JP6318150B2 - 迅速加熱冷却金型 - Google Patents

Description

本発明は、金型を迅速に加熱及び冷却することに関する。より詳細には、本発明は、液体状又はペースト状の樹脂又は金属を射出成形するために設計される、金型を誘導加熱及び迅速冷却を行う装置に関する。

本出願人名義の文献ＥＰ １ ８９４ ４４２は、誘導加熱装置、及び熱伝導流体の循環を用いる冷却装置を備える金型を開示する。

先行技術のこの装置は、固定部品及び可動部品から構成される金型を備える。部品のそれぞれは、誘導加熱回路及び冷却回路を収容することができる。これらの部品のそれぞれは、部品が付加されて成形表面を作り上げるカーカス（骨組み）(carcass)で構成され、その最終形状を金型内に作製されるワークピース（加工対象ワーク）に付与する。金型の部品それぞれについて、成形表面は、加熱及び冷却する表面であり、その表面は、ワークピースを作り上げる材料と接触する。誘導子は、前記成形表面下方に延長する空洞（空隙）内に設置される。これらの空洞は、前記成形ゾーン（成形帯）の底面に、金型のそのゾーン及びカーカスの間の界面（接触面、インタフェース）(interface)で、溝を形成することにより、ほとんどの場合構成される。その部品について、冷却回路は、カーカス内に穿孔される導管で構成され、これはさらに、成形表面から離隔する。この冷却回路は、共通の実施形態において、誘導加熱に比較的反応しにくい材料から成るカーカスの冷却と、及び成形表面の冷却との双方を実行する。最後に、それぞれの部品のカーカスは、機械的に支持体に接合される。

この構成は、満足の行く結果を提供するものではあるが、金型が大型である場合、又は成形表面が複雑な形状を有する場合に、実装するのが困難である。こうした条件において、加熱の間及び冷却の間の双方で発生する温度勾配は、金型全体の形状の歪みをもたらし、及び第２に、より小さな規模において、成形ゾーン及びカーカスの間の歪み差分(differential distortion)をもたらす。この歪み差分は、これ２つの構成要素間に接触不良をもたらし、及びこの歪み差分に起因して前記２つの構成要素間に熱障壁(thermal barriers)を創出することにより、冷却品質上に悪影響を有する。

本発明は、先行技術の欠点を改善することを目的とするものであり、このため、本発明は、第１の部品を含む金型に関し、この第１の部品は、成形ゾーン(molding zone)が付加されるカーカスと、前記成形ゾーン及び前記カーカスの間に機械的界面（インタフェース）が創出され、及び長手方向として知られる方向に沿って延長し、前記界面及び前記成形ゾーンの間の空洞内にある誘導子と、及び前記成形表面及び前記カーカスの間の前記界面で延長する冷却装置と、を備える。こうして、加熱装置及び冷却装置は、可能な限り界面に近接して設置され、そのため、加熱装置及び冷却装置と、成形ゾーンとの間で、歪み差分は、熱伝導に影響を及ぼさない。この誘導子は、浅い溝内に容易に一体化され、成形ゾーンがカーカスと共に組み立てられた後に、空洞が形成され、これにより、こうした金型の加工コストを低減することが可能になる。

本発明は、有利には、以下に開示される各実施形態において実施されることが可能であり、個別に、又は技術的に動作可能なあらゆる組み合わせにおいて、考慮され得る。

有利には、本発明に係る金型は、ある例示的実施形態において、カーカス及び成形ゾーンの間の界面において、成形ゾーン及びカーカスの間の形状における差異を補償することができる熱伝導材料で構成されるシートを備える。

ある特定の実施形態において、このシートは、黒鉛（グラファイト）から成る。

その実施形態の代替形態において、前記シートは、ニッケル（Ｎｉ）から成る。

その実施形態の他の代替形態において、前記シートは、銅（Ｃｕ）から成る。

有利には、前記シートは、成形ゾーン上に硬蝋付け(brazed)される。

第２の実施形態において、上記実施形態と併用し得るが、誘導子は、少なくとも２５０℃の温度に耐え得る密閉スリーブ(sealed sleeves)内に包囲され、及び冷却装置は、空洞内で誘導子周囲に流れる熱伝導（熱伝達）流体で構成される。

第３の実施形態において、冷却装置は、空洞内で誘導子周囲の誘電性流体(dielectric fluid)の流れで構成される。有利には、この誘電性流体は、電気的絶縁油(electrically insulating oil)である。

第４の実施形態において、冷却装置は、温度の効果の下で、相転移(phase transition)を示す流体で満ちている空洞を備え、その転移（転換）の潜熱(latent heat)は、所定の(determined)温度での成形ゾーンの熱を吸収するのに充分である。

第５の実施形態において、冷却装置は、空洞内で誘導子周囲にガス注入（導入）を含む。

有利には、このガスは、長手方向（縦方向）を横切る方向に注入される。こうして、気流中に乱流(turbulence flow)が生成され、この乱流は、熱交換に有利に働く。この乱流は、ガス注入圧力と、及び注入導管と、空洞の長手方向との間の角度とに依存する。

有利には、本発明に係る金型の冷却装置は、この最後の実施形態において、長手方向に沿った空洞の長さ上に、複数の(several)ガス注入点を備える。

有利には、このガスは、空気であり、８０バール(bars)を超える圧力で注入される。冷却流体としての空気の使用は、装置の実装を、特に密閉の問題に関して、単純化する。

ある特定の実施形態において、本発明に係る金型は、第１の誘導回路から遠隔であり、分離された発電機から電流を供給される第２の誘導回路を備える。

ある有利な実施形態において、カーカス及び成形ゾーンは、インバー（不変鋼）（ＩＮＶＡＲ）タイプの鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）合金から構成され、そのキュリー点は、成形される材料の転移温度に近い。こうして、カーカス及び成形ゾーンを構成する材料が強磁性であり、したがって誘導加熱に反応しやすい場合、その膨張係数は低い。材料が加熱されるにつれて、その温度がキュリー点により近くへ移る際、それは誘導加熱に対して比較的反応しにくくなる。こうして、この構造により、カーカス及び成形ゾーンの膨張差分(differential expansion)を制御することが可能になるだけでなく、またカーカス、及びプレス(press)上の前記カーカスの機械的支持体に関連するものを制御することが可能になる。

本発明は、その好適な実施形態において、これらは決して限定的ではないが、及び図１から図６を参照して、以下に開示される。

図１は、本発明に係る金型の例示的実施形態全体の横断面図である。 図２は、本発明に係る金型の部品の、成形ゾーン及びカーカスの間にシートを備えるある実施形態における横断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る第１の部品の横断面図であり、ここで冷却装置は、転移の潜熱を吸収することにより所定の温度で相転移することが可能な材料で充填された空洞を備える。 図４は、本発明に係る金型の部品のある実施形態における横断面図であり、ここで、冷却は、誘導子を受容する空洞内の熱伝導流体の流れにより達成される。 図５は、本発明に係る金型の部品のある実施形態における横断面図であり、この実施形態は、加圧下、誘導子を受容する空洞内へガスを横方向注入することにより冷却する装置を備え、断面ＳＳにおいて、縦断面における注入器（インジェクタ）の方向を示す。 図６は、本発明に係る金型の部品の例示的実施形態における横断面図であり、この実施形態は、２つの離隔し分離する誘導回路を備える。

図１において、第１の例示的実施形態によれば、本発明に係る金型は、第１の部品（１０１）及び第２の部品（１０２）を備える。以下の記載は、この第１の部品（１０１）を参照して説明される。当業者であれば、この第１の部品（１０１）に関連して説明されるすべての配置及び実施形態が、前記金型の第２の部品にも適合させるであろう。この例示的実施形態において、第１の部品（１０１）は、機械的支持体（１２０）に固定される。金型の前記第１の部品は、機械的支持体（１２０）に固定されるカーカス（骨組み(carcass)（１１１）を備え、及び前記支持体（１２０）のその遠位端で、機械的締結により（図示せず）前記カーカス（１１１）に付加される成形ゾーン（１１２）を、受容する。こうして、機械的界面（接触面、インタフェース）（１１５）が、カーカス及び成形ゾーンの間に創出される。金型は、界面（１１５）で、成形ゾーン（１１２）及びカーカス（１１１）の間で空洞（１３１）内に延長する誘導子（１３２）を備える加熱装置を備える。ここで、前記空洞は、この例示的実施形態において、成形ゾーンの内側に溝を形成することにより得られる。ここに概略的に表される冷却装置も、この界面（１１５）で延長する。

例示的実施形態を示す図２において、本発明に係る金型は、界面（１１５）及び冷却装置の間に、シート（２１５）を備える。黒鉛（グラファイト）、ニッケル（Ｎｉ）、又は銅（Ｃｕ）であるこのシートは、熱伝導性であるが、界面（１１５）で、成形ゾーン（１１２）及びカーカス（１１１）の間に、形状における差異（差分）を補償することができる。これにより、カーカス及び成形ゾーンの間に均一な接触をもたらすことができ、及びこのためこの２つの間に適切な熱伝導をもたらすことができる。このシートの特質は、成形の間に到達する温度に依存して選択される。有利には、このシートは、界面において、成形ゾーン及びカーカスの間で、硬蝋付け(brazed)されるが、これは、金型を閉止して、金型加熱装置を硬蝋付けに用いて行われる。こうして、形状上の適応は、完全になる。

図３において、他の例示的実施形態によれば、冷却装置は、空洞（３４１、３４２）を備え、これは、所定の温度で相転移(phase transition)することが可能な材料で充填される。ここで、この相転移は、高い潜熱(latent heat)の吸収を伴う。この相転移は、溶融又は気化である。前記材料は、例えば水である。

図４において、本発明に係る金型の他の例示的実施形態によれば、それぞれの誘導子（１３２）は、高温に耐性のある密閉スリーブ（４３１）内に配置される。誘導子の目標温度に依存して、こうしたスリーブ（４３１）は、ガラス又はシリカから成り、好適には、双方が密閉される閉鎖気孔率(closed porosities)を備え、及び、冷却の熱衝撃に耐えることが可能である。動作中に誘導子が到達する温度が、制限される場合、例えばある種の樹脂を成形する場合、前記スリーブは、熱収縮ポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)（ＰＴＦＥ又はＴｅｆｌｏｎ（登録商標））から成り、誘導子の作動温度(operating temperatures)を２６０℃までの範囲とする。こうして、冷却装置は、誘導子を受容する空洞（１３１）内に、熱伝導流体、例えば水、の流れで構成され、ここで、前記誘導子は、その密閉スリーブにより、熱伝導流体との接触から絶縁される。

代替的に、熱伝導流体は、誘電体流体、例えば、絶縁油(dielectric oil)である。このタイプの製品は、市場において、特に変圧器冷却用に利用可能である。この場合、誘導子（１３２）の電気的絶縁は、必要ない。

図５において、他の例示的実施形態によれば、冷却は、誘導子（１３２）を受容する空洞（１３１）内にガスを注入することにより実行される。冷却効率を向上させるため、ガスは、約８０バール(bars)（８０．１０^５Ｐａ）の圧力で、誘導子（１３２）に沿って長手方向（縦方向）に分布する複数の導管（５４１）により、注入される。注入はこうして、誘導子に沿って、注入導管（５４２）を介して、前記誘導子（１３２）に対して横方向に、複数の点において実行される。

長手方向（縦方向）断面図の断面ＳＳにおいて、注入導管（５４２）は、誘導子の空洞内の噴流(fluid jet)の方向が、長手方向（縦方向）に平行な成分を有するように、方向付けられる。こうして、注入角度を適切に選択することにより、効率的な冷却が、誘導子（１３２）に沿ったガスの乱流(turbulence flow)によって得られる。

特に、機械的支持体に固定されるカーカス内において発現する温度勾配は、装置の歪み又は差分変形応力(differential deformation stresses)の要因となりがちである。こうして、有利な実施形態において、カーカス（１１１）及び成形ゾーン（１１２）は、インバー（不変鋼）（ＩＮＶＡＲ）と呼ばれる、６４％の鉄及び３６％のニッケルを備える鉄及びニッケル合金で作製される。これは、この材料が強磁性状態にある際、その材料のキュリー温度を下回る温度で、低い熱膨張係数を有し、及びこうして誘導加熱に反応しやすい。

図６において、上記の実施形態と併用可能な最後の実施形態によれば、金型は、第１の誘導子の組から離隔する、第２の誘導子の組（６３２）を備える。この第１（１３２）及び第２（６３２）の誘導子の組は、２つの異なる発電機に接続される。こうして、加熱は、２つの誘導子の組の間で動的に分布され、これにより、加熱及び冷却相で発生する熱勾配と同時に発生する熱膨張により生成される、金型の部品の変形を制限する。

Claims (14)

1. 第１の部品を含む金型であって、
   前記第１の部品は、
   成形ゾーン（１１２）が付加されるカーカス（１１１）と、ここで、前記成形ゾーン及び前記カーカスの間に機械的界面（１１５）が創出され、
   前記界面（１１５）および前記成形ゾーン（１１２）の間に形成される空洞（１３１）内に、長手方向として知られる方向に沿って延長する誘導子（１３２）と、及び
   前記界面において、前記成形ゾーン及び前記カーカスの間に延長する冷却装置（１４０）と、を備え、
   前記界面において、前記カーカス及び前記成形ゾーンの間に、前記成形ゾーン（１１２）及び前記カーカス（１１１）の間の形状上の差異を補償することが可能な熱伝導材料から成るシート（２１５）を備える、
   ことを特徴とする金型。
2. 前記シート（２１５）は、グラファイトから成る、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
3. 前記シート（２１５）は、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケル合金から成る、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
4. 前記シート（２１５）は、銅（Ｃｕ）から成る、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
5. 前記誘導子（１３２）は、少なくとも２５０℃の温度に耐え得る密閉スリーブ（４３１）内に包囲され、及び
   前記冷却装置は、前記空洞（１３１）内で前記誘導子（１３２）周囲に流れる熱伝導流
   体で構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
6. 前記冷却装置（１４０）は、前記空洞（１３１）内で前記誘導子（１３２）周囲に、誘電性流体の流れで構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
7. 前記誘電性流体は、電気絶縁油である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の金型。
8. 前記冷却装置は、温度の効果の下で、相転移を示す流体で満たされる空洞（３４１、３４２）を備え、
   その転移の潜熱は、所定の温度で成形ゾーン（１１２）の熱を吸収するのに充分である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
9. 前記冷却装置は、前記空洞（１３１）内で誘導子（１３２）周囲に、ガスを注入する装置（５４１、５４２）を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
10. 前記ガスの注入は、前記長手方向を横切る方向に延長する注入導管（５４２）により実行される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の金型。
11. 前記長手方向に沿って、前記空洞（１３１）の長さ上にガスを注入する複数の注入導管（５４２）を備える、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の金型。
12. 前記ガスは、空気であり、８０バール（８０．１０５Ｐａ）以上の圧力で注入される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の金型。
13. 前記界面（１１５）に対して、前記第１の誘導回路（１３２）から離隔する、分離された発電機により電流を供給される、第２の誘導回路（６３２）を備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載の金型。
14. 前記カーカス（１１１）及び前記成形ゾーン（１１２）は、インバー（ＩＮＶＡＲ）タイプの鉄及びニッケル合金から成る、
    ことを特徴とする請求項１に記載の金型。

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