(57)【要約】【課題】成形装置を構成する成形型につき、成形面を含む成形部の温度を、該成形部の全体にわたって略一定とする。【解決手段】誘導加熱手段を構成する誘導加熱コイル２８の作用下に誘導加熱される成形型２０は、強磁性体からなる型本体部１２と、成形を行う成形面１４を含む成形部１６とを有する。成形部１６は、型本体部１２に比して室温での透磁率が高く且つキュリー点が低い強磁性体からなる。また、型本体部１２と成形部１６との間には、型本体部１２に比して熱伝導率が低い断熱部１８が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品を得るための成形型を誘導加熱手段によって誘導加熱する成形装置において、
前記成形型は、強磁性体からなる型本体部と、成形を行う成形面を含む成形部とを有し、
前記成形部は、前記型本体部に比して室温での透磁率が高く且つキュリー点が低い強磁性体からなり、
さらに、前記型本体部と前記成形部との間に、前記型本体部に比して熱伝導率が低い断熱部が設けられていることを特徴とする成形装置。
【請求項２】
請求項１記載の成形装置において、前記断熱部の熱伝導率が０．１〜１０Ｗ／ｍＫであることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形品を得るための成形型を誘導加熱手段によって誘導加熱する成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形品は、例えば、溶融樹脂を用いて射出成形を行ったり、樹脂材に対してプレス成形を施したりすることで作製される。以下、射出成形につき説明すると、溶融樹脂をキャビティに導入する際には成形型を所定の温度まで加熱する必要がある。成形型が低温である場合、溶融樹脂の流動性が低下する懸念があるからである。一方、溶融樹脂が成形型内に充填された後は、成形型の温度を下降させる必要がある。溶融樹脂を冷却して硬化させるためである。そして、次回の作業を行う際には、上記した加熱・冷却が再度行われる。
【０００３】
すなわち、射出成形作業を繰り返し行う場合、成形型の昇温・降温を繰り返す必要がある。この場合、昇温及び降温に長時間を要してしまうと、１回の射出成形作業を開始してから終了するまでの時間（サイクルタイム）が長くなるので、樹脂成形品を効率よく得ることが困難となる。
【０００４】
そこで、成形型の内部ないし近傍に誘導加熱コイルを設け、該誘導加熱コイルに通電を行うことで、成形型を誘導加熱によって昇温する技術が採用されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、成形型を可及的短時間で昇温し得るという利点がある。なお、成形型の冷却は、例えば、該成形型内に冷却媒体を流通することで行われている。
【０００５】
ところで、成形型の成形面の形状は単純ではなく、寧ろ、複雑であることが一般的である。このような複雑形状の成形面を有する成形型に対して誘導加熱を行うと、成形型内に発生した渦電流が不均一に流れ、その結果、成形型の温度にバラツキが生じる。換言すれば、成形型の温度が部位ごとに相違するようになる。この状態で射出成形を実施すると、低温の部位では、キャビティに溶融樹脂が十分に充填されず、デフォームの原因となることがある。
【０００６】
このような不具合を回避するべく、特許文献１に提案されるように、成形型中の成形面を含む成形部を、キュリー点が低い物質（例えば、整磁合金）から構成することが想起される。この場合、該成形部を適切な時間誘導加熱すれば、該成形部の温度が全体にわたってキュリー点となると期待される。すなわち、該成形部に温度のバラツキが生じることを回避し得るようにも推察される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５３５７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
キュリー点が低い物質からなる前記成形部に温度のバラツキがある場合、高温部はキュリー点となった時点で常磁性を示すようになるため、誘導加熱が起こらなくなるか、又は極めて低調となる。従って、該高温部の温度がさらに上昇することは困難である。一方、未だキュリー点に到達しておらず常磁性となっていない低温部は、誘導加熱によって温度上昇を続ける。
【０００９】
本発明者の検証により、この際、成形部の一部がキュリー点（Ｔ１）に到達すると、その他の部位の透磁率が低下することが確認された。従って、高温部がキュリー点（Ｔ１）に到達した後は、低温部の温度上昇が緩やかになる。
【００１０】
ここで、前記成形部は、それ以外の部位（型本体部）に接している。通常、型本体部は工具鋼等から設けられるが、この場合、工具鋼も強磁性体であり、誘導加熱によって温度上昇を続ける。工具鋼のキュリー点（Ｔ２）は約７００℃前後であり、成形部のキュリー点（Ｔ１）よりも高温である。このため、型本体部の温度は、成形部のキュリー点（Ｔ１）を超えた後も上昇し続ける。仮に、成形部がそのキュリー点（Ｔ１）に達する前に型本体部の温度が成形部のキュリー点（Ｔ１）を超えた場合は、型本体部が成形部よりも高温となり、型本体部から成形部に向かって熱伝達が起こる。この場合、高温部にも熱が伝達されるので、低温部のみならず、該高温部も温度上昇を起こす。このため、低温部と高温部の温度差を解消することが困難である。
【００１１】
以上のように、特許文献１に記載される構成では、実際には、成形部の温度にバラツキが生じることを回避することが困難であるという不具合が顕在化している。この点は、樹脂材に対してプレス成形を行うためのプレス成形装置においても同様である。
【００１２】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、成形面を含む成形部の全体にわたって温度を略均一とし得、従って、例えば、デフォーム等の成形欠陥が発生することが回避されて外観品質が良好な樹脂成形品を作製し得る成形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】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、成形品を得るための成形型を誘導加熱手段によって誘導加熱する成形装置において、
前記成形型は、強磁性体からなる型本体部と、成形を行う成形面を含む成形部とを有し、
前記成形部は、前記型本体部に比して室温での透磁率が高く且つキュリー点が低い強磁性体からなり、
さらに、前記型本体部と前記成形部との間に、前記型本体部に比して熱伝導率が低い断熱部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成とすることにより、成形部から型本体部に、又はその逆方向に熱が伝達されることが抑制される。従って、成形部に、温度が先にキュリー点に到達する部位（高温部）と、後からキュリー点に到達する部位（低温部）とが存在する場合、高温部の温度上昇を飽和させた状態で維持しつつ、低温部の温度を上昇させて高温部の温度（キュリー点）に一致させることが容易である。
【００１５】
なお、成形型を誘導加熱手段によって誘導加熱する際に前記成形型の部位中で最も早くキュリー点に到達する第１の部位（高温部）と、最も遅くキュリー点に到達する第２の部位（低温部）とが存在するときには、例えば、前記第１の部位の温度を測定する第１温度測定手段と、前記第２の部位の温度を測定する第２温度測定手段とを設ければよい。なお、前記第１の部位及び前記第２の部位の各温度を、成形の進行時間に基づいて管理するようにしてもよい。
【００１６】
このような成形装置の好適な一例としては、溶融樹脂を射出する射出機を具備する射出成形装置が挙げられる。この場合、前記射出機は、前記第１の部位の温度と、前記第２の部位の温度とが一致したときに溶融樹脂を射出する。
【００１７】
この場合、成形部の温度が略均一となっているので、溶融樹脂が円滑にキャビティに導入される。従って、キャビティの全体にわたって溶融樹脂を充填することができるので、デフォームが発生することが回避されて外観品質が良好な樹脂成形品を得ることができる。
【００１８】
成形装置の別の好適な一例は、樹脂材に対してプレス成形を施すプレス成形装置である。この場合、前記第１の部位の温度と、前記第２の部位の温度とが一致したときに、前記成形型によってプレス成形が行われる。成形型の温度が略均一であるので、低温であることに起因して成形加工することが困難な部位がない。従って、樹脂材を略均等に成形加工することが可能である。
【００１９】
以上の構成において、断熱部の熱伝導率は、０．１〜１０Ｗ／ｍＫであることが好ましい。この場合、成形部の温度を比較的短時間で略均一にすることが可能となるからである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、強磁性体からなる型本体部と、該型本体部に比して室温での透磁率が高く且つキュリー点が低い強磁性体からなる成形部との間に、前記型本体部に比して熱伝導率が低い断熱部を設けて成形型を構成するようにしている。従って、この成形型に対して誘導加熱を行う際、成形部から型本体部に、又はその逆方向に熱が伝達されることが抑制される。
【００２１】
このため、成形部に、温度が先にキュリー点に到達する部位（高温部）と、後からキュリー点に到達する部位（低温部）とが存在するときには、高温部の温度上昇を飽和させた状態で維持しつつ、低温部の温度を上昇させて高温部の温度（キュリー点）に一致させること、すなわち、成形部の温度を揃えて略均一とすることが容易となる。
【００２２】
このような成形部を用いて射出成形を行った場合、デフォーム等の成形欠陥が発生することが回避されて外観品質が良好な樹脂成形品が得られる。また、プレス成形を行った場合、略均等に成形加工を施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形装置の要部縦断面図である。
【図２】Ｆｅ−Ｎｉ合金及び鋼材の各透磁率と、温度との関係を示すグラフである。
【図３】断熱部が存在しないことを除いては図１の成形装置と同様に構成された成形装置での成形部の高温部（Ａ点）及び低温部（Ｂ点）での温度変化を示すグラフである。
【図４】図１に示す成形装置において、断熱部を耐熱ガラスで構成したときの成形部の高温部（Ａ点）及び低温部（Ｂ点）での温度変化を示すグラフである。
【図５】図１に示す成形装置において、断熱部を空気で構成したときの成形部の高温部（Ａ点）及び低温部（Ｂ点）での温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る成形装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る成形装置１０の要部縦断面図である。この成形装置１０は射出成形装置であり、型本体部１２と、成形面１４を含む成形部１６と、これら型本体部１２と成形部１６の間に介装された断熱部１８とを有する成形型２０を具備する。この成形型２０と、図示しない別の成形型とによって型締めがなされ、その際に、樹脂成形品を得るためのキャビティ（いずれも図示せず）が形成される。勿論、成形装置１０は、前記キャビティに溶融樹脂を供給するための図示しない射出機を備える。
【００２６】
型本体部１２は、成形部１６を支持する部位であり、実際には、成形部１６に比して著しく大形状である。この型本体部１２は、Ｓ５０Ｃ等の鋼材からなる。なお、Ｓ５０Ｃをはじめとする鋼材は強磁性体であり、室温での透磁率は３０Ｈ／ｍ程度、キュリー点は７００℃以上である。
【００２７】
型本体部１２の内部には、冷媒流路２２が形成される。この冷媒流路２２には、図示しない冷媒供給源から供給された冷却水等の冷却媒体が流通する。
【００２８】
成形部１６は、溶融樹脂に接触して該溶融樹脂を所定の形状に変形させる（すなわち、成形する）成形面１４を含む。この成形部１６は、例えば、整磁合金であるＦｅ−Ｎｉ合金からなる。この場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金も強磁性体であり、室温での透磁率は１２０Ｈ／ｍ、キュリー点は３００℃前後である。すなわち、成形部１６の透磁率は型本体部１２に比して高く、一方、キュリー点は低い。
【００２９】
本実施の形態において、前記断熱部１８は、型本体部１２と成形部１６との間に形成されたクリアランス２４に、断熱性の物質（断熱材２６）が挿入されることで構成される。ここで、断熱材２６としては、型本体部１２に比して熱伝導率が低いものが選定される。好適には、熱伝導率が０．１〜１０Ｗ／ｍＫである物質であるが、特にこれに限定されるものでなはない。
【００３０】
型本体部１２がＳ５０Ｃからなる場合、断熱材２６の好適な例としては耐熱ガラスが挙げられる。なお、代表的な耐熱ガラスの熱伝導率は、０．６５Ｗ／ｍＫである。
【００３１】
断熱材２６は、空気であってもよい。この場合、前記クリアランス２４に何らかの部材を収容せず、該クリアランス２４を大気に開放すればよい。なお、空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍＫである。
【００３２】
また、断熱材２６は絶縁体であることが好適である。この場合、成形型２０に対して誘導加熱を行うと、成形部１６内と型本体部１２内で渦電流が個別に生じる。従って、型本体部１２が温度上昇することを抑制しつつ、成形部１６を効率よく温度上昇させることが可能となる。なお、断熱材２６の好適な具体例として挙げた耐熱ガラスや空気が絶縁体であることはいうまでもない。
【００３３】
以上のように構成される成形型２０は、図示しない交流電源とともに誘導加熱手段を構成する誘導加熱コイル２８で囲繞されている。勿論、該誘導加熱コイル２８には、前記交流電源の通電作用下に交流電流が流れる。
【００３４】
また、図１中のＡ点、Ｂ点及びＣ点には、図示しない熱電対（温度測定手段）がそれぞれ設けられる。すなわち、Ａ点、Ｂ点及びＣ点の各温度は、前記熱電対によって測定される。
【００３５】
なお、Ａ点は、成形部１６内で最も早くキュリー点に到達する部位（第１の部位）であり、一方、Ｂ点は、最も遅くキュリー点に到達する部位（第２の部位）である。すなわち、Ａ点、Ｂ点は、それぞれ、高温部、低温部である。また、Ｃ点は、断熱部１８と型本体部１２との境界である。
【００３６】
本実施の形態に係る成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、該成形装置１０にて実施する成形方法との関係で説明する。
【００３７】
はじめに、誘導加熱コイル２８に交流電流が流されて通電がなされる。これにより、成形型２０内に磁界が生成する。誘導加熱コイル２８に流れる交流電流が反転を繰り返すと、型本体部１２及び成形部１６の双方が強磁性体であるため、磁区がこれに抵抗しながら反転する。この抵抗に基づき、型本体部１２及び成形部１６が発熱し始める。その結果、これら型本体部１２及び成形部１６の温度が上昇する。
【００３８】
ここで、Ｆｅ−Ｎｉ合金と、鋼材の透磁率の温度変化を図２に示す。なお、図２においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金が強磁性を消失して常磁性体となるキュリー点Ｔｃ近傍までを示している。
【００３９】
この図２から諒解されるように、Ｆｅ−Ｎｉ合金の透磁率は、キュリー点Ｔｃとなるまで鋼材の透磁率を大きく上回る。このことは、同体積のＦｅ−Ｎｉ合金と鋼材を同一条件で加熱した場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金がキュリー点Ｔｃに達するまで、鋼材に比して短時間で昇温することを意味する。
【００４０】
従って、本実施の形態においては、型本体部１２に比して成形部１６が早く温度上昇する。すなわち、成形部１６の方が、昇温速度が大きい。上記したように、成形部１６が、型本体部１２に比して透磁率が高く且つキュリー点が低い強磁性体（例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなるからである。
【００４１】
勿論、型本体部１２も温度上昇を起こすが、その昇温速度は小さい。従って、型本体部１２と成形部１６の間に温度差が生じる。すなわち、成形部１６の方が高温となる。
【００４２】
このため、断熱部１８（図１参照）が存在せず、成形部１６が型本体部１２に接触しているときには、成形部１６から型本体部１２に熱が伝達される。このときのＡ点〜Ｃ点での温度の経時変化を、図３にグラフとして示す。
【００４３】
上記したように、この場合、成形部１６から型本体部１２への熱伝達が起こるので、成形部１６の昇温速度が比較的小さくなる。そして、高温部であるＡ点が先にキュリー点Ｔｃに到達すると、この時点で、該Ａ点の温度上昇が飽和する。Ａ点近傍の組織が常磁性体に変化し、透磁率が低下するからである。
【００４４】
その一方で、型本体部１２が自身のキュリー点に未だ達していないので、該型本体部１２は、引き続いて誘導加熱されることで昇温する。従って、型本体部１２の温度がＡ点の温度（キュリー点Ｔｃ）に追いつく。
【００４５】
型本体部１２のキュリー点が成形部１６のキュリー点Ｔｃに比して高いため、型本体部１２は、なおも誘導加熱されることでさらに昇温する。従って、Ａ点よりも高温となる。その結果、型本体部１２から成形部１６に熱が伝達されるようになる。成形部１６のＡ点は、この熱を受けることにより、再度温度上昇を起こす。
【００４６】
成形部１６中、低温部であるＢ点も熱を受けて温度上昇を起こすが、その分、Ａ点が既に温度上昇を起こしているため、Ｂ点の温度がＡ点の温度に追いつくことは著しく困難である。
【００４７】
すなわち、この場合、成形部１６において温度が相違する部位が存在する。換言すれば、成形部１６の温度にバラツキがある。このような状態で射出成形を行うべく溶融樹脂をキャビティに射出すると、溶融樹脂が充填されない部位が発生してデフォームの原因となる懸念がある。
【００４８】
これに対し、本実施の形態においては、成形部１６と型本体部１２との間に断熱部１８が介装されている（図１参照）。クリアランス２４に耐熱ガラスを収容した場合のＡ点〜Ｃ点での温度の経時変化を、図４にグラフとして示す。
【００４９】
この場合、成形部１６から型本体部１２への熱伝達が起こり難い。従って、成形部１６の昇温速度が大きくなる。そして、高温部であるＡ点が先にキュリー点Ｔｃに到達すると、この時点で、該Ａ点の温度上昇が飽和する。
【００５０】
成形部１６の熱は、断熱部１８に伝達される。これにより、Ａ点の温度が若干低下するものの、該Ａ点の温度がキュリー点Ｔｃを若干でも下回ると、該Ａ点近傍の透磁率が急激に回復して強磁性体となる。従って、Ａ点が再度誘導加熱されるようになり、その結果として、キュリー点Ｔｃに再到達する。
【００５１】
Ａ点では、上記の温度上昇・下降サイクルが繰り返される。従って、該Ａ点がキュリー点Ｔｃを超えることが回避される。換言すれば、Ａ点では、温度上昇が飽和した状態が保たれる。
【００５２】
Ａ点において、このようにして温度上昇・下降サイクルが繰り返される間、Ｂ点の温度が徐々に上昇する。最終的に、Ｂ点の温度がＡ点の温度に追いつく。すなわち、Ａ点の温度とＢ点の温度が一致し、成形部１６の温度が全体にわたって略一定となる。
【００５３】
このタイミングで、射出機から溶融樹脂が射出される。成形部１６の全体にわたって温度が略一定であるので、溶融樹脂が円滑にキャビティに導入される。このため、溶融樹脂が充填されない部位が発生することを回避することができる。
【００５４】
溶融樹脂のキャビティへの充填が終了した後、型本体部１２の冷媒流路２２に冷却媒体が供給される。この冷却媒体によって成形型２０が十分に冷却され、これに伴って溶融樹脂が冷却硬化する。これにより、製品としての樹脂成形品が得られるに至る。
【００５５】
上記したように溶融樹脂がキャビティに十分に充填されるので、この樹脂成形品にデフォームが発生することが回避される。すなわち、本実施の形態によれば、外観品質が良好な樹脂成形品を得ることができる。
【００５６】
図５は、クリアランス２４に何も収容しなかった（すなわち、断熱材２６を空気とした）場合のＡ点〜Ｃ点での温度の経時変化を示すグラフである。この場合においても、図４に示した場合と同様に、Ｂ点の温度がＡ点の温度に一致し、成形部１６の温度が全体にわたって略一定となる。従って、上記と同様に、外観品質が良好な樹脂成形品を得ることができる。
【００５７】
ここで、空気の熱伝導率は耐熱ガラスに比して小さい。従って、この場合、図４に示した場合に比して、成形部１６の熱が奪取され難い。このため、Ａ点がキュリー点に到達して（温度上昇が飽和して）常磁性体となった後、該Ａ点の温度が若干低下し難い。
【００５８】
その結果、成形部１６の透磁率が低下した状態が若干長くなり、このためにＢ点の昇温速度が若干小さくなる。Ｂ点の温度がＡ点の温度に一致する時間が図４に示す場合に比して若干遅くなる理由は、このためであると推察される。なお、このような場合には、交流電流の通電量を大きくする等して誘導加熱の規模を大きくすればよい。
【００５９】
本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取りうることは勿論である。
【００６０】
例えば、この実施の形態では、射出成形装置を例示して説明したが、樹脂材に対してプレス成形を行う際に誘導加熱によって成形型を昇温するプレス成形装置であってもよい。この場合、高温部と低温部の温度が一致したときに、成形型によって樹脂材に対してプレス成形を行うようにすればよい。
【００６１】
また、Ａ点〜Ｃ点での温度の経時変化に関する情報を一旦取得した後は、該情報に基づき、Ａ点〜Ｃ点での温度を、成形の進行時間との関係で求める（管理する）ようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０…成形装置                        １２…型本体部
１４…成形面                          １６…成形部
１８…断熱部                          ２０…成形型
２２…冷媒流路                        ２４…クリアランス
２６…断熱材                          ２８…誘導加熱コイル
【図１】
2013173256.tif 000003
【図２】
2013173256.tif 000004
【図３】
2013173256.tif 000005
【図４】
2013173256.tif 000006
【図５】
2013173256.tif 000007