JPH09109214A - 射出成形金型及び射出成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ内に溶融樹脂を射出する前にキャ
ビティ表面を短時間で加熱することができ、しかも構造
が簡単な射出成形金型と、外観品質等が優れた射出成形
品を得ることのできる製造方法を提供する。 【解決手段】 射出成形金型１に、キャビティ４周囲の
型合わせ面の外周に型開閉方向に摺動する嵌合部７を設
け、また、成形品の開口部を形成する突き当て面８，９
に高温ガスを供給するガス供給孔１０，１１と、ガス排
出溝１２を型合わせ面５に設けている。そして、このよ
うな構造の金型を用いて射出成形品を成形するにあた
り、型閉じ完了直前に型閉め工程を一時中断し、僅かな
量δの型開き状態で、高温ガスをガス供給孔１０，１１
から突き当て面８，９を通じてキャビティ４内に供給し
つつ、そのガスをキャビティ４周囲のガス排出溝１２を
通じて外部へと排出することによりキャビティ表面を加
熱するといった方法を採用している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出成形金型及び射
出成形品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を射出成形する方法として
は、型閉め状態で内部にキャビティを形成する一対の成
形金型（固定型と可動型）を用い、そのキャビティ内に
加熱シリンダから溶融樹脂を射出充填し、その充填樹脂
を冷却固化した後、型開きを行って成形品を金型外部へ
と取り出す方法が一般的である。

【０００３】このような射出成形において、溶融樹脂の
充填時における金型キャビティの表面温度が低いと、注
入溶融樹脂がキャビティ表面に触れた部分から冷却固化
が始まり、これにより樹脂の粘度が高くなって流動抵抗
が増大する。その結果、ウエルドライン、フローマーク
あるいはシルバーストリーク等の成形品の外観不良が発
生する。また、樹脂充填時においてキャビティ表面の温
度が低いと、充填材入りの樹脂の成形品の成形の場合
に、充填材の浮き上がりにより表面外観が平滑な成形品
を得ることが困難になるといった問題もある。

【０００４】これに対し、溶融樹脂の充填時におけるキ
ャビティの表面温度が高い場合、キャビティ内への溶融
樹脂の充填を低圧射出で行うことが可能となり、前記し
た成形品の外観不良が解消され、また、高圧射出で溶融
樹脂を充填することで賦形時の転写性に優れた光沢のあ
る成形品を得ることができる。

【０００５】しかし、キャビティの表面温度を高温にす
ると、樹脂の充填が完了した後、成形品が取り出し可能
な温度になるまでの冷却時間が長くなり生産性が悪くな
る。以上のことから、溶融樹脂の充填時には、キャビテ
ィの表面温度が高く、充填完了後はキャビティの表面温
度が急速に低温となることが理想的であり、これを達成
するために種々の技術が提案されている。

【０００６】例えば、特公昭４５−２２０２０号公報、
特開平４−２０１３０６号公報並びに特開平１−２４１
４０８号公報には、それぞれ、溶融樹脂を充填する前に
キャビティに高温ガスを供給してキャビティ表面を加熱
する方法の開示がある。

【０００７】また、特開昭５７−４７４８号公報及び特
開平２−１６２００７号公報には、高周波誘導加熱によ
り樹脂充填の直前にキャビティ表面を加熱する方法の開
示があり、さらに特開昭６１−１４３１０９号公報に
は、キャビティ表面の加熱手段として電気ヒータを用い
た方法も開示されている。

【０００８】一方、以上のような加熱による方法のほ
か、例えば特開平５−３８７２１号公報には、キャビテ
ィ表面を熱伝導率の低い材料で被覆することで、キャビ
ティ表面を断熱し、充填樹脂の温度が急激に低下しない
ようにするといった技術が開示されている。

【０００９】さらに、特開昭５１−５３６２号公報及び
特開昭６１−１６８２１号公報には、キャビティの周辺
に熱媒流体用通路を形成した金型を用い、その通路に加
熱媒体を供給してキャビティ表面を適温に加熱した状態
で溶融樹脂を充填し、次いで通路に冷却媒体を供給して
充填樹脂の冷却固化の時間を短くするという技術が開示
されている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ところで、上記した特公
昭４５−２２０２０号公報等に記載された方法では、非
常に小さい断面積のゲートより加熱流体を供給するよう
になっているので、大量の加熱流体の供給が困難であ
る。しかも、キャビティの表層と深層の温度差を設ける
ことが難しい。すなわち、金型が金属材料で構成されて
いるので、表層に加えられた熱は全体に拡散してしま
い、表層と深層との間に温度差をつけることは困難であ
る。

【００１１】また、特開昭５７−４７４８号公報等に記
載の高周波電流による誘導加熱の方法によれば、高周波
発振装置の設備費用が高価であり、しかもキャビティの
形状に合わせて、その都度、加熱コイルを製作する必要
があって汎用性に欠けるといった問題がある。

【００１２】さらに、特開昭６１−１４３１０９号公報
に記載のように加熱手段として電気ヒータを用いる場合
では、平板状のキャビティの加熱には容易に対応できる
が、凹凸のある複雑な形状のキャビティの場合、キャビ
ティの形状の合わせたヒータエレメントを製作する必要
があり製作費が高価となる。しかも輻射による加熱のた
め熱効率が悪く、キャビティ表面の温度分布が均一でな
いといった問題、さらには、固定型及び可動型の金型全
体の容積を加熱する必要があるため、その金型の加熱と
溶融樹脂の冷却に時間がかかるといった問題がある。

【００１３】一方、特開平５−３８７１号公報に記載さ
れたキャビティ表面をコーティングする方法では、キャ
ビティ表面を鏡面状態に仕上げることが難しく、また、
コーティングの一部に剥離、欠損、摩耗等が生じたとき
には、その補修が困難であるという問題がある。

【００１４】ここで、特開昭５１−５３６２号公報及び
特開昭６１−１６８２１号公報に記載された方法は、溶
融樹脂の充填時におけるキャビティの表面温度を適温に
設定でき、充填完了後にキャビティの温度を適温に冷却
することが可能であるという点で、上記した他の方法に
較べて優れた方法であるが、この公報の記載の方法で
は、以下の二つの課題が残されている。

【００１５】(1) 熱媒流体用通路をキャビティ表面に近
接し、かつ等距離に形成できないのでキャビティ表面に
温度分布が生じ、成形品の外観品質にばらつきや変形が
生じる。この点について、平板状の成形品を成形する金
型では熱媒流体用通路をキャビティ表面に近接して等距
離に形成することは可能であるが、多くの金型（例えば
ＯＡ機器のハウジング、ＴＶのハウジング、電気掃除機
のハウジング等）の場合、キャビティの形状が複雑であ
り、さらにエジェクタピンの存在や入子構造の制約等に
より、キャビティ表面を高温にかつほぼ均一に加熱でき
るように熱媒流体用通路を設置することは実質的に不可
能である。

【００１６】(2) 熱媒流体用通路からキャビティ表面へ
と熱が伝わるのにかなりの時間を要し、また、キャビテ
ィ表面近傍だけを加熱するのではなく熱容量の大きい金
型全体を加熱・冷却するため、昇温・降温時間の長時間
化が避けられず、これらの点が、成形の生産性に支障を
きたす要因となる。

【００１７】本発明は、上記した問題点を解消すべくな
されたもので、キャビティ内に溶融樹脂を射出する前に
キャビティ表面を短時間で加熱することができ、しかも
構造が簡単な射出成形金型の提供と、そのような金型を
用いて外観品質に優れた成形品を成形することを可能と
した射出成形品の製造方法の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の射出成形金型は、型閉め状態で内部にキャ
ビティを形成する固定型及び可動型からなり、そのキャ
ビティ内に成形品の開口部を形成する突き当て面が設け
られた射出成形金型において、キャビティ周囲の型合わ
せ面の外周に型開閉方向に摺動する嵌合部が設けられて
いるとともに、固定型または可動型のいずれか一方の内
部に、上記突き当て面に高温ガスを供給するガス供給孔
が設けられ、かつ、ガス排出溝がキャビティ周囲の型合
わせ面に設けられていることによって特徴づけられる。

【００１９】また、本発明の射出成形品の製造方法は、
上記した射出成形金型を用いて射出成形品を成形するに
あたり、固定型と可動型の型閉じ完了直前に型閉め工程
を一時中断し、僅かな量の型開き状態で、高温ガスを上
記ガス供給孔からキャビティ内に供給しつつ、そのガス
をキャビティ周囲の型合わせ面のガス排出溝を通じて外
部へと排出することによりキャビティ表面を加熱するこ
とによって特徴づけられる。

【００２０】ここで、本発明の射出成形品の製造方法に
おいて、射出成形金型の固定型及び可動型のそれぞれに
形成された熱媒体流路に、低温の熱媒体を、キャビティ
への溶融樹脂の充填が完了した時点から成形品の取り出
しまでの間に限って供給して金型の冷却を行うようにし
ておいてもよい。

【００２１】この場合、高温ガスによるキャビティ表面
の加熱中には低温の熱媒体による金型の冷却が中断され
るので、その高温ガスによるキャビティ表面の加熱をよ
り効果的に行うことができる結果、成形時間の短縮をは
かることができる。

【００２２】また、本発明の射出成形品の製造方法にお
いて、高温ガスによるキャビティ表面の加熱と並行し
て、固定型及び可動型の各熱媒体流路に高温の熱媒体を
供給して金型加熱を行えば、キャビティの表面温度を急
速に上昇させることができる。さらに、キャビティへの
溶融樹脂の充填が完了した後に固定型及び可動型の各熱
媒体流路に、高温の熱媒体に代えて低温の熱媒体を供給
すれば、成形品の冷却時間を短くすることができ、成形
時間の短縮化をはかることができる。

【００２３】

【作用】一般に、ガスとキャビティ表面との間における
熱伝達係数は、キャビティ内を流動するガスの流動速度
の 0.5〜 0.8乗に比例するので、熱伝達係数を大きくし
てキャビティ表面温度を急速に上昇させるには、大量の
ガスをキャビティ内で流動させることが必須となる。

【００２４】本発明は、このような点に着目し、ガス供
給孔により高温ガスを供給する部位を、キャビティの領
域内にある成形品開口部形成用の突き当て面とすること
で、そのガス供給孔の断面積を大きくとれるようにし、
大量のガス供給を可能としている。

【００２５】また、そのようなガス供給孔に加えて、金
型のキャビティ周囲の型合わせ面にガス排出溝を設ける
とともに、キャビティ周囲の型合わせ面の外周に型開閉
方向に摺動する嵌合部を設け、型閉じ完了直前の状態で
僅かな量の型開き状態で、キャビティの内部がガス供給
孔及びガス排出溝のみを通じて外部に連通する構造とし
て、大面積のガス流路を確保するとともに、キャビティ
内での高温ガスの圧力損失を小さくしている。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。図１は本発明の射出成形金型の
構造例を示す縦断面図である。

【００２７】この例の射出成形金型１は、図２に示す構
造の成形品つまり開口部Ａ1,Ａ2 が形成された成形品Ｓ
を成形するのに用いられる金型で、型閉め状態で内部に
キャビティ４を形成する固定型２と可動型３を主要部品
として構成されている。なお、固定型２には、ほぼ中央
部にロケートリング１３と、キャビティ４内に溶融樹脂
を射出するためのスプル１４を有するスプルブシュ１５
が設けられている。

【００２８】さて、射出成形金型１には、キャビティ４
の外側周辺に型合わせ面５，６，７が設けられており、
これらのうち、型合わせ面７は型開き方向に摺動可能な
構造の摺動部となっている。

【００２９】また、キャビティ４内には、成形品Ｓの開
口部Ａ1,Ａ2 を形成するための突き当て面８，９が設け
られており、これら突き当て面８及び９は、型閉め状態
において固定型２側と可動型３側とが互いに接触して溶
融樹脂の流入を阻止する。

【００３０】さらに、可動型３の内部には、一端が突き
当て面８，９に臨み、他端がガス供給流路２０を通じて
金型外部へと導かれるガス供給孔１０，１１が設けられ
ており、そのガス供給孔１０，１１から高温ガスをキャ
ビティ４内に供給することができる。また、可動型３側
の型合わせ面５の位置にガス排出溝１２が設けられてお
り、その排気通路２２が可動型３の内部に設けられてい
る。

【００３１】なお、この図１に示す射出成形金型１に
は、通常の金型と同様に、金型温度をコントロールする
ための熱媒体流路１６及び１７が、固定型２及び可動型
３の内部にそれぞれ設けられている。

【００３２】そして、以上の構造の射出成形金型１にお
いて型閉じ完了寸前の状態のときには、図３に示すよう
に、型合わせ面５の固定型側の面５ａと可動型側の面５
ｂとの間に僅かな間隔δが開いており、その外側周囲の
型合わせ面７は嵌合状態が維持される。従って、このよ
うな型閉じ完了寸前の状態では、キャビティ４の内部が
ガス供給孔１０，１１とガス排出溝１２のみを通じて外
部に解放される。

【００３３】また、以上の構造の射出成形金型１におい
ては、図３に示す状態で、ガス供給孔１０，１１が臨む
型合わせ面５に間隔δの隙間２１が形成されるので、ガ
ス供給孔１０，１１からガス排出溝１２にかけて大断面
積のガス流路を確保できる。

【００３４】なお、図１に示した構造では、ガス供給孔
１０，１１及びガス排出溝１２を可動型３に設けている
が、それらは固定型２に設けてもよいし、あるいは固定
型２及び可動型３の双方に設けておいてもよい。

【００３５】次に、以上の射出成形金型１の加熱・冷却
方式を図３のシステム図を参照して説明する。まず、射
出成形金型１のガス供給流路２０には、ガス加熱装置１
８が耐熱ホース１９を介して接続されている。このガス
加熱装置１８は、電気ヒータ及び送風機等を内蔵した装
置で、ガス温度２５０〜４００℃、ガス圧力０．３〜
１．０kg/cm²の高温・高圧ガスを発生できる能力をも
つ。

【００３６】また、射出成形金型１の排気通路２２には
ホース３２が接続されており、このホース３２からガス
を金型外部へと排出することができる。一方、このシス
テムにおいては、射出成形金型１の熱媒体流路１６，１
７に熱媒体を供給するための冷却用金型温度調節機２３
及び加熱用金型温度調節機２４が設けられている。これ
ら２台の温度調節機２３及び２４は、電磁切り換え弁２
５にそれぞれパイプ２６，２７及び２８，２９を介して
接続されており、さらに電磁切り換え弁２５がホース３
０，３１を介して射出成形金型１の熱媒体流路１６，１
７に接続されている。

【００３７】そして、このような熱媒体供給系におい
て、冷却用金型温度調節機２３からの低温の熱媒体は、
パイプ２６、電磁切り換え弁２５及びホース３０を経て
金型内の熱媒体流路１６，１７へ流入し、金型を冷却し
た後、ホース３１、電磁切り換え弁２５及びパイプ２７
を経て冷却用金型温度調節機２３に戻るといった循環経
路が構成され、また、電磁切り換え弁２５の切り換え操
作により、加熱用金型温度調節機２４についても同様な
循環経路が構成される。

【００３８】次に、射出成形金型１を用いた成形方法
を、先の図３のシステム図及び図４のフロー図を参照し
つつ説明する。まず、この成形方法では２段階の型閉め
方式を採用しており、その第１型閉め工程では、図３に
示すように、型合わせ面５、突き当て面８及び９に僅か
な間隔δが開く状態にまで型閉めを行い、また、第２型
閉め工程では、その間隔δが０となる状態つまり完全な
型閉めを行う。

【００３９】さて、図４に示す工程では、まず、第１型
閉め工程を完了した時点で、ガス加熱装置１８から高温
ガスをガス供給通路２０を通じてガス供給孔１０，１１
に供給する。このとき、キャビティ４は、図３に示すよ
うにガス供給孔１０，１１及びガス排出溝１２以外は外
部に対して遮断されているので、ガス供給孔１０，１１
に供給された高温ガスは、キャビティ４内へ高速で吹き
込まれる。そして、キャビティ４内に流入したガスはこ
のキャビティ４の表面を加熱しつつ流動して型合わせ面
５の隙間２１へと到達した後、ガス排出溝１２、排気通
路２２及びホース３２を経て金型外部へと流出する。

【００４０】ここで、ガス供給孔１０，１１はキャビテ
ィ４の領域内にあり、キャビティ４内に吹き込まれた高
温ガスは、キャビティ４の周囲に設けられたガス排出溝
１２に向かって放射状に流動するので、キャビティ４の
表面を隅々まで加熱することができる。

【００４１】また、以上の高温ガスによる加熱工程に並
行して、射出成形金型１内の熱媒体流路１６，１７に加
熱用金型温度調節機２４から高温の熱媒体を供給して金
型内部からキャビティ４表面を加熱する工程を必要に応
じて行っておいてもよい。なお、この高温の熱媒体によ
る加熱を行わない場合には、高温ガスによる加熱工程時
には熱媒体流路１６，１７を熱媒体（低温の熱媒体）を
流動させない。

【００４２】次に、第２型閉め工程を行い、キャビティ
４内に成形機から溶融樹脂を射出する。この樹脂射出が
完了した時点で、射出成形金型１内の熱媒体流路１６，
１７に、冷却用金型温度調節機２３から低温の熱媒体を
供給して金型の冷却を開始する。そして、保圧工程、冷
却工程及び型開き・成形品の脱型工程を終えた時点で、
冷却用金型温度調節機２３からの低温の熱媒体の供給を
停止した後、次の工程である第１型閉め工程へと戻り、
以後、同様な工程を順次に繰り返してゆく。

【００４３】ここで、キャビティ４の表面加熱時におい
て、射出成形金型１の熱媒体流路１６，１７に供給する
高温の熱媒体の温度は、成形材料、成形品の要求外観品
質、ガスによる加熱性能、希望とする昇温時間、使用す
る金型温度調節機の吐出熱媒体温度により決定するが、
通常は９０〜１４０℃の範囲内で適当な温度を選択する
のがよい。

【００４４】また、金型冷却時に使用する低温の熱媒体
の温度は、上記した高温の熱媒体温度を同様に成形条
件、成形品の外観品質等により決定するが、通常は２０
〜６０℃程度が適当である。

【００４５】さらに、キャビティ４の表面温度について
は、非結晶樹脂の成形の場合、ガラス転移点付近の温度
が成形品の外観品質上望ましいとされているが、あまり
高い温度にすると冷却に時間がかかり生産性が悪くなる
ので、成形品品質と冷却時間の双方を考慮して決定する
ことが望ましい。

【００４６】なお、以上のシステムにおいて、キャビテ
ィ４内に供給した高温ガスは、排出段階でも１００〜２
００℃とかなりの高温状態にあるので、金型から排出
後、再度、ガス加熱装置１８へ送り込みリサイクルする
といった方式を採用すれば、熱の有効利用をはかること
ができる。また、金型からの排出ガスを屋外まで導いた
後に大気に放出するといった方式を採れば、高温ガスに
よる成形現場の環境汚染を防止することができる。

【００４７】さらに、以上説明したシステムでは、射出
成形金型１の熱媒体流路１６，１７に高温の熱媒体と低
温の熱媒体を交互に供給して、金型の加熱と冷却を行う
ようにしているが、温度調節機の台数の制約、あるいは
成形ロットが少なくてキャビティ表面の加熱時間を大幅
に短縮する必要がない等の場合には、金型の温度コント
ロールは低温の熱媒体の供給による冷却のみに限定して
もよい。この場合、加熱用金型温度調節機２４及び電磁
切り換え弁２５等は不要となる。

【００４８】ここで、以上の実施の形態では、成形対象
として簡単な形状をもつ成形品Ｓを例にとって説明した
が、このような形状以外の成形品、例えばパーソナルコ
ンピュータのカバー、ＴＶのフロントカバー、電話機の
ハウジング、自動車のインスツルメントパネル等の成形
に本発明の製造方法は適している。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
射出成形金型のキャビティ領域内で、成形品開口部を形
成する突き当て面に高温ガスを供給するガス供給孔を設
けるとともに、キャビティ周囲の型合わせ面にガス排出
溝を設けているので、キャビティへの樹脂射出前に高温
ガスの吹きつけによりキャビティ表面を加熱するにあた
り、大容量の高温ガスをキャビティ内に供給することが
可能となり、これによりキャビティの表面温度を短時間
で上昇させることができる。しかも、キャビティの周囲
に設けたガス排出溝により、供給した高温ガスが効果的
に流動するので、キャビティ表面の隅々まで均一に加熱
することができる。

【００５０】また、このようにキャビティの表面温度を
高温にできることから、キャビティ内に注入した溶融樹
脂の固化が遅れ流動性が良好となる。その結果、以下の
効果が期待できる。

【００５１】(1) 転写性の向上と、成形品の外観品質の
向上。 (2) 大型、薄肉成形の成形が容易となる。 (3) 低圧成形が可能になる。

【００５２】(4) 例えばウエルドライン、フローマー
ク、シルバーストリーク等の成形不良現象、及び、充填
材の浮き上がり現象の解消。さらに、本発明において、
射出成形金型にはガス供給孔とガス排出溝、及び、キャ
ビティ周囲の型合わせ面の外周の摺動部を設けるだけよ
く、しかも、ガス供給孔に高温ガスを供給するための高
温ガス発生装置は各種の金型に適用可能であるので、安
い設備費用で上記した効果を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の射出成形金型の構造例を示す縦断面図

【図２】その射出成形金型で得られる成形品の外観形状
を示す斜視図

【図３】図１の射出成形金型１の加熱・冷却方式を説明
するためのシステム図

【図４】本発明の射出成形品の製造方法の工程を説明す
るためのフロー図

【符号の説明】

１ 射出成形金型 ２ 固定型 ３ 可動型 ４ キャビティ ５，６ 型合わせ面 ７ 型合わせ面（摺動部） ８，９ 突き当て面 １０，１１ ガス供給孔 １２ ガス排出溝 １６，１７ 熱媒体流路 １８ ガス加熱装置 ２３ 冷却用加熱温度調節機 ２４ 加熱用加熱温度調節機 Ｓ 成形品 Ａ1,Ａ2 開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型閉め状態で内部にキャビティを形成す
   る固定型及び可動型からなり、そのキャビティ内に成形
   品の開口部を形成する突き当て面が設けられた射出成形
   金型において、キャビティ周囲の型合わせ面の外周に金
   型の開閉方向に摺動する嵌合部が設けられているととも
   に、固定型または可動型の少なくとも一方の内部に、上
   記突き当て面に高温ガスを供給するガス供給孔が設けら
   れ、かつ、ガス排出溝がキャビティ周囲の型合わせ面に
   設けられていることを特徴とする射出成形金型。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の射出成形金型を用いて
   射出成形品を成形する方法であって、固定型と可動型の
   型閉じ完了直前に型閉め工程を一時中断し、僅かな量の
   型開き状態で、高温ガスを上記ガス供給孔からキャビテ
   ィ内に供給しつつ、そのガスをキャビティ周囲の型合わ
   せ面のガス排出溝を通じて外部へと排出することにより
   キャビティ表面を加熱することを特徴とする射出成形品
   の製造方法。