JP2006102787A - 金型における冷却構造及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型で成形品を成形するに際して、成形品の厚肉部における凝固遅れを解消することのできる冷却構造及び方法を提案する。
【解決手段】金型９のキャビティ１５に進退可能に構成されたスライド部材３０と、該スライド部材３０を摺動可能に挿入したシリンダ３１と、該シリンダ内周部であってスライド部材３０の摺動により開閉可能となる位置に開口４３ａ・４４ａを形成した供給回路４３及び排出回路４４と、供給回路４３に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段３４と、排出回路４４から冷却媒体を排出する冷却媒体排出手段３６とを備え、キャビティ１５に溶湯を射出したのち型開きよりも前に、スライド部材３０をキャビティ１５より後退させて成形品Ｗに空隙Ｗａを形成し、供給回路４３及び排出回路４４の開口４３ａ・４４ａを開放して空隙Ｗａに冷却媒体を供給する。冷却媒体を供給後はエアを導通させて冷却媒体を除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、成形品を成形する金型における冷却方法及びこれを実現する冷却構造に関する。

成形品を成形する金型には、金型や金型内の溶湯を冷却する構造が備えられており、以下のような方法や構造が知られている。

例えば、特許文献１では、金型の一構成要素としての入子の内部に冷却回路を形成して、該冷却回路に冷却媒体を供給することにより、入子を内部から冷却して、金型及び金型に保持されている成形品を間接的に冷却する技術が開示されている
また、例えば、特許文献２では、金型のキャビティから成形品を離型した状態で、金型の外側の噴出ノズルから冷却媒体を金型のキャビティ型面やピン等をめがけて吹き付けて、離型した成形品や型開きされた金型を外表面から冷却する技術が開示されている
また、例えば、特許文献３では、注湯の際にキャビティ内の空気を排出するベントホールを金型に形成し、キャビティに開口する噴出ノズルをベントホールに嵌合し、そして金型のキャビティに溶湯を注入した後に、冷却媒体を噴出ノズルからキャビティの溶湯や成形品等に向けて送給して、キャビティ内の溶湯や成形品に冷却媒体を直接接触させて冷却する技術が開示されている。
また、例えば、特許文献４では、金型の一構成要素としての入子の内部に冷却回路を形成して、金型を開いて成形品を金型から離型する際に、入子内に形成された冷却回路を通じて冷却媒体が成形品に対して放出されるようにして、冷却媒体を成形品に直接接触させて成形品を冷却する技術が開示されている。
特開昭６２−２３８０５６号公報 特開昭６４−５３７５１号公報 特開平２−４１７６１号公報 特開平８−１５５６２１号公報

射出成形装置における成形工程では、例えば、図７に示す如く、１ショットが、金型キャビティへの溶湯射出→射出完了→金型の型開き→成形品離型→離型剤塗布→金型の型締め→（溶湯射出に戻る）、からなる。なお、成形品を離型する際に、金型に備えられてキャビティに凹凸を形成するスライドピン（スライドコア）が、成形品から引き抜かれる。
上記成形工程において、射出が完了してから金型の型開きするまでが、金型内で溶湯が凝固し成形品となる成形時間である。上記成形時間において、急激に溶湯の温度が低下して凝固し成形品となる。しかし、成形品に厚肉部位が存在する場合、厚肉部位では他の部位と比較して凝固が遅れる傾向があり、これにより、特に厚肉部位に凝固遅れに起因する引け巣や鋳巣等の不良が発生しやすい。

上記従来技術では、金型を冷却媒体で冷却することにより成形品を間接的に冷却する技術や、成形品に溶湯を直接接触させることにより冷却する技術が示されている。
しかし、単に金型や成形品の表面を冷却したとしても、この厚肉部位における厚肉部の凝固バランスの改善を図ることは困難である。

そこで、本発明では、厚肉部を有する成形品を成形する金型にも有効な冷却構造であって、より速やかにムラなく成形品を凝固させるようにして厚肉部の凝固バランスの改善を図り、厚肉部位に凝固遅れに起因する引け巣や鋳巣等の発生を抑制することを可能とする、金型の冷却構造及び冷却方法を提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、成形品を成形する金型において、金型に形成されるキャビティに進退可能に構成されたスライド部材と、スライド部材をその内周部に摺動可能に挿入したシリンダと、シリンダ内周部であってスライド部材の摺動により開閉可能となる位置に開口を形成した供給回路及び排出回路からなる冷却回路と、供給回路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、排出回路から冷却媒体を排出する冷却媒体排出手段とを備え、キャビティに溶湯を射出したのち型開きよりも前に、スライド部材をキャビティより後退させて成形品に空隙を形成し、供給回路及び排出回路の開口を開放し、成形品の空隙に冷却媒体を供給するものである。

請求項２においては、前記供給回路に冷却媒体供給手段とエア供給手段とを切換可能に接続し、前記排出回路に冷却媒体排出手段とエア排出手段とを切換可能に接続し、冷却回路と成形品の空隙に冷却媒体を供給したのちエアを供給するものである。

請求項３においては、前記冷却回路をシリンダの周壁の壁厚内に形成するものである。

請求項４においては、成形品を成形する金型及び金型に保持された成形品を冷却する冷却方法であって、金型に形成されたキャビティに溶湯を射出したのち金型を型開きするよりも前の段階において、キャビティに進出しているスライド部材をキャビティより後退させて成形品に空隙を形成し、この空隙に冷却媒体を供給するものである。

請求項５においては、成形品の空隙に、冷却媒体を供給したのちエアを供給するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、キャビティで凝固しつつある成形品に直接冷却媒体を接触させて冷却することができる。また、成形品の厚肉部に凹凸を形成すべくスライド部材を設けることによって、成形品に厚肉部が存在しても厚肉部の凝固遅れの解消を図ることができ、凝固バランスを改善することにより引け巣や鋳巣の発生を抑制することができる。

請求項２においては、冷却回路や成形品の空隙に付着した冷却媒体を除去することができる。

請求項３においては、冷却回路に冷却媒体が導通されることによって、成形品のみならず、シリンダや該シリンダに内挿されたスライド部材をも冷却することができる。

請求項４においては、キャビティで凝固しつつある成形品に直接冷却媒体を接触させて冷却することができる。また、成形品の厚肉部に凹凸を形成すべくスライド部材を設けることによって、成形品に厚肉部が存在しても厚肉部の凝固遅れの解消を図ることができ、凝固バランスを改善することにより引け巣や鋳巣の発生を抑制することができる。

請求項５においては、冷却回路や成形品の空隙に付着した冷却媒体を除去することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る成形装置の構成を示す図、図２は冷却機構の構成を示すブロック図、図３は冷却機構の構造を示す図である。図４は冷却媒体を供給した状態の冷却機構の構造を示す図である。図５は成形工程を説明する図、図６は溶湯射出から型開きまでの制御装置の制御を示す流れ図である。
図７は従来の成形工程を説明する図である。

まず、本発明に係る金型における冷却構造及び冷却方法を採用した成形装置１０から説明する。
なお、本実施例においては成形装置１０としてプランジャ式射出成形装置を説明のために用いているが、本発明に係る金型における冷却構造及び冷却方法を備える成形装置の形態はこれに限定されるものではなく、金型でキャビティを形成し、スライド部材（スライドピンやスライドコア等）を備える構造のものであればよい。また成形方式にも限定されず、例えば、押出成形装置や射出吸込成形装置等であってもよい。

図１に示す如く、成形装置１０は金型９と、金型９を開閉する型開閉装置（図示せず）と、溶融金属等の溶湯を射出する射出装置８とから成る。
金型９は、可動金型１１と、固定金型１２と、可動金型１１の内部に保持された可動側入子１４と、固定金型１２の内部に保持された固定側入子１３とが、備えられる。可動金型１１は型開閉装置にて、型締め及び型開きする方向に移動可能とされる。
型締め状態の固定金型１２と可動金型１１と可動側入子１４と固定側入子１３とで、キャビティ１５が画成され、このキャビティ１５に金属等の溶湯が注入されて成形品Ｗが成形される。

固定金型１２には、スライドピンやスライドコア等のスライド部材３０及びその駆動手段４１（図３等参照）が備えられる。スライド部材３０はキャビティ１５に対して進退可能に構成される。スライド部材３０は、キャビティ１５内に突出して成形品Ｗに凹凸部を形成する。また、金型９から成形品Ｗを離型する際には、スライド部材３０をキャビティ１５から後退させた状態で離型させる。
スライド部材３０は、固定金型１２に嵌設されたシリンダ３１に摺動可能に挿入されており、駆動手段４１にてシリンダ３１内を往復摺動駆動される。なお、駆動手段４１は、油圧駆動式、機械駆動式、空気作動式等のいずれの作動方式をも用いることができる。

前記固定金型１２には、後端に射出スリーブ１７が連結されたスプルブッシュ１６が嵌入され、該スプルブッシュ１６の先端が、ランナーを介してキャビティ１５に連通される。射出スリーブ１７には、プランジャチップ１８が摺動可能に嵌入され、また、溶湯の注湯口が設けられる。プランジャチップ１８は、ロッド１９を介して駆動手段（図示せず）に連結されており、プランジャチップ１８は射出スリーブ１７内を往復摺動駆動される。

成形装置１０には、キャビティ１５にて凝固する段階にある溶湯（成形品Ｗ）を、冷却する冷却機構が備えられる。

前記冷却機構は、図２に示す如く、供給回路４３と排出回路４４とかならなる冷却回路と、該冷却回路に液体状の冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段３４と、冷却回路より冷却媒体を排出する冷却媒体排出手段３６と、該冷却回路にエアを供給するエア供給手段３５と、冷却回路よりエアを排出するエア排出手段３７とで構成される。
なお、前記冷却媒体供給手段３４と冷却媒体排出手段３６とを、一つの循環システム３８として構成することもでき、また、前記エア供給手段３５とエア排出手段３７とを、一つの循環システム３９として構成することもできる。

冷却回路は、スライド部材３０を挿入したシリンダ３１に形成される。冷却回路は供給回路４３と排出回路４４とから成り、それぞれシリンダ３１の周壁の壁厚内に形成される。これにより、冷却回路に冷却媒体が導通されることによって、シリンダ３１や該シリンダに内挿されたスライド部材３０をも冷却可能としている。

前記供給回路４３の一側端部は、供給バルブ３２を介して冷却媒体排出手段３６またはエア供給手段３５と接続される。また、供給回路４３の他側端部は、シリンダ内周３１ａに開口される。
一方、排出回路４４の一側端部は、排出バルブ３３を介して冷却媒体排出手段３６またはエア排出手段３７と接続される。また、排出回路４４の他側端部は、シリンダ内周３１ａに開口される。

上記供給回路４３及び排出回路４４のシリンダ内周３１ａに形成された開口４３ａ・４４ａは、スライド部材３０がキャビティ１５内に突出した状態においてスライド部材３０によって閉塞され、且つ、図４に示す如く、シリンダ３１にスライド部材３０が格納された状態において、スライド部材３０の先端部が開口４３ａ・４４ａを閉塞しない位置に設けられる。そして、シリンダ３１内のスライド部材３０の位置によって、開口４３ａ・４４ａの面積を変化させることができる。

なお、冷却媒体は、流量５〜２０ｋｇ／ｃｍ２の高圧にて供給回路４３の開口４３ａから放出される。前記開口４３ａの面積を変化させることにより、開口４３ａより放出される冷却媒体の圧力を適宜変化させることができる。また、冷却媒体供給手段３４による冷却媒体の流量を変化させることによっても、開口４３ａより放出される冷却媒体の圧力を適宜変化させることができる。
これにより、供給回路４３の開口４３ａから放出される冷却媒体の放出形態を適宜変化させることができ、冷却媒体が飛散しやすくなり、キャビティ１５の冷却性が確保される。

前記供給バルブ３２は、供給回路４３を冷却媒体供給手段３４と接続した状態と、供給回路４３をエア供給手段３５と接続した状態と、供給回路４３を閉じた状態とに切り換えることのできるバルブであり、制御装置４０により制御される駆動手段（図示せず）により開閉駆動される。
また、前記排出バルブ３３は、排出回路４４を冷却媒体排出手段３６と接続した状態と、排出回路４４をエア排出手段３７と接続した状態と、排出回路４４を閉じた状態とに切り換えることのできるバルブであり、制御装置４０により制御される駆動手段（図示せず）により開閉駆動される。
なお、バルブの駆動手段は、油圧駆動式、機械駆動式、空気作動式等のいずれの作動方式をも用いることができる。

上述の構成の成形装置１０における成形工程では、図５に示す如く、１ショットが、溶湯射出→射出完了→スライド部材抜き→冷却→型開き→成形品離型→離型剤塗布→型締め→（溶湯射出に戻る）、からなる。
すなわち、型開きの前にスライド部材３０を成形品Ｗから抜き出し、このスライド部材３０を抜き出したことにより成形品Ｗに形成される空隙Ｗａに、高圧にて冷却媒体を供給して成形品Ｗを直接冷却する方法を採用していることを特徴としている。

図６に示す流れ図では、溶湯射出から型開きまでの制御装置４０の制御の流れを示している。

まず、制御装置４０より射出装置８に信号が送信され、射出装置８が駆動される（Ｓ１０１）。射出装置８では、溶湯が注湯口から射出スリーブ１７に供給され、プランジャチップ１８の移動によって射出スリーブ１７に充填された溶湯が一気にキャビティ１５に押し出される。
溶湯のキャビティ１５への射出が完了すれば（Ｓ１０２）、待機時間の計測が開始される（Ｓ１０３）。待機時間は、キャビティ１５内においてスライド部材３０近傍の溶湯がスライド部材３０を引き抜くことが可能な状態となるまで凝固するために必要な時間であって、成形品Ｗの形状や材料等に基づいて予め設定される。

待機時間が経過すれば（Ｓ１０４）、続いて、制御装置４０よりスライド部材３０の駆動手段４１に信号が送信され、スライド部材３０が駆動される（Ｓ１０５）。
このとき、スライド部材３０は成形品Ｗから抜き出す方向、すなわち、スライド部材３０がシリンダ３１に後退する方向に駆動される。これによりキャビティ１５の中で凝固しつつある成形品Ｗにはスライド部材３０が抜き出されたことによる空隙Ｗａが形成される。

スライド部材３０の後退位置は、冷却媒体の設定される放出圧力に応じて決定される。スライド部材３０の後退位置を制御することにより開口４３ａの面積が変化し、これにより、冷却媒体の量や勢いが調整される。

スライド部材３０が、所定の後退位置まで移動すれば（Ｓ１０６）、上記冷却機構による冷却が開始される。
まず、制御装置４０より供給バルブ３２の駆動手段に信号が送信されて供給バルブ３２が切換られ、供給回路４３と冷却媒体供給手段３４とが接続され、また、制御装置４０より排出バルブ３３の駆動手段に信号が送信されて排出バルブ３３が切換られ、排出回路４４と冷却媒体排出手段３６とが接続される（Ｓ１０７）。そして、供給バルブ３２と排出バルブ３３が切り換えられると同時に、冷却時間の計測が開始される（Ｓ１０８）。冷却時間は予め設定される。

供給バルブ３２と排出バルブ３３が切り換えられたことによって、冷却媒体が供給回路４３を通じて、シリンダ内周３１ａに設けられた開口４３ａより放出される。放出された冷却媒体は、成形品Ｗに形成された空隙Ｗａに浸入し、成形品Ｗを直接冷却する。そして、冷却媒体は排出回路４４を通じて冷却媒体排出手段３６にて排出される。

冷却時間が経過すれば（Ｓ１０９）、制御装置４０より供給バルブ３２の駆動手段に信号が送信されて供給バルブ３２が切換られ、供給回路４３とエア供給手段３５とが接続され、また、制御装置４０より排出バルブ３３の駆動手段に信号が送信されて排出バルブ３３が切換られ、排出回路４４とエア排出手段３７とが接続される（Ｓ１１０）。そして、供給バルブ３２と排出バルブ３３が切り換えられると同時に乾燥時間の計測が開始される（Ｓ１１１）。乾燥時間は予め設定される。

供給バルブ３２と排出バルブ３３が切り換えられたことによって、エアが供給回路４３を通じて、シリンダ内周３１ａに設けられた開口４３ａより放出される。放出されたエアによって、成形品Ｗやシリンダ内周３１ａや供給回路４３や排出回路４４に付着した冷却媒体が吹き飛ばされ、排出回路４４を通じてエア排出手段３７にて排出される。

乾燥時間が経過すれば（Ｓ１１２）、制御装置４０より供給バルブ３２の駆動手段に信号が送信されて供給バルブ３２が閉じられ、制御装置４０より排出バルブ３３の駆動手段に信号が送信されて排出バルブ３３が閉じられる。
そして、制御装置４０より型開閉装置に信号が送信され、型開閉装置が駆動される（Ｓ１１４）。これにより、固定金型１２と可動金型１１とが型開きされ、キャビティ１５内の成形品Ｗが取り出される。

上述の冷却構造及び冷却方法によれば、溶湯がキャビティ１５に射出されてから、型開閉装置が駆動され型開きが開始されるまでが成形時間となる。そして、この成形時間の間に、スライド部材３０を引き抜いて形成した空隙Ｗａに高圧の冷却媒体を注入することによって、成形品Ｗが冷却媒体にて直接冷却されることになる。これにより、成形品Ｗの凝固が促進され、成形品Ｗの厚肉部の凝固バランスを改善し、鋳巣の発生を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る成形装置の構成を示す図。 冷却機構の構成を示すブロック図。 冷却機構の構造を示す図。 冷却媒体を供給した状態の冷却機構の構造を示す図。 成形工程を説明する図。 溶湯射出から型開きまでの制御装置の制御を示す流れ図。 従来の成形工程を説明する図。

符号の説明

９ 金型
１０ 成形装置
１１ 可動金型
１２ 固定金型
１５ キャビティ
３０ スライド部材
３１ シリンダ
３２ 供給バルブ
３３ 排出バルブ
３４ 冷却媒体供給手段
３５ エア供給手段
３６ 冷却媒体排出手段
３７ エア排出手段
４１ 駆動手段
４３ 供給回路（冷却回路）
４４ 排出回路（冷却回路）

Claims (5)

1. 成形品を成形する金型において、
   金型に形成されるキャビティに進退可能に構成されたスライド部材と、
   スライド部材をその内周部に摺動可能に挿入したシリンダと、
   シリンダ内周部であってスライド部材の摺動により開閉可能となる位置に開口を形成した供給回路及び排出回路からなる冷却回路と、
   供給回路に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、
   排出回路から冷却媒体を排出する冷却媒体排出手段とを備え、
   キャビティに溶湯を射出したのち型開きよりも前に、
   スライド部材をキャビティより後退させて成形品に空隙を形成し、
   供給回路及び排出回路の開口を開放し、
   成形品の空隙に冷却媒体を供給する
   ことを特徴とする金型における冷却構造。
2. 前記供給回路に冷却媒体供給手段とエア供給手段とを切換可能に接続し、
   前記排出回路に冷却媒体排出手段とエア排出手段とを切換可能に接続し、
   冷却回路と成形品の空隙に冷却媒体を供給したのちエアを供給する、
   請求項１に記載の金型における冷却構造。
3. 前記冷却回路をシリンダの周壁の壁厚内に形成する、
   請求項１又は請求項２に記載の金型における冷却構造。
4. 成形品を成形する金型及び金型に保持された成形品を冷却する冷却方法であって、
   金型に形成されたキャビティに溶湯を射出したのち金型を型開きするよりも前の段階において、
   キャビティに進出しているスライド部材をキャビティより後退させて成形品に空隙を形成し、この空隙に冷却媒体を供給する
   ことを特徴とする金型における冷却方法。
5. 成形品の空隙に、冷却媒体を供給したのちエアを供給する、
   請求項４に記載の金型における冷却方法。

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