JP4936490B1 - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】細長い棒状又は管状の成形品を製造するのに特に適した同形状多数個取りの射出成形用金型を提供すること。
【解決手段】キャビティ１へ充填する溶融樹脂を流入させるスプルー２と、スプルー２から分岐する複数の分岐流路３０を有するランナ３と、ランナ３の末端部３０ａからキャビティ１内へ連通するゲート４と、を備える。キャビティ１に対して複数のゲート４が設けられている。スプルー２から複数のゲート４までの距離が全て等しくなるように構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融樹脂の射出成形に用いられる射出成形用金型に関するものである。

従来、スプルーから流入した溶融樹脂を、可動型と固定型との間に形成されるランナを通じて流動させ、ランナに設けられたゲートを介してキャビティへ充填する射出成形用金型（例えば、下記特許文献１）が知られている。充填された溶融樹脂をキャビティ内で冷却・固化させた後、金型を開くことで所定形状の成形品を得ることができる。

このような射出成形用金型を用いた射出成形によれば、多数の成形品を同時に高精度で製造することができるという利点がある。このため、射出成形は、同形状の成形品を大量生産する場合において特に適した成形方法であり、生産性の向上及び品質の安定という点で非常に有効である。

ところで、上述のような同形状多数個取りの射出成形用金型を用いた射出成形により、例えば、細長い棒状又は管状の成形品を製造する場合に、金型から取り出した成形品に反りなどの不具合が生じやすい傾向がある。このため、細長い棒状又は管状の成形品を安定した品質で効率よく製造することが可能な射出成形用金型が求められている。

特願２００９−４０２４４号公報

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、細長い棒状又は管状の成形品を製造するのに特に適した同形状多数個取りの射出成形用金型を提供することを目的としている。

本発明の射出成形用金型は、キャビティへ充填する溶融樹脂を流入させるスプルーと、前記スプルーから分岐する複数の分岐流路を有するランナと、前記ランナの末端部から前記キャビティ内へ連通するゲートと、を備えた、棒状又は管状の成形品の製造に用いられる射出成形用金型であって、一の前記キャビティに対して複数の前記ゲートが設けられ、前記スプルーから該複数のゲートまでの距離が全て等しいことを特徴とする。

また、本発明の射出成形用金型は、前記分岐流路が、前記スプルーを中心とする同心円周に沿って等間隔に形成された複数の分岐部と、前記スプルーを中心とする放射状に形成され、前記分岐部の中点に連通する連通部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の射出成形用金型は、前記末端部を互いに接続する接続部を備え、前記接続部が、前記スプルーを中心とする円周に沿って形成されていることを特徴とする。

またさらに、本発明の射出成形用金型は、前記末端部と前記接続部の一端とが非接続である切欠き部を形成してもよい。

本発明に係る射出成形用金型によれば、ランナを構成する全ての分岐流路において、スプルーから各末端部及び各ゲートまでの溶融樹脂の流動距離が全て等しいため、各キャビティへ同時に溶融樹脂を充填することができる。このため、溶融樹脂を各キャビティに充填する過程で溶融樹脂に温度ムラが生じるのを防止することができる。また、一のキャビティに対して、複数のゲートが形成されているので、各ゲートから各キャビティへ流動する溶融樹脂の流動圧力を均一に保つことができる。これにより、キャビティ内に残留する応力を低減し、成形品の反りが発生するのを防止することができる。

また、ランナを構成する分岐流路が、スプルーを中心とする同心円周に沿って等間隔に形成された複数の分岐部と、及び、スプルーを中心とする放射状に形成され、分岐部の中点に連通する連通部とにより構成すれば、スプルーから全てのキャビティへ通じる流路（ランナ及びゲート）を最短距離で容易に形成することができる。これにより、ランナ内及びゲート内の流動圧力を均一に保つとともに残留応力を低減することができる。

さらに、末端部を互いに接続する接続部を、スプルーを中心とする円周に沿って形成すれば、ランナの先端部における溶融樹脂の流動圧力をより均一に保つことができる。これにより、ゲートからキャビティへ流動する際の流動圧力も全てのキャビティにおいて均一化され、成形品の反りをより効果的に防止することができる。

またさらに、末端部と接続部の一端とが非接続である切欠き部を形成すれば、金型に残留した副成形物（即ち、スプルー、ランナ、及びゲート内で一体的に冷却・固化した成形物）の離型性を向上させることができる。つまり、最初に離型された切欠き部に歪み応力を加えることで、外力に対する剛性が低減された副成形物は容易に変形させられる。これにより、副成形物を金型から容易に離型させることができる。

本発明の実施形態に係る射出成形用金型を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る固定型側の分割面を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る可動型側の分割面を示す平面図である。

以下、本発明に係る射出成形用金型の実施形態について図面を用いて説明する。本明細書において、各図面は概略的に示されており、同一の符号で示されている場合は、同一の構成を示すものとする。なお、以下の説明では、主に細長い管状の成形品用の射出成形用金型を例示する。

図１に示すように、本実施形態に係る射出成形用金型１０は、キャビティ１へ充填する溶融樹脂を流入させるスプルー２と、スプルー２から分岐するランナ３と、ランナ３からキャビティ１内へ連通するゲート４と、を備えている。本実施形態では、固定型１０１の分割面ＰＬ１と可動型１０２の分割面ＰＬ２とを互いに対向させて型締めすることで、キャビティ１、スプルー２、ランナ３、及びゲート４がそれぞれ形成されるように構成されている。また、本実施形態の射出成形用金型１０は、細長い管状の成形品の中空部を形成するための棒状金型１０３を備えている。

キャビティ１は、成形品の外部形状と同一の内部形状を有する空間である。本実施形態では、固定型１０１に形成された略円柱状の開口孔を可動型１０２の分割面ＰＬ２で塞ぐことでキャビティ１が形成される。図２に示すように、キャビティ１は、円形開口部１１の中心が所定半径の円周Ｓ１上に等間隔で並ぶように形成されている。キャビティ１の数は、適宜選択可能であり、キャビティ１の数に応じて隣り合うキャビティ１の間隔が適宜設計される。

キャビティ１の底部には、棒状金型１０３の先端部の受け部が形成されており、キャビティ１内に挿入された棒状金型１０３の先端部と受け部とが互いに当接している。これにより、キャビティ１内へ溶融樹脂が充填されるときの棒状金型１０３の安定性を確保することができ、成形品の中空部を高品質に形成することができる。

スプルー２は、溶融樹脂の金型内への流入流路である。本実施形態では、スプルー２として、可動型１０２側に円錐台状の貫通孔が形成されており、不図示の射出機から射出された溶融樹脂がこの貫通孔に流入する。なお、スプルー２は、例えば円柱状などの他の形状の貫通孔であってもよい。

ランナ３は、溶融樹脂をスプルー２からゲート４まで流入させるための流動流路である。本実施形態では、可動型１０２側に形成した所望形状の凹部を固定型１０１の分割面ＰＬ１で塞ぐことで、分割面ＰＬ１と分割面ＰＬ２の間にランナ３が形成される。図３に示すように、ランナ３は、スプルー２から分岐する複数の分岐流路３０を備えている。溶融樹脂がスプルー２から分岐流路３０を通じて各末端部３０ａまで流動する距離は全て等しい。

このランナ３の末端部３０ａは、スプルー２を中心とする円周Ｓ１の径方向Ａに対して等角度θで分岐する二股状に形成されている。本実施形態では、末端部３０ａの平面形状は、円周Ｓ１の径方向Ａに切欠き部を有する円弧状に形成されており、この円弧の中心が円周Ｓ１上に配置されている。なお、ランナ３の末端部３０ａは、例えば、キャビティ１の円形開口部１１を避けるように略Ｙ字状に分岐する二股形状などの他の形状であってもよい。

さらに、本実施形態では、管状成形品の中空部を形成するための棒状金型１０３（図１参照）をキャビティ１内に挿入するための挿入孔５が円弧状の末端部３０ａの中心に位置する箇所にそれぞれ設けられている。

ランナ３を構成する分岐流路３０は、スプルー２を中心とする同心円周Ｓ２、Ｓ３に沿って等間隔に形成された複数の分岐部３０ｂと、スプルー２を中心とする放射状に形成され、分岐部３０ｂの中点に連通する連通部３０ｃとから成る。つまり、本実施形態のランナ３は、各末端部３０ａが複数の分岐部３０ｂ及び連通部３０ｃを介してスプルー２に連通している。

末端部３０ａ、分岐部３０ｂ、及び連通部３０ｃそれぞれの断面形状は、溶融樹脂の流動性および金型の加工性に優れる台形状に形成されているが、例えば、円形やＵ字形などの他の形状に形成することもできる。末端部３０ａ、分岐部３０ｂ、及び連通部３０ｃそれぞれの断面積の大きさ、分岐部３０ｂ及び連通部３０ｃの長さ、分岐部３０ｂのスプルー１からの距離（つまりスプルー２を中心とする同心円周Ｓ２、Ｓ３の半径）等は、材料となる樹脂の種類などによって適宜設計変更される。

また、ランナ３は、末端部３０ａを互いに接続する接続部３０ｄを備え、この接続部３０ｄがスプルー２を中心とする円周に沿って形成されている。さらに本実施形態では、末端部３０ａと接続部３０ｄの一端とが非接続である切欠き部Ｄ１が形成されている。

接続部３０ｄの断面形状は、上述した末端部３０ａ、分岐部３０ｂ、及び連通部３０ｃと同様に、溶融樹脂の流動性および金型の加工性に優れる台形状に形成されているが、例えば、円形やＵ字形などの他の形状に形成することもできる。接続部３０ｄの断面積の大きさ等は、材料となる樹脂の種類などによって適宜設計変更される。

ゲート４は、ランナ３の末端部３０ａまで流入した溶融樹脂をキャビティ１内へ充填するための誘導流路である。本実施形態では、固定型１０１及び可動型１０２を型締めすることにより、スプルー２を中心とする所定半径の円周Ｓ１上に絞り孔状のゲート４が形成される。このゲート４を通じて、ランナ３の末端部３０ａと固定型１０１の分割面ＰＬ１に形成されたキャビティ１の各円形開口部１１とが互いに連通している。また、本実施形態では、一のキャビティ１に対して複数のゲート４が設けられており、スプルー２からこれら複数のゲート４までの距離は全て等しい。

上述のようにゲート４を形成するために、本実施形態では、可動型１０２に形成されたランナ３の末端部３０ａの位置関係（図３参照）に対応するように、キャビティ１が固定型１０１側に形成されている。つまり、図２に示すように、キャビティ１は、円形開口部１１の中心が円周Ｓ１上に位置するように形成されており、キャビティ１の円形開口部１１の中心位置と、末端部３０ａを構成する円弧の中心位置とは、分割面ＰＬ１、ＰＬ２上で一致する。また、上記切欠き部Ｄ１に対応して、固定型１０１側にも切欠き部Ｄ２が形成されている。

なお、ゲート４の形状（種類）は、固定型１０１及び可動型１０２が型締めされたときのランナ３の末端部３０ａとキャビティ１との位置関係や、キャビティ１の形状などに応じて適宜変更することができる。例えば、キャビティ１の径が極めて小さい場合は、サブマリンゲートやピンポイントゲートを採用することもできる。

次に、本実施形態の射出成形用金型１０を用いた細長い管状の成形品の射出成形工程について説明する。

事前準備として、互いに位置決めされた固定型１０１及び可動型１０２の型締めが行われ、可動型１０２に形成された挿入孔５を通じて棒状金型１０３が各キャビティ１内に配置される（図１参照）。

事前準備が完了した後に、不図示の射出機から溶融樹脂が高圧で射出される。射出された溶融樹脂は、スプルー２から金型内に流入し、ランナ３を構成する分岐流路３０の連通部３０ｃへ流入する。さらに、連通部３０ｃから複数の分岐部３０ｂを通じて、末端部３０ｃまで流入する。

本実施形態では、スプルー２から複数の連通部３０ｃに溶融樹脂の流路が分岐するようにランナ３が形成されているが、連通部３０ｃからランナ３の末端部３０ａまでの流動距離が全て同一であるため、溶融樹脂が全ての末端部３０ａまで同じタイミングで到達する。このため、スプルー２からランナ３の各末端部３０ａまで流入された溶融樹脂の間に温度差が生じることがない。

また、本実施形態では、ランナ３を構成する複数の分岐流路３０が、スプルー２を中心とする同心円周Ｓ２、Ｓ３に沿って等間隔に形成された複数の分岐部３０ｂ、及び、スプルー２を中心に放射状に形成され、各分岐部３０ｂの中点に連通する連通部３０ｃを備えており、末端部３０ａが、分岐部３０ｂ、連通部３０ｃを通じてスプルー２に連通するように構成されている。このため、スプルー２から全てのキャビティ１へ通じる流路（ランナ３及びゲート４）を最短距離で容易に形成することができる。これにより、ランナ３内及びゲート４内の流動圧力を均一に保つとともに残留応力を効果的に低減することができる。

末端部３０ａまで流入した溶融樹脂は、ゲート４を通じてキャビティ１に充填される。本実施形態では、各ゲート４がスプルー２を中心とする円周Ｓ１上に形成されている。このため、一のキャビティ１に対して、複数のゲート４が形成されることとなり、スプルー２からこれら複数のゲート４までの距離は全て等しくなる。これにより、溶融樹脂が各ゲート４を流動するときの流動圧力は、全てのゲート４において均一になる。

これに加えて、末端部３０ａを互いに接続する接続部３０ｄが、スプルー２を中心とする円周Ｓ１に沿って形成されているので、ランナ２の先端部３０ａにおける溶融樹脂の流動圧力をより均一に保つことができる。これにより、ゲート４からキャビティ１へ流動する際の流動圧力も全てのキャビティ１において均一化され、成形品の反りをより効果的に防止することができる。

即ち、本実施形態では、全てのキャビティ１において、ゲート４からキャビティ１内へ充填される溶融樹脂の温度は均一であり、また、流動圧力及び充填速度も均一であるため、全てのキャビティ１に対して溶融樹脂を均一な条件で充填することができる。言い換えれば、キャビティ１への充填が完了するまで、金型内にある溶融樹脂に関する種々の条件をすべて均一に保つことができる。このため、本実施形態の射出成形用金型１０は、全てのキャビティ１内における溶融樹脂の残留応力を効果的に低減することができるため、成形品に反りが発生するのを防止するのに特に有効である。

各キャビティ１に溶融樹脂が充填された後、金型を冷却することによりキャビティ１内の溶融樹脂を冷却・固化させる。このとき、金型内では、成形品部分と、スプルー２、ランナ３、及びゲート４内で一体的に固化した副成形物とが互いに連結した状態で形成されている。この成形品部分を副成形物から切り離してキャビティ１から取り出すことにより所望の成形品が得られる。

この成形品の取り出しは、型開きの力を利用して行われる。つまり、可動型１０２を固定型１０１から離隔させる際の力を利用して、キャビティ１内の成形品を押し出すか、又は引き抜くことで成形品が取り出される。本実施形態では、ランナ３の末端部３０ａが円弧状に形成されており、この円弧の中心が円周Ｓ１上に配置されているので、副成形物を固定型１０１から離型することなく、円弧状の末端部３０を通じて成形品を取り出すことができる。

ここで、型開き後の固定型１０１には副成形物が残留することになる。この副成形物は、例えば、人間の手で引き離したり、あるいは不図示の離型専用器具などを用いたりして固定型１０１から離型する必要がある。本実施形態では、末端部３０ａと接続部３０ｄの一端とが非接続である切欠き部Ｄ１が形成されているので、切欠き部Ｄ１を最初に離型し、切欠き部Ｄ１に歪み応力を集中させることで、外力に対する剛性が低減された副成形物は容易に変形させられる。これにより、副成形物を金型から容易に離型させることが可能となる。離型された副成形物は、新たな成形品を形成するための溶融樹脂として再利用される。

このようにして、本実施形態の射出成形用金型１０を用いた細長い管状の成形品の射出成形が行われるのである。

ところで、本実施形態のような同形状多数個取りの射出成形用金型１０を用いて射出成形を行う場合に、成形品に発生する「反り」の主な要因は、溶融樹脂を各キャビティに充填する過程で、溶融樹脂の温度やランナ内における溶融樹脂の流動圧力にムラが生じることに起因すると考えられる。上述したような細長い管状や棒状の成形品を射出成形する場合は、ゲート４からキャビティ１の端部までの距離が離れているため、このような問題が特に顕著に現れることが多い。

本実施形態に係る射出成形用金型１０によれば、ランナ３を構成する全ての分岐流路３０において、スプルー２から各末端部３０ａ及び各ゲート４までの溶融樹脂の流動距離が全て等しいため、各キャビティ１へ同時に溶融樹脂を充填することができる。このため、溶融樹脂を各キャビティ１に充填する過程で溶融樹脂に温度ムラが生じるのを防止することができる。また、各ゲート４がスプルー２を中心とする円周Ｓ１上に形成されているので、一のキャビティ１に対して、複数のゲート４を形成することができる。これにより、各ゲート４から各キャビティ１へ流動する溶融樹脂の流動圧力を均一に保つことができる。

また、ランナ３を構成する分岐流路３０が、スプルー２を中心とする同心円周Ｓ２、Ｓ３に沿って等間隔に形成された複数の分岐部３０ｂと、スプルー２を中心とする放射状に形成され、分岐部３０ｂの中点に連通する連通部３０ｃとで構成されているので、スプルー２から全てのキャビティ１へ通じる流路（ランナ３及びゲート４）を最短距離で容易に形成することができる。これにより、ランナ３内及びゲート４内の流動圧力を均一に保つとともに残留応力を低減することができる。

さらに、末端部３０ａを互いに接続する接続部３０ｄが、スプルー２を中心とする円周Ｓ１に沿って形成されているので、ランナ３の先端部３０ａにおける溶融樹脂の流動圧力をより均一に保つことができる。これにより、ゲート２からキャビティ１へ流動する際の流動圧力も全てのキャビティ１において均一化され、成形品の反りをより効果的に防止することができる。

またさらに、末端部３０ａと接続部３０ｄの一端とが非接続である切欠き部Ｄ１が形成されているので、金型に残留した副成形物（即ち、スプルー２、ランナ３、及びゲート４内で一体的に冷却・固化した成形物）の離型性を向上させることができる。つまり、最初に離型された切欠き部Ｄ１に歪み応力を加えることで、外力に対する剛性が低減された副成形物は容易に変形させられる。これにより、副成形物を金型から容易に離型させることができる。

したがって、本実施形態に係る射出成形用金型１０を用いれば、これらの効果の相乗効果により、キャビティ１内における溶融樹脂の残留応力を効果的に低減し、細長い管状（又は棒状）の成形品を、反りを発生させることなく高品質で同時に多数製造することが可能となる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

例えば、ランナ３の末端部３０ａから溶融樹脂を流入させる第２のスプルーと、この第２のスプルーから分岐する第２の分岐流路を備えた第２のランナと、この第２のランナの末端部からキャビティ１内に連通する複数のゲートと、をさらに備えた実施形態であってもよい。かかる実施形態の射出成形用金型においては、固定型１０１と可動型１０２との間に不図示の第２の可動型が配設される。

かかる実施形態の射出成形用金型においては、キャビティ１の円形開口部１１の円周部を均等分する位置に各ゲートが設けられる。つまり、上述したゲート４のように、ゲートの数が２である場合は２等分、ゲートの数が３である場合は３等分、ゲートの数が４である場合は４等分となる位置に各ゲートが設けられる。一のキャビティ１に対してゲートの数が多いほど、より均一な流動圧力で溶融樹脂をキャビティ１内に充填することができる。

あるいは、可動型側にキャビティを形成し、固定型側にランナを形成した実施形態であってもよい。また、本発明の射出成形用金型は、樹脂成形に限定されるものではなく、その他の流体材料を射出成形する場合に用いることもできる。

本発明の射出成形用金型は、同形状多数個取りで細長い管状あるいは棒状の成形品を射出成形するのに好適である。例えば、鍼治療に用いられる鍼管、動物用の注射針、箸、ストロー等、多種の射出成形品の製造に利用することができる。

１０：射出成形用金型
１：キャビティ
２：スプルー
３：ランナ
４：ゲート
１１：円形開口部
３０：分岐流路
３０ａ：末端部
３０ｂ：分岐部
３０ｃ：連通部
３０ｄ：接続部
１０１：固定型
１０２：可動型
Ｄ１、Ｄ２：切欠き部
Ｓ１：円周
Ｓ２、Ｓ３：同心円周

Claims (4)

1. キャビティへ充填する溶融樹脂を流入させるスプルーと、
   前記スプルーから分岐する複数の分岐流路を有するランナと、
   前記ランナの末端部から前記キャビティ内へ連通するゲートと、
   を備えた、棒状又は管状の成形品の製造に用いられる射出成形用金型であって、
   一の前記キャビティに対して複数の前記ゲートが設けられ、前記スプルーから該複数のゲートまでの距離が全て等しいことを特徴とする射出成形用金型。
2. 前記分岐流路が、
   前記スプルーを中心とする同心円周に沿って等間隔に形成された複数の分岐部と、
   前記スプルーを中心とする放射状に形成され、前記分岐部の中点に連通する連通部と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の射出成形用金型。
3. 前記末端部を互いに接続する接続部を備え、
   前記接続部が、前記スプルーを中心とする円周に沿って形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の射出成形用金型。
4. 前記末端部と前記接続部の一端とが非接続である切欠き部が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の射出成形用金型。

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