JP3469643B2 - 合成樹脂成形品の射出成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂成形品の射出
成形法に係り、特にボスやリブを有して成形品表面にひ
けが生じやすい合成樹脂成形品、例えば自動車のダッシ
ュボード、ドアハンドルカバー等の内外装品や、家電製
品のケーシング等の成形に利用できる。 【０００２】 【背景技術】射出成形による合成樹脂成形品には、固有
の成形収縮があるため、特にボスやリブの中心部や厚肉
部など冷却が遅れた部分（冷却遅れ部）の収縮によって
成形品の表面にはひけが生じていた。このため、従来の
射出成形では、金型のキャビティ内に射出した樹脂に、
過大な保持圧力を加えてひけを防止することが行われて
いたが、ひけを完全に無くすことは難しく、むしろボ
ス、リブ、厚肉部以外の面に過大な保持圧力が加わるこ
とで反り変形が生じるという問題があった。 【０００３】一方、このような過大な保持圧力を加えず
にひけを防止する方法として、特開昭５０−７５２４７
号公報や特開昭５９−２２０３３７号公報に示すよう
に、圧縮空気等の圧力流体をキャビティ内に圧入して樹
脂をキャビティ内面に押しつけてひけを防止する射出成
型法が知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧力流体をキャビティ内に圧入すると、前記冷却遅
れ部分の収縮によるひけは、樹脂の表面側ではなく、圧
力流体が注入される樹脂の裏面側に発生し、特にボスや
リブの基部に大きな欠肉部を生じさせていた。例えば、
図７（Ａ）に示すように、固定金型４および可動金型５
で形成されるキャビティ８の金型５側の面に、成形品９
０のリブ９１を形成するための凹溝（凹部）１９を形成
し、このキャビティ８内に溶融樹脂を射出した後、樹脂
と金型５間に圧力流体を注入すると、図７（Ｂ）に示す
ように、リブ９１の基部９１Ａに大きな欠肉部９４が生
じた。 【０００５】同様に図８（Ａ）に示すように、キャビテ
ィ８の金型５側の面に、成形品９０のボス９３を形成す
るためのリング状の凹溝（凹部）１９を形成した場合
も、図８（Ｂ）に示すように、ボス９３の基部９３Ａに
大きな欠肉部９４が生じた。このような欠肉部９４は、
成形品９０の裏面側に生じるため、成形品９０の外観低
下等の問題は生じないが、その欠肉量が大きくなるとリ
ブ９１やボス９３部分の強度が低下するという問題があ
った。 【０００６】本発明の目的は、リブやボス等を有する合
成樹脂射出成形品の表面側のひけを防止でき、かつリブ
やボス部の欠肉を抑えて強度低下を防止できる合成樹脂
成形品の射出成形法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の合成樹脂成形品
の射出成型法は、ボス・リブ等を有する合成樹脂成形品
を成形する射出成型法において、金型のキャビティ内に
溶融樹脂を充填して前記ボス・リブ等の基部に加肉部を
設けた後、溶融樹脂の充填が終了して充填された溶融樹
脂が冷却固化されつつあるときに、キャビティ内の成形
品の裏面側（キャビティ面と射出樹脂による成形品との
間）に圧縮流体を注入し、溶融樹脂が冷却固化したら、
金型を離型して成形品を取り出すことを特徴とする。 【０００８】 【作用】このような本発明においては、キャビティ内に
射出された溶融樹脂が冷却固化しつつ状態にあるとき
に、成形品の裏面側に圧縮流体を注入しているため、キ
ャビティ内の溶融樹脂（成形品）は、その表面側がキャ
ビティ内面に押圧された状態で冷却固化されて、リブや
ボスを有する場合であっても成形品表面側のひけが防止
される。また、成形品裏面側の欠肉が生じやすいリブや
ボスの基部には、射出充填時においては加肉部が設けら
れているので、リブやボス部の冷却遅れ部分が収縮して
もその収縮分は加肉部によって補充され、必要な肉厚が
確保されて強度低下が防止される。 【０００９】さらに、圧縮流体の注入によってひけを防
止しているため、キャビティ内に射出される溶融樹脂に
過大な保持圧力を加える必要が無く、低圧力の射出成形
が行えて成形品の反りや歪みも防止されるとともに、生
産性も向上される。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１には、本発明の射出成形法に用いられる射
出成形装置１の概略構成図が示されている。射出成形装
置１は、スクリュー２を有して樹脂を溶融混練する射出
装置３と、固定金型４および可動金型５が取り付けられ
た型締装置６とを備えている。可動金型５には、突き出
し板７を介して押されてその先端がキャビティ８内に突
出することで成形品を取り出す突き出しピン９が、可動
金型５の貫通孔１０を通して設けられている。 【００１１】可動金型５には、前記貫通孔１０にそれぞ
れ連通されたガス供給路１１が形成され、このガス供給
路１１はガス注入制御装置１２に接続されている。ガス
注入制御装置１２は、コンプレッサからの駆動エアによ
って駆動されて注入用の窒素ガスを増圧して圧縮流体と
する増圧器１３と、射出装置３からの信号によって、つ
まり射出タイミングによって、ガス供給路１１への窒素
ガス供給を制御する開閉バルブ１４や増圧器１３の動作
を制御する制御装置１５を備えている。従って、これら
ガス供給路１１およびガス注入制御装置１２によって圧
縮流体供給手段が構成されている。 【００１２】開閉バルブ１４は、窒素ガスの供給を制御
する供給用電磁バルブ１６と、注入した窒素ガスを排気
するための排気用電磁バルブ１７と、供給する窒素ガス
の圧力制御用電磁バルブ１８との３つのバルブを備えて
おり、これらの各バルブ１６，１７，１８は、前記制御
装置１５によって個別に開閉制御されている。 【００１３】本実施例のキャビティ８は、図２，３に示
すように、２本のリブ９１を備える板状の成形品９０を
形成するものであり、可動金型５にはリブ形成用の２条
の凹溝１９が形成されている。凹溝１９のキャビティ８
側の縁部には、コーナー部を斜めに切り欠いた形状の切
り欠き部１９Ａが形成されている。また、図３に示すよ
うに、可動金型５のキャビティ８内面における凹溝１９
の外側には成形品９０に防壁９２を形成するための断面
三角形状の溝２０が凹溝１９に沿って形成されている。
なお、溝２０の形状としては、断面三角形状のみでな
く、たとえば凹溝１９と同様な断面長方形であってもよ
い。溝２０の深さ寸法（防壁９２の高さ寸法）は、後述
する窒素ガスの保持能力および使用樹脂の増加量を考慮
して約２〜10mm程度に設定されている。 【００１４】可動金型５の貫通孔１０は、前記凹溝１９
間と凹溝１９および溝２０間とに形成され、図２，３に
示すように、キャビティ８側先端部は小径とされて突き
出しピン９とのクリアランスＡが1/100 〜8/100 mm（10
〜80μｍ）となるように設定されている。また、貫通孔
１０の突き出し板７側（キャビティ８とは反対側）に
は、突き出しピン９との隙間をシールするＯリング等の
シール材２１が設けられている。 【００１５】次に、本実施例における射出成形の手順に
ついて説明する。まず、型締装置６を利用して金型４，
５を閉じ、射出装置３により溶融樹脂をキャビティ８内
に所定量射出する。この際、樹脂充填に従って突き出し
ピン９に加わる樹脂圧力は上昇するが、貫通孔１０のキ
ャビティ８側先端部のクリアランスＡが1/100 〜8/100
mmと狭くされているので、貫通孔１０内への樹脂流入は
防止され、クリアランスに詰まることなく樹脂充填が行
われる。 【００１６】なお、図４（Ａ）に示すように、切り欠き
部１９Ａ部分にも樹脂が充填されるため、リブ９１の基
部９１Ａには、樹脂充填時においては加肉部９６が形成
される。この加肉部９６は、リブ９１の両側面部分にリ
ブ９１に沿って形成され、その各加肉部９６を合わせた
容積は、リブ９１が設けられて厚肉とされた成形品９０
の中心部に生じる冷却遅れ部９７の容積の２０〜７０％
となるように、前記切り欠き部１９Ａの大きさが設定さ
れている。 【００１７】溶融樹脂が所定量充填され、充填終了を知
らせる信号が射出装置３からガス注入制御装置１２に送
られると、増圧器１３が作動されるとともに、供給用バ
ルブ１６が開かれてガス供給路１１を通して貫通孔１０
に窒素ガスが注入される。この際、溶融樹脂は冷却固化
されつつあってキャビティ８との間に隙間が生じている
とともに、貫通孔１０の突き出し板７側はシール材２１
でシールされているため、貫通孔１０に注入された窒素
ガスは、突き出しピン９のクリアランスを通してキャビ
ティ８内に注入される。 【００１８】この際、窒素ガス（圧縮流体）の注入初期
は、圧力制御用バルブ１８を開いて窒素ガスの一部を排
気することで圧力が下げられて低圧（例えば増圧器１３
における圧力が０．５〜３ＭＰａ）とされた窒素ガスを
所定時間（例えば０．２〜３秒）注入し、その後にバル
ブ１８を閉じて高圧（例えば３．５〜２０ＭＰａ）とさ
れた窒素ガスを所定時間（例えば２秒以上）注入するよ
うに、制御装置１５で開閉バルブ１４が制御されてい
る。 【００１９】キャビティ８内に低圧の窒素ガスを注入す
ると、可動金型５のキャビティ８内面とこれに接してい
る成形品９０の裏面側との間に窒素ガスが注入され、成
形品９０と可動金型５との間に空間が形成される。さら
に、高圧の窒素ガスを注入すると、この空間に高圧窒素
ガスが充填されて成形品９０に十分な保持圧力が加わ
り、成形品９０の表面側が固定金型４のキャビティ８内
面に押圧され、ひけ発生が防止される。 【００２０】一方、成形品９０の裏面側は、冷却遅れ部
９７の収縮によってその表面がひけて従来であれば欠肉
部９４が生じるが、本実施例においては、図４（Ｂ）に
示すように、加肉部９６として充填された部分の樹脂が
欠肉部分に補充されるため、欠肉（ひけ）量は小さくな
る。従って、加肉部９６は、キャビティ８内への樹脂の
充填初期のみに形成されるものであり、樹脂の冷却固化
が進んで成形品９０が収縮すればその収縮分に補充され
て無くなるものである。 【００２１】また、窒素ガスは、図２，３に示すよう
に、凹溝１９間（成形品９０のリブ９１間）や、凹溝１
９および溝２０間（成形品９０のリブ９１および防壁９
２間）に注入されるため、ひけが生じやすいリブ９１部
分から窒素ガスが漏れ出すことが無く、リブ９１部分へ
の十分な保持圧力が維持される。 【００２２】そして、溶融樹脂が冷却固化したら、排気
用バルブ１７を開いてキャビティ８内のガスを抜き、金
型４，５を離型するとともに、突き出しピン９を突出さ
せて成形品９０を取り出し、射出成形の１つのサイクル
を終了する。以上の成形サイクルを繰り返し、成形品９
０を順次製造する。 【００２３】このような本実施例によれば、次のような
効果がある。成形品９０のリブ９１を形成する凹溝１９
に切り欠き部１９Ａを形成し、リブ９１の基部９１Ａに
加肉部９６が形成されるようにしたので、ガス注入によ
って成形品９０の表面側をキャビティ８内面に押圧する
ことで発生するリブ９１の基部９１Ａの欠肉（ひけ）を
少なくあるいは全く無くすことができる。このため、リ
ブ９１の基部９１Ａの肉厚が確保されて強度低下を防止
することができ、強度低下による不良品発生率も減少す
ることができる。 【００２４】また、加肉部９６の容積を、冷却遅れ部９
７の容積の２０〜７０％に設定したので、樹脂量を大幅
に増加させることなく、欠肉分を補充して強度低下を防
止することができる。すなわち、加肉部９６が冷却遅れ
部９７の２０％以下の容積であると、成形品９０の形状
や樹脂種類によっては、欠肉分の補充量が少なくなって
強度低下を抑えることができなくなることがあり、一方
７０％以上とすると樹脂量が必要以上に増加するが、前
記実施例のように２０〜７０％の範囲にすれば、欠肉量
の補充と射出樹脂量とのバランスを良くすることができ
る。 【００２５】また、キャビティ８内に窒素ガスを注入し
てガス保圧を行って溶融樹脂をキャビティ８内面に押圧
しているので、溶融樹脂が冷却固化するまで樹脂表面側
とキャビティ８内面との密着状態を維持することがで
き、リブ９１等を有する成形品９０を成形する場合でも
その表面側のひけを確実に防止することができる。 【００２６】そして、キャビティ８内に窒素ガスを注入
することで成形品９０のひけを防止することができるの
で、従来のようにひけ防止のために高圧射出成形を行う
必要が無く、ひけの生じない低圧射出成形を実現するこ
とができる。このため、低圧成形が可能であり、成形サ
イクルも早くできるため、成形品９０の品質を低下させ
ることなく生産性を向上することができる。また、低圧
射出成形を行えるため、成形品９０に過大な保持圧力が
加わることがなく、反りや歪みなどの成形歪みの分布を
減少でき、成形品９０の精度を向上することができ、高
品質の成形品９０を成形することができる。 【００２７】可動金型５に凹溝１９のほかに溝２０を形
成し、成形品９０にリブ９１のほかに防壁９２を形成し
たので、注入したガスをリブ９１等のひけが発生しやす
い部分に保持しておくことができ、所定の保持圧力を樹
脂が冷却固化するまで維持することができ、成形品９０
のひけを確実に防止することができる。 【００２８】金型５に通常設けられている突き出しピン
９の貫通孔１０とのクリアランスを通してキャビティ８
内に窒素ガスを注入しているため、ガス注入用の導孔を
形成して弁棒を設けたり、多孔部材を配置する場合に比
べて、金型５の構造を簡素化することができて安価に提
供することができる。この際、突き出しピン９周囲のク
リアランスＡを1/100 〜8/100 mmとしているので、溶融
樹脂が貫通孔１０内に流入することを防止できるととも
に、窒素ガスのキャビティ８への流入を妨げることが無
く、十分なガスをスムーズに供給することができ、窒素
ガスによる保持圧力を高めて成形品９０のひけを確実に
防止することができる。 【００２９】溶融樹脂を射出した直後の冷却固化の初期
段階つまり窒素ガスの注入初期段階では、圧力制御用バ
ルブ１８を開いて窒素ガスの圧力を低圧としているの
で、冷却初期の樹脂表面の固化した層が薄い状態のとき
に、窒素ガスの圧力で固化層が破れてガスが樹脂内部に
潜ってしまうことがなく、ガスが樹脂内部に侵入するこ
とによる強度の低下がない高品質な成形品９０を製造す
ることができる。 【００３０】圧縮流体として不燃性の窒素ガスを用いて
いるので、キャビティ８内への注入によって膨張したり
加熱されても爆発のおそれがなく、射出成形の安全性を
確保することができる。 【００３１】成形品９０の裏面側と可動金型５間に窒素
ガスが注入されて隙間が形成されるため、成形品９０を
容易に離型することができ、離型不良によるトラブル発
生を防止でき、効率のよい射出成形を行うことができ
る。 【００３２】次に、本発明の効果を確認するために行っ
た実験例について説明する。本実験例は、図４に示され
るような、リブ９１を有する成形品９０を形成し、表１
に示すように、金型５の凹溝１９に切り欠き部１９Ａを
形成して加肉部９６を設けた場合と、切り欠き部１９Ａ
を形成しないで加肉部９６を設けない場合とで各種条件
を変えて成形状態（成形品９０のひけや欠肉の発生状態
や、射出成形がトラブル無く行えるか）を評価したもの
である。 【００３３】成形品９０を成形するにあたって、射出成
形機として東芝機械製IS-200を用い、樹脂としてＭＦＲ
（メルトフローレシオ）[230℃，2.16kgf]＝10g/10min
のブロックＰＰ（ポリプロピレン）を用いた。図４
（Ｂ）に部分を示すように、成形品９０のリブ９１以外
の一般肉厚ｄは２．５ｍｍに、リブ９１の基部厚み
（幅）ｂは２ｍｍに設定した。また、防壁９２の高さ寸
法は２ｍｍに設定した。なお、成形品９０は２５０ｍｍ
×２５０ｍｍ板に４０ｍｍ間隔で４本のリブ９１を形成
したものを用いた。 【００３４】また、型締圧は２００ｔに設定し、金型温
度は各例においてすべて３０℃に設定し、樹脂温度は表
１のように設定した。そして、ピンクリアランスＡの寸
法や、加肉量（加肉部９６の冷却遅れ部９７に対する容
積パーセント）を変更して実験例１〜６を行い、成形品
９０のひけ状態を表面粗さ計（小坂研究所製サーフコー
ダＳＥ−３０Ｄ）を用いて検出した。さらに、欠肉部９
４の欠肉量を基部欠肉量ｄ１、リブ欠肉量ｂ１に分けて
測定した。なお、基部欠肉量ｄ１は、成形品９０のリブ
９１の基部９１Ａ部分の一般肉厚ｄ２を測定し、金型の
設計肉厚ｄに対する不足分（ｄ１＝ｄ２−ｄ）を算出し
て求めたものである。同様に、リブ欠肉量ｂ１もリブ９
１の基部厚みｂ２を測定し、設計肉厚ｂに対する不足分
（ｂ１＝ｂ２−ｂ）を算出したものである。 【００３５】一方、参考例１〜６として、加肉部９６を
形成しない場合について、ピンクリアランスＡやガス圧
を変更して実験した（参考例１〜６）。 【００３６】 【表１】【００３７】表１に示すように、加肉部９６を形成すれ
ば、欠肉量が少なくなって強度低下も防止できた。特
に、加肉部９６の加肉量を多くすると（パーセントを大
きくすると）、リブ側の欠肉量を少なくすることができ
た。なお、凹溝１９に切り欠き部１９Ａを形成したの
で、リブ側の基部厚みｂ２は設計肉厚ｂよりも大きくな
る場合もあった。また、欠肉量は保圧ガス圧が大きくな
るほど大きくなった。 【００３８】一方、参考例のように加肉部９６を設けな
い場合には、保持圧力やピンクリアランスの大きさ等の
条件が同じであれば、加肉部９６を設けた場合に比べて
欠肉量が多くなった。以上のことから、加肉部９６を設
ければ欠肉量が少なくなり、成形品９０の強度低下も防
止できることがわかり、本発明の有用性が確認できた。 【００３９】以上、本発明について好適な実施例をあげ
て説明したが、本発明は、この実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能である。 【００４０】例えば、本発明はリブ９１を有する成形品
９０の射出成形に限らず、図５，６に示すように、ボス
９３を有する成形品９０を射出成形する場合にも用いる
ことができる。すなわち、ボス９３を形成する凹溝１９
のキャビティ８側端縁に、切り欠き部１９Ａを形成し、
図６（Ａ）に示すように、ボス９３の基部９３Ａに加肉
部９６が設けられるように構成してもよい。この加肉部
９６も、前記実施例と同様に、ボス９３部分に形成され
る冷却遅れ部９７の２０〜７０％の容積となるように設
定することが好ましい。この際も、図６（Ｂ）に示すよ
うに、加肉部９６を設けることでボス９３部分の欠肉部
９４が小さくされ、強度低下が防止される。 【００４１】また、ボス９３を有する成形品９０を成形
する場合、ボス９３部分に所定圧のガスが保圧されるよ
うに、図５に示すように、金型５に溝２０を形成してボ
ス９３の周囲に円周状や四角周状等の防壁９２を設ける
ことが望ましい。さらに、本発明は、リブ９１、ボス９
３の両方が形成された成形品、リブ９１、ボス９３が無
い成形品等の各種成形品の製造にも利用することができ
る。 【００４２】前記実施例では、突き出しピン９のクリア
ランスから圧縮流体（窒素ガス）を注入していたが、図
５に示すように、金型５にガス供給路１１に連通された
貫通孔２２を形成し、そのキャビティ８側の出口２２Ａ
部分に、金属やセラミックスなどの耐熱性のある材質で
形成された多孔質部材４０を配置してもよい。この多孔
質部材４０は、固定ピン３０および貫通孔２２の段部で
移動不能に固定されている。この多孔質部材４０を配置
しても、貫通孔２２に供給された圧縮流体を多孔質部材
４０を介してキャビティ８内に注入することができると
ともに、キャビティ８内の溶融樹脂が貫通孔２２内に流
入することを防止することができる。なお、多孔質部材
４０に多数形成されている貫通孔の孔径は用いる樹脂種
類等に応じて適宜設定すればよいが、例えば前記実施例
と同じ1/100 〜8/100mm 等に設定すればよい。 【００４３】さらに、金型５に中ピンおよび外ピンから
なるスリーブピンを配置し、各ピン間の隙間から圧縮流
体をキャビティ８内に注入するように構成したり、金型
５に形成した注入口を開閉する弁棒を設け、この弁を開
いて圧縮流体をキャビティ８内に注入するように構成し
てもよい。要するに、圧縮流体をキャビティ８内に注入
させる構成は、実施にあたって適宜設定すればよい。 【００４４】防壁９２は必ずしも設ける必要はないが、
設けた方が注入した圧縮流体が漏れることがなく、特に
リブ９１がない部分においても保圧効果を長期間維持す
ることができるという利点がある。さらに、圧縮流体と
しては窒素ガスに限らず、圧縮空気等の他のガスを用い
てもよい。但し、圧縮流体は溶融樹脂に接して温度が高
くなるため、窒素ガスのような不燃性のガスを用いた方
が安全性が高いという利点がある。 【００４５】注入する圧縮流体の圧力は、前記実施例の
ように２段階制御する場合に限らず、３段階以上あるい
は圧力値が連続的に変化するように制御してもよいし、
さらには圧力値を一定としてもよい。この際の圧力値
は、使用する樹脂の種類等に応じて適宜設定すればよ
い。さらに、圧力制御の方法としては、前記実施例のよ
うに圧力制御用バルブ１８を設けて行う方式に限らず、
減圧弁等を用いた公知の適宜な圧力制御方法を利用して
もよい。 【００４６】また、本発明は、前記実施例の成形品９０
を製造する場合に限らず、例えばコピー装置の紙供給部
品等に利用される格子状の多数のリブが形成された板部
材や、自動車のドアハンドルカバー等のリブやボス等を
有する各種の樹脂成形品に利用することができる。 【００４７】 【発明の効果】このような本発明によれば、リブやボス
等を有する合成樹脂射出成形品の表面側のひけを防止で
き、かつリブやボスの欠肉を抑えて強度低下を防止でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図である。 【図２】前記実施例の金型中央部を示す拡大断面図であ
る。 【図３】前記実施例の金型上端部を示す拡大断面図であ
る。 【図４】前記実施例のリブ部分を示す拡大断面図であ
る。 【図５】本発明の変形例の要部を示す拡大断面図であ
る。 【図６】前記変形例のボス部分を示す拡大断面図であ
る。 【図７】本発明の従来例のリブ部分を示す拡大断面図で
ある。 【図８】本発明の従来例のボス部分を示す拡大断面図で
ある。 【符号の説明】 １ 射出成形装置 ４ 固定金型 ５ 可動金型 ８ キャビティ ９ 突き出しピン 10 貫通孔 11 ガス供給路 12 ガス注入制御装置 13 増圧器 14 開閉バルブ 15 制御装置 19 凹溝 19A 切り欠き部 20 溝 22 貫通孔 40 多孔質部材 90 成形品 91 リブ 91A 基部 92 防壁 93 ボス 93A 基部 94 欠肉部 96 加肉部 97 冷却遅れ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ボス・リブ等を有する合成樹脂成形品を
   成形する射出成形法において、金型のキャビティ内に溶
   融樹脂を充填して前記ボス・リブ等の基部に加肉部を形
   成した後、溶融樹脂の充填が終了して充填された溶融樹
   脂が冷却固化されつつあるときに、キャビティ内の成形
   品の裏面側に圧縮流体を注入し、溶融樹脂が冷却固化し
   たら、金型を離型して成形品を取り出すことを特徴とす
   る合成樹脂成形品の射出成形法。