(57)【要約】【課題】金型の成形面の温度を成形する樹脂の脱型温度以上まで、迅速かつ均一に昇温させるとともに、加熱した金型の冷却時間を早めることで、ワーク成形のサイクルタイムを早めることができるワーク成形金型を提供すること。【解決手段】ワーク成形金型１０は、加熱及び冷却によりワークを成形する一対の成形型（第１成形型１１及び第２成形型１２）と、冷却手段（冷却パイプ１３１及び冷却パイプ１４１）を有し、一対の成形型の各成形面の裏面側にそれぞれ配置された一対の冷却型（第１冷却型１３及び第２冷却型１４）と、を備え、一対の成形型の加熱時には、一対の成形型と一対の冷却型とが離間した状態で、一対の成形型が誘導加熱によって加熱され、一対の成形型の冷却時には、一対の成形型と一対の冷却型とが当接することで一対の成形型の冷却及び型締めがなされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱及び冷却によりワークを成形する一対の成形型と、
冷却手段を有し、前記一対の成形型の各成形面の裏面側にそれぞれ配置された一対の冷却型と、を備え、
前記一対の成形型の加熱時には、前記一対の成形型と前記一対の冷却型とが離間した状態で、前記一対の成形型が誘導加熱によって加熱され、
前記一対の成形型の冷却時には、前記一対の成形型と前記一対の冷却型とが当接することで前記一対の成形型の冷却及び型締めがなされることを特徴とするワーク成形金型。
【請求項２】
前記一対の成形型の前記一対の冷却型との当接面の形状は、前記一対の成形型の成形面の形状に沿った凹凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のワーク成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク成形金型に関する。詳しくは、成形型と冷却型とを分離し、成形型のみを誘導加熱を用いて加熱するワーク成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加工手段を加熱し、高温の加工手段で材料を加工する技術が知られている。例えば樹脂成形では、金型を加熱し、高温の金型で材料を加圧成形する。加圧成形後は、金型内から成形品を取出す際に成形品が変形しない温度になるまで、成形品を金型内にて冷却する。
【０００３】
このように、高温の金型で材料を加工する技術では、加熱と冷却が繰り返し行われる。従って、サイクルタイムを短縮するためには、金型を急加熱する技術が必要である。金型を急加熱する技術としては、誘導加熱を利用した技術が知られている。
【０００４】
ところで、樹脂成形金型のような複雑な形状のワークを誘導加熱により加熱する場合、渦電流が集中し易い部分と集中し難い部分が存在するため、加熱のされ方に偏りが生じる。そこで、加熱の偏りを防止するために、金型の成形面を含む加熱帯の一部にキュリー温度を有する磁性化合物を含ませることで成形面の温度がキュリー温度以上に上がらないように抑制する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、誘導加熱を利用して急加熱した金型を冷却する技術としては、金型内に冷却水通路を設け、冷却時に冷却水を循環させる技術が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５３５７８６号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２０３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１の技術では、キュリー温度に到達して磁性化合物がジュール発熱をしなくなっても、加熱帯のうち磁性化合物が存在しない部分には渦電流が発生するため、その部分で発生したジュール熱が伝熱することで、成形面が加熱され続けてしまう。よって、成形面を均一に昇温させることは困難であった。
【０００８】
さらに、特許文献１の技術において急加熱した金型を冷却するためには、特許文献２の技術のように加熱された金型内に冷却水を循環させる必要があるが、加熱中は冷却水の循環が停止しており加熱後に冷却水の循環が始まる。よって、冷却開始から暫くは冷却水が金型により温められてしまうので、冷却に時間がかかってしまう。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、金型の成形面の温度を成形する樹脂の脱型温度以上まで、迅速かつ均一に昇温させるとともに、加熱した金型の冷却時間を早めることで、ワーク成形のサイクルタイムを早めることができるワーク成形金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明に係るワーク成形金型（例えば、後述のワーク成形金型１０）は、加熱及び冷却によりワークを成形する一対の成形型（例えば、後述の第１成形型１１及び第２成形型１２）と、冷却手段（例えば、後述の冷却パイプ１３１及び冷却パイプ１４１）を有し、前記一対の成形型の各成形面の裏面側にそれぞれ配置された一対の冷却型（例えば、後述の第１冷却型１３及び第２冷却型１４）と、を備え、前記一対の成形型の加熱時には、前記一対の成形型と前記一対の冷却型とが離間した状態で、前記一対の成形型が誘導加熱によって加熱され、前記一対の成形型の冷却時には、前記一対の成形型と前記一対の冷却型とが当接することで前記一対の成形型の冷却及び型締めがなされることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、誘導加熱時には、一対の成形型と一対の冷却型とは離間しているため成形型が冷却型に熱を奪われない。また、冷却手段を止めずに冷却型の温度を予め低くしておくことができる。よって、成形型を迅速かつ均一に加熱できるとともに冷却を短時間かつ均一に行うことができるので、ワーク成形のサイクルタイムを早めることができる。
【００１２】
この場合、前記一対の成形型の前記一対の冷却型との当接面の形状は、前記一対の成形型の成形面の形状に沿った凹凸形状であることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、成形型の冷却型との当接面の形状は、成形面の形状に沿った凹凸形状であるので、成形型の厚みを均一にすることができる。よって、伝熱による加熱をより均一にできるため、成形面をより均一に加熱できる。
また、この発明によれば、成形面と冷却型との間の距離を均一にすることができるので、成形面をより均一に冷却できる。すなわち、成形面の加熱及び冷却をより均一に行うことができる。
【００１４】
さらに、成形面が均一に加熱されることにより、樹脂射出時におけるキャビティ内の樹脂温度をより高くすることができ、樹脂の流動性が向上するため、成形品（ワーク）の薄肉化を図れるとともにゲート数を削減できる、またウエルド（成形品の表面に発生するひび割れのように見えるすじ）やフローマーク（成形品の表面にゲートを中心とした年輪状の波模様が発生する外観不良の現象）といった成形不良を改善できる。
また、成形面を均一に冷却することにより、収縮差によるヒケ（成形品の表面に発生する凹み）やデフォームを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金型の成形面の温度を成形する樹脂の脱型温度以上まで、迅速かつ均一に昇温させるとともに、加熱した金型の冷却時間を早めることで、ワーク成形のサイクルタイムを早めることができるワーク成形金型を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るワーク成形金型を含むワーク成形システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係るワーク成形金型の横断面図を含むワーク成形システムの構成を示す図である。
【図３】上記実施形態に係るワーク成形金型の横断面図を含むワーク成形システムの構成を示す図である。
【図４】上記実施形態に係るワーク成形金型の横断面図を含むワーク成形システムの構成を示す図である。
【図５】上記実施形態に係るワーク成形金型の横断面図を含むワーク成形システムの構成を示す図である。
【図６】上記実施形態に係る磁性材の磁気特性を示す図である。
【図７】上記実施形態に係る成形型の温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るワーク成形金型を含むワーク成形システムの構成を示す模式図である。
図２は、本発明の一実施形態に係るワーク成形金型の横断面図を含むワーク成形システムの構成を示す図である。
【００１８】
本実施形態に係るワーク成形システム１は、誘導加熱を利用して成形型を加熱して、成形型を冷却型とともに型締めしてから、成形型を冷却しつつ樹脂の射出成形を行う。
ワーク成形システム１の構成について説明する。
ワーク成形システム１は、ワーク成形金型１０と、ワーク成形金型１０に接続された射出装置２０と、ワーク成形金型１０の上下に対向するように配置された一対の高周波コイル３０，３０と、一対の高周波コイル３０，３０に高周波電流を通電させる一対の高周波電源４０，４０と、ワーク成形金型１０を構成する複数の金型（後述する第１成形型１１、第２成形型１２、及び第１冷却型１３）の進退を制御する金型制御機構５０と、射出装置２０、一対の高周波電源４０，４０、及び金型制御機構５０を制御する制御装置６０と、を備える。
【００１９】
ワーク成形金型１０は、第１成形型１１、第２成形型１２、第１冷却型１３、第２冷却型１４、及びガイド部１５を備える。
一対の成形型である第１成形型１１と第２成形型１２とは互いに対向して配置されており、第１成形型１１と第２成形型１２との互いの対向面がワークの成形面となる。また、一対の冷却型である第１冷却型１３及び第２冷却型１４について、第１冷却型１３は第１成形型１１の成形面の裏面側に配置されており、第２冷却型１４は第２成形型１２の成形面の裏面側に配置されている。
また、第１成形型１１の第１冷却型１３との当接面の形状は、第１成形型１１の成形面の形状に沿って第２成形型１２側に凹んだ形状である。また、第２成形型１２の第２冷却型１４との当接面の形状は、第２成形型１２の成形面の形状に沿って第２冷却型１４側に凸の形状である。
【００２０】
さらに、第１冷却型１３及び第２冷却型１４には、それぞれ冷却型を冷却する冷却手段としての冷却パイプ１３１及び冷却パイプ１４１が形成されており、これらの冷却パイプ内に冷却水を通すことで第１冷却型１３及び第２冷却型１４を常に冷却状態にしておくことができる。なお、冷却パイプ１３１及び冷却パイプ１４１はそれぞれ複数形成されている。
さらにまた、第１成形型１１、第２成形型１２、第１冷却型１３、及び第２冷却型１４は、ガイド部１５を介して接続されており、ガイド部１５は、第１成形型１１、第２成形型１２、及び第１冷却型１３の進退をガイドする。なお、第２冷却型１４は射出装置２０とともに固定配置されており、第２冷却型１４自体は移動しない。
また、これら金型の進退の制御は、制御装置６０により制御される金型制御機構５０によって行われる。なお、ガイド部１５は、絶縁体で構成されている。
さらにまた、第１成形型１１及び第２成形型１２は、成形する樹脂のガラス転移温度（または融点）より高いキュリー温度を持つ磁性体で組成されている。
【００２１】
ここで、図６を参照して、キュリー温度について説明する。
図６は、一般的な磁性材の磁気特性を示す図であり、具体的には、一般的な磁性材の温度と透磁率との関係を示す図である。ここで、透磁率とは、磁性体の磁化の様子を表す物質定数であり、磁束密度と磁場の強さとの比を意味する。図６に示すように、磁性材は、所定温度以下では透磁率が高く、所定温度を超えると透磁率が急激に低下する特性を有する。
このときの所定温度はキュリー温度と呼ばれ、強磁性体が常磁性体に転移する各磁性材に固有の温度である。このような磁気特性を有する磁性材としては、鉄、コバルト、ニッケル等の単体の他、上記の磁気特性を維持した状態で合金化された種々の整磁合金が例示される。この整磁合金によれば、所望のキュリー温度を有する磁性材料が得られ、第１成形型１１及び第２成形型１２を所望の温度に加熱制御することが可能である。
【００２２】
次に、図２乃至図５を参照してワーク成形システム１の動作について説明する。
図２に示した状態で、第１成形型１１及び第２成形型１２は、誘導加熱により加熱される。誘導加熱は、制御装置６０により一対の高周波電源４０，４０を制御して一対の高周波コイル３０，３０に高周波電流を通電させることで、第１成形型１１及び第２成形型１２を貫通する磁束を発生させる。この磁束により第１成形型１１及び第２成形型１２に渦電流が発生し、急速に加熱される。
【００２３】
誘導加熱時には、図２に示すように、第１成形型１１及び第２成形型１２と第１冷却型１３及び第２冷却型１４とを離間しておく。また、第１成形型１１と第２成形型１２とを離間させておく。
誘導加熱により、第１成形型１１及び第２成形型１２の温度が磁性体のキュリー温度に到達すると、強磁性体が常磁性体に転移し、透磁率が急激に低下する。よって、渦電流が発生しなくなり、成形型の加熱が止まる。その後、型締めが行われる。
【００２４】
型締めは次のように行われる。すなわち、第１成形型１１、第２成形型１２、及び第１冷却型１３を第２冷却型１４の方向へ移動させて、第１成形型１１と第２成形型１２とを当接させ、さらに、第１成形型１１と第１冷却型１３とを当接させ、さらにまた、第２成形型１２と第２冷却型１４とを当接させる。当接後の状態を図３に示す。
このとき、図３に示すように、第１成形型１１と第２成形型１２との間にワーク（例えば、樹脂成形品）を成形するためのキャビティ１６が形成される。
【００２５】
型締めが完了すると、射出装置２０からキャビティ１６への樹脂の射出が開始される。
樹脂の射出は、射出装置２０のノズル（図示せず）から、第２冷却型１４及び第２成形型１２に形成されたスプルー、ランナー及びゲート（図示せず）を介して行われ、キャビティ１６へ樹脂が流入される。
なお、第１冷却型１３及び第２冷却型１４は常に冷却状態にあるため、型締めが完了すると、第１成形型１１及び第２成形型１２の冷却が速やかに開始される。したがって、樹脂のガラス転移温度（または融点）に第１成形型１１及び第２成形型１２の温度が低下するまでの間に樹脂を射出することが好ましい。
当該温度が樹脂のガラス転移温度（または融点）への低下後に樹脂を射出すると、樹脂の流動性が低下してしまうからである。
【００２６】
図４は、樹脂が射出され保圧冷却が行われている様子を示した図である。
図４によれば、樹脂がキャビティ１６（図３参照）にワークの成形に必要な量だけ射出され、ワークＷが成形されている。この状態で、保圧冷却を行いワークＷの成形を完了させる。
【００２７】
ワークＷの成形が完了すると、図５に示すように、第１成形型１１及び第１冷却型１３を第２成形型１２とは反対方向に移動させて金型を開き、ワークＷを取り出す。
ワークＷを取り出したら、図２に示す位置に第１成形型１１、第２成形型１２、及び第１冷却型１３を移動させて初期状態に戻す。
【００２８】
図７を参照して、成形型の温度変化について説明する。図７は、成形型の温度変化を示す図である。
成形型が誘導加熱により加熱されると、磁性体のキュリー温度に到達するまで成形型の温度が上昇する。その後、型締めを行うが、型締めが完了するまでは、冷却型が成形型に当接しないので、温度低下は緩やかである。型締めが完了すると、冷却型が成形型に当接するので、成形型の温度の低下率が上昇する。
樹脂のキャビティへの射出は型締め完了後に行われるので、射出している間に成形型の温度は低下していく。そのため、樹脂の流動性低下を防止するため、成形型の温度が樹脂のガラス転移温度（または融点）に低下するまでの間に樹脂が射出されることが好ましい。樹脂の射出が完了すると、ワークの成形が完了するまで保圧冷却が行われる。ワークの成形が完了する温度まで成形型の温度が低下したら、金型を開いてワークを取り出す。
【００２９】
本実施形態に係るワーク成形金型１０によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態によれば、誘導加熱時には、第１成形型１１及び第２成形型１２と第１冷却型１３及び第２冷却型１４とは離間しているため成形型が冷却型に熱を奪われない。また、冷却パイプ１３１及び冷却パイプ１４１への流水を止めずに冷却型の温度を予め低くしておくことができる。よって、第１成形型１１及び第２成形型１２を迅速かつ均一に加熱できるとともに冷却を短時間かつ均一に行うことができるので、ワークＷの成形のサイクルタイムを早めることができる。
【００３０】
（２）本実施形態によれば、第１成形型１１の第１冷却型１３との当接面の形状は、第１成形型１１の成形面の形状に沿って第２成形型１２側に凹んだ形状であり、また、第２成形型１２の第２冷却型１４との当接面の形状は、第２成形型１２の成形面の形状に沿って第２冷却型１４側に凸の形状であるので、第１成形型１１及び第２成形型１２の厚みを均一にすることができる。よって、伝熱による加熱をより均一にできるため、第１成形型１１及び第２成形型１２の成形面をより均一に加熱できる。
また、本実施形態によれば、第１成形型１１の成形面と第１冷却型１３との間の距離、及び、第２成形型１２の成形面と第２冷却型１４との間の距離を均一することができるので、両成形型の成形面をより均一に冷却できる。すなわち、成形面の加熱及び冷却をより均一に行うことができる。
【００３１】
さらに、成形面が均一に加熱されることにより、樹脂射出時におけるキャビティ１６内の樹脂温度をより高くすることができ、樹脂の流動性が向上するため、ワークＷの薄肉化を図れるとともにゲート数を削減できる、またウエルド（成形品の表面に発生するひび割れのように見えるすじ）やフローマーク（成形品の表面にゲートを中心とした年輪状の波模様が発生する外観不良の現象）といった成形不良を改善できる。
また、成形面を均一に冷却することにより、収縮差によるヒケ（成形品の表面に発生する凹み）やデフォームを防止できる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば上記実施形態では、射出成形を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、熱プレスを行ってもよい。熱プレスの場合には、第１成形型１１及び第２成形型１２が均一に加熱された時点で、第１成形型１１と第２成形型１２との間にワークを挿入し、第１冷却型１３及び第２冷却型１４と併せてプレス成形を行う。また、キャビティ１６は不要であるため、第１成形型１１及び第２成形型１２の成形面全体が当接するように成形型を加工するのが好ましい。
また、上記実施形態では、第１成形型１１及び第２成形型１２の誘導加熱時に、第１成形型１１と第２成形型１２とを分離させた場合について説明したが、これに限られるものではなく、第１成形型１１と第２成形型１２とを接続させてもよい。この場合、渦電流は成形型それぞれの閉回路を流れるのではなく、接続された第１成形型１１及び第２成形型１２の外側を循環するようになるため、干渉するおそれがなくなりより流れ易くなる。
【符号の説明】
【００３３】
１…ワーク成形システム
１０…ワーク成形金型
１１…第１成形型
１２…第２成形型
１３…第１冷却型
１４…第２冷却型
１５…ガイド部
１６…キャビティ
２０…射出装置
３０…高周波コイル
４０…高周波電源
５０…金型制御機構
６０…制御装置
１３１…冷却パイプ
１４１…冷却パイプ
Ｗ…ワーク
【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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【図６】
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【図７】
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