JP6690876B2 - 樹脂成形金型及び樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャビティ空間内に充填した樹脂を固化して樹脂成形品を成形することができる樹脂成形金型及び樹脂成形方法に関する。

樹脂成形にあっては、複数のゲートを有する金型を用いる場合や、成形品に孔形状やボス形状等が形成される場合がある。このような場合、キャビティ空間にて溶融樹脂の分流が生じ、分流された溶融樹脂が合流する部分にウェルドが発生する。かかるウェルドが発生した部分はウェルドラインとなり、成形品の外観を悪化させるとともに強度が脆弱になる、という問題がある。

かかる問題を解消するため、特許文献１の金型は、キャビティ空間内の溶融樹脂を流動させる押込部及び引込部を備え、押込部及び引込部は、キャビティ空間に連通する樹脂溜まりと、樹脂溜まりの容積を変化させる可動コアとをそれぞれ有している。特許文献１では、押込部及び引込部の可動コアを移動させ、押込部の樹脂溜まりの容積を圧縮しつつ引込部の樹脂溜まりの容積を拡張する。これにより、ウェルド内部に樹脂流動を生じさせ、成形品におけるウェルドラインでの外観及び強度の改善を図っている。

特開２０１４−１９１１４号公報

樹脂成形品にあっては、成形用の樹脂の組成や粘度、配合物、成形時の温度、冷却時間等の条件に起因してウェルドラインの発現態様が変化する場合がある。かかる変化が生じても所望の外観及び強度が得られるよう、ウェルドラインでの樹脂流動にバリエーションを持たせることが望まれている。また、樹脂成形品は、その利用態様によって多様な形状に形成され、これに応じてウェルドラインも様々な位置に形成されたり、複数形成されたりする場合がある。このような場合でも、それぞれのウェルドラインにおいて良好に樹脂流動を生じさせることが望まれている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、充填された溶融樹脂のウェルドラインで良好に樹脂流動を生じさせることができる樹脂成形金型及び樹脂成形方法を提供することを目的とする。

本発明の樹脂成形金型は、充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所のウェルド部で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体と、前記キャビティ空間に充填された溶融樹脂に押込力を加える押込部と、前記押込部と前記ウェルド部を挟んで対向配置され、前記押込部の押し込みに応じて充填された溶融樹脂を引き込む引込部とを備え、前記押込部から前記引込部に向かって溶融樹脂を流動させる樹脂成形金型であって、前記キャビティ空間は、成形される成形品の開口に対応する部分に突出して形成される開口形成部を備え、単一の前記ウェルド部を挟みつつ前記開口形成部を挟まずに位置する前記押込部及び前記引込部がそれぞれ複数設けられ、複数となる前記押込部及び前記引込部は、選択的に駆動可能に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、複数となる押込部や引込部の駆動するタイミングを変えることで、ウェルドラインにおける樹脂流動にバリエーションを持たせることができる。これにより、種々の成形条件に応じてウェルドラインの発現態様が変化しても、これに対応して成形品におけるウェルドラインでの外観及び強度の低下を回避することができる。また、ウェルドラインが複数の位置に形成される場合であっても、それぞれのウェルドラインにおいて良好に樹脂流動するよう複数の押込部や引込部を配置した設計を採用することができる。これにより、複数のウェルドラインそれぞれにおいて外観及び強度の向上を実現することができる。

また、本発明の樹脂成形方法は、上記樹脂成形金型を用いた樹脂成形方法であって、前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する充填工程と、複数となる前記押込部から前記引込部の何れかの組合せで溶融樹脂を流動させる第１流動工程及びそれ以外の組合せで溶融樹脂を流動させる第２流動工程を順次もしくは時間差を設けて同時に行う樹脂流動工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、充填された溶融樹脂のウェルドラインで良好に樹脂流動を生じさせることができる。

第１の実施の形態に係る樹脂成形金型の概略構成図である。 上記樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。 上記樹脂成形金型の構成を示すブロック図である。 キャビティ空間に溶融樹脂を充填した状態の説明図である。 ウェルド部の溶融樹脂を流動させた状態の説明図である。 第２の実施の形態に係る樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。なお、以下の実施の形態では、熱可塑性の樹脂を用いた成形品を成形するための樹脂成形金型及び成形方法について説明するが、成形用の樹脂は熱可塑性に限定されるものでない。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る樹脂成形金型の概略構成図である。図２は、上記樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。図１に示すように、樹脂成形金型（以下、単に「金型」とする）１０は、固定型１１と、この固定型１１との間にキャビティ空間１２を形成する可動型１３とを備えている。従って、固定型１１及び可動型１３によってキャビティ形成体が構成され、それらの相対面によってキャビティ空間１２の表面１２ａが形成される。固定型１１及び可動型１３は、射出成形機（図示省略）に搭載され、当該射出成形機から熱可塑性の溶融樹脂がゲート１６（図２参照）を通じてキャビティ空間１２内に充填される。

本実施の形態の金型１０では、１つの開口を有する成形品を成形するものであり、キャビティ空間１２において該開口に対応する部分に開口形成部１８が突出して形成される。従って、ゲート１６から充填された溶融樹脂は、キャビティ空間１２内を流れる過程で開口形成部１８に当たって図中左右に分流された後、点線で示す箇所にて合流される。具体的には、キャビティ空間１２における開口形成部１８のゲート１６とは反対側の領域の図２中左右方向中間部で合流し、この合流した部分が成形品においてウェルド部Ｂとなる。

成形用に充填する樹脂には、成形品の強度等の物性を向上するために繊維状の含有物が配合され、含有物としては、カーボンやガラス繊維等を例示することができる。含有物の重量平均繊維長は、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定される。

なお、キャビティ空間１２にて成形される樹脂成形品の形状は、板状やシート状にする等の二次元的な形状としたり、凹凸等が種々の位置に形成された三次元形状としたりすることができる。本実施の形態では、一例として１つの開口を面内に有する板状の樹脂成形品を成形するためのキャビティ空間１２の一部及びその周辺構造について簡略的に図示して説明するものであり、それ以外の構成についての図示、説明を省略する。

図１に示すように、金型１０は、可動型１３に設けられる押込部２１及び引込部２２を備え、図２に示すように、押込部２１及び引込部２２は、それぞれ複数（本実施の形態ではそれぞれ３体）設けられている。押込部２１及び引込部２２は、ウェルド部Ｂの形成位置を挟んで対向配置されている。具体的には、それぞれの押込部２１からウェルド部Ｂに直交する方向に延びる延長線上に引込部２２が設けられている。

図１に戻り、押込部２１は、可動型１３に挿通された円柱状の可動コア２４を備え、この可動コア２４はコア駆動部２５によってキャビティ空間１２に進退する方向すなわち図１中上下方向に変位可能に設けられている。可動コア２４の先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａより退行した（凹んだ）位置に配置されたときに、その先端側には、表面１２ａより凹んだ空間となる圧縮用樹脂溜まり２６が形成される。

引込部２２は、キャビティ空間１２から所定間隔を隔てて配置された引込用樹脂溜まり３０と、キャビティ空間１２と引込用樹脂溜まり３０とを連通する連通路３１と、連通路３１を開閉する開閉部材３２とを備えている。開閉部材３２は、開閉駆動部３４によって図１中上下方向に変位し、この変位によって連通路３１の開放及び閉塞を切り替え可能に設けられている。

なお、コア駆動部２５及び開閉駆動部３４の具体的な構成の図示は省略するが、エアシリンダやリニアモータ、スプリング等を含む駆動機構を例示でき、上記のように可動コア２４及び開閉部材３２を変位できる限りにおいて種々の構成が採用される。

固定型１１及び可動型１３には、冷却用の媒体流路３５が形成され、媒体流路３５には、冷媒を通す回路が接続されている。冷媒は、液体であればよく金型１０に応じて水、油等が用いられ、冷媒が媒体流路３５内に流れることで、キャビティ空間１２の表面１２ａを含む固定型１１及び可動型１３全体が温度調整される。

図３は、樹脂成形金型の構成を示すブロック図である。図３に示すように、金型１０は、測定部４１、樹脂流動部４２及び制御部４３を備えている。

測定部４１は、金型１０における所望の各部の温度を測定し、金型１０及びその温度制御に適用し得るものであれば種類は問わず、例えば、熱電対等が利用される。

樹脂流動部４２は、図１に示す押込部２１及び引込部２２を含んで構成される。樹脂流動部４２は、コア駆動部２５及び開閉駆動部３４の駆動によって、押込部２１における圧縮用樹脂溜まり２６の内部の溶融樹脂を押し出し、引込部２２の引込用樹脂溜まり３０に向かってキャビティ空間１２の溶融樹脂を流動させる。

制御部４３は、中央処理装置（ＣＰＵ）等からなり、金型１０の各種構成の温度や駆動を制御する。制御部４３は、樹脂流動部４２のコア駆動部２５及び開閉駆動部３４に制御信号を出力し、可動コア２４及び開閉部材３２の駆動量や駆動タイミング等を制御する。それらの駆動制御は、測定部４１から入力される検出信号に基づいて行ってもよいし、ウェルド部Ｂが形成されるまでの時間を予め計測しておき、タイマーにて所定時間経過後に駆動するようにしてもよい。

続いて、上記金型１０を用いた成形品の成形方法について説明する。先ず、図１に示すように、金型１０が閉型された状態において、キャビティ空間１２に溶融樹脂が充填される前に、媒体流路３２に冷媒を流入し、固定型１１及び可動型１３のキャビティ空間１２周りが充填する樹脂に対して一般的な温度になるよう保持する。また、可動コア２４の先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａより下降させた状態として圧縮用樹脂溜まり２６を形成し、開閉部材３２を上昇させて連通路３１を閉塞した状態とする。この状態において、ゲート１６（図２参照）からキャビティ空間１２に溶融樹脂を充填する（充填工程）。

図４は、キャビティ空間に溶融樹脂を充填した状態の説明図である。図４に示すように、キャビティ空間１２内に充填された溶融樹脂Ｍは開口形成部１８に当たって分流された後に合流してウェルド部Ｂを形成する。このとき、溶融樹脂Ｍは圧縮用樹脂溜まり２６にも充填される。この状態で、可動コア２４及び開閉部材３２を図４に示す位置から図５に示す位置に変位する。かかる変位によって、可動コア２４は、圧縮用樹脂溜まり２６の内部の溶融樹脂Ｍをキャビティ空間１２側に押し出し、キャビティ空間１２内の溶融樹脂Ｍに押込力を加える。この一方、開閉部材３２は閉塞していた連通路３１を開放し、キャビティ空間１２内の溶融樹脂Ｍが可動コア２４の押し込みに応じて連通路３１に流れ込み、引込用樹脂溜まり３０の内部に引き込まれる。これにより、溶融樹脂Ｍのウェルド部Ｂでは図５中左から右に向かう移動が生じ、ウェルド部Ｂを挟む一方の溶融樹脂Ｍが他方の溶融樹脂Ｍに圧入するよう流動される（樹脂流動工程）。この圧入によって、溶融樹脂Ｍ中の繊維状の含有物がウェルド部Ｂで図５中上下方向に配向される状態を崩すことができ、ウェルド部Ｂでの強度低下、外観不良の発生を防止することができる。

ウェルド部Ｂでの溶融樹脂Ｍの流動を終えてから、所定の冷却時間が経過して金型１０内に注入した溶融樹脂Ｍが固化した後、型開きして成形品を取り出す。成形品には、連通路３１及び引込用樹脂溜まり３０内で固化した部分が一体となるので、この部分を切り離す。なお、連通路３１及び引込用樹脂溜まり３０に流入、固化した樹脂で成形品の一部を形成する場合、切り離す作業は不要となる。この場合、連通路３１及び引込用樹脂溜まり３０がキャビティ空間１２の一部を形成する。

ここで、押込部２１及び引込部２２にあっては、３体それぞれを同時に駆動してもよいし、３体のうちから選択的に駆動してもよい。３体の押込部２１による溶融樹脂Ｍの押し込みと、３体の引込部２２での溶融樹脂Ｍの引き込みとが全て同時に行われると、図２の矢印Ｆ１方向に溶融樹脂Ｍが流動される（樹脂流動工程）。これにより、上述した圧入がウェルド部Ｂの概略全体に亘って同時に発生するよう溶融樹脂Ｍに力が加わる。

一方、他の樹脂流動工程として例えば、先ず図２中最上位の押込部２１と最下位の引込部２２とを先に駆動して溶融樹脂を流動させる（第１流動工程）。この流動から順次もしくは時間差を設けて同時に、残りの押込部２１及び引込部２２を駆動させる（第２流動工程）と、図２の矢印Ｆ２方向に溶融樹脂Ｍが流動される。言い換えると、樹脂流動工程として、複数となる押込部２１から引込部２２の組合せとして、最上位の押込部２１と最下位の引込部２２との組合せ単位を先に駆動し、順次もしくは時間差を設けて同時に、それ以外の２体ずつの押込部２１及び引込部２２の組合せ単位で駆動して溶融樹脂Ｍを流動させることができる。これにより、ウェルド部Ｂでは、異なる２方向から溶融樹脂Ｍが圧入するよう力が加わり、矢印Ｆ１方向で流動される場合に比べ、溶融樹脂の含有物の配向を崩す向きを変えることができる。なお、上記組合せでの押込部２１及び引込部２２を何れとするかは任意であり、組合せを変えることでウェルド部Ｂでの溶融樹脂Ｍの圧入する向きのバリエーションを増やすことができる。かかるバリエーションを選択できるようにして、ウェルド部Ｂでの強度や外観を調整することが可能となる。

従って、このような実施の形態によれば、それぞれ複数となる押込部２１及び引込部２２の駆動するタイミングを選択でき、ウェルド部Ｂにおける樹脂流動にバリエーションを付与することができる。これにより、ウェルド部Ｂでの圧入及び配向の変化を操作する自由度を高めることができ、成形条件やウェルドラインの発現態様が変化しても、これに応じて成形品のウェルド部Ｂにおける外観及び強度の改善を図ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第２の実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。また、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」は、図６を基準として用いる。

図６は、第２の実施の形態に係る樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。図６に示すように、第２の実施の形態における金型１０では、３つの開口を有する成形品を成形するものであり、開口形成部１８が３箇所に形成される。具体的には、図６中上から下に向かって順に第１開口形成部１８ａ、第２開口形成部１８ｂ、第３開口形成部１８ｃが形成され、第１開口形成部１８ａより第２開口形成部１８ｂ及び第３開口形成部１８ｃの方が小さいサイズとされる。キャビティ空間１２の左右方向において、第１開口形成部１８ａは中央部、第２開口形成部１８ｂは左寄り、第３開口形成部１８ｃは右寄りに配置されている。本実施の形態では、ゲート１６から充填された溶融樹脂は、各開口形成部１８ａ〜１８ｃにて左右に分流された後、点線で示す３箇所位置にて合流される。これら合流した部分が成形品でウェルド部Ｂとなり、第１開口形成部１８ａ及び第２開口形成部１８ｂに跨って第１ウェルド部Ｂａ、第２開口形成部１８ｂ及び第３開口形成部１８ｃに跨って第２ウェルド部Ｂｂが形成される。また、第３開口形成部１８ｃとキャビティ空間１２の右下コーナー部とに跨って第３ウェルド部Ｂｃが形成される。

第２の実施の形態に係る金型１０は、３体の押込部２１と、２体の引込部２２とを備えている。具体的には、キャビティ空間１２の上から下に向かって順に第１押込部２１ａ、第２押込部２１ｂ、第３押込部２１ｃを備え、キャビティ空間１２の右端に連通する第１引込部２２ａ、下端に連通する第２引込部２２ｂを更に備えている。

第１押込部２１ａは、第１開口形成部１８ａと第２開口形成部１８ｂとの間であって、第１ウェルド部Ｂａの左側に設けられる。第２押込部２１ｂは、第２開口形成部１８ｂの右側であってキャビティ空間１２の右端寄りに設けられる。第３押込部２１ｃは、第３開口形成部１８ｃより下方であってキャビティ空間１２の左端寄りに設けられる。第１引込部２２ａは、第１押込部２１ａから第１ウェルド部Ｂａを挟んで右方向に設けられている。第２引込部２２ｂは、第３開口形成部１８ｃの下方に設けられている。第２引込部２２ｂより第１引込部２２ａの引込用樹脂溜まり３０の方が、大きい容積に形成されている。

第２の実施の形態では、キャビティ空間１２に溶融樹脂を充填する充填工程を行った後、各押込部２１ａ〜２１ｃ、各引込部２２ａ、２２ｂを選択的に駆動させて各ウェルド部Ｂａ〜Ｂｃでの溶融樹脂を流動させる樹脂流動工程を以下に述べるように行う。先ず、第１流動工程として、第２押込部２１ｂは駆動せずに、第１押込部２１ａ及び第３押込部２１ｃの駆動によって溶融樹脂を押し込む。これと同時に、第２引込部２２ｂを駆動せずに第１引込部２２ａを駆動し、各押込部２１ａ、２１ｃによって押し込まれた溶融樹脂を第１引込部２２ａの引込用樹脂溜まり３０に引き込む。この第１押込部２１ａ、第３押込部２１ｃ及び第１引込部２２ａの組合せ単位での駆動によって、溶融樹脂が図６の矢印Ｆ３方向に流動されるので、第１ウェルド部Ｂａ及び第２ウェルド部Ｂｂに交差する方向に樹脂流動が生じ、それらウェルド部Ｂａ、Ｂｂでの繊維状の含有物の配向を崩すことができる。

第１流動工程から順次もしくは時間差を設けて同時に、第２流動工程として、第２押込及び第２引込部２２ｂの組合せ単位で駆動させる。具体的には、第２押込部２１ｂの駆動による溶融樹脂の押し込みと、第２引込部２２ｂの駆動による溶融樹脂の引き込みとを行い、図６の矢印Ｆ４方向に溶融樹脂が流動される。これにより、第３ウェルド部Ｂｃに交差する方向に樹脂流動が生じ、第３ウェルド部Ｂｃでの繊維状の含有物の配向を崩すことができる。

ここで、仮に、第２の実施の形態における金型１０において、３体の押込部２１ａ〜２１ｃによる溶融樹脂の押し込みと、２体の引込部２２ａ、２２ｂでの溶融樹脂の引き込みとを全て同時に行うと、矢印Ｆ４方向に溶融樹脂が流動し難くなる。これに対し、第２の実施の形態のように、溶融樹脂が合流位置となるそれぞれのウェルド部Ｂａ〜Ｂｃに対応して上述のように選択された押込部２１及び引込部２２の２つの組合せで段階的に樹脂流動を生じさせている。これにより、３つのウェルド部Ｂａ〜Ｂｃでの含有物の配向を崩すことができ、様々な方向に向けられた複数のウェルド部Ｂａ〜Ｂｃに対応することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、材質、方向については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

上記各実施の形態の押圧部２１、引込部２２及びウェルド部Ｂの形成位置、形状、レイアウト等は、例示に過ぎず、成形品の形状に応じてウェルド部Ｂでの樹脂流動を上記のように行える限りにおいて、種々の変更が可能である。また、押圧部２１及び引込部２２の何れか一方を単数としてもよい。更に、押圧部２１及び引込部２２の樹脂溜まり２６、３０の容量もそれぞれ異なるようにする等、適宜変更してもよい。

また、各樹脂溜まり２６、３０がキャビティ空間１２に連通する位置は変更してもよく、例えば、押込部２１の圧縮用樹脂溜まり２６がキャビティ空間１２の外周側に連通したり、引込部２２の引込用樹脂溜まり３０がキャビティ空間１２の表面１２ａに連通するようにしたりしてもよい。

また、押圧部２１及び引込部２２を駆動して樹脂流動を生じさせるタイミングは、樹脂の充填の途中であって充填が完了する前としてもよい。

また、溶融樹脂Ｍの流動距離は、繊維状含有物の平均繊維長よりも長くなるように設定されるのが望ましい。この指標としては、溶融樹脂Ｍのウェルド部Ｂにおける流動距離のほかに、押込部２１や引込部２２付近における溶融樹脂Ｍの流動距離を指標としてもよい。この場合、ウェルド部Ｂでの含有物の配向をより良く崩して強度向上を実現することができる。

また、上記実施の形態では、充填する樹脂として熱可塑性樹脂を用いたが熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、キャビティ空間１２に充填された溶融樹脂を加熱することによって固化させる。

また、上記実施の形態では射出成形としたが、トランスファー成形、圧縮成形、注型成形によって成形を行ってもよい。

１０ 金型（樹脂成形金型）
１１ 固定型（キャビティ形成体）
１２ キャビティ空間
１２ａ 表面
１３ 可動型（キャビティ形成体）
２１ 押込部
２２ 引込部
Ｂ ウェルド部
Ｍ 溶融樹脂

Claims (4)

1. 充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所のウェルド部で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体と、
   前記キャビティ空間に充填された溶融樹脂に押込力を加える押込部と、
   前記押込部と前記ウェルド部を挟んで対向配置され、前記押込部の押し込みに応じて充填された溶融樹脂を引き込む引込部とを備え、前記押込部から前記引込部に向かって溶融樹脂を流動させる樹脂成形金型であって、
   前記キャビティ空間は、成形される成形品の開口に対応する部分に突出して形成される開口形成部を備え、
   単一の前記ウェルド部を挟みつつ前記開口形成部を挟まずに位置する前記押込部及び前記引込部がそれぞれ複数設けられ、複数となる前記押込部及び前記引込部は、選択的に駆動可能に設けられていることを特徴とする樹脂成形金型。
2. 前記キャビティ空間は、前記溶融樹脂が少なくとも二箇所で合流し、
   前記溶融樹脂が合流するそれぞれの位置に対応して選択された、前記押込部と前記引込部の組合せを複数有し、
   前記押込部及び前記引込部は前記組合せ単位で選択的に駆動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形金型。
3. 前記溶融樹脂には繊維状の含有物が配合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形金型。
4. 前記請求項１から請求項３の何れかに記載の樹脂成形金型を用いた樹脂成形方法であって、
   前記キャビティ空間に溶融樹脂を充填する充填工程と、
   複数となる前記押込部から前記引込部の何れかの組合せで溶融樹脂を流動させる第１流動工程及びそれ以外の組合せで溶融樹脂を流動させる第２流動工程を順次もしくは時間差を設けて同時に行う樹脂流動工程とを含むことを特徴とする樹脂成形方法。

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