(57)【要約】【課題】  簡単な構造で温度分布が均一であって、しかも設定金型温度への温度調節を迅速に行うことのできる金型を提供することを目的とするものである。【解決手段】  加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型１において、伝熱される金型部位の少なくとも一部に伝熱方向に対して略直角となる方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４を設けたことを特徴とする金型を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型において、伝熱される金型部位の少なくとも一部に伝熱方向に対して略直角となる方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部を設けたことを特徴とする金型。
【請求項２】
伝熱部における空隙の割合が、体積にて３０％以上９７％以下である請求項１記載の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチックスの成形等における金型に関し、詳しくは簡単な構造で温度分布が均一であって、しかも設定金型温度への温度調節を迅速に行うことのできる金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型温度の調節方法としては、固定金型及び可動金型にそれぞれ内設した熱媒体通路に、温調器で所定温度に温調した熱媒体を強制循環させることにより金型温度を調節するものや、特開平05-169453に示すように、水を固定金型及び可動側金型の各空所に注入し、水の熱容量と相変態を使って温度制御を行うものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１によれば、金型の内部の温度を直接金型設定温度に設定することができ、金型の温度分布も均一なものとなる、というものである。
【０００３】
しかしながら、上記従来の技術においては、次に記載するような問題点があった。
（１）金型温度の調節は、温調器で所定温度に温調した熱媒体を強制循環させ、熱伝導によって行われるため、金型の熱媒体通路の入口と出口での熱媒体の温度に温度差が発生する。その結果、金型の温度分布が不均一となり、成形品に局部収縮などが発生して成形不良を生じ易い。
（２）熱媒体を強制循環させるために大容量のポンプを備えた温調器を必要とすることから、装置が大型となり高価なものとなる。
（３）水の熱容量と相変態を使う場合は、水の沸点100℃が限界となり、更なる高温での成形を要求される場合には、油を高温で使わざるを得なくて危険を伴う。また、熱容量が金型の形状で部分部分で異なるため、均一な温度になるには成形時間が長くなる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６９４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で温度分布が均一であって、しかも設定金型温度への温度調節を迅速に行うことのできる金型を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた。その結果、驚くべきことに伝熱機構の中間部に断熱部である空隙を複数設けることにより、簡単な構造にて温度分布が均一であって、しかも設定金型温度への温度調節を迅速に行うことのできる金型が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
従来、伝熱による金型温度調節機構を備えた金型では、伝熱機構の中間部に断熱部である空隙を設けることは、伝熱を考える上で不利と考えられてきたが、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、金型の中間部に断熱部をもった伝熱部を設けることで熱伝導の拡散を制御し、一方向への伝熱速度が向上することを知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
但し、空隙からなる複数の断熱部をもった伝熱部を設けることが必要であって、空隙からなる複数の断熱部と伝熱部とで構成される層を介することにより、熱伝導の拡散を制御し、一方向への伝熱速度が向上するものである。従って、金型内に単なる大きな空間部（空所）を設けたとしても目的を達成することはできない。
【０００８】
即ち、請求項１に係る本発明は、加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型において、伝熱される金型部位の少なくとも一部に伝熱方向に対して略直角となる方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部を設けたことを特徴とする金型を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、伝熱部における空隙の割合が、体積にて３０％以上９７％以下である請求項１記載の金型を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、温度分布が均一であって、しかも設定金型温度への温度調節を迅速に行うことのできる金型が得られる。
また、本発明によれば、装置が大型となったり、或いは高価なものとなったりすることなく、簡単な構造で温度分布が均一な金型が得られる。
さらに、本発明によれば、加熱用の媒体を用いて伝熱で金型温度を上げるとき、或いは加熱用の媒体を用いて伝熱で金型温度を下げるとき、金型形状に合わせ適当な箇所に、好ましくは伝熱が遅い箇所に、空隙からなる複数の断熱部を設けて伝熱速度を変えることで、金型部分の形状が異なることに起因する温度ムラがなくなり、金型温度の不均一が解消され均一な金型温度が実現できる。そのことにより、得られる成形品各部の温度が均一となって高精度の成形品を作成することができる。
即ち、例えば加熱用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型の場合、熱媒体から供給される熱を従来伝熱が遅れた部位に複数の空隙を設けることで、昇温を早め、金型全体を均一に早く昇温することができる。冷却用の媒体を用いる場合は、この逆のことがいえることになる。
また、金型を均一に昇温できるため、成形品各部位の温度ムラが無くなり、収縮が均一になって高精度な成形品を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を示す。
請求項１に係る本発明は、金型に関し、加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型において、伝熱される金型部位の少なくとも一部に伝熱方向に対して略直角となる方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部を設けたことを特徴とするものである。
熱媒体を例にとって説明すると、本発明は、金型をその内部で熱媒体と熱交換させて金型温度を調節するにあたり、伝熱による熱の拡散を防ぐ機構を設けることで伝熱速度を高め、金型温度の上昇を迅速に行うものであって、温度分布に違いの起こる場所（例えば、伝熱の遅い場所）にこのような熱の拡散を防ぐ機構を設けることで、金型温度を均一にすることを特徴とするものである。
【００１１】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、請求項１に係る本発明の金型１の一態様を示す断面図であって、カップケースの製造用金型であるが、これに限定されるものではない。
図中、符号１Ａは上金型（可動金型）であり、符号１Ｂは下金型（固定金型）である。
上金型１Ａの内部には、加熱又は冷却用の媒体の流路２が形成されており、この流路２内に供給される加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節するようにされている。
これと同様に、下金型１Ｂの内部には、加熱又は冷却用の媒体の流路３が形成されており、この流路３内に供給される加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節するようにされている。
なお、流路３の形状、構造等は、図面に示したものに限定されるものではない。
【００１２】
請求項１に係る本発明は、このような加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構を備えた金型１（１Ａと１Ｂ）において、伝熱される金型部位の少なくとも一部に伝熱方向に対して略直角となる方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで伝熱方向とは、図１においては上下方向を指している。
即ち、上金型１Ａで言えば、加熱用の媒体を用いる場合には、図１の上部、つまり上金型１Ａにおける媒体流路２から上金型１Ａの下端部へと向かう方向（下方向）が伝熱方向である。また、冷却用の媒体を用いる場合には、伝熱が逆となるから、上金型１Ａの下端部から媒体流路２へと向かう方向（上方向）が伝熱方向である。
一方、下金型１Ｂで言えば、加熱用の媒体を用いる場合には、下金型１Ｂにおける媒体流路３から下金型１Ｂの上端部へと向かう方向（上方向）が伝熱方向である。また、冷却用の媒体を用いる場合には、伝熱が逆となるから、下金型１Ｂの上端部から媒体流路３へと向かう方向（下方向）が伝熱方向である。
【００１４】
伝熱される金型部位の少なくとも一部には、このような伝熱方向に対して略直角となる方向に、つまり図１において左右方向に、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４が設けられている。
図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。また、図３は、図１のＢ−Ｂ’線断面図である。
空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４は、断面でみたときに、空隙と伝熱部とが交互に配置されているような構造のものであってもよいし、そうでなくともよい。要は、熱伝導を早めたりするように、空隙と伝熱部とが混合されたような構造となっていればよい。
【００１５】
空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４は、例えば、図４に示すように、２つの金型材料の間に球状物を挟み接合することにより形成したものであってもよいし、或いは、球状物の代わりに台形状物などを挟み接合することにより形成したものであってもよい。要するに、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４を形成できるものであれば、２つの金型材料の間に挟むものの形状は限定されない。
空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４としては、さらには、図５に示すように、２つの金型材料の間にパンチングメタル（打抜金網）を挟み接合することにより形成したものであってもよい。パンチングメタル（打抜金網）に開けられている孔の形状は特に制限されず、丸孔、角孔等、様々なものを用いることができる。
なお、図２、図３に示されるものは、２つの金型材料の間に、パンチングメタル（打抜金網）を挟み接合することにより形成したものである。このようにパンチングメタル（打抜金網）を挟み接合する場合には、パンチングメタル（打抜金網）を挟み接合する箇所の金型材料に、パンチングメタル（打抜金網）の大きさに相当する凹みを設けておく。
製作上からすると、このようなパンチングメタル（打抜金網）を用いたものがよいが、金型温度を均一にする観点からすると、金型材料と同じ材質の球状物や台形状物などを２つの金型材料の間に挟み接合することにより形成したものが好ましい。
接合は、パルス通電接合や拡散接合を始めとして、公知の接合手段により行うことができる。なお、パルス通電による接合処理等は常法により行えばよい。
【００１６】
このようにして設ける伝熱部における空隙の割合は特に制限されないが、請求項２に記載したように、体積にて３０％以上９７％以下であることが好ましい。
ここで伝熱部における空隙の割合が３０％未満であると、加熱用の媒体を用いる場合には伝熱加速効果（或いは冷却用の媒体を用いる場合には伝熱減速効果）が充分に得られないため好ましくない。
一方、伝熱部における空隙の割合が９７％を超えると、断熱効果が大きくなり過ぎるため好ましくない。
【００１７】
なお、２つの金型材料の間に球状物を挟み接合することにより、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４を形成する場合、球状物の大きさは特に限定されないが、通常、直径が０．５〜１．５ｍｍ程度である。また、パンチングメタル（打抜金網）を挟み接合することにより、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４を形成する場合、その穴径は特に限定されないが、通常、穴径が０．２〜１．５ｍｍ程度である。
【００１８】
加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節する金型温度調節機構については、通常用いられているものを用いればよい。
【００１９】
以上の如き本発明によれば、例えば熱媒体を用いて伝熱で金型温度を上げる時、金型形状に合わせて伝熱速度を変えることで金型部分の形状が異なることに起因する温度ムラがなくなり、金型温度の不均一が解消され均一な金型温度が実現できる。そのことにより、成形品各部の温度が均一となって高精度の成形品を作成することができる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例等により説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２１】
試験例１
ＳＵＳ４２０J２の２つの円柱(直径２０ｍｍ)間に、同材質の直径１．０ｍｍのボールを敷き詰め、接合温度１０３０℃（±５℃）、接合電流密度５４０Ａ／ｃｍ２、加圧力１０ＭＰaの条件にてパルス通電接合を行って、図４に示すようなサンプル（１）を得た。
得られたサンプル（１）について、その下部を加熱する加熱試験を行い、３分毎に温度を測定した。特に、成形時間を考慮すると、例えば３分から６分の間のように、早い時間において温度が速やかに上昇していることが好ましい。
伝熱方向は、図４の下部から上部へ向かう方向となる。なお、周囲の風の影響を排除するように遮蔽板を設けた。温度測定は、サンプル（１）中心部から上へ５ｍｍの位置に深さ１０ｍｍで直径１．８ｍｍの穴を開け、熱電対で測定することにより行った。
その結果を、ボールを挟まない母材の結果と共に、図６に示す。図６においては、得られたサンプル（１）の結果を「ボール」と表示し、ボールを挟まない母材の結果を「母材」と表示した。
【００２２】
図６によれば、ボールを間に挟んでパルス通電接合されたサンプル（１）の温度上昇グラフと母材との比較から、明らかに温度上昇はボールを挟んだサンプル（１）の方が早い。つまり、伝熱における熱拡散を防ぐように空隙を設けることで伝熱の速度が上がっていることが分かる。
ボールを敷き詰めることで形成される空隙の体積は、理論上５２％となるが、接合時の圧力でボールが変形し空隙量を減ずることから、空隙の体積は３０％以上であれば伝熱加速効果が得られることが分かった。また、空隙の体積が９７％を超えると母材の伝熱機構と同じ昇温を示すことも分かった。
このことから、伝熱加速構造をとるには、空隙の体積割合を３０％から９７％以内に設定することが必要であると考えられる。
【００２３】
試験例２
試験例１において、間に挟む材料をボールからＳＵＳのメッシュ板（パンチングメタル；穴径：直径０．２ｍｍ）にしたこと以外は、試験例１と同様にして、図５に示すようなサンプル（２）を得た。
得られたサンプル（２）について、その下部を加熱する加熱試験を行い、３分毎に温度を測定した。なお、周囲の風の影響を排除するように遮蔽板を設けた。温度測定は、図５に示した３つの測定点（各円柱の中心部から各５ｍｍの位置と端面の計３箇所）に、それぞれ深さ１０ｍｍで直径１．８ｍｍの穴を開け、熱電対で測定することにより行った。
【００２４】
結果を、図７に示す。図７においては、各測定点の番号で示した。
図７によれば、均一に温度が上昇していることが分かる。
【００２５】
試験例３
試験例１と同様にしてボールを挟んで得たサンプル（３）３と、試験例２と同様にしてＳＵＳのメッシュ板を挟んで得たサンプル（４）と、何も挟まない母材［サンプル（５）］とについて、試験例１と同様にして、下部を加熱する加熱試験を行い、３分毎に温度を測定した。
結果を図８に示す。図８においては、得られたサンプル（３）の結果を「ボール」と表示し、得られたサンプル（４）の結果を「メッシュ」と表示し、何も挟まない母材［サンプル（５）］の結果を「母材」と表示した。
【００２６】
図８によれば、何も挟まない母材［サンプル（５）］と比べて、試験例１と同様にしてボールを挟んで得たサンプル（３）、及び、試験例２と同様にしてＳＵＳのメッシュ板を挟んで得たサンプル（４）は、成形時間と関係の深い３分から６分の間のように、早い時間において温度が速やかに上昇していることが分かる。
【００２７】
実施例１
図１、２、３に示す如き金型（本発明の金型）を用い、ガラスファイバー４０％含有ＰＰＳ樹脂を３２０℃で射出してカップケース（カップ外径：直径３０ｍｍ）の成形を行った。
この金型は、上金型１と下金型１Ｂとで構成されており、各金型には、パルス通電接合によりＳＵＳのメッシュ板（パンチングメタル；穴径：直径０．２ｍｍ）を挟んで形成された、空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４が形成されている。なお、パルス通電による接合処理は常法により行った。
また、上金型１の内部には、加熱又は冷却用の媒体の流路２が形成されており、下金型１Ｂの内部には、加熱又は冷却用の媒体の流路３が形成されていて、この流路３内に供給される加熱又は冷却用の媒体を用いて伝熱により金型温度を調節するようにされている。
【００２８】
得られたカップケースについて、レーザ変位計で底面のそりを測定した。形状精度（Ｐｖ値）は３．５１μｍであった。得られたカップ底面の等高線図を図９に示す。
なお、比較のために、従来の金型（空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部４が形成されていないこと以外は、図１と同様の金型）を用い、同様にしてカップケースの成形を行い、レーザ変位計で底面のそりを測定した。形状精度（Ｐｖ値）は６．３５μｍであった。得られたカップ底面の等高線図を図１０に示す。
【００２９】
その結果、図１、２、３に示す如き金型（本発明の金型）を用いた場合、形状精度（Ｐｖ値）に優れた製品が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、金型の昇温を早め、金型全体を均一に早く昇温することができ、また、金型を均一に昇温できるため、成形品各部位の温度ムラが無くなり、収縮が均一になって高精度な成形品を作成することができる。
従って、本発明は、射出成形など樹脂の成形用金型をはじめとして各種金型に、さらにはコンピューターのＣＰＵの冷却用にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】請求項１に係る本発明の金型１の一態様を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】試験例１で得られたサンプル（１）の説明図である。
【図５】試験例２で得られたサンプル（２）の説明図である。
【図６】試験例１で行った加熱試験の結果を示すグラフである。
【図７】試験例２で行った加熱試験の結果を示すグラフである。
【図８】試験例３で行った加熱試験の結果を示すグラフである。
【図９】実施例１において、本発明の金型を用いて得られたカップ底面の等高線図である。
【図１０】実施例１において、従来の金型を用いて得られたカップ底面の等高線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  金型
１Ａ  上金型（可動金型）
１Ｂ  下金型（固定金型）
２  加熱又は冷却用の媒体の流路（上金型）
３  加熱又は冷却用の媒体の流路（下金型）
４  空隙からなる複数の断熱部を有する伝熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006198816.tif 000009
【図８】
2006198816.tif 000010
【図９】
2006198816.tif 000011
【図１０】
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