TWI389600B - Coaxial cooling and thermally conductive coil construction and molds with coaxial cooling and thermally conductive coil construction - Google Patents

Description

同軸式冷卻及導熱線圈結構以及具有該同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具

本發明係有關於一種同軸式冷卻及導熱線圈結構以及具有該同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，尤指一種將導熱線圈同軸設置於冷卻水路內之高週波導熱線圈結構。

按，一般模具應用於射出成型加工時，為順利令成型用之塑料熔漿注入模具之澆注口內穩定流動，避免塑料熔漿過早冷卻成型，因此，模具於合模射料之前，必須先將公模及母模預先加熱至一預定溫度，使塑料熔漿能確實、順利流動至模穴內後再行冷卻成型。

而由先前技術可知，一般射出成型模具之預熱結構皆係為設於公模或母模內呈固定式之加熱結構，有利用電熱或高週波方式加熱，如第一圖所示一種習用高週波模具結構10，其中該公模11、母模12內各具一模仁13、14，而固定之母模12側並設有灌注口15，公模11側則設有電熱絲16及冷卻水管17，於進行塑膠射出成型該公模11與母模12貼合前，先由電熱絲16預熱公模11，公模11再於預熱完成後與母模12合模並同時灌注完成，其預熱之溫度令塑膠溶液不致凝固而可正確成型，成型後再由冷卻水管17冷卻模具，使成型品得冷卻脫模。

惟，上述習知模具設計存在缺點在於，公(母)模之體積龐大，欲預熱至所需溫度時間較長，造成塑膠射出成型 循環之時間延長，產量減少，且因體積大預熱所需能源較多，易浪費能源及成本，再者，冷卻水管係持續之冷卻水循環，在電熱絲預熱公(母)模同時，公(母)模之熱溫度亦為冷卻水帶走，令公(母)模無法達到預定溫度，且造成能源浪費。

此外，另有一種外露式之模具預熱結構，如第二圖所示一種預熱模具用之加熱器20，其主要包含一瓦斯爐頭21及燃料管22，該瓦斯爐頭21與燃料管22一端連接，該燃料管22另一端連接燃料筒(圖中未示出)，將燃料由該燃料管22送入瓦斯爐頭21，可使該瓦斯爐頭21產生火焰23，以對鍛造機或射出成型機所採用之由上、下模24、25所組成之鍛造模及射出模，由室溫狀態預熱達工作溫度狀態，此種習用之預熱裝置雖然達到其預期之加熱功效，惟，僅適用於大型的鍛造或射出模具，且實施上甚為費時、不便，並不適用於現今精密零件之模具。

此外，習知一種採用中空型導熱線圈且冷卻水由該中空導熱線圈內部流通之結構，該習知結構由於冷卻水被包覆於導熱線圈中，導致散熱不佳，冷卻效果無法提升，若為了提升冷卻效果，必須將導熱線圈內徑加大，導致線圈體積加大，重量加重。

有鑑於上述問題，發明人陸續提出不同專利案，如中華民國發明專利申請第92123778號「子母式瞬間預熱模組驅動裝置」、第92123775號「模具瞬間預熱方法及其裝置」、第94127663號「高週波預熱所使用之感應線圈與變壓器分離以及移動裝置改良」，並獲得專利權。其中，該「子 母式瞬間預熱模組驅動裝置」使其公模合模行程中得先行推出子分模迅速加熱，子分模之體積較小而預熱迅速，並在公母模併合時可快速射出成型並冷卻以利厚薄模穴均得以液料充滿而均勻成型不變形，而其加熱系統並以高週波誘導加熱線圈利用陶瓷塊或塑鋼土封裝而成，據以裝設於子分模之凹槽得其渦電流可瞬間預熱至預定溫度，使預熱時間得以縮短而預熱效果更佳；而「模具瞬間預熱方法及其裝置」則進一步改良，使高週波感應熱能直接作用於模仁上，令模仁表面可瞬間達到預熱功效，不僅提昇其預熱效率、節省電能，同時並可確保塑料熔漿於模仁內順暢流動；而「高週波預熱所使用之感應線圈與變壓器分離以及移動裝置改良」更進一步改良，著重於線圈與變壓器之間的連結管路設計以使線圈與變壓器分離，達到移動便利性以及作動更為迅速、精準之目的。

惟，上述發明重點均在於改善預熱效率，本發明人本著多年從事相關行業的研發與製造經驗，以及精益求精之精神，如何於提升預熱效率之同時，又能夠改善冷卻時間過長之缺失，便成為發明人思及之方向。

有鑑於習知技術之缺失，本發明之目的在於提出一種一種同軸式冷卻及導熱線圈結構以及具有該同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，將導熱線圈同軸設置於冷卻水路內，可提升預熱效率及改善冷卻時間過長之缺失。

為達到上述目的，本發明提出一種同軸式冷卻及導熱 線圈結構以及具有該同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，該同軸式冷卻及導熱線圈結構包含一本體，於該本體設有一冷卻水路，該冷卻水路具有一入口以及一出口，該入口係提供冷卻水進入，該出口係提供冷卻水流出，該冷卻水路係設置呈螺旋狀，該冷卻水路可繞設呈拱起或內凹之錐形螺旋狀，該冷卻水路內穿設有一導熱線圈。

為使 貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。

以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利 貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第三圖至第四a圖所示，本發明提供之同軸式導熱冷卻線圈結構第一實施例，該同軸式導熱冷卻線圈結構30包含一本體31，於該本體31設有一冷卻水路32，該冷卻水路32具有一入口321以及一出口322(如第三圖所示)，該入口321係提供冷卻水進入，該出口322係提供冷卻水流出，使該冷卻水路32充滿循環冷卻水；於該冷卻水路32內穿設有一導熱線圈33，該導熱線圈33可利用高週波誘導感應加熱，如第4a圖所示，該導熱線圈33係為一中空管狀結構，其具有一內部冷卻水路331，該內部冷卻水路331與該冷卻水路32之型態相同，同樣具有一冷卻水入口及出口(圖中未示出)，可使該內部冷卻水路331充滿 循環冷卻水，亦即，該導熱線圈33之內部及外部分別設有冷卻水通路，該內部冷卻水路331可避免導熱線圈33於加熱時發生過熱問題，必須說明的是，於導熱線圈33加熱過程中，該內部冷卻水路331之冷卻水始終保持持續流動循環之狀態，而該冷卻水路32可充滿冷卻水，但冷卻水處於非流動狀態，或將冷卻水路32之冷卻水排空，待導熱線圈33停止產生熱能時，再由入口321持續灌入冷卻水，使冷卻水路32內充滿冷卻水並持續循環，即可藉由冷卻水輔助導熱線圈33及本體31急速冷卻；此外，為了避免導熱線圈33與冷卻水路32內之冷卻水接觸而發生漏電問題，可於該導熱線圈33外部包覆絕緣層332，該絕緣層332之材質及厚度視實際需要而設計，採用具有絕緣效果之材質即可，並無一定限制。

請參閱第五圖所示本發明第二實施例，該同軸式導熱冷卻線圈結構30B包含一本體31B，於該本體31B設有一冷卻水路32B，該冷卻水路32B具有一入口321B以及一出口322B，於該冷卻水路32B內穿設有一導熱線圈33B；本實施例與第三圖實施例之不同點在於，第三圖該冷卻水路32係設置呈螺旋狀，而本實施例該冷卻水路32B係設置呈規則二維曲折狀，且本實施例之B-B斷面可呈現出與第四圖所示相同斷面結構。

上述本發明不同實施例說明，本發明所提出之同軸式導熱冷卻線圈結構之實施態樣不限，其設計原則在於具有一冷卻水路，且導熱線圈係穿設於該冷卻水路中，至於冷卻水路之型態並無限定。例如第六圖所示本發明第三實施 態樣之斷面結構圖，該同軸式導熱冷卻線圈結構30C具有一不規則本體31C，該本體31C設有冷卻水路32C，於該冷卻水路32C內穿設有一導熱線圈33C；本實施例顯示該冷卻水路32C可設置具有不同高度之三維延伸狀態，除圖示態樣之外，冷卻水路可繞設呈拱起或內凹之錐形螺旋狀，或其他規則或不規則態樣，依實際所需而設計。

請參閱第七圖所示導熱線圈之支撐結構，由於本發明之導熱線圈33係穿設於冷卻水路32內，理想情況下，該導熱線圈33以不接觸該冷卻水路32內側壁為佳，因此，可設置支撐結構支撐該導熱線圈33於冷卻水路32內呈現懸空狀態；如第七圖所示支撐結構第一實施例，於冷卻水路32之內側壁延伸設有一支撐臂34，該支撐臂34具有一鉤部341，該鉤部341可提供導熱線圈33嵌入，透過該支撐臂34可支撐該導熱線圈33，使該導熱線圈33於該冷卻水路32內呈現懸空狀態。再如第八圖所示，可於該冷卻水路32內側壁交錯設置不同延伸方向之支撐臂34、34a，透過鉤部341、341a交錯支撐該導熱線圈33。

請參閱第九圖所示導熱線圈支撐結構之第二實施例斷面結構示意圖，其係於該冷卻水路32之內側壁延伸設有複數托台35，透過該複數托台35將導熱線圈33夾設於其間，可支撐該導熱線圈33於該冷卻水路32內呈現懸空狀態，至於該托台35之設置數量不限，可如圖示二個，或依所需增加，原則上，若僅設置一個托台35也可支撐該導熱線圈33，但為避免於移動該本體31時造成該導熱線圈33移位，因此以設置兩個托台35對稱夾設導熱線圈33較為理想。

請參閱第十圖所示將本發明所提供之同軸式導熱冷卻線圈結構實施例於高週波模具之結構示意圖，該高週波模具結構40包括一公模41、一母模42，其中該公模41、母模42內各具一模仁43、44，該模仁43、44分別具有模穴431、441，於該母模42側設有灌注口45，於公模41側設有一同軸式導熱冷卻線圈結構50，該同軸式導熱冷卻線圈結構50包含一本體51，於該本體51設有一冷卻水路52，於該冷卻水路52內穿設有一導熱線圈53，該同軸式導熱冷卻線圈結構50係抵靠於公模41之模仁43，藉由該本體51及該模仁43圍設形成該冷卻水路52，於該公模41與同軸式導熱冷卻線圈結構50及模仁43之間設有一隔熱層54，請參閱第十一圖所示該放大結構圖，透過該隔熱層54之設置，當導熱線圈53產生熱能時，可避免直接傳導至體積龐大之公模41，避免不必要之熱損耗，至於該隔熱層54之材質或厚度係依模具尺寸、加工物件等實際所需不同而設計，選用具有耐高溫特性且隔熱效果佳之材質即可；而為了提升該同軸式導熱冷卻線圈結構50與該模仁43之熱傳導，可將該本體51與該模仁43一體成型，如此即可使得該導熱線圈53產生之熱能直接傳導至模仁43，而冷卻水路52又可直接對模仁43進行冷卻。

請參閱第十二圖所示實施例，該高週波模具結構60包括一公模61、一母模62，其中該公模61、母模62內各具一模仁63、64，該模仁63、64分別具有模穴631、641，於公模61、母模62之間設有一同軸式導熱冷卻線圈結構70，該同軸式導熱冷卻線圈結構70具有一本體71，於該 本體71內設有冷卻水路及導熱線圈(圖中未示出)，本實施例之特點在於，該本體71係設置於一活動臂74上，透過該活動臂74可移動該本體71，亦即透過該活動臂74可將本體71伸入或拉出該公模61與母模62之間，以達到對模穴631、641預熱或冷卻效果。

同理請參閱第十三圖所示實施例，該高週波模具結構80係為一種三板式模具，除了公模81及母模82外，並包含一子分模88，該子分模88與該母模82之間，以及該公模81與子分模88之間，分別設有一同軸式導熱冷卻線圈結構70、70a，該同軸式導熱冷卻線圈結構70、70a係設置於一活動臂74、74a上，由該活動臂74、74a分別帶動同軸式導熱冷卻線圈結構70、70a移動至對應之該子分模88與該母模82之間，以及該公模81與子分模88之間，使其高週波感應磁波作用於不同使用構態之模具，惟，此一實施例在應用上需注意的是，該子分模88內部須另設一隔磁層881，用以避免該二同軸式導熱冷卻線圈結構70、70a所產生之磁通量有相斥、相吸之情形，而造成機械手臂74、74a作動錯誤或干擾之情形。

綜上所述，本發明所提供之同軸式冷卻及導熱線圈結構以及具有該同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，在使用上確實具有預熱快速、穩定均勻及節省電源等優點，而且，冷卻時，其冷卻速度亦相對增加，而較一般習知模具之預熱裝置更具功效性及實用性。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範 圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

先前技術：

10‧‧‧高週波模具結構

11‧‧‧公模

12‧‧‧母模

13、14‧‧‧模仁

15‧‧‧灌注口

16‧‧‧電熱絲

17‧‧‧冷卻水管

本發明：

30、30B、30C、50、70、70a‧‧‧同軸式導熱冷卻線圈結構

31、31B、31C、51、71‧‧‧本體

32、32B、32C、52‧‧‧冷卻水路

321、321B‧‧‧入口

322、322B‧‧‧出口

33、33B、33C、53‧‧‧導熱線圈

331‧‧‧內部冷卻水路

332‧‧‧絕緣層

34、34a‧‧‧支撐臂

341、341a‧‧‧鉤部

35‧‧‧托台

40、60、80‧‧‧高週波模具結構

41、61、81‧‧‧公模

42、62、82‧‧‧母模

43、44、63、64‧‧‧模仁

431、441、631、641‧‧‧模穴

45‧‧‧灌注口

54‧‧‧隔熱層

74、74a‧‧‧活動臂

88‧‧‧子分模

881‧‧‧隔磁層

第一圖係習用高週波模具之結構示意圖。

第二圖係習用預熱裝置之結構示意圖。

第三圖係本發明同軸式導熱冷卻線圈結構第一實施例之正視結構示意圖。

第四圖係第三圖之A-A斷面結構圖。

第四a圖係第四圖之4a部結構放大圖。

第五圖係本發明同軸式導熱冷卻線圈結構第二實施例之正視結構示意圖。

第六圖係本發明同軸式導熱冷卻線圈結構第三實施例之斷面結構示意圖。

第七圖係本發明同軸式導熱冷卻線圈結構之導熱線圈支撐結構之第一實施例斷面結構示意圖。

第八圖係第三圖之C-C斷面結構圖。

第九圖係本發明同軸式導熱冷卻線圈結構之導熱線圈支撐結構之第二實施例斷面結構示意圖。

第十圖係具有本發明之同軸式導熱冷卻線圈結構之高週波模具之第一實施例結構示意圖。

第十一圖係第十圖之D部結構放大圖。

第十二圖係具有本發明之同軸式導熱冷卻線圈結構之高週波模具之第二實施例結構示意圖。

第十三圖係具有本發明之同軸式導熱冷卻線圈結構之高週波模具之第三實施例結構示意圖。

30‧‧‧同軸式導熱冷卻線圈結構

31‧‧‧本體

32‧‧‧冷卻水路

33‧‧‧導熱線圈

Claims (24)

1. 一種同軸式冷卻及導熱線圈結構，包含：一本體；一冷卻水路，該冷卻水路係設置於該本體，該冷卻水路具有一入口以及一出口，該入口係提供冷卻水進入，該出口係提供冷卻水流出，該冷卻水路係設置呈螺旋狀，該冷卻水路可繞設呈拱起或內凹之錐形螺旋狀；一導熱線圈，該導熱線圈係穿設於該冷卻水路內。
2. 一種同軸式冷卻及導熱線圈結構，包含：一本體；一冷卻水路，該冷卻水路係設置於該本體，該冷卻水路具有一入口以及一出口，該入口係提供冷卻水進入，該出口係提供冷卻水流出，該冷卻水路係設置呈二維曲折狀；一導熱線圈，該導熱線圈係穿設於該冷卻水路內。
3. 一種同軸式冷卻及導熱線圈結構，包含：一本體；一冷卻水路，該冷卻水路係設置於該本體，該冷卻水路具有一入口以及一出口，該入口係提供冷卻水進入，該出口係提供冷卻水流出，該冷卻水路係設置具有不同高度之三維延伸狀態；一導熱線圈，該導熱線圈係穿設於該冷卻水路內。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該冷卻水路內部設有支撐結構，該支撐結構係用以支撐該導熱線圈，使該導熱線圈於該冷卻水 路內呈現懸空狀態。
5. 如申請專利範圍第4項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該支撐結構為至少一支撐臂，該支撐臂由冷卻水路之內側壁延伸而出，該支撐臂具有一鉤部，該導熱線圈係嵌設於該鉤部，使該導熱線圈於該冷卻水路內呈現懸空狀態。
6. 如申請專利範圍第4項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該支撐結構為至少一托台，該托台係設置於冷卻水路底部，該導熱線圈係設置於該托台，使該導熱線圈於該冷卻水路內呈現懸空狀態。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該本體係設置於一活動臂，可透過該活動臂移動該本體。
8. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該導熱線圈外部包覆有絕緣層。
9. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之同軸式冷卻及導熱線圈結構，其中該導熱線圈為中空管狀結構，於該導熱線圈內部形成一內部冷卻水路。
10. 一種具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，包含：一模具，該模具包括一公模及一母模；一同軸式冷卻及導熱線圈結構，該同軸式冷卻及導熱線圈結構係設置於該公模內，該同軸式冷卻及導熱線圈結構包括：一本體；一冷卻水路，該冷卻水路係設置於該本體，該冷卻水路 具有一入口以及一出口，該入口係提供冷卻水進入，該出口係提供冷卻水流出；一導熱線圈，該導熱線圈係穿設於該冷卻水路內。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該冷卻水路內部設有支撐結構，該支撐結構係用以支撐該導熱線圈，使該導熱線圈於該冷卻水路內呈現懸空狀態。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該支撐結構為至少一支撐臂，該支撐臂由冷卻水路之內側壁延伸而出，該支撐臂具有一鉤部，該導熱線圈係嵌設於該鉤部，使該導熱線圈於該冷卻水路內呈現懸空狀態。
13. 如申請專利範圍第11項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該支撐結構為至少一托台，該托台係設置於冷卻水路底部，該導熱線圈係設置於該托台，使該導熱線圈於該冷卻水路內呈現懸空狀態。
14. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該本體係設置於一活動臂，可透過該活動臂移動該本體。
15. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該冷卻水路係設置呈螺旋狀。
16. 如申請專利範圍第15項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該冷卻水路可繞設呈拱起或內凹之錐形螺旋狀。
17. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該冷卻水路係設置呈二維曲折狀。
18. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該冷卻水路係設置具有不同高度之三維延伸狀。
19. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該導熱線圈外部包覆有絕緣層。
20. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該導熱線圈為中空管狀結構，於該導熱線圈內部形成一內部冷卻水路。
21. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該公模具有一模仁，該模仁具有至少一模穴，該同軸式冷卻及導熱線圈結構係對應設置於該模穴處。
22. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該本體與該模仁係一體成型。
23. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該同軸式冷卻及導熱線圈結構與該公模之間設有隔熱層。
24. 如申請專利範圍第10項所述之具有同軸式冷卻及導熱線圈結構之模具，其中該模具更包括一子分模，於該子分模與母模之間，以及該公模與子分模之間，分別設有一同軸式導熱冷卻線圈結構。