JP2009190335A - 射出成形装置及び射出成形品の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】型開き状態においてプラスチック成形品の形状に応じてプラスチック成形品をバランス良く冷却して成形サイクルの短縮と成形品質の向上を図る。
【解決手段】本発明の射出成形装置１は、可動型３または固定型４の一方に、他方の型の分割面側に向かって冷媒Ｂを送出可能な冷媒導入流路９を備え、冷媒導入流路９は、可動型３と固定型４が型開き状態にあるとき、前記他方の型に保持される射出成形品の冷却速度が遅い部位２６の少なくとも一部に対して直接、冷媒が作用するように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、成形された射出成形品を冷却する構造を備えた射出成形装置及び射出成形品の冷却方法に関するものである。

射出成形によって成形されるプラスチック成形品の固化を促進させる従来の冷却構造としては、例えば金型中に冷媒が流れる冷媒流路を配設することによって金型の温度を下げ、キャビティ内のプラスチック成形品を間接的に冷却するという構造が採られていた。しかし、上記のような間接的な冷却構造のみでは、熱交換に費やす冷却時間が長くかかり、プラスチック成形品の冷却、固化が円滑に行えないことによって、プラスチック成形品の一連の成形サイクルの短縮を図る上において大きな障害になっていた。

また、下記の特許文献１には、直接、プラスチック成形品に冷媒を作用させることによってプラスチック成形品の冷却を図るようにしたプラスチック成形品の冷却方法が開示されている。そして、このプラスチック成形品の冷却方法では、予め液体冷媒を含浸させた表皮材をキャビティ内の可動型側の壁面に装着しておき、溶融状態の樹脂原料の射出に伴って上記液体冷媒を蒸発、気化させ、この気化熱を利用してプラスチック成形品の冷却を図っている。
特開平１１−１２９２８６号公報

しかし、上記プラスチック成形品の冷却方法は、プラスチック成形品の成形のその都度、表皮材に液体冷媒を含浸させ、当該表皮材をキャビティ内に装着しなければならず、工数がかかってしまってプラスチック成形品の成形サイクルは逆に長大化してしまう。

また、プラスチック成形品には薄肉部と厚肉部があり、リブや平板部のように開放された状態で存在する部分と、コーナ部やボス部のように囲まれたり密集した状態、或いは他より肉厚構造で存在する部分がある。これらの部位ごとで当然、冷却速度にも差が出てくるため、各部位ごとに対応した冷却構造ないし冷却方法が必要になってくる。

しかし、上述した冷媒流路を使用した冷却構造や特許文献１に開示されているプラスチック成形品の冷却方法のみでは、上述したような一つのプラスチック成形品において各部位の厚みや形状の違いによって生ずる冷却速度のアンバランスには対応することができず、プラスチック成形品の成形不良を招く虞があった。

本発明の目的は、型開き状態において射出成形品の各部位の厚みや形状の違いによって生ずる冷却速度のアンバランスに対応でき、射出成形品の成形サイクルの短縮と成形品質の向上を図ることのできる射出成形装置及び射出成形品の冷却方法を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る射出成形装置は、可動型または固定型の一方に、他方の型の分割面側に向かって冷媒を送出可能な冷媒導入流路を備え、前記冷媒導入流路は、可動型と固定型が型開き状態にあるとき、前記他方の型に保持される射出成形品の冷却速度が遅い部位の少なくとも一部に対して直接、冷媒が作用するように構成されていることを特徴とするものである。
通常、射出成形品はその各部位の厚みや形状の違いにおいて、肉厚の薄い部分、厚い部分、それらの中間の厚みの部分等があるが、そのうち肉厚が厚い部分は薄い部分より冷却速度が通常遅くなる。また、肉厚的には差は小さくても形状的に囲われている部分や密集している部分もそうでない部分より冷却速度が遅くなる。このように一つの射出成形品において、冷却速度に相対的な差が生じるので、「冷却速度が遅い部位」とは、この相対的な冷却速度の差に基づいて決められる。

本態様によれば、可動型と固定型が型開き状態にある時、冷媒導入流路を流れる冷媒が直接、射出成形品に作用して該射出成形品の冷却を行うから、当該射出成形品の冷却、固化が円滑に実行されるようになる。その際、上記冷媒が作用する部位を冷却速度が遅い部位の少なくとも一部とするので、一つの射出成形品の各部位の厚みや形状の違いに由来する冷却速度のアンバランスが解消されて、当該射出成形品はバランス良く冷却されことになる。これにより、射出成形品の成形サイクルの短縮と成形品質の向上を図ることができる。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係る射出成形装置において、前記冷媒は、揮発性の液体冷媒であることを特徴とするものである。
本態様によれば、揮発性の液体冷媒が射出成形品に付着することによる冷却作用に加えて、揮発性の液体冷媒が蒸発、気化される際の気化熱の作用で該射出成形品の円滑な冷却、固化が実行されるようになる。

本発明の第３の態様は、前記第１の態様に係る射出成形装置において、前記冷媒は、空気等の気体を所定温度に設定する冷却温度設定装置を介して冷却した気体冷媒であることを特徴とするものである。

本態様によれば、射出成形品に対して予め設定しておいた所定温度の冷媒を継続して供給することが可能になり、該射出成形品の温度ムラのない冷却によって当該射出成形品の成形品質の向上等が図られる。また、気体冷媒は液体冷媒よりも取り扱いが容易であるから、金型のメンテナンス作業等も簡単になる。

本発明の第４の態様は、前記第１の態様に係る射出成形装置において、前記冷媒導入流路は、揮発性の液体冷媒と冷却した気体冷媒とを切り換えて使用可能に構成されていることを特徴とするものである。

本態様によれば、射出成形品の材質、形状あるいは大きさ等に応じて揮発性の液体冷媒と冷却した気体冷媒を適宜切り換えて使用したり、冷却速度が速い部位と遅い部位とで揮発性の液体冷媒と冷却した気体冷媒とを切り換えて使用することが可能になる。

本発明の第５の態様は、前記第１の態様から第４の態様のいずれか一つに係る射出成形装置において、前記冷媒導入流路には流量調整装置によって流量が調整された冷媒が導入されるように構成されていることを特徴とするものである。

本態様によれば、射出成形品の材質、形状あるいは大きさ等に応じて冷媒の流量を調整したり、冷却速度が速い部位と遅い部位とで冷媒の流量を調整することが可能になる。従って、射出成形品の温度ムラのない均一な冷却が実行でき、該射出成形品の成形品質の一層の向上等が図られる。

本発明の第６の態様に係るプラスチック成形品の冷却方法は、型開き状態で冷媒導入流路から、可動型または固定型の一方に保持されている射出成形品の冷却速度が遅い部位に対して直接、揮発性の液体冷媒を付着させる液体冷媒付着工程と、前記付着された揮発性の液体冷媒が気化する際の気化熱によって前記冷却速度が遅い部位を直接、冷却する成形品冷却工程とを備えていることを特徴とするものである。

本態様によれば、液体冷媒付着工程の採用によって、型開き状態での射出成形品の冷却が可能になり、該射出成形品の各部位の厚みや形状の違いによって生ずる冷却速度のアンバランスが防止される。また、成形品冷却工程の採用によって、極めて簡単な冷却構造によって射出成形品の効果的な冷却、固化が図られるようになる。

以下、本願発明の実施の形態に係る射出成形装置及びプラスチック成形品の冷却方法を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明では射出成形によって成形されるプラスチック成形品Ａを例に採り、可動型３と固定型４のみによって構成される単純な構造の金型２を使用してプラスチック成形品Ａの成形を行う場合について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る射出成形装置の金型と成形品を示す分解斜視図、図２は同射出成形装置の固定型を示す平断面図である。また、図３は同射出成形装置の型閉じ状態の金型を示す縦断面図、図４は同射出成形装置の型開き状態の金型を示す縦断面図である。

図示の実施の形態に係る射出成形装置１は、上方に固定型４、下方に可動型３を配した金型２を適用対象としており、上記固定型４の構成を一部改変することによって構成されている。

具体的には、この射出成形装置１は、固定型４に対して冷媒導入流路９を設けることによって構成されており、該冷媒導入流路９を可動型３と固定型４が型開き状態にあるとき、可動型３側のキャビティ２０によって保持されているプラスチック成形品Ａの冷却速度が遅い部位２６に対して直接、冷媒Ｂが作用するように構成されていることを特徴としている。そして、上記導入流路９には冷媒Ｂを供給する冷媒供給装置１０が両者をつなぐ連絡流路１２によって接続されている。

可動型３は、金属製で、図示のような矩形ブロック状の部材で、可動型３の分割面となる上面５には、プラスチック成形品Ａの表面側を形作るためのキャビティ（雌型）２０が一例として設けられている。また、可動型３の上記キャビティ２０の下方には、前面から後面にかけて貫通する一例として２本の冷媒流路１１、１１が設けられている。尚、上記冷媒流路１１、１１は、冷媒供給装置１０から冷媒Ｂが供給されて可動型３と固定型４に対して冷却作用を担っている。そして、上記冷媒流路１１、１１による冷却はプラスチック成形品Ａに対しては金型２を介しての間接的な冷却になっている。

固定型４は、上記可動型３と同様に金属製で、図示のような矩形ブロック状の部材で、固定型４の分割面となる下面７には、プラスチック成形品Ａの裏面側を形作るためのコア（雄型）１４が形成されている。また、固定型４には、下面７から固定型４の左右の外側面８、８に至るように上述した冷媒の導入流路９が貫通状態に設けられている。尚、本実施の形態ではコーナ部用の導入流路９Ａと、ボス部用の導入流路９Ｂとが左右に１本ずつ計４本設けられている。

冷媒導入流路９は、屈曲部２１を境に固定型４の左右の外側面８、８にかけて延びている水平流路２２と、屈曲部２１を境に固定型４の分割面である下面７にかけて延びている垂直流路２３とを備えている。そして、コーナ部用の導入流路９Ａには、プラスチック成形品Ａの一例として左右２つずつのコーナ部２６Ａと、左右の側板部２６Ｂと中央のリブ２７Ａとの接合部２６Ｃに対して指向するように、上記垂直流路２３の先端部に一例として３本ずつの出口２４Ａが設けられている。また、ボス部用の導入流路９Ｂには、プラスチック成形品Ａの平板部２７Ｂから前後に２本ずつ立ち上げられているボス部２６Ｄに対して指向するように、上記垂直流路２３の先端部に一例として２本ずつの出口２４Ｂが設けられている。

また、固定型４の上記コア１４の上方には、上記可動型３と同様、前面から後面にかけて貫通する一例として２本の冷媒流路１１、１１が設けられており、上記可動型３の冷媒流路１１、１１と同様、可動型３と固定型４、すなわち金型２を介してのプラスチック成形品Ａの間接的な冷却作用を担っている。この他、固定型４には、キャビティ２０内に溶融状態の樹脂原料Ｃを注入するためのスプルー２５が上下方向に延びるように形成されている。

冷媒供給装置１０は、冷媒Ｂが液体冷媒Ｌである場合にはポンプ、冷媒Ｂが気体冷媒Ｇである場合にはエアコンプレッサ、ファンあるいはブロワ等が使用できる。本実施の形態では、冷媒Ｂとして揮発性の液体冷媒Ｌ、例えばエタノールを使用しており、当該液体冷媒Ｌを貯溜する図示しない貯溜タンクと、液体冷媒Ｌを導入流路９に向けて連絡流路１２中を圧送する図示しないポンプとを備える冷媒供給装置１０を使用している。

そして、冷媒Ｂとして揮発性の液体冷媒Ｌを使用することによって、プラスチック成形品Ａの冷却速度が遅い部位２６に付着した揮発性の液体冷媒Ｌは、蒸発、気化される際の気化熱の作用でプラスチック成形品Ａを温度ムラ少なく、均一に冷却できるように作用し、プラスチック成形品Ａの成形品質を向上させる。ここで、プラスチック成形品Ａの冷却速度が遅い部位２６とは、上述した側板部２６Ｂのような厚肉部や上述したコーナ部２６Ａ、接合部２６Ｃあるいはボス部２６Ｄのように囲まれたり密集した状態で存在する部分である。一方、プラスチック成形品Ａの冷却速度が速い部位２７とは、上述したリブ２７Ａや平板部２７Ｂのように薄肉で開放された状態で存在する部分である。

次に、このようにして構成される本実施の形態の射出成形装置１を使用することによって実行される本発明のプラスチック成形品の冷却方法を説明する。本実施の形態のプラスチック成形品の冷却方法は、型開き状態で実行される、以下に説明する（２）液体冷媒付着工程と、（３）成形品冷却工程とを備えることによって基本的に構成されている。また、本実施の形態のプラスチック成形品の冷却方法にあっては、上記２工程に先立って型閉じ状態で実行される（１）予備冷却工程を含めた３工程を備えることによって構成されている。

（１）予備冷却工程（図１〜図３参照）
予備冷却工程は、型閉じ状態でキャビティ２０内に樹脂原料Ｃを注入後、冷媒流路１１に冷媒Ｂを供給して、金型２を介して間接的にプラスチック成形品Ａを冷却する工程である。

即ち、可動型３が上方に移動して上方の固定型４に密着する型閉じ状態を形成する。そして、金型２のキャビティ２０内には、図示しない射出成形機によって射出された所定量の樹脂原料Ｃがスプルー２５を介して注入される。また、上記型閉じ状態の形成完了後、あるいは樹脂原料Ｃの注入後に、冷媒供給装置１０を駆動して冷媒流路１１に冷媒Ｂを供給する。そして、冷媒流路１１に供給された冷媒Ｂによって金型２を介して間接的にプラスチック成形品Ａは予備冷却される。

（２）液体冷媒付着工程（図１、図２、図４参照）
液体冷媒付着工程は、型開き状態で冷媒の導入流路９からキャビティ２０によって保持されているプラスチック成形品Ａの冷却速度が遅い部位２６に対して直接、揮発性の液体冷媒Ｌを付着させる工程である。

即ち、可動型３が下方に移動して分割面５、７が離間する型開き状態を形成する。そして、当該型開き状態でも冷媒供給装置１０は駆動されており、冷媒供給装置１０から供給された揮発性の液体冷媒Ｌは、連絡流路１２を通って導入流路９に導入される。導入流路９に導入された揮発性の液体冷媒Ｌは、それぞれ水平流路２２、屈曲部２１、垂直流路２３を通って垂直流路２３先端の出口２４からプラスチック成形品Ａの冷却速度が遅い部位２６となるコーナ部２６Ａ、接合部２６Ｃ、ボス部２６Ｄに向かって噴霧され、その表面に直接、付着する。

（３）成形品冷却工程（図１、図２、図４参照）
成形品冷却工程は、冷却速度が遅い部位２６に付着された揮発性の液体冷媒Ｌを、蒸発、気化させて、その際の気化熱によってプラスチック成形品Ａを直接、冷却する工程である。

即ち、上記冷却速度が遅い部位２６に付着された揮発性の液体冷媒Ｌが蒸発、気化することによって発生する気化熱の作用で、プラスチック成形品Ａは直接、冷却されて固化される。そして、上記冷却速度が遅い部位２６が優先的に冷却されることで冷却速度が速い部位２７との均り合いが取られ、当該プラスチック成形品Ａは温度ムラ少なく均一に冷却されて変形することなく固化されるようになる。

本発明に係る射出成形装置１及びプラスチック成形品の冷却方法は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。

例えば、本発明の適用対象となる金型２は、可動型３及び固定型４の他に入れ子等を備える複雑な構造の金型２であってもよいし、冷媒の導入流路９を可動型３側に設ける構成であっても構わない。

また、冷媒導入路９の出口２４は、上記実施例のように冷却速度が遅い部位２６に正面から対向する位置ではなく、少しずれた位置から斜めに前記冷却速度が遅い部位２６に向けて放出する構造であっても良いことは勿論である。

また、図５に示したように、冷媒Ｂは空気等の気体を冷却温度設定装置１３によって所定の温度に冷却した気体冷媒Ｇであってもよい。
図５は冷却した気体冷媒Ｇを使用した射出成形装置１Ａを示しており、冷媒供給装置１０によって供給された気体冷媒Ｇが連絡流路１２の途中で冷却温度設定装置１３によって所定の温度に冷却されて冷媒導入流路９に導入される実施の形態が示されている。また、図５では冷媒導入流路９は１本のみ設けられており、１本の該冷媒導入流路９から複数本の出口２４を分岐させて冷却速度が遅い部位２６に指向させた実施の形態が併せて図示されている。

また、図６に示したように、冷媒導入流路９は揮発性の液体冷媒Ｌと冷却した気体冷媒Ｇとを切り換えて使用できるようにすることが可能である。
図６はこのような機能を備える射出成形装置１Ｂを示しており、熱交換器３０によって放熱され、冷却された揮発性の液体冷媒Ｌと、同じく冷却された気体冷媒Ｇとがそれぞれの連絡流路１２Ｌ、１２Ｇを通って選択的に冷媒導入流路９に導入される構成が示されている。尚、図６中において、符号３１で示す部材は逆止弁であり、揮発性の液体冷媒Ｌの連絡流路１２Ｇ側への逆流を防止している。

また、図７に示したように、冷媒導入流路９には流量調整装置３２によって流量が調整された冷媒Ｂが導入されるようにすることが可能である。
図７はこのような機能を備える射出成形装置１Ｃを示しており、コーナ部用の導入流路９Ａに接続されている連絡流路１２Ａの途中と、ボス部用の導入流路９Ｂに接続されている連絡流路１２Ｂの途中とで、それぞれ別々の流量調整装置３２Ａ、３２Ｂを備えるようにした実施の形態が開示されている。

本発明の実施の形態に係る射出成形装置の金型と成形品を示す分解斜視図。 同射出成形装置の固定型を示す平断面図。 同射出成形装置の型閉じ状態の金型を示す縦断面図。 同射出成形装置の型開き状態の金型を示す縦断面図。 本発明の冷却装置を適用した固定型を示す縦断面図。 本発明の更に他の冷却装置を適用した型開き状態の金型を示す縦断面図。 本発明の更に他の冷却装置を適用した型開き状態の金型を示す縦断面図。

符号の説明

１ （プラスチック成形品の）冷却装置、２ 金型、３ 可動型、４ 固定型、５ 上面（分割面）、７ 下面（分割面）、８ 外側面（外表面）、９ （冷媒の）導入流路、１０ 冷媒供給装置、１１ 冷媒流路、１２ 連絡流路、１３ 冷却温度設定装置、１４ コア（雄型）、２０ キャビティ（雌型）、２１ 屈曲部、２２ 水平流路、２３ 垂直流路、２４ 出口、２５ スプルー、２６ 冷却速度が遅い部位、２６Ａ コーナ部、２６Ｂ 側板部、２６Ｃ 接合部、２６Ｄ ボス部、２７ 冷却速度が速い部位、２７Ａ リブ、２７Ｂ 平板部、３０ 熱交換器、３１ 逆止弁、３２ 流量調整装置、Ａ プラスチック成形品、Ｂ 冷媒、Ｃ 樹脂原料、Ｌ 液体冷媒、Ｇ 気体冷媒

Claims (6)

1. 可動型または固定型の一方に、他方の型の分割面側に向かって冷媒を送出可能な冷媒導入流路を備え、
   前記冷媒導入流路は、可動型と固定型が型開き状態にあるとき、前記他方の型に保持される射出成形品の冷却速度が遅い部位の少なくとも一部に対して直接、冷媒が作用するように構成されていることを特徴とする射出成形装置。
2. 請求項１に記載の射出成形装置において、
   前記冷媒は、揮発性の液体冷媒であることを特徴とする射出成形装置。
3. 請求項１に記載の射出成形装置において、
   前記冷媒は、空気等の気体を所定温度に設定する冷却温度設定装置を介して冷却した気体冷媒であることを特徴とする射出成形装置。
4. 請求項１に記載の射出成形装置において、
   前記冷媒導入流路は、揮発性の液体冷媒と冷却した気体冷媒とを切り換えて使用可能に構成されていることを特徴とする射出成形装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形装置において、
   前記冷媒導入流路には流量調整装置によって流量が調整された冷媒が導入されるように構成されていることを特徴とする射出成形装置。
6. 型開き状態で冷媒導入流路から、可動型または固定型の一方に保持されている射出成形品の冷却速度が遅い部位に対して直接、揮発性の液体冷媒を付着させる液体冷媒付着工程と、
   前記付着された揮発性の液体冷媒が気化する際の気化熱によって前記冷却速度が遅い部位を直接、冷却する成形品冷却工程とを備えていることを特徴とする射出成形品の冷却方法。

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