CN103042629A - 成形面加热装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成形面加热装置及成形方法。在成形面加热装置中，通过电磁感应而在金属模中产生涡流从而对金属模的成形面进行加热。成形面加热装置具有导电部件和线圈。导电部件相对于金属模在成形面以外的面上电连接及分离。线圈对导电部件及金属模供给磁通，该磁通产生横跨该导电部件及金属模且经由所述成形面的涡流。

Description

成形面加热装置及成形方法

技术领域

本发明涉及通过感应加热对金属模的成形面进行加热的成形面加热装置及成形方法。

背景技术

在树脂产品的成形中，存在下述情况：在通过加热后的金属模对材料进行成形之后，将成形品在金属模内冷却直至能够将其不变形地从金属模中取出的温度。该情况下，由于在各成形周期中反复进行金属模的加热和冷却，因此，为了缩短周期时间，需要迅速地进行各成形周期中的金属模的加热及冷却。

为了迅速地进行金属模的加热及冷却，优选仅对金属模的含有成形面的表面局部地进行加热。作为对金属模的表面局部地进行加热的方法，已知基于感应加热的金属模的加热。

例如，专利文献1(JP-A-2007-535786)公开了下述技术：将通过感应器而生成的电磁场施加在配置于感应器与成形材料之间的金属模等的中间要素上，由此对中间要素进行加热。该技术中，以通过电磁场而在中间要素内感应的电流在中间要素的外表面及内表面的表面上循环的方式在中间要素内配置有间隙或绝缘体。

为了通过感应加热而迅速地对金属模的成形面进行加热，需要产生更大的感应电动势。根据法拉第定律，感应电动势ε由ε＝-NS(dB/dt)表示。在此，N为线圈的绕数，S为磁通贯穿的面积，而且dB/dt为磁通密度的时间变化。

因此，在对金属模施加由线圈而生成的磁通的情况下，通过改变线圈的绕数，能够使感应电动势增大。但是，这种方式存在局限性。另外，可以如上述的专利文献1那样，通过对金属模的形状等加以设计从而使通过成形面的涡流的感应电动势增大，但这种方式同样存在局限性。

因此，如果存在使产生于金属模的感应电动势更有效地增大的其他的方法，由于能够更迅速地对金属模的成形面进行感应加热，因而更好。

发明内容

本发明的实施方式涉及能够更迅速地对金属模具的成形面进行感应加热的成形面加热装置及成形方法。

附图说明

图1(a)是适用了实施方式的成形面加热装置的金属模装置的示意性的主视图。

图1(b)是图1(a)的A-A剖视图。

图2是示意性地表示在图1(a)的金属模装置中涡流流动的情形的立体图。

图3是对在图1(a)的金属模装置中加热一对金属模并冷却时的成形面的温度的时间变化与比较例一同进行表示的图表。

图4是表示不使用导电部件而对一对金属模进行加热的情形的图。

图5是表示通过两个导电部件将一对金属模的两端连接并对各金属模进行加热的情形的图。

附图标记的说明

1...成形面加热装置，2a、2b...金属模，3...涡流，4a、4b...成形面，5...导电部件，6...磁通，7...线圈。

具体实施方式

以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1(a)是适用了本发明的一个实施方式的成形面加热装置的金属模装置的示意性的主视图，图1(b)是图1(a)的A-A线剖视图。如图1(a)及图1(b)所示，该成形面加热装置1，通过电磁感应使一对金属模2a及2b中产生涡流3，从而对金属模2a及2b的成形面4a及4b进行加热。

为了进行该成形面4a及4b的感应加热，成形面加热装置1具有：导电部件5，其相对于金属模2a及2b，在其成形面4a及4b以外的面上，电连接及分离；线圈7，当导电部件5与金属模2a及2b电连接时，该线圈7用于对导电部件5以及金属模2a及2b供给磁通6。以产生横跨导电部件5及金属模2a及2b而且经由成形面4a及4b的涡流3的方式进行磁通6的供给。

在图1(b)中，表示了导电部件5相对于金属模2a及2b电连接的状态。金属模2a及2b在闭合状态下具有长方体状的外形，其上表面及下表面以与线圈7的中心轴线垂直的方式配置。金属模2a及2b的开闭在与线圈7的中心轴线垂直的方向上进行。因此，金属模2a及2b的对合面(分型面)平行于线圈7的中心轴线。

导电部件5具有长度与金属模2a及2b的高度相等的棱柱状的形态，在其中心轴线与线圈7的中心轴线平行的状态下与金属模2a及2b连接。导电部件5的侧面中的、位于相互相反侧的两个侧面成为用于使导电部件5与金属模2a及2b电连接的连接面5a及5b。金属模2a及2b的对合面中的一部分成为具有与连接面5a及5b相等的面积及形状的连接面8a及8b。

金属模2a及2b向导电部件5的连接通过下述方式进行：以连接面5a及5b分别与连接面8a及8b相对的方式将导电部件5配置在金属模2a及2b之间，并使连接面5a及5b与连接面8a及8b紧密接触。导电部件5相对于金属模2a及2b的连接及离开时的导电部件5的驱动通过驱动机构9进行。

作为导电部件5的材料，优选电阻尽可能小的材料。例如，适合采用钢材或铝材。

在导电部件5连接在金属模2a及2b上的状态下，作为金属模2a及2b以及导电部件5的整体的外形具有大致长方体的形状。如图1(b)所示，线圈7，在其轴线方向上观察的情况下，具有能够包围该长方体形状的大小，并且以包围该长方体形状的方式配置。

不过，如图1(a)所示，线圈7由以下两部分构成：线圈部分7a，其在连接有导电部件5的金属模2a及2b的上端部的上方接近该上端部地配置；线圈部分7b，其在下端部的下方接近该下端部地配置。

以这种方式将线圈7分割为线圈部分7a和线圈部分7b，这是为了避免在金属模2a及2b的开闭及导电部件5的驱动时，金属模2a及2b、导电部件5与线圈7发生干涉。因此，在采用了不对线圈7进行分割也不会对金属模2a及2b的开闭及导电部件5的驱动构成阻碍的措施的情况下，不需要分割构成线圈7。

该结构中，当使用树脂等的成形材料来成形工件时，首先，进行将导电部件5电连接在金属模2a及2b上的连接工序。

即，在开放状态的金属模2a及2b之间，通过驱动机构9配置导电部件5。以金属模2a及2b的连接面8a及8b分别与导电部件5的连接面5a及5b相对的方式进行这一配置。然后，通过使金属模2a及2b向闭合方移动，从而使连接面5a及5b与连接面8a及8b紧密接触。

由此，导电部件5相对于金属模2a及2b电连接。另外，由此，金属模2a及2b经由导电部件5而相互地电连接。

接着，进行对金属模2a及2b的成形面4a及4b进行加热的加热工序。成形面4a及4b的加热通过对线圈7流过高频电流而进行。若高频电流在线圈7中流动，则高频的磁通6通过大致与导电部件5以及金属模2a及2b的各横截面(与图1(b)的截面平行的各截面)垂直的路径，产生沿各横截面的涡流3。

图2是示意性地表示该涡流3流动的情形的立体图。由于导电部件5以及金属模2a及2b电气性地成为一体，因此，如图2所示，涡流3沿着横跨导电部件5以及金属模2a及2b的环状的路径流动。该路径与导电部件5以及金属模2a及2b的横截面平行地形成。另外，由于涡流3为高频，因此会产生集肤效应(Skin Effect)。即，越是接近导电部件5以及金属模2a及2b一体化而成的导体的表面，涡流3的电流密度越高。

因此，涡流3在金属模2a及2b的成形面4a及4b所存在的横截面上，实质上经由成形面4a及4b地流动。由此，成形面4a及4b通过基于涡流3的焦耳热而被高效且迅速地加热。此外，不会产生仅在金属模2a或2b或者导电部件5的各内部循环的涡流。

该加热工序后，金属模2a及2b向开放方向移动，导电部件5的相对于金属模2a及2b的连接被解除。然后，通过驱动机构9，导电部件5从金属模2a及2b之间退避。

接着，通过在加热工序中成形面4a及4b被加热了的金属模2a及2b进行成形工件的成形工序。即，金属模2a及2b向闭合方向移动，被合模，从而在成形面4a及4b之间形成型腔。然后，对型腔内注射熔融后的成形材料，型腔被填充。在该填充进行的期间，成形材料通过被加热的成形面4a及4b而被适当地保温，因此能够无障碍地进行填充，并进行工件的成形。

接着，进行将金属模2a及2b冷却的冷却工序。即，金属模2a及2b冷却直至成形后的工件能够无阻碍地脱模的温度。此时，由于在上述加热工序中，因集肤效应而主要对金属模2a及2b的表面进行加热，没有加热至金属模2a及2b的深部，因此，能够迅速进行金属模2a及2b的冷却。

该冷却工序后，金属模2a及2b被开放，成形品被取出。由此，完成一个周期的成形。

图3是对如本实施方式那样使用导电部件5对金属模2a及2b进行加热然后冷却时的成形面4a及4b的温度的时间变化进行表示的图表。图3中，与表示该时间变化的图表曲线10一同地，作为比较，一并表示了在不同条件下进行加热的情况下的同样的图表曲线11及图表曲线12。

图表曲线11表示如图4所示不使用导电部件5而对成形面4a及4b进行加热的情况下的成形面4a及4b的温度的时间变化。图表曲线12表示如图5所示将两个导电部件5连接在金属模2a及2b的两侧从而对金属模2a及2b进行加热的情况下的成形面4a及4b的温度的时间变化。对于与导电部件5相关的条件以外的其他条件，得到图表曲线11及12时的条件与得到图表曲线10时的条件相同。

根据图3，在本实施方式的情况下，如图表曲线10所示，从刚开始加热后成形面4a及4b开始升温，停止加热并开始冷却时，迅速地进行冷却。即，与图表曲线11表示的不使用导电部件5的情况相比，成形面4a及4b的加热及冷却迅速地进行。

认为这一差异是由于涡流3的路径的不同而产生的。即，在本实施方式的情况下，如图1(b)所示，涡流3经导电部件5在围绕遍及金属模2a及2b的比较大的区域的路径上流动。此时，通过来自贯穿该路径的线圈7的磁通6会产生比较大的感应电动势，因此，涡流3成为比较大的电流。

与之相比，在不使用导电部件5的情况下，如图4所示，涡流3在金属模2a及2b各自的内部闭合的路径上流动。因此，贯穿涡流3的磁通6的变化小，因此，基于磁通6的感应电动势小。因此，涡流3与本实施方式的情况相比小。

另外，在如图5所示，在将两个导电部件5分别连接在金属模2a及2b的两侧的情况下，如图表曲线12所示，可以看到在加热刚开始后几乎不升温，此后才开始升温。

这是由于以下原因：在图5的例子的情况下，通过金属模2a及2b以及两个导电部件5形成环状的导体，因此，涡流3主要在该导体的外侧表面上流动。该情况下，位于环状的导体的内侧表面的成形面4a及4b，在加热开始时不被加热，此后，外侧表面的热通过热传递而传递至成形面4a及4b，因此成形面4a及4b的升温迟缓。

以上，根据本实施方式，对一对金属模2a及2b设置导电部件5，该导电部件5在金属模2a及2b的成形面4a及4b以外的面上电连接及分离，当金属模2a及2b被加热时，涡流3横跨导电部件5以及金属模2a及2b、且经由成形面4a及4b地流动，因此，与以往相比能够迅速地对金属模2a及2b的成形面4a及4b进行感应加热。

此外，本发明不限于上述实施方式。例如，在上述中，对向由一对金属模2a及2b构成的型腔内填充成形材料而进行成形的情况进行了说明，但并不限于此，对于对金属模的成形面进行加热，通过该成形面不形成型腔地进行成形的情况也能够适用本发明。

例如，对于在两个金属模的成形面之间挤压成形对象而进行成形，或是在一个金属模的成形面上载置成形材料而进行成形的情况也能够适用本发明。

根据上述实施方式，通过电磁感应而在金属模中产生涡流从而对该金属模的成形面进行加热的成形面加热装置可以具有：导电部件，其相对于所述金属模，在该金属模的成形面以外的面上电连接及分离；线圈，当所述导电部件与所述金属模电连接时，该线圈用于对该导电部件及金属模供给磁通，该磁通产生横跨该导电部件及金属模且经由所述成形面的涡流。

根据该构造，线圈所产生的磁通被供给至导电部件及金属模。由此，产生横跨导电部件及金属模且经由成形面的涡流。因此，与仅对金属模供给磁通从而仅在金属模内形成涡流的以往的情况相比，在实施方式的构造中，涡流在围绕更大区域的路径上循环。产生该涡流的感应电动势的大小与涡流的流动路径内的磁通的时间变化成比例。

因此，根据实施方式的构造，能够增大贯穿涡流的路径内的磁通，能够使产生涡流的感应电动势增大。由此，能够以大的涡流迅速地对金属模的成形面进行感应加热。

根据实施方式，所述金属模是分别具有所述成形面的一对金属模，所述导电部件的电连接以所述一对金属模经由该导电部件而电连接的方式，相对于该一对金属模的双方进行，所述磁通的供给，以所述导电部件相对于所述一对金属模的双方电连接时，产生横跨该导电部件和该双方的金属模且经由该双方的金属模的成形面的涡流的方式，相对于该导电部件及双方的金属模进行。

由此，由于形成波及导电部件和一对金属模双方的涡流，因此，涡流的大小更有效地增大。因此，能够更迅速地对金属模的成形面进行感应加热。

另外，根据上述实施方式，成形方法可以具备下述工序：连接工序，对金属模在其成形面以外的部位电连接导电部件；加热工序，在所述连接工序之后，对该导电部件及金属模供给能够产生横跨所述导电部件及金属模且经由所述成形面的涡流的磁通，从而对该成形面进行加热；成形工序，通过在所述加热工序中对成形面进行了加热的金属模来成形工件；冷却工序，在所述成形工序之后，在使所述导电部件从所述金属模分离的状态下对该金属模具进行冷却。

由此，在加热工序中，产生横跨导电部件及金属模且经由成形面的涡流，因此，与仅对金属模供给磁通从而仅在金属模内形成涡流的以往的情况相比，涡流在围绕更大的区域的路径上循环。因此，贯穿涡流的路境内的磁通变大，使感应电动势增大，能够通过大的涡流进行加热。因此，能够以大的涡流迅速地对金属模的成形面进行感应加热。

Claims (3)

1.一种成形面加热装置，通过电磁感应而在金属模中产生涡流从而对该金属模的成形面进行加热，其特征在于，具有：

导电部件，其相对于所述金属模，在该金属模的成形面以外的面上电连接及分离；

线圈，当所述导电部件与所述金属模电连接时，该线圈用于对该导电部件及金属模供给磁通，该磁通产生横跨该导电部件及金属模且经由所述成形面的涡流。

2.如权利要求1所述的成形面加热装置，其特征在于，

所述金属模是分别具有所述成形面的一对金属模，

所述导电部件的电连接以所述一对金属模经由该导电部件而电连接的方式，相对于该一对金属模的双方进行，

所述磁通的供给，以所述导电部件相对于所述一对金属模的双方电连接时，产生横跨该导电部件和该双方的金属模且经由该双方的金属模的成形面的涡流的方式，相对于该导电部件及双方的金属模进行。

3.一种成形方法，其特征在于，具备下述工序：

连接工序，对金属模在其成形面以外的部位电连接导电部件；

加热工序，在所述连接工序之后，对该导电部件及金属模供给能够产生横跨所述导电部件及金属模且经由所述成形面的涡流的磁通，从而对该成形面进行加热；

成形工序，通过在所述加热工序中对成形面进行了加热的金属模来成形工件；

冷却工序，在所述成形工序之后，在使所述导电部件从所述金属模分离的状态下对该金属模具进行冷却。

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