JP2019188697A - 射出成形型 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張により生じるキャビティの歪みを防止して、エンジニアリングプラスチックのような溶融温度が高い樹脂についても成形できる射出成形型を提供する。【解決手段】キャビティ２４を有する樹脂製の中型２０と、中型２０より線膨張率が小さい材料からなり中型２０を囲んで配置する枠型３０と、を備えた射出成形型１０であり、中型２０のキャビティ２４とは隔離した位置には、射出成形時の熱膨張により圧縮変形可能な中空部２７が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、キャビティを有する樹脂製の中型が枠型に囲まれて配置された射出成形型に関する。

従来、樹脂成形用の型として各種のものが提案されており、成形型の材料として樹脂を用いたものも多数使用されている。近年では３Ｄプリンタによる造形技術が向上しているため、樹脂製の成形型を３Ｄプリンタにより作製することも行われている。３Ｄプリンタを用いて成形型を作製すれば、型作製に要する時間を大幅に短縮できるため、試作や少量多品種の成形に有効に活用することができる。

一方、樹脂製の成形型は強度が不足し易いため、硬質金属と複合化して使用されるものも知られている（例えば下記特許文献１参照）。さらにプレス成形などではダイセットに成形型を装着して使用することも行われている。

特開昭６４−３０７１７号公報

しかしながら、樹脂製の成形型を金属製のダイセットで囲んで射出成形型として使用すると、成形型の線膨張係数がダイセットの金属より大きい場合、射出成形時に成形型の熱膨張が周囲を囲むダイセットで規制されるため、型内部のキャビティ形状に歪みが生じることがあった。特に、エンジニアリングプラスチックのような溶融温度が高い樹脂を成形する場合には、歪みが顕著になり、成形型に割れが生じることもあることが明らかとなった。

そこで本発明では、熱膨張により生じるキャビティの歪みを防止して、例えば、エンジニアリングプラスチックのような溶融温度が高い樹脂についても成形できる射出成形型を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明の射出成形型は、キャビティを有する樹脂製の中型と、前記中型より線膨張率が小さい材料からなり前記中型を囲んで配置される枠型と、を備えた射出成形型であって、前記中型の前記キャビティとは隔離した位置には、射出成形時の熱膨張により圧縮変形可能な中空部が設けられていることを特徴としている。

本発明の射出成形型では、前記枠型は金属からなるものであってもよい。

また前記中型は、３Ｄプリンタにより造形された造形物からなるものであってもよい。

本発明の射出成形型によれば、枠型に囲まれて配置される樹脂性の中型に、射出成形時の熱膨張により圧縮変形可能な中空部がキャビティとは隔離した位置に設けられている。そのため中型が枠型に囲まれた状態で射出成形時に熱膨張しても、中空部が圧縮変形することでキャビティの形状に歪みを生じ難くできる。

これにより、エンジニアリングプラスチックのような溶融温度が高い樹脂についても成形することが可能な射出成形型を提供することができる。

本発明の射出成形型によれば、例えば、枠型が金属からなるので、枠型の強度を容易に確保でき、射出成形型の十分な強度を容易に実現できる。

本発明の射出成形型によれば、例えば、中型が３Ｄプリンタにより造形された造形物からなるので、各種の形状のキャビティを有する中型を容易に精度よく作製でき、樹脂成形型の作製に要する時間を短縮できる。

本発明の実施形態に係る射出成形型を水平方向に切断した断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の他の実施形態に係る射出成形型における中型を示し、（ａ）は水平方向に切断した断面図、（ｂ）は正面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る射出成形型における中型を示し、（ａ）は水平方向に切断した断面図、（ｂ）は正面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は第１実施形態の射出成形型の水平方向に切断した断面図であり、図２はそのＡ−Ａ矢視図である。

第１実施形態の射出成形型１０は、第１の型１１と、第１の型１１の表面１３に配置されて第１の型１１に対して開閉可能な第２の型１２と、を備えている。第２の型１２は、中型２０及び枠型３０を有しており、中型２０と枠型３０とが着脱可能に一体に組付けられている。

第１の型１１は、アルミニウム等の金属からなり、表面１３が略水平面に形成されている。表面１３には図示しない位置決め部が設けられており、第２の型１２の中型２０及び枠型３０を所定位置に位置決めして配置している。

中型２０は、射出成形する樹脂よりも溶融温度が高い樹脂により形成されている。本実施形態の中型２０は直方体形状を有し、第１の型１１の表面１３に対向密着する略平面状のパーティング面２１と、パーティング面２１と反対側に設けられた略平面状の背面２２と、四方に設けられた略平面状の側面２３と、を有している。

パーティング面２１には凹面２４ａによりキャビティ２４が所望の形状に形成されており、第１の型１１の平坦な表面１３により閉塞可能となっている。またスプルー２５及びゲート２６が設けられており、中型２０の一方の側面２３で、図示しない樹脂供給部のノズルと接続可能となっている。

この中型２０には、キャビティ２４とは隔離した位置に中空部２７が設けられている。本実施形態の中空部２７は、パーティング面２１と背面２２との間に、両端が一対の側面２３に開口して断面略四角形状に形成されている。

パーティング面２１側から見た正面視においてキャビティ２４、スプルー２５及びゲート２６の形状全体が中空部２７の輪郭の範囲内に重なるように配置されている。この中空部２７は、中型２０を構成する樹脂の変形により変形可能である。

本実施形態の中型２０は、柔軟性を有する樹脂が３Ｄプリンタにより造形された造形物からなり、キャビティ２４を構成する凹面２４ａ及び中空部２７を含む全体が３Ｄプリンタにより形成されている。

枠型３０は、中型２０より線膨張率が小さい材料からなり、本実施形態ではアルミニウム等の金属からなる。

この枠型３０は、中型２０の周囲を囲んで配置されており、中型２０のパーティング面２１を除く各面と対向して当接する複数の枠材３１が互いに連結して固定されている。

中型２０の各面に当接する各枠材３１の対向面は、それぞれ略平面状に形成されている。本実施形態では、図示しない樹脂供給部のノズルが接続する中型２０の一方の側面２３側の枠材３１に開口部３２が設けられている他は、中型２０の各面を各枠材３１の対向面によりそれぞれ当接して取り囲んでいる。

本実施形態の枠型３０は、中型２０を支持した状態で、第１の型１１と開閉可能に構成されており、枠型３０を第１の型１１に対して閉じることで、中型２０のパーティング面２１が第１の型１１の表面１３に密着されるように構成されている。

このような射出成形型１０を用いて樹脂を射出成形するには次のように行うことができる。

まず所望のキャビティ２４形状を有する中型２０を枠型３０に支持固定させた状態で、樹脂供給部を備えた射出成形機に装着する。枠型３０を閉じることにより型締めし、樹脂供給部のノズルを中型２０に接続させて、スプルー２５及びゲート２６を介してキャビティ２４に連通させる。

この状態でノズルから溶融樹脂を中型２０のキャビティ２４に射出を開始する。射出成形時には、溶融樹脂により中型２０が加熱されて熱膨張する。

このとき中型２０のパーティング面２１が第１の型１１の表面１３に当接するとともに、中型２０の背面２２及び四方の側面２３がそれぞれ枠型３０の対向面に当接して、枠型３０に全体が取り囲まれているため、中型２０は開口部３２以外では外側に変形することができない。

そのため中型２０が昇温すると、中型２０の内部応力が増加する。中型２０にキャビティ２４とは離間して中空部２７が設けられているため、この内部応力が中空部２７に集中し、中空部２７が圧縮変形する。その結果、キャビティ２４の歪みが生じ難くなり、これによりエンジニアリングプラスチックのような溶融温度が高い樹脂についても射出することができる。

そしてキャビティ２４内に溶融樹脂が充満することで溶融樹脂の供給を終了する。その後、冷却又は放熱し、十分に降温させた後で型開きし、成形品を取り出すことができる。

以上のような第１実施形態の射出成形型１０によれば、キャビティ２４を有する中型２０が樹脂製で加工が容易であり、射出成形型１０の作製に要する時間を短縮できる。

そして枠型３０に囲まれて配置される中型２０に、キャビティ２４とは隔離した位置に射出成形時の熱膨張により圧縮変形可能な中空部２７が設けられているので、中型２０が枠型３０に囲まれた状態で射出成形時に熱膨張しても、中空部２７の圧縮変形によりキャビティ２４の形状に歪みを防止できる。

これにより本実施形態では、熱膨張によるキャビティ２４の歪みを防止することができ、エンジニアリングプラスチックのような溶融温度の高い樹脂を成形しても、型の割れなどの損傷が生じることを防止して成形品を成形することが可能である。

また本実施形態の射出成形型１０では、枠型３０が金属からなるので、射出成形型１０の強度を容易に確保でき、射出成形型１０の十分な強度を容易に実現できる。

さらに本実施形態の射出成形型１０では、中型２０が３Ｄプリンタにより造形された造形物からなるので、各種の形状のキャビティ２４を有する中型２０を容易に精度よく作製でき、樹脂成形型の作製に要する時間を大幅に短縮することができる。

即ち、目的の成形品を製造するための射出成形型１０を作製するには、トライアルアンドエラーで多数の試作型を作製して最終形状の射出成形型１０に到達する。その場合、本実施形態のようにキャビテチィ２４を有する中型２０を樹脂により３Ｄプリンタで作製すれば、多数種類の中型２０を精度よく短期間で容易に作製することができる。しかも中型２０は樹脂により作製するため強度が不足し易いが、枠型３０で囲んで支持した状態で使用するため、少量の成形に適した射出成形型１０として使用することが可能である。その結果、最終形状の射出成形型１０を得るために要する期間を大幅に短縮することが可能である。
［第２実施形態］
図３（ａ）（ｂ）は第２実施形態に係る射出成形型１０における中型２０を示し、（ａ）は水平方向に切断した断面図、（ｂ）は正面図である。

この実施形態の射出成形型１０は、中型２０の中空部２７が異なる他は、第１実施形態の射出成形型１０と同様に構成されている。

第２実施形態の中空部２７は、キャビティ２４が設けられたパーティング面２１と背面２２との間に、両端が一対の側面２３に開口した状態で設けられた複数の貫通孔２８により構成されている。

複数の貫通孔２８はキャビティ２４の長手方向に対して略直交する方向に延びており、互いに略等間隔に離間して配置されている。

このような第２実施形態の射出成形型１０であっても、第１実施形態の射出成形型１０と同様の作用効果を得ることができる。

しかも中空部２７が複数の貫通孔２８を分散配置したものであるため、各貫通孔２８の配置間隔や断面形状などを調整することで、キャビティ２４の形状に対応して射出成形時の内部応力を分散させることができ、キャビティ２４の歪みをより確実に防止することができる。
［第３実施形態］
図４（ａ）（ｂ）は第３実施形態に係る射出成形型１０における中型２０を示し、（ａ）は水平方向に切断した断面図、（ｂ）は正面図である。

この実施形態の射出成形型１０は、中型２０の中空部２７が異なる他は、第１実施形態の射出成形型１０と同様に構成されている。

第３実施形態の中空部２７は、第１実施形態の中空部２７と同様の外形を有し、内部に多数の格子構造２９を設けている。この格子構造２９としては、例えば多数の薄肉片が間隔を開けて三次元方向に繰り返し配置された構造などとしてもよい。

このような第３実施形態の射出成形型１０であっても、第１実施形態の射出成形型１０と同様の作用効果を得ることができる。

しかも中空部２７が内部に多数の格子構造２９を設けたものであるため、格子構造２９における格子の形状、配置、密度などにより広い範囲で緻密に調整することともできる。そのためキャビティ２４の形状や射出条件などに応じた、より適切な中空部２７を設けることができ、キャビティ２４の歪みをより確実に防止することが可能である。

なお上記各実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。

例えば上記では、中型２０における第１の型１１と対向するパーティング面２１に開口したキャビティ２４を設けた例について説明したが、一対の中型２０を用いて各中型２０のパーティング面２１同士を互いに対向当接することでキャビティ２４を形成するようにしてもよい。その場合、第１の型１１は溶融樹脂と直接接触する型面を構成せず、中型２０の背面に当接するように構成されていればよい。

また上記各実施形態では、中空部２７を広い範囲に均等に設けた例について説明したが、例えば中空部２７を中型２０の一部に局在させることで、応力分布を調整することもできる。例えば射出成形時に最も内圧が高くなるゲート２６付近に対応する位置やその近傍には中空部２７を設けないように構成することもできる。これにより射出時の熱膨張によるキャビティ２４の歪みをより適切に防止することができる。

さらに射出時の内圧に応じて中空部２７の大きさ、形状、強度などを調整することもできる。

上記各実施形態では、枠型３０として、中型２０の開口部３２及びパーティング面２１以外の略全体を取り囲んで構成したが、中型２０を射出成形可能に支持できる枠型であれば、他の部位に適宜開口部位を設けることも可能である。

１０ 射出成形型
１１ 第１の型
１２ 第２の型
１３ 上面
２０ 中型
２１ パーティング面
２２ 背面
２３ 側面
２４ キャビティ
２４ａ 凹面
２５ スプルー
２６ ゲート
２７ 中空部
２８ 貫通孔
２９ 格子構造
３０ 枠型
３１ 枠材
３２ 開口部
３３ 貫通孔

Claims (3)

1. キャビティを有する樹脂製の中型と、前記中型より線膨張率が小さい材料からなり前記中型を囲んで配置される枠型と、を備えた射出成形型であって、
   前記中型の前記キャビティとは隔離した位置には、射出成形時の熱膨張により圧縮変形可能な中空部が設けられていることを特徴とする射出成形型。
2. 前記枠型は金属からなることを特徴とする請求項１に記載の射出成形型。
3. 前記中型は、３Ｄプリンタにより造形された造形物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形型。
   

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