JP5610747B2 - 成形品の製造方法、および射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は金型内に気体注入を伴う射出成形において、冷却工程終了後型開時に型内の気圧を大気圧にし、金型内残留気体を無くして正常な型開き動作を得るための射出成形用金型に関するものである。

金型内に気体注入を伴う射出成形の従来技術として、シール材を配した気密性の高い金型を用いて、射出前に金型キャビティ内に１〜１０ＭＰａ程度に加圧した二酸化炭素を封入し、射出工程で樹脂に溶解させる技術（特許文献１）がある。樹脂内に溶け込んだ二酸化炭素は可塑化作用を奏し、樹脂のガラス転移温度を下げ、流動性が向上して成形転写性を高めることができる。この技術を用いることでサブミクロンオーダーの微細な凹凸形状を忠実に成形品に転写することが可能となり、すでに導光板の成形への適用例や光情報記録用ディスク基盤の成形への適用例がある。

発泡成形と呼ばれる技術でも同様に前記気密金型に窒素等の不活性ガスを封入することを行う。前記ガスを封入した状態で、発泡性樹脂を射出し直ちに封入ガスを開放する。こうすることにより成形品表面の発泡が抑えられ、きれいな外観を持つ内部のみ発泡した成形品が得られる。特許文献２にはこの発泡成形に関する技術が記されている。

また、前記気密金型を用いて、射出後に樹脂と金型との間に二酸化炭素と染料の混合気体、または二酸化炭素と改質材との混合気体を注入する。そして、前記混合気体を成形面に溶解させて成形品の表面に染色材浸透層、または改質材浸透層を形成し、これにより、成形体の表面を染色または改質する技術（特許文献３）がある。

特開平１０−１３８２７５号公報 特開平０６−１９８６６８号公報 特開２００５−１３８５７４号公報

前述したように金型キャビティ内に気体注入を伴う射出成形に関する様々な先行技術が存在する。例えば、特許文献３で実施例として使われている気密金型はパーティングライン面以外の動作部を持たない標準的な２プレート金型が大半である。２プレート金型ではパーティングライン面以外に金型が動作する部分がないため、注入気体が金型内に残留するスペースが存在しない。そのため、ＯリングやＵパッキンをキャビティの周囲に配して気密性を持たせた金型に、パーティングライン面に設けられた注入経路から気体を注入し、該経路から排出することが基本構想となっている。

しかし光学部品等の精密な成形品を成形する為には、エジェクタピンで成形品を突き出す前に型から成形品を離すことが必要である。これは、エジェクタピンで突き出すと、エジェクタピン先端面積が少ない為、局所的に成形品に力が加わり、成形品の形状を崩してしまうため、面全体で離型する必要があるためである。エジェクタピンで成形品を突き出す前に型から成形品を離すために、３プレート金型を用いる。３プレート金型はパーティングライン面や金型分割面がマグネット等の着脱可能な部品で接合されており、２プレート金型に比べて動作が複雑で部品点数が多く、その分だけ金型内に存在する空間面積が多いという違いがある。通常、金型内に気体注入を伴う射出成形では冷却工程終了後型開前には型の中は大気圧になる。しかし、前記空間の体積が増大すると脱圧が不完全となり、型開途中での気体排出に伴う異常な型開動作が起こる可能性が高くなる。３プレート金型に代表されるパーティングライン面以外の動作構造部を有する金型を用いて、金型内に気体注入を伴う射出成形を行う。すると、パーティングライン面以外の型内空間部に気体が充満し、その残留気体の残圧の影響で正常な金型の動作順序が守られない場合があるという問題点があった。

本発明の成形品の製造方法は、キャビティ構成部品収容プレートに形成されかつ固定側プレートおよびキャビティ構成部品規制プレートによって囲まれた空間に収容されたキャビティ構成部品によって、前記キャビティ構成部品と前記固定側プレートと前記キャビティ構成部品収容プレートとによって形成されるキャビティと、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品規制プレートと前記キャビティ構成部品とに囲まれた空間部とを形成し、前記キャビティに気体と樹脂を注入して成形品を成形する工程と、前記キャビティ構成部品収容プレートを前記固定側プレートから離すことにより、前記固定側プレートから前記成形品を離す工程と、前記キャビティ構成部品規制プレートを前記キャビティ構成部品収容プレートから離すことによって、前記キャビティ構成部品を前記空間部に移動させて、前記キャビティ構成部品から前記成形品を離す工程と、を有し、前記成形品を成形する工程において、前記キャビティに前記気体と前記樹脂を注入する際、前記空間部に前記気体が入りこまないように、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品の側面との間に気体遮断手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の射出成形用金型は、キャビティに気体と樹脂を注入して成形品を成形するための射出成形用金型であって、キャビティ構成部品収容プレートに形成されかつ固定側プレートおよびキャビティ構成部品規制プレートによって囲まれた空間に収容されたキャビティ構成部品によって、前記キャビティ構成部品と前記固定側プレートと前記キャビティ構成部品収容プレートとによって形成される前記キャビティと、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品規制プレートと前記キャビティ構成部品とに囲まれた空間部とが形成され、前記キャビティ構成部品は、前記キャビティ構成部品規制プレートを前記キャビティ構成部品収容プレートから離すことによって、前記空間部に移動可能であって、前記空間部へ前記気体が入りこまないようにするための気体遮断手段が前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品の側面との間に形成されていることを特徴とする。

金型内に気体注入を伴う射出成形において残留気体の排出を考慮した金型構造を用意することにより、金型動作を正常化し離型を安定させる効果がある。

本発明によって金型内の残留気体が原因で発生する二次的な不具合を解消できる。例えば残留気体の影響でキャビティを構成する可動部分の動作が残圧によって異常になり、可動部品が成形品に干渉することを防ぐ効果がある。また、残留気体が型開時にパーティングライン面から排出されることで発生する衝撃による成形品が浮いたり割れたりすることを防ぐ効果がある。

本発明の射出成形用金型の第一の実施形態を示す図 本発明の射出成形用金型の第一の実施形態を用いた成形方法を示す図 本発明の射出成形用金型の第二の実施形態を示す図

（第一の実施形態）
図１を用いて本発明の射出成形金型の第一の実施形態を説明する。

図１において、１は、固定側プレート、２はキャビティ構成部品、３、４はキャビティ構成部品収容プレート、５はキャビティ構成部品拘束プレート、６は可動側プレート、７は固定側型板、８は可動側型板を示す。

固定側プレート１と、キャビティ構成部品２と、キャビティ構成部品収容プレート３とで囲まれた空間にキャビティ９が形成される。

キャビティ構成部品収容プレートとキャビティ構成部品２の側面部との間に気体遮断手段１３が配置されている。気体遮断手段１３を配置するために本実施形態では前記キャビティ構成部品収容プレートは２つに分割され、そしてその分割面１０に、キャビティ構成部品２の側面部と接するように気体遮断手段１３を配置する。第１のキャビティ構成部品収容プレート３と第２のキャビティ構成部品収容プレート４の分割面１０が常にキャビティ構成部品２の側面部に隣接するように分割される。これによりキャビティ内の気体がキャビティ構成部品のキャビティと反対側の空間部に入り込まないようにすることができるように構成される。気体遮断手段としてパッキン類等のシール材を用いることができる。

２０は、キャビティへ溶融樹脂を注入する為の樹脂注入路であり、２１は、キャビティへ気体を注入する為の気体注入路である。気体は、２〜８ＭＰａ程度に加圧した二酸化炭素が特に好ましく、二酸化炭素を溶融樹脂に溶け込ませることによって可塑化作用を奏し、樹脂のガラス転移温度を下げ、流動性が向上して成形転写性を高めることができる。この技術を用いることでキャビティに形成されたサブミクロンオーダーの微細な凹凸形状を忠実に成形品に転写することが可能となる。

キャビティ構成部品２は、キャビティ構成部品収容プレート３、４に設けられた空間部に収容されている。金型は、キャビティ構成部品が前記空間部を移動するための機構を有している。キャビティ構成部品２は、型開方向には前記空間部より小さく作られ、型開方向と垂直方向には成形時に樹脂が回りこまない程度の間隙が存在する。これによりキャビティ構成部品２は前記空間部を型開方向に移動可能になっている。キャビティ構成部品２のキャビティを形成するキャビティ構成面とは反対面に先端に凸部１５を有する軸部材１４が取り付けられている。キャビティ構成部品規制プレート５に設けられた凹部１６に、前記キャビティ構成部品に取り付けられた軸部材１４先端の凸部１５が嵌合する。前記凸部１５より凹部１６の方が型開方向に大きく形成されこの差分はキャビティ構成部品がキャビティ構成部品収容プレート空間部において型開方向に移動する量となる。

固定側プレート１とキャビティ構成部品収容プレート３には、突起状の型開制限部材１１が取り付けられ、型開制限枠体１２と組み合わせることにより固定側プレート１とキャビティ構成部品収容プレート３の型開距離が制限される。また、キャビティ構成部品収容プレート４とキャビティ構成部品規制プレート５にはマグネット１８が取り付けられ、引き付け力以上の力が加わるとキャビティ構成部品収容プレート４とキャビティ構成部品規制プレート５の間が開くように構成されている。これによりキャビティ構成部品規制プレート５に設けられた凹部１６と、前記キャビティ構成部品に取り付けられた軸部材１４先端に位置する凸部１５の型開方向寸法の差分だけ、キャビティ構成部品収容プレート空間部内をキャビティ構成部品が移動するように構成される。

また、各プレート間は、気体がキャビティから流出しないように、Ｏリング等の第２の気体遮断手段１９を設けておくことが好ましい。

次に、図２を用いて本発明の射出成形用金型を用いた成形品の成形方法の一例を説明する。図２において、図１に対応する部分については同一の符号を付し、説明は省略する。図２は、キャビティ構成面を有するキャビティ構成部品が型開終了直前にキャビティ構成部品収容プレート空間部を摺動する構造を持つ３プレート金型の一実施例を示す。

図２（ａ）は金型が閉じて型締めがかかった状態を示している。気体注入路２１から不図示の外部装置によって２〜８ＭＰａに加圧された気体を注入するとともに樹脂の射出を行なう。気体の注入のタイミングは、キャビティに充満させた後に樹脂の射出を行ってもよいし、樹脂射出開始後に気体注入路から気体を注入してもよい。気体は例えば二酸化炭素を用いることができる。保圧工程に入ってゲートシール終了後に脱圧を行う。成形品は冷却工程を経て金型が開いた後で取り出される。

型開開始時（図２（ｂ））においては、キャビティ構成部品収容プレート４と、キャビティ構成部品規制プレート５は金型の外部に取り付けられたマグネット１８によって動かないように接着されている。しかし、型開の途中で型開動作範囲を制限する型開制限枠体１２が型開制限部材１１に当接する（図２（ｃ））。その後型開を継続するとキャビティ構成部品規制プレート５、可動側プレート６、可動側８に対して、キャビティ構成部品収容プレート３、４が固定側に引っ張られることによりマグネット２６は分離してキャビティ構成部品収容プレート４とキャビティ構成部品規制プレート５の間が開く（図２（ｄ））。この動作に連動する形でキャビティ構成部品２が成形品から離れて成形面の一面を開放した後、エジェクタピン（不図示）により成形品は金型から取り出される。以上が正常な型開き順序である。

この金型において、キャビティ構成部品収容プレートは、キャビティ構成部品２の側面部と接するように気体遮断手段１３が配置されている。これによりキャビティ内の気体がキャビティ構成部品のキャビティと反対側の空間部に入り込まないようにすることができるように構成される。気体遮断手段１３が配置されていない金型のキャビティ内に気体を充満させると、前記キャビティ構成部品２の裏側に存在するキャビティ構成部品収容プレートに形成された空間部１７に気体が充満してしまう可能性がある。また、キャビティ構成部品規制プレート５に形成された凹部１６にも気体が充満してしまう可能性がある。この空間部１７及び凹部１６には、気体注入時にはポンプ圧で勢いのついた圧縮気体がキャビティ構成部品２とキャビティ構成部品収容プレートの間隙を通って入ってくる。しかし、樹脂充填後の気体排出時には脱圧のみで樹脂で経路が塞がっているために脱圧のみでは気体が排出されず残ってしまう可能性がある。型開時に該空間部１７に気体が残っていると、型開前に、マグネット１９で結合されたキャビティ構成部品収容プレート４０とキャビティ構成部品規制プレート５の間が、残圧によって開いてしまうことがある。開いた両プレートはマグネット１９の磁力により再び接着するが、このとき一度後退して成形品から離れたキャビティ構成部品２が前進して成形品に干渉することになる。従って、正常な成形品が得られない可能性がある。

この問題を解決するために、キャビティ構成部品収容プレートを、２つに分割し、その分割面１０には、キャビティ構成部品２の側面部と接するように気体遮断手段１３を配置する。これによりキャビティ内の気体がキャビティ構成部品のキャビティと反対側の空間部に入り込まないようにすることができるように構成され、前述したような課題は発生しない。さらに、各プレート間は、気体がキャビティから流出しないように、Ｏリング等の第２の気体遮断手段１９を設けておくことが好ましい。こうすることで金型内に気体を注入しても型開時に正常な型開き動作が達成される。

（第２の実施形態）
図３を用いて第２の実施形態を説明する。図３において、図１に対応する部分については説明を省略する。本実施形態においては、少なくともキャビティ構成部品収容プレート５０に形成された空間部１７に気体排出口２１を形成して前記閉塞空間から確実に脱圧が行われるようにするものである。さらに、キャビティ構成部品規制プレートに形成された凹部１６にも気体排出口２２を形成するとより好ましい。これにより、型開時に金型内を大気圧にして正常な型開きが達成される。なお、気体排気口２１、２２は電磁弁等により同じタイミングで開閉させる。気体注入・保持中は閉じて気体排出時に開くように制御する必要がある。

１ 固定側プレート
２ キャビティ構成部品
３ キャビティ構成部品収容プレート
４ キャビティ構成部品収容プレート
５ キャビティ構成部品規制プレート
６ 可動側プレート
７ 固定側型板
８ 可動側型板
９ キャビティ
１０ 分割面
１１ 型開制限枠体
１２ 型開制限部材
１３ 気体遮断手段
１４ 軸部材
１６ 凹部
１７ 空間部
１８ マグネット
１９ 気体遮断手段
２０ 樹脂注入路
２１ 気体注入路

Claims (10)

1. キャビティ構成部品収容プレートに形成されかつ固定側プレートおよびキャビティ構成部品規制プレートによって囲まれた空間に収容されたキャビティ構成部品によって、前記キャビティ構成部品と前記固定側プレートと前記キャビティ構成部品収容プレートとによって形成されるキャビティと、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品規制プレートと前記キャビティ構成部品とに囲まれた空間部とを形成し、
   前記キャビティに気体と樹脂を注入して成形品を成形する工程と、
   前記キャビティ構成部品収容プレートを前記固定側プレートから離すことにより、前記固定側プレートから前記成形品を離す工程と、
   前記キャビティ構成部品規制プレートを前記キャビティ構成部品収容プレートから離すことによって、前記キャビティ構成部品を前記空間部に移動させて、前記キャビティ構成部品から前記成形品を離す工程と、を有し、
   前記成形品を成形する工程において、前記キャビティに前記気体と前記樹脂を注入する際、前記空間部に前記気体が入りこまないように、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品の側面との間に気体遮断手段が設けられていることを特徴とする成形品の製造方法。
2. 前記キャビティ構成部品収容プレートは２つに分割され、前記分割された２つのプレートの間に前記気体遮断手段を配置することを特徴とする請求項１記載の成形品の製造方法。
3. 前記気体遮断手段は、シール材であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形品の製造方法。
4. 前記成形品を成形する工程は、前記キャビティに２ＭＰａ以上８Ｍｐａ以下の加圧された気体を注入するとともに樹脂を射出することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の成形品の製造方法。
5. 前記成形品を成形する工程は、前記キャビティに２ＭＰａ以上８Ｍｐａ以下の加圧された気体を注入した後、樹脂を射出することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の成形品の製造方法。
6. 前記成形品を成形する工程は、前記キャビティに樹脂を注入した後、２ＭＰａ以上８Ｍｐａ以下の加圧された気体を注入することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の成形品の製造方法。
7. 前記気体は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一項記載の成形品の製造方法。
8. キャビティに気体と樹脂を注入して成形品を成形するための射出成形用金型であって、
   キャビティ構成部品収容プレートに形成されかつ固定側プレートおよびキャビティ構成部品規制プレートによって囲まれた空間に収容されたキャビティ構成部品によって、前記キャビティ構成部品と前記固定側プレートと前記キャビティ構成部品収容プレートとによって形成される前記キャビティと、前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品規制プレートと前記キャビティ構成部品とに囲まれた空間部とが形成され、
   前記キャビティ構成部品は、前記キャビティ構成部品規制プレートを前記キャビティ構成部品収容プレートから離すことによって、前記空間部に移動可能であって、
   前記空間部へ前記気体が入りこまないようにするための気体遮断手段が前記キャビティ構成部品収容プレートと前記キャビティ構成部品の側面との間に形成されていることを特徴とする射出成形用金型。
9. 前記キャビティ構成部品収容プレートは２つに分割され、前記分割された２つのプレートの間に前記気体遮断手段が配置されていることを特徴とする請求項８記載の射出成形用金型。
10. 前記気体遮断手段は、シール材であることを特徴とする請求項８または９に記載の射出成形用金型。

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