(57)【要約】製品を鋳造する方法とそれに使用される鋳型を開示している。本発明で使用する鋳型は、鋳型キャビティの表面がインダクションヒーティングの如き種々の通常の方法を用いて迅速にかつ均等に加熱されることに特徴を有する。また鋳型キャビティの表面は鋳型キャビティの表面層の下にシェル形状として合体された所定の絶縁層を通しての熱伝導によって冷却され、及び／又は上記表面は絶縁層中に構成されたマイクロチャンネルを通して冷却流体を循環させることによって急速に冷却され、それによって鋳造サイクルに必要な時間を減らしかつ鋳造部品の品質を改善する。
2004536724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型キャビティの表面層を加熱し、上記鋳型キャビティ内に鋳込材料を満たしそして冷却する工程を含む製品の鋳造方法において、
鋳型がキャビティと、マイクロチャンネル又はマイクロ孔を有する絶縁層を含む一体型のシェルと、上記鋳型の本体とを含み、
上記鋳型キャビティの表面層はインダクションヒーティングにより 0.5 乃至 20 秒間 50 乃至 400℃の温度に消極的に又は積極的に加熱され、
上記鋳型キャビティの表面層は、上記鋳型の本体内の冷却管を通して冷却流体を循環させることによって、及び又は上記表面層の下の反対側で上記絶縁層中のマイクロチャンネルを通して冷却流体を循環させることによって、上記鋳型に鋳造材料を鋳込んだ後 0.1乃至 20 秒以内冷却されることを特徴とする製品の鋳造方法。
【請求項２】
上記鋳型キャビティの表面の一部の温度上昇を回避する必要があるとき、上記シェルの一部が低磁気共鳴材料と取り換えられることを特徴とする請求項１に記載の製品の鋳造方法。
【請求項３】
冷却流体は前記加熱と冷却工程の両方の間上記鋳型本体内に設けられた冷却管を通して連続的に循環させられることを特徴とする請求項１に記載の製品の鋳造方法。
【請求項４】
冷却流体は上記冷却工程の間上記マイクロチャンネルを通して循環させられることを特徴とする請求項１に記載の製品の鋳造方法。
【請求項５】
上記加熱工程中、上記加熱は、絶縁層中の上記マイクロチャンネルを通過する冷却流体の循環を完全に止めそして圧縮空気又は真空によって上記マイクロチャンネルからくる上記冷却流体を除いた後に行われ、その後やがて冷却流体の循環が冷却工程中に行われることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の製品の鋳造方法。
【請求項６】
製品の鋳造のための鋳型において、
キャビティと、
一体型のシェルとを含み、上記シェルは上記キャビティの表面として役立つ予定の厚さをもつ表面層と、上記表面層の下の反対側に配列されたマイクロチャンネル又はマイクロ孔を含む絶縁層とを含み、更に上記鋳型は、
上記絶縁層が接触する上記鋳型の本体を含むことを特徴とする鋳型。
【請求項７】
上記シェルはインダクションヒーティングによって十分加熱することができる材料からなることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項８】
上記本体と接触する上記シェルは上記鋳型の左側と右側間のパーティング面の境界線でのみ合体されることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項９】
上記シェルは 1 乃至 25 mm 厚さを、そして上記加熱層は 0.3 乃至 10.0 mm 厚さをもつことを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載鋳型。
【請求項１０】
上記絶縁層はその面積部分が表面層の 20 乃至 90 ％となるマイクロチャンネル又はマイクロ孔を含むことを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１１】
上記マイクロチャンネルは上記絶縁層中に直線形に又は波形に形成されることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１２】
上記マイクロチャンネルは 0.3 乃至 10.0 mm 幅をもつことを特徴とする請求項６、７、８、１０及び１１の何れか１項に記載の鋳型。
【請求項１３】
上記マイクロ孔は 0.3 乃至 10.0 mm の直径をもつことを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１４】
上記鋳型のキャビティの表面の一部の温度上昇を避ける必要があるときには、加熱層と絶縁層を含む上記シェルの一部を低磁気共振材料に代えることができることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１５】
加熱と冷却の両期間中冷却管を通して冷却流体を連続的に循環させるために、冷却管が上記鋳型の本体に設けられることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１６】
上記鋳型の本体用の上記冷却管の他に別途の冷却管が、冷却期間中上記マイクロチャンネルを通して冷水のような冷却流体を循環させるために、上記絶縁層のマイクロチャンネルに直接連結されることを特徴とする請求項６に記載の鋳型。
【請求項１７】
請求項１に記載の鋳造方法によって造られた製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品の鋳造のための方法及びそれに用いる鋳型に関 する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラスチックのような製品の成形はインジェクションモールド法（射出成形）、ブローモールド法（吹き込み成形）、サモフォーミング法（熱成形）等の方法を用い、変形が可能な温度に加熱された成形材料、たとえば、熱可塑性物質、セラミック、金属等を鋳型のキャビティに鋳込んだ後、鋳型キャビティの形態に複製して製作し、変形しない温度に冷却した後鋳型から取り出して成形品を製造する。
鋳型に成形材料を鋳込んで成形した後、成形品を取り出してさらに成形材料を鋳込む過程を繰り返し行うことを成形サイクルといい、このような成形サイクルに必要な時間は成形生産性を示す。
【０００３】
通常、成形サイクルを短縮するための方法として鋳型の温度をできるだけ低くして冷却時間を短縮させるが、このような場合、冷却時間は減らすことはできるが、加熱された成形材料が鋳型に鋳込まれる段階において、低い温度の鋳型キャビティの表面と接する境界面で急冷されて流動抵抗が大きくなって成形品の表面に欠陥が生じるか、又は流動による応力が多く発生して成形品内に成形後残留応力が過度に発生し、成形品の品質が低下することもある。
【０００４】
また、厚さが薄く、かつ長い流路を有する成形品の場合、未成形になることもあり、これを防止するために厚さを厚くして設計するほかない等の様々な問題がある。
また、成形品を鋳型内で急冷する場合、十分な結晶化が起こりにくいため、成形品の性能が十分発現されない場合もある。
【０００５】
このような問題を改善するために、鋳型の温度を高める方法を用いるが、鋳型全体の温度を高め、再度低めることを繰り返す工程はサーマルマス（Thermal mass）が大きいため成形サイクルの時間が長くなり、生産性に劣るので、一般的に鋳型表面の薄い層を加熱させる方法を用いる。
加熱される層と鋳型本体との間には断熱層を構成する。
【０００６】
しかし、このような方法は加熱と冷却間の温度差が大きい場合、加熱層と断熱層が剥離する問題、加熱時間と冷却時間との間の相関関係を同時に満たさないため、全体的な成形サイクル時間を大きく減らさない問題、加熱及び冷却過程において鋳型キャビティの表面に均一な温度を得ることが難しく、又は所望の温度への制御に制約を受ける等の問題を示している。
【０００７】
たとえば、米国特許第５２３４６３７号は、０．０１〜０．１ｍｍの銅で加熱層を構成し、絶縁物質で断熱層を構成するとともに、電気加熱方法と鋳型内のチャンネルを用いる冷却方式を採用する技術を提供しているが、電極の設計上、曲面の場合、電気が均一に流れないため、均一な温度分布を得ることが難しく、加熱層及び断熱層の厚さが薄いため冷却効果に優れるという利点があるが、厚さが薄すぎるため、特に加熱層を均一にコーティングすることが難しく、このように均一でない厚さにコーティングされている場合、電気が均一に流れず、これによって発熱が均一でないため、過熱及び焼損のおそれが高いという短所があり、特に高温の条件で加熱させる場合、加熱層及び断熱層の剥離現象が発生し得る。
【０００８】
なお、米国特許第５０６４５９７号は、電気加熱方法を採用し、０．２５〜２．５４ｍｍ程度の厚さを有する多層構造で加熱層及び断熱層を構成した技術を提供しているが、ここでも加熱と冷却による層の剥離現象が発生する問題があり、均一に加熱させることが難しいという問題がある。
なお、米国特許第５０４１２４７号は、カーボン鋼、ステンレス鋼等の加熱層と多孔性メタル、プラスチック等の断熱層から構成される多層構造を採用し、鋳型本体上の冷却管を通じて冷却する方式の技術を提供しているが、加熱層と断熱層を結合した場合、加熱と冷却の温度差が大きく発生すると、剥離現象が起こるしかない限界を示しており、また、鋳型本体を冷却するので冷却時間もまた長い。
すなわち、上記のように従来提供されている種々の技術は、加熱及び冷却方法の効率的な組合せを通じて成形サイクル時間を短縮する側面と連携して鋳型キャビティ表面の加熱層が最適の厚さを有するように設計する方法であるが、耐久性に劣り、均一な加熱が難しく、成形サイクル時間をより効果的に短縮する方法を提示していない実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、このような点に鑑みて案出されたものであって、任意の曲面を有する成形品を成形するに当たって、鋳型のキャビティを構成するローサマールマス（Low thermal mass）の加熱層（Heating layer）とその背面に空気層を有する断熱層（Insulation layer）の２つの機能を行うシェルを含んで鋳型を構成することによって、加熱層と断熱層の剥離現象を根本的に除去することによって、耐久性を高め、高温成形を行うことによって成形品の品質改善及び性能の向上を図り、またこのような鋳型キャビティの表面をインダクションヒーティング方法等を用いて積極的に早くて均一に加熱させ、また、冷却管に冷媒を循環させて早く冷却する方法を用いて加熱効果と冷却効果を同時に満たすことによって、成形サイクル時間の短縮を通じた成形生産性の向上を期待できる、製品の成形のための方法及びそれに用いる鋳型を提供することにその目的がある。
もちろん、本発明では、鋳型キャビティ表面の加熱のために、冷却管に加熱の間高温の液体又はガスを循環させる方法やキャビティの表面に高温の物体を接触させる方法等の従来のヒーティング方法を用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る製品の成形のための方法は、成形材料を鋳型に鋳込んだ後、冷却段階を経て成形品を製造する過程を含む製品の成形のための方法であって、所定の厚さを有する表面の加熱層とその背面にマイクロチャンネル又はマイクロ孔を有する断熱層とからなる一体型のシェルで鋳型キャビティの表面を構成する過程と、鋳型キャビティの表面を０．５〜２０秒間、５０〜４００℃の温度にインダクションヒーティングして消極的に又は積極的に加熱させ、成形材料を鋳型に鋳込んだ後、鋳型本体に冷媒を循環させて冷却し、又はさらに積極的には鋳型キャビティ背面の断熱層のマイクロチャンネルにも冷媒を循環させて冷却して、鋳型キャビティの表面温度を０．１〜２０秒以内の所望の温度に冷却する過程とを含んでなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る製品の成形のための方法は、前記鋳型キャビティの表面を構成する過程において、必要に応じて、加熱層と断熱層とをなす前記シェルの一部を低磁気共鳴物質(low magnetic resonance material)に代えて鋳型キャビティの表面の一部が加熱しないようにすることを特徴とする。
なお、本発明に係る製品の成形のための方法は、冷却の効率のために鋳型本体に取り付けられた冷却管を通じて冷媒を連続的に循環させることを特徴とする。
なお、本発明に係る製品の成形のための方法は、前記冷却過程において、より積極的に冷却できることを特徴とするが、これは、加熱層背面の断熱層のマイクロチャンネルに冷媒を循環させる方式で鋳型本体内の冷却管とは別途の冷却管を構成し、これをマイクロチャンネルと直接連結して冷媒を循環させることを特徴とする。
なお、前記加熱及び冷却過程において、加熱前に断熱層のマイクロチャンネル内の冷媒の循環を中止し、圧縮空気又は真空でマイクロチャンネル内の冷媒を除去した後加熱させ、冷却過程にさらに冷媒を循環させる過程を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ローサーマルマスを有する加熱層と、その背面に空気層を有する断熱層から構成される一体型のシェルを鋳型キャビティの表面として用い、その鋳型キャビテの表面の加熱のために高温流体循環式又は高温物体接触式を用いるか、特に製品の形状にかかわらず均一な温度分布が得られるインダクションヒーティング方法と断熱層を用いた温度制御及び強制冷却方法を適用して短時間で加熱及び冷却させ、また、均一な温度分布を得、従来の剥離現象のような問題をも解決できる成形方法及び鋳型を提供することによって、成形サイクル時間を最小化するとともに、成形品の品質改善及び性能の向上を図ることができ、製品の成形に係る全般的な成形生産性を向上できる効果がある。
【００１３】
さらに、成形品の品質及び性能の向上を図るために、ほとんど制限なく高温まで積極的に加熱させることができ、また、成形に必要な熱エネルギーに合うように加熱層及び断熱層を設計できるので制御が可能であり、積極的な冷却過程を通じて生産性を向上し、また、加熱層と断熱層を一つの材料に構成することによって、耐久性向上の効果があり、断熱層を含む鋳型を容易に機械加工又は放電加工できるので、産業的実用性の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１を参照すると、本発明に係る製品の成形のための鋳型は、キャビティ５を含む鋳型の左１、右２の構成において、左右の各々はキャビティ表面１１又は１２の役割をし、所定の厚さを有する加熱層１６と、該加熱層１６の背面に配列されたマイクロチャンネル１５又はマイクロ孔１８から造成される断熱層１７からなる、図２に示すような、一体型のシェルを含み、シェルが密着する鋳型本体３又は４から構成されることを特徴とする。
【００１５】
図面において、３と４、７と８、９と１０、１１と１２は鋳型の左１と右２にそれぞれ存在する部分であって、以下、一つのみを言及する。
特に、前記シェル８の材質は加熱方法としてインダクション法を適用する場合、インダクションヒーティングが可能な磁性体材質であることを特徴とする。
なお、図３を参照すると、前記シェル８は鋳型本体４のシェル受容部１０内に密着されながら左右鋳型の間であるパーティング面６をなす面でのみシェル８とシェル受容部１０間の境界線１３で合体するか、又は前記シェル８の背面とシェル受容部１０が合体されて一体に組み合わされることを特徴とする。
【００１６】
また、前記シェル８の厚さは約１〜２５ｍｍであり、加熱層１６の厚さは０．３〜１０．０ｍｍであることを特徴とする。
ここで、加熱層の厚さが０．３ｍｍ未満の場合、加工が難しいだけでなく、強度が弱くなり、温度の均一性を損傷する問題があり、１０．０ｍｍを超える場合、サーマルマスが大きすぎるため効率的でない。
【００１７】
特に、図４Ａ〜４Ｃを参照すると、前記鋳型キャビティを構成する過程において、断熱層１７はマイクロチャンネル１５又はマイクロ孔１８からなり、チャンネルや孔に確保される空気層の面積は断熱層の２０〜９０％であることを特徴とする。
ここで、空気層の面積が２０％未満であれば断熱が不足し、９０％を超えると過度な断熱になり、又は成形圧力によるシェル８の強度が劣るという問題がある。
なお、図４Ａ〜４Ｃを参照すると、前記マイクロチャンネル１５は断熱層１７の背面に直線形又は波形で形成されることを特徴とする。
なお、前記マイクロチャンネル１５は幅が約０．３〜１０．０ｍｍであることを特徴とする。
ここで、マイクロチャンネルの幅が０．３ｍｍ未満の場合、加工が難しく、冷却のために積極的にここに冷却水を循環させる場合、冷却水の循環に問題があり、１０．０ｍｍを超える場合、温度の均一度に劣るという問題がある。
【００１８】
また、前記マイクロ孔１８は直径が約０．３〜１０．０ｍｍであることを特徴とする。
ここで、マイクロ孔の直径が０．３ｍｍ未満であれば加工が難しく、１０．０ｍｍを超えると温度の均一性が劣るという問題がある。
なお、図５を参照すると、前記鋳型キャビティの表面を構成する過程において、必要に応じて、加熱層と断熱層をなす前記シェル７の一部を低磁気共鳴物質１９に代えて誘導加熱の場合に鋳型キャビティ表面の一部が加熱しないようにすることを特徴とする。
また、前記加熱及び冷却過程において、冷却効率の改善のために鋳型本体４に取り付けられた冷却管１４を通じて冷媒を連続的に循環させるために鋳型本体４に冷却管１４を設けることを特徴とする。
【００１９】
なお、図６を参照すると、前記冷却過程において、断熱層のマイクロチャンネルに冷媒を循環させる方式である場合、鋳型本体内の冷却管１４とは別途の冷却管２０を構成し、これをマイクロチャンネルと直接連結して冷却を行うために、鋳型本体４内の冷却管１４とは別途の冷却管２０をマイクロチャンネル１５と直接連結したことを特徴とする。
本発明に係る製品の成形のための方法及び鋳型に係る一具現例をヒーティング方法としてインダクション方式を採用してさらに詳しく説明すると次の通りである。
成形材料を鋳型に鋳込んだ後冷却段階を経て成形品を製造する過程において、鋳型キャビティの温度を加熱させる方法としては、図７を参照すると、成形品が曲面を有する場合にも鋳型キャビティの全容積に対して均一な温度分布が得られるインダクションヒーティング方法を適用する。
【００２０】
このようなインダクションヒーティング法は、鋳型が開かれると、インダクションヒーティングコイル２３を鋳型内に挿入して加熱させ、インダクションヒーティングコイルを引出した後、鋳型を閉じて成形する順に作動できるが、加熱層が薄く、その背面に断熱層が構成されているので、所望の温度までに均一に鋳型の表面のみを迅速に加熱できる積極的な方法である。
加熱層に電流を１次的に直接流す方法を用いてもよいが、この場合、鋳型キャビティの表面に電気を連結する電極を取り付けなければならず、設計の際、任意の曲面を有する鋳型キャビティの表面に電流が均一に流れて均一に加熱するように設計することが難しく、製作することも困難である。
【００２１】
これに対し、インダクションヒーティング法は、任意の形態を有する表面に誘導電流を発生させることによって、均一かつ迅速に加熱できる。
インダクションヒーティング方法の場合、その特性上、誘導される電流の量が距離の二乗に反比例する特性を有するため、ヒーターと近い表面であるほど加熱しやすいが、断熱層がなければ熱伝達が起こり、温度が上昇しにくい。
しかし、本発明では、断熱層１７をその背面に有するローサーマルマス（Low thermal mass）の加熱層１６を構成することによって、さらに具体化された層（Layer）を加熱させることができる。
【００２２】
本発明のインダクションヒーティング法に用いられるインダクションヒーターは高周波加熱に用いられる加熱コイルの形態のもので、その模様や大きさは鋳型キャビティの形態に合わせて変化させてもよい。
すなわち、図７に示すように、射出成形の場合、鋳型キャビティの形態のようにインダクションコイル２３を製作して使用してもよく、また、中空成形の場合、図１５に示すように、内面の熱処理に適したシリンダー状に丸く機械加工した内巻きコイル形態のものを使用してもよい。
【００２３】
鋳型キャビティに対する加熱段階において、加熱中に断熱を行わない場合、加熱が遅くなり、また、温度及び熱エネルギー（thermal energy）の制御が困難となる。
加熱過程中に断熱を行う場合、成形に必要なエネルギーを加熱層に貯蔵することができ、この際、過度に断熱させる場合、冷却が遅くなるので、適正な厚さの断熱層を必要とする。
積極的な方法として、冷却段階中、断熱層のマイクロチャンネルに冷媒を循環させる場合は、マイクロチャンネル壁の厚さが成形段階においてシェルに変形が生じない程度であれば非常に薄くてもよい。
【００２４】
一般的に、加熱層と断熱層はそれぞれの熱消耗量が異なり、熱応力が蓄積される等の不均衡によって剥離現象が起こるが、このような加熱層及び断熱層間の剥離問題を解消する方法として、２層の機能を一つの分離されていない材料に構成する方法を採択することが好ましく、本発明ではこのような好ましい方法を提示している。
このため、鋳型本体４のシェル受容部１０から設計された任意の厚さ、たとえば、６ｍｍ程度の厚さを有するシェル８を備え、鋳型キャビティ面をなす表面は加熱層１６から構成し、その背面に、たとえば、幅が０．６〜０．８ｍｍ程度のマイクロチャンネル１５を機械加工又は放電加工して断熱層１７を構成する。
【００２５】
前記断熱層１７はその背面のマイクロチャンネル１５が造成する空気層を断面に対して２０〜９０％、好ましくは６５〜７０％程度確保することができ、加熱層１６の厚さは成形に必要な熱エネルギーの量と関わりがあるが、たとえば、加熱層の厚さが１ｍｍの余裕を有するようにマイクロチャンネル１５を前記シェル８の背面に水平又は深く加工する。マイクロチャンネル１５の代わりにマイクロ孔１８を加工してもよい。
特に、前記マイクロチャンネル１５の構造はシェル８の背面に水平又は垂直方向に連続した構造で形成してもよく、それぞれのマイクロチャンネル１５は互いに連結されているか、それぞれを独立的に鋳型本体４内の冷却管１４又は２０と連結して使用する。
【００２６】
このように加工されたシェル８を鋳型本体４のシェル受容部１０内に挿入し、鋳型本体４のパーティング面６でシェル８と鋳型本体４の境界１３を合体する。必要に応じて、シェル受容部１０の表面とシェル８の背面間を合体してもよい。
このようなシェル８の材質としては、インダクションヒーティングが可能な鉄、ニッケル、コバルト等のような磁気共鳴材質を用い、鋳型本体４の材質は熱伝導率の高い材質を用いることができるが、シェル８と同じ材質を用いることもできる。
すなわち、鋳型本体４の材質をシェル８と同じ材質を使用する場合にもインダクションヒーティングの際、離れた距離の二乗に反比例するので、鋳型本体４はほとんど発熱しない。
【００２７】
ここで、加熱層の厚さは熱エネルギーの量と密接な関わりがあるが、成形材料が鋳型面と接触したとき、成形品の品質及び性能を向上させるのに必要な最小の鋳型面の温度及びエネルギーの量、すなわち、最小の熱エネルギーを有するように鋳型面のサーマルマスを設計するが、この際の加熱層の厚さはシェルの材質、設定温度、断熱程度等に応じて設計する。熱エネルギーを多量必要とする場合、加熱層の厚さを厚く設計する。
【００２８】
このような点を考慮し、本発明ではシェルの厚さを１〜２５ｍｍ、加熱層１６の厚さを０．３〜５．０ｍｍに設定し、マイクロチャンネル１５又は孔１８によって造成される空気層を２０〜９０％程度に設定したローサーマルマスのシェル８を提供することにその特徴がある。
さらに、このように加熱層の厚さが厚く、たとえば、０．５ｍｍ以上の場合のように剥離の問題がなく場合は、鋳型の加工及び組立てを容易にするために、加熱層と断熱層を一体型にすることなく、マイクロチャンネルを鋳型本体３に加工し、これを加熱層の背面に合体されるように挿入して組み立てる方法で製作することもできる。
なお、鋳型キャビティの表面のうち、加熱されてはならない部分がある場合は、その部分のシェルを非磁性体で構成することができる。この場合、その部分のみが電流が誘導されず、したがって、加熱しない。
【００２９】
本発明で採択している冷却方法は次の通りである。
成形サイクルの間、加熱流体を循環させた後冷却流体を交互に循環させる場合は、関連設備が非常に複雑となるだけでなく、全成形サイクル時間が長くなるので、本発明では成形サイクルの間、鋳型本体４を連続的に冷却する方法を採択する。このため、鋳型本体４に冷却管１４を設け、その中に冷媒を流し続けて冷却し、又は鋳型本体４だけでなく、断熱層１７のマイクロチャンネル１５を鋳型本体４の冷却管１４又は２０に連結して冷却流体が断熱のためのマイクロチャンネル１５に沿って流れるようにすることによって、冷却をより積極的に行うことができる。
【００３０】
場合に応じて、加熱前に冷却管２０及びマイクロチャンネル１５の内部の冷却流体を圧縮空気又は真空で除去して加熱効率を高めることができる。
本発明に係る成形方法では、製品の品質及び機能の向上を満たすとともに、成形サイクル時間を短く設定することができ、成形生産性を高めることができる。
図７に示すように、０．５〜２０秒程度の短時間で鋳型キャビティの表面、すなわち、シェル８の加熱層１６を５０〜４００℃程度にインダクションヒーティングした後、インダクションコイル２３を引出すとともに、鋳型を閉じ、成形材料を鋳込むと、鋳型面と成形材料が接触するとともに、加熱層１６の熱エネルギーが成形品の品質又は性能を向上させる作用をし、連続的に起こる冷却段階を経て０．１〜２０秒以内に所望の温度に冷却して成形品の速い冷却及び固化を誘導するとともに、鋳型を開き、成形品を取り出す。
この際の冷却段階ではローサーマルマスを強制冷却することによって成形サイクル時間をさらに短縮することができる。
【００３１】
実施例をみると、装置全体を図８のように構成し、円筒形のキャビティを有する鋳型とそのキャビティの表面を加熱するための誘導加熱コイル２３、冷却のための冷却水ライン２１及び加熱時間の間、冷却水を引出すための圧空ライン２２等から構成している。
図９は、鋳型の構成を図式的に詳しく示す。
図１０は、キャビティ表面の加熱層１６と断熱層１７を一体型に構成したキャビティ表面のシェル８を詳しく示す図面である。
図１１a及び１１bは、加熱と冷却過程における鋳型キャビティの表面温度の経時変化を示すグラフである。
この場合、鋳型を構成する材料は一般の炭素鋼である。誘導加熱のための誘導加熱電力は１８ｋＷ、周波数は１５．３ｋＨｚを用い、冷却水の温度は１５℃であった。
１．４秒間誘導加熱して９５℃のキャビティ表面が２４５℃に加熱され、図１１aは断熱層１７のマイクロチャンネル１５に冷却水を入れることなく、単に自然冷却した場合を示すが、９５℃に冷却するまでは４５秒がかかることが分かり、図１１bは、０．６秒の自然冷却後冷却水を循環させて強制冷却した場合を示すが、０．５秒ぶりに９５℃に冷却されることが分かる。
【００３２】
図１２Ａ及び１２Ｂは、図１１bをよく見えるように拡大した図であるが、図１２Ａは、図１１bと同じ場合であり、図１２Ｂは自然冷却時間を２．８秒にさらに長く自然冷却した後強制冷却した場合である。
このような自然冷却の時間や温度等は成形品の性能及び品質を最大限発現させるために必要な熱エネルギーの量によって設定される。
また、このような最適の工程条件は加熱層及び断熱層の寸法及び鋳型材料の特性等に左右される。
さらに再加熱するときは、加熱効率を高めるために全サイクルにおいて冷却のために断熱層に流した冷却水を圧空又は真空を用いて除去することができる。
このような本発明に係る成形方法と鋳型はインジェクションモールド法（射出成形）、ブローモールド法（吹き込み成形）、サモフォーミング法（熱成形）等に活用できる。
【００３３】
ブローモールドへの活用例は次の通りである。
ＰＥＴボトルの耐熱性を高めるに必要な熱固定（Heat Setting）工程に本発明を活用して耐熱性の高いボトルを速い成形サイクル内に成形できる。
米国特許第４４７６１７０号は、２００〜２５０℃で熱固定を行う場合、非常に高い水準である１００℃以上の高温で耐熱性を有するＰＥＴボトルを生産できることを開示している。
しかし、米国特許第４４７６１７０号は、高温に加熱させ、また冷却する過程を加熱熱媒及び冷却熱媒の循環に依存しているが、この場合、成形サイクルが非常に長いため、商業性が低下する。
これに本発明を活用すると、生産性に優れ、かつ耐熱性に優れたＰＥＴボトルを製造できる。
【００３４】
詳細な例を図１３に示す。
ボトルの胴体部は本発明のシェル８を用いて２５０℃に加熱させ、速く冷却することができ、ボトルの首部２４や底部２５は低磁気共鳴物質でシェルを構成して低い温度を保持し、又は加熱層と断熱層の厚さをボトルの胴体部の厚さと異なって設計して２５０℃よりも低い温度を保持することができる。
インダクションヒーティングはインダクションヒーターコイルを図１４にように製造して使用すればよい。
詳しいシェル８及び冷却管の構成は図１５及び１６Ａ〜１６Ｃに示す。
図１５において、シェル８のマイクロチャンネルの方向は図１５の左側又は右側図のようにボトルの長さ方向又は周方向に作られることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る鋳型の全体構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る鋳型におけるシェルの一具現例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る鋳型において一方の鋳型のキャビティを示す斜視図である。
【図４Ａ】図２のＡ−Ａ線断面の様々な具現例を示す断面図である。
【図４Ｂ】図２のＡ−Ａ線断面の様々な具現例を示す断面図である。
【図４Ｃ】図２のＡ−Ａ線断面の様々な具現例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る鋳型におけるシェルの他の具現例を示す断面図である。
【図６】本発明に係る鋳型において、冷却管とマイクロチャンネルとの間の連結構造に対する一具現例を示す断面図及びＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明に係る成形方法において、インダクションヒーティング方法を示す概略図である。
【図８】本発明に係る一具現例を示す鋳型と加熱及び冷却装置を含む全体構成を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る鋳型の一具現例を示す概略的な断面図及び拡大図である。
【図１０】本発明に係る鋳型におけるシェルの一具現例を示す斜視図である。
【図１１】(a)及び(b)は本発明に係る加熱及び冷却過程において鋳型キャビティ表面温度の経時変化に対する一実施例を示すグラフである。
【図１２Ａ】本発明に係る加熱及び冷却過程において鋳型キャビティ表面温度の経時変化に対する他の実施例を示すグラフである。
【図１２Ｂ】本発明に係る加熱及び冷却過程において鋳型キャビティ表面温度の経時変化に対する他の実施例を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る鋳型を容器成形に適用した一具現例を示す概略的な斜視図である。
【図１４】本発明に係る成形方法で用いられるインダクションヒーティングコイルの一具現例を示す斜視図である。
【図１５】図１３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１６Ａ】図１５のＣ方向からみたシェルの様々な具現例を示す平面図である。
【図１６Ｂ】図１５のＣ方向からみたシェルの様々な具現例を示す平面図である。
【図１６Ｃ】図１５のＣ方向からみたシェルの様々な具現例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  金型の左
２  金型の右
３，４  金型本体
５  キャビティ
６  パーティング面
７，８  シェル
９，１０  シェル受容部
１１，１２  キャビティ表面
１３  シェルと金型本体との接合部
１４，２０  冷却管
１５  マイクロチャンネル
１６  加熱層
１７  断熱層
１８  マイクロ孔
１９  低磁気共鳴物質のシェル
２１  冷却水ライン
２２  圧空ライン
２３  誘導加熱コイル
２４  ボトルの首部の金型
２５  ボトルの底部の金型
【国際公開パンフレット】
2004536724.tif 000003
2004536724.tif 000004
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004536724.tif 000040
【国際調査報告】
2004536724.tif 000041
2004536724.tif 000042
2004536724.tif 000043