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直ボス成形法とその成形品 - 特開2008−911 | j-tokkyo
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【発明の名称】 直ボス成形法とその成形品
【発明者】 【氏名】本山 孝

【要約】 【課題】本発明の解決しようとする問題点は、樹脂射出成形法において製品外観裏面にボス部を設けた場合、その部分のヒケを防止するためにボス根元部の肉厚を薄くする必要からスライド構造を持つ「箱ボス」構造が必須である点にある。さらにボス部はその折曲げ強度が弱くボス部にビス等をねじ込んで組み立ててもボス部の根元部が破損しやすい点である。

【構成】本発明は、鋳抜きピンとガスアシスト成形法とを用いヒケや湯ジワがなく折り曲げ強度の強いすなわち抗折性ボス部を成形することを特徴とする。さらにガスアシスト法を採用しボス部根元部にRをつけたりリブをつけたりすることにより抗折性を上げるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直ボスの孔を形成する鋳抜きピンを使用し、ガスアシスト法により直ボスの根元部とその近傍の基本肉厚部にガスアシストによる空洞を形成してなる直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法。
【請求項2】
直ボスの根元部とその近傍の基本肉厚部のガスアシストによる空洞は環状とすることなく、1つの空洞とする請求項1の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法。
【請求項3】
プラスチック成形品の外観面を基準面として、その基準面と直ボスの孔形成用鋳抜きピンの先端部との距離を調整して直ボスの孔を形成する請求項2の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法。
【請求項4】
直ボス部の根元部に所定寸法のRを付与した請求項1、請求項2、または請求項3の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法。
【請求項5】
直ボス部の根元部にリブを設けた請求項1、請求項2、請求項3、または請求項4の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法。
【請求項6】
請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5の方法により生産される直ボス部を有するプラスチック成形品。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスアシスト射出成形法による直ボス部を有するプラスチック成形に関する。
【背景技術】
【0002】
輸送機器、家電製品他多くの分野でプラスチック成形品が使用されている。プラスチック成形品は主に射出成形により製造される。プラスチック成形品の射出成形の工程及びその概略図を図1及び図2に示す。プラスチックの射出成形とはプラスチック材料(以下樹脂と表現する場合もある。)を加熱溶融し流動状態にして、閉じた金型の空洞部(キャビティ)7に加圧注入し固化させることにより、金型空洞部に相当する形を造る方法をいう。この射出成形は樹脂の溶融、金型開閉、型締め機構などを兼ね備えた射出成形機により行われる。金型が閉じ締められた後、加熱筒(シリンダー)5内で溶融された樹脂8はシリンダー内のスクリューによりシリンダーノズル6(以下ノズルとする)をとおし金型に圧入される。金型に圧入された樹脂はキャビティに相当する形に成形され金型により冷却固化される。次にノズルが後退し金型が開き、突き出し装置によりプラスチック成形品が金型より離型される。上記のように金型は溶融樹脂を成形するだけでなく溶融された樹脂を冷却固化する機能を有している。そのため金型は冷却水孔を設け常に冷却されている。また金型は固定側金型2と可動側金型4により構成される。可動側金型4は成形品の内面を形成するためのコア10を有している。固定側金型は成形品に該当する空間部分キャビティを有し成形品の外面を形成する。金型の開閉は可動側金型が後退し、金型が開いたとき成形品は必ず可動側金型4側に残るようにし、その後突き出しピン(エジェクトピンあるいはエジェクトスリーブ)で離型させる。このような可動側金型、固定側金型、冷却水孔、エジェクトピン等を含む装置を金型装置とする。プラスチック成形品はその強度を増すために板状のリブを付けたり、部品として他の部位と接合するためのボスを設けている。これらリブやボスも金型により一体的に成形される。
【0003】
ヒケやボイドは樹脂の収縮により生じ、製品の外観を損なうものとなる。金型による樹脂の冷却時に樹脂が均一に収縮してキャビティと相似形になることはほとんどない。通常は冷却が早い隅部よりも冷却が遅れる平面中央部の収縮が大きくなり、ヒケが生じる。表面の固化が早くヒケ分の収縮量が内部に現れたのがボイドである。図3にヒケとボイドの例を示す。ヒケやボイドは肉厚の厚いリブやボスなどの部分に生じやすい。ヒケやボイドを避けるために、図1の射出工程において保圧の圧力を高くしている。しかし保圧の圧力を高くすることは金型や射出成形機の大型化となる。ヒケやボイドを避けるためには、リブやボスの肉厚は設計的には板厚に対し1/2できれば1/3以下にすることが望ましい。しかし、リブやボスの肉厚がそれ以上厚い場合には図4のようなスライドコアを使用して箱ボスとしたり、あるいは図5のような傾斜コアを利用してヒケやボイドの発生を防いでいる。しかしスライドコアや傾斜コアを金型装置につけることは金型を複雑にし、金型装置の製作費も増加する。また箱ボスの根元部では、ヒケを防止するため「肉ぬすみ」といって根元部の肉厚を薄くする必要がある。またボスには強度を上げるためにリブをつけることがなされるが、リブの厚さはヒケ防止のため制限される。
ここでボスとは、基本肉厚部の裏面すなわちプラスチック成形品の内側に円柱形あるいは多角柱形またはこれらの筒形状をして突設された突起状の形状のものをいい、プラスチック成形品の部品として相手部品と締結したり、あるいは位置決めするためのものである。基本肉厚部とはプラスチック成形品の全体形状を構成し、ほぼ一定の板厚で形成される板状部分を指し、基本肉厚部に対し強度を増すためあるいはガスチャンネル等のために必要に応じて板厚を厚くした部分を厚肉部とする。なお、ボスには前記した箱ボスと直ボスとがある。箱ボスとはヒケやボイドを防止するためスライドコア等を使用して形成される箱状の突起形状のものをいい、直ボスとはこうしたスライドコアを使用することなく直接的に形成される突起形状のものをいう。なお、直ボスには筒状ではなく中が詰まっている棒状の中実のものがあるが、ここでは直ボスとは断りがない限り、前述のように筒状のものを指すものとする。図6に直ボスの成形品を示し、(1)は中実の直ボスであり、(2)は鋳抜きピンにより形成される筒状の直ボスである。また図7に直ボス部の名称等を示す。直ボス部とは直ボス及びその近傍の基本肉厚部をいうものとする。なお、成形品の外観面171とは直ボスが突出している面の反対側の面をいい、直ボスの突出している面は内面172となる。外観面を基準面としたのは外観面を0点とし鋳抜きピンの先端部までの距離を示すためである。
【0004】
一方、ヒケやボイドを防止する方法としてガスアシスト成形法がある。ガスアシスト成形法は射出成形時における樹脂圧力を、樹脂内に内部封入する不活性ガスの圧力でアシストし、中空構造の成形部品を製造する射出成形プロセスであり金型内の樹脂圧力が低くかつ圧力分布が均一であるため残存応力に由来する成形品の反りやクラックを防止することができ、またリブやボスにヒケが発生することを避けることができる。このガスアシスト成形法は、ガスアシスト射出成形法、ガスアシスト法、ガスインジェクション成形等とも呼ばれ、溶融樹脂をキャビティ内に圧入し、続いて高圧窒素ガスをこの溶融樹脂に注入しキャビティ内をガス圧保圧し、成形品の肉厚部を中空状にして成形品のヒケや反りを防止するものである。その工程を図8に示しその概略図を図9に示す。図9において、溶融樹脂がキャビティ7内に射出され(1)、不活性ガス19である窒素ガスがガス注入口ノズル18より溶融樹脂内に射出され(2)、続いて不活性ガスのガス圧保持しつつ溶融樹脂が固化し空洞を有する成形品が出来上がる。ボス部では溶融樹脂の容積が大きくなるため、冷却が周囲より遅れヒケが生じやすく、ガスアシスト成形法を利用してヒケ、ボイド等を防止する工夫がなされている。
【0005】
ガスアシスト成形法やボス部に関する先行技術としては次のようなものがある。箱ボス、直ボスやリブ部分のヒケを防止するため厚肉部を作り、さらに保圧をしつつガスアシスト成形法を用いる方法(特許文献1)、キャビティ内の溶融樹脂中に低圧の加圧流体を注入して高品質のガスアシスト成形品を提供すること(特許文献2)、成形品のノズル挿入跡の周囲にできるヒケを防止するガスアシスト成形法(特許文献3)などがある。
【特許文献1】特開平10−95027
【特許文献2】特開2001−269967
【特許文献3】特開2001―138354
【非特許文献1】有方広洋著 「プラスチック成形品加工基礎と実務」日刊工業新聞社出版 2005年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記先行技術等ではガスアシスト成形法によりヒケ等を防止する方法が提案されているが、まだヒケの解消には至っていないのが実情である。本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、樹脂射出成形法において製品の外観裏面にボス部を設けた場合、その部分に対応した製品の外観面のヒケを確実に防止することのできる成形方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明は、 直ボスの孔を形成する鋳抜きピンを使用し、ガスアシスト法により直ボスの根元部とその近傍の基本肉厚部にガスアシストによる空洞を形成してなる直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法である。
請求項2の発明は、 直ボスの根元部とその近傍の基本肉厚部のガスアシストによる空洞は環状とすることなく、1つの空洞とする請求項1の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法である。
請求項3の発明は、プラスチック成形品の外観面を基準面として、その基準面と直ボスの孔形成用鋳抜きピンの先端部との距離を調整して直ボスの孔を形成する請求項2の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法である。
請求項4の発明は、直ボス部の根元部に所定寸法のRを付与した請求項1、請求項2、または請求項3の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法である。
請求項5の発明は、直ボス部の根元部にリブを設けた請求項1、請求項2、請求項3、または請求項4の直ボス部を有するプラスチック成形品の成形方法である。
請求項6の発明は、請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5の方法により生産される直ボス部を有するプラスチック成形品である。
【発明の効果】
【0008】
請求項1の発明によれば鋳抜きピンとガスアシスト法により直ボス部の根元部とその近傍の基本肉厚部にガスアシストによる空洞を形成することにより、その空洞のガス保圧によって直ボス部に対応した製品の外観面のヒケを防止できる。また請求項2の発明によれば、ガスアシストによる空洞を環状とすることなく1つの空洞とすることにより直ボス部に対応した製品の外観面のヒケを防止できる。請求項3の発明によれば、基準面と鋳抜きピンの先端部の距離を調節しボス部の溶融樹脂の容積を減少させると共に、鋳抜きピン直下の樹脂層の厚さを適正にすることで直ボス部に対応した外観面の湯ジワやヒケを防止できる。請求項4の発明によれば、直ボスの根元部にRをつけ、溶融樹脂の容積を増加させてもガスアシストによる空洞によりヒケが防止でき、さらに抗折性を向上できる。請求項5の発明によれば、直ボス部の根元部にさらにリブをつけることにより溶融樹脂の容積を増加させることになるがガスアシストによる空洞によりをヒケを心配することなくリブの厚さを決めることができ、さらに抗折性を向上することができる。請求項6の発明によれば、以上のいずれかの方法により直ボス部に対応した製品の外観面にヒケのできないきれいな直ボス部を有するプラスチック成形品を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明についての実施例とその結果について以下に示す。
【実施例1】
【0010】
図10は請求項1の発明を実施したものである。基本肉厚部に直ボスを設ける場合、その大きさにもよるがその部分の樹脂の容積が周囲の基本肉厚部のそれに比較し大きく増加する。すなわち、直ボスの根元部分では、溶融樹脂が容積の大きいボス成形キャビティ内に流れ込む間、溶融樹脂の一部がその入口部に一時滞留を起こすため、その部分の溶融樹脂の温度が局部的に低下し、この結果成形品の外観面に湯ジワの現象が生ずる場合がある。そこで、発明者は、その樹脂の容積の増大を減ずるため図10のように鋳抜きピンを直ボスの根元近くまで伸ばし直ボスの容積を減少させると共に、直ボス部にガスアシストによる空洞を形成することにより直ボスの外観面に湯ジワやヒケが発生するのを防止することができた。成形品の基本肉厚部17の厚さは約2mmである。鋳抜きピンにより孔を形成した直ボスであり、筒状の直ボスである。直ボスの高さは基準面171より70mmである。ガスチャンネル21とは樹脂内部の窒素ガスの通路をいう。あらかじめ金型においてガス注入口211から直ボスまで内面(ボス側)に幅3mm、基本肉厚部より1mm厚くした厚肉部が設けられ、図2に示すように、シリンダー5内の溶融樹脂8がキャビティ内に射出されシリンダーと金型により保圧される。溶融樹脂は金型により冷却され固化するが厚肉部は1mmほど基本肉厚部に比べ肉厚が厚くその分、固化が遅くなる。そのためガス注入口から溶融樹脂内部に入った窒素ガスはその厚肉部内部でガスチャンネル21を形成しつつ、直ボス根元部に達し、直ボスの根元部とその近傍の基本肉厚部にガスアシストによる空洞を形成する。金型により溶融樹脂は冷却され固化していくがその間ガス圧保持により樹脂内部より金型内面に圧力がかかりヒケを防止することができる。ガスアシストによる空洞とは、ガスアシスト成形法により樹脂の内部に形成される空洞をいう。図8にガスアシストによる射出成形の工程を、図9にガスアシスト成形の概略図を示す。
【実施例2】
【0011】
図11(1)は請求項2と請求項3の発明を実施したものである。請求項3の基準面と鋳抜きピン先端部との距離について図11を用いて説明する。上記実施例1において直ボスの容積を減少させるために鋳抜きピンを直ボスの根元近くまで伸ばす点を説明したが、あまり近づき過ぎても問題があることが分かった。
【0012】
すなわち図11(2)のように基準面171と鋳抜きピン12の先端部との距離122が短すぎると両者間の樹脂層が薄くなり過ぎて鋳抜きピンと金型で溶融樹脂の冷却が局部的に促進されてその部分が早く固化するために、後でガスアシスト法によるガスを注入しても、その部分を取り囲んで図11(2)のようにガスアシストによる空洞16が環状になってしまい、その中央部に対応する外観面にヒケ91を生ずることが分かった。そこで発明者は、図11(1)のように基準面171と鋳抜きピン12の先端部との距離を、基本肉厚部の厚さやボス径等に応じて適正に調節し、例えば図11(1)では基本肉厚部の厚さが2mmのときにはその距離は5mmが適切であり、そのような距離の調整で上記のような局部的な冷却を抑制しつつガスアシストを行った。その結果、ガスは鋳抜きピン12の直下にも入り込み、図11(1)のような円盤状の1つの空洞16を形成し湯ジワもヒケもないきれいな外観面を得ることができた。
【実施例3】
【0013】
図12は請求項4の直ボスの根元部に所定寸法のRをつける発明の説明図である。Rとは直ボスの根元部周辺に丸みをつけることをいい、所定寸法のRとはその丸みの円の半径を意味し基本肉厚部の厚さにより変化するものである。外観部に有害なヒケがないことが要求されるプラスチック成形品において内面(ボス側)に直接突起(ボス)を形成する場合、ボス根元部の肉厚を減ずる方策としてスライドコアを用いて基本肉厚部の板厚より約1/2〜1/3の板厚になるような構成の箱ボス(図4)にするが、この場合ボス根元部の肉厚が他の部分に比べ薄くなるためその抗折強度が低下する。直ボスをガスアシスト法で形成することによりスライドコアを用いる方法が不要となり直ボスの根元部に約0.5mm〜5mmのR形状をつけることができる。このときガスアシストのおかげで、外観上有害なヒケは生じない。また根元部に所定のR形状があるためボスとしての抗折強度が増すことになる。
【実施例4】
【0014】
図13は請求項5の直ボス11の根元部にリブ20を設ける発明の説明図である。箱ボスの抗折強度を増すために箱ボスに任意にリブ構造を付与するときがある。このときリブの形状構造においてその板厚に制限が生じる。すなわち、該外観部に有害なヒケの発生を防止するため、基本肉厚部に接するリブ根元部の板厚は箱ボスのそれと同等以下でなければならない。このことにより箱ボスにリブを追加しても、その抗折強度は大きく増大しない。これに対し、ガスアシスト法を用いて直ボス11の根元部にリブ20を付与した場合、その板厚に制限がなくまた、そのリブ20の根元にも直ボス11の根元部と同様所定寸法のR(約0.5mm〜5mm)をつけることで直ボス全体の抗折強度を増加させることができる。リブをつけた箱ボスとリブをつけた直ボスを比較すると後者の抗折強度は前者のそれの1.2〜2.5倍となった。
【実施例5】
【0015】
図14において請求項6の発明についての試作品を示す。図14において直ボスA,B,Cの高さはそれぞれ75mm、35mm、35mmである。またリブの角度21は順に20°、15°、15°である。本試作品において外観面のヒケは見られなかった。なお、請求項6のプラスチック成形品としてはオートバイ用カバー類でエンジンカバーやサイドカバー等がある。
【産業上の利用可能性】
【0016】
多くのプラスチック成形品は組み立て等のためボス部を必要としている。本発明はボス部を射出成形するに際し、外観上問題となるヒケや湯ジワを防止すると共にボス部の折り曲げ強度を上げるものであり、本発明の方法は広く採用されるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】プラスチック射出成形の工程。
【図2】プラスチック射出成形工程の概略図
【図3】ヒケとボイド
【図4】箱ボスとスライドコア
【図5】傾斜コア
【図6】直ボスの成形品
【図7】直ボス部の名称等
【図8】ガスアシストによる射出成形の工程
【図9】ガスアシスト成形の概略図
【図10】ガスアシストによる直ボス
【図11】基準面と鋳抜きピン先端部との距離
【図12】直ボス根元部のR
【図13】リブを設けた直ボス
【図14】試作品
【符号の説明】
【0018】
1 固定側取付板
2 固定側金型
3 可動側取付板
4 可動側金型
5 シリンダー
6 (シリンダー)ノズル
7 キャビティ
8 溶融樹脂
9 成形品 91成形品のヒケ 92成形品のボイド
10 コア
11 直ボス 111 直ボスの孔 112直ボス根元部
12 鋳抜きピン 121鋳抜きピンの先端部 122(鋳抜きピン先端部と基準面の)距離
13 エジェクトスリーブ 131 エジェクトピン
14 箱型ボス 141 スライドコア
15 傾斜コア
16 ガスアシストによる空洞
17 (成形品の)基本肉厚部 171 外観面(基準面) 172 内面(ボス側)
18 ガス注入口ノズル
19 不活性ガス
20 リブ 21 リブの角度
21(ガスアシスト法の)ガスチャンネル 211 ガス注入口(ガスアシスト成形法による)
【出願人】 【識別番号】000010076
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
【出願日】 平成18年6月20日(2006.6.20)
【代理人】 【識別番号】100132218
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 健男


【公開番号】 特開2008−911(P2008−911A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−170147(P2006−170147)