JP3797512B2 - 射出成形用金型 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用金型に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平8−169035号公報には、成形品に設けられるリブの角部に相当する金型の転写面に断熱層を設け、そのリブの角部に選択的にひけを発生させ、成形品の表面側のひけを裏面側に発生させるようにした合成樹脂の射出成形方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、射出成形時に、成形品の意匠面に発生する光沢むら(以下、テカリ)の問題については言及されていない。また、特に中空射出成形時に、成形品の意匠面に発生する収縮むら(以下、ひけ)やテカリの問題については言及されていない。
【0004】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされ、その目的は、射出成形時に、成形品の意匠面に発生するひけやテカリを抑制できる射出成形用金型を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる射出成形用金型は、以下の構成を備える。即ち、
射出成形用金型において、成形品の反意匠面側に設けられる厚肉部位の側壁部及び底壁部に相当する金型の転写面に第1断熱層を設け、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面に第2断熱層を設け、前記成形品の反意匠面側で前記厚肉部位以外の部分に相当する金型の転写面に第3断熱層を設け、前記第2断熱層の断熱率を前記第1断熱層より小さく設定し、前記第3断熱層の断熱率を前記第2断熱層より大きく且つ前記第1断熱層より小さく設定した。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
[射出成形装置の概略構成]
先ず、本実施形態に係る中空射出成形装置の概略構成について説明する。図1は本発明に係わる実施形態の中空射出成形装置の全体構成を示す断面図である。
【0019】
図1に示すように、本実施形態の中空射出成形装置1は、取付板2、3に夫々取り付けられて互いに接離可能(型締め、型開き可能)に設けられた固定型(キャビティ型)4と可動型(コア型)5とを備えている。尚、これらの各金型4、5は例えばSS50(一般構造用圧延鋼材)等の金属により構成されている。
【0020】
これら金型4、5の型締め状態において、車両用樹脂バンパ30(図2、図6参照)を成形するための成形キャビティ6が形成される。固定型4には、キャビティ6の上部において、キャビティ内外を連通する樹脂導入通路7が形成されている。この樹脂導入通路7の外側の端部には、樹脂ノズル8が接続される。溶融樹脂R(矢印で示す)は、樹脂ノズル8から樹脂導入通路7を介してキャビティ6内に圧入される。
【0021】
溶融樹脂は、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ABS等が用いられる。
【0022】
キャビティ6は、固定型4の溶融樹脂Rの注入口から下方に延びる形状を有する。キャビティ6は、所定間隔を置いて対向する一対の転写面9、10により規定され、更に紙面垂直方向に延びている。固定型4に形成された転写面9は、成形品の表面に相当する部分(意匠面)として平坦に仕上げられている。また、可動型5に形成された転写面10は、成形品の裏側に相当する部分(反意匠面)として仕上げられ、その転写面10の上下方向の略中央部分にリブ成形用凹部11が形成されている。
【0023】
可動型5内部には、ガスノズル12が設けられている。ガスノズル12には、ガスノズル駆動用の油圧シリンダ13が設けられ、ガスノズル12が転写面10のリブ成形用凹部11内に隣接するガス流入口14に対して、当接或いは離間可能に設けられている。ガスノズル12は、溶融樹脂Rをキャビティ6内に充填した後、ガスノズル12をガス流入口14に当接して、ガスボンベ15内のガスを計量シリンダ16と計量シリンダ駆動用の油圧シリンダ17によりリブ成形用凹部11内に送り出すことができる。ガスボンベ15と計量シリンダ16とは、ガス吐出ライン20を介して接続され、このガス吐出ライン20には、減圧弁21と流量制御弁22が設けられている。
【0024】
また、ガスノズル12の外周部には加熱用ヒータ18が装着され、計量シリンダ16とガスノズル12とは、開閉弁19を介して連通されている。
【0025】
ガスボンベ15から吐出される不活性ガスは、例えば、約150kg/平方cmの窒素ガスを減圧弁21で約30kg/平方cmに減圧し、更に流量制御弁22で流量制御した後に計量シリンダ16に導入される。
【0026】
計量シリンダ16内に導入された不活性ガスは、油圧シリンダ17を駆動することにより、例えば、約100kg/平方cmの窒素ガスを回閉弁19を介してガスノズル12に供給される。
【0027】
本実施形態の中空射出成形装置1により成形される車両用樹脂バンパ30は、図2及び図6に示すように、その反意匠面に部分的に厚肉部位(リブ部)31が一体成形され、このリブ部31には不活性ガスのガス流路Hとして中空部32が形成される。この中空部32は、キャビティ6内に圧入された溶融樹脂が冷却固化しないうちにガスノズル12から高圧の窒素ガスをリブ部31に流通させることにより形成される。
【0028】
本実施形態の中空射出成形装置1を用いて車両用樹脂バンパ30を成形する場合、約230℃の溶融樹脂をキャビティ6内に充填し、樹脂充填直後にガスノズル12から高圧窒素ガスをリブ部に相当する溶融樹脂内に圧入保持させる。次に、ガスノズル12がガス流入口14から離間されてガス抜きされる。その後、金型4、5が型開きされて、成形品30が取り出される。
【0029】
[金型の詳細構成]
次に、図1に示す中空射出成形装置の金型の詳細構成について説明する。図3は本実施形態に用いられる金型のリブ成形用凹部付近の詳細断面図である。
【0030】
図3に示すように、本実施形態の可動型5の転写面10a、10bには第1断熱層41が形成されている。また固定型4における転写面9には第2断熱層42が形成されている。また可動型5における転写面10cには第3断熱層43が形成されている。転写面10aはリブ成形用凹部11の底壁部となり、リブ部の端面に対応する転写面を規定する。転写面10bはリブ成形用凹部11の側壁部となり、リブ部の側面に対応する転写面を規定する。転写面9は成形品の意匠面に対応する転写面を規定する。転写面10cは反意匠面側のリブ成形用凹部11以外の部分となり、成形品のリブ部以外の反意匠面に対応する転写面を規定する。
【0031】
第2断熱層42は第1断熱層41よりその断熱率を低く設定され、第2断熱層42は第3断熱層43よりその断熱率を低く設定されている。即ち、第1断熱層41、第2断熱層42、第3断熱層43の断熱率の値は、第1断熱層41>第3断熱層43>第2断熱層42という関係を満たすように設定されている。
【0032】
第1〜第3断熱層41〜43は、熱伝導率で1〜10(cal/平方cm・sec・℃)程度の、例えば、4フッ化エチレン樹脂(PTFE)、4フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂、その他にエポキシ樹脂(EP)やポリイミド(PAI)等を用いて形成され、各断熱層の断熱率は材質や層厚等を変化させて各断熱層毎に設定される。
【0033】
[断熱層の作用]
次に、金型の転写面に断熱層を設けたことにより奏する作用について説明する。図4は、樹脂射出工程での問題点を説明する従来の金型の断面図である。図5は、ガスの流通させながら樹脂を固化させる保圧工程での問題点を説明する従来の金型の断面図である。
【0034】
(i)樹脂射出工程での問題点
溶融樹脂Rは、キャビティ106内に噴水流となって圧入されていくが、リブ成形用凹部111に達すると樹脂内部の膨張力でリブ成形用凹部11の底壁部や側壁部の方に進む(樹脂R2で示す)。これに対して、キャビティ106内での理想的な樹脂の流れは、樹脂R1で示すように、樹脂R1が成形品の意匠面に対応する転写面109に密着しながら前進することである。樹脂R1と樹脂R2とを比較すると、樹脂R2はリブ成形用凹部11の底壁部や側壁部の方に進む分だけ、位置P1の樹脂が部分的に転写面109に遅れて密着するすることになる。この現象は、言い換えると、樹脂R2における位置P1の樹脂は樹脂R1に比べてキャビティ6内の空気に触れている時間が長いことになる。空気と金型は熱伝導率が異なるため、空気に触れた樹脂は金型転写面109に密着した樹脂に比べてゆっくり冷却されることになる。つまり、樹脂がゆっくり冷却されると、結晶化(分子配列が規則正しくなる)の傾向が強くなるため、他の部分に比べて光沢が高くなりテカリの問題を引き起こすことになる。
【0035】
(ii)保圧工程での問題点
従来では、溶融樹脂Rが冷却固化しないうちにガスをリブ成形用凹部111に流通させると、樹脂Rの冷却による収縮をガス流路H内のガス圧で抑えることができるので、成形品の意匠面に対応する転写面109の位置P3で示す部分に発生するひけは抑えることができる。ところが、リブ成形用凹部111に充填された樹脂は、他の部分に比べて収縮量が大きいため、またガス流路Hを設けただけでは、位置P3、P4に示す部分にひけが発生してしまい、図7に示すように、成形品30のリブ部31に、位置P3、P4に対応する2本のひけQが発生してしまう。
【0036】
本発明は、金型の転写面に断熱層を設けることによって上記問題点(i)、(ii)を解決する。
【0037】
(I)テカリの問題点に対して、
固定型4における転写面9に第2断熱層42を設けることにより、転写面9に密着した部分の樹脂の冷却速度を遅くして、空気に触れて冷却される樹脂との冷却速度の差を小さくすることでテカリを抑制している。
【0038】
尚、上記(I)において、固定型4の転写面9だけに断熱層を設けた場合でも、転写面9に密着した部分の樹脂の冷却速度を遅くすることができるので、テカリの防止効果はある。
【0039】
(II)ひけの問題点に対して、
上述のように、樹脂の冷却速度を遅くすると、結晶化傾向が強くなるためひけも発生しやすくなる。そこで、可動型5の転写面10a、10bに第1断熱層41を設け、第2断熱層42の断熱率を第1断熱層41より小さく設定することにより、図8に示すように、第1断熱層41が設けられたリブ成形用凹部11の底壁部10aと側壁部10bの樹脂収縮量が転写面9の樹脂収縮量より相対的に大きくなるようにする。リブ部の全体としての収縮量はリブ部の冷却速度と体積により決定されるので、リブ成形用凹部11の底壁部10aと側壁部10bの樹脂収縮量が大きくなれば、転写面9の樹脂収縮量は小さくなる。従って、転写面9に対応する成形品の意匠面のひけを抑制することができる。更に、転写面10cに第3断熱層を設け、第3断熱層43の断熱率を、第2断熱層より大きく且つ第1断熱層より小さく設定することにより、反意匠面側におけるリブ成形用凹部11以外の部分の樹脂収縮による作用も加わることになるので、ガス流路Hによるひけ抑制効果に加えて、反意匠面全体の樹脂の収縮作用により良好に図7に示すような位置P3、P4に対応するひけQを抑えることができ、特に収縮率の大きな樹脂材料に対してひけ抑制効果が高い。
【0040】
尚、上記(II)において、可動型5の転写面10a、10bだけに断熱層を設けた場合でも、転写面10a、10bの樹脂収縮量を転写面9の樹脂収縮量より大きくすることができるので、ひけを抑制する効果はある。
【0041】
[中空射出成形方法]
次に、本発明に係わる実施形態の中空射出成形方法について説明する。
【0042】
本実施形態のように、金型のリブ成形用凹部11の側壁部及び底壁部を断熱して中空射出成形することにより、成形品の意匠面に発生するひけを抑制できる。
【0043】
また、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面を断熱して中空射出成形することにより、成形品の意匠面に発生するテカリを抑制できる。
【0044】
更に、金型のリブ成形用凹部11の側壁部及び底壁部に相当する転写面10a、10bを断熱すると共に、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面9を断熱し、転写面9を転写面10a、10bより低い断熱率で断熱して中空射出成形することにより、意匠面に発生するひけ及びテカリを抑制できる。
【0045】
<変形例>
本実施形態の中空射出成形方法の変形例として、断熱とは反対の考え方で、金型を加熱することにより熱伝導率を変化させることもできる。即ち、金型のリブ成形用凹部11の側壁部及び底壁部を加熱して中空射出成形することにより、樹脂の冷却速度を他の部位に比べて遅くでき、ひけを抑制できる。
【0046】
また、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面を加熱して中空射出成形することにより、転写面9に密着した部分の樹脂の冷却速度を遅くすることができるので、テカリを抑制できる。
【0047】
更に、金型のリブ成形用凹部11の側壁部及び底壁部に相当する転写面10a、10bを断熱すると共に、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面9を断熱し、転写面9を転写面10a、10bより低い断熱率で断熱して中空射出成形することにより、成形品の意匠面に発生するひけ及びテカリを抑制できる。
【0048】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変更したものに適用可能である。
【0049】
例えば、本実施形態の断熱層を有する金型は中空射出成形以外にも、ガスを用いない一般の射出成形にも適用できることは言うまでもない。
【0050】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、射出成形用金型において、成形品の反意匠面側に設けられる厚肉部位の側壁部及び底壁部に相当する金型の転写面に第1断熱層を設け、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面に第2断熱層を設け、成形品の反意匠面側で厚肉部位以外の部分に相当する金型の転写面に第3断熱層を設け、第2断熱層の断熱率を第1断熱層より小さく設定し、第3断熱層の断熱率を第2断熱層より大きく且つ第1断熱層より小さく設定したことにより、成形品の意匠面に発生するひけ及びテカリを抑制できる。
【0062】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる実施形態の中空射出成形装置の全体構成を示す断面図である。
【図2】本実施形態の中空射出成形装置により成形される車両用樹脂バンパの断面図である。
【図3】本実施形態に用いられる金型のリブ成形用凹部付近の詳細を示す断面図である。
【図4】中空射出成形における樹脂射出工程での問題点を説明する従来の金型の断面図である。
【図5】中空射出成形における保圧工程での問題点を説明する従来の金型の断面図である。
【図6】本実施形態の中空射出成形装置により成形される車両用樹脂バンパの外観図である。
【図7】ひけが発生した車両用樹脂バンパの外観図である。
【図8】本実施形態の金型によるひけ抑制作用を説明する断面図である。
【符号の説明】
1…中空射出成形装置
4…固定型
5…可動型
6…キャビティ
7…樹脂導入通路
8…樹脂ノズル
9…転写面(意匠面)
10…転写面(反意匠面)
11…リブ成形用凹部
12…ガスノズル
14…ガス流入口
30…車両用樹脂バンパ
41…第1断熱層
42…第2断熱層
43…第3断熱層
Claims (1)
- 射出成形用金型において、
成形品の反意匠面側に設けられる厚肉部位の側壁部及び底壁部に相当する金型の転写面に第1断熱層を設け、成形品の意匠面側に相当する金型の転写面に第2断熱層を設け、
前記成形品の反意匠面側で前記厚肉部位以外の部分に相当する金型の転写面に第3断熱層を設け、前記第2断熱層の断熱率を前記第1断熱層より小さく設定し、前記第3断熱層の断熱率を前記第2断熱層より大きく且つ前記第1断熱層より小さく設定したことを特徴とする射出成形用金型。
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