(57)【要約】【課題】射出成形においてボス部を成形する鋳抜きピンの冷却方法とその金型装置。【解決手段】空気圧入口を設け先端突出し部から所定の距離をおいて内径を切削したエジェクトスリーブとエジェクトスリーブが前進したとき可動側金型の圧縮空気通路から鋳抜きピンとエジェクトスリーブの間に工場内で通常使用される圧縮空気を流し鋳抜きピンを冷却しボス部の孔を平滑に形成することを目的とした金型装置である。さらにこの金型装置とガスアシスト成形法を併用するものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の成形面を形成するための可動側金型と他方の成形面を形成するための固定側金型とを備え、これら可動側金型及び固定側金型の間に形成されるキャビティの間に成形材料を充填して成形品の成形を行う金型装置において、前記可動側金型から突き出し装置により成形品を離型した後、前記成形品のボス部の孔を形成する前記可動側金型の一部をなす鋳抜きピンを圧縮空気により冷却させることを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記突き出し装置は鋳抜きピンと同軸的に配されたエジェクトスリーブを有し、成形品の離型時においてエジェクトスリーブが前進したとき可動側金型の圧縮空気通路からエジェクトスリーブと鋳抜きピンで形成されるすき間に圧縮空気が流れ鋳抜きピンを冷却することを特徴とする請求項１の金型装置。
【請求項３】
エジェクトスリーブに圧縮空気流入口を設け、かつ、エジェクトスリーブの先端から所定の距離をおいて内径を切削したエジェクトスリーブと、成形品の離型時においてエジェクトスリーブが前進したとき可動側金型の圧縮空気通路とエジェクトスリーブの圧縮空気流入口の位置が一致してエジェクトスリーブと鋳抜きピンで形成されるすき間に圧縮空気が流れ鋳抜きピンを冷却することを特徴とする請求項２の金型装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３の金型装置を用いたボス部を有するプラスチック成形品の生産方法。
【請求項５】
請求項１、請求項２又は請求項３の金型装置とガスアシスト成形法を併用したボス部を有するプラスチック成形品の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形において圧縮空気により鋳抜きピンを冷却する金型装置とこれを用いたボス部成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送機器、家電製品他多くの分野でプラスチック成形品が使用されている。プラスチック成形品は主に射出成形により製造される。プラスチック成形品の射出成形の工程及びその概略図を図１及び図７に示す。プラスチックの射出成形とはプラスチック材料（以下樹脂と表現する場合もある。）を加熱溶融し流動状態にして、閉じた金型の空洞部（キャビティ）７に加圧注入し固化させることにより、金型空洞部に相当する形を造る方法をいう。この射出成形は樹脂の溶融、金型開閉、型締め機構などを兼ね備えた射出成形機により行われる。金型が閉じ締められた後、加熱筒（シリンダー）５内で溶融された樹脂８はシリンダー内のスクリューによりシリンダーノズル６（以下ノズルとする）をとおし金型に圧入される。金型に圧入された樹脂はキャビティに相当する形に成形され金型により冷却固化される。次にノズルが後退し金型が開き、突き出し装置によりプラスチック成形品が金型より離型される。上記のように金型は溶融樹脂を成形するだけでなく溶融された樹脂を冷却固化する機能を有している。そのため金型は冷却水孔を設け常に冷却されている。また金型は固定側金型２と可動側金型４により構成される。可動側金型４は成形品の内面を形成するための突起部分であるコア１０を有している。固定側金型は成形品に該当する空間部分キャビティを有し成形品の外面を形成する。金型の開閉は可動側金型が後退し、金型が開いたとき成形品は必ず可動側金型４側に残るようにし、その後突き出しピン（エジェクトピンあるいはエジェクトスリーブ）で離型させる。このような可動側金型、固定側金型、冷却水孔、エジェクトピン等を含む装置を金型装置とする。プラスチック成形品はその強度を増すために板状のリブを付けたり、部品として他の部位と接合するためにビスなどがねじ込まれる孔を有する円筒形あるいは筒状多角形のボスを設けている。これらリブやボスも金型により一体的に成形される。ボス１１の孔１１５は図８及び図１２のように可動側金型と一体となった鋳抜きピンにより形成される。鋳抜きピンはコアピンと呼ばれることもあるがここでは鋳抜きピンの名称を使用する。なおボスとは円筒形あるいは多角形の筒状の形状をなすものであり他の部位と接合しない場合であってもこのような形状であればボスと表現する。また成形品のボスを構成する部分をボス部と表現する。
【０００３】
しかし、この鋳抜きピンはその径が小さく冷却水孔を鋳抜きピンの内部に設けることが鋳抜きピンの加工及び強度の点からもかなり困難である。そのためにボス部を有する成形品を連続的に射出成形していくと、鋳抜きピンは溶融樹脂により加熱され、金型を開いたときの自然冷却だけでは放熱が不十分となり蓄熱していく。その結果、金型が開き成形品の離型時において鋳抜きピンと接するボスの孔は十分に冷却固化されず図９のように鋳抜きピンの表面に付着してはぎとられたり樹脂の収縮により凸凹の状態となってしまう。
【０００４】
また、ヒケやボイドを避けるためリブやボスの厚さは製品設計的にはその周囲の板厚に対し１／２、できれば１／３以下とすることが理想である。なお厚さとはボスやリブの肉厚を意味しリブやボスの高さをいうものではない。しかし必要上製品設計において板厚に対し１／２以上の厚さになる場合がある。ヒケやボイドは樹脂の収縮によって生じ、収縮の結果成形品の表面に現れるのがヒケであり内部に現れるのがボイドである。このようなヒケやボイドを避けるためにスライドコア１１３や図示しない斜形コアを使用して図１１の箱型のボス１１１（以下箱ボスとする）としている。スライドコア等を付けることは金型の製造において経費や手間がかかるため、成形品表面にヒケの生じやすいボスの成形などではガスアシスト射出成形法（以下ガスアシスト法あるいはガスアシスト成形法という）が考えられている。ガスアシスト成形法は溶融樹脂をキャビティ内に圧入し、続いて高圧窒素ガスをこの溶融樹脂に注入しキャビティ内をガス圧保圧し、成形品の肉厚部を中空状にして成形品のヒケや反りを防止するものである。ボス部は図１２のようにボスの底部をガスアシスト成形法にて空洞を成形しヒケ等を防止している。ボスの底部とは厚板からボスが出ている部分をいい、ビス等が入る部分はボスの先端部ということにする。スライドコア等を使用せず直接的にボスを厚板に成形しているので以下これを直ボス１１２とする。すなわちボスには箱ボスと直ボスがあり、箱ボスはスライドコアあるいは斜形コアを用いて成形したボスをいい、直ボスとはガスアシスト成形法を使用するか否かにかかわらずスライドコア等を使用せず形成されるボスをいうものとする。ガスアシスト成形法により直ボスを成形する場合には鋳抜きピンの過熱はボス部が十分に冷却固化されないため孔の凸凹を生ずるだけでなく、図１０のようにガスアシストの高圧ガスによりボスの孔とガスアシストによる空洞の間の壁が破れ両者が短絡してガスの漏れが発生する場合もある。
【０００５】
上記のようにボス部を成形する鋳抜きピンの冷却は重要な課題である。この改善策としてベリリウム銅などの熱伝導率のよい材料を鋳抜きピンに使用する方法（非特許文献１）がある。また鋳抜きピンに冷却水孔を設けるのは無理があり冷却水孔より径の小さい空気流通孔を設け鋳抜きピンを冷却する方法（特許文献１）や筒状成形品において型開した後鋳抜きピンの媒体通路に冷却媒体を供給して内周面の強制冷却をする方法（特許文献２）等が出願されている。
【非特許文献１】有方広洋著  「プラスチック成形加工基礎と実務」日刊工業新聞社  ２００５年
【特許文献１】特許公開平１０―６３６７
【特許文献２】特許公開２００３−７１８４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしベリリウム銅などの材料を使用することはそれだけ金型の製作費を上げることになる。また、その冷却効果は充分とはいえない。鋳抜きピンに空気流通孔を設けることは鋳抜きピンの強度や機械加工の困難さからして限界があり、径の小さい鋳抜きピンを設けることは困難である。また型開後可動側金型の冷媒通路をとおして低温冷媒により成形品を冷却する方法は金型の加工が複雑となりその製作費を上げることになる。そこで孔径の小さいボスを成形する鋳抜きピンを効率的に冷却する金型装置の開発することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金型の型開後エジェクトスリーブと鋳抜きピンのすき間に圧縮空気を流し鋳抜きピンを冷却することを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち請求項１の発明は、一方の成形面を形成するための可動側金型と他方の成形面を形成するための固定側金型とを備え、これら可動側金型及び固定側金型の間に形成されるキャビティの間に成形材料を充填して成形品の成形を行う金型装置において、前記可動側金型から突き出し装置により成形品を離型した後、前記成形品のボス部の孔を形成する前記可動側金型の一部をなす鋳抜きピンを圧縮空気により冷却させることを特徴とする金型装置である。鋳抜きピンはボスの孔を形成させる中心のピンをいい可動側金型の一部をなすものである。鋳抜きピンについて可動側金型の一部をなすとは、可動側金型の部品として含まれていることをいい可動側金型と一体的になっているか否かは問わない。また圧縮空気とは工場などで一般的に使用されているコンプレッサーにより圧縮された常温の空気をいい４〜６気圧程度であれば足り、これを鋳抜きピンに所定時間吹き付けるものである。
【０００９】
請求項２の発明は、前記突き出し装置は鋳抜きピンと同軸的に配されたエジェクトスリーブを有し、成形品の離型時においてエジェクトスリーブが前進したとき可動側金型の圧縮空気通路からエジェクトスリーブと鋳抜きピンで形成されるすき間に圧縮空気が流れ鋳抜きピンを冷却することを特徴とする請求項１の金型装置である。可動側金型が後退し金型が開くと成形品は可動側金型に密着された状態であり、続いて突き出しピンで離型される。ボス部では離型抵抗が大きいのでボス部先端面ほぼ全体をスリーブ突き出しで行う。ボスは円筒状あるいは多角形の筒状になっているためエジェクトスリーブもこれに沿った筒状となっており、エジェクトスリーブは前進しボス部の先端部を押し出して成形品を可動側金型から離型させる。このとき鋳抜きピンとエジェクトスリーブの間にすき間が生じこれが鋳抜きピン冷却用の圧縮空気の通路となり鋳抜きピンを冷却する。鋳抜きピンとエジェクトスリーブのすき間はエジェクトスリーブの内面を切削したり、ボス部先端部をテーパー状にするためボス孔を形成する鋳抜きピンの一部をテーパー状に加工したり、鋳抜きピンに抜き勾配を付けることなどにより形成することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、エジェクトスリーブに圧縮空気流入口を設け、かつ、エジェクトスリーブの先端から所定の距離をおいてその内径を切削したエジェクトスリーブと、成形品の離型時においてエジェクトスリーブが前進したとき可動側金型の圧縮空気通路とエジェクトスリーブの圧縮空気流入口の位置が一致してエジェクトスリーブと鋳抜きピンで形成されるすき間に圧縮空気が流れ鋳抜きピンを冷却することを特徴とする請求項２の金型装置である。本発明では、エジェクトスリーブに圧縮空気流入口を設けることを特徴とする。圧縮空気を可動側金型に送り可動側金型に圧縮空気通路を設け、エジェクトスリーブが前進した場所においてエジェクトスリーブに開けられた圧縮空気流入口の位置と可動側金型の圧縮空気流通路の位置が一致するようにしておく。そこに圧縮空気が流れ込み、すき間を通って鋳抜きピンを冷却する。鋳抜きピンの一部をテーパー状に加工したり、鋳抜きピンに抜き勾配を付けることは請求項２と同様である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の金型装置を用いたボス部を有するプラスチック成形品の生産方法である。請求項１、請求項２、又は請求項３の金型装置は圧縮空気により鋳抜きピンを冷却するものであり、この金型装置を用いて射出成形する方法により生産されたプラスチック成形品を発明の対象とするものである。プラスチック成形品とは、高分子物質を主原料として加熱溶融し流動状態にして閉じた金型に注入し固化されることにより人工的に有用な形状に作られた固体と定義される。高分子物質には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂があり、本発明は熱可塑性樹脂のほとんどに、また熱硬化性樹脂の一部に適用することができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の金型装置とガスアシスト成形法を併用したボス部を有するプラスチック成形品の生産方法である。請求項４にガスアシスト成形法を併用したものである。ガスアシスト成形法とは、溶融樹脂をキャビティ内に圧入し、続いて高圧ガスを該キャビティ内に注入しキャビティ内を保圧し、成形品を中空状にして成形品のヒケや反りを防止するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鋳抜きピン冷却方法は、ボスの孔を平滑な面とし、またガスアシスト成形法を併用してもガスアシストによる空洞とボスの孔の間の壁がガス圧により破れ短絡することを防止することができるものである。その結果射出成形においてボスを含む成形品の不良率を低下させることが可能となる。
請求項１では、工場内で使用する４〜６気圧程度の常温の圧縮空気を鋳抜きピンに吹き付けることにより冷却できる効果を有する金型装置である。
請求項２では、鋳抜きピンとエジェクトスリーブの間のすき間に上記圧縮空気を流し鋳抜きピンを冷却することができる金型装置である。
請求項３では、エジェクトスリーブに圧縮空気流入口を設け金型が開いたとき、可動側金型の圧縮空気通路とそのエジェクトスリーブの圧縮空気流入口と場所を一致させ圧縮空気をエジェクトスリーブと鋳抜きピンの間のすき間に流し鋳抜きピンを冷却することができる金型装置である。
請求項４は上記鋳抜きピンを冷却することができる金型装置をもちいてボス部を有するプラスチック成形品を生産する方法であり、ボスの孔の成形不良を低減させる方法である。
請求項５は、上記鋳抜きピンを冷却する金型装置とガスアシスト成形法を併用しプラスチック成形品を生産する方法であり、上記と同様ボスの孔の形成不良を低減させる方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明についての実施例とその結果等について以下に示す。
【実施例１】
【００１５】
図１、図２、図３及び図４により請求項２の実施例について説明する。図２、図３は突き出し装置に圧縮空気の通路を設けエジェクトスリーブと鋳抜きピンのすき間に圧縮空気を流すものである。図２は金型が閉じられている状態である。エジェクトスリーブ先端部から所定の距離を置いてその内径を０．２ｍｍ切削した。「エジェクトスリーブの先端部から所定の距離を置いて」としたのは、図１の射出工程において射出保圧の工程では鋳抜きピンとエジェクトスリーブは密着し溶融樹脂がすき間に流れ込まないようにするためである。すなわち図１において型締され溶融樹脂がキャビティ内に射出保圧される。このときには、溶融樹脂は鋳抜きピンとエジェクトスリーブの間のすき間に流れ込まないようにエジェクトスリーブの先端部において鋳抜きピンと嵌合していなければならないし溶融樹脂の保圧に耐える必要がある。そのためエジェクトスリーブの先端部から所定の距離まではその内径を切削してはならないためである。金型が開き成形品はエジェクトスリーブにより押し出される。そうすると図４（１）に示すように鋳抜きピンの先端部よりエジェクトスリーブの先端部が前方に出て成形品は離型され、鋳抜きピンとエジェクトスリーブで形成されるすき間が鋳抜きピンの先端部より前方に出てくる。その間から圧縮空気（破線の矢印）が流れ鋳抜きピンを冷却する。図２の円状破線部分の詳細を図３に示す。エジェクトスリーブを有する突き出し装置の圧縮空気通路１７に図示しない耐圧ホースにて圧縮空気を送る。この圧縮空気が内径を切削したエジェクトスリーブと鋳抜きピンのすき間に流れ、鋳抜きピンを冷却する。またこの圧縮空気は図示しないコントローラーにより制御され図１の圧縮空気吹きつけの時間帯にエジェクトスリーブ内に供給される。そして、可動側金型が後退し金型が開き（型開）エジェクトスリーブが前進して成形品を可動側金型から離型したときから可動側金型が再度閉まるまでの間の所定時間圧縮空気により鋳抜きピンを冷却する。またボスの孔にビスなどをねじ込みやすくするため、さらには抜き抵抗を少なくするため鋳抜きピンをテーパー状１２３に加工している場合がある（図４（２））。この場合にはテーパー状の段差が圧縮空気が通るすき間を形成するためエジェクトスリーブを鋳抜きピンの前方まで押し出す必要はない。
【実施例２】
【００１６】
図１及び図５により請求項３の実施例について説明する。図５においてエジェクトスリーブ１３には圧縮空気流入口１４が設けられている。またエジェクトスリーブ先端部から所定の距離を置いてその内径を０．２ｍｍ切削している。金型が閉じられている間、可動側金型の圧縮空気通路はエジェクトスリーブにより閉じられていて圧縮空気は流れない。金型が開きエジェクトスリーブが前進するとエジェクトスリーブに設けられた空気圧入口１４も前進し可動側金型の圧縮空気通路１６とその位置が一致する。そしてエジェクトスリーブの圧縮空気流入口より圧縮空気がエジェクトスリーブと鋳抜きピンで形成される空気通路に流れ鋳抜きピンを冷却する。さらに本実施例ではボスの先端部がビスをねじ込みやすくするためテーパー状にしている。そうするとそのテーパー状の段差も鋳抜きピンとエジェクトスリーブのすき間を形成することになり、その分圧縮空気が流れやすくなっている。また離型抵抗を減少するため鋳抜きピンに抜き勾配を付ける場合がある。鋳抜きピンに抜き勾配が付けられればその分エジェクトスリーブと鋳抜きピンのすき間は大きくなり圧縮空気が流れやすくなる。圧縮空気止栓２２は圧縮空気が突き出し装置の方向に流れないようにするための栓であり摩擦抵抗の少ないフッ素系樹脂を用いた。
【実施例３】
【００１７】
図６に請求項３の金型装置を用いガスアシスト成形法により試作したプラスチック成形品を示す。直ボス１１２のA、B、Cの高さはそれぞれ７５ｍｍ、３５ｍｍ、３５ｍｍである。直ボス内筒部の厚さ（肉厚）はすべて５mmである。リブ２０は直ボス１１２の強度を増すために一体的に成形される。図１下段にガスアシスト成形法による射出工程を示す。図５及び図１１に示すように高圧窒素ガスはガス注入口２１１より溶融樹脂内部に入りガスチャンネル２１を通り直ボス１１２の底部に達しガスアシストによる空洞１１４を形成する。このガス圧を保持してヒケやボイドの発生を防ぐ。ガスアシスト成形法を併用すれば保圧は短時間であるが、樹脂の内部に空洞を形成する高圧窒素ガスにより樹脂は金型の内壁面にガス圧保持がされる。次に窒素ガスが開放され、その間に溶融樹脂は金型により冷却されて固化される。金型が開き再度金型が閉じられるまでには約7秒間ありその間圧縮空気が鋳抜きピンに吹き付けられる。本方法によるプラスチック成形品１００枚では、直ボスの孔は平滑でありボスの孔とガスアシストによる空洞が短絡されることは見られなかった。
【実施例４】
【００１８】
圧縮空気により鋳抜きピンがどの程度冷却されるか検討した。まず鋳抜きピンをバーナーで熱し、その直後圧縮空気を鋳抜きピンに吹きかけて鋳抜きピンの表面温度を測定した。その結果を表１に示す。この結果によれば圧縮空気の吹きつけ時間が約5秒で鋳抜きピンの表面温度は５０℃以下となり、金型が開いている時間内に圧縮空気の吹きつけを行えば冷却効果があることが示される。  
【００１９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２０】
オートバイ、自動車、家電製品等においてボスを必要とするプラスチック成形品が多く必要とされている。なかでも組み立てなどのため板厚より厚いボスを必要としているプラスチック成形品も多い。本発明は、かかる需要に対しボスの孔の不良を防止することができ射出成形の作業において今後採用されるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】射出成形の工程
【図２】エジェクトスリーブと鋳抜きピン及びそのすき間
【図３】圧縮空気の通路と鋳抜きピン
【図４】圧縮空気の鋳抜きピンへの吹きつけ
【図５】圧縮空気の入口とその通路
【図６】試作品の概略図
【図７】射出成形工程の概略図
【図８】直ボスと鋳抜きピン
【図９】ボス孔の状態（１）
【図１０】ボス孔の状態（２）ガス圧による短絡
【図１１】箱型ボスとスライドコア
【図１２】ガスアシスト成形法による直ボス
【符号の説明】
【００２２】
１  固定側取付板
２  固定側金型
３  可動側取付板
４  可動側金型
５  シリンダー
６  ノズル
７  キャビティ
８  溶融樹脂
９  成形品
１０  コア    
１１  ボス  １１１  箱型ボス  １１２  直ボス    １１３  スライドコア  １１４  ガスアシストによる空洞  １１５  ボスの孔
１２  鋳抜きピン  １２１  鋳抜きピン元部  １２２  鋳抜きピン先端部  １２３  鋳抜きピンテーパー部
１３  エジェクトスリーブ    １３１  エジェクトピン  １３２  エジェクトスリーブ先端部
１４  圧縮空気流入口
１５  すき間（エジェクトスリーブと鋳抜きピンの間）
１６  可動側金型の圧縮空気通路  
１７  突き出し装置の圧縮空気通路
１８  工場圧縮空気
１９  突出し装置
２０  リブ
２１（ガスアシスト法の）ガスチャンネル  ２１１  ガス注入口（ガスアシスト成形法による）  ２１２  ガス圧による短絡部
２２  圧縮空気止栓  
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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