JP2016078379A - 金型 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却部の数を増やすことなく、冷却効率を高めることが可能な金型を提供する。
【解決手段】金型１は、冷却孔３Ｈとこの冷却孔３Ｈの内部に挿入される中空パイプ３Ｐとを含み、中空パイプ３Ｐ内の空間部、および中空パイプ３Ｐと冷却孔３Ｈとの間の空間部が冷却媒体の流路である冷却部３を有する。冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、冷却孔３Ｈの内壁と中空パイプ３Ｐの外周面とが伝熱部材３Ｔを介して接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型に関する。

ダイキャスト成形および樹脂成形等では一般に、互いに対向配置される固定側型板（キャビティプレート、雌型）と可動側型板（コアプレート、雄型）とを含む金型が用いられる。
通常、キャビティプレートおよびコアプレートの互いの対向面にはそれぞれ凹部が形成され、それぞれの凹部内に、成形材料が注入される成形空間部を形成する成形部品である入れ子が取り付けられる。

加熱溶融された成形材料の熱により高温となる金型を冷却するために、入れ子の内部には通常、下記構造の冷却部が設けられる。
冷却部は、冷却孔とこの冷却孔の内部に挿入される中空パイプとを含み、中空パイプ内の空間部、および中空パイプと冷却孔との間の空間部が冷却媒体の流路である（特許文献１等）。
１つの入れ子に対して、冷却部は１つまたは複数設けられる。

実開昭61-162355号公報

成形品の金型への焼き付きを防止するためには、金型を効果的に冷却して適切な温度に維持することが必要である。
金型の冷却性能を向上させるために、入れ子に形成する冷却部の数を増やすことが考えられる。しかしながら、冷却部の数を増やすと、互いに隣り合う冷却部の間隔が狭くなり、入れ子の冷却箇所が多くなりすぎて、型面に離型剤を塗布する時点で型面が全体的に好適な温度より低下してしまう恐れがある。この場合、型面に塗布された離型剤が揮発しにくく、離型剤が残ったまま成形が行われて、成形品内に空洞（ダイキャスト成形では「鋳巣」と呼ばれる）が形成される恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却部の数を増やすことなく、冷却効率を高めることが可能な金型を提供することを目的とする。

本発明の金型は、
冷却孔と当該冷却孔の内部に挿入される中空パイプとを含み、
前記中空パイプ内の空間部、および前記中空パイプと前記冷却孔との間の空間部が冷却媒体の流路である冷却部を有する金型であって、
前記冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、前記冷却孔の内壁と前記中空パイプの外周面とが伝熱部材を介して接続されたものである。

本発明によれば、冷却部の数を増やすことなく、冷却効率を高めることが可能な金型を提供することができる。

本発明に係る一実施形態の金型の要部の概略縦断面図である。 冷却部の横断面図（図１のII-II概略断面図）である。 図２Ａの設計変更例を示す図（図１のII-II概略断面図）である。 実施例１における成形の様子を示す概略縦断面図である。 実施例１および比較例１において、点Ｐ３における温度の経時変化を示すグラフである。 実施例１および比較例１において、点Ｐ６における温度の経時変化を示すグラフである。 実施例１および比較例１において、点Ｐ１〜Ｐ３における型開き時の温度を示すグラフである。 実施例１および比較例１において、点Ｐ４〜Ｐ６における型開き時の温度を示すグラフである。

「金型」
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の金型の構造について、説明する。
図１は、本実施形態の金型の要部の概略縦断面図である。
図２Ａは、冷却部の概略横断面図（図１のII-II概略断面図）である。
図２Ｂは、図２Ａの設計変更例を示す図（図１のII-II概略断面図）である。

ダイキャスト成形および樹脂成形等では一般に、互いに対向配置される固定側型板（キャビティプレート、雌型）と可動側型板（コアプレート、雄型）とを含む金型が用いられる。
通常、キャビティプレートおよびコアプレートの互いの対向面にはそれぞれ凹部が形成され、それぞれの凹部内に、成形材料が注入される成形空間部を形成する成形部品である入れ子が取り付けられる。
図１は、キャビティプレートの凹部に取り付けられる入れ子を示している。

図１に示すように、本実施形態の金型１は、鉄鋼等の金属等からなる入れ子２を有している。
一態様において、入れ子２は、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当の熱伝導率を有する鉄鋼材料からなる。
図１において、入れ子２の上面が、コアプレートの入れ子の型面と共に成形空間部を形成する型面である。
型面２Ｘの面形状は、成形品の形状に応じて設計される。

本明細書では、入れ子２において、型面２Ｘを有する上部を、成形品の形状を規定する形状規定部２Ｔと称す。また、入れ子２において、型面２Ｘを有さない下部を、基部２Ｂと称す。
なお、本実施形態では、入れ子２の成形空間部側を「上側」、その反対側を「下側」と定義する。ただし、その上下関係は単なる便宜上の規定であり、実使用における上下関係は任意である。

加熱溶融された成形材料の熱により高温となる金型を冷却するために、入れ子２の内部には、少なくとも１つの冷却部３が設けられている。
本実施形態では、１つの入れ子２に対して、複数の冷却部３が設けられている。

１つの冷却部３は、入れ子２の下面２Ｙから型面２Ｘへ垂直方向に延びる断面視逆Ｕ字状の冷却孔３Ｈとこの冷却孔３Ｈの内部に挿入される冷却パイプ３Ｐとを含む。
冷却パイプ３Ｐは、鉄鋼等の金属等からなる中空パイプである。
冷却パイプ３Ｐの熱伝導率は、入れ子２の熱伝導率以上であることが好ましい。
一態様において、冷却パイプ３Ｐは、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当以上の熱伝導率を有する鉄鋼材料からなる。

冷却部３において、冷却パイプ３Ｐ内の空間部、および冷却パイプ３Ｐと冷却孔３Ｈとの間の空間部が、冷却媒体の流路４となっている。
冷却媒体としては特に制限なく公知のものを使用でき、冷却水等が好ましい。
冷却パイプ３Ｐ内の空間部をインナー流路４Ａと称す。
冷却パイプ３Ｐと冷却孔３Ｈとの間の空間部をアウター流路４Ｂと称す。
インナー流路４Ａが往流路であり、アウター流路４Ｂが復流路である。

図中、符号５は、冷却パイプ３Ｐの下端部を保持し、冷却パイプ３Ｐを冷却孔３Ｈに固定する固定部材である。
この固定部材５は、冷却媒体の流入口５Ｍ、および、冷却媒体の流入口５Ｍと冷却パイプ３Ｐ内のインナー流路４Ａとを繋ぐ接続流路５Ａを有する。
冷却孔３Ｈのアウター流路４Ｂの下流側には、冷却媒体の流出口３Ｍが設けられている。
流入口５Ｍおよび流出口３Ｍの開口箇所は、適宜設計変更可能である。
入れ子２の外部から流入口５Ｍへの冷却媒体の供給、および流出口３Ｍから入れ子２の外部への冷却媒体の排出の機構は、公知技術と同様である。
図１中、符号６Ａは入れ子２の外部に設けられた冷却媒体供給部を模式的に示し、符号６Ｂは入れ子２の外部に設けられた冷却媒体排出部を模式的に示す。図１中、実線Ｗ１は外部から流入口５Ｍへの冷却媒体の供給流路、破線Ｗ２は、流出口３Ｍから外部への冷却媒体の排出流路を模式的に示すものである。
冷却媒体の温度（流入口５Ｍにおける温度）は、公知技術と同様である。

入れ子２全体のサイズにもよるが、図１に示すように、入れ子２全体が効果的に冷却されるように、１つの入れ子２に対して、型面２Ｘに沿って間隔を空けて複数の冷却部３を配置することができる。
複数の冷却部３が設けられる場合、各冷却部３の高さは、冷却部３が形成される箇所の型面２Ｘの高さに応じて、設計される。
各冷却部３の高さは、下面２Ｙから基部２Ｂを超え、形状規定部２Ｔの内部に到達し、型面２Ｘには到達しない範囲内で、設計される。

図１に示すように、本実施形態において、冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、冷却孔３Ｈの内壁と冷却パイプ３Ｐの外周面との間に伝熱部材３Ｔが設けられている。
伝熱部材３Ｔは、冷却孔３Ｈおよび／または冷却パイプ３Ｐと一体成形されたものでもよいし、冷却孔３Ｈおよび冷却パイプ３Ｐとは別部材でもよい。
伝熱部材３Ｔの一態様としては、図１および図２Ａに示すように、冷却孔３Ｈの内壁と冷却パイプ３Ｐの外周面とを繋ぐように、複数のフィンＦが放射状に配列したフィン部材３Ｆが挙げられる。この態様では、複数のフィンＦの間に形成された各開口部Ｈ１内のアウター流路４Ｂを冷却媒体が通過する。
伝熱部材３Ｔの他の態様としては、図２Ｂに示すように、平面視円状等の複数の開口部Ｈ２が形成された環状部材３Ｒが挙げられる。この態様では、各開口部Ｈ２内のアウター流路４Ｂを冷却媒体が通過する。
なお、これらの伝熱部材３Ｔの態様は例に過ぎず、適宜変更可能である。

成形品の金型１への焼き付きを防止するためには、金型１を効果的に冷却して適切な温度に維持することが必要である。
本実施形態では、少なくとも１つの冷却部３によって、成形材料の熱により高温となる入れ子２が冷却される。
ただし、「発明が解決しようとする課題」の項で述べたように、金型の冷却性能を向上させるために、入れ子に形成する冷却部の数を増やすと、互いに隣り合う冷却部の間隔が狭くなり、入れ子の冷却箇所が多くなりすぎて、型面に離型剤を塗布する時点で型面が全体的に好適な温度より低下してしまう恐れがある。この場合、型面に塗布された離型剤が揮発しにくく、離型剤が残ったまま成形が行われ、成形品内に空洞（ダイキャスト成形では「鋳巣」と呼ばれる）が形成される恐れがある。

本実施形態において、各冷却部３の内部には、冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、冷却孔３Ｈの内壁と冷却パイプ３Ｐの外周面との間に伝熱部材３Ｔが設けられている。
冷却孔３Ｈの内壁と冷却パイプ３Ｐの外周面とは伝熱部材３Ｔを介して接続されているので、入れ子２と冷却部３との間の熱交換がより効果的に進み、各冷却部３による入れ子２の冷却性能が向上する。
伝熱部材３Ｔの材質は、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当の熱伝導率を有する鉄鋼材料等からなる冷却孔３Ｈの内壁と、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当以上の熱伝導率を有する鉄鋼材料等からなる冷却パイプ３Ｐの外周面との間の伝熱が可能なものであれば、特に制限されない。
伝熱部材３Ｔは、入れ子２の冷却効率が向上することから、熱伝導率の高いものが好ましい。
伝熱部材３Ｔは、入れ子２と同等以上の熱伝導率を有する材料からなることが好ましい。
一態様において、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当以上の熱伝導率を有する鉄鋼材料からなる。

各冷却部３と型面２Ｘとの離間距離は、入れ子２が効果的に冷却され、かつ、型面２Ｘにおける各冷却部３の直上部分の過剰な冷却が抑制され、型面２Ｘに離型剤を塗布する時点において型面２Ｘが好適な温度となる範囲内で設計される。
冷却部３に冷却媒体を流した状態で、成形材料を注入する前にいったん型を閉じ、入れ子２全体が充分に冷却された後に、型を開き、型面２Ｘに離型剤が塗布される。したがって、「離型剤を塗布する時点」は、型開き時の直後またはそれより多少遅れるタイミングである。
「離型剤を塗布する時点において好適な温度」とは、離型剤が充分に揮発して成形品の内部に残らない温度である。

本実施形態においては、伝熱部材３Ｔによって各冷却部３による冷却性能が向上するので、冷却部３の数を増やさずとも、入れ子２を効果的に冷却することができる。
本実施形態において、冷却部３の数を増やさなくてもよいので、冷却部３を複数設ける場合も、複数の冷却部３の間の互いの離間距離は、公知技術と同様、充分な距離に確保できる。
型面２Ｘにおいて、複数の冷却部３の間の部分は、冷却部３より充分に離間するので、冷却部３により過度に冷却される恐れがなく、離型剤の揮発に好適な温度に維持できる。

図１に示すように、伝熱部材３Ｔは、基部２Ｂおよび形状基底部２Ｔの境界面と冷却パイプ３Ｐの先端との間の範囲内に設けられることが好ましい。
高さ方向に見て、伝熱部材３Ｔは、上記範囲内で、より広範囲に設けられることが好ましい。
図１では、伝熱部材３Ｔは、基部２Ｂおよび形状基底部２Ｔの境界面から冷却パイプ３Ｐの先端までの広範囲に形成されている。
好ましくは上記範囲内に伝熱部材３Ｔを設けることで、入れ子２の効果的な冷却と、型面２Ｘに塗布された離型剤の効果的な揮発とを安定的に両立できる。
なお、伝熱部材３Ｔは、高さ方向に複数設けてもよい。この場合、複数の伝熱部材３Ｔは、互いに離間配置されていてもよいし、互いに接触配置されていてもよい。
複数の伝熱部材３Ｔを互いに接触して配置する場合、これら複数の伝熱部材３Ｔは、互いに冷却媒体の通過部分を閉塞しないように配置される。

伝熱部材３Ｔを配置しても冷却媒体が往路、復路共に良好に流れ、かつ、伝熱部材３Ｔによる冷却効率の向上効果が良好に得られることから、アウター流路４Ｂの有効面積がインナー流路４Ａの有効面積以上（［アウター流路４Ｂの有効面積］／［インナー流路４Ａの有効面積］≧１）であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷却部３の数を増やすことなく、冷却効率を高めることが可能な入れ子２（金型１）を提供することができる。

本実施形態では、キャビティプレートの凹部に取り付けられる入れ子２のみを挙げて説明したが、キャビティプレートの入れ子とコアプレートの入れ子とを対向させて、成形品を成形する様子については、後記［実施例］の項、図３を参照されたい。

以下、本発明に係る実施例および比較例について説明する。

（実施例１）
図３に示す概略モデルについて、ＣＡＥ解析にて、複数の点における温度経時変化をシミュレーションした。
図３は、実施例１における成形の様子を示す概略縦断面図である。
図３中の入れ子２等の形状は図１とは異なるが、便宜上、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
図３に示すモデルの金型１は、断面視逆Ｕ字状のキャビティプレートの入れ子２と、断面視逆Ｕ字状のコアプレートの入れ子１２とを含む。
図中、符号２０は成形材料または成形品である。
成形品の外径はφ３７．５ｍｍ、成形品の側部の肉厚は５ｍｍ、成形品の全長は８３．５ｍｍとした。
このモデルでは、１つのキャビティプレートの入れ子２の内部に１つの冷却部３が設けられている。
冷却部３の構造は図１に示した１個の冷却部３と同様であり、冷却孔３Ｈとこの冷却孔３Ｈの内部に挿入された中空パイプ３Ｐとを含む。また、冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、冷却孔３Ｈの内壁と中空パイプ３Ｐの外周面とが伝熱部材３Ｔを介して接続されている。

図２Ａに示したように、伝熱部材３Ｔはフィン部材３Ｆとした。図２Ａに示したように、横断面において、複数のフィンＦを均等間隔で、アウター流路４Ｂの有効面積がインナー流路４Ａの有効面積以上（［アウター流路４Ｂの有効面積］／［インナー流路４Ａの有効面積］≧１）となるように、設けるようにした。
図１に示したように、フィン部材３Ｆは、基部２Ｂおよび形状基底部２Ｔの境界面から冷却パイプ３Ｐの先端までの範囲に渡って柱状に設けるようにした。
その他の設計は、従来設計と同様とした。

冷却パイプ３Ｐ、フィン部材３Ｆ、キャビティプレートの入れ子２、成形品２０、およびコアプレートの入れ子１２の材質は、以下の通りとした。
冷却パイプ３Ｐ：ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当以上の熱伝導率を有する鉄鋼材料、
フィン部材３Ｆ（伝熱部材３Ｔ）：ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当以上の熱伝導率を有する鉄鋼材料、
キャビティプレートの入れ子１２：ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当の熱伝導率を有する鉄鋼材料、
成形材料（成形品）２０：ＡＤＣ１２（ＪＩＳ規格）相当の熱伝導率を有するアルミ材料、
コアプレートの入れ子１２：ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）相当の熱伝導率を有する鉄鋼材料。

冷却媒体は冷却水とし、その温度（流入口５Ｍにおける温度）は４０℃とした。
冷却開始前の入れ子２の温度（初期温度）は１２０℃とした。

温度シミュレーション点は、キャビティプレートの入れ子２の外面上の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、および成形材料（成形品）２０の外面上の点Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の計６点とした。
点Ｐ１および点Ｐ４は、冷却孔３Ｈの先端の直上位置とした。
点Ｐ２および点Ｐ５は、冷却パイプ３Ｐの先端と同一高さ位置とした。
点Ｐ３および点Ｐ６は、冷却パイプ３Ｐの先端と成形材料（成形品）２０の下端との中間高さ位置とした。

（比較例１）
冷却部３に伝熱部材３Ｔを設けない構造とした以外は実施例１と同様にして、複数の点Ｐ１〜Ｐ６における温度経時変化をシミュレーションした。
実施例１と同様、アウター流路４Ｂの有効面積がインナー流路４Ａの有効面積以上（［アウター流路４Ｂの有効面積］／［インナー流路４Ａの有効面積］≧１）となるように、冷却部３を設計した。

（結果）
実施例１および比較例１において、キャビティプレートの入れ子２の外面上の点Ｐ３における温度の経時変化を示すグラフを図４Ａに示す。
実施例１および比較例１において、成形材料（成形品）２０の外面上の点Ｐ６における温度の経時変化を示すグラフを図４Ｂに示す。
冷却開始から２８０秒後を、型開きのタイミングとした。
実施例１において、型開き時（２８０秒後）の点Ｐ３における温度は、３０７．３９℃であった。
比較例１において、型開き時（２８０秒後）の点Ｐ３における温度は、３２４.１９℃であった。
実施例１において、型開き時（２８０秒後）の点Ｐ６における温度は、３５１．９３℃であった。
比較例１において、型開き時（２８０秒後）の点Ｐ６における温度は、３６４.１８℃であった。

実施例１および比較例１において、キャビティプレートの入れ子２の外面上の点Ｐ１〜Ｐ３における型開き時（２８０秒後）の温度を示すグラフを図５Ａに示す。
実施例１および比較例１において、成形材料（成形品）２０の外面上の点Ｐ４〜Ｐ６における型開き時（２８０秒後）の温度を示すグラフを図５Ｂに示す。

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂに示すように、各測定点Ｐ１〜Ｐ６において、伝熱部材３Ｔを用いた実施例１では、伝熱部材３Ｔを用いない比較例１に対して、冷却効率の向上が見られた。

本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。

１ 金型
２ 入れ子
２Ｘ 型面
２Ｔ 形状規定部
２Ｂ 基部
２Ｙ 下面
３ 冷却部
３Ｈ 冷却孔
３Ｍ 流出口
３Ｐ 冷却パイプ（中空パイプ）
３Ｔ 伝熱部材
３Ｆ フィン部材
３Ｒ 環状部材
４ 流路
４Ａ インナー流路
４Ｂ アウター流路
５ 固定部材
５Ａ 接続流路
５Ｍ 流入口
６Ａ 冷却媒体供給部
６Ｂ 冷却媒体排出部
１２ コアプレートの入れ子
２０ 成形材料または成形品
Ｈ１、Ｈ２ 開口部

Claims (1)

1. 冷却孔と当該冷却孔の内部に挿入される中空パイプとを含み、
   前記中空パイプ内の空間部、および前記中空パイプと前記冷却孔との間の空間部が冷却媒体の流路である冷却部を有する金型であって、
   前記冷却媒体が通過可能な開口部を空けて、前記冷却孔の内壁と前記中空パイプの外周面とが伝熱部材を介して接続された金型。

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