JP3944486B2 - 多数の微細な貫通孔を形成した成形品の射出成形用金型 - Google Patents

Description

本願発明は、微細な貫通孔を形成した成形品を成形するための射出成形用金型及びこの金型により成形された成形品に関する。

プラスチックの射出成形分野であって、微細な貫通孔を一体成形したり、この微細な貫通孔とその周りにダミーの所謂飾り孔を一体成形した射出成形品は、例えば、音響機器や、映像機器等であって、筐体内部に設置してあるスピーカからの音を表面に導く部位に広く用いられている。

図１３（Ａ）（Ｂ）に微細な貫通孔２を音孔として両サイド枠１ａ、１ｂに形成した液晶テレビの前面枠成形品１の例を示す。（Ａ）は、貫通孔２のみを有する例、（Ｂ）は貫通孔２の他に、意匠性を目的として、貫通孔２が存在する面サイド枠１ａ、１ｂの全面にダミー孔３を形成した例である。
また、図１４（Ａ）に示すように、前面枠成形品１の両サイド枠１ａ、１ｂあるいは下枠１ｃに開口部４を形成し、この開口部４に図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）に示すように貫通孔２を形成したプレート５又は貫通孔２に加えてダミー孔３を形成したプレート６を１枚もので、あるいは２枚もので後付けするケースもある。

図１５は上記した前面枠成形品１及びプレート５、６において、貫通孔２とダミー孔３の部分の断面を示すもので、（Ａ）は貫通孔２のみ、（Ｂ）は貫通孔２とダミー孔３を形成した例を示すもので、貫通孔２の部分の肉厚は、他の部分及びダミー孔３の部分の肉厚に比較して薄いのが一般的である。この理由は、ダミー孔３の場合、貫通孔２より深く形成しないと、ダミー孔３の底部に光が反射して、ダミー孔３と貫通孔２との間にコントラストがついて、正面から見た時に貫通孔２の領域とダミー孔３の領域が判ってしまい、折角ダミー孔３を設けたにも拘らず、その目的が達成できなくなると云う理由に基づいている。

因に、図１６は貫通孔２及びダミー孔３の形状を示すもので（Ａ）はストレートタイプ、（Ｂ）はコアタッチタイプ、（Ｃ）は貫通孔２が中間押し切りタイプと称されるものである。
以上は、液晶テレビの前面枠成形品１の例であるが、これ以外に、微細な貫通孔を有する射出成形品には、フィルターあるいは換気ダクト穴に取り付けられる防虫プレート等もある。あるいは、意匠性だけを目的として、微細な貫通孔やダミー孔を形成した成形品の例もある。

以上のように、微細な貫通孔及びダミー孔を設けた成形品の例は多数あるが、この射出成形に際し、次のような問題がある。
貫通孔を成形する場合には、その部分の肉厚は他の部分よりも薄く、更にこの範囲にはピンが林立していることから、樹脂の流動性に乏しい。このため、樹脂の充填時にヘジテーション（所謂ためらい現象）というものが貫通孔部分に生じる。この現象を図１７（Ａ）を用いて更に詳しく説明すると、貫通孔２部分の外側から矢印方向に流動してきた樹脂７は、貫通孔２の部分に達した以降、樹脂が進展しにくくなる。このため、流動樹脂７は、流動抵抗が大きい貫通孔２部分を避けるようにして流動を続け、一方、貫通孔２部分に
ついては、非常にゆっくりした樹脂の流れとなることから、貫通孔２部分においては、樹脂流頭の進展がためらっている状態、所謂ヘジテーションと呼ばれる現象が生じる。このヘジテーション８が強く生じている個所は、後から流れる熱い樹脂と置き換えられないことから、冷却が進展しやすく、そのうちヘジテーション８を生じている個所が固化し、それ以降流動を停止して、（Ｂ）に示すように、樹脂が充填されない不良、いわゆるショートショット９が生じてしまうと云う問題がある。

また、貫通孔２間の距離が広く、充填がしやすい状態で、かつ、流動性の高い樹脂を用いた場合においては、ショートショット９は避けられるが、ヘジテーション８により固化が進みやすいことは解決されるものではなく、貫通孔２部分の中心範囲まで圧力が伝播されない状況であること、更には、充填する樹脂温度が冷えた状態で融合することから、金型への転写が悪くなり、（Ｂ）に示すように光沢ムラ１０が生じたり、貫通孔２の周囲の角部の転写が悪いことから、エッジ部が丸くなり、製品の見栄えが変わるという問題が生じる。

さらには、成形品の場合、貫通孔２部分と、この周囲の肉厚には差があることから、充填された樹脂が冷却されることにより生じる収縮のタイミング及び、収縮量が異なり、貫通孔２部分と周囲との間に微小な段差や、面のうねりが生じることがあり、外観意匠として問題が生じている。
一方、ダミー孔３部分が深い場合においては、孔間の余肉が大きく、ヒケの問題が発生したり、薄肉とした場合、ダミー孔３の底の部分に穴があいてしまい、製品機能が損なわれるという問題もある。

本発明は、以上に説明した問題点を解消する射出成形用金型と成形品を提供するのが目的であって、第一の目的は、特に微細な貫通孔を有する成形品の成形用金型において、樹脂充填時に貫通孔部分にヘジテーションが発生するのを低減できる金型を提供することである。
更に第二の目的は、貫通孔部分とこの周囲との肉厚の差により生じる固化タイミングのズレを少なくして転写性に優れた光沢ムラの無い、高品質の射出成形品を成形できる金型を提供することである。
更に第三の目的は、貫通孔部分とその周囲との間に生じる微細な段差や面のうねり等の外観的品位を損うことのない金型を提供することである。
更に、第四の目的は、貫通孔部分の外側にダミー孔を有する成形品の成形においては、ダミー孔部の肉厚が貫通孔部の肉厚より大きい場合に発生するヒケを防止したり、ダミー孔の深さを大きく形成したときにこのダミー孔の底の肉厚が薄くなってショートショットとなったりすることのない金型を提供することである。
更に第五の目的は、高品質の微細な貫通孔を有する射出成形品を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、射出成形品の非可視面側の一部に、該非可視面側の肉厚を減じて薄肉部を形成し、この薄肉部に多数の微細な音孔用の貫通孔を形成すると共に、前記薄肉部以外には、薄肉部以上の肉厚から成る製品肉厚部を形成し、この製品肉厚部には、可視面側から有底のダミー孔を同一深さに形成した成形品の成形用金型において、溶融樹脂注入ゲートを前記薄肉部成形部の外側に位置させると共に、前記薄肉部成形部と製品肉厚部成形部の境界の全部又は一部に、薄肉部成形部側に向けて上りスロープ又は上り階段状に段差を形成し、更に、このスロープ又は段差部分において、ダミー孔成形用ピンの先端が突き抜けるスロープ又は段差部分の非可視面側であって、ダミー孔成形用ピンの先端が対向する位置に、ダミー孔成形用ピンの先端部分が入り込む肉盛り成形用の凹部を形成して成ることを特徴とするものである。
この発明により、ゲートより注入され、キャビティ内を流動する樹脂は、上りスロープまたは段差において流動抵抗が徐々に増大されながらキャビティの薄肉成形部内に流入し、ここを通過することから、ピンが林立している貫通孔成形部分において急激に流動抵抗が増すと云うことがなくなり、流動が急激に遅くなる現象、いわゆるヘジテーションの発生を低減できる。
また、ダミー孔成形用ピンが突き抜けるスロープ又は段差部分においては、この突き抜け部分を覆いながらダミー孔を他の肉厚部分のダミー孔と同一の深さの孔に形成するために肉盛部形成用の凹部を形成したことにより、ダミー孔を外視したときに、他の厚肉部分のものとの間において違和感が生じることがない。

〔作用〕
金型内（キャビティ内）に樹脂を充填すると、この樹脂は、貫通孔形成部（薄肉部）に到達する前に上りスロープ又は段差を通過することから、樹脂に作用する流動抵抗は徐々に大きくなりながらピンが林立している貫通孔成形部に到達し、この範囲を流動して行くことになる。この結果、所謂ヘジテーションが発生しにくくなる。

金型において、貫通孔成形用の薄肉部分とその周囲との間に、ヘジテーションを緩和するための上りスロープ又は段差を形成したことにより、流れてくる樹脂の流頭が流動抵抗の大きい貫通孔成形部に到達する前に、流動抵抗が徐々に増し、従来のように貫通孔成形部分において、一気に抵抗が増大することはない。この結果、流動樹脂の流頭が貫通孔成形部に到達し始めた初期の状態において、急激に流頭の速度が落ち、貫通孔成形部以外へ樹脂の流れが逃げる現象、すなわち貫通孔成形部でのヘジテーションが緩和され、徐々にではあるが常に熱い樹脂が貫通孔成形部に充填されつづけることから、流れの停滞による樹脂の急速な固化を生じることがなく、ショートショットの発生を防止し、また、金型への転写の差、いわゆる光沢ムラとよばれる不良現象も、品質的に許容される範囲まで低減される。
また、成形品においては、貫通孔部分とこの外周部に生じる収縮の差も急激ではなく、段階的に徐々に変わることから、段差状の不具合や、貫通孔部分の面のうねりもぼかすことが可能となり、視覚的に不明瞭となることから、意匠的に好ましい製品を得ることができる。

本発明者らは、ヘジテーションの発生を低減させる手段について、鋭意研究を進めた結果、成形品の非可視面側成形用のキャビティ面において、貫通孔が成形される薄肉成形部分の周囲の肉厚部分の全部又は一部に、上りスロープ又は段差を形成して、樹脂に作用する流動抵抗を徐々に増すようにすると、問題点を解決することができると云う点を見出し、その効果が正しいことを実験にて確認した。これを詳細に説明すると、貫通孔成形用の薄肉成形部の周囲は、ダミー孔がある場合、ない場合のほとんどの形状において、貫通孔成形部分よりも厚い肉厚成形部を有しており、その流動抵抗の差がヘジテーションを誘発している。そして、その差が大きいほど、差が生じる範囲が狭いほど、きついヘジテーションが生じることを実験、及び、シミュレーションを用いた理論的な見地からつきとめた。また、肉厚差が大きいほど、貫通孔部分とこの外周部との境界に収縮差に伴う段差や、面のうねりが生じやすく、貫通孔部分の変形も生じやすい傾向にあることもわかった。

すなわち、成形品の非可視面側成形用のキャビティ面において、貫通孔成形部分とこの周囲の肉厚成形部との間に、貫通孔成形部に向う上りスロープ又は段差を一定範囲設けてやることが、ヘジテーションを緩和するのに効果的である。更には、この形状を付与することにより、収縮差による貫通孔部分と外周部との境界に生じる微小な段差が視覚的に不明瞭となり、意匠的にも好ましい結果となることが判明した。

この上りスロープ又は段差の設定方法については、コンピュータを用いた樹脂流動のシミュレーションを用いてもいいし、過去の事例からトライ アンド エラーで導き出した実績値を用いてもかまわないが、更に制限すれば、薄肉範囲もしくは、徐々に変化する範囲は、貫通孔部分の肉厚の厚さ以上の寸法を確保し、かつ、４０ｍｍ以下が望ましい。上りスロープ又は段差の範囲もしくは、肉厚変化範囲を広く設けすぎると、流動抵抗が増し、貫通孔成形部において、樹脂が充填しにくくなるという問題が新たに発生する可能性がある。

また、上りスロープ又は段差の設置については、貫通孔部分をとりまく全周囲同じでも良いし、ヘジテーションの具合を調整するために、幅を任意に変える若しくは、部分的に設置しなくてもかまわない。更には、上りスロープ又は段差の度合いを樹脂の流動をみながら変更してもよい。
一方、ダミー孔が深い形状の場合、貫通孔成形部周囲に上りスロープ又は段差を形成すると、この上りスロープ又は段差からピンの先端がはみだしてしまうため、ダミー孔が貫通孔形状となってしまうことがある。このような場合には、貫通孔部分の周囲に上りスロープ又は段差を形成した効果を阻害しない範囲で肉盛り成形部（凹部）を製品の非可視面を成形するキャビティ面に形成しておくことが必要となる。

図１に、液晶テレビの前面枠成形品１の事例を示した。本発明に係る金型で成形された前面枠成形品１は、両サイド１ａ、１ｂに、スピーカを有し、スピーカから表面に音を出すための貫通孔２部分の範囲を持っている。この成形品１の非可視面側において、貫通孔２部分の周囲２０ｍｍの範囲には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す下りスロープ１１が形成されている（なお、製品においては下りスロープであるが、金型側においては上りスロープとなる）を形成した。この下りスロープ１１の形状は、貫通孔２部分の肉厚以上で、かつ、貫通孔２部分の周囲の製品肉厚以下となるように肉厚を徐々に変化させた貫通孔２部分に向けた下りスロープとなっている。

このスロープ１１は、金型においては、樹脂が固化せずに充填が進む範囲であって、なおかつ金型への転写ムラを生じない範囲に調整してある。
この成形品１を成形するための金型を用いて、樹脂には、ＨＩＰＳ樹脂（出光石油化学株式会社 ＮＳ-２８０）を用い、成形機には東芝機械株式会社製 ＩＳ−８５０ＤＥＷ
を用いて射出成形を行った。結果、図３に示すように、貫通孔２部分におけるヘジテーション８が緩和されたことにより、貫通孔２部分と、この外周部との段差が略解消されて、意匠的に許容される品質の製品を得ることができた。

本実施例２は、図４に示すように、液晶テレビの前面枠成形品１の音孔用貫通孔２部分の周囲にダミー孔３が形成されている場合の下りスロープ１１の形成例であって、図５（Ａ）は貫通孔２部分とダミー孔３部分の正面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ´線断面図であって、下りスロープ１１は、図５（Ｂ）に示すように、ダミー孔３部分の厚肉部をカットした状態で貫通孔２部分に向けた形成となっている。図６は、本実施例における樹脂の流動解析を示すもので、ヘジテーション８は実施例１の場合と同様に低減されている。

本実施例は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、下りスロープ１１に代えてスロープ１１を階段状に形成した例であって、（Ａ）は一段の例、（Ｂ）は２段の例である。但し、この段差の数は、成形品の大きさ、流動抵抗等により決定する。

本実施例４は、下りスロープ１１を貫通孔２部分の周囲に形成する場合のバリエーションであって、図８（Ａ）は、貫通孔２部分の外に略等しい幅の下りスロープ１１を形成した例、（Ｂ）は樹脂の流頭が先に到達する側の下りスロープ１１を広く形成し、貫通孔２部分の終り側に向けて徐々に狭く形成し、反対側には全く形成しない例、（Ｃ）は貫通孔２部分の周囲において、下りスロープ１１の形状と配置等をヘジテーションが発生しやすい部位をシミュレーションして変化させて形成した例である。

本実施例５は、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、液晶テレビの前面枠成形品１の下部両サイドにダミー孔３に囲まれて貫通孔２部分がある場合であって、この実施例においては、図１０に示すように、ダミー孔３が貫通孔２よりも深い（長い）例である。このように、ダミー孔３が深い場合に、下りスロープ１１をダミー孔３の底の外側に形成すると、ダミー孔３の底を破ることが考えられる。このため、本実施例においては、図１１（Ａ）に示すように、ダミー孔３の間に凹状部１２を有する下りスロープ１１を形成するか、（Ｂ）に示すように、あらかじめ金型において、ダミー孔成形用ピンの先端側のキャビティ面に肉盛用の凹部を形成しておき、ここに樹脂を侵入させてダミー孔３の底側に肉付け１３を行い、これ以外の部分を除肉して下りスロープ１１を形成するか、（Ｃ）に示すようにスロープ状に除肉して肉付け１３を行い、下りスロープ１１を形成する。

本実施例は、微細な貫通孔から成るフィルター２０に本発明を実施した例である。図１２に具体例が示してあり、図１２の（Ａ）は製品全体図であって、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＥ−Ｅ´線断面図を示すものであり、（C）は、貫通孔２部分の拡大図を示したものである。構成としては、パイプ状の本体２１の片側の開口部２２に、（Ｃ）に示される形状の格子状の網目、所謂四角形形状の多数の貫通孔２部分が一体的に形成されている構造となっている。この成形品において、貫通孔２部分の周囲に、下りスロープ１１を形成した。下りスロープ１１の形状は、貫通孔２部分の肉厚以上で、かつ、貫通孔２部分の周囲の製品肉厚以下となるように肉厚を徐々に変化させて、貫通孔２部分に向けてスロープ状とした。この下りスロープ１１は、樹脂固化せずに充填が進む範囲に予め調整してある。
この成形品成形用の金型を用いて、樹脂には、ポリプロピレン樹脂を用い、成形機には住友重機工業株式会社製 SG７５を用いて射出成形を行った。結果、貫通孔２部分の外周部近傍にショートショットを生じることのない、機能性を満足させうる製品を得ることができた。

〔比較例１〕
比較例の製品は、図１３（Ｂ）に示した前面枠成形品１の両サイド枠１ａ、１ｂに、スピーカを有し、スピーカから表面に音を出すための貫通孔２（音孔部）を持っており、その周囲を含む両サイド枠１ａ、１ｂには、デザイン上ダミー孔３が形成されている。この成形品を、下りスロープ１１を形成しない従来の金型を用い、樹脂は、ＨＩＰＳ樹脂（出光石油化学株式会社 ＮＳ-２８０）を用い、成形機には東芝機械株式会社製 ＩＳ−８５０ＤＥＷを用いて成形を行った。この結果、成形品１には図１７（Ａ）と同様にヘジテーション８が発生し、（Ｂ）に示すショートショット９、あるいは光沢ムラ１０が生じ、品質的に満足する製品を得ることができなかった。

液晶テレビの前面枠成形品の両サイドに音孔としての貫通孔を形成した例の説明図。 （Ａ）は貫通孔及び薄肉部の説明図、（Ｂ）はＡ−Ａ´線断面図。 本発明を実施した時の樹脂の流動解析の説明図。 両サイドに貫通孔とダミー孔を形成した液晶テレビの前面枠成形品の説明図。 （Ａ）は貫通孔及びダミー孔部分の拡大正面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ´線断面図。 樹脂の流動解析の説明図。 （Ａ）は一段から成る段差部の説明図、（Ｂ）は二段から成る段差の説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）は実施例４の説明図。 （Ａ）〜（Ｂ）は実施例５の説明図。 実施例５の貫通孔とダミー孔部の断面図の説明図。 実施例５の貫通孔とダミー孔部分の肉盛りと薄肉部の説明図。 （Ａ）〜（Ｃ）は実施例６の説明図。 （Ａ）は貫通孔のみを形成した従来の液晶テレビの前面枠成形品の説明図、（Ｂ）は貫通孔とダミー孔を形成した前面枠成形品の説明図。 （Ａ）〜（Ｄ）は貫通孔プレート、ダミー孔プレートを前面枠成形品に後付けする例の説明図。 （Ａ）は図１３（Ａ）のＤ−Ｄ´線断面図、（Ｂ）は図１３（Ｂ）のＥ−Ｅ´線断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）は貫通孔及びダミー孔の説明図。 （Ａ）は従来の金型を用いた場合の流動解析の説明図、（ｂ）は成形品にショートショットと光沢ムラが発生した例の説明図。

符号の説明

１ 前面枠成形品
２ 貫通孔
３ ダミー孔
７ 流動樹脂
８ ヘジテーション
９ ショートショット
１０ 光沢ムラ
１１ 下りスロープ
２０ フィルター

Claims (1)

1. 射出成形品の非可視面側の一部に、該非可視面側の肉厚を減じて薄肉部を形成し、この薄肉部に多数の微細な音孔用の貫通孔を形成すると共に、前記薄肉部以外には、薄肉部以上の肉厚から成る製品肉厚部を形成し、この製品肉厚部には、可視面側から有底のダミー孔を同一深さに形成した成形品の成形用金型において、溶融樹脂注入ゲートを前記薄肉部成形部の外側に位置させると共に、前記薄肉部成形部と製品肉厚部成形部の境界の全部又は一部に、薄肉部成形部側に向けて上りスロープ又は上り階段状に段差を形成し、更に、このスロープ又は段差部分において、ダミー孔成形用ピンの先端が突き抜けるスロープ又は段差部分の非可視面側であって、ダミー孔成形用ピンの先端が対向する位置に、ダミー孔成形用ピンの先端部分が入り込む肉盛り成形用の凹部を形成して成る音孔とダミー孔を有する成形品の射出成形用金型。

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