JP3958152B2

JP3958152B2 - 樹脂成形用金型

Info

Publication number: JP3958152B2
Application number: JP2002250809A
Authority: JP
Inventors: 将義師岡; 久茅野; 勉尾上; 廣志嶋崎
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004090239A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長繊維等の繊維と熱可塑性樹脂との組成物から構成されている繊維強化樹脂の成形に用いて好適な樹脂成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強度や剛性等を向上した樹脂成形品を得るために、ガラス等からなる長繊維を強化材として含有させた樹脂（長繊維強化樹脂）を射出成形法等により成形するものが知られている。上記の長繊維強化樹脂の成形では、従来からある繊維強化されていない樹脂や長繊維を含まない繊維強化樹脂の成形時に用いるものと同様の金型を使用する場合が多い。
【０００３】
このような金型において、複数のゲートを備えるものにあっては、キャビティ内に樹脂を供給するためのランナー等の供給流路が分岐構造を有する。金型の樹脂供給流路の分岐点の概略構造の一例を図５に示す。図５に示すように、金型１０１に設けられた樹脂の供給流路は、分岐点１２０より上流側の第１供給流路（例えば、主ランナー）１０２と、分岐点１２０より下流側の第２供給流路（例えば、副ランナー）１０３とからなる。
【０００４】
分岐点１２０では、第１供給流路１０２に流入した樹脂が複数の第２供給流路１０３に分配されるように、第２供給流路１０３の延設方向が、第１供給流路１０２の延設方向に対し、垂直となるように形成されている。換言すれば、分岐点１２０では、第１の供給流路１０２と第２の供給流路１０３とがＴ字状に接続している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術の金型１０１では、成形時に樹脂の供給流路に樹脂が流入すると、分岐点１２０において樹脂の流動方向が急激に変化する。これに伴ない、樹脂に加わるせん断応力が急激に増大し、樹脂に含まれる長繊維が折損するという問題がある。長繊維の折損が著しい場合には、目標とする強度や剛性等を有する成形品を得ることができない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、樹脂の供給流路の分岐点において樹脂に含まれる繊維の折損を抑制することが可能な樹脂成形用金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
製品部となるキャビティ（５）内に樹脂を供給するための、分岐点（２０）を有する供給流路（２、３）を備え、
供給流路（２、３）の下流側端部に設けたゲート部（４）を介してキャビティ（５）内に樹脂を供給する樹脂成形用金型であって、
供給流路（２、３）は、分岐点（２０）より上流側の第１供給流路（２）と、分岐点（２０）より下流側の複数の第２供給流路（３）とからなり、
分岐点（２０）の第１供給流路（２）延設方向の内壁に、樹脂の流れ方向を変えるための凹部（２１）を形成し、
凹部（２１）は、第１供給流路（２）に垂直な面内の第２供給流路（３）方向の長さ（Ｗ）が、第１供給流路（２）の径（ａ１）の１．５倍以上であることを特徴としている。
【０００８】
これによると、分岐点（２０）において、樹脂が凹部（２１）に回り込みながら分岐する。したがって、樹脂の流動方向が急激に変化することを抑制して、せん断応力の増大を抑えることができるとともに、繊維にせん断応力が作用した場合に繊維の回転等に必要な空間を確保できる。このようにして、繊維の折損を抑制することができる。
また、請求項２の発明のように、凹部（２１）を分岐点（２０）の第１供給流路（２）延設方向の内壁のみに形成したものとすることができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明では、第２供給流路（３）の延設方向が、第１供給流路（２）の延設方向に対し、略垂直となるように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
これによると、第１供給流路（２）に流入した樹脂を、分岐点（２０）において、安定して第２供給流路（３）に分配することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、凹部（２１）は、内面（２２）が連続した曲面により形成されていることを特徴としている。
【００１４】
これによると、分岐点（２０）において、樹脂を凹部（２１）に回り込ませながらスムースに分岐することができる。したがって、樹脂の流動方向が急激に変化することを一層抑制することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明では、凹部（２１）は、第２供給流路（３）に隣接する内面（２２１）が、第１供給流路（２）延設方向から第２供給流路（３）側に５°以上傾斜していることを特徴としている。
【００１６】
これによると、凹部（２１）内に流入した樹脂を第２供給流路（３）に流出させやすい。したがって、樹脂を凹部（２１）に滞留させることなくスムースに分岐することができる。
また、請求項６に記載の発明のように、供給流路（２、３）は、成形時に内部の樹脂を固化させないホットランナーとすることができる。
【００１７】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の樹脂成形用金型である金型１の概略断面構成図である。
【００２０】
金型１は、繊維強化樹脂（本例では、ガラス長繊維強化ポリプロピレン樹脂）の射出成形用金型であって、固定型１１と可動型１２とにより構成されている。固定型１１内にはスプルー２が設けられ、スプルー２の下流側端部には複数の（本例では２つの）ランナー３が接続している。そして、ランナー３の先端にゲート部４を介してキャビティ（製品部）５が形成されている。
【００２１】
本実施形態では、射出機として、例えばインライン式のスクリュー射出機が使用され、成形時には、スクリューを内蔵したスクリュー外筒の先端部であるノズル部６が、金型１のスプルー２の開口部に当接して配置されるようになっている。なお、本実施形態の金型１では、成形時にスプルー２およびランナー３内の樹脂を固化させない所謂ホットランナーを採用している。
【００２２】
スプルー２およびランナー３からなる構成が、キャビティ５内に樹脂を供給するための、本実施形態における分岐構造を有する供給流路であり、スプルー２と２つのランナー３との接続点が分岐点２０である。したがって、スプルー２は、分岐点２０より上流側の本実施形態における第１供給流路であり、ランナー３は、分岐点２０より下流側の本実施形態における第２供給流路である。
【００２３】
図２は、分岐点２０を含む図１中Ａ部を示す要部断面図である。なお、図１と図２とでは、図中の上下方向は一致させていない。
【００２４】
図２に示すように、スプルー２に流入した樹脂を、分岐点２０において、２つのランナー３に安定して分配することができるように、ランナー３の延設方向は、スプルー２の延設方向に対しそれぞれ垂直となるように形成されている。そして、分岐点２０のスプルー２延設方向の（図２中下方側の）内壁には、略半球形状の凹部２１が形成されている。すなわち、内面２２が連続したなめらかな曲面により構成された凹部２１が形成されている。
【００２５】
凹部２１は、本例では深さＤが５ｍｍであり、キャビティ５内に供給された後の樹脂（すなわち、金型１で成形される成形品）に含有される強化材としての繊維の所望長さ（本例では、成形品に求められる強度、剛性、耐衝撃性、疲労特性、クリープ特性等より、重量平均繊維長２ｍｍ）以上となっている。
【００２６】
また、凹部２１のスプルー２の垂直方向の長さ（略半球形状の凹部のランナー３方向の径）Ｗは２５ｍｍであり、スプルー２の径ａ１（本例では１６ｍｍ）の１．５６倍となっている。ちなみに、ランナー３の径ａ２も１６ｍｍである。
【００２７】
上述の構成によれば、射出機のノズル部６よりガラス長繊維強化樹脂を射出したときに、スプルー２からランナー３へ流れる樹脂は分岐点２０において流動方向を変化するが、樹脂は凹部２１に回り込みながらスムースに分流するので、流動方向の変化に伴なうせん断応力の増大を抑制することができる。また、繊維にせん断応力が作用した場合に繊維の回転等に必要な空間を凹部２１により十分に確保できる。このようにして、分岐点２０における繊維の折損を抑制することができる。
【００２８】
ここで、本発明者らが評価確認した凹部２１による繊維折損抑制効果について説明する。本発明者らは、射出成形機に上記の金型１を装着し、長さ９ｍｍのガラス繊維を４０重量％含有するポリプロピレンのペレットを用いて射出成形を行ない、スプルー２からガラス繊維の重量平均繊維長が４．５０ｍｍとなった溶融樹脂を注入した。そして、この成形により得られたキャビティ５内の成形品の重量平均繊維長を確認したところ、所望長さ（目標値）２ｍｍより長い２．２３ｍｍであった。
【００２９】
一方、従来の金型（分岐点の構造を図５に示す金型であり、分岐点以外は金型１に同じ）を用いて同一条件で成形を行なった場合は、成形品の重量平均繊維長は、１．８０ｍｍであり、本実施形態の金型１では、分岐点２０における繊維の折損が抑制されていることを確認している。
【００３０】
なお、分岐点２０に形成した凹部２１は、深さＤを、キャビティ５内に供給された後の樹脂に含有される強化材としての繊維の所望長さ以上とするとともに、スプルー２の垂直方向の長さ（略半球形状の凹部の径）Ｗを、スプルー２の径ａ１の１．５倍以上とすることが好ましい。
【００３１】
このようにすることで、樹脂の流動方向の変化に伴なうせん断応力の増大を確実に抑制することができるとともに、繊維にせん断応力が作用した場合に繊維の回転等に必要な空間を凹部２１により十分に確保できる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、凹部２１の形状は略半球形状であったが、これに限定されるものではない。内部に樹脂を滞留させることなく樹脂を分流できる形状であればよい。例えば、図３に凹部形状のみを示すように、略半円柱形状の凹部２１であってもよい。図３に示す凹部２１も、上記一実施形態の凹部２１と同様に、分流方向の内面２２が連続した曲面により形成されており、樹脂を凹部２１に回り込ませながらスムースに分岐することができるので好ましい。
【００３３】
また、上記の略半円柱形状の凹部２１を採用した場合も、上記一実施形態と同様に、深さＤを、キャビティ５内に供給された後の樹脂に含有される強化材としての繊維の所望長さ以上とするとともに、スプルー２の垂直方向の長さ（ランナー３方向の幅）Ｗを、スプルー２の径ａ１の１．５倍以上とすることがより好ましい。
【００３４】
また、上記一実施形態では、凹部２１のランナー３に隣接する内面の角度について説明しなかったが、凹部２１は、ランナー３に隣接する内面が、スプルー（第１供給流路）２延設方向からランナー（第２供給流路）３側に５°以上傾斜していることが好ましい。
【００３５】
例えば、図４（ａ）に示すように、凹部２１が円錐台形状である場合には、凹部２１の内面２２のうち、ランナー３に隣接する内面２２１の傾斜角度αは、５°以上であることが好ましい。また、図４（ｂ）に示すように、凹部２１が椀形状である場合においても、凹部２１の内面２２のうち、ランナー３に隣接する内面２２１の傾斜角度αは、５°以上であることが好ましい。
【００３６】
これによると、凹部２１内に流入した樹脂をランナー３に確実に流出させやすい。したがって、分岐点２０において、樹脂を凹部２１に滞留させることなくスムースに分流することができる。
【００３７】
また、上記一実施形態では、第１供給流路はスプルー２であり、第２供給流路はランナー３であったが、キャビティへの樹脂の供給流路に分岐構造を有する金型であれば本発明を適用することができる。例えば、キャビティに接続する副ランナーとスプルーとの間に主ランナーを設ける構成（ランナー内に分岐構造を有する構成）の金型においては、主ランナーを第１供給流路とし、副ランナーを第２供給流路とし、主ランナーから副ランナーへの分岐点に本発明を適用してもよい。
【００３８】
また、上記一実施形態では、分岐点２０において、供給流路を２つのランナー３に分岐していたが、３つ以上に分岐するものであってもよい。
【００３９】
また、上記一実施形態では、金型１は、キャビティ５が１つである所謂１個取り金型であったが、多数個取り金型であってもよい。
【００４０】
また、上記一実施形態では、成形に用いた樹脂材料はポリプロピレン樹脂であったが、これに限定されるものではない。他の熱可塑性樹脂であっても本発明を適用することができる。
【００４１】
また、上記一実施形態では、強化材としての繊維はガラス繊維であったが、他の繊維であってもかまわない。例えば、カーボン繊維等であってもよい。
【００４２】
また、上記一実施形態では、金型１は射出成形用の金型であったが、トランスファー成形用の金型にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における樹脂成形用金型である金型１の概略断面構成図である。
【図２】図１の金型１の要部概略断面図である。
【図３】他の実施形態における金型の要部概略断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、ともに、他の実施形態における金型の要部概略断面図である。
【図５】従来の金型の要部概略断面図である。
【符号の説明】
１金型（樹脂成形用金型）
２スプルー（供給流路の一部、第１供給流路）
３ランナー（供給流路の一部、第２供給流路）
５キャビティ
２０分岐点
２１凹部
２２内面
２２１ランナー（第２供給流路）に隣接する内面
Ｄ深さ（凹部の深さ）
Ｗ長さ（凹部の長さ）
ａ１径（スプルーの径）

Claims

製品部となるキャビティ（５）内に樹脂を供給するための、分岐点（２０）を有する供給流路（２、３）を備え、
前記供給流路（２、３）の下流側端部に設けたゲート部（４）を介して前記キャビティ（５）内に樹脂を供給する樹脂成形用金型であって、
前記供給流路（２、３）は、前記分岐点（２０）より上流側の第１供給流路（２）と、前記分岐点（２０）より下流側の複数の第２供給流路（３）とからなり、
前記分岐点（２０）の前記第１供給流路（２）延設方向の内壁に、前記樹脂の流れ方向を変えるための凹部（２１）を形成し、
前記凹部（２１）は、前記第１供給流路（２）に垂直な面内の前記第２供給流路（３）方向の長さ（Ｗ）が、前記第１供給流路（２）の径（ａ１）の１．５倍以上であることを特徴とする樹脂成形用金型。
前記凹部（２１）を前記分岐点（２０）の前記第１供給流路（２）延設方向の内壁のみに形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形用金型。
前記第２供給流路（３）の延設方向が、前記第１供給流路（２）の延設方向に対し、略垂直となるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形用金型。
前記凹部（２１）は、内面（２２）が連続した曲面により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の樹脂成形用金型。
前記凹部（２１）は、前記第２供給流路（３）に隣接する内面（２２１）が、前記第１供給流路（２）延設方向から前記第２供給流路（３）側に５°以上傾斜していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の樹脂成形用金型。
前記供給流路（２、３）は、成形時に内部の樹脂を固化させないホットランナーであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の樹脂成形用金型。