(57)【要約】【課題】過冷却を避けた冷却効率の良い金型冷却装置を提供する。【解決手段】金型１、２に形成されるキャビティ２２、２３に溶融した樹脂を注入して固化させる成形装置の金型冷却装置において、前記金型１、２の前記キャビティ面２２、２３の背後に設けられたノズル室１４と、該ノズル室１４に連通し外部に接続された外部接続通路８と、前記ノズル室１４に配設され炭酸ガスを前記ノズル室１４の前記キャビティ面側２４へ向けて噴射するノズル１０と、炭酸ガス供給手段から前記ノズル１０へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給通路４と、を有し、一つの成形品を成形する１ショットにおいて、溶融樹脂が前記キャビティ２２、２３へ注入され始めた後に、前記炭酸ガスを所定時間、噴射することを特徴とする金型冷却装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型（１、２）に形成されるキャビティ（２２、２３）に溶融した樹脂を注入して固化させる成形装置の金型冷却装置において、
前記金型（１、２）の前記キャビティ面（２２、２３）の背後に設けられたノズル室（１４）と、該ノズル室（１４）に連通し外部に接続された外部接続通路（８）と、前記ノズル室（１４）に配設され炭酸ガスを前記ノズル室（１４）の前記キャビティ面側（２４）へ向けて噴射するノズル（１０）と、炭酸ガス供給手段から前記ノズル（１０）へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給通路（４）と、を有し、
一つの成形品を成形する１ショットにおいて、溶融樹脂が前記キャビティ（２２、２３）へ注入され始めた後に、前記炭酸ガスを所定時間、噴射することを特徴とする金型冷却装置。
【請求項２】
前記金型（１、２）の所定部位（２４）の温度が所定温度以上になったとき、前記炭酸ガスを噴射し始めることを特徴とする請求項１に記載の金型冷却装置。
【請求項３】
前記炭酸ガスの噴射圧力が、５〜８ＭＰａであることを特徴とする請求項１又は２に記載の金型冷却装置。
【請求項４】
金型（１、２）に形成されるキャビティ（２２、２３）に溶融した樹脂を注入して固化させる成形装置の金型冷却装置において、
前記キャビティ面（２２、２３）側へ向けて噴射するノズル（１０）と、炭酸ガス供給手段から前記ノズル（１０）へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給通路（４）と、を有し、
前記金型（１、２）が開いているときに、前記炭酸ガスを所定時間、噴射することを特徴とする金型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック成形金型及び金属鋳造金型等に使用される金型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラスチック成形又は金属鋳造の成形金型を使用した成形は、一般的に冷却水管に通水することにより金型の温度制御を実施しているが、近年、成形品の薄肉化及び表面仕上がりの品質向上が要求されている。これらの要求により、溶融材料の流動性確保等のため、成形時の金型温度は高温化する傾向にあり、溶融材料を冷却固化させるための時間が長くなり、生産性を悪化させるという問題点があった。
【０００３】
特に、製品の凹形状を形成するためのピン形状の金型入れ子は、主型または温調水への流出熱量に対して、樹脂からの受熱量が過大となるため、その温度が上昇し、他の成形品部位と比較して長い冷却時間が必要であり、生産性を悪化させていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、冷却水噴射を気化させて金型を冷却する金型装置が提案されている。また、特許文献２には、高圧炭酸ガスを断熱膨張させて金型を冷却する金型冷却装置が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５４２１号公報
【特許文献２】独国１０２５６０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却水噴射方式では、冷却効率が悪く生産性の向上も不十分であった。一方、特許文献２に記載の高圧炭酸ガス噴射方式では、高圧炭酸ガスを断熱膨張させてドライアイスを発生させるため、過冷却となり大きな温度変化をもたらし、樹脂が急激に固化されるため、樹脂がキャビティ内に完全に充填されないうちに固化が完了する等の問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、過冷却を避けた冷却効率の良い金型冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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型冷却装置を提供する。
請求項１に記載の発明によれば、本発明に係る金型冷却装置は、金型１、２のキャビティ面２２、２３の背後に設けられたノズル室１４と、ノズル室１４に連通し外部に接続された外部接続通路８と、ノズル室１４に配設され炭酸ガスをノズル室１４のキャビティ面側２４へ向けて噴射するノズル１０と、炭酸ガス供給手段からノズル１０へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給通路４と、を有し、一つの成形品を成形する１ショットにおいて、溶融樹脂がキャビティ２２、２３へ注入され始めた後に、炭酸ガスを所定時間、噴射することを特徴とする。
【０００９】
溶融樹脂がキャビティ２２、２３へ注入され始めた後に、炭酸ガスを所定時間、噴射する。これにより、過冷却を避けた冷却効率の良い金型冷却装置を提供することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、本発明に係る金型冷却装置は、金型１、２の所定部位２４の温度が所定温度以上になったとき、炭酸ガスを噴射し始めることを特徴とする。例えば、蓄熱し易い箇所２４に温度センサ３１を配置して、その箇所２４の温度が所定温度以上になったとき、炭酸ガスを噴射し始める。これにより、冷却効率の良い金型冷却装置を提供することが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、本発明に係る金型冷却装置は、炭酸ガスの噴射圧力が、５〜８ＭＰａであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、本発明に係る金型冷却装置は、キャビティ面２２、２３側へ向けて噴射するノズル１０と、炭酸ガス供給手段から前記ノズル１０へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給通路４と、を有し、金型１、２が開いているときに、前記炭酸ガスを所定時間、噴射することを特徴とする。蓄熱し易い箇所、例えば入れ子ピンを冷却することが可能となる。
【００１３】
なお、上記各手段の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る金型冷却装置を説明する金型断面図である。
【００１５】
第１実施形態の金型は、可動側金型１及び固定側金型２からなり、可動側金型１は分割金型１ａと分割金型１ｂとに分割されている。金型１及び金型２には、各金型の温度制御のために、冷却水管１２が設けられており、この金型１と金型２とを重ねることにより、両者間にキャビティが形成される。このキャビティは製品部２３と、ランナー部２２と、両者間のゲートとからなる。固定金型２には、このランナー部２２に対して、溶融樹脂を供給するスプルー２１が設けられている。
【００１６】
一方、金型１には、金型蓄熱部２６の背後に、密閉空間のノズル室１４が設けられており、このノズル室１４に連通する外部接続通路８が金型１に形成されている。この外部接続通路８は外部の大気に連通されている。金型蓄熱部２６は、凸形状をしているため溶融樹脂からの受熱量が大きく蓄熱し易い性質を持つ。
【００１７】
また、ノズル室１４内には、ノズル室１４における金型蓄熱部２６の背後の面である噴射ターゲット２４に高圧炭酸ガスを噴射する噴射ノズル１０が配置されている。このノズル１０はノズル支持管９に連通して支持されており、このノズル支持管９は金型１に設けた高圧炭酸ガス供給通路３に連通しており、この高圧炭酸ガス供給通路３は外部の配管４を介して高圧炭酸ガスの供給源に接続されている。この配管４にはバルブ５が介装されており、このバルブ５を調節することにより、ノズル１０から噴出する高圧炭酸ガスの量を調整できるようになっている。
【００１８】
次に、上述の如く構成された金型冷却装置の動作について説明する。まず、熱可塑性樹脂射出成形の場合の動作ついて説明する。成形工程は、大きく分けて熱可塑性樹脂の溶融工程、射出充填工程、冷却工程、製品取出工程の４つの工程に分けられる。射出充填工程についてさらに詳細に述べると、金型内の空隙に溶融樹脂を注入することであるが、溶融樹脂はスプルー２１より充填が開始され、ランナー部２２を経由して、製品部２３に至り、空隙末端まで樹脂が充填するまで注入される。このとき、充填工程中は、溶融樹脂の流動性を確保するために、その流動路の温度は高い方が望ましい。また、製品部２３における金型表面の転写性など、製品の品質向上のためにも、金型温度は高い方が有利である。
【００１９】
しかしながら、充填完了後の冷却工程においては、金型温度は低い方が冷却固化までの時間すなわち取り出し可能になるまでの時間が短縮されるため、生産性が高くなる。しかも、殆どの場合、ランナー部は製品に比べ肉厚が大きく、冷却されにくいため、冷却時間とはランナー部の冷却に依存する部分が極めて大きい。そこで、溶融樹脂の流動中は金型全体の温度調整を冷却管１２に冷却水を流すことで行い、制御バルブ５は閉じたままで、高圧炭酸ガスのノズル室１４内への噴射は停止しておく。
【００２０】
溶融樹脂が充填完了となったところで、制御バルブ５を開き、ノズル室１４内の噴射ターゲット２４に高圧炭酸ガスを所定時間（約５秒間）噴射する。この炭酸ガスの噴射圧力は、５〜８ＭＰａである。なお、溶融樹脂が充填完了する前に噴射を開始しても良い。そして、この所定時間は、金型の一部の過熱、樹脂充填不良および樹脂離型不良などの不具合が発生しない最適な時間を採用することが必要である。
【００２１】
ノズル室１４内は、外部接続通路８によりノズル室に連通し外部（外気）に接続されている。このため、噴射ノズル１０から噴射された高圧炭酸ガスは断熱膨張してドライアイスとなり効率的な冷却効果を発揮する。噴射ターゲット２４以外の部分は断熱材１１によって遮断しているため、周囲の不要な部分への冷却効果の波及は妨げられる。製品形成部２３に充填された溶融樹脂は、金型１，２により熱を奪われて冷却固化する。金型全体の冷却は冷却水管１２に冷却水などの熱媒体を流すことによりなされる。
【００２２】
所定の冷却工程が終了した後、金型１，２を開いて固化した製品を取り出す。この段階では、制御バルブ５は既に閉じられて、高圧炭酸ガスの噴射は止められている。そして、ノズル室１４のドライアイスは気化して、外部に自然排出されている。
【００２３】
その後、次の溶融樹脂充填工程へ移行するために、金型１，２を閉じる。以上の複数の工程が、一つの成形品を成形する１ショットである。第１実施形態において、１ショットは約３０秒間である。あとは、これらの各工程が繰り返されていく。
【００２４】
本実施形態においては、溶融樹脂流動中は、冷却装置停止状態で、金型温度は冷却水管１２により制御され、樹脂充填後に冷却装置の稼働により製品形成部２３に影響を与えず、金型蓄熱部２６を限定して急冷することにより、製品の品質低下をもたらすことなく、生産性を向上させることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係る金型冷却装置を示す。第２実施形態は、図１に示す第１実施形態と基本的構成は同一であり、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第２実施形態においては、高圧炭酸ガス噴射タイミングの制御方法を改善したものである。なお、図２は金型冷却装置の部分を抜き出している。この図２に示すように、本実施形態においては、ノズル室１４内の噴射ターゲット２４に温度センサー３１を取り付けてある。
【００２６】
これにより、噴射ターゲット２４、即ち局部冷却を要する部分が所定温度以上になった場合に、制御バルブ５を開き、該当部分を冷却し、所定温度以下になった場合に高圧炭酸ガスの供給を停止することによって、該当部分を一定温度に制御することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態に係る金型冷却装置を示す。第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第３実施形態は、炭酸ガス噴射ノズルによる噴射ターゲットおよび噴射タイミングを変更したものである。
【００２８】
製品取出工程では、金型１，２を開いて成形品を金型より取り出す。成形品取り出し後、金型１，２が開いているときに、ノズル９を金型外部より金型内部へ移動させる。そして、ノズル９がキャビティ面２２側の噴射ターゲットへ向けられてセットされた後、バルブ５を開いて高圧炭酸ガスをキャビティ面２２側の噴射ターゲットへ向けて噴射する。これにより、溶融樹脂により加熱されたキャビティや蓄熱部位を急激に冷却することが可能となり、生産効率を高めることが可能となる。この蓄熱部位とは、例えば金型の一部である入れ子ピンなどである。入れ子ピンは、樹脂から奪う熱量に比べて、冷却水へ排出する熱量が極端に小さいことから、温度が過大に上昇する蓄熱現象が発生し易い。
【００２９】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態に係る金型冷却装置を示す。第４実施形態は、図１に示す第１実施形態と基本的構成は同一であり、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第４実施形態は、第１実施形態においてターゲット２４の冷却方法を改善したものであり、炭酸ガスを噴射するノズル１０に近接してドライアイス飛散防止用の部材４１を設置している。
【００３０】
このドライアイス飛散防止手段４１は、ノズル室１４と連通する袋小路となった孔１３の内壁１３ａと噴射ノズル支持管９との間に配置される。この手段４１により、噴射された炭酸ガスの断熱膨張によって発生したドライアイスがノズル室１４側へ飛散することが防止可能となり、効率よく蓄熱部２６を冷却することができる。この手段４１は、例えばエラストマから製作されたＯリングシールであっても良い。
【００３１】
図４においては、ノズル１０に近接して飛散防止用部材４１を設置しているが、ドライアイスの飛散防止をできるものであれば良く、金型のノズル室側に溝加工を行なうなどしても良い。
【００３２】
（第５実施形態）
図５は本発明の第５実施形態に係る金型冷却装置を示す。第５実施形態は、図１に示す第１実施形態と基本的構成は同一であり、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。第５実施形態は、第１実施形態においてターゲット２４の冷却方法を改善したものである。第５実施形態においては、蓄熱が生じ易い部位２６に高熱伝導部材４２（例えばヒートパイプ）を挿入してあり、そのターゲット２４とは別の箇所４２ａに向けて炭酸ガスを噴射するノズル１０を設置している。
【００３３】
この形態により、噴射された炭酸ガスの冷却能力を伝達して、蓄熱部を冷却することができる。またノズルが対面している部位だけではなく、高熱伝導部材の当接する範囲を効率よく均一に冷却することができる。
【００３４】
高熱伝導部材はヒートパイプに限らず、水、オイルのように冷却能力を伝達できるものであれば用いることができる。
【００３５】
以上説明したように、上記実施形態によれば、溶融樹脂の流動中は金型の冷却をせずに、充填完了後に入れ子ピン等の局部的に急冷が必要な部分のみを冷却することができる。一方、溶融樹脂がキャビティ内へ注入され始めると、キャビティ近傍の金型温度が急激に上昇する。これに鑑みて、溶融樹脂が前記キャビティに注入され始めた後、溶融樹脂の流動中に炭酸ガスを噴射して冷却することも本発明の範囲内である。さらに、上記実施形態では、熱可塑性樹脂を対象としているが、熱硬化性樹脂やダイキャスト用金属を対象とすることもできる。
【００３６】
また、本発明においては、金型冷却のための炭酸ガス量を制御バルブによって任意のタイミングで調節することが可能である。
【００３７】
従って、本発明の金型冷却装置を使用することによって、金型温度を通常より高くして、製品品質の向上を図りながら、冷却時間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金型冷却装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る金型冷却装置の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る金型冷却装置の断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る金型冷却装置の断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る金型冷却装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    可動側金型
２    固定側金型
３    炭酸ガス供給通路
４    配管
５    制御バルブ
８    外部接続通路 
９    噴射ノズル支持管
１０    噴射ノズル
１２    冷却水管
１４    ノズル室
２１    スプルー
２２    ランナー部
２３    製品形成部
２４    噴射ターゲット
２６    金型蓄熱部
【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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