JP3951850B2 - 金属成形用金型及びその成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型への充填中及び充填後の金属溶湯の温度制御を容易に行うことができる金属成形用金型及びその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開２００１−１８２２９号公報により公知の「合成樹脂成形用金型並びに金型温度調整装置及び金型温度調整方法」がある。この従来技術は、金型のキャビティ表面の加熱と冷却の切り替えを短時間に、容易に行なうために、成形用金型の母型内に入れ子を設け、この入れ子に設けた流路に、溶融樹脂を充填する時に加熱媒体を流し、その後、金型内に形成された製品を固化するために冷却媒体を注入するようにしたものである。
【０００３】
しかしながら、成形材料が合成樹脂の場合、２００〜２５０℃の金型温度で樹脂が固まらない状態を維持できるので、比較的に短時間に金型温度を上げ下げできるが、成形材料が金属及び金属合金の場合、例えばマグネシウム合金、では融点が６００℃前後と高いため、溶融した状態を維持するには、金型温度を６００℃以上にする必要がある。それには、強力なヒータを用いても３０分〜１時間くらいの時間がかかる。
また、金型内にマグネシウム合金の溶湯が充填された後、これを凝固させ、金型からの離型が可能な温度である３００℃前後まで温度を下げると、次に昇温するのに長時間を要する。このため、金属成形の場合、短時間で加熱と冷却の繰り返しを行うことは非常に困難であり、上記の従来技術を金属成形品の生産で利用することは事実上不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形材料が金属又は金属合金であっても、金属溶湯の金型への充填中はその流動性を確保できるように、溶湯から金型への熱移動を抑え、充填後には速やかにこの熱移動を行なわせることができる金属成形用金型及びその成形方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の金属成形用金型及びその成形方法を提供する。
請求項１に記載の金属成形用金型は、固定型を溶融した成形金属の射出側とし、可動型には成形金属を離型するためのエジェクタピンを設け、かつ金型の固定型内には加熱手段が、また可動型内には冷却手段がそれぞれ設けられていて、温度制御手段によってこれらの加熱手段及び冷却手段を制御することによって、射出成形時、固定型側の表面が高温で、可動型側の表面が固定型側に比べて低い温度状態となるようにしたものであり、これにより、型開きの状態においても、固定型を加熱することができ、成形サイクルタイムを短縮できる。また固定型側を高温にすることができ、型締め時の熱移動によって充填する成形金属の充分な流動性を確保したまま、充填を完了させることができる。また、射出側を固定型とし、可動型側には、成形金属を離型するためのエジェクタピンを設けたので、成形金属の充分な流動性を確保する一方で、可動型側の温度降下の促進が図れ、エジェクタピンによる成形品の取り出しが早められる。
【０００６】
請求項２の金属成形用金型は、型開きの状態で固定型の温度を３００℃〜７００℃の範囲に昇温し、可動型の温度を成形金属の凝固温度〜０℃の範囲内に制御するようにしたものであり、これにより、型開きの状態で固定型の温度を昇温することができ、その一方で可動型の温度を冷却することができる。
【０００７】
請求項３の金属成形方法は、型開きしているときに、固定型を加熱すると共に可動型を冷却し、その途中で型締めを行い、固定型側の表面が高温で、可動型側の表面が固定型側に比べて低い温度の状態となるように、加熱手段で固定型を昇温し、かつ冷却手段で可動型を冷却し、所定の温度に到達したら、溶融した成形金属をキャビティ部内に射出し、次いで可動型の冷却を継続し、成形金属が離型可能な温度にまで降温したら、型開きして成形品を取り出すようにしたものである。これにより、金型の型開きの状態で固定型の加熱と可動型の冷却とを行えるので、成形サイクルのサイクルタイムの短縮を図れる。また、固定型が最高温度の状態で射出が行えるので、充填させる成形金属の充分な流動性を確保できると共に、可動型を冷却することで、成形金属を早期に離型可能な温度にまで下げることができ、サイクルタイムの短縮化に寄与できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の金属成形用金型及び該金型の温度制御方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態の金属成形用金型の縦断面図である。金属成形装置は、可動型１と固定型２とからなる金属成形用金型Ｍを有している。この金型Ｍは、可動型１と固定型２とを型締めすることにより、マグネシウム合金等の金属材料を成形するためのキャビティ部３を形成する。
【０００９】
可動型１に対しては、図示されない電動式もしくは油圧式の金型駆動機構が設けてあり、固定型２に対して前進及び後退が可能なように構成されている。したがって、可動型１が前進することによって、金型Ｍの型締めが行われ、これが後退することによって、型開きが行われる。また、可動型１には、成形後の成形品を金型Ｍから取り出すためのエジェクタピン８が設けられている。図示されないエジェクタピン駆動機構の作動によって、エジェクタピン８を移動させ可動型１から突き出すことによって、成形品を可動型１から離型させることができる。
【００１０】
更にこの可動型１には、冷却手段１０が埋設されている。この冷却手段１０としては、例えば冷却媒体を流す冷却通路が可動型１内に形成されており、金型の温度制御装置１４からの指令によって冷却源１３から冷却媒体が供給されるようになっている。
【００１１】
固定型２には、キャビティ部３と連通するランナー４が形成されており、このランナー４の他方の開口は射出ノズル５を介して射出機構６につながっている。射出機構６内には、例えば図示されないスクリュー又はプランジャーが配置されており、金属溶湯がスクリュー（プランジャー）によって搬送され、射出ノズル５からキャビティ部３に射出されるようになっている。
【００１２】
また固定型２には、加熱手段７が埋設されている。この加熱手段７としては、加熱媒体を流す加熱通路であってもよいし、又は電気ヒータの配線であってもよい。又は、他の公知の加熱形態を採用することも可能である。この加熱手段７は、金型の温度制御装置１４からの指令を受ける加熱源１２からの供給（加熱媒体又は電流）により作動する。したがって、温度制御装置１４によって金型Ｍの温度を任意に設定できる。
【００１３】
次に上記のように構成された金属成形用金型の成形方法について説明する。まず、金型Ｍの型開き状態で加熱手段７を作動させ、固定型２を３００℃〜７００℃の温度範囲に昇温させて、可動型１の温度を成形金属の凝固温度〜０℃の範囲に制御する。
次に金型駆動機構を作動して金型Ｍの型締めを行い、成形金属の射出準備を行う。このとき、固定型２から可動型１への熱移動が始まるが、この熱移動は主に固定型２と可動型１との接触面であるパーティング面９からの熱移動であり、成形品を形成するキャビティ部３の表面１１からの熱移動はキャビティ部内の空気の断熱により抑えられる。
【００１４】
これにより、金属溶湯を射出機構６から射出するときにおいては、キャビティ部３の表面１１は、固定型側の表面が高温で、可動型側の表面が固定型側に比べて低い温度の状態となり、キャビティ部３内に充填される金属材料の溶湯は、充分な流動性を確保したまま、充填を完了させることができる。
【００１５】
金属溶湯のキャビティ部３内への充填が完了すると、キャビティ部３の空間が金属で満たされることになるので、固定型２から可動型１への急激な熱移動が始まり、成形品は離型可能な温度まで短時間に下がる。この場合、可動型１に設けられている冷却手段１０を温度制御装置１４によって適宜作動させることで、温度下降を促進することができる。
成形品が離型可能な温度にまで下がったら、可動型１を後退させて金型Ｍを開くと共に、エジェクタピン駆動機構によりエジェクタピン８を作動して可動型１より突き出させることによって、成形品を金型Ｍから取り出す。
【００１６】
図２は、本発明に実施の形態の成形方法における固定型２と可動型１の成形サイクルにおける温度変化を示すグラフである。グラフの縦軸は温度を、横軸は時間（Ｓ）を示しており、上方の波状の実線が固定型２の温度変化を、下方の波状の実線が可動型１の温度変化をそれぞれ示している。また、横軸の１区画は１０秒を示している。図２において、固定型２の温度変化の略最低温度（略３８１℃）であって、可動型１の温度変化の略最高温度（略２８０℃）のときに、型開きを行ない、固定型２の温度上昇の途中であって、可動型１の温度下降の途中で、型締めを行ない、固定型２の温度変化の略最高温度（略４１６℃）で、可動型１の温度変化の略最低温度（略２５６℃）で、射出を行なっている。射出後、固定型２の温下が降下し、可動型１の温度が上昇して、成形品が離型可能な温度である固定型２の温度が略３８１℃（略最低温度）になった時点で、再び型開きが行われる。この場合、１成形サイクルのサイクルタイムは約７０秒である。
【００１７】
このグラフから解るように、本発明のおいては、型開きの状態で加熱手段７によって固定型２の加熱を行ない、冷却手段１０によって可動型１の冷却を行ない、射出時には、略１６０℃の温度差を作っている。射出後、固定型２の熱量は、キャビティ部３内に充填された金属の高い熱伝達特性により、可動型１へ移動し、固定型２の温度は下がり、可動型１の温度は上昇する。型開きされ、キャビティ部３から製品が取り出されると固定型２と可動型１の熱移動は止まり、固定型２は昇温し、可動型１は降温する。
【００１８】
したがって、本発明においては、流動性を充分に確保できるので、例えば携帯電話等の肉厚０．４３mmの薄肉形状のケースをマグネシウム合金等の金属材料で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の金属成形用金型の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の成形方法による成形サイクルの固定型と可動型との温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…可動型
２…固定型
３…キャビティ部
４…ランナー
５…射出ノズル
６…射出機構
７…加熱手段
８…エジェクタピン
９…パーティング面
１０…冷却手段
１１…キャビティ部表面
１２…加熱源
１３…冷却源
１４…温度制御装置
Ｍ…（金属成形用）金型

Claims (3)

1. 固定型と可動型とからなり、この両者を型締めすることによって、成形金属を充填するキャビティ部が形成される金属成形用金型において、
   前記固定型内には、加熱手段が設けられ、前記可動型内には、冷却手段が設けられていて、かつ、溶融した成形金属の射出側を前記固定型とし、前記可動型側には、成形された成形金属を離型するためのエジェクタピンが設けられていると共に、射出成形時、固定型側の表面が高温で、可動型側の表面が固定型側に比べて低い温度状態となるように前記加熱手段および冷却手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする金属成形用金型。
2. 前記固定型の温度を３００℃〜７００℃の範囲に昇温し、前記可動型の温度を成形金属の凝固温度〜０℃の範囲に制御することを特徴とする請求項１に記載の金属成形用金型。
3. 固定型と可動型からなり、この両者を型締めすることによって成形金属を充填するキャビティ部が形成される金属成形用金型を使用して、そのキャビティ部内に溶融した成形金属を充填して金属を成形する金属成形方法において、
   （１）前記金属成形用金型を型開きしたときに、加熱手段で前記固定型を加熱し、冷却手段で前記可動型を冷却する段階と、
   （２）前記固定型の昇温および前記可動型の冷却途中で前記金属成形用金型を型締めする段階と、
   （３）型締めした後も、前記固定型側の表面が高温で、前記可動型側の表面が固定型側に比べて低い温度の状態となるように、前記加熱手段で前記固定型を昇温し、かつ前記冷却手段で前記可動型を冷却する段階と、
   （４）前記固定型が所定の最高温度にまで昇温し、前記可動型が所定の最低温度にまで降温したときに、固定型側から溶融した成形金属をキャビティ部内に射出する段階と、
   （５）前記可動型の冷却を継続し、成形金属が離型可能な温度にまで降温したら、型開きする段階と、
   （６）前記可動型に設けられたエジェクタピンを作動させて、成形品を離型し、成形品を前記金属成形用金型から取り出す段階と、
   を具備することを特徴とする金属成形方法。

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