JP5772502B2 - 射出成形方法及び射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、成形品の形状に起因して樹脂材料の会合部で生ずる外観不具合（ウェルドライン）を抑制するための射出成形方法及び射出成形用金型に関する。

特許文献１には、光輝材を有する樹脂材料を射出成形する際に、隣り合うゲートから射出される樹脂材料の会合部を、射出充填時の圧力差を利用して流動させてずらし、光輝材の配向を揃えるようにした射出成形方法が開示されている。

この場合、樹脂材料の会合部を流動させる機構は、複数のゲートの径を異ならせたり、各ゲートを開閉するタイミングに時間差を設けることで、樹脂材料の充填時に圧力差を生じさせている。

特開２０１１−１４０２０６号公報

ところが、上述の特許文献１に記載の射出成形方法は、２以上の多点ゲートから樹脂を射出する際に生ずる樹脂の会合に対する対策であり、この会合部に生ずる成形品のウェルドラインを抑制するものである。

従って、穴を有する成形品（リング形状の成形品を含む）を、例えば単一のゲートから樹脂材料を射出することで成形する際には、前記特許文献１に記載の技術を適用することができない。

穴を有する成形品を射出成形する際には、金型のキャビティ内で樹脂材料が、成形品に穴を形成すべく分岐して流れた後に会合したとき、その会合部に成形品においてウェルドラインが発生しやすい。樹脂材料に光輝材などの添加物が添加された場合には、上記ウェルドラインが顕著になる。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、穴を有する成形品における樹脂材料の会合部に生ずる外観不具合（ウェルドライン）を抑制できる射出成形方法及び射出成形用金型を提供することにある。

本発明に係る射出成形方法は、成形品に穴を形成する射出成形用金型のキャビティ内に、添加物が添加された樹脂材料を充填して前記成形品を射出成形する射出成形方法であって、前記樹脂材料が前記キャビティ内を、前記穴を形成すべく分岐して流れた後に会合する際、前記キャビティ内の樹脂材料を、この樹脂材料の会合部を含む会合部の片側領域と、会合部と、前記片側領域とは反対の他の片側領域の会合部近傍で塑性変形可能な温度以上に加熱し、この会合した直後または会合する直前に、前記会合部の片側領域とは反対の他の片側領域で、この会合部近傍に設けられて前記キャビティを逃し空間に連通させる開口を開き、前記キャビティ内で会合した前記樹脂材料を、前記開口を経て前記逃し空間側へ流動させることを特徴とするものである。

また、本発明に係る射出成形用金型は、成形品に穴を形成するキャビティを備え、添加物が添加された樹脂材料を前記キャビティ内に充填させることで前記成形品を射出成形する射出成形用金型であって、前記キャビティは、前記樹脂材料が前記穴を形成すべく分岐して流れた後に会合するように形成される一方、前記キャビティ内の樹脂材料を、この樹脂材料の会合部を含む会合部の片側領域と、会合部と、前記片側領域とは反対の他の片側領域の会合部近傍で塑性変形可能な温度以上に加熱する加熱手段を備え、また、前記樹脂材料が前記加熱手段により加熱される会合部の片側領域とは反対の他の片側領域であって樹脂材料が前記加熱手段により加熱される会合部近傍に設けられた開口を介して前記キャビティに連通する逃し空間が設けられ、この逃し空間内に前記キャビティ内の樹脂材料が流入可能とされ、更に、前記開口を開閉する開閉手段が設けられ、この開閉手段は、前記キャビティ内で前記樹脂材料が会合した直後または会合する直前に前記開口を開き、前記キャビティ内で会合した前記樹脂材料を、前記開口を経て前記逃し空間側へ流動させるよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明に係る射出成形方法及び射出成形用金型によれば、添加物が添加された樹脂材料がキャビティ内で会合したとき、会合部の樹脂材料が逃し空間側へ一方向に流動するので、会合部に生じた添加物の配向差が解消または緩和する。この結果、穴を有する成形品における樹脂材料の会合部に生ずる、樹脂材料中の添加物の配向差に起因する外観不具合（ウェルドライン）を抑制できる。

本発明に係る射出成形用金型の一実施形態を示す縦断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視図。 図１のキャビティ内に充填された樹脂材料中の添加物（光輝材）の配向状況を示す樹脂材料の断面図であり、（Ａ）が樹脂材料が会合したときの断面図、（Ｂ）が樹脂材料の会合部が一方向に流動したときの断面図。 図１のキャビティ内を流れる樹脂材料を模式的に示す斜視図。 図１のキャビティ内で会合した樹脂材料が会合部の主に左側領域でヒータにより加熱される状況を模式的に示す斜視図。 図１の開口が開放された状態を模式的に示す斜視図。 図１の逃し空間内へキャビティ内の樹脂材料を流動させている状況を模式的に示す斜視図。 図１の射出成形用金型により射出成形された成形品を示す斜視図であり、（Ａ）が穴を有する成形品の斜視図、（Ｂ）がリング形状の成形品の正面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る射出成形用金型の一実施形態を示す縦断面図である。この図１に示す射出成形用金型１０は、射出成形機１３から溶融した樹脂材料１が供給される固定型１１と、この固定型１１に対して移動可能に組み合わされる可動型１２とを備えて構成される。

これらの固定型１１と可動型１２との接合位置にキャビティ１４が形成される。本実施形態では、固定型１１の接合面１１Ａは略平坦面に形成され、可動型１２の接合面１２Ａに、図２にも示すように、凸部１５の周囲に凹部１６が形成される。可動型１２の凹部１６が、可動型１２の凸部１５と固定型１１の接合面１１Ａとに囲まれて、成形品５（図８（Ａ））に穴６を形成する前記キャビティ１４が構成される。

また、可動型１２の接合面１２Ａに、キャビティ１４に連通してゲート１７が形成され、固定型１１の接合面１１Ａに、ゲート１７に連通してランナー１８が形成され、このランナー１８が射出成形機１３に連通して接続される。この射出成形機１３から、添加物２に（図３）が添加された溶融状態の樹脂材料１が、ランナー１８、ゲート１７を順次経てキャビティ１４内に射出されて充填され、穴６を有する成形品５（図８（Ａ））が射出成形される。

ここで、キャビティ１４は、図２の矢印Ａに示すように、ゲート１７から射出された溶融状態の樹脂材料１が、成形品５に穴６を形成すべく、可動型１２の凸部１５の手前で分岐して流れ、凸部１５の周囲を通過した後に会合するように形成されている。この樹脂材料１の会合部を符号Ｂで示す。また、前記穴６を有する成形品５は、図８（Ｂ）に示すリング形状の成形品７を含む。

キャビティ１４に充填される樹脂材料１には、前述のように添加物２（図３）が添加されるが、この添加物２は、鱗片形状もしくは針形状の光輝材または顔料である。光輝材としては、例えばアルミニウム粉、マイカ、ガラス粉などがある。これらの光輝材は一般的に鱗片形状であり、光の反射、透過、屈折などの作用で成形品５に光沢感を与えるものである。また、顔料としては、例えばフタロシアニンブルーやフタロシアニングリーンなどがある。これらの顔料は針形状であり、光の反射、透過、屈折などの作用で成形品５に色味を与えるものである。

また、樹脂材料は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの結晶性樹脂や、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリルニトリル・エチレンプロピレンジエン・スチレン共重合体（ＡＥＰＤＳ）などの非晶性樹脂の熱可塑性樹脂である。結晶性樹脂は融点以上、非晶性樹脂はガラス転移点以上の温度で塑性変形可能になる。

ところで、前記射出成形用金型１０は、図１及び図２に示すように、キャビティ１４のほかに、加熱手段としてのヒータ１９、逃し空間２０、逃し空間２０をキャビティ１４に連通する開口２１、この開口２１を開閉する開閉手段としての開閉ピン２２及びシリンダ装置２３を有する。

ヒータ１９は、キャビティ１４内の樹脂材料１を、この樹脂材料１の会合部Ｂを含む会合部Ｂの片側領域、例えば会合部Ｂを含む会合部Ｂの左側領域２４で加熱するように、固定型１１と可動型１２にキャビティ１４を挟んで対向して設置される。このヒータ１９により、キャビティ１４内の樹脂材料１は、塑性変形可能なガラス転移点または融点以上の温度に加熱される。このヒータ１９による加熱は、射出成形機１３によるキャビティ１４内への樹脂の射出前から、または射出中に実施される。

ヒータ１９により加熱される領域を図５のハッチングで示す。即ち、このヒータ１９によって、キャビティ１４内の樹脂材料１は、会合部Ｂの左側領域２４と、会合部Ｂと、会合部Ｂの他の片側領域（例えば会合部Ｂの右側領域２５）の会合部Ｂ近傍とが加熱される。このヒータ１９により加熱された領域の樹脂材料１は、圧力の作用により流動するが、加熱されていない領域の樹脂材料１は、固化が促進されて、圧力の作用によっても流動しにくくなる。

図１及び図２に示す逃し空間２０は、キャビティ１４に隣接して可動型１２に形成され、樹脂材料１の会合部Ｂ近傍に設けられた前記開口２１を介してキャビティ１４に連通する。この開口２１が開放されたときに、キャビティ１４内の樹脂材料１が逃し空間２０内に流入可能に設けられる。前記開口２１は、ヒータ１９により加熱される樹脂材料１の会合部Ｂの左側領域２４とは反対の右側領域２５で、樹脂材料１がヒータにより加熱される会合部Ｂ近傍に形成される。

また、逃し空間２０は、可動型１２に常時空洞として形成されていてもよいが、樹脂材料１の流入時以外には例えばブロックが収納され、樹脂材料１の流入時にのみ前記ブロックが移動して空洞を形成してもよい。

開閉ピン２２及びシリンダ装置２３は可動型１２に設置され、シリンダ装置２３が開閉ピン２２を昇降動作させることで、この開閉ピン２２が開口２１を開閉する。開閉ピン２２は、キャビティ１４内で樹脂材料１が会合した直後、または会合する直前に開口２１を開き、キャビティ１４内で会合した樹脂材料１を、開口２１を経て逃し空間２０側へ移動させる。尚、上述の樹脂材料１の会合直前は、例えば会合の０．１または０．２秒前などである。

キャビティ１４内で樹脂材料１が会合したとき、樹脂材料１に添加された鱗片形状または針形状の添加物２は、図３（Ａ）に示すように、樹脂材料１の会合部Ｂにおいて、その配向方向が他の部分と異なり、面方向（添加物２が鱗片形状の場合）または長軸方向（添加物２が針形状の場合）が樹脂材料１の流れ方向Ｃに対して略直交する。このため、成形品５、７においては、樹脂材料１の会合部Ｂで光の反射強度や反射角度が他の箇所と異なり、ウェルドラインＤ（図８）と称される外観不具合が発生しやすい。

本実施形態では、キャビティ１４内で樹脂材料１が会合した直後または直前に開口２１が開くので、ヒータ１９により加熱された領域で、開口２１が設けられた右側領域２５の会合部Ｂ近傍の圧力が、左側領域２４の圧力よりも低くなる。この結果、図３（Ｂ）に示すように、ヒータ１９により加熱された領域で、キャビティ１４内の樹脂材料１は、開口２１を経て逃し空間２０へ流入し、会合部Ｂの樹脂材料１が逃し空間２０側へ一方向に流動する。これにより、会合部Ｂの樹脂材料１中の添加物２は、その面方向（添加物２が鱗片形状の場合）または長軸方向（添加物２が針形状の場合）が樹脂材料１の流れの向きに変更されて、その配向が整えられる。このため、樹脂材料１内での添加物２の配向差が緩和または解消するので、前記外観不具合（ウェルドラインＤ）の発生が抑制される。

次に、図４〜図７を用いて、射出成形用金型１０を用いた射出成形方法について説明する。

図４に示すように、射出成形用金型１０のキャビティ１４にゲート１７から樹脂材料１を射出して充填すると、この樹脂材料１は、成形品５、７に穴６（共に図８）を形成すべく、矢印Ａに示すように分岐して流れた後会合する。

図５に示すように、樹脂成形用金型１０のヒータ１９は、キャビティ１４への樹脂材料１の充填中または充填前から、樹脂材料１の会合部Ｂの左側領域２４、会合部Ｂ、及び樹脂材料１の会合部Ｂの右側領域２５における会合部Ｂ近傍を、ガラス転移点または融点以上の温度に加熱する。

図６に示すように、キャビティ１４内で樹脂材料１が会合した直後または会合する直前に、この会合部Ｂ近傍に設けられた開口２１を、シリンダ装置２３を作動させて開閉ピン２２により開放させ、キャビティ１４と逃し空間２０とを連通させる。

これらの逃し空間２０とキャビティ１４との連通により、図７に示すように、キャビティ１４内でヒータ１９により加熱された樹脂材料１が、キャビティ１４内での圧力差によって開口２１を経て逃し空間２０内へ流入し、会合部Ｂの樹脂材料１が逃し空間２０側へ一方向に流動する。これにより、樹脂材料１の会合部Ｂにおける添加物２の配向が樹脂材料１の流れの方向Ｃに変更されて整えられる。
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果を奏する。

添加物２が添加された溶融状態の樹脂材料１がキャビティ１４内で会合した直後または直前に、開閉ピン２２により開口２１が開放されるので、会合部Ｂの樹脂材料１が逃し空間２０側へ一方向に流動し、この会合部Ｂに生じた添加物２の配向差が解消または緩和する。この結果、図８の穴６を有する成形品５における樹脂材料１の会合部Ｂに生ずる、樹脂材料１中の添加物２の配向差に起因する外観不具合（ウェルドラインＤ）を抑制できる。

このため、成形品５、７の品質を確保でき、またはウェルドラインＤを隠すために成形品５、７に塗装を施す必要がなくなる。このように成形品５、７を無塗装化できることで、塗装工程を廃止してコストを低減できると共に、塗装による環境負荷物質の大気中への排出を回避できる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

１ 樹脂材料
２ 添加物
５、７ 成形品
６ 穴
１０ 射出成形用金型
１４ キャビティ
１９ ヒータ（加熱手段）
２０ 逃し空間
２１ 開口
２２ 開閉ピン（開閉手段）
２３ シリンダ装置（開閉手段）
２４ 左側領域（片側領域）
２５ 右側領域（他の片側領域）
Ｂ 会合部
Ｄ ウェルドライン

Claims (4)

1. 成形品に穴を形成する射出成形用金型のキャビティ内に、添加物が添加された樹脂材料を充填して前記成形品を射出成形する射出成形方法であって、
   前記樹脂材料が前記キャビティ内を、前記穴を形成すべく分岐して流れた後に会合する際、前記キャビティ内の樹脂材料を、この樹脂材料の会合部を含む会合部の片側領域と、会合部と、前記片側領域とは反対の他の片側領域の会合部近傍で塑性変形可能な温度以上に加熱し、
   この会合した直後または会合する直前に、前記会合部の片側領域とは反対の他の片側領域で、この会合部近傍に設けられて前記キャビティを逃し空間に連通させる開口を開き、
   前記キャビティ内で会合した前記樹脂材料を、前記開口を経て前記逃し空間側へ流動させることを特徴とする射出成形方法。
2. 前記添加物が光輝材または顔料で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. 成形品に穴を形成するキャビティを備え、添加物が添加された樹脂材料を前記キャビティ内に充填させることで前記成形品を射出成形する射出成形用金型であって、
   前記キャビティは、前記樹脂材料が前記穴を形成すべく分岐して流れた後に会合するように形成される一方、
   前記キャビティ内の樹脂材料を、この樹脂材料の会合部を含む会合部の片側領域と、会合部と、前記片側領域とは反対の他の片側領域の会合部近傍で塑性変形可能な温度以上に加熱する加熱手段を備え、
   また、前記樹脂材料が前記加熱手段により加熱される会合部の片側領域とは反対の他の片側領域であって樹脂材料が前記加熱手段により加熱される会合部近傍に設けられた開口を介して前記キャビティに連通する逃し空間が設けられ、この逃し空間内に前記キャビティ内の樹脂材料が流入可能とされ、
   更に、前記開口を開閉する開閉手段が設けられ、この開閉手段は、前記キャビティ内で前記樹脂材料が会合した直後または会合する直前に前記開口を開き、前記キャビティ内で会合した前記樹脂材料を、前記開口を経て前記逃し空間側へ流動させるよう構成されたことを特徴とする射出成形用金型。
4. 前記添加物が光輝材または顔料であることを特徴とする請求項３に記載の射出成形用金型。

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