JP2007223168A - 成形金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型を加熱することでウェルドラインの発生を抑えるようにした成形金型装置において、成形サイクルのさらなる短縮を可能とした成形金型装置を提供する。
【解決手段】互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置されるキャビティ型１及びコア型２と、キャビティ型１に組み込まれるキャビティ入れ子３と、このキャビティ入れ子３の内部に設置され、キャビティ入れ子３を加熱する熱源体７と、キャビティ入れ子３の内部において熱源体７の近傍に設けられ、キャビティ入れ子３を冷却するための水を流す通水路２０と、を備えてなる成形金型装置において、キャビティ入れ子３を、コア型２と対向するフロントプレート３ａと、熱源体７が配置されるバックプレート３ｂと、に分割した構造とし、ここでバックプレート３ｂは、フロントプレート３ａよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形用の成形金型装置に関し、特に成形品のウェルドラインの発生防止を目的とした成形金型装置に係るものである。

一般的な樹脂成形に用いる成形金型装置は、一対の金型即ちキャビティ型とコア型とを有し、この両金型の間に形成される成形空間に溶融樹脂を射出・注入して成形を行う構成となっている。

このような成形金型装置では、成形時に流動する樹脂が合流する個所において成形品の表面に所謂ウェルドラインが生じ、成形品の見栄えが損なわれるという問題があった。
そこで従来、このウェルドラインの発生を抑えるため、例えば下記の特許文献１に開示される成形金型装置のように、金型を加熱する構成としたものが提案されている。即ちこの特許文献１に開示される成形金型装置は、金型の内部に熱源体が設置されており、成形時にはこの熱源体で金型を高温に加熱することによって成形品にウェルドラインが発生することを防止するようにしている。またこの成形金型装置では、金型の内部において熱源体の近傍に通水路が設けられており、この通水路に冷却水を通水することで加熱後の金型を冷却するようにしている。
特開２００３−３３９５７号公報

近年、このような成形金型装置を備えた成形機においては、成形サイクルのさらなる短縮化が求められている。しかしながら、従来の成形金型装置では、金型を充分な温度まで加熱するのに相当の時間がかかり、また加熱後の金型を冷却するのにも相当の時間を要していたため、成形サイクルを短くすることが難しかった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、金型を加熱することでウェルドラインの発生を抑えるようにした成形金型装置において、成形サイクルのさらなる短縮を可能とした成形金型装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、
互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置されるキャビティ型及びコア型と、
キャビティ型に組み込まれるキャビティ入れ子と、
このキャビティ入れ子の内部に設置され、キャビティ入れ子を加熱する熱源体と、
キャビティ入れ子の内部において熱源体の近傍に設けられ、キャビティ入れ子を冷却するための水を流す通水路と、
を備えてなる成形金型装置において、
キャビティ入れ子を、コア型と対向するフロントプレートと、熱源体が配置されるバックプレートと、に分割した構造とし、
ここでバックプレートは、フロントプレートよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とするものである。

上記の如く構成される本発明の成形金型装置では、キャビティ入れ子をフロントプレートとバックプレートとに分割し、両者の熱伝導率に差をつけた構成としたことにより、キャビティ入れ子の加熱／冷却が効率的に行われ、その結果、成形サイクルを大幅に短縮することができる。

以下、図面を参照しながら本発明による成形金型装置の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は本発明による成形金型装置の構成を示す断面図である。この図１に示す如く本例の成形金型装置は、互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置される一対の金型即ちキャビティ型１及びコア型２を有して構成される。ここでキャビティ型１は、その中心部に型本体であるキャビティ入れ子３が断熱板４を介して組み込まれており、キャビティ型１とコア型２を合わせた型閉め状態において、キャビティ入れ子３とコア型２との間に形成される成形空間５に図示しないゲートから溶融樹脂を射出・注入して成形を行うものである。

この成形金型装置においてキャビティ入れ子３は、図１及び図２に示す如く、コア型２と対向する成形部(凹型)５ａを有するフロントプレート３ａと、その背面側に配置されるバックプレート３ｂと、に分割した構造を有している。ここでバックプレート３ｂは、フロントプレート３ａよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されている。この構成において、フロントプレート３ａの材料としては、大同特殊鋼(株)製の鋼材・ＮＡＫ８０が好適に用いられ、またバックプレート３ｂの材料としては、ステンレス材・ＳＵＳ３０４が好適に用いられる。

そしてこの成形金型装置では、成形品におけるウェルドラインの発生防止と転写性の向上を図ることを目的として、キャビティ入れ子３の内部に熱源体７を設置し、これによってキャビティ入れ子３を加熱するようにしている。この熱源体７は、熱源ケース８の内部に小スペースで高熱量の出力が得られる発熱体として複数のセラミックヒーター９を組み込んで構成されるものであり、本例ではキャビティ入れ子３におけるバックプレート３ｂの内部に配置されている。また、この熱源体７では熱源ケース８の材料としてＢｅＣｕ(ベリリウム銅)を用いてあり、これによって機械的強度を向上させると共に、セラミックヒーター９から発せられる熱が伝わり易い構造としている。
なお、本例ではこの熱源体７を２個設置した構成としてあるが、この熱源体７の設置個数は、成形品の大きさや形状に応じて適宜変更できるものである。

この成形金型装置において熱源体７は、射出時にはフロントプレート３ａと接触し、冷却時にはフロントプレート３ａから離れるように移動する構成を有している。この熱源体７の移動機構は、次のように構成される。本例の成形金型装置においてキャビティ型１は、エアシリンダー１０を介して取付プレート１１と連結されており、このエアシリンダー１０の作動によって取付プレート１１との間で開閉するように移動する構成となされている。そして熱源体７は、連結ボルト１２によって取付プレート１１に連結されており、キャビティ型１と取付プレート１１が閉じた状態ではフロントプレート３ａに接触し、キャビティ型１と取付プレート１１が開いた状態ではフロントプレート３ａから離れる位置に移動されるようになっている。
なお、この構成において熱源体７は、断熱材１３及びステンレス材１４を介して取付プレート１１と連結される。ここで断熱材１３としては高温耐久グレードの断熱板が用いられ、これによって熱源体７からの熱を効率的に断熱し、取付プレート１１に熱が逃げない構造としてある。

さらにこの成形金型装置においては、熱源体７の側面を囲むように設置される外枠１５がキャビティ入れ子３のバックプレート３ｂ内に組み込まれている。この外枠１５は、バックプレート３ｂよりもさらに熱伝導率の低いチタン合金等を用いて構成される枠体であり、この外枠１５の内側面に沿って移動可能に熱源体７が配置される。この外枠１５を設けたことにより熱源体７の周囲が効果的に断熱され、熱源体７の熱がバックプレート３ｂに逃げない構造となっている。またこの外枠１５を組み込んだことでキャビティ入れ子３の強度が保たれ、射出時の内圧によるキャビティ入れ子の変形が抑えられるものである。

この構成においては、図３に示す如く、熱源体７の熱源ケース８の外側面と外枠１５の内外側面に、断熱効果を高めるためのメッキ１７と１８を施してある。このメッキとしては、無電解Ｎｉ(ニッケル)メッキが好適であり、これによって熱源体７からの輻射熱の放散を防いで断熱効果を向上させるようにしている。そのため熱源体７の熱損失が低減されて、キャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに充分な熱量を供給することができる。また、熱源ケース８の外側面にメッキ１７を施したことで、高温による熱源ケース８の表面の酸化を効果的に防止することもできる。

また、この構成において熱源体７は、図４に示す如く、熱源ケース８の外側面に設けた複数の凸部８ａにおいて外枠１５の内側面に接触する構造とすることが好ましい。この凸部８ａは、熱源体７の移動方向に沿って延設されて外枠１５の内側面に線接触する形状となされており、これによって熱源体７は、外枠１５に対する接触面積が少なく外枠１５への熱の伝導が最小限に抑えられるので、キャビティ入れ子３のフロントプレート３ａを効率的に加熱することができる。

さらにこの成形金型装置では、キャビティ入れ子３の内部において熱源体７の近傍を通る通水路２０が設けられている。この通水路２０は、熱源体７の組み込み部を囲むように、バックプレート３ｂにおけるフロントプレート３ａとの合わせ面に形成されており、この通水路２０に、その入口側のニップル２１に接続された送水装置(図示せず)から冷却水及び温水が供給されてキャビティ入れ子３の冷却が行われる。

この構成では、バックプレート３ｂにおけるフロントプレート３ａとの合わせ面において、通水路２０を囲むようにＯリング２２が組み込まれており、これによって通水路２０からキャビティ入れ子３の外部に水が漏出しないようにしている。さらに外枠１５におけるフロントプレート３ａとの当接部にもＯリング２３が組み込まれており、これによって通水路２０から熱源体７に水が侵入することを防いでいる。

さらにこの構成においては、図５に示す如く、フロントプレート３ａにおけるバックプレート３ｂとの合わせ面に、フロントプレート３ａよりも熱伝導率がさらに高い材料のメッキ２５を施すことが好ましい。このメッキとしては、無電解Ｎｉ(ニッケル)メッキが好適であり、これによって熱源体７からの熱をフロントプレート３ａに伝え易くすると共に、通水時の熱交換効率を向上させて効果的な冷却を可能とし、さらには錆の発生を抑えることもできる。

またここでは、フロントプレート３ａに、このフロントプレート３ａよりも熱伝導率がさらに高い材料２６を部分的に埋め込んだ構成としてもよい。この埋め込み材料２６としては、ＢｅＣｕが好適に用いられ、これを熱源体７と対向する位置に埋め込むことにより、熱源体７の熱を効率的にフロントプレート３ａに伝えることができ、また通水路２０と対向する位置に埋め込むことで、フロントプレート３ａを効率的に冷却することができるものである。

図６は、上記の如く構成される本例の成形金型装置における１サイクルの成形動作のタイムチャートを示す。この成形動作は、全て金型制御盤に備えられるコントローラによって制御されるものであり、その具体的な動作を図７〜図１０を参照して詳細に説明する。

図７は、キャビティ型１とコア型２とを合わせた型閉め状態を示す。この型閉め状態では、キャビティ型１と取付プレート１１との間が閉じられ、このため熱源体７はキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに接触する前進位置にあってフロントプレート３ａを加熱している。

ここで熱源体７は、セラミックヒーター９による発熱温度が４２０℃の設定温度に維持されており、この熱源体７がキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに接触することにより、フロントプレート３ａの成形部５ａの周辺部分が樹脂(本例ではＰＣ／ＡＢＳ)の熱変形温度(約１００℃)以上となる約１２０℃まで加熱・昇温される。

そして、このようにしてキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａが樹脂の熱変形温度以上に加熱された状態で、フロントプレート３ａとコア型２との間の成形空間５に溶融樹脂を射出・注入して成形を行う。このとき、フロントプレート３ａが樹脂の熱変形温度以上に加熱されていることにより、流動する樹脂が合流する個所で融合するため、ウェルドラインが発生することはなく、また金型に対し樹脂が忠実に転写されて高精度の成形が行われる。

この射出時に本例の成形金型装置では、型閉め状態でキャビティ型１と取付プレート１１との間が閉じられ、キャビティ型１の内部に隙間のない状態で熱源体７がキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに接触しているので、樹脂の射出による内圧に充分耐え得るものである。

この射出成形が完了した後、そのまま型閉め状態で一定の冷却時間をおいて樹脂を固化させる。この場合、図８に示す如く、エアシリンダー１０を作動させてキャビティ型１と取付プレート１１との間を開くことで熱源体７を後退させてキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａから離し、フロントプレート３ａへの熱供給を遮断する。

また、これと共にキャビティ入れ子３の内部の通水路２０に２０℃の冷却水を通水することでフロントプレート３ａを冷却し、その温度を１２０℃から急速に降温させて樹脂の固化を促進させる。さらにその後、７０℃の温水の通水に切り換えてフロントプレート３ａの温度を通常の設定温度である７０℃に保つようにする。なお、この冷却動作において本例では、熱源体７を後退させてフロントプレート３ａから離す前に冷却水の通水を開始するようにしており、これによって冷却時間の短縮を図っている。

そしてこの場合、特に本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子３をフロントプレート３ａとバックプレート３ｂとに分割し、バックプレート３ｂをフロントプレート３ａよりも熱伝導率の低い材料で構成したことにより、フロントプレート３ａの冷却が効率的に行われ、短時間で急速な降温が可能となる。

こうして一定の冷却時間が経過して樹脂が充分に固化した後、通水を停止し、それから図９に示す如く、キャビティ型１とコア型２とを互いに離れる方向に移動させて型開き状態とする。さらにこの型開き動作と同時に、エアシリンダー１０を作動させてキャビティ型１と取付プレート１１との間を閉じ、熱源体７を前進させてキャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに接触させ、次の成形サイクルに向けた加熱を行う。

そして最後に、図１０に示す如くキャビティ型１とコア型２との間から成形品２８を取り出し、それからキャビティ型１とコア型２とを互いに近接する方向に移動させて図７に示す型閉め状態とする。

上記の型開き開始から型閉めまでの中間工程では、キャビティ入れ子３のフロントプレート３ａに接触する熱源体７によってフロントプレート３ａの温度を７０℃から１２０℃まで昇温させる。この場合、特に本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子３をフロントプレート３ａとバックプレート３ｂとに分割し、バックプレート３ｂをフロントプレート３ａよりも熱伝導率の低い材料で構成したことにより、フロントプレート３ａの加熱が効率的に行われ、短時間で急速な昇温が可能となる。

ここで本例の成形金型装置を実際に試作して加熱時の昇温時間を測定した結果、７０℃から１２０℃までの昇温に要する時間は従来の２０秒から１３秒に短縮され、約３５％の時間短縮が認められた。

以上のように本例の成形金型装置では、キャビティ入れ子の加熱／冷却が効率的に行われるので、成形サイクルを大幅に短縮することが可能となり、成形品の量産化に大きく貢献することができるものである。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されることなく他にも種々の実施形態を採り得るものであることは言うまでもない。

実施例の成形金型装置の構成を示す断面図である。 キャビティ入れ子の構成を示す分解斜視図である。 熱源体の構成を示す断面図である。 熱源体の構成を示す平面図である。 成形金型装置の主要部の構成を示す断面図である。 成形金型装置における成形動作のタイムチャートである。 成形金型装置の断面図で、型閉め状態を示すものである。 成形金型装置の断面図で、冷却時の状態を示すものである。 成形金型装置の断面図で、型開き動作時の状態を示すものである。 成形金型装置の断面図で、成形品の取り出し時の状態を示すものである。

符号の説明

１…キャビティ型、２…コア型、３…キャビティ入れ子、３ａ…フロントプレート、３ｂ…バックプレート、７…熱源体、８…熱源ケース、８ａ…凸部、９…セラミックヒーター、１５…外枠、２０…通水路

Claims (7)

1. 互いに向き合った状態で相対的に開閉するように設置されるキャビティ型及びコア型と、
   上記キャビティ型に組み込まれるキャビティ入れ子と、
   上記キャビティ入れ子の内部に設置され、上記キャビティ入れ子を加熱する熱源体と、
   上記キャビティ入れ子の内部において上記熱源体の近傍に設けられ、上記キャビティ入れ子を冷却するための水を流す通水路と、
   を備えてなる成形金型装置において、
   上記キャビティ入れ子を、上記コア型と対向するフロントプレートと、上記熱源体が配置されるバックプレートと、に分割した構造とし、
   上記バックプレートは、上記フロントプレートよりも熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とする成形金型装置。
2. 請求項１に記載の成形金型装置において、
   上記熱源体は、射出時には上記フロントプレートと接触し、冷却時には上記フロントプレートから離れるように移動する構成であることを特徴とする成形金型装置。
3. 請求項１または２に記載の成形金型装置において、
   上記バックプレートの内部に、上記熱源体の側面を囲む外枠が組み込まれ、
   この外枠は、上記バックプレートより熱伝導率の低い材料を用いて構成されることを特徴とする成形金型装置。
4. 請求項３に記載の成形金型装置において、
   上記熱源体の外側面と上記外枠の内外側面に、輻射熱の放散を防ぐためのメッキを施したことを特徴とする成形金型装置。
5. 請求項３に記載の成形金型装置において、
   上記熱源体は、その外側面に設けた凸部において上記外枠の内側面に接触する構造とすることで、上記外枠に対する接触面積を少なくしたことを特徴とする成形金型装置。
6. 請求項１に記載の成形金型装置において、
   上記フロントプレートにおける上記バックプレートとの合わせ面に、上記フロントプレートよりも熱伝導率がさらに高い材料のメッキを施したことを特徴とする成形金型装置。
7. 請求項１に記載の成形金型装置において、
   上記フロントプレートに、上記フロントプレートよりも熱伝導率がさらに高い材料を部分的に埋め込んだことを特徴とする成形金型装置。

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