JP7693405B2 - 入れ子金型 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂の射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型に関するものである。

金型を作製する際、例えば、金型形状に少しだけ凸形状が出ている場合などでは、この凸形状を一体で加工すると材料取りの効率が悪く、且つ一気に切削加工することが難しい。そこで、このような場合は、凸形状を別部品にすることにより、歩留まりや加工性を向上させることができる。この別部品(金型)を「入れ子（入れ子金型）」という。

合成樹脂成形用の金型材料としては、一般的に高強度、多種類、且つ安価な鋼材が使用されている。しかし、金型においては、熱伝導性もまた重要な必須要素であり、鋼材は、非鉄金属金型に比べて高強度である反面、熱伝導率が格段に劣る。金型本体については、金型内に水が流れる冷却流路を形成し、金型を冷却することが可能であるが、入れ子金型の場合、上記の冷却流路を形成することが難しい場合が多い。そこで、入れ子金型において、鉄鋼の３～７倍の熱伝導率を有するベリリウム銅合金（ＢｅＣｕ）が多く使用されるようになった。

入れ子金型を使用した樹脂の射出成形に関し、例えば、特許文献１には、以下の技術が開示されている。特許文献１は、図１に示す合成樹脂製中空成形体である自動車のインテークマニホールドを製造する製造装置及び製造方法に関する技術である。なお、特許文献１には、入れ子金型を構成する材料に関する記載はない。

このインテークマニホールド３０は、一対の第１半割部材３１、第２半割部材３２と、この第２半割部材３２の端部に設けられる箱状の第３半割部材３３とを備えて構成され、各衝合部３１ａ、３２ａ、３３ａが接合されて製造される。

図２に示すように、射出成形装置１は、固定型２（第１の金型）と可動型３（第２の金型）を備えている。固定型２は、上記第１半割部材３１を成形するための雌型部４と、上記第２半割部材３２を成形するための雄型部５と、上記第３半割部材３３を成形するための雄型部６とを有している。これら雌型部４、雄型部５及び雄型部６は、型開閉方向Ｐと直交する方向（図中上下方向）に沿って配列されている。また、固定型２側は、溶融樹脂を射出可能な一次射出ノズル７及び二次射出ノズル８を備えている。

上記可動型３は、図示しない走行手段によって型開閉方向Ｐに走行可能な可動型本体１０と、この可動型本体１０に設けられる突出し機構Ａ、旋回機構Ｂ及びスライド機構Ｃとを備えている。スライド機構Ｃは、可動型本体１０に型開閉方向Ｐと直交する方向（図中上下方向）へスライド自在に支持されるスライド部材１１と、このスライド部材１１をスライドさせる駆動シリンダ１２とを有している。

入れ子金型２０は、可動型３の旋回機構Ｂの旋回プレート１５上に載置された回転子２２に組み込まれている。また、入れ子金型２０は、型締めされた図２の状態において、対向する固定型２の雄型部５に当接する。

一次射出時の型締め状態で、固定型２の雌型部４とスライド部材１１の雄型部１７との間に第１半割部材３１用のキャビティが形成され、また、固定型２の雄型部５と突出しプレート１３の雌型部１８と回転子２２の入れ子金型２０との間に第２半割部材３２用のキャビティが形成され、さらに、固定型２の雄型部６と回転子２３の雌型部１９との間には第３半割部材３３用のキャビティが形成されている。この状態で、一次射出ノズル７から射出される溶融樹脂がランナー９ａを介して上記各キャビティに供給され、第１半割部材３１、第２半割部材３２、第３半割部材３３が射出成形される。

型開きすると、固定型２の雌型部４に第１半割部材３１が保持され、また、突出しプレート１３の雌型部１８及び回転子２２の入れ子金型２０に第２半割部材３２が保持され、さらに、回転子２３の雌型部１９に第３半割部材３３が保持される。

その後、駆動モータ１６の作用で旋回プレート１５が所定角度（例えば、１８０度）で旋回され、回転子２３の雌型部１９に保持された第３半割部材３３を第２半割部材３２の下端部と型開閉方向Ｐに対向させ、さらに、駆動シリンダ１２の作用でスライド部材１１を上方に移動させると、第１半割部材３１、第２半割部材３２、第３半割部材３３が型開閉方向Ｐに対向することとなる。

そして、図３に示すように、二次射出を行うために再度型閉めすると、第１半割部材３１、第２半割部材３２、第３半割部材３３の各衝合部３１ａ、３２ａ、３３ａが衝合され、各衝合部３１ａ、３２ａ、３３ａの間に二次射出ノズル８より射出される溶融樹脂がランナー９ｂを介して供給され、第１半割部材３１、第２半割部材３２、第３半割部材３３の各衝合部３１ａ、３２ａ、３３ａが接合されて図１のインテークマニホールド３０が成形される。

特開２００３－２４５９４０号公報

ところで、ベリリウム銅合金（ＢｅＣｕ）は鋼材に比較して熱伝導率は良いが、強度の面で劣るので、鋼材を用いた場合に比較して射出成形時の摩耗が大きい。特に、特許文献１のように型締めされた状態において、入れ子金型が対向する金型に当接する場合は、当接に伴い摩耗の程度は大きくなる。

例えば、上記の特許文献１では、入れ子金型２０において、対向する金型面との当接部分の摩耗の進行は、インテークマニホールド３０の空気流路の障害になるバリとなって現れる。そのため、入れ子金型２０の摩耗対策として定期的な溶接修理や交換等を行うことが必要である。

本発明は、従来（ベリリウム銅合金（ＢｅＣｕ））の熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を提案するものであり、請求項１の本発明は、射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、入れ子金型は、硬質部材部と、硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有し、硬質部材部と高熱伝導部材部との隙間には、熱伝導性を有する充填部材が充填されていることを特徴とする入れ子金型である。

請求項１の本発明では、入れ子金型は、硬質部材部と、硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有するので、硬質部材部によって摩耗を抑制し、硬質部材部に形成された空洞部に高熱伝導部材部を装着することにより冷却を素早く行うことができる。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。
又、硬質部材部と高熱伝導部材部との隙間には、熱伝導性を有する充填部材が充填されているので、硬質部材部と高熱伝導部材部との隙間を、熱伝導性を有する充填部材によって連結することができ、硬質部材部から高熱伝導部材部への熱の伝達をスムーズに行うことができる。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。

ここで、硬質部材部とは、高熱伝導部材部より硬度の大きい部材で形成されたものをいい、高熱伝導部材部とは、硬質部材部より熱伝導性に優れた部材で形成されたものをいう。

請求項２の本発明は、請求項１の発明において、硬質部材部は、鋼材であり、高熱伝導部材部は、銅材である入れ子金型である。

請求項２の本発明では、硬質部材部は、鋼材であるので高強度で安価である。また、高熱伝導部材部は、銅材であるので、熱伝導率が高く熱伝導性が極めて良好である。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。

請求項３の本発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記充填部材は、放熱グリースである入れ子金型である。

請求項３の本発明では、充填部材は、放熱グリースである入れ子金型であるので、放熱グリースが硬質部材部、高熱伝導部材部の形状に順応してその間の隙間を埋めることができ、硬質部材部と高熱伝導部材部との間の熱的連結を確実に行うことができる。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。

請求項４の本発明は、請求項３の発明において、熱伝導性の粒子又は粉末を含有するシリコーンである入れ子金型である。

請求項４の本発明では、熱伝導性の粒子又は粉末を含有するシリコーンである入れ子金型であるので、熱伝導性の粒子又は粉末により硬質部材部と高熱伝導部材部との間の熱伝導を確実に行うことができると共に、シリコーンは、耐熱性が高く、合成樹脂の射出成形時の温度においても劣化し難い。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。

請求項５の本発明は、射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、入れ子金型は、硬質部材部と、硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有し、高熱伝導部材部は、硬質部材部の空洞部を形成するために用いられた放電加工用の銅材からなる放電マスターであることを特徴とする入れ子金型である。

金型を加工する方法として放電加工がある。放電加工は、電極を金型部品に近づけ火花を飛ばすことにより金型を削る技術であり、金型を電極（放電マスター）の形状に仕上げることが可能な加工技術である。また、電極には銅材が使用される。これは、消耗率が０．００１％と低く、通電性に優れているので効率良く加工することができるためである。なお、加工後の電極は、廃棄されるのが一般的である。

請求項５の本発明では、射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、入れ子金型は、硬質部材部と、硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有し、高熱伝導部材部は、硬質部材部の空洞部を形成するために用いられた放電加工用の銅材からなる電極（放電マスター）であるので、硬質部材部の空洞部を高熱伝導部材部の形状に精度よく加工することができ、空洞部に放電マスターを装着することにより、硬質部材部から高熱伝導部材部への熱伝導を効率よく行うことができる。

また、放熱グリースを使用する場合も、その使用量も少なくできる。さらに、電極（放電マスター）を有効活用することができる。したがって、冷却効率と耐久性に優れ、安価な入れ子金型を作製することができる。

射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、入れ子金型は、硬質部材部と、硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有するので、硬質部材部によって摩耗を抑制し、硬質部材部に形成された空洞部に高熱伝導部材部を装着することにより冷却を素早く行うことができる。その結果、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型を作製することができる。

インテークマニホールドの斜視図である。 射出成形装置の一次射出時の型締め状態を示す側断面図である。 射出成形装置の二次射出時の型締め状態を示す側断面図である。 本発明の実施形態の入れ子金型の上面図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施形態の入れ子金型の作製を説明する模式断面図であり、（ａ）は放電加工時、（ｂ）は放電加工後、（ｃ）は放電マスター（電極）の装着後である。 本発明の効果を説明する成形回数と温度との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態について図１から図６に基づいて説明する。図１は、インテークマニホールド３０の斜視図であり、インテークマニホールド３０は、一対の第１半割部材３１、第２半割部材３２と、この第２半割部材３２の端部に設けられる箱状の第３半割部材３３とを備えて構成されている。使用した樹脂材料は、ポリアミド（ＰＡ）樹脂である。なお、ガラス繊維強化のＰＡを使用してもよく、他の材料を使用してもよい。なお、インテークマニホールドは、図１の形状には限定されない。

図２は、射出成形装置１の一次射出時の型締め状態を示す側断面図であり、図３は、射出成形装置１の二次射出時の型締め状態を示す側断面図である。射出成形装置１を用いたインテークマニホールド３０の成形方法については、背景技術において説明した通りである。

図４は、本発明の実施形態の入れ子金型２０の上面図であり、図５は、図４のＡ－Ａ断面図である。図４から図６に示すように、入れ子金型２０は、硬質部材部４０、高熱伝導部材部５０と硬質部材部４０、高熱伝導部材部５０の間を埋める充填部材７０から構成される。

硬質部材部４０は、平坦な上面に円柱状に突出する凸部４３が形成された本体部４１と、図示しないボルトを用いて射出成形装置１の旋回プレート１５の回転子２２に取付けるための取付部４２から構成されている。取付部４２には、凸部４３側が広径の２段階の直径を有する孔部４５、４６が形成されている。

また、本体部４１には、凸部４３とは反対の下面に開口部４７を有する空洞部４４（図６（ｂ））が形成されている。空洞部４４の形成方法については、後に詳述する。

凸部４３が、一次射出成形時に対向する固定型２の雄型部５に当接し、固定型２の雌型部４と雄型部５の間に溶融樹脂が一次射出ノズル７から供給され、円柱形状の空気流路を有するフランジ部３４を有する第２半割部材３２が成形される。

入れ子金型２０の硬質部材部４０は、鋼材であり、本実施形態では、鋼材の中でも熱伝導率の高い大同特殊鋼（株）製のＤＨＡ－Ｔｈｅｒｍｏを使用した。なお、他の鋼材を使用してもよい。

次に、高熱伝導部材部５０と、硬質部材部４０の空洞部４４の形成方法について図６に基づいて説明する。硬質部材部４０の空洞部４４は、放電加工によって形成した。上記の通り、放電加工は、電極を金型部品に近づけ火花を飛ばすことにより金型を削る技術であり、金型を電極（放電マスター）の形状に仕上げることが可能な加工技術である。

まず、ＤＨＡ－Ｔｈｅｒｍｏを材料とし、硬質部材部４０の外形を切削や研削によって作製する。その後に、取付部４２に、凸部４３側が広径の２段階の直径を有する孔部４５、４６を形成する。

次に、硬質部材部４０に空洞部４４を形成するための放電マスターである電極６０を、タフピッチ銅（ＪＩＳ 合金番号 Ｃ１１００）を材料とし、左記材料を切削や研削することによって作製する。ここで、タフピッチ銅とは、銅鉱石から製造した粗銅を電気分解により精製したものである。なお、この電極６０が後の高熱伝導部材部５０となる。

次に、図６（ａ）に示すように、硬質部材部４０の開口部４７側と電極６０を対峙させ、水または石油などの液体の中で、向かい合った硬質部材部４０と電極６０との間に電圧を印加し、火花を断続的に飛ばし、非接触の状態で電極６０の形状を硬質部材部４０に彫るように加工する、すなわち、形彫放電加工を行う。

その結果、放電加工後は、図６（ｂ）に示すように、電極６０の形状が、硬質部材部４０の空洞部４４として形成される。なお、放電加工の性質上、硬質部材部４０の空洞部４４は、電極６０よりも０．１ｍｍ程度大きく形成される。また、図６（ｂ）において、放電加工後の本体部４１の肉厚ｔは３ｍｍである。本体部４１の肉厚を３ｍｍ程度にすることにより、硬質部材部４０の強度を確保するとともに熱伝導の低下を抑制することができる。

次に、高熱伝導部材部５０（電極６０）の表面に充填部材７０を塗布した後、高熱伝導部材部５０を硬質部材部４０の空洞部４４に挿入して装着し、高熱伝導部材部５０に直径が孔部４６と同じ孔部６１を形成する（図６（ｃ））。これにより、入れ子金型２０が完成する。本実施形態では、充填部材７０として、シリコーンオイルを基油に、熱伝導性のよいアルミナの粉末を配合したグリース状である信越化学工業（株）製のＧ－７７９を使用した。なお、左記の材料には限定されない。

そして、入れ子金型２０を図示しないボルトを用いて回転子２２に取付け、一次射出成形を行うと、凸部４３が、固定型２に当接し、円柱形状の空気流路を有するフランジ部３４を有する第２半割部材３２が成形される。

図７は、本発明の効果を説明するインテークマニホールド３０の成形回数と入れ子金型２０の表面温度との関係を示すグラフである。測定点は、図４の凸部４３の近傍の部位Ｘである。また、温度の測定は、一次射出成形の型締め前に実施した。図７において、〇及び実線は、本実施形態を示し、▲及び破線は、ベリリウム銅合金（ＢｅＣｕ）を使用した従来の場合であり、■及び一点鎖線は、比較例として、入れ子金型２０を本体部４１と同じＤＨＡ－Ｔｈｅｒｍｏを使用し、凸部４３と反対側の面に直方体形状の凹部を放熱部として数箇所形成した場合である。

図７から明らかなように、入れ子金型２０を本体部４１と同じＤＨＡ－Ｔｈｅｒｍｏを使用して作製した場合（■）は、１回目の成形後から温度が十分低下せず、３回目の成形において、成形後の合成樹脂に固化不良が発生した。一方、本実施形態の場合（〇）は、従来（▲）以上の冷却効果を有している。

したがって、熱伝導性を損なわず、耐摩耗性に優れた入れ子金型２０を作製することができるので、入れ子金型２０の溶接修理や交換等の保全回数とそれに伴う費用の発生を大幅に削減することができる。また、電極６０（放電マスター）を有効利用できるので、入れ子金型２０を安価に作製することができる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、型締め時に入れ子金型が対向する金型に当接する射出成形について説明したが、本発明は、型締め時に、対向する金型に当接しない入れ子金型にも適用することができる。

例えば、上記の実施形態では、射出成形体を車両の自動車のインテークマニホールドとし、射出成形装置を背景技術と同じ装置として説明したが、自動車のインテークマニホールド以外の射出成形体にも適用でき、さらには、図２の形態以外の射出成形装置にも適用することができる。

例えば、上記の実施形態では、電極６０としてタフピッチ銅を使用したが、テルル（Ｔｅ）を添加して被削性を改善した快削銅（ＪＩＳ 合金番号 Ｃ１４５０）や真空溶着鋳造などにより酸素残留量を低下させた無酸素銅（ＪＩＳ 合金番号 Ｃ１０２０）など他の銅材を使用してもよい。

例えば、上記の実施形態では、硬質部材部４０と高熱伝導部材部５０との間を充填部材７０で埋めたが、充填部材７０を使用しなくてもよい。ただし、充填部材７０を使用しない場合は、硬質部材部４０と高熱伝導部材部５０との間に非常に薄い空気層が形成されるので、充填部材７０を使用する場合に比較して冷却効率が少し低下する。

例えば、上記の実施形態では、硬質部材部４０に形成した空洞部４４に放電加工時に使用した放電マスターである電極を装着して高熱伝導部材部５０としたが、電極６０ではなく、別に加工した高熱伝導部材部を装着して入れ子金型２０を作製してもよい。

１ 射出成形装置
２０ 入れ子型
３０ インテークマニホールド
３４ フランジ
４０ 硬質部材部
４１ 本体部
４２ 取付部
４３ 凸部
４４ 空洞部
４７ 開口部
５０ 高熱伝導部材部
６０ 電極（放電マスター）
６１ 孔部
７０ 充填部材

Claims (5)

1. 射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、
   前記入れ子金型は、硬質部材部と、
   前記硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有し、
   前記硬質部材部と前記高熱伝導部材部との隙間には、熱伝導性を有する充填部材が充填されていることを特徴とする入れ子金型。
2. 前記硬質部材部は、鋼材であり、前記高熱伝導部材部は、銅材である請求項１に記載の入れ子金型。
3. 前記充填部材は、放熱グリースである請求項１又は請求項２に記載の入れ子金型。
4. 前記放熱グリースは、熱伝導性の粒子又は粉末を含有するシリコーンである請求項３に記載の入れ子金型。
5. 射出成形用の金型に組み込まれる入れ子金型であって、
   前記入れ子金型は、硬質部材部と、
   前記硬質部材部に形成された空洞部に装着される高熱伝導部材部を有し、
   前記高熱伝導部材部は、前記硬質部材部の前記空洞部を形成するために用いられた放電加工用の銅材からなる放電マスターであることを特徴とする入れ子金型。

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