JP5317053B2

JP5317053B2 - 円筒状成形品の射出成形用金型、射出成形方法及び成形品

Info

Publication number: JP5317053B2
Application number: JP2008266321A
Authority: JP
Inventors: 成波多野
Original assignee: Ｓａｂｉｃイノベーティブプラスチックスジャパン合同会社
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2010094867A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の成形により円筒状成形品を得るための射出成形用金型、これを用いた射出成形方法及び成形品に関する。特に、高い寸法精度を要求される円筒状成形品の成形に適する射出成形用金型、これを用いた射出成形方法及び成形品に関する。

熱可塑性樹脂からなる成形品は、射出成形により極めて容易に効率よくかつ安価に製造することができることから、金属製に代わって広く利用されている。しかし、樹脂の成形品は一般に、金属を切削加工して得られる製品に比べて、寸法精度に劣る。高い寸法精度、特に真円度（円形部分の、幾何学的に正しい円からの狂いの大きさ；一定断面円の各直径の偏り）および円筒度（円筒部分の、幾何学的に正しい円筒からの狂いの大きさ；円筒の長さ方向に見たときの各断面円の大きさ（直径）の差）が要求される円筒状の成形品においては、これが重大な問題となる。

そこで、円筒状成形品の内面を形成するコアピンを有する金型を用いて樹脂を射出成形するとき、コアピンを冷却することにより、樹脂から放出される熱がコアピンに蓄積するのを緩和して寸法精度を高めることが従来行われている。さらに、キャビティ先端部に近接する金型接合面に断熱層を設けることにより、円筒状成形品の先端部の冷却固化を抑制して、精度（特に成形品の外面の円筒度）のより高い成形品を得ることが提案されている（例えば特許文献１）。

また、高精度の円筒状成形品を効率よく得ることを目的として、コアピンを固定金型に設けることによりコアピンの十分な冷却を容易に行うことが提案されている（例えば特許文献２）。

一方、成形材料としてフィラー入りの樹脂（特に非晶性樹脂）を使用すると、材料の線膨張率が小さくなり、したがって良好な寸法精度を有する成形品が得られることが知られている。しかし、フィラー入り樹脂を使用して円筒状成形品を成形するとき、その寸法精度は十分でない。
特開平１−２６３０１６号公報特開平５−１３８６９３号公報

本発明者は、上記事情に鑑みて、高い寸法精度を有する円筒状成形品の成形に適する射出成形用金型を提供すべく、特に、フィラー入り樹脂を使用して円筒状成形品を成形しても、十分な寸法精度の成形品を得ることができる金型を提供すべく鋭意検討した。そして、フィラー入り樹脂を使用したときに十分な寸法精度が得られない原因が、円筒状成形品の外面に比べて、内面でのフィラーの浮き上がりが大きく、内面の真円度及び円筒度が悪化するためであることが見出され、上記浮き上がりの原因として、以下のことが見出された。

円筒状成形品を射出成形する場合、例えば図２に示されるように、成形品の取り出しをエジェクタースリーブによって行うことが一般的である。図２に示されるように、コアピン２はその周囲にエジェクタースリーブ６を有し、エジェクタースリーブはコアピンに沿って前後に摺動する部品であるので、エジェクタースリーブ内側にあるコアピンや、エジェクタースリーブ外側にある他の部材との間に隙間がある。従って、通常の金型温調回路を設けても（例えば図２のプレート７に加熱用のヒートパイプを設けても）、その熱はコアピンに伝わり難い。したがって、コアピンはキャビティに充填される樹脂からしか熱をもらえない。さらに、スリーブ突き出しの機構上、コアピンは長くなり（図２に示されるように、コアピンの全長（Ｌ）は通常、可動側金型の厚み（Ｔ）の１００％以上である）、したがって、熱容量が大きくなるとともに放熱しやすくなるため、コアピンの温度を、フィラーの浮き上がりを防ぐのに必要な温度に上昇させ難くなる。

本発明者は、コアピンの全長を短くすると、コアピンの熱容量が小さくなるとともにコアピンから放出される熱量が少なくなり、上記目的が達成されることを見出した。従来は、コアピンの温度が上がり過ぎて成形品の寸法精度が不十分になるという問題があり、コアピンを冷却することにより上記問題を解決していた。しかし、本発明は、成形樹脂としてフィラー入り樹脂を使用する場合には、逆に、コアピンを高温に保つようにする必要があることを見出したことに基づく。

すなわち、本発明は、円筒状成形品の射出成形用金型において、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方が、成形品の内周面を形成するコアピンを有し、コアピンの全長が、上記コアピンを有する側の金型の厚みの１０〜８０％であることを特徴とする金型を提供する。
以下で、成形品の「内周面」を、単に「内面」ということがある。
また、本発明は、円筒状成形品の射出成形用金型において、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方が、成形品の内面を形成するコアピンを有し、コアピンを構成する材料が、キャビティを形成する他の部材を構成する材料よりも１０〜９９％低い熱伝導率を有することを特徴とする金型を提供する。
また、本発明は、円筒状成形品の射出成形用金型において、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方が、成形品の内面を形成するコアピンを有し、コアピンが断熱部分を有することを特徴とする金型を提供する。

本発明の射出成形用金型は、円筒状の成形品を高精度で得ることができ、成形樹脂としてフィラー入り樹脂を使用しても、成形品の内面でのフィラーの浮き上がりを生じることなく、高い寸法精度を有する円筒状成形品を得ることができる。したがって、スピンドルモーターのスリーブ等の高い寸法精度を要求される円筒形状の部品の製造に好適に使用できる。

以下に、本発明の金型を、図を参照して説明する。なお、本発明の金型は射出成形用である。射出成形は、樹脂を金型内に射出する射出工程と、金型内で樹脂を冷却する冷却工程と、金型を開いて成形品を取り出す取り出し工程とを含む成形法である。

本発明の第１の態様における金型は、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方がコアピンを有し、上記コアピンの全長（Ｌ）が上記コアピンを有する側の金型の厚み（Ｔ）の１０〜８０％、好ましくは２０〜６０％、より好ましくは３０〜５０％であるように構成される。具体的には、成形品の全長が１０ｍｍ以下の場合には、コアピンの全長から成形品の長さを除いた長さが２０〜１００ｍｍ、好ましくは２０〜５０ｍｍである。成形品の全長が１０ｍｍを超える場合には、コアピンの全長から成形品の長さを除いた長さが２０〜１５０ｍｍ、好ましくは２０〜７５ｍｍである。

コアピン全長を上記のように短くすることができる金型として、図１および３に示す構造を有する金型が挙げられる。

図１は、可動側金型がコアピンを有し、成形品の突き出しをエジェクタースリーブ機構によって行う場合の、本発明に従う金型を示す概略断面図である。図中、パーティングライン（ＰＬ）より上部が固定側金型４であり、ＰＬと可動側プラテン１３との間が可動側金型である。１は成形品であり、２は成形品の内面を形成するコアピンであり、３は成形品の胴部外面を形成する雌型であり、６はエジェクタースリーブである。コアピン２が、図２に示す従来の金型の場合と比べて、成形品により近いプレート（プレート８）に固定されている。こうすることにより、コアピンの全長を、従来の場合よりも短くすることができる。この場合、エジェクタースリーブは、図２と同様の可動機構にすることができない。なぜならば、コアピンの全長に合わせて可動側金型の厚みを単純に薄くすることができないからである。可動側金型は、ある程度の強度を必要とし、また、温度調節回路を設けるためのスペースを必要とする。そこで、図１に示すように、エジェクタースリーブ６とその後退機構であるスプリング９とを成型品１とコアピン固定プレート８との間に設け、エジェクタースリーブのフランジ部と連結した部材を介してエジェクタースリーブを可動させる機構にすることができる。この場合、上記可動は、従来と同様の成形機エジェクターロッド１２を用いて行うことができる。

図１に関する上記説明では、エジェクターをスリーブ状として記載したが、エジェクターは、複数のピンで構成されていてもよい。

また、図１の金型において、スプリング９を設ける代わりに、スリーブとプレート１０とを繋ぐ部材を中空にし、中空部分にボルトを貫通させて、エジェクタースリーブのフランジ部と締結することもできる。

図１に示す構成の他に、図３に示す構成も、コアピン全長を短くすることができる。

図３は、可動側金型がコアピンを有し、成形品の突き出しをプレート突き出し機構によって行う場合の、本発明に従う金型を示す概略断面図であり、ＰＬで金型を開いた状態を示す。図３の金型では、エジェクタースリーブ（またはエジェクターピン）を設ける代わりに、プレート５と成形機エジェクターロッド１２とを直結し、プレート５を前進させることにより、成形品の突き出しが行われる。また、成形品の外面を形成する雌型３が固定側金型に設けられている。この金型は、エジェクタースリーブ（またはエジェクターピン）による突き出し機構を有しないので、コアピン全長を短くすることができる。このような金型では、図３に示すように金型を開いたとき、成形品が、成形品の外面を形成する雌型３からは離れるが、コアピン２には接触したままであるように、成形品のための樹脂を特定のものにしたり、コアピンの表面にアンダーカットをつけたりして成形が行われる。

本発明の第２の態様における金型は、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方がコアピンを有し、コアピンを構成する材料が、キャビティを形成する他の部材を構成する材料よりも１０〜９９％低い、好ましくは２０〜９９％低い、より好ましくは３０〜９９％低い熱伝導率を有する。こうすることにより、コアピンからの熱の放出を抑えることができる。その結果、成形樹脂としてフィラー入り樹脂を使用しても、成形品の内面でのフィラーの浮き上がりを抑えることができ、円筒状成形品を良好な寸法精度で得ることができる。この第２の態様における金型の構成は、好ましくは、上記第１の態様における金型の構成と組み合わせられ得る。

コアピンを構成する熱伝導性の低い材料としては、ステンレス鋼、セラミック材料（アルミナ、窒化珪素、ジルコニア等）などが挙げられ、キャビティを形成する他の部材のための熱伝導性の高い材料としては、炭素鋼などの一般鋼、ベリリウム鋼、銅、銅合金、窒化アルミニウムなどが挙げられる。

本発明の第３の態様における金型は、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方がコアピンを有し、コアピンが断熱部分を有する。こうすることにより、コアピンからの熱の放出を抑えることができる。その結果、成形樹脂としてフィラー入り樹脂を使用しても、成形品の内面でのフィラーの浮き上がりを抑えることができ、円筒状成形品を良好な寸法精度で得ることができる。この第３の態様における金型の構成は、好ましくは、上記第１の態様における金型の構成および／または第２の態様における金型の構成と組みわせられ得る。

断熱部分を設ける方法として、例えば、図４に示すように、コアピン内で、他の部材と接触する個所に断熱溝１６を設けたり、図５に示すように、コアピンを複数個に分割し、分割部分に断熱層１８を設けたりする方法が挙げられる。断熱層は、コアピンを構成する材料よりも熱伝導性の低い材料、例えば熱伝導率が１０W/m・K以下、更には１W/m・K以下の材料、で構成され得る。

さらに、コアピンを加熱する手段を金型に設けて、コアピンの温度の低下を抑えることもできる。加熱手段を設ける方法としては、コアピンの内部および／または外部にヒーターを設ける、コアピンに電磁誘導加熱を設ける、コアピンが固定されているプレートに温度調節回路を設け、媒体による温度管理を行う、温度調節回路をコアピンの外周に設ける、コアピン内部に温度調節回路を設ける（例えば、図３における１５）などが挙げられる。

本発明の金型は、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方がコアピンを有するが、金型の作製が容易である（金型作製のコストが低く、金型の機構を簡略化できる）点から、固定側金型および可動側金型のいずれか一方がコアピンを有するのが好ましく、可動側金型がコアピンを有するのが更に好ましい。

本発明の金型は、熱可塑性樹脂の成形に有用であり、金型温度を１５０℃以上、好ましくは１７０℃以上、さらに好ましくは１９０℃以上にする場合に特に有用である。

また、本発明の金型は、熱可塑性樹脂の中でも特に非晶性樹脂の成形に有用であり、好ましくはガラス転移温度が１６０℃以上、より好ましくは１８０℃以上、さらに好ましくは２００℃以上である非晶性樹脂の成形に有用である。

上記非晶性樹脂としては、例えば、ポリエーテルイミド、非晶性ポリイミド、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテルなどが挙げられる。

さらに、本発明の金型は、フィラーを２０重量％以上、好ましくは３０重量％以上、より好ましくは４０重量％以上含む熱可塑性樹脂（特に非晶性樹脂）の成形に有用である。フィラーの量の上限は好ましくは８０重量％である。フィラーとしては、ガラスファイバー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、カーボンファイバー（カーボンウィスカー、カーボンナノチューブを含む）、タルク、マイカ、クレー、ウオラストナイト、無機ウィスカー類（チタン酸カリウムウィスカー、炭化珪素ウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、ホウ酸アルミウィスカー、ウィスカー状炭酸カルシウムなど）が挙げられる。

また、本発明において成形樹脂として使用され得る熱可塑性樹脂は、−３０℃〜＋３０℃の範囲の線膨張係数（ＴＭＡ法）が５×１０^−５以下、更には４×１０^−５以下、特に３×１０^−５以下であることが好ましく、また、曲げ弾性率（ＡＳＴＭＤ７９０）が３５００ＭＰａ以上、更には５０００ＭＰａ以上、特に８０００ＭＰａ以上であることが好ましい。

本発明の金型は、コアピンからの放熱を抑えることができるので、成形樹脂としてフィラー入り樹脂を使用しても、成形品の内面でのフィラーの浮き上がりを生じることなく、円筒状成形品を良好な寸法精度で得ることができる。特に、スピンドルモーターのスリーブ等の高い寸法精度を要求される円筒形状の部品の製造に好適に使用できる。また、コアピン全長を従来よりも短くすることにより、コアピンの加工精度の向上および金型組立て時のコアピンの垂直性の向上、およびそれらの結果としての、金型メンテナンスコストの低減および金型寿命の長期化、ならびにコアピンの加工コストの低減という効果も有する。

本発明に従う金型の一態様を示す概略断面図である。円筒状成形品用の従来の金型の概略断面図である。本発明に従う金型の別の態様を示す概略断面図である。本発明に従う金型の別の態様を示す部分断面図である。本発明に従う金型の別の態様を示す部分断面図である。

符号の説明

１成形品
２コアピン
３成形品の胴部外面を形成する雌型
４固定側金型
４’固定側金型
５プレート
６エジェクタースリーブ
７プレート
８プレート
９スプリング
１０プレート
１１プレート
１２成形機エジェクターロッド
１３可動側プラテン
１４温度調節回路用パイプ
１５温度調節回路
１６断熱溝
１７連結用ネジ
１８断熱層
ＰＬパーティングライン
Ｌコアピン全長
Ｔ可動側金型の厚み

Claims

円筒状成形品の射出成形用金型において、固定側金型および可動側金型を有し、固定側金型および可動側金型の少なくとも一方が、成形品の内周面を形成するコアピンを有し、コアピンの全長が、上記コアピンを有する側の金型の厚みの１０〜８０％であることを特徴とする金型。
コアピンを構成する材料が、キャビティを形成する他の部材を構成する材料よりも１０〜９９％低い熱伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の金型。
コアピンが断熱部分を有することを特徴とする請求項１または２記載の金型。
コアピンを加熱する手段を有する、請求項１または２記載の金型。
請求項１〜４のいずれか１項記載の金型を用いる射出成形方法。
請求項５記載の射出成形方法により成形された成形品。