JP2010125733A - 射出成型金型及び樹脂成型部品 - Google Patents

Abstract

【課題】充填された溶融樹脂の中にガスを注入する仕組みの射出成型金型において、注入されたガスが樹脂供給路に侵入することのない金型構造とする。
【解決手段】射出成型金型１は、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂとが互いに合わさって構成されるものであり、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂの合わせ面に形成される樹脂成型用のキャビティ２と、キャビティ２内に溶融樹脂を充填するための樹脂供給路３と、キャビティ２に充填された溶融樹脂にガスを注入するためのガス供給路５を備え、樹脂供給路３とガス供給路５は互いに離れた位置に配置されている。キャビティ２内には、樹脂供給路３とガス供給路５の間の位置に、ガス供給路５から注入されたガスが樹脂供給路３に侵入するのを防ぐガス遮断部２０が形成されている。キャビティ２の内面に形成された突起（突部）２１がガス遮断部２０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は射出成型金型及びこの射出成型金型で成型される樹脂成型部品に関する。
なお、本発明において、上下左右は図１を基準とする。

合成樹脂を射出成型して所望形状の樹脂成型部品を得ることは、製造業で広く実施されている。図７に射出成型金型の基本的構成例を示す。図７の射出成型金型１は、互いに合わさる第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂにより構成され、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂの合わせ面（第１金型部材１Ａにおいては下面、第２金型部材１Ｂにおいては上面）によって溶融樹脂を充填して成型するキャビティ２が形成されている。通常の場合、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂの一方がコア金型となり、他方がキャビティ金型となる。なお、この図の例ではキャビティ２内に溶融樹脂を充填するための樹脂供給路３が第１金型部材１Ａの側に形成されている。

射出成形金型１により合成樹脂の射出成型を行うにあたっては、図示しない射出成型機に第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂを取り付け、型締めを行った後、図８に示すように樹脂供給路３に樹脂射出ノズル４を押し当て、キャビティ２内に溶融状態の樹脂を充填する。このとき、樹脂成型部品１０の一部に厚みが他の箇所に比べて大である肉厚部１１が形成される構造であると、キャビティ２に充填された溶融樹脂が冷却固化する際、肉厚部１１にしばしばヒケ１２が発生する。ヒケ１２は樹脂成型部品１０の外観を損ない、樹脂成型部品１０を組み込んだ製品の商品価値を低下させるので、極力発生を阻止する必要がある。

上記問題に対処するため、これまでにも種々の提案がなされてきた。ガスアシスト射出成型もその一例である。これはキャビティ内の溶融樹脂にガスの圧力を及ぼしてヒケの発生を防ぐというものであり、様々な態様で実施されている。特許文献１には、キャビティ内の溶融樹脂に直接高圧ガスを注入する方式のガスアシスト射出成型金型が記載されている。

特許文献１に記載された射出成型金型では樹脂供給路がガスを注入するガス供給路に兼用される構成になっているが、樹脂供給路とガス供給路とを分離独立のものとして互いに離れた位置に形成する場合もある。そのようにした構造例を図９に示す。図９の構造では、第１金型部材１Ａの中であって、樹脂供給路３から離れた位置にガス供給路５を形成し、ここにガス注入ノズル６を押し当てる。樹脂供給路３より溶融樹脂を射出してキャビティ２が溶融樹脂で充填された直後、ガス注入ノズル６よりキャビティ２内の溶融樹脂に高圧のガス（空気、窒素等）を注入すると、溶融樹脂の内圧が高まる。これにより樹脂成型部品１０にヒケが発生しなくなり、樹脂成型部品１０の外観品質が向上するとともに、強度も確保される。
特開平８−２７６４４９号公報

充填された溶融樹脂にガスを注入すると、ガスは比較的肉厚で、樹脂が硬化していない部分に経路をとって進み、樹脂成型部品１０の内部に空洞部１３ができてしまう。ところで図９の樹脂供給路３は全体がスプルー兼用のダイレクトゲートとして構成されている。樹脂成型部品１０が比較的大型で、大量の溶融樹脂を一気に射出する必要がある場合など、しばしばダイレクトゲートの形状が採用される。樹脂供給路の注入口が、ピンポイントゲートやフィルムゲートなど、面積が小さい、あるいは厚みの薄いゲート形状となっていればそのようなことはないのであるが、ダイレクトゲートの場合、ゲートの断面積が比較的大きいので、その中に空洞部１３が侵入することがある（図９参照）。

図９の樹脂成型部品１０を図１０に示すように射出成型金型１の中から取り出すと、ガス供給路５からガスを注入した跡にはガス注入穴１５が残っている。樹脂供給路３から抜けた余剰樹脂１４をカットすると、樹脂成型部品１０の表面に空洞部１３への連通穴１６が生まれる。これにより、次のような問題が発生する。

第１に、樹脂成型部品１０の外観品質が低下する。また、ガス注入穴１５の存在する側と、連通穴１６の存在する側が、互いに独立した空間Ｓ１、Ｓ２として区画される場合にも問題がある。図１０には空間Ｓ１、Ｓ２を区画する隔壁１７が仮想線で示されている。この場合、空間Ｓ１で水、油、薬品等の液体やある種のガスがガス注入穴１５から空洞部１３に入った場合、それらの液体や気体が連通穴１６から空間Ｓ２に侵入するということが起こり得る。空間Ｓ２の中の物体に対し害を与えない液体や気体であれば良いが、害を与えるようなものであると問題である。空間Ｓ２で連通穴１６から空洞部１３に入り込み、ガス注入穴１５から空間Ｓ１に侵入する液体や気体についても同様のことが言える。

このような問題が発生しないようにするため、従来は連通穴１６の有無の検査を余儀なくされていた。そして連通穴１６が存在していた場合は、連通穴１６とガス注入穴１５の一方または双方をコーキングで塞いだり、別部品で封をしたりしていた。このような検査や後加工のコストは無視できない金額であり、その改善が望まれていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、充填された溶融樹脂の中にガスを注入する仕組みの射出成型金型において、注入されたガスが樹脂供給路に侵入することのない金型構造とすることを目的とする。また、そのような射出成型金型で成型された、不本意な連通関係のない樹脂成型部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、第１金型部材と第２金型部材とが互いに合わさって構成され、前記第１金型部材と前記第２金型部材の合わせ面に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填するために、第１金型部材と第２金型部材の少なくともいずれか一方に形成された樹脂供給路と、前記キャビティに充填された溶融樹脂にガスを注入するため、前記第１金型部材と前記第２金型部材の少なくともいずれか一方に形成されたガス供給路とを備え、前記樹脂供給路と前記ガス供給路とは互いに離れた位置に配置されている射出成型金型において、前記キャビティ内の、前記樹脂供給路と前記ガス供給路との間の位置に、ガス供給路から注入されたガスが樹脂供給路に侵入するのを防ぐガス遮断部が形成されていることを特徴としている。

この構成によると、ガスの注入により樹脂成型部品内部に形成された空洞部が樹脂供給路の内部にまで領域を拡大することがないから、樹脂の冷却固化後に余剰樹脂をカットしても、その跡に空洞部に連通する連通穴が残らない。従って樹脂成型部品の外観が損なわれず、ガス注入穴から空洞部に入り込んだ液体や気体が余剰樹脂のカット跡から浸み出す懸念もない。これにより、従来必要であった検査コストや後加工コストを不要とすることができる。

また本発明は、上記構成の射出成型金型において、前記ガス遮断部は、前記ガス供給路よりも前記樹脂供給路の方に近いことを特徴としている。

この構成によると、樹脂成型部品の広い領域の外観品質が向上し、また強度も確保される。

また本発明は、上記構成の射出成型金型において、前記ガス遮断部が、前記キャビティの内面に形成された突部により構成されていることを特徴としている。

ガスは樹脂充填直後にキャビティ内に注入され、比較的肉厚で、樹脂が硬化していない部分に経路をとって進む。突部が形成されている部分は樹脂成型部品が肉薄になる。肉薄部は溶融樹脂の量が少なく、保有する熱量も小さく、金型に熱を奪われやすいため、周囲の部分との間に温度差が生じ、この部分では溶融樹脂が早く硬化する。そのためガスは経路を形成することができないから、この箇所は有効なガス遮断部となる。

また本発明は、上記構成の射出成型金型において、前記突部は、平面から見て前記樹脂供給路を囲うように、または平面から見て前記樹脂供給路を挟むように配置されていることを特徴としている。

この構成によると、１個の樹脂供給路の周囲に複数のガス供給路が存在したとしても、それらのガス供給路から注入されたガスにより樹脂成型部品内部に形成される空洞部が樹脂供給路に入り込むことを防止できる。

また本発明は、上記構成の射出成型金型により成型された樹脂成型部品であることを特徴としている。

この構成によると、ガスの注入により樹脂成型部品内部に形成された空洞部は、余剰樹脂の内部にまで領域を拡大していないから、樹脂の冷却固化後に余剰樹脂をカットしても、その跡に空洞部に連通する連通穴が残らない。従って樹脂成型部品の外観が損なわれず、ガス注入穴から空洞部に入り込んだ液体や気体が余剰樹脂のカット跡から浸み出す懸念もない。これにより、従来必要であった検査コストや後加工コストを不要とすることができる。

本発明によると、ガスの注入により樹脂成型部品内部に形成された空洞部が樹脂供給路の内部にまで領域を拡大することがなく、樹脂の冷却固化後に余剰樹脂をカットしても、その跡に空洞部に連通する連通穴が残らないから、樹脂成型部品の外観が損なわれない。またガス注入穴から空洞部に入り込んだ液体や気体が余剰樹脂のカット跡から浸み出す懸念もないから、従来必要であった検査コストや後加工コストを不要とすることができる。

以下本発明の第１実施形態を図１から図３に基づき説明する。図１は射出成型金型の部分断面図、図２は図１の射出成型金型に溶融樹脂を充填しガスを注入した状態を示す部分断面図、図３は図１の射出成型金型から取り出した樹脂成型部品の部分断面図である。なお実施形態の構成は多くが図９及び図１０に示す構造と共通するので、その共通部分には図９及び図１０で使用したのと同じ符号を付し、説明は省略することがある。

図１に示すように、射出成型金型１は、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂとを互いに合わせることで構成され、第１金型部材１Ａの下面および第２金型部材１Ｂの上面がそれぞれ合わせ面とされている。図中には現れていないが、本実施形態においては、第１金型部材１Ａがキャビティ金型、第２金型部材１Ｂがコア金型となっている。
なお、図２に示すように、ガス供給路５は、ガス注入ノズル６を延長した形の管状部材を第１金型部材１Ａに埋め込むことにより構成されている。

射出成型金型１には、キャビティ２内の、樹脂供給路３とガス供給路５との間の位置に、ガス供給路５から注入されたガスが樹脂供給路３に侵入するのを防ぐガス遮断部２０が形成されている。本実施形態においては、キャビティ２の上面、すなわち第１金型部材１Ａの下面（合わせ面）に形成された突起（突部）２１がガス遮断部２０を構成する。ガス遮断部２０は、断面半円状をなし、樹脂供給路３とガス供給路５の間の、樹脂供給路３寄りの位置、本実施形態においては、樹脂供給路３のすぐ近くに位置している。ガス遮断部２０は、溶融樹脂の充填が妨げられない程度の寸法とする。ここでは第１金型部材１Ａの下面に突起２１を形成しているが、第２金型部材１Ｂの上面に突起２１を形成してもよく、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂの両方に突起２１を形成してもよい。また、ガス遮断部２０は、ガス流れに対して交差する方向に長く延びる突条であることが好ましい。さらに、ガス遮断部２０の中心点と樹脂供給路３の中心点がガス流れ方向同一線上に並ぶことが好ましい。

以下、この射出成型金型１を用いて樹脂部品を成型する手順について説明する。
図２に示すように樹脂射出ノズル４より樹脂供給路３を通じてキャビティ２に溶融樹脂を充填し、充填直後、ガス注入ノズル６よりガス供給路５を通じてキャビティ２にガスを注入する。すると、ガスは樹脂の中でも比較的肉厚で、まだ硬化していない部分に経路をとって進み、樹脂成型部品１０の内部に空洞部１３が生じる。ガスは樹脂供給路３にも接近しようとする。ところがガス遮断部２０の部分で樹脂成型部品１０は周囲の部分に比して肉薄となっている。肉薄部は溶融樹脂の量が少なく、保有する熱量は小さい。さらに、突起２１のために、溶融樹脂と射出成形金型１の合わせ面との接触面積が周囲の部分に比して大きくなっている。このため、突起２１の部分は金型に熱を奪われやすく、周囲の部分よりも早く温度低下し、この部分では溶融樹脂が早く硬化する。そのためガスは突起２１の向こう側、すなわち樹脂供給路３寄りの部分には、経路を形成することができない。このように空洞部１３はガス遮断部２０の手前で限界を迎えることになる。

溶融樹脂が冷却固化した後、第１金型部材１Ａと第２金型部材１Ｂを型開きして図３に示すように樹脂成型部品１０を取り出す。樹脂成型部品１０においては、樹脂供給路３内の樹脂により形成された余剰樹脂１４とガス注入穴１６との間に肉薄部が形成されている。肉薄部においては、上述したように樹脂の硬化が他部より早くなり、ガスによる空洞部が作られるのが阻止される。すなわち肉薄部は空洞化阻止構造２２を構成するものであり、ガスが余剰樹脂１４に侵入して、空洞部１３が余剰樹脂１４に到達するのを防ぎ、空洞部１３は余剰樹脂１４に到達していない。肉薄部は言うまでもなくガス遮断部２０の抜き跡である。

樹脂成型部品１０から余剰樹脂１４をカットしても、余剰樹脂１４の内部にガスが侵入して空洞部１３が到達することがないので、例えば図３に示すガス注入穴１５より右側の部分においては、樹脂成型部品１０の表面に空洞部１３への連通穴が生じない。従って、例えば、空間Ｓ１、Ｓ２として区画されていて、樹脂成型部品１０において空間Ｓ２でガス注入穴１５に液体や気体が入り込んだとしても、液体等が樹脂成型部品１０における空間Ｓ１側の部分に出てくることはない。このため、本発明の樹脂成型部品１０では、連通穴が生じていないかどうかを検査する必要がなく、検査に要するコストが必要でない。さらに、連通穴が生じていた場合、それとガス注入穴１５の一方または双方をコーキングで塞いだり、別部品で封をしたりする後加工のコストを不要とすることができる。

空洞化阻止構造２２の厚さや幅（例えば図３における左右方向の長さ）等、空洞化阻止構造２２の形状をどのようにしたら良いかは、樹脂成型部品１０の肉厚、樹脂の種類、成型条件など様々な要因で決まる。実験を通じ適切な値を求めるのがよい。

ガス遮断部２０は、ガス供給路５よりも、できるだけ樹脂供給路３の方に近づけて設けるのがよい。このようにすることにより、樹脂成型部品１０の広い領域の外観品質が向上し、また強度も確保される。

樹脂成型部品１０は、例えば液晶表示モニタの額縁状枠のような、環状体であることがある。そのような環状体では、環状をなす肉厚部分の複数箇所に樹脂供給部３とガス供給部５が設けられるので、隣接する樹脂供給路３とガス供給路５との間で、ガス供給路５よりも樹脂供給路３の方に近い位置にガス遮断部２０を形成する。

図１と図２には樹脂供給路３の片側にしか突起２１が描かれていないが、異なる方向にも突起を設けておけばそちらの方向からのガスも阻止できることは当然の理である。例えば樹脂供給路３を挟む形で２個のガス供給路５が設けられている場合など、樹脂供給路３の両側に突起２１を形成する。

樹脂供給路の周囲３６０°あらゆる方向からのガスを阻止できるようにした例を第２実施形態として図４から図６に示す。図４は射出成型金型の部分断面図、図５は樹脂供給路とそれを包囲する突起の拡大平面図、図６は図４の射出成型金型に溶融樹脂を充填しガスを注入した状態を示す部分断面図である。

第２実施形態では、樹脂供給路３を包囲する形で、図５に見られるような環状の突起２１が第１金型１Ａの合わせ面に形成されている。これにより、樹脂供給路３の周囲３６０°どの方向からガスが接近しても、それが樹脂供給路３に侵入することを阻止できる（図６参照）。この構成は、樹脂供給路３を囲む形で複数のガス供給路５を配置する場合など、特に効果を発揮する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はガスアシストタイプの射出成型金型に広く利用可能である。

第１実施形態に係る射出成型金型の部分断面図 図１の射出成型金型に溶融樹脂を充填しガスを注入した状態を示す部分断面図 図１の射出成型金型から取り出した樹脂成型部品の部分断面図 第２実施形態に係る射出成型金型の部分断面図 図４の射出成型金型の樹脂供給路とそれを包囲する突起の拡大平面図 図４の射出成型金型に溶融樹脂を充填しガスを注入した状態を示す部分断面図 従来の射出成型金型の部分断面図 図７の射出成型金型に溶融樹脂を充填した状態を示す部分断面図 従来の他の射出成型金型に溶融樹脂を充填しガスを注入した状態を示す部分断面図 図９の射出成型金型から取り出した樹脂成型部品の部分断面図

符号の説明

１ 射出成型金型
１Ａ 第１金型部材
１Ｂ 第２金型部材
２ キャビティ
３ 樹脂供給路
４ 樹脂射出ノズル
５ ガス供給路
６ ガス注入ノズル
１０ 樹脂成型部品
１３ 空洞部
１５ ガス注入穴
２０ ガス遮断部
２１ 突起（突部）

Claims (5)

1. 第１金型部材と第２金型部材とが互いに合わさって構成され、
   前記第１金型部材と前記第２金型部材の合わせ面に形成されるキャビティに溶融樹脂を充填するために、第１金型部材と第２金型部材の少なくともいずれか一方に形成された樹脂供給路と、
   前記キャビティに充填された溶融樹脂にガスを注入するため、前記第１金型部材と前記第２金型部材の少なくともいずれか一方に形成されたガス供給路とを備え、
   前記樹脂供給路と前記ガス供給路とは互いに離れた位置に配置されている射出成型金型において、
   前記キャビティ内の、前記樹脂供給路と前記ガス供給路との間の位置に、ガス供給路から注入されたガスが樹脂供給路に侵入するのを防ぐガス遮断部が形成されていることを特徴とする射出成型金型。
2. 前記ガス遮断部は、前記ガス供給路よりも前記樹脂供給路の方に近いことを特徴とする請求項１に記載の射出成型金型。
3. 前記ガス遮断部が、前記キャビティの内面に形成された突部により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成型金型。
4. 前記突部は、平面から見て前記樹脂供給路を囲うように、または平面から見て前記樹脂供給路を挟むように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の射出成型金型。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の射出成型金型で成型された樹脂成型部品。

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