(57)【要約】【課題】樹脂成形品におけるウエルドラインを効率よく防止できる技術を提供する。【解決手段】金型本体１の内部に、樹脂を成形するためのキャビティ１３が形成される。ピン部材２の一端側２１は、キャビティ１３の内部に配置される。ピン部材２の他端側２２は、金型本体１の外部に実質的に露出される。光源３は、ピン部材２の他端側２２に加熱用のレーザ光を照射する。レーザ光をピン部材２の他端側２２に照射することにより、ピン部材２を局部的に加熱することができる。ピン部材２の熱伝導率は、ピン部材２に接触する金型本体１よりも実質的に高いことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型本体と、ピン部材と、光源とを備えており、
前記金型本体の内部には、樹脂を成形するためのキャビティが形成されており、
前記ピン部材の一端側は、前記キャビティの内部に配置されており、
前記ピン部材の他端側は、前記金型本体の外部に実質的に露出されており、
前記光源は、前記ピン部材の他端側に加熱用のレーザ光を照射する構成となっている
ことを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
前記ピン部材の熱伝導率は、前記ピン部材に接触する前記金型本体よりも実質的に高くされている
請求項１に記載の射出成形用金型。
【請求項３】
前記ピン部材の他端側の周囲には、前記他端側と前記金型本体とを離間させる空隙部が形成されている
請求項１又は２に記載の射出成形用金型。
【請求項４】
さらに伝熱部材を備えており、
前記伝熱部材は、前記空隙部に充填されることにより、前記ピン部材の他端側と前記金型本体との熱伝導を可能にする構成となっており、
さらに、伝熱部材は、前記空隙部に対して着脱可能となっている
ことを特徴とする請求項３に記載の射出成形用金型。
【請求項５】
前記ピン部材の他端側の外周面には、テーパ面が形成されており、
前記金型本体には、前記テーパ面に当接して前記ピン部材の移動を防止するための当接面が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【請求項６】
前記ピン部材の他端側には、前記光源からのレーザ光を前記ピン部材の内部に導入するための凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【請求項７】
前記ピン部材は、アルミニウム、銅、マグネシウム、タングステン及びそれらの合金のうちのいずれかにより構成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の金型を用いた射出成形方法であって、
前記ピン部材の他端側にレーザ光を照射することによって、前記ピン部材を加熱するステップと、
前記キャビティの内部に、溶融された樹脂を導入するステップと、
前記樹脂が硬化した後に、前記キャビティから前記樹脂を取り出すステップと
を備えたことを特徴とする射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形に用いられる金型、及び、この金型を用いて成形品を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形品に中空部分を形成するために、ピンを用いる技術が知られている。この技術では、キャビティの内部にピンを予め配置しておく。ついで、溶融樹脂をキャビティに充填する。溶融樹脂が固化した後、ピンを除去し、キャビティから成形品を取り出す。このようにして、成形品に中空部分を形成することができる。
【０００３】
ところで、キャビティ内における樹脂の流れ方向と交差する方向にピンを配置した場合には、溶融樹脂の一部は、ピンによって分断され、ピンの側方を通過した後、再び合流する。ここで、ピン表面に接触した溶融樹脂は、ピン表面との熱交換によって固化される。このため、再び合流した溶融樹脂には、ウエルドラインと呼ばれる線状痕を生じることがある。
【０００４】
ウエルドラインは、成形品の外観を損なう原因となるばかりでなく、場合によっては、強度不足の原因ともなりうるものである。
【０００５】
従来から、ウエルドラインを防止する技術として、種々のものが提案されている。例えば、下記特許文献１及び２に記載の技術では、熱媒体を用いて金型を加熱することにより、流動中における樹脂の固化を防いでいる。分離された樹脂が溶融状態で再び合流することができれば、ウエルドラインを防止することができると考えられる。
【０００６】
しかしながら、熱媒体を用いて金型やピンを加熱する技術においては、装置が大型化し、コスト高になるという問題がある。また、熱媒体は、流動中において、それ自身の熱を流路や金型等に広範囲に発散する傾向がある。このため、エネルギー使用量が大きくなってしまうという問題もある。さらには、キャビティに充填された樹脂を固化させるためには、金型温度を既定値以下に下げる必要がある。しかし、金型全体が加熱されてしまうと、冷却までの時間が長くなり、成形品の製造効率が低下するという問題もある。
【０００７】
一方、下記特許文献３に記載の技術では、断熱部材を用いることで、流動中における溶融樹脂の固化を防いでいる。しかしながら、断熱部材を用いると、装置が大型化し、コスト高になる。また、断熱部材を微細構造の金型に適用することは、一般には難しいという問題もある。
【特許文献１】特開２００５−１１９１８１号公報
【特許文献２】特開２００６−７６２７６号公報
【特許文献３】特開２００２−２１０７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、成形品におけるウエルドラインを効率よく防止できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下に記載の項目として表現できる。
【００１０】
（項目１）
金型本体と、ピン部材と、光源とを備えており、
前記金型本体の内部には、樹脂を成形するためのキャビティが形成されており、
前記ピン部材の一端側は、前記キャビティの内部に配置されており、
前記ピン部材の他端側は、前記金型本体の外部に実質的に露出されており、
前記光源は、前記ピン部材の他端側に加熱用のレーザ光を照射する構成となっている
ことを特徴とする射出成形用金型。
【００１１】
ここで、ピン部材とは、成形品に中空部分を形成するための部材であればよく、その形状は特に制約されない。この発明では、レーザ光をピン部材の他端側に照射することにより、ピン部材を局部的に加熱することができる。ピン部材の他端側は、レーザ光照射によって加熱が可能な程度に、金型の外部に露出していればよい。ピン部材の表面が、何らかの部材、例えば、レーザ光の吸収を促進するための皮膜により被覆されることも可能である。
【００１２】
（項目２）
前記ピン部材の熱伝導率は、前記ピン部材に接触する前記金型本体よりも実質的に高くされている
項目１に記載の射出成形用金型。
【００１３】
この項目の発明においては、ピン部材の他端側にへのレーザ照射によって与えられた熱を、ピン部材の一端側に効率的に伝達することができる。このため、キャビティ内に配置されたピン部材を効率的に加熱することができる。
【００１４】
（項目３）
前記ピン部材の他端側の周囲には、前記他端側と前記金型本体とを離間させる空隙部が形成されている
項目１又は２に記載の射出成形用金型。
【００１５】
空隙部を設けることにより、金型本体とピン部材との接触面積を減らすことができる。これにより、ピン部材から金型本体へと伝わる熱の量を減らすことができ、ピン部材を効率的に加熱することができる。
【００１６】
（項目４）
さらに伝熱部材を備えており、
前記伝熱部材は、前記空隙部に充填されることにより、前記ピン部材の他端側と前記金型本体との熱伝導を可能にする構成となっており、
さらに、伝熱部材は、前記空隙部に対して着脱可能となっている
ことを特徴とする項目３に記載の射出成形用金型。
【００１７】
金型の冷却時には、伝熱部材を空隙部に充填することができる。すると、ピン部材から金型本体に熱を逃がすことができ、冷却時間を短縮することが可能になる。
【００１８】
（項目５）
前記ピン部材の他端側の外周面には、テーパ面が形成されており、
前記金型本体には、前記テーパ面に当接して前記ピン部材の移動を防止するための当接面が形成されている
ことを特徴とする項目１〜４のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【００１９】
溶融樹脂がキャビティに流れ込むと、ピン部材には、溶融樹脂からの押圧力が加わる。この項目の発明では、ピン部材にテーパ面を形成することにより、溶融樹脂が流れ込んだ場合においても、ピン部材が移動する可能性を低減させることができる。
【００２０】
（項目６）
前記ピン部材の他端側には、前記光源からのレーザ光を前記ピン部材の内部に導入するための凹部が形成されている
ことを特徴とする項目１〜５のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【００２１】
凹部を形成することにより、レーザ光による発熱をピン部材の一端側（キャビティ側）に向けて効率的に伝達することができる。このため、ピン部材の他端側における表面積が小さい場合でも、レーザ照射によって、ピン部材を効率的に加熱することが可能になる。
【００２２】
（項目７）
前記ピン部材は、アルミニウム、銅、マグネシウム、タングステン及びそれらの合金のうちのいずれかにより構成されている
ことを特徴とする項目１〜６のいずれか１項に記載の射出成形用金型。
【００２３】
（項目８）
項目１〜７のいずれか１項に記載の金型を用いた射出成形方法であって、
前記ピン部材の他端側にレーザ光を照射することによって、前記ピン部材を加熱するステップと、
前記キャビティの内部に、溶融された樹脂を導入するステップと、
前記樹脂が硬化した後に、前記キャビティから前記樹脂を取り出すステップと
を備えたことを特徴とする射出成形方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、成形品におけるウエルドラインを効率よく防止できる技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の第１実施形態に係る射出成形用金型を、図１を参照して説明する。
【００２６】
この実施形態における射出成形用金型は、金型本体１と、ピン部材２と、光源３とを主要な要素として備えている。
【００２７】
金型本体１は、上型１１と下型１２とキャビティ１３とを備えている。
【００２８】
上型１１は、キャビティ１３に溶融樹脂を供給するための樹脂流路１１１を備えている。
【００２９】
下型１２は、キャビティ面１２１を備えている。このキャビティ面１２１により、金型本体１の内部に、樹脂成形用のキャビティ１３が形成されている。
【００３０】
また、下型１２には、ピン部材２の一端側をキャビティ１３の内部に配置するための挿通孔１２２が形成されている。
【００３１】
この実施形態における上型１１と下型１２の材質としては、金属、例えばステンレスを用いることができるが、特に制約されない。
【００３２】
ピン部材２は、この実施形態では円柱状に形成されている。ただし、ピン部材２の形状は、角柱状など、他の形状であってもよく、特に制約されない。
【００３３】
また、ピン部材２の材質としては、この実施形態では、アルミニウム合金が用いられている。ただし、ピン部材２の材質としては、アルミニウム、銅、マグネシウム、タングステン及びそれらの合金のうちのいずれかによりピン部材２を構成することができる。これら以外の材質によりピン部品２を構成することも可能である。ピン部材２としては、下型１２（特にピン部材２と接触する部分）よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。
【００３４】
ピン部材２は、下型１２に形成された挿通孔１２２の内部に挿入されている。ピン部材２の一端側２１は、キャビティ１３の内部に配置されている。ピン部材２の他端側２２は、金型本体１の下型１２の外部に実質的に露出されている。ここで、「実質的に露出されている」とは、光源３からのレーザ光をピン部材２に照射できる状態であればよく、例えば透明な皮膜で他端側２２を覆うことも可能である。
【００３５】
光源３は、ピン部材２の他端側２１に、このピン部材２を加熱するためのレーザ光３１を照射する構成となっている。ここで、レーザ光の波長帯域としては、例えば赤外域であるが、ピン部材２を加熱できる帯域であれば、特に制限されない。
【００３６】
本実施形態における射出成形用金型の構成は、前記以外の点においては、基本的に従来と同様でよいので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００３７】
（第１実施形態における射出成形方法）
次に、前記した射出成形用金型を用いた射出成形方法について、図２をさらに参照しながら説明する。
【００３８】
まず、光源３からレーザ光をピン部材２の他端側２２に照射する。これによって、ピン部材２の他端側２２が加熱される。さらに、ピン部材２の他端側２２に加えられた熱は、一端側２１に伝達されるので、この一端側２１を加熱することができる。
【００３９】
本実施形態では、レーザ光を用いてピン部材２を局所的に加熱しているので、熱媒体をピン部材２に接触させる場合に比較して、エネルギーの利用効率が高いという利点がある。
【００４０】
また、本実施形態では、ピン部材２の熱伝導率を、金型本体１よりも高いものとしているので、ピン部材２の他端側２２に加えられた熱を、その一端側２１に効率的に伝達することができる。
【００４１】
ピン部材２を十分に加熱した後、溶融樹脂を、上型１１の樹脂流路１１１を介して、キャビティ１３の内部に注入する。溶融樹脂の流れを、図２において符号１００で示す。すると、溶融樹脂は、ピン部材２に接触して、流れ１０１と流れ１０２とに分断され、ピン部材２を通過後に再び合流する。ここでピン部材２の表面温度が樹脂の固化温度よりも低い場合には、成形された樹脂にウエルドラインを生じるおそれがある。
【００４２】
本実施形態では、ピン部材２を十分に加熱することができるので、樹脂成形品にウエルドラインが発生する可能性を低減させることができるという利点がある。
【００４３】
ピン部材２の温度をＴpin、樹脂が固化する温度をＴ0、金型本体１の温度をＴmoldとすると、これらの間の関係は、以下の式（１）のようになることが好ましい。
Ｔmold＜Ｔ0＜Ｔpin    （１）
【００４４】
ここで、Ｔ0＜Ｔpinは、ウエルドラインを防止するために好適な条件である。ただし、実質上、Ｔ0≒Ｔpinであれば、ウエルドライン防止が可能であると考えられる。
【００４５】
また、Ｔmold＜Ｔ0は、樹脂の硬化を迅速に行うために好適な条件である。Ｔmold≒Ｔ0に設定した場合には、金型の冷却のために長時間を要してしまい、製造効率の低下やコスト高をもたらすことになる。
【００４６】
本実施形態では、ピン部材２を、光源３からのレーザ光によって局所的に加熱することができるので、前記した式（１）の関係を達成することが容易になるという利点がある。
【００４７】
キャビティ１３に充填された溶融樹脂は、金型本体１との熱交換により固化する。樹脂が十分に硬化した後、上型１１と下型１２とを分離して、樹脂成形品を取り出すことができる。また、必要に応じて、金型本体１を冷却することにより、樹脂の硬化時間を短縮することができる。
【００４８】
本実施形態では、ピン部材２を、光源３からのレーザ光によって局所的に加熱することができるので、前記したとおり、金型本体１の温度を低く抑えることができる。このため、金型本体１の冷却に要する時間を短縮することができる。さらに、金型本体１の冷却のための設備を簡素化することができ、設備の低コスト化も可能になるという利点がある。
【００４９】
なお、前記した実施形態では、光源３から発したレーザ光は、自由空間を伝達してピン部材２に照射されている。ただし、これに限らず、例えば光ファイバなどの導波路を介してレーザ光をピン部材２に導くことも可能である。
【００５０】
また、前記した実施形態において、ピン部材２の他端側２２（すなわちレーザ光が照射される部分）に、レーザ光の吸収を促進するための皮膜を形成することもできる。このようにすると、ピン部材２を効率的に加熱することができる。
【００５１】
本実施形態における射出成形方法は、前記以外の点においては、従来の方法と同様とすることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る射出成形用金型を、図３に基づいて説明する。なお、この第２実施形態の説明においては、前記した第１実施形態と基本的に共通する構成要素については、同一符号を用いることにより、説明を簡易化する。
【００５３】
この第２実施形態においては、ピン部材２の他端側２２の周囲に、この他端側２２と金型本体１の下型１２とを離間させる空隙部１２３が形成されている。
【００５４】
また、この第２実施形態の金型は、さらに伝熱部材４を備えている。伝熱部材４は、空隙部１２３に充填されることにより、ピン部材２の他端側２２と金型本体１の下型１２との熱伝導を可能にする構成となっている。さらに、伝熱部材４は、空隙部１２３に対して着脱可能となっている。具体的には、伝熱部材４は、リング状に形成されている。また、伝熱部材４の材質としては、ピン部材２と同様に、熱伝導率の高い材質を用いることが好ましい。また、伝熱部材４の材質は、ピン部材２と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５５】
第２実施形態の金型においては、空隙部１２３を設けることにより、金型本体１の下型１２とピン部材２との接触面積を減らすことができる。これにより、ピン部材２から金型本体１へと伝わる熱の量を減らすことができ、ピン部材２を効率的に加熱することができるという利点がある。
【００５６】
また、第２実施形態の金型を冷却する際には、伝熱部材４を空隙部１２３に充填することができる。すると、ピン部材２から金型本体１に熱を逃がすことができ、樹脂の冷却に要する時間を短縮することが可能になる。
【００５７】
第２実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００５８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る射出成形用金型を、図４に基づいて説明する。なお、この第３実施形態の説明においては、前記した第１実施形態と基本的に共通する構成要素については、同一符号を用いることにより、説明を簡易化する。
【００５９】
この第３実施形態においては、ピン部材２の他端側２２の外周面に、テーパ面２２１が形成されている。
【００６０】
また、金型本体１の下型１２には、テーパ面２２１に当接してピン部材の移動を防止するための当接面１２４が形成されている。
【００６１】
さらに、ピン部材２の他端側２２には、光源３からのレーザ光をピン部材２の内部に導入するための凹部２２２が形成されている。
【００６２】
溶融樹脂がキャビティ１３に流れ込むと、ピン部材２には、溶融樹脂からの押圧力が加わる。この実施形態の金型では、ピン部材２にテーパ面２２１を形成し、金型本体１に当接面１２４を形成しているので、溶融樹脂が流れ込んだ場合においても、ピン部材２が移動する可能性を低減させることができる。
【００６３】
また、第３実施形態では、ピン部材２の他端側２２に凹部２２２を形成することにより、レーザ光による発熱をピン部材２の一端側２１に向けて効率的に伝達することができる。このため、ピン部材２の他端側２２における表面積が小さい場合でも、レーザ照射によって、ピン部材２を効率的に加熱することが可能になる。すなわち、ピン部材２にテーパ面２２１を設けると、ピン部材２の他端側２２における露出面積が小さくなる。この場合でも、凹部２２２を形成することにより、ピン部材２を効率的に加熱することが可能になるという利点がある。
【００６４】
第３実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００６５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る射出成形用金型の構成を示す概略的な断面図である。
【図２】キャビティ内における溶融樹脂の流れを説明するための説明図であって、図１の要部拡大横断面図に相当する図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る射出成形用金型の構成を示す概略的な断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る射出成形用金型の構成を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  金型本体
１１  上型
１１１  樹脂流路
１２  下型
１２１  キャビティ面
１２２  挿通孔
１２３  空隙部
１２４  当接面
１３  キャビティ
２  ピン部材
２１  一端側
２２  他端側
２２１  テーパ面
２２２  凹部
３  光源
３１  レーザ光
４  伝熱部材
【図１】
2010046975.tif 000003
【図２】
2010046975.tif 000004
【図３】
2010046975.tif 000005
【図４】
2010046975.tif 000006