JP7213722B2 - 射出成形の金型に備えられる温度調整装置、金型、および射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形の金型に備えられる温度調整装置、温度調整装置を備えた射出成形の金型、および射出成形方法に関する。

軽量化等の要望から、羽根車等の厚肉の部材を射出成形により製造することが検討されている（特許文献１）。特許文献１では、羽根車に対応するキャビティの内部で固化した樹脂に割れが発生するのを防ぐため、キャビティに充填されて保圧される溶融樹脂に、ゲートから軸方向に遠ざかるにつれて温度が低くなる温度勾配を与えながら指向性冷却を行っている。

特許第６２０８７０４号

特許文献１では、指向性冷却を実現するために、キャビティに挿入されて中空部に冷却水が循環される冷却用ピンと、スプルー金型に設けられるヒータとを用いている。
特許文献１に対して冷却指向性を向上させるため、例えば、固定金型に大容量のヒータを設置すると、金型の昇温および降温に必要な時間が長くなるので、サイクルタイムの長時間化に繋がってしまう。
本発明は、冷却の指向性が改良された射出成形を実現することを目的とする。

本発明は、射出成形の金型に備えられる温度調整装置であって、金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、ゲートに向けて延びるようにキャビティ内に配置される冷却用部材と、ゲートの近傍を加熱し、少なくとも一部がキャビティの内側に位置している加熱部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、射出成形の金型に備えられる温度調整装置であって、金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、ゲートに向けて延びるようにキャビティ内に配置される冷却用部材と、ゲートの近傍を加熱し、ゲートから成形品における厚肉部への樹脂の流動を保持する加熱部と、を含むことを特徴とする。

本発明の温度調整装置において、加熱部は、キャビティの外側に位置する第１加熱部と、少なくとも一部がキャビティの内側に位置する第２加熱部と、を含むことが好ましい。

本発明の温度調整装置において、ゲートが位置する固定金型における少なくともゲートの周りには、固定金型よりも熱伝導率が低い断熱金型が配置されることが好ましい。

本発明の温度調整装置において、ゲートが位置する固定金型における少なくともゲートの周りには、ゲートの近傍を加熱する第３加熱部が配置されることが好ましい。

本発明の温度調整装置では、冷却用部材においてキャビティの内側に配置される部分、および加熱部においてキャビティの内側に配置される部分は、キャビティに設定される軸線上に配置されることが好ましい。

本発明の温度調整装置において、冷却用部材においてキャビティの内側に配置される部分、および加熱部においてキャビティの内側に配置される部分は、キャビティにおいて、成形品としての羽根車のボス孔の内側に相当する領域に配置されることが好ましい。

本発明の射出成形の金型は、上述の温度調整装置を備えることを特徴とする。

本発明の射出成形方法は、金型のキャビティに樹脂を充填する射出工程と、キャビティの内部に保圧の射出圧力を付与する保圧工程と、樹脂が充填されたキャビティの内部を冷却する冷却工程と、を含み、少なくとも保圧工程では、金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、ゲートに向けて延びるようにキャビティ内に配置される冷却用部材によりキャビティの内部を冷却しつつ、少なくとも一部がキャビティの内側に位置する加熱部によりゲートの近傍を加熱することを特徴とする。

また、本発明の射出成形方法は、金型のキャビティに樹脂を充填する射出工程と、キャビティの内部に保圧の射出圧力を付与する保圧工程と、樹脂が充填されたキャビティの内部を冷却する冷却工程と、を含み、少なくとも保圧工程では、金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、ゲートに向けて延びるようにキャビティ内に配置される冷却用部材によりキャビティの内部を冷却しつつ、ゲートの近傍を加熱することによりゲートから成形品における厚肉部への樹脂の流動を保持することを特徴とする。

本発明の射出成形方法において、少なくとも保圧工程では、ゲートが位置する固定金型よりも熱伝導率が低く、固定金型における少なくともゲートの周りに配置される断熱金型により、あるいは、固定金型における少なくともゲートの周りを加熱する第３加熱部により、ゲートの近傍における樹脂の固化を抑えて流動を保持することが好ましい。

本発明の射出成形方法において、冷却工程の最後に、ゲートの位置で樹脂が固化することが好ましい。

本発明によれば、キャビティにおけるゲートとは反対側（反ゲート側）からゲートに向けて延びるように冷却用部材をキャビティ内に配置しつつ、加熱部によりゲートの近傍を局所的に加熱することにより、反ゲート側からゲートに向けて連続的に温度が変化した温度勾配をキャビティ内部に与えることができる。
そうすると、ゲートから、保圧の射出圧力が付与される例えば厚肉部への未固化の溶融樹脂の流動を確保できるため、樹脂の収縮に伴う残留応力の発生や、ボイド、クラック等の内部欠陥の発生を防止して、成形品の品質を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る射出成形用の温度調整装置、およびそれを備えた金型を模式的に示す断面図である。 図１に示す温度調整装置および金型を用いた射出成形により得られる羽根車を示す断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、本発明における指向性冷却の技術思想を説明するためにキャビティ内部の温度分布を示す模式図である。 図１に示す温度調整装置および金型を用いて行われる射出成形の手順を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に関し、冷却工程の終盤におけるキャビティ内部の温度分布のイメージを示す図である。 比較例に関し、冷却工程の終盤におけるキャビティ内部の温度分布のイメージを示す図である。 （ａ）は、第２ヒータの発熱部に係る変形例を示す図である。（ｂ）は、第１ヒータおよび第２ヒータの配置に係る変形例を示す図である。 （ａ）は、第１ヒータおよび第２ヒータが一体化された変形例を示す図である。（ｂ）は、本発明の変形例に係る射出成形用の温度調整装置および金型を模式的に示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
以下では、温度調整装置を備えた金型を用いて行われる射出成形により、樹脂射出成形品を製造することについて説明する。
図１には、金型１０の一部と、金型１０に組み込まれた温度調整装置２０とが模式的に示されている。図示しない射出機、金型１０、および温度調整装置２０により、一例として、図２に示す羽根車８の製造が可能である。

金型１０は、固定金型１１と、可動金型１２と、図示しない中子とを備えている。
可動金型１２は複数に分割されていてもよい。固定金型１１も同様である。
固定金型１１、可動金型１２、および図示しない中子によりキャビティ１３が区画される。図示しない射出機により射出された溶融樹脂がキャビティ１３に充填され、キャビティ１３の内側で冷却されて固化することで、キャビティ１３に対応した形状の羽根車８を得ることができる。

（保圧および冷却）
キャビティ１３内の溶融樹脂は、金型１０に放熱されるとともに（自然冷却）、後述するように温度調整装置２０により冷却されることによっても固化する。
ここで、所定の射出圧力により溶融樹脂をキャビティ１３に充填した後も、引き続き、射出機により保圧のための射出圧力（保圧力）を溶融樹脂に付与しつつ、キャビティ１３内部の樹脂の冷却を進める。さらに、保圧力を付与しない状態で冷却を進めてキャビティ１３内の樹脂を固化させたならば、金型１０を開いて成形品を取り出す。
羽根車８のように厚肉部を有する部材の射出成形時には、自然冷却が厚肉部において遅れがちであることに起因する成形不良を防ぐため、厚肉部に保圧力を付与しながら厚肉部の冷却を進めることが重要である。

（樹脂）
射出成形には、加熱により溶融する熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリプロピレン、ポリアミド、およびポリカーボネート等である。
射出成形には、熱可塑性樹脂を強化繊維に含侵させてなる繊維強化樹脂を用いることもできる。強化繊維は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等である。
以下の説明において、「樹脂」は、強化繊維を含むものであってもよい。

（羽根車）
射出成形品である羽根車８（図２）の構成を簡単に説明する。羽根車８は、軸線Ａの周りに設けられたハブ８１と、ハブ８１の正面８１１から立ち上がる複数のブレード８２とを備えている。

ハブ８１の正面８１１側は、外周から内周に向かうにつれて軸方向の一端８１Ａに次第に近接するように湾曲している。
ハブ８１には、図示しないシャフトが嵌合するボス孔８１０が軸方向の一端８１Ａから他端８１Ｂまで貫通して形成されている。一端８１Ａ側でボス孔８１０を囲む筒状の部分がボス８３に相当する。なお、ボス孔８１０は、金型１０を用いた射出成形後に、孔あけ加工により形成されている。
ハブ８１の背面８１２は、他端８１Ｂで軸線Ａと直交する面（図示しない）に対して他端８１Ｂ側に退いている。

ブレード８２は、ハブ８１の正面８１１と、図示しないシュラウドの面との間を複数の流路８５に区画する。
ブレード８２は、本実施形態では、ハブ８１の周方向に交互に配列される長翼８２１と短翼８２２とからなるが、これに限られない。

羽根車８は、気体を圧縮するために用いられる。図示しないシャフトの回転に伴い羽根車８が軸線Ａ周りに回転すると、一端８１Ａ側の吸入口からブレード８２間の各流路８５に気体が吸入される。各流路８５を流れる気体は、遠心力の作用により圧縮されて、他端８１Ｂ側の吐出口から吐出される。
羽根車８の用途は、気体の圧縮に限らず、流体エネルギにより回転するタービン羽根車等、他の用途であってもよい。その場合も、羽根車８の基本的な構成は本実施形態と同様である。

（金型および温度調整装置）
図１を参照し、金型１０、および金型１０に備えられる温度調整装置２０の構成を説明する。
固定金型１１と可動金型１２との間に形成されるキャビティ１３の内側には、成形品である羽根車８（図２）の軸線Ａ上に位置するゲート１４から溶融状態の樹脂（溶融樹脂）が充填される。図１に示す例では、ゲート１４は、羽根車８の他端８１Ｂ側（背面８１２側）に位置している。

本実施形態では、キャビティ１３よりも上流に、キャビティ１３内の樹脂と共に固化し、成形後は製品部から切除される部分を設定していないが、切除部分を設定することもできる。例えば、図３に示す羽根車の背面から左方に突出した部分（軸周りの部分）が、切除される部分にあたる。その場合は、成形後に切除される部分に対応する別の金型を固定金型１１に設けるとよい。

ゲート１４は、固定金型１１の型合わせ面１１Ａに開口している。ゲート１４は平面視において典型的には円形に形成されており、適切な径が与えられている。このゲート１４から溶融樹脂が羽根車８の径方向に広がりつつ羽根車８の一端８１Ａに向けて流入する。
なお、本実施形態のゲート１４は、固定金型１１に組み込まれて型合わせ面１１Ａに露出した温度調整装置２０のヒータユニットハウジング２５に形成されている。本実施形態では、固定金型１１にヒータユニット２００が挿入されている。

固定金型１１には、図示しない射出機により射出された溶融樹脂がキャビティ１３に向けて流動する樹脂流路１５（ランナー）が設定されている。樹脂流路１５は、典型的には円形の横断面を呈する。この樹脂流路１５は、ゲート１４に至るまで延びている。ゲート１４は樹脂流路１５の末端に相当する。

樹脂流路１５の断面積は、ゲート１４よりも上流の位置からゲート１４に近づくにつれて次第に縮小している。樹脂流路１５において断面積（径）が縮小している区間を縮径部１５２と称するものとする。縮径部１５２における末端部であるノズル１５２Ａは、一定の径に形成されている。

本実施形態では、ゲート１４と同様、固定金型１１に組み込まれる温度調整装置２０のヒータユニットハウジング２５に樹脂流路１５が形成されているが、樹脂流路１５が固定金型１１に直接形成されていてもよい。

温度調整装置２０は、冷却用部材２６と、複数のヒータ２１，２２，２４が一体化されてなるヒータユニット２００と、固定金型１１の表面に備えられる断熱金型２３とを備えている。

（指向性冷却）
金型１０への放熱によりキャビティ１３の外側から内側に向けて進行する自然冷却のみによれば、厚肉部８４の冷却が周囲と比べて遅延しがちである。厚肉部８４の周囲の固化が厚肉部８４よりも先行することで、残留応力が生じたりボイドやクラック等の内部欠陥が生じたりすることを防ぐため、本実施形態では、キャビティ１３内の溶融状態の樹脂に保圧力を付与しながら、キャビティ１３内部の冷却に指向性を与えている（指向性冷却）。

本実施形態における指向性冷却を実現するため、冷却用部材２６により、ゲート１４とは反対側（反ゲート側）の位置からゲート１４に向かう向きの指向性を持ってキャビティ１３の内部を冷却している。この冷却用部材２６による冷却と、ヒータユニット２００の第１ヒータ２１および第２ヒータ２２によるゲート１４の近傍の加熱とにより、キャビティ１３の内部に、ゲート１４から、反ゲート側に遠ざかるにつれて温度が低くなる温度勾配が与えられることとなる。

冷却の指向性の向きは、成形品の形状に応じて定められるゲート１４の位置に基づいて設定される。本実施形態では、ゲート１４から、冷却が遅れがちな厚肉部８４への圧力付与による樹脂の流動を保持するため、キャビティ１３において厚肉部８４に近い側、つまり背面８１２側にゲート１４の位置が定められている。そのため、本実施形態における冷却の指向性は、ゲート１４が位置している成形品の軸線Ａに沿って、反ゲート側すなわち軸方向の一端８１Ａから、ゲート１４の位置している他端８１Ｂに向けて設定されている。

（冷却用部材）
冷却用部材２６は、キャビティ１３におけるゲート１４に対して軸線Ａ方向の反対側（一端８１Ａ側）から、ゲート１４に向けて延びるようにキャビティ１３内に配置される。冷却用部材２６の先端部２６Ａは、ゲート１４には到達しないでキャビティ１３の内部に留まっている。冷却用部材２６の先端部２６Ａ側がキャビティ１３内に挿入された状態に、冷却用部材２６を可動金型１２に組付けることが可能である。
冷却用部材２６は、ピンの外観を呈し、成形品の軸線Ａ上に配置される。冷却用部材２６は、ボス８３に相当する箇所から背面８１２に向けてキャビティ１３内に挿入されている。キャビティ１３において冷却用部材２６が挿入されている領域は、ボス孔８１０（図２）の内側に相当する。冷却用部材２６の外径は、ボス孔８１０の断面径以下に設定されている。

冷却用部材２６は、射出成形の全工程における少なくとも保圧工程において、キャビティ１３内に充填された樹脂の冷却が可能である。樹脂の冷却のため、冷却用部材２６は、例えば、中空部分へ冷水が循環されるように構成されている。あるいは、冷却用部材２６は、金型１０と比べて熱伝導率が十分に高い材料から中実に形成されていてもよい。

冷却用部材２６は、射出成形の全工程に亘りキャビティ１３の内部に配置されていてもよいし、冷却用部材２６を可動金型１２に対して軸方向に移動させる駆動機構により、冷却用部材２６による冷却が必要な時のみ、キャビティ１３内に配置されるように構成されていてもよい。冷却用部材２６を軸方向に移動させる駆動機構が使用される場合は、冷却用部材２６がキャビティ１３に挿入される深さ（軸方向の寸法）を調整することができる。例えば、樹脂材料の物性、樹脂材料に含まれた強化繊維の配向、射出圧力、金型１０の周囲の温度等を考慮して、冷却用部材２６の挿入深さを調整することができる。

（ヒータユニット）
ヒータユニット２００は、ゲート１４の近傍に配置される第１ヒータ２１（第１加熱部）および第２ヒータ２２（第２加熱部）と、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２よりも上流に配置されるランナーヒータ２４と、金属製のヒータユニットハウジング２５とを備えている。ヒータユニット２００は、固定金型１１に設けられた収容空間１１０に配置される。

ヒータユニットハウジング２５は、羽根車８の軸線Ａの延長上に位置する樹脂流路１５を囲む壁体であり、かつ、第１ヒータ２１、第２ヒータ２２、およびランナーヒータ２４を支持する支持体でもある。縮径部１５２に対応するヒータユニットハウジング２５の領域は、縮径部１５２の形状に倣い、略円錐台状の外観に形成されている。

第１ヒータ２１、第２ヒータ２２、およびランナーヒータ２４はいずれも、使用する樹脂を融点付近まで昇温可能な加熱性能を有している。これらの第１ヒータ２１、第２ヒータ２２、およびランナーヒータ２４は、射出工程および保圧工程において樹脂を溶融した状態に、あるいは完全に溶融しないまでも、ガラス転移温度を超え軟化して流動性を有する状態にまで加熱する。
本明細書では、溶融した状態、あるいは軟化して流動性を有する状態のことを「溶融状態」と称し、溶融状態の樹脂のことを「溶融樹脂」と称している。

本実施形態では、樹脂を溶融状態に加熱するためにヒータ２１，２２，２４を用いているが、ヒータ２１，２２，２４に代えて、加熱された水や油等の熱媒体が循環する機構等を用いることもできる。

（ランナーヒータ）
ランナーヒータ２４は、ヒータユニットハウジング２５に設けられ、樹脂流路１５における溶融樹脂の流動を保持する。ランナーヒータ２４から発せられた熱がヒータユニットハウジング２５を介して樹脂流路１５に伝わることにより、樹脂流路１５の溶融樹脂が加熱される。ランナーヒータ２４は、樹脂流路１５を囲むように筒状の形態に構成することができる。
図１に示す例では、樹脂流路１５において、縮径部１５２よりも上流から、縮径部１５２の始端までの区間１５１の周りにランナーヒータ２４が配置されている。これに限らず、ランナーヒータ２４が、区間１５１から連続するように縮径部１５２の周りに配置されていてもよい。その場合、ランナーヒータ２４と第１ヒータ２１とが一体化されていてもよい。あるいは、ランナーヒータ２４および第１ヒータ２１が、連続した一体のヒータとして構成されていてもよい。

（第１ヒータ）
第１ヒータ２１は、縮径部１５２の特にゲート１４近傍における溶融樹脂を局所的に加熱することにより、ゲート１４近傍の樹脂の固化を抑制して溶融樹脂に流動性を確保する。
第１ヒータ２１および第２ヒータ２２はいずれも、ゲート１４の近傍を加熱する加熱部に相当する。
第１ヒータ２１は、縮径部１５２を囲むように筒状の形態に構成することができる。図１に示す第１ヒータ２１は、一定の径の筒体に形成されているが、縮径部１５２の形状に倣い、ゲート１４に向けて縮径するように第１ヒータ２１が形成されていてもよい。縮径部１５２のノズル１５２Ａを囲むように第１ヒータ２１を配置することもできる。

（第２ヒータ）
第２ヒータ２２は、キャビティ１３の内部に突出した状態にゲート１４の開口に挿入されており、ヒータユニットハウジング２５に支持されている。キャビティ１３において第２ヒータ２２が配置される領域は、ボス孔８１０の内側に相当する。第２ヒータ２２には、ボス孔８１０の内側に収まる寸法が与えられている。

第２ヒータ２２は、ゲート１４と、成形品の厚肉部８４との間（成形品内部）を加熱する。第２ヒータ２２は、ゲート１４の位置から冷却用部材２６の先端部２６Ａまでの間に発熱部２２１を備えることにより、ゲート１４と厚肉部８４との間を局所的に加熱するもので足りる。
図１に示している網掛けパターンは、各ヒータ２１，２２，２４のそれぞれの発熱部を示している。第２ヒータ２２の発熱部２２１は軸線Ａ上に位置している。発熱部２２１は、冷却用部材２６の先端部２６Ａに対して軸線Ａの方向に間隔をおいて対向している。

発熱部２２１と冷却用部材２６とは、互いに熱を授受することを抑えるため、間隔をおいて離れていることが望ましい。

発熱部２２１に電流を供給する電線２２２は、発熱部２２１から樹脂流路１５に引き出されている。電線２２２を溶融樹脂の熱や圧力から保護するため、電線２２２はスリーブ２２３により覆われている。

発熱部２２１およびスリーブ２２３には、成形に支障のない断面積をゲート１４および樹脂流路１５に確保し、また、発熱部２２１や電線２２２等の破損を防ぐ観点から、それぞれ適切な径が与えられている。
さらに、発熱部２２１には、射出時や保圧時においてキャビティ１３の内部の樹脂に必要な流動性を確保し、また、発熱部２２１や電線２２２等の破損を防ぐ観点から、適切な形状が与えられる。こうした観点を満足する限り、発熱部２２１は、図１に示すような先細りの形状には限らず、径が一定の円柱状に形成されていてもよい。さらには、発熱部２２１に、ゲート１４の位置から反ゲート側に向けて径が拡大した形状が与えられていたり、発熱部２２１が、軸線Ａ上の位置から二股に分かれていたりすることも許容される。

なお、第２ヒータ２２は、図７（ａ）に示すように、キャビティ１３の内部と樹脂流路１５とに亘り連続して延びている発熱部２２５を備えるものであってもよい。図７（ａ）に示す例では、樹脂流路１５の断面中心に発熱部２２５が配置されている。
なお、樹脂流路１５に位置している第２ヒータ２２の発熱部分と、キャビティ１３の内側に位置している第２ヒータ２２の発熱部分とが、必ずしも連続している必要はない。第２ヒータ２２は、複数の発熱部が電線により樹脂流路１５の方向に連結されたものであってもよい。

（第１ヒータおよび第２ヒータ）
第１ヒータ２１の発熱部２１１は、キャビティ１３の外側に位置している。本実施形態において、第１ヒータ２１の発熱部２１１は、第２ヒータ２２の発熱部２２１に対して、軸線Ａの方向において冷却用部材２６から遠ざかる向きにシフトしている。これらの第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の配置によれば、反ゲート側からゲート１４に向かう指向性冷却に基づいて、第１ヒータ２１は、第２ヒータ２２と比べて高温の出力を維持する必要がある。このとき第２ヒータ２２にも、上述したように融点付近まで樹脂を昇温可能な出力が必要である。

第１ヒータ２１および第２ヒータ２２の配置は、本実施形態には限らない。
例えば、図７（ｂ）に示す例では、第１ヒータ２１の発熱部２１１がゲート１４の周りに配置されている。この場合に、第２ヒータ２２の発熱部２２１は、図７（ｂ）に示すようにゲート１４の開口の内側に配置されていてもよいし、ゲート１４から冷却用部材２６に向けて離れた位置に配置されていてもよい。
図７（ｂ）に示す例では、軸方向における第２ヒータ２２の発熱部２２１と、第１ヒータ２１の発熱部２１１とが軸方向の殆ど同じ位置に配置されているので、第１ヒータ２１の出力は、第２ヒータ２２の出力と同等であってよい。

その他、図８（ａ）に示す例では、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２が一体に形成されている。図８（ａ）に示す一体型ヒータ（加熱部）においてキャビティ１３の外側の部分が第１ヒータ２１に相当し、当該一体型ヒータにおいてキャビティ１３の内側の部分が第２ヒータ２２に相当する。

（断熱金型）
断熱金型２３は、固定金型１１のキャビティ１３に対向する表面に備えられており、固定金型１１の一部を構成している。
断熱金型２３は、固定金型１１と比べて熱伝導率が低い。断熱金型２３は、固定金型１１よりも熱伝導率が低く、必要な耐熱性を備えた金属材料、繊維強化樹脂、セラミック系の材料等を用いて形成することができる。
この断熱金型２３により、キャビティ１３の内部から固定金型１１への熱の移動が抑制されるため、ゲート１４の近傍における樹脂の冷却が抑制される。また、断熱金型２３により熱の移動が抑制されることで、反ゲート側から軸方向に見て冷却の末端であるゲート１４側を最も高い温度に維持することができる。そのため、ゲート１４に向けて連続して温度が変化する温度勾配をキャビティ１３の内部に容易に与えることができる。つまり、断熱金型２３は、キャビティ１３の内部に所定の温度勾配を確実に与えることにも寄与できる。

断熱金型２３は、ゲート１４の近傍における樹脂の冷却を抑制する観点からは、ゲート１４の周りに配置されていれば足りる。キャビティ１３の全体に亘りゲート１４に向けて連続して温度が変化する温度勾配を容易に与える観点からは、図１に示すようにゲート１４の周囲のキャビティ１３に対向する領域全体に亘り配置されることが好ましい。

なお、ゲート１４の近傍における樹脂の冷却を抑制する目的から、断熱金型２３を図８（ｂ）に示すように第３ヒータ２８により代替したり、断熱金型２３および第３ヒータ２８を併用したりすることもできる。第３ヒータ２８は、固定金型１１の表面付近や、断熱金型２３の表面付近に内蔵されていてもよい。
ゲート１４の近傍における樹脂の冷却を抑制する観点からは、断熱金型２３や第３ヒータ２８がゲート１４の周りにのみ配置されていれば足りる。

（解析による温度分布）
温度解析結果に基づく温度分布を示す図３（ａ）～（ｅ）を参照して、温度調整装置２０による温度調整下において実現する指向性冷却の意味するところを説明する。

まず、射出成形工程を簡単に説明する。射出成形工程は、図４に示すように、射出機によりキャビティ１３に樹脂を充填する射出工程Ｓ１と、キャビティ１３内部を保圧力が付与された状態に維持する保圧工程Ｓ２と、キャビティ１３内部の樹脂を冷却させて固化に至らしめる冷却工程Ｓ３とを備えている。保圧工程Ｓ２は、ゲート１４付近の樹脂が流動性を保つ間、継続されていれば足りる。
冷却工程Ｓ３は、射出工程Ｓ１の直後から保圧工程Ｓ２に並行して行われ、保圧工程Ｓ２の後も、樹脂の固化が完了するまで継続される。

冷却工程を終えたならば、金型１０を開いて成形品（羽根車８）が取り出される。
その後、羽根車８を軸方向に貫通するボス孔８１０を孔あけ加工により形成する。成形中にキャビティ１３内で冷却用部材２６および第２ヒータ２２が配置されていた領域は、ボス孔８１０の内側の円筒状の空間に含まれている。そのため、冷却用部材２６および第２ヒータ２２はボス孔８１０の形状や寸法に影響しない。

図４には、ヒータ２１，２２，２４の出力の一例を示している。この例では、射出工程Ｓ１の開始と同時にヒータ２１，２２，２４による加熱を開始し（ON）、保圧工程Ｓ２の途中まではヒータ２１，２２，２４による加熱を継続する。その後は、ヒータ２１，２２，２４の出力をOFFにすることもできるが、ここでは、キャビティ１３内部の冷却の進行度合に対応して、保圧工程Ｓ２の途中から冷却工程Ｓ３の最後に至るまで、ヒータ２１，２２，２４の出力を次第に低下させている。

なお、各ヒータ２１，２２，２４の出力低下を開始するタイミングは、同時でも、異なっていてもよい。特に、一部がキャビティ１３の内側に位置している第２ヒータ２２は、キャビティ１３内部の冷却進行に伴って出力を低下させることが好ましい。
図４に示すヒータ２１，２２，２４の出力は、各ヒータの出力絶対値を示していない。各ヒータ２１，２２，２４の出力は、ヒータ２１，２２，２４のそれぞれの位置で、樹脂を所定の温度に昇温させ、所定の温度に維持するために、適切な出力を与えることが好ましい。

図４に示す例に限らず、例えば、保圧工程Ｓ２を終えるまでヒータ２１，２２，２４により最大出力で加熱を継続してもよい。また、保圧工程Ｓ２の途中から、ヒータ２１，２２，２４のそれぞれに間欠的に通電しながら、冷却工程Ｓ３の完了に近づくほど通電しない時間（OFFの時間）が長くなるようにしてもよい。
その他、キャビティ１３内部の温度に関する解析や試験結果等に基づいて、冷却工程Ｓ３における各ヒータ２１，２２，２４の出力や通電時間等を適宜に定めることができる。

（キャビティ内部の温度分布）
次に、図３（ａ）～（ｅ）のそれぞれが示す工程と、キャビティ１３内部の温度分布を説明する。図３（ａ）～（ｅ）では、キャビティ１３において同じ温度域の部分を同じパターンで示している。

図３（ａ）は、キャビティ１３の全体に溶融樹脂が充填された状態、つまり射出工程の直後の状態を示している。この状態では、冷却用部材２６の位置を除いて、キャビティ１３内の全体に亘り温度が顕著に高い。

図３（ａ）に示す状態から、引き続き、キャビティ１３内部への圧力付与を継続する（図３（ｂ）および（ｃ）の保圧工程）。保圧工程の間、キャビティ１３内部は、金型１０への放熱による自然冷却を伴いながら、温度調整装置２０による温度調整下において指向性冷却が進む。このとき、キャビティ１３の内部には、ゲート１４から軸方向に遠ざかるにつれて次第に温度が低い温度分布が与えられている。

さらに、保圧力が解除された状態でキャビティ１３内の樹脂の冷却および固化を進行させ（図３（ｄ））、キャビティ１３内部の冷却が完了する（図３（ｅ））。キャビティ１３の全体に亘り樹脂が固化した状態まで冷却が行われる。温度調整装置２０による温度調整下、図３（ｃ）および（ｄ）においても、キャビティ１３の内部に、ゲート１４から軸方向に遠ざかるにつれて次第に温度が低い温度分布が与えられている。

キャビティ１３内部の冷却は、射出直後から、少なくとも自然冷却により始まり、保圧工程と並行して進行するため、図３（ａ）から（ｅ）までが冷却工程に相当する。
本実施形態では、冷却用部材２６の中空部への冷水の循環を射出成形工程の全体を通じて行うものとする。
なお、図３に示すキャビティ１３と図１に示す本実施形態のキャビティ１３とは形状がやや異なるものの、本実施形態のキャビティ１３の冷却工程における温度分布も、図３（ａ）～（ｅ）と同様である。

保圧工程である図３（ｂ）および（ｃ）に示す温度分布によれば、厚肉部８４とゲート１４との間の樹脂は、厚肉部８４に先行して固化しない。そのため、ゲート１４から厚肉部８４へと溶融樹脂が移動可能な経路が確保されるので、射出機により厚肉部８４に圧力を付与し続けることができる。

（本実施形態による作用効果）
図５は、本実施形態の温度調整装置２０（図１）を使用した射出成形の保圧および冷却工程Ｓ２，Ｓ３における温度分布のイメージを示している。この図５と、比較例に係る図６とを参照しつつ、本実施形態による作用および効果を説明する。
既に説明したように、温度調整装置２０による指向性冷却の下、キャビティ１３の内部には、反ゲート側からゲート１４に向けて次第に温度が低下する温度勾配が与えられる。
この温度勾配は、大略は、冷却用部材２６により与えられるが、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のうち少なくとも一方によるゲート１４近傍の局所的な加熱により、反ゲート側からゲート１４に向けて、連続的に温度が変化した温度勾配をキャビティ１３内部に与えることができる。

そうすると、保圧および冷却工程において、図５に矢印で示すように、ゲート１４の近傍から厚肉部８４の中心に向けて樹脂の流動を確保できるため、厚肉部８４に保圧力が加えられる状態を維持することができる。したがって、ゲート１４から厚肉部８４へと移動する樹脂によって、厚肉部８４の固化による収縮分が補充されるので、収縮に伴う引張り力による残留応力の発生や、ボイド、クラック等の内部欠陥の発生を防止することができる。

断熱金型２３は、保圧および冷却工程においてゲート１４近傍の樹脂に流動を確保することに寄与すると共に、ゲート１４側を高温に維持することで指向性冷却の指向性の向上にも寄与する。

図６に示す比較例では、保圧および冷却工程における厚肉部８４の冷却遅れが顕著である。この比較例では、冷却用部材２６が使用されているが、第１ヒータ２１および第２ヒータ２２のいずれも使用されていない。断熱金型２３も使用されていない。
この比較例では、厚肉部８４よりもゲート１４側の樹脂を含め、厚肉部８４の周囲の樹脂が、厚肉部８４に先立ち固化しているため、ゲート１４から厚肉部８４に向けて樹脂が移動する経路が存在しない。この状態では、厚肉部８４に保圧力を加えることができないため、厚肉部８４に収縮分が補充されない。

キャビティ１３の外側に位置する第１ヒータ２１に加えて、キャビティ１３の内側に位置する第２ヒータ２２が使用されると、保圧および冷却工程において、ゲート１４近傍から厚肉部８４の中心に向けて樹脂の流動をより十分に確保でき、厚肉部８４の樹脂の収縮分の補充を促進することができる。

第１ヒータ２１および第２ヒータ２２により、ゲート１４近傍の樹脂の固化を成形完了直前まで遅延させることができるため、図５から理解されるように、ゲート１４の位置で樹脂が最後に固化する指向性冷却を達成できる。これによって，成形完了時まで厚肉部８４をはじめとする未固化の部分に保圧力を掛け続けることができるので、樹脂の固化時の収縮に起因した内部欠陥や残留応力の発生を防止できる。

本実施形態の温度調整装置２０によれば、指向性冷却を促進するために第１ヒータ２１および第２ヒータ２２が局所的に使用されるため、従来、大容量ヒータを使用する際に課題であった、昇温および降温に要する時間が短縮され、成形サイクルの高速化が可能となる。

また、本実施形態によれば、指向性冷却により、成形時に羽根車８の背面８１２側の温度が最も高いため、背面８１２の表面平滑性を向上させることができる。このため、回転する羽根車８の背面８１２と空気との摩擦による発熱を抑えることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
保圧力付与の前提として、ゲート１４近傍の樹脂が加熱されることにより、ゲート１４から、保圧力が付与される箇所への未固化の溶融樹脂の経路を確保することができる限りにおいて、温度調整装置２０は、最低限、冷却用部材２６、およびゲート１４の近傍を加熱する加熱部（第１ヒータ２１または第２ヒータ２２）を備えていれば足りる。例えば、温度調整装置２０が、第２ヒータ２２および断熱金型２３のいずれか一方または両方を欠いていたり、第１ヒータ２１および断熱金型２３のいずれか一方または両方を欠いていたりしても、反ゲート側からゲート１４に向けて温度が次第に低下する指向性冷却を実現することができる。

本発明の射出成形用の温度調整装置およびそれを備えた金型は、羽根車８の射出成形に限らず、任意の成形品の射出成形に適用することができる。軸部を有する成形品であれば、成形品の軸方向に冷却の指向性の向きを設定することができる。

上記実施形態では、羽根車８の背面８１２側にゲート１４の位置が定められているが、成形される羽根車の形状や、スプルーの付加等によっては、ボス側にゲートの位置を定めることも許容される。この場合は、指向性冷却の向きが上記実施形態とは逆となるので、冷却用部材は背面側からゲートに向けてキャビティ内に挿入されることとなる。そして、ボス側に位置するゲートの近傍に設けられたヒータ等の加熱部により、少なくとも保圧時においてゲート近傍から厚肉部への樹脂の流動を保持するとよい。

８ 羽根車（成形品）
１０ 金型
１１ 固定金型
１１Ａ 型合わせ面
１２ 可動金型
１３ キャビティ
１４ ゲート
１５ 樹脂流路
２０ 温度調整装置
２１ 第１ヒータ（加熱部、第１加熱部）
２２ 第２ヒータ（加熱部、第２加熱部）
２３ 断熱金型
２４ ランナーヒータ
２５ ヒータユニットハウジング
２６ 冷却用部材
２６Ａ 先端部
２８ 第３ヒータ（第３加熱部）
８１ ハブ
８１Ａ 一端
８１Ｂ 他端
８２ ブレード
８３ ボス
８４ 厚肉部
８５ 流路
１１０ 収容空間
１５１ 区間
１５２ 縮径部
１５２Ａ ノズル
２００ ヒータユニット
２１１ 発熱部
２２１ 発熱部
２２２ 電線
２２３ スリーブ
２２５ 発熱部
８１０ ボス孔
８１１ 正面
８１２ 背面
８２１ 長翼
８２２ 短翼
Ａ 軸線
Ｓ１ 射出工程
Ｓ２ 保圧工程
Ｓ３ 冷却工程

Claims (12)

1. 射出成形の金型に備えられる温度調整装置であって、
   前記金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、前記ゲートに向けて延びるように前記キャビティ内に配置される冷却用部材と、
   前記ゲートの近傍を加熱し、少なくとも一部が前記キャビティの内側に位置している加熱部と、を含む、
   ことを特徴とする温度調整装置。
2. 射出成形の金型に備えられる温度調整装置であって、
   前記金型のキャビティにおけるゲートとは反対側から、前記ゲートに向けて延びるように前記キャビティ内に配置される冷却用部材と、
   前記ゲートの近傍を加熱し、前記ゲートから成形品における厚肉部への樹脂の流動を保持する加熱部と、を含み、
   前記ゲートが位置する固定金型における少なくとも前記ゲートの周りには、
   前記固定金型よりも熱伝導率が低い断熱金型が配置される、
   ことを特徴とする温度調整装置。
3. 前記加熱部は、
   前記キャビティの外側に位置する第１加熱部と、
   少なくとも一部が前記キャビティの内側に位置する第２加熱部と、を含む、
   請求項１または２に記載の温度調整装置。
4. 前記ゲートが位置する固定金型における少なくとも前記ゲートの周りには、
   前記固定金型よりも熱伝導率が低い断熱金型が配置される、
   請求項１または３に記載の温度調整装置。
5. 前記ゲートが位置する固定金型における少なくとも前記ゲートの周りには、
   前記ゲートの近傍を加熱する第３加熱部が配置される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の温度調整装置。
6. 前記冷却用部材において前記キャビティの内側に配置される部分、および前記加熱部において前記キャビティの内側に配置される部分は、
   前記キャビティに設定される軸線上に配置される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の温度調整装置。
7. 前記冷却用部材において前記キャビティの内側に配置される部分、および前記加熱部において前記キャビティの内側に配置される部分は、
   前記キャビティにおいて、成形品としての羽根車のボス孔の内側に相当する領域に配置される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の温度調整装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の温度調整装置を備える、
   ことを特徴とする射出成形の金型。
9. 金型のキャビティに樹脂を充填する射出工程と、
   前記キャビティの内部に保圧の射出圧力を付与する保圧工程と、
   前記樹脂が充填された前記キャビティの内部を冷却する冷却工程と、を含み、
   少なくとも前記保圧工程では、
   前記金型の前記キャビティにおけるゲートとは反対側から、前記ゲートに向けて延びるように前記キャビティ内に配置される冷却用部材により前記キャビティの内部を冷却しつつ、少なくとも一部が前記キャビティの内側に位置する加熱部により前記ゲートの近傍を加熱する、
   ことを特徴とする射出成形方法。
10. 金型のキャビティに樹脂を充填する射出工程と、
    前記キャビティの内部に保圧の射出圧力を付与する保圧工程と、
    前記樹脂が充填された前記キャビティの内部を冷却する冷却工程と、を含み、
    少なくとも前記保圧工程では、
    前記金型の前記キャビティにおけるゲートとは反対側から、前記ゲートに向けて延びるように前記キャビティ内に配置される冷却用部材により前記キャビティの内部を冷却しつつ、
    前記ゲートの近傍を加熱することにより前記ゲートから成形品における厚肉部への樹脂の流動を保持するとともに、
    前記ゲートが位置する固定金型よりも熱伝導率が低く、前記固定金型における少なくとも前記ゲートの周りに配置される断熱金型により、前記ゲートの近傍における樹脂の固化を抑えて流動を保持する、
    ことを特徴とする射出成形方法。
11. 少なくとも前記保圧工程では、
    前記ゲートが位置する固定金型よりも熱伝導率が低く、前記固定金型における少なくとも前記ゲートの周りに配置される断熱金型により、あるいは、前記固定金型における少なくとも前記ゲートの周りを加熱する第３加熱部により、前記ゲートの近傍における樹脂の固化を抑えて流動を保持する、
    請求項９に記載の射出成形方法。
12. 前記冷却工程の最後に、前記ゲートの位置で前記樹脂が固化する、
    請求項９から１１のいずれか一項に記載の射出成形方法。

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