JP4129840B2 - 射出成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、ゴムやプラスティックなどの成形体を成形するための射出成形用金型に関する。さらに詳しくは、固定された一方の型と移動可能な他方の型とからなる金型であって、一方の型と他方の型が開閉可能に設けられ、一方の型と他方の型とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成され、一方の型と他方の型のそれぞれに成形空間と連通する流路が流路軸心を対向する面へ向けて設けられ、成形空間内に中子が配設されている射出成形用金型に関する。

成形製品を成形するために用いられる金型は、成形技術上きわめて重要な役割を果たしている。金型を構成している主な構成要素は、成形製品を形成する部分である成形空間（キャビティ）とコア、成形材料の通路であるスプールとランナーおよびゲートである。

以下で従来の射出成形用金型について図９〜図１３を用いて説明する。

この従来の技術は、成形体の偏肉を防ぐため、パーティングラインＰＬの面に沿って形成された２方向のゲートから成形空間の中芯へ向かって未硬化のゴム材料（加熱され、粘度が低下し、流動性をもった状態のゴム材料、以下、単に「未硬化のゴム材料」という）を注入する技術である。

図９は従来の射出成形用金型の概略を示す図、図１０は射出成形用金型のうち可動側の金型と当該可動側の金型に取り付けられた中子を示す図であり、固定側の金型と対向する面の平面を示す図、図１１は、射出成形用金型を長手方向に平行に切断したときの縦断面を示す概略図、図１２は、射出成形用金型を長手方向に垂直に切断したときの縦断面を示す概略図、図１３は、射出成形用金型に未硬化のゴム材料を充填する際の概略図である。

この従来の射出成形用金型１００は、固定金型２００と、可動金型３００と、可動金型に取り付けられた円柱状の中子４００とから構成されている。これらの内部に当該未硬化のゴム材料の流路が形成され、さらに、固定金型２００と可動金型３００とが対向する面（すなわちパーティングライン（以下ＰＬという）の面）に、成形体を成形するための成形空間３４０および成形空間２４０がそれぞれ形成されている。参照符号３４０は、可動金型３００に形成された成形空間を示し、２４０は、固定金型２００に形成された成形空間を示している。成形空間２４０および成形空間３４０はＰＬを介して一つの空間を形成するように構成されている。当該未硬化のゴム材料の流路は、当該未硬化のゴム材料を金型へ注入する際の注入口となるスプール部と、スプール部からゲート部へ当該未硬化のゴム材料を通すためのランナー部とランナー部から成形空間へ当該未硬化のゴム材料を注入するゲート部とから構成されている。図１０に示されるように、スプール部、ランナー部およびゲート部は、ＰＬの面に形成されている。また、図１２に示されるように、スプール部は可動金型３００に形成されたスプール部３１０と固定金型２００に形成されたスプール部２１０とがＰＬを介して連続した１つの空間を形成するよう構成されている。また、ランナー部２２０およびランナー部３２０は固定金型２００および可動金型３００に成形空間の長手方向に沿って、ＰＬを介して１つの空間を形成するよう構成されている。また、ゲート部は成形空間の２箇所（互いに対向する位置）に連結されている。さらに、ゲート部は可動金型３００のＰＬの面に形成されたゲート部３３０と固定金型２００のＰＬの面に形成されたゲート部２３０とから構成され、ゲート部３３０とゲート部２３０とがＰＬを介して連続された１つの空間を形成するよう構成されている。

上記構成により、従来の射出成形用金型に未硬化のゴム材料が注入された場合について説明する。

金型内に未硬化のゴム材料が射出されると、当該未硬化のゴム材料がスプール部２１０とスプール３１０とを経て、ランナー部２２０に流入する。さらに、当該未硬化のゴム材料はランナー部２２０を通過してゲート部２３０に到達する。さらに、当該未硬化のゴム材料はゲート部２３０を経て成形空間２４０および成形空間３４０に射出される。図１３に示すように、ゲート部２３０から射出された当該未硬化のゴム材料の先端は成形空間２４０および３４０のほぼ真ん中（成形空間の中心を軸にＰＬの面を９０度回転させた位置）で当接し、当該未硬化のゴム材料によって成形空間が充填される。

また、射出成形用金型に関する先行技術である特許文献１〜３について説明する。

特許文献１は、多点ゲートあるいは多数個取り用射出成形金型のホットランナ装置に関するものであり、溶融樹脂を樹脂流路において常に加熱され、粘度が低下し、流動性をもった状態に保つために、温度制御されて設けられるマニホールドとホットチップについて述べている。その中で、マニホールドの温度がホットチップの温度に影響を与えるという問題に触れた上で、マニホールドとホットチップとの間に断熱材を設けることにより、この問題を解決している。

特許文献２は、樹脂の流動バラツキに合わせて射出タイミングをコントロールするようにした多点ゲートを有する射出成形機を提供することを目的としており、圧力センサでキャビティ内の流動樹脂の圧力を測定し、その圧力が所定の値を超えたとき、制御部でバルブゲートの開閉を制御する。これにより、各バルブゲートからの溶融樹脂のウェルド位置を常にキャビティ内の所望の位置にコントロールすることができ、射出成形品の成形不良を低減することができるという技術である。

特許文献３には、スプール、ランナー、ゲートとエジェクター板およびエジェクターピンとを成形体裏面側を成形する固定側金型に設け、かつ、離型手段としてエジェクター板とエジェクターピンを用いている。このため、ゲート跡やエジェクターピンの打ち跡は成形体の裏面に形成され、成形体の外縁部に縦バリが形成されることもなく、抜き勾配を大きく設定することによるデザイン面での制約を受けない。これにより、成形体の外観を向上させ、かつ、設計自由度を向上させることができるという技術である。

特開平８−１１８４２６号公報 特開２００１−１７９７８６号公報 特開２００３−３３９４９号公報

しかしながら、叙上の従来の射出成形用金型では、偏肉を防ぐためにＰＬの面に沿って形成された２方向のゲートから成形空間の中芯へ向かって、未硬化のゴム材料が注入されており、当該ゴム未硬化のゴム材料の最終充填位置が成形空間の中心を軸にＰＬの面から９０度回転した位置になる。そのため、本来ならば、金型各部の合わせ面の隙間から容易に排出されるはずの金型内に存在している空気（エアー）が金型の外部に排出されない。そのため、金型内のエアーを低減させるために真空射出成形機等を新たな設備として設ける必要があった。特に、異材質のゴム材料を同時に金型内に射出し、成形体を一体成形する場合、材料の境界面を垂直に保つためには、製品の両端からそれぞれ２点ずつ材料を注入する必要がある。この場合、材料の最終充填位置がＰＬの面から離れた位置になり、エアーの逃げ道が無くなり、エアー発生の不具合が起きやすい。

また、特許文献１〜３の技術は、溶融樹脂の成形空間への注入方向をＰＬの面に対して垂直方向になるように構成されているものの、いずれも成形体の偏肉やエアーの排出については言及していない。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、成形体の偏肉を防ぎつつ、成形体成形時のエアーを低減することができる射出成形用金型を提供することを目的としている。

本発明の射出成形用金型は、固定された一方の型と移動可能な他方の型とからなる金型であって、
前記一方の型と他方の型が開閉可能に設けられ、
前記一方の型と他方の型とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成され、
前記一方の型と他方の型のそれぞれに前記成形空間と連通する流路が該流路の軸心を前記対向する面へ向けて設けられ、
前記成形空間内に中子が配設されていることにより上記目的を達成する。

本発明の射出成形用金型によれば、固定された一方の型と移動可能な他方の型とからなる金型（金型の素材としては、たとえばアズ・ロールド鋼（ＨＲＣ硬度１３）、プリハードン鋼（ＨＲＣ硬度１３〜４０）、焼入れ焼戻し鋼（ＨＲＣ硬度６０）などが挙げられる。）であって、一方の型と他方の型が開閉可能に設けられ、一方の型と他方の型とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成されている。加えて、一方の型と他方の型のそれぞれに成形空間と連通する流路が設けられ、流路（ゲート部）はその流路（ゲート部）軸心方向を一方の金型と他方の金型とが対向する面へ向けて設けられている。また、成形空間内に中子が配設されている。これにより、未硬化のゴム材料が金型に流入した際に、当該未硬化のゴム材料が最終的に充填される位置は上述した２つの金型の対向する面すなわちパーティングラインの位置になり、成形空間（キャビティ）内に存在している空気（エアー）がパーティングラインの面の隙間を通じて金型の外部に放出される。このことにより、真空放出成形機などの特別な設備を設けることなく、ゴム内に発生するエアーを低減することができる。

また、可動側の金型、固定側の金型の両側から均等に射出圧力が中芯へかかるため、ゴムの偏肉を防ぐことができる。さらに、スプールの位置をパーティングライン上に設ける必要がなく、一つの流路は固定側と可動側に渡って形成されるので、一個のスプールで、多数の成形体を成形することが可能である。

本発明の射出成形用金型は、固定された一方の型と移動可能な他方の型とからなる金型であって、一方の型と他方の型が開閉可能に設けられ、一方の型と他方の型とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成されている。加えて、一方の型と他方の型のそれぞれに成形空間と連通する流路が設けられ、流路（ゲート部）はその流路（ゲート部）軸心を一方の金型と他方の金型とが対向する面へ向けて設けられ、成形空間内に中子が配設されている（中子の素材としては、たとえばアズ・ロールド鋼（ＨＲＣ硬度１３）、プリハードン鋼（ＨＲＣ硬度１３〜４０）、焼入れ焼戻し鋼（ＨＲＣ硬度６０）などが挙げられる）。

以下で、添付図面の図１〜図８を用いて、本発明の射出成形用金型について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかわる射出成形用金型の概略を示す説明図、図２は図１の射出成形用金型の平面図である。図３は図１の射出成形用金型のうち可動側の金型と、この可動側の金型に取り付けられた中子を示す図であり、固定側の金型と対向する面の平面を示す説明図、図４は図１の射出成形用金型を図２のＡ−Ａ線断面図、図５は図１の射出成形用金型を図２のＢ−Ｂ線断面図、図６は図１の射出成形用金型に未硬化のゴム材料が充填される際の概略説明図、図７は本実施の形態の射出成形用金型に多数個取りの流路を形成した場合を示しており、射出成形用金型を長手方向に垂直に切断したときの縦断面を示す概略説明図、図８は本実施の形態の射出成形用金型に、複数の異なる未硬化のゴム材料を充填する場合を示す説明図であって、射出成形用金型を長手方向に平行に切断したときの縦断面を示す概略図である。

添付図面を参照しながら本発明の射出成形用金型について以下に詳細に説明する。

実施の形態１
本実施の形態の射出成形用金型１は、固定金型２（一方の型）と、可動金型３（他方の型）と、可動金型３に取り付けられた円柱状の中子４（第３の型）とから構成され、これらの内部に未硬化のゴム材料の流路が形成され、さらに、固定金型２と可動金型３とが対向する面（すなわちＰＬの面）に成形体を成形するための成形空間がそれぞれ形成されている。３４は、可動金型３に形成された成形空間を示し、参照符号２４は、固定金型２に形成された成形空間を示している。未硬化のゴム材料の流路は、当該未硬化のゴム材料を金型へ注入する際の注入口となるスプール部と、スプール部からゲート部へ当該未硬化のゴム材料を通すためのランナー部とランナー部から成形空間へ当該未硬化のゴム材料を注入するゲート部とから構成されている。

本実施の形態では、スプール部がＰＬの面に対して垂直に形成され、未硬化のゴム材料の入り口がＰＬの面に平行な面上に設けられている。さらに、スプール部は固定金型２に形成されたスプール部２１と、２つの金型が閉じられた際に、このスプール部２１に連結するように可動金型３に形成されたスプール部３１とから構成されている。さらに、ランナー部についても同様に、固定金型２に形成されたランナー部２２と、２つの金型が閉じられた際に、この固定金型２のランナー部２２に連結するように可動金型３に形成されたランナー部３２とから構成されている。ランナー部２２は、固定金型２に形成されたスプール部２１と成形空間２４に直結したゲート部２３を連結することによって得られる。また、ランナー部３２は、可動金型３に形成されたスプール部３１と成形空間３４に直結されたゲート部３３を介して連結することによって得られる。つまり、ランナー部は成形空間３４および２４を囲うように形成される。本実施の形態では、図５および図６に示すように、成形空間３４に直結されたゲート部３３は、ＰＬの面に対して垂直に設けられている。また、成形空間２４に直結されたゲート部２３もまた、ＰＬの面に対して垂直に設けられている。さらに、ゲート部２３とゲート部３３とが成形空間３４および２４と中子４とを介して向かい合うように設けられている。ゲート部３３およびゲート部２３は、その軸心をＰＬの面に向けるように設けられる。

上述した金型は、未硬化のゴム材料が、加熱され、粘度が低下し、流動性をもった状態を保つため、金型内に設けられたヒータにより１４０〜２００℃に加熱されている。

また、ゴム材料の例としては、たとえばＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＮＲ（天然ゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＲ（天然ゴム）とＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）との混合材料（ポリマー重量比率でＮＲ：ＳＢＲ＝７：３）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）とＮＢＲ（ニトリルゴムブタジエンゴム）との混合材料（ポリマー重量比率でＰＶＣ：ＮＢＲ＝１：９〜２：８）などが挙げられる。なお、本実施の形態に記載している、成形に用いられるゴム材料および配合比は、あくまでも一例であって、これらに限定されることはない。

つぎに、本発明の射出成形用金型１を用いて成形体を製造する方法について説明する。

まず、可動金型３が油圧シリンダーなどの制御部（図示せず）により制御され、固定金型２へ向かって前進し、可動金型３と固定金型２とが嵌め合わされる（組み合わされる）。

つぎに、嵌め合わされた射出成形用金型１内に、未硬化のゴム材料をたとえばシリンダーなどのゴム射出手段を用いて注入する。このときの当該未硬化のゴム材料の温度は、７０〜１００℃ぐらいが望ましい。未硬化のゴム材料の温度が７０度を下回ると、当該未硬化のゴム材料の流動性がなくなり金型に流し込むことができない。また、当該未硬化のゴム材料の温度が１００度を超えると、ゴムの硬化が始まる。また、このときの圧力は、たとえば成形機の設定最大値にて射出するが、かかる条件に限定されることはない（成形に用いられる材料、金型等によっては成形機の設定圧力で射出しない場合もあるからである）。金型内に未硬化のゴム材料（加熱され、粘度が低下し、流動性をもった状態のゴム材料）が注入されると、スプール部２１およびスプール３１を介して、ランナー部２２およびランナー部３２に当該未硬化のゴム材料が分岐して流れる。つぎに、分岐した一方の当該未硬化のゴム材料は固定金型２に形成されたランナー部２２を介してゲート部２３に到達する。また、他方の当該未硬化のゴム材料は可動金型３に形成されたランナー部３２を介してゲート部３３に到達する。つぎに、ランナー部２２を通じてきた当該未硬化のゴム材料はゲート部２３を介して成形空間２４に射出される。また、ランナー部３２を通じてきた当該未硬化のゴム材料はゲート部３３を介して成形空間３４に射出される。この際のゴムは射出手段から金型内に射出されたときの温度（７０〜１００℃）を維持した状態で成形空間に流れる。また、ゲート３３およびゲート２３から成形空間３４および成形空間２４にゴムが射出される際には、成形機の設定最大値の圧力にて射出される。また、図６に示すように、ゲート部３３およびゲート部２３から射出された未硬化のゴム材料の先端は成形空間２４および３４のほぼ真ん中（すなわちＰＬの面の位置）でぶつかり、成形空間が充填される。この際、金型内に存在していた空気（エアー）が、可動金型３と固定金型２とが対向する面（すなわちＰＬの面）のそれぞれの面の隙間から金型外に排出される。

つぎに、成形空間３４および成形空間２４が未硬化のゴム材料により充填されると、成形体を冷却手段（図示せず）により冷却する。

最後に、成形体の冷却が完了すると、可動金型３が油圧シリンダーなどの制御部（図示せず）により制御されて後退し、金型が開く。

以上により、本実施の形態の射出成形用金型１によれば、固定された一方の型（固定金型２）と移動可能な他方の型（可動金型３）とからなる金型であって、一方の型（固定金型２）と他方の型（可動金型３）が開閉可能に設けられ、一方の型（固定金型２）と他方の型（可動金型３）とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成されている。加えて、一方の型２と他方の型３のそれぞれに成形空間と連通する流路が設けられ、流路（ゲート部）はその流路（ゲート部）軸心を一方の金型と他方の金型とが対向する面へ向けて設けられ、成形空間内に中子４が配設されている。これにより、未硬化のゴム材料を金型に流入した際に、当該未硬化のゴム材料ゴムが最終的に充填される位置は上述した２つの金型の対向する面すなわちＰＬの位置になり、成形空間（キャビティ）内に存在していた空気（エアー）がＰＬ面の隙間を通じて金型の外部に放出される。このことにより、真空放出成形機などの特別な設備を設けることなく、ゴム内に発生するエアーを低減することができる。

また、可動金型３、固定金型２の両側から均等に射出圧力が中芯へかかるため、ゴムの偏肉を防ぐことができる。さらに、スプールの位置をＰＬ上に設ける必要がなく、一つの流路（ランナー部）３２は固定側の金型と可動側の金型に渡って形成されるので、一個のスプール３１で、多数の成形体を成形することが可能である（図７参照）。

なお、本実施の形態においては、１種類のゴム材料を金型内に充填する場合について説明したが、これに限らず、複数の異なる種類の材料を充填してもよい。この場合、図８に示すように、スプールを複数設けてそれぞれから異なる材料を注入する。

また、上記実施の形態中では、スプール部をＰＬの面に対して垂直に形成し、未硬化のゴム材料の入り口をＰＬの面に平行な面上に設けた場合について説明しているが、これに限らず、当該未硬化のゴム材料ゴムの入り口はＰＬの面に垂直な面に設けても構わない。成形空間に直結した流路の流芯方向がＰＬの面に向けて設けられていればよい。

さらに、上記実施の形態中では、成形空間に直結した２つのゲート部をＰＬの面に対して垂直に、かつ、向かい合うように設けられているが、これに限らず、ゲート部がＰＬの面に沿って形成されていなければよい。たとえば、成形空間の縦断面が楕円状である場合、ゲート部の方向をＰＬの面に対して垂直ではなく、斜めに設けてもよい。成形空間の形状に応じて、ゲート部の位置や方向を決定する。

さらに、上記実施の形態中では、成形空間を可動金型と固定金型とにそれぞれ形成した場合について説明しているが、これに限らず、成形空間は可動金型か固定金型のいずれか一方に形成されていてもよい。

さらに、上記実施の形態中では、成形体の材料がゴムである場合について説明しているが、これに限らず、たとえばポリ塩化ビニル（塩化ビニル樹脂）、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、ナイロン、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）などの熱可塑性樹脂材料を用いてもよい。

本発明の射出成形用金型の概略を示す図である。 本発明の射出成形用金型の平面図である。 本発明の射出成形用金型のうち可動側の金型と、この可動側の金型に取り付けられた中子を示す図であり、固定側の金型と対向する面の平面を示す図である。 本発明の射出成形用金型を図２のＡ−Ａの位置で長手方向に平行に切断したときの縦断面を示す概略図である。 本発明の射出成形用金型を図２のＢ−Ｂの位置で長手方向に垂直に切断したときの縦断面を示す概略図である。 本発明の射出成形用金型に未硬化のゴム材料を充填する際の概略図である。 本発明の射出成形用金型に多数個取りの流路を形成した場合であり、射出成形用金型を長手方向に垂直に切断したときの縦断面を示す概略図である。 本発明の射出成形用金型に、複数の異なる未硬化のゴム材料を充填する場合の図であり、射出成形用金型を長手方向に平行に切断したときの縦断面を示す概略図である。 従来の射出成形用金型の概略を示す図である。 従来の射出成形用金型のうち可動側の金型と、この可動側の金型に取り付けられた中子を示す図であり、固定側の金型と対向する面の平面を示す図である。 従来の射出成形用金型を長手方向に平行に切断したときの縦断面を示す概略図である。 従来の射出成形用金型を長手方向に垂直に切断したときの縦断面を示す概略図である。 従来の射出成形用金型に未硬化のゴム材料を充填する際の概略図である。

符号の説明

１ 射出成形用金型（本発明）
２、２００ 固定金型（一方の型）
２１、２１０ 固定金型の流路（スプール部）
２２、２２０ 固定金型の流路（ランナー部）
２２ａ 未硬化のゴム材料Ａのための固定金型の流路（ランナー部）
２２ｂ 未硬化のゴム材料Ｂのための固定金型の流路（ランナー部）
２３、２３０ 固定金型の流路（ゲート部）
２４、２４０ 固定金型の成形空間
３、３００ 可動金型（他方の型）
３１、３１０ 可動金型の流路（スプール部）
３１ａ 未硬化のゴム材料Ａを注入するための流路（スプール部）
３１ｂ 未硬化のゴム材料Ｂを注入するための流路（スプール部）
３２、３２０ 可動金型の流路（ランナー部）
３２ａ 未硬化のゴム材料Ａのための可動金型の流路（ランナー部）
３２ｂ 未硬化のゴム材料Ｂのための可動金型の流路（ランナー部）
３３、３３０ 可動金型の流路（ゲート部）
３４、３４０ 可動金型の成形空間
４、４００ 中子（第３の型）
１００ 射出成形用金型（従来）
ＰＬ パーティングライン

Claims (1)

1. 固定された一方の型と移動可能な他方の型とからなる金型であって、
   前記一方の型と他方の型が開閉可能に設けられ、
   前記一方の型と他方の型とが対向する面の少なくとも一方に成形空間が形成され、
   前記一方の型と他方の型のそれぞれに前記成形空間と連通する流路が、該流路の軸線が前記対向する面に向けられるように設けられ、
   前記成形空間内に中子が配設されてなる
   ことを特徴とする射出成形用金型。

Images