の強度が低下した。また、外観性も悪化した。
実施例1と同じ射出成形用金型1の、キャビティ型である上金型2の突合せ面5に、図6に示すような配置で、実施例1と同様にサンドブラスト処理を行い上金型2の突合せ面5に均一な凹凸部5aを形成した。凹凸部5aは、ゲート部9を除き、ゲート9aを中心として、キャビティ4と突合せ面5との外側境界線51の35%の境界線に接し、内側境界線52の40%の境界線に接して設けられた。即ち、境界線50の内、凹凸部5aに接する境界線の比率は37.5%であった。この凹凸部5aの算術平均粗さRaは実施例1と同様に1.3μmであり、図7に示す凹凸形状であった。この金型を用いて、スチレン系軟質樹脂組成物を金型内に射出してハードディスクドライブ装置用ガスケットを得た。得られたガスケットを目視にて観察したところ、バリは殆どなかったが、ガス抜けが不十分なためウェルドラインが発生し、ガスケットとしてのシール性能及びウェルド部位の強度が低下した。また、外観性も悪化した。
2: 上金型
3: 下金型
4: キャビティ
4a:キャビティ内に延在する凹凸部
5: 突合せ面
5a:凹凸部
5b:平坦部
6: スプール板
7、7': スプール
8: ランナー
9: ゲート部
9a: ゲート
10: 射出樹脂の流動先端部が合流する部位(ウェルド部位)
11: 溝部
50:キャビティと突合せ面との境界線
51:キャビティと突合せ面との外側境界線
52:キャビティと突合せ面との内側境界線
Claims (14)
- 上金型と、下金型と、該上金型と該下金型とから形成されるキャビティとを具備する射出成形用金型であって、該上金型と該下金型との突合せ面の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、該キャビティと該突合せ面との境界線の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位を中心として40%以上の境界線に接して設けられる凹凸部であることを特徴とする射出成形用金型。
- 前記凹凸部が前記突合せ面の端部に延在し、前記金型外に開口するものである請求項1に記載の射出成形用金型。
- 前記ガス排出手段が、前記凹凸部に連通し、且つ前記金型外に開口する溝部を具備するものである請求項1に記載の射出成形用金型。
- 前記凹凸部が、算術平均粗さRa(JIS B 0601:2001に準拠して測定する)1.0〜1.6μmである凹凸からなる請求項1〜3のいずれかに記載の射出成形用金型。
- 前記凹凸部が、ショットブラスト又は放電加工により形成されたものである請求項1〜4のいずれかに記載の射出成形用金型。
- 前記凹凸部が、前記突合せ面からキャビティ内の少なくとも一部の表面にまで延在している請求項1〜5のいずれかに記載の射出成形用金型。
- 前記上金型と前記下金型との突合せ面に、該上金型と該下金型との型締め力を支える平坦部を備える請求項1〜6のいずれかに記載の射出成形用金型。
- 上金型と、下金型と、該上金型と該下金型とから形成されるキャビティとを具備する射出成形用金型であって、該上金型と該下金型との突合せ面の少なくとも一方にガス排出手段を具備し、該ガス排出手段が、該キャビティと該突合せ面との境界線の内、射出樹脂の流動先端部が合流する部位を中心として40%以上の境界線に接して設けられる凹凸部である射出成形用金型の該キャビティに該射出樹脂を射出することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
- 前記凹凸部が前記突合せ面の端部に延在し、前記金型外に開口するものである請求項8に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記ガス排出手段が、前記凹凸部に連通し、且つ前記金型外に開口する溝部を具備するものである請求項8に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記凹凸部の算術平均粗さRa(JIS B 0601:2001に準拠して測定する)が、1.0〜1.6μmである請求項8〜10のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記凹凸部が、ショットブラスト又は放電加工により形成されたものである請求項8〜11のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記凹凸部が、前記突合せ面からキャビティ内の少なくとも一部の表面にまで延在している請求項8〜12のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記上金型と前記下金型との突合せ面に、該上金型と該下金型との型締め力を支える平坦部を備える請求項8〜13のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
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