JP3986166B2

JP3986166B2 - 面状ヒーター加熱金型

Info

Publication number: JP3986166B2
Application number: JP16552598A
Authority: JP
Inventors: 寛一佐藤; 真之大石
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: JP2000000823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック成形金型におけるキャビティ表面を集中的に効率よく加熱することができるようにされた面状ヒーター加熱金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチック成形金型では、成形時における温度調整を行う方法として、金型ブロック内に設けられる流通路に熱媒体（水、油などの流体）を循環させる方法、あるいは棒状電気ヒーターを装着して加熱する方法などが行われている。
【０００３】
また、一部金型の表面に電気絶縁層をコーティングした上に、電気発熱体をプラズマＣＶＤやイオンプレーティングして加熱手段を付加する金型などが試験的に作製されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プラスチック成形金型において、その最も望ましい温度調整は、溶融樹脂のキャビティ内充填中の時点で金型温度を高く安定して保持し、流動性を確保して充填を完了させ、充填が完了すると同時に金型を冷却して、速やかに充填された樹脂を固化させて生産性を高めることである。
【０００５】
しかし、従来の金型温度調整は、
比較的大きな体積の金型を温度調整しなければならないため、熱効率が非常に悪いこと。
限られた温度調整回路（熱媒体通路、または棒状ヒーター）からの温度調整であるため、面全体を均一な温度にすることが難しいこと。特に、成形物の表面積が大きいものである場合はさらに困難である。
局部的に面状ヒーターでの加熱が試みられているが、その面状ヒーターを形成するのに、ＣＶＤまたはＰＶＤコーティングが前提であるため、その製作上大型の金型への採用は限界があって困難である。ちなみに、この種コーティングを行えるのは１００〜１５０ｃｍ^２が限界であり、それ以上の大きい金型である場合には採用することができない。しかも、加工費が非常に高価となる。
という問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、プラスチック成形金型において、成形品形状を決めるキャビティ表面部を集中的に効率よく加熱することができて、大型の成形金型であっても製作容易な構成の面状ヒーター加熱金型を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による面状ヒーター加熱金型は、
プラスチック成形に用いる面状ヒーター加熱金型において、
キャビティの最表面を形成する最表面部材の成形面と反対側に、キャビティ側から順に、第１の耐熱絶縁層と、面状発熱体層と、前記第１の耐熱絶縁層より厚く形成された第２の耐熱絶縁層とが一体に設けられ、かつ前記第２の耐熱絶縁層の反キャビティ側に冷却液循環経路が設けられることを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成される本発明の面状ヒーター加熱金型によれば、キャビティの最表面を形成する最表面部材の成形面と反対側の面に沿って面状発熱体層がその両面を耐熱絶縁層によって覆われた状態で一体的に配設されているので、プラスチックの成形作業時その面状発熱体層に通電して広い範囲に亙り表層部を加熱することにより、キャビティの表面部のより均一な加熱が可能となり、射出注入される溶融樹脂の流動性を良くして成形品の品質を向上させることができる。また、大きな成形型であっても、その温度制御を容易にすることができるという効果を奏するのである。さらに、第２の耐熱絶縁層が第１の耐熱絶縁層より厚く形成されているので、キャビティの表面温度を高く保ってキャビティ内に流入する溶融樹脂の流動を損なうことなく樹脂を充填することができる。
【０００９】
本発明においては、前記第１の耐熱絶縁層が前記最表面部材にコーティングにより形成されるのが好ましい。こうすると、大型の成形金型であっても加熱ヒーターの組み込みを容易にして、大型成形品を高品質で成形することができるという効果を奏するのである。しかも、キャビティの形状に係りなくその表面部に近い部分に面状ヒーターを組み込むことができるという効果をも得られるのである。
【００１２】
また、前記面状発熱体層は、フイルムヒーターであってもよい。また、前記面状発熱体層は、非導電性材料（電気絶縁性材料）で覆われるようにして当該面状ヒーター加熱金型の金型本体に対して着脱可能とすることができる。こうすることにより大型の金型であっても前述のような温度制御が容易で、高品質のプラスチック成形が可能になり、しかもコストダウンを図ることができるという効果を奏するのである。もちろん、加熱ヒーター部分を脱着できることでメンテナンスも容易になるという効果が併せ得られるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による面状ヒーター加熱金型の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１に本発明に係る面状ヒーター加熱金型の一実施例断面図が示されている。この実施例図に示される金型は、射出圧縮成形用のものであって、金型本体１に形成されるキャビティ２の背後部分に面状発熱体（以下、面状ヒーターという）３が組み込まれた構造のもので、平板状の成形品を得るものである。
【００１５】
前記キャビティ２の最表面部を形成する最表面部材４は、ガラス板，金属板（例えばアルミニウム板など）あるいは耐熱性を備えるプラスチック板（例えばポリカーボネートの板）で形成され、その成形面と反対側に面状ヒーター３が、その前後両面を非導電性材料（電気絶縁性材料）で耐熱性を有するプラスチックの耐熱絶縁層５ａ，５ｂによって挟まれて密接配置されている。それら耐熱絶縁層５ａ，５ｂは、例えばエポキシ樹脂やポリアミド樹脂で形成される。
【００１６】
また、前記面状ヒーター３は、例えばチタン系金属やジルコニウムなどのセラミックを主体とする組成物を絶縁体（集成マイカ，ホウロウ板，ガラス板など）にスクリーン印刷した後１２０〜１３０℃で乾燥させたものを発熱体として用いられる。前記面状ヒーター３には両端部にリード線６，６が接続されて金型本体１の背面外部に導き出されるようにされ、かつその面状ヒーター３の少なくとも１個所に熱電対（温度センサ）７を配置して図示されない制御部にリード線によって接続できるようにされている。
【００１７】
さらに、金型本体１のモールドベース８には、キャビティ２側に近づけて冷却水ジャケット９が設けられている。なお、その冷却水ジャケット９には、周知の手段によって図示されない冷却水供給源から配管されて冷却水が流されるようにされる。
【００１８】
このように構成される本実施例の面状ヒーター組み込みの金型を使用して射出圧縮成形機により成形操作を行うに際しては、まず、図示されない射出圧縮成形機において、予め前記面状ヒーター３のリード線６，６を、図示されない制御部を介して電源に接続するとともに、熱電対（温度センサ）７をも前記制御部に接続して前記熱電対（温度センサ）７が制御されるように関係づけ、冷却水ジャケット９を制御部の指令によって冷却時冷却水が通水されるようにする。
【００１９】
このように準備して金型本体１のキャビティ２内に、例えば透明のプラスチック板（図示せず）を受け入れて周知の手段で射出圧縮成形を行うに際し、図示されない射出ノズルからキャビティ２内に溶融された樹脂が射出注入される前に面状ヒーター３に通電して発熱させることにより、この面状ヒーター３によってキャビティ２の最表面部材４が加熱される。なお、モールドベース８側にも熱伝達されるが、この側を覆う耐熱絶縁層５ｂを最表面部材４側の耐熱絶縁層５ａより厚く形成しておくことでモールドベース８側よりも早く最表面部材４が加熱され、キャビティ２の表面温度を高く保ってキャビティ２内に流入する溶融樹脂の流動を損なうことはない。しかも、金型の可動型に対する推進力が付勢されて注入樹脂に圧縮力が作用する時点で、キャビティ２内に注入された樹脂が空間部の隅々まで速やかに流動されて、充填するのを助勢できるのである。
【００２０】
こうしてキャビティ２内に溶融樹脂が充填されると、予め設定されている時間経過で面状ヒーター３への通電が断たれ、加熱行程が終わると、こんどは冷却水ジャケット９に冷却水が供給されて、金型本体１は冷却され、キャビティ２内の成形樹脂を固化させる。この際には、前記モールドベース８の冷却水ジャケット９側に密接する耐熱絶縁層５ｂから面状ヒーター３を通じてその反対側の耐熱絶縁層５ａを介して最表面部材４が冷却され、成形された樹脂を直ちに冷却固化できるのである。
【００２１】
このように、キャビティ２の最表面部材４の背後に面状ヒーター３を配置して加熱時には電気ヒーターを効果的に使用してキャビティ２に最も近い表面部を加熱することができるようにされ、冷却時には面状ヒーター３への給電を断つことで速やかに冷却操作に移行できるので、加熱・冷却サイクルを迅速に切替えて短時間で操作できることになり、成形操作が能率良く行える、という効果を奏するのである。しかも、面状ヒーター３を用いることにより、金型内部の表層部分における温度分布が従来の温水加熱方式（温調配管式など）より均一にでき、溶融樹脂のキャビティ３内における流動時の温度低下を防止することで成形品の品質向上を図ることが容易になった。特に大型の成形品においてその効果が顕著に現れる。例えば、光学歪みの解消がなされる。
【００２２】
次に、図２に示されるのは、面状ヒーター加熱金型の他の実施例で、断面図（ａ）および要部拡大詳細図（ｂ）である。この金型も前記実施例と同様に射出圧縮成形用のものである。したがって、前記実施例と同様の構成個所については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２３】
この実施例の金型では、その全体構成において前記実施例とほぼ同一であり、異なる構成は面状ヒーター３Ａがキャビティ２の最表面部材４ａに対して背面側で直接的に貼着されているものである。
【００２４】
前記最表面部材４ａに対する面状ヒーター３Ａの貼着構造は、図２（ｂ）にて示されるように、その最表面部材４ａの成形面と反対の面に耐熱絶縁層５ｃが塗布形成され、この耐熱絶縁層５ｃに前記構成の面状ヒーター３Ａを一体的に付着させてなるものである。前記最表面部材４ａの成形面と反対の面に形成される耐熱絶縁層５ｃとしては、例えば水ガラスなどをコーティングすることによって容易に形成できる。なお、金型本体１のモールドベース８側には適宜厚みの耐熱絶縁層５ｂが形成されている。もちろん、面状ヒーター３Ａの適所には少なくとも１個の熱電対７を配設して温度管理ができるようにされる。
【００２５】
また、前記最表面部材４ａに対する面状ヒーター３Ａの貼着構造については、その最表面部材４ａに非導電性材料（例えば、ガラス板，ポリカーボネートのような耐熱性と機械的強度の高いプラスチック）を用いてキャビティ２表層部が形成される場合、その最表面部材４ａに直接面状ヒーターを取付ける構成とすることができる。
【００２６】
このように構成された金型においては、前記実施例の場合よりより一層キャビティ２の表面部を加熱する効率が高まり、熱エネルギーの供給削減を図ることができる。もちろん、通電加熱型のヒーターをキャビティ２の表面部により一層近づけて設けられることになるので、成形時溶融樹脂の流動低下を防止して、流動完了時に合わせて瞬時に冷却行程に移行して冷却処理が容易となる。
【００２７】
また、図３に示されるのは、面状ヒーター加熱金型の更に他の実施例断面図である。この実施例では、キャビティ２Ｂが凹凸型、すなわち立体形状をした表面部を有する物品の成形型であって、そのキャビティ２Ｂの最表面部材４ｂの背面側に面状ヒーター３Ｂを一体的に設けたものである。
【００２８】
この実施例の金型にあっては、凹凸のあるキャビティ２Ｂの背面側を表面側の凹凸に倣った面に近づけるようにして、そのキャビティ２Ｂの最表面部材４ｂの背面側に、面状ヒーター３Ｂを前記第２の実施例と同様にして設けることができる。このような凹凸形状に対する面状ヒーター３Ｂの付設については、まずキャビティ３Ｂを形成する最表面部材４ｂの背面側を表面側の凹凸に近似する面にして、その背面に耐熱絶縁層５ｄを水ガラスのような材料で塗布形成するとともに、予め別途用意した面状ヒーター３Ｂを形成するための電気発熱材料によるパターンを転写印刷方式で前記耐熱絶縁層５ｄの表面に転写して、凹凸面に面状ヒーター層を形成するとともに、その表面を耐熱絶縁層５ｅ（例えば、水ガラス，エポキシ樹脂など）で覆って通電時漏電しないように処理する。もちろん、モールドベース８Ｂ側も許容できる範囲で前記面状ヒーター３Ｂの層形成部に近い形状にして、その面状ヒーター３Ｂと密接する部分を多くし、冷却速度が高まるようにする。なお、図中符号６は面状ヒーター３Ｂのリード線であり、少なくとも１個所に温度センサ７を配置して温度制御できるようにするのは前述の加熱金型の場合と同様である。
【００２９】
このような構成の実施例によれば、凹凸面に形成された面状ヒーター３Ｂ層を備える金型においても、前述のようにキャビティ２Ｂの最表面部材４ｂを均一に加熱できるので、成形時注入樹脂の流動性を高め、しかも面状ヒーター３Ｂへの通電を断てば、速やかに冷却操作に移行できて冷却も有効に作用させることが可能であるので、立体表面を備える成形品の場合であっても品質向上を図ることができる。
【００３０】
また、図示省略するが、前述のように金型におけるキャビティ２，２Ｂにおいて、その最表面部材４，４ａ，４ｂいずれにあっても、金型本体１，１Ｂから取り外し可能な構造とすることにより、面状ヒーター３，３Ａ，３Ｂのメンテナンスを行うのが容易になり、加熱・冷却サイクルが激しくとも補修して長期使用に耐えるものとすることができる。
【００３１】
また、前述の各実施例において、キャビティの最表面部材の背面側に付設される面状ヒーターは、金型本体と別個に製作して装着できるものであり、しかも前述のように発熱体をコーティングあるいはスクリーン印刷によって形成できるので、広い面積のものでも製作容易にして、しかも安価に提供でき、従来製作不可能とされていた大型金型での加熱・急冷が可能となり、高品質の成形品を安価に提供できる優れた成形金型が経済的に得られるようになったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る面状ヒーター加熱金型の一実施例断面図である。
【図２】図２は、面状ヒーター加熱金型の他の実施例で、断面図（ａ）および要部拡大詳細図（ｂ）である。
【図３】図３は、面状ヒーター加熱金型の更に他の実施例断面図である。
【符号の説明】
１，１Ｂ金型本体
２，２Ｂキャビティ
３，３Ａ，３Ｂ面状ヒーター
４，４ａ，４ｂ最表面部材
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ耐熱絶縁層
６面状ヒーターのリード線
７熱電対（温度センサ）
８，８Ｂモールドベース
９冷却水ジャケット

Claims

プラスチック成形に用いる面状ヒーター加熱金型において、
キャビティの最表面を形成する最表面部材の成形面と反対側に、キャビティ側から順に、第１の耐熱絶縁層と、面状発熱体層と、前記第１の耐熱絶縁層より厚く形成された第２の耐熱絶縁層とが一体に設けられ、かつ前記第２の耐熱絶縁層の反キャビティ側に冷却液循環経路が設けられることを特徴とする面状ヒーター加熱金型。
前記第１の耐熱絶縁層が前記最表面部材にコーティングにより形成される請求項１に記載の面状ヒーター加熱金型。
前記面状発熱体層は、フイルムヒーターである請求項１または２に記載の面状ヒーター加熱金型。
前記面状発熱体層は、耐熱絶縁層で覆われた状態で当該面状ヒーター加熱金型の金型本体に対して着脱可能である請求項１に記載の面状ヒーター加熱金型。