射出成形用金型

【課題】エアベントを構成する金型表面へのタール付着を低減して保全周期の延長を図ること。併せて、成形品の薄肉部の欠肉低減を図ること。
【解決手段】インペラを射出成形するために使用される主金型１２，１３及び副金型１５〜１９につき、型締め状態でエアベントを構成する各金型１２，１３，１５〜１９の表面に、ＤＬＣ−ＳＩ被膜が施される。各主金型１２，１３は、羽根部を成形する複数の歯を含み、その複数の歯の表面にもＤＬＣ−Ｓｉ被膜が施される。各主金型１２，１３の各歯は、円筒体の先端部にて型開き方向に対して傾斜して円環状に配列される。各歯の間で羽根部が成形され、型開き時には可動側の主金型１３を固定側の主金型１２に対して相対的に回動させながら後退させる。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜を施す前の各金型１２，１３，１５〜１９の母材表面粗さは、面粗度（Ｒａ）で０.０４μｍ以下に処理される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂製品等の成形品を射出成形するために使用される射出成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術して、下記の特許文献１〜３に記載される射出成形用金型が知られている。特に、特許文献１には、離型性向上や耐摩耗性向上などを目的として、射出成形用金型の摺接部位にＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）被膜を施すことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４２５１０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３６５１１号公報
【特許文献３】特開２００５−５４６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、射出成形用金型の中には、型締め状態でキャビティに成形材料を充填したときに、キャビティに存在したガス又はエアを円滑に金型の外へ排出する必要がある。そのために、金型には、型締め状態で金型内のガスを抜くための隙間（エアベント）が設けられている。型締め状態では、隣り合う金型の間の隙間がエアベントの一部となる。
【０００５】
ここで、射出成形用金型を使用して成形品を成形する場合、エアベントを構成する金型の表面には、ガス中に含まれるモールドデポジットがタールとなって付着することがある。このタールの付着量は成形品の成形回数（ショット数）が多くなるほど増える。このようなタール付着は、成形材料の詰まりや焼けを引き起こしたり、金型寿命を短くしたりするおそれがある。そこで、従来は、あるショット数に達したときに金型を洗浄するなどの保全作業が行われている。しかし、従来の保全作業は、例えば、３０００程度のショット数を保全周期として毎回行わなければならず、保全作業の間は成形作業がきないことから、成形品の生産性を向上させる意味から、保全周期の延長が望まれるところであった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の技術では、成形品が薄肉部を有する場合、金型において、薄肉部を成形する薄肉成形部の摩擦係数によっては、薄肉部に欠肉などの不完全な成形部分ができる懸念がある。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エアベントを構成する金型の表面へのタール付着を低減して保全周期の延長を図ることを可能とした射出成形用金型を提供することにある。この発明の更なる目的は、成形品の薄肉部における欠肉低減を図ることを可能とした射出成形用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、成形品を射出成形するために使用される射出成形用金型であって、型締め状態でエアベントを構成する金型の表面に、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を施したことを趣旨とする。ここで、Ｓｉは「珪素」を意味し、ＤＬＣは「ダイヤモンド・ライク・カーボン」を意味する。
【０００９】
上記発明の構成によれば、エアベントを構成する金型の表面の摩擦係数がＳｉを含有するＤＬＣ被膜により低くなるので、その金型の表面に対し、成形ガス中に含まれるモールドデポジットの付着が少なくなる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、金型は、薄肉部を成形する薄肉成形部を含み、その薄肉成形部の表面にＳｉを含有するＤＬＣ被膜を施したことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、薄肉成形部の表面の摩擦係数がＳｉを含有するＤＬＣ被膜により低くなるので、薄肉成形部における成形材料の流動性が良くなり、薄肉成形部に対して成形材料が充填されやすくなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を施す前の金型の母材表面粗さを面粗度で０.０４μｍ以下に処理したことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を施す前の金型の母材表面が、面粗度で０.０４μｍ以下に平滑化される。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、成形品は、燃料ポンプに使用されるインペラであり、薄肉部は、インペラの羽根部であり、金型は、円筒体をなし、薄肉成形部は、円筒体の先端部にて型開き方向に対して傾斜して円環状に配列された複数の歯より構成され、各歯の間で羽根部が成形され、型開き時には可動側の金型を固定側の金型に対して相対的に回動させながら移動させることを収支とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明の作用に加え、インペラを成形するとき、型開き時には可動側の金型を固定側の金型に対して相対的に回動させながら移動させるので、羽根部を成形する複数の歯の接触面圧が高くなりがちである。この構成によれば、羽根部を成形する複数の歯の表面の摩擦係数がＳｉを含有するＤＬＣ被膜により低くなるので、各歯の間での成形材料の流動性が良くなり、各歯の間に成形材料が充填されやすくなり、各歯の接触面圧が低減され、成形品の離型が滑らかになる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明において、成形品の材料は、ガラス繊維を配合した樹脂であることを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の作用に加え、ガラス繊維を配合した樹脂材料は、金型の表面又は複数の歯の表面に対する接触摩擦が大きい傾向にある。この構成によれば、金型の表面又は複数の歯の表面の摩擦係数がＳｉを含有するＤＬＣ被膜により低くなる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、エアベントを構成する金型の表面に対するタール付着を低減することができ、金型の保全周期の延長を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、成形品の薄肉部における欠肉を低減することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜の、金型の表面に対する密着性を向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の発明の効果に対し、インペラの羽根部における欠肉を防止することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の効果に加え、ガラス繊維による摩耗から金型の表面を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の射出成形用金型を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
この実施形態では、本発明の射出成形用金型を、燃料ポンプのインペラを射出成形するために使用される射出成形用金型に具体化して説明する。
【００２５】
図１に、インペラ１を平面図により示す。図２に、図１の鎖線円Ｓ１の部分を拡大して平面図により示す。図３に、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。このインペラ１は、燃料ポンプの重要機能部品であり、樹脂（ＰＰＳ）を材料として円板状に形成される。インペラ１は、その中央に軸孔２と連通孔３を含むボス４と、その外周部に沿って配列された多数の羽根部５を備える。図３に示すように、各羽根部５は中央で屈折した楔形をなし、薄肉に成形される。各羽根部５の肉厚は「０．３ｍｍ」程度の極めて薄いものである。従って、このインペラ１を射出成形する際には、各羽根部５の部分の欠肉を低減することが重要となる。
【００２６】
図４に、この実施形態の射出成形用金型を含む金型装置１１を断面図により示す。図４は、金型装置１１の型締め状態を示す。この金型装置１１は、射出成形用の一対の主金型１２，１３と、複数の副金型１４〜１９等から構成される。一対をなす第１の副金型１４Ａ，１４Ｂは、金型装置１１の外郭を構成し、それら第１の副金型１４Ａ，１４Ｂの内側には、第２、第３及び第４の副金型１５〜１７が組み付けられる。また、第２〜第４の副金型１５〜１７の内側には、第１、第２、第３及び第４のベアリング２０〜２３を介して、第１及び第２の主金型１２，１３が組み付けられる。各主金型１２，１３は変形円筒体をなし、互い先端部が突き合わされて型締めされる。各主金型１２，１３は、互いにほぼ同じ形状をなす。第１及び第２の主金型１２，１３の内側には、第５及び第６のベアリング２４，２５を介して、第５及び第６の副金型２４，２５が組み付けられる。第６の副金型１９には、その中心部分に、上記した軸孔２及び連通孔３に対応する入れ子２６，２７が組み付けられる。また、第６の副金型１９には、成形後に成形品を取り出すためのエジェクトピン２８が組み付けられる。図４に示すように、各主金型１２，１３、各副金型１４〜１９及び各入れ子２６，２７が互いに型締めされた状態で、第３の副金型１６、第１及び第２の主金型１２，１３、第５及び第６の副金型１８，１９及び入れ子２６，２７の間に、成形品であるインペラ１を成形するためのる空間（キャビティ）２９が形成される。また、第５の副金型１８には、キャビティ２９に成形材料を充填するためのスプール３０が形成される。この実施形態では、成形材料として、ガラス繊維が配合された樹脂（ＰＰＳ）が使用される。また、図４において、第１及び第２の主金型１２，１３の内周面及び外周面と、第２〜第６の副金型１５〜１９の内周面又は外周面との間には、インペラ１の成形時に発生する成形ガスを抜くためのエアベント（図示略）が構成される。
【００２７】
図５に、第１の主金型１２を正面図により示す。図６に、第１の主金型１２を平面図により示す。この主金型１２は、外周が多段をなす変形円筒体より構成され、中心に空洞３１を備える。この空洞３１には、第６の副金型１９が組み入れられる。この主金型１２の先端部（図５の上端部）は平面円環状をなす。インペラ１の複数の羽根部５を成形するための多数の歯３２は、この主金型１２の先端部の全周に形成される。各歯３２は、主金型１２の型開き方向に対して所定の角度で傾斜して形成され、円環状に配列される。そして、隣り合う歯３２と歯３２の隙間３３により、インペラ１の羽根部５の肉厚が決定される。第２の主金型１３についても、上記と同様である。
【００２８】
この実施形態の金型装置１１は、各主金型１２，１３の先端部に設けられた各歯３２が型開き方向に対して傾斜して円環状に配列されることから、型開き時には、可動側の金型を固定側の金型に対して相対的に回動させながら移動させるように構成される。この実施形態では、図４に示すように、第１の主金型１２と、第２及び第５の副金型１５，１８が固定側の金型となり、第２の主金型１３と、第３、第４及び第６の副金型１６，１７，１９、並びに、各入れ子２６，２７等が可動側の金型となっている。この実施形態では、各ベアリング２０〜２５によって、第１及び第２の主金型１２，１３が、第２〜第６の副金型１５〜１９に対して回転可能に設けられる。また、型開き時には、第１及び第２の主金型１２，１３を所定角度だけ回動させるようになっている。
【００２９】
この実施形態では、第１及び第２の主金型１２，１３の表面である内周面３４及び外周面３５（図５，６参照）と、第２〜第６の副金型１５〜１９の表面である内周面又は外周面が、金型装置１１の型締め状態でエアベントを構成する。そこで、これら外周面３４及び内周面３５等に、Ｓｉ（珪素）を含有するＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）被膜（以下「ＤＬＣ−Ｓｉ被膜」と言う。）が施される。図７に、第１の主金型１２の外周面３５の一部を拡大断面により示す。図７に示すように、この主金型１２の基材３６の表面に、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７が形成される。ここで、「ＤＬＣ−Ｓｉ」における「Ｓｉ」の含有割合は、一例として「１２ｗｔ％」である。
【００３０】
また、この実施形態では、各主金型１２，１３の複数の歯３２の表面にも、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７が施される。図８に、複数の歯３２の一部を拡大断面図により示す。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７は、各歯３２の表面にも施される。特に、図８に示すように、隣り合う歯３２と歯３２の隙間３３を形成する対向面にも施される。
【００３１】
この実施形態で、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７は、直流プラズマＣＤＶ法により各金型１２，１３，１５〜１９の表面に形成される。このＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７は、特性として、「約０．０５」の低摩擦係数と高耐摩耗性、並びに「約２６００Ｈｖ」の高硬度と「約１２０ＧＰａ」の高弾性率を有する。本実施形態の「ＤＬＣ−Ｓｉ」の硬度は、「ＤＬＣ」と同じく「２０００Ｈｖ」を超える高いものであった。また、「ＤＬＣ−Ｓｉ」の摩擦係数は、「ＤＬＣ」の摩擦係数と比べると、その半分近くの「０．０５」である小さいものであった。
【００３２】
また、この実施形態では、ＤＬＣ−Ｓｉ皮膜３７を施す前の各主金型１２，１３及び各副金型１４〜１９の母材表面粗さが、面粗度（Ｒａ）で「０.０４μｍ以下」に処理される。そのために、この実施形態では、各主金型１２，１３及び各副金型１４〜１９の母材表面にエアロラップ処理が施される。図９に、このエアロラップ処理の概要を説明図により示す。エアロラップ処理は、金属表面研磨法の一種で、図９に示すように、水を含有することで弾力性と粘着性を有する湿式メディア４１を金型４２の母材表面４２ａにて高速で滑走させることにより、その湿式メディア４１の摩擦力により母材表面４２ａを磨くものである。湿式メディア４１は、水分と研磨砥粒からなるメディア粒４３をメディアノズル４４から金型４２の母材表面４２ａへ向けて噴射する。このとき、メディアノズル４４に隣接して設けられたエアノズル４５から、湿式メディア４１の吐出方向に沿ってエアを噴出することにより、湿式メディア４１の滑走を補助する。ここで、湿式メディア４１の研磨砥粒として、ダイヤモンドの粒（粉）が使用される。メディア粒４３の粒径は「０．５〜２．０ｍｍ」程度である。メディアノズル４４からの湿式メディア４１の吐出角度は「約３０〜６０°」である。エアノズル４５からのエア圧力は「約０．５〜０．８ＭＰａ」である。このエアロラップにより、母材表面４２ａの面粗度（Ｒａ）を、「０．２」から「０．０４」へ下げることができた。
【００３３】
次に、上記した金型装置１１を使用して行われるインペラ１の成形方法を説明する。図１０に、図４の鎖線四角Ｓ２で囲まれた部分を拡大断面図により示す。図１１〜図１３には、図１０の後工程が拡大断面図により順次示される。
【００３４】
先ず、図１０に示すように、型締め状態では、第２〜第４、第５及び第６の副金型１５〜１７，１８，１９と、第１及び第２の主金型１２，１３の先端部との間にキャビティ２９が形成される。
【００３５】
次に、図１１に示すように、キャビティ２９に対し、スプール３０を通じて成形材料である溶融樹脂３７を充填する。この実施形態では、成形材料として、ガラス繊維を配合した樹脂が使用される。その後、溶融樹脂３７が、冷却によって固まるのを待つ。
【００３６】
そして、冷却が完了すると、図１２に示すように、型開きのために可動側の金型である第２の主金型１３と第３、第４及び第６の副金型１６，１７、１９を一体的に後退させると共に、固定側の金型である第１の主金型１２を所定角度だけ回動（回転）させる。すなわち、可動側の金型を固定側の金型である第１の主金型１２に対して相対的に回動させながら後退させるのである。このとき、キャビティ２９の中の成形品であるインペラ１は、可動側の金型に付いて行くため、固定側の金型である第１の主金型１２の各歯３２の部分は、成形品（インペラ１）の薄肉部（羽根部５）の部分から回動しながら抜ける。
【００３７】
その後、図１３に示すように、エジェクトピン２８を固定側の金型方向へ突き出すことにより、第２の主金型１３が回動しながら、成形品であるインペラ１が第２の主金型１３の先端部から抜ける。このようにしてインペラ１の射出成形が完了する。
【００３８】
以上説明したこの実施形態の金型装置１１によれば、型締め状態でエアベントを構成する主金型１２，１３及び副金型１５〜１９の表面に、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７が施される。従って、エアベントを構成する主金型１２，１３及び副金型１５〜１９の表面の摩擦係数がＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７により低くなるので、その主金型１２，１３及び副金型１５〜１９の表面に対して、成形ガス中に含まれるモールドデポジットの付着が低減される。この結果、エアベントを構成する主金型１２，１３及び副金型１５〜１９の表面へのタール付着を低減させることができ、その分だけ主金型１２，１３及び副金型１５〜１９に関する保全周期を従来よりも延長することができる。ここで、従来の保全周期が「３０００ショット」程度であったのに対し、この実施形態によれば、「８０００ショット」まで延長することができ、２倍以上の改善を図ることができた。
【００３９】
また、この実施形態では、各主金型１２，１３において、インペラ１の薄肉部である羽根部５を成形する複数の歯３２の表面にも、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７が施される。ここで、インペラ１を成形するとき、型開き時には、可動側の第２の主金型１３を固定側の第１の主金型１２に対して相対的に回動させながら後退させるので、複数の歯３２の接触面圧が高くなりがちである。しかし、この実施形態では、複数の歯３２の表面の摩擦係数がＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７により低くなるので、各歯３２と歯３２の間の隙間３３における成形材料の流動性が良くなり、その隙間３３に成形材料が充填されやすくなり、各歯３２の接触面圧が低減され、成形品であるインペラ１の離型が滑らかになる。このため、インペラ１の成形に際して、薄肉部である羽根部５における欠肉を低減することができる。
【００４０】
また、この実施形態では、ＤＬＣ−ＳＩ被膜３７を施す前の各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９の母材表面が、エアロラップ処理により、面粗度（Ｒａ）で「０.０４μｍ以下」に平滑化される。このため、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７の、各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９の表面に対する密着性を向上させることができる。この意味で、各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９におけるＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７の耐久寿命を延ばすことができる。
【００４１】
この実施形態では、インペラ１の成形材料が、ガラス繊維を配合した樹脂であり、ガラス繊維を配合した樹脂材料は、各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９の表面又は複数の歯３２の表面に対する接触摩擦が大きい傾向にある。しかし、この実施形態では、各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９の表面又は複数の歯３２の表面の摩擦係数が、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜３７により低くなる。このため、ガラス繊維を配合した樹脂材料（溶融樹脂３７）との接触から、各主金型１２，１３及び各副金型１５〜１９の表面及び複数の歯３２の表面を保護することができる。
【００４２】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を変更して実施することもできる。
【００４３】
例えば、前記実施形態では、本発明の射出成形用金型をインペラ１を成形するための金型装置１１に具体化したが、インペラ１１の成形に限られるものではなく、他の成形品を成形する金型にも適用することができる。この場合、薄肉部は、インペラ１の羽根部５以外の部分であってもよく、その薄肉成形部は、各主金型１２，１３の複数の歯３２以外の構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】インペラを示す平面図。
【図２】図１の鎖線円部分を拡大して示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】射出成形用金型を含む金型装置を示す断面図。
【図５】第１の主金型を示す正面図。
【図６】第１の主金型を示す平面図。
【図７】第１の主金型の外周面の一部を示す拡大断面。
【図８】複数の歯の一部を示す拡大断面図。
【図９】エアロラップ処理の概要を示す説明図。
【図１０】図４の鎖線四角で囲まれた部分を示す拡大断面図。
【図１１】図１０の後工程を示す拡大断面図。
【図１２】図１１の後工程を示す拡大断面図。
【図１３】図１２の後工程を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１インペラ（成形品）
５羽根部（薄肉部）
１２第１の主金型
１３第２の主金型
１５第２の副金型
１６第３の副金型
１７第４の副金型
１８第５の副金型
１９第６の副金型
３２歯（薄肉成形部）
３３隙間
３４内周面（表面）
３５外周面（表面）
３６基材
３７溶融樹脂（成形材料）
４２金型
４２ａ母材表面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品を射出成形するために使用される射出成形用金型であって、
型締め状態でエアベントを構成する金型の表面に、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を施したことを特徴とする射出成形用金型装置。
【請求項２】
前記金型は、薄肉部を成形する薄肉成形部を含み、その薄肉成形部の表面にＳｉを含有するＤＬＣ被膜を施したことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
【請求項３】
前記Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を施す前の前記金型の母材表面粗さを面粗度で０.０４μｍ以下に処理したことを特徴とする請求項２に記載の射出成形用金型。
【請求項４】
前記成形品は、燃料ポンプに使用されるインペラであり、
前記薄肉部は、前記インペラの羽根部であり、
前記金型は、円筒体をなし、前記薄肉成形部は、前記円筒体の先端部にて型開き方向に対して傾斜して円環状に配列された複数の歯より構成され、前記各歯の間で前記羽根部が成形され、
型開き時には可動側の金型を固定側の金型に対して相対的に回動させながら移動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の射出成形用金型。
【請求項５】
前記成形品の材料は、ガラス繊維を配合した樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の射出成形用金型。

【図１】