JP3981808B2 - 射出成形金型及びそれを用いた射出成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にＯリング、角リング等のリング状成形品を液状ゴム組成物にて射出成形する場合に好適な射出成形金型、及びこの金型を用いた射出成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
射出成形は、大量生産に適しており、成形サイクルの短縮や自動化などに有利である。射出成形に使用する金型は、たとえば、リングや枠などのリング状形状においては、１箇所のゲートからキャビティ（製品形状部分）内に入った材料を分岐させてゲートから最も離れた（材料が最後に到達する）部分で融合する金型構造にすることが一般的である。
【０００３】
上記射出成形における金型は、構造が複雑になり易く、一方向より材料を流すために材料が最も遅く到達する部分に融合部跡（ウエルド）が発生しやすい。またゴムを材料としたＯリングに代表されるシール材を射出成形する場合は、気密性を高めるために精密な成形加工が必要であり、融合部跡（ウエルド）なども極端に制限されることが多く、更にウエルド部の強度低下は許されない。
【０００４】
そこで、成形品の材料融合部の強度及び外観を向上させるために、材料融合部、すなわちゲート部から材料を注入して材料が流れる最終到達部分（材料が最も遅く到達する部分）に製品形状部分（キャビティ）のエアーを追い出す目的で、エアーベントを設けることが多い。
【０００５】
該エアーベントは、材料融合部面上に１箇所もしくは２箇所以上設けられており、材料融合部の強度低下が顕著な材料、もしくは材料融合部の強度低下が許されない用途に関しては、２箇所以上設けることが多い。
【０００６】
更に、このエアーベントは、材料融合部分のエアーだけでなく、注入された材料の先端部分の半硬化物を製品形状部分（キャビティ）の外に追い出す目的で設置されることも多く、上述したようなシール材では、このエアーベントからエアーだけでなく、射出された先端部分の材料もパージすることが一般的である。
【０００７】
特に、航空機に使用される高精度のＯリング成形品の場合は、Ｏリングを成形する金型の材料が最も遅く到達する部分である材料融合部分上の内側と外側の２箇所にエアーベントを設けて、材料融合部のエアーとともに射出された材料の先端部分の半硬化物をパージさせる方法が用いられ、これにより品質を安定化させている。
【０００８】
一方、フッ素ゴムは、耐熱性、耐薬品性、機械的強度などに優れたエラストマーであり、自動車及び機械産業を中心に広い分野でＯリングを代表とするシール材として工業的に使用されている。
【０００９】
しかしながら、該フッ素ゴムは高い信頼性が必要なために、射出成形における従来からのエアーベント構造では、材料融合部分の強度低下が発生しやすく、品質上の安定性が不十分である。そこで、フッ素ゴムを用いたＯリング成形は、射出成形よりも、むしろ圧縮成形で製造されることが多くなり、大量生産ができず、非効率であるという欠点があった。
【００１０】
更に、Ｏリング用途に検討されている信越化学工業社製ＳＩＦＥＬに代表される液状フッ素ゴム組成物などの材料に関しては、圧縮成形では成形が難しく、更にＬＩＭＳ成形の場合は最適な金型構造が確立されていないことから、安定した製品を得るのが難しいという問題がある。
【００１１】
本発明は、これらの欠点及び問題点を解決し、外観が良好で、融合部の強度が向上した成形品を成形し得る射出成形金型、及びその金型を用いた成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明は、上記目的を達成するため、成形材料供給ゲートから供給された成形材料が少なくとも二手に分岐して流動した後、合流し、この合流点で前記成形材料が融合するリング状のキャビティを有する射出成形金型において、前記キャビティに連絡する少なくとも２個のエアーベントゲートをキャビティの外側と内側とに、かつこれらエアーベントゲートを前記合流点に設けた場合に形成される成形材料の融合面よりも融合面面積が増大するように、前記成形材料供給ゲート位置から１８０°離間した位置近傍に存して一方を１８０°離間位置より右寄りに、他方を左寄りに前記合流点とずらして配置した、リング状成形品の成形用であることを特徴とする射出成形金型を提供する。
【００１３】
この金型は、特にＯリング、角リング等のリング状成形品を射出成形する場合に有効であり、この場合、外側及び内側のエアーベントにおける成形材料パージスペースの割合を体積比として１：０．１〜１：１０とすることが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記射出成形金型を用いて、そのキャビティに成形材料を射出することを特徴とする射出成形品の製造方法をも提供するが、この場合、成形材料が液状ゴム組成物、特にパーフロロポリエーテルを主鎖とするベースポリマーを主材とした液状フッ素ゴム組成物であることが有効である。
【００１５】
即ち、材料融合部を有し、２箇所以上のエアーベントゲートを必要とする製品形状の射出成形金型において、エアーベントゲートを材料融合面に対して非対称の位置に配置することにより、この金型を用いて成形した成形品の材料融合部面積を増加させることができ、これにより成形品の材料融合部の強度及び外観を安定化させることができることを見出したもので、材料の融合部を安定化させるためには、融合部面の流れを変化させて融合部面積を拡大することが有効であると考え、上述した金型を作製したところ、良好な結果が得られることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の射出成形金型は、上述したように、成形材料供給ゲートから供給された成形材料が少なくとも二手に分岐して流動した後、合流し、この合流点で前記成形材料が融合するキャビティを有する射出成形金型において、前記キャビティに連絡する少なくとも２個のエアーベントゲートを、これらエアーベントゲートを前記合流点に設けた場合に形成される成形材料の融合面よりも融合面面積が増大するように、前記合流点とずらして配置したものである。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係る金型を示すもので、この金型は、円形リング状の成形品を得る場合に用いられる。図中１は金型本体であり、その内部に円形リング状のキャビティ２が形成されている。３は射出成形材料が供給、射出されるゲートであり、このゲート３から供給された成形材料が二手に分岐し、図において左回り及び右回りにそれぞれ流動し、上記ゲート位置中央より最も遠い１８０°離間したキャビティ外側位置Ｐ及び内側位置Ｑにて合流しようとする。４は外側エアーベントゲート、５は内側エアーベントゲートであり、これらエアーベントゲート４，５はそれぞれ上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑ近傍で、外側エアーベントゲート４は左寄りに、内側エアーベントゲート５は右寄りに設けられており、上記成形材料は、キャビティ２内を上述したように二手に分かれて左回り、右回りに流動し、キャビティ２内のエアーを上記エアーベントゲート４，５からパージすると共に、成形材料先端部もこれらエアーベントゲート４，５からパージされつつ合流する。従って、その合流面（成形材料の融合面）Ｓは、上記外内側エアーベントゲート４，５を結んだ線上（面上）にある。それ故、このように成形材料の融合面Ｓが大きいので、その強度が大きいものである。
【００１８】
即ち、図２は従来の金型を示すものであり、従来の金型は、外側エアーベントゲート４’及び内側エアーベントゲート５’がそれぞれ成形材料供給ゲート３の配設位置中央より１８０°離間した外側位置Ｐ及び内側位置Ｑに設けられており、従って、成形材料の合流面（成形材料の融合面）Ｓ’は、上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑを結ぶ線上（面上）にあり、従って、該融合面面積Ｓ’が小さい上、成形材料先端部がエアーベントゲート４’，５’からパージされる前に合流、融合し易く、従って成形材料の融合部における強度が弱いものであるが、図１の金型は、成形材料融合面Ｓが径方向面とは傾斜しているのでその面積が大きく、しかも成形材料先端部も、エアーベントゲート４，５が上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑよりも手前に設置されているので、エアーベントゲート４，５からパージされ易く、それ故成形材料融合部における接着性が大きく、強度が高いものである。
【００１９】
本発明のエアーベントゲート位置は、２箇所以上のエアーベントゲートがそれぞれ材料融合面が大きくなる位置にあればよく、特に限定されるものではないが、例えばＯリングの場合、図１に示したように、外側と内側の２箇所に、融合面からそれぞれ反対の方向に向かった位置（融合面の中心点を対称とした融合面上ではない位置）に配置することが好ましいが、外側エアーベントゲート４の配置位置は、その中央部と内側１８０°離間位置Ｑとの間と外内１８０°離間位置Ｐ，Ｑ間との角度θが０°を超え４５°以内、特に２〜３０°となる位置とすることが好ましく、内側エアーベントゲート５の配置位置も、その中央部と外側１８０°離間位置Ｐとの間と外内１８０°離間位置Ｐ，Ｑ間との角度θが０°を超え４５°以内、特に２〜３０°となる位置とすることが好ましい。また、エアーベントゲートの寸法（幅、長さ及び深さ）は、成形する材料により異なるものであり、それぞれの材料により適宜選定されるものである。
【００２０】
本発明の前述したエアーベントゲート位置とする金型構造でも十分な効果が得られるが、更に効果を十分なものにするために、エアーベントをパージ材料が溜まるスペースとエアーが溜まるスペースとの２つ以上のスペースに分割することが好ましい。この場合、パージ材料が溜まるスペースは、エアーベントゲートに接する部分であり、エアーが溜まるスペースは、エアーベントゲートに接しないパージ材料スペースに接した部分である。
【００２１】
エアーベントを２つ以上のスペース部に分割する理由としては、エアーがパージされるスペースと材料をパージさせるスペースとに分割することによって、エアーベントが詰まることがなくなるため、一方のエアーベントが詰まってしまい、残りのエアーベントにのみ材料がパージされてしまう状態を防止することができるものである。
【００２２】
ここで、図３，４は、それぞれエアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した構造の一例を示す概略図であり、図３，４に示されるように、材料のパージ量にあわせてエアーベントをパージ材料スペース部４ａ，５ａとエアースペース部４ｂ，５ｂとに分割することにより、２箇所以上に配置されるパージ材料スペースの材料パージ量を均一化できると共に、製品形状部（キャビティ）からエアーを確実に追い出して成形品のエアー混入不良及び融合部跡（ウエルド）を防止することができる。
【００２３】
この場合、キャビティの外側と内側等に配置される２箇所以上のパージ材料スペースは、体積比率が近いほど好ましく、例えば、図３，４に示されるように、外側と内側の２箇所にエアーベントを設置する場合、これらのパージ材料スペースを１：１に設計できれば理想的であるが、金型構造上この比率に設計するのが困難な場合があるので、外側と内側に配置される２箇所のパージ材料スペース部４ａ，５ａの体積比を１：０．１〜１：１０、特に１：０．２〜１：５とすることが好ましい。比率が１：０．１〜１：１０の範囲から大きく離れた場合は、パージ材料が詰まってしまった状態に近くなり、効果はそれほど期待できない。本発明においては、内側と外側等の２箇所以上に配置されるパージ材料スペースの材料パージ量バランスを一定にすることにより、材料の流れを安定化させることができる。
【００２４】
また、これらパージ材料スペースとエアースペース（４ａと４ｂ又は５ａと５ｂ）との体積比は、１：０．１〜１：１０、特に１：０．２〜１：５とすることが好ましく、これにより成形品の材料融合面を一層安定化させることができる。
【００２５】
なお、上記パージ材料スペースとエアースペースとの分割部は、エアーベントゲートと同程度の深さ及び幅を確保することによって得ることができる。
【００２６】
本発明の射出成形金型には、磨耗性の向上、腐食防止、離型性の向上などの目的で、表面処理を行うことが一般的である。この表面処理は、通常の金型表面処理であるニッケルメッキ、クロムメッキなどでも何ら問題ないが、好ましくはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）もしくは四三酸化鉄であることが望ましい。
【００２７】
このＤＬＣは、高真空中のアーク放電プラズマで炭化水素ガスを分解し、プラズマ中のイオンや励起分子を金型に電気的に加速してエネルギーを持って衝突させることにより膜を形成するものであり、その膜は緻密なアモルファス構造となり、表面は非常に滑らかで結晶粒界が生じないために、低摩擦係数、耐磨耗性、離型性などに優れた特性を示すものである。
【００２８】
また、四三酸化鉄を用いた表面処理は、通常アルミダイキャスト用の金型などに使われるものであるが、液状フッ素ゴムなどに対しての離型効果に優れるために好適に使用できる。
【００２９】
ＤＬＣ及び四三酸化鉄表面処理は、金型離型性に格別に優れていることから、▲１▼金型から製品を取り出す際の切れによる不良低減効果、▲２▼成形品の金型からの取り出し作業が非常に容易なので、成形サイクルの短縮が可能、▲３▼離型剤を使用することなく製品取り出しが可能なために、離型剤による金型汚れがないので、金型洗浄が不要であるなどのメリットがある。
【００３０】
本発明において、上記金型を用いて成形される製品形状としては、材料融合部を有する製品形状であれば特に限定されるものではないが、Ｏリング及び角リングなどのリング状や枠状である場合に効果が大きい。特にリング状成形品には効果が大きく、リング状成形品の代表例であるＯリングに関しては、航空機に代表される高精密なシール材においても高い信頼性が得られるものである。なお、航空機用Ｏリングなどは、バリ厚が０．１３ｍｍ以下の規格にすることが多いために、このような精密成形用途には上記金型が最適である。
【００３１】
本発明の金型を用いて成形される材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ミラブルタイプのゴム材料、液状タイプのゴム材料などが挙げられる。特に効果がある材料としては、液状シリコーンゴム組成物や液状フッ素ゴム組成物などの液状タイプのゴム材料であり、最も効果がある材料としては、液状フッ素ゴム組成物が挙げられる。
【００３２】
この液状フッ素ゴム組成物は、パーフロロポリエーテルを主鎖としたベースポリマーを主材とする信越化学工業社製商品名ＳＩＦＥＬが代表例として挙げられ、これは、精密で高信頼性を要求される航空機用のＯリング用途などに使用されることが多いものである。
【００３３】
本発明の金型を用いた成形品の製造方法は、常法に準じて行うことができるが、例えば、上述した液状ゴム組成物の成形条件としては、射出速度が０．０１〜１０００ｃｃ／秒であることが好適であり、これ以下の速度では生産効率が著しく劣る場合があり、これ以上の速度では成形品にエアーを巻き込んだり、スコーチが発生するなどの問題が発生してしまう場合がある。更に好ましくは０．１〜５００ｃｃ／秒である。
【００３４】
また、成形温度は８０〜２００℃で架橋可能な時間、通常１〜６００秒間架橋させることが好ましく、成形温度が低いと架橋時間が長くなってしまい、生産効率が低下する場合があり、成形温度が高いと金型内を流れる間に架橋が進行して材料の流動性がなくなり、成形不可能になってしまうおそれがある。更に好ましくは１００〜１８０℃の温度設定が最適である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、上記金型構造とすることにより、高精密な成形加工品の安定製造が可能となり、これにより得られた成形品は、外観が良好であり、材料融合部の強度が向上したものである。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３７】
実施例及び比較例に用いる成形機、金型及び材料を下記に示す。
使用成形機
７トンＬＩＭＳ成形機（ＨＭ−７、ＬＩＭＳ仕様、日精樹脂社製商品名）
１０トンＬＩＭＳ成形機（ＮＳ−１０、ＬＩＭＳ仕様、日精樹脂社製商品名）
使用金型
すべてピーアールシー社製（製品形状及び寸法、エアーベント形状及び寸法は、表１及び図５〜１２に示す。）
使用材料
ＳＩＦＥＬ４７５０（液状フッ素ゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
ＳＩＦＥＬ３７０１（液状フッ素ゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
ＫＥ１９９０−６０（液状シリコーンゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１及び図５〜１２に示す射出成形金型内に、材料を表２〜６に示す最適な成形条件で射出成形し、Ｏリングを作製した。成形されたＯリングは２００℃、４時間のポストキュアーを行い、成形品の物性を安定化した。
【００４０】
これらのＯリングを用いて、強度、伸び及び外観について比較検討を行った。ただし、図７，８，１１，１２に示す金型（金型番号３，４，７，８）を用いて成形したＯリングにおいては、Ｏリングサイズが小さく、強度測定が困難であったために、テーパーゲージを用いて伸び及び外観のみを測定した。なお、測定値は、Ｏリング５個を無作為に選定して測定した結果の中央値を表記した。
【００４１】
［実施例１〜４及び比較例１〜４］
材料をＳＩＦＥＬ４７５０として、表２，３に示す金型及び成形条件を用いて各種形状のＯリングを成形し、強度、伸び及び外観について評価を行った。結果を表２，３に併記する。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
本発明のエアーベント構造の金型を用いた実施例１、２のＯリングは外観に問題がないのに対して、従来のエアーベント位置の金型を用いた同形状の比較例１、２のＯリングは明らかに外観上の異常が観察され、強度及び伸びの測定値も比較例１，２のＯリングは実施例１，２のＯリングに比べて低い値であることがわかる。更に、強度測定したときの破断したＯリングサンプルを観察すると、比較例１，２のＯリングはすべて材料融合部で破断しているのに対して実施例１，２のＯリングは材料融合部以外で破断していることが確認できた。
【００４５】
また、比較例３、４のＯリングは形状が小さいためか外観上の異常はないものの、伸びを測定してみると本発明のエアーベント構造の金型を用いた同形状の実施例３，４のＯリングに比べ、明らかに低い値であることが確認できた。
【００４６】
［実施例５〜７及び比較例５〜７］
材料をＳＩＦＥＬ３７０１として、表４，５に示す金型及び成形条件を用いてＯリングを成形し、実施例１〜４と同様に評価を行った。結果を表４，５に併記する。
【００４７】
【表４】
【００４８】
【表５】
【００４９】
異なる材料を用いても実施例１〜４及び比較例１〜４とほぼ同じ結果が得られた。
わずかな違いは金型６を用いた比較例６のＯリングであり、比較例２のＯリングにおいては融合部跡が発生していたが、比較例６のＯリングは融合部跡の発生はない。しかしながら、強度に関しては、本発明のエアーベント位置の金型を用いた同形状の実施例６のＯリングに劣るものであった。
【００５０】
［実施例８，９及び比較例８，９］
材料を液状シリコーンゴム組成物であるＫＥ１９９０−６０として、表６に示す金型及び成形条件を用いてＯリングを成形し、実施例１〜４と同様に評価を行った。結果を表６に併記する。
【００５１】
【表６】
【００５２】
この材料は、液状フッ素ゴムに比べて融合部跡はつきにくいが、実施例と比較例とでは強度及び伸びの差は明確に発生した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエアーベント構造の一例を示す概略図である。
【図２】従来のエアーベント構造を示す概略図である。
【図３】エアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した本発明のエアーベント構造の一例を示す概略図である。
【図４】エアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した本発明のエアーベント構造の他の例を示す概略図である。
【図５】 本発明の実施例１，５，８に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図６】 本発明の実施例２，６，９に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例３，７に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例４に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図９】 本発明の比較例１，５，８に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１０】 本発明の比較例２，６，９に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１１】本発明の比較例３，７に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１２】本発明の比較例４に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 金型本体
２ キャビティ
３ 成形材料供給ゲート
４ 外側エアーベントゲート
５ 内側エアーベントゲート
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にＯリング、角リング等のリング状成形品を液状ゴム組成物にて射出成形する場合に好適な射出成形金型、及びこの金型を用いた射出成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
射出成形は、大量生産に適しており、成形サイクルの短縮や自動化などに有利である。射出成形に使用する金型は、たとえば、リングや枠などのリング状形状においては、１箇所のゲートからキャビティ（製品形状部分）内に入った材料を分岐させてゲートから最も離れた（材料が最後に到達する）部分で融合する金型構造にすることが一般的である。
【０００３】
上記射出成形における金型は、構造が複雑になり易く、一方向より材料を流すために材料が最も遅く到達する部分に融合部跡（ウエルド）が発生しやすい。またゴムを材料としたＯリングに代表されるシール材を射出成形する場合は、気密性を高めるために精密な成形加工が必要であり、融合部跡（ウエルド）なども極端に制限されることが多く、更にウエルド部の強度低下は許されない。
【０００４】
そこで、成形品の材料融合部の強度及び外観を向上させるために、材料融合部、すなわちゲート部から材料を注入して材料が流れる最終到達部分（材料が最も遅く到達する部分）に製品形状部分（キャビティ）のエアーを追い出す目的で、エアーベントを設けることが多い。
【０００５】
該エアーベントは、材料融合部面上に１箇所もしくは２箇所以上設けられており、材料融合部の強度低下が顕著な材料、もしくは材料融合部の強度低下が許されない用途に関しては、２箇所以上設けることが多い。
【０００６】
更に、このエアーベントは、材料融合部分のエアーだけでなく、注入された材料の先端部分の半硬化物を製品形状部分（キャビティ）の外に追い出す目的で設置されることも多く、上述したようなシール材では、このエアーベントからエアーだけでなく、射出された先端部分の材料もパージすることが一般的である。
【０００７】
特に、航空機に使用される高精度のＯリング成形品の場合は、Ｏリングを成形する金型の材料が最も遅く到達する部分である材料融合部分上の内側と外側の２箇所にエアーベントを設けて、材料融合部のエアーとともに射出された材料の先端部分の半硬化物をパージさせる方法が用いられ、これにより品質を安定化させている。
【０００８】
一方、フッ素ゴムは、耐熱性、耐薬品性、機械的強度などに優れたエラストマーであり、自動車及び機械産業を中心に広い分野でＯリングを代表とするシール材として工業的に使用されている。
【０００９】
しかしながら、該フッ素ゴムは高い信頼性が必要なために、射出成形における従来からのエアーベント構造では、材料融合部分の強度低下が発生しやすく、品質上の安定性が不十分である。そこで、フッ素ゴムを用いたＯリング成形は、射出成形よりも、むしろ圧縮成形で製造されることが多くなり、大量生産ができず、非効率であるという欠点があった。
【００１０】
更に、Ｏリング用途に検討されている信越化学工業社製ＳＩＦＥＬに代表される液状フッ素ゴム組成物などの材料に関しては、圧縮成形では成形が難しく、更にＬＩＭＳ成形の場合は最適な金型構造が確立されていないことから、安定した製品を得るのが難しいという問題がある。
【００１１】
本発明は、これらの欠点及び問題点を解決し、外観が良好で、融合部の強度が向上した成形品を成形し得る射出成形金型、及びその金型を用いた成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明は、上記目的を達成するため、成形材料供給ゲートから供給された成形材料が少なくとも二手に分岐して流動した後、合流し、この合流点で前記成形材料が融合するリング状のキャビティを有する射出成形金型において、前記キャビティに連絡する少なくとも２個のエアーベントゲートをキャビティの外側と内側とに、かつこれらエアーベントゲートを前記合流点に設けた場合に形成される成形材料の融合面よりも融合面面積が増大するように、前記成形材料供給ゲート位置から１８０°離間した位置近傍に存して一方を１８０°離間位置より右寄りに、他方を左寄りに前記合流点とずらして配置した、リング状成形品の成形用であることを特徴とする射出成形金型を提供する。
【００１３】
この金型は、特にＯリング、角リング等のリング状成形品を射出成形する場合に有効であり、この場合、外側及び内側のエアーベントにおける成形材料パージスペースの割合を体積比として１：０．１〜１：１０とすることが好ましい。
【００１４】
本発明は、上記射出成形金型を用いて、そのキャビティに成形材料を射出することを特徴とする射出成形品の製造方法をも提供するが、この場合、成形材料が液状ゴム組成物、特にパーフロロポリエーテルを主鎖とするベースポリマーを主材とした液状フッ素ゴム組成物であることが有効である。
【００１５】
即ち、材料融合部を有し、２箇所以上のエアーベントゲートを必要とする製品形状の射出成形金型において、エアーベントゲートを材料融合面に対して非対称の位置に配置することにより、この金型を用いて成形した成形品の材料融合部面積を増加させることができ、これにより成形品の材料融合部の強度及び外観を安定化させることができることを見出したもので、材料の融合部を安定化させるためには、融合部面の流れを変化させて融合部面積を拡大することが有効であると考え、上述した金型を作製したところ、良好な結果が得られることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の射出成形金型は、上述したように、成形材料供給ゲートから供給された成形材料が少なくとも二手に分岐して流動した後、合流し、この合流点で前記成形材料が融合するキャビティを有する射出成形金型において、前記キャビティに連絡する少なくとも２個のエアーベントゲートを、これらエアーベントゲートを前記合流点に設けた場合に形成される成形材料の融合面よりも融合面面積が増大するように、前記合流点とずらして配置したものである。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係る金型を示すもので、この金型は、円形リング状の成形品を得る場合に用いられる。図中１は金型本体であり、その内部に円形リング状のキャビティ２が形成されている。３は射出成形材料が供給、射出されるゲートであり、このゲート３から供給された成形材料が二手に分岐し、図において左回り及び右回りにそれぞれ流動し、上記ゲート位置中央より最も遠い１８０°離間したキャビティ外側位置Ｐ及び内側位置Ｑにて合流しようとする。４は外側エアーベントゲート、５は内側エアーベントゲートであり、これらエアーベントゲート４，５はそれぞれ上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑ近傍で、外側エアーベントゲート４は左寄りに、内側エアーベントゲート５は右寄りに設けられており、上記成形材料は、キャビティ２内を上述したように二手に分かれて左回り、右回りに流動し、キャビティ２内のエアーを上記エアーベントゲート４，５からパージすると共に、成形材料先端部もこれらエアーベントゲート４，５からパージされつつ合流する。従って、その合流面（成形材料の融合面）Ｓは、上記外内側エアーベントゲート４，５を結んだ線上（面上）にある。それ故、このように成形材料の融合面Ｓが大きいので、その強度が大きいものである。
【００１８】
即ち、図２は従来の金型を示すものであり、従来の金型は、外側エアーベントゲート４’及び内側エアーベントゲート５’がそれぞれ成形材料供給ゲート３の配設位置中央より１８０°離間した外側位置Ｐ及び内側位置Ｑに設けられており、従って、成形材料の合流面（成形材料の融合面）Ｓ’は、上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑを結ぶ線上（面上）にあり、従って、該融合面面積Ｓ’が小さい上、成形材料先端部がエアーベントゲート４’，５’からパージされる前に合流、融合し易く、従って成形材料の融合部における強度が弱いものであるが、図１の金型は、成形材料融合面Ｓが径方向面とは傾斜しているのでその面積が大きく、しかも成形材料先端部も、エアーベントゲート４，５が上記１８０°離間位置Ｐ，Ｑよりも手前に設置されているので、エアーベントゲート４，５からパージされ易く、それ故成形材料融合部における接着性が大きく、強度が高いものである。
【００１９】
本発明のエアーベントゲート位置は、２箇所以上のエアーベントゲートがそれぞれ材料融合面が大きくなる位置にあればよく、特に限定されるものではないが、例えばＯリングの場合、図１に示したように、外側と内側の２箇所に、融合面からそれぞれ反対の方向に向かった位置（融合面の中心点を対称とした融合面上ではない位置）に配置することが好ましいが、外側エアーベントゲート４の配置位置は、その中央部と内側１８０°離間位置Ｑとの間と外内１８０°離間位置Ｐ，Ｑ間との角度θが０°を超え４５°以内、特に２〜３０°となる位置とすることが好ましく、内側エアーベントゲート５の配置位置も、その中央部と外側１８０°離間位置Ｐとの間と外内１８０°離間位置Ｐ，Ｑ間との角度θが０°を超え４５°以内、特に２〜３０°となる位置とすることが好ましい。また、エアーベントゲートの寸法（幅、長さ及び深さ）は、成形する材料により異なるものであり、それぞれの材料により適宜選定されるものである。
【００２０】
本発明の前述したエアーベントゲート位置とする金型構造でも十分な効果が得られるが、更に効果を十分なものにするために、エアーベントをパージ材料が溜まるスペースとエアーが溜まるスペースとの２つ以上のスペースに分割することが好ましい。この場合、パージ材料が溜まるスペースは、エアーベントゲートに接する部分であり、エアーが溜まるスペースは、エアーベントゲートに接しないパージ材料スペースに接した部分である。
【００２１】
エアーベントを２つ以上のスペース部に分割する理由としては、エアーがパージされるスペースと材料をパージさせるスペースとに分割することによって、エアーベントが詰まることがなくなるため、一方のエアーベントが詰まってしまい、残りのエアーベントにのみ材料がパージされてしまう状態を防止することができるものである。
【００２２】
ここで、図３，４は、それぞれエアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した構造の一例を示す概略図であり、図３，４に示されるように、材料のパージ量にあわせてエアーベントをパージ材料スペース部４ａ，５ａとエアースペース部４ｂ，５ｂとに分割することにより、２箇所以上に配置されるパージ材料スペースの材料パージ量を均一化できると共に、製品形状部（キャビティ）からエアーを確実に追い出して成形品のエアー混入不良及び融合部跡（ウエルド）を防止することができる。
【００２３】
この場合、キャビティの外側と内側等に配置される２箇所以上のパージ材料スペースは、体積比率が近いほど好ましく、例えば、図３，４に示されるように、外側と内側の２箇所にエアーベントを設置する場合、これらのパージ材料スペースを１：１に設計できれば理想的であるが、金型構造上この比率に設計するのが困難な場合があるので、外側と内側に配置される２箇所のパージ材料スペース部４ａ，５ａの体積比を１：０．１〜１：１０、特に１：０．２〜１：５とすることが好ましい。比率が１：０．１〜１：１０の範囲から大きく離れた場合は、パージ材料が詰まってしまった状態に近くなり、効果はそれほど期待できない。本発明においては、内側と外側等の２箇所以上に配置されるパージ材料スペースの材料パージ量バランスを一定にすることにより、材料の流れを安定化させることができる。
【００２４】
また、これらパージ材料スペースとエアースペース（４ａと４ｂ又は５ａと５ｂ）との体積比は、１：０．１〜１：１０、特に１：０．２〜１：５とすることが好ましく、これにより成形品の材料融合面を一層安定化させることができる。
【００２５】
なお、上記パージ材料スペースとエアースペースとの分割部は、エアーベントゲートと同程度の深さ及び幅を確保することによって得ることができる。
【００２６】
本発明の射出成形金型には、磨耗性の向上、腐食防止、離型性の向上などの目的で、表面処理を行うことが一般的である。この表面処理は、通常の金型表面処理であるニッケルメッキ、クロムメッキなどでも何ら問題ないが、好ましくはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）もしくは四三酸化鉄であることが望ましい。
【００２７】
このＤＬＣは、高真空中のアーク放電プラズマで炭化水素ガスを分解し、プラズマ中のイオンや励起分子を金型に電気的に加速してエネルギーを持って衝突させることにより膜を形成するものであり、その膜は緻密なアモルファス構造となり、表面は非常に滑らかで結晶粒界が生じないために、低摩擦係数、耐磨耗性、離型性などに優れた特性を示すものである。
【００２８】
また、四三酸化鉄を用いた表面処理は、通常アルミダイキャスト用の金型などに使われるものであるが、液状フッ素ゴムなどに対しての離型効果に優れるために好適に使用できる。
【００２９】
ＤＬＣ及び四三酸化鉄表面処理は、金型離型性に格別に優れていることから、▲１▼金型から製品を取り出す際の切れによる不良低減効果、▲２▼成形品の金型からの取り出し作業が非常に容易なので、成形サイクルの短縮が可能、▲３▼離型剤を使用することなく製品取り出しが可能なために、離型剤による金型汚れがないので、金型洗浄が不要であるなどのメリットがある。
【００３０】
本発明において、上記金型を用いて成形される製品形状としては、材料融合部を有する製品形状であれば特に限定されるものではないが、Ｏリング及び角リングなどのリング状や枠状である場合に効果が大きい。特にリング状成形品には効果が大きく、リング状成形品の代表例であるＯリングに関しては、航空機に代表される高精密なシール材においても高い信頼性が得られるものである。なお、航空機用Ｏリングなどは、バリ厚が０．１３ｍｍ以下の規格にすることが多いために、このような精密成形用途には上記金型が最適である。
【００３１】
本発明の金型を用いて成形される材料としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ミラブルタイプのゴム材料、液状タイプのゴム材料などが挙げられる。特に効果がある材料としては、液状シリコーンゴム組成物や液状フッ素ゴム組成物などの液状タイプのゴム材料であり、最も効果がある材料としては、液状フッ素ゴム組成物が挙げられる。
【００３２】
この液状フッ素ゴム組成物は、パーフロロポリエーテルを主鎖としたベースポリマーを主材とする信越化学工業社製商品名ＳＩＦＥＬが代表例として挙げられ、これは、精密で高信頼性を要求される航空機用のＯリング用途などに使用されることが多いものである。
【００３３】
本発明の金型を用いた成形品の製造方法は、常法に準じて行うことができるが、例えば、上述した液状ゴム組成物の成形条件としては、射出速度が０．０１〜１０００ｃｃ／秒であることが好適であり、これ以下の速度では生産効率が著しく劣る場合があり、これ以上の速度では成形品にエアーを巻き込んだり、スコーチが発生するなどの問題が発生してしまう場合がある。更に好ましくは０．１〜５００ｃｃ／秒である。
【００３４】
また、成形温度は８０〜２００℃で架橋可能な時間、通常１〜６００秒間架橋させることが好ましく、成形温度が低いと架橋時間が長くなってしまい、生産効率が低下する場合があり、成形温度が高いと金型内を流れる間に架橋が進行して材料の流動性がなくなり、成形不可能になってしまうおそれがある。更に好ましくは１００〜１８０℃の温度設定が最適である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、上記金型構造とすることにより、高精密な成形加工品の安定製造が可能となり、これにより得られた成形品は、外観が良好であり、材料融合部の強度が向上したものである。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３７】
実施例及び比較例に用いる成形機、金型及び材料を下記に示す。
使用成形機
７トンＬＩＭＳ成形機（ＨＭ−７、ＬＩＭＳ仕様、日精樹脂社製商品名）
１０トンＬＩＭＳ成形機（ＮＳ−１０、ＬＩＭＳ仕様、日精樹脂社製商品名）
使用金型
すべてピーアールシー社製（製品形状及び寸法、エアーベント形状及び寸法は、表１及び図５〜１２に示す。）
使用材料
ＳＩＦＥＬ４７５０（液状フッ素ゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
ＳＩＦＥＬ３７０１（液状フッ素ゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
ＫＥ１９９０−６０（液状シリコーンゴム組成物、信越化学工業社製商品名）
【００３８】
【表１】
表１及び図５〜１２に示す射出成形金型内に、材料を表２〜６に示す最適な成形条件で射出成形し、Ｏリングを作製した。成形されたＯリングは２００℃、４時間のポストキュアーを行い、成形品の物性を安定化した。
【００４０】
これらのＯリングを用いて、強度、伸び及び外観について比較検討を行った。ただし、図７，８，１１，１２に示す金型（金型番号３，４，７，８）を用いて成形したＯリングにおいては、Ｏリングサイズが小さく、強度測定が困難であったために、テーパーゲージを用いて伸び及び外観のみを測定した。なお、測定値は、Ｏリング５個を無作為に選定して測定した結果の中央値を表記した。
【００４１】
［実施例１〜４及び比較例１〜４］
材料をＳＩＦＥＬ４７５０として、表２，３に示す金型及び成形条件を用いて各種形状のＯリングを成形し、強度、伸び及び外観について評価を行った。結果を表２，３に併記する。
【００４２】
【表２】
【表３】
本発明のエアーベント構造の金型を用いた実施例１、２のＯリングは外観に問題がないのに対して、従来のエアーベント位置の金型を用いた同形状の比較例１、２のＯリングは明らかに外観上の異常が観察され、強度及び伸びの測定値も比較例１，２のＯリングは実施例１，２のＯリングに比べて低い値であることがわかる。更に、強度測定したときの破断したＯリングサンプルを観察すると、比較例１，２のＯリングはすべて材料融合部で破断しているのに対して実施例１，２のＯリングは材料融合部以外で破断していることが確認できた。
【００４５】
また、比較例３、４のＯリングは形状が小さいためか外観上の異常はないものの、伸びを測定してみると本発明のエアーベント構造の金型を用いた同形状の実施例３，４のＯリングに比べ、明らかに低い値であることが確認できた。
【００４６】
［実施例５〜７及び比較例５〜７］
材料をＳＩＦＥＬ３７０１として、表４，５に示す金型及び成形条件を用いてＯリングを成形し、実施例１〜４と同様に評価を行った。結果を表４，５に併記する。
【００４７】
【表４】
【表５】
異なる材料を用いても実施例１〜４及び比較例１〜４とほぼ同じ結果が得られた。
わずかな違いは金型６を用いた比較例６のＯリングであり、比較例２のＯリングにおいては融合部跡が発生していたが、比較例６のＯリングは融合部跡の発生はない。しかしながら、強度に関しては、本発明のエアーベント位置の金型を用いた同形状の実施例６のＯリングに劣るものであった。
【００５０】
［実施例８，９及び比較例８，９］
材料を液状シリコーンゴム組成物であるＫＥ１９９０−６０として、表６に示す金型及び成形条件を用いてＯリングを成形し、実施例１〜４と同様に評価を行った。結果を表６に併記する。
【００５１】
【表６】
この材料は、液状フッ素ゴムに比べて融合部跡はつきにくいが、実施例と比較例とでは強度及び伸びの差は明確に発生した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエアーベント構造の一例を示す概略図である。
【図２】従来のエアーベント構造を示す概略図である。
【図３】エアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した本発明のエアーベント構造の一例を示す概略図である。
【図４】エアーベントをパージ材料スペースとエアースペースとに分割した本発明のエアーベント構造の他の例を示す概略図である。
【図５】 本発明の実施例１，５，８に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図６】 本発明の実施例２，６，９に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例３，７に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例４に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図９】 本発明の比較例１，５，８に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１０】 本発明の比較例２，６，９に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１１】本発明の比較例３，７に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【図１２】本発明の比較例４に用いた射出成形金型のエアーベント構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 金型本体
２ キャビティ
３ 成形材料供給ゲート
４ 外側エアーベントゲート
５ 内側エアーベントゲート
Claims (6)
- 成形材料供給ゲートから供給された成形材料が少なくとも二手に分岐して流動した後、合流し、この合流点で前記成形材料が融合するリング状のキャビティを有する射出成形金型において、前記キャビティに連絡する少なくとも２個のエアーベントゲートをキャビティの外側と内側とに、かつこれらエアーベントゲートを前記合流点に設けた場合に形成される成形材料の融合面よりも融合面面積が増大するように、前記成形材料供給ゲート位置から１８０°離間した位置近傍に存して一方を１８０°離間位置より右寄りに、他方を左寄りに前記合流点とずらして配置した、リング状成形品の成形用であることを特徴とする射出成形金型。
- 外側及び内側のエアーベントにおける成形材料パージスペースの割合を体積比として１：０．１〜１：１０とすることを特徴とする請求項１記載の射出成形金型。
- 請求項１又は２のいずれか１項記載の射出成形金型を用いて、そのキャビティに成形材料を射出することを特徴とする射出成形品の製造方法。
- 成形材料が、液状ゴム組成物である請求項３記載の製造方法。
- 液状ゴム組成物が、パーフロロポリエーテルを主鎖とするベースポリマーを主材とした液状フッ素ゴム組成物である請求項４記載の製造方法。
- 成形品が、Ｏリング又は角リングである請求項３，４又は５記載の製造方法。
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