(57)【要約】【課題】ヒートサイクル法によって、穴を有する製品を成形する際に、ピンの高さやキャビティ表面の平滑さなどに多少の誤差があっても、穴の部分にバリが発生しないようにする。【解決手段】可動側の入れ子５にピン収容部９が形成されており、成形品に穴を形成するための可動ピン１０が、ピン収容部９内に進退可能に収容され、孔部５ａを貫通してキャビティ１１内に突出している。ピン収容部９は可動ピン１０を収容した状態で蓋部１２により塞がれ、可動ピン１０と蓋部１２との間に、可動ピン１０を付勢するばね１３が保持されている。型締め時には、可動ピン１０の先端面が、固定側金型１の入れ子２のキャビティ表面２ａに強制的に密着させられ、可動ピン１０の先端面とキャビティ表面２ａの間に、キャビティ１１内に注入された樹脂が侵入する隙間は生じない。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面の温度を繰り返し上下するヒートサイクル成形法が行われる金型装置において、
前記可動側金型に設けられている１個または複数の可動ピンと、前記可動ピンを前記固定側金型のキャビティ表面に向けて付勢する付勢手段とを有することを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記付勢手段はばねである請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
前記付勢手段はシリンダ機構である請求項１に記載の金型装置。
【請求項４】
可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面の温度を繰り返し上下するヒートサイクル式の成形方法において、
型締め時に、前記可動側金型に設けられている１個または複数の可動ピンを、前記固定側金型のキャビティ表面に圧接するように付勢することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金型装置および成形方法に関し、特に、キャビティ表面を交互に加熱および冷却して成形するヒートサイクル法に適した合成樹脂成形用の金型装置および成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂の射出成形において、溶融樹脂を金型のキャビティに充填する際に金型温度を高くしておくと、溶融樹脂粘度の上昇が少ないためキャビティ表面への転写が良好でありウエルドラインが目立たないことから、溶融樹脂をキャビティに充填する間だけキャビティ表面を加熱するヒートサイクル法が実用化されている。本出願人は、先に特願平１１−３７５０６９号（特開２００１−１８２２９号）により、ヒートサイクル成形法が適用される合成樹脂成形用金型装置を提案している。この合成樹脂成形用金型装置は、母型と、その内部に組み込まれている入れ子とからなる。この入れ子にキャビティ表面が形成され、キャビティ表面の近傍には、加熱媒体と冷却媒体とが交互に繰り返して流入される水管が設けられている。入れ子と母型の間には、凹部に保持された空気など熱伝導率の低い材料からなる断熱層が設けられている。
【０００３】
このような金型装置を用いて、穴を有する製品を形成する際には、一般に、一方の金型に、他方の金型のキャビティ表面に接するピンを形成しておき、このピンによって穴を形成する。例えば、図５に示すように、一方の金型２１の入れ子２２に、形成すべき穴の数（１個または複数個）だけ入れ子ピン２３が固定された構成の金型装置や、図６に示すように、一方の金型２１に、形成すべき穴の数だけピン２４ａが設けられた入れ子２４が装着された構成の金型装置を用いて、穴を有する製品が成形される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８２２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の金型装置を用い、ヒートサイクル成形によって穴のある形状の製品を成形する場合に、穴の部分にバリが出やすい傾向がある。特に複数の穴を有する製品を成形する場合に、バリの発生する可能性が高い。
【０００６】
キャビティ温度を比較的低温に一定に保ちながら樹脂の充填を行う通常成形法では、キャビティ２６内を流動する溶融樹脂の先端部分が冷えて粘度が高くなることから、樹脂が微小な隙間に侵入することは少ない。従って、ピンの先端面２３，２４ａとキャビティ表面２５との間に僅かな隙間が生じたとしても、その隙間に樹脂は侵入しにくく、バリは生じにくい。ところが、前記したヒートサイクル成形法では、樹脂の充填時にキャビティ表面２５の温度を上げている（例えば樹脂充填時の温度は１２０〜１５０℃程度）ことと、そのキャビティ２６内を流動する樹脂の先端部分が冷えにくく粘度が低く保たれることから、樹脂は微小な隙間にも容易に侵入する。従って、ピン２３，２４ａの先端面とキャビティ表面２５とが確実に密着しておらず僅かな隙間が生じていると、ピン２３，２４ａの周囲に到達した樹脂がこの隙間に侵入しやすい。すなわち、通常成形法ではバリの発生が問題にならないような、ピン２３，２４ａの先端部とキャビティ表面２５との微妙な接触不良でも、ヒートサイクル法による成形ではバリが生じやすくなる。
【０００７】
特に、図５，６に示すように、複数個の穴を形成するためにピン２３，２４ａが複数本設けられている場合には、型締め時に、各々のピン２３，２４ａとキャビティ表面２５との接触状態が必ずしも均一にならないことが多い。例えば、各ピン２３，２４ａの高さにばらつきがあったり、他方の金型２７のキャビティ表面２５の平滑さが不十分であったりすると、複数のピン２３，２４ａのうちの一部がキャビティ表面２５に圧接せず密着性が悪くなる。そのような場合に、前記したヒートサイクル法による成形が行われると、キャビティ表面２５に対する密着性の悪いピン２３，２４ａの位置に樹脂が侵入してバリが生じる。
【０００８】
なお、このようなバリの問題は図５，６に示すような入れ子式の金型装置に限られるものではなく、入れ子式でない、いわゆる直彫り式の金型装置においても同様の問題が生じる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、ヒートサイクル成形法により穴のある形状の製品を成形する際にバリが発生しない金型装置および成形方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面の温度を繰り返し上下するヒートサイクル成形法が行われる金型装置において、可動側金型に設けられている１個または複数の可動ピンと、可動ピンを固定側金型のキャビティ表面に向けて付勢する付勢手段とを有するところにある。なお、付勢手段は、ばねであっても、シリンダ機構であってもよい。シリンダ機構の場合には、空気、油、水などの流体が用いられる。
【００１１】
本発明のもう１つの特徴は、可動側金型と固定側金型の少なくとも一方のキャビティ表面の温度を繰り返し上下するヒートサイクル式の成形方法において、型締め時に、可動側金型に設けられている１個または複数の可動ピンを、固定側金型のキャビティ表面に圧接するように付勢するところにある。
【００１２】
本発明によると、ヒートサイクル法によって、穴を有する製品を成形する際に、可動ピンの高さやキャビティ表面の平滑さなどに多少の誤差があっても、可動ピンを付勢することによってその先端部とキャビティ表面の密着性を確保できる。従って、穴の部分のバリの発生を防ぐことができ、また、金型装置の精度を緩和できるため、製造を容易にして製造コストを下げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１には、本発明の第１の実施形態の金型装置が示されている。本実施形態の金型装置は、金型の母型に入れ子が装着される入れ子方式であり、一方の金型（固定側金型）１は入れ子２が母型３に装着されたものであり、他方の金型（可動側金型）４は入れ子５が母型６に装着されたものである。そして、従来の金型装置と同様の水管７と断熱層（空気層）８が設けられている。
【００１５】
この金型装置では、可動側の入れ子５にピン収容部９が形成されており、成形品に穴を形成するための可動ピン１０が、このピン収容部９内に進退可能に収容され、入れ子５に設けられた孔部５ａを貫通してキャビティ１１内に突出している。そして、このピン収容部９は、可動ピン１０を収容した状態で蓋部１２によりそれぞれ塞がれており、可動ピン１０と蓋部１２との間に、可動ピン１０を固定側金型１側（図１上方）へ向けて付勢する付勢手段であるばね１３が保持されている。
【００１６】
本実施形態の金型装置は、型開き状態では、可動ピン１０がキャビティ１１を越えて前方に突出した状態にある。そして、型締めが行われると、可動ピン１０の先端面が、固定側金型１の入れ子２のキャビティ表面２ａに当接する。この状態で、水管７に温度調整用の流体が適宜流されるとともに、樹脂がキャビティ１１内に注入されて、製品の成形が行われる。この時、各可動ピン１０の長さに多少のばらつきがあっても、また、キャビティ表面２ａが平滑さに乏しくても、ばね１３に付勢された可動ピン１０の先端面は、キャビティ表面２ａに強制的に密着させられる。樹脂をキャビティ１１内に注入する時の圧力が可動ピン１０に加わっても、ばねに付勢されている可動ピン１０は後退することなく、キャビティ表面２ａとの密着状態を保つ。従って、可動ピン１０の先端面とキャビティ表面２ａの間に、キャビティ１１内に注入された樹脂が侵入する隙間は生じず、バリは発生しない。
【００１７】
この場合、各可動ピン１０のキャビティ表面２ａに対する接触圧力がそれぞれ異なっているとしても、全ての可動ピン１０のキャビティ表面２ａに対して密着状態に保たれていれば、バリ防止の効果が得られる。なお、本出願人が実験的に行った成形工程によると、可動ピン１０のキャビティ表面２ａへの接触圧力は、１５ｋｇ／ｃｍ２以上１００ｋｇ／ｃｍ２以下が好ましい。接触圧力が１５ｋｇ／ｃｍ２より低いとバリが発生する可能性があり、接触圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２より大きいとバリは発生しないが圧力が過剰で金型面への負荷が大きくなるので適さない。接触圧力が３０ｋｇ／ｃｍ２程度が最適であると思われる。
【００１８】
なお、可動ピン１０の先端面がキャビティ表面２ａに密着する前に、可動ピン１０の肩部１０ａがピン収容部９の内面に当接して可動ピン１０の固定側金型１側（図１上方）への移動が停止されることがないように、ピン収容部９の深さと可動ピン１０の長さは十分大きく形成されている。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態の金型装置について、図２を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００２０】
本実施形態では、第１の実施形態のばね１３に代えて、付勢手段としてシリンダ機構を構成している。すなわち、可動ピン１０とピン収容部９内面との間にＯリングなどのシール材１４が配設され、蓋部１２がピン収容部９を密封可能な構成であり、ピン収容部９内と連通するポンプ１５および開閉弁１６が設けられた構成である。この構成で、ポンプ１５および開閉弁１６を適宜制御することによって、空気、油、水などの流体を注入すると、可動ピン１０が付勢されてキャビティ表面２ａに圧接する。型開き時には、開閉弁１６を開いて流体をピン収容部９から排出する。このようなシリンダ機構によっても、可動ピン１０を固定側金型１側（図１上方）へ向けて付勢して第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２１】
次に、本発明の第３の実施形態の金型装置について、図３を参照して説明する。なお、第１，２の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００２２】
第１，２の実施形態のように、複数の可動ピンのそれぞれに付勢手段を設けることが理想的ではあるが、可動ピンの本数が多い場合や、各可動ピンが非常に小さい場合には、全ての可動ピンに１つずつ付勢手段を設けるのが困難であったり、非効率的である場合がある。そこで本実施形態では、複数（例えば３本）の可動ピンを１組にして、１つの付勢手段を設ける構成としている。すなわち、図３に示すように、複数（例えば３本）の可動ピン１７ａを連結して一体化し、１つの可動ピンブロック１７を構成している。一方、可動側の入れ子５には、３つの可動ピン１７ａに対応する孔部５ａとつながった、可動ピンブロック１７を収容可能な大きなピン収容部１８が形成されている。そして、可動ピンブロック１７がピン収容部１８内に進退可能に収容され、各可動ピン１７ａが各孔部５ａを貫通してキャビティ１１内に突出している。そして、このピン収容部１８は、可動ピンブロック１７を収容した状態で単一の蓋部１９により塞がれており、可動ピンブロック１７と蓋部１９との間に、可動ピンブロック１７を固定側金型１側（図３上方）へ向けて付勢して可動ピン１７ａを固定側金型１のキャビティ表面２ａに密着させる付勢手段であるばね１３が保持されている。
【００２３】
本実施形態でも、型締め時には、可動ピン１７ａの先端面が固定側金型１の入れ子２のキャビティ表面２ａに当接し、水管７に温度調整用の流体が流され、樹脂がキャビティ１１内に注入されて、製品の成形が行われる。この時、第１の実施形態と同様に、ばね１３に付勢された可動ピン１７ａの先端面は、キャビティ表面２ａに強制的に密着させられ、可動ピン１７ａの先端面とキャビティ表面２ａに、キャビティ１１内に注入された樹脂が侵入する隙間は生じず、バリは発生しない。そして、本実施形態は、特に可動ピン１７ａの総数が多い場合や各可動ピン１７ａが非常に小さい場合に、構成および製造工程が簡単になるので非常に有効である。ただし、本実施形態においては、可動ピンブロック１７の複数の可動ピン１７ａのうちのいずれかのキャビティ表面２ａに対する密着性が不十分になることがないように、十分な付勢力を発生するばね１３を用いるとともに、１つの可動ピンブロック１７に含まれる可動ピン１７ａの本数や可動ピンブロック１７の大きさおよび形状を適切に設定する必要がある。
【００２４】
なお、図４に示すように、第３の実施形態に第２の実施形態と同様な付勢手段を組み合わせた構成、すなわち、ばね１３に代えてシリンダ機構を設けた構成にすることも可能である。その場合、各可動ピン１７ａごとにＯリングなどのシール材１４が配設され、ピン収容部１８内と連通するポンプ１５および開閉弁１６が設けられる。第２の実施形態と同様に、ポンプ１５および開閉弁１６を適宜制御しつつ空気、油、水などの流体を注入することによって、可動ピンブロック１７を付勢して可動ピン１７ａをキャビティ表面２ａに密着させることができる。
【００２５】
図１〜４に示す構成では、固定側金型１の入れ子２は平坦なキャビティ表面２ａを有しているが、この入れ子２にも成形品形状に対応するキャビティ１１の一部が設けられていてもよく、また、可動ピン１０，１７ａと当接して成形品の穴を形成する対向ピンが設けられていてもよい。その場合には、対向ピンの先端がキャビティ表面の一部をなすと考えられる。
【００２６】
以上説明した各実施形態はいずれも入れ子式の金型装置に関するものであったが、本発明は、入れ子式でない、いわゆる直彫り式の金型装置においても同様に適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、ヒートサイクル法によって、穴を有する製品を成形する際に、可動ピンの高さやキャビティ表面の平滑さなどに多少の誤差があったとしても、可動ピンの先端部とキャビティ表面の密着性を確保できるため、穴の部分のバリの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の金型装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の金型装置の要部を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の金型装置の要部を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の金型装置の要部を示す概略断面図である。
【図５】従来の金型装置の第１の例の要部を示す概略断面図である。
【図６】従来の金型装置の第２の例の要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　　　固定側金型
２　　　入れ子
２ａ　　キャビティ表面
３　　　母型
４　　　可動側金型
５　　　入れ子
５ａ　　孔部
６　　　母型
７　　　水管
８　　　断熱層
９　　　ピン収容部
１０　　可動ピン
１１　　キャビティ
１２　　蓋部
１３　　ばね
１４　　シール材
１５　　ポンプ
１６　　開閉弁
１７　　可動ピンブロック
１７ａ　可動ピン
１８　　ピン収容部
１９　　蓋部
【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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