JP5420886B2 - 射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明はキャビティ内に樹脂を射出して成形を行う射出成形用金型に関し、特に射出時に発生するガスをキャビティ外に逃がすためのガス抜き構造を備えた射出成形用金型に関するものである。

射出成形用金型ではキャビティ内に溶融樹脂を射出する際に、溶融樹脂中の分解物、溶融樹脂中の添加剤、水分等が揮発してガス化する。このガスがキャビティの内面に接触して冷却されると異物となってキャビティ内面に付着し、さらに成形された樹脂成形品に付着する等して樹脂成形品の品質を低下させる。そのため、キャビティを構成する一対の金型、通常では固定型と可動型とが当接される面、いわゆるパーティング面にキャビティと外部とを連通させるガス抜き溝を形成することが行われている。例えば、特許文献１の技術では、一対の金型のいずれか一方のパーティング面にキャビティを外部に連通させるための放射状をした複数のガス抜き溝を凹設している。

一方、射出成形用金型では射出した溶融樹脂の一部がキャビティからパーティング面にまではみ出し、いわゆるバリが生じることがある。このバリを防止するためにはキャビティの周縁に沿ったパーティング面における両金型の密接性を高めることが必要である。密接性を高めるためには両金型のパーティング面の平坦性を高めるとともに、両金型のパーティング面が当接する際の当接力を高めることが好ましい。前者の平坦性は加工技術上の限界があるため、通常では後者の当接力を高めることが行われる。特に、当接力を高めるための一つの手法として、パーティング面のうちキャビティを囲んでいるキャビティの周縁に沿った領域を除く他の面部を凹ませた逃がし部を設け、キャビティの周縁に沿った領域のみが当接するように構成することで、このキャビティの周縁領域でのパーティング面の面圧を高める構成を取ることが行われている。なお、以降の記載においてこのパーティング面におけるキャビティの周縁領域をパーティング当接領域と称する。

例えば、後述する実施例１を説明するための図１を参照すると、下金型１１と上金型１２とでキャビティ１３を構成する射出用金型の場合、下金型１１のパーティング面１１ａにはキャビティ１３の周縁領域を除く外側の領域に所定の浅い深さで凹設した逃がし部１７を形成し、下金型１１のパーティング面１１ａはこのキャビティ１３の周縁を囲む領域においてのみ上金型１２のパーティング面１２ａに当接するパーティング当接領域１６を構成する。そのため、上金型１２を下金型１１に当接してキャビティ１１を形成したときには、両金型の当接力（プレス力）はこのパーティング当接領域１６に集中され、このパーティング当接領域１６での面圧が高められて密接性が向上されるので、キャビティ１３内に射出された溶融樹脂は両金型のパーティング面の間に洩れ出ることが抑制され、バリの発生が抑制される。
特開２０００−３１７９４６号公報

このように、成形品におけるバリの発生を抑制するためにキャビティ１３の周縁領域のパーティング当接領域１６のみで両金型のパーティング面が当接する構成を採用した金型においてもガス抜きを行うことは必要である。このガス抜きのために特許文献１のようなガス抜き構造を適用したとすると、パーティング当接領域１６に形成されたガス抜き溝によって当該パーティング当接領域１６の当接面積が低減される一方で、このパーティング当接領域における面圧が高められるため、射出成形の繰り返しショットによってパーティング当接領域１６の表面が顕著に押し潰し変形されてしまう。特に、特許文献１のガス抜き溝ではキャビティ１３の内部を金型の外部に連通させるためにはパーティング当接領域１６を横断する溝として形成することになるため、パーティング当接領域１６の表面はこれらのガス抜き溝によって複数の独立した小さい面積の島状の部分に分断された状態となり、分断された各部分の表面は当接時の面圧によって容易に押し潰されてしまう。このようにパーティング当接領域１６においてパーティング面が変形されると、これによってガス抜き溝が潰れて塞がれてしまい、ガス抜き効果が低下されてガスによる異物がキャビティ内面に付着して成形製品の品質低下を生じてしまう。パーティング当接領域での潰れ変形によってもガス抜き効果を維持させるためにはガス抜き溝の幅寸法や深さ寸法を大きくすることが考えられるが、あまり大きくすると成形時に溶融樹脂がキャビティからガス抜き溝に向けて洩れ出してしまい、この洩れ出した樹脂がバリとして発生するようになる。そのため、ガス抜き溝の寸法を大きくすることには限界がある。

本発明の目的は成形品におけるバリの発生を防止するとともに、パーティング面における押し潰し変形を防止してガス抜き効果を確保することが可能な射出成形用金型を提供するものである。

本発明は、パーティング面が互いに当接されて射出成形用のキャビティを構成する一対の金型を備え、一方の金型のパーティング面にキャビティ内で発生したガスを排出するためのガス抜き部が形成された射出成形用金型において、一方の金型のパーティング面はキャビティを囲む領域に設けられて他方の金型のパーティング面に当接するパーティング当接領域と、このパーティング当接領域の外側に設けられて他方の金型のパーティング面との間に間隙を形成する逃がし部とを備えており、ガス抜き部はパーティング当接領域に形成され、内端がキャビティの周縁から所要の寸法だけ離間され、外端が逃がし部に連通する凹溝状のスリットとして形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ガス抜き部はパーティング当接領域に形成され、内端がキャビティの周縁から所要の寸法だけ離間され、外端が逃がし部に連通する凹溝状のスリットとして形成されているので、パーティング面のキャビティの周縁から所要の寸法の領域にはガス抜き部が形成されることはなく、ガス抜き部が要因になるバリの発生を防止するとともに、ガス抜き部を形成したことによるパーティング面の強度低下が抑制され、射出成形時における当接力によるパーティング面の押し潰し変形が抑制され、ガス抜き部の形状を保持してガス抜き効果を確保することができる。

ここで、ガス抜き部は溶融樹脂をキャビティ内に射出するためのゲートから最も離れた位置に配置され、互いに平行に配置された複数本のスリットで構成することが好ましい。また、スリットは内端から外端までの距離が最短距離で逃がし部に連通されることが好ましい。さらに、本発明における所要の寸法は１〜５ｍｍの範囲、好ましくは１〜２ｍｍの範囲であることが好ましい。

次に、本発明の実施例１を説明する。図１は本発明を適用した射出成形用金型１の概略構成図であり、固定金型としての下金型１１と、この下金型１１に対して上下移動される可動金型としての上金型１２とで構成され、上金型１２を下動して下金型１１に当接させたときに両金型１１，１２でキャビティ１３を構成する。下金型１１には溶融樹脂を圧送するためのランナー１４や、圧送した溶融樹脂をキャビティ１３内に射出注入するためのゲート１５が設けられており、このゲート１５は前記キャビティ１３の一部において開口されている。前記下金型１１の上面１１ａと上金型１２の下面１２ａはそれぞれ両金型１１，１２が上下方向に当接されて前記キャビティ１３内を封止するパーティング面として構成されているが、この実施例１では下金型１１のパーティング面１１ａはパーティング当接領域１６と逃がし部１７とで構成されている。パーティング当接領域１６はキャビティ１３の周縁に沿って所要幅の帯状に形成されており、逃がし部１７はこのパーティング当接領域１６の周囲の領域を若干寸法だけ凹設した構成とされている。これにより、パーティング当接領域１６は逃がし部１７に対して相対的に凸状面として構成され、上金型１２が下動したときにこのパーティング当接領域１６のみが上金型１２のパーティング面に当接するように構成されている。このパーティング当接領域１６を構成することにより、上金型１２が下動して下金型１１に当接したときの当接力がパーティング当接領域１６に集中され、その面圧を高めることで樹脂成形を行ったときにキャビティ１３内の樹脂が外部に洩れ出すことが抑制され、バリの発生が抑制されることは前述した通りである。このパーティング当接領域１６は金型やキャビティのサイズ、形状等によって相違するが、通常ではキャビティ１３の周縁から１５〜４０ｍｍ程度の幅寸法でキャビティ１３を囲むように設けられる。

前記下金型１１に設けたパーティング当接領域１６には、図２（ａ）に下金型１１の平面図を示すように、前記ゲート１５に対向する位置、ここではキャビティ１３の周縁のうちゲート１５から最も離れた位置、換言すればキャビティ１３を挟んでゲート１５と水平方向に１８０度対向する位置、またはこの近傍位置にガス抜き溝１８が設けられている。この位置は射出成形時にキャビティ１３内に射出注入された溶融樹脂から発生するガスがキャビティ１３内を流動される溶融樹脂に押されながらキャビティ１３内で移動され、樹脂の流動が終了する際にガスがキャビティ１３内において樹脂によって押し込められる位置に対向する位置である。

前記ガス抜き溝１８は、図２（ｂ）に図２（ａ）のＢ部の拡大図と、図２（ｃ）に図２（ｂ）のＣ−Ｃ線拡大図をそれぞれ示すように、パーティング当接領域１６の表面に幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ程度の断面形状が逆三角形をした直線状のスリット１８ａをピッチ寸法５ｍｍ程度で平行に配列した複数本の凹溝として構成されている。また、図３に一部の拡大斜視図示すように、このガス抜き溝１８１はキャビティ１３に向けられた内端１８１ａはキャビティ１３には開放されておらず、キャビティ１３の周縁、すなわちパーティング当接領域１６の内縁から所要の寸法ｄだけ後退された位置に設定されている。一方、これと反対側のガス抜き溝１８１の外端１８１ｂはパーティング当接領域１６の外縁に開放され、下金型１１のパーティング面に設けた逃がし部１７を介して金型外部に連通されている。また、ここでは前記複数本のガス抜き溝１８１は内端１８１ａから逃がし部１７に連通する外端１８１ｂまでの距離、すなわち溝の長さが最短距離となるようにキャビティ１３の周縁が延長される方向に対して直交する方向、換言すればパーティング当接領域１６の幅方向に沿って向けられている。

この実施例１のガス抜き溝を備える射出成形用金型では、これまでと同様にして樹脂成形を行なう。すなわち、上金型１２を下動してパーティング面１２ａを下金型１１のパーティング面１１ａに当接させる。このとき、図４に図２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線における断面図を示すように、上金型１２のパーティング面は下金型１２のパーティング当接領域１６においてのみ当接される。これにより、下金型１１と上金型１２との間にキャビティ１３が形成される。次いで、ゲート１５からキャビティ１３内に溶融樹脂を射出する。射出された溶融樹脂はキャビティ１３内を流動されながらキャビティ１３内に充填され、その後固化されて成形される。成形後は上金型１２を上動してキャビティ１３を開放し、図には表れない離型手段によって樹脂成形品をキャビティ１３から離型することにより成形が完了する。

この成形に際し、上金型１２のパーティング面１２ａは下金型１１の面積が限定されたパーティング当接領域１６においてのみ当接されるので、両金型に加えられる当接力（プレス力）はパーティング当接領域１６に集中されることになり高い当接力が得られ、密接性が向上する。これにより、キャビティ１３内に射出された溶融樹脂がパーティング当接領域１６にまで洩れ出すことが抑制され、バリの発生が抑制される。特に、実施例１ではガス抜き溝１８の各スリット１８１の内端１８１ａはキャビティ１３の周縁、すなわちパーティング当接領域１６の内縁から所要の寸法ｄだけ離間されてこの所要の寸法ｄの幅領域にはガス抜き溝１８が形成されていないため、当該ガス抜き溝１８がキャビティ１３に開放されることはなく、ガス抜き溝１８が要因となるバリの発生が防止できる。

一方、キャビティ１３内に射出された溶融樹脂によってガスが発生するが、発生したガスは溶融樹脂の流動に押されながらキャビティ１３内のゲート１５とほぼ反対側の領域にまで移動され、この領域において樹脂によってキャビティ１３内に押し込まれた状態になる。押し込まれたガスは当接状態にある上金型１２のパーティング面１２ａと下金型１１のパーティング当接領域１６の表面との間に生じている極めて微細な隙間を通して外部に向けて洩れ出し、その後直ちにガス抜き溝１８の各スリット１８１の内端１８１ａに達するためガス抜き溝１８を通してパーティング当接領域１６の外縁にまで通流され、さらにその周囲に配設されている逃がし部１７を通して金型の外部に逃がされる。これにより、ガスがキャビティ１３内に滞留することはなく、ガスが固化したときに生じる異物がキャビティ１３の内面に付着して樹脂成形製品の品質を低下するおそれはない。

また、パーティング当接領域１６に形成されたガス抜き溝１８はスリット１８１の内端１８１ａがキャビティ１３にまで達しておらずパーティング当接領域１６の表面はガス抜き溝１８によって独立した島状の部分に分離されることがないため、上金型１２との当接力をパーティング当接領域１６の表面において均等に受けることができる。これにより、特許文献１のようにガス抜き溝をキャビティに連通させていることによりパーティング面が独立した個々の部分に分離されている構成に比較すれば、当接力に対するパーティング当接領域１６の表面の機械的な強度が高められ、パーティング面の表面が押し潰されること、すなわちガス抜き溝１８が押し潰し変形されてスリット１８１が閉塞されることが防止される。これにより、繰り返しショットに対するガス抜き効果を長期間にわたって保持することが可能になり、バリの発生が少なく、ガス抜き効果を高めて製品の品質を高めた成形が可能な射出形成用金型が得られる。

ここでガス抜き溝１８のスリット１８１の内端１８１ａをキャビティ１３の周縁から後退させた前記所要の寸法ｄは次のようにして設定する。図５は本発明者が行った実験データである。この実験では金型のキャビティからガス抜き溝を通してガス抜きを行ったときのキャビティ周縁からの距離とガス温度の関係を測定した。また、キャビティの周縁からガス抜き溝の内端までの距離を変化させたガス抜き溝を用いて成形を行ったときのバリの発生率を測定した。図５から判るように、ガス抜き溝においてキャビティの外縁から５ｍｍ程度隔たった位置でガス温度が金型温度程度にまで低下する。この金型温度に近い温度では樹脂から発生したガスが固化して異物が発生する。したがって、ガス抜き溝の内端をキャビティの周縁から５ｍｍ以下の短い距離の位置に設定すればキャビティに発生したガスをガスのままガス抜き溝を通流させることが可能になる。

一方、図５から判るように、ガス抜き溝の内端をキャビティの周縁から１ｍｍよりも短い距離にすると、キャビティ内の溶融樹脂がパーティング当接領域にまで進出するようになり、この進出した溶融樹脂が固化することで非常に高い確率でバリが発生することが判る。これは、ガス抜き溝の内端をキャビティの周縁に近接することで、キャビティとガス抜き溝の内端との間のパーティング当接領域に生じるキャビティとガス抜き溝との間のガス圧勾配が大きくなるため溶融樹脂がパーティング当接領域に洩れ込み易くなるためと推定される。このことから、実施例１の金型１においては、ガス抜き溝１８のスリット１８１の内端１８１ａとキャビティ１３の周縁との所要の寸法ｄを１〜５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。なお、ガス抜き溝１８におけるガスによる異物の発生を防止するためには所定の寸法を可及的に短くすることが好ましいので、所要の寸法ｄはできれば１〜２ｍｍの範囲内に設定することがより好ましい。

実施例１ではガス抜き溝１８をキャビティ１３の周縁に沿ったパーティング当接領域１６の周方向の一部にのみ形成しているが、図６に示すように必要に応じてガス抜き溝１８をパーティング当接領域１６の周方向の複数箇所に配設してよい。基本的には実施例１のようにゲート１５から最も離れた位置にガス抜き溝を形成すればよいが、キャビティ１３内に射出された溶融樹脂の流動状態のバラツキ等によってキャビティ１３内において押し込まれるガスの位置が必ずしもゲートから最も離れた位置にならないこともある。そのため、溶融樹脂がキャビティ１３内で流動されたときの樹脂の先端になると推定される位置にもガス抜き溝１８を形成しておくことでガス抜き効果をより高めることが可能になる。この場合、ガス抜き１８を形成することによりパーティング当接領域１６の表面積が低減して当接力に対する強度が顕著な低下することがないように形成位置や数を設定することが肝要である。

実施例１ではガス抜き溝の断面形状を逆三角形にしているが、溝の断面積を大きくする一方で、ガス抜き溝を形成することによるパーティング当接領域の表面面積の低減を抑制するためには、図７（ａ）のようにガス抜き溝１８のスリット１８１Ａの断面形状を矩形にしてもよい。あるいは、加工が可能であれば図７（ｂ）のスリット１８１Ｂのように台形の断面形状にしてもよい。このようにすることで、ガス抜き溝１８の各スリット１８１Ａ，１８１Ｂの断面形状を大きくしてガスの排出効果を高める一方でパーティング当接領域１６の面積の低減を抑制し、成形時におけるパーティング当接領域１６での面圧の増大を抑制して表面の押し潰し変形によるガス抜き溝１８の閉塞を抑制することができる。

また、実施例１ではガス抜き溝を互いに平行に配置した複数のスリットで形成しているが、キャビティ１３の周縁の形状が図８（ａ）に示すように角部の場合や、図８（ｂ）に示すように曲線形状の場合は、複数本のスリットがそれぞれキャビティの周縁に対して直交となるようにスリット１８１が互いに直交する方向に向けられたガス抜き溝１８Ａや、スリット１８１がキャビティ１３の周縁に対して放射状に向けられたガス抜き溝１８Ｂを構成してもよい。このようにすることで、各スリット１８１の内端から外端までの距離をそれぞれ最短距離に形成でき、ガス抜き溝を通してのガスの排出効果を高めることが可能になる。

実施例１ないし４ではガス抜き溝を外方に向けて延長し、各スリットの外端を逃がし部に直接に連通させているが、図９（ａ）のように、ガス抜き溝１８Ｃは外端が逃がし部に連通することがない短い溝１８２として形成し、この短い溝１８２をパーティング当接領域１６の内部に形成したトンネル構造のガス抜き孔１８３を通してで逃がし部１７に連通する構成としてもよい。このガス抜き孔１８３は例えばレーザ加工等によって形成することが可能である。この場合においても短い溝１８２の内端の開口位置は実施例１と同様にキャビティ１３の周縁から所要の寸法ｄだけ離れた位置である。このようにすることで、実施例１〜４と同等のガスの排出効果を確保する一方で、ガス抜き溝の面積を小さくし、特にパーティング当接領域１６の表面を外縁部においても周方向に連続した構成として表面積の低減を抑制するとともに当接力に対する押し潰し変形をより有効に防止することが可能になる。

また、この実施例５においては、図９（ｂ）のように、ガス抜き溝１８Ｄとしてパーティング当接領域１６に所要の半径の円形穴１８４形成した上で、この円形穴１８４をパーティング当接領域１６の内部を貫通したトンネル状をしたガス抜き孔１８５を介して逃がし部１７に連通させる構成としてもよい。この場合においても円形穴１８４の開口位置はキャビティ１３の周縁から所要の寸法ｄだけ離れた位置とする。この構成ではパーティング当接領域１６の表面積を極めて大きな面積に確保できる。

なお、この種の金型においてはゲート付近で樹脂の流路が狭くなり、樹脂圧が一気に高くなる、これにより、樹脂温度が高まりガスが一度に発生する。このガスがゲート付近の金型に付着する場合もある。ゲート付近にガス抜き部を設置した場合には、この金型に付着するガスを逃がすことができる。

ここで前記各実施例では下金型、すなわち固定金型にパーティング当接領域を形成してガス抜き溝を形成しているが、上金型、すなわち可動金型にパーティング当接領域とガス抜き溝を形成してもよい。また、必要に応じてガス抜き溝の深さはパーティング当接領域の厚さよりも深くしてもよい。この場合にはガス抜き溝はパーティング面の逃がし部よりも深く形成されることになる。尚、前記実施例では型の開閉を上下方向に行う金型であったが、必要に応じ左右に型の開閉を行う金型を使用してもよい。また、ガス抜き部のスリット同士を一部連結させてこれを逃がし部まで接続してもよい。

実施例１の射出成形用金型の概略構成を示す斜視図である。 下金型の平面図とＢ部の拡大図とＣ−Ｃ線断面図である。 ガス抜き溝の斜視図である。 図２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 所要の寸法ｄを設定するための実験測定図である。 実施例２のガス抜き溝を示す下金型の平面図である。 実施例３のガス抜き溝のスリット断面形状を示す断面図である。 実施例４のガス抜き溝の平面構成を示す平面図である。 実施例５のガス抜き溝の斜視図である。

符号の説明

１ 射出成形用金型
１１ 下金型
１１ａ パーティング面
１２ 上金型
１２ａ パーティング面
１３ キャビティ
１４ ランナー
１５ ゲート
１６ パーティング当接領域
１７ 逃がし部
１８，１８Ａ〜１８Ｄ ガス抜き溝
１８１，１８１Ａ，１８１Ｂ スリット

Claims (4)

1. パーティング面が互いに当接されて射出成形用のキャビティを構成する一対の金型を備え、一方の金型のパーティング面に前記キャビティ内で発生したガスを排出するためのガス抜き部が形成された射出成形用金型において、前記一方の金型のパーティング面は前記キャビティを囲む領域に設けられて他方の金型のパーティング面に当接するパーティング当接領域と、このパーティング当接領域の外側に設けられて前記他方の金型のパーティング面との間に間隙を形成する逃がし部とを備え、前記ガス抜き部は前記パーティング当接領域に形成され、内端が前記キャビティの周縁から所要の寸法だけ離間され、外端が前記逃がし部に連通する凹溝状のスリットとして形成されていることを特徴とする射出成形用金型。
2. 前記ガス抜き部は溶融樹脂をキャビティ内に射出するためのゲートから最も離れた位置に配置され、互いに平行に配置された複数本のスリットで構成されてい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. 前記スリットは内端から外端までの距離が最短距離で前記逃がし部に連通されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形用金型。
4. 前記所要の寸法は１〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の射出成形用金型。

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