本発明は、合成樹脂を射出成形するための金型に関するものである。

従来から、合成樹脂成形品の製造には射出成形法が用いられている。 固定型に対して可動型を型閉めし、内部のキャビティ（空隙部）に溶融した合成樹脂材料を射出し、再び型開きして成形品を取り出す方法である。
金型素材としては、主に鋼材が使用されているが、昨今では、熱伝導性が良く、しかも加工・製造コストが低いアルミニウム合金材（以下、「アルミニウム材」と記す。）が多用されるようになっている。

通常、鋼材からなる金型の場合、熱伝導性が良くないので冷却に時間を要するために生産効率が悪くなっている。 このため、製品の形状，品質によっては、熱を逃がし易くするための複雑な冷却機構を設けることも行われており、結果的にコスト高となっている。 この点、熱伝導性に優れたアルミニウム材からなる金型にあっては冷却速度が速いため、特に複雑な冷却機構を必要とせず金型の形状・構造を簡略化できる。 また、冷却時間が短いために射出成形サイクルを短くでき生産性を上げることができる。 さらに、金型の単位体積当たりの熱容量がアルミニウム材の方が小さいため、樹脂の射出の際の瞬間的な冷却が弱くなり樹脂の充填性が向上する。 更に、熱伝導性に優れるため金型温度が均一になりやすく成形品も均一に冷却されるため、冷却歪に起因した成形品の変形が小さくなるという複数のメリットがある。
例えば、特許文献１，２，３，４では、アルミニウム合金で形作られた金型を用いて射出成形している。

アルミニウム材は、鋼材と比較すると強度，耐摩耗性等に関しては格段に劣っている。 このため、アルミニウム材を素材とした金型は耐久性に劣り、使用回数に制限が付されることもある。 そこで、金型のキャビティ面や摩損し易い箇所に、例えば前記特許文献１，２では硬質アルマイト被膜を形成しており、特許文献３では無機硬質材料を溶射被覆しており、さらに特許文献４では鉄系のめっきを施している。
このような表面処理により、金型の耐久性はある程度向上するものの、表面処理に伴ってコストがかなり上昇する。

ところで、射出成形用金型では、金型分割面とキャビティ周縁とが交差する端部で金型が損傷を受け易くなっている。 また、アルミニウム材からなる金型では高圧下での射出成形時にキャビティ周縁部が変形することがある。 これらキャビティ周縁部での損耗，変形により射出成形品にバリが生じ易くなる、と言った問題点がある。
本発明は、このような課題を解決するために案出されたものであり、アルミニウム材を素材とした金型であっても、射出成形品に出やすいバリの発生を抑制することが可能で、アルミニウム材の複数のメリットを生かしたままで射出成形用金型を提供することを目的とする。

本発明の射出成形用金型は、その目的を達成するため、金型の内部に形成したキャビティ部に溶融合成樹脂を射出し注入することにより射出成形される射出成形体の製造に用いる金型であって、金型は分割された固定型と可動型を有し、前記固定型および可動型はそれぞれアルミニウム材からなり、前記固定型または可動型の少なくとも一方はキャビティ部の周囲が鋼製枠材で囲われているとともに、当該鋼製枠材の分割面が相手分割金型の分割面に当接していることを特徴とする。
前記固定型および可動型の両方のキャビティ部の周囲が鋼製枠材で囲われているとともに、当該鋼製枠材の分割面が相手分割金型の分割面に当接していることが好ましい。

本発明の射出成形用金型では、アルミニウム材からなる金型でのバリ発生の原因となるキャビティ周縁部での損傷発生が、当該部位に鋼製の枠材を配置することにより抑えられている。 また強度の高い鋼製の枠材を配置することにより、高い圧力を負荷した射出成形を行ってもキャビティ周縁部での金型自身の変形は当該鋼製枠材で抑えられ、バリ発生を抑制できることになる。 このため、本発明射出成形用金型を使用することにより、金型を補修・変更することなく、同じ金型を用いての射出成形回数を飛躍的に増やすことができる。
また、金型本体がアルミニウム材で構成されているため、本来の熱伝導性の良さに基づく金型本体の形状・構造の簡略化が維持できるとともに、射出成形サイクルの短縮化や製品形状精度の高さも従来のアルミニウム製金型と同様であるから、結果的に、成形精度に優れた射出成形品が低コスト製造できることになる。

射出成形用金型の一般的なキャビティ周縁部構造を示す断面模式図

本発明射出成形用金型のキャビティ周縁部構造を示す断面模式図

前記した通り、アルミニウム材からなる金型は、例えば鋼製の金型と比べて耐久性では劣るものの、良好な熱伝導性に基づく冷却時間の短縮により成形サイクルを大幅に短縮化及び樹脂の射出の際の充填性向上と均一な冷却による形状精度の高さの点では極めて優れている。
耐久性の点で鋼材に劣る一因として、前記したようなアルミニウム材からなる分割金型のキャビティ周縁部での損傷，変形により射出成形品にバリが発生し易くなる点が挙げられる。 例えば図１に示すように分割金型のキャビティ周縁部が損傷，変形し易くなっている。 キャビティ周縁部が摩損し易く、また成形時に金型のキャビティ表面に未反応モノマーに由来するベタツキが付着し易く、これを除去しようとするときに耐摩耗性が低いアルミニウム材からなる金型のキャビティ部の特に周縁部を傷つけることもある。 さらに、高い圧力を負荷して射出成形すると、強度の低いアルミニウム材からなる金型では、その分割金型のキャビティ周縁部で金型自身が変形し易くなる。 このような、損傷，変形により二つの金型分割面の間に形成された隙間に溶融合成樹脂が侵入して、バリとなると考えられる。

そこで、本発明者らは、キャビティ周縁部での損傷や高圧での射出成形時にキャビティ周縁部での変形を抑制した金型を得るべく、鋭意検討を重ねた。
そして、その過程で、金型のキャビティ周縁部にアルミニウム材よりも高強度で耐摩耗性に優れた鋼製の枠材を嵌め込むことが有効であると判断し、本発明に到達した。
以下にその詳細を説明する。

図２に、本発明による射出成形用金型の断面を模式的に表したものを示す。
従来と同様、射出成形用金型は分割された固定型と可動型で構成されており、その一方若しくは双方に凹部が形成され、分割面で両者を合体させて前記凹部でキャビティを形作っている。
そして、前記固定型および可動型は、その大部分がアルミニウム材で形作られており、キャビティ部の周縁部に鋼製の枠材が嵌め込まれている。 キャビティ部が可動型に形成された凹部とその凹部を覆う固定型で構成される場合には、図２（ａ）に見られるように、キャビティ部となる可動型の凹部を形作るように鋼製枠材を嵌め込んだものでも良い。 また、図２（ｂ）に見られるように、可動型の凹部を形作るような鋼製枠材に当接する鋼製枠材を固定型に埋め込んでもよい。

キャビティ部が固定型と可動型の双方に形成された凹部で構成される場合には、図２（ｃ）に見られるように、キャビティ部となる固定型および可動型の双方の凹部を形作るように鋼製枠材を嵌め込んだものが好ましい。
いずれにしても、鋼製枠材の分割面側の先端面は、相手側金型の分割面に直接当たるように嵌め込まれる必要がある。 図２（ａ）では可動型に埋め込まれた鋼製枠材の分割面側先端面が固定型の分割面に直接当たっており、図２（ｂ），（ｃ）では、固定型に埋め込まれた鋼製枠材の分割面側先端面が可動型に埋め込まれた鋼製枠材の分割面側先端面に直接当たっている。

本発明の射出成形用金型では、摩耗、欠け等の損傷や、高圧で溶融合成樹脂を圧入したときの圧力での変形が起こり易いキャビティの分割面側コーナ部が、アルミニウム材よりも強度および耐摩耗性に優れる鋼製の枠材で置き換えられている。 したがって、キャビティの分割面側のコーナ部での損傷，変形が抑制され、固定型と可動型を合わせたとき、分割面での隙間がなくなり、溶融合成樹脂を高圧で圧入しても、二つの分割面の間に形成される隙間に溶融合成樹脂が侵入することが抑制され、バリを生じることはない。

ところで、本発明の金型本体は、基本的にはアルミニウム材で構成されている。 このため、従来のアルミニウム材製の金型と同様、熱伝導性に優れているので射出成形後の冷却能に優れ、短時間で型温近くまで冷却できる。
したがって、本発明射出成形用金型の使用により、金型のセットから、射出成形を終え射出成形品を取り出すまでの射出成形サイクルの短縮化が可能であるばかりでなく、金型の補修，取り換え等の工程も長期にわたって行わずに射出成形できるので、生産効率が飛躍的に向上する。

更に、金型の単位体積当たりの熱容量がアルミニウム材の方が半分程度と小さいため、比較的短時間に行われる樹脂の射出の際に樹脂の温度低下が起こり難く、その結果、樹脂の流動性が確保され金型内への樹脂の充填性が向上する。 また、射出後の冷却の際には熱伝導性に優れているため金型温度が均一になりやすく、樹脂成形品の温度も均一に冷却されやすくなるため冷却ムラに起因する製品の変形が発生しにくい。 その結果、樹脂成形品の形状精度が高くなる。

なお、本発明に係る射出成形用金型の製造方法は、特に限定されない。 例えば、アルミニウム材製の分割固定型および分割可動型の製造加工段階で、それぞれの型のキャビティ周縁部分に相当する位置に、鋼製枠材がはまる溝を切削加工などにより予め形成しておき、この溝に前記鋼製枠材を嵌め込み、両者一体ものとして機械加工して、最終的な形に仕上げることにより製造することができる。
また逆に、キャビティ周縁部分となる鋼製枠材の内側にキャビティ部となる雄型を配置し、溶融アルミニウム合金を鋳込んで鋼製枠材を鋳包んで両者一体ものとして機械加工し、最終的な形に仕上げてもよい。

図２（ｂ）に示す形態の金型であって、可動型の方に縦９５ｍｍ×横９５ｍｍ×深さ２ｍｍの平板形状の凹部を設け、この平板形状の凹部の周縁部すべてに巾７．５ｍｍ×厚み２ｍｍの鋼製枠材をはめ込み縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×深さ２ｍｍのキャビティとした。 更にこの平板形状の凹部の底に巾２ｍｍ×深さ８ｍｍのリブ形成形溝を複数穿った容積１７．１ｃｍ ^３のキャビティを有するものであって、材質を種々変更した金型を用いた。
なお、材質２，３，４では、枠材を嵌め込むことなく、縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ×深さ２ｍｍの平板形状凹部の底に巾２ｍｍ×深さ８ｍｍのリブ形成形溝を複数穿った容積１７．１ｃｍ ^３のキャビティを形成している。
材質１；キャビティ周縁部を囲むように巾７．５ｍｍの鋼製枠材を嵌め込んだＡｌ材 材質２；キャビティ部および分割面に厚さ１５μｍのＦｅめっきを施したＡｌ材 材質３；キャビティ部および分割面に厚さ３０μｍの硬質Ｃｒめっきを施したＡｌ材 材質４；単なるＡｌ材

日精樹脂工業製のＰＮＸ４０−５Ａの射出成形機とＮＨＷ−７５の温調機を使用し、金型温度７５℃で、ＡＢＳ樹脂を射出成形した。 なお、型締め圧力は３５０ｋｎ、冷却時間１５秒＋冷却以外の型締・射出・製品取出し時間を１２．５秒としサイクルタイム２７．５秒とした。
いずれの金型もアルミニウム材をベースとするものであるから、１５秒の冷却時間で成形品を取り出すに十分な温度まで冷えていた。 鋼系の金型であれば、取り出せる温度まで冷却時間３０秒＋冷却以外の時間１２．５秒程度にてサイクルタイム４２．５秒は必要としていたことを考えると、アルミニウム材では射出成形サイクルが大幅に短縮できることがわかる。

また、鋼材製の金型で射出成形した製品は、リブの裏にヒケが発生しやすいにも関わらず、アルミニウム材製の金型ではいずれもヒケが発生しておらず、冷却ムラに起因する変形も認められず良好な製品形状を得ることができた。
同一条件で表面の成形不良であるヒケの目視観察と連続成形時のバリの目視観察で比較するために、各々５０ショット以上連続成形し、５１ショット目の射出成形品について、ヒケとバリの発生状況を比較した。
ヒケの状態に関しては、いずれの金型でもほとんど差異はなかったが、単にアルミニウム材からなる金型を用いた材質４の金型でのみ射出成形品にバリが発生していた。