JP4810106B2 - 射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形品を成形するために用いられる射出成形用金型に関する。

射出成形用金型のキャビティに溶融した樹脂を射出することによって樹脂成形品を成形する射出成形技術が普及している。射出成形技術では、キャビティに射出した溶融樹脂が凝固するのを待って、樹脂成形品を射出成形用金型から取り出す。
樹脂は凝固するときに収縮する。樹脂が収縮すると、樹脂成形品がキャビティ面から剥がれてしまう。樹脂成形品がキャビティ面から剥がれてしまうと、樹脂成形品を意図した形状に仕上げることができない。
多くの樹脂成形品には、意図した形状に仕上げる必要がある面（意匠面又は表面）と、その裏側であって仕上がりが悪いことが許容される面（裏面）がある。特許文献１には、射出成形用金型のキャビティに溶融樹脂を射出した後に、樹脂成形品の裏面を成形するキャビティ面に開口する流路から、樹脂成形品の裏面に流体を注入する技術が開示されている。樹脂成形品の裏面に流体を注入すると、樹脂成形品の裏面がキャビティ面から剥離するとともに、樹脂成形品の意匠面（表面）はキャビティ面に密着した状態を維持する。樹脂成形品の意匠面がキャビティ面に密着した状態を維持すると、樹脂成形品の意匠面が意図した形状に仕上げられる。

特開平１０−５８４９３号公報

特許文献１の技術は、樹脂成形品の裏面に注入する流体の圧力で樹脂成形品の裏面をキャビティ面から剥離させるものであるために、高い注入圧力が必要とされるのみならず、下記の問題を備えている。
樹脂成形品の裏面を成形するキャビティ面には、流体を注入する流路が開口している。そこでキャビティに射出した溶融樹脂が開口部に侵入しないようにしなければならない。開口部に溶融樹脂が侵入すると、樹脂成形品にバリが形成されてしまうし、開口部から流体を注入することができなくなってしまう。溶融樹脂は侵入せず、流体は通過する開口部を設けるのは簡単でない。
発明者は、流路の開口部にベント部材を挿入し、開口部内壁とベント部材の外壁との間に小さな隙間を設けることを試みた。その隙間を十分に小さくすると、溶融樹脂は粘度が高いので隙間に侵入できないのに対し、粘度が低い流体は隙間を通過して樹脂成形品の裏面に注入されるはずだからである。
確かに開口部内壁とベント部材の外壁との間の隙間を小さくすることによって、隙間に溶融樹脂が侵入することを防止できるようになったが、溶融樹脂の揮発成分がその隙間に析出して隙間が目詰まりしてしまう現象が生じる。また、ベント部材が熱膨張することによって、間隙が閉塞してしまうこともある。このために、樹脂成形品の裏面に注入したい流体が間隙を通過できないという問題が生じてしまう。析出しても目詰まりが生じなかったり、ベント部材が膨張しても閉塞しないほど大きな間隙を設ければ流体は通過することができるが、今度はベント部材を射出成形用金型に対して位置決めするのが困難となり、開口部内壁とベント部材の外壁との間の隙間を一定に管理するのが難しい。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ベント部材を射出成形用金型に対して正確に位置決めすることができ、しかも目詰まりやベント部材の膨張による閉塞によって、流体が通過できなくなるようなことがない間隙を確保できる技術を提供することを課題とする。

本発明が提供する射出成形用金型は、キャビティに溶融樹脂を射出して樹脂成形品を成形する。射出成形用金型は、樹脂成形品の表面を成形する表側キャビティ面と、樹脂成形品の裏面を成形する裏側キャビティ面と、裏側キャビティ面に開口する開口部に連通する流路と、流路に加圧気体を供給する加圧部と、開口部に挿入されているベント部材を備えている。そして、ベント部材は、開口部の、裏側キャビティ面に近い側の内壁に当接する第１当接部と、開口部の、裏側キャビティ面から遠い側の内壁に当接する第２当接部によって位置決めされている。また、ベント部材の第１当接部と第２当接部の間の部位と、開口部の内壁とによって空間が形成されている。開口部の内壁とベント部材との間には流体通過用の間隙が形成されている。樹脂成形品を成形する際、上記した間隙を通じて樹脂成形品の裏面と裏側キャビティ面の間に加圧気体を注入し、樹脂成形品の裏面を裏面キャビティ面から剥離させるとともに、樹脂成形品の表面を表面キャビティ面に密着させる。
この射出成形用金型のベント部材は、開口部の内壁に当接することによって位置決めされている。また、開口部の内壁とベント部材との間に流体通過用の間隙が形成されている。ベント部材が開口部の内壁に当接することによって位置決めされていると、間隙が正確に形成される。ベント部材と開口部の内壁が当接していると、ベント部材が膨張しても、間隙が閉塞することが防止される。従って、流体が通過できなくなるようなことがない間隙を確保することができる。
また、このように構成されていると、精度良く形成しなければならない当接部が小さくても、ベント部材を正確に位置決めすることができる。

上記の射出成形用金型において、第１当接部に形成されている流体通過用の各間隙は、流体通過抵抗が略等しく、隣り合う間隙間の開口部周方向に沿う距離は、略等しいことが好ましい。
このように構成されていると、ベント部材の周囲から、流体がキャビティ内に略均一に流れ込む。

本発明によれば、ベント部材を射出成形用金型に対して正確に位置決めすることができ、しかも目詰まりしたり、ベント部材の熱膨張によって閉塞してしまい、流体が通過できなくなるようなことがない間隙を確保できる。

本発明の好適な実施形態を例示する。
（形態１）
樹脂成形品の表面を成形する表側キャビティ面と、樹脂成形品の裏面を成形する裏側キャビティ面と、裏側キャビティ面に開口する流路が設けられている射出成形用金型と、
裏側キャビティ面に開口する流路の開口部に挿入されているベント部材と、
流路からキャビティに流体を注入する注入手段を備えており、
ベント部材の外壁に、射出成形用金型の開口部の内壁に当接する当接面と、開口部の内壁から離反して流体が通過する空間を確保する凹部が交互に形成されていることを特徴とする射出成形装置。

本発明の射出成形技術に係る一実施例を、図面を参照しながら説明する。
本実施例では、後述する射出成形装置２０を用いて、図１に示す樹脂成形品１２を射出成形する。樹脂成形品１２は、例えば、自動車のバンパーである。樹脂成形品１２は、意匠面（表面）１４と、裏面１６を持っている。意匠面１４は、意図した表面形状に仕上げる必要がある面である。裏面１６は、表面形状が重視されない面である。
図２に示すように、射出成形装置２０は、成形型（射出成形用金型）２２と加圧部２１を備えている。成形型２２は、第１型２４と第２型２５を有している。図２は、第１型２４と第２型２５が組み合わされることによって、成形型２２が閉じた状態を示している。成形型２２が閉じた状態では、第１型２４の第１キャビティ面２７と、第２型２５の第２キャビティ面２８によって、キャビティ２６が形成される。成形型２２を開くときには、第１型２４と第２型２５を分離する。キャビティ２６の形状は、樹脂成形品１２のそれに対応している。すなわち、第１型２４の第１キャビティ面２７は、樹脂成形品１２の意匠面１４を成形する。第２型２５の第２キャビティ面２８は、樹脂成形品１２の裏面１６と端面を成形する。
第１型２４には、成形型２２の外部と第１キャビティ面２７を連通するゲート３０が設けられている。ゲート３０には、成形型２２の外部に配置された射出ノズル（図示省略）から、溶融樹脂が射出される。
第２型２５には、流路３１と流路３３が形成されている。流路３１は、その一端が開口部３２として第２キャビティ面２８に開口するとともに、他端が外部に開口している。流路３３も流路３１と同様に、その一端が開口部３４として第２キャビティ面２８に開口するとともに、他端が外部に開口している。流路３１の開口部３２には、ベント部材３６が挿入されている。流路３３の開口部３４にも、ベント部材３８が挿入されている。ベント部材３６、３８は、挿入された状態で、図示しないボルトによって第２型２５に固定されている。ベント部材３６、３８については、後述にて詳細に説明する。

加圧部２１は、流体配管４０、フィルタ４３、レギュレータ４４、ソレノイドバルブ４５、タイマー部４６、コントローラ４８を備えている。
流体配管４０の一端４２には、高圧な工場エアーが供給されている。流体配管４０の他端側は、二叉に分岐している。流体配管４０は、二叉に分岐してから流路３１と流路３３に接続されている。
フィルタ４３、レギュレータ４４、ソレノイド４５は、流体配管４０に介装されている。フィルタ４３は、工場エアーから異物を除去する。レギュレータ４４は、工場エアーの圧力を所定値（例えば、０．５ＭＰａ）に調圧（減圧）する。ソレノイドバルブ４５は、通過流路を開閉する弁である。ソレノイドバルブ４５が開いているときには、第２型２５の流路３１と流路３３に、レギュレータ４４によって調圧された加圧空気（工場エアー）が供給される。
タイマー部４６は、ソレノイドバルブ４５に接続されている。コントローラ４８は、タイマー部４６に接続されている。コントローラ４８は、タイマー部４６や、成形型２２の開閉や、射出ノズルの動作等を統合的に制御している。コントローラ４８は、成形型２２が閉じ始めたタイミングで、タイマー部４６に型閉信号を出力する。さらにコントローラ４８は、成形型２２が開き始めたタイミングで、タイマー部４６に型開信号を出力する。タイマー部４６が、入力された型閉信号と型開信号に基づいて実行する処理については、後述にて詳細に説明する。

ベント部材３６とベント部材３８は同様の形状を有している。従って、以下においては、ベント部材３６とベント部材３８を、ベント部材３６で代表して説明する。
図３に示すように、ベント部材３６は、流路３１の開口部３２に挿入されている。説明の便宜上、図３における上下を、ベント部材３６の上下とする。図４に示すように、ベント部材３６は、第１当接部（浅部）５２と、第２当接部（深部）５５と、第１当接部５２と第２当接部５５の間に設けられた中間部５４を有している。第１当接部５２の側部には、上下方向に延びる凹部５７が複数形成されている。以下においては、凹部５７、５７の間に形成されている凸部の頂面を第１当接面５６と言う。なお、図４では、図示の明瞭化を目的として、凹部５７の深さを大き目に図示している。
第２当接部５５の側部６１には、上下方向に延びる凹部６０が４つ形成されている。図４では、その４つの凹部６０の内の２つが図示されている。残りの２つの凹部６０は、図４では裏側に隠れている。第２当接部５５の下部には、水平方向に延びるとともに十字状に交差する凹部６３が形成されている。以下においては、第２当接部５５の側部６１の凹部６０以外の部分を第２当接面６６と言う。また、第２当接部５５の下部の凹部６３以外の部分を第３当接面６７と言う。
中間部５４は、その側面６５が、第１当接部５２の凹部５７の底と、第２当接部５５の第２当接面６６よりも内側に配置されている。

図３に示すように、ベント部材３６は、開口部３２に挿入された状態で、第１当接部５２の第１当接面５６と第２当接部５５の第２当接面６６が、開口部３２の内面３５と当接するとともに、第２当接部５５の第３当接面６７が開口部３２の下面６９と当接する。ベント部材３６が、第１当接面５６と第２当接面６６と第３当接面６７によって開口部３２と当接することで、ベント部材３６はガタがない状態で、正確に位置決めされる。ベント部材３６の上面６８は、ベント部材３６が開口部３２に挿入された状態で、第２型２５の第２キャビティ面２８と面一に配置される。
図５に示すように、開口部３２の内面３５と、ベント部材３６の凹部５７によって、上下方向に延びる空間である通過孔７０が形成される。
流路３１に供給された加圧空気は、図４に矢印６４で図示した位置からベント部材３６の凹部６３に流入する。凹部６３に流入した加圧空気は、さらに中間部５４と開口部３２の内面３５によって形成されている空間に入り込む。加圧空気は、この空間から、通過孔７０（図５参照）を通過して成形型２２のキャビティ２６に流入する。中間部５４と内面３５によって形成されている空間が存在することによって、加圧空気の圧力が安定するとともに、加圧空気が通過孔７０から均一にキャビティ２６に流入する。

射出成形装置２０を用いて樹脂成形品１２を成形する各工程について説明する。図６に示すように、樹脂成形品１２を成形するときには、まず成形型２２を型閉めする工程を実行する。ソレノイドバルブ４５は、通常閉じている。よって、この時点では、成形型２２の流路３１、３３に空気は供給されていない。
型閉工程に続いて、射出工程が実行される。射出工程が実行されると、射出ノズルから射出された溶融樹脂がゲート３０を通過してキャビティ２６に充填されてゆく。射出された溶融樹脂は、キャビティ２６内を流動する。図７は、キャビティ２６内を流動する溶融樹脂７２の先端７３（以下「メルトフロント７３」と言う）がベント部材３６上を通過する直前の状態を図示している。図８は、溶融樹脂７２のメルトフロント７３がベント部材３６上を通過した直後の状態を図示している。

タイマー部４６は、コントローラ４８から型閉信号が入力されると計時を開始する。そしてタイマー部４６は、計時した時間に基づいて、溶融樹脂７２のメルトフロント７３がベント部材３６上を通過した直後のタイミング（図８に示す状態）で、ソレノイドバルブ４５に開弁信号を出力する。溶融樹脂７２のメルトフロント７５がベント部材３６上を通過した直後のタイミングが、タイマー部４６が計時を開始してからどれだけ時間が経過したときであるかは、あらかじめ設定されている。その設定にあたっては、開口部３２の周囲近傍の圧力計測データや、キャビティ２６内における溶融樹脂７２の流動解析結果等が用いられる。
射出ノズルが溶融樹脂の射出を開始したタイミングで、コントローラ４８が射出開始信号をタイマー部４６に出力することもできる。その場合に、タイマー部４６は、コントローラ４８から射出開始信号が入力されてから計時を開始し、それに基づいて溶融樹脂７２のメルトフロント７５がベント部材３６上を通過した直後のタイミングで、ソレノイドバルブ４５に開弁信号を出力する。
ソレノイドバルブ４５が開くと、流路３１に加圧空気が供給される流体注入工程が行われる。図６に示すように、流体注入工程は、射出工程の途中から開始される。流路３１に空気が供給されると、通過孔７０から加圧空気がキャビティ２６に注入される。キャビティ２６に注入された溶融樹脂７２は、温度が低下することによって収縮する。溶融樹脂７２が収縮すると、溶融樹脂７２と第２キャビティ面２８との間に僅かな間隙が生じる。その僅かな間隙に、通過孔７０から注入された加圧空気が入り込む。すると、溶融樹脂７２と第２キャビティ面２８が剥離する。なお、キャビティ２６への溶融樹脂７２の充填が完了してから、流路３１、３３に空気を供給することもできる。

図６に示すように、射出工程が終了してから、保圧工程に移行する。保圧工程では、ゲート３０からキャビティ２６に加えられる圧力がほぼ一定に維持される。また、保圧工程の開始とともに、冷却工程も開始される。冷却工程では、第１型２４と第２型２５を通過している冷却配管（図２において図示省略）を通過する冷却水によって、樹脂７２が冷却されて凝固する。冷却水は、全工程を通じて冷却配管を通過している。保圧工程が終了しても、流体注入工程と冷却工程は継続される。流体注入工程と冷却工程は、同時に終了される。流体注入工程と冷却工程が終了するタイミングで、タイマー部４６はソレノイドバルブ４５に閉弁信号を出力する。ソレノイドバルブ４５が閉じると、キャビティ２６への空気供給が停止される。
図９は、流体注入工程が終了したときの樹脂７２の状態を図示している。空気が注入されたことによって樹脂７２の裏面が第２キャビティ面２８から剥離しており、樹脂７２の表面は第１キャビティ面２７に確実に密着している。よって、樹脂成形品１２の意匠面は、良好に成形される。さらには、第２型２５が中子を持っていることによって、第２キャビティ面２８に段差が存在していても、裏面が第２キャビティ面２８から剥離した状態で樹脂７２の凝固が進行するので、段差の影響が意匠面１４におよぶことがない。
次に、型開き工程に移行することによって、成形型２２が開かれる。そして、最後に製品取出工程を実行して樹脂成形品１２を成形型２２から取り出す。

既に説明したように、流路３１に供給された加圧空気は、開口部３２の内面３５と、ベント部材３６の凹部５７によって形成される複数の通過孔７０を通過してキャビティ２６に注入される。溶融樹脂７２は粘度が高い。通過孔７０の開口は、溶融樹脂７２の粘度が高いことを利用して、溶融樹脂７２が通過孔７０に侵入しない大きさに設定されている。また、ベント部材３６は、第１当接面５６と第２当接面６６が、開口部３２の内面３５と当接するとともに、第３当接面６７が開口部３２の下面６９と当接することによって正確に位置決めされている。このため、通過孔７０の開口の大きさを確実に確保することができる。ベント部材３６が正確に位置決めされていないと、通過孔７０の開口の大きさが、正規のものより大きくなったり、小さくなったりする。通過孔７０の開口が正規のものよりも大きいと、そこに溶融樹脂７２が侵入してしまい、バリが発生するとともに、通過孔７０が塞がれてしまう。通過孔７０の開口の大きさが正規のものよりも小さいと、溶融樹脂７２から発生する揮発成分に含まれる析出物（例えば、タルク分散剤）によって、通過孔７０が目詰まりしてしまう。
本発明の射出成形装置２０は、成形型２２の通過孔７０に溶融樹脂７２が侵入せず、かつ通過孔７０が目詰まりしないことが実現されている状態で、通過孔７０から加圧空気を注入することによって、良好な樹脂成形品を射出成形することができる。

ベント部材３６の凹部５７の好ましい深さは、０．０３〜０．０８ｍｍ程度である。凹部５７の好ましい幅は、１〜２ｍｍ程度である。凹部５７、５７同士の好ましい間隔は、５〜１０ｍｍ程度である。
ベント部材３６の第１当接面５６を、図４に示したよりも少なくすることもできる。例えば、第１当接部５２の４つの側面のそれぞれに、第１当接面５６を１つずつ配置する。このようにしても、ベント部材３６が正確に位置決めされることによって、通過孔７０の開口の大きさを確実に確保することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

射出成形装置が成形する樹脂成形品の一例を示す斜視図。 射出成形装置の系統図。 流路の開口部にベント部材が挿入された状態の断面図。 ベント部材の斜視図。 図３のV−V線断面図。 射出成形の工程説明図。 キャビティ内を溶融樹脂が流動する状態の説明図。 キャビティ内を溶融樹脂が流動する状態の説明図。 樹脂成形品が成形された状態の説明図。

符号の説明

１２：樹脂成形品
１４：意匠面
１６：裏面
２０：射出成形装置
２１：加圧部
２２：成形型
２４：第１型
２５：第２型
２６：キャビティ
２７：第１キャビティ面
２８：第２キャビティ面
３０：ゲート
３１：流路
３２：開口部
３３：流路
３４：開口部
３５：開口部の内面
３６：ベント部材
３８：ベント部材
４０：流体配管
４２：流体配管の一端
４３：フィルタ
４４：レギュレータ
４５：ソレノイドバルブ
４６：タイマー部
４８：コントローラ
５２：第１当接部
５４：中間部
５５：第２当接部
５６：第１当接面
５７、６０：凹部
６１：側部
６３：凹部
６４：加圧空気の流入位置を示す矢印
６５：側面
６６：第２当接面
６７：第３当接面
６８：ベント部
６９：開口部の下面
７０：通過孔

Claims (2)

1. キャビティに溶融樹脂を射出して樹脂成形品を成形する射出成形用金型であり、
   樹脂成形品の表面を成形する表側キャビティ面と、
   樹脂成形品の裏面を成形する裏側キャビティ面と、
   裏側キャビティ面に開口する開口部に連通する流路と、
   流路に加圧気体を供給する加圧部と、
   開口部に挿入されているベント部材を備えており、
   ベント部材は、開口部の、裏側キャビティ面に近い側の内壁に当接する第１当接部と、開口部の、裏側キャビティ面から遠い側の内壁に当接する第２当接部によって位置決めされており、
   ベント部材の第１当接部と第２当接部の間の部位と、開口部の内壁とによって空間が形成されており、
   開口部の内壁とベント部材との間に流体通過用の間隙が形成されており、
   樹脂成形品を成形する際、前記間隙を通じて樹脂成形品の裏面と裏側キャビティ面の間に加圧気体を注入し、樹脂成形品の裏面を裏面キャビティ面から剥離させるとともに、樹脂成形品の表面を表面キャビティ面に密着させることを特徴とする射出成形用金型。
2. 第１当接部に形成されている流体通過用の各間隙は、流体通過抵抗が略等しく、
   隣り合う間隙間の開口部周方向に沿う距離は、略等しいことを特徴とする請求項１の射出成形用金型。

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