(57)【要約】【課題】成形面の温度が均一となることに加えて低コスト且つ容易に作製することが可能な樹脂成形用金型及びその設計方法を提供する。【解決手段】樹脂成形用金型は、固定側金型１１と、可動側金型１２と、固定側金型１１及び可動側金型１２の内部にそれぞれ設置され固定側金型１１及び可動側金型１２をそれぞれ加熱する金型加熱用熱源３と、を備える。固定側金型１１及び可動側金型１２のそれぞれにおいて、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔ（単位はｍである）が式０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑを満たす。ただし、前記式中のΔＴは、金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、固定側金型１１及び可動側金型１２を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、金型加熱用熱源３の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側金型と、可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型の内部にそれぞれ設置され前記固定側金型及び前記可動側金型をそれぞれ加熱する金型加熱用熱源と、を備える樹脂成形用金型であって、前記固定側金型及び前記可動側金型のそれぞれにおいて、前記金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔ（単位はｍである）が下記式を満たすことを特徴とする樹脂成形用金型。
０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑ
ただし、前記式中のΔＴは、前記金型加熱用熱源の設置位置の温度と前記成形面の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、前記固定側金型及び前記可動側金型を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、前記金型加熱用熱源の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。
【請求項２】
前記距離ｈｔが０．００１以上０．０１以下であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形用金型。
【請求項３】
前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方が、入れ子と、該入れ子を支持する型枠と、で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂成形用金型。
【請求項４】
固定側金型と、可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型の内部にそれぞれ設置され前記固定側金型及び前記可動側金型をそれぞれ加熱する金型加熱用熱源と、を備える樹脂成形用金型を設計するに際して、前記固定側金型及び前記可動側金型のそれぞれにおいて、前記金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔ（単位はｍである）を、下記式により決定することを特徴とする樹脂成形用金型の設計方法。
０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑ  
ただし、前記式中のΔＴは、前記金型加熱用熱源の設置位置の温度と前記成形面の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、前記固定側金型及び前記可動側金型を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、前記金型加熱用熱源の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。
【請求項５】
前記距離ｈｔが０．００１以上０．０１以下であることを特徴とする請求項４に記載の樹脂成形用金型の設計方法。
【請求項６】
前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方が、入れ子と、該入れ子を支持する型枠と、で構成されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の樹脂成形用金型の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂等の樹脂の射出成形に用いられる樹脂成形用金型及びその設計方法に係り、特に、成形面の下に金型加熱用熱源が配された樹脂成形用金型及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の射出成形法においては、樹脂成形用金型の温度を所定の金型温度まで上昇させた後に射出成形を行うことが一般的であったが、近年においては、成形品の外観品質の向上（例えば特許文献１を参照）や、成形サイクルの短縮（例えば特許文献２を参照）のために、成形サイクル中に金型温度を短時間で変化させる手法が用いられている。
前者の従来の射出成形法の場合は、樹脂成形用金型を加熱する熱源については、その容量が重要であって、樹脂成形用金型における金型加熱用熱源の設置位置については金型設計者の経験に頼っていた。しかしながら、後者の成形サイクル中に金型温度を変化させる射出成形法の場合は、短時間での金型温度の上昇、下降を実現するために、金型加熱用熱源の容量と樹脂成形用金型における金型加熱用熱源の設置位置とが重要になってくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０５２６００号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０３４８１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に開示の技術では、金型加熱用熱源を設置する設置空所を樹脂成形用金型の所望の位置に加工することは容易ではなく、特に、樹脂成形用金型の成形面が平面ではなく複雑形状（例えば階段状形状）である場合には、加工が困難となり樹脂成形用金型の加工コストが増大するという問題があった。
また、樹脂成形用金型における金型加熱用熱源の設置位置を決定する基準がないため、金型設計者の経験に基づいて設置位置を決定することとなり、成形面の温度が均一な樹脂成形用金型を作製するために修正加工を多数回繰り返す必要性が生じるおそれがあった。金型加熱用熱源の設置位置をシミュレーションにて求めることも可能であるが、金型設計者が容易に且つ短時間で結果を得ることは難しかった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、成形面の温度が均一となることに加えて低コスト且つ容易に作製することが可能な樹脂成形用金型及びその設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る樹脂成形用金型は、固定側金型と、可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型の内部にそれぞれ設置され前記固定側金型及び前記可動側金型をそれぞれ加熱する金型加熱用熱源と、を備える樹脂成形用金型であって、前記固定側金型及び前記可動側金型のそれぞれにおいて、前記金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔ（単位はｍである）が下記式を満たすことを特徴とする。
０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑ  
【０００６】
ただし、前記式中のΔＴは、前記金型加熱用熱源の設置位置の温度と前記成形面の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、前記固定側金型及び前記可動側金型を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、前記金型加熱用熱源の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。
この樹脂成形用金型においては、前記距離ｈｔは０．００１以上０．０１以下であってもよい。また、前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方が、入れ子と、該入れ子を支持する型枠と、で構成されていてもよい。
【０００７】
また、本発明の他の態様に係る樹脂成形用金型の設計方法は、固定側金型と、可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型の内部にそれぞれ設置され前記固定側金型及び前記可動側金型をそれぞれ加熱する金型加熱用熱源と、を備える樹脂成形用金型を設計するに際して、前記固定側金型及び前記可動側金型のそれぞれにおいて、前記金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔ（単位はｍである）を、下記式により決定することを特徴とする。
０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑ  
【０００８】
ただし、前記式中のΔＴは、前記金型加熱用熱源の設置位置の温度と前記成形面の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、前記固定側金型及び前記可動側金型を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、前記金型加熱用熱源の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。
この樹脂成形用金型の設計方法においては、前記距離ｈｔは０．００１以上０．０１以下であってもよい。また、前記固定側金型及び前記可動側金型の少なくとも一方が、入れ子と、該入れ子を支持する型枠と、で構成されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る樹脂成形用金型は、金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔが前記式を満たしているので、成形面の温度が均一となることに加えて低コスト且つ容易に作製することが可能である。
また、本発明に係る樹脂成形用金型の設計方法は、金型加熱用熱源と成形面との距離ｈｔを前記式により決定するので、成形面の温度が均一となる樹脂成形用金型を低コスト且つ容易に作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る樹脂成形用金型の一実施形態を示す図であり、（ａ）は固定側金型の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に係る樹脂成形用金型の一実施形態を示す図であり、（ａ）は可動側金型の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施例４〜６において用いた樹脂成形用金型の断面図である。
【図４】比較例の樹脂成形用金型の図であり、（ａ）は固定側金型の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】比較例の樹脂成形用金型の図であり、（ａ）は可動側金型の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る樹脂成形用金型及びその設計方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１，２は、本実施形態の樹脂成形用金型の固定側金型と可動側金型を説明する図である。
本実施形態の樹脂成形用金型は、図１，２に示すように、固定側金型（凹型）１１、可動側金型（凸型）１２、及び金型加熱用熱源３を備えている。固定側金型１１及び可動側金型１２はいずれも、成形面５を有する入れ子１と、該入れ子１を収容し支持する型枠２と、で構成されている。
【００１２】
金型加熱用熱源３は、固定側金型１１及び可動側金型１２の入れ子１の内部にそれぞれ複数設置されており、固定側金型１１及び可動側金型１２をそれぞれ所定の金型温度に加熱することができるようになっている。
また、固定側金型１１及び可動側金型１２には、熱電対等の温度測定装置（図示せず）が設置されており、固定側金型１１及び可動側金型１２の温度を確認することができるようになっているとともに、前記温度測定装置の測定結果に基づいて金型加熱用熱源３を制御して固定側金型１１及び可動側金型１２の温度を管理することができるようになっている。
【００１３】
金型加熱用熱源３は、図１の（ｂ）から分かるように、固定側金型１１の成形面５に沿って略等間隔を空けて複数並べられており、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔ（単位はｍである）は、下記式を満たすように設定されている。すなわち、固定側金型１１の内部には、金型加熱用熱源３を設置するための設置空所が、距離ｈｔが下記式を満たすように加工により形成されており、この設置空所内に金型加熱用熱源３が収容されている。
０．００１≦ｈｔ≦ΔＴ×ｋ／ｑ  
【００１４】
また、可動側金型１２についても固定側金型１１と同様に、金型加熱用熱源３が可動側金型１２の成形面５に沿って略等間隔を空けて複数並べられており、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔ（単位はｍである）は、前記式を満たすように設定されている（図２の（ｂ）を参照）。
ただし、前記式中のΔＴは、金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差（単位はＫである）であり、ｋは、固定側金型１１及び可動側金型１２を構成する素材の熱伝導率（単位はＷ／ｍ・Ｋである）であり、ｑは、金型加熱用熱源３の熱流束（単位はＷ／ｍ2 である）である。
【００１５】
すなわち、金型加熱用熱源３の熱流束ｑは、金型加熱用熱源３の熱源としての能力を表し、金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差ΔＴは、加熱源から金型表面までの伝熱損失を表すが、金型加熱用熱源３の設置位置（金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔ）は、金型加熱用熱源３の能力と、伝熱損失と、樹脂成形用金型を構成する素材の熱伝導率とから前記式を用いて求めることができる。
このような構成であれば、樹脂成形用金型を用いて射出成形を行う際に、金型加熱用熱源３を制御することにより、短時間での金型温度の上昇、下降を実現することができる。そのため、成形サイクル中に金型温度を短時間で変化させることができるので、成形品の外観品質の向上や、成形サイクルの短縮を図ることができる。
【００１６】
また、従来においては、樹脂成形用金型における金型加熱用熱源の設置位置を決定する基準がないため、金型設計者の経験に基づいて設置位置を決定していた。そのため、成形面の温度が均一な樹脂成形用金型を作製するために、修正加工を多数回繰り返す必要がある場合があった。
これに対して、本実施形態の樹脂成形用金型は、金型加熱用熱源３の設置位置が前記式により決定するので、金型加熱用熱源３の設置位置をシミュレーションにて求めることなく容易に決定することができ、成形面５の温度が均一な樹脂成形用金型を、修正加工を多数回繰り返すことなく少ない回数の修正加工で作製することができる。よって、成形面５の温度が均一となる樹脂成形用金型を低コスト且つ容易に作製することが可能である。
【００１７】
また、金型加熱用熱源３の設置位置が前記式により決定するので、樹脂成形用金型の成形面５が平面である場合のみならず、複雑形状（例えば、図１，２に示す階段状形状や、図示しない曲面形状）である場合であっても、金型加熱用熱源３の設置位置を容易に決定することができる。よって、樹脂成形用金型の設計、加工が容易となり、樹脂成形用金型を低コスト且つ容易に作製することが可能である。
なお、固定側金型１１、可動側金型１２いずれについても、前記距離ｈｔは、０．００１ｍ以上０．１ｍ以下であることが好ましく、０．００１ｍ以上０．０２ｍ以下であることがより好ましく、０．００２ｍ以上０．０１ｍ以下であることがさらに好ましい。前記距離ｈｔがこれらの範囲から外れた場合には、上記した種々の作用効果が十分に得られないおそれがある。
【００１８】
本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、固定側金型１１及び可動側金型１２の両方が、入れ子１と、該入れ子１を支持する型枠２と、で構成されており、入れ子１の内部に金型加熱用熱源３が設置されていたが、固定側金型１１及び可動側金型１２の一方又は両方が、一体型の金型（入れ子と型枠とで構成されていない一体的な構造の金型）であってもよい。
【００１９】
また、固定側金型１１及び可動側金型１２を構成する素材は特に限定されるものではないが、鋼材が好ましい。鋼材としては、炭素鋼（例えばＳ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ）、プリハードン鋼（例えばＮＡＫ８０，ＮＡＫ５５）、焼入れ焼戻し鋼（例えばＳＫＤ１１，ＳＫＤ６１）などがあげられ、これらは単独で用いることもできるし、複数種を組み合わせて用いることもできる。
さらに、金型加熱用熱源３の種類は特に限定されるものではないが、電気ヒーター（例えばカートリッジヒーター、シースヒーター）、熱媒体（例えば熱水、蒸気、油）などがあげられ、これらは単独で用いることもできるし、複数種を組み合わせて用いることもできる。
さらに、温度測定装置の種類は特に限定されるものではないが、熱電対が好ましく、一般的な種類の熱電対を問題なく使用することができる。
【００２０】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示す階段状形状の成形面５を有する固定側金型１１において、金型加熱用熱源３を用いて加熱を行い、入れ子１が有する成形面５の温度と昇温速度とを測定した。成形面５の温度は、成形面５の中心部Ｃと４つの隅部Ｓ１〜Ｓ４において測定し、中心部Ｃと各隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差をそれぞれ算出した。結果を表１に示す。
固定側金型１１の入れ子１はプリハードン鋼ＮＡＫ８０で構成されており、この素材の熱伝導率ｋは表１に示す通りである。また、使用した金型加熱用熱源３の熱流束ｑ、及び、金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差ΔＴを表１に示す。これらの数値と式ｈｔ＝ΔＴ×ｋ／ｑから算出される前記距離ｈｔは、表１に示す通りであるが、固定側金型１１においては、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔは該算出値に設定されている。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
（実施例２）
図２に示す階段状形状の成形面５を有する可動側金型１２において、金型加熱用熱源３を用いて加熱を行い、入れ子１が有する成形面５の温度と昇温速度とを測定した。成形面５の温度は、成形面５の中心部Ｃと４つの隅部Ｓ１〜Ｓ４において測定し、中心部Ｃと各隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差をそれぞれ算出した。結果を表１に示す。
可動側金型１２の入れ子１は炭素鋼Ｓ５５Ｃで構成されており、この素材の熱伝導率ｋは表１に示す通りである。また、使用した金型加熱用熱源３の熱流束ｑ、及び、金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差ΔＴを表１に示す。これらの数値と式ｈｔ＝ΔＴ×ｋ／ｑから算出される前記距離ｈｔは、表１に示す通りであるが、可動側金型１２においては、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔは該算出値に設定されている。
【００２３】
（実施例３）
金型加熱用熱源３の設置位置の温度と成形面５の温度との差ΔＴが異なる点を除いては、実施例１と同様である。
（比較例１）
固定側金型１１１における金型加熱用熱源１０３の設置位置を、金型設計者の経験に基づいて決定した点を除いては、実施例１と同様である。すなわち、図４の（ｂ）に示すように、金型加熱用熱源１０３は、階段状形状の成形面１０５に沿って並べられておらず、一直線状に並べられている。なお、図４における符号１０１は固定側金型１１１の入れ子を示し、符号１０２は型枠を示す。
実施例１と同様に、金型加熱用熱源１０３を用いて固定側金型１１１の加熱を行い、入れ子１０１が有する成形面１０５の温度と昇温速度とを測定した。成形面１０５の温度は、成形面１０５の中心部Ｃと４つの隅部Ｓ１〜Ｓ４において測定し、中心部Ｃと各隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差をそれぞれ算出した。結果を表１に示す。また、金型加熱用熱源１０３の設置位置を式ｈｔ＝ΔＴ×ｋ／ｑを用いて算出した場合と同じ結果が得られるまで、固定側金型１１１の修正加工を繰り返し行った。修正加工の回数を表１に示す。
【００２４】
（比較例２）
可動側金型１１２における金型加熱用熱源１０３の設置位置を、金型設計者の経験に基づいて決定した点を除いては、実施例２と同様である。すなわち、図５の（ｂ）に示すように、金型加熱用熱源１０３は、階段状形状の成形面１０５に沿って並べられておらず、一直線状に並べられている。なお、図５における符号１０１は固定側金型１１１の入れ子を示し、符号１０２は型枠を示す。
【００２５】
実施例２と同様に、金型加熱用熱源１０３を用いて可動側金型１１２の加熱を行い、入れ子１０１が有する成形面１０５の温度と昇温速度とを測定した。成形面１０５の温度は、成形面１０５の中心部Ｃと４つの隅部Ｓ１〜Ｓ４において測定し、中心部Ｃと各隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差をそれぞれ算出した。結果を表１に示す。また、金型加熱用熱源１０３の設置位置を式ｈｔ＝ΔＴ×ｋ／ｑを用いて算出した場合と同じ結果が得られるまで、固定側金型１１１の修正加工を繰り返し行った。修正加工の回数を表１に示す。
表１から分かるように、実施例１、２は、成形面５の中心部Ｃと隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差が小さく、成形面５の温度が均一であり、昇温速度も速い。また、金型の修正加工の回数も少なく、金型加熱用熱源３の設置位置が比較例１，２に比べて非常に優れていることが分かる。
【００２６】
実施例３は、実施例１、２に比較すると成形面５の温度差は小さいが、昇温速度は遅かった。ただし、比較例１，２に比べて成形面５の温度は均一であり、金型の修正加工の回数も少なかった。
一方、比較例１は実施例１と、比較例２は実施例２と同一の素材で構成されているが、成形面１０５の中心部Ｃと隅部Ｓ１〜Ｓ４との温度差が大きく、昇温速度も遅かった。よって、温度差を小さくするための金型の修正加工の回数が多くなった。
【００２７】
次に、金型加熱用熱源の設置位置が樹脂成形用金型の成形面に与える影響を調査するため、図３に示す樹脂成形用金型を用いて試験を行った。図３の樹脂成形用金型は、図１，２の樹脂成形用金型と同様に、固定側金型（凹型）１１、可動側金型（凸型）１２、及び金型加熱用熱源３を備えている。そして、固定側金型１１及び可動側金型１２はいずれも、成形面５を有する入れ子１と、該入れ子１を収容し支持する型枠２と、で構成されている。ただし、図１，２の樹脂成形用金型とは異なり、成形面５は平面状である。
この樹脂成形用金型において金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔを種々変更し、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）１４の射出成形を行った。射出圧力を１００ＭＰａに設定した他は、一般的なＰＢＴ樹脂の成形条件で射出成形を行い、その際の成形面５の変形状態を変位計センサー２１で検出し、変位計にて計測した。試験結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
2015036230.tif 000004
【００２９】
（実施例４）
金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔを０．４ｃｍに設定した。また、入れ子１は炭素鋼Ｓ５５Ｃで構成した。
（実施例５）
金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔを０．２ｃｍに設定した点を除いては、実施例４と同様である。
（実施例６）
金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔを０．１ｃｍに設定した点を除いては、実施例４と同様である。
【００３０】
（比較例３）
金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔを０．０５ｃｍに設定した点を除いては、実施例４と同様である。
表２の結果から、成形時に成形面５が変形することが分かる。そして、金型加熱用熱源３と成形面５との距離ｈｔ（金型加熱用熱源３の設置位置）によって、変位量が異なることが分かる。実施例３，４，５は変位量が非常に小さく良好であり、特に、距離ｈｔが０．２ｃｍ以上であれば、変形量は０．０００１ｃｍ以下となり、非常に優れていた。一方、比較例１は距離ｈｔの値が小さいため、変位量が０．００２２ｃｍと大きくなり、劣っていた。また、変位量が大きいことから、バリの発生が予想され成形品質も劣ると思われる。
【符号の説明】
【００３１】
１      入れ子
２      型枠
３      金型加熱用熱源
５      成形面
１１      固定側金型
１２      可動側金型
【図１】
2015036230.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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