(57)【要約】  金型部品（１０）は、金型面（３４）と、金型面（３４）に対向する温度制御面（３６）と、温度制御面（３６）と隣接するキャビティ（４２）と、温度制御面（３６）からキャビティ（４２）内に延びる少なくとも１つのリブ（１６）とを備え、リブ（１６）は、断面が凹形状である。
2015525693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱面と、
該伝熱面に対向する温度制御面と、
該温度制御面から延びて、該温度制御面に隣接する複数の流体室を形成する複数の側壁と、
前記複数の流体室のうち少なくとも一部と関連付けられ、かつ前記温度制御面上の衝突領域に向けて流体の噴流を生成するように構成された、流体による温度制御装置とを備える金型であって、
前記複数の流体室のうち少なくとも一部は、各前記流体室内で前記温度制御面から前記流体室のキャビティへと延び、かつ前記温度制御面上の前記衝突領域から前記側壁に向かって延びる少なくとも１つのリブを形成し、
各前記リブは、前記温度制御面に対して垂直に延びる断面が凹形状である、金型。
【請求項２】
前記衝突領域から前記側壁に向かって異なる角度で放射状に延びる３つ以上のリブが設けられている請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記リブは、断面がアーチ形状である請求項１または２に記載の金型。
【請求項４】
前記リブは、断面が湾曲したアーチ形状である請求項３に記載の金型部品。
【請求項５】
前記アーチ形状は、前記衝突領域から前記側壁に至る９０度のアーチを含む請求項４に記載の金型部品。
【請求項６】
前記アーチ形状は、前記衝突領域から前記側壁に至る１８０度のアーチを含む請求項４に記載の金型部品。
【請求項７】
前記複数のリブは、前記温度制御面に対して垂直であって前記衝突領域に交差する少なくとも１つの平面を中心として対称に配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の金型部品。
【請求項８】
前記側壁は、前記温度制御面とは反対側の端部において平面形状の封止面で終端し、前記リブは、前記温度制御面、前記側壁、および前記平面形状の封止面の平面によって形成される前記流体室内に配置されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の金型部品。
【請求項９】
前記リブは、前記平面形状の封止面の平面で終端している請求項８に記載の金型部品。
【請求項１０】
成形時に前記金型部品を支持するように構成された金型支持部を備え、前記伝熱面から前記支持部品に至る荷重経路が前記リブを通過する請求項１から請求項９のいずれかに記載の金型。
【請求項１１】
前記リブは、前記金型支持部と接触している請求項１０に記載の金型。
【請求項１２】
前記流体による温度制御装置は、前記リブと接触している流体流出口を備えている請求項１から請求項１１のいずれかに記載の金型。
【請求項１３】
前記リブは、前記流体流出口の周囲に等間隔で配置されている請求項１２に記載の金型。
【請求項１４】
前記リブは、前記温度制御面の他の構成材料とは異なる材料から構成されている請求項１から請求項１３のいずれかに記載の金型。
【請求項１５】
前記リブは、前記温度制御面の構成材料よりも熱伝達率が高い材料から構成されている請求項１４に記載の金型。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の金型を用意する工程と、
前記流体室に流体を供給して前記温度制御面を加熱または冷却することにより前記伝熱面を加熱または冷却する工程と、
前記金型を用いて部品を成形する工程と
を備える成型部品の製造方法。
【請求項１７】
本明細書において添付図面を参照してまたは添付図面に従って説明される金型と略同様の金型。
【請求項１８】
本明細書において添付図面を参照してまたは添付図面に従って説明される方法と略同様の部品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、金型部品に関する。詳細には、本出願は、加熱金型、より詳細には、金型上の各領域を選択的に加熱するための複数の流体キャビティを有するタイプの金型に用いられる金型部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱金型は、本出願人による先の出願である特許文献１により知られている。この出願には、成形時の金型の表面温度を制御するために加熱または冷却された流体が導入されるキャビティを有する複数のピンを備える金型が開示されている。これは、例えば、複合材加工物の成形時や脱オートクレーブ硬化時に材料物性を選択的に制御する上で有用である。
【０００３】
本出願人によるその後の出願である特許文献２には、複数の流体キャビティを有する上金型部品を設けた多層金型が開示されている。上金型部品は複数の格子状の領域を備え、各領域は、当該部品の成形用金型面と、金型面に対向し加熱／冷却流体が導入されるキャビティに隣接する温度制御面とを有している。各キャビティは、内部に流体を収容するための側壁を有している。ついで、加熱／冷却流体により、温度制御面、したがって金型面が加熱／冷却される。加熱／冷却流体は、制御および加熱用の電子回路が収容される下層より流路管を介して導入される。上金型から排出された流体は、中間層を通って再び下方に排出される。
【０００４】
このような上金型部品は、使用する材料の量を低減できることが望ましい。部品の熱質量が少ないほど（すなわち部品が小さいほど）、熱の付加（および除去）に対する反応性が高くなるからである。逆に、金型が大きくなり、その作製に使用する材料の量が多くなるほど、加熱または冷却流体に対する反応性は低くなる。本発明の目的のためには、「熱に対して機敏な」金型、すなわち熱質量の小さい金型を製造することが望ましい。
【０００５】
また、所望の領域の温度制御面および金型面の中心と外縁との間の熱伝導を向上させることが望ましい。上記のような金型の加熱方法として、温度制御面に流体の噴流を衝突させる方法が知られているが、この場合、キャビティ内の加熱面の中心（噴流が衝突する部位）と加熱または冷却される表面の外縁との間に温度勾配が発生する可能性があるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０４８３６５号
【特許文献２】国際公開第２０１３／０２１１９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、改良された金型部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、
伝熱面と、
前記伝熱面に対向する温度制御面と、
前記温度制御面から延びて、前記温度制御面に隣接する複数の流体室を形成する複数の側壁と、
前記複数の流体室のうち少なくとも一部と関連付けられた、流体による温度制御装置であって、各温度制御装置は、前記温度制御面上の衝突領域に向けて流体の噴流を生成するように構成された温度制御装置と
を備える金型であって、
前記複数の流体室のうち少なくとも一部は、各流体室内に前記温度制御面から前記キャビティ内に延び、かつ前記温度制御面上の前記衝突領域から前記側壁に向かって延びる少なくとも１つのリブを形成し、
各リブは、前記温度制御面に対して垂直に延びる断面が凹形状である金型が提供される。
【０００９】
誤解を避けるために述べると、「伝熱面」は、温度制御面と加工物との間の熱エネルギーの伝達に用いられる面である。伝熱面は、金型の形状を形成する面であってもよく（すなわち「金型面」を構成する面であってもよく）、金型面を形成する別の金型部品と接触する面であってもよい。
【００１０】
流体室内に凹形状のリブを設けると、複数の効果が得られるため有利である。第１に、伝熱面と温度制御面を形成する金型上部を補強することができる。その結果、金型の加熱部分を薄くし、熱に対する機敏性を高めることができる。また、リブの断面は凹形状であることから、質量も少なく、したがって部品の熱質量が大幅に増加しない。
【００１１】
また、リブを凹形状とすることで、流体室内で自由気流が発生し、部品の表面積も増加する。そのため、より効果的に熱を流体室全体に伝導させることができる。特に、リブを熱伝導経路として用いることにより、流体室の端まで熱を伝達することができる。
【００１２】
さらに、リブは外側に延びていることから、気流の「案内羽根」として機能し、側壁への最短ルートを気流が通過しやすくなる。
【００１３】
増強気流の効果を断熱状態で（すなわちリブの伝導性を利用せずに）得たい場合、空気層または断熱材層によってリブを温度制御面から断熱することが考えられる。
【００１４】
リブを凹形状とすることで、部品の体積に対する表面積の割合が増加し、流体との間で伝導する熱エネルギーが増加する。
【００１５】
また、リブを成形荷重（すなわち金型面したがって伝熱面にかかる圧縮荷重）などに対する反力に用いることができる。
【００１６】
前記第１の領域から前記側壁に向かって異なる角度で放射状に延びる３つ以上のリブが設けられていることが好ましい。
【００１７】
前記リブは、断面がアーチ形状であることが好ましく、断面が湾曲したアーチ形状であることがより好ましい。
【００１８】
前記リブのアーチ形状は、前記第１の領域から前記側壁まで９０度延びていてもよい。これは、リブが９０度のアーチを描くことを意味する。この構成では、２つの対向するリブが衝突領域から放射状に延びて単一の１８０度のアーチを形成し、衝突領域はアーチ上の温度制御面に最も近い部位に位置する。これを「単一の１８０度のアーチ」構成と称することがある。
【００１９】
前記リブのアーチ形状は、前記第１の領域から前記側壁まで１８０度延びていてもよい。この場合、衝突領域から反対方向に放射状に延びる２つのリブによって「ダブルアーチ」が形成される。
【００２０】
前記複数のリブは、前記温度制御面に対して垂直であって前記第１の領域に交差する少なくとも１つの平面を中心として対称に配置されていることが好ましい。
【００２１】
前記側壁は、前記温度制御面とは反対側の端部において平面形状の封止面で終端し、前記リブは、前記温度制御面、前記側壁および前記平面形状の封止面の平面によって形成される前記流体室内に配置されていることが好ましい。
【００２２】
前記リブは、前記平面形状の封止面の平面で終端していてもよい。
【００２３】
前記金型は、成形時に前記金型部品を支持するように構成された金型支持部を備えることとしてもよく、前記金型面から前記伝熱面を通って前記支持部品に至る荷重経路が前記リブを通過する。
【００２４】
前記リブは、前記金型支持部と接触していてもよい。
【００２５】
前記温度制御装置は、前記リブの支持領域と接触している流体流出口を備えている。前記リブは、前記流体流出口の周囲に等間隔で配置されていることが好ましい。
【００２６】
前記リブは、前記温度制御面の他の構成材料とは異なる材料から構成されていてもよい。前記リブは、熱伝導を向上させて衝突による「ホットスポット」の発生を防ぐため、前記温度制御面の構成材料よりも熱伝達率が高い材料から構成されていることが好ましい。
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、
第１の態様に係る金型を用意する工程と、
前記流体室に流体を供給して前記温度制御面を加熱または冷却することにより前記伝熱面を加熱または冷却する工程と、
前記金型を用いて部品を成形する工程と
を備える成型部品の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１ａ】図１ａは、本発明に係る第１の金型部品の部分図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａの金型部品のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明に係る第２の金型部品の斜視図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａの金型部品の部分拡大図である。
【図２ｃ】図２ｃは、別の金型部品と組み合わせた図２ａおよび２ｂの金型部品の斜視図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明に係る第３の金型部品の部分図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る第４の金型部品の斜視図である。
【図５】図５は、他の金型部品と組み合わせた本発明に係る第５の金型部品の一部切欠斜視図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明に係る第６の金型部品の部分断面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａの金型のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る第７の金型部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る金型部品の一例について添付図面を参照して説明する。
【００３０】
図１ａおよび１ｂを参照すると、本発明に係る金型部品１０が設けられている。金型部品１０は、金型部材１２と、第１から第８のリブ１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０とを備えている。
【００３１】
金型部材１２は、伝熱面となる金型面３４が上面に形成され、温度制御面となる加熱面３６が下面に形成された上板状部３２を備えている。面３６は、「加熱」面と称するが、加熱しても冷却してもよい。金型面３４は、加工物との接触のための形状を形成している。板状部３２は、図１ａに示されるように、略正方形である。金型部品１０は、複数の格子状の板状部３２から構成されている。板状部３２の外周には、無端側壁３８が設けられている。側壁３８は、加熱面３６に対して垂直に突出し、加熱面３６に対して略平行な平面４０上の封止面３９まで延びている。このようにして、加熱面３６、側壁３８の内面および平面４０に囲まれた開口キャビティ４２が形成されている。なお、キャビティ４２は封止面３９内に開口面４３を有している。
【００３２】
各リブ１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０は同様の形状を有するため、ここでは第１のリブ１６についてのみ詳細に説明する。リブ１６は、略平面形状であり、加熱面３６に対して垂直に延びている。リブ１６は、図１ｂに示されるように、断面が凹形状である。リブ１６は、第１の垂直部４４および第２の垂直部４６と、それらを接続するアーチ部４８とを有している。アーチ部４８の下面には、両垂直部４４，４６を接続する１８０度の弓形凹形湾曲５０が形成されている。リブ１６の外面は、金型部材１２の側壁３８および加熱面３６に当接している。
【００３３】
図１ａに示されるように、８つのリブはそれぞれ加熱面３６の中心領域５２から延びており、各リブは板状部材１２の中心点Ｐ周りに等角度で配向している。
【００３４】
特に図１ｂを参照すると、金型部品１０の下に設けられた支持部品５４が示されている。支持部品５４は、面３４に加えられた成形力に対する荷重反力構造として作用するとともに、後述するように、冷却流体を加熱するための流路管を備えている。
【００３５】
支持部品５４は、金型部品１０の側壁３８の延長部分である外壁５６を備えている。支持部品は、支持部品５４の垂直方向長さに沿って延びる内部流体流路管５８を備えている。流路管５８は、加熱または冷却された流体が流入するように構成された流入口６０を有し、流体はついで流路管５８を上昇して流出口６２に到達する。流出口６２は、各リブ１６〜３０の内端が載置される環状面６３を有している。したがって、流入口６０から流出口６２に達した流体は、中心領域５２に向かって進み、そこで加熱面３６に衝突する。リブがあることにより、流体は加熱面３６の外周および側壁３８に向けて外側に導かれる。リブにより放射状の流れが促進されると、側壁３８への衝突により外周での熱伝達が助長されるため有利である。
【００３６】
成形力の一部は、リブを介して流路管５８に伝達される。
【００３７】
なお、各リブにはアーチが設けられているため、流体は金型部品キャビティ４２の外周周りに流れることができる。
【００３８】
加熱または冷却時において、流体の流れは、通常、加熱面３６の中心領域５２に衝突する。リブがあることにより、金型部品１０の体積に対する表面積の割合が増加するため、部品１０の端まで熱エネルギーが伝導しやすくなる。
【００３９】
図１ａおよび１ｂに示されるように、リブはそれぞれ別個の部品である。この例において、例えば、金型部材１２は、アルミニウムや鉄鋼などの成形用剛性材料から構成してもよく、リブは、銅などのより剛性が低く熱伝導率の高い材料から構成することができる。これにより、中心領域５２から周囲への熱伝導が促進される。
【００４０】
上記実施形態の変形例として、リブを金型部材１２と一体化することもできる。
【００４１】
図２ａおよび２ｂを参照すると、そのような一体型の設計が示されている。金型部品１１０は、複数のキャビティ１４２を形成する一体型の金型部材１１２を備えている。
【００４２】
図２ｂを参照すると、各キャビティ１４２は、８つのリブ１１６〜１３０を有している。このように、各キャビティ１４２は、図１ａおよび１ｂに示される実施形態と同様の構造を有している。
【００４３】
図２ｃを参照すると、支持部品１５４に設置された金型部品１１０が示されている。支持部品１５４も、図１ｂに示されるように、リブ１１６〜１３０の内部領域まで上方に向かう各流体流路管１５８を備えている。
【００４４】
支持部材１５４は、流体の加熱／冷却に必要なすべての電気および制御装置を収容する下部１６４と、各キャビティ１４２からのすべての排出流が導かれ、ポート１６８を介して排出される中間排出部１６６とを備えている。金型部品１１０の金型面１３４は、図２ｃにおいて視認可能である。
【００４５】
上述のように、本発明の一実施形態においては、複数のリブが設けられ、各リブが１８０度のアーチを形成している。図３ａおよび３ｂを参照すると、別の金型部品２１０が示されている。金型部品２１０は、４つのリブ２１６，２１８，２２０，２２２を有する金型部材２１２を備えている。金型部材２１２は、金型面２３４および加熱面２３６を形成する板状部２３２を備えている。加熱面２３６は、側壁２３８に囲まれ、側壁２３８は、金型部品１０と同様に、開口キャビティ２４２を形成している。側壁２３８は、仮想封止平面２４０上の封止面２３９まで下方に延びている。
【００４６】
各リブ２１６，２１８，２２０，２２２は、９０度のアーチを形成している。図３ｂの断面に示されるように、リブ２１６，２２０は、合わせて１つの１８０度のアーチを形成している。リブ２１６は、上方に延びて９０度の弓形２５０に至る垂直部２４４を有している。リブ２２０は、上方に反対方向に延びている。リブ２１６，２２０は、１８０度のアーチの頂点の中心領域２５２で合流している。
【００４７】
加熱面２３６は複数の穴２７０を有しており、これにより加熱面２３６全体の表面積が増加し、キャビティ２４２内の流体との間の伝導が促進される。
【００４８】
また、リブ２１６，２２０のアーチの端部と側壁２３８を支持する支持部材２５４も示されている。また、支持部材２５５は、加熱または冷却した流体をキャビティ２４２内に供給するため、支持部材２５５に沿って延びる流体流路管（図示省略）を有している。
【００４９】
図４を参照すると、図３ａおよび３ｂに示されるものと同様の金型部品の一例の斜視図が示されている。金型部品３１０は、複数のキャビティ３４２を有し、各キャビティ３４２は、４つのリブ３１６，３１８，３２０，３２２を有している。図示されるように、連続的に可変的に加熱される金型を得るため、複数のキャビティ３４２が設けられている。
【００５０】
図５を参照すると、別の同様の金型部品４１０が支持部品４５４に装着された状態で示されている。図示されるように、各流体流路管４５８よりキャビティ４４２内に流体が注入される。
【００５１】
図６ａおよび６ｂを参照すると、金型部品１０の変形例が５１０を付して示されている。金型部品５１０は、アーチ部５１４，５１６，５１８を有する支持部品５１２を同様に備えている。
【００５２】
支持部品５１２は、伝熱面５２２が上面に形成され、温度制御面となる加熱面５２４が下面に形成された上板状部５２０を備えている。面５２４は、「加熱」面と称するが、加熱しても冷却してもよい。伝熱面５２２は、図６ｂに示されるように、略平坦かつ平面の連続面である。
【００５３】
加工物との接触およびその成形のため、一定の形状を有する金型面５２６を形成する金型形状部品５２４が設けられている。この金型面５２６に対向して、接触面５２８が設けられている。接触面５２８は、使用時には伝熱面５２２と熱的に接触している。この金型部品は、支持部品５１２の複数の「領域」と接触する連続した一体の部品である（なお、支持部品５１２と金型部品５２４は、図６では明確にするため分解して示されているが、通常の動作時には熱伝導接触している）。
【００５４】
支持部品５１２の各「領域」は、略正方形である。金型部品５１０は、複数の格子状の領域から構成されている。各領域の外周には、無端側壁５３０が設けられている。側壁５３０は、加熱面５２４に対して垂直に突出している。このようにして、加熱面５２４および側壁５３０の内面に囲まれた開口キャビティ５３２が形成されている。
【００５５】
支持部品５１２は、図１ａおよび１ｂの実施形態と同様に、金型面５２６に加えられた成形力に対する荷重反力構造として作用するとともに、冷却流体を加熱するための流路管５３４を備えている。
【００５６】
上記実施形態の変形例として、リブを支持部材５１２と一体化することもできる。
【００５７】
図７を参照すると、図６ｂの断面の変形例が示されており、板状部５２０は、加熱／冷却流体が金型形状部品５２４と直接接触するようにアーチ部５１４，５１６，５１８の周囲が開口している。これにより、金型５１０の熱に対する機敏性が向上する。
【００５８】
本発明の範囲には各種変形例が含まれる。例えば、リブはアーチや弓形でなくてもよい。リブは、他の好適な凹形状で構成されていてもよく、例えば、複数の直線からなるアーチ、Ｖ字形状、Ｗ字形状または同様のいかなる凹形状で構成されていてもよい。
【図１ａ】
2015525693.tif 000003
【図１ｂ】
2015525693.tif 000004
【図２ａ】
2015525693.tif 000005
【図２ｂ】
2015525693.tif 000006
【図２ｃ】
2015525693.tif 000007
【図３ａ】
2015525693.tif 000008
【図３ｂ】
2015525693.tif 000009
【図４】
2015525693.tif 000010
【図５】
2015525693.tif 000011
【図６ａ】
2015525693.tif 000012
【図６ｂ】
2015525693.tif 000013
【図７】
2015525693.tif 000014
【国際調査報告】
2015525693.tif 000015
2015525693.tif 000016