JPH08501995A - プラスチック成形部品を製造するための温度調節可能な工具または温度調節可能な金型及びこのような工具または金型の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製造されるべきプラスチック成形品の形状を許容する少くとも１つのキヤビティ（12）と、チアンネル（15）を介して相互連結されて、モールドキヤビティ（12）を冷却或いは加熱するための温度制御媒体チアンネルシステムを形成している少くとも１つの入口と出口（13，14）を具備した、プラスチック成形品を製作する温度制御可能工具（11）或いはモールドにおいて、ショット時間（サイクル時間）が短縮され、メインテナンスが容易になり、チアンネル（15）のランがモールドキヤビティ（12）の外形に適合し且つチアンネル（15）の幾何形状がプラスチック成形品の温度プロフィルに適合していることで、一層高度の品質の射出成形品が得られる。このような工具或いはモールドを作成する方法は：作成すべきチアンネルの平面上で工具或いはモールドを分離し；開放された工具或いはモールドの少くとも１つの分離面に所望サイクルに従ってチアンネルを、ミリング等の工作により作成し；そして工具或いはモールドの分離部品を合体させる工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチック成形部品を製造するための温度調節可能な工具または温度調節可能 な金型及びこのような工具または金型の製法 本発明は製造すべきプラスチック成形部品の形状を取るための少くとも１つの 金型空洞、流路を介して互いに連通している少くとも１つずつの入口及び出口、 及び金型空洞を冷却または加熱するための温度調節媒体流路系を有するプラスチ ック成形部品を製造するための温度調節可能な工具または温度調節可能な金型と 、このような工具または金型の製法に係わる。 プラスチック成形部品の射出成形に際しては、少くとも１つの流路を介して互 いに連通する少くとも１つずつの入口及び出口を有する１つまたは２つ以上の素 子から成る温度調節可能な工具または金型が使用される。このような工具または 金型は製造すべきプラスチック最終製品の「ネガ」としての役割を果す。その際 、例えば押出機のような可塑化装置から液状プラスチック流が加熱体（加熱板と も呼称される）を介して射出成形ノズル体から供給され、流路を介して対応の金 型空洞（キヤビティ）に圧入される。金型空洞は最終製品の所要の形状に応じて プラスチック成形部品の全体的な外形だけでなく個々の壁厚についても多様な幾 何形状を有する。 液状プラスチックは金型内の温度調節流路系を介して加熱により硬化、即ち、 化学的に交差結合させるか、または冷却でプラスチック連鎖を固定することによ って固化させる。固化後、プラスチック成形部品が工具または金型から取出され る。 引張強さ、残留応力、表面品質、及び成形部分の成形に要する時間に関するプ ラスチック成形部品の品質は加熱及び冷却プロセスを どの程度制御できるかによって大きく左右される。その場合、それぞれの工具部 分または金型部分における温度調節媒体流路系の空間的配置条件及び温度調節媒 体の温度が極めて重要であるから、できるだけ短い時間で正確な寸法の、残留応 力のないプラスチック成形部品を工具から取外すためには流路とキヤビティが均 等に加熱または冷却されねばならない。 そのためには工具または金型の全面から成形部品を均等に加熱または冷却する 必要がある。単純な壁厚から複雑な壁厚まである熱可塑プラスチック成形部品の 場合には、例えば材料堆積が多い部分は材料が少ない部分よりも強力に冷却しな ければならない。 工具及び金型は原則として単一または複数の非中空鋼部分から成り、これらの 鋼部分には複数の孔が所要の方向に形成され、キヤビティ壁に近い所定距離まで 達している。媒体が循環できるこのような穿孔された冷却媒体流路では極めて非 効率的な冷却となる場合が多い。なぜなら、流路は直線的に穿孔するだけで実現 できるから、製造すべき成形部品の実際の外形及びキヤビティ壁までの距離には 限られた影響しか及ばない。図４ないし図６はプラスチック成形部品を製造する ための公知の工具を示す。工具１を図４に縦断面図で示してあり、主として底部 金型１Ａ、環状金型１Ｂ及び内側のコア金型１Ｃから成る。３つの金型１Ａ， １Ｂ及び１Ｃに囲まれた中空部が製造すべきプラスチック成形部品と形状が一致 するキヤビティ２を形成している。 図４には入口３及びこれと同心関係の出口４をも示した。入口３及び出口４は 工具１中に温度調節媒体を貫流させる流路５と連通している。図５は図４のＶ− Ｖ線に沿った底部金型１Ａの横断面図である。同図から明らかなように、底部金 型１Ａにおける流路５がたどる経路はキヤビティ２の丸い形状と一致しない。図 ６は図４のVI −VI線に沿った横断面図である。ここでも入口３及び出口４を示してあり、流路 ５を介して互いに連通している。流路５はそれぞれ栓７によって閉止された複数 の盲穴６から成る。 さらに図４から明らかなように、コア金型１Ｃも複数部分から構成することが できる。詳細は図示しないが螺合によって個々の部分を互いに結合する。個々の 流路をＯリングシール８によってシールする。 図示の実施例ではプラスチック成形部品が一様の壁厚を有するが、公知の温度 調節流路では加熱または冷却を均等に行うことができないことは一目瞭然である 。このような不均等な温度プロフィルが成形部品の品質及び製造時間に著しく悪 い影響を及ぼすことは明白である。 製造すべき成形部品の構造に応じて例えばコアの狭い領域またはエジェクタの ような機能素子などを設置しなければならない領域に穿孔することは先ず不可能 である。このことも上記不均等の原因となる。 入口及び出口を別々の位置に設けた上記穿孔流路に加えて開口部に補助冷却パ イプを設けた盲穴を利用することも公知である。しかし、この場合にも上記の問 題はそのまま残るから、冷却スパイラルを使用した場合、高い射出圧及び射出速 度によりコア金型が不安定になり易く、製品の寸法精度にも影響が及ぶ。互いに 螺合された金型各部は温度調節媒体流路の領域においてＯリングシールによって 漏れを防止することが多い。しかしこのようなＯリングシールを使用しても、特 に継目に腐食が発生するからやはり問題が残る。 そこで本発明の目的は上記欠点を回避し、特に成形時間（サイクル時間）を短 縮すると共にメンテナンス適性を向上させて射出成形部品の品質を高めることが できるように頭書の工具または金型を構 成することにある。さらにまた、従来不可避であった継目部の腐食を確実に回避 し、公知の温度制御を全面的に改良することも本発明の目的である。 装置に関しては、流路がたどる経路をキヤビティの外形に一致させると共に流 路の幾何形状をプラスチック成形部品の温度プロフィルに合わせて設定すること によって上記目的を達成する。 方法に関しては −形成すべき流路の平面において工具または金型を分割し、 −分割された工具または金型の分割面の少くとも１つにおいてフライス加工、 エッチング加工などによって所要の経路に従って流路を形成し、 −工具または金型の分割された各部分を結合するステップで上記工具または上 記金型を製法することによって上記目的を達成する。 分割された金型部分の結合は特に真空オーブン内で硬質はんだ付けまたは高温 はんだ付けによって行うのが特に好ましい。本発明の方法で製造される工具また は金型はそれぞれの分割平面における温度調節媒体流路の経路及び個々の流路幾 何形状の選択に関してなんらの制約も受けない。 また、種々の温度調節媒体（水、油、液化ガスなど）を任意に使用できる。そ の際に媒体の流量は手動、半自動または自動の方式で制御できる。採用する方式 に応じて工具または金型の外部に制御装置を設けることが好ましい。本発明の流 路長は極めて短いから、入口及び出口のいずれか一方で切換え自在に媒体供給を 行うことができる。 本発明は工具または金型素子を１つの平面だけで分割させるように制限される ものではなく、上下に複数の流路平面が存在してもよ い。その場合、異なる平面内の流路は工具または金型の内部で上下方向に互いに 連通している。 任意の流路形状を形成できるから、例えば流路を通過しながら媒体がねじれる ようにする幾何形状を実現することができる。これによって温度調節媒体中に乱 流が生じ、最適の熱交換を加速することになる。この乱流は例えばスパイラル、 そらせ板などのようなタービュレータを流路中に設けることによってさらに強め ることができる。このようなタービュレータを使用することは熱交換器構成の領 域では公知であるが、従来のこのようなタービュレータは工具または金型を分割 できる場合にのみ使用できた。 流路構成及び流路形状を任意に選択できるから、それぞれの工具部分または金 型部分において、少くとも１つの公知の温度調節媒体ディストリビュータを介し て放出量に必要な流量を個別に流動させることができる複数の冷却または加熱回 路を形成することができる。その結果として、生産開始前の試運転に際して例え ば最終製品を可視的にモニターしながら、手動、半自動または全自動「正確な」 熱流量を制御することができる。 好ましい真空高温はんだ付け技術を利用することにより、金型または工具を絶 対に漏れが起こらないようにすることができる。この方法を採用すれば金型各部 の内部継目がはんだ付け工程において自動的に閉じるから、確実に継目腐食を防 止できる。 本発明により、工具及び金型の構造上の改良が実現可能となる。例えば、はん だ付け冷却インサートが射出圧力を吸収することによって金型コアの不安定化を 防止して成形部品のサイズの精度を確保することができる。 本発明の好ましい実施態様を従属請求項に記述した。 実施例を示す添付図面に沿って本発明の詳細を以下に説明する。 添付図面の 図１は本発明の工具の縦断面図、 図２は図１のII−II線における本発明の工具の横断面図、 図３は図１のIII−III線における本発明の工具の横断面図、 図４は公知工具の縦断面図、 図５は図４のＶ−Ｖ線における公知工具の横断面図、 図６は図４のVI−VI線における公知工具の横断面図である。 図１は原理的には公知工具１と同様に構成され、底部金型11Ａ、環状金型11Ｂ 及びコア金型11Ｃを有する。本発明の工具でも入口13及び出口14が個々の金型部 分に存在する。ただし本発明では入口及び出口13，14が流路15によって形成され 、流路15がたどる経路はキヤビティ12の外形と一致する。 図２及び３はそれぞれII−II線及びIII−III線における横断面図である。図２ から明らかなように、本発明の工具では流路15がたどる経路をキヤビティ12の幾 何形状に最適条件で一致させることができる。また、図２及び３から明らかなよ うに、キヤビティ12と直接対向する金型11Ａ，11Ｂ及び11Ｃの面に充分な安定性 がある。 なお、図面は好ましい実施例を１つだけ示してある。繁雑になるのを避けるた め、図示の工具は簡単な幾何構造のプラスチック成形部品に対応するキヤビティ を有する。ただし、プラスチック成形部分が複雑な幾何形状及び材料分布を有す る場合、所要の温度調節媒体流量に合わせた流路の加工をプラスチック成形部品 における温度ブロフィルに合わせて所要の流路断面積及び／または所要の流路幾 何形状を実現することによっても行うことができることはいうまでもない。従っ て、現存の温度プロフィルに対して本発明では最適の冷却プロフィルを対抗させ ることにより、工具または金型に所要の均一な温度プロフィルを発生させる鏡像 関係の加熱または冷却を達 成する。 従って、本発明では射出成形部品の品質を向上させながら成形時間（サイクル 時間）を著しく短縮すると共に、このような工具または金型のメンテナンス適性 をも著しく向上させることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１２月５日 【補正内容】 １）明細書（明細書翻訳文第１頁第１項〜第５頁第２１行） 明細書 プラスチック成形部品を製造するための温度調節可能な工具または温度調節可能 な金型の製法及びこの製法によって製造される工具または金型 本発明は少くとも１つずつの入口及び出口と内部流路を設けた工具または同様 の金型の製法、及びこのようにして製造される工具または金型に係わる。 プラスチック成形部品の射出成形においては少くとも１つの流路を介して互い に連通する少くとも１つずつの入口及び出口を有する１つまたは２つ以上の素子 から成る温度調節可能な工具または金型が使用される。このような工具または金 型は製造すべきプラスチック最終製品の「ネガ」としての役割を果す。その際、 例えば押出機のような可塑化装置から液状プラスチック流が加熱体（加熱板とも 呼称される）を介して射出成形ノズル体から供給され、流路を介して対応の金型 空洞（キヤビティ）に圧入される。金型空洞は最終製品の所要の形状に応じてプ ラスチック成形部品の全体的な外形だけでなく個々の壁厚についても多様な幾何 形状を有する。 液状プラスチックは金型内の温度調節流路系を介して加熱により硬化、即ち、 化学的に交差結合させるか、または冷却でプラスチック連鎖を固定することによ って固化させる。固化後、プラスチック成形部品を工具または金型から取出す。 引張強さ、残留応力、表面品質、及び成形部分の成形時間に関するプラスチッ ク成形部品の品質は加熱及び冷却プロセスをどの程度 制御できるかによって大きく左右される。その場合、それぞれの工具部分または 金型部分における温度調節媒体流路系の空間的配置条件及び温度調節媒体の温度 が極めて重要であるから、できるだけ短い時間で正確な寸法の、残留応力のない プラスチック成形部品を工具から取出すためには流路とキヤビティが均等に加熱 または冷却されねばならない。 そのためには工具または金型の全面から成形部品を均等に加熱または冷却する 必要がある。単純な壁厚から複雑な壁厚まである熱可塑プラスチック成形部品の 場合には、例えば材料堆積量が多い部分は材料が少ない部分よりも強力に冷却し なければならない。 工具及び金型は原則として単一または複数の非中空鋼部分から成り、これらの 鋼部分には複数の孔が所要の方向に形成され、キヤビティ壁に近い所定距離まで 達している。媒体が循環できるこのような穿孔された冷却媒体流路では極めて非 効率的な冷却となる場合が多い。なぜなら、流路は直線的に穿孔するだけで実現 できるから、製造すべき成形部品の実際の外形及びキヤビティ壁までの距離には 限られた影響しか及ばない。図４ないし図６はプラスチック成形部品を製造する ための公知の工具を示す。工具１を図４に縦断面図で示してあり、主として底部 金型１Ａ、環状金型１Ｂ及び内側のコア金型１Ｃから成る。３つの金型１Ａ，１ Ｂ及び１Ｃに囲まれた中空部が製造すべきプラスチック成形部品と形状が一致す るキヤビティ２を形成している。 図４には入口３及びこれと同心の出口４をも示した。入口３及び出口４は工具 １中に温度調節媒体を貫流させる流路５と連通している。図５は図４のＶ−Ｖ線 における底部金型１Ａの横断面図である。同図から明らかなように、底部金型１ Ａにおける流路５がたどる経路はキヤビティ２の丸い形状と一致しない。図６は 図４のVI−VI 線における横断面図である。ここでも入口３及び出口４を示してあり、流路５を 介して互いに連通している。流路５はそれぞれ栓７によって閉止された複数の盲 穴６から成る。 さらに図４から明らかなように、コア金型１Ｃも複数部分から構成できる。詳 細は図示しない螺合によって個々の部分を互いに結合する。個々の流路をＯリン グシール８によってシールする。 図示実施例ではプラスチック成形部品が一様の壁厚を有するが、公知の温度調 節流路では加熱または冷却を均等に行うことができないことは明らかである。こ のような不均等な温度プロフィルが成形部品の品質及び製造時間に著しい悪影響 を及ぼすことは明白である。 製造すべき成形部品の構造に応じて、例えば、コアの狭い領域またはエジェク タのような機能素子などの設置を強いられる領域に穿孔することはほとんど不可 能ある。このことも上記不均等の原因となる。 入口及び出口を別々の位置に設けた上記穿孔流路に加えて、開口部に補助冷却 パイプを設けた盲穴を利用することも公知である。しかし、この場合にも上記問 題は未解決であるから、冷却スパイラルを使用した場合、高い射出圧及び射出速 度によりコアが不安定になり易く、製品の寸法精度にも影響が及ぶ。互いに螺合 された金型各部は温度調節媒体流路の領域においてＯリングシールによって漏れ 防止されることが多い。しかし、このようなＯリングシールを使用した場合でも 特に継目に腐食が発生し易いことから、問題が残る。 レコードを製造するための温度調節装置は米国特許第3181200 号から公知であ る。この温度調節装置もブラスチック射出後工具内部を急冷する流路系を具えて いる。この公知温度調節装置では温度調節流路が１つの平面内にだけ設けられる ように記述されている。必 要な密封性を確保するため、流路を設けた半金型をこれと対をなすカバープレー トと螺合する。この解決策はレコードの製造には充分有効かもしれない。なぜな ら、本発明の射出成形金型と比較して低い圧力が使用され、従って、シーリング の問題も起こらないからである。この公知温度調節装置は極度に短いサイクル時 間で作用するには不適当である。この公知温度調節装置では各金型部分に入出口 が１つしかなく、従って、温度調節媒体を高速で流動させても金型を全く均等に 温度変化させることはまず不可能である。そこで、レコード製造の必須条件であ る残留応力皆無のプラスチック成形物を得るために金型の材料がある程度「熱平 衡層」として利用される。 レコードの製法は米国特許第2,458,427 号から公知である。この製法では２枚 の鋼板の間にらせん流路のあるプレートを硬質はんだ付けする。この方法はコス トが極めて高くつく反面、流路を含むプレートはこの幾何形状の流路しか含むこ とができないから流路が勝手な経路をたどることを許さず、このことは例えば実 施例に示されたらせん形の場合がそうであるようにこのプレートの安定性を一段 と高める。 そこで本発明の目的は上記欠点を回避し、特に成形時間（サイクル時間）を短 縮すると共にメンテナンス適性を向上させて射出成形部品の品質を高めることが できるように頭書の工具または金型を構成し、改良することにある。また、従来 は不可避であった継目部分の腐食を確実に回避し、公知の温度制御を全面的に改 良することも本発明の目的である。 請求項１に前提として記載した方法において下記ステップの組合わせによって 上記目的が達成される： −形成すべき流路の平面において工具または金型を分割し、 −分割された工具または金型の分割面の少くとも１つに、フライ ス加工、エッチング加工などによって所要の経路をたどる流路を形成し、 −工具または金型の分割された各部分を硬質または高温はんだ付けによって結 合する。 この方法で製造された工具または同様に製造された金型は流路がたどる経路が キヤビティの外形と一致し、流路の幾何形状がプラスチック成形部品の温度プロ フィルに合わせて設定されていることを特徴とする。 分割された金型各部を結合するのに、本発明の好ましい実施態様では真空オー ブン内での硬質または高温はんだ付けを採用する。本発明の方法で製造される工 具または金型は温度調節媒体流路がたどる経路及び各分割平面における個々の流 路の幾何形状の選択に関して全く制約されない。 また、種々の温度調節媒体（水、油、液化ガスなど）を任意に使用できる。そ の際、媒体の流量は手動、半自動または自動方式で制御できる。採用する方式に 応じて工具または金型の外部に制御装置を設けることが好ましい。本発明の流路 長は極めで短いから、入口及び出口のいずれか一方で切換え自在に媒体供給を行 うことができる。 任意の流路形状を形成できるから、例えば流路を通過しながら媒体がねじれる ようにする幾何形状を実現することができる。これによって温度調節媒体中に乱 流が生じ、最適の熱交換を加速することになる。この乱流は、例えば、スパイラ ル、そらせ板などのようなタービュレータを流路中に設けることによってさらに 強めることができる。このようなタービュレータを使用することは熱交換器構成 の分野では公知であるが、従来のこのようなタービュレータは工具または金型を 分割できる場合にのみ使用できた。（米国特許第3181 200 号参照）。 流路構成及び流路形状を任意に選択できるから、それぞれの工具部分または金 型部分において、少くとも１つの公知温度調節媒体ディストリビュータを介して 放出量に必要な流量を個別に流動させることができる複数の冷却または加熱回路 を形成することができる。その結果、生産開始前の試運転に際して、例えば、最 終製品を視認モニターしながら、手動、半自動または自動方式で“正確な”熱流 量を制御することができる。 好ましい真空高温はんだ付け技術を利用することにより、金型または工具を絶 対に漏れが起こらないようにすることができる。この方法を採用すれば金型各部 の内部継目がはんだ付け工程において自動的に閉じるから、確実に継目腐食を防 止できる。 ２）請求の範囲（請求の範囲翻訳文第８頁〜第９頁） 請求の範囲 １．少くとも１つずつの入口及び出口と、内部流路とを設けた工具または同様 の金型の製法において、 −形成すべき流路の平面において工具または金型を分割し、 −分割された工具または金型の分割面の少くとも１つにフライス加工、エッチ ング加工などによって所要の経路をたどる流路を形成し、 −工具または金型の分割された各部分を硬質または高温はんだ付けによって結 合する工程から成ることを特徴とする製法。 ２．硬質または高温はんだ付けを真空オーブン内で行うことを特徴とする請求 項１に記載の製法。 ３．温度調節媒体の所要の流量に応じた流路の加工を、プラスチック成形部品 の温度プロフィルに応じた所要の流路断面積を実現することによって行うことを 特徴とする請求項１または２に記載の製法。 ４．温度調節媒体の所要の流量に応じた流路の加工を、プラスチック成形部品 の温度プロフィルに応じた所要の流路幾何形状を実現することによって行うこと を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の製法。 ５．製造すべきプラスチック成形部品の形状を取るための少くとも１つのキヤ ビティ（12）を有し、その各々が少くとも１つずつの入口と出口（13；14）を有 し、当該入口と出口（13；14）が流路（15）を介して互いに連通してキヤビティ （12）を冷却または加熱するための温度調節媒体流路系を形成している、請求項 １ないし４の いずれか１項に記載の製法で製造されたプラスチック成形部分製造用の温度調節 可能な工具または温度調節な金型において、 流路が複数の平面内に延設され、流路（15）がたどる流路がキヤビティ（12） の外形と一致し、流路（15）の幾何形状がプラスチック成形部品の温度プロフィ ルに合わせて設定されていることを特徴とする温度調節可能な工具または温度調 節可能な金型。 ６．流路中に温度調節媒体を機械的に渦流化するためのタービュレータが存在 することを特徴とする請求項５に記載の工具または金型。 ７．流路または流路面に適当な輪郭を与えることによってタービュレータを形 成したことを特徴とする請求項６に記載の工具または金型。 ８．タービュレータとして機械的な渦流発生素子を流路中に設けたことを特徴 とする請求項６または７に記載の工具または金型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．製造すべきプラスチック成形部品の形状を取るための少くとも１つの金型 空洞、流路を介して互いに連通している少くとも１つずつの入口及び出口、及び 金型空洞を冷却または加熱するための温度調節媒体流路系を有するプラスチック 成形部品を製造するため温度調節可能な工具または温度調節可能な金型において 、 流路（15）がたどる経路が金型空洞（12）の外形と一致し、流路（15）の幾何 形状がプラスチック成形部品の温度プロフィルに合わせて設定されていることを 特徴とする温度調節可能な工具または温度調節可能な金型。 ２．温度調節媒体を機械的に渦流化するためのタービュレータが流路中に存在 することを特徴とする請求項１に記載の工具または金型。 ３．タービュレータを流路または流路面の適当な外形によって形成することを 特徴とする請求項２に記載の工具または金型。 ４．タービュレータとして機械的な渦流発生素子を流路中に設けたことを特徴 とする請求項２または３に記載の工具または金型。 ５．少くとも１つずつの入口及び出口と、内部流路とを設けた工具または同様 の金型の製法において、 −形成すべき流路の平面において工具または金型を分割し、 −分割された工具または金型の分割面の少くとも１つにおいてフライス加工、 エッチング加工などによって所要の経路に従って流路を形成し、 −工具または金型の分割された各部分を結合するステップから成ことを特徴と する製法。 ６．分割された各部分の結合を硬質または高温はんだ付けによっ て行うことを特徴とする請求項５に記載の製法。 ７．硬質または高温はんだ付けを真空オーブン内で行うことを特徴とする請求 項６に記載の製法。 ８．所要の温度調節媒体流量に合わせた流路の加工をプラスチック成形部品に おける温度プロフィルに合わせて所要の流路断面積及び／または所要の流路幾何 形状を実現することによって行うことを特徴とする請求項５から請求項７までに 記載の製法。