JP2003094440A - 射出成形用型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型において成形品の外形に対応した最適な冷
却循環通路を形成することができること。 【解決手段】 成形品を成形する型のキャビティを形成
する壁面に沿った湾曲通路部を含む冷却媒体用循環通路
を有する型の三次元データに基づいて光造形法により型
を成形するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元データに基
づいて型を造形することができる射出成形用型の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形用型においては、成形品を冷却
固化させるために型の冷却を行なう冷却媒体を循環させ
る冷却媒体循環用通路が冷却回路として内部に形成され
ている。なお、冷却媒体としては、水または油等が用い
られている。

【０００３】このような冷却媒体循環通路は、例えば、
図７および図８に示されるように、所謂、入れ駒と称さ
れる固定側型２および移動側型４の内部に形成されるキ
ャビティの周囲に設けられている。なお、図８は、移動
側型４の外観を示す。

【０００４】型締めの際、固定側型２および移動側型４
における相対向する端面が当接するパーティングライン
PLは、固定側型２および移動側型４相互間に形成されて
いる。

【０００５】固定側型２には、後述する雄型の移動側型
４における凸部が挿入される凹部が形成されている。そ
の凸部と固定側型２の凹部との間には、キャビティが形
成される。そのキャビティの輪郭の一部を形成する内壁
面の周囲には、冷却通路６A、６B、６C、６D、６Eおよ
び６Fが固定側型２に形成されている。冷却通路６A〜６
Fは、それぞれ、互いに平行に直線的に、かつ、同一方
向に沿って内部を貫通している。

【０００６】一方、移動側型４には、得られる成形品の
外形に対応した雄型の凸部４CAが形成されている。上述
のキャビティの輪郭の残りの部分を形成する凸部４CAの
外面よりも内側部分に冷却通路８A,８B、８C、８D、お
よび８Eが形成されている。

【０００７】冷却通路８A,８B、８C、８D、および８E
は、それぞれ、所定の間隔で互いに平行に、かつ、所定
の角度で冷却通路６A〜６Fに交叉している。

【０００８】各冷却通路８A〜８Eは、それぞれ、所定の
角度で交叉する直線的な二つの通路を含んで形成されて
いる。冷却通路８Aの一端は、それに交叉する直線的に
伸びる冷却通路１０A1に連通している。冷却通路８Aの
他端は、それに直交する冷却通路１０A2に連通してい
る。冷却通路８Bの一端は、冷却通路１０A1に連通して
いる。冷却通路８Bの他端は、それに直交する冷却通路
１０B2に連通している。冷却通路８Cの一端は、冷却通
路１０C1に連通している。冷却通路８Cの他端は、それ
に交叉する直線的に伸びる冷却通路１０C2に連通してい
る。冷却通路８Dの一端は、冷却通路１０C1に連通して
いる。冷却通路８Dの他端は、冷却通路１０D2に連通し
ている。冷却通路８Eの一端は、冷却通路１０D1に連通
し、冷却通路８Eの他端は、冷却通路１０D2に連通して
いる。

【０００９】このような構成において、上述したような
型締め状態において、例えば、図７の矢印の示す方向に
沿って冷却媒体が各通路に供給されることにより、固定
側型２および移動側型４が冷却されることとなる。

【００１０】さらに、このような固定側型２および移動
側型４を製作するにあたっては、例えば、図９に示され
るように、複数の工程が必要となる。図９において、先
ず、型の素材に対しての荒仕上げを含む機械加工後、荒
仕上げされた直方体の素材の６面に対して仕上げ加工が
施される。次に、上述した各冷却通路がドリル加工を含
む機械加工により形成される。続いて、型における上述
したキャビティを形成する凹部および凸部が所定の機械
加工および放電加工により形成されることとなる。そし
て、型の凹部および凸部がそれぞれ研削または研磨され
て仕上げられた後、型が射出成形装置に組み付けられ調
整されることとなる。

【００１１】従って、型の製作においては、工作機械に
よる切削加工が中心となるので製品形状および冷却循環
通路が複雑となるほどその加工が難しくなる。その結
果、製造コストが嵩むこととなる。

【００１２】そこで、型の製作において、例えば、特公
平８−４８５４号公報および特開平７−２７６５０７号
公報にも示されるように、三次元形状データに基づいて
型の素材を硬化または焼結させて積層化しつつ型を造形
する光造形法を用いて型を製作することが提案されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
提案されている光造形法を用いた型製作においては、冷
却循環通路が、型においてキャビティを形成する部分の
表面形状に沿って最適に形成されたものでなく、直線的
に内部に形成されるものなので型において局部的な蓄熱
が生じる虞がある。従って、得られる成形品において、
冷却工程のとき温度分布が不均一となることに起因して
ヒケあるいはソリが生じる場合がある。

【００１４】以上の問題点を考慮し、本発明は、三次元
データに基づいて型を造形することができる射出成形用
型の製造方法であって、成形品の外形に対応した最適な
冷却循環通路を形成することができる射出成形用型の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る射出成形用型の製造方法は、成形品
を成形する型のキャビティを形成する壁面に沿った湾曲
通路部を含む冷却媒体用循環通路を有する型の三次元デ
ータを形成する工程と、三次元データに基づいて所定の
間隔で分割された前記型の各断面形状をあらわすスライ
スデータを形成する工程と、スライスデータに基づいて
光ビームの走査軌跡データを作成する工程と、走査軌跡
データに基づいて光ビームを型の素材に対し順次照射し
型を造形する工程と、を含んでなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図２は、本発明に係る射出成形用
型の製造方法の一例が適用された型が装着された射出成
形装置の金型群を示す。

【００１７】図２において、金型群は、固定側支持板２
０と移動側支持板２８との間に配されている。固定側支
持板２０は、図示が省略される射出成形装置の固定側プ
ラテンに固定されている。また、移動側支持板２８は、
移動側プラテンに固定されている。

【００１８】固定側支持板２０には、固定側型２２が固
定されている。固定側型２２の中央部の凹部には、入れ
駒と称される型２４が挿入され保持されている。雌型の
型２４は、得られる成形品の外表面の一方側を形成する
部分を内側に有している。また、型２４の内壁は、後述
する雄型の型３６と協働してキャビティを形成する。

【００１９】さらに、固定側型２２における型２４の周
囲には、複数の冷却媒体用通路２６A、２６B、２６C、
２６D、２６E、および２６Fがその内壁に対向して所定
の角度間隔で円弧状に設けられている。冷却媒体用通路
２６A〜２６Fは、固定側型２２の一方の端部から他方の
端部に至るまで直線的に貫通している。冷却媒体用通路
２６A〜２６Fの両端部には、それぞれ、冷却媒体の供給
源からの冷却媒体を供給する供給路に接続されるジョイ
ント部２６Jが設けられている。

【００２０】移動側支持板２８には、移動側型３２が支
持台２８Aおよび２８Bを介して固定されている。移動側
型３２の中央部の凹部には、入れ駒と称される雄型の型
３６が挿入され保持されている。

【００２１】支持台２８Aおよび２８Bの相互間には、イ
ジェクトプレート３０および３１が、互いに近接または
離隔可能に上述の駆動ラムに連結されている。イジェク
トプレート３０には、図示が省略される突き出しピン等
が設けられている。これにより、型開きのとき、図２に
おける矢印の示す方向に沿って移動側支持板２８が固定
側支持板２０に対し離隔され、イジェクトプレート３０
がイジェクトプレート３１に対し離隔せしめられること
により、突き出しピンにより、成形品が突き出されるこ
ととなる。

【００２２】型３６は、図１に示されるように、得られ
る成形品の外表面の他方側を形成する部分３６A、３６D
および３６Eを基台３６B上に有している。台形状の部分
３６Dおよび円弧状の３６Eは、それぞれ、部分３６A上
に独立して形成されている。

【００２３】型３６の内部における円弧状の部分３６E
および台形状の部分３６Dに対応する部位には、それぞ
れ、冷却媒体用通路３８A、３８B、３８C、３８E、およ
び３８Fが、上述の冷却媒体用通路２６A〜２６Fに対し
交叉するようにその外面から所定の距離間隔で内部に形
成されている。冷却媒体用通路３８Aは、部分３６Aの外
面および円弧状の部分３６Eの外面に沿って内部に形成
されている。また、冷却媒体用通路３８Aは、円弧状の
部分３６Eの外面に対応して湾曲部３８ａを有してい
る。

【００２４】冷却媒体用通路３８Aの一方の端部は、基
台３６B内に形成される冷却媒体用通路３４Bに連通して
いる。冷却媒体用通路３８Aの他方の端部は、基台３６B
内に形成される連通路３８Hを介して冷却媒体用通路３
８Bの一方の端部に連通している。

【００２５】冷却媒体用通路３８Bおよび３８Cは、それ
ぞれ、部分３６Aの外面および円弧状の部分３６Eの外面
に沿って内部に形成されている。冷却媒体用通路３８B
および３８Cは、それぞれ、円弧状の部分３６Eの外面に
対応して湾曲部３８ｂおよび３８ｗを有している。冷却
媒体用通路３８Bの他端は、連通路３８Dに介して冷却媒
体用通路３８Cの他端に連通している。冷却媒体用通路
３８Cの一端は、冷却媒体用通路３４Bに対し略平行に形
成される冷却媒体用通路３４Aに連通している。

【００２６】冷却媒体用通路３８Eおよび３８Fは、それ
ぞれ、部分３６Aの外面および台形状の部分３６Dの外面
に沿って内部に形成されている。

【００２７】冷却媒体用通路３８Eおよび３８Fの他端
は、互いに連通路３８Gを介して連通している。また、
冷却媒体用通路３８Eおよび３８Fの一端は、それぞれ、
互いに平行に基台３６B内に形成される冷却媒体用通路
３４Dおよび３４Cに連通している。

【００２８】冷却媒体用通路３４A、３４B、３４C、お
よび３４Dの両端部には、それぞれ、冷却媒体の供給源
からの冷却媒体を供給する供給路に接続されるジョイン
ト部３４Jが設けられている。

【００２９】従って、冷却媒体用通路３８A〜３８Fがそ
れぞれ、その外面に沿って最適に形成されるので冷却媒
体用通路３８A〜３８Fからその外面までの間隔が均一と
なり、その結果、温度分布が均一となるように型３６が
均等に冷却されることとなる。

【００３０】このような型３６を製造するにあたって
は、例えば、ブロンズおよびニッケルの合金粉末で後述
するような光造形法が用いられて製造される。

【００３１】先ず、図６に示されるように、成形される
べき成形品のモデルの輪郭をあらわす三次元CADデータ
が所定のCADプログラムが用いられてCADシステムにより
作成される（ステップS1）。次に、得られた三次元CAD
データが三次元自由曲面を三角バッチの集合体で近似す
る方式によりSTLフォーマットにCADシステムによりデー
タ変換される（ステップS2）。

【００３２】続いて、図４に示されるように、造形装置
におけるスライスデータ形成部５０にSTLフォーマット
に変換されたデータSDが供給される。スライスデータ形
成部５０は、データSDを等しい所定の間隔で切断してそ
の各断面の輪郭をあらわすスライスデータ群SLDを形成
する（ステップS3）。その切断は、成形品のモデルの置
き方に応じて積層方向が設定された後、所定の等しい間
隔、例えば、５０〜１００μｍで行なわれる。

【００３３】続いて、スライスデータ群SLDは、造形装
置における走査軌跡データ形成部５２に供給される。走
査軌跡データ形成部５２は、スライスデータ群SLD、お
よびレーザ走査速度等に基づいてレーザビームスポット
の軌跡を演算する。演算されたレーザビームスポットの
軌跡をあらわすデータ群SPDがレーザ照射制御部５４に
供給される。レーザ照射制御部５４は、データ群SPDに
基づいて制御信号CDを形成しそれを図３に示されるよう
な造形装置における光学系５８に対して供給する。

【００３４】図３は、造形装置の要部を概略的に示す。
図３において、型が形成される造形部は、型の素材とな
る金属粉末Mが収容されるとともに、所定量の金属粉末M
が順次供給される槽Tと、槽Tを昇降動させる昇降シリン
ダ部CLと、炭酸ガスレーザビーム発生部６０からの光ビ
ームを金属粉末Mに対して照射する光学系５８とを含ん
で構成されている。

【００３５】昇降シリンダ部CLは、シリンダ制御部５６
からの制御信号CSに基づいて制御される。シリンダ制御
部５６は、レーザ照射制御部５４からのスライスデータ
群SLDに基づく所定のストロークをあらわす信号に基づ
いて制御信号を形成する。

【００３６】造形(ステップS4：図６参照）において、
光学系５８は、制御信号CDに基づいて図５（ａ）に示さ
れるように、光ビームLBを所定の範囲内で走査軌跡が所
定の間隔で互いに平行となるように照射する。これによ
り、各スライスデータに基づく光ビームLBの走査によ
り、金属粉末が焼結され、焼結層TL１が形成されること
となる。その際、槽Tは、所定量だけ昇降シリンダ部CL
により、下降せしめられ、所定量の金属粉末がその焼結
層上に補給される。

【００３７】次に、光学系５８は、制御信号CDに基づい
て図５（ａ）に示されるように、光ビームLBを所定の範
囲内で走査軌跡が所定の間隔で互いに平行となるように
照射する。これにより、図５（ｂ)に示されるように、
基台３６Bに対応する焼結層TL2が焼結層TL1上に形成さ
れ積層されることとなる。その際、冷却媒体用通路３４
A、３４B、３４C、および３４Dにそれぞれ対応する部分
の一部３４A’、３４B’、３４C’、および３４D’が形
成されることとなる。また、連通路３８G、３８D、３８
Hにそれぞれ対応する部分の一部３８G’、３８D’、３
８H’が形成されることとなる。

【００３８】続いて、図５(c)に示されるように、上述
と同様な方法で焼結層TL2上に焼結層TL3が形成される。
これにより、冷却媒体用通路３４A、３４B、３４C、お
よび３４Dが形成され、また、連通路３８G、３８D、３
８Hが形成されることとなる。

【００３９】続いて、図５（ｄ）に示されるように、上
述と同様な方法で焼結層TL4が焼結層TL3上に形成され
る。これにより、部分３６Aに対応する部分の一部３６
A’が形成される。また、冷却媒体用通路３８A、３８
B、３８C、３８Eおよび３８Fにそれぞれ対応する部分の
一部３８A’、３８B’、３８C’、３８E’および３８
F’が形成されることとなる。

【００４０】続いて、図５（ｅ）に示されるように、上
述と同様な方法でさらに焼結層TL5が焼結層TL4上に形成
される。これにより、冷却媒体用通路３８A、３８B、３
８C、３８Eおよび３８Fにそれぞれ対応する部分の一部
３８A’、３８B’、３８C’、３８E’および３８F’に
おける湾曲部が形成される。その際、部分３６Dおよび
３６Eに対応する部分３６D’および３６E’の一部が形
成されることとなる。

【００４１】そして、図５（ｆ）に示されるように、上
述と同様な方法で焼結層TL6が焼結層TL5上に形成される
こととなる。これにより、部分３６Dおよび３６Eが形成
されるとともに、冷却媒体用通路３８A、３８B、３８
C、３８Eおよび３８Fが内部に形成されることとなる。
従って、造形が完了することとなる。なお、上述の造形
の説明において、ゲートおよびランナーについての説明
が省略されたが、同時に形成されることとなる。

【００４２】造形された型に対しては、図６に示される
ように、所定の仕上げ加工（ステップS5）後、熱硬化型
のエポキシ樹脂等が溶浸される表面処理（ステップS6）
が施される。

【００４３】表面処理がされた型は、固定側型３２に組
みつけられて調整されることとなる（ステップS7）。

【００４４】従って、型を製作するにあたり、光造形方
法を用いることにより、冷却媒体用通路が型製作ととも
に自動的に内部に形成され、しかも、冷却媒体用通路が
型の湾曲形状に沿った湾曲部を有するように容易に形成
されることとなる。

【００４５】また、従来では、ボール盤およびフライス
盤等により機械加工されることが多い冷却通路は、その
機械の性質上、直線的な加工しかできない場合が多く、
また、複雑な形状を有する成形品の型に対し適切な冷却
回路を設けるには、煩雑な作業が必要である。その結
果、金型のコストアップ、多大な納期を費やすという問
題が伴う。

【００４６】しかし、上述の例のように、金属粉で直
接、かつ自動的に冷却通路および型を造形することによ
り、型の冷却通路の加工は、大幅に改善されることとな
る。

【００４７】即ち、金型の冷却性能を損なうことなく、
容易にかつ精度よく低コストで金型を製作できるという
効果がある。

【００４８】複雑な形状、および三次元の自由曲面を有
する樹脂成形品においては、型における各部の冷却効率
を等しく高めた最適な冷却回路が型に配置されることと
なるので型に生じる局部的な蓄熱が防止され、ヒケおよ
びソリによる加工精度の低下が回避される。その結果、
加工精度の比較的高い樹脂成形品が得られる。

【００４９】さらに、十分な冷却が比較的短期間で行な
われることとなるので一連のサイクルにおける冷却時間
を比較的短く設定できることとなる。その結果、成形サ
イクルの長期化に伴う樹脂成形品のコストアップおよび
納期遅延等の問題が防止されることとなる。

【００５０】なお、上述の例において、照射される光ビ
ームとして紫外線レーザ光が用いられ、型の素材として
耐熱性のある光硬化型樹脂材料が用いられて型が製造さ
れてもよいことは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る射出成形用型の製造方法によれば、成形品を成形
する型のキャビティを形成する壁面に沿った湾曲通路部
を含む冷却媒体用循環通路を有する型の三次元データに
基づいて型の造形が行なわれるので型において成形品の
外形に対応した最適な冷却循環通路を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出成形用型の製造方法の一例に
より製作された型の外観を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る射出成形用型の製造方法の一例に
より成形された型が装着された射出成形用金型の要部を
示す斜視図である。

【図３】本発明に係る射出成形用型の製造方法の一例に
用いられる造形装置の要部の構成を模式的に示す図であ
る。

【図４】図３に示される造形装置に備えられる制御ブロ
ックを示すブロック図である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）およ
び（ｆ）は、それぞれ、本発明に係る射出成形用型の製
造方法の一例における造形の工程を示す斜視図である。

【図６】本発明に係る射出成形用型の製造方法の一例に
おける各工程を示す図である。

【図７】従来の型に設けられる冷却媒体用通路を示す斜
視図である。

【図８】図７に示される型の一方側を示す斜視図であ
る。

【図９】従来の製造方法における各工程を示す図であ
る。

【符号の説明】

３６ 型 ３４A,３４B、３４C、３４D 冷却媒体用通路 ３８A、３８B、３８C、３８E、３８F 冷却媒体用通
路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形品を成形する型のキャビティを形成
   する壁面に沿った湾曲通路部を含む冷却媒体用循環通路
   を有する該型の三次元データを形成する工程と、 前記三次元データに基づいて所定の間隔で分割された前
   記型の各断面形状をあらわすスライスデータを形成する
   工程と、 前記スライスデータに基づいて光ビームの走査軌跡デー
   タを作成する工程と、 前記走査軌跡データに基づいて前記光ビームを前記型の
   素材に対し順次照射し型を造形する工程と、 を含んでなる射出成形用型の製造方法。
2. 【請求項２】 前記型の素材が焼結用金属粉末または光
   硬化型樹脂材料であることを特徴とする請求項１記載の
   射出成形用型の製造方法。
3. 【請求項３】 前記成形品は、樹脂材料により成形され
   ることを特徴とする請求項１記載の射出成形用型の製造
   方法。