JP3632257B2 - 金型の加熱装置、加熱冷却装置及びその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金型の加熱装置、加熱冷却装置及びその方法に関するものであり、特に、射出成形前に金型の成形面を予め加熱して、射出成形品の品質の向上等を図ることができる装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、樹脂成形金型のキャビティ表面の温度を高くした状態で樹脂の射出を行うと、成形品の外観品質及び光学特性等が向上することが知られている。そして、従来のこの種の金型の加熱装置として、特公昭６０−５６６０４号公報、特開昭６２−１７９９１２号公報、特開昭６２−１１１８３２号公報、特開昭６３−１５７０７号公報、特開昭６２−２０８９１８号公報、特開昭５８−１２７１４号公報、または特開昭５８−２１１４０５号公報に掲載の技術を挙げることができる。例えば、特公昭６０−５６６０４号公報の技術は、高周波誘導加熱により、予めキャビティ表面温度を上げた状態で樹脂の射出を行う。なお、特開昭６２−１１１８３２号公報及び特開昭６３−１５７０７号公報は、類似の技術を開示している。また、特開昭６２−１７９９１２号公報の技術は、金型内の流路へ温水若しくは温油等の加熱媒体と冷却媒体とを交互に流通し、キャビティ温度を上下させる。なお、特開昭６２−２０８９１８号公報、特開昭５８−１２７１４号公報及び特開昭５８−２１１４０５号公報は、類似の技術を開示している。その他、この種の技術として、ジュール熱加熱により、または、金型に内蔵したヒータにより、金型のキャビティ表面を能動的に加熱したり、或るいは、ＳＳＩ（スポットレスサーフェスインジェクション）成形法により、射出溶融樹脂によりキャビティ表面を受動的に加熱する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公昭６０−５６６０４号公報の技術は、高周波誘導加熱を利用するため、高周波発振子等の高周波発生手段が必要となる等、設備コストが上昇する。また、一般的には、成形材料である樹脂の熱変形温度以上にキャビティ表面温度を上げる必要があるが、特開昭６２−１７９９１２号公報の技術は、加熱媒体の温度が低く、加熱性能が不十分となる可能性がある。即ち、高周波誘導加熱、ジュール熱加熱、ＳＳＩ成形法等の特殊な加熱方法は、加熱性能が高い反面、設備コストが増加し、また、保全性が低下するといった不具合がある。一方、金型に内蔵したヒータによる加熱、または、金型内部を流通する温水または温油による加熱等の一般的な加熱方法は、上記特殊な加熱方法と比較して、設備コストを低減でき、保全性も良好とすることができる反面、加熱性能の点で改善する余地がある。
【０００４】
そこで、本発明は、良好な加熱性能を有し、かつ、設備コストを低減し、保全性を向上することができる金型の加熱装置及びその方法の提供を第１の課題とするものである。
【０００５】
また、本発明は、良好な加熱冷却性能を有し、かつ、設備コストを低減し、保全性を向上することができる金型の加熱冷却装置及びその方法の提供を第２の課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、入子移動手段により、型締め時は、金型本体に入子の裏面を当接させると共に、型開き時には入子の裏面を金型本体から離脱して、入子の裏面と金型本体との間に所定空間を形成する。一方、外部加熱手段を、型締め時は入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には入子の成形面及び裏面のいずれかに対向する位置へ進出して熱伝達により前記成形面を直接的に、または、前記裏面を介して間接的に加熱する。更に、金型本体に設けた冷却手段を、型締め時に入子の裏面に当接し、裏面を介して前記成形面を冷却する。
【０００７】
請求項２の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、キャビティ入子移動手段により、型締め時は、金型本体にキャビティ入子の裏面を当接させ、型開き時にはキャビティ入子の裏面を金型本体から離脱して裏面と金型本体との間に所定空間を形成する。また、外部加熱手段を、型締め時はキャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時にはキャビティ入子の裏面に当接する位置へ進出して熱伝導により前記裏面を介して前記キャビティ面を加熱する。更に、金型本体に設けた冷却手段を、型締め時にキャビティ入子の裏面に当接し、裏面を介して前記キャビティ面を冷却する。
【０００８】
請求項３の発明にかかる金型の加熱装置は、キャビティ入子移動手段により、型締め時は、金型本体にキャビティ入子の裏面を当接させ、型開き時にはキャビティ入子の裏面を金型本体から離脱して裏面と金型本体との間に所定空間を形成する。また、第１の外部加熱手段を、型締め時はキャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時にはキャビティ入子の裏面に当接する位置へ進出して熱伝導により前記裏面を介して前記キャビティ面を加熱する。一方、第２の外部加熱手段を、型締め時はキャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時にはキャビティ入子のキャビティ面に所定間隙をおいて接近対向する位置へ進出して熱輻射により前記キャビティ面を加熱する。更に、金型本体に設けた冷却手段を、型締め時にキャビティ入子の裏面に当接し、裏面を介して前記キャビティ面を冷却する。
【０００９】
請求項４の発明にかかる金型の加熱装置は、請求項３の発明において、第２の外部加熱手段を、キャビティ入子のキャビティ面を加工した放電加工電極により構成したものである。
【００１０】
請求項５の発明にかかる金型の加熱装置は、請求項３の発明において、第２の外部加熱手段を、型開き時にキャビティ入子のキャビティ面に所定間隙をおいて接近対向する第１の加熱面と、第１の加熱面に延設され、型開き時にキャビティ入子のパーティング面に当接して熱伝導によりパーティング面を介してキャビティ面を加熱する第２の加熱面より構成したものである。
【００１１】
請求項６の発明にかかる金型の加熱装置は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、入子の少なくともキャビティ面に対応する部分の肉厚を０．５mm乃至１５mmの範囲としたものである。
【００１２】
請求項７の発明にかかる金型の加熱方法は、型開きに伴い、入子の裏面を金型本体から離脱して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成する。次に、熱源としての外部加熱手段を前記空間内へ進出し、入子の裏面に対向配置して熱伝達により前記裏面を介して前記成形面を加熱する。
【００１３】
請求項８の発明にかかる金型の加熱冷却方法は、型開きに伴い、入子の裏面を金型本体から離脱して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成する。次に、熱源としての外部加熱手段を前記空間内へ進出し、入子の裏面に対向配置して熱伝達により前記裏面を介して前記成形面を加熱する。その後、型締めに伴い、外部加熱手段を前記空間から退避すると共に、入子の裏面に冷却手段を当接し、裏面を介して前記成形面を冷却する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置による金型の冷却時を示す説明図である。図２は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置による金型の加熱時を示す説明図である。図３は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段による加熱状態を示す断面図である。図４は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段を示す要部拡大断面図である。図５は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の冷却手段による冷却状態を示す断面図である。
【００１６】
本実施形態の加熱冷却装置は射出成形金型に具体化されるものであるため、まず、射出成形金型の構造の概略について説明する。
【００１７】
図１及び図２において、本実施形態の射出成形金型は、可動側ダイプレート１１に可動側取付板１２及びスペーサブロック１３を介して可動主型１４を取付けている。可動主型１４の右側面には、右方へ突出する断面凸状のコア面１４ａが形成され、そのコア面１４ａにより成形空間Ｓの一部（内側面部）を構成している。また、前記スペーサブロック１３内の空間には押出板１５を介して押出ピン１６が右方へ突出して固定されている。前記押出ピン１６は、図１に示す型締め位置では、先端面を可動主型１４のコア面１４ａと面一とする。また、図２に示す型開き位置で、駆動機構の駆動軸１７により押出板１５が右方に移動されて、押出ピン１６の先端面が可動主型１４のコア面１４ａから右方に突出し、冷却固化後の成形品の取出を容易にするようになっている。一方、固定側ダイプレート２１には、固定側取付板２２を介して固定背板２３が固定されている。固定背板２３の右側面の中央部には射出ノズル２４導入用の導入凹部２３ａが形成されると共に、固定側取付板２２及び固定側ダイプレート２１の中央部には、前記導入凹部２３ａに連通する導入孔２２ａ，２１ａがそれぞれ穿設されている。また、前記固定背板２３の導入凹部２３ａの中心部にはスプルー２３ｂ及びランナー２３ｃが穿設され、前記両導入孔２１ａ，２２ａ及び導入凹部２３ａを介して、射出ノズル２４の先端をスプルー２３ｂに装着するようになっている。なお、以上の構成は一般的な射出成形金型の構成と同様であるため、関連部分の詳細な説明は省略する。
【００１８】
前記固定背板２３は、左側面の中央部を左方に突出する断面凸状の冷却部２３ｄとしている。前記固定背板２３の冷却部２３ｄより右側には複数の冷却孔２３ｅが前後方向（図１及び図２中紙面と直交する方向）に延設され、冷却孔２３ｅに冷却水等の冷却流体を流通することにより、冷却部２３ｄの温度を低下するようになっている。前記固定背板２３の左側面には、固定主型２４が左右への移動自在に取付けられ、図示しない固定主型移動機構により、図１に示す型締め位置と図２に示す型開き位置との間で往復移動するようになっている。固定主型２４の中央部には断熱板２５を介してキャビティ入子２６が嵌合固定されている。
【００１９】
図３に示すように、キャビティ入子２６は、成形空間Ｓの他部（外側面部）を形成するキャビティ面２６ａと、前記キャビティ面２６ａと反対側に位置する裏面２６ｂとを有している。前記キャビティ入子２６の左側面２６ｄと前記固定主型２４の左側面２４ａ及び断熱板２５の左側面２５ａとは面一とされ、パーティング面乃至パーティングラインＰＬを構成している。また、固定主型２４の右側面２４ｂ及び断熱板２５の右側面２５ｂは面一とされると共に、前記断熱板２５の中央には固定背板２３の冷却部２３ｄを密嵌する形状の収容孔２５ｃが穿設され、断熱板２５の右側面２５ｂ及びキャビティ入子２６の裏面２６ｂ間に段差状の凹部が形成されている。そして、図５に示すように、型締め状態で、冷却部２３ｄが前記収容孔２５ｃ内に密嵌され、冷却部２３ｄがキャビティ入子２６の裏面２６ｂに密接すると共に、固定主型２４の右側面２４ｂが固定背板２３の左側面２３ｆに密接するようになっている。更に、型締め状態で、固定主型２４、断熱板２５及びキャビティ入子２６の面一の左側面２４ａ，２５ａ，２６ｄは、前記可動主型１４の右側面と密接し、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａと可動主型１４のコア面１４ａとの間に断面略コ字状の成形空間Ｓが形成されるようになっている。なお、前記キャビティ入子２６の中心部には、前記固定背板２３のランナー２３ｃに整合して連通するゲート２６ｃが穿設されている。
【００２０】
前記固定主型２４、断熱板２５及び図示しない固定主型移動機構により、キャビティ入子２６を左右方向に往復移動するキャビティ入子移動手段が構成され、型締め時は、前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂを金型本体としての固定背板２３の左側面２３ｆに当接させ、型開き時には、前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂを固定背板２３の左側面２３ｆから離脱して前記裏面２６ｂと固定背板２３との間に所定間隔の空間を形成するようになっている。また、前記金型本体としての固定背板２３に設けた冷却部２３ｄ及び冷却孔２３ｅにより、型締め時に前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂに当接し、前記裏面２６ｂを介して前記キャビティ面２６ａを冷却する冷却手段が構成されている。なお、一般の射出成形金型と同様、固定主型２４はガイドピン２７を介して固定背板２３に支持されると共に、固定主型２４及び可動主型１４はガイドピン２７を介して左右に案内され正確な型締め位置に位置合わせされるようになっている。
【００２１】
次に、本実施形態の外部加熱手段について説明する。
【００２２】
本実施形態は、図３に示すように、外部加熱手段として、キャビティ面２６ａに対応する略四角ブロック状の第１及び第２の外部加熱手段３１及び３２を備えている。第１の外部加熱手段３１は、第１の移動機構４１により、型締め時は前記キャビティ入子２６と干渉しない退避位置（図１の位置）に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂに密接する加熱位置（図２の位置）へ進出して熱伝導により前記裏面２６ｂを介して前記キャビティ面２６ａを加熱するようになっている。なお、第１の外部加熱手段３１の幅及び高さ（図中の前後寸法及び上下寸法）は、前記断熱板２５の収容孔２５ｃの幅及び高さよりそれぞれ所定値小さく設定され、第１の外部加熱手段３１の前後及び上下の側面が断熱板２５に当接して断熱板２５を直接加熱することを防止している。第１の外部加熱手段３１の寸法は、少なくとも、キャビティ面２６ａに対応する裏面２６ｂ部分の略全体を加熱できるよう設定し、断熱板２５の収容孔２５ｃの寸法もこれに対応して設定する。
【００２３】
ここで、前記キャビティ入子２６の肉厚は、裏面２６ｂ側からの熱伝導を良好とするため、少なくともキャビティ面２６ａに対応する部分の肉厚を１５mm以下に設定することが好ましい。特に、第１の外部加熱手段３１が当接する部分のキャビティ入子２６の肉厚をかかる範囲に設定することがより好ましい。なお、かかる肉厚を１５mmを超える値とした場合、熱電導効率が低下し、キャビテイ入子２６の裏面２６ｂ側からキャビティ面２６ａ側への熱伝達時間が長くなる可能性がある。一方、かかる肉厚は、キャビティ入子２６を切削により加工する場合、０．５mm以上とすることが好ましい。かかる肉厚を０．５mm未満とした場合、キャビティ入子２６の切削加工が困難となったり、加工作業性が低下する可能性がある。なお、切削以外の加工方法によりキャビティ入子２６をより薄肉に加工できる場合、その下限値を例えば０．２mm程度としてもよい。しかし、下限値を０．２mm未満とした場合、キャビティ入子２６が加熱時に熱変形したり、樹脂の射出圧により破損する可能性がある。
【００２４】
前記第２の外部加熱手段３２は、第２の移動機構４２により、型締め時は前記キャビティ入子２６と干渉しない退避位置（図１の位置）に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａに所定間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３をおいて接近対向する加熱位置（図２の位置）へ進出して熱輻射により前記キャビティ面２６ａを加熱するようになっている。なお、第２の外部加熱手段３２の幅及び高さ（図中の前後寸法及び上下寸法）は、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａの幅及び高さよりそれぞれ所定値小さく設定され、第２の外部加熱手段３２の前後及び上下の側面がキャビティ入子２６に当接してキャビティ入子２６を直接加熱することを防止している。前記第２の外部加熱手段３２とキャビティ面２６ａとの間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３は、熱輻射効率を高めるべくできるだけ小さくすることが望ましく、好ましくは約０．２mmとする。なお、かかる間隙を０．２mm未満とした場合、第２の外部加熱手段３２とキャビテイ面２６ａとの間に一定間隙を確保するのが困難となる可能性があり、第２の外部加熱手段３２がキャビティ面２６ａに接触して傷付きの原因となる等の可能性がある。
【００２５】
次に、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２の構成の詳細について説明する。なお、第１の外部加熱手段も第２の外部加熱手段と同様の構成であるため、ここでは対応部分に対応する符号を付して重複した説明を省略する。
【００２６】
第１及び第２の外部加熱手段３１，３２は、図４に示すように、平板状の支持板３１ａ，３２ａ上に平板状の熱源３１ｂ，３２ｂを介して同じく平板状の熱板３１ｃ，３２ｃを載置した三層構造の四角ブロック状をなしている。前記支持板３１ａ，３２ａは、第１または第２の移動機構４１，４２側に位置し、前記第１または第２の移動機構４１，４２への熱伝達による影響を防止すべく、好ましくは、熱絶縁材料により形成する。また、前記熱源３１ｂ，３２ｂは、熱板３１ｃ，３２ｃを射出樹脂の溶融温度に対応して所望温度、例えば３５０℃付近まで一定時間内に加熱できるものであればよく、熱伝導率の良好な金属に公知の電気ヒータを内蔵したり、または、温油等の加熱流体を流通するようにしてもよい。更に、前記熱板３１ｃ，３２ｃは、銅板等、熱伝導率の良好な金属より形成する。本実施形態では、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃとしては、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａを加工した放電加工電極を使用し、熱板３２ｃとキャビティ面２６ａとの間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３を容易に一定値に維持するようにしている。なお、前記第１及び第２の移動機構４１，４２としては、油圧シリンダを二次元的乃至三次元的に組み合わせたもの等、公知の種々の二次元的乃至三次元的移動機構を採用することができる。
【００２７】
次に、上記のように構成された本実施形態の金型の加熱冷却装置による金型の加熱冷却方法を使用した射出成形動作について説明する。なお、この射出成形動作は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御手段を使用して、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムに従って実施される。図６は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却方法を示す工程図である。
【００２８】
まず、空間形成工程としての型開き工程において、射出成形機の型締装置（図示略）を駆動して、可動側ダイプレート１１、可動側取付板１２及びスペーサブロック１３を介して可動主型１４を左方に移動し、図２の型開き位置として、固定主型２４及び固定背板２３との間に十分な間隔を設ける。また、これと共に、固定主型２４を固定主型移動機構により左方へ移動し、キャビティ入子２６の裏面２６ｂを固定背板２３から離間し、可動主型１４と固定背板２３との間の略中間位置に配置する。これにより、図２に示すように、固定背板２３とキャビティ入子２６の裏面２６ｂとの間、及び、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａと可動主型１４との間に、それぞれ、所定間隔の空間が形成される。
【００２９】
次に、熱板接近工程において、第１の移動機構４１を駆動して、熱源３１ｂを有する第１の外部加熱手段３１を固定背板２３と固定主型２４との間の空間内に進出し、熱板３１ｃをキャビティ入子２６の裏面２６ｂに対向配置する。これと同時に、第２の移動機構４２を駆動して、熱源３２ｂを有する第２の外部加熱手段３２を固定主型２４と可動主型１４との間の空間に進出し、熱板３２ｃをキャビティ入子２６のキャビティ面２６ａに対向配置する。
【００３０】
そして、図２及び図３に示すように、加熱工程において、第１及び第２の移動機構４１，４２により、第１の外部加熱手段３１の熱板３１ｃをキャビティ入子２６の裏面２６ｂに密接すると共に、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃをキャビティ面２６ａに所定間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３を置いて接近配置する。すると、第１の外部加熱手段３１の熱板３１ｃが、キャビティ入子２６の裏面２６ｂを熱伝導により加熱し、裏面２６ｂ側から成形面としてのキャビティ面２６ａを間接的に加熱することになる。同時に、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃが、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａを熱輻射により直接加熱する。なお、この加熱工程における加熱時間は、加熱対象たるキャビティ入子２６のキャビティ面２６ａ対応部分の肉厚、射出樹脂の種類に応じたキャビティ面２６ａの目標加熱値、熱板３１ｃ，３２ｃの加熱温度等に応じて適宜変更される。例えば、ＡＢＳ樹脂を射出し、キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａ対応部分の肉厚を１０mmとし、キャビティ面２６ａの目標温度を１３０℃とする場合において、熱板３１ｃ，３２ｃの加熱温度を約３５０℃とする場合、加熱時間は約３０秒乃至４０秒とする。また、かかる条件でキャビティ入子２６のキャビティ面２６ａ対応部分の肉厚を５mmに変更した場合、２０秒以下の加熱時間でキャビティ面２６ａを上記温度と同等温度とすることができ、また、この場合、加熱時間を１分とすると、キャビティ面２６ａ温度を約２００℃とすることができる。このとき、断熱板２５がキャビティ入子２６の放熱を防止している。また、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃを放電加工電極により構成したため、キャビティ面２６ａとの隙間を０．２mmという、極めて小さく、かつ、均一な間隔とすることができ、熱輻射を効率良く行うことができると共に、当接による傷付き等を防止することができる。更に、キャビティ入子２６を可能な限り薄肉としたため、裏面２６ｂ側からの熱伝導を効率良く行える。なお、前記キャビティ面２６ａ温度自体は、通常の金型温度調整技術と同様、樹脂の種類、加熱変形温度等に応じて決定される。
【００３１】
その後、熱板離間工程において、第１の移動機構４１により、第１の外部加熱手段３１の熱板３１ｃをキャビティ入子２６の裏面２６ｂに当接する位置から離間し、キャビティ入子２６と固定背板２４との間の空間から図１の退避位置に退避する。同時に、第２の移動機構４２により、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃをキャビティ入子２６のキャビティ面２６ａに接近する位置から離間し、前記キャビティ入子２６と可動主型１４との間の空間から図１の退避位置に退避する。
【００３２】
かかる後、型締め工程において、固定主型移動機構を駆動して、固定主型２４を固定背板２３に型締めすると共に、型締装置を駆動して、可動側ダイプレート１１、可動側取付板１２及びスペーサブロック１３を介して、可動主型１４を固定主型２４及び固定背板２３に対し型締めする。すると、可動主型１４とキャビティ入子２６が、パーティング面にて型締めされ、コア面１４ａ及びキャビティ面２６ａ間に成形品形状と同一形状の成形空間Ｓが形成されると共に、固定背板２３のスプルー２３ｂ及びランナー２３ｃが、キャビティ入子２６のゲート２６ｃに連通する。同時に、キャビティ入子２６の裏面２６ｂに固定背板２３の冷却部２３ｄが密接する。この状態で、射出ノズル２４先端をスプルー２３ｂに圧接することにより、射出ノズル２４からスプルー２３ｂ、ランナ２３ｃ及びゲート２６ｃを介して、前記成形空間Ｓ内に溶融樹脂を射出注入可能となる。
【００３３】
そして、射出冷却工程の射出工程で、射出装置（図示略）から射出ノズル２４を介してスプルー２３ｂに溶融樹脂を射出注入し、ランナ２３ｃを介してゲート２６ｃからキャビティ面２６ａ及びコア面１４ａ間に形成される成形空間Ｓ内に溶融樹脂を充填する。このとき、キャビティ面２６ａが所望温度に加熱されているため、キャビティ面２６ａに接する溶融樹脂は、確実に加熱変形温度（例えば、ＡＢＳ樹脂の場合１６０℃乃至１７０℃）を維持し、フローマーク、シルバーストリーク（銀条痕）等の発生を確実に防止することができる。また、射出時点で、キャビティ入子２６の裏面２６ｂに固定背板２３の冷却部２３ｄが密接しているため、固定背板２３の冷却孔２３ｅに大量の冷却水等、冷却流体を供給及び流通することにより、冷却手段としての冷却部２３ｄによりキャビティ入子２６の裏面２６ｂを瞬時に冷却し、熱伝導によりキャビティ面２６ａを急速に冷却することができ、溶融樹脂の冷却固化を十分に促進することができる。このとき、キャビティ入子２６を可能な限り薄肉としたため、冷却効率を向上することができる。これにより、射出樹脂が加熱変形温度以下となって迅速に冷却固化し、成形空間Ｓに対応する所定形状の成形品が迅速に成形される。なお、上記溶融樹脂の射出から冷却固化までの間における前記キャビティ面２６ａの温度勾配は、キャビティ面２６ａの初期設定加熱温度及び冷却部２３ｄの設定冷却温度により適宜調整可能である。
【００３４】
その後、図３に示す型開き工程で、型締め装置を駆動して、可動主型１４を固定主型２４から離間して型開きする。これにより、コア面１４ａとキャビティ面２６ａとが型開きされて、成形品がキャビティ面２６ａから離型してコア面１４ａ上に残る。その後、製品取出工程で、押出駆動手段（図示略）を駆動し、押出ピン１６をコア面１４ａから突出して、成形品をコア面１４ａから押出して離脱し、製品の取出を行う。
【００３５】
以後、上記一連の工程を繰返し、所望形状の樹脂成形品を連続して得ることができる。
【００３６】
このように、上記実施形態の金型の加熱冷却装置は、成形空間Ｓの一部を形成するキャビティ面２６ａ及び前記キャビティ面２６ａと反対側に位置する裏面２６ｂを有するキャビティ入子２６に接続され、型締め時は金型本体としての固定背板２３に前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂを当接させ、型開き時には前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂを前記固定背板２３から離脱して前記裏面２６ｂと固定背板２３との間に所定空間を形成するキャビティ入子移動手段２４としての固定主型２４、断熱板２５及び固定主型移動機構と、第１の移動機構４１により、型締め時は前記キャビティ入子２６と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂに当接する位置へ進出して、熱板３１ｃからの熱伝導により前記裏面２６ｂを介して前記キャビティ面２６ａを加熱する第１の外部加熱手段３１と、第２の移動機構４２により、型締め時は前記キャビティ入子２６と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａに所定間隙をおいて接近対向する位置へ進出して、熱板３２ｃからの熱輻射により前記キャビティ面２６を加熱する熱板３２ｃを有する第２の外部加熱手段３２と、前記固定背板２３に設けられ、型締め時に前記キャビティ入子２６の裏面２６ｂに当接し、裏面２６ｂを介してキャビティ面２６ａを冷却する冷却手段としての冷却部２３ｄ及び冷却孔２３ｅを具備する。
【００３７】
したがって、上記実施形態は、金型の加熱時には、冷却部２３ｄがキャビティ入子２６から離間され、キャビティ入子２６を冷却することはないため、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２によるキャビティ入子２６の加熱を効率よく、かつ、迅速に行うことができる。また、金型の冷却時には、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２をキャビティ入子２６から退避し、キャビティ入子２６を加熱することはないため、冷却部２３ｄによるキャビティ入子２６の冷却を効率よく、かつ、迅速に行うことができ、樹脂の冷却固化速度を増加することができる。その結果、加熱性能及び冷却性能をそれぞれ向上することができ、金型の加熱後の樹脂射出から、金型の冷却に伴う樹脂の固化及び取出し迄の成形サイクルを大幅に短縮することができる。また、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２と冷却部２３ｄとを、熱的に分離した形で独立して動作するため、射出樹脂の種類等に応じて、キャビティ面２６ａ温度の最適熱勾配を容易かつ迅速に得ることができ、製品品質を向上することができる。即ち、従来のように、金型に内蔵したヒータまたは温水、温油等の加熱源による加熱の場合、加熱源自体の温度が下がりにくく、冷却時の熱応答性が十分とはいえなかったが、本実施形態は、加熱源としての第１及び第２の外部加熱手段３１，３２を金型から空間的に離れた位置に退避するため、被加熱源である金型絡み他場合の熱応答性を大きくすることができる。そして、樹脂材料重点開始時の金型温度を高くすることにより、成形品の外観を良好とし、かつ、型締め直後から開始する冷却部２３ｄによる除熱作用によって金型温度を下げることにより、成形品の取出までに必要な成形サイクルを短縮することができる。換言すれば、本実施形態装置は、金型温度の大幅な変化を可能とすることで、高品質の成形品を高い成形サイクルで生産することができる。
【００３８】
そして、加熱手段としては金型内蔵タイプのものでなく、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２といった金型外部に配置するタイプのものを使用する一方、その熱源３１ｂ，３２ｂ自体としては、電熱ヒータ等、比較的簡単な構成の公知の熱源を用いることができるため、高周波誘導加熱またはＳＳＩ成形のような高価乃至複雑な構成を用いる場合と比較して、設備コストを大幅に低減することができると共に、その保守等も容易で、保全性を向上することができる。更に、第２の外部加熱手段３２が成形品の表面品質を決定するキャビティ面２６ａに直接当接しないため、その傷付き及び加熱酸化による金属焼け等の品質劣化を防止することができ、製品自体の品質を良好に維持することができる。
【００３９】
また、キャビティ入子２６の肉厚を、少なくともキャビティ面２６ａ対応部分で約０．５mm〜１５mmの範囲とすることにより、キャビティ入子２６の裏面２６ｂ側からのキャビティ面２６ａの加熱をより効率よく迅速に行うことができ、キャビティ面２６ａの温度上昇を一層増加することができる。そして、第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃとキャビティ面２６ａとの間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３を約０．２mmと小さくすることにより、第２の外部加熱手段３２からの熱輻射による加熱効率を高めることができる。その結果、キャビティ面２６ａの加熱時間をより一層短縮化して、全体の成形サイクルを一層短くすることができる。更に、第１の外部加熱手段３１の熱板３１ｃは、成形品の品質に影響を及ぼさないキャビテイ入子２６の裏面２６ｂに直接密接するため、成形品の品質を良好に維持する一方、キャビティ面２６ａの加熱を一層効率よく行うことができる。
【００４０】
また、キャビティ入子２６を断熱板２５を介して固定主型２４に取付けたため、断熱板２５によりキャビティ入子２６に蓄えた熱の放散を防止することができる。更に、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２の支持板３１ａ，３２ａを熱絶縁材料により構成することにより、第１及び第２の外部加熱手段３１，３２からの熱放散を有効に防止することができると共に、第１及び第２の移動機構４１，４２への熱伝導による影響を防止することができる。
【００４１】
次に、本発明による第二の実施形態を以下に説明する。なお、本実施形態においては上記第一の実施形態との相違点のみを説明し、上記第一の実施形態と同一の構成については図面に同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
図７は本発明の第二の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段による加熱状態を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態は、第２の外部加熱手段５１の熱板対応部分の形状を第一の実施形態と相違させたものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。即ち、第２の外部加熱手段５１の少なくとも熱板対応部分は、型開き時に前記キャビティ入子２６のキャビティ面２６ａに所定間隙をおいて接近対向する第１の加熱面５１ａと、前記第１の加熱面５１ａに延設され、型開き時に前記キャビティ入子２６の左側面２６ｄからなるパーティング面に当接して熱伝導により前記パーティング面を介して前記キャビティ面２６ａを加熱する第２の加熱面５１ｂを有する。前記第１の加熱面５１ａは第一の実施形態の第２の外部加熱手段３２の熱板３２ｃと同様、キャビティ面２６ａとの間に所定の小さな間隙を置いて、熱輻射によりキャビティ面２６ａを加熱する。
【００４４】
本実施形態は、第一の実施形態と同様の作用及び効果に加え、第２の外部加熱手段５１によるキャビティ面２６ａ側からのキャビティ面２６ａの加熱をより一層効率よくかつ短時間で行うことができるという効果を奏する。
【００４５】
ところで、上記各実施形態は、金型の加熱冷却装置及びその方法に具体化して説明したが、本発明を実施する場合には、少なくともキャビティ入子移動手段及び第１または第２の外部加熱手段３１，３２，５１からなる金型の加熱装置に具体化してもよい。更に、金型として、射出成形金型以外にも、キャビティ面の予備加熱が有効と考えられるものに具体化してもよい。
【００４６】
また、上記各実施形態のように、第１または第２の外部加熱手段３１，３２を支持板３１ａ，３２ａ、熱源３１ｂ，３２ｂ及び熱板３１ｃ，３２ｃの三層構造とすることなく、熱源を内蔵した一層構造とする等、他の構成としてもよい。なお、この場合、第二の実施形態の第２の外部加熱手段５１は、少なくとも熱板部分を前記第１及び第２の加熱面５１ａ，５１ｂより構成する。
【００４７】
そして、上記各実施形態は、第２の外部加熱手段３２，５１とキャビティ面２６ａとの間に所定間隙ｄ１，ｄ２，ｄ３を設けたが、熱板３２ｃを銅板等、キャビティ入子２６より硬度の低い材料にて形成した場合、第２の外部加熱手段３２，５１をキャビティ面２６ａに当接し、直接熱伝導により加熱することも可能である。しかし、キャビティ面２６ａにシボ模様を設けるタイプの金型の場合、やはり第２の外部加熱手段３２，５１とキャビティ面２６ａとの間に所定の間隙を設ける必要がある。
【００４８】
更に、この装置及び方法は、成形空間Ｓを形成するコア面１４ａ及びキャビティ面２６ａの少なくとも一方の成形面を、冷却手段と熱的に分離した状態で、外部加熱手段により射出前に予備加熱するものであればよく、例えば、コア面をコア入子に設け、キャビティ面ではなくコア入子のコア面及び裏面の少なくとも一方を外部加熱手段により加熱してもよい。この場合、外部加熱手段の熱板の形状は、コア入子のコア面形状及び裏面形状にそれぞれ対応させる。また、上記各実施形態とは逆に、コア面を可動主型側ではなく固定主型側に設け、キャビティ面を可動主型側に設けてもよい。そして、冷却手段も上記実施形態のものに限定することなく、他の冷却手段も採用することができる。
【００４９】
なお、本明細書中において、「金型本体」とは、キャビティ入子２６またはコア入子に隣接して、これらに当接する金型部分をいい、上記実施形態では、固定背板２３をいう。また、コア面をコア入子に設けてコア入子を加熱する場合、コア入子が隣接する可動背板が金型本体となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明にかかる金型の加熱装置は、入子の裏面を、冷却手段を設けた金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、外部加熱手段により入子の成形面の加熱を行うことができるため、加熱効率が向上する。また、成形面の加熱を裏面側から行うため、成形面の傷付き、加熱酸化による金属焼け等のおそれを防止することができる。更に、入子の冷却時には、外部加熱手段が金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、入子の成形面の冷却を行うことができるため、冷却効率が向上する。その結果、金型温度の大幅な変化が可能となり、高品質の成形品を短い成形サイクルで生産することができる。
【００５１】
請求項２の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、キャビティ入子の裏面を、冷却手段を設けた金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、外部加熱手段によりキャビティ入子の成形面の加熱を行うことができるため、加熱効率が向上する。また、成形面の加熱を裏面側から行うため、成形面の傷付き、加熱酸化による金属焼け等のおそれを防止することができる。更に、キャビティ入子の冷却時には、外部加熱手段が金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、キャビティ入子の成形面の冷却を行うことができるため、冷却効率が向上する。その結果、金型温度の大幅な変化が可能となり、高品質の成形品を短い成形サイクルで生産することができる。
【００５２】
請求項３の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、キャビティ入子の裏面を、冷却手段を設けた金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、第１及び第２の外部加熱手段によりキャビティ入子の成形面の加熱を行うことができるため、加熱効率が向上する。また、第１の外部加熱手段を直接キャビティ入子の裏面に当接して熱伝導により成形面を間接的に加熱するため、成形面の傷付き、加熱酸化による金属焼け等のおそれを防止し、かつ、加熱効率を一層高めることができる。一方、第２の外部加熱手段はキャビティ面を熱輻射により直接加熱するため、成形面の傷付き、加熱酸化による金属焼け等のおそれを防止し、かつ、加熱効率を一層高めることができる。更に、キャビティ入子の冷却時には、第１及び第２の外部加熱手段が金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、キャビティ入子の成形面の冷却を行うことができるため、冷却効率が向上する。その結果、金型温度の大幅な変化が可能となり、高品質の成形品を短い成形サイクルで生産することができる。
【００５３】
請求項４の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、請求項３の発明に加え、第２の外部加熱手段をキャビティ面形状に対応させるために通常行う特別な加工が不要となり、部品コストを低減できると共に、第２の外部加熱手段とキャビティ面との間の所定間隙を容易に、かつ、精度良く設けることができる。
【００５４】
請求項５の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、請求項３の発明に加え、第２の外部加熱手段の第２の加熱面が、キャビティ入子のパーティング面に直接当接して、熱伝導により直近に位置するキャビティ面を効率良く加熱する。また、第１の加熱面は、熱輻射によりキャビティ面を効率良く加熱する。その結果、成形サイクルを一層短縮化することができる。
【００５５】
請求項６の発明にかかる金型の加熱冷却装置は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明に加え、キャビティ入子の肉厚が十分小さいため、第１の外部加熱手段によるキャビティ入子の裏面側からの熱伝導加熱をより効率良く行うことができる。
【００５６】
請求項７の発明にかかる金型の加熱方法は、入子の裏面を、金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、前記外部加熱手段により入子の成形面の加熱を行うことができるため、加熱効率が向上する。その結果、金型温度の大幅な変化が可能となり、高品質の成形品を短い成形サイクルで生産することができる。
【００５７】
請求項８の発明にかかる金型の加熱冷却方法は、入子の裏面を、冷却手段を設けた金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、外部加熱手段により入子の成形面の加熱を行うことができるため、加熱効率が向上する。また、成形面の加熱を裏面側から行うため、成形面の傷付き、加熱酸化による金属焼け等のおそれを防止することができる。更に、入子の冷却時には、前記外部加熱手段が金型本体から空間的に分離し、熱的にほぼ絶縁した状態で、入子の成形面の冷却を行うことができるため、冷却効率が向上する。その結果、金型温度の大幅な変化が可能となり、高品質の成形品を短い成形サイクルで生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置による金型の冷却時を示す説明図である。
【図２】図２は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置による金型の加熱時を示す説明図である。
【図３】図３は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段による加熱状態を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段を示す要部拡大断面図である。
【図５】図５は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却装置の冷却手段による冷却状態を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第一の実施形態の金型の加熱冷却方法を示す工程図である。
【図７】図７は本発明の第二の実施形態の金型の加熱冷却装置の加熱手段による加熱状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１４ａ コア面（成形面）
２３ 固定背板（金型本体）
２３ｄ 冷却部（冷却手段）
２３ｅ 冷却孔（冷却手段）
２４ 固定主型（入子移動手段、キャビティ入子移動手段）
２５ 断熱板（入子移動手段、キャビティ入子移動手段）
２６ キャビティ入子（入子）
２６ａ キャビティ面（成形面）
３１ 第１の外部加熱手段（外部加熱手段）
３２ 第２の外部加熱手段（外部加熱手段）
５１ 第２の外部加熱手段（外部加熱手段）
５１ａ 第１の加熱面
５１ｂ 第２の加熱面
Ｓ 成形空間

Claims (8)

1. 成形空間を形成する成形面及び前記成形面と反対側に位置する裏面を有する入子に接続され、型締め時は金型本体に前記入子の裏面を当接させ、型開き時には前記入子の裏面を前記金型本体から離脱して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成する入子移動手段と、
   型締め時は前記入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記入子の裏面に対向する位置へ進出して熱伝達により前記裏面を介して前記成形面を加熱する外部加熱手段と、
   前記金型本体に設けられ、型締め時に前記入子の裏面に当接し、前記裏面を介して前記成形面を冷却する冷却手段と
   を具備することを特徴とする金型の加熱冷却装置。
2. 成形空間の一部を形成するキャビティ面及び前記キャビティ面と反対側に位置する裏面を有するキャビティ入子に接続され、型締め時は金型本体に前記キャビティ入子の裏面を当接させ、型開き時には前記キャビティ入子の裏面を前記金型本体から離脱して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成するキャビティ入子移動手段と、
   型締め時は前記キャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子の裏面に当接する位置へ進出して熱伝導により前記裏面を介して前記キャビティ面を加熱する外部加熱手段と、
   前記金型本体に設けられ、型締め時に前記キャビティ入子の裏面に当接し、前記裏面を介して前記キャビティ面を冷却する冷却手段と
   を具備することを特徴とする金型の加熱冷却装置。
3. 成形空間の一部を形成するキャビティ面及び前記キャビティ面と反対側に位置する裏面を有するキャビティ入子に接続され、型締め時は金型本体に前記キャビティ入子の裏面を当接させ、型開き時には前記キャビティ入子の裏面を前記金型本体から離脱して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成するキャビティ入子移動手段と、
   型締め時は前記キャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子の裏面に当接する位置へ進出して熱伝導により前記裏面を介して前記キャビティ面を加熱する第１の外部加熱手段と、
   型締め時は前記キャビティ入子と干渉しない位置に退避すると共に、型開き時には前記キャビティ入子のキャビティ面に所定間隙をおいて接近対向する位置へ進出して熱輻射により前記キャビティ面を加熱する第２の外部加熱手段と、
   前記金型本体に設けられ、型締め時に前記キャビティ入子の裏面に当接し、前記裏面を介して前記キャビティ面を冷却する冷却手段と
   を具備することを特徴とする金型の加熱冷却装置。
4. 前記第２の外部加熱手段は、前記キャビティ入子のキャビティ面を加工した放電加工電極により構成したことを特徴とする請求項３記載の金型の加熱冷却装置。
5. 前記第２の外部加熱手段は、型開き時に前記キャビティ入子のキャビティ面に所定間隙をおいて接近対向する第１の加熱面と、前記第１の加熱面に延設され、型開き時に前記キャビティ入子のパーティング面に当接して熱伝導により前記パーティング面を介して前記キャビティ面を加熱する第２の加熱面を有することを特徴とする請求項３記載の金型の加熱冷却装置。
6. 前記入子の少なくともキャビティ面に対応する部分の肉厚を０．５mm乃至１５mmの範囲としたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の金型の加熱冷却装置。
7. 成形空間を形成する成形面及び前記成形面と反対側に位置する裏面を有する入子を射出成形前に加熱する金型の加熱方法において、
   型開きに伴い、前記入子の裏面を前記金型本体から離間して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成する空間形成工程と、
   熱源を有する外部加熱手段を前記空間内へ進出し、前記入子の裏面に対向配置して熱伝達により前記裏面を介して前記成形面を加熱する加熱工程と
   を具備することを特徴とする金型の加熱方法。
8. 成形空間を形成する成形面及び前記成形面と反対側に位置する裏面を有する入子を射出成形前に加熱する金型の加熱方法において、
   型開きに伴い、前記入子の裏面を前記金型本体から離間して前記裏面と金型本体との間に所定空間を形成する空間形成工程と、
   熱源を有する外部加熱手段を前記空間内へ進出し、前記入子の裏面に対向配置して熱伝達により前記裏面を介して前記成形面を加熱する加熱工程と、
   型締めに伴い、前記外部加熱手段を前記空間から退避し、前記入子の裏面に冷却手段を当接し、前記裏面を介して前記成形面を冷却する冷却工程と
   を具備することを特徴とする金型の加熱方法。

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