(57)【要約】【課題】成形時に加熱した樹脂から発生するガスの排出路となるガスベントを防食するとともに、樹脂の充填空間の防食効果も高めた金型を提供すること。【解決手段】型閉時にキャビティ４とコア５で形成される充填空間６に加熱した樹脂を充填して成形する射出成形に用いる金型１において、充填空間６から金型１外へと通じて、加熱した樹脂から発生するガスを排出するときにこのガスの排出路となるガスベント８を備え、ガスベント８内に金型１から絶縁された電極９を設けるとともに、この電極９と金型１の間に電圧を印加する電圧印加部１２を設ける。また、電圧印加部１２は、電極９と金型１の間にパルス電圧を印加する。さらに、充填空間６とガスベント８の接続部分において、充填空間６の幅サイズに対するガスベント８内に設けた電極９の幅サイズの比率を０．１〜１００％とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型閉時にキャビティとコアで形成される充填空間に加熱した樹脂を充填して成形する射出成形に用いる金型において、
前記充填空間から前記金型外へと通じて、前記加熱した樹脂から発生するガスを排出するときに該ガスの排出路となるガスベントを備え、
前記ガスベント内に前記金型から絶縁された電極を設けるとともに、該電極と前記金型の間に電圧を印加する電圧印加部を設けることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記電圧印加部は、前記電極と前記金型の間にパルス電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の金型。
【請求項３】
前記充填空間と前記ガスベントの接続部分において、前記充填空間の幅サイズに対する前記ガスベント内に設けた前記電極の幅サイズの比率が０．１〜１００％であることを特徴とする請求項１又は２記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分を含んだ樹脂を材料とした射出成形に用いる金型において、特に成形時に加熱した樹脂から発生するガスの排出路となるガスベント及び樹脂の充填空間の防食技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形において、従来は石油を主成分とした樹脂を材料に使用することが一般的であったが、近年は環境志向のもと、紙や木などのセルロースを含有した樹脂を使用することが増えている。紙や木などのセルロースは水分及び有機酸成分を含んでおり、これらが成形時に樹脂から染み出してガスとなる。ガスとなった水分及び有機酸成分は、樹脂の充填空間から金型外へと通じるガスベント（ガス排出路）から排出される。ところが、樹脂から発生したこのようなガスは、充填空間やガスベントの表面（内壁面）に停滞することがあり、充填空間やガスベント（又は、金型に使用されるその他の金属部材）の腐食を促進するものであった。特に充填空間に腐食が生じると製品の外観品質が低下するため、セルロースなどを含有した樹脂の成形では金型のメンテナンス頻度が高くなり、コストが嵩んでいた。
【０００３】
ところで、金型に限らなければ、金属材料の防食方法は以前からあり、一般的なものは以下の４つと考えられる。（１）油脂や樹脂の被膜を金属表面に形成して腐食性物質との接触を防止する方法。（２）メッキにより、形成された金属の不動態層を活用したり、この金属と被メッキ部材の間の電気化学的な均衡により腐食を防止する方法。（３）金属材料を陰極として電子を供給することで電気化学的に腐食を防止する方法。（４）極度に清浄な状態（水分のない状態）として腐食を防止する方法。
【０００４】
しかし、射出成形に用いる金型に上記（１）〜（４）の防食方法を適用することは以下の理由により困難であった。すなわち、（１）は、樹脂が接触する面には樹脂への汚染を避けるために清浄であることが求められることから、保管中に塗布されていた油脂や樹脂の被膜は成形前に除去する必要がある。そのため、金型にこのような油脂や樹脂の被膜を形成する方法を用いることができない。（２）は、樹脂が接する面のメッキに求められる特性として鏡面性と耐摩耗性があり、これらを実現するために硬質クロムメッキが有効であることが知られている。一方、硬質クロムメッキはクロムによる環境汚染が問題となり、その対策費用も含めて高額な処理費用となる。また、金型による成形加工においては現場で型修正などもあり、メッキが剥離する事態が起きてしまう。そうなると、もはやメッキによる防食効果は期待できない。（３）は、建造物などの鉄材の防食に広く利用されている方法であるが、金型に使用される金属材料は複雑な形状であり、防食電位を得るための電極配置や電流印加がきわめて困難である。そのため、金型の特に充填空間やガスベントに適用された例はなく、特許文献１に開示されるように、金型保管時の冷却水路の保護に利用した例があるに過ぎない。（４）は、環境の維持に高額な費用を要するため、現実的ではない。
【０００５】
上記（１）〜（４）の防食方法のうち、（３）の電気防食は下水管の腐食防止や地中に埋められた金属部材の腐食防止に用いられており、（１）〜（４）の中では金型への利用可能性が最も高いものである。なお、電気防食は、通常、１ｍ2 あたり１０〜３０ｍＡで電圧は２〜５Ｖで使用され、その平均実効電力は０．１５Ｗ／ｍ2 程度である。
このような電気防食を金型の冷却水路に用いた特許文献１は、金属部材（金型）の内部に形成された冷却水路の発錆を防止するために、絶縁支持された金型の冷却水路の一端開口をプラグで閉塞するとともに、冷却水路の他端開口に冷却水路内に水を充満させる給水装置を接続して冷却水路内を水で充満させたうえ、金型を陰極として接続する電気防食装置の陽極を給水装置の水中に配置することにより金型に電子が供給されて金属の酸化を防止するうえに金属酸化物の一部を還元するものである。これにより、冷却水路の腐食を長期間にわたり防ぐことができる。
また、特許文献２には商用電源を用いた電気防食装置が開示されている。この電気防食装置では、迷走電流の急激な変化による基準電位の変化に対応するために、実効電圧を瞬時に制御する方法として、従来のサイリスタ位相制御方式に代えて、直流パルス幅変調方式を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５３００９号公報
【特許文献２】実開平２−５３９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した電気防食技術は実用化されているものの、金型の特に樹脂の充填空間やガスベントの防食にこの電気防食技術を応用した例はない。特許文献１に開示される電気防食などは明らかに水分が多量に存在する環境で防食処理を行うものであり、これは電気防食に必要な閉回路の形成に水分を利用しているためである。したがって、現在は電気防食を、水分量がきわめて少ない樹脂成形の金型に応用することは困難と考えられている。
【０００８】
ここで、紙や木などが混入された樹脂における水分量の考え方を示す。実際に充填空間などに錆が発生するという不具合があることから、充填空間の表面（内壁面）に１００ｎｍ以上の水膜はあると考えられる（防錆Ｑ＆Ａ，月刊トライボロジ１９９０．８，ｐ３６−３７）。
一方、流体と表面（内壁面）の境界層の考え方からも、充填空間に接した面の流速はゼロであるから、やはり、樹脂から出た水分はある程度の厚み（１００ｎｍ以上）で残ると考えられる。すなわち、充填空間やガスベントと樹脂の界面では、樹脂から発生する微量の水分が存在し、これにより、腐食が生じるものと思われる。しかし、水膜が一定以上の厚さになると、水は粘度の関係から樹脂よりも早く押し出され、最終的には金型外に排出されると考えられるため、金型（充填空間）の水膜はきわめて薄いものと推定される。
また、金型は全体的に良導体であるため、印加した電圧が迷走電流となり、防食に必要な電流を供給できないという問題がある。特許文献２に開示されるように、地中の金属部材の防食技術として、パルス電圧を応用して迷走電流による電圧制御レスポンス劣化に対応した例がある。本来、防食対象の金属部材の面積が広い場合や形状が複雑な場合は、その箇所に応じた目標電位を得るために過度の電圧を印加する必要があるが、そうすると、水の電気分解が促進されて酸素や水素が発生して金属の酸化や水素脆性が危惧されることから、高圧直流で長時間印加することは好ましくない。この例は、電圧をパルス制御することにより、過度の電圧を印加しても、酸素や水素を発生させることなく、金属の酸化を抑制することができる。しかし、この例では、必要な電圧は供給できるが、そもそも細かな電流制御ができないことへの対策であり、必要な電流を供給できないような（水分量が微少な）系に適用するのは困難である。
【０００９】
一方で、近年は、植物系材料からなる樹脂及び樹脂用添加物が広く用いられるようになっている。これらの植物系材料からなる樹脂や樹脂用添加物は、その分子中に水酸基、アルデヒド基、カルボキシル基などの置換基を有することが知られている。このような置換基を有する分子は、環境中の水分を吸着あるいは結合することができるため、置換基を有しない樹脂と比べて単位重量あたりの含水率が高くなることが知られている。そのため、樹脂メーカーなどは、この樹脂を使用する前に一定の条件で樹脂を乾燥させてそれらの吸着水分を減少させることを奨励している。
しかしながら、このように樹脂を乾燥させてこの樹脂の水分を減じたとしても、成形時に加熱したときに水を生じてしまう。この問題は、樹脂に含まれる結晶水や樹脂分子、添加物分子の熱分解により生成される水が関与することに原因があると考えられる。例えば、木材や植物由来の材料に含まれるセルロースやデンプンは高分子化したブドウ糖である。これらの化合物は、高温下で分解された場合に水を生成する。本発明の発明者等は、このような材料を用いても、射出成形に関わる金属部材（金型）を腐食から守る手段を鋭意研究した。その結果、木材や植物由来の材料に含まれるセルロースやデンプンが熱分解されたときに生じる水においても金型を腐食させることがわかってきた。
【００１０】
すなわち、本発明は、水分を含んだ樹脂を材料とした射出成形に用いる金型において、成形時に加熱した樹脂から発生する水分を含んだガスの排出路となるガスベントを防食するとともに、樹脂の充填空間の防食も抑制することが可能な金型を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明に係る請求項１記載の金型は、型閉時にキャビティ４とコア５で形成される充填空間６に加熱した樹脂を充填して成形する射出成形に用いる金型１において、
前記充填空間６から前記金型１外へと通じて、前記加熱した樹脂から発生するガスを排出するときに該ガスの排出路となるガスベント８を備え、
前記ガスベント８内に前記金型１から絶縁された電極９を設けるとともに、該電極９と前記金型１の間に電圧を印加する電圧印加部１２を設けることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の金型は、請求項１記載の金型において、前記電圧印加部１２は、前記電極９と前記金型１の間にパルス電圧を印加することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の金型は、請求項１又は２記載の金型において、前記充填空間６と前記ガスベント８の接続部分において、前記充填空間６の幅サイズに対する前記ガスベント８内に設けた前記電極９の幅サイズの比率が０．１〜１００％であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る請求項１記載の金型によれば、ガスベント内に設けた電極に電圧印加することで金型に電子を供給することが可能となる。これにより、ガスベント周辺の金属原子や水分子のイオン化を抑制することができる。この結果、酸化を抑えることができ、ガスベント内を防食することができる。
また、ガスベント内を防食することで、このガスベントと連通する樹脂の充填空間へ腐食が広がることを防ぐことができる。
したがって、セルロースなどの水分を含有した樹脂を材料として射出成形を行った場合でも、ガスベント及びその周辺を防食することができ、且つ充填空間の防食も行うことができ、金型のメンテナンス頻度を低減することができる。
【００１５】
請求項２記載の金型によれば、パルス電圧を印加することにより、直流よりも高い電圧を印加することができ、電極（陽極）から離れた部分にまで電圧降下することなく電子を供給することができる。このように広い面積、複雑な形状の金型のような良導体に対応させるには、パルス電圧により、過度の電圧を印加する方法により、水の電気分解を抑制しつつ電気を供給できるので水による酸化防止を行うことができる。
【００１６】
請求項３記載の金型によれば、適度な電圧を印加することができるようになり、これにより、長期間の防食効果を得ることができる。なお、金型のような広い面積、複雑な形状の良導体に対応させるために過度の電圧を印加する方法をとることを先に述べており、本発明の発明者等も実験によりその有効性を確認しているが、同時に、本発明の発明者等は、印加電圧値が高過ぎると電流が不安定になり、改善効果が得られないという実験結果を得ている。そのためにも電極サイズを上記の範囲にすることが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る金型の実施の形態を示す側断面図である。
【図２】同平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず最初に、金型の構成について説明する。
図１に示すように、金型１は、図示しない射出成形機などの成形装置に固定されている一方の型板としての固定側型板２と、固定側型板２に対して接離移動する他方の型板としての可動側型板３とを備えている。図１において、一点鎖線は、固定側型板２と可動側型板３の境界線（パーティングライン）を示している。
【００１９】
固定側型板２には樹脂が充填されるキャビティ４が設けられ、可動側型板３にはキャビティ４と共に樹脂の充填空間６を形成するコア５が設けられている。なお、図示しないが、通常、可動側型板３には成形品を取り出すときにコア５から突出して成形品を押し出すエジェクタピンがその軸方向に摺動自在に設けられている。
【００２０】
また、固定側型板２には充填空間６に樹脂を流入させるためにキャビティ４に通じた樹脂の流入路７が設けられており、この流入路７の入口は射出成形機などの成形装置の樹脂射出口に接続されている。
【００２１】
射出成形では、成形品の材料となる樹脂を高温に加熱して軟化あるいは溶融した状態にして、所定の射出圧を加えて充填空間６に充填して成形する。
【００２２】
図１及び２に示すように、充填空間６における流入口７から離れた端部には、充填空間６から金型１外へと通じて、成形時に加熱した樹脂により押し出された空気とこの樹脂から発生するガスを金型１外に排出するためのガス排出路となるガスベント８が設けられている。ガスベント８は、ガスベント８と充填空間６の接続部分に所定サイズの隙間８ａを有している。この隙間８ａは、気体は通過させるが、樹脂は通過させない程度のサイズに形成されている。なお、本発明の発明者等が試作を重ねて得た好適なサイズは、高さａが０．０５〜０．１ｍｍ程度、金型１外に向けた長さｂが０．０１〜５ｍｍ程度であり、幅ｃは可能な限り成形品のサイズにあわせる必要がある。
【００２３】
次に、本発明の要旨であるガスベント８内に設けられた電極構造について説明する。
図１及び２に示すように、ガスベント８内には箔状の電極９がガスベント８内から金型１外にかけて設けられている。また、電極９とガスベント８内の壁面（底面）及び金型１の外面の間には絶縁層１０が設けられている。これにより、電極９は金型１から絶縁された状態で配置されるようになる。電極９の材料は金属であればよく、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅなどが代表的な材料として挙げられる。電極９の腐食を抑制したい場合はＴｉやＰｔなどでもよい。電極９の好適なサイズは、高さ（厚さ）が０．１〜１０００μｍ程度、幅が０．１〜２ｍｍ程度である。なお、電極９の高さはガスベント８内の空間高さに対応させて設定されるが、配設方法としては、箔を接着するか銀（Ａｇ）などのナノインクを用いて塗布する方法などがある。また、電極９の幅は、流体を介して電圧を有効にガスベント８内の空間に印加することができ、且つ耐圧なども考慮して上記サイズに設定しているが、充填空間６のガスベント８との接続部分における幅サイズに対して０．１〜１００％であることが望ましい。０．１〜１００％の範囲であれば、電極９を複数に分割することもできる。絶縁層１０にはポリイミドなどの樹脂や無機コート被膜を使用している。その厚さは絶縁耐圧が得られればよく、この場合は０．１μｍ以上であればよい。この実施の形態では、ポリイミドからなる絶縁層１０を貼り付け、絶縁層１０上に白金（Ｐｔ）を材料とした電極を貼り付けた構成である。
【００２４】
図１に示すように、金型１には電極９に電圧を印加するための電源１１及び電圧印加部１２が設けられている。電圧印加部１２は、印加電圧をパルス制御するためのパルス変換回路などを備えており、所定のパルス幅及びデューティ比で陽極となる電極９と陰極となる金型１の間にパルス電圧を印加する。
【００２５】
ここから、上述した構成において、本発明の発明者等が様々な条件で行ったいくつかの実施例について説明する。
実施例１
この実施例では、ポリプロピレンに５０％の紙が混入している樹脂を材料として使用した。なお、この樹脂の含水率は約２％である。また、金型１にはＳＣ（炭素鋼）材を使用した。さらに、電極９は、絶縁層１０を厚さ３０μｍのポリイミドテープで形成した後、その上に厚さ１５μｍの銅箔を接着して作製しており、幅サイズを充填空間６の幅の１０％に設定した。
そして、電極９（及び金型１）に５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、５０Ｖ、８０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖのパルス電圧を印加した。また、パルス電圧のデューティ比を１／５〜１／１００として、平均実効電力が０．０２Ｗ／ｃｍ2 （２００Ｗ／ｍ2 ）となるようにした。パルス幅は１００μｓとした。
上記条件でガスベント８内の壁面の一部に変色が生じるまでのショット数を通電しない場合と比較する形で試行した。
その結果、通電しない場合は２００ショット程度で変色が発生したのに対して、通電した場合は、１０Ｖでは２０００ショット、２０Ｖでは３０００ショット、５０Ｖでは４０００ショット、８０Ｖでは４０００ショット、１００Ｖでは２５００ショット（ショット数はいずれもおおよその数）、１５０Ｖでは電流が不安定になり、改善効果が得られなかった。
【００２６】
実施例２
この実施例では、上記実施例１において、印加電圧を８０Ｖに設定して平均実効電圧を変化させた。すなわち、この実施例では、単位面積あたりの平均実効電力を０．５Ｗ／ｃｍ2 （５００Ｗ／ｍ2 ）〜０．０００２Ｗ／ｃｍ2 （２Ｗ／ｍ2 ）の間でディーティ比を変えて試行した。その他は上記実施例１と同じ条件である。
その結果、０．１Ｗ／ｃｍ2 （１００Ｗ／ｍ2 ）〜０．０００５Ｗ／ｃｍ2 （５Ｗ／ｍ2 ）で顕著な効果が確認された。また、この実施例では、通常の防食に必要な平均実効電力（０．１５Ｗ／ｍ2 ）よりも３０〜６００倍の平均実効電力が必要であった。これはガスベント８内の壁面に付着している水分の厚さがきわめて薄いことによるものであり、水が多量に存在し、且つ水を媒体とした回路構成の平均実効電力とは大きく異なっている。
【００２７】
実施例３
この実施例では、上記実施例１において、充填空間６の幅サイズに対して電極９の幅サイズを１％に設定した。そして、電極９（及び金型１）に５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、５０Ｖ、８０Ｖのパルス電圧を印加した。
その結果、１０Ｖでは８００ショット、２０Ｖでは１５００ショット、５０Ｖでは２０００ショット、８０Ｖでは２０００ショットでガスベント８内の壁面に変色が確認された。
【００２８】
実施例４
この実施例では、充填空間６の幅サイズに対して電極９の幅サイズを０．１％に設定した。そして、電極９（及び金型１）に５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、５０Ｖ、８０Ｖのパルス電圧を印加した。その他の条件は上記実施例１及び３と同様である。
その結果、１０Ｖでは２００ショット、２０Ｖでは２００ショット、５０Ｖでは２５０ショット、８０Ｖでは４００ショットでガスベント８内の壁面に変色が確認された。
【００２９】
実施例５（比較例１）
この実施例では、比較例として、上記実施例１における電圧をパルスではなく直流で印加した。電圧は５Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、４０Ｖ、６０Ｖで試行した。
その結果、５Ｖでは５００ショット、１０Ｖでは７００ショット、２０Ｖでは１０００ショット、４０Ｖでは１０００ショット、６０Ｖでは電流がショートなどして不安定となり、改善効果は得られなかった。また、パルス電圧に比べて防食効果が少ないことがわかった。これは、直流では電圧がまだ低い時点で電極９近傍からの電流量が増加し、この電流量の増加による電圧降下により電極から離れた位置での防食効果が少なくなったためであると考えられる。
【００３０】
実施例６（比較例２）
この実施例では、上記実施例５（比較例１）とは別の比較例として、上記実施例１における樹脂の含水率を変えて試行した。樹脂には真空乾燥などを行い、含水率を０．１％まで下げたものを使用した。なお、上記実施例１と同様、電極９の幅サイズは充填空間６の幅の１０％に設定した。
その結果、通電なしでは１００００ショット、５０Ｖでは１７００００ショットでガスベント内の表面に変色が確認された。
【００３１】
上記実施例１〜４（比較例とした実施例５及び６は除外）の結果から、上述した実施の形態（金型１）の構成における防食効果の有効性が確認された。すなわち、電極９の幅を充填空間６のガスベント８との接続部分における幅サイズに対して０．１〜１００％に設定すること、ガスベント８と充填空間６の接続部分である隙間８ａの高さａを０．０５〜０．１ｍｍ程度、金型１外に向けた長さｂを０．０１〜５ｍｍ程度とすること、電極９の高さ（厚さ）を０．１〜１０００μｍ程度に形成する、電極９（正しくは、陽極となる電極９と陰極となる金型１の間）に印加するパルス電圧を５〜１００Ｖとすること、パルス幅及びデューティ比を単位面積あたりの平均実効電力を０．１Ｗ／ｃｍ2 （１００Ｗ／ｍ2 ）〜０．０００５Ｗ／ｃｍ2 （５Ｗ／ｍ2 ）とすることにより、金型１において優れた防食効果が得られることが確認された。
【００３２】
したがって、上述した実施の形態（金型１）によれば、ガスベント８内に設けた電極９に電圧印加することでこの金型１に電子を供給することが可能となる。これにより、ガスベント８周辺の金属原子や水分子のイオン化を抑制することができる。この結果、酸化を抑えることができ、ガスベント内を防食することができる。
また、ガスベント８内を防食することで、このガスベント８と連通する樹脂の充填空間６へガスベント８から腐食が広がることを防ぐことができる。この結果、充填空間６の防食効果も高めることができる。
したがって、セルロースなどの水分を含有した樹脂を材料として射出成形を行った場合でも、ガスベント８及びその周辺を防食することができ、且つ充填空間６の防食も行うことができ、金型１のメンテナンス頻度を低減することができる。
【００３３】
また、パルス電圧を印加することにより、直流よりも高い電圧を印加することができ、電極９（陽極）から離れた部分にまで電圧降下することなく電子を供給することができる。このように広い面積、複雑な形状の金型１のような良導体に対応させるには、パルス電圧により、過度の電圧を印加する方法により、水の電気分解を抑制しつつ電気を供給できるので水による酸化防止を行うことができる。
【００３４】
さらに、充填空間６とガスベント８の接続部分にて、充填空間６の幅サイズに対するガスベント８内に設けた電極９の幅サイズの比率を０．１〜１００％に設定することにより、適度な電圧を印加することができるようになる。これにより、長期間の防食効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…金型
４…キャビティ
５…コア
６…充填空間
８…ガスベント
９…電極
１２…電圧印加部
【図１】
2014121816.tif 000003
【図２】
2014121816.tif 000004