(57)【要約】【課題】設計の自由度が高く、外観の良好な成形品を得られるガス射出成型用の金型、この金型を備えた射出成形装置、およびこの金型を用いた射出成型方法を提供すること。【解決手段】ランナー部２３の両端に流出空間２６を形成する。溶融樹脂を金型２内に射出する場合にはシャットオフバルブ２８を閉め、ガス注入時には開放する。ランナー部２３の余剰樹脂が流出空間２６に収納されるので、ガスチャンネル２９を成形品部２２に形成することなく、ランナー部２３のみに形成でき、成形品の外観を良好にできる。また、ランナー部２３全体にわたって良好かつ容易にガスチャンネル２９を形成でき、金型の設計の自由度を高くできる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂が注入されて成形品が形成される成形品部と、
この成形品部に連続して形成されて溶融樹脂を前記成形品部に導入するとともに、ガスの注入によって中空部を形成可能に設けられたランナー部と、
前記ランナー部に連通し、ガスの注入によって前記ランナー部から流出した溶融樹脂を収納する流出空間と、
この流出空間と前記ランナー部とを連通し、その流路が開閉可能に設けられた連通路とを備えた
ことを特徴とする金型。
【請求項２】
請求項１に記載の金型において、
前記ランナー部と前記成形品部とは、多点ゲートまたはフィルムゲートで連結されている
ことを特徴とする金型。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の金型において、
前記流出空間は、前記ランナー部の端部に形成されている
ことを特徴とする金型。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の金型を備えたことを特徴とする射出成形装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の金型を用いて射出成形品を成形する射出成形方法であって、
予め前記連通路が閉じられた状態で、前記ランナー部および前記成形品部に溶融樹脂を注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂注入工程と同時または前記樹脂注入工程から所定時間経過後に、前記ランナー部にガスを注入して前記ランナー部に中空部を形成するガス注入工程と、
前記ガス注入工程開始と同時または前記ガス注入工程開始から所定時間経過後に、前記連通路を開いて余剰樹脂を前記流出空間に収納する流出空間開放工程と、
前記流出空間開放工程の後、前記中空部のガス圧を所定圧力に保持して前記溶融樹脂を固化させる樹脂固化工程とを備えた
ことを特徴とする射出成型方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形に用いる金型に関し、特に、溶融樹脂と共にガスを注入して保圧しながら溶融樹脂を固化させるガス注入射出成形に用いる金型、この金型を備えた射出成形装置、およびこの金型を用いた射出成型方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、射出成形においては、溶融樹脂と共にガスを注入して金型内に中空部、いわゆるガスチャンネルを形成し、このガスチャンネル内のガスを所定圧力に保持しながら成形品を冷却、成形するガス注入射出成形方法がある。この方法によれば、ガスチャンネル内の圧力を保持することで溶融樹脂が金型に押し付けられた状態で冷却するので、冷却効率が向上すると共に、成形時における成形品のひけなどの発生が防止される。
【０００３】
このようなガス注入射出成形方法としては、成形品の厚肉部分に均一にガスチャンネルを形成するために、金型の当該厚肉部分の端部に該当する部分に空間部を形成し、この空間部に余剰樹脂を流出させる方法や（例えば特許文献１）、成形品外部のランナー部分にガスチャンネルを形成する方法（例えば特許文献２）などが知られている。
特許文献１では、金型中の余った樹脂が空間部に流れることで、厚肉部分の樹脂量が調整され、大きな成形品であってもガスチャンネルが厚肉部分に確実かつ均一に形成される。
また、特許文献２では、ガスチャンネルを成形品部分に設けず、成形品外部に設けるので、成形品の表面品質を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７７７５９５号  （第２，３頁、第２図）
【特許文献２】
特許第３０３０３８４号  （第４頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、成形品の厚肉部分にガスチャンネルが形成されるため、当該厚肉部分の表面品質を向上させることができず、光沢ムラを解消するのは困難である。
また、特許文献２では、溶融樹脂にガスを注入する際に、成形品の形状、樹脂の流動状態によっては、成形品側にガスがリークし、成形品の表面に凹凸を生じ外観不良を起こしたり、強度低下を招くことがある。また、この方法では、ガスチャンネルを均一に形成するためには長いランナーを使用できないなど、適用できるランナーの寸法やゲートの形状に制限があり、設計の自由度が低い。
【０００６】
本発明の目的は、設計の自由度が高く、外観の良好な成形品を得られるガス射出成型用の金型、この金型を備えた射出成形装置、およびこの金型を用いた射出成型方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の金型は、樹脂が注入されて成形品が形成される成形品部と、この成形品部に連続して形成され溶融樹脂を成形品部に導入するとともに、ガスの注入によって中空部を形成可能に設けられたランナー部と、前記ランナー部に連通し、ガスの注入によってランナー部から流出した溶融樹脂を収納する流出空間と、この流出空間とランナー部とを連通し、その流路が開閉可能に設けられた連通路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成の本発明では、成形品部およびランナー部に溶融樹脂を導入し、ランナー部にガスを注入すると、ランナー部に中空部が形成される。この時、連通路の流路を開放するとガスの圧力によりランナー部の余剰樹脂が流出空間に収納され、ガスがランナー部のすみずみまでいきわたり、ランナー部に確実かつ均一に中空部が形成される。これにより、ランナー部の寸法や溶融樹脂の導入部分の形状などに大きく左右されることなく中空部を均一に形成することが可能となり、金型の設計自由度が高くなる。
また、余剰樹脂が流出空間に収納されることにより、ガスがランナー部のみに注入され、成形品部へのリークが防止されるので、成形品の外観が良好となるとともに、成形品部における成形品の必要強度が確保される。
【０００９】
本発明では、ランナー部と成形品部とは、多点ゲートまたはフィルムゲートで連結されていることが望ましい。
この構成の本発明では、ランナー部および成形品部が多点ゲートまたはフィルムゲートで連結されているので、ランナー部に注入された溶融樹脂がより均一に成形品部に導入される。したがって、ランナー部に中空部を形成する際にも、ガスによる圧力が成形品部に導入された溶融樹脂に均一にかかり、寸法精度が向上する。
【００１０】
本発明では、流出空間は、ランナー部の端部に形成されていることが望ましい。
この構成の本発明では、流出空間がランナー部の端部に形成されているので、ガスを注入する際に余剰樹脂が効率よく流出空間に収納され、中空部がより均一に形成される。これにより、ガスの圧力が成形品部により均一に分布し、寸法精度が向上する。特に、例えば樹脂やガスの射出口がランナー部の一端側に設けられている場合では、流出空間をランナー部の他端側に設ければ、余剰樹脂がスムーズに流出空間に流れ、中空部がランナー部の全体にわたって良好かつ均一に形成される。
【００１１】
本発明の射出成形装置は、前述の金型を備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、射出成形装置が前述の金型を備えているので、前述と同様の効果を奏し、設計自由度が高く、外観が良好な成形品が成形される。
【００１２】
本発明の射出成型方法は、前述の金型を用いて射出成形品を成形する射出成形方法であって、予め連通路が閉じられた状態で、ランナー部および成形品部に溶融樹脂を注入する樹脂注入工程と、樹脂注入工程と同時または樹脂注入工程から所定時間経過後に、ランナー部にガスを注入してランナー部に中空部を形成するガス注入工程と、ガス注入工程開始と同時またはガス注入工程開始から所定時間経過後に、連通路を開いて余剰樹脂を流出空間に収納する流出空間開放工程と、流出空間開放工程の後、中空部のガス圧を所定圧力に保持して溶融樹脂を固化させる樹脂固化工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この方法の本発明では、樹脂注入工程によって、ランナー部及び成形品部に溶融樹脂が注入されるが、この時連通路は閉じられているので、流出空間には溶融樹脂は流出しない。したがって、余剰樹脂を収納する空間が確保可能となる。
次にガス注入工程において、ランナー部にガスが注入されると、当該ランナー部に中空部が形成される。そして、流出空間開放工程において、連通路が開放されると、ランナー部に注入されたガスによって押し出された余剰樹脂が連通路を通って流出空間に収納される。余剰樹脂を流出空間に収納するので、ランナー部に中空部が全体にわたって均一かつ確実に形成される。これにより、ランナー部から成形品部にガスが流れ込むのが防止され、成形品の成形が確実となり、表面品質が安定して外観が良好となる。
樹脂固化工程において、中空部のガス圧を所定圧力に保持するので、成形品部に導入された溶融樹脂が良好に金型に密着して冷却され、成形品のひけや変形が防止されて形状品質が安定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態にかかる射出成形装置１の要部が示されている。この図１において、射出成形装置１は、金型２と、この金型２に溶融樹脂を射出する射出装置３と、金型２に加圧ガスを供給するガス供給装置４とを備えている。
【００１５】
金型２は、上型２Ａと下型２Ｂとを備え、図示しない型締装置によって互いに型締めされて固定されている。上型２Ａおよび下型２Ｂには、キャビティ２１が形成されている。キャビティ２１は、成形品の形状に形成された成形品部２２と、成形品部２２に溶融樹脂を導入するランナー部２３とを備えている。成形品部２２は、本実施形態では図２にも示されるように、略平板状に形成され、長辺に平行に棒状のランナー部２３が形成されている。ランナー部２３と成形品部２２とは、それぞれの長さ方向に沿った一辺がほぼ全長にわたって連通されるフィルムゲート２４で連結されている。ランナー部２３の長さ方向略中央にはスプル２５が形成されており、このスプル２５から射出装置３によって溶融樹脂がキャビティ２１に導入可能となっている。
【００１６】
ランナー部２３の長さ方向両側には余剰樹脂を収納する流出空間２６が形成されている。これら両側の流出空間２６とランナー部２３の両端部とはそれぞれ連通路２７で連通されており、これらの連通路２７には、連通路２７を開閉可能なシャットオフバルブ（開閉弁）２８がそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
図１に戻って、射出装置３は、筒状のバレル３１と、このバレル３１の内部で溶融樹脂を混練するスクリュ３２とを備えている。バレル３１の先端には、金型に接続されるノズル３３が設けられている。
ガス供給装置４は、射出装置３のノズル３３先端近傍に連通して、同じノズル３３からガスを射出可能に構成されており、図示しないボンベからの窒素ガス等を圧縮してノズル３３に供給可能となっている。また、ガス供給装置４は、ガスの供給圧力や供給タイミングを制御する図示しない制御手段を備えている。
【００１８】
このような射出成形装置１を用いて成形品を製造する場合には以下のような方法によって製造する。
（樹脂注入工程）
図３には成形品の製造工程のフローチャートが示されている。まず、金型２を射出成形装置１に設置し、射出装置３のノズル３３と金型２のスプル２５を連通させる。そして、図３のステップ１（以下、ステップをＳと略す）に示されるように、シャットオフバルブ２８が両方とも閉まっていることを確認する。
次に、射出装置３のノズル３３から所定の圧力で溶融樹脂をキャビティ２１に注入する（Ｓ２）。溶融樹脂は、図４（Ａ）に示されるように、スプル２５からランナー部２３を通って、ランナー部２３および成形品部２２のほぼ全域に導入される。
ここで、溶融樹脂の射出圧は、溶融樹脂に過大なせん断応力がかからないように予め適宜設定しておく。なお、溶融樹脂の射出量や射出圧などは、成形品部２２の寸法、形状や、ランナー部２３の寸法、形状、配置などによって予め適宜設定される。この際、溶融樹脂は必ずしも成形品部２２やランナー部２３の全部に行き渡っていなくてもよい。
【００１９】
（ガス注入工程）
ガス供給装置４によってノズル３３から所定圧力に調整された窒素ガス等のガスをランナー部２３に注入する（Ｓ３）。すると、ランナー部２３には図４（Ｂ）に示されるようにスプル２５周囲にガスによるガスチャンネル（中空部）２９が形成され始める。これによりランナー部２３の溶融樹脂がランナー部２３両側に押し出され、また成形品部２２ではガス圧がかかることによって溶融樹脂が成形品部２２の面に押し付けられて密着する。
【００２０】
（流出空間開放工程）
ガス注入工程のガス注入開始タイミングと同時、またはガス注入開始タイミングから所定時間経過後に、シャットオフバルブ２８を開く（Ｓ４）。この時ガス供給装置４によるガス注入は継続して行われているので、ガスの圧力で押圧された余剰樹脂およびガスは、ランナー部２３から連通路２７を通って流出空間２６に収納される（Ｓ５）。これにより、図４（Ｃ）に示されるように、ガスチャンネル２９がランナー部２３のほぼ全長にわたって筒状に、ほぼ均一に形成される。
【００２１】
（樹脂固化工程）
ガスチャンネル２９がランナー部２３のほぼ全体に均一に形成された状態で、ガス圧を所定圧力に所定時間保持して冷却を行う（Ｓ６）。ガス圧を保持することにより、冷却中も溶融樹脂が成形品部２２およびランナー部２３の面に押し付けられて密着する。この樹脂固化工程により、ランナー部２３および成形品部２２の溶融樹脂が冷却固化し、溶融樹脂がキャビティ２１の形状に成形される。この時溶融樹脂が金型２の内面に密着して所定圧力で押し付けられるので、成形品のひけや変形などが防止される。
【００２２】
ガス供給装置４によって、ランナー部２３内に保圧されたガスの脱圧を行う（Ｓ７）。その後、金型２を分解し、成形品部２２およびランナー部２３からランナーが一体成形された成形品を取り外し（Ｓ８）、ランナーを除去して（Ｓ９）、所望の成形品を得る。
【００２３】
このような射出成形装置１によれば、以下のような効果が得られる。
（１）  ガスチャンネル２９をランナー部２３に形成するので、溶融樹脂を成形品部２２およびランナー部２３に押し付けて密着させることができ、成形品のひけや変形を防止できる。また、この時、ガスチャンネル２９が成形品部２２の外部であるランナー部２３のみに形成されるので、成形品部２２に形成された成形品の表面品質を向上させることができ、成形品の外観を向上させることができる。
【００２４】
（２）  流出空間２６に余剰樹脂およびガスを収納するので、溶融樹脂やガスの過剰供給などによってもガスが成形品部２２に入り込むといった不都合がなく、ガスチャンネル２９をランナー部２３のみに確実にかつ均一に形成できる。これによっても成形品の表面品質を向上させることができる。
さらに、余剰樹脂を流出空間２６に収納できるので、射出装置３による樹脂の射出量や、ガス供給装置４によるガスの供給量、射出圧などの許容制御幅を大きく取ることができ、したがって、樹脂の射出やガスの供給、保圧などの制御を簡単にできる。
【００２５】
（３）  ランナー部２３および成形品部２２が、フィルムゲート２４で連結されているので、ランナー部２３からの溶融樹脂を、成形品部２２の長さ方向全体にわたって容易に導入でき、溶融樹脂の射出圧を低減することができる。これによっても、成形品の表面品質を向上させることができる。また、ガスチャンネル２９を形成して保圧する際にも、フィルムゲート２４から成形品部２２の長さ方向全体にわたって均一に圧力を付加することができ、成形品の寸法精度を向上させることができる。
【００２６】
（４）  流出空間２６が、ランナー部２３の両端に二箇所設けられ、スプル２５がランナー部２３の略中央に設けられているので、ノズル３３からガスを注入した際、ガスがランナー部２３の中央から両端に向かって流れるとともに、余剰樹脂も中央から端部に向かって流れ、ランナー部２３両端に設けられた流出空間２６に収納される。流出空間２６がランナー部２３の端部に設けられているので、ガスが余剰樹脂を押出ながらランナー部２３の全長にわたって流通できる。したがって、ガスをランナー部２３の端部まで行き渡らせることができ、良好かつ均一なガスチャンネル２９を形成することができる。
【００２７】
（５）  溶融樹脂をキャビティ２１内に導入するノズル３３と、ガスをキャビティ２１内に導入するノズル３３が共通なので、金型２の構造を簡略化することができ、金型２の製造コストを削減できる。また、スプル２５がランナー部２３の略中央に、つまり成形品部２２の長さ方向略中央に配置されているので、溶融樹脂をノズル３３からランナー部２３および成形品部２２の全体に良好かつ簡単に行き渡らせることができる。
【００２８】
（６）  通常、ガスチャンネルが形成される部分はガスチャンネル用の空間を確保するため厚肉部となっており、したがって当該厚肉部では冷却効率が低下する。しかしながら、本実施形態においては、ガスチャンネル２９がランナー部２３に形成されるので、樹脂固化工程においてランナー部２３の樹脂が完全に固化していなくても、成形品部２２の樹脂が固化していれば、ランナーを切り離すことによって良好な成形品を得ることができる。したがって、樹脂固化工程における溶融樹脂の冷却サイクルを短縮することができ、製品のサイクル効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、ガス射出口と溶融樹脂の射出口とは共通であったが、これに限らず、別々に設けられていてもよい。また、ガスおよび溶融樹脂の射出口は、それぞれランナー部の長さ方向略中央に限らず、成形品部の形状や寸法などを勘案して適宜設定できる。
【００３０】
ランナー部と成形品部との連結は、前述の実施形態のようなフィルムゲートに限らず、例えばランナー部および成形品部の間に多数の連結路を設けた、いわゆる多点ゲートであってもよく、あるいは他の任意の構造のものであってもよい。
【００３１】
流出空間は、ランナー部の両端に設けられているものに限らず、例えばランナー部の一端のみに設けられているものであってもよく、ランナー部の途中に設けられているものであってもよい。また、流出空間の設置数や寸法（容積）、形状などは、キャビティの形状、寸法や、溶融樹脂およびガスの射出量などを勘案して適宜設定できる。
【００３２】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００３３】
【実施例】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
（実施例）
図５に示されるように、ランナー部２３の一方の端部側に流出空間２６を設けてこの流出空間２６とランナー部２３とを連通する連通路２７にシャットオフバルブ２８を取り付けた。またランナー部２３の他方の端部側にガス注入ピン３３１を設けた。スプル２５は前述の実施形態と同様に、ランナー部２３の略中央に配置されている。
金型２の成形品部２２の寸法は  ６００ｍｍｘ２５０ｍｍｘ３ｍｍであり、使用した樹脂はポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰ）である。成形時（溶融樹脂射出時）の樹脂温度を２００℃とし、金型温度を４０℃とした。ガス注入開始のタイミングは、樹脂充填完了直後として、圧力７ＭＰａのガスを２秒間注入した。シャットオフバルブ２８の開放タイミングは、ガス注入開始と同時に行い、ガス注入後、ガス圧力を１５秒間保持して成形品を冷却した。
【００３４】
この図５に示されるように、ガス注入によって余剰樹脂は流出空間２６に収納され、ガスチャンネル２９は、ランナー部２３のみに、ほぼ均一に形成されていた。したがって、ランナーを除去した成形品は、光沢むらのない外観の優れた成形品となった。
【００３５】
（比較例１）
図６に示されるように、キャビティ２１は成形品部２２の一部に厚肉部２２１を有し、この厚肉部２２１にガスチャンネル２９を形成した。ランナー部２３の一端は、厚肉部２２１の一端に連結され、またガス注入ピン３３１も厚肉部２２１の一端側に設けた。流出空間２６は、厚肉部２２１においてランナー部２３が設けられた側とは反対側の端部に連通路２７で連通しており、この連通路２７にはシャットオフバルブ２８が取り付けられている。その他の条件は実施例と同じである。
【００３６】
この図６に示されるように、流出空間２６に余剰樹脂が収納されることで厚肉部２２１にガスチャンネル２９が形成されたものの、厚肉部２２１の成形品表面２２１Ａには光沢むらが発生し、良好な外観の成形品を得ることができなかった。
【００３７】
（比較例２）
図７に示されるように、成形品部２２の外側に実施例と同様にランナー部２３を設けてランナー部２３にガスチャンネル２９を形成した。実施例とは異なり、流出空間２６は設けていない。その他の条件は実施例と同じである。
この図７に示されるように、ランナー部２３に流出空間２６が設けられていないため、ガスチャンネル２９が成形品部２２にまで形成され、ガスチャンネル２９が形成された部分の表面に凹凸が発生してしまい、良好な外観の成形品を得ることができなかった。また、ガスチャンネル２９が形成された部分では強度低下が見られた。
このように、流出空間２６が設けられていない場合には、ランナー部２３のみにガスチャンネル２９を形成するには、ガスの注入量や注入圧の厳密な微調整が必要であることがわかる。
【００３８】
（実施例および比較例１，２の実験結果の結果比較）
実施例と比較例１，２を比較しても、実施例では外観が良好でガスチャンネル２９が成形品部２２に形成されずに良好な強度を確保できる成形品が成形できるのに対し、比較例１，２では、外観を良好にすることができないことがわかった。
以上より、ガスの注入量などの厳密な制御が必要ないため、金型の設計の自由度を高くでき、外観の良好な成形品を得ることができるという本発明の効果を確認することができた。
【００３９】
【発明の効果】
このような本発明によれば、金型に流出空間を設けてランナー部からの余剰樹脂を収納するように構成したので、ガスをランナー部に注入した際にランナー部のみに中空部が形成され、成形品部の外観を良好にできるという効果がある。また、流出空間に余剰樹脂や余剰ガスを収納可能なので、溶融樹脂やガスの射出量などの制御可能範囲を広くすることができ、金型の設計の自由度を高くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる射出成形装置の要部を示す概略図。
【図２】金型に形成されたキャビティ形状を示す図。
【図３】成形品の製造工程を示すフローチャート。
【図４】成形品の製造工程を示す図。
【図５】本発明の実施例の実験結果を示す図。
【図６】比較例の実験結果を示す図。
【図７】別の比較例の実験結果を示す図。
【符号の説明】
１      射出成形装置
２      金型
３      射出装置
４      ガス供給装置
２２    成形品部
２３    ランナー部
２４    フィルムゲート
２６    流出空間
２８    シャットオフバルブ（開閉弁）
２７    連通路
【図１】
2005022288.tif 000003
【図２】
2005022288.tif 000004
【図３】
2005022288.tif 000005
【図４】
2005022288.tif 000006
【図５】
2005022288.tif 000007
【図６】
2005022288.tif 000008
【図７】
2005022288.tif 000009