JP5580666B2

JP5580666B2 - 硬質液状樹脂成形用金型及び硬質液状樹脂成形方法

Info

Publication number: JP5580666B2
Application number: JP2010137872A
Authority: JP
Inventors: 泰宏後藤; 勇大久保
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-06-17
Also published as: JP2012000868A

Description

本発明は、液状シリコン等の硬質液状樹脂を成形する金型に関し、特に、液状シリコン等の硬質液状樹脂の成形用金型において製品を突き出すためのエジェクタピンと、その穴との摺動クリアランスへの樹脂の流れ込みを防止でき、液状シリコン等の硬質液状樹脂での量産（連続成形）を可能にする構造を備えた成形用金型に関する。

また、本発明は、金型により液状シリコン等の硬質液状樹脂を成形する方法に関し、特に、硬質液状樹脂の成形用金型において製品を突き出すためのエジェクタピンと、その穴との摺動クリアランスへの樹脂の流れ込みを防止でき、液状シリコン等の硬質液状樹脂での量産（連続成形）を可能にする成形方法に関する。

昨今、照明用高輝度ＬＥＤの出現により、その半導体素子の封止材、及びレンズ部の材料として液状シリコン樹脂が主流となりつつある。この理由としては耐熱性、耐候性、透明性に非常に優れている事などがあげられる。

シリコン樹脂というのは、ゴム系の柔らかい物というイメージの物を想像するが、上記の使用用途上、成形後により硬質となる液状シリコン樹脂（以後、硬質液状樹脂と記すことがある）の需要の伸びが今後予想される。

この硬質液状樹脂の成形は、常温で液状の原料は一般に２液性であり、主剤と硬化剤の２液を一定の比率で混合し、高温の金型内に射出して加熱硬化させる成形方法となる。硬質液状樹脂は、非常に高性能な樹脂である反面、それを成形する金型においては、高度な金型技術を必要とし、克服しなければならない課題が多く残っている。

その一つとしてあげられるのが、超低粘度樹脂であるがため、成形時の射出工程においての金型内隙間への樹脂流れ込み（ばり）である。射出成形の最後の工程として、金型内から製品部を取り出す際は、エジェクタピンにて製品部を突き出して離型させ取り出すのが一般的である。これに対して、通常の熱可塑性樹脂の成形の場合は、エジェクタピンと穴とのクリアランスは、流動性の良い樹脂の場合でも片側約５μｍから１０μｍ設けるが、成形時にそのクリアランスに樹脂が入り込んで金型の動作に支障をきたすことはまずない。

一方、硬質液状樹脂の場合、エジェクタピンと穴とのクリアランスが片側３μｍでもその隙間に樹脂が入り込んでしまい、詰まりによる摺動不能に陥り、最悪は金型破損に繋がりかねない状況となるために、樹脂充填時には片側１μｍ以内のクリアランスを保持していなければならない。

しかしながら、エジェクタピンと穴とのクリアランスを少なくすると、エジェクタピンと穴との摺動抵抗が増し、カジリ現象が発生する恐れが出てくることから、安易にクリアランスを減らせば解決する問題でもなく、現段階では量産化できていない状況である。

本発明は、この問題を解決するために、エジェクタ部の新規な構造を備えたものとなっている。

本発明の課題を直接的に解決しようとする先行発明は発見されていないが、特許文献１として、射出成形する際に突出しピンの周囲に生じるばりの発生を防止する発明が知られている。この発明では、固定側金型に対して進退する可動側金型には、キャビティ内の成形品を排出する突出しピンが設けてある。この突出しピンは、型材よりも大きい熱膨張係数を有する材料である黄銅材からなる。常温においては、突出しピンの直径は連通孔の内径よりも０．０３ｍｍ程度も小さくなっており、金型組立時には突出しピンは連通孔内に容易に挿通される。成形時には金型全体の温度が上昇し、突出しピンは熱膨張して径が太くなる。これに対し連通孔は僅かしか拡張しないので、突出しピンと連通孔との間の隙間が小さくなり、キャビティ内に射出された樹脂はすき間に入り込まず、成形品にばりを生じない。

また、特許文献２には、効率的な温度制御で成形サイクルの延長なしに微細な凹凸形状の転写性が向上され、バリの発生も防止されて高品質外観の樹脂成形品を得ることができ、断熱材が劣化し難く構造も簡単な成形金型装置が開示されている。この発明においては、内表面に微細な凹凸形状を有するキャビティ内に樹脂が充填されて、表面に前記微細な凹凸形状が転写形成された樹脂成形品を得る成形金型装置において、可動側の型板及び固定側の型板に設けられる両型部を対向させてキャビティを構成し、型部を温度調節可能なものとしてその外側面と型板との間に断熱層を形成すると共に、同型部の周囲に型板との間で隙間を形成し、この隙間の寸法を成形時に型部の熱膨張により閉塞されるように設定してなる。

さらに、特許文献３には、射出成形用金型に関し、可動側入子と可動側型板との間にカジリが発生することを容易確実に防止することを目的とする発明が開示されている。この発明は、固定型に対向して可動側型板を配置するとともに、前記可動側型板に形成される貫通穴に、突き出し機構により移動される可動側入子を挿入してなる射出成形用金型において、前記可動側型板の前記貫通穴に、前記可動側入子に嵌合するリング状の案内部材を着脱可能に配置して構成する。また、前記案内部材を、前記可動側型板の前記固定型側の端面に前記貫通穴と同心状に形成される環状凹部に配置して構成する。

さらに、特許文献４には、金型を効果的に素早く所望する温度まで昇温させることができ鋳造品の歩留まりを向上させることができる鋳造装置および鋳造方法が開示されている。この発明の鋳造装置は、固定型と可動型を有し、可動型を貫通した突き出し孔に挿通配置された複数本の突き出しピンを有する。可動型には昇温回路が設けられ、突き出しピンにも昇温回路が設けられる。昇温回路に高温の油を流して突き出しピンの基端部を保持したリテナープレートおよびエジェクタープレートを昇温させ、突き出しピンを間接的に昇温させる。これにより、可動型を含む金型を効果的に昇温させる。

特開平６−２４６７９９号公報特開２０００−２３８１０３号公報特開平１０−６５５号公報特開２００９−５０８５５号公報

硬質液状シリコン等の硬質液状樹脂は、非常に低粘度であるため、金型内への射出してそれを成形する金型においては、高度な技術及び高精度な寸法精度が要求される。その課題の一つとして、製品取出しのために設置したエジェクタピンと穴との数μｍの隙間に樹脂が流れ込み、その流れ込んだ樹脂の詰まりによりエジェクタピンが動かなくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題・問題を解決しようとするもので、エジェクタピンと穴のクリアランス部への樹脂流れ込みを防止でき、しかも突き出し動作時には適正なクリアランスを確保し、それにより量産成形を可能にする突き出し部構造を備えた金型に関するものである。

本発明は、硬質シリコン等の硬質液状樹脂の量産成形を可能とするために、電磁誘導加熱方式を利用し、成形サイクル内でエジェクタピンに温度変化を与えることにより、エジェクタピンの径寸法（体積）を変化させ、樹脂充填時、突き出し動作時にそれぞれ適切なクリアランスを確保できるようにしたものである。

本発明の硬質液状樹脂成形用金型は、硬質液状樹脂を成形する可動金型と固定金型から成る金型において、一方の金型内に設けられたエジェクタピンと金型の穴との間のクリアランスを適正に制御するために、該エジェクタピンの周りに、エジェクタピンの温度制御手段を設け、前記エジェクタピンを前記金型内の温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする。

さらに本発明の硬質液状樹脂成形用金型は、前記エジェクタピンの温度制御手段は、エジェクタピンの加熱手段としての電磁コイルと温度測定手段としての熱伝対とから成ることを特徴とする。

本発明の硬質液状樹脂成形方法は、可動金型と固定金型から成る金型によって硬質液状樹脂を成形する方法において、成形サイクル内でエジェクタピンの温度を前記金型内の温度よりも高い温度に加熱するよう制御することにより、成形動作毎にエジェクタピンと金型の穴とのクリアランスを制御して成形することを特徴とする。

さらに本発明の硬質液状樹脂成形方法は、成形サイクル内でエジェクタピンの温度を制御する際に、エジェクタピンの温度測定手段としての熱伝対によりエジェクタピンの温度を検知し、加熱手段としての電磁コイルによりエジェクタピンを加熱することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、成形サイクル内でエジェクタピンに適正な温度変化を与えることにより、樹脂充填時には、エジェクタピンと穴とのクリアランスを片側２μｍ以下にでき、突き出し時には片側４μｍのクリアランスを設けることができるようになり、樹脂充填時の樹脂流れ込み及び突き出し動作時の摺動カジリも防止できることから、量産成形を可能にすることができる。

（Ａ）（Ｂ）エジェクタピン温度制御装置を設置した本発明の硬質液状樹脂成形用金型の断面図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）本発明の硬質液状樹脂成形方法におけるエジェクタピンの温度制御を説明するための成形サイクル内でのクリアランス制御図

本発明の硬質液状樹脂成形用金型の一実施例を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は電磁誘導加熱方式を備えた本発明の硬質液状樹脂成形用金型の全体構造を示し、図１（Ｂ）はそのエジェクタピン近傍の詳細構造図を示す。以下、本発明において上下方向は図１（Ａ）において表現するが、これは装置全体の設置方向と一致する意味ではなく、横型の装置であれば左右方向となる。

図１（Ａ）の本発明の硬質液状樹脂成形用金型は、上型１０（可動金型）及び下型２０（固定金型）によって構成されている。上型１０よりも上方には射出成形機が設置されているが、ここでは射出成形機の構造に係る発明ではないので図示していない。図示していない射出成形機の射出ノズルは図１（Ａ）の中心線部にタッチする。射出成形機は、通常のサイクルで、型締め、計量、射出（成形）、冷却、型開き、エジェクトを繰り返す。射出成形時に射出成形機から射出された樹脂は、射出ノズルからスプルー１に供給され、放射状に配置されたランナー２を通り製品部３に充填される。放射状のランナー２は複数本設けられるのが一般的であり、それにより複数個の製品部３が同時に成形できる。充填完了し、成形された樹脂が冷却し硬化した後に、型は開かれてエジェクタピン４で成形硬化した樹脂部を突き出して製品を取り出すものである。

しかしながら、本発明が対象としている硬質液状シリコン等の硬質液状樹脂は非常に低粘度のため、樹脂の金型内充填時にｇエジェクタピン４とその金型側の穴との僅かなクリアランスに樹脂が流れ込んでしまい、その流れ込んだ樹脂が固まってエジェクタピンが摺動不良を起こし動かなくなってしまう。場合によってはカジリ現象を起こしてしまう場合もある。

本発明は、このような問題を解決するために、エジェクタピン４外周にエジェクトピンの温度制御手段を設けたものである。この温度制御手段は、エジェクタピンの加熱手段としての電磁コイル５と温度測定手段としての熱伝対６を設置し、加熱制御装置７によりエジェクタピン４の温度を積極的に制御するものである。これにより、エジェクタピン４の温度を適正に制御して、熱膨張を利用してエジェクタピン４の体積（径方向の寸法）を変える事により、穴とのクリアランスを成形サイクル内で制御する事を可能とするものである。

成形硬化した樹脂部３の突き出し動作は、型開後に、下型２０とエジェクタピン４の相対的な運動（詳細な構造は説明を省略する）により達成される。通常の硬質液状樹脂成形用金型においては、エジェクタピン４の直径は３〜４ｍｍであり、金型面での金型の穴とのクリアランスは片側２〜３μｍとするのが一般的である。これだけのクリアランスがあれば、下型２０内でエジェクタピン４はスムースに上下運動をすることができる。このクリアランスは金型面で達成されていれば良いので、金型の内方に向かっては、図１（Ｂ）で図示したように、金型内の穴は下方では広がっている。その金型内の穴が広がった部分に、エジェクタピンの加熱手段としての電磁コイル５、及び温度測定手段としての熱伝対６を設けるように構成した。

図２（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の硬質液状樹脂成形用金型を用いた硬質液状樹脂の成形サイクル内での、エジェクタピン４と金型の穴とのクリアランス制御図を示すものである。まず通常の状態の時（図２（Ａ）の状態）には、片側２〜３μｍのクリアランスを設けるような寸法で形成しておく。その後加熱し、加熱制御装置７により電磁コイル５に所定の電流を流してエジェクタピン４の温度を所定温度まで急激に上昇させて金型の穴との間のクリアランスを実質的に０μｍとする（図２（Ｂ）の状態）。このとき、加熱制御装置７は、温度測定手段としての熱伝対６によりエジェクタピン４の温度を知ることができるので、どの程度の電流を流せば所定の温度にすることができるかを把握することができる。通常の射出成形時には金型温度は１５０℃程度になり、エジェクトピン４は、それに対して２５０℃程度高い温度（４００℃程度）にすると望ましい。このようにしてエジェクタピン４と穴との間のクリアランスを実質的に０μｍ（１μｍ以下の０μｍに近い値のクリアランス）とした状態で、射出成形機の射出動作により樹脂を射出して金型の製品部３に樹脂を充填させる（図２（Ｃ）の状態）。充填完了後は射出成形機のサイクルは冷却工程に入る、そこで直ちにエジェクタピン４の加熱を止める。エジェクタピン４は冷却によりクリアランスを元の状態に戻っていく（図２（Ｄ）の状態）。図２（Ｄ）では、クリアランス２〜３μｍとして通常状態のクリアランスとなるまで冷却に時間をかけるように示しているが、ここまでの時間をかける必要はない。いずれにしても、温度測定手段としての熱伝対６によりエジェクタピン４の温度を知ることができるので、突き出し動作に必要なクリアランスが形成されたことは知り得るものである。その後、下型２０とエジェクタピン４との相対的な運動で樹脂部３を突き出し取り出す（図２（Ｅ）の状態）。

この様に、電磁誘導加熱方式の急加熱の特徴を利用し、成形サイクル内で樹脂充填時にはクリアランスを実質的に０μｍとして、樹脂硬化後から製品部取出しの際には、所定のクリアランスを確保することにより、樹脂流れ込みとクリアランス小による突き出し時のエジェクタピンと穴のカジリの発生を同時に防止するものである。

１・・・スプルー
２・・・ランナー
３・・・製品部
４・・・エジェクタピン
５・・・電磁コイル
６・・・熱伝対
７・・・加熱制御装置
１０・・・上型
２０・・・下型

Claims

硬質液状樹脂を成形する可動金型と固定金型から成る金型において、一方の金型内に設けられたエジェクタピンと金型の穴との間のクリアランスを適正に制御するために、該エジェクタピンの周りに、エジェクタピンの温度制御手段を設け、
前記エジェクタピンを前記金型内の温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする硬質液状樹脂成形用金型。
前記エジェクタピンの温度制御手段は、エジェクタピンの加熱手段としての電磁コイルと温度測定手段としての熱伝対とから成ることを特徴とする請求項１記載の硬質液状樹脂成形用金型。
可動金型と固定金型から成る金型によって硬質液状樹脂を成形する方法において、成形サイクル内でエジェクタピンの温度を前記金型内の温度よりも高い温度に加熱するよう制御することにより、成形動作毎にエジェクタピンと金型の穴とのクリアランスを制御して成形することを特徴とする硬質液状樹脂成形方法。
成形サイクル内でエジェクタピンの温度を制御する際に、エジェクタピンの温度測定手段としての熱伝対によりエジェクタピンの温度を検知し、加熱手段としての電磁コイルによりエジェクタピンを加熱することを特徴とする請求項３記載の硬質液状樹脂成形方法。