JP7241453B2 - ガス排出構造体及び射出成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、ガス排出構造体及び射出成形金型に関する。

樹脂成形品の射出成形に当たっては、成形金型への樹脂の射出に伴い成形金型内の空気を外部へ排出する必要があることから、成形金型に微細間隙のガス排出構造体を配置している。このガス排出構造体は、ガス流路を形成するスリットを有してなり、このスリットとなる矩形溝は製品面ではガス排出構造体に樹脂が流入しないような溝幅と長さとし、製品面から離れた奥で断面が広く取られた矩形溝を複数設けた板を、ボルトを利用して締結した構造やピンを利用して位置決めした構造としていた。その様に、締結部ボルトや位置決めピンを設けるため、隣接する矩形溝の間隔を長く取った積層構造体としている結果、矩形溝長さ／板長さの比を小さくしていた（特許文献１）。
またこのガス排出構造体を形成する板の厚みは、機械加工や成形圧力による矩形溝構成板の変形を考慮して厚く設定していた。その結果、矩形溝幅／板厚の比を小さくして一定厚みにおける板の積層枚数が少ない積層構造体としている市販品が存在した。

特開２００４－１６７７１４号公報

以上の特許文献１に示されるガス排出構造体や市販品では構造体長さに対しスリット溝の合計長さが短いこと、構造体厚みに対し、板の積層枚数が少ないことなどから、開口率が低くガス排出効率が悪かった。このため金型キャビティー内への樹脂充填に伴い、単位時間あたりに排出が必要なガス排出量に比べ、スリット溝を通じて金型キャビティー外へ排出する能力が低いことから、ガスがキャビティー内に残留し、得られる樹脂製品の品質悪化の原因となっていた。

積層方向のスリット溝の分布が粗であるために、樹脂合流の位置とガス排出路の位置が一致しないことが発生し、これを調整するために積層厚みを変える必要が生じていた。
さらにボルト締結や位置決めピンを有する構造のため、金型へ構造体を組み込む際に、構造体自身の組み立て作業や位置決め作業などを必要とした。
加えて矩形溝が製品面より奥で広がっているために、ガス残滓が集積しやすく、洗浄を行った際もガス残滓を除去しにくく、分解洗浄・組み立てが必要であった。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、キャビティー内のガスを容易に排出できる効率の良い高い開口率を有し、組み立てや位置決め等の作業を必要としない一体構造であり、成形圧に耐える補強桟を有する構造であると共にガス残滓を防止するため、直線状で段差のないガス排出路を有するガス排出構造体及びこれを用いてなる射出成形金型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るガス排出構造体は、圧力損失式から導かれる１つの流路断面と、ガス排出率を満たす流路総面積と強度計算式から導かれる補強桟などを勘案し、流路平面が升目模様で奥行きを有するガス排出構造体とし、また、ガス流路断面の変化をなくし、ガス残滓堆積を防止すると共に組み立て用ボルトと位置決めピンを使用せず、流路の減少を防止することを勘案して構成された。

すなわち本発明に係るガス排出構造体は薄片の片側平面に矩形溝を複数設け、その複数の矩形溝を介して複数の突出部を設けてなる単位薄板を、前記矩形溝及び前記突出部の方向を揃えて複数積層し、前記矩形溝及び前記突出部を有する面とは反対側の平面と前記突出部の頂部平面とを接合一体化してなり、複数の矩形穴と補強桟とからなることを特徴とする。

薄片の片側平面に、一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝を複数設けてその複数の矩形溝を介して並列する一定高さの複数の突出部を設けてなる単位薄板を、矩形溝及び突出部を有する面の突出部の頂部平面と矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面とを矩形溝及び突出部の方向を揃えて複数積層して接合一体化してなり、多数の矩形穴と補強桟とからなるようにすることができる。

前記単位薄板の矩形溝及びその矩形溝を介して並列する突出部はフォトエッチング及びフライス加工及び研削加工及び型彫り放電加工及びワイヤカット放電加工のうちの一以上により形成されてなるようにすることができ、さらに前記単位薄板の一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝及びその複数の矩形溝を介して平面部から並列して突出する一定高さの複数の突出部はフォトエッチング及びフライス加工及び研削加工及び型彫り放電加工及びワイヤカット放電加工のうちの一以上により形成されてなるようにすることができる。

これによって精密にガス流路断面の変化をなくし、ガス残滓堆積を防止することができる。特に矩形溝を加工圧力のないエッチング加工によって形成したことにより、必要に応じてより薄い板の使用が可能となり単位厚みあたりの積層枚数を増やすことができる。また、矩形溝深さの対薄板厚みの比率を高くすることが可能となり積層時に高い開口率を実現することができる。

前記矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面と前記突出部の頂部平面とを拡散接合によって接合してなるようにすることができる。このように矩形溝を除く全面を拡散接合としたことにより、組み立てボルトや位置決めピンの使用が不要な一体化されたガス排出構造体とすることが可能となる。また同時に流路の減少を防止することができる。さらに補強桟を細く設定することが可能となり、高い開口率を実現できた。

また本発明の射出成形金型は、薄片の片側平面に、矩形溝を複数設け、その複数の矩形溝を介して並列する複数の突出部を設けてなる単位薄板を、矩形溝及び突出部を有する面の突出部の頂部平面と矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面とを矩形溝及び突出部の方向を揃えて接合一体化して複数積層して矩形穴と補強桟とからなるガス排出構造体が成形面の一部を構成するように金型本体へ嵌め込んだことを特徴とする。

前記ガス排出構造体は、薄片の片側平面に、一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝を複数設けてその複数の矩形溝を介して並列する一定高さの複数の突出部を設けてなる単位薄板を、矩形溝及び突出部を有する面の突出部の頂部平面と矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面とを矩形溝及び突出部の方向を揃えて複数積層して接合一体化してなり、複数の矩形穴と補強桟からなるようにしてもよい。

本発明のガス排出構造体及び射出成形金型によれば、射出成形金型に組み込まれるガス排出構造体には、樹脂圧に耐える強度と、量産全期間にわたって、樹脂の１方向流れの末端付近や対向流の合流位置付近において、キャビティー内のガスを容易に排出するため入り口から出口まで高い開口率を有すること、また組立や位置決めなどの作業を不要とするため締結ボルトや位置決めピンを有しない一体構造であること、更にガス残滓堆積を防止するためガス流路は直線状で段差がないことなどを同時に満たすことが可能となる。

本発明に係るガス排出構造体の一実施の形態の正面図である。 本発明に係るガス排出構造体の一実施の形態の部分正面図である。 図２に示す部分の平面図である。 図１に示すガス排出構造体の側面図である。 図１に示すガス排出構造体の部分拡大図である。 本発明に係るガス排出構造体の製造プロセスを示す説明図である。 本発明に係る射出成形金型の一実施の形態の断面模式図である。 本発明の実施例で作成したガス排出構造体の斜視図である。 本発明に係る射出成形金型の実施例で作成した製品の写真である。 本発明に係る射出成形金型の実施例に対する比較例で作成した製品の写真である。 本発明に係るガス排出構造体の製造プロセスの他の態様を示す説明図である。 本発明に係るガス排出構造体の製造プロセスの別の態様を示す説明図である。 本発明に係るガス排出構造体の製造プロセスのさらに他の態様を示す説明図である。 本発明に係るガス排出構造体の製造プロセスのさらに別の態様を示す説明図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその正面図である。 本発明の他の実施の形態のガス排出構造体の斜視図である。 図１５に示すガス排出構造体の右側面図である。 本発明のさらに他の実施の形態のガス排出構造体の斜視図である。 図１７に示すガス排出構造体の部分拡大斜視図である。

以下に本発明の一実施の形態のガス排出構造体につき図面を参照して説明する。
図１～図５に示す様に本実施の形態のガス排出構造体１は、単位薄板２を、複数積層して接合一体化してなる。単位薄板２の片側平面３には、一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝４が複数設けられる。その複数の矩形溝４を介して片側平面３から突出する一定高さの複数の突出部５が設けられる。
この単位薄板２の片側平面３の反対側の平面６に突出部５の頂部平面７を当接させる態様で矩形溝４及び突出部５の方向を一致させ、揃えて複数積層する。
その状態で平面６と突出部５の頂部平面７とを接合一体化することによって多数の矩形穴８と補強桟９とからなる本実施の形態のガス排出構造体１が得られる。
このガス排出構造体１は単位薄板厚み１ｍｍ以下とし、矩形溝４の深さを０．０３ｍｍ以下として、その幅と深さの比である幅／深さ比を５０以上とし，また矩形溝４間長さを１ｍｍ以下、両端の末加工部分を０．５ｍｍ以上とし、積層枚数を５以上として形成することができる。

前記単位薄板２の一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝４及びその複数の矩形溝４を介して平面部から突出する一定高さの複数の突出部５はフォトエッチング工程により形成することができる。
フォトエッチングは図６に示されるように材料薄片の表裏面の汚れを除去して清浄化し、感光性樹脂（レジスト）を塗付後、予め作成された溝パターンフィルムを感光性樹脂（レジスト）に貼付して一般的にはＵＶ照射で焼付けることによって溝パターンを形成する。これをエッチングして材料に溝を形成した後、剥離・洗浄・乾燥することによって感光性樹脂を除去する。この様にエッチング加工によって形成することにより、必要に応じてより薄い単位薄板２の使用が可能となり単位厚みあたりの積層枚数を増やすことができる。また、矩形溝４の深さの対単位薄板２厚みの比率を高くすることが可能となり積層時に矩形穴８の高い開口率を実現することができる。

平面６と突出部５の頂部平面７との接合一体化は拡散接合によって行うことができる。
拡散接合は，平面６と突出部５の頂部平面７とを密着させ，真空や不活性ガス中などの制御された雰囲気中で，加圧・加熱して行う。これによって接合面に生じる原子の拡散を利用して接合することができる。このように拡散接合とする場合には、組み立てボルトや位置決めピンの使用が不要な一体化されたガス排出構造体１が得られる。また同時に流路の減少を防止することができる。さらに補強桟９を細く設定することが可能となり、矩形穴８の高い開口率を実現することができる。

図７は以上の本実施の形態のガス排出構造体１を適用した本発明の一実施の形態の射出成形金型１０を示す。
射出成形金型１０は固定側金型１１と可動側金型１２とよりなる。固定側金型１１と可動側金型１２間にはキャビティ１３が形成される。キャビティ１３はリブ形成領域１３ａ、ボス形成領域１３ｂ、突起形成領域１３ｃ等が対象製品の属性に基づく設計に応じて設けられる。
一方、可動側金型１２は本体部１４とキャビティ形成部１５とを組み合わせて構成され、このキャビティ形成部１５に冷却孔１６が配置される。また本体部１４にはリブ形成領域１３ａ、ボス形成領域１３ｂ、突起形成領域１３ｃに連結されるガス流路１７が設けられる。
このガス流路１７はキャビティ形成部１５においてリブ形成領域１３ａ、ボス形成領域１３ｂ、突起形成領域１３ｃそれぞれに対する連結部分を有し、その連結部分にそれぞれガス排出構造体１が配置される。

射出成形金型１０によれば、射出成形金型１０に組み込まれるガス排出構造体１には、樹脂圧に耐える強度と、量産全期間にわたって、樹脂の１方向流れの末端付近や対向流の合流位置付近において、キャビティー内のガスを容易に排出することを可能とする高い開口率を有し、また組立や位置決めなどの作業を不要とするため締結ボルトや位置決めピンを有しない一体構造であること、更にガス残滓堆積を防止するためガス流路１７は直線状で段差がないことなどを同時に満たすことが可能となる。
すなわちリブ形成領域１３ａ、ボス形成領域１３ｂ、突起形成領域１３ｃを含めたキャビティ１３内のガスを樹脂の充填に伴い、各形成領域に連結したガス排出構造体１およびガス流路１７を通じて、スムーズに排出することが可能となり、リブ形成領域１３ａ、ボス形成領域１３ｂ、突起形成領域１３ｃに樹脂を１００％充填させることができる。

上記金型を用いて射出成形を行なう樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチレレン－エチレンテレフタレート（ＰＢＴ－ＰＥＴ共重合樹脂）、ポリエーテル・エーテルケトン（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、６ナイロン（ＰＡ６）、６－６ナイロン（ＰＡ６６）、６Ｔナイロン（ＰＡ６Ｔ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、等の熱可塑性樹脂である。これらを単独又は混合して用いることができる。また、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ジアリルフタレート樹脂（ＰＤＡＰ）、シリコーン樹脂（ＳＩ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、ユリア樹脂（ＵＦ）等の熱硬化性樹脂である。これらの熱可塑性樹脂ならびに熱硬化性樹脂に、耐熱性や寸法安定性を向上させる目的で、炭素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、タルク等の無機充填材を適宜配合してもよい。またセルロースナノファイバー等の有機充填剤を適宜配合しても良い。

以下のようにして図８に示すガス排出構造体１を作成し、これを用いた射出成形金型１０によって樹脂成形を行った。
Ｌ２１．６ｍｍ×Ｗ１０．１ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＳＵＳ板のＬ２１．６ｍｍ、Ｗ１０．１ｍｍの一面に、Ｌ２１．６ｍｍの両端から各１．０ｍｍ離し、溝間を等間隔にＬ０．４ｍｍとして、Ｌ３．６ｍｍ×Ｄ０．０２５ｍｍの矩形溝４をエッチング加工により５カ所繰り返して設けた。同様に溝加工した単位薄板２を矩形溝４の方向と外形を揃えて４５枚重ね、更にその長手両側面に、Ｌ２１．６ｍｍ×Ｗ１０．１ｍｍ×ｔ０．５ｍｍの補強用ＳＵＳ板を重ね、４７枚の薄板からなる積層品である薄板積層品を構成した。その後、４７枚の薄板積層品を拡散接合を利用してＬ２１．６ｍｍ×Ｗ１０．１ｍｍ×Ｈ１０ｍｍの一体構成品とした。この一体構成品であるガス排出構造体１をＬ２１．６ｍｍ×Ｈ１０ｍｍの方向から見ると、Ｌ３．６ｍｍ×Ｄ０．０２５ｍｍの矩形溝４が、Ｈ１０ｍｍ方向ピッチ０．２ｍｍ、Ｌ２１．６ｍｍ方向ピッチ４．０ｍｍの等間隔に、Ｌ２１．６ｍｍ×Ｈ１０ｍｍの裏面に貫通して、２２５個形成された。結果、約９．４％の高い開口率と、奥行き方向に段差のないガス抜き矩形穴８と、耐成形圧力用の補強桟９などを有し、ボルト締結や位置決めピンを不要とする一体構造を形成するガス排出構造体１を実現できた。

ガス排出構造体１を用い射出成形金型１０によって樹脂成形を行い得られた成形品を図９に示す。またガス排出構造体１を用いない射出成形金型によって得られた成形品を比較例として図１０に示す。
得られた成形品は自動車外装部品であり、その成形品重量は５８０ｇｒであった。樹脂材料としてポリプロピレン（黒色着色）を用い、型締力１２５０トンの成形機を使用した。
金型は３点ホットランナーゲートを用いた。成形条件は樹脂温度２２０℃、金型温度３０℃、射出速度２５％（スクリュー径φ１０５ｍｍ）とした。
図１０に示す比較例では入れ駒線の端面に設けたガス抜き溝範囲Ａは０．０３ｍｍ×６０ｍｍの大きさであったが、樹脂合流位置とガス抜き用金型入れ駒位置が異なり、ガスの抜けが悪くこの位置にガスが集まり、充填不良が発生した。
これに対し図９に示す実施例ではガス排出構造体１（Ｗ１０×Ｌ２１．６）を２個配置した結果、成形時に、樹脂合流位置Ｃが４ｍｍ範囲で変動したが、ガス排出ブロック内に納まり、ガスが抜け、樹脂充填不良が解消した。

以下に本発明のガス排出構造体の製造プロセスの各種態様につき図面を参照して説明する。単位薄板２の一定幅と一定深さを有し貫通する矩形溝４及びその複数の矩形溝４を介して平面部から突出する一定高さの複数の突出部５はフォトエッチング及びフライス加工及び研削加工及び型彫り放電加工及びワイヤカット放電加工のうちの一以上の工程により形成することができる。

フライス加工を適用する場合には図１１に示す様に高速で回転するフライス加工用ドリル１８を用いて単位薄板２の片側平面３の切削を行う。単位薄板２は図示しないテーブルの上に固定されており、フライス加工用ドリル１８はＺ方向（上下）に移動し、テーブルをＸ－Ｙ方向（前後左右）に移動させて加工する。

研削加工を適用する場合には図１２に示す様に高速で回転している研削加工用砥石１９を用いて、その砥石１９を構成するきわめて硬く微細な砥粒によって単位薄板２を削り取ってゆき所定の形状に成形する。

型彫り放電加工を適用する場合には図１３に示す様に、加工液２０中で、電極２１と単位薄板２との間で、一秒間に１０００～１０万回の火花を断続的に飛ばして、その熱で金属を溶かして電極２１の形状を単位薄板２に彫るように加工する。

ワイヤ放電加工を適用する場合には図１４に示す様に加工液２０中で、ワイヤー電極２２と単位薄板２との間の電気火花放電の熱で金属を溶かして単位薄板２にワイヤー電極２２の移動軌跡２３に応じた形状に彫るように加工する。

以下に本発明の他の実施の形態のガス排出構造体につき図面を参照して説明する。
図１５、図１６に示すガス排出構造体１は上面にツバ１ａ付きのものとされる。このツバ１ａを有することによって射出成形金型１０に組込んだ後の抜け防止を図ることができる。ツバ１ａは例えば図８に示すガス排出構造体１の上面部分をワイヤカット放電加工、フライス加工、研削加工などで除去する加工を行うことで形成する。
図１７、図１８に示すガス排出構造体１は両側部にツバ１ｂを有するものとされる。ツバ１ｂも射出成形金型１０に組込んだ後の抜け防止を図ることができワイヤカット放電加工、フライス加工、研削加工などで所要の部分を除去する加工を行うことで形成する。

１・・・ガス排出構造体、２・・・単位薄板、４・・・矩形溝、５・・・突出部、８・・・矩形穴、６・・・平面、７・・・頂部平面。

Claims (3)

1. 薄片の片側平面に矩形溝を複数設け、その複数の矩形溝を介して複数の突出部を設けてなる単位薄板を、前記矩形溝及び前記突出部の方向を揃えて複数積層し、前記矩形溝及び前記突出部を有する面とは反対側の平面と前記突出部の頂部平面とを接合一体化してなり、複数の矩形穴と補強桟とからなり、単位薄板厚み１ｍｍ以下とし、矩形溝の深さを０．０３ｍｍ以下として、その幅と深さの比である幅／深さ比を５０以上とし、矩形溝間長さを１ｍｍ以下としてなると共に、直線状で段差がないガス流路を有してなることを特徴とするガス排出構造体。
2. 前記矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面と前記突出部の頂部平面とを拡散接合によって接合してなる請求項１記載のガス排出構造体。
3. 薄片の片側平面に、矩形溝を複数設け、その複数の矩形溝を介して並列する複数の突出部を設けてなる単位薄板を、矩形溝及び突出部を有する面の突出部の頂部平面と矩形溝及び突出部を有する面と反対側の平面とを矩形溝及び突出部の方向を揃えて接合一体化して複数積層して矩形穴と補強桟とからなり、単位薄板厚み１ｍｍ以下とし、矩形溝の深さを０．０３ｍｍ以下として、その幅と深さの比である幅／深さ比を５０以上とし、矩形溝間長さを１ｍｍ以下としてなると共に、直線状で段差がないガス流路を有してなるガス排出構造体が成形面の一部を構成するように金型本体へ嵌め込んだことを特徴とする射出成形金型。

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