JP2009233980A - 樹脂射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂射出成形用金型において、加熱、冷却を速く行なうことができるようにする。
【解決手段】樹脂射出成形用金型１は、キャビティ型２とコア型３より成っており、金属光造形によってベースプレート３１の上に製造される。キャビティ型２には、加熱するための温水を流すキャビティ温水回路２３と、冷却するための冷水を流すキャビティ冷水回路２４が設けられている。コア型３にも、コア温水回路３３とコア冷水回路３４とが設けられている。コア型３には、樹脂成形部１１に温風や冷風を送風するための送風路３５と、樹脂成形部１１の気体を吸引するための吸引路３６とが設けられており、送風路３５と吸引路３６の樹脂成形部１１側は、金属粉末の焼結密度が低く気体を通過させる低密度造形部３２ｂによって形成されている。低密度造形部３２ｂを通して、温風や冷風を吹き込むことができるので、樹脂射出成形用金型１の加熱、冷却を速くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属光造形によって製造される樹脂射出成形用金型に関する。

従来から、樹脂射出成形に用いられる金型が知られている。これらの樹脂射出成形用金型の温度調整は、金型内に設けられた直線状の水管内に、４０〜１２０℃に設定した水や油を流すことにより行なわれる。そして、より高温が必要な場合には、棒状のヒータを金型に埋め込み、温度調整をしている。これらの樹脂射出成形用金型においては、成形品のウエルドラインの消去、ヒケ防止、金型の転写性の向上のために、金型表面の温度を樹脂が溶融する温度近くにする必要がある。しかしながら、このような温水加熱、及びヒータ加熱は、金型全体を加熱することになり、金型の体積が大きくなると樹脂成形に必要な金型表面の温度を上げるのに時間がかかり、また、冷却にも時間がかかる。

また、金型表面の近傍に加熱用の水蒸気を通す配管を設け、金型表面から離れた位置に冷却用の水を通す配管を設けた樹脂成形用金型が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に示されるような金型においては、金型表面の加熱、冷却の能力が不十分である。
特開平１１−３４８０４１号公報

本発明は、上記問題を解消するものであり、加熱、冷却を速く行なうことができる樹脂射出成形用金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、樹脂を成形する樹脂射出成形用金型において、金属光造形によって製造される造形部を備え、前記造形部は、焼結密度が小さく気体を通過させる低密度造形部と、該低密度造形部に気体を送風し、又は該低密度造形部から気体を吸引する通気口と、を有するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の樹脂射出成形用金型において、前記低密度造形部は、樹脂が成形される樹脂成形部に接して設けられ、前記樹脂成形部と通気口とを繋ぎ、前記樹脂成形部に前記通気口から気体を送風させ、又は該樹脂成形部の気体を前記通気口へ吸引させるものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の樹脂射出成形用金型において、前記低密度造形部は、前記樹脂成形部に接する全ての面に設けられたものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の樹脂射出成形用金型において、前記造形部の外周部に通気性のない高密度造形部を有するものである。

請求項１の発明によれば、低密度造形部に温風や冷風を吹き込むことができるので、樹脂射出成形用金型の加熱、冷却を速くすることができる。

請求項２の発明によれば、低密度造形部を通して温風や冷風を樹脂成形部に吹き込むことができるので、樹脂射出成形用金型の表面を速く加熱、冷却することができる。また、低密度造形部を通して樹脂成形部内の気体を吸引することができるので、樹脂成形部の空気溜りを無くし、樹脂の未充填を防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、樹脂成形部に接する全ての面が低密度造形部であるので、送風量を増やし樹脂射出成形用金型の表面の温度調整を速く行なうことができる。また、樹脂成形部内の気体の吸引を速く行なうことができる。

請求項４の発明によれば、外周部が高密度造形部より成っているので、樹脂射出成形用金型の強度を強くすることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る樹脂射出成形用金型（以下、金型と略す）について図１を参照して説明する。図１は、金型１の構成を示す。金型１は、キャビティ型２とコア型３より成っており、キャビティ型２とコア型３の間に、樹脂を成形する樹脂成形部１１が形成されている。キャビティ型２とコア型３は、後述する金属光造形によってベースプレート２１、３１の上に金属粉末を焼結し、造形部２２、３２を形成して製造される。コア型３の造形部３２は、一部を除いて高密度造形部３２ａにより形成され、一部が低密度造形部３２ｂにより形成されている。高密度造形部３２ａは、金属粉末の焼結密度が９５％以上である。低密度造形部３２ｂは、金属粉末の焼結密度が７０〜９５％であり、空孔が連通している。

キャビティ型２には、樹脂成形部１１に樹脂を供給するスプルー部１２が設けられている。キャビティ型２には、また、キャビティ型２を加熱するための温水を流すキャビティ温水回路２３と、キャビティ型２を冷却するための冷水を流すキャビティ冷水回路２４が設けられている。コア型３にも、キャビティ型２と同様にコア温水回路３３とコア冷水回路３４とが設けられている。コア型３には、ウエルドラインの発生し易い場所や、樹脂の未充填の発生し易いリブ形状の先端部分等に、樹脂成形部１１に接して低密度造形部３２ｂが設けられている。コア型３には、また、樹脂成形部１１に温風や冷風を送風するための送風路３５と、樹脂成形部１１の気体を吸引するための吸引路３６とが設けられている。送風路３５と吸引路３６とは、一端側が低密度造形部３２ｂに繋がり、他端側がコア型３の外周部に設けられた通気口３７に繋がっている。

次に、金型１を製造する金属光造形について図２及び図３を参照して説明する。図２は、金属光造形に用いられる金属光造形加工機の構成を示す。金属光造形加工機Ａ１は、金属粉末Ａ２の粉末層Ａ２１が敷かれるベースプレートＡ３と、ベースプレートＡ３を保持し、上下に昇降する造形用テーブルＡ３１と、粉末層Ａ２１の厚さの基準となる基準テーブルＡ３２と、金属粉末Ａ２を供給する供給槽Ａ４と、供給槽Ａ４の金属粉末Ａ２を上昇させる材料用テーブルＡ４１と、粉末層Ａ２１を形成するスキージＡ５と、光ビームＬを発するビーム発振器Ａ６と、光ビームＬを集光する集光レンズＡ６１と、光ビームＬを粉末層Ａ２１の上にスキャニングするガルバノミラーＡ６２と、を備えている。粉末層Ａ２１が光ビームＬによって、溶融、又は焼結積層されて金型１が製造される。

金属粉末２の組成は、例えば、鉄粉末にＮｉを混ぜたものである。ベースプレートＡ３の材質は、例えば、Ｓ５０Ｃ鋼であり、硬さはＨＲＣ２０である。スキージＡ５は、方向Ｂに移動して材料用テーブルＡ４１上の金属粉末Ａ２をベースプレートＡ３上に供給する。ビーム発振器Ａ６は、例えば、炭酸ガスレーザやファイバーレーザの発振器である。

図３は、同製造方法の動作を示す。最初に、ベースプレートＡ３を造形用テーブルＡ３１の上に載置する。次に、ベースプレートＡ３の上面と基準テーブルＡ３２の上面との段差が長さΔｔになるように、造形用テーブルＡ３１を下降させる。次に、スキージＡ５によって材料用テーブルＡ４１上の金属粉末Ａ２をベースプレートＡ３上に供給する。スキージＡ５は、基準テーブルＡ３２の上面と同じ高さで水平方向に移動し、ベースプレートＡ３の上に厚みΔｔの粉末層Ａ２１を形成する（図３（ａ）参照）。

続いて、集光レンズＡ６１によって集光した光ビームＬをガルバノミラーＡ６２によって任意の位置に走査させ、粉末層Ａ２１を溶融、焼結し、ベースプレートＡ３と一体化した厚みΔｔの焼結硬化層Ａ８を形成する（図３（ｂ）参照）。このとき、光ビームＬの強度や走査速度等を調整することにより焼結密度を変え、低密度造形部と高密度造形部を形成する。

このように粉末層２１の形成と光ビームＬの走査を繰返し、焼結硬化層Ａ８を積層する（図３（ｃ）、（ｄ）参照）。こうして造形が終了するまで焼結硬化層Ａ８を積層し、金型１を形成する（図３（ｅ）参照）。

次に、金型１を使用する射出成形機について図４を参照して説明する。図４は射出成形機の構成を示す。射出成形機４は、樹脂材料を投入されるホッパー４１と、投入された樹脂材料を加熱して溶融混練する加熱筒４２と、キャビティ型２とコア型３より成り樹脂を成形する金型１と、コア型３に接続され、コア型３を開閉する可動板４３を備えている。加熱筒４２で溶融された樹脂は加熱筒４２内のスクリュー（図示なし）によって、スプルー部１２を通って樹脂成形部１１へ射出される。射出成形機４は、また、キャビティ温水回路２３、コア温水回路３３に温水を送る温水機４４と、キャビティ冷水回路２４、コア冷水回路３４に冷水を送る冷水機４５と、送風路３５に温風や冷風を送る温風冷風発生装置４６と、吸引路３６から気体を吸引する真空吸引装置４７と、各部の動作を制御する制御部４８とを備えている。送水や送風は弁Ｖを開閉して行なわれる。

射出成形機４は、また、キャビティ温水回路２３等に圧縮空気を送るコンプレッサ４９を備えている。制御部４８には各部から金型１の温度、加熱筒４２の温度、射出圧力等の成形情報や、コア型３の開閉動作、射出動作等のタイミング情報が伝達され、制御部４８はそれらの情報に基づいて各部の動作を制御する。

次に、温風冷風発生装置４６と真空吸引装置４７について図５を参照して説明する。図５は、温風冷風発生装置４６と真空吸引装置４７の構成を示す。温風冷風発生装置４６は、圧縮空気を発生させるコンプレッサ４６ａと、ペルチェ素子を有して圧縮空気を冷却する冷却装置４６ｂと、ヒータを有して圧縮空気を加熱する加熱部４６ｃと、冷風弁Ｖ１及び温風弁Ｖ２を備えている。金型１に温風を送る場合には、制御部４８は冷風弁Ｖ１を閉にし、温風弁Ｖ２を開にし、加熱部４６ｃのヒータ４６ｄをオンにして、コンプレッサ４６ａによって送風する。金型１に冷風を送る場合には、制御部４８は冷風弁Ｖ１を開にし、温風弁Ｖ２を閉にし、冷却装置４６ｂをオンにし、ヒータ４６ｄをオフにしてコンプレッサ４６ａによって送風する。また、コンプレッサの圧縮空気圧を高めるためにコンプレッサ４６ａの後に、ブースタ（昇圧装置）を設けてもよい。金型１内に送風する風量を増加することができる。

真空吸引装置４７は、真空引きをする真空ポンプ４７ａと、真空状態に保持されるリザーバタンク４７ｂと、真空ポンプ４７ａとリザーバタンク４７ｂの間に配された真空ポンプ弁Ｖ３と、リザーバタンク４７ｂと金型１の間に配された真空弁Ｖ４を備えている。制御部４８は、通常時は真空弁Ｖ４を閉にし、真空ポンプ弁Ｖ３を開にし、真空ポンプ４７ａによってリザーバタンク４７ｂを真空状態に保持する。そして、金型１から真空引きを行なう場合には、制御部４８は、真空弁Ｖ４を開にして金型１の気体をリザーバタンク４７ｂ内に吸引する。

次に、温水機４４、冷水機４５及びコンプレッサ４９について図６を参照して説明する。図６は、温水機４４、冷水機４５及びコンプレッサ４９と金型１とを繋ぐ配管の構成を示す。温水機４４はキャビティ型用の温水機４４ａとコア型用の温水機４４ｂより成っている。キャビティ型２とコア型３に温水器を個別に設けることにより、それぞれの型に適した温度に加熱することができる。温水機４４ａは、キャビティ型２に温水を送る送水管５１と、キャビティ型２からの返水を受ける返水管５２に繋がっており、送水管と返水管とはバイパス管５３によって繋がっている。送水管５１には送水弁Ｖａ１が、返水管５２には返水弁Ｖａ２が、バイパス管５３にはバイパス弁Ｖａ３が配されている。返水管５２は排水のための排水弁Ｖａ４と繋がっている。送水管５１は圧縮配管４９ａとパージ弁Ｖａ５を介してコンプレッサ４９と繋がっている。温水機４４ｂも温水機４４ａと同様な構成になっている。

冷水機４５は、キャビティ型２とコア型３のそれぞれに温水を送る送水管５１と、キャビティ型２とコア型３からの返水を受ける返水管５２に繋がっており、送水管５１と返水管５２とはバイパス管５３によって繋がっている。送水管５１には送水弁Ｖｃ１、Ｖｄ１が、返水管５２には返水弁Ｖｃ２、Ｖｄ２が、バイパス管にはバイパス弁Ｖｄ３が配されている。返水管５２は排水のための排水弁Ｖｃ４、Ｖｄ４と繋がっている。送水管５１は圧縮配管４９ａとパージ弁Ｖｃ５、Ｖｄ５を介してコンプレッサ４９と繋がっている。また、冷水機４５は、キャビティ型２とコア型３のそれぞれに個別に設けてもよい。それぞれの型に適した温度に冷却することができる。

制御部４８は、キャビティ型２とコア型３を高温に保持するために、常に温水機４４ａと温水機４４ｂが内蔵するポンプ（図示なし）を稼動させ、送水弁Ｖａ１、Ｖｂ１と返水弁Ｖａ２、Ｖｂ２を開にし、バイパス弁Ｖａ３、Ｖｂ３、排水弁Ｖａ４、Ｖｂ４及びパージ弁Ｖａ５、Ｖｂ５を閉にして、キャビティ型２とコア型３に加熱した温水を循環させる。そして、キャビティ型２とコア型３を冷水機４５によって冷却するときは、送水弁Ｖａ１、Ｖｂ１と返水弁Ｖａ２、Ｖｂ２を閉にし、バイパス弁Ｖａ３、Ｖｂ３を開にして、温水をバイパス管に循環させ、キャビティ型２とコア型３に送水せずに加熱を中止する。また、制御部４８は冷水機４５による冷却を開始するときには、排水弁Ｖａ４、Ｖｂ４とパージ弁Ｖａ５、Ｖｂ５とを開にし、コンプレッサ４９を稼動させて圧縮空気によりキャビティ温水回路２３、コア温水回路３３内の温水を排出する。温水回路内の温水が排出されるので、冷却を速く行なうことができる。

制御部４８は、キャビティ型２とコア型３の冷却時には、冷水機４５が内蔵するポンプ（図示なし）を稼動させ、送水弁Ｖｃ１、Ｖｄ１と返水弁Ｖｃ２、Ｖｄ２を開にし、バイパス弁Ｖｄ３、排水弁Ｖｃ４、Ｖｄ４及びパージ弁Ｖｃ５、Ｖｄ５を閉にして、キャビティ型２とコア型３に冷却した水を循環させる。そして、冷却が終了すると送水弁Ｖｃ１、Ｖｄ１と返水弁Ｖｃ２、Ｖｄ２を閉にし、バイパス弁Ｖｄ３を開にして、水をバイパス管に循環させ、キャビティ型２とコア型３に送水せずに冷却を終了する。また、制御部４８は、排水弁Ｖｃ４、Ｖｄ４とパージ弁Ｖｃ５、Ｖｄ５とを開にし、コンプレッサ４９を稼動させて圧縮空気によりキャビティ冷水回路２４、コア冷水回路３４内の冷水を排出する。冷水回路内の水が排出されるので、加熱を速く行なうことができる。

次に、上述図１及び図４を参照して射出成形機４の動作を説明する。制御部４８は、運転を開始すると加熱筒４２を加熱して樹脂を溶融すると共に、温水機４４ａと温水機４４ｂによって、キャビティ温水回路２３とコア温水回路３３に温水を流し、キャビティ型２とコア型３を加熱する。加熱筒４２内の樹脂が溶融し、キャビティ型２とコア型３が所定の温度以上になると、制御部４８は可動板４３を動かしコア型３をキャビティ型２に閉じ、型締を行なう。制御部４８は、キャビティ型２とコア型３において、樹脂成形部１１に面した箇所の温度が低い場合には、温風冷風発生装置４６によって加熱した温風を送風路３５から低密度造形部３２ｂを通してキャビティ型２及びコア型３に吹き付けて昇温する。このときに昇温しすぎた場合には冷却装置４６ｂによって冷却した冷風を吹き付けて温度を下げる。低密度造形部３２ｂを通して温風や冷風を樹脂成形部１１に吹き込むことができるので、金型１の表面を速く加熱、冷却することができる。

続いて、加熱筒４２内のスクリューによって樹脂を樹脂成形部１１に射出する。このときに、真空吸引装置４７によって、樹脂成形部１１中の気体を吸引路３６から低密度造形部３２ｂを通して吸引する。樹脂成形部１１中の空気溜りを無くして樹脂の未充填を防ぐことができる。制御部４８は、樹脂の射出が終了するとコア型３を締めたまま保圧する。

保圧中に所定時間になると、加熱から冷却に切り替える。制御部４８は、バイパス弁Ｖａ３等の開閉の切替により、キャビティ型２及びコア型３内を循環している温水をバイパス管に循環させると共に、冷水機４５による冷水をキャビティ冷水回路２４、及びコア冷水回路３４に循環させる。このときにコンプレッサ４９の圧縮空気によってキャビティ温水回路２３及びコア温水回路３３内に残留している温水を排出するので、冷却を速くすることができる。

制御部４８は、冷却が終了すると可動板４３によってコア型３を開き、続いてエジェクタピン（図示なし）によって成形された樹脂を取り出す。制御部４８は、金型１を冷却から加熱に切り替える。バイパス弁Ｖｄ３等の開閉の切替により、キャビティ型２及びコア型３内を循環している冷水をバイパス管に循環させると共に、温水機４４a、４４ｂによる温水をキャビティ温水回路２３、及びコア温水回路３３に循環させる。このときにコンプレッサ４９の圧縮空気によってキャビティ冷水回路２４、及びコア冷水回路３４内に残留している冷水を排出するので、加熱を速くすることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る樹脂射出成形用金型について図７を参照して説明する。図７は、コア型３の断面を示す。コア型３は、キャビティ型（図示しないが、前述の実施形態で示したものと同等である。以下同様）に対向し、キャビティ型との間に樹脂成形部を形成している。コア型３は、造形部３２の一部を除いて高密度造形部３２ａにより形成され、高密度造形部３２ａの内部に低密度造形部３２ｂより成る送風路３５が形成されている。送風路３５は、コア型３内のみを通過している。低密度造形部３２ｂに温風や冷風を送風することができるので、コア型３の加熱、冷却を速くすることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る樹脂射出成形用金型について図８を参照して説明する。図８はコア型３の断面を示す。コア型３は、一部を除いて低密度造形部３２ｂにより形成され、コア型３の樹脂成形部に接しない外周部のみが高密度造形部３２ａにより形成されている。コア型３のベースプレート３１には低密度造形部３２ｂに通じる送風路３５が設けられている。コア型３の低密度造形部３２ｂが樹脂成形部と接する面積が広いので、送風路３５から低密度造形部３２ｂを通して樹脂成形部に温風や冷風を送るときに、コア型３やキャビティ型の表面の温度調整を速く行なうことができる。また、樹脂射出時に送風路３５から吸引するときに、樹脂成形部内の気体を速く吸引し樹脂の未充填を防ぐことができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る樹脂射出成形用金型について図９を参照して説明する。図９は、コア型３の断面を示す。コア型３は、外周部を除いて低密度造形部３２ｂにより形成された造形部３２を有しており、造形部３２の外周部は、高密度造形部３２ａにより形成されている。低密度造形部３２ｂに通じる送風路３５がベースプレート３１及び高密度造形部３２ａを通して設けられており、この低密度造形部３２ｂを通して、樹脂成形部に送風し、又は樹脂成形部から吸引を行なう。造形部３２の外周部が高密度造形部３２ａにより形成されているので、コア型３の強度を強くすることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る樹脂射出成形用金型について図１０を参照して説明する。図１０はコア型３の断面を示す。コア型３は、ベースプレート３１に溝が加工されて送風路３５が形成されている。造形部３２は、一部の低密度造形部３２ｂを除いて高密度造形部３２ａにより形成されている。送風路３５から低密度造形部３２ｂを通して樹脂成形部への送風、又は樹脂成形部からの吸引が行なわれる。送風路３５がベースプレート３１に加工されており、造形部３２に送風路３５を形成しなくてよいので、造形部３２の金属光造形を容易に行なうことができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る樹脂射出成形用金型について図１１を参照して説明する。図１１はコア型３の断面を示す。コア型３は、第５の実施形態の構成に加えて、送風が行なわれる低密度造形部３２ｂの周囲の高密度造形部３２ａに断熱部３８が形成されている。断熱部３８は低密度造形部により形成されている。断熱部３８によって、樹脂成形部へ送られる温風の熱が高密度造形部３２ａに発散することが防止され、また、樹脂成形部へ送られる冷風が高密度造形部３２ａの熱により加熱されることが防止される。このため、金型の温度調整が容易になる。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、低密度造形部をキャビティ型に設けてもよい。低密度造形部をコア型に設けるのと同等の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。 同樹脂射出成形用金型の製造に用いる金属光造形加工機の斜視図。 同樹脂射出成形用金型を製造する金属光造形の製造方法を時系列に説明する図。 同樹脂射出成形用金型を用いた射出成形機の構成図。 同射出成形機の温風冷風発生装置と真空吸引装置の構成図。 同射出成形機の温水機と冷水機の配管の構成図。 本発明の第２の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。 本発明の第３の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。 本発明の第４の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。 本発明の第５の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。 本発明の第６の実施形態に係る樹脂射出成形用金型の断面図。

符号の説明

１ 樹脂射出成形用金型
１１ 樹脂成形部
３２ 造形部
３２ａ 高密度造形部
３２ｂ 低密度造形部
３７ 通気口

Claims (4)

1. 樹脂を成形する樹脂射出成形用金型において、
   金属光造形によって製造される造形部を備え、
   前記造形部は、焼結密度が小さく気体を通過させる低密度造形部と、
   該低密度造形部に気体を送風し、又は該低密度造形部から気体を吸引する通気口と、
   を有することを特徴とする樹脂射出成形用金型。
2. 前記低密度造形部は、樹脂が成形される樹脂成形部に接して設けられ、
   前記樹脂成形部と通気口とを繋ぎ、
   前記樹脂成形部に前記通気口から気体を送風させ、又は該樹脂成形部の気体を前記通気口へ吸引させることを特徴とする請求項１に記載の樹脂射出成形用金型。
3. 前記低密度造形部は、前記樹脂成形部に接する全ての面に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の樹脂射出成形用金型。
4. 前記造形部の外周部に通気性のない高密度造形部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の樹脂射出成形用金型。

Images