JP5568105B2 - 射出成形用金型、及びそれを用いたゴム製品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム製品を金型から取り外す際に、ゴム製品からはみ出すスプルー部内のゴムが、その根元部分で折れてスプルー部内（金型内）に残留してしまうのを抑制する射出成形用金型、及びそれを用いたゴム製品の製造方法に関する。

例えば図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ゴム製品Ｗを射出成形する射出成形用の金型Ａでは、ゴム材料は、コールドランナ部（図示しない）とスプルー部ｂ１とランナー部ｂ２とゲート部ｂ３とを含むゴム供給流路ｂを通ってゴム製品形成用のキャビティｃ内に充填される。そして充填されたゴム材料がキャビティｃ内で加熱加硫されることにより、ゴム製品Ｗが形成される。

ここで、ゴム製品Ｗを金型Ａから取り外す際に、前記スプルー部ｂ１、ランナー部ｂ２及びゲート部ｂ３内のゴムｇ（以後、はみ出しゴムｇという場合がある。）も、ゴム製品Ｗと一体となって取り出せるように、前記スプルー部ｂ１は先細コーン状に形成されている。なお同図には、前記ゴム製品Ｗが、紙送り用のゴムローラである場合が示されており、符号ｅの芯金は、射出成形後にゴム製品Ｗから抜き取られる。

しかしながら、ゴム製品Ｗの場合、金型Ａから取り外す際に、前記はみ出しゴムｇがスプルー部ｂ１の根元部分ｊで折れてしまい、スプルー部ｂ１内のゴムｇ１が取り出せずに金型側に残ってしまうという問題がある。

その原因として下記のことが推測される。加硫用の熱によって金型が一様に温度上昇し、キャビティｃ内のゴムだけでなく、スプルー部ｂ１、ランナー部ｂ２及びゲート部ｂ３内のゴムｇにも加硫が同時に進行する。そのため、金型Ａの内圧が非常に大きくなり、スプルー部ｂ１の内面と内部のゴムｇ１との間の接触圧が高まって付着力も増加する。そのため、前記ゴムｇ１がスプルー部ｂ１から剥離し難くなり、前記根元部分ｊで破断が発生することとなる。なおスプルー部ｂ１内に残ったゴムｇ１は、取り除く必要があり、連続自動成形が行えなくなるなど生産性の低下原因となる。

なお下記の特許文献１には、紙送り用のゴムローラの射出成形用金型の一例が記載されている。

特開２０００−１５６６６号公報

そこで本発明は、断熱板を用いてスプルー部とランナー部とゲート部の内部のゴム材料の温度上昇を抑えることを基本として、ゴム製品を金型から取り外す際に、スプルー部内のゴムがその根元部分で破断してスプルー部内に残留するのを抑制しうる射出成形用金型、及びそれを用いたゴム製品の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、固定側の金型部と可動側の金型部とに分割可能な金型本体を具える射出成形用金型であって、
前記金型本体は、
各前記金型部の分割面を互いに付き合わすことによって閉じるゴム製品形成用のキャビティと、このキャビティ内に充填されるゴム材料を加熱加硫するヒータとを有する製品形成領域、
及びコールドランナ部とスプルー部とランナー部とゲート部とを含みかつ射出装置からのゴム材料を前記キャビティ内に充填するゴム供給流路を有するゴム材料供給領域に区分されるとともに、
前記製品形成領域とゴム材料供給領域との間に、前記製品形成領域からの熱がゴム材料供給領域側に伝わって前記スプルー部とランナー部とゲート部の内部のゴム材料が温度上昇するのを抑える断熱板を設け、
前記断熱板は、前記キャビティとゲート部との交差部を通る第１の断熱板を含むことを特徴としている。

また請求項２では、前記第１の断熱板は、その少なくとも一方の側面に凹設されることにより該側面と隣接する前記製品形成領域又はゴム材料供給領域との接触面積を減じて前記製品形成領域からゴム材料供給領域側への熱伝達を妨げる肉盗み部を具えることを特徴としている。

また請求項３では、前記第１の断熱板は、その一方の側面から他方の側面まで貫通してのびることにより各前記側面と隣接する前記製品形成領域およびゴム材料供給領域との接触面積を減じて前記製品形成領域からゴム材料供給領域側への熱伝達を妨げる貫通孔部を具えることを特徴としている。

また請求項４では、前記断熱板は、その熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴としている。

また請求項５では、前記ゴム製品がゴムローラであることを特徴としている。

また請求項６はゴム製品の製造方法であって、請求項１〜５の何れかに記載の射出成形用金型を用いたゴム製品形成工程を有することを特徴としている。

本発明は叙上の如く、金型本体を、ゴム製品形成用のキャビティと加熱加硫用のヒータとを有する製品形成領域、及び前記キャビティ内にゴム材料を充填するゴム供給流路を有するゴム材料供給領域に区分するとともに、この製品形成領域とゴム材料供給領域との間に、断熱板を設けている。この断熱板は、製品形成領域からの熱がゴム材料供給領域側に伝わって前記スプルー部とランナー部とゲート部（以下、スプルー部等と呼ぶ場合がある。）の内部のゴム材料が温度上昇するのを抑える。

そのため、キャビティ内のゴム材料に比して、前記スプルー部等のゴム材料の加硫開始時期を遅らすことができる。即ち、加硫時にキャビティ内のゴム材料が熱膨張して内圧が上昇した時、前記スプルー部等のゴム材料が流動することで金型内の圧力を下げることができる。その結果、スプルー部内面と内部のゴム材料との間の接触圧や付着力を減少させることができ、スプルー部の根元部分でのゴム材料の破断、ひいてはゴム材料のスプルー部内での残留を抑制することが可能となる。

本発明の射出成形用金型の一実施例を示す断面図である。 その金型本体部を概念的に示す斜視図である。 断熱板の一部を概念的に示す分解斜視図である。 スプルー部とランナー部とゲート部を拡大して示す断面図である。 キャビティの前端側を第１の断熱板とともに示す部分断面図である。 キャビティの後端側を示す部分断面図である （Ａ）は従来の射出成形用金型の一部を示す断面図、（Ｂ）はそれによって形成されたゴム製品の一部を示す斜視図である

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１、２に示すように、本実施形態の射出成形用金型１は、固定側の金型部２と可動側の金型部３とに２分割可能な金型本体４を具える。本例では、下方の金型部３が、昇降台５によって上下に移動可能に支持される場合が例示されるが、上方の金型部２を移動可能に支持することもできる。

本例では、射出成形用金型１が、例えば複写機等に用いられる紙送り用のゴムローラであるゴム製品Ｗを形成する場合が例示される。なお図中の符号６は、芯金であり、この芯金６の回りにゴムローラが射出成形されるとともに、射出成形後に前記芯金６は、ゴムローラから取り外される。又符号７は芯金保持装置であって、前記芯金６をキャビティ８と同心に支持する。

次に、前記金型本体４は、製品形成領域１０とゴム材料供給領域１１とに区分されるとともに、この製品形成領域１０とゴム材料供給領域１１との間には、前記製品形成領域１０からの熱がゴム材料供給領域１１側に伝わるのを妨げる断熱板１２が設けられる。

前記製品形成領域１０とは、各前記金型部２、３の分割面Ｓを互いに付き合わすことによって閉じるキャビティ８と、このキャビティ８内に充填されるゴム材料Ｇを加熱加硫するヒータ９とを有してゴム製品Ｗを形成する領域である。

これに対して、前記ゴム材料供給領域１１は、射出装置１３からのゴム材料Ｇを前記キャビティ８内に充填するゴム供給流路１４を有する領域である。前記ゴム供給流路１４は、コールドランナ部１５とスプルー部１６とランナー部１７とゲート部１８とを含んで構成される。

本例のコールドランナ部１５は、金型本体４の上面に設けられるロケートリング２０の中心孔に一端が連なり、金型本体４内部を通って前方（図では右側）にのびる。前記ロケートリング２０は、前記射出装置１３のノズル部と接続する接続金具である。

又図４に拡大して示すように、前記スプルー部１６は、前記コールドランナ部１５の他端（本例では前端）で折れ曲がり下方に向かってのびる小径な小径孔部１６ａと、この小径孔部１６ａに同心に連なりかつ下方に向かって拡径するコーン状のテーパ孔部１６ｂとから形成される。このスプルー部１６は、金型内に交換可能に配される管状のスプルーブッシュ２１の中心孔として形成される。

前記ランナー部１７は、スプルー部１６からゲート部１８に到る中間の流路であり、本例の如く複数のキャビティ８が形成される場合、ランナー部１７は各ゲート部１８間を連結してのびる。前記ゲート部１８は、ゴム材料Ｇがキャビティ８内に流入する入口部分であって、各キャビティ８に設けられる。

前記キャビティ８は、ゴム製品Ｗの外形形状に合う輪郭形状をなし、本例では、前記芯金６と同心な断面円形状の長尺な孔部として形成される。そして前記キャビティ８の長さ方向前端に、前記ゲート部１８が例えば同心に連設される。本例では、金型内に２列のキャビティ８が平行に形成される場合が示されるが、キャビティ８の形成数は、これに限定されるものではなく１個でも又３個以上であっても良い、又本例のキャビティ８は、上下の分割面Ｓにそれぞれ形成される断面半円状のキャビティ用凹部８ａを付き合わすことにより形成される。

次に、本例の金型本体４を具体的に説明する。本例の下方側の金型部３は、図２、３に示すように、
（ア）キャビティ用凹部８ａが形成されるブロック状の下の本体主部２４、
（イ）前記ランナー部１７の下半分を形成するランナー用凹部１７ａとゲート部１８の下半分を形成するゲート用凹部１８ａとが形成されるブロック状の下の本体副部２５、
（ウ）前記本体主部２４と本体副部２５との間に配される断熱板体２６、
（エ）前記本体主部２４の下面に沿って配される断熱板体２７、
（オ）前記本体副部２５の下面に沿って配される断熱板体２８、及び
（カ）前記本体主部２４と本体副部２５とを断熱板体２７、２８を介して一体に連結する底板２９、を具えている。

他方、上方側の金型部２は、図２に示すように、
（キ）キャビティ用凹部８ａが形成されるブロック状の上の本体主部３０、
（ク）前記ランナー部１７の上半分を形成するランナー用凹部１７ａとゲート部１８の上半分を形成するゲート用凹部１８ａとが形成されるブロック状の上の本体副部３１、
（ケ）前記本体主部３０と本体副部３１との間に配される断熱板体３２、
（コ）前記本体主部３０の上面に沿って配される断熱板体３３、
（サ）前記本体副部３１の上面に沿って配される断熱板体３４、及び
（シ）前記本体主部３０と本体副部３１とを断熱板体３３、３４を介して一体に連結する上板３５を具えている。

前記上板３５は、上下の板部３５Ｕ、３５Ｌからなり、この上下の板部３５Ｕ、３５Ｌ間に、前記コールドランナ部１５が形成される。なお上板３５内には、本例では、前記コールドランナ部１５と断熱板体３３との間に、前記コールドランナ部１５を冷却する冷却手段３６（図１に示す。）が配される。この冷却手段３６は、例えば冷却水等の冷却流体を循環させることにより冷却し、前記コールドランナ部１５内でゴム材料Ｇが加硫してしまうのを防止する。

又前記スプルー部１６は、下の板部３５Ｌと断熱板体３４と本体副部３１とを上下に貫通して形成される。又前記断熱板体２６、３２は、その上端、下端に、それぞれ前記ゲート用凹部１８ａの一部を形成している。又上下の前記本体主部２４、３０には、それぞれキャビティ８内のゴム材料Ｇを加熱加硫するヒータ９が配される。このヒータ９として、本例ではカートリッジヒータが使用されるが、例えば、スチームなどの加熱流体を用いることもできる。

従って本例では、本体主部２４、３０により前記製品形成領域１０を構成している。又本体副部２５、３１と上板３５とにより前記ゴム材料供給領域１１を構成している。又、断熱板体２６、２７、３２、３３、又は断熱板体２６、２８、３２、３３によって前記断熱板１２を構成している。

このように、前記製品形成領域１０とゴム材料供給領域１１との間に断熱板１２を設け、製品形成領域１０からの熱がゴム材料供給領域１１側に伝わるのを抑制している。そのため、キャビティ８内のゴム材料Ｇに比して、前記スプルー部１６等のゴム材料Ｇの加硫開始時期を遅らすことができる。即ち、加硫時にキャビティ８内のゴム材料Ｇが熱膨張して内圧が上昇した時、前記スプルー部１６等のゴム材料Ｇが流動することで金型内の圧力を下げることができる。その結果、スプルー部１６内面と内部のゴム材料Ｇとの間の接触圧や付着力を減少させることができ、スプルー部１６の根元部分でのゴム材料Ｇの破断、ひいてはゴム材料Ｇのスプルー部１６内での残留を抑制することが可能となる。

前記断熱板１２としては、断熱効果のために２０℃での熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ（以下できるだけ小さい材質のものを用いることが好ましい。このようなものとして、例えば金属ではチタン、ＳＵＳ等、無機材料ではガラスやセラミック、及び種々の熱硬化性樹脂等を挙げることができる。

又前記断熱板１２としては、前記キャビティ８とゲート部１８との交差部Ｊを通る第１の断熱板１２Ａを有することが、前記スプルー部１６等のゴム材料Ｇの加硫開始時期を遅らすためにより好ましい。本例では、前記断熱板体２６、３２により第１の断熱板１２Ａを構成している。この第１の断熱板１２Ａでは、断熱効果をさらに高めるために、図３に断熱板体２６を代表して示すように、その少なくとも一方の側面に、前記製品形成領域１０又はゴム材料供給領域１１との接触面積を減じる肉盗み部４０を凹設している。このように接触面積を減じることで、製品形成領域１０からゴム材料供給領域１１側への熱伝達を抑えて断熱効果をさらに高めることができる。同図には、断熱板体２６の両側面に、肉盗み部４０が形成される場合が示されるが、何れか一方の側面のみに形成しても良い。又前記肉盗み部４０としては、本例の如き溝状の凹み部が好適に採用しうるが、例えばディンプル状の凹み部のものも採用できる。

なお図示しないが、前記肉盗み部４０に代えて、第１の断熱板１２Ａに、その一方の側面から他方の側面まで貫通してのびる貫通孔部を形成することもできる。この貫通孔部も前記肉盗み部４０と同様、隣接する前記製品形成領域１０およびゴム材料供給領域１１との接触面積を減じて前記製品形成領域１０からゴム材料供給領域１１側への熱伝達を妨げる効果がある。なお肉盗み部４０と貫通孔部とを混用することもできる。なお第１の断熱板１２Ａ以外の断熱板にも、肉盗み部４０及び／又は貫通孔部を形成することができる。

又本例では、図６に示すように、前記キャビティ８の後端に、第１、第２のバリ溝４１、４２を隣設している。この第１、第２のバリ溝４１、４２は、キャビティ８内にゴム材料Ｇを充填する際に、キャビティ８からはみ出すゴム材料Ｇを吸収して溜める溝である。前記第１のバリ溝４１のキャビティ８側の内壁面４１ａは、ゴム材料Ｇの流入方向に対して４５°以上の深い角度θで立ち上がるテーパ面で形成される。これによりバリ溝４１の深さを増すことができ、バリ吸収能力を増すことができる。その結果、バリ溝４１内で硬化するバリの剛性が増し、芯金６を引き抜くときに、前記バリがゴムローラ（ゴム製品Ｗ）の内周面に付着するのを抑制することができる。又前記角度θが４５°以上と深くなることで、第１のバリ溝４１に薄皮状のバリが発生しやすくなる。従って、この薄皮状のバリを吸収するため、第１のバリ溝４１の後方側に、第２のバリ溝４２を形成している。なお第２のバリ溝４２は、第１のバリ溝４１よりも深く形成するのが好ましい。

なお前記ゴム製品Ｗは、前記射出成形用金型１を用いたゴム製品形成工程を有する製造方法によって形成される。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、図１に示す構造をなす射出成形用金型を表１の仕様で試作するとともに、その試作金型を用いて、複写機用のゴムローラを２４０本形成した。

そして加硫中における、製品部分での表面温度（最高温度）、及びスプルー部のテーパ孔部での表面温度（最高温度）を熱電対を用いて測定するとともに、ゴム製品を金型から取り外す際に、スプルー部内のゴムが、その根元部分で破断してスプルー部内に残留してしまうスプルー残りの発生率を測定した。その結果を表１に示す。

ゴム製品Ｗは、外径（φ２１ｍｍ）、内径（φ９ｍｍ）、長さ２４０ｍｍのゴムローラであり、ゴム材料Ｇのゴム組成は、表２に示される。表２において、ＥＰＤＭは住友化学株式会社製のエスプレン５０５Ａ、炭酸カルシウムは、備北粉化工業株式会社製のＢＦ３００、酸化チタンはチタン工業株式会社製のクロノス酸化チタンＫＲ３８０、カーボンブラックは、東海カーボン株式会社製のシースト３、オイルは出光興産出光興産製のＰＷ−３８０、過酸化物は日油株式会社製のパークミルＤを使用した。

射出成形用金型は、何れも、前記ゴムローラ形成用のキャビティを８個互いに平行に並設したものであり、キャビティとゲート部との交差部を通る第１の断熱板以外、各射出成形用金型は、同仕様である。なお成型条件は、以下の通り実質的に同一である。
・コールドランナ部の温度−−−７５℃
・加硫温度−−−１６０℃
・加硫時間−−−２２分
・射出時間２２秒
断熱板として、それぞれ熱伝導率が１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＳＵＳ３０４を材料とした厚さ１０ｍｍの板材を使用した。又第１の断熱板以外は、肉盗み部は形成していない。

表の如く、第１の断熱板を含む断熱板を設けて、スプルー部のテーパ孔部での温度上昇を抑えることで、ゴム製品を金型から取り外す際のスプルー残りの発生率を大幅に抑制しうるのが確認できる。

１ 射出成形用金型
２ 金型部
３ 金型部
４ 金型本体
８ キャビティ
９ ヒータ
１０ 製品形成領域
１１ ゴム材料供給領域
１２ 断熱板
１２Ａ 第１の断熱板
１３ 射出装置
１４ ゴム供給流路
１５ コールドランナ部
１６ スプルー部
１７ ランナー部
１８ ゲート部
４０ 肉盗み部
Ｇ ゴム材料
Ｊ 交差部
Ｓ 分割面
Ｗ ゴム製品

Claims (6)

1. 固定側の金型部と可動側の金型部とに分割可能な金型本体を具える射出成形用金型であって、
   前記金型本体は、
   各前記金型部の分割面を互いに付き合わすことによって閉じるゴム製品形成用のキャビティと、このキャビティ内に充填されるゴム材料を加熱加硫するヒータとを有する製品形成領域、
   及びコールドランナ部とスプルー部とランナー部とゲート部とを含みかつ射出装置からのゴム材料を前記キャビティ内に充填するゴム供給流路を有するゴム材料供給領域に区分されるとともに、
   前記製品形成領域とゴム材料供給領域との間に、前記製品形成領域からの熱がゴム材料供給領域側に伝わって前記スプルー部とランナー部とゲート部の内部のゴム材料が温度上昇するのを抑える断熱板を設け、
   前記断熱板は、前記キャビティとゲート部との交差部を通る第１の断熱板を含むことを特徴とする射出成形用金型。
2. 前記第１の断熱板は、その少なくとも一方の側面に凹設されることにより該側面と隣接する前記製品形成領域又はゴム材料供給領域との接触面積を減じて前記製品形成領域からゴム材料供給領域側への熱伝達を妨げる肉盗み部を具えることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
3. 前記第１の断熱板は、その一方の側面から他方の側面まで貫通してのびることにより各前記側面と隣接する前記製品形成領域およびゴム材料供給領域との接触面積を減じて前記製品形成領域からゴム材料供給領域側への熱伝達を妨げる貫通孔部を具えることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
4. 前記断熱板は、その熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の射出成形用金型。
5. 前記ゴム製品が、ゴムローラであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の射出成形用金型。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の射出成形用金型を用いたゴム製品形成工程を有することを特徴とするゴム製品の製造方法。
   

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