JP2912685B2

JP2912685B2 - 低圧射出成形用金型

Info

Publication number: JP2912685B2
Application number: JP18706190A
Authority: JP
Inventors: 光興畑本
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH0474620A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、熱可塑性プラスチック（以後樹脂という）
の射出成形用金型に係わるもので、特に、射出圧力を低
圧で行う金型の加熱、冷却に関する。

（従来の技術）一般に、樹脂の射出成形は下記の５工程から成り立っ
ている。

すなわち、成形機への樹脂の投入工程樹脂の加熱溶融工程溶融樹脂の金型内への射出工程金型の冷却工程樹脂成形品の取り出し工程ここで、樹脂の加熱溶融工程では、樹脂温度を高温
にして粘性を低下させて流動性を良くすることが可能で
ある。

また、溶融樹脂の金型内への射出工程において、金
型温度が樹脂の融点温度に比べ低い場合には、金型内へ
の射出時に樹脂温度の低下が早くて粘性が大となり、樹
脂の回りが悪くなるため、射出圧力は高い圧力を必要と
する。しかし、金型温度が樹脂の固化点以下と低いた
め、金型の冷却工程および樹脂成形品の取り出し工
程の２工程は短時間で済み、結果としてサイクルタイム
が早くなり、現在一般の方法（Ａ方式）として用いられ
ている。

ただし、射出圧力は200〜300kg/cm²と高圧なため、機
械装置は大型化し、また、その金型も剛性が必要なこと
から、大型、大重量化する。また、金型加熱用ヒータは
初期加熱用として金型側面への張り付け或いは、局所的
に埋め込まれて用いられるだけで、通常運転では樹脂に
より加熱されている。

ところが、金型温度が樹脂の融点近辺、或いは、それ
以上の温度に昇温できたとすると、樹脂は粘性が小さ
く、したがって、流動性が良く、金型内に容易に充填で
きるので、射出圧力は低くて済み（Ｂ方式）、上記Ａ方
式の数分の１程度となる。

従って、機械本体や金型の剛性は小さくて済むととも
に、軽量化が計られるため、エネルギーロスを小さくで
きる。

しかしながら、金型自体の温度は樹脂を射出後に固化
点温度以上まで冷却する必要があるが、短時間（20〜30
秒）での温度下降は困難である（温度下降百数十度）。

（発明が解決しようとする課題）このため、Ｂ方式が優位する点があるにもかかわら
ず、Ｂ方式は採用されず、Ａ方式が採用されていた。

なお、近年、Ｂ方式による各種の方法が実施され始め
ているが、それぞれ特徴を有しているものの決定的なも
のはまだ無い。

下記にその３例を示す。

I.高周波誘導加熱（冷却は水による）（特徴）急速加熱は可能であるが、成形対象形状に左
右されるため、温度斑が出来やすい。

II.蒸気圧縮加熱（冷却は水による）（特徴）200℃前後の蒸気を1kg/cm²程度で圧送するの
で、蒸気自体は加熱蒸気で飽和蒸気となっていない。

従って、熱風より多密度のエネルギーが送られるので
短時間での昇温は可能であるが、凝縮潜熱はあまり関与
しないので流量も多く、廃棄熱量も多い。

また、空気などの非凝縮性ガスも混入し易く、熱伝達
効率も悪い。

III.耐熱油による加熱冷却（特徴）シリコンオイルなどを昇温し、直接加熱する
もので、上記II項より多密度のエネルギーを有している
ので、昇降温は短時間行われるが、液体であるだけに温
度斑が発生し易く、また、昇降温の切り替えにエネルギ
ーロスを伴い時間を要してしまう。

熱可塑性プラスチックの低圧射出成形用金型には次の
条件が必要と考えられる。

a.昇降温速度が早い。

b.昇降温の切り替えが早い。

c.昇降温時に対象物に温度斑を発生させない d.熱サイクルによる変形域は歪みが少ない。

e.昇降温という熱サイクルに対し、エネルギーロスが小
さい。

そこで、本発明は合成樹脂材の射出時に使用される金
型の加熱、冷却サイクルを速くするとともに、熱媒体に
温度斑を発生させず、更には、サイクル全体に渡るエネ
ルギーロスを減少させることが可能な低圧射出成形用金
型を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するため、合成樹脂材の射出
寸前に金型の温度を前記合成樹脂材の融点近傍に昇温
し、前記合成樹脂材の射出充填後、前記金型を前記合成
樹脂材の固化点以下に急冷して使用する低圧射出成形用
金型において、第１の金型部およびこの第１の金型部に
接合してキャビティを構成する第２の金型部からなる上
記金型と、上記第１および第２の金型部の内部にそれぞ
れ設けられ液体を収容するとともに蒸気が充填され飽和
蒸気状態を呈する内部空間と、上記第１および第２の金
型部の内壁面に上記キャビティの裏面側に位置して設け
られ上記液体を含有する多孔体と、上記第１および第２
の金型部内の液体を加熱して蒸発させる加熱手段と、上
記第１および第２の金型部内の蒸気を冷却して凝縮させ
る冷却手段とを具備してなることを特徴とするものであ
る。

（作用）上記手段により、金型自体をヒートパイプ化し、金型
内に充填した飽和蒸気の特性を利用することにより、低
圧射出成形用金型に要求される条件を満足できるように
した。

（実施例）以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して説明す
る。

第１図は金型を示すもので、この金型は第１の金型部
（雌部）１と、この第１の金型部１の接離自在に接合さ
れてキャビティ20を構成する第２の金型部（雄部）２と
からなる。

上記第１および第２の金型部1,2は密閉箱状体をな
し、その内部に空間部12,13を有している。

また、上記第１および第２の金型部1,2の内底部には
作動液体10,11が収容されている。

さらに、上記第１および第２の金型部1,2の内底部に
は加熱用パイプ8,9が配設され、これら加熱用パイプ8,9
は上記作動液体10,11に侵漬するか、または、常に、作
動液体10,11が加熱用パイプ8,9の周辺に存在して、加熱
用パイプ8,9と作動液体10,11とが熱交換可能な状態とす
る。

すなわち、第２図に示すように、加熱用パイプ8,9の
回りに多孔体14を巻回し、この多孔体14の一部を作動液
体10,11の中に侵漬し、多孔体14の持つ毛細管作用によ
り作動液体10を多孔体14中に常に供給する。

上記加熱用パイプ8,9内には加熱用の高温流体15が流
される。

また、上記第１および第２の金型部1,2の空間部12,13
内には作動液体10,11の蒸気が満たされ、飽和蒸気状態
となっている。

一方、上記第１および第２の金型部1,2の空間部12,13
内の上部側には冷却用パイプ6,7が配設され、これら冷
却用パイプ6,7内には冷却媒体（たとえは水）が流され
るようになっている。

さらに、上記第１および第２の金型部1,2の内壁面に
は上記キャビティ20の裏面側に位置して多孔体4,5が密
着して設けられている。

また、上記第２の金型部２には射出成形機のノズル３
が押圧接続されるようになっており、このノズル３を金
型部２に設けた導入パイプ部21を介して上記キャビティ
20に連通させるようになっている。上記導入パイプ部21
の周囲も上記多孔体５により巻回されている。

第３図は飽和蒸気圧線図で、第１および第２の金型部
1,2の空間部12,13の温度がT1の時、該空間部12,13の圧
力はP1であるとすると、冷却用パイプ6,7による冷却凝
縮により該圧力がP2に下がれば、多孔体４、５の温度は
T2となるまで下降し、作動液体10,11の加熱により空間
部12,13の圧力がP3になれば、多孔体4,5の温度は蒸気の
凝縮によりT3となるまで上昇することを示している。

また、上記加熱用パイプ8,9および冷却用パイプ6,7は
第４図に示すように、加熱、冷却温度コントローラ22に
接続され、上記第１および第２の金型部1,2への加熱、
冷却パワーの供給が制御されるようになっている。

なお、射出成形機における金型は製品の取り出しのた
め、２分割されており、開閉のための移動が加わるた
め、加熱、冷却用パイプ6,7,8,9としてはフレキシブル
チューブ（例えば耐熱ゴム）が用いられる。

つぎに、製品を射出成形する場合について説明する。

まず、加熱用パイプ8,9内に昇温した加熱用の高温流
体15を流す。これにより、加熱用パイプ8,9を被覆する
多孔体14中の作動液体10,11の温度が第３図に示すT1か
らT3に上昇したとすると、その部分の蒸気圧はP1からP3
に上昇する。

このとき、加熱用パイプ8,9により加熱されない部分
の第１および第２の金型部1,2の内壁面（多孔体4,5を含
む）の温度はT1のままであるため、その部分の蒸気圧は
P1である。上記蒸気圧P3とP1の差圧により加熱用パイプ
8,9により加熱されて温度がT3になった部分の蒸気は温
度がT1である部分へ流れ、そこで凝縮して潜熱を与え、
その部分の温度を上昇させる。

この蒸気の流れは、上記のように蒸気圧P3とP1の差圧
により積極的に行われるため、第１および第２の金型部
1,2は短時間のうちに温度T3になる。特に、キャビティ2
0の近傍では、その内壁に密着して設けた多孔体4,5を介
して凝縮し、キャビティ20を昇温させる。

このようにキャビティ20を昇温させたのち、樹脂吐出
用のノズル３から溶融樹脂を吐出させる。この樹脂は第
２の金型部２の導入パイプ部21を介してキャビティ20内
に供給される。

しかるのち、冷却用パイプ6,7内に冷却媒体を流す。
これにより、第１および第２の金型部1,2の空間部12,13
内の蒸気が冷却凝縮され、その分蒸気圧が低下し、この
蒸気圧の低下に見合う分だけ多孔体4,5の液体が蒸発す
る。この蒸発により、多孔体4,5およびキャビティ20が
冷却されるとともに、成形品が冷却される。こののち、
第１および第２の金型部1,2を開放させて成形品を取り
出す。

上述したのうに、金型自体をヒートパイプ化する長所
は第３図の様な飽和蒸気の特性を利用するため、均温化が図れること（例えば肉厚の不均一さからくる
大きな温度斑があっても、熱は蒸気となって温度による
圧力差で移動するため、より低温部に集中して凝縮し放
熱する。

すなわち、均温となるように作用する。

第１および第２の金型部1,2を密閉箱体状に構成し、
その内部に凝縮性の蒸気並びにその液体を封入している
ため、凝縮熱伝達が効率良く行われヒートパイプ化して
いない場合の高温蒸気と比べて格段の熱伝達率が向上
し、昇温時の大幅なエネルギーロスが防止できるなど直
接に製品或いは運転において改良が可能となる。

なお、上記一実施例では、加熱用パイプ8,9内に加熱
用の流体15を流したが、これに限られず、電気ヒータ
（例えばシーズヒータ）を用いてもよい。、この場合、
第４図における加熱用パイプ8,9は電気のリード線とな
る。

また、第１図における加熱用パイプ8,9は第１および
第２の金型部1,2の液溜まり部である底壁中またはその
下部に密着させて設けてもよく、冷却用パイプ6,7は前
記底壁およびキャビティ20の部分を除く、金型内壁面の
残り四面のうち空いたスペースの壁部に密着させて設け
ても良い。

なお、この場合、第１および第２の金型部1,2の内部
には作動液体10,11或いは、蒸気との熱交換をスムーズ
に行わせる熱交換器（例えばフィンなど）を金型内壁に
密着させて設けることにより、熱伝達効果を向上でき
る。

また、第５図に示すように、金型部1,2のキャビティ2
0を形成する型部1a,2aを金型部1b,2bから分離可能に形
成し、型部1a,2aを交換することにより、種々の成形を
可能にしても良い。

また、第５図に示すように、キャビティ20の裏面（内
壁面）に射出圧力によるキャビティ20の変形を防止する
ためのステー23,24を溶接などによって設けることが好
ましい。

なお、第５図において、25,26は真空排気および液体
注入用のバルブである。

［発明の効果］本発明は以上説明したように、合成樹脂射出成形時に
使用される金型自体をヒートパイプ化したことにより、
金型の加熱、冷却サイクルを早くすることができる上、
成形サイクル全体に渡る熱伝達率が大幅に向上し、さら
に、それに判うエネルギーロスが減少されるため、効率
的な低圧射出成形を実現することができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は低圧射出
成形用金型を示す断面図、第２図は加熱用パイプを示す
断面図、第３図は作動液体の飽和蒸気圧線図、第４図は
低圧射出成形用金型の加熱、冷却システムを示す構成
図、第５図は本発明の他の実施例による金型の断面図で
ある。１……第１の金型部、２……第２の金型部、4,5……多
孔体、6,7……冷却用パイプ（冷却手段）、8,9……加熱
用パイプ（加熱手段）、10,11……作動液体、12,13……
空間部、14……多孔体、20……キャビティ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 45/26 - 45/44 B29C 45/73

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂材の射出寸前に金型の温度を前記
合成樹脂材の融点近傍に昇温し、前記合成樹脂材の射出
充填後、前記金型を前記合成樹脂材の固化点以下に急冷
して使用する低圧射出成形用金型において、第１の金型部およびこの第１の金型部に接合してキャビ
ティを構成する第２の金型部からなる上記金型と、上記第１および第２の金型部の内部にそれぞれ設けられ
液体を収容するとともに蒸気が充填され飽和蒸気状態を
呈する内部空間と、上記第１および第２の金型部の内壁面に上記キャビティ
の裏面側に位置して設けられ上記液体を含有する多孔体
と、上記第１および第２の金型部内の液体を加熱して蒸発さ
せる加熱手段と、上記第１および第２の金型部内の蒸気を冷却して凝縮さ
せる冷却手段とを具備してなることを特徴とする低圧射
出成形用金型。
【請求項２】加熱手段は第１および第２の金型部の底壁
に設けられ、第１および第２の金型部の底壁を加熱する
とともに、前記底壁の内面に放熱板を設け、前記底壁と
前記放熱板とを介して液体に熱を伝達させて蒸発させる
請求項１記載の低圧射出成形用金型。
【請求項３】冷却手段は第１および第２の金型部の底壁
並びにキャビティ面を除く壁部にパイプ状流路管を設
け、このパイプ状流路管内に冷却流体を流して冷却する
とともに、金型壁部に冷却フィンを設け、金型内の蒸気
を冷却して凝縮させる請求項１記載の低圧射出成形用金
型。