JPH05220793A

JPH05220793A - 射出成形用金型

Info

Publication number: JPH05220793A
Application number: JP2913092A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kataoka; 紘片岡; Isao Umei; 勇雄梅井
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【構成】金属金型キャビティ壁面を耐熱樹脂層で被覆
し、該耐熱樹脂層をゲート付近から樹脂流動端部へ向っ
て厚肉にした射出成形用金型。【効果】本発明の金型を用いた射出成形により、型表
面再現性が優れ、かつ、均一表面の成形品が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は合成樹脂の射出成形用金
型に係る。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出し
て成形し、成形品に対する型表面の形状状態の付与にお
ける再現性を良くし、成形品の艶を良くするには、通常
樹脂温度を高くしたり、射出圧力を高くする等の成形条
件を選ぶことによりある程度達成できる。これらの要因
の中で最も大きな影響があるのは金型温度であり、金型
温度を高くする程好ましい。しかし、金型温度を高くす
ると、可塑化された樹脂を冷却固化させるに必要な冷却
時間が長くなり成形能率が下がる。金型温度を高くする
ことなく型表面の再現性を良くし、又金型温度を高くし
ても必要な冷却時間が長くならない方法が要求されてい
る。

【０００３】金型に加熱用の孔と冷却用の孔をそれぞれ
とりつけておき交互に熱媒、冷媒を流して金型の加熱、
冷却をくり返す方法も行われているがこの方法は熱の消
費量も多く、冷却時間は長くなる。一方、鉄製金型キャ
ビティの金型壁表面のみを高周波誘導加熱により急速に
加熱し、型表面のみが加熱された状態で直ちに射出成形
する方法が提案されている（特公昭５８−４０５０４、
同５７−４７４８号公報等）。しかし、この方法は高周
波誘導加熱装置が非常に高価であり、一般的でない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】射出成形品は一般に射
出圧力が伝達されやすい樹脂注入口（以後ゲートと称
す）付近は金型表面再現性が良く、艶が良くなり、ゲー
トから離れるに従って金型表面再現性は悪くなり、樹脂
流動端部は最も悪くなる。成形品肉厚が薄くなったり、
あるいは射出される樹脂の粘度が高い場合、あるいは成
形品が大きい場合に特に、ゲート部と樹脂流動端部の外
観の差が大きくなる。

【０００５】ゲート部と樹脂流動端部の金型温度に差を
つけることにより、これ等の外観の差を無くすることは
原理的には可能であるがしかし金型構造が著るしく複雑
になり、金型製作費が著るしく上昇する。本発明は射出
成形品の金型表面再現性を、ゲート部、樹脂流動端部に
関係なく、均一にする金型を提供する。

【０００６】

【課題解決の手段】本発明は（１）主金型材質の室温に於ける熱伝導率が０．０３ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であり、型キャビティを形
成する前記金型壁の表面に厚さが０．００１〜２ｍｍの
耐熱樹脂層を有する、合成樹脂の射出成形用金型であ
り、樹脂注入口（ゲート）付近から樹脂流動端部方向へ
向って、前記耐熱樹脂層の肉厚が増大している射出成形
用金型であり、更に、好ましくは（２）樹脂流動端部付近の耐熱樹脂層厚みは樹脂注入口
（ゲート）付近の耐熱樹脂層厚みの１．１倍から４倍で
ある射出成形用金型であり、更に、（３）本発明は、耐熱樹脂層の厚み分布が、射出直後の
合成樹脂の型キャビティ内射出圧力分布と、ほゞ逆の関
係にある上記の第（１）又は（２）項に記載の射出成形
用金型である。

【０００７】本発明に述べる主金型材は、一般に射出成
形に広く使用されている金属、例えば鋼鉄、アルミニウ
ム、銅、亜鉛、及びそれ等の合金等の熱伝導率の大きい
金属であり、これ等は熱伝導率は０．０３ｃａｌ／ｃｍ
・ｓｅｃ・℃以上である。本発明に述べる金型壁表面に
設ける耐熱樹脂層のための樹脂として好ましい条件は、（１）熱伝導度が低い（２）耐熱性に優れる（３）引張強度、伸びが大きく、冷熱サイクルに強い（４）表面硬度が大きい（５）耐摩耗性に優れる（６）金型本体への塗布が良好にできる（７）金型本体との密着性が良い（８）表面研磨ができる。等である。

【０００８】熱伝導率は低い方が好ましく、室温で０．
００１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下が必要であり、一
般の有機重合体はこれを満している。金型キャビティに
は加熱可塑化された溶融樹脂が射出されて成形されるた
め、融溶温度２００℃以上の高温度と、金型本体の室温
との間の厳しい冷熱サイクルにさらされるため、被覆物
質は強伸度が大きく、且つ耐熱性があり、冷熱サイクル
に耐える物質である必要がある。又、金型本体との密着
性が良く、冷熱サイクルで剥離が起らぬことが必要であ
る。表面硬度が大きく、耐摩耗性に優れ、使用中にキズ
がつき難いことが好ましい。

【０００９】好ましい耐熱樹脂はガラス転移温度が１５
０℃以上の耐熱樹脂であり、主鎖に芳香族環を有するポ
リイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ
アリルスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンエー
テル等の芳香族系重合体等であり、好ましくはガラス転
移温度が１９０℃以上又は連続使用温度が１５０℃以上
又はこの両者を満足する耐熱樹脂である。耐熱樹脂は溶
液として金型壁面に塗布することが特に好ましく、従っ
て溶液となる非結晶性芳香族重合体、又はポリアミド酸
等のポリイミド前駆体が良好に使用される。

【００１０】ここに述べるポリイミドとは、ピロメリッ
ト酸（ＰＭＤＡ）系ポリイミド、ビフェニルテトラカル
ボン酸系ポリイミド、トリメリット酸を用いたポリアミ
ドイミド、ビスマレイミド系樹脂（ビスマレイミド／ト
リアジン系等）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸系ポ
リイミド、アセチレン末端ポリイミド、熱可塑性ポリイ
ミド等であり、代表的なポリイミドの繰返し単位の構造
式を次に示す。

【００１１】

【化１】

【００１２】本発明に良好に使用されるポリイミド以外
の芳香族系重合体としては、ポリスルホン、ポリエーテ
ルスルホン、ポリアリルスルホン、ポリアリレート、ポ
リフェニレンエーテル、ポリベンツイミダゾール等であ
り、それ等の代表的重合体の繰返し単位を次に示す。

【００１３】

【化２】

【００１４】

【化３】

【００１５】その他、次の重合体の中から選択すること
もできる。ポリフェニル、ポリ−ｍ−フェノキシレン、
ポリフェニレンサルファイド、ポリベンジル、ポリフェ
ネチル、ポリ−ｐ−キシレン、ポリテレフタールアミ
ド、ポリスルファニルジベンザミド、ポリヒドラジド、
ポリオキサミド、フェノールフタレインポリマー、ハイ
ドロキノンポリエステル、ポリヒドロキシベンゾイック
アシッド、ポリベンゾチアゾール、ポリキノキザリン、
ポリフェニレントリアゾール、ポリジチアゾール、ポリ
オキサジアゾール、ポリアミジン、パイロライズドポリ
アクリロニトリル、ポリ（ビニルイソシアネート）ラダ
ーポリマーこれ等の重合体の溶剤への溶解性を良くする
目的で分子量を小さくしたり、共重合体とすることは必
要に応じて行われる。

【００１６】金型表面を被覆する重合体の金型との密着
力は強い程好ましいが、合成樹脂の射出成形時に剥離し
ない密着力が必要であり、金型表面に垂直方向に、２０
ｍｍ／分の速度で塗膜を引張った時の剥離強度が２００
ｇ／１０ｍｍ巾以上の密着力が必要であり、好ましくは
４００ｇ／１０ｍｍ巾以上である。これ等の芳香族系重
合体の金型壁面への接着性を良くするため、接着性の良
いエポキシ樹脂等を溶液へ配合することは良好に使用で
きる。ポリフェニレンエーテルとポリエーテルスルホン
はエポキシ樹脂と良好に相溶し合い、本発明には、特に
良好に使用できる。

【００１７】耐熱樹脂層の厚みは０．００１〜２ｍｍで
あり、この中から目的に応じて選択される。好ましくは
０．０１ｍｍから０．５ｍｍである。金型温度が高い
程、耐熱樹脂層の厚みは薄く、金型温度が低い程、耐熱
樹脂層を厚くする。又、射出される合成樹脂の種類、成
形品の大きさ、成形条件等により適度に厚みを選択す
る。

【００１８】耐熱樹脂層の厚みの変動は種々の方法でつ
けることができる。例えば、耐熱樹脂溶液又は耐熱樹脂
前駆体溶液を金型へ塗布することを繰返し行って、耐熱
樹脂層を形成する場合、塗布する回数を金型部位で変え
ることにより、耐熱樹脂層の厚みを変化させ、塗布物を
十分に硬化後、表面研磨により鏡面化と厚み変動をなめ
らかにする方法は良好に使用できる。

【００１９】本発明のゲート付近とは、ダイレクトゲー
ト、ピンポイントゲート、サイドゲート等の一般に使用
されるゲート付近である。射出成形品には外観が要求さ
れる部分と、不要の部分があり、一般にゲートは外観が
要求されない部分を選んでその位置を決める。従って、
外観が要求される最もゲートに近い部分の耐熱樹脂層の
厚みをゲート付近の耐熱樹脂層厚みとする。図に示す様
にゲート付近とはゲートから金型キャビティへ入った部
分、一般にはゲートから樹脂流動端部までの距離の１／
１０付近７の金型壁面を示す。

【００２０】ゲートから金型キャビティに入った真近Ｇ
及びその近傍部には耐熱樹脂層が無く、数十ｍｍ進んだ
所から耐熱樹脂層が被覆されることもあり、この場合
は、耐熱樹脂が本格的に被覆されはじめた部分を本発明
にいう、ゲート付近とする。そして、この部分の耐熱樹
脂層の厚みを用いることゝする。同様に、図に示す様に
樹脂流動端部付近８とは外観が要求される最も樹脂流動
端部に近い部分、すなわち，樹脂流動端部からゲートま
での距離の１／１０付近を示す。本発明では樹脂流動端
部付近の耐熱樹脂層厚み６はゲート付近の耐熱樹脂層厚
み５の１．１倍から４倍であり、好ましくは、１．２倍
から３倍であり、更に好ましくは１．３倍から２．５倍
である。

【００２１】本発明の金型キャビティの厚みは自由に選
択できる。主金型材で形成される型キャビティに耐熱樹
脂層を形成すると、主金型材型キャビティはそれだけ薄
肉になるので、その分だけ主金型材型キャビティをあら
かじめ厚くしておくことが好ましい。耐熱樹脂層を０．
０５ｍｍ厚程度にする場合には、それを考えなくても良
い場合が多い。

【００２２】本発明の金型を用いて射出成形される合成
樹脂は一般に射出成形等に使用できる熱可塑性樹脂であ
る。例えばスチレン重合体及びその共重合体、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等オレフィン類重合体及びその共
重合体、塩化ビニール重合体及び共重合体、ポリアミ
ド、ポリエステル等熱可塑性樹脂一般が使用できる。こ
れ等樹脂は各種強化材、各種充填物を配合した場合、あ
るいはポリマーアロイ等とした場合効果が大きい。すな
わち、例えば、ゴム、ガラス繊維、アスベスト、炭酸カ
ルシウム、タルク、硫酸カルシウム、発泡剤、木粉等の
１種又は２種以上が樹脂に配合される。

【００２３】一般に、平行板間を流動する流体の圧力損
失は次式で示される。 ΔＰ＝β×ＬηＱ／Ｈ³ ΔＰ：圧力損失 η：粘度Ｑ：流量Ｈ：平行板間距離 β：定数Ｌ：流動距離すなわち、圧力損失は粘度と流動距離に比例し、平行板
間距離の３乗に反比例する。

【００２４】射出成形では上記数式から明らかな様に、
ゲートから離れるに従って圧力損失は大きく、ゲートか
ら離れる程金型壁面を押す樹脂圧力は低下する。金型キ
ャビティの形状及びゲートの取り方、樹脂の種類によっ
て、異るが、一般に合成樹脂の射出圧力が１０００ｋｇ
／ｃｍ²でも流動端部では数十ｋｇ／ｃｍ²に低下して
いる。従って射出された合成樹脂が金型壁面に押しつけ
られ力が流動端部では著るしく低下しており、金型表面
再現性が低下し、艶が悪くなる。上記式のＬとηが大き
い場合、すなわち、大型成形品で難加工性樹脂では差が
大きくなる。

【００２５】本発明はこの様な時に発生する問題を解決
したものである。金属等の熱伝導率が良く、かつ冷却さ
れた金型へ加熱可塑化樹脂を射出すると、射出された樹
脂は金型壁面に接した部分が射出圧力が十分にかゝる前
に直ちに冷却固化される。金型壁表面が十分に再現され
るためには、金型壁面に接した樹脂が、軟化温度以上の
状態で射出圧力が十分にかゝる必要がある。金型壁表面
を耐熱樹脂等の断熱物質で被覆し、該金型へ加熱可塑化
樹脂を射出すると、射出された樹脂の熱で金型壁面が一
時的に加熱され、軟化温度以上の状態で射出圧力がかゝ
り金型壁表面が十分に再現される。

【００２６】被覆される断熱物質層の厚みが厚い程、金
型壁面が軟化温度以上に保たれる時間が長くなり金型壁
表面の再現性が良くなる。本発明では、金型壁面の再現
性が悪い樹脂流動端部の断熱樹脂層を厚くすることによ
り、射出成形品の型表面再現性を均一にするものであ
る。射出成形の金型キャビティは一般に複雑な形状をし
ており、射出圧力は単に流動距離Ｌだけによって低下し
てゆくものではない。前記式のＨ（型キャビティの厚み
に相当）、樹脂粘度等により大きく左右される。合成樹
脂が型キャビティを満した直後の射出圧力分布と型表面
再現性は相関があり、本発明では耐熱樹脂層の厚み分布
が、型キャビティ内の該射出圧力分布とほゞ逆の関係に
あることが好ましい。

【００２７】更に、本発明には次の効果がある。金型表
面に耐熱樹脂層を被覆すると、必要冷却時間が長くなる
が、特にゲート付近は樹脂圧力が高く、必要冷却時間が
長くなる。必要冷却時間が長いゲート付近の耐熱樹脂層
を薄くすることによりバランスをとることができる。
又、被覆する耐熱樹脂は金型表面に接着されているが、
高速で射出される樹脂で剥離されることがあり、特にゲ
ート付近は射出圧力が高く、射出速度が大きく剥離され
やすい。接着された耐熱樹脂層は薄い方が剥離され難く
なり、ゲート付近を薄肉にすることにより、剥離を低減
させることができる。

【００２８】本発明を図面を用いて説明する。図１は本
発明の金型の断面を示す。熱伝導率が０．０３ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の金属からつくられた金型１で形
成された型キャビティ２を形成する壁面に耐熱樹脂層４
が被覆されている。合成樹脂はゲート３から射出され、
ゲート真近Ｇから樹脂流動端部Ｅへ流れる。耐熱樹脂層
４はゲート付近から樹脂流動端部方向へ向って厚肉にな
っている。樹脂流動端部付近８の耐熱樹脂層厚み６は、
ゲート付近７の耐熱樹脂層厚み５の１．１倍から４倍で
ある。

【００２９】耐熱樹脂層の厚みはゲート付近から流動端
部方向へ向って厚くなっているが、その厚くなり方は種
々にありその例を図２の（ａ）〜（ｄ）に示した。
（ａ）はゲート真近Ｇから連続的に厚くなる場合、
（ｂ）はゲート真近部には耐熱樹脂層が無い場合、
（ｃ）と（ｄ）は段階的に厚くなる場合である。（ｃ）
と（ｄ）の場合、各厚み変動部はなだらかに変動する様
に研磨することが好ましい。

【００３０】

【実施例】次の物を使用した。主金型材：鋼材（Ｓ５５Ｃ）でつくり、型キャビテ
ィを形成する金型壁の表面は鏡面状に研磨した後、硬質
クロムメッキした。耐熱樹脂層：東レ（株）製、ＰＭＤＡ系ポリイミド前
駆体溶液「トレニース＃３０００」を主金型壁表面に塗
布した後、加熱してポリイミドを形成し、次いで表面研
磨を行い、鏡面状耐熱樹脂層とした。

【００３１】合成樹脂：旭化成工業（株）製、「ス
タイロン＃４９５」を使用して射出成形した。７０ｍｍ×３８０ｍｍの長方形、厚さ３ｍｍの型キャビ
ティの金型を用い、長方形の角部のサイドゲートから射
出成形した。金型キャビティを形成する金型壁表面が次
の３種で被覆された金型を用いた。

【００３２】Ｃｒメッキ：全面硬質クロムメッキ。０．０５ｍｍ厚ＰＩ：全面が０．０５ｍｍ厚の耐熱樹
脂（ポリイミド）。変動厚ＰＩ（本発明）：全面が耐熱樹脂（ポリイミ
ド）で被覆されており、型キャビティのゲートに近い１
５％の部分を０．０４ｍｍ厚、型キャビティの樹脂流動
端部の２０％の部分を０．０８ｍｍ厚、型キャビティの
中間の６５％の部分を０．０６ｍｍ厚にそれぞれ被覆。
厚み変動部はなだらかに変動する様に研磨した。

【００３３】この３種の金型で射出成形した成形品の次
の位置の光沢度（ＪＩＳＫ７１０５、反射角度６０
度）を測定した。ゲート付近：ゲートから樹脂流動端部までの距離の１
０％の位置中間：ゲートから樹脂流動端部までの距離の中
間位置樹脂流動端部付近：ゲートから樹脂流動端部までの距
離の９０％の位置光沢度を表１に示す

【００３４】

【表１】

【００３５】本発明の金型により、成形品の光沢を均一
化でき、良好な成形品が得られた。

【００３６】

【発明の効果】本発明の金型を用いることにより型表面
再現性が優れかつ均一表面の成形品が得られる。更に、
成形時の冷却時間を均一にする効果があり、又、耐熱樹
脂層の剥離を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金型の本発明に係る部分の断面図を示
す。

【図２】本発明の耐熱樹脂層の一例の断面図を示す。

【符号の説明】１：金型２：型キャビティ３：ゲート４：耐熱樹脂層７：ゲート付近８：樹脂流動端部付近Ｇ：ゲート真近Ｅ：樹脂流動端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主金型材質の室温に於ける熱伝導率が
０．０３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であり、型キャ
ビティを形成する前記金型壁の表面に厚さが０．００１
〜２ｍｍの耐熱樹脂層を有する、合成樹脂の射出成形用
金型であり、樹脂注入口（ゲート）付近から樹脂流動端
部方向へ向って、前記耐熱樹脂層の肉厚が増大している
射出成形用金型。