(57)【要約】【課題】環状成形品の射出成形用金型におけるキャビティ内での樹脂内圧の分布が均一になるように正確に制御し、均質な成形品を安定して製造することが出来るようにする。【解決手段】環状成形品を成形するためのキャビティ１を構成する固定側の金型２及び可動側の金型３と、キャビティ内に環状成形品の中心軸線に沿う方向に樹脂材料を射出するためのバルブゲート１Ａと、バルブゲートを開閉するとともに、バルブゲートを閉じる動作に伴って、キャビティ内の樹脂材料に環状成形品の中心軸線に沿う方向に圧力を加えるためのバルブゲートピン７とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状成形品を成形するためのキャビティを構成する固定側の金型及び可動側の金型と、
前記キャビティ内に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に樹脂材料を射出するためのバルブゲートと、
該バルブゲートを開閉するとともに、該バルブゲートを閉じる動作に伴って、前記キャビティ内の樹脂材料に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に圧力を加えるためのバルブゲートピンとを具備することを特徴とする環状成形品の射出圧縮成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に中心孔を有する中空状の環状成形品を成形する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フランジ、コロ、ギア、ディスク等の精密環状成形品を射出成形によって得る際には、従来より射出圧縮成形が採用されている。この射出圧縮成形（インジェクション・コンプレッション成形）は、樹脂材料を金型キャビティ内に射出した後に、可動側金型に型締力を加えてキャビティ内の樹脂材料を圧縮して成形を行なうものである。このように樹脂材料を一旦キャビティ内に注入した後に金型を移動させて圧縮を行なう場合には、成形品に平均した圧縮力が作用し、内部応力の少ない緻密でやけや空洞のない精密な成形品を得ることができる。
【０００３】
また、上記の環状成形品を射出成形する方法として、特開２０００−１７６９７１号公報に記載されているように、固定型板と可動型板との間に形成された環状のキャビティ内に、ホットランナーのバルブゲートを介して樹脂を供給する射出成形法が知られている。環状のキャビティの外周は固定型板側の入子と可動型板側の入子で形成され、キャビティ内周は固定型板に設けられた支持ピンと、可動型板に設けられたコアピンにより形成される。支持ピンは固定型板側の入子に対して摺動可能であり、コアピンは、可動型板側の入子に対して摺動可能に配置された円筒状の可動ピンに対して、摺動可能である。成形は、まず支持ピンとコアピンとを突き合わせた状態で溶融樹脂がバルブゲートを介してキャビティに射出される。その後、支持ピンの外周に位置する円筒状の可動ピンが、その軸線に沿って摺動しバルブゲートを閉塞した後、冷却して固化することで環状成形品を成形していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な射出成形技術（射出圧縮成形ではない）ではキャビティ内へ樹脂を充填した後、樹脂に所定量の圧力をかけて保圧を行うが、キャビティの形状や温度差等により、圧力に少しでもバラツキがあると、この圧力によって、ショット間での環状成形品精度のバラツキが生じてしまうことがあった。特に初期圧力を全周にわたって均一にすることは困難であり、成形品を安定して成形できないという問題があった。
【０００５】
また、上記従来の技術においては、可動側金型が成形時に位置移動するものであるから、成形サイクルの短縮化と金型キャビティへの樹脂材料のゲートシールをどのように閉じるかが問題となる。
【０００６】
特許第３１０８２２９号では、ディスク成形用射出圧縮金型装置として、固定側金型に、ディスク成形品の中央開口と同径の内孔を有しかつ先端部が金型キャビティに臨むダイス部材を固定し、可動側金型に前記ダイス部材内孔と対向する先端部を有し、該先端部が金型キャビティに流入する樹脂材料のためのゲート部を開閉する油圧シリンダー装置によって作動される、ゲートカット方式の圧縮成形技術が開示される。
【０００７】
可動側金型に型締力を加えて樹脂を圧縮させる方法は、可動側金型が位置移動するものであるから、成形品の厚みが変化する問題があった。また、可動側金型の油圧シリンダー装置により流量調整弁の速度を調整する方法が開示されているが、成形品の厚みに変動が生じてしまうことが多い。
【０００８】
また、樹脂内圧が部分的に変動すると、樹脂内圧を正確に制御することが困難となり、成形品を安定して成形できないという問題があった。
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、環状成形品の射出成形用金型におけるキャビティ内での樹脂内圧の分布が均一になるように正確に制御し、均質な成形品を安定して製造することが出来るようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる環状成形品の射出圧縮成形装置は、環状成形品を成形するためのキャビティを構成する固定側の金型及び可動側の金型と、前記キャビティ内に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に樹脂材料を射出するためのバルブゲートと、該バルブゲートを開閉するとともに、該バルブゲートを閉じる動作に伴って、前記キャビティ内の樹脂材料に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に圧力を加えるためのバルブゲートピンとを具備することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
【００１１】
まず、本実施形態の概要について説明する。
【００１２】
本実施形態の環状成形品の射出圧縮成形装置は、環状成形品を成形するためのキャビティを構成する固定側の金型及び可動側の金型と、前記キャビティ内に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に樹脂材料を射出するためのバルブゲートと、該バルブゲートを開閉するとともに、該バルブゲートを閉じる動作に伴って、前記キャビティ内の樹脂材料に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に圧力を加えるためのバルブゲートピンとを具備する。
【００１３】
また、本実施形態の環状成形品の射出圧縮成形装置において、前記バルブゲートピンは円筒形状に形成されており、該円筒形状の内側には、前記環状成形品の内周面を成形するための円柱状部材が前記バルブゲートピンに対して摺動自在に配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、本実施形態の環状成形品の射出圧縮成形方法は、固定側金型と可動側金型との間に形成されたキャビティ内にバルブゲートを介して樹脂材料を射出することにより、環状成形品を成形するための環状成形品の射出圧縮成形方法であって、前記キャビティ内に前記バルブゲートを介して前記樹脂材料を射出する射出工程と、前記バルブゲートを開閉するバルブゲートピンにより前記バルブゲートを閉じる動作に伴って、前記バルブゲートピンにより前記キャビティ内の樹脂材料に前記環状成形品の中心軸線に沿う方向に圧力を加える圧縮工程とを具備する。
【００１５】
本実施形態では、固定型板と可動型板との間に形成したキャビティ内にバルブゲートを介して樹脂を供給することにより環状成形品を成形する射出成形金型において、金型キャビティ内に樹脂を射出した後、キャビティ内の樹脂材料を、油圧もしくは空圧シリンダー装置で駆動される固定側金型の筒状の可動バルブゲートピンによってキャビティにダイレクトに円滑かつ均一に圧力を加え成形するようにしている。市販の射出成形機は高速高圧仕様での成形機側の設定圧力は２００Mｐａ程度である。筒状の可動バルブゲートピンによってキャビティにダイレクトに圧力を伝達できることで（算出例／バルブシリンダー径：φ６０、表面積：２８．２７ｃｍ2、に油圧元圧：３Mｐａをかけた場合、荷重Ｆ＝８５Mｐａ、バルブゲート径先：外径φ１０、内径φ９の表面積：０．１４ｃｍ2での荷重Ｆ＝６０６Mｐａ）、キャビティのゲート近傍にかかる荷重：６０６Mｐａと約３倍にできる。
【００１６】
以下に本発明の一実施形態について、具体的に説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態に係わる環状成形品の射出成形金型の構造を示す側断面図である。
【００１８】
図１において、１は環状成形品の形状をなすキャビティである。１Ａはキャビティ１への溶融樹脂の供給口であるバルブゲートである。キャビティ１の外周面は固定型板側に設けられたコア駒２と、可動型板側に設けられたキャビ駒３とを付き合わせることにより形成される。キャビティ１の内周面は、固定型板側に設けられた支持ピン４と可動型板側に設けられたコアピン５を付き合わせることにより形成される。支持ピン４はバルブゲート方式のホットランナー本体（不図示）に取り付けられている。６はバルブ本体で内部の樹脂を常に溶融状態に保つために加熱ヒータが組み込まれている。７は円筒状の可動ピンで、バルブ本体に対して摺動可能に取り付けられており、その内部には同芯の支持ピン４が摺動可能に取り付けられている。支持ピン４は下降することにより、バルブゲート１Ａを閉塞し、溶融樹脂のキャビティ１への供給を停止する。
【００１９】
８はバルブゲート本体と可動ピン７とで囲まれた溶融樹脂流路である。不図示の溶融樹脂供給源から溶融樹脂は供給され、溶融樹脂流路７を通ってキャビティ１に射出される。９はバルブ本体６の熱をコア駒２に伝えないようにするための断熱リングである。図中１０は、バルブ本体６の下部に位置し、バルブ本体６とコア駒２とにより囲まれた樹脂断熱部である。樹脂断熱部１０は、バルブ本体６の熱をコア駒２に伝えないようにするために形成されており、最初の成形開始時は空洞で、その後は固化した樹脂が充填される。
【００２０】
固定型板に設けられたコア駒２には、キャビティ１を取り囲むように円錐状の凸テーパ部２Ａが設けられている。また、可動型板に設けられたキャビ駒３には、コア駒２の円錐状テーパ部２Ａと突き合うように円錐状の凹テーパ部３Ａが設けられている。凸テーパ部２Ａと凹テーパ部３Ａとにより、コア駒２とキャビ駒３の位置精度が是正され、機械的な精度のみではなく、常に同じ位置で突き合せることが可能となっている。これによりキャビティ１の外周部の突合せ時の位置精度は格段に向上する。また、成形時における型締め方向（図面上下方向）と垂直な平面における位置ずれを抑えることができる。更に、コア駒２とキャビ駒３の位置精度が向上することで、コア駒２に取り付けられた支持ピン４と、キャビ駒３に取り付けられたコアピン５の位置精度も大幅に向上させることができる。なお、本実施形態においては、コア駒２に凸テーパ部２Ａを、キャビ駒３に凹テーパ部３Ａを形成しているが、コア駒２に凹テーパ部を、キャビ駒３に凸テーパ部を形成しても良い。
【００２１】
また、支持ピン４のコアピン５との突き合せ面には略円錐状の凹テーパ部４Ａが設けられており、コアピン５の支持ピン４との突き合せ面には略円錐状の凸テーパ部５Ａが設けられている。凹テーパ部４Ａと凸テーパ部５Ａとを突き合せることにより、支持ピン４とコアピン５の位置精度は、テーパによって是正され、設計上の中心線にそれぞれの軸芯を一致させることができ、キャビティ１の内周部の芯合せ精度は格段に向上する。また、成形時における型締め方向（図面上下方向）と垂直な平面における位置ずれを抑えることができる。なお、本実施形態においては、支持ピン４に凹テーパ部４Ａを、コアピン５に凸テーパ部５Ａを形成しているが、コアピン５に凹テーパ部を、支持ピン４に凸テーパ部を形成しても良い。
【００２２】
凸テーパ部２Ａと凹テーパ部３Ａ、凸テーパ部４Ａと凹テーパ部５Ａの形状は、突き合せ時の噛みあいを防ぐための設計上の配慮をする必要がある。即ち、段差の合わせ面が、直角もしくはこれに近い角度であると、きわめて高い精度で上記の合わせ部を一致させる必要が生ずる。また、単純な曲面形状でなく複雑な曲面であれば、所望する位置精度、位置出しの迅速性は確保されるが、加工コストがアップする。
【００２３】
本実施形態では、テーパ部の各頂点を適度にＣ面もしくは軽く丸めることにより、凸テーパ部２Ａと凹テーパ部３Ａ、凸テーパ部４Ａと凹テーパ部５Ａをスムーズに、かつ正確に突き合せることを可能にすることもできる。
【００２４】
次に上記射出成形金型による環状成形品の製造プロセスを、図２、３を参照して説明する。
【００２５】
図２は、溶融樹脂をキャビティ１へ射出する前の状態を示している。また、図３は溶融樹脂をキャビティ１へ射出した後、バルブゲート１Ａを閉じた状態を示した図である。図２、３において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
まず、可動型板およびそれに取り付けられているキャビ駒３を、固定型板およびそれに取り付けられているコア駒２に向かって移動させ（図中上下方向）、所定の圧力で突き合せる。この際、コア駒２の凸テーパ部２Ａとキャビ駒３の凹テーパ部３Ａとにより、コア駒２とキャビ駒３はスムーズにかつ正確に位置合せをされながら突き合される。
【００２７】
次に、支持ピン４を可動ピン７に対して摺動移動させ、コアピン５に対して上下方向に突き合せる。この際、上記のコア駒２とキャビ駒３の位置合わせにより、支持ピン４とコアピン５の位置は所定の範囲内に収まっている。支持ピン４の凹テーパ部４Ａとコアピン５の凸テーパ部５Ａとにより、支持ピン４とコアピン５はスムーズにかつお互いの軸芯が一致するように突き合される。そのため、仮に軸芯が支持ピン４と可動ピン７とのクリアランスおよび、コアピン５とキャビ駒３とのクリアランスの分だけずれたとしても、キャビティ１の内周面に段差ができることはない。
【００２８】
次に不図示の樹脂供給源から、溶融樹脂が溶融樹脂流路８に送り込まれ、図２の矢印の向きにそってキャビティ１へ流れ込む。この際溶融樹脂は、バルブ本体６に内蔵されたヒーターにより加熱され続けているので、安定した溶融状態を保つことができる。
【００２９】
固定型板及び可動型板による型閉め後、最初の成形をする際は、樹脂断熱部１０は空洞であるため、溶融樹脂はまず樹脂断熱部１０を充填させ、その後キャビティ１へ流れ込む。最初の成形以降は樹脂断熱部１０の樹脂は固化しているため、溶融樹脂は樹脂断熱部１０を通ることなく直接キャビティ１へ流れ込む。
【００３０】
次に、キャビティ１が樹脂で充填された後、可動ピン７をコア駒２とコアピン４に対して摺動させながら図中下方向に移動させる。これによりバルブゲート１Ａはキャビティ１内の樹脂材料を、樹脂充填方向から環状成形品の端面にダイレクトに、円滑かつ均一に圧縮（保圧）を加える。それと同時にバルブゲート１Ａは閉じられ、溶融樹脂琉路８の樹脂のキャビティ１への流れ込みが停止する。支持ピン４およびコアピン５には型締め方向と垂直な方向に力が加わるが、支持ピン４の凹テーパ部４Ａとコアピン５の凸テーパ部５Ａにより、支持ピン４およびコアピン５の位置がずれることはない。また、同様にコア駒２に設けられた凸テーパ部２Ａとキャビ駒３に設けられた凹テーパ部３Ａにより、コア駒２およびキャビ駒３の位置がずれることもない。
次に、キャビティ１に充填された樹脂は、不図示の冷却手段により冷却される。冷却中キャビティ１内には温度分布ができることも多く、そのため支持ピン４およびコアピン５には型締め方向と垂直方向に力が加わるが、本実施形態では支持ピン４およびコアピン５の位置がずれることはない。
【００３１】
冷却が完了すると、可動型板を移動させ型が開かれる。これによりキャビ駒３とコア駒２及び、支持ピン４とコアピン５との突き合せは開放される。更に不図示のエジェクタピンにより、成形品はキャビティ１から突き出すことにより取り出される。その後、再度型を閉じ、上記プロセスを繰り返す。
【００３２】
本実施形態によれば、支持ピン４に設けられた凹テーパ部４Ａとコアピン５に設けられた凸テーパ面５Ａの突き合せにより、支持ピン４とコアピン５の突き合せ時の位置精度を高めることができる。また、成形時における保圧や冷却に起因して発生する外力に対して、型締め方向と垂直な方向にずれることを抑制している。
【００３３】
また、コア駒２に設けられた凸テーパ部２Ａとキャビ駒３に設けられた凹テーパ部３Ａの型締めにより、コア駒２とキャビ駒３の型締め精度を高めることができる。また、成形時における保圧や冷却に起因して発生する外力に対して、型締め方向と垂直な方向にずれることを抑制している。また、コア駒２とキャビ駒３の位置精度が向上することで、コア駒２に取り付けられた支持ピン４とキャビ駒３に取り付けられたコアピン５の位置精度を所定の範囲内にあらかじめ収めることができる。
【００３４】
次に、本実施形態においては、バルブ本体６がコア駒２に配設されたときの受け面が断熱リング９で受けられるので、バルブ本体６に埋設されているヒータの熱がコア駒２に伝わりにくくなっている。加熱されたバルブ本体６は金属体であるため、直接コア駒２に接していると、バルブ本体６の熱が金型外部に繋がるコア駒２を通して放熱してしまい、溶融樹脂の温度制御が十分に出来なくなってしまう。また断熱リング９は、射出成形の初期において樹脂が充填される樹脂断熱部１０からの余剰樹脂の流出を止める役割も果たしている。断熱リング９は、有機・無機を問わないが、耐熱性があり、熱伝導率の低い材料が良い。
また、前述したように、支持ピン４とコアピン５は凹テーパ部４Ａと凸テーパ部５Ａで接するが、支持ピン４は加熱された溶融樹脂と近接するものであるから、金属体であるコアピン５を経由して熱が逃げてしまう。そこで、両者の接する面に断熱性の材料層を設けることにより放熱を防止した。
【００３５】
この断熱層は、支持ピン４とコアピン５の両方に設けても良いし、一方のみに設けても良い。また、断熱性の材料であり、適度な耐久性の得られるならば、有機・無機のいずれの材料であっても良い。断熱材としては、空気層を含有する形態のもの、例えば、粉体、繊維状体、多孔体、層状体、蜂の巣構造体等があり、材質としては、セラミックス、或いは、高融点の樹脂、たとえば、シリコーン、エンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、材料、構造を適当に複合化したものであってもよい。上記断熱層の設置の手段としては、コーティング、接着等がある。
【００３６】
次に図４は、樹脂充填完了後、バルブゲート１Ａを閉じた状態でのバルブゲート１Ａの周辺を拡大した図である。
【００３７】
図４において、７Ａは可動ピン７とコア駒２とのクリアランスである。可動ピン７によりバルブゲート１Ａが封鎖され、キャビティ１への溶融樹脂の射出が終了した直後は、クリアランス７Ａを溶融樹脂が流れる。その後はクリアランス７Ａ内の樹脂は固化状態になり、クリアランス７Ａ内に停滞する。これによりクリアランス７Ａは断熱層としての機能を発揮し、バルブ本体６からのコア駒２への放熱を抑制する。
【００３８】
なお、キャビティ１内の樹脂材料を圧縮する圧力は、樹脂材料を圧縮する体積Ｖによって決定されるが、この圧縮体積Ｖは、可動ピン７の摺動距離寸法Ｌにより調整されるされるものである。
【００３９】
また、可動ピン７の加圧時間は、不図示のタイマーにより設定される。また、このタイマーの設定により、可動ピン７により樹脂材料を圧縮するタイミングを調整する。
【００４０】
本実施形態によれば、内蔵されたヒータにより加熱されるバルブ本体６の熱を、コア駒２及びコアピン５に伝えることが抑制できる。そのため、環状の成形品における周方向の温度制御が容易となり、品質精度の良好な製品を得る製造方法を提供できる。
【００４１】
また、固定型板に設けられた支持ピン４と、バルブゲートを開閉する筒状の可動ピン７との間に嵌合クリアランスを設けることで、摺動抵抗を低減させることが可能となり、支持ピン及び可動ピンとの可動動作を円滑にすることで耐久性が向上され、支持ピン４及び可動ピン７の磨耗を抑制することができる。
【００４２】
更に、可動ピン７とコア駒２との嵌合クリアランスの樹脂層は、断熱効果を有するので、キャビティ１を囲む型構造からの放熱を抑制することが出来る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環状成形品の射出成形用金型におけるキャビティ内での樹脂内圧の分布が均一になるように正確に制御することが出来る。そのため充填バランスを向上させることができ、均質な成形品を安定して製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる環状成形品の射出成形金型の構造を示す側断面図である。
【図２】バルブゲートが開いた時の金型の断面図である。
【図３】バルブゲートが閉じた時の金型の断面図である。
【図４】バルブゲート部の拡大図である。
【符号の説明】
１  キャビティ
２  コア駒
２Ａ  凸テーパ部
３  キャビ駒
３Ａ  凹テーパ部
４  支持ピン
４Ａ  凹テーパ部
５  コアピン
５Ａ  凸テーパ部
６  バルブ本体
７  可動ピン
７Ａ  クリアランス
８  溶融樹脂流路
９  断熱リング
１０  樹脂断熱部
【図１】
2004188936.tif 000003
【図２】
2004188936.tif 000004
【図３】
2004188936.tif 000005
【図４】
2004188936.tif 000006