JP5294618B2

JP5294618B2 - 射出成形用金型

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Publication number: JP5294618B2
Application number: JP2007315786A
Authority: JP
Inventors: 渉及川
Original assignee: NIPPON PLATEC CO., LTD.
Current assignee: NIPPON PLATEC CO., LTD.
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: JP2009137154A

Description

本発明は射出成形用の金型に関するものであり、特にアンダーカット部分を形成する部位を可動入れ子とした射出成形用金型に関するものである。

射出成形用の金型は、固定側型部材と可動側型部材とで本体部分を構成し、その間にキャビティが形成され、このキャビティに溶融樹脂を供給するために、キャビティに接続したゲート及びランナを設けることにより大略構成されるものである。そして、両型部材間を型締めした状態で、ランナからゲートを通ってキャビティ内に溶融樹脂を供給することにより射出成形が行われる。ここで、金型を構成する固定側型部材及び可動側型部材は、繰り返し使用されるものであり、その耐久性の観点から、射出成形用の金型は堅牢な部材である鋼鉄製のものが一般的に使用される。

ここで、キャビティ内に溶融樹脂を供給する際には、金型を加熱して溶融樹脂の流れを良好にする。また、キャビティ内に溶融樹脂が供給されて、成形品の形状が転写された後には、この成形品を速やかに冷却する。そして、成形品が所定の温度まで冷却された後には、可動側型部材を固定側型部材から離間させて型開きを行い、突き出し等により成形品を金型から取り出される。この固定側及び可動側の型部材を型締めした後、成形品を取り出すまでを１サイクルとして、順次この操作を繰り返すことによって、射出成形が行われる。成形品の生産効率を高めるには、前述したサイクルタイムを短縮する必要があり、このためには、成形品を迅速に冷却しなければならない。成形品を冷却するために、金型を冷却するが、この金型の冷却方式としては、例えば、特許文献１に示したものが従来から知られている。この特許文献１では、固定側型部材及び可動側型部材に冷却水を循環させる流路を形成しておき、キャビティ内に溶融樹脂を供給した後に、流路内に冷却水を流して金型を冷却することにより、キャビティ内の成形品を冷却する構成としたものが開示されている。
特開平７−３１４５０３号公報

キャビティが固定側及び可動側の型部材間にのみ形成されているのであれば、冷却流路によるキャビティの冷却効率の向上を図ることができる。しかしながら、成形品にアンダーカットの部分が存在する場合には、前述した固定側及び可動側の型部材とは独立のスライドコアを設けることになる。このスライドコアは入れ子式のものとなるから、冷却流路を形成するのが不可能ではないにしろ、極めて困難であり、製造コストも高くなる。

固定側及び可動側の型部材には冷却水を流す冷却流路を形成した冷却手段を設け、スライドコアに冷却手段を設けない構成とした場合、キャビティ内に溶融樹脂を充填した後において、冷却手段を有する型部材と冷却手段を有しないスライドコアとの間で冷却速度に差が生じ、成形品の部位によって温度にばらつきが生じることになる。その結果、冷却時間が最も遅い部位を基準として型開きを行うことになり、サイクルタイムの遅延による生産効率が低下するだけでなく、成形品の表面にひけやボイド等が生じることになり、品質が低下するという問題点がある。

ところで、鋼鉄製の金型としては一般に炭素鋼が用いられるが、この炭素鋼の熱伝導率は４８．５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１である。これより熱伝導率の高い部材を用いれば、成形品の冷却効率を高くすることができる。アルミニウムは２４０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１の熱伝導率を有する素材であり、アルミニウム製の金型の熱伝導率は鋼鉄製の金型より熱伝導率が５〜６倍程度高い。従って、可動入れ子を構成するスライドコア等をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成すれば、格別冷却手段を設けなくても冷却効率を高くすることができる。従って、射出成形用の金型におけるスライドコア等の可動入れ子をアルミニウム若しくはアルミニウム合金で構成することが考えられる。しかしながら、アルミニウム乃至その合金は、鉄乃至その合金と比較して、軟質の金属であり、耐摩耗性も劣っている。従って、キャビティを構成する転写面の一部としてアルミニウムが露出していると、早期に磨耗することになる。特に、成形される合成樹脂にガラス繊維等の強化材が多量に混合されている場合には、さらに磨耗や損傷が激しくなり、成形品の量産には対応できない。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、アンダーカット部分を有する成形品を形成する射出成形用金型において、耐久性や強度を低下させることなく、高い冷却効率を有するスライドコア等の入れ子を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、それぞれ冷却手段を備えた固定型部材と可動型部材との間に形成されるキャビティにおけるアンダーカット部分に可動入れ子を臨ませて設けた射出成形用金型であって、前記可動入れ子はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成して、その転写面を構成する部位には鉄または鉄合金からなる鉄系メッキを施した硬質メッキ面となし、前記固定型部材との当接面はアルミニウムまたはアルミニウム合金を無垢な状態にした非メッキ面とし、前記固定型部材及び前記可動型部材には、前記可動入れ子を冷却するための冷却手段を設ける構成としたことをその特徴とするものである。

ここで、可動入れ子は、固定型部材及び可動型部材とは別個、独立の部材となし、型開きのときには、スライド動作または回転動作させるようになし、前述した固定及び可動の型部材とは独立の動きをするものである。可動入れ子に冷却手段を内蔵させるのではなく、熱伝導率の高い部材でこの可動入れ子を形成し、熱伝導により冷却させる。また、金型に溶融樹脂を供給する際には、この金型全体を所定の温度にまで加熱するが、可動入れ子には、加熱手段を持たせなくても、迅速に加熱することもができる。可動入れ子をアルミニウム（またはアルミニウム合金）により形成しているので、固定及び可動の型部材の加熱及び冷却に対する温度追従性が良好となり、消費エネルギの低減が図られる。

アルミニウムの熱伝導率は鉄の熱伝導率より５〜６倍程度高いことから、固定及び可動の型部材の少なくともいずれかに設けられる冷却水の循環流路の一部を可動入れ子に近接した位置に配置しておけば、可動入れ子は迅速に冷却される。可動入れ子において、少なくとも転写面を構成する部位は鉄系メッキを施した硬質メッキ面とする。また、型締め及び型開きを行う際に、固定型部材または可動型部材に対して摺動する部位、特に他の部材と圧接しながら摺動する部位も硬質メッキ面とすることができる。そして、硬質メッキ面以外は、アルミニウムが無垢の状態で露出する非メッキ面とし、非メッキ面は固定型部材または可動型部材と当接することになる。例えば、可動入れ子の表面のうち固定型部材と当接する部位は、可動型部材が移動しても、摺動するものではないので、非メッキ面とする方が望ましい。また、可動型部材と摺接する部位であっても、過大な負荷が作用しない部位も非メッキ面とすることができる。ここで、硬質メッキ面を構成する鉄系メッキは鉄または鉄合金、例えばＦｅ−Ｃｒ系の鉄合金等を含むものである。

従って、これら固定型部材または可動型部材の少なくとも一方に冷却手段を装着しておくことによって、可動入れ子には格別冷却手段を設けなくても、成形品を冷却する際に、キャビティを形成する転写面全体が迅速かつ円滑に、しかもむらなく冷却（加熱も同様）することができる。しかも、可動入れ子のうち、少なくとも転写面を構成する部位は鉄系メッキを施しており、これにより転写面の部位の耐久性や強度が向上する。さらに、可動入れ子だけでなく、固定型部材及び可動型部材もアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成して、少なくともキャビティに臨む転写面の部位に鉄系メッキを施すように構成することもできる。

アンダーカット部分を有する成形品を形成するために、スライドコア等の可動入れ子を射出成形用金型の構成部の一部として用い、この可動入れ子を熱伝導率の高いアルミニウムで構成することによって、成形品の冷却時には迅速な冷却が可能になり、また転写面となる部位に鉄系メッキを施すことによって、耐久性や強度を低下させることがない。しかも、成形品全体がほぼ均等に冷却されることから、ひけやボイド等がない高品質の成形品を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１に射出成形用金型の縦断面図を示し、また図２には成形品の外観を示す。同図から明らかなように、金型１は、固定型部材２と可動型部材３とを備え、これら固定型部材２と可動型部材３とを接合させることにより、その間にキャビティ４が形成され、このキャビティ４は、成形品Ｍの形状を転写するためのものである。ここで、固定型部材２及び可動型部材３は、共に型板２ａ，３ａにコア２ｂ，３ｂを装着したものから構成されており、キャビティ４はコア２ｂ，３ｂ間に形成されている。なお、固定型部材２及び可動型部材３はコアと型板とを一体物で構成することもできる。

成形品Ｍは合成樹脂からなるものであり、図２に示したように、その周胴部に凹部Ｒが形成される。従って、前述した固定型部材２と可動型部材３とだけで金型１のキャビティ４を形成したのでは、成形品Ｍの凹部Ｒの部位の型抜きができない。つまり成形品Ｍには凹部Ｒというアンダーカット部を有するものである。このために、金型１には可動入れ子として後述するスライドコア５を備えている。

固定型部材２は固定側取付板６に固定されており、可動型部材３は受け板７及びスペーサブロック８を介して可動側取付板９に連結されている。固定側取付板６にはロケートリング１０が装着されており、このロケートリング１０には射出シリンダ（図示せず）が接続されることになる。また、固定側取付板６におけるロケートリング１０の内側にはスプルブッシュ１１が装着されている。スプルブッシュ１１は固定側取付板６を貫通して固定型部材２内にまで延在されており、その内部には溶融樹脂を供給する樹脂供給流路１２を構成するスプル１２ａ，ランナ１２ｂ及びゲート１２ｃを介してキャビティ４と連通している。

受け板７及びスペーサブロック８を介して可動側取付板９に連結した可動型部材３は、固定型部材２に対して近接・離間する方向に移動可能なものであり、この動作時に可動型部材３を固定型部材２に対して位置合わせするために、可動型部材３に設けたガイドピン１３が固定型部材２に設けたガイドブッシュ１４に摺動可能に連結されている。さらに、キャビティ４内で成形が完了した後には、このキャビティ４の下部に位置する突き出しピン１５と、スプル１２ａの下部に位置する突き出しピン１５ａを上昇させて、キャビティ４内で成形された成形品Ｍを突き上げるようにして型離れすることになる。ここで、突き出しピン１５は昇降板１６に装着されており、型板３ａからコア３ｂを貫通してキャビティ４に望むように形成した挿通孔１７に挿通されている。そして、昇降板１６を可動側取付板９に近接する方向に所定ストロークだけ移動させることによって、キャビティ４内の成形品Ｍが突き上げられることになる。昇降板１６が成形品Ｍの突き上げのために上昇した後、可動側取付板９に当接する位置まで下降させるためのリターンピン１８が設けられており、このリターンピン１８は、可動型部材３における型板３ａに設けた挿通孔１９に摺動可能となっている。

固定型部材２と可動型部材３との間に設けられるスライドコア５は、図３及び図４に示したように、スライドブロック５０にアンダーカット構成部５１を一体に形成したものから構成される。スライドブロック５０は、可動型部材３の型板３ａに形成した収容部２０内に配置されており、この型板３ａの収容部２０の底面に沿って摺動可能となっている。また、アンダーカット構成部５１は、コア３ａに形成した透孔２１内に進退可能に挿入されて、型締め時には、このアンダーカット構成部５１の先端部分がキャビティ４の転写面の一部、つまり成形品Ｍの凹部Ｒを形成する部位を構成することになる。このときには、スライドコア５はコア３ｂと固定型部材２の型板２ａに設けたロッキングブロック２２との間に挟持されるようにして固定される。

また、固定型部材２の型板２ａにはアンギュラピン２３が固定的に設けられており、このアンギュラピン２３は型板２ａから斜め下方に延在されている。そして、スライドコア５を構成するスライドブロック５０には、アンギュラピン２３の傾きと同じ角度で斜め方向に向けてピン挿通孔５２が形成されており、このピン挿通孔５２にはアンギュラピン２３が挿通される。そして、図１の型締め状態から、成形品Ｍを取り出すために、図５に示したように、型開きを開始したときには、可動型部材３の下降動作に追従して、スライドコア５が可動型部材３の型板３の上面に沿って図５に矢印で示した方向に向けて摺動し、コア３ａから離間する方向にスライド変位する。従って、ロッキングブロック２２の内面及びスライドブロック５０のアンダーカット構成部５１とは反対側の面は、アンギュラピン２３の傾きと一致する傾斜角を持たせている。なお、スライドコア５のスライド変位を円滑に行わせるために、スライドブロック５０には左右に張り出すガイド部５０ａが形成されており、このガイド部５０ａは可動型部材３に形成した溝（図示せず）に係合することになる。

さらに、固定型部材２及び可動型部材３を構成する型板２ａ，３ａには、複数の冷却水流路２４が形成されており、樹脂をキャビティ４内に充填した後には、これら冷却水流路２４に冷却水を流通させることによって、コア２ｂ，３ｂ及びスライドコア５を冷却するようにしている。従って、冷却水流路２４は、コア２ｂ，３ｂの外周面に近接した位置を通るように配設されている。なお、冷却手段は空冷式のものであっても良い。また、キャビティ４内の樹脂を加熱する加熱手段も備えている。加熱手段は、一般的に、ロッド式またはバンド式のヒータが用いられる。ただし、この加熱手段は図示を省略する。

ここで、可動型部材３において、スライドコア５が装着されている収容部２０の部位には、冷却水流路を設けることができない。そこで、スライドコア５の冷却を促進するために、このスライドコア５をアルミニウムで形成する。ここで、アルミニウムは、好ましくは純アルミニウムではなく、アルミニウム合金を用いる。アルミニウム合金としては、例えばＡｌ−Ｍｇ系，Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系等が好適に用いられ、またＡｌ−Ｃｕ―Ｍｇ系、つまりジュラルミンも用いることができる。

そして、図４に示したように、スライドコア５のうち、アンダーカット構成部５１の外表面には鉄系メッキを施した硬質メッキ面５３としている。また、スライドブロック５０のうち、ロッキングブロック２２と当接する面は、このロッキングブロック２２からの押圧力を受けて摺動するので、必須ではないが、この面も硬質メッキ面５４とすることが望ましい。さらに、スライドコア５のうち、アンギュラピン２３が挿脱されるピン挿通孔５２の内面及びアンダーカット構成部５１が突出している端面部分も硬質メッキ面としても良い。そして、スライドコア５の全面を硬質メッキ面とすることもできるが、熱伝達の観点から、少なくともスライドブロック５０のうちの固定型部材２の型板２ａと当接する部位は非メッキ面とする。一方、スライドブロック５０のうち、可動型部材３の型板３ａへの当接面は型締め及び型開き時に摺動するので、硬質メッキ面とすることもできるが、あまり大きな摩擦力が作用しないので、非メッキ面とする。

射出成形用金型は以上のように構成されるものであって、成形用金型１を構成する可動側取付板９を固定側取付板６に近接する方向に駆動することにより固定型部材２と可動型部材３とを接合させると共に、スライドコア５をコア３ｂの外周面に当接させ、アンダーカット構成部５１を、コア３ｂに設けた透孔２１を貫通させて、キャビティ４内に進入させる。また、アンギュラピン２２をスライドブロック５０に設けたピン挿通孔５２内に挿入させる。これによって、スライドコア５はロッキングブロック２２とコア３ｂの外周面との間に挟持された状態で固定される。そして、固定型部材２と可動型部材３との間に所定の加圧力を作用させることにより型締めが行われる。

そこで、ロケートリング１０に射出用シリンダを接続して、樹脂供給経路１２を介してキャビティ４内に溶融樹脂を所定の圧力を作用させて供給する。このキャビティ４内に樹脂が十分行き渡り、その形状が転写されるまでは樹脂を高温状態に保持するために、加熱手段により金型１の全体、特に固定型部材２及び可動型部材３を加熱し、所定の温度状態に保持する。

ここで、固定型部材２及び可動型部材３はその全体が鋼鉄製のものであるのに対して、コア３ｂに形成した透孔２１内にアルミニウム製のスライドコア５におけるアンダーカット構成部５１が挿入されているので、これらの素材の相違から、熱膨張率に差が生じる。つまり、アルミニウムの方が鋼鉄より熱膨張率が大きいことから、アンダーカット構成部５１の外形寸法を、それが挿入される透孔２１に対して、金型１を加熱したときに、アンダーカット構成部５１が透孔２１にほぼ密嵌状態となるように設定する。従って、金型１を加熱していないときには、アンダーカット構成部５１と透孔２１との間に隙間が生じることになる。溶融樹脂がキャビティ４内に充填する際には、加圧状態にするが、この樹脂の供給時にはアンダーカット構成部５１は加熱状態となって、前述した隙間が生じないことから、樹脂がアンダーカット構成部５１と透孔２１との間から流出するおそれはない。なお、冷却によって前述した隙間が拡大するが、これと共に樹脂の硬化が開始することから、多少の隙間が生じても、成形品Ｍに何等の影響も与えない。なお、透孔２１に対するアンダーカット構成部５１の寸法差は、可動型部材３の材質とスライドコア５の材質及び成形温度等を勘案して設定されることになる。

キャビティ４内全体に樹脂が行き渡ると、加熱手段による加熱を停止し、冷却手段による冷却を開始する。即ち、冷却水流路２４内に冷却水を流通させることによって、冷却水流路２４を設けた型板２ａ，３ａを冷却する。ここで、冷却水流路２４はコア２ｂ，３ｂに近い位置に配置されているので、これらコア２ｂ，３ｂが冷却されることになり、最終的にキャビティ４の内部に充填されている樹脂が冷却される。キャビティ４が所定の温度にまで低下すると、樹脂が固化・成形されることになる。そこで、可動型部材３を下降させて、固定型部材２から離間させることにより型離れを行わせ、次いで昇降板１６を上昇させて、突き出しピン１５を押し上げることにより成形品を取り出す。その後、この昇降板１６に作用しているばねの作用で突き出しピン１５及び１５ａを下降させて、図１の状態に復帰させる。これを１サイクルとして、この操作を繰り返すことによって、順次樹脂の成形が行われる。

ここで、前述のようにして行われる樹脂を射出成形する際において、キャビティ４内を加熱・冷却が繰り返されるが、冷却効率はサイクルタイムの短縮にとって重要である。キャビティ４内の樹脂を冷却するには、コア２ｂ，３ｂを直接冷却することが望ましいが、本実施の形態においては、コア２ｂ，３ｂは型板２ａ，３ａに対して可動な入れ子式となっている。これは金型１に汎用性を持たせるためであり、従ってコア２ｂ，３ｂに冷却水流路を形成するのは困難である。型板２ａ，３ａに冷却水流路２４を設けたのはこのためであって、冷却水流路２４をコア２ｂ，３ｂに近接した位置に設けることによって、冷却効率を高くするようにしている。

ただし、スライドコア５は、固定型部材２及び可動型部材３のコア２ｂ，３ｂと同様、冷却水流路を設けることができないだけでなく、型締め及び型開き時にスライドするものであるから、このスライドコア５におけるアンダーカット構成部５１に近接する位置に冷却水流路２４を設けることはできない。従って、アンダーカット構成部５１は冷却機能を発揮する冷却水路２４から離れた位置となる。

しかしながら、スライドコア５は、金型１を構成する他の部位の素材である鋼材と比較すると、５〜６倍程度高い熱伝導率を有することから、アンダーカット構成部５１が冷却水路２４から離間していても、迅速に冷却されることになる。勿論、冷却水路２４はできるだけアンダーカット構成部５１にできるだけ近い位置に配置する。その結果、スライドコア５のアンダーカット構成部５１とコア２ｂ，３ｂとの間で冷却速度の差が小さくなって、冷却時間の短縮が図られる。また、キャビティ４全体にわたってほぼ均等な温度になるので、成形品Ｍの表面にひけやボイド等の発生を防止することができる。

ここで、図４に示したように、スライドコア５の表面には、アンダーカット構成部５１と、その反対側の端面とをそれぞれ硬質メッキ面５３，５４となし、それら以外は非メッキ面とする。このためには、非メッキ面の部位をマスキングしてメッキ層を形成する。このメッキ層のメッキ厚は数μｍ〜十数μｍ程度とするが、表面の平滑化のために、メッキを行った後に、研磨することにより均一な表面形状とするのが望ましい。そして、硬質メッキ面には鉄系のメッキが形成される。鉄系のメッキは、一般に、電解メッキにより行われることになる。アンダーカット構成部５１はエッジのある構造であることから、メッキ時にはエッジ部分に電流密度が高くなるが、メッキ槽内において、スライドコア５と陰極との間に適宜の遮蔽板を配設する等によって、全体にほぼ均等なメッキ厚とすることができる。

本発明の実施の一形態を示す射出成形用金型の縦断面図である。図１の射出成形用金型により製造される成形品の外観図である。図１の射出成形用金型のスライドコアの外観図である。図３のスライドコアの断面図である。型離れの途中の状態を示す図１と同様の縦断面図である。

符号の説明

１成形用金型２固定型部材
３可動型部材２ａ，３ａ型板
２ｂ，３ｂコア４キャビティ
５スライドコア１２樹脂供給経路
１３ゲート１５ガイドピン
２０収容部２１透孔
２２ロッキングブロック２３アンギュラピン
２４冷却水流路５０スライドブロック
５１アンダーカット構成部５２ピン挿通孔
５３，５４硬質メッキ面Ｍ成形品
Ｒ凹部

Claims

それぞれ冷却手段を備えた固定型部材と可動型部材との間に形成されるキャビティにおけるアンダーカット部分に可動入れ子を臨ませて設けた射出成形用金型において、
前記可動入れ子はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成して、その転写面を構成する部位には鉄または鉄合金からなる鉄系メッキを施した硬質メッキ面となし、前記固定型部材との当接面はアルミニウムまたはアルミニウム合金を無垢な状態にした非メッキ面とし、
前記固定型部材及び前記可動型部材には、前記可動入れ子を冷却するための冷却手段を設ける
構成としたことを特徴とする射出成形用金型。
前記可動入れ子は、離型時にはスライドまたは回転させることによって前記固定型部材及び前記可動型部材とは独立に移動する構成となし、前記可動入れ子の前記可動型部材との摺接面を硬質メッキ面とする構成としたことを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。