JP6593132B2

JP6593132B2 - 成形金型

Info

Publication number: JP6593132B2
Application number: JP2015231822A
Authority: JP
Inventors: 嘉泰光崎; 昌克藤田; 好美藤井; 清美永井; 博久野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP2017094668A

Description

本発明は、プラスチック射出成形、鋳造、鍛造、プレス成形等によって、成形品を成形するときに用いられる成形金型に関する。

従来、成形金型によって成形される成形品の温度分布を制御するために、特許文献１に記載のように、成形金型内に冷却流路を設け、液体もしくは気体の冷却媒体を冷却流路に通して温度制御を行う場合がある。

特開２００３−３０５７２５号公報

特許文献１の構成では、成形金型が開閉することによって形成される成形空間の温度を均一にするため、成形金型に大きな穴の冷却流路を形成し、冷却流路内に仕切板を設けている。しかしながら、成形金型の比較的小さな凹凸に冷却流路を形成する場合、凹凸に薄肉部が形成され、強度が確保できず、成形するときに凹凸が変形してしまう虞がある。このため、温度制御が必要な成形空間から遠距離に穴を設けて、冷却流路が形成されている。

冷却流路が成形空間から距離が遠くなるとき、成形金型内部および凹凸から冷却流路を通過する冷却媒体に伝達する熱量に差が生じ、成形金型の温度分布が不均一になってしまう。成形金型の温度分布が不均一になるとき、成形品にバリが発生し、成形品の寸法バラツキが大きくなり、品質に悪影響を及ぼす虞がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、成形金型の強度を確保しつつ、成形金型の温度分布を均一に制御する成形金型を提供することにある。

本発明は、プラスチック射出成形、鋳造、鍛造、プレス成形等によって、成形品を成形するときに用いられる成形金型である。
成形金型は、コア型（１０）およびキャビティ型（３０）を備える。
コア型は、外壁（１１）から閉方向に突出する少なくとも１つの凸部（１２）および内部に冷却媒体が流入出可能に形成されるコア冷却流路（４０）を有し、開閉方向に移動可能である。
キャビティ型は、閉方向に凹む少なくとも１つの凹部（３２）を有し、型閉じ時にコアとの間に成形空間（５０）形成する。
コア冷却流路は、複数のコア支柱（６０１〜６０４）およびコア支柱の間に冷却媒体が流通可能な複数のコア冷却孔（６４）を含む。
コア支柱は、円柱状で、互いに交差し周期的に配列し、コア冷却孔は、中央でくびれている立体形状である。

本発明では、コア冷却流路が複数のコア支柱を含むため、コア支柱が支持材となり、成形金型の強度が確保できる。また、成形金型の強度が確保できるため、凹凸にコア冷却流路を確保することができ、凹凸から冷却流路に伝達する熱量の差を小さくすることができる。伝達する熱量差が小さくすることができるため、温度を均一に制御することができる。

本発明の第１実施形態における成形金型の断面図。本発明の第１実施形態におけるコアの斜視図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。本発明の第１実施形態におけるキャビティの斜視図。図１のＶ−Ｖ断面図。本発明の第２実施形態におけるコア冷却流路の断面図。本発明の第２実施形態におけるキャビティ冷却流路の断面図。その他実施形態の冷却流路の断面図。（ａ）比較例１のコアの断面図、（ｂ）比較例２のコアの断面図。

以下、本発明の実施形態による成形金型１を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明する。また、「本実施形態」という場合、第１〜第３実施形態を包括する。これらの実施形態の成形金型は、例えば、プラスチック射出成形に用いられる。また、冷却媒体として、冷却水が用いられる。

（第１実施形態）
図１に示すように、成形金型１はコア型１０およびキャビティ型３０を備える。
コア型１０は、キャビティ型３０に向かって開閉方向に移動可能で、キャビティ型３０と開閉可能であり、凸部１２およびコア冷却流路６０を有する。コア型１０は、例えば、ステンレス鋼や高炭素クロム軸受鋼等の金属で形成されている。
図２に示すように、凸部１２は、外壁１１から閉方向に突出し、凸部端面１２１および凸部奥行端面１２２を含む。凸部端面１２１は円弧状に形成され、凸部奥行端面１２２は三角形形状に形成されている。凸部１２は、奥行方向に向かって開閉方向の断面が円弧状から三角形形状に変化する三次元形状に形成されている。

コア冷却流路６０は、コア入口流路６１からコア出口流路６２に向かって、冷却水が流入出可能に形成されている。コア冷却流路６０の外側面６３は、凸部１２の凸部内側面１２３に沿って、奥行方向に向かって開閉方向の断面が円弧状から三角形形状に変化するように形成されている。また、コア冷却流路６０および凸部１２の間に薄肉部６５が形成されている。
図３に示すように、コア冷却流路６０は、複数のコア支柱６０１〜６０４を含む。また、コア冷却流路６０は、複数のコア支柱６０１〜６０４が等間隔に設けられ、周期的に配列する格子状に形成されている。図中においてコア支柱は誇張して記載している。

コア支柱６０１〜６０４は、コア型１０と同一材料を用いて円柱状に形成され、互いに交差して連結している。複数のコア支柱６０１〜６０４が互いに直交して連結していることによって、複数のコア冷却孔６４が形成されている。
コア冷却孔６４は、コア支柱６０１〜６０４の側面６１１〜６１４によって形成され、中央でくびれている立体形状であり、冷却水が流通可能な連通孔である。

キャビティ型３０は、コア型１０と同様の金属で形成され、型閉じ時にコア型１０との間に成形空間５０を形成する。また、キャビティ型３０は、凹部３２およびキャビティ冷却流路４０を有する。
成形空間５０は、キャビティ型３０をコア型１０が閉じるときに形成され、成形品の形状をなす空間である。成形空間５０に溶融材料が流動可能に形成されている。溶融材料は、例えば、ポリカーボネートやポリフタルアミド等のプラスチックが用いられる。

図４に示すように、凹部３２は、コア型１０の閉方向に凹み、凹部端面３２１および凹部奥行端面３２２を含む。凹部端面３２１は、円弧状に形成され、凹部奥行端面３２２は三角形形状に形成されている。凹部３２は、奥行方向に向かって開閉方向の断面が円弧状から三角形形状に変化する三次元形状に形成されている。

キャビティ冷却流路４０は、キャビティ入口流路４１からキャビティ入口流路４２に向かって、冷却水が流入出可能に形成されている。キャビティ冷却流路４０の外側面４３は、凹部３２の凹部内側面３２３に沿って、奥行方向に向かって開閉方向の断面が円弧状から三角形形状に変化するように形成されている。

図５に示すように、キャビティ冷却流路４０は、複数のキャビティ支柱４０１〜４０４および複数のキャビティ冷却孔４４を含む。また、キャビティ冷却流路４０は、複数のキャビティ支柱４０１〜４０４が等間隔に設けられ、周期的に配列する格子状に形成されている。図中においてキャビティ支柱は誇張して記載している。

キャビティ支柱４０１〜４０４は、キャビティ型３０と同一材料を用いて直方体の多角柱状に形成され、互いに交差して連結されている。複数のキャビティ支柱４０１〜４０４が互いに直交していることによって、複数のキャビティ冷却孔４４が形成されている。
キャビティ冷却孔４４は、キャビティ支柱４０１〜４０４の側面４１１〜４１４によって形成され、四角柱状の多角柱形状で、冷却水が流通可能な連通孔である。
（作用）

本実施形態の成形金型１の作用について説明する。
コア型１０がキャビティ型３０に向かって閉方向に移動し、コア型１０がキャビティ型３０を閉じる。コア型１０がキャビティ型３０を閉じることによって、成形空間５０が形成される。キャビティ冷却流路４０およびコア冷却流路６０を流れる冷却水ならびに図示はしないがヒータによって、コア型１０およびキャビティ型３０の温度が制御されている。コア型１０およびキャビティ型３０の熱が成形空間５０に伝達されることによって、成形空間５０の温度が制御される。

成形空間５０に、溶融材料が注入され、注入された溶融材料が成形空間５０に沿って成形される。成形された成形品が冷却され、コア型１０がキャビティ型３０を型開きするとき、冷却固化した成形品がコア型１０に密着され、成形品が完成する。成形品が完成したとき、次の成形へと切り替える。
（効果）

従来では、図９（ａ）に示すように、比較例１のコア型１０８では、凸部１０２と離れて入口流路１０４から出口流路１０５に向かって冷却水が流れる冷却流路１０３が形成されている。このため、コア型１０８内部および凸部１０２から冷却流路１０３に伝達する熱量に差が生じるため、コア型１０８内の温度が不均一になってしまう。
また、図９（ｂ）に示すように、比較例２のコア１１８では、凸部１１２内に仮想線Ｉで示す仮想冷却流路１１６を形成する場合、凸部１１２および仮想冷却流路１１６の間に薄肉部１１７が形成される。薄肉部１１７が形成されることによって、凸部１１２の強度は確保できず、凸部１１２および仮想冷却流路１１６は変形しやすくなってしまう。

（１）しかしながら、本実施形態では、コア冷却流路６０は、周期的に配列する格子状の複数のコア支柱６０１〜６０４を含む。複数のコア支柱６０１〜６０４を含むことによって、コア支柱６０１〜６０４が支持材となり、薄肉部６５の強度が確保でき、成形金型１の強度が向上する。また、薄肉部６５の強度が確保できるため、凸部１２にコア冷却流路６０が確保される。このため、凸部１２から冷却流路を通過する冷却媒体に伝達する熱量の差を小さくすることができる。伝達する熱量差が小さくすることができるため、温度を均一に制御することができる。

（２）コア冷却流路６０は、凸部１２に沿って形成されている。これにより、凸部１２の内側面１２３からコア冷却流路６０までの距離が一定になるため、コア型１０内の伝達する熱量差が小さくなり、コア型１０の温度を更に均一にすることができる。
（３）また、複数のコア支柱６０１〜６０４を有することによって、コア冷却流路６０が冷却水と接触する表面積が増加するため、コア冷却流路６０の放熱効果が向上する。放熱効果が向上することで、成形金型１が冷却しやすくなる。

（４）キャビティ冷却流路４０においても、凹部３２に沿って形成され、周期的に配列する格子状のキャビティ支柱４０１〜４０４を有するため、コア冷却流路６０と同様の効果を奏する。

（第２実施形態）
第２実施形態の構成では、コア支柱およびキャビティ支柱の形態を除き、第１実施形態の構成と同様である。
図６に示すように、コア冷却流路８０は、周期的に配列する複数のコア支柱８０１〜８０６を有する。コア支柱８０１〜８０６は、複数の支柱が接合された接合体で、複数のコア支柱８０１〜８０６によって、複数のコア冷却孔８２が形成されている。
複数のコア冷却孔８２は、正六角柱状に形成され、冷却水が流通可能な連通孔である。複数のコア冷却孔８２が形成されていることによって、コア冷却流路８０は、複数の孔を有するハニカム構造に形成されている。

図７に示すように、キャビティ冷却流路９０は、等間隔に設けられ、周期的に配列する複数のキャビティ支柱９０１〜９１０を有する。キャビティ支柱９０１〜９１０は、キャビティ冷却流路９０の内側面９１から突出するように形成されている。キャビティ支柱９０１〜９０５およびキャビティ支柱９０６〜９１０は互いに対向している。突出するキャビティ支柱９０１〜９１０によって、キャビティ冷却流路９０はフィン形状に形成されている。また、キャビティ冷却流路９０は、キャビティ支柱９０１〜９１０によってフィン形状に形成されていることで剛性が高まる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、コア冷却流路８０がハニカム構造のため、周方向の応力が分散しやすくなるため、周方向の圧力に強くなる。

（その他の実施形態）
（ｉ）凸部および凹部は、多角柱形状、円柱形状、または、楕円柱形状の三次元形状でもよい。凸部および凹部の形状に問わず、第１実施形態と同様の効果を奏する。
（ｉｉ）コア冷却流路に、直方体形状の多角柱状のコア支柱を有してもよい。また、内側面に円柱状の片持ち梁のコア支柱を有しても良い。第１実施形態と同様の効果を奏する。
（ｉｉｉ）キャビティ冷却流路に、円柱形状のキャビティ支柱を格子状に有してもよい。また、キャビティ冷却流路をハニカム構造としてもよい。

（ｉｖ）図８に示すように、ハニカム構造は、コア冷却流路８４のコア冷却孔８６は、正六角形状ではなく、複数のコア支柱８１１〜８１４の接合体によって形成される円形状であってもよい。第１実施形態と同様の効果を奏する。

（ｖ）コア支柱およびキャビティ支柱は、円柱状または多角柱状といった形状に限定されない。また、コア冷却孔およびキャビティ冷却孔の形状は、円柱状または多角柱状といった形状に限定されない。コア支柱、キャビティ支柱、コア冷却孔、および、キャビティ冷却孔の形状を問わず、第１実施形態と同様の効果を奏する。
（ｖｉ）本発明の成形金型では、プラスチック成形に限らず、鋳造、鍛造、または、プレス成形による成形を用いてもよい。
（ｖｉｉ）冷却媒体として冷却オイルまたは冷却ガスを用いてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０・・・コア型、
１１・・・外壁、
１２・・・凸部、
３０・・・キャビティ型、
３２・・・凹部、
４０・・・コア冷却流路、
５０・・・成形空間、
６０１〜６０４・・・コア支柱、
６４、８２、８６・・・コア冷却孔。

Claims

外壁（１１）から閉方向に突出する少なくとも１つの凸部（１２）および内部に冷却媒体が流入出可能に形成されるコア冷却流路（６０）を有し、開閉方向に移動可能なコア型（１０）と、
閉方向に凹む少なくとも１つの凹部（３２）を有し、型閉じ時に前記コア型との間に成形空間（５０）を形成するキャビティ型（３０）と、
を備え、
前記コア冷却流路は、複数のコア支柱（６０１〜６０４）および前記コア支柱間に前記冷却媒体が流通可能な複数のコア冷却孔（６４）を含み、
前記コア支柱は、円柱状で、互いに交差し周期的に配列し、前記コア冷却孔は、中央でくびれている立体形状である成形金型。
前記コア冷却流路は、前記凸部に沿って形成されている請求項１に記載の成形金型。
前記キャビティ型は、前記冷却媒体が流入出可能に形成されるキャビティ冷却流路（４０）を有し、
前記キャビティ冷却流路は、複数のキャビティ支柱（４０１〜４０４）および前記キャビティ支柱間に前記冷却媒体が流通可能な複数のキャビティ冷却孔（４４）を含み、
前記キャビティ支柱は、円柱状で、互いに交差し周期的に配列し、前記キャビティ冷却孔は、中央でくびれている立体形状である請求項１または２に記載の成形金型。
前記キャビティ冷却流路は、前記凹部に沿って形成されている請求項３に記載の成形金型。