JPH08132484A

JPH08132484A - ボスを有する樹脂成形品成形用金型ならびに成形制御装置および成形方法

Info

Publication number: JPH08132484A
Application number: JP29806494A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Yoshida; 博光吉田; Seiji Masuda; 誠司増田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエルドが発生せず、ヒケが小さく、ボス長
さの精度が高いと同時にボス裏面の転写むらが小さい射
出成形用金型、成形制御装置、成形方法を提供する。【構成】ボスに合致する形状部分を備えたボス金型部
３を基板のキャビティ２に対して接離自在となるように
金型１内に摺動可能に設け、このボス金型部を上記基板
のキャビティ方向に付勢する流体圧シリンダー装置１４
ａ等からなる押圧手段１４を配設し、上記基板のボスに
対応する表面位置および他の表面位置に圧力センサー１
３ａ，１３ｂを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボスを有する樹脂成形
品を成形するための成形用金型ならびに成形制御装置お
よびその成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金型のキャビティに樹脂を注入する樹脂
賦形技術は、凹凸を有する複雑形状の成形品を短いサイ
クルで生産できる特徴を有し、中でも合成樹脂を比較的
高い圧力でキャビティに注入する射出成形は広範囲に応
用されている。上記の特徴を生かして、樹脂成形品には
インサート、ネジ、孔、切欠部などの補強のために、そ
の周囲を突起状に肉厚にしたボスが設けられることがあ
る。このボスの肉厚は一般に、表面のヒケを防止するた
めに成形品の板厚の２／３以内が適当とされている。こ
のボス形状は予め成形金型に彫り込まれているので次の
ような問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ボス部へのタッピング
トルクは、家電製品と自動車部品とでは要求レベルは異
なるが、一般には３〜１５ｋｇｆ・ｃｍ以上必要とされ
ている。トルクの大きさは、同一樹脂においてはネジ径
とボス孔径により決定され、ネジ径に比べてボス孔径が
小さいほどトルクは大きくなる。そこで、必要なトルク
が得られるようにボス孔径を設定しボス肉厚を薄く設計
すると、タッピングの際にボス部が割れるという問題が
発生する。これは単に応力集中の問題ではなく、ウエル
ドに起因する強度低下が原因である。図９は矢印ａ方向
に樹脂が流れた場合のボス部におけるウエルドラインの
発生状況を示した概略図であって、ボス６ａの樹脂流動
の下流側にウエルドライン１０が発生している。このウ
エルドラインの様子は、ボスの各寸法によって異なる
が、樹脂流動の上流側から樹脂が充填される射出成形で
は孔部においてウエルドが発生することは本質的に避け
られない。このウエルドがボス６ａの強度低下を招いて
いるが、そのウエルドの定量的把握および予測が困難な
ことが製品設計の大きな障害となっていた。

【０００４】図１０は流動途中の状態を樹脂の流動方向
に対して垂直方向から見た図であり、矢印は樹脂の流動
方向である。図に示すように、ボス６ａで上流と下流側
でボスキャビティに注入される樹脂の量に時間差が生じ
ることがウエルドを生成する要因である。また、上記ボ
ス部の強度低下を補うためには、当然ボス部の肉厚を厚
くすることが考えられるが、前記したように基板になる
部分の板厚の２／３を超える肉厚では図１１に示すよう
に製品外観にヒケ１１が顕現する。このためヒケと強度
の両方の性能を満足するボスの設計には、通常の射出成
形では自ずと限界があった。さらに強度向上のみを目的
としてボスの肉厚を厚くしても、ウエルドは強く現れる
ため、単純に強度が向上するものでもない。

【０００５】この問題を解決するため、発明者等はボス
を有する樹脂成形品を成形するため、ボス金型部３が基
板を形成するため、ボス金型部３が基板を形成するキャ
ビティ２に対して接離自在となるように金型内を摺動可
能に支持され、且つ弾性手段によりキャビティ２の方向
に付勢されている金型を開発した。この金型は、図８の
ように上記ボス金型を付勢する弾性手段がコイルばね９
であることを特徴としている。（特願平５−１７５７４
９号、特願平５−２７４４４５号等）。しかし、上記金
型を用いた成形法には以下の問題があった。すなわち、
樹脂原料の種類や成形条件を変更する度にばね強度など
を調整する必要があることである。また、ボス裏面のヒ
ケを小さくするためには、ばねを一定量以上縮める必要
があり、そのため射出成形工程中に比較的大きな保圧を
かけなければならないことも問題であった。さらに、こ
こで使用するばね強さが強すぎるとボス裏面の転写性が
他の部分に比べて良すぎるため、しぼ等の転写むらによ
る外観不良が生じ好ましくない。反面ばね強さが弱過ぎ
るとヒケに対する効果が薄いため、ヒケが発生し外観不
良となり好ましくない。

【０００６】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
で、ウエルドが発生せず、ヒケが小さく、ボス長さの精
度が高いと同時にボス裏面の転写むらが小さい射出成形
用金型ならびに成形制御装置および成形方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】上記目的を達成するために、請求項１の発
明に係る樹脂成形品成形用金型は、ボスを有する樹脂成
形品を成形するための金型であって、ボス形状部分を備
えたボス金型部を基板のキャビティに対して接離自在と
なるように金型内に摺動可能に設け、このボス金型部を
上記基板のキャビティ方向に付勢する液体圧シリンダー
装置又はリニアモータ装置からなる制御可能な押圧手段
を配設し、上記基板のボスに対応する表面位置および他
の表面位置に圧力センサーを備えたものである。

【０００８】さらに、請求項２の発明に係る樹脂成形品
成形用金型は、上記の成形用金型において、基板のボス
に対応する表面位置に備えたセンサーおよび基板の他の
表面位置に備えたセンサーが互いにゲートからほぼ等し
い距離にあるものである。

【０００９】さらに、請求項３の発明に係る成形制御装
置は、上記の成形用金型において、基板のボスに対応す
る表面位置に備えた圧力センサーおよび他の表面位置に
備えた圧力センサーから検出した樹脂圧力差を０に近付
けるように流体圧シリンダー装置又はリニアモータ装置
からなる押圧手段に通ずる流体の圧力又は電気の電圧、
電流をコントロールする制御装置を設けたことを特徴と
するものである。

【００１０】さらにまた、請求項４の発明に係る成形方
法は、請求項１記載の成形用金型に溶融樹脂を注入し、
その溶融樹脂圧によりボスキャビティ内にあるボス金型
部を徐々に所定位置まで後退させ、請求項３記載の成形
制御装置を用いて圧力センサーから検出した樹脂圧力差
を０に近付けるように、ボス金型部に対する押圧手段を
制御しつつ冷却を行うことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明における樹脂成形品成形用金型は、ボス
形状部分を備えたボス金型部を基板にキャビティに対し
て接離自在となるように金型内に摺動可能に設け、この
ボス金型部を上記基板のキャビティ方向に付勢する流体
圧シリンダー装置又はリニアモータ装置からなる制御可
能な押圧手段を配設し、上記基板のボスに対応する表面
位置および他の表面位置に圧力センサーを備えたため、
上記圧力センサーより検出した樹脂圧力差を０に近付け
るように流体圧又は電圧、電流を制御し、ボス金型部に
対する押圧力を調整することにより、ボス部内に注入さ
れた樹脂が冷却固化する際収縮しようとしてもボス側よ
り押圧力がはたらき、収縮によるボス裏側のへこみが生
じない。

【００１２】また、上記基板のボスに対応する表面位置
に備えた圧力センサーおよび基板の他の表面位置に備え
た圧力センサーをゲートから等距離に設定することによ
り、ヒケおよび転写斑に関する情報が正確にフィードバ
ックされる。

【００１３】さらにまた、本発明における成形方法は、
上記金型に溶融樹脂を注入し、その溶融樹脂圧によりボ
スキャビティ内にあるボス金型部を徐々に所定位置まで
後退させ、前記成形制御装置を用いて圧力センサーより
検出した樹脂圧力差を０に近付けるようにボス金型部に
対する押圧手段を制御しつつ冷却を行うことにより、ボ
スの裏側にヒケを生ずることがないばかりでなく、ウエ
ルドも発生しない。

【００１４】

【実施例】

実施例１図１は本発明の実施例の全体を示す説明図、図２は本発
明の成形用金型の実施例を示す断面図、図３は図２の全
型の作動状況を示す説明図である。図２において、１は
成形用金型で、固定型１ａおよび移動型１ｂより構成さ
れている。２は基板２ａのキャビティで図示されないゲ
ートに連通されている。３はボス金型部で、ボスに合致
するボス形状部分３ｂを備え、成形金型１内において基
板のキャビティ２に対して接離自在となるように摺動可
能に設けられている。このボス金型部の基板２ａとの反
対側にはフランジ３ａが設けられ、ボスキャビティ６に
接続して設けられたシリンダー部１５の端面１５ａと上
記フランジ３ａとが係合することによりボス金型部３の
端面が基板のキャビティ２のボス側の面とほぼ面一とな
るように構成されている。成形金型１の基板のキャビテ
ィ２とは反対面に、ボス金型部３が後退したときのスト
ッパー７が設けられ、このストッパー７の中央には製品
のボスに下孔を形成するためのピン４が、その端面がキ
ャビティ２のボス側の面とほぼ一致するように植設され
ている。なお、このピン４はボス金型部３の中心孔とは
摺接するものである。８はボス金型部３の端面に接合す
るピストンで、上記したボス金型部３が後退したときの
ストッパー７との当接はピストン８を介して行われる。
このピストン８は上記シリンダー部１５に嵌合し、スト
ッパー７と一体の盲栓１６の通孔１６ａより液体が流入
する。流体としての油１２により常時ボス金型部３を基
板のキャビティ２の方向へ付勢している。

【００１５】図１において、１７は射出成形機、１８は
ゲートである。１３ａは基板２ａのボス６ａに対応する
表面位置に設けられた圧力センサー、１３ｂは基板２ａ
の他の表面位置に設けられた例えばロードセル等の圧力
センサーであって、圧力センサー１３ａ，１３ｂは互い
にゲート１８からほぼ等しい距離に設定されている。１
４ａは押圧手段１４としての流体圧シリンダー装置で、
前記ピストン８、シリンダー部１５等より構成され、制
御装置１９としての油圧制御装置１９ａに配線２０を介
して接続されている。また上記圧力センサー１３ａ，１
３ｂは配線２０，２１を介して油圧制御装置１９ａに接
続されている。

【００１６】次に上記実施例の動作について説明する。
上記のように構成されたボスを有する樹脂成形品成形用
金型１に対し、射出成形機１７を用いてゲート１８を経
て溶融樹脂５を注入する。注入時の油圧は低く抑える。
キャビティ２に注入された溶融樹脂５はその注入圧力で
ボス金型部３を図７（ａ）〜（ｄ）に示すように徐々に
後退させ、図３（ａ）のようにボス金型部３のフランジ
３ａがピストン８を介してストッパ７に当接するまで油
圧による付勢力に抗して後退させボス６ａを形成する。
ボス形成後は溶融樹脂の注入は停止されて冷却固化され
る。これを成形用金型の固定型１ａ、可動型１ｂより離
型させれば、図３（ｂ）に示す如きボス６ａを有する樹
脂成形品が得られる。この樹脂成形品のボス６ａはボス
金型部３の徐々な後退により樹脂が進入して形成される
のでウエルドの発生はなく、また樹脂充填後から冷却固
化時はボス金型部３を介して増加する油圧により押圧さ
れるので、ヒケの発生も抑制される。このとき圧力セン
サー１３ａ，１３ｂから検出した樹脂圧力を等しく、す
なわち樹脂圧力差を０にするようにフィードバックを行
い油圧を制御することにより、ボス６ａ裏面にヒケが生
じないのは勿論シボ面等が他の部分よりも転写性が良過
ぎたり悪過ぎたりせず、均一な外観を有する成形品が得
られる。

【００１７】上記は油圧制御による実施例について説明
したが、流体圧としては、他の液圧、空気圧を利用する
ことも可能である。

【００１８】次に本発明の上記実施例に示された成形用
金型により成形された樹脂成形品と、通常の射出成形金
型により成形された樹脂成形品との特性を比較評価した
結果を説明する。試料の寸法は、基板の厚さを２．０ｍ
ｍ、ボスの肉厚を１．８ｍｍとし、ボス孔径を２．８ｍ
ｍ、ボス長さを１０ｍｍとした。成形材料としては、Ａ
ＢＳ樹脂３００１、ＡＢＳ／ＰＣアロイＦＣ−３０（以
下、ＦＣ−３０と略称）、ＡＢＳ／ＰＢＴ（ＧＦ２０
％）アロイＴＢ−９０４ＧＥ（以下、ＴＢ−９０４ＧＥ
と略称）（何れも三菱レイヨン（株）製、熱可塑性樹
脂）の３種類とし、射出成形機（東芝機械（株）製ＩＳ
−５０ＥＰ）で成形した。締付最大トルクの評価には、
ＪＩＳ１種３．５φ×１０ｍｍネジを使用しボス破壊時
の最大締め付けトルクを測定し、ｎ＝５の平均をとっ
た。ヒケ量は表面粗さ計（東京精密製（Ｓｕｒｆｃｏ
ｍ）を用いて測定し、ｎ＝５の平均をとった。また、ボ
ス長さはマイクロメータを用いて測定し、ｎ＝１０の平
均をとった。評価結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より、最大締付けトルク、ヒケ量、ボ
ス長さ精度のいずれも比較例よりも本発明の方が優れて
いることがわかる。

【００２１】実施例２なお、上記実施例では、押圧手段１４として流体圧シリ
ンダー装置１４ａを成形用金型に組み込み、これに通ず
る油をコントロールする油圧制御装置１９ａを用いたも
のを示したが、上記のような流体圧シリンダー１４ａに
代えてリニアモータ装置を成形用金型に組み込み、これ
に通ずる電気の電圧、電流をコントロールする制御装置
を設けてもよい。

【００２２】図４、図５および図６はこのようなリニア
モータ装置、電圧、電流制御装置を設けた図面を示し、
それぞれ図１、図２および図３に対応するものである。
図４、図５および図６において、図１、図２および図３
と同一部分又は対応する部分については同一符号を付し
その説明を省略する。図４において、１４ｂはリニアモ
ータ装置、１９ｂは制御装置１９としての電圧、電流制
御装置で両者は配線２０′で接続されている。一方、圧
力センサー１３ａ，１３ｂにより検出された圧力値は配
線２１を経て差圧として捉えられ、電圧、電流制御装置
１９ｂにフィードバックされる。図５および図６におい
て、８′はピン４上をスライド可能なコアで、図５のよ
うにリニアモータ装置１４ｂに電流を通ずることによ
り、推力が発生し、ボス金型部３のフランジ３ａがシリ
ンダー部１５の端面１５ａに当接するまで付勢すること
ができる。このときボス金型部３の端面が基板のキャビ
ティ２のボス側の面とほぼ面一となる。また図６のよう
に溶融樹脂５の注入圧により後退したボス金型部３のフ
ランジ３ａは上記コア８′を介して盲蓋１６のストッパ
７に当接する。

【００２３】次に上記実施例の動作について説明する。
ボスを有する樹脂成形品成形用金型１に対し、射出成形
機１７を用いてゲート１８を経て溶融樹脂５を注入す
る。注入時の電圧、電流は低く抑える。キャビティ２に
注入された溶融樹脂５はその注入圧力でボス金型部３を
徐々に後退させ、図６（ａ）のようにボス金型部３のフ
ランジ３ａがコア８′を介してストッパー７に当接する
まで、リニアモータ装置１４ｂの低い付勢力に抗して後
退させ、ボス６ａを形成する。ボス形成後は溶融樹脂の
注入は停止されて冷却固化される。これを成形用金型の
固定型１ａ、移動型１ｂより離型させれば図６（ｂ）に
示す如きボス６ａを有する樹脂成形品が得られる。この
樹脂成形品のボス６ａはボス金型部３の徐々な後退によ
り樹脂が進入して形成されるのでウエルドの発生はな
く、また樹脂充填後から冷却固化時はボス金型部３を介
して増加するリニアモータ装置１４のコア８´の推力に
より押圧されるので、ヒケの発生も抑制される。このと
き圧力センサー１３ａ，１３ｂから検出した樹脂圧力を
等しく、すなわち樹脂圧力差を０にするようにフィード
バックを行い、電流、電圧を制御することにより、ボス
６ａの表面にヒケが生じないのは勿論シボ面等が他の部
分よりも転写性が良過ぎたり悪過ぎたりせず、均一な外
観を有する成形品が得られる。

【００２４】本発明の上記実施例２に示された成形用金
型により成形された樹脂成形品と、通常の射出成形金型
により成形された樹脂成形品との特性を比較評価した結
果は前記実施例１において説明した結果と同様のもので
あった。

【００２５】

【発明の効果】本発明における樹脂成形品成形用金型
は、ボス形状部分を備えたボス金型部を基板のキャビテ
ィに対して接離自在となるように金型内に摺動可能に設
け、このボス金型部を上記基板のキャビティ方向に付勢
する流体圧シリンダー装置又はリニアモータ装置からな
る制御可能な押圧手段を配設し、上記基板のボスに対応
する表面位置および他の表面位置に圧力センサーを備え
たため、上記圧力センサーより検出した樹脂圧力差を０
に近付けるように流体圧又は電圧、電流を制御し、ボス
金型部に対する押圧力を調整することにより、ボス部内
に注入された樹脂が冷却固化する際収縮してもボスの裏
側にヒケが生ずるのを防止することができる。

【００２６】また、上記基板のボスに対応する表面位置
に備えた圧力センサーおよび基板の他の表面位置に備え
た圧力センサーをゲートから等距離に設定することによ
り、ヒケの発生状況や転写状況をより正確に把握出来る
ので、確実にヒケを防止し、転写斑を無くすことができ
る。

【００２７】さらにまた、本発明における成形方法は、
上記金型に溶融樹脂を注入し、その溶融樹脂圧によりボ
スキャビティ内にあるボス金型部を徐々に所定位置まで
後退させ、前記成形制御装置を用いて圧力センサーより
検出した樹脂圧力差を０に近ずけるようボス金型部に対
する押圧手段を制御しつつ冷却を行うことにより、ボス
を有する樹脂成形品のウエルドがなくなり、ボス裏面の
ヒケが発生せず、ボス長さの寸法精度を向上させること
ができる。さらに樹脂がボスキャビティ部分に充填され
た後に押圧手段によりボス裏面に圧力がかかり、ボス裏
側と他の部分の圧力差をフィードバックしながら押圧手
段を制御するため、成形品表面の転写斑を確実に抑制す
ることができる。また上記力により金型から成形品を剥
離させる力が働くため従来より長いボスの離型が容易と
なり、製品や金型を設計する上での自由度が大となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による全体を示す説明図。

【図２】本発明の実施例１の成形用金型を示す断面図。

【図３】図２の金型の作動状況を示す説明図。

【図４】本発明の実施例２による全体を示す説明図。

【図５】本発明の実施例２の成形用金型を示す断面図。

【図６】図５の金型の作動状況を示す説明図。

【図７】本発明の原理説明図。

【図８】コイルばねを使った射出成形用金型を示す断面
図。

【図９】ボスにおけるウエルドライン発生状況を示す説
明図。

【図１０】従来の成形用金型における溶融樹脂の流動途
中の状態を示す図。

【図１１】樹脂成形品のヒケを示す図。

【符号の説明】

１成形用金型１ａ固定型１ｂ移動型２基板のキャビティ２ａ基板３ボス金型部３ａフランジ３ｂボス形状部分４ピン５溶融樹脂６ボスキャビティ６ａボス７ストッパー８ピストン８′ コア９コイルばね１０ウエルドライン１１ヒケ１２油１３ａ圧力センサー１３ｂ圧力センサー１４押圧手段１４ａ流体圧シリンダー装置１４ｂリニアモータ装置１５シリンダー部１５ａ端面１６盲栓１６ａ通孔１７射出成形機１８ゲート１９制御装置１９ａ油圧制御装置１９ｂ電圧、電流制御装置２０配管２０′ 配線２１配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボスを有する樹脂成形品を成形するため
の金型であって、ボス形状部分を備えたボス金型部を基
板のキャビティに対して接離自在となるように金型内に
摺動可能に設け、このボス金型部を上記基板のキャビテ
ィ方向に付勢する流体圧シリンダー装置又はリニアモー
タ装置からなる制御可能な押圧手段を配設し、上記基板
のボスに対応する表面位置および他の表面位置に圧力セ
ンサーを備えたことを特徴とするボスを有する樹脂成形
品成形用金型。
【請求項２】請求項１記載の成形用金型において、基
板のボスに対応する表面位置に備えた圧力センサーおよ
び基板の他の表面位置に備えた圧力センサーが互いにゲ
ートからほぼ等しい距離にあることを特徴とするボスを
有する樹脂成形品成形用金型。
【請求項３】請求項１記載の成形用金型において、基
板のボスに対応する表面位置に備えた圧力センサーおよ
び他の表面位置に備えた圧力センサーから検出した樹脂
圧力差を０に近付けるように流体圧シリンダー装置又は
リニアモータ装置からなる押圧手段に通ずる流体の圧力
又は電気の電圧、電流をコントロールする制御装置を設
けたことを特徴とする成形制御装置。
【請求項４】請求項１記載の成形用金型に溶融樹脂を
注入し、その溶融樹脂圧によりボスキャビティ内にある
ボス金型部を徐々に所定位置まで後退させ、請求項３記
載の成形制御装置を用いて圧力センサーから検出した樹
脂圧力差を０に近付けるように、ボス金型部に対する押
圧手段を制御しつつ冷却を行うことを特徴とする成形方
法。