JP2005297386A - 金型装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエルドマークや転写不良を防いで良好な外観の成形品を製造するとともに、バリの発生を防ぐ。
【解決手段】 固定側金型１と可動側金型２に加熱冷却管６と冷却管１１が形成されている。加熱冷却管６には加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８が弁９を介して接続され、冷却管１１には冷却媒体供給源８が接続されている。冷却管１１はパーティング面１２におけるキャビティ３の外周に沿ってその近傍に設けられている。溶融状態の樹脂を射出機構１０からゲート４を介してキャビティ３内に射出する際に、制御装置５が加熱媒体を加熱冷却管６に供給させてキャビティ３全体を高温に保ち、樹脂の粘度を低くして円滑に流動させる。一方、制御装置５は冷却媒体を冷却管１１に供給させて、樹脂を局部的に冷却して粘度を高くし、両金型１，２のパーティング面１２間に浸入するのを防ぐ。
【選択図】 図１

Description

本発明は金型装置および成形方法に関する。特に、可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面を交互に加熱および冷却しながら成形するヒートサイクル成形法に適した合成樹脂成形用の金型装置および成形方法に関するものである。

熱可塑性樹脂の射出成形において、溶融樹脂を金型のキャビティ内に充填する際に金型温度を高くしておくと、溶融樹脂の粘度の上昇が小さいためキャビティ表面の転写が良好で外観が良好な成形品が得られると同時に、ウエルドラインが目立たない。そこで、溶融樹脂をキャビティに充填する間、可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面を加熱する成形方法が行われている。キャビティ表面を加熱する方法としては、可動側金型と固定側金型の少なくとも一方に管状の流路を形成し、この流路内に加熱媒体を供給する方法が採用されている。また、キャビティ内への溶融樹脂の充填後には、短時間で溶融樹脂を冷却して固化させるために金型を速やかに冷却することが望まれる。そのため、本出願人は、先に特許文献１により、金型の加熱と冷却を交互に行ういわゆるヒートサイクル成形法が適用される合成樹脂成形用金型装置を提案している。この合成樹脂成形用金型は、母型と、その内部に組み込まれている入れ子とからなり、この入れ子にキャビティ表面が形成され、キャビティ表面の近傍には、加熱媒体と冷却媒体とが交互に繰り返して流入される流路（水管または空隙）が設けられている。

一方、一般の射出成形用の金型装置において、バリの発生を抑制するための様々な発明が開示されている。特許文献２〜７には、金型の接合面（パーティング面）全体が均一な圧力になるようにして、部分的に圧力の低いところから樹脂がキャビティからパーティング面間に浸入してバリが発生するのを防ぐ方法が開示されている。例えば、キャビティ面の平面性を向上させる方法や、金型の強度を向上させて型締め力を高める方法や、両金型が平行状態で密着するように金型を構成する金属、特にキャビティ周囲のパーティング面を構成する金属の硬度に着目して型締め力を均一にする方法などが提案されている。また、特許文献８〜１３には、溶融樹脂が充填される際にキャビティ内を均一に流れ、パーティング面に均一な樹脂圧力がかかるようにしてバリを抑える方法が開示されている。例えば、ゲート位置やゲート形状を工夫して、射出成形時に成形品（キャビティ内部）に均一な圧力がかかるようにする方法や、射出成形時に射出の１次圧力および２次圧力のタイミング、すなわち複数のゲートの射出タイミングを適切に調整して、キャビティ内が均一な圧力になるように適切な保圧制御を行う方法などが提案されている。
特開２００１−１８２２９号公報 特開２００２−３３１５５５号公報 特開２００２−１７８３７２号公報 特開平１１−３４８０７７号公報 特開平１０−３１５２５４号公報 特開２００３−１４５５８９号公報 特開２００３−８０５６５号公報 特開２００３−３９４９５号公報 特開２００３−３９４８５号公報 特開２０００−１０８１５５号公報 特開平１０−２６４２２３号公報 特開平１０−２４４５５９号公報 特開平０９−２０７１７７号公報

前記した特許文献２〜１３に記載されているような方法は、溶融樹脂の射出時に金型温度を樹脂の固化温度以下に冷却している一般的な射出成形方法においては、バリの発生防止のために有効である。これは、金型のパーティング面の接合状態の改良や、保圧過程における樹脂および金型面に加わる圧力の均一化が達成できるからである。

しかし、特許文献１に記載されているような、いわゆるヒートサイクル成形法においては、特許文献２〜１３に記載されている方法によってバリの発生を完全に防止することは困難である。その理由は、ヒートサイクル成形法では、前記したバリの発生理由に加えて、他の理由に起因してバリが発生し易い傾向があるからである。すなわち、ヒートサイクル成形法の場合には、溶融樹脂がキャビティ内に充填されるときに金型の表面温度が当該樹脂の熱変形温度よりも高い温度に保たれるため、充填された溶融樹脂の冷却が緩やかであり、粘度が低く保たれる。このため、射出時や保圧時に、粘度の低い溶融樹脂が金型のパーティング面に沿って両金型の隙間（パーティング面間）に浸み出してくることによってバリが生じるおそれがある。従って、金型温度が低い一般的な射出成形方法においては前記した従来の方法（特許文献２〜１３に開示された方法）によってバリ防止が可能であっても、ヒートサイクル成形法ではその方法だけでは不十分であり、バリの発生を完全に防ぐことは困難である。そして、バリが度々発生すると、金型にバリ癖ができるなどの不具合が生じる可能性がある。

このように、バリは、射出成形中、特に保圧工程時に、キャビティ内、特に金型のパーティング面近傍の樹脂が低温であり粘度が高ければあまり発生しないものであるが、いわゆるヒートサイクル成形法は、射出成形中、特に保圧工程時に、金型のキャビティ表面を高温に保つことによって、ウエルドラインをなくし金型面（キャビティ面）の転写を良好にして成形品の表面の外観を向上させることが特徴であるため、むやみにキャビティ面を冷却してしまってはヒートサイクル成形法本来の特徴が失われてしまう。

そこで本発明の目的は、ヒートサイクル成形法を採用して、キャビティ表面が急速に冷却されずに良好な外観の成形品を製造でき、なおかつ、少なくとも保圧時にパーティング面近傍のみを十分に冷却して、溶融樹脂がキャビティ外へ浸み出してバリが発生するのを防ぐことができる金型装置および成形方法を提供することにある。

本発明は、可動側金型と固定側金型とを有する金型装置において、両金型の少なくとも一方に設けられており、キャビティ表面の温度を繰り返し上下させるために冷却媒体と加熱媒体が選択的に供給される流路である加熱冷却管と、両金型の少なくとも一方に設けられており、キャビティ表面の近傍に、パーティング面に沿って位置する、冷却媒体が供給される流路である冷却管とを有することを特徴とする。

さらに、冷却管は、パーティング面に対して加熱冷却管よりも近くに位置し、パーティング面におけるキャビティの外周に沿って設けられていることが好ましい。

本発明のもう１つの特徴は、前記した構成の金型装置を用いる成形方法において、加熱冷却管には、キャビティ内への溶融樹脂の充填時には加熱媒体を供給し、溶融樹脂の充填完了後に冷却媒体を供給し、冷却管には常に冷却媒体を供給することにある。

これらの構成および方法によると、射出成形時に加熱冷却管に加熱媒体と冷却媒体とを交互に流してキャビティ内の温度を適宜上下させることができる。従って、特に、射出時の樹脂を比較的高温に保って粘度を低くし、ウエルドラインを防止しつつ転写を良好にすることができる。一方、その間にも冷却管には冷却媒体を供給して樹脂を部分的に冷却し、局部的に粘度を高くすることによって、樹脂が両金型のパーティング面間へ浸入するのを抑制することができる。

本発明によると、射出成形時に加熱冷却管に加熱媒体と冷却媒体とを交互に流してキャビティ内の温度を適宜上下させることによって、ウエルドラインを防止しつつ転写を良好にして、成形品の外観を良好にすることができる。それに加えて、冷却管に冷却媒体を流して樹脂を冷却して局部的に粘度を高くすることによって、樹脂が両金型のパーティング面間に浸入してバリが発生するのを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１，２に本発明の金型装置の実施形態を示している。この金型装置は、固定側金型１と、固定側金型１に対して当接したり遠ざかったりするように移動可能な可動側金型２を有している。図１に示すように固定用金型１と可動側金型２が接合した状態（型閉め状態）で、両金型１，２の間にキャビティ３が構成される。キャビティ３は、所望の製品形状に対応する形状に形成されている。固定側金型１のゲート４には、キャビティ３内に成形用樹脂を射出するための射出機構１０が接続されている。金型１，２には、キャビティ表面１ａ，２ａの近傍に複数系統の流路が設けられている。この流路のうちの一部、すなわちパーティング面１２に近接して設けられているものが冷却管１１である。冷却管１１には冷却媒体供給源８が接続されており、金型１，２のキャビティ表面１ａ，２ａを冷却するための冷却媒体（例えば冷却水など）が常時流される。そして、流路のうち冷却管１１以外のものが加熱冷却管６である。加熱冷却管６には、加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８が弁９を介して接続されており、金型１，２のキャビティ表面１ａ，２ａを加熱するための加熱媒体（例えば水蒸気など）、または金型１，２のキャビティ表面１ａ，２ａを冷却するための冷却媒体（例えば冷却水など）が選択的に流される。加熱媒体供給源７と冷却媒体供給源８は制御装置５によって制御される。なお、加熱冷却管６に接続された冷却媒体供給源８と、冷却管１１に接続された冷却媒体供給源８とは共通であってもよく、別々に設けられたものであってもよい。

冷却管１１は、図２に示すように、金型１，２の接合面（パーティング面１２）におけるキャビティ３の外周に少なくとも部分的に沿ってその外周の近傍の領域に設けられており、また、キャビティ表面１ａ，２ａの近傍に、かつパーティング面１２に沿って位置している。そして、それ以外の部分に加熱冷却管６が設けられており、少なくとも、冷却管１１はパーティング面１２に対して加熱冷却管６よりも近くに位置している。

このような構成であるため、キャビティ３内の樹脂は、主に加熱冷却管６の加熱または冷却の作用によって温度が上下するが、パーティング面１２におけるキャビティ３の外周近傍の領域においては、冷却管１１の冷却作用によって常に冷却され、粘度が高くなっている。従って、後述するように、本実施形態の金型装置を用いる成形方法において、樹脂がパーティング面１２においてキャビティ３外に浸み出してバリの要因となることが抑制できる。

なお、このような射出成形装置に、特許文献１に開示されている構成を応用してもよい。すなわち、図示しないが、金型１，２が入れ子構造であり母型と入れ子の間に断熱層が設けられ、入れ子のキャビティ表面の近傍に加熱冷却管６と冷却管１１が設けられており、入れ子と母型の嵌合部分に入れ子の膨張分を見込んで隙間が設けられた構成であってもよい。

次に、図１，２に示す射出成形装置を用いる本発明の射出成形方法について説明する。まず、図１に示すように型閉めして可動側金型２を固定側金型１に密着させて、両金型１，２の間にキャビティ３を構成する。この時、制御装置５は、加熱媒体供給源７から加熱媒体を加熱冷却管６に、冷却媒体供給源８から冷却媒体を冷却管１１にそれぞれ供給させる。それによって、キャビティ３のほぼ全体を高温（例えば１００℃）に保ち、かつパーティング面１２におけるキャビティ３の外周近傍の領域のみを、冷却管１１の冷却作用によって比較的低温（例えば４０℃）に保つ。その状態で、高温（例えば２６０℃）に加熱されて溶融状態である熱可塑性樹脂を、射出機構１０からゲート４を介してキャビティ３内に射出する。

キャビティ３内に射出された樹脂は、キャビティ３のほぼ全体が高温に保たれているためあまり温度が下がらず、粘度は低いままであり、円滑に流動してキャビティ３内の隅々にまで行き渡る。ただし、両金型１，２間に流れ込んでしまう可能性のある部分、すなわち、パーティング面１２におけるキャビティ３の外周部においては、冷却管１１の冷却作用によって局部的に樹脂が冷却され、粘度が高くなっている。従って、局部的に冷却されて粘度が高くなった樹脂は、両金型１，２のパーティング面１２間には浸入していかない。

所定量の樹脂の射出が完了すると、両金型１，２を所定の保圧状態にする。このとき、冷却管１１には冷却媒体が供給され続けて冷却作用が続行され、さらに加熱冷却管６にも冷却媒体供給源８から冷却媒体が供給される。これによって、キャビティ３内の樹脂全体が冷却されて固化していく。所定時間の保圧を行って樹脂が完全に固化したら、可動側金型２を固定側金型１から離れさせて型開き状態にし、図示しない突き出し機構等を用いて成形品を取り出す。

このように、本実施形態によると、射出成形時に加熱冷却管６に加熱媒体と冷却媒体とを交互に流してキャビティ表面１ａ，２ａの温度を効率的に上下させる、いわゆるヒートサイクル成形法を行うことによって、特に、射出時の樹脂の粘度を低くしてウエルドラインを防止しつつ転写を良好にして、成形品の外観を良好にする効果が得られる。さらに本実施形態によると、前記したようにパーティング面１２におけるキャビティ３の外周部にて樹脂を冷却して局部的に粘度を高くすることによって、樹脂の、両金型１，２のパーティング面１２間への浸入を防ぎ、バリの発生を抑える効果が得られる。

以上説明した通り、冷却管１１によってバリの発生を防止するのに十分な冷却効果を可能にしつつ、加熱冷却管６による加熱および冷却の効果を阻害しないために、冷却管１１の構成および配置に留意することが好ましい。図３には１つの冷却管１１のみを抜き出して示しているが、冷却管１１の直径Ｄができるだけ小さく、キャビティ３とパーティング面１２との境界部に近接するのが理想的である。ただし、加工上の問題から冷却管１１の直径Ｄを２．５ｍｍから１０ｍｍ程度にするのが現実的である。また、強度上の問題から、パーティング面１２から冷却管１１の中心位置までの深さＬがＬ＝Ｄｘ１．５〜３となるように冷却管１１を配置するのが好ましい。これ以上深くなるとパーティング面１２を十分に冷却できなくなるおそれがあり、またこれ以上浅くなると強度上の不安が生じる。そして、冷却管１１は、樹脂のパーティング面１２間への浸入を防ぎつつ、かつ樹脂全体の温度を下げ過ぎてしまわないように、キャビティ３と冷却管１１の中心とを結ぶ線がパーティング面１２に対してなす角度θが４５〜７０度程度、例えば６０度になるように配置される。なお、加熱冷却管６は、少なくとも、パーティング面１２に対して冷却管１１よりも離れて配置される。このような構成にすることによって、冷却管１１は、パーティング面１２におけるキャビティ３の外周近傍だけを局部的に冷却し、キャビティ３全体の温度に影響をあまり及ぼさないようにすることができる。

なお、一般的には冷却管１１および加熱冷却管６の断面は円形に形成されるが、金型１，２の形状や加工上の問題から円形以外の断面形状とすることもできる。

図４には本発明の第２の実施形態の金型装置が示されている。この金型装置は、両金型１，２に加熱冷却管６が設けられているが、冷却管１１は固定側金型１のみに設けられており、可動側金型２には設けられていない。この構成であっても、冷却管１１に供給される冷却媒体が十分な冷却効果を有していれば、バリ防止の効果が得られる。そしてこの構成の場合、可動側金型２に冷却管１１を設ける必要がないために構成が簡単になる。なお、図示しないが可動側金型２のみに冷却管１１を設ける構成にすることもできる。

［実施例］
次に、本発明の具体的な実施例について簡単に説明する。本実施例では、加熱冷却管６と、直径３ｍｍの冷却管１１とを有する金型１，２を使用して、Ａ４サイズ（２１０ｍｍＸ２９７ｍｍ）で厚さ３ｍｍの平板状の成形品を、可動側金型２と固定側金型１の両方のキャビティ表面１ａ，２ａを加熱および冷却して成形するヒートサイクル成形法により射出成形した。なお、樹脂はＡＢＳ樹脂であり、株式会社名機製作所製の成形機に本発明の第１の実施形態の金型装置を取り付けて使用した。樹脂のキャビティ３内への射出は、射出時の樹脂の温度を２６０℃に設定し、制御装置５は、金型１，２の温度が１１０℃になるように、加熱媒体供給源７から加熱媒体を加熱冷却管６に供給させ、冷却媒体供給源８から４０℃の冷却水（冷却媒体）を冷却管１１に供給させた。そして、樹脂充填後には加熱冷却管６にも４０℃の冷却水を供給してヒートサイクル成形法を実施した。このようにして得た成形品には、バリの発生は全く見られなかった。

［比較例］
前記した実施例と対比させるための比較例として、全く同じ金型装置と成型機と樹脂を使用し、冷却管１１には冷却媒体を供給せず、それ以外は実施例と全く同じ条件で射出成形を実施した。この比較例で得られた成形品には、その外周全体にいわゆる糸バリといわれる薄いバリが発生した。

本発明の第１の実施形態の金型装置の断面図である。 図１に示す金型装置の可動側金型の、パーティング面の近傍でパーティング面に沿って切断した断面図である。 図１に示す金型装置の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態の金型装置の断面図である。

符号の説明

１ 固定側金型
２ 可動側金型
１ａ，２ａ キャビティ表面
３ キャビティ
４ ゲート
５ 制御装置
６ 加熱冷却管
７ 加熱媒体供給源
８ 冷却媒体供給源
９ 弁
１０ 射出機構
１１ 冷却管
１２ パーティング面

Claims (3)

1. 可動側金型と固定側金型とを有する金型装置において、
   前記両金型の少なくとも一方に、キャビティ表面の温度を繰り返し上下させるために冷却媒体と加熱媒体が選択的に供給される流路である加熱冷却管が設けられており、
   前記両金型の少なくとも一方に、キャビティ表面の近傍にパーティング面に沿って位置するように設けられている、冷却媒体が供給される流路である冷却管を有することを特徴とする金型装置。
2. 前記冷却管は、前記パーティング面に対して前記加熱冷却管よりも近くに位置し、前記パーティング面におけるキャビティの外周に沿って設けられている、請求項１に記載の金型装置。
3. 請求項１または２に記載の金型装置を用いる成形方法であって、
   前記加熱冷却管には、キャビティ内への溶融樹脂の充填時には加熱媒体を供給し、該溶融樹脂の充填完了後に冷却媒体を供給し、
   前記冷却管には常に冷却媒体を供給する成形方法。

Images