JP6071804B2

JP6071804B2 - 射出成形金型

Info

Publication number: JP6071804B2
Application number: JP2013174392A
Authority: JP
Inventors: 貴裕岩屋
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: JP2015042463A

Description

本発明は、樹脂成形品の二色成形やインモールドコーティング等に使用される射出成形金型に関する。

従来から、熱可塑性樹脂を射出成形した樹脂成形品が種々の分野において使用されている。当該樹脂成形品は、固定型と可動型とを備える射出成形金型を完全に型締めした状態において、該固定型と可動型の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、冷却固化させることで所定形状に成形される。

ここで、樹脂成形品の中には、機能や用途等に応じて部分的に材料を異ならせる場合がある。この場合、異なる樹脂からなる成形品を各々別個に成形したうえで、それぞれを接着や溶着などにより接合する方法がある。しかし、材料の異なる成形品を別個に成形したうえで、その後接合するのでは、生産工程や生産設備が増加することで効率的ではなく、且つ接合面の界面強度にも難がある。そこで、生産性や接着性等を向上するため、同じ射出成形金型内において異種材料を段階的に射出することで、部分的に材料の異なる樹脂成形品を一体成形する、いわゆる二色成形といわれる技術が開発されている。

また、樹脂成形品の中には、耐候性や表面硬度などの各種物性を付与ないし向上したり、意匠性を高めるために、表面に被膜を形成したり塗料がコーティングされることも多い。この場合、一般的には樹脂成形品を射出成形した後に、噴霧やロールコーティング等によって被膜や塗膜が形成される。しかし、樹脂成形品を射出成形した後に塗膜等を形成したのでは、やはり生産性に劣る。そこで、上記二色成形と同様に、射出成形金型内において樹脂成形品の射出成形と塗装ないし被覆とを連続して行う、金型内被覆成形方法（インモールドコーティング）も開発されている。

これら二色成形やインモールドコーティングの具体的方法としては、図３（ａ）に示すように、固定型１０１と可動型１０２とを備える射出成形金型１００を完全に型締めした状態におけるキャビティ（一次キャビティ）１１０内に、図３（ｂ）に示すように溶融状態の樹脂Ｗ₀を射出充填して樹脂成形品を射出成形した後、図３（ｃ）に示すように可動型１０２を僅かに開いて、図３（ｄ）に示すように、新たに形成された空間（二次キャビティ）１１１へ異種材料（異なる熱可塑性樹脂、被膜材料、又は塗料）Ｗ₁を注入し冷却固化することで、樹脂成形品に異種材料Ｗ₁を一体的に積層したり被覆することができる。なお、図３において符号１０３は溶融樹脂射出用のノズルであり、符号１０４はノズル１０３とキャビティ１１０とを繋ぐランナであり、符号１０５は異種材料供給用のノズルである。

しかしながら、従来の二色成形やインモールドコーティングでは、次のような問題があった。すなわち、樹脂成形品を射出成形した後に可動型１０２を僅かに開いて異種材料Ｗ₁を注入する際、固定型１０１と可動型１０２とのシール性が低いと、図３（ｄ）に示すように、固定型１０１と可動型１０２との型合わせ面の隙間から異種材料Ｗ₁が射出成形金型１００外へ漏れ出すことがあった。これでは、樹脂成形品の生産性や品質が低下する。しかも、樹脂成形品を射出成形する際、樹脂Ｗ₀が固化収縮してキャビティ１１０内にも僅かな隙間が形成され易いため、この点においても異種材料Ｗ₁が固定型１０１と可動型１０２との型合わせ面から射出成形金型１００外へ漏れ出す問題が大きくなる。

この問題を解決するには、固定型と可動型の型合わせ面を高精度で設計したり、金型温度を精密に制御することも考えられる。しかしながら、固定型と可動型との型合わせ面の精度には限界がある。また、金型温度の精密な制御にも限界があると共に、これのみによって漏れを確実に防止できるにはいたらない。

そこで、このような問題を解決するインモールドコーティング用の金型として、下記特許文献１及び特許文献２が提案されている。特許文献１では、金型を完全に型締めした状態において形成されるキャビティの周囲から、可動型のスライド方向に延在する補助キャビティ（周面キャビティ）が連続形成されている。このように、キャビティの周囲に補助キャビティを設けて、当該補助キャビティ内で固化された樹脂によって固定型と可動型との型合わせ面のシール性を高めることで、塗料漏れの防止を図っている。なお、補助キャビティ内に充填された樹脂も固化収縮するが、当該補助キャビティの厚さ（幅）は０．１〜２ｍｍと小さいため、固化収縮によって補助キャビティ内に隙間が生じても、その厚さは極僅かなので、塗料漏れは生じないとされている。また、このように補助キャビティの厚さが小さいため、溶融樹脂が的確に補助キャビティ内に充填されるよう、補助キャビティ近傍にヒータを設けて溶融樹脂の流動性をより高めると共に、充填圧力（射出圧力）を一般的な射出成形よりも高めている。

一方、特許文献２では、樹脂成形品の形状の自由度を増大するために、金型を完全に型締めした状態において形成される特殊形状のキャビティの周囲から、可動型のスライド方向と直交する方向に、補助キャビティが連続形成されている。

特開２００１−１３８３３４号公報特開２００６−２６４０６６号公報

特許文献１では、可動型のスライド方向に連続する補助キャビティ（周面キャビティ）を設けることである程度塗料漏れには有効である。しかしながら、当該補助キャビティ内においても樹脂の固化収縮による隙間が生じることは避けられない。この問題を解決するために、特許文献１では補助キャビティの厚さを極小としているが、そのためにわざわざヒータを設けたり射出圧力を通常よりも高くするのでは、設備コストやランニングコストが高くつく。しかも、補助キャビティ内に隙間が生じること自体は避けられないので、粘度の低い塗料を使用した場合には、塗料漏れを確実に防止することはできない。

一方、特許文献２では樹脂成形品の形状の自由度を増大するために補助キャビティを設けているものであり、当該補助キャビティは可動型のスライド方向と直交する方向に延在しており、塗料漏れは従来の金型と同様に固定型と可動型との型合わせ面に依存している。したがって、特許文献２では固定型と可動型との型合わせ面のシール性については特別着目しておらず、当該固定型と可動型との型合わせ面からの塗料漏れの問題は解決されていない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するものであって、その目的は、二色成形やインモールドコーティングする際に、異種材料の漏れをコストを抑えながら確実に防止できる射出成形金型を提供することにある。

そのための手段として、本発明は、固定型と、該固定型に対して相対スライド可能な可動型とを備え、前記固定型と可動型とを完全に型締めした状態において該固定型と可動型の間に形成されるキャビティ内で樹脂成形品を射出成形した後、前記可動型を僅かに開いて、新たに形成された空間へ異種材料を注入して前記樹脂成形品と一体化させる射出成形金型であって、前記射出成形金型内には、前記キャビティの周囲から前記可動型のスライド方向に連続する周面キャビティ部と、該周面キャビティ部の先端から外方へ連続するフランジキャビティ部と、該フランジキャビティ部の先端から前記周面キャビティ部の延在方向と逆方向に連続する折返しキャビティ部とからなるシール用キャビティを有することを特徴とする。

本発明では、キャビティの周囲に可動型のスライド方向に連続する周面キャビティ部を設けていることで、第１段階的にある程度異種材料の漏れ防止を図ることができる。しかし、当該周面キャビティ部には樹脂の固化収縮に伴う隙間の発生はさけられないため、当該周面キャビティ部における異種材料の漏れ防止効果はあくまで補助的なものである。

そこで本発明では、周面キャビティ部から、さらにフランジキャビティ部と折返しキャビティ部とを連続して設けている。これによれば、周面キャビティ部と折返しキャビティ部との間に窪みが形成された凹形状（上向きコ字状）となるため、仮に周面キャビティ部の隙間を異種材料が漏れ伝ったとしても、当該異種材料は折返しキャビティ部で固化した樹脂によって堰き止められながらフランジキャビティ部で固化した樹脂上に溜まるだけなので、第２段階的に異種材料の漏れを確実に防止することができる。

さらに、詳細な原理は後述するが、シール用キャビティをこのような凹形状とすることで、樹脂の固化収縮に伴い、折返しキャビティ部では固化樹脂が金型に密着する方向に収縮力が作用する。これにより、固定型と可動型との型合わせ面におけるシール性が大きく上昇し、仮に多量の異種材料が漏れ伝ってきたとしても、第３段階的に異種材料の漏れをより確実に防止することができる。

このように、本発明では所定形状のシール用キャビティを形成するだけで異種材料漏れを確実に防止できるため、必ずしも当該シール用キャビティの厚さを極端に小さくする必要は無い。そのため、わざわざヒータなど＋αの装置を設ける必要はなく、溶融樹脂の充填圧力も必要以上に高める必要もないため、設備コストやランニングコストの大幅上昇を避けることもできる。

本発明の射出成形金型の成形工程を示す断面図である。図１（ｂ）の要部拡大断面図である。従来技術の射出成形金型の成形工程を示す断面図である。

本発明の射出成形金型は、所定形状の樹脂成形品を射出成形した後、金型を微開し、新たな空間へ異なる熱可塑性樹脂を射出し積層する二色成形や、樹脂成形品の耐候性や表面硬度等を向上したり新たな物性を付与する被膜、若しくは表面を塗装して意匠性を高める塗膜によって被覆するインモールドコーティング等に適したものである。本発明では、後階で射出成形する二色目の熱可塑性樹脂、被膜形成用材料、及び塗膜形成用の塗料などを総称して異種材料と称する。これを前提として、適宜図面を参照しながら、本発明の代表的な実施形態について説明する。

射出成形金型１は、図１に示すように、固定型１０と、該固定型１０に対して離接する方向に相対スライド可能な可動型１１とを備える。そのうえで、固定型１０と可動型１１の対向面は、それぞれ射出成形金型１を完全に型締めした状態において所定形状のキャビティ２０と、これに連続するシール用キャビティ２１とが形成されるようになっている。また、本実施形態では、溶融状態の樹脂Ｗ₀を射出するノズル１２が固定型１０に設けられており、当該ノズル１２とキャビティ２０とは、ランナ１３を介して連通している。一方、可動型１１には、異種材料Ｗ₁をキャビティ２０内へ射出ないし注入するためのノズル１４が設けられている。

キャビティ２０は、樹脂成形品を射出成形するため本来的に必要な空間であり、図１には板状の樹脂成形品を成形することを想定した形状で示しているが、その他所望される樹脂成形品の形状に応じて多様な形状に設計される。一方、シール用キャビティ２１は成形品としては最終的に不要な空間であるが、異種材料Ｗ₁の型漏れを防止するために必要な補助的な空間であり、その形状が重要となる。

本実施形態では、固定型１０が略凸形状となっていることに対し、可動型１１が略逆凹形状となっており、射出成形金型１を型締めすると、可動型１１が固定型１０の突部を覆うように型合わせされる。そのうえで、シール用キャビティ２１は、キャビティ２０の周囲から、可動型１１のスライド方向に固定型１０側に向けて連続する周面キャビティ部２１ａと、該周面キャビティ部２１ａの先端から外方（スライド方向と直交する方向）へ連続するフランジキャビティ部２１ｂと、該フランジキャビティ部２１ｂの先端から周面キャビティ部２１ａの延在方向と逆方向に可動型１１側へ向けて連続する折返しキャビティ部２１ｃとからなっている。

周面キャビティ部２１ａの厚さは特に制限されず、極端に言えばキャビティ２０よりも厚さを大きくすることもできる。しかし、この場合無駄に材料コストが嵩み、また、シール用キャビティ２１で固化した樹脂は最終的に樹脂成形品から切除されるので、その切除作業の労力が増大する。したがって、周面キャビティ部２１ａの厚さは、キャビティ２０の厚さよりも小さいことが好ましく、より好ましくはできるだけ小さくする。しかし、周面キャビティ部２１ａの厚さが極端に小さいと樹脂Ｗ₀の流動性が低下し、的確に樹脂Ｗ₀を充填するには特別な装置や制御が必要となる。したがって、周面キャビティ部２１ａの厚さは、通常の射出成形条件において樹脂Ｗ₀が的確に流入し得る最低限の厚さとすることが最も好ましい。また、周面キャビティ部２１ａの長さも特に制限されない。

フランジキャビティ部２１ｂの厚さは、周面キャビティ部２１ａの厚さと同じにすることが好ましい。フランジキャビティ部２１ｂの厚さを周面キャビティ部２１ａの厚さと異ならせると、当該フランジキャビティ部２１ｂにおいて樹脂Ｗ₀の流動性が極端に低下したり、材料コストの無駄が生じ得るからである。一方、フランジキャビティ部２１ｂの長さは特に制限されず、その上限は固定型１０の周縁部の幅に依存する。後述のように周面キャビティ部２１ａを漏れ伝った異種材料Ｗ₁の貯留効果を高めるためには、フランジキャビティ部２１ｂの長さはできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、本発明における異種材料Ｗ₁の漏れ防止は、折返しキャビティ部２１ｃにおけるシール効果がメインなので、材料コストを抑えるため、フランジキャビティ部２１ｂの長さは比較的小さくすることが好ましい。但し、折返しキャビティ部２１ｃにおけるシール効果を確実ならしめるため、フランジキャビティ部２１ｂの長さは折返しキャビティ部２１ｃの厚さより大きくしておくことが好ましい。

折返しキャビティ部２１ｃの厚さも、フランジキャビティ部２１ｂと同様の理由から、フランジキャビティ部２１ｂ及び周面キャビティ部２１ａと同じ厚さとすることが好ましい。一方、折返しキャビティ部２１ｃの長さは特に制限されないが、周面キャビティ部２１ａを漏れ伝った異種材料Ｗ₁の貯留効果を高めるためには、折返しキャビティ部２１ｃの長さはできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、本発明における異種材料Ｗ₁の漏れ防止は、折返しキャビティ部２１ｃにおけるシール効果がメインなので、材料コストを抑えるため、折返しキャビティ部２１ｃの長さは比較的小さくすることが好ましい。但し、確実にシール機能を発揮させるため、少なくとも、可動型１１を僅かに開いた際に折返しキャビティ部２１ｃにて固化した樹脂Ｗ₀が可動型１１と当接している長さとしておく。すなわち、折返しキャビティ部２１ｃの長さ＞可動型１１の微開量としておく。また、確実なシール性を確保するため、フランジキャビティ部２１ｂよりは長くしておくことが好ましい。

以上を纏めると、シール用キャビティ２１における各部位の厚さや長さの関係は、次のような関係が好ましい。
厚さ：周面キャビティ部２１ａ＝フランジキャビティ部２１ｂ＝折返しキャビティ部２１ｃ
長さ：周面キャビティ部２１ａ＞折返しキャビティ部２１ｃ＞フランジキャビティ部２１ｂ
フランジキャビティ部２１ｂの長さ＞折返しキャビティ部２１ｃの厚さ
但し、上記関係が若干崩れても、程度の差はあれ本発明の作用効果を得ることはできる。

次に、射出成形金型１を使用して二色成形ないしインモールドコーティングする際の作用機能について説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、樹脂成形品を射出成形するために射出成形金型１を完全に型締めする。これにより、樹脂Ｗ₀が射出充填されるキャビティ２０及びシール用キャビティ２１が、固定型１０と可動型１１の対向面に沿って画成される。この状態において、図１（ｂ）に示すように、ノズル１２からランナ１３を介して溶融状態の樹脂Ｗ₀をキャビティ２０へ射出する。これに伴い、キャビティ２０と連通しているシール用キャビティ２１にも樹脂Ｗ₀が流入していく。そして、キャビティ２０及びシール用キャビティ２１へ樹脂Ｗ₀を十分充填できたら、そのままの形状を保持して樹脂Ｗ₀を固化させる。これにより、キャビティ２０において所定形状の樹脂成形品が形成されると共に、シール用キャビティ２１においてシール用の固化樹脂が形成される。

次いで、可動型１１を僅かに後退させて射出成形金型１を微開する。これにより、図１（ｃ）に示すように、キャビティ２０部分において固化した樹脂Ｗ₀（樹脂成形品）と可動型１１との間に、異種材料Ｗ₁注入用の新たな空間２２が形成される。この意味において、キャビティ２０は「一次キャビティ」と称すことができ、可動型１１を僅かに開いて形成される新たな空間２２は「二次キャビティ」と称すことができる。したがって、以下では、新たな空間２２を「二次キャビティ」と称す。

そして、ノズル１４から二次キャビティ２２へ異種材料Ｗ₁を充填ないし注入し固化させることで、図１（ｄ）に示すように、樹脂成形品上に異種材料Ｗ₁を一体的に積層ないし被覆することができる。このとき、周面キャビティ部２１ａには樹脂Ｗ₀の固化収縮に伴い僅かな隙間が生じ得るが、仮に異種材料Ｗ₁が当該隙間を漏れ伝ったとしても、可動型１１の微開に伴いフランジキャビティ部２１ｂ上にも新たな空間が形成されているので、漏れ伝った異種材料Ｗ₁は、折返しキャビティ部２１ｃの樹脂Ｗ₀によって堰き止められながらフランジキャビティ部２１ｂ上の貯留空間２３に貯留されることで、射出成形金型１から漏れ出すことが防止される。しかも、折返しキャビティ部２１ｃにおいて固化した樹脂Ｗ₀によって確りシールされているので、多量の異種材料Ｗ₁が漏れ伝ったとしても、折返しキャビティ部２１ｃにおいて異種材料Ｗ₁の漏れは確実に防止される。

このような折返しキャビティ部２１ｃの存在によるシール性の向上原理について、詳しく説明する。先ず、十分量の溶融状態の樹脂Ｗ₀をキャビティ２０及びシール用キャビティ２１へ射出した直後は、図２（ａ）に示すように、樹脂Ｗ₀はシール用キャビティ２１内の隅々まで充填されており、隙間は生じていない。しかし、溶融状態の樹脂Ｗ₀は、固化する際に収縮する特性を有する。この固化収縮は、上下左右全ての方向に作用する。したがって、図２（ｂ）に示すように、キャビティ２０内では樹脂Ｗ₀の固化収縮に伴い上方及び周囲に僅かな隙間が生じ得る。周面キャビティ部２１ａ内でも樹脂Ｗ₀が収縮するが、キャビティ２０内の樹脂Ｗ₀の影響によって、キャビティ２０側かつ内側（固定型１０側）方向へ向けてそれぞれ収縮することで、可動型１１がわの側面と下方に僅かな隙間が生じ得る。同様に、フランジキャビティ部２１ｂでは、周面キャビティ部２１ａに連動してキャビティ２０側かつ内側（固定型１０側）へそれぞれ引っ張られながら樹脂Ｗ₀が収縮することで、下方に僅かな隙間が生じ得る。

さらに、折返しキャビティ部２１ｃでは、フランジキャビティ部２１ｂの影響によってキャビティ２０側に押し上げられながら樹脂Ｗ₀が縮むことで、下方のみならず上方にも僅かな隙間が生じ得る。そして、本発明における最も重要なポイントとして、フランジキャビティ部２１ｂは可動型１１のスライド方向と直交する方向に延在していることで、当該フランジキャビティ部２１ｂの樹脂Ｗ₀が固化収縮する際、図２（ｂ）の矢印で示すように、折返しキャビティ部２１ｃ内の樹脂Ｗ₀を可動型１１に密着させる方向に引っ張りながら固化することになる。これにより、折返しキャビティ部２１ｃにおいてシール性が向上し、異種材料Ｗ₁の漏れを確実に防止することができる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、これに限られることは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、樹脂Ｗ₀用のノズル１２やランナ１３は、固定型１０に限らず可動型１１に設けることもできる。また、異種材料Ｗ₁も、ノズル１４からランナを介して二次キャビティ２２へ供給することもできる。

また、固定型１０と可動型１１は、図１に示す相対位置関係のみならず、上下反転してもよいし、９０°回転して左右方向にスライドするように設置することもできる。この場合、上記実施形態で説明した各方向も、当然に固定型１０と可動型１１の相対位置関係に応じて変動する。また、固定型１０を凹形状とし、可動型１１を凸形状とすることもできる。

１射出成形金型
１０固定型
１１可動型
１２・１４ノズル
１３ランナ
２０（一次）キャビティ
２１シール用キャビティ
２１ａ周面キャビティ部
２１ｂフランジキャビティ部
２１ｃ折返しキャビティ部
２２二次キャビティ
１００射出成形金型
１０１固定型
１０２可動型
１１０キャビティ
Ｗ₀ 樹脂
Ｗ₁ 異種材料

Claims

固定型と、該固定型に対して相対スライド可能な可動型とを備え、前記固定型と可動型とを完全に型締めした状態において該固定型と可動型の間に形成されるキャビティ内で樹脂成形品を射出成形した後、前記可動型を僅かに開いて、新たに形成された空間へ異種材料を注入して前記樹脂成形品と一体化させる射出成形金型であって、
前記射出成形金型内には、前記キャビティの周囲から前記可動型のスライド方向に連続する周面キャビティ部と、該周面キャビティ部の先端から外方へ連続するフランジキャビティ部と、該フランジキャビティ部の先端から前記周面キャビティ部の延在方向と逆方向に連続する折返しキャビティ部とからなるシール用キャビティを有し、
前記キャビティと前記シール用キャビティとは、前記固定型と前記可動型とを完全に型締した状態において連通していることを特徴とする、射出成形金型。