JP2005205607A - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ面の温度上昇を抑制するための冷却通路を備えた射出成形用金型において、金型表面における結露の発生を効果的に防止し、成形不良の発生を防止するとともに、キャビティ面の冷却効率の向上を図ることができる射出成形用金型を提供すること。
【解決手段】固定型１と、可動型２とを備え、固定型１および可動型２には、樹脂成形用のキャビティ面１０，２０と、冷却媒体を通すための冷却通路１１，２１とが形成されている射出成形用金型Ｍであって、冷却通路１１，２１のうち、キャビティ面１０，２０よりも高所には、冷却媒体と固定型１または可動型２との熱交換を抑制するための断熱手段３が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂射出成形に利用される金型に関し、特に金型のキャビティ面の温度上昇を抑制するための冷却通路を備えた射出成形用金型に関する。

樹脂射出成形において、溶融樹脂により加熱されて高温になる金型を冷却し、金型のキャビティ面の温度を適正に維持することは、成形品の品質および生産性を向上させるために不可欠である。従来より、金型の冷却構造としては、金型内部に形成された冷却通路に冷却水などの冷却媒体を通す方式が多く利用されている。このような金型の冷却構造における冷却通路については、ドリル等によって機械加工をすることにより貫通孔として形成される場合があり、貫通孔からなる冷却通路を形成した射出成形用金型が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−２３４１４５号公報

冷却通路を備えた射出成形用金型の一例を、図８に示す。図８に示す射出成形用金型Ｍ’は、固定型１および可動型２から構成されており、固定型１と可動型２のそれぞれには、樹脂成形用のキャビティ面１０，２０と、冷却通路１１，２１とが設けられている。冷却通路１１，２１は、縦孔１１Ａ，２１Ａと、横孔１１Ｂ，２１Ｂとを備えている。縦孔１１Ａ，２１Ａは、固定型１または可動型２の上面から下面まで通じる貫通孔として形成されている。横孔１１Ｂ，２１Ｂは、キャビティ面１０，２０を効率よく冷却するためのものであり、縦孔１１Ａ，２１Ａと連通するとともにキャビティ面１０，２０側に延びて形成されている。横孔１１Ｂ，２１Ｂには、その横孔１１Ｂ，２１Ｂの先端付近まで延びるとともに、その先端付近の一部を除いて横孔１１Ｂ，２１Ｂを冷却通路１１，２１の上流側と下流側とに区画する仕切板１３，２３が設けられている。

上述の金型Ｍ’を使用して樹脂を成形する際には、冷却通路１１，２１に冷却媒体を順次送り込む。金型Ｍ’内に送り込まれた冷却媒体は、縦孔１１Ａ，２１Ａおよび横孔１１Ｂ，２１Ｂを順次通過しながらこの通過経路において金型Ｍ’と熱交換を行い、金型Ｍ’外に排出される。このような冷却作用により、樹脂成形時におけるキャビティ面１０，２０の温度上昇を抑制することができる。

しかし、上述の冷却構造によれば、冷却媒体の通過経路のすべてにおいて冷却媒体の冷却作用が及ぶこととなり、その結果、キャビティ面１０，２０以外の冷却する必要がない金型表面まで冷却されてしまう。

そして、金型表面の温度が金型Ｍ’の周囲の温度よりも低くなる場合には、金型表面において空気中の水蒸気が結露し、水滴が付着する。そうすると、固定型１および可動型２のキャビティ面１０，２０よりも上側の金型表面（図８においてクロスハッチングで示された領域）に付着していた水滴が、樹脂成形後の型開きの際に生じる振動等によって金型表面を伝って移動し、成形品を取り出した後のキャビティ面１０，２０に付着することがある。この状態で型締めを行い、引き続いてキャビティ内に溶融樹脂が射出されると、溶融樹脂の水滴と接触した部分が変色するなどの成形不良を招くといった問題がある。また、冷却媒体の通過経路のうち、キャビティ面に対応する部分以外の領域については本来冷却する必要がないが、この領域にまで冷却作用が及ぶこととなり、その結果、キャビティ面の冷却効率が低下するといった問題もある。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、キャビティ面の温度上昇を抑制するための冷却通路を備えた射出成形用金型において、金型表面における結露の発生を効果的に防止し、成形不良の発生を防止するとともに、キャビティ面の冷却効率の向上を図ることができる射出成形用金型を提供することを課題とする。

本発明により提供される射出成形用金型は、固定型と、可動型とを備え、上記固定型および上記可動型には、樹脂成形用のキャビティ面と、冷却媒体を通すための冷却通路とが形成されている射出成形用金型であって、上記冷却通路のうち、上記キャビティ面よりも高所には、冷却媒体と上記固定型または上記可動型との熱交換を抑制するための断熱手段が設けられていることを特徴としている。

このような構成によれば、冷却通路のうちキャビティ面よりも高所の領域においては、冷却媒体と金型との熱交換が抑制される。従って、キャビティ面よりも高所の領域において冷却媒体の冷却作用が金型表面に及ぶことも抑制されるため、金型表面における結露の発生を効果的に防止することが可能となる。その結果、キャビティ面への水滴の付着に起因する成形不良の発生を防止することができる。さらに、断熱手段が設けられている領域は、キャビティ面に対応する部分以外の領域であることより本来冷却する必要がなく、かかる領域での熱交換による冷却媒体の温度上昇が防止される。このため、本来の冷却対象部分であるキャビティ面を集中的に冷却することが可能となり、冷却効率が向上する。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記断熱手段は、上記冷却通路内に挿入される筒状部材を含み、上記筒状部材の内側を冷却媒体が通過するように構成されている。

このような構成によれば、冷却通路に筒状部材を取り付けることにより、上述した結露の発生防止等の効果を得ることができる。従って、本発明に係る射出成形用金型を製作する際に、既存の射出成形用金型を使用することが可能となり、コスト的にも有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記冷却通路は、上記固定型および上記可動型の上面に開口端を有する複数の孔を備えており、上記固定型および上記可動型の上面から上記複数の孔に上記筒状部材が挿入され、かつそれら筒状部材は、上記キャビティ面の形状に対応してその挿入長さが異なるように設けられている。

このような構成によれば、キャビティ面よりも高所の領域においてキャビティ面の形状に対応するように複数の筒状部材が設けられているため、金型表面における結露の発生をより適正に防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記筒状部材は、上記固定型および上記可動型よりも熱伝導率の小さい断熱部を有するとともに上記冷却通路の内周面と上記断熱部の外周面との間に隙間が生じないように接触している。

このような構成によれば、冷却通路の内周面と断熱部の外周面との間に冷却媒体が浸入しないため、断熱効果が適切に維持される。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記冷却通路の内周面と上記筒状部材の外周面との間には隙間が設けられており、上記筒状部材の先端部の外周面には、上記隙間への冷却媒体の浸入を防止するシール手段が設けられている。

このような構成によれば、冷却通路の内周面と筒状部材の外周面との隙間に、シール手段によって密閉された空気からなる断熱層が形成される。このため、断熱材を使用することなく、鋼管等の汎用材料を用いることにより断熱の機能を持たせることができる。

本発明の第１の実施形態について、図１〜図５を参照しつつ具体的に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記従来の射出成形用金型Ｍ’と同一または類似の対応する要素には、同一の符号を付している。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる射出成形用金型Ｍを示す縦断面図である。射出成形用金型Ｍは、固定型１と、可動型２とを備えており、可動型１および固定型２は、型締め・型開き可能に設けられている。固定型１および可動型２のそれぞれには、キャビティ面１０，２０が形成されており、型締め時において両キャビティ面１０，２０によって樹脂成形品を成形するための空間（キャビティ）を形成している。固定型１の内部には、溶融樹脂をキャビティ内に射出するためのスプルーブッシュ１９が設けられている。キャビティ内に溶融樹脂を射出する際には、スプルーブッシュ１９に射出装置（図示せず）が接続される。また、固定型１および可動型２の内部には、複数の冷却通路１１，２１（図２および図３参照）が設けられている。図示しないが、射出成形用金型Ｍは、その他にも、型締め時に可動型２を固定型１に加圧・保持させる機構、型開き後に成形品を取り出す機構等を備えている。

複数の冷却通路１１，２１のそれぞれは、垂直方向に延びる縦孔１１Ａ，２１Ａと、水平方向に延びる複数の横孔１１Ｂ，２１Ｂとを備えている。縦孔１１Ａ，２１Ａは、固定型１または可動型２の上面から下面まで通じる貫通孔として形成されている。横孔１１Ｂ，２１Ｂは、キャビティ面１０，２０を効率よく冷却するためのものであり、縦孔１１Ａ，２１Ａと連通するとともにキャビティ面１０，２０側に延びて形成されている。各横孔１１Ｂ，２１Ｂには、その横孔１１Ｂ，２１Ｂの先端付近まで延びるとともに、その先端付近の一部を除いて横孔１１Ｂ，２１Ｂを冷却通路１１，２１の上流側と下流側とに区画する仕切板１３，２３が設けられている。

各縦孔１１Ａ，２１Ａおよび各横孔１１Ｂ，２１Ｂは、ドリル等を使用して機械加工をすることにより形成されている。図１〜図３に示すように、各縦孔１１Ａ，２１Ａは、金型の上面および下面に開口端を有する円形の貫通孔であり、各横孔１１Ｂ，２１Ｂは、金型の側面に開口端を有する円形の有底孔である。縦孔１１Ａ，２１Ａのすべての開口端には、後述する断熱パイプ３を装着するための雌ねじ１１ａ，２１ａが形成されている。各横孔１１Ｂ，２１Ｂの開口端は、冷却媒体が金型外部に漏洩しないように止栓５によって閉塞されている。

図２および図３に示すように、縦孔１１Ａ，２１Ａのすべての開口端には、冷却媒体と固定型１または可動型２との熱交換を抑制するための断熱パイプ３が取り付けられている。断熱パイプ３は、縦孔１１Ａ，２１Ａ内に挿入される円筒状の挿入部３０を備えている。挿入部３０は、図４に示すように、鋼管等の金属製の管部３１と、この管部３１の外周面に形成された断熱部３２とを備えるとともに、この挿入部３０の内側を冷却媒体が通過するように構成されている。断熱部３２は、固定型１および可動型２よりも熱伝導率の小さい材料で構成されており、例えばポリ塩化ビニル製の絶縁テープ等を管部３１の外周面に巻き付けることによって形成することができる。断熱パイプ３の挿入方向に対する後端側には、雄ねじ３３と接続部３４とが形成されている。各断熱パイプ３は、固定型１の雌ねじ１１ａまたは可動型２の雌ねじ２１ａに対して雄ねじ３３を螺合することによって着脱自在に固定されている。また、雄ねじ３３の外周面には、シールテープ等（図示せず）が巻き付けられており、雄ねじ３３と雌ねじ１１ａ，２１ａとの断熱を図っている。断熱部３２の外径は、縦孔１１Ａ，２１Ａに挿入されていない自然状態において縦孔１１Ａ，２１Ａの内径よりも僅かに大きく設定されており、挿入部３０を縦孔１１Ａ，２１Ａ内に挿入した際には、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面と断熱部３２の外周面との間に隙間が生じないようにされている。なお、本実施形態において、挿入部３０は、管部３１と断熱部３２を備える構成としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、挿入部全体を固定型１および可動型２よりも熱伝導率の小さい合成樹脂等の材料で構成してもよい。

図２に示すように、固定型１に装着される各断熱パイプ３は、挿入部３０の先端位置がキャビティ面１０に対応する部分Ｐ１（図２において右下がりの破線ハッチングで示された領域）とそれ以外の領域との境界（図２における２点鎖線）の近傍となるように、挿入部３０の長さが設定されている。キャビティ面１０に対応する部分Ｐ１とは、より詳細には、図１における矢印Ｘ１で示す水平方向から見たキャビティ面１０の投影部分である。従って、キャビティ面１０の輪郭の高さが不均一な場合において、複数の断熱パイプ３は、キャビティ面１０の形状に対応して挿入部３０の挿入長さが異なるように、縦孔１１Ａに設けられている。

図３に示すように、可動型２に装着される各断熱パイプ３は、挿入部３０の先端位置がキャビティ面２０に対応する部分Ｐ２（図３において左下がりの破線ハッチングで示された領域）とそれ以外の領域との境界（図３における２点鎖線）の近傍となるように、挿入部３０の長さが設定されている。キャビティ面２０に対応する部分Ｐ２とは、より詳細には、図１における矢印Ｘ２で示す水平方向から見たキャビティ面２０の投影部分である。従って、キャビティ面２０の輪郭の高さが不均一な場合において、複数の断熱パイプ３は、キャビティ面２０の形状に対応して挿入部３０の挿入長さが異なるように、縦孔２１Ａに設けられている。

図２に示すように、固定型１内の複数の冷却通路１１は、そのうちの一部が接続ホース６を介して直列に接続されている。より詳細には、隣り合う冷却通路１１の縦孔１１Ａに取り付けられている断熱パイプ３の接続部３４同士が接続ホース６で接続されている。本実施形態においては、図２に示す左側の５本の冷却通路１１と右側の５本の冷却通路１１とがそれぞれ別々に直列接続されており、冷却媒体が冷却通路１１を通過する際に固定型１に対して出入を繰り返す循環路１４１，１４２を形成している。循環路１４１，１４２の各々には、固定型１内に冷却媒体を供給するための供給管１５と、固定型１外に冷却媒体を排出するための排出管１６とが接続されている。各供給管１５は、中央側の断熱パイプ３の接続部３４に接続され、各排出管１６は、両端側の断熱パイプ３の接続部３４に接続されている。

図３に示すように、可動型２内の複数の冷却通路２１についても、固定型１に設けられた冷却通路１１と同様に接続ホース６を介して直列に接続され、循環路２４１，２４２を形成している。循環路２４１，２４２の各々には、供給管２５および排出管２６が接続されているが、上記した図２における固定型１と同様の構成であるので、これ以上の説明は省略する。

図５に示すように、供給管１５，２５は、温度調節装置９に接続された供給路７とマニホールド７０を介して連通している。排出管１６，２６は、温度調節装置９に接続された排出路８とマニホールド８０を介して連通している。従って、固定型１の循環路１４１，１４２および可動型２の循環路２４１，２４２は、供給路７および排出路８に対して並列に接続されている。

温度調節装置９は、熱交換により温度上昇した冷却媒体を所望の温度まで冷却するためのものであり、固定型１および可動型２に冷却媒体を所定の流量で送り込むための加圧装置（図示せず）を内蔵している。温度調節装置９より吐出された冷却媒体は、供給路７、供給管１５，２５を通じて固定型１および可動型２の循環路１４１，１４２，２４１，２４２（詳細には、各循環路の順路に沿う冷却通路１１，２１および接続ホース６）を通過し、排出管１６，２６、排出路８を通じて温度調節装置９に戻り、熱交換により所望の温度まで冷却され、再び供給路７に吐出される。なお、本実施形態においては、冷却通路１１，２１をそれぞれ５本ずつ直列に接続して循環路を形成し、４つの循環路を並列に接続しているが、直列に接続する冷却通路の数量および並列に接続する循環路の数量はこれに限定されず、必要に応じて適宜変更が可能である。また、すべての冷却通路を互いに並列に接続し、循環路を形成しない構成とすることも可能である。

本実施形態によれば、冷却通路１１，２１のうち、断熱パイプ３が挿入されている領域においては、冷却媒体と金型との熱交換が抑制される。従って、冷却媒体の冷却作用が、断熱パイプ３が挿入されている領域の近傍の金型表面（固定型１または可動型２のキャビティ面１０，２０以外の表面）に及ぶことも抑制される。そうすると、キャビティ面１０，２０よりも高所の金型表面における結露の発生を効果的に防止することが可能となり、その結果、キャビティ面１０，２０への水滴の付着に起因する成形不良の発生を防止することができる。

また、断熱パイプ３は、キャビティ面１０，２０よりも高所の領域のみならず、キャビティ面１０，２０よりも下方の領域にも設けられている。これらの領域は、キャビティ面１０，２０に対応する部分Ｐ１，Ｐ２以外の領域であることより本来冷却する必要がなく、かかる領域での熱交換による冷却媒体の温度上昇が防止される。このため、本来の冷却対象部分であるキャビティ面１０，２０を集中的に冷却することが可能となり、冷却効率が向上する。その結果、成形品の冷却時間が短縮されるため、成形品の生産性も向上する。特に、断熱パイプ３の挿入部３０は、縦孔１１Ａ，２１Ａにおいて、キャビティ面１０，２０の形状に対応してその挿入長さが異なるように設けられている。従って、キャビティ面１０，２０に対応する部分Ｐ１，Ｐ２以外の略すべての領域において断熱作用が発揮されるため、金型表面における結露の発生をより適正に防止するとともに、キャビティ面１０，２０の冷却効率がさらに向上する。

本実施形態の射出成形用金型Ｍは、上記従来の射出成形用金型Ｍ’と比較すると、断熱パイプ３が設けられている点のみが相違している。従って、本発明に係る射出成形用金型を製作する際に、既存の射出成形用金型を使用することができるため、製造コストの低減化が可能となる。なお、断熱パイプ３は縦孔１１Ａ，２１Ａに対して着脱自在であるため、縦孔１１Ａ，２１Ａ内に堆積したスケールの除去などのメンテナンス作業の際には、断熱パイプ３を取り外すことにより容易に作業を行うことができる。

加えて、断熱パイプ３の挿入部３０は、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面と断熱部３２の外周面との間に隙間が生じないように密接して縦孔１１Ａ，２１Ａに取り付けられているため、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面と断熱部３２の外周面との間に冷却媒体が浸入することもなく、断熱効果が適切に維持される。

図６は、本発明の第２の実施形態にかかる射出成形用金型の断熱パイプ１０３を表す。断熱パイプ１０３は、冷却通路内に挿入される円筒状の挿入部１３０を備えている。挿入部１３０は、鋼管等の金属製の管体である。挿入部１３０の先端側の外周面には、シール手段としてのＯリング１３５が装着されている。断熱パイプ１０３の挿入方向に対する後端側には、雄ねじ３３と接続部３４とが形成されている。

図７は、断熱パイプ１０３を縦孔１１Ａ，２１Ａに挿入した状態を表す。図７に示すように、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面と挿入部１３０の外周面との間には、隙間Ｓが設けられているとともに、Ｏリング１３５は、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面に隙間なく密着している。本実施形態によれば、縦孔１１Ａ，２１Ａの内周面と挿入部１３０の外周面との隙間Ｓに、Ｏリング１３５によって密閉された空気からなる断熱層が形成される。従って、断熱材を使用することなく断熱機能を持たせることができることにより、製造コストの低減化が可能となる。その他の構成については、第１の実施形態のものと同様であるために、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。

本発明における断熱手段は、冷却媒体と金型との熱交換を抑制することが可能な構成であればよく、筒状部材を備える構成とは異なる構成を採用することが可能である。例えば、冷却通路の内周面の所定部位に断熱性を有する塗膜を形成するといった構成としてもよい。

本発明における断熱手段は、冷却通路のうち、キャビティ面よりも高所のすべての箇所に設けられている必要はなく、それらのうちの一部分のみに設けられていてもよい。

本発明における冷却通路は、垂直方向の縦孔と水平方向の横孔の両方を備えている必要はなく、縦孔または横孔のいずれか一方のみからなる構成や他の方向に形成された孔からなる構成であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る射出成形用金型を示す縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る筒状部材を示す一部断面側面図である。 冷却媒体の通過経路を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る筒状部材を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る筒状部材を冷却通路に挿入した状態を示す縦断面図である。 従来の射出成形用金型を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 固定型
２ 可動型
３，１０３ 断熱パイプ
３０，１３０ 挿入部
１０，２０ キャビティ面
１１，２１ 冷却通路
１１Ａ，２１Ａ 縦孔
１３５ Ｏリング
Ｍ 射出成形用金型
Ｓ 隙間

Claims (5)

1. 固定型と、可動型とを備え、
   上記固定型および上記可動型には、樹脂成形用のキャビティ面と、冷却媒体を通すための冷却通路とが形成されている射出成形用金型であって、
   上記冷却通路のうち、上記キャビティ面よりも高所には、冷却媒体と上記固定型または上記可動型との熱交換を抑制するための断熱手段が設けられていることを特徴とする、射出成形用金型。
2. 上記断熱手段は、上記冷却通路内に挿入される筒状部材を含み、上記筒状部材の内側を冷却媒体が通過するように構成されている、請求項１に記載の射出成形用金型。
3. 上記冷却通路は、上記固定型および上記可動型の上面に開口端を有する複数の孔を備えており、
   上記固定型および上記可動型の上面から上記複数の孔に上記筒状部材が挿入され、かつそれら筒状部材は、上記キャビティ面の形状に対応してその挿入長さが異なるように設けられている、請求項２に記載の射出成形用金型。
4. 上記筒状部材は、上記固定型および上記可動型よりも熱伝導率の小さい断熱部を有するとともに上記冷却通路の内周面と上記断熱部の外周面との間に隙間が生じないように接触している、請求項２または３に記載の射出成形用金型。
5. 上記冷却通路の内周面と上記筒状部材の外周面との間には隙間が設けられており、上記筒状部材の先端部の外周面には、上記隙間への冷却媒体の浸入を防止するシール手段が設けられている、請求項２または３に記載の射出成形用金型。
   

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