JP5298346B2 - 射出成形用金型の温度調節構造 - Google Patents

Description

本発明は射出成形用金型の温度調節構造に係り、特に成形製品に接する製品用金型表面を金型温調用通路に温調用媒体を供給して急速に加熱、冷却することで、樹脂の流動性や金型の面転写性を向上させることができる射出成形用金型の温度調節構造に関する。

従来から、射出成形用金型においては、樹脂の流動性や金型の面転写性を向上させると共に、成形サイクルを短くするために、成形製品に接する製品用金型表面の温度を調節する射出成形用金型が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

この射出成形用金型は図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、固定側型板５１及び移動側型板５２にはそれぞれ、成形製品ＭＰに接する製品用金型表面５１ａ、５２ａの温度を調節するための温調用媒体が供給される金型温調用通路５３が形成されている。

固定側型板５１の金型温調用通路５３は、固定側型板５１に形成された凹部５１ｂに嵌め込まれる入れ子５４の裏面に形成され、移動側型板５２の金型温調用通路５３は、移動側型板５２に形成された凹部５２ｂに嵌め込まれる入れ子５５の裏面に形成されている。したがって、固定側型板５１及び移動側型板５２自体に金型温調用配管を設けなくてもよくなる。また、入れ子５４、５５にはそれぞれ金型温調用通路５３を塞ぐ断熱材５６を嵌め込むことができる溝５４ａ、５５ａが設けられている。さらに、入れ子５４、５５にはそれぞれ金型温調用通路５３に温調用媒体を供給する供給通路５４ｂ、５５ｂと、その金型温調用通路５３に供給された温調用媒体を排出する排出通路５４ｃ、５５ｃとが設けられている。

なお、金型温調用通路５３は図３（Ｂ）では矢印の付いた引出線で示しているが、実際は図３（Ａ）、（Ｃ）に示すような溝のことである。

このように構成された射出成形用金型５０は、金型のキャビティ内に樹脂成形材料を充填している間は金型温調用通路５３に加圧熱水等の加熱媒体を供給し、キャビティ内に充填された樹脂成形材料を冷却する間は金型温調用通路５３に冷却水等の冷却媒体を供給することで、樹脂の流動性や金型の面転写性を向上させると共に、成形サイクルを短くすることができる。

また、この射出成形用金型５０は、入れ子５４の金型温調用通路５３と固定側型板５１との間、及び入れ子５５の金型温調用通路５３と移動側型板２との間に断熱板５６を介在させているので、この断熱板５６の断熱効果により入れ子５４、５５を加熱、冷却する温調用媒体の熱量が固定側型板５１及び移動側型板５２に熱伝導する熱量の損失を防ぐと共に、断熱板５６が金型温調用通路５３から漏れないようにシールするようになっている。

特開２００８−８０５０７号公報

しかしながら、背景技術に記載した射出成形用金型５０では、金型温調用通路５３を設けるために入れ子構造を採用しているので、型板及び入れ子はそれぞれ精度の高い機械加工を行わなければならず、金型費用の上昇を招いている。また、入れ子５４、５５の変形によるキャビティの精度悪化を防ぐために、入れ子５４、５５の剛性を確保していることから、入れ子５４、５５の厚みをある程度厚くしなければならないので、その入れ子５４、５５の厚み分に応じた温調用媒体による熱量が固定側型板５１及び移動側型板５２に熱伝達していた。したがって、固定側型板５１及び移動側型板５２の熱量を効率よく低減することができなかった。

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、金型の成形製品に接する製品用金型表面の温度を効率よく調節すると共に、固定側型板及び移動側型板の熱量を効率よく低減することができる射出成形用金型の温度調節構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成する第１の態様である射出成形用金型の温度調節構造は、熱伝導率が実質的に同一な材料から成る固定側型板及び移動側型板に、成形製品に接する製品用金型表面の温度を調節するための温調用媒体が供給される金型温調用通路が形成された射出成形用金型の温度調節構造において、金型温調用通路は、製品用金型表面の下地となるように当該製品用金型表面に沿って形成された基礎面と、固定側型板及び移動側型板の基礎面の形状に沿って掘り込まれた第１の溝と、第１の溝の上面側に当該第１の溝の溝幅より広く切り欠かれた第２の溝と、第１の溝の側面及び底面を覆うように形成され、固定側型板及び移動側型板の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第１の金属層と、第１の金属層の側面及び底面を覆うように形成され、固定側型板及び移動側型板の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成る第２の金属層と、第２の溝を塞いで第２の溝を密閉するように設けられ、第２の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る埋め板と、基礎面及び埋め板を覆って製品用金型表面とするように形成され、第２の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る第３の金属層とから構成されているものである。

このような第１の態様である射出成形用金型の温度調節構造によれば、固定側型板及び移動側型板の製品用金型表面の下地となるように当該製品用金型表面に沿って形成された基礎面の形状に沿って金型温調用通路となる第１の溝を掘り込むので、入れ子構造のような精度の高い機械加工を行わなくともよく、また、温調用媒体が直接流動する第２の金属層、埋め板と共に製品用金型表面となる第３の金属層は各型板の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成るので、温調用媒体から埋め板及び第３の金属層への熱伝導率が高められ製品用金型表面の温度を効率よく調節することができ、さらに、固定側型板及び移動側型板に接触している各型板の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第１の金属層が、各型板の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成る第２の金属層と、固定側型板及び移動側型板との間に介在していることから、第１の金属層により第２の金属層から固定側型板及び移動側型板への熱量の伝達を抑えることができるので、固定側型板及び移動側型板の熱量を効率よく低減することができる。

本発明の第２の態様は第１の態様である射出成形用金型の温度調節構造において、第１の金属層及び第３の金属層は、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されているものである。このような第２の態様である射出成形用金型の温度調節構造によれば、第１の金属層は第１の溝の大きさが小さくても金属層の厚さ寸法を精度よく簡易に形成させることができ、第３の金属層は薄膜に形成させることができるので、熱伝導効率を高めることができる。

本発明の第３の態様は第２の態様である射出成形用金型の温度調節構造において、第２の金属層は、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されているものである。このような第３の態様である射出成形用金型の温度調節構造によれば、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成された第１の金属層に、熱伝導率の異なる他の材料を精度よく簡易に形成させることができる。

本発明の第４の態様は第３の態様である射出成形用金型の温度調節構造において、基礎面には、埋め板の箇所を覆うことなく第３の金属層との間に第１の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る第４の金属層が、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されているものである。このような第４の態様である射出成形用金型の温度調節構造によれば、埋め板の箇所を除く第３の金属層と、固定側型板及び移動側型板との間に、固定側型板及び移動側型板の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第４の金属層を形成させることで、この第４の金属層により第３の金属層から固定側型板及び移動側型板への熱量の伝達を抑えることができるので、さらに、固定側型板及び移動側型板の熱量を効率よく低減することができる。

本発明の第５の態様は第１の態様乃至第４の態様のうちの何れか１態様である射出成形用金型の温度調節構造において、金型温調用通路は、成形製品の構造に応じて固定側型板及び移動側型板の各基礎面に複数設けられているものである。このような第５の態様である射出成形用金型の温度調節構造によれば、固定側型板及び移動側型板の成形製品に接する製品用金型表面全体の温度を調節することができるようになる。

本発明の射出成形用金型の温度調節構造によれば、金型の成形製品に接する製品用金型表面の温度を効率よく調節すると共に、固定側型板及び移動側型板の熱量を効率よく低減することができる。

本発明の射出成形用金型の温度調節構造による好ましい実施の形態例で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は金型温調用通路の詳細図、（Ｃ）は金型温調用通路の入口及び出口の詳細図、（Ｄ）は（Ｃ）のＡ−Ａ断面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の射出成形用金型の温度調節構造で形成される金型温調用通路の製造工程を示す説明図で、（Ａ）は第１の溝に第１の金属層を積層させる図、（Ｂ）は第１の金属層に第２の金属層を積層させる図、（Ｃ）は第２の溝に埋め板を嵌め込んで基礎面と共に第３の金属層を積層させる図、（Ｄ）は第３の金属層を積層する前に埋め板の箇所を除いた基礎面に第４の金属層を積層させる図である。 従来の射出成形用金型の温度調節構造を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は金型温調用通路の詳細図である。

以下、本発明の射出成形用金型の温度調節構造を実施するための最良の形態例について図面に基き説明する。

本発明の射出成形用金型の温度調節構造は図１（Ａ）に示すように、熱伝導率が実質的に同一な材料から成る固定側型板１及び移動側型板２に、成形製品ＭＰに接する製品用金型表面１ａ、２ａの温度を調節するための温調用媒体が供給される金型温調用通路３が、製品用金型表面１ａ、２ａに沿って設けられている。

この金型温調用通路３は図１（Ｂ）に示すように、製品用金型表面１ａ、２ａの下地となるように当該製品用金型表面１ａ、２ａに沿って形成された基礎面３１と、固定側型板１及び移動側型板２の基礎面３１の形状に沿って掘り込まれた第１の溝３２と、第１の溝３２の上面側に当該第１の溝３２の溝幅より広く切り欠かれた第２の溝３３と、第１の溝３２の側面３２ａ、３２ｂ及び底面３２ｃを覆うように形成された第１の金属層３４と、第１の金属層３４の側面３４ａ、３４ｂ及び底面３４ｃを覆うように形成された第２の金属層３５と、第２の溝３５を塞いで第２の溝３３を密閉するように設けられた埋め板３６と、基礎面３１及び埋め板３６を覆って製品用金型表面１ａ、２ａとするように形成された第３の金属層３７とから構成されている。なお、基礎面３１は、製品用金型表面１ａ、２ａとするように形成された第３の金属層３７の形成方法によって掘り込み深さが異なる。

第１の金属層３４は、固定側型板１及び移動側型板２の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成るものである。第２の金属層３５は、固定側型板１及び移動側型板２の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成るものである。埋め板３６は、第２の金属層３５と熱伝導率が実質的に同一の材料から成るものである。第３の金属層３７は、第２の金属層３５と熱伝導率が実質的に同一の材料から成るものである。

このように温調用媒体が直接流動する第２の金属層３５、埋め板３６と共に製品用金型表面１ａ、２ａとなる第３の金属層３７は各型板１、２の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成るので、温調用媒体から埋め板３６及び第３の金属層３７への熱伝導率が高められ製品用金型表面１ａ、２ａの温度を効率よく調節することができる。また、固定側型板１及び移動側型板２に接触している各型板１、２の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第１の金属層３４は、各型板１、２の材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成る第２の金属層３５と、固定側型板１及び移動側型板２との間に介在していることから、第１の金属層３４により第２の金属層３５から固定側型板１及び移動側型板２への熱量の伝達を抑えることができるので、固定側型板１及び移動側型板２の熱量を効率よく低減することができる。したがって、背景技術に記載した従来の射出成形用金型より樹脂の流動性や金型の面転写性を向上させると共に、成形サイクルを短くすることができる。

このような射出成形用金型の材料は、具体的には、固定側型板１及び移動側型板２の材料が、モールドベースの型板として多用される熱伝導率が８３．５Ｗ／ｍ・ｋの鋼材、熱伝導率が４７．３Ｗ／ｍ・ｋの機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ５０Ｃ）、熱伝導率が３８．９のプリハードン鋼（ＮＡＫ８０）の場合には、例えば、第２の金属層３５、第３の金属層３７及び埋め板３６の材料は、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍ・ｋの銅、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・ｋのアルミニウム、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・ｋのベリリウム銅、熱伝導率が９４のニッケルを、また、第１の金属層３４の材料は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋのアルミナ（Ａl₂Ｏ₃）、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋの窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・ｋのジルコニア（ＺｒＯ₂）をそれぞれ採用することができる。なお、ここで言う熱伝導率は室温付近での数値である。

このような第１の金属層３４、第２の金属層及び第３の金属層３７は、皮膜の厚さを自由に設定でき、形状に沿わせた積層が可能で、而も被積層品への熱影響が少なく変形、歪を補正する加工が不要となるコールドスプレー法が好適である。

このコールドスプレー法は、粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度のガスを先細末広がり形状のラバルノズルにより超音速流にして、その超音速流のガス中に粒子を投入して加速させ、固相状態のまま基材に高速で衝突させて皮膜を形成する技術である。

このようなコールドスプレー法は、粒子を溶融させることなく基材に衝突させるために、粒子供給部、ガス供給部、ガス加熱部、ラバルノズルを具備したスプレーガン部から構成されたコールドスプレー装置５（図２参照。）によって行われる。

このコールドスプレー装置は、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスを作動ガスとしてガス供給部から高圧で粒子供給部及びガス加熱部に供給し、粒子供給部では作動ガスと共に粒子をスプレーガン部に供給し、ガス加熱部では作動ガスを粒子の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱してスプレーガン部に供給する。この際、ガス加熱部による加熱温度は粒子の材質に応じて３００〜５００℃とする。なお、粒子はスプレーガン部から超音速流で噴出された時に粒径が５μｍより小さいと、基材付近に生じる衝撃波によって粒子の慣性力が小さくなり付着率が低下し、また原料粉末の安定供給が困難になるので、粒径が５〜５０μｍのものが好ましい。また、ガス加熱部による粒子の加熱温度は、粒子の材質、粒径及び衝突速度に応じて設定される。

加熱された作動ガス及び粒子が供給されたスプレーガン部は、作動ガスを超音速流で噴き出させることにより粒子を作動ガス流で基材に高速で衝突させ、そのエネルギにより基材と粒子に塑性変形を生じさせて硬質化された皮膜を成膜する。したがって、皮膜は、緻密で密度が高く酸化皮膜を生成しない接合強度の高い皮膜を形成することができることから、第３の金属層３７で基礎面３１及び埋め板３６を覆うことで、温調用媒体が金型温調用通路３から漏れないようにシールすることができる。

このように構成された出成形用金型の温度調節構造によれば、固定側型板１及び移動側型板２の製品用金型表面１ａ、２ａの下地となるように当該製品用金型表面１ａ、２ａに沿って形成された基礎面３１の形状に沿って金型温調用通路３となる第１の溝３２を掘り込むので、入れ子構造のような精度の高い機械加工を行わなくともよくなる。

なお、第２の金属層３５は高い熱伝導率及びコールドスプレーによる粒子の高い付着効率を有する材料が求められているが、第３の金属層３７は製品用金型表面１ａ、２ａとなるので、さらに、高い強度及び高い硬度を有する材料が求められる。

また、本発明の射出成形用金型の温度調節構造は、基礎面３１に埋め板３６の箇所を覆うことなく第３の金属層３７との間に第４の金属層３８を形成させるとよい。この第４の金属層３８は、第１の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成るものが好ましく、上述した第１の金属層３４、第２の金属層３５及び第３の金属層３７が粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されている場合には、同様に粒子をコールドスプレーによって成膜して形成させる。このように埋め板３６の箇所を除く第３の金属層３７と、固定側型板１及び移動側型板２との間に、固定側型板１及び移動側型板２の材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第４の金属層３８を形成させることで、この第４の金属層３８により第３の金属層３７から固定側型板１及び移動側型板２への熱量の伝達を抑えることができるので、さらに、固定側型板１及び移動側型板２の熱量を効率よく低減することができる。

さらに、このように構成された金型温調用通路３は図１（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、金型温調用通路３の温調用媒体の入口及び出口には、管用ねじ４が設けられている。この管用ねじ４は、金型温調用通路３に加圧熱水等の加熱媒体や冷却水等の冷却媒体を供給する温調器等に接続された接続ホース（図示せず）を接続するためのもので、この金型温調用通路３のように、ねじ部に耐密性をもたせる場合には管用テーパねじが適用される。この管用ねじ４は、金型温調用通路３の温調用媒体の入口及び出口にコールドスプレーや溶接で取り付けられている。なお、金型温調用通路３の温調用媒体の入口及び出口は、金型温調用通路３が固定側型板１及び移動側型板２の端部まで延伸している場合にはその端部に設けられることになる。

このように構成された射出成形用金型の温度調節構造をコールドスプレー法で製造するには図２（Ａ）に示すように、固定側型板１及び移動側型板２の基礎面３１にその形状に沿って第１の溝３２を掘り込み加工する。また、第１の溝３２の上面側に当該第１の溝３２の溝幅より広く切り欠かれるように第２の溝３３を掘り込み加工する。なお、この第１の溝３２及び第２の溝３３は掘り込み加工ではなく鋳造加工でもよい。この第１の溝３２にコールドスプレー装置５で粒子をコールドスプレーにより成膜して、固定側型板１及び移動側型板２への温調用媒体の熱量の伝達を抑えることができるような膜厚で第１の金属層３４を形成する。

第１の金属層３４を第１の溝３２に形成後、図２（Ｂ）に示すように、第１の溝３２にコールドスプレー装置５で粒子をコールドスプレーにより成膜して、金型温調用通路３を流動する温調用媒体によって製品用金型表面１ａ、２ａの温度を効率よく調節することができるような膜厚で第２の金属層３５を形成する。第１の金属層３４及び第２の金属層３５を第１の溝３２に形成後、図２（Ｃ）に示すように、第２の溝３３に埋め板３６を嵌合させ、基礎面３１及び埋め板３６にコールドスプレー装置５で粒子をコールドスプレーにより成膜して、製品用金型表面１ａ、２ａに仕上げる仕上げ代を加味した膜厚で第３の金属層３７を形成する。このように、第３の金属層３７はコールドスプレーによる積層構造なので、製品用金型表面１ａ、２ａの仕上げ精度はこの最終工程のみで実現できる。したがって、精度の高い機械加工は必要なくなるので、金型費用の上昇を抑えることができる。

なお、図２（Ｄ）に示すように、基礎面３１に埋め板３６の箇所を覆うことなく第３の金属層３７との間に第４の金属層３８を形成させる場合には、第３の金属層３７を形成させる前に、埋め板３６の箇所を除いた基礎面３１にコールドスプレー装置５で粒子をコールドスプレーにより成膜して、第３の金属層３７から固定側型板１及び移動側型板２への温調用媒体の熱量の伝達を抑えることができるような膜厚で第４の金属層３８を形成する。

このような金型温調用通路３は、成形製品ＭＰの構造に応じて固定側型板１及び移動側型板２の各基礎面３１に複数設けられているとよい。このように、金型温調用通路３を設けることで、金型のキャビティを構成する固定側型板１及び移動側型板２の成形製品に接する製品用金型表面１ａ、２ａ全体の温度を調節することができるようになる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１……固定側型板
２……移動側型板
３……金型温調用通路
３１……基礎面
３２……第１の溝
３２ａ、３２ｂ……第１の溝の側面
３２ｃ……第１の溝の底面
３３……第２の溝
３４……第１の金属層
３４ａ、３４ｂ……第１の金属層の側面
３４ｃ……第１の金属層の底面
３５……第２の金属層
３６……埋め板
３７……第３の金属層
３８……第４の金属層
ＭＰ……成形製品

Claims (5)

1. 熱伝導率が実質的に同一な材料から成る固定側型板及び移動側型板に、成形製品に接する製品用金型表面の温度を調節するための温調用媒体が供給される金型温調用通路が形成された射出成形用金型の温度調節構造において、
   前記金型温調用通路は、
   前記製品用金型表面の下地となるように当該製品用金型表面に沿って形成された基礎面と、
   前記固定側型板及び前記移動側型板の前記基礎面の形状に沿って掘り込まれた第１の溝と、
   前記第１の溝の上面側に当該第１の溝の溝幅より広く切り欠かれた第２の溝と、
   前記第１の溝の側面及び底面を覆うように形成され、前記固定側型板及び前記移動側型板の前記材料の熱伝導率より低い熱伝導率の材料から成る第１の金属層と、
   前記第１の金属層の側面及び底面を覆うように形成され、前記固定側型板及び前記移動側型板の前記材料の熱伝導率より高い熱伝導率の材料から成る第２の金属層と、
   前記第２の溝を塞いで前記第２の溝を密閉するように設けられ、前記第２の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る埋め板と、
   前記基礎面及び前記埋め板を覆って前記製品用金型表面とするように形成され、前記前記第２の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る第３の金属層とから構成されていることを特徴とする射出成形用金型の温度調節構造。
2. 前記第１の金属層及び前記第３の金属層は、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されていることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型の温度調節構造。
3. 前記第２の金属層は、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されていることを特徴とする請求項２記載の射出成形用金型の温度調節構造。
4. 前記基礎面には、前記埋め板の箇所を覆うことなく前記第３の金属層との間に前記第１の金属層と熱伝導率が実質的に同一の材料から成る第４の金属層が、粒子をコールドスプレーによって成膜して形成されていることを特徴とする請求項３記載の射出成形用金型の温度調節構造。
5. 前記金型温調用通路は、前記成形製品の構造に応じて前記固定側型板及び前記移動側型板の前記各基礎面に複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の射出成形用金型の温度調節構造。

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