JPH08197546A - 成形用金型およびその成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型のキャビティ表面に対する加熱時間の短
縮を図ると共に、キャビティ表面が損われることなく品
位の高い成形品が効率良く生産可能な成形用金型とその
成形品の提供。 【構成】 分離可能な金型（１Ａ，１Ｂ）であって、金
型の開の状態でキャビティ表面（２Ａ，２Ｂ）を発熱体
（４）により加熱した上、発熱体を金型外に移動して金
型を閉の状態とする成形用金型において、キャビティ表
面（２Ａ，２Ｂ）に発熱体（４）から放射される熱線の
反射率を低下させる膜を成膜した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形用金型およびその
成形品に関し、詳しくは、プラスチック部品を成形する
ために成形材料に対し熱と圧力とが加えられる成形用金
型およびその成形品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金型を使用してプラスチック部品を成形
する場合、成形品の品位に大きな影響を及ぼす成形条件
の一つに金型温度が挙げられる。

【０００３】例えば、非常に厳しい外観品位が要求され
るカメラ外装部品の場合、成形上の不良であるウエルド
マークやツヤムラの発生を避けつつ、金型キャビティの
表面に創成された外観用しぼパターンを成形品に一様に
転写させることが要求されるが、それには金型温度を上
げることが非常に有効であることが一般的に知られてい
る。

【０００４】また、フレネルレンズや光ディスクなどの
ような成形品において、金型表面の微細なパターンを精
度良く転写させることがポイントとなる成形加工をする
には、一般的な成形条件よりも金型を高温にする必要が
あることが知られている。

【０００５】さらにまた、成形品に薄肉部がある場合、
あるいは、成形品の基本肉厚が小さい場合も、樹脂の流
動性を維持して良好な成形品を得るためには金型温度を
高くする必要のあることも知られている。

【０００６】ところで、成形品の品質を追求するために
金型温度を上げると、成形品取り出しまでの冷却時間が
長くなるため成形サイクルが長くなり、成形加工コスト
が高くなるという問題点がある。また、極端な場合で
は、金型温度を上げ過ぎたために、冷却時間を長くとっ
ても成形品が十分な強度を有する状態まで冷却しきれ
ず、金型からの離型時に変形してしまうというトラブル
の発生する虞があった。

【０００７】そこで、このような問題を解決するための
技術として、特開昭６１−１１４８２７号や特公平６−
２８９０１号に開示されているものが知られているが、
かかる技術を図５を参照して説明する。

【０００８】ここで、１Ａおよび１Ｂは２つに分離開閉
自在な金型であり、２は金型１Ａ，１Ｂ間に形成される
キャビティ、２Ａおよび２Ｂは金型１Ａおよび１Ｂ側の
キャビティ表面、３は加熱および冷却のために金型１
Ａ，１Ｂ内のキャビティ近傍に導設されている熱媒体
（水や油等）循環用の流路である。また、４は図示のよ
うに金型１Ａ，１Ｂが開の状態でキャビティ２内に挿入
される発熱体、５は発熱体４の保持具、６Ａおよび６Ｂ
は金型１Ａおよび１Ｂがそれぞれ取付けられている支持
板であり、一般には金型１Ａまたは１Ｂのいずれか一方
が紙面と平行する方向に移動されることにより金型１
Ａ，１Ｂを開または閉の状態とする。

【０００９】以下ではかかる従来の技術を「キャビティ
表面加熱法」と呼ぶこととするが、この表面加熱法では
まず、金型１Ａ，１Ｂは成形品の取り出しに適した温度
以下になるように常時温調されている。なおこの時の金
型温調は、金型１Ａ，１Ｂ内の流路３に熱媒体（水・油
など）を循環させることにより実施されるものである。

【００１０】次に、金型開の状態でキャビティ２内に発
熱体４を位置させてキャビティ表面２Ａ，２Ｂを急加熱
し、加熱終了後に前記発熱体４をキャビティ２内から引
出した後に型閉し、成形に最適な高温状態のキャビティ
２内に樹脂を充填する。なお冷却工程においては、金型
１Ａ，１Ｂが金型内流路３を循環する熱媒体で急冷され
るため、成形品冷却時間が短縮されると同時に、金型１
Ａ，１Ｂからの取り出しに適した温度まで成形品を冷却
することが可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た「キャビティ表面加熱法」では下記に述べるような点
が問題として残されていた。

【００１２】＜課題１＞加熱時間 前記、キャビティ表面加熱法によれば、金型１Ａ，１Ｂ
が開いている時間中に、成形品取り出し、発熱体４
をキャビティ２内に移動、発熱体４を発熱させてキャ
ビティ表面２Ａ，２Ｂを加熱、発熱体４をキャビティ
２外に移動、という４つの工程が要求される。しかして
このうち、工程は、上記成形法を実施するために
増えた工程であるため、キャビティ表面加熱法のいま１
つの目的である冷却時間の短縮による成形加工コストの
低減効果を充分に発揮するには、工程にかかる時
間を極力短くすることが重要となる。中でも特に、「
発熱体を発熱させてキャビティ表面を加熱する工程」に
要する時間が長いと、成形サイクルタイムを長くする最
大の原因となる場合が多いので、キャビティ表面２Ａ，
２Ｂの加熱効率を上げて加熱時間を短縮することが重要
な課題となっていた。

【００１３】この課題を解決する手段として、発熱体４
の出力を上げることが考えられるが、成形設備（発熱体
や電源）が高価になったり、電力消費量が多くなるた
め、結果的に成形加工費が高くつくという問題がある。

【００１４】＜課題２＞キャビティの部分加熱 さらに、キャビティ表面加熱法では、キャビティ表面２
Ａ，２Ｂでの熱吸収量が、発熱体４からキャビティ表面
２Ａ，２Ｂへの距離および熱線放射角度とキャビティ表
面２Ａ，２Ｂの状態とで決定される。そこで、キャビテ
ィ２の任意の部分のみを特に加熱したいような場合に
は、発熱体とキャビティ表面との間に反射板や断熱板を
配置してキャビティの一部分のみが加熱されるようにす
ればよいが、加熱装置のセッティングが大掛かりになっ
たり、細かな位置の設定が困難であるという問題があっ
た。

【００１５】本発明の目的は、従来の「キャビティ加熱
法」によるかかる問題の解決を図り、キャビティ表面に
対する加熱時間の短縮と共に、キャビティ表面が損われ
ることなく、品位の高い成形品が効率良く生産可能な成
形用金型とその成形品を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明による第１の形態の成形用金型は、分離可
能な金型であって、該金型の開の状態でキャビティ内に
導入した発熱体により前記金型のキャビティ表面を加熱
した上、前記発熱体を前記金型外に移動して前記金型を
成形のために閉の状態とする成形用金型において、前記
発熱体から放射される熱線の反射率を低下させる膜を前
記キャビティ表面に成膜したことを特徴とするものであ
る。

【００１７】また、本発明による第２の形態では、上記
の成形用金型において、前記キャビティ表面に成膜され
る前記膜は、特に強く加熱が要求される領域に限定され
ることを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】本発明の第１の形態によれば、キャビティ表面
に形成した熱線反射率低下膜によって発熱体から放射さ
れるエネルギのキャビティ表面における反射を低減させ
てエネルギ吸収率を向上させることができ、発熱体から
キャビティ表面への単位時間あたりの伝熱量を増加さ
せ、前記＜課題１＞で示した加熱時間の短縮を図ること
ができる。

【００１９】また、本発明の第２の形態によれば、前記
膜を形成する工程でキャビティ表面の特に加熱したい部
分のみを成膜するので、成膜された部分のみが他の部分
より吸熱効率が上がるため、従来方法より簡単に、キャ
ビティ表面の任意部分を他の部分よりも急速に加熱する
ことが可能となる。

【００２０】なお、キャビティ表面に前記膜を施したた
めに、キャビティの表面状態が変化して、外装部品の外
観面が所望のパターンから変化したり、部品機能上重要
な表面の微細パターンを崩してしまうようでは、膜を付
けることで金型を使い物にならなくするが、キャビティ
表面に前記膜を成膜した時、成膜の前後で成形品品質に
影響するほどキャビティの表面形状が変化することの無
いように、成膜前のキャビティ表面に対して成膜後のキ
ャビティ表面の表面粗さの変化を１ミクロン以下にする
ことで、成形品の外装面を高品位に保つことができる。

【００２１】

【実施例】以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例を
その実施方法や効果と共に具体的かつ詳細に説明する。
なお、本発明は図５に示した金型に適用が可能なもの
で、金型自体としては図５を参照して述べることとす
る。

【００２２】＜第１の実施例＞図１に、本発明を実施し
た外装部品としての成形品の形状を示す。この部品１０
は、カメラ外装部品の１つで、撮影用フィルムを出し入
れする際に開閉する「背蓋」と呼ばれる部品である。金
型のキャビティ駒材質には、ＪＩＳ規格でＳＫＤ６１の
ビッカース硬さＨｖ＝５３０程度に熱処理したものを使
用した。なお、背蓋１０の外観部分１０Ａに相当する金
型のキャビティ表面（図５参照）は、サンドブラスト処
理により、図２の（Ａ）に示すような表面粗さＲｍａｘ
＝４．０μｍ程度の梨地面に加工してある。この表面粗
さはランクテーラーホブソン社製タリサーフ６により測
定したものである。樹脂材料にはガラスフィラー８％入
りＰＣ（帝人化成製バンライトＧ３１０８）を用いて射
出成形を試みた。以下に、実施した成形検討の経緯を説
明する。

【００２３】［成形１：通常の一定型温成形］まず、本
発明による成形と比較するために金型製作完了後、金型
温調の設定を一定値に保ったままの一般的な従来の射出
成形方法での成形を試みた。

【００２４】表１の（１）にその成形条件を示す。ウエ
ルドマークやツヤムラを解消して外観品位的に満足な成
形品を得るためにはこの表１の（１）に示すように樹脂
充填時の金型温度を１３８℃とする必要があった。その
結果、冷却時間が４２秒となり、成形サイクルとしては
５８秒となった。しかも、成形品を離型する際の成形品
強度不足で成形品が離型抵抗に負けて変形してしまい、
形状精度が不良となってしまった。

【００２５】［成形２：キャビティ表面加熱法］次に、
成形サイクルタイムの短縮と離型不良による形状精度不
良の改善とをねらって、従来技術（キャビティ表面加熱
法）を用いた成形を試みた。

【００２６】発熱体として強い熱線の励起が可能な近赤
外線ヒータ（ハロゲンランプヒータ：トータル出力２０
ｋＷ、ピーク波長１．４ミクロン）を使用し、型開き状
態で加熱する時の金型キャビティ表面２Ａ，２Ｂとヒー
タ４との距離を４０ｍｍとなるようにセットした。外観
が良好となる成形条件は表１の（２）に示すようにな
り、冷却時間が２１秒に短縮されるとともに、成形品取
り出し時の金型温度が［成形１］の場合の１３５℃から
１２７℃に低下したため、形状精度不良は改善された。
しかし、ヒータ移動時間（６秒）と加熱時間（２２秒）
とがプラスされるため、成形サイクルは６５秒となり
［成形１］の５８秒よりも増えてしまった。

【００２７】［成形３：本発明を用いた実施例］そこ
で、加熱時間を短縮するため、本発明による成形の実施
を試みた。

【００２８】発熱体４から放射されるエネルギ波長域の
光線反射率を低下させる効果を有する膜をキャビティ表
面２Ａ，２Ｂに形成する方法としては、光学用途でレン
ズに施行されているようなＳｉＯ₂ やＴｉＯ₂ 等の反射
防止膜を真空蒸着で成膜する方法や、反射率が金型材質
よりも低い材料をＣＶＤ（化学気相堆積）やイオンプレ
ーティング（イオン化めっき）等で成膜する方法、さら
には拡散処理で金型表面層を改質して反射率を下げる方
法等が考えられる。どの方法を用いるかは、吸熱効率の
向上効果と成膜による表面状態の変化の程度、キャビテ
ィ２の形状と成膜性との関係、成形耐久性と密接に関係
する膜の密着性および光度等を十分に考慮して選択する
必要がある。

【００２９】本実施例では、膜の成形耐久性を重視し
て、拡散処理の一種であるガス軟窒化処理をキャビティ
表面に施した。

【００３０】なお、ガス軟窒化処理によるキャビティ表
面２Ａ，２Ｂにおける反射率の変化を確認するために、
キャビティ駒の平面部（研削加工面）の光線反射率を波
長０．４〜２μｍの範囲で分光光度計にて測定した。使
用した分光光度計は日立製作所Ｕ−４０００である。入
射光角度０°（全反射）での波長と反射率の関係を図３
に示す。図３から、表面処理の効果として近赤外線域
（波長０．８〜２μｍ）で反射率が大幅に低下している
ことが確認された。

【００３１】また、成膜後のキャビティ表面粗さＲは、
図２の（Ｂ）に示すようにＲｍａｘ＝３．６μｍ程度で
あり、成膜前と比較すると０．４μｍ程度の変化がある
が、表面形状のデータを見る限り、大きな変化は認めら
れなかった。

【００３２】成膜後にキャビティ駒を金型に組み込み、
前記［成形２］と同じ金型加熱装置（図５参照）を使用
して成形した。成膜の効果が金型１Ａ，１Ｂの昇温効率
が向上した結果、表１の（３）に示すように加熱時間が
１０秒に短縮され、成形サイクルが５３秒となった。

【００３３】なお、成形品の外観品位を工業デザイナー
が目視で評価した結果、［成形３］の外観は［成形１］
・［成形２］とほとんど差が無く、ガス軟窒化処理をキ
ャビティ表面２Ａ，２Ｂに施しても、外観品には問題な
いということが分った。

【００３４】以上説明したように、本発明により、従来
成形技術に比べて、成形サイクルを短縮することがで
き、これにより成形加工コストの低減が可能となった。

【００３５】

【表１】

【００３６】＜第２の実施例＞図４に、本発明を実施し
た薄肉構造を有する成形品形状の一部を示す。この部品
２０は、複写機の機構部品であり、基準肉厚部２１（肉
厚１．８ｍｍ）の中の一部が薄肉部２２（肉厚０．３ｍ
ｍ）となっている。成形用の樹脂には機械的強度に優
れ、また耐熱性のあるポリカーボネイト（帝人化成製パ
ンライトＬ１２２５）を使用した。以下に、本発明によ
る成形がいかに好適あるかの点について説明する。

【００３７】［成形１：通常の一定型温成形］本発明に
よる成形と比較するために金型製作完了後、一定温度で
金型温調する通常の射出成形を試みた。表２の（１）に
その成形条件を示す。このような成形によれば、図４に
示す基準肉厚部２１に樹脂が充填された後、薄肉部２２
に樹脂が流れるため、薄肉部２２はかろうじて充填され
た状態で薄肉部２２の中央部分に深いウエルドマークが
発生し、部品機能を満たすものが成形できなかった。ウ
エルドマークの発生防止には金型温度を上げれば良い
が、表２の（１）の条件より金型温度を上げると金型の
注入口に形成されるスプルーが金型固定側から離型でき
なくなり、連続成形が不能となってしまった。

【００３８】［成形２：キャビティ表面加熱法］ウエル
ドマーク発生防止のために従来技術（キャビティ表面加
熱法）による成形を試みた。発熱体４に近赤外線ヒータ
（ハロゲンランプヒータ：トータル出力１４ｋＷ、ピー
ク波長１．４μｍ）を使用し、型開き状態で加熱する時
の金型キャビティ表面２Ａ，２Ｂとヒータ４との距離が
３０ｍｍとなるようにセットした。その結果、上述の成
形１で薄肉部２２に発生していたウエルドマークが消滅
した。なお部品機能上ＯＫとなる成形条件は、表２の
（２）である。すなわち、それにはキャビティ加熱時間
が２８秒、冷却時間が４３秒必要であるため、成形サイ
クルとしては９０秒となりサイクル時間の延長により大
幅にコスト高になった。

【００３９】［成形３：本発明を用いた実施例］そこ
で、成形サイクルの短縮を図るべく、金型キャビティ表
面２Ａ，２Ｂのうち成形品の薄肉部２２に対応する部分
のみに、前記第１の実施例と同様にガス軟窒化処理を施
した。なお、本実施例の金型３は、薄肉部２２と基準肉
厚部２１とが別駒構造となっているため、薄肉部２２を
構成する駒の表面だけに処理を施した。薄肉部２２に対
応する部分のみに成膜したのは、本実施例の場合、薄肉
部２２のみの加熱が必要であり、基準肉厚部２１はむし
ろ加熱しない方が冷却時間上有利と判断されたからであ
る。

【００４０】かくして成膜したキャビティ駒を金型に組
み込み、［成形２］と同じ加熱装置を使用して成形した
ところ、表２の（３）に示すようにキャビティ加熱時間
が１３秒短縮されて１５秒に、また、冷却時間が１６秒
短縮されて２７秒になり、成形サイクルが６１秒となっ
た。成形サイクル６１秒であれば、従来技術［成形２］
のサイクルタイム９０秒の約３分の２であり、成形加工
コストを従来技術（キャビティ表面加熱法）に比べ大幅
に低減することが可能となった。

【００４１】

【表２】

【００４２】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能
である。

【００４３】例えば、上記実施例では、樹脂材料として
ポリカーボネートＰＣ（帝人化成製パンライトＧ３１０
８、パンライトＬ１２２５）を使用したが、これに代え
てアルキベンゼンスルホン酸ＡＢＳ、ポリプロピレンＰ
Ｐ、ポリフェニレンオキサイドＰＰＯ、ポリエチレンＰ
Ｅ、ポリスチレンＰＳ等の樹脂材料やそれらのポリマ混
合体、あるいはこれらにガラス繊維や金属等の強化材を
混入したものを使用してもよい。

【００４４】また、射出成形により部品を成形する場合
について説明したが、圧縮成形、真空成形、ブロー成形
等型材が分離可能な成形法である限り、どのような成形
法であっても良い。

【００４５】また、上記実施例では発熱体４として近赤
外線ヒータ（ハロゲンランプヒータ）を使用する場合に
ついて説明したが、その他、中赤外線ヒータ、遠赤外線
ヒータ（セラミックヒータ等）を使用することも可能で
ある。

【００４６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明成形用
金型によれば、金型の開の状態でキャビティ内に導入し
た発熱体により前記金型のキャビティ表面を加熱した
上、前記発熱体を前記金型外に移動して前記金型を成形
のために閉の状態とする成形用金型において、前記発熱
体から放射される熱線の反射率を低下させる膜を前記キ
ャビティ表面に成膜したので、良好な成形品の成型に不
可欠な高温成形用金型が得られ、その使用により従来技
術に比べて短いサイクルタイムで、不良品を発生するこ
となく高い歩留りを保って加工コストの低減に貢献でき
る。

【００４７】また、その成膜前のキャビティ表面に対し
て成膜後のキャビティ表面の表面粗さの変化を１μｍに
保つことで、成形品の品質上問題となるようなことがな
い。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る成形品の形状を示
す説明図である。

【図２】本発明にかかる膜形成により金型キャビティ表
面の状態の変化を示す説明図である。

【図３】金型表面の熱線反射率の変化を成膜前と成膜後
とで比較して示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例に係る成形品の形状を示
す説明図である。

【図５】金型加熱にかかわる装置の説明図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 金型 ２ キャビティ ２Ａ，２Ｂ キャビティ表面 ３ 流路 ４ 発熱体 １０，２０ 部品（成形品） ２１ 基準厚肉部 ２２ 薄肉部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分離可能な金型であって、該金型の開の
   状態でキャビティ内に導入した発熱体により前記金型の
   キャビティ表面を加熱した上、前記発熱体を前記金型外
   に移動して前記金型を成形のために閉の状態とする成形
   用金型において、 前記発熱体から放射される熱線の反射率を低下させる膜
   を前記キャビティ表面に成膜したことを特徴とする成形
   用金型。
2. 【請求項２】 前記キャビティ表面に成膜される前記膜
   は、特に強く加熱が要求される領域に限定されることを
   特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
3. 【請求項３】 前記キャビティ表面に成膜したときの表
   面粗さを成膜前の表面粗さに比して変化量が１μｍ以下
   に保たれるようにしたことを特徴とする請求項１または
   ２に記載の成形用金型。
4. 【請求項４】 熱線の反射率を低下させる膜が成膜され
   た金型のキャビティ表面を発熱体により加熱した上、前
   記キャビティに成形材料を注入し、冷却後前記金型から
   取出される成形法によることを特徴とする成形品。