射出金型装置

【課題】金型の表面を均一に冷却できる金型装置を提供する。
【解決手段】本発明による金型装置は、前面１１０ａにキャビティ１２０が形成されて内部に加熱手段１１１が備えられたキャビティ金型板１１０、及びキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに接離して内部に冷却手段１３１が備えられた冷却板１３０を含むキャビティ金型１００と、キャビティ金型板１１０と共にキャビティ１２０を定めるコア金型２００とを含み、冷却板１３０は少なくとも２つ備えられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂射出物を製造するための射出金型装置に関し、特に金型装置の内部に加熱及び冷却手段を備え、射出過程で金型を加熱又は冷却できる射出金型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形とは、通常プラスティックなどの合成樹脂製の製品を成形する一つの方法である。この射出成形においては、所定形状に形成された金型のキャビティ内に溶融した樹脂を射出して充填し、これを冷却して固化することにより、キャビティの形状と同じ形状の製品を成形する。
【０００３】
この射出成形により成形された製品は一般に表面が粗くなるので、別途の塗装又は表面処理工程を必要とし、それにより工程が複雑になる。
【０００４】
そこで、射出表面を美しくし、工程を単純化するために、射出成形を行った後に金型の外側部分のみ冷却し、内側部分は徐々に冷却する冷金型が開発された。しかし、熱的強度を向上させることはできるが、高温の成形材が注入されるとしても金型の内側部分が初期は低温状態であるため、温度を均一に維持することは困難であり、射出物の表面を美しくすることは困難であった。
【０００５】
そこで、金型の温度を高温に維持して射出を行いながらも、迅速に冷却する成形技術が研究され、高温金型技術が開発された。
【０００６】
高温金型技術は、金型に埋設された熱線などにより金型の温度を高温に維持して射出が行われるようにし、樹脂が均一にキャビティを充填するようにする。また、金型に埋設された冷却水流路により迅速な冷却が均一に行われるようにする。それにより、射出物の表面が均一に形成されて美しい外観が形成される。また、別途の表面処理工程を必要としないので、無塗装により工程を簡素化することができる。
【０００７】
このような高温金型技術において、金型温度を上げることや金型温度を下げることは射出物の表面状態を決定する重要な要素となる。その中で、金型温度を下げる技術として、加熱手段が備えられたキャビティ金型板の背面に冷却板を備え、冷却時に冷却板をキャビティ金型板に接触させて迅速に冷却が行われるようにする技術が用いられる。
【０００８】
ここで、冷却板が均一にキャビティ金型板に接触すると、冷却効率が向上し、キャビティ金型板に冷却温度ムラがなくなり、射出物の表面状態が良好になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、キャビティ金型板の場合、高温状態から急速に冷却されるので、頻繁な使用を要する量産体制においては熱膨張及び変形が発生する。それにより、キャビティ金型板と冷却板が均一に接触しなくなるので、冷却温度ムラが大きくなるという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、金型の表面を均一に冷却できる金型装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、冷却温度ムラを減少させることにより、射出物の不良率を改善でき、均一な品質を確保できる金型装置を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、冷却速度及び冷却効率を向上させることにより、量産性を向上させることのできる金型装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、前面にキャビティが形成されて内部に加熱手段が備えられたキャビティ金型板、及び前記キャビティ金型板の背面に接離して内部に冷却手段が備えられた冷却板を含むキャビティ金型と、前記キャビティ金型板と共に前記キャビティを定めるコア金型とを含み、前記冷却板は少なくとも２つに分割された分割面からなる金型装置が提供される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、前面にキャビティが形成されて内部に加熱手段が備えられたキャビティ金型板、前記キャビティ金型板を支持するベース、及び前記キャビティ金型板と前記ベース間で前記キャビティ金型板と接離可能に固定されて内部に第１冷却手段が備えられた冷却板を含むキャビティ金型と、前記キャビティ金型板と共に前記キャビティを定めるコア金型板を備え、前記コア金型板内に配置される加熱手段及び第２冷却手段を含むコア金型と、前記加熱手段と前記冷却手段の作動を制御する制御部とを含み、前記キャビティ金型板は第３冷却手段を含むことを特徴とする金型装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
このような本発明の態様によれば、金型の冷却板を分割し、冷却板の分割された各面がキャビティ金型板の背面に密着するようにする。それにより、金型の冷却温度ムラを減少させ、射出物の不良率を減少させることができ、均一な品質を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の他の態様によれば、冷却板がより均一に金型に密着するように密着圧力を与えることにより、金型の冷却温度ムラを減少させ、冷却速度及び効率を改善し、量産性を向上させる。
【００１７】
また、本発明のさらに他の態様によれば、キャビティの形状的な特徴を考慮して金型の冷却温度ムラを補償することができる。それにより、金型の均一な冷却温度分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による金型装置の第１実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１の金型装置が型合わせされた状態を示す側断面図である。
【図３】第１実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の他の変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明による金型装置の冷却板の背面に弾性体が備えられた状態を示す斜視図である。
【図６】従来の金型装置における金型の位置による温度分布を示すグラフである。
【図７】本発明による金型装置における金型の位置による温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明による金型装置の第２実施形態を示す側断面図である。
【図９】第２実施形態における金型装置が型合わせされた状態を示す側断面図である。
【図１０】第２実施形態の部分拡大斜視図である。
【図１１】第２実施形態における支持部材の変形例を示す斜視図である。
【図１２】第２実施形態における支持部材の他の変形例を示す斜視図である。
【図１３】本発明による金型装置の第３実施形態を示す側断面図である。
【図１４】第３実施形態におけるキャビティに樹脂が注入される前の状態を示す側断面図である。
【図１５】第３実施形態の作動順序を概略的に示すフローチャートである。
【図１６】ＣＥＮＡ１材質のキャビティ金型板における温度分布を示す斜視図である。
【図１７】モールドマックスＨＨ材質のキャビティ金型板における温度分布を示す斜視図である。
【図１８】表面処理方法による付着力の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態により本発明を実施するための具体的内容について説明する。
【００２０】
図１は本発明による金型装置の第１実施形態を示す側断面図であり、図２は図１の金型装置が型合わせされた状態を示す側断面図である。
【００２１】
図１及び図２を参照すると、第１実施形態の金型装置は、キャビティ金型１００と、キャビティ金型１００の前面に型合わせされるコア金型２００とからなる。
【００２２】
キャビティ金型１００は、固定された金型であり、前面１１０ａにキャビティ１２０が形成されて内部に加熱手段１１１が備えられたキャビティ金型板１１０と、キャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに接離して内部に第１冷却手段１３１が備えられた冷却板１３０とを含む。また、キャビティ金型１００は、キャビティ金型板１１０が装着されるベース１４０と、キャビティ金型板１１０とベース１４０間に冷却板１３０が移動可能に収容される収容空間１５０と、収容空間１５０において冷却板１３０がキャビティ金型板１１０に接離するように移送する冷却板移送手段１６０とを含む。
【００２３】
キャビティ金型板１１０は、図１に示すように、地面又は支持構造物（図示せず）に固定支持されるベース１４０に着脱可能に支持固定されている。
【００２４】
キャビティ金型板１１０は、後述するコア金型２００のコア金型板２１０と互いに噛み合って射出物３００が形成されるキャビティ１２０空間を形成するが、そのためにキャビティ金型板１１０の前面１１０ａにキャビティ１２０の一部を形成する陰刻された部分を備える。
【００２５】
キャビティ金型板１１０は、金型の温度を高温に維持して射出が行われるようにする加熱手段１１１を備える。図１に示すように、加熱手段１１１は、キャビティ金型板１１０の内部に形成された孔に埋設されており、一般に電気ヒーターが使用される。加熱手段１１１はキャビティ金型板１１０の前面１１０ａと所定の間隔をおいて離隔しているので、前面に露出しない。また、加熱手段１１１が埋設される孔は、キャビティ金型板１１０の前面１１０ａに沿って互いに離隔するように複数形成される。それにより、加熱手段１１１は、射出物が位置するキャビティ１２０に沿って均一に熱を伝達することができる。
【００２６】
冷却板１３０は、キャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに備えられ、キャビティ金型板１１０とベース１４０間に形成される収容空間１５０内に移動可能に備えられる。すなわち、図２に示すように、キャビティ金型１００とコア金型２００が型合わせされる際に、冷却板１３０はキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに接触するように移動することができる。このような冷却板１３０の移動は、ベース１４０に備えられて冷却板１３０の背面に結合される冷却板移送手段１６０により行われる。冷却板移送手段１６０は、油圧又は空圧装置で構成することができる。
【００２７】
冷却板１３０は、内部に第１冷却手段１３１を備える。第１冷却手段１３１は、冷却板１３０の内部に形成されて冷却水が流れる冷却水流路となっている。この冷却水流路は、キャビティ金型１００の外部に連結された給水管１３２により冷却水が供給される。前記冷却水流路は、冷却板１３０に沿って均一に形成され、冷却板１３０によるキャビティ金型板１１０の冷却効果が均一に発生するようにする。
【００２８】
また、冷却板１３０は、少なくとも２つに分割された分割面１３０ａ、１３０ｂからなる。図３には冷却板１３０が２分割された例を示し、図４には冷却板１３０が４分割された例を示す。しかし、本発明による金型装置の冷却板はこれに限定されるものではなく、少なくとも２つに分割されていれば本発明の範囲に含まれる。
【００２９】
図３を参照すると、冷却板１３０は２つの分割面１３０ａ、１３０ｂに区分される。それぞれの分割面１３０ａ、１３０ｂには第１冷却手段１３１が備えられ、背面にそれぞれの分割面１３０ａ、１３０ｂに連結される冷却板移送手段１６０が備えられる。冷却板移送手段１６０は、分割面１３０ａ、１３０ｂのそれぞれに備えられるが、それぞれの分割面１３０ａ、１３０ｂの中心部に連結される。
【００３０】
図４を参照すると、冷却板１３０は４つの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆに区分される。４つの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆにもそれぞれ冷却手段が備えられ、背面にそれぞれの冷却板移送手段１６０が連結される。図４は冷却板１３０の背面を示す図である。図４において、冷却板１３０にはそれぞれの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆに連結される冷却板移送手段１６０が結合される結合孔１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｅ、１３４ｆが形成されている。
【００３１】
図３及び図４において、それぞれの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆは互いに分離されている。よって、それぞれの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆに連結された冷却板移送手段１６０の動作も異なる。すなわち、それぞれの分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆが冷却板移送手段１６によりキャビティ金型板１１０に異なる高さで接触するように形成することができる。
【００３２】
このような構成においては、冷却板１３０を分割してキャビティ金型板１１０の背面に合わせ、冷却板１３０の分割面１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆのそれぞれがキャビティ金型板１１０の背面に密着できるようにする。それにより、冷却温度ムラを減少させて射出物の不良率を減少させることができ、均一な品質を確保することができる。
【００３３】
また、分割面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅ、１３０ｆは、それぞれベース１４０との間に装着される複数の弾性体１３３を備える。図２には弾性体１３３が装着される位置を示し、図５には弾性体１３３が具体的に冷却板１３０に装着された状態を示す。
【００３４】
図５を参照すると、弾性体１３３は、コイルばねからなり、冷却板１３０の背面に装着される。ここで、弾性体１３３は、それぞれの分割面１３０ａ、１３０ｂにおいて、冷却板移送手段１６０が冷却板１３０に結合される結合孔１３４ａ、１３４ｂを中心に、分割面１３０ａ、１３０ｂの各角部に対称に装着されている。
【００３５】
このような構成においては、冷却板移送手段１６０によりそれぞれの分割面１３０ａ、１３０ｂがキャビティ金型板１１０の背面に密着するが、より均一に密着できるように、弾性体が密着圧力を与える。
【００３６】
また、冷却板１３０は、異なる材質の分割面を選択的に組み合わせてもよい。すなわち、図３において、２つの分割面を形成する第１分割面１３０ａと第２分割面１３０ｂは、異なる材質であってもよい。
【００３７】
このような構成においては、キャビティ１２０の形状的な特徴によりキャビティ金型板１１０に局部的な冷却温度ムラが発生することを考慮し、冷却温度ムラを補償できるように熱伝導率の異なる材質で分割面を組み合わせる。それにより、より均一な冷却温度分布が得られる。
【００３８】
また、コア金型２００は、キャビティ金型１００の前面に型合わせできるように移動可能に備えられる。キャビティ金型１００側に移動できるようにコア金型２００のコアベース２２０に移送手段（図示せず）が連結されてもよく、ガイド部材（図示せず）などが備えられてもよい。
【００３９】
コア金型２００は、キャビティ金型板１１０と型合わせされてキャビティ１２０を形成するコア金型板２１０を備えており、コア金型板２１０は、キャビティ金型板１１０とは別に内部に別途の加熱手段２１１と第２冷却手段２１２を備え、冷却水供給管２１３を備える。コア金型板２１０の加熱手段や冷却手段などについては、キャビティ金型板１１０における説明と重複するので、詳細な説明は省略する。
【００４０】
コア金型２００には、金型を貫通する射出物注入管３１０が備えられる。射出物注入管３１０により注入された射出物３００は図１に概略的に示す。
【００４１】
また、キャビティ金型１００とコア金型２００による射出物成形は次のように行われる。図１に示すように、冷却板１３０がキャビティ金型板１１０と離隔している状態で、キャビティ金型板１１０とコア金型板２１０の加熱手段１１１、２１１が稼働し、金型板を加熱して高温状態を維持する。この場合、図２に示すように、キャビティ金型１００とコア金型２００が型合わせされているので、キャビティ金型板１１０とコア金型板２１０がキャビティ１２０を形成する。
【００４２】
加熱されて高温の状態にあるキャビティ１２０に射出物３００が注入されて充填される。射出物が充填された図２の状態で、冷却板移送手段１６０が稼働して冷却板１３０がキャビティ金型板１１０の背面に接触する。また、冷却板１３０の第１冷却手段１３１とコア金型板２１０の第２冷却手段２１２が作動して冷却が行われる。
【００４３】
図６及び図７は、分割冷却板１３０を備えない状態と備えた状態で、金型の様々な地点での温度分布を示す図である。このような温度分布グラフはキャビティ金型板１１０の様々な地点にサーモカップルを埋設して得ることができる。
【００４４】
図６から、分割冷却板１３０を備えない状態では、金型の様々な地点での各時間の温度が広い範囲に分布していることが分かる。それに比べて、分割冷却板１３０を備えた状態の図７からは、金型の様々な地点での各時間の温度が、図６とは異なり、狭い範囲に分布していることが分かる。
【００４５】
図６の状態では、金型の特定地点での温度が非常に高くなることがあるので、射出工程全体で上げることのできる温度に限度がある。しかし、図７の状態では、金型の全体的な温度分布が小さく形成されるので、金型の温度を十分に上げることができる。それにより、高温の状態で射出を行うことができるので、射出物の不良率を減少させることができ、均一な品質を確保することができる。
【００４６】
また、図６の状態では、繰り返される大量の作業の途中に、金型の全体的な温度分布が大きくなることを防止するために、休止時間を要する。しかし、図７の状態では、温度分布が大きくないので、不要な休止時間を短縮することができ、作業効率や量産性を向上させることができる。
【００４７】
図８及び図９は、本発明による金型装置の第２実施形態を示す図である。以下、図８及び図９を参照して第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図８及び図９を参照すると、第２実施形態においては、第１実施形態における収容空間１５０内に、一側面がベース１４０に結合されて他側面がキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに結合される支持部材１７０をさらに含む。
【００４９】
支持部材１７０は、柱状の構成でキャビティ金型板１１０を支持し、略円柱状である。
支持部材１７０は、冷却板１３０を貫通して収容空間１５０内に装着される。すなわち、支持部材１７０は、収容空間１５０内で、一側面がベース１４０に結合され、他側面がキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに結合される。
【００５０】
図１０を参照すると、冷却板１３０には、支持部材１７０が貫通する貫通孔１３３が備えられている。従って、支持部材１７０は、貫通孔１３３を貫通してキャビティ金型板１１０をベース１４０に対して支持する。それにより、厚さの薄いキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂを柱状の支持部材１７０が支持するようにし、キャビティ金型板１１０の前面１１０ａから加えられる圧力に対してキャビティ金型板１１０を支持できるようにする。よって、キャビティ金型板１１０の厚さを厚くしなくても、効率的に構造的強度を向上させることができる。
【００５１】
また、冷却板１３０は、支持部材１７０により収容空間１５０内での移動が誘導される。すなわち、前述したように、冷却板移送手段１６０により収容空間１５０を冷却板１３０が移動するが、支持部材１７０はこのような冷却板１３０の移動をガイドする役割も兼ねる。
【００５２】
図１１及び図１２は、支持部材１７０の変形例を示す図である。図１１を参照すると、支持部材１７０の変形例においては、内部に冷却水流路１７１が形成される。冷却水流路１７１は、キャビティ金型板１１０と平行して離隔された少なくとも１つの平行流路１７１ａ、及び平行流路１７１ａに冷却水を供給及び回収する連結流路１７１ｂを含む。それにより、連結流路１７１ｂを介して供給された冷却水が平行流路１７１ａを流れ、支持部材１７０とキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂとが接触して熱交換することにより、キャビティ金型板１１０を冷却する。
【００５３】
図１２を参照すると、支持部材１７０のキャビティ金型板１１０の背面１１０ｂに当接する部分に、断熱板１７２が備えられてもよい。この断熱板１７２は、加熱されて高温状態にあるキャビティ金型板１１０の熱が冷却板１３０により熱交換されず、支持部材１７０により直接ベース１４０に伝達されることを防止する。また、支持部材１７０の熱による変形や損傷を防止する。
【００５４】
また、複数の支持部材１７０を備えてもよい。図１０を参照すると、冷却板１３０に沿って複数の貫通孔１３３に複数の支持部材１７０が貫通結合されている。ここで、支持部材１７０の数に応じて複数の貫通孔１３３が備えられる。
【００５５】
支持部材１７０はステンレススチール（ＳＴＳ）材質で形成することが好ましい。これは、熱伝導率が低く、強度に優れるので、支持部材１７０と接触するキャビティ金型板１１０の熱による支持部材１７０の変形や損傷を低減することができるからである。
【００５６】
図１３及び図１４は、本発明による金型装置の第３実施形態を示す断面図である。第３実施形態は、第１実施形態のキャビティ金型板１１０に第３冷却手段を追加した点で異なる。すなわち、キャビティ金型板１１０の両端部付近に内部に冷却水が流れる第３冷却手段１１２を追加し、第１冷却手段１３１と共にキャビティ金型板１１０の冷却速度をさらに向上させている。
【００５７】
図１３〜図１５を参照して第３実施形態の動作について説明する。
図１３はコア金型板とキャビティ金型板が噛み合って形成されたキャビティの内部に樹脂組成物が注入された後の、冷却板により樹脂組成物を冷却する状態を示す図であり、図１４はキャビティの内部に樹脂組成物が注入される直前の状態を示す図である。
【００５８】
上記実施形態の動作を制御する制御装置は射出作業を繰り返し行うが、図１５によれば、コア金型板２１０とキャビティ金型板１１０を開放し、前段階で射出された完成品を排出し、再びコア金型板２１０とキャビティ金型板１１０を閉じてキャビティ１２０を形成し、樹脂組成物を注入して冷却し、コア金型板２１０とキャビティ金型板１１０を開放する過程を繰り返す。
【００５９】
ここで、コア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０に設置されたヒーターはコア金型板２１０とキャビティ金型板１１０が開放された直後に作動され、コア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０の加熱が開始される。このように、コア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０の加熱を金型の開放直後から行うことにより、加熱に要する時間を短縮することができる。その後、コア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０が射出に適した温度に加熱されると適正温度を維持し、樹脂組成物の注入作業が完了するとヒーターの作動が停止して冷却段階に入る。
【００６０】
ここで、コア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０を加熱することにより、注入された樹脂組成物をキャビティ１２０内に均一に分布させることができる。この段階において、冷却板１３０は、図１４に示すように、キャビティ金型板１１０と分離された状態を維持するが、冷却板１３０に備えられた第１冷却手段１３１の内部には冷却水が供給されている。キャビティ金型板１１０の迅速な加熱のためには樹脂組成物が注入された後に冷却水を供給することが好ましいが、それによりキャビティ金型板１１０の冷却が遅延する。
【００６１】
従って、冷却板１３０には継続して冷却水を供給して常に冷却された状態を維持し、同図に示すように、キャビティ金型板１１０と離隔された状態にしてキャビティ金型板１１０の加熱が遅延しないようにする。このとき、第２冷却手段２１２及び第３冷却手段１１２には冷却水が供給されない。
【００６２】
冷却段階に入ると、前述したように冷却板１３０がキャビティ金型板１１０に向かって前進してキャビティ金型板１１０を間接的に冷却すると共に、キャビティ金型板１１０及びコア金型板２１０にそれぞれ形成された第３冷却手段１１２及び第２冷却手段２１２にも冷却水が供給されて冷却を開始する。ただし、第２冷却手段２１２及び第３冷却手段１１２に冷却水が供給される時点は、前記樹脂組成物の注入が行われる過程内とする。すなわち、樹脂組成物の注入に要する時間は相対的に短いのに対して、冷却水の供給によるコア金型板２１０及びキャビティ金型板１１０の冷却に要する時間は相対的に長いので、樹脂組成物が供給される間に冷却水を供給し始めると冷却に要する時間を短縮することができる。
【００６３】
さらに、冷却板１３０により間接的にキャビティ金型板１１０を冷却すると共に、冷却水を直接キャビティ金型板１１０及びコア金型板２１０に供給することにより、迅速な冷却が可能となり、均一な温度分布を得ることができる。また、冷却板１３０が配置されるキャビティ金型板１１０には相対的に冷却水流路を少なく配置することにより、金型の構造が非常に複雑になることを防止でき、複数の冷却水流路による金型強度の低下も最小限に抑えられる。
【００６４】
一方、第１〜第３実施形態において、キャビティ金型板は周知の任意の金型鋼からなるが、好ましくは銅母材に重量比でＢｅ：１．９％及びＣｏ＋Ｎｉ：０．２５％が含まれる材質からなる。上記材質はモールドマックスＨＨ（Moldmax HH）と呼ばれる材質であり、次のような物性を有する。
硬度：４０ＨＲＣ
引張強度：１１７５ＭＰａ
熱伝導率（２０℃）：１０５Ｗ／ｍ・Ｋ
【００６５】
前記熱伝導率は従来のＣＥＮＡ１と呼ばれる金型鋼に比べて約５倍優れた値であるが、より高い熱伝導率を得るためにテンパリング処理を行う。テンパリング処理は、キャビティ金型板を形成し、４００〜５００℃の温度に加熱し、加熱炉内で常温まで徐冷することにより行われる。このようにテンパリング処理を行えば、硬度及び引張強度は同程度に維持されるが、熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋに上昇するので、加熱及び冷却に要する時間が短縮されるだけでなく、キャビティ金型板内でも均一な温度分布を得ることができる。
【００６６】
図１６は、２０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する従来のＣＥＮＡ１を加熱し、キャビティ金型板の最高温度が８０℃になるまで冷却した状態での温度分布を示す図である。測定の結果、キャビティ金型板の外周部の温度が８０℃になるのに要する時間は約１８０秒であり、キャビティ金型板内でも最低２０℃最高８０℃の温度分布を示すことが分かる。これは、加熱の際も同様なので、キャビティ金型板全体にわたって温度差が比較的大きくなり、射出物の表面品質が不均一になる恐れがある。
【００６７】
図１７は、前記モールドマックスＨＨをテンパリング処理したキャビティ金型板の温度分布を示す図であり、同様にキャビティ金型板の最高温度が８０℃になるまで冷却した状態での温度分布を示す図である。測定の結果、キャビティ金型板の外周部の温度が８０℃になるのに要する時間は約９０秒と前記ＣＥＮＡ１の半分程度であり、キャビティ金型板内でも最低３１℃最高７６℃の温度分布を示し、前記ＣＥＮＡ１に比べて各地点の温度ムラが減少したことが分かる。
【００６８】
従って、前記テンパリング処理が行われたモールドマックスＨＨを利用すると、冷却及び加熱に要する時間をＣＥＮＡ１の半分に短縮できるだけでなく、加熱及び冷却時にキャビティ金型板内の温度がより均一になるので、射出物の表面品質も均一になるという効果を得ることができる。
【００６９】
ここで、前記金型装置において、射出物が接する表面にＣｒＮ（窒化クロム）コーティング層を形成してもよい。前記ＣｒＮコーティング層は、キャビティ金型板やコア金型板が射出物と直接接触することを防止し、射出物がキャビティ内に焼き付くことを防止する。さらに、高温環境で発生する腐食性ガスによるキャビティ金型板やコア金型板の損傷を最小限に抑える。
【００７０】
特に、本発明の実施形態においては射出物の表面をより美麗にするために高温雰囲気で射出作業を行うが、作業性を改善して工程速度を向上させるためには、前述したように、コア金型板及びキャビティ金型板の熱伝導率が高くなければならない。このために、前記モールドマックスＨＨなどのベリリウム系銅合金を使用する場合、焼付き性の面ではＣＥＮＡ１などの鋼材に比べて不利である。
【００７１】
しかし、前述したようにＣｒＮコーティング層を表面に形成すると、高い熱伝導特性を維持しながらも焼き付き性を改善することができる。
【００７２】
ここで、ＣｒＮコーティングは、銀灰色を帯び、Ｃｒめっきの環境問題を解決すると共に、耐摩耗性、耐焼き付き性、耐熱性及び潤滑性に優れた特性を有する。これに類似した特性を有するコーティングとしてＴｉＮコーティングがあるが、これは母材材質が超硬、高速度工具鋼、ダイス鋼、ステンレス鋼などの高硬度材質である場合に適し、前述したように、鋼材に比べて相対的に軟質のベリリウム系銅合金である場合は適さない。
【００７３】
図１８は、金型の表面に様々な表面処理を行った場合の、それによる付着力の変化を示すグラフである。図１８を参照すると、５０〜２００℃の全領域において、ＴｉＮコーティング層を有する場合より、ＣｒＮコーティング層を有する場合の方が低い付着力を示すことが分かる。従って、上記実施形態のように、モールドマックス系の母材を使用する高温射出金型においては、前記ＣｒＮコーティング層が最高の性能を示すことが分かる。
【００７４】
前記ＣｒＮコーティングは、物理気相蒸着法（以下、ＰＶＤ）を利用して形成することができる。前記ＰＶＤ以外では、化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ）を利用してもよいが、均一かつ高品質の薄膜を得るにはＰＶＤの方が有利である。すなわち、ＰＶＤは、アーク、熱、電子ビームなどで蒸発させた金属物質を高真空のプラズマ雰囲気内で活性化させ、さらに数十〜数千ｅｖの加速エネルギーで対象材料に衝突させることにより、スパッタリング、浸透拡散、イオンミキシング、化学反応などの表面反応で高硬度かつ高密着力の被膜層を形成することができ、本願のように長期間にわたって繰り返し使用される金型の被膜形成に適した特徴を有する。特に、ＰＶＤは、処理温度が５００℃以下と低く、化学的に安定しているのでほとんど腐食しないという利点を有する。
【符号の説明】
【００７５】
１００キャビティ金型
１１０キャビティ金型板
１２０キャビティ
１３０冷却板
１４０ベース
１５０収容空間
１６０冷却板移送手段
２００コア金型
２１０コア金型板
２２０コアベース
３００射出物

【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面にキャビティが形成されて内部に加熱手段が備えられたキャビティ金型板、及び前記キャビティ金型板の背面に接離して内部に第１冷却手段が備えられた冷却板を含むキャビティ金型と、
前記キャビティ金型板と共に前記キャビティを定めるコア金型とを含み、
前記冷却板は少なくとも２つ備えられることを特徴とする金型装置。
【請求項２】
前記キャビティ金型は、
前記キャビティ金型板が装着されるベースと、
前記キャビティ金型板と前記ベース間で前記冷却板が前記キャビティ金型板に接離可能に移送する冷却板移送手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項３】
一側面が前記ベースに結合され、他側面が前記キャビティ金型板の背面に結合される支持部材をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の金型装置。
【請求項４】
前記冷却板は前記支持部材が貫通する貫通孔を含み、
前記支持部材は前記貫通孔に挿入された状態で配置されることを特徴とする請求項３に記載の金型装置。
【請求項５】
前記支持部材は前記キャビティ金型板との結合部位に断熱板を備えることを特徴とする請求項３に記載の金型装置。
【請求項６】
前記支持部材は内部に冷却水流路が形成されることを特徴とする請求項３に記載の金型装置。
【請求項７】
前記それぞれの冷却板は異なる材質からなることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項８】
前記第１冷却手段は前記冷却板の内部に形成された冷却水流路を含むことを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項９】
前記それぞれの冷却板と前記ベースとの間に装着される弾性体をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の金型装置。
【請求項１０】
前記キャビティ金型板は、重量比でＢｅ：１．９％、Ｃｏ＋Ｎｉ：０．２５％を含み、テンパリング処理されたベリリウム系銅合金からなることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項１１】
前記テンパリング処理は、キャビティ金型板を４００〜５００℃に加熱し、加熱炉内で冷却することにより行われることを特徴とする請求項１０に記載の金型装置。
【請求項１２】
前記キャビティ金型板と前記コア金型の少なくとも一方の表面にＣｒＮコーティング層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項１３】
前記コア金型板に備えられる第２冷却手段と、
前記キャビティ金型板に備えられる第３冷却手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金型装置。
【請求項１４】
前記第３冷却手段の冷却能力は前記第１冷却手段の冷却能力より小さいことを特徴とする請求項１３に記載の金型装置。
【請求項１５】
前記第２冷却手段及び前記第３冷却手段は、前記冷却板が前記キャビティ金型板と接触する前から作動することを特徴とする請求項１３に記載の金型装置。

【図１】