JP4291038B2

JP4291038B2 - 金型装置および成形方法

Info

Publication number: JP4291038B2
Application number: JP2003131493A
Authority: JP
Inventors: 岳晴石坂
Original assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Current assignee: Ono Sangyo Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004330676A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金型装置およびそれを用いた成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形等によって製造される合成樹脂成形品は、様々な形状にかなり自由に形成できるという大きな利点を有しているため、幅広い分野で用いられており、その製品形状は非常に多様である。一般的に、複数の合成樹脂成形品が嵌合やビス止め等によって組み合わせられて用いられることが多いので、嵌合用のために、あるいは製品そのものの形状として、ボスやリブなどの凸状部が一体的に形成される場合が非常に多い。
【０００３】
ボスやリブなどの凸状部を有する製品を成形する場合、図５に要部を拡大して示すように、樹脂１１が注入されるキャビティ１２に凹部１３を形成しておき、この凹部１３内に浸入させた樹脂１１を固化することによって、凸状部を形成している。このようにボスやリブなどの凸状部を一体的に有する合成樹脂成形品を成形する場合、これらの凸状部に不良が発生し易い。具体的には、キャビティ１２の凹部１３内に樹脂１１が充填されて形成される凸状部に、樹脂の冷却時の収縮によって部分的に窪みが生じてしまうひけ１４ａ，１４ｂなどの不良が発生し易い。特に、これらの不良が製品の外観面（体裁面）に発生した場合には、製品として使用不能になってしまう可能性が高い。
【０００４】
ひけは、成形品の凸状部（ボスやリブなど）の反対側の表面に生じるのが最も一般的である（図５の１４ａ参照）。その原理について説明すると、溶融した樹脂１１は、固化するときに収縮して体積が減少する。射出成形の過程で樹脂１１が冷却されて固化するときに、均一に冷却されれば平滑な表面が得られるが、冷却が不均一であると、固化が遅れた部分の製品表面にひけが生じる。ボスやリブなどの凸状部は他の部分に比べて充填される樹脂量が多いため、他の部分よりも蓄熱量が多く、それによって、射出成形の過程で樹脂が冷却されるときに固化が他の部分より遅れる。このため、ボスやリブなどの凸状部を有する製品では、ひけは避け難い不良現象である。一般的に、凹部１３の周囲では樹脂１１が冷却されて既に固化しつつあるときにも、凸状部を形成するための凹部１３内の樹脂１１はまだ温度が高くてあまり収縮しておらず、その後、凹部１３内の樹脂１１が冷却されて固化し収縮するときには、凹部１３の周囲では既に樹脂１１が固化しており流動できないため、凸状部の表面、特に凹部１３と対向する位置の天面部分に窪み（ひけ１４ａ）が生じることが多い。すなわち、このようなひけ１４ａは、成形品では凸状になる部分の反対側の表面（例えば天面部分）で、通常は製品外観となる体裁面に生じてしまうことが多く、ひけ１４ａが生じた成形品は不良製品となってしまう。なお、凸状部の側面などにもひけ１４ｂが生じることがあるが、このひけ１４ｂは、体裁面に存在するわけではないので、比較的許容され易い。
【０００５】
前記したひけ１４ａの不具合を極力抑えるために、従来より様々な射出成形方法が提案されている。例えば、キャビティ１２に樹脂１１が充填された後、冷却中に樹脂圧力を保持し続ける、いわゆる保圧をかける方法や、樹脂１１をキャビティ１２内に多めに充填する方法などが考えられている。また、図示しないが、金型を、ひけがなるべく生じにくい構造にすることも考えられている。例えば、凸状部の近傍の、体裁面ではない位置に、樹脂量の少ない薄肉部を形成するように、キャビティの凹部の近傍に凸形状（いわゆる肉ぬすみ）を設け、樹脂収縮時の窪みを、天面部分などの体裁面には発生させず、体裁面以外の薄肉部に発生させることによって、ひけが生じても製品の外観に影響を及ぼさないようにする構造が考えられている。さらに、ゲートの位置などを工夫して、なるべく天面部分に均一に圧力がかかるようにした構造等が考えられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３２０５８３号公報
【特許文献２】
特開平８−６６９４８号公報
【特許文献３】
特開平７−２６６３８８号公報
【特許文献４】
特開平５−２６１７８５号公報
【特許文献５】
特開平９−８５７８４号公報
【特許文献６】
特開２００２−３４７０５９号公報
【特許文献７】
特開２００１−１０５４４６号公報
【特許文献８】
特開２０００−２８９０７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の方法のうち、保圧をかける方法は、基本的なひけ対策として広く用いられているが、それだけでひけを完全に防止できるほどの効果は得られていない。従って、保圧をかける方法に加えて、他の対策を施すことによって、ひけ防止が試みられている。しかし、前記したように樹脂をキャビティ内に多めに充填する方法を採用すると、バリの発生を引き起こし易いという欠点がある。
【０００８】
また、保圧をかける方法に加えて、前記したように肉ぬすみを設けるなど金型の構造を工夫したり、樹脂の温度や射出圧力や保圧の大きさや樹脂の充填時間や保圧時間などの様々な成形条件を調整することによって、ひけを抑えることも考えられる。しかし、これらは、作業者の経験や勘に頼って金型の構造を決定したり試行錯誤的に成形条件を決定することになり、非常に面倒で時間がかかるとともに、作業者個人の能力に大きく依存するため、再現性および確実性に乏しい。さらに、このように大きな労力を払って、保圧をかける方法に加えて成形条件の適正化を図っても、根本的な解決にはならず、ひけの発生を完全に防ぐことはできない。そして、これらの方法は、普遍的なひけ防止対策ではなく、それぞれの射出成形装置や成形品毎にその都度個別に設定しなければならないため、非常に煩雑である。
【０００９】
さらに、近年では、気体の圧力を利用してひけを防止する方法も考えられている。一例としては、発泡性の樹脂により成形を行い、発泡圧によって樹脂をキャビティ内壁面に密着させてひけを防ぐ方法がある。しかし、成形材料が限定されてしまうため、所望の特性を有する成形品が得られない可能性があり、用途に応じた製品を成形するという射出成形の本来の目的を達成できない場合がある。また、キャビティ内に充填された樹脂中に気体を送り込んで、内部から樹脂をキャビティ内壁面に密着させてひけを防ぐ方法や、キャビティ内壁面のうちの少なくとも一つの面全体に気体を噴射して樹脂に均一に圧力を加える方法もある。しかし、これらの方法では、気体を樹脂中に注入するための構成や、キャビティ内壁面の一面全体など広い範囲に亘って気体を噴射可能な構成など、従来に比べて特殊な構成の金型装置を用いる必要があるため、コスト高を招く場合があり、また、ボスやリブなどの凸状部以外の、通常はひけが発生しにくい部分にも均等に気体の圧力を加える構成であるため、必要以上に気体を注入することになり、非常に効率が悪い。
【００１０】
そこで本発明の目的は、駒以外は従来と実質的に同じ金型装置をそのまま用いることができ、ひけの発生し易い凸状部を成形する個所のみに気体の圧力を加えることによって、非常に効率よくひけ防止対策を施すことができる金型装置および成形方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、射出成形用の金型装置において、型閉め時に構成されるキャビティの少なくとも一つの内壁面に凹部が設けられ、凹部の底面が通気性金属により形成されており、樹脂をキャビティ内に注入した後の保圧時にキャビティの外部から凹部の底面を通してキャビティの内部に２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上かつ３００ｋｇ／ｃｍ ² 以下の圧力で気体を送ることができる気体送出手段を有することを特徴とする。なお、キャビティの内壁面のうち凹部の底面以外の部分は非通気性の金属により形成されている。凹部の底面は、凹部内に挿入されている通気性金属からなる駒の一表面である。
【００１２】
本発明の成形方法は、前記した構成の金型装置を用いて、凸状部を有する製品を成形する成形方法であって、型閉め状態でキャビティ内に樹脂を注入した後、保圧をかけるとともに、気体送出手段によって、通気性金属からなる凹部の底面を通して、２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上かつ３００ｋｇ／ｃｍ ² 以下の圧力で気体を噴射して凹部内の樹脂に加圧することを特徴とする。気体の噴射による凹部内の樹脂の加圧は、少なくとも、樹脂が冷却されて固化するまで行われる。
【００１３】
このような構成および方法によると、成形時にひけが発生し易い凸状部を成形する部分に気体を噴射して樹脂に加圧することによって、ひけの発生を防止することができる。そして、ひけが発生し易い部分のみに気体を噴射する構成であり、凹部の底面が通気性金属から構成されている以外は通常の金型装置と実質的に同じ構成であるため、コストを低く抑えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、本発明の一実施形態の射出成形用金型装置の構成について説明する。図１に示すように、この金型装置は、固定側金型１と、固定側金型１に対して当接したり遠ざかったりするように移動可能な可動側金型２を有している。本実施形態では、可動側金型２は２枚の可動側型板２ａ，２ｂを有している。図１（ａ）に示すように固定用金型１と可動側金型２が接合した状態（型閉め時）で、両金型１，２の間にはキャビティ３が構成される。図面には簡略化してゲート４のみが示されているが、固定側金型１には、キャビティ３内に成形用樹脂（例えば熱可塑性樹脂８）を射出するための射出機構が設けられている。
【００１６】
キャビティ３は、所望の製品形状に対応する形状に形成されており、このキャビティ３を構成するキャビティ内壁面１ａ，２ｃのうち、所望の製品のボスやリブなどの凸状部に対応する部分（図示する例では２個所）には、凹部５が設けられている。凹部５は、可動側型板２ａを貫通するように設けられ、可動側型板２ｂに設けられている気体流通孔９と連通している。気体流通孔９は、模式的に図示されている気体送出手段１０に接続されている。凹部５内には、凹部５の断面形状と実質的に同じ平面形状を有する駒６が挿入されている。駒６は、フランジ部６ａが可動側型板２ａに設けられた係止凹部に嵌合するとともに、駒６よりも小径の気体流通孔９の壁面に当接するため、少なくとも型閉め状態では凹部５内に移動不能に保持される。可動側型板２ａと２ｂの間には、凹部５の外周の外側に位置するようにＯリング７が配置されており、型閉め状態では、気体流通孔９を流通する気体が可動側型板２ａと２ｂの隙間から外部に漏れることがないように構成されている。
【００１７】
固定金型１と可動金型２（可動側型板２ａ，２ｂ）はいずれも、一般的な金型用の鋼材からなり、非通気性である。これに対し、駒６は、通気性金属（例えば新東工業株式会社製のポーセラックスII（商品名）など）からなるものである。通気性金属は、空気や窒素ガスなどの気体を容易に通すことができる微細な連通孔を有する金属である。通気性金属の微細な連通孔の平均的孔径は、特に限定する必要はないが、溶融した樹脂が凹部５内に充填されたときに連通孔内にも流入して成形品を離型した後に連通孔を詰まらせることがないように、溶融した樹脂が浸入しない程度に、かつ、成形品の凸状部の表面がある程度良好に保たれる程度に小径である必要がある。これらの条件を考慮すると、通気性金属の連通孔の平均孔径は１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
このように、本実施形態では、キャビティ内壁面１ａ，２ｃのうち、凹部５の底面となる駒６のみが通気性金属からなり、それ以外の部分は全て非通気性金属からなる構成である。
【００１９】
なお、駒６の固定方法は前記した例に限定されず、ねじ止め等によって凹部５内に固定されてもよい。また、駒６が固定される構成であれば、可動側型板２ｂがなく可動側型板２ａのみが存在する構成であってもよい。その場合には、気体送出手段１０は、気体流通孔９を介さず直接に、または気体流通孔９以外の連通管等を介して、凹部５に接続される。
【００２０】
この金型装置を用いて射出成形を行う方法について、図２，３を参照して説明する。まず、型閉めして可動側金型２を固定側金型１に密着させて、両金型１，２の間にキャビティ３を構成する。図２（ａ）に示すように射出機構のゲート４から熱可塑性樹脂８をキャビティ３内に射出する。
【００２１】
そして、熱可塑性樹脂８を、凹部５を含むキャビティ３内に所定量だけ注入して熱可塑性樹脂８の射出を停止すると、従来同様に保圧をかけるととともに、図２（ｂ），３に模式的に示すように、気体送出手段１０から気体流通孔９を介して窒素ガス等の気体を供給する。この気体は、通気性を有する駒６の微小な連通孔（図示せず）を通ってキャビティ３内に噴射され、熱可塑性樹脂８を加圧する。このような状態で冷却が行われ、熱可塑性樹脂８は固化していく。このとき、凹部５内の熱可塑性樹脂８は、肉厚が厚く樹脂量が多いため収縮が遅く、他の部分が固化した後に収縮する場合が多い。しかし、本実施形態によると、凹部５内の熱可塑性樹脂８が冷却されて収縮する際に、通気性金属からなる駒６を介して熱可塑性樹脂８に気体が噴射されて熱可塑性樹脂８が加圧される。そのため、図３に示すように、収縮によって窪もうとする力Ｆ_Aを、気体から加わる圧力Ｆ_Bが相殺して、窪み（ひけ）の発生が防止される。特に、従来はひけが発生し易く、しかも体裁面となるためにひけなどの不良の発生が許されない、凸状部の反対側の天面部分が窪もうとする方向（図２，３右向き）と、気体が噴射されて熱可塑性樹脂８を加圧する方向（図２，３左向き）とが正反対なので、気体による圧力が、天面部分の熱可塑性樹脂８の窪もうとする力を効果的に押し返して、熱可塑性樹脂８をキャビティ内壁面１ａに押し付けることができ、ひけの発生を抑えることができる。
【００２２】
このようにしながら熱可塑性樹脂８の冷却および固化が完了したら、保圧と、気体送出手段１０から気体流通孔９を介した気体の供給を停止する。そして、型開きして、キャビティ３から成形品を取り出す。
【００２３】
なお、射出圧力や保圧の大きさは従来同様であってよい。気体送出手段１０から気体流通孔９を介して供給する気体の圧力は、２０ｋｇ／ｃｍ²以上であることが好ましく、２０ｋｇ／ｃｍ²未満だと充分な効果が得られない可能性がある。気体の圧力は、天面部分において樹脂をキャビティ内壁面１ａに押し付けるために十分な圧力が必要であり、高い圧力にこしたことはないが、３００ｋｇ／ｃｍ²以下程度が現実的である。気体を供給するタイミングは任意に設定することができるが、一般的には、キャビティ３内への熱可塑性樹脂８の射出が完了した時点で気体の供給を開始し、熱可塑性樹脂８が冷却されて固化した後で気体の供給を停止することが好ましい。気体の種類は特に限定されず、手に入り易く使用し易い気体でよく、窒素をはじめ、炭酸ガス、不活性ガスなどが挙げられる。ただし、水素や酸素などの燃焼し易い気体は、事故を起こしたり、成形品および金型に焼け付きを生じるおそれがあるため、あまり好ましくない。
【００２４】
図１〜３に示されている例は、ボス状の突起を有する製品を成形するための構成であるが、図４に示すように、ケース状部材など、外縁に沿って全周に亘ってリブが設けられている形状の製品においても、本発明は有効である。すなわち、従来は、リブの部分にひけが発生し易いという問題があったが、本発明を採用することによって、気体送出手段１０から、気体流通孔９と、通気性金属からなる駒６を介して、キャビティ３内に気体を噴射して、熱可塑性樹脂８を加圧してキャビティ内壁面１ａに押し付けることによって、ひけの発生を防止できる。
【００２５】
本実施形態では、固定側金型１のキャビティ内壁面１ａによって成形品の外観面（体裁面）を形成し、可動側金型２のキャビティ内壁面２ｃによって成形品の裏側面（非体裁面）を形成する構成であり、目に触れない裏側面に凸状部を設けるために、可動側金型２のキャビティ内壁面２ｃに凹部５を設けている。しかし、このような構成に限定されず、凹部５を固定側金型１のキャビティ内壁面１ａに設けてもよいし、キャビティ内壁面１ａ，２ｃの両方に凹部５を設けてもよく、凹部５の個数は何個であっても構わない。そして、それらの凹部５内に、非通気性金属からなる駒６がそれぞれ挿入されるのが好ましく、全ての凹部５に気体送出手段１０および気体流通孔９が接続されているのが好ましい。
【００２６】
また、成形品の外観面（体裁面）を形成するのが、固定側金型１のキャビティ内壁面１ａではなく可動側金型２のキャビティ内壁面２ｃであってもよいし、両キャビティ内壁面１ａ，２ｃにより形成される面がいずれも体裁面であってもよい。いずれの構成においても、成形品の体裁面にひけが発生しないように、本発明の凹部５および駒６を任意に配設すればよい。また、ゲート４の位置も、必要に応じて適宜変更して構わないが、体裁面にゲート痕が残らないように考慮して配置することが好ましい。
【００２７】
なお、本発明ではキャビティ面とコア面という観点で区別を行う必要がないため、本明細書中では、固定側金型であっても可動側金型であっても、キャビティ３の内壁となる面の一つという意味で、いずれもキャビティ内壁面と表現している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、射出成形時にひけが発生し易い凸状部を成形する部分に気体を噴射して樹脂に加圧し、樹脂をキャビティ内壁面に押し付けることによって、ひけの発生を防止することができる。
【００２９】
特に、キャビティ内壁面のうち、ひけの発生する可能性の高い凸状部を成形するための凹部の底面のみを通気性金属で形成し、それ以外の部分を非通気性金属で形成すると、気体による圧力を、ひけの防止に有効な場所のみに的確に作用させることができ、必要以上に気体を供給する必要がなく、しかも、周囲の非通気性金属に阻まれて気体がこの凹部外に漏れていくおそれがないので、非常に効率よく気体の圧力を作用させてひけを防止することができる。さらに、駒以外は従来と実質的に同じ金型装置をそのまま用いることができるため、コストを低く抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の金型装置の一実施形態の型閉め時の要部概略断面図、（ｂ）はその型開き時の要部概略断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す金型装置を用いた成形方法の樹脂射出工程中の要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）に続く気体供給工程中の要部概略断面図である。
【図３】図２（ｂ）の要部拡大図である
【図４】図１に示す金型装置の変形例の要部拡大断面図である。
【図５】従来の金型装置におけるひけの発生を説明するための、金型装置の要部拡大概略断面図である。
【符号の説明】
１固定側金型
１ａキャビティ内壁面（体裁面）
２可動側金型
２ａ，２ｂ可動側型板
２ｃキャビティ内壁面（非体裁面）
３キャビティ
４ゲート
５凹部
６駒
６ａフランジ部
７Ｏリング
８樹脂（熱可塑性樹脂）
９気体流通孔
１０気体送出手段
１１樹脂
１２キャビティ
１３凹部
１４ａ，１４ｂひけ
Ｆ_A 収縮しようとする力
Ｆ_B 気体により加わる力

Claims

射出成形用の金型装置において、
型閉め時に構成されるキャビティの少なくとも一つの内壁面に凹部が設けられ、前記凹部の底面が通気性金属により形成されており、樹脂を前記キャビティ内に注入した後の保圧時に前記キャビティの外部から前記凹部の底面を通して前記キャビティの内部に２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上かつ３００ｋｇ／ｃｍ ² 以下の圧力で気体を送ることができる気体送出手段を有することを特徴とする金型装置。
前記キャビティの内壁面のうち前記凹部の底面以外の部分は非通気性の金属により形成されている請求項１に記載の金型装置。
前記凹部の底面は、前記凹部内に挿入されている通気性金属からなる駒の一表面である請求項１または２に記載の金型装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型装置を用いて、凸状部を有する製品を成形する成形方法において、
型閉め状態で前記キャビティ内に樹脂を注入した後、保圧をかけるとともに、前記気体送出手段によって、通気性金属からなる前記凹部の底面を通して、２０ｋｇ／ｃｍ ² 以上かつ３００ｋｇ／ｃｍ ² 以下の圧力で気体を噴射して前記凹部内の樹脂に加圧することを特徴とする成形方法。
前記気体の噴射による前記凹部内の樹脂の加圧は、少なくとも、前記樹脂が冷却されて固化するまで行われる請求項４に記載の成形方法。