(57)【要約】【課題】高品位外観の樹脂成形品を得る短い成形サイクルでしかも反り変形も小さい合成樹脂成形用金型およびその成形方法を提供する。【解決手段】入れ子１０１のおも型２０４の間に樹脂断熱層２０５を塗布し、入れ子１０１の製品面側に電気ヒーター２０２を配置し、入れ子１０１のおも型２０４側に冷却回路１０２を配置し、また製品側入れ子表面１０３と電気ヒーター２０２の間もしくは電気ヒーター２０２間に複数の温度センサー２０３を配置して合成樹脂射出成形金型を構成する。入れ子１０１の熱収縮により、おも型２０４と樹脂断熱層２０５との間に隙間が形成されて空気断熱層となり、入れ子１０１の熱容量を小さくでき、入れ子１０１の加熱・冷却を早くすることが可能となって、成形サイクルを短できる。また、入れ子１０１の熱容量が小さくできることから、入れ子１０１の複数部位の冷却速度差も小さくなり、樹脂成形品２０１の反り変形も小さくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂成形用金型において、おも型と入れ子の間に設けた樹脂断熱層と、前記入れ子の製品側面に配置した電気ヒーターと、前記入れ子のおも型側に配置した冷却回路と、前記入れ子の製品側面と前記電気ヒーターの間もしくは前記電気ヒーター同士の間に設けた複数の温度センサーとを具備したことを特徴とする合成樹脂成形用金型。
【請求項２】
請求項１記載の成形用金型の合成樹脂成形方法であって、
電気ヒーターによる入れ子の温調タイミングは、前記入れ子の製品面側表面から成形品が離型した後に前記電気ヒーターをオンし、合成樹脂の射出完了後もしくは保圧完了後に前記電気ヒーターをオフすること、また、冷却回路による入れ子の温調タイミングは、前記合成樹脂の射出完了後もしくは保圧完了後に冷却水通水をオンし、前記入れ子の製品面側表面から成形品が離型した後に前記冷却水通水をオフすることを特徴とする合成樹脂成形方法。
【請求項３】
前記冷却水通水をオフするタイミングと、前記電気ヒーターをオンするタイミングとの間に、前記冷却回路をエアーパージすることを特徴とする請求項２記載の合成樹脂成形方法。
【請求項４】
前記電気ヒーターをオフするタイミングと、前記冷却水通水をオンするタイミングの間に、前記冷却回路をエアーパージすることを特徴とする請求項２記載の合成樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形に用いられる金型に係り、入れ子表面を交互に加熱冷却し、入れ子表面温度を制御する合成樹脂成形用金型およびその成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂成形品に要求される高品位外観仕様として、例えば鏡面仕上げによる高光沢やシボなどを施された入れ子表面の製品模様を、溶融樹脂に高転写させるものやウエルドレスといったものがある。この高品位外観仕様を満たすため合成樹脂成形用金型に要求される成形プロセスは、入れ子の表面温度を一般的には溶融樹脂のガラス転移温度以上（ガラス転移温度に対しプラス１０℃程度）の状態を充填完了まで保持し、充填完了後直ちに冷却するということは公知となっている。この入れ子の表面を加熱する手段として、蒸気や熱水・油を用いた媒体方式や、断熱層を用いた金型表面断熱方式、電磁誘導による高周波誘導方式、またハロゲンによる輻射熱方式や導電層による通電方式、電気ヒーター方式などがある。
【０００３】
最も一般的な蒸気による媒体方式の従来例を図６で説明する（例えば、特許文献１を参照）。入れ子１０１には、通常と同様に入れ子１０１を冷却するために冷却回路１０２が配置されているが、製品側入れ子表面１０３近傍にも、加熱・冷却併用回路１０４を配置している。従来の冷却回路１０２には成形時間中、常時冷却水を通水させているが、加熱・冷却併用回路１０４には加熱時に水蒸気を流し、冷却時には冷却水が流れるよう交互に切り替える。その切り替えの際にはエアーパージを行っている。
【０００４】
また、代表的な電気ヒーター方式の従来例を図７で説明する（例えば、特許文献２を参照）。金型の入れ子は、製品形状を有する入れ子上１０５と製品形状を有しない入れ子下１０６に分割され、製品側入れ子上表面１０７に溝を設け、その溝に変形自由度の高い細管電気ヒーター１０８を収容している。その溝形状は、入れ子製品面に影響されることなく、段差や凹凸あるいは湾曲面においても入れ子製品面に対し最適な距離を確保するよう加工されている。入れ子下１０６には、前記溝に嵌め合わされる突起が形成されており、細管電気ヒーター１０８を閉塞している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４８０４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では以下のような課題を有していた。前述の蒸気による媒体方式では、入れ子１０１を冷却するための冷却回路１０２は常時通水されているため、加熱エネルギーが冷却水に奪われてしまい、それを補うため熱容量が非常に大きくなり、その結果昇温時間が長くなってしまう。また、加熱エネルギーの奪われ方も不均一であるため、製品側入れ子表面１０３には冷却斑が発生し、反り変形が起こりやすくなるといった課題がある。
【０００７】
また、前述の電気ヒーター方式では、入れ子上１０５全体の昇温時間は短くなるものの、冷却回路１０２が入れ子下１０６にあるため、入れ子上下間で熱膨張差が発生し、隙間が生じることにより冷却効率が上がらないだけでなく熱の奪われ方も不均一となるため、冷却サイクルが長くなり、反り変形も起こりやすいという、蒸気による熱媒体方式と同じ課題を有している。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、樹脂成形品の高品位外観を得る従来の入れ子表面を交互に加熱冷却させる合成樹脂成形金型に比べ、短い成形サイクルでしかも反り変形も小さい合成樹脂成形用金型およびその成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した発明は、合成樹脂成形用金型において、おも型と入れ子の間に設けた樹脂断熱層と、入れ子の製品側面に配置した電気ヒーターと、入れ子のおも型側に配置した冷却回路と、入れ子の製品側面と電気ヒーターの間もしくは電気ヒーター同士の間に設けた複数の温度センサーとを具備したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１記載の成形用金型の合成樹脂成形方法であって、電気ヒーターによる入れ子の温調タイミングは、入れ子の製品面側表面から成形品が離型した後に電気ヒーターをオンし、合成樹脂の射出完了後もしくは保圧完了後に電気ヒーターをオフすること、また、冷却回路による入れ子の温調タイミングは、合成樹脂の射出完了後もしくは保圧完了後に冷却水通水をオンし、入れ子の製品面側表面から成形品が離型した後に冷却水通水をオフすることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３，４に記載した発明は、請求項２の合成樹脂成形方法であって、冷却水通水をオフするタイミングと、電気ヒーターをオンするタイミングとの間に、冷却回路をエアーパージすること、または、電気ヒーターをオフするタイミングと、冷却水通水をオンするタイミングの間に、冷却回路をエアーパージすることを特徴とする。
【００１２】
前記金型や方法によれば、おも型と入れ子の間に樹脂断熱層があるため、入れ子が冷却される際、樹脂断熱層とおも型との間に熱収縮による隙間が生じて、これが空気断熱層となり熱伝達がさらに少なくなり、入れ子の熱容量を小さくできるので短時間で入れ子の加熱・冷却が可能となり、従来の入れ子表面を交互に加熱冷却させる方法に比べて、成形サイクルが短縮でき、さらに入れ子の熱容量が小さくなることから、入れ子の複数部位の冷却速度差が小さくなるため樹脂成形品の反り変形を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱可塑性樹脂の射出成形に用いられる金型の入れ子とおも型間に樹脂断熱層を設けて空気断熱層とし熱伝達を抑えることで、入れ子の熱容量を小さくて加熱・冷却に要する成形サイクルを短くし、また、成形サイクルを短縮できるため、反り変形も小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１における合成樹脂成形用金型の断面形状を示す図
【図２】本発明の実施形態２における合成樹脂成形方法を示すタイミングチャート
【図３】本実施形態２における合成樹脂成形方法を実施する成形装置の概略構成を示す図
【図４】本発明の実施形態３における合成樹脂成形方法で冷却水通水のオフと電気ヒーターのオンとの間に冷却回路のエアーパージを示すタイミングチャート
【図５】本発明の実施形態４における合成樹脂成形方法で電気ヒーターのオフと冷却水通水のオンとの間に冷却回路のエアーパージを示すタイミングチャート
【図６】従来の蒸気媒体方式の合成樹脂成形用金型を示す図
【図７】従来の電気ヒーター方式の合成樹脂成形用金型を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における合成樹脂成形用金型の断面形状を示す図である。図１に示すように、おも型２０４と入れ子１０１の間に樹脂断熱層２０５があり、入れ子１０１の製品面側に電気ヒーター２０２を配置し、入れ子１０１のおも型２０４側は冷却回路１０２を配置し、入れ子１０１の製品面側と電気ヒーター２０２の間もしくは電気ヒーター２０２同士の間には複数の温度センサー２０３を配置したものである。また、図１において、２０１を樹脂成形品、２０６をおも型２０４と樹脂断熱層２０５との境界面とする。
【００１７】
係る構成によれば、高品位外観（高光沢・ウエルドレス）を必要とする樹脂成形品２０１を得るため、製品側入れ子表面１０３は、溶融樹脂の射出から充填するまでの間を、溶融樹脂のガラス転移温度以上に確保し、充填後直ちに冷却しなければならない。そこで入れ子１０１全体を加熱し、製品側入れ子表面１０３を溶融樹脂のガラス転移温度以上にするため電気ヒーター２０２を用いる。この時製品側入れ子表面１０３と電気ヒーター２０２との相対位置は、製品側入れ子表面１０３が受ける射出圧力により、電気ヒーター２０２挿入穴が陥没しない位置に配置する。
【００１８】
電気ヒーター２０２同士のピッチは、入れ子１０１の昇温に伴い製品側入れ子表面１０３に生じる温度斑によって、樹脂成形品２０１への転写斑が生じないピッチとする。また、温度センサー２０３は、製品側入れ子表面１０３と電気ヒーター２０２の間もしくは電気ヒーター２０２同士の間に配置するだけでなく、溶融樹脂流動末端にも配置し、入れ子１０１の加熱・冷却に伴う樹脂成形品２０１の外観に影響の大きい温度の検出を行う。
【００１９】
冷却回路１０２の配置は、電気ヒーター２０２挿入穴の直下に位置し、入れ子１０１の加熱・冷却に伴い冷却回路１０２穴周囲に発生する熱応力により、電気ヒーター２０２挿入穴と冷却回路１０２穴との最短距離において応力割れが生じない距離を確保する。また、冷却回路１０２とおも型２０４との境界面２０６に対する相対位置より、入れ子１０１の厚みが確定し、入れ子１０１に対する加熱・冷却熱容量も確定する。よって、この熱容量が小さくなるよう冷却回路１０２と境界面２０６の相対位置を確定する。
【００２０】
また、入れ子１０１のおも型２０４側に樹脂断熱層２０５を塗布することで、おも型２０４への熱伝達が少なくなり、冷却が進むに連れ入れ子１０１の熱収縮が加速し、入れ子１０１とおも型２０４の境界面２０６に隙間が生じることで空気断熱層を構成する。この作用から入れ子１０１の熱容量は少なくて済む。
【００２１】
加熱時においては、おも型２０４と樹脂断熱層２０５との境界面２０６にはまだ隙間がある。そして、電気ヒーター２０２は製品側入れ子表面１０３側に組込まれているため、隙間が空いた状態で入れ子１０１を加熱することとなるので、熱容量が少なくて済み短時間で加熱させることができる。さらに加熱に伴い、隙間はまた小さくなり加熱完了時には隙間はなくなって、次の冷却工程に移行するという、おも型２０４と樹脂断熱層２０５との境界面２０６の熱による膨張と収縮に伴う変位を利用し、入れ子１０１の熱容量を最小化できる構成である。
【００２２】
これにより、短時間で入れ子１０１を加熱・冷却することができ、成形サイクルが短縮できる。また、入れ子１０１の熱容量が小さくなると、入れ子１０１の複数部位において冷却速度差を小さくすることができるので、樹脂成形品２０１の反り変形を小さくすることができる。この入れ子１０１のおも型２０４側にある樹脂断熱層２０５として、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材やポリイミド樹脂を塗布する。
【００２３】
なお、本構成は金型の固定側，可動側の少なくとも一方でも効果があるが、両方にあるとさらに効果が上がる。また、スライドコアにも本構成は適用可能であり、同様の効果を上げることができる。
【００２４】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２における合成樹脂成形方法のタイミングチャートを示す図である。前述した図１を参照しながら図２に基づき説明する。図２に示すタイミングチャートは、電気ヒーター２０２により加熱する温調タイミングと、冷却回路１０２への冷却水通水により冷却する温調タイミングを一連の成形サイクルの中で表した加熱と冷却を示している。
【００２５】
電気ヒーター２０２の温調タイミングは、基本的に製品側入れ子表面１０３から樹脂成形品２０１の離型後（突出し後）より射出完了または保圧完了までの間とするが、実際的に電気ヒーター２０２をオンするタイミングは、電気ヒーター２０２が所定の温度に昇温する時間を考慮し、型開開始直前からとするか、もしくは射出開始信号を基点とするヒーター加熱開始タイマーの時間に到達するまでとする。
【００２６】
また、電気ヒーター２０２をオフする温調タイミングは、昇温設定温度に到達するまでとするか、もしくは昇温設定タイマー時間に到達するまでとする。この昇温設定タイマー時間は、電気ヒーター２０２のオフの信号を送っても入れ子１０１の温度が急降下しないため、射出完了手前までとする。
【００２７】
冷却水通水する温調タイミングは、一般の金型では常に冷却水は通水されているのに対し、電気ヒーター２０２で入れ子１０１を加熱する必要があるため、射出完了または保圧完了直後より、製品側入れ子表面１０３から樹脂成形品２０１が離型（突出し）するまでの間で冷却水を通水させるが、実際的には電気ヒーター２０２のオフのタイミングと連動させ冷却水通水をオンとし、冷却水通水のオフは冷却設定温度に到達するまでとするか、もしくは冷却設定タイマー時間に到達するまでとする。この冷却設定タイマー時間は、電気ヒーター２０２をオンする手前までとする。
【００２８】
また、図３は本実施形態２の合成樹脂成形方法を実施する成形装置の概略構成を示す図である。本成形装置は、さらに緻密な高転写でウエルドのない外観の良化した、反り変形も小さい樹脂成形品２０１を得るための手段として、入れ子１０１の複数部位の冷却速度を制御するための、入れ子１０１から温調機２０７までの配管接続を示している。
【００２９】
図３において、２０７は温調機、２０９は温調機２０７と冷却水流量制御マニホールド２０８をつなぐ冷却配管、２１０は冷却水流量制御マニホールド２０８に接続され冷却水流量を調整する流量調整弁、２１１は入れ子１０１と流量調整弁２１０の間を耐熱ホース２１１を介して直接入れ子１０１に接続する冷却ジョイントである。
【００３０】
係る構成によれば、温度センサー２０３により表示される値を基に、入れ子１０１の高温部すなわち冷却速度の遅い部位を検出し、その近辺に配置されている冷却回路１０２に対し、冷却水流量が多くなるよう流量調整弁２１０を調整し、入れ子１０１の複数部位に対して冷却速度の均一化を図る。これにより、さらに緻密な高転写でウエルドのない外観の良化した、反り変形の少ない樹脂成形品２０１を得ることができる。
【００３１】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３における合成樹脂成形方法のタイミングチャートを示す図である。前述した図２のタイミングチャートに冷却水通水のオフと電気ヒーターのオンとの間に冷却回路のエアーパージを行うものである。
【００３２】
冷却水通水をオフした後、直ぐ電気ヒーター２０２をオンしてしまうと、冷却回路１０２内に残留している水分が、昇温に伴い急激に水蒸気となり体積が膨張する。これによって、いわゆる水蒸気爆発を起こす可能性があるため、冷却回路１０２内の水分を除去する必要がある。
【００３３】
そのため冷却水通水のオフと同時に冷却回路１０２をエアーパージし、電気ヒーター２０２のオンと同時にエアーパージを停止する。このエアーパージによって、冷却回路１０２内に残留している水分を蒸発させるのに必要となる熱エネルギーが不要となり、さらに冷却回路１０２が空気断熱層となることから、入れ子１０１の昇温を早くすることもできる。
【００３４】
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態３における合成樹脂成形方法のタイミングチャートを示す図である。前述した図２のタイミングチャートに電気ヒーターのオフと冷却水通水のオンとの間に冷却回路のエアーパージを行うものである。
【００３５】
電気ヒーター２０２をオフした後、直ぐ冷却水通水をオンしてしまうと、急激な熱収縮により冷却回路１０２の周囲に熱応力が発生する。これにより冷却回路１０２と電気ヒーター２０２挿入穴との最短距離において入れ子１０１が応力割れを起こす可能性がある。このため、冷却水通水の前に冷却回路１０２を除冷する必要がある。
【００３６】
そのため射出開始信号が出る直前より冷却回路１０２をエアーパージし、冷却水通水のオンと同時にエアーパージを停止する。このエアーパージにより、冷却回路１０２を介して入れ子１０１の冷却を補助することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る合成樹脂成形用金型およびその成形方法は、樹脂成形品に要求される高品位外観（高光沢・ウエルドレス）を、従来の入れ子表面を交互に加熱冷却させる方法に比べ、短い成形サイクルで実現し、反り変形も小さくする効果を有しているため、低コスト生産・高歩留に貢献できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  入れ子
１０２  冷却回路
１０３  製品側入れ子表面
１０４  加熱・冷却併用回路
１０５  入れ子上
１０６  入れ子下
１０７  製品側入れ子上表面
１０８  細管電気ヒーター
２０１  樹脂成形品
２０２  電気ヒーター
２０３  温度センサー
２０４  おも型
２０５  樹脂断熱層
２０６  境界面
２０７  温調機
２０８  冷却水流量制御マニホールド
２０９  冷却配管
２１０  流量調整弁
２１１  耐熱ホース
２１２  冷却ジョイント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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