(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ型の表面に第２断熱層が形成されたキャビティ型と、コアプレートに嵌合されたコア型とを有し、該コア型に、成形品のボスまたはリブ用の凹部を有するコアピースが嵌合され、該キャビティ型と該コア型及びコアピースとの間でキャビティ部が形成されており、該キャビティ部の厚さが１．０〜１．５ｍｍの熱可塑性樹脂射出成形用金型であって、該コア型およびコアピースに、該キャビティ部内へ向けて圧縮気体を供給し得る気体供給口が形成され、該コア型及び該コアピースに加熱手段が配置され、該コアピースと該コア型との間には第１断熱層が形成されており、該コア型と該コアプレートとの間に、第３断熱層が設けられている熱可塑性樹脂射出成形用金型。
【請求項２】
前記第１断熱層及び第３断熱層が、プラスチック、セラミックあるいは空気間隙からなる請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記第２断熱層上に薄肉金属層が形成されている請求項１に記載の金型。
【請求項４】
前記第２断熱層が、耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材、ガラス、セラミック、および琺瑯からなる群から選択された一種からなり、その熱伝導率は、０．０５ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚さは０．００１〜２．０ｍｍであり、前記薄肉金属層の厚さは０．００１〜０．３ｍｍである請求項３に記載の金型。
【請求項５】
前記コア型面に圧力伝達用リブ溝が掘削され、ゲート部に連結している請求項１〜４のいずれかに記載の金型。
【請求項６】
成形品の局部薄偏肉部に対応した前記コア型表面に第４断熱層が設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の金型。
【請求項７】
前記第４断熱層が耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材料、および無機断熱材料からなる群から選択された一種からなる請求項６に記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャビティ型表面の光沢や微細な凹凸模様を成形品表面に忠実に転写でき、内部応力ひずみが極力少なく、かつ表面にヒケのない美しい成形品を極低圧で成形することを特徴とする熱可塑性樹脂成形用金型に関し、さらに詳しくは裏面にリブまたはボス等、部分厚肉部を有する薄肉成形品、部分極薄肉部を有する成形品、あるいは結晶性樹脂成形品の成形において、上記ヒケのない外観の美しい成形品を極低圧で成形することを特徴とする熱可塑性樹脂射出成形品用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱可塑性樹脂射出成形用金型は、通常、一般鋼材、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金等の金属材料にて製作されており、金型のキャビティ内に、ゲート部より溶融樹脂を充填し、保圧工程を経て所定形状に賦形するものである。
【０００３】
しかし、これらの鋼材型を用いて成形された射出成形品における問題点は、外観問題と機能問題に大別でき、前者では転写不良、ウェルドマーク、フローマーク、ヒケなどの問題があり、後者では内部応力による成形品の強度低下、環境応力亀裂などの問題である。これらの問題発生は以下に示すおおむね３つの根本原因に集約することができる。
【０００４】
その第１は、射出成形用金型は、通常、熱伝導率の良好な鋼材で製作されているため、金型のキャビティ内へ溶融樹脂を充填時、該溶融樹脂が型表面に接するや否や瞬時に樹脂表面に固化層が形成されることである。この瞬時に形成される固化層は型表面の精密転写を阻害するばかりでなく、成形品に各種外観不良（例えば、ウェルドマーク、フローマーク、ジェッティング等）を与える原因となる。
【０００５】
第２の原因は、溶融樹脂の固化収縮率が大きいこととキャビティ内での圧力伝達性が悪いことであり、このため成形品の低圧部および肉厚部にヒケ不良が発生し易い。例えば、裏面にリブが形成された製品を成形する場合、該リブ部において肉厚になるので、リブ部に対応する製品の表面側に上記したヒケが発生することがある。
【０００６】
これらの問題に対する対応策として、一般に高型温、高射出圧力の成形条件が用いられているが、この高射出圧力が不良発生の第３の原因である。すなわち、高圧による二次欠陥が品質（ソリ、バリ、内部応力などの発生）、生産性、型コスト等、多方面に現われる。
【０００７】
一方、最近では高品質化ならびに低価格指向から型表面の精密転写はもちろんのこと、成形の低圧化および薄肉化要望と同時に、無塗装化要望も強まっている。これらの要望は従来の成形技術ではもはや対応不可能で、新しい成形法の開発が強く要望されている。
【０００８】
これらに対応する最近の成形技術の一つとして、ガスアシスト成形法が広く普及しつつある。厚肉部のヒケ対応策として有効でかつ設計自由度の大きい技術も開発されているが、やはり低圧部のヒケ発生とか、ガスチャンネル上の色ムラは防止できず、転写不良、ウエルドマーク、フローマーク発生の弊害を取り除くものではない。
【０００９】
本発明者らは、これら射出成形課題の根本的解決を図るべく新しい成形法の研究に長年取り組んでおり、成形の原理に基づいた機能性金型を順次開発し、その実用化を試みてきた。
【００１０】
次に、その発明および特許出願の名称の概略を説明する。
【００１１】
（１)断熱構造金型
この金型は、断熱キャビティブロックをキャビティ表面に組み込んだものであり、該断熱キヤビテイブロックは、型表面を裏面に断熱層を設けた薄肉金属（実用型として０．５ｍｍが薄肉化の限界であった）で形成されている。
【００１２】
（２）射出成形型（薄肉コーティング）
キャビティ型表面に断熱性薄膜コーティングを施した型である。
【００１３】
（３）射出成形型（特開平６−２１８７６９号公報、特願平５−９５２７号）この成形型は、型表面に極薄肉金属層を有する断熱キャビティと、離型性断熱層をコア表面に有する金型である。
【００１４】
（４）熱可塑性樹脂の射出成形用金型（特開平８−２５４２８号公報、特願平６−１６８５００号）
コアプレートと断熱嵌合されたコアブロックにヒータを設置し、および／またはコア型内部に設けた貫通孔を通してコア型表面への気体の圧入を可能にした構造の射出成形用金型である。
【００１５】
以下に上記構造を有する金型（１）〜（４）を説明する。
【００１６】
（１）の断熱構造金型は、表面ニッケル層の実用技術上の限界が０．５ｍｍであったため、充填時の型表面温度は９０℃付近に達し（型温は６５℃）、型内充填樹脂の表面に瞬時に発生する固化層の形成を遅らせる程度の効果があり、転写性の向上、ウェルドマーク、フローマークの軽減等には有効であった。しかし、成形品肉厚部のヒケに対しては効果がなく、従来型と同様、高圧成形に頼ることになり、しかもこの金型ではキャビティ側の冷却が遅いため、むしろキャビティ側表面がヒケ易い傾向にある。
【００１７】
（２）のキャビティ表面に断熱性薄膜コーティングを施した型では、充填樹脂と型表面との濡れ性改善による密着性向上に効果があり、従って、金型表面の転写性向上には有効な技術である。しかし、低圧条件では成形品の肉厚部のヒケ発生に対応できないため、結局は高圧成形が必要になる。
【００１８】
（３）の射出成形型は、キャビティ型表面に断熱層を形成させ、あるいはキャビティ型表面にさらに極薄金属層を形成し、かつコア型表面に離型性断熱層を形成した金型である。このような構成の金型は以下の作用を有する。
【００１９】
射出成形時、キャビティ型の表面は  充填された溶融樹脂の熱量で瞬時に１２０℃以上（ＡＢＳ；型温６５℃の場合）に昇温する。その結果、溶融樹脂との“濡れ性”が発現して樹脂が付着する。一方、コア型表面に離型性断熱層を施した表面では、低圧充填され、瞬時に始まる溶融樹脂の冷却収縮のため型内圧は急速に負圧となり、高温状態でコア型表面から樹脂の即時型離れが起きる。
【００２０】
この型離れの進行により、樹脂とコア型表面との間に空気層が形成され、それによる断熱効果が加味されてコア側での溶融樹脂の冷却が鈍化し、高温がかなり長時間保持される。その間のキャビティ側樹脂の冷却収縮は、コア側溶融樹脂の移動によって容易に補償される。そして、キャビティ型表面と樹脂との濡れ性は放熱による界面の温度低下と共に消失する。つまり、キャビティ型表面における濡れ性（くっつき性）消失までの樹脂の冷却収縮をコア側からの高温溶融樹脂移動によって補償することができ、その結果、低圧で樹脂表面にヒケのない転写性の良好な成形品が得られる。
【００２１】
ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ等の一般汎用材料については、前記金型構成（特願平５−９５２７号）で所望の機能が発現し良好な成形品が得られるが、▲１▼２０％ガラス繊維入りＰＣや▲２▼ガラス繊維入りＰＢＴ等、高ＨＤＴ（熱変形温度）材料等を使用する場合は、低圧成形ではキャビティ側表面にもヒケが発生することがある。
【００２２】
また▲３▼一般汎用材料でも薄肉部（１．５ｍｍ厚さ）に形成されたボスやリブ（１．５ｍｍ）上に外面ヒケが発生する。
【００２３】
▲４▼製品厚みに対し局部的に薄く偏肉した部分の外面にムラが発生する等の問題がある。
【００２４】
この原因として、▲１▼は充填圧でキャビティ内圧が高まり、瞬時に始まる冷却収縮量が微少なためコア表面での樹脂の早期型離れが起こらず、むしろ断熱層のあるキヤビテイ側表面より早く固化するようになる。このような現象によりキャビティ側溶融樹脂の収縮補償が充分行われず、キャビティ側にヒケが発生する。
【００２５】
▲２▼のガラス繊維入り高ＨＤＴ材料は、無充填材料に比べて著しく高温で固化が始まるため、高温でキヤビテイ面での濡れ付着性が早く消失し、かつ固化時の収縮量が遙かに少ないためコア側での冷却鈍化が進まず、上記▲１▼と同様、キャビティ側にヒケが発生する。
【００２６】
▲３▼のリブ部外面ヒケは、薄肉による早期冷却に加え、放熱面積の広いＴ−字形コア形状に起因し、平坦なキャビティ側に比べ冷却が先行することが原因である。
【００２７】
また▲４▼の薄偏肉部は冷却進行が速いため他の部分と樹脂内圧が異なり、外面ムラが発生する。
【００２８】
（４）の熱可塑性樹脂の射出成形用金型は、前記（３）の金型における問題点を解決あるいは軽減するためのものである。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、本発明者らはウェルドマーク、フローマーク、ヒケ等のない美しい高度転写成形品を低圧で成形するための、新成形概念による一連の成形システム技術を開発し、その実用化を進めている。一方、射出成形の一般的傾向として最近は特に自動車部品を中心に、より軽量化と低コスト化のため薄肉化（例えば肉厚が１．５〜１．０ｍｍ程度のもの）が求められている。この環境下での第１の課題は薄肉成形品（１．５〜１．０ｍｍ厚み）内部に設けられたボス・リブに対応するキャビティ側外面上のヒケ・ムラが上記現状技術では解決できないこと、第２の課題は、薄肉で中型（Ａ−４サイズ）以上の成形品でサイドゲート等の場合（多点ピンゲートの適用不可の場合）、充填末端部とかキャビティ側外面の一部にヒケやムラやソリが発生しやすいことで、同じく未解決な問題点として残されている。
【００３０】
本発明者が今までに開発した一連の金型システムの要点は、キャビティ表面に断熱層を設けることにより熱慣性の小さいキャビティ型表面を形成し、充填樹脂の熱容量で瞬時にその型面を昇温させて成形不良を解消することにある。すなわち、キャビティ面の瞬時昇温によりウエルド、フローマークの解消とともにメルトの“ぬれ性”を発現させ、樹脂（メルト）がキャビティ面に付着している間に高温のコア側樹脂をキャビティ側に引き寄せ（移行させ）、キャビティ側の冷却収縮を補償しようとするもので、全体の収縮ヒケをコア側に集中させて表面にヒケのない美しい成形品を低圧射出で得ることを基本とし特徴としている（特開平６−２１８７６９号公報）。
【００３１】
次いで提供した金型（特開平８−２５４２８号公報）は、コア型に独立温調機構を設けてコア型温度を高温に設定し、充填樹脂のコア側温度をより高温に設定すること、およびコア型面に加圧空気を供給して樹脂をキャビティ側へ押し付けることの、両者の相乗効果を発現させたものである。同時に、キャビティ、コア両側への微妙な放熱バランスによって発生する重大欠陥“ソリ”の、ある程度のコントロールも可能となる。この相乗効果はコア側樹脂のキャビティ側への移行を促進させ、キャビティ側樹脂の冷却収縮に対する補償力を高めることができ、結果として特開平６−２１８７６９号公報に記載金型の性能を更に強化したシステムである、といえる。
【００３２】
両発明とも、高温のコア側樹脂をキャビティ側に移行させることによりキャビティ側樹脂の冷却収縮を補償し外表面のヒケを防止する成形システムであるため、型内樹脂の低圧充填は必須条件となる。
【００３３】
前記の未解決問題点については、その要因を次のように分析することができる。その第１は、一般に肉厚１．５ｍｍ程度を境に、この値以下では樹脂の充填抵抗が急激に増加することにある。すなわち薄肉品成形には高充填圧を要する。その結果、型内での大きな圧力勾配をもたらし、ソリが発生したり、メルトと型面との接触圧が高まって界面での放熱抵抗が低下し、早期冷却が起きる。このことは、従来の鋼材型では圧力不足によるヒケ・ソリ・ショートショット等が引き起こされ、また断熱キャビティ金型ではコア／キャビティ間の冷却差が大きくなり、ソリが助長される。いずれにしても極薄肉成形品では形状が大きくなる程、成形が困難になる。これら問題点の解決は「無塗装成形品」に繋がり、時代的要請の「成形品リサイクル化」達成のためにも重要課題である。
【００３４】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、極薄肉成形品（とりわけ１．５〜１．０ｍｍ）に設けられたボス・リブ等のヒケ・ムラ問題の解消と、Ａ−４サイズ以上の中型成形品でもソリ問題や成形サイクル時間等に悪影響を来たすことなく達成できる、熱可塑性樹脂射出成形型を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明者らが提供する成形システムの作動メカニズムは、キャビティ側充填樹脂を早期冷却させ、コア側メルトとの充分な温度差を保持することによりポリマー分子のブラウン運動にキャビティ側へのドライビングフォース（分子移行の方向性、または一方向拡散）を与え、キャビティ側樹脂の冷却収縮を補償するもので、この原理により、低圧で外表面ヒケやソリのない美しい成形品を得ることができる。したがって特別に構成された射出成形金型、および型機能を発揮させるための成形条件を要し、これらが同時に充足されてはじめて、その目的が達成され得る。
【００３６】
本発明による熱可塑性樹脂射出成形用金型は、キャビティ型と、コアプレートに断熱壁を介して嵌合された鉄材質から成るコア型、および該コア型に断熱壁を介して嵌合されたボスまたはリブ用の凹部を有する鉄またはニッケル材質等のコアピースとの間で形成されたキャビティ部とを有し、該コア型およびコアピースには加熱手段が設けられており、その他、射出成形用金型としての必要構造を有した金型と、その型機能を発揮させるための後述の成形条件と併せ、上記目的が達成できる。
【００３７】
その成形条件は、メルト移行を安定的に遂行するために必要なもので、安定的メルト移行の要因と施策は次のようになる。
【００３８】
１）両サイドの温度差がメルト移行のドライビングフォースとなるため、キャビティ側を低温にして可及的速やかにメルト両サイドに充分な温度差を発生させる。
【００３９】
２）メルト易動度を高めるため、樹脂温度と金型温度を高めに設定し、３）キャビティ内圧を低く保持する（低圧射出）。
【００４０】
４）キャビティ型面へのメルトのぬれ性を発現（樹脂の型面付着）させるとともに、コア側の高温メルトを吸引するため、型表面に薄肉ニッケル層を形成することにより高感度断熱キャビティを作製する。
【００４１】
５）断熱キャビティの場合、可及的速やかにメルト両サイドに充分な温度差を発生させるため、キャビティ型を高熱伝導金属で作製する。
【００４２】
６）メルトのコア側温度を高温にして放熱冷却を緩慢にするためと、メルト／コア間の早期型離れ促進手段、ならびにメルトの物理的移行力を高めるため、充填樹脂をコア型面より圧縮空気加圧する。
【００４３】
上記要因を基に、本構成の型機能を発揮させ目的を達成するための成形条件の確認実験を行なった。
表１に成形条件と成形品評価結果を示す。
【００４４】
【表１】
0004725906.tif 000002
目的達成金型による成形条件と効果の関係から、問題解決のメカニズムを説明する。
【００４５】
１）高圧成形条件はメルト移行を阻害し、メルトと型面が強く接触するため冷却が早まり、また高密度になるため収縮量が減少し、コア側メルトのヒケによる空気境膜が形成されない。コア面の空気境膜形成は両サイド温度差を充分大きくするための必要事項で、メルト移行の推進には必須の条件である。（条件１、３、５は不可）
断熱キャビティ、断熱コア使用時の各部表面温度プロフィルを図１（各部表面温度プロフィル）に示す。
【００４６】
図１によると、空気押しした場合、充填直後のコア側メルト温度が１６７℃を示し、空気押しのない場合に比べて２７℃高い。この理由として、充填メルトの早期型離れが起きるためと思われる。
【００４７】
２）ソリについてはキャビティ型、コア型が同温設定の場合、高圧条件下では均等に放熱するため発生しない。一方、低圧条件下ではコア側ヒケによる空気境膜が形成され、高温が保持される。したがって両サイド樹脂の温度差は大きくなる筈であるが、しかし実際は、図１に示すように、噴射空気流の放熱促進効果により成形品取出時の温度差は小さく、ソリ防止が達成される。（Ｎｏ．６合格）。
【００４８】
また、逆にキャビティ型／コア型間に温度差のある場合は、必ずソリが発生する。（Ｎｏ．３、４は不可）。
【００４９】
３）条件２は両型が同温設定で低圧射出条件の場合であるが、肉厚が薄い上にリブ部形状がＴ−字形であるため、コア側放熱面積がフラットなキャビティ面に比べて広く、冷却が早い。したがって、８０℃の型温では冷却を遅延させるまでには至らなかったものと思われる。空気押しを行なってもコア側樹脂にヒケが発生しないことが、この推察を支持する。（Ｎｏ．２は不可）。
【００５０】
４）Ｎｏ．６の成形条件とその効果から次のことが言える。
【００５１】
キャビティおよびコア両型を同温の８５℃に高温設定するとともに、リブピースは“ぬれ付着”現象が出現しない範囲内の上限温度に設定し、これに低圧射出条件を組合わせ、さらに空気押しによりメルトの早期型離れとキャビティ側へのメルト押付けを行なった場合、充填直後にメルト・コア面の充分なヒケ発生による空気断熱層（空気境膜）が形成され、初期の冷却遅延とメルト両サイド温度差３０℃が現出、メルト移行のための高いドライビングフォースがもたらされる。引き続く空気流の放熱効果により、最終的にはキャビティ側樹脂との温度差が無くなり、ソリのない成形品を取り出すことができる。（Ｎｏ．６合格）。
【００５２】
５）条件７：リブピースを１２０℃に設定し、他の条件はＮｏ．６と同様に設定した。その結果、リブ上のヒケ、ソリが発生し、全体のコア側のヒケはＮｏ．６と同様であったが、リブ部コア側にヒケの発生は無かった。このことはリブピース温度の上げ過ぎによる“ぬれ付着”が発生し、安定なメルト移行が起きなかったことを物語っている。
【００５３】
上記条件は前記「安定したメルト移行を達成する要因」のすべてに対応しており、本基本構成射出成形型[４）、５）は断熱キャビティ型での対応で、本基本構成鉄型には該当しない］と併せ、その機能を発揮させるための必須成形条件としての（保持圧力４００ｋｇ／ｃｍ2以下、保圧時間５秒以下）の低圧・短時間射出を実施することにより、本目的が達成され得る。
【００５４】
前記本発明による射出成形用金型の基本構成に加え、以下の項目は成形制約条件の緩和および目的の安定的達成に寄与するものである。
【００５５】
上記キャビティ型、コア型、あるいはコアピースについて下記の構成を有する各々より選択した１種あるいは２種以上を組合わせて実施するのが好ましい。
【００５６】
上記コアプレートとコア間、およびコア型とコアピース間の断熱壁は耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材料、あるいは空気断熱層等により形成される。
【００５７】
上記キャビティ型の表面に断熱層が設けられているのが好ましい。
【００５８】
上記キャビティ型表面の断熱層上に、さらに金属層が設けられているのが好ましい。
【００５９】
上記キャビティ型上の断熱層が耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材料、ガラス、セラミック、および琺瑯から成る群から選択された１種または多種から成り、その熱伝導率は０．０５ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚さは０．００１〜２ｍｍであるのが好ましい。
【００６０】
上記キャビティ型上の断熱層が厚さ０．１〜２ｍｍの耐熱プラスチックまたは耐熱プラスチック複合材料から成り、その表面に０．００１〜０．３ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００６１】
上記のキャビティ型が鉄、ニッケル材等より熱伝導性の良好なＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ材等で作製されるのが好ましい。
【００６２】
上記コア型およびコアピース型の表面に、フッ素樹脂、フッ素樹脂複合材料、シリコーン系樹脂、シリコーン系複合材料、およびフッ素樹脂分散ニッケルめっきから成る群から選択された１種、あるいはそれ以上から成る離型層が設けられているのが好ましく、さらに上記離型層の厚さが０．０１〜０．１ｍｍであるのが好ましい。
【００６３】
上記コア型およびコアピース表面の一部または全面に断熱層が厚さ０．３〜２．０ｍｍの耐熱性プラスチックまたは耐熱性プラスチック複合材料から成り、その表面に０．１〜０．５ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００６４】
上記コア型およびコアピースの材質をＳＵＳ、Ｔｉ、あるいはＴｉ合金等の鉄材より熱伝導率の低い鋼材で製作されるのが好ましい。
【００６５】
上記コア型およびコアピースの全体または一部が多孔性金属材料で形成されるか、あるいはその内部を通ってキャビティ内に圧縮気体を供給する供給口が型表面に設置されているのが好ましい。
【００６６】
上記圧縮気体供給口が設置されたコアピースのパーティング面外周にシャープエッジを有する微細溝がループ状に一重または多重に掘削されているのが好ましい。
【００６７】
上記コア型面に、ゲートに繋がった深さ２ｍｍ以下、幅３〜１０ｍｍの圧力伝達用リブ溝を掘削し、コア面に、例えば格子状にバランスよく配置するのが好ましい。
【００６８】
上記の該射出成形金型を用い、該金型キャビティ部に熱可塑性樹脂を極低圧短時間射出するが好ましい。
【００６９】
上記の射出成形型キャビティのコア型面に常温の低圧圧縮空気を導入し熱可塑性樹脂を射出することが好ましい。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７１】
本発明の熱可塑性樹脂射出成形用金型は、図２および図３に示すように、キャビティプレート１２と、該キャビティプレート１２に嵌合されたキャビティ型２と、コアプレート１３と、該コアプレート１３に嵌合されたコア型８と、該コア型８に嵌合されたコアピース３１と、該キャビティ型２と該コア型８及びコアピース３１との間で形成された、溶融樹脂が充填されるキャビティ部５と、受け板１１とを有する。
【００７２】
なお、図中６はスプルー、９，１９は取付け板、１０はノズルタッチ部、１４はコア型８に設けられたリブ溝、１５は突出ピンである。
【００７３】
射出成形機から射出された溶融樹脂は、ノズルタッチ部１０よりスプルー６を通ってダイレクトにキャビティ部５に充填されるように構成されている。
【００７４】
上記キャビティ型２の表面に設けられた断熱層の熱伝導率は低い程良く、好ましくは９×１０-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下がよい。
【００７５】
断熱層は耐熱性プラスチック、耐熱性プラスチック複合材料、あるいはジルコニア、ガラス、ホーロー等で形成することができ、成形品に表面光沢を要するものには後者の無機材料がよい。
【００７６】
耐熱性プラスチックまたは耐熱性プラスチック複合材料で断熱層が形成される場合、その断熱層の厚さは０．３〜２．０ｍｍが好ましく、その表面に０．０１〜０．３ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００７７】
本発明による熱可塑性樹脂射出成形用金型は、キャビティ型と、コアプレートに嵌合されたコア型、および該コア型に嵌合されたボスまたはリブ用の凹部を有するコアピースとの間で形成されたキャビティ部と、その他、射出成形用金型としての必要構造を有し、さらに樹脂充填時、コア型面およびコアピースの凹部型状表面に形成された気体供給口より圧縮気体を供給し、圧縮気体の圧力によって溶融樹脂をキャビティ側に押し付けると共にコアピース側成形品表面またはコア型側成形品表面にヒケを発生させ、コア型／樹脂界面に空気境膜を形成させるものである。
【００７８】
上記鋼材により作製されたキャビティ型に対して、コア型温度をやや高めに設定することにより、コア側に早期型離れの契機が生まれ、加速度的に成長し、キャビティ側とコア側の樹脂層に温度勾配が付くので、冷却固化が速く進行するキャビティ側の収縮に対して、遅く進行する高温コア側から溶融樹脂が移動して補償が行われる。
【００７９】
上記構成の鋼材により作製されたキャビティ型およびコア型の温度はやや高めに設定することが好ましい。型内に充填された溶融樹脂は型表面と接し、冷却固化がやや速く進行するキャビティ側とやや遅く進行するコア側の収縮差が相乗的にコア側に現れ、更に増長して樹脂の型離れが発生するが、この速度が大変重要である。型離れした樹脂のコア側表面ピーク温度は、１４０℃位に達し、このキャビティ型側との温度差が、ドライビングホースとなり、分子の移行による収縮補償が行われる。
【００８０】
エアー押しの場合、コア型面での早期離型れを実現し、ピーク温度は１６０℃以上に達しエアー圧との相乗効果で安定した収縮補償が行われる。この補償がキャビティ側のヒケを解消する。この補償力は、両面の温度差とコア側樹脂の易動度で決まる。
【００８１】
すなわち、温度差が大きいほど好ましいが、３０℃以上の温度差になると、成形品の反り、変形が大きく発生するため実用的に制約される。
【００８２】
しかし、実用上許容可能な温度差では、先行冷却部の収縮補償が不十分で、ボス、リブ上にヒケが発生することが多い。この解決策として、リブ部をコア型から断熱した”コアピース”とし、ヒータ等の独立加熱手段４３を設けてより高温に設定する。このように、リブ部を局部加熱することにより、反り変形、成形サイクル長時間化なしにリブ上にヒケのない成形品を得ることができる。
【００８３】
キャビティ型は、通常の鋼材にて作製されたキャビティ型に比して、キャビティ型表面に断熱層が形成され、場合によっては、該断熱層上にさらに、薄肉金属層が形成された断熱キャビティの使用はさらに好ましい。
【００８４】
断熱層は、耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材、ガラス、セラミック、および琺瑯からなる群から選択された一種からなり、その熱伝導率は、０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚さは０．００１〜２．０ｍｍであり、表面金属層の厚さは０．００１〜０．３ｍｍが好ましい。
【００８５】
上記断熱キャビティ型の場合、型表面は充填溶融樹脂の熱量により瞬時に昇温して該溶融樹脂との濡れ性が発現し、樹脂はキャビティ型表面に付着する。キャビティ型側の冷却収縮に対しコア側からの材料補給をより促進するため、キャビティ型側のヒケが防止され易い。また、型表面の瞬時の昇温により充填時固化層の発生が遅延するため、ウエルドマークやフローマークのない美しい外観を持つ成形品が得られる。
【００８６】
コアプレートに嵌合されたコア型には、ヒータ等の加熱手段が設置され、また嵌合面には断熱層が設けられてコア型の温度調節が容易になっている。断熱層としては、プラスチック、セラミック、あるいは空気間隙等が利用できる。この断熱層はキャビティプレートおよびコアプレートの摺動部の温度差を僅少化し、摺動を容易にする。金属層厚さは、樹脂充填時の表面温度を決定し、断熱層の熱伝導率および厚さは除冷の程度を決める。
【００８７】
上記断熱キャビティ金型のキャビティ部に、溶融樹脂を充填した場合、樹脂は所定の温度範囲で濡れ性を発現して型表面に付着状態になる。このように、充填後冷却処理においては、キャビティ型側が型面に付着しているので、コア側からの溶融樹脂の移動が容易に行われ、低圧成形条件下で、ヒケ、ウエルドマーク、フローマーク等のない美しい外観を有する成形品が得られる。
【００８８】
上記キャビティと前記各種コアを組み合わせることにより、リブ等の局部肉厚を含んだ成形品前面に低圧成形条件下で安定して、ヒケ、ウエルドマーク、フローマークのない美しい成形品が得られる。
【００８９】
以下に、さらに詳細に本発明の要部を説明する。
【００９０】
図３に示すように、コアピース３１の底部には凹部１４が設けられ、この凹部１４によって成形品の裏面側にてボスまたはリブ等が形成される。このボスまたはリブが形成される部分の肉厚は他の部分に比べて厚くなっており、従って、この肉厚部における成形品の表面（キャビティ型２側に形成される）の外観不良が、従来金型では難しいものであった。凹部１４の形状は任意であり、リブを形成する場合、通常は成形品を補強するために溝状に形成され、成形品の裏面側にて対角線状等に複数の凹部１４が形成される（図４）。上記ゲート部の先端部はこの凹部１４に位置しているのが好ましく、ゲートからキャビティ部５内へ供給された溶融樹脂は凹部１４に沿ってキャビティ部５内へ充填され、その後比較的薄肉を形成するキャビティ部５へ充填される。
【００９１】
上記コア型８は第３の断熱層４１を介して上記コアプレート１３に嵌合されている。つまり、第３断熱層４１はコア型８の周囲前面に設けられ、コア型８とコアプレート１３との間およびコア型８と受け板との間を断熱している。
【００９２】
第３断熱層４１は、例えば、以下のようにして形成することができる。
【００９３】
コアプレート１３及び受け板と接するコア型８の外周部に、厚み２mm〜５mmの樹脂含浸ガラスクロス断熱板をビスにて張り付ける。また、コア型８の外周に細いリブを残して肉ぬすみをし、空気断熱層を形成してもよい。また、第３断熱層４１はコア型８全体のみならず、キャビティ部５を形成するコア型８の一部でもよい。詳細は、特開平８−２５４２８号公報に開示されている。
【００９４】
このコア型８内には、ヒータ等の加熱手段が配置されている。具体的には、ヒータ挿入用孔をコア型８を設け、この孔にヒータを挿入してもよい（シースヒータとも呼ばれる）。
【００９５】
また、上記コアピース３１もコア型８に対して断熱嵌合されている。つまり、コア型８に凹所が形成され、第１の断熱層４２を介してコアピース３１が嵌合されている。コアピース３１内にもヒータ等の加熱手段が、上記コア型８の場合と同様に配置されている。従って、コア型８及びコアピース３１を独立操作して温調することができる。上記コアプレート１３とコア型８との間に配置される第３断熱層４１、およびコア型８とコアピース３１との間に配置される第１断熱層４２としては、プラスチック、セラミックあるいは空気間隙から形成することができる。
【００９６】
コア型８の表面には離型層を形成するのがよく、そのような離型層としては、フッ素系樹脂コーティング、フッ素系複合樹脂コーティング、シリコン系複合樹脂コーティング、フッ素樹脂分散ニッケルメッキ等が利用できる。コア型８の金属材料としては、一般の鋼材に比べて熱伝導率の低いステンレス材、チタン材等を使用することもできる。
【００９７】
該コア型８およびコアピース３１には、該キャビティ部５内へ向けて圧縮気体を供給し得る気体供給口２４が形成されている。コア型８およびコアピース３１を、連続する通気孔を有するポーラス鋼などの多孔性部材で形成し、このコア型８の裏面側に気体導入部を形成し、コア型８およびコアピース３１を通して空気などの気体をキャビティ部５内へ均一に圧送するようにしてもよい。
【００９８】
また、上記コア型８と突出ピン１５との間に空気が流通可能な小間隙を形成し、コア型８の背面側に形成した空気供給部２４から小間隙を通して空気をキャビティ部５内へ圧送するようにしてもよい。
【００９９】
コアプレート１３、コア型８およびコアピース３１における設定温度は、それぞれ以下の設定温度が好ましい。
【０１００】
コア型８の温度は、コアプレートよりやや高く設定する。コアピース３１の温度はコアプレートより３０℃〜５０℃高く設定する。
【０１０１】
このような構成金型による射出成形では、樹脂の射出充填完了と同時にコンプレッサーから圧縮空気等を送ることで、溶融充填樹脂をコア側よりキャビテイ型面へ均一に押し付けることができる。このことは、キャビティ側での密着機能とコア側での離型の断熱機能を物理的に付加することになり、従来に比してさらに低圧で転写性のよい成形が安定して行える。
【０１０２】
【発明の効果】
発明によれば、薄肉部のボス、リブ部上にも低圧成形でヒケの発生しない、かつ反りの発生しない成形品を提供することができる。
【０１０３】
特に、上記のようなキャビティ型およびコア型を組み合わせた金型構成とすることにより、通常型による従来の高圧条件に比べ比較的低圧で（従来の６０％以下）ヒケ、フローマーク、ウエルドマーク、ソリ等のないキャビティ型面をよく転写した美しい外観をもった成形品が、汎用樹脂から、高粘度、高耐熱、及びガラス繊維入り樹脂まで、成形機の多段射出圧力制御、速度制御等の必要もなく一速一圧条件で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】断熱キャビティ、断熱コア使用時の各部表面温度プロフィルを示す図である。
【図２】本発明の射出成形用金型の一例を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す射出成形用金型の要部拡大図である。
【図４】コアブロックに設けた圧リーダーリブ用溝の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
２    キャビティ型
５    キャビティ部
８    コア型
１３  コアプレート
１４  凹部
２４  気体供給口
３１  コアピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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