JPH0577246A - 構成素材を熱効率に利用した成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】成形用金型の素材構成について、加熱溶融され
た成形材料の流入部を熱伝動率の高い素材で、これを支
持する周面部を熱伝動率の低い素材で構成することによ
り、周面部の断熱と成形材料流入部の熱効率を高めると
共に、金型周面部の過度な温度上昇と型温のバラツキを
抑えるようにしたもので、金型の構成素材自体が熱効率
に奉仕する成形用金型である。 【構成】成形材料の流入部を熱伝動率が高く軽量のアル
ミ合金等で構成し、周面部材には、断熱効果の高いＦＲ
Ｐマトリックスに鉱物繊維補強材を適宣その配向方向や
添加重量などを調整するなどした部材を用いるように
し、各々要求される強度・熱膨張率・熱伝導率などのス
ペックに応じて各種のプリプレグの組合せ積層と、マト
リクス（樹脂母材）の選定とによって材質設計を行っ
て、金型構成各所の強度の向上方向、強度向上効果、熱
膨張率等に対応する構成素材を得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂、ゴムなどの成形材
料を加熱溶融して型内に流し込んで成形する成形用金型
の全般に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂、ゴムなどの成形材料を加熱
溶融して成形する成形用金型は、加熱溶融された成形材
料の流入部も、これを支持する周面部もそのほとんどの
構造部材をＳ５５Ｃなどの鋼材を使用しているのが一般
的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、成形用金型
は鉄の塊として重量物の代表としてあつかわれ、また構
造的に精密であることから取り扱いに注意を要するとい
う、運搬、保管は言うに及ばず金型の加工時やメンテナ
ンス時、あるいは成形工場内での段取り時などでもやっ
かいな代物となっている。

【０００４】さらに、近年の樹脂材料の著しい開発によ
り金型温度は上昇する一方であり、このため成形機の固
定板や可動板に断熱板を取りつけないと成形機の各部が
著しく温度上昇し成形に支障を来したり、また製品の精
密化に伴い型温のバラツキをおさえるため大容量・高性
能な温度調節機器を使用しなければ所定の温度が得られ
なくなりつつある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の事情を考
慮してなされたものであり、その目的とするところは金
型を熱交換器と捉え、熱交換を行うキャビ・コア各プレ
ートやストリッパープレートなど加熱溶融された成形材
料の流入部のみを、銅合金などの金属合金、さらにはカ
ーボン、金属粉末、フィラメントなど等の添加により熱
伝導率の改善された樹脂、あるいは高強度カーボン焼結
材、窒化アルミなどの熱伝導率の高い材料とし、これら
に接する受け板やスペーサーブロック、取付板などの周
面部材を熱伝導率の低い材料とすることにより、金型の
構成素材自体を熱効率に利用するようにしたものであ
る。

【０００６】さらに、周面部材を熱伝導率が非常に低く
て断熱効果が高く、かつ比重が低く、絶対強度・耐熱性
に優れたＦＲＰを用いることにより、軽量でしかも熱効
率の優れた成形用金型を提供しようとするものである。
特に、本発明はＦＲＰ強化のためのプリプレグが鉱物繊
維の配向によって、強度の向上方向や熱膨張率にそれぞ
れの特徴を持つことに着目し、これを組み合わせること
により成形金型の周面プレートとして要求されるスペッ
クに応じた材質の設計を行うようにしたものである

【０００７】また、金型の熱効率を更に高め、金型の軽
量化に奉仕するため、成形材料流入部の構成素材に、ア
ルミ合金の使用を提唱するものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。図１は成形用金型として典型的な２プレートタイプ
の射出成形用金型の構造図であるが、従来では本図に示
すプレート、ブロック類は通常すべて鋼材である。強度
面での調整は板厚や焼き入れにより調整し、熱効率の面
では温調穴２４の位置、数、大きさなどにより調整して
いる。

【０００９】本発明では、従来画一的に鋼材を用いてき
た構造素材を、以下に説明するように各部の構造と機能
によって要求される性能から、それに適合する素材を用
いるようにしたものである。そこで先ず本発明における
周面部の素材として使用するＦＲＰ材の基本構造につい
て、図２〜図６を用いて説明する。

【００１０】ＦＲＰは種類的には大きく短繊維強化と長
繊維強化の２種に分別される。図２は短繊維２６をマト
リクス（樹脂母材）２５内にランダムに配向した短繊維
強化ランダム配向型の簡略図である。また図３は長繊維
２８をプリプレグ２７（鉱物繊維を並列もしくは編組
し、樹脂母材で固めたもの）に配向した長繊維強化プリ
プレグ型の簡略図である。図２では強度的には等方的に
強化されるが強度向上効果そのものは充填量に比較する
と高くない。一方、プリプレグ型では長繊維の配向方向
によって強度の向上方向を設計でき、また強度向上効果
も高い。

【００１１】図４から図６は長繊維２８を種々に配向し
たプリプレグ２７の簡略図である。本発明における周面
プレートは、これら種類の違ったプリプレグ２７をスペ
ックに応じて積層して材質設計を行う。例えば、図６に
示すように長繊維２８に角度を持たせた長繊維プリプレ
グ型では繊維配向角度α°の調整によりマトリクス（樹
脂母材）との選定とあいまって、強度だけでなく、熱膨
張率等の設計も可能である。

【００１２】図１に戻って一般的な金型の構造部材を見
ると、１の固定側取付板は、加熱溶融された成形材料を
射出する成形機の材料噴射ノズル１８を受け、コアプレ
ート３に支持されるコア９と嵌合して成形品２３の型を
構成する固定側型板（以下キャビプレートと呼ぶ）２の
取り付け基盤となる。

【００１３】固定側取付板１には強度的には成形機のノ
ズル１８による中心曲げ荷重が加わり、また型締め時に
一様な圧縮荷重量がかかる。さらに取付板としてキャビ
プレート２を松葉クランプやボルト等によって成形機の
プラテンに取り付けることから緩んでは支障をきたすの
で板厚方向の圧縮弾性率が高くクリープの少ないことが
必要である。

【００１４】また熱的には温調されるキャビプレート２
に広く接するため、大きな断熱効果が期待され、同時に
耐熱性と耐熱強度が必要である。そこで、固定側取付板
１の仕様としては、中心曲げ強度の適合のためには図５
に示すような直角配向のプリプレグを用いるのが良いと
判断され、板厚方向の強度保持にたいしては積層化が有
効であり、耐熱性、断熱効果にたいしては耐熱樹脂をマ
トリクスにするのが良いと結論される。

【００１５】下記に具体例を示す。繊維をカーボンファ
イバーとし、直角配向プリプレグを作成、マトリクスを
ＣＯＰＮＡ（コンデンスト ポリニュークリアアロマテ
イックレジン）樹脂とし、板厚方向に積層構造とした場
合の物性を表１に示す。

【表１】

【００１６】この結果明らかなように、固定側取付板１
の素材としてこれを用いれば、従来の鋼材製にくらべ、
比重が４分の１から５分の１、強度面では同等あるいは
数倍優れ、耐熱的にも２５０℃での長期使用に耐え、か
つ熱伝導が２桁低いという高断熱効果を有する固定側取
付板を得ることができる。

【００１７】同様に、受け板４では成型品２３やゲート
２２、ランナー２１などの投影面積×射出圧力の曲げ荷
重が加わり、また型締め時の一様な圧縮圧力がかかる。
さらにコアプレート３に接することから断熱性が期待さ
れ、かつ受け板４特有の要求性能として、金型温調時に
エジェクタピン１５やリターンピン１６などがコアプレ
ートト３と受け板４間の熱膨張率の違いにより位置ズレ
を起こさないように調整しなくてはならない。

【００１８】かかる事由から、図６に示すようにファイ
バーの配向角度α度を調整することにより、マトリクス
の選定による熱膨張率をコアプレート３の材質の熱膨張
率にマッチングさせることが可能であるから、ポリイミ
ドやＣＯＰＮＡ樹脂等の耐熱材料をマトリクスとし、長
繊維プリプレグをこのように配向した積層構造のＦＲＰ
が有効であると判断される。

【００１９】スペーサーブロック５、可動側取付板８で
は強度面では型締め時の圧縮荷重に耐えれば良く、圧縮
に対するクリープが小さければ良い。耐熱性の面でも既
に受け板４で断熱後であるので、マトリクスの耐熱性は
固定側取付板１や受け板４に比較してランクダウンして
良く、またガラス短繊維を高充填すれば図２に示すよう
なランダム配向でも十分な強度を得ることが可能であ
る。

【００２０】エジェクタプレート６及び７では、成形機
のエジェクタロッド１９に押圧されるため変形しない程
度の剛性が必要であり、また射出圧がエジェクタピン１
５やスプルロックピン１４を通じてかかってくるため板
厚方向の圧縮弾性率が高く且つクリープの少ないことが
必要である。熱的にもこれらのピン類を通じて伝熱する
ため高い耐熱性が必要である。

【００２１】したがって、この要件は全く固定側取付板
１と同じであるから、同様構造が望ましいと判断され
る。

【００２２】次に熱交換器としての本質であるキャビプ
レート２、コアプレート３であるが、ダイレクトに型彫
りを行った際の寸法精度や表面のみがき精度を別とすれ
ば、要求される性能としては、熱伝導率の高いことが第
一であり、当然圧縮強度や耐熱性の点でもクリアしなく
てはならない。

【００２３】したがって、これらをクリアする樹脂、金
属、セラミックなど様々な材料が提起しうるがコスト的
に、また実績的にも現時点ではＪＩＳ Ｈ ４０００に
規定する７０７５系アルミニウム合金が、その軽量さが
本発明の趣旨に合致する点からも特有な材料であるとい
えよう。

【００２４】表２に既知の７０７５系アルミニウム合金
の物性を示すが、これに明らかな如く比重が低く、強度
的にも従来鋼材に匹敵するうえ、熱伝導率が鋼材の数倍
するので非常に好ましい特性を有していると判断され
る。

【表２】

【００２５】

【発明の効果】以上の如く、本発明による実施例によれ
ば、キャビプレート、コアプレートが従来鋼材製のもの
に比較して重量的に１／３、それ以外のプレート類が１
／４〜１／５の重量となるため、ガイドピンその他の部
品を従来通りの鋼材を用いたとしても全備重量で従来の
鋼材製の１／３〜１／４という軽量金型を得ることがで
きる。さらに断熱効果によりキャビ、コアプレートのみ
の温調となり、また高熱伝導率のキャビ、コア材とする
ことで飛躍的な熱効率のアップが実現できるものであ
る。

【００２６】本発明は、以上のように、本実施例に示し
た一般的な金型構造に限らず、総入れ子式金型やユニッ
ト式金型、あるいはカセット式金型等、成形用金型の構
造素材の構成について広く適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】標準的な２プレート、サイドゲート方式の金型
構造の縦断面図である。

【図２】短繊維ランダム配向のＦＲＰプレートの簡略斜
視図である。

【図３】長繊維プリプレグ強化型のＦＲＰプレートの簡
略斜視図である。

【図４】第３図に示すプリプレグの繊維１方向配向の簡
略斜視図である。

【図５】同じく直角２方向に配向のプリプレグの簡略斜
視図である。

【図６】同じく配向方向に角度を持たせたプリプレグの
簡略斜視図である。

【符号の説明】

１ 固定側取付板 ２ キャビプレート ３ コアプレート ４ 受け板 ５ スペーサーブロック ６、７ エジェクタプレート ８ 可動側取付板 ９ コア １０ ロケートリング １１ スプルーブッシュ １２ ガイドピン １３ ガイドピンブッシュ １４ スプルロックピン １５ エジェクタピン １６ リターンピン １７ ストップピン １８ 材料噴射ノズル １９ エジェクタロッド ２０ スプルー ２１ ランナー ２２ ゲート ２３ 成形品 ２４ 温調穴 ２５ マトリックス（樹脂母材） ２６ 短繊維 ２７ プリプレグ ２８ 長繊維

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱溶融された成形材料の流入部を熱伝
   動率の高い素材で、これを支持する周面部を熱伝動率の
   低い素材で、それぞれ構成したことを特徴とする構成素
   材を熱効率に利用した成形用金型
2. 【請求項２】 周面部材に、各々要求される強度・熱膨
   張率・熱伝導率などのスペックに応じて各種の耐熱性高
   強度樹脂を母材としてカーボンファイバー、ガラスファ
   イバー等の鉱物繊維補強材を適宣その配向方向や添加重
   量などを調整するなどした部材を用いるようにした「請
   求項１」記載の構成素材を熱効率に利用した成形用金型
3. 【請求項３】 成形材料流入部の構成素材に、アルミ合
   金を用いるようにした「請求項１」「請求項２」記載の
   構成素材を熱効率に利用した成形用金型
4. 【請求項４】 鉱物繊維を並列もしくは編組したプリプ
   レグの繊維の配向方向、繊維配向角度によって強度の向
   上方向、強度向上効果、熱膨張率等の異なるプリプレグ
   の組合せ積層と、マトリクス（樹脂母材）の選定とによ
   って材質設計を行った成形用金型の周面プレート