JP2004058538A - 成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】入れ子内の温調媒体流路とキャビティの各部位との間の距離がキャビティの全域で略同じである成形用金型を提供する。
【解決手段】キャビティ３内面の一部を成す成形面２１０を有し、該成形面２１０とその反対面２１１との間の厚みが各部位で略一様となるように形成された第１ブロック２１と、第１ブロック２１の反対面２１１に密着され得る形状に形成された追従面２２１を有する第２ブロック２２とを有し、第１ブロック２１の反対面２１１と第２ブロック２２の追従面２２１の少なくとも一方に温調媒体流路用の溝２３を形成した後に両面を密着させて接着した成形用金型。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２個以上の金型体（例：入れ子）を閉じる（型閉じする）ことによって構成されるキャビティ（成形空間）に、溶融ポリマーを入れて固化させることにより成形品を得る、成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形により樹脂成形品を得る技術では、良好な外観の成形品を短いサイクルタイムで得るために、金型の成形面を加熱した後に冷却する、繰り返し制御が行われている。即ち、溶融樹脂の射出に先立って成形面を加熱することで良好な転写性を得るとともに、転写後に速やかに冷却することで固化を促進して取り出しまでの時間を短縮している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
外観不良（ヒケ、ソリ、ウエルド等）の無い成形品を得るためには、金型成形面を目標温度まで加熱／冷却する時に、場所的な温度分布が生じないように一様に加熱／冷却することが必要である。
また、短いサイクルタイムで成形品を得るためには、金型成形面の加熱／冷却を、十分速やかに行うことが必要である。
【０００４】
しかし、従来の金型では、金型成形面の加熱／冷却を、場所的な温度分布が生じないように、且つ、十分速やかに行うことは、困難であった。
その理由を、図６を参照して説明する。
【０００５】
図６（ａ）は、従来の射出成形用金型の主要部の縦断面を示す。
図示の金型では、入れ子１０，２０により構成されるキャビティ３０内に溶融樹脂を射出した後に、温調媒体流路２０３に冷却水を流し冷却して、成形品を取り出す。温調媒体流路２０３とキャビティ３０の各部位の間の距離は、図示のように、最も短い部位ではＴ２、最も長い部位ではＴ１である。このように大きな差異があるため、冷却時の温度低下の速度が部位毎にばらつき、その結果、成形面を一様な温度に冷却することが困難となる。
【０００６】
上記では、冷却について説明したが、加熱時にも略同様の問題が生ずる。例えば、温調媒体流路２０３に加熱媒体を流して加熱を行うのであれば、上記と全く同じ問題が生ずる。また、入れ子の外側（型板等）に設けたヒータ等で加熱を行い、加熱の度合いを冷却との関係に於いて調整するのであれば、上記で冷却に関して述べた問題が、間接的ではあるが影響を及ぼすことになる。
【０００７】
上記の問題を解決するためには、温調媒体流路２０３をキャビティ３０に沿うように設けて、温調媒体流路２０３とキャビティ３０の各部位の間の距離が、キャビティ３０の全域で略一様となるようにすればよい。
しかし、従来の金型では、温調媒体流路２０３をキャビティ３０に沿うように設けることはできない。その理由は、温調媒体流路２０３を、入れ子２０にドリルで穿孔することにより形成していることにある。即ち、ドリルでは非直線状に穿孔することは不可能であるため、複雑な形状のキャビティに沿って穿孔することはできず、このため、温調媒体流路２０３をキャビティ３０に沿うように設けることはできないのである。
【０００８】
本発明は、温調媒体流路をキャビティに沿うように設けることにより、温調媒体流路とキャビティの各部位の間の距離をキャビティの全域で略同じくした成形用金型を提供することを目的とする。
また、本発明は、温調媒体流路とキャビティの各部位の間の熱的な距離（定義は後述）を、キャビティの全域で略同じくした成形用金型を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成を、下記［１］〜［４］に記す。
【００１０】
［１］第１の構成：
理解を容易にするために図１内の符号を用いて第１の構成を記述するが、第１の構成が図１の構成に限定されることを意味するものではない。
２以上の金型体（１／２）を閉じて構成されるキャビティ（３）に溶融ポリマーを入れて固化させることにより成形品を得る成形用金型であって、
前記金型体（１／２）の少なくとも１つは、
前記キャビティ（３）内面の一部を成す成形面（１１０／２１０）を有し、該成形面（１１０／２１０）とその反対面（１１１／２１１）との間の厚み（ｔ）が各部位で略一様となるように形成された第１ブロック（１１／２１）と、
前記第１ブロック（１１／２１）の反対面（１１１／２１１）に密着され得るように該反対面（１１１／２１１）に追従する形状に形成された追従面（１２１／２２１）を有する第２ブロック（１２／２２）と、
を有し、前記第１ブロック（１１／２１）の反対面（１１１／２１１）と前記第２ブロック（１２／２２）の追従面（１２１／２２１）の少なくとも一方に温調媒体流路用の溝（１３／２３）を形成した後に両面（反対面（１１１／２１１）と追従面（１２１／２２１））を密着させて接着して成る、
ことを特徴とする成形用金型。
【００１１】
キャビティを構成する金型体は、通常は２個（例：上型と下型，可動型と固定型）であるが、目的とする成形品形状によっては３個以上の場合もあり得る。金型体は、一般には入れ子であるが、入れ子に限定されない。可動盤側や固定盤側の型板に直に成形面が形成されている場合は、該型板が金型体に該当する。
【００１２】
ポリマーとしては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、天然ゴム、合成ゴム等を挙げることができる。即ち、加熱／冷却を一様且つ速やかに行うことが良好な成形品を得る上で意味のある材料であれば、本発明の金型を用いた成形の対象として挙げることができる。
上記の熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂（例えばポリスチレン、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等）、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリメチルメタクリレート、飽和ポリエステル樹脂（例えばポリ乳酸のようなヒドロキシカルボン酸縮合物、ポリブチレンサクシネートのようなジオールとジカルボン酸の縮合物等）、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の１種または２種以上の混合物を挙げることができる。
【００１３】
キャビティに溶融ポリマーを入れる手法は任意である。換言すれば、本発明の金型を用いる成形法は特に限定されない。各種の成形法に於いて本発明の金型を用いることができる。例えば、射出成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、押出成形法、真空成形法、等に用いることができる。
【００１４】
温調媒体としては、例えば、冷却水を挙げることができるが、冷却水に限定されない。冷却空気、冷却ガス、冷却オイル等でもよい。また、温調媒体が、加熱空気、加熱蒸気、過熱蒸気、熱水等の加熱媒体であってもよい。
【００１５】
［２］第２の構成：
理解を容易にするために図１及び図２内の符号を用いて第２の構成を記述するが、第２の構成が図１等の構成に限定されることを意味するものではない。
前記［１］に於いて、
前記温調媒体流路用の溝（２３）に沿ってシール剤用の溝（２４）を形成し、該シール剤用の溝（２４）に液状接着剤を充填した後に前記第１ブロック（２１）の反対面（２１１）と前記第２ブロック（２２）の追従面（２２１）を密着させることで前記の接着を行う、
ことを特徴とする成形用金型。
【００１６】
液状接着剤としては、例えば、液状ガスケット、二液性無溶剤型合成ゴム系弾性接着剤、シアノアクリレート系瞬間接着剤、一液型エポキシ系接着剤、二液型エポキシ系接着剤、ホットメルト型ＥＡＶケン化特殊樹脂系接着剤、ポリエステル系ホットメルト接着剤、二液型変性シリコーン系瞬間弾性接着剤、二液性変性アクリル系接着剤、一液性加熱硬化型ジルコニア・シリカ系無機接着剤、一液性加熱硬化型アルミナ系無機接着剤、一液性加熱硬化型シリカ系無機接着剤、無溶剤加熱硬化型エポキシ系接着剤、溶剤型エポキシ系接着剤、二液硬化型ウレタン系接着剤、一液硬化型ウレタン系接着剤、溶剤型ウレタン系接着剤、熱硬化型変性ナイロン系接着剤、無溶剤系一液湿気硬化型シリル基含有特殊ポリマー系接着剤、紫外線硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性加熱硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性湿気硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性嫌気硬化性アクリル系接着剤、紫外線硬化性プライマー硬化性アクリル系接着剤、シリコーンダンパー剤（一液硬化型シリコーンゲル，二液加熱硬化型シリコーンゲル，紫外線硬化型シリコーンゲル）、一液無溶剤型嫌気性封着剤、一液無溶剤型ＵＶ硬化付与嫌気性封着剤、一液合成ゴム系接着剤、等を挙げることができる。
前記液状ガスケットとしては、比重１．００〜２．５０で、例えば、主成分が変性アルキッド樹脂，繊維素エステル樹脂，合成ゴム，金属コロイドである一液性溶剤型、主成分が脂肪酸変性フェノール樹脂，変性エステル樹脂である一液性無溶剤型、主成分が水性アクリル系樹脂である一液性水性型、主成分がアクリル系樹脂である一液性嫌気性型、主成分がシリコーン系（脱アセトン），変性シリコーン系（脱アセトン），シリコーン系（脱オキシム）である一液性無溶剤型、等を挙げることができる。
【００１７】
［３］第３の構成：
理解を容易にするために図５内の符号を用いて第３の構成を記述するが、第３の構成が図５の構成に限定されることを意味するものではない。
２以上の金型体（５／６）を閉じて構成されるキャビティ（７）に溶融樹脂を入れて固化させることにより成形品を得る樹脂成形用金型であって、
前記金型体（５／６）の少なくとも１つ（６）は、
前記キャビティ（７）内面の一部を成す成形面（６１０）を有し、該成形面（６１０）とその反対面（６１１）との間の熱的厚み（ｔ０，ｔ１）が各部位で略一様となるように且つ該反対面（６１１）が平坦面を成すように形成された第１ブロック（６１（＝６１０１・６１０２））と、
前記第１ブロック（６１）の反対面（６１１）に密着され得るように該反対面（６１１）に追従する平坦面形状に形成された追従面（６２１）を有し、該追従面（６２１）から一定深さの部位に温調媒体流路（６３０）が形成された第２ブロック（６２）と、
を有し、前記第１ブロック（６１）の反対面（６１１）と前記第２ブロック（６２）の追従面（６２１）とを密着させて接合して成る、
ことを特徴とする成形用金型。
【００１８】
熱的厚みが各部位で略一様となるとは、厚み方向の熱伝導性が、成形面内（その反対面内）の各部位で略一様となることをいう。例えば、一方の面と他方の面の間の距離が部位毎に異なっていたとしても、一方の面から他方の面へ単位断面積当たり且つ単位時間当たりに伝導される熱量が各部位で略同等であれば、各部位の熱的厚みは略同等であると定義する。
【００１９】
［４］第４の構成：
理解を容易にするために図１及び図５内の符号を用いて第４の構成を記述するが、第４の構成が図１等の構成に限定されることを意味するものではない。
前記［１］〜［３］の何れかに於いて、
前記金型体（１／２／５／６）は入れ子である、
ことを特徴とする成形用金型。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を射出成形用の金型として具体化した各実施の形態（第１の実施の形態，第１の実施の形態の変形，第２の実施の形態）を、順に説明する。
【００２１】
（１）第１の実施の形態（図１〜図３）：
第１の実施の形態は、前記［１］の構成に対応する。
図１は第１の実施の形態の射出成形用金型の主要部（キャビティ３の付近）を模式的に示す縦断面図、図２は図１内の可動入れ子２の第２ブロック２２を上面視で示す図、図３は可動入れ子２の第１ブロック２１と第２ブロック２２の接着部付近（温調媒体流路用の溝２３及びシール剤用の溝２４）を模式的に示す断面図である。なお、図１では、ランナやゲート等は、本発明の要旨に直接的には影響しないため、図示を省略している。
【００２２】
図示のように、第１の実施の形態の金型は、固定盤側型板１００に支持された固定入れ子１と、可動盤側型板２００に支持された可動入れ子２とを有する。なお、Ｐは金型の分割面である。
固定盤側型板１００には、電気ヒータ（シーズヒータ）１００１が、固定入れ子１の外面を囲むように設けられている。同様に、可動盤側型板２００には、電気ヒータ（シーズヒータ）２００１が、可動入れ子２の外面を囲むように設けられている。
【００２３】
可動入れ子２は、キャビティ３の成形面の一部を形作る側の第１ブロック２１と、キャビティ３から離れた側の第２ブロック２２から成る。
【００２４】
第１ブロック２１は、キャビティ３の内面（成形面）の一部を構成する成形面２１０を有する。第１ブロック２１は、成形面２１０と、その反対側の面である反対面２１１との間の厚みｔが、成形面２１０上の各部位で略一様となるように形成されている。この厚みｔは、例えば、１〜３０ｍｍ程度である。
【００２５】
第２ブロック２２は、背後（図１で下側）を可動盤側型板２００により支持されている。第２ブロック２２の前面側（図１で上側）は、前記［１］の構成で記述した「追従面２２１」である。即ち、第１ブロック２１の反対面２１１に密着され得るように該反対面２１１に追従する形状に形成された面である。この追従面２２１の形状は、該追従面２２１を、第１ブロック２１の反対面２１１と合わせ放電加工することで実現されている。
【００２６】
第１ブロック２１の反対面２１１と第２ブロック２２の追従面２２１の少なくとも一方には、二つの面を密着させて接着する前に、温調媒体流路用の溝と液状接着剤用の溝（シール剤用の溝）とが切削形成される。図２に、第２ブロック２２の追従面２２１上に切削形成した、温調媒体流路用の溝２３と、該温調媒体流路用の溝２３の両側に沿って形成した液状接着剤用の溝（シール剤用の溝）２４を示す。図示のように、溝２３と溝２４は、押出ピン孔２５を避けるように複雑な曲線を描いて切削形成されている。露出した面上に溝を切削する加工であるため、このような複雑な曲線状の加工でも容易に行うことができる。また、押出ピン孔２５を避けるように切削加工できるため、押出ピン孔２５を最適な位置に配置できる。これらの溝２３と溝２４は、図３に示すように、第１ブロック２１の反対面２１１と第２ブロック２２の追従面２２１とを密着させて接着することにより管路として構成されるのであるが、このような複雑な曲線状の管路を加工することは、ドリルによる穿孔では到底不可能である。なお、押出ピン孔２０５を最適な位置に配置しようとすると、温調媒体流路２０３を直線状に加工することができない場合の例を、図６（ｂ）に示す。
【００２７】
第１ブロック２１の反対面２１１と、第２ブロック２２の追従面２２１との接着は、図示の例では、シール剤流出防止機能を持つ溝２４内に塗布・充填した液状ガスケットにより行っているが、液状ガスケットに代えて他の接着剤を用いてもよい。接着後、第１ブロック２１と第２ブロック２２から成る合体部材を単一の部材として角出しを行い、さらに、入れ子２を形成するための加工を行う。こうして、キャビティ３に沿うように温調媒体流路２３が形成された入れ子２を得る。即ち、温調媒体流路２３とキャビティ３の各部位の間の距離がキャビティ３の全域で略同じである入れ子２を得る。
なお、上記では、可動入れ子２に即して説明したが、固定入れ子１についても全く同様にして、温調媒体流路１３を形成することができる。
【００２８】
（２）第１の実施の形態の変形（図４）：
図４は第１の実施の形態を変形した射出成形用金型の主要部（キャビティ３の付近）を模式的に示す縦断面図である。図４では「ａ」を図１内の対応する部材の符号の後に付して、図１の金型の各部材との対応関係を示す。
【００２９】
図４の金型は、図１の金型と略同様である。図４の金型が図１の金型と異なる点は、可動入れ子２の第１ブロック２１ａの周辺部が図１の金型よりも大きく張り出すように延設されており、固定盤側型板２００に大面積で接触している点である。第２ブロック２２ａを鉄（プリハードン鋼）で構成し、第１ブロック２１ａを鉄より熱伝導率が大きな材料であるベリリウム銅で構成すると、電気ヒータ２００１の熱を速やかにキャビティ３の成形面２１０ａに伝えることができるため、冷却時のみならず、加熱時にも、良好な温調（場所的な遅速が無い速やかな加熱）を行うことができる。
【００３０】
（３）第２の実施の形態（図５）：
第２の実施の形態は、前記［３］の構成に対応する。
図５は第２の実施の形態の射出成形用金型の主要部（キャビティ７の付近）を模式的に示す縦断面図である。図５では、固定入れ子を符号「５」で示し、可動入れ子を符号「６」で示す。
【００３１】
図５の金型では、可動入れ子６は、第１ブロック６１と第２ブロック６２とを接合して構成されている。第１ブロック６１は、表面（図６で上側の表面）に成形面６１０を加工して成るプリハードン鋼製のプレート材６１０１と、プレート材６１０１の内部に焼結したベリリウム銅製の内部部材６１０２から成る。第２ブロック６２は、冷却水用の管路６３０をドリルで穿孔したベリリウム銅製の部材であり、前記内部部材６１０２内に埋め込み形成されている。なお、冷却水用管路６３０の曲がり部分（直角部分）は、２つの直線状の管路を交叉するように穿孔した後、不要部分を塞ぐことで構成したものである。
【００３２】
図５の金型では、冷却水用管路６３０とキャビティ７の成形面６１０との間の距離は、最も短い部分ではｔ０、最も長い部分ではｔ１であり、両者の差異は大きい。しかし、上記の距離が長い部分では、その大部分が、熱伝導率が大きいベリリウム銅で構成されているため、熱伝導に関しては、上記の距離が短い部分と大きな差異は無い。換言すれば、冷却水用管路６３０とキャビティ７の成形面６１０との間の距離が短い部分と長い部分とで、熱的な厚みは略同等である。このため、冷却水による冷却効果をキャビティ７の成形面６１０上の各部位で略同等とすることができ、良好な冷却（場所的な遅速が無い速やかな冷却）を行うことができる。また、ヒータ２００１による加熱に関しても、第１ブロック６１の周辺部が大きく張り出すように延設されており、固定盤側型板２００に大面積で接触しているため、電気ヒータ２００１の熱を速やかにキャビティ７の成形面６１０に伝えることができ、良好な加熱（場所的な遅速が無い速やかな加熱）を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
前記［１］の構成は、金型体（例：入れ子）の少なくとも１つが、キャビティ内面の一部を成す成形面を有し該成形面とその反対面との間の厚みが各部位で略一様となるように形成された第１ブロックと、第１ブロックの反対面に密着され得るように該反対面に追従する形状に形成された追従面を有する第２ブロックとを有し、第１ブロックの反対面と第２ブロックの追従面の少なくとも一方に温調媒体流路用の溝を形成した後に両面を密着させて接着して成る成形用金型であるため、温調媒体流路をキャビティに沿うように設けることができ、温調媒体流路とキャビティの各部位の間の距離をキャビティの全域で略同じくした成形用金型を提供することができる。
【００３４】
前記［３］の構成は、金型体（例：入れ子）の少なくとも１つが、キャビティ内面の一部を成す成形面を有し該成形面とその反対面との間の熱的厚みが各部位で略一様となるように且つ該反対面が平坦面を成すように形成された第１ブロックと、第１ブロックの反対面に密着され得るように該反対面に追従する平坦面形状に形成された追従面を有し該追従面から一定深さの部位に温調媒体流路が形成された第２ブロックとを有し、第１ブロックの反対面と前記第２ブロックの追従面とを密着させて接合して成る成形用金型であるため、温調媒体流路とキャビティの各部位の間の熱的な距離を、キャビティの全域で略同じくした成形用金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】前記［１］の構成に対応する第１の実施の形態の射出成形用金型の主要部を模式的に示す縦断面図。切断面位置を図２内にＡ−Ａ線で示す。
【図２】図１の金型の可動入れ子２の第２ブロック２２及び可動盤側型板２００を図１内上面視で示す説明図。
【図３】可動入れ子２の第１ブロック２１と第２ブロック２２の接着部分を模式的に示す断面図。（ａ）は温調媒体流路用の溝２３とシール剤用の溝２４を第１ブロック２１と第２ブロック２２の双方に形成した例、（ｂ）は第２ブロック２２のみに形成した例を示す。
【図４】前記［１］の構成に対応する第１の実施の形態の変形例の射出成形用金型の主要部を模式的に示す縦断面図。
【図５】前記［３］の構成に対応する第２の実施の形態の射出成形用金型の主要部を模式的に示す縦断面図。
【図６】従来の射出成形用金型の問題点を示す説明図。（ａ）は温調媒体流路２０３とキャビティ３０の位置関係に起因する問題点を示し、（ｂ）は温調媒体流路２０３と押出ピン孔との位置関係に起因する問題点を示す。
【符号の説明】
１　固定入れ子
２　可動入れ子
３　キャビティ
１１　固定入れ子１の第１ブロック
１２　固定入れ子１の第２ブロック
１３　固定入れ子１の温調媒体流路
２１　可動入れ子２の第１ブロック
２２　可動入れ子２の第２ブロック
２３　可動入れ子２の温調媒体流路
２４　可動入れ子２に形成されたシール剤用溝
２５　可動入れ子２に設けられた押出ピン孔
１００　固定盤側型板
１１０　固定入れ子１が持つ成形面
２００　可動盤側型板
２１０　可動入れ子２が持つ成形面
１００１　固定盤側型板１００に設けられた電気ヒータ
２００１　可動盤側型板２００に設けられた電気ヒータ

Claims (4)

1. ２以上の金型体を閉じて構成されるキャビティに溶融ポリマーを入れて固化させることにより成形品を得る成形用金型であって、
   前記金型体の少なくとも１つは、
   前記キャビティ内面の一部を成す成形面を有し、該成形面とその反対面との間の厚みが各部位で略一様となるように形成された第１ブロックと、
   前記第１ブロックの反対面に密着され得るように該反対面に追従する形状に形成された追従面を有する第２ブロックと、
   を有し、前記第１ブロックの反対面と前記第２ブロックの追従面の少なくとも一方に温調媒体流路用の溝を形成した後に両面を密着させて接着して成る、
   ことを特徴とする成形用金型。
2. 請求項１に於いて、
   前記温調媒体流路用の溝に沿ってシール剤用の溝を形成し、該シール剤用の溝に液状接着剤を充填した後に前記第１ブロックの反対面と前記第２ブロックの追従面を密着させることで前記の接着を行う、
   ことを特徴とする成形用金型。
3. ２以上の金型体を閉じて構成されるキャビティに溶融ポリマーを入れて固化させることにより成形品を得る成形用金型であって、
   前記金型体の少なくとも１つは、
   前記キャビティ内面の一部を成す成形面を有し、該成形面とその反対面との間の熱的厚みが各部位で略一様となるように且つ該反対面が平坦面を成すように形成された第１ブロックと、
   前記第１ブロックの反対面に密着され得るように該反対面に追従する平坦面形状に形成された追従面を有し、該追従面から一定深さの部位に温調媒体流路が形成された第２ブロックと、
   を有し、前記第１ブロックの反対面と前記第２ブロックの追従面とを密着させて接合して成る、
   ことを特徴とする成形用金型。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに於いて、
   前記金型体は入れ子である、
   ことを特徴とする成形用金型。

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