JP2010099964A - 成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、金型に設けられたゲートを均一に冷却し、成形製品の表面に生じる欠陥を無くすことができる成形金型を実現する。
【解決手段】本発明に係る成形金型は、樹脂成形のために溶融樹脂を供給する射出機４０が連接される固定側金型３０と、固定側金型３０に型締めされて溶融樹脂が充填されるキャビティＣを形成する可動側金型２０と、固定側金型３０に設けられ、キャビティに溶融樹脂を供給するゲート５１と、可動側金型３０内のゲート５１に対向する位置に設けられ、ゲート５１の内部に充填された溶融樹脂を冷却する冷却部２３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の内装部品の製造に用いる成形金型に関する。

車両の乗員が使用する車室内部には、ドアパネル等の内装部品が装備されている。これら内装部品の多くは、製品形状に加工された金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出して充填することにより所望の形状に成形する射出成形により製造されている。

車両用の内装部品は、車両を使用する者に快適感を与えることを目的とするものであるから、その外形における美感は重要である。一般に、射出成形においては、使用する金型の構造、プラスチック樹脂の性質に依存して成形製品の表面に凹凸が生じる場合があり、外観の不良を有する成形品が製造される要因となっている。

特許文献１には、キャビティの側面に溶融樹脂を射出するゲートを設けたサイドゲート型の金型において、ゲート内に溜まった樹脂を冷却する手段が記載されている。また、特許文献２には、円筒状の冷却管の内部を邪魔板により分離し、冷却媒体の導入路と排出路を設けたバッフル管を用いた射出成形用金型における冷却構造が記載されている。

特許文献１に記載の従来技術においては、サイドゲートの側面を構成する冷却ブッシュの内部に冷却媒体が循環する冷却通路が設けられており、ゲート内に充填された溶融樹脂を直接冷却することができるが、金型の構造が複雑となる難点がある。

特許文献２に記載の従来技術においては、金型の構造を複雑にすることなく簡単に設けられ、狭いスペースへの配置も可能となる。しかし、新たな冷却配管が付加する必要があった。

実開平５−９５７２２号公報 特開２００３−７１８９８号公報

本発明が解決しようとする課題について、図面を用いて以下に説明する。

図７は、成形金型の断面を模式的に示したものであり、型締めされた金型のキャビティＣ内に、溶融樹脂が充填されている状態を示した図である。油圧シリンダ２１により上下に動く可動側金型２０と、射出機４０が接続されている固定側金型３０が、ガイドピン２９に案内されて型締めされている。可動側金型２０には、冷却水を循環させて型を冷却する冷却水通路２２が設けられている。一方、固定側金型３０には、射出機４０のノズルに連接して溶融樹脂を型内に導くランナー５０と、キャビティＣに溶融樹脂を供給するゲート５１が設けられている。

型締めされた可動側金型２０と固定側金型３０の間には、製品の形状に対応する空間であるキャビティＣが形成される。射出機４０からランナー５０およびゲート５１を介してキャビティＣに供給された溶融樹脂１２は、キャビティＣの空間を充填することにより成形されて、所望の形状を有する成形製品となる。

さらに、後述する本発明に係る発泡成形においては、ゲート５１から供給された溶融樹脂１２がキャビティＣに充填された後、可動側金型２０が上昇しキャビティＣの間隔が広げられる。溶融樹脂１２には発泡剤が添加されており、キャビティＣが広がった分だけ発泡剤の発泡により樹脂が膨張して、所望の形状の成形製品となる。

図８（ａ）は、ゲート５１から溶融樹脂が供給されてキャビティＣ内に広がる様子を模式的に示している。射出成形において、ゲート５１の幅Ｗを広くすると、単位時間あたりの供給量が多くなり、キャビティＣ内を短時間に充填する高速成形が可能となる。これにより、成形工程のサイクルタイムを短くすることができ、また、充填後の冷却時間にムラが無くなり、製品内に残留する歪が減少して製品の変形を防ぐことができる。

しかしながら、ゲート５１の幅Ｗを広くすると、ゲート自体の容積が大きくなり、冷却時の収縮の度合いが大きくなり製品表面に窪み、所謂引けという欠陥が生じる問題があった。また、発泡成形においては、冷却過程において溶融樹脂が発泡して膨張することから、通常の樹脂成形の場合に比べてゲート幅Ｗを広く設定できる。しかし、ゲート５１の容積が大きくなるため冷却に時間を要するようになり、樹脂の発泡が継続して図8（ｂ）に示すように、表面が盛り上がる欠陥５５が生じる問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、ゲートを均一に冷却し、成形製品の表面に生じる欠陥を無くすことができる成形金型を実現することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る成形金型は、樹脂成形のために溶融樹脂を供給する射出機が連接される固定側金型と、固定側金型に型締めされて、溶融樹脂が充填されるキャビティを形成する可動側金型と、固定側金型に設けられ、キャビティに溶融樹脂を供給するゲートと、可動側金型内のゲートに対向する位置に設けられ、ゲートの内部に充填された溶融樹脂を冷却する冷却部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、可動側金型と固定側金型が型締めされた状態において、冷却媒体が流れる冷却部が、ゲートの内部に充填された溶融樹脂の冷却を行う。冷却部は、ゲートに対向する位置に設けられるので、ゲートの開口全体を均一に冷却することができる。これにより、可動側金型に接する溶融樹脂の表面からゲート内部へと、ムラなく樹脂の固化が進行し、表面に凹凸が生じないようにすることができる。

また、本発明に係る成形金型において、冷却部は、ゲートの内部に充填された溶融樹脂を冷却する冷却媒体の導入路と排出路を分離する隔壁を内部に有する冷却穴であることを特徴とする。これにより、冷却部の穴の先端まで冷却媒体が循環するので、高い冷却効率を得ることができる。

さらに、本発明に係る成形金型おいて、冷却部は、可動側金型に設けられた冷却水の通路に挿入され、冷却媒体の通路の一部を構成することを特徴とする。これにより、冷却部のために新たな冷却媒体の通路を設ける必要がなく、金型の構造を複雑にすることがない。

本発明に係る成形金型によれば、ゲートを均一に冷却し、成形製品の表面に生じる欠陥を無くすことができる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。最初に、本発明に係る成形金型の冷却部の構成について説明をする。次に、本発明に係る成形金型を用いる発泡成形について説明する。

図１は、本発明に係る成形金型の断面を模式的に示した図である。可動側金型２０は、油圧シリンダ２１により上下動が可能に設置されている。可動側金型の内部には、冷却媒体の通路２２が設けられている。通路２２の中間には、冷却部２３が設けられている。冷却部２３の内部には隔壁２４が設けられており、内部を２つに分離して冷却媒体の導入路と排出路を形成し、冷却媒体の通路２２の一部を構成している。図中の矢印に示すように、本実施例において、冷却媒体は、外部から供給される冷却水である。

一方、固定側金型３０の内部には、ランナー５０、およびランナー５０に連接したゲート５１が設けられている。射出機４０のノズルがランナー５０に接続されており、射出機４０の内部で溶融された樹脂がランナー５０を通ってゲート５１からキャビティＣに供給される。

可動側金型２０に設けられたガイドピン２９を固定側金型３０のガイド穴２８に挿入することにより、可動側金型２０と固定側金型３０との相互間の位置決めが行われ、油圧シリンダ２１により可動側金型２０が降下して型締めが行われる。可動側金型２０と固定側金型３０が型締めされた状態において、可動側金型２０に設けられた冷却部２３の先端部は、固定側金型３０に設けられたゲート５１に対向する位置であって、ゲート５１の近傍に位置する。

図２は、可動側金型２０に設けられた冷却部２３の部分を拡大して模式的に示した断面図である。冷却部２３は、可動側金型２０の取付面側から、冷却媒体の通路２２に連通する穴をドリルで穿つことにより形成される。さらに、ドリルで形成された穴は、隔壁２４が連成されたキャップ２４ａにより封じられる。冷却部２３の内部は隔壁２４によって分離され、冷却媒体の導入路２３ａと排出路２３ｂが形成される。

本実施例において、冷却部２３は、可動側金型２０に冷却穴を直に穿つ方法で形成されているが、図２において破線Ｈで画した部分を入れ子として別途製作し、挿入する構造としても良い。次に、本発明に係る成形金型を用いた発泡成形について説明する。

図３は、油圧シリンダ２１により上下動する可動側金型２０のプレスストロークを時間軸に対して示したプレスチャート図である。図２に示した可動側金型２０が上方位置ある状態は、図中Ａの金型が開いた初期状態である。まず、可動側金型２０は、油圧シリンダ２１により、初期状態Ａの上方位置から下死点Ｂまで下降する。この時、可動側金型２０と固定側金型３０のクリアランス、すなわちキャビティＣの間隔は、０〜５ｍｍの最も狭い状態になる。

可動側金型２０が下死点Ｂに位置した時に、射出機４０から溶融樹脂の射出が開始され、ゲート５１からキャビティＣへ供給される。供給される樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂にアゾジカルボンアミド等の汎用発泡剤が添加されたものである。溶融樹脂のキャビティＣへの供給は、Ｂ点からＤ点の間の時間に行われる。

次に、油圧シリンダ２１は、可動側金型２０を図中のＥ点まで上昇させ、キャビティＣの容積を増加させる。このとき、溶融樹脂に添加された発泡剤が発泡して樹脂の中に生じた気泡により、キャビティＣの容積の増加分だけ充填された溶融樹脂の体積が膨張し、所望の形状の成形製品が形作られる。さらに、Ｅ点からＦ点に至る時間の間、キャビティＣに充填された溶融樹脂が冷却され、成形製品の形状が固定される。

次に、油圧シリンダ２１が、可動側金型２０を上方位置Ｇまで上昇させて、型を開き、成形製品を外部に取り出して１回の成形サイクルを完了する。射出成形による成形製品の製造を効率よく行うためには、このサイクルを短時間にすることが重要であり、溶融樹脂の射出時間Ｂ〜Ｄおよび発泡、冷却時間Ｅ〜Ｆを短くすることが求められる。

図４は、可動側金型２０と固定側金型３０が型締めされたＢ〜Ｄの状態において、ゲート５１から溶融樹脂１２がキャビティＣ内に供給された状態を示す模式図である。溶融樹脂１２によるキャビティＣの充填時間Ｂ〜Ｄを短時間とするためには、前述したように、ゲート５１の幅Ｗ（図８（ａ）参照）を広く設定して、単位時間当たりの溶融樹脂の射出量を増やせばよい。また、溶融樹脂の射出量を増加させて短時間でキャビティＣを充填することにより、充填ムラを無くして充填不足に起因する欠陥を無くすこともできる。

ゲート５１からキャビティＣ内に供給された溶融樹脂１２は、可動側金型２０および固定側金型３０の表面に接触することにより熱を奪われて硬化する。これにより、充填された溶融樹脂１２の表面には硬化したスキン層が形成され、後に発泡反応が生じた場合に樹脂が均一に発泡し発泡ムラを無くすことができる。このために、可動側金型２０および固定側金型３０の温度を所定温度以下に保つ必要があり、可動側金型２０の冷却媒体の通路２２には、常時、冷却水を循環させておく。また、固定側金型３０においても、図示しない冷却媒体の通路が設けられ、冷却水が循環している。

ゲート５１の幅Ｗを広くして溶融樹脂の射出量を増やした場合には、ゲート５１自体の容積が大きくなり、前述したように、ゲート５１内に充填された溶融樹脂の冷却に時間を要するという問題がある。これにより、発泡剤を添加しない通常のソリッド成形の場合には、引けと呼ばれる欠陥を生じることになる。本発明に係る発泡成形の場合は、成形過程において発泡反応により樹脂が膨張することから、引けを生じないゲート幅の上限が広くなり、溶融樹脂１２の充填時間Ｂ〜Ｄを短時間とすることにおいて有利である。しかし、ゲート５１内に充填された溶融樹脂の冷却時間が長くなることにより、発泡剤の反応が継続する後発泡の問題が生じ、ゲートに対応する製品の表面部分にふくらみを生ずる場合がある。（図８（ｂ）参照）

図５は、可動側金型２０をＥ点まで上昇させたＥ〜Ｆの状態において、キャビティＣ内に充填された溶融樹脂１２が、発泡剤の発泡反応により膨張している状態を示す模式図である。図３に示すＥ〜Ｆの時間内において溶融樹脂１２が十分に冷却され、発泡反応が停止してから成形製品を取出すことが好ましいが、製造効率を向上させるためには、Ｅ〜Ｆの時間を短縮してサイクルタイムを短くする必要がある。

本発明に係る成形金型においては、冷却媒体の通路２２の中間において、冷却部２３が設けられている。冷却部２３は冷却媒体の循環路の一部を構成し、その先端部分は、型締めされた状態において、ゲート５１に対向する位置であって、ゲート５１の近傍に配置されている。これにより、図４に示す溶融樹脂の射出過程（Ｂ〜Ｄ）、および、図５に示す発泡、冷却過程（Ｅ〜Ｆ）において、ゲート５１に対応する部分の溶融樹脂は、キャビティＣ内の他の部分に比べて局部的に強い冷却を受ける。

特に、新たな溶融樹脂の供給が止められた後の発泡、冷却過程（Ｅ〜Ｆ）において、ゲート５１に対応する部分の溶融樹脂は、可動側金型２０の表面に接する側の表面からの硬化が進み、スキン層が内部に向かって厚くなってゆく。冷却部２３の局部的な冷却効果により、キャビティＣ内の他の部分に比べて硬化の速度は早くなり、硬化したスキン層は厚くなる。また、冷却部２３がゲート５１に対向する位置に配置されていることから、ゲート５１の開口面を均一に冷却し、スキン層により蓋をした状態とすることができる。

これにより、ゲート５１の内部に充填された溶融樹脂が十分に冷却されておらず、発泡剤の発泡反応が残っている状態においても、ゲート５１に対応する表面部分にふくらみが生じにくい状態とすることができる。すなわち、発泡、冷却過程（Ｅ〜Ｆ）の時間の短縮が可能となり、製造効率の向上を図ることができる。

図６は、本発明の別の実施態様を示す模式図である。可動側金型２０と固定側金型３０が型締めされた状態における、冷却部２３と、ゲート５１およびランナー５２の部分断面を示している。固定側金型３０に設けられたゲート５１に連通するランナー５２は、テープヒータ５３が巻き付けられたホットランナーである。テープヒータ５３で加熱することにより、射出機４０から供給された樹脂を溶融状態に保ち、ゲート５１からキャビティＣ内に供給する。ゲート５１への樹脂の供給および遮断は、バルブブピン５４の上下動により行う。

本実施例の成形金型では、ホットランナー５２の熱がキャビティＣに伝わらないように熱伝導の小さい材料で製作したゲート５１を有する入れ子５４を用いている。入れ子５４の材料としては、例えば、クロムステンレス鋼などを使用する。

しかしながら、熱伝導の小さい材料で製作した入れ子５２を使用したとしても、ホットランナー５２からの熱を完全に遮断することはできない。本発明に係る冷却部２３を冷却媒体の通路に挿入し、ゲート５１に対向する位置に配置することにより、局部的な冷却が可能となる。これにより、新たな冷却媒体の通路を設けることなく、ホットランナー５２に起因するゲートの冷却の問題を解決することができ、前述した成形製品の表面に生じる引け、ふくらみ等の欠陥の発生を防止してゲートの幅を広げることが可能となり、製造効率を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る成形金型は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明に係る成形金型の断面を示した模式図である。 本発明に係る成形金型の冷却部の断面を示した模式図である。 本発明に係る成形金型のプレスチャート図である。 本発明に係る発泡成形の実施態様示した模式図である。 本発明に係る発泡成形の実施態様示した模式図である。 本発明に係る成形金型の冷却部の断面を示した模式図である。 通常の成形金型の断面を示した模式図である。 通常の成形金型のゲートを示した説明図である。

符号の説明

１０ 成形金型
２０ 可動側金型
２２ 冷却媒体の通路
２３ 冷却部
２４ 隔壁
３０ 固定側金型
５１ ゲート
Ｃ キャビティ

Claims (3)

1. 樹脂成形のために溶融樹脂を供給する射出機が連接される固定側金型と、
   前記固定側金型に型締めされて、前記溶融樹脂が充填されるキャビティを形成する可動側金型と、
   前記固定側金型に設けられ、前記キャビティに前記溶融樹脂を供給するゲートと、
   前記可動側金型内の前記ゲートに対向する位置に設けられ、前記ゲートの内部に充填された溶融樹脂を冷却する冷却部と、
   を備えることを特徴とする成形金型。
2. 前記冷却部は、
   前記ゲートの内部に充填された溶融樹脂を冷却する冷却媒体の導入路と排出路を分離する隔壁を内部に有する冷却穴であることを特徴とする請求項１に記載の成形金型。
3. 前記冷却部は、
   前記可動側金型に設けられた冷却媒体の通路に挿入され、前記冷却媒体の通路の一部を構成することを特徴とする請求項２に記載の成形金型。
   

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