(57)【要約】【課題】昇温速度特性に優れた面状カーボンヒータと、そのヒータを備えてウェルドラインの無い成形物を効率的に生産することのできる金型装置の提供。【解決手段】面状カーボンヒータＣＨを熱源とするヒータユニット４を備える金型装置であり、可動型１および該可動型に対応する固定型２の少なくとも一方に、ヒータユニット４を収容するヒータ収容部２７が設けられる。ヒータ収容部２７は、ヒータユニット４により加熱される熱伝導性の伝熱壁２４ｂを挟んで可動型１および固定型２の間に形成される製品成形部３と対向する位置にあり、ヒータユニット４は伝熱壁２４ｂに接触する位置と伝熱壁２４ｂから隔たる位置との間を移動可能とされている。又、面状カーボンヒータＣＨは、電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板４２内に、カーボン線から成る抵抗発熱体４３を埋設して成り、その両端部４３ａ，４３ａにはリード線４４が導電接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板の内部に、所定の線形パターンを有して前記耐熱板の板面に平行する面内で面状に展開するカーボン線から成る抵抗発熱体が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設され、その抵抗発熱体の両端部にそれぞれリード線が導電接続されて成ることを特徴とする金型用面状カーボンヒータ。
【請求項２】
前記抵抗発熱体の両端部にそれぞれコ字形の断面を有する金属端子が装着され、その金属端子を介して前記リード線が前記抵抗発熱体の両端部に導電接続されていることを特徴とする請求項１記載の金型用面状カーボンヒータ。
【請求項３】
前記抵抗発熱体の両端部に、それぞれその軸線方向に沿って割溝が形成されると共に、前記リード線の各一端が偏平板状の接続端子部として前記割溝に差し込まれていることを特徴とする請求項１記載の金型用面状カーボンヒータ。
【請求項４】
上下一対の金型の間に形成されるキャビティ内に、所定の線形パターンを有して面状に展開するカーボン線から成る定形の抵抗発熱体を配置すると共に、その抵抗発熱体を前記キャビティの底面に平行させて該キャビティの高さ方向中間となる位置に支持した後、上下一対の金型を閉じて、前記キャビティ内に加熱によって電気絶縁性および熱伝導性を有する硬化物となるセラミックスラリーを充填し、次いで上下一対の金型を閉じたまま前記セラミックスラリーを加熱硬化させてその内部に前記抵抗発熱体が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設された偏平な耐熱板とすることを特徴とする金型用面状カーボンヒータの製造方法。
【請求項５】
キャビティ内に抵抗発熱体を配置する前に、その両端部にリード線を接続しておき、前記キャビティ内へのセラミックスラリーの充填時に、そのセラミックスラリーで前記リード線の接続部分も被覆することを特徴とする請求項４記載の金型用面状カーボンヒータの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の金型用面状カーボンヒータを熱源とするヒータユニットを備える金型装置であり、可動型および該可動型に対応する固定型の少なくとも一方に、冷媒を流通させるための冷却通路と、前記ヒータユニットを収容するヒータ収容部とが設けられ、前記ヒータ収容部は、前記ヒータユニットにより加熱される熱伝導性の伝熱壁を挟んで前記可動型および固定型の間に形成される製品成形部と対向する位置にあり、前記ヒータユニットは、ヒータ移動機構に連結して前記伝熱壁に接触する位置と前記伝熱壁から隔たる位置との間を移動可能とされていることを特徴とする金型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面温度が通電時に急速に上昇する昇温速度性能に優れた面状カーボンヒータと、これを効率的に製造する方法、ならびに同ヒータを有してウェルドラインの発生を好適に防止できるようにした金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型による成形法として種々の方式が知られているが、主に射出成形において成形物にウェルドラインと呼ばれる毛髪状の線が発生することがある。このウェルドラインは、金型内の溶融材料が成形物の穴や窓となる部分の周囲を流れて合流することにより発生するもので、強度的には然程問題にならないが、樹脂の種類などによっては強度低下が無視できないほど大きくなることがあり、製品としての美観も大きく損なわれることになる。
【０００３】
このため、従来ではウェルドラインの発生を防止するべく、金型内に溶融材料を充填した後、金型をその内部に設けたヒータにより加熱して、硬化しつつある溶融材料を再溶融するようにしている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
尚、ヒータとしては、セラミックヒータやカーボンヒータなどが一般に良く知られているが、従来のカーボンヒータは、ガラス管内に炭素質発熱体を封入し、その炭素質発熱体に接続したリード線をガラス管の外部に引き出している（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２３１６８号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここに、特許文献１では、金型に内蔵したセラミックヒータに通電して金型を加熱することにより、金型キャビティ内に充填した溶融材料を再溶融化してウェルドラインの発生を防止することができるものの、再溶融化後に金型を冷却して次の成形工程に移行する場合、セラミックヒータに通電を開始してからその表面が所定の温度に達するまでに時間がかかり、成形サイクルタイムの短縮を図る上で大きな障害となっていた。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されるような従来のカーボンヒータでは、炭素質発熱体の加熱劣化を防止するためにガラス管内に不活性ガスを封入することが通例であり、このため製造が難しく製品コストが高くなり、しかも炭素質発熱体を封入したガラス管が衝撃を受けて破損する可能性があるために、駆動系に装置して使用することが難しいという欠点がある。
【０００８】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は昇温速度が速く容易に製造することのできる耐久性に優れた新規なカーボンヒータと、そのヒータを備えてウェルドラインの無い成形物を効率的に生産することのできる金型装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は係る金型用面状カーボンヒータＣＨとして、
電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板４２の内部に、所定の線形パターンを有して前記耐熱板の板面に平行する面内で面状に展開するカーボン線から成る抵抗発熱体４３が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設され、その抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａにそれぞれリード線４４が導電接続されて成ることを特徴とする。
【００１０】
加えて、前記抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａにそれぞれコ字形の断面を有する金属端子４５が装着され、その金属端子４５を介して前記リード線４４が前記抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａに導電接続されていることを特徴とする。
【００１１】
又、前記抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａに、それぞれその軸線方向に沿って割溝４３ｂが形成されると共に、前記リード線４４の各一端が偏平板状の接続端子部４４ａとして前記割溝４３ｂに差し込まれていることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は上記のような金型用面状カーボンヒータＣＨを製造する方法として、
上下一対の金型６Ａ，６Ｂの間に形成されるキャビティ６Ｃ内に、所定の線形パターンを有して面状に展開するカーボン線から成る定形の抵抗発熱体４３を配置すると共に、その抵抗発熱体４３を前記キャビティ６Ｃの底面に平行させて該キャビティ６Ｃの高さ方向中間となる位置に支持した後、上下一対の金型６Ａ，６Ｂを閉じて、前記キャビティ６Ｃ内に加熱によって電気絶縁性および熱伝導性を有する硬化物となるセラミックスラリーを充填し、次いで上下一対の金型６Ａ，６Ｂを閉じたまま前記セラミックスラリーを加熱硬化させてその内部に前記抵抗発熱体４３が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設された偏平な耐熱板４２とすることを特徴とする。
【００１３】
尚、上記方法において、キャビティ６Ｃ内に抵抗発熱体４３を配置する前に、その両端部４３ａ，４３ａにリード線４４を接続しておき、前記キャビティ６Ｃ内へのセラミックスラリーの充填時に、そのセラミックスラリーで前記リード線４４の接続部分も被覆することが好ましい。
【００１４】
又、本発明は、係る金型用面状カーボンヒータＣＨを熱源とするヒータユニット４を備える金型装置であり、可動型１および該可動型に対応する固定型２の少なくとも一方に、冷媒を流通させるための冷却通路２６と、前記ヒータユニット４を収容するヒータ収容部２７とが設けられ、前記ヒータ収容部２７は、前記ヒータユニット４により加熱される熱伝導性の伝熱壁２４ｂを挟んで前記可動型１および固定型２の間に形成される製品成形部３と対向する位置にあり、前記ヒータユニット４は、ヒータ移動機構５に連結して前記伝熱壁２４ｂに接触する位置と前記伝熱壁２４ｂから隔たる位置との間を移動可能とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る金型用面状カーボンヒータによれば、電気絶縁性および熱伝導性を有する偏平な耐熱板の内部に、所定の線形パターンを有して前記耐熱板の板面に平行する面内で面状に展開するカーボン線から成る抵抗発熱体が酸化雰囲気と接触しない状態で埋設されていることから、カーボン製の抵抗発熱体が大気に晒されず、このため加熱劣化が進行し難く、しかも耐熱板により抵抗発熱体が外力から保護されるので、駆動系に装着して使用することができる。
【００１６】
又、本発明に係る金型用面状カーボンヒータは、消費電力が少なく昇温速度特性に優れ、その表面温度を通電時に急速に上げることができる。
【００１７】
加えて、抵抗発熱体の両端部に対し、コ字形の断面を有する金属端子を介してリード線が導電接続されるか、あるいはリード線の一端が偏平板状の接続端子部として抵抗発熱体の両端部に形成される割溝に差し込まれることから、リード線を導通不良なく良好に接続することができる。
【００１８】
一方、本発明に係る方法によれば、上記のような金型用面状カーボンヒータを効率良く製造することができる。特に、抵抗発熱体の両端部にリード線を接続しておき、キャビティ内へのセラミックスラリーの充填時に、そのセラミックスラリーでリード線の接続部分も被覆するようにしていることから、接合部の接触不良やリード線が使用中に外れてしまうことがなく、しかも漏電、短絡も防止することができる。
【００１９】
更に、本発明に係る金型装置では、係る金型用面状カーボンヒータを熱源とするヒータユニットを備えることから、そのヒータユニットにより金型内の成形材料を加熱してウェルドラインの発生を防止でき、しかも金型用面状カーボンヒータの昇温速度性能に対応して成形材料を急速加熱することが可能になるので、成形サイクルタイムを短縮してウェルドラインの無い成形物を効率良く量産することに大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。図１は本発明に係る金型装置を示す断面概略図である。図１において、係る金型装置は射出成形用として、可動型１（コア型）とこれに対応する固定型２（キャビティ型）とを具備して構成される。
【００２１】
可動型１は、可動盤１１に取り付けられる型板１２と、該型板１２に組み込まれるコア１３とより構成され、可動盤１１に連結する図示せぬ型締めシリンダにより固定型２と対向する方向に移動されるようになっている。他方、固定型２は、固定盤２１に取り付けられる外枠２２の内部に、断熱板２３を介してコア１３に対応する凹状のキャビティ２４ａが形成されるキャビティプレート２４と、その背面側に位置するバックプレート２５とを組み込んで構成される。
【００２２】
そして、係る金型装置によれば、可動型１の移動により当該可動型１と固定型２とが開閉し、型締め時（可動型１と固定型２とを合わせて閉じたとき）に、その両者１，２の間にコア１３とキャビティ２４ａとで構成される所定形状の製品成形部３が形成され、その製品成形部３内に図示せぬ射出装置から溶融材料（主として熱可塑性樹脂）が射出されるようになっている。
【００２３】
特に、固定型２には、その内部に冷媒（冷却水）を流通させるための冷却通路２６と、後述するヒータユニット４を収容するヒータ収容部２７とが設けられる。このうち、冷却通路２６は、キャビティプレート２４とバックプレート２５との間でヒータ収容部２７を取り囲むように形成されており、その両端は外枠２２の側面を貫通して外部に開口されている。そして、係る冷却通路２６は図示せぬ外部の冷媒タンクと連通され、その冷媒タンクと固定型２との間で冷媒の循環が行なわれる構成とされている。
【００２４】
一方、ヒータ収容部２７は、製品成形部３に対応する位置でバックプレート２５を貫通する角穴であり、その周壁は断熱板２７ａにより形成されている。又、外枠２２および固定盤２１にはヒータ収容部２７に連通する穴が穿設されており、その穴に挿入したロッド５１を介してヒータ収容部２７内のヒータユニット４と、固定盤２１に平行するプレート５２とが連結されている。そして、そのプレート５２は、流体圧シリンダや電磁ソレノイドなどから成る伸縮アクチュエータ５３を介して固定盤２１に連結されて、ヒータユニット４をヒータ収容部２７の開口方向（図１において上下方向）に移動させるヒータ移動機構５を構成している。ここに、ヒータ移動機構５として、シリンダ直結構造やカム機構などを採用することもできる。
【００２５】
尚、キャビティプレート２４は、バックプレート２５に接触する面とキャビティ２４ａとの間がヒータユニット４にて加熱される熱伝導性の伝熱壁２４ｂとされており、その伝熱壁２４ｂを介してヒータユニット４から製品成形部３内の溶融材料（成形材料）に熱伝導が行なわれるようにしてある。特に、ヒータユニット４は、キャビティプレート２４側に向けられる端縁部が高温発熱する加熱ヘッドｈとされ、その加熱ヘッドｈが上記ヒータ移動機構５によるヒータユニット４の移動により、キャビティプレート２４（伝熱壁２４ｂ）に対して接触したり離間したりするようになっている。
【００２６】
ここで、ヒータユニット４の構成について説明すれば、図２は係るヒータユニットの内部構造を示す平面図、図３は同ユニットの側面図である。これらの図で明らかなように、本例において、係るヒータユニット４は、偏平板状の耐熱筺体４１に熱源となる２つの面状カーボンヒータＣＨを隣り合わせに内蔵して構成される。
【００２７】
耐熱筺体４１は、上記加熱ヘッドｈと一体として金型用面状カーボンヒータＣＨを保持するケース本体４１ａと、ヒータＣＨを押さえるカバー４１ｂとから成り、加熱ヘッドｈを含むケース本体４１ａに対して金型用面状カーボンヒータＣＨ，ＣＨが接触されている。又、金型用面状カーボンヒータＣＨからは、それぞれ絶縁被覆が施された一対のリード線４４が引き出されており、そのリード線４４が図示せぬ制御装置を介して電源に導通されるようになっている。尚、リード線４４は図１に示したロッド５１の外周を這わせて固定型２の外部に引き出されるが、ロッド５１を中空軸としてその内部にリード線４４を通すようにしてもよい。
【００２８】
図４は金型用面状カーボンヒータＣＨの内部構造を示した平面図であり、図５には図４のＸ−Ｘ拡大断面を示す。これらの図で明らかなように、金型用面状カーボンヒータＣＨは、偏平な耐熱板４２の内部に、カーボン線から成る抵抗発熱体４３を酸化雰囲気と接触しない状態で埋設して構成される。このうち、耐熱板４２は、電気絶縁性および熱伝導性を有する無機材料から形成されており、その板面に平行する面内で抵抗発熱体４３が平面状に展開している。
【００２９】
一方、抵抗発熱体４３は、カーボンの板から所定の線形パターン（図示例において櫛形）に切り抜かれる定形物であり、その連続部分の直角断面は図５のように矩形となっている。尚、本例において、耐熱板４２および抵抗発熱体４３は平面状とされるが、それらを曲面状あるいは屈曲面状としてもよい。
【００３０】
又、係る抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａは幅広にして、互いに近接する状態で平行に形成されており、その両端部４３ａ，４３ａにそれぞれ通電用の上記リード線４４が導電接続している。特に、図６に示されるように、抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａには、それぞれその軸線方向に沿って一端が外部に開放する割溝４３ｂ，４３ｂが形成され、その割溝４３ｂ，４３ｂに対応してリード線４４の各一端が絶縁被覆の施されていない偏平板状の接続端子部４４ａとされている。そして、各リード線４４は、その接続端子部４４ａを割溝４３ｂに差し込んでカーボン接着剤（例えば、日清紡績株式会社製ＳＴ−２０１）で固定され、しかもその接続部分が短絡せぬよう図４に示されるように耐熱板４２にて抵抗発熱体４３と共に被覆されるようにしてある。
【００３１】
尚、リード線４４の接続に、図７のようなコ字形の断面を有する金属端子４５を用い、その金属端子４５を抵抗発熱体４３の両端部４３ａ，４３ａに銜え付け、これにリード線４４を接続するようにしてもよい。
【００３２】
次に、上記のように構成される金型用面状カーボンヒータの製造方法について説明する。図８は金型用面状カーボンヒータＣＨの製造に用いる金型であり、これは上型６Ａおよび下型６Ｂで構成され、その両者間には上記耐熱板４２を成形するための凹型となるキャビティ６Ｃが形成されている。
【００３３】
本例において、下型６Ｂの上部にはストリッパプレート６１が設けられ、その内側にキャビティ６Ｃが成されている。又、下型６Ｂの背面側には伸縮アクチュエータ６２を介して受板６３が開閉自在に連結されており、その受板６３を貫通するエジェクタピン６４を介してストリッパプレート６１とエジェクタプレート６５が連結されている。更に、下型６Ｂには、複数の位置決めピン６６（図８には一つのみ示される）が軸方向に摺動自在にして内蔵されており、その先端がキャビティ６Ｃ内に突出するようになっている。尚、位置決めピン６６は、受板６３に内蔵されるバネにてキャビティ６Ｃ側に付勢されている。
【００３４】
一方、上型６Ａには、キャビティ６Ｃ内に通じるゲート６７が穿設されると共に、キャビティ６Ｃに対応する数箇所においてキャビティ６Ｃ内に向けてバネ付勢される押圧ピン６８（図８には一つのみ示される）が内蔵される。
【００３５】
そして、本例によれば、上記のように構成される金型用面状カーボンヒータＣＨを製造するに際して、先ず上型６Ａおよび下型６Ｂを開いた状態で、下型６Ｂに形成されるキャビティ６Ｃ内に予め作成しておいた所定の線形パターンを有する定形カーボン製の抵抗発熱体４３を配置する。尚、その抵抗発熱体４３は、図９のように位置決めピン６６により定位置に位置決めされ、しかもキャビティ６Ｃの底面に平行する状態で該キャビティ６Ｃの高さ方向中間位置に支持される。又、図９に示されるように、キャビティ６Ｃ内に配置する抵抗発熱体４３の両端部には、図６または図７に示した方式で予めリード線４４を接続しておく。
【００３６】
しかして、キャビティ６Ｃ内に対する抵抗発熱体４３の配置を完了したら、上型６Ａおよび下型６Ｂを閉じるのであり、これにより抵抗発熱体４３は図１０に示されるよう位置決めピン６６と押圧ピン６８により上下方向から挟まれてキャビティ６Ｃ内の定位置に拘束されることになる。
【００３７】
そこで、ゲート６７を通じてキャビティ６Ｃ内に上記耐熱板４２と成すセラミックスラリーを充填する。セラミックスラリーは、加熱することにより電気絶縁性および熱伝導性を有する硬化物となるもので、これにはシリカなどを主成分とする無機接着剤（例えば、朝日化学工業株式会社製スミセラムＳ−１７Ｄ）を好適に用いることができる。そして、係るセラミックスラリーを充填後、上型６Ａおよび下型６Ｂを閉じたまま、その両者に内蔵される図示せぬ電熱線に通電してセラミックスラリーを加熱硬化（例えば、１５０℃／３０分）させるのであり、これにより上記のような金型用面状カーボンヒータＣＨが得られる。
【００３８】
尚、セラミックスラリーの硬化後、上型６Ａおよび下型６Ｂを開き、次いで伸縮アクチュエータ６２により下型６Ｂおよび受板６３を開いてキャビティ６Ｃ内から位置決めピン６６を抜き去り、しかしてストリッパプレート６１を押し上げることにより、キャビティ６Ｃ内から完成した金型用面状カーボンヒータＣＨを取り出すことができる。又、得られた金型用面状カーボンヒータＣＨには、位置決めピン６６と押圧ピン６８との位置に凹みが生じていることになるが、その凹みは上記と同じセラミックスラリーの充填を以て後から塞がれる。
【００３９】
ここで、以上のようにして得られた金型用面状カーボンヒータＣＨに通電してその表面温度を測定したところ、同サイズのセラミックヒータに比べ、図１１のように印加電圧１００Ｖ、５０Ｖ、３０Ｖ、２０Ｖの何れにおいても、優れた昇温速度特性を有することが確認された。
【００４０】
従って、同金型用面状カーボンヒータＣＨを熱源とするヒータユニット４を内蔵した金型装置によれば、その内部に充填された成形材料（溶融材料）を急速加熱して、ウェルドラインの無い高品質の成形物を効率的に量産することを期待できる。
【００４１】
以上、本発明を図面に基づき説明したが、カーボン線から成る抵抗発熱体４３は、図示例のような櫛形の線形パターンに限らず、種々の線形パターンに形成することができる。例えば、円柱状の物（肉厚物）を成形するべく、金型の外側がその円柱形状に沿った曲面を有している場合、その曲面に沿ったヒータを使用すれば、円柱状物の急速加熱も容易に行なうことができる。又、本発明に係る金型装置は、面状カーボンヒータＣＨを熱源とするヒータユニット４を可動型１、あるいは可動型１と固定型２の双方に内蔵して構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る金型装置を示す断面概略図
【図２】同金型装置に内蔵されるヒータユニットの内部構造を示す平面図
【図３】同ヒータユニットの側面図
【図４】同ヒータユニットを構成する金型用面状カーボンヒータの内部構造を示す平面図
【図５】図４のＸ−Ｘ拡大断面図
【図６】リード線の接続形態を示す説明図
【図７】リード線の接続形態の変更例を示す説明図
【図８】金型用面状カーボンヒータの製造に用いる金型の一例を示す断面図
【図９】抵抗発熱体をキャビティ内に配置した状態を示す説明図
【図１０】キャビティ内に対するセラミックスラリーの充填時の状態を示す説明図
【図１１】本発明のカーボンヒータと従来セラミックヒータの昇温速度特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００４３】
１  可動型
１３  コア
２  固定型
２４  キャビティプレート
２４ａ  キャビティ
２４ｂ  伝熱壁
２６  冷却通路
２７  ヒータ収容部
３  製品成形部
４  ヒータユニット
４１  耐熱筐体
ＣＨ  面状カーボンヒータ
４２  耐熱板
４３  抵抗発熱体
４３ｂ  割溝
４４  リード線
４４ａ  接続端子部
４５  金属端子
５  ヒータ移動機構
６Ａ  上型
６Ｂ  下型
６Ｃ  キャビティ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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