JP5660943B2

JP5660943B2 - 金型装置

Info

Publication number: JP5660943B2
Application number: JP2011058119A
Authority: JP
Inventors: 横田　浩二; 浩二横田; 石田　秀樹; 秀樹石田
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: JP2012192617A

Description

本発明は、穴が形成された製品を超臨界発泡射出成形により成形するための金型装置に関するものである。

超臨界流体を用いた射出成形としては、例えば、下記特許文献１に開示される成形装置が知られている。この成形装置は、スクリューを回転して熱可塑性樹脂材料を溶融すると共に、スクリューシリンダ内に超臨界状態の炭酸ガスを注入して熱可塑性樹脂材料に溶かし込んで、金型内に射出して発泡体を成形する。これにより、熱可塑性樹脂発泡体により形成される製品が得られる。

特開２００９−９０５５７号公報

かかる超臨界発泡射出成形は、金型内で発泡させて製品を成形するため、基本的にはショートショットの状態で発泡させる。従って、通常の射出成形に比べて、金型内での発泡状態を安定してコントロールすることが困難である。そのため、金型内への溶融樹脂の充填圧のばらつきにより、過充填ではソリッド化という問題が発生し、逆に、充填不足になると製品形状に欠損を生じる。すなわち、過充填で圧力がかかりすぎると、発泡した気泡が収縮し、再溶融によるソリッド化が生じる。また、充填不足、圧力不足になると、ウェルド部を含めて、製品強度の低下という問題を引き起こす。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、超臨界発泡射出成形において、安定した品質の製品が得られるような金型装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る金型装置は、超臨界発泡射出成形により成形するための金型装置であって、
金型空間内へ超臨界流体が注入された溶融樹脂を射出させるゲートと、
前記ゲートから注入された溶融樹脂が合流するウェルド部に設けられる樹脂ベントと、を備えたことを特徴とするものである。

かかる構成による金型装置の作用・効果を説明する。この金型装置は、製品を超臨界発泡射出成形により成形するものであり、ゲートから注入された溶融樹脂が合流するウェルド部に樹脂ベントが配置される。かかる樹脂ベントを設けることで、製品の大きさに対して過充填になるように射出を行うことができ、過充填分の樹脂を樹脂ベントに出すようにすることができる。これにより、溶融樹脂の充填圧をコントロールし、過充填及び充填不足を防止することができる。また、ウェルド部の気泡が潰れている部分を樹脂ベント側に押出すことができる。かかる樹脂ベントを設けることで、金型内部の充填圧は平衡管理され、ソリッド化を軽減し、品質の良い成形を行うことができる。その結果、超臨界発泡射出成形において、安定した品質の製品が得られるような金型装置を提供することができる。

本発明において、成形される製品には穴または凹部が形成され、この穴または凹部を挟んで、前記ゲートと対向する位置に前記樹脂ベントが設けられることが好ましい。

製品に形成される穴または凹部を挟んで、ゲートと対向する位置は、射出された溶融樹脂どうしが合流するウェルド部であり、ここに樹脂ベントが配置されることで、前述のように、金型内部の充填圧は平衡管理され、ソリッド化を軽減し、品質の良い成形を行うことができる。

本発明に係る金型装置を用いて超臨界発泡射出成形を行う時の射出成形機の構成を示す側断面図金型を構成する一方の金型部分（上型または下型）を示す図金型構成を模式的に示す平面図成形した製品の品質を説明する図金型構成の別実施形態を示す図

本発明に係る金型装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る金型装置を用いて超臨界発泡射出成形を行う時の射出成形機の構成を示す側断面図である。

＜射出成形機の構成＞
射出成形機は、装置本体１と金型装置２により構成される。装置本体１は、スクリュー１０と、これを回転駆動するモータ１１を備える。スクリュー１０は、ホッパー１２から投入された樹脂を混練して溶融させる。スクリュー１０は、バレル１３の内部に収容されている。

ホッパー１２よりも下流側の位置から超臨界流体を注入するための注入穴１３ａが設けられる。超臨界流体（例えば、超臨界状態のガス）は、超臨界流体形成部１４により形成される。なお、超臨界流体は公知の方法により形成することができる。

本発明において、熱可塑性樹脂としては、熱可塑性エラストマーが用いられ、超臨界流体として窒素ガスや炭酸ガスが用いられる。溶融樹脂に超臨界流体を注入して溶かし込み、金型装置２内へ射出することで、微細なセルを発泡形成させて発泡体を製造するものである。

超臨界流体とは、液体と気体の両方の性質を有し、樹脂への溶融性が非常に高いという性質を有する流体である。超臨界流体を樹脂に溶解させることで、射出成形時に常圧に戻った時、気体となり気泡を形成することができる。ちなみに、窒素ガスの臨界温度は、−１４７℃であり臨界圧力は３．３５ＭＰａである。また、炭酸ガスの臨界温度は３１℃であり、臨界圧力は７．３ＭＰａである。

図２は、実際の金型を構成する一方の金型部分（上型または下型）を示す図である。図３は、金型構成を模式的に示す平面図である。図２、図３に示すように、外形が六角形であり、中心に丸い穴が形成される製品を例示している。いずれにしても、穴が形成される製品を成形する場合に、本発明に係る金型装置が用いられる。

金型には、溶融樹脂を充填するための空間部２０が設けられる。図３の下方にゲート２１（ランナー・ゲート）が設けられ、ゲート口２１ａから超臨界流体が溶け込んだ溶融樹脂が射出される。製品の穴が形成される部分２２を挟んで対向する位置に樹脂ベント２３が設けられる。

製品に穴が形成される場合、ゲート口２１ａから射出された樹脂は、図３の矢印のように左右両側を流れてウェルド部２０ａにおいて合流する。このウェルド部２０ａに樹脂ベント２３が設けられる。樹脂ベント２３は、ベント口２３ａにおいて空間部２０と連通している。ベント口２３ａの奥には、更に、樹脂を受け入れ可能なベント空間２３ｂが設けられる。ベント空間２３ｂの形状は、ベント口２３ａに直交する平面視で長円形の空間として形成される。

かかる樹脂ベント２３を設けることで、製品の大きさに対して過充填になるように射出を行うことができ、過充填分の樹脂を樹脂ベント２３に出すようにすることができる。これにより、溶融樹脂の充填圧をコントロールし、過充填及び充填不足を防止することができる。また、樹脂ベント２３がなければ、ウェルド部２０ａでは気泡が潰れやすくなるが、樹脂ベント２３を設けることで、かかる不良部分を樹脂ベント２３側に押出すことができる。これにより、金型内部の充填圧は平衡管理され、ソリッド化を軽減し、品質の良い成形を行うことができる。

図２，３の例では、製品の体積が２４ｃｍ³とすれば、樹脂ベント２３の体積は２．５ｃｍ³程度が好ましい。すなわち、製品体積の約１０％（５〜１５％）が好ましい。あまり体積が小さすぎると、充填圧をコントロールすることが難しく、体積が大きすぎると、無駄になる樹脂の量が増え、経済的に好ましくない。

上記のような樹脂ベント２３を設けることで、成形される製品の内圧の急激な上昇を緩和することができる。従って、ベント口２３ａの周辺（ウェルド部２０ａ）におけるソリッド化の問題を改善することができる。また、樹脂ベント２３内の９０％に充填されるように体積を設定することで、内部の圧力バランス平衡を保持することができる。さらに、射出成形初期における発泡が不安定な樹脂を樹脂ベント２３側に排出させることができる。これにより、品質の良い製品を成形できるようになる。

ベント口２３ａの直径はφ３〜１０ｍｍ、ゲート口２１ａの直径もφ３〜１０ｍｍに設定することが好ましい。好ましくは、ゲート口２１ａの直径をφ６ｍｍにする場合は、ベント口２３ａの直径はφ５〜７ｍｍに設定することが好ましい。あるいは、ゲート口２１ａの直径に対して、ベント口２３ａの直径は０．７〜１．３倍の大きさに設定することが好ましい。このように、ゲート口２１ａとベント口２３ａの直径を調整することで、ゲート周辺部とベント周辺部の樹脂内圧を均一に保持することができる。ゲート口２１ａの直径は、材料（溶融樹脂）の粘度等を考慮して決められる。

図４は、実際に成形した製品を示す図である。図４（ａ）（ｂ）は、樹脂ベントを設けないで成形した場合を示す。（ａ）では、Ａに示す箇所に欠けが発生している。（ｂ）では、Ｂで示す部分に大きなボイドが発生している。（ｃ）は、本発明に係る樹脂ベント２３を用いて成形した製品であり、外観的な品質も含め、発泡品質を改善することができた。

本発明に係る金型装置で成形される製品の一例として、自動車のサスペンション装置におけるショックアブゾーバにストッパーとして用いられる部品がある。ただし、本発明としては、特定の製品に限定されるものではなく、種々の穴が形成される製品に対して応用することができる。

＜別実施形態＞
製品の形状として、外形が六角形、穴が丸である例を示したが、形状は上記に限定されるものではなく、他の円形、四角形、三角形、異形穴等の種々の形状の場合にも適用することができる。また、形状も例示したような単純な形状ではなく、複雑な形状の部品に対しても本発明は応用できるものである。

製品の形状として穴が形成された例を示したが、穴ではなく凹部が形成されている場合にも、同じ場所にウェルド部が形成されるので、本発明にかかる樹脂ベントの構成を採用することができる。すなわち、溶融樹脂と溶融樹脂が合流する場所に樹脂ベントを設けることで、品質のよい成形を行うことができる。凹部の形状についても、穴の場合と同様に、円形、四角形、三角形、異形穴等の種々の形状とすることができる。

また、本実施形態では、ゲートの数と樹脂ベントの数は、共に１つずつであったが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ゲートが２つ設けられる場合、製品に穴や凹部が形成されていなくても、ゲート間において樹脂が２箇所で合流するので、そのウェルド部に２つの樹脂ベントを設けることができる。すなわち、ゲートの数や樹脂ベントの数についても、特定の数に限定されるものではない。

例えば、図５は、穴や凹部が形成されない平面視で逆Ｕ字形の製品を成形する場合の金型装置を示している。図５に示すように、図示の下部にゲート２１が２か所設けられており、上部にウェルド部２０ａが形成される。この位置に樹脂ベント２３が設けられる。このように、成形される製品に穴や凹部が形成されない場合でもウェルド部２０ａが形成されることがあるので、かかる場合にも本発明のような樹脂ベントを設けることが好ましい。

１装置本体
２金型装置
２０空間部
２０ａウェルド部
２１ゲート
２１ａゲート口
２３樹脂ベント
２３ａベント口
２３ｂベント空間

Claims

超臨界発泡射出成形により成形するための金型装置であって、
金型空間内へ超臨界流体が注入された溶融樹脂を射出させるゲートと、
前記ゲートから注入された溶融樹脂が合流するウェルド部に設けられる樹脂ベントと、を備え、前記樹脂ベントは前記金型空間に連通するベント口と、このベント口に直交するベント空間とにより構成され、平面視において、前記樹脂ベントがＴ字状を呈するように形成されることを特徴とする金型装置。
成形される製品には穴または凹部が形成され、この穴または凹部を挟んで、前記ゲートと対向する位置に前記樹脂ベントが設けられることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。