JP5751043B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、バンパーフェイシア等の比較的大型の樹脂成形品をいわゆる多点ゲート方式にて成形する射出成形方法に関する。

自動車用バンパーのバンパーフェイシアに代表されるような長尺で且つ大型の樹脂成形品を射出成形する場合に、開閉可能なバルブ付き多点ゲート（複数のバルブゲート）を用いてゲートを順次開閉して溶融樹脂材料を射出・充填するようにした成形法がある。そして、このような成形法では多くの場合にホットランナーシステムが採用され、一般にカスケード射出成形法等と呼ばれている。かかるカスケード射出成形法のもとでバンパーフェイシアを成形するにあたって、特にウエルド（ウエルドラインまたはウエルドマーク）の発生を抑制することを目的とした技術が特許文献１にて提案されている。

特開平１１−２９１２９６号公報

特許文献１に記載された技術では、ゲートでの溶融樹脂同士の合流に基づくウエルドの発生を抑制し、もってそのウエルドが製品形状部空間であるキャビティ側に持ち込まれるのを回避しようとするもので、キャビティへの溶融樹脂材料の流入方向が特定の一方向である場合には相応の効果が期待できる。

その一方、例えばバンパーフェイシアの正面または側面からの投影形状を想定し、この投影形状部位をバンパーフェイシアの一部の薄板状の成形品領域と仮定した場合に、その成形品領域内において例えば互いに交差する二方向から溶融樹脂材料が流入するような場合には、キャビティ内において二方向からの溶融樹脂材料同士が直接的に衝突するかたちで合流することになるため、なおもウエルドの発生が不可避となる。そして、この傾向は上記成形品領域内の一部に開口部を同時成形する場合に顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、多点ゲート方式にて射出成形を行うにあたって、二方向から溶融樹脂材料が流入する場合であってもウエルドの発生を抑制するとともに、仮にそのウエルドの発生が不可避であっても当該ウエルドを目立ちにくいものとすることが可能な射出成形方法を提供するものである。

本発明は、一部に薄板状の成形品領域を含んでいて且つその薄板状の成形品領域の長手方向に沿って当該方向と同じ方向を長手方向とする開口部が形成された成形品を多点ゲート方式の射出成形法にて成形する方法である。その際に、成形品領域の長手方向であって且つ開口部の長手方向に延長線上において当該延長線方向に向かって樹脂材料を射出するメインゲート部と、成形品領域の長手方向と交差する方向に向かって樹脂材料を射出する補助ゲート部とをそれぞれ設定しておくものとする。そして、メインゲート部から射出した樹脂材料が開口部の全周に及んでその開口部を形づくるように当該開口部の長手方向全長に回り込んだ後に、補助ゲート部から樹脂材料を射出するものとする。ここに言う開口部とは、単一の穴状のもののほか、比較的小さな穴状の複数の開口部が間欠的または不連続で並設されている場合をも含むものである。

本発明によれば、成形品領域内に二方向から樹脂材料が流入する場合であって且つその成形品領域内に所定の開口部を同時成形する場合であっても、開口部の周りに先に樹脂材料を満たしてしまうことで、その開口部の存在の影響によるウエルドの発生を抑制することができるとともに、仮にそのウエルドの発生が不可避であったとしても、ウエルド発生位置を積極的にコントロールして、比較的目立ちにくい位置にとどめておくことが可能となる。

本発明に係る射出成形方法を実施するための第１の形態を示す図で、射出成形による成形品の一例として自動車のバンパーフェイシアの概略構造を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 図１のバンパーフェイシアを射出成形するための金型装置のうち図１のＱ部相当部の構造を示す断面説明図。 図３のコールドランナーの詳細を示す拡大断面説明図。 図４の型開き状態におけるＣ方向矢視図。 図４のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面説明図。 図３，４の金型装置のうちバンパーサイド部に相当する部分での溶融樹脂材料の流動状態を示す説明図。

図１〜７は本発明を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は射出成形による成形品の一例として自動車のバンパーフェイシアＢｆを示し、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図を、図３は上記バンパーフェイシアＢｆを射出成形するための金型装置のうち図１のＱ部相当部の構造を示している。

図１に示すように、バンパーフェイシアＢｆは自動車用樹脂部品のなかでも長尺で且つ大型の部品に属し、しかもいわゆるふところの長さ（バンパーフェイシアＢｆの前後方向長さ）が大きいために、先に述べたようにホットランナーブロックや複数のバルブゲートを併用したカスケード射出成形法によって成形される。

この場合において、バンパーフェイシアＢｆの大部分は複数のバルブゲートを順次開閉することでいわゆるランナーレス方式にて成形されることになるものの、バンパーフェイシアＢｆの一部、例えば図１に示すバンパーフェイシアＢｆにおけるバンパーサイド部Ｓｂについては、ホットランナーブロックのレイアウト上の制約等から、コールドランナーを併用するかたちで成形しようとしている。なお、バンパーフェイシアＢｆを成形すべき成形品とするならば、その一部であるバンパーサイド部Ｓｂが特許請求の範囲で言うところの薄板状の成形品領域に相当している。

図１はそのコールドランナー４の痕跡であるコールドランナー跡Ｒｓおよびゲート跡Ｇｓが非製品部領域として成形品であるバンパーフェイシアＢｆのバンパーサイド部Ｓｂに付帯したままで金型装置から取り出された後の状態を示していて、コールドランナー跡Ｒｓおよびゲート跡Ｇｓは後工程において成形品であるバンパーフェイシアＢｆから切断除去されることになる。

また、図１のほか図２に示すように、バンパーフェイシアＢｆの正面からそのバンパーサイド部Ｓｂにまたがるかたちで、加飾のための図示外のモールを後から取り付けるための断面チャンネル状または断面コの字状のモール溝Ｍが凹溝として形成されている。さらに、そのモール溝Ｍの底部には、モールと凹凸嵌合してその相対移動や抜け止めを司ることになる開口部としての複数の係合溝Ｈが間歇的または不連続でモール溝Ｍの長手方向に沿って形成されている。そして、図２から明らかなように、モール溝Ｍのうち少なくともバンパーサイド部Ｓｂの長手方向（前後方向）で延在している部分においては、その肉厚が上下の一般部よりも厚肉のものとされている。

図３において、１は一方の金型要素としてのコアブロック、２は同じく他方の金型要素としてのキャビティブロック、３はそれらのコアブロック１とキャビティブロック２との型締め状態にておいて形成される製品形状部空間としてのキャビティを示す。また、図３の紙面と直交方向でオフセットするかたちで図１のコールドランナー跡Ｒｓに相当するコールドランナー４が設けられている。

ここで、図１から明らかなように、バンパーサイド部Ｓｂとその一部に付帯するコールドランナー跡Ｒｓとは、左右方向で位置的に一部オーバーラップしていることから、図３のキャビティ３のうちバンパーサイド部Ｓｂに相当する部分とコールドランナー４との関係についても、実際にはバンパーフェイシアＢｆの左右方向（図３では上下方向）で両者が位置的に一部オーバーラップしていることになる。ただし、図３では同図面上での両者の重複による錯綜化を回避するため、キャビティ３のうちバンパーサイド部Ｓｂに相当する部分に対してコールドランナー４を外側に位置をずらして描いてある。

キャビティブロック２側にはホットランナーブロック５が付帯していて、このホットランナーブロック５にはスプルーブッシュ６を介して射出ノズル７から溶融樹脂材料が供給される。また、ホットランナーブロック５側からキャビティ３に向けて実質的にホットランナーとして機能する複数のランナースリーブ８が臨んでいて（ただし、図３では一つのみ図示）、各ランナースリーブ８にはシリンダ１０によって進退駆動されるバルブピン９が内挿されている。そして、バルブピン９によりランナースリーブ８の先端側のゲート１１を積極的に開閉することで、キャビティ３に対する溶融樹脂材料の射出とその遮断が可能となっており、これによってバルブゲートとしての機能が発揮されることになる。なお、上記ランナースリーブ８とバルブピン９との組み合わせからなるバルブゲートが特許請求の範囲で言うところのメインゲート部に相当している。

また、ホットランナーブロック５にはホットランナーとして機能する別のランナースリーブ１２が付帯しているとともに、このランナースリーブ１２にもシリンダ１４によって進退駆動されるバルブピン１３が内挿されていて、ランナースリーブ１２はコールドランナー４の二次スプルー部１５に臨ませてある。そして、バルブピン１３によりランナースリーブ１２の先端側の二次スプルー部１５をゲートとして積極的に開閉することで、コールドランナー４に対する溶融樹脂材料の射出とその遮断が可能となっており、これによってバルブゲートとしての機能が発揮されることになる。

すなわち、ホットランナーブロック５やランナースリーブ１２によって形成されるホットランナーを延長するかたちでランナースリーブ１２と直列にコールドランナー４が設けられていて、両者の接続部である二次スプルー部１５においてバルブゲートの機能が発揮されることになる。さらに、後述するようにコールドランナー４の長手方向に一部にはサイドゲート２１が付帯してして、このコールドランナー４を経由した溶融樹脂材料は最終的にはサイドゲート２１からキャビティ３に射出されることになるので、これが多点ゲート方式の射出成形法である所以であるとともに、上記サイドゲート２１が特許請求の範囲に言うところの補助ゲート部に相当している。

なお、ホットランナーブロック５やそれぞれのランナースリーブ８，１２は、周知のように図示しないヒータにより所定温度の加熱状態とされ、それらの内部の溶融樹脂材料の流動性が保たれている。

図４は図３に示したコールドランナー４の詳細を示しており、また図５は図４の型開き状態でのＣ方向矢視図を示している。さらに、図６は図３のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図を示している。コールドランナー４は一方の金型要素である図３のコアブロック１の一部として機能する分割ブロック１６，１７と図３のキャビティブロック２との間に形成されていて、これらの分割ブロック１６，１７とキャビティブロック２は成形品であるバンパーフェイシアＢｆの取り出し時にその都度開閉、すなわち型開きされる。

より詳しくは、分割ブロック１６，１７のうちキャビティブロック２との分割面１８に図６に示すように断面略半円状の溝部１９が形成されれいて、型締め時においてキャビティブロック２側の分割面２０がその溝部１９を閉塞することでいわゆる半円状（ハーフラウンド）のコールドランナー４が形成される。コールドランナー４の長手方向の一部には製品形状部空間として機能するキャビティ３につながるサイドゲート２１が形成されているとともに、サイドゲート２１側の端末部はコールドスラグ等を溜めるためのスラグウェル２２とされている。また、コールドランナー４の長手方向の他端は先に述べたように二次スプルー部１５として機能するようになっていて、この二次スプルー部１５には図３に基づいて先に述べたようにバルブゲートとして機能するランナースリーブ１２を臨ませてある。

ここで、ホットランナーを延長するかたちで当該ホットランナーと直列にコールドランナー４が形成されてはいても、そのコールドランナー４の長さが長くなるとホットランナーと併用したことによる効果が半減してしまい、コールドランナー４において溶融樹脂材料が固化が必要以上に促進されてしまう可能性がある。その対策として、本形態では、コールドランナー４としての流路に断熱層２３を設けて、溶融樹脂材料がコールドランナー４を流通する過程での冷却固化が緩慢なものとなるように考慮してある。

より詳しくは、図４，５および図６に示すように、分割ブロック１６，１７側の分割面１８のうちコールドランナー４の空間に臨んで当該コールドランナー４を形成している部位、すなわちコールドランナー４として分割ブロック１６，１７側に形成された断面略半円状の溝部１９の底部相当部であって且つスラグウェル２２として機能する部分を除いた部分に、長手方向に沿って例えばセラミックシートを貼り付けて所定厚みの断熱層２３を形成してある。この断熱層２３の厚みは溝部１９の最深部から当該溝部１９の開放側または分割面１８の一般部に向かって、すなわちキャビティブロック２側の分割面２０に向かって漸次小さくなるように徐変していて、溝部１９が形成された分割面１８の一般部（分割面１８のうち溝部１９以外の部分）に至る直前で消失している。つまり、溝部１９に設けられた断熱層２３の断面形状は、図６から明らかなようにほぼ三日月状のものとなっている。

これにより、コールドランナー４として機能することになる溝部１９の深さ方向において、断熱層２３による断熱効果に熱勾配を持たせたかたちとなっている。同時に、溝部１９のうちでも分割面１８の一般部に近い部分と、分割面１８それ自体、およびもう一方の分割面２０については、断熱層２３が設けられておらず、いわゆる非断熱構造となっている。

したがって、図１に示したようなバンパーフェイシアＢｆを成形するにあたって、バンパーフェイシアＢｆの大部分は複数のバルブゲートを順次開閉することでいわゆるランナーレス方式にて成形される一方、バンパーフェイシアＢｆにおけるバンパーサイド部Ｓｂの一部については、ランナースリーブ１２に相当するホットランナーと直列関係にあるコールドランナー４を併用するかたちで成形が行われることは先に述べたとおりである。

そして、バルブゲートして機能するランナースリーブ１２をバルブピン１３により開くと、ランナースリーブ１２側から二次スプルー部１５を介してコールドランナー４側に溶融樹脂材料が射出され、さらに溶融樹脂材料はコールドランナー４からサイドゲート２１を経由してキャビティ３側に射出されて、バンパーフェイシアＢｆのうちバンパーサイド部Ｓｂの一部を形づくることになる。

この場合において、コールドランナー４を経由してサイドゲート２１からキャビティ３への溶融樹脂材料の射出のタイミングを他の部位よりも遅らせるように積極的にコントロールするものとする。より具体的には、図７はバンパーフェイシアＢｆの一部の薄板状の成形品領域であるところのバンパーサイド部Ｓｂでの溶融樹脂材料の流動状態を示しており、同図（Ａ）のほか同図（Ｂ）に矢印Ｄにて示すように、バンパーサイド部Ｓｂに流れ込んだ溶融樹脂材料がそのバンパーサイド部Ｓｂに形成されたモール溝Ｍの全長に及ぶまでまたは回り込むまでは、コールドランナー４を経由してサイドゲート２１からキャビティ３への溶融樹脂材料の射出を行わないものとする。なお、図７は図１のバンパーフェイシアＢｆの上下を反転させた状態を示している。

ここで、図１，２に示したように、バンパーサイド部Ｓｂのうちでもモール溝Ｍはその肉厚が他の部位よりも相対的に厚肉に形成されているので、このモール溝Ｍに相当する部分では他の部位に比べて溶融樹脂材料の流通抵抗が減じられて、流通しやすいものとなっている。そのため、図７の（Ａ）に示すように、同図の左側（バンパーフェイシアＢｆの正面側）から複数の係合穴Ｈが形成されたモール溝Ｍの延長線方向に沿ってバンパーサイド部Ｓｂに流入した溶融樹脂材料はモール溝Ｍに相当する部分で最も流速が速くなり、同図（Ｂ）に示すようにサイドゲート２１からの射出を行わないかぎり他の部位に先行してモール溝Ｍの長手方向の末端まで到達することになる。つまり、コールドランナー４経由でサイドゲート２１からキャビティ３側に溶融樹脂材料を射出するのを待たずに、ホットランナーとして機能する複数のランナースリーブ８（図３参照）から射出される溶融樹脂材料をもって、バンパーサイド部Ｓｂではモール溝Ｍの長手方向の末端まで一気に充填してしまうものである。これにより、溶融樹脂材料が各係合穴Ｈの全周に及んでそれぞれの係合穴Ｈが形づくられることになる。なお、図７の（Ｂ）に示すように、当然のことながらバンパーサイド部Ｓｂのうちモール溝Ｍよりも相対的に薄肉の一般部の一部にも溶融樹脂材料が充填される。

こうしてモール溝Ｍの長手方向の末端まで溶融樹脂材料が及んだならば、この時点で初めてランナースリーブ１２の二次スプルー部１５を開き、コールドランナー４側に溶融樹脂材料を射出する。すなわち、矢印Ｄ方向からの射出と並行して、さらに図７の（Ｃ）に示すようにコールドランナー４を経由した溶融樹脂材料を矢印Ｅにて示すようにサイドゲート２１からキャビティ３に射出する。このサイドゲート２１からの溶融樹脂材料の射出により、バンパーサイド部Ｓｂのうち未充填の部分がサイドゲート２１から射出される溶融樹脂材料で満たされて、成形が完了することになる。

なお、図７の（Ｃ）の矢印Ｄ方向からのバンパーサイド部Ｓｂへの溶融樹脂材料の流入は、そのバンパーサイド部Ｓｂの長手方向（モール溝Ｍの長手方向）のものとなるので、サイドゲート２１からの溶融樹脂材料の射出または流入はバンパーサイド部Ｓｂの長手方向（モール溝Ｍの長手方向）とほぼ直交する方向に射出することになるものの、矢印Ｄ方向からの溶融樹脂材料の流入の影響を受けることになり、サイドゲート２１から射出された溶融樹脂材料の流入方向は同図に矢印Ｅにて示すように斜め方向を指向するものとなる。

この場合において、上記のようにモール溝Ｍおよびその近傍への溶融樹脂材料の充填を優先することを考慮せずに射出を行うと、当然のことながら矢印Ｄ方向から流入する溶融樹脂材料とコールドランナー４を経由してサイドゲート２１から射出される溶融樹脂材料とがバンパーサイド部Ｓｂのうちモール溝Ｍやその近傍で合流するかたちとなるため、ウエルドの発生が不可避となる。特に、モール溝Ｍのうちでも開口部としての複数の係合溝Ｈとなるべき部分では、その係合溝Ｈに臨んでいる金型の一部によって、サイドゲート２１から射出される溶融樹脂材料の流れが部分的に遮られるかたちとなるため、溶融樹脂材料同士の合流角の変化によってウエルドの発生が顕著になりやすい傾向にある。

これに対して、本実施の形態のように、サイドゲート２１からの溶融樹脂材料の射出を待たずにバンパーフェイシアＢｆの正面部側（矢印Ｄ方向）から回り込む溶融樹脂材料をもってモール溝Ｍの長手方向の末端まで一気に充填してしまい、その後から図７の（Ｂ），（Ｃ）に示すようにサイドゲート２１から溶融樹脂材料を射出することにより、少なくともモール溝Ｍやその近傍でのウエルドの発生を抑制することができる。

その上、バンパーサイド部Ｓｂにおいて少なくとも二方向から溶融樹脂材料を流入させると、それぞれの方向からの溶融樹脂材料同士の合流およびそれに伴うウエルドの発生が程度の差こそあれ不可避とされるが、上記のようにサイドゲート２１からの溶融樹脂材料の射出タイミングを積極的にコントロールすることにより、ウエルドの発生位置までもコントロールして、例えばバンパーサイド部Ｓｂのうちでも外観上目立ちにくい位置とすることができる。

本実施の形態は、モール溝Ｍの長手方向の末端まで溶融樹脂材料が及んだ後、サイドゲート２１からの溶融樹脂材料を射出タイミングを積極的にコントロールすることにより、ウエルドをモール溝Ｍの長手方向の延長線上の位置として目立ちにくいものとすることができる。

また、上記実施の形態では、コールドランナー４の長手方向に沿って断熱層２３を設けてあるため、溶融樹脂材料がそのコールドランナー４を通流する過程での冷却固化作用が緩慢なものとなり、仮にコールドランナー４の長さが長くなっても溶融樹脂材料の固化促進を防いで、バンパーフェイシアＢｆの成形に必要な射出速度および射出圧力の制御が可能となる。

ここで、上記実施の形態では、モール溝Ｍの底部に開口部としての複数の係合溝Ｈが間歇的または不連続でモール溝Ｍの長手方向に沿って形成されている場合の例を示しているが、モール溝Ｍを有しないタイプのものでも本発明を適用することができる。また、開口部としての複数の係合溝Ｈが間歇的または不連続でモール溝Ｍの長手方向に沿って形成されているタイプ以外にも、例えば所定幅で且つ所定長さの開口部が単一のものとして形成されている場合でも本発明を適用することができる。

さらに、上記実施の形態では、コールドランナー４の一部に形成されたサイドゲート部２１を補助ゲート部としているが、要はバンパーサイド部Ｓｂの成形に際して当該バンパーサイド部Ｓｂに二方向から溶融樹脂材料が射出または流入すれば多点ゲート方式の射出成形法とみなし得ることから、補助ゲート部は図３に示したようなランナースリーブ８とバルブピン９との組み合わせからなるものであっても良い。

４…コールドランナー
５…ホットランナーブロック
８…バルブゲートであるランナースリーブ（メインゲート部）
９…バルブゲートであるバルブピン（メインゲート部）
２１…サイドゲート（補助ゲート部）
Ｂｆ…バンパーフェイシア（成形品）
Ｓｂ…バンパーサイド部（薄板状の成形品領域）
Ｍ…モール溝（凹溝）
Ｈ…係合穴（開口部）

Claims (4)

1. 一部に薄板状の成形品領域を含んでいて且つその薄板状の成形品領域の長手方向に沿って当該方向と同じ方向を長手方向とする開口部が形成された成形品を多点ゲート方式の射出成形法にて成形する方法であって、
   上記成形品領域の長手方向であって且つ開口部の長手方向に延長線上において当該延長線方向に向かって樹脂材料を射出するメインゲート部と、上記成形品領域の長手方向と交差する方向に向かって樹脂材料を射出する補助ゲート部とをそれぞれ設定しておき、
   上記メインゲート部から射出した樹脂材料が開口部の全周に及んでその開口部を形づくるように当該開口部の長手方向全長に回り込んだ後に、補助ゲート部から樹脂材料を射出することを特徴とする射出成形方法。
2. 上記開口部の長手方向に沿ってその直近位置の板厚を他の部位よりも大きく設定してあることを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
3. 上記薄板状の成形品領域の長手方向に沿って当該方向と同じ方向を長手方向とする凹溝が形成されていて、この凹溝の底壁部に開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の射出成形方法。
4. 上記成形品が自動車用バンパーにおけるバンパーフェイシアであり、そのバンパーフェイシアの一部に含まれる薄板状の成形品領域がバンパーサイド部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の射出成形方法。

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