JP2009061677A - 成形用金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温調媒体により冷却速度をコントロールして均一な温度分布で高精度な成形品を得る。
【解決手段】射出成形用の金型装置１０は、加熱溶融した成形素材を金型内の成形空間(キャビティ３０)に供給して冷却し成形品を得るものであり、金型内に形成したスプルー１６、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０の周りに配設した温調配管３４の内径を、スプルー１６、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０の夫々の断面積に応じて異ならせた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合成樹脂の射出成形等に用いられる成形用金型装置に関する。

射出成形において、例えば合成樹脂による薄肉成形品等を成形する場合、成形空間としてのキャビティに対して樹脂流路としてのスプルーやランナーの熱容量が大きくなる。このため、成形サイクルタイムを考慮するとスプルーやランナーの冷却時間が支配的となる。そこで、成形サイクルタイムの短縮を図る場合には、スプルーやランナーの冷却時間を短くする必要がある。

従来、このような成形技術として、例えば、特許文献１の技術が提案されている。この特許文献１によれば、キャビティを囲んで温調配管を複数配設し、この温調配管を流れる液体の温度を調節する温度調節手段を設けた点が開示されている。そして、この温度調節手段により、キャビティ内に樹脂が確実に行き渡るように該キャビティの周囲を加熱したり、その後、キャビティ内の樹脂を速やかに固化させるために冷却したりしている。
特開２００２−３７０２６５号公報

しかしながら、特許文献１では、複数の温調配管を流れる液体の温度を夫々温度調節手段により異なる温度に調節しているため、キャビティを含む金型に温度分布が生じてしまう。そして、この金型の温度分布が成形品の精度に影響を与え、高精度な成形品を得ることは難しいという課題があった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、温調媒体により冷却速度をコントロールして冷却部位の温度分布を均一とし高精度な成形品を得ることのできる成形用金型装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
加熱溶融した成形素材を金型内の成形空間に供給して冷却し成形品を得る成形用金型装置において、
前記金型の冷却部位の周りに配設した温調配管の断面積を、前記冷却部位の夫々の断面積に応じて異ならせたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成形用金型装置において、
前記冷却部位は、スプルー、ランナー、ゲート、キャビティを含むことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の成形用金型装置において、
前記冷却部位の単位長さ当たりの体積が大きいほど、前記温調配管の断面積を小さく設定したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の成形用金型装置において、
前記冷却部位の単位長さ当たりの体積が大きいほど、前記温調配管の断面積を小さく設定した場合、前記温調配管の配管密度を高く設定したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１、３，又は４に記載の成形用金型装置において、
前記温調配管を、該温調配管の外壁面と前記冷却部位の外壁面との距離が略一定となるように配設したことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の成形用金型装置において、
前記冷却部位を構成する金型材料の熱伝導率を、前記冷却部位以外の金型材料の熱伝導率よりも高い材料を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、温調媒体により冷却速度をコントロールして冷却部位の温度分布を均一とし高精度な成形品を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の射出成形用の金型装置の縦断面図である。

なお、射出成形とは、加熱溶融された樹脂を金型内に射出注入して固化させることにより、成形品を得る成形方法である。
金型装置１０は、パーティングラインＰＬを挟んで対向配置された固定側金型１１と可動側金型１２とを有している。可動側金型１２は、固定側金型１１に対し型開閉方向に移動可能に配置されている。

この固定側金型１１は、パーティングラインＰＬ側の固定側型板１３と、この固定側型板１３とボルト１４により一体的に固定された固定側取付板１５と、を有している。固定側取付板１５は、固定側金型１１を不図示の成形機と連結する役目をなしている。固定側取付板１５及び固定側型板１３の中心部には、樹脂注入路としてのスプルー１６が形成されている。また、固定側取付板１５の中央部には、このスプルー１６と成形機のノズル（図示せず）との芯出しを行うためのロケートリング１７が配設されている。

固定側型板１３には、スプルー１６を挟んで略対称に円柱状の固定入子１８，１８が型開閉方向に嵌挿されている。この固定入子１８は、一端に成形面（図示せず）が形成され他端は固定側取付板１５に当接されている。この固定入子１８は、ボルト１９により固定側取付板１５に一体的に固定されている。

可動側金型１２は、パーティングラインＰＬ側の可動側型板２１と、この可動側型板２１に可動側受け板２２及びスペーサブロック２３を介して積層された可動側取付板２４と、を有している。スペーサブロック２３の内側には、エジェクタプレート２５が型開閉方向に移動可能に配置されている。

これら可動側型板２１、可動側受け板２２、スペーサブロック２３、可動側取付板２４は、ボルト２６により一体的に固定されている。
可動側型板２１及び可動側受け板２２には、固定入子１８，１８に対向するように円柱状の可動入子２８が嵌挿されている。この可動入子２８は、一端を固定入子１８と離間してかつ対向して配置され、他端をエジェクタプレート２５に固定されている。この可動入子２８は、一端に成形面（図示せず）が形成されている。

これにより、固定入子１８と可動入子２８との対向面間に、成形空間としてのキャビティ３０が形成されている。また、エジェクタプレート２５には、一端を該エジェクタプレート２５に固定され、他端をスプルー１６及び後述するランナー３２に当接するエジェクタピン３１が固定されている。

スプルー１６の射出方向の先端側とキャビティ３０とは、パーティングラインＰＬを挟んで形成されたランナー３２及びゲート３３を介して連通されている。これにより、スプルー１６から射出された溶融樹脂は、該スプルー１６、ランナー３２、及びゲート３３を介してキャビティ３０に注入される。また、スプルー１６やキャビティ３０の周囲には温調管３４が配設されている。この温調管３４内には、成形時水や油等の媒体が常時流れている状態で収容されている。

本実施形態では、温調管３４の断面積を、冷却部位としてのスプルー１６、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０等の単位長さあたりの体積ごとに異ならせている。具体的には、温調管３４の断面積を、スプルー１６、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０等の単位長さ当たりの体積が大きいほど小さく設定した。これにより、冷却部位の単位長さ当たりの体積が大きい部分ほど、温調管３４を流れる媒体の流速を速くしたものである。

すなわち、温調管３４は入り口から出口までが連通しているため、温調管３４の断面積と内部を流れる媒体の流速とは反比例する。このため、温調管３４の断面積（すなわち内径）が小さいほど媒体の流速は速くなる。よって、温調管３４の断面積が小さいほどスプルー１６等から奪う熱量も多くなる。さらに、奪う熱量が多いと、その部分の溶融樹脂の固化が速くなる。

例えば、スプルー１６は、樹脂流れ方向と略直交する方向の断面積が樹脂の注入口からパーティングラインＰＬ側（以下、「ＰＬ側」という）に向けて大きく形成されている。そこで、このスプルー１６の断面積が大きくなるほど、温調管３４の内部の断面積を、樹脂の注入口から先端側に行くに従い小さく形成した。

すなわち、本実施形態では、例えば後述する図４（ａ）（ｂ）に示すように、温調管３４の内部の断面積を注入口からＰＬ側に向けて連続的に細くなるように変化させた。ただし、連続的に変化させる場合には限らない。例えば、温調管３４の断面積を段階的に変化させてもよい。

また、本実施形態において、キャビティ３０の樹脂流れ方向と略直交する方向の断面積は、スプルー１６のＰＬ側の断面積よりも小さく形成されている。そこで、このキャビティ３０の周囲の温調管３４の断面積を、スプルー１６のＰＬ側の温調管３４の断面積よりも大きく形成した。なお、図１では図示していないが、ランナー３２やゲート３３の周囲の温調管３４の断面積についても同様である。

このように、温調管３４の断面積を冷却部位の夫々の断面積ごとに異ならせることで、キャビティ３０（成形品）のみでなく、スプルー１６等を含む冷却部位全体の温度勾配なく均一にすることができる。よって、樹脂密度が均一で高精度な成形品を得ることができる。

例えば、樹脂としてガラス転移点Ｔｇが１３８℃のポリカーボネートを使用し、可塑化温度２８０℃、金型温度１３５℃で成形した場合、冷却に起因する歪が小さく、成形のサイクルタイムも１／２以下に抑えることができた。

本実施形態によれば、温調管３４の断面積を、スプルー１６、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０の夫々の単位長さ当たりの体積が大きいほど、小さくしたので、大きい体積のスプルー１６のＰＬ側やランナー３２等から奪う熱量ほど多くなる。こうして、大きい断面積の冷却部位の固化時間を一層短縮することができる。

すなわち、温調管３４を流れる媒体のレイノルズ数（慣性力／粘性力）をコントロールすることができるので、冷却部位の任意部分の冷却効果を高めることができる。
これにより、冷却部位の冷却が均一に行われ、成形のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。また、金型に温度分布を与えることなく均一に冷却できるため、高精度な成形品を得ることができる。
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の射出成形用の金型装置の横断面図である。

本実施形態では、温調管３４の外壁面と冷却部位（ランナー３２等）の外壁面との距離が略一定となるように温調管３４を配設している。
図２に示すように、温調管３４は、ランナー３２、ゲート３３、キャビティ３０等の周りを囲むように配設されている。そして、温調管３４の外壁面とランナー３２の外壁面との距離ｉ_１と、温調管３４の外壁面とキャビティ３０の外壁面との距離ｉ_２と、は略等しく形成されている。

また、キャビティはランナーに比べ薄肉に構成してある場合、図２で明らかなように、ランナー３２の周囲の温調管３４₂の断面積を、キャビティ３０の周囲の温調管３４₃の断面積よりも小さく形成している。これは、前述したように、キャビティ３０よりもランナー３２の単位長さ当たりの体積の方が大きいためである。

本実施形態によれば、ランナー３２やキャビティ３０等から温調管３４への熱の移動距離が略一定であるため、ランナー３２やキャビティ３０等の冷却部位の厚肉部に影響され、熱だまりが生じることなく、均一の冷却速度で冷却することができる。

このため、成形のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。また、冷却部位に温度分布を与えることなく均一に冷却できるため、高精度な成形品を得ることができる。
（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施形態の射出成形用の金型装置の要部の縦断面図であり、図４（ａ）（ｂ）は、夫々要部の斜視図である。

本実施形態では、スプルー１６等の断面積が大きいほど温調管３４の内部の断面積を小さく設定した場合、それに応じて温調管３４の配管密度を相対的に高く設定した。
すなわち、図３及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、温調管３４を、冷却部位の単位長さ当たりの体積によって異なる断面積及び異なる配管密度で配置した。

例えば、前述したように、スプルー１６の断面積は樹脂の注入口側よりもＰＬ側の方が大きいため、温調管３４の断面積は、樹脂の注入口側の内径Ｄ_ｉｎよりも、ＰＬ側の内径Ｄ_ｏｕｔの方が連続的に小さく（Ｄ_ｉｎ＞Ｄ_ｏｕｔ）形成されている。

なお、図４（ａ）は、温調管３４を螺旋状に形成した実施の形態を示している。また、図４（ｂ）は、温調管３４を円環状に形成した複数の温調管３４を円筒状のパイプ（温調管）で接続した実施の形態を示している。

図４（ａ）に示すように、温調管３４は螺旋状の形状とした方が媒体の流れがスムーズで好ましい。しかし、螺旋状に形状しようとすると製造が困難となる。このため、図４（ｂ）に示すように、円環状の複数の温調管３４を円筒状のパイプで接続したもので代用することも可能である。

この場合、温調管３４の断面積が小さいとその断面積は小さくなる。このため、本実施形態では、一定の熱伝達面積を確保するために、温調管３４の配置間隔を、スプルー１６の注入口側からＰＬ側に向けて徐々に狭くなるように配置した（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５）。すなわち、温調管３４の断面積が小さいほど温調管３４の配置密度を高く設定した。

なお、ゲート３３の体積は小さいため、このゲート３３部分の冷却を遅らせたい場合には、この部分の温調管３４の断面積を大きくすればよい。
また、本実施形態では、温調管３４の断面積が小さいほど温調管３４の配置密度を高くした場合について説明したが、温調管３４の配置密度を高くした場合は、温調管３４の断面積が一定のままでもそれ相応の効果は得られる。

図５は、温調管３４の分岐概略を示す図である。
例えば、媒体流動方向の上流側で１本であった温調管３４は、下流側でスプルー１６、ランナー３２、キャビティ３０に向かう３本の温調管３４_１，３４_２，３４_３に分岐している。このように、温調管３４は必ずしも金型の入口から出口まで１本で繋がっている必要はなく、夫々の冷却部位に応じた断面積で複数本に分岐していてもよい。

本実施形態によれば、冷却部位の冷却時間（樹脂が取り出し温度になるまでの時間）が、ゲート３３やキャビティ３０等の薄肉部とスプルー１６やランナー３２等の厚肉部とで略等しくなるため、成形のサイクルタイムを短縮することができる。

また、本実施形態では、温調管３４の断面積が小さいほど温調管３４の配置密度を高く設定したことから、温調管３４の断面積が小さい部分ほど単位面積当りの熱を奪う効果が高くなる。このため、断面積の大きい冷却部位ほど温調管３４の内部の断面積を小さくかつ高密度に配置することで、成形のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態の射出成形用の金型装置の要部の縦断面図である。

本実施形態では、冷却部位としてのスプルー１６やランナー３２を構成する金型材料の熱伝導率を、冷却部位以外の金型材料の熱伝導率よりも高い材料を用いた。
図６において、冷却部位以外の金型材料としての固定側型板１３及び可動側型板２１には、ステンレス鋼、一般用鋼材、焼入れ鋼、プリハードン鋼、析出硬化鋼等を用いた。これらの材料の熱伝導率αは、α＝０．２〜４０Ｗ／ｍ・Ｋである。

これに対し、冷却部位としてのスプルー１６やランナー３２の材料には、熱伝導率αが、α＝１００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋのアルミ合金、又は、熱伝導率αが、α＝７０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋの銅合金等の高熱伝導率部材３６を用いた。このように、冷却を促進したい冷却部位には高熱伝導率部材３６を用いた。

そして、この高熱伝導率部材３６の内部に温調管３４を配置した。本実施形態では、図３に示した場合と同様に、温調管３４の断面積が小さいほど温調管３４の配置密度を高くして図示している。

なお、図６では、冷却部位としてのスプルー１６やランナー３２を構成する部材に高熱伝導率部材３６を用いた場合を図示したが、これに限らず、例えばゲート３３やキャビティ３０を構成する部材に高熱伝導率部材３６を用いてもよいのは勿論である。

本実施形態によれば、冷却部位における溶融樹脂から温調媒体への単位時間当たりの熱伝達量が大きくなる。このため、肉厚部の冷却速度をより速くして成形のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。特に、成形品の肉厚と樹脂流路の肉厚との差が大きい場合には、樹脂流路に高熱伝導率部材３６を用いることで、一層サイクルタイムの短縮化を図ることができる。

第１の実施の形態の射出成形用の金型装置の縦断面図である。 第２の実施の形態の射出成形用の金型装置の横断面図である。 第３の実施の形態の射出成形用の金型装置の要部の縦断面図である。 （ａ）（ｂ）は、夫々要部の斜視図である。 温調管の分岐概略を示す図である。 第４の実施の形態の射出成形用の金型装置の要部の縦断面図である。

符号の説明

１０ 金型装置
１１ 固定側金型
１２ 可動側金型
１３ 固定側型板
１４ ボルト
１５ 固定側取付板
１６ スプルー
１７ ロケートリング
１８ 固定入子
１９ ボルト
２１ 可動側型板
２２ 可動側受け板
２３ スペーサブロック
２４ 可動側取付板
２５ エジェクタプレート
２６ ボルト
２８ 可動入子
３０ キャビティ
３１ エジェクタピン
３２ ランナー
３３ ゲート
３４ 温調管
３６ 高熱伝導率部材

Claims (6)

1. 加熱溶融した成形素材を金型内の成形空間に供給して冷却し成形品を得る成形用金型装置において、
   前記金型の冷却部位の周りに配設した温調配管の断面積を、前記冷却部位の夫々の断面積に応じて異ならせた
   ことを特徴とする成形用金型装置。
2. 前記冷却部位は、スプルー、ランナー、ゲート、キャビティを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の成形用金型装置。
3. 前記冷却部位の単位長さ当たりの体積が大きいほど、前記温調配管の断面積を小さく設定した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形用金型装置。
4. 前記冷却部位の単位長さ当たりの体積が大きいほど、前記温調配管の断面積を小さく設定した場合、前記温調配管の配管密度を高く設定した
   ことを特徴とする請求項３に記載の成形用金型装置。
5. 前記温調配管を、該温調配管の外壁面と前記冷却部位の外壁面との距離が略一定となるように配設した
   ことを特徴とする請求項１、３，又は４に記載の成形用金型装置。
6. 前記冷却部位を構成する金型材料の熱伝導率を、前記冷却部位以外の金型材料の熱伝導率よりも高い材料を用いた
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形用金型装置。