JP3366739B2

JP3366739B2 - 熱可塑性樹脂の射出成形用金型

Info

Publication number: JP3366739B2
Application number: JP16850094A
Authority: JP
Inventors: 浩之石見; 正義福岡; 弘之金山
Original assignee: TAIYO MANUFACTURING CO., LTD.
Current assignee: TAIYO MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 2003-01-14
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH0825428A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャビティ型表面の光
沢や微細な凹凸模様を成形品表面に忠実に転写でき、か
つ表面にヒケのない美しい成形品を比較的低圧で成形で
きる熱可塑性樹脂成形用金型に関し、さらに詳しくは比
較的大きい成形品を成形するとき、または高粘度成形材
料、高融点成形材料或いはフィラー入成形材料等を使用
して成形するときでも、上記成形品を比較的低圧で成形
できる熱可塑性樹脂成形用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱可塑性樹脂成形用金型は、通
常、一般鋼材、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウ
ム、アルミ合金、銅、銅合金等の金属材料にて製作され
ている。そしてキャビティ内に溶融樹脂を圧入して該溶
融樹脂を所定形状に賦形すると同時に、キャビティ表面
の状態を、その表面に転写した成形品を得る。

【０００３】しかし、このような従来型を用いて射出成
形する場合、キャビティ表面の転写度は低く、光沢や微
細凹凸模様を忠実に転写した成形品が得られないのが欠
点である。さらに成形品表面にフローマーク、ウェルド
マーク等が発生するばかりでなく、成形品の末端部や肉
厚部にヒケが発生しやすい。

【０００４】これら諸現象の改善策としては、型温を高
くしたり、射出圧を上げるのが普通である。しかし、型
温を高くしても転写精度の改善に限度があり、また成形
サイクルの長時間化につながり、満足な結果は得られな
い。射出圧の増大も同じく転写改善に限度があり、さら
に、残留歪を増大させ、ソリやバリを発生するなど成形
品品質を低下させるばかりでなく、成形機の大型化を招
き、さらには金型の高剛性化を要し、良品を得るための
経済的生産を困難にする。

【０００５】品質改善に限度がある理由は次のようであ
る。

【０００６】射出成形用金型は、通常熱伝導性の良好な
金属材料にて構成されている。このような金型を使用し
て射出成形する場合、キャビティ内に充填されつつある
溶融樹脂は金型表面への放熱によって急速に冷却し、表
面に固化層が形成する。すなわち、充填工程では溶融樹
脂の型内圧が比較的低いため、溶融樹脂は型表面にあま
り強く圧接されないままに（即ち型表面を忠実に転写し
ないままに）表皮固化層を形成しながら充填が進行す
る。この表皮固化層の存在のため充填完了時に所定の高
圧が付加されたとしても、もはや型表面の光沢や微細な
凹凸模様は成形品に十分に転写され難い。またゲート付
近の乱流や、流動中の不整流が上記固化層中に瞬間的に
凍結し、フローマーク、ウェルドマーク等が発現する。

【０００７】一方、最近では品質の高級化と同時に低価
格化への要望と、製品の大形化・軽薄短小化の二極化傾
向からくる成形の低圧化及び薄肉化要望が強まってい
る。この薄肉化要望はさらに高い成形圧力を必要とする
ため従来法ではもはや対応不能で、前記未解決の基本問
題、すなはち比較的低圧で良品を得る成形技術の開発
が、新しい課題として大きくクローズアップされてい
る。この課題に関連した、これまでに公表されている研
究・開発技術も少なくない。その代表例は次のようなも
のである。

【０００８】１）ヒケ防止低発泡成形法２）ヘッティンガー・プロセス３）シンプレス・プロセス（ガス注入射出成形法）４）射出圧縮成形法５）断熱構造金型の利用６）型表面への断熱性かつ濡れ性の良い薄膜コーティン
グ処理。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらのうち上記１）
〜４）では、従来法の問題点の一つであるヒケの発生問
題は大きく改善されたものの、充填時の樹脂表面固化層
による転写不良、フローマーク、ウェルドライン発生等
の弊害を取り除くものではなく、低圧条件下で高品質表
面の成形品を得る成形技術とはなり得ない。

【００１０】ただ一つ上記５）では固化層の形成を遅ら
す効果があり、また６）では充填樹脂と型表面の濡れ性
改善による密着性向上に効果があり、従って、両者共金
型表面の転写性向上には有効な技術であるが、低圧条件
では成形品肉厚部のヒケ発生に対応できないため、結局
は高圧成形が必要になる。

【００１１】このように、この種金型の利用によって
も、低圧で良品を得る成形技術の開発はいまだ達成され
ていないのが現状である。

【００１２】そこで、本発明らは、特願平５−９５２７
号において、キャビティ型表面に断熱層を形成し、か
つ、コア型表面に離型性断熱層を形成した熱可塑性樹脂
成形用金型を提案した。このような構成の金型を用いて
射出成形すると、通常の成形条件にて射出成形時キャビ
ティ型の表面は充填された溶融樹脂の熱量で瞬時に昇温
し、その結果溶融樹脂との”濡れ性”が発現し、密着す
るが、一方、コア型の表面では、瞬時に始まる溶融樹脂
の冷却収縮のため、高温状態で、コア型表面との樹脂の
即時離型が可能となる。

【００１３】この離型の進行により、樹脂とコア型表面
との間に形成された空気層による断熱効果が加味されて
コア側での溶融樹脂の冷却が鈍化し、高温がかなり長時
間保持される。その間に、キャビティ側に存在する溶融
樹脂の冷却収縮はコア側にある溶融樹脂の移動によって
容易に補償される。つまり、キャビティ型の表面におけ
る濡れ性消失までの樹脂の冷却収縮をコア側からの高温
溶融樹脂の移動によって、容易に補償することができ、
その結果、キャビティ側の面にヒケのない、転写性の良
い成形品が得られる（この機能を以後本機能という）。

【００１４】ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰ、ＰＣ等の一般
汎用材料については、上記金型構成で、上記本機能が発
現し良好な成形品が得られるが、２０％ガラス繊維入り
ＰＣ（ＨＤＴ１４８℃；１８．５ｋｇｆ／ｃｍ²負荷）
やガラス繊維入りＰＢＴ（ＨＤＴ２１０℃；１８．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²負荷）等の高ＨＤＴ（熱変形温度）材料等
を使用する場合は、低圧ではキャビティ側面にもヒケが
発生した成形品が成形されることがある。

【００１５】この原因は次のように考えられる。

【００１６】ガラス繊維入り高ＨＤＴ材料は無充填材料
に比べて著しく高温度で固化が始まるため高温で型離れ
するばかりでなく、固化時の収縮量がはるかに少ない。
例えば、無充填ＰＣの成形収縮率は０．５〜０．７％で
あるのに対し、３０％ガラス繊維入りのＰＣの成形収縮
率は０．１〜０．２％である（ＭｏｄｅｒｎＰｌａｓ
ｔｉｃｓＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ’９１特性表よ
り）。

【００１７】したがって、キャビティ型表面では、高温
度でぬれ性消失による型離れが起こり、コア型表面では
樹脂の早期離型が起こらず、むしろ断熱層のあるキャビ
ティ型側より速く固化するようになる。このような現象
により、キャビティ型側の溶融樹脂の収縮補償が十分行
われず、キャビティ側面にヒケが発生する。

【００１８】そこで、上記特許出願（特願平５−９５２
７号）では、相対的にコア型側の冷却速度を遅らせるた
め、コア型表面に設けた離型性断熱層の厚さを充分厚く
していた。しかし、コア型表面の該離型性断熱層を厚く
すると、該離型性断熱層の熱伝導率が低い場合は、離型
性断熱層の表面に対する溶融樹脂の濡れ性が発現し離型
性が消失することがあった。

【００１９】コア型表面の離型性を確実にするために
は、離型性断熱層の表面に、さらに０．３〜０．５ｍｍ
の金属層を形成することが考えられる。即ち、溶融樹脂
がコア型表面に接触した時、その金属層が瞬時に溶融樹
脂が持っている熱量を吸収することにより金属層と溶融
樹脂との界面温度の上昇が制限されるため、ぬれ性が発
生せず離型性が維持されるのである。例えば、ＡＢＳ樹
脂では、この界面温度が約１０１℃以下の場合、離型性
機能が確保できる。

【００２０】しかし、キャビティ型表面に設けた断熱層
の厚みや成形品の大きさ、あるいは成形条件と、該金属
層膜厚とのバランスがむずかしく、そのため成形品のキ
ャビティ側にヒケが発したり、ソリが発生したりするこ
とが少なくなかった。色々の条件をふまえて該金属層の
適切な厚みを事前に決定するのは難しく、従って、一旦
金型が製作されてしまうと（金属層の厚みが決ってしま
うと）、問題が発生した場合、成形条件面での修正だけ
では解決できないなどの問題があった。このことは実用
型として大きな難点である。

【００２１】本発明は、前記の問題点を解決するもので
あり、その目的とするところは、大きさ、厚み等成形品
形状が変わっても、又は、高粘度成形材料、高融点成形
材料、あるいは、フィラー入り成形材料等を使用して形
成する場合でも支障なく対応でき、キャビティ型表面の
光沢や微細な凹凸模様を成形品表面に忠実に転写でき、
かつ表面にヒケのない美しい成形品を比較的低圧で（従
来型による成形圧に比して６０％以下の低圧で）成形で
きる熱可塑性樹脂成形用金型を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明による熱可塑性樹
脂射出成形用金型は、キャビティ型と、コアプレートに
嵌合されたコア型と、該キャビティ型と該コア型との間
で形成された、溶融樹脂が充填されるキャビティ部と、
を有し、該キャビティ型の表面には断熱層が設けられ、
該コア型には加熱手段が設けられ、該コア型と該コアプ
レートとの間には両者を断熱し得る断熱壁が設けられ、
該コア型はその全面又は一部が多孔性金属部材で形成さ
れ、該コア型の内部を通って該コア型の底面に気体を供
給し得る気体供給手段を有し、そのことにより上記目的
が達成される。

【００２３】上記断熱層の表面に、さらに、金属材料に
て形成された金属層が設けられているのが好ましい。

【００２４】上記断熱層が、耐熱プラスチック、プラス
チック複合材、ガラス、セラミックおよび琺瑯からなる
群から選択された一種からなり、その熱伝導率は０．０
５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ、厚さは
１〜５ｍｍであるのが好ましい。

【００２５】上記断熱層が、厚さ０．１〜１．５ｍｍの
耐熱性プラスチックまたはプラスチック複合材からな
り、その表面に０．００１〜０．２ｍｍの金属層が形成
されているのが好ましい。

【００２６】上記コア型の表面に、フッ素系樹脂、フッ
素系樹脂複合材およびフッ素系樹脂分散ニッケルめっき
からなる群から選択された一種からなる離型層が設けら
れているのが好ましく、さらに上記離型層の厚さが０．
０１〜０．１ｍｍであるのが好ましい。

【００２７】

【００２８】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明
する。

【００２９】図１に示すように、射出成形用金型は、キ
ャビティプレート１２と、該キャビティプレート１２に
嵌合されたキャビティ型２と、コアプレート１３と、該
コアプレート１３に嵌合されたコア型８と、該キャビテ
ィ型２と該コア型８との間で形成された、溶融樹脂が充
填されるキャビティ部５と、受け板１１と、を有する。
なお、図中６はスプル、７はランナー・ゲート、９およ
び１９は取付板、１０はノズルタッチ部、１４はコア型
８の底部に設けられたリブ溝、１５は突出ピンである。

【００３０】射出成形機からの溶融樹脂は、ノズルタッ
チ部１０よりスプル６、ランナー・ゲート７を通って、
キャビティ型２とコア型８との間で形成されるキャビテ
ィ部５に充填されように構成されている。

【００３１】上記キャビティ型２の表面に設けられた断
熱層１の熱伝導率は低い程良く、好ましくは４×１０^-3
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ℃以下がよい。

【００３２】断熱層１は、耐熱プラスチック、プラスチ
ック複合材、ジルコニア等の熱伝導率の低いセラミック
材、ガラス、ホーロー等で形成することができる。

【００３３】上記耐熱プラスチックとしては、エポキシ
樹脂、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリイミ
ダゾピロロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェ
ニレンスルフィドなどがあり、プラスチック複合材とし
ては、該耐熱プラスチックに強化材を配合したものがあ
る。

【００３４】プラスチックまたはプラスチック複合材で
断熱層１が形成される場合、その断熱層１の厚さは０．
１〜１．５ｍｍが好ましく、更にその表面に０．０１〜
０．２ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。

【００３５】さらに、その金型層の濡れ性改善のため
に、金属層の表面に薄膜表面層を設けることもでき、そ
の薄膜表面層としては二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化
チタン（ＴｉＯ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）、酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯ₂）またはガラス、琺瑯等の金属酸
化物、ケイ素酸化物、ケイ素複合酸化物が好ましい。

【００３６】これらの薄膜表面層を形成したキャビティ
型２表面の水との接触角を測定したところ、それぞれ、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）：３０°、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）：１３°、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）：２７°、酸
化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）：１０°、ガラス：１２°
であった。

【００３７】また前記薄膜表面層として、溶融樹脂との
親和性に優れたプラスチックも使用可能であり、特に、
プラズマ重合や電着によるプラスチック薄膜が好まし
い。

【００３８】断熱層１を有するキャビティ型２は、具体
的には以下のようにして作製することができる。

【００３９】キャビティ部５の外径寸法と同一形状の母
形を作り、離型処理をしたその表面に電鋳法にて薄肉金
属層を形成し、この金属面と面を合わせて接合するコア
部材（バッキング材）の接合面に断熱層形成部を切削
し、この切削部に耐熱かつ高鋼性樹脂複合材をはさみ薄
肉金属層に接着剤にて一体化した後、母形を抜去し、キ
ャビティ型２を得る。

【００４０】このようにキャビティ型２に断熱層１を設
けることにより、以下のような利点がある。

【００４１】充填された溶融樹脂の熱量によりキャビテ
ィ型２表面は瞬時に昇温し、樹脂との濡れ性が発現す
る。このため充填された溶融樹脂はフローマーク、ウェ
ルドライン、ジェッティング等が解消するともにキャビ
ティ型２表面を均一、かつ忠実に、樹脂表面に転写する
ことができる。

【００４２】上記コア型８にはヒーター挿入用孔が設け
られ、加熱手段としてのヒーター１７が挿入配設されて
いる。断熱壁１８は図１に示すように、コア型８の周囲
全面に設けられ、コア型８とコアプレート１３との間お
よびコア型８と受け板１１との間を断熱している。

【００４３】この断熱壁１８は、例えば、以下のように
して形成することができる。

【００４４】コアプレート１３及び受け板１１と接する
コア型８の外周部に、厚み２ｍｍ〜５ｍｍの樹脂含浸ガ
ラスクロス断熱板をビスにて張り付ける。また、コア型
８の外周に細いリブを残して肉ぬすみをし、空気断熱層
を形成することにより断熱壁１８を形成してもよい。

【００４５】また断熱壁１８はコア型８全体のみなら
ず、キャビティ部５を形成するコア型８の一部でもよ
い。つまりコア型８面の裏側に断熱層１８を設けてもよ
い。

【００４６】このように、コア型８をコアプレート１３
から断熱壁１８によって断熱することにより、以下の利
点がある。

【００４７】一般に、射出成形用金型のキャビティプレ
ート１２とコアプレート１３は型締め、型開き時に両プ
レート１２、１３間に埋設されたガイドブッシュ及びガ
イドピンにより、高精度の篏合及び離脱を行わしめるよ
うになっている。このため両プレート１２、１３間の温
度差が約５℃以上になると熱膨張差のためその篏合部が
かじり、作動不能となる。

【００４８】ところが、上記のようにコア型８をコアプ
レート１３から断熱壁１８によって断熱し、かつ、コア
プレート１３とキャビティプレート１２の温度（モール
ド温調）をほぼ同温に設定することにより、コア型８
（コアブロック）のみを単独に昇温し、キャビティ型２
と大きく温度差をもたしても上記のような問題がない。
従って、コア型８の温度（コアブロック温調）を、後述
するように、成形に最適な温度とすることができる。

【００４９】つまり、コア型８の表面温度は樹脂との濡
れ性発現温度以下に保つことにより、常に溶融樹脂との
離型性を備えることができ、かつ型内に充填された樹脂
のコア側の冷却速度を調整して、溶融分子の移動により
キャビティ側の冷却収縮を容易に補償することができ
る。

【００５０】さらに、コアブロック温調をモールド温調
に比して高く設定し温度差を付けることによって、モー
ルド温調をより低く設定でき、成形サイクルを短縮する
と共に、成形品の外観品質、ソリ等を最適状態に調整で
きる。

【００５１】また、コアブロック温調を調節することに
より、キャビティ側での濡れ性発現による最適密着時間
の調節のためのキャビティ型２の温度（モールド温度）
とかキャビティ型２に設けた断熱層１の厚みに対し、バ
ランスのとれたコア型温度を選定することにより成形サ
イクル、成形品質等を勘案した最適温度を得ることがで
きる。

【００５２】なお、キャビティ型２とキャビティプレー
ト１２との間にも断熱壁を設けて両者を断熱するように
してもよい。また、コア型８と該コアプレート１３との
間に設けられた断熱壁も両者の一部に設けられていても
よい。

【００５３】コア型８の表面には離型層を形成すると更
によい。その場合、離型層は、フッ素系樹脂コーティン
グ、フッ素系複合樹脂コーティング、シリコン系複合樹
脂コーティング、あるいはフッ素樹脂分散ニッケルメッ
キ等が利用でき、又コア型の金属材料として、一般の鋼
材等に比べて熱伝導性の低いステンレス材、チタン材等
を使用することもよい。

【００５４】なお、図３に示すように、コア型８を連続
する通気孔を有するポーラス鋼などの多孔性部材で形成
し、このコア型８の裏面側に気体導入部２０を形成し
て、コア型８を通して空気などの気体をキャビテイ部５
内へ均一に圧送するようにしてもよい。

【００５５】このような構成金型による射出成形では、
樹脂の射出充填完了と同時にコンプレッサーから圧縮空
気等を送ることで、溶融充填樹脂をコア側よりキャビテ
イ型面へ均一に押し付けることができる。このことは、
キャビティ側での密着機能とコア側での離型の断熱機能
を物理的に付加することになり、従来に比してさらに低
圧で転写性のよい成形が安定して行える。

【００５６】

【作用】本発明の熱可塑性樹脂成形用金型において、キ
ャビティ内に充填された溶融樹脂がキャビティ型の表面
部に設けられた断熱層の表面に接すると、瞬時に型表面
が昇温し、溶融樹脂と優れた濡れ性を発現して溶融樹脂
は断熱層に強く密着する。このためフローマーク、ウエ
ルドライン、ジェッテイング等が解消し、キャビティ型
面を均一にかつ精密に溶融樹脂表面に転写し、かつ密着
状態が保たれる。一方、コア型はその内部に設けた加熱
機構により、キャビティ型より高温で、かつ充填樹脂と
のぬれ性発現温度以下に調節することにより、離型性機
能を保ちながら、充填樹脂のコア側への放熱を制御し、
冷却をコントロールすることができる。

【００５７】このため充填後瞬時に始まるキャビティ側
での（密着状態）樹脂収縮をコア側よりスムーズに補償
することができる。その結果、キャビティ型面での樹脂
は、型面に密着し精密に転写したたまま、コア側にのみ
収縮が集中しながら、冷却が進行する。やがてキャビテ
ィ型表面の温度低下により樹脂との濡れ性が消失し、樹
脂は型離れをするが、コア型側からの引張り応力に耐え
得る固化層厚みがすでに成形されているため、キャビテ
ィ型側の成形品表面にはヒケが発生することなく、成形
品の固化に至る。

【００５８】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。

【００５９】（参考例１）はじめに、コア型表面と溶融樹脂との濡れ性を調べた。

【００６０】５ｃｍ×５ｃｍ×１ｃｍのＳＵＳ材ブロッ
クの両面を平滑に研磨し、温度調節の可能な熱板上に置
き、その表面上に溶融したポリカーボネート樹脂（ＰＣ
樹脂）（３００℃，８ｇ）及びＡＢＳ樹脂（２３０℃，
８Ｇ）を押しつけた。ＳＵＳ材表面とＰＣ及びＡＢＳ樹
脂との間に濡れ性が発現して密着が始まる時のＳＵＳ材
表面温度は１２１℃及び１０１℃であった。

【００６１】更にＳＵＳ材表面上にＰＴＦＥ樹脂（ポリ
テトラフルオロエチレン樹脂）をうすくコートした場合
のＰＣ及びＡＢＳの濡れ性発現温度は１４２℃及び１２
０℃であった。

【００６２】即ちコア型表面温度を溶融樹脂との濡れ性
発現によるこれらの密着開始温度以下に保持することで
離型性が確保できることが解った。

【００６３】上記知見に基づき、次に、１５ｃｍ×１５
ｃｍ×厚さ０．２ｃｍの平板成形品製造用射出成形金型
を試作し、成形実験を試みた。

【００６４】（キャビティ型の作製）１５ｃｍ×１５ｃ
ｍ×３ｃｍのシンチュウ母型を鏡面研磨し、その表面上
に離型処理（重クロム酸溶液処理）した後、０．１ｍｍ
厚みのスルファミン酸ニッケルめっきを施した。その上
に高速応答熱電対温度センサーを張付け出力リード線を
外部に引出した。ニッケルめっき層の全面に１．５ｍｍ
厚のエポキシ樹脂複合材よりなる耐熱及び高剛性断熱層
を形成し、更に１５ｃｍ×１５ｃｍ×厚み３ｃｍの鉄材
を重ね一体化（バッキング）した後、母型を脱却しキャ
ビティ型を作製した。

【００６５】（コア型の作製）コア型は１５ｃｍ×１５
ｃｍ×３．５ｃｍＳＵＳ鋼材を用い、その表面に１３ｃ
ｍ×１３ｃｍ×０．２ｃｍの凹部を加工した。更にその
凹部に深さ５ｍｍ、幅４ｍｍのリブ加工及び１０φのピ
ンを立てキャビティ型面とタッチさせた（成形品に穴を
設ける様にした）。側面及び底部に厚さ２ｍｍの樹脂含
浸ガラスクロス基材を張り付けて断熱加工を施し、更に
鋼材内部に２本の棒状ヒーター（計１ＫＷ）挿入用孔を
形成しコア型（以下、コアブロックともいう）を得た。

【００６６】標準金型ベースのキャビティプレート及び
コアープレートにポケット加工を施し、更にコアプレー
トには、上記で得られたコアブロックを組込後、コアブ
ロックに前もって加工してあるヒーター挿入用穴にコア
ープレートを通って外部よりヒーターを挿入するための
貫通穴を加工した。キャビティプレート及びコアープレ
ートには各々温調用水管を加工した。この金型ベースに
キャビティ型及びコア型を組み込み本発明による射出成
形型を完成した。

【００６７】次に、本金型を用いて耐熱ＡＢＳ樹脂（耐
熱温度１１７℃、高粘度ＡＢＳ）、ＰＣ、ガラス繊維２
０％入ＰＣ（２０％ＧＦ−ＰＣ）を各々の成形標準条件
（耐熱ＡＢＳでは、金型温度７４℃、樹脂温度２６０
℃、ＰＣでは金型温度８４℃、樹脂温度２８０℃、２０
％ＧＦ−ＰＣでは金型温度８３℃、樹脂温度３００℃と
した）にて成形し、表面金属層の内側に接して埋設した
熱電対温度センサーからの出力信号をチャート紙に記録
した。記録チャートからキャビティ内への樹脂充填時の
キャビティ型表面の温度挙動ならびに、樹脂冷却時の濡
れ性消失による型離れ表面温度を求めた。その結果を図
４に示す。

【００６８】図４において、図４ａは耐熱ＡＢＳ樹脂充
填時の型表面温度と時間との関係を示す曲線、図４ｂは
ＰＣ樹脂充填時の型表面温度と時間との関係を示す曲
線、図４ｃは、２０％ＧＦ−ＰＣ樹脂充填時の型表面温
度と時間との関係を示す曲線を示す。

【００６９】この型離れ温度は以下のような簡便的手法
によって測定した。

【００７０】すなわち、成形機シリンダーより８ｇの溶
融樹脂を空打ちし、この樹脂を成形機に取付けて温調さ
れたキャビティ型面上にすばやく押し付けた。直後の冷
却過程では、剥れ方向に軽く手で力を加えた状態を保っ
た。放熱による冷却が進行し樹脂が型表面より離れた時
に発現する゛型表面温度挙動曲線上の変曲点″より型離
れ温度を読み取った（実際の成形時型内での型離れ温度
はこれより少し低いと考えられる）。

【００７１】得られたデータの一部を図５に示す。図５
ａは耐熱ＡＢＳ樹脂についての、図５ｂはＰＣ樹脂につ
いての、図５ｃは２０％ＧＦ−ＰＣ樹脂についての各々
のぬれ性消失による型離れ温度を示す。

【００７２】本金形を用いてキャビティプレート、及び
コアプレートは、温調機により同温の７５℃に設定し
（モールド温調）、コア型も電気ヒーターにより同温の
７５℃に設定し（コアブロック温調）、耐熱性ＡＢＳ
（高粘度ＡＢＳ）を成形したところ、低圧射出の条件下
ではコア面が転写しキャビティ側面にはウェルドの発生
はないものの、リブ上にヒケが発生した。又、ソリ（キ
ャビティ側に湾曲した）も発生した。高圧射出の条件下
でもリブ上のヒケは解消しなかった。

【００７３】次にモールド温調を６５℃に設定し、コア
ブロック温調を９０℃に設定し成形した。

【００７４】低圧成形では成形品のコア側に少しヒケが
発生した。一方、キャビティ側のリブ上のヒケおよびソ
リは改善されたものの、まだ少し残り、又高圧条件下で
も満足すべきものは得られなかった。

【００７５】そこでコア側の冷却状態を考察するため、
コア型の温度を１２０℃及び６０℃に設定した場合の冷
却シミュレーションを行った。その冷却プロファイルを
図６に示す。

【００７６】このシミュレーションによりコア型を１２
０℃に設定しても、意外に速く冷却し、コア側からの溶
融分子の移動によるキャビティ面の収縮補償が可能な時
間はせいぜい４〜５秒であることが解った。

【００７７】図６の型表面温度挙動によると射出１０秒
後でもキャビティ部表面は約１３０℃の温度が保たれ、
コア側の冷却に対してキャビティ側の冷却が遅いことが
解った。

【００７８】そこで、キャビティ側コア側共モールド温
調を更に下げ６０℃に設定し、コアブロック温調は１２
０℃に設定して、同じく耐熱ＡＢＳで成形を行った。

【００７９】その結果、キャビティ側にはウェルド、ソ
リ、およびリブ上のヒケのない転写の良好な成形品を低
圧条件下で成形することができた。ベース温調即ちキャ
ビティ温度を下げることは、樹脂充填時キャビティ表面
の昇温を押え、それだけ初期冷却を早めキャビティ側の
冷却収縮分をコア側からの移動でスムーズに補償するこ
とになる。

【００８０】（参考例２）参考例１と同じ金型を用いて、ホリカーボネート及び２
０％ガラス繊維入ポリカーボネート樹脂の成形を行った
ところ、両樹脂共モールド温調５５℃、コアブロック温
調１２０℃でキャビティ側にはウェルド、ソリ及びリブ
上のヒケのない転写の良好な成形品を比較的低圧で成形
することができた。

【００８１】（参考例３）２７ｃｍ×３７ｃｍ×厚み２ｍｍの一部に３ｍｍ厚部分
を有する比較的大きな平板成形用金型を、本金型構成で
作製した金型と、さらに別に断熱機構はなく、型表面に
ＰＴＦＥコート（約０．０３ｍｍ）による前記離型製断
熱層を施したコア型をつくり、コア型のみ入れ換えた構
成金型との両金型で、汎用ＡＢＳ樹脂成形実験を行っ
た。

【００８２】離型製断熱層を使用した金型では、低圧ま
たは高圧条件下でも成形品の３ｍｍ厚部のキャビティ側
に少しヒケが発生し、全体にキャビティ型方向に湾曲し
たソリが発生した。

【００８３】ただし、本構成による金型ではコアブロッ
ク温調の調節により、モールド温調は約１０℃低く設定
でき、ヒケ、ソリのない成形品がより短いサイクルで成
形できた。

【００８４】この結果、大型汎用樹脂成形にも大変有効
であることがわかった。

【００８５】さらに、キャビティ型に設けた金属層の表
尾面に溶融樹脂との濡れ性の良好な薄膜表面層（例え
ば、ＳｉＯ₂膜）を形成することにより、濡れ性発現温
度および消失温度が５〜１０℃低下し、更にモールド温
調を下げることができ、より広い条件で安定した低圧転
写成形が行える。

【００８６】（実施例１）キャビティ部に充填された溶融樹脂が冷却にともないキ
ャビティ型面との濡れ性が消失した時、樹脂表面に形成
された靱性とさらに、進行する冷却収縮に対するコア側
からの溶融樹脂分子の移動の難易度によって成形品の表
面の型転写性、ヒケ等の品質が決定する。そこで、充填
樹脂をコア側よりキャビティ側へ空気圧で物理的に押し
付ける以下の方法を行った。

【００８７】５ｃｍ角の表面金属層及びその内側に１．
５ｍｍ厚の断熱層を有するキャビティ型と、連続気孔を
持つ５ｃｍ角、厚み１ｃｍのポーラス鋼の表面に４ｃｍ
角、厚み２ｍｍの凹部（キャビティ部）を有し、その反
対面に空気圧送室となる４ｃｍ×４ｃｍ×１ｍｍの凹部
を加工したコア型を組み込んだ標準金型を作製した。コ
ア型は空気圧送室がシールされる様にＯ−リングを介し
て組込み外部コンプレッサーより圧縮空気を室内に導入
できるようにした。

【００８８】キャビティ型面は表面精度（約０．０８μ
m ）の光学研磨を行った。

【００８９】この金型を用いて型温度を９０℃に設定
し、ポリカーボネート樹脂を極低圧で射出し、充填完了
と同時にコンプレッサーから空気を空気圧送室に送りコ
ア面全体を均一に押し付けた。

【００９０】取り出した成形品の表面は鏡のように歪な
く、金型面を精密に転写しており、コア型側には一面に
ヒケが発生していた。

【００９１】（実施例２）またガラス繊維入りポリカーボネート樹脂を同様に成形
したところ、取り出した成形品の表面は、同様に歪のな
い鏡面を有しており、コア型表面は全面にヒケが発生し
ていた。

【００９２】

【発明の効果】発明によれば、上記のようなキャビティ
型およびコア型を組み合わせた金型構成とすることによ
り、通常型による従来の高圧条件に比べ比較的低圧で
（従来の６０％以下）ヒケ、フローマーク、ウエルドマ
ーク、ソリ等のないキャビティ型面をよく転写した美し
い外観をもった成形品が、汎用樹脂から、高粘度、高耐
熱、及びガラス繊維入り樹脂まで、成形機の多段射出圧
力制御、速度制御等の必要もなく一速一圧条件で得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】射出成形用金型の一例を示す概略断面図であ
る。

【図２】図１に示す射出成形用金型の要部拡大図であ
る。

【図３】本発明の射出成形用金型の一例を示す概略断面
図である。

【図４】各樹脂充填時の型表面温度挙動を示す図であ
る。

【図５】濡れ性消失による樹脂の型離れ温度を示す図で
ある。

【図６】コア型の温度を１２０℃及び６０℃に設定した
場合の冷却シミュレーションを示す図である。

【符号の説明】

１断熱層２キャビティ型４離型性断熱層５キャビティ部６スプル７ランナー・ゲート８コア型１０ノズルタッチ部１２キャビティプレート１３コアプレート１７ヒーター１８断熱壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−143296（ＪＰ，Ａ) 特開平５−154880（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−39739（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−86754（ＪＰ，Ａ) 特開平６−190833（ＪＰ，Ａ) 特開平５−16184（ＪＰ，Ａ) 特開平２−120017（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−107515（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 33/00 - 33/76 B29C 45/00 - 45/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビティ型と、コアプレートに嵌合さ
れたコア型と、該キャビティ型と該コア型との間で形成
された、溶融樹脂が充填されるキャビティ部と、を有す
る熱可塑性樹脂の射出成形用金型であって、該キャビティ型の表面に断熱層が設けられ、該コア型に加熱手段が設けられ、該コア型と該コアプレートとの間には両者を断熱し得る
断熱壁が設けられ、該コア型はその全面又は一部が多孔性金属部材で形成さ
れ、該コア型の内部を通って該コア型の底面に気体を供
給し得る気体供給手段を有する、熱可塑性樹脂の射出成
形用金型。
【請求項２】前記断熱層の表面に、さらに、金属材料
にて形成された金属層が設けられている、請求項１に記
載の射出成形用金型。
【請求項３】前記断熱層が、耐熱プラスチック、プラ
スチック複合材、ガガラス、セラミック、および琺瑯か
らなる群から選択された一種からなり、その熱伝導率は
０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚
さは１〜５ｍｍである、請求項１に記載の射出成形用金
型。
【請求項４】前記断熱層が、厚さ０．１〜１．５ｍｍ
の耐熱性プラスチックまたはプラスチック複合材からな
り、その表面に０．００１〜０．３ｍｍの金属層が形成
されている、請求項１に記載の射出成形用金型
【請求項５】前記コア型の表面に、フッ素系樹脂、フ
ッ素系樹脂複合材およびフッ素系樹脂分散ニッケルめっ
きからなる群から選択された一種からなる離型層が設け
られ、該離型層の厚さが０．０１〜０．１ｍｍである、
請求項１に記載の射出成形用金型。