JP2012131179A - 熱硬化性樹脂成形用金型および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂の成形の際に生じる樹脂漏れによるバリを抑制可能とする。
【解決手段】金型１０，２０が型締めした場合において、キャビティ部３０とキャビティ部周辺の型開き面１２，２２とを備え、前記周辺型開き面は両金型の間に隙間を有す。また、金型には、キャビティ部近傍に第１ヒーター５１，５３を前記周辺型開き面の近傍に第２ヒーター５２，５４を備えるとともに、金型側面に断熱板５５，５６を備えている。第２ヒーターには第１ヒーターよりも高い温度とした熱媒体が流れ、前記周辺型開き面にて、前記キャビティ部表面温度よりも高い極大値となる温度制御を行った金型を用いて熱硬化性樹脂の成形を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂成形用金型および成形方法に関するもので、特に射出成形法に適した金型装置および成形方法に関するものである。

一般の射出成形用の金型装置において、バリの発生を抑制するための様々な発明が開示されている。例えば特許文献１では、型締め時に金型の合わせ面の全体に型締力が均等に作用して、成形時にバリの発生等による成形不良を抑制する方法を開示する。特許文献２では、保圧切換時において直ちに成形機側の油圧を制御することなく、金型キャビティ内へ樹脂が十分に充填されるまでの間、キャビティ内の圧力で制御することにより、バリやヒケ等の発生しない最適な成形品を成形することができる射出成形機の保圧制御方法および装置を開示する。

また、特許文献３では熱硬化性樹脂の成形方法において、成形品の必要形状の成形に関与しない金型の不要な隙間部分の付近を局所的に加熱して、その部分の樹脂の硬化を素早く行い、不要な隙間部分への樹脂の漏れを減少させることで、バリの発生を極力防止することのできる熱硬化性樹脂の成形方法が開示されている。

特開２００２−３３１５５５号公報 特開平１０−２６４２２３号公報 特開２０００−８４９３３公報

しかし、特許文献１〜３に記載されている方法によって、熱硬化性樹脂成形材料を成形する際のバリの発生を完全に防止することは容易ではない。その理由は、熱硬化性樹脂成形材料用の金型においては、一般に金型内ヒーターを設置し、これにより加熱および温度調整を行なう。溶融した成形材料が金型キャビティ内に注入される際、熱硬化性樹脂成形材料は、熱可塑性樹脂成形材料に比べて粘度が低い。そのため、金型キャビティ温度が成形材料が速やかに硬化する温度に加熱されていると、金型内に注入された成形材料は金型の型開き面へ侵入し、バリとなる。

特許文献１の方法によれば、型締め力を強くすることで型開き面の隙間の不均一を解消することができるが、金型の型開き面における隙間を無くすことは難しい。特許文献２の方法によれば、キャビティ内の圧力で制御したとしても、型開き面に侵入した成形材料についてはバリとなる。特に、特許文献１および特許文献２の方法は、溶融した成形材料が金型キャビティ内に注入される際、熱可塑性樹脂成形材料に比べて粘度が低い熱硬化性樹脂成形材料の成形においては、金型キャビティ内から型開き面に侵入する成形材料によるバリについては考慮されていない。

特許文献３の方法によれば熱可塑性樹脂成形材料に比べて粘度が低い熱硬化性樹脂成形材料を成形する点について考慮されている。しかしながら、金属材料のインサート成形に関するもので、そのインサートする金属を過熱することを必須とするため、金属材料をインサートしない熱硬化性樹脂の成形については考慮されていない。

そこで本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、インサート成形方法を用いない熱硬化性樹脂の射出成形法を採用した場合において、低粘度の成形樹脂がキャビティ内から型開き面に侵入してバリが発生するのを防ぐことができる金型装置および成形方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、固定側金型と可動側金型とを有し、成形品形状としたキャビティを有する金型装置において、
前記両金型が型締めした場合に、キャビティ部とキャビティ部周辺の型開き面とを備え、前記周辺型開き面は両金型の間に隙間を有しており、
前記両金型の少なくとも一方には、前記キャビティ部近傍に第１ヒーターを前記周辺型開き面の近傍に第２ヒーターを備えるとともに、金型側面に断熱板を備えており、
前記周辺型開き面の近傍において前記第２ヒーター以外に前記第１ヒーターを有する場合には、前記第２ヒーターが第１ヒーターよりも高密度且つ型開き面の近くに位置するように設けられており、
第２ヒーターは、第１ヒーターよりも高い温度としたことを特徴とする熱硬化性樹脂成形用金型を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、キャビティ部周辺型開き面の温度がキャビティ部よりも高くすることにより、この部分での流動性の高い熱硬化性樹脂成形材料が、部分的に硬化が促進され、結果として流動性が低下する。これにより周辺型開き面への樹脂漏れが抑えられることとなり、成形品のバリが防止される。

また、本発明は、熱硬化性樹脂を金型に射出し加熱することにより成形を行なう熱硬化性樹脂の成形方法において、
前記金型は、固定側金型と可動側金型とを有し、成形品形状としたキャビティを有し、
前記両金型が型締めした場合に、キャビティ部とキャビティ部周辺の型開き面とを備え、前記周辺型開き面は両金型の間に隙間を有しており、
前記両金型の少なくとも一方には、前記キャビティ部近傍に第１ヒーターを前記周辺型開き面の近傍に第２ヒーターを備えるとともに、金型側面に断熱板を備えており、
前記周辺型開き面の近傍において前記第２ヒーター以外に前記第１ヒーターを有する場合には、前記第２ヒーターが第１ヒーターよりも高密度且つ型開き面の近くに位置するように設けられており、
第２ヒーターは、第１ヒーターよりも高い温度にすると共に、前記周辺型開き面にて、前記キャビティ部表面温度よりも高い極大値となる温度制御を行い、
前記温度制御を実施した金型内に熱硬化性樹脂材料を射出して成形を行なうことを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法を提供する。

上記した熱硬化性樹脂の成形方法の発明によれば、キャビティ部周辺型開き面の温度をキャビティ部よりも高い極大値を有するように温度制御する。そしてこの温度制御がされた状態にて熱硬化性樹脂材料を射出して成形を行なうので、キャビティ部周辺型開き面では熱硬化性樹脂成形材料が部分的に硬化を促進され、結果として流動性が低下する。これにより周辺型開き面への樹脂漏れが抑えられることとなり、成形品のバリの発生を抑制した成形を行なうことができる。したがって、バリが金型内に残って成形不良となったり、成形後に行なうバリ取り工程時間を短縮することができる。

本発明の熱硬化性樹脂成形用金型および成形方法は、成形品のバリの発生を抑制することができる、という利点がある。

本発明に係る第１の実施の形態である金型の型開き面を示す平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面で型開き状態を示す金型装置の断面図である。 図３は、図２の金型装置の型締め状態を示す断面図である。 図４は、本発明に係る第１の実施の形態である金型の温度制御を説明する図で、（ａ）が図４の金型装置のヒーターを示す断面図、（ｂ）が（ａ）図の温度分布を説明するグラフである。 図１の金型装置のヒーターを示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態である灯具について図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る固定側金型の型開き面を示す平面図。図２および図３は図１のＡ−Ａ線断面とした金型装置１００の断面図であり、図２が型開きした状態、図３が型締めした状態を示す。
この金型装置１００は、固定側金型２０と、固定側金型２０に対して当接および型開きするように移動可能な可動側金型１０を有している。図１に示すように可動側金型１０には、可動側金型１０と固定側金型２０が当接した状態（型閉め状態）において、両金型１０，２０の間に所望の製品形状に対応する形状に形成されたキャビティ３０が構成される。本実施の形態においてキャビティ３０は自動車用灯具の反射鏡とされ、本実施の形態では２個の製品を同時に成形可能としている。なお、符号３５は反射鏡が成形された場合においてハロゲン電球などの光源を取付けるための光源取り付け部に相当する部分であり、固定側金型２０と当接する島状金型面である。

可動側金型１０には、成形する反射鏡形状に対応した凹部をなすキャビティ３０，３０と、型開き面１２にキャビティ３０内に成形用樹脂を射出するための流路となるランナー３１が設けられている。また、可動側金型１０は入れ子構造とされておりキャビティ３０，３０は入れ子型１５に設けてある。

固定側金型２０には、スプルー３３が設けられるともにキャビティ３０内に成形用樹脂を射出するための射出機構４０が接続される。スプルー３３内には、半固形状態の樹脂が射出機構４０により流入される。流入される樹脂材料はヒーター等により加熱され液状となり、ゲート３２を介してランナー３１を通ってキャビティ３０，３０に流入する。
また、固定側金型２０の型開き面２２には、可動側金型１０のキャビティ３０に対応する凸形状が形成されている。

可動側金型１０はベースプレート１１を介して金型装置に取り付け固定され、固定側金型２０はベースプレート２１を介して金型装置に取り付け固定される。両金型は図示しない可動機構および加圧機構に接続され、型閉め状態において所定の圧力を保持可能に取り付けられている。

固定側金型２０に対し可動側金型１０を型締めしたときに、キャビティ３０，３０が形成される。この状態で、射出機構４０から樹脂をスプルー３３、ランナーを通してキャビティ３０，３０に液状の成形用樹脂を射出する。

ここまでの構成は、従来の金型装置と同様であるが、本実施の形態においては温度調整機構５０を備えている。図４および図５は、温度調整機構５０を説明するための説明図であり、図１および図３では説明を省略した温度調整機構５０を示す。
図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面にて示す金型装置１００の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の温度分布を示す説明図である。図５は可動側金型の平面図においてヒーターを点線にて図示し説明するものである。

本実施の形態では、図４（ａ）に示すように温度調整機構５０として、金型１０，２０に複数系統の温度調整用のヒーター５１，５２，５３，５４および断熱板５５，５６，５７を備える。第１ヒーター５１は、型開き面１２に近接して可動側金型２０のキャビティ３０の近傍に設け、第１ヒーター５３は、型開き面２２に近接して固定側金型２０のキャビティ３０の近傍に設ける。

第２ヒーター５２は、型開き面１２に近接して可動側金型１０のキャビティ３０の外周の近傍領域に設け、第２ヒーター５４は、型開き面２２に近接して固定側金型２０のキャビティ３０の外周の近傍領域に設ける。また、第２ヒーター５２は、少なくともキャビティ３０の外周の近傍においては、第１ヒーター５１よりも型開き面１２側に設けられている。キャビティ３０の凹部の凹みが深い場合には凹部近傍まで第２ヒーター５４を設けることが好ましく、スプルー３３と平行な方向に設置して金型凸部を加熱することが好ましい。

図４（ａ）において二重丸にて図示した第２ヒーター５２，５４は、キャビティ３０の周囲に近接して設け、第１ヒーター５１，５３よりも温度を高くする。第１ヒーター５１，５３および第２ヒーター５２，５４は、図示しない温度制御装置によって所定の温度に制御される。ヒーターとしてはカートリッジヒーターを用いると良い。カートリッジヒーターを用いることで金型構造を簡素化できるとともにキャビティ近傍の金型面近くにまでヒータを設置することができ、温度制御性が向上するからである。

また、キャビティ周辺、特にキャビティ３０と金型側面との間においては、第１ヒーターを設けずに第２ヒーター５２，５４のみを設けている。特に、入れ子構造とした場合においては入れ子型１５以外の可動型の温度を高くすることで入れ子型の型開き面１２を入れ子型に第２ヒーターを設けることなく効率的に温度を高くすることができ、総じて金型コストを低減することができる。

また、キャビティ周辺の型開き面の近傍において前記第２ヒーター以外に前記第１ヒーターを設ける場合には、前記第２ヒーターが第１ヒーターよりも高密度に、且つ、第２ヒーターを型開き面の近くに位置するように設けることで、第２ヒーターのみを設けた場合と同様に、キャビティ３０と金型側面との間においては、第１ヒーターを設けずに第２ヒーター５２，５４のみを設けている。これにより、キャビティ３０と金型側面との間における温度カーブを後述する図４（ｂ）のように急激な極大値としやすくすることができる。

断熱板５５，５６，５７は、固定側金型２０および可動側金型１０の各々の周囲側面を覆うように各々の金型に設けられている。断熱板５５，５６，５７は、例えばクロム−モリブテン鋼などの金型１０，２０材料（鉄）よりも熱伝導性が低く融点が高い材料を用いる。断熱板５５，５６を金型１０，２０の側面に設けることで、熱硬化性樹脂材料を射出したときにおける加熱硬化時間を短縮することができる。特に、キャビティ３０の外周縁の温度低下を抑制し、外周縁における熱硬化速度を速めることができる。

一般に射出成形では高速で高圧な成形を行なうため、金型の合わせ面から樹脂漏れが生じることがある。樹脂の漏れが生じないようにするために金型内にかける射出圧力を小さくすると、エアーなどの細かい気泡が樹脂製品内に残り、製品機能上の問題を発生させることもある。特に、熱硬化性樹脂の射出成形においては、金型温度が高温であり、樹脂の硬化前はほとんどが液状であるため、樹脂漏れが生じてバリが発生し易い。

一方、この金型を用いて熱硬化性樹脂を射出成形する場合、キャビティ３０内へ成形用樹脂が流入する間、キャビティ３０は第１ヒーター５１，５３により加熱され硬化する。また、キャビティ３０の外周縁においては、第２ヒーター５２，５４により第１ヒーター５１，５３よりも高い温度に加熱される。したがって、キャビティ３０の外周縁における硬化を促進させることができる。これにより、成形製品の外周部における粘度を高くしてキャビティ３０の外周縁における金型間の隙間への樹脂漏れを低減することが可能となる。

反射鏡をＢＭＣにて成形する場合においては、バリが分離して反射面に付着すると、反射鏡としての機能が損なわれる。したがって、バリが極力発生しないことが好ましい。本実施の形態においてはキャビティ（反射鏡）の外周縁でのバリ発生を抑制することができる。したがって、外周からバリが分離して反射面に付着することで生じる不具合を解消することができ得る。なお、ＢＭＣはＢｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄの略で、不飽和ポリエステル樹脂に各種の添加剤が加えられたものをいい、反射鏡に用いるＢＭＣとしてガラスフィラーを混和したものを用いる。

また、反射鏡としてお碗形状の凹部反射鏡とし、凹部底面に光源挿入用の開口を有する自動車用灯具の反射鏡を成形する場合において、凹部底面の開口にバリが生じると、光源を挿入する際にバリが剥がれ、反射鏡としての機能を損なう。したがって、凹部底面の開口にバリが生じないようにすることが好ましい。
したがって、かかる場合には島状金型面３５の近傍にも第２ヒーターを設け、島状金型面３５の温度がキャビティ部よりも高温度で、且つ、極大値を示すように温度制御を行なうことが好ましい。極大値を示す温度制御を行なうことで、金型間の隙間への樹脂漏れを効率的に低減することが可能となる。

次に具体的な実施例について説明する。
（実施例）
あらかじめ第１ヒーター５１，５３により１５０℃に加熱した固定側金型２０および可動側金型１０内に、７５トン射出成形機にて射出した。また、型締め状態において全体に０．０５ｍｍの隙間を金型１０，２０間に作った。成形用樹脂として昭和電工（株）社製のリゴラックＢＭＣを使用した。リゴラックＢＭＣは、塊粘土状の熱硬化性樹脂材料であり、長さ２０〜３０ｍｍの０．０１ｍｍΦより小さい外径のガラスフィラーを混入して用いた。金型の長手方向の幅は約７００ｍｍであり、入れ子型１５の端から可動側金型１０の外周端までの距離は約１００ｍｍとした金型を用いた。

第２ヒーター５２，５４の温度を、第１ヒーター５１，５３よりも高く設定し、キャビティ３０の外周縁温度が１８０℃となるようにした。
この状態にて、溶融状態のＢＭＣ材料を射出して成形したところ、製品外周縁にバリは認められなかった。

また、固定側金型２０と可動側金型１０の型合わせ面１２の間の隙間を０．１ｍｍとした金型において、同じ樹脂材料を用いて成形したところ、僅かにバリ発生が認められたが製品外周縁に製品歩留まりに影響するバリは認められなかった。

（比較例）
実施例と同じ固定側金型２０および可動側金型１０内に、同じＢＭＣを７５トン射出成形機にて射出した。射出成形条件は実施例と同一条件とした。このとき、第１ヒーター５１，５３のみでなく第２ヒーター５２，５４にも同じ温度とした。また、断熱板５５，５６，５７は取付けなかった。この状態にて、溶融状態のＢＭＣ材料を射出して成形したところ、製品外周縁にバリが認められ、また、ランナー周囲にはほぼ全てにバリが認められた。なお、金型間の隙間は０．０５ｍｍとした。

図４（ｂ）は、実施例および比較例の実験条件における金型表面温度を示す実測値である。Ｔ１は実施例の場合の金型測定温度を示し、Ｔ２が比較例の場合の金型測定温度を示す。実施例の場合には、断熱板５５，５６，５７を設け、かつキャビティ３０と断熱板５５，５６の間のキャビティ外周領域において第２ヒーター５２，５４を第１ヒーター５１，５３よりも高密度に配設している。それにより、キャビティ３０の外周縁にて温度ピークが極大値を示す。一方、比較例においては、第１ヒーター５１，５３および第２ヒーター５２，５４は同じ温度の加熱媒体を流し、断熱板５５，５６を設けていないので、外周縁の金型表面温度が低下している。両者の温度差ΔＴは約４０℃であった。

図４（ｂ）に示すように製品部と製品外周との温度差を急激に設ける。特に、製品外周Ｅ点と断熱板５５，５６の間に製品部温度（１５０℃）よりも高いピーク温度（１８０℃）となるようにしたことにより、製品外周における樹脂硬化を促進させて樹脂粘度を高めることができた。なお、実施例と同じ条件で断熱板５５，５６，５７のみを外した条件にて成形した場合には、比較例に比べてバリ発生は少なくなったがバリが発生し、バリ取り工程を行なわないと製品として使用できないレベルであった。

本発明に係る金型装置によれば、樹脂が両金型の隙間に侵入するのを抑制することができる。バリ発生の少ない成形品を得ることができ得る。また、金型間の隙間を０．１ｍｍ以下としてもバリ発生の少ない成形品を得ることができ得るので、金型の隙間精度を高くしなくても良く、安価な金型構造にてバリを抑制することができる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。例えば、第１ヒーターおよび第２ヒーターのほかに、両流路の間の温度に加熱するための第３ヒーターを設けるもの、ヒーターとしてカートリッジヒーター以外の加熱手段、例えば加熱流体を流すことによる加熱も本発明に包含される。

本発明は、熱硬化性樹脂材料を用いた成形において、バリ発生を抑止した金型およびこの金型を用いた成形装置に適用できる。

１０ 可動側金型
２０ 固定側金型
３０ キャビティ
３１ ランナー
３２ ゲート
３３ スプルー
３５ 島状金型面
４０ 射出機構
５０ 温度調整機構
５１，５３ 第１ヒーター
５２，５４ 第２ヒーター
５５，５６，５７ 断熱板
１２，２２ 型開き面

Claims (4)

1. 固定側金型と可動側金型とを有し、成形品形状としたキャビティを有する金型装置において、
   前記両金型が型締めした場合に、キャビティ部とキャビティ部周辺の型開き面とを備え、前記周辺型開き面は両金型の間に隙間を有しており、
   前記両金型の少なくとも一方には、前記キャビティ部近傍に第１ヒーターを前記周辺型開き面の近傍に第２ヒーターを備えるとともに、金型側面に断熱板を備えており、
   前記周辺型開き面の近傍において前記第２ヒーター以外に前記第１ヒーターを有する場合には、前記第２ヒーターが第１ヒーターよりも高密度且つ型開き面の近くに位置するように設けられており、
   第２ヒーターは、第１ヒーターよりも高い温度としたていることを特徴とする熱硬化性樹脂成形用金型。
2. 前記第２ヒーターが、前記キャビティ外周の略全周に設けていることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂成形用金型。
3. 熱硬化性樹脂を金型に射出し加熱することにより成形を行なう熱硬化性樹脂の成形方法において、
   前記金型は、固定側金型と可動側金型とを有し、成形品形状としたキャビティを有し、
   前記両金型が型締めした場合に、キャビティ部とキャビティ部周辺の型開き面とを備え、前記周辺型開き面は両金型の間に隙間を有しており、
   前記両金型の少なくとも一方には、前記キャビティ部近傍に第１ヒーターを前記周辺型開き面の近傍に第２ヒーターを備えるとともに、金型側面に断熱板を備えており、
   前記周辺型開き面の近傍において前記第２ヒーター以外に前記第１ヒーターを有する場合には、前記第２ヒーターが第１ヒーターよりも高密度且つ型開き面の近くに位置するように設けられており、
   第２ヒーターは、第１ヒーターよりも高い温度にすると共に、前記周辺型開き面にて、前記キャビティ部表面温度よりも高い極大値となる温度制御を行い、
   前記温度制御を実施した金型内に熱硬化性樹脂材料を射出して成形を行なうことを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
4. 前記熱硬化性樹脂がＢＭＣであり、キャビティ形状が碗状の反射鏡形状であることを特徴とする請求項４に記載の熱硬化性樹脂の成形方法。

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