JP4427390B2 - 射出成形用金型、および射出成形部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材料の成形加工に用いられる射出成形用金型等に係り、より詳しくは、型内ゲートカットを行う射出成形用金型等に関する。

従来、各種樹脂材料の成形加工では、金型内のキャビティに射出された樹脂について、その樹脂のゲート部分に対して金型内にて切断を行う型内ゲートカットが行われている。この型内ゲートカットによれば、型開きにて金型から固化した樹脂を取り出した際に、成形製品部分とゲート部分などの不要な樹脂部分とが既に分離されており、型開きをして固化した樹脂を取り出した後にゲートカット作業を行う必要がない。また、樹脂が完全に固化する前にゲートカットを行うことが可能であり、切断面がなめらかで切断面の後加工も必要としないという利点がある。

図４(ａ)〜(ｃ)は、公報記載の従来技術(例えば、特許文献１参照)における射出成形用金型の例を示した図である。図４(ａ)は射出成形用金型によるゲートカット前の状態を示し、図４(ｂ)は射出成形用金型によるゲートカット後の状態を示している。また、図４(ｃ)は、図４(ａ)に示す射出成形用金型により得られた成形品等の形状を示している。図４(ａ)に示す射出成形用金型は、固定側金型２００の対向面側に可動側金型２０１が設けられ、製品形状を画成するキャビティ２０２と、キャビティ２０２内に樹脂を導入するサイドゲート２０３と、樹脂の流路となるランナ２０４とが形成されている。また、樹脂溜まり２０５と、傾斜面２０６とが固定側金型２００に形成され、サイドゲート２０３の位置にて樹脂を切断するための加圧ピン２０７が設けられている。この加圧ピン２０７をサイドゲート２０３内に突出させることで、図４(ｂ)に示すように、加圧ピン２０７によりキャビティ２０２内の樹脂とゲート側とが切断される。その結果、図４(ｃ)に示すような成形品２１０とスプルランナ部の樹脂２１１とが完全に分離された状態で金型から取り出される。

特開平７−５２２０５号公報(第３頁、図１〜図３)

ここで、今まで型内ゲートカットを行う一般的な方法としては、角ピンによるゲート圧縮や、カットピンの刃先を用いたものがあった。しかし、前者である角ピンによるゲート圧縮では、製品部にゲートを圧縮して行う方法であり、カット圧縮ピンの先端が摩耗してバリが発生し易くなる。また、後者であるカットピンの刃先を用いた方法では、カットピンを突き当てにして切断することから、ピンが折れて変形し易く、またカット時に薄皮が残り調整が難しくなる。

図４に示す特許文献１も、これらのゲートカット方法の何れかと同一の分類と言えるが、この特許文献１の技術では、加圧ピン２０７で樹脂材料を圧縮してキャビティ２０２と樹脂溜まり２０５とを切断している。しかしながら、基本的には樹脂材料の体積は変わらないことから、樹脂材料は何れかに動くこととなる。この樹脂材料が動くと、動いた部分がバリとして残ってしまう。出願人等は、この図４に示す技術を用いて実験を繰り返した。その結果、何とかバリが残らないような最適値を得ることまでは可能であったが、かかる場合でも数１０μｍの膜でキャビティ２０２と樹脂溜まり２０５とが繋がってしまい、好ましい成形品を得ることができなかった。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、型内ゲートカットにより成形品を得るに際して、バリの発生やカット時の薄皮の残りを抑制することにある。
また他の目的は、型内ゲートカットにより成形品を得るに際して、良好な切断面を得ることにある。
更に他の目的は、剪断によるゲートカットを行った際に、切り取られたゲートの切れ端を良好に処理することにある。

かかる目的のもと、本発明によるゲートカット方法は、カットピンである角ピンの中に穴をあけ、ゲート部を形成した。そして、保圧終了後にカットピンを型内で移動させ、製品からゲート部の樹脂を切り離すように構成している。これによって、ゲートカットを行う際にピンが折れやすく変形する問題を抑制でき、また、カット時に薄皮が残るなどのトラブルを抑制することができる。即ち、本発明が適用される射出成形用金型は、樹脂流入側であるランナと製品形状を画成する製品部とを含む射出成形用のキャビティを形成する金型と、所定の厚さを有し、金型内にてスライドすることでキャビティの製品部をサイドゲート位置で切断するカットピンとを備え、このカットピンは、ランナから製品部へ樹脂を流入させるゲート部を形成するとともに、このゲート部の体積を維持したままカットピンの厚さでゲート部を切り離すことで、製品部をサイドゲート位置で切断し、この金型は、ランナのカットピンのスライド面に向けてランナの一部が太くなるように形成されるとともに製品部を切断する際のカットピンのスライドする方向にてゲート部の樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりを備え、このカットピンは、製品部から切り離された樹脂を、湯だまりの位置に移動させることを特徴としている。

このように、この金型は、キャビティのランナ側にて、カットピンのスライド面に向けて開口された湯だまりを備え、このカットピンは、製品部から切り離された樹脂を湯だまりの位置に移動させることを特徴とすれば、カットピンの中に入った樹脂をランナに付けて排出することが可能となり、切り離されたゲート部分の樹脂(ゲート樹脂)の処分が容易となる点で好ましい。

一方、本発明が適用される射出成形用金型は、固定側金型と、この固定側金型に接離自在に設けられ、この固定側金型とともに射出成形用のキャビティを形成する可動側金型と、キャビティ内の樹脂の流入側であるランナとキャビティ内にて製品形状を画成する製品部との間に設けられ樹脂を流入する方向に対して交差する方向に伸びた面を有し、この面の中間部に穴をあけてランナから製品部へ樹脂を流入させるゲートを有するカットピンとを備え、この固定側金型には、カットピンの交差する方向に伸びた面に向けてランナの一部が太くなるように形成されるとともにこの製品部を切断する際のカットピンの移動する方向にてゲートの樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりが設けられ、このカットピンは、ゲートの位置を交差する方向の湯だまりの位置に移動させることで製品部を分離することを特徴としている。

ここで、このカットピンに形成されるゲートには、製品部側からランナ側に向けて穴寸法が徐々に広くなる抜き勾配が設けられていることを特徴とすれば、製品部から切り離された樹脂(ゲート樹脂)をランナ側に溶着し易くすると共に、カットピンの中にゲート樹脂が取り残されることがない点で優れている。尚、「面の中間部」とは、完全な真ん中という意味ではなく、面の端部に対する中間という程度の意味を含む。

更に他の観点から捉えると、本発明は、金型を用いて樹脂製品を生成する射出成形部品の製造方法であって、金型のキャビティ内に樹脂を充填する充填工程と、充填される樹脂が半溶融状態にて、キャビティ内の樹脂の流入側であるランナからキャビティ内に設けられる製品部に対して樹脂を流入する経路であるゲートが穴あけされたカットピンをスライドさせ、このランナのカットピンのスライド面に向けてランナの一部が太くなるように形成されるとともにこの製品部を切断する際のカットピンのスライドする方向にてゲートの樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりにゲートに充填された樹脂を移動させて、製品部を分離する分離工程と、このゲートに充填された樹脂を湯だまり部分に溶着させた後、ゲートに充填された樹脂をランナとともに取り除く工程とを含む。

本発明によれば、型内ゲートカットにより成形品を得るに際して、バリの発生やカット時の薄皮の残りを抑制することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１(ａ)〜(ｃ)は、本実施の形態が適用されるゲートカット金型の構成を示した図である。図１(ａ)はゲートカット金型の全体構成図を示している。図１(ａ)に示すように、本実施の形態が適用されるゲートカット金型は、例えば射出成形機の固定プラテンに取り付けられる固定側金型１１と、この固定側金型１１に対向する位置に設けられ例えば射出成形機の可動プラテンに設けられる可動側金型１２と、樹脂を切断するためのカットピン２０とが設けられている。この可動側金型１２は、固定側金型１１に接離自在に設けられている。また、この固定側金型１１と可動側金型１２とによって、樹脂を充填するための空間であるキャビティ３０が形成される。このキャビティ３０は、製品形状が画成される製品部３１と、製品部３１に対して充填される樹脂の流路となるランナ３２が形成される。このランナ３２の固定側金型１１側には、樹脂を溶着し易くするために幅広の凹状に削られた湯だまり３３が設けられている。

更に、樹脂の注入時におけるランナ３２と製品部３１とは、カットピン２０に開けられた穴で形成されるゲート部２２によって連結されている。より詳しくは、カットピン２０は、キャビティ３０内の樹脂の流入側であるランナ３２と、キャビティ３０内にて製品形状を画成する製品部３１との間に設けられ、樹脂を流入する方向に対して交差する方向に伸びた面を有している。そして、このカットピン２０は、この面の中間部に穴をあけてゲート部２２を形成している。このカットピン２０を面の伸びる方向(図の上方向)にスライドさせることで、製品部３１をサイドゲート位置３１ａで切断することができる。

図１(ｂ)はゲートカット金型に用いられるカットピン２０を示しており、図１(ｃ)は図１(ｂ)に示すカットピン２０のＣ-Ｃ断面を示している。カットピン２０は、本体が角ピンで形成されており、この本体にはゲート部２２となる穴が空けられている。図１(ｃ)に示すように、ゲート部２２には、Ｒ形状の抜き勾配２３が設けられており、ゲート部２２に形成される樹脂をカットピン２０から排出し易くなるように構成されている。このカットピン２０の寸法は、例えば、幅３ｍｍ、厚さ０.６ｍｍ程度である。このように、カットピン２０は所定の厚さを有し、この厚さでゲート部２２を切り離すように作用している。また、ゲート部２２の大きさは、幅１.５ｍｍ、最も開口の大きなところで高さ０.８ｍｍ、小さなところで高さ０.５ｍｍ程度であり、抜き勾配２３のＲ形状は、Ｒ＝０.５ｍｍ程度である。このように、ゲート部２２は、キャビティ３０の製品部３１側からランナ３２側に向けて穴寸法が徐々に広くなる抜き勾配２３が設けられている。尚、このカットピン２０に空けられるゲート部２２は、例えば放電加工によって形成される。

図２(ａ)〜(ｃ)は、ゲート部分の切断前と切断後のゲートカット金型の状態を説明するための図である。この図２(ａ)〜(ｃ)を用いて、金型の作用について説明する。尚、以下に説明する金型の作用は、射出成形用金型を用いて射出成形部品を製造する方法にも該当する。
まず、射出成形機の型締め装置を用いて、可動型金型１２が固定型金型１１に押圧され、金型の型締めが行われる。このとき、図２(ａ)に示すように、ランナ３２と製品部３１との間はゲート部２２で連結された状態にある。次の工程では、加熱シリンダ内で溶融された樹脂が金型内に射出され、ランナ３２およびゲート部２２を介して製品部３１に樹脂が充填される。充填される樹脂は、ゲート部２２の開口の大きな部分(例えば高さ０.８ｍｍの部分)から流入して、製品部３１に充填される。そして、更に製品部３１に樹脂が押し込まれ、樹脂圧力を上昇させ、保圧される。

この保圧終了後、基本的には冷却前の半溶融状態にて、図２(ｂ)に示すように、型内でカットピン２０を図の矢印方向(図の上方向)にスライドさせる。製品部３１は、カットピン２０の移動によって、ゲート部２２の開口の小さな部分(例えば高さ０.５ｍｍの部分)、即ちサイドゲート位置３１ａにて切断される。カットピン２０の移動によりゲート部２２の開口の大きな部分がランナ３２の湯だまり３３の部分に位置し、図２(ｂ)に示すような状態にてカットピン２０が停止する。このカットピン２０の移動によって、製品部３１はカットピン２０のゲート部２２と完全に分離される。この状態にて一定時間が経過した後、固定型金型１１と可動型金型１２とが分離され、製品が取り出され、またランナ３２を図の右方向に移動することで、ゲート部２２内の樹脂が引き抜かれる。その後、カットピン２０が図の矢印方向と反対方向に動いて戻る。このようにして、本実施の形態では、ゲート部２２の体積を維持したまま、カットピン２０の厚さでゲート部２２が製品部３１から切り離される。

図２(ｃ)には、成形された製品と、取り出されたランナ樹脂とが示されている。取り出されたランナ樹脂には、カットされたゲート(ゲート樹脂)が溶着部にて溶着し、溶着されたゲート樹脂がランナ樹脂と一体化している。図１(ｃ)に示す抜き勾配２３のＲは、カットされたゲート樹脂を溶着し易くするために有効である。また、ランナ樹脂と一体となってゲート樹脂をカットピン２０から排出し易くするためにも抜き勾配２３のＲは意味がある。更に、本実施の形態では、ランナ３２の一部を太くして湯だまり３３を設けていることから、ゲート樹脂がランナ樹脂に溶着し易くなり、溶着させることでゲートカット後にゲート樹脂を別に処分する必要がない。また更に、本実施の形態では、上述のようにゲート部２２の体積を維持したまま、カットピン２０の厚さでゲート部２２が製品部３１から切り離されている。このゲート部２２の体積を維持するということは、ほぼ、「ゲート樹脂の体積をそのまま維持すること」と言える。厳密に言うとゲート樹脂の体積は微妙に変化するが、かかる微妙な変化は誤差として考え、「ゲート樹脂の体積をそのまま維持すること」が本実施形態の思想に近いものである。

尚、発明者等は、各種樹脂材料を用いて、本実施の形態における効果を確認した。実験に用いた材料は、ＰＯＭ(ポリアセタール)、ＰＡ(ポリアミド)、ＰＣ(ポリカーボネート)、エラストマー、ＰＰＥ(ポリフェニレンエーテル)、ＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)、ガラス３０％ＰＣ、ＡＢＳ(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート)である。
これらの鋭利検討の結果として、材料によっては、カットピン２０の突き出しの遅延によってカットピン２０の中のゲート部２２に樹脂が残る場合が見られた。また、製品部の切断面に切断凸部が生じたり、カット面がちぎれる感じになる場合や、カット面がダレ気味になる場合等があった。実験の結果、例えば流動性の良い材料はバリが出やすい等の問題が生じることが発見された。好ましい材料としてはＡＢＳ、ＰＢＴ等が挙げられる。他の材料に対しても切断条件などを工夫することによって良好な結果を得ることが可能となる。尚、全体的に、突き出しの速度が速い方が良好なカット面を得ることができる。しかし、早すぎると樹脂が引き伸ばされる状態となり、ダレが大きく発生する。そのために、材料に応じて適度な突き出し速度を選定することが好ましい。突き出し速度としては、例えば０.８秒〜１.１秒等を選択することできる。

図３は、型内ゲートカットにおける可動側の全体構成を示した図である。図３に示す型内ゲートカット金型は、図の左側に示す３ｍｍの飛び出し部分が固定側金型１１に飛び込むように構成されている。そして、ゲートカットのためのカットピン２０をスライドさせるためのゲートカットピン１０１、ゲートカットピン１０１を押し出すカットプレート１０２、ゲートカットピン１０１を押し出した後、元に戻すためのコイルスプリング１０３、カットプレート１０２を必要以上に後方(右側)に移動させないための制限スリーブ１０４、万が一、ゲートをカットして設計値以上にスライドさせてしまった場合にゲートカットピン１０１を保護するためのＧＣ用リターンピン１０５を備えている。図３に示す型内ゲートカット金型では、カットプレート１０２を動作させて、約１ｍｍのカットストロークを確保し、型内のゲートカットを可能にしている。

以上詳述したように、本実施の形態によれば、型内ゲートカットにより成形品を得るに際して、バリの発生やカット時の薄皮の残りを抑制することが可能となる。ここで、本実施の形態では、移動するカットピン２０自身に穴をあけ、溶融樹脂の流路であるゲート部２２を形成している。また、カットピン２０の平行移動によって、カットピンの厚さを利用して、カットピン２０に形成されるゲート部２２の穴部分に充填されている樹脂部分(ゲート樹脂)も移動させ、このゲート樹脂が製品と分離されるように構成している。このように、本実施の形態によれば、金型内のサイドゲート位置にて、製品をランナ３２から確実に分離することが可能となり、従来のように成形後に成形品を分離する必要がない。また、カットピン２０によってゲート部分を切断した場合であっても、型内における樹脂の体積が変わることがない。その結果、金型や製品には不要な応力が生じさせず、良好なゲートカットが実施できる。更に、カットされたゲートはランナ側に溶着するので、ゲート部分の切削カスなどが生じることがない。

本発明は、型内ゲートカット方式を採用する射出成形用金型や、この射出成形用金型を用いた射出成形部品の製造方法、および/または、かかる製造方法により得られる成形品に利用することができる。

(ａ)〜(ｃ)は、本実施の形態が適用されるゲートカット金型の構成を示した図である。 (ａ)〜(ｃ)は、ゲート部分の切断前と切断後のゲートカット金型の状態を説明するための図である。 型内ゲートカットにおける可動側の全体構成を示した図である。 (ａ)〜(ｃ)は、公報記載の従来技術(例えば、特許文献１参照)における射出成形用金型の例を示した図である。

符号の説明

１１…固定側金型、１２…可動側金型、２０…カットピン、２２…ゲート部、２３…抜き勾配、３０…キャビティ、３１…製品部、３１ａ…サイドゲート位置、３２…ランナ、３３…湯だまり、１０１…ゲートカットピン、１０２…カットプレート

Claims (4)

1. 樹脂流入側であるランナと製品形状を画成する製品部とを含む射出成形用のキャビティを形成する金型と、
   所定の厚さを有し、前記金型内にてスライドすることで前記キャビティの前記製品部をサイドゲート位置で切断するカットピンとを備え、
   前記カットピンは、前記ランナから前記製品部へ樹脂を流入させるゲート部を形成するとともに、当該ゲート部の体積を維持したまま当該カットピンの厚さで当該ゲート部を切り離すことで、当該製品部を前記サイドゲート位置で切断し、
   前記金型は、前記ランナの前記カットピンのスライド面に向けて当該ランナの一部が太くなるように形成されるとともに前記製品部を切断する際の当該カットピンのスライドする方向にて前記ゲート部の樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりを備え、
   前記カットピンは、前記製品部から切り離された樹脂を、前記湯だまりの位置に移動させることを特徴とする射出成形用金型。
2. 固定側金型と、
   前記固定側金型に接離自在に設けられ、当該固定側金型とともに射出成形用のキャビティを形成する可動側金型と、
   前記キャビティ内の樹脂の流入側であるランナと当該キャビティ内にて製品形状を画成する製品部との間に設けられ樹脂を流入する方向に対して交差する方向に伸びた面を有し、当該面の中間部に穴をあけて当該ランナから当該製品部へ樹脂を流入させるゲートを有するカットピンとを備え、
   前記固定側金型には、前記カットピンの前記交差する方向に伸びた面に向けて前記ランナの一部が太くなるように形成されるとともに前記製品部を切断する際の当該カットピンの移動する方向にて前記ゲートの樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりが設けられ、
   前記カットピンは、前記ゲートの位置を前記交差する方向の前記湯だまりの位置に移動させることで前記製品部を分離することを特徴とする射出成形用金型。
3. 前記カットピンに形成される前記ゲートには、前記製品部側から前記ランナ側に向けて穴寸法が徐々に広くなる抜き勾配が設けられていることを特徴とする請求項２記載の射出成形用金型。
4. 金型を用いて樹脂製品を生成する射出成形部品の製造方法であって、
   金型のキャビティ内に樹脂を充填する充填工程と、
   充填される樹脂が半溶融状態にて、前記キャビティ内の樹脂の流入側であるランナから当該キャビティ内に設けられる製品部に対して樹脂を流入する経路であるゲートが穴あけされたカットピンをスライドさせ、当該ランナの当該カットピンのスライド面に向けて当該ランナの一部が太くなるように形成されるとともに前記製品部を切断する際の当該カットピンのスライドする方向にて当該ゲートの樹脂の流入側よりも幅広の凹状に削られて形成される湯だまりに当該ゲートに充填された樹脂を移動させて、当該製品部を分離する分離工程と、
   前記ゲートに充填された樹脂を前記湯だまり部分に溶着させた後、当該ゲートに充填された樹脂を前記ランナとともに取り除く工程と
   を含む射出成形部品の製造方法。

Images