JP7413968B2 - 金型冷却構造 - Google Patents

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Description

本発明は、金型冷却構造に関する。
金型を用いて成形対象物を成形する場合、金型が高温となる。そのため、金型には、冷却水や冷却油などの冷媒を流すことによって冷却することができる冷却構造が設けられる。例えば、特許文献１には、冷却水を金型内に流入させ、成形品と金型を冷却する技術が開示されている。
特開２０１６－１７２４０１号公報
上述のように、金型に設けられた流路に冷却水や冷却油などの冷媒を流すことによって冷却することができる。しかし、特許文献１に開示された技術のように、金型に設けられた流路に一方向に冷媒を流す場合、冷媒が流路を流れるとともに冷媒の温度が上昇する。そのため、冷却対象である金型が、冷媒の流入口から離れた部分では十分に冷却されないという問題がある。
本発明は、上述のような問題を解決するために、冷媒の流入口から離れた部分であっても冷却性能をより発揮できる金型冷却構造を提供することを目的とする。
本発明にかかる金型冷却構造は、金型を冷却するための第１の冷媒を流す第１の冷媒路と、前記第１の冷媒路を流れる前記第１の冷媒を冷却するための第２の冷媒を流す第２の冷媒路とを備え、前記第２の冷媒路は前記第１の冷媒路に沿って延在し、前記第１の冷媒と前記第２の冷媒は相互に熱交換が可能である。
本発明により、冷媒の流入口から離れた部分であっても冷却性能をより発揮できる金型冷却構造を提供することができる。
本発明における実施形態１にかかる金型冷却構造の概略図である。 本発明における実施形態１にかかる冷媒路の断面図である。 従来技術にかかる金型冷却構造の概略図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施の形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む。）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
以下、説明の明確化のため、ＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明を行う。Ｙ方向は金型の厚さ方向である。ＸＺ平面は、金型の主面に平行な平面である。以下、＋Ｙ方向が上方向であるものとして説明を行うが、金型が配置される向きに応じて変化するものである。
＜実施形態にかかる金型冷却構造に想到するまでの検討経緯＞
本発明の構造を説明する前提として、関連する技術の問題点について、図３を用いて説明する。図３は、冷媒路を備えた金型１のコア１０の概略図である。コア１０の上側（＋Ｙ側）に、図示しないキャビティが設けられ、コア１０とキャビティを合わせることによって出来る空洞に、樹脂等の成形品の基となる素材を注入することにより、成形品が形成される。このとき、図３に示すようにコア１０の上側（＋Ｙ方向）からコア１０は溶融した樹脂等により加熱され、加熱面１９が形成される。
コア１０は、内部に冷媒路２０を備える。冷媒路２０は外部からは見えないのが通常であるが、冷媒路２０の状態を説明するために冷媒路２０を敢えて図示している。
金型１のコア１０は加熱面１９を冷却させるために、冷媒を金型１の内部に流入させ、成形品と金型１を冷却する。図３に示すように、金型１のコア１０の内部に冷媒路２０が設けられ、冷媒が流れる。図３において、冷媒は流入口２１から冷媒路２０に流入し、排出口２２から排出する。
図３のような冷媒路２０の内部を冷媒が流れる場合、冷媒は流入口２１から排出口２２に流れるにつれて冷媒の温度が上昇する。そのため、冷媒路２０の排出口２２に近い箇所においては冷却効果を得にくくなる。すなわち、金型１のコア１０において、加熱面１９の－Ｘ側において、冷媒によって冷却されるという効果を得にくい。また、冷媒路２０の温度が上昇することにより、例えば冷媒路２０の内部において膜沸騰が生じることとなり、冷媒路２０そのものの損傷の原因ともなり得る。
そこで、上記の問題を解決することが可能な、以下の実施形態にかかる金型冷却構造が見いだされた。
＜実施形態１＞
本実施形態にかかる金型冷却構造について、図１を用いて説明する。図１は、冷媒が流れる貫通孔１１を備えた金型１のコア１０の概略図である。コア１０は、内部に貫通孔１１を備える。貫通孔１１は外部からは見えないのが通常であるが、貫通孔１１の状態を説明するために敢えて図示している。
金型１のコア１０の内部の貫通孔１１を流れる冷媒は、例えば冷却油や冷却水などの熱媒体が用いられる。
本実施形態における冷媒の貫通孔１１の断面は円形であるものとして説明するが、貫通孔１１の断面は円形に限らず、例えば角形でもよく、冷媒が流れればどのような形状でもよい。本実施形態において、貫通孔１１に仕切り１２を設けることによって２つの冷媒路１３、１４を形成する。仕切り１２は、例えば、補強部、支持部、突出部、壁、及び板とも称され得る。また、例えば仕切り１２は、コアの他の部分と同一材料により積層造形されるが、これに限らず、貫通孔１１の壁面に固定される。
図１に示すように、貫通孔１１に仕切り１２を設けることによって第１の冷媒路１３及び第２の冷媒路１４を形成する。第１の冷媒路１３及び第２の冷媒路１４は、熱交換が可能である。なお、本実施形態においては、第１の冷媒路１３及び第２の冷媒路１４は仕切り１２を隔てた構造であるが、このような構造に限らず、熱交換が可能であれば第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４が独立した管路であってもよい。
図１に示すように、第２の冷媒路１４は、仕切り１２を隔てて第１の冷媒路１３に沿って延在する。また、第１の冷媒路１３は、第２の冷媒路１４よりもコア１０の加熱面１９に近い側に設けられるように仕切られる。すなわち、第１の冷媒路１３を流れる冷媒（第１の冷媒）は、金型１及び成形品を冷却する役割を持つ。
また、図１に示すように、第２の冷媒路１４は、第１の冷媒路１３よりもコア１０の加熱面１９から離れた側に設けられるように仕切られる。すなわち、第２の冷媒路１４を流れる冷媒（第２の冷媒）は、金型１を冷却する冷媒を冷却する役割を持つ。
本実施形態において、第１の冷媒路１３を流れる冷媒と第２の冷媒路１４を流れる冷媒は、図１の矢印に示すように逆の方向に流れる。すなわち、第１の冷媒路１３を流れる冷媒が流入する第１の流入口１５と、第２の冷媒路１４を流れる冷媒が排出する第２の排出口１６は仕切り１２を隔てて隣接する。また第２の冷媒路１４を流れる冷媒が流入する第２の流入口１７と、第１の冷媒路１３を流れる冷媒が排出する第１の排出口１８は仕切り１２を隔てて隣接する。
第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４の間に設けられた仕切り１２は、それぞれの冷媒路１３、１４を流れる冷媒は、相互に熱交換が可能であるように形成される。逆方向に流れるそれぞれの冷媒が熱交換することにより、第１の冷媒路１３の、第１の流入口１５から離れた箇所においても、冷媒の温度上昇を抑えることができる。第２の冷媒路１４を流れる冷媒が、第１の冷媒路１３を流れる冷媒の熱をより吸収しやすいからである。すなわち、図１において、金型１のコア１０の－Ｘ側においても、冷媒によって金型１が冷却される効果をより発揮しやすくなる。
また、仕切り１２の厚さを調整することにより、第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４を流れる冷媒同士の熱交換の度合いを調整することができ、ひいては第１の冷媒路１３の金型１及び成形品に対する冷却効率を調整することもできる。
さらに、図１に示すように、第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４の間に設けられた仕切り１２の位置を調整することにより、第１の冷媒路１３における第１の流入口１５から離れた箇所において、より冷媒の温度上昇を抑えることも可能である。
図２は、図１のＡ－Ａ‘断面（図２の（ａ））及びＢ－Ｂ’断面（図２の（ｂ））を示す。図２の（ａ）において、第１の冷媒路１３を流れる冷媒は－Ｙ方向に流れ、第２の冷媒路１４を流れる冷媒は＋Ｙ方向に流れる。また、図２の（ｂ）において、第１の冷媒路１３を流れる冷媒は＋Ｙ方向に流れ、第２の冷媒路１４を流れる冷媒は－Ｙ方向に流れる。
例えば、図１及び図２に示すように第１の冷媒路１３を流れる冷媒が流入する第１の流入口１５の断面積をより大きくし、第２の冷媒路１４を流れる冷媒が排出する第２の排出口１６の断面積をより小さくする。また第２の冷媒路１４を流れる冷媒が流入する第２の流入口１７の断面積をより大きくし、第１の冷媒路１３を流れる冷媒が排出する第１の排出口１８の断面積をより小さくする。冷媒路１３、１４の断面積が小さいほど、冷媒路１３、１４を流れる冷媒の流速が速くなる。
上述のように、それぞれの冷媒路の断面積に変化を設けるように仕切り１２を設ければ、それぞれの冷媒路１３、１４を流れる冷媒の温度が上昇した箇所において、冷媒の流速が増すことにより冷媒の排出を促し、より冷媒の温度上昇を抑えることができる。また、それぞれの冷媒路１３、１４を流れる冷媒の温度が上昇しない箇所においては、冷媒の流速が小さいため、より大きな冷却効果を得ることができる。
本実施形態により、冷媒の流入口から離れた部分であっても冷却性能をより発揮できる金型冷却構造を提供することができる。
＜他の実施形態＞
実施形態１において、金型１のコア１０の内部に第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４が１組延在するものとしたが、２組以上設けてもよい。また、第１の冷媒路１３と第２の冷媒路１４は金型１のキャビティ（不図示）の内部に設けてもよい。
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
１ 金型
１０ コア
１１ 貫通孔
１２ 仕切り
１３ 第１の冷媒路
１４ 第２の冷媒路
１５ 第１の流入口
１６ 第２の排出口
１７ 第２の流入口
１８ 第１の排出口
１９ 加熱面

Claims (4)

  1. 金型を冷却するための第１の冷媒を流す第１の冷媒路と、
    前記第１の冷媒路を流れる前記第１の冷媒を冷却するための第２の冷媒を流す第２の冷媒路と、
    を備え、
    前記第２の冷媒路は前記第１の冷媒路に沿って延在し、前記第１の冷媒路よりも前記金型の加熱面から離れた側に設けられ、
    前記第１の冷媒と前記第２の冷媒は相互に熱交換が可能である、
    金型冷却構造。
  2. 前記第１の冷媒と前記第２の冷媒は逆の方向に流れる、
    請求項１に記載の金型冷却構造。
  3. 前記第１の冷媒路は、前記第１の冷媒が流入する流入口の断面積が、前記第２の冷媒を排出する前記第２の冷媒路の排出口の断面積より大きく、
    前記第２の冷媒路は、前記第２の冷媒が流入する流入口の断面積が、前記第１の冷媒を排出する前記第１の冷媒路の排出口の断面積より大きい、
    請求項１又は２に記載の金型冷却構造。
  4. 前記第１の冷媒路及び前記第２の冷媒路は、１つの貫通孔に仕切りを設けることによって形成される、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の金型冷却構造。
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