JP4703890B2

JP4703890B2 - 成形用金型の加熱装置及び加熱方法

Info

Publication number: JP4703890B2
Application number: JP2001157708A
Authority: JP
Inventors: 伊東　　宏; 勲佐藤; 数利焼本
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: JP2002347094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型を閉じることにより形成されるキャビティ閉空間内への溶融樹脂の充填前に、溶融樹脂が接するキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度を所望の温度まで上昇させるための成形用金型の加熱装置及び加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３、図１４、図１５、図１６、図１７に従来の成形用金型の加熱装置の概念図をそれぞれ示す。
図１３に示されるものは、一般的に用いられている「熱媒体により金型全体を加熱・温調する装置」であって、金型１０及び１２のキャビティ表面１０ａ及び１２ａ近傍に、熱媒体（水や油など）を循環させる循環流路５０が導設されており、循環流路５０は、耐熱ホース５２を介して熱媒体の温度を所望の温度に調節・制御する金型温調器５４に連通している。
次に、これの動作について説明すると、金型温調器５４内で所望の温度にまで加熱（または冷却）された熱媒体が、耐熱ホース５２を通って循環流路５０に圧送される。熱媒体が循環流路５０を通過する間に、熱媒体と循環流路５０の内壁面との間で熱交換が行なわれ、金型１０及び１２が熱媒体温度に近い温度に維持される。この熱媒体による加熱は、成形機の成形動作と同期をとらず常時行なわれる。
【０００３】
また、図１４に示されるものは、「成形直前に高周波誘導加熱で金型表面を選択的に加熱する装置」であって、開いた状態の金型１０及び１２のキャビティ表面１０ａ及び１２ａ間にインダクタンスコイル５６が設置され、インダクタンスコイル５６は高周波発振器５８と接続されている。
次に、これの動作について説明すると、成形前の金型１０及び１２を開いた状態にあるときに、インダクタンスコイル５６を両キャビティ表面１０ａ及び１２ａ間に挿入する。インダクタンスコイル５６に高周波発振器５８で生成した高周波の交流電流を印加すると、インダクタンスコイル５６から磁束が発生する。この磁束のある空間に金型１０及び１２があるため、金型１０及び１２自体が持つ電気抵抗によって損失が生じ、発熱する。この発熱は、交流の周波数が高いほど表層に集中するため、金型１０及び１２表面（すなわちキャビティ表面１０ａ及び１２ａ）が選択的に加熱される。次に、キャビティ表面１０ａ及び１２ａが所望の温度まで上昇すると、インダクタンスコイル５６を金型１０及び１２の外に退避させ、この後、金型１０及び１２を閉じて射出成形が行なわれる。
【０００４】
また、図１５に示されるものは、「金型表面に導電性薄膜を形成し通電することで加熱する装置」であって、金型１０にセラミックなどの絶縁板６０を設け、絶縁板６０の表面に設置された導電性薄膜６２でキャビティ表面１０ａを構成する。導電性薄膜６２にはこれに通電するための電極６４が設けられており、電極６４は導電性薄膜６２に通電する図示してない電源ユニットと電線６６により接続されている。
次に、これの動作について説明すると、金型１０及び１２を閉じることにより形成されるキャビティ閉空間１４内に溶融樹脂を射出充填する直前に、導電性薄膜６２に通電することで導電性薄膜６２をジュール熱発熱させて所望の温度まで加熱する。キャビティ表面１０ａ（すなわち導電性薄膜６２）が所望の温度に達した後、キャビティ閉空間１４内に溶融樹脂を射出充填する。
【０００５】
また、図１６に示されるものは、特開平８−１９７５４６号公報に示される「金型表面をふく射加熱する装置」であって、金型１０及び１２には、これらの深部の加熱（または冷却）のために熱媒体（水や油など）を循環させる循環流路６８が設けられており、金型１０及び１２のキャビティ表面１０ａ及び１２ａ間には支持具７０に支持された赤外線ランプなどの発熱体７２が挿入されている。
次に、これの動作について説明すると、金型１０及び１２が開いた状態にあるときに、キャビティ表面１０ａ及び１２ａ近傍に発熱体７２を挿入し、発熱体７２に通電して発熱体７２を発熱させ、発熱体７２からのふく射伝熱でキャビティ表面１０ａ及び１２ａを加熱する。キャビティ表面１０ａ及び１２ａが所望の温度まで上昇すると通電を中止して発熱体７２を金型１０及び１２外に退避させた後、金型１０及び１２を閉じて溶融樹脂を金型１０及び１２内に射出充填する。
【０００６】
また、図１７に示されるものは、「金型表面に断熱膜を被覆して溶融樹脂自身の熱で金型表面を加熱する装置」であって、金型１０及び１２のキャビティ表面１０ａ及び１２ａにポリイミドやセラミックスなどの低熱伝導性膜７４が被覆されている。
次に、これの動作について説明すると、キャビティ内に高温の溶融樹脂が充填されると、低熱伝導性膜７４が溶融樹脂によって暖められ、金型１０及び１２の内部よりも低熱伝導性膜７４（すなわち、キャビティ表面１０ａ及び１２ａ）の温度が高い状態となる。溶融樹脂充填後しばらくすると、低熱伝導性膜７４は金型１０及び１２によって冷却され、その温度はキャビティ内の溶融樹脂を冷却固化させるに十分な温度まで低下する。これをショット毎に繰返す受動的な温度制御法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
成形品の品質（すなわち、寸法、転写製、表面性状、ソリなど）、とりわけ金型１０及び１２表面状態を高度に転写するには、金型１０及び１２内に射出充填された溶融樹脂が接するキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度を高くして、溶融樹脂が金型１０及び１２に接触して冷却固化するまでの時間を遅延させることが有効である。さらに、高精度な成形品を長時間にわたって安定かつ継続して得るには、成形ショット毎のキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度レベルを一定に維持することが有効な手段である。しかしながら、上記従来の成形用金型の加熱装置及び加熱方法では、以下のような課題がある。
【０００８】
すなわち、図１３に示されるものでは、キャビティ表面１０ａ及び１２ａを暖めるために金型１０及び１２内に熱媒体を流すため、キャビティ表面１０ａ及び１２ａだけではなく、金型１０及び１２全体の温度が高くなってしまう。この結果、溶融樹脂が冷却・固化して成形品として取り出すことができるまでの時間（すなわち、冷却時間）が極端に長くなるため、成形サイクルが長くなり、成形加工コストが高くなるという課題がある。
また、前述のようにキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度を一定に保つことは成形品の品質に強い影響を及ぼすが、キャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度が、金型１０及び１２、熱媒体、溶融樹脂、大気及び成形機本体との熱交換の結果としてこれらの要素の相互作用により決まるため、金型温調器５４から圧送される熱媒体の温度を一定に制御しても、大気温度など他の温度が変動すると必ずしもキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度が一定に維持されない。このため、ショット毎の成形品品質を安定に維持できないという課題がある。
【０００９】
また、図１４に示されるものでは、キャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度を高温にするために、インダクタンスコイル５６に印加しなくてはならない交流電流は通常数十〜数百アンペアであり、成形機本体と同等もしくはそれ以上の莫大な電源容量を必要とする。よって、莫大な電源容量に耐えうる場所にしか高周波誘導加熱は適用できないため、使用場所が限定されるという課題がある。また、高周波誘導加熱装置は、高周波発振器５８や、各キャビティ表面１０ａ及び１２ａ形状に対応した専用のコイルが必要であるなど高価なものが多く、加えて消費電力などのランニングコストも高くなるため、成形加工コストが高くなるという課題がある。
【００１０】
また、図１５に示されるものでは、導電性薄膜６２に印加する電流は、１００ｍｍ×２０ｍｍの投影面積を有する成形品に対して１５０Ａ必要であり、大型の成形品に適用しようとするとさらに大電流を印加する必要がある。このため、大容量電源を準備する必要があるとともに、消費電力などのランニングコストが高くなるため、成形加工コストが高くなるという課題がある。
また、現状では導電性薄膜６２の耐久性に問題があり、長時間連続での成形に耐えるのが難しいという課題もある。
【００１１】
さらには、図１６に示されるものでは、ふく射伝熱は被加熱物に対して直線的に伝播する性質があるため、ＣＤやＤＶＤに代表される平面的な形状を有するキャビティ表面１０ａ及び１２ａに対しては適しているといえるが、リブやボスなどを有する複雑な３次元形状のキャビティ表面１０ａ及び１２ａに対しては均一な加熱ができないというふく射加熱の原理的な課題を有する。
ふく射加熱する方法の一例として、赤外線ランプの一種であるハロゲンランプを例にとると、光が直接的に照射される場所にある被加熱面（キャビティ表面１０ａ及び１２ａ）は加熱できるが、リブやボスの底部など光が届かない（または届きにくい）場所は加熱効率が大幅に低下する。これにより、一般的な３次元形状のキャビティ表面１０ａ及び１２ａを有する金型１０及び１２に対しては、本来、溶融樹脂を充填させたい狭い場所や奥行きのある場所ほど加熱がうまくできないという課題があり、場所によっては、金型１０及び１２表面状態を十分に転写することができないという場合もある。
また、キャビティ表面１０ａ及び１２ａに向けて照射された赤外線の何割かは吸収されず（反射して）大気中に散乱するため、省エネの観点からキャビティ表面１０ａ及び１２ａに赤外線を効率よく吸収する膜を製膜したり、キャビティ表面１０ａ及び１２ａに何らかの処理（例えば窒化）をするなどが必須といえる。しかし、何れも金型の製造コストの増大を招き、結果として、成形加工コストが増加するという課題が生じる。
【００１２】
また、図１７に示されるものでは、断熱膜７４の耐久性が低いため、長時間の成形に耐えるのは困難であるという課題がある。
さらには、断熱膜７４で形成されるキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度は、互いに対向する金型１０及び１２と溶融樹脂の温度、断熱膜７４の物性とで変化する熱移動の結果として成り行き的に決まるため、キャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度は必ずしも一定に維持されない。このため、ショット毎の成形品品質を一定に維持するのは困難であるという課題がある。
本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、キャビティ閉空間１４内の気体を昇圧手段により圧縮して高温とすることによりキャビティ表面１０ａ及び１２ａを所望の温度にまで加熱して溶融樹脂をキャビティ閉空間１４内に射出充填することで、キャビティ表面１０ａ及び１２ａ状態を成形品表面に高精度に転写するとともにショット毎の成形品品質を安定に維持することができる成形用金型の加熱装置及び加熱方法を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、金型（１０、１２）を閉じた状態にして形成されるキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することでキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱可能な温度に昇温する昇圧手段（１６、４０）と、金型（１０、１２）のパーティング面（１２ｂ）、キャビティ閉空間（１４）に充填される溶融樹脂の流路であるスプル部（１８）、及びキャビティ表面（１２ａ）に連通し成形品を押し出すエジェクタピン（２０）からの気体の漏れをそれぞれ防止する漏れ防止手段（２２、２４、２６）と、を有する。
【００１５】
前記キャビティ表面（１０ａ、１２ａ）近傍の温度を検出する温度検出手段（２８）と、所望のキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）の温度を設定する所望温度設定手段（３０）と、温度検出手段（２８）により検出された検出温度と、所望温度設定手段（３０）によりあらかじめ設定された所望温度とを比較して、検出温度と所望温度とが一致したかどうかを判断する判断手段（３２）と、を有し、検出温度が所望温度に一致した時点で、キャビティ閉空間（１４）内に溶融樹脂を充填するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記キャビティ閉空間（１４）内の気体の圧力を検出する圧力検出手段（３４）と、所望のキャビティ閉空間（１４）内の圧力を設定する所望圧力設定手段（３６）と、圧力検出手段（３４）により検出された検出圧力と、所望圧力設定手段（３６）により設定された所望圧力とを比較して、検出圧力が所望圧力以上であるかどうかを判断する判断手段（３２）と、該判断手段（３２）において、検出圧力が所望圧力以上であると判断された場合に、キャビティ閉空間（１４）内の圧力の開放を行う圧力開放手段（３８）と、を有していることを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記昇圧手段（１６、４０）を複数有するとともに、キャビティ閉空間（１４）とそれぞれの昇圧手段（１６、４０）とを連通させる流路を切換える流路切換手段（４２）を有し、該流路切換手段（４２）を切換えることにより、複数の昇圧手段（１６、４０）により連続してキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することが可能なように構成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、成形機シリンダ（４４）からの熱で前記昇圧手段（１６、４０）内の気体を予備加熱することが可能なように構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明は、金型（１０、１２）を閉じた状態にして形成されるキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することでキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱可能な温度に昇温する昇圧手段（１６、４０）と、金型（１０、１２）のパーティング面（１２ｂ）、キャビティ閉空間（１４）に充填される溶融樹脂の流路であるスプル部（１８）、及びキャビティに連通し成形品を押し出すエジェクタピン（２０）からの気体の漏れをそれぞれ防止する漏れ防止手段（２２、２４、２６）と、を有し、漏れ防止手段（２２、２４、２６）によりキャビティ閉空間（１４）を気密空間にし、昇圧手段（１６、４０）によりキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することで高温にして、その高温気体によりキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱する。
【００２０】
前記キャビティ表面（１０ａ、１２ａ）近傍の温度を検出する温度検出手段（２８）と、所望のキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）の温度を設定する所望温度設定手段（３０）と、温度検出手段（２８）により検出された検出温度と、所望温度設定手段（３０）によりあらかじめ設定された所望温度とを比較して、検出温度と所望温度とが一致したかどうかを判断する判断手段（３２）と、を有し、該判断手段（３２）が検出温度が所望温度に一致したと判断した場合、キャビティ閉空間（１４）内に溶融樹脂を充填することを特徴とするものである。
【００２１】
また、前記キャビティ閉空間（１４）内の気体の圧力を検出する圧力検出手段（３４）と、所望のキャビティ閉空間（１４）内の圧力を設定する所望圧力設定手段（３６）と、圧力検出手段（３４）により検出された検出圧力と、所望圧力設定手段（３６）により設定された所望圧力とを比較して、検出圧力が所望圧力以上であるかどうかを判断する判断手段（３２）と、キャビティ閉空間（１４）内の圧力を開放可能な圧力開放手段（３８）と、を有しており、判断手段（３２）において、検出圧力が所望圧力以上であると判断された場合に、検出圧力が所望圧力以下になるように、圧力開放手段（３８）によりキャビティ閉空間（１４）内の圧力の開放を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
また、前記昇圧手段（１６、４０）を複数有するとともに、キャビティ閉空間（１４）とそれぞれの昇圧手段（１６、４０）とを連通させる流路を切換える流路切換手段（４２）を有し、該流路切換手段（４２）により複数の昇圧手段（１６、４０）とキャビティ閉空間（１４）とを連続して切換え、キャビティ閉空間（１４）内の気体を複数の昇圧手段（１６、４０）により連続して圧縮することを特徴とするものである。
【００２３】
また、成形機シリンダ（４４）からの熱で前記昇圧手段（１６、４０）内の気体を予備加熱することを特徴とするものである。
なお、上記かっこ内の符号は、後述する実施の形態の対応する部材を示す。
【００２４】
【作用】
図７に示される実験装置で本発明の基本原理を説明する。
金型のキャビティ閉空間を模擬した空間を形成可能な容器１０及び１２のうち一方の容器１０の図中下方は、圧力伝播路１５を介して昇圧手段の一例となるピストン１６と連通している。圧力伝播路１５の途中には容器内（すなわち、キャビティ閉空間に相当）１４の圧力を検出する圧力計３４が設置されている。他方の容器１２には、容器内１４の気体の温度を検出す熱電対２８ａと、容器１２の内壁面近傍の温度を検出する熱電対２８ｂ及び２８ｄがそれぞれ設けられている。
【００２５】
本実験装置で、容器１０及び１２を密閉した状態で加圧したときの容器内１４の空気の圧力と温度を図８に示す。空気を約０．４３ＭＰａまで加圧すると、容器内の気体の温度は約７℃上昇し、本発明の構成によって閉空間内の気体の温度を上昇させることが可能であることが確認できる。
【００２６】
このときの容器１０及び１２の内壁面１０ａ及び１２ａの温度変化を図９に示す。内壁面から２ｍｍの位置では約０．０８℃の温度上昇となり、容器１０及び１２の内壁面１０ａ及び１２ａ表層（これらは、キャビティ表面１０ａ及び１２ａに相当する。）のみの温度を選択的に高くすることが可能であることが確認できる。
【００２７】
次に、図１０に、図９に比べて気体の圧縮をゆっくり行った場合の容器内壁面１０ａ及び１２ａの温度変化を示す。図９に比べて明らかに内壁面の温度上昇幅が少ないことから、圧縮速度が加熱量を調節できるパラメータの一つであることがわかる。
【００２８】
また、図１１に、圧縮速度を一定にして、圧縮量を変えながら加熱を行う場合の容器内１４の空気の圧力比（圧縮圧力Ｐ／初期圧力Ｐ₀ ）と温度比（圧縮後の温度Ｔ／圧縮前の初期温度Ｔ₀ ）の関係を示す。圧縮圧力を高くすることで、容器内１４の空気の温度が高くなることがわかる。
【００２９】
同様に、図１２に、容器内壁面１０ａ及び１２ａについて圧力比と温度比の関係を示すと、圧縮量を多くすることで内壁面１０ａ及び１２ａの温度が高くなることが確認できる。これにより、圧縮量が加熱量を調節できるパラメータであることがわかる。
【００３０】
以上の結果から、閉空間の気体を圧縮・高温にしてキャビティ表面１０ａ及び１２ａを加熱することができることは明らかであり、本発明の基本原理は妥当なものと判断できる。また、圧縮量や圧縮速度を変えることで加熱量を調節できることも前記結果から明らかといえる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を図により説明する。
図１に第１の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
なお、従来技術で説明した構成と同様の機能を有する部分に関しては同一符号を付してある。
【００３２】
固定側金型（金型）１０と可動側金型（金型）１２とを閉じた状態にして形成されるキャビティ閉空間１４に連通路１５を介してピストン（昇圧手段）１６が接続されており、ピストン１６はキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮可能である。可動側金型１２のパーティング面１２ｂにはＯリング（漏れ防止手段）２２が、また、キャビティ表面１２ａに連通し成形品を押し出すエジェクタピン２０にはＯリング（漏れ防止手段）２６がそれぞれ設けられており、Ｏリング２２及び２６は、パーティング面１２ｂ及びエジェクタピン２０を通ってキャビティ閉空間１４から気体が漏れることをそれぞれ防止可能である。また、キャビティ閉空間１４に充填される溶融樹脂の流路であるスプル部１８には、流路を開閉することが可能な流路開閉装置（漏れ防止手段）２４が設けられており、流路開閉装置２４により流路を開くと、流路開閉装置２４及びスプル部１８を通ってキャビティ閉空間１４に溶融樹脂が充填され、流路開閉装置２４を閉じると、完全な気密空間が形成される。
【００３３】
次に、第１の実施の形態の動作について説明すると、固定側金型１０及び可動側金型１２を閉じてキャビティ閉空間１４を構成するとき、Ｏリング２２により金型１０及び１２のパーティング面１０ｂ及び１２ｂの気密性が保たれるとともに、Ｏリング２６によりエジェクタピン２０の周りの気密性が保たれる。この後、流路開閉装置２４を閉じてキャビティ閉空間１４を完全な気密空間に形成し、ピストン１６を駆動すると、キャビティ閉空間１４及び連通路１５内の気体が圧縮されて高温となり、高温となった気体からキャビティ表面１０ａ及び１２ａに熱が伝わることでキャビティ表面１０ａ及び１２ａ近傍（表層）が加熱され、図示してない熱媒体などを流すことで一定の温度に保たれている金型１０及び１２深部に比べて高温になる。
キャビティ表面１０ａ及び１２ａを所望の温度まで加熱した時点で流路開閉装置２４を開き、流路開閉装置２４及びスプル部１８を介してキャビティ閉空間１４内に溶融樹脂を射出充填する。キャビティ表面１０ａ及び１２ａでの溶融樹脂の冷却・固化に要する時間が加熱していない場合に比べて長くなるため、キャビティ表面１０ａ及び１２ａの状態を成形品表面に精密に転写することができる。
また、高温気体によってキャビティ閉空間１４からキャビティ表面１０ａ及び１２ａのみを加熱する方法であるため、熱媒体によって温調されている金型１０及び１２深部の温度は加熱されたキャビティ表層よりも低い温度に保たれている。このように、キャビティ表面１０ａ及び１２ａのみを加熱するため、加熱終了後のキャビティ表面１０ａ及び１２ａ温度は迅速に金型１０及び１２深部の温度まで低下する。したがって、成形品の冷却・固化時間は加熱していない場合に比べれば若干長くはなるが、ほとんど延びることなくキャビティ表面１０ａ及び１２ａ状態を成形品表面に精密に転写することができる。
【００３４】
図２に第２の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
これは第１の実施の形態と下記の構成が異なるものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、同じ符号を付し、説明を省略する。
固定側金型１０にはキャビティ表面１０ａ近傍の温度を検出する温度検出手段２８が設けられており、温度検出手段２８により検出された検出温度は制御装置（判断手段）３２に入力される。制御装置３２には、所望のキャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度をあらかじめ設定する所望温度設定手段３０からの信号も入力され、制御装置３２は、所望温度設定手段３０によりあらかじめ設定された所望温度と検出温度とを比較して、検出温度と所望温度とが一致したかどうかを判断し、検出温度が所望温度に一致した時点で、溶融樹脂を射出充填するための射出開始信号を図示してない成形機に送る。また、制御装置３２は、検出温度と所望温度とを比較した値に基づいて気体の圧縮方法（すなわち、圧縮率や圧縮速度）を変更する信号をピストン１６に送る。
【００３５】
次に、第２の実施の形態の動作について説明するが、下記の部分以外は第１の実施の形態と同様の動作を有する。
固定側金型１０と可動側金型１２とを閉じて形成されたキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮する際に、温度検出手段２８によりキャビティ表面１０ａ温度を検出して、これを制御装置３２に入力する。制御装置３２では、検出温度と所望温度とを比較して、この比較値を基に気体の圧縮方法を変更する信号をピストン１６に送り、ピストン１６はこの信号に基づいて駆動速度を変更する。このように圧縮されて昇温された気体によりキャビティ表面１０ａ温度が上昇して検出温度と所望温度とが一致した時点で、制御装置３２は成形機へ射出開始信号を送り、キャビティ閉空間１４内に溶融樹脂が射出充填される。
このように、気体の圧縮方法を自動調節するとともに、キャビティ表面１０ａ及び１２ａの温度を検出して所望温度になった時点で溶融樹脂を射出充填するため、成形ショット毎の溶融樹脂充填直前のキャビティ表面１０ａ及び１２ａ温度を一定に保つことができ、成形ショット毎の成形品品質のばらつきを抑制することができる。
【００３６】
図３に第３の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
これは第２の実施の形態と下記の構成が異なるものであり、その他の構成は第２の実施の形態と同様であるため、同じ符号を付し、説明を省略する。
固定側金型１０には、キャビティ閉空間１４内の気体の圧力を検出する圧力検出手段３４と、キャビティ閉空間１４に連通してキャビティ閉空間１４内の圧力を開放可能な圧力開放手段３８と、が設けられている。圧力検出手段３４により検出された検出圧力は制御装置３２に入力される。また、制御装置３２には、所望圧力設定手段３６により設定されたキャビティ閉空間１４内の所望圧力も入力されており、検出圧力と所望圧力とを比較して、検出圧力が所望圧力以上であるかどうかを判断し、検出圧力が所望圧力以上であると判断された場合に、圧力開放手段３８にキャビティ閉空間１４内の圧力の開放を行う信号を送る。
【００３７】
次に、第３の実施の形態の動作について説明するが、第２の実施の形態と同様の部分に関しては説明を省略する。
固定側金型１０と可動側金型１２とを閉じて形成されたキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮する際に、キャビティ閉空間１４内の圧力を圧力検出手段３４により逐次検出し、制御装置３２が検出圧力と所望圧力とを比較し、この比較結果に応じて圧力開放手段３８に圧力開放量を送る。これにより圧力開放手段３８ではキャビティ閉空間１４内の圧力を指示された量だけ開放する。
キャビティ閉空間１４を昇圧したまま密閉して溶融樹脂を充填すると、充填に伴ってキャビティ閉空間１４内の気体が角に追いやられることで更に圧縮されて高温となり、これに接する樹脂が焼けたり変色したりするなどの外観不良を引き起こす場合があるが、第３の実施の形態では、キャビティ閉空間１４内の圧力が所望圧力を越えないように逐次圧力を開放することができるので、樹脂が焼けたり変色したりするなどの外観不良を回避することができる。
【００３８】
図４に第４の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
これは第３の実施の形態と下記の構成が異なるものであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様であるため、同じ符号を付し、説明を省略する。
ピストン１６に加えてピストン（昇圧手段）４０も設け、それぞれのピストン１６及び４０を流路切換弁（流路切換手段）４２を介して連通路１５に連通させる。制御装置３２からは、気体の圧縮方法を変更する信号がピストン１６及び４０にそれぞれ送られるとともに、流路切換弁４２に流路を切換える信号が送られる。
【００３９】
次に、第４の実施の形態の動作について説明するが、第３の実施の形態と同様の部分に関しては説明を省略する。
固定側金型１０と可動側金型１２とを閉じて形成されたキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮する際に、検出温度が所望温度に到達するまで、流路切換弁４２が制御装置３２からの信号に基づき、連通路１５と連通するピストン１６又は４０を切換える。また、連通路１５と連通したピストン１６又は４０は、制御装置３２からの信号に基づき駆動速度を変えながら駆動し、連続的に気体を加圧する。所望温度に到達した時点で、溶融樹脂をキャビティ閉空間１４内に射出充填する。
このように、連続してキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮することができるため、鋼などの金属材料で構成される金型１０及び１２に比べて熱容量が小さいキャビティ閉空間１４内の気体でも充分に加熱することができる。
【００４０】
図５に第５の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
これは第３の実施の形態と下記の構成が異なるものであり、その他の構成は第３の実施の形態と同様であるため、同じ符号を付し、説明を省略する。
ピストン１６を成形機のシリンダ４４の近傍に設置し、シリンダ４４の廃熱を利用してピストン１６内の気体を予備加熱する。
【００４１】
次に、第５の実施の形態の動作について説明するが、第３の実施の形態と同様の部分に関しては説明を省略する。
固定側金型１０と可動側金型１２とを閉じて形成されたキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮する際に、ピストン１６内の気体をシリンダ４４の廃熱を利用して予備加熱し、キャビティ閉空間１４内に加熱された気体を挿入して圧縮する。
これにより、予備加熱していない気体を用いてキャビティ閉空間１４内の温度を上昇させるよりも、同じ条件下でより高い温度に到達させることができる。
【００４２】
図６に第６の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概念図を示す。
これは第２の実施の形態と下記の構成が異なるものであり、その他の構成は第２の実施の形態と同様であるため、同じ符号を付し、説明を省略する。
キャビティ閉空間１４内に密閉する気体は、圧縮して温度が上昇する気体であればいかなる気体でもよいため、ピストン１６に気体を封入したボンベ１７を接続する。
【００４３】
次に、第６の実施の形態の動作について説明するが、第２の実施の形態と同様の部分に関しては説明を省略する。
固定側金型１０と可動側金型１２とを閉じて形成されたキャビティ閉空間１４内の気体を圧縮する際に、ピストン１６内の気体をボンベ１７で置換した後に圧縮する。
【００４４】
なお、第１〜第６の実施の形態で昇圧手段の例として示したピストンの前後方向の駆動方法は、油圧駆動の成形機であれば油圧シリンダ、電動式の成形機であれば電動モータとボールネジとの組み合わせなど、それぞれ既存の駆動源を活用すれば比較的小規模な改造で駆動する機構を実現でき、別途の駆動源を用意するといった手間も回避できる。
また、ピストン１６及び４０を、コンロッドや公知のリンク機構を介して前後動させてもよい。
さらには、流路開閉装置２４として回転式の弁を使用したが、流路を開閉できれば他の形態をとっていてもよく、また、成形機シリンダのノズルをシャットオフノズルとして密閉構造を形成してもよい。
【００４５】
また、第３〜第５の実施の形態において、圧力検出手段３４により検出された検出圧力と所望圧力とを比較して制御装置３２から出力された信号に基づき圧力開放量を調節する圧力開放手段３８を用いたが、これに限らず、圧力開放手段３８として、一定の圧力に達した時点で圧力開放するようなリリーフ弁を用いてもよい。この場合、構成が簡素化されると同時に制御装置が不要となり、コスト低減につながる。
【００４６】
また、前記第５の実施の形態において、シリンダ４４近傍にヒートパイプなどを付設し、ピストン１６まで熱移動させて気体を加熱するという構成にすることもできる。
【００４７】
また、前記第１〜第６の実施の形態において、連通路１５をリボンヒータなどの加熱手段によって加熱して、キャビティ閉空間１４内の圧縮された高温気体が冷却されないようにすることが望ましい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、高温気体によってキャビティ閉空間（１４）からキャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）のみを加熱する方法であるため、加熱終了後のキャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）温度は迅速に金型深部の温度まで低下する。したがって、成形品の冷却・固化時間は加熱していない場合に比べても、ほとんど延ばすことなくキャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）状態を成形品表面に高度且つ精密に転写することができる。
【００４９】
また、キャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮・高温にするため、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）がリブやボス、又は微細形状部を多く有しているような複雑３次元形状であっても、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）を均一に加熱できるという従来法では達成できなかった利点を有する。
【００５０】
また、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）に導電性膜、断熱性膜又は赤外線吸収膜などの特殊な製膜やコーティングを行う必要がないため、膜の耐久性の観点から長時間連続成形が困難になるといった問題も生じない。
【００５１】
さらには、昇圧手段（１６、４０）として、ピストンーシリンダやコンプレッサーなどごく一般的に知られている装置を使用してよいため、従来のような高周波誘導加熱や導電性薄膜のように大容量電源装置を必要としない。これにより、設置場所に制約を受けたり、消費電力などのランニングコストが高額になったりするという課題を回避することができる。
【００５２】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）の温度を検出して所望温度になった時点で溶融樹脂を射出充填するため、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）状態を成形品に高精度に転写することができるとともに、成形ショット毎の溶融樹脂充填直前のキャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）温度を一定に保つことができるため、成形ショット毎の成形品品質のばらつきを抑制し、成形品品質を安定に維持することができる。
【００５３】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、圧力開放手段（３８）により、キャビティ閉空間（１４）内の圧力が所望圧力を越えないように逐次圧力を開放することができる。このため、キャビティ閉空間（１４）を昇圧したまま密閉して溶融樹脂を充填することにより発生する不具合、すなわち、充填に伴ってキャビティ閉空間（１４）内の気体が隅に追いやられることで更に圧縮されて高温となり、これに接する樹脂が焼けたり変色したりするなどの外観不良を回避することができる。
【００５４】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、流路切換手段（４２）により複数の昇圧手段（１６、４０）を昇圧中に切換えることができるので、連続してキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することができ、鋼などの金属材料で構成される金型（１０、１２）に比べて熱容量が小さいキャビティ閉空間（１４）内の気体でも充分に加熱することができる。
【００５５】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、昇圧手段（１６、４０）内の気体を成形機シリンダ（４４）からの熱により予備加熱することができるので、昇圧後のキャビティ閉空間（１４）内の気体の温度をより高温にすることができ、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）の加熱をより迅速に行うことができる。これにより、成形品品質の高精度化とともに、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）加熱のために印加したエネルギーが大気中に散逸するといったエネルギーのロスが少なく、廃熱の有効利用・省エネルギー化といった観点でも好適な効果がある。
【００５６】
また、本発明のうちで請求項６記載の発明は、圧縮されて高温になった気体によりキャビティ閉空間（１４）からキャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）のみを加熱することができる
【００５７】
また、本発明のうちで請求項７記載の発明は、キャビティ表面（１０ａ及び１２ａ）の温度を検出し、検出温度が所望温度になった時点で溶融樹脂を射出充填することができるため、最適な温度で射出充填を行うことができる。
【００５８】
また、本発明のうちで請求項８記載の発明は、キャビティ閉空間（１４）内の圧力を検出して、検出圧力が所望圧力を越えないように圧力開放手段（３８）により、逐次圧力を開放することができるので、キャビティ閉空間（１４）を常時所望圧力に保つことができる。
【００５９】
また、本発明のうちで請求項９記載の発明は、流路切換手段（４２）により複数の昇圧手段（１６、４０）を昇圧中に切換えることができるので、連続してキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することができる。
【００６０】
また、本発明のうちで請求項１０記載の発明は、成形機シリンダ（４４）からの熱により予備加熱された気体を用いてキャビティ閉空間（１４）内の気体を昇圧することができるので、キャビティ閉空間（１４）内の気体の温度を、迅速に高温にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図２】第２の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図３】第３の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図４】第４の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図５】第５の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図６】第６の実施の形態の成形用金型の加熱装置の概略図である。
【図７】本発明による加熱原理の妥当性を検討した装置構成図である。
【図８】容器を密閉した状態で加圧したときの容器内空気の圧力と温度との関係を示す図である。
【図９】容器内壁面の温度変化を示す図である。
【図１０】図９に示されるものに比べて気体の圧縮をゆっくり行った場合の容器内壁面の温度変化を示す図である。
【図１１】圧縮速度を一定にして圧縮量を変えながら加熱を行った場合の、容器内空気の圧力比と温度比との関係を示す図である。
【図１２】容器内壁面について圧力比と温度比との関係をまとめた図である。
【図１３】従来の熱媒体により金型全体を加熱・温調する装置の概略図である。
【図１４】従来の成形直前に高周波誘導加熱で金型表面を選択的に加熱する装置の概略図である。
【図１５】従来の金型表面に導電性被膜を形成し通電することで加熱する装置の概略図である。
【図１６】従来の金型表面をふく射加熱する装置の概略図である。
【図１７】従来の金型表面に断熱膜を被覆して溶融樹脂自身の熱で金型表面を加熱する装置の概略図である。
【符号の説明】
１０固定側金型（金型）
１０ａキャビティ表面
１２可動側金型（金型）
１２ａキャビティ表面
１２ｂパーティング面
１４キャビティ閉空間
１６ピストン（昇圧手段）
１８スプル部
２０エジェクタピン
２２、２６Ｏリング
２４流路開閉装置

Claims

金型（１０、１２）を閉じた状態にして形成されるキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することでキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱可能な温度に昇温する昇圧手段（１６、４０）と、金型（１０、１２）のパーティング面（１２ｂ）、キャビティ閉空間（１４）に充填される溶融樹脂の流路であるスプル部（１８）、及びキャビティ表面（１２ａ）に連通し成形品を押し出すエジェクタピン（２０）からの気体の漏れをそれぞれ防止する漏れ防止手段（２２、２４、２６）と、前記キャビティ表面（１０ａ、１２ａ）近傍の温度を検出する温度検出手段（２８）と、所望のキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）の温度を設定する所望温度設定手段（３０）と、温度検出手段（２８）により検出された検出温度と、所望温度設定手段（３０）によりあらかじめ設定された所望温度とを比較して、検出温度と所望温度とが一致したかどうかを判断する判断手段（３２）と、を有し、検出温度が所望温度に一致した時点で、キャビティ閉空間（１４）内に溶融樹脂を充填するように構成されていることを特徴とする成形用金型の加熱装置。
前記キャビティ閉空間（１４）内の気体の圧力を検出する圧力検出手段（３４）と、所望のキャビティ閉空間（１４）内の圧力を設定する所望圧力設定手段（３６）と、圧力検出手段（３４）により検出された検出圧力と、所望圧力設定手段（３６）により設定された所望圧力とを比較して、検出圧力が所望圧力以上であるかどうかを判断する判断手段（３２）と、該判断手段（３２）において、検出圧力が所望圧力以上であると判断された場合に、キャビティ閉空間（１４）内の圧力の開放を行う圧力開放手段（３８）と、を有していることを特徴とする請求項１記載の成形用金型の加熱装置。
前記昇圧手段（１６、４０）を複数有するとともに、キャビティ閉空間（１４）とそれぞれの昇圧手段（１６、４０）とを連通させる流路を切換える流路切換手段（４２）を有し、該流路切換手段（４２）を切換えることにより、複数の昇圧手段（１６、４０）により連続してキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することが可能なように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の成形用金型の加熱装置。
成形機シリンダ（４４）からの熱で前記昇圧手段（１６、４０）内の気体を予備加熱することが可能なように構成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか記載の成形用金型の加熱装置。
金型（１０、１２）を閉じた状態にして形成されるキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することでキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱可能な温度に昇温する昇圧手段（１６、４０）と、金型（１０、１２）のパーティング面（１２ｂ）、キャビティ閉空間（１４）に充填される溶融樹脂の流路であるスプル部（１８）、及びキャビティに連通し成形品を押し出すエジェクタピン（２０）からの気体の漏れをそれぞれ防止する漏れ防止手段（２２、２４、２６）と、前記キャビティ表面（１０ａ、１２ａ）近傍の温度を検出する温度検出手段（２８）と、所望のキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）の温度を設定する所望温度設定手段（３０）と、温度検出手段（２８）により検出された検出温度と、所望温度設定手段（３０）によりあらかじめ設定された所望温度とを比較して、検出温度と所望温度とが一致したかどうかを判断する判断手段（３２）と、を有し、漏れ防止手段（２２、２４、２６）によりキャビティ閉空間（１４）を気密空間にし、昇圧手段（１６、４０）によりキャビティ閉空間（１４）内の気体を圧縮することで高温にして、その高温気体によりキャビティ表面（１０ａ、１２ａ）を加熱し、前記判断手段（３２）が検出温度が所望温度に一致したと判断した場合、キャビティ閉空間（１４）内に溶融樹脂を充填することを特徴とする成形用金型の加熱方法。
前記キャビティ閉空間（１４）内の気体の圧力を検出する圧力検出手段（３４）と、所望のキャビティ閉空間（１４）内の圧力を設定する所望圧力設定手段（３６）と、圧力検出手段（３４）により検出された検出圧力と、所望圧力設定手段（３６）により設定された所望圧力とを比較して、検出圧力が所望圧力以上であるかどうかを判断する判断手段（３２）と、キャビティ閉空間（１４）内の圧力を開放可能な圧力開放手段（３８）と、を有しており、判断手段（３２）において、検出圧力が所望圧力以上であると判断された場合に、検出圧力が所望圧力以下になるように、圧力開放手段（３８）によりキャビティ閉空間（１４）内の圧力の開放を行うことを特徴とする請求項５記載の成形用金型の加熱方法。
前記昇圧手段（１６、４０）を複数有するとともに、キャビティ閉空間（１４）とそれぞれの昇圧手段（１６、４０）とを連通させる流路を切換える流路切換手段（４２）を有し、該流路切換手段（４２）により複数の昇圧手段（１６、４０）とキャビティ閉空間（１４）とを連続して切換え、キャビティ閉空間（１４）内の気体を複数の昇圧手段（１６、４０）により連続して圧縮することを特徴とする請求項５又は６記載の成形用金型の加熱方法。
成形機シリンダ（４４）からの熱で前記昇圧手段（１６、４０）内の気体を予備加熱することを特徴とする請求項５から７のうちいずれか記載の成形用金型の加熱方法。