JP5965092B2 - 射出成形用金型及び樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加飾シートによって成形同時加飾される樹脂成形品の製造に用いられる射出成形用金型、及び加飾シートによって成形同時加飾される樹脂成形品の製造方法に関する。
樹脂成形品には、肉厚を薄くしつつも高い強度が要求される場合がある。そして、高い強度を得るために溶融時の流動性のよくない樹脂が射出成形に用いられると、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出する際に高い応力が発生するなどして種々の不具合が生じることが知られている。例えば、特許文献1(特許第5155992号公報)に記載されているように、特に、加飾シートを用いて成形と同時に加飾する場合には、加飾層のインキが流れるという不具合が生じる。
特許第5155992号公報
上述の特許文献1では、ファンゲートの両側部に大きな圧力がかかり、溶融樹脂の流速が増すのを防ぐために、キャビティに対するゲートの開口部の長手方向の端部である第2屈曲部の手前に、樹脂流路の溶融樹脂流れ方向下流側の幅を広げる第1屈曲部を設けてインキ流れを抑制している。しかしながら、特許文献1に記載されている射出成形用金型を用いても、製品の肉厚が薄くなるとインキ流れの抑制効果が十分でない場合が生じる。特に、溶融樹脂中にガラス繊維などの強化繊維が分散されて溶融樹脂が流れ難くなっている場合にはインキ流れを抑制する効果が不十分になり易い。
本発明の課題は、加飾シートを用いて成形同時加飾される樹脂成形品の加飾層において成形時に射出される溶融樹脂により生じるインキ流れの抑制効果が向上した射出成型用金型及び樹脂成形品の製造方法を提供することにある。
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る射出成形用金型は、加飾シートの配置される第1成形面が第1パーティング面に形成されている第1型と、第1パーティング面に当接される第2パーティング面に第1成形面に対向する第2成形面が形成されている第2型とを備える射出成形用金型であって、第2型は、第2成形面の一部、当該第2成形面に対して交差する方向から直接樹脂を注入するためのゲート部、及びゲート部に連接して配置されている凹部が形成されている圧縮ブロックと、第1成形面と第2成形面とで囲まれた空洞に射出される溶融樹脂の圧縮のために圧縮ブロックの周囲に配置されている外周プレートと、第2成形面の一部を含み、凹部に装脱可能に配置され、凹部に装着された状態でゲート部が扁平形状に狭められた第1樹脂流路を形成するように第1樹脂流路の一面を構成するゲート部アンダーカットブロックとを有し、ゲート部アンダーカットブロックは、第1パーティング面に外周プレートが当接される溶融樹脂の射出時において外周プレートに対して圧縮ブロックが引き下がっている状態では凹部に装着されて圧縮ブロックに密着し、圧縮時には凹部に装着された状態で圧縮ブロックと一緒に第2成形面によって溶融樹脂を圧縮し、成形品取出し時には凹部から脱離してゲート樹脂から外れるように構成されている。
このように構成された射出成形用金型では、溶融樹脂の射出時には、第1型の第1成形面と第1パーティング面に当接されている外周プレートと圧縮ブロックの第2成形面によって囲まれている空間は、成形品を成形するために第1型の第1パーティング面と第2型の第2パーティング面とが合わさってできる空洞に比べて第1成形面と第2成形面との間隔が広くなっている。またこのとき、圧縮ブロックの凹部にゲート部アンダーカットブロックが装着されて第1樹脂流路が扁平形状に狭められている。そのため、加飾シートが配置されている第1成形面に対して第1樹脂流路から溶融樹脂が射出されるときに溶融樹脂から加飾シートの加飾層が受ける応力を小さくすることができ、成形品の加飾層のインキ流れが抑制される。また、射出時から圧縮時に至るまで凹部にゲート部アンダーカットブロックが密着しているので、圧縮ブロックとゲート部アンダーカットブロックとの間に樹脂が流れ込むなどの不具合が防がれる。さらに、ゲート部を狭めるためにゲート部アンダーカットブロックによってゲート樹脂の形状がアンダーカットになっていて圧縮時の樹脂のバックフローが防止される。
上述の一見地に係る射出成形用金型は、ゲート部アンダーカットブロックを凹部に装着させて圧縮ブロックに密着させた状態を溶融樹脂の射出時に維持させ、圧縮時に凹部にゲート部アンダーカットブロックを装着したまま圧縮ブロックと一緒にゲート部アンダーカットブロックを第1型に向けて相対的に移動させて溶融樹脂を圧縮させ、成形品取出し時に成形品の突き出し方向にゲート部アンダーカットブロックを移動させることによってゲート樹脂から外すゲート部アンダーカットブロック移動機構をさらに備えるものであってもよい。
このように構成された射出成形用金型では、ゲート部アンダーカットブロック移動機構によってゲート部アンダーカットブロックを確実に動作させることができ、圧縮ブロックにゲート部アンダーカットブロックが密着しないことによる不具合が発生したり、ゲート樹脂からゲート部アンダーカットブロックがスムーズに外れないことによる不具合が発生したりするのを防止することができる。
第2型は、ゲート部アンダーカットブロックが凹部に装着された状態でゲート部アンダーカットブロックによって狭められている第1樹脂流路の開口部の間隔が、ゲート部の近傍の第1成形面と第2成形面の圧縮時の間隔の0.25倍以上0.7倍以下であるものであってもよい。
このように構成された射出成形用金型では、第1樹脂流路の開口部の間隔が、第1成形面と第2成形面の圧縮時の間隔の0.25倍以上0.7倍以下であることから、インキ流れを十分に防ぎながら、第1樹脂流路の容積を、成形後の成形品に生じる樹脂のひけが目立たない程度まで、ゲート部近傍の製品肉厚に対して小さくすることができる。
圧縮ブロックは、ゲート部が第2成形面の略中央に配置され、ゲート部に第1樹脂流路に対して段違いに繋がる第2樹脂流路を持ち、空洞の形状が第2成形面に対して垂直な方向から見て略長方形状である場合に空洞の対角線の長さをMLインチとして第1樹脂流路と第2樹脂流路とのオーバーラップ量がML×0.2mm以上ML×0.3mm以下に設定され、かつ第1樹脂流路の幅がML×4.5mm以上ML×17mm以下に設定されているものであってもよい。
このように構成された射出成形用金型では、溶融樹脂による加飾シートへの応力が緩和され、かつ第2樹脂流路から第1樹脂流路に溶融樹脂をスムーズに流せて空洞への樹脂充填が容易になる。
本発明の一見地に係る樹脂成形品の製造方法は、加飾シートが第1型の第1成形面に配置される第1工程と、第1型の第1パーティング面に第2型の外周プレートが当接され、外周プレートに対して第2型の第2成形面の一部を含む圧縮ブロックが引き下がっている状態になるように第1型と第2型とが型締めされている第2工程と、第2工程の後に、ゲート部アンダーカットブロックが圧縮ブロックに密着するように圧縮ブロックのゲート部に連接する凹部に装着され、扁平形状に狭められたゲート部の第1樹脂流路の一面をゲート部アンダーカットブロックが構成している状態で、第1樹脂流路を通して第2成形面に対して交差する方向から直接樹脂を射出する第3工程と、凹部にゲート部アンダーカットブロックを装着したまま圧縮ブロックと一緒にゲート部アンダーカットブロックを第1型に向けて相対的に移動して、圧縮ブロックとゲート部アンダーカットブロックとに含まれる第2成形面によって溶融樹脂を圧縮する第4工程と、ゲート部アンダーカットブロックを成形品の突き出し方向に移動させることによってゲート樹脂から外す第5工程とを備えるものである。
このように構成された樹脂成形品の製造方法では、第3工程では、第1型の第1成形面と第1パーティング面に当接されている外周プレートと圧縮ブロックの第2成形面によって囲まれている空間は、成形品を成形するために第1型の第1パーティング面と第2型の第2パーティング面とが合わさってできる空洞に比べて第1成形面と第2成形面との間隔が広くなっている。またこのとき、圧縮ブロックの凹部にゲート部アンダーカットブロックが装着されて第1樹脂流路が扁平形状に狭められている。そのため、加飾シートが配置されている第1成形面に対して第1樹脂流路から溶融樹脂が射出されるときに溶融樹脂から加飾シートの加飾層が受ける応力を小さくすることができ、成形品の加飾層のインキ流れが抑制される。また、第3工程から第4工程に至るまで凹部にゲート部アンダーカットブロックが密着しているので、圧縮ブロックとゲート部アンダーカットブロックとの間に樹脂が流れ込むなどの不具合が防がれる。さらに、ゲート部を狭めるためにゲート部アンダーカットブロックによってゲート樹脂の形状がアンダーカットになっていて第4工程における樹脂のバックフローが防止される。
第3工程では、扁平形状の第1樹脂流路を通って、強化繊維が分散された溶融樹脂を射出し、第4工程では、圧縮ブロックとゲート部アンダーカットブロックとに含まれる第2成形面によって、第1成形面と第2成形面の間隔がゲート部の周辺の製品目標肉厚以上で且つ1.2mm以下になるまで圧縮するように構成されてもよい。
このように構成されている樹脂成形品の製造方法では、製品肉厚が1.2mm以下の薄いものであっても強化繊維によって成形品の高い強度を保ちながら、強化繊維を含む溶融樹脂を射出するときには加飾シートの加飾層のインキ流れを抑制することができる。
第3工程では、扁平形状の第1樹脂流路を通って、ガラス繊維が強化繊維として分散された溶融樹脂を射出し、第4工程では、第1成形面と第2成形面とで囲まれた空洞の形状が第2成形面に対して垂直な方向から見て略長方形状である場合に、空洞の対角線の長さを4インチ以上6インチ以下とすると第1成形面と第2成形面の間隔をゲート部の周辺の製品目標肉厚以上で且つ0.5mm以上0.7mm以下の範囲内に収まるまで圧縮するものであってもよい。
このように構成された樹脂成形品の製造方法では、0.5mm〜0.7mm程度の薄い製品肉厚を持つ成形品になっても成型時の変形を小さくすることができる。
本発明の射出成形用金型、又は樹脂成形品の製造方法によれば、加飾シートを用いて成形同時加飾される樹脂成形品の加飾層において成形時に射出される溶融樹脂により生じるインキ流れの抑制効果を向上させることができる。
第1実施形態に係る射出成形用金型の型締め状態を説明するための断面図。 図1の射出成形用金型の型開き状態を説明するための断面図。 図1の射出成形用金型の成形品の突き出し状態を説明するための断面図。 加飾シートを図1の射出成形用金型の第1成形面に沿わされている状態を説明するための断面図。 図1の射出成形用金型の予備型締めが終了して圧縮量が設定された状態を説明するための断面図。 成形品の構成の一例を説明するための斜視図。 (a)ゲート部の周辺を正面から見た部分拡大図、(b)ゲート部の周辺を側面から見た部分拡大図。 (a)ゲート部アンダーカットブロックの斜視図、(b)ゲート部アンダーカットブロックの正面図。 (a)ゲート部アンダーカットブロックの平面図、(b)ゲート部アンダーカットブロックの側面図。 (a)第2実施形態に係る射出成形用金型の型開き状態を説明するための模式的な断面図、(b)ゲート部アンダーカットブロックが圧縮ブロックに戻った状態を説明するための模式的な断面図。 (a)図10の射出成形用金型の型閉じ状態を説明するための模式的な断面図、(b)溶融樹脂の射出状態を説明するための模式的な断面図。 (a)図10の射出成形用金型で圧縮後の溶融樹脂の冷却状態を説明するための模式的な断面図、(b)型開き状態を説明するための模式的な断面図。 (a)図10の射出成形用金型で成形品が突き出された状態を説明するための模式的な断面図、(b)成形品が取り出された後の状態を示す模式的な断面図。
<第1実施形態>
(1)射出成形用金型の構成の概要
図1乃至図5には、本発明の第1実施形態に係る射出成形用金型の断面が示されている。射出成形用金型10は、可動側の第1型20と、固定側の第2型50とを備えている。第1型20と第2型50との間に射出成形用金型10を分割するパーティングライン11がある。パーティングライン11に沿って第1型20には第1パーティング面21が形成されており、第2型50には第2パーティング面51が形成されている。第1型20の第1パーティング面21には第1成形面22が形成され、第2型50の第2パーティング面51には第2成形面52が形成されている。
第1成形面22が形成されている第1入れ子23は、第1型板24に固定されている。この第1型板24は、第1入れ子23が固定されている面とは反対側の面が第1取付板25に固定されている。第1取付板25は、第1型板24が取り付けられている面とは反対側の面が射出成形機(図示せず)に取り付けられる。
第1取付板25には、第1エアシリンダ26が取り付けられている。第1エアシリンダ26には第1型板24を貫いて設置されているクランプピン27の一端が取り付けられている。クランプピン27の他端は、第1入れ子23の取り付けられた第1型板24の面に配置されているクランプ28にボルト28aで締結されている。このクランプ28と第1入れ子23との間に加飾シート80が挟まれる。図4には、加飾シート80が吸引されて加飾シート80が第1成形面22に沿わされている状態が示されている。第1入れ子23には、吸引口(図示せず)が多数形成されている。図4に示されている破線の矢印が吸引口から空気を吸引するときの吸引方向を示している。
第1型20の第1型板24には、第1ガイドブッシュ29が設けられている。第1型20のこの第1ガイドブッシュ29によって、第2型50のガイドピン59が案内される。第1ガイドブッシュ29でガイドピン59が案内されることにより、第1型20と第2型50の型締めと型開きが精度よく行なわれる。
第2成形面52が形成されている第2入れ子53は、外周プレート54に配置されている。外周プレート54には、第2ガイドブッシュ55が設けられている。この第2ガイドブッシュ55により外周プレート54がガイドピン59に沿って案内される。第1ガイドブッシュ29にガイドピン59が挿入された状態でガイドピン59に沿って第2ガイドブッシュ55により外周プレート54が案内されることによって、第1入れ子23に対する第2入れ子53の位置決めが精度よく行なわれる。
ガイドピン59は、第2型板56に固定されている。第2型板56には、外周プレート54を移動させるための油圧シリンダ57が取り付けられている。油圧シリンダ57の可動部57aは、第2型板56を貫いて設けられており、外周プレート54に接続されている。従って、外周プレート54は可動部57aと一緒に移動する。第2型板56には、可動プレート58を収納するための可動スペース56aが設けられている。可動プレート58は、可動スペース56aの中を第1型20の方に向かって前進したり、後退したりするように動くことができる。
第2型板56には、圧縮ブロック60が固定されている。圧縮ブロック60の面のうち第2型板56とは反対側の面は、第2成形面52の一部である。また、圧縮ブロック60は、その周囲にある外周プレート54に対して相対的に移動可能に構成されている。つまり、油圧シリンダ57によって外周プレート54が第1型20の方向に押されてガイドピン59に沿って移動すると、外周プレート54に対して圧縮ブロック60が引き下がっている状態になる。圧縮ブロック60には、射出成型時に溶融樹脂を射出するためのゲート部60aが形成されている。このゲート部60aは、ダイレクトファンゲートである。
可動プレート58から圧縮ブロック60を貫く可動ピン58aが延びている。可動ピン58aの一端は可動プレート58に固定され、他端にはゲート部アンダーカットブロック62が接続されている。ゲート部アンダーカットブロック62は、圧縮ブロック60の凹部60bに装脱可能に配置されている。図2と図3とを比較すれば分かるように、可動ピン58aによってゲート部アンダーカットブロック62は、圧縮ブロック60に対して相対的に移動する。ゲート部アンダーカットブロック62は、圧縮ブロック60から脱離するところまで移動される。このゲート部アンダーカットブロック62は、第1成形面22に対向する面が第2成形面52の一部になっている。図2に示されているゲート部アンダーカットブロック62の面F1は、圧縮ブロック60のゲート部60aの一面を構成している。
圧縮ブロック60のゲート部60aに溶融樹脂を射出するためのスプルーブッシュ63が圧縮ブロック60内に挿入されている。スプルーブッシュ63は、第3型板64に固定されている。第3型板64には、第2エアシリンダ65が取り付けられている。第2エアシリンダ65からは第3型板64を貫いて設置されている可動部65aが延びている。この可動部65aは、可動プレート58に接続されている。第2エアシリンダ65の可動部65aが伸縮することにより可動プレート58が移動し、可動プレート58と一緒にゲート部アンダーカットブロック62が移動する。
第3型板64には、固定用ピン67が固定されている。一方、第2型板56には、固定用ブッシュ66が取り付けられている。そして、固定用ブッシュ66に固定用ピン67を嵌合することにより、第2型板56に第3型板64が固定される。また、第3型板64は、第2型板56に当接する面とは反対側の面が第2取付板68に固定されている。第3型板64と第2取付板68とで囲まれたスペース64aには、スプルーブッシュ63に接続されるマニホールド69が配置されている。このマニホールド69は、第2取付板68に取り付けられているノズルタッチ部68aに接続されている。
(2)射出成形用金型の動作の概要
図1に示されているように型締めされた状態では、第1型20の第1成形面22と第2型50の第2成形面52とが合わさって射出成形用金型10の空洞12が形成される。この空洞12に溶融樹脂が射出されて成形品90が成形されている。なお、図1に示されている射出成形用金型10は、圧縮が完了した状態である。
図2に示されているのは型開きが完了した状態である。第1型20と第2型50が引き離されて、第1ガイドブッシュ29からガイドピン59が抜けた状態になっている。このとき、加飾シート80は、クランプ28によって第1型20に留め付けられている状態である。一方、第2型50では、油圧シリンダ57によって外周プレート54が第2型板56に押し付けられている。つまり、油圧で外周プレート54を引っ張った状態で第1型20と第2型50が分離される。またこのとき、第2エアシリンダ65も可動部65aを縮めてゲート部アンダーカットブロック62が圧縮ブロック60の凹部60bに装着されている状態を維持させている。
図3に示されているのは、成形品90を突き出している状態である。成形品90を突き出すために、第2エアシリンダ65の可動部65aが伸びてゲート部アンダーカットブロック62が圧縮ブロック60の凹部60bから脱離している。このとき、第1成形面22によって成形された成形品90の面には、加飾シート80の転写によって加飾層91が形成されている。図3において、加飾シート80の破線で示されている部分が、転写によって加飾層のなくなった部分である。加飾シート80を挟んでいたクランプ28は開放され、加飾シート80が移動可能な状態になっている。次に、シート送り装置(図示せず)によって加飾シート80が移動して、加飾層のある部分が第1成形面22の上に送られてくる。このとき、油圧シリンダ57の可動部57aにより外周プレート54が油圧で引っ張られている状態であり、外周プレート54は第2型板56に押し付けられている。図3に示されている状態で、成形品90が取り出される。
図4に示されている状態の前に、第1エアシリンダ26がクランプピン27を引っ張って、クランプ28が加飾シート80を挟む。次に、第1入れ子23の吸引口から吸引を行い、第1成形面22に加飾シート80を沿わせる。この加飾シート80の吸引と同時に第1型20を第2型50に向かって移動させて射出成形用金型10の型締めを行なう。型閉じを開始するときに、油圧シリンダ57の油圧を下げて可動部57aをフリーにする。それによって第2型50と外周プレート54の間に埋設された弾性体(図示せず)により外周プレート54を前進させる。埋設された弾性体には、例えばスプリングを用いることができる。また、型閉じを開始する前に成形品90の取出しが終了した段階で、第2エアシリンダ65の可動部65aを縮めてゲート部アンダーカットブロック62を圧縮ブロック60の凹部60bに装着する。
加飾シートは、基体シートと、基体シート上に形成された加飾層とを有している。加飾層には、成形品の外表面を構成し図柄層等を保護する剥離層、図柄や位置合せ用マークが表現された図柄層、成形品と加飾層との接着性を向上させる接着層、図柄層を保護したり層間密着性を向上させたりするアンカー層等がある。更に、基体シートからの加飾層の剥離性を向上させる場合には、基体シートと加飾層との間に離型層が形成される。
基体シートには、PET、ポリプロピレン(PP)、PMMA等の樹脂シート、金属箔、グラシン紙、コート紙、セロハン等のセルロース系シート等の材質が使用される。
剥離層には、PMMA系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体系樹脂等のコポリマー等が使用される。剥離層に硬度を持たせ成形品の耐擦傷性を向上させる場合には、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等が使用される。剥離層は、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等により基体シート上に印刷される。
図柄層は、樹脂をバインダーとして顔料や染料等の着色材を含有した着色インキにより形成される。バインダーとして使用される樹脂は、ポリビニル系樹脂、ポリアミド(PA)系樹脂、ポリエステル系樹脂、PMMA系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂等がある。図柄層は、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等により剥離層上に印刷される。図柄層は、表現したい図柄に応じて、全面的に設定したり部分的に設定したりする。又、図柄として金属光沢を表現したい場合は、図柄層を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法等により形成される金属薄膜層により構成してもよい。図柄層と金属薄膜層の両方を形成してもよい。
離型層には、メラミン系樹脂等が使用され、接着層には、成形品の樹脂の材質に適した感熱性や感圧性を有する樹脂、例えば、成形品の樹脂がPMMA樹脂であればPMMA樹脂が使用され、アンカー層には、熱硬化ウレタン樹脂等が使用される。離型層、接着層及びアンカー層は、グラビア印刷法、スクリーン印刷法等により印刷される。
射出成形用金型10にあっては、溶融樹脂の射出時は圧縮時に比べて第1成形面と第2成形面との間隔が広くなっており、また第1樹脂流路が扁平形状に狭められているため、溶融樹脂から第1成形面に配置された加飾シートが受ける応力を小さくすることができる。そのため、溶融樹脂により図柄層が流れることによって起こる、ゲートマーク付近の意匠上の外観不良の発生を抑制することができる。特に、加飾シートに金属薄膜層が形成されている場合は、金属薄膜層に加えられる応力によって金属薄膜層が破断し外観不良になりやすいため、このような金型の構成にすることがゲートマーク付近の意匠上の外観不良の抑制に有効である。
図5に示されている状態は、予備型締めが終了して、圧縮量が設定された状態である。射出成形機を駆動して予備型締めを行い、先に前進している外周プレート54に第1型20をタッチさせる。その後に第1型20の型締めにより圧縮量を設定する。つまり、第1型20は、完全に型締めされた状態に比べて圧縮量設定値の分だけ手前で停止する。このとき外周プレート54と第2型板56との間の隙間の大きさである圧縮量設定値CVは、例えば、0mmよりも大きく0.5mmよりも小さな値に設定される。
図5に示されている状態でノズルタッチ部68aに当接されている射出成形機から溶融樹脂が射出され、マニホールド69とスプルーブッシュ63を経由してゲート部60aを通って溶融樹脂が空洞12内に流れ込む。溶融樹脂が空洞12内に充填されている途中より、もしくは充填完了時より油圧シリンダ57の油圧を下げて可動部57aが外周プレート54を押す力を弱めて第1型20で外周プレート54を押して型締圧縮を開始する。このとき、第2エアシリンダ65は可動部65aを引っ張って、凹部60b内に装着されているゲート部アンダーカットブロック62を圧縮ブロック60に密着させている。そのため、溶融樹脂からゲート部アンダーカットブロック62に応力が掛かってもゲート部アンダーカットブロック62と圧縮ブロック60の間に溶融樹脂が侵入することはない。
(3)ゲートの形状
図6は、図1乃至図5の工程を経て射出成形された成形品の斜視図である。平面視において略長方形状をなす成形品90の略中央に、成形品90の長手方向に延びるゲート樹脂92が残っている。図6を見ると、ゲート部60aがダイレクトファンゲートであることが分かる。ゲート部60aを第2成形面52の略中央に配置することにより、ゲート部60aから空洞12の端までの溶融樹脂の流動長が短くなり、溶融樹脂の樹脂が容易になって成形品90の反りも緩和される。また、空洞12に接続される第1樹脂流路FL1の開口部の幅であるゲート幅W1は対角線の長さML×4.5mm以上ML×17mm以下に設定され、対角線の長さMLが10インチ以下の場合にはML×6mm以上ML×10mm以下に設定されることが好ましい。ゲート幅W1が長すぎても短すぎてもフローパターン及び射出圧力の設定が難しくなる。
図7(a)は、ゲート部60aの周辺を正面から見た部分拡大図であり、図7(b)は、ゲート部60aの周辺を側面から見た部分拡大図である。ゲート部60aは、スプルーブッシュ63の中に形成されているスプルー部63aの下流に設けられている。スプルー部63aには、比較的厚肉で幅方向に延びるリブ形状の第3樹脂流路FL3が形成されている。第3樹脂流路FL3の幅方向の両端にはコールドスラグが成形品90内に入らないように幅方向溜まり部63a1が設けられている。
ゲート部60aは、主に、空洞12に向かって開いた開口部から続く扁平形状の第1樹脂流路FL1と、第1樹脂流路FL1とスプルー部63aの第3樹脂流路FL3との間に形成されている扁平形状の第2樹脂流路FL2とからなる。
第1樹脂流路FL1の間隔d1は、ゲート部60aの近傍の第1成形面22と第2成形面52の圧縮時の間隔Thに対して、0.25×Th≦d1≦0.7×Thとなるように設定されることが好ましい。第1樹脂流路FL1の間隔d1が第1成形面22と第2成形面52の圧縮時の間隔Thよりも狭くなると大きな射出圧力が必要になってインキ流れを防ぎ難くなる。逆に広くなるとゲート部60aの容積が大きくなって成形品に生じる樹脂のひけが目立ち易くなる。
溶融樹脂の流速のピークをゲート部60aの内部に収めるために、第1樹脂流路FL1と第2樹脂流路FL2とは一部を、段差ができるようにオーバーラップさせて流れの向きを変化させている。これら第1樹脂流路FL1と第2樹脂流路FL2とは、ほぼ同じ間隔d1,d2を有しており、例えば1≦(d2/d1)≦3の範囲で設定される。
これら第1樹脂流路FL1と第2樹脂流路FL2とのオーバーラップ量OLは、成形品90の対角線が長さMLインチとすると、ML×0.2mm≦OL≦ML×0.3mmの範囲で設定されるのが好ましい。また、オーバーラップしている部分の間隔d3は、第1樹脂流路FL1の開口部の間隔d1と第2樹脂流路FL2の間隔d2を足した値(d1+d2)と同じ大きさから少し小さい(d1+d2)×0.9までの範囲で設定されるのが好ましい。オーバーラップ量OLが小さかったり間隔d3が大き過ぎたりすると空洞12への溶融樹脂の充填性が悪くなる。逆に、オーバーラップ量OLが大きかったり間隔d3が小さ過ぎたりすると溶融樹脂の流速のピークをゲート部60aの内部に収めるのが難しくなる。
なお、第1樹脂流路FL1と第2樹脂流路FL2の両端のテーパ角度θは、20°≦θ≦40°となるように構成することが好ましい。テーパ角度θが小さいと溶融樹脂の注入効率が低下してしまい、テーパ角度θが大きいと溶融樹脂が広がらないために溶融樹脂の流速を小さくしにくくなってインキ流れの抑制効果を得難くなる。
また、第1樹脂流路FL1の長さL1は、対角線の長さMLインチを用いて、ML×0.7mm≦L1≦ML×1.2mmの範囲で設定されるのが好ましい。第1樹脂流路FL1の長さL1が長すぎても短すぎてもインキ流れを防止する効果が小さくなる。このように第1樹脂流路FL1の長さL1を設定するとき、第1樹脂流路FL1のゲート幅W1に対してオーバーラップ部分に接続される第2樹脂流路FL2のゲート幅W2の両端をそれぞれ同程度ずつ短くして、1.6≦L1/(W1−W2)≦2.4の範囲で設定するのが好ましい。(W1−W2)が小さ過ぎると溶融樹脂の流速のピークをゲート部60aの内部に収めるのが難しくなり、(W1−W2)が大き過ぎると空洞12への溶融樹脂の充填性が悪くなる。なお、ゲート幅W2は、例えば第3樹脂流路FL3の幅と同程度に設定される。
第2樹脂流路FL2と第1樹脂流路FL1との段差によってアンダーカットになっている側の第2樹脂流路FL2に溜まり部60a1が設けられている。この溜まり部60a1は、コールドスラグが成形品90内に入るのを抑制している。ゲート部60aの面のうち、この溜まり部60a1が設けられている方の面がゲート部アンダーカットブロック62によって構成されている。
(4)ゲート部とゲート部アンダーカットブロックの位置関係
ゲート部60aとゲート部アンダーカットブロック62との位置関係を図8及び図9に示す。図8(a)は、ゲート部アンダーカットブロック62の斜視図であり、図8(b)は、ゲート部アンダーカットブロック62の正面図である。図8(b)に示されているように、ゲート部アンダーカットブロック62の幅W0は、第1樹脂流路FL1のゲート幅W1よりも広く、例えばゲート幅W1の両側に数mm〜十数mm程度ずつ足してゲート部アンダーカットブロック62の幅W0とする。ゲート部アンダーカットブロック62の面F2は、第3樹脂流路FL3よりもゲート部60aから遠い位置に形成されている。図9(a)は、ゲート部アンダーカットブロック62の平面図であり、図9(b)は、ゲート部アンダーカットブロック62の側面図である。図9(a)及び図9(b)には、ゲート部アンダーカットブロック62の移動後の相対的な位置が二点鎖線で示されている。図9(a)及び図9(b)において実線で示されているのが、圧縮ブロック60の凹部60bにゲート部アンダーカットブロック62が装着されているときの位置である。図9(a)及び図9(b)において二点鎖線で示されている位置は、第1型20と第2型50の移動方向に対する垂直な方向へのゲート部アンダーカットブロック62の移動距離を説明するためのものであり、第1型20と第2型50の移動方向への移動を無視している。圧縮ブロック60の凹部60bからゲート部アンダーカットブロック62が脱離した状態でゲート部60aからゲート部アンダーカットブロック62が完全に離れていることが分かる。このように脱離後にゲート部60aからゲート部アンダーカットブロック62が完全に離れることにより、ゲート部60aにアンダーカットがあるにも拘わらず、成形品90を変形させずに取り出すことができる。
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、加飾シート80から加飾層91が転写されることによって成形品90が成型と同時に加飾される場合について説明したが、加飾シート85を加飾層と一緒に成形品90に付して成形品90の一部にすることによって成形と同時に加飾する場合にも、上述の製造方法を用いることができる。従って、第1実施形態に係る射出成形用金型10と第2実施形態に係る射出成形用金型10Aの構成上の違いは、加飾シート80によって転写するか加飾シート85を成形品90に付すかの違いであるので、他の部分は同一符号を用いて詳しい説明を省略する。
(5)成形品の製造工程の概要
図10乃至図13は、樹脂成形品の製造工程を説明するための模式的な断面図である。図10(a)には、型開き状態が示されている。図10(a)の状態では、第1型20と外周プレート54が離間状態にあり、また圧縮ブロック60の凹部60bから脱離したゲート部アンダーカットブロック62も圧縮ブロック60から離間した状態にある。加飾シート85は第1型20の側に配置されている。図10(b)には、ゲート部アンダーカットブロック62が圧縮ブロック60に戻った状態が示されている。このときは未だ第1型20と外周プレート54が離間状態にある。ゲート部アンダーカットブロック62は可動ピン58aに引っ張られて圧縮ブロック60の凹部60bに装着されることにより、圧縮ブロック60のゲート部60aが形成される。図11(a)には、型閉じ状態が示されている。図11(a)の状態では、第1型20に外周プレート54が密着する。このとき、第1型20と第2型50の外周プレート54と圧縮ブロック60とで形成される空洞12の間隔は、圧縮前の広い状態にある。図11(b)には、溶融樹脂105が射出されている状態が示されている。溶融樹脂105はゲート部60aを通って空洞12に注入される。このときの空洞12は圧縮前であるので間隔が広がっている状態にある。そのため、溶融樹脂105の空洞12内での流速は、圧縮成形では無い通常の成形であって成形品肉厚にほぼ等しい間隔しか空洞が有していない場合に比べて、圧縮成形で圧縮前の間隔が広がっている状態にある空洞12内では遅くなり、インキが流れるといった不具合が発生し難くなる。
特に、このとき溶融樹脂105の中に強化繊維としてガラス繊維が分散されている場合には、溶融樹脂105によってインキ流れが発生しやすくなっているので、第2実施形態に係る樹脂成形品の製造方法を適用することによりインキ流れを抑制する効果が顕著に観測される。なお、強化繊維としては、ガラス繊維以外に、炭素繊維、金属繊維及び天然繊維又はそれらを複合したものがある。また、第2実施形態に係る樹脂成形品の製造方法に用いることのできる樹脂の材質としては、アクリル系樹脂、ポリフェニレンオキシド・ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン共重合体系樹脂、ポリスチレン系ブレンド樹脂、ポリプロピレン樹脂などがある。
図12(a)には、溶融樹脂が圧縮された後に冷却されている状態が示されている。第1型20と外周プレート54に対して、圧縮ブロック60が第1型20の側に相対的に移動することで、圧縮ブロック60とゲート部アンダーカットブロック62で溶融樹脂105(図11(b)参照)が圧縮される。それにより、薄肉の成形品90でもインキが流れずに表面の装飾を美しく仕上げることができる。図12(b)には、型開きの状態が示されている。第1型20が、外周プレート54と圧縮ブロック60と成形品90から離間する。このとき、加飾シート85は成形品90の表面に接着されて加飾層95として留まる。また、このとき圧縮ブロック60は、外周プレート54に対して相対的に停止した状態を維持している。
図13(a)には成形品90が突き出された状態が示されている。外周プレート54に対して圧縮ブロック60が相対的に移動するとともに、ゲート部アンダーカットブロック62が圧縮ブロック60から脱離して成形品90が第2型50から離形する。この成形品取出し時に、ゲート部アンダーカットブロック62は、可動ピン58aに斜めに押し出されて、圧縮ブロック60の凹部60bから脱離するとともに圧縮ブロック60の第2成形面に沿う方向に移動してゲート樹脂92から外れる。
図13(b)には、成形品90が取り出された後の状態が示されている。図13(b)の状態に加飾シート85を配置することにより、図10(a)に示した型開き状態に戻る。
(6)特徴
上述の樹脂成形品の製造方法では、図4又は図10(a)を用いて説明した第1工程と、図5又は図11(a)を用いて説明した第2工程と、図5又は図11(b)を用いて説明した第3工程と、図1又は図12(a)を用いて説明した第4工程と、図2と図3又は図13(a)を用いて説明した第5工程とを備えている。第1工程では、加飾シート80,85が第1型20の第1成形面22に配置される。第2工程では、第1型20の第1パーティング面21に第2型50の外周プレート54が当接され、外周プレート54に対して第2型50の第2成形面52の一部を含む圧縮ブロック60が引き下がっている状態になるように第1型20と第2型50とが型締めされている。第3工程では、ゲート部アンダーカットブロック62が圧縮ブロック60に密着するように圧縮ブロック60のゲート部60aに連接する凹部60bに装着され、扁平形状に狭められたゲート部60aの第1樹脂流路FL1の一面をゲート部アンダーカットブロック62が構成している状態で、第1樹脂流路FL1を通して第2成形面52に対して交差する方向から直接樹脂が射出される。第4工程では、凹部60bにゲート部アンダーカットブロック62を装着したまま圧縮ブロック60と一緒にゲート部アンダーカットブロック62を第1型20に向けて相対的に移動して、圧縮ブロック60とゲート部アンダーカットブロック62とに含まれる第2成形面52によって溶融樹脂105を圧縮する。第5工程では、ゲート部アンダーカットブロック62が成形品90の突き出し方向に移動さられるとともに第2成形面52に沿う方向に移動させることによってゲート樹脂92から外される。
上述の射出成形用金型10,10Aでは、例えば図5又は図11(a)のように溶融樹脂105の射出時に、第1型20の第1成形面22と第1パーティング面21に当接されている外周プレート54と圧縮ブロック60の第2成形面52とによって囲まれている空間(空洞12)は、図1又は図12(a)のように成形品90を成形するために第1型20の第1パーティング面21と第2型50の第2パーティング面51とが合わさってできる圧縮時の空洞12に比べて第1成形面22と第2成形面52との間隔が広くなっている。またこのとき、圧縮ブロック60の凹部60bにゲート部アンダーカットブロック62が装着されて第1樹脂流路FL1が扁平形状に狭められている。そのため、加飾シート80,85が配置されている第1成形面22に対して第1樹脂流路FL1から溶融樹脂105が射出されるときに溶融樹脂105から加飾シート80,85の加飾層が受ける応力を小さくすることができ、成形品90の加飾層のインキ流れが抑制される。また、射出時から圧縮時に至るまで凹部60bにゲート部アンダーカットブロック62が密着しているので、圧縮ブロック60とゲート部アンダーカットブロック62との間に溶融樹脂が流れ込むなどの不具合が防がれる。さらに、ゲート部60aを狭めるためにゲート部アンダーカットブロック62によってゲート樹脂92の形状がアンダーカットになっていて圧縮時の樹脂のバックフローが防止される一方、ゲート部アンダーカットブロック62が第2成形面52に沿う方向に移動してゲート樹脂92から外れるので、成形品取り出し時にゲート部アンダーカットブロック62がゲート樹脂92に引っ掛かって成形品90が変形するなどの不具合が発生することが防がれる。
また、射出成形用金型10,10Aでは、可動プレート58、可動ピン58a、第2エアシリンダ65及び可動部65a(ゲート部アンダーカットブロック移動機構の例)によってゲート部アンダーカットブロック62を確実に動作させることができる。圧縮ブロック60にゲート部アンダーカットブロック62が密着しないことによる不具合が発生したり、ゲート樹脂92からゲート部アンダーカットブロック62がスムーズに外れないことによる不具合が発生したりするのを防止することができる。
また、射出成形用金型10,10Aでは、第1樹脂流路FL1の開口部の間隔d1が、第1成形面22と第2成形面52の圧縮時の間隔Thの0.25倍以上0.7倍以下であることから、インキ流れを十分に防ぎながら、第1樹脂流路FL1の容積を、成形後の成形品90に生じる樹脂の引けが目立たない程度まで、ゲート部60a近傍の製品肉厚に対して小さくすることができる。
圧縮ブロック60は、ゲート部60aが第2成形面52の略中央に配置され、ゲート部60aに第1樹脂流路FL1に対して段違いに繋がる第2樹脂流路FL2を持ち、空洞12の形状が第2成形面52に対して垂直な方向から見て略長方形状である場合に空洞12の対角線の長さをMLインチとして第1樹脂流路FL1と第2樹脂流路FL2とのオーバーラップ量OLがML×0.2以上ML×0.3以下に設定され、かつ第1樹脂流路FL1の幅が次のように設定されている。すなわち、第1樹脂流路FL1の幅は、MLが10インチ以下の場合ML×6mm以上ML×10mm以下に設定され、10インチより大きい場合ML×4.5mm以上ML×17mm以下に設定される。このような構成により、射出成形用金型10,10Aでは、溶融樹脂105による加飾シート80,85への応力が緩和され、かつ第2樹脂流路FL2から第1樹脂流路FL1に溶融樹脂をスムーズに流せて空洞12への樹脂充填が容易になる。
上述の第3工程では、扁平形状の第1樹脂流路FL1を通って、強化繊維が分散された溶融樹脂105を射出され、第4工程では、圧縮ブロック60とゲート部アンダーカットブロック62とに含まれる第2成形面52によって、第1成形面22と第2成形面52の間隔Thがゲート部60aの周辺の製品目標肉厚以上で且つ1.2mm以下になるまで圧縮される。その結果、製品肉厚が1.2mm以下の薄いものであっても強化繊維によって成形品90の高い強度を保ちながら、強化繊維を含む溶融樹脂105を射出するときには加飾シート80,85の加飾層のインキ流れを抑制することができる。
上述の第3工程では、扁平形状の第1樹脂流路を通って、ガラス繊維が強化繊維として分散された溶融樹脂105が射出され、第4工程では、第1成形面22と第2成形面52とで囲まれた空洞12の形状が第2成形面52に対して垂直な方向から見て略長方形状である場合に、空洞12の対角線の長さMLを4インチ以上6インチ以下とすると、第1成形面22と第2成形面52の間隔Thをゲート部60aの周辺の製品目標肉厚以上で且つ0.5mm以上0.7mm以下の範囲内に収まるまで圧縮するので、0.5mm〜0.7mm程度の薄い製品肉厚を持つ成形品90になっても成型時の変形を小さくすることができる。
(7)変形例
(7−1)
以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について説明したが、上記各実施形態では、第1成形面22がキャビティ側にあり、第2成形面52がコア側にあるが、逆に第1成形面22がコア側になり、第2成形面52がキャビティ側になってもよい。
(7−2)
上記各実施形態では、一つの射出成形用金型10,10Aで1つの成形品90を成形する1個取りの射出成形用金型の場合について説明したが、射出成形用金型10,10Aは、多数個取りの射出成形用金型にも適用でき、例えばマニホールド69に複数の樹脂流路を設けて射出成形用金型10,10Aの構成を多数個取りに変更することもできる。
(7−3)
上記各実施形態では、第5工程で、ゲート部アンダーカットブロック62が成形品90の突き出し方向に移動さられるとともに第2成形面52に沿う方向に移動させることによってゲート樹脂92から外されるように、射出成形用金型10,10Aが構成されている場合について説明した。しかし、成形品の突き出し方向に移動さられたときに、ゲート部アンダーカットブロックが第2成形面に沿う方向に移動せずに、例えばロボットによって成形品の方が第2成形面に沿う方向に移動するように構成されてもよい。つまり、ゲート部アンダーカットブロックが突き出された成形品に対して相対的に第2成形面に沿う方向に移動するように構成されていればよい。
10,10A 射出成形用金型
12 空洞
20 第1型
22 第1成形面
50 第2型
52 第2成形面
54 外周プレート
58 可動プレート
58a 可動ピン
60 圧縮ブロック
62 ゲート部アンダーカットブロック
65 エアシリンダ
65a 可動部
FL1 第1樹脂流路
FL2 第2樹脂流路

Claims (8)

  1. 加飾シートの配置される第1成形面が第1パーティング面に形成されている第1型と、前記第1パーティング面に当接される第2パーティング面に前記第1成形面に対向する第2成形面が形成されている第2型とを備える射出成形用金型であって、
    前記第2型は、
    前記第2成形面の一部、当該第2成形面に対して交差する方向から直接樹脂を注入するためのゲート部、及び前記ゲート部に連接して配置されている凹部が形成されている圧縮ブロックと、
    前記第1成形面と前記第2成形面とで囲まれた空洞に射出される溶融樹脂の圧縮のために前記圧縮ブロックの周囲に配置されている外周プレートと、
    前記第2成形面の一部を含み、前記凹部に装脱可能に配置され、前記凹部に装着された状態で前記ゲート部が扁平形状に狭められた第1樹脂流路を形成するように前記第1樹脂流路の一面を構成するゲート部アンダーカットブロックと、
    を有し、
    前記ゲート部アンダーカットブロックは、
    前記第1パーティング面に前記外周プレートが当接される溶融樹脂の射出時において前記外周プレートに対して前記圧縮ブロックが引き下がっている状態では前記凹部に装着されて前記圧縮ブロックに密着し、圧縮時には前記凹部に装着された状態で前記圧縮ブロックと一緒に前記第2成形面によって溶融樹脂を圧縮し、成形品取出し時には前記凹部から脱離してゲート樹脂から外れるように構成されている、射出成形用金型。
  2. 前記ゲート部アンダーカットブロックを前記凹部に装着させて前記圧縮ブロックに密着させた状態を溶融樹脂の射出時に維持させ、圧縮時に前記凹部に前記ゲート部アンダーカットブロックを装着したまま前記圧縮ブロックと一緒に前記ゲート部アンダーカットブロックを前記第1型に向けて相対的に移動させて溶融樹脂を圧縮させ、成形品取出し時に成形品の突き出し方向に前記ゲート部アンダーカットブロックを移動させることによってゲート樹脂から外すゲート部アンダーカットブロック移動機構をさらに備える、
    請求項1に記載の射出成形用金型。
  3. 前記第2型は、前記ゲート部アンダーカットブロックが前記凹部に装着された状態で前記ゲート部アンダーカットブロックによって狭められている前記第1樹脂流路の開口部の間隔が、前記ゲート部の近傍の前記第1成形面と前記第2成形面の圧縮時の間隔の0.25倍以上0.7倍以下である、
    請求項1又は請求項2に記載の射出成形用金型。
  4. 前記圧縮ブロックは、前記ゲート部が前記第2成形面の略中央に配置され、前記ゲート部に前記第1樹脂流路に対して段違いに繋がる第2樹脂流路を持ち、前記空洞の形状が前記第2成形面に対して垂直な方向から見て略長方形状であり、前記空洞の対角線の長さをMLインチとして、前記第1樹脂流路と前記第2樹脂流路とのオーバーラップ量がML×0.2mm以上ML×0.3mm以下に設定され、かつ前記第1樹脂流路の幅がML×4.5mm以上ML×17mm以下に設定されている、請求項3に記載の射出成形用金型。
  5. 加飾シートが第1型の第1成形面に配置される第1工程と、
    前記第1型の第1パーティング面に第2型の外周プレートが当接され、前記外周プレートに対して第2型の第2成形面の一部を含む圧縮ブロックが引き下がっている状態になるように前記第1型と前記第2型とが型締めされている第2工程と、
    前記第2工程の後に、ゲート部アンダーカットブロックが前記圧縮ブロックに密着するように前記圧縮ブロックのゲート部に連接する凹部に装着され、扁平形状に狭められた前記ゲート部の第1樹脂流路の一面を前記ゲート部アンダーカットブロックが構成している状態で、前記第1樹脂流路を通して前記第2成形面に対して交差する方向から直接樹脂を射出する第3工程と、
    前記凹部に前記ゲート部アンダーカットブロックを装着したまま前記圧縮ブロックと一緒に前記ゲート部アンダーカットブロックを前記第1型に向けて相対的に移動して、前記圧縮ブロックと前記ゲート部アンダーカットブロックとに含まれる前記第2成形面によって溶融樹脂を圧縮する第4工程と、
    前記ゲート部アンダーカットブロックを成形品の突き出し方向に移動させることによってゲート樹脂から外す第5工程と、
    を備える、樹脂成形品の製造方法。
  6. 前記第3工程では、扁平形状の前記第1樹脂流路を通って、強化繊維が分散された溶融樹脂を射出し、
    前記第4工程では、前記圧縮ブロックと前記ゲート部アンダーカットブロックとに含まれる前記第2成形面によって、前記第1成形面と前記第2成形面の間隔が前記ゲート部の周辺の製品目標肉厚以上で且つ1.2mm以下になるまで圧縮する、
    請求項5に記載の樹脂成形品の製造方法。
  7. 前記第3工程では、扁平形状の前記第1樹脂流路を通って、ガラス繊維が強化繊維として分散された溶融樹脂を射出し、
    前記第4工程では、前記第1成形面と前記第2成形面とで囲まれた空洞の形状が前記第2成形面に対して垂直な方向から見て略長方形状である場合に、前記空洞の対角線の長さを4インチ以上6インチ以下とすると前記第1成形面と前記第2成形面の間隔を前記ゲート部の周辺の製品目標肉厚以上で且つ0.5mm以上0.7mm以下の範囲内に収まるまで圧縮する、
    請求項6に記載の樹脂成形品の製造方法。
  8. 前記加飾シートは、基体シートと基体シート上に形成された加飾層とを有し、前記加飾層は金属薄膜層を含む、請求項5から請求項7のいずれかに記載の樹脂成形品の製造方法。
JP2016501466A 2014-04-04 2015-03-30 射出成形用金型及び樹脂成形品の製造方法 Active JP5965092B2 (ja)

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