JP3924280B2 - ブロー成形用金型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は加熱又は／及び冷却手段を備えるブロー成形用金型装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
ブロー成形において高転写性及び高速成形が要求される場合、金型に加熱及び冷却手段が設置される。すなわち、前記加熱手段によりパリソン供給前に金型を加熱しておき、軟化状態のパリソンの外面を加熱された金型内面に接触させて高転写性を得るとともに、接触後は前記冷却手段により金型を強制的に冷却し、ブロー成形体を急速に硬化させて取り出し、サイクルタイムを短縮する。金型の急速加熱及び急速冷却が可能であれば、サイクルタイムを短縮することができる。
【０００３】
このような加熱及び冷却手段として、次のものが知られている。
（１）金型の裏面にパイプを這わせ、そのパイプに加熱流体（例えば高温水、高温蒸気）と冷却流体（例えば冷却水）を交互に流通させて金型の加熱、冷却を行うもの。この場合、パイプをその全長にわたり金型の裏面に密着させて這わせるのが難しく、またパイプは丸いため金型との接触面積も小さいので、熱交換効率が悪く、加熱及び冷却速度が上がらない。
（２）金型を鋳込む際に鋳型内にパイプ（金型より融点の高い金属からなる）を配置し、金型壁内にパイプを鋳ぐるみするもの。この場合、使用中に鋳ぐるみしたパイプと金型の間に隙間ができ、かつパイプは丸くその断面積の割に金型との接触面積も小さいため、熱交換効率が悪く、加えて、金型の厚みを大きくとる必要があるため金型の熱容量が大きくなり、加熱及び冷却速度が上がらない。
（３）金型の裏面側から金型壁内にドリルで穴を縦横に形成して互いに連通させ、その
穴に加熱又は冷却流体を流通させるもの。この場合、加熱又は冷却流体が直接金型に接触するという利点があるが、ドリルの穴は丸く断面積の割に金型と流体との接触面積が小さいため、熱交換効率が悪い。加えて金型の厚みを大きくする必要があるため金型の熱容量が大きくなり、またドリルの穴は直線的にしか開けられないため金型の形状によっては必要な数の穴が形成できず、加熱及び冷却速度が上がらない。
（４）金型の裏面側に空間を設け、その空間に加熱又は冷却流体を流入させて金型の加熱、冷却を行うもの（特開平９−１６４５８３号公報参照）。この場合、大きい空間に加熱又は冷却媒体を流入させるため多量の流体が必要であり、空間を囲む金型全体の熱容量も大きくなり、大量のエネルギーを消費する。加えて、空間内に流体が滞る（流速が遅い）ため熱交換効率が悪く、加熱及び冷却速度が上がらない。
（５）金型本体の合わせ面側にキャビティを構成する薄板体を配設し、金型本体と薄板体の間に狭い間隙部を設け、ここに冷却媒体を流して金型の冷却を行うもの（特開平１０−２３５７２２号公報参照）。この場合、キャビティを構成する薄板体の急速冷却が可能であるが、前記間隙部内で冷却媒体の不均一な流れが生じ、部位により冷却速度が違ってきて金型温度にムラが生じやすい。
【０００４】
（発明の開示）
本発明は、従来の加熱及び冷却手段における上記の問題点に鑑みてなされたもので、金型の十分な急速加熱及び急速冷却が可能で、金型温度にムラが生ぜず、エネルギー消費量も少ないブロー成形用金型装置を得ることを目的とする。
本発明に係るブロー成形用金型装置は、ブロー成形用金型の裏面とそこに密着して配置されたバックアップ材との間に断面が偏平な流体流通溝が構成され、該流体流通溝は複数個存在し互いに隔壁を介して密集して配置され、かつ各流体流通溝に流体の流入口及び流出口が形成され、各流体流通溝を加熱用流体又は冷却用流体が流通して金型の加熱又は冷却が行われることを特徴とする。なお、いうまでもないが、上記流体流通溝は、金型裏面に沿って偏平とされている。
【０００５】
前記流入口及び流出口は前記バックアップ材に形成することができる。また、各流体流通溝の流入口及び流出口を流体の供給又は排出用マニホールドの配管に連通させ、該マニホールドを介して流体の供給又は排出を行うことができる。このマニホールドを金型裏面側の金型構体内に配置し（金型構体内に配置したバックアップ材にこのマニホールドを形成することができる）、これを外部流体源に連通させるとよい。なお、バックアップ材は金型より熱伝導率の低い材質が望ましい。
【０００６】
上記ブロー成形金型装置において、金型の加熱又は冷却の一方のみを行うこともできるし、加熱及び冷却のサイクルを繰り返すこともできる。パリソン供給前に加熱用流体（例えば高温水、高温蒸気）を供給して金型の加熱を行い、軟化状態のパリソンの外面を加熱した金型の内面に接触させることで、高転写性を得ることができる。一方、パリソンが金型内面に接触後、冷却用流体（例えば冷却水）を供給して加熱された金型を冷却すると、ブロー成形体が急速に冷却、硬化し、早く取り出すことができるので、サイクルタイムが短縮され高速成形が可能となる。そして、加熱及び冷却を交互に行うことで、高転写性と高速成形の両方が可能となる。
【０００７】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、図１〜図４に示す概念図を参照して、本発明に係るブロー成形用金型装置について説明する。
【０００８】
図１に示すブロー成形用金型装置１（片側のみ示す）は、キャビティ部３を有する金型２、その裏面側の金型構体内に配置されたバックアップ材４と、金型２の後部を支持する背板５、背板５を支持し開閉機構等に連結した補強部材６を備える。前記キャビティ部３はピンチオフ部７、８に囲まれた範囲であり、金型２の左右端には当て部９、１０が形成されている。ピンチオフ部７、８はパリソンの食い切りが行われる部位であり、当て部９、１０はこの金型２に対向配置された金型（図示せず、一対で１つのキャビティ空間を構成））の当て部に当接して、両金型の最接近位置を画定するものである。当て部９、１０は、ピンチオフ部７、８が対向配置された金型のピンチオフ部に当たって損傷するのを防止する役割ももつ。なお、このブロー成形用金型装置１では、パリソンは紙面に垂直に配置される。
【０００９】
バックアップ材４は、その表面が金型２の裏面に密着し、かつ金型構体内いっぱいに配置されている。その表面には、図３にも示すように、ほぼ左右全長にわたり多数の偏平な凹溝１１が互いにほぼ平行に形成され、かつそれらが互いに幅の狭い隔壁２１を介して密集して配置されている。各凹溝１１は、隔壁２１とバックアップ材４の表面周囲に形成された堰２２により囲まれ、各凹溝１１の左右端部には、その一端に流入口１２及び他端に流出口１３が形成され、各流入口１２はバックアップ材４内に形成された流体供給用マニホールド１４に連通し、各流出口１３は同じくバックアップ材４内に形成された流体排出用マニホールド１５に連通している。なお、マニホールド１４、１５は、各流入口１２又は流出口１３につながる配管部１４ａ、１５ａと、各配管部１４ａ、１５ａが連通する共通の集合室１４ｂ、１５ｂからなり、該集合室１４ｂ、１５ｂは背板５により密閉され、かつ導管１６、１７を介して外部に連通している。
【００１０】
また、バックアップ材４には、金型２のベント穴（後述）に連通するベントマニホールド１８が形成されている。ベントマニホールド１８は、配管部１８ａとそれらが連通する共通の集合室１８ｂからなり、該集合室１８ｂは背板５により密閉され、かつ図示しない導管を通して外部に通じている。
金型２のキャビティ部３には小さいベント穴１９が形成されて内面側に通じ、そのベント穴１９は金型２内の配管部２０を介して前記ベントマニホールド１８の配管部１８ａに連通している。なお、金型２のベント穴１９、配管部２０、及びベントマニホールド１８の配管部１８ａは、図３に示すように、バックアップ材４の凹溝１１の間に配置されている。
【００１１】
金型２の厚さは、急速加熱及び急速冷却、さらにエネルギー消費量の観点からは、薄く形成することが望ましい。一方、余りに薄いと金型２の表面において加熱又は冷却ムラが起こりやすく、またブロー成形の加圧力がかかったとき変形して所要の形状のキャビティ形状を維持できなくなる。これらの点を勘案して金型２の厚さが設定されるが、アルミニウム合金であれば、例えば４〜１５ｍｍの範囲内で、そのキャビティ部形状及びサイズ等も勘案して設定すればよい。金型２の厚さをこのように薄く設定することで、熱容量が少なくなり急速加熱及び急速冷却が可能となり、エネルギー消費量も少なくなる。
【００１２】
金型２の裏面とバックアップ材４の表面が密着して凹溝１１の断面が閉鎖され、偏平な流体流通溝が構成される。この流体流通溝（＝凹溝１１）の深さは、熱交換される熱量を勘案して適宜設定されるが、流体を高速で通すと熱交換の効率が高く、その割に流体量も少なくエネルギー消費量が少なくなるので、例えば０．５〜７ｍｍの範囲で選択される。これ以上厚いと、厚みの中心ばかりで流体が流れ、熱交換効率が上がらない。望ましくは０．５〜３ｍｍの範囲で選択される。その幅についても適宜設定すればよいが、例えば１０〜５０ｍｍの範囲で選択される。これを超えると幅方向の冷却速度又は加熱速度にムラができる。望ましくは１０〜４０ｍｍの範囲で選択される。
【００１３】
流体流通溝（凹溝１１）からの流体の漏れを防止するため、必要であれば、金型２の裏面とバックアップ材４の表面の間の凹溝１１の周囲にガスケットを介在させてもよい。また、マニホールド１４、１５の集合室１４ｂ、１５ｂからの流体の漏れを防止するため、バックアップ材４と背板５の間の集合室１４ｂ、１５ｂの周囲にガスケットを介在させてもよい。
【００１４】
上記金型装置１において、加熱用流体又は冷却用流体は外部の供給装置から導管１６を通して流体供給用マニホールド１４の集合室１４ｂに入り、各配管部１４ａに分配され、各配管部１４ａから各流入口１２を通って各流体流通溝（凹溝１１）に入り、金型２の裏面に沿って高速で流れ、このあいだ金型２との間で急速な熱交換が行われる。各流体流通溝（凹溝１１）の端部に達した流体は、各流出口１３を通って流体排出用マニホールド１５の各配管部１５ａに流出し、集合室１５ｂに入り、導管１７を通して外部に排出される。なお、流体供給用マニホールド１４は各流体流通溝（凹溝１１）に流体を均等に分配する役割を有し、流体排出用マニホールド１５は各流体流通溝（凹溝１１）から排出される流体を集めるほか、冷却時に熱い金型裏面に接して気化した蒸気の圧力を逃がす役割を有する。
【００１５】
上記金型装置１において、ベントマニホールド１８の集合室を真空吸引装置に連通させ、バキュームをかけることができる。その場合、仮に流体流通溝（凹溝１１）から流体漏れがあっても、配管部１８ａを通して排出することができる。
あるいは、金型２の配管部２０とベントマニホールド１８の配管部１８ａの接触部について、その周囲にＯリング等を介在させ、空気の漏れなどを防止することもできる。
さらに、上記の例では、配管部２０及び配管部１８ａを凹溝１１の間に配置したが（図３参照）、これを凹溝１１内に配置することもできる。その場合、加熱用流体又は冷却用流体が配管部２０及び配管部１８ａに入らないように、配管部２０及び配管部１８ａを流体流通溝（凹溝１１）から密閉する必要がある。
【００１６】
上記の例では、バックアップ材を金型構体内に配置し、該バックアップ材自体に流体供給用マニホールドと流体排出用マニホールドを形成し、さらにベントマニホールド等も形成したが、図４に示すように、バックアップ材の役割を金型の裏面との間で流体流通溝を構成するという一点に限定することもできる。すなわち、図４（ａ）は金型３２の裏面に偏平な凹溝３３を前記凹溝１１と同様の形態で形成し、該凹溝３３を板状のバックアップ材３４で覆って流体流通溝（＝凹溝３３）を構成している。図４（ｂ）は金型２と同様の金型４２の裏面に、前記凹溝１１と同様の形態の凹溝４３を有する板状のバックアップ材４４を配置し、流体流通溝（＝凹溝４３）を構成している。なお、これらの例では、流体流通溝に流体を供給する流体供給用マニホールド及び流体流通溝から流体を排出する流体排出用マニホールドを別途設置して、流体流通溝に連通させる必要がある。
【００１７】
続いて、図５〜図７を参照して、本発明に係るブロー成形用金型装置についてより具体的に説明する。
【００１８】
図５〜図７に示すブロー成形金型装置５１（片側のみ示す）は、自動車のリアスポイラーを製造するもので、キャビティ部５３を有する金型５２、その裏面側の金型構体内に配置されたバックアップ材５４〜５８と、金型５２の後部を支持する背板５９を備える。前記キャビティ部５３はピンチオフ部６０に囲まれた範囲であり、金型５２の左右端には当て部６１、６２が形成されている。このブロー成形用金型装置５１では、キャビティ５３の長手方向が鉛直に向くように配置され（上下方向を図７に示す）、パリソンはキャビティ５３の長手方向に配置される。
【００１９】
金型５２のキャビティ部５３は薄肉に形成され、その裏面には、多数の偏平な凹溝６４が形成され、かつ互いに幅の狭い隔壁６５を介して並列に密集して配置されている。各凹溝６４は、隔壁６５とキャビティ部５３の裏面周囲の堰６６により囲まれている。
【００２０】
バックアップ材５４は金型５２の構体内（キャビティ部５３の裏側の空所）の中央部に配置され、その表面がキャビティ部５３の裏面の隔壁６５及び堰６６に密着し、これにより凹溝６４の断面が閉鎖され、偏平な流体流通溝が構成されている。また、バックアップ材５４の表面には、各凹溝６４の一方の端部に対応する箇所に流出入口６７、６８（図７に示すように、上半部の流出入口を６７、下半部の流出入口を６８とする）が形成され、他方の端部に対応する箇所に流出入口６９、７０（図７に示すように、上半部の流出入口を６９、下半部の流出入口を７０とする）が形成されている。各流出入口６７〜７０はそれぞれ、バックアップ材５４内に形成されたマニホールド７１〜７４に連通している。なお、マニホールド７１〜７４はそれぞれ、各流出入口６７〜７０につながる配管部７１ａ〜７４ａと、バックアップ材５４の裏面側に形成された共通の集合室７１ｂ〜７４ｂからなり、該集合室７１ｂ〜７４ｂは背板５９により閉鎖され、さらに、背板５９には前記集合室７１ｂ〜７４ｂを外部に連通させる連通穴７５〜７８（図７に仮想線にて図示）が形成されている。
【００２１】
冷却媒体として水、加熱媒体として水蒸気を用いる場合、冷却時、水は連通穴７６、７７を通してマニホールド７２、７３の集合室７２ｂ、７３ｂに供給され、配管部７２ａ、７３ａ及び流出入口６８、６９を通って前記流体流通溝（凹溝６４）内に入り、該流体流通溝に沿って流れ、流出入口７０、６７及びマニホールド７４、７１の配管部７４ａ、７１ａを通って集合室７４ｂ、７１ｂに入り、連通穴７８、７５から外部に排出される。加熱時には、水蒸気が冷却時の水とは逆方向に流通する。
【００２２】
金型５２のキャビティ部５３の両側部８０、８１は、長手方向に沿って薄肉に形成され、その裏面は断面半円形をなしている。バックアップ材５５〜５８が金型５２の構体内（両側部８０、８１の裏側の空所）に配置され、かつその表面が両側部８０、８１の裏面から所定間隔を置いて配置され、これにより、断面が閉鎖された偏平な円弧状の冷却水流通溝８２が形成されている。また、バックアップ材５５〜５８の表面には、各冷却水流通溝８２の両端部に対応する箇所に流入口８３〜８６及び流出口８７〜９０が形成されている。各流入口８３〜８６及び流出口８７〜９０は、同じくバックアップ材５５〜５８内に形成された冷却水流入路９１〜９４及び冷却水流出路９５〜９８と、続いて背板５９に形成された流入穴及び流出穴（図５に流出穴９９を示す）に連通している。
【００２３】
そのほか、１００は軽量化のために形成した空洞、１０１は流体の漏れを防止する環状のガスケット、１０２は温度検出用センサー、１０３は金型５２のキャビティ部５３に形成されたベント穴に通じるベントパイプである。
【００２４】
（発明の効果）
本発明によれば、偏平な流体流通溝をブロー成形用金型とその裏面に密着するバックアップ材で構成することから、金型の裏面に加熱用流体又は冷却用流体が直接接触し、かつ流体流通溝を金型裏面に密集して配置するので、金型と流体の接触面積を大きくとることができて優れた熱交換効率が得られ、金型の急速加熱及び急速冷却が可能で、サイクルタイムを短縮でき、エネルギー消費量も少なくすることが可能となる。
しかも、複数の流体流通溝が互いに隔壁を介して配置され、かつ各流体流通溝に流体の流入口及び流出口が形成されていることから、流体流通溝において部分的な流体の滞留が起こりにくく、全体としてムラのない加熱又は冷却が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係るブロー成形金型装置を概念的に示す水平断面図（図３のＩ−Ｉ断面）である。
【図２】 図２は、別の箇所の水平断面図（図３のＩＩ−ＩＩ断面）である。
【図３】 図３は、バックアップ材の側面図である。
【図４】 図４は、流体流通溝を構成する他の方法を説明する断面図である。
【図５】 図５は、本発明に係るブロー成形金型装置をより具体的に示す斜視図（図７のＩＩＩ−ＩＩＩ断面で切断）である。
【図６】 図６は、その断面図（図７のＩＩＩ−ＩＩＩ断面）である。
【図７】 図７は、背板を外して金型及びバックアップ材の構造を示す底面図である。

Claims (2)

1. ブロー成形用金型の裏面とそこに密着して配置されたバックアップ材との間に断面が金型裏面に沿って偏平な流体流通溝が構成され、該流体流通溝は複数個存在し互いに幅の狭い隔壁を介して並列に密集して配置され、かつ各流体流通溝の一端に流体の流入口及び他端に流出口が形成され、各流体流通溝を加熱用流体又は冷却用流体が流通して金型の加熱又は冷却が行われ、前記バックアップ材が前記ブロー成形金型の構体内に配置され、前記ブロー成形金型の後部に前記構体を閉じる背板が設置されて前記ブロー成形金型を支持していることを特徴とするブロー成形用金型装置。
2. ブロー成形用金型の裏面とそこに密着して配置されたバックアップ材との間に断面が金型裏面に沿って偏平な流体流通溝が構成され、該流体流通溝は複数個存在し互いに幅の狭い隔壁を介して並列に密集して配置され、かつ各流体流通溝の一端に流体の流入口及び他端に流出口が形成され、各流体流通溝を加熱用流体又は冷却用流体が流通して金型の加熱又は冷却が行われ、前記バックアップ材が前記ブロー成形金型の構体内に配置され、前記ブロー成形金型の後部に前記構体を閉じる背板が設置されて前記ブロー成形金型を支持し、各流体流通溝の流入口への流体の供給及び流出口からの流体の排出がそれぞれマニホールドを介して行われ、各流体流通溝の流入口及び流出口が前記バックアップ材に形成され、かつ前記マニホールドの配管部及び集合室が前記バックアップ材の内部に形成され、前記集合室が前記背板により密閉されていることを特徴とするブロー成形用金型装置。

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