(57)【要約】【課題】必要な製品精度を確保し、成形サイクルタイムを短縮できる成形金型装置および成形方法を得る。【解決手段】高い精度を要する成形品面を成形するためのコアブロック３からなる第１金型部分と、それ以外の成形品面を成形するための固定側の型１，可動側の型２，エジェクタブロック４，スライドブロック５，６からなる第２金型部分とを備え、成形品キャビティ２９に成形材料を充填して成形品を成形する成形金型装置において、成形品キャビティ２９に成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前からコアブロック３を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するための温度調整手段９を設けた。【選択図】図１
2005271429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の成形品面を成形するための第１金型部分と、他方の成形品面を成形するための第２金型部分とを備え、上記第１金型部分と上記第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形金型装置において、上記成形品キャビティに成形材料を充填した後、上記両金型部分を型開きするより前から上記第１金型部分を通じて所定の時間だけ上記成形品を強制冷却するための温度調整手段を設けたことを特徴とする成形金型装置。
【請求項２】
請求項１記載の成形金型装置において、上記第１金型部分の成形面は上記第２金型部分の成形面より高い精度で加工されていることを特徴とする成形金型装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の成形金型装置において、上記第１金型部分と上記第２金型部分との間に断熱層を設けたことを特徴とする成形金型装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の成形金型装置において、上記第１金型部分は、上記第２金型部分よりも熱容量の小さい材料により構成したことを特徴とする成形金型装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の成形金型装置において、上記成形品キャビティを複数個設けたことを特徴とする成形金型装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の成形金型装置において、上記第１金型部分に第１媒体流路を設け、上記第２金型部分に第２媒体流路を設け、上記温度調整手段に高温媒体供給部と低温媒体供給部と媒体切替手段とを設け、上記第１媒体流路と上記第２媒体流路に上記高温媒体供給部から高温媒体を供給して上記第１金型部分と上記第２金型部分とを加熱しておき、上記強制冷却時は上記媒体切替手段を切り替えて上記第１媒体流路に上記低温媒体供給部から低温媒体を供給することにより上記第１金型部分を強制冷却することを特徴とする成形金型装置。
【請求項７】
一方の成形品面を成形するための第１金型部分と、他方の成形品面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形方法において、上記成形品キャビティに上記成形材料を充填した後、上記両金型部分を型開きするより前から上記第１金型部分を通じて所定の時間だけ上記成形品を強制冷却することを特徴とする成形方法。
【請求項８】
請求項７記載の成形方法において、上記第１金型部分に設けた第１媒体流路と上記第２金型部分に設けた第２媒体流路とに高温媒体を流通させて上記両金型部分を加熱しておき、上記強制冷却時は上記第１媒体流路に低温媒体を流通させて上記第１金型部分を強制冷却することを特徴とする成形方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の成形方法において、上記強制冷却を開始するタイミングは、上記成形品キャビティに上記成形材料を充填する充填過程の完了直後、または上記充填過程に続く保圧過程の完了直後、もしくは上記充填過程の完了直後から所定時間経過後のいずれかであることを特徴とする成形方法。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の成形方法において、上記成形材料が樹脂材料のときは、上記成形品の温度がガラス転移点以下になるまで上記強制冷却を実施することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成形金型装置および成形方法に関するもので、特に寸法精度の厳しい成形品を成形する場合に適用する成形金型装置および成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
寸法精度を要する成形品を成形する従来の成形金型の技術としては、例えば、特に寸法精度を要する主円筒部の内周面を成形するためのコアピン（第１金型）と、主円筒部の外周面を成形するための外型部（第２金型）とを備え、これらコアピン（第１金型）および外型部（第２金型）の間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して筒状成形品の成形を行う金型装置において、射出過程から保圧・冷却過程を経て、外型部（第２金型）を筒状成形品の外周面から離隔した後、主円筒部の内周面をコアピン（第１金型）に保持した状態で、このコアピン（第１金型）に設けた第１媒体通路に温度調整手段から低温媒体を供給し、コアピン（第１金型）を通じて主円筒部の内周面を強制冷却するように構成されている。このように、型開き後に寸法精度を要する成形面を第１金型部分に保持した状態で局所的に強制冷却するように構成しているので、離型後においても成形品の熱収縮や内部応力による変形を最小限に抑えることが可能になり、高い寸法精度を確保することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７１８４２号公報（第３頁、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の金型装置は以上のように構成されていたので、局部的に精度の高い成形品を得ることができるが、型開き後に精度を要する部分を強制冷却するために、型開きから離型までの間に強制冷却のための時間が必要である。従って、局部的に精度の高い成形品を得られる替わりに、強制冷却分の時間が余分にかかっていた。成形品の大きさ、材料、形にもよるが、一般的に、一連の成形工程のなかでは冷却工程に多くの時間を要している。成形品の製造過程において、特に量産品の製造においては必要な製品精度を確保しつつ、いかに早い成形サイクルタイムで製造できるかが重要な課題である。従来の金型装置では、型開き後の強制冷却時間がサイクルタイムの短縮の阻害要因となっていた。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、強制冷却のタイミングを工夫することにより、必要な製品精度を確保しつつ、冷却の時間を短縮し全体の成形サイクルタイムを短縮できる成形金型装置および成形方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の成形金型装置は、一方の成形品面を成形するための第１金型部分と、他方の成形品面を成形するための第２金型部分とを備え、第１金型部分と第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形金型装置において、成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前から第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するための温度調整手段を設けたものである。
【０００７】
また、この発明の成形方法は、一方の成形品面を成形するための第１金型部分と、他方の成形品面を成形するための第２金型部分との間に画成される成形品キャビティに成形材料を充填して成形品の成形を行う成形方法において、成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前から第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の成形金型装置によれば、成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前から第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品の強制冷却を行うための温度調整手段を設け、第１金型部分を通じて成形品を強制冷却するようにしたので、成形品を離型した後における成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えながら、成形サイクルを短縮することができる。
【０００９】
またこの発明の成形方法によれば、成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きする前から、第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するようにしたので、成形品を離型した後における成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えながら、成形サイクルを短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１の発明を説明する前に、成形品が変形する原因について説明する。成形過程において成形品が変形を引き起こす原因は、主に次の５つが挙げられる。まず第１の原因として、凝固収縮による変形がある。これは、成形材料が溶融状態から固化状態へ相変態するのに伴って収縮し、変形するものである。第２の原因として、熱収縮による変形がある。これは、成形の際、成形材料が固化した後も、常温まで温度低下するのに伴って、成形材料固有の線膨張係数に依存して収縮し、変形するものである。第３の原因として、熱応力がある。上述した凝固収縮および熱収縮によって、成形品は収縮し変形しようとするが、成形金型から離型されるまでの間は成形金型によってその変形が拘束されるため、拘束される部位には熱応力が発生する。そして離型された後に、この熱応力が解放されることによって変形が引き起こされるものである。第４の原因として、結晶ひずみがある。成形材料が急速に相変態すると、結晶化が十分に促進されず、結晶構造上のひずみが発生し、これにより成形品が変形するものである。第５の原因として、外力による変形がある。成形品が完全に固化していない場合、金型から成形品を離型する際、成形品に外力が加わることによって塑性変形し、外力が解放された後もその変形が残るものである。
【００１１】
従って、上述した５つの原因の発生をそれぞれ制御し、極力抑えることができれば、成形品が成形金型から離型された後においても、成形品の変形は抑えられ、高精度な成形品を得ることができる。本発明は、これら５つの原因の発生を各々制御し、極力抑えることにより、精度の高い成形面を持つ成形品を成形する成形金型装置、および成形方法を提供するものである。
【００１２】
図１は、実施の形態１による成形金型装置を示す概念図である。成形金型の説明をする前に、先ずここで例示する成形金型によって成形される成形品について説明する。図４は成形品を示す図であり、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳ樹脂と略す）から成っている。図の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図のように、成形品２２はベース板部２３とそのベース板部２３に垂直な２本の支柱部２４および２５から構成されている。但し、この形状は一例であり、複数の面から構成されるものであれば特に形状を限定しない。また成形材料も特にＰＰＳ樹脂に限定するものではない。
【００１３】
成形品２２の形状を更に詳細に説明する。ベース板部２３の内側面に対して垂直な２本の支柱部２４および２５は、その内側面を所定の距離を隔てて対向して配置している。また、それぞれの支柱部２４，２５には、貫通穴２４ａ，２５ａを備えている。この２本の支柱部２４，２５が最も精度の要求される箇所であり、特に内側面同士の平行度と、ベース板部２３の内側面に対する直角度に対して高い精度が要求されるものとする。すなわち２２ａ面が高い精度が要求される部分である。
【００１４】
次に図１を参照しながら上記成形金型の構造を説明する。成形金型は金型の動きから分けると固定側の型１と可動側の型２およびそれに組み込まれた複数のブロックとで構成されている。そして、成形材料は金型流入口２６から材料流路２７を通り成形品キャビティ流入口２８を経て成形品キャビティ２９へと充填されるようになっている。この成形金型を本実施の形態の発明の特徴から分けると、高い精度が要求される成形品面を成形するための第１金型部分と、それ以外の成形品面全てを成形する第２金型部分とから成る。第１金型部分はコアブロック３がこれに相当し、図４で説明した成形品２２の２２ａ面を成形するための金型である。また、第２金型部分はそれ以外の成形品面全てを成形する部分であり、固定側の型１と、可動側の型２と、この型２に組み込まれた２個のエジェクタブロック４と、スライドブロック５および６とで構成されている。
【００１５】
固定側の型１は、成形品２２の２２ｂ面を成形する。エジェクタブロック４は、成形品２２の２２ｃ面を成形する。スライドブロック５は、成形品２２の２２ｄ面と支柱部２４の貫通穴２４ａとを成形する。スライドブロック６は、成形品２２の２２ｅ面と支柱部２５の貫通穴２５ａとを成形する。更に図面には表現されていないが、可動側の型２は、成形品２２の２２ｆ面と２２ｇ面とを成形する。これら、固定側の型１，可動側の型２，コアブロック３，エジェクタブロック４，およびスライドブロック５，６の間隙に画成される空間が成形品キャビティ２９である。
【００１６】
上記各金型のブロックのうち、最も精度の要求される２２ａ面を成形するためのコアブロック３すなわち第１金型部分の成形面は高い精度で加工されている。また、コアブロック３の側面には、エジェクタブロック４や可動側の型２と接触する部分に溝が加工されており、断熱層７を形成している。この断熱層７には、熱伝導率の極めて低い綿布を含有したフェノール樹脂や、空孔を多数含有したポーラス状の鋼材を材料として用い、コアブロック３とエジェクタブロック４および可動側の型２との間に介在させている。ただし、材料は上記に限定するものではなく、また空気層のままとしても良い。
【００１７】
金型構成部品の材料には、冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ−４４０）等の鋼材が用いられる。このうち、特に高精度部分を成形するコアブロック３に関しては、他の構成部品よりも熱伝導率が高く、かつ熱容量の小さい材料、例えば銅合金やアルミニウム合金によって成形することが好ましい。ただし、これらの材料も上記に限定するものではない。
【００１８】
上記成形金型を構成する、固定側の型１，可動側の型２，コアブロック３，およびスライドブロック５，６の各内部には、それぞれ金型温度調整用の媒体を流通させる媒体流路１Ａ，２Ａ，３Ａ，５Ａ，６Ａを設けている。これらの媒体流路のうち、コアブロック３すなわち第１金型部分に設けた媒体流路３Ａを第１媒体流路と称し、固定側の型１，可動側の型２，スライドブロック５，６すなわち第２金型部分に設けた媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａを第２媒体流路と称することにする。
【００１９】
まず第２媒体流路から説明すると、媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａは連絡流路８を介して互いに直列に接続し、温度調整手段９の高温媒体供給部１０に接続している。連絡流路８は各ブロックが可動できるようにフレキシブルに構成されている。なお、第２媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａは、必ずしも互いに直列に接続する必要はなく、並列に接続して高温媒体供給部１０に接続しても良いし、個別に高温媒体供給部１０に接続しても良い。また、高温媒体供給部１０を複数台用意して、それぞれの媒体流路を個別に設けても良い。
【００２０】
これに対して第１媒体流路３Ａは、第２媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａとは独立しており、媒体切替手段１２を介して、高温媒体供給部１０と低温媒体供給部１１とに接続している。媒体切替手段１２は、第１媒体流路３Ａに対して高温媒体供給部１０と低温媒体供給部１１とを択一的に接続するための装置であり、４つのバルブ１３〜１６を備えている。具体的には、高温媒体供給部１０から第１媒体流路３Ａに至る高温媒体供給流路１７に設けた第１バルブ１３と、第１媒体流路３Ａから高温媒体供給部１０に戻ってくる高温媒体返送流路１８に設けた第２バルブ１４と、低温媒体供給部１１から第１媒体流路３Ａに至る低温媒体供給流路１９に設けた第３バルブ１５と、第１媒体流路３Ａから低温媒体供給部１１に戻ってくる低温媒体返送流路２０に設けた第４バルブ１６から構成される。これら第１〜第４バルブ１３〜１６は、媒体切り替え制御手段２１からの制御信号に基づいて、それぞれの流路１７〜２０を個別に開閉するように動作する。なお、使用するバルブの種類は問わないが、例えば、制御の応答性の速さ等から、直動形の電磁弁が適している。
このように、第１媒体流路３Ａに対して高温媒体と低温媒体を切り替えて供給するように構成しているため、コアブロック３内に高温媒体と低温媒体の個別の流路を設ける場合に比べて、第１媒体流路の断面積を大きく確保することができ、熱の交換効率を高めることができる。
【００２１】
媒体流路へ流通させる媒体には、熱交換効率に優れ、かつ取扱いが容易な水を適用した。すなわち、高温媒体供給部１０は、媒体である水を所定の高温状態に調整して供給し、低温媒体供給部１１は、媒体である水を所定の低温状態に調整して供給する。なお、媒体は必ずしも水に限定されず、エチレングリコールや各種油等の液体、あるいは飽和蒸気や加熱蒸気等の気体を適用しても良い。
【００２２】
本実施の形態では、後述するように、高温媒体の温度は４２３Ｋとし、約２ｋｇｆ／ｃｍ２、あるいはそれ以上の高圧水を供給するようにしている。一方、低温媒体の温度は２９３Ｋとしているので、特に高圧にする必要はなく、約１ｋｇｆ／ｃｍ２程度とする。このように、高温媒体と低温媒体とに圧力差がある場合には、第１〜第４バルブ１３〜１６の開閉切り替えを同時に行うと、高圧の高温媒体が低温媒体供給流路１９へ逆流する事態が発生することになる。このため、第１媒体流路３Ａに供給する媒体を高圧の高温媒体から低圧の低温媒体に切り替える場合、低温媒体供給流路１９に設けた第３バルブ１５の開きタイミングを、その他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。逆に、第１媒体流路３Ａに供給する媒体を低圧の低温媒体から高圧の高温媒体に切り替える場合には、高温媒体供給流路１７に設けた第１バルブ１３の開きタイミングを、その他のバルブの開閉タイミングよりも所定の時間だけ遅らせるようにしている。こうすれば、チェックバルブ等の方向制御バルブを用いなくても、高圧の高温媒体が逆流するのを防止することができる。
【００２３】
なお、コアブロック３が小さいため内部に媒体流路３Ａを直接設置することが困難な場合は、熱伝導率の優れる材料やヒートパイプなどを代わりに設置し、その根元部に媒体流路３Ａを通すことで、間接的に温度調整しても良い。また、媒体を用いないで、例えば、コアブロック３等の金属部分に加熱素子や冷却素子を埋設するようにしても良く、また伝熱ヒータを設置するようにしても良い。
【００２４】
次に動作について説明する。図２は、実施の形態１の成形金型装置による成形品の成形過程を示す説明図である。図３は、成形品の成形過程において、各媒体流路に供給する高温媒体と低温媒体の切り替え様態を示す図である。以下、これらの図を参照しながら、本実施の形態の成形金型による成形品の成形方法について説明する。
【００２５】
図３に示すように、成形品の成形は、型閉め過程→充填過程→保圧過程→冷却過程→型開き過程→離型過程を経て最初の型閉め過程へと順に繰り返すことにより、連続的に成形が行われる。
【００２６】
まず、図２（ａ）に示すように、固定側の型１に対して、可動側の型２を突き合わせることで、成形金型を相互に閉塞する。この動作に連動させ、コアブロック３とエジェクタブロック４、およびスライドブロック５，６を成形金型の内部に配置する（型閉め過程）。この段階で、第１媒体流路３Ａと第２媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａには高温媒体を供給し、各金型ブロックを所定の温度に加熱しておく。この状態から、図２（ｂ）に示すように、溶融状態の成形材料３０を金型流入口２６より注入する。このときの成形材料３０の温度は、ＰＰＳ樹脂の場合は約５７３Ｋ程度である。溶融状態の成形材料３０は、材料流路２７から成形品キャビティ流入口２８を通り成形品キャビティ２９へと充填される（充填過程）。その後、充填された成形材料３０は相変態を伴って体積収縮するので、その収縮分を補うために、成形材料３０に所定の圧力を与え続ける（保圧過程）。充填過程が完了し保圧過程に入ると同時に、第１媒体流路３Ａに対しては、これまで供給していた高温媒体から低温媒体に切り替えて、コアブロック３に対し強制冷却を開始する。次に、充填された成形材料３０が成形品キャビティ２９の形状を維持できるまで相変態を進行させ固化させる（冷却過程）。次に、図２（ｃ）に示すように、可動側の型２を固定側の型１より離隔させ、その動作に連動させ、スライドブロック５，６を成形品２２より離隔する（型開き過程）。この段階でも、第１媒体流路３Ａに対しては、低温媒体を流通させている。次に、図２（ｄ）に示すように、エジェクタブロック４により成形品２２の２２ｃ面を突き出すことによって、成形品２２を離型させる（離型過程）。同時に、コアブロック３の温度を再び昇温するために、第１媒体流路３Ａに対して低温媒体から高温媒体に切り替える。その後、再び、図２（ａ）に示すように、可動側の型２を、固定側の型１に対して突き合わせて成形金型を相互に閉塞し、コアブロック３，エジェクタブロック４，およびスライドブロック５，６を成形金型の内部に配置する（型閉め過程）。これらの過程を順次繰り返すことで連続的に成形品を製造することができる。
【００２７】
上記のように、第１媒体流路３Ａは、保圧過程から次の型閉め過程に至るまでは低温媒体を流通させ、それ以外は高温媒体を流通させている。第２媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａには、全ての過程で高温媒体を流通させている。次にこれらの媒体の具体的な温度設定について説明する。
【００２８】
型閉め過程から充填過程が終わるまでを両媒体流路とも高温媒体を流通させているのは、成形品キャビティ２９に成形材料３０を充填する際に成形材料３０の良好な流動性を確保するとともに、できる限り成形材料３０の温度低下を抑えることにより、ウェルド部（再合流部）の強度を向上させるためと、成形材料３０の急激な温度低下を抑えて成形材料３０の結晶化を促進させることで結晶ひずみの発生を抑えるためである。そのため、この成形材料の流動性やウェルド強度、結晶ひずみを考慮した場合、各構成金型の温度はできる限り高いことが望ましい。しかしながら、温度が高すぎると、次の冷却過程において成形品２２と材料流路２７部分が十分に冷却されないため、その取り出し時に不具合が発生し、型開き過程において成形材料の流路部が所望としない箇所で引き裂かれたり、成形品２２の最表層部が剥離して金型表面に残留したり、エジェクタブロック４が成形品２２を傷つけて最悪の場合突破るといった不具合が生じる。さらに、成形材料から発生する分解ガスの量が増大し、成形金型の腐食を促進させる恐れもある。そこで、これらの不具合を発生させない温度として、成形材料がＰＰＳ樹脂の場合は高温媒体の温度の上限値を４２３Ｋ程度とした。
【００２９】
一方、ＰＰＳ樹脂のような結晶性樹脂を適用した場合、上述した上限値の他に、下限値も設定する必要がある。すなわち、結晶性樹脂の場合には、これ以上は結晶化が進行しないという最大の結晶化度（飽和結晶化度）が存在する。成形品の結晶化度がこの飽和結晶化度に到達しなかった場合には、結晶ひずみが増大し、これが内部応力として作用するため、寸法精度を低下させる要因となる。結晶化度は、溶融状態から固化する際の冷却速度にも依存し、例えば、成形金型を加熱することなく充填過程からいきなり室温まで急冷すれば、結晶化が進まず飽和結晶化度に達しない。そこで、寸法精度の良い成形品を得るためには、成形過程中に成形品の結晶化度を飽和結晶化度に到達させる必要がある。ＰＰＳ樹脂の場合には、４０３Ｋ以上であれば飽和結晶化度に到達する。ただし、ＰＣ樹脂に代表される非晶性樹脂の場合には、結晶構造を有しないので、金型温度の下限値は特に限定されない。
【００３０】
これらの理由から、成形材料としてＰＰＳ樹脂を適用する場合には、成形品キャビティ２９に成形材料を充填する際は、第１金型部分および第２金型部分共に４０３〜４２３Ｋの温度範囲に保温しておくことが好ましい。そこで、本実施の形態では、上記温度範囲の上限値である４２３Ｋとなるように、高温媒体供給部１０から第１媒体流路３Ａと第２媒体流路１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａに供給する高温媒体の温度を４２３Ｋとした。なお、成形材料としてＰＰＳ樹脂以外のものを適用する場合には、最適な温度範囲も異なるものとなり、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００３１】
次に、保圧過程から離型過程の間において第１媒体流路３Ａに対して低温媒体を供給する理由について説明する。特定の成形面の精度を確保する技術は、背景技術の項で例示した方法、つまり、充填過程から保圧過程と冷却過程を経て型開きした後に、更に精度を要する形成面を金型に保持したまま強制冷却するような方法がある。その方法は、高い寸法精度が要求される部分を金型で拘束する一方、比較的寸法精度の要求されない他の部分の拘束を解除してその自由な変形を招来することができるようにし、熱応力による変形を抑制しようとするものである。しかし、強制冷却するために第１媒体流路３Ａに対して低温媒体の供給を開始しても、コアブロック３を介して成形品２２を冷却しているために、媒体の温度が成形品２２に伝達されるまでに時間的なずれが発生する。従って、この時間差の分を考慮して、型開き過程よりも前から低温媒体を供給してやれば、型開き過程以降の強制冷却時間を短縮することができ、成形サイクルタイムを短縮することができることになる。そこで、本実施の形態では、充填過程が終わると型開きを待たずに、図２（ｂ）の状態でコアブロック３を成形材料のガラス転移点以下の温度になるまで強制冷却するものである。
【００３２】
なお、図２（ｂ）の状態で強制冷却を開始すれば、冷却によって成形品が収縮し、金型に拘束されているため熱応力が発生するが、成形品が単純な形状であれば、変形が拘束される部位が少なく、熱応力の発生が小さい。そのため、成形品の型開き過程前から強制冷却を行っても、熱応力による成形品の変形は小さくてすむ。
【００３３】
図２（ｂ）の状態でガラス転移点以下まで冷却するのは次の理由による。すなわち、成形品の温度がガラス転移点以上の温度から室温と同程度の温度まで冷却される場合は、相変態に伴う凝固収縮による変形と、線膨張係数に依存した熱収縮による変形を加算した量の変形が発生するのに対して、成形品の温度がガラス転移点以下の温度から室温と同程度の温度まで冷却される場合は、線膨張係数に依存した熱収縮による変形のみとなる。また、成形品が離型される際、成形品の温度がガラス転移点以上である場合は、成形品が完全に固化しておらず、離型に伴って成形品に外力が加わると変形する。そこで、精度を要求される面は離型の直前まで冷却してできるだけ室温に近づけ、その他の面は少なくともガラス転移点以下となるように強制冷却するものである。本実施の形態で適用したＰＰＳ樹脂のガラス転移点は約３６３Ｋに存在する。そこで、離型過程までに成形品２２をできる限り室温まで冷却できるよう、低温媒体の温度は２９３Ｋとした。
【００３４】
強制冷却する時間は、成形品２２においてコアブロック３に接触する面である２２ａ面が所望とする温度まで冷却するのに要する時間で決定される。結晶性樹脂であるＰＰＳ樹脂を適用した本実施の形態では、一例として成形品２２の長さが数ｃｍ程度の場合、支柱部２４，２５とベース板部２３の温度がガラス転移点以下までに冷却するのに要する時間はおよそ１０秒以上である。保圧過程から型開きが開始されるまでが１５秒程度必要とするので、型開き後に成形品が室温に強制冷却されるまで待機する必要がなく、直ちに成形品２２を離型することができる。成形サイクルタイムが１分程度なので、１０秒の短縮は生産効率の向上に大きく寄与できる。
なお、強制冷却する際の低温媒体の温度および強制冷却の継続時間については、当然成形品の形状や材質によって異なるので、形状や材料が異なれば上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００３５】
コアブロック３を強制冷却するための流路媒体の切り替えは、温度調整手段９の媒体切替手段１２にあるバルブの開閉タイミングを媒体切り替え制御手段２１により制御することにより行う。つまり、第３および第４バルブ１５，１６を開く一方、第１および第２バルブ１３，１４を閉じることにより、第１媒体流路に供給される媒体を瞬時に切り替えることができる。コアブロック３は前述のように、熱伝導率が高くかつ熱容量の小さい材質によって構成しており、またその側面に断熱層７を設けているため、強制冷却時に可動側の型２やエジェクタブロック４からの伝熱を抑制できる。これらの結果、コアブロック３を所望の温度に調整するのに要する時間を短縮でき、生産効率を向上させることができる。
【００３６】
以上までの説明では、第１金型部分に対する強制冷却は、充填過程完了直後から開始するものとした。しかし、金型の形状，大きさ，材質等によって、媒体温度が第１金型部分を通じ成形品へ伝導されるまでの時間が異なる。また、成形品の材料，大きさ等によって冷却過程に要する時間が異なる。そこで、強制冷却の開始のタイミングは、保圧過程完了直後からとしても良い。または、充填過程完了直後から所定時間経過後としても良い。通常の場合、図３の冷却過程に於ける冷却時間は強制冷却の時間より長いので、その間に強制冷却を実施すれば、冷却過程が終わると直ちに型開き過程，離型過程へと進めることができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前から第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するための温度調整手段を設け、第１金型部分を通じて成形品を強制冷却するようにしたので、成形品を離型した後においても、成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えながら、成形サイクルを短くできる。
【００３８】
また、第１金型部分の成形面は第２金型部分の成形面より高い精度で加工されているので、高い精度が求められる成形面を強制冷却することで、成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えて、高精度の成形品面を持つ成形品を成形できる。
【００３９】
また、第１金型部分と第２金型部分との間に断熱層を設けることで、第２金型部分の熱の影響を受けずに、短時間で第１金型部分の温度を調整することができ、成形効率を向上させることができる。
【００４０】
また、第１金型部分を、第２金型部分よりも熱容量の小さい材料により構成することで、成形品を強制冷却する際、または、第１金型部分を加熱する際に、第１金型部分を短時間で所望の温度に調整することができ、成形効率を向上させることができる。
【００４１】
また、第１金型部分に第１媒体流路を設け、第２金型部分に第２媒体流路を設け、温度調整手段に高温媒体供給部と低温媒体供給部と媒体切替手段とを設け、第１媒体流路と第２媒体流路に高温媒体供給部から高温媒体を供給して両金型部分を加熱しておき、強制冷却時のみ媒体切替手段により第１媒体流路に低温媒体を供給して第１金型部分を強制冷却するようにしたので、成形材料が成形品キャビティに充填される際、成形材料の温度低下を抑えて流動性を確保することができると同時に成形材料の急激な冷却が抑えられるので、成形品を離型した後における成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えながら、成形サイクルを短縮できる効果に加え、結晶化を促進させ、結晶ひずみによる成形品の変形を最小限に抑えることができる。
【００４２】
また、強制冷却は、成形品キャビティに成形材料を充填する充填過程の完了直後、または保圧過程の完了直後、もしくは充填過程の完了直後から所定の時間経過後のいずれかから開始するようにしたので、成形品の形状や大きさによって最適の成形サイクルに制御することができる。
【００４３】
また、成形材料が樹脂材料のときは、成形品の温度がガラス転移点以下になるまで強制冷却するようにしたので、成形品が完全に固化し、成形品を離型する際に外力による成形品の変形を最小限に抑えることができると同時に、凝固収縮、結晶ひずみ、熱収縮による成形品の変形を最小限に抑えることができる。
【００４４】
実施の形態２．
図５は、本実施の形態２による成形金型装置を示す概念図である。実施の形態１と異なるのは、成形キャビティが複数個（本実施の形態では２個）ある点と、成形品の形状が少し異なる点であり、それ以外の基本的な構造と成形方法は実施の形態１と同じである。従って、異なる部分を中心に説明する。
【００４５】
図７は本実施の形態による成形品の一例を示す図である。図の（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。成形品４４はＰＰＳ樹脂からなり、円弧状の成形品曲面４４ａと、第１成形品平面４４ｂと、第２成形品平面４４ｃと、第１つめ部端面４４ｄと、第２つめ部端面４４ｅと、第１成形品側面４４ｆと、第２成形品側面４４ｇとから構成されており、このうち円弧状の成形品曲面４４ａが特に高い曲率精度が要求されているものとする。ただし、この形状は一例であり、成形品の形状は複数の面から構成されるものであれば特に限定されない。また成形材料も特にＰＰＳ樹脂に限定するものではない。
【００４６】
次に図５に従って成形金型の構造を詳細に説明する。図の成形金型は、同時に２個の成形品が成形できる２個取りの成形金型の例であり、第１成形品キャビティ３９Ａと第２成形品キャビティ３９Ｂを配置している。また、各成形品キャビティに成形材料を導く流路は、金型流入口４０と第１材料流路４１、第２材料流路４２、および成形品キャビティ流入口４３Ａ，４３Ｂから構成されている。高い精度が求められる成形品面を成形するための第１金型部分は、成形品曲面４４ａを成形するためのコアブロック３３に相当する。また、第２金型部分はそれ以外の成形品面全てを成形する部分であり、第２成形品平面４４ｃを成形する固定側の型３１と、第１成形品平面４４ｂ，第２つめ部端面４４ｅ，第１，第２成形品側面４４ｆ，４４ｇを成形するための可動側の型３２と、第１つめ部端面４４ｄを成形するためのエジェクタブロック３４と、流路の一部を成形し離型時のエジェクタとなるエジェクタブロック３５から構成される。このうち、エジェクタブロック３４，３５は可動側の型３２に組み込まれている。また、コアブロック３３は、他の成形金型構成部品よりも熱伝導率が高く、熱容量の小さい銅合金またはアルミ合金等を使用し、かつ高い精度で加工されており、断熱層３６を介在して可動側の型３２に固定されている。なお、断熱層３６の材料や構成は、実施の形態１で説明したものと同等なので、説明は省略する。コアブロック３３以外の成形金型構成部品は、冷間金型用合金工具鋼（ＳＫＤ−１１）やステンレス鋼（ＳＵＳ−４２０、ＳＵＳ−４４０）などの鋼材によって形成するが、これに限定するものではない。
【００４７】
固定側の型３１、可動側の型３２、コアブロック３３の各内部には、それぞれ金型温度調整用の媒体を流通させる流路３１Ａ、３２Ａ、３３Ａを設けている。このうち、固定側の型３１、可動側の型３２に設けた媒体流路３１Ａ，３２Ａ（以下、これらをまとめて第２媒体流路と称す）は、連絡流路３７を介して互いに直列に接続し、温度調整手段９の高温媒体供給部１０に接続されている。一方、コアブロック３３に設けた媒体流路３３Ａ（以下、これを第１媒体流路と称す）は、第２媒体流路３１Ａ，３２Ａとは独立しており、連絡流路３８を介し媒体切替手段１２を経由して、高温媒体供給部１０と低温媒体供給部１１とに接続している。なお、金型温度調整用の媒体には、熱交換効率に優れ、かつ取扱いが容易な水を使用しているが、これに限定するものではない。
温度調整手段９は実施の形態１で説明した図１に示すものと同等なので、符号の説明と動作の説明は省略する。媒体の設定温度等も実施の形態１と同等なので説明は省略する。
【００４８】
次に動作について説明する。図６は、実施の形態２の成形金型装置による成形品の成形過程を示す説明図である。成形品の成形過程において、第１媒体流路３３Ａに流れる高温媒体と低温媒体の切り替え状態は、実施の形態１で説明した図３と同等なので、以下、図３を適宜参照しながら説明する。成形は、型閉め過程→充填過程→保圧過程→冷却過程→型開き過程→離型過程→型閉め過程の順に繰り返すことにより連続的に行われる。
【００４９】
まず、図６（ａ）に示すように、固定側の型３１に対して、可動側の型３２を突き合わせることで、成形金型を相互に閉塞する。同時にコアブロック３３、エジェクタブロック３４，３５を成形金型内部に配置する（型閉め過程）。この状態から、図６（ｂ）に示すように、溶融状態の成形材料４５を成形金型流入口４０より注入する。成形材料４５は、まず第１材料流路４１を流れ、続いて第２材料流路４２で両側へ分流し、それぞれ第１，第２成形品キャビティ流入口４３Ａ，４３Ｂを通り、第１，第２成形品キャビティ３９Ａ，３９Ｂへと充填されていく（充填過程）。充填された成形材料４５は相変態を伴って体積収縮するので、その収縮分を補うために図６（ｃ）の状態で成形材料４５に所定の圧力を与え続ける（保圧過程）。充填過程が完了し保圧過程に入ると、第１媒体流路３３Ａに対しては、それまで供給していた高温媒体から低温媒体に切り替えて、コアブロック３３の強制冷却を開始する。そしてこの状態から、充填された成形材料４５が、成形品キャビティ３９Ａ，３９Ｂの形状を維持できるまで相変態を進行させ固化させる（冷却過程）。その後、図６（ｄ）に示すように、可動側の型３２を固定側の型３１より離隔させ、エジェクタブロック３４，３５により成形品４４の第１つめ部端面４４ｄと材料流路の中央部を突き出すことによって、成形品４４を離型する（型開き過程、離型過程）。離型と同時に、コアブロック３３の温度を再度昇温させるために、第１媒体流路３３Ａに対して、低温媒体から高温媒体に切り替える。そして、再び、図６（ａ）に示す状態（型閉め過程）に戻り、上述の過程を順次繰り返し実施することで連続的に成形を行う。
【００５０】
図３に示すように、第２媒体流路３１Ａ，３２Ａに対しては、一連の成形過程中において、高温媒体供給部１０から高温媒体を常に供給し続け、固定側の型３１と可動側の型３２を加熱しておく。また、第１媒体流路３３Ａに対しては、型閉め過程から充填過程に至るまでの間は、高温媒体供給部１０から高温媒体の供給を行い、充填過程の完了直後から離型過程の間においては、第１媒体流路３３Ａに対して低温媒体供給部１１から低温媒体を供給し、コアブロック３３を強制冷却する。本実施の形態で適用した成形材料はＰＰＳ樹脂であり、実施の形態１で説明したのと同様な理由により、この高温媒体の温度は４２３Ｋ、低温媒体の温度は２９３Ｋとしている。なお、成形材料としてＰＰＳ以外のものを適用する場合には、最適な温度条件も異なるものとなり、適宜変更する必要がある。
【００５１】
以上の説明では充填過程完了直後から強制冷却するものとしたが、強制冷却の開始タイミングは、実施の形態１と同様に、保圧過程完了直後から、または、充填過程完了直後から所定の時間経過後としても良い。
成形品４４のように単純な形状であれば、冷却によって成形品が収縮し、変形しようとするが成形金型によってその変形が拘束される部位が少なく熱応力の発生が小さい。そのため、成形品の型開き過程前から強制冷却しても、熱応力による成形品の変形は小さい。成形品キャビティに成形材料を充填した後、型開きの前から強制冷却することで、型開き過程以降の強制冷却時間を短縮することができ、高精度な成形品を極めて効率的に成形することが可能になる。
【００５２】
強制冷却を継続する時間は、成形品４４が所望とする温度まで冷却するのに要する時間で決定される。ＰＰＳ樹脂を適用した本実施の形態においては、一例として、成形品の側面長が数ｃｍ程度の場合でおよそ１５秒以上である。保圧過程から型開き過程が開始されるまでが１５秒程度必要とするので、型開き過程後において、成形品が室温に強制冷却されるまで待機する必要がなく、直ちに成形品４４を離型することができる。
強制冷却する際の低温媒体の温度および強制冷却の継続時間については、成形品の形状や大きさ、材料等により、上述した条件に応じて適宜変更する必要がある。
【００５３】
なお、上記までの説明では、成形キャビティが２個の場合について述べたが、３個以上としても良い。そうすれば、更に生産効率を高めることができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、複数の成形品キャビティに成形材料を充填した後、両金型部分を型開きするより前から第１金型部分を通じて所定の時間だけ成形品を強制冷却するための温度調整手段を設け、第１金型部分を通じて成形品を強制冷却するようにしたので、成形品を離型した後においても、成形品の熱収縮や内部応力による変形量を最小限に抑えながら、成形サイクルを短くでき、更に、複数個を同時に成形できるので、より一層成形品の成形サイクルの短縮化が図れる。
【００５５】
また、実施の形態１と同様に、第１金型部分に第１媒体流路，第２金型部分に第２媒体流路を設け、両媒体流路に高温媒体を供給しておき、強制冷却時のみ温度調整手段により第１媒体流路に低温媒体を供給するようにしたので、成形材料が成形品キャビティに充填される際、成形材料の温度低下を抑え、流動性を確保することができると同時に成形材料の急激な冷却が抑えられるので、結晶化を促進させ、結晶ひずみによる成形品の変形を最小限に抑えることができる。
更に、第１金型部分の成形面を第２金型部分の成形面より高い精度で加工したための効果や、第１金型部分と第２金型部分との間に断熱層を設けることの効果等、実施の形態１で説明した効果は、本実施の形態でも同様に得ることができる。
このように、凝固収縮、熱収縮、熱応力、結晶ひずみ、外力による成形品の変形を最小限に抑え、高精度な成形品を極めて効率良く成形することができる。
【００５６】
なお、実施の形態１および２において、成形材料は結晶性樹脂であるＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）の場合について説明したが、その他の成形材料を用いても同様の作用効果を期待できる。例えば、以下の成形材料が適用できる。（１）ポリオレフィン系樹脂、（２）脂肪族ポリアミド系樹脂、（３）芳香族ポリアミド系樹脂、（４）ポリエステル系樹脂、（５）結晶性樹脂、（６）非晶性樹脂、（７）液晶ポリマー、等である。また、これらのアロイや、ガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂であっても良い。
【００５７】
また、樹脂以外でも、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金などに代表される、金属材料のダイカスト成形金型にも適用することができる。
【００５８】
また、無機材料を用いた粉末成形にも適用することが可能である。この種の粉末成形としては、セラミック射出成形、金属粉末射出成形、超硬合金射出成形などがある。これらの粉末成形では、成形材料に可塑性を付与するためにバインダが混入される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
樹脂成形金型以外にも金属材料のダイカスト成形金型や無機材料の粉末成形金型等の広範囲な成形金型に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による成形金型装置を示す概念図である。
【図２】この発明の実施の形態１による成形過程を説明する説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による成形過程において各媒体流路に供給する媒体の切り替え態様を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による成形品を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による成形金型装置を示す概念図である。
【図６】この発明の実施の形態２による成形方法を説明する説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による成形品を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  固定側の型                          ２  可動側の型
１Ａ，２Ａ，５Ａ，６Ａ  第２媒体流路    ３Ａ  第１媒体流路
３  コアブロック（第１金型部分）        ４  エジェクタブロック
５，６  スライドブロック                ７  断熱層
９  温度調整手段                      １０  高温媒体供給部
１１  低温媒体供給部                    １２  媒体切替手段
２２  成形品                            ２９  成形品キャビティ
３０  成形材料                          ３１  固定側の型
３２  可動側の型                        ３１Ａ，３２Ａ  第２媒体流路
３３  コアブロック（第１金型部分）      ３３Ａ  第１媒体流路
３４，３５  エジェクタブロック          ３６  断熱層
３９Ａ，３９Ｂ  成形品キャビティ        ４４  成形品
４５  成形材料。
【図１】
2005271429.tif 000003
【図２】
2005271429.tif 000004
【図３】
2005271429.tif 000005
【図４】
2005271429.tif 000006
【図５】
2005271429.tif 000007
【図６】
2005271429.tif 000008
【図７】
2005271429.tif 000009