JP4725906B2

JP4725906B2 - Mold for thermoplastic resin injection molding

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Publication number: JP4725906B2
Application number: JP2000370785A
Authority: JP
Inventors: 浩之石見; 雄三大野; 政義福岡; 泰行水田; 一博佐々木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: JP2002172655A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャビティ型表面の光沢や微細な凹凸模様を成形品表面に忠実に転写でき、内部応力ひずみが極力少なく、かつ表面にヒケのない美しい成形品を極低圧で成形することを特徴とする熱可塑性樹脂成形用金型に関し、さらに詳しくは裏面にリブまたはボス等、部分厚肉部を有する薄肉成形品、部分極薄肉部を有する成形品、あるいは結晶性樹脂成形品の成形において、上記ヒケのない外観の美しい成形品を極低圧で成形することを特徴とする熱可塑性樹脂射出成形品用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱可塑性樹脂射出成形用金型は、通常、一般鋼材、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金等の金属材料にて製作されており、金型のキャビティ内に、ゲート部より溶融樹脂を充填し、保圧工程を経て所定形状に賦形するものである。
【０００３】
しかし、これらの鋼材型を用いて成形された射出成形品における問題点は、外観問題と機能問題に大別でき、前者では転写不良、ウェルドマーク、フローマーク、ヒケなどの問題があり、後者では内部応力による成形品の強度低下、環境応力亀裂などの問題である。これらの問題発生は以下に示すおおむね３つの根本原因に集約することができる。
【０００４】
その第１は、射出成形用金型は、通常、熱伝導率の良好な鋼材で製作されているため、金型のキャビティ内へ溶融樹脂を充填時、該溶融樹脂が型表面に接するや否や瞬時に樹脂表面に固化層が形成されることである。この瞬時に形成される固化層は型表面の精密転写を阻害するばかりでなく、成形品に各種外観不良（例えば、ウェルドマーク、フローマーク、ジェッティング等）を与える原因となる。
【０００５】
第２の原因は、溶融樹脂の固化収縮率が大きいこととキャビティ内での圧力伝達性が悪いことであり、このため成形品の低圧部および肉厚部にヒケ不良が発生し易い。例えば、裏面にリブが形成された製品を成形する場合、該リブ部において肉厚になるので、リブ部に対応する製品の表面側に上記したヒケが発生することがある。
【０００６】
これらの問題に対する対応策として、一般に高型温、高射出圧力の成形条件が用いられているが、この高射出圧力が不良発生の第３の原因である。すなわち、高圧による二次欠陥が品質（ソリ、バリ、内部応力などの発生）、生産性、型コスト等、多方面に現われる。
【０００７】
一方、最近では高品質化ならびに低価格指向から型表面の精密転写はもちろんのこと、成形の低圧化および薄肉化要望と同時に、無塗装化要望も強まっている。これらの要望は従来の成形技術ではもはや対応不可能で、新しい成形法の開発が強く要望されている。
【０００８】
これらに対応する最近の成形技術の一つとして、ガスアシスト成形法が広く普及しつつある。厚肉部のヒケ対応策として有効でかつ設計自由度の大きい技術も開発されているが、やはり低圧部のヒケ発生とか、ガスチャンネル上の色ムラは防止できず、転写不良、ウエルドマーク、フローマーク発生の弊害を取り除くものではない。
【０００９】
本発明者らは、これら射出成形課題の根本的解決を図るべく新しい成形法の研究に長年取り組んでおり、成形の原理に基づいた機能性金型を順次開発し、その実用化を試みてきた。
【００１０】
次に、その発明および特許出願の名称の概略を説明する。
【００１１】
（１)断熱構造金型
この金型は、断熱キャビティブロックをキャビティ表面に組み込んだものであり、該断熱キヤビテイブロックは、型表面を裏面に断熱層を設けた薄肉金属（実用型として０．５ｍｍが薄肉化の限界であった）で形成されている。
【００１２】
（２）射出成形型（薄肉コーティング）
キャビティ型表面に断熱性薄膜コーティングを施した型である。
【００１３】
（３）射出成形型（特開平６−２１８７６９号公報、特願平５−９５２７号）この成形型は、型表面に極薄肉金属層を有する断熱キャビティと、離型性断熱層をコア表面に有する金型である。
【００１４】
（４）熱可塑性樹脂の射出成形用金型（特開平８−２５４２８号公報、特願平６−１６８５００号）
コアプレートと断熱嵌合されたコアブロックにヒータを設置し、および／またはコア型内部に設けた貫通孔を通してコア型表面への気体の圧入を可能にした構造の射出成形用金型である。
【００１５】
以下に上記構造を有する金型（１）〜（４）を説明する。
【００１６】
（１）の断熱構造金型は、表面ニッケル層の実用技術上の限界が０．５ｍｍであったため、充填時の型表面温度は９０℃付近に達し（型温は６５℃）、型内充填樹脂の表面に瞬時に発生する固化層の形成を遅らせる程度の効果があり、転写性の向上、ウェルドマーク、フローマークの軽減等には有効であった。しかし、成形品肉厚部のヒケに対しては効果がなく、従来型と同様、高圧成形に頼ることになり、しかもこの金型ではキャビティ側の冷却が遅いため、むしろキャビティ側表面がヒケ易い傾向にある。
【００１７】
（２）のキャビティ表面に断熱性薄膜コーティングを施した型では、充填樹脂と型表面との濡れ性改善による密着性向上に効果があり、従って、金型表面の転写性向上には有効な技術である。しかし、低圧条件では成形品の肉厚部のヒケ発生に対応できないため、結局は高圧成形が必要になる。
【００１８】
（３）の射出成形型は、キャビティ型表面に断熱層を形成させ、あるいはキャビティ型表面にさらに極薄金属層を形成し、かつコア型表面に離型性断熱層を形成した金型である。このような構成の金型は以下の作用を有する。
【００１９】
射出成形時、キャビティ型の表面は充填された溶融樹脂の熱量で瞬時に１２０℃以上（ＡＢＳ；型温６５℃の場合）に昇温する。その結果、溶融樹脂との“濡れ性”が発現して樹脂が付着する。一方、コア型表面に離型性断熱層を施した表面では、低圧充填され、瞬時に始まる溶融樹脂の冷却収縮のため型内圧は急速に負圧となり、高温状態でコア型表面から樹脂の即時型離れが起きる。
【００２０】
この型離れの進行により、樹脂とコア型表面との間に空気層が形成され、それによる断熱効果が加味されてコア側での溶融樹脂の冷却が鈍化し、高温がかなり長時間保持される。その間のキャビティ側樹脂の冷却収縮は、コア側溶融樹脂の移動によって容易に補償される。そして、キャビティ型表面と樹脂との濡れ性は放熱による界面の温度低下と共に消失する。つまり、キャビティ型表面における濡れ性（くっつき性）消失までの樹脂の冷却収縮をコア側からの高温溶融樹脂移動によって補償することができ、その結果、低圧で樹脂表面にヒケのない転写性の良好な成形品が得られる。
【００２１】
ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ等の一般汎用材料については、前記金型構成（特願平５−９５２７号）で所望の機能が発現し良好な成形品が得られるが、▲１▼２０％ガラス繊維入りＰＣや▲２▼ガラス繊維入りＰＢＴ等、高ＨＤＴ（熱変形温度）材料等を使用する場合は、低圧成形ではキャビティ側表面にもヒケが発生することがある。
【００２２】
また▲３▼一般汎用材料でも薄肉部（１．５ｍｍ厚さ）に形成されたボスやリブ（１．５ｍｍ）上に外面ヒケが発生する。
【００２３】
▲４▼製品厚みに対し局部的に薄く偏肉した部分の外面にムラが発生する等の問題がある。
【００２４】
この原因として、▲１▼は充填圧でキャビティ内圧が高まり、瞬時に始まる冷却収縮量が微少なためコア表面での樹脂の早期型離れが起こらず、むしろ断熱層のあるキヤビテイ側表面より早く固化するようになる。このような現象によりキャビティ側溶融樹脂の収縮補償が充分行われず、キャビティ側にヒケが発生する。
【００２５】
▲２▼のガラス繊維入り高ＨＤＴ材料は、無充填材料に比べて著しく高温で固化が始まるため、高温でキヤビテイ面での濡れ付着性が早く消失し、かつ固化時の収縮量が遙かに少ないためコア側での冷却鈍化が進まず、上記▲１▼と同様、キャビティ側にヒケが発生する。
【００２６】
▲３▼のリブ部外面ヒケは、薄肉による早期冷却に加え、放熱面積の広いＴ−字形コア形状に起因し、平坦なキャビティ側に比べ冷却が先行することが原因である。
【００２７】
また▲４▼の薄偏肉部は冷却進行が速いため他の部分と樹脂内圧が異なり、外面ムラが発生する。
【００２８】
（４）の熱可塑性樹脂の射出成形用金型は、前記（３）の金型における問題点を解決あるいは軽減するためのものである。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、本発明者らはウェルドマーク、フローマーク、ヒケ等のない美しい高度転写成形品を低圧で成形するための、新成形概念による一連の成形システム技術を開発し、その実用化を進めている。一方、射出成形の一般的傾向として最近は特に自動車部品を中心に、より軽量化と低コスト化のため薄肉化（例えば肉厚が１．５〜１．０ｍｍ程度のもの）が求められている。この環境下での第１の課題は薄肉成形品（１．５〜１．０ｍｍ厚み）内部に設けられたボス・リブに対応するキャビティ側外面上のヒケ・ムラが上記現状技術では解決できないこと、第２の課題は、薄肉で中型（Ａ−４サイズ）以上の成形品でサイドゲート等の場合（多点ピンゲートの適用不可の場合）、充填末端部とかキャビティ側外面の一部にヒケやムラやソリが発生しやすいことで、同じく未解決な問題点として残されている。
【００３０】
本発明者が今までに開発した一連の金型システムの要点は、キャビティ表面に断熱層を設けることにより熱慣性の小さいキャビティ型表面を形成し、充填樹脂の熱容量で瞬時にその型面を昇温させて成形不良を解消することにある。すなわち、キャビティ面の瞬時昇温によりウエルド、フローマークの解消とともにメルトの“ぬれ性”を発現させ、樹脂（メルト）がキャビティ面に付着している間に高温のコア側樹脂をキャビティ側に引き寄せ（移行させ）、キャビティ側の冷却収縮を補償しようとするもので、全体の収縮ヒケをコア側に集中させて表面にヒケのない美しい成形品を低圧射出で得ることを基本とし特徴としている（特開平６−２１８７６９号公報）。
【００３１】
次いで提供した金型（特開平８−２５４２８号公報）は、コア型に独立温調機構を設けてコア型温度を高温に設定し、充填樹脂のコア側温度をより高温に設定すること、およびコア型面に加圧空気を供給して樹脂をキャビティ側へ押し付けることの、両者の相乗効果を発現させたものである。同時に、キャビティ、コア両側への微妙な放熱バランスによって発生する重大欠陥“ソリ”の、ある程度のコントロールも可能となる。この相乗効果はコア側樹脂のキャビティ側への移行を促進させ、キャビティ側樹脂の冷却収縮に対する補償力を高めることができ、結果として特開平６−２１８７６９号公報に記載金型の性能を更に強化したシステムである、といえる。
【００３２】
両発明とも、高温のコア側樹脂をキャビティ側に移行させることによりキャビティ側樹脂の冷却収縮を補償し外表面のヒケを防止する成形システムであるため、型内樹脂の低圧充填は必須条件となる。
【００３３】
前記の未解決問題点については、その要因を次のように分析することができる。その第１は、一般に肉厚１．５ｍｍ程度を境に、この値以下では樹脂の充填抵抗が急激に増加することにある。すなわち薄肉品成形には高充填圧を要する。その結果、型内での大きな圧力勾配をもたらし、ソリが発生したり、メルトと型面との接触圧が高まって界面での放熱抵抗が低下し、早期冷却が起きる。このことは、従来の鋼材型では圧力不足によるヒケ・ソリ・ショートショット等が引き起こされ、また断熱キャビティ金型ではコア／キャビティ間の冷却差が大きくなり、ソリが助長される。いずれにしても極薄肉成形品では形状が大きくなる程、成形が困難になる。これら問題点の解決は「無塗装成形品」に繋がり、時代的要請の「成形品リサイクル化」達成のためにも重要課題である。
【００３４】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、極薄肉成形品（とりわけ１．５〜１．０ｍｍ）に設けられたボス・リブ等のヒケ・ムラ問題の解消と、Ａ−４サイズ以上の中型成形品でもソリ問題や成形サイクル時間等に悪影響を来たすことなく達成できる、熱可塑性樹脂射出成形型を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明者らが提供する成形システムの作動メカニズムは、キャビティ側充填樹脂を早期冷却させ、コア側メルトとの充分な温度差を保持することによりポリマー分子のブラウン運動にキャビティ側へのドライビングフォース（分子移行の方向性、または一方向拡散）を与え、キャビティ側樹脂の冷却収縮を補償するもので、この原理により、低圧で外表面ヒケやソリのない美しい成形品を得ることができる。したがって特別に構成された射出成形金型、および型機能を発揮させるための成形条件を要し、これらが同時に充足されてはじめて、その目的が達成され得る。
【００３６】
本発明による熱可塑性樹脂射出成形用金型は、キャビティ型と、コアプレートに断熱壁を介して嵌合された鉄材質から成るコア型、および該コア型に断熱壁を介して嵌合されたボスまたはリブ用の凹部を有する鉄またはニッケル材質等のコアピースとの間で形成されたキャビティ部とを有し、該コア型およびコアピースには加熱手段が設けられており、その他、射出成形用金型としての必要構造を有した金型と、その型機能を発揮させるための後述の成形条件と併せ、上記目的が達成できる。
【００３７】
その成形条件は、メルト移行を安定的に遂行するために必要なもので、安定的メルト移行の要因と施策は次のようになる。
【００３８】
１）両サイドの温度差がメルト移行のドライビングフォースとなるため、キャビティ側を低温にして可及的速やかにメルト両サイドに充分な温度差を発生させる。
【００３９】
２）メルト易動度を高めるため、樹脂温度と金型温度を高めに設定し、３）キャビティ内圧を低く保持する（低圧射出）。
【００４０】
４）キャビティ型面へのメルトのぬれ性を発現（樹脂の型面付着）させるとともに、コア側の高温メルトを吸引するため、型表面に薄肉ニッケル層を形成することにより高感度断熱キャビティを作製する。
【００４１】
５）断熱キャビティの場合、可及的速やかにメルト両サイドに充分な温度差を発生させるため、キャビティ型を高熱伝導金属で作製する。
【００４２】
６）メルトのコア側温度を高温にして放熱冷却を緩慢にするためと、メルト／コア間の早期型離れ促進手段、ならびにメルトの物理的移行力を高めるため、充填樹脂をコア型面より圧縮空気加圧する。
【００４３】
上記要因を基に、本構成の型機能を発揮させ目的を達成するための成形条件の確認実験を行なった。
表１に成形条件と成形品評価結果を示す。
【００４４】
【表１】

目的達成金型による成形条件と効果の関係から、問題解決のメカニズムを説明する。
【００４５】
１）高圧成形条件はメルト移行を阻害し、メルトと型面が強く接触するため冷却が早まり、また高密度になるため収縮量が減少し、コア側メルトのヒケによる空気境膜が形成されない。コア面の空気境膜形成は両サイド温度差を充分大きくするための必要事項で、メルト移行の推進には必須の条件である。（条件１、３、５は不可）
断熱キャビティ、断熱コア使用時の各部表面温度プロフィルを図１（各部表面温度プロフィル）に示す。
【００４６】
図１によると、空気押しした場合、充填直後のコア側メルト温度が１６７℃を示し、空気押しのない場合に比べて２７℃高い。この理由として、充填メルトの早期型離れが起きるためと思われる。
【００４７】
２）ソリについてはキャビティ型、コア型が同温設定の場合、高圧条件下では均等に放熱するため発生しない。一方、低圧条件下ではコア側ヒケによる空気境膜が形成され、高温が保持される。したがって両サイド樹脂の温度差は大きくなる筈であるが、しかし実際は、図１に示すように、噴射空気流の放熱促進効果により成形品取出時の温度差は小さく、ソリ防止が達成される。（Ｎｏ．６合格）。
【００４８】
また、逆にキャビティ型／コア型間に温度差のある場合は、必ずソリが発生する。（Ｎｏ．３、４は不可）。
【００４９】
３）条件２は両型が同温設定で低圧射出条件の場合であるが、肉厚が薄い上にリブ部形状がＴ−字形であるため、コア側放熱面積がフラットなキャビティ面に比べて広く、冷却が早い。したがって、８０℃の型温では冷却を遅延させるまでには至らなかったものと思われる。空気押しを行なってもコア側樹脂にヒケが発生しないことが、この推察を支持する。（Ｎｏ．２は不可）。
【００５０】
４）Ｎｏ．６の成形条件とその効果から次のことが言える。
【００５１】
キャビティおよびコア両型を同温の８５℃に高温設定するとともに、リブピースは“ぬれ付着”現象が出現しない範囲内の上限温度に設定し、これに低圧射出条件を組合わせ、さらに空気押しによりメルトの早期型離れとキャビティ側へのメルト押付けを行なった場合、充填直後にメルト・コア面の充分なヒケ発生による空気断熱層（空気境膜）が形成され、初期の冷却遅延とメルト両サイド温度差３０℃が現出、メルト移行のための高いドライビングフォースがもたらされる。引き続く空気流の放熱効果により、最終的にはキャビティ側樹脂との温度差が無くなり、ソリのない成形品を取り出すことができる。（Ｎｏ．６合格）。
【００５２】
５）条件７：リブピースを１２０℃に設定し、他の条件はＮｏ．６と同様に設定した。その結果、リブ上のヒケ、ソリが発生し、全体のコア側のヒケはＮｏ．６と同様であったが、リブ部コア側にヒケの発生は無かった。このことはリブピース温度の上げ過ぎによる“ぬれ付着”が発生し、安定なメルト移行が起きなかったことを物語っている。
【００５３】
上記条件は前記「安定したメルト移行を達成する要因」のすべてに対応しており、本基本構成射出成形型[４）、５）は断熱キャビティ型での対応で、本基本構成鉄型には該当しない］と併せ、その機能を発揮させるための必須成形条件としての（保持圧力４００ｋｇ／ｃｍ²以下、保圧時間５秒以下）の低圧・短時間射出を実施することにより、本目的が達成され得る。
【００５４】
前記本発明による射出成形用金型の基本構成に加え、以下の項目は成形制約条件の緩和および目的の安定的達成に寄与するものである。
【００５５】
上記キャビティ型、コア型、あるいはコアピースについて下記の構成を有する各々より選択した１種あるいは２種以上を組合わせて実施するのが好ましい。
【００５６】
上記コアプレートとコア間、およびコア型とコアピース間の断熱壁は耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材料、あるいは空気断熱層等により形成される。
【００５７】
上記キャビティ型の表面に断熱層が設けられているのが好ましい。
【００５８】
上記キャビティ型表面の断熱層上に、さらに金属層が設けられているのが好ましい。
【００５９】
上記キャビティ型上の断熱層が耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材料、ガラス、セラミック、および琺瑯から成る群から選択された１種または多種から成り、その熱伝導率は０．０５ｃａ１／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚さは０．００１〜２ｍｍであるのが好ましい。
【００６０】
上記キャビティ型上の断熱層が厚さ０．１〜２ｍｍの耐熱プラスチックまたは耐熱プラスチック複合材料から成り、その表面に０．００１〜０．３ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００６１】
上記のキャビティ型が鉄、ニッケル材等より熱伝導性の良好なＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ材等で作製されるのが好ましい。
【００６２】
上記コア型およびコアピース型の表面に、フッ素樹脂、フッ素樹脂複合材料、シリコーン系樹脂、シリコーン系複合材料、およびフッ素樹脂分散ニッケルめっきから成る群から選択された１種、あるいはそれ以上から成る離型層が設けられているのが好ましく、さらに上記離型層の厚さが０．０１〜０．１ｍｍであるのが好ましい。
【００６３】
上記コア型およびコアピース表面の一部または全面に断熱層が厚さ０．３〜２．０ｍｍの耐熱性プラスチックまたは耐熱性プラスチック複合材料から成り、その表面に０．１〜０．５ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００６４】
上記コア型およびコアピースの材質をＳＵＳ、Ｔｉ、あるいはＴｉ合金等の鉄材より熱伝導率の低い鋼材で製作されるのが好ましい。
【００６５】
上記コア型およびコアピースの全体または一部が多孔性金属材料で形成されるか、あるいはその内部を通ってキャビティ内に圧縮気体を供給する供給口が型表面に設置されているのが好ましい。
【００６６】
上記圧縮気体供給口が設置されたコアピースのパーティング面外周にシャープエッジを有する微細溝がループ状に一重または多重に掘削されているのが好ましい。
【００６７】
上記コア型面に、ゲートに繋がった深さ２ｍｍ以下、幅３〜１０ｍｍの圧力伝達用リブ溝を掘削し、コア面に、例えば格子状にバランスよく配置するのが好ましい。
【００６８】
上記の該射出成形金型を用い、該金型キャビティ部に熱可塑性樹脂を極低圧短時間射出するが好ましい。
【００６９】
上記の射出成形型キャビティのコア型面に常温の低圧圧縮空気を導入し熱可塑性樹脂を射出することが好ましい。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７１】
本発明の熱可塑性樹脂射出成形用金型は、図２および図３に示すように、キャビティプレート１２と、該キャビティプレート１２に嵌合されたキャビティ型２と、コアプレート１３と、該コアプレート１３に嵌合されたコア型８と、該コア型８に嵌合されたコアピース３１と、該キャビティ型２と該コア型８及びコアピース３１との間で形成された、溶融樹脂が充填されるキャビティ部５と、受け板１１とを有する。
【００７２】
なお、図中６はスプルー、９，１９は取付け板、１０はノズルタッチ部、１４はコア型８に設けられたリブ溝、１５は突出ピンである。
【００７３】
射出成形機から射出された溶融樹脂は、ノズルタッチ部１０よりスプルー６を通ってダイレクトにキャビティ部５に充填されるように構成されている。
【００７４】
上記キャビティ型２の表面に設けられた断熱層の熱伝導率は低い程良く、好ましくは９×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下がよい。
【００７５】
断熱層は耐熱性プラスチック、耐熱性プラスチック複合材料、あるいはジルコニア、ガラス、ホーロー等で形成することができ、成形品に表面光沢を要するものには後者の無機材料がよい。
【００７６】
耐熱性プラスチックまたは耐熱性プラスチック複合材料で断熱層が形成される場合、その断熱層の厚さは０．３〜２．０ｍｍが好ましく、その表面に０．０１〜０．３ｍｍの金属層が形成されているのが好ましい。
【００７７】
本発明による熱可塑性樹脂射出成形用金型は、キャビティ型と、コアプレートに嵌合されたコア型、および該コア型に嵌合されたボスまたはリブ用の凹部を有するコアピースとの間で形成されたキャビティ部と、その他、射出成形用金型としての必要構造を有し、さらに樹脂充填時、コア型面およびコアピースの凹部型状表面に形成された気体供給口より圧縮気体を供給し、圧縮気体の圧力によって溶融樹脂をキャビティ側に押し付けると共にコアピース側成形品表面またはコア型側成形品表面にヒケを発生させ、コア型／樹脂界面に空気境膜を形成させるものである。
【００７８】
上記鋼材により作製されたキャビティ型に対して、コア型温度をやや高めに設定することにより、コア側に早期型離れの契機が生まれ、加速度的に成長し、キャビティ側とコア側の樹脂層に温度勾配が付くので、冷却固化が速く進行するキャビティ側の収縮に対して、遅く進行する高温コア側から溶融樹脂が移動して補償が行われる。
【００７９】
上記構成の鋼材により作製されたキャビティ型およびコア型の温度はやや高めに設定することが好ましい。型内に充填された溶融樹脂は型表面と接し、冷却固化がやや速く進行するキャビティ側とやや遅く進行するコア側の収縮差が相乗的にコア側に現れ、更に増長して樹脂の型離れが発生するが、この速度が大変重要である。型離れした樹脂のコア側表面ピーク温度は、１４０℃位に達し、このキャビティ型側との温度差が、ドライビングホースとなり、分子の移行による収縮補償が行われる。
【００８０】
エアー押しの場合、コア型面での早期離型れを実現し、ピーク温度は１６０℃以上に達しエアー圧との相乗効果で安定した収縮補償が行われる。この補償がキャビティ側のヒケを解消する。この補償力は、両面の温度差とコア側樹脂の易動度で決まる。
【００８１】
すなわち、温度差が大きいほど好ましいが、３０℃以上の温度差になると、成形品の反り、変形が大きく発生するため実用的に制約される。
【００８２】
しかし、実用上許容可能な温度差では、先行冷却部の収縮補償が不十分で、ボス、リブ上にヒケが発生することが多い。この解決策として、リブ部をコア型から断熱した”コアピース”とし、ヒータ等の独立加熱手段４３を設けてより高温に設定する。このように、リブ部を局部加熱することにより、反り変形、成形サイクル長時間化なしにリブ上にヒケのない成形品を得ることができる。
【００８３】
キャビティ型は、通常の鋼材にて作製されたキャビティ型に比して、キャビティ型表面に断熱層が形成され、場合によっては、該断熱層上にさらに、薄肉金属層が形成された断熱キャビティの使用はさらに好ましい。
【００８４】
断熱層は、耐熱プラスチック、耐熱プラスチック複合材、ガラス、セラミック、および琺瑯からなる群から選択された一種からなり、その熱伝導率は、０．０５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下であり、かつ厚さは０．００１〜２．０ｍｍであり、表面金属層の厚さは０．００１〜０．３ｍｍが好ましい。
【００８５】
上記断熱キャビティ型の場合、型表面は充填溶融樹脂の熱量により瞬時に昇温して該溶融樹脂との濡れ性が発現し、樹脂はキャビティ型表面に付着する。キャビティ型側の冷却収縮に対しコア側からの材料補給をより促進するため、キャビティ型側のヒケが防止され易い。また、型表面の瞬時の昇温により充填時固化層の発生が遅延するため、ウエルドマークやフローマークのない美しい外観を持つ成形品が得られる。
【００８６】
コアプレートに嵌合されたコア型には、ヒータ等の加熱手段が設置され、また嵌合面には断熱層が設けられてコア型の温度調節が容易になっている。断熱層としては、プラスチック、セラミック、あるいは空気間隙等が利用できる。この断熱層はキャビティプレートおよびコアプレートの摺動部の温度差を僅少化し、摺動を容易にする。金属層厚さは、樹脂充填時の表面温度を決定し、断熱層の熱伝導率および厚さは除冷の程度を決める。
【００８７】
上記断熱キャビティ金型のキャビティ部に、溶融樹脂を充填した場合、樹脂は所定の温度範囲で濡れ性を発現して型表面に付着状態になる。このように、充填後冷却処理においては、キャビティ型側が型面に付着しているので、コア側からの溶融樹脂の移動が容易に行われ、低圧成形条件下で、ヒケ、ウエルドマーク、フローマーク等のない美しい外観を有する成形品が得られる。
【００８８】
上記キャビティと前記各種コアを組み合わせることにより、リブ等の局部肉厚を含んだ成形品前面に低圧成形条件下で安定して、ヒケ、ウエルドマーク、フローマークのない美しい成形品が得られる。
【００８９】
以下に、さらに詳細に本発明の要部を説明する。
【００９０】
図３に示すように、コアピース３１の底部には凹部１４が設けられ、この凹部１４によって成形品の裏面側にてボスまたはリブ等が形成される。このボスまたはリブが形成される部分の肉厚は他の部分に比べて厚くなっており、従って、この肉厚部における成形品の表面（キャビティ型２側に形成される）の外観不良が、従来金型では難しいものであった。凹部１４の形状は任意であり、リブを形成する場合、通常は成形品を補強するために溝状に形成され、成形品の裏面側にて対角線状等に複数の凹部１４が形成される（図４）。上記ゲート部の先端部はこの凹部１４に位置しているのが好ましく、ゲートからキャビティ部５内へ供給された溶融樹脂は凹部１４に沿ってキャビティ部５内へ充填され、その後比較的薄肉を形成するキャビティ部５へ充填される。
【００９１】
上記コア型８は第３の断熱層４１を介して上記コアプレート１３に嵌合されている。つまり、第３断熱層４１はコア型８の周囲前面に設けられ、コア型８とコアプレート１３との間およびコア型８と受け板との間を断熱している。
【００９２】
第３断熱層４１は、例えば、以下のようにして形成することができる。
【００９３】
コアプレート１３及び受け板と接するコア型８の外周部に、厚み２mm〜５mmの樹脂含浸ガラスクロス断熱板をビスにて張り付ける。また、コア型８の外周に細いリブを残して肉ぬすみをし、空気断熱層を形成してもよい。また、第３断熱層４１はコア型８全体のみならず、キャビティ部５を形成するコア型８の一部でもよい。詳細は、特開平８−２５４２８号公報に開示されている。
【００９４】
このコア型８内には、ヒータ等の加熱手段が配置されている。具体的には、ヒータ挿入用孔をコア型８を設け、この孔にヒータを挿入してもよい（シースヒータとも呼ばれる）。
【００９５】
また、上記コアピース３１もコア型８に対して断熱嵌合されている。つまり、コア型８に凹所が形成され、第１の断熱層４２を介してコアピース３１が嵌合されている。コアピース３１内にもヒータ等の加熱手段が、上記コア型８の場合と同様に配置されている。従って、コア型８及びコアピース３１を独立操作して温調することができる。上記コアプレート１３とコア型８との間に配置される第３断熱層４１、およびコア型８とコアピース３１との間に配置される第１断熱層４２としては、プラスチック、セラミックあるいは空気間隙から形成することができる。
【００９６】
コア型８の表面には離型層を形成するのがよく、そのような離型層としては、フッ素系樹脂コーティング、フッ素系複合樹脂コーティング、シリコン系複合樹脂コーティング、フッ素樹脂分散ニッケルメッキ等が利用できる。コア型８の金属材料としては、一般の鋼材に比べて熱伝導率の低いステンレス材、チタン材等を使用することもできる。
【００９７】
該コア型８およびコアピース３１には、該キャビティ部５内へ向けて圧縮気体を供給し得る気体供給口２４が形成されている。コア型８およびコアピース３１を、連続する通気孔を有するポーラス鋼などの多孔性部材で形成し、このコア型８の裏面側に気体導入部を形成し、コア型８およびコアピース３１を通して空気などの気体をキャビティ部５内へ均一に圧送するようにしてもよい。
【００９８】
また、上記コア型８と突出ピン１５との間に空気が流通可能な小間隙を形成し、コア型８の背面側に形成した空気供給部２４から小間隙を通して空気をキャビティ部５内へ圧送するようにしてもよい。
【００９９】
コアプレート１３、コア型８およびコアピース３１における設定温度は、それぞれ以下の設定温度が好ましい。
【０１００】
コア型８の温度は、コアプレートよりやや高く設定する。コアピース３１の温度はコアプレートより３０℃〜５０℃高く設定する。
【０１０１】
このような構成金型による射出成形では、樹脂の射出充填完了と同時にコンプレッサーから圧縮空気等を送ることで、溶融充填樹脂をコア側よりキャビテイ型面へ均一に押し付けることができる。このことは、キャビティ側での密着機能とコア側での離型の断熱機能を物理的に付加することになり、従来に比してさらに低圧で転写性のよい成形が安定して行える。
【０１０２】
【発明の効果】
発明によれば、薄肉部のボス、リブ部上にも低圧成形でヒケの発生しない、かつ反りの発生しない成形品を提供することができる。
【０１０３】
特に、上記のようなキャビティ型およびコア型を組み合わせた金型構成とすることにより、通常型による従来の高圧条件に比べ比較的低圧で（従来の６０％以下）ヒケ、フローマーク、ウエルドマーク、ソリ等のないキャビティ型面をよく転写した美しい外観をもった成形品が、汎用樹脂から、高粘度、高耐熱、及びガラス繊維入り樹脂まで、成形機の多段射出圧力制御、速度制御等の必要もなく一速一圧条件で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】断熱キャビティ、断熱コア使用時の各部表面温度プロフィルを示す図である。
【図２】本発明の射出成形用金型の一例を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す射出成形用金型の要部拡大図である。
【図４】コアブロックに設けた圧リーダーリブ用溝の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
２キャビティ型
５キャビティ部
８コア型
１３コアプレート
１４凹部
２４気体供給口
３１コアピース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is characterized in that a glossy and fine uneven pattern on the cavity mold surface can be faithfully transferred to the surface of the molded product, and a beautiful molded product with minimal internal stress distortion and no sink marks on the surface is molded at an extremely low pressure. More specifically, in the molding of a thin molded product having a partial thick portion such as a rib or boss on the back surface, a molded product having a partial ultra thin portion, or a crystalline resin molded product, The present invention relates to a mold for a thermoplastic resin injection-molded product characterized by molding a molded product having a beautiful appearance without sink marks at an extremely low pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventional molds for injection molding of thermoplastic resin are usually made of metal materials such as general steel, nickel, nickel alloy, copper and copper alloy, and molten resin is injected into the mold cavity from the gate. It is filled and shaped into a predetermined shape through a pressure holding process.
[0003]
However, the problems in injection molded products molded using these steel molds can be broadly divided into appearance problems and functional problems. The former has problems such as transfer defects, weld marks, flow marks, sink marks, and the latter. This is a problem such as a decrease in strength of the molded product due to internal stress and an environmental stress crack. The occurrence of these problems can be summarized into the following three basic causes.
[0004]
First, since an injection mold is usually made of a steel material having good thermal conductivity, as soon as the molten resin fills the mold cavity, the molten resin comes into contact with the mold surface. A solidified layer is instantly formed on the resin surface. This instantly formed solidified layer not only hinders the precise transfer of the mold surface, but also causes various appearance defects (for example, weld marks, flow marks, jetting, etc.) to the molded product.
[0005]
The second cause is that the solidification shrinkage rate of the molten resin is large and the pressure transferability in the cavity is poor, so that sink defects are likely to occur in the low-pressure part and the thick part of the molded product. For example, when a product having ribs formed on the back surface is molded, since the rib portion is thick, the above-mentioned sink may occur on the surface side of the product corresponding to the rib portion.
[0006]
As countermeasures against these problems, molding conditions of high mold temperature and high injection pressure are generally used, and this high injection pressure is a third cause of occurrence of defects. That is, secondary defects due to high pressure appear in many aspects such as quality (generation of warp, burr, internal stress, etc.), productivity, mold cost, and the like.
[0007]
On the other hand, in recent years, not only high-quality and low-price orientation, but also precise transfer of the mold surface, as well as demands for low-pressure and thin-wall molding, there has been an increasing demand for non-coating. These demands can no longer be met by conventional molding techniques, and there is a strong demand for the development of new molding methods.
[0008]
As one of the recent molding techniques corresponding to these, the gas assist molding method is becoming widespread. Technology that is effective as a countermeasure against sink marks in thick parts and has a high degree of design freedom has also been developed, but it is still impossible to prevent sink marks in the low pressure part and uneven color on the gas channel, and transfer defects, weld marks, flow It does not remove the harmful effects of mark generation.
[0009]
The present inventors have been studying new molding methods for many years in order to fundamentally solve these injection molding problems, and have successively developed functional molds based on the molding principle and attempted to put them into practical use. .
[0010]
Next, an outline of the names of the invention and patent application will be described.
[0011]
(1) Thermal insulation mold
This mold has a heat insulating cavity block incorporated in the cavity surface, and the heat insulating cavity block is a thin metal with a heat insulating layer on the back surface of the mold (0.5 mm is the limit of thinning as a practical mold). Formed).
[0012]
(2) Injection mold (thin coating)
This is a mold in which a heat insulating thin film coating is applied to the cavity mold surface.
[0013]
(3) Injection mold (Japanese Patent Laid-Open No. 6-218769, Japanese Patent Application No. 5-9527) This mold has a heat insulating cavity having an ultrathin metal layer on the mold surface, and a releasable heat insulating layer on the core surface. It has a mold.
[0014]
(4) Mold for injection molding of thermoplastic resin (Japanese Patent Laid-Open No. 8-25428, Japanese Patent Application No. 6-168500)
An injection mold having a structure in which a heater is installed in a core block that is heat-fitted with a core plate and / or a gas can be injected into the surface of the core mold through a through-hole provided in the core mold.
[0015]
The molds (1) to (4) having the above structure will be described below.
[0016]
In the heat insulation structure mold (1), the practical technical limit of the surface nickel layer was 0.5 mm, so the mold surface temperature at the time of filling reached around 90 ° C. (the mold temperature was 65 ° C.) This has the effect of delaying the formation of a solidified layer that occurs instantaneously on the surface of the resin, and is effective in improving transferability, reducing weld marks and flow marks. However, there is no effect on the sink of the thick part of the molded product, and as with the conventional type, it relies on high-pressure molding, and the cavity side surface is slow to cool, so the cavity side surface tends to sink. There is a tendency.
[0017]
The mold (2) with a heat insulating thin film coating on the cavity surface is effective in improving adhesion by improving the wettability between the filling resin and the mold surface, and is therefore an effective technique for improving the transferability of the mold surface. It is. However, since low pressure conditions cannot cope with the occurrence of sink marks in the thick part of the molded product, high pressure molding is eventually required.
[0018]
The injection mold of (3) is a mold in which a heat insulating layer is formed on the cavity mold surface, or an ultrathin metal layer is further formed on the cavity mold surface, and a releasable heat insulating layer is formed on the core mold surface. . The mold having such a configuration has the following effects.
[0019]
At the time of injection molding, the surface of the cavity mold is instantly heated to 120 ° C. or higher (ABS; when the mold temperature is 65 ° C.) by the amount of heat of the filled molten resin. As a result, “wetting” with the molten resin is developed and the resin adheres. On the other hand, the surface of the core mold surface provided with a releasable heat insulating layer is filled with a low pressure and the mold internal pressure rapidly becomes negative due to the cooling shrinkage of the molten resin that starts instantaneously. Mold separation occurs.
[0020]
Due to the progress of mold separation, an air layer is formed between the resin and the core mold surface, and the heat insulation effect thereby is added to slow down the cooling of the molten resin on the core side, and the high temperature is maintained for a long time. . The cooling shrinkage of the cavity side resin in the meantime is easily compensated by the movement of the core side molten resin. The wettability between the cavity mold surface and the resin disappears as the temperature of the interface decreases due to heat dissipation. In other words, the resin cooling shrinkage until the loss of wettability (stickiness) on the cavity mold surface can be compensated by the movement of the high-temperature molten resin from the core side. Can be obtained.
[0021]
For general-purpose materials such as ABS, PS, PC, etc., the desired function is exhibited with the mold configuration (Japanese Patent Application No. 5-9527), and a good molded product can be obtained. When using a high HDT (thermal deformation temperature) material such as PC or (2) glass fiber-containing PBT, sink marks may also occur on the cavity side surface in low pressure molding.
[0022]
(3) Even in general general-purpose materials, external sink marks occur on bosses and ribs (1.5 mm) formed in a thin portion (1.5 mm thickness).
[0023]
(4) There is a problem that unevenness is generated on the outer surface of a portion that is locally thin and uneven in thickness with respect to the product thickness.
[0024]
The reason for this is that in (1), the cavity pressure increases due to the filling pressure, and the amount of cooling shrinkage that starts instantaneously is so small that the resin does not release early on the core surface, but rather solidifies faster than the cavity side surface with the heat insulating layer. To come. Due to such a phenomenon, the cavity side molten resin is not sufficiently compensated for shrinkage, and sink marks occur on the cavity side.
[0025]
The high HDT material with glass fiber (2) starts to solidify at a significantly higher temperature than the unfilled material, so the wet adhesion on the cavity surface quickly disappears at a high temperature, and the shrinkage during solidification is much higher. Since the amount is small, the cooling on the core side does not slow down, and sink marks are generated on the cavity side as in the case (1).
[0026]
In addition to the early cooling due to the thin wall, the rib sink on the outer surface of (3) is caused by the T-shaped core shape having a large heat radiation area and leading to cooling earlier than the flat cavity side.
[0027]
In addition, the thin uneven portion (4) is rapidly cooled, so that the internal pressure of the resin is different from that of the other portions, resulting in uneven outer surface.
[0028]
The thermoplastic resin injection mold of (4) is for solving or reducing the problems in the mold of (3).
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the present inventors have developed a series of molding system technologies based on a new molding concept to form beautiful advanced transfer molded products free of weld marks, flow marks, sink marks, etc. proceeding. On the other hand, as a general trend of injection molding, recently, especially for automobile parts, thinning (for example, having a thickness of about 1.5 to 1.0 mm) has been demanded for lighter weight and lower cost. . The first problem in this environment is that the above-mentioned state-of-the-art technology cannot solve the sink and unevenness on the outer surface of the cavity corresponding to the bosses and ribs provided in the thin molded product (1.5 to 1.0 mm thickness). The second problem is that thin and medium-sized (A-4 size) or larger molded products such as side gates (when multi-point pin gates cannot be used), sinks and / or cavities on the filling end or part of the outer surface of the cavity It is still an unsolved problem because it tends to cause unevenness and warping.
[0030]
The main point of the series of mold systems that the inventor has developed so far is that a cavity mold surface having a low thermal inertia is formed by providing a heat insulating layer on the cavity surface, and the mold surface is instantaneously raised by the heat capacity of the filled resin. The purpose is to eliminate molding defects by heating. In other words, the instantaneous rise of temperature on the cavity surface eliminates welds and flow marks and develops the “wetting property” of the melt. While the resin (melt) adheres to the cavity surface, the hot core side resin is drawn toward the cavity side. (Migration), which is intended to compensate for cooling shrinkage on the cavity side, and is characterized by concentrating the entire shrinkage sink on the core side and obtaining a beautiful molded product with no sink on the surface by low pressure injection ( JP-A-6-218769).
[0031]
Next, the provided mold (JP-A-8-25428) is provided with an independent temperature control mechanism in the core mold to set the core mold temperature to a high temperature, and to set the core side temperature of the filled resin to a higher temperature, and The synergistic effect of both is achieved by supplying pressurized air to the core mold surface and pressing the resin toward the cavity. At the same time, it is possible to control to some extent the critical defect “sledge” generated by delicate heat radiation balance on both sides of the cavity and core. This synergistic effect promotes the transition of the core side resin to the cavity side, and can increase the compensation force against the cooling shrinkage of the cavity side resin. As a result, the performance of the mold described in JP-A-6-218769 is further enhanced. It can be said that this is a system.
[0032]
Both of the inventions are molding systems that compensate for the cooling shrinkage of the cavity-side resin by shifting the high-temperature core-side resin to the cavity side and prevent sinking of the outer surface. .
[0033]
About the above-mentioned unsolved problem, the factor can be analyzed as follows. The first is that the resin filling resistance increases rapidly below this value, generally at a wall thickness of about 1.5 mm. That is, a high filling pressure is required for molding a thin product. As a result, a large pressure gradient is generated in the mold, and warping occurs, or the contact pressure between the melt and the mold surface increases to reduce the heat radiation resistance at the interface, thereby causing early cooling. This causes sinks, warpage, short shots, etc. due to insufficient pressure in the conventional steel mold, and the cooling difference between the core / cavity is increased in the heat insulating cavity mold, which promotes warpage. In any case, the molding becomes more difficult as the shape becomes larger in the extremely thin molded product. The solution of these problems leads to “unpainted molded products” and is also an important issue for achieving the “recycled molded products” that has been demanded by the times.
[0034]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to solve the problem of sink marks and unevenness of bosses, ribs and the like provided in an extremely thin molded product (especially 1.5 to 1.0 mm). It is an object of the present invention to provide a thermoplastic resin injection mold that can be achieved without any adverse effects on warping problems, molding cycle time, etc., even with medium-sized molded articles of A-4 size or larger.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the operation mechanism of the molding system provided by the present inventors is to quickly cool the cavity-side filling resin and maintain a sufficient temperature difference from the core-side melt, thereby causing the Brownian motion of the polymer molecules. Gives a driving force to the cavity side (direction of molecular migration or unidirectional diffusion) to compensate for cooling shrinkage of the resin on the cavity side. Can be obtained. Therefore, a specially configured injection mold and molding conditions for exhibiting the mold function are required, and the object can be achieved only when these are simultaneously satisfied.
[0036]
A thermoplastic resin injection mold according to the present invention includes a cavity mold, a core mold made of an iron material fitted to a core plate via a heat insulation wall, and fitted to the core mold via a heat insulation wall. A cavity formed between a core piece made of iron or nickel having a recess for a boss or a rib, and the core mold and the core piece are provided with heating means. The above object can be achieved together with a mold having a necessary structure as a mold and molding conditions described later for exhibiting the mold function.
[0037]
The molding conditions are necessary for stably performing the melt transfer, and the factors and measures for the stable melt transfer are as follows.
[0038]
1) Since the temperature difference between both sides becomes a driving force for melt transfer, a sufficient temperature difference is generated on both sides of the melt as quickly as possible by setting the cavity side to a low temperature.
[0039]
2) In order to increase melt mobility, the resin temperature and the mold temperature are set high, and 3) the cavity internal pressure is kept low (low pressure injection).
[0040]
4) Create high-sensitivity heat-insulating cavities by forming a thin nickel layer on the mold surface to express the wettability of the melt to the cavity mold surface (adhesion of the resin mold surface) and attract high temperature melt on the core side To do.
[0041]
5) In the case of an adiabatic cavity, the cavity mold is made of a highly heat conductive metal in order to generate a sufficient temperature difference on both sides of the melt as quickly as possible.
[0042]
6) Compress the filled resin from the core mold surface to increase the core temperature of the melt to slow the heat dissipation cooling, to promote early mold separation between the melt and the core, and to increase the physical transition force of the melt. Apply air pressure.
[0043]
Based on the above factors, an experiment for confirming the molding conditions for achieving the purpose by exhibiting the mold function of this configuration was conducted.
Table 1 shows molding conditions and molded product evaluation results.
[0044]
[Table 1]

The problem-solving mechanism will be explained from the relationship between the molding conditions and the effect of the objective-achieving mold.
[0045]
1) The high-pressure molding condition inhibits the melt transfer, and the melt and the mold surface come into strong contact with each other, so that the cooling is accelerated. Further, the density becomes high, the shrinkage is reduced, and the air boundary film due to the sink of the core side melt is not formed. The formation of an air boundary film on the core surface is a necessary condition for sufficiently increasing the temperature difference on both sides, and is an essential condition for promoting the melt transition. (

Conditions

1, 3, and 5 are not allowed)
FIG. 1 (surface temperature profile of each part) shows the surface temperature profile of each part when using the heat insulating cavity and the heat insulating core.
[0046]
According to FIG. 1, when air-pressed, the core-side melt temperature immediately after filling is 167 ° C., which is 27 ° C. higher than when no air-pressing is performed. This is probably because early mold release of the filled melt occurs.
[0047]
2) When the cavity mold and the core mold are set at the same temperature, warping does not occur because heat is evenly dissipated under high pressure conditions. On the other hand, under a low pressure condition, an air boundary film is formed by the core side sink, and a high temperature is maintained. Therefore, the temperature difference between the two side resins should be large, but in reality, as shown in FIG. 1, the temperature difference at the time of taking out the molded product is small due to the heat radiation promoting effect of the jet air flow, and warpage prevention is achieved. (No. 6 passed).
[0048]
On the contrary, if there is a temperature difference between the cavity mold and the core mold, warping always occurs. (No. 3 and 4 are not allowed).
[0049]
3) Condition 2 is the case where both molds are set at the same temperature and low pressure injection conditions. However, since the rib part is T-shaped and the wall thickness is thin, the core side heat radiation area is flat compared to the cavity surface. Wide and fast cooling. Therefore, it seems that the mold temperature of 80 ° C. did not reach the delay of cooling. This assumption is supported by the fact that sinking does not occur in the core-side resin even when air is pushed. (No. 2 is not possible).
[0050]
4) No. The following can be said from the molding conditions of No. 6 and the effects thereof.
[0051]
Both the cavity and core molds are set to a high temperature of 85 ° C, and the rib piece is set to an upper limit temperature within the range where the “wet adhesion” phenomenon does not occur. When the mold is released early and the melt is pressed toward the cavity, an air insulation layer (air boundary film) is formed immediately after filling due to sufficient sinking of the melt core surface. A difference of 30 ° C. appears, resulting in a high driving force for melt transfer. Due to the heat radiation effect of the subsequent air flow, the temperature difference from the cavity side resin is finally eliminated, and a molded product without warping can be taken out. (No. 6 passed).
[0052]
5) Condition 7: The rib piece was set to 120 ° C. 6 was set in the same manner. As a result, sink marks and warps on the ribs occurred, and the sink marks on the entire core side were No. Although it was the same as No. 6, there was no sink on the rib core side. This indicates that “wet adhesion” occurred due to excessively high rib piece temperature, and stable melt transfer did not occur.
[0053]
The above conditions correspond to all of the above-mentioned “factors for achieving stable melt transfer”, and this basic configuration injection mold [4), 5) is a heat insulating cavity type. [Not applicable] as an essential molding condition for exhibiting the function (holding pressure 400 kg / cm ² Hereinafter, this purpose can be achieved by performing low pressure and short time injection with a holding time of 5 seconds or less.
[0054]
In addition to the basic structure of the injection mold according to the present invention, the following items contribute to the relaxation of molding constraint conditions and the stable achievement of the object.
[0055]
The cavity mold, core mold, or core piece is preferably implemented by combining one or two or more selected from each having the following configuration.
[0056]
The heat insulating walls between the core plate and the core and between the core mold and the core piece are formed of a heat resistant plastic, a heat resistant plastic composite material, an air heat insulating layer, or the like.
[0057]
It is preferable that a heat insulating layer is provided on the surface of the cavity mold.
[0058]
It is preferable that a metal layer is further provided on the heat insulating layer on the cavity mold surface.
[0059]
The heat insulating layer on the cavity mold is made of one kind or various kinds selected from the group consisting of heat-resistant plastic, heat-resistant plastic composite material, glass, ceramic, and cocoon, and its thermal conductivity is 0.05 ca1 / cm · sec · ° C. The thickness is preferably 0.001 to 2 mm.
[0060]
The heat insulating layer on the cavity mold is preferably made of a heat resistant plastic or heat resistant plastic composite material having a thickness of 0.1 to 2 mm, and a metal layer having a thickness of 0.001 to 0.3 mm is formed on the surface.
[0061]
The cavity mold is preferably made of Cu, Cu alloy, Al material or the like having better thermal conductivity than iron or nickel material.
[0062]
Mold release comprising one or more selected from the group consisting of fluororesin, fluororesin composite material, silicone resin, silicone composite material, and fluororesin dispersed nickel plating on the surface of the core mold and core piece mold It is preferable that a layer is provided, and the thickness of the release layer is preferably 0.01 to 0.1 mm.
[0063]
A heat insulating layer is formed of a heat-resistant plastic or a heat-resistant plastic composite material having a thickness of 0.3 to 2.0 mm on a part or the entire surface of the core mold and the core piece, and a metal layer of 0.1 to 0.5 mm is formed on the surface. Is preferably formed.
[0064]
The core mold and the core piece are preferably made of a steel material having a lower thermal conductivity than an iron material such as SUS, Ti, or a Ti alloy.
[0065]
It is preferable that all or part of the core mold and the core piece are formed of a porous metal material, or a supply port for supplying compressed gas through the inside of the core mold and the core piece is provided on the mold surface.
[0066]
It is preferable that fine grooves having sharp edges are excavated in a single loop or multiple loops on the outer periphery of the parting surface of the core piece where the compressed gas supply port is installed.
[0067]
It is preferable that a pressure transmission rib groove having a depth of 2 mm or less and a width of 3 to 10 mm connected to the gate is excavated on the core mold surface and disposed on the core surface in a balanced manner, for example, in a lattice shape.
[0068]
It is preferable to use the injection mold described above and inject a thermoplastic resin into the mold cavity for a very short time.
[0069]
It is preferable to inject thermoplastic resin by introducing low-pressure compressed air at normal temperature into the core mold surface of the injection mold cavity.
[0070]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0071]
As shown in FIGS. 2 and 3, the thermoplastic resin injection mold of the present invention includes a cavity plate 12, a cavity mold 2 fitted to the cavity plate 12, a core plate 13, and the core plate. The core mold 8 fitted to the core mold 13, the core piece 31 fitted to the core mold 8, and the molten resin formed between the cavity mold 2 and the core mold 8 and the core piece 31 are filled. A cavity portion 5 and a receiving plate 11 are provided.
[0072]
In the figure, 6 is a sprue, 9 and 19 are mounting plates, 10 is a nozzle touch portion, 14 is a rib groove provided in the

core mold

8, and 15 is a protruding pin.
[0073]
The molten resin injected from the injection molding machine is configured to be directly filled into the cavity portion 5 through the sprue 6 from the nozzle touch portion 10.
[0074]
The heat conductivity of the heat insulating layer provided on the surface of the cavity mold 2 is preferably as low as possible, preferably 9 × 10. ^-3 Cal / cm · sec · ° C. or less is preferable.
[0075]
The heat-insulating layer can be formed of heat-resistant plastic, heat-resistant plastic composite material, zirconia, glass, enamel, etc., and the latter inorganic material is preferable when the molded product requires surface gloss.
[0076]
When the heat insulating layer is formed of a heat resistant plastic or a heat resistant plastic composite material, the thickness of the heat insulating layer is preferably 0.3 to 2.0 mm, and a metal layer of 0.01 to 0.3 mm is formed on the surface. It is preferable.
[0077]
A thermoplastic resin injection mold according to the present invention is formed between a cavity mold, a core mold fitted to a core plate, and a core piece having a boss or rib recess fitted to the core mold. In addition to having the necessary structure as a mold for injection molding, in addition, the compressed gas is supplied from the gas supply port formed on the core mold surface and the concave mold surface of the core piece at the time of resin filling, The molten resin is pressed to the cavity side by the pressure of the compressed gas, and sink marks are generated on the surface of the core piece side molded product or the core mold side molded product, thereby forming an air boundary film at the core mold / resin interface.
[0078]
By setting the core mold temperature slightly higher than the cavity mold made of the above steel material, an opportunity for early mold release is created on the core side, and it grows at an accelerated rate, and the resin layer on the cavity side and the core side grows. Since the temperature gradient is added, the molten resin moves from the high temperature core side where the solidification progresses slowly to compensate for the shrinkage on the cavity side where the cooling and solidification proceeds fast.
[0079]
It is preferable to set the temperature of the cavity mold and the core mold made of the steel material having the above configuration to be slightly higher. The molten resin filled in the mold comes into contact with the mold surface, and the shrinkage difference between the cavity side where cooling solidification progresses slightly faster and the core side where the solidification progresses slightly synergistically appears on the core side. This speed is very important. The core-side surface peak temperature of the resin separated from the mold reaches about 140 ° C., and the temperature difference from the cavity mold side becomes a driving hose, and shrinkage compensation is performed by molecular migration.
[0080]
In the case of air pushing, early release on the core mold surface is realized, the peak temperature reaches 160 ° C. or higher, and stable shrinkage compensation is performed by a synergistic effect with the air pressure. This compensation eliminates cavity sinks. This compensation force is determined by the temperature difference between both surfaces and the mobility of the core side resin.
[0081]
That is, the larger the temperature difference, the better. However, when the temperature difference is 30 ° C. or more, the molded product warps and deforms greatly, so that it is practically restricted.
[0082]
However, if the temperature difference is practically acceptable, shrinkage compensation of the preceding cooling portion is insufficient, and sink marks often occur on the bosses and ribs. As a solution to this, the rib portion is a “core piece” thermally insulated from the core mold, and an independent heating means 43 such as a heater is provided to set the temperature higher. Thus, by locally heating the rib portion, a molded product free from sink marks on the rib can be obtained without warping deformation and lengthening of the molding cycle.
[0083]
The cavity mold has a heat insulating layer formed on the surface of the cavity mold as compared with a cavity mold made of a normal steel material, and in some cases, a heat insulating cavity in which a thin metal layer is further formed on the heat insulating layer. Use is further preferred.
[0084]
The heat insulating layer is made of one kind selected from the group consisting of heat resistant plastic, heat resistant plastic composite, glass, ceramic, and cocoon, and has a thermal conductivity of 0.05 cal / cm · sec · ° C. or less and a thickness of The thickness is 0.001 to 2.0 mm, and the thickness of the surface metal layer is preferably 0.001 to 0.3 mm.
[0085]
In the case of the heat insulating cavity mold, the mold surface is instantly heated by the amount of heat of the filled molten resin to develop wettability with the molten resin, and the resin adheres to the cavity mold surface. Since the material supply from the core side is further promoted against the cooling shrinkage on the cavity mold side, the sink on the cavity mold side is easily prevented. Moreover, since the generation of a solidified layer during filling is delayed by an instantaneous temperature rise on the mold surface, a molded product having a beautiful appearance without weld marks or flow marks can be obtained.
[0086]
The core mold fitted to the core plate is provided with heating means such as a heater, and a heat insulating layer is provided on the fitting surface to facilitate temperature adjustment of the core mold. As the heat insulating layer, plastic, ceramic, an air gap or the like can be used. This heat insulating layer reduces the temperature difference between the sliding portions of the cavity plate and the core plate and facilitates sliding. The metal layer thickness determines the surface temperature at the time of resin filling, and the thermal conductivity and thickness of the heat insulating layer determine the degree of cooling.
[0087]
When the cavity portion of the heat insulating cavity mold is filled with a molten resin, the resin exhibits wettability within a predetermined temperature range and becomes attached to the mold surface. As described above, in the cooling process after filling, the cavity mold side adheres to the mold surface, so that the molten resin can be easily moved from the core side. Under low pressure molding conditions, sink marks, weld marks, flow marks can be obtained. A molded product having a beautiful appearance with no unevenness can be obtained.
[0088]
By combining the cavity and the various cores, a beautiful molded product free of sink marks, weld marks, and flow marks can be obtained stably on the front surface of the molded product including a local thickness such as a rib under low pressure molding conditions.
[0089]
Below, the principal part of this invention is demonstrated in detail.
[0090]
As shown in FIG. 3, a recess 14 is provided at the bottom of the core piece 31, and a boss or a rib is formed on the back side of the molded product by the recess 14. The thickness of the portion where the boss or rib is formed is thicker than the other portions. Therefore, the appearance defect of the surface of the molded product (formed on the cavity mold 2 side) in the thick portion is Conventional molds are difficult. The shape of the recess 14 is arbitrary, and when the rib is formed, it is usually formed in a groove shape to reinforce the molded product, and a plurality of recesses 14 are formed diagonally on the back side of the molded product ( FIG. 4). It is preferable that the tip of the gate portion is located in the concave portion 14, and the molten resin supplied from the gate into the cavity portion 5 is filled into the cavity portion 5 along the concave portion 14, and then relatively thin. The cavity 5 to be formed is filled.
[0091]
The core mold 8 is fitted to the core plate 13 via a third heat insulating layer 41. In other words, the third heat insulating layer 41 is provided on the front surface around the core mold 8 and insulates between the core mold 8 and the core plate 13 and between the core mold 8 and the receiving plate.
[0092]
The 3rd heat insulation layer 41 can be formed as follows, for example.
[0093]
A resin-impregnated glass cloth heat insulating plate having a thickness of 2 mm to 5 mm is attached to the outer periphery of the core mold 8 in contact with the core plate 13 and the receiving plate with screws. Moreover, the air insulation layer may be formed by leaving a thin rib on the outer periphery of the core mold 8 and thinning the meat. The third heat insulating layer 41 may be a part of the core mold 8 forming the cavity portion 5 as well as the entire core mold 8. Details are disclosed in JP-A-8-25428.
[0094]
Heating means such as a heater is disposed in the core mold 8. Specifically, the core mold 8 may be provided with a heater insertion hole, and the heater may be inserted into this hole (also called a sheath heater).
[0095]
The core piece 31 is also heat-insulated to the core mold 8. That is, a recess is formed in the core mold 8, and the core piece 31 is fitted through the first heat insulating layer 42. Also in the core piece 31, heating means such as a heater is arranged in the same manner as in the case of the core mold 8. Accordingly, the core mold 8 and the core piece 31 can be independently controlled to adjust the temperature. The third heat insulating layer 41 disposed between the core plate 13 and the core mold 8 and the first heat insulating layer 42 disposed between the core mold 8 and the core piece 31 are made of plastic, ceramic, or air gap. Can be formed.
[0096]
It is preferable to form a release layer on the surface of the core mold 8. Examples of such a release layer include fluorine resin coating, fluorine composite resin coating, silicon composite resin coating, and fluorine resin dispersed nickel plating. Available. As the metal material of the core mold 8, a stainless material, a titanium material, or the like having a lower thermal conductivity than a general steel material can be used.
[0097]
The core mold 8 and the core piece 31 are formed with a gas supply port 24 through which compressed gas can be supplied into the cavity portion 5. The core mold 8 and the core piece 31 are formed of a porous member such as porous steel having continuous ventilation holes, a gas introduction portion is formed on the back side of the core mold 8, and air or the like is passed through the core mold 8 and the core piece 31. The gas may be uniformly pumped into the cavity portion 5.
[0098]
Further, a small gap through which air can flow is formed between the core mold 8 and the projecting pin 15, and air is pumped into the cavity section 5 from the air supply section 24 formed on the back side of the core mold 8 through the small gap. You may make it do.
[0099]
The set temperatures of the core plate 13, the core mold 8, and the core piece 31 are preferably the following set temperatures, respectively.
[0100]
The temperature of the core mold 8 is set slightly higher than the core plate. The temperature of the core piece 31 is set 30 ° C. to 50 ° C. higher than the core plate.
[0101]
In injection molding using such a mold, the molten filling resin can be uniformly pressed from the core side to the cavity mold surface by sending compressed air or the like from the compressor simultaneously with completion of the injection filling of the resin. This physically adds an adhesion function on the cavity side and a release heat insulation function on the core side, so that molding can be stably performed at a lower pressure and better transfer than in the past.
[0102]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a molded product that does not cause sink marks and does not warp even on the thin-walled bosses and ribs by low-pressure molding.
[0103]
In particular, by using a mold configuration that combines the cavity mold and the core mold as described above, sink marks, flow marks, weld marks, Molded products with a beautiful appearance with well-transferred cavity mold surface without warp, etc., need for multi-stage injection pressure control, speed control, etc. of molding machines, from general-purpose resins to high viscosity, high heat resistance, and glass-filled resins It can be obtained under conditions of one speed and one pressure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a surface temperature profile of each part when a heat insulating cavity and a heat insulating core are used.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of an injection mold according to the present invention.
3 is an enlarged view of a main part of the injection mold shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a front view showing an example of a pressure leader rib groove provided in a core block.
[Explanation of symbols]
2 Cavity type
5 Cavity part
8 core type
13 Core plate
14 recess
24 Gas supply port
31 core pieces

Claims

A cavity mold having a second heat insulating layer formed on the surface of the cavity mold and a core mold fitted to the core plate, and a core piece having a concave portion for a boss of a molded product or a rib is fitted into the core mold. A cavity part is formed between the cavity mold and the core mold and the core piece , and the thickness of the cavity part is 1.0 to 1.5 mm. The core mold and the core piece are provided with a gas supply port through which compressed gas can be supplied into the cavity portion, and heating means is disposed in the core mold and the core piece, and between the core piece and the core mold. Is a mold for thermoplastic resin injection molding in which a first heat insulating layer is formed and a third heat insulating layer is provided between the core mold and the core plate .

The mold according to claim 1, wherein the first heat insulating layer and the third heat insulating layer are made of plastic, ceramic, or air gap.

The metal mold | die of Claim 1 by which the thin metal layer is formed on the said 2nd heat insulation layer.

The second heat insulating layer is made of one selected from the group consisting of heat-resistant plastic, heat-resistant plastic composite, glass, ceramic, and cocoon, and its thermal conductivity is 0.05 ca1 / cm · sec · ° C. or less. The mold according to claim 3, wherein the thickness is 0.001 to 2.0 mm, and the thickness of the thin metal layer is 0.001 to 0.3 mm.

The mold according to any one of claims 1 to 4, wherein a rib groove for pressure transmission is excavated in the core mold surface and connected to a gate portion.

The metal mold | die in any one of Claims 1-5 by which the 4th heat insulation layer is provided in the said core type | mold surface corresponding to the local thin thickness variation part of a molded article.

The mold according to claim 6, wherein the fourth heat insulating layer is made of one type selected from the group consisting of a heat resistant plastic, a heat resistant plastic composite material, and an inorganic heat insulating material.