(57)【要約】 【課題】  サブマリンゲートを構成する傾斜した先細りのランナを成形するための金型を金属積層造形法で形成する場合には、ランナの方向が積層方向に対して傾斜しているため、ランナに残るプラスチック部材に積層方向に直角な角ができる。この角がランナの傾斜した先細りの内面よりも突出して引っかかるので、プラスチック部材をランナから取り出すことが困難であった。【解決手段】  雌金型３とパーティング面４において接するとともに、雌金型３との間に溶融材料６が満たされる所定の空洞５を形成し、空洞５に連なり溶融材料６を導く注入ボス穴２Ａを有する雄金型２において、パーティング面４に対して傾斜した先細りの先端が注入ボス穴２Ａに連なり溶融材料６を導くランナ２Ｃを有し、ランナ２Ｃにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部２Ｆを備えたことを特徴とする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雌金型とパーティング面において接するとともに、前記雌金型との間に溶融材料が満たされる所定の空洞を形成し、該空洞に連なり前記溶融材料を導く注入ボス穴を有する雄金型において、前記パーティング面に対して傾斜した先細りの先端が前記注入ボス穴に連なり前記溶融材料を導くランナを有し、該ランナにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部を備えたことを特徴とする雄金型。
【請求項２】
前記ランナの内面を電解研磨することを特徴とする請求項１に記載の雄金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラスチックの射出成形で使用する雄金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形するプラスチック製品の表側の面にゲート痕を残さないための方法として、サブマリンゲートが有る。なお、ゲートとは金型の空洞部分への溶融材料の注入口のことである。サブマリンゲートは、製品の裏面側にある雄金型であるコア金型の構造の一部である。サブマリンゲートは、製品の裏面に棒状の注入ボス穴と、この注入ボス穴の側面にあるゲートと、このゲートに溶融材料を流し込む経路の一部である傾斜した先細りの円錐台状のランナなどから構成する。
【０００３】
金型を金属粉末から積層造形で製作する金属積層造形法がある。金属積層造形法では、例えば以下のようにして金型を形成する。結合材料（ポリマー）を加えた金属粉末を成形部に薄く散布し、窒素ガス雰囲気中で３次元ＣＡＤデータに従って直径が０．３ｍｍ程度のレーザービームを走査し、結合材料が溶融固化することにより形状を一層ずつ０．０５〜０．１ｍｍの厚さで形成する。全体を形成した後で固化されなかった金属粉末を取り除き、形成された金型を水素還元炉で２５０〜３５０℃で焼結して結合材料を気化させる。その後、１１２０〜１１５０℃の炉内で溶融した銅を毛細管現象により金型に浸透させる。（例えば、特許文献１を参照）
金属積層造形法を短時間で実施するために、金型の表面から所定の厚さの部分だけ積層造形で製作し、その他の部分を補強材層で構成する方法がある。（例えば、特許文献１を参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２３８６２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブマリンゲートを構成する傾斜した先細りのランナを成形するための金型を加工する方法としては、切削加工、放電加工、金属積層造形法などがある。ゲートの直径が０．５〜１．２ｍｍ程度と小さく、ランナが先細りで斜めであるため、切削加工や放電加工では大型で高精度の加工機械を使用する必要があり、簡単には加工ができないという課題があった。また、製品ごとにサブマリンゲートの形状が異なるため、製品ごとに切削工具または放電工具が必要であった。
金属積層造形法で形成する場合には、ランナの方向が傾斜しているため、ランナに残るプラスチック部材に積層方向に直角な角ができる。この角がランナの傾斜した先細りの内面よりも突出して引っかかるので、プラスチック部材をランナから取り出すことが困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る雄金型は、雌金型とパーティング面において接するとともに、前記雌金型との間に溶融材料が満たされる所定の空洞を形成し、該空洞に連なり前記溶融材料を導く注入ボス穴を有する雄金型において、前記パーティング面に対して傾斜した先細りの先端が前記注入ボス穴に連なり前記溶融材料を導くランナを有し、該ランナにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る雄金型は、雌金型とパーティング面において接するとともに、前記雌金型との間に溶融材料が満たされる所定の空洞を形成し、該空洞に連なり前記溶融材料を導く注入ボス穴を有する雄金型において、前記パーティング面に対して傾斜した先細りの先端が前記注入ボス穴に連なり前記溶融材料を導くランナを有し、該ランナにほぼ垂直な平面で積層して製造されたランナ部を設けるものとしたので、ランナ部からプラスチック部材を容易に引き出すことができるという効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態を説明する上で使用するプラスチック製品１の形状を説明する斜視図を示す。図１(a)が表面側の斜視図であり、図１(b)が裏面側の斜視図である。また、プラスチック製品１を裏面から見た平面図を図２に示す。このプラスチック製品１は、金属製品の長方形の開口部を塞ぐ蓋である。このようなプラスチック製品１では、溶融材料を注入するゲートの痕跡を表面側に残さないために、サブマリンゲートを使用して射出成形する。サブマリンゲートを使用することにより、プラスチック製品の裏面に注入ボス痕１Ａができる。プラスチック製品の裏面には、突き出しピン痕１Ｂも有る。注入ボス痕１Ａと突き出しピン痕１Ｂに関しては、後で説明する。
【０００９】
サブマリンゲートを使用して射出成形するための金型の平面図を図３に、図３のＡ−Ａ断面でのプラスチック製品１を形成する前の断面図を図４に、プラスチック製品１を形成した後の断面図を図５に示す。図３において金型内部の構造を破線で示す。図３〜図５より、図における下側の雄金型であるコア金型２と上側の雌金型であるキャビ金型３の間の空洞部分５に、プラスチック製品１が形成される。コア金型２の上面とキャビ金型３の下面とがパーティング面４で互いに接する。図４では、溶融材料６（図示せず）を注入する経路に矢印を書く。
コア金型２には、空洞部分５に溶融材料６をコア金型２の側から導くための円形の注入ボス穴２Ａと、注入ボス穴２Ａの底に近い部分に連なり溶融材料６を導く直径０．５〜１．２ｍｍ程度のゲート２Ｂと、図における右側からゲート２Ｂに接続する傾斜した先細りの断面が円形のランナ２Ｃが有る。キャビ金型３には、ランナ２Ｃと接続する図における下側が太くなった断面が円形のスプル３Ａがある。射出成形機７（図示せず）から溶融材料６がスプル３Ａに射出され、ランナ２Ｃ、ゲート２Ｂ、及び注入ボス穴２Ａを通って、空洞部分５に導かれ注入される。
【００１０】
プラスチック製品１形成後の断面図である図５に示すように、空洞部分５にプラスチック製品１が形成され、注入ボス穴２Ａには注入ボス８が形成され、ランナ２Ｃとスプル３Ａには残余プラスチック９が形成される。プラスチック製品１と注入ボス８は、コア金型２から取外したあとで、注入ボス分離箇所１Ｃで分離する。注入ボス痕１Ａは、プラスチック製品１から注入ボス８を分離した跡である。
【００１１】
コア金型２には、プラスチック製品１の形成後に注入ボス８とともにプラスチック製品１を突き出すための突き出しピン２Ｄと、残余プラスチック９を突き出すための突き出しピン２Ｅも有る。突き出しピン２Ｄは上下に移動可能に穴の中に収容されており、突き出しピン２Ｄの上面はコア金型２の上面と同じ高さである。突き出しピン２Ｄとその収容穴の境界部分に溶融材料６が僅かに入り込んで、プラスチック製品１の裏面に突き出しピン痕１Ｂができる。
【００１２】
ゲート２Ｂが左端面に開口し、ゲート２Ｂの少し下の位置よりも上方の直方体のコア金型２の部分であるランナ部２Ｆは、ランナ２Ｃに垂直な層を金属積層造形法で３次元ＣＡＤデータに基づいて形成している。ランナ部２Ｆ以外は鋳造などにより一体に製造しており、ランナ部２Ｆとそれ以外の部分は、ネジ止めにより一体化する。ネジ止めにあたっては、繋ぎ止める取り付け金具を使用してもよいし、それ以外の部分にランナ部２Ｆを直接ネジ止めしてもよい。
【００１３】
金属積層造形法で形成した直後のランナ部２Ｆの側面からの断面図を、図６に示す。ランナ部２Ｆのゲート２Ｂ付近の拡大図を、図７に示す。なお、図７の拡大部分は、図６において破線で囲んだ部分である。
図７より、中心軸線２Ｈが積層面に垂直なので、ゲート２Ｂに近い方が細いランナ２Ｃは、金属積層造形法では階段状に上側が大きくなる穴として形成される。このため、下の層の穴を上方向に移動させると、上方の層のランナ２Ｃの穴にすっぽり含まれる。
ランナ部２Ｆの外側の面では、積層面の端部が階段状になり微小な溝ができる。ランナ部２Ｆ以外と一体化するまでの適切な時点で、ランナ部２Ｆの外側の面の微小な溝が無くなるように、ランナ部２Ｆの外側の面を加工する。
【００１４】
突き出しピン収容穴２Ｇは、金属積層造形法により積層する平面の方向が斜めになるため、このままでは、突き出しピン２Ｅをなめらかに移動できない。突き出しピン２Ｅをなめらかに移動できるようにするため、金属積層造形法での処理後にドリルやリーマなどにより、穴を大きくして中心位置や直径や表面の粗さなどを必要な精度に仕上げる。突き出しピン収容穴２Ｇは、ランナ部２Ｆの底面に対して垂直で穴の径も一定なので、ドリルやり−マによる加工は容易である。
【００１５】
以上で構造の説明を終了し、以下では動作を説明する。コア金型２のランナ部２Ｆは金属積層造形法で形成し、別の方法で製造した他の部分と一体化してコア金型２を製作する。キャビ金型３も適切な方法で製作する。こうして、プラスチック製品１の製造に必要なその他の装置や原材料などが準備できると、以下のような工程でプラスチック製品１を製造する。
【００１６】
（プラスチック製品１の製造工程）
（工程１）コア金型２にキャビ金型３を重ね合わせる。図４が、この状態を示す。
（工程２）射出成形機７（図示せず）が溶融材料６（図示せず）をスプル３Ａに射出し、空洞部分５に空間を残さないように充填する。溶融材料６は、スプル３Ａ、ランナ２Ｃ、及び注入ボス穴２Ａにも充填される。図５が、この状態を示す。
（工程３）溶融材料６が固まる時間を考慮して決めた所定時間だけ待つ。
（工程４）キャビ金型３を外す。キャビ金型３を外した状態でのコア金型２とプラスチック製品１の側面からの断面図を、図８に示す。
（工程５Ａ）突き出しピン２Ｄをパーティング面４の方向に移動させてプラスチック製品１及び注入ボス８をコア金型２から取外す。
（工程５Ｂ）（工程５Ａ）と同時またはその前後に、突き出しピン２Ｅを移動させて残余プラスチック９をコア金型２から取外す。突き出しピン２Ｄまたは突き出しピン２Ｅのどちらか先に移動させる際に、ゲート２Ｂの位置で注入ボス８と残余プラスチック９とが分離する。工程５Ａと工程５Ｂを実施中の状態でのコア金型２とプラスチック製品１の側面からの断面図を、図９に示す。
（工程６）プラスチック製品１から、注入ボス分離箇所１Ｃで注入ボス８を分離する。
【００１７】
コア金型２のランナ部２Ｆをランナ２Ｃに垂直な層を金属積層造形法で形成しているので、工程５Ｂで残余プラスチック９をランナ２Ｃからスムーズに取外すことができる。
この効果をより詳しく説明するための比較例として、コア金型２のランナ部２Ｆをランナ２Ｃに垂直でない平面（ここでは、パーティング面４に平行な平面）に平行な層を金属積層造形法で形成した場合の図７とほぼ同じ部分の拡大図を、図１０に示す。図１０では、ランナ２Ｃは階段状の空間になり、残余プラスチック９はこのランナ２Ｃの階段状の空間に隙間無く充填される。階段状の角の部分である余剰空間２Ｊには、残余プラスチック９の余剰部９Ａ（図示せず）ができる。
【００１８】
残余プラスチック９をランナ２Ｃの中心軸線２Ｈに対して平行に移動させようとすると、余剰部９Ａがランナ２Ｃの内面の積層した各層の角にひっかかる。そのため、残余プラスチック９をランナ２Ｃから取外すのが困難になる。これに対して、コア金型２のランナ部２Ｆをランナ２Ｃに垂直な層を金属積層造形法で形成すると、残余プラスチック９に余剰部９Ａが生成されず、残余プラスチック９をランナ２Ｃからスムーズに取外すことができる。
ランナ部２Ｆだけを金属積層造形法で形成するので、全体を金属積層造形法で形成した場合よりも安価に金型を製造できる。
【００１９】
この実施の形態１では、長方形の開口部を塞ぐ蓋のプラスチック製品１の場合で説明したが、プラスチック製品１の形状はどのようなものでもよい。ランナ部２Ｆとコア金型の他の部分と一体化するためにネジ止めの方法によったが、ランナ部２Ｆとコア金型の他の部分とを所定の精度と強度で一体化できるならばどのような方法でもよい。ランナ部２Ｆだけを金属積層造形法で形成したが、コア金型２全体を金属積層造形法で形成してもよい。
【００２０】
この実施の形態１ではランナ２Ｃの中心軸線２Ｈに垂直な平面でランナ部を金属積層造形法で形成したが、残余プラスチック９にランナ２Ｃから取外す上で支障になる余剰部９Ａが生成されなければ中心軸線２Ｈに垂直でなくてもよい。ランナ２Ｃの先端の角度を２×θとすると、中心軸線２Ｈと積層面との間の角度が９０−θ度から９０＋θ度までの範囲内であれば、残余プラスチック９に余剰部９Ａが生成されない。中心軸線２Ｈと積層面との間の角度が９０−θ度から９０＋θ度までの範囲内に有る場合に、積層面がランナ２Ｃに垂直であるとする。さらに、９０−θ度から９０＋θ度までに所定の余裕をもたせた範囲内に有る場合に、積層面がランナ２Ｃにほぼ垂直であるとする。なお、積層面がランナ２Ｃにほぼ垂直であれば、残余プラスチック９に余剰部９が発生しないか、発生するとしても僅かであり、残余プラスチック９をランナ２Ｃから容易に取り出すことができる。
この実施の形態１では、レーザを使用する金属積層造形法を使用したが、層を１層ずつ積層する方法であれば、他の方法でもよい。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
【００２１】
実施の形態２
実施の形態２は、ランナ２Ｃの内面がより滑らかになるように、ランナ部２Ｆに電解研磨法を実施するように実施の形態１を変更したものである。図１１に、図７と同じ位置のランナ部２Ｆの側面からの拡大図を示す。図７に比較して、ランナ２Ｃの内面の階段状の角が丸く削れて、内面がより滑らかになっている。
【００２２】
図１２に、電解研磨法を実施する方法を説明する図を示す。電解槽１０の中にランナ部２Ｆの金属の種類に合わせて調整した電解研磨液１１を満たし、金属積層造形法で形成したランナ部２Ｆを電解研磨液１１に浸し、ランナ２Ｃの中心軸線２Ｈ上のランナ２Ｃの内面の各部との距離が適切になる位置に断面が円形の棒状の対極１２を配置する。ランナ部２Ｆにプラス電圧を対極１２にはマイナス電圧を、直流電源１３により所定の時間だけ印加する。
【００２３】
電解研磨の原理を説明する図を、図１３に示す。図１３(a)が電解研磨の開始直後、図１３(b)に電解研磨の終了間際の時点を示す。図において、中央に対極１２があり、周囲にはランナ２Ｃの内面がある。対極１２とランナ２Ｃの内面の間には、ランナ２Ｃに近い側に粘液層１４が有り、対極１２の近くは電解研磨液１１である。粘液層１４は、ランナ部２Ｆの金属がイオンとして溶け出して電解研磨液１１と混合したものである。ランナ部２Ｆは階段状だが、粘液層１４と電解研磨液１１の境界は、ランナ部２Ｆの階段形状よりも凹凸が少ない。このため、ランナ部２Ｆの階段状の突き出た角の部分では粘液層１４が薄くなり、階段状の引込んだ部分では粘液層１４が厚くなる。電解研磨液１１の電気抵抗は小さく、粘液層１４の電気抵抗は電解研磨液１１よりもかなり大きい。このため、粘液層１４が薄くなるランナ部２Ｆの階段状の突き出た角の部分でより多くの電流が流れ、突き出た角の部分から溶融がより速く進み、ランナ部２Ｆの階段上の凹凸がよりなだらかに平滑化していく。
【００２４】
このように電解研磨法を実施することにより、ランナ２Ｃの内面が滑らかになり、残余プラスチック９をランナ２Ｃから取外すことがより容易になる。
電解研磨の方法は、この実施の形態２で示した方法以外でもよく、ランナ２Ｃの内面が滑らかにできる方法であればどのような方法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態を説明する上で使用するプラスチック製品の形状を説明する斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態を説明する上で使用するプラスチック製品を裏面から見た平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１でのサブマリンゲートを使用して射出成形するための金型の平面図である。
【図４】この発明の実施の形態１でのサブマリンゲートを使用して射出成形するための金型の側面からの断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１でのサブマリンゲートを使用して射出成形後の金型とプラスチック製品の側面からの断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１での金属積層造形法で形成した直後のコア金型のランナ部の側面からの断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１での金属積層造形法で形成した直後のコア金型のランナ部のランナの先端部分を拡大した側面からの断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１でのキャビ金型を外した状態でのコア金型とプラスチック製品の側面からの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１でのプラスチック製品を取外し中の状態での金型とプラスチック製品の側面からの断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１でのランナ部をパーティング面に平行な平面で金属積層造形法により形成した場合のコア金型のランナ部のランナの先端部分を拡大した側面からの断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２での電解研磨法を実施後のコア金型のランナ部のランナの先端部分を拡大した側面からの断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２での電解研磨法を実施する方法を説明する図である。
【図１３】この発明の実施の形態２での電解研磨の原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ：プラスチック製品
１Ａ：注入ボス痕
１Ｂ：突き出しピン痕
１Ｃ：注入ボス分離箇所
２  ：コア金型（雄金型）
２Ａ：注入ボス穴
２Ｂ：ゲート
２Ｃ：ランナ
２Ｄ：突き出しピン
２Ｅ：突き出しピン
２Ｆ：ランナ部
２Ｇ：突き出しピン収容穴
２Ｈ：中心軸線
２Ｊ：余剰空間
３  ：キャビ金型（雌金型）
３Ａ：スプル
４  ：パーティング面
５  ：空洞部分
８  ：注入ボス
９  ：残余プラスチック
１０  ：電解研磨液
１１  ：電解槽
１２  ：対極
１３  ：直流電源
１４  ：粘液層
【図１】
2005262494.tif 000003
【図２】
2005262494.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005262494.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005262494.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005262494.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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