WO2017170168A1 - 射出成形装置 - Google Patents

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plate
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佑介 鈴木
内田　直樹
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Terumo Corp
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/26—Moulds
    • B29C45/27—Sprue channels ; Runner channels or runner nozzles

Definitions

  • the present invention relates to an injection molding apparatus.
  • An injection molding apparatus is known as an apparatus for molding a resin using a mold (see Patent Document 1).
  • the injection molding apparatus includes a cold runner method and a hot runner method.
  • the cold runner method since the part solidified by the runner is taken out together with the molded product, it takes a corresponding time until the molten material in the runner is cooled and solidified, and productivity can be lowered. Therefore, in the cold runner type injection molding apparatus, it is desired to reduce the cross-sectional area of the runner and shorten the cooling time of the molten material in the runner.
  • an object of the present invention is to provide an advantageous injection molding apparatus for improving productivity.
  • an injection molding apparatus is an injection molding apparatus for injecting a molten material into a mold through a flow path, and the flow path has a portion surrounded by a metal layer.
  • a heat insulating layer is provided between the metal layer and the base material, and the metal layer is connected to the base via a connection portion having a higher thermal conductivity than the heat insulating layer and passing through the heat insulating layer. It is connected to the material.
  • the injection molding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention will be described.
  • 1A and 1B are schematic views showing an injection molding apparatus 100 of the present embodiment.
  • the injection molding apparatus 100 of the present embodiment is a cold runner type injection molding in which a molten material (molten resin) is injected into a mold 10 (mold hole 10a) via a spru 20, a runner 21 and a second spru 22 (gate). Device.
  • a molten material molten resin
  • FIG. 1A when the injection molding apparatus 100 injects the molten material into the mold 10, the first plate 11 on which the second sprues 22 are formed and the second plate on which the sprues 20 are formed. 12 and the mold 10 are overlapped.
  • the runner 21 is configured when the first plate 11 and the second plate 12 are overlapped. Then, the molten material is injected into the mold 10 through the sprue 20, the runner 21 and the second sprue 22 in a state where the first plate 11, the second plate 12 and the mold 10 are overlapped. After the molten material is cooled and solidified, as shown in FIG. 1B, the runner 21 is divided into two parts by increasing the distance between the first plate 11, the second plate 12 and the mold 10. A part 32 (resin) solidified inside the sprue 20, the runner 21 and the second sprue 22 is taken out together with the formed product 31 formed.
  • the cold runner type injection molding apparatus 100 since the parts solidified by the runner 21 are taken out together with the molded product, it takes a certain time until the molten material in the runner 21 is cooled and solidified, and the productivity is increased. Can be reduced. Therefore, in the cold runner type injection molding apparatus 100, it is desired to reduce the cross-sectional area of the runner 21 and shorten the cooling time of the molten material in the runner 21. However, by simply reducing the cross-sectional area of the runner 21, the molten material in the runner 21 is cooled and solidified while the molten material is injected into the mold 10 through the runner 21 (during injection). Short shots can occur.
  • the injection molding apparatus 100 of the present embodiment has a configuration in which the runner 21 is surrounded by a metal layer, a heat insulating layer is provided around the metal layer, and a part of the metal layer is connected to the base material. That is, the runner 21 of the present embodiment has a portion surrounded by a metal layer, and in this portion, a heat insulating layer is provided between the metal layer and the base material, and the heat conductivity is higher than the heat insulating layer.
  • the metal layer is connected to the base material through a connecting portion that passes through the inside of the heat insulating layer.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a cross section (cross section AA in FIG. 1A) of the peripheral portion of the runner 21. As shown in FIG.
  • the first plate 11 may include a first base material 11a, a first heat insulating layer 11b, and a first metal layer 11c.
  • a first recess 11a 2 having a trapezoidal cross section is formed on the first surface 11a 1 (surface on the second plate 12 side) of the first base material 11a, and the first heat insulation is formed on the inner wall of the first recess 11a 2.
  • a layer 11b is provided. As with the first surface 11a at least a portion of one of the first base material 11a covers the surface (exposed surface) of the first heat insulating layer 11b, at least the surface of the first insulation layer 11b of the first surface 11a 1
  • the first metal layer 11c is continuously provided up to a part. In other words, the first metal layer 11c is connected to the portion where the metal layer provided on the surface of the first heat insulating layer 11b is not formed with the flow path of the first base material 11a (first surface 11a 1 ). It is formed as follows.
  • the first metal layer 11c of the present embodiment includes a portion covering the surface of the first insulation layer 11b, a portion continuously covering at least a portion of the first surface 11a 1 and extends from the partial It is out. That is, in the present embodiment, a part of the first metal layer 11c functions as a connection portion that connects the metal layer surrounding the flow path (runner 21) and the first base material 11a.
  • the present invention is not limited to this, and the metal layer provided only in the portion surrounding the flow path 21 is the first metal layer 11c, and as a connection portion that connects the first metal layer 11c and the first base material 11a, A member (for example, metal) having higher thermal conductivity than the first heat insulating layer 11 b may be provided on the first plate 11.
  • the second plate 12 may include a second base material 12a, a second heat insulating layer 12b, and a second metal layer 12c.
  • a second recess 12a 2 having a rectangular cross section is formed on the second surface 12a 1 (surface on the first plate 11 side) of the second base material 12a, and a second heat insulation is formed on the inner wall of the second recess 12a 2.
  • a layer 12b is provided. Then, at least the second surface 12a 1 from the surface of the second heat insulating layer 12b so as to cover at least a part of the second surface 12a 1 of the second base material 12a and the surface (exposed surface) of the second heat insulating layer 12b.
  • the second metal layer 12c is continuously provided up to a part.
  • the second metal layer 12c is connected to the portion where the metal layer provided on the surface of the second heat insulating layer 12b is not formed with the flow path of the second base material 12a (second surface 12a 1 ). It is formed as follows.
  • the second heat insulating layer 12b of the present embodiment can be formed such that the second recess 12a 2 is filled with a heat insulating material.
  • the second metal layer 12c of the present embodiment also connects a part of the second metal layer 12c with the metal layer surrounding the flow path 21 and the second base material 12a, similarly to the first metal layer 11c. It functions as a connection part.
  • the present invention is not limited to this, and the metal layer provided only in the portion surrounding the flow path (runner 21) is the second metal layer 12c, and the connection connecting the second metal layer 12c and the second base material 12a.
  • a member (for example, metal) having higher thermal conductivity than the first heat insulating layer 11b may be provided on the second plate 12.
  • it was set as the structure which provided the connection part in both the 1st plate 11 and the 2nd plate 12 it is good also as a structure which provided the connection part in at least one of them.
  • first plate 11 and the second plate 12 By configuring the first plate 11 and the second plate 12 in this way, when they are overlapped with each other, a space surrounded by the first metal layer 11c and the second metal layer 12c as shown in FIG. There is formed inside the first recess 11a 2. That is, a space in which the lower surface and the side surface are configured by the first metal layer 11c and the upper surface is configured by the second metal layer 12c is formed inside the first recess. This space becomes a runner 21 (flow path) through which the molten material flows. Furthermore, since the first metal layer 11c and the second metal layer 12c are formed up to the portion where the flow path of the first base material 11a and the second base material 12a is not formed, there is an efficient heat insulation layer. Cooling can be possible.
  • the first heat insulating layer 11b and the second heat insulating layer 12b are preferably made of a material having a lower thermal conductivity than the base material (first base material 11a, second base material 12a) such as ceramic or polyimide resin. . More preferably, it may be made of a material (for example, zirconia) having a thermal conductivity of 1 W / mK or less. Moreover, it is preferable that the 1st metal layer 11c and the 2nd metal layer 12c are comprised with a material whose heat conductivity is higher than a heat insulation layer (the 1st heat insulation layer 11b, the 2nd heat insulation layer 12b). For example, the first metal layer 11c and the second metal layer 12c can be made of tungsten.
  • FIG. 3 is a view for explaining a method of forming the runner portion in the first plate 11.
  • a first recess 11a 2 (groove) is formed in the first surface 11a 1 of the first base material 11a (301 in FIG. 3).
  • the first recess 11a 2 other portions were masked (covered by the mask 30), by depositing an insulating material by thermal spraying on the inner wall of the first recess 11a 2, the inner wall of the first recess 11a 2 first
  • the heat insulation layer 11b is formed (302 in FIG. 3).
  • a metal is deposited on the first heat-insulating layer 11b and the first base material 11a by spraying, whereby the surface (exposed surface) of the first heat-insulating layer 11b and the first the first metal layer 11c is formed on the first surface 11a 1 of the base material 11a (304 in FIG. 3).
  • the first metal layer 11c formed on the first surface 11a 1 of the first insulation layer 11b and the first base material 11a, the thickness by polishing or the like is adjusted to be the target value (in FIG. 3 305 ). In this way, a runner portion is formed on the first plate 11.
  • the first insulation layer 11b and the first metal layer 11c is formed by thermal spraying, it is preferable to have a certain degree of inclination on the side surfaces of the first recess 11a 2. That is, it is preferable to form the first recess 11a 2 so that the cross section has a trapezoidal shape. For example, from the results of experiments and the like, it is preferable to form the first recess 11a 2 so that the angle ⁇ between the lower surface and the side surface of the first recess 11a 2 is in the range of 95 degrees to 105 degrees.
  • the runner 21 configured by overlapping the first plate 11 and the second plate 12
  • the cross section is trapezoidal, and the angle ⁇ between the lower surface and the side surface of the runner 21 is in the range of 95 degrees to 105 degrees.
  • the cross-sectional shape of the first recess 11a 2 is not limited as long as the cured resin can be easily removed from the first plate 11, and may be a trapezoidal shape, a semicircular shape, a shape including a curve, or the like.
  • the second plate 12 can be formed through the same process as the first plate 11. First, a second recess 12a 2 (groove) having a rectangular cross section, for example, is formed on the second surface 12a 1 of the second base material 12a. Then, after masking the second recess 12a 2 other portions, by depositing the insulation material by spraying on the inner wall of the second recess 12a 2, the second insulation such that the second recess 12a 2 is filled with a heat insulating material Layer 12b is formed.
  • the second heat insulating layer formed in the second recess 12a 2 is polished so that the second surface 12a 1 of the second base material 12a and the exposed surface of the second heat insulating layer 12b are flattened (on the same surface).
  • the thickness is adjusted).
  • the exposed surface of the first heat insulating layer 12b and the second base material 12a are deposited on the second heat insulating layer 12b and the second base material 12a by thermal spraying.
  • the second metal layer 12c is formed on the second surface 12a 2.
  • the second metal layer 12c formed on the second surface 12a 1 of the second insulation layer 12b and the second base material 12a, the thickness by polishing or the like is adjusted to be the target value. In this way, a runner portion is formed on the second plate 12.
  • the second plate 12 of the present embodiment the second surface 12a 2 of the second base material 12a to form a second recess 12a 2, but in its second recesses 12a 2 provided with second heat-insulating layer 12b It is not limited to that.
  • the second plate 12, without forming the second recess 12a 2 was the second insulation layer 12b and a second metal layer 12c are stacked in this order on the second surface 12a 1 of the second base member 12a constituting But you can.
  • FIG. 4A and 4B show results of simulating the temperature of the molten material in the runner 21 while the molten material is being injected into the mold 10 (during injection) and while the molten material is being cooled (during cooling).
  • FIG. 4A shows a conventional configuration in which the metal layer surrounding the runner 21 is not connected to the base material
  • FIG. 4B shows the configuration of this embodiment in which the metal layer surrounding the runner 21 is connected to the base material.
  • Yes. 4A and 4B indicate that the temperature increases as it approaches white (lightens) and decreases as it approaches black (darkens).
  • FIG. 5 is a diagram showing the apparatus configuration used when simulating the temperature of the molten material in the runner 21, and corresponds to the simulation results shown in FIGS. 4A and 4B.
  • the conventional configuration (FIG. 4A) and the configuration of the present embodiment (FIG. 4B) are similar in thickness, material, and the like except that a part of the metal layer surrounding the runner 21 is connected to the base material. It is said.
  • the temperature of the molten material in the runner 21 is slightly lower in the configuration of this embodiment (FIG. 4B) than in the conventional configuration (FIG. 4A).
  • a sufficient temperature can be maintained for injecting the molten material into the mold 10 without solidifying the runner 21 in the middle.
  • the configuration of the present embodiment diffuses the heat of the molten material in the runner 21 to the base material through the metal layer, It can be seen that the temperature of the molten material in the runner 21 is decreasing.
  • the length (L) of the runner 21 and the flow direction of the resin of the runner 21 formed between the first plate 11 and the second plate 12 are determined.
  • the ratio (aspect ratio (L / De)) of the length (L) of the runner 21 to the equivalent diameter (De) of the orthogonal cross section is preferably 30 to 60, and more preferably 30 to 40.
  • the cross-sectional area of the runner 21 can be obtained from the relationship between the cross-sectional area of the runner 21 and the cycle time when the heat insulating layer is not formed.
  • the cycle time is the time from the start of the injection of the molten material until the molded product is taken out, and depends on the cooling property of the molten material in the runner 21. For example, when the cooling time of the molten material in the runner 21 is shortened, the cycle time is also shortened.
  • the thickness of the heat insulating layer can be obtained from the relationship between the cross-sectional area of the runner 21 and the filling pressure when the thickness of the heat insulating layer is shaken.
  • the filling pressure is the pressure of the molten material that fills (injects) the mold 10 through the runner 21 and depends on the heat retaining property of the molten material in the runner 21 during injection. For example, when the temperature of the molten material in the runner 21 during injection decreases, the viscosity of the molten material increases, so the filling pressure increases.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional area of the runner 21 and the cycle time when the heat insulation layer is not formed.
  • the cooling time of the molten material in the runner 21, that is, the cycle time tends to be linearly shortened.
  • the relationship shown in FIG. 6 can be obtained from experiments and simulations, and the cross-sectional area of the runner 21 when the cycle time reaches the target value can be obtained from FIG.
  • the target value of the cycle time is set to 24 sec
  • the cross-sectional area of the runner 21 can be obtained as 6.2 mm 2 .
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional area of the runner 21 and the filling pressure when the thickness of the heat insulating layer is varied.
  • FIG. 7 shows the relationship between the cross-sectional area of the runner 21 and the filling pressure when the thickness of the heat insulating layer is 0 mm, 0.3 mm, 0.6 mm, and 1.0 mm.
  • the cross-sectional area of the runner 21 is reduced, the cooling performance of the molten material in the runner during injection increases, and the viscosity of the molten material increases accordingly, so the filling pressure increases exponentially. Tend to be. Further, as the thickness of the cross-sectional layer is increased, the filling pressure tends to decrease. The relationship shown in FIG.
  • the thickness of the heat insulating material when the filling pressure reaches the target value in the cross-sectional area of the runner 21 obtained from FIG. 6 can be obtained from FIG. .
  • the target value of the filling pressure is set to 21 MPa
  • the thickness of the heat insulating material when the cross-sectional area of the runner 21 is 6.2 mm 2 can be obtained as 1.0 mm.
  • the layer thickness ratio is preferably 0.3 or less, more preferably in the range of 0.001 to 0.3, and still more preferably in the range of 0.005 to 0.2. . That is, when the thickness of the heat insulating layer is 1 mm, the thickness of the metal layer is preferably within the range of 1 ⁇ m to 0.3 mm, and more preferably within the range of 5 ⁇ m to 0.2 mm.
  • the injection molding apparatus 100 of the present embodiment has a configuration in which the runner 21 is surrounded by a metal layer, a heat insulating layer is provided around the metal layer, and a part of the metal layer is connected to the base material.
  • a heat insulating layer is provided around the metal layer, and a part of the metal layer is connected to the base material.
  • the flow path has a portion surrounded by a metal layer, and in this portion, a heat insulating layer is provided between the metal layer and the base material, and the heat conductivity is higher than that of the heat insulating layer and the inside of the heat insulating layer is formed.
  • a configuration in which the metal layer is connected to the base material through a connecting portion that passes through may be applied to a flow path other than the runner.

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Abstract

流路を介して溶融材料を金型に射出する射出成形装置は、前記流路は、金属層で囲まれた部分を有し、前記部分では、前記金属層と母材との間に断熱層が設けられ、前記断熱層より熱伝導率が高く且つ前記断熱層内を通る接続部を介して前記金属層が前記母材に接続されている。

Description

射出成形装置
　本発明は、射出成形装置に関するものである。
　金型を用いて樹脂を成形する装置として、射出成形装置が知られている（特許文献１参照）。射出成形装置には、コールドランナ方式とホットランナ方式とがある。コールドランナ方式では、ランナで固化した部品も成形品と共に取り出すため、ランナ内の溶融材料が冷却されて固化するまでに相応の時間を要し、生産性が低下しうる。そのため、コールドランナ方式の射出成形装置では、ランナの断面積を小さくし、ランナ内の溶融材料の冷却時間を短縮することが望まれている。
特開２００６－４４２４５号公報
　コールドランナ方式の射出成形装置において、ランナの断面積を小さくするだけでは、ランナを介して金型に溶融材料を射出している間（射出中）にランナ内の溶融材料が冷却されて固化してしまい、金型に溶融材料を十分に充填することが困難になりうる。その一方で、射出中におけるランナ内の溶融材料の温度低下を低減するための保温（断熱）技術は確立されておらず、また断熱材のみをランナ表面（界面）に介在させるだけでは冷却時間を短縮することが困難になりうる。
　そこで、本発明は、生産性を向上させるために有利な射出成形装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る射出成形装置は、流路を介して溶融材料を金型に射出する射出成形装置であって、前記流路は、金属層で囲まれた部分を有し、前記部分では、前記金属層と母材との間に断熱層が設けられ、前記断熱層より熱伝導率が高く且つ前記断熱層内を通る接続部を介して前記金属層が前記母材に接続されている、ことを特徴とする。
　本発明によれば、生産性を向上させるために有利な射出成形装置を提供することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
射出成形装置を示す概略図である。 射出成形装置を示す概略図である。 ランナの周辺部分の断面を示す概略図である。 第１プレートにおけるランナ部の形成方法を説明するための図である。 ランナ内の溶融材料の温度をシミュレーションした結果を示す図である。 ランナ内の溶融材料の温度をシミュレーションした結果を示す図である。 ランナ内の溶融材料の温度をシミュレーションする際に用いた装置構成を示す図である。 断熱層が形成されていない場合のランナの断面積とサイクルタイムとの関係を示す図である。 断熱層の厚さを振ったときのランナの断面積と充填圧との関係を示す図である。
　本発明に係る実施形態の射出成形装置１００について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態の射出成形装置１００を示す概略図である。本実施形態の射出成形装置１００は、スプル２０、ランナ２１および第２スプル２２（ゲート）を介して溶融材料（溶融樹脂）を金型１０（型穴１０ａ）に射出するコールドランナ方式の射出成形装置である。例えば、射出成形装置１００は、図１Ａに示すように、溶融材料を金型１０に射出する際には、第２スプル２２が形成された第１プレート１１、スプル２０が形成された第２プレート１２、および金型１０が重ね合される。ランナ２１は、第１プレート１１と第２プレート１２とを重ね合わせたときに構成される。そして、第１プレート１１、第２プレート１２および金型１０が重ね合された状態でスプル２０、ランナ２１および第２スプル２２を介して溶融材料が金型１０に射出される。溶融材料が冷却されて固化した後、図１Ｂに示すように、第１プレート１１、第２プレート１２および金型１０の間隔を広げることにより、ランナ２１が２つに分割され、金型１０によって形成された成形品３１と共に、スプル２０、ランナ２１および第２スプル２２の内部で固化した部品３２（樹脂）が取り出される。
　このように、コールドランナ方式の射出成形装置１００では、ランナ２１で固化した部品も成形品と共に取り出すため、ランナ２１内の溶融材料が冷却されて固化するまでに相応の時間を要し、生産性が低下しうる。そのため、コールドランナ方式の射出成形装置１００では、ランナ２１の断面積を小さくし、ランナ２１内の溶融材料の冷却時間を短縮することが望まれている。しかしながら、ランナ２１の断面積を単に小さくするだけでは、ランナ２１を介して溶融材料を金型１０に射出している間（射出中）にランナ２１内の溶融材料が冷却されて固化する、所謂ショートショットが起こりうる。
　このようなショートショットを防止する方法として、射出中におけるランナ２１内の溶融材料が保温されるようにランナ２１の流路界面に断熱材を介在させる方法があるが、キャビティやゲートなどの型締力による負荷がかかりにくい箇所に限定されており、未だランナに適用できる技術は確立されていない。しかしながら、ランナ２１を断熱材で覆うだけでは、ランナ２１内の溶融材料の冷却が断熱材で阻害されてしまい、生産性を向上させることが困難になりうる。そこで、本実施形態の射出成形装置１００は、ランナ２１が金属層で取り囲まれるとともに、その金属層の周りに断熱層が設けられ、金属層の一部が母材に接続された構成を有する。つまり、本実施形態のランナ２１は、金属層で囲まれた部分を有し、当該部分では、金属層と母材との間に断熱層が設けられ、該断熱層より熱伝導率が高く且つ断熱層内を通る接続部を介して金属層が母材に接続されている。
　以下に、ランナ２１の周辺部分の具体的な構成について説明する。
　［ランナ２１の周辺部分の構成］
　本実施形態におけるランナ２１の周辺部分の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、ランナ２１の周辺部分の断面（図１Ａの断面Ａ－Ａ）を示す概略図である。
　第１プレート１１は、第１母材１１ａと、第１断熱層１１ｂと、第１金属層１１ｃとを含みうる。第１母材１１ａの第１面１１ａ１（第２プレート１２側の面）には、台形形状の断面を有する第１凹部１１ａ２が形成され、第１凹部１１ａ２の内壁には第１断熱層１１ｂが設けられている。そして、第１母材１１ａの第１面１１ａ１の少なくとも一部と第１断熱層１１ｂの表面（露出面）とを覆うように、第１断熱層１１ｂの表面から第１面１１ａ１の少なくとも一部まで連続して第１金属層１１ｃが設けられている。即ち、第１金属層１１ｃは、第１断熱層１１ｂの表面に設けられた金属層が、第１母材１１ａ（第１面１１ａ１）の流路が形成されていない部分にまで接続されるように形成されている。
　ここで、本実施形態の第１金属層１１ｃは、第１断熱層１１ｂの表面を覆う部分と、該部分から延設して第１面１１ａ１の少なくとも一部を連続して覆う部分と含んでいる。つまり、本実施形態では、第１金属層１１ｃの一部を、流路（ランナ２１）を囲む金属層と第１母材１１ａとを接続する接続部として機能させている。しかしながら、それに限られるものではなく、流路２１を囲む部分のみに設けられた金属層を第１金属層１１ｃとし、該第１金属層１１ｃと第１母材１１ａとを接続する接続部として、第１断熱層１１ｂより熱伝導率の高い部材（例えば金属）を第１プレート１１に設けてもよい。
　第２プレート１２は、第２母材１２ａと、第２断熱層１２ｂと、第２金属層１２ｃとを含みうる。第２母材１２ａの第２面１２ａ１（第１プレート１１側の面）には、矩形形状の断面を有する第２凹部１２ａ２が形成され、第２凹部１２ａ２の内壁には第２断熱層１２ｂが設けられている。そして、第２母材１２ａの第２面１２ａ１の少なくとも一部と第２断熱層１２ｂの表面（露出面）とを覆うように、第２断熱層１２ｂの表面から第２面１２ａ１の少なくとも一部まで連続して第２金属層１２ｃが設けられている。即ち、第２金属層１２ｃは、第２断熱層１２ｂの表面に設けられた金属層が、第２母材１２ａ（第２面１２ａ１）の流路が形成されていない部分にまで接続されるように形成されている。また、本実施形態の第２断熱層１２ｂは、第２凹部１２ａ２が断熱材で充填されるように形成されうる。
　ここで、本実施形態の第２金属層１２ｃも、第１金属層１１ｃと同様に、第２金属層１２ｃの一部を、流路２１を囲む金属層と第２母材１２ａとを接続する接続部として機能させている。しかしながら、それに限られるものではなく、流路（ランナ２１）を囲む部分のみに設けられた金属層を第２金属層１２ｃとし、該第２金属層１２ｃと第２母材１２ａとを接続する接続部として、第１断熱層１１ｂより熱伝導率の高い部材（例えば金属）を第２プレート１２に設けてもよい。また、本実施形態では、第１プレート１１および第２プレート１２の双方に接続部を設けた構成としたが、それらのうち少なくとも一方に接続部を設けた構成としてもよい。
　このように第１プレート１１および第２プレート１２を構成することにより、それらを互いに重ね合された際、図２に示すように、第１金属層１１ｃおよび第２金属層１２ｃで囲まれた空間が第１凹部１１ａ２の内側に形成される。即ち、下面および側面が第１金属層１１ｃで構成され、上面が第２金属層１２ｃで構成された空間が第１凹部の内側に形成される。この空間が、溶融材料が流れるランナ２１（流路）となる。さらに、第１金属層１１ｃや第２金属層１２ｃが第１母材１１ａや第２母材１２ａの流路が形成されていない部分にまで形成されていることにより、断熱層がありながら効率的な冷却を可能としうる。
　ここで、第１断熱層１１ｂおよび第２断熱層１２ｂは、セラミックやポリイミド樹脂など熱伝導率が母材（第１母材１１ａ、第２母材１２ａ）より低い材料で構成されることが好ましい。より好ましくは、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以下の材料（例えば、ジルコニア）で構成されうる。また、第１金属層１１ｃおよび第２金属層１２ｃは、熱伝導率が断熱層（第１断熱層１１ｂ、第２断熱層１２ｂ）より高い材料で構成されることが好ましい。例えば、第１金属層１１ｃおよび第２金属層１２ｃは、タングステンによって構成されうる。
　［ランナ２１の周辺部分の形成方法］
　以下に、第１プレート１１および第２プレート１２におけるランナ２１の周辺部分（ランナ部）の形成方法について説明する。
　まず、第１プレート１１のランナ部分の形成方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、第１プレート１１におけるランナ部の形成方法を説明するための図である。初めに、第１母材１１ａの第１面１１ａ１に第１凹部１１ａ２（溝）が形成される（図３の３０１）。そして、第１凹部１１ａ２以外の部分をマスキングした（マスク３０で覆った）後、第１凹部１１ａ２の内壁に溶射によって断熱材を堆積させることにより、第１凹部１１ａ２の内壁に第１断熱層１１ｂが形成される（図３の３０２）。第１凹部１１ａ２の内壁に形成された第１断熱層１１ｂは、研磨などによって厚さが目標値になるように調整される（図３の３０３）。第１断熱層１１ｂの厚さを調整した後、第１断熱層１１ｂおよび第１母材１１ａの上に溶射によって金属を堆積させることにより、第１断熱層１１ｂの表面（露出面）および第１母材１１ａの第１面１１ａ１の上に第１金属層１１ｃが形成される（図３の３０４）。第１断熱層１１ｂおよび第１母材１１ａの第１面１１ａ１の上に形成された第１金属層１１ｃは、研磨などによって厚さが目標値になるように調整される（図３の３０５）。このようにして、第１プレート１１にランナ部が形成される。
　ここで、本実施形態では、第１断熱層１１ｂおよび第１金属層１１ｃを溶射によって形成しているため、第１凹部１１ａ２の側面にある程度の傾斜をもたせることが好ましい。即ち、断面が台形形状を有するように第１凹部１１ａ２を形成することが好ましい。例えば、実験等の結果から、第１凹部１１ａ２の下面と側面との間の角度θが９５度から１０５度の範囲内になるように第１凹部１１ａ２を形成することが好ましい。この場合、第１断熱層１１ｂの厚さおよび第１金属層１１ｃの厚さを一定となるように調整すると、第１プレート１１と第２プレートと１２を重ね合わせることによって構成されるランナ２１の断面は台形形状となり、ランナ２１の下面と側面との間の角度θが９５度から１０５度の範囲内になる。しかしながら、第１凹部１１ａ２の断面形状は、硬化した樹脂が第１プレート１１から容易に外すことができればよく、台形形状のほか、半円形状、湾曲を含む形状などでもよい。
　次に、第２プレート１２のランナ部分の形成方法について説明する。第２プレート１２は、第１プレート１１と同様の工程を経て形成されうる。初めに、第２母材１２ａの第２面１２ａ１に、例えば断面が矩形形状を有する第２凹部１２ａ２（溝）が形成される。そして、第２凹部１２ａ２以外の部分をマスキングした後、第２凹部１２ａ２の内壁に溶射によって断熱材を堆積させることにより、第２凹部１２ａ２が断熱材で充填されるように第２断熱層１２ｂが形成される。第２凹部１２ａ２に形成された第２断熱層は、研磨などにより、第２母材１２ａの第２面１２ａ１と第２断熱層１２ｂの露出面とが平坦化するように（同一面になるように）厚さが調整される。第２断熱層１２ｂの厚さを調整した後、第２断熱層１２ｂおよび第２母材１２ａの上に溶射によって金属を堆積させることにより、第１断熱層１２ｂの露出面および第２母材１２ａの第２面１２ａ２の上に第２金属層１２ｃが形成される。第２断熱層１２ｂおよび第２母材１２ａの第２面１２ａ１の上に形成された第２金属層１２ｃは、研磨などによって厚さが目標値になるように調整される。このようにして、第２プレート１２にランナ部が形成される。
　ここで、本実施形態の第２プレート１２では、第２母材１２ａの第２面１２ａ２に第２凹部１２ａ２を形成し、その第２凹部１２ａ２に第２断熱層１２ｂを設けたが、それに限られるものではない。例えば、第２プレート１２は、第２凹部１２ａ２を形成せずに、第２母材１２ａの第２面１２ａ１の上に第２断熱層１２ｂと第２金属層１２ｃとを順に積層した構成でもよい。
　［効果］
　次に、ランナ２１（流路）を取り囲む囲む金属層の一部を母材に接続する効果について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、溶融材料を金型１０に射出している間（射出中）、および溶融材料を冷却している間（冷却中）におけるランナ２１内の溶融材料の温度をシミュレーションした結果を示す図である。図４Ａは、ランナ２１を取り囲む金属層が母材に接続していない従来の構成を示し、図４Ｂは、ランナ２１を取り囲む金属層が母材に接続している本実施形態の構成を示している。また、図４Ａおよび図４Ｂにおける白黒の濃淡は、白色に近づく（淡くなる）につれて温度が高く、黒色に近づく（濃くなる）につれて温度が低いことを示している。
　また、図５は、ランナ２１内の溶融材料の温度をシミュレーションする際に用いた装置構成を示す図であり、図４Ａおよび図４Ｂのミュレーション結果を示す図に対応している。従来の構成（図４Ａ）と本実施形態の構成（図４Ｂ）とでは、ランナ２１を取り囲む金属層の一部が母材に接続されていること以外は、膜厚や材料などを同様の構成としている。
　射出中におけるランナ２１内の溶融材料の温度は、従来の構成（図４Ａ）に比べて、本実施形態の構成（図４Ｂ）の方が若干低くなる。しかしながら、本実施形態の構成でも、溶融材料をランナ２１の途中で固化させずに金型１０に射出するために十分な温度を保つことができている。一方、冷却中では、従来の構成（図４Ａ）に比べて、本実施形態の構成（図４Ｂ）の方が、ランナ２１内の溶融材料の熱が金属層を介して母材に拡散し、ランナ２１内の溶融材料の温度が下がっていることが分かる。これは、ランナ２１内の溶融材料が固化するまでの時間を短縮し、生産性の向上が可能であることを意味している。つまり、本実施形態の構成のように、ランナ２１を取り囲む金属層を母材に接続させると、射出中においてランナ２１内の溶融材料の温度を十分に保つことができるとともに、ランナ内の溶融材料の冷却効率を向上させ、生産性の向上を図ることも可能となる。
　このように生産性の向上を効果的に活用するために、ランナ２１の長さ（Ｌ）と、第１プレート１１と第２プレート１２との間に形成されるランナ２１の樹脂の流動方向に直交する断面の等価直径（Ｄｅ）に対するランナ２１の長さ（Ｌ）の比（アスペクト比（Ｌ／Ｄｅ））を、３０～６０とすることが好ましく、３０～４０とすることがさらに好ましい。ここで、断面積をＡｆ、外周長さをＷｐとしたとき、等価直径はＤｅ＝４×Ａｆ／Ｗｐで表されうる。
　［断熱層の厚さの決定方法］
　ランナ２１の断面積および断熱層の厚さ決定する方法について説明する。ランナ２１の断面積は、断熱層が形成されていない場合のランナ２１の断面積とサイクルタイムとの関係から求めることができる。サイクルタイムとは、溶融材料の射出を開始してから成形品を取り出すまでの時間のことであり、ランナ２１内の溶融材料の冷却性に依存する。例えば、ランナ２１内の溶融材料の冷却時間が短くなると、サイクルタイムも短くなる。
　また、断熱層の厚さは、断熱層の厚さを振ったときのランナ２１の断面積と充填圧との関係から求めることができる。充填圧とは、ランナ２１を介して金型１０に充填（射出）する溶融材料の圧力のことであり、射出中におけるランナ２１内の溶融材料の保温性に依存する。例えば、射出中におけるランナ２１内の溶融材料の温度が低くなると溶融材料の粘性が高くなるため、充填圧が高くなる。
　図６は、断熱層が形成されていない場合のランナ２１の断面積とサイクルタイムとの関係を示す図である。断熱層が形成されていない場合、図６に示すように、ランナ２１の断面積を小さくするにつれて、ランナ２１内の溶融材料の冷却時間、即ちサイクルタイムが線形的に短くなる傾向となる。この図６に示す関係は、実験やシミュレーションから得ることができ、サイクルタイムが目標値になるときのランナ２１の断面積を図６から求めることができる。例えば、サイクルタイムの目標値を２４ｓｅｃに設定した場合、ランナ２１の断面積を６．２ｍｍ２と求めることができる。
　図７は、断熱層の厚さを振ったときのランナ２１の断面積と充填圧との関係を示す図である。図７では、断熱層の厚さを０ｍｍ、０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、１．０ｍｍとしたときの各々について、ランナ２１の断面積と充填圧との関係を示している。図７に示すように、ランナ２１の断面積を小さくするにつれて、射出中におけるランナ内の溶融材料の冷却性が高くなり、それに従って溶融材料の粘性が高くなるため充填圧も指数関数的に高くなる傾向となる。また、断面層の厚さを増やすにつれて、充填圧が低くなる傾向となる。この図７に示す関係は、実験やシミュレーションから得ることができ、図６から求めたランナ２１の断面積において充填圧が目標値になるときの断熱材の厚さを図７から求めることができる。例えば、充填圧の目標値を２１ＭＰａに設定した場合、ランナ２１の断面積が６．２ｍｍ２のときの断熱材の厚さを１．０ｍｍと求めることができる。
　［断熱層の厚さと金属層の厚さとの比率］
　次に、断熱層の厚さと金属層の厚さとの比率について説明する。図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明したように、射出中におけるランナ２１内の溶融材料の温度は、従来の構成（図４Ａ）に比べて、本実施形態の構成（図４Ｂ）の方が若干低くなる。つまり、金属層の厚さを厚くし過ぎると、それに伴って、ランナ２１内の溶融材料から金属層を介して母材に拡散する熱量も大きくなり、ランナ内で溶融材料が固化しうる。つまり、ランナ２１内の溶融材料の保温性と冷却性とを両立させるためには、断熱層の厚さと金属層の厚さとの比率が重要となる。
　具体的には、層厚比率は、０．３以下が好ましく、０．００１～０．３の範囲内であることがより好ましく、０．００５～０．２の範囲内であることがさらに好ましい。即ち、断熱層の厚さが１ｍｍの場合では、金属層の厚さは１μｍ～０．３ｍｍの範囲内が好ましく、５μｍ～０．２ｍｍの範囲内がさらに好ましい。
　上述したように、本実施形態の射出成形装置１００は、ランナ２１が金属層で取り囲まれるとともに、その金属層の周りに断熱層が設けられ、金属層の一部が母材に接続された構成を有する。これにより、ランナ２１内の溶融材料の保温性と冷却性とを両立させることが可能となる。ここで、本実施形態では、ランナ２１において本発明の構成を適用した例について述べたが、ランナ２１以外の流路（例えば、スプルやゲート）においても本発明の構成を適用することができる。つまり、流路が、金属層で囲まれた部分を有し、当該部分では、金属層と母材との間に断熱層が設けられ、該断熱層より熱伝導率が高く且つ断熱層内を通る接続部を介して金属層が母材に接続されている構成を、ランナ以外の流路に対して適用してもよい。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１６年３月３１日提出の日本国特許出願特願２０１６－０７１０９７を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
１０：金型、１１：第１プレート、１１ａ：第１母材、１１ｂ：第１断熱層、１１ｃ：第１金属層、１２：第２プレート、１２ａ：第２母材、１２ｂ：第２断熱層、１２ｃ：第２金属層、２０：スプル、２１：ランナ、２２：ゲート、１００：射出成形装置

Claims (9)

  1. 　流路を介して溶融材料を金型に射出する射出成形装置であって、
    　前記流路は、金属層で囲まれた部分を有し、
    　前記部分では、前記金属層と母材との間に断熱層が設けられ、前記断熱層より熱伝導率が高く且つ前記断熱層内を通る接続部を介して前記金属層が前記母材に接続されている、ことを特徴とする射出成形装置。
  2. 　凹部が形成された第１プレートと、第２プレートとを有し、
    　前記第１プレートと前記第２プレートとを重ね合わせたときに、前記断熱層と前記金属層とによって囲まれた前記部分を有する前記流路が前記凹部の内側に形成され、
    　前記接続部は、前記第１プレートおよび前記第２プレートの少なくとも一方に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
  3. 　前記第１プレートは、前記凹部が形成された第１面を有する第１母材と、前記凹部の内壁に設けられた第１断熱層と、前記第１断熱層の表面に設けられた第１金属層とを有し、
    　前記第２プレートは、前記第１面に対向する第２面を有する第２母材と、前記第２面に設けられた第２断熱層と、前記第２断熱層の表面に設けられた第２金属層とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の射出成形装置。
  4. 　前記接続部は、前記第１断熱層の表面と前記第１面の少なくとも一部とを連続して覆うように前記第１金属層から延設した層として前記第１プレートに設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の射出成形装置。
  5. 　前記接続部は、前記第２断熱層の表面と前記第２面の少なくとも一部とを連続して覆うように前記第２金属層から延設した層として前記第２プレートに設けられている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の射出成形装置。
  6. 　前記第２母材は、前記第２面に第２凹部を有し、
    　前記第２断熱層は、前記第２凹部の内部に設けられている、ことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の射出成形装置。
  7. 　前記流路の下面および側面は前記第１金属層で構成され、前記流路の上面は前記第２金属層で構成されている、ことを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載の射出成形装置。
  8. 　前記流路の下面と側面の成す角度は、９５度から１０５度の範囲内にある、ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の射出成形装置。
  9. 　前記流路はランナである、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の射出成形装置。
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