(57)【要約】【課題】金型加熱手段に供給される電力量に応じて金型の加熱部位の温度を一定に維持できる金型装置及び成形方法を提供する。【解決手段】一対の固定金型１２及び可動金型１３を備え、固定金型１２内には固定金型１２の加熱部位１２ａを加熱するカートリッジヒータ２０を備える。カートリッジヒータ２０へ供給する電力量を任意の一定の電力量となるように調整する電力調整機３０を備える。そして、固定金型１２の加熱部位１２ａを常に一定の温度とした状態で成形品Ｓ１を成形し続けることにより、加熱部位１２ａを加熱するための時間や、加熱した加熱部位１２ａを冷やすための時間を必要とせず、金型装置１１はハイサイクルで成形品Ｓ１を成形できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に設けられると共に電力が供給されることにより同金型の加熱部位を加熱する金型加熱手段と、前記金型に設けられると共に前記金型加熱手段による同金型の加熱部位を規制する加熱規制手段とを備えた金型装置において、
前記金型加熱手段へ供給する電力量を任意の一定の電力量に調整する電力調整手段を備え、
前記加熱部位を前記電力調整手段にて調整された電力量に応じた一定の温度に維持することを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記電力調整手段には手動操作可能な操作部材を備え、前記操作部材を手動操作することにより同電力調整手段から前記金型加熱手段へ供給する電力量を調整することを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
金型に設けられた加熱規制手段の規制により同金型の加熱部位を金型加熱手段にて加熱し、前記金型内のキャビティに溶融樹脂を射出充填し、その射出充填した溶融樹脂を冷却し、成形した成形品を前記キャビティから取り出す射出成形方法において、
前記金型加熱手段に対して一定の電力量の電力を供給することにより、前記金型加熱手段による前記加熱部位の加熱温度を一定に維持することを特徴とする成形方法。
【請求項４】
前記金型加熱手段に対して、電圧調整又は電流調整にて調整した一定量の電力を供給することを特徴とする請求項３に記載の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂の成形加工を行うための金型装置及び成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂の成形加工を行うための金型装置における金型を加熱する方法として、汎用のカートリッジヒータ（棒状抵抗加熱ヒータ）を金型内に組み込み、そのカートリッジヒータをＯＮ・ＯＦＦ制御することにより、金型温度のコントロールを行っているものがある。
【０００３】
即ち、樹脂の成形加工を行う場合、まず始めに前記カートリッジヒータをＯＮ制御して、成形品のウェルドラインやヘジテーションが生じやすい部分に対応する金型における部位を加熱する。そして、金型の前記部位を加熱した後、金型内に溶融樹脂を射出充填することにより、成形品のウェルドラインやヘジテーションが生じやすい部分に対応する金型内部の金型転写性及び流動性を向上させる。
【０００４】
そして、金型内に射出充填した溶融樹脂を冷却する際には、前記カートリッジヒータをＯＦＦ制御し、金型と共に溶融樹脂を冷却し、その後、金型から成形品を取り出す。この結果、ウェルドラインやヘジテーションが少ない外観品位のよい成形品が成形される。
【０００５】
上記金型装置においては、カートリッジヒータにより金型の前記部位を加熱する時間、及カートリッジヒータにより加熱した金型の前記部位を冷却する時間がかかり、成形サイクルが長くなってしまっていた。そのため、図５（ａ）に示すように、カートリッジヒータのＯＮ・ＯＦＦ制御を細かく繰り返し、図５（ｂ）に示すように、金型の前記部位における温度を任意でほぼ一定になるようにして、成形サイクルを行うものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カートリッジヒータのＯＮ・ＯＦＦ制御を細かく繰り返しても、金型の前記部位における温度を安定させることは困難であった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は金型加熱手段に供給される電力量に応じて金型の加熱部位の温度を一定に維持できる金型装置及び成形方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金型内に設けられると共に電力が供給されることにより同金型の加熱部位を加熱する金型加熱手段と、前記金型に設けられると共に前記金型加熱手段による同金型の加熱部位を規制する加熱規制手段とを備えた金型装置において、前記金型加熱手段へ供給する電力量を任意の一定の電力量に調整する電力調整手段を備え、前記加熱部位を前記電力調整手段にて調整された電力量に応じた一定の温度に維持することを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金型装置において、前記電力調整手段には手動操作可能な操作部材を備え、前記操作部材を手動操作することにより同電力調整手段から前記金型加熱手段へ供給する電力量を調整することを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、金型に設けられた加熱規制手段の規制により同金型の加熱部位を金型加熱手段にて加熱し、前記金型内のキャビティに溶融樹脂を射出充填し、その射出充填した溶融樹脂を冷却し、成形した成形品を前記キャビティから取り出す射出成形方法において、前記金型加熱手段に対して一定の電力量の電力を供給することにより、前記金型加熱手段による前記加熱部位の加熱温度を一定に維持することを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の成形方法において、前記金型加熱手段に対して、電圧調整又は電流調整にて調整した一定量の電力を供給することを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図２に従って説明する。
【００１３】
図１に示すように、金型装置１１は、固定金型１２と、可動金型１３とを備えている。
前記両金型１２，１３内には、図示しない複数の冷却管が埋設されており、図示しない温調機により一定の温度とされた図示しない冷却水が前記冷却管内を循環している。この冷却水により両金型１２，１３を適宜冷却するようになっている。
【００１４】
前記両金型１２，１３の互いに対向する面には、キャビティ形成面１４，１５が形成され、両キャビティ形成面１４，１５にてキャビティＣが形成されている。前記固定金型１２にはその外側面（前記可動金型１３に対向する面に対して反対側の面）からキャビティＣを挿通するようにランナ１６が形成され、同ランナ１６によりキャビティＣ内へ溶融樹脂を充填可能とされている。
【００１５】
前記可動金型１３のキャビティ形成面１５には、凸部１５ａが形成されている。前記両金型１２，１３を突き合わせた際に、前記凸部１５ａの先端と前記キャビティ形成面１４との間に空隙ができるようにキャビティ形成面１５は形成されている。この凸部１５ａにより、キャビティＣ内に溶融樹脂を充填して成形した成形品Ｓ１における前記凸部１５ａに対応する部分には、凹状部（薄肉部）Ｓ１ａが形成される。
【００１６】
前記固定金型１２には、前記成形品Ｓ１の凹状部Ｓ１ａに対応する部分近傍に金型加熱手段としてのカートリッジヒータ（棒状抵抗加熱ヒータ）２０が埋設されている。
【００１７】
そして、そのカートリッジヒータ２０近傍における固定金型１２内には、そのカートリッジヒータ２０を挟むようにして一対の熱電対２１，２２が埋設されている。
【００１８】
また、固定金型１２において、熱電対２１におけるカートリッジヒータ２０の反対側近傍、及び熱電対２２におけるカートリッジヒータ２０の反対側近傍には、一対の伝熱抑制溝２３，２４が形成されている。前記一対の伝熱抑制溝２３，２４は、その両伝熱抑制溝２３，２４が互いに対向する方向に対して直交する方向へ沿って形成されている。
【００１９】
以下、「両伝熱抑制溝２３，２４が互いに対向する方向」を第１方向という。また、「両伝熱抑制溝２３，２４が互いに対向する方向に対して直交する方向」を第２方向という。即ち、第１方向と第２方向は互いに直交する方向であると共に、第２方向は図１における紙面に対して直交する方向である。
【００２０】
前記固定金型１２において、一対の伝熱抑制溝２３，２４を基準として可動金型１３とは反対側の位置には、入駒２５を収容するための入駒収容凹部２６が第２方向に沿って形成されている。その入駒収容凹部２６には、前記入駒２５が収容されている。
【００２１】
なお、前記固定金型１２、可動金型１３、及び前記入駒２５により金型Ｋが構成されている。
前記伝熱抑制溝２３，２４は、前記入駒収容凹部２６の底面２６ａに対して開口されている。また、前記入駒２５における前記底面２６ａと対応する側面には、伝熱抑制凹部２７が第２方向に沿って形成されている。前記伝熱抑制凹部２７における第１方向両端はそれぞれ前記伝熱抑制溝２３と伝熱抑制溝２４とが形成された位置とされている。
【００２２】
そして、前記一対の伝熱抑制溝２３，２４及び前記伝熱抑制凹部２７により、第２方向に直交する方向に切断した際に断面コの字形状をなす加熱規制手段及び空間としての断熱空間２８が形成されている。
【００２３】
以下、前記固定金型１２において、前記キャビティ形成面１４と断熱空間２８とにより囲まれた部位を加熱部位１２ａという。
前記断熱空間２８により、カートリッジヒータ２０にて加熱された前記加熱部位１２ａの熱が、断熱空間２８を跨いで固定金型１２の加熱部位１２ａ以外の部位、及び入駒２５へ伝達することを抑制している。
【００２４】
前記カートリッジヒータ２０及び前記熱電対２１，２２は、電力調整手段としての電力調整機３０に接続され、同電力調整機３０は電源３１に接続されている。前記電力調整機３０には、手動操作可能な操作部材としてのボリュームダイヤル３２を備えている。
【００２５】
前記電力調整機３０は図示しないスライド式電圧調整器（スライダック）を備えている。前記スライド式電圧調整器は電圧調整手段に相当する。前記ボリュームダイヤル３２を手動操作することにより、電力調整機３０は電源３１から供給された電力を電圧調整し、この結果、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するように構成されている。
【００２６】
即ち、ボリュームダイヤル３２のボリュームを大きくなるように操作すると、その分、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給される電力量が大きくなる。
【００２７】
一方、ボリュームダイヤル３２のボリュームを小さくなるように操作すると、その分、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給される電力量が小さくなる。
【００２８】
なお、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給される電力は、電力変動のない一定量の電力とされている。
前記カートリッジヒータ２０は電力調整機３０から供給される電力量に応じて発熱量が変化する。また、前記電力調整機３０には表示部３３が形成されており、電力調整機３０は両熱電対２１，２２からの検出信号に基づいて表示部３３に加熱部位１２ａの温度を表示可能とされている。
【００２９】
次に、本実施形態のように構成された金型装置１１の作用について説明する。まず始めに、図２（ａ）に示すように、電力調整機３０のボリュームダイヤル３２を電力量Ｗとなるように適宜調整して、図２（ｂ）に示すように、前記固定金型１２の加熱部位１２ａが任意でかつ常に一定の温度である温度ｔ（加熱温度）に維持されるまで待つ。
【００３０】
なお、図２（ａ），（ｂ）に示すように、前記ボリュームダイヤル３２を電力量Ｗより大きい電力量Ｗａに調整すると前記加熱部位１２ａは温度ｔａで維持される。逆に、前記ボリュームダイヤル３２を電力量Ｗより小さい電力量Ｗｂに調整すると前記加熱部位１２ａは温度ｔｂで維持される。そして、前記加熱部位１２ａが常に一定の温度ｔで維持されるようになったら、両金型１２，１３を突き合わせて、ランナ１６からキャビティＣへ溶融樹脂を射出充填する。
【００３１】
前記金型Ｋにおいて、この加熱部位１２ａの温度が他の部位の温度よりも高くなっている。そのため、加熱部位１２ａは前記他の部位よりもスキン層の形成が遅くなり、成形品Ｓ１における凹状部Ｓ１ａの金型転写性が向上する。
【００３２】
その後、キャビティＣ内では、溶融樹脂が冷却されて成形品Ｓ１が成形される。そして、キャビティＣ内に溶融樹脂を充填してから所定時間過ぎた際には、固定金型１２から可動金型１３を引き離して前記成形品Ｓ１を両金型１２，１３から取り出す。
【００３３】
上記のように、両金型１２，１３の突き合わせから成形品Ｓ１の取り出しまでが、一回の成形サイクルとされている。
そして、前記成形品Ｓ１を両金型１２，１３から取り出した後、すぐに両金型１２，１３を突き合わせて、次の成形サイクルを行う。この際、前記固定金型１２の加熱部位１２ａは電力調整機３０により、常に一定の温度に維持されているため、加熱部位１２ａを加熱するための時間や、加熱した加熱部位１２ａを冷やすための時間を必要とせず、金型装置１１はハイサイクルで成形品Ｓ１を成形する。
【００３４】
従って、上記実施形態の金型装置１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、カートリッジヒータ２０へ供給する電力量を任意の一定の電力量となるように調整する電力調整機３０を備えた。固定金型１２の加熱部位１２ａは、カートリッジヒータ２０にて加熱するようにした。従って、固定金型１２の加熱部位１２ａを電力調整機３０にて調整された電力量に応じた一定の温度に維持できる。
【００３５】
（２）本実施形態では、電力調整機３０にはボリュームダイヤル３２を備え、ボリュームダイヤル３２を手動操作することにより、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するようにした。従って、手動操作により固定金型１２の加熱部位１２ａの温度を変化させるため、金型装置１１自体の構造を簡便にできる。
【００３６】
（３）本実施形態では、固定金型１２の加熱部位１２ａを常に一定の温度とした状態で成形品Ｓ１を成形し続けるようにした。従って、加熱部位１２ａを加熱するための時間や、加熱した加熱部位１２ａを冷やすための時間を必要とせず、金型装置１１はハイサイクルで成形品Ｓ１を成形できる。
【００３７】
（４）本実施形態では、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量は、電圧制御にて調整するようにした。従って、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量をＯＮ・ＯＦＦ制御により調整する場合と比べて、安定した電力供給となり、このため、固定金型１２の加熱部位１２ａの温度を正確に管理することができる。
【００３８】
（５）本実施形態では、固定金型１２及び入駒２５に断熱空間２８を形成することにより、カートリッジヒータ２０にて加熱された加熱部位１２ａの熱が、断熱空間２８を跨いで固定金型１２の加熱部位１２ａ以外の部位、及び入駒２５へ伝達することを抑制した。従って、上記熱の拡散を固定金型１２及び入駒２５に空間を形成するだけで抑制できるため、断熱性を有するジルコニア等を前記断熱空間２８内へ配置する場合と比べて固定金型１２の製造コストを抑えることができる。
【００３９】
（６）本実施形態では、固定金型１２及び入駒２５に断熱空間２８を形成した。従って、前記断熱空間２８を形成しない場合と比べて、カートリッジヒータ２０の発熱量を少なくしても、効率的に固定金型１２の加熱部位１２ａを加熱できる。
【００４０】
（７）本実施形態では、電力調整機３０は両熱電対２１，２２からの検出信号に基づいて表示部３３に固定金型１２における加熱部位１２ａの温度を表示するようにした。このため、電力調整機３０を操作する操作者は、この表示部３３を目視することにより前記加熱部位１２ａの温度を確認することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図３及び図４に従って説明する。なお、第２実施形態の金型装置４１は、前記第１実施形態の金型装置１１を変更したものであり、前記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なるところのみを説明する。
【００４２】
図３及び図４に示すように、本実施形態の金型装置４１は、金型装置１１における凸部１５ａの代わりに孔成形部４２をキャビティ形成面１５に形成している。前記両金型１２，１３を突き合わせた際に、前記孔成形部４２の先端が前記キャビティ形成面１４に当接するように前記孔成形部４２は形成されている。
【００４３】
この孔成形部４２により、キャビティＣ内に溶融樹脂を射出充填して成形した成形品Ｓ２における前記孔成形部４２に対応する部分には、貫通孔Ｓ２ａが形成される。
【００４４】
前記成形品Ｓ２において、キャビティＣにおける孔成形部４２を基準としてランナ１６とは反対側の空間と対応する部位は、溶融樹脂合流部Ｓ２ｂとされている。前記溶融樹脂合流部Ｓ２ｂはランナ１６からキャビティＣへ射出充填された溶融樹脂が、孔成形部４２にて二股状に分かれて、その後、その二股状に分かれた溶融樹脂が合流する部位である。
【００４５】
前記固定金型１２及び前記入駒２５には、前記成形品Ｓ２の溶融樹脂合流部Ｓ２ｂに対応する部分近傍に前記加熱部位１２ａ、前記カートリッジヒータ２０、前記熱電対２１，２２、及び前記断熱空間２８が配置されている。
【００４６】
上記金型装置４１においても、キャビティＣ内に溶融樹脂を射出充填した際に、前記金型Ｋにおける加熱部位１２ａの温度が他の部位の温度よりも高くなっている。そのため、加熱部位１２ａは前記他の部位よりもスキン層の形成が遅くなり、成形品Ｓ２における溶融樹脂合流部Ｓ２ｂの金型転写性が向上する。
【００４７】
従って、本実施形態の金型装置４１によれば、前記第１実施形態における効果（１）〜（７）と同様の効果を奏する。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００４８】
・前記実施形態では、電力調整機３０にボリュームダイヤル３２を設け、そのボリュームダイヤル３２を手動操作することにより、電力調整機３０はカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するように構成していた。これに限らず、ボリュームダイヤル３２の変わりにボリュームレバーを電力調整機３０に設け、そのボリュームレバーにより電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するようにしてもよい。要は、手動操作により電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するものであれば、どの様な操作部材を電力調整機３０に設けてもよい。
【００４９】
・前記実施形態では、固定金型１２及び入駒２５に断熱空間２８を形成することにより、カートリッジヒータ２０にて加熱された加熱部位１２ａの熱が、断熱空間２８を跨いで固定金型１２の加熱部位１２ａ以外の部位、及び入駒２５へ伝達することを抑制していた。これに限らず、前記断熱空間２８内に断熱性を有するジルコニア等を配置してもよい。
【００５０】
・前記実施形態では、前記電力調整機３０は図示しないスライド式電圧調整器（スライダック）を備え、電源３１から供給された電力を電圧調整し、この結果、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するようにしていた。これに限らず、電力調整機３０は電源３１から供給された電力を電流調整し、この結果、電力調整機３０からカートリッジヒータ２０へ供給する電力量を調整するようにしてもよい。即ち、電力調整機３０には、図示しないスライド式電圧調整器の変わりに、電流調整手段としての可変抵抗器を備えるようにしてもよい。
【００５１】
・前記実施形態では、固定金型１２側のみに、カートリッジヒータ２０、熱電対２１，２２、入駒２５、断熱空間２８、加熱部位１２ａを設けていたが、可動金型１３側にもそれらと同様のものを設けてもよい。また、固定金型１２側のカートリッジヒータ２０、熱電対２１，２２、入駒２５、断熱空間２８、加熱部位１２ａを省略し、それらに相当するものを可動金型１３側のみに設けてもよい。
【００５２】
・前記実施形態では、電力調整機３０は、スライド式電圧調整器（スライダック）を備えるようにした。この代わりに、高速半導体スイッチを用いて交流電圧波形をオン・オフ制御、つまりパルス幅制御する交流電圧調整器を備えるようにしてもよい。
【００５３】
次に、上記実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記電力調整手段は、電流調整手段又は電圧調整手段であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金型装置。
【００５４】
（ロ）前記加熱規制手段は、前記金型に形成された空間であることを特徴とする請求項１、請求項２、技術的思想（イ）のうちいずれか１項に記載の金型装置。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば金型加熱手段に供給される電力量に応じて金型の加熱部位の温度を一定に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における金型装置の概略説明図。
【図２】（ａ）は、電力調整器からカートリッジヒータへ供給する電力量を示す特性図。（ｂ）は、熱電対にて測定した加熱部位の温度を示す特性図。
【図３】第２実施形態における金型装置の概略説明図。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図。
【図５】（ａ）は、カートリッジヒータへ供給する電力量を示す特性図。（ｂ）は、従来技術における加熱部位の温度を示す特性図。
【符号の説明】
１１，４１…金型装置、１２…金型を構成する固定金型、１２ａ…加熱部位、１３…金型を構成する可動金型、２０…金型加熱手段としてのカートリッジヒータ、２５…金型を構成する入駒、２８…加熱規制手段及び空間としての伝熱抑制空間、３０…電力調整手段としての電力調整機、３２…操作部材としてのボリュームダイヤル、Ｃ…キャビティ、Ｋ…金型、Ｓ１，Ｓ２…成形品。
【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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