(57)【要約】【課題】  射出成形にて、安価で耐久性の高い断熱をすること。【解決手段】  溶融樹脂が流動するキャビティ１４の成形面１６に非金属の複数の断熱部材１８を埋め込んだ。【選択図】  図１
2011240682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂が流動するキャビティの成形面に非金属の複数の断熱部材を埋め込んだ、
ことを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
前記断熱部材を、ガラス強化繊維エポキシとした、
ことを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
【請求項３】
前記キャビティが、固定型と、前記成形面を有する可動型とにより形成され、
前記可動型は、前記成形面に接する平面の法線方向を高さ方向とする円柱状の複数の窪みを有し、
前記断熱部材を、複数の前記窪みに挿入された円柱状部材とした、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形に関する技術分野に関連し、特に、射出成形用の金型の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂の射出成形では、流動長を延ばすために、断熱金型が検討される場合がある。
図４に、簿肉成形（板厚1から2 [mm] 程度）する断熱金型の一例を示す。この断熱金型は、固定型５０と、可動型５２とを有し、可動型５２の取付板５４を駆動して可動型５２を固定型５０側へ移動させ、金型分割面６６（ＰＬ）で合わせることで、キャビティ５６を形成する。キャビティ５６の形成後、固定型５０にて、スプルー６２と、冷却水６８で冷却されるコールドランナー６４を介して溶融樹脂をキャビティ５６に送る。薄肉成形の場合には、キャビティ５６の温度変化により溶融樹脂の流動長が短くなることが多い。この点、図４に示す例では、キャビティ５６を形成する固定型５０及び可動型５２に断熱板５８を設け、この断熱板５８を介してキャビティ５６を挟み、ヒーター６０で加熱する構造とすることで、流動長の延伸が図られている。
その他、断熱のために、金型に空洞を設ける場合もある。
【０００３】
また、部品の軽量化及びモジュール化の観点から、長繊維強化熱可塑性樹脂が着目されている。これは、樹脂にガラス繊維や炭素繊維を配合することでプラスチックを強化し、雰囲気温度に対する特性を良好に変化させるものである。
しかし、繊維強化樹脂の射出成形では、流動性の悪化、収縮率の不安定及び表面の美観確保困難などの課題がある。例えば、特許文献１には、強化繊維をランダムに配向させて収縮率を安定させること（第２頁左下欄から右上欄）を目的として、樹脂の放射状の流れを長方形状に案内する手法（図１、図６（ｂ），第４頁左上欄等）が開示されている。この特許文献１には、強化用繊維としてガラス繊維、プラスチック材料としてエポキシ樹脂が開示されている（第３頁右下欄）。
特許文献２には、表面外観の美観を向上させることを目的として（段落０００４，０００６）、強化繊維を含まない表皮層を形成する手法（段落００１１、図３等）が開示されている。強化繊維としては、ガラス、カーボン、セラミック、アラミド等が開示されている（段落００１６）。
【０００４】
また、熱可塑性樹脂の射出成形によりピットを有する光ディスクの成形基盤を製造する技術にて、金型に断熱層を設ける手法がある。
特許文献３には、反りの発生を防止することを目的として（段落０００８，０００９）、金型に断熱層を形成する手法（段落００１３等）が開示されている。
特許文献４には、境界面温度を均一に保持することを目的として（段落０００５，０００９）、キャビティの位置ごとの熱伝達効率を可変とする手法（段落００１０、００１２、図２等）が開示されている。また、強化繊維を含んだ樹脂により骨格層を形成した後、流動性のよい（段落００２０）樹脂を表皮層とするため、先に骨格層を金型上に形成することにより、断熱保温層が形成され、金型への熱損失を大幅に低減して薄肉化が可能となる旨が開示されている（段落００１９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平1-202418号公報
【特許文献２】特開平5-185466号公報
【特許文献３】特開平9-123223号公報
【特許文献４】特開平10-626号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示す構造では、キャビティ５６は鋼材であるため、ヒーター６０での加熱ではキャビティ５６全体を昇温するのに長時間を要してしまう。さらに、金型を一定温度に保つことが難しく、特に、キャビティ５６の全体の温度を均一にすることが困難である。
上記特許文献１記載の手法では、可動側の金型に幹状部と枝状部とからなる特定形状の調整部を設けなければならず（図４、図６、第４頁左上欄）、完成品に特定形状が残り、余分な樹脂を必要としてしまう。そして、この特許文献１に示される手法では、特に、薄肉成形をすることができない。
上記特許文献２記載の手法では、表皮層となる通常の樹脂の流動性を確保することができるが、強化繊維を含む樹脂の流動性を確保し、向上させる手法については、何ら開示されていない。
上記特許文献３及び４記載の手法では、キャビティ表面に断熱材層を形成するため、金型の耐久性、コスト及びメンテナンス等に問題を生ずる。すなわち、断熱層を樹脂で形成する際には、第１に、断熱層かつ成形面となる樹脂の加工精度を一定以上とすることが金属と比較して困難であり、第２に、その後の多数回の使用での耐久性を金属同様に確保することが難しい。つまり、キャビティ自体や成形面をセラミックや樹脂とする手法には、金型の耐久性、コスト、メンテナンス等で不具合が生ずる。
【０００７】
［課題１］このように、上記従来例では、射出成形の金型について、安価で耐久性の高い断熱をすることができない、という不都合があった。
［課題２］特に、上記従来例では、流動性が良好ではない樹脂の薄肉成形用の金型にて流動長を向上させるための断熱をすることができない、という不都合があった。
【０００８】
［発明の目的］本発明の目的は、射出成形にて、安価で耐久性の高い断熱をすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［着眼点］本発明の発明者は、キャビティの成形面の構成を工夫することで、上記課題を解決できるのではないか、との着想に至った。
【００１０】
［課題解決手段１］  本発明は、溶融樹脂が流動するキャビティの成形面に非金属の複数の断熱部材を埋め込んだ、という構成を採っている。
これにより、上記課題１を解決した。
【００１１】
［課題解決手段２］  本発明は、また、前記キャビティが、固定型と、前記成形面を有する可動型とにより形成され、前記可動型は、前記成形面に接する平面の法線方向を高さ方向とする円柱状の複数の窪みを有し、前記断熱部材を、複数の前記窪みに挿入された円柱状部材とした、という構成を採ることができる。
これにより、上記課題１及び２を解決した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。
【００１３】
［発明の作用効果１］ 課題解決手段１の射出成形用金型は、キャビティの成形面に、非金属の複数の断熱部材を埋め込んでいるため、キャビティに流入した樹脂は、成形面にて断熱部材上では保温され、その他の部分では冷却されることで、温度を保ちながら流動する。このため、溶融樹脂は、金型の成形面に接する際に急激に冷却されることなく、断熱部材により保温され、キャビティ内で時間をかけて冷却されることで、スキン層の発生を遅らせ、溶融樹脂の流動性を向上させることができる。また、キャビティの成形面の全体に断熱部材を形成すると金型の耐久性が悪化してしまうところ、本発明では、成形面に複数の断熱部材を埋め込むことで溶融樹脂の保温をするため、金型の耐久性を維持することができる。
このように、本発明では、金型の使用回数を維持しつつ、良好な断熱をすることで、低コストで断熱による流動性の向上を実現することができる。すなわち、安価で耐久性の高い断熱をすることができる。
【００１４】
［発明の作用効果２］ 課題解決手段２の射出成形用金型は、前記可動型の成形面にて、複数の窪みを有し、この窪みに円柱状部材を装着したため、通常の強度及び冷却性を有する可動型の成形面を残しつつ、複数の円形を均質に又は目的に応じてランダムに配置し、この円形群にて流動樹脂に対する保温性を発揮させることができる。
そして、窪み及び断熱部材の形状を、円柱状とし、さらに、成形面に接する平面の法線方向を高さ方向とする円柱状としたため、加工が容易で、また、可動型及びその成形面の強度を維持しやすく、従って、安価な断熱を実現することができる。
そして、断熱部材により流動性を改善することができるため、流動性が良好ではない例えば繊維強化樹脂の薄肉成形を良好に行うことができる。
また、断熱部材を形成するための加工が容易であるため、金型の使用目的や溶融樹脂の性質に応じて保温すべき部分にはより断熱部材を多くするなど、個別の課題に応じた金型の設計をしやすく、従って、適度な断熱により樹脂の流動性の向上やウエルドラインの抑止などを図り、そして、金型に与えられる目的に応じてこの断熱部材を自由に配置することで、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例の構成例を示す説明図である。
【図２】本実施例での成形面の一例を示す説明図である。
【図３】図３（Ａ）は本実施例での成型品の一例を示す図で、図３（Ｂ）は断熱無しでの成型品の一例を示す図である。
【図４】従来の断熱金型の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明を実施するための形態として、射出成形用金型に関する実施形態を開示する。
本実施形態は、射出成形にて溶融樹脂の流動長を伸ばすために、金型の温度調整をする技術である。本実施例による射出成形用金型は、溶融樹脂が流動するキャビティ１４の成形面１６に、非金属の複数の断熱部材１８を埋め込んだ、という構成を採っている。
【００１７】
図１に示す例では、射出成形用金型は、固定型１０と、取付板２８に装着された可動型１２とを備えている。固定型１０と可動型１２とを金型分割面２４（ＰＬ）にて合わせることで、キャビティ１４を形成する。キャビティ１４は、成型品３２の外形を定め、図１に示す例では、成型品３２は薄肉である。
【００１８】
固定型１０は、注入される溶融樹脂を案内するスプルー３０と、キャビティ１４への溶融樹脂の流入を調整するフィルムゲート２６とを備える。本実施形態では、固定型１０、スプルー３０及びフィルムゲート２６は従来より使用されている一般的なものである。
【００１９】
そして、本実施形態では特に、キャビティ１４の成形面１６に、非金属の複数の断熱部材１８を埋め込んでいる。図１に示す例では、通常では成型品３２（製品）の裏側となる可動型１２側にて、可動型１２の成形面１６に窪み２０を形成し、この窪み２０に断熱部材１８を埋め込んでいる。このため、キャビティ１４に流入した樹脂は、成形面１６にて、断熱部材１８上では保温され、その他の部分（金型の金属部分）では冷却されることで、温度を保ちながら流動する。このため、溶融樹脂は、金型の成形面１６に接することで急激に冷却されることなく、キャビティ１４内を流動しつつ時間をかけて冷却されることで、溶融樹脂の流動性を向上させることができる。
【００２０】
キャビティ１４の成形面１６の全体に断熱部材１８を形成すると、金型の耐久性が悪化するが、本実施形態のように、成形面１６に複数の断熱部材１８を埋め込むことで、溶融樹脂の保温をする構成とすると、金型の耐久性を維持しつつ、良好な断熱をすることができる。この金型の使用回数を維持しつつ、良好な断熱をすることで、低コストで断熱による流動性の向上を実現することができる。
【００２１】
さらに、好ましい実施形態では、前記断熱部材１８を、強度の高い熱硬化性樹脂とすると良い。例えば、断熱部材１８の素材として、ガラス強化繊維エポキシを採用することができる。これにより、断熱性を確保しつつ、安価で耐久性の良い構成とすることができる。
その他、強度の高い熱硬化性樹脂を断熱部材１８とする例では、強化材として、ガラス繊維の他、炭素繊維や、天然繊維や、リサイクルによる繊維屑などを活用することができる。
熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は、断熱材の母材として、耐熱性、機械特性及び耐食性に優れており、様々な硬化剤と組み合わせて硬化反応させることで、用途に応じた成型をすることができる。また、この断熱部材１８に用いる熱硬化性樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂や、フェノール樹脂を使用することもできる。また、ポリカーボネートを母材としてガラスその他の繊維にて強化した樹脂を断熱部材１８とすることもできる。
【実施例】
【００２２】
次に、本発明の実施例を説明する。本実施例による射出成形用金型は、図１に示すように、前記キャビティ１４が、製品表面に接する固定型１０と、可動型１２とにより形成されている。そして、前記可動型１２は、成形面１６を有し、さらに、成形面１６に接する平面の法線方向を高さ方向とする円柱状の複数の窪み２０（金型穴）を有している。そして、本実施例では、前記断熱部材１８を、複数の前記窪み２０に挿入された円柱状部材２２としている。図１及び図２に示す例では、断熱部材１８はすべて円柱状部材２２である。
窪み２０及び断熱部材１８の形状を円柱状とし、さらに、成形面１６に接する平面の法線方向を高さ方向とする円柱状とすると、加工が容易で、また、可動型１２及びその成形面１６の強度を安価に維持することができる。
【００２３】
図２に、図１に示すＡＡ断面近傍でのキャビティ１４の大きさ及び成形面１６の一部を示す。図１及び図２に示す例では、製品となる成型品３２は平形形状である。そして、窪み２０は、成形面１６と平行な平面の法線方向を高さ方向とする。この法線方向は図１中の上下方向である。
【００２４】
また、本実施形態は、曲面形状の製品でも実施可能である。成形面１６が曲面である場合には、曲面に接する平面群から１つの平面（例えば、取付板２８と平行な平面や水平な平面）を選定し、すべての窪み２０の高さ方向（法線方向）を同一方向とし、成形面１６での断面積が曲面の傾きに応じて異なる構成とすると良い。逆に、成形面１６での断面がほぼ円となるように、各窪み２０に、それぞれの窪み２０の位置にて当該曲面に接する平面の法線方向を高さ方向としても良い。この場合、各窪み２０の高さ方向は同一ではなく、窪み２０と成形面１６が接する面の傾きに応じて方向が変化する。
【００２５】
図２を参照すると、本実施例では、製品寸法の横a = 580 [mm], 縦b = 300 [mm], 厚みt = 2.0 [mm]である簿板金型の可動型１２にて、直径φ12 [mm], 高さL = 20 [mm] 円柱状のガラス繊維強化エポキシを543個、この可動型１２の成形面１６へ直接埋め込んだ。断熱部材１８の間隔は、横方向c = 16 [mm], 縦方向d = 18 [mm]とした。これにより、本実施例では、断熱面積は、図２に示す例では、直径φ12 [mm]の円の面積と個数との積であり、製品面積の約35%を占める。
【００２６】
この製品面積に対する断熱面積の比率である断熱面積比率は、断熱部材１８による保温の程度と相関する。このため、より保温性を高めたい際には断熱は、この断熱面積比率を高めると良い。
【００２７】
断熱部材１８となる繊維強化エポキシは、本実施例では、金型へ設けられた窪み２０の穴径よりも0.1から0.2 [mm] 程度太く成形し、常温にて金型の可動型１２の成形面１６へ打ち込む。打ち込んだ後、成形面１６（金型面）を軽く研磨することで、成形面１６にて金型面とエポキシ面とを同一面とすることができる。そして、繊維強化エポキシは、成形温度にて抜けることはない。さらに、繊維強化エポキシも窪み２０（金型穴）も円形であるため、加工は容易である。
【００２８】
繊維強化エポキシでは、コストも安く、そして、金型の成形面１６に穴を開け打ち込むだけである。そして、断熱のためのヒーターは不要となる。最初の数ショットにて、エポキシ表面が荒れるが、その後の表面荒れの進行はみられない。繊維強化エポキシは、可動型１２側のみに設置するため、製品外観には影響を与えない。また、金型の補修も容易に行うことができる。
【００２９】
本実施例での射出成形に際しては、溶融樹脂は、可動側面へ直接埋め込まれたエポキシ面上を流動する。これにより、溶融樹脂の充填直後の急冷を抑制し、スキン層の成長を遅らせ、樹脂流動長を向上させることができる。
【００３０】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、製品寸法 300 x 580 [mm], 肉厚t = 2.0 の簿板金型で、成形材を炭素繊維強化ナイロン(30%)とし、300 [mm] 側からフィルムゲート２６にて射出成形を行った結果、本実施例による成型品３２と、断熱部材１８を使用しない金型による成型品３４（比較例）とを比較した結果、長さe = 35 [mm] 程度の流動性向上が観察された。
本実施例による金型は、炭素繊維強化ナイロン(30%)の他、どのような樹脂であっても問題なく使用可能である。
【００３１】
断熱材は、金型面へ均一に配置する必要はなく、また、同一形状である必要もない。適切に配置することで、樹脂の流動を変え、ウエルドライン等を自由に変更することができる。すなわち、本実施例では、断熱部材１８を形成するための加工が容易であるため、金型の使用目的や溶融樹脂の性質に応じて保温すべき部分にはより断熱部材１８を多くするなど、個別の課題に応じた金型の設計をしやすく、従って、適度な断熱により樹脂の流動性の向上やウエルドラインの抑止などを図り、そして、金型に与えられる目的に応じてこの断熱部材１８を自由に配置することで、設計の自由度を向上させることができる。
【００３２】
上述のように、本実施例では、樹脂射出成形金型の可動側の製品に直接接する面に、断熱材を直接設置するため、溶融樹脂が硬化する際のスキン層の成長を遅らせ、樹脂流動長を伸ばすことができる。
さらに、本実施例では、断熱部材１８の形状を円筒形としたため、加工容易で、金型での設置が容易であり、従って、良好な断熱を安価に実現することができる。
また、断熱材の種類を、エポキシ等の樹脂とすると、同様に、金型への設置及び加工が容易で、安価に実現することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  固定型
１２  可動型
１４  キャビティ
１６  成形面
１８  断熱部材
２０  窪み
２２  円柱状部材
２４  金型分割面
２６  フィルムゲート
２８  取付板
３０  スプルー
３２  成型品
３４  成型品（比較例）
【図１】
2011240682.tif 000003
【図２】
2011240682.tif 000004
【図３】
2011240682.tif 000005
【図４】
2011240682.tif 000006