JP2008221801A - 金型構成部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路を自由な形状に形成することができ、流路内を流れる冷却媒体が抵抗をあまり受けずにスムーズに流れる金型構成部材を提供する。
【解決手段】冷却媒体が流通可能な冷却媒体用流路７を有し、射出成形型の一部を構成する金型構成部材であって、前記冷却媒体用流路７は、略平行に配置された複数の本体部１５，１７と、該本体部１５，１７の端部同士をつなぐ屈曲部１９とから一体に連通された閉回路である。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融樹脂をキャビティ内に射出及び充填して所望形状の成形品を形成する射出成形型に用いられる金型構成部材及びその製造方法に関する。

従来から、射出成形型を用いて樹脂の成形品を作製する技術が知られている。前記射出成形型のキャビティ内に溶融樹脂を射出して充填させると、射出成形型の温度が上昇するため、成形品に成形不良が発生したり、成形サイクルが伸びたりするなどの不具合が生じる。この射出成形型の温度上昇を抑制するため、通常、キャビティに面する金型の部位に金型構成部材をはめ込み、この金型構成部材に、冷却水等の冷却媒体を流通させる冷却媒体用流路を形成している（例えば、非特許文献１参照）。

図８は、従来例による金型構成部材を上方から見た断面図である。

この金型構成部材１０１には、図８の縦方向に沿って延びる流路１０５と、同図の左右方向に沿って延びる流路１０７とが設けられている。前記流路１０５は、金型構成部材１０１を貫通して設けられ、両端部を止め栓１０３によって封鎖している。また、前記流路１０７は、図の左方向から延びて流路１０５に交差し、その先端部１０７ａが略円錐状に形成されている。そして、止め栓１０３，１０３の近傍に、上方に向けて延びる一対の挿通孔１０９，１０９が設けられている。

図９は、従来例による金型構成部材の別の断面図である。

この流路は、平面視略コ字状に形成されている。図９の縦方向に沿って流路１１３，１１７が延びており、これらの流路１１３，１１７の先端同士を結ぶ流路１１５が図の左右方向に沿って延びている。また、流路１１３と流路１１５との交差部には、略円錐状の先端部１１３ａ，１１５ａが形成されており、流路１１５と流路１１７との交差部には、略円錐状の先端部１１７ａが形成されている。止め栓１０３によって、流路１１３，１１５，１１７の端部が封鎖されており、上方に延びる挿通孔１０９，１０９が設けられている。

図１０は、従来例による金型構成部材の別の断面図である。

金型構成部材にエジェクターピン用挿通孔１１９が形成されている場合には、該エジェクターピン用挿通孔１１９を回避するように、流路をレイアウトする必要がある。この場合は、図１０の縦方向に沿って延びる流路１２１，１２５の先端部１２１ａ，１２５ａ同士を流路１２３によって結び、流路１２１，１２３，１２５の端部を止め栓１０３によって封鎖している。
「プラスチック金型便覧」、株式会社誠文堂新光社発行、（昭和４５年１１月２０日） 、ｐ．２３０−２３１（図６３−図６５）

しかしながら、前記非特許文献１に記載された冷却孔や図８〜図１０に示した流路は、ドリル等の穿孔工具を用いて形成するため、直線状にのみ穿設することができなかった。また、図８〜図１０に示すように、流路の端部に止め栓１０３を設ける必要があり、金型構成部材の作成に手間がかかった。さらに、流路の先端に略円錐状の先端部を形成する必要があり、流路内を流通する冷却水がこれらの先端部によって抵抗を受けるため、冷却水がスムーズに流れにくいという問題があった。

そこで、本発明は、流路を自由な形状に形成することができ、流路内を流れる冷却媒体が抵抗をあまり受けずにスムーズに流れる金型構成部材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る金型構成部材は、冷却媒体が流通可能な冷却媒体用流路を有し、射出成形型の一部を構成する金型構成部材であって、前記冷却媒体用流路は、一体に連通された閉回路であることを特徴とする。

また、本発明に係る金型構成部材の製造方法は、金属粉末を所定厚さに積層し、この積層した金属粉末層のうち、冷却媒体用流路に相当する部位以外にレーザーを照射して焼結を施すことを複数回繰り返すことを特徴とする。

そして、本発明に係る金型構成部材の別の製造方法は、鋼材の表面に冷却媒体用溝を形成し、この冷却媒体用溝を含めた前記鋼材の表面に金属粉末を所定厚さに積層し、この積層した金属粉末層のうち、冷却媒体用流路に相当する部位以外にレーザーを照射して焼結を施すことを複数回繰り返すことを特徴とする。

さらに、本発明に係る金型構成部材の更に別の製造方法は、第１の鋼材の表面に冷却媒体用溝を形成し、前記第１の鋼材の冷却媒体用溝に対応する冷却媒体用溝を第２の鋼材の表面に形成し、これらの第１及び第２の鋼材を、それぞれの冷却媒体用溝同士を対応させた状態で突き合わせ、直流電流を流すことによって、第１及び第２の鋼材同士を接合させることを特徴とする。

本発明に係る金型構成部材によれば、冷却媒体用流路が一体に連通された閉回路であるため、冷却媒体用流路内を冷却媒体が流通する際の流通抵抗が小さくなり、円滑に冷却媒体が流通する。

本発明に係る金型構成部材の製造方法によれば、冷却媒体用流路の形状やレイアウトを自由に設定することができる。従って、所定断面の全体面積に対する冷却媒体用流路の面積の比率を大きくすることができ、冷却効率が大幅に向上する。

本発明に係る金型構成部材の別の製造方法によれば、冷却媒体用流路の形状やレイアウトを自由に設定することができ、製造コストも安価にすることができる。

本発明に係る金型構成部材の更に別の製造方法によれば、非常に簡単な手順で金型構成部材を製造することができるため、製造コストを低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

[第１実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態による金型構成部材の斜視図である。

この金型構成部材１は、外形が直方体に形成され、内部には、後述する冷却媒体用流路（以下、単に「流路」という）７が形成されている。底面には、流入口３及び流出口５が開口しており、これらの流入口３及び流出口５は前記流路７に連通している。

図２は図１のＡ−Ａ線による断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線による断面図である。

金型構成部材１は、図２に示すように、上側に配置した素材部９と下側に配置した造形部１１とから一体に形成されており、これらの素材部９と造形部１１との境界線を二点鎖線Ｌで示している。これらの素材部９と造形部１１については、後述する。

流路７は略円筒状に形成され、その断面は図２に示すように円形である。また、流路７は、図３の縦方向に直線状に延びる複数の本体部１５，１７と、これらの本体部１５，１７の端部を結ぶ屈曲部１９とから、一体に連通して形成された閉回路である。

前記本体部１５，１７は、合計８本が互いに平行に配置されており、隣接する本体部１５，１７同士の間隔は寸法Ｄに設定されている。この寸法Ｄを小さくすれば、すなわち、本体部１５，１７同士を近接させれば、金型構成部材１の全体の断面積に対する流路７の断面積の比率を大きく設定することができる。なお、前記寸法Ｄは、２ｍｍ以上が好ましい。

前記屈曲部１９は、円弧状に形成され、所定の曲率をもって湾曲している。本実施形態では、流路７の両端に流入口３及び流出口５が形成されている。

なお、図３と図９とを比較すれば明らかなように、本実施形態においては、流路７の屈曲部１９は断面積が一定であり、流路７の外方へ突出する凹部が形成されていない。これに対して、従来の金型構成部材では、図９に示すように、流路の屈曲部（交差部）に、凹部形状の先端部１１３ａ，１１５ａ，１１７ａが形成されており、断面積は屈曲部の各位置で異なっている。これらの先端部１１３ａ，１１５ａ，１１７ａは、流路１１３，１１５，１１７の外方に突出している。このため、流路１１３，１１５，１１７内を冷却媒体が流通すると、冷却媒体は先端部１１３ａ，１１５ａ，１１７ａに入り込んで流れが乱れ、流通抵抗が増大する。従って、図３に示す本実施形態の流路７は、外方に突出する凹部がないため、流路７内を冷却媒体が流通する際の流通抵抗が小さくなり、冷却媒体がスムーズに流れる。

次いで、本実施形態による金型構成部材の製造方法を簡単に説明する。本実施形態では、一実施例として金属光造形複合加工法によって金型構成部材を製造する方法を説明する。

この金属光造形複合加工法は、金属粉末を所定厚さに積層して金属粉末層とし、レーザーを照射して焼結を施し、この焼結した金属層の上に再度、金属粉末を積層してレーザーを照射して焼結を施すことを複数回繰り返して金属部材を製造する方法である。

金型構成部材１は、図２に示すように、境界線Ｌよりも上側に配置した素材部９と下側に配置した造形部１１とから一体に形成されている。また、図４は図２における素材部９を示す斜視図であり、図２の素材部９のみを仮想的に取り出して上下逆にして見ている。図５は、造形部１１のみを仮想的に取り出して見た斜視図である。

まず、素材部９となる直方体の鋼材を準備する。図４に示すように、この鋼材の表面には、本体部１５，１７と屈曲部１９とからなる断面半円状の冷却媒体用溝８が予め形成されている。

次に、素材部９の表面上に、所定厚さの金属粉末を積層する。この積層した金属粉末層のうち、前記冷却媒体用溝８以外の部分にレーザーを照射し、冷却媒体用溝部分にはレーザーを照射しない。この工程を繰り返し行うことにより、素材部９の上に造形部１１を一体に形成する。そして、造形部１１が下側で素材部９が上側になるように配置すると、図１及び図２に示す金型構成部材１を成形することができる。なお、前記金属粉末としては、例えば、ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ）などを用いることが好ましい。

なお、本実施形態による金型構成部材は、以下の方法によっても製造することが可能である。

予め、直方体状の鋼材を２つ準備し、一方を第１の鋼材、他方を第２の鋼材とする。これらの鋼材は、例えば、図４及び図５に示す形状のものが好ましい。従って、これからは、図４及び図５の図面を流用して説明することにする。

まず、第１の鋼材１２の表面に冷却媒体用溝８を形成し、前記第１の鋼材１２の冷却媒体用溝８に対応する冷却媒体用溝１０を第２の鋼材１４の表面に形成する。次いで、これらの第１及び第２の鋼材１２，１４を、それぞれの冷却媒体用溝同士８，１０を対応させた状態で突き合わせ、一対の電極（図示せず）の間に配置する。そして、第１及び第２の鋼材１２，１４同士を加圧しながら直流電流を流す。これによって、第１及び第２の鋼材１２，１４の接触面にわずかに溶融することによって、第１及び第２の鋼材同士１２，１４を接合させる。

図６は、本発明の第１実施形態による金型構成部材を適用した射出成形型を示す断面図である。

射出成形型２１の上側には、上型用取付板２３及び該上型用取付板２３に固定された上型２５が設けられている。また、下側には、下型用取付板２７及び該下型用取付板２７にスペーサーブロック２９を介して取り付けられた下型３１が設けられている。上型２５の内面３５と下型３１の内面３３とによってキャビティ３７が形成されている。下型３１には、内面３３の端部側に、本実施形態による金型構成部材１が埋め込まれており、該金型構成部材１の上面は、下型３１の内面３３と面一になっている。

なお、下型３１には、冷却媒体用流路３９が形成されており、この冷却媒体用流路３９は、金型構成部材１に形成された流入口３及び流出口５に接続されている。

[第２実施形態]
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。ただし、前述した第１実施形態と同一構造の部位は同一符号を付して説明を省略する。

図７は、本発明の第２実施形態による金型構成部材の断面図であり、第１実施形態の図３に対応している。本実施形態では、金型構成部材４１にエジェクターピン用挿通孔４３，４５を設定した場合における流路４７のレイアウトを示している。

具体的には、図７に示すように、エジェクターピン用挿通孔４３，４５の近傍に配置された流路４７は、本体部１５，１７を短く設定することにより、エジェクターピン用挿通孔４３，４５を回避するレイアウトとしている。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

金型構成部材１，４１における前記冷却媒体用流路７，４７は、複数の屈曲部１９を有しているため、所定断面の全体面積に対する冷却媒体用流路７，４７の面積の比率を大きくすることができ、冷却効率が大幅に向上する。

前記屈曲部１９は、所定の曲率をもって湾曲しているため、冷却媒体が冷却媒体用流路７，４７内を流通する際における流通抵抗が低減する。即ち、冷却媒体が屈曲部１９内を流通するときには、流通があまり妨げられずにスムーズに流れるため、流通抵抗が低減する。

前記屈曲部１９は、断面積が略一定に形成されているため、冷却媒体が屈曲部１９内を流通するときには、流通があまり妨げられずに流通抵抗が低減する。

前記冷却媒体用流路７，４７は、複数の本体部１５，１７と、該本体部同士１５，１７を連結する屈曲部１９とを備え、隣り合う本体部同士１５，１７を互いに近接して配置しているため、所定断面の全体面積に対する冷却媒体用流路７，４７の面積の比率を大きくすることができ、冷却効率が大幅に向上する。

なお、前述した従来の製造方法では、金型構成部材が所定の大きさよりも小さい場合は、冷却媒体用流路を形成することが困難であった。しかし、本発明に係る方法では、従来では形成することができなかった大きさの金型構成部材にも冷却媒体用流路を形成することができる。これは、本発明に係る方法では、冷却媒体用流路の径や断面積及び配置を自由に設定することができるからである。

以上、本発明を第１実施形態及び第２実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形及び変更が可能である。

本発明の第１実施形態による金型構成部材の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 図２における素材部を示す斜視図である。 図２における造形部を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による金型構成部材を適用した射出成形型を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による金型構成部材の断面図であり、第１実施形態の図３に対応している。 従来例による金型構成部材の断面図であり、第１実施形態の図３に対応している。 従来例による金型構成部材の別の断面図である。 従来例による金型構成部材の別の断面図である。

符号の説明

１，４１…金型構成部材
７，４７…冷却媒体用流路
８，１０…冷却媒体用溝
１２…第１の鋼材
１４…第２の鋼材
１５，１７…本体部
１９…屈曲部
２１…射出成形型

Claims (7)

1. 冷却媒体が流通可能な冷却媒体用流路を有し、射出成形型の一部を構成する金型構成部材であって、
   前記冷却媒体用流路は、一体に連通された閉回路であることを特徴とする金型構成部材。
2. 前記冷却媒体用流路は、複数の屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の金型構成部材。
3. 前記屈曲部は、所定の曲率をもって湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の金型構成部材。
4. 前記屈曲部は、断面積が略一定に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の金型構成部材。
5. 前記冷却媒体用流路は、複数の本体部と、該本体部同士を連結する屈曲部とを備え、隣り合う本体部同士を互いに近接して配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金型構成部材。
6. 金属粉末を所定厚さに積層し、この積層した金属粉末層のうち、冷却媒体用流路に相当する部位以外にレーザーを照射して焼結を施すことを複数回繰り返すことを特徴とする金型構成部材の製造方法。
7. 鋼材の表面に冷却媒体用溝を形成し、この冷却媒体用溝を含めた前記鋼材の表面に金属粉末を所定厚さに積層し、この積層した金属粉末層のうち、冷却媒体用流路に相当する部位以外にレーザーを照射して焼結を施すことを複数回繰り返すことを特徴とする金型構成部材の製造方法。

Images