JP2005335403A - 冷却プレート及び加熱プレート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ヒートパイプおよびヒーターによって金型を均一に素速く加熱・冷却して成形品の成形サイクルを短縮することができるとともに、ヒートパイプおよびヒーターの脱着を容易にして金型のメンテナンス作業の作業性を向上させることができるプラスチック成形装置を提供するものである。
【解決手段】 加熱・冷却プレート３、４を分割金型７〜１０の対向面（パーティング面）Ｐと平行な方向を境にして複数のプレート１３〜１８に分割するとともに、分割面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａにヒートパイプ２５およびヒーター２６設置用の半円状の溝１９、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３ａ、２３ｂ、２４をそれぞれ形成して、ヒートパイプ２５およびヒーター２６を各溝１９等に挟み込むようにしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却速度が速い冷却プレート及び加熱速度が速い加熱プレートに関する。

一般に、プラスチックレンズ等の樹脂成形品の成形作業にあっては、樹脂をそのガラス転移点以上から冷却してレンズ等の高精度なものを得ており、その成形に際しては、樹脂を金型のキャビティ内に注入した後、金型温度を高温から低温に変化させることによって、樹脂をキャビティの転写面に転写させたる方法が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

このような方法で樹脂成形品を成形するのは、金型温度を高くすることにより、金型内での樹脂の流動性を高め、成形品内の温度分布および圧力分布を少なくさせることで、不均一な冷却を防止して、ヒケの少ない成形を可能にするためである。

このように金型温度を高温から低温で変化させる成形方法にあっては、金型温度を均一に保ったまま、樹脂をいかに早く加熱および冷却することができるかが重要であり、この点が成形品の成形サイクルを短くする鍵となる。

通常、金型を冷却する方法としては、冷却時に金型内に油、水等の冷却媒体を流通させる方法が用いられているが、この冷却方法では、金型に複数の配管を接続しなければならないため、金型の周囲の構造が複雑化してしまい、成形機への金型の取付け、取り外し作業、および成形品の取り出し作業等の作業性が悪化してしまうという不具合が発生してしまう。

また、長期使用にあたっては、配管系が錆や垢等によって変質してしまい、冷却効率が悪化してしまうため、余計なメンテナンス作業も必要となることから、冷却媒体の流入口付近と流出口付近で温度分布が生じてしまう等の不具合も発生してしまう。

このような種々の不具合を解消する冷却手段として、金型内に貫通穴を設けてこの貫通穴に複数のヒートパイプを挿通させ、このヒートパイプを空冷または水冷することによってヒートパイプを介して金型を冷却するようにしたものがある（例えば、特許文献４、５、６、７参照）。また、金型を加熱する方法としては、金型内に貫通穴を設けてこの貫通穴に複数のヒーターを挿通させ、このヒーターによって金型を加熱する。
特開平３−３３４９４号公報 特開平４−１６３１１９号公報 特開平４−３１０７１７号公報 特開昭６１−２７９５１５号公報 特開平４−１２８０１５号公報 特開平５−３３７９９７号公報 特開平６−１７０９６７号公報

しかしながら、このようなヒートパイプによる冷却方法にあっては、ヒートパイプと金型の密着性が十分でないと、その能力を十分に発揮することができず、ヒートパイプの本数を増加させたり、冷却水の温度を低くしたり、または冷却風の風量を増大させることによって冷却性能の向上を図っても、その効果を十分に期待することができず、冷却速度を上げることができないという不具合が発生してしまった。

このような不具合が発生するのは、金型にヒートパイプ設置用の貫通穴を加工しているからである。すなわち、金型に貫通穴を開口する場合、ヒートパイプ径、貫通穴径共に加工誤差を避けることができず、特に、加工長が長くなると、真直度を得ることは困難であり、ヒートパイプと貫通穴のクリアランスをなくすことができないという問題が発生してしまった。

また、貫通穴を小さめに開口してヒートパイプを圧入させることにより、ヒートパイプと貫通穴の密着力を高めた場合には、ヒートパイプ自体の形状が中空で強度が低いため、圧入時にヒートパイプが破壊されてしまった。また、仮に、圧入が成功しても、その後の着脱が困難であることからメンテナンスをし難いという問題が発生してしまった。

一方、ヒートパイプの密着性を高める方法として、金型とヒートパイプの間に金型の加熱温度より融点の高い部材を埋め込んでクリアランスをなくすものが提案されているが、このような部材を金型とヒートパイプの間に埋め込むには非常に手間がかかって取り扱いが困難である上に、ヒートパイプの脱着を行なうことが困難でメンテナンスが難しいという問題が発生してしまう。これに加えて、長期使用すると上記部材が炭化するという問題も発生してしまう。

上述した種々の問題はヒートパイプについて説明したものであるが、金型の貫通穴にヒーターを埋め込む場合にも上述したものと同様の問題が発生してしまい、早期の解決が望まれている。

そこで請求項１記載の発明は、ヒートパイプによって均一に素速く冷却することができる冷却プレートを提供することを目的としている。

請求項２記載の発明は、ヒートパイプによって金型を均一に素速く冷却して成形品の成形サイクルを短縮することができる冷却プレートを提供することを目的としている。

請求項３記載の発明は、ヒーターによって均一に素速く加熱することができる加熱プレートを提供することを目的としている。

請求項４記載の発明は、ヒーターによって金型を均一に素速く加熱して成形品の成形サイクルを短縮することができる加熱プレートを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、上記課題を解決するために、冷却手段を有する冷却プレートにおいて、前記冷却手段が前記冷却プレート内に設けられ、冷却温度を調整する複数のヒートパイプから構成され、前記冷却プレートが分割されるとともに、該分割面に前記ヒートパイプ設置用の半円状の溝がそれぞれ形成され、該ヒートパイプが該溝に挟み込まれ、かつ、前記溝の深さが、前記ヒートパイプの半径よりも小さいことを特徴としている。

その場合、冷却プレートの分割面にヒートパイプ設置用の半円状の溝が形成されるので、従来のように貫通穴を加工するよりも、真直度が良好になるとともに加工精度が向上し、ヒートパイプと溝との密着性が大幅に向上する。また、中空状のヒートパイプが溝に挟み込まれて冷却プレートに取付けられる際に、ヒートパイプが冷却プレートの分割面によって圧縮されてつぶれることにより、溝に密着されて溝との間にクリアランスが生じない。したがって、ヒートパイプによる冷却速度が大幅に向上される。

請求項２記載の発明は、上記課題を解決するために、プラスチック成型装置用であることを特徴としている。

その場合、ヒートパイプによる冷却速度が大幅に向上されるので、ヒートパイプによる金型の冷却速度の応答性が大幅に向上されて成形品の成形サイクルが短縮される。

請求項３記載の発明は、上記課題を解決するために、加熱手段を有する加熱プレートにおいて、前記加熱手段が加熱プレート内に設けられ、加熱温度を調整する複数のヒーターから構成され、前記加熱プレートが分割されるとともに、該分割面にヒーター設置用の半円状の溝がそれぞれ形成され、該ヒーターが該溝に挟み込まれ、かつ、前記溝の深さが、前記ヒーターの半径よりも小さいことを特徴としている。

その場合、加熱プレートの分割面にヒーター設置用の半円状の溝が形成されるので、従来のように貫通穴を加工するよりも、真直度が良好になるとともに加工精度が向上し、ヒーターと溝との密着性が大幅に向上する。また、中空状のヒーターが溝に挟み込まれて加熱プレートに取付けられる際に、ヒーターが加熱プレートの分割面によって圧縮されてつぶれることにより、溝に密着されて溝との間にクリアランスが生じない。したがって、ヒーターによる加熱速度が大幅に向上される。

請求項４記載の発明は、上記課題を解決するために、プラスチック成型装置用であることを特徴としている。

その場合、ヒーターによる加熱速度が大幅に向上されるので、ヒーターによる金型の加熱速度の応答性が大幅に向上されて成形品の成形サイクルが短縮される。

請求項１記載の発明によれば、冷却プレートの分割面にヒートパイプ設置用の半円状の溝を形成しているので、従来のように貫通穴を加工するよりも、真直度を良好にすることができるとともに加工精度を向上させることができ、ヒートパイプと溝との密着性を大幅に向上させることができる。また、中空状のヒートパイプを溝に挟み込みこんで冷却プレートに取付ける際に、ヒートパイプを冷却プレートの分割面によって圧縮してつぶすことにより、溝に密着させて溝との間にクリアランスが生じるのを防止することができる。この結果、ヒートパイプによる冷却速度を大幅に向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、ヒートパイプによる冷却速度を大幅に向上させることができるので、ヒートパイプによる金型の冷却速度の応答性を大幅に向上させることができ、成形品の成形サイクルを短縮することができる。

請求項３記載の発明によれば、加熱プレートの分割面にヒーター設置用の半円状の溝を形成しているので、従来のように貫通穴を加工するよりも、真直度を良好にすることができるとともに加工精度を向上させることができ、ヒーターと溝との密着性を大幅に向上させることができる。また、中空状のヒーターを溝に挟み込みこんで加熱プレートに取付ける際に、ヒーターを加熱プレートの分割面によって圧縮してつぶすことにより、溝に密着させて溝との間にクリアランスが生じるのを防止することができる。この結果、ヒーターによる加熱速度を大幅に向上させることができる。

請求項４記載の発明によれば、ヒーターによる加熱速度を大幅に向上させることができるので、ヒーターによる金型の加熱速度の応答性を大幅に向上させることができ、成形品の成形サイクルを短縮することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

図１〜４は本発明に係るプラスチック成形装置の一実施例を示す図であり、請求項１〜４何れかに対応している。

まず、構成を説明する。図１、２において、１、２は油圧プレス機または成形機のダイプレートであり、このダイプレート１、２には加熱・冷却プレート３、４を介して一対のプラスチック成形用金型５、６が取付けられており、この金型５、６は互いに対向して配置され、それぞれキャビティ１１、１２を構成する少なくとも１つ以上の転写面を有する分割金型７、８および９、１０から構成されている。

この分割金型７〜１０は、例えば、銅、銅の合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはＳｉｃセラミック等から構成されており、熱伝動率が高くなっている。なお、分割金型７、８および９、１０にはそれぞれ１つのキャビティ１１、１２が形成されているが、このキャビティは２つ以上であっても良い。

また、分割金型７〜１０はダイプレート１、２が油圧プレス機または成形機によって互いに上下方向に移動することにより、型締め、型開きされるようになっており、型開き時にキャビティ１１、１２内に、このキャビティ１１、１２と略同等の形状に成形されたプラスチック母材が挿入されるようになっている。本実施例では、ダイプレート１、２および図示しない油圧プレスまたは成形機が型開き・型締め手段を構成している。

一方、加熱・冷却プレート３、４は、それぞれ第１プレート１３、１６、第２プレート１４、１７、第３プレート１５、１８から構成されており、この各プレート１３〜１８は分割金型７、８および９、１０の対向面（パーティング面）Ｐと平行な方向を境にして分割されている。

また、各プレート１３〜１８の分割面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａにはそれぞれ半円状の溝１９、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３ａ、２３ｂ、２４が形成されており（図２（ａ）にはプレート１３、１４のみを示す）、溝１９、２０ａの間および溝２３ｂ、２４の間には複数のヒートパイプ（冷却手段）２５が挟み込まれて取付けられているとともに、溝２０ｂ、２１の間および溝２２、２３ａの間には複数のヒーター（加熱手段）２６が挟み込まれて取付けられている。したがって、これらヒートパイプ２５およびヒーター２６は分割金型７〜１０の対向面Ｐに沿って延在するように加熱・冷却プレート３、４内に配設される。

ヒートパイプ２５は一端部が加熱・冷却プレート３、４から外方に露出しており、この露出部に図示しない冷媒供給手段から冷媒を供給し、この冷媒の供給量を冷媒供給手段によって調整することにより、分割金型７〜１０の冷却速度が可変されるようになっている。また、ヒーター２６は図示しない加熱源に接続されており、この加熱源によって加熱されることにより、分割金型７〜１０を加熱するようになっている。

また、この各プレート１３〜１８にはそれぞれボルト挿通孔２７が形成されており、このボルト挿通孔２７にボルト２９を螺合することにより、一体的に締結されて分割金型７〜１０の外周部に取付けられる。なお、本実施例では、加熱・冷却プレート３、４、ヒートパイプ２５およびヒーター２６は分割金型７〜１０と同一の材料から構成されている。なお、図２（ａ）では、１本のヒートパイプ２５が第１、２プレート１３、１４に取付けられたときに、第１、２プレート２５の４隅をボルト２９によって締結しているが、実際は、加熱・冷却プレート３、４の４隅がボルト２９によって締結されている。

また、図２（ｂ）に示すように、溝１９の深さａは（他の溝も溝１９と同様の構成であるので説明を省略する）、ヒートパイプ２５およびヒーター２６の半径よりも小さく形成されているとともに、溝径ｂがヒートパイプ２５およびヒーター２６の半径と同等、若しくは大きく形成されている。さらに、溝１９の外周端部と第１プレート１３の分割面１３ａの接続部の両方には逃げ部としての段部３１が形成されている。なお、この段部３１は溝１９の外周端部と第１プレート１３の分割面１３ａの接続部の少なくとも一方に形成されていれば良い。

次に、作用を説明する。

プラスチック形成品の成形作業を実際に行なう前に、各プレート１３〜１８の各溝１９等にヒートパイプ２５およびヒーター２６を挟み込んだ後、各プレート１３〜１８の各分割面１３ａ等を当接させてボルト２９によって各プレート１３〜１８を締結して、ヒートパイプ２５およびヒーター２６を加熱・冷却プレート３、４に取付ける。次いで、この加熱・冷却プレート３、４をダイプレート１、２および成形用金型５、６に取付ける。

次いで、このように構成された成形装置によってプラスチック成形品の成形作業を行なう。まず、型開き状態にある分割金型７〜１０に予め最終形状に前加工された熱可塑性プラスチック母材を挿入した後、分割金型７〜１０を油圧プレスまたは成形機のダイプレート１、２によって型締めする。

次いで、ヒーター２６を加熱することにより、分割金型７〜１０をプラスチック母材のガラス転移点以上に加熱してプラスチック母材を溶融する（このとき、ヒーター２６による加熱を一旦停止しても良い）。このため、キャビティ１１、１２内に所定の樹脂圧が発生してプラスチック母材に転写面が転写される。このとき、ヒートパイプ２５に冷媒を供給しないようにして加熱時に埋設部分から熱が逃げるのを最小限にする。

次いで、ヒートパイプ２５に冷媒を供給し、ヒートパイプ２５を介して分割金型７〜１０を冷却する。このとき、冷媒の流量を調整したり、または流量を一定にして冷媒を供給するのを一旦停止することにより、分割金型７〜１０の冷却速度を制御する。そして、分割金型７〜１０が樹脂の熱変形温度以下になったときに分割金型７〜１０を型開きしてプラスチック成形品をキャビティ１１、１２から取り出すことにより、成形作業を終了する。

このように本実施例では、加熱・冷却プレート３、４を分割金型７〜１０の対向面（パーティング面）Ｐと平行な方向を境にして複数のプレート１３〜１８に分割するとともに、分割面１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａにヒートパイプ２５およびヒーター２６設置用の半円状の溝１９、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３ａ、２３ｂ、２４をそれぞれ形成して、ヒートパイプ２５およびヒーター２６を各溝１９等に挟み込むようにしているため、従来のように貫通穴を加工するよりも、真直度を良好にすることができるとともに加工精度を向上させることができ、ヒートパイプ２５およびヒーター２６と溝１９等との密着性を大幅に向上させることができる。この結果、ヒートパイプ２５およびヒーター２６による金型５、６の加熱および冷却速度の応答性を大幅に向上させることができ、成形品の成形サイクルを短縮することができる。

また、加熱・冷却プレート３、４を分割金型７〜１０の対向面Ｐと平行な方向を境にして分割しているので、各プレート１３〜１８をボルト２９によって締結・解放すれば、ヒートパイプ２５およびヒーター２６の脱着を容易に行なうことができ、金型５、６のメンテナンス作業の作業性を向上させることができる。

また、溝１９等の深さａをヒートパイプ２５およびヒーター２６の半径よりも小さくしたため、中空状のヒートパイプ２５およびヒーター２６を溝１９等に挟み込んで各プレート１３〜１８に取付ける際に、ヒートパイプ２５およびヒーター２６を各プレート１３〜１８の分割面１３ａによって圧縮してつぶすことにより、溝１９等に密着させて溝１９等との間にクリアランスが生じるのを防止することができる。このため、分割金型７〜１０の加熱および冷却速度をより一層速くすることができる。

また、溝１９等の径ｂをヒートパイプ２５およびヒーター２６の半径と同等、若しくは大きくしているため、ヒートパイプ２５およびヒーター２６と溝１９等とが片当りするのを防止して、ヒートパイプ２５およびヒーター２６が破損するのを防止することができる。このため、加熱・冷却プレートとの密着性をより一層高めることができ、分割金型７〜１０の加熱および冷却速度をより一層速めることができる。

また、溝１９等の外周端部と各プレート１３〜１８の分割面１３ａ等との接続部の両方に段部３１を形成したため、ヒートパイプ２５およびヒーター２６が各プレート１３〜１８に挟み込まれてつぶれたときに生じるばりを段部３１に集めることができ、各プレート１３〜１８の分割面１３ａ等に挟まれて残留するのを防止することができる。このため、加熱・冷却プレート３、４が傷付いたり、または加熱・冷却プレート３、４の高さや平行度がばらついて、型締め時に分割金型７〜１０に加わる圧力がばらついてしまうのを防止することができる。

さらに、分割金型７〜１０、加熱・冷却プレート３、４、ヒートパイプ２５およびヒーター２６を熱伝導率の高い部材から構成したため、キャビティ１１、１２回りの温度を容易に均一化することができるとともに、ヒートパイプ２５による冷却速度およびヒーター２６による加熱速度の制御に対して応答性を高めることができる。

なお、本実施例では、各溝１９等の外周端部と各プレート１３〜１８の分割面１３ａ等の接続部に段部３１を形成しているが、この段部３１に代えて、図３に示すようにテーパ４０を形成しても同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、一体型の加熱・冷却プレート３、４にヒートパイプ２５およびヒーター２６を設けているが、図４に示すように、加熱・冷却プレートをそれぞれ加熱プレート４１および冷却プレート４２を独立して設け、加熱プレート４１にヒーター４３を設けるとともに、冷却プレート４２にヒートパイプ４４を設けても良い。このようにすれば、加熱・冷却プレートを単体に取り扱うことができるので、その取り扱いが便利になるとともに加工を容易に行なうことができる。

さらに、本実施例では、略最終形状に形成されたプラスチック母材を金型５、６に挿入してプラスチック成形品を成形する方法を示しているが、これに限らず、ゲートシール成形法によって成形作業を行なっても良い。この場合には、公知のようにヒーターによってガラス転移点以上まで加熱された金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填した後、キャビティ内をゲートシールし、次いで、ヒートパイプによって金型を冷却して転写面を成形面に転写すれば良い。

本発明に係るプラスチック成形装置の一実施例を示す図であり、一部を断面で示すその成形装置の側面図である。 （ａ）はその加熱・冷却プレートの一部を分解した図、（ｂ）はそのプレートに形成された溝を示す図である。 そのテーパが形成されたプレートの他の態様を示す図である。 加熱・冷却プレートの他の態様を示す図である。

符号の説明

１、２ ダイプレート（型締め・型開き手段）
３、４ 加熱・冷却プレート
７〜１０ 分割金型
１１、１２ キャビティ
１３ａ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ 分割面
１９、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、２３ａ、２３ｂ、２４ 溝
２５、４４ ヒートパイプ（冷却手段）
２６、４３ ヒーター（加熱手段）
３１ 段部（逃げ部）
４０ テーパ

Claims (7)

1. 互いに対向して配置され、対向面にキャビティを構成する少なくとも１つ以上の転写面を有する分割金型と、
   該分割金型の対向面と反対側の分割金型の外周面側に設けられ、分割金型を型締め・型開きする型締め・型開き手段と、
   該分割金型と型開き・型締め手段の間に介装され、分割金型を加熱する加熱手段および分割金型を冷却する冷却手段を有する加熱・冷却プレートと、を備え、
   加熱手段によって金型のガラス転移点以上に加熱溶融された熱可塑性樹脂を冷却手段によって冷却することにより、該樹脂に転写面を転写してプラスチック成形品を成形するようにしたプラスチック成形装置において、
   前記冷却手段が分割金型の対向面に沿って延在するように加熱・冷却プレート内に設けられ、分割金型の冷却温度を調整する複数のヒートパイプから構成され、
   前記加熱・冷却プレートが分割金型の対向面と平行な方向を境にして分割されるとともに、該分割面にヒートパイプ設置用の半円状の溝がそれぞれ形成され、該ヒートパイプが該溝に挟み込まれることを特徴とするプラスチック成形装置。
2. 互いに対向して配置され、対向面にキャビティを構成する少なくとも１つ以上の転写面を有する分割金型と、
   該分割金型の対向面と反対側の分割金型の外周面側に設けられ、分割金型を型締め・型開きする型締め・型開き手段と、
   該分割金型と型開き・型締め手段の間に介装され、分割金型を加熱する加熱手段および分割金型を冷却する冷却手段を有する加熱・冷却プレートと、を備え、
   加熱手段によって金型のガラス転移点以上に加熱溶融された熱可塑性樹脂を冷却手段によって冷却することにより、該樹脂に転写面を転写してプラスチック成形品を成形するようにしたプラスチック成形装置において、
   前記加熱手段が分割金型の対向面に沿って延在するように加熱・冷却プレート内に設けられ、分割金型の加熱温度を調整する複数のヒーターから構成され、
   前記加熱・冷却プレートが、分割金型の対向面と平行な方向を境にして分割されるとともに、該分割面にヒーター設置用の半円状の溝がそれぞれ形成され、該ヒーターが該溝に挟み込まれることを特徴とするプラスチック成形装置。
3. 前記溝の深さが、ヒートパイプまたはヒーターの半径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック成形装置。
4. 前記溝の径をヒートパイプまたはヒーターの半径と同等、若しくは大きくしたことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のプラスチック成形装置。
5. 前記溝の外周端部と加熱・冷却プレートの分割面との接続部の少なくとも一方に逃げ部を形成したことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載のプラスチック成形装置。
6. 前記溝の外周端部と加熱・冷却プレートの分割面との接続部の少なくとも一方にテーパを形成したことを特徴とする請求項１〜５何れかに記載のプラスチック成形装置。
7. 前記分割金型、加熱・冷却プレートおよびヒートパイプ、若しくは、分割金型、加熱・冷却プレートおよびヒーターを熱伝導率の高い部材から構成したことを特徴とする請求項１〜６何れかに記載のプラスチック成形装置。

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