JP4653208B2 - 高速射出成形システム - Google Patents

Description

本発明は射出成形に関し、特に、金型の加熱仕事率を向上し、射出成形効率を高めることができる、高速射出成形システムに関する。

高速射出成形システムにおいて、金型は先に相対的に高温の作業温度まで加熱し、キャビティに注入される原料液に良好な流動性を維持させ、迅速にキャビティ全体に充填できるよう確保する必要がある。続いて、金型は型開き温度まで迅速に冷却し、型を開いて射出成形部材を取り出さなければならない。

図１に示すように、従来技術の高速射出成形システムにおいて、金型１は複数の通路２を備えている。これら通路２は頭尾を直列に連結し、出入水管路に連結することができる。通路２はまた平行に並列させて出入水管路に連結することもできる。金型１を閉じる前に、通路２の中に高温蒸気が注入され、これにより成形金型１を加熱し、その後型を閉じて成形を行う。成形完了後、通路２には冷却水が導入され、冷却速度を加速し、成形金型１をできるだけ速く型開きできるようにする。通路２は高温蒸気または冷却水の通過に供することができ、金型１の加熱と冷却に同時に用いられる。

しかしながら、通路２に制限され、高温流体と金型１の熱交換率を効率的に向上することができない。高温流体の流量を単純に増加させると、高温流体に通路２を迅速に通過させることしかできず、熱交換率を向上したい場合は高温流体と金型２の接触面積を増加する必要がある。接触面積を増加する方法には、通路２の数量を増加する方法と通路２の口径を大きくする方法があるが、通路２の数量を増加する方法と通路２の口径を大きくする方法のいずれも、金型１中の中空構造が大きくなり、金型１の応力不足につながってしまう。

加熱仕事率を向上できないという問題を解決する方法は、電熱部材を利用して金型を加熱することであり、よく見受けられる方法には、金型中に電熱棒等の電熱部材を埋設したものがあり、入力電力の上昇によって簡単に加熱効率を向上することができる。しかしながら、入力電力を上げると同時に、電熱部材の温度も上昇してしまう。金型の冷却過程において、電熱部材の残余熱量が逆に冷却効率に影響し、冷却時間が長くなってしまい、射出成形効率を真に向上することができない。金型に接触しない誘導加熱コイルは、残余熱量が冷却効率に影響する問題はないものの、誘導加熱コイルは局部的に金型表面を加熱できるのみであり、大型の金型においては加熱効率が優れないという問題がある。このため、いかに加熱効率を向上し、かつ残余熱量が冷却効率に影響する問題を回避するかが技術的な課題となっている。

本発明の目的は、加熱部材の高温が後続の冷却過程に影響せず、加熱部材の加熱仕事率を大幅に向上させることができ、射出成形の速度を加速することができる高速射出成形システムを提供することにある。

上述の目的を達するため、本発明の高速射出成形システムは、射出成形部材の製作に用いられ、このシステムは金型、冷却流体供給源、及び加熱部材を含み、前記金型は中空のキャビティと複数の通路を含み、そのうち、前記キャビティは原料液をその中に注入するために用いられ、前記冷却流体供給源は冷却流体を各通路に提供し、冷却流体により金型を冷却して液状樹脂の冷却固化過程を加速するために用いられ、前記加熱部材は複数の電熱棒と、各前記電熱棒の一端を固定する連結座部とを含み、移動可能に設置され、前記金型に選択的に接触させてそれを加熱するか、金型から分離することができ、これにより、前記加熱部材で金型を加熱する必要がなくなったとき、前記加熱部材を金型から離脱させ、残余熱量が金型を加熱し続けることがないようにすることができる。

加熱部材を金型から離脱させることができるため、残余熱量が金型を加熱し続けることがない。このため、加熱部材はより高い加熱電力で加熱を行うことができ、加熱部材の高温が冷却効率に影響する問題を考慮する必要がない。これにより、本発明は加熱時間を短縮すると同時に、良好な冷却効率を維持し、射出成形の効率を向上することができる。

［実施例１］
図２に本発明の実施例１の高速射出成形システムを示す。この高速射出成形システムは射出成形部材の製作に用いられ、金型１０、金型開閉装置２０、成形機３０、温度制御装置４０、加熱部材５０、及び移動装置６０を含む。

図２に示すように、金型１０はオス型１１とメス型１２を含み、オス型１１とメス型１２はそれぞれ相互に対応する突出または凹陥構造を備え、オス型１１とメス型１２を相互に結合させた後、オス型１１とメス型１２の間に中空のキャビティ１３が形成され、原料液をその中に注入するために用いられる。キャビティ１３に充填する原料液を冷却固化させた後、形態がキャビティ１３に合致する射出成形部材が形成される。オス型１１はキャビティ１３に連通する注入路１１１を備え、且つ成形機２０が注入路１１１に連結される。成形機３０の材料送りねじ（図示しない）が同時に回転して供給を行い、原料液を押して注入路１１１を通過させ、キャビティ１３中に注入する。金型１０はさらに複数の通路１４と挿入孔１５を含む。そのうち、通路１４と挿入孔１５はオス型１１またはメス型１２のいずれか１つに設けるか、オス型１１とメス型１２に同時に設置することもできる。本実施例において、通路１４と挿入孔１５はすべてメス型１２に設置されており、且つ挿入孔１５は通路１４と交互に配列され、また、各挿入孔１５は少なくとも１つの開放端を有する。

図２に示すように、金型開閉装置２０はオス型１１とメス型１２を駆動して相互に閉じ合わせ、型閉じを行うか、相互に分離させ型開きを行うために用いられる。金型開閉装置２０は油圧装置、マルチリンク式アクチュエータ、或いは線形送りねじアッセンブリとすることができる。本実施例において、金型開閉装置２０は油圧装置とし、支持体２１及び少なくとも１つの油圧シリンダ２２を含む。そのうち、前記支持体２１と油圧シリンダ２２は機台２４に設置され、且つ油圧シリンダ２２の駆動棒２３が支持体２１に穿通され、且つ金型１０のメス型１２に連結され、メス型１２が機台２４上に移動可能に設置される。オス型１１は機台２４上に固定して設置され、油圧シリンダ２２の駆動棒２３がメス型１２を直線的に移動させてオス型１１に閉じ合わせ、金型１０の型閉じを行う。或いは、メス型１２を直線的に移動させてオス型１１から離脱させ、金型１０の型開きを行う。

図２に示すように、温度制御装置４０は金型１０の温度を制御するために用いられ、原料液が金型１０に注入される前に、高温流体を通路１４中に提供し、金型１０に対して加熱を行う。成形完了後、温度制御装置４０は冷却流体を通路１４中に提供し、金型１０に対して冷却を行う。温度制御装置４０は高温流体供給源４１、冷却流体供給源４２、及び排液装置４３を含み、通路１４の一端に連結され、且つ通路１４の他端から流体を回収する。高温流体供給源４１は例えば高温蒸気などの高温流体の提供に用いられる。冷却流体供給源は例えば冷却水などの冷却流体の提供に用いられる。排液装置４３は吸引またはポンプ送りの方式で通路１４中に高速気流を発生し、通路１４中に残存する高温流体または冷却流体を排出するために用いられる。

図２、図３、図４に示すように、加熱部材５０は移動可能に設置され、選択的に金型１０に接触、または金型１０から分離させることができる。加熱部材５０は複数の電熱棒５１及び連結座部５２を含み、そのうち、各電熱棒５１の一端が連結座部５２に固定され、各電熱棒５１相互に平行に配列され、且つ金型１０の挿入孔１５に対応する。各電熱棒５１はそれぞれ導線により作業電流を取得し、加熱作業電流を各電熱棒５１で発生する。移動装置６０は機械アームまたは油圧シリンダ、線形送りねじアッセンブリ、ピニオンとラックの結合とすることができる。加熱部材５０の連結座部５２は移動装置６０に連結され、移動装置６０が連結座部５２を動かして電熱棒４１を挿入経路に沿って移動させる。挿入経路は挿入孔１５に平行な軸線とする。メス型１２が型開き位置まで移動されると、挿入経路がそれぞれ各挿入孔１５の軸線と重なり合う。このため、電熱棒１５が插設経路に沿ってメス型１２まで移動されると、各電熱棒５１はその対応する挿入孔１５中に挿入されてメス型１２に接触し、メス型１２に対して加熱を行うことができる。

実施例１は射出成形作業時に用いられ、その過程は次のとおりである。

図２に示すように、射出成形作業を開始するとき、または前回の射出成形作業が完了した後、金型１０は型が開いた状態を呈し、前回の射出成形作業が完了した射出成形部材はこのとき取り出すことができる。これと同時に、高温流体供給源４１が高温流体の提供を開始し、通路１４の中を通って金型１０の加熱を開始する。

図４と図５に示すように、移動装置６０が加熱部材５０を移動し、電熱棒５１を挿入孔１５に挿入してメス型１２に接触させる。電熱棒５１は同時に通電され、メス型１２に対して加熱を開始する。電熱棒５１はその動作上限までの大電流を導入でき、金型１０の温度が作業温度まで加熱されるのを加速することができる。電熱棒５１の仕事率が短時間内に金型１０を作業温度まで加熱するに足るとき、温度制御装置４０は高温流体を通路１４中に提供する必要がなくなる。すなわち、金型１０は電熱棒のみで加熱すればよく、高温流体でさらに加熱する必要はない。

図６に示すように、メス型１２の温度が作業温度に達したとき、高温流体供給源４１は高温流体の供給を停止し、同時に作業電流の電熱棒５１への通電も停止して金型２０に対する加熱を停止する。同時に、加熱部材５０も移動装置により動かされてメス型１２を離脱し、電熱棒５１が挿入孔１５を離れ、金型に接触しなくなり、電熱棒５１そのものの高温がメス型１２を加熱し続け、メス型１２の温度が高すぎて後続の原料液の冷却固化の時間が延長されるのを回避する。電熱棒５１が挿入孔１５を離脱した後、金型開閉装置３０がメス型１２を駆動してオス型１１に閉じ合わせ、型閉じ作業が完了する。続いて成形機２０が金型１０に原料液を注入し、原料液をキャビティ１３に充填する。

注入完了後、即ち原料液をキャビティ１３に充填した後、まず排液装置４３で通路１４中に残存する高温流体を排出し、続いて冷却流体供給源４２が冷却流体を提供し、通路１４中に導入して金型１０を冷却する。成形機２０がキャビティ１３中の原料液の圧力を維持し、且つ冷却流体供給源４２が継続して金型１０を冷却する。キャビティ１３表面の温度が型開き温度に到達したとき、冷却流体供給源４２が冷却流体の供給を停止する。このとき加熱部材５０の電熱棒５１はすでに金型１０を離脱しているため、高温の電熱棒５１はメス型１２との熱交換を継続して行うことがなく、これにより加熱部材５０が冷却過程に影響するのを回避し、冷却に必要な時間を大幅に短縮することができる。

最後に、型開き装置３０がメス型１２を駆動してオス型１１から離脱させ、図７に示すように、キャビティ１１表面が露出される。このとき同時に高温流体供給源４１が高温流体の提供を開始し、通路１４の中に導入して再度金型１０の加熱を開始し、次回の射出成形作業の準備を行う。同時に適度に加熱された金型１０は射出成形部材の離型にも有利である。

本発明の精神は、加熱部材５０が大電流を受け入れる方式を通して容易に金型１０に対する加熱効率を向上し、金型１０の加熱に必要な時間を短縮できることにある。加熱完了後は、金型１０から離脱させ、熱交換を行わないようにし、高温の加熱部材５０が原料液の冷却固化過程に影響するのを回避する。これにより、本発明は加熱時間を短縮すると同時に、良好な冷却効率を維持し、冷却時間を延長してしまうことがない。

［実施例２］
図８に本発明の実施例２の高速射出成形システムを示す。この高速射出成形システムは射出成形部材の製作に用いられ、温度制御装置４０がさらに、機台２４上に移動可能に設置され、伝動装置２５により駆動される冷却板４４を含む。前記冷却板４４はメス型１２の外側に配置され、即ち、メス型１２と金型開閉装置２０の支持体２１の間に配置される。伝動装置２５は冷却板４４の移動に用いられ、冷却板４４を金型１０のメス型１２に接触させ、冷却板４４がメス型１２から吸熱を行い、金型１０の全体の温度を型開き温度まで下げる速度を加速する。冷却板４４は熱電発電機（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含む金属板、または冷却管路を備えた金属板とすることができる。冷却板４４は金型１０の一部分ではないため、その応力強度は成形条件の要求に合わせる必要がない。冷却板４４の応力要求を考慮する必要がないため、冷却板４４中の冷却構造は最大冷却仕事率の要求を容易に達することができ、金型１０の冷却過程を加速することができる。

このほか、冷却板４４は型閉じ作業の完了後、メス型１２に接触させ、メス型１２の外側表面の降温を開始し、金型１０に対する冷却作業を早くから行うことができる。冷却板４４はメス型１２の表面から降温を開始するため、すぐにキャビティ１３の表面温度を変化させることはなく、このため液状樹脂は高温を維持したまま充分に流動し、キャビティ１３を満たすことができる。

［実施例３］
図９と図１０に本発明の実施例３の高速射出成形システムを示す。その加熱部材５０は複数の電熱棒５１と導熱板５３を含む。導熱板５３は高熱伝導係数の材質から成り、且つ電熱棒５１は導熱板５３の中に埋設される。導熱板５３は移動装置６０に連結され、移動装置６０は導熱板５３を動かして移動させ、メス型１２の外側面に接触させる。電熱棒５１が電力を受けて発熱した後、導熱板５３がメス型１２に対し加熱を行うことができる。

図１１と図１２に示すように、導熱板５３と金型１０間の接触の熱抵抗を低くするため、金型１０と導熱板５３間の接触面積を大きくする必要がある。このため、メス型１２の外側表面と導熱板５３の外側表面にそれぞれ相互に組み合わされる凹凸構造を形成し、これにより金型１０と導熱板５３間の接触面積を増加する。そのうち、メス型１２の外側表面に複数の平行な溝部１２１を設け、通路１４は相隣する溝部１２１の間の突出区域を通るようにする。導熱板５３の表面には複数の平行のリブ部５３１を形成し、電熱棒５１がリブ部５３１中に埋設され、且つ各リブ部５３１の断面形態は溝部１２１の断面形態に合致するようにし、金型１０と導熱板５３はリブ部５３１を溝部１２１に結合させることで接触面積が増加される。
［変形例］

図１３に本発明の変形例に係る高速射出成形システムを示す。本例は別の形態の加熱部材５０を開示しており、誘導加熱コイル５４、導磁板５５、及び導熱板５３を含み、そのうち、導磁板５５は導磁率が比較的優れた金属から成り、導熱板５３の外側面に結合され、且つ誘導加熱コイル５４は少なくとも１つの絶縁部材５４１を介して導磁板５５の外側面に結合され、これにより誘導加熱コイル５４が導磁板５５に接近しているが、接触しない状態とされる。誘導加熱コイル５４に高周波交流電流が導通されると、導磁板５５に対して磁場の変化が発生し、導磁板５５の外側面が磁場の変化に誘導されて渦電流を発生し、渦電流が導磁板５５を発熱させ、熱量が導熱板５３へと伝導される。導熱板５３は移動装置６０に連結され、移動装置６０が導熱板５３を動かして移動させ、メス型１２に接触させてメス型１２に対して加熱を行わせる。

図１４に示すように、導磁板５５は必須部材ではなく、誘導加熱コイル５４が絶縁部材５３１を介して導熱板５３の外側面に結合され、これにより誘導加熱コイル５４が導熱板５３に接近しているが、接触しない状態とされる。誘導加熱コイル５４に高周波交流電流が導通されると、導熱板５３に磁場の変化が発生し、導熱板５３の外側面が磁場の変化に誘導されて渦電流を発生し、渦電流が導熱板５３を発熱させ、メス型１２を加熱することができる。

従来の技術における射出成形システムの断面図である。 本発明の実施例１の断面図である。 実施例１において加熱部材がメス型から離脱した状態を示す立体図である。 実施例１において加熱部材がメス型に接触した状態を示す立体図である。 本発明の実施例１の射出成形の過程を示す断面図１である。 本発明の実施例１の射出成形の過程を示す断面図２である。 本発明の実施例１の射出成形の過程を示す断面図３である。 本発明の実施例２の断面図である。 本発明の実施例３において加熱部材がメス型に接触した状態を示す立体図である。 本発明の実施例３において加熱部材がメス型から離脱した状態を示す立体図である。 本発明の実施例３の別の形態の加熱部材がメス型から離脱した状態を示す断面図である。 本発明の実施例３の別の形態の加熱部材がメス型に接触した状態を示す断面図である。 本発明の変形例において加熱部材がメス型から離脱した状態を示す断面図である。 本発明の変形例において加熱部材がメス型から離脱した状態を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・・金型
２・・・・・・通路
１０・・・・・金型
１１・・・・・オス型
１１１・・・・注入路
１２・・・・・メス型
１２１・・・・溝部
１３・・・・・キャビティ
１４・・・・・通路
１５・・・・・挿入孔
２０・・・・・金型開閉装置
２１・・・・・支持体
２２・・・・・油圧シリンダ
２３・・・・・駆動棒
２４・・・・・機台
２５・・・・・伝動装置
３０・・・・・成形機
４０・・・・・温度制御装置
４１・・・・・高温流体供給源
４２・・・・・冷却流体供給源
４３・・・・・排液装置
４４・・・・・冷却板
５０・・・・・加熱部材
５１・・・・・電熱棒
５２・・・・・連結座部
５３・・・・・導熱板
５３１・・・・リブ部
５４・・・・・誘導加熱コイル
５４１・・・・絶縁部材
５５・・・・・導磁板
６０・・・・・移動装置

Claims (13)

1. 射出成形部材の製作に用いる高速射出成形システムであって、
   原料液を注入するための中空のキャビティと複数の通路を備えた金型と、
   前記各通路中に前記金型を冷却するための冷却流体を提供する冷却流体供給源と、
   移動可能に設置され、前記金型に選択的に接触して加熱を行うか、前記金型から分離される加熱部材と、を含み、
   前記加熱部材が複数の電熱棒と、各前記電熱棒の一端を固定する連結座部とを含み、
   前記金型がさらに複数の挿入孔を備え、各前記挿入孔が各前記電熱棒を挿入するために用いられる少なくとも１つの開放端を備えることを特徴とする、
   高速射出成形システム。
2. さらに原料液を押し動かして前記キャビティ内に注入する成形機を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。
3. 前記金型がさらに前記キャビティに連通された注入路を含み、且つ前記成形機が前記注入路に連結されたことを特徴とする、請求項２に記載の高速射出成形システム。
4. さらに前記金型を型開きまたは型閉じ状態に作動させるために用いられる金型開閉装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。
5. 前記挿入孔が前記通路と交互に配列されたことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。
6. 射出成形部材の製作に用いる高速射出成形システムであって、
   原料液を注入するための中空のキャビティと複数の通路を備えた金型と、
   前記各通路中に前記金型を冷却するための冷却流体を提供する冷却流体供給源と、
   移動可能に設置され、前記金型に選択的に接触して加熱を行うか、前記金型から分離される加熱部材と、を含み、
   前記加熱部材が複数の電熱棒と、各前記電熱棒の一端を固定する連結座部と、導熱板を含み、
   前記導熱板が選択的に前記金型に接触されるか、前記金型から分離され、且つ、前記電熱棒が前記導熱板の中に埋設されたことを特徴とする、
   高速射出成形システム。
7. 前記金型と前記導熱板がそれぞれ相互に組み合わされる凹凸構造を備え、前記金型と前記導熱板間の接触面積を増加するために用いられることを特徴とする、請求項６に記載の高速射出成形システム。
8. 前記金型が複数の平行な溝部を備え、且つ導熱板が複数の平行なリブ部を備え、各前記リブ部の断面形態が各前記溝部の断面形態に合致することを特徴とする、請求項７に記載の高速射出成形システム。
9. 各前記電熱棒が各前記該リブ部内に埋設されたことを特徴とする、請求項８に記載の高速射出成形システム。
10. さらに前記金型を加熱するための高温流体を各前記通路中に提供する高温流体供給源を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。
11. さらに各前記通路中に高速気流を発生させ、各前記通路中に残存する高温流体または冷却流体を排出するために用いる排液装置を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の高速射出成形システム。
12. さらに移動可能に設置され、前記金型に接触し、冷却するために用いられる冷却板を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。
13. さらに前記加熱部材を移動させるために用いられる移動装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高速射出成形システム。

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