JP5562581B2 - 樹脂部品の成形方法及び成形金型 - Google Patents
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Description
したがって、溶融した樹脂の温度低下に伴う樹脂の固化により、樹脂成型部品において、樹脂の合流するところでウエルドラインが発生する。特に、リング形状の成形品の場合、射出口から2方向に流れが分かれて、合流する場合が多いが、その場合には、合流地点でウエルドラインが発生する可能性が高い。ウエルドラインは、製品によっては、強度や外観、シールに対して、問題となるため、ウエルドラインをなくす努力が行われてきた。
一方、金型の加熱に関する技術としては、外部加熱手段を有することにより、金型全体を加熱するのではなく、キャビティのみ加熱する方法がある(特許文献2)。これによれば、加熱性能を向上させ、設備コストを低減することができるとされている。
特許文献1の方法では、低熱伝導性材料の保温効果を活用して、射出されキャビティ内を流動する樹脂を比較的高温状態に維持しながら樹脂を合流させることにより、ウエルドラインの発生を防止することができるが、金型に低熱伝導性材料を使用しているため、金型を冷却するには、かなり時間がかかり、生産性が良くない。また、冷却した金型は、次の成形のときに再び加熱しなければならず、金型全体の冷却と加熱を繰り返すため、大きなエネルギーを使うこととなり、二酸化炭素削減の観点からも問題であった。
一方、特許文献2の方法では、ウエルドラインをなくすことについては、言及されておらず、また、加熱をするときのみ、金型全体ではなく、キャビティだけで行うが、冷却するとき、金型全体を冷却しなければならないため、冷却するのに時間がかかるとともに、全体を冷却するため多くのエネルギーがかかり、二酸化炭素削減の観点から問題であった。
(1)溶融した樹脂を、注入後、分かれて流れた後に合流するような形状のキャビティ空間で成形する樹脂部品の成形方法において、前記キャビティ空間を備えるキャビティ金型を昇温する昇温工程と、溶融した樹脂をキャビティ金型に射出する成形工程と、前記キャビティ金型を冷却する冷却工程と、前記キャビティ金型から、冷却された樹脂部品を取出す部品取出し工程を有し、前記キャビティ金型は、一対の第1キャビティ金型と第2キャビティ金型を備え、前記キャビティ金型が金型本体から着脱自在であること、前記昇温工程、前記冷却工程及び前記部品取出し工程は、前記キャビティ金型を前記金型本体から外した状態で行うこと、前記キャビティ金型の温度を前記樹脂の融点以上に維持したまま、前記樹脂を射出することにより、キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂が前記合流まで溶融状態が維持されるようにしたこと、前記溶融した樹脂を注入するための注入穴が設けられた前記第1キャビティ金型は凸部を有すること、前記凸部は、細くなっており、前記金型本体の固定型が有する凹部に嵌合して接触していること、前記キャビティ金型が前記金型本体から外された状態で、前記溶融した樹脂が前記凸部に設けた前記注入穴で固まり、樹脂の逆流を防止すること、を特徴とする。
(2)(1)に記載する樹脂部品の成形方法において、前記第1キャビティ金型と前記第2キャビティ金型を型締めする機構を有することを特徴とする。
(3)(1)又は(2)に記載する樹脂部品の成形方法において、前記樹脂は、融点が300℃以上の材料であることを特徴とする。
(5)(4)に記載する樹脂部品の成形金型において、前記第1キャビティ金型と前記第2キャビティ金型を型締めする機構を有することを特徴とする。
また、昇温工程、冷却工程及び部品取出し工程は、金型本体から外した状態でキャビティ金型のみで行っているので、金型全体を加熱または冷却する必要がないため、加熱又は冷却する時間が短くなる。
また、前記キャビティ金型の温度を前記樹脂の融点以上に維持したまま、前記樹脂を射出することにより、キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂が前記合流まで溶融状態が維持されるようにしたことを特徴とするので、キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂は、合流までにずっと溶融状態を維持でき、冷却により固まることがないため、ウエルドラインの発生が防止できる。
更に、前記樹脂を注入するための注入穴が設けられた前記第1キャビティ金型は凸部を有すること、前記凸部は、細くなっており、固定型が有する凹部に嵌合して接触していること、前記金型本体から外された状態で、前記溶融した樹脂が前記凸部に設けた前記注入穴で固まり、樹脂の逆流を防止することを特徴とするので、熱容量を小さくしており、成形工程で溶融した樹脂を射出後、金型本体の型締めを解除し、金型本体から取り外す際に、第1キャビティ金型の凸部の温度は、固定型の凹部の温度近くに下がる。そして、溶融状態の樹脂が、凸部に設けられた注入穴で固まり封止するため、キャビティ金型セットから流出することなく、取扱いができ、成形工程の最終段階での保圧時の圧力を保持することができる。
(3)(1)又は(2)に記載する樹脂部品の成形方法において、前記樹脂は、融点が300℃以上の材料であることを特徴とするので、融点の高い樹脂で樹脂部品を成形する場合でも、ウエルドラインの発生を防止できる。
また、前記樹脂を注入するための注入穴が設けられた前記第1キャビティ金型は凸部を有すること、前記凸部は、細くなっており、固定型が有する凹部に嵌合して接触していること、前記キャビティ金型の温度を前記樹脂の融点以上に維持したまま、前記樹脂を前記注入穴に注入されることにより、前記キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂が前記合流まで溶融状態を維持され、前記キャビティ金型が前記金型本体から外された状態で、前記溶融した樹脂が前記凸部に設けた前記注入穴で固まり、樹脂の逆流を防止することを特徴とするので、熱容量を小さくしており、成形工程で溶融した樹脂を射出後、金型本体の型締めを解除し、金型本体から取り外す際に、第1キャビティ金型の凸部の温度は、固定型の凹部の温度近くに下がる。そして、溶融状態の樹脂が、凸部に設けられた注入穴で固まり封止するため、キャビティ金型セットから流出することなく、取扱いができ、成形工程の最終段階での保圧時の圧力を保持することができる。
(5)(4)に記載する樹脂部品の成形金型において、前記第1キャビティ金型と前記第2キャビティ金型を型締めする機構を有することを特徴とするので、キャビティ金型セット単独で取り扱うことができ、昇温工程、冷却工程、部品取出し工程の各工程に移動させることができる。また、成形工程で、溶融した樹脂を射出後、金型本体から取出す際に、第1キャビティ金型と第2キャビティ金型が分離することがないため、成形工程での状態を維持できる。
図1は、成形装置1の構成を示している。成形装置1は、スクリュを駆動するためのスクリュ駆動装置2、樹脂材料を貯蔵するホッパー3、樹脂を溶融加熱するためのスクリュポンプ10、固定型6及び可動型7を有している。可動型7の上に、一対の第1キャビティ金型8aと第2キャビティ金型8bからなるキャビティ金型セット8は配置されている。
スクリュポンプ10は、樹脂を加熱するための複数のヒーター4、溶融した樹脂をキャビティ空間内に射出するためのノズル5、中空形状のシリンダ9、及びシリンダ9の内部に回転可能に保持されたスクリュ13を有している。
図3(a)は、キャビティ金型セット8の締結状態を示している。図3(b)は、キャビティ金型セット8の分解状態を示している。
キャビティ金型セット8に内部には、(b)に示すキャビティ空間85が形成されている。第1キャビティ金型8aの固定型6との当接面には、直方体形状に突出した凸部89が形成されている。また、第1キャビティ金型8aには、4箇所に貫通するガイド穴82、4箇所に貫通するボルト穴83aが形成されている。また、凸部89の上面には、樹脂を射出するための注入穴84が形成されている。
第2キャビティ金型8bに、第1キャビティ金型8aに形成されたガイド穴82に対応する位置に4箇所の円柱状のガイドピン86が固設されている。また、第1キャビティ金型8aに形成されたボルト穴83a対応する位置に4箇所のネジ穴83bが形成されている。また、図3(b)に示しているように、第2キャビティ金型8bの中心部に、下凹部85bが形成され、同様に、第1キャビティ金型8aの中心部に、図示しない上凹部85aが形成されている。
また、第1キャビティ金型8aと第2キャビティ金型8bとのネジ締結により、第1キャビティ金型8aが有する上凹部85aと第2キャビティ金型8bが有する下凹部85bで、キャビティ空間85が形成される。
始めに、第1工程である昇温工程21において、複数の第1キャビティ金型8aと第2キャビティ金型8bからなるキャビティ金型セット8は、図示しない昇温装置により加熱され、昇温される。本実施例ではキャビティ金型セット8は340℃以上まで昇温されている。
すなわち、成形工程22においては、昇温されたキャビティ金型セット8が、金型本体である固定型6と可動型7との間に取り付けられ、可動型7が上昇することにより、金型が完成する。ここで、固定型6には、第1キャビティ金型8aの凸部89に嵌合する凹部63が形成され、凹部63に射出流路61が形成されている。
成形装置1は、ノズル5の上部に複数のヒーター4を備え、固定型6と可動型7は、あらかじめ150℃に加熱されている。樹脂11は複数のヒーター4により、350℃に加熱され溶融された状態で、キャビティ金型セット8に注入される。成形工程について、以下に、より詳細に説明する。
樹脂11は、ポッパー3から、スクリュポンプ10に供給される。スクリュポンプ10は、スクリュ駆動装置2により回転駆動される。回転駆動されたスクリュ13は、ヒーター4により加熱され溶融状態になっている樹脂11をノズル5の出口に向けて加圧しつつ送出す。これにより、樹脂11は、スクリュポンプ10により溶融され、加圧されて、固定型6に注入される。スクリュポンプ10において、ヒーター4により加熱され、スクリュ13の回転により、溶融状態でノズル5から射出される。
固定型6は、ノズル5の出口とキャビティ金型セット8の入り口を連結する射出流路61を有することにより、溶融した樹脂11は、ノズル5から射出流路61を経由して、キャビティ金型セット8に形成された注入穴84、キャビティ空間85に射出注入される。キャビティ空間85の形状は、樹脂部品の形状と同じである。
樹脂11は、ノズル5から、固定型6に有する射出流路61、及び第1キャビティ金型8aに形成された注入穴84を経由して、キャビティ金型セット8内のキャビティ空間85に射出される。固定型6には、冷却媒体流路62が形成されている。冷却媒体流路62は、射出流路61を中心軸として、射出流路61、及び凸部89の周囲に複数の環状の流路を備えている。冷却媒体流路62には、樹脂部品のゲート部12を冷却するための冷却媒体64を流している。注入穴84は、固定型6に近い程、断面積が小さい抜きテーパを有している。
注入穴84が設けられた第1キャビティ金型8aの凸部89は、固定型6の凹部63に嵌合して接触している。射出流路61を確保しながら凸部89を細くし、熱容量を下げている。
そして、図示しない冷却装置に搬送され、キャビティ金型セット8は、第3工程である冷却工程23で冷却を行う。
キャビティ金型セット8は、冷却された後、第4工程24である部品取出し工程で、締め付けボルト87が外されて分解され、キャビティ空間85で成形された樹脂部品を取出す。その後、キャビティ金型セット8は、再度第1工程に戻して、再昇温される。
また、キャビティ金型セット8の温度を樹脂11の融点以上に維持したまま、樹脂11を射出することを特徴とするので、キャビティ空間85に注入された溶融状態の樹脂11は、合流までにずっと溶融状態を維持でき、冷却による固化がないため、ウエルドラインの発生が防止できる。
また、キャビティ金型セット8は、金型本体から外された状態で、樹脂の逆流を防止できる機構を有することを特徴とするので、キャビティ金型セット8は単独で樹脂の逆流を防止することができるため、金型本体から取外す際に、キャビティ金型セット8から樹脂が流出することがなく、樹脂が溶融状態であっても、保圧時の圧力を維持することができる。
また、樹脂11は、融点が300℃以上の材料であることを特徴とするので、融点の高い樹脂で樹脂部品を成形する場合でも、ウエルドラインの発生を防止できる。
図5の(a)において、樹脂11は、ノズル5から、固定型6に有する射出流路61を経由して、キャビティ金型セット8の注入穴84、キャビティ空間85に射出される。固定型6は、成形時には180℃〜200℃に温調されているが、溶融状態の樹脂11の温度340℃より温度が低く、注入穴84が設けられた凸部89は、細く熱容量を小さくしており、樹脂11の射出が完了した後、固定型6とキャビティ金型セット8が分離するとき、図5の(b)に示すように、固定型6の温度が低いため、固定型6に形成された経路61に成形された樹脂部品のゲート部12は先に冷却され、固体状態に固まり、キャビティ金型セット8の空間における溶融状態樹脂11は、固体状態のゲート部12に封止され、自体に保圧し、溶融状態の樹脂の逆流を防止できる。
例えば、本実施例では、第1キャビティ金型8aと第2キャビティ金型8bの締結を、締め付けボルト87によるネジ締結により行っているが、十分な締結力を確保できるならば、ワンタッチ式の締結具を使用しても良い。
2 スクリュ駆動装置
3 ホッパー
4 ヒーター
5 ノズル
6 固定型
7 可動型
8 キャビティ金型セット
8a 第1キャビティ金型
8b 第2キャビティ金型
10 スクリュポンプ
11 樹脂
13 スクリュ
21 昇温工程
22 成形工程
23 冷却工程
24 部品取出し工程
Claims (5)
- 溶融した樹脂を、注入後、分かれて流れた後に合流するような形状のキャビティ空間で成形する樹脂部品の成形方法において、
前記キャビティ空間を備えるキャビティ金型を昇温する昇温工程と、
溶融した樹脂をキャビティ金型に射出する成形工程と、前記キャビティ金型を冷却する冷却工程と、
前記キャビティ金型から、冷却された樹脂部品を取出す部品取出し工程を有し、
前記キャビティ金型は、一対の第1キャビティ金型と第2キャビティ金型を備え、前記キャビティ金型が金型本体から着脱自在であること、
前記昇温工程、前記冷却工程及び前記部品取出し工程は、前記キャビティ金型を前記金型本体から外した状態で行うこと、
前記キャビティ金型の温度を前記樹脂の融点以上に維持したまま、前記樹脂を射出することにより、キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂が前記合流まで溶融状態が維持されるようにしたこと、
前記溶融した樹脂を注入するための注入穴が設けられた前記第1キャビティ金型は凸部を有すること、
前記凸部は、細くなっており、前記金型本体の固定型が有する凹部に嵌合して接触していること、
前記キャビティ金型が前記金型本体から外された状態で、前記溶融した樹脂が前記凸部に設けた前記注入穴で固まり、樹脂の逆流を防止すること、
を特徴とする樹脂部品の成形方法。 - 請求項1に記載する樹脂部品の成形方法において、
前記第1キャビティ金型と前記第2キャビティ金型を型締めする機構を有することを特徴とする樹脂部品の成形方法。 - 請求項1又は請求項2に記載する樹脂部品の成形方法において、
前記樹脂は、融点が300℃以上の材料であることを特徴とする樹脂部品の成形方法。 - 溶融した樹脂を、注入後、分かれて流れた後に合流するような形状のキャビティ空間を有し、樹脂部品を前記キャビティ空間で成形する成形金型において、
前記キャビティ空間を備えるキャビティ金型は、一対の第1キャビティ金型と第2キャビティ金型を備え、前記キャビティ金型が金型本体から着脱自在であること、
前記溶融した樹脂を注入するための注入穴が設けられた前記第1キャビティ金型は凸部を有すること、
前記凸部は、細くなっており、前記金型本体の固定型が有する凹部に嵌合して接触していること、
前記キャビティ金型の温度を前記樹脂の融点以上に維持したまま、前記樹脂を前記注入穴に注入されることにより、前記キャビティ空間に注入された溶融状態の樹脂が前記合流まで溶融状態を維持され、前記キャビティ金型が前記金型本体から外された状態で、前記溶融した樹脂が前記凸部に設けた前記注入穴で固まり、樹脂の逆流を防止すること、
を特徴とする樹脂部品の成形金型。 - 請求項4に記載する樹脂部品の成形金型において、
前記第1キャビティ金型と前記第2キャビティ金型を型締めする機構を有することを特徴とする樹脂部品の成形金型。
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