JP2009208229A

JP2009208229A - 射出成形用金型の圧力損失調整方法

Info

Publication number: JP2009208229A
Application number: JP2008050420A
Authority: JP
Inventors: Jun Inahashi; 潤稲橋; Kazuhiro Kikumori; 一洋菊森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】射出成形用金型に温調用の媒体を供給する複数の温調系統ごとにその圧力損失を調整可能とする。
【解決手段】射出成形用金型６０に温調用の媒体を供給する複数の温調系統１〜４ごとに、その圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４を調整する射出成形用金型の圧力損失調整方法において、複数の温調系統１〜４ごとの圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４を、射出成形時の媒体温度よりも低い温度で測定し、その測定結果に基づいて温調系統１〜４ごとの圧力損失を調整する。
【選択図】図3

Description

本発明は、射出成形用金型に配設された複数の温調管の夫々の圧力損失を略均一に調整する射出成形用金型の圧力損失調整方法に関する。

射出成形用金型を製作する際には、まず、充填された溶融樹脂を所望形状に成形するキャビティと、溶融樹脂の流路であるスプルー、ランナ、及びゲート等を金型内に研削・研磨等により形成する。次いで、これらキャビティ及びスプルー等の周囲に、レイアウト（配設ルート）等を考慮して複数の温調管を形成するようにしている。

ところで、金型温度は温調管を流れる媒体によって安定化させているが、温調管系統の圧力損失が一定でないと、キャビティ内の成形品を冷却する温度にムラが生じて成形品を均一に冷却することができない。キャビティ周辺の冷却が均一に行われないと、成形品が変形したり、寸法精度が悪化する等の不具合が生じる。

このため、例えば特許文献１では、樹脂の射出成形品の品質向上を図るため、又は各キャビティ間の品質のバラツキをなくすため、金型内の温調管をキャビティ周辺に配置することで、成形品を均一に冷却する技術が開示されている。
特開２００５−２８０２６６号公報

しかしながら、特許文献１にも言えることであるが、一般に金型内の複数の温調管系統は、１台の金型温調器から温調媒体の供給を受けているため、各温調管系統ごとの圧力損失は夫々異なっている。圧力損失が異なれば、温調媒体の流量も異なるので各温調系統ごとの冷却能力が異なってくる。これにより、キャビティ内の成形品を均一に冷却することができなくなり、成形品の品質低下や品質にバラツキが発生する。

一方、例えば射出成形時の温調媒体（水、油等）の圧力は高く（例えば０．６ＭＰａ）、かつ高温であるため（例えば１００〜１３０℃）、媒体の粘度等も変動し、このままの状態で温調系統の圧力損失を測定するのは困難であった。このため、従来は温調管系統の圧力損失を測定することはあまり行われていなかった。しかし、圧力損失を測定しなければ、各温調管系統の圧力損失が一定か否かを把握することもできなかった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、射出成形用金型に温調用の媒体を供給する複数の温調系統ごとにその圧力損失を調整可能な射出成形用金型の圧力損失調整方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
射出成形用金型に温調用の媒体を供給する複数の温調系統ごとに、その圧力損失を調整する射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記複数の温調系統ごとの圧力損失を測定し、その測定結果に基づいて前記圧力損失を調整することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記圧力損失の測定を、射出成形時の前記媒体の温度よりも低い温度で行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記圧力損失の調整を、前記温調系統ごとに接続されたホースの長さを変えて行うことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記圧力損失の調整を、前記温調系統の経路に配置した絞り弁を用いて行うことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記圧力損失の調整を、前記温調系統の経路に配置した鉤形パイプを用いて行うことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１、３、４，５のいずれかに記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記圧力損失の調整を、少なくとも金型のキャビティ周辺を通る複数の温調系統の圧力損失を略均一にすることにより行うことを特徴とする。

本発明によれば、複数の温調系統ごとの圧力損失を測定し、その測定結果に基づいて圧力損失を調整するようにしたことで、各温調系統を流れる媒体の流量を等しくして、金型内の成形品を均一に冷却することができる。これにより、高精度な成形品を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［金型装置の構成］
図１は、射出成形用の金型装置の縦断面図であり、図２は、金型が固定側と可動側とに完全に離型した状態を示す図である。

射出成形機６０は、対向配置されたプラテン６１，６２を有し、金型装置１０は、このプラテン６１，６２間に挟まれるように固定されている。この射出成形機６０は、一方（図の右側）のプラテン６１に固定され離型方向に延設された加熱筒６３と、この加熱筒６３に樹脂６５を供給するホッパ６４とを有している。加熱筒６３には、スクリュー６６が内蔵されている。

また、スクリュー６６の樹脂射出方向の先端側には、ロケートリング６８で位置決めされたノズル６７が設けられている。このノズル６７は、後述するスプルー１６に連通している。

こうして、ホッパ６４内の樹脂６５は、加熱筒６３内のスクリュー６６にて加熱溶融され、ノズル６７を介して金型装置１０内に射出される。
金型装置１０は、パーティングラインＰＬを挟んで固定側金型１１と可動側金型１２とが対向配置されている。この金型装置１０は、パーティングラインＰＬを境として固定側金型１１と可動側金型１２とに開閉可能となっている。具体的には、可動側金型１２は、固定側金型１１に対し離型方向（図１の左方向）に移動可能となっている。

固定側金型１１は、パーティングラインＰＬに面する側の固定側型板１３、この固定側型板１３に密接配置された固定側取付板１５を有している。この固定側取付板１５は、前述した射出成形機６０のプラテン６１に連結されている。

また、固定側取付板１５と固定側型板１３には、その略中央にスプルー１６が離型方向と平行に貫通形成されている。このスプルー１６は、射出成形機６０のノズル６７に連通している。

可動側金型１２は、パーティングラインＰＬに面する側の可動側型板２１、スペーサブロック２３、及び可動側取付板２４を有し、これらが積層状に密接配置されている。スペーサブロック２３の内側には、エジェクタプレート２５が離型方向に移動可能に配置されている。このエジェクタプレート２５にはエジェクタピン２６が固定されている。可動側取付板２４は、前述した射出成形機６０のプラテン６２に連結されている。

可動側型板２１には、スプルー１６に連通するランナ１７が離型方向と直交方向に形成されている。このランナ１７はゲート１８を介してキャビティ１９に連通している。これらスプルー１６、ランナ１７、及びゲート１８により、樹脂注入路が形成されている。

キャビティ１９は、可動側型板２１のパーティングラインＰＬに面する側に、スプルー１６を中心として略対称に２つ形成されている。キャビティ１９の一方の面（エジェクタプレート２５に面する側）には、一端をエジェクタプレート２５に固定されたエジェクタピン２６が当接するように配置されている。

こうして、スプルー１６から射出された溶融樹脂は、ランナ１７、スプルー１９、ゲート１８を介してキャビティ１９に注入される。注入された溶融樹脂は、所定の圧力で保圧されたまま冷却される。

また、固定側型板１３と可動側型板２１には、断面円形の温調管３０，３１が配設されている。なお、図では２系統の温調管３０，３１を示しているが、実際にはキャビティ１９やスプルー１６等の周辺に複数配設されている。この温調管３０，３１は、金型温調器（図３参照）から供給される媒体（水、油等）によって金型温度を安定化させるとともに、キャビティ１９によって成形された成形品を均一に冷却する役目をなしている。

次に、図２に示すように、キャビティ１９内の成形品が冷却された後、金型装置１０がパーティングラインＰＬを境として、可動側金型１２が離型方向（図２の左方向）に移動して固定側金型１１から離型される。その後、エジェクタピン２６が突き出されてキャビティ１９から成形品４０が取り出される。取り出された状態の成形品４０には、スプルー１６、ランナ１７、及びゲート１８で固化した樹脂部分４１が連結されている。
［圧力損失の測定］
一般に、流体がパイプ内を流れるときに、そのパイプ内部と流体との間には摩擦抵抗が生じる。この摩擦抵抗に勝る力を圧力損失という。

本実施形態では、固定側型板１３と可動側型板２１に、温調管３０、３１を夫々の温調系統ごとに独立して配設している。すなわち、温調管３０、３１は経路の途中で内部を流れる媒体が合流することはない。また、これらの温調管３０，３１は、金型装置１０内にキャビティ１９、スプルー１６、ランナ１７等が形成された後に形成されるもので、レイアウト上の都合により、その配設位置や配設ルートが決定されている。

このため、夫々の温調管３０、３１を含む温調系統ごとに媒体の流路長も違っており、さらに温調系統ごとに、その圧力損失が異なっているのが実情である。なお、温調系統とは、夫々の温調管３０、３１とこの温調管３０、３１に接続されるホース等を含めた媒体の循環系統をいうものとする。

ここで、例えば円管内の層流における圧力損失ΔＰは、次のハーゲン・ポアズイユ流として次式で与えられる。
ΔＰ＝３２μＬＵ／Ｄ^２
なお、Ｄ（ｍ）は管の内径、Ｌ（ｍ）は管の長さ、Ｕ（ｍ／ｓ）は管内の平均流速、μ（Ｐａ・ｓ）は流体の粘度である。

ところで、本実施形態においては、温調管３０、３１を流れる媒体である水の圧力が高く（例えば０．６ＭＰａ）かつ温度が高い（１００〜１３０℃）ため、温調管３０、３１を含む温調系統ごとの圧力損失を実際に測定するのは困難とされていた。なお、水の圧力（例えば０．６ＭＰａ）というのは、金型温調器（図３参照）から媒体を送り出すための水圧であり、また、媒体の温度（１００〜１３０℃）というのは、射出成形時の媒体の温度のことである。

圧力損失の測定が困難な理由は、例えば水の圧力が高いことから（例えば０．６ＭＰａ）、水が沸騰することはないとしても、水の内部に気泡を含む場合等があることを考慮すると、計測器を用いて正確な圧力損失を測定するのは困難なためである。

また、仮に、水が沸騰して気体（水蒸気）となっている状態を考えても、気体の性質（ＰＶ＝一定）から、気体（水蒸気）の流れによる圧力が、媒体中に置かれた計測器の検出膜に作用して該検出膜が変位すると、その変位した分、気体（水蒸気）の容積（Ｖ）も変化して圧力（Ｐ）が変化してしまうため、この場合も正確な圧力損失を測定するのは困難となる。

なお、媒体としての水は温度によってもその粘度が変化するため、射出成形時（高温時）の温調系統の圧力損失と、冷却時（低温時）の温調系統の圧力損失とは異なってくる。
本実施形態では、圧力損失の測定に工夫を凝らして、媒体としての水の温度が低温（５０〜６０℃）の下での温調系統の圧力損失を測定した。これにより、特に水の内部に気泡を含むことはほとんどないため、正確に圧力損失を測定することが可能となった。そして、この低温での温調系統の圧力損失の測定値に基づいて、高温（１００〜１３０℃）での圧力損失を計算で予測した（例えばグラフ値の傾向を予測）。なお、この場合、温度による水の粘度の変化も実験値に基づいて考慮した。

その結果、本実施形態では、温調管３０、３１を含む温調系統ごとの圧力損失が均一になるように調整するため、以下のように行った。
［第１の実施の形態］
図３は、温調系統の圧力損失の調整を、各温調管３０〜３３に接続されるホース３４〜３７の長さを変えて行った実施の形態を示している。なお、各温調経路に描かれた実線は金型外部に接続されたホースを示し、破線は金型内部に形成された温調経路を示している。

本実施形態では、固定側金型１１に温調系統１と温調系統２を配設し、また、可動側金型１２に温調系統３と温調系統４を配設した。そして、１個の金型温調器５０からマニホールド５２を介して温調系統１〜４の夫々に連通する循環経路を形成した。

温調系統１は、マニホールド５２からホース３４_１を介して温調管３０_１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３０_２（出口）から出力されホース３４_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

また、温調系統２は、マニホールド５２からホース３５_１を介して温調管３２１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３２_２（出口）から出力されホース３５_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

さらに、温調系統３は、マニホールド５２からホース３６_１を介して温調管３３_１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３３_２（出口）から出力されホース３６_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

また、温調系統４は、マニホールド５２からホース３７_１を介して温調管３１_１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３１_２（出口）から出力されホース３７_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

なお、調整前の温調系統１〜４の各ホース３４〜３７の長さは、等しい長さ又はランダムな長さに設定されていた。また、ここでのホースの長さとは、例えば温調系統１に関しては、入力側のホース３４_１の長さと、出力側のホース３４_２の長さとの和をいう（ホース３４_１＋ホース３４_２）。温調系統２〜４についても同様である。

本実施形態では、各温調系統１〜４ごとの圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４を、媒体である水の温度を５０〜６０℃として、流量計及び圧力計により測定した。
すると、調整前の温調系統１〜４の夫々の圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４は、０．２８ＭＰａ，０．４２ＭＰａ，０．２０ＭＰａ，０．３１ＭＰａであった。

本実施形態では、これらの圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４を全て略均一にするために、温調系統１〜４の各ホースの長さを、圧力損失の値に応じて長く設定したり又は短く設定した。例えば、ホースの断面積が同一なら流路抵抗はホースの長さに比例するため、圧力損失が大きい温調系統はホースを短く、また、圧力損失が小さい温調系統はホースを長くした。

なお、このとき、温調系統に及ぼすホースの単位長さ当りの圧力損失の値を予め求めておけば、各温調系統での実際の圧力損失を測定することで、必要なホース長を直ちに決定することができる。

こうして、ホース長を調整した後に、再び圧力損失を測定したら、温調系統１〜４の圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４は、夫々０．２９ＭＰａ，０．２８ＭＰａ，０．３１ＭＰａ，０．３０ＭＰａとなり、全ての値が略均一となった。

本実施形態によれば、圧力損失調整後の各温調系統１〜４を流れる媒体（水）の流量は等しく、１４．２１Ｌ／ｍｉｎとなった。これにより、キャビティ１９内の成形品を均一に冷却することが可能となった。これにより、高精度な成形品を得ることができた。

この場合、コストやスペース等の制約から、全ての温調系統１〜４の圧力損失ΔＰ_１〜ΔＰ_４を略等しくできない場合も考えられる。しかし、この場合でも、少なくともキャビティ１９の周辺を通る複数の温調系統の圧力損失については略等しくすることが好ましい。可能な限り、キャビティ１９内の成形品を均一に冷却するためである。

本実施形態によれば、温調系統に接続されたホースの長さを変えることで圧力損失の調整を行うこととしたので、調整用の新たな部品等を必要とせず、低コストで圧力損失の調整を行うことができる。
［第２の実施の形態］
図４は、温調系統の圧力損失の調整を、絞り弁５４を用いて行う実施の形態を示している。

本実施形態では、固定側金型１１に温調系統１を配設し、可動側金型１２に温調系統２を配設した。そして、金型温調器５０からマニホールド５２を介して温調系統１と温調系統２に夫々連通する循環経路を形成した。

温調系統１は、マニホールド５２からホース３５_１を介して温調管３２_１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３２_２（出口）から出力されホース３５_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

また、温調系統２は、マニホールド５２からホース３６_１を介して温調管３３_１（入口）に入力され、金型内を通って温調管３３_２（出口）から出力されホース３６_２を介してマニホールド５２に還流する経路である。

ここで、温調系統１と温調系統２の夫々の圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２を、媒体である水の温度を５０〜６０℃として、流量計及び圧力計により測定した。
すると、調整前の温調系統１の圧力損失ΔＰ_１は、０．４１ＭＰａ，また、温調系統２の圧力損失ΔＰ_２は、０．３６ＭＰａであった。

本実施形態では、この圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２を等しくするために、温調系統１にあっては、ホース３５_１＋ホース３５_２の長さを２．１ｍとし、かつホース３５_１の途中に絞り弁５４を設けた。また、温調系統２にあっては、ホース３６_１＋ホース３６_２の長さを３．４ｍとした。

こうして、絞り弁５４の開度を調節し、再び圧力損失を測定した。その結果、温調系統１の圧力損失ΔＰ_１は、０．３３ＭＰａとなり，また、温調系統２の圧力損失ΔＰ_２は、０．３４ＭＰａとなって、両者の圧力損失は略等しくなった。これにより、各温調系統１、２を流れる媒体（水）の流量は等しく１２．１Ｌ／ｍｉｎとなった。

なお、絞り弁５４を用いて流量を調節する際は、いわゆるヘジテーション現象により瞬間的に流量を押し返す性質があるので、操作時には急激に弁の開度を変更しないように注意する。

本実施形態によれば、各温調系統１、２を流れる媒体（水）の流量を略等しくすることができ、キャビティ１９内の成形品を均一に冷却することが可能となった。また、絞り弁５４の開度を調整することで、水の流量を簡単かつ幅広く変更することができるので、冷却速度を変えたい場合等にも有効な手段である。
［第３の実施の形態］
図５は、温調系統の圧力損失の調整を、鉤形パイプとしての９０度クランク５６を用いて行った実施の形態を示している。なお、その構成は、図４に示したものと同様である。

本実施形態では、固定側金型１１に温調系統１を配設し、また、可動側金型１２に温調系統２を配設した。そして、金型温調器５０からマニホールド５２を介して温調系統１と温調系統２に夫々連通する循環経路を形成した。

そして、温調系統１と温調系統２の夫々の圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２を、媒体である水の温度を５０〜６０℃として、流量計及び圧力計により測定した。
すると、調整前の温調系統１の圧力損失ΔＰ_１は、０．４１ＭＰａであり，また、温調系統２の圧力損失ΔＰ_２は、０．３６ＭＰａであった。

本実施形態では、この圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２を等しくするために、温調系統１では、ホース３５_１＋ホース３５_２の長さを２．１ｍとし、かつホース３５_１と温調管３２_１との接続部に９０度クランク５６を設けた。また、温調系統２では、ホース３６_１＋ホース３６_２の長さを３．４ｍとした。

こうして、再び圧力損失を測定したら、温調系統１の圧力損失ΔＰ_１は、０．３５ＭＰａとなり，また、温調系統２の圧力損失ΔＰ_２は、０．３４ＭＰａとなって、両者の圧力損失は略等しくなった。これにより、各温調系統１、２を流れる媒体（水）の流量は、等しく１２．１Ｌ／ｍｉｎとなった。

本実施形態によれば、温調系統１の経路に９０度クランク５６を配置したので、各温調系統１、２を流れる媒体の流量が等しくなり、キャビティ１９内の成形品を均一に冷却することが可能となった。また、この９０度クランク５６は、流路抵抗が決まっているので安定性に優れ、流量のきめ細かい調整は困難であるが、温調系統の圧力損失の調整をきわめて簡単に行うことができる。

さらに、例えばこの９０度クランク５６を直列に２個接続すれば流路抵抗を２倍にすることができ、また、並列に２個接続すれば流路抵抗を１／２に調整することができるので、媒体の流量調整を簡単に行うことができる。

射出成形用の金型装置の縦断面図である。金型が完全に開いた状態の縦断面図である。ホースの長さを変えて温調系統の圧力損失の調整を行った実施の形態を示す図である。絞り弁を用いて温調系統の圧力損失の調整を行った実施の形態を示す図である。９０度クランクを用いて温調系統の圧力損失の調整を行った実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０金型装置
１１固定側金型
１２可動側金型
１３固定側型板
１５固定側取付板
１６スプルー
１７ランナ
１８ゲート
１９キャビティ
２１可動側型板
２３スペーサブロック
２４可動側取付板
２５エジェクタプレート
２６エジェクタピン
３０_１温調管
３０_２温調管
３１_１温調管
３１_２温調管
３２_１温調管
３２_２温調管
３３_１温調管
３３_２温調管
３４_１ホース
３４_２ホース
３５_１ホース
３５_２ホース
３６_１ホース
３６_２ホース
３７_１ホース
３７_２ホース
４０成形品
４１樹脂部分
５０金型温調器
５２マニホールド
５４絞り弁
５６９０度クランク
６０射出成形機
６１プラテン
６２プラテン
６３加熱筒
６４ホッパ
６５樹脂
６６スクリュー
６７ノズル
６８ロケートリング

Claims

射出成形用金型に温調用の媒体を供給する複数の温調系統ごとに、その圧力損失を調整する射出成形用金型の圧力損失調整方法において、
前記複数の温調系統ごとの圧力損失を測定し、その測定結果に基づいて前記圧力損失を調整する
ことを特徴とする射出成形用金型の圧力損失調整方法。
前記圧力損失の測定を、射出成形時の前記媒体の温度よりも低い温度で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法。
前記圧力損失の調整を、前記温調系統ごとに接続されたホースの長さを変えて行う
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法。
前記圧力損失の調整を、前記温調系統の経路に配置した絞り弁を用いて行う
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法。
前記圧力損失の調整を、前記温調系統の経路に配置した鉤形パイプを用いて行う
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法。
前記圧力損失の調整を、少なくとも金型のキャビティ周辺を通る複数の温調系統の圧力損失を略均一にすることにより行う
ことを特徴とする請求項１、３、４，５のいずれかに記載の射出成形用金型の圧力損失調整方法。