JPWO2007034815A1 - 金型、金型温度調整方法、金型温度調整装置、射出成形方法、射出成形機、及び熱可塑性樹脂シート - Google Patents
金型、金型温度調整方法、金型温度調整装置、射出成形方法、射出成形機、及び熱可塑性樹脂シート Download PDFInfo
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Abstract
Description
請求項2に係る発明は、金型に上記第2の手段を採用しているので、入れ子の材質は普遍的なステンレスで、断熱材も普遍的な耐熱複合材であり、入手容易で高価でない。
請求項5に係る発明は、上記第5の手段の熱可塑性樹脂シートであるが、上記第3の手段の装置を使用し、上記第4の手段の射出成形方法を用いているので、転写精度が高い成形品が生産性良く得られる。(実施例#1、実施例#2参照)
請求項6に係る発明は、上記第6の手段の金型温度調整方法において、射出成形機の画像表示手段に、成形工程に並行してそれぞれの温度条件を表示するもので、各工程における入れ子の温度の設定と監視をすることが容易である。
請求項9に係る発明は、上記第9の手段の金型であり、上記第1、第2又は第8の手段の金型において、熱媒体通路の閉止端部までの深さを熱媒体の流れが停滞することない深さにすることにより、熱媒体からの熱伝導の不均一を避け、入れ子の温度むらを無くす効果がある。
特に、ゲートブッシュピン径を低減できるとともに組み付けの向きを任意にできる効果がある。
特に、熱媒体迂回路の断面積を広くとれるので迂回の抵抗を減らし、入れ子の温度均一性を向上するとともに組み付けの向きを任意にできる効果がある。
特に、熱媒体迂回路の断面積を広くとれるので迂回の抵抗を減らし、入れ子の温度均一性を向上する、また、熱媒体迂回路の加工が容易になるとともに組み付けの向きを任意にできる効果がある。
特に、熱媒体迂回路の断面積を広くとれるので迂回の抵抗を減らし、入れ子の温度均一性を向上する。また、迂回路の加工が容易になるとともに組み付けの向きを任意にできる効果がある。
特に、ゲートブッシュピンにおけるマニホールドとなる溝の空間を広く取れるので流量分布改善の効果がある。
4 固定側金型の母型
5 可動側金型の母型
14 ホットランナー
14a バルブゲート付ダイレクトゲート
10 射出ユニット
20 射出成形機制御装置
23 低温水タンク
24 中温水タンク
25 回収タンク
26、29 低温水ポンプ
28 中温水ポンプ
30 金型温度調整装置
38、39 断熱板
42 押さえ部材(固定側)
43 押さえ部材 (可動側)
45 金型温度制御部
46 画像表示手段
47 熱媒体温度設定手段
48 入れ子
48a 熱媒体通路
49 マニホールド
50 成形品
52、53、54、55、56、57 開閉弁
58 入れ子
58a 熱媒体通路
63 低温水温度センサ
64 中温水温度センサ
65、66 温度センサ
68 ゲートブッシュピン
101、102、103、104、105、106 熱媒体迂回路
168、268、368、468、568、668 ゲートブッシュピン
168a 溝
248 入れ子孔
248a 溝
348 入れ子孔
348a 溝
368a 溝
448 入れ子孔
448a 段差
468a 段差
505 横断熱媒体通路
548 入れ子孔
648 入れ子孔
668a 溝
668b 熱媒体通路
以下に示す各実施形態の改良されたゲートブッシュピンによれば、共通の効果として、成形品にスプルー等が残らず、樹脂の歩留まりが向上するとともに後加工工程を省略できる利点があることに加えて、熱媒体通路48aの迂回路を設けて、入れ子の熱媒体通路48aに及ぶ影響、すなわちゲートブッシュピンによる熱媒体通路48aの管路抵抗の増大を低減することにより熱媒体通路48aの流量の偏差を低減し、入れ子48の温度均一性を維持する効果がある。
すなわち、入れ子48には、温調のための熱媒体通路48aが狭いピッチで略並行に設けられており、ゲートブッシュピン368が入れ子48を貫く形で設置されている。ゲートブッシュピン368の側面と入れ子48のゲートブッシュピンの嵌合する入れ子孔348の内側面とには、入れ子48の熱媒体通路48aとゲートブッシュピン368が干渉する位置付近に、ゲートブッシュピン368の中心軸Xに同心円状にゲートブッシュピン368の側面には溝368aが、入れ子48のゲートブッシュピン368の嵌合する入れ子孔348の内側面には溝348aが設けられており、ゲートブッシュピン368が入れ子48に設置された際に溝368aと溝348aは熱媒体迂回路103を形成する。
本実施形態のゲートブッシュピン668においては、ゲートブッシュピン668の上流の熱媒体通路48aから流れてきた熱媒体は、ゲートブッシュピン668と干渉する位置で、熱媒通路48aの方向で互いに向き合い熱媒体通路48aと略直交する方向の溝668aと、その溝648aに略直交してゲートブッシュピン668を貫通し上記向き合う位置の溝668aを連通する熱媒体連通路668bからなる熱媒体迂回路106に流入し、ゲートブッシュピン668を迂回する。熱媒体迂回路106の下流ではゲートブッシュピン668の下流に位置する熱媒体通路48aにつながっており、熱媒体はそれらに分配されて流出する。したがって、ゲートブッシュピンによる熱媒体の流量の偏りを軽減でき、入れ子の温度分布の均一性を保てる。 また、上記の共通の効果に加え、ゲートブッシュピンにおけるマニホールドとなる溝の空間を広く取れるので流量分布改善の効果がある。
(実施例#1)
図1及び図3に示す入れ子を備えた射出成形用金型を用いて、成形品の成形を行った。成形品形状は264mm×350mm(対角寸法17.26インチ)、厚さ2mmの平板状の拡散板である。
金型の入れ子には金型用ステンレス鋼として、日立金属(株)製の耐食・鏡面仕上用ステンレス鋼HPM38(熱伝導率:25.1W/(m・K))を使用した。
また、入れ子と母型間には厚さ3mmの断熱板(熱伝導率0.21W/(m・k))を使用した。
樹脂原料としてCOP(シクロオレフィンポリマー、日本ゼオン(株)、ゼオノア1060R、ガラス転移点温度100℃)を用いて拡散板の成形を実施した。
[転写率,%]=[成形品のパターン高さ]/[金型のパターン高さ]×100
上記の条件で成形を行い、入れ子材質と射出時の入れ子温度を各種変化させた際の結果を表1に示す。
また、入れ子温度を105℃として射出を行ったところ、樹脂充填後の入れ子温度は最高111℃に上昇し、転写率も90%以上と良好であったが、パターンが成形品表面状を滑ってずれている様子(スリップ)が確認された。(比較例2)
これは、射出後の金型温度が高くスキン層の形成が不十分な為、順次流れてくる樹脂の剪断力の影響を受けて、一度形成したパターンがスリップしたものと考えられる。
本実施例は入れ子温度を95℃として熱伝導率が異なった入れ子材質を使用したテストである。金型入れ子材質をHPM38のほか、大同特殊鋼(株)製のプラスチック金型用鋼である析出硬化系のNAK80(熱伝導率:39.3W/(m・K))、(株)神戸製鋼所製のプラスチック金型用鋼炭素鋼であるS50C(熱伝導率:50.5W/(m・K))を用いた際の本発明の効果を説明する。
(実施例#3)
本実施例は、入れ子表面から熱媒体通路の中心までの距離c、隣接する熱媒体通路間の距離(ピッチ)pおよび金型入れ子の厚さtに関する本発明の効果を説明する。表3には入れ子の初期温度を80℃、中温媒体温度を110℃とした場合の非定常熱伝導解析の結果を示した。
次に冷却開始タイミングに関する本発明の効果の説明を表4に基づいて説明する。
Claims (16)
- 固定側金型、可動側金型とも、母型内に取付けられ開放側にキャビティ面を形成し、キャビティ面から一定距離位置に複数の熱媒体通路が穿孔してあり、熱伝導率が20〜40W/(m・K)の金属からなる厚さ15〜30mmの矩形板状の入れ子と、母型と入れ子の間に挟設した熱伝導率が5W/(m・K)以下の断熱板と、入れ子の反キャビティ面の両端に入れ子の熱媒体通路に通じるように取付けられた一対の熱媒体マニホールドと、入れ子の4縁端を押さえて母型に固定する複数の押さえ部材とにより構成されたことを特徴とする金型。
- 請求項1に記載する金型において、前記入れ子の材質がステンレス鋼で、前記断熱板がガラス繊維補強の耐熱性樹脂又はセラミックスであることを特徴とする金型。
- 請求項1の金型と、熱媒体を成形品樹脂のガラス転移点温度近くの設定温度に調整する中温度調整手段と、熱媒体を設定低温に調整する低温度調整手段とを備え、上記中温度調整手段で温度調整された熱媒体と上記低温度調整手段で温度調整された熱媒体とを選択的に切換えて入れ子の熱媒体通路に供給することにより入れ子の温度制御を行うようにした金型温度調整装置において、固定側金型及び可動側金型のそれぞれの入れ子温度を検出する複数の入れ子温度検出手段と、中温熱媒体温度、低温熱媒体温度、溶融樹脂の充填を開始する入れ子温度、低温熱媒体の供給を停止し同媒体の封止を開始する入れ子温度、充填樹脂の冷却を完了し型開を開始する入れ子温度をそれぞれ設定する入れ子温度設定手段と、入れ子温度が各設定温度になるように制御する入れ子温度制御手段と、保圧限度時間を設定するタイマーと、保圧開始後熱媒体出口を開き低温熱媒体を入れ子へ供給するまでの時間を設定するタイマーと、入れ子への低温熱媒体封止から封止解除、中温熱媒体供給までの時間を設定するタイマーと、上記の各設定値を成形工程に対する入れ子温度曲線に画面表示し、画面を切換えて実成形工程における入れ子の温度の実測値を設定値と併記、又は、単独で表示することができるような表示手段を備えたことを特徴とする金型温度調整装置。
- 請求項3に記載する金型温度調整装置を用い、溶融樹脂充填前に金型の入れ子を加熱し、樹脂充填後、前記入れ子を冷却する射出成形方法において、樹脂のガラス転移点温度をTgとしたとき、入れ子にTgとほぼ同一温度の中温熱媒体を供給し、充填工程を開始する入れ子温度THをTg−5℃〜Tg−10℃とし、入れ子温度がTHに到達した時点で中温熱媒体の供給を停止し、熱媒体出口を閉じ、入れ子内に中温熱媒体を封入したままの状態で成形機の射出を開始して溶融樹脂を充填し、溶融樹脂の熱量により温度TS=Tg〜Tg+10℃まで昇温した入れ子の温度を維持し、保圧開始時から設定された時間後、熱媒体出口を開き、低温熱媒体を入れ子へ供給しながら入れ子内の熱媒体通路に貯溜している中温熱媒体を排出し、低温熱媒体の供給を続行して入れ子の冷却工程を進め、保圧限度時間後、又は、金型温度がTg以下になったとき樹脂の保圧を解除し、入れ子温度TM=Tg−5℃〜Tg−15℃に到達後、低温熱媒体の入れ子への供給を停止すると同時に熱媒体出口を閉じることにより入れ子内に低温熱媒体を封入し、徐冷を行い、入れ子温度が成形品の熱変形温度TL以下になったとき、型開して成形品を取出し後、中温熱媒体に切換え、熱媒体出口を開いて入れ子から低温熱媒体を排出し、充填工程を開始する入れ子温度THに向かって昇温することを特徴とする射出成形方法。
- 請求項1の金型を用い、請求項4に記載する射出成形方法で製造された、金型キャビティ面上のプリズムの平均高さに対する成形品の面上のプリズムの平均高さが90%以上転写されていることを特徴とする熱可塑性樹脂シート。
- 請求項3に記載する金型温度調整装置を用い、請求項4に記載する射出成形方法による成形工程の実測金型入れ子温度を射出工程1サイクル毎に射出成形機の表示手段の画面に表示し、射出成形機による樹脂の成形条件が最適となり、成形サイクルの時間が最短となるように、中温熱媒体温度(THW)、低温熱媒体温度(TLW)、充填開始金型入れ子温度(TH)、及び、低温熱媒体の供給停止温度(TM)、型開開始の入れ子温度(TL)の設定値を調整し、射出工程時の金型入れ子温度を監視するようにしたことを特徴とする金型温度調整方法。
- 請求項3に記載する金型温度調整装置を有する射出成形機に備えられた射出充填工程条件の設定画面と、上記の金型温度調整装置の表示手段の画面が、同じ画面上で切換え表示可能であることを特徴とする射出成形機。
- キャビティ表面から熱媒体通路の中心までの距離cが、入れ子厚さtに対してc/t≧0.58、熱媒体通路の間隔ピッチpに対してp/c≦1.1となることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する金型。
- 熱媒体通路とマニホールドとが通じる位置において、熱媒体通路の内径をdとしたとき、熱媒体通路の閉止端部までの深さfはマニホールドとの連通孔縁より3d以下であることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項8に記載する金型。
- 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピン側面に溝を設けて熱媒体通路に狭窄部が生じないようにしたことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。
- 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピン側面に中心軸に対して同心円状の溝を設けてゲートブッシュピンを迂回する熱媒体迂回路を形成するようにしたことを特徴とする
請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。 - 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピンが嵌合する入れ子を貫通する入れ子孔の内側面に中心軸に対して同心円状の溝を設けてゲートブッシュピンを迂回する熱媒体迂回路を形成するようにしたことを特徴とする
請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。 - 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピン側面に中心軸に対して同心円状の溝を設けるとともに、該ゲートブッシュピンが嵌合する入れ子を貫通する入れ子孔の内側面にも中心軸に対して同心円状の溝を設けて、該ゲートブッシュピンと該入れ子孔を嵌合したときに両者の溝がゲートブッシュピンを迂回する熱媒体迂回路を形成するようにしたことを特徴とする
請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。 - 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピン側面を大径と小径の異なる外径で段差を形成し、該ゲートブッシュピンが嵌合する入れ子を貫通する入れ子孔の内側面にも対応する大径と小径の異なる内径で段差を形成し、該ゲートブッシュピンと該入れ子孔を嵌合したときに両者の段差の位置の差によって周回する空間が形成され、該空間がゲートブッシュピンを迂回する熱媒体迂回路を形成するようにしたことを特徴とする
請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。 - 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に配置されたゲートブッシュピンの上流側近傍および下流側近傍の入れ子を貫通する熱媒体通路には、該熱媒体通路を横断連通する横断熱媒体通路が設けられたことを特徴とする
請求項11、請求項12、請求項13又は請求項14に記載する金型。 - 入れ子の熱媒体通路と溶融樹脂用ゲートブッシュピンが干渉する位置に当たるゲートブッシュピン側面に中心軸に対して上記熱媒体通路の方向で互いに向き合う位置に上記熱媒体通路と略直交する方向の溝を設けるとともに、該溝に略直交してゲートブッシュピンを貫通し上記向き合う位置の溝を連通する熱媒体連通路を設けてゲートブッシュピンを迂回する熱媒体迂回路を形成するようにしたことを特徴とする
請求項1、請求項2、請求項8又は請求項9に記載する金型。
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