(57)【要約】【課題】射出成形において、キャビティ内の樹脂収縮に伴う体積変化を金型構造で吸収することのより、歪みの少ない、高精度でばらつきの少ない成形品を製作するに適した射出成形金型を提供する。【解決手段】金型内部であるキャビティ１１に樹脂ＭＤが射出されることで前記樹脂ＭＤを前記キャビティ１１に応じた形状に成形する射出成形金型である。そして、前記キャビティ１１は、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２と該可動部材ＣＰ１、ＣＰ２に射出された樹脂の圧力に応じて可動させる裏機構ＳＰ１、ＳＰ２を備え、前記裏機構ＳＰ１、ＳＰ２における可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、樹脂ＭＤが射出成形されるときは圧力方向に可動し、前記樹脂ＭＤが収縮するときは収縮方向に可動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内部であるキャビティに樹脂を射出することで前記樹脂を前記キャビティに応じた形状に成形する射出成形金型において、
前記キャビティを形成する面に配置された可動部材と、該可動部材の所定箇所に加わる樹脂の圧力に応じて前記可動部材が可動するように構成された裏機構とを備えたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】
前記裏機構は弾性体であり、該弾性体は前記可動部材を支持し、前記可動部材は前記樹脂が射出成形されるときは圧力方向に可動し、前記樹脂が収縮するときは収縮方向に可動するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形金型。
【請求項３】
前記可動部材は、前記キャビティに充填された樹脂の収縮の大きい肉厚部に対応する位置へ配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形金型。
【請求項４】
前記可動部材は、前記キャビティの第１位置と、前記第１位置に対向する第２位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の射出成形金型。
【請求項５】
前記キャビティに充填した樹脂を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記樹脂を一旦昇温させてから冷却する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の射出成形金型。
【請求項６】
金型内部であるキャビティに樹脂を射出することで前記樹脂を前記キャビティに応じた形状に成形する射出成形方法において、
前記樹脂を前記キャビティに射出する工程と、
前記樹脂が前記キャビティを形成する面に配置された可動部材の所定箇所に圧力を加える工程と、
前記可動部材が前記圧力に応じて可動する工程とを有することを特徴とする射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、射出成形において、キャビティの樹脂収縮に伴う体積変化を金型構造で吸収することにより、歪みの少ない、高精度でばらつきの少ない成形品を製作するに適した射出成形金型と、その射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の射出成形においては、溶融成形樹脂が金型内に射出・充填される過程で、樹脂が冷却され、収縮する。この為、樹脂を金型内に充填完了後も、保圧をかけて樹脂の収縮に伴う体積の減少分の樹脂を補充してヒケを防止する方法がとられてきた。
【０００３】
そして、樹脂の保圧が効率的にかかるのはゲート（樹脂流入口）近傍で、ゲートから遠く離れた場所には十分な樹脂の圧力をかけにくいため、必要以上に高い圧力をかけていた。
【０００４】
この為、成形品の冷却・収縮の場所による差によって残留応力が成形品に残ってしまい、特に偏肉を伴う成形品においては、成形品にヒケや歪みを発生さてしまい、成形品の精度ばらつきが生じていた。
【０００５】
そこで、従来の成形技術では、金型を仮締めした状態で成形樹脂を射出し、充填完了時に本型締めを行い、均一な樹脂圧が金型内部にかかるようにした射出圧縮成形などが用いられている。
【０００６】
なお、ヒケとは、以下に説明する状態を含む。すなわち、射出成形では、溶解した樹脂をキャビティに射出して成形品を形成する。しかし、冷却後に取り出された成形品はキャビティの形状と較べて収縮する。そのため出来上がった成形品はキャビティの内面そのままの形状とはならず、へこんだり、穴が開いてしまったりする。この樹脂の収縮による成形品の不良状態をいう。
【０００７】
また、特許文献１参照。
【特許文献１】特開平７−１７８７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような従来の方式には、つぎのような課題があった。
【０００９】
すなわち、射出圧縮成型では、樹脂充填時に、金型は仮締め状態で、樹脂の射出圧力により、金型の合わせ目からエアーが除去される効果と、樹脂の充填完了時に本型締めすることにより、金型内部（キャビティ）に均一に圧力がかかるため、特に光学樹脂成形に有効である。しかしながら、この方式は、樹脂射出・充填のタイミングと本型締めのタイミングを制御する必要がある。また、細かいコアピンが多数ある複雑な形状の金型や、スライドコアが多数ある金型には破損や樹脂漏れの恐れがあり、適用が難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の請求項１に係る発明は、金型内部であるキャビティに樹脂を射出することで前記樹脂を前記キャビティに応じた形状に成形する射出成形金型において、
前記キャビティを形成する面に配置された可動部材と、該可動部材の所定箇所に加わる樹脂の圧力に応じて前記可動部材が可動するように構成された裏機構とを備えた射出成形金型であることが望ましい。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記裏機構は弾性体であり、該弾性体は前記可動部材を支持し、前記可動部材は前記樹脂が射出成形されるときは圧力方向に可動し、前記樹脂が収縮するときは収縮方向に可動するように構成された射出成形金型が望ましい。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記可動部材は、前記キャビティに充填された樹脂の収縮の大きい肉厚部に対応する位置へ配置される射出成形金型が望ましい。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記可動部材は、前記キャビティの第１位置と、前記第１位置に対向する第２位置に配置される射出成形金型が好ましい。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記キャビティに充填した樹脂を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記樹脂を一旦昇温させてから冷却する制御を行う射出成形金型が好ましい。
【００１５】
請求項６に係る発明は、金型内部であるキャビティに樹脂を射出することで前記樹脂を前記キャビティに応じた形状に成形する射出成形方法において、前記樹脂を前記キャビティに射出する工程と、前記樹脂が前記キャビティを形成する面に配置された可動部材の所定箇所に圧力を加える工程と、前記可動部材が前記圧力に応じて可動する工程とを有する射出成形方法が望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明は上述のように、樹脂の収縮による体積減少を可動部材によって吸収することにより、残留応力の低減が図れ、成形品の歪みが減少するという効果がある。
【００１７】
また、樹脂の収縮による成型品の形状が変化する部分が可動部材となる為、予めヒケを防止したい箇所から可動部材をずらした位置にセットすることで成型品の外観を制御することが可能となる。
【００１８】
さらに、ヒケの心配が無いため、樹脂の充填完了後に過大な保圧を付与する必要が無くなる為、金型へのダメージが減り、低圧での成型が可能となる。これによって成型設備も金型も小型、省エネルギー化が図れるという効果がある。
【００１９】
樹脂の充填後に金型に組み込んだＩＨヒータ等、急加熱が可能なヒータによる再加熱から冷却を行うことにより、成型密度の均一化が図れ、更なる高精度化が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、この発明による射出成形機の一実施形態を示す概略図であり、これらの射出成形機は既に公知であるため概略を説明する。
【００２２】
一般に、射出成形機１では、金型の合わせ目（パーティング部）に射出機構部のノズルを接触させ、押付けて成形する構造になっている。
【００２３】
前記射出成形機１は、実質的に垂直に設置された４本のタイバー（２本のみ図示）１３，１３に、上部プラテン３および下部プラテン５が、上下方向に移動可能に取り付けられている。
【００２４】
また、上部プラテン３の下側には上金型７が設置され、下部プラテン５の上側には下金型９が設置されている。そして、図示しない型締め力駆動機構により、上部プラテン３と下部プラテン５とを互いに接近させる方向に型締めするようになっている。
【００２５】
また、上金型７と下金型９との接合部（パーティング部）の側方には、射出機構（パーティング射出機構）１７が、実質的に水平に設置されている。そして、射出機構１７のノズル１９は、図示しない押付け力駆動機構により、上金型７と下金型９との接合部（パーティング部）に対して、その側方から実質的に水平に押付けるようになっている。そして、補給部１５にある材料を溶かした樹脂ＭＤ（本例で樹脂ＭＤというときは溶融した樹脂を含む）を射出する。なお、射出成形機１は上述のものに限定されるものではなく、金型を取り付け樹脂を射出する様々なものに適用されることは当然である。
【００２６】
一方、この射出成形機１は、上金型７と下金型９とを合わせることにより金型内部の製品形状に応じた空間であるキャビティ１１が形成される。
【００２７】
キャビティ１１の形状は、概念として表すため、一例として矩形で示してあるが、実際には、成形品の形状に合わせて、適宜必要な形状に形成されるものである。
【００２８】
また、前記上下金型７，９の形状も、概念として表すため、一例として矩形で示してあるが、必要に応じて、適宜の形状に形成することができるものである。
【００２９】
図２及び図３を参照する。図２は、図１において、紙面に垂直な方向から見た金型の断面を示している。また、図３は、図２において、Ａ−Ａ方向から金型（金型全体）を見た場合を示している。
【００３０】
図２に示すように、射出成形機１には、上下金型７、９により形成される内部であるキャビティ１１（すなわち、上金型に対応する内部空間１１ａと下金型９に対応する内部空間１１ｂにより形成されている）に樹脂ＭＤ（本例では溶融した樹脂を含む）をゲートＧＴから射出することで前記樹脂ＭＤを前記キャビティ１１に応じた形状に成形する射出成形金型が備えられている。
【００３１】
そして、前記キャビティ１１を形成する面に、所定位置に配置された可動部材（可動駒）ＣＰ１、ＣＰ２と、該可動部材ＣＰ１、ＣＰ２の所定箇所に加わる樹脂ＭＤの圧力に応じて前記可動部材ＣＰ１、ＣＰ２が可動するように構成された裏機構とを備えている。
【００３２】
具体的には、前記裏機構は弾性体ＳＰ１、ＳＰ２（バネ等）と円筒形の穴ＨＬ１、ＨＬ２で構成されていて、該弾性体ＳＰ１、ＳＰ２（バネ等）は前記可動部材ＣＰ１、ＣＰ２を前記キャビティ１１に支持する。すなわち、キャビティ１１を形成する面に加工された、それぞれの円筒形の穴ＨＬ１、ＨＬ２の底に、それぞれの弾性体としてのバネＳＰ１、ＳＰ２の一端が取り付けられ、バネＳＰ１、ＳＰ２の他端が可動部材ＣＰ１、ＣＰ２に取り付けられる。
【００３３】
なお、円筒形の穴ＨＬ１、ＨＬ２と可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、互いに滑合するように形成されている。また、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は外圧等が加わらないフリーの状態ではキャビティ１１の面より、それぞれＤ１、Ｄ２の長さ突出している。このＤ１、Ｄ２の長さはバネの強さ、樹脂の圧力等の条件により決めることが望ましい。また、成形品に要求される寸法精度を考慮することは勿論である。
【００３４】
そして、前記可動部材（可動駒）ＣＰ１、ＣＰ２は前記樹脂ＭＤが射出成形されるときは圧力方向に可動し、前記樹脂ＭＤが収縮するときは収縮方向に可動する。これにより、樹脂ＭＤの収縮による体積減少を可動部材ＣＰ１、ＣＰ２によって吸収することにより、残留応力の低減が図れ、成形品の歪みが減少する。
【００３５】
一方、前記可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、前記キャビティ１１に充填された樹脂ＭＤの収縮の大きい肉厚部に対応する位置へ配置されることが望ましい。例えば、キャビティ１１の形状が肉厚の厚い箇所と薄い箇所とを含んでいる場合には可動部材ＣＰ１、ＣＰ２を肉厚の厚い位置に優先して配置することが好ましい。
【００３６】
また、前記可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、前記キャビティ１１の第１位置と、前記第１位置に対向する第２位置に配置される。例えば、立方体や直方体のように、対象性を有するキャビティ１１の場合には、内部空間１１ａの中心の位置（第１位置）に一方の可動部材ＣＰ１を配置し、内部空間１１ｂの中心の位置（第２位置）へ他方の可動部材ＣＰ２を配置することが好ましい。
【００３７】
例えば、図３に示すように、可動部材ＣＰ１（ＣＰ２）は、それぞれ金型の中心である第１位置（第２位置）に配置されている。これによりキャビティ１１において可動部材ＣＰ１、ＣＰ２の配置位置は対向する。
【００３８】
また、前記キャビティ１１に充填した樹脂ＭＤを加熱する加熱手段ＩＨ１、ＩＨ２（例えばＩＨヒータ等）と、前記加熱手段の加熱を制御する制御手段（図示していない）を有している。さらに、加熱手段ＩＨ１、ＩＨ２（例えばＩＨヒータ等）で加熱された上下金型７、９の温度を検出する温度検出センサＳＲ１、ＳＲ２が、それぞれ上下金型７、９に設けられている。
【００３９】
そして、前記制御手段の制御により、加熱手段（ＩＨヒータ等）は、前記樹脂ＭＤを一旦昇温させてから冷却するようになっている。これにより、更なる成形品密度の安定化、残留応力の抑制が可能となる。
【００４０】
図４、図５、図６及び図７を参照する。金型内部であるキャビティ１１に樹脂ＭＤを射出することで前記樹脂ＭＤを前記キャビティ１１に応じた形状に成形する射出成形方法を説明する。
【００４１】
すなわち、金型内部であるキャビティ１１に樹脂ＭＤを射出することで前記樹脂ＭＤを前記キャビティ１１に応じた形状に成形する射出成形方法において、前記樹脂ＭＤを前記キャビティ１１に射出する工程と、前記樹脂ＭＤが前記キャビティ１１を形成する面に配置された可動部材（可動駒）ＣＰ１、ＣＰ２の所定箇所に圧力を加える工程と、前記可動部材ＣＰ１、ＣＰ２が前記圧力に応じて可動する工程とを有する。
【００４２】
詳細には、図４に示すように、初めにステップＳ０１では、キャビティ１１を形成する面に配置された可動部材（可動駒）ＣＰ１、ＣＰ２は、フリー状態で弾性体ＳＰ１、ＳＰ２（バネ等）の力で前記キャビティ１１の面より突き出ている。
【００４３】
続いて、ステップＳ０３では、ステップＳ０１の状態で射出が開始される。すなわち、射出機構１７のノズル１９は、図示しない押付け力駆動機構により、上金型７と下金型９との接合部（パーティング部）に対して、その側方から実質的に水平に押付け、補給部１５にある材料を溶かした樹脂ＭＤを射出する。
【００４４】
ステップＳ０５では、樹脂ＭＤがキャビティ１１にゲートＧＴ（図２参照）よりＡｒ１方向へ流れ込む。図５を参照する。キャビティ１１に樹脂ＭＤが流れ込んでいる。ことのき、流れ込んだ樹脂ＭＤは可動部材ＣＰ１、ＣＰ２に圧力は掛けておらす可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、フリー状態を保っている。
【００４５】
ステップＳ０７では、射出成形機１は、キャビティ１１に流れた樹脂ＭＤがキャビティ１１に充填完了か否かを判断する。充填完了のときには処理はステップＳ０９に進む。充填が完了していないときには処理はステップＳ０５に戻り樹脂ＭＤのキャビティ１１への射出が続行される。
【００４６】
ステップＳ０９では、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、樹脂ＭＤに押され圧力が矢印方向Ａｒ２へ掛かる。そして、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２は、それぞれ矢印Ａｒ３方向、矢印Ａｒ４方向へ可動し限界まで押し込まれる。（図６参照）
また、図６に示すように、樹脂ＭＤの充填が完了し、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２に圧力が加わり可動部材ＣＰ１、ＣＰ２はキャビティ１１と同一の面まで可動している。
【００４７】
ステップＳ１１では加熱手段ＩＨ１、ＩＨ２（例えばＩＨヒータ）により上金型７、下金型９へ加熱処理が行われる。すなわち、上下金型７、９が加熱することにより、キャビティ１１に充填した樹脂ＭＤが加熱される。
【００４８】
ステップＳ１３では、射出成形機１に備えられた制御手段（不図示）が温度検出センサＳＲ１、ＳＲ２を介して上下金型７、９が所定の温度になったか否かを判断する。上下金型７、９が所定の温度（樹脂ＭＤが十分に溶融する温度）になったとき処理はステップＳ１５に進む。上下金型７、９が所定の温度になっていないときに処理はステップＳ１１に戻り、加熱手段ＩＨ１、ＩＨ２（例えばＩＨヒータ）により加熱を続行する。
【００４９】
ステップＳ１５では、上下金型７、９の加熱処理が終了する。これにより、以後の処理で樹脂ＭＤが冷却した後に更なる成形品密度の安定化、残留応力の抑制が可能となる。
【００５０】
ステップＳ１７では、キャビティ１１に充填した樹脂ＭＤが冷却し収縮する。
【００５１】
ステップＳ１９では、図７に示すように、樹脂ＭＤの矢印Ａｒ５方向への収縮に応じて、可動部材ＣＰ１、ＣＰ２が可動する。すなわち、可動部材ＣＰ１は矢印方向Ａｒ６へ可動し、可動部材ＣＰ２は、矢印Ａｒ７方向へ可動する。
【００５２】
本願発明は上述のように、樹脂ＭＤの収縮による体積減少を可動部材ＣＰ１、ＣＰ２によって吸収することにより、残留応力の低減が図れ、成形品の歪みが減少する。
【００５３】
また、樹脂ＭＤの収縮による成型品の形状が変化する部分が可動部材ＣＰ１、ＣＰ２となる為、予めヒケを防止したい箇所から可動部材ＣＰ１、ＣＰ２をずらした位置にセットすることで成型品の外観を制御することが可能となる。
【００５４】
さらに、ヒケの心配が無いため、樹脂の充填完了後に過大な保圧を付与する必要が無くなる為、金型へのダメージが減り、低圧での成型が可能となる。これによって成型設備も金型も小型、省エネルギー化が図れるという効果がある。
【００５５】
樹脂の充填後に金型に組み込んだＩＨヒータ等、急加熱が可能なヒータによる再加熱から冷却を行うことにより、成型密度の均一化が図れ、更なる高精度化が実現できるという効果がある。
【００５６】
また、上述の射出成形金型における可動部材を利用したものは、射出成形を例に説明したが、例えばトランスファー成形等にも利用することができる。
【００５７】
なお、この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】射出成形金型の一実施形態を示す概略図である。
【図２】金型とキャビティと可動部材を説明する説明図である。
【図３】金型とキャビティと可動部材を説明する説明図である。
【図４】射出成形方法を説明するフローチャートである。
【図５】可動部材の動きを説明する説明図である。
【図６】可動部材の動きを説明する説明図である。
【図７】可動部材の動きを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  射出成形機
３  上部プラテン
５  下部プラテン
７  上金型
９  下金型
１１  キャビティ
１３  タイバー
１５  補給部
１７  射出機構
１９  ノズル
【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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