JP2708971B2 - 射出成形方法および射出成形用金型並びに射出成形品 - Google Patents

射出成形方法および射出成形用金型並びに射出成形品

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    • B29C45/2669—Moulds with means for removing excess material, e.g. with overflow cavities

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂の射出成
形方法および射出成形用金型並びに射出成形品に関す
る。さらに詳しくは、本来ならウエルド部が生じしかも
極めて低いウエルド強度しか得られない成形品のウエル
ド部周辺の強度を著しく向上させ、かつウエルド部の外
観をも改善するための射出成形方法および射出成形用金
型並びにウエルド強度等の改善された射出成形品に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図１２
に示す金型のように、単一のキャビティ６に複数のゲー
ト５，５から溶融樹脂の射出充填をおこなうと、キャビ
ティ内に複数の樹脂流が生じ、その樹脂流が合流して融
着する部分Ｂにウエルドが生じる。また、キャビティに
単一のゲートから溶融樹脂を充填する場合であっても、
図１３のように、キャビティ内に設けられたコア７等に
より樹脂の分流が生じる場合には、分流された樹脂流が
合流して一体化する部分Ｂにウエルドが生じる。更に、
成形品に偏肉部がある場合等においても、射出充填され
る溶融樹脂は、肉厚の大きな部分と肉厚の小さい部分で
の樹脂の充填速度の違いにより樹脂の分流が生じ、これ
らが合流して一体化する部分にウエルドが生じることが
多い。このような成形品のウエルドは、上記の如き各種
の要因が複合して生じる場合が多く、現実の複雑な形状
の成形品において、ウエルドの生じない成形品を得るこ
とは極めて困難である。かかるウエルド部においては、
ウエルドマークと称される線状の模様が生じ外観を損ね
るのみならず、単に溶融樹脂が合流して融着一体化した
だけで樹脂の均一な混合が行われないこともあって、樹
脂が本来有する強度よりはるかに低い強度しか得られな
いという極めて重大な問題が生じる。
【０００３】ウエルド部におけるかかる強度低下の問題
を、成形法により改善する方法として、特開昭48−7145
9 号公報には、ウエルド部を生じる位置に樹脂溜めを形
成した金型を用いて樹脂の充填を行った後、樹脂溜め部
の樹脂を金型内に押し戻すことによりウエルド部の強度
を改善する成形方法が、また、特開平２−202414号公報
には、開閉バルブを備えた複数ゲートから樹脂を射出充
填することによって生じた複数の樹脂流が合流して一体
化してウエルドが形成された以後にゲートの開閉バルブ
の操作を行い、樹脂流の充填圧力に差をもたせることに
よりウエルド部を乱し、ウエルド部の強度を改善する成
形方法が開示されている。しかしながら、これらの方法
では、ウエルド部に十分な樹脂流を生じさせてウエルド
部の樹脂あるいは充填剤の配向を乱すことは難しく、い
ずれもウエルド部における充分な強度改善には到ってい
ない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決しウエルド強度の向上した成形品を得ることを目
的として鋭意検討した結果、ウエルドが形成された後、
まだ内部で樹脂が流動性を維持している間にウエルド部
で樹脂の移動を生じさせ、ウエルド部での樹脂あるいは
充填剤の配向等を乱すことによるウエルド強度等の効率
的な改善方法およびそのための金型を見出し、本発明に
到達した。
【０００５】即ち、本発明は、熱可塑性樹脂を射出成形
するにあたり、射出充填される溶融樹脂が分流する点か
ら該分流樹脂の合流により形成されるウエルド部までの
分流樹脂流路の少なくとも一方の側に成形品キャビティ
もしくはランナーから突出した樹脂溜めを設けた金型を
用い、成形品キャビティへの溶融樹脂の供給によりウエ
ルド部が形成された後、前記樹脂溜めに樹脂を流入させ
ることによってウエルド部での樹脂の移動を生じさせ、
ウエルド部をはさむ一方の側の樹脂を他方の側の樹脂に
圧入してウエルド部を強化することを特徴とする射出成
形方法、およびかかる射出成形に用いられる熱可塑性樹
脂の射出成形用金型であって、射出充填される溶融樹脂
が分流する点から該分流樹脂の合流により形成されるウ
エルド部までの分流樹脂流路の少なくとも一方の側に、
成形品キャビティもしくはランナーから突出した樹脂溜
めを設けてなり、成形品キャビティへの溶融樹脂の供給
によりウエルド部が形成されたのち樹脂溜めに樹脂を流
入させることによってウエルド部での樹脂の移動を生じ
させ、ウエルド部をはさむ一方の側の樹脂を他方の側の
樹脂に圧入してウエルド部を強化することを可能とした
ことを特徴とする射出成形用金型、並びに上記射出成形
方法により成形してなる射出成形品に関する。
【０００６】以下、図を参照しながら本発明の金型およ
び成形法について説明する。図１及び図２は、夫々ウエ
ルドが生じる典型的な金型（成形品）である図１２及び
図１３の金型（成形品）を例にとり、そのウエルド強度
等を改善するため、本発明に従って、所定の位置、即
ち、射出充填される溶融樹脂が分流する点から該樹脂の
合流により形成されるウエルド部までの樹脂流路の少な
くとも一方の側に、成形品キャビティもしくはスプルー
から突出した樹脂溜めを設けて改善した金型の１態様を
示すものである。勿論、実際の多くの金型（成形品）に
おいては、このように単純な形状のものは稀であり、キ
ャビティへの溶融樹脂の充填の仕方、ウエルドの生成過
程等は更に複雑であるが、基本的にはここで示し、また
以下で説明する金型構成および成形方法に従えばよい。
【０００７】さて、かかる金型を用いて成形品を成形す
るにあたり、樹脂溜めを設けない場合、即ち図１２及び
図１３の金型においては、射出充填される溶融樹脂は図
１２の場合はスプルー３の直下で、また図１３の場合は
コア７の前で、樹脂流Ａ1 及びＡ2 となって分流し、分
流樹脂が合流する点Ｂにウエルドが生じる。かかるウエ
ルド部においては、２つの分流樹脂の先端が接して見か
け上接着しているだけであり、また、樹脂あるいは樹脂
中に含まれる充填物はウエルドを挟んで配向しており均
一には混合していないため強度が低くなるという問題が
あり、またウエルドラインと呼ばれる線が生じて外観を
損ねることになる。
【０００８】これに対し、本発明に従い所定の位置に樹
脂溜め１を設けた図１および図２の如き金型を用いた成
形においては、射出充填される溶融樹脂が樹脂流Ａ1 及
びＡ2 に分流し、これが合流する点Ｂにウエルドが形成
された後、更に樹脂に加えられる射出圧あるいは保圧に
より溶融樹脂を樹脂溜め１に流し込むことによってウエ
ルドの両側に圧力差を生じさせ、樹脂溜めの設けられて
いない側の樹脂を樹脂溜めの設けられている側の樹脂に
圧入してウエルド部の樹脂あるいは充填物の配向等を乱
すことによりウエルド部の強度が向上し、ウエルドライ
ンも目につきにくいものになる。
【０００９】かかる成形法において、樹脂溜めの入口の
サイズ、溶融樹脂の粘度等によっては、充填される溶融
樹脂によるウエルド形成前に、その一部が樹脂溜めに流
れ込む場合があるが、これにより樹脂溜めが完全に充填
されず、ウエルド部が形成された後樹脂が流れ込む余地
を有し、流動性も保持されている限り基本的には問題な
い。この場合、最初のウエルドは点Ｂより樹脂溜め側に
ずれた位置に形成され、その後ウエルド部での樹脂の移
動が生じることになる。溶融樹脂充填時における樹脂溜
めへの樹脂流入を極力抑え、且つウエルド形成後樹脂溜
めへの樹脂流入を効率的に行わせるためには、一般に、
樹脂溜め入口の厚みを入口周辺の成形品厚みの 0.2〜0.
7 倍とするのが好ましい。
【００１０】しかしながら、上記の如く樹脂溜めの入口
が開放状態にあり、溶融樹脂の充填時に樹脂溜めに樹脂
が流入すると、それだけ樹脂溜めの効率が低下すること
は避けられない。従って、樹脂溜めを確実且つより効率
的に機能させるためには、樹脂溜め入口に開閉バルブを
設け、樹脂溜めへの樹脂の流入を強制的に制御するのが
好ましい。樹脂溜め入口に設けるかかる開閉バルブは、
通常は閉止した状態にあり、キャビティへの溶融樹脂充
填後の射出圧あるいは保圧に応じて自然に開く構造とし
てもよく、また、別途設けた駆動機構により強制的に開
閉操作のできる開閉バルブとし、一方、キャビティへの
樹脂充填状況を検出し得るセンサーを金型内もしくは成
形機側に設け、キャビティへの樹脂充填状況をセンサー
で検出し、その検出信号に基づき駆動機構を作動させ、
開閉バルブを開く構造あるいは前もってウエルド形成ま
での時間を測定しておき、所定時間後に駆動機構を作動
させ、開閉バルブを開く構造としてもよい。図３は、前
者、即ちキャビティにかかる圧力に応じてバルブが自然
に開く構造の１例を示すものである。この例は、上部を
斜めに切り欠いたピストン状の開閉バルブ８をバネ圧等
を利用して押し上げることによりキャビティへの樹脂充
填時には樹脂溜め入口を閉じておき、キャビティへの樹
脂充填後のキャビティ側からの圧力がピストン状バルブ
の斜めの切り欠き部にかかるとピストン状バルブを押し
下げる分力が働き、これがバネ圧等による押し上げ力を
越えるとバルブが下がって樹脂溜めに樹脂が流れ込む構
造を有するものである。このような構造の開閉バルブ
は、装置的に極めて簡便かつ有効な方法である。
【００１１】このようにキャビティ側からの圧力に応じ
てバルブが開くものでは、キャビティ側からの30〜500k
g/cm2 の圧力でバルブが開くよう設定するのが好まし
い。また、駆動機構によりバルブの開閉を行うもので
は、ウエルド形成後にも樹脂溜めへの樹脂の流入が行わ
れるようなタイミングであれば、ウエルドが形成される
直前に開閉バルブを開いてもかまわない。図４〜図７
は、このような開閉バルブが設けられた金型を用い、樹
脂溜めへの樹脂の流入を制御しながら成形した場合の樹
脂の充填状態を経時的に模式的に示すものである。この
ように開閉バルブを設け、バルブを閉じた状態でキャビ
ティへの溶融樹脂の充填を行ったのちバルブを開き、樹
脂溜めへの樹脂の流入を行う方法は、形成されたウエル
ド部での樹脂の移動、圧入が効率的に行われるため、ウ
エルド強度の向上および外観の改善に特に有効である。
【００１２】また本発明の金型において、樹脂溜めは複
数個設けてもよい。複数個の樹脂溜めを設けるに当たっ
ては、分流した樹脂が合流しウエルドを形成するまでの
分流樹脂流路の一方の側のみに設ける方法、分流樹脂流
路の両方の側に各々１個以上の樹脂溜めを設ける方法の
いずれも可能である。特に後者の方法で樹脂溜めを設け
た金型を用い、溶融樹脂の充填によりウエルドが形成さ
れた後、ウエルドをはさむ一方の側の樹脂溜めに樹脂を
流し込み、引続き反対側の樹脂溜めに樹脂を流し込む成
形方法あるいはウエルドをはさむ樹脂溜めに交互に樹脂
を流入させる成形方法は、ウエルド部での交互の樹脂移
動とこれに伴う樹脂の圧入によってウエルド部の乱れを
より効率的に生じさせることができるため、ウエルド強
度および外観の改善法として特に好ましい方法である。
図８〜図１１は、かかる成形操作における樹脂の充填及
び移動状態を経時的に模式的に示したものである。ま
た、かかる成形に用いられる金型においては、樹脂溜め
への樹脂の交互の流入が制御できるように、樹脂溜めの
入口に開閉バルブを設けるのが特に有効である。
【００１３】また本発明の金型において、樹脂溜めの位
置および容量は、樹脂の固化速度、成形品容量、樹脂分
流点からウエルドまでの距離あるいは容量、さらには樹
脂温度、射出圧等の成形条件とも関連するものであり一
義的に規定することは難しいが、要はこれらを考慮した
上で、ウエルド形成後ウエルド部での樹脂の移動、圧入
が効率的に生じる位置に、それに見合った容量の樹脂溜
めを設ければよい。一般的に言えば、樹脂溜め容量は、
ウエルドに沿った成形品断面積をmm2 で表わした値をＳ
とした時、Ｓ×５(mm3) 以上とするのが好ましく、より
好ましくはＳ×10(mm3) 以上である。
【００１４】また、本発明の金型においては、樹脂溜め
を他の成形品のキャビティとして使用することも可能で
ある。
【００１５】本発明の射出成形方法および金型は、公知
のいずれの熱可塑性樹脂の射出成形にも適用可能である
が、従来の成形方法ではウエルド部での強度低下が激し
かったものに対し適用するのが特に有効である。例え
ば、無機充填剤、特に繊維状充填剤の配合された熱可塑
性樹脂の従来法による成形においては、ウエルド部をは
さんでその両側に、無機充填剤、特に繊維状充填剤がウ
エルドに沿って配向するため、ウエルド部においては他
の部分に比べ著しく低い強度しか得られないが、本発明
の成形方法および金型によれば、ウエルド部におけるか
かる配向が効率よく乱されることにより十分な強度改善
が可能である。中でも３mm以上の平均繊維長を有する繊
維状充填剤の配合されたものの成形では、ウエルドに沿
った繊維の配向が強く、ウエルド強度の低下が特に問題
になり易いものであったが、本発明の成形方法および金
型は、かかる樹脂組成物の成形に対して特に有効であ
る。また、結晶性熱可塑性樹脂を主体とする樹脂組成物
の成形においても、ウエルドに沿った結晶性樹脂の配向
により同様の問題が生じ易いものであったが、本発明の
成形方法および金型は、かかる樹脂組成物の成形に対し
ても極めて有効である。
【００１６】
【実施例】以下、実施例により、本発明についてさらに
具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００１７】実施例１〜３および比較例１〜３ 図１の如き構造で、樹脂溜め入口には図３の如き開閉バ
ルブを設けた射出成形用金型を用い、ポリプロピレン樹
脂(PP)、ポリアミド66樹脂(PA66)およびポリエチレンテ
レフタレート樹脂(PET) に各々ガラス長繊維(GF)40重量
％を配合した長さ12mmのペレット状樹脂組成物を射出成
形した。かかる樹脂組成物において、ガラス長繊維はペ
レットと実質的に同一長さで（平均繊維長は約12mm）、
ペレットの長さ方向にほぼ平行に配列したものである。
【００１８】なお、ここで用いた金型の主要箇所の構成
および成形条件は、下記の通りである。
【００１９】 成形品ウエルド付近の寸法 幅20mm×厚さ４mm 樹脂溜め 寸法 40mm×15mm×厚さ４mm 入口形状 幅７mm×厚さ４mm 開閉バルブ キャビティ側からの300kg/cm2 の圧力で
開くように設定されたもの 成形条件 射出圧力 1400kg/cm2 保圧 440kg/cm2 一方、比較のため、図１の金型の樹脂溜めの入口を閉じ
たまま、同様の成形品を成形した。
【００２０】これらの成形品について、引張強度および
伸度を測定した。又、成形品のウエルド部の外観（ウエ
ルドラインの有無）を目視観察した。結果を表１に示
す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】以上の説明並びに実施例により明らかな
ように、本来ならウエルド部が生じ、しかも極めて低い
ウエルド強度しか得られない熱可塑性樹脂成形品を射出
成形するにあたり、本発明に従い所定位置に樹脂溜めを
設けた金型を用い、成形品キャビティへの溶融樹脂の供
給によりウエルド部が形成された後、該樹脂溜めに樹脂
を流入させることによりウエルド部での樹脂の移動を生
じさせ、ウエルド部を挟む一方の側の樹脂を他方の側の
樹脂に圧入させる本発明の射出成形方法およびその金型
によれば、ウエルド部での樹脂あるいは充填物の配向が
乱されることにより極めて効率的にウエルド部が強化さ
れ、しかもウエルド部の外観も改善されるという優れた
特徴を有するものであり、実用的価値の高いものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１２に示すウエルドが生じる典型的な金型
（成形品）を例にとり、これに本発明に従い樹脂溜めを
設けた１例を示す平面略示図である。
【図２】図１３に示すウエルドが生じる典型的な金型
（成形品）を例にとり、これに本発明に従い樹脂溜めを
設けた１例を示す平面略示図である。
【図３】樹脂溜めの入口に開閉バルブを設ける場合の、
開閉バルブ構造の１例を示すものであり、図１に該バル
ブを設けた時のＩ−Ｉ線での断面に相当する断面略示図
である。
【図４】図１の金型の樹脂溜め入口に開閉バルブを設
け、樹脂溜めへの樹脂の流入を制御しながら成形した場
合の樹脂の充填過程を模式的に示した要部略示図であ
る。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状態を、Ｙはバルブが
開いた状態を示す。
【図５】図１の金型の樹脂溜め入口に開閉バルブを設
け、樹脂溜めへの樹脂の流入を制御しながら成形した場
合の樹脂の充填過程を模式的に示した要部略示図であ
る。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状態を、Ｙはバルブが
開いた状態を示す。
【図６】図１の金型の樹脂溜め入口に開閉バルブを設
け、樹脂溜めへの樹脂の流入を制御しながら成形した場
合の樹脂の充填過程を模式的に示した要部略示図であ
る。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状態を、Ｙはバルブが
開いた状態を示す。
【図７】図１の金型の樹脂溜め入口に開閉バルブを設
け、樹脂溜めへの樹脂の流入を制御しながら成形した場
合の樹脂の充填過程を模式的に示した要部略示図であ
る。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状態を、Ｙはバルブが
開いた状態を示す。
【図８】図１の金型に、入口に開閉バルブを有する２個
の樹脂溜めを設け、樹脂溜めへの樹脂の流入を交互に制
御しながら成形した場合の樹脂の充填過程を模式的に示
した要部略示図である。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状
態を、Ｙはバルブが開いた状態を示す。
【図９】図１の金型に、入口に開閉バルブを有する２個
の樹脂溜めを設け、樹脂溜めへの樹脂の流入を交互に制
御しながら成形した場合の樹脂の充填過程を模式的に示
した要部略示図である。尚、図中Ｘはバルブが閉じた状
態を、Ｙはバルブが開いた状態を示す。
【図１０】図１の金型に、入口に開閉バルブを有する２
個の樹脂溜めを設け、樹脂溜めへの樹脂の流入を交互に
制御しながら成形した場合の樹脂の充填過程を模式的に
示した要部略示図である。尚、図中Ｘはバルブが閉じた
状態を、Ｙはバルブが開いた状態を示す。
【図１１】図１の金型に、入口に開閉バルブを有する２
個の樹脂溜めを設け、樹脂溜めへの樹脂の流入を交互に
制御しながら成形した場合の樹脂の充填過程を模式的に
示した要部略示図である。尚、図中Ｘはバルブが閉じた
状態を、Ｙはバルブが開いた状態を示す。
【図１２】図１２は、ウエルドが生じる典型的な金型
（成形品）の例を示す平面略示図である。
【図１３】図１３は、ウエルドが生じる典型的な金型
（成形品）の別の例を示す平面略示図である。
【符号の説明】
１：樹脂溜め ２：樹脂溜め入口 ３：スプルー部 ４：ランナー ５：ゲート ６：キャビティ ７：コア ８：ピストン状開閉バルブ ９：バネ 10：固定金型 11：移動金型 12：樹脂溜め用ブロック（入れ子） 13：樹脂溜め入口用（ピストン状開閉バルブ用）ブロッ
ク（入れ子）

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂を射出成形するにあたり、
    射出充填される溶融樹脂が分流する点から該分流樹脂の
    合流により形成されるウエルド部までの分流樹脂流路の
    少なくとも一方の側に成形品キャビティもしくはランナ
    ーから突出した樹脂溜めを設けた金型を用い、成形品キ
    ャビティへの溶融樹脂の供給によりウエルド部が形成さ
    れた後、前記樹脂溜めに樹脂を流入させることによって
    ウエルド部での樹脂の移動を生じさせ、ウエルド部をは
    さむ一方の側の樹脂を他方の側の樹脂に圧入してウエル
    ド部を強化することを特徴とする射出成形方法。
  2. 【請求項２】 樹脂溜めが、その入口に開閉バルブの設
    けられたものであり、該バルブを閉じた状態で成形品キ
    ャビティへの溶融樹脂の供給を行った後に、該バルブを
    開いて樹脂溜めに樹脂を流入させるものである請求項１
    記載の射出成形方法。
  3. 【請求項３】 開閉バルブが、キャビティへの溶融樹脂
    充填時には閉じた状態にあり、キャビティへの溶融樹脂
    充填後のキャビティ側からの圧力に応じて該バルブが開
    いて樹脂溜めへの樹脂の流入が行われるものである請求
    項２記載の射出成形方法。
  4. 【請求項４】 開閉バルブが、キャビティ側からの30〜
    500kg/cm2 の圧力で開いて樹脂溜めへの樹脂の流入が行
    われるものである請求項３記載の射出成形方法。
  5. 【請求項５】 開閉バルブが、別途設けられた駆動機構
    により強制的に開閉可能とされたものであり、該バルブ
    を閉じた状態でキャビティへの溶融樹脂の充填を行い、
    成形品キャビティへの溶融樹脂の充填状況をセンサーで
    検出し、その検出信号に基づき駆動機構を作動させて開
    閉バルブを開き、樹脂溜めへの樹脂の流入を行うもので
    ある請求項２記載の射出成形方法。
  6. 【請求項６】 熱可塑性樹脂が、無機充填剤の配合され
    たものである請求項１〜５のいずれか１項記載の射出成
    形方法。
  7. 【請求項７】 無機充填剤が、繊維状の充填剤である請
    求項６記載の射出成形方法。
  8. 【請求項８】 繊維状の充填剤が、３mm以上の平均繊維
    長を有するものである請求項７記載の射出成形方法。
  9. 【請求項９】 熱可塑性樹脂が、結晶性熱可塑性樹脂で
    ある請求項１〜８のいずれか１項記載の射出成形方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載の射
    出成形方法により成形してなる射出成形品。
  11. 【請求項１１】 熱可塑性樹脂の射出成形用金型であっ
    て、射出充填される溶融樹脂が分流する点から該分流樹
    脂の合流により形成されるウエルド部までの分流樹脂流
    路の少なくとも一方の側に、成形品キャビティもしくは
    ランナーから突出した樹脂溜めを設けてなり、成形品キ
    ャビティへの溶融樹脂の供給によりウエルド部が形成さ
    れたのち樹脂溜めに樹脂を流入させることによってウエ
    ルド部での樹脂の移動を生じさせ、ウエルド部をはさむ
    一方の側の樹脂を他方の側の樹脂に圧入してウエルド部
    を強化することを可能としたことを特徴とする射出成形
    用金型。
  12. 【請求項１２】 樹脂溜めの入口に開閉バルブを設けて
    なる請求項１１記載の射出成形用金型。
  13. 【請求項１３】 開閉バルブが、キャビティ側からの圧
    力によって開くものである請求項１２記載の射出成形用
    金型。
  14. 【請求項１４】 開閉バルブが、キャビティ側からの30
    〜500kg/cm2 の圧力で開くものである請求項１３記載の
    射出成形用金型。
  15. 【請求項１５】 開閉バルブが、別途設けられた駆動機
    構により強制的に開閉可能とされたものであり、成形品
    キャビティへの溶融樹脂の充填状況をセンサーで検出
    し、その検出信号に基づき駆動機構を作動させて開閉が
    行われるものである請求項１２記載の射出成形用金型。
  16. 【請求項１６】 樹脂溜めの入口が、樹脂溜め入口周辺
    の成形品肉厚の0.2〜0.7 倍の肉厚を有するものである
    請求項１１〜１５のいずれか１項記載の射出成形用金
    型。
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