JP4702138B2 - 箱状樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、箱体を有する箱状樹脂成形品の製造方法に関する。

例えばコンソールボックス等の箱形状を有する物品を射出成形方法により成形する場合、樹脂が流入されるキャビティー内にエア（空気）や原材料から発生したガスが残留することがある。これらのエアやガスが残留すると、樹脂の完全充填ができずショートショット(充填不良)を生じたり、エアやガスが圧縮されて高温になり成形品に焼けや焦げを生ずる等の成形不良が発生する場合がある。

そこで、例えば特許文献１に記載の発明においては、キャビティー内にガス抜き孔を設けることによって、キャビティー内に残留したエアやガスを金型外に放出している。
特開２００５−５３１２７号公報

ところで、上記のようなエアやガスが残留する位置はキャビティー内において、樹脂が最後に充填される箇所（最終充填位置）である。しかしながら、箱状樹脂成形品にあっては、樹脂が多方向からキャビティー内に流入されていき、またこの流入の態様は成形条件によって変化するため、最終充填位置を正確に予測することは困難である。従って、形成したガス抜き孔が最終充填位置とずれることもあり、成形不良が発生する原因となっていた。また、最終充填位置の予測のずれをカバーするために、ガス抜き孔を広範囲に亘って形成するのでは金型のコストがかさみ、望ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、箱体を有する箱状樹脂成形品を製造する際に発生するガス等による成形不良をなくすことができる箱状樹脂成形品の製造方法を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の型を合わせてなる金型の内部に形成されたキャビティー内に溶解状態の樹脂を充填する箱体を有する箱状樹脂成形品の製造方法において、前記箱体は、底部と、当該底部の周縁に立設される側壁と、側壁の上端で開口する開口部とを有するように形成されるものであり、前記樹脂を前記キャビティー内へと充填する入口となるゲートは、前記樹脂が前記キャビティー内で最後に流入する最終充填位置以外の位置に設けるとともに、前記底部と対応する前記金型の部位には、前記キャビティー内のガスをキャビティー外へ放出するガス抜き機構を設け、前記複数の型を合わせて、前記側壁と対応する前記キャビティー内の厚みが、前記側壁の上端と対応する部位から下端と対応する部位にいくにつれて徐々に薄くなるように前記キャビティーを形成し、前記キャビティーに対して前記樹脂を充填することを要旨とする。

樹脂は、充填されるキャビティー内の空間が広い、すなわちキャビティーが厚いところほど流動抵抗が少なくなるため流れやすくなる性質を有している。同構成によれば、広い空間を有する側壁の上端と対応するキャビティーにおいては樹脂の流れが速く、一方、側壁の下端に行くほどキャビティーは薄くなるため樹脂は流入しにくくなって樹脂の流れは遅くなる。すなわち、底部と対応するキャビティーが、樹脂が最後に充填される最終充填位置となる。従って、底部と対応する金型にガス抜き機構が設けられているため、最終充填位置（底部）に残留したガスをガス抜き機構から放出することができ、箱体を有する箱状樹脂成形品を製造する際に発生するガス等による成形不良をなくすことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の箱状樹脂成形品の製造方法において、前記ガス抜き機構を設ける位置は前記底部と対応する前記金型の部位の一部であるとともに、前記金型の構造または状態によって、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の空間への樹脂の流入速度を遅延させることを要旨とする。

同構成によれば、ガス抜き機構を底部と対応する金型の一部のみに設けたことで、金型のコストの低下を図ることが出来る。また、金型の構造または状態により、ガス抜き機構、すなわち成形品の底部と対応するキャビティー内の空間において最も樹脂の流入が遅くなるようその流入が遅延されているため、この空間が最終充填位置となる。従って、ガス抜き機構を設ける箇所を限定しても、ガスをガス抜き機構から放出することができ、一層箱体を有する箱状樹脂成形品を製造する際に発生するガス等による成形不良をなくすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の箱状樹脂成形品の製造方法において、前記金型の一部によって、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の厚みを前記底部と対応する他の前記キャビティー内の厚みに比して薄くなるよう形成することで、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の空間への樹脂の流入速度を遅延させることを要旨とする。

同構成によれば、キャビティー内の薄く形成された空間は、周囲の空間に比して狭いため樹脂が流入するのが遅くなるため、金型の厚みを変更するという簡単な構成でガス抜き機構が設けられた金型の一部によって形成されるキャビティーへの樹脂の流入を遅延させることができる。

本発明の箱状樹脂成形品の製造方法は、箱体を有する箱状樹脂成形品を製造する際に発生するガス等による成形不良をなくすことができる。

以下、本発明を、自動車の車内に配設される箱状樹脂成形品としてのコンソールボックスの製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図６に基づき説明する。なお、以下の説明において、前方とは、車両の前進方向、後方とは、車両の後進方向のことである。また、「左」、「右」、「上」、「下」方向は車両の前方を基準とした際の「左」、「右」、「上」、「下」方向と一致している。図１はコンソールボックス１が設けられた車室内の状況を示す斜視図である。また、図２は本実施形態の製造方法によって製造された直後のコンソールボックス１の本体部１ａを示しており、コンソールボックス１は、この本体部１ａに更に所定の部材を組み付けることによって図１に示すような完成品となって車室内に配置される。

図１に示すように、熱可塑性樹脂（本実施形態ではポリプロピレン（ＰＰ））によって成形されたコンソールボックス１は、車両２の車幅方向中央において、その前方の部位がインストルメントパネル３の下方に入り込むように配設されている。このコンソールボックス１は、車両後方側に箱形状をなす箱体としての収納部６を備え、収納部６の車幅方向における右側側壁６ａから車両前方へ向けて右側サイド部７ａが延設されているとともに、左側側壁６ｂから車両前方へ向けて左側サイド部７ｂが延設されている。また、図１，図２に示すように、収納部６は、後方の側壁を形成する後側側壁６ｃ及び前方の側壁を形成する前側側壁６ｄを備えている。そして、収納部６には、これら側壁６ａ〜６ｄに囲まれ各側壁６ａ〜６ｄの上端において開口して被収納物を収納可能な開口部６ｅが形成されているとともに、収納部６は開口部６ｅの鉛直方向下方に底部６ｆを備えている。

次に、収納部６の右側側壁６ａ及び左側側壁６ｂの構成を図４に基づき説明する。図４は図２に示したＡ−Ａ線断面図である。
図４に示すように、収納部６の右側側壁６ａ及び左側側壁６ｂは、各側壁６ａ,６ｂの上端から下端（底部６ｆ）にいくにつれて左右方向の厚みが徐々に薄くなるように成形されている。すなわち、側壁６ａ,６ｂは上端が下端に比して肉厚に成形される。なお、本実施形態においては、側壁６ａ,６ｂの上端の左右方向の厚みは約３．５〜５．０ｍｍに成形されるとともに、側壁６ａ,６ｂの下端の左右方向の厚みは約２．０〜３．０ｍｍに成形されている。また、図には示していないが、後側側壁６ｃ及び前側側壁６ｄも同様に、上端側が底部６ｆ側に比して肉厚に成形されている。

次に、収納部６の裏面の構成を図３に基づき説明する。図３は、収納部６を裏から見た場合を示しており、図における上側がコンソールボックス１を車両２に配置した際の左側と一致し、図における下側がコンソールボックス１を車両２に配置した際の右側と一致する。

図３（ａ）,（ｂ）に示すように、底部６ｆの左縁後端部には、底部６ｆの他の部位に比して鉛直方向上方に窪んだ薄底部６ｇが形成されている。すなわち、薄底部６ｇの厚みは、底部６ｆの他の部位の厚みに比して薄くなっている。なお、底部６ｆの鉛直方向の厚みが２．０ｍｍに成形されているのに対し、薄底部６ｇの鉛直方向の厚みは１．０ｍｍに成形されている。

そして、図１に示すように、車室内に配置される完成した状態において、収納部６には、開口部６ｅを覆うように開閉可能な蓋部７が取付けられるとともに、右側サイド部７ａ及び左側サイド部７ｂの間には、シフトレバー４が設けられる。また、右側サイド部７ａ及び左側サイド部７ｂの上方には、シフトレバー４が突出した状態で、カバープレート５が設けられ、右側サイド部７ａ及び左側サイド部７ｂの内面が見えないようになっている。

次に、本実施形態の製造方法によって製造された直後のコンソールボックスの本体部１ａの状態を図２に基づいて詳説する。
本実施形態における本体部１ａは、サイドゲート方式による射出成形により製造されている。サイドゲート方式によって成形された場合、射出成形機のノズルから射出される溶融した樹脂は、スプール、ランナー、及びゲートを通って金型内のキャビティーに流入するため、成形品にはランナー及びゲートに流入した樹脂が硬化した部位が残っている。従って、完成品となるコンソールボックス１においてこれらの部位が取り除かれるとゲート跡が残るため、ゲート跡は完成品において目立たない箇所に出るように設計されている。本実施形態においては、図２に示すように、８で示した部位がランナーにおいて樹脂が硬化した硬化部であるとともに、９ａ及び９ｂで示した部位がゲートにおいて樹脂が硬化した硬化部である。すなわち、ゲート跡は右側サイド部７ａ及び左側サイド部７ｂの内面であって、且つ上端に設けられているため、図１のように車室内に配置した状態では見えないようになっている。

次に、本実施形態の本体部１ａを製造するのに用いた金型及びキャビティーの構造について説明する。本実施形態においては、複数の型が合わせられることで金型が形成され、金型内には製造される成形品と対応した形状のキャビティーが形成される。

キャビティーは、右側側壁６ａ及び左側側壁６ｂの上端と対応する部位から下端に対応する部位にいくにつれて、キャビティー内の厚みが徐々に薄くなるよう形成されている。また、キャビティーは、底部６ｆのうち薄底部６ｇと対応する部位が底部６ｆの他の部分と対応する部位に比して、厚みが薄くなるように形成されている。

図３（ａ）において薄底部６ｇの１０で示した部位に対応する金型の部位には、ガス抜き機構が設けられている。本実施形態においては、ガス抜き機構は、金型の該当部位を微細な孔を有する多孔質材料で形成することで実現されている。なお、ガス抜き機構を設ける位置は、上述のように側壁６ａ，６ｂと対応するキャビティー内の部位を形成した上でキャビティー内における樹脂の流入態様をコンピュータでシュミレーションして予測した場合に、最後に樹脂が流入すると予測された部位（最終充填位置）に設定されている。また、薄底部６ｇと対応するキャビティーの部位は、前記ガス抜き機構が設けられている金型の部位に相当する部位を中心として周囲３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形の範囲内であり、この数値はコンピュータシュミレーションにより樹脂の流入態様を予測した際の予測誤差を含んだ値である。

また、金型には図２において示す硬化部９ａと対応する部位に、本体部１ａの前方と対応するキャビティーの部位に向けて樹脂を充填する入口となるゲート（図示略）が形成される。また、金型には硬化部９ｂと対応する部位に、収納部６と対応するキャビティーの部位に向けて樹脂を充填する入口となるゲート１９ｂ（図５（ａ）に示す）が形成されている。

次に、本体部１ａを成形するための製造工程を図５及び図６に基づいて説明する。図５，図６において２点鎖線で示したコンソールボックスは、金型内のキャビティー１１を示しており、色を付けて示している部位はキャビティー１１内に流入した樹脂１２を示している。従って、図５,６においては、キャビティー１１を構成する各部材の符号は、図１〜図４で用いられた対応するコンソールボックス１の部材の符号に対して１０加えた数字によって示している。また、射出成形の成形条件として、樹脂温度を２１０℃、金型温度を３０℃、樹脂の充填時間を５Ｓｅｃに設定して成形している。

まず初めに、複数の型を合わせてキャビティー１１を形成する。このとき、キャビティー１１は、上述したような収納部６と対応する形状となる。続いて、射出成形機（図示略）は、圧力をかけながら溶解した樹脂１２を各ゲートからキャビティー１１内へ射出する。

ゲート１９ｂから流入した樹脂１２は、図５（ａ）に示すように、キャビティー１１内の右側サイド部１７ａから収納部１６の右側側壁１６ａに流入していくとともに、前側側壁１６ｄを伝って、左側側壁１６ｂへも流入していく。このとき、キャビティー１１の右側側壁１６ａ及び左側側壁１６ｂは、図における上端から下端にいくにつれキャビティー１１内の空間が狭くなっていくため、上端が樹脂１２の樹脂の流入速度が最も速くなっており、下端にいくにつれて樹脂１２の流入速度が遅くなっている。その結果、右側側壁１６ａ及び左側側壁１６ｂの上端は下端に比べて図５（ａ）における後方側まで樹脂１２が流入している。

更に樹脂１２の流入が進むと、図５（ｂ）に示すように、キャビティー１１内の右側側壁１６ａから流入していた樹脂１２は後側側壁１６ｃに達するとともに、左側側壁１６ｂから流入した樹脂１２は更に左側側壁１６ｂの後方に向けて流入していく。この際、左側側壁１６ｂの図における上端と下端との樹脂１２の流入速度の差により、図５（ａ）で示したときよりも更に、左側側壁１６ｂの図における上方側と底部１６ｆ側とにおける樹脂１２の流入量は差が出ている。

そして、図５（ｃ）に示すように、キャビティー１１内の右側側壁１６ａから流入してきた樹脂１２と左側側壁１６ｂから流入してきた樹脂１２とが、後側側壁１６ｃにおいて合流する。通常、２つの樹脂の流れが合流した場合、合流した部分の表裏部分に線状のウェルドラインが発生する。ウェルドラインは、発生箇所の強度の低下や見栄えの悪化につながるため好ましくないが、ウェルドラインの発生は２つの流れが合流した角度（会合角）に依存しており、会合角が大きく（１２０度〜１５０度以上、好ましくは１３０度以上）なればウェルドラインの発生を抑えることができる。本実施形態においては、キャビティー１１内の右側側壁１６ａ及び左側側壁１６ｂは図における上端が下端よりも樹脂１２が早く流入するため、２つの樹脂１２の流れは、夫々が合流した際には図５（ｃ）に示すように、その間隔が上方から下方に行くにつれて広がるようになり、会合角も大きくなる。従って、本実施形態においては樹脂１２が合流した際のウェルドラインの発生が抑制されている。

そしてこのように流入した樹脂１２は最後にキャビティー１１内の底部１６ｆに流入されていく。その際の様子を図６に基づいて説明する。
図６（ａ）に示すように、キャビティー１１内の底部１６ｆには、図６（ａ）において示した右側から、すなわち右側側壁１６ａ側から先に樹脂１２が流入し、それに遅れて図６（ａ）において示した左側から、すなわち左側側壁１６ｂから樹脂１２が流入する。

更に樹脂１２の流入が進むと、図６（ｂ）に示すように、キャビティー１１内の底部１６ｆの広範囲に亘って樹脂１２が流入した状態となる。このとき、キャビティー１１内の薄底部１６ｇの周囲には樹脂１２が流入しているが、薄底部１６ｇの空間は周囲の空間に比して狭くなっているため、薄底部１６ｇへの樹脂１２の流入は遅延している。

そして、図６（ｃ）に示すように、最後にキャビティー１１内の薄底部１６ｇに樹脂１２が流入していき、薄底部１６ｇが樹脂１２の最終充填位置となる。そして、薄底部１６ｇと対応する金型の部位にはガス抜き機構が設けられているため、キャビティー１１内に残留するガス等は当該ガス抜き機構からキャビティー１１外に放出されて、ガス等に起因する成形不良の発生を抑制することができる。

そして、樹脂１２の充填が完了すれば、図２に示した本体部１ａの状態で金型から取り出されて成形が完了する。
以上に説明した本実施形態の製造方法の奏する効果を以下に示す。

（１）本体部１ａは、複数の型を合わせて、キャビティー１１内の側壁１６ａ，１６ｂの厚みが、側壁１６ａ，１６ｂの上端から下端にいくにつれて徐々に薄くなるようにキャビティー１１を形成し、この形成されたキャビティー１１に対して樹脂１２を充填することにより製造されることとした。樹脂は、充填されるキャビティー１１内の空間が広い、すなわちキャビティー１１が厚いところほど流動抵抗が少なくなるため流れやすくなる性質を有している。従って、キャビティー１１において広い空間を有する上端から樹脂１２が流入していき、下端への樹脂１２の流入は遅延する。その結果、ガス抜き機構を設けた金型の部位に対応する底部１６ｆに樹脂１２の最終充填位置が来るように成形しやすくなり、キャビティー内のガス等を好適に放出することができるため、箱体を有する本体部１ａを製造する際に発生するガス等による成形不良をなくすことができる。

（２）キャビティー１１内の各側壁１６ａ〜１６ｄの上端を下端に比して厚みが厚くなるよう成形したため、キャビティー１１内の右側側壁１６ａから流入する樹脂１２と左側側壁１６ｂから流入する樹脂１２とが合流する際の会合角が大きくなる。従って、ウェルドラインの発生を抑制することができ、コンソールボックス１の見栄え及び強度を向上させることができる。

（３）ガス抜き機構を設ける位置は底部６ｆと対応する金型の部位の一部であるとともに、このガス抜き機構が設けられた金型の部位と対応するキャビティー１１内の空間である薄底部１６ｇへの樹脂の流入速度を遅延させることとした。従って、ガス抜き機構を底部６ｆと対応する金型の一部のみに設けたことで、金型のコストの低下を図ることが出来る。また、ガス抜き機構が設けられた金型の一部により形成されるキャビティー１１内の薄底部１６ｇは、樹脂の流入が遅い底部１６ｆにおいても最も樹脂の流入が遅くなるため、最終充填位置となる。従って、ガス抜き機構を設ける箇所を限定してもガスをガス抜き機構から放出することができ、箱体を有する本体部１ａを製造する際に発生するガス等による成形不良を一層なくすことができる。

（４）キャビティー１１内の薄底部１６ｇの厚みを、キャビティー１１内の底部１６ｆの厚みに比して薄くなるよう前記キャビティーを形成することとした。従って、キャビティー１１内の薄底部１６ｇの空間は、周囲の空間に比して狭いため樹脂１２が流入するのが遅くなり、金型の厚みを変更するという簡単な構成で（３）に示した効果を奏することができる。

（５）キャビティー１１内の薄底部１６ｇは、底部１６ｆの裏面が窪んで厚みが薄くなることとした。コンソールボックス１として車両２に配置した際には、底部６ｆの裏面は見えないため、コンソールボックス１の意匠性を損なうことなく、（４）の効果を奏することができる。

（６）本体部１ａはサイドゲート方式によって成形することとした。従って、トンネルゲート方式によって成形した場合のように、成形品を型から取り出す際にゲートにおいて凝固した樹脂が切断された発生する樹脂のカス等が成形品に付着するといった問題を抑制することができる。その結果、本体部１ａの意匠性を向上させることが出来る。

本実施形態の構成は以下のように変更してもよい。
・本実施形態においてはコンソールボックス１の本体部１ａを製造した場合を示したが、製造するものはコンソールボックス１に限定されず、他の箱形状を有する成形品であればよい。

・ゲートの取付け方は本実施形態において示したものに限定されず、例えば収納部用のゲートは左側サイド部７ｂに設ける等の位置の変更をしてもよい。
・また、ゲートは意匠的に問題なければ前側側壁６ｄの下端に設けてもよく、箱体の側方より樹脂が流入するようにゲート位置が設定されていればよい。より具体的には、ゲートはコンソールボックス１の本体部１ａの略中央であって、サイド部７ａ，７ｂおよび、前側側壁６ｄによって囲まれる空間７ｃと面する金型の部位に設けられればよい。

・本実施形態で示した成形品及びキャビティーの厚みは成形する物品の構造にあわせて適宜変更してもよい。
・ガス抜き機構として多孔質材料を用いる構成を示したが、これは、例えば空気抜き孔を設ける等の構成に変更してもよい。

・ガス抜き機構を設けた部位への樹脂１２の流入を遅延させるために、例えば樹脂１２の流入を規制する堰等を設けるような構成に変更してもよい。また、ガス抜き機構を設けた金型の部位の温度を他の金型の部位の温度に比して低く設定して樹脂１２の流動を遅くするような構成に変更してもよい。

・本実施形態のコンソールボックス１は、ポリプロピレン（ＰＰ）により成形したがこれは他の樹脂部材でもよく、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等に変更してもよい。

次に、上述の実施形態及び変更例から把握することができる技術的思想を以下に示す。
（イ）複数の型を合わせてなる金型の内部に形成されたキャビティー内に溶解状態の樹脂を充填する、コンソールボックスの製造方法において、前記コンソールボックスは、底部と、当該底部の周縁に立設される側壁と、側壁の上端で開口する開口部と、前記側壁から延設されて前記コンソールボックスの側部となるサイド部を有するように形成されるものであり、前記樹脂を前記キャビティー内へと充填する入口となるゲートは、少なくとも前記サイド部に設けるとともに、前記底部と対応する前記金型の部位には、前記キャビティー内のガスをキャビティー外へ放出するガス抜き機構を設け、前記複数の型を合わせて、前記側壁と対応する前記キャビティー内の厚みが、前記側壁の上端と対応する部位から下端と対応する部位にいくにつれて徐々に薄くなるように前記キャビティーを形成し、前記キャビティーに対して前記樹脂を充填することを特徴とするコンソールボックスの製造方法。
（ロ）前記ガス抜き機構を設ける位置は前記底部と対応する前記金型の部位の一部であるとともに、前記金型の一部によって形成されるキャビティーは、前記底部の裏面と対応するキャビティーの部位から窪んで形成されて、前記金型の一部によって形成されるキャビティー内の空間への樹脂の流入速度を遅延させることを特徴とする技術的思想イに記載のコンソールボックスの製造方法。

コンソールボックスの車両への設置状態を示す斜視図。 成形直後のコンソールボックスを示す斜視図。 （ａ）は、コンソールボックスの底部を示す背面図。（ｂ）は、同じく、斜視図。 図２におけるＡ−Ａ線断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、キャビティー内に充填した樹脂の流れを示す模式図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、キャビティー内に充填した樹脂の流れを示す模式図。

符号の説明

１…コンソールボックス、６…収納部、６ａ，６ｂ…側壁、６ｆ…底部、１１…キャビティー、１２…樹脂、１９ｂ…ゲート。

Claims (3)

1. 複数の型を合わせてなる金型の内部に形成されたキャビティー内に溶解状態の樹脂を充填する、箱体を有する箱状樹脂成形品の製造方法において、
   前記箱体は、底部と、当該底部の周縁に立設される側壁と、側壁の上端で開口する開口部とを有するように形成されるものであり、
   前記樹脂を前記キャビティー内へと充填する入口となるゲートは、前記樹脂が前記キャビティー内で最後に流入する最終充填位置以外の位置に設けるとともに、前記底部と対応する前記金型の部位には、前記キャビティー内のガスをキャビティー外へ放出するガス抜き機構を設け、
   前記複数の型を合わせて、前記側壁と対応する前記キャビティー内の厚みが、前記側壁の上端と対応する部位から下端と対応する部位にいくにつれて徐々に薄くなるように前記キャビティーを形成し、
   前記キャビティーに対して前記樹脂を充填する
   ことを特徴とする箱状樹脂成形品の製造方法。
2. 前記ガス抜き機構を設ける位置は前記底部と対応する前記金型の部位の一部であるとともに、
   前記金型の構造または状態によって、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の空間への樹脂の流入速度を遅延させる
   ことを特徴する請求項１に記載の箱状樹脂成形品の製造方法。
3. 前記金型の一部によって、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の厚みを前記底部と対応する他の前記キャビティー内の厚みに比して薄くなるよう形成することで、前記ガス抜き機構が設けられた前記金型の部位と対応する前記キャビティー内の空間への樹脂の流入速度を遅延させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の箱状樹脂成形品の製造方法。

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