(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体を備えた樹脂成形金型であって、
前記キャビティ空間に進退する方向に変位して充填された溶融樹脂を流動させる一つ以上の可動コアが設けられ、該可動コア外周近傍にコア周り温度調整部を設け、
前記可動コアは、圧縮用可動コアを少なくとも備え、前記コア周り温度調整部を少なくとも前記圧縮用可動コアの外周近傍に設けたことを特徴とする樹脂成形金型。
【請求項２】
充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体を備えた樹脂成形金型であって、
前記キャビティ空間に進退する方向に変位して充填された溶融樹脂を流動させる一つ以上の可動コアが設けられ、該可動コア外周近傍にコア周り温度調整部を設け、
前記可動コアの内部に前記コア用温度調整部を設けたことを特徴とする樹脂成形金型。
【請求項３】
前記キャビティ空間で溶融樹脂が合流する領域に合流領域温度調整部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂成形金型。
【請求項４】
前記溶融樹脂には繊維状の含有物が配合され、前記キャビティ空間の形成面からの前記可動コアの最大ストローク量は、前記含有物の重量平均繊維長より長く設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の樹脂成形金型。
【請求項５】
樹脂成形金型のキャビティ空間に溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するよう充填する充填工程と、
前記キャビティ空間に進退する方向に変位する可動コアの周りに位置する溶融樹脂を温度調整する温度調整工程と、
前記可動コアを変位して充填された溶融樹脂を流動させる流動工程とを備え、
前記温度調整工程において、前記可動コアの先端側と前記流動工程後に前記可動コアの先端側が変位する予定位置とで溶融樹脂の温度が異なるように温度調整することを特徴とする樹脂成形方法。
【請求項６】
前記可動コアは圧縮用可動コアを少なくとも含み、前記温度調整工程において、前記圧縮用可動コアの先端側の温度が、前記流動工程後に前記圧縮用可動コアの先端側が変位する予定位置の温度よりも高くなるように温度調整することを特徴とする請求項５に記載の樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビティ空間内に充填した樹脂を固化して樹脂成形品を成形することができる樹脂成形金型及び樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形にあっては、複数のゲートを有する金型を用いる場合や、成形品に孔形状やボス形状等が形成される場合がある。このような場合、キャビティ空間にて溶融樹脂の分流が生じ、分流された溶融樹脂が合流する部分にウェルドが発生する。かかるウェルドが発生した部分はウェルドラインとなり、成形品の外観を悪化させるとともに強度が脆弱になる、という問題がある。
【０００３】
かかる問題を解消するため、特許文献１の金型は、キャビティ空間に連通する２つの樹脂溜まりと、２つの樹脂溜まり内で移動して樹脂溜まりの容積を変化させる可動コアとを備えている。特許文献１では、両方の可動コアを移動させ、一方の樹脂溜まりの容積を圧縮しつつ他方の樹脂溜まりの容積を拡張する。これにより、ウェルド内部に樹脂流動を生じさせ、成形品におけるウェルドでの外観及び強度の改善を図っている。このとき、樹脂溜まりの容積を圧縮した可動コアの先端面は、キャビティ空間の表面を形成するよう位置決めされて成形品を成形する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように成形する場合、樹脂の充填後に、樹脂溜まり内の樹脂が表面側から温度変化して薄い固化層が形成された状態となる。この状態で、可動コアを移動して樹脂を圧縮させると、可動コアと樹脂溜まりの形成面との境界部分に流動性が低下した固化層が集中するようになる。このため、成形品の上記境界部分に対応する位置に凹みやクラックが形成され、この位置での強度低下、外観不良を引き起こす、という問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、成形品における可動コアの周りに凹みやクラック等が発生することを防止することができる樹脂成形金型及び樹脂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】
【０００７】
本発明の樹脂成形金型は、充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体を備えた樹脂成形金型であって、前記キャビティ空間に進退する方向に変位して充填された溶融樹脂を流動させる一つ以上の可動コアが設けられ、該可動コア外周近傍にコア周り温度調整部を設け、前記可動コアは、圧縮用可動コアを少なくとも備え、前記コア周り温度調整部を少なくとも前記圧縮用可動コアの外周近傍に設けたことを特徴とする。また、本発明の樹脂成形金型は、充填された溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するキャビティ空間を形成するキャビティ形成体を備えた樹脂成形金型であって、前記キャビティ空間に進退する方向に変位して充填された溶融樹脂を流動させる一つ以上の可動コアが設けられ、該可動コア外周近傍にコア周り温度調整部を設け、前記可動コアの内部に前記コア用温度調整部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、可動コアの隣接位置にコア周り温度調整部を設けたので、可動コアの形成面や可動範囲付近における溶融樹脂の温度を調整することができる。これにより、溶融樹脂の充填後であって可動コアを移動する前に、可動コアの可動範囲付近における樹脂の固化を進行させずに流動性を良好に保つことができる。その結果、従来のように、成形品において可動コアに対向する部分に凹みやクラックが形成されることを抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の樹脂成形方法は、樹脂成形金型のキャビティ空間に溶融樹脂が少なくとも一箇所で合流するよう充填する充填工程と、前記キャビティ空間に進退する方向に変位する可動コアの周りに位置する溶融樹脂を温度調整する温度調整工程と、前記可動コアを変位して充填された溶融樹脂を流動させる流動工程とを備え、前記温度調整工程において、前記可動コアの先端側と前記流動工程後に前記可動コアの先端側が変位する予定位置とで溶融樹脂の温度が異なるように温度調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可動コアの周りで樹脂の温度を調整するので、成形品における可動コアの周りに凹みやクラック等が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る樹脂成形金型の概略構成図である。
【図２】上記樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。
【図３】上記樹脂成形金型の構成を示すブロック図である。
【図４】キャビティ空間に溶融樹脂を充填した状態の説明図である。
【図５】ウェルド部の溶融樹脂を流動させた状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。なお、以下の実施の形態では、熱可塑性の樹脂を用いた成形品を成形するための樹脂成形金型及び成形方法について説明するが、成形用の樹脂は熱可塑性に限定されるものでない。
【００１３】
図１は、実施の形態に係る樹脂成形金型の概略構成図である。図２は、上記樹脂成形金型のキャビティ空間の平面断面図である。図１に示すように、樹脂成形金型（以下、単に「金型」とする）１０は、固定型１１と、この固定型１１との間にキャビティ空間１２を形成する可動型１３とを備えている。従って、固定型１１及び可動型１３によってキャビティ形成体が構成され、それらの相対面によってキャビティ空間１２の表面１２ａが形成される。固定型１１及び可動型１３は、射出成形機（図示省略）に搭載され、当該射出成形機から熱可塑性の溶融樹脂がゲート１６（図２参照）を通じてキャビティ空間１２内に充填される。本実施の形態では、キャビティ空間１２の図２中左右両側にゲート１６が形成される。従って、両側のゲート１６から充填された溶融樹脂は、中央に向かって進行し、図中点線で示す箇所にて合流される。この合流した部分が成形品においてウェルド部Ｂとなる。
【００１４】
成形用に充填する樹脂には、成形品の強度等の物性を向上するために繊維状の含有物が配合され、含有物としては、カーボンやガラス繊維等を例示することができる。含有物の重量平均繊維長は、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定される。
【００１５】
なお、キャビティ空間１２にて成形される樹脂成形品の形状は、板状やシート状にする等の二次元的な形状としたり、凹凸等が種々の位置に形成された三次元形状としたりすることができる。本実施の形態では、一例として短冊状の樹脂成形品を成形するためのキャビティ空間１２の一部及びその周辺構造について簡略的に図示して説明するものであり、それ以外の構成についての図示、説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、金型１０は、可動型１３に設けられる円柱状をなす２本の可動コア２０を備えている。２本の可動コア２０は、可動型１３に挿入され、キャビティ空間１２におけるウェルド部Ｂの形成位置を挟んで配置される。２本の可動コア２０のうちの一方は、圧縮用可動コア２０ａとされ、もう一方は、引込用可動コア２０ｂとされる。圧縮用可動コア２０ａの先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａより退行した（凹んだ）位置に配置されたときに、その先端側には、表面１２ａより凹んだ空間となる圧縮用樹脂溜まり２１が形成される。引込用可動コア２０ｂの先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａより退行した位置（図３参照）に配置されたときに、その先端側には、表面１２ａより凹んだ空間となる引込用樹脂溜まり２２が形成される。
【００１７】
圧縮用可動コア２０ａは第１駆動部２５によって、引込用可動コア２０ｂは第２駆動部２６によってキャビティ空間１２に進退する方向すなわち図１中上下方向に変位可能に設けられている。各駆動部２５、２６の具体的な構成の図示は省略するが、エアシリンダやリニアモータ、スプリング等を含む駆動機構を例示でき、上記のように各可動コア２０ａ、２０ｂを変位できる限りにおいて種々の構成が採用される。
【００１８】
各可動コア２０は、スリーブ状に形成されたコイルヒータ（コア周り温度調整部）２８に挿通されている。言い換えると、コイルヒータ２８は、可動コア２０の外周近傍に設けられ、樹脂溜まり２１、２２の内部及びその周辺の樹脂を加熱可能となっている。ここで記載する加熱とは、加熱した部位を周囲の樹脂温度よりも高温とすることを示し、樹脂の温度低下速度を低減させるための保温も含まれる。また、コイルヒータ２８は、キャビティ空間１２の表面１２ａから所定深さに亘って形成され、好ましくは、可動コア２０の最大ストローク長より長くなる範囲に亘って設けられている。
【００１９】
各可動コア２０は、中空構造とされ、その内部にはシースヒータ（コア用温度調整部）２９が設けられている。シースヒータ２９は、可動コア２０を加熱し、この加熱によって樹脂溜まり２１、２２の内部及びその周辺の樹脂を加熱する。シースヒータ２９は、可動コア２０の先端近傍から基部側に向かって延び、可動コア２０の最大ストローク長より長くなる範囲を加熱できるように設けることが好ましい。
【００２０】
また、固定型１１及び可動型１３には、シースヒータ（合流領域温度調整部）３０が設けられている。シースヒータ３０は、キャビティ空間１２の表面１２ａ近傍であって、溶融樹脂が合流する領域となるウェルド部Ｂに跨って配置されている。シースヒータ３０は、蛇行形状や、渦巻き形状に曲げられた状態に形成され、ウェルド部Ｂを概略中心とする所定領域の樹脂を加熱する。
【００２１】
固定型１１及び可動型１３には、冷却用の媒体流路３２が形成され、媒体流路３２には、冷媒を通す回路が接続されている。冷媒は、液体であればよく金型１０に応じて水、油等が用いられ、冷媒が媒体流路３２内に流れることで、キャビティ空間１２の表面１２ａを含む固定型１１及び可動型１３全体が温度調整される。
【００２２】
図３は、樹脂成形金型の構成を示すブロック図である。図３に示すように、金型１０は、測定部４１、温度調整部４２及び制御部４３を備えている。
【００２３】
測定部４１は、金型１０における所望の各部の温度を測定し、金型１０及びその温度制御に適用し得るものであれば種類は問わず、例えば、熱電対等が利用される。
【００２４】
温度調整部４２は、コイルヒータ２８、シースヒータ２９、３０（図１参照）を含んで構成され、通電されることによって、それらの領域を加熱する加熱手段となる。なお、この加熱手段としては、カートリッジヒータ等の電気ヒータ、誘導加熱コイルの他、流路を形成して内部に熱水、蒸気、油を流す構成などを単独または組み合わせて用いてもよい。また、温度調整部４２は、媒体流路３２と、媒体流路３２に接続される回路に設けられた電磁バルブとを更に含む。
【００２５】
制御部４３は、中央処理装置（ＣＰＵ）等からなり、金型１０の各種構成の温度や駆動を制御する。制御部４３は、測定部４１から入力される検出信号に基づき、温度調整部４２の作動や通電のタイミング、通電時間、作動時間等を制御する。また、制御部４１は、第１駆動部２５及び第２駆動部２６に制御信号を出力し、可動コア２０の駆動量、駆動タイミング等を制御する。可動コア２０の駆動制御は、測定部４１から入力される検出信号に基づいて行ってもよいし、ウェルド部Ｂが形成されるまでの時間を予め計測しておき、タイマーにて所定時間経過後に駆動するようにしてもよい。
【００２６】
続いて、上記金型１０を用いた成形品の成形方法について説明する。先ず、図１に示すように、金型１０が閉型された状態において、キャビティ空間１２に溶融樹脂が充填される前に、各可動コア２０ａ、２０ｂを図示のように位置付ける。具体的には、圧縮用可動コア２０ａの先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａより下降させた状態として圧縮用樹脂溜まり２１を形成する。また、引込用可動コア２０ｂの先端面が、キャビティ空間１２の表面１２ａと同一面上に配置されて引込用樹脂溜まり２２の内部が引込用可動コア２０ｂで全て埋まった状態とする。
【００２７】
更に、溶融樹脂の充填前に、媒体流路３２に冷媒を流入し、固定型１１及び可動型１３のキャビティ空間１２周りが充填する樹脂に対して一般的な温度になるよう保持する。また、コイルヒータ２８及びシースヒータ２９を通電して可動コア２０及びその周辺部を加熱し、それ以外のキャビティ空間１２の表面１２ａより所定温度高く設定する。更には、シースヒータ３０を通電し、ウェルド部Ｂの形成部分におけるキャビティ空間１２の表面１２ａを加熱する。この状態において、両側のゲート１６（図２参照）からキャビティ空間１２に溶融樹脂を充填する（充填工程）。
【００２８】
図４は、キャビティ空間に溶融樹脂を充填した状態の説明図である。図４に示すように、キャビティ空間１２内に充填された溶融樹脂Ｍは中央に向かって進行してから合流してウェルド部Ｂを形成する。このとき、溶融樹脂Ｍは圧縮用樹脂溜まり２１にも充填される。コイルヒータ２８及びシースヒータ２９の加熱によって、圧縮用樹脂溜まり２１の形成面となるコイルヒータ２８の内周面及び圧縮用可動コア２０ａの先端面に接する溶融樹脂Ｍが加熱され、また、その周辺部の溶融樹脂Ｍも加熱される（温度調整工程）。また、引込用可動コア２０ｂの先端面及びその周辺部に接する溶融樹脂Ｍも加熱される。更には、シースヒータ３０の加熱によって、溶融樹脂Ｍのウェルド部Ｂが加熱される。
【００２９】
図５は、ウェルド部の溶融樹脂を流動させた状態の説明図である。上記のように加熱を継続した状態で、各可動コア２０ａ、２０ｂを図４に示す位置から図５に示す位置に変位する。これにより、圧縮用可動コア２０ａは、圧縮用樹脂溜まり２１の内部の溶融樹脂Ｍをキャビティ空間１２側に押し出し、キャビティ空間１２内の溶融樹脂Ｍに圧縮する力を加える。この一方、引込用可動コア２０ｂは、引込用樹脂溜まり２２の内部にキャビティ空間１２の溶融樹脂Ｍを引き込む。これら可動コア２０ａ、２０ｂの変位によって、溶融樹脂Ｍのウェルド部Ｂでは図５中左から右に向かう移動が生じ、ウェルド部Ｂを挟む一方の溶融樹脂Ｍが他方の溶融樹脂Ｍに圧入するよう流動される（流動工程）。この圧入によって、溶融樹脂Ｍ中の繊維状の含有物がウェルド部Ｂで図５中上下方向に配向される状態を崩すことができ、ウェルド部Ｂでの強度低下、外観不良の発生を防止することができる。
【００３０】
各可動コア２０ａ、２０ｂの変位を終えた後、コイルヒータ２８及びシースヒータ２９、３０の加熱を終了し、所定の冷却時間が経過して金型１０内に注入した溶融樹脂Ｍが固化した後、型開きして成形品を取り出す。
【００３１】
このような実施の形態によれば、ウェルド部Ｂの溶融樹脂Ｍを移動する際、コイルヒータ２８及びシースヒータ２９によって溶融樹脂Ｍが上記のように加熱されるので、圧縮用樹脂溜まり２１の形成面に沿って固化層が形成されることを抑制することができる。これにより、圧縮用樹脂溜まり２１における溶融樹脂Ｍの流動性を良好に維持することができ、成形品において可動コア２０の周りに凹みやクラック等が発生することを防止することができる。
【００３２】
また、可動コア２０の周りの溶融樹脂Ｍを加熱することで、溶融樹脂Ｍの粘度を低い状態で可動コア２０を変位することができる。これにより、可動コア２０及び各駆動部２５、２６の耐久性を高めることができる他、可動コア２０の駆動力を小さくして各駆動部２５、２６を含む金型１０の小型化を図る等、設計上の制約を緩和することができる。
【００３３】
更に、シースヒータ３０によってウェルド部Ｂの溶融樹脂Ｍが加熱されるので、ウェルド部Ｂに沿った断面内の樹脂流動面積を拡大することができる。これにより、ウェルド部Ｂでの繊維状の含有物の配列が成形品を強度低下させる方向になることをより良く回避することができ、ウェルド部Ｂでの強度の向上を図ることができる。
【００３４】
ここで、圧縮用可動コア２０ａを移動する前に溶融樹脂Ｍを加熱するときに、当該先端が変位する予定位置側すなわちキャビティ空間１２側の溶融樹脂Ｍより圧縮用樹脂溜まり２１における圧縮用可動コア２０ａの先端側の溶融樹脂Ｍの方が高温となるように温度調整するとよい。これにより、圧縮用樹脂溜まり２１からキャビティ空間１２に流動する溶融樹脂Ｍの流動性を良好に維持してクラックの発生を防止しつつ、キャビティ空間１２全体を加熱することがないため、冷却時間を短くして成形サイクルの向上を図ることができる。また、上記シースヒータ３０による加熱と併用する場合は、シースヒータ３０によって加熱されるウェルド部Ｂの溶融樹脂Ｍよりも圧縮用樹脂溜まり２１における溶融樹脂Ｍの温度が高温となるように温度調整するとよい。
【００３５】
また、ウェルド部Ｂでの含有物の配向をより良く崩して強度向上を実現するためには、ウェルド部Ｂにおける樹脂流動距離が溶融樹脂Ｍの含有物の重量平均繊維長より長いことが好ましい。これを実現するための一例として、各可動コア２０ａ、２０ｂの変位の最大ストローク長を、溶融樹脂Ｍの含有物の重量平均繊維長より長くすることが挙げられる。この場合、各可動コア２０ａ、２０ｂのいずれかの最大ストローク長が溶融樹脂Ｍの含有物の重量平均繊維長より長ければ効果を得られるが、ウェルド部Ｂにおける樹脂流動をスムーズなものとする上では、各可動コア２０ａ、２０ｂ両方の最大ストローク長を溶融樹脂Ｍの含有物の重量平均繊維長より長くするのがより望ましい。
【００３６】
本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、材質、方向については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【００３７】
例えば、コイルヒータ２８及びシースヒータ２９による加熱は、両方同時に実施することに限定されるものでなく、何れか一方によって選択的に加熱するよう制御してもよい。
【００３８】
また、ウェルド部Ｂは、成形品の開口に応じてキャビティ空間１２に形成される突出部で分流した溶融樹脂が合流する部分としてもよい。
【００３９】
また、本実施例では、コイルヒータ２８を各可動コア２０ａ、２０ｂの外周近傍に設けているが、少なくとも圧縮用可動コア２０ａの外周近傍のみにコイルヒータ２８を設ければ、クラックの発生を防止する効果が得られる。このような構成とすることで、クラックの発生を防止しつつ、部品点数を削減することでコスト削減効果をも得られる。
【００４０】
本実施例では各可動コア２０ａ、２０ｂを各１本としているが、キャビティ形状に応じて圧縮用可動コア２０ａ、引込用可動コア２０ｂのどちらか、あるいは両方を複数設けてもよい。また、可動コアとして圧縮用可動コア２０ａのみを設け、引込用可動コア２０ｂの代わりにゲート部および樹脂流入空間を設け、圧縮用可動コア２０ａが移動する際にゲート部を開くことで、溶融樹脂Ｍをキャビティ空間１２から樹脂流入空間へ流動させてもよい。
【００４１】
また、各可動コア２０ａ、２０ｂを繰り返し上下させて、それぞれに圧縮用可動コアと引込用可動コア双方の機能を持たせてもよい。この場合、コイルヒータ２８は少なくとも最初に圧縮用可動コアとして動作する可動コアの外周近傍に設けるのが望ましい。
【００４２】
本実施形態では、充填工程、温度調整工程、流動工程の順に実施しているが、温度調整工程は必ずしも上記タイミングで行う必要はなく、クラックの発生を防止する目的が達成可能であれば、充填工程前にもしくは充填工程中に温度調整工程を開始してもよい。また、流動工程前、流動工程中に温度調整工程を終了させてもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、充填する樹脂として熱可塑性樹脂を用いたが熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、上記実施の形態において各温度調整部を構成するヒータを冷却手段に替え、この冷却手段によって冷却された部分の溶融樹脂が、それ以外の部分の溶融樹脂より低温となるよう調整する。これにより、その冷却された部分における溶融樹脂の流動性を良好に維持して、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  金型（樹脂成形金型）
１１  固定型（キャビティ形成体）
１２  キャビティ空間
１２ａ  表面
１３  可動型（キャビティ形成体）
２０  可動コア
２８  コイルヒータ（コア周り温度調整部）
２９  シースヒータ（コア用温度調整部）
３０  シースヒータ（合流領域温度調整部）
Ｂ  ウェルド部
Ｍ  溶融樹脂
【図１】
0006680585.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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