JP2000000823A - 面状ヒーター加熱金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチック成形金型におけるキャビティ表
面部を集中的に効率よく加熱できる製作容易な構成の面
状ヒーターを組み込んで、大型の成形金型であっても製
作容易にする。 【解決手段】 プラスチック成形金型において、キャビ
ティ２の表面形成部には最表面部材４の背面側に、非導
電性材料にてなる第１層（耐熱絶縁層５ａ）と非導電性
断熱材料にてなる第３層（耐熱絶縁層５ｂ）との間に面
状ヒーター３を一体に設けられ、モールドベース８にお
けるキャビティ寄りに冷却水ジャケット９を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
金型におけるキャビティ表面を集中的に効率よく加熱す
ることができるようにされた面状ヒーター加熱金型に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチック成形金型では、成形
時における温度調整を行う方法として、金型ブロック内
に設けられる流通路に熱媒体（水、油などの流体）を循
環させる方法、あるいは棒状電気ヒーターを装着して加
熱する方法などが行われている。

【０００３】また、一部金型の表面に電気絶縁層をコー
ティングした上に、電気発熱体をプラズマＣＶＤやイオ
ンプレーティングして加熱手段を付加する金型などが試
験的に作製されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラスチック成形金型
において、その最も望ましい温度調整は、溶融樹脂のキ
ャビティ内充填中の時点で金型温度を高く安定して保持
し、流動性を確保して充填を完了させ、充填が完了する
と同時に金型を冷却して、速やかに充填された樹脂を固
化させて生産性を高めることである。

【０００５】しかし、従来の金型温度調整は、比較的大
きな体積の金型を温度調整しなければならないため、熱
効率が非常に悪いこと。限られた温度調整回路（熱媒体
通路、または棒状ヒーター）からの温度調整であるた
め、面全体を均一な温度にすることが難しいこと。特
に、成形物の表面積が大きいものである場合はさらに困
難である。局部的に面状ヒーターでの加熱が試みられて
いるが、その面状ヒーターを形成するのに、ＣＶＤまた
はＰＶＤコーティングが前提であるため、その製作上大
型の金型への採用は限界があって困難である。ちなみ
に、この種コーティングを行えるのは１００〜１５０ｃ
ｍ^２ が限界であり、それ以上の大きい金型である場合
には採用することができない。しかも、加工費が非常に
高価となる。という問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、プラスチック成形金型において、
成形品形状を決めるキャビティ表面部を集中的に効率よ
く加熱することができて、大型の成形金型であっても製
作容易な構成の面状ヒーター加熱金型を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明による面状ヒーター
加熱金型は、プラスチック成形金型において、キャビテ
ィの表面形成部には最表面部材の背面側に非導電性材料
にてなる第１層と非導電性断熱材料にてなる第３層との
間に面状発熱体層が一体に設けられ、モールドベースの
キャビティ寄りに冷却液循環経路を備えていることを特
徴とするものである。

【０００８】このように構成される本発明の面状ヒータ
ー加熱金型によれば、キャビティの表面形成部に沿って
その背後に面状発熱体が非導電性材料によって覆われた
状態で一体的に配設されているので、プラスチックの成
形作業時その面状発熱体層に通電して広い範囲に亙り表
層部を加熱することにより、キャビティの表面部のより
均一な加熱が可能となり、射出注入される溶融樹脂の流
動性を良くして成形品の品質を向上させることができ
る。また、大きな成形型であっても、その温度制御を容
易にすることができるという効果を奏するのである。

【０００９】また、本発明にては、前記キャビティの表
面形成部にはその最表面部材が非導電性材料で、その成
形面と反対側に面状発熱体層を一体に付設して、この面
状発熱体層の他方の面に非導電性断熱材料を一体的に配
設されるようにするのがよい。こうすると、加熱される
部分がキャビティ表面部に限定されて、金型本体への熱
の移動が最小限にとどめられて、短時間で前記キャビテ
ィ表面部を均一に加熱することが可能になり、かつ加熱
に要する時間が短縮され、しかも通電を遮断して冷却操
作に切替えるのが容易になって作業性が向上し、省エネ
ルギー化が促進されるという効果を奏するのである。

【００１０】特に、前記面状発熱体層をキャビティ表面
部に近い位置に配設するとともに、その面状発熱体層も
しくはその近傍に温度センサを設けるようにすること
で、前記面状発熱体層による金型の温度を正確に制御で
きることになり、キャビティ内での樹脂の流動性を高
め、成形品の品質（特に、光学歪みの発生をなくする）
を一層向上させることができるという効果を奏するので
ある。

【００１１】前記面状発熱体層は、電気発熱材料をコー
ティングして形成されるようにするのがよい。もちろ
ん、非導電性材料層並びに非導電性断熱材料層もコーテ
ィングして形成するのがよい。こうすると、大型の成形
金型であっても加熱ヒーターの組み込みを容易にして、
大型成形品を高品質で成形することができるという効果
を奏するのである。しかも、キャビティの形状に係りな
くその表面部に近い部分に面状ヒーターを組み込むこと
ができるという効果をも得られるのである。

【００１２】また、前記面状発熱体は、フイルムヒータ
ーであってもよい。また、このような面状発熱体あるい
は前記電気発熱材料をコーティングして形成される面状
発熱体は、非導電性材料（電気絶縁性材料）で覆われる
ようにして金型に対して着脱可能な構成とすることがで
きる。こうすることにより大型の金型であっても前述の
ような温度制御が容易で、高品質のプラスチック成形が
可能になり、しかもコストダウンを図ることができると
いう効果を奏するのである。もちろん、加熱ヒーター部
分を脱着できることでメンテナンスも容易になるという
効果が併せ得られるのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明による面状ヒーター
加熱金型の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつ
つ説明する。

【００１４】図１に本発明に係る面状ヒーター加熱金型
の一実施例断面図が示されている。この実施例図に示さ
れる金型は、射出圧縮成形用のものであって、金型本体
１に形成されるキャビティ２の背後部分に面状発熱体
（以下、面状ヒーターという）３が組み込まれた構造の
もので、平板状の成形品を得るものである。

【００１５】前記キャビティ２の最表面部を形成する最
表面部材４は、ガラス板，金属板（例えばアルミニウム
板など）あるいは耐熱性を備えるプラスチック板（例え
ばポリカーボネートの板）で形成され、その成形面と反
対側に面状ヒーター３が、その前後両面を非導電性材料
（電気絶縁性材料）で耐熱性を有するプラスチックの耐
熱絶縁層５ａ，５ｂによって挟まれて密接配置されてい
る。それら耐熱絶縁層５ａ，５ｂは、例えばエポキシ樹
脂やポリアミド樹脂で形成される。

【００１６】また、前記面状ヒーター３は、例えばチタ
ン系金属やジルコニウムなどのセラミックを主体とする
組成物を絶縁体（集成マイカ，ホウロウ板，ガラス板な
ど）にスクリーン印刷した後１２０〜１３０℃で乾燥さ
せたものを発熱体として用いられる。前記面状ヒーター
３には両端部にリード線６，６が接続されて金型本体１
の背面外部に導き出されるようにされ、かつその面状ヒ
ーター３の少なくとも１個所に熱電対（温度センサ）７
を配置して図示されない制御部にリード線によって接続
できるようにされている。

【００１７】さらに、金型本体１のモールドベース８に
は、キャビティ２側に近づけて冷却水ジャケット９が設
けられている。なお、その冷却水ジャケット９には、周
知の手段によって図示されない冷却水供給源から配管さ
れて冷却水が流されるようにされる。

【００１８】このように構成される本実施例の面状ヒー
ター組み込みの金型を使用して射出圧縮成形機により成
形操作を行うに際しては、まず、図示されない射出圧縮
成形機において、予め前記面状ヒーター３のリード線
６，６を、図示されない制御部を介して電源に接続する
とともに、熱電対（温度センサ）７をも前記制御部に接
続して前記熱電対（温度センサ）７が制御されるように
関係づけ、冷却水ジャケット９を制御部の指令によって
冷却時冷却水が通水されるようにする。

【００１９】このように準備して金型本体１のキャビテ
ィ２内に、例えば透明のプラスチック板（図示せず）を
受け入れて周知の手段で射出圧縮成形を行うに際し、図
示されない射出ノズルからキャビティ２内に溶融された
樹脂が射出注入される前に面状ヒーター３に通電して発
熱させることにより、この面状ヒーター３によってキャ
ビティ２の最表面部材４が加熱される。なお、モールド
ベース８側にも熱伝達されるが、この側を覆う耐熱絶縁
層５ｂを最表面部材４側の耐熱絶縁層５ａより厚く形成
しておくことでモールドベース８側よりも早く最表面部
材４が加熱され、キャビティ２の表面温度を高く保って
キャビティ２内に流入する溶融樹脂の流動を損なうこと
はない。しかも、金型の可動型に対する推進力が付勢さ
れて注入樹脂に圧縮力が作用する時点で、キャビティ２
内に注入された樹脂が空間部の隅々まで速やかに流動さ
れて、充填するのを助勢できるのである。

【００２０】こうしてキャビティ２内に溶融樹脂が充填
されると、予め設定されている時間経過で面状ヒーター
３への通電が断たれ、加熱行程が終わると、こんどは冷
却水ジャケット９に冷却水が供給されて、金型本体１は
冷却され、キャビティ２内の成形樹脂を固化させる。こ
の際には、前記モールドベース８の冷却水ジャケット９
側に密接する耐熱絶縁層５ｂから面状ヒーター３を通じ
てその反対側の耐熱絶縁層５ａを介して最表面部材４が
冷却され、成形された樹脂を直ちに冷却固化できるので
ある。

【００２１】このように、キャビティ２の最表面部材４
の背後に面状ヒーター３を配置して加熱時には電気ヒー
ターを効果的に使用してキャビティ２に最も近い表面部
を加熱することができるようにされ、冷却時には面状ヒ
ーター３への給電を断つことで速やかに冷却操作に移行
できるので、加熱・冷却サイクルを迅速に切替えて短時
間で操作できることになり、成形操作が能率良く行え
る、という効果を奏するのである。しかも、面状ヒータ
ー３を用いることにより、金型内部の表層部分における
温度分布が従来の温水加熱方式（温調配管式など）より
均一にでき、溶融樹脂のキャビティ３内における流動時
の温度低下を防止することで成形品の品質向上を図るこ
とが容易になった。特に大型の成形品においてその効果
が顕著に現れる。例えば、光学歪みの解消がなされる。

【００２２】次に、図２に示されるのは、面状ヒーター
加熱金型の他の実施例で、断面図（ａ）および要部拡大
詳細図（ｂ）である。この金型も前記実施例と同様に射
出圧縮成形用のものである。したがって、前記実施例と
同様の構成個所については、同一符号を付してその詳細
な説明を省略する。

【００２３】この実施例の金型では、その全体構成にお
いて前記実施例とほぼ同一であり、異なる構成は面状ヒ
ーター３Ａがキャビティ２の最表面部材４ａに対して背
面側で直接的に貼着されているものである。

【００２４】前記最表面部材４ａに対する面状ヒーター
３Ａの貼着構造は、図２（ｂ）にて示されるように、そ
の最表面部材４ａの成形面と反対の面に耐熱絶縁層５ｃ
が塗布形成され、この耐熱絶縁層５ｃに前記構成の面状
ヒーター３Ａを一体的に付着させてなるものである。前
記最表面部材４ａの成形面と反対の面に形成される耐熱
絶縁層５ｃとしては、例えば水ガラスなどをコーティン
グすることによって容易に形成できる。なお、金型本体
１のモールドベース８側には適宜厚みの耐熱絶縁層５ｂ
が形成されている。もちろん、面状ヒーター３Ａの適所
には少なくとも１個の熱電対７を配設して温度管理がで
きるようにされる。

【００２５】また、前記最表面部材４ａに対する面状ヒ
ーター３Ａの貼着構造については、その最表面部材４ａ
に非導電性材料（例えば、ガラス板，ポリカーボネート
のような耐熱性と機械的強度の高いプラスチック）を用
いてキャビティ２表層部が形成される場合、その最表面
部材４ａに直接面状ヒーターを取付ける構成とすること
ができる。

【００２６】このように構成された金型においては、前
記実施例の場合よりより一層キャビティ２の表面部を加
熱する効率が高まり、熱エネルギーの供給削減を図るこ
とができる。もちろん、通電加熱型のヒーターをキャビ
ティ２の表面部により一層近づけて設けられることにな
るので、成形時溶融樹脂の流動低下を防止して、流動完
了時に合わせて瞬時に冷却行程に移行して冷却処理が容
易となる。

【００２７】また、図３に示されるのは、面状ヒーター
加熱金型の更に他の実施例断面図である。この実施例で
は、キャビティ２Ｂが凹凸型、すなわち立体形状をした
表面部を有する物品の成形型であって、そのキャビティ
２Ｂの最表面部材４ｂの背面側に面状ヒーター３Ｂを一
体的に設けたものである。

【００２８】この実施例の金型にあっては、凹凸のある
キャビティ２Ｂの背面側を表面側の凹凸に倣った面に近
づけるようにして、そのキャビティ２Ｂの最表面部材４
ｂの背面側に、面状ヒーター３Ｂを前記第２の実施例と
同様にして設けることができる。このような凹凸形状に
対する面状ヒーター３Ｂの付設については、まずキャビ
ティ３Ｂを形成する最表面部材４ｂの背面側を表面側の
凹凸に近似する面にして、その背面に耐熱絶縁層５ｄを
水ガラスのような材料で塗布形成するとともに、予め別
途用意した面状ヒーター３Ｂを形成するための電気発熱
材料によるパターンを転写印刷方式で前記耐熱絶縁層５
ｄの表面に転写して、凹凸面に面状ヒーター層を形成す
るとともに、その表面を耐熱絶縁層５ｅ（例えば、水ガ
ラス，エポキシ樹脂など）で覆って通電時漏電しないよ
うに処理する。もちろん、モールドベース８Ｂ側も許容
できる範囲で前記面状ヒーター３Ｂの層形成部に近い形
状にして、その面状ヒーター３Ｂと密接する部分を多く
し、冷却速度が高まるようにする。なお、図中符号６は
面状ヒーター３Ｂのリード線であり、少なくとも１個所
に温度センサ７を配置して温度制御できるようにするの
は前述の加熱金型の場合と同様である。

【００２９】このような構成の実施例によれば、凹凸面
に形成された面状ヒーター３Ｂ層を備える金型において
も、前述のようにキャビティ２Ｂの最表面部材４ｂを均
一に加熱できるので、成形時注入樹脂の流動性を高め、
しかも面状ヒーター３Ｂへの通電を断てば、速やかに冷
却操作に移行できて冷却も有効に作用させることが可能
であるので、立体表面を備える成形品の場合であっても
品質向上を図ることができる。

【００３０】また、図示省略するが、前述のように金型
におけるキャビティ２，２Ｂにおいて、その最表面部材
４，４ａ，４ｂいずれにあっても、金型本体１，１Ｂか
ら取り外し可能な構造とすることにより、面状ヒーター
３，３Ａ，３Ｂのメンテナンスを行うのが容易になり、
加熱・冷却サイクルが激しくとも補修して長期使用に耐
えるものとすることができる。

【００３１】また、前述の各実施例において、キャビテ
ィの最表面部材の背面側に付設される面状ヒーターは、
金型本体と別個に製作して装着できるものであり、しか
も前述のように発熱体をコーティングあるいはスクリー
ン印刷によって形成できるので、広い面積のものでも製
作容易にして、しかも安価に提供でき、従来製作不可能
とされていた大型金型での加熱・急冷が可能となり、高
品質の成形品を安価に提供できる優れた成形金型が経済
的に得られるようになったのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る面状ヒーター加熱金型の
一実施例断面図である。

【図２】図２は、面状ヒーター加熱金型の他の実施例
で、断面図（ａ）および要部拡大詳細図（ｂ）である。

【図３】図３は、面状ヒーター加熱金型の更に他の実施
例断面図である。

【符号の説明】 １，１Ｂ 金型本体 ２，２Ｂ キャビティ ３，３Ａ，３Ｂ 面状ヒーター ４，４ａ，４ｂ 最表面部材 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ 耐熱絶縁層 ６ 面状ヒーターのリード線 ７ 熱電対（温度センサ） ８，８Ｂ モールドベース ９ 冷却水ジャケット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック成形金型において、キャビ
   ティの表面形成部には最表面部材の背面側に非導電性材
   料にてなる第１層と非導電性断熱材料にてなる第３層と
   の間に面状発熱体層が一体に設けられ、モールドベース
   のキャビティ寄りに冷却液循環経路を備えていることを
   特徴とする面状ヒーター加熱金型。
2. 【請求項２】 前記キャビティの表面形成部には、その
   最表面部材が非導電性材料で、その成形面と反対側に面
   状発熱体層を一体に付設して、この面状発熱体層の他方
   の面に非導電性断熱材料を一体的に配設される請求項１
   に記載の面状ヒーター加熱金型。
3. 【請求項３】 前記面状発熱体層は、電気発熱材料をコ
   ーティングして形成されている請求項１または２に記載
   の面状ヒーター加熱金型。
4. 【請求項４】 前記面状発熱体は、フイルムヒーターで
   ある請求項１または２に記載の面状ヒーター加熱金型。
5. 【請求項５】 前記面状発熱体層は、非導電性材料で覆
   われるようにして金型に対して着脱可能な構成である請
   求項１〜４のいずれかに記載の面状ヒーター加熱金型。