JP4303580B2

JP4303580B2 - 射出成形用金型、該金型を用いたシールリングの製造方法

Info

Publication number: JP4303580B2
Application number: JP2003428539A
Authority: JP
Inventors: 浩久阿部; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005186356A

Description

本発明は、サブマリンゲートを備えた射出成形用金型、該金型を用いたシールリングの製造方法およびシールリングに関する。

射出成形におけるサブマリンゲートは、パーティングライン面（以下「ＰＬ面」と称す）から潜り込むようにゲートが構成されている。このサブマリンゲートは、型開き工程または成形品突き出し工程の際に、金型内で成形体とランナとを自動的に切断分離できるため、成形後のゲートカット工程を必要とせず、製造工程の短縮化を図れるとして従来から用いられている。
従来のサブマリンゲートを図５を参照して説明する。図５は、射出成形金型のゲート口周辺断面図を示す。
ゲート１３の形状は、キャビティ１４との連結部であるゲート口１３ａを頂部とする円錐状であり、図５に示すようにキャビティ１４に向かい先細り形状である。ゲート口１３ａの面積Ｓ₃と、ゲート先端近傍部１３ｂの断面積Ｓ₄とを比較すると、両面とも円形であり、ゲート１３が傾斜してキャビティ１４と連結されているため、ゲート口１３ａの方が径が大きく広面積となる。また、角度θ₁が鋭角、角度θ₂が鈍角である。
従来のサブマリンゲートは、ゲート部分がアンダーカットになっているため、ゲートカット時には該ゲート部分の樹脂を無理抜きすることになり金型が摩耗して寿命が短くなるという問題がある。また、ゲート口の面積Ｓ₃が、ゲート先端近傍部の断面積Ｓ₄よりも大きいため、ゲート部の樹脂がゲート口ではなく、該先端近傍部で破損する場合がある。この破損により製品のゲート痕にバリが生じたり、破損片（コールドスラッグ）が次の射出時に製品に混入すればその部分の機械強度が低下するなど、品質上問題がある。

このような問題に対処するため、ランナの一部を横切るようにピンを設けることで、ゲートカット時において円滑にランナを変形させゲート部にかかる負荷を低減させる成形金型（特許文献４参照）、ゲート部に圧縮空気を吹き付けてコールドスラッグの混入を防ぐ成形金型（特許文献５参照）、サブマリンゲートの最小断面積がゲート口に現れるようにゲート部側にフラット面を設けゲートカット時の欠けを防止する成形金型（特許文献３参照）、サブマリンゲートとキャビティとの連結面の角度θ₁および角度θ₂をともに鋭角とすることでゲートカット時の欠けを防止する成形金型（特許文献２参照）がある。
一方、サブマリンゲートを用いて製造する機能製品として、油や水等の液体、空気やその他の気体等の流体の漏れを防ぐためのシールリングが知られている。シールリングの機能的に重要な外周面にゲート痕が残ることを防止するため、キャビティへの樹脂の供給を、サブマリンゲートを利用してキャビティの側壁面に連通するガイド孔を経て行なう射出成形装置（特許文献１参照）などがある。

しかしながら、上記特許文献４の成形金型は、ランナを円滑に金型から抜き出すことはできるが、ゲート痕のバリ発生を防止することが困難である。さらに、無機質系の増量材や補強材を多量に配合した樹脂材料を用いた場合では、スリット部分でランナが破断しランナを円滑に金型から抜き出すことは困難である。
また、上記特許文献５の成形金型は、コールドスラッグの混入は防止できるがゲート痕のバリ発生を防止するものではなく、金型構造も複雑になる。さらに、圧縮空気の吹き付けによって金型の一部が冷却されキャビティに温度ムラが生じるため、成形サイクルを遅らせる必要がある。
また、上記特許文献３の成形金型は、ゲート痕のバリ発生を防止することが期待できるが、金型の製造工程が複雑となり、ゲートが小さくなる小型成形品や精密成形品には採用が困難である。
また、上記特許文献２の成形金型は、汎用プラスチックにはゲート痕のバリ発生を防止可能であるが、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）を用いた場合では、ゲート痕のバリ発生を防止することが困難になる。エンプラを用いた場合では、さらにランナを円滑に金型から抜出すことが困難でありランナの破損が生じる恐れがある。
また、上記特許文献１の射出成形装置では、シールリングにゲート痕を生じることはないが、コールドスラッグの混入は避けられない。また、成形金型および射出成形装置に特別な装置を取り付けなければならない。
特開平９−９４８５１号公報（段落［００３５］）実開平５−３５２４１号公報（段落［００１９］）実公平３−４６８９５号公報（４頁、右欄２７〜３８行目）特開平９−１９３１６９号公報（段落［００２０］）実公平１−１０１８９号公報（実用新案登録請求の範囲）

本発明が解決しようとする問題点は、サブマリンゲートを用いたエンジニアリングプラスチックの射出成形において、ゲート痕にバリが生じる、ゲートが詰まるなどの点である。本発明はこれらの問題点を解消した射出成形金型、該金型を用いたシールリングの製造方法およびシールリングを提供することを目的とする。

本発明の射出成形金型は、耐熱温度１１０℃以上で、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の合成樹脂を射出成形するときに用いる射出成形金型であって、固定側型板と、この固定側型板に衝合してキャビティを形成する可動側型板と、キャビティに連結されるサブマリンゲートとを備え、上記サブマリンゲートは抜き勾配の無い円柱形状であり、サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、かつ上記キャビティの該サブマリンゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜していることを特徴とする。
また、上記合成樹脂は、ベース樹脂より硬い充填材が５容量％以上含まれる合成樹脂組成物であることを特徴とする。

本発明のシールリングの製造方法は、固定側型板と可動側型板とを衝合してキャビティを形成する型閉じ工程と、キャビティに連結されるサブマリンゲートより該キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する樹脂充填工程と、成形後、成形品を突き出す成形品突き出し工程とを備えてなるシールリングの製造方法であって、上記シールリングは耐熱温度１１０℃以上で、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の合成樹脂からなり、上記サブマリンゲートは抜き勾配の無い円柱形状であり、サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、かつ上記キャビティの該サブマリンゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜しており、上記成形品突き出し工程においてサブマリンゲート部分の樹脂が、キャビティのサブマリンゲート連結面で成形品と切断されることを特徴とする。

本発明の樹脂製シールリングは射出成形によって製造され、該射出成形の工程は、固定側型板と可動側型板とを衝合してキャビティを形成する型閉じ工程と、キャビティに連結されるサブマリンゲートより該キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する樹脂充填工程と、成形後、成形品を突き出す成形品突き出し工程とを備えてなり、上記サブマリンゲートは円柱形状であり、サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、上記成形品突き出し工程においてサブマリンゲート部分の樹脂が、キャビティのサブマリンゲート連結面で成形品と切断されることを特徴とする。

本発明の射出成形金型は、耐熱温度１１０℃以上の合成樹脂を射出成形するときに用いる射出成形金型であって、固定側型板と、この固定側型板に衝合してキャビティを形成する可動側型板と、キャビティに連結されるサブマリンゲートとを備え、上記サブマリンゲートは円柱形状であり、サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さいので、エンプラを用いた場合でも成形品の突き出し時において、連結面以外での樹脂の破断が起こりにくくゲート痕にバリが発生しない。そのため、成形品へのコールドスラッグの混入を防止できる。
また、上記サブマリンゲートはキャビティのサブマリンゲート連結面に対して５〜２０°傾斜しているので、成形品突き出し時のゲート部分の樹脂抜きが強引な無理抜きとならず、該部分で樹脂が破断することを防止できる。また、ゲート部分の摩耗が少なく、金型の寿命低下を抑制できる。
また合成樹脂は、ベース樹脂より硬い充填材が５容量％以上含まれる合成樹脂組成物を用いた場合でも、金型寿命の低下を抑制できる。
また合成樹脂は、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の合成樹脂を用いた場合でも、連結面以外での樹脂の破断が起こりにくい。

本発明のシールリングの製造方法は、固定側型板と可動側型板とを衝合してキャビティを形成する型閉じ工程と、キャビティに連結されるサブマリンゲートより該キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する樹脂充填工程と、成形後、成形品を突き出す成形品突き出し工程とを備えてなるシールリングの製造方法であって、上記サブマリンゲートは円柱形状であり、サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、上記成形品突き出し工程においてサブマリンゲート部分の樹脂が、キャビティのサブマリンゲート連結面で成形品と切断されるので、成形品の突き出し時において、連結面以外での樹脂の破断が起こりにくくゲート痕にバリが発生しない。そのため、成形品へのコールドスラッグの混入を防止できる。

本発明の樹脂製シールリングは、上記金型を用いた方法により製造されたシールリングであるので、ゲート痕にバリがなく、また、コールドスラッグの混入などもないため製造工程が簡略化できるとともに、品質が安定する。

本発明の射出成形金型を図１を参照して説明する。図１は、射出成形金型のキャビティ周辺断面図を示す。
射出成形金型１は、固定側型板２と、この固定側型板２と衝合してキャビティ４を形成する可動側型板３と、キャビティ４に連結される円柱形状のサブマリンゲート７（以下単に「ゲート７」と称す）とを備えてなる。また、固定側型板２にはスプルー５およびランナ６の一部が、可動側型板３にはランナ６の他部とが設けられており、図１に示す型閉じ時において、スプルー５、スプルー５に連結されたランナ６、およびこのランナ６に連結されたゲート７とで成形材料の通路を形成している。また、４ａはシールリングの外周面の形成面であり、４ｂはシールリングの内周面の形成面である。ゲート７はシールリングの内周形成面４ｂに傾斜して連結されている。
可動側型板３には、成形された製品を取り出すための突き出しピン８が設けられている。また突き出しピン８は、成形品突き出しと同時に、ゲート７部分の樹脂をキャビティ４内の成形品から切断するため、スプルー５、ランナ６およびゲート７で構成される成形材料通路部分の樹脂を突き出せる位置にも設けられている。

ランナ６は、スプルー５からの成形材料をゲート７を介してキャビティ４に流入させることができる形状で、かつ成形品突き出し時にサブマリンゲートであるゲート７とともに型板から突き出せる形状であればよい。例えば、図１に示すように固定側型板２および可動側型板３のそれぞれに、ランナ用凹部の一部を形成して両型板の衝合により形成されるもの、または、一方の型板にランナ用凹部を形成して両型板の衝合により形成されるものなどがある。

図２を参照してキャビティ４とゲート７との連結部形状について説明する。図２（ａ）は、図１におけるＡ部拡大図を、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ方向矢視図をそれぞれ示す。
円柱形状のゲート７は、シールリングの内周形成面４ｂに傾斜して連結されている。なお、成形品がシールリングではない場合のゲート７の位置は、キャビティにおける成形品の外周面または内周面の任意の位置とすることができる。
ここで、円柱形状ゲート７のキャビティ４へのくい込み程度、すなわち図中上下方向における位置、および、シールリングの内周形成面４ｂに対するゲート７の傾斜角度αは、キャビティ４とゲート７との連結幅Ｗ₁（ゲート口横幅）が、ゲート７の円柱径Ｗ₂よりも小さくなる位置および角度であればよい。
傾斜角度αは、５〜２０°とすることが好ましい。この範囲とすることにより、成形品突き出し時において、ゲート口が鋭利な刃物の役割を持ち、ゲート痕にバリを発生することなく円滑なゲートカットが行なわれる。
図２（ｂ）に示すように、ゲート口７ａは平面で見て略三角形状である。図中左垂直辺の幅Ｗ₃は、ゲート７の円柱底面７ｃとキャビティ４の下端面４ｂとの連結幅であるため、ゲート７の円柱径Ｗ₂以下となる。

ゲート口７ａの面積Ｓ₁と、ゲート円柱断面７ｂの面積Ｓ₂とを比較する。キャビティ４とゲート７との連結幅Ｗ₁が、ゲート７の円柱径Ｗ₂よりも小さい、および、幅Ｗ₃がゲート７の円柱径Ｗ₂以下であることを考慮すると、両面積の関係は以下の式（４）に示すようになる。なお、ゲート口７ａの面積Ｓ₁は、該ゲート口が略三角形であるとして計算した。

ゲート７の形状が円柱形状であるので、ゲートカット時においてランナを破損することなく円滑に金型から抜出すことができる。また、上記ゲートの傾斜角度α５〜２０°と相まって、成形品突き出し時においてゲート７部分の樹脂の取出しが強引な無理抜きとならず、該部分で樹脂が破断することを防止できる。
ゲート７の形状を円柱形状とし、該ゲート７とキャビティ４との連結部断面におけるその連結幅をゲート７の円柱径よりも小さくすることにより、ゲート口７ａの面積Ｓ₁が、ゲート円柱断面７ｂの面積Ｓ₂よりも小さくなる。このため、成形品突き出し時おいて、連結面であるゲート口７ａにおいて樹脂が切断されやすくなり、上記したゲートの傾斜角度α５〜２０°と相まって、ゲート口で製品とゲートとが円滑に分断されるとともにコールドスラッグが混入するなどの問題が発生しにくい。また、ゲート７部分の摩耗が少なく、金型の寿命低下を抑制できる。

次に、本発明の射出成形金型を用いたシールリングの製造方法を図３を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、射出成形によるシールリングの製造工程を示す図である。
（１）型閉じ工程：固定側型板２と可動側型板３とを衝合し、シールリング状のキャビティ４を形成する。また、スプルー５、ランナ６およびゲート７により溶融樹脂材料の通路１０を形成する（図３（ａ））
（２）樹脂充填工程：成形用溶融樹脂９を通路１０を通してゲート口７ａよりキャビティ４内に射出充填する（図３（ｂ））。
（３）型開き工程：保圧工程、冷却工程を経てキャビティ４内、および通路１０内の樹脂９が硬化した後、可動側型板３を図中左方向に後退させて金型を開放する（図３（ｃ））。
（４）成形品突き出し工程：突き出しピン８を図中右方向に移動し、樹脂９が硬化した成形品１１を突き出してキャビティ４から排出する（図３（ｄ））。ここで、突き出しピン８により通路１０内の硬化した硬化樹脂１２も突き出す。硬化樹脂１２の端部１２ａが突き出しピンにより突き出され、これに附随して硬化樹脂１２のランナ６およびゲート７部分も突き出される。硬化樹脂１２はこの突き出し時に、ゲート口７ａ、すなわちキャビティ４のゲート７連結面で成形品１１と切断される。
なお、型板および突き出しピンの移動は図示されていない油圧シリンダ等の駆動手段により行なう。

本発明に用いる樹脂材料は、耐熱温度１１０℃以上の合成樹脂である。このような合成樹脂は一般的にはエンジニアリングプラスチック（エンプラ）と呼ばれている。エンプラは汎用プラスチックに比べて高い耐熱性と機械特性を有し、その特性を生かし寸法精度の厳しい精密成形品や高耐熱性を要求される機能部品に採用されることが多い。
エンプラは、耐熱温度が１１０〜１５０℃のものを汎用エンプラと呼び、それ以上のものをスーパーエンプラと呼んでいる。スーパーエンプラの具体例としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、芳香族ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂などの芳香族ポリイミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂などの芳香族系ポリエステル樹脂、４６ナイロン、９Ｔナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂などのポリシアノアリールエーテル樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などの芳香族ポリエーテルケトン系樹脂などが挙げられる。
エンプラの中でもスーパーエンプラは、ガラス繊維や炭素繊維、あるいは鉱物性ウィスカを配合して強化し、各種機能部品に用いられる場合が多いが、このような補強材は樹脂よりも硬くゲートカットの際は金型にダメージが加わり、金型寿命が短くなる原因になる。しかし、本願金型のサブマリンゲートは、該サブマリンゲートとキャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、かつキャビティの該サブマリンゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜しているので、図４（ａ）に示すように、ゲート口７ａを通過する繊維状補強材９ａがゲート口７ａに対して立った状態になり、図４（ｂ）に示す従来のものと比較して繊維の切断面積が小さく、そのため金型の寿命低下を抑制できる。

また、ゲート７がキャビティのゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜しているため、成形品突き出し工程において、ゲート７部分の樹脂抜きが強引な無理抜きとならず、該部分で樹脂が破断することを防止できる。
また、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の機械特性を有するエンプラは、従来のサブマリンゲートを用いて成形した場合、特にゲート痕にバリが目立ち、コールドスラッグの混入も著しかったが、本発明の金型の使用によって解消された。

上記方法により製造された樹脂製シールリングは、ゲート痕にバリがなく、また、コールドスラッグの混入などもないためシール性、耐熱性、摺動性などに優れる。また製品品質の均一性に優れる。

本発明の射出成形金型は、サブマリンゲートの形状を、先細り形状ではなく、円柱形状とし、これを傾斜させてキャビティと連結させていることから、十分な樹脂材料通路径およびゲート口面積を確保できる。この結果、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の機械特性を有するスーパーエンプラを用いる場合でも、樹脂詰まりが起こらず好適に利用できる。また、ガラス繊維などの繊維状補強材を配合した樹脂を用いる場合でも、ゲート部分での樹脂の破断や、該部分での金型の摩耗を抑制できる。

実施例
外形３２ｍｍ、内径２８ｍｍ、幅２ｍｍのシールリングを本発明の金型を用いて１００ショット射出成形した。成形材料として、炭素繊維１５重量％、ＰＴＦＥ樹脂１０重量％を配合したＰＥＥＫ樹脂組成物を使用した。
射出成形した１００個のシールリングに対して、外観調査を行ないバリ、コールドスラッグなどが発生しているシールリングの個数を調べた。結果を表１に示す。なお、ゲート痕は図２（ｂ）に示すように略三角形であった。

比較例
実施例と同様の形状（外径３２ｍｍ、内径２８ｍｍ、幅２ｍｍ）のシールリングを、図４に示す従来の先細り形状のサブマリンゲートを備えた金型を用いて１００ショット射出成形した。成形材料は実施例と同じＰＥＥＫ樹脂組成物を使用した。
射出成形した１００個のシールリングに対して、外観調査を行ないバリ、コールドスラッグなどが発生しているシールリングの個数を調べた。結果を表１に示す。

比較例では、のべ７１個にバリ、コールドスラッグなどの発生が見られたのに対し、本発明の射出成形金型を用いて製造したシールリングではバリ、コールドスラッグなどの発生は認められずすべてが良好であった。

本発明の射出成形金型は、サブマリンゲートを備えた射出成形用金型であって、その成形品にゲート痕でのバリ発生、コールドスラッグ混入などが起こらないので、種々の精密成形品の製造に利用できる。また、その成形材料として、ゲート痕でのバリの発生、コールドスラッグ混入が著しいスーパーエンプラに好適に利用できる。

本発明の一実施例に係る射出成形金型のキャビティ周辺断面図である。図１におけるＡ部拡大図である。本発明のシールリングの製造工程を示す図である。ゲート口近傍における繊維状補強材の配向状態を示す図である。従来のサブマリンゲートを示すゲート周辺断面図である。

符号の説明

１射出成形金型
２固定側型板
３可動側型板
４キャビティ
５スプルー
６ランナ
７サブマリンゲート
８突き出しピン
９溶融樹脂
１０樹脂通路
１１成形品
１２硬化樹脂

Claims

耐熱温度１１０℃以上で、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の合成樹脂を射出成形するときに用いる射出成形金型であって、
前記射出成形金型は、固定側型板と、この固定側型板に衝合してキャビティを形成する可動側型板と、前記キャビティに連結されるサブマリンゲートとを備え、
前記サブマリンゲートは抜き勾配の無い円柱形状であり、該サブマリンゲートと前記キャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、かつ前記キャビティの該サブマリンゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜していることを特徴とする射出成形金型。
前記合成樹脂は、ベース樹脂より硬い充填材が５容量％以上含まれる合成樹脂組成物であることを特徴とする請求項１記載の射出成形金型。
固定側型板と可動側型板とを衝合してキャビティを形成する型閉じ工程と、前記キャビティに連結されるサブマリンゲートより該キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する樹脂充填工程と、成形後、成形品を突き出す成形品突き出し工程とを備えてなるシールリングの製造方法であって、
前記シールリングは耐熱温度１１０℃以上で、引張強度５０Ｍｐａ以上、引張伸び２０％以下の合成樹脂からなり、
前記サブマリンゲートは抜き勾配の無い円柱形状であり、該サブマリンゲートと前記キャビティとの連結部断面におけるその連結幅がゲート円柱径よりも小さく、かつ前記キャビティの該サブマリンゲート連結面に対して角度５〜２０°傾斜しており、
前記成形品突き出し工程において前記サブマリンゲート部分の樹脂が、該キャビティの該サブマリンゲート連結面で成形品と切断されることを特徴とするシールリングの製造方法。