(57)【要約】【課題】成形品の溶融材料合流部分の強度低下を改善することができる射出成形金型または射出成形方法を提供する。【解決手段】  キャビティＣに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲート３０を備えるとともにキャビティＣ内で溶融材料が合流する合流部Ｇを備えた射出成形金型１８において、合流部Ｇまたはその近傍のキャビティ形成面３４ｂに溶融材料をキャビティＣ外に排出する材料排出専用ゲート２５を備え、成形時に材料排出専用ゲート２５から合流部Ｇ付近の溶融樹材料をキャビティＣ外に排出する。【選択図】図１
2019119184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲートを備えるとともにキャビティ内で溶融材料が合流する合流部を備えた射出成形金型において、
前記合流部またはその近傍のキャビティ形成面に溶融材料をキャビティ外に排出する材料排出専用ゲートを備えたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
前記材料導入用ゲートと材料排出専用ゲートとの間にはホットランナからなる連通流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形金型。
【請求項３】
少なくとも一つの材料導入用ゲートを介してキャビティ内に溶融材料を射出し、キャビティ内の合流部で溶融材料が合流する射出成形方法において、
前記合流部またはその近傍のキャビティ形成面に設けられた材料排出専用ゲートから溶融材料をキャビティ外に排出することを特徴とする射出成形方法。
【請求項４】
前記キャビティは溶融材料を圧縮可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビティに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲートを備えるとともにキャビティ内で溶融材料が合流する合流部を備えた射出成形金型、または少なくとも一つの材料導入用ゲートを介してキャビティ内に溶融材料を射出し、キャビティ内の合流部で溶融材料が合流する射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、中央に空間部分を備えた成形品を成形するためには、キャビティに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲートを備えるとともにキャビティ内で溶融材料が合流する合流部を備えた射出成形金型が用いられる。前記金型により成形される成形品において溶融材料が合流部で合流して接合された部分はウエルドと呼ばれるが、この部分は強度的に弱く、また成形品によっては接合した際に形成されたラインが問題となることもある。
【０００３】
従来、成形品のウエルドの対策を行うものとして、特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１は複数のゲートから金型キャビティに樹脂を充填後、金型キャビティを圧縮しつつ、金型キャビティ内の樹脂の一部を任意のゲートからキャビティ外に排出するものである。その結果、特許文献１ではウエルドがなく外観に優れると共に、ウエルド部における変形、物性の低下もない成形品を成形できる旨が記載されている。
【０００４】
また特許文献２は溶融樹脂が合流する会合面を境にしてその両側にそれぞれコアの移動により容積を変化可能な樹脂溜りを設け、溶融樹脂をキャビティ内に射出後に一方の樹脂溜りのコアを圧縮方向に移させるとともに他方の樹脂溜りのコアを拡張方向に移動させる。このような作動を行うことにより特許文献２では成形品のウエルド発生防止による強度低下及び外観不良の改善を行うことができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−５７７９４号公報（請求項１）、（０００６）、（図１）
【特許文献２】特開２０１４−１９１１４号公報（請求項１）、（０００１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１については、溶融樹脂を排出するゲートの位置がウエルドの形成される部分から遠いために例え圧縮成形したとしてもキャビティ内のウエルドが形成される部分で大きな溶融樹脂の流れを作り出すことは難しいという問題があった。また特許文献２も一方のコア内の材料が押し出されて他方のコア内に移動するので大きな溶融樹脂の流れを作り出そうとしたら装置が大がかりになるという問題があった。また特許文献２は成形品に余分な部分が形成されてしまい成形後に切除する必要があるという問題もあった。
【０００７】
そこで本発明はこれらの問題に対応するものであり、成形品の溶融材料合流部分の強度低下を改善することができる射出成形金型または射出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】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の射出成形金型は、キャビティに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲートを備えるとともにキャビティ内で溶融材料が合流する合流部を備えた射出成形金型において、前記合流部またはその近傍のキャビティ形成面に溶融材料をキャビティ外に排出する材料排出専用ゲートを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の射出成形金型は、請求項１に記載の射出成形金型において、前記材料導入用ゲートと材料排出専用ゲートとの間にはホットランナからなる連通流路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の射出成形方法は、少なくとも一つの材料導入用ゲートを介してキャビティ内に溶融材料を射出し、キャビティ内の合流部で溶融材料が合流する射出成形方法において、前記合流部またはその近傍のキャビティ形成面に設けられた材料排出専用ゲートから溶融材料をキャビティ外に排出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の射出成形方法は、請求項３に記載の射出成形方法において、前記キャビティは溶融材料を圧縮可能に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の射出成形金型は、キャビティに連通される少なくとも一つの材料導入用ゲートを備えるとともにキャビティ内で溶融材料が合流する合流部を備えた射出成形金型において、前記合流部またはその近傍のキャビティ形成面に溶融材料をキャビティ外に排出する材料排出専用ゲートを備えているので成形品の溶融材料合流部分の強度低下を改善することができる。また本発明の射出成形方法も同様に成形品の溶融材料合流部分の強度低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の成形金型の断面図である。
【図２】本実施形態の成形金型の下型の平面である。
【図３】別の実施形態の成形金型の断面図である。
【図４】更に別の実施形態の成形金型により成形された成形品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態の射出成形機について図１を参照して説明する。射出成形機１１は射出装置１２と型締装置１３とから主要部が構成される。射出装置１２は加熱筒１４の前部にノズル１５が取付けられ図示しない作動機構により溶融材料（溶融樹脂）の射出や計量が行われる。本実施形態において型締装置１３は竪方向に型開閉されるものであり、下側の固定盤１６に対して上側の可動盤１７が図示しない型開閉機構および型締機構により型開閉移動され型締が行われる。また型締機構は射出圧縮成形のためのキャビティ内の溶融材料の圧縮が可能となっている。なお射出成形機１１の構造や作動方法は上記に限定されない。
【００１５】
次に射出成形機１１に取り付けられる射出成形金型１８について図１および図２を参照して説明する。射出成形金型１８は、射出圧縮成形用の成形金型であって、固定盤１６に取り付けられる下型である固定金型１９と、可動盤１７に取り付けられる上型である可動金型２０から構成され、両者が型合わせされた際に容積が可変のキャビティＣが形成されるようになっている。
【００１６】
固定金型１９についてはノズル１５が当接されるノズルタッチ面２１から内部にホットランナ２２が形成されている。そして主流路２３から上方に向けて屈曲したホットランナ２２のノズル部２４の先端はキャビティＣに連通されるゲート２５（ここでは材料の排出を専用に行う材料排出専用ゲート２５）が形成されている。ノズル部２４の前記材料排出専用ゲート２５はバルブゲートである。ノズル部２４の内部にはゲートを開閉するための開閉ピン２６がノズル開閉手段の油圧シリンダ２７により進退可能に設けられている。
【００１７】
また固定金型１９のホットランナ２２の主流路２３のノズル部２４が分岐する部分よりも前方は連通流路２８となっている。そして前記連通流路２８を介して上方に屈曲したホットランナ２２のノズル部２９の先端には、キャビティＣに連通されるゲート３０（ここでは材料導入を行う材料導入用ゲート３０）が形成されている。ノズル部２９の前記材料導入用ゲート３０はバルブゲートであって、ノズル部２９の内部にはゲートを開閉するための開閉ピン３１がノズル開閉手段の油圧シリンダ３２により進退可能に設けられている。この配置に限定されるものではないが、本実施形態では、ノズルタッチ面２１からホットランナ２２を介して距離が短い側に材料排出専用ゲート２５が設けられ、距離が長い側に材料導入用ゲート３０が設けられている。また本実施形態ではノズル開閉手段の駆動機構に油圧シリンダ２７，３２を用いているが、空気圧シリンダや電動機構を用いるものでもよい。
【００１８】
図２は下型である固定金型１９の平面図であるが、固定金型１９の突出部３４はパーティング面３３から一定高さに突出して形成されている。平面視した突出部３４の形状は、中央部分３６を除き四角形の額縁状の形状をしている。そして突出部３４の前面がキャビティ形成面３５となっており、側面が可動金型２０の凹部３７との摺動面３８となっている。そして前記キャビティ形成面３５のうちのノズルタッチ面２１から遠方の一辺３５ａの中央に一つの材料導入用ゲート３０が形成されている。また前記一辺３５ａと対向する他辺３５ｂの中央の合流部Ｇの部分に一つの材料排出専用ゲート２５が開口されている。なお本実施形態では材料導入用ゲート３０、材料排出専用ゲート２５の数についてはぞれぞれ少なくとも一つが設けられているが、２個以上の複数でもよい。
【００１９】
上型である可動金型２０については、前記固定金型１９のキャビティ形成面３５やゲート２５，３０を含む突出部３４が嵌合されて挿入されるように凹部３７が形成され、凹部３７によりキャビティ形成面３９が形成されている。そして前記突出部３４と凹部３７が嵌合・挿入された際に、両者の間から溶融樹脂が漏れないで容積の変更可能なキャビティＣが形成されるようになっている。これらの固定金型１９と可動金型２０の内部については温調用の媒体を流通する流路が形成されている。なお成形材料に熱可塑性樹脂を成形に用いる場合は少なくとも成形品を冷却用の媒体を流通させる流路が形成されるが、成形金型を加熱するためのヒータや加熱媒体を流通させる流路も設けることも望ましい。
【００２０】
次に射出成形金型１８が取付けられた射出成形機１１による射出成形方法について説明する。前回の成形により型開きされて成形品が取り出されると射出装置１２においては溶融材料（溶融樹脂）の計量工程が行われる。また型締装置１３においては図示しない型開閉装置により上型である可動金型２０が下型である固定金型１９に向けて再び下降移動され、可動金型２０と固定金型１９の間に額縁状のキャビティＣが形成される。射出装置１２のノズル１５は常時当接かまたは後退位置から前進移動して固定金型１９のノズルタッチ面２１に当接している。次の射出工程では射出装置１２の図示しないスクリュが前進され、加熱筒１４内の溶融樹脂がノズル１５からホットランナ２２の主流路２３、連通流路２８および材料導入用ゲート３０を介してキャビティＣ内に射出される。この際に固定金型１９の材料導入用ゲート３０は射出開始よりも少し前か射出開始と油圧シリンダ３２の作動により同時に開かれるが、材料排出専用ゲート２５は少なくとも射出開始から所定の間は閉鎖されている。
【００２１】
従って射出された溶融樹脂は材料導入用ゲート３０を介してキャビティＣ内に射出され、溶融樹脂によりキャビティＣの容積は一旦拡大される。なお成形品の容積よりもキャビティＣの容積を大きく保った状態で射出を行う射出プレス法を用いてもよく、その場合は特に通常よりも射出速度や射出圧力を低くすることができる。図２に示されるようにキャビティＣ内に導入された溶融樹脂は、材料導入用ゲート３０から辺３５ａに沿って２方向に向けて流動し、図２において上下の辺３５ｃ、３５ｄを経て、材料排出専用ゲート２５が設けられた辺３５ｂに到達する。この際の成形金型のキャビティ形成面３５等の表面温度にもよるが流動する溶融樹脂は先端側が冷却されつつ合流部Ｇで合流・当接されるので通常であるのでその当接部分がウエルドとなり強度が弱くなる。
【００２２】
本実施形態では溶融材料が合流部Ｇで合流するとともにスクリュが射出完了位置に到達すると材料導入用ゲート３０は閉鎖され、前記材料導入用ゲート３０の閉鎖と同時か前後してノズル開閉手段の油圧シリンダ２７が作動されて材料排出専用ゲート２５が開放される。本実施形態では保圧工程は行わない。また射出時にスクリュが前記射出完了位置に到達する前、または前記射出完了位置に到達するのと同時に型締装置１３の図示しない型締機構を作動させてキャビティＣ内の溶融樹脂を圧縮する。この際の材料導入用ゲート３０の閉鎖と材料排出専用ゲート２５の開放のタイミングは成形金型のキャビティＣの形状、前記各ゲート２５，３０の配置、成形材料の種類や温度等により様々に設定されるが、少なくとも材料排出専用ゲート２５からは溶融材料のキャビティＣ外への排出のみが行われるように制御が行われる。ただしこの場合の排出のみについては、射出時に材料排出専用ゲート２５から僅かな量の溶融樹脂がキャビティＣ内に導入され、圧縮により再びほぼ全て排出されるものも含まれる。また材料導入用ゲート３０からはキャビティＣの圧縮の際に溶融樹脂がキャビティＣ外へ排出されホットランナ２２側に逆流するものを除外しない。または材料排出専用ゲート２５とは別のバルブ等を閉鎖しておくことにより、射出工程や保圧工程において材料排出専用ゲート２５から溶融材料が入り込まない構造の成形金型であれば、材料導入用ゲート３０を閉鎖せずに射出工程や保圧工程を行うようにしてもよい。
【００２３】
そのことにより射出装置側から圧力が付与されていないホットランナ２２のノズル部２４周辺の溶融樹脂の圧力よりもキャビティＣ内の溶融樹脂の圧力のほうが相対的に高くなる。そのためキャビティＣ内の溶融樹脂の圧縮により合流部Ｇにおいてやや固化しつつ合流した部分の溶融樹脂は材料排出専用ゲート２５からキャビティＣ外のホットランナ２２のノズル部２４の周囲の流路へまとめて排出される。その結果キャビティＣ内を辺３５ｂに沿って２方向から流れてきた溶融樹脂の先端部以外の溶融状態の部分同士が接合されることにより接合部分の強度がアップする。なお本実施形態ではキャビティＣにおいて溶融材料の合流部Ｇに対応するキャビティ形成面３５の辺３５ｂに材料排出専用ゲート２５を設けている。しかし場合によっては当初に当接した合流部Ｇよりも僅かにずらした合流部Ｇの近傍位置の辺３５ｂに材料排出専用ゲート２５を設けたほうがよい場合も考えられる。または合流部Ｇと想定される位置に対応するキャビティ形成面３５に材料排出専用ゲート２５を設けても射出時の成形条件や金型温度等の成形条件の設定値次第では成形時に合流部Ｇが材料排出専用ゲート２５とは完全に一致せずに僅かに外れる場合もあるがそれらのケースも本発明に含まれる。
【００２４】
そして材料排出専用ゲート２５からホットランナ２２のノズル部２４の周囲の流路に押し出された樹脂は、１回ないし複数回の成形のうちにホットランナ２２の主流路２３へ押し出されて合流され、射出の際に主流路２３の連通流路２８と材料導入用ゲート３０を介して再びキャビティＣに射出・充填される。従って本実施形態では溶融樹脂には無駄が生じない。そして通常は合流部Ｇ付近の溶融樹脂が一定量の押し出されると材料排出専用ゲート２５は閉鎖される。キャビティＣの溶融樹脂が冷却収縮して容積が減少する分は、可動金型２０の押圧によりキャビティ容積が減少され、成形品のヒケを防止する。そしてこの際同時に射出装置１２では計量工程が行われる。そして型締装置１３および射出成形金型１８の側で冷却工程が完了すると離型され、成形品の取り出しが行われる。
【００２５】
次に図３に示される別の実施形態の射出成形金型４１と射出成形機４２について相違点を中心に説明する。射出成形機４２は、型締装置４３の固定盤４４に対して水平方向に可動盤４５が型開閉移動する横型の射出成形機４２である。固定盤４４に取り付けられる固定金型４６の内部にはノズルタッチ面４７からホットランナ４８が形成されている。そしてホットランナ４８のノズル部４９の先端には材料導入用ゲート５０が形成され、材料導入用ゲート５０はキャビティ形成面５１に開口されている。ノズル部４９はバルブゲートであり、ノズル開閉手段の油圧シリンダ５２等により進退する開閉ピン５３が設けられている。本実施形態のキャビティＣ１は所定厚さを備えたリング形状のものであり、リングの中心を挟んで反対側の合流部Ｇ１に対応するキャビティ形成面５１には材料排出専用ゲート５４が設けられている。そして材料排出専用ゲート５４を先端に有するホットランナ５５のノズル部５６には、ノズル開閉手段の油圧シリンダ５７により進退する開閉ピン５８が設けられている。ただし図３に示される別の実施形態のホットランナ５５とノズル部５６は、金型外部に向けて接続されており、ノズルタッチ面４７に連通する流路には接続されていない。
【００２６】
可動金型５９は前面にパーティング面６０を備えたリング形状のキャビティＣ１の外側枠ブロック６１やキャビティＣ１の内側の円形の当接ブロック６２の部分が金型本体に対してバネ６３等により進退移動可能となっている。これらの構造により射出成形金型４１のキャビティＣ１は型当接後にその容積が可変であり、可動盤４５の移動によりキャビティＣ１内の溶融樹脂が圧縮できる。
【００２７】
射出成形機４２および射出成形金型４１による成形方法は、材料導入用ゲート５０からの溶融樹脂のキャビティＣ１内への射出については図１の実施形態と同じである。しかしキャビティＣ１の合流部Ｇまたはその近傍の材料排出専用ゲート５４を開放し、可動盤４５および可動金型５９を前進させてキャビティＣ１内の溶融樹脂を圧縮してキャビティＣ１外に放出される溶融樹脂は、再利用されずに射出成形金型４１の外部に放出される。従って材料コストの点では図１の例よりも不利であるが、材料導入用ゲート５０の開閉や保圧の有無の影響を受けずに、材料排出専用ゲート５４の開閉のタイミングを設定できるので、ウエルドの影響を小さくする目的の上では優れている場合もある。
【００２８】
また図３のような材料排出専用ゲート５４がノズルタッチ面４７の側に接続されずに金型側面等から外部に接続される射出成形金型４１は射出圧縮成形を行わないものでも本発明の成形を実施できる。即ち射出時にキャビティＣ１内にて溶融樹脂の合流よりも前か同時に材料排出専用ゲート５４を開放して溶融樹脂を排出可能とするともに、材料供給用ゲートは閉鎖せずに、射出装置６４から充填または保圧の形で溶融樹脂を送り続けることによりキャビティ内の溶融樹脂の圧縮をしなくても、材料排出専用ゲート５４からの材料排出ができる。なお図３の例は３枚型板のサブマリン構造などを用いることにより排出専用ゲートをホットランナのノズルではなく加熱手段を伴わないゲートとすることも不可能ではない。
【００２９】
また本発明はいずれの例も射出成形金型１８，４１は加熱可能な金型を用いて行うほうがウエルドの発生をより一層防止することができ、成形物が薄い場合にもより好適に対応することができる。また加熱可能な金型は、上記した低速射出または低圧射出を行う場合にも一層有効となる。また成形金型のキャビティ形成面全体を加熱温調することが射出成形機外部の加熱温調装置の設置も含めてコストアップになる場合は、合流部Ｇ，Ｇ１であり材料排出専用ゲート２５，５４が設けられる部分の周囲のみに加熱手段であるヒータを設けてもよい。
【００３０】
次に図４に示される成形品７１を参照して成形について説明する。図４に示される成形品７１は四輪車両のバックドアであり、中央には窓を嵌め込むための空間７２が形成されている。金属に替わって成形される樹脂製のバックドア、サイドドア、ボディ等は一定以上の強度が必要となるので炭素繊維またはガラス繊維といった強化繊維を含有した樹脂により射出成形される。また炭素繊維またはガラス繊維といった強化繊維を含有した樹脂材料は、射出時の材料の流動性が劣るので、特に薄肉で大面積なものを成形する場合、射出成形の一分野である射出圧縮成形（射出プレス成形を含む）により行うことが望ましい。またこれらの強化繊維を含有する樹脂材料の場合、高速で射出すると繊維を折損して所望の繊維長を確保できないので、低圧射出を行うことが望ましく、低圧射出を実現するためにも前記射出圧縮成形を行うことが望ましい。
【００３１】
またこれらのバックドア等の成形品７１は大面積であるので材料導入用ゲート７３，７４は複数設けられることが一般的である。図４の例では窓枠７５の部分の上方に材料導入用ゲート７３が設けられ、下方の本体部分に材料導入用ゲート７４が設けられている。実際には更に本体部分には複数の材料導入用ゲートを設ける等、更に多数の材料導入用ゲートを設ける場合もあるがここでは簡易的に２箇所の例で説明する。その材料導入用ゲート７３，７４の配置の場合、材料導入用ゲート７３，７４からキャビティ内に射出された溶融樹脂は、両側の窓枠７５の部分が合流部Ｇ２となり、ウエルドができる可能性がある。また炭素繊維またはガラス繊維といった強化繊維を含有した樹脂を成形する場合は、繊維を含有するために合流部の接合強度も弱くなる。
【００３２】
従って合流部Ｇ２またはその近傍位置に対応するキャビティ形成面の部分の２箇所に材料排出専用ゲート７６，７７を設け、なるべくウエルドの解消を図ることが望ましい。または窓枠７５の細い部分が合流部Ｇ２となると強度的に問題がある場合は、上部の材料導入用ゲート７３からの射出を先に行い、下部の材料導入用ゲート７４からの射出を後に行うことにより合流部を図３のＧ３，Ｇ３の位置にずらすこともでき、合流部Ｇ３，Ｇ３の長さを長くすることもできる。そしてその場合はその合流部Ｇ３，Ｇ３に対応する位置、またはその近傍位置に材料排出専用ゲート７８，７９を設けることが望ましく、合流部Ｇ３，Ｇ３の長さが長い場合は、１箇所の合流部Ｇ３に２個以上の材料排出専用ゲート７８を設けてもよい；更には上記したどの例においても、材料排出専用ゲート２５，５４，７６，７８は一方の金型に設けられるとは限らず、固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型（両方を含む）に設けてもよい。
【００３３】
本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、上記の各記載を組み合わせたものや当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  射出成形機
１２  射出装置
１３  型締装置
１８  射出成形金型
１９  固定金型
２０  可動金型
２２  ホットランナ
２５  材料排出専用ゲート
２８  連通流路
３０  材料導入用ゲート
３５  キャビティ形成面
Ｃ  キャビティ
Ｇ  合流部
【図１】
2019119184.tif 000003
【図２】
2019119184.tif 000004
【図３】
2019119184.tif 000005
【図４】
2019119184.tif 000006