JP5779784B2 - 冷却及び加熱通路を有する射出金型 - Google Patents

Description

本発明は金型本体の内部に成形空間と隣接して冷却及び加熱通路を形成することができ、また複雑な軌跡の成形空間にも容易に冷却及び加熱通路を設計できる冷却及び加熱通路を有する射出金型に関する。

射出成形（Injection molding ）は、高分子樹脂に熱を加えて可塑化した後、溶融された高分子樹脂を油圧を用いて射出金型に注入して成形するものであって、多様なサイズの規格製品を大量生産できる利点がある。

しかし、一般の高分子樹脂の成形は、溶融された樹脂が射出金型の内部で出会って発生するウェルドライン（ｗｅｌｄ ｌｉｎｅ）によって外観が損なわれるし、表面の光沢性も優れていない問題点があった。

この問題点を改善するため、射出金型の温度を、成形される高分子樹脂の溶融温度より高く設定する加熱成形方法が幅広く使われてきた。一例として日本特開昭４５−２２０２０号、日本特開昭５１−２２７５９号、日本特開昭５５−１０９６３９号、日本特開昭５７−１６５２２９号、日本特開昭６１−７９６１４号、日本特開平４−２６５７２０号などがある。

しかし、このように金型の温度を高分子樹脂の溶融温度より高く設定して高分子樹脂を成形する場合、ウェルドラインが発生しなくなり、光沢性に優れているなど、製品の外観品質面では改善されるものの、高い金型温度によって冷却時間が延び、よって全体成形サイクルが延びるようになることから、製品生産効率が低下する問題点があった。

この問題点を解決するために、韓国特許第１０−００８１１９０９号には射出金型の温度自動コントロールシステムが開示されており、韓国特許第１０−０１６７７１１号には金型冷却システムが開示されており、韓国特許第１０−０４７０８３５号には金型温度制御システムが開示されている。また、韓国特許第１０−０７０１２２９号では金型の急速加熱及び冷却が１００ないし２００℃／ｍｉｎの範囲内で行われる構造を提示している。

しかし、この構造は射出金型の冷却及び加熱が短時間内に行われなくていいことから、前述した問題点を根本的に解決できない。また、この射出構造は冷却と加熱のために多くの冷却ラインと熱水供給ラインが形成されるので、金型の構造が相対的に弱くて反復的な成形作業時金型が変形する問題点があった。特に、従来の射出金型は加熱及び冷却のための熱容量を減らすために、キャビティと対応する射出金型の下部に引込み部を形成して熱容量を低減している。しかし、このように金型の下部に引込み部を形成する場合、金型が相対的に弱くなって外部の衝撃または反復する射出成形でクラックが発生する問題点があった。

一方、従来のウェルドレス方式の射出金型は、冷却及び加熱させるために、成形空間の軌跡に沿ってこの成形軌跡と近接するように、射出金型の本体に冷却及び加熱通路を形成する方法が提示された。

この方法は、ウェルドレス金型または射出金型の冷却及び加熱システムの性能に優れるとしても、成形空間を形成する上下金型またはコアに備えられた冷却及び加熱通路が成形空間と近接して形成されない場合、冷却及び加熱効果を極大化することができず、特に冷却水または熱水が通過する管路を形成するにあたって、成形空間の構造が複雑な場合、管路を成形空間に沿って均一な厚さに形成できないので、射出成形品の冷却効率に劣るという問題点があった。

従って、射出金型の冷却または加熱通路を射出金型の成形空間に近接して形成するのが容易な射出金型の開発を必要とするようになった。

特開２００９−３４６９５号 韓国特開１０−２０１１−００５５９５６号 米国特許第７１７２４０５号

本発明は前述した従来の技術の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、上型及び下型の金型本体の内部に成形空間と隣接するように冷却及び加熱通路を形成できる冷却及び加熱通路を有する射出金型を提供するところにある。

また、本発明の他の目的は、複雑な軌跡の成形空間にも容易に冷却及び加熱通路を設計できる冷却及び加熱通路を有する射出金型を提供するところにある。

本発明は、下型と、該下型の上部で前記下型と型合して中空の成形空間を形成する上型とを含めて構成され、前記下型または前記上型は、溶融された樹脂が射出されて形態を揃えるように一面に成形空間が形成された金型本体と、該金型本体の前記成形空間が形成された一面の対向する一面から前記成形空間方向に凹設される連結グルーブと、該連結グルーブに挿入され、前記連結グルーブの成形空間側の端部と離隔するように挿入されて、前記離隔された空間に冷却及び加熱通路を形成するシールキットと、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明では、連結グルーブは前記成形空間の底面に近接するように形成された複数の垂直ホールが重畳して形成され、前記シールキットは複数の柱部が重畳して形成されることを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、上型及び下型の金型本体の内部に成形空間と隣接して冷却及び加熱通路を形成できるので、製品の射出成形時樹脂の加熱及び冷却時間を短縮することができ、よって製品の射出成形サイクル時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。

また、本発明は機械加工によってそれぞれの垂直ホールを加工することによって、重畳する垂直ホールによって流路が形成されるので、複雑な軌跡の成形空間にも容易に冷却及び加熱通路を設計できる。

図１は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の断面図である。 図２は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の部分切断分離斜視図である。 図３は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の他の実施形態の部分切断分離斜視図である。

以下、添付した図面に基づき本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型を詳述する。

図１は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の断面図であり、図２は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の部分切断分離斜視図であり、図３は本発明の実施形態による冷却及び加熱通路を有する射出金型の他の実施形態の部分切断分離斜視図である。

図１ないし図３によれば、本発明に係る冷却及び加熱通路を有する射出金型は、下部固定板１１と、下部固定板１１の上部に下部固定板１１と対向して具備される上部固定板１２と、下部固定板１１の上部に結合される下型３０と、上部固定板１２の下部に結合されて下型３０と型合する上型２０と、を含んで構成される。

下部固定板１１は、通常のサポートベースの役割を果たし、下型３０を固定させて安定的に金型工程が行われるようにする。このため、下部ベースは平板形またはフレーム形などに形成でき、下型３０を安定的に固着できればすむので、本発明においてその形状を限定することではない。

上部固定板１２は移動自在に形成されて、下部に固定された上型２０が下型３０と結合されたり分離できるようにする。そのため、上部固定板１２はラックギア（図示せず）， 油圧シリンダ（図示せず）などによって上部に移動され、射出製品の形成時下降して上型２０と下型３０が密閉結合されるようにし、射出製品の完成時上昇して上型２０と下型３０とを分離することによって、完成された射出製品を回収できるようにする。このような上部固定板１２は下部固定板１１と同様に、平板形またはフレーム形に形成でき、本発明においてその形状を限定することではない。上部固定板１２を移動させる手段も、本発明においてその種類に限らず、上部固定板１２を移動させて上型２０と下型３０を分離または結合できるようにする公知の動力伝達手段が容易に活用できることは勿論である。

一方、図１に示したように、本発明の実施形態によれば、上型２０と下型３０の各構成が互いに同一なので、以下では下型３０の構成を中心にして説明する。後述する下型３０の各構成は上型２０にも同じく適用される。

下型３０は溶融された樹脂が射出されて形態を揃えるように上部面に成形空間１３が形成された金型本体３１と、金型本体３１の下部面から成形空間１３の底面と一定の間隔で離隔するように凹設された連結グルーブ（連結溝）４０と、連結グルーブ４０に挿入されて連結グルーブ４０の端部との間に冷却及び加熱通路６０を形成するシールキット５０と、を含めて構成される。

これをさらに詳しく説明すれば、連結グルーブ４０は下型３０の金型本体３１に金型本体３１の下面から成形空間１３と隣接するように複数の垂直ホール４１が重畳（略水平方向に連通）して形成される。すなわち、連結グルーブ４０は金型本体３１の成形空間１３が形成された一面の対向する一面から成形空間１３方向に垂直ホール４１が重畳する形状に凹設されて形成される。この垂直ホール４１は金型本体３１の下面からドリル加工などを通じて形成でき、連続した垂直ホール４１の成形空間１３側の端部は後述するシールキット５０の成形空間１３側の端部と相互離隔されて冷却及び加熱通路６０を形成するようになる。なお、垂直ホール４１は、金型本体３１の成形空間１３が形成された一面の対向する一面から成形空間１３方向を向いていれば良く、必ずしも一面に対して正確に垂直である必要はない。

シールキット５０は、連結グルーブ４０の断面形状と同じ断面形状を有するように形成されて、連結グルーブ４０の成形空間１３側の端部と離隔するように挿入されて、離隔された空間に冷却及び加熱通路６０を形成する役割を果たす。すなわち、シールキット５０の外周縁と、連結グルーブ４０のシールキット５０が挿入された内周縁とは互いに密着して密閉され、連結グルーブ４０の成形空間１３側の端部と、連結グルーブ４０のシールキット５０が挿入されない内周縁と、シールキット５０の成形空間１３側の端部とで取り囲まれた空間が、冷却及び加熱通路６０となる。このため、シールキット５０は図２に示したように、複数の柱部５１を重畳して形成され、その形状は 連結グルーブ４０の水平断面形状のような断面形状、すなわち複数の柱が重畳した水平断面形状を有するように形成される。

このシールキット５０の成形空間１３側の端部は前記成形空間１３の軌跡と並んだ軌跡を有したり、連結グルーブ４０の成形空間１３側の端部と同じ軌跡に沿って形成されるが、前記連結グルーブ４０の成形空間１３側の端部と所定の間隔で離隔して冷却及び加熱通路６０を形成するようになる。

この際、成形空間１３の底面の形状が極めて複雑であることから、連結グルーブ４０の一垂直ホール４１と後続する垂直ホール４１の形成深さが連結グルーブ４０とシールキット５０の成形空間１３側の端部の離隔距離より大きい差に形成される場合、連結グルーブ４０とシールキット５０の形成する流路が遮断されうるが、この際は連結グルーブ４０の垂直ホール４１の形成深さまたはシールキット５０の各柱の高さを調整して、連続される流路として冷却及び加熱通路６０が形成されるようにできる。

また、シールキット５０は、連結グルーブ４０の側面、すなわち金型本体３１との気密力を向上させるために、外周面に沿って少なくとも一つのシール突起５３を形成しても良く、このシール突起５３は上下方向に複数個形成されうることは勿論である。

一方、垂直ホール４１が前述したようには重畳して形成されず、各垂直ホール４１が所定の間隔で離隔した状態に形成されうる。この際は、図３に示したように、垂直ホール４１の間を加工して連結ホール４２を形成することが好ましい。連結ホール４２の幅は加工部位を最小化するために垂直ホール４１の直径より狭い幅に形成されたり、小直径に形成され、放電加工によって垂直ホール４１の間を連通させることが望ましい。

この際、垂直ホール４１の水平断面形状と同じ断面を有する柱部５１が前記連結ホール４２の断面と同じ水平断面形状を有する連結部５２により相互連結された構造を有するようになる。

一方、下型３０の金型本体３１の厚さが相対的に厚い場合、図３に示したように、金型本体３１の下面に所定深さの引込み部３２を凹設でき、この引込み部３２の成形空間１３側の側面から連結グルーブ４０を凹設し、連結グルーブ４０にシールキット５０を挿入することによって、冷却及び加熱通路６０を形成できる。

そして、下型３０の両側面には冷却及び加熱通路６０に冷却流体または加熱流体を供給及び排出するための供給孔４３と排出孔４４が垂直ホール４１のうち一つ以上と連通するようにそれぞれ形成される。

一方、冷却及び加熱ユニット１００は、冷却及び加熱通路６０に冷却水または熱水を供給して金型を冷却及び加熱する役割を果たし、加熱部１１０と冷却部１２０とを含んで構成される。

加熱部１１０は、ボイラ１１１と、ボイラ１１１からスチームまたは温水を冷却及び加熱通路６０に供給するためにボイラ１１１と供給孔４３とを繋ぐ第１循環管１１２、及び冷却及び加熱通路６０を通過して排出されるスチームまたは温水をボイラ１１１に回収するために、ボイラ１１１と排出孔４４とを繋ぐ第２循環管１１３と、を含んで構成される。

この際、第１循環管１１２には、冷却及び加熱通路６０のスチームまたは温水供給を断続するための第１コントロールバルブ１１５が設けられ、第２循環管１１３には凝縮された水を貯留するための凝縮水タンク１１４が設けられる。

加熱部１１０は、前述した実施形態によって限定されず、成形空間１３と隣接した側に設けられるヒータでなりうる。この場合、ヒータの周囲に別の第１流体通路（図示せず）が形成されうる。ヒータはシールキット５０によって保持されて成形空間１３と隣接して設置されうる。

冷却部１２０は、成形空間１３によって成形が完了された成形品と射出金型を冷却させるためのもので、冷却及び加熱通路６０に供給された熱水を冷却流体を用いて排出すると共に、射出金型を冷却させる。

冷却部１２０は、冷却水または冷却オイルよりなる冷却媒体が貯留される冷却媒体タンク１２１と、冷却媒体タンク１２１の冷却媒体を前記冷却及び加熱通路６０に供給するため、前記冷却媒体タンク１２１と供給孔４３を繋ぐ第３循環管１２３、及び冷却及び加熱通路６０を通過して排出される冷却媒体を回収するために冷却媒体タンク１２１と排出孔４４を繋ぐ第４循環管１２５を備える。この際、第３循環管１２３には冷却媒体の供給のためのポンプ１２４がさらに含まれて構成されうる。一方、冷却媒体タンク１２１は損失された冷却媒体を補充するための補充水タンク１２６と連結される。そして、冷却媒体タンク１２１には冷却媒体を冷却させるための冷却システム１２２が設置されうる。この冷却システム１２２は、図面に示されていないが、蒸発器と凝縮器及び圧縮器を有する通常の冷凍サイクルによって駆動されるシステムよりなる。

冷却部１２０は前述した実施形態に限定されず、金型を短時間内に冷却させられる構造であれば、いずれも可能である。例えば、冷却及び加熱通路６０に窒素を供給して冷却させることができるが、そのため、窒素タンクと、窒素を断続するためのバルブ手段が具備されうる。

前述したように構成された本発明は、上型２０及び下型３０の金型本体３１の内部に成形空間１３と隣接するように冷却及び加熱通路６０を形成できるので、製品の射出成形時樹脂の加熱及び冷却時間を短縮することができ、よって、製品の射出成形サイクル時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。

また、本発明は機械加工によってそれぞれの垂直ホール４１を加工し、重畳する垂直ホール４１によって流路が形成されるので、複雑な軌跡の成形空間１３にも容易に冷却及び加熱通路６０を設計することができる。

１１ ： 下部固定板
１２ ： 上部固定板
１３ ： 成形空間
２０ ： 下型
２１ ： 金型本体
３０ ： 上型
４０ ： 連結グルーブ
４１ ： 垂直ホール
４２ ： 連結ホール
５０ ： シールキット
６０ ： 冷却及び加熱通路

Claims (6)

1. 下型と、該下型の上部で前記下型と型合して中空の成形空間を形成する上型を含んで構成され、
   前記下型または前記上型は、
   溶融された樹脂が射出され形態を揃えるように一面に成形空間が形成された金型本体と、
   前記金型本体の前記成形空間が形成された一面の対向する一面から前記成形空間方向に凹設される連結グルーブと、
   前記連結グルーブに挿入され、前記連結グルーブの成形空間側の端部と離隔するように挿入されて、前記離隔された空間に冷却及び加熱通路を形成するシールキットと、を含み、
   前記連結グルーブは、複数の垂直ホールが重畳して形成され、前記シールキットは複数の柱部が重畳して形成されることを特徴とする冷却及び加熱通路を有する射出金型。
2. 前記連結グルーブは、相互離隔して形成される複数の垂直ホールを含んで構成され、前記垂直ホールの間を連通させる連結ホールをさらに含んで構成され、前記シールキットは相互離隔された複数の柱部を含んで構成され、前記柱部を連結する連結部とをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却及び加熱通路を有する射出金型。
3. 前記垂直ホールは、前記成形空間の底面に近接して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却及び加熱通路を有する射出金型。
4. 前記シールキットは、前記連結グルーブの水平断面形状と同じ水平断面形状を有するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却及び加熱通路を有する射出金型。
5. 前記シールキットは、外周縁にシール突起が備えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却及び加熱通路を有する射出金型。
6. 前記金型本体は前記成形空間が形成された一面の対向する一面から前記成形空間方向に凹設された引込み部をさらに含んで構成され、前記連結グルーブは前記引込み部の前記成形空間側の側面から凹設されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷却及び加熱通路を有する射出金型。
   
   
   
   
   

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