JP3892518B2 - ガス射出成形用ガス注入ピンを用いた成形用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融樹脂を金型内に射出し溶融樹脂が固まらないうちに高圧ガスを注入して中空成形品を得る成形法、すなわちガス射出成形法に用いられるガス注入ピンを用いた成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス射出成形におけるガス注入には、ノズル注入法、すなわち、溶融樹脂を射出した後に同一のノズルからガスを注入し中空部を形成する方法が一般的に採用されていた。
しかし、この方法では成形品にヘジテーション・マーク（樹脂の流動末端の痕跡）が現れやすいという問題があった。
【０００３】
そこで、樹脂の射出ノズルとは別個に、ガス注入専用ノズルを適宜設け、成形品の厚肉部にガス注入ピンを差し込み、ガスを注入して中空部を形成する方法が提案されている。そのガス注入ピンについて、具体的には内ピンのみを成形品に突き刺すタイプ（実公平６−４６６５２号公報）、内ピンと外ピンからなり内ピンが摺動するタイプ（特公平３−１６４２２２号公報）などがあるが、樹脂が逆流する可能性が高かったり、金型構造が複雑になるという理由で、なお充分なものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガス射出成形において、ガスをキャビティ内あるいはランナー内にスムースに注入でき、しかも樹脂の逆流を防止できるガス注入ピンを組み込んだ成形用金型を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題につき鋭意検討した結果、特別の構造の内ピンを用いることによりこれを解決できることを見出し、以下を要旨とする本発明を完成させるに至った。
（１）互いに一体化されて固定された内ピンおよび外筒からなり、前記内ピンの外面に軸方向に少なくとも１つのガス流路を削設したガス射出成形用ガス注入ピンと、ガスの導入口に設けられるガスタップと、を備えたガス射出成形用金型であって、前記ガス射出成形用ガス注入ピンは、その先端が金型内壁面から突出するように組み込まれ、前記内ピンは、円柱状のピン部と、このピン部の基端に設けられるフランジ部とを有して、前記ピン部の先端側が前記ガス流路の下流側に向くように配置され、前記ピン部の外周には、軸方向に沿って延びる溝が削設され、前記フランジ部には、径方向に沿って前記溝に連通する切り込みが形成され、前記ガス流路は、これらの溝および切り込みを含んで構成され、前記フランジ部の外周の寸法は、前記ガスタップに形成され前記ガス導入口と連通する孔の寸法よりも大きく、前記ピン部における前記ガス流路下流側の外面を軸に平行な平面でカットすることにより、前記ガス流路の下流側における断面積を上流側における断面積より小さくしたガス射出成形用金型。
（２）前記ガス流路の前記断面積を小さくした部分において前記ピン部の径方向に沿って外面から削設された寸法を０．００５〜０．１５ｍｍとした前記（１）記載のガス射出成形用ガス注入ピン。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１に、本発明のガス注入ピンを金型内に組み込んだ例を示す。
キャビティ金型１ａ、１ｂの間の空間に溶融樹脂が射出充填されるが、充填された樹脂の中心部付近に、その先端がくるように内ピン２と外筒３からなるガス注入ピンが設置される。成形品の中空部を形成するためのガスは、ガスタップ１ｃ等で形成されたガス導入口４から導入され、内ピン２の外面に設けられたガス流路５ａ、５ｂを通って溶融樹脂中に射出される。
【０００７】
図２は、図１で用いられている内ピン２についての底面図である。図２の紙面に垂直なＸＸ平面で切断したときの内ピン２の断面が図１に示されたものに対応する。図１、２から理解されるように、本発明のガス注入ピンは、内ピン２と外筒３からなり、内ピン２は、基本的に円柱状のものであり、その外周にほぼ接するように外筒３で包囲されている。内ピン２は、上部のフランジ部６でネジ等により外筒３のフランジ部に固定するか、または、内ピンのフランジ部６をバネ等で外筒３のフランジ部に押しつける等の方法により、外筒３と一体化させることが好ましい。内ピンのみならず外筒も一緒に溶融樹脂の内部に突き刺して、用いるからである。
【０００８】
内ピン２の外面には、その軸方向に沿って少なくとも１つのガス流路５ａ、５ｂが削設される。ガス注入ピンから溶融樹脂中へのガスの出口近傍におけるガス流路５ａの断面積は、その上流のガス流路５ｂの断面積に較べて小さくなるように設計される。このような構造にすることにより、ガスを金型キャビティ内にスムースに注入でき、しかもガス注入ピンの先端部への樹脂の逆流が有効に防止される。
【０００９】
図３〜５は、図２とは異なる形態を有する各種内ピンの底面図であり、これらも本発明の実施形態に包含されるものである。以下、図２〜５により、本発明のガス注入ピンにおける内ピンの形態の例をさらに詳細に説明する。
内ピン２の外面に設けるガス流路（５ａと５ｂの組み合わせからなる）の数については、少なくとも１つ（１組）必要であるが、図２、４及び５では２つ（２組）、図３では４つ（４組）を等しい間隔で設けている。ガス注入ピンから注入されるガスの樹脂中での偏流を防ぐためにはガス流路を多く設けるのが好ましいが、細い内ピンに精密加工を施す困難性を考慮すると、内ピンの両側面に、すなわち２つのガス流路を設けるのが実際的である。
【００１０】
ガス流路を形成する溝の断面形状は、方形（図２及び図３における流路５ａ）、半円形（図４）、三角形（図５）等又はこれらの組み合わせであってもよい。中でも、上流の流路５ａの断面形状としては、方形が好適である。ガス出口近傍のガス流路５ｂについては、図２及び図３に見られるように、円柱状の内ピン外面を軸に平行な平面でカットすることにより、簡便にかつ精度良く形成することができる。
【００１１】
ガス出口近傍のガス流路５ｂにおける、流路の深さ（元の円柱外面からの切り込みの深さ）は、０．００５〜０．１５ｍｍの範囲とするのが好ましく、より好ましくは０．０１〜０．１ｍｍの範囲である。０．００５ｍｍより浅いと、溶融樹脂中へのガスの注入がスムースにいかない場合があり、０．１５ｍｍを越えるとガス注入ピン中への溶融樹脂の逆流が生じる場合がある。
【００１２】
なお、ガス注入ピンの全長は、成形の厚さ等に合わせて任意に、選択すればよく、最も一般的に使用されるもので、３０〜５０ｍｍである。また、内ピンの径は、通常２〜５ｍｍ程度である。ガス出口近傍のガス流路５ｂの長さは、通常３〜９ｍｍ程度が適当である。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明のガス注入ピンの機能・作用を実施例及び比較例により、さらに詳しく説明する。
〔実施例〕
図６に示すガス射出成形用試験金型を用いて、以下に示す成形条件でポリプロピレンのガス射出成形を実施した。
【００１４】
成形条件：
(１)射出成形機：東芝機械（株）製（型締め力２００トン）
(２)成形材料：ＩＤＥＭＩＴＳＵ ＰＰ（ポリプロピレン） Ｊ−７００Ｇ（ＭＩ＝８）
(３)成形温度：２４０℃
(４)金型温度： ５０℃
(５)射出時間 ２．６秒
(６)ガス遅延時間（樹脂の射出充填後、ガスの注入開始までの時間）：２．０秒
(７)ガス注入時間：２．０秒
(８)ガス圧保持時間：１５秒
(９)ガス設定圧力：１０ ＭＰａ
(10)金型
平板（４２０ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ）ガスチャンネル付きサイドゲート／コールドランナ（図６）
平板の中央部にガスチャンネル１１を形成する厚肉部が樹脂の流れ方向に沿って設けられ、平板の側端にサイドゲート９を配置し、コールドランナー８、スプル７を介して射出成形ノズルに通ずる。
【００１５】
(11)ガス注入ピン
図１、２に示す形状のもので、全長３０ｍｍ、金型内壁面からのピンの突出長さが５ｍｍ、外筒口径５ｍｍ、内ピンの先端部口径３ｍｍ、ガス流路５ａ（上流）の深さが０．５ｍｍであり、ガス流路５ｂ（ガス出口近傍）の長さは６ｍｍとし、その深さについては、０．０１ｍｍのものと０．１ｍｍのものの２種類を用いた。
【００１６】
成形結果：
成形品の全体に渡って、チャンネルにガスが充填され、ガス注入ピンに樹脂詰まりはなかった。又、成形品のヘジテーション・マークは目立たない。
〔比較例１〕
内ピンのガス流路５ｂ（ガス出口近傍）の深さを０ｍｍとした以外は実施例と同様の実験を行ったところ、チャンネルにガスが充填されたり、充填されなかったりであり、事実上、中空成形品の製造は困難であった。
〔比較例２〕
内ピンのガス流路５ｂ（ガス出口近傍）の深さを０．５ｍｍとした以外は実施例と同様の実験を行ったところ、成形品にガスが少量、充填されたが、ガス注入ピンに溶融樹脂が逆流し、樹脂詰まりを起こした。
【００１７】
〔比較例３〕
実施例で用いたガス注入ピンの代わりに、射出ノズル（ノズル先端部にガス導入口を設置する）よりガス注入する方法を用いた以外は、試験金型、成形条件等を同一にして成形したところ、スプル、ランナー、ゲートまではガスの充填が見られたが、ガスチャンネル部までは充填しなかった。
【００１８】
さらに、ガス圧の設定を１５ＭＰａに変更して成形したところ、ガスチャンネル部での充填がみられたが、成形品にはヘジテーション・マークが顕著にみられた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のガス注入ピンを組み込んだ成形用金型を用いることにより、ガス射出成形において、溶融樹脂中にガスをスムースに注入でき、かつガス注入ピン中への溶融樹脂の逆流を防ぐことができる。また、成形品にヘジテーション・マークが現れるようなこともない。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス注入ピンを組み込んだキャビティ金型の断面図
【図２】本発明のガス注入ピンの内ピン底面図
【図３】本発明のガス注入ピンの内ピン底面図
【図４】本発明のガス注入ピンの内ピン底面図
【図５】本発明のガス注入ピンの内ピン底面図
【図６】ガス射出成形用試験金型の概略図
【符号の説明】
１ａ：キャビティ金型
１ｂ：キャビティ金型
２ ：内ピン
３ ：外筒
４ ：ガス導入口
５ａ：ガス流路
５ｂ：ガス流路（ガス出口近傍）
６ ：内ピンのフランジ部
７ ：スプル
８ ：ランナ
９ ：ゲート
１０：ガス注入ピン設置位置
１１：ガスチャンネル
ｍ ：平板の長さ＝４２０ｍｍ
ｗ ：平板の幅 ＝１００ｍｍ
ｄ ：平板の厚さ＝ ３ｍｍ
ｈ ：ガスチャンネルの高さ＝ １０ｍｍ

Claims (2)

1. 互いに一体化されて固定された内ピンおよび外筒からなり、前記内ピンの外面に軸方向に少なくとも１つのガス流路を削設したガス射出成形用ガス注入ピンと、
   ガスが導入される孔が形成されたガスタップと、を備えたガス射出成形用金型であって、
   前記ガス射出成形用ガス注入ピンは、その先端が金型内壁面から突出するように組み込まれ、
   前記内ピンは、円柱状のピン部と、このピン部の基端に設けられるフランジ部とを有して、前記ピン部の先端側が前記ガス流路の下流側に向くように配置され、
   前記ピン部の外周には、軸方向に沿って延びる溝が削設され、前記フランジ部には、径方向に沿って前記溝に連通する切り込みが形成され、
   前記ガス流路は、これらの溝および切り込みを含んで構成され、
   前記フランジ部の外周の寸法は、前記ガスタップの孔の寸法よりも大きく、
   前記ピン部における前記ガス流路下流側の外面を軸に平行な平面でカットすることにより、前記ガス流路の下流側における断面積を上流側における断面積より小さくしたガス射出成形用金型。
2. 前記ガス流路の前記断面積を小さくした部分において前記ピン部の径方向に沿って外面から削設された寸法を０．００５〜０．１５ｍｍとした請求項１記載のガス射出成形用金型。

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