JP2006150976A - 可塑性材料の加工用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 寿命に不利な影響を及ぼすことなく、放熱が改善される金型を提供する。
【解決手段】 可塑性材料を加工する金型特にプラスチック射出成形金型の成形用金型ピン、コアピン、突出しピン等のような金型ピンは、金型空所を区画する金型板又は金型挿入片のような少なくとも１つの金型部分を持ち、この金型部分は、案内切欠きに対して相対移動可能な突出しピン又はコアピンのような棒状金型ピン２１を受入れる少なくとも１つの案内切欠きを含んでいる。
金型ピン（２１）は、少なくとも軸線方向部分範囲にわたって軸線方向穴（２８）を備えている鋼製ピン外被（４４）を持ち、軸線方向穴（２８）内に高熱伝導性材料から成るピン芯（３１）が設けられ、ピン外被（４４）及びピン芯（３１）が、ピン芯（３１）の外周面（３４）とピン外被（４４）の内周面（３７）との間に隙間なしの耐久性結合部を形成しながら互いにかみ合っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の可塑性材料の加工用金型特にプラスチック射出成形金型において、成形を行う金型ピン、コアピン、突出しピン等のような金型ピンに関する。

このような種類の金型では、流動性溶融物から金型へ放出される熱を金型から導出し、金型部分の均一な冷却を行うという問題がある。金型に設けられる冷却通路は、特別な使用事例では必ずしも充分でない。例えば金型部分の均一な冷却は困難である。特に盲穴突起又はねじ止め円頂部のような材料堆積部には、廃物の原因となる応力及び亀裂がしばしば伴う。

刊行物では証明できない従来技術から、高熱伝導性材料例えばＣｕＢｅから成る突出しピンを備えた金型を製造することは公知であり、こうして熱を金型空所から外部へ一層よく導出することができる。このようなＣｕＢｅ突出しピンは、Ｄｒｅｉ−Ｓ−Ｗｅｒｋ社により公然と利用されている。しかしＣｕＢｅ突出しピンはよく切削加工できない。このＣｕＢｅ突出しピンは、更に例えば防火プラスチックにおいて生じる腐食性溶融物に対して抵抗力がない。その上ＣｕＢｅ突出しピンは、不充分な摩耗抵抗のため寿命が比較的短いという欠点を持っている。

これらの欠点を回避するため、特許出願人により広範な実験が行われた。その際軸線方向穴を持つ鋼製突出しピンに、収縮した銅芯が設けられた。実験の結果、軸線方向全長にわたって銅芯と鋼外被との間に半径方向に行われる固定的結合が少なくとも部分的に不可能なので、一体な結合が行われないことがわかった。しかし金型ピンは標準品として規則通りに市販され、従ってまず固定長に短くされ、更に後で金型製造者によりそのつどの使用事例に合わせて更に短くされねばならないので、短縮面に不規則性が認められる。これらの不規則性は、放熱の減少及び芯と外被との間の不充分な結合を生じるのみならず、収縮される銅芯と鋼外被との境界面に部分的な不規則性特に凹所を生じ、これらの凹所が完成したプラスチック射出成形品に許容できないように写し取られる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３２５０７号明細書から、突出しピンをスリーブの軸線方向穴内に通すことが公知である。この装置は損耗部分の容易な交換に役立つだけで、金型の放熱には役立たない。

国際公開第ＷＯ９４／２６４９６号から、突出しピンを突出しスリーブの軸線方向穴内に案内することが公知である。その目的は、突出しピンの磨耗を少なくすることであり、それは突出しスリーブの円錐状に先細になる穴によって解決される。この公知の装置では、一層良好な放熱は行われない。

ドイツ連邦共和国特許第４４３９９８４号明細書から、金属、プラスチック及びガラス鋳造用の金型を、成形を行う内側表面の範囲で、少なくとも部分的に複合材料から製造することが公知である。表面層は小さい熱伝導率ただし高い熱衝撃抵抗及び摩耗抵抗の材料を持っている。しかし著しく異なる熱膨張係数を持つ材料から成るこのような複合材料は、製造するのが困難である。このような複合材料は、寸法精度及び寿命において欠点になっている。

最後に欧州登録特許のドイツ語翻訳第６９４０３５１３号明細書から、プラスチック射出ノズルのトーピードを外側鋼スリーブから製造し、鋼スリーブにＣｕを充填することが公知である。

最初に述べた公知の先使用から出発して本発明の課題は、放熱、寿命及び強度特性が改善されている金型ピンを提供することである。

本発明はこの課題を請求項１の特徴によって解決する。この特徴によれば、金型ピンは、少なくとも軸線方向部分範囲にわたって軸線方向穴を備えている鋼製ピン外被を持ち、軸線方向穴内に高熱伝導性材料から成るピン芯が設けられ、ピン外被及びピン芯が、ピン芯の外周面とピン外被の内周面との間に隙間なしの耐久性結合部を形成しながら互いにかみ合っている。

従って本発明の原理は、大体において、例えば突出しピン又はコアピンのような金型ピンが、軸線方向全長又はその一部にわたって、高熱伝導性材料から成る芯を持ち、この芯の周りに、例えば鋼のように摩耗抵抗を持ちかつ切削加工可能で熱衝撃に対して強い材料から成る外被が設けられていることである。芯の材料と外被の材料は互いにかみ合い、即ち両方の材料は付着力、機械的かみ合いを介して又は金属結合により耐久的に隙間なく互いに結合されている。

本発明は、高熱伝導性材料から成る芯のため、特に盲穴又はねじ取付け円頂のような材料堆積部及び成形部品のそれ以外の問題区域から、熱が著しくよく導出される、という利点を持っている。例えば鋼のように摩耗抵抗を持ちかつ熱衝撃に対して強い材料から成る外被範囲は、金型ピンの高い寿命を保証する。更に鋼はよく切削可能なので、製造が従来技術に対して簡単になる。本発明による金型ピンにより、成形過程のサイクル時間が著しく減少される。

金型ピンの材料とピン外被が、工具ピンの軸線方向全長にわたって親密に隙間なく互いに結合されていることによって、このような立体的結合装置は、その良好な強度特性のため、成形を行う金型ピン従ってコアピン及び突出しピン用の標準品として著しく適している。標準品の製造及び使用の際生じる半径方向短縮面は、研磨面においても、芯材料と外被材料との間に隙間のない移行部を示す。従ってこの範囲に、例えば前述した実験的な収縮装置とは異なり、本発明による標準品では、凹所は全く存在しないが、本発明によらない場合完成したプラスチック製品に凹所がわずらわしく写される可能性がある。

本発明は、金型ピンを製造するため、ドイツ連邦共和国ミューハイムのＭＥＣＯＢＯＮＤ Ｄｒ．Ｂｅｔｚ ＧｍｂＨの方法を使用する。この方法により、異なる熱膨張係数を持つ金属で複合材料を製造する際、上述した問題を回避することができる。この方法では、両方の材料の冷却の際、両方の材料の少なくとも１つの弾性限界を上回る圧縮力が加えられるので、この材料が少なくとも微小範囲で塑性変形する。その際圧縮力は、目的に合わせて両方の材料の一方のみに、例えば銅又は銅合金から成るピン芯のみに、加えることができる。

ＭＥＣＯＢＯＮＤの方法はドイツ連邦共和国特許第１０２２９９９４号明細書に記載されているが、この刊行物は、本発明による特別な金型ピンを製造するために、この方法を使用することを示唆していない。詳細には、ＭＥＣＯＢＯＮＤの方法は、異なる熱膨張係数を持つ少なくとも２つの材料を持つ立体的材料複合体に関し、材料複合体はその製造のため及び／又は熱処理の際加熱され、続いて冷却される。冷却中に材料複合体は、両方の材料が固体集合状態にある温度区間を通過し、この温度区間の通過中に、材料の少なくとも１つの高温弾性限界より上にある均衡圧縮力が材料複合体へ及ぼされるので、この材料が少なくとも微小範囲で塑性変形する。

本発明の実施形態によれば、ピン芯が銅又は銅合金から形成されている。銅は高い熱伝導率という利点を持っているので、熱を最適にかつ目的にあわせて金型の熱的に問題のある区域から導出することができる。こうして金型部分の均一な冷却を行うことができる。ピン芯は、純銅の代わりに銅合金から、又は高い熱伝導率の別の材料から形成することができる。

このような装置のためにＭＥＣＯＢＯＮＤの方法は、銅又は銅合金と工具鋼との材料複合体が、８５０℃〜１２０℃の温度及び１００×１０^５Ｐａ〜５０００×１０^５Ｐａの圧力が設定される高温−高圧金属拡散過程により、耐久性金属結合を形成しながら製造されるようにしている。

本発明の別の構成によれば、軸線方向穴が、少なくとも金型空所側の端部範囲で、鋼板により閉鎖されている。金型ピンは所望の長さに短くされる標準品なので、ピン芯は、軸線方向穴の金型空所側開口の範囲で、腐食性金型材料と接触することがある。これを防止するため、軸線方向穴の開口を鋼板により閉鎖することができる。鋼板は例えば溶接結合により金型ピンの鋼外被に取付けることができる。

本発明の別の構成によれば、軸線方向穴が、少なくとも金型空所側の端部範囲で、被覆により閉鎖されている。このような被覆は肉盛り溶接例えばレーザ肉盛り溶接により形成することができる。こうして軸線方向穴は少なくとも金型空所側で密閉されるので、溶融物がピン芯と接触することはない。

本発明の別の構成によれば、金型ピンに隣接して冷却通路が設けられている。冷却通路により、金型ピンに隣接する範囲が水冷可能なので、金型ピン及び溶融物により吸収されている熱が直接冷却通路へ放出され、金型から導出されることができる。

別の実施形態によれば、軸線方向穴が金型ピンの全軸線方向範囲にわたって延びている。こうして金型ピンの軸線方向全長にわたって、高熱伝導性材料から成るピン芯を設けることが可能である。

本発明の別の構成によれば、ピン芯が、金型ピンの全軸線方向範囲にわたって延びている。その場合金型ピンは、その全長にわたって軸線方向穴を持ち、この軸線方向穴がピン芯により完全に満たされている。従って金型ピンの全長さ範囲にわたって熱を金型から受取り、熱エネルギを例えば冷却水又は外気へ放出できる別の範囲へ導出することが可能である。

本発明の別の構成によれば、ピン芯が、金型ピンの軸線方向部分範囲にわたって延びている。金型ピンがその全軸線方向範囲にわたって設けられているか、又は冷却範囲にのみ穴を設けられているかに関係なく、ピン芯を金型ピンの部分範囲にのみ設けることができる。これは、例えば金型ピンの部分範囲のみで熱を導出する場合である。更に製造上の理由から、金型ピンが部分範囲にのみ軸線方向穴を持ち、かつピン芯を備えているようにすることができる。

本発明の別の構成によれば、金型ピンが１０ｍｍの最小直径を持っている。銅は鋼よりよくない強度特性を持っているので、この最小直径により金型ピンの充分な強度が保証される。

本発明のそれ以外の利点は、図面に示されている実施例の以下の説明から明らかになる。

図面には、可塑性材料の加工用金型が全体を１０で示されている。同じ数字符号は、異なる図において小文字を補足して、同じ部分を示している。

図１によれば、金型１０は、ノズル側に締付け１１及び金型板１２を持っている。突出し装置側に金型１０は締付け板１３、２つの突出し装置保持板１４及び１５、金型板１６及びコア１７を持っている。金型１０は更にかき取り板１８及び１９を持っている。横梁２０ａ及び２０ｂは、生じる金型内部圧力による撓みに抗して金型板１６を支持する。金型ピン２１は締付け板１３に取付けられ、突出し装置保持板１４及び１５、金型板１６及びコア１７を貫通しているので、金型ピン２１の端部範囲３６は金型空所４１内に設けられている。

金型ピン２１は盲穴２３の形成に用いられる。金型ピン２１上にはスリーブ２２が案内されている。スリーブ２２は成形部品３８の突出しに役立つ。そのため突出し装置保持板１４及び１５は、金型１０の開放中に金型板１６の方へ動き、スリーブ２２も連行される。それによりスリーブ２２は金型ピン２１に対して動く。従って金型ピン２１とスリーブ２２との間には、金型ピン２１の自由移動に役立つ間隙４３が設けられている。

ノズル３９側で金型板１２に、成形部品２８の円頂部２６及び２７の形成に役立つ金型ピン２４及び２５が取付けられている。従って金型ピン２４及び２５の端部範囲４５及び４６は金型空所４１へ入り込んでいる。

金型ピン２１は、軸線方向全長にわたって軸線方向穴２８を持つ鋼製ピン外被４４を持っている。軸線方向穴２８には銅から成るピン芯３１が収容されている。同様に金型ピン２４及び２５も、銅から成るピン芯３２及び３３が設けられる軸線方向穴２９及び３０を持つピン外被５０及び５１を持っている。

図２には金型ピン２１が個別部分として示されている。金型ピン２１の構造は、同様に成形機能を持つ金型ピン２４及び２５の構造とは原理的に相違していない。図２によれば、ピン芯３１の外周面３４はピン外被４４の内周面３７と物質的に結合され、ピン芯３１の外周面３４とピン外被４４の内周面３７との間には金属結合部が存在する。結合部を製造するためＭＥＣＯＢＯＮＤ社の方法が使用される。この方法では、銅から成るピン芯３１がその弾性限度を越えて圧縮力を加えられるので、このピン芯が少なくとも微小範囲で塑性変形し、金型ピン２１の鋼から成るピン外被４４と隙間のない結合を行う。銅から成るピン芯３１は、金型ピン２１に、非常に良好な熱伝導性を与える。更に鋼から成るピン外被４４により、良好な摩耗抵抗が保証される。ＭＥＣＯＢＯＮＤの方法はドイツ連邦共和国特許第１０２２９９９４号明細書に記載されている。

図１によれば、金型１０は成形部品３８の突出しの直前にあり、溶融プラスチックはまず加熱されたノズル３９によりゲート開口４０を経て金型空所４１へ射出されている。特に円頂部２６及び２７からの溶融プラスチックの熱エネルギは、本発明による金型ピン２４及び２５によって、金型ピン２４及び２５のすぐ近くに設けられて水冷される冷却通路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び４２ｄへ非常に速く導出される。特に成形部品３８の盲穴２３の範囲からの熱エネルギは、本発明による金型ピン２１によって、金型空所４１から締付け板１３の方へ導出され、外気へ放出される。

腐食性溶融プラスチックがピン芯３１，３２及び３３を腐食させるのを防止するため、軸線方向穴２８，２９及び３０の射出部品側開口４７，４８，４９はレーザ塗布溶接層３５ａ，３５ｂ，３５ｃにより被覆されている。それぞれのレーザ塗布溶接層の代わりに、同じ有利な保護作用を生じるようにろう付けされるか又は例えばレーザにより溶接される鋼板を設けることもできる。ピン外被４４，５０及び５１は、良好な熱衝撃抵抗及び摩耗抵抗を持つ鋼から成っている。

ピン芯３１，３２及び３３が存在するにもかかわらず、金型ピン２１，２４及び２５の充分な強度を保証するため、これらの金型ピンは１０ｍｍの最小直径を持っている。

本発明は実施例において成形金型ピン２１，２４及び２５において使用されるが、突出し機能及び成形機能を持つ突出しピン又は金型ピンにおいても使用されることができる。

本発明による金型ピンを持つプラスチック射出成形金型の概略縦断面図を示す。 図１による金型ピンの個別部分を示す。 図２の金型部分のＩＩＩで示す部分範囲の概略縦断面図を示す。

符号の説明

１０ 金型
１２，１７ 金型部分（金型板、コア）
２１，２４，２５ 金型ピン
２８，２９，３０ 軸線方向穴
３１，３２，３３ ピン芯
３４ 外周面
３７ 円周面
４１ 金型空所
４４，５０，５１ ピン外被

Claims (10)

1. 金型空所（４１）を区画して成形する金型板又は金型挿入片のような少なくとも１つの金型部分（１２，１７）を持ちかつ可塑性材料の加工用金型にある金型ピン（２１，２４，２５）であって、金型部分（１２，１７）が、少なくとも１部ＣｕＢｅ等のような高熱伝導性材料から製造される棒状金型ピン（２１，２４，２５）を受入れる少なくとも１つの案内切欠きを持っているものにおいて、金型ピン（２１，２４，２５）が、少なくとも軸線方向部分範囲にわたって軸線方向穴（２８，２９，３０）を備えている鋼製ピン外被（４４，５０，５１）を持ち、軸線方向穴（２８，２９，３０）内に高熱伝導性材料から成るピン芯（３１，３２，３３）が設けられ、ピン外被（４４，５０，５１）及びピン芯（３１，３２，３３）が、ピン芯（３１，３２，３３）の外周面（３４）とピン外被（４４，５０，５１）の内周面（３７）との間に隙間なしの耐久性結合部を形成しながら互いにかみ合っていることを特徴とする金型ピン。
2. ピン芯（３１，３２，３３）が銅又は銅合金から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の金型ピン。
3. ピン芯（３１，３２，３３）の外周面（３４）とピン外被（４４，５０，５１）の内周面（３７）とが、金属結合部を形成しながら物質的に互いに結合されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の金型ピン。
4. 軸線方向穴（２８，２９，３０）が、少なくとも金型空所（４１）に隣接する端部範囲（３６，４５，４６）で、鋼板により閉鎖されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の金型ピン。
5. 軸線方向穴（２８，２９，３０）が、少なくとも金型空所（４１）に隣接する端部範囲（３６，４５，４６）で、被覆（３６ａ，３５ｂ，３５ｃ）により閉鎖されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の金型ピン。
6. 金型ピン（２１，２４，２５）に隣接して冷却通路（４２ａ〜４２ｄ）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の金型ピン。
7. 軸線方向穴（２８，２９，３０）が金型ピン（２１，２４，２５）の全軸線方向範囲にわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の金型ピン。
8. ピン芯（３１，３２，３３）が、金型ピン（２１，２４，２５）の全軸線方向範囲にわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の金型ピン。
9. ピン芯（３１，３２，３３）が、金型ピン（２１，２４，２５）の軸線方向部分範囲にわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の金型ピン。
10. 金型ピン（２１，２４，２５）が１０ｍｍの最小直径を持っていることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の金型ピン。

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