JP2005138366A - 精密成形金型 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 金型1の溶融材料4に接する面21に前端面61を近接させたヒートパイプなどの熱伝達柱6を多数配置し、これらの熱伝達柱6の後端部に温度調整可能な熱源7,8を配置して、熱伝達柱6を介して溶融材料4の冷却を管理する。
【選択図】 図1
Description
溶融金属やプラスチックを金型に流し込む過程では、溶融材料の温度は金型への熱移動により低下し、ついには凝固が生じ流動性が悪化して金型内の空隙部を満たすことができないことがある。プラスチック射出成形においても、高温の溶融樹脂が、ノズルから射出されて、ランナー、ゲート、キャビティへと流動していく過程で、相対的に低温の金属構成部材に接して熱を奪われ、温度が低下し粘度が上がって流動抵抗が増加し、さらには固化に至って金型の隅々に行き渡らず、所定の形状が得られないいわゆるショートショットが発生することがある。また、冷却状態が局部的に偏りを有するときは、反りやひけが発生する場合がある。
また、成形品は金型の中で不均一な収縮をする。これは成形品各部の冷却速度や温度が異なる上に金型が自由な収縮を妨げるからである。金型の拘束が大きく凝固の遅れた部分に引張り力が作用するときには亀裂が発生し、亀裂が生じなくても不均一な収縮が起これば残留応力が発生し、解枠後変形することがある。
上記のような不具合を防ぐ目的で金型内にカートリッジヒータを埋設したものがある。この方法では、ヒータのジュール熱で金型温度を高めて樹脂との間の温度差を低下させ、樹脂から逃げる熱を減少させ、樹脂の温度低下を防いで流動性を確保する。
また、加熱ヒータを金型の外に設けて、これを金型内部に設けた伝熱管と管路で結び、水や油などの熱輸送流体を流通させて、金型を加熱する方法もある。
このように、従来の金型では、上記のように加熱冷却管をキャビティ面に平行の方向に埋め込んで、金型全体を急速に均一な温度にする方法は与えられていたが、金型の局部の温度状態を調整して金型や金型中の成形品の温度分布を制御する手法はなかった。
溶融材料の接する金型面に多数の熱授受点が存在し、この熱授受点がそれぞれ温度調整可能な熱源に接続されて温度制御が可能であるので、金型に充填された溶融材料の温度分布を調整することができる。
したがって、本発明の金型を用いると、欠陥のない高精度な成形品を得ることができる。
なお、割型の金型の一方のキャビティ面に熱伝達柱の端面をほぼ全面に亘って配置してもよい。このような金型はキャビティ面全面に温度調節点を備えるため、シミュレーションにより得られた希望の温度分布がどんな状態であってもほぼ希望を達成して目的の成形品を得ることができる。なお、割型金型の他方に温度調節点がなくても、成形品が適当に薄ければ、殆ど希望通りの温度制御ができるので、装置と運転の経済から一方の金型にのみ熱伝達柱を備えればよい。
なお、熱伝達柱は、ヒートパイプであることが好ましい。ヒートパイプは、円管など密閉容器の中にウィッグと共に封じ込めた作動液体の蒸発と凝縮、すなわち相変化を使用して、金属類の数10倍の能率で熱輸送を行うことができる。
伝熱柱の金型面に近接した前端面と反対の後端部に設けた熱源は、個々の伝熱柱の端部の温度を調整するもので、小型の熱伝達機構を有するものであることが好ましい。
また、ヒートパイプなどの熱伝達柱の溶融材料に接する面に近接させた前端面は、溶融材料に接する表面に直接露出して表面の一部となるようにしてもよい。溶融材料に対して直接的に熱の加除を行うので、より直接的な温度調整を行うことができる。なお、熱伝達柱の端面は十分な平滑さと平坦度を有するので、金型の表面としても問題がない。
図1は本発明の1実施例における精密成形金型の断面図、図2はその平面図である。
ヒートパイプ6の前端面61は、キャビティ面21と同じ面を形成しキャビティ表面の一部を構成する。
ヒートパイプ6の後端面には薄い高誘電損失体7が密着接合されていて、その外側に高周波ヒータ8が設けられている。高周波ヒータ8には外部の高周波電源装置9から高周波電流が供給される。
この保温効果によって成形品が所定の形状に忠実に形成された後に、金型を冷却して成形品を取り出す。冷却時間が長いと次の仕込みができないので、冷却時間の長さは生産性に影響を与える重要な要因である。
なお、図には表示しないが、高周波ヒータ8に冷却管を添設して水や油などの冷却流体を通すようにすれば、成形後の冷却を極めて迅速に行うことができる。
なお、上記説明は、金型のキャビティ部分について溶融材料の加熱冷却をする場合について行ったが、ランナーやゲートなど溶融材料が接する面であれば同じ構成によって同じ作用効果を得られることはいうまでもない。また熱伝達体としてヒートパイプを利用しているが、金型材料より熱伝導率の高い金属材料を用いても、これに類した効果を得ることができる。
また、熱源に高周波誘導発熱を用いているので、発熱密度が高く熱効率が高い。しかも金型内の構造が簡潔でしかも要素を小型化できるので、精密成形に適している。
さらに、金型表面の局所毎に熱移動を迅速に行うことができるので、高速かつ緻密さが利点の数値制御に対して非常に適合した技術であり、情報技術を高度に駆使した加工技術としての金型の熱移動制御に活用することができる。
2 割型
21 キャビティ面
22 裏面
3 割型
4 キャビティ(溶融材料あるいは成形品)
5 断熱材
6 ヒートパイプ(熱伝達柱)
61 前端面
7 高誘電損失体
8 高周波ヒータ
9 高周波電源
Claims (6)
- 金型の溶融材料に接する面に前端面を近接させた熱伝達柱を多数配置し、該熱伝達柱の他端部に温度調整可能な熱源を配置したことを特徴とする精密成形金型。
- 前記金型が割型の金型であって、該割型金型の一方におけるキャビティの表面のほぼ全面に亘って前記熱伝達柱の前端面を配置することを特徴とする請求項1記載の精密成形金型。
- 前記熱伝達柱はヒートパイプであることを特徴とする請求項1または2記載の精密成形金型。
- 前記熱源は前記熱伝達柱の後端部に配設された高誘電損失材料であって、該高誘電損失材料は高周波発振源により発熱することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の精密成形金型。
- 前記熱源はさらに冷却管を備えて冷却水を通水して冷却することを特徴とする請求項4記載の精密成形金型。
- 前記熱伝達柱の溶融材料に接する面に近接させた前端面は前記溶融材料に接する表面に直接露出して表面の一部となることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の精密成形金型。
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