JP2007008035A - 成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型を加熱することでウェルドラインの発生を抑えるようにした成形金型装置において、成形サイクルの短縮を可能とした成形金型装置を提供する。
【解決手段】相対的に開閉する一対の型板２および３と、この一対の型板２および３に夫々埋め込まれるキャビティ側金型４およびコア側金型５と、キャビティ側金型４の内部に設置され、キャビティ側金型４を樹脂の熱変形温度以上の高温に加熱する熱源体９と、キャビティ側金型４の内部において熱源体９の近傍に設けられ、キャビティ側金型４を冷却するための通水路１５と、熱源体９の側面を囲むようにキャビティ側金型４の内部に埋め込まれ、熱源体９と通水路１５との間を断熱する断熱枠１６とを備えた構成とする。この構成では、断熱枠１６によって熱源体９と通水路１５との間を断熱したことでキャビティ側金型４の加熱／冷却が効率的に行われ、その結果成形サイクルを短縮することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂成形用の成形金型装置に関し、特に成形品のウェルドラインの発生防止を目的とした成形金型装置に係るものである。

一般的な樹脂成形に用いる成形金型装置は、一対の金型即ちキャビティ側金型とコア側金型とを有し、この両金型の間に形成される成形空間に溶融樹脂を射出・注入して成形を行う構成となっている。

このような成形金型装置では、成形時に流動する樹脂が合流する個所において成形品の表面に所謂ウェルドラインが生じ、成形品の見栄えが損なわれるという問題があった。
そこで従来、このウェルドラインの発生を抑えるため、例えば下記の特許文献１に開示される成形金型装置のように、金型を加熱する構成としたものが提案されている。即ちこの特許文献１に開示される成形金型装置は、金型の内部に加熱体が設置されており、成形時にはこの加熱体で金型を高温に加熱することによって成形品にウェルドラインが発生することを防止するようにしている。またこの成形金型装置では、金型の内部において加熱体の近傍に冷却通路が設けられており、この冷却通路に冷却水を通水することで加熱後の金型を冷却するようにしている。
特開２００３−３３９５７号公報

しかしながら、このような従来の成形金型装置では、金型は相当な高温に加熱されるため、水を通水してもすぐには温度が低下せず、冷却に時間がかかるので、成形サイクルが長くなるという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、金型を加熱することでウェルドラインの発生を抑えるようにした成形金型装置において、成形サイクルの短縮を可能とした成形金型装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、樹脂成形用の成形金型装置において、
互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置される一対の型板と、
上記一対の型板に夫々埋め込まれるように装着されるキャビティ側金型およびコア側金型と、
上記キャビティ側金型の内部に設置され、上記キャビティ側金型を樹脂の熱変形温度以上の高温に加熱する熱源体と、
上記キャビティ側金型の内部において上記熱源体の近傍に設けられ、上記キャビティ側金型を冷却するための水を通水する通水路と、
上記熱源体の側面を囲むように上記キャビティ側金型の内部に埋め込まれ、上記熱源体と上記通水路との間を断熱する断熱枠と、
を備えて構成したものである。

本発明の成形金型装置では、キャビティ側金型の内部に熱源体を設置してキャビティ側金型を樹脂の熱変形温度以上の高温に加熱する構造としたことにより、成形時に流動する樹脂が合流する個所で融合するため、成形品にウェルドラインが発生することはなく、また金型に対し樹脂が忠実に転写されて高精度の成形品が得られる。

また本発明の成形金型装置においては、キャビティ側金型の内部に通水路を設けてキャビティ側金型を冷却する構造としたことで、加熱後のキャビティ側金型を急速に冷却して樹脂の固化を促進し、冷却時間を短縮することができる。

そして特に本例の成形金型装置では、熱源体の側面を囲むように断熱枠がキャビティ側金型に埋め込まれ、この断熱枠によって熱源体と通水路との間が断熱される構造となっているので、キャビティ側金型の加熱／冷却が効率的に行われ、その結果成形サイクルを短縮することができる。またこの断熱枠を埋め込んだことでキャビティ側金型の強度が向上し、成形時の内圧によるキャビティ側金型の変形が抑えられる。

以下、図面を参照しながら本発明による成形金型装置の好適な実施例について詳細に説明する。なお、本例においては、成形材料としてＰＣ／ＡＢＳ樹脂を用いた場合の具体例を挙げて説明する。
図１は本発明による成形金型装置の構成を示す縦断面図、図２および図３は成形金型装置の動作説明図、図４は成形金型装置におけるキャビティ側金型を下方から見た平面図、図５はキャビティ側金型とその周辺の構成を示す分解斜視図、図６はキャビティ側金型とコア側金型の詳細な構成を示す縦断面図である。

図１に示す如く、本例の成形金型装置１は、互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置される上下一対の型板２と３を有し、この型板２と３に夫々埋め込まれるように、製品入れ子として上下一対の金型即ちキャビティ側金型４とコア側金型５が装着されている。この構成において型板２と３および両金型４と５は何れも鋼鉄製であり、両金型４と５を合わせた型閉め状態において、両金型４と５の間に形成される成形空間６にゲート７(図４参照)から溶融樹脂を射出・注入して成形を行うものである。

そしてこの成形金型装置１では、成形品におけるウェルドラインの発生防止と転写性の向上を図ることを目的として、キャビティ側金型４を樹脂の熱変形温度以上に加熱するようにしている。即ちこの成形金型装置１においてキャビティ側金型４には、その成形面に近接して空洞部８が形成されており、この空洞部８内を移動可能に熱源体９が設置されている。この熱源体９は、銅材の中にヒーター１０を組み込んで構成されるもので、ここでヒーター１０としては、ニクロム線を内蔵したハイワットカートリッジヒーター等が好適に用いられる。このヒーター１０の加熱設定温度は３００〜３２０℃である。なお、このヒーターとしては、上記ハイワットカートリッジヒーターの他にも、例えばセラミックヒーターや高周波誘導による発熱体などを用いることが可能である。

熱源体９は、断熱材１１を介してエアシリンダー装置１２のシリンダロッド１２ａに連結されており、このエアシリンダー装置１２の作動によって空洞部８の底面に接触／離隔するように上下方向に移動可能となっている。この熱源体９が空洞部８の底面に接触した状態でキャビティ側金型４は、その成形面の周辺部分が樹脂の熱変形温度(約１００℃)以上となる約１２０℃まで加熱される。

さらにこの成形金型装置１では、キャビティ側金型４の内部において熱源体９の近傍を通るように通水路(穴)１４，１５が形成されている。ここで、成形面に近い下側の通水路１５には、金型の急冷却用の冷水(２０〜３０℃)と温度調整用の温水(６０〜７０℃)を適時に流し、成形面から離れた上側の通水路１４には、温度調整用の温水(６０〜７０℃)を常時流すようにしている。

さらにこの成形金型装置１においては、熱源体９の側面を囲むように設置される断熱枠１６がキャビティ側金型４の空洞部８内に埋め込まれている。この断熱枠１６は熱伝導率の低いチタン合金等を使用して成形された枠体であり、この断熱枠１６の内側面に沿って上下方向に移動可能に熱源体９が組み込まれている。この断熱枠１６を設けたことで熱源体９と通水路１５との間が断熱され、これによってキャビティ側金型４の加熱／冷却が効率的に行われる構造となっている。またこの断熱枠１６を埋め込んだことでキャビティ側金型４の強度を維持し、成形時の内圧によるキャビティ側金型４の変形が抑えられるものである。

またこの断熱枠１６の外周面には、上下２本の通水溝１７，１８が形成されている。この通水溝１７，１８は夫々通水路１４，１５に通じており、即ち下側の通水溝１８には金型の急冷却用の冷水(２０〜３０℃)と温度調整用の温水(６０〜７０℃)を適時に流し、上側の通水溝１７には温度調整用の温水(６０〜７０℃)を常時流すようにしている。

さらにこの構成においては、図６に示す如く、熱源体９と断熱枠１６の対向面、即ち熱源体９の外側面と上記断熱枠１６の内側面に夫々クロムメッキ２０と２１を施してある。この場合、熱源体９の外側面のクロムメッキ２０によって熱源体９からの放熱が抑えられると共に、断熱枠１６の内側面のクロムメッキ２１によって熱源体９から断熱枠１６への輻射熱が反射されることにより、熱源体９の熱損失が低減されて、キャビティ側金型４に充分な加熱温度を供給することができるものである。さらにこのキャビティ側金型４では、熱源体９が接触する空洞部８の底面に伝熱性グリスを塗布してあり、これによって熱源体９からの熱伝導をさらに良くし、確実な加熱が行われるようにしている。

また熱源体９は、ヒーター１０の外周面に伝熱性の高い銅メッキ１０ａを施し、これをヒーター取付穴９ａの内周面に密着させる構造とすることで、熱損失を抑えて充分な加熱温度を確保できるようにしている。なお、本例の熱源体９ではヒーター１０の数を１つとしてあるが、このヒーター１０を複数設けて発熱量を増大させた構成としてもよい。

本例の成形金型装置においては、図１に示す如く、両金型４，５は夫々型板２，３の凹部２ａ，３ａに埋め込まれるように装着される。ここでキャビティ側金型４と型板２の間には、キャビティ側金型４の成形面を除く５面に沿って断熱板２３を設置してある。この断熱板２３は高温耐久グレードのエポキシ樹脂を材料としてなり、これを設置することによってキャビティ側金型４から型板２への熱移動を遮断して効率的な加熱／冷却が行われる構造としている。なお、このキャビティ側金型４と対応するコア側金型５と型板３の間にも、同様にして断熱板２４を設置してある。

さらにキャビティ側金型４の側面と型板２との間には、鋼鉄製の波板部材２５が介在されている。図４に示す如くこの波板部材２５は、所要の厚みを有する鋼鉄板を波形の凹凸形状に加工したもので、本例ではキャビティ側金型４の互いに直交する２側面に沿って２枚の波板部材２５が配置されている。そしてこの波板部材２５をキャビティ側金型４との間に挟み込むように楔部材２６を凹部２ａに組み込み、これをボルト２７で型板２に締め付けるにより、キャビティ側金型４を凹部２ａの内側面に押し付けるようにして固定してある。

このような波板部材を設置したことにより本例の成形金型装置１では、キャビティ側金型４の加熱／冷却によってキャビティ側金型４に膨張／収縮が生じても、波板部材２５が撓むことでこの膨張／収縮を効果的に吸収することができる。特に本例では、キャビティ側金型４の互いに直交する２側面に沿って２枚の波板部材２５を設置したことで、キャビティ側金型４の２方向の膨張／収縮に対応することができる。また、型板２とキャビティ側金型４との温度差による熱膨張も吸収することができる。なお、このキャビティ側金型４と対応するコア側金型５も、同様にして波板部材２８を介して楔部材２９によって型板３に固定される。

また本例の成形金型装置１では、型の合わせは型板２と３によって行われるようになっており、この型板２と３が合わさった型閉じ状態において、両金型４と５の間には０．０２〜０．０３ｍｍ程度の僅かな隙間が生じるよう構成されている。この隙間は、成形品にバリが生じない程度の僅かな隙間であり、この隙間を設けたことによって、キャビティ側金型４からコア側金型５への熱移動が遮断されるので、キャビティ側金型４を効率的に加熱できるものである。

さらにこの成形金型装置１においては、成形時に溶融樹脂から生じるガスを両金型４と５の間の隙間から吸引して強制的に排気するようにしてある。即ちこの場合、図６に示す如くコア側金型５の合わせ面にＯリング３０を設置することで型閉じ状態において成形空間６を密閉し、その状態で成形空間６内の空気やガスをコア側金型５に設けられた吸気路３１を介して吸引ポンプによって両金型２と３の間の隙間から吸引して排気する構成としてあり、これによってウェルド部に閉じ込められる空気やガスを強制的に排気してウェルドラインの発生を抑えると共に、その他の成形不良の発生を防止するようにしている。

上記の如く構成される本例の成形金型装置１による成形は、次のような動作を１サイクルとして行われる。即ち、先ずこの成形金型装置１は、初期状態では型板２と３が上下に離隔した型開き状態にあり、また熱源体９はキャビティ側金型４の空洞部８の底面から離れた状態にある。この初期状態から型板２と３を互いに近接する方向に移動させて型板２と３を合わせて型閉め状態とし、この型閉め動作と同時にエアシリンダー装置１２を前進作動させて熱源体９を空洞部８の底面に接触させる（図１に示す状態）。

ここで熱源体９は、ヒーター１０により３００〜３２０℃の設定温度に維持されており、この熱源体９がキャビティ側金型４の空洞部８の底面に接触することにより、キャビティ側金型４の成形面の周辺部分が樹脂の熱変形温度(約１００℃)以上となる約１２０℃まで加熱される。

そして、このようにしてキャビティ側金型４が樹脂の熱変形温度以上に加熱された状態で、両金型４と５の間の成形空間６に溶融樹脂を射出・注入して成形を行う。このとき、キャビティ側金型４が樹脂の熱変形温度以上に加熱されていることにより、流動する樹脂が合流する個所で融合するため、ウェルドラインが発生することはなく、また金型に対し樹脂が忠実に転写されて高精度の成形が行われる。

この射出成形が完了した後、そのまま型閉め状態で一定の冷却時間をおいて樹脂を固化させる。この場合、樹脂の射出が完了する直前にエアシリンダー装置１２を後退作動させて熱源体９を空洞部８の底面から離隔させてキャビティ側金型４への熱供給を遮断する（図２に示す状態）。

また、これと共にキャビティ側金型４の成形面に近い下側の通水路１５および通水溝１８に冷水(２０〜３０°)を通水することでキャビティ側金型４を急速に冷却して樹脂の固化を促進させ、適時に温水(６０〜７０℃)の通水に切り換えてキャビティ側金型４を通常の設定温度に戻すようにする。なお、キャビティ側金型４の成形面から離れた上側の通水路１４および通水溝１７には、温度調整用の温水(６０〜７０℃)が常時通水されており、このためキャビティ側金型４を素早く通常の設定温度に戻すことができる。

そして、一定の冷却時間が経過して樹脂が充分に固化した後、型板２と３を互いに離れる方向に移動させて型開き状態とし（図３に示す状態）、そこで両金型４と５の間から成形品４０を取り出すようにする。なお、この成形品４０の取り出しは、コア側金型５から突出される取り出しピンによって行われるものであるが、本例ではこの取り出しピンの図示は省略してある。

以上の如き本例の成形金型装置における成形動作は、全て金型制御盤に備えられるコントローラによって制御される。ここで特に金型の温度制御に必要な熱源体と通水に関する動作については、コントローラのタイマーによって正確な制御が行われるようになっている（図７にそのタイムチャートを示してある）。
なお、この金型の温度制御に関する温度数値は、成形材料としてＰＣ／ＡＢＳ樹脂を用いた場合の温度を例示してあり、この温度は樹脂の材質に応じて変化するものであるため、例示の数値に限定されるものではない。

以上に説明した如く本例の成形金型装置では、キャビティ側金型４の内部に熱源体９を設置してキャビティ側金型４を樹脂の熱変形温度以上の高温に加熱する構造としたことにより、成形時に流動する樹脂が合流する個所で融合するため、成形品にウェルドラインが発生することはなく、また金型に対し樹脂が忠実に転写されて高精度の成形品が得られる。

また本例の成形金型装置においては、キャビティ側金型４の内部に通水路１５を設けてキャビティ側金型４を冷却する構造としたことで、加熱後のキャビティ側金型４を急速に冷却して樹脂の固化を促進し、冷却時間を短縮することができる。

そして特に本例の成形金型装置では、熱源体９の側面を囲むように断熱枠１６がキャビティ側金型４に埋め込まれ、この断熱枠１６によって熱源体９と通水路１５との間が断熱される構造となっているので、キャビティ側金型４の加熱／冷却が効率的に行われ、その結果成形サイクルを短縮することができる。またこの断熱枠１６を埋め込んだことでキャビティ側金型４の強度が維持され、成形時の内圧によるキャビティ側金型４の変形が抑えられる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されることなく他にも種々の実施形態を採り得るものであることは言うまでもない。

本発明による成形金型装置の構成を示す縦断面図である。 成形金型装置の動作説明図である。 成形金型装置の動作説明図である。 成形金型装置におけるキャビティ側金型を下方から見た平面図である。 キャビティ側金型とその周辺の構成を示す分解斜視図である。 キャビティ側金型とコア側金型の詳細な構成を示す縦断面図である。 熱源体と通水に関する動作のタイムチャートである。

符号の説明

１…成形金型装置、２，３…型板、４…キャビティ側金型、５…コア側金型、９…熱源体、１５…通水路、１６…断熱枠

Claims (2)

1. 樹脂成形用の成形金型装置において、
   互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置される一対の型板と、
   上記一対の型板に夫々埋め込まれるように装着されるキャビティ側金型およびコア側金型と、
   上記キャビティ側金型の内部に設置され、上記キャビティ側金型を樹脂の熱変形温度以上の高温に加熱する熱源体と、
   上記キャビティ側金型の内部において上記熱源体の近傍に設けられ、上記キャビティ側金型を冷却するための水を通水する通水路と、
   上記熱源体の側面を囲むように上記キャビティ側金型の内部に埋め込まれ、上記熱源体と上記通水路との間を断熱する断熱枠と、
   を備えて構成される成形金型装置。
2. 請求項１に記載の成形金型装置において、
   上記熱源体の外側面と上記断熱枠の内側面に夫々メッキを施してなる成形金型装置。
   

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