JP2007223168A - 成形金型装置 - Google Patents
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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、成形サイクルのさらなる短縮を可能とした成形金型装置を提供する。
【解決手段】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キャビティ型1及びコア型2と、キャビティ型1に組み込まれるキャビティ入れ子3と、このキャビティ入れ子3の内部に設置され、キャビティ入れ子3を加熱する熱源体7と、キャビティ入れ子3の内部において熱源体7の近傍に設けられ、キャビティ入れ子3を冷却するための水を流す通水路20と、を備えてなる成形金型装置において、キャビティ入れ子3を、コア型2と対向するフロントプレート3aと、熱源体7が配置されるバックプレート3bと、に分割した構造とし、ここでバックプレート3bは、フロントプレート3aよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されるものとする。
【選択図】図1
【解決手段】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キャビティ型1及びコア型2と、キャビティ型1に組み込まれるキャビティ入れ子3と、このキャビティ入れ子3の内部に設置され、キャビティ入れ子3を加熱する熱源体7と、キャビティ入れ子3の内部において熱源体7の近傍に設けられ、キャビティ入れ子3を冷却するための水を流す通水路20と、を備えてなる成形金型装置において、キャビティ入れ子3を、コア型2と対向するフロントプレート3aと、熱源体7が配置されるバックプレート3bと、に分割した構造とし、ここでバックプレート3bは、フロントプレート3aよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されるものとする。
【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型とコア型とを有し、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、金型の内部に熱源体が設置されており、成形時にはこの熱源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熱源体の近傍に通水路が設けられており、この通水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
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、金型の内部に熱源体が設置されており、成形時にはこの熱源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熱源体の近傍に通水路が設けられており、この通水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。
近年、このような成形金型装置を備えた成形機においては、成形サイクルのさらなる短縮化が求められている。しかしながら、従来の成形金型装置では、金型を充分な温度まで加熱するのに相当の時間がかかり、また加熱後の金型を冷却するのにも相当の時間を要していたため、成形サイクルを短くすることが難しかった。
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、成形サイクルのさらなる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、
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キャビティ型及びコア型と、
キャビティ型に組み込まれるキャビティ入れ子と、
このキャビティ入れ子の内部に設置され、キャビティ入れ子を加熱する熱源体と、
キャビティ入れ子の内部において熱源体の近傍に設けられ、キャビティ入れ子を冷却するための水を流す通水路と、
を備えてなる成形金型装置において、
キャビティ入れ子を、コア型と対向するフロントプレートと、熱源体が配置されるバックプレートと、に分割した構造とし、
ここでバックプレートは、フロントプレートよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とするものである。
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キャビティ型及びコア型と、
キャビティ型に組み込まれるキャビティ入れ子と、
このキャビティ入れ子の内部に設置され、キャビティ入れ子を加熱する熱源体と、
キャビティ入れ子の内部において熱源体の近傍に設けられ、キャビティ入れ子を冷却するための水を流す通水路と、
を備えてなる成形金型装置において、
キャビティ入れ子を、コア型と対向するフロントプレートと、熱源体が配置されるバックプレートと、に分割した構造とし、
ここでバックプレートは、フロントプレートよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とするものである。
上記の如く構成される本発明の成形金型装置では、キャビティ入れ子をフロントプレートとバックプレートとに分割し、両者の熱伝導率に差をつけた構成としたことにより、キャビティ入れ子の加熱/冷却が効率的に行われ、その結果、成形サイクルを大幅に短縮することができる。
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。
図1は本発明による成形金型装置の構成を示す断面図である。この図1に示す如く本例の成形金型装置は、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一対の金型即ちキャビティ型1及びコア型2を有して構成される。ここでキャビティ型1は、その中心部に型本体であるキャビティ入れ子3が断熱板4を介して組み込まれており、キャビティ型1とコア型2を合わせた型閉め状態において、キャビティ入れ子3とコア型2との間に形成される成形空間5に図示しないゲートから溶融樹脂を射出・注入して成形を行うものである。
図1は本発明による成形金型装置の構成を示す断面図である。この図1に示す如く本例の成形金型装置は、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一対の金型即ちキャビティ型1及びコア型2を有して構成される。ここでキャビティ型1は、その中心部に型本体であるキャビティ入れ子3が断熱板4を介して組み込まれており、キャビティ型1とコア型2を合わせた型閉め状態において、キャビティ入れ子3とコア型2との間に形成される成形空間5に図示しないゲートから溶融樹脂を射出・注入して成形を行うものである。
この成形金型装置においてキャビティ入れ子3は、図1及び図2に示す如く、コア型2と対向する成形部(凹型)5aを有するフロントプレート3aと、その背面側に配置されるバックプレート3bと、に分割した構造を有している。ここでバックプレート3bは、フロントプレート3aよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されている。この構成において、フロントプレート3aの材料としては、大同特殊鋼(株)製の鋼材・NAK80が好適に用いられ、またバックプレート3bの材料としては、ステンレス材・SUS304が好適に用いられる。
そしてこの成形金型装置では、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、キャビティ入れ子3の内部に熱源体7を設置し、これによってキャビティ入れ子3を加熱するようにしている。この熱源体7は、熱源ケース8の内部に小スペースで高熱量の出力が得られる発熱体として複数のセラミックヒーター9を組み込んで構成されるものであり、本例ではキャビティ入れ子3におけるバックプレート3bの内部に配置されている。また、この熱源体7では熱源ケース8の材料としてBeCu(ベリリウム銅)を用いてあり、これによって機械的強度を向上させると共に、セラミックヒーター9から発せられる熱が伝わり易い構造としている。
なお、本例ではこの熱源体7を2個設置した構成としてあるが、この熱源体7の設置個数は、成形品の大きさや形状に応じて適宜変更できるものである。
なお、本例ではこの熱源体7を2個設置した構成としてあるが、この熱源体7の設置個数は、成形品の大きさや形状に応じて適宜変更できるものである。
この成形金型装置において熱源体7は、射出時にはフロントプレート3aと接触し、冷却時にはフロントプレート3aから離れるように移動する構成を有している。この熱源体7の移動機構は、次のように構成される。本例の成形金型装置においてキャビティ型1は、エアシリンダー10を介して取付プレート11と連結されており、このエアシリンダー10の作動によって取付プレート11との間で開閉するように移動する構成となされている。そして熱源体7は、連結ボルト12によって取付プレート11に連結されており、キャビティ型1と取付プレート11が閉じた状態ではフロントプレート3aに接触し、キャビティ型1と取付プレート11が開いた状態ではフロントプレート3aから離れる位置に移動されるようになっている。
なお、この構成において熱源体7は、断熱材13及びステンレス材14を介して取付プレート11と連結される。ここで断熱材13としては高温耐久グレードの断熱板が用いられ、これによって熱源体7からの熱を効率的に断熱し、取付プレート11に熱が逃げない構造としてある。
なお、この構成において熱源体7は、断熱材13及びステンレス材14を介して取付プレート11と連結される。ここで断熱材13としては高温耐久グレードの断熱板が用いられ、これによって熱源体7からの熱を効率的に断熱し、取付プレート11に熱が逃げない構造としてある。
さらにこの成形金型装置においては、熱源体7の側面を囲むように設置される外枠15がキャビティ入れ子3のバックプレート3b内に組み込まれている。この外枠15は、バックプレート3bよりもさらに熱伝導率の低いチタン合金等を用いて構成される枠体であり、この外枠15の内側面に沿って移動可能に熱源体7が配置される。この外枠15を設けたことにより熱源体7の周囲が効果的に断熱され、熱源体7の熱がバックプレート3bに逃げない構造となっている。またこの外枠15を組み込んだことでキャビティ入れ子3の強度が保たれ、射出時の内圧によるキャビティ入れ子の変形が抑えられるものである。
この構成においては、図3に示す如く、熱源体7の熱源ケース8の外側面と外枠15の内外側面に、断熱効果を高めるためのメッキ17と18を施してある。このメッキとしては、無電解Ni(ニッケル)メッキが好適であり、これによって熱源体7からの輻射熱の放散を防いで断熱効果を向上させるようにしている。そのため熱源体7の熱損失が低減されて、キャビティ入れ子3のフロントプレート3aに充分な熱量を供給することができる。また、熱源ケース8の外側面にメッキ17を施したことで、高温による熱源ケース8の表面の酸化を効果的に防止することもできる。
また、この構成において熱源体7は、図4に示す如く、熱源ケース8の外側面に設けた複数の凸部8aにおいて外枠15の内側面に接触する構造とすることが好ましい。この凸部8aは、熱源体7の移動方向に沿って延設されて外枠15の内側面に線接触する形状となされており、これによって熱源体7は、外枠15に対する接触面積が少なく外枠15への熱の伝導が最小限に抑えられるので、キャビティ入れ子3のフロントプレート3aを効率的に加熱することができる。
さらにこの成形金型装置では、キャビティ入れ子3の内部において熱源体7の近傍を通る通水路20が設けられている。この通水路20は、熱源体7の組み込み部を囲むように、バックプレート3bにおけるフロントプレート3aとの合わせ面に形成されており、この通水路20に、その入口側のニップル21に接続された送水装置(図示せず)から冷却水及び温水が供給されてキャビティ入れ子3の冷却が行われる。
この構成では、バックプレート3bにおけるフロントプレート3aとの合わせ面において、通水路20を囲むようにOリング22が組み込まれており、これによって通水路20からキャビティ入れ子3の外部に水が漏出しないようにしている。さらに外枠15におけるフロントプレート3aとの当接部にもOリング23が組み込まれており、これによって通水路20から熱源体7に水が侵入することを防いでいる。
さらにこの構成においては、図5に示す如く、フロントプレート3aにおけるバックプレート3bとの合わせ面に、フロントプレート3aよりも熱伝導率がさらに高い材料のメッキ25を施すことが好ましい。このメッキとしては、無電解Ni(ニッケル)メッキが好適であり、これによって熱源体7からの熱をフロントプレート3aに伝え易くすると共に、通水時の熱交換効率を向上させて効果的な冷却を可能とし、さらには錆の発生を抑えることもできる。
またここでは、フロントプレート3aに、このフロントプレート3aよりも熱伝導率がさらに高い材料26を部分的に埋め込んだ構成としてもよい。この埋め込み材料26としては、BeCuが好適に用いられ、これを熱源体7と対向する位置に埋め込むことにより、熱源体7の熱を効率的にフロントプレート3aに伝えることができ、また通水路20と対向する位置に埋め込むことで、フロントプレート3aを効率的に冷却することができるものである。
図6は、上記の如く構成される本例の成形金型装置における1サイクルの成形動作のタイムチャートを示す。この成形動作は、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ものであり、その具体的な動作を図7〜図10を参照して詳細に説明する。
図7は、キャビティ型1とコア型2とを合わせた型閉め状態を示す。この型閉め状態では、キャビティ型1と取付プレート11との間が閉じられ、このため熱源体7はキャビティ入れ子3のフロントプレート3aに接触する前進位置にあってフロントプレート3aを加熱している。
ここで熱源体7は、セラミックヒーター9による発熱温度が420℃の設定温度に維持されており、この熱源体7がキャビティ入れ子3のフロントプレート3aに接触することにより、フロントプレート3aの成形部5aの周辺部分が樹脂(本例ではPC/ABS)の熱変形温度(約100℃)以上となる約120℃まで加熱・昇温される。
そして、このようにしてキャビティ入れ子3のフロントプレート3aが樹脂の熱変形温度以上に加熱された状態で、フロントプレート3aとコア型2との間の成形空間5に溶融樹脂を射出・注入して成形を行う。このとき、フロントプレート3a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。
この射出時に本例の成形金型装置では、型閉め状態でキャビティ型1と取付プレート11との間が閉じられ、キャビティ型1の内部に隙間のない状態で熱源体7がキャビティ入れ子3のフロントプレート3aに接触しているので、樹脂の射出による内圧に充分耐え得るものである。
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、図8に示す如く、エアシリンダー10を作動させてキャビティ型1と取付プレート11との間を開くことで熱源体7を後退させてキャビティ入れ子3のフロントプレート3aから離し、フロントプレート3aへの熱供給を遮断する。
また、これと共にキャビティ入れ子3の内部の通水路20に20℃の冷却水を通水することでフロントプレート3aを冷却し、その温度を120℃から急速に降温させて樹脂の固化を促進させる。さらにその後、70℃の温水の通水に切り換えてフロントプレート3aの温度を通常の設定温度である70℃に保つようにする。なお、この冷却動作において本例では、熱源体7を後退させてフロントプレート3aから離す前に冷却水の通水を開始するようにしており、これによって冷却時間の短縮を図っている。
そしてこの場合、特に本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子3をフロントプレート3aとバックプレート3bとに分割し、バックプレート3bをフロントプレート3aよりも熱伝導率の低い材料で構成したことにより、フロントプレート3aの冷却が効率的に行われ、短時間で急速な降温が可能となる。
こう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、通水を停止し、それから図9に示す如く、キャビティ型1とコア型2とを互いに離れる方向に移動させて型開き状態とする。さらにこの型開き動作と同時に、エアシリンダー10を作動させてキャビティ型1と取付プレート11との間を閉じ、熱源体7を前進させてキャビティ入れ子3のフロントプレート3aに接触させ、次の成形サイクルに向けた加熱を行う。
そして最後に、図10に示す如くキャビティ型1とコア型2との間から成形品28を取り出し、それからキャビティ型1とコア型2とを互いに近接する方向に移動させて図7に示す型閉め状態とする。
上記の型開き開始から型閉めまでの中間工程では、キャビティ入れ子3のフロントプレート3aに接触する熱源体7によってフロントプレート3aの温度を70℃から120℃まで昇温させる。この場合、特に本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子3をフロントプレート3aとバックプレート3bとに分割し、バックプレート3bをフロントプレート3aよりも熱伝導率の低い材料で構成したことにより、フロントプレート3aの加熱が効率的に行われ、短時間で急速な昇温が可能となる。
ここで本例の成形金型装置を実際に試作して加熱時の昇温時間を測定した結果、70℃から120℃までの昇温に要する時間は従来の20秒から13秒に短縮され、約35%の時間短縮が認められた。
以上のように本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子の加熱/冷却が効率的に行われるので、成形サイクルを大幅に短縮することが可能となり、成形品の量産化に大きく貢献することができるものである。
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。
1…キャビティ型、2…コア型、3…キャビティ入れ子、3a…フロントプレート、3b…バックプレート、7…熱源体、8…熱源ケース、8a…凸部、9…セラミックヒーター、15…外枠、20…通水路
Claims (7)
- 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キャビティ型及びコア型と、
上記キャビティ型に組み込まれるキャビティ入れ子と、
上記キャビティ入れ子の内部に設置され、上記キャビティ入れ子を加熱する熱源体と、
上記キャビティ入れ子の内部において上記熱源体の近傍に設けられ、上記キャビティ入れ子を冷却するための水を流す通水路と、
を備えてなる成形金型装置において、
上記キャビティ入れ子を、上記コア型と対向するフロントプレートと、上記熱源体が配置されるバックプレートと、に分割した構造とし、
上記バックプレートは、上記フロントプレートよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とする成形金型装置。 - 請求項1に記載の成形金型装置において、
上記熱源体は、射出時には上記フロントプレートと接触し、冷却時には上記フロントプレートから離れるように移動する構成であることを特徴とする成形金型装置。 - 請求項1または2に記載の成形金型装置において、
上記バックプレートの内部に、上記熱源体の側面を囲む外枠が組み込まれ、
この外枠は、上記バックプレートより熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とする成形金型装置。 - 請求項3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外枠の内外側面に、輻射熱の放散を防ぐためのメッキを施したことを特徴とする成形金型装置。 - 請求項3に記載の成形金型装置において、
上記熱源体は、その外側面に設けた凸部において上記外枠の内側面に接触する構造とすることで、上記外枠に対する接触面積を少なくしたことを特徴とする成形金型装置。 - 請求項1に記載の成形金型装置において、
上記フロントプレートにおける上記バックプレートとの合わせ面に、上記フロントプレートよりも熱伝導率がさらに高い材料のメッキを施したことを特徴とする成形金型装置。 - 請求項1に記載の成形金型装置において、
上記フロントプレートに、上記フロントプレートよりも熱伝導率がさらに高い材料を部分的に埋め込んだことを特徴とする成形金型装置。
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