JP3930712B2 - 金型装置および成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金型装置および成形方法に関するもので、特に厳しい寸法精度が要求される成形品を成形する場合に適用する金型装置および成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術としては、例えば特開平６−３１２４３０号公報に示されたものがある。この従来技術は、図１２に示すように、肉厚が実質的に均一な円筒形状部品を対象とする成形方法を開示するもので、円筒形状部品の外周面を形成する外型部１，２と、この外型部１，２のキャビティ３に挿入され、円筒形状部品の内周面を形成するコアピン４と、これら外型部１，２およびコアピン４の間においてコアピン４に嵌合されたリング５とを備えた金型装置を適用する。例えば、リング５をゲート６に近接させた状態で金型装置の内部に溶融樹脂を充填すると、この溶融樹脂の充填圧力によってリング５がコアピン４に嵌合された状態で順次移動し、円筒形状部品を成形することができる。この場合、リング５は、溶融樹脂が充填されている間、コアピン４を外型部１，２の内部で保持する効果がある。従って、溶融樹脂の充填によってコアピン４の位置がずれることはなく、寸法精度の良い成形品を得ることができる。上記リング５は、コアピン４および／または外型部１，２に対して密に接触し、成形時の移動に少し抵抗があることが好ましい。これにより、しっかりと樹脂が充填されながら成形されるので、成形後の成形品表面が平滑になる。
【０００３】
リング５の材料としては、樹脂、もしくは金属を用いればよい。樹脂製のリング５であれば、例えば完成した円筒形状部品を切断したものを適用することにより、コアピン４および／または外型部１，２に密に接触して適宜な摺動抵抗を得ることができる。但し、成形された円筒形状部品が収縮あるいは膨張する場合には、コアピン４にうまく嵌合できないため適用することができない。一方、金属製のリング５としては、外型部１，２やコアピン４に傷が付くのを防止するため、これら外型部１，２やコアピン４よりも硬度が低いものを適用することが好ましい。例えば、外型部１，２やコアピン４が冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ４４０）等で構成されている場合には、リング５の材料として砲金、真鍮、銅、アルミニウムおよびジュラルミンを用いることが好ましい。金属製のリング５をコアピン４に密着して嵌合させる場合には、図１３に示すように、リング５の縦方向に溝部７を設けるとともに、このリング５を円形バネ８によって締め、コアピン４に密着するように嵌合させる。溝部７は細かく数が多いほうが、リング５が円形バネ８によって締まり易いので好ましい。以上により、リング５は抵抗を有しながらコアピン４に沿って移動することができるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように樹脂の充填圧力によってリング５を移動させながら成形を行う従来の成形方法にあっては、その成形品の形状がリング５の移動軌跡に合致したものに限定されることになり、例えば、円筒の外周面一部に凸部を有するような形状の部品には適用が不可能である。
【０００５】
さらに、通常の成形方法にあっては、成形材料である樹脂の線膨張係数に応じた熱収縮や、結晶性樹脂の場合は非晶部分に生じる結晶ひずみ、さらには金型内での冷却中に変形が拘束されることによって発生する内部応力等々の要因によって離型後の成形品の変形は避けられず、金型の形状や寸法を完全に転写した成形品を得ることはきわめて困難である。このため、例えば上述した従来技術において、コアピン４が嵌合された状態で外型部１，２から取り出された成形品は、高温の状態から室温まで冷めていく間に、その熱収縮、結晶ひずみ、内部応力によって徐々にコアピン４を締め付け、人の手によってはコアピン４を抜き出すことが困難となる等の問題を招来することになる。
【０００６】
このように、上述した従来の成形方法は、成形品の形状が単純な円筒等のように、リング５の移動軌跡に合致したものに限られ、さらには成形後の熱収縮や、結晶ひずみ、さらには内部応力の要因によって変形するため高い寸法精度を確保することも困難である。
【０００７】
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、成形品の形状を限定することなく、しかも任意の成形面に高い寸法精度を確保することのできる金型装置および成形方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる金型装置は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分とを備え、これら第１および第２金型部分の間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う金型装置において、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を通じて前記成形品の強制冷却を行う温度調整手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になる。
【００１０】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記第１金型部分を前記第２金型部分よりも熱容量の小さい材質によって構成したことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、成形品を強制冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができる。
【００１２】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分に設けた第１媒体通路と、この第１媒体通路に対して低温媒体を供給する低温媒体供給部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、低温媒体供給部の駆動により、第１媒体通路に低温媒体が供給されることになる。
【００１４】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際にこれら第１および第２金型部分の加熱を行うことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができる。
【００１６】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分に設けた第１媒体通路と、この第１媒体通路に対して低温媒体を供給する低温媒体供給部と、前記第１媒体通路に対して高温媒体を供給する高温媒体供給部と、前記第１媒体通路へ供給する媒体を選択する供給媒体選択部と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、共通の第１媒体通路に対して、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記供給媒体選択部が、前記低温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の低温媒体供給流路を開閉する第１バルブと、前記第１媒体通路から前記低温媒体供給部へ至る間の低温媒体返送流路を開閉する第２バルブと、前記高温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の高温媒体供給流路を開閉する第３バルブと、前記第１媒体通路から前記高温媒体供給部へ至る間の高温媒体返送流路を開閉する第４バルブと、これら第１バルブ、第２バルブ、第３バルブおよび第４バルブの開閉タイミングを制御するバルブ駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各バルブの開閉タイミングを制御することによって第１媒体通路に供給する媒体を瞬時に切り替えることができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記バルブ駆動制御部が、前記低温媒体と前記高温媒体とに圧力差がある場合、前記第１媒体通路に対して供給する媒体を高圧側から低圧側に切り替える際には、当該低圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせる一方、前記第１媒体通路に対して供給する媒体を低圧側から高圧側に切り替える際には、当該高圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、チェックバルブ等の方向制御バルブを要することなく、高圧側の媒体が低圧側の媒体供給部に流入する事態を防止することができる。
【００２２】
つぎの発明にかかる金型装置は、前記第１金型部分が筒状成形品の内周面を成形するためのコアピンであるとともに、前記第２金型部分が前記筒状成形品の外周面を成形するための外型部であることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、外型部を離隔させた後、コアピンを通じて筒状成形品の内周面を強制冷却することができる。
【００２４】
つぎの発明にかかる成形方法は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形方法において、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を通じて前記成形品を所定の時間だけ強制冷却することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になる。
【００２６】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際には、これら第１および第２金型部分を加熱することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができる。
【００２８】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記成形材料が樹脂材の場合には、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、当該成形品をガラス転移点以下になるまで強制冷却することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、第１金型部分から成形品を離隔した場合に、該成形品に発生する結晶ひずみによる変形を最小限に抑えることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる金型装置および成形方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、この発明の実施の形態である金型装置を示したものである。ここで例示する金型装置は、図４に示すように、主円筒部１１と、この主円筒部１１の外周面（他方の成形面）１１ａから直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を、結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、単にＰＰＳ樹脂という）によって射出成形するためのものである。筒状成形品１０において２本の副円筒部１２，１３は、相互に上下にオフセットした位置に設けてあり、主円筒部１１の軸心に対して左右が非対称である。この筒状成形品１０では、主円筒部１１の上端面が寸法の基準面１４となっている。また、筒状成形品１０においては、図５中の符号Ａで示す主円筒部１１の上端部分が最も精度の要求される箇所であり、特に、その内周面（一方の成形面）１１ｂに高い真円度が要求されるものである。
【００３２】
上記筒状成形品１０を成形する金型装置は、図１に示すように、外型部２０と、コアピン２１と、コアガイド２２と、サブコアピン２３と、２本のサイドピン２４，２５とを備えて構成してある。
【００３３】
外型部２０は、図には明示していないが、互いに開閉する固定側外型部と移動側外型部とを備えたもので、これら固定側外型部と移動側外型部との間に筒状成形品１０の外形形状に合致した成形品キャビティ２０ａを有している。コアピン２１は、筒状成形品１０において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを成形するためのもので、高い真円度を有した円柱状を成している。コアガイド２２は、円筒状を成し、かつその中心孔２２ａに上記コアピン２１を摺動可能に嵌合したもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。このコアガイド２２の先端面は、筒状成形品１０の寸法基準となる基準面１４を成形する部分となる。サブコアピン２３は、筒状成形品１０において主円筒部１１の下端部内周面、並びに主円筒部１１の下端面１５を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。サイドピン２４，２５は、それぞれ筒状成形品１０において副円筒部１２，１３の内周面、並びに副円筒部１２，１３の先端面１６，１７を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。これら外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５は、すべてを冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ４４０）等の鋼材によって形成してもよいが、特にコアピン２１に関しては、他の構成部品よりも熱容量の小さい材質、例えば銅合金やアルミニウム合金によって形成することが好ましい。本実施の形態では、上述した金型装置の構成部品のうち、コアピン２１が特許請求の範囲の第１金型部分に相当し、外型部２０等が第２金型部分に相当する。
【００３４】
なお、図には明示していないが、上記金型装置は、上述した外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５をはめ込むための母型もその構成要素として備えている。
【００３５】
一方、上記金型装置では、外型部２０、コアピン２１、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５の各内部にそれぞれ媒体通路２０Ａ，２１Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａを設けてある。このうち、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ（以下、単に第２媒体通路という）に関しては、連絡流路２６を介して互いに直列に接続し、さらに温度調整手段３０の高温媒体供給部３１に接続してある。なお、必ずしも外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａは、互いに直列に接続する必要はなく、並列に接続して高温媒体供給部３１に接続してもよいし、個別に高温媒体供給部３１に接続するようにしてもよい。
【００３６】
これに対してコアピン２１に設けた媒体通路２１Ａ（以下、単に第１媒体通路という）は、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａとは独立しており、供給媒体選択部４０を介して温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２に接続してある。供給媒体選択部４０は、第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２を択一的に接続するためのもので、４つのバルブ４１，４２，４３，４４を備えている。具体的には、低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに至る低温媒体供給流路４５に設けた第１バルブ４１と、第１媒体通路２１Ａから低温媒体供給部３２に至る低温媒体返送流路４６に設けた第２バルブ４２と、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａに至る高温媒体供給流路４７に設けた第３バルブ４３と、第１媒体通路２１Ａから高温媒体供給部３１に至る高温媒体返送流路４８に設けた第４バルブ４４とを備えている。これら第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４は、バルブ駆動制御部５０からの制御信号に基づいてそれぞれの流路４５，４６，４７，４８を個別に開閉するように動作するものである。
【００３７】
上述した温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２は、それぞれ媒体として、熱交換効率に優れ、かつ取り扱いが容易な水を供給するものである。このうち、高温媒体供給部３１は、媒体である水を所定の高温状態に調整した状態で供給する一方、低温媒体供給部３２は、媒体である水を所定の低温状態に調整した状態で供給する。なお、高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２が供給する媒体としては、必ずしも水に限らず、エチレングリコールや各種油等の液体、あるいは飽和蒸気や加熱蒸気等の気体を適用してもよい。
【００３８】
図２は、上述した金型装置による筒状成形品１０の成形過程を順に示した概念図、図３は、筒状成形品１０の成形過程において第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに供給する媒体の切替態様を示した図表である。以下、これらの図を参照しながら、上記金型装置を適用した筒状成形品１０の成形工程について、その特徴部分を説明する。
【００３９】
図３に示すように、上記金型装置では、型閉め工程→射出工程→保圧・冷却工程→型開き工程→強制冷却工程→離型工程→型閉め工程を順次繰り返すことによって筒状成形品１０の成形を行う。
【００４０】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置する（型閉め工程）。この状態から外型部２０とコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５との間に画成される成形品キャビティ２０ａに対して溶融状態の成形材料を射出し（射出工程）、さらに射出した成形材料に所定の圧力を与えながら凝固点以下に維持して固化させる（保圧・冷却工程）。その後、図２（ｂ）に示すように、筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させ（型開き工程）、さらに図２（ｃ）に示す後述の強制冷却工程を経た後、図２（ｄ）に示すように、筒状成形品１０からコアピン２１を離隔させて取り出す（離型工程）。その後、再び、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置し（型閉め工程）、上述した工程を繰り返し実施する。
【００４１】
図３からも明らかなように、これら一連の成形工程において第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに対しては、常に高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を継続し、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５が室温以上の温度となるように保持しておく。また、第１媒体通路２１Ａに対しても、型閉め工程から型開き工程が終了するまでの間においては、高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を行い、コアピン２１が室温以上となるように保持しておく。つまり、第１および第２バルブ４１，４２を閉成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を開成する。
【００４２】
これは、成形品キャビティ２０ａに射出した成形材料の良好な流動性を確保するとともに、成形材料を成形品キャビティ２０ａに充填する過程においてその温度低下を可及的に抑えることにより、ウェルド部の強度を向上するためである。この成形材料の流動性やウェルド部の強度を考慮した場合、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度は、できるだけ高いことが好ましい。しかしながら、これらの温度が高すぎると、保圧・冷却工程において筒状成形品１０が十分に冷却されないため、その取り出し時に不具合が生ずる。すなわち、型開き工程において筒状成形品１０の最表層部が剥離して外型部２０、サブコアピン２３、サイドピン２４，２５の表面に残留したり、エジェクタピン（図示せず）が筒状成形品１０を傷つけ、最悪突き破るといった不具合が発生する。さらに、成形材料から発生する分解ガスの量が増大し、金型装置の腐食を促進させる虞れもある。これらの不具合を発生させることなく、成形材料の良好な流動性やウェルド部の強度を確保するには、成形材料に応じて外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度に上限値を設定する必要がある。本実施の形態で適用するＰＰＳ樹脂では、この温度の上限値が４２３Ｋ程度となる。
【００４３】
一方、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度には、上述した上限値だけではなく、下限値も存在する。すなわち、ＰＰＳ樹脂等の結晶性樹脂の場合には、これ以上は結晶化が進行しないという最大の結晶化度（＝飽和結晶化度）が存在する。筒状成形品１０の結晶化度がこの飽和結晶化度に到達しなかった場合には、結晶ひずみが増大し、これが内部応力として作用するため、離型工程の後に筒状成形品１０の内部応力によって変形量が大きくなり、寸法精度を低下させる要因となる。従って、筒状成形品１０の寸法精度を向上させるためには、成形工程中において離型工程までの間に飽和結晶化度以上に到達させる必要がある。上述したＰＰＳ樹脂の場合には、図６に示すように、４０３Ｋ以上で飽和結晶化度となる。
【００４４】
これらの理由から、成形材料としてＰＰＳ樹脂を適用する場合には、型閉め工程から型開き工程までの間に、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１を４０３Ｋ〜４２３Ｋの温度範囲に設定しておくことが好ましいことになる。本実施の形態では、上述したウェルド部の強度をできる限り向上させるため、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１が上記温度範囲の上限値である４２３Ｋとなるように、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに高温媒体を供給するようにしている。なお、成形材料としてＰＰＳ樹脂以外のものを適用する場合には、最適な温度範囲も異なるものとなり、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００４５】
型開き工程が終了した後においては、強制冷却工程および離型工程の間、図３に示すように、第１媒体通路２１Ａに対して低温媒体供給部３２から低温媒体の供給を行い、コアピン２１の強制冷却を行う。この場合、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを制御することにより、つまり第１および第２バルブ４１，４２を開成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を閉成することにより、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を瞬時に切り替えることができる。しかも、コアピン２１に関しては、上述したように、熱容量の小さい材質によって構成してある。さらに、共通の第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体と低温媒体とを切り替え供給するようにしているため、高温媒体と低温媒体とを個別の媒体通路に供給する場合に比べて第１媒体通路２１Ａの横断面積を大きく確保することができる。これらの結果、媒体の切り替えに要する時間を著しく短縮し、生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００４６】
ここで、高温媒体供給部３１が供給する高温媒体は、低温媒体供給部３２が供給する低温媒体よりも高圧状態として熱輸送量を多くとることがさらに好ましい。本実施の形態では、低温媒体として約１ｋｇｆ／ｃｍ2の水を供給するのに対して、高温媒体としては約２ｋｇｆ／ｃｍ2、あるいはそれ以上の高圧水を供給するようにしている。これにより、生産効率を一層向上させることができるようになる。但し、このように高温媒体と低温媒体とに圧力差を付けた場合には、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉切り替えを同時に行うと、高圧の高温媒体が低温媒体供給流路４５へ逆流する事態が発生することになる。このため、本実施の形態では、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を高圧の高温媒体から低圧の低温媒体に切り替える場合、低温媒体供給流路４５に設けた第１バルブ４１の開成タイミングをその他の第２〜第４バルブ４２，４３，４４の開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。逆に、後述するように、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を低圧の低温媒体から高圧の高温媒体に切り替える場合には、高温媒体供給流路４７に設けた第３バルブ４３の開成タイミングをその他の第１、第２、第４バルブ４１，４２，４４の開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。このように、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を切り替える際に第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを制御した場合には、低温媒体供給流路４５にチェックバルブ等の方向制御バルブを設けることなく、高圧の高温媒体が逆流する事態を確実に防止することができるようになる。なお、実施の形態とは逆に、低温媒体を高温媒体よりも高圧状態とした場合にも、同様に、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを適宜制御することにより、同様の作用効果を期待することが可能である。
【００４７】
上述した強制冷却の際には、筒状成形品１０の温度が室温と同等になるまで完全に冷却するのが理想的である。しかしながら、適用する成形材料によっては冷却に多大な時間を要し、成形サイクルが長くなって生産効率に影響を与えるようになる。そこで、本実施の形態で適用するＰＰＳ樹脂のように、成形材料が結晶性樹脂の場合には、少なくともコアピン２１がガラス転移点以下の温度となるように強制冷却するようにしている。これは、結晶性樹脂がガラス転移点以上の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量と、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮量とを加算した量の収縮が発生するのに対し、ガラス転移点以下の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量のみとなるためである。上述したＰＰＳ樹脂では、ガラス転移点が約３６３Ｋに存在する。本実施の形態では、離型工程までの間に筒状成形品１０をできる限り室温に近づけるべく、コアピン２１が２９３Ｋとなるように低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに低温媒体を供給するようにしている。強制冷却する時間に関しては、筒状成形品１０においてコアピン２１に接触する主円筒部１１の上端部内周部分が所望の温度まで冷却するのに要する時間で決定される。結晶性樹脂であるＰＰＳ樹脂を使用して図４に示す筒状成形品１０を成形する場合には、筒状成形品１０の温度をガラス転移点温度以下まで冷却するのに要する時間はおよそ５秒から２０秒である。なお、強制冷却の際のコアピン２１の温度に関しても、ＰＰＳ樹脂以外の成形材料を適用する場合には、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００４８】
上記のように、型開き工程において筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させた後、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂをコアピン２１に保持させた状態のまま、当該コアピン２１を通じて強制冷却するようにした成形方法によれば、高い寸法精度が要求される主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを拘束する一方、比較的寸法精度の要求されない他の部分の拘束を解除することでその自由な変形を招来することができるようになる。従って、筒状成形品１０に発生する内部応力を可及的に抑え、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の変形量を最小限に止めることが可能になる。また、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを局所的に強制冷却することで、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の熱収縮による変形量も最小限に止めることができる。さらに、強制冷却温度をＰＰＳ樹脂のガラス転移点以下である２９３Ｋに設定してあるため、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮をも最小限に止めることができる。
【００４９】
これらの結果、コアピン２１に抜き勾配を設けたり、専用の設備を要することなく、離型工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂから当該コアピン２１を容易に抜き出すことができるようになり、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、その内周面１１ｂに極めて高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００５０】
図７は、上述した金型装置を適用して成形した筒状成形品１０の真円度測定結果を示す図である。測定箇所は、図５に示すように、高い寸法精度が要求される主円筒部１１の内周面１１ｂにおいて、代表となる４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。図７において縦軸は、各測定箇所の真円度をそれぞれの内径で除した比を示すものである。この比は、測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄによって異なるものの、いずれも約１×１０-3〜７×１０-3の範囲内の値となっている。
【００５１】
図８は、本実施の形態との比較のために、従来の成形方法によって得られた筒状成形品の真円度測定結果を示したものである。ここでいう従来の成形方法とは、型閉め工程→射出工程→保圧・冷却工程→型開き工程→型閉め工程を順次繰り返すことによって筒状成形品の成形を行うものである。この間、金型装置全体を常時一定の温度（４２３Ｋ）に保持し、また型開き工程と同期して筒状成形品をコアピンから取り出すようにしている。成形に使用したコアピンは、本実施の形態と同様に、高い真円度を有した円柱状を成している。測定箇所に関しても、本実施の形態と同一の４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。
【００５２】
図８からも明らかなように、従来の成形方法にあっては、各測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄの真円度をそれぞれの内径で除した比が、約１×１０-3〜１１×１０-3の範囲内の値となっている。つまり、図７に示したように、本実施の形態によれば、従来のものに比べて、測定個所ｄを除く部分において真円度が４／５〜１／２程度に改善されていることが分かる。従来の成形方法において高い寸法精度の筒状成形品１０を得ることができないのは、熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による影響を強く受け、離型した後の変形量が大きくなるためである。
【００５３】
本実施の形態において、さらに高い寸法精度および真円度が要求される場合には、外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に対して、個々の形状や寸法を補正することが有効である。例えば、極めて高い真円度を有するコアピン２１を使用して筒状成形品１０の成形を行い、離型工程後に発生する筒状成形品１０の変形量を予め把握しておく。そして、この筒状成形品１０の変形量を考慮し、外型部２０やコアピン２１の寸法を補正して筒状成形品１０の成形を行えば、より寸法精度の高い筒状成形品１０を得ることが可能になる。
【００５４】
図９は、こうした成形方法によって得られた筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。この図９に示した成形方法では、コアピン２１の寸法を１回だけ補正してある。測定箇所は、図７および図８のものと同様である。図９からも明らかなように、コアピン２１の寸法を補正した成形方法にあっては、各測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄの真円度をそれぞれの内径で除した比が、いずれも約１×１０-3オーダーとなり、１回の補正であっても真円度が飛躍的に向上することが分かる。
【００５５】
離型した後の筒状成形品１０の変形に影響を及ぼす熱収縮、結晶ひずみおよび内部応力は、成形サイクル毎の真円度のばらつきを発生させる要因にもなるが、本実施の形態によれば、これらの要因を最小限に止めることで、成形サイクル毎の真円度のばらつきを抑えることも可能となる。
【００５６】
図１０および図１１は、こうした成形サイクル毎の真円度のばらつきを見るために示した筒状成形品１０の真円度測定結果である。このうち、図１０は、上述した実施の形態の成形方法において、寸法を１回補正したコアピン２１を適用して成形した１０個の筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。一方、図１１は、従来の成形方法において、寸法を４回補正したコアピン２１を適用して成形した１０個の筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。測定個所は、図５に示した４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。図１０および図１１中の縦軸は、それぞれ真円度を内径で除した比のばらつきを示す。これらの図からも明らかなように、本実施の形態による成形方法によれば、従来の成形方法に比べてばらつきを約１／２に低減することができるようになる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態では、成形材料として結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を例示しているが、その他の成形材料を用いても同様の作用効果を期待することが可能である。例えば高分子系の樹脂材料の場合、熱可塑性樹脂であればその種類は問わない。具体的には、（１）ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン系樹脂、（２）ポリ塩化ビニル系樹脂、ナイロン６やナイロン６６などの脂肪族ポリアミド系樹脂、（３）ポリフタルアミドなどの芳香族ポリアミド系樹脂、（４）ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、（５）ポリオキシメチレン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などの結晶性樹脂、（６）ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアレリート系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン系樹脂などの非晶性樹脂、（７）芳香族ポリエステル系樹脂や芳香族ポリエステルアミド系樹脂などの液晶ポリマーなどを列挙することができる。また、これらのアロイや、ガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂であってもよい。
【００５８】
また、上述した本実施の形態では、樹脂を成形材料としたものを例示しているが、必ずしも樹脂による射出成形に限らず、例えば、無機材料を用いた粉末成形にも適用することが可能である。この種の粉末成形としては、セラミック射出成形、金属粉末射出成形、超硬合金射出成形などがある。これらの粉末成形では、成形材料に可塑性を付与するためにバインダが混入される。バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブラチール、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、パラフィンワックスやカルナバ蝋などのワックス類などを挙げることができる。
【００５９】
さらに、上述した実施の形態では、成形品として、主円筒部１１と、この主円筒部１１の周面から直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を例示しているが、その他の形状の成形品にも適用することが可能である。この場合、成形品が必ずしも筒状を成している必要はない。つまり、一方の成形面と他方の成形面とを有するものであれば、如何なる形状の成形品にも適用することが可能であり、当該一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、温度調整手段３０として高温媒体や低温媒体を供給するものを例示しているが、必ずしも媒体を適用する必要はない。例えば、コアピン２１等の金型部分に加熱素子や冷却素子を埋設するようにしてもよいし、電熱ヒータを設置するようにしても構わない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になるため、成形品が如何なる形状であっても、一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００６２】
つぎの発明によれば、成形品を強制冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができるため、生産効率を向上させることが可能になる。
【００６３】
つぎの発明によれば、低温媒体供給部の駆動により、第１媒体通路に低温媒体が供給されることになるため、第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことが可能となる。
【００６４】
つぎの発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができるため、ウェルド部の強度を向上させることが可能になる。
【００６５】
つぎの発明によれば、共通の第１媒体通路に対して、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができるため、高温媒体と低温媒体とを個別の媒体通路に供給する場合に比べて第１媒体通路の容量を大きく確保することができ、媒体の切り替えに要する時間を著しく短縮して生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００６６】
つぎの発明によれば、各バルブの開閉タイミングを制御することによって第１媒体通路に供給する媒体を瞬時に切り替えることができるため、媒体の切り替えに要する時間を短縮して生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００６７】
つぎの発明によれば、チェックバルブ等の方向制御バルブを要することなく高圧側の媒体が低圧側の媒体供給部に流入する事態を防止することができるため、構造の簡略化を図ることが可能になる。
【００６８】
つぎの発明によれば、外型部を離隔させた後、コアピンを通じて筒状成形品の内周面を強制冷却することができるため、該筒状成形品の内周面の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑え、高い寸法精度を確保することが可能になる。
【００６９】
つぎの発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になるため、成形品が如何なる形状であっても、一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００７０】
つぎの発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができるため、ウェルド部の強度を向上させることが可能になる。
【００７１】
つぎの発明によれば、第１金型部分から成形品を離隔した場合に、該成形品に発生する結晶ひずみによる変形を最小限に抑えることができるため、一方の成形面の寸法精度を一層高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態である金型装置を示した概念図である。
【図２】 図１に示した金型装置による筒状成形品の成形過程を順に示した概念図である。
【図３】 筒状成形品の成形過程において第１媒体通路および第２媒体通路に供給する媒体の切替態様を示した図表である。
【図４】 図１に示した金型装置によって成形する成形品を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図５】 図４に示した成形品において真円度測定を行った箇所を示す断面側面図である。
【図６】 金型装置の加熱温度と成形材料の結晶化度との関係を示すグラフである。
【図７】 図１に示した金型装置によって成形した成形品の真円度測定結果を示すグラフである。
【図８】 従来の成形方法によって成形した成形品の真円度測定結果を示すグラフである。
【図９】 図１に示した金型装置においてコアピンの寸法を１回補正した場合の真円度測定結果を示すグラフである。
【図１０】 図１に示した金型装置によって成形した成形品に関して真円度のばらつきを示すグラフである。
【図１１】 従来の成形方法によって成形した成形品に関して真円度のばらつきを示すグラフである。
【図１２】 従来の金型装置を示す断面側面図である。
【図１３】 図１２に示した金型装置で適用するリングの構造を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１０ 筒状成形品、１１ 主円筒部、１１ａ 外周面、１１ｂ 内周面、１２，１３ 副円筒部、１４ 基準面、１５ 下端面、１６，１７ 先端面、２０ 外型部、２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ 第２媒体通路、２０ａ 成形品キャビティ、２１ コアピン、２１Ａ 第１媒体通路、２２ コアガイド、２２ａ 中心孔、２３ サブコアピン、２４，２５ サイドピン、２６ 連絡流路、３０温度調整手段、３１ 高温媒体供給部、３２ 低温媒体供給部、４０ 供給媒体選択部、４１ 第１バルブ、４２ 第２バルブ、４３ 第３バルブ、４４ 第４バルブ、４５ 低温媒体供給流路、４６ 低温媒体返送流路、４７ 高温媒体供給流路、４８ 高温媒体返送流路、５０ バルブ駆動制御部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、金型装置および成形方法に関するもので、特に厳しい寸法精度が要求される成形品を成形する場合に適用する金型装置および成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術としては、例えば特開平６−３１２４３０号公報に示されたものがある。この従来技術は、図１２に示すように、肉厚が実質的に均一な円筒形状部品を対象とする成形方法を開示するもので、円筒形状部品の外周面を形成する外型部１，２と、この外型部１，２のキャビティ３に挿入され、円筒形状部品の内周面を形成するコアピン４と、これら外型部１，２およびコアピン４の間においてコアピン４に嵌合されたリング５とを備えた金型装置を適用する。例えば、リング５をゲート６に近接させた状態で金型装置の内部に溶融樹脂を充填すると、この溶融樹脂の充填圧力によってリング５がコアピン４に嵌合された状態で順次移動し、円筒形状部品を成形することができる。この場合、リング５は、溶融樹脂が充填されている間、コアピン４を外型部１，２の内部で保持する効果がある。従って、溶融樹脂の充填によってコアピン４の位置がずれることはなく、寸法精度の良い成形品を得ることができる。上記リング５は、コアピン４および／または外型部１，２に対して密に接触し、成形時の移動に少し抵抗があることが好ましい。これにより、しっかりと樹脂が充填されながら成形されるので、成形後の成形品表面が平滑になる。
【０００３】
リング５の材料としては、樹脂、もしくは金属を用いればよい。樹脂製のリング５であれば、例えば完成した円筒形状部品を切断したものを適用することにより、コアピン４および／または外型部１，２に密に接触して適宜な摺動抵抗を得ることができる。但し、成形された円筒形状部品が収縮あるいは膨張する場合には、コアピン４にうまく嵌合できないため適用することができない。一方、金属製のリング５としては、外型部１，２やコアピン４に傷が付くのを防止するため、これら外型部１，２やコアピン４よりも硬度が低いものを適用することが好ましい。例えば、外型部１，２やコアピン４が冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ４４０）等で構成されている場合には、リング５の材料として砲金、真鍮、銅、アルミニウムおよびジュラルミンを用いることが好ましい。金属製のリング５をコアピン４に密着して嵌合させる場合には、図１３に示すように、リング５の縦方向に溝部７を設けるとともに、このリング５を円形バネ８によって締め、コアピン４に密着するように嵌合させる。溝部７は細かく数が多いほうが、リング５が円形バネ８によって締まり易いので好ましい。以上により、リング５は抵抗を有しながらコアピン４に沿って移動することができるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように樹脂の充填圧力によってリング５を移動させながら成形を行う従来の成形方法にあっては、その成形品の形状がリング５の移動軌跡に合致したものに限定されることになり、例えば、円筒の外周面一部に凸部を有するような形状の部品には適用が不可能である。
【０００５】
さらに、通常の成形方法にあっては、成形材料である樹脂の線膨張係数に応じた熱収縮や、結晶性樹脂の場合は非晶部分に生じる結晶ひずみ、さらには金型内での冷却中に変形が拘束されることによって発生する内部応力等々の要因によって離型後の成形品の変形は避けられず、金型の形状や寸法を完全に転写した成形品を得ることはきわめて困難である。このため、例えば上述した従来技術において、コアピン４が嵌合された状態で外型部１，２から取り出された成形品は、高温の状態から室温まで冷めていく間に、その熱収縮、結晶ひずみ、内部応力によって徐々にコアピン４を締め付け、人の手によってはコアピン４を抜き出すことが困難となる等の問題を招来することになる。
【０００６】
このように、上述した従来の成形方法は、成形品の形状が単純な円筒等のように、リング５の移動軌跡に合致したものに限られ、さらには成形後の熱収縮や、結晶ひずみ、さらには内部応力の要因によって変形するため高い寸法精度を確保することも困難である。
【０００７】
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、成形品の形状を限定することなく、しかも任意の成形面に高い寸法精度を確保することのできる金型装置および成形方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる金型装置は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分とを備え、これら第１および第２金型部分の間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う金型装置において、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を通じて前記成形品の強制冷却を行う温度調整手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になる。
【００１０】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記第１金型部分を前記第２金型部分よりも熱容量の小さい材質によって構成したことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、成形品を強制冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができる。
【００１２】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分に設けた第１媒体通路と、この第１媒体通路に対して低温媒体を供給する低温媒体供給部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、低温媒体供給部の駆動により、第１媒体通路に低温媒体が供給されることになる。
【００１４】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際にこれら第１および第２金型部分の加熱を行うことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができる。
【００１６】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記温度調整手段が、前記第１金型部分に設けた第１媒体通路と、この第１媒体通路に対して低温媒体を供給する低温媒体供給部と、前記第１媒体通路に対して高温媒体を供給する高温媒体供給部と、前記第１媒体通路へ供給する媒体を選択する供給媒体選択部と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、共通の第１媒体通路に対して、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記供給媒体選択部が、前記低温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の低温媒体供給流路を開閉する第１バルブと、前記第１媒体通路から前記低温媒体供給部へ至る間の低温媒体返送流路を開閉する第２バルブと、前記高温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の高温媒体供給流路を開閉する第３バルブと、前記第１媒体通路から前記高温媒体供給部へ至る間の高温媒体返送流路を開閉する第４バルブと、これら第１バルブ、第２バルブ、第３バルブおよび第４バルブの開閉タイミングを制御するバルブ駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各バルブの開閉タイミングを制御することによって第１媒体通路に供給する媒体を瞬時に切り替えることができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる金型装置は、上記の発明において、前記バルブ駆動制御部が、前記低温媒体と前記高温媒体とに圧力差がある場合、前記第１媒体通路に対して供給する媒体を高圧側から低圧側に切り替える際には、当該低圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせる一方、前記第１媒体通路に対して供給する媒体を低圧側から高圧側に切り替える際には、当該高圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、チェックバルブ等の方向制御バルブを要することなく、高圧側の媒体が低圧側の媒体供給部に流入する事態を防止することができる。
【００２２】
つぎの発明にかかる金型装置は、前記第１金型部分が筒状成形品の内周面を成形するためのコアピンであるとともに、前記第２金型部分が前記筒状成形品の外周面を成形するための外型部であることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、外型部を離隔させた後、コアピンを通じて筒状成形品の内周面を強制冷却することができる。
【００２４】
つぎの発明にかかる成形方法は、一方の成形面を成形するための第１金型部分と、他方の成形面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形方法において、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、前記第１金型部分を通じて前記成形品を所定の時間だけ強制冷却することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になる。
【００２６】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際には、これら第１および第２金型部分を加熱することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができる。
【００２８】
つぎの発明にかかる成形方法は、上記の発明において、前記成形材料が樹脂材の場合には、前記第２金型部分を成形品から離隔した後、当該成形品をガラス転移点以下になるまで強制冷却することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、第１金型部分から成形品を離隔した場合に、該成形品に発生する結晶ひずみによる変形を最小限に抑えることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる金型装置および成形方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１は、この発明の実施の形態である金型装置を示したものである。ここで例示する金型装置は、図４に示すように、主円筒部１１と、この主円筒部１１の外周面（他方の成形面）１１ａから直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を、結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、単にＰＰＳ樹脂という）によって射出成形するためのものである。筒状成形品１０において２本の副円筒部１２，１３は、相互に上下にオフセットした位置に設けてあり、主円筒部１１の軸心に対して左右が非対称である。この筒状成形品１０では、主円筒部１１の上端面が寸法の基準面１４となっている。また、筒状成形品１０においては、図５中の符号Ａで示す主円筒部１１の上端部分が最も精度の要求される箇所であり、特に、その内周面（一方の成形面）１１ｂに高い真円度が要求されるものである。
【００３２】
上記筒状成形品１０を成形する金型装置は、図１に示すように、外型部２０と、コアピン２１と、コアガイド２２と、サブコアピン２３と、２本のサイドピン２４，２５とを備えて構成してある。
【００３３】
外型部２０は、図には明示していないが、互いに開閉する固定側外型部と移動側外型部とを備えたもので、これら固定側外型部と移動側外型部との間に筒状成形品１０の外形形状に合致した成形品キャビティ２０ａを有している。コアピン２１は、筒状成形品１０において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを成形するためのもので、高い真円度を有した円柱状を成している。コアガイド２２は、円筒状を成し、かつその中心孔２２ａに上記コアピン２１を摺動可能に嵌合したもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。このコアガイド２２の先端面は、筒状成形品１０の寸法基準となる基準面１４を成形する部分となる。サブコアピン２３は、筒状成形品１０において主円筒部１１の下端部内周面、並びに主円筒部１１の下端面１５を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。サイドピン２４，２５は、それぞれ筒状成形品１０において副円筒部１２，１３の内周面、並びに副円筒部１２，１３の先端面１６，１７を成形するためのもので、外型部２０に対してスライド可能に配設してある。これら外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５は、すべてを冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ４４０）等の鋼材によって形成してもよいが、特にコアピン２１に関しては、他の構成部品よりも熱容量の小さい材質、例えば銅合金やアルミニウム合金によって形成することが好ましい。本実施の形態では、上述した金型装置の構成部品のうち、コアピン２１が特許請求の範囲の第１金型部分に相当し、外型部２０等が第２金型部分に相当する。
【００３４】
なお、図には明示していないが、上記金型装置は、上述した外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５をはめ込むための母型もその構成要素として備えている。
【００３５】
一方、上記金型装置では、外型部２０、コアピン２１、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５の各内部にそれぞれ媒体通路２０Ａ，２１Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａを設けてある。このうち、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ（以下、単に第２媒体通路という）に関しては、連絡流路２６を介して互いに直列に接続し、さらに温度調整手段３０の高温媒体供給部３１に接続してある。なお、必ずしも外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａは、互いに直列に接続する必要はなく、並列に接続して高温媒体供給部３１に接続してもよいし、個別に高温媒体供給部３１に接続するようにしてもよい。
【００３６】
これに対してコアピン２１に設けた媒体通路２１Ａ（以下、単に第１媒体通路という）は、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に設けた媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａとは独立しており、供給媒体選択部４０を介して温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２に接続してある。供給媒体選択部４０は、第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２を択一的に接続するためのもので、４つのバルブ４１，４２，４３，４４を備えている。具体的には、低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに至る低温媒体供給流路４５に設けた第１バルブ４１と、第１媒体通路２１Ａから低温媒体供給部３２に至る低温媒体返送流路４６に設けた第２バルブ４２と、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａに至る高温媒体供給流路４７に設けた第３バルブ４３と、第１媒体通路２１Ａから高温媒体供給部３１に至る高温媒体返送流路４８に設けた第４バルブ４４とを備えている。これら第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４は、バルブ駆動制御部５０からの制御信号に基づいてそれぞれの流路４５，４６，４７，４８を個別に開閉するように動作するものである。
【００３７】
上述した温度調整手段３０の高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２は、それぞれ媒体として、熱交換効率に優れ、かつ取り扱いが容易な水を供給するものである。このうち、高温媒体供給部３１は、媒体である水を所定の高温状態に調整した状態で供給する一方、低温媒体供給部３２は、媒体である水を所定の低温状態に調整した状態で供給する。なお、高温媒体供給部３１および低温媒体供給部３２が供給する媒体としては、必ずしも水に限らず、エチレングリコールや各種油等の液体、あるいは飽和蒸気や加熱蒸気等の気体を適用してもよい。
【００３８】
図２は、上述した金型装置による筒状成形品１０の成形過程を順に示した概念図、図３は、筒状成形品１０の成形過程において第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに供給する媒体の切替態様を示した図表である。以下、これらの図を参照しながら、上記金型装置を適用した筒状成形品１０の成形工程について、その特徴部分を説明する。
【００３９】
図３に示すように、上記金型装置では、型閉め工程→射出工程→保圧・冷却工程→型開き工程→強制冷却工程→離型工程→型閉め工程を順次繰り返すことによって筒状成形品１０の成形を行う。
【００４０】
すなわち、まず、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置する（型閉め工程）。この状態から外型部２０とコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５との間に画成される成形品キャビティ２０ａに対して溶融状態の成形材料を射出し（射出工程）、さらに射出した成形材料に所定の圧力を与えながら凝固点以下に維持して固化させる（保圧・冷却工程）。その後、図２（ｂ）に示すように、筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させ（型開き工程）、さらに図２（ｃ）に示す後述の強制冷却工程を経た後、図２（ｄ）に示すように、筒状成形品１０からコアピン２１を離隔させて取り出す（離型工程）。その後、再び、図２（ａ）に示すように、外型部２０の固定側外型部と移動側外型部とを相互に閉塞するとともに、この外型部２０にコアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を配置し（型閉め工程）、上述した工程を繰り返し実施する。
【００４１】
図３からも明らかなように、これら一連の成形工程において第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに対しては、常に高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を継続し、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５が室温以上の温度となるように保持しておく。また、第１媒体通路２１Ａに対しても、型閉め工程から型開き工程が終了するまでの間においては、高温媒体供給部３１から高温媒体の供給を行い、コアピン２１が室温以上となるように保持しておく。つまり、第１および第２バルブ４１，４２を閉成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を開成する。
【００４２】
これは、成形品キャビティ２０ａに射出した成形材料の良好な流動性を確保するとともに、成形材料を成形品キャビティ２０ａに充填する過程においてその温度低下を可及的に抑えることにより、ウェルド部の強度を向上するためである。この成形材料の流動性やウェルド部の強度を考慮した場合、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度は、できるだけ高いことが好ましい。しかしながら、これらの温度が高すぎると、保圧・冷却工程において筒状成形品１０が十分に冷却されないため、その取り出し時に不具合が生ずる。すなわち、型開き工程において筒状成形品１０の最表層部が剥離して外型部２０、サブコアピン２３、サイドピン２４，２５の表面に残留したり、エジェクタピン（図示せず）が筒状成形品１０を傷つけ、最悪突き破るといった不具合が発生する。さらに、成形材料から発生する分解ガスの量が増大し、金型装置の腐食を促進させる虞れもある。これらの不具合を発生させることなく、成形材料の良好な流動性やウェルド部の強度を確保するには、成形材料に応じて外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度に上限値を設定する必要がある。本実施の形態で適用するＰＰＳ樹脂では、この温度の上限値が４２３Ｋ程度となる。
【００４３】
一方、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１の温度には、上述した上限値だけではなく、下限値も存在する。すなわち、ＰＰＳ樹脂等の結晶性樹脂の場合には、これ以上は結晶化が進行しないという最大の結晶化度（＝飽和結晶化度）が存在する。筒状成形品１０の結晶化度がこの飽和結晶化度に到達しなかった場合には、結晶ひずみが増大し、これが内部応力として作用するため、離型工程の後に筒状成形品１０の内部応力によって変形量が大きくなり、寸法精度を低下させる要因となる。従って、筒状成形品１０の寸法精度を向上させるためには、成形工程中において離型工程までの間に飽和結晶化度以上に到達させる必要がある。上述したＰＰＳ樹脂の場合には、図６に示すように、４０３Ｋ以上で飽和結晶化度となる。
【００４４】
これらの理由から、成形材料としてＰＰＳ樹脂を適用する場合には、型閉め工程から型開き工程までの間に、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１を４０３Ｋ〜４２３Ｋの温度範囲に設定しておくことが好ましいことになる。本実施の形態では、上述したウェルド部の強度をできる限り向上させるため、外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５、並びにコアピン２１が上記温度範囲の上限値である４２３Ｋとなるように、高温媒体供給部３１から第１媒体通路２１Ａおよび第２媒体通路２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａに高温媒体を供給するようにしている。なお、成形材料としてＰＰＳ樹脂以外のものを適用する場合には、最適な温度範囲も異なるものとなり、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００４５】
型開き工程が終了した後においては、強制冷却工程および離型工程の間、図３に示すように、第１媒体通路２１Ａに対して低温媒体供給部３２から低温媒体の供給を行い、コアピン２１の強制冷却を行う。この場合、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを制御することにより、つまり第１および第２バルブ４１，４２を開成する一方、第３および第４バルブ４３，４４を閉成することにより、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を瞬時に切り替えることができる。しかも、コアピン２１に関しては、上述したように、熱容量の小さい材質によって構成してある。さらに、共通の第１媒体通路２１Ａに対して高温媒体と低温媒体とを切り替え供給するようにしているため、高温媒体と低温媒体とを個別の媒体通路に供給する場合に比べて第１媒体通路２１Ａの横断面積を大きく確保することができる。これらの結果、媒体の切り替えに要する時間を著しく短縮し、生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００４６】
ここで、高温媒体供給部３１が供給する高温媒体は、低温媒体供給部３２が供給する低温媒体よりも高圧状態として熱輸送量を多くとることがさらに好ましい。本実施の形態では、低温媒体として約１ｋｇｆ／ｃｍ2の水を供給するのに対して、高温媒体としては約２ｋｇｆ／ｃｍ2、あるいはそれ以上の高圧水を供給するようにしている。これにより、生産効率を一層向上させることができるようになる。但し、このように高温媒体と低温媒体とに圧力差を付けた場合には、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉切り替えを同時に行うと、高圧の高温媒体が低温媒体供給流路４５へ逆流する事態が発生することになる。このため、本実施の形態では、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を高圧の高温媒体から低圧の低温媒体に切り替える場合、低温媒体供給流路４５に設けた第１バルブ４１の開成タイミングをその他の第２〜第４バルブ４２，４３，４４の開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。逆に、後述するように、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を低圧の低温媒体から高圧の高温媒体に切り替える場合には、高温媒体供給流路４７に設けた第３バルブ４３の開成タイミングをその他の第１、第２、第４バルブ４１，４２，４４の開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。このように、第１媒体通路２１Ａに供給する媒体を切り替える際に第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを制御した場合には、低温媒体供給流路４５にチェックバルブ等の方向制御バルブを設けることなく、高圧の高温媒体が逆流する事態を確実に防止することができるようになる。なお、実施の形態とは逆に、低温媒体を高温媒体よりも高圧状態とした場合にも、同様に、第１〜第４バルブ４１，４２，４３，４４の開閉タイミングを適宜制御することにより、同様の作用効果を期待することが可能である。
【００４７】
上述した強制冷却の際には、筒状成形品１０の温度が室温と同等になるまで完全に冷却するのが理想的である。しかしながら、適用する成形材料によっては冷却に多大な時間を要し、成形サイクルが長くなって生産効率に影響を与えるようになる。そこで、本実施の形態で適用するＰＰＳ樹脂のように、成形材料が結晶性樹脂の場合には、少なくともコアピン２１がガラス転移点以下の温度となるように強制冷却するようにしている。これは、結晶性樹脂がガラス転移点以上の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量と、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮量とを加算した量の収縮が発生するのに対し、ガラス転移点以下の温度から室温まで冷却する場合、線膨張係数に依存した熱収縮量のみとなるためである。上述したＰＰＳ樹脂では、ガラス転移点が約３６３Ｋに存在する。本実施の形態では、離型工程までの間に筒状成形品１０をできる限り室温に近づけるべく、コアピン２１が２９３Ｋとなるように低温媒体供給部３２から第１媒体通路２１Ａに低温媒体を供給するようにしている。強制冷却する時間に関しては、筒状成形品１０においてコアピン２１に接触する主円筒部１１の上端部内周部分が所望の温度まで冷却するのに要する時間で決定される。結晶性樹脂であるＰＰＳ樹脂を使用して図４に示す筒状成形品１０を成形する場合には、筒状成形品１０の温度をガラス転移点温度以下まで冷却するのに要する時間はおよそ５秒から２０秒である。なお、強制冷却の際のコアピン２１の温度に関しても、ＰＰＳ樹脂以外の成形材料を適用する場合には、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００４８】
上記のように、型開き工程において筒状成形品１０から外型部２０、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５を離隔させた後、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂをコアピン２１に保持させた状態のまま、当該コアピン２１を通じて強制冷却するようにした成形方法によれば、高い寸法精度が要求される主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを拘束する一方、比較的寸法精度の要求されない他の部分の拘束を解除することでその自由な変形を招来することができるようになる。従って、筒状成形品１０に発生する内部応力を可及的に抑え、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の変形量を最小限に止めることが可能になる。また、主円筒部１１の上端部内周面１１ｂを局所的に強制冷却することで、その後の離型工程でコアピン２１を離隔させた場合の熱収縮による変形量も最小限に止めることができる。さらに、強制冷却温度をＰＰＳ樹脂のガラス転移点以下である２９３Ｋに設定してあるため、非晶部分の分子構造変化に伴う収縮をも最小限に止めることができる。
【００４９】
これらの結果、コアピン２１に抜き勾配を設けたり、専用の設備を要することなく、離型工程において主円筒部１１の上端部内周面１１ｂから当該コアピン２１を容易に抜き出すことができるようになり、主円筒部１１の外周面１１ａに２本の副円筒部１２，１３を備えた左右が非対称となる筒状成形品１０であっても、その内周面１１ｂに極めて高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００５０】
図７は、上述した金型装置を適用して成形した筒状成形品１０の真円度測定結果を示す図である。測定箇所は、図５に示すように、高い寸法精度が要求される主円筒部１１の内周面１１ｂにおいて、代表となる４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。図７において縦軸は、各測定箇所の真円度をそれぞれの内径で除した比を示すものである。この比は、測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄによって異なるものの、いずれも約１×１０-3〜７×１０-3の範囲内の値となっている。
【００５１】
図８は、本実施の形態との比較のために、従来の成形方法によって得られた筒状成形品の真円度測定結果を示したものである。ここでいう従来の成形方法とは、型閉め工程→射出工程→保圧・冷却工程→型開き工程→型閉め工程を順次繰り返すことによって筒状成形品の成形を行うものである。この間、金型装置全体を常時一定の温度（４２３Ｋ）に保持し、また型開き工程と同期して筒状成形品をコアピンから取り出すようにしている。成形に使用したコアピンは、本実施の形態と同様に、高い真円度を有した円柱状を成している。測定箇所に関しても、本実施の形態と同一の４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。
【００５２】
図８からも明らかなように、従来の成形方法にあっては、各測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄの真円度をそれぞれの内径で除した比が、約１×１０-3〜１１×１０-3の範囲内の値となっている。つまり、図７に示したように、本実施の形態によれば、従来のものに比べて、測定個所ｄを除く部分において真円度が４／５〜１／２程度に改善されていることが分かる。従来の成形方法において高い寸法精度の筒状成形品１０を得ることができないのは、熱収縮、結晶ひずみ、および内部応力による影響を強く受け、離型した後の変形量が大きくなるためである。
【００５３】
本実施の形態において、さらに高い寸法精度および真円度が要求される場合には、外型部２０、コアピン２１、コアガイド２２、サブコアピン２３および２本のサイドピン２４，２５に対して、個々の形状や寸法を補正することが有効である。例えば、極めて高い真円度を有するコアピン２１を使用して筒状成形品１０の成形を行い、離型工程後に発生する筒状成形品１０の変形量を予め把握しておく。そして、この筒状成形品１０の変形量を考慮し、外型部２０やコアピン２１の寸法を補正して筒状成形品１０の成形を行えば、より寸法精度の高い筒状成形品１０を得ることが可能になる。
【００５４】
図９は、こうした成形方法によって得られた筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。この図９に示した成形方法では、コアピン２１の寸法を１回だけ補正してある。測定箇所は、図７および図８のものと同様である。図９からも明らかなように、コアピン２１の寸法を補正した成形方法にあっては、各測定個所ａ，ｂ，ｃ，ｄの真円度をそれぞれの内径で除した比が、いずれも約１×１０-3オーダーとなり、１回の補正であっても真円度が飛躍的に向上することが分かる。
【００５５】
離型した後の筒状成形品１０の変形に影響を及ぼす熱収縮、結晶ひずみおよび内部応力は、成形サイクル毎の真円度のばらつきを発生させる要因にもなるが、本実施の形態によれば、これらの要因を最小限に止めることで、成形サイクル毎の真円度のばらつきを抑えることも可能となる。
【００５６】
図１０および図１１は、こうした成形サイクル毎の真円度のばらつきを見るために示した筒状成形品１０の真円度測定結果である。このうち、図１０は、上述した実施の形態の成形方法において、寸法を１回補正したコアピン２１を適用して成形した１０個の筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。一方、図１１は、従来の成形方法において、寸法を４回補正したコアピン２１を適用して成形した１０個の筒状成形品１０の真円度測定結果を示したものである。測定個所は、図５に示した４箇所ａ，ｂ，ｃ，ｄである。図１０および図１１中の縦軸は、それぞれ真円度を内径で除した比のばらつきを示す。これらの図からも明らかなように、本実施の形態による成形方法によれば、従来の成形方法に比べてばらつきを約１／２に低減することができるようになる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態では、成形材料として結晶性樹脂であるポリフェニレンサルファイド樹脂を例示しているが、その他の成形材料を用いても同様の作用効果を期待することが可能である。例えば高分子系の樹脂材料の場合、熱可塑性樹脂であればその種類は問わない。具体的には、（１）ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどのポリオレフィン系樹脂、（２）ポリ塩化ビニル系樹脂、ナイロン６やナイロン６６などの脂肪族ポリアミド系樹脂、（３）ポリフタルアミドなどの芳香族ポリアミド系樹脂、（４）ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、（５）ポリオキシメチレン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、フッ素系樹脂などの結晶性樹脂、（６）ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルサルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアレリート系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン系樹脂などの非晶性樹脂、（７）芳香族ポリエステル系樹脂や芳香族ポリエステルアミド系樹脂などの液晶ポリマーなどを列挙することができる。また、これらのアロイや、ガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂であってもよい。
【００５８】
また、上述した本実施の形態では、樹脂を成形材料としたものを例示しているが、必ずしも樹脂による射出成形に限らず、例えば、無機材料を用いた粉末成形にも適用することが可能である。この種の粉末成形としては、セラミック射出成形、金属粉末射出成形、超硬合金射出成形などがある。これらの粉末成形では、成形材料に可塑性を付与するためにバインダが混入される。バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブラチール、ポリエチレングリコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、パラフィンワックスやカルナバ蝋などのワックス類などを挙げることができる。
【００５９】
さらに、上述した実施の形態では、成形品として、主円筒部１１と、この主円筒部１１の周面から直交する方向に沿って延在した２本の副円筒部１２，１３とを備えた筒状成形品１０を例示しているが、その他の形状の成形品にも適用することが可能である。この場合、成形品が必ずしも筒状を成している必要はない。つまり、一方の成形面と他方の成形面とを有するものであれば、如何なる形状の成形品にも適用することが可能であり、当該一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、温度調整手段３０として高温媒体や低温媒体を供給するものを例示しているが、必ずしも媒体を適用する必要はない。例えば、コアピン２１等の金型部分に加熱素子や冷却素子を埋設するようにしてもよいし、電熱ヒータを設置するようにしても構わない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になるため、成形品が如何なる形状であっても、一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００６２】
つぎの発明によれば、成形品を強制冷却する際に第１金型部分が所望の温度まで冷却される時間を短縮することができるため、生産効率を向上させることが可能になる。
【００６３】
つぎの発明によれば、低温媒体供給部の駆動により、第１媒体通路に低温媒体が供給されることになるため、第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことが可能となる。
【００６４】
つぎの発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができるため、ウェルド部の強度を向上させることが可能になる。
【００６５】
つぎの発明によれば、共通の第１媒体通路に対して、低温媒体を供給することにより第１金型部分を通じて成形品の強制冷却を行うことができる一方、高温媒体を供給することにより第１金型部分を加熱することができるため、高温媒体と低温媒体とを個別の媒体通路に供給する場合に比べて第１媒体通路の容量を大きく確保することができ、媒体の切り替えに要する時間を著しく短縮して生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００６６】
つぎの発明によれば、各バルブの開閉タイミングを制御することによって第１媒体通路に供給する媒体を瞬時に切り替えることができるため、媒体の切り替えに要する時間を短縮して生産効率の向上を図ることが可能になる。
【００６７】
つぎの発明によれば、チェックバルブ等の方向制御バルブを要することなく高圧側の媒体が低圧側の媒体供給部に流入する事態を防止することができるため、構造の簡略化を図ることが可能になる。
【００６８】
つぎの発明によれば、外型部を離隔させた後、コアピンを通じて筒状成形品の内周面を強制冷却することができるため、該筒状成形品の内周面の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑え、高い寸法精度を確保することが可能になる。
【００６９】
つぎの発明によれば、一方の成形面を第１金型部分に保持した状態のまま局所的に強制冷却することができるため、第１金型部分から離隔させた後においても成形品の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になるため、成形品が如何なる形状であっても、一方の成形面に高い寸法精度を確保することができるようになる。
【００７０】
つぎの発明によれば、第１および第２金型部分を加熱することにより、成形材料の流動性を確保することができるとともに、充填の際の温度低下を抑えることができるため、ウェルド部の強度を向上させることが可能になる。
【００７１】
つぎの発明によれば、第１金型部分から成形品を離隔した場合に、該成形品に発生する結晶ひずみによる変形を最小限に抑えることができるため、一方の成形面の寸法精度を一層高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態である金型装置を示した概念図である。
【図２】 図１に示した金型装置による筒状成形品の成形過程を順に示した概念図である。
【図３】 筒状成形品の成形過程において第１媒体通路および第２媒体通路に供給する媒体の切替態様を示した図表である。
【図４】 図１に示した金型装置によって成形する成形品を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図５】 図４に示した成形品において真円度測定を行った箇所を示す断面側面図である。
【図６】 金型装置の加熱温度と成形材料の結晶化度との関係を示すグラフである。
【図７】 図１に示した金型装置によって成形した成形品の真円度測定結果を示すグラフである。
【図８】 従来の成形方法によって成形した成形品の真円度測定結果を示すグラフである。
【図９】 図１に示した金型装置においてコアピンの寸法を１回補正した場合の真円度測定結果を示すグラフである。
【図１０】 図１に示した金型装置によって成形した成形品に関して真円度のばらつきを示すグラフである。
【図１１】 従来の成形方法によって成形した成形品に関して真円度のばらつきを示すグラフである。
【図１２】 従来の金型装置を示す断面側面図である。
【図１３】 図１２に示した金型装置で適用するリングの構造を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１０ 筒状成形品、１１ 主円筒部、１１ａ 外周面、１１ｂ 内周面、１２，１３ 副円筒部、１４ 基準面、１５ 下端面、１６，１７ 先端面、２０ 外型部、２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａ 第２媒体通路、２０ａ 成形品キャビティ、２１ コアピン、２１Ａ 第１媒体通路、２２ コアガイド、２２ａ 中心孔、２３ サブコアピン、２４，２５ サイドピン、２６ 連絡流路、３０温度調整手段、３１ 高温媒体供給部、３２ 低温媒体供給部、４０ 供給媒体選択部、４１ 第１バルブ、４２ 第２バルブ、４３ 第３バルブ、４４ 第４バルブ、４５ 低温媒体供給流路、４６ 低温媒体返送流路、４７ 高温媒体供給流路、４８ 高温媒体返送流路、５０ バルブ駆動制御部。
Claims (11)
- 第１金型部分と前記第１金型部分を囲む第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して、前記第１金型部分が成形する内側の成形面と前記第２金型部分が成形する外側の成形面とを有する成形品の成形を行う金型装置において、
前記第１金型部分は、寸法精度が高い前記内側の成形面を拘束するとともに、内部に第１媒体通路が設けられ、
前記第２金型部分は、前記内側の成形面より寸法精度の低い前記外側の成形面を拘束し、
前記第２金型部分を前記成形品から離隔して前記外側の成形面の拘束を解除した後、前記第１媒体通路に流す媒体を高温媒体より温度が低い低温媒体に切り替えて、前記第１金型部分の少なくとも前記内側の成形面を拘束する部分を強制的に冷却する温度調節手段
を備えたことを特徴とする金型装置。 - 前記第１金型部分を前記第２金型部分よりも熱容量の小さい材質によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
- 前記温度調整手段は、
前記第１媒体通路に対して前記低温媒体を供給する低温媒体供給部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の金型装置。 - 前記温度調整手段は、前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際に、前記第１金型部分および前記第２金型部分の加熱を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の金型装置。
- 前記温度調整手段は、
前記第１媒体通路に対して前記高温媒体を供給する高温媒体供給部と、
前記第１媒体通路へ供給する媒体を選択する供給媒体選択部と、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の金型装置。 - 前記供給媒体選択部は、
前記低温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の低温媒体供給流路を開閉する第１バルブと、
前記第１媒体通路から前記低温媒体供給部へ至る間の低温媒体返送流路を開閉する第２バルブと、
前記高温媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の高温媒体供給流路を開閉する第３バルブと、
前記第１媒体通路から前記高温媒体供給部へ至る間の高温媒体返送流路を開閉する第４バルブと、
前記第１バルブ、前記第２バルブ、前記第３バルブおよび前記第４バルブの開閉タイミングを制御するバルブ駆動制御部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の金型装置。 - 前記バルブ駆動制御部は、前記低温媒体と前記高温媒体とに圧力差がある場合、
前記第１媒体通路に対して供給する媒体を高圧側から低圧側に切り替える際には、当該低圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせる一方、
前記第１媒体通路に対して供給する媒体を低圧側から高圧側に切り替える際には、当該高圧側の媒体供給部から前記第１媒体通路へ至る間の媒体供給通路に設けたバルブの開成タイミングをその他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせる
ことを特徴とする請求項６に記載の金型装置。 - 前記成形品は筒状成形品であり、前記第１金型部分が前記筒状成形品の内周面を成形するコアピンであるとともに、前記第２金型部分が前記筒状成形品の外周面を成形するための外型部であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の金型装置。
- 第１金型部分と前記第１金型部分を囲む第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して、前記第１金型部分が成形する内側の成形面と前記第２金型部分が成形する外側の成形面とを有する成形品を成形する成形品の製造方法において、
前記第１金型部分は、寸法精度が高い前記内側の成形面を拘束するようにして、
前記第２金型部分は、前記内側の成形面より寸法精度の低い前記外側の成形面を拘束するようにして、
前記第２金型部分を前記成形品から離隔して前記外側の成形面の拘束を解除した後、前記第１金型部分の内部に設けられた第１媒体通路に流す媒体を高温媒体より温度が低い低温媒体に切り替えて、前記第１金型部分の少なくとも前記内側の成形面を拘束する部分を所定の時間だけ強制的に冷却する
ことを特徴とする成形品の製造方法。 - 前記第１金型部分と前記第２金型部分との間の成形品キャビティに成形材料を充填する際には、前記第１金型部分および前記第２金型部分を加熱することを特徴とする請求項９に記載の成形品の製造方法。
- 前記成形材料が樹脂材の場合には、前記第２金型部分を前記成形品から離隔した後、当該成形品をガラス転移点以下になるまで強制冷却することを特徴とする請求項９または１０に記載の成形品の製造方法。
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