JP7702158B2 - 冷却用通路及び冷却用通路を有する射出成形用金型 - Google Patents

Description

本明細書における開示は、射出成形用金型に射出注入された熱可塑性材料を冷却する冷媒の流路を形成する冷却用通路及び前記冷却用通路から構成される冷却部を有する射出成形用金型に関するものである。

射出成形は、金型内に射出注入した高温の熱可塑性材料を冷却固化して成形品を形成する。金型内の熱可塑性材料に対して冷却が不均一な場合、金型から取り出された成形品が、不均一に収縮し、成形不良の原因になる。したがって、射出成形における冷却工程は、成形品の品質の良否を左右する重要な工程となる。

通常、射出成形用金型は、キャビティ空間の周囲に冷却用通路が配管されている。前記冷却工程では、かかる冷却用通路に冷媒を送出して前記熱可塑性材料を冷却する。射出注入する前記熱可塑性材料は、高温であるため、冷媒が、前記冷却用通路で滞留すると、短時間で熱平衡状態となり冷却効果が低下する。したがって、前記冷却工程では、前記冷却用通路に連続的に冷媒を送出して冷却する必要がある。

前記冷媒の冷却効果の持続性を高めるため、冷媒の流量を多くする、前記冷却用通路の管路径を太くする、などの工夫が考えられるが、いずれも、物理的な限界はある。

そこで、従来、たとえば、冷却用通路の内表面に凸状のリブを設けることにより、表面積（すなわち、伝熱面積）を拡げて冷却効果の向上を図る射出成形用金型が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）

また、コア本体の冷却ブッシュ穴を形成する壁面に螺旋状冷却溝を設けた冷却ブッシュに流れる螺旋状の平行流により冷却する射出成形用金型が提案されていた（例えば、特許文献２参照。）

特開平２－１０６３１４号公報 特開平９―２６２８７０号公報

しかし、前記従来技術にように冷却用通路の表面積を拡げても、冷媒の流れが粘性による減衰効果の影響を受けて、内表面近傍に低速な境界層が形成されると、冷却用通路の軸方向中央の主流に比べて冷却効果が著しく低下するという問題が生じていた。

ところで、射出成形用金型の冷却方式は、冷媒として、水を使用する水冷式と、空気を使用する空冷式とがある。水冷式の場合、管内温度が１００度超になると、内圧が上昇し、蒸気が外部にリークするおそれがある。また、型締めされた金型を成型後に分割する際に、管内に残存する水が、成形品や金型に付着すると、成形品を損傷し、金型の発錆原因になるおそれもある。かかる不都合を回避するためには、空冷式を採択することになるが、熱伝導率の観点からは、空冷式は、水冷式に比べて冷却効果が低い。したがって、空冷式の場合、水冷式より一層の冷却の効率化が求められる。

本明細書における開示は、上記課題を解消させるためのものであり、射出成形において、冷媒による熱可塑性素材の冷却効率を向上させる冷却用通路及びかかる冷却用通路を有する射出成形用金型を提供することを目的とする。

上記課題を解消させるために、本明細書において開示する冷却用通路の一態様は、例えば、射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する前記管体の断面形状を円形とし、前記流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記円形の径方向に突出するように前記管体を屈曲させて形成された前記管体の内壁面の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する。

この構成によれば、前記流路の下流に向かって発達する低速の境界層が、前記流れ方向に設けられた凸部によって、剥離と再付着を繰り返し、乱流が発生するため、流路中央の主流との熱交換が頻繁に行われる。

また、本明細書において開示する射出成形用金型の一態様は、熱可塑性素材を冷却する冷媒の冷却流路を形成する冷却用通路を有し、前記冷却流路は、前記射出成形用金型の成型エリアを包囲して中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状をアスタリスク形とするとともに、前記流れ方向に前記管体を捻回させて、前記管体の内壁面に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって、前記管体の内壁面に、冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する。

また、前記射出成形用金型は、前記冷却部が、前記冷媒として気相冷媒を流入させる空冷回路と、液相冷媒を流入させる水冷回路との２系統の回路から構成され、少なくとも、空冷回路が、前記冷却用通路で構成されるようにしてもよい。

本発明の冷却用通路は、射出成形において、冷媒による熱可塑性材料の冷却効率を向上させるという効果を奏する。

図１は本実施形態にかかる冷却用通路の部分側断面図であり、（Ａ）は、凸部で逆流領域が発生した状態を示す図、（Ｂ）は、凸部の境界層剥離の状態を示す図（Ｃ）は、凸部で境界層剥離後に、再付着した状態を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、Ｉ－Ｉ’線で切断した垂直断面図である。 図３は、第２実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、ＩＩ－ＩＩ’線で切断した垂直断面図である。 図４は、第３実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、ＩＩＩ－ＩＩＩ’線で切断した垂直断面図である。 図５は、第４実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、ＩＶ－ＩＶ’線で切断した垂直断面図である。 図６は、第５実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、境界層の流線を示す概念図であり、（Ｄ）は、矢印Ｖから見た図である。 図７は、第６実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、境界層の流線を示す概念図、（Ｄ）は、矢印ＶＩから見た図である。 図８は、第７実施形態に係る冷却用通路を示す図であり、（Ａ）は、斜視図、（Ｂ）は、側断面図、（Ｃ）は、ＶＩＩ－ＶＩＩ’線で切断した垂直断面図である。 図９は、本実施形態にかかる射出成形用金型を示した説明図であり、（Ａ）は、斜視図（Ｂ）は、可動側コアとスライドコアが接合された状態を示す上面図、（Ｃ）は、可動側コアからスライドコアが切り離された状態を示す上面図である。

以下、図面を参照しながら本明細書による開示を実施するための形態を説明する。先に説明した実施形態に対応する構成要素を後続の実施形態が有する場合には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態において構成の一部のみを説明している場合、当該構成の他の部分については先行して説明した実施形態の参照符号を使用する場合がある。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示していない場合でも、特に当該組み合わせに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。また、図中の各部材、構成品の大きさは、説明を容易とするため適宜強調されており、実際の寸法、部材間及び構成品間の比率を示すものではない。

図１は、本実施形態にかかる射出成形用金型の冷却用通路１１の部分側断面図である。冷却用通路１１は、射出成形用金型の成型エリア（キャビティ近傍）を包囲して中空筒状の管体１１３から構成されている。すなわち、管体１１３は、高温の成型用樹脂（可塑性樹脂）が流入する前記成型エリア（図示せず）の周囲を並走するように配設される。管体１１３の中空の内部空間は、前記可塑性樹脂を冷却する冷媒の冷媒流路を形成する。

図１（Ａ）で示すとおり、管体１１３の内壁面１１２で包囲された冷媒流路１１１に冷媒が流入する。流入した前記冷媒は、冷却の対象となる高温の熱可塑性樹脂との間で熱交換が行われ、冷媒の温度は上昇する。なお、本実施の形態において、冷媒は、特に限定しない限り、気相、液相いずれであってもよい。

冷媒流路１１１内では、前記冷媒の流れは、管体１１３の軸心を中心とした領域の主流層Ｍと内壁面１１２近傍の層流境界層Ｂとの流速が異なる２つの層が形成される。層流境界層Ｂは、前記冷媒の粘性によって、内壁面１１２との間で摩擦が生じ、運動エネルギーが失われる。したがって、層流境界層Ｂの境界層側流線Ｆ１の流速は、主流層Ｍの主流層側流線Ｆ２の流速よりも低下する。前記冷媒の流速が低下した層流境界層Ｂは、前記熱交換によって温度が上昇した冷媒が滞留するため次第に冷却効率が低下する。

本実施の形態では、冷却用通路１１は、冷媒流路１１１の内壁面１１２に、境界層側流線Ｆ１の流れ方向に対して直交して形成された凸部１１４を有する。すなわち、凸部１１４は、前記冷媒の層流境界層Ｂの境界層側流線Ｆ１の流れを遮断する位置に設けられている。

凸部１１４は、前記のとおり、速度勾配の緩やかな層流境界層Ｂに形成されているため、前記冷媒が、凸部１１４に到達すると、摩擦抵抗が小さくなる。一方、前記冷媒を流入し続けることにより、凸部１１４で逆圧力勾配の作用を受け、逆流領域Ａが形成される。逆流領域Ａで前記冷媒は、内壁面１１２に沿って流れることができず、図１（Ｂ）で示すとおり、凸部１１４及び内壁面１１２で剥離空間Ｓを形成し、乱流を形成しながら、境界層流線Ｆ１の流れ方向に進む。

一方、前記冷媒を連続的に流入させることにより、剥離空間Ｓには、新たな冷媒が流入し、図１（Ｃ）で示すとおり、再付着領域Ｒが形成される。境界層側流線Ｆ１の流れ方向に、凸部１１４を複数箇所設けることにより、前記滞留状態は解消され、内壁面１１２の凸部１１４を設けた各所で前記冷媒の剥離、再付着が繰り返され、冷却効率が向上する。

複数の凸部１１４の配設間隔は特に限定しないが、少なくとも、射出成形用金型の速度分布が変化しなくなった流れ、すなわち、完全に発達した流れに到達する前の区間に形成すれば、効果的に前記冷媒の剥離と再付着が繰り返される。

＜第１実施形態＞

図２は、第１実施形態にかかる冷却用通路１２を示した図であり、図２（Ａ）は、冷却用通路１２の斜視図、図２（Ｂ）は、冷却用通路１２の側断面図、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＩ－Ｉ’線で切断した垂直断面図である。

本実施形態において、冷却用通路１２を構成する管体１２３は、前記冷媒の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に直交する方向の断面形状が円形である。第１凸部１２４、第２凸部１２５は、冷媒流路１２１の流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記円形の径方向に突出するように屈曲させて形成された内壁面１２２の段差によって構成される。すなわち、第１凸部１２４、第２凸部１２５は、冷媒流路１２１の軸心Ｃが偏心するように、前記切出し片を形成すれば、内壁面１２２に段差が形成される。本実施の形態では、第１凸部１２４は、軸心Ｃが、第１偏心位置Ｅ１に偏心し、第２凸部１２５は、軸心Ｃが、第２偏心位置Ｅ２に偏心することにより、管体１２３の外観上は前記円形の径方向に突出するように屈曲された形状になり、内壁面１２２では、段差によって第１凸部１２４、第２凸部１２５が形成される。

なお、前記径方向について、複数個所で前記屈曲させる箇所を設ける場合は、少なくとも、隣接する凸部（本実施の形態では第１凸部１２４と第２凸部１２５）は、前記屈曲させる径方向を異なる方向（角度）とすることが好ましい。このように突出させれば、第１凸部１２４、第２凸部１２５が形成された各々の箇所によって、前記周方向の異なる位置を流れる境界層側流線Ｆ１で、前記剥離と再付着の作用が繰り返される。したがって、管体１２３の全周にわたり、第１凸部１２４、第２凸部１２５による冷却効果が均一に発揮され、ソリなど成形不良の発生を抑えることができる。もっとも、専ら前記周方向の所定の位置を流れる境界層側流線Ｆ１の冷却効率を上げる必要がある場合は、屈曲させる方向（角度）を同一とすることが好ましい。

図２（Ｂ）では、第１凸部１２４で逆圧力勾配の作用を受け、逆流領域Ａが形成されている状態を示しているが、図１で説明したとおり、前記冷媒を連続的に流入させることにより、剥離空間Ｓの形成、再付着領域Ｒの形成が繰り返される。以下、各実施形態においても、逆流領域Ａが形成されている状態のみを示し、剥離空間Ｓの形成、再付着領域Ｒの形成が繰り返される作用については第１実施形態と同様であるため説明を割愛する。

＜第２実施形態＞

図３は、第２実施形態にかかる冷却用通路１３を示した図であり、図３（Ａ）は、冷却用通路１３の斜視図、図３（Ｂ）は、冷却用通路１３の側断面図、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）のＩＩ－ＩＩ’線で切断した垂直断面図である。

本実施の形態にかかる冷却用通路１３も、第１実施形態同様、内壁面１３２に形成された第１凸部１３４、第２凸部１３５は、前記冷媒の流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部によって形成される。ただし、第１実施形態では、前記冷媒の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に直交する方向の断面形状が円形であるのに対して、第２実施形態では、管体１３３の断面形状が楕円形である。

第１凸部１３４、第２凸部１３５は、冷媒流路１３１の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、管体１３３の軸心を中心として前記楕円形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された内壁面１３２の段差によって構成される。すなわち、第１凸部１３４、第２凸部１３５は、前記楕円形の短径方向の長さと長径方向の長さの違いにより、前記回転させることで、管体１３３の外観上は、第１実施形態同様、突出するように屈曲された形状になり、内壁面１３２では、段差によって第１凸部１３４、第２凸部１３５が形成される。

また、第１実施形態同様、複数箇所で前記屈曲させる箇所を設ける場合は、少なくとも、隣接する凸部（本実施の形態では第１凸部１３４と第２凸部１３５）は、異なる角度で回転させることが好ましい。

＜第３実施形態＞

図４は、第３実施形態にかかる冷却用通路１４を示した図であり、図４（Ａ）は、冷却用通路１４の斜視図、図４（Ｂ）は、冷却用通路１４の側断面図、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のＩＩＩ－ＩＩＩ’線で切断した垂直断面図である。

本実施の形態にかかる冷却用通路１４は、第２実施形態の変形例であり、前記冷媒の流れ方向に直交する方向の管体１４３の断面形状を星型多角形とするものである。

第１凸部１４４、第２凸部１４５は、冷媒流路１４１の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、管体１４３の軸心を中心として前記星型多角形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された内壁面１４２の段差によって構成される。すなわち、第１凸部１４４、第２凸部１４５は、前記星型多角形が周方向に放射状の凹凸が交互に形成されていることにより、前記回転させることで、管体１４３の外観上は、第１実施形態同様、突出するように屈曲された形状になり、内壁面１４２では、段差によって第１凸部１４４、第２凸部１４５が形成される。

また、第１実施形態同様、複数箇所で前記屈曲させる箇所を設ける場合は、少なくとも、隣接する凸部（本実施の形態では第１凸部１４４と第２凸部１４５）は、異なる角度で回転させることが好ましい。

本実施の形態にかかる形状は、円筒形の丸管に比べて、内壁面１４２の表面積が大きくなる。表面積が大きくなれば、冷却効果も向上する。したがって、前記表面積の拡張によって、第１凸部１４４、第２凸部１４５を設けたことと相乗的な冷却効果を奏する。

なお、図４では、頂部の数が４つの星型多角形を示したが、これに限定する趣旨ではない。本実施の形態では、星型多角形とは、多角形の平面幾何図形の各辺を延長して得られた交点を結んだ図形すべてを含み、いわゆる芒星図形を含む。

＜第４実施形態＞

図５は、第４実施形態にかかる冷却用通路１５を示した図であり、図５（Ａ）は、冷却用通路１５の斜視図、図５（Ｂ）は、冷却用通路１５の側断面図、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＩＶ－ＩＶ’線で切断した垂直断面図である。

本実施の形態にかかる冷却用通路１５は、第２実施形態及び第３実施形態の変形例であり、前記冷媒の流れ方向に直交する方向の管体１５３の断面形状を複数の矩形体を前記軸心で交差させて放射状のアスタリスク形とするものである。

第１凸部１５４、第２凸部１５５は、冷媒流路１５１の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、管体１５３の軸心を中心として前記アスタリスク形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された内壁面１５２の段差によって構成される。すなわち、第１凸部１５４、第２凸部１５５は、前記アスタリスク形が周方向に放射状の凹凸が交互に形成されていることにより、前記回転させることで、管体１５３の外観上は、第１実施形態同様、突出するように屈曲された形状になり、内壁面１５２では、段差によって第１凸部１５４、第２凸部１５５が形成される。

前記アスタリスク形は、前記星型多角形同様、表面積の拡張による相乗的効果が得られる。特に、前記アスタリスク形は、放射状の先端部分が矩形になっているため、先端部分が尖端状の前記星型多角形よりも表面積の拡張効果が高い。

なお、図５では、放射状の頂部の数が８つのアスタリスク形を示したが、これに限定する趣旨ではない。

＜第５実施形態＞

図６は、第５実施形態にかかる冷却用通路１６を示した図であり、図６（Ａ）は、冷却用通路１６の斜視図、図６（Ｂ）は、冷却用通路１６の側断面図、図６（Ｃ）は、境界層の流線を示す概念図、図６（Ｄ）は、図６（Ｂ）のＶ方向から見た垂直断面図である。

本実施の形態にかかる冷却用通路１５は、第３実施形態同様、前記冷媒の流れ方向に直交する方向の管体１６３の断面形状を星型多角形とするものである。

凸部１６４は、第３実施形態と異なり、冷媒流路１６１の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に管体１６３を捻回させて内壁面１６２に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって構成される。すなわち、管体１６３の両端を相互に逆方向に回転させて捻じれた形状とすることにより、内壁面１６２は、前記捻じれた形状に沿って螺旋状の溝（ライフリング）が形成される。前記溝は、前記回転の角度に応じて単一の溝又は並走状の複数の溝が形成され、前記溝に隣接してリブ状の凸部１６４が形成される。

第１実施形態から第４実施形態で説明した隣接する凸部、すなわち、第１凸部１２４と第２凸部１２５、第１凸部１３４と第２凸部１３５、第１凸部１４４と第２凸部１４５、第１凸部１５４と第２凸部１５５は、前記流れ方向に対して離散的に配設された構造であるが、本実施形態における凸部１６４は、前記流れ方向に対して連続的に配設された構造になっている。したがって、本実施形態における境界層流線Ｆ１は、図６（Ｃ）で示すとおり、凸部１６４への到達距離が内壁面１６２の位置によって相違し、凸部１６４で発生する前記冷媒の剥離と再付着の作用が、内壁面１６２の位置によって異なる箇所で生じる。

層流境界層Ｂの流れ方向に直交する管体１６２の断面で、凸部１６４近傍の前記冷媒の挙動を見ると、凸部１６４に当接する境界層流線Ｆ１では、前記冷媒が動かない層を形成する。一方、この動かない層の境界層流線Ｆ１に隣接する凸部１６４に当接していない境界層流線Ｆ１では、前記冷媒が動く層を形成する。前記動く層を構成する冷媒が、前記動かない層の冷媒を剥離する作用を及ぼす。

なお、前記ライフリングが形成された管体１６３の内部空間は、冷媒流路１６１における前記冷媒の流れに対して旋回運動を与えるため、直進性を高めて安定的な流れを確保することができる。直進性が高く安定的な冷媒の流れを確保することにより、前記剥離と再付着の作用を加速させる。したがって、本実施形態における凸部１６４は、前記剥離と再付着の作用と前記冷媒の直進性を高める作用とが相俟って、より一層の冷却効率の向上を図ることができる。

＜第６実施形態＞

図７は、第６実施形態にかかる冷却用通路１７を示した図であり、図７（Ａ）は、冷却用通路１７の斜視図、図７（Ｂ）は、冷却用通路１７の側断面図、図７（Ｃ）は、境界層の流線を示す概念図、図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）のＶＩ方向から見た垂直断面図である。

本実施の形態にかかる冷却用通路１７は、第４実施形態同様、前記冷媒の流れ方向に直交する方向の管体１７３の断面形状を複数の矩形体を前記軸心で交差させて放射状のアスタリスク形とするものである。

凸部１７４は、第４実施形態と異なり、冷媒流路１７１の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に管体１７３を捻回させて内壁面１７２に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって構成される。すなわち、管体１７３の両端を相互に逆方向に回転させて捻じれた形状とすることにより、内壁面１７２は、前記捻じれた形状に沿って螺旋状の溝（ライフリング）が形成される。前記溝は、前記回転の角度に応じて単一の溝又は並走状の複数の溝が形成され、前記溝に隣接してリブ状の凸部１６４が形成される。

層流境界層Ｂの流れ方向に直交する管体１７２の断面で、凸部１７４近傍の前記冷媒の挙動は、実施形態５同様、凸部１７４に当接する境界層流線Ｆ１では、前記冷媒が動かない層を形成し、この動かない層の境界層流線Ｆ１に隣接する凸部１７４に当接していない境界層流線Ｆ１では、前記冷媒が動く層を形成する。前記動く層を構成する冷媒が、前記動かない層の冷媒を剥離する作用を及ぼす。

なお、前記ライフリングが形成された管体１７３の内部空間は、冷媒流路１７１における前記冷媒の流れに対して旋回運動を与えるため、直進性を高めて安定的な流れを確保することができる。直進性が高く安定的な冷媒の流れを確保することにより、前記剥離と再付着の作用を加速させる。さらに、前記断面形状をアスタリスク形とすることで、内壁面１７２の表面積も拡張する。したがって、本実施形態における凸部１７４は、前記剥離と再付着の作用と前記冷媒の直進性を高める作用、さらには前記表面積の拡張が相俟って、より一層の冷却効率の向上を図ることができる。

＜第７実施形態＞

図８は、第７実施形態にかかる冷却用通路１８を示した図であり、図８（Ａ）は、冷却用通路１８の斜視図、図８（Ｂ）は、冷却用通路１２の側断面８、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）のＶＩＩ－ＶＩＩ’線で切断した垂直断面図である。

本実施形態にかかる冷却用通路１８を構成する管体１８３は、前記冷媒の流れ方向（境界層流線Ｆ１及び主流層流線Ｆ２の流れ方向）に直交する方向の断面形状が円形である。第１凸部１８４、第２凸部１８５は、前記冷媒の流れ方向に直交する方向の冷媒流路１８１の断面の全体又は一部に形成された格子板によって構成される（図８では、前記格子板を前記断面の全体に形成した例を示しているが、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層Ｂの流れ方向に対して、内壁面１８２から直交する範囲でリング状に形成する形態であってもよい）。前記格子板の網目と網目との間は前記冷媒が通過するが、格子の部分は、前記冷媒の層流境界層Ｂの境界層側流線Ｆ１の流れを遮断する作用を奏する。したがって、格子の部分が、第１凸部１８４、第２凸部１８５の役割を果たし、前記剥離及び再付着を繰り返す。

なお、前記格子板のメッシュサイズは、特に限定しないが、例えば、層流境界層の流れ方向に対して、内壁面１８２から直交する範囲のメッシュサイズを小さく設定してもよい（図示せず）。かかる範囲でメッシュサイズを小さくすることで、前記剥離及び再付着がより効果的に促進される。

＜射出成形用金型＞

図９は、本実施形態にかかる射出成形用金型２を示した説明図であり、図９（Ａ）は斜視図、図９（Ｂ）は可動側コアとスライドコアが接合された状態を示す上面図、図９（Ｃ）は、可動側コアからスライドコアが切り離された状態を示す上面図である。

本実施形態にかかる射出成形用金型２は、固定側コア２１と可動側コア２２とスライドコア２３を備える。図９（Ｂ）で示すとおり、射出成形用金型２は、気相冷媒を流入させる空冷回路１０ａと液相冷媒を流入させる水冷回路１０ｗを有する。空冷回路１０ａ、水冷回路１０ｗは、第１実施形態から第２実施形態で説明した冷却用通路１１、冷却用通路１２、冷却用通路１３、冷却用通路１４、冷却用通路１５、冷却用通路１６、冷却用通路１７、冷却用通路１８のいずれかが配設されている。空冷回路１０ａは、可動側コア２２及びスライドコア２３に配設され、水冷回路１０ｗは、固定側コア２１に配設されている。

図９（Ｃ）で示すとおり、スライドコア２３を可動側コア２２から切り離した状態では、スライドコア２３に配設された空冷回路１０ａもスライドコア２３とともに可動側コアから切り離される。このとき、可動側コア２２の空冷回路１０ａの接続口１０ｃは、開放状態になっている。射出成形を行う場合、スライドコア２３を可動側コア２２に組み込み、スライドコア２３側の空冷回路１０ａは、接続口１０ｃを介して、可動側コア２２の空冷回路１０ａに連接される。一方、固定側コア２１の水冷回路１０ｗは、空冷回路１０ａとは独立して配設されている。したがって、本実施の形態では、固定側コア２１の水冷回路１０ｗと可動側コア２２及びスライドコア２３の空冷回路１０ａとの各々独立した２系統の回路を有する。

ところで、一般に、水は空気の約２０倍熱伝導率が高いため、冷却効率の観点からは、水冷を選択する。一方、水冷の場合、冷媒が漏出すると射出成形用金型２に錆びが発生する。錆びが発生すると、射出成形時に錆びの混入によって成形不良の原因になる。また、水冷回路１０ｗの管内の温度が１００℃以上になると、沸騰状態となり、管内圧力が上がって損傷するおそれもある。

可動側コア２２及びスライドコア２３は、構造上、射出成形時に接続口１０ｃを介して接続する工程が必要となる。したがって、水冷を選択した場合、管内に残存していた水（冷媒）が可動側コア２２とスライドコア２３の着脱時に漏出し、前記錆び発生の原因になる。そこで、可動側コア２２及びスライドコア２３は、空冷回路１０ａを選択することになる。ただし、冷却効率の観点から、固定側コア２１で水冷を選択すると、固定側コア２１と可動側コア２２及びスライドコア２３とで冷却むらが発生し、成形不良の原因となる。そこで、空冷回路１０ａと水冷回路１０ｗの双方又はいずれか一方に、冷却用通路１１、冷却用通路１２、冷却用通路１３、冷却用通路１４、冷却用通路１５、冷却用通路１６、冷却用通路１７、冷却用通路１８のいずれかを配設すればよい。

以下の実験により、下記条件で各種形状を有するスチール製検体（冷却用通路）に冷媒（エアー）を流入し、冷却効率の違いを確認した。
＜実験条件＞
・検体の長さ：５０ｍｍ
・検体の断面積：φ３
・検体の昇温温度：１３０℃
・エアー温度：３５℃
・計測位置：検体の中心から１３ｍｍ

検体の昇温は、（熱可塑性樹脂に代えて）安定的な温度を確保するため４本のカートリッジヒータを検体の外周から等距離の位置で、かつ、各カートリッジヒータ間を周方向に等間隔で配置した。実験は、ヒータ制御温度（熱電対を用いて各検体の中心から１３ｍｍの位置）で、１３０℃から１２５℃までの温度変化（５℃の温度降下）の所要時間を計測した。計測値は、上記実験を１０回繰り返し、平均値とした。

検体の断面形状は、表１で示すとおり９種類とした。管路断面が、円形のストレート（φ３）、星型多角形のストレート（φ３－１）、アスタリスク形のストレート（φ３－６）は、いずれも、前記管体の内壁面に、冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有しない管体であり、比較データとして測定した。

管路断面が、星型多角形のねじり１８０°（Ｎｏ．４１８）及びねじり３６０°（Ｎｏ．４１９）は、図６で説明した形状である。Ｎｏ．４１８は、捻回の回転角度が１８０°であり、Ｎｏ．４１９は、捻回の回転角度が３６０°である。また、管路形状が、アスタリスク形のねじり１８０°（Ｎｏ．４２０）及びねじり３６０°（Ｎｏ．４２１）は、図７で説明した形状である。Ｎｏ．４２０は、捻回の回転角度が１８０°であり、Ｎｏ．４２１は、捻回の回転角度が３６０°である。管路形状が、アスタリスク形の形状変化３箇所（Ｎｏ．４２２）及び形状変化７箇所（Ｎｏ．４２３）は、図５で説明した形状である。Ｎｏ．４２２は、図５で説明した段差から構成される凸部の数が３箇所であり、Ｎｏ．４２３は、前記段差から構成される凸部の数が７箇所である。

表１縦軸は、１３０℃から１２５℃まで５℃の温度変化（冷却）に要した時間（秒）であり、横軸は、各検体の断面形状である。

表１によれば、各比較データの冷却に要した時間は、φ３が４０．９秒、φ３－１が、３２．４秒、φ３－６が２３．４秒であった。各比較データ間の時間の違いは、表面積の違いに起因する。φ３に比べて、φ３－１は約２１％、φ３－６は約４３％の冷却時間の短縮効果が得られたことがわかる。

図６で説明した形状について冷却に要した時間は、Ｎｏ．４１８が２５．９秒、Ｎｏ．４１９が２６．１秒であった。したがって、φ３に比べて、Ｎｏ．４１８は約３７％、Ｎｏ．４１９は約３６％の短縮効果が得られたことがわかる。また、断面形状が同じ星型多角形で比較しても、φ３－１に比べて、Ｎｏ．４１８は約２１％、Ｎｏ．４１９は約２０％の短縮効果が得られたことがわかる。

図５で説明した形状について冷却に要した時間は、Ｎｏ．４２２は２３．４秒、Ｎｏ．４２３は２１．６秒であった。したがって、φ３に比べて、Ｎｏ．４２２は約４３％、Ｎｏ．４２３は約４７％の短縮効果が得られたことがわかる。また、断面形状が同じアスタリスク形で比較すると、φ３－６に比べて、Ｎｏ．４２２は同じ所要時間であったが、Ｎｏ．４２３については約８％の短縮効果が得られたことがわかる。

図７で説明した形状について冷却に要した時間は、Ｎｏ．４２０が２２．５秒、Ｎｏ．４２１が２１．１秒であった。したがって、φ３に比べて、Ｎｏ．４２０は約４５％、Ｎｏ．４２１は約４８％の短縮効果が得られたことがわかる。また、断面形状が同じアスタリスク形で比較しても、φ３－６に比べて、Ｎｏ．４２０は約４％、Ｎｏ．４２１は約１０％の短縮効果が得られたことがわかる。

この明細書で開示された技術は、前記実施形態に制限されない。すなわち、例示的に示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。また、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。さらに、開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

２ 射出成形用金型
２１ 固定側コア
２２ 可動側コア
２３ スライドコア
１０ａ 空冷回路
１０ｃ 接続口
１０ｗ 水冷回路
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８ 冷却用通路
１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１ 冷媒流路
１１２、１２２、１３２、１４２、１５２、１６２、１７２、１８２ 内壁面
１１３、１２３、１３３、１４３、１５３、１６３、１７３、１８３ 管体
１１４、１６４、１７４ 凸部
１２４、１３４、１４４、１５４、１８４ 第１凸部
１２５、１３５、１４５、１５５、１８５ 第２凸部
Ａ 逆流領域
Ｂ 層流境界層
Ｃ 軸心
Ｅ１ 第１偏心位置
Ｅ２ 第２偏心位置
Ｆ１ 境界層流線
Ｆ２ 主流層流線
Ｍ 主流層
Ｒ 再付着領域
Ｓ 剥離空間

Claims (10)

1. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する前記管体の断面形状を円形とし、前記流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記円形の径方向に突出するように前記管体を屈曲させて形成された前記管体の内壁面の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
2. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状を楕円形とし、前記流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記管体の軸心を中心として前記楕円形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された前記管体の内壁面の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
3. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状を星形多角形とし、前記流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記管体の軸心を中心として前記星形多角形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された前記管体の内壁面の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
4. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状を複数の矩形体を前記管体の軸心で交差させて放射状のアスタリスク形とし、前記流れ方向に所定の厚さを有する切出し片状の壁部を、前記管体の軸心を中心として前記アスタリスク形の周方向に所定の角度で回転することにより突出するように屈曲させて形成された前記管体の内壁面の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
5. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状を星型多角形とするとともに、前記流れ方向に前記管体を捻回させて、前記管体の内壁面に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
6. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状をアスタリスク形とするとともに、前記流れ方向に前記管体を捻回させて、前記管体の内壁面に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路。
7. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の冷媒流路の断面の全体又は断面の一部で前記管体の内壁面にリング状に形成された所定のメッシュサイズを有する格子板によって、前記内壁面に、前記冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交し、前記冷媒の流れを遮断する凸部を有する冷却用通路。
8. 前記凸部は、前記冷媒流路の流れ方向に、所定の間隔で複数個所に形成された請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の冷却用通路。
9. 射出成形用金型の成型エリアを包囲して冷媒流路を形成する中空筒状の管体で構成され、前記冷媒流路における冷媒の流れ方向に直交する方向の前記管体の断面形状をアスタリスク形とするとともに、前記流れ方向に前記管体を捻回させて、前記管体の内壁面に複数の螺旋状の施条を形成し、隣り合う前記施条の間に形成されたリブ状の段差によって、前記管体の内壁面に、冷媒の流入によって生じる層流境界層の流れ方向に対して直交して形成された凸部を有する冷却用通路が配設された射出成形用金型。
10. 前記冷却用通路が、前記冷媒として気相冷媒を流入させる空冷回路と、液相冷媒を流入させる水冷回路との２系統の回路から構成された請求項９記載の射出成形用金型。