JP6967188B2 - ガスベント部材及びその製造方法、並びにそれを用いたエジェクターピン及び金型 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形やトランスファーモールドなどのような、加熱により溶融した高分子材料を金型内のキャビティと称される空間に充填して成形を行う際に、キャビティ内の空気や溶融材料から発生するガスを排出するガスベントに関するガスベントに関するものである。

射出成形は、高分子材料の成形体を大量生産する方法として、広汎に行われている。この工程は、加熱装置を備えたシリンダーの内部に、材料の混練と射出を行う機能を有するスクリューを装着し、シリンダー先端のノズルから、金型内設けられた流路である、スプル、ランナー、ゲートを経由して、キャビティ内に、溶融材料を圧入するというものである。

図５は、射出成形金型の一例を示す断面図である。ここに示したように、一般的な射出成形の金型は、固定型１３ａ、可動型１４ａから構成され、溶融した材料を圧入する工程では、固定型１３ａと可動型１４ａは圧入される材料により離間しないように、油圧により型締めされている。

圧入された材料は、スプル１２ａ、ランナー１１ａ、ゲート１０ａを経由して。キャビティ９ａに充填されて、キャビティ９の形状に成形され、冷却され固化した後、可動型１４ａが固定型１３ａから離れると同時に、エジェクターピン７ａによって突き出される。

これらの一連の工程で、型締めが行われている状態では、スプル１２ａ〜キャビティ９ａの空間に空気が残留している。また、図示しないシリンダーからスプル１２ａを経由して圧入される材料は、流動性確保のため、高温で溶融されているため、熱分解や低分子量成分の気化に起因するガスを含む場合がある。

溶融材料がキャビティ９ａに圧入される際に、これらの気体がキャビティ９ａの外部に速やかに排出されないと、様々な形態の成形不良が生じるので、それに対処するため、一般にパーティング面と称される、可動型１４と固定型１３の接触面に、数μｍのガスベント８ａと称される空隙を設けるのが一般的である。

ガスベント８ａの幅は広い方が、ガスの抜けが円滑であるが、過度に拡げると、ガスベント８ａの部分まで、材料が充填され、「バリ」と称される不良を生じるので、金型の使用開始に際して、実際に成形を行いながら、パーティング面に研磨を施すなどの方法で幅を調整する必要がある。

この際、過度に研磨すると、元に戻すのが極めて困難なため、慎重な作業を要求され、調整に長時間を要することがある。また、材料や成形条件のバラツキに伴い、最初に調整したガスベントでは、不良発生が抑制しきれないこともある。

このような課題に対処する技術として、特許文献１には、キャビティのゲートと対向する側にオーバーフロー部とガスベントを設けた金型が開示されている。しかしながら、ここに開示されている金型では、オーバーフロー部が必然的に「バリ」となるため、成形体から、これを除く必要がある。

また、本出願人は、特許文献２に、キャビティからの成形体の突出しなどに使用されるエジェクターピンに、ガスベントを設ける技術を開示していて、一定の成果を上げている。しかし、これはエジェクターピンの製作工程の簡略化という観点で改善の余地がある。

特開２００９−０９０５３９号公報 特許第４６７８６１６号公報

従って、本発明の課題は、前記のエジェクターピンに設けられたガスベントの優位性を活用して、さらに高精度で、かつエジェクターピン以外にも適用可能なガスベントとその製造方法を提供することにある。

高精度で複雑な形状の金属部材を得る方法として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）とも称される金属粉末射出成形法が開発されている。これは、金属の粉末に、熱可塑性の高分子材料を主成分とするバインダーを加えて混錬することにより、トランスファー成形や射出成形が可能な混和物とし、この混和物の成形体に脱バインダー、焼結を施して、金属部材を得るものである。金属粉末射出成形法が開発された背景の一つには、アトマイズ法などの金属粉末の製法が進展したことがあるが、本発明は、この方法の応用を鋭意検討した結果なされたものである。

本発明は、対向する一対の面の一方の面と、他方の面との間を連通する少なくとも一つのスリットを有するガスベント用部材であって、前記スリットの幅は、前記一方の面側が広く、前記他方の面側が狭いテーパ構造を有することを特徴とする、ガスベント部材である。

また、本発明は、前記テーパ構造の角度が５°〜３０°であり、前記スリットの前記他方の底面側の開口部の幅が、５μｍ〜５０μｍ以下であることを特徴とする、前記のガスベント部材である。

また、本発明は、金属の粉末と熱可塑性高分子材料を含むバインダーとの混和物の成形体を、熱処理により、脱バインダー、焼結してなることを特徴とする、前記のガスベント部材である。

また、本発明は、金金属粉末と熱可塑性高分子材料を含むバインダーとの混和物を用いて、一対の面を有し、前記一対の面の一方の面に開口部を有し、前記一対の面の他方の面まで０．１ｍｍ以上隔てた位置に尖端部を有するテーパ構造の少なくとも一つの溝を有する、成形体を成形する成形工程と、前記成形体に脱バインダー及び焼結を施して焼結体を得る熱処理工程と、前記焼結体の前記他方の面を前記尖端部が露出するまで研磨する研磨工程を有することを特徴とする、前記のガスベント部材の製造方法である。

また、本発明は、前記のガスベント部材を、中空部を有する棒状部材に接合してなることを特徴とするエジェクターピンである。

また、本発明は、前記のガスベント部材を、ランナーの端部と金型の外面とを連通する連通孔に装着してなることを特徴とする金型である

一般に圧粉体と称される、金属やセラミックの粉末をプレス成形した成形体は、粉末粒子の間に一定量の空隙が存在するために、焼結すると、１０〜２０％の収縮が生じるので、前記の柱状成形体のスリットを、二つの底面との間を連通するように形成すると、幅が狭い方のスリットの、底面側の幅の制御が困難になるばかりでなく、閉塞されてしまうことがあるからである。

本発明者らが、この現象を抑制することを検討した結果によれば、テーパ構造のスリットの尖端部を、底面側に開放させない形状とすることで、スリット尖端部と底面の間の支持部が、焼結工程における収縮の均一性を確保する機能を発現することが明らかになった。前記の支持部は、スリット尖端部を底面に連通させるため、研磨により除くので、なるべく薄い方が好ましいが、本発明者らの検討結果によれば、０．３ｍｍ程度は必要である。

また、本発明においては、スリットのテーパの角度を５°〜３０°としているが、これ以下の角度では、スリットの底面側の開放部の幅が、低面の研磨量の変動によって変化する度合いが大きくなる、つまり、研磨によるスリット幅の制御が困難になるからであり、これ以以上の角度では、底面に設けることができるスリットの数が制限され、ガスベントしての機能が損なわれるなどの問題が生じるからである。

なお、本発明のガスベント部材のスリットの幅は、ガスを速やかに排出し、かつ成形工程で溶融材料が流入しない程度に狭いことが要求されるので、５μｍ〜５０μｍであることが望ましく、キャビティ内のガスの排出を速やかにするために、スリットの数をなるべく多くすることが望ましい。また、ガスベント部材を得るための成形体に用いる金属粉末の粒度は、スリット幅よりも小さくしないと、必要なスリット幅を得られない可能性があり、粉末粒径が大きいと焼結工程に影響を及ぼすことが考えられるので、適宜調整することが必要である。

本発明に係るガスベント部材の一例を示す図、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）はＡＡ断面。 本発明に係るガスベント部材を得るための粉末成形体の一例を示す図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）はＢＢ断面。 本発明に係るガスベント部材を得るための粉末成形体の別の例を示す図、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）はＣＣ断面。 本発明に係るガスベントを接合したエジェクターピンの一例を示す斜視図、図４（ａ）は全体の斜視図、図４（ｂ）はガスベントの部分の拡大斜視図。 射出成形金型の一例を示す断面図。 本発明に係るガスベント部材で、ランナーと金型表面の間に設置可能なガスベント部材の一例を示す図、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）はＡＡ断面図、図６（ｃ）は側面図、図６（ｄ）はＢＢ断面図 本発明に係るガスベント部材で、ランナーと金型表面の間に設置可能なガスベント部材の他の例を示す図、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）はＡＡ断面図、図７（ｃ）はＢＢ断面図、図７（ｄ）は側面図 本発明に係るランナーと金型表面の間に設置可能なガスベント部材の取り付け可能位置を示す図。

次に具体的な図に基づき、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、発明に係るガスベント部材の一例を示す図で、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）はＡＡ断面である。ここに示したガスベント部材１ａは、高さ方向に直交する断面が円形で、図における下側に有底孔３ａを有する柱状体からなり、他方の底面に、幅がＷのスリット開口部４を有し、スリット開口部４と有底孔３ａの間は、角度がθのテーパ構造の連通部２ａとなっている。そして、Ｗは５０μｍ、θは１５°全体の外径は５ｍｍである。

図２は、 本発明に係るガスベント部材を得るための粉末成形体の一例を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）はＢＢ断面である。ここに示した粉末成形体１ｂは、図における下側に有底孔３ｂと、尖端部が支持部５で閉塞された溝２ｂを有する形状である。この図における支持部５の厚さＳは、特に限定されないが、過度に大きくするのは、研削・研磨加工のコスト増に繋がるので、約０．３ｍｍ程度とするのが望ましい。

この粉末成形体は、例えば、アトマイズ法で得られる、粒度が１０μｍ〜１５μｍの金属粉末と、ポリエチレン、ワックス類、脱バインダー工程で解重合反応を起こすアクリル系の高分子材料などを含むバインダーとを、金属粉末１００重量部に対して、バインダー６重量部〜８重量部の比率で、混合混錬した混和物を調製し、この混和物を射出成形して得られる。金属粉末の材質としては、ステンレスなどが挙げられるが、アトマイズ法などの適当な方法で、粉末化が可能なものであれば、特に限定されない。

得られた粉末成形体は、加熱炉内に配置し、２０℃前後の室温から、バインダーを熱分解で除くことが可能な温度まで加熱することで、脱バインダーを施す。加熱の際の昇温速度が過度に大きいと、急激にバインダーの熱分解が進行し、成形体の保形が困難になることや、昇温速度を低速にすると、脱バインダー工程のコスト増に繋がるので、バインダーの材質や成形体の大きさによって、昇温パターンが宜設定される。この工程は、金属粉末の酸化を防止するため、窒素などの不活性ガス雰囲気または還元雰囲気で行うことが望ましい。

脱バインダー処理を施された、粉末成形体は、焼結炉内に配置し、１１００℃〜１５００℃の温度で、脱バインダー工程と同様に金属粉末の酸化を防止するため、不活性雰囲気または還元性雰囲気で焼結処理を施して焼結体とする。焼結温度や焼結時間は、金属粉末の材質により設定される。その後、支持部をスリットの開口部が所要の幅となるまで研磨し、ベント用部材を得る。

図３は、本発明に係るガスベント部材を得るための粉末成形体の別の例を示す図で、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）はＣＣ断面である。ここに示した例は、図２に示したものとは異なり、有底孔が設けられていないが、このような形状でも、必要な機能を備えたガスベント部材が得られる。

図４は、本発明に係るガスベントを接合したエジェクターピンの一例を示す斜視図で、図４（ａ）は全体の斜視図、図４（ｂ）はガスベントの部分の拡大斜視図である。ここに示したように、このエジェクターピン６は、底面にスリットの開口部２ｃを備えたガスベント部材１ｃを、中空部を有する棒状部材にロウ付けなどの方法で接合されている。また、図６及び図７は、本発明に係るガスベント部材で、図８における１５の位置、つまりランナーと金型表面の間に設置可能な例を示すで、これを設置することで、スプルからランナーの間のガスの排出の促進が可能となる。

以上に説明したように、本発明においては、成形工程として射出成形を用いるので、従来行われていた、金属材料に切断、切削、研削、研磨などを施す工程を大幅に省略することが可能となり、製造コストが低減される。しかも従来の方法では、困難であった狭いスリット幅を実現できる。そして、本発明に係るガスベント部材を用いることで、ガスベント機能を備えたエジェクターピンの提供が可能となるので、射出成形、トランスファー成形の生産性向上に寄与するところは、極めて大きいと言える。

１ａ，１ｃ・・・ガスベント部材 １ｂ・・・粉末成形体
２ａ・・・連通部 ２ｂ・・・溝 ３ａ，３ｂ・・・有底孔
２ｃ，４，１７ａ，１７ｂ・・・スリット開口部 ５・・・支持部
６，７ａ・・・エジェクターピン
８ａ・・・ガスベント ９ａ，９ｂ・・・キャビティ
１０ａ，１０ｂ・・・ゲート １１ａ，１１ｂ・・・ランナー
１１ｃ・・・ランナーとガスベントとの間の連通孔
１２ａ，１２ｂ・・・スプル １３ａ，１３ｂ・・・固定型
１４ａ，１４ｂ・・・可動型 １５・・・ガスベント部材取付部
１５ａ，１５ｂ・・・ガスベント部材
１６ａ，１６ｂ・・・連通孔
１８ａ，１８ｂ・・・固定ネジ取付部

Claims (1)

1. 金属粉末と熱可塑性高分子材料を含むバインダーとの混和物を用いて、一対の面を有し、前記一対の面の一方の面に開口部を有し、前記一対の面の他方の面まで０．１ｍｍ以上隔てた位置に尖端部を有するテーパ構造の少なくとも一つの溝を有する、成形体を成形する成形工程と、前記成形体に脱バインダー及び焼結を施して焼結体を得る熱処理工程と、前記焼結体の前記他方の面を前記尖端部が露出するまで研磨する研磨工程を有することを特徴とする、射出成形またはトランスファーモールドで発生するガスを金型の外部に排出するベント部材の製造方法。

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