JPH0839571A

JPH0839571A - 樹脂成形用電磁誘導加熱式金型

Info

Publication number: JPH0839571A
Application number: JP18222694A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shoji; 武司庄司; Yasuhiro Ujimoto; 泰弘氏本
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1996-02-13
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4014232B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度、高熱伝導度、耐熱慣性を備え成形
サイクルの短縮、成形効率の向上を計る電磁誘導加熱式
樹脂成形金型を提供する。【構成】少なくとも高熱伝導性金属層２と磁性金属
層３の複合層からなる樹脂成形金型であって、高熱伝導
層と磁性層が冶金的に接合している電磁誘導加熱式樹脂
成形用金型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は射出成形、圧縮成形、
ブロー成形など原料プラスチックを投入した後、熱の授
受によって賦型、固化させる樹脂成形用金型に関する。
特に、金型表面の光沢や、模様を忠実に賦型して外観良
好な成型品を得るために１サイクル内に金型表面および
金型本体温度を外部からの電力熱を用い上下させる成型
法に使用する金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックの成形は、射出成形、圧縮
成形、ブロー成形など原料プラスチックを投入した後、
熱の授受を行って、プラスチックを賦型、固化させる。
このような金型の具備すべき一般的要件は、表面が充分
な硬さを有し、構造的に充分な強さを有し、なおかつ熱
の授受が効率よく行われることである。即ち、製品の成
形サイクル時間が短縮され、成形効率が改善されると共
にヒ−トクラックの発生、進展を押さえ金型寿命の向上
が望まれている。更には、成形品質の改善、特に表面光
沢や仕上がり精度、金型表面の忠実な転写精度に対する
要求が求められる様になった。

【０００３】すなわち、原料投入工程では原料プラスチ
ックが流動するに適した温度が維持でき、固化工程では
プラスチックとの間で熱の授受が速やかに行われること
が求められており、一般の成形においては、冷却時間が
全工程の過半を占め、金型内のプラスチックとの熱の授
受の速さが生産性に大きく影響してくる。熱の授受が高
速に行われるために第一に必要なことは、金型素材の熱
伝導度が高いことである。さらに金型内のプラスチック
と熱交換を行う部分の熱慣性が小さいことが好ましい。
加熱または冷却を熱媒で行うにせよ、金型自体の熱慣性
が小さければ、プラスチックからの熱量を取りやすく、
熱交換率は高くなる。さらに付け加えれば、効率のよい
加熱または冷却、あるいは双方の手段を有することが望
ましい。

【０００４】この他、金型表面にキズが付くと成形不良
につながるため金型表面は硬度が高く、キズが付きにく
いことが必要である。さらに金型全体の構造が機械的に
充分な強度を有することが必要なのは言うまでもない。

【０００５】特に近年、成形サイクルの向上と平行し
て、成形品の表面仕上げ精度に対する品質の向上を要求
されるようになり、金型キャビテイー表面（金型作業面
最表層）のみを部分加熱する新しい技術として、高周波
電磁誘導加熱式射出成形金型が開発された。

【０００６】この高周波電磁誘導加熱式射出成形金型と
は、キヤビティー表面局部加熱型の成形金型で、金型の
キャビティー表面のみを誘導加熱により選択的に急速昇
温し、樹脂充填時のみ高温金型の状態を作り出す成形金
型で、通常の成形金型では得られない高い金型温度での
成形を、生産性を大幅に損なうことなく可能にする金型
である。

【０００７】この高周波電磁誘導加熱式射出成形金型を
用いた射出成形方法や射出成型物については、例えば、
特公昭５８−４０５０４号、昭６０−５６６０４号、な
どに開示されており、成型品に充填材が入った場合でも
入らない場合でも全く同じ様にジェッティング、フロー
マーク、ウエルドライン等の欠点や射出成型機のゲート
部付近と樹脂流動末端（デッドエンド）部の光沢差（光
沢班）のない成型品が得られる、特に充填材が入った場
合に充填材の現出も無くなる。また、平滑でない表面、
例えば粗い凹凸模様、シボ、梨地（すりガラス状）等を
有する成形体を得る場合でも、転写性が優れているので
極めて良好な外観を得ることが出来る。ところが、これ
ら前記電磁誘導加熱方法での金型は金型本体が鍛造鋼、
鋳鉄などの単一金属であるので、金型キャビティー表面
のみを選択的に高温加熱しようとしてもキャビティー表
面の形状に起因する局部的発熱による不均一な温度上昇
や、熱伝導性が低い事などによってかなりの熱損失及び
電磁損があつた。

【０００８】更に、加熱時には電磁誘導加熱によって金
型内部温度が上昇しないのと同様に冷媒による強制冷却
過程においても、鉄などの単一金属では熱伝導が小さい
ため、冷媒の冷却効果をキャビティー表面、即ち、成型
品自身に伝達するのに時間を要し、且つ複雑な凹凸面を
有するキャビティー表面では、均一な冷却を得るのに更
に時間を必要としていた。

【０００９】

【発明が解決しようとしている課題】本発明はかかる問
題に着目して成されたものである。その目的は型構造材
料としての高強度を有し、かつ、高熱伝導度、耐熱慣性
を備え、大幅な成形サイクルの短縮、成形効率の向上が
図れるとともに、金型表面の光沢や模様を忠実に賦型し
て外観良好な高品質成型品を得るための樹脂成形用電磁
誘導加熱式金型を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、電磁誘導加熱式の金型を冶金的に接合した高熱
伝導性金属層と磁性金属層との複合層から構成すること
が有効であることを見出し、本発明に至った。すなわ
ち、本発明は、少なくとも高熱伝導性金属層とそれに接
する磁性金属層の複合層からなる樹脂成形用電磁誘導加
熱式金型であって、高熱伝導金属層と磁性金属層が冶金
的に接合していることを特徴とする樹脂成形用電磁誘導
加熱式金型に関する。

【００１１】高周波電磁誘導加熱式射出成形では、金型
キャビティーの表面付近のみ急速加熱・昇温して、高温
状態のキヤビティーに樹脂を射出し、水などの媒体を用
い樹脂を冷却する成型法で、この場合の金型昇温の手段
としては、数秒程度の短時間で金型表面温度を昇温する
ために、加熱には誘導加熱方式が使用される。

【００１２】誘導加熱とは、加熱する金属片を周期的に
変動する磁界中に置き、金属内に発生する渦電流によっ
て、金属片自身を発熱させるもので、金属の表面付近の
み発熱し、大きな発熱量が得られることが特徴である。

【００１３】この誘導加熱方式を採用した射出成形方法
としては、インダクタを金型の間に挟み込んで、高周波
発信器で誘導加熱する方式と、インダクタをキャビティ
ーの裏側に内蔵する方式の２種類があり、成型品の形
状、構造、材質などによって使い分けられている。

【００１４】しかし、いづれの方式であっても、インダ
クタに隣接する金型の被加熱金属層は磁性金属層、特に
強磁性金属層で有ることが好ましく、発熱効率が良いの
で急速昇温が得られる。

【００１５】次に、樹脂充填後は、高温加熱したキャビ
ティー表面金属層及び、成形金型全体を急速に冷却しな
ければならず、この為には成形金型は冷却水や冷媒の熱
伝導性に優れていること、即ち、熱の授受が効率よく行
われ、かつまた、構造的に充分な高剛性を有しているこ
とが好ましい。

【００１６】また本発明の樹脂成型用金型によれば、高
熱伝導性で、好ましくはかつ低体積比熱金属層を有する
複合金属層で形成されているため、あるいはまた、金型
をインダクタや冷媒によって加熱、冷却する金属層を高
熱伝導性で、好ましくはかつ低体積比熱金属層で形成さ
れているため金型の熱慣性が小さく、誘導加熱を併用し
た場合の金型は１サイクル内に効率的に加熱冷却するこ
とができる。

【００１７】即ち、本発明は電磁誘導加熱等の強制加熱
及び、冷媒などによる強制冷却を行う樹脂成形金型にお
いて熱交換効率を高めることによって、製品の成形サイ
クル時間が短縮され、成形効率が良く、ヒ−トクラック
の発生進展を押さえた高寿命金型であり、また、成形品
質の改善、特に表面光沢や仕上り精度、金型表面の忠実
な転写精度を有する金型である。

【００１８】本発明の樹脂成形用金型は、その構成材料
が高熱伝導性で、好ましくはかつ低体積比熱金属層と磁
性金属層との冶金的接合による複合層から少なくともな
るものである。また、本発明の金型は、好ましくは金型
ないしは金型部品に充分な剛性、強度を付与するため、
高剛性を有する材料を金型基材（強度部材）層に冶金的
に接合することもできる。また、この金型基材層を磁性
金属層で兼ねさせることもできる。

【００１９】この発明で言う金型基材となる高剛性金属
は一般構造用圧延鋼、機械構造用炭素鋼、構造用合金
鋼、炭素工具鋼、軸受け鋼等の鉄鋼、ステンレス鋼その
他強度の高い金属であり、高熱伝導性で好ましくはかつ
低体積比熱金属材料はアルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金等である。

【００２０】ここで、体積比熱（Ｃａｌ・ｄｅｇ~¹・Ｃ
ｍ~³）は、比熱（Ｃａｌ・ｄｅｇ~¹・ｇ~¹）ｘ密度（ｇ
・Ｃｍ~³）の事であり、金型などの伝熱は全て体積あた
りの比熱で考えることから、このような言い方をする。

【００２１】また、磁性金属材料はニツケル、ニツケル
合金、鉄、鉄合金等である。更にまた、上記金型の寿命
を向上するために、金型キャビティーの表面に、表面仕
上げ層として、硬度の高い金属を全面または、部分的に
冶金接合することができる。このような金属としては炭
素工具鋼、金型鋼等の鉄鋼、ステンレス鋼またはクロー
ムニッケルのような硬度が高いか、熱処理等の後加工に
より、これら金属材料と同じ硬さのレベルに加工可能な
金属材料を使用することができる。この表面処理層の厚
みは極薄くてよく、一般に０．０１ｍｍ程度以上有れば
よい。

【００２２】また、本発明の金型は、金型全体の熱慣性
を小さくし、成形サイクルを向上するために、金型基材
を低熱伝導性材料から構成するか、または、金型基材と
高熱伝導性で、好ましくはかつ低体積比熱金属層の間に
低熱伝導性の接合金属材料層を設け、冶金的に接合でき
る。この低熱伝導性の金属材料は、ステンレス鋼、チタ
ン、チタン合金、ジルコニウム、ジルコニウム合金等の
低熱伝導の材料である。

【００２３】またさらに、金型の成形サイクルを向上す
るための冷熱媒流路形成のため高熱伝導性で、好ましく
はかつ低体積比熱金属層の内部に孔を設けるか、あるい
は、この高熱伝導性金属層とそれに接する基材層やキャ
ビティ表面層を構成する金属材料との接合面に溝を設け
ることができる。

【００２４】高熱伝導性で好ましくはかつ低体積比熱金
属層は、厚くすると熱伝導は良くなる。また、薄くする
と熱慣性を軽減することができる。このため、この層の
厚みは金型の構造によって最適値が異なる。熱交換が十
分出来る系や大型成形品あるいは形状が複雑で型表面の
温度がバラツキ易い金型では２０ｍｍ以上と厚めにする
とよい。小型用や原料投入時と冷却時の温度差を付けた
い場合は５ｍｍ〜２０ｍｍ程度にする。

【００２５】熱交換用に設ける孔ないし溝は、水、油な
どの熱媒循環用、あるいはヒートパイプ、電気ヒータを
装着する。なお、この孔ないし溝は、高熱伝導性かつ低
体積比熱金属層の熱伝導面積を減らす効果もあり、低熱
伝導金属層または金型基材以降への伝熱を小さくする。

【００２６】本発明で言う冶金的接合とは２つの金属を
原子間引力が作用する領域まで近づけ接合せしめたもの
であり、通常、摩擦圧着、爆発圧着、ロール圧着、拡散
接合、電気メッキ等の手段により接合する。また、２つ
の異なる金属を冶金的に直接接合することが難しい場合
には中間材として、例えば、純アルミニウム、チタン、
ニッケル、純鉄、銅、銀、またはこれらを主成分とする
ロウ材等を用い接合せしめることができる。本発明にお
いては、このように冶金的接合により複合したことによ
り、通常の嵌合によるものに比べて熱伝導性をさらに向
上することができる。

【００２７】

【実施例】

実施例１図面を参照して説明すると、図１は射出成型用の本発明
の樹脂成形金型（下型）の層構成を示す側断面図である
（ただし、層構成の同じ上型は図示せず）。

【００２８】この金型の材料は、厚さ５０ｍｍの金型鋼
材からなる金型基材層１、厚さ２０ｍｍのアルミニウム
合金からなる高熱伝導性かつ低体積比熱金属層２、厚さ
１ｍｍのニッケル合金からなる磁性金属層３が爆発圧着
法によって冶金的に接合されたクラッド金属板であり、
アルミニウム合金部分には冷却性を向上するために水冷
孔５が設けて有る。また、キャビティ面はニッケル合金
磁性金属層となる。

【００２９】この樹脂成型用金型のニッケル合金表面側
キャビティ面にインダクター６を図示しない上型ではさ
むように配置して高周波電磁誘導加熱によりキャビティ
面を加熱した後、インダクタ６を除き、ガラス繊維が充
填された樹脂を用いて射出成形を行ったところ、従来の
金型に較べて昇温、冷却速度が速く、加熱ムラが少ない
ことから表面肌の美麗な成型品が得られた。

【００３０】比較例１図面を参照して説明すると、図２は本発明金型と比較す
る為に製作した射出成型用の樹脂成形金型（下型）の層
構成を示す側断面図である（ただし、層構成の同じ上型
は図示せず）。

【００３１】この金型の材料は、厚さ７１ｍｍの金型鋼
材からなる金型基材１の単一金属であり、実施例１と同
位置に冷却性を向上するための水冷孔５が設けて有る。

【００３２】この樹脂成型用金型の表面側に実施例１と
同様にしてインダクタ６を配置して高周波電磁誘導加熱
によりキャビティ面を加熱した後、実施例１と同一材
料、同一条件でガラス繊維が充填された樹脂を用いて射
出成形した。

【００３３】上記実施例１と比較例１の形成結果の比較
では、比較例１に較べて、実施例１がアルミニュウム合
金の厚さ２０ｍｍと、ニッケル合金厚さ１ｍｍ合計分の
体積比熱差分の昇温、冷却速度が速く加熱ムラが少ない
ことが判った。

【００３４】実施例２図面を参照して説明すると、図３は射出成型用の本発明
の樹脂成形金型（下部）の層構成を示す側断面図である
（ただし、層構成の同じ上型は図示せず）。

【００３５】この金型の材料は、厚さ４０ｍｍの金型鋼
材からなる金型基材層１、厚さ１０ｍｍのチタン合金板
からなる低熱伝導性接合層４、厚さ１０ｍｍの軟鋼から
なる磁性金属層３、厚さ２０ｍｍのアルミニウム合金か
らなる高熱伝導性かつ低体積比熱金属層２が爆発圧着法
によって冶金的に接合されたクラッド金属板であり、キ
ャビティ面となるアルミニウム合金部分に冷却性を向上
するために水冷孔５が設けて有る。

【００３６】この樹脂成型用金型の軟鋼部分にインダク
タ６を内蔵配置して高周波電磁誘導加熱により、ガラス
繊維が充填された樹脂を用いて射出成形を行ったとこ
ろ、従来の金型に較べて昇温、冷却速度が速く加熱ムラ
が少ないことから表面肌の美麗な成型品が得られた。

【００３７】比較例２図４は実施例２の本発明金型と比較する為に製作した射
出成型用樹脂成形金型の層構成を示す側断面図である
（ただし、層構成の同じ上型は図示せず）。

【００３８】この金型の材料は、厚さ４０ｍｍの金型鋼
材からなる金型基材１、厚さ１０ｍｍのチタン合金板か
らなる低熱伝導金属層４、厚さ３０ｍｍの軟鋼からなる
磁性金属層３が爆発圧着法によって冶金的に接合された
クラッド金属板であり、金型表面からの位置関係を同一
にした軟鋼部分に、冷却性を向上するたの水冷孔５が設
けてあり、インダクタが内蔵配置してある。

【００３９】上記実施例２と比較例２の形成結果の比較
では、比較例２に較べて、実施例２がアルミニュウム合
金の厚さ２０ｍｍ分の体積比熱差分の昇温、冷却速度が
速く加熱ムラが少ないことが判った。

【００４０】

【発明の効果】本発明の成形金型は構造材料としての高
強度を有しかつ、高熱伝導度、耐熱慣性を備え、大幅な
成形サイクルの短縮、成形効率の改善、熱効率の向上が
図れると共に、金型表面の光沢や模様を忠実に賦型して
外観良好な高品質成型品を得るための樹脂成形用金型を
提供することができる。

【００４１】また、ガラス繊維や無機物、金属粉等を充
填材とした各種充填材入り熱可塑性樹脂成形を行った場
合には、成型品表面に充填材が露出せず、換言すれば熱
可塑性樹脂の薄膜表皮層が形成でき、充填材で補強した
樹脂でも非補強樹脂と同等の表面状態が得られ、難成形
（高粘度、高融点）樹脂の転写性が改善される。しか
も、ジェッティング、フローマーク、ウエルドラインな
どの表面不良の発生防止もできる。

【００４２】さらに、流動性の向上により、高粘度、高
融点樹脂の成形性が向上する。また、このほか、成型品
の内部応力及び後収縮を減少させる事が出来る。

【００４３】以上の事により、結果として、例えばＰＭ
ＭＡ樹脂製カーステレオ全面パネルではウエルドライン
消しによる高品質化、ＨＩＰＳ樹脂製小型ＴＶ全面パネ
ルでは、ウエルドライン消し、塗装の省力化、ＡＢＳ樹
脂製ハンドシャーワー穴板では、ウエルドライン消しに
よる孔明け工程省略、ＡＢＳGF樹脂製化粧品容器等で
は、樹脂の剛性を生かした薄肉化、塗装の省略が可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の樹脂成形金型（下型）の層構成
を示す側断面図である。

【図２】図２は実施例１に示す本発明金型と比較する為
の射出成型用の樹脂成形金型（下型）の層構成を示す側
断面図である。この金型は、金型鋼材で製作した基材金
属層のみの単一金属金型である。

【図３】図３はインダクタを内蔵配置した本発明の樹脂
成形金型（下型）の層構成を示す側断面図である。

【図４】図４は実施例３に示すインダクタを内蔵配置し
た本発明金型と比較する為の射出成型用の樹脂成形金型
（下型）の層構成を示す側断面図である。

【符号の説明】

１：基材金属層２：高熱伝導性かつ低体積比熱金属層３：磁性金属層４：低熱伝導性金属層５：冷却孔６：インダクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも高熱伝導性金属層とそれに接
する磁性金属層の複合層からなる樹脂成形用電磁誘導加
熱式金型であって、高熱伝導金属層と磁性金属層が冶金
的に接合していることを特徴とする樹脂成形用電磁誘導
加熱式金型。
【請求項２】高剛性金属層からなる金型基材層を含む
請求項１記載の樹脂成形用電磁誘導加熱式金型。
【請求項３】高熱伝導性金属層と磁性金属層が爆発圧
着により冶金的に接合していることを特徴とする請求項
１または、請求項２の樹脂成形用電磁誘導加熱式金型。
【請求項４】金型キャビティー面となる高熱伝導性金
属層または磁性金属層に、硬度の高い金属を全面また
は、部分的に冶金接合したことを特徴とする、請求項
１、請求項２または、請求項３の樹脂成形用電磁誘導加
熱式金型。
【請求項５】金型基材層が低熱伝導性材料からなるこ
とを特徴とする請求項２，請求項３または、請求項４の
樹脂成形用電磁誘導加熱式金型。
【請求項６】金型基材層と高熱伝導性金属層の間に低
熱伝導性の接合層を設けたことを特徴とする特徴とする
請求項２，請求項３または、請求項４の樹脂成形用電磁
誘導加熱式金型。
【請求項７】高熱伝導性金属層の内部に熱交換用孔を
設けたことを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項
３，請求項４、請求項５または請求項６の樹脂成形用電
磁誘導加熱式金型。
【請求項８】高熱伝導性金属層とそれに接する金型基
材層または、キャビティー表面金属層との接合面に溝を
設け、熱交換が出来るようにした請求項２、請求項３，
請求項４、請求項５または請求項６の樹脂成形用電磁誘
導加熱式金型。