(57)【要約】【課題】金型のキャビティ表面が粗いシボ面であっても、型締時にはピンの先端部と密着して、樹脂が侵入する空隙が生じないようにして、バリの発生を防止する。【解決手段】入れ子１１のキャビティ表面が、シボ加工が施されたシボ面１１ａであり、入れ子１２の、型締時にシボ加工面１１ａに当接するピン１２ａの先端部１２ｄが、軟らかい真鍮により形成されている。型締動作で、ピン１２ａの先端部１２ｄの凸部１２ｂがシボ面１１ａに押し付けられて、シボ加工面１１ａに沿って変形させられてシボ面１１ａに密着して空隙が生じず、ピン１２ａによって成形される窓部の輪郭がギザギザにならない。【選択図】　　　図３
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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、
固定側と可動側の金型が互いに当接する部分の、パーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記金型が、母型とそれに装着される入れ子とからなり、前記入れ子のパーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下である、請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
可動型金型と固定側金型の少なくとも一方では、母型に装着される入れ子が複数に分割されており、
同一の母型内で入れ子同士が当接する部分の、パーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下である、請求項２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成形法が行われる金型装置において、
固定側のキャビティ表面に表面粗化加工が施されており、これに当接するピンの先端部が軟らかくて加工面になじむ材質からなることを特徴とする金型装置。
【請求項５】
前記表面粗化加工はシボ加工である、請求項４に記載の金型装置。
【請求項６】
前記ピンの先端部の縦弾性係数が９８×１０４〜１０３０×１０４Ｎ／ｃｍ２であり、前記表面粗化加工が施されるキャビティ表面を有する金型が、型締時に前記ピンの先端部と当接しても変形しない硬さを有する鋼材からなる、請求項４または５に記載の金型装置。
【請求項７】
前記金型が、母型とそれに装着される入れ子とからなり、前記入れ子が、表面粗化加工が施されるキャビティ表面を有しており、型締時に前記ピンの先端部と当接しても変形しない硬さを有する鋼材からなる、請求項６に記載の金型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金型装置に関し、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、樹脂の流動性が良いのでキャビティ表面の転写が良好でありウェ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。
【０００３】
本出願人は、先に特願平１１−３７５０６９号（特開２００１−１８２２９号）によって、図４に示すような、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。
【０００４】
この合成樹脂成形用金型装置は、母型２１と、その内部に組み込まれている入れ子２２とからなる。この入れ子２２にキャビティ表面２３が形成され、キャビティ表面２３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２４が設けられている。入れ子２２と母型２１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２５が設けられている。
【０００５】
前記した従来の金型装置を用いてヒートサイクル成形を行うと、成形品の周囲にバリが出やすい傾向がある。バリは、固定側金型と可動側金型の入れ子２２同士が接触する、いわゆるパーティングラインにおいて、樹脂が両入れ子２２の接触面間に侵入して固化することにより生じる。バリは、入れ子式でないいわゆる直彫り式の金型装置でも同様の原理で発生する。
【０００６】
一般的に、入れ子式の金型装置でも直彫り式の金型装置でも、キャビティ温度を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、入れ子（金型）自体の温度が低いことと、キャビティ内を流動する樹脂の先端部分が冷えて粘度が高いことから、パーティングラインに到達した樹脂が両入れ子（両金型）の接触面間に侵入しにくく、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温度を上げている（例えば樹脂充填時の温度は１２０℃程度）ことと、そのキャビティ内を流動する樹脂の先端部分が冷えにくく粘度が低いことから、パーティングラインに到達した樹脂が両入れ子（両金型）の接触面間に侵入しやすい。このような理由で、ヒートサイクル成形法では、通常成形法に比べてバリが生じやすい。
【０００７】
通常、射出成形法において、バリの発生を防止するためには、パーティングラインにおける両入れ子（両金型）の接触圧を高めることが有効であり、型締力の大きい成形機を用いて接触圧を高めることや、同じ型締力の成形機であっても、パーティングラインにおける両入れ子（両金型）の接触面積を小さくすることによって接触圧を高めることが行われている。すなわち、成形品の外周にあたるキャビティ周縁部をその外側の部分よりも高く形成することによって、それに相対する入れ子（金型）と当接するのはこのキャビティ周縁部のみになり、接触面積が小さく、したがって接触圧が高くなって、樹脂が接触面間に侵入してバリを生じる可能性が低くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記した通り、パーティングラインにおける両入れ子（両金型）の接触面間への樹脂の侵入は、接触圧を高めることによりかなり防ぐことができる。しかし、これとは異なる要因によりバリが発生する場合がある。
【０００９】
その第１の要因について、図５（ａ）に示す入れ子式金型装置を例にとって説明する。なお、図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図５（ａ）中のＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分をそれぞれ示す拡大図である。
【００１０】
このような金型装置において、両入れ子２６，２７が当接するパーティングラインに位置する、キャビティ周縁部２７ａや窓部を形成するためのピン２７ｂの輪郭部分のコーナー部２７ｃ，２７ｄに樹脂２９が侵入して固化し、糸状のバリが発生する場合がある。すなわち、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、前記した通りヒートサイクル法により粘度が低下した樹脂２９が、パーティングラインから、コーナー部２７ｃ，２７ｄの空隙に侵入して、この侵入部分２９ａが固化することにより糸バリが発生することがある。さらに、図５（ａ）に示すような、複数に分割された入れ子２７が用いられる金型装置の場合には、図５（ｄ）に示すように、樹脂２９が、入れ子２７同士が隣接する位置のコーナー部２７ｅの空隙に侵入して、この侵入部分２９ａが固化して糸バリとなるおそれがある。
【００１１】
次に、バリ発生の第２の要因について、図６（ａ）に示す入れ子式金型装置を例にとって説明する。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＡ部分の拡大図である。この金型装置では、固定側の入れ子３０のキャビティ表面にシボ加工が施されている。
【００１２】
このような金型装置では、成形品の窓部の輪郭がギザギザになる不良現象が生じることがある。固定側の入れ子３０のキャビティ表面３０ａにシボ加工が施される時には、加工の都合上、可動側の入れ子３１のピン３１ａが当接する部分も含めてシボ加工が施される。このシボ面３０ａが平滑なピン表面３１ｂと当接した場合には、２つの面３０ａ，３１ｂが密着することがない。そこで、図６（ｂ）に示すように、成形品の窓部の輪郭を形成する部分において生じた空隙に、樹脂２９が侵入し、侵入した部分２９ｂが固化してバリとなる。すなわち、成形された窓部の輪郭がギザギザになる。
【００１３】
以上、図５，６に示す入れ子式金型装置について説明したが、直彫り式金型装置においても、同様な要因でバリが発生するおそれがある。
【００１４】
そこで本発明の目的は、金型のコーナー部への樹脂の侵入を防ぎ、また、成形品の輪郭を形成する部分に空隙が生じて樹脂が侵入することを防ぎ、バリの発生を防止できる合成樹脂成形用の金型装置を提供することにある。
【００１５】
【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、固定側と可動側の金型が互いに当接する部分の、パーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下であるところにある。なお、金型が、母型とそれに装着される入れ子とからなる場合には、入れ子のパーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下である。さらに、可動型金型と固定側金型の少なくとも一方で、母型に装着される前記入れ子が複数に分割されている場合には、同一の母型内で入れ子同士が当接する部分の、パーティングラインに垂直な断面のコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下である。
【００１６】
このようにコーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下であると、このコーナー部に樹脂が侵入することがなく、バリの発生が防げる。
【００１７】
また、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成形法が行われる金型装置において、固定側のキャビティ表面に表面粗化加工が施されており、これに当接するピンの先端部が軟らかくて加工面になじむ材質からなるところにある。表面粗化加工はシボ加工である。
【００１８】
この構成によると、型締時には固定側のキャビティ表面とピンの先端部が密着し、ピンの輪郭部に樹脂が侵入する空隙が生じない。従って、成形品の窓部の輪郭部分におけるギザギザの発生が防げる。
【００１９】
なお、ピンの先端部の縦弾性係数が９８×１０４〜１０３０×１０４Ｎ／ｃｍ２であり、表面粗化加工が施されるキャビティ表面を有する金型が、型締時に前記ピンの先端部と当接しても変形しない硬さを有する鋼材からなることが好ましい。金型が、母型とそれに装着される入れ子とからなる場合には、入れ子が、表面粗化加工が施されるキャビティ表面を有しており、型締時に前記ピンの先端部と当接しても変形しない硬さを有する鋼材からなる。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。図１（ａ）は、本実施形態の金型装置の全体を示し、図１（ｂ）〜（ｄ）は、図１（ａ）中のＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分をそれぞれ拡大して示している。
【００２２】
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、単一の入れ子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、複数に分割された入れ子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。
【００２３】
この金型装置では、入れ子５のコーナー部５ｃ，５ｄ，５ｅが殆ど丸みを帯びないように、具体的には曲率半径が０．２ｍｍ以下になるように形成されている。すなわち、図１（ｂ）に示す、入れ子５のキャビティ周縁部５ａの、それに相対する入れ子２と当接する部分のコーナー部５ｃや、図１（ｃ）に示す、入れ子５の、成形品に窓部を形成するためのピン５ｂのコーナー部５ｄが、それぞれの曲率半径が０．２ｍｍ以下になるように形成されている。また、図１（ｄ）に示すように、分割された複数の入れ子５同士が隣接する位置のコーナー部５ｅも、同様に曲率半径が０．２ｍｍ以下になるように形成されている。
【００２４】
この構成によると、入れ子５のパーティングラインに位置するコーナー部５ｃ，５ｄに殆ど丸みがないため、型締時に樹脂１０の侵入を許容するだけの空隙が存在せず、成形品にバリが生じない。さらに、分割された複数の入れ子５において、隣接する入れ子５のコーナー部５ｅ間にも、樹脂１０の侵入を許容する空隙が存在しないため、成形品にバリが生じない。
【００２５】
このように、樹脂１０が侵入しないようにしてバリを防止するためには、各コーナー部５ｃ〜５ｅの曲率半径が０．２ｍｍ以下程度である必要があり、加工性等を考慮すると、曲率半径を０．０１〜０．２ｍｍにすることが好ましい。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態の金型装置について、図２〜３を参照して説明する。図２（ａ）は、成形動作前の型開き状態の、本実施形態の金型装置の全体を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す金型の入れ子１２のピン１２ａの先端部１２ｄ付近を拡大して示している。図３（ａ）は、型閉状態の本実施形態の金型装置の全体を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ部分を拡大して示している。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。
【００２７】
本実施形態の金型装置では、固定側の入れ子１１は、型締時に、後述するピン１２ａの先端部１２ｄ（より詳しくは凸部１２ｂ）と当接しても変形しない硬さを有する鋼材からなり、具体的には、例えば縦弾性係数が２１００×１０４Ｎ／ｃｍ２程度の鋼材（例えば工具鋼ＳＫＤ６１などの通常の金型材料）により形成され、そのキャビティ表面が、シボ加工を施されて表面粗さが粗いシボ面１１ａになっている。そして、可動側の入れ子１２の、型締時（図３参照）にこのシボ面１１ａに当接するピン１２ａの先端部１２ｄが、工具鋼ＳＫＤ６１よりも軟らかい真鍮（黄銅）により形成されている。図２（ｂ）に示すように、本実施形態のピン１２ａの先端部１２ｄには凸部１２ｂと凹部１２ｃが設けられており、凸部１２ｂの幅は１．２ｍｍ程度であり、先端部１２ｂに囲まれる凹部１２ｃ（ピン１２ａの半径方向中央付近）の深さは、０．０５ｍｍ程度である。
【００２８】
この金型装置では、型締時に、真鍮などの軟らかい材質からなるピン１２ａの先端部１２ｄの凸部１２ｂが、シボ面１１ａに押し付けられる。すると、凸部１２ｂがシボ面１１ａに対応する形状に変形させられる（図３参照）。このとき、凸部１２ｂの変形に伴って多少はみ出した部分は、凹部１２ｃ内に逃がされ、変形させられた凸部１２ｂがシボ面１１ａに密着し、空隙が生じない。従って、バリが発生せず、ピン１２ａによって成形される窓部の輪郭が従来のようにギザギザになることはない。
【００２９】
なお、ピン１２ａの先端部１２ｄを構成する軟らかい材料の例としては、亜鉛合金（ＺＡＳ）、アルミニウムおよびその合金、銅およびその合金などが挙げられ、縦弾性係数が９８×１０４〜１０３０×１０４Ｎ／ｃｍ２（およそ１０×１０４〜１０５×１０４ｋｇｆ／ｃｍ２）の範囲内にあることが好ましい。
【００３０】
このように、本実施形態では、ピン１２ａの先端部１２ｄが真鍮などの軟らかい材料により形成され、この先端部１２ｄに凸部１２ｂおよび凹部１２ｃが設けられている。ただし、ピン１２ａの先端部１２ｄは、相対するキャビティ表面（本実施形態ではシボ面１１ａ）に少なくとも一部が当接するものであれば、その形状については特に限定されない。
【００３１】
本実施形態の金型装置において、前記した第１の実施形態と同様に、入れ子を、各コーナー部の曲率半径が０．２ｍｍ以下になるように形成することによって、コーナー部への樹脂１０の侵入を防ぎ、バリの発生をより確実に防止することもできる。
【００３２】
以上説明した２つの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。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によると、金型のコーナー部への樹脂の侵入を防ぐことができ、また、成形品の輪郭を形成する部分に樹脂が侵入可能な空隙が生じるのを防ぐことができ、バリの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の金型装置の全体を示す概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ部分を示す拡大図、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＢ部分を示す拡大図、図１（ｄ）は図１（ａ）中のＣ部分を示す拡大図である。
【図２】図２（ａ）は、成形前の型開き状態の、本発明の第２の実施形態の金型装置の全体を示す概略断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す金型装置の入れ子のピンの先端部付近を示す拡大図である。
【図３】図３（ａ）は、型閉状態の、本発明の第２の実施形態の金型装置の全体を示す概略断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ部分を示す拡大図である。
【図４】従来の金型装置の第１の例を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）は従来の金型装置の第２の例の全体を示す概略断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＡ部分を示す拡大図、図５（ｃ）は図５（ａ）中のＢ部分を示す拡大図、図５（ｄ）は図５（ａ）中のＣ部分を示す拡大図である。
【図６】図６（ａ）は従来の金型装置の第３の例の全体を示す概略断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＡ部分を示す拡大図である。
【符号の説明】
１　　　　　固定側金型
２　　　　　単一の入れ子
３，６　　　母型
４　　　　　可動側金型
５　　　　　複数に分割された入れ子
５ａ　　　　キャビティ周縁部
５ｂ　　　　ピン
５ｃ，５ｄ，５ｅ　　　コーナー部
７　　　　　水管
８　　　　　断熱層（空気層）
１０　　　　樹脂
１１，１２　入れ子
１１ａ　　　シボ面
１２ａ　　　ピン
１２ｂ　　　凸部
１２ｃ　　　凹部
１２ｄ　　　先端部
【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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