JP4375384B2 - 樹脂成形体製造用金型 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂特に熱可塑性樹脂成形体を製造するための金型に関する。

従来より、開閉可能な雌雄一対からなる金型を使用し、両金型間に供給された溶融状の樹脂を型締により圧縮して合成樹脂成形体を製造することはよく知られている。しかし、このような従来方法においては、図１に示すように、得られるべき合成樹脂成形体の型締方向の平面投影図の外周線部に雌雄両金型の摺動面または当接面が設けられていたために、該摺動面または当接面間に溶融樹脂が入り込むことにより発生するバリが成形品の外周部分に発生していた。そのために、成形体の外周部分に曲線部を設けることができず、また、バリのために作業者が手を切ったり、ライン輸送時に製品が引っかかってトラブルを起こす等の問題が生じ、このような問題を避けるためにバリ取りといった非常に手間
のかかる作業を必要としていた。さらに、成形体に穴明き部分を設けるためには雌型または雄型にピンを立て、そのピンが他方の金型に当たるような構造とするのが通常であるが、従来の金型構造では型締方向と同一方向にしかピンを建てることができず、穴明き部分や穴明きの方向が限定されていた。

このような問題を解決するものとして、一の金型と、この金型に摺動自在な摺動金型と、この摺動金型に噛合する他の金型と、摺動金型に具備された伸縮装置とからなる上下分離型の合成樹脂成形用金型が知られている。（特公平３−１６８９３号）
しかし、このような金型において、摺動金型と他の金型とは伸縮装置により固定されており、この伸縮装置では成形条件や使用する樹脂によっては摺動金型と他の金型との固定が十分でないという問題があった。

特公平３−１６８９３号

このようなことから、本発明者らは、上記金型を改良し、摺動金型と他の金型とを十分に固定し、しかも得られるべき合成樹脂成形体の型締方向の平面投影図の外周線部にバリ等が発生することのない樹脂成形体製造用金型を開発すべく検討の結果、本発明に至った。

本発明は、合成樹脂成形体製造用金型において、一の金型と、この金型の外周面の全部または一部に摺動可能な摺動金型と、パ−ティング面が該摺動金型の外周上面に当接可能な他の金型および、前記摺動金型の外周部と前記他の金型を機械的に結合させる機械的クランプ機構を有し、該機械的クランプが、コの字型のクランプからなり、該クランプの両端部が挿入可能に、他の金型と摺動金型の所定の位置に溝もしくは挿入孔を設けてなる機械的クランプであり、前記摺動金型の摺動方向が一の金型と他の金型との両金型の開閉方向と同一であり、一の金型と摺動金型との摺動面がこの合成樹脂成形体製造用金型により成形される樹脂成形体の金型の開閉方向の平面投影図の外周線よりも内側になるように配されてなることを特徴とする樹脂成形体製造用金型を提供するものである。

本発明の樹脂成形体製造用金型を用いて樹脂成形体を製造すれば、合成樹脂成形体の型締方向の平面投影図の外周線部にバリ等が発生することなく、外観の良好な樹脂成形体が得られる。

以下、図面に基づいて本発明に係る樹脂成形体製造用金型について説明する。図１に本発明の樹脂成形体製造用金型を、上下に開閉する金型の場合についてその例を製造工程とともに断面概略図で示すが、同図に示す金型は金型Ａ（１）と、この金型Ａの外周部に設けられて該金型Ａに自在に摺動可能な摺動金型（２）と、摺動金型に噛合する金型Ｂ（３）とからなっており、成形完了時には金型Ａ（１）の成形面と摺動金型（２）の成形面とでいわゆる上下型の金型における下金型としての成形面を形成するようになっている。金型Ａ（１）と摺動金型（２）の間隙には適当な摺動クリアランス（６）を有する摺動部（５）が存在し、金型Ａ（１）の摺動面（５ａ）と摺動金型（２）の摺動面（５ｂ）とで両金型は自在に摺動可能となっている。

金型Ｂ（３）のパ−ティング面にはくさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）が設けられており、一方、摺動金型（２）の上記パ−ティング面に対向する外周端部は油圧シリンダ−（１４）に接続され、該摺動金型（２）の周縁部には上記くさび柱（７）が嵌め込まれるための貫通孔ないしは溝（１０）が設けられており、更に、上記油圧シリンダ−には摺動金型（２）の周縁部に設けた貫通孔ないしは溝（１０）を通過したくさび柱（７）のくさび孔（７ａ）に嵌合可能なくさび（８）が設けられ、該くさび（８）は水平方向に進退可能となっている。また、摺動金型（２）の下部には伸縮装置（１６）が必要に応じて設けられている。この伸縮装置は型締開始前に摺動金型（２）を所定の位置まで上昇させてキャビティクリアランスを調整する目的で使用されるため、これを設置する場合であっても基本的には摺動金型（２）を上昇させるだけの作用があればよいため、これを設ける場合であってもその先端部は摺動金型（２）に固定させる必要性は必ずしもなく、型締開始時には該伸縮装置のみが摺動金型と切り離されて下方に降下すればよい。もちろん、予め型締開始前の摺動金型の位置が固定されているときは、伸縮装置を設ける必要はない。

以下、このような金型を用いて、該金型の動作を説明しながら樹脂成形体を製造する方法について説明する。図１Ａは成形開始前の金型状態であって、金型Ａ（１）及び摺動金型（２）と金型Ｂ（３）は開放状態にあり、摺動金型（２）と金型Ｂ（３）も分離された状態にある。この時、摺動金型（２）は成形開始時における所定のキャビティクリアランスになる位置まで伸縮装置により押し上げられた状態となっている。この状態で金型Ｂ（３）を下降させて金型を閉じ、金型Ａ（１）の成形面部分を除いて所定の製品形状のキャビティを形成させる。この過程において、金型Ｂ（３）にとりつけたくさび柱（７）が摺動金型（２）の周縁部に設けた貫通孔ないしは溝（１０）を通過し、くさび柱（７）に設けたくさび孔（７ａ）の上端部が摺動金型（２）の下面に位置する状態になったときに、くさび（８）が油圧シリンダ−（１４）の作動によりくさび孔（７ａ）に挿入される。これにより、くさび柱（７）を介して摺動金型（２）と金型Ｂ（３）は強固に機械的に結合、一体化され、あたかも１つの金型形状となる。この間、金型Ａ（１）のキャビティ面は対向する金型Ｂ（３）のキャビティ面と接触しないような適宜の位置に配置されている。

このようにして摺動金型（２）と金型Ｂ（３）が機械的に固定された後、金型Ａ（１）のキャビティ面と金型Ｂ（３）のキャビティ面とのクリアランスが成形完了時のそれよりも広く、所定の型締代を残すように、金型Ａ（１）を上昇または下降させて調整する。もっとも、このキャビティクリアランスの調整は摺動金型（２）と金型Ｂ（３）が機械的に固定される前に行なっていてもよい。また、通常の生産においては上記キャビティクリアランスは一定であるので、そのキャビティクリアランスになる位置まで摺動金型（２）を伸縮装置により金型（１）から押し上げ、摺動金型（２）が金型Ｂ（３）に機械的に固定されたのちに伸縮装置から解除してもよい。（図１Ｂ）

この状態で、所定の位置に設けた溶融樹脂供給口（１１）を通じて、所定量の溶融樹脂（１２）を金型Ａ（１）と金型Ｂ（３）との間に供給する。（図１Ｃ）
溶融樹脂の供給後あるいは供給開始後、任意のタイミングで型締を行なう。（図１Ｄ）
このときの型締は、摺動金型（２）と結合、一体化された金型Ｂ（３）を下降させるか、金型Ａ（１）を上昇させることにより行なわれるが、このときの型締は金型Ａ（１）の摺動面（５ａ）と摺動金型（２）の摺動面（５ｂ）に沿って行なわれる。

型締が完了したのち、キャビティク内の樹脂が冷却固化し、型開きを行なうまでの間に、油圧シリンダ−（１４）を作動させてくさび孔（７ａ）に挿入したくさび（８）を引き抜いて摺動金型（２）と金型Ｂ（３）との結合状態を解除し、金型Ａ（１）と金型Ｂ（３）を開放し（図１Ｅ）、成形体を得る。

このような金型において、図２Ａに示すように金型Ｂ（３）と摺動金型（２）とを固定一体化した際に形成される固定されたキャビティ空間部分を構成する金型Ｂ（３）の部分に、当該部分の成形面を貫通する摺動可能なピン（１５）を設けておき、以下、先と同様の方法で成形することによって、型締方向とは異なった方向で穴のあいた成形品を得ることができる。
この場合には、前記方法に従って金型Ｂ（３）と摺動金型（２）とを固定、一体化した後に、油圧シリンダ−等の適宜の移動手段により摺動可能なピン（１５）を前進させてその先端が摺動金型（２）の成形面に当たるまでキャビティ内に挿入し（図２Ｂ）、その後、前記した方法と同様にして溶融樹脂の供給、型締、冷却を行なえばよい。
尚、挿入された摺動可能なピン（１５）の先端部は前記したように摺動金型（２）の成形面に当接させるのみでもよいが、該ピンが当接する位置の摺動金型（２）の成形面に予め該ピンを受けるためのピン穴を設けておき、該ピンをピン穴に挿入するようにしていてもよい。挿入された摺動可能なピン（１５）は、金型Ｂ（３）と摺動金型（２）とが結合
状態を解かれ、開放される前に後退させて、引き抜かれ、これにより、摺動可能なピン（１５）に相当する部分が穴明き部（２０）となった成形品を得ることができる。

尚、この例では溶融樹脂通路は金型Ａ（１）内に設けているが、金型Ｂ（３）内に設けられていてもよい。また、金型外部より直接キャビティ内に溶融樹脂を供給することが可能な場合には金型内に樹脂通路を設けなくてもよい。

また、この例ではくさび柱（７）を金型Ｂ（３）に設けたが、くさび柱を金型Ｂ（３）に向かって摺動金型（２）の周縁部に設け、金型Ｂ（３）に該くさび柱が挿入可能な孔ないしは切り込みを設けるとともに、挿入されたくさび柱に設けられているくさび孔（７ａ）にくさび（８）が挿入可能な穴を設けて、前記したと同様にして金型Ｂ（３）と摺動金型（２）とを固定、一体化することもできる。

このような金型を用いて成形すれば、金型Ｂ（３）の成形面外周端と摺動金型（２）の成形面外周端とが結合されて目的とする成形品の外周部分に摺動部が存在しないために、該摺動部に起因するバリが成形品の外周部に発生せず、外観の良好な製品を得ることができる。

本発明の金型における機械的クランプ機構は、摺動金型（２）と金型Ｂ（３）を固定、一体化するものであれば特に限定されないが、前記したようなくさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）およびくさび（８）から構成されてなるものが代表的な例の一つである。かかるくさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）およびくさび（８）の具体例を図３に示すが、くさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）は摺動金型（２）と機械的にクランプさせる金型（先の例では金型Ｂ）に一体化されていることが重要であるため、金型自体の構造として金型と一体的になっていてもよいし、予め製造したくさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）をねじ込み等によって金型に取り付けてもよい。

このようなくさび孔（７ａ）を有するくさび柱（７）は摺動金型（２）と金型Ｂ（３）を固定、一体化する目的で使用されるため機械的強度が要求され、型締圧力と使用する本数によって強度計算されて設計されねばならない。また、くさび（８）は上記くさび柱（７）に設けられているくさび孔（７ａ）に緊密に挿入され、また引き抜きを行なわねばならないために、例えばくさびの断面形状が四角であるような場合には、くさび（８）の金型の型締方向に垂直な上もしくは下面（１８）のいずれか一方、またはその両方がある程度のテ−パ−角ａ°を有していることが好ましい。（図３Ａ−Ｃの右側図）
このテ−パ−角ａ°はそれが小さければ挿入しにくく、それが大きすぎると抜け易くなるために３°〜１５°程度にすることが望ましい。

一方、くさび孔（７ａ）に関しては、くさび（８）の挿入、引き抜きが可能であり、くさび（８）を挿入することによって金型の型締方向に対して垂直なくさびの面（１８）がくさび孔の型締方向に対して垂直な方向の面と当接する大きさであれば特に制限はない。
また、くさび孔（７ａ）にはくさび（８）のテ−パ−角に対応して同じテ−パ−角を付けることが好ましい。（図３Ｃ）
くさび（８）の型締方向と同方向の面に関しては、通常くさび孔（７ａ）よりも小さめに設定していることが好ましい。すなわち、くさび（８）をくさび孔（７ａ）に挿入することによって、型締方向に金型Ｂ（３）と摺動金型（２）が遊びなく固定されなければならない。このくさび（８）に関しても先のくさび柱（７）と同様に機械的強度が要求され
、型締圧力、使用する本数、材質などによって十分に強度計算されて設計されねばならない。尚、先の例ではくさび（８）のくさび孔（７ａ）への挿入、引き抜きを油圧シリンダ−で行なう例について述べたが、挿入、引き抜き操作が可能であれば油圧シリンダ−に限られず、いかなる手段であってもよい。

また、摺動金型（２）と金型Ｂ（３）を固定、一体化するための機械的クランプ機構の他の例として、図４に示されるようなコの字型クランプ（９）と摺動金型（２）および金型Ｂ（３）の所定の位置に設けられた溝または挿入孔から構成され、コの字クランプの二つの爪（９ａ、９ｂ）を摺動金型（２）および金型Ｂ（３）の所定の位置に設けられた溝または挿入孔に嵌めることによって、摺動金型（２）および金型Ｂ（３）が固定、一体化されるクランプ機構が挙げられる。

コの字型クランプ（９）を使用する場合、金型Ａ（１）と金型Ｂ（３）が完全に開放状態であって、金型Ｂ（３）と摺動金型（２）固定状態を解除されている状態においては、コの字型クランプ（９）の二つの爪（９ａ、９ｂ）の両方が摺動金型（２）および金型Ｂ（３）に設けられた溝または挿入孔から引き抜かれていてもよいし、どちらか一方の爪が引き抜かれ、他方の爪は上記溝または挿入孔のいずれかに挿入された状態であってもよい。後者の場合には、コの字型クランプ（９）の二つの爪（９ａ、９ｂ）のいずれか一方の爪を長くし、この爪の先端部を例えば金型Ｂ（３）の外周側面に設けた挿入孔に挿入しておき、他方の短い爪はその先端面が金型の開閉時に他な金型の外周端側面に接触しないようにしておけばよい。（図４Ａ）
前者の場合には二つの爪の長さは同一であっても異なっていてもよいが、その長さを変える必要はない。

図４に例示されるような、コの字クランプ（９）の二つの爪（９ａ、９ｂ）の長さが異なり、金型Ｂ（３）に設けたクランプ爪が長さ方向に摺動可能なクランプ爪挿入孔又は溝（１０）に長い爪（９ａ）が嵌め込まれているような場合において（図４Ａ）、金型Ａ（１）と金型Ｂ（３）が閉鎖され、金型Ｂ（３）と摺動金型（２）が固定、一体化される位置になったときに、油圧シリンダ−（１７）などの駆動装置により長い爪（９ａ）を上記の挿入孔又は溝（１０）内に更に押し込みながら、コの字クランプ（９）の短い爪（９ｂ）を摺動金型（２）に設けた挿入孔又は溝（１０）に嵌め込むことによって金型Ｂ（３）と摺動金型（２）とを固定、一体化し（図４Ｂ）、前記と同様の成形操作を行ない、固定状態を解除するときには油圧シリンダ−（１７）によってコの字クランプ（９）を後退させ、短い爪（９ｂ）を初期状態になるまで引き抜けばよい。

このようなコの字クランプ（９）おいても、先のくさび（８）と同様に挿入を容易ならしめるために二つの爪（９ａ、９ｂ）のいずれか一方又は両方にある程度のテ−パ−角ｂ°を設けておくことが好ましく、このテ−パ−角ｂ°も先のくさびの場合と同様にその角度が小さければ挿入し難く、大きければ抜け易くなるために３〜１５°の範囲が好ましい。（図５）
又、このテ−パ−角は、爪の断面が四角形であるような場合には、コの字クランプ（９）の金型の開閉方向に垂直な面の両面であってもよいし、どちらか一方の片面であってもよく、必要あればその全面であってもよい。

溝（１０）に関しては、コの字クランプ（９）の爪（９ａ、９ｂ）の挿入が可能であり、その挿入によってコの字クランプ（９）の型締方向に垂直な方向の面が溝の型締方向に垂直な方向の面に当接する大きさであれば特に制限はない。この溝についても、前記のくさび（８）とくさび孔（７ａ）の場合と同様に、爪に対応したテ−パ−角を設けることが好ましくい。コの字クランプ（９）の爪（９ａ、９ｂ）における金型の開閉方向に平行な面に関しては、溝（１０）よりも小さめに設定していることが好ましい。すなわち、爪（９ａ、９ｂ）を挿入孔又は溝（１０）に嵌め込むことによって、型締方向に金型Ｂ（３）と摺動金型（２）が遊びなく固定されなければならない。もちろん、このようなコの字クランプ（９）を用いる場合も、クランプ自体の強度、挿入孔や溝を設けることによる各金型の強度は十分でなければならず、型締圧力、使用個数、材質等により十分に強度設計されねばならないことは言うまでもない。

このような摺動金型（２）と金型Ｂ（３）を強固に結合、一体化するための機械的クランプ機構（４）は、金型全体のバランスをとるように例えば製品に対して対象の位置に設けるなど通常複数配置され、例えば金型形状が四角のような場合には金型の４コ−ナ−にそれぞれ設けられ、また、できるだけ金型キャビティ面に近い部分に設けたり、型締圧が高いような場合にはその数を増やして各機械的クランプにかかる負荷を小さくすることが好ましい。

本発明における金型は、上記例で示したような金型Ａ（１）が雌型で金型Ｂ（３）が雄型である場合のみならず、金型Ａ（１）が雄型で金型Ｂ（３）が雌型であってもよいし、摺動金型と固定する相手の金型が金型Ａ（１）であってもよいし金型Ｂ（３）であってもよく、また、金型の型締方向も上下方向に限られず左右方向であってもよく、これらの相違は本質的ではない。

本発明における機械的クランプ機構は、特公平３−１６８９３号公報に示されるような従来より公知の伸縮装置と併用してもよい。このような伸縮装置としては、一般的には鋼製ばね、ウレタンスプリング、油圧シリンダ、油圧プレスのクッション等があるが、ガス圧スプリングを使用することが好ましい。特に、本発明でいう機械的クランプ機構とこのような伸縮装置との併用は、一つの金型から多数の製品を製造するための多数個取り金型で成形品と成形品の間に機械的クランプ機構を導入することができない場合には、その導入できない場所に伸縮装置を設けることによって、金型Ｂ（３）と摺動金型（２）等の固定すべき金型間をより強固に固定することができる。

このような本発明の金型を用いて樹脂成形体を製造するに当たり、適用される熱可塑性樹脂としては、一般の射出成形、射出圧縮成形、押出成形、スタンピング成形などで通常使用されているものであれば特に制限なく使用することができ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、アクリル樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテルなどの一般的な熱可塑性樹脂の他、各種熱可塑性エラストマー、これらの混合物あるいはこれらを用いたポリマーアロイなどが挙げられ、本発明でいう熱可塑性樹脂とはこれらのすべてを含むものである。また、これらの樹脂は必要に応じてタルク、ガラス繊維、ワラストナイトなどの充填材を含有していてもよく、もちろん、通常使用される酸化防止剤、紫外線防止剤などの各種の添加剤が含有されていてもよい。

本発明の金型装置を用いて樹脂成形体を製造する製造工程を示す。 本発明の金型装置を用いて樹脂成形体を製造する製造工程を示す。 本発明の金型装置におけるくさびおよび孔の例を示すものである。 本発明の他の実施態様である金型装置の例を示す。 コの字クランプにおける爪の部分を示す。

符号の説明

１：金型Ａ
２：摺動金型
３：金型Ｂ
４：機械的クランプ機構
５：摺動部
（５ａ）：金型Ａの摺動面
（５ｂ）：摺動金型の摺動面
６：摺動クリアランス
７：くさび柱
（７ａ）：くさび孔
８：くさび
９：コの字クランプ
（９ａ）：クランプ爪
（９ｂ）：クランプ爪
１０：挿入孔又は溝
１１：溶融樹脂通路
１２：溶融樹脂
１３：樹脂成形体
１４：油圧シリンダ−
１５：ピン
１６：伸縮装置
１７：油圧シリンダ−
１８：くさびの型締方向に垂直な面
１９：くさびの型締方向と同方向の面
２０：穴あき部

Claims (2)

1. 合成樹脂成形体製造用金型において、一の金型と、この金型の外周面の全部または一部に摺動可能な摺動金型と、パ−ティング面が該摺動金型の外周上面に当接可能な他の金型および、前記摺動金型の外周部と前記他の金型を機械的に結合させる機械的クランプ機構を有し、該機械的クランプが、コの字型のクランプからなり、該クランプの両端部が挿入可能に、他の金型と摺動金型の所定の位置に溝もしくは挿入孔を設けてなる機械的クランプであり、前記摺動金型の摺動方向が一の金型と他の金型との両金型の開閉方向と同一であり、一の金型と摺動金型との摺動面がこの合成樹脂成形体製造用金型により成形される樹脂成形体の金型の開閉方向の平面投影図の外周線よりも内側になるように配されてなることを特徴とする樹脂成形体製造用金型。
2. 溶融状熱可塑性樹脂を金型間に供給するための金型面に開口する溶融樹脂通路を一の金型内または他の金型内に有してなる請求項１に記載の樹脂成形体製造用金型。

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