CN101352901A - 模具 - Google Patents

Abstract

一种模具，包括座体、支撑板、模仁以及至少一螺旋感应线圈。座体具有一容纳空间，且此容纳空间具有一开口。支撑板配置于开口处。模仁由磁性材料所构成，并且配置于支撑板上。螺旋感应线圈配置于容纳空间内，用以产生感应磁场。感应磁场通过模仁，而在模仁表层产生涡电流，加热模仁。本发明其利用电磁感应方式达到快速与持续性的加热，并具有高加热穿透率的优点。

Description

模具

技术领域

本发明是有关于一种模具，且特别是有关于一种利用感应磁场来加热模穴的模具。

背景技术

塑料材料具有质轻坚固、耐化学性佳及成型容易等特性，故在工业的应用上相当广泛。在塑料成型的制程中，常以塑料模具射出成型的技术来完成。

然而，一般塑料模具皆无加热装置。在融胶离开射出机喷嘴后，高温融胶随即进入冷却期，融胶由模穴接触表面开始产生冷凝层而逐渐向塑料成品中心冷却固化。在成形过程中，模具温度不足会造成许多成形不良的问题。

图1A至图1D为现有利用模具进行射出成型工艺的示意图。请参考图1A，当射出的成品为薄长件时，融胶110因温度不足而固化，以致于堵塞通道而无法流动至模穴112的末端，造成成形不良。图1B所绘示为欲射出末端肉厚较厚的成品。在保压(packing)期间，因融胶120在前端肉薄处122冷却速度较快而固化，导致无法持续对末端肉厚处124作胶料补充，于是在末端肉厚处124产生收缩痕。

请参考图1C，当模具中具有细微几何结构134时，会因冷凝层132的固化使胶料130无法完全填充至细微结构134中，因而成品无法得到完整的几何结构复印效果。

请再参考图1D，模具中因成品局部较薄或具有孔洞，会使融胶140的流动紊乱。在冷却过程中，容易于融胶140会合处产生结合线142，造成成品外观上的不良。

综上所述，一般塑料模具因缺乏加热装置，而在成形的过程中产生成形不良的缺点。虽然目前已有许多加热方法或设备衍生而出，但仍有无法提供持续性的加热或是加热穿透率不佳等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种模具，其利用电磁感应方式达到快速与持续性的加热，并具有高加热穿透率的优点。

本发明的技术解决方案是：一种模具，其包括座体、支撑板、模仁(stamper)以及至少一螺旋感应线圈(solenoid induced coil)。座体具有一容纳空间，且此容纳空间具有一开口。支撑板配置于开口处。模仁由磁性材料所构成，并且配置于支撑板上。螺旋感应线圈配置于容纳空间内，用以产生一感应磁场，并使感应磁场通过模仁，而在模仁表层产生涡电流，加热模仁。

在本发明的一实施例中，上述螺旋感应线圈的中心轴实质上平行于支撑板。

在本发明的一实施例中，上述的模具具有多个螺旋感应线圈，且所述螺旋感应线圈可为相互并联、相互串联或是相互独立。

在本发明的一实施例中，上述多个螺旋感应线圈分别对应于模仁的不同区域，并分别产生不同大小的感应磁场。更详细而言，对应于模仁的不同区域的螺旋感应线圈可以分别具有不同大小的截面、不同的线圈密集度或是不同的线径，以产生不同大小的感应磁场。

在本发明的一实施例中，上述模仁具有曲面，且螺旋感应线圈靠近曲面的部分沿着曲面的外型延伸，而与曲面维持固定的间距。

在本发明的一实施例中，上述模具还包括至少一中心块，其配置于容纳空间内，且每一螺旋感应线圈缠绕于所对应的中心块上。此外，中心块内部可以具有至少一孔道，以供冷却媒介流经。

在本发明的一实施例中，上述支撑板内具有至少一孔道，以供冷却媒介流经。

在本发明的一实施例中，上述模仁由铁磁性材料所构成。

在本发明的一实施例中，上述座体由不导磁的材料所构成。

在本发明的一实施例中，上述支撑板由不导磁的材料所构成。

在本发明的一实施例中，上述座体包括底部以及侧壁，其中底部由不导磁的材料所构成，而侧壁由磁性材料所构成，并与模仁表层连接。

在本发明的一实施例中，上述侧壁由铁磁性材料所构成。

基于上述，本发明在模具内配置感应线圈，以产生感应磁场，并利用感应磁场产生的涡电流在射出成型过程中对模仁加热，以提供快速、持续以及高穿透率的加热效果。采用本发明的模具可以在射出成型过程中使模温快速达到预期的目标并且维持稳定，因此可大幅改善因加热效果不佳所导致的成形不良的问题，有助于提升制程良率。

附图说明

图1A至图1D为现有利用模具进行射出成型工艺的示意图。

图2为依照本发明的一实施例的一种模具的示意图。

图3绘示依照本发明另一实施例的一种模具。

图4A-4D分别绘示依照本发明的多个实施例的螺旋感应线圈采用不同连接方式的示意图。

图5为依照本发明的一实施例的一种模具的剖面图。

图6绘示依照本发明的一实施例的一种模具的示意图。

图7为依照本发明的一实施例的具有不同线圈截面的螺旋感应线圈的示意图。

图8为依照本发明的一实施例的具有不同的线圈密集度的螺旋感应线圈的配置示意图。

图9A为依照本发明的一实施例的螺旋感应线圈与加工成品之间的相对位置示意图。

图9B为图9A沿着A-A’线的延伸方向的剖面图。

图10A绘示依照本发明的一实施例应用于曲面加热的螺旋感应线圈的配置图。

图10B为图10A的螺旋感应线圈与模仁沿另一视角的示意图。

【主要组件符号说明】

110、120、130、140：融胶    112：模穴

122：前端肉薄处             124：末端肉厚处

132：冷凝层                 134：细微结构

142：结合线                 200：模具

210：座体                   212：容纳空间

212a：开口                  214：底部

216：侧壁                   220：支撑板

230、330、430、610：模仁

240、242、244、246、248、620：螺旋感应线圈

250、342、344、346、410：中心块

250a：沟槽                  250b：孔道

310、312、314、316、318：电流源

322、324、326、422、424、522、524：线圈组

332、612：曲面              432：模仁前端

434：模仁末端               510：加工成品

512：凹陷区域               E：感应磁场

T1、T2、T3：线圈截面

具体实施方式

为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

需注意的是，下列不同实施例中所提出的作为示例的细部结构都可以在合理的情况下相互组合、替换或被省略，以适应不同的实际需求。本技术领域中具有通常知识者在参照下列实施例的说明后应能理解本发明的构思与技术特征，并且在不脱离本发明的构思范围内做出合理的变化与应用。此外，为了方便说明，并使说明内容能更易于被理解，下文采用相同的标号来表示类似的组件，并可能省略重复的文字说明。

图2为依照本发明的一实施例的一种模具的示意图。请参考图2，模具200包括座体210、支撑板220、模仁230以及多个螺旋感应线圈240。座体210具有容纳空间212，且容纳空间212具有开口212a。此外，支撑板220配置于开口212a，而模仁230由磁性材料所构成，并配置于支撑板220上。座体210的容纳空间212内配置有螺旋感应线圈240。当电流通过螺旋感应线圈240时，会产生相应的感应磁场E。一般而言，感应磁场E的大小和螺旋感应线圈240的匝数以及截面半径相关。当电流断路时，感应磁场E也会同时消失。

承上所述，在本实施例中，感应磁场E通过模仁230而在模仁230表层产生涡电流，在融胶填充前与填充过程中，模仁230因涡电流的产生而可对模穴加热。

本实施例的模仁230例如是由铁磁性材料所构成，以提供较佳的电磁感应效果。此外，其它不需要加热的部分，如座体210或支撑板220可由不导电、不导磁的材料所构成。为了在射出成型后提供较佳的散热效果，座体210或支撑板220还可以采用高导热系数的材料来制作，以快速地将模穴中的热量经由模仁230以及高导热特性的支撑板220与座体210散逸至外界。另外，螺旋感应线圈240的中心轴例如是实质上平行于支撑板220的延伸方向，以确保模仁230受到均匀的磁场感应。当然，在可能的情况下，也可以调整螺旋感应线圈240的中心轴与支撑板220的相对位置，以符合实际需求。

除了上述实施例之外，本发明考虑到感应磁场通过模仁的磁力线密度对于加热效果有重大的影响，因此进一步对模具的座体进行改进。

图3绘示依照本发明另一实施例的一种模具。如图3所示，本实施例所述的座体210包括一底部214及一侧壁216，其中底部214由不导磁的材料所构成，而侧壁216由磁性材料所构成，例如铁磁性材料，并与模仁230表层连接。同样地，模仁230下方配置有螺旋感应线圈240，且高周波电流通过螺旋感应线圈240以产生感应磁场E。由于座体210的侧壁216具有磁导性，因此可以由侧壁216来调整感应磁场E通过模仁230的磁力线密度，例如增加通过模仁230表面的磁力线密度，以达到更快速的加热效果。

此外，由于可以增加感应磁场E通过模仁230的磁力线密度，因此即使将螺旋感应线圈240与模腔之间的距离加大，也可以对模仁230提供一定强度的感应磁场。另一方面，螺旋感应线圈240与模腔之间的距离加大，可提供更大的结构设计空间，将有利于提高模具200的整体强度。

上述多个实施例在模仁下方配置螺旋感应线圈，以利用螺旋感应线圈所产生的感应磁场来加热模仁，使得模仁上方的模穴可以在射出成型过程中维持稳定的温度，达到良好的成型效果。此外，上述利用感应磁场来加热模具的结构具有加热快速的优点，可以改善现有无法持续对胶料加热或是加热穿透率不佳等问题，且不会使热量随模具巨大的质量而流失，因而可使模温达到预期的目标。

值得一提的是，本发明不限定螺旋感应线圈的数量，换言之，螺旋感应线圈的数量可以依据实际状况改变。举例而言，本发明的模具可以仅具有一个螺旋感应线圈，或是多个螺旋感应线圈。当模具具有多个螺旋感应线圈时，这些螺旋感应线圈可以采用并联、串联或是各自独立的方式来驱动，以适应不同的设计需求。以下进一步列举多个实施例来说明不同的螺旋感应线圈的连接方式。

图4A-4D分别绘示依照本发明的多个实施例的螺旋感应线圈采不同连接方式的示意图。首先，图4A绘示单一个螺旋感应线圈240的配置方式，此螺旋感应线圈240的两端连接到电流源310，以在通入电流到螺旋感应线圈240后对模仁230提供感应磁场E。

此外，图4B绘示多个螺旋感应线圈的配置，例如螺旋感应线圈242与244，其分别对应于模仁230的不同区域。螺旋感应线圈242与244分别由不同的电流源312与314来驱动，可对模仁230的不同区域提供不同特性的感应磁场E。

图4C绘示采用串联方式来连接多个螺旋感应线圈的配置。如图4C所示，螺旋感应线圈242与244相互串接，且串接线路的两端连接到电流源316。此种配置方式可以依需求调整螺旋感应线圈的数量与位置，以在通入电流到螺旋感应线圈242与244后对模仁230的特定位置提供感应磁场E。

图4D绘示同时采用并联与串联方式来连接多个螺旋感应线圈的配置。如图4D所示，两组螺旋感应线圈242与244、246与248分别相互串接，而后此两组螺旋感应线圈再相互并联，且并联线路的两端连接到电流源318。此种配置方式可针对模仁230的特定部位的不同加热需求而弹性调整螺旋感应线圈的数量与位置。可进一步地对模仁230的特定区域提供不同特性的感应磁场E。

上述实施例中的螺旋感应线圈可为相互独立且可采用单一模组或一个以上的组合，以并联或串联控制，便于使用在尺寸快速变化的成品上。换言之，螺旋感应线圈可为多个模组以便于做多段独立电流的切换控制。举例而言，需求热度较高的区域，可使用较高功率及高频率的电源输入于此区域下方的螺旋感应线圈，增加此区域的加热温度与速度，以得到局部且独立的温度控制效果。

更进一步来说，螺旋感应线圈分别对应于模仁的不同区域，通过切换控制多段独立电流的大小，可分别产生不同大小的感应磁场，以便于适应较难具有良好复印效果的成品，例如薄长件、局部厚薄差异过大的成品或是流动末端厚度较厚的射出成品。

另外，为了对模仁下方的螺旋感应线圈提供支撑，以维持螺旋感应线圈的构形，并且提高整体结构的强度，本发明还可以在支撑板下方配置螺旋感应线圈的支撑结构。

图5为依照本发明的一实施例的一种模具的剖面图。请参考图5，容纳空间212内配置有一或多个中心块250，且每一螺旋感应线圈240缠绕于所对应的中心块250上。

更详细而言，本实施例的中心块250上具有螺旋型沟槽250a，而螺旋感应线圈240被缠绕于所对应的中心块250的沟槽250a内。螺旋型沟槽250a的深度、宽度与沟槽间距并无特殊的限制，但仍须与螺旋感应线圈240能相互配合为妥，进而可对螺旋感应线圈240提供良好的固定效果。通过中心块250与螺旋感应线圈240的相互配合，可维持螺旋感应线圈240的构形，并且提高整体结构的强度。

本发明为了对模具提供良好的冷却效果，还可以进一步在支撑板、中心块或是模具中其它可能的位置上形成散热结构，例如可供冷却液或冷却气体等冷却媒介流经的孔道，以带走模具内的热量。

图6绘示依照本发明的一实施例的一种模具的示意图。在本实施例中，支撑板220、中心块250或模具200中其它可能的位置内，皆可具有一个或多个孔道250b，以供冷却媒介流经，而形成良好的散热结构。螺旋感应线圈240位于模仁230下方，且螺旋感应线圈240需被封装并且内部通有冷却媒介，用以冷却导线。

冷却媒介经由孔道250b在模具200之内流动，以带走模具200内的热量，可使成品快速地脱模，以提高生产效率。本发明并不限定冷却媒介的型态，举凡能提供良好冷却效果的冷却液体或冷却气体皆可视实际需求而采用。冷却媒介可以是水或其它适当的液体，抑或是采用冷却气体，例如氦气等。

本发明在模仁下方配置螺旋感应线圈，通以电流后，利用螺旋感应线圈所产生的感应磁场通过模仁，而在模仁表层产生涡电流用以加热模仁。然而，本发明并不限定对应于模仁不同区域的螺旋感应线圈的截面、线径或是线圈密集度。对应于模仁的不同区域的螺旋感应线圈可以分别具有不同大小的截面、不同的线圈密集度或是不同的线径。

换言之，螺旋感应线圈的截面、线径或是线圈密集度可以依据实际状况改变，以满足不同的设计需求。以下更进一步列举多个实施例来作为说明。

图7为依照本发明的一实施例的具有不同线圈截面的螺旋感应线圈的配置示意图。请参考图7，螺旋感应线圈缠绕于多个不同大小的中心块342、344与346上而分为多个线圈组322、324与326。这些线圈组322、324与326对应于中心块342、344与346而分别具有不同的线圈截面大小T1、T2及T3。在本实施例中，模仁330具有一曲面332。为了避免在对模仁330的曲面332加热时产生加热不均的问题，可使具有不同线圈截面大小T1、T2、T3的线圈组322、324与326分别对应于曲面332的不同位置，使得线圈组322、324与326与模仁330的曲面332之间维持相近的距离，以对模仁330提供均匀的加热效果。当然，本发明在此处并不限定中心块与线圈组的数量。一般而言，使用较多的中心块与线圈组有助于让螺旋感应线圈更贴近模仁的外型。在本发明的其它实施例中，模仁不限定为曲面，本领域的技术人员可视模仁本身的形状来调整螺旋感应线圈与中心块的配置，以达到较佳的加热效果。

图8为依照本发明的一实施例的具有不同的线圈密集度的螺旋感应线圈的配置示意图。请参考图8，螺旋感应线圈缠绕于中心块410上，且包括具有不同线圈密集度的线圈组422与424，其中基于不同的线圈密集度，在相同单位长度内，线圈组422的线圈匝数会大于线圈组424的线圈匝数。

在本实施例中，模仁430的前端432较薄而末端434较厚，因此在加热过程当中，融胶在模仁前端432的冷却速度较快。为了避免融胶在模仁前端432先行固化而堵塞通道，本实施例将线圈密集度较高的线圈组422配置于厚度较薄的模仁前端432，利用线圈组422提供较大的感应磁场来提高对模仁前端432的加热速度，以避免在成形的过程中因模仁前端432先行固化堵塞而产生成形不良的缺点。

另外，在本发明的其它实施例中，还可依产品曲面来弯折线圈以搭配实际需要。试列举实施例如下。

图9A为依照本发明的一实施例的螺旋感应线圈与加工成品之间的相对位置示意图。图9B为图9A沿着A-A’线的延伸方向的剖面图。请同时参考图9A与图9B，本实施例所绘示的加工成品510例如是一手机薄壳件，其在局部结构上具有较大的高度落差，例如具有凹陷区域512。因应凹陷区域512需要较高的加热温度，因此本实施例在凹陷区域512所对应的位置上配置线径较小且线圈密集度较高的线圈组522。其余部位则配置线径相对较大且线圈密集度较低的线圈组524。为了符合凹陷区域512的外型，更可进一步将线圈组522沿着凹陷区域512的表面弯折，以维持螺旋感应线圈与成品之间的较佳距离，提高制作工艺合格率。

图10A绘示依照本发明的一实施例应用于曲面加热的螺旋感应线圈的配置图。图10B为图10A的螺旋感应线圈与模仁沿另一视角的示意图。请同时参考图10A及图10B，模仁610具有一曲面612，而螺旋感应线圈620贴近模仁610的曲面612，并沿着曲面612的外型延伸，而与曲面612维持固定的间距。据此，可确保模仁610受到均匀的磁场感应，进而得到良好的加热效果。

综上所述，本发明的螺旋感应线圈可安装于模具内部，再通以高周波电流，使电流通过螺旋感应线圈而产生相应的感应磁场，并利用感应磁场通过模仁而在模仁表层产生涡电流来加热模穴。本发明还可于塑料模具射出成型过程中作持续性的加热，而具有输入能源需求小、加热均匀及加热快速等优点，更可进一步避免射出成形时可能发生的成形不良的问题。另一方面，本发明还可以利用座体的侧壁具有磁导性的特征而调整感应磁场通过模仁的磁力线密度，意即改变磁场密度的分布。在操作上，可增加通过模仁表面的磁力线密度，以达到更快速的加热效果。此外，由于可对模仁提供一定强度的感应磁场，故可将感应线圈与模腔的距离加大，而提供更大的结构设计空间，以利模具整体结构强度的提升。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (18)

1.一种模具，其特征在于，该模具包括：

一座体，具有一容纳空间，且该容纳空间具有一开口；

一支撑板，配置于该开口；

一模仁，由磁性材料所构成，并且配置于该支撑板上；以及

至少一螺旋感应线圈，配置于该容纳空间内，用以产生一感应磁场，并使该感应磁场通过该模仁，而在该模仁表层产生涡电流，加热该模仁。

2.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该至少一螺旋感应线圈的中心轴实质上平行于该支撑板。

3.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该至少一螺旋感应线圈为多个螺旋感应线圈。

4.如权利要求3所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈相互并联或相互串联。

5.如权利要求3所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈相互独立。

6.如权利要求3所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈分别对应于该模仁的不同区域，并分别产生不同大小的感应磁场。

7.如权利要求6所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈对应于该模仁的不同区域而分别具有不同大小的截面。

8.如权利要求6所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈对应于该模仁的不同区域而分别具有不同的线圈密集度。

9.如权利要求6所述的模具，其特征在于，所述螺旋感应线圈对应于该模仁的不同区域而分别具有不同的线径。

10.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该模仁具有一曲面，且该至少一螺旋感应线圈靠近该曲面的部分是沿着该曲面的外型延伸，而与该曲面维持固定的间距。

11.如权利要求1所述的模具，其特征在于，还包括至少一中心块，配置于该容纳空间内，且每一螺旋感应线圈缠绕于所对应的中心块上。

12.如权利要求11所述的模具，其特征在于，每一中心块内具有至少一孔道，以供一冷却媒介流经。

13.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该支撑板内具有至少一孔道，以供一冷却媒介流经。

14.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该模仁由铁磁性材料所构成。

15.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该座体由不导磁的材料所构成。

16.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该支撑板由不导磁的材料所构成。

17.如权利要求1所述的模具，其特征在于，该座体包括：

一底部，由不导磁的材料所构成；以及

一侧壁，由磁性材料所构成，并与该模仁表层连接。

18.如权利要求17所述的模具，其特征在于，该侧壁由铁磁性材料所构成。

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