JP3621496B2 - ボス又はリブを有する樹脂成形品及びその射出成形装置と射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱可塑性樹脂からなるボス又はリブを有する成形品及びその射出成形装置と射出成形方法に関するもので、自動車の内外装品、家具、椅子、建築資材等を製造する際に利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形による樹脂成形品には、固有の成形収縮があるため、ボス・リブ等の中心部や厚肉部等の冷却が遅れた部分の収縮によって成形品の表面に窪み、所謂ヒケが生じていた。これを防ぐため、従来の射出成形では、金型キャビティ内に射出した樹脂に過大な保持圧力を加えてヒケを防止することが行われていたが、ヒケを完全に無くすことは難しく、むしろボス・リブ、厚肉部以外の面に過大な保持圧力が加わることで反り変形が生じるという問題があった。
【０００３】
一方、このような過大な保持圧力を加えずにヒケを防止する方法として、特開昭５０−７５２４７号公報や特開昭５９−２２０３３７号公報に示されるような圧縮空気等の圧縮流体をキャビティ内に圧入して樹脂をキャビティ内面に押しつけてヒケを防止する射出成形方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５０−７５２４７号公報では、コアに形成した導孔に弁棒を設け、弁棒の進退によって開閉させる間隙部から圧力流体（空気）を注入しているため、圧力流体注入用の弁棒及びその進退を制御する制御装置が必要となり、金型構造が複雑化するとともに、射出成形時の制御要因が増加して制御が難しくなるという問題がある。
【０００５】
一方、特開昭５９−２２０３３７号公報では、金型に複数の貫通孔を有する多孔部材を埋設し、空気制御手段で貫通孔を通して圧縮空気を送り込んでいるため、多孔部材を金型表面に埋設する際の加工や圧縮空気の圧入圧に対抗できる多孔部材の固定方法等が難しく、金型製作を高精度に行わなければならず、製作が困難であるという問題がある。また、高圧の圧縮空気を溶融樹脂面に圧入するため、膨張及び熱により圧縮空気の爆発の危険性がある。さらに、多孔部材の貫通孔より圧入される圧縮空気は、多孔部材の貫通孔部分に留まらずその周辺に逃げてしまうため、圧縮空気による保圧効果が少ないという問題がある。
【０００６】
本発明は、ボス又はリブを有し外表面にヒケが発生しやすい成形品において、ヒケの発生を防止できる構造の成形品、その製造に用いる射出成形装置及び成形品の反りや歪みも無くすことができて高精度に成形することができる射出成形方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために鋭意検討した結果、以下に示すような手段により解決できることを見出した。
（１）ボス又はリブを有する樹脂成形品において、成形品の裏面側のボス又はリブを囲む周辺に突起を有し、この突起に隣接して、前記ボス又はリブからみて前記突起よりも遠隔側に絞り部を有し、前記絞り部の肉厚は、他の部分の肉厚の４５％以上、９５％以下であることを特徴とする樹脂成形品。
（２）ボス又はリブを有する樹脂成形品を射出成形により製造するための装置であって、圧縮ガスを金型内に注入する手段を有し、成形品の裏面側のボス又はリブに対応する近傍の金型キャビティ面に圧縮ガスの注入口が設けられ、かつ金型キャビティ面のボス又はリブに対応する部分及び圧縮ガス注入口を囲む周辺に充填樹脂の壁により圧縮ガスの拡散を防止するための凹部が設けられ、この凹部に隣接し、前記ボス又はリブに対応する部分から見て、凹部よりも遠隔側には、肉厚が他の部分の肉厚の４５％以上、９５％以下となる絞り部を前記樹脂成形品に形成するための凸部が設けられていることを特徴とする樹脂成形品の射出成形装置。
（３）上記（２）に記載の射出成形装置を用いた射出成形方法において、金型キャビティ内に充填させた溶融樹脂が冷却固化しつつある状態において、キャビティ内の成形品の裏面側に圧縮ガスを注入することを特徴とする樹脂成形品の射出成形方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
本発明は、射出成形方法で成形されるボス又はリブを多様に設置された成形品を主な対象とする。
本発明のボス又はリブを有する樹脂成形品は、図１〜４に示すように、その成形品９０の裏面側のボス又はリブを囲む周辺に突起２０を有し、好ましくはその突起に隣接してその周辺にさらに絞り部２１を設けたことを特徴とするものである。この突起２０は、金型キャビティ内に充填させた溶融樹脂が冷却固化しつつある状態において、キャビティ内の成形品の裏面側にあるボス又はリブ近傍に注入される圧縮ガスが周辺に漏れ出さないように防壁として機能するものである。これにより注入される圧縮ガスをヒケが発生しやすいボス又はリブ近傍に保持しておくことができ、所望の保持圧力を溶融樹脂が冷却固化するまで維持することができる。また、絞り部２１は、圧縮ガスにより金型キャビティ面に溶融樹脂を押圧する際に、突起２０近傍の溶融樹脂がボス又はリブからみてより遠隔側に移動しないように塞き止める役割をするもので、さらに保圧効果が向上する。本発明の成形品は、このような構造に設計されるため、ヒケが確実に防止された成形品である。
【０００９】
なお、突起２０の高さは、圧縮ガスの保持能力等を考慮して、通常、２〜１０ｍｍの範囲で設定すればよい。この形状は、特に限定されないが、断面が三角形、台形、長方形等が好ましい。
また、絞り部２１の成形品の肉厚ｔは、通常１ｍｍ以上とし、その周辺の一般肉厚に対する比率としては、好ましくは４５〜９５％の範囲に、より好ましくは５０〜８０％の範囲にするとよい。４５％未満では、ウェルドが発生し、９５％を超えると圧縮ガスの滞った形跡が残る場合がある。
この絞り部２１の形状は、特に限定されないが、断面が三角形、台形、長方形等が好ましい。
また、ボス又はリブは、その基部に加肉部を形成するようにするとよい。これは、表面側のヒケが防止された分だけ成形品９０の裏面側がひけることになるが、加肉部を形成すれば、ひけた欠肉部が加肉部で補充されて、強度不足が防止できるためと推測される。
【００１０】
本発明のボス又はリブを有する樹脂成形品の射出成形装置は、圧縮ガスを金型内に注入する手段を備え、図１〜４に示すように成形品の裏面側のボス又はリブに対応する近傍の金型キャビティ面に圧縮ガスの注入口１０が設けられ、かつ金型キャビティ面のボス又はリブに対応する部分及び圧縮ガス注入口を囲む周辺に充填樹脂の壁により圧縮ガスの拡散を防止するための凹部９２が設けられ、好ましくは、金型キャビティ面の凹部に隣接してそれを囲む周辺にさらに凸部９４が設けられているものである。この凹部は成形品における突起に、凸部は絞り部に対応する。
【００１１】
圧縮ガスを金型内に注入する手段としては、例えば、成形品を離型させる突き出しピンのキャビティ側先端部（キャビティ面に開口された部分）のクリアランスが、１／１００〜８／１００ｍｍに設定され、このクリアランスを通してキャビティ内に圧縮ガスを供給するようにしたものやキャビティ面に開口した注入口出口に多孔質部材４０を設けキャビティ内に圧縮ガスを供給するようにしたものが挙げられる。
圧縮ガスの注入口は、成形品の裏面側のボス又はリブに対応する位置の近傍の金型キャビティ面に設けられる。その距離は、成形品の形状等により適宜選定すればよい。
【００１２】
成形品の突起２０を形成する凹部９２は、成形時にそれらの近傍に圧縮ガスを保持し、所望の保持圧力を溶融樹脂が冷却固化するまで維持することができるようにするためのもので、ボス又はリブと上記の圧縮ガスの注入口を完全に取り囲むように凹部９２を設ける場合の他に、一部に隙間がある（凹部９２が途切れる）ように設ける場合や成形品の形状によっては凹部９２を部分的に設ければよい場合もある。特に、図３のように、リブ９１の一方の側のみにガス注入口１０が設けられている場合には、このリブ９１が成形品の突起と同様に圧縮ガスに対する防壁としての機能も果たすので、この付近のキャビティ面に重ねて凹部を設けることを省略することも可能である。
凹部の深さや形状は、成形品の突起の高さや形状に対応するものであり、断面が三角形、台形、長方形等が好ましい。
【００１３】
また、成形品の絞り部２１を形成する金型キャビティ面の凸部９４は、前記のように圧縮ガスにより金型キャビティ面に溶融樹脂を押圧する際に、防壁を形成すべき溶融樹脂がボス又はリブの遠隔側に移動しないように塞き止める役割をするものであり、ボス又はリブからみて凹部９２より遠隔側であって凹部９２に隣接した位置の金型キャビティ面に設けられる。なお、前記したように、リブ９１の一方の側のみにガス注入口１０が設けられているため、その付近のキャビティ面に重ねて凹部を設けることを省略する場合には、その部分の凸部９４は、図３に示すように、ガス注入口１０からみてリブ９１より遠隔側であってリブ９１に隣接した位置の金型キャビティ面に設ける。
【００１４】
凸部９４は、前記凹部９２と同様に、ボス又はリブ及びガス注入口を完全に取り囲むように設ける場合の他に、一部に隙間がある（凸部９４が途切れる）ように設ける場合や成形品の形状によっては凸部９４を部分的に設ければよい場合もある。
凸部の高さや形状は、成形品の絞り部の溝深さや形状に相当し、断面が三角形、台形、長方形等が好ましい。
本発明における圧縮ガスとしては、比較的に低圧であることから圧縮空気でも適用できるが、安全性等の面から圧縮窒素ガスが適切である。ガス圧は、０．１〜１０ＭＰａの範囲で選択すればよい。
【００１５】
本発明の射出成形方法は、上記の射出成形用装置を用いるものであって、金型キャビティ内に充填させた溶融樹脂が冷却固化しつつある状態において、キャビティ内の成形品の裏面側に圧縮ガスを注入することを特徴とするものである。以下に、図５に示す概略構成図を基に、成形手順に従って説明する。
（１） 射出成形機１により、通常の射出成形と同様に使用する樹脂性状に適正な条件で可塑化溶融された樹脂を、金型キャビティ８内に充填する。溶融樹脂の充填にともないガス注入口に加わる樹脂圧力は上昇するが、樹脂流入を防ぐようなピンクリアランスであるため、ガス注入口が詰まることはない。
（２） 所定量の溶融樹脂が充填されたならば、ガス供給装置１２から供給される圧縮ガスを金型の注入口から金型内に注入する。この圧縮ガスの注入初期は、低圧（代表値として、０．２〜３ＭＰａ）で所定時間（代表値として、０．２〜３秒）注入し、その後高圧（代表値として、３．５〜１０ＭＰａ）で所定時間（代表値として、２秒以上）注入するように制御するとよい。また、多段で制御してもよい。
【００１６】
溶融樹脂は冷却固化しつつある段階で、未だ溶融状態であるため、低圧の圧縮ガスでも、金型内面とこれに接する成形品の裏面側との隙間に容易に注入され、成形品９０と金型５との間に空間が形成される。次に、高圧の圧縮ガスを注入すると、前記空間に圧縮ガスが充填されて、成形品９０に十分な保持圧力が加わり、成形品９０の表面側が金型４のキャビティ８内面に押圧される。この際、図１〜４に示すように、凹溝１９間（注入部から成形品のリブ又はボス間）や凹部間（注入部から成形品の突起間）に注入された圧縮ガスが閉じ込められたようになり、ヒケが発生しやすいリブ又はボス部分へ保持圧力が維持される。また、金型キャビティ面の凹部と隣接した凸部９４は、前記のように圧縮ガスにより金型キャビティ面に溶融樹脂が押圧される際に、溶融樹脂がボス又はリブの遠隔側に移動しないように塞き止めるため、保持圧力の維持がさらに有効となり、ヒケの非常に少ない成形品が得られる。
【００１７】
また、上記のように初期段階に注入する圧縮ガスは低圧としていることから、冷却初期の樹脂表面の固化した層が薄い状態のときに、圧縮ガスの圧力で固化層が破れてガスが樹脂内部に潜んでしまうことがなく、これによる強度の低下等の問題がない高品質の成形品を製造できる。
（３） 溶融樹脂が冷却固化したら、キャビティ内のガス抜きを行い、型開するとともに、突き出しピンを突き出して成形品９０を取り出す。
以上の成形サイクルを繰り返し、成形品を順次製造する。
【００１８】
本発明はボス又はリブを多様に設置された成形品だけではなく、クリップ等の部分的な厚肉部を有するものや厚肉部を有しないものにも適用できる。
本発明に採用できる射出成形機は、上記金型の機能を制御できるものであれば、一般的な仕様の成形機を採用できる。
【００１９】
また、採用できる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ポリアミド等の熱可塑性樹脂またはこれらの熱可塑性樹脂にエチレン・α−オレフィン共重合体エラストマー等のエラストマー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、ガラス繊維、炭素繊維等の無機充填剤を添加したものを挙げることができる。主にポリプロピレン系樹脂を採用する場合が多い。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例により説明する。
〔実施例１〕
図１及び４に示すような一本のリブ９１を有する平面板９０からなる成形品を射出成形するにあたって、その外周部に突起と絞り部を有する構造とした。
【００２１】
成形品の寸法は、縦、横ともに２５０ｍｍで、リブ９１以外の一般肉厚み（ｄ）は２．５ｍｍに、リブ基部厚み（ｅ）は２ｍｍに設定されている。突起２０は、リブに沿って、３０ｍｍ離れた位置にあり、その高さは、２ｍｍである。また、絞り部２１がリブに沿って、突起２０に隣接した外周に絞り比率５０％〔（絞り部厚み／一般肉厚み）×１００（％）〕で設置されている。なお、図４等は理解されやすいように、リブ９１、平面板９０の肉厚等が実際の寸法に比べて大きく図示されている。
【００２２】
射出成形機としては、東芝機械製ＩＳ−２００（型締圧：２００ｔｏｎ）及び成形品に対応した形状の金型（図１に示すように成形品の突起に対応した凹部と絞り部に対応した凸部を有する。また、ガス注入口が設けられている。）を使用し、２００℃の樹脂成形温度、３０℃の金型温度で成形した。
圧縮ガスとしては、５ＭＰａの窒素ガスを使用した。
【００２３】
使用した樹脂は、ＭＦＲ（メルトフローレイシオ）が１０ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃、２．１６ｋｇｆ）のブロックＰＰ（ポリプロピレン）である。
平面部のヒケ状態は、表面粗さ計（小坂研究所製サーフコーダＳＥ−３０Ｄ）を用いて検出した。
その結果、ヒケ量が１μｍ以下で、外観も良好であった。
【００２４】
〔実施例２〕
上記絞り比率を７５％とした以外は実施例１と同様に実施した。
その結果、ヒケ量が１μｍ以下で、外観も良好であった。
〔実施例３〕
上記絞り比率を９０％とした以外は実施例１と同様に実施した。
その結果、ヒケ量が１μｍ以下で、外観も良好であった。
【００２５】
〔実施例４〕
上記絞り比率を４０％とした以外は実施例１と同様に実施した。
ヒケ量は１μｍ以下であった。絞り部に幾分ウェルドの発生がみられた。
〔実施例５〕
上記絞り比率を１００％（絞り無し）とした以外は実施例１と同様に実施した。 ヒケ量は１μｍ以下であった。裏面にはガスが成形品に潜ったと思われる形跡がみられた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のボス又はリブを有する樹脂成形品は、その成形品の裏面側のボス又はリブの周辺に突起、必要に応じさらに絞り部、を設けたものであり、それに対応した形状の金型と、圧縮ガスを金型内に注入する手段を有する射出成形装置を用いて成形され、金型キャビティ内に充填させた溶融樹脂が冷却固化しつつある状態において、キャビティ内の成形品の裏面側に注入した圧縮ガスが金型の凹部により閉じ込められ、また凸部によりリブ又はボス部分への保圧がさらに有効となるため、ヒケの発生が十分に防止できる。また、圧縮ガスの注入によってヒケを防止するため、キャビティ内に射出される溶融樹脂に過大な保持圧力を加える必要がなく、比較的低圧力の射出成形が行えて成形品の反りや歪みも無くすことができ、高精度に成形することができる。
【００２７】
本発明では、弁棒及びその進退を制御する装置等の必要がなく、金型構造も簡単にできるので、金型を容易に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の金型及び成形品（リブあり）の概略断面図を示す。
【図２】本発明の一実施例の金型及び成形品（ボスあり）の概略断面図を示す。
【図３】本発明の一実施例の金型及び成形品（注入口に多孔質部材あり）の概略断面図を示す。
【図４】本発明の一実施例の成形品の（ａ）概略平面図 （ｂ）Ａ−Ａ’線の概略断面図 （ｃ）Ｂ−Ｂ’線の概略断面図を示す。
【図５】本発明の一実施例を示す概略構成図を示す。
【符号の説明】
１ ・・・ 射出成形機
４、５・・・ 金型
８ ・・・ キャビティ
１０ ・・・ 注入口
１２ ・・・ ガス供給装置
１９ ・・・ 金型凹溝（リブ等に対応）
２０ ・・・ 突起
２１ ・・・ 絞り部（ｔは絞り部の肉厚）
９０ ・・・ 成形品
９１ ・・・ リブ
９２ ・・・ 凹部
９３ ・・・ ボス
９４ ・・・ 凸部

Claims (3)

1. ボス又はリブを有する樹脂成形品において、成形品の裏面側のボス又はリブを囲む周辺に突起を有し、この突起に隣接して、前記ボス又はリブからみて前記突起よりも遠隔側に絞り部を有し、
   前記絞り部の肉厚は、他の部分の肉厚の４５％以上、９５％以下であることを特徴とする樹脂成形品。
2. ボス又はリブを有する樹脂成形品を射出成形により製造するための装置であって、圧縮ガスを金型内に注入する手段を有し、成形品の裏面側のボス又はリブに対応する近傍の金型キャビティ面に圧縮ガスの注入口が設けられ、かつ金型キャビティ面のボス又はリブに対応する部分及び圧縮ガス注入口を囲む周辺に充填樹脂の壁により圧縮ガスの拡散を防止するための凹部が設けられ、この凹部に隣接し、前記ボス又はリブに対応する部分から見て、凹部よりも遠隔側には、肉厚が他の部分の肉厚の４５％以上、９５％以下となる絞り部を前記樹脂成形品に形成するための凸部が設けられていることを特徴とする樹脂成形品の射出成形装置。
3. 請求項２に記載の射出成形装置を用いた射出成形方法において、金型キャビティ内に充填させた溶融樹脂が冷却固化しつつある状態において、キャビティ内の成形品の裏面側に圧縮ガスを注入することを特徴とする樹脂成形品の射出成形方法。

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