(57)【要約】【課題】キャビティ内の、成形品の凸部を形成するための凹部の近傍における溶融樹脂の流れを制御して乱れをなくし、不良の発生を防ぐ。【解決手段】型閉めして可動側金型２と固定側金型１の間にキャビティ３を構成したら、金型を加熱してゲート４から熱可塑性樹脂８をキャビティ３内に射出する。付勢手段７に付勢されて、駒６の前面はキャビティ内壁面２ａと同一平面内に位置する。凹部５が駒６によって塞がれてキャビティ内壁面２ａは平坦であるので、熱可塑性樹脂８は乱れのない層流としてキャビティ３内を円滑に流動する。熱可塑性樹脂８の圧力が付勢手段７の付勢力に打ち勝つようになると、その圧力によって駒６は徐々に後退し始め、それに伴って、熱可塑性樹脂８が凹部５内に浸入していく。やがて、駒６はストッパー９に当接してそれ以上後退できなくなる。熱可塑性樹脂８は凹部５内に入り込む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形用の金型装置において、
型閉め時に構成されるキャビティの少なくとも一つの内壁面に凹部が設けられており、
前記凹部内には、前記凹部の断面形状と実質的に同一の平面形状を有する、前記キャビティ内壁面に対して進退可能な駒が挿入されており、前記駒は、前記凹部内で後退した状態にある時に、前記凹部の底面を構成して、前記凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定することを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記駒は、初期状態では、前面が前記キャビティ内壁面に対して段差が生じず同一平面内に位置するように保持される、請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
前記駒が前記凹部内で後退させられた時に、前記凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置に保持されるように、前記駒のストッパーが設けられている、請求項１または２に記載の金型装置。
【請求項４】
前記駒を前記キャビティ内壁面に向けて付勢する付勢手段が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型装置。
【請求項５】
前記付勢手段は、前記キャビティ内に樹脂が注入開始された時点では、前記駒を、前面が前記キャビティ内壁面に対して段差が生じない同一平面内に位置するように保持し、前記キャビティ内への樹脂の注入が完了する前に、前記駒が樹脂の圧力に押されて前記凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置まで後退するのを許容する大きさの付勢力を有している、請求項４に記載の金型装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金型装置を用い、
前記駒の前面が前記キャビティ内壁面に対して段差が生じない同一平面内に位置している状態で、前記キャビティ内に樹脂を注入開始し、
前記駒が樹脂の圧力に押されて、前記凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置まで後退し、前記凹部内に樹脂が浸入した後に、樹脂の注入を完了する成形方法。
【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それを用いた成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形等によって製造される合成樹脂成形品は、様々な形状にかなり自由に形成できるという大きな利点を有しているため、幅広い分野で用いられており、その製品形状は非常に多様である。一般的に、複数の合成樹脂成形品が嵌合やビス止め等によって組み合わせられて用いられることが多いので、嵌合用のために、あるいは製品そのものの形状として、ボスやリブなどの凸部が一体的に形成される場合が非常に多い。
【０００３】
ボスやリブなどの凸部を有する製品を成形する場合、樹脂が注入されるキャビティに凹部を形成しておき、この凹部内に浸入させた樹脂を固化することによって、凸部を一体的に形成している。このようにボスやリブなどの凸部を一体的に有する合成樹脂成形品を成形する場合、これらの凸部およびその周囲に不良が発生し易い。具体的には、キャビティ中を流動する樹脂同士が接合する部分が継ぎ目として外見上残ってしまうウエルドマークや、キャビティ中の樹脂の流動の跡が外見上残ってしまうフローマークや、ウエルドマークやフローマークと同様な原理で樹脂の流動が不安定になるために、樹脂中に混在する顔料の分布にばらつきが生じてしまうことによって発生する色むらや、キャビティの凹部内に十分な量の樹脂が充填されず、冷却時の収縮によって凸部およびその周囲に部分的に窪みが生じてしまうひけなどの不良が発生し易い。特に、これらの不良が製品の外観面（体裁面）に発生した場合には、製品として使用不能になってしまう可能性が高い。
【０００４】
これらの不良が発生する主な要因は、キャビティ内の凹部およびその周囲で、樹脂の流れが乱れたり分岐したりすることである。例えば、キャビティ内を流動する樹脂１１が、図４（ａ）に示すように凹部１２の周囲で流れが乱れたり、図４（ｂ）に示すように凹部１２を避けるように流れることによって、この凹部１２およびその周囲に、前記したような様々な不良が発生し易い。
【０００５】
ここで、樹脂の流動の乱れに起因して不良が発生する現象について詳しく説明する。
【０００６】
射出成形における製品の賦形は、溶融した樹脂１１が金型のキャビティ内に注入され、キャビティ内に充満した後に、冷却固化されることによって達成される。キャビティ内に流入する溶融樹脂１１は溶融温度が高く、非ニュートン流体の性質を示す。そのため、溶融樹脂１１は、キャビティ内の、ボスやリブなどの凸部を形成するための凹部１２内へは円滑に流入しにくく、図４（ａ），（ｂ）に示すように、凹部１２の近傍での溶融樹脂１１の流れは複雑になる。そして、キャビティ内の溶融樹脂１１は、金型の冷却により冷やされると同時に固化が始まる。このとき、凹部１２の近傍で流れが乱れた樹脂はそのまま固化するため、フローマークや色むらになる。また、凹部１２の近傍などで乱れたり分岐した樹脂１１同士が、再合流したりぶつかり合う部分は、そのまま固化してウエルドマークになる。さらに、樹脂１１が固化するときに、ボスやリブなどの凸部が存在し肉厚になっている部分では、他の部分よりも蓄熱量が多く冷却が遅れるため、収縮して表面にひけが発生する。
【０００７】
そこで、金型の構造、例えばゲートの位置および形状やキャビティ内壁面の仕上げ加工などを工夫して、前記したような不良の発生を防止することが試みられているが、製品形状や使用する樹脂の性質などからくる制約等により、このような金型構造上の対策のみでは、不良の発生を十分に抑えることができない場合がほとんどである。
【０００８】
従って、金型構造上の対策に加えて、射出成形時の射出条件を工夫することによって、樹脂の流動をできるだけ安定させて、不良の発生を抑えることが考えられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０５−２８６００４号公報
【特許文献２】
特開平０６−１４３３１９号公報
【特許文献３】
特開平０９−２３９７３８号公報
【特許文献４】
特開平０９−３３１１５７号公報
【特許文献５】
特開平１０−２１１６３５号公報
【特許文献６】
特開平１１−１９２６４３号公報
【特許文献７】
特開２０００−０２５０７３号公報
【特許文献８】
特開２００１−００１１２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したように射出条件を適切に設定することは、作業者の経験や勘に頼るところが大きく、樹脂温度、射出速度、射出圧力などを試行錯誤的に決定していくために、非常に面倒で時間がかかるとともに、作業者個人の能力に大きく依存するため、再現性および確実性に乏しい。さらに、このように大きな労力を払って金型構造上の工夫に加えて射出条件の適正化を図っても、根本的な解決にはならず、溶融樹脂の流動を凹部及びその周囲で改善することはできず、様々な不良の発生を防ぐことはできない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、キャビティ内の、成形品の凸部を形成するための凹部の近傍における溶融樹脂の流れを制御して乱れをなくし、不良の発生を防ぐことができる金型装置および成形方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、射出成形用の金型装置において、型閉め時に構成されるキャビティの少なくとも一つの内壁面に凹部が設けられており、凹部内には、凹部の断面形状と実質的に同一の平面形状を有する、キャビティ内壁面に対して進退可能な駒が挿入されており、駒は、凹部内で後退した状態にある時に、凹部の底面を構成して、凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定することを特徴とする。
【００１３】
駒は、初期状態では、前面がキャビティ内壁面に対して段差が生じず同一平面内に位置するように保持される。
【００１４】
駒が凹部内で後退させられた時に、凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置に保持されるように、駒のストッパーが設けられていることが好ましい。また、駒をキャビティ内壁面に向けて付勢する付勢手段が設けられていることが好ましい。その場合、付勢手段は、キャビティ内に樹脂が注入開始された時点では、駒を、前面がキャビティ内壁面に対して段差が生じない同一平面内に位置するように保持し、キャビティ内への樹脂の注入が完了する前に、駒が樹脂の圧力に押されて凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置まで後退するのを許容する大きさの付勢力を有している。
【００１５】
本発明の成形方法は、前記した構成の金型装置を用い、駒の前面がキャビティ内壁面に対して段差が生じない同一平面内に位置している状態で、キャビティ内に樹脂を注入開始し、駒が樹脂の圧力に押されて、凹部を所望の成形品形状に対応する深さに規定する位置まで後退し、凹部内に樹脂が浸入した後に、樹脂の注入を完了することを特徴とする。
【００１６】
この構成および方法によると、樹脂をキャビティ内に注入する最初の段階では、凹部が駒に塞がれキャビティ内壁面が凹部のない平坦面となって、樹脂の滑らかな流動をもたらす。凸部を形成するための凹部をキャビティ内に出現させてこの凹部内に樹脂を充填する際にも、樹脂自体の圧力によって駒を徐々に後退させるため、樹脂の流れを乱すように急激に凹部が出現することはないので、樹脂の円滑な自然な流れが維持される。
【００１７】
【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。
【００１８】
まず、本発明の一実施形態の射出成形用金型装置の構成について説明する。図１に示すように、この金型装置は、固定側金型１と、固定側金型１に対して当接したり遠ざかったりするように移動可能な可動側金型２を有している。固定用金型１と可動側金型２が接合した状態（型閉め時）で、両金型１，２の間にはキャビティ３が構成される。図面には簡略化してゲート４のみが示されているが、固定側金型１には、キャビティ３内に成形用樹脂（例えば熱可塑性樹脂８）を射出するための射出機構が設けられている。
【００１９】
キャビティ３は、所望の製品形状に対応する形状に形成されており、このキャビティ３を構成するキャビティ内壁面１ａ，２ａのうち、所望の製品のボスやリブなどの凸部に対応する部分（図示する例では１個所）には、凹部５が設けられている。凹部５内には、凹部５の断面形状と実質的に同じ平面形状を有し進退可能な駒６が挿入されている。駒６は、ばねなどの付勢手段７によって、凹部５の開口端部に向かって、すなわちキャビティ内壁面２ａに向かって付勢されているとともに、凹部５内に設けられているストッパー９によって、後退位置が規制されている。駒６は、凹部５の内面に対して、溶融樹脂が浸入不可能なほど小さい隙間のみをもって嵌合されている。付勢手段７は、初期状態（定常状態）において、駒６の前面がキャビティ内壁面２ａと同一平面内に位置するように駒６を保持する。
【００２０】
この金型装置を用いて射出成形を行う方法について、図２を参照して説明する。まず、型閉めして可動側金型２を固定側金型１に密着させて、両金型１，２の間にキャビティ３を構成する。そこで、金型を所定の温度に加熱して、図２（ａ）に示すように射出機構のゲート４から熱可塑性樹脂８をキャビティ３内に射出する。この時点では、付勢手段７は、熱可塑樹脂８の圧力に抗して、駒６を初期位置に保持し、駒６の前面はキャビティ内壁面２ａと同一平面内に位置する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、凹部５が駒６によって塞がれて、キャビティ内壁面２ａは凹部５が存在しない平坦面であるようにみなすことができ、熱可塑性樹脂８は乱れのない層流としてキャビティ３内を円滑に流動する。そのままの状態で、熱可塑性樹脂８はキャビティ３内に充填されていく。
【００２１】
そして、熱可塑性樹脂８がキャビティ３内に相当量注入されると、熱可塑性樹脂８の圧力が付勢手段７の付勢力に打ち勝つようになり、図２（ｃ）に示すように、駒６は、熱可塑性樹脂８の圧力に押されて、徐々に後退し始める。そして、熱可塑性樹脂８が凹部５内に浸入していく。熱可塑性樹脂８は、駒６を押し下げ続け、やがて、図２（ｄ）に示すように、駒６はストッパー９に当接した時点でそれ以上後退できなくなり停止する。熱可塑性樹脂８は、キャビティ３内の全体に充満するとともに、凹部５内の、駒６の前面に規定される位置までに十分に入り込む。そして、熱可塑性樹脂８の射出を停止し、金型１，２を冷却して熱可塑性樹脂８を固化させて、成形工程を完了する。その後、型開きし、キャビティ３から成形品を取り出す。
【００２２】
以上説明した成形工程では、熱可塑性樹脂８の射出開始当初は、凹部５が塞がれた状態であり、熱可塑性樹脂８は乱れのない層流で円滑に流動し、ウエルドライン、フローライン、色むら等の不良を起こすおそれはない。続いて、駒６が後退して熱可塑性樹脂８が凹部５内に浸入し始めるが、駒６の後退は熱可塑性樹脂８自体の圧力で徐々に行われるため、熱可塑性樹脂８が急激に凹部５内に入り込もうとしたり凹部５が熱可塑性樹脂８の流動を乱すことはない。従って、熱可塑性樹脂８の流動は円滑なままであり、不良を起こすおそれはない。この時点で、キャビティ内壁面１ａ，２ａに近接する部分では、熱可塑性樹脂８の一部が固化し始めるが、前記した通り円滑な流動状態で固化するため、従来のような不良が生じることはない。そして、駒６の後退、すなわち凹部５の大容積化は、駒６がストッパー９に当たるまで後退して所望の製品形状に対応する凹部５が現れた状態に達するまで、緩やかに進行するため、熱可塑性樹脂８の流動が急激に変化することはない。従って、流れが乱れることなく、完全な状態の凹部５を含むキャビティ３全体に熱可塑性樹脂８を十分に充満させることができる。その結果、ウエルドライン、フローライン、色むら等の不良を起こすおそれはない。また、キャビティ３内に流入した溶融樹脂は、駒６が後退する前にまずキャビティ３内に充填され、この時点で、キャビティ内壁面（金型面）１ａ，２ａに接している部分ではある程度冷却されて樹脂の固化が始まる。その後で、駒６が後退して凹部５内に樹脂が浸入し、ボス等の凸部が形成される。この凸部の冷却時に収縮が生じても、その周囲の樹脂は既にある程度固化しているため、表面、特に凸部の反対側であるキャビティ内壁面１ａに接する面（体裁面）における窪み（ひけ）の発生が抑えられる。
【００２３】
本実施形態では、付勢手段７としてばねを用い、ストッパー９として段差部を設けているが、これらに限定されるものではなく、自由に選択または設計することができる。例えば、付勢手段７として、空気圧や油圧を用いるシリンダーを用いることもでき、その場合、ストッパー９を兼ねる構成にすることもできる。また、ストッパー９として、図３に示すような傾斜面などを用いてもよい。
【００２４】
本実施形態では、固定側金型１のキャビティ内壁面１ａによって成形品の外観面（体裁面）を形成し、可動側金型２のキャビティ内壁面２ａによって成形品の裏側面（非体裁面）を形成する構成であり、目に触れない裏側面に凸部を設けるために、可動側金型２のキャビティ内壁面２ａに凹部５を設けている。しかし、このような構成に限定されず、凹部５を固定側金型１のキャビティ内壁面１ａに設けてもよいし、キャビティ内壁面１ａ，２ａの両方に凹部５を設けてもよく、凹部５の個数は何個であっても構わない。そして、それらの凹部５内に、前記した構成の駒６がそれぞれ挿入されるのが好ましい。さらに、それらの駒６に付属して、付勢手段７およびストッパー９が設けられているのがより好ましい。
【００２５】
また、成形品の外観面（体裁面）を形成するのが、固定側金型１のキャビティ内壁面１ａではなく可動側金型２のキャビティ内壁面２ａであってもよいし、両キャビティ内壁面１ａ，２ａにより形成される面がいずれも体裁面であってもよい。いずれの構成においても、成形品の体裁面に、ウエルドライン、フローライン、色むら、ひけ等の不良が発生しないように、本発明の凹部５および駒６を任意に配設すればよい。
【００２６】
なお、本発明ではキャビティ面とコア面という観点で区別を行う必要がないため、本明細書中では、固定側金型であっても可動側金型であっても、キャビティ３の内壁となる面の一つという意味で、いずれもキャビティ内壁面と表現している。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、樹脂をキャビティ内に注入する最初の段階では、凹部のない平坦面上を樹脂が滑らかに流動する。そして、樹脂の圧力の増大に合わせて徐々に駒が後退して凹部がキャビティ内に出現する。従って、樹脂の流れが急激に変化することなく、円滑な自然な流れで、樹脂がキャビティ内に充満する。樹脂の流動が乱れることがないため、ウエルドライン、フローライン、色むら、ひけ等の不良が発生しない。凹部の出現、すなわち駒の後退は、樹脂自体の圧力によって引き起こされるので、樹脂自体の流れを乱すように急激に行われることはあり得ず、樹脂は、安定した円滑な流動を維持しつつ、キャビティの凹部内に充填される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の金型装置の一実施形態の型開き時の要部概略断面図、（ｂ）はその型閉め時の要部概略断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す金型装置を用いた成形方法の樹脂射出開始時の要部概略断面図、（ｂ）は（ａ）に続く樹脂射出状態の拡大図、（ｃ）は（ｂ）に続く樹脂射出状態の拡大図、（ｄ）は樹脂射出完了直前の状態の拡大図である。
【図３】図１に示す金型装置の変形例の要部拡大断面図である。
【図４】（ａ）は従来の金型装置において凹部の周囲で樹脂の流れが複雑になる状態の一例を示す要部概略断面図、（ｂ）はその他の例を示す要部概略平面図である。
【符号の説明】
１      固定側金型
１ａ    キャビティ内壁面（体裁面）
２      可動側金型
２ａ    キャビティ内壁面（非体裁面）
３      キャビティ
４      ゲート
５      凹部
６      駒
７      付勢手段
８      樹脂（熱可塑性樹脂）
９      ストッパー
１１    樹脂
１２    凹部
【図１】
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【図２】
2004216724.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004216724.tif 000006