JP5029865B2 - 合成樹脂製射出成形品 - Google Patents

Description

本発明は、中央部分が薄肉に形成され、その周縁に厚肉部を有する合成樹脂製の射出成形品に関する。

厚肉部分を有する成形品の射出成形方法に関し、特許文献１には薄肉部分と厚肉部分を有する成形品について、溶融樹脂の射出を２回に分けて実施する、所謂２重成形に係る方法が記載されており、厚肉部分におけるひけの発生を抑えて成形品の寸法精度、および外観が改良されるとしている。

図８はクリーム等の化粧料の収納容器の部材として使用される射出成形品１０１の斜視図、図９（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図であり、正四角柱状のブロック体１０７に、このブロック体１０７の回転対称軸ＡＸに対して同軸心状に半球状の収納部となる凹部１０８を形成したものである。

一方で、この成形品は角部１１１近傍での肉厚が２０ｍｍ近くにもなり、通常の射出成形ではひけが発生して外観が不良となるので、図９（ａ）の縦断面図に示されるように２重成形によるものである。
２重成形では、まず第一次射出成形により一次成形品１１５を成形し、この一次成形品１１５をインサート材として、その表面に被覆状に溶融樹脂を流動させる第二次射出成形を実施し、被覆部１１７を形成する。

ここで、一般的には、一次成形品は射出成形金型の、成形品１０１の底面の中心に対応する位置に配設されたセンターゲート（ピンゲート）を介してキャビティ内に放射状に射出充填して成形され、成形後の冷却収縮によりひけが発生するが、第二次射出成形により表面を２ｍｍ程度の肉厚で被服することにより、ひけが補修され、ひけによる凹凸のない外観の良好な成形品を得ることができる。
特開２００３−２５３７７号公報

しかし、図９（ｂ）で示される一次成形品１１５のように、センターゲート跡１１５ｔが位置する底面の中心の肉厚が薄肉である場合には、センターゲートの径が大きすぎると成形品のゲート痕１１５ｔ近傍でクラックが発生する等の問題が生じ、従来の経験によれば、センターゲートの径は、センターゲートに対応する位置の肉厚の８０％以下程度にする必要がある。

そうすると、周縁部に厚肉部１０３があるにもかかわらず射出速度を十分大きくすることができないために、厚肉部１０３での樹脂圧力が不足して、この厚肉部１０３、特に角部１１１近傍の図９（ｂ）中矢印で示した部分に顕著なひけが発生し、第二次射出成形によってその外観不良を補完でききれないという問題が生じる。
特に化粧料のパッケージング等、パッケージングがその商品性に大きく影響する用途では、成形性よりも意匠性が優先される場合もあり、また僅かな外観不良によってもその商品価値が損なわれるので、上記のような、全体としては厚肉成形品ではあるが中央部分に薄肉部を有する成形品の射出成形方法に係る改良要求がある。

本発明は、センターゲートが配設される中央部分が薄肉で、その周縁に厚肉部を有する成形品におけるひけの発生を抑制することを課題とし、高品位の外観を有し、意匠性に優れた射出成形品を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決する本発明のうち、請求項１記載の発明の手段は、
正四角柱状のブロック体に、このブロック体の回転対称軸に対して同軸心状に半球状の凹部を形成して中央部分を薄肉に形成し、該中央部分の周縁を厚肉に形成した回転軸対称性を有する形状の合成樹脂製の成形品において、
金型の、成形品の中央部分に対応する部分に、キャビティ内への溶融樹脂の射出速度の増大可能に、中央部の中心と各角部を結ぶ線上で、中心から等距離の位置に配設した４ケのピンゲートを介して溶融樹脂をキャビティ内に射出充填することによって成形され、
中央部分に、この中央部分の中心と各角部(11)を結ぶ線上で、中心から等距離の位置に、４ケのピンゲートによる４ケのゲート跡を有すること、にある

請求項１記載の上記構成の基本的な考え方は、複数のピンゲートを成形品の薄肉に形成された中央部分に対応する、キャビティ金型の所定位置に配設して、これら所定位置に配設された複数のピンゲートにより成形品の中心から周縁に向かって溶融樹脂を放射状に流動させると云うセンターゲートとしての機能を発揮させながら、キャビティ内への樹脂の流入路であるゲートの断面積をトータルとして大きくし、薄肉部に配設されるセンターゲートの径に係る制約を解消しようとするものである。
すなわち、キャビティの中央部分から放射状に、十分大きな射出速度で溶融樹脂を流動させて、周縁の厚肉部にも短時間に樹脂を充填させることができ、厚肉部におけるひけの発生を抑制することが可能となる。

そして、回転軸対称性を有する成形品では、対称軸に対して軸対称の位置にピンゲートを適宜配設することにより、より効果的にひけの発生が抑制された成形品とすることができる。

また、正四角柱状のブロック体に、このブロック体の回転対称軸に対して同軸心状に半球状の凹部を形成した成形品では、
最大の厚肉部であり流動距離が長い角部を考慮して、底面の中心と各角部を結ぶ線上に対応する部分に４ケのピンゲートを配設することにより、角部近傍におけるひけの発生を効果的に抑制することができる。

請求項２記載の発明の手段は、請求項１記載の発明において、任意の２ケのピンゲート間の距離が２０ｍｍ以内になるような範囲内に、複数のピンゲートを配設したこと、にある。

請求項２記載の上記構成は、複数のピンゲートの配設する位置についての具体的な基準を示すものである。
ここで、任意の２つのピンゲートの相互間の距離を大きくしすぎると、この２つのゲートからキャビティ内に流動した樹脂が合流、衝突した部分で、ウエルドマークが目立つようになり、成形品の外観を損ねてしまうが、ピンゲートの相互間の距離を２０ｍｍ以内にする、より好ましくは１５ｍｍ以内にすることにより溶融樹脂がより高温で合流、衝突するのでウエルドマークを目立たない、さらには感知できない範囲にすることができる。

請求項３記載の発明の手段は、請求項１または２記載の発明において、各ピンゲートの径を、この各ピンゲートが対向する位置での成形品の肉厚の８０％以下としたこと、にある。

請求項３記載の上記構成は、各ピンゲートの径を決める基準を提示するものであり、各ピンゲートに対向する位置における成形品の肉厚の８０％以下とすることにより、成形品のゲート痕近傍におけるクラックの発生を効果的に防ぐことができる。

ここで、上述した請求項１〜３に記載した射出成形品は、金型に配設した複数のピンゲートにより厚肉成形品のひけが効果的に抑制されるものであり、これら成形品はこのままで最終製品として使用可能であるが、使用分野によってさらに高品位の外観が要求される場合は、所謂２重成形した射出成形品のコアとなる一次成形品として効果的に使用することができ、次の請求項４はこの２重成形による射出成形品に係るものである。

請求項４記載の発明の手段は、
請求項１、２または３のいずれかに記載される射出成形品を一次成形品(15)とし、
この一次成形品をインサート材として、一次成形品の少なくとも表側面に被覆状に溶融樹脂を流動させて第二次射出成形を実施して成形したこと、
にある。

請求項４記載の上記構成は、所謂２重成形した射出成形品に係るものであり、前述した請求項１〜３のいずれかの構成の成形品を一次成形品として、この一次成形品をインサート材として、一次成形品の少なくとも表側面を、一次成形品の中央部分に対応する位置からセンターゲートを介して被覆状に溶融樹脂を流動させて第二次射出成形を実施して成形することにより、一次成形品に引け等の外観不良が僅かに残されていても、第２次射出成形によりこの不良部分を補完することができ、さらに高品位の外観を有する成形品を提供することができる。

なお、上記請求項４の記載において、表側面は、製品を使用する状態で、外側から見える、あるいは見え易い表面部分、すなわち外観性が特に要求される表面部分を指す。

本発明は上記した構成および方法であり、以下に示す効果を奏する。
すなわち請求項１記載の発明にあっては、中央部分が薄肉の成形品であっても、キャビティの中心近傍から放射状に、十分大きな射出速度で溶融樹脂を流動させて、周縁の厚肉部にも短時間に樹脂を充填させることができ、厚肉部におけるひけの発生を効果的に抑制することができる。

また、回転軸対称性を有する成形品では、対称軸に対して軸対称の位置にピンゲートを適宜配設することにより、より効果的にひけの発生が抑制された成形品とすることができる。

また、正四角柱状のブロック体に、このブロック体の回転対称軸に対して同軸心状に収納部となる半球状の凹部を形成した成形品において、底面の中心と各角部を結ぶ線上に対応する部分に４ケのピンゲートを配設することにより、角部近傍の厚肉部におけるひけの発生をより効果的に抑制することができる。

請求項２記載の発明にあっては、任意の２ケのピンゲート間の距離が２０ｍｍ以内になるような範囲内に、より好ましくは１５ｍｍ以内の範囲内に複数のピンゲートを配設することにより、溶融樹脂がより高温で合流、衝突するのでウエルドマークを目立たない、さらには感知できない範囲にすることができる。

請求項３記載の発明にあっては、各ピンゲートに対向する位置における成形品の肉厚の８０％以下とすることにより、成形品のゲート痕近傍におけるクラックの発生を効果的に防ぐことができる。

請求項４記載の発明にあっては、二重成形の射出成形品に係るものであり、ひけの発生が抑制された一次成形品を使用して、さらにその表面を被覆状に第二次射出成形することにより、高品位の外観を有する成形品を提供することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１〜図３は本発明の射出成形品の第１実施例を説明するためのものであり、図1は斜視図、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は平面図、また図３は対角線に沿って示す縦断面図である。
この成形品はスチレンアクリロニトリル樹脂製の透明な成形品で、短正四角柱状のブロック体７の回転対称軸ＡＸに対して同軸心状に収納部となる半球状の凹部８を形成したものであり、この成形品の中央部部分である底面９の中央部分は薄肉に形成され薄肉部２であり、その周縁に厚肉に形成された厚肉部３を有する。

この成形品の寸法は、正四角形の各辺は５３ｍｍ、高さは２２ｍｍ、凹部８の開口径は４７ｍｍ、深さは２０．５ｍｍであり、対称軸ＡＸ位置に対応する底面９の中心Ｃの肉厚ｔ１は１．５ｍｍ、角部１１の肉厚ｔ２は１８ｍｍである（図３参照）。そして、図２（ｂ）の底面図に示されるように、底壁９の中心Ｃと各角部１１を結ぶ線上で、中心Ｃから等距離（６ｍｍ）の位置に後述する金型２１に配設された４ケの径が０．８ｍｍのピンゲート２５に対応するピンゲート痕５がある。
また、各角部１１は４ｍｍの曲率半径Ｒ（図３参照）で角取りした形状としている。

図４は、図１の成形品１を射出成形するのに使用する金型２１の概略図であり、図４（ａ）はキャビティ金型２２とコア金型２３を型締めした状態での縦断面図、図４（ｂ）はキャビティ金型２２の底面図である。
従来、図１のような形状の成形品では、キャビティ金型２２の中心位置にセンターゲートとして１ケのピンゲートを配設するのが通常であるが、図４に示すキャビティ金型２２では４ケのピンゲート２５を、中心Ｃｍと角部を結ぶ線上で、中心から等距離（６ｍｍ）の位置に配設している。（図４（ｂ）参照）
ここで、各ピンゲート２５位置における成形品１の肉厚は２ｍｍであり、各ピンゲート２５の径はこの肉厚の８０％以下の０．８ｍｍとしている。
そして、これら４ケのピンゲート２５を介して溶融樹脂が放射状に金型２１のキャビティ２４内に流動し、充填して成形品１が射出成形される。

図４に示される金型２１で射出成形された図１の成形品１では、中央部分に最小肉厚が１．５ｍｍの薄肉部を有し、その周縁の角部１１に最大肉厚が１８ｍｍの厚肉部が存在する肉厚変動の大きな厚肉成形品にも関わらず、ひけの発生が十分に抑制されたものであり、このままで十分、製品として使用できるものであった。

また、ピンゲート２５間の距離を離しすぎると、各ピンゲート２５から流入した溶融樹脂が合流、衝突する部分でウエルドマークが顕著になるが、本実施例では各ピンゲート２５間の距離は最大で１２ｍｍであり、ウエルドマークが外観上問題となることはなかった。
予備的な実験ではピンゲート２５間の距離は２０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下とするのが良い。

ここで、成形品１のような形状の成形品を成形するにあったて、ひけの発生を抑制するための、形状設計と金型設計に係る本願発明の設計手法の第１の特徴は、４ケのピンゲート２５を成形品１の底面９の中心Ｃ近傍に対応する径１２ｍｍの領域内に配設して、これらピンゲート２５により成形品１の中心Ｃから周縁に向かって溶融樹脂を放射状に流動させると云うセンターゲートとしての機能を発揮させながら、キャビティ２４内への樹脂の流入路の断面積をトータルとして大きくし、センターゲートの径に係る制約を解消し、射出速度を十分大きくできるようにした点にある。

また、形状設計と金型設計に関して他にも次のような点を考慮した設計としている。
（１）複数のピンゲート２５を、成形品１の対称性、肉厚分布等を考慮して、軸対称に配置する。本実施例では角部１１における流動距離が長いこと、肉厚が大きいことを考慮して中心とＣと角部１１を結んだ線上に対応する位置にピンゲート２５を配置した。
（２）ウエルドマークの発生を考慮してピンゲート２５間の距離を所定範囲内とする。本実施例では１２ｍｍの径内に４ケのピンゲート２５を配設した。
（３）角部１１を角取りする。曲率半径Ｒを小さくしすぎると角部１１内側（図２（ｂ）、図３中の白抜き矢印で示した部分）のひけが大きくなるので、本実施例では曲率半径Ｒを４ｍｍとした。

なお、図１の形状の成形品を径０．７５ｍｍ（中心Ｃの肉厚の１／２に相当する寸法）のセンターゲートを配設した金型で成形すると、射出速度を十分大きくすることができないため、厚肉部での樹脂圧力が不足して、特に角部近傍で大きなひけが発生してしまう。（図８、９の成形品１０１参照）

次に、図５と図６は本発明の射出成形品の第２実施例を説明するためのものであり、図５は斜視図、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は底面図である。
この成形品は、図１の成形品を一次成形品１５として、図７に示されるようにこの一次成形品１５をインサート材として、センターゲート２６を介して一次成形品１５の表側面１５ｆを被覆状に、一次成形品１５と同じ樹脂を溶融流動させて（図７中の矢参照）第二次射出成形を実施し、所謂２重成形した射出成形品である。

本実施例の成形品１は、元々ひけの発生が抑制された一次成形品１５の底面から側面にかけての表側面１５ｆを、第二次成形により略２ｍｍ程度の肉厚で被覆しており、これにより一次成形品１５に残る僅かなひけによる凹凸も完全に平坦に仕上げられ、光の反射によるゆがみも感知されることのない、高品位の外観を呈する成形品とすることがきた。

この、第二次射出成形による被覆厚さは、第二次射出成形自体によるひけの発生を無くすために、可能な限り均一にするのがよい。この点一次成形品１５の角部１１の曲率半径Ｒは小さくする必要があるが、第１実施例で記載したように曲率半径Ｒを小さくしすぎると角部１１の内側にひけが発生してしまうので、この両者のバランスを考慮して本実施例の第一成形品１５ではこの曲率半径を４ｍｍとしている。
特に、透明樹脂製として半球状の凹部８の形状を外側から見えるようにして、意匠効果を呈するようにした本実施例の成形品１では、成形品内部でのひけの発生についても十分配慮して設計する必要がある。

そして、本実施例の成形品１は図６（ａ）に二点鎖線で示されるような、口筒部３２と、外形が正四角形の外鍔状の板片３３、収納部３４を有する内容器部材３１を嵌合して、化粧料容器として使用することができる。
また、この成形品１は透明樹脂製であるので、ブロック体の中に凹部８による半球が浮かんだように見せることができ、高級な商品イメージを付与することができる。

以上、実施例に沿って本発明の成形品、この成形品を射出成形するための金型、射出成形方法について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。第２実施例で説明したように本願発明の成形品は２重成形して高品位の外観を得ることができるが、このようなパッケージングの用途だけでなく、一般的に中央部に薄肉部を有する厚肉成形品において、ひけの発生を高度に抑制した精密成形品を提供することもできる。

以上説明したように本発明の射出成形品は、厚肉部におけるひけの発生を高度に抑制したものであり、２重成形と組み合わせることにより、高品位の外観を有し、意匠性に優れたものとすることができ、高級感のあるパッケージングで化粧料用容器等の分野で幅広く展開できるものとして期待される。

本発明の成形品の第１実施例を示す斜視図である。 図１の成形品の（ａ）縦断面図と（ｂ）平面図ある。 図１の成形品の対角線方向に沿って示す縦断面図である。 図１の成形品を射出成形するのに使用する金型の概略図であり、（ａ）はキャビティ金型とコア金型の型締めした状態の縦断面図、（ｂ）はキャビティ金型の底面図である。 本発明の成形品の第２実施例を示す斜視図である。 図５の成形品の（ａ）縦断面図と（ｂ）平面図である。 図５の成形品の第二次射出成形工程の概略説明図である。 従来の厚肉成形品の一例を示す斜視図である。 図８に示す成形品の（ａ）縦断面図と（ｂ）平面図である。

１ ；成形品
２ ；薄肉部
３ ；厚肉部
５ ；ゲート痕
７ ；ブロック体
８ ；凹部
９ ；底面
１１；角部
１２；ピンゲート痕
１５；一次成形品
１５ｆ；表側部
１７；被覆部
２１；金型
２２；キャビティ金型
２３；コア金型
２４；キャビティ
２５；ピンゲート
２６；センターゲート
３１；内容器部材
３２；口筒部
３３；板片
３４；収納部
１０１；成形品
１０３；厚肉部
１０７；ブロック体
１０８；凹部
１１１；角部
１１５；一次成形品
１１５ｔ；ゲート痕
ＡＸ；対称軸
Ｃ ；中心
Ｃｍ；中心
ｔ１、ｔ２；肉厚
Ｒ ；曲率半径

Claims (4)

1. 正四角柱状のブロック体(7)に、該ブロック体(7)の回転対称軸(AX)に対して同軸心状に半球状の凹部(8)を形成して中央部分を薄肉に形成し、該中央部分の周縁を厚肉に形成した回転軸対称性を有する形状の合成樹脂製の成形品(1)であって、
   金型(21)の、前記成形品(1)の中央部分に対応する部分に、キャビティ(24)内への溶融樹脂の射出速度の増大可能に、該中央部の中心(C)と各角部(11)を結ぶ線上で、前記中心(C)から等距離の位置に配設した４ケのピンゲート(25)を介して前記溶融樹脂をキャビティ(24)内に射出充填することによって成形され、
   前記中央部分に、該中央部分の中心(C)と各角部(11)を結ぶ線上で、前記中心(C)から等距離の位置に前記４ケのピンゲート(25)による４ケのゲート跡(5)を有することを特徴とする射出成形品。
2. 任意の２ケのピンゲート(25)間の距離が２０ｍｍ以内になるような範囲に、複数のピンゲート(25)を配設した請求項１記載の射出成形品。
3. 各ピンゲート(25)の径を、該各ピンゲート(25)位置での成形品(1)の肉厚の８０％以下とした請求項１または２記載の射出成形品。
4. 請求項１、２または３のいずれかに記載される射出成形品を一次成形品(15)とし、
   該一次成形品(15)をインサート材として、該一次成形品(15)の少なくとも表側面(15f)に被覆状に溶融樹脂を流動させて第二次射出成形を実施して成形した射出成形品。
   

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