JP4653209B2 - 複合式高速成形システム - Google Patents

Description

本発明は高速成形に関し、特に、誘導加熱と蒸気加熱を結合した複合式高速成形システムに関する。

射出成形の製造工程において、液状樹脂は成形金型のキャビティにより成形されるが、充分に流動して液状樹脂がキャビティ全体に充填されるよう確保されなければならない。しかし、成形金型は高い熱伝導特性を有する金属によって製造され、液状樹脂が成形金型に接触した後、迅速に温度が下がる。降温後の液状樹脂は粘度係数が上昇し、流動性が悪くなり、キャビティ内の比較的小さい孔隙箇所（プラスチック成形品の微細な構造の箇所に相当）に流入しにくくなる。更には、液状樹脂が早く固化してしまい、液状樹脂が継続的に流動してキャビティに充填されるのが阻まれることさえあり得る。液状樹脂に固化または不完全な充填の現象がまだ発生していなくても、２つの低温の液状樹脂の流れが合流する箇所でも液状樹脂の流動性が悪いため、２つの液状樹脂が充分に融合されず、結合の痕跡や構造断面が発生する。プラスチック成形品の完成品の外観が劣るだけでなく、応力の欠陥も形成し、プラスチック成形品の完成品が断裂しやすくなってしまう。

上述の問題を解決するため、液状樹脂を成形金型に注入する前に、相対的高温に加熱し、液状樹脂が相対的に低温の金型に接触した後迅速に降温し固化してしまうことがないようにする必要がある。加熱された高温の成形金型は液状樹脂の流動性を保持し、液状樹脂をキャビティに充填する工程を加速することができる。従来の技術において、迅速に金型を加熱する方式は主に二種類ある。１つ目は高温蒸気を成形金型内部の通路中に導入し、高温蒸気を利用して成形金型を加熱する方法である。２つ目は誘導加熱コイルを使用して成形金型表面（特にキャビティ表面）に接近させ、金型表面に渦電流を発生させて、さらに金型そのものに自ら発熱させる方法である。

図１に従来の技術における成形金型１の断面図を示す。成形金型１は複数の通路２を備えている。これら通路２は頭尾を直列に連結し、出入水管路に連結することができる。通路２はまた平行に並列させて出入水管路に連結することもできる。成形金型１を閉じる前に、通路２の中に高温蒸気が注入され、これにより成形金型１を加熱し、その後型を閉じて成形を行う。成形完了後、通路２には冷却水が導入され、冷却速度を加速し、成形金型１をできるだけ速く型開きできるようにする。通路２は高温蒸気または冷却水の通過に供することができ、成形金型１の加熱と冷却に同時に用いられる。しかしながら、通路２の構造は直線穴あけ技術により制限され、通路２は直線形の通路とできるのみであり、且つ成形金型１に埋設される。このため、通路２はキャビティ表面のあらゆる箇所に真に接近させることができず、高温蒸気の熱エネルギーは成形金型１の材料を通してキャビティ表面に伝導する必要があり、キャビティ表面が作業温度まで加熱する時間が延長されてしまう。

図２に従来の技術における別の成形金型３の立体分解図を示す。誘導加熱コイル４を介して加熱を行うものである。成形金型３は型開き後、再度型を閉じて液状樹脂の注入を行う前まで、誘導加熱コイル４がオス型３ａとメス型３ｂの間に移動され、キャビティ３ｃの位置に対応される。誘導加熱コイル４は高周波の交流電流が導入され、これにより磁場を発生し、キャビティ３ｃの表面が磁場に誘導されて渦電流を発生する。成形金型３は渦電流の作用下で自ら発熱し、これによりキャビティ３ａの表面が加熱される。しかしながら、渦電流の大きさは誘導加熱コイル４と成形金型３表面の間の距離と反比例の関係にあり、キャビティ３ａの凹陥箇所は渦電流が比較的少なく、昇温速度も比較的遅くなり、キャビティ３ａ表面が作業温度まで加熱される時間が延長されてしまう。

本発明の目的は、高温流体と誘導加熱コイルが共同で成形金型を加熱し、成形金型の加熱周期を短縮して射出成形の生産効率を向上することができる、複合式高速成形システムを提供することにある。

上述の目的を達するため、本発明の複合式高速成形システムは、成形金型と誘導加熱コイルを含み、成形金型は液状樹脂をその中に注入し、固化させて成形を行うために用いられ、誘導加熱コイルは作業電流を受け取って前記成形金型を加熱するために用いられる。そのうち、成形金型はさらに複数の通路を備え、高温流体供給源からの高温流体が各通路に通過され、内部から成形金型を加熱するために用いられる。誘導加熱コイル及び高温流体が成形金型の表面と内部を同時に加熱し、成形金型が作業温度まで加熱するために必要な時間を短縮することができる。

本発明は、高温流体と誘導加熱コイルが共同で成形金型を加熱し、成形金型の加熱周期を短縮することができ、射出成形の生産効率を向上することができる。同時に、高温流体が成形金型の全体を加熱し、注入過程における成形金型のキャビティ表面の降温速度を遅らせ、原料液の流動性を保持し、さらに液状樹脂の流動不良により引き起こされるプラスチック成形品の欠陥を回避することができる。

図３と図４に本発明の実施例の複合式高速成形システムを示す。この複合式高速成形システムは作業台１０、成形金型２０、誘導加熱コイル３０、高温流体供給源４０、冷却流体供給源５０、排液装置６０、及び冷却板７０を含む。

図４に示すように、作業台１０は座部１１、金型開閉装置１２、移動装置１３、及び成形機１４を含む。座部１１は成形金型２０、金型開閉装置１２、移動装置１３、成形機１４、及び冷却板７０をその上に搭載するために用いられる。金型開閉装置１２は座部１１上に設置され、成形金型２０を直線的に作動させ、成形金型２０に対し型開きまたは型閉じ作業を行わせるために用いられる。金型開閉装置１２は油圧装置、リンク式アクチュエータ、或いは送りねじアッセンブリとすることができ、本実施例において、金型開閉装置１２は油圧装置とし、座部１１上に設置された支持体１２１と複数の油圧シリンダ１２２を含み、そのうち支持体１２１と油圧シリンダ１２２は座部１１上に設置され、且つ油圧シリンダ１２２の駆動棒１２３が支持体１２１に穿通されて成形金型２０に連結され、成形金型２０を直線的に作動させる。移動装置１３は座部１１上に設置され、冷却板７０を座部１１で移動させて成形金型２０に接触させる、または成形金型２０から離すために用いられる。移動装置１３は油圧装置、リンク式アクチュエータ、或いは送りねじアッセンブリとすることができ、本実施例において、移動装置１３は油圧装置とし、座部１１上に設置され、且つその駆動棒１３１が支持体１２１に穿通されて冷却板７０に連結され、冷却板を成形金型２０の一側で支持し移動させる。

図３と図４に示すように、成形金型２０はオス型２１とメス型２２を含み、オス型２１とメス型２２は相互に閉じ合わせられてキャビティ２３を形成し、液状樹脂をその中に注入してキャビティ２３内で冷却し、固化させて成形するために用いられる。そのうち、オス型２１は座部１１に固定して設置され、且つオス型２１は注入路２１１を備え、オス型２１の外側面とキャビティ２３が連通される。成形機１４は注入路２１１に連結され、高温で溶融された成形原料（液態プラスチック）を注入路２１１からキャビティ２３内に注入するために用いられる。メス型２２は座部１１上に移動可能に設置され、且つ金型開閉装置１２の駆動棒１２３がメス型２２に連結され、直線的にメス型２２を移動させるために用いられ、メス型２２を移動してオス型２１に閉じ合わせ、型閉じを行うか、オス型２１から離脱させて型開きを行うことができる。このほか、成形金型２０は複数の通路２４を備え、成形金型２０のオス型２１またはメス型２２のいずれか１つに穿通される。通路２４は成形金型２０に対して加熱または冷却を行うための高温流体、低温流体、或いは乾燥気体を通過させるために用いられる。

図３と図４に示すように、誘導加熱コイル３０は移動可能に設置され、かつ例えば機械アーム３２などのアクチュエータに連結され、機械アーム３２によって座部１１の上に支持され、成形金型３０のオス型２１とメス型２２の間に移動されてオス型２１とメス型２２の内側側面、即ち、キャビティ２３の表面に対して加熱を行う。誘導加熱コイル３０は機械アーム３２により駆動されて二次元方向にオス型２１とメス型２２の間に移動され、キャビティ２３の表面に接近するが、接触はしない。誘導加熱コイル３０は作業電流を受け取ると磁場を発生し、成形金型２０のキャビティ２３表面に磁場の誘導で渦電流を発生させ、渦電流の流動が成形金型２０の表面を自ら発熱させ、成形金型２０のキャビティ２３表面を加熱する効果が達せられる。

図３と図４に示すように、高温流体供給源４０は高温流体の提供に用いられ、例えば高温流体供給源４０はボイラーとし、純水を加熱して高圧高温蒸気を発生することができる。高温流体供給源４０は成形金型２０の通路２４に連結され、高温流体を提供して各通路２４に通過させ、成形金型２０を作業温度まで加熱する。

図３と図４に示すように、前述の誘導加熱コイル３０は直接キャビティ２３表面に加熱を行い、直接液状樹脂に接触するキャビティ２３表面を迅速に昇温させる。誘導加熱コイル３０はキャビティ２３の凹陥箇所２３ａに対する加熱効率が比較的劣るが、凹陥箇所２３ａは逆に通路２４に比較的接近しているため、高温流体が凹陥箇所２３ａを迅速に加熱することができる。このため、高温流体と誘導加熱コイル３０が共同で成形金型２０を加熱することで、成形金型２０の加熱周期を短縮し、射出成形の生産効率を高めることができる。同時に、高温流体が成形金型２０の全体を加熱するため、原料液の注入過程で成形金型２０のキャビティ２３表面の温度が低下する速度を遅め、原料液の流動性を保持し、液状樹脂の２つの流れが合流する箇所に結合の痕跡や構造断面が出現するのを回避することができる。

迅速な射出成形を達するため、成形金型２０を迅速に加熱するほか、成形原料を完全に成形金型２０に注入した後、型を開くことができる温度まで成形金型２０を迅速に冷却する必要がある。

図３と図４に示すように、冷却流体供給源５０は冷却流体の提供に用いられ、例えば冷却流体供給源５０は水タンクに連結された凝縮器とし、低温の冷却水の提供に用いることができる。冷却流体供給源５０は成形金型２０の通路２４に連結され、冷却流体を提供して各通路２４を通過させ、成形金型２０を型開き温度まで冷却する。

図３と図４に示すように、排液装置６０は圧力差発生装置とし、例えば排液装置６０はブロワ装置、高圧気体供給源、または真空ポンプとすることができ、高圧且つ乾燥した空気をあらかじめ定めた方向に向かって送り込み、流動させるために用いられる。排液装置６０は成形金型２０の通路２４に連結される。排液装置６０が正圧力差を提供するときは、通路２４の入口端から高圧空気を送り込むことができる。排液装置６０が負圧力差を提供するときは、通路２４の出口端から吸引を行うことができる。排液装置６０が発生することができる高圧且つ乾燥した気体は各通路２４を通過し、通路２４内部に残存する冷却液体または高温蒸気を排出することができる。

成形金型２０に十分な応力強度を具備させ、成形過程の高圧力に対応できるようにするため、通路２４は通常小孔径であり、成形金型２０内にサイズが大きすぎる空心構造を形成しないようにし、且つ通路２４の数量も平均的に成形金型２０全体をカバーするようにする必要がある。このような状況下で、小孔径の通路２４そのものが大きな流動抵抗を発生し、冷却流体が複数の通路２４に分流されるのも同様の流動抵抗を生じ、特に成形金型２０が比較的大きいとき、通路２４の数量も多くなる。大流阻の存在は冷却流体の流量を低下させ、冷却流体供給源５０の実際の成形金型２０に対して発生する冷却仕事率が低下され、降温時間が相対して延長される。冷却流体供給源５０の実質的な冷却仕事率が制限される問題を解決するため、本発明の実施例は冷却板７０で成形金型２０の冷却速度を強化する。

図３と図４に示すように、冷却板７０は座部１１上に移動可能に設置され、そのうち移動装置１３の駆動棒１３１が冷却板７０に連結され、冷却板を座部１１上に支持し、且つ冷却板７０はメス型２２の外側に配置され、即ち、メス型２２と金型開閉装置１２の支持体１２１の間に位置する。移動装置１３は冷却板７０を移動させるために用いられ、冷却板７０を成形金型２０のメス型２２に接触させ、冷却板７０にメス型２２に対し吸熱を行わせ、成形金型２０の全体の温度が型開き温度まで低下する速度を加速する。冷却板７０は熱電発電機（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含む金属板、または冷却管路を備えた金属板とすることができる。冷却板７０は成形金型２０の一部分ではないため、その応力強度は成形条件の要求に合わせる必要がない。冷却板７０の応力要求を考慮する必要がないため、冷却板７０中の冷却構造は最大冷却仕事率の要求を容易に達することができ、成形金型２０の冷却過程を加速することができる。

本発明の実施例の動作フローを次に説明する。

図４に示すように、射出成形作業を開始するとき、または前回の射出成形作業が完了した後、成形金型２０は型が開いた状態を呈する。即ち、移動装置１３がまず移動して冷却板７０を駆動し、成形金型２０のメス型２２から離脱させる。続いて型開き装置１２がメス型２２を駆動してオス型２１から離脱させ、キャビティ２３の表面が露出され、前回の射出成形作業で完成したプラスチック成形品Ｐを取り出すこともできる。これと同時に、高温流体供給源４０が高温流体の提供を開始し、通路２４の中を通って成形金型２０の加熱を開始する。

図５に示すように、機械アーム３２が誘導加熱コイル３０をオス型２１とメス型２２の間まで移動させ、キャビティ２３の表面に対応させて、誘導加熱コイル３０がキャビティ２３の表面に接近するが、接触しない設定距離に保持する。続いて作業電流が誘導加熱コイル３０中に通電され、キャビティ２３表面に渦電流を発生させて加熱を開始する。この図では誘導加熱コイル３０は１つしか描かれていないが、実際には誘導加熱コイル３０の数量を複数として、それぞれキャビティ２３表面の異なる区域に対応させることができる。

キャビティ２３表面の温度が作業温度に到達したとき、高温流体供給源４０は高温流体の供給を停止し、同時に作業電流も誘導加熱コイル３０への通電が停止され、成形金型２０に対する加熱が停止される。キャビティ２３表面が作業温度に達したか否かの決定は、熱電対等の温度センサの測定によってキャビティ２３表面の温度を取得することができる。或いは、実験結果に基づいて加熱時間を決定し、加熱時間に達したときキャビティ２３表面の温度がすでに作業温度に達したとみなすことができる。

図６に示すように、機械アーム３２が誘導加熱コイル３０を移動してオス型２１とメス型２２の間から離脱させ、且つ金型開閉装置１２がメス型２２を駆動してオス型２１に閉じ合わせ、型閉じ作業が完了する。型閉じ作業の完了後、移動装置１３がさらに冷却板７０を移動し、冷却板７０をメス型２２に接触させ、メス型２３の表面に対して降温を開始する。

図７に示すように、成形機１４が成形金型２０に液状樹脂を注入し、液状樹脂をキャビティ２３に充填する。冷却板７０はメス型２３の表面から降温を開始するため、即座にキャビティ２３の表面温度を変化させることはなく、このため液状樹脂は高温を維持し、充分に流動してキャビティ２３を満たすことができる。注入が完了し、液状樹脂でキャビティ２３を満たした後は、冷却流体供給源５０が冷却流体を提供し、通路２４中に通過させて成形金型２０を冷却し、同時に冷却板７０を起動して成形金型２０を継続して冷却する。

キャビティ２３中の圧力を維持し、かつ冷却流体供給源５０と冷却板７０で成形金型２０の冷却を継続する。キャビティ２３表面の温度が型開き温度に達したとき、冷却流体供給源５０が冷却流体の供給を停止する。キャビティ２３表面が型開き温度に達したか否かの決定は、熱電対等の温度センサの測定によってキャビティ２３表面の温度を取得することができる。或いは、実験結果に基づいて冷却時間を決定し、冷却時間に達したときキャビティ２３表面の温度がすでに型開き温度に達したとみなすことができる。

最後に型開き作業を行い、移動装置１３がまず移動して冷却板７０を駆動し、成形金型２０のメス型２２から離脱させる。続いて型開き装置１２がメス型２２を駆動してオス型２１から離脱させ、図４に示すように、キャビティ２３表面を露出させる。これと同時に、高温流体供給源４０が高温流体の提供を開始し、通路２４の中を通過させ、成形金型２０の加熱を開始し、次回の射出成形作業の準備をする。

本発明の精神は、高温流体と誘導加熱コイル３０で同時にそれぞれ成形金型３０内部と表面を加熱し、成形金型３０の受熱状況をより均一にする。成形金型３０に入力される熱量は、長い経路を介しての熱伝導を行う必要がなく、全体の昇温時間を短縮し、加熱過程全体を加速することができる。同様に、冷却過程は、低温流体と冷却板７０で同時にそれぞれ成形金型３０内部と表面を冷却し、逃がす必要がある熱量は長い経路を介して熱伝導を行う必要がなく、全体の冷却時間を短縮し、冷却過程全体を加速することができる。

従来の技術の成形金型の断面図である。 従来の技術における誘導加熱コイルで加熱を行う別の成形金型の立体分解図である。 本発明の実施例のシステムのブロック図である。 本発明の実施例の断面図１である。 本発明の実施例の断面図２である。 本発明の実施例の断面図３である。 本発明の実施例の断面図４である。

符号の説明

１・・・・・・成形金型
２・・・・・・通路
３・・・・・・成形金型
４・・・・・・誘導加熱コイル
３ａ・・・・・オス型
３ｂ・・・・・メス型
１０・・・・・作業台
１１・・・・・座部
１２・・・・・金型開閉装置
１２１・・・・支持体
１２２・・・・油圧シリンダ
１２３・・・・駆動棒
１３・・・・・移動装置
１４・・・・・成形機
２０・・・・・成形金型
２１・・・・・オス型
２１１・・・・注入路
２２・・・・・メス型
２３・・・・・キャビティ
２３ａ・・・・凹陥箇所
３０・・・・・誘導加熱コイル
３２・・・・・機械アーム
４０・・・・・高温流体供給源
５０・・・・・冷却流体供給源
６０・・・・・排液装置
７０・・・・・冷却板
１３１・・・・駆動棒
２４・・・・・通路
Ｐ・・・・・・プラスチック成形品
３ｃ・・・・・キャビティ

Claims (11)

1. 複合式高速成形システムであって、
   成形金型と、誘導加熱コイルと、高温流体供給源を含み、
   前記成形金型はオス型とメス型を含み、相互に閉じ合わせられてキャビティを形成し、液状樹脂をその中に注入し固化させて成形するために用いられ、且つ複数の通路を備え、
   前記誘導加熱コイルは作業電流を受け取り、前記成形金型のキャビティの表面を加熱するために用いられ、
   前記高温流体供給源は、高温流体を提供し、各前記通路に通過させ、前記成形金型を加熱するために用いられ、
   さらに前記オス型と前記メス型の間に前記誘導加熱コイルを移動するアクチュエータを含み、
   前記誘導加熱コイルは前記アクチュエータにより前記オス型と前記メス型の間で前記成形金型のキャビティの表面を加熱する方向と、前記オス型と前記メス型の間から離れる方向に移動可能であり、
   前記成形金型は前記誘導加熱コイルおよび加熱流体により同時に加熱されることを特徴とする、
   複合式高速成形システム。
2. さらに冷却流体を提供し、各前記通路に通過させ、前記成形金型を冷却するために用いられる冷却流体供給源を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合式高速成形システム。
3. さらに高圧気体を提供し、各前記通路中に残存する冷却流体または高温流体を排除するために用いられる排液装置を含むことを特徴とする、請求項２に記載の複合式高速成形システム。
4. 前記通路が前記成形金型のオス型またはメス型のいずれか１つに穿通されたことを特徴とする、請求項１に記載の複合式高速成形システム。
5. さらに冷却板を含み、選択的に移動されて前記成形金型に接触し、前記成形金型を冷却するか、前記成形金型から離脱するよう移動されることを特徴とする、請求項１に記載の複合式高速成形システム。
6. さらに座部を含み、前記成形金型と前記冷却板が前記座部上に設置されたことを特徴とする、請求項５に記載の複合式高速成形システム。
7. さらに金型開閉装置を含み、前記座部に設置され、前記成形金型の型閉じと型開きを行うことを特徴とする、請求項６に記載の複合式高速成形システム。
8. 前記金型がオス型とメス型を含み、前記オス型が前記座部に固定して設置され、且つ前記金型開閉装置が前記メス型に連結され、前記メス型を移動して前記オス型に対して閉じ合わせ、型閉じを行うか、前記オス型から離脱させて型開きを行うことを特徴とする、請求項７に記載の複合式高速成形システム。
9. さらに移動装置を含み、前記座部上に設置され、前記冷却板を移動するために用いられることを特徴とする、請求項６に記載の複合式高速成形システム。
10. 複合式高速成形システムであって、
    成形金型と、誘導加熱コイルを含み、
    前記成形金型がオス型とメス型を含み、相互に閉じ合わせられてキャビティを形成し、液状樹脂をその中に注入し固化させて成形するために用いられ、
    前記誘導加熱コイルが作業電流を受け取り、前記成形金型のキャビティの表面を加熱するために用いられ、
    そのうち、前記成形金型が複数の通路を備え、流体をその中に通過させるために用いられ、
    さらに前記オス型と前記メス型の間に前記誘導加熱コイルを移動するアクチュエータを含み、
    前記誘導加熱コイルは前記アクチュエータにより前記オス型と前記メス型の間で前記成形金型のキャビティの表面を加熱する方向と、前記オス型と前記メス型の間から離れる方向に移動可能であり、
    前記成形金型は前記誘導加熱コイルおよび加熱流体により同時に加熱されることを特徴とする、
    ることを特徴とする、
    複合式高速成形システム。
11. 前記通路が前記成形金型のオス型またはメス型のいずれか１つに穿通されたことを特徴とする、請求項１０に記載の複合式高速成形システム。

Images