JP2009226778A - Surface-like carbon heater for metallic mold, process for manufacturing the same and metallic mold apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面温度が通電時に急速に上昇する昇温速度性能に優れた面状カーボンヒータと、これを効率的に製造する方法、ならびに同ヒータを有してウェルドラインの発生を好適に防止できるようにした金型装置に関する。 The present invention provides a planar carbon heater having an excellent temperature rise rate performance in which the surface temperature rises rapidly when energized, a method for efficiently producing the same, and the generation of a weld line is suitably prevented by using the heater. The present invention relates to a mold apparatus that can be used.
従来、金型による成形法として種々の方式が知られているが、主に射出成形において成形物にウェルドラインと呼ばれる毛髪状の線が発生することがある。このウェルドラインは、金型内の溶融材料が成形物の穴や窓となる部分の周囲を流れて合流することにより発生するもので、強度的には然程問題にならないが、樹脂の種類などによっては強度低下が無視できないほど大きくなることがあり、製品としての美観も大きく損なわれることになる。 Conventionally, various methods are known as a molding method using a mold, and hair-like lines called weld lines may be generated in a molded product mainly in injection molding. This weld line is generated when the molten material in the mold flows and joins around the part that becomes the hole or window of the molded product, and it does not matter so much in terms of strength, but the type of resin, etc. Depending on the case, the strength reduction may become so large that it cannot be ignored, and the aesthetics of the product will be greatly impaired.
このため、従来ではウェルドラインの発生を防止するべく、金型内に溶融材料を充填した後、金型をその内部に設けたヒータにより加熱して、硬化しつつある溶融材料を再溶融するようにしている(例えば、特許文献1)。 For this reason, conventionally, in order to prevent the occurrence of a weld line, after the molten material is filled in the mold, the mold is heated by a heater provided therein to remelt the molten material that is being cured. (For example, Patent Document 1).
尚、ヒータとしては、セラミックヒータやカーボンヒータなどが一般に良く知られているが、従来のカーボンヒータは、ガラス管内に炭素質発熱体を封入し、その炭素質発熱体に接続したリード線をガラス管の外部に引き出している(例えば、特許文献2)。 Ceramic heaters and carbon heaters are generally well known as heaters, but conventional carbon heaters enclose a carbonaceous heating element in a glass tube and connect the lead wire connected to the carbonaceous heating element to glass. It is pulled out of the pipe (for example, Patent Document 2).
ここに、特許文献1では、金型に内蔵したセラミックヒータに通電して金型を加熱することにより、金型キャビティ内に充填した溶融材料を再溶融化してウェルドラインの発生を防止することができるものの、再溶融化後に金型を冷却して次の成形工程に移行する場合、セラミックヒータに通電を開始してからその表面が所定の温度に達するまでに時間がかかり、成形サイクルタイムの短縮を図る上で大きな障害となっていた。
Here, in
一方、特許文献2に開示されるような従来のカーボンヒータでは、炭素質発熱体の加熱劣化を防止するためにガラス管内に不活性ガスを封入することが通例であり、このため製造が難しく製品コストが高くなり、しかも炭素質発熱体を封入したガラス管が衝撃を受けて破損する可能性があるために、駆動系に装置して使用することが難しいという欠点がある。
On the other hand, in the conventional carbon heater as disclosed in
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は昇温速度が速く容易に製造することのできる耐久性に優れた新規なカーボンヒータと、そのヒータを備えてウェルドラインの無い成形物を効率的に生産することのできる金型装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a novel carbon heater excellent in durability that can be easily manufactured at a high temperature rise rate, and a weld including the heater. An object of the present invention is to provide a mold apparatus capable of efficiently producing a molded product without a line.
上記目的を達成するため、本発明は係る金型用面状カーボンヒータCHとして、
電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板42の内部に、所定の線形パターンを有して前記耐熱板の板面に平行する面内で面状に展開するカーボン線から成る抵抗発熱体43が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設され、その抵抗発熱体43の両端部43a,43aにそれぞれリード線44が導電接続されて成ることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a planar carbon heater CH for a mold,
A resistance heating element comprising a carbon wire that has a predetermined linear pattern and extends in a plane parallel to the plate surface of the heat-resistant plate inside a flat heat-
加えて、前記抵抗発熱体43の両端部43a,43aにそれぞれコ字形の断面を有する金属端子45が装着され、その金属端子45を介して前記リード線44が前記抵抗発熱体43の両端部43a,43aに導電接続されていることを特徴とする。
In addition, a
又、前記抵抗発熱体43の両端部43a,43aに、それぞれその軸線方向に沿って割溝43bが形成されると共に、前記リード線44の各一端が偏平板状の接続端子部44aとして前記割溝43bに差し込まれていることを特徴とする。
Further,
更に、本発明は上記のような金型用面状カーボンヒータCHを製造する方法として、
上下一対の金型6A,6Bの間に形成されるキャビティ6C内に、所定の線形パターンを有して面状に展開するカーボン線から成る定形の抵抗発熱体43を配置すると共に、その抵抗発熱体43を前記キャビティ6Cの底面に平行させて該キャビティ6Cの高さ方向中間となる位置に支持した後、上下一対の金型6A,6Bを閉じて、前記キャビティ6C内に加熱によって電気絶縁性および熱伝導性を有する硬化物となるセラミックスラリーを充填し、次いで上下一対の金型6A,6Bを閉じたまま前記セラミックスラリーを加熱硬化させてその内部に前記抵抗発熱体43が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設された偏平な耐熱板42とすることを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a method for producing the above-described planar carbon heater CH for molds,
In a cavity 6C formed between a pair of upper and
尚、上記方法において、キャビティ6C内に抵抗発熱体43を配置する前に、その両端部43a,43aにリード線44を接続しておき、前記キャビティ6C内へのセラミックスラリーの充填時に、そのセラミックスラリーで前記リード線44の接続部分も被覆することが好ましい。
In the above method, before placing the
又、本発明は、係る金型用面状カーボンヒータCHを熱源とするヒータユニット4を備える金型装置であり、可動型1および該可動型に対応する固定型2の少なくとも一方に、冷媒を流通させるための冷却通路26と、前記ヒータユニット4を収容するヒータ収容部27とが設けられ、前記ヒータ収容部27は、前記ヒータユニット4により加熱される熱伝導性の伝熱壁24bを挟んで前記可動型1および固定型2の間に形成される製品成形部3と対向する位置にあり、前記ヒータユニット4は、ヒータ移動機構5に連結して前記伝熱壁24bに接触する位置と前記伝熱壁24bから隔たる位置との間を移動可能とされていることを特徴とする。
Further, the present invention is a mold apparatus including a
本発明に係る金型用面状カーボンヒータによれば、電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板の内部に、所定の線形パターンを有して前記耐熱板の板面に平行する面内で面状に展開するカーボン線から成る抵抗発熱体が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設されていることから、カーボン製の抵抗発熱体が大気に晒されず、このため加熱劣化が進行し難く、しかも耐熱板により抵抗発熱体が外力から保護されるので、駆動系に装着して使用することができる。 According to the planar carbon heater for molds according to the present invention, a plane parallel to the plate surface of the heat-resistant plate having a predetermined linear pattern inside the flat heat-resistant plate having electrical insulation and thermal conductivity. Because the resistance heating element consisting of carbon wire that expands in a plane inside is buried without being in contact with the oxidizing atmosphere, the carbon resistance heating element is not exposed to the atmosphere, so that it is difficult for heat deterioration to proceed. Moreover, since the resistance heating element is protected from external force by the heat-resistant plate, it can be used by being attached to the drive system.
又、本発明に係る金型用面状カーボンヒータは、消費電力が少なく昇温速度特性に優れ、その表面温度を通電時に急速に上げることができる。 The planar carbon heater for molds according to the present invention has low power consumption and excellent temperature rising speed characteristics, and can rapidly increase the surface temperature when energized.
加えて、抵抗発熱体の両端部に対し、コ字形の断面を有する金属端子を介してリード線が導電接続されるか、あるいはリード線の一端が偏平板状の接続端子部として抵抗発熱体の両端部に形成される割溝に差し込まれることから、リード線を導通不良なく良好に接続することができる。 In addition, the lead wire is conductively connected to both ends of the resistance heating element via a metal terminal having a U-shaped cross section, or one end of the lead wire is connected to the resistance heating element as a flat plate-like connection terminal portion. Since it is inserted into the split grooves formed at both ends, the lead wires can be connected well without poor conduction.
一方、本発明に係る方法によれば、上記のような金型用面状カーボンヒータを効率良く製造することができる。特に、抵抗発熱体の両端部にリード線を接続しておき、キャビティ内へのセラミックスラリーの充填時に、そのセラミックスラリーでリード線の接続部分も被覆するようにしていることから、接合部の接触不良やリード線が使用中に外れてしまうことがなく、しかも漏電、短絡も防止することができる。 On the other hand, according to the method according to the present invention, the planar carbon heater for a mold as described above can be efficiently manufactured. In particular, the lead wire is connected to both ends of the resistance heating element, and when the ceramic slurry is filled into the cavity, the connecting portion of the lead wire is covered with the ceramic slurry. Defects and lead wires do not come off during use, and leakage and short circuit can be prevented.
更に、本発明に係る金型装置では、係る金型用面状カーボンヒータを熱源とするヒータユニットを備えることから、そのヒータユニットにより金型内の成形材料を加熱してウェルドラインの発生を防止でき、しかも金型用面状カーボンヒータの昇温速度性能に対応して成形材料を急速加熱することが可能になるので、成形サイクルタイムを短縮してウェルドラインの無い成形物を効率良く量産することに大きく貢献する。 Furthermore, since the mold apparatus according to the present invention includes a heater unit that uses the planar carbon heater for molds as a heat source, the molding material in the mold is heated by the heater unit to prevent generation of a weld line. In addition, the molding material can be rapidly heated in accordance with the temperature rise rate performance of the planar carbon heater for molds, so the molding cycle time can be shortened and molded products without weld lines can be mass-produced efficiently. It contributes a lot.
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。図1は本発明に係る金型装置を示す断面概略図である。図1において、係る金型装置は射出成形用として、可動型1(コア型)とこれに対応する固定型2(キャビティ型)とを具備して構成される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a mold apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the mold apparatus includes a movable mold 1 (core mold) and a corresponding fixed mold 2 (cavity mold) for injection molding.
可動型1は、可動盤11に取り付けられる型板12と、該型板12に組み込まれるコア13とより構成され、可動盤11に連結する図示せぬ型締めシリンダにより固定型2と対向する方向に移動されるようになっている。他方、固定型2は、固定盤21に取り付けられる外枠22の内部に、断熱板23を介してコア13に対応する凹状のキャビティ24aが形成されるキャビティプレート24と、その背面側に位置するバックプレート25とを組み込んで構成される。
The
そして、係る金型装置によれば、可動型1の移動により当該可動型1と固定型2とが開閉し、型締め時(可動型1と固定型2とを合わせて閉じたとき)に、その両者1,2の間にコア13とキャビティ24aとで構成される所定形状の製品成形部3が形成され、その製品成形部3内に図示せぬ射出装置から溶融材料(主として熱可塑性樹脂)が射出されるようになっている。
According to the mold apparatus, when the
特に、固定型2には、その内部に冷媒(冷却水)を流通させるための冷却通路26と、後述するヒータユニット4を収容するヒータ収容部27とが設けられる。このうち、冷却通路26は、キャビティプレート24とバックプレート25との間でヒータ収容部27を取り囲むように形成されており、その両端は外枠22の側面を貫通して外部に開口されている。そして、係る冷却通路26は図示せぬ外部の冷媒タンクと連通され、その冷媒タンクと固定型2との間で冷媒の循環が行なわれる構成とされている。
In particular, the fixed
一方、ヒータ収容部27は、製品成形部3に対応する位置でバックプレート25を貫通する角穴であり、その周壁は断熱板27aにより形成されている。又、外枠22および固定盤21にはヒータ収容部27に連通する穴が穿設されており、その穴に挿入したロッド51を介してヒータ収容部27内のヒータユニット4と、固定盤21に平行するプレート52とが連結されている。そして、そのプレート52は、流体圧シリンダや電磁ソレノイドなどから成る伸縮アクチュエータ53を介して固定盤21に連結されて、ヒータユニット4をヒータ収容部27の開口方向(図1において上下方向)に移動させるヒータ移動機構5を構成している。ここに、ヒータ移動機構5として、シリンダ直結構造やカム機構などを採用することもできる。
On the other hand, the
尚、キャビティプレート24は、バックプレート25に接触する面とキャビティ24aとの間がヒータユニット4にて加熱される熱伝導性の伝熱壁24bとされており、その伝熱壁24bを介してヒータユニット4から製品成形部3内の溶融材料(成形材料)に熱伝導が行なわれるようにしてある。特に、ヒータユニット4は、キャビティプレート24側に向けられる端縁部が高温発熱する加熱ヘッドhとされ、その加熱ヘッドhが上記ヒータ移動機構5によるヒータユニット4の移動により、キャビティプレート24(伝熱壁24b)に対して接触したり離間したりするようになっている。
The
ここで、ヒータユニット4の構成について説明すれば、図2は係るヒータユニットの内部構造を示す平面図、図3は同ユニットの側面図である。これらの図で明らかなように、本例において、係るヒータユニット4は、偏平板状の耐熱筺体41に熱源となる2つの面状カーボンヒータCHを隣り合わせに内蔵して構成される。
Here, the configuration of the
耐熱筺体41は、上記加熱ヘッドhと一体として金型用面状カーボンヒータCHを保持するケース本体41aと、ヒータCHを押さえるカバー41bとから成り、加熱ヘッドhを含むケース本体41aに対して金型用面状カーボンヒータCH,CHが接触されている。又、金型用面状カーボンヒータCHからは、それぞれ絶縁被覆が施された一対のリード線44が引き出されており、そのリード線44が図示せぬ制御装置を介して電源に導通されるようになっている。尚、リード線44は図1に示したロッド51の外周を這わせて固定型2の外部に引き出されるが、ロッド51を中空軸としてその内部にリード線44を通すようにしてもよい。
The heat-
図4は金型用面状カーボンヒータCHの内部構造を示した平面図であり、図5には図4のX−X拡大断面を示す。これらの図で明らかなように、金型用面状カーボンヒータCHは、偏平な耐熱板42の内部に、カーボン線から成る抵抗発熱体43を酸化雰囲気と接触しない状態で埋設して構成される。このうち、耐熱板42は、電気絶縁性および熱伝導性を有する無機材料から形成されており、その板面に平行する面内で抵抗発熱体43が平面状に展開している。
FIG. 4 is a plan view showing the internal structure of the planar carbon heater CH for molds, and FIG. 5 shows an enlarged cross section taken along line XX of FIG. As is apparent from these drawings, the planar carbon heater CH for molds is configured by embedding a
一方、抵抗発熱体43は、カーボンの板から所定の線形パターン(図示例において櫛形)に切り抜かれる定形物であり、その連続部分の直角断面は図5のように矩形となっている。尚、本例において、耐熱板42および抵抗発熱体43は平面状とされるが、それらを曲面状あるいは屈曲面状としてもよい。
On the other hand, the
又、係る抵抗発熱体43の両端部43a,43aは幅広にして、互いに近接する状態で平行に形成されており、その両端部43a,43aにそれぞれ通電用の上記リード線44が導電接続している。特に、図6に示されるように、抵抗発熱体43の両端部43a,43aには、それぞれその軸線方向に沿って一端が外部に開放する割溝43b,43bが形成され、その割溝43b,43bに対応してリード線44の各一端が絶縁被覆の施されていない偏平板状の接続端子部44aとされている。そして、各リード線44は、その接続端子部44aを割溝43bに差し込んでカーボン接着剤(例えば、日清紡績株式会社製ST−201)で固定され、しかもその接続部分が短絡せぬよう図4に示されるように耐熱板42にて抵抗発熱体43と共に被覆されるようにしてある。
Further, both
尚、リード線44の接続に、図7のようなコ字形の断面を有する金属端子45を用い、その金属端子45を抵抗発熱体43の両端部43a,43aに銜え付け、これにリード線44を接続するようにしてもよい。
Note that a
次に、上記のように構成される金型用面状カーボンヒータの製造方法について説明する。図8は金型用面状カーボンヒータCHの製造に用いる金型であり、これは上型6Aおよび下型6Bで構成され、その両者間には上記耐熱板42を成形するための凹型となるキャビティ6Cが形成されている。
Next, the manufacturing method of the planar carbon heater for metal mold | die comprised as mentioned above is demonstrated. FIG. 8 shows a mold used for manufacturing the planar carbon heater CH for a mold, which is composed of an upper mold 6A and a
本例において、下型6Bの上部にはストリッパプレート61が設けられ、その内側にキャビティ6Cが成されている。又、下型6Bの背面側には伸縮アクチュエータ62を介して受板63が開閉自在に連結されており、その受板63を貫通するエジェクタピン64を介してストリッパプレート61とエジェクタプレート65が連結されている。更に、下型6Bには、複数の位置決めピン66(図8には一つのみ示される)が軸方向に摺動自在にして内蔵されており、その先端がキャビティ6C内に突出するようになっている。尚、位置決めピン66は、受板63に内蔵されるバネにてキャビティ6C側に付勢されている。
In this example, a
一方、上型6Aには、キャビティ6C内に通じるゲート67が穿設されると共に、キャビティ6Cに対応する数箇所においてキャビティ6C内に向けてバネ付勢される押圧ピン68(図8には一つのみ示される)が内蔵される。
On the other hand, the upper die 6A is provided with a
そして、本例によれば、上記のように構成される金型用面状カーボンヒータCHを製造するに際して、先ず上型6Aおよび下型6Bを開いた状態で、下型6Bに形成されるキャビティ6C内に予め作成しておいた所定の線形パターンを有する定形カーボン製の抵抗発熱体43を配置する。尚、その抵抗発熱体43は、図9のように位置決めピン66により定位置に位置決めされ、しかもキャビティ6Cの底面に平行する状態で該キャビティ6Cの高さ方向中間位置に支持される。又、図9に示されるように、キャビティ6C内に配置する抵抗発熱体43の両端部には、図6または図7に示した方式で予めリード線44を接続しておく。
And according to this example, when manufacturing the planar carbon heater CH for molds configured as described above, the cavity formed in the
しかして、キャビティ6C内に対する抵抗発熱体43の配置を完了したら、上型6Aおよび下型6Bを閉じるのであり、これにより抵抗発熱体43は図10に示されるよう位置決めピン66と押圧ピン68により上下方向から挟まれてキャビティ6C内の定位置に拘束されることになる。
When the arrangement of the
そこで、ゲート67を通じてキャビティ6C内に上記耐熱板42と成すセラミックスラリーを充填する。セラミックスラリーは、加熱することにより電気絶縁性および熱伝導性を有する硬化物となるもので、これにはシリカなどを主成分とする無機接着剤(例えば、朝日化学工業株式会社製スミセラムS−17D)を好適に用いることができる。そして、係るセラミックスラリーを充填後、上型6Aおよび下型6Bを閉じたまま、その両者に内蔵される図示せぬ電熱線に通電してセラミックスラリーを加熱硬化(例えば、150℃/30分)させるのであり、これにより上記のような金型用面状カーボンヒータCHが得られる。
Therefore, the ceramic slurry formed with the heat-
尚、セラミックスラリーの硬化後、上型6Aおよび下型6Bを開き、次いで伸縮アクチュエータ62により下型6Bおよび受板63を開いてキャビティ6C内から位置決めピン66を抜き去り、しかしてストリッパプレート61を押し上げることにより、キャビティ6C内から完成した金型用面状カーボンヒータCHを取り出すことができる。又、得られた金型用面状カーボンヒータCHには、位置決めピン66と押圧ピン68との位置に凹みが生じていることになるが、その凹みは上記と同じセラミックスラリーの充填を以て後から塞がれる。
After the ceramic slurry is hardened, the upper die 6A and the
ここで、以上のようにして得られた金型用面状カーボンヒータCHに通電してその表面温度を測定したところ、同サイズのセラミックヒータに比べ、図11のように印加電圧100V、50V、30V、20Vの何れにおいても、優れた昇温速度特性を有することが確認された。 Here, when the surface temperature of the mold planar carbon heater CH obtained as described above was energized and its surface temperature was measured, the applied voltage was 100V, 50V, as shown in FIG. It was confirmed that both 30V and 20V have excellent temperature increase rate characteristics.
従って、同金型用面状カーボンヒータCHを熱源とするヒータユニット4を内蔵した金型装置によれば、その内部に充填された成形材料(溶融材料)を急速加熱して、ウェルドラインの無い高品質の成形物を効率的に量産することを期待できる。
Therefore, according to the mold apparatus incorporating the
以上、本発明を図面に基づき説明したが、カーボン線から成る抵抗発熱体43は、図示例のような櫛形の線形パターンに限らず、種々の線形パターンに形成することができる。例えば、円柱状の物(肉厚物)を成形するべく、金型の外側がその円柱形状に沿った曲面を有している場合、その曲面に沿ったヒータを使用すれば、円柱状物の急速加熱も容易に行なうことができる。又、本発明に係る金型装置は、面状カーボンヒータCHを熱源とするヒータユニット4を可動型1、あるいは可動型1と固定型2の双方に内蔵して構成することもできる。
Although the present invention has been described with reference to the drawings, the
1 可動型
13 コア
2 固定型
24 キャビティプレート
24a キャビティ
24b 伝熱壁
26 冷却通路
27 ヒータ収容部
3 製品成形部
4 ヒータユニット
41 耐熱筐体
CH 面状カーボンヒータ
42 耐熱板
43 抵抗発熱体
43b 割溝
44 リード線
44a 接続端子部
45 金属端子
5 ヒータ移動機構
6A 上型
6B 下型
6C キャビティ
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