JP7118830B2 - 樹脂成形金型及び樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャビティと、ホットランナーブロックと、キャビティとホットランナーブロックを接続するコールドランナーを備える樹脂成形金型に関する。特に、コールドランナーにおいて固化する樹脂、すなわち成形品そのものには用いられないまま固化してしまう樹脂を少なくできる樹脂成形金型、およびそれを用いた樹脂成形品の製造方法に関する。

プラスチック等の熱可塑性樹脂を射出成形する樹脂成形金型として、コールドランナー金型とホットランナー金型が知られている。コールドランナー金型は、構造が単純だという利点はあるが、ランナー部で固化する樹脂が廃材となるため、経済性向上及び環境負荷低減の観点から、樹脂廃材が少ないホットランナー金型を用いることが望まれる。ランナー部がすべて加熱されているホットランナー金型を使用すれば、樹脂廃材をほとんど発生させることなく樹脂成形品を得ることができる。

しかしながら、ホットランナー部には加熱機構を設けるため所定の大きさが必要であり、用いる上で制約があった。例えば、樹脂成形品の形状が小さい時には、ホットランナー部を設置して接続するだけの面積がキャビティに確保できない場合がある。また、複雑な凹凸形状がある樹脂成形品を作成する場合には、ホットランナー部が成形金型の凹凸形状と干渉するため、キャビティに直接ホットランナー部を接続することが困難な場合があった。

そこで、特許文献１に示すような、ランナーの一部をコールドランナーで構成したホットランナー金型が提案されている。特許文献１の金型では、ホットランナーの構成部品であるスプルブッシュをキャビティ毎に設け、その先端外周部にアンダーカット形状を付与している。このアンダーカット形状部分に溶融樹脂が流入し固化することで、コールドランナー部で固化した樹脂を、ホットランナーのスプルブッシュで保持することができる。特許文献１の方法は、従来はコールドランナーで形成されていたランナー枝をホットランナー化することにより、コールドランナー部で固化する樹脂の容積を低減している。

特開平３－２６１５２８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、コールドランナー部で固化した樹脂をスプルブッシュの先端で保持するため、固化した樹脂はスプルブッシュの外形と等しいかまたは大きいものとなり、固化した樹脂の容積が未だに大きい。
また、ホットランナーのスプルブッシュは、ホットランナーに極めて近い位置にあるため、高温になっているのが一般的である。そのため、スプルブッシュ先端のアンダーカット部と接する樹脂が十分に固化せず、成形品から分離する際に十分な保持力を発揮できずに破断し、樹脂の一部が型内に取り残されてしまう懸念がある。

したがって、ランナーの一部をコールドランナーで構成するが、この部分で固化する樹脂の量を低減でき、しかも固化物を安定して取り出すことができる金型が求められていた。

本発明は、ホットランナーが設けられた第１金型と、樹脂成形品に応じたキャビティを形成する第２金型と、前記第１金型と前記第２金型との間に配され、前記ホットランナーと前記キャビティとを接続し、前記ホットランナーよりも低温なコールドランナーが設けられた中間金型と、バルブピンと、を備えた樹脂成形金型であって、前記バルブピンは、前記バルブピンの軸方向に進退することで、前記ホットランナーから前記キャビティに至る溶融樹脂の流路を開閉することが可能であり、前記バルブピンは、前記コールドランナーで固化した樹脂を保持可能なランナーロック部を備える、ことを特徴とする樹脂成形金型である。

本発明は、ランナーの一部をコールドランナーで構成するが、この部分で固化する樹脂の量を低減でき、しかも固化物を安定して取り出すことができる金型を提供できる。

第一の実施形態である樹脂成形金型の構成を示すための簡易断面図。 第一の実施形態の樹脂注入前の状態を示す一部拡大断面図。 実施例および比較例で作成した樹脂成形品の外観図。 第一の実施形態の樹脂注入後の状態を示す一部拡大断面図。 実施形態の第１の工程の状態を示す断面図。 実施形態の第２の工程の状態を示す断面図。 実施形態の第３の工程の状態を示す断面図。 実施形態の第４の工程の状態を示す断面図。 実施形態の第５の工程の状態を示す断面図。 実施形態の第６の工程の状態を示す断面図。 （ａ）実施例１のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＺ平面図。（ｃ）一部断面図。 （ａ）実施例２のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＺ平面図。（ｃ）一部断面図。 実施例３の樹脂成形金型の一部拡大断面図。 比較例１の樹脂成形金型の構成を示すための簡易断面図。 比較例２の樹脂成形金型の構成を示すための簡易断面図。 他の実施形態の樹脂成形金型の構成を示す一部拡大断面図。 （ａ）実施例４のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。 （ａ）実施例５のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）上面図。 （ａ）実施例６のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。（ｄ）噛合状態を示す図。 （ａ）実施例７のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。（ｄ）噛合状態を示す図。 （ａ）実施例８のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。 （ａ）実施例９のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。 （ａ）実施例１１のランナー固化物の外観図。（ｂ）ＸＹ平面図。（ｃ）断面図。（ｄ）噛合状態を示す図。 第二の実施形態の樹脂注入時の状態を示す一部拡大断面図。 第二の実施形態の樹脂注入停止時の状態を示す一部拡大断面図。

［第一の実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態である樹脂成形金型及び樹脂成形品の製造方法について説明する。

（金型の構成）
図１は、第一の実施形態である樹脂成形金型の構成を示すための簡易断面図である。図１において、１は固定側金型、２は可動側金型、３は第１中間金型、４は第２中間金型である。固定側金型１は、固定側ダイセットＡ部１１０、固定側ダイセットＢ部１１１、固定側取付板１１２を備えている。可動側金型２は、可動側取付板２２０、スペーサーブロック２２１、可動側ダイセット２２２を備えている。
１０はキャビティで、本実施形態の金型は成形品を２個取りするため、２箇所にキャビティ１０を備えているが、キャビティの数はこれに限るものではない。
２０１はキャビティ１０に形成された樹脂成形品を離型する際に突出させるエジェクターピン、２０２はエジェクタープレートである。１０１は溶融樹脂を射出する射出装置に対して金型を位置決めするためのロケートリング、１４は金型各部の接離動作を行うための引っ張りリンクである。

固定側金型１には、溶融樹脂を供給するためのホットランナー部が設けられ、第２中間金型４と第１中間金型３には、ホットランナーから供給される樹脂をキャビティ１０に導入するためのコールドランナーが設けられている。５はホットランナー、６はバルブピン、７はホットランナーのブッシュ、８はコールドランナー、５００はホットランナーのマニホールド部である。
図中右側からホットランナー部に供給される溶融樹脂は、マニホールド５００を介して２箇所のキャビティ１０に向けて分配される。各キャビティ１０に向かうホットランナー５は、先端部がブッシュ７に挟持されて固定側ダイセットＡ部１１０に固定されている。バルブピン６は、ホットランナー５内からコールドランナー８に向けて進退可能に、バルブ駆動機構１００により保持されている。

図１中に点線で囲んで示した領域１Ａの拡大断面図を、図２に示す。尚、図２に限らず拡大断面を示す際には、図示の便宜のため、ホットランナー、ブッシュ、バルブピン等の部材相互の間隔を広げて示す場合があるが、実際には溶融樹脂が漏れるような隙間が存在するわけではない。

図２は、キャビティ１０に溶融樹脂２０の注入を開始する前の状態を示している。すなわち、バルブピン６の先端がブッシュ７からコールドランナー８内に突出し、コールドランナー８の内側面と密接してコールドランナー８を閉塞している状態を示している。
バルブピン６は、コールドランナー８内の所定位置まで進出すると溶融樹脂の流路を閉じることができ、逆に所定位置よりもＸ方向側すなわちホットランナー５の内側にまで後退すると流路を開くことができる。流路を開くと、ホットランナー５内の溶融樹脂をコールドランナーを介してキャビティに充填することができる。

キャビティ１０に溶融樹脂を充填した後、バルブピン６はコールドランナー８を閉塞するが、バルブピン６の先端は、高温なホットランナー５やブッシュ７から遠ざかり、しかも低温な第２中間金型と密着するため、温度が低下する。このため、コールドランナー８内の樹脂の固化に支障をきたすことはない。
バルブピン６の先端には、図中の点線で囲んだ領域６１に示すようにアンダーカット形状部が設けられているが、コールドランナー８内で固化した樹脂とバルブピン６の先端部に噛合い構造を形成することができる。以後の説明では、この噛合い構造の部分をランナーロック部と呼ぶことがある。バルブピン６は、例えば鋼材を用いて作られている。ランナーロック部のアンダーカット形状部では、第１の位置においてバルブピンの軸方向と直交する面に沿って切った断面の断面積よりも、第１の位置よりもキャビティに近い位置においてバルブピンの軸方向と直交する面に沿って切った断面の断面積が大きい。

１１はキャビティに樹脂を注入するゲートである。コールドランナー８は、バルブピン６が流路を閉塞する所定位置からゲート１１に向かって先細り、すなわち流路断面積が減少してゆくような形状に形成されている。本実施形態では、コールドランナー８の流路断面形状を円形としているが、その所定位置における直径をＤ１、ゲート１１側をＤ２とした時、コールドランナー８の直径はＤ１からＤ２に向かうにつれ広義単調減少している。ここで、広義単調減少するとは、ゲートに向かって増加する部分は存在せずに減少してゆくが、一部に減少率が０（すなわち流路断面積が一定）の領域が含まれていてもよいことを意味する。Ｄ１はコールドランナーの中で最大直径であり、その直径はバルブピン６の直径以下である。

かかる先細り形状のコールドランナー８を採用することにより、成形品の形状が凹凸を有する複雑な形状であったとしても、キャビティにコールドランナーを容易に接続することが可能である。また、コールドランナー内で固化する樹脂の体積を抑制することができ、樹脂廃材を低減することができる。また、第１中間金型３と第２中間金型４を離間させたときに、コールドランナー８内で固化した樹脂を、最も細いゲート部にて簡単に切断することができ、樹脂成形品から容易に切り離すことができる。

（金型の動作）
次に、図１、図４、図５乃至図１０を用いて本実施形態の金型装置の一連の動作について説明する。
まず第１の工程は、図１に示す樹脂成形金型に、不図示の射出装置から供給される溶融樹脂を射出充填させる工程である。まず、バルブピン６をＸ方向に移動させてコールドランナー８の流路を開き、マニホールド５００を経由してホットランナー５に注入された溶融樹脂をコールドランナー８、ゲート１１を介して各々のキャビティ１０に射出する。キャビティ１０に溶融樹脂が充填されたらバルブピン６をコールドランナー８に進出させ、コールドランナー８を閉塞する。図４に、キャビティ１０に溶融樹脂２０が充填された後、バルブピン６がコールドランナー８を閉塞している状態の拡大断面図を示す。

キャビティ１０およびコールドランナー８に充填された樹脂は、冷却されて固化する。尚、以後の説明では、コールドランナー８内で固化した樹脂部分とキャビティ１０内で固化した樹脂部分とを区別するため、前者をランナー固化物４８と呼び、後者を樹脂成形品９と呼ぶ場合がある。

先述したように、バルブピン６の先端部は、高温なホットランナー５やブッシュ７から遠ざかり、しかも低温な第２中間金型の内面と密着することで温度が低下するため、コールドランナー８内の樹脂の固化に支障をきたすことはない。そして、バルブピン６の先端部のランナーロック部により、コールドランナー８内で固化した樹脂とバルブピン６とは噛合い構造を形成する。この噛合い構造により、ランナーロック部はランナー固化物４８をバルブピンの軸方向に拘束可能である。図５は、樹脂をキャビティ１０内に射出充填させ、固化させた状態を示す断面図である。尚、バルブピン６はコールドランナー８内に突出してこれを閉塞しているため、ランナー固化物４８が直接的にブッシュ７に接触することはない。

次に、第２の工程は、第１中間金型３と第２中間金型４とを分離する工程である。図６は、第１中間金型３と第２中間金型４が離間機構１３の作用により離間した状態を示す断面図である。
第１中間金型３と第２中間金型４が離間しようとすると、第２中間金型４のテーパー面とバルブピン６のランナーロック部とにより保持されたランナー固化物４８はＸ方向に牽引され、最細部であるゲート１１の位置でランナー固化物４８は切断される。切断されたランナー固化物４８は、第１中間金型３からは離型するが、第２中間金型４のテーパー面とランナーロック部により、引き続き保持される。

次に、第３の工程は、可動側金型２と第１中間金型３とを分離する工程である。図７は可動側金型２と第１中間金型３が分離した状態を示す断面図である。この工程において、切断されたランナー固化物４８は、第２中間金型４のテーパー面とランナーロック部により、引き続き保持されている。

次に、第４の工程は、固定側金型１と第２中間金型４とを分離する工程である。図８は、固定側金型１と第２中間金型４が分離した状態を示す断面図である。この工程において、樹脂成形品から切断されたランナー固化物４８は、ランナーロック部により引き続き保持されてＸ方向に牽引されるため、第２中間金型４からは離型する。

次に、第５の工程は、ランナー固化物４８を金型から取り出す工程である。図９は、ランナー固化物４８がバルブピン６から分離して取り出されている状態を示す断面図である。
図２に示したように、バルブピン６の先端のランナーロック部にはアンダーカット形状部が設けられているが、ランナー固化物４８は、第２中間金型４から離型した後は、バルブピン６の軸方向（Ｘ方向）以外の力を受ければバルブピン６から簡単に脱離する。すなわち、重力により脱落し、自然落下により金型外に取り出し可能である。また、重力を利用しなくても、バルブピン６の軸方向（Ｘ方向）と交差する方向にオートハンドなどを用いて力を加えれば、簡単に取り出し可能である。

次に、第６の工程は、樹脂成形品９が樹脂成形金型から離型される工程である。固化した樹脂成形品９は、エジェクターピン２０１により可動側ダイセット２２２から離型される。図１０は、樹脂成形品９が離型された状態を示す断面図である。
以上の工程を繰り返すことにより、本金型を用いて樹脂成形品を連続して製造することが可能である。

本実施形態によれば、第１の工程において、バルブピン６の先端をコールドランナー８の金型内面と接触させてコールドランナーを閉塞するため、閉塞時のバルブピン６のランナーロック部の温度をホットランナーブッシュよりも低くすることができる。このため、工程の繰り返し速度を比較的早くしても、コールドランナー８内の樹脂を十分に固化させることができ、ランナー固化物をランナーロック部で確実に保持できる。

また、キャビティに向かって先細りになるコールドランナーを採用しているため、ランナー固化物の体積を小さくすることができる。そして、第２の工程において、最細部であるゲート１１の位置でランナー固化物４８を樹脂成形品９から確実に切断することができる。さらに、第３の工程において、ランナー固化物４８を、第２中間金型４のコールドランナーのテーパー面とランナーロック部により、引き続き保持することができる。

ランナーロック部には、ランナー固化物をバルブピンの軸方向に拘束するアンダーカット形状部が設けられているため、第４の工程ではランナー固化物を第２中間金型から離型し、第５の工程ではランナー固化物をバルブピンから開放することができる。
以上のように、本実施形態によれば、ランナー固化物の容積を小さくできるとともに、ランナー固化物をランナーロック部で確実に保持して破断することなく簡単に型外に取り出すことができる。

［第二の実施形態］
第二の実施形態の樹脂成形金型の基本構成は、図１を参照して説明した第一の実施形態と同様であるが、第一の実施形態とはバルブピンの形態が異なる。また、第二の実施形態の樹脂成形金型の基本動作は、図５乃至図１０を参照して説明した第一の実施形態と同様である。第一の実施形態と共通する部分については、説明を省略する。
図２４及び図２５は、第二の実施形態の樹脂成形金型の一部を拡大した断面図で、第一の実施形態と同一の部品については同一の参照番号を付して示している。

本実施形態のバルブピン６は、ランナーロック部６ａ、ブッシュ当接部６ｂ、主軸部６ｃを有している。バルブピン６の先端にあるランナーロック部６ａには、ランナー固化物をバルブピンの軸方向に拘束して保持するアンダーカット形状部が設けられている。ランナーロック部６ａは、ホットランナー５の出口開口およびブッシュ７の開口を通り抜け可能な形状を有している。バルブピン６がＸ＋方向に移動すれば、ランナーロック部６ａは図２４に示すようにホットランナー内に位置し、バルブピン６がＸ－方向に移動すれば、ランナーロック部６ａは図２５に示すようにコールドランナー内に位置する。

図２４は、バルブピン６がＸ＋方向に移動してホットランナー内に位置し、ホットランナー５の出口開口、ブッシュ７の開口、コールドランナー８、ゲート１１を通じて、溶融樹脂２０がキャビティ１０に注入されている時の状態を示している。図２５は、キャビティ１０への樹脂の注入が完了した後、バルブピン６がＸ－方向に移動し、溶融樹脂の流路を閉塞した状態を示している。図２５において、バルブピン６のブッシュ当接部６ｂはブッシュ７の開口と当接し、主軸部６ｃの角部はホットランナー５のテーパー面と当接しており、溶融樹脂の流路を閉塞している。すなわち、バルブピン６は、コールドランナー８側に所定位置まで進出すると溶融樹脂の流路を閉じることができ、逆にＸ＋方向側すなわちホットランナー５の内側にまで後退すると溶融樹脂の流路を開くことができる。

図２５に示す状態において、キャビティ１０内及びコールドランナー８内の溶融樹脂が冷却されると、キャビティ１０内には樹脂成形物が形成され、コールドランナー８内にはランナー固化物が形成される。本実施形態では、第２中間金型４内のコールドランナーに、テーパー面だけでなく段差部を設けており、図６を参照して説明した第２の工程においてランナー固化物をＸ＋方向に強く牽引することができる。このため、コールドランナー８の最細部であるゲート１１の位置でランナー固化物は確実に切断される。
また、本実施形態では、後述する実施例７のように、バルブピンの軸と直交する方向におけるランナー固化物の最大径が、バルブピンのブッシュ当接部６ｂの径よりも大きくなる。これにより、ランナーロック部６ａと噛合する部分のランナー固化物の構造強度を大きくすることができ、図８を参照して説明した第４の工程においてランナー固化物をＸ＋方向に強く牽引することができる。このため、ランナー固化物を第２中間金型４から確実に離型することができる。
以上のように、本実施形態においても、ランナー固化物の容積を小さくできるとともに、ランナー固化物をランナーロック部で確実に保持して破断することなく簡単に型外に取り出すことができる。

［実施例］
以下、本発明の実施例と比較例を説明する。実施例と比較例では、図３に外観形状を示す樹脂成形品９を作成し、その際に生じたランナー固化物を比較した。

樹脂成形品９は、板状の基部上面に６本のリブ１２が平行に配置された形状を有する。具体的には、板状の基部の形状は、外寸が１００ｍｍ×８０ｍｍ、肉厚２ｍｍで、リブ間距離Ｌは１０ｍｍであり、部品重量は２２ｇである。樹脂成形品９を成形する金型には、図中の３１で示す位置に対応してゲートが設けられている。すなわち、２本のリブの中間に対応する位置から、コールドランナーを介してキャビティに樹脂を注入する。
実施例および比較例は、全て表１に示す成形条件で樹脂成形品９を作成した。

（実施例１）
実施例１では、図１の樹脂成形金型を用いて成形した。樹脂はＰＢＴを用いた。図２に断面形状を示したバルブピン６およびコールドランナー８を用いた。コールドランナーの最大直径Ｄ１は４ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。コールドランナーはＤ１を最大とし、Ｄ２に向かうにつれ直径は広義単調減少している。すなわち、コールドランナーの直径はバルブピンの直径以下である。
実施例１では、前述した実施形態の第１の工程から第６の工程を実施し、樹脂成形品を作成した。第１の工程において図４に示すように樹脂を注入すると、コールドランナー８内にはランナー固化物４８が生ずる。

図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）に、実施例１のランナー固化物４８の形状を示す。図１１（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図１１（ｂ）はＸＺ平面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）中のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図である。図１１（ａ）に示すように、ランナー固化物４８は、コールドランナーの最大直径Ｄ１及びＤ２を反映した先細りの形状を有している。図１１（ｂ）において、Ｘ方向はバルブピンの軸方向に対応するが、ランナー固化物４８の端部はＸ方向に見たときアンダーカットされた形状となっており、バルブピンのランナーロック部と噛み合って保持され得る。図１１（ｃ）において、－Ｚ方向およびＹ方向は、アンダーカット形状で拘束されない方向であり、ランナー固化物４８がバルブピン６から容易に抜ける方向である。ランナーロックから抜ける方向を鉛直方向と一致させれば、取り出し時にランナー固化物４８は自然落下する。また鉛直方向以外の任意の方向に設定した場合には、オートハンド等を用いれば簡単に取り出しできる。実施例１におけるランナー固化物の重量は、０．２３ｇであった。

（実施例２）
実施例２では、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状を除き、実施例１と同様の方法で樹脂成形品９を作成した。すなわち、実施例１と同様に図１の樹脂成形金型を用いて成形し、樹脂はＰＢＴを用いた。コールドランナーの最大直径Ｄ１は４ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。コールドランナーはＤ１を最大とし、Ｄ２に向かうにつれ直径は広義単調減少している。また、コールドランナーの直径はバルブピンの直径以下である。
実施例２においても、前述した実施形態の第１の工程から第６の工程を実施し、成形物を作成した。第１の工程において図４に示すように樹脂を注入すると、コールドランナー８内にはランナー固化物４８が生ずる。

図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）に、実施例２のランナー固化物４８の形状を示す。図１２（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図１２（ｂ）はＸＺ平面図、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）中のＢ－Ｂ’に沿って切断した断面図である。図１２（ａ）に示すように、ランナー固化物４８は、コールドランナーの最大直径Ｄ１及びＤ２を反映した先細りの形状を有している。図１２（ｂ）において、Ｘ方向はバルブピンの軸方向に対応するが、ランナー固化物４８の端部はＸ方向に見たときアンダーカットされた斜面を有する形状となっており、バルブピンのランナーロック部と噛み合って保持され得る。

実施例２においては、実施例１と異なり、ランナー固化物４８はＸ方向だけでなくＹ方向にもバルブピンのランナーロック部に拘束される。したがって、実施例２においては、図１２（ｃ）の－Ｚ方向が、ランナーロック部で拘束されない方向であり、ランナー固化物４８がバルブピン６から容易に抜ける方向である。ランナーロックから抜ける方向を鉛直方向と一致させれば、取り出し時にランナー固化物４８は自然落下する。また鉛直方向以外の任意の方向に設定した場合には、オートハンド等を用いれば簡単に取り出しできる。
実施例２におけるランナー固化物の重量は、０．２３ｇであった。

（実施例３）
実施例３では、第１中間金型３および第２中間金型４に形成された樹脂流路であるコールドランナーの形状を除き、実施例１と同様の方法で樹脂成形品９を作成した。すなわち、実施例１と同様に図１の樹脂成形金型を用いて成形し、樹脂はＰＢＴを用いた。
図１３は、実施例３のコールドランナーの形状を示す断面図である。コールドランナーの最大直径Ｄ１は４ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。また、コールドランナーの直径はバルブピンの直径以下である。

実施例３においても、コールドランナーは、ランナーロック部からゲートに向かって先細り、すなわち流路断面積が減少する形状を有している。ただし、実施例３においては、第２中間金型４内のコールドランナー部に段差部８１を設けている。
実施例３においても、前述した実施形態の第１の工程から第６の工程を実施し、成形物を作成した。第１の工程において図４に示すように樹脂を注入すると、コールドランナー８内にはランナー固化物４８が生ずる。

実施例３では、第２中間金型４内のコールドランナー部に段差部８１を設けたことにより、第２の工程において第１中間金型３と第２中間金型４とを分離する際に、ランナー固化物４８は第２中間金型４によってＸ方向に強く牽引される。このため、ランナー固化物４８は、最細部であるゲート１１の位置で確実に切断されるとともに、第１中間金型３からの離型が、実施例１よりも更に容易になる。
実施例３におけるランナー固化物の重量は、０．２５ｇであった。

（実施例４）
実施例４では、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状及び樹脂流路であるコールドランナーの形状を除き、実施例１と同様の方法で樹脂成形品９を作成した。すなわち、実施例１と同様に図１の樹脂成形金型を用いて成形し、樹脂はＰＢＴを用いた。
コールドランナーの最大直径Ｄ１は４ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。コールドランナーはＤ１を最大とし、Ｄ２に向かうにつれ直径は広義単調減少している。すなわち、コールドランナーの直径はバルブピンの直径以下である。実施例４においても、前述した実施形態の第１の工程から第６の工程を実施し、成形物を作成した。第１の工程において図４に示すように樹脂を注入するとコールドランナー８内にはランナー固化物４８が生ずる。

図１７（ａ）～図１７（ｃ）に、実施例４のランナー固化物４８の形状を示す。図１７（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図１７（ｂ）はＸＹ平面図、図１７（ｃ）はＣ－Ｃ’に沿って切断した断面図である。実施例４においては、実施例１と異なりランナー固化物はＸ方向だけでなくＹ方向にも拘束される。―Ｚ方向がランナーロック部の拘束されない方向であり、ランナー固化物４８は自然落下する。ランナーロック部の向き次第で、鉛直方向の内、上向きか下向きのいずれか一方向にのみ離間可能とすることができる。この場合、コールドランナーで固化した樹脂の内、離間可能な前記一方向の直径はバルブピンの直径未満であり、一方向と交差する方向の直径はバルブピンの直径以上である。また、拘束されない方向を鉛直方向以外の任意の方向に設定した場合には、オートハンド等を用いれば簡単に取り出しできる。

実施例４では、第２中間金型４内のコールドランナー部に段差部８１を設けたことにより、第２の工程において第１中間金型３と第２中間金型４とを分離する際に、ランナー固化物４８は第２中間金型４によってＸ方向に強く牽引される。このため、ランナー固化物４８は、最細部であるゲート１１の位置で確実に切断されるとともに、第１中間金型３からの離型が、実施例１よりも更に容易になる。実施例４におけるランナー固化物の重量は、０．２３ｇであった。

（実施例５）
図１８（ａ）～図１８（ｃ）に、実施例５のランナー固化物４８の形状を示す。図１８（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図１８（ｂ）はＸＹ平面図、図１８（ｃ）は上面図である。実施例５では、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状を除き、実施例４と同様の方法で樹脂成形品９を作成した。すなわち、実施例４と同様に図１の樹脂成形金型を用いて成形し、樹脂はＰＢＴを用いた。コールドランナーの内離間可能な方向の最大直径Ｄ１は４ｍｍ、離間可能な方向以外の領域での最大直径Ｄｍａｘは６ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。これら以外は実施例４と同様である。

実施例４と比べランナー固化物４８を厚肉にすることができ、強度向上が図れる。ランナー固化物４８の前記離間可能な方向以外の領域はホットランナーのブッシュ７に接触するが、接触範囲が十分に小さいため、ランナー固化物４８の冷却への影響は無い。実施例５におけるランナー固化物の重量は、０．５３ｇであった。

（実施例６）
図１９（ａ）～図１９（ｄ）に、実施例６のランナー固化物４８の形状を示す。図１９（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図１９（ｂ）はＸＹ平面図、図１９（ｃ）はＥ－Ｅ’に沿って切断した断面図、図１９（ｄ）はランナー固化物とバルブピンの噛合状態を示す図である。
実施例６では、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状を除き、実施例４と同様の方法で樹脂成形品９を作成した。すなわち、実施例４と同様に図１の樹脂成形金型を用いて成形し、樹脂はＰＢＴを用いた。
コールドランナーの直径Ｄ１は２ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は２ｍｍである。これら以外は実施例４と同様である。

ランナー固化物４８の溝部はバルブピン先端のランナーロック部に対応しており、ランナー固化物はバルブピン側から樹脂成形品９に接続するゲート側に向け、溝部内径が増加している円錐台形状をしている。これにより、バルブピンの軸に交差する方向にランナー固化物４８を拘束しているとともに、ランナー固化物の溝部がＸ方向にアンダーカットとなり、離型の際バルブピンによってランナー固化物４８はＸ方向により強く牽引される。実施例６におけるランナー固化物の重量は、０．１５ｇであった。

（実施例７）
図２０（ａ）～図２０（ｄ）に、実施例７のランナー固化物４８の形状を示す。図２０（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図２０（ｂ）はＸＹ平面図、図２０（ｃ）はＦ－Ｆ’に沿って切断した断面図、図２０（ｄ）はランナー固化物とバルブピンの噛合状態を示す図である。
実施例７では、バルブピンの先端部のランナーロック部の大きさを除き実施例６と同様である。コールドランナーの直径Ｄ１は３．３ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は２ｍｍである。これら以外は実施例６と同様である。

ランナー固化物４８は実施例６と比べ厚肉にすることができ、強度向上が図れる。ランナー固化物４８の直径Ｄ１はバルブピンの直径より大きいため、ごく一部がブッシュ７に接触するが、接触範囲が十分に小さいため、ランナー固化物４８の冷却への影響は無い。実施例７におけるランナー固化物の重量は、０．１７ｇであった。

（実施例８）
図２１（ａ）～図２１（ｃ）に、実施例８のランナー固化物４８の形状を示す。図２１（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図２１（ｂ）はＸＹ平面図、図２１（ｃ）はＧ－Ｇ’に沿って切断した断面図である。
実施例８は、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状を除き、実施例６と同様である。コールドランナーの直径Ｄ１は３．３ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は２ｍｍである。これら以外は実施例６と同様である。

ランナー固化物４８の溝部はバルブピン先端のランナーロック部に対応しており、ランナー固化物はバルブピン側から樹脂成形品９に接続するゲート側に向け、溝部内径が周期的に増減している。周期的な溝はピッチが０．３ｍｍ、切り込み深さが０．３ｍｍである。これにより、バルブピンの軸に交差する方向にランナー固化物４８を拘束しているとともに、ランナー固化物の溝部がＸ方向に複数のアンダーカットとなり、離型の際、実施例６と比較し、バルブピンによってランナー固化物４８はＸ方向により強く牽引される。ランナー固化物４８の直径Ｄ１はバルブピンの直径より大きいため、ごく一部がブッシュ７に接触するが、接触範囲が十分に小さいため、ランナー固化物４８の冷却への影響は無い。実施例８におけるランナー固化物の重量は、０．１７ｇであった。

（実施例９）
図２２（ａ）～図２２（ｃ）に、実施例９のランナー固化物４８の形状を示す。図２２（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図２２（ｂ）はＸＹ平面図、図２２（ｃ）はＨ－Ｈ’に沿って切断した断面図である。
実施例９では、バルブピンの先端部のランナーロック部の形状を除き実施例６と同様である。コールドランナーの直径Ｄ１は３．３ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は２ｍｍである。これら以外は実施例６と同様である。

ランナー固化物４８の溝部はバルブピン先端のランナーロック部に対応しており、ランナー固化物はバルブピン側から樹脂成形品９に接続するゲート側に向け、溝部が螺旋状に伸びる形状を有している。すなわち、バルブピン先端のランナーロック部がボルトのねじ溝のような形状を有し、ランナー固化物がナットのねじ溝のような形状を有している。螺旋形状のピッチは０．３ｍｍ切り込み深さは０．３ｍｍである。これにより、バルブピンの軸に交差する方向にランナー固化物４８を拘束しているとともに、ランナー固化物の溝部がＸ方向に複数のアンダーカットとなり、離型の際、実施例６と比較し、バルブピンによってランナー固化物４８はＸ方向により強く牽引される。
また、バルブピンからの離形の際には、噛合したボルトとナットを開放させるときのように、ランナー固化物４８を溝部螺旋形状に沿って回転することで簡単に離型することができる。ランナー固化物４８の直径Ｄ１はバルブピンの直径より大きいため、ごく一部がブッシュ７に接触するが、接触範囲が十分に小さいため、ランナー固化物４８の冷却への影響は無い。実施例９におけるランナー固化物の重量は、０．１７ｇであった。

（実施例１０）
実施例１０では、ランナー固化物の直径以外は実施例７と同様である。コールドランナーの直径Ｄ１は６ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は２ｍｍである。これら以外は実施例６と同様である。実施例１０におけるランナー固化物の重量は、０．４５ｇであった。

（実施例１１）
図２３（ａ）～図２３（ｄ）に、実施例１１のランナー固化物４８の形状を示す。図２３（ａ）はランナー固化物４８の全体形状を示す外観斜視図、図２３（ｂ）はＸＹ平面図、図２３（ｃ）はＩ－Ｉ’に沿って切断した断面図、図２３（ｄ）はランナー固化物とバルブピンの噛合状態を示す図である。
実施例１１では、ランナー固化物の直径とバルブピンの直径を除き、実施例６と同様である。
コールドランナーの直径Ｄ１は３．３ｍｍ、ゲート側の直径Ｄ２は１．２ｍｍであり、バルブピンの直径は４ｍｍである。これら以外は実施例６と同様である。実施例１１におけるランナー固化物の重量は、０．１７ｇであった。

（比較例１）
比較例１に用いた金型は、特許文献１において第４図を参照して説明されている樹脂成形金型と類似の金型である。すなわち、比較例１として、図１４に示す樹脂成形金型を用いて樹脂成形品９を作成した。実施例と同様に、樹脂はＰＢＴを用いた。

図１４において、６０１は固定金型、６０２は可動金型、６０３は中間金型である。固定金型６０１には、幹コールドランナー６０４が設けられ、図示外のホットランナーから溶融樹脂が注入される。中間金型６０３には、幹コールドランナー６０４に注入された溶融樹脂を各キャビティに向けて分配するコールドランナー溝６０５と、各キャビティに直結する枝コールドランナー６０６が設けられている。幹コールドランナー６０４とコールドランナー溝６０５と枝コールドランナー６０６とは、互いに連通して全体としてコールドランナー部を構成している。

固定金型には、コールドランナー部に突出したランナーロックピン６０７が設けられており、コールドランナー部で固化したランナー固化物６４８を保持することができる。ただし、比較例１のランナーロックピンは、実施例のバルブピンと異なり、コールドランナーの流路を開閉する機能は備えていない。また、ホットランナーのブッシュからコールドランナー内に向けて進退可能でない点も、実施例のバルブピンとは異なる。
比較例１では、コールドランナー部の流路容積が大きいため、ランナー固化物６４８の容積も大きくなり、ランナー固化物の重量は、４．０ｇであった。

（比較例２）
比較例２に用いた金型は、特許文献１において第１図を参照して説明されている樹脂成形金型と類似の金型である。すなわち、比較例２として、図１５に示す樹脂成形金型を用いて樹脂成形品９を作成した。実施例と同様に、樹脂はＰＢＴを用いた。

図１５において、７０１は固定金型、７０２は可動金型、７０３は中間金型である。固定金型７０１内には、ホットランナー７０５およびホットランナーのブッシュ７０７が、中間金型７０３とは距離を開けて配置されている。ホットランナーのブッシュ７０７と中間金型７０３の間の空間も樹脂の流路、すなわちコールドランナーの一部として機能する。ホットランナー７０５には、ホットランナーの出口を開閉するためのホットランナーピン７０６が設けられている。中間金型７０３には、コールドランナー７０８が設けられている。

比較例２のホットランナーのブッシュ７０７には、コールドランナー部で固化したランナー固化物７４８を保持するための突起７６１が設けられており、ランナーロック部として機能する。ホットランナーのブッシュ７０７の直径は４０ｍｍであるが、突起７６１と嵌合して保持されるランナー固化物７４８の直径も４０ｍｍとなる。比較例２では、コールドランナー部の容積が大きいため、ランナー固化物７４８の容積も大きくなり、ランナー固化物の重量は、２．２ｇであった。また、ホットランナーのブッシュ７０７の温度が比較的高いため、実施例と同一の冷却時間では突起７６１の周辺で十分に樹脂が固化せず、ランナー固化物７４８の取出しに支障が出る場合もあった。

（結果）
実施例１～実施例１１、比較例１～２の結果を表２に示す。

表２に示す通り、比較例に対して本発明の実施例では、ランナー固化物の発生量を大幅に低減することが可能である。比較例１を基準に削減比率を計算すれば、８６％～９６％もの大幅な削減が可能であることがわかる。
また、ランナー固化物の離型性の欄に記載された数字は、金型からランナー固化物を離型する際の離型しやすさを示す指標である。数字が１、２、３と大きくなるにつれ、離型が適切に行われる確実性が高いと言いかえることができる。言い換えれば、数字が大きいほどランナーロック部がランナー固化物を保持する保持力が大きく、ランナー固化物はゲート部で切断されやすいといえる。尚、比較例１と比較例２は、ランナー固化物の取り出しにしばしば支障が生じたため、数字は記載していない。
本発明の実施形態は、上述した実施形態および実施例に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能である。

実施例では、表１の成形条件のもとでＰＢＴ樹脂を用いて成形したが、これ以外の樹脂材料を用いる場合においても、本発明を実施すればランナー固化物の発生量を大幅に低減することができる。例えば、ＰＳ、ＡＢＳ、ＰＣ＋ＡＢＳ、ＰＯＭなどの樹脂でも本発明は実施可能であり、材料に応じて成形条件を適宜調整すればよく、例えば金型温度については３０℃～８０℃の範囲で調整すれば好適である。

先端にランナーロック構造を有するバルブピンでコールドランナーを開閉する機構は、図２や図１３の例に限られるわけではない。例えば、図１６に示すように、バルブピン６をコールドランナー８の突き当て段差部９１に突き当てることで閉塞するものであってもよい。この場合には、コールドランナーの最大直径は、バルブピンの直径未満になる。要は、ランナー固化物を保持可能なランナーロック部を先端に備えたバルブピンをコールドランナー側に進／退させ、金型内面に当接／離間させることでコールドランナーを閉／開できるものであればよい。
また、コールドランナーの流路断面の形状は円形に限らず、例えば楕円形や多角形であってもよい。

１・・・固定側金型／２・・・可動側金型／３・・・第１中間金型／４・・・第２中間金型／５・・・ホットランナー／６・・・バルブピン／７・・・ブッシュ／８・・・コールドランナー／９・・・樹脂成形品／１０・・・キャビティ／１１・・・ゲート／１２・・・リブ／１４・・・引っ張りリンク／２０・・・溶融樹脂／４８・・・ランナー固化物／８１・・・段差部／９１・・・突き当て段差部／１００・・・バルブ駆動機構／１１０・・・固定側ダイセットＡ部／１１１・・・固定側ダイセットＢ部／１１２・・・固定側取付板／２０１・・・エジェクターピン／２２０・・・可動側取付板／２２１・・・スペーサーブロック／２２２・・・可動側ダイセット／５００・・・ホットランナーのマニホールド部

Claims (20)

1. ホットランナーが設けられた第１金型と、
   樹脂成形品に応じたキャビティを形成する第２金型と、
   前記第１金型と前記第２金型との間に配され、前記ホットランナーと前記キャビティとを接続し、前記ホットランナーよりも低温なコールドランナーが設けられた中間金型と、
   バルブピンと、を備えた樹脂成形金型であって、
   前記バルブピンは、前記バルブピンの軸方向に進退することで、前記ホットランナーから前記キャビティに至る溶融樹脂の流路を開閉することが可能であり、
   前記バルブピンは、前記コールドランナーで固化した樹脂を保持可能なランナーロック部を備える、
   ことを特徴とする樹脂成形金型。
2. 前記中間金型は、第１中間金型と、前記第１中間金型と前記第１金型との間に配された第２中間金型と、を含み、
   前記コールドランナーは、前記第１中間金型に設けられた第１コールドランナーと、前記第２中間金型に設けられた第２コールドランナーと、を含み、
   前記バルブピンが前記流路を閉じたときに、前記ランナーロック部は、前記第２コールドランナーに位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形金型。
3. 前記第１中間金型と前記第２中間金型とを離間させる離間機構を更に備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の樹脂成形金型。
4. 前記離間機構は、前記第１中間金型を前記軸方向に沿った方向に移動させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の樹脂成形金型。
5. 前記離間機構は、前記第１中間金型と前記第２中間金型との間に配されている、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の樹脂成形金型。
6. 前記樹脂成形金型は、前記第２金型と前記第１中間金型とを分離することが可能である、
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
7. 前記樹脂成形金型は、前記第１中間金型と前記第２中間金型を離間する際に、前記コールドランナーで固化した樹脂を前記ランナーロック部で保持した状態で、前記キャビティの中で固化した樹脂から切断できるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
8. 前記第２コールドランナーは、前記キャビティに向かって断面積が減少してゆく形状を有する、
   ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
9. 前記第１コールドランナーは、前記キャビティに向かって断面積が減少してゆく形状を有する、
   ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
10. 前記第２コールドランナーは、段差部を有する、
    ことを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
11. 前記バルブピンが前記流路を開いたときに、前記ランナーロック部は、前記ホットランナーに位置する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
12. 前記ランナーロック部は、前記コールドランナーで固化した樹脂を、前記軸方向に拘束することが可能な形状を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
13. 前記ランナーロック部は、前記コールドランナーで固化した樹脂を、前記軸方向と交差する方向に拘束することが可能な形状を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２の中のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
14. 前記ランナーロック部は、前記コールドランナーで固化した樹脂を、前記バルブピンの前記軸方向と交差する方向に離間することが可能な形状を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３の中のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
15. 前記軸方向における前記ランナーロック部の第１の位置の、前記軸方向と直交する面での断面積よりも、
    前記軸方向における前記ランナーロック部の前記第１の位置よりも前記キャビティに近い第２の位置の、前記軸方向と直交する面での断面積が大きい、
    ことを特徴とする請求項１乃至１４の中のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
16. 前記ランナーロック部の前記第１の位置および前記第２の位置を含む部分は、円錐台形状を有している、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の樹脂成形金型。
17. 前記バルブピンが前記流路を閉じたときに、前記ランナーロック部は、前記コールドランナーの、前記軸方向と直交する面での第１の断面積を有する第３の位置に配され、
    前記バルブピンは、前記軸方向における前記ランナーロック部よりも前記キャビティから離れた第４の位置に、前記軸方向と直交する面での第２の断面積を有する部分を含み、
    前記第２の断面積は、前記第１の断面積と異なる、
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
18. 前記コールドランナーは、前記第３の位置よりも前記キャビティに近い第５の位置において、前記第１の断面積よりも小さい第３の断面積を有する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の樹脂成形金型。
19. 前記ランナーロック部は、前記バルブピンが進退する際に、前記中間金型に接触しない、
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の樹脂成形金型。
20. 請求項１乃至１９の中のいずれか１項に記載の樹脂成形金型を用いて前記ホットランナーと前記コールドランナーを経由して前記キャビティに樹脂を注入し、前記コールドランナーで固化した樹脂を前記ランナーロック部で保持した状態で、前記キャビティの中で固化した樹脂から切断する、
    ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

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