JP2004042601A - 成形金型および成形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気抵抗加熱により発熱する発熱体の発熱温度を均一になるように制御すると共に、通電して発熱した発熱体の発熱ロスを極力押さえて成形品への転写性を向上させ、更に通電を遮断して発熱していない発熱体を介してキャビティ内の樹脂材料の温度を金型の温調温度で素早く冷却させてハイサイクルの成形を達成できる成形金型と成形方法を提供することを課題とする。
【解決手段】電気抵抗加熱により発熱する転写板を鏡面板の鏡面から僅かに浮かして転写板に通電して均一に発熱させ、この状態から型閉完了直前に転写板を鏡面へ瞬時に圧着かつ吸着させると共に、素早く樹脂材料をキャビティへ供給し、附形完了と同時に転写板の通電を切って、転写板の発熱温度より低く設定した鏡面板の温調温度で、キャビティ内の樹脂材料を急冷して成形する。
【選択図】 図1
【解決手段】電気抵抗加熱により発熱する転写板を鏡面板の鏡面から僅かに浮かして転写板に通電して均一に発熱させ、この状態から型閉完了直前に転写板を鏡面へ瞬時に圧着かつ吸着させると共に、素早く樹脂材料をキャビティへ供給し、附形完了と同時に転写板の通電を切って、転写板の発熱温度より低く設定した鏡面板の温調温度で、キャビティ内の樹脂材料を急冷して成形する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大面積の薄肉成形品を低圧・ハイサイクルにて転写して成形する金型構造および成形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えた射出成形の金型に関しては、例えば、特許文献1に開示されている。この開示例は、一対に構成される固定金型と可動金型の何れか一方の金型に電気抵抗加熱により発熱する厚さが約0.3mmのニッケルから成るスタンパを、1〜5Vで100〜500Aの交流電源の両極を接続した内周押さえ部材と外周押さえリングとで取付けた後、他の金型と型閉して形成されるキャビティに、ポリカーボネート樹脂を射出充填し、スタンパを130℃に発熱させるべく通電してスタンパ表面を瞬時に昇温させて、樹脂の流動性を良くして転写性を向上させた後、通電を遮断して金型の温調温度で冷却してディスク基板を成形するようにしたものである。尚、漏電を防止するために、スタンパが取付けられる鏡面と内周押さえ部材の貫通穴には、セラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層が形成されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−90624号公報(第2−4頁、図1)
【0004】
更に、電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えたラミネート成形に関しては、特許文献2に開示されている。この開示例は、相対向して近接/離隔可能に配設された上板及び下板の対向面にそれぞれ付設された膜体の間に成形材を配置し、上板と下板とを近接させて下板に配設された枠体と共に成形材が収容される成形空間を形成し、この成形空間の容積を変化させることなく真空引きし、次いで、上板及び下板に設けられた空気導入路より圧縮空気を導入して両膜体を介して成形材を冷媒の通路が穿設された上板と下板から離隔させた状態で加圧すると共に、2枚の上膜体に挟まれて付設されたステンレス製で矩形の薄板の熱板に通電して発熱させて成形材を所定時間加熱した後、一方の空気導入路から空気を真空引きして冷媒により冷却された上板または下板に成形材を密着させると共に、熱板の通電を遮断して成形材を冷却して成形するようにしたものである。
【0005】
【特許文献2】
特開平10−315257号公報(第6−7頁、図1)
【0006】
更にまた、電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えたラミネート成形に関しては、例えば、特許文献3に開示されている。この開示例は、近接/離隔する上板および下板と上板および下板に付設された枠とで圧締めして真空室を形成し、この真空室内にシリンダによって上板と下板にそれぞれ近接/離隔するよう冷却水の通路が穿設された上盤と下盤を設け、更に上板と下板の各々に上膜体と下膜体を付設すると共に、上盤と上膜体の間および下盤と下膜体の間にそれぞれステンレスの矩形の薄板からなる熱板を付設した真空積層装置を用いて、成形材を成形するようにしたものである。より具体的に示すと、上板と下板を離隔させて上盤と下盤を各シリンダによりそれぞれ上板と下板に密着させると同時に、上板と下板に設けられた各気孔から真空吸引して各熱板と各膜体をそれぞれ上盤と下盤に押圧する。そして、この状態で下膜体の上に成形材を載置した後上板と下板を近接させ、上板と下板に付設された各枠を当接後さらに圧締すると共に各枠に設けた吸引口から真空引きする。その後、各気孔を大気開放あるいは圧縮空気供給に切換えて、成形材を上熱板と下熱板を介して上膜体と下膜体とで加圧すると同時に上熱板と下熱板を通電して加熱し、所定の圧力と温度及び時間で成形が行われる。次いで、各シリンダによって上盤と下盤を近接移動させて各熱板に密着させると共に通電を解除して所定の温度まで冷却する。その後、各吸引口を大気開放すると共に各気孔を再び真空吸引して各熱板と各膜体をそれぞれ上盤と下盤に押圧し、更に上盤と下盤を各シリンダによりそれぞれ上板と下板に密着させた後、上板と下板を離隔させて成形品を取出すようにしたものである。
【0007】
【特許文献3】
特開2001−315202号公報(第3頁、図1)
【0008】
更にまた、誘導加熱により発熱する発熱体を備えた光ディスク成形に関しては、特許文献4に開示がされている。この開示例は、熱容量が小さいスタンパ支持部と熱容量が大きい温度調節部とを当接/離隔可能とし、樹脂材料の射出時にはスタンパ支持部から温度調節部を離反させて電磁コイルにより誘導加熱させておき、樹脂材料の温度低下を防止して成形する光ディスクの品質を高め、樹脂材料の凝固時にはスタンパ支持部に温度調節部を接触させ、樹脂材料を迅速に凝固させて光ディスクの生産性を高めるようにしたものである。
【0009】
【特許文献4】
特開平8−132498号公報(第1頁、図1−図4)
【0010】
また特許文献5には、スタンパと当接する金型表面を電気抵抗発熱層により被覆し、前記電気抵抗発熱体に通電することにより、スタンパを加熱し、転写性を向上させることが記載されている。
【特許文献5】
特開平10−34655号公報(第2頁、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献1の射出成形方法にあっては、電極を内周押さえ部材と外周押さえリングに設けたため、電流密度が内周押さえ部材から外周押さえリングに向かって、即ち中心部から外周に向かって一定にならず、その結果ディスクの内周側から外周側に向かってスタンパの発熱温度が一定しないために、歪のないディスク基板が成形できないという問題だけではなく、転写むらが発生するという問題があった。更に、スタンパを金型鏡面部に密着させ発熱させていたために、スタンパの発熱温度より低く温調温度が設定された金型に熱が吸収され、急速にスタンパ温度を昇温させることは困難であり、更にはスタンパ表面の発熱温度を最適な温度に制御することが難しいという問題もあった。
【0012】
また特許文献5についても、スタンパと電気抵抗発熱層を被覆された鏡面を当接させて発熱させているために、スタンパの発熱温度より低く温調温度が設定された鏡面に熱が吸収され、急速にスタンパ温度を昇温させることは困難であり、更にはスタンパ表面の発熱温度を最適な温度に制御することが難しいという問題もあった。
【0013】
一方、特許文献2の真空積層装置にあっては、圧縮空気により膜体を介して成形品を加圧・加熱後、一方の空気導入路から空気を真空引きして、冷却された上板または下板に成形材を密着させて冷却して成形するため、キャビティへ充填して高圧に圧縮して成形する圧縮成形においては、熱板を含む膜体操作による冷却方法は採用し得ないのである。また、特許文献3の真空積層装置にあっては、成形品を冷却する際に上盤と下盤を熱板へ近接させて冷却する訳であるが、射出成形用金型に採用すれば装置が大掛りになるだけではなく高コストとなり、更には上盤と下盤を熱板へ近接させて冷却するため成形サイクルが遅くなるという欠点を有している。よって、省スペース低コストかつハイサイクルが要求される成形機にはそぐわない。
【0014】
また特許文献4にあっては、スタンパ支持部から温度調節部を離反させて電磁コイルにより誘導加熱させている。しかし誘導加熱は抵抗加熱と比較すると温度上昇に時間がかかるため、成形サイクルが遅くなるという欠点を有している。また誘導加熱の場合、電磁コイルを使用するために電磁コイルを配設するスペースが必要となる。更に誘導加熱の場合、渦電流により加熱を行うため、発熱体が円形の場合は均一な加熱を行うことができるが、発熱体が略矩形の場合は均一に加熱を行うことができなかった。またこの例では、射出の完了後における樹脂材料の凝固時に可動金型に型締してスタンパ支持プレートと温度調節部を当接させている。しかし射出圧縮成型において、実際に樹脂材料に圧力を加えるタイミングが遅れ、品質の良い光ディスクを成形することができなかった。
【0015】
そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、電気抵抗加熱により発熱する略矩形の板状部を有する発熱体の電流密度を全面に亘って一定になるように、即ち、略矩形の板状部を有する発熱体の発熱温度を均一になるように制御すると共に、通電して発熱した発熱体の発熱ロスを極力押さえて成形品への転写性を向上させ、更に通電を遮断して発熱していない発熱体を介してキャビティ内の樹脂材料の温度を金型の温調温度で素早く冷却させてハイサイクルの成形を達成できる成形金型と成形方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間へ樹脂材料を供給して、成形品を成形する成形金型において、一の金型および/または前記他の金型に配設され少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板と、鏡面板の鏡面から少なくとも離隔して発熱する略矩形の板状部を有する発熱体と、鏡面板の鏡面から該発熱体を離隔させる際に該発熱体を当接させる当接面を有する発熱体ホルダーと、前記発熱体を鏡面板の鏡面と発熱体ホルダーの当接面のいずれか一方に対して当接されるように移動させる移動手段とを具備することを特徴とする。
【0017】
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、 前記発熱体は、描画パターンを刻設した転写板からなり、転写板が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする。
【0018】
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、前記発熱体は描画パターンを刻設した転写板とは別に設けられた板状体からなり、該板状体が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする。
【0019】
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、発熱体ホルダーが、前記発熱体を取り囲むように前記鏡面板の鏡面から突設して構成されることを特徴とする。
【0020】
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、発熱体ホルダーが、電線が接続された通電可能な材質で形成されると共に、該発熱体ホルダーの当接面に前記発熱体が当接時に、該発熱体へ前記発熱体ホルダーを介して通電可能に設けられていることを特徴とする。
【0021】
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、移動手段が、鏡面板の鏡面に配設された発熱体ホルダーの当接面に当接された状態から少なくとも前記発熱体の裏面と発熱体ホルダーの内周側側面および鏡面板の鏡面とで形成された空間を吸引して、該発熱体を鏡面板の鏡面へ当接可能とする減圧手段と、鏡面板の鏡面に当接された状態から発熱体ホルダーの当接面まで該発熱体を移動させるために該発熱体の裏面全体と該空間を加圧する加圧手段とで少なくとも構成されることを特徴とする。
【0022】
以上、請求項1から請求項6のように構成することで、発熱体を発熱体ホルダーの当接面まで離隔移動させて当接させると共に、鏡面板の鏡面に対しても発熱体を当接させることができるので、発熱体の発熱効率と冷却効率を最大限に発揮させることができる。
【0023】
また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、発熱体の両端部へ相対向して付勢手段を有する接続端子が配設され、該接続端子が一の金型および/または他の金型に挿設されることにより発熱体を離隔させる移動手段の少なくとも一部が構成されることを特徴とする。
【0024】
このように構成することで、バネ等の付勢手段を有する接続端子の当接面で発熱体の裏面を押圧するため、発熱体ホルダーの当接面へ発熱体を安定して当接できると共に、発熱体の両端部が通電可能な材質で形成された発熱体ホルダーの当接面と発熱体との接触部に接触抵抗が発生しないように形成できるので、発熱体を流れる電流を安定して制御可能となり、発熱体の発熱効率の向上が図れるのである。
【0025】
また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、接続端子に電線を接続して、付勢された接続端子の当接面で発熱体を押圧して通電することを特徴とする。
【0026】
このように構成することで、発熱体に接続端子を固設する必要がなく、発熱体の裏面を、バネ等の付勢手段を有し通電可能な材質で形成された接続端子の当接面で、安定して押圧できるので接触抵抗が発生しないように通電可能となる。その結果、発熱体の両端部に通電可能に形成される発熱体ホルダーを設ける必要もなく、接続端子の配置を制御することによって、発熱体を流れる電流密度を略均一になるように構成できるので、発熱体の温度を略均一に安定して制御可能となるのである。
【0027】
また、本発明のうち請求項9に記載の発明は、接続端子の付勢手段が、少なくともバネ、エアシリンダ、油圧シリンダ、電磁石の少なくとも一以上で構成されることを特徴とする。
【0028】
このように構成することで、発熱体が配置された側の金型の鏡面板内に埋設されたバネ、エアシリンダ、油圧シリンダおよび電磁石を離隔させる移動手段による付勢力で、発熱体を発熱体ホルダーの当接面に安定して当接可能となるのである。更に、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石の作動をフリーにして、発熱体をエアで吸引して、発熱体ホルダーの当接面から発熱体が配置された側の金型の鏡面板の鏡面まで当接移動させるように構成することができるのである。
【0029】
また、本発明のうち請求項10に記載の発明は、付勢手段を有する接続端子および/または請求項6に記載の加圧手段で製品突き出し装置が構成されることを特徴とする。
【0030】
このように構成することで、金型内に特別にエジェクタ装置を設ける必要がなく、低コストの製品突き出し装置を提供できるのである。
【0031】
また、本発明のうち請求項11に記載の発明は、一の金型の鏡面板と他の金型の鏡面板に冷却/加熱手段が設けられることを特徴とする。
【0032】
このように構成することで、キャビティ内の樹脂材料の冷却あるいは加熱時間の短縮を図ることができるのである。
【0033】
また、本発明のうち請求項12に記載の発明は、成形方法に係る発明で、略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間へ樹脂材料を供給して成形する成形方法において、型開時に前記一の金型および/または前記他の金型に配設され樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板の鏡面から、前記鏡面板が取付けられた金型に配設された発熱体ホルダーの当接面まで、略矩形の板状部を有する発熱体を移動手段にて離隔させると共に該当接面に当接させた状態で、該発熱体に通電して昇温させ、その後樹脂材料の供給前に、前記鏡面板の鏡面へ該発熱体を移動手段にて当接させてキャビティへ樹脂材料を供給し、発熱した該発熱体で樹脂材料を附形成形し、該発熱体の通電を遮断して、前記樹脂材料の表面温度よりも低い温度に保持された前記鏡面を形成する鏡面板の温度を利用して、該発熱体を介して成形された樹脂材料を冷却することを特徴とする。
【0034】
更にまた、本発明のうち請求項13に記載の発明は、請求項12の発明に係る発明で、成形された樹脂材料の冷却終了時における発熱体の温度は、発熱体が配置された側の金型の鏡面板の温度よりも高いことを特徴とする。
【0035】
以上、請求項12と請求項13のように構成することで、発熱体の発熱効率と冷却効率を最大限に発揮できるのである。特に、発熱体が配置された側の金型の鏡面板から発熱体を浮かすことで、発熱体を予め設定された温度まで素早く加熱することができるのである。そして、加熱された発熱体を移動手段によって型閉完了直前に発熱体が配置された側の金型の鏡面板の鏡面へ発熱体を当接させ、直ちにキャビティへ樹脂材料を供給する。その結果、発熱体が加熱されているため発熱体の面上で樹脂材料が流動し易くなり、容易に附形されると共に、薄肉で比較的大面積の成形品であっても無理無くキャビティの最外周まで附形成形可能となるのである。そしてキャビティへ樹脂材料の供給完了後に通電を遮断して、発熱体が配置された側の金型における鏡面板の予め設定された温調温度で、成形品を素早く冷却することができるのである。この時、成形品の冷却終了時における発熱体の温度は、成形品の放熱温度と略同一で、発熱体が配置された側の金型の鏡面板の温度よりも高くなっている。その結果、キャビティ内の樹脂材料の冷却時間の短縮が図れるハイサイクルで高品質の成形品を成形できる成形方法を提供することができるのである。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態を説明するための図で、射出成形用の成形金型10が型閉した時の要部の断面図である。図2は、成形金型10の可動金型12を固定金型11側から見た時の図である。図3は、成形金型10が型開した時の要部の断面図である。図4は、本発明の実施の形態における発熱体である転写板22の発熱のタイミングや転写板22を鏡面に当接可能とする移動手段に関するタイムチャートである。本発明の実施の形態で使用される略矩形の板状部からなる発熱体は、ニッケルで形成され描画パターンが刻設され通電による電気抵抗加熱で発熱する導光板用の転写板22である。しかし略矩形の板状部を有する発熱体は、通電しない転写板22の裏面22cに、転写板22以外の転写板22とは電気的に絶縁され電気抵抗加熱で発熱する金属製の板状体や薄いゴムヒータを貼着して構成されたものを使用しても良い。また転写板22と前記金属製の板状体の両方に対して通電し、両者を電気抵抗加熱で発熱させてもよい。
【0037】
図1の射出成形用の成形金型10は、図示しない固定盤に取付けられる固定金型11と前記固定金型11に相対向して図示しない可動盤に取付けられる可動金型12とから構成される。そして射出成形機の図示しない型開閉装置を駆動させることにより、前記可動盤を移動させ、固定金型11に対する可動金型12の型合せが行われる。より具体的には、固定金型11は、固定型取付板13、可動金型12と型合せ時にキャビティ23を形成するために可動金型12側へ突設してなる凸部14aを有する矩形状の第一の鏡面板14および固定枠15から構成される。また、可動金型12は、可動型取付板16、矩形状の第二の鏡面板17、第二の鏡面板17を取付けるための4個のホルダー18、4個の可動枠19、転写板22、転写板22を当接させるための4個の発熱体ホルダー20、および4個の発熱体ホルダー20を第二の鏡面板17に取付けるための複数のボルト21から構成される。更に、固定金型11と可動金型12とが型閉した際に、転写板22の非転写面22bが第一の鏡面板14に形成された凸部14aの当接部14eへ当接し、更に射出成形用の成形金型10は、第一の鏡面板14に形成された凸部14aのキャビティ形成側側部鏡面14bと第一の鏡面板14の鏡面14cおよび転写板22とでキャビティ23が形成される。この時、描画パターンが刻設された略矩形の板状部からなる転写板22の転写面22aはキャビティ23内の面として形成されており、キャビティ23外に転写板22の外周端まで非転写面22bが形成される。更にまた、第一の鏡面板14と第二の鏡面板17には、第一の鏡面板14と第二の鏡面板17を温調するための複数の流路あるいはヒータ等を埋設するための複数の孔24,25が配設されると共に、これら複数の孔24,25に媒体を流通させあるいはヒータを埋設して冷却/加熱手段が形成される。そして第一の鏡面板14の第一の鏡面14cと第二の鏡面板17の第二の鏡面17aは、キャビティ23内に射出充填された樹脂材料の表面を冷却可能な温度に温度制御可能となっている。ここでは、成形品突き出しのためのエジェクタ装置についての説明は、後述するので省略する。尚、本発明は、射出成形機に限らず他の成形機へも流用可能なため、溶融樹脂をキャビティ23に導入するためのスプルブッシュやランナーおよびゲート等は成形金型10に含まれない場合があるので図示していない。
【0038】
図1および図2に基づいて本実施の形態について詳述する。可動金型12には、電線32が接続された円柱状の小径部31と円柱状の大径部30からなり銅材で製作された接続端子29が、小径部31と大径部30との境界部に段部30bを設けて形成される。そして、付勢手段であるバネ35が、接続端子29の小径部31を挿通し段部30bで接続端子29を固定金型11に向けて付勢するように装着される。また、可動金型12の第二の鏡面板17には、接続端子29の小径部31を挿通するための挿通孔34aと接続端子29の大径部30とバネ35を収納するための孔36が設けられている。また、可動型取付板16には、接続端子29の小径部31が摺動可能に挿通孔34bが挿通孔34aと同径で同心上に設けられると共に、接続端子29の移動に伴なって接続端子29の小径部31に接続された電線32が平行移動出来るように孔37が設けられる。そして、これらの孔36,37と挿通孔34a,34bとで、接続端子29とバネ35を収納するための収納部33が形成される。
【0039】
更に、可動金型12の第二の鏡面板17に、転写板22の周囲を取り囲むように、転写板22の非転写面22bを当接するための当接面20aを有する4個の発熱体ホルダー20を突設して配設する。なお発熱体ホルダー20は可動金型12に配設されていれば、必ずしも第二の鏡面板17に配設されたものでなくてもよい。更に、接続端子29とバネ35を収納する収納部33を、転写板22の両端部に通電可能に相対向して一の端部に略均等に5ヶ所、両端部で計10ヶ所、可動金型12に配設する。そして、収納部33にバネ35の付勢力を有する接続端子29を配設し、接続端子29の大径部30の当接面30aで転写板22の裏面22cを押圧して、第二の鏡面板17の鏡面17aから発熱体ホルダー20の当接面20aまで離隔移動させる。そして転写板22の非転写面22bが発熱体ホルダー20の当接面20aに当接されても接触抵抗が発生しないように転写板22の裏面22cは当接面30aでなおも押圧され、転写板22を通電可能にする。
【0040】
なお発熱体ホルダー20の当接面20aに当接される発熱体は、板状部である転写板22の外縁部を別の転写板保持部材で保持されたものでもよい。その場合、前記発熱体を構成する転写板22と転写板保持部材は、第二の鏡面板17の鏡面17aに対して離隔し、転写板保持部材と発熱体ホルダー20の当接面20aとが当接される。この例では転写板保持部材の発熱体ホルダー20に当接する部分は絶縁層で形成されている。そしてその場合の略矩形の板状部を有する発熱体への通電については、転写板22に対して直接通電するようにしてもよく、転写板保持部材を介して転写板22に通電するようにしてもよい。また発熱体ホルダー20の位置は必ずしも第二の鏡面板17の鏡面17aから離隔される側にあるものに限定されない。例えば、転写板保持部材の一部が、第二の鏡面板17や可動型取付板16等の内部に挿入されており、前記第二の鏡面板17や可動型取付板16の内部に設けられた当接面によって前進を規制されるものであってもよい。
【0041】
ここにおいて、転写板22と接続端子29の当接は、転写板22に通電して発熱したときや通電を遮断して冷却したとき、更には成形時の溶融樹脂温度や金型温調温度で転写板22が加熱/冷却されたときに、転写板22が熱によって伸縮するので、その作用を考慮して接続端子29の当接面30aと転写板22の裏面22cを固設せずに当接して通電するように本実施例では配慮している。更に、接続端子29の形状や配置および個数に関しては、本実施例では、転写板22の電流密度が略均一、即ち転写板22の発熱温度の分布が略均一になる様に、転写板22の大きさや形状を考慮して決定している。しかし、ここでは実施例として列挙はしないが、成形品によっては、成形条件により転写板の温度分布が不均一の方が好ましい場合もあるので、接続端子の配列を双曲線や放物線状等に相対向して配置したり、不等間隔で配置して、今までになかった成形ができるようにも構成可能となるのである。また接続端子29と発熱体ホルダー20の当接面20aとの位置関係は、転写板22を介して両者が正対するように配設してもよい。更にまた、第二の鏡面板17の鏡面17aから発熱体ホルダー20の当接面20aまで転写板22が離隔して、発熱体ホルダー20の当接面20aに当接した際の、転写板22の裏面22cまでの距離L(図3)は、転写板22の発熱効率等を考慮して5mm以上必要である。但し、距離Lは、転写板22の中心部が撓まないように剛性が確保されている場合には、1mm以上で構成することも可能である。
【0042】
更に、可動金型12には、転写板22を移動させ鏡面17aに当接可能とするためのエアの吸引/加圧路38が配設される。そして前記エアの吸引/加圧路38には、転写板22の両端部に通電するための接続端子29の大径部30を収納する10ヶ所の孔36の近傍外周側の鏡面17a上に設けられた溝部38a,38a、および転写面22aを囲むように形成された転写板22の非転写面22bの領域下面で且つ第一の鏡面板14の凸部14aの下面に位置するように鏡面17a上に設けられた溝部38bが、連通されて配設される。そして、可動金型12外部に別途設けられた転写板22の裏面側の空間の空気を吸引して当接させるための減圧手段を構成する真空ポンプや、圧縮空気を供給して転写板22の裏面22c全体と、転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bと鏡面板17とで形成された空間を加圧して転写板22を離隔させるための加圧手段を構成するポンプが、可動型取付板16の吸引/加圧路38の開口部に接続されている。そして前記加圧手段および減圧手段は、図示しない電磁切換弁を介してコントロールされる。よって転写板22を鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとのいずれか一方に対して当接されるように移動させる移動手段は、前記した加圧手段、減圧手段、付勢手段および付勢手段の付勢力に対向する方向に力を与える型開閉装置等から構成される。なお移動手段については、加圧手段と減圧手段のみでもよく、減圧手段と付勢手段のみでもよい。そして移動手段に加圧手段および減圧手段、またはアクチュエータからなる付勢手段を用いることにより、任意のタイミングで発熱体を移動させることができる。また移動手段については、型開閉装置の開閉によって収縮するバネの付勢力のみによるものとし、型開閉装置による駆動に連動するものでもよい。
【0043】
更にまた、第一の鏡面板14の凸部14aには、転写板22の裏面22cを押圧するように設けられた接続端子29の大径部30の直径より幾分大きい長さで略正方形に、且つ第一の鏡面板14の凸部14aの先端面14dよりも5μm〜20μm突出して当接部14eが形成される。そして、この当接部14eは、接続端子29の大径部30が配置されている10ヶ所の領域へ配設され、型閉した際に転写板22の非転写面22bへ当接するようになっている。このように構成することにより、電気抵抗加熱により発熱する略矩形の板状部を有する発熱体の電流密度を全面に亘って一定になるよう構成できるので、発熱体の発熱温度を均一になるように制御可能となる。また、型閉して第一の鏡面板14の凸部14aの当接部14eと転写板22の非転写面22bが当接した際に、先端面14dと転写板22の非転写面22bとで5μm〜20μmの隙間のベント40が、ホルダー18の開口部に設けられた溝部39aを介して可動金型12に設けられた吸引/加圧路39とキャビティ23が連通するように形成される。そして、キャビティ23に溶融樹脂を射出充填した際に、これらのベント40と吸引/加圧路39を通して、キャビティ内の空気や溶融樹脂の揮発性ガスを金型外部に排出するようにしたり、成形品を転写板22から離型させるための圧縮空気を金型外部から供給するのである。尚、可動型取付板16の吸引/加圧路39の開口部には、可動金型12外部に別途設けられた空気や揮発性ガス等を吸引する真空ポンプや圧縮空気を供給するポンプが図示しない電磁切換弁と共に接続されるのである。
【0044】
以上のように構成された成形金型10において、固定金型11の第一の鏡面板14の凸部14aの先端面14dと当接部14e全面、発熱体ホルダー20の当接面20aおよび内周側側面20b、接続端子29の当接面30aを除く全面、および第二の鏡面板17の鏡面17aに、セラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層50a〜50fが形成され、通電された転写板22が漏電しないように各部材を保護している。
【0045】
また、接続端子29,29を介して転写板22への通電は、1〜5V、100〜500Aの交流電源又は直流電源が用いられ、電流を制御することによって転写板22の発熱温度を決定するようになっている。
【0046】
本発明の実施の形態は、長さ33cm×幅40cm×厚さ0.03cmで描画パターンが刻設された転写板22を用い、対角15インチ×厚さ2mmの導光板を型締力280トンの射出成形機を使用して、ポリカーボネート樹脂を用いて実際に成形したものである。成形条件は、次の通りである。転写板22の発熱温度を150℃に、固定金型11の第一の鏡面板14の温調温度を少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な80℃に、可動金型12の第二の鏡面板17の温調温度を転写板22の発熱温度よりも低い50℃に設定し、更に、転写板22を4個の発熱体ホルダー20の当接面20aに当接した状態で、転写板22に流れる電流を制御して、電力供給量2.2kwで転写板22を5秒間で初期温度80℃から到達温度150℃まで昇温させ、その後150℃の温度を維持するように設定して、成形したのである。尚、第二の鏡面板17の温調温度を50℃に設定しても、冷却終了時における発熱体の温度は、転写板22の温度が50℃まで冷却されることはなく、実際には80℃位になる。そのため、固定金型11の第一の鏡面板14の温調温度も80℃に設定し両方の金型のキャビティを形成する面の冷却後の温度を略等しくしたのである。
【0047】
以下、本発明の成形方法について図1乃至図4、特に図4のタイムチャートに基づいて説明する。成形開始1〜2ショット位までは、転写板22を非通電状態で、かつ第二の鏡面板17の鏡面17aに吸引/加圧路38を介して真空引きして吸着して成形する。
【0048】
その後型開時には、図示しない型開閉装置により型開がなされ、製品取り出し工程の開始と同時に、成形品によって第二の鏡面板17の鏡面17aに圧着状態にある転写板22を、可動金型12に内設され10個の接続端子29に配設された10個のバネ35からなる付勢手段の型閉時に蓄えられていた付勢力と、可動金型12に配設された吸引/加圧路38から供給された圧縮空気による転写板22の裏面22cへの加圧手段による加圧力との協働によって、製品突き出し装置であるエジェクタ機構を構成して、型開とほぼ同時に瞬時に4個の発熱体ホルダー20の当接面20aまで離隔させる。よって前記の場合は付勢手段と加圧手段とによって移動手段が構成される。そして転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bおよび第二の鏡面板17の鏡面17aとで空間を形成すると共に、製品突き出しを行うのである。そして、製品取り出し工程開始と略同時に、発熱体ホルダー20の当接面20aに転写板22の非転写面22bを当接させた状態を維持しながら、直ちに約80℃に冷却された転写板22に通電して発熱させ、約5秒位にて転写板22の発熱温度を80℃から150℃まで昇温させた後、通電する電流を制御して転写板22の発熱温度を150℃に維持する。
【0049】
そして、製品取り出し工程、中間時間を経て、型閉完了直前のキャビティへの樹脂材料の供給前に転写板22の裏面22c側へ圧縮空気を供給して加圧している状態から、図示しない電磁切換弁を真空引きする減圧手段側へ切換えて、転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bおよび第二の鏡面板17の鏡面17aで形成された空間を、吸引/加圧路38を介して吸引すると共に、型閉作動に伴なう固定金型11の第一の鏡面板14の当接部14eで転写板22の非転写面22bを押圧して付勢手段であるバネ35を収縮させ、転写板22を第二の鏡面板17の鏡面17aに瞬時に当接させる。その後、型締増圧工程を経て、図示しない射出装置のノズルから図示しないスプル、ランナー、ゲートを介して、溶融したポリカーボネート樹脂をキャビティ23に低圧にて射出充填する。この時、転写板22が150℃に発熱されているため、狭い空間でも溶融樹脂が流動し易くなり、本実施例の如く薄肉で比較的大面積の成形品であっても、キャビティ23の最外周部まで無理無く流動して附形成形される。次いで、保圧時間を含む射出完了までの間に転写板22への通電を遮断する訳であるが、本実施例では射出充填完了後の保圧開始と同時に転写板22への通電を遮断し、50℃に設定された第二の鏡面板17の温調温度で鏡面17aと転写板22を介して成形品を急冷する。この時、保圧力によって転写板22の裏面22cが第二の鏡面板17の鏡面17aに圧着され続けるので、この保圧開始と同時にエアの吸引を解除する。その後、保圧工程が完了し、冷却工程を経て、型開完了にて1サイクルの成形工程が終了する。ここでの1サイクルは、本実施例を説明するための一例で、実際の成形サイクルはこれと異なる場合もある。
【0050】
ところで、よってこの実施の形態では前記の移動手段により、転写板22を発熱体ホルダー20の当接面20aへ安定して押圧することができるため、10個の接続端子29を介して転写板22に通電する際に、接続端子29の当接面30aと転写板22の裏面22cに接触抵抗が発生しない様に通電可能となるのである。そして型閉のタイミングで転写板22をエアで吸引することにより、バネ35の付勢力をより強力なものにでき、発熱体ホルダー20の当接面20aへ転写板22をより安定して押圧できるのである。ところで、エアの吸引による転写板22の第二の鏡面板17の鏡面17aへの吸着は、溶融樹脂をキャビティへ射出充填した際に、流入する樹脂圧力によって転写板22がズレないようにするためのものである。また転写板22への通電は、バネ35の付勢力と接続端子29を用いず接続端子29の代わりに転写板22の両端部に長手方向全面に亘って銅材でできた部材を通電可能に固設すると共にこの部材に電線を接続して転写板22を構成し、この転写板22を用いてエアの吹き出しのみによって形成しても良い。その結果、発熱体に電線が接続された接続端子を直接固設する必要がなく、発熱あるいは冷却による発熱体の伸縮作用を上手く吸収できるのである。
【0051】
本実施例では、ポリカーボネート樹脂で実際に成形品を成形した訳であるが、他の樹脂の成形においては、個々の樹脂の性質や特徴によって成形条件が異なるために樹脂材料に応じて、また、個々の成形時における周囲の環境条件等の変化に応じて、転写板22の発熱温度および第一の鏡面板14と第二の鏡面板17の温調温度が制御手段である制御装置によって好適に制御されるのである。
【0052】
上記実施の形態では転写板22を離隔させる移動手段は、バネからなる付勢手段とエアの加圧手段および減圧手段からなる場合について説明したが、付勢手段を可動金型12の第二の鏡面板17に埋設したロッド先端部に固設され電線32が接続された銅製の接続端子を有するエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石等の少なくとも一つにより構成することも可能である。つまり、第二の鏡面板17または可動型取付板16にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石を配設し、そのロッド先端部等に固設された接続端子29の当接面30aで転写板22を第二の鏡面板17から離隔させることができるため、転写板22の非転写面22bを発熱体ホルダー20の当接面20aに安定して当接可能となるのである。更にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石の作動をフリーにして、発熱体をエアで吸引して、発熱体ホルダー20の当接面20aから第二の鏡面板17の鏡面17aまで移動させ、当接させるように構成することもできるのである。
【0053】
本発明の他への転用としては、図示しないがプレス成形装置を用いた転写成形がある。このプレス成形装置は、固定盤に固設された上型と可動盤に固設された下型とを有し、上型に図2のようにバネ35が付設された複数の接続端子29と4個の発熱体ホルダー20および転写板22を配設すると共に、転写板22を当接/離隔させる移動手段であるエアの吸引/加圧路38等を配設して構成される。そして、下型に樹脂板や溶融樹脂からなる樹脂材料を載置して、可動盤を取り付けた型締シリンダで上型と下型とを型締すると共に、転写板22を発熱して樹脂板に転写板22の描画パターンを転写して成形するのである。また、この成形に限らず本発明は、溶融樹脂を射出充填した後に可動金型12を固定金型11に向けて移動させ溶融樹脂を圧縮する射出圧縮成形や附形成形にも流用可能なのである。
【0054】
次に、本発明の第二の実施の形態について、先に第一の実施の形態の説明に用いた図1乃至図4を援用して説明する。第二の実施の形態では、電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20の当接面20aと転写板22の非転写面22bとの当接によって、発熱体ホルダー20を介して転写板22に通電を行い、転写板22の発熱を行うことが特徴となっている。よって第二の実施の形態では、発熱体に通電可能にするために電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20が設けられ、転写板22の裏面22cとの当接面30aにセラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層で形成され電線32が接続されていない接続端子が異なるだけで、他の部材は第一の実施の形態の部材と同一な部材で構成されたものである。よって発熱体ホルダー20の当接面20aに発熱体である転写板22の両端部が当接時に、転写板22に対して通電可能に設けられている。そして特に、転写板22の通電側方向に対して平行して両側に配設される発熱体ホルダー20,20の当接面20a,20aと内周側側面20b,20bには、電気の絶縁層50b,50b,50e,50eがそれぞれ形成される。ところで、第二の実施の形態は、電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20の当接面20aと転写板22の非転写面22bの接触によって通電して転写板22の発熱を行うことが特徴となっているが、キャビティに樹脂材料が供給された時点で、転写板22が第二の鏡面板17の鏡面17aに吸着されるために、通電が遮断されており、ある程度温度が低下した転写板22の転写面22a上の温度で樹脂材料が附形されると共に冷却されるのである。
【0055】
上記第二の実施の形態では、転写板22を鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとの間で移動させ双方に当接させる移動手段は、10個のバネ35の付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によるエジェクタ機構を兼用した転写板22を離隔させる手段と、エアの吸引による減圧手段で構成されている訳であるが、移動手段の他の実施例としては、図示はしないが、可動金型12の第二の鏡面板17内にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石を埋設し、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石のロッド先端部等に電線32が接続された銅製の接続端子29を固設し、更に転写板22の両端部を湾曲させてその先端部を接続端子29に固設させることによって、熱による転写板22の伸縮作用を吸収できるように構成して、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石のロッド等を往復移動させることによって転写板22を第二の鏡面板17の鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとの間で移動させ双方に当接させる移動手段を構成することも可能である。
【0056】
尚、本発明の第一および第二の実施の形態の特徴は、電気抵抗加熱により発熱する転写板22を可動金型12の第二の鏡面板17の鏡面17aから僅かに浮かして、転写板22に通電して転写板22を均一に発熱させ、この状態から型閉完了直前に第二の鏡面板17の鏡面17aへ瞬時に吸着させると共に溶融樹脂をキャビティ23へ射出充填し、転写面22a上の溶融樹脂の流動性を良くして、更に保圧開始と同時に転写板22の通電を切って、転写板22の発熱温度および樹脂材料の表面温度より低い第二の鏡面板17の温調温度を利用してキャビティ23内の樹脂を急冷することで、成形された樹脂材料への転写性の向上と成形サイクルの短縮が図れることと、エジェクタ機構が10個のバネ35の付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によって構成されたことである。しかしながら、転写板22へ通電するための接続端子29を転写板22の熱による伸縮作用を吸収するように転写板22に固設したものでもよい。あるいは本発明の発熱体である転写板22、発熱体ホルダー20、鏡面17aから転写板22を離隔させるための移動手段等からなる機構については、固定金型11あるいは両方の金型に設けてもよい。そして固定金型と可動金型いずれかが一の金型および他の金型であってもよい。よって、一々列挙はしないが、上記記載のものに限定されることなく、明細書全体及び図面に記載され、或はそれらの記載から当業者が把握することの出来る発想思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきものである。
【0057】
【発明の効果】
以上図示し説明してきたように、本発明によれば、固定金型および可動金型の少なくとも一方の金型の鏡面板の鏡面から電気抵抗加熱により発熱する転写板を、僅かに浮かして転写板に通電して発熱させるために、鏡面板の温調温度より高く設定された転写板の発熱温度まで短時間で昇温可能となる。更に、この状態から型閉完了直前に鏡面板の鏡面へ転写板を当接させて溶融樹脂を金型の間に供給した際に、転写板が鏡面板の温調温度より高温に発熱されているために、転写面上の溶融樹脂の流動性が良くなり、溶融樹脂が良好に転写され、薄肉で比較的大面積の成形品の成形に好適なのである。更にまた、転写板の通電を切って、転写板の発熱温度より低い鏡面板の温調温度で樹脂材料を急冷するので、成形サイクルの短縮が図れるのである。尚、本発明は、射出成形に限らず、射出圧縮成形や附形成形あるいはプレス成形にも流用可能であり、プレス成形の場合は、樹脂板等の転写性が向上し附形が良くなる。
【0058】
また、転写板を離隔させる移動手段が、バネの付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によって構成されている場合は、製品突き出しのためのエジェクタ機構としても使用できるので、従来型のエジェクタ機構よりも、機構が簡単で低コストで製作可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における成形用金型が型閉した時の要部の断面図である。
【図2】図1の可動金型を固定金型側から見た時の図である。
【図3】図1の金型が型開した時の要部の断面図である。
【図4】本発明の実施の形態における転写板の発熱のタイミングや転写板を当接/離隔する移動手段に関するタイムチャートである。
【符号の説明】
10 ‥‥‥ 成形金型
11 ‥‥‥ 固定金型
12 ‥‥‥ 可動金型
13 ‥‥‥ 固定型取付板
14 ‥‥‥ 第一の鏡面板
14a ‥‥‥ 凸部
14b ‥‥‥ キャビティ形成側側部鏡面
14c,17a ‥‥‥ 鏡面
14d ‥‥‥ 先端面
14e ‥‥‥ 当接部
15 ‥‥‥ 固定枠
16 ‥‥‥ 可動型取付板
17 ‥‥‥ 第二の鏡面板
18 ‥‥‥ ホルダー
19 ‥‥‥ 可動枠
20 ‥‥‥ 発熱体ホルダー
20a,30a ‥‥‥ 当接面
20b ‥‥‥ 内周側側面
21 ‥‥‥ ボルト
22 ‥‥‥ 転写板
22a ‥‥‥ 転写面
22b ‥‥‥ 非転写面
22c ‥‥‥ 裏面
23 ‥‥‥ キャビティ
24,25,36,37 ‥‥‥ 孔
29 ‥‥‥ 接続端子
30 ‥‥‥ 大径部
30b ‥‥‥ 段部
31 ‥‥‥ 小径部
32 ‥‥‥ 電線
33 ‥‥‥ 収納部
34a,34b ‥‥‥ 挿通孔
35 ‥‥‥ バネ
38,39 ‥‥‥ 吸引/加圧路
38a,38b,39a ‥‥‥ 溝部
40 ‥‥‥ ベント
50a〜50f ‥‥‥ 絶縁層
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大面積の薄肉成形品を低圧・ハイサイクルにて転写して成形する金型構造および成形方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えた射出成形の金型に関しては、例えば、特許文献1に開示されている。この開示例は、一対に構成される固定金型と可動金型の何れか一方の金型に電気抵抗加熱により発熱する厚さが約0.3mmのニッケルから成るスタンパを、1〜5Vで100〜500Aの交流電源の両極を接続した内周押さえ部材と外周押さえリングとで取付けた後、他の金型と型閉して形成されるキャビティに、ポリカーボネート樹脂を射出充填し、スタンパを130℃に発熱させるべく通電してスタンパ表面を瞬時に昇温させて、樹脂の流動性を良くして転写性を向上させた後、通電を遮断して金型の温調温度で冷却してディスク基板を成形するようにしたものである。尚、漏電を防止するために、スタンパが取付けられる鏡面と内周押さえ部材の貫通穴には、セラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層が形成されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−90624号公報(第2−4頁、図1)
【0004】
更に、電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えたラミネート成形に関しては、特許文献2に開示されている。この開示例は、相対向して近接/離隔可能に配設された上板及び下板の対向面にそれぞれ付設された膜体の間に成形材を配置し、上板と下板とを近接させて下板に配設された枠体と共に成形材が収容される成形空間を形成し、この成形空間の容積を変化させることなく真空引きし、次いで、上板及び下板に設けられた空気導入路より圧縮空気を導入して両膜体を介して成形材を冷媒の通路が穿設された上板と下板から離隔させた状態で加圧すると共に、2枚の上膜体に挟まれて付設されたステンレス製で矩形の薄板の熱板に通電して発熱させて成形材を所定時間加熱した後、一方の空気導入路から空気を真空引きして冷媒により冷却された上板または下板に成形材を密着させると共に、熱板の通電を遮断して成形材を冷却して成形するようにしたものである。
【0005】
【特許文献2】
特開平10−315257号公報(第6−7頁、図1)
【0006】
更にまた、電気抵抗加熱により発熱する発熱体を備えたラミネート成形に関しては、例えば、特許文献3に開示されている。この開示例は、近接/離隔する上板および下板と上板および下板に付設された枠とで圧締めして真空室を形成し、この真空室内にシリンダによって上板と下板にそれぞれ近接/離隔するよう冷却水の通路が穿設された上盤と下盤を設け、更に上板と下板の各々に上膜体と下膜体を付設すると共に、上盤と上膜体の間および下盤と下膜体の間にそれぞれステンレスの矩形の薄板からなる熱板を付設した真空積層装置を用いて、成形材を成形するようにしたものである。より具体的に示すと、上板と下板を離隔させて上盤と下盤を各シリンダによりそれぞれ上板と下板に密着させると同時に、上板と下板に設けられた各気孔から真空吸引して各熱板と各膜体をそれぞれ上盤と下盤に押圧する。そして、この状態で下膜体の上に成形材を載置した後上板と下板を近接させ、上板と下板に付設された各枠を当接後さらに圧締すると共に各枠に設けた吸引口から真空引きする。その後、各気孔を大気開放あるいは圧縮空気供給に切換えて、成形材を上熱板と下熱板を介して上膜体と下膜体とで加圧すると同時に上熱板と下熱板を通電して加熱し、所定の圧力と温度及び時間で成形が行われる。次いで、各シリンダによって上盤と下盤を近接移動させて各熱板に密着させると共に通電を解除して所定の温度まで冷却する。その後、各吸引口を大気開放すると共に各気孔を再び真空吸引して各熱板と各膜体をそれぞれ上盤と下盤に押圧し、更に上盤と下盤を各シリンダによりそれぞれ上板と下板に密着させた後、上板と下板を離隔させて成形品を取出すようにしたものである。
【0007】
【特許文献3】
特開2001−315202号公報(第3頁、図1)
【0008】
更にまた、誘導加熱により発熱する発熱体を備えた光ディスク成形に関しては、特許文献4に開示がされている。この開示例は、熱容量が小さいスタンパ支持部と熱容量が大きい温度調節部とを当接/離隔可能とし、樹脂材料の射出時にはスタンパ支持部から温度調節部を離反させて電磁コイルにより誘導加熱させておき、樹脂材料の温度低下を防止して成形する光ディスクの品質を高め、樹脂材料の凝固時にはスタンパ支持部に温度調節部を接触させ、樹脂材料を迅速に凝固させて光ディスクの生産性を高めるようにしたものである。
【0009】
【特許文献4】
特開平8−132498号公報(第1頁、図1−図4)
【0010】
また特許文献5には、スタンパと当接する金型表面を電気抵抗発熱層により被覆し、前記電気抵抗発熱体に通電することにより、スタンパを加熱し、転写性を向上させることが記載されている。
【特許文献5】
特開平10−34655号公報(第2頁、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献1の射出成形方法にあっては、電極を内周押さえ部材と外周押さえリングに設けたため、電流密度が内周押さえ部材から外周押さえリングに向かって、即ち中心部から外周に向かって一定にならず、その結果ディスクの内周側から外周側に向かってスタンパの発熱温度が一定しないために、歪のないディスク基板が成形できないという問題だけではなく、転写むらが発生するという問題があった。更に、スタンパを金型鏡面部に密着させ発熱させていたために、スタンパの発熱温度より低く温調温度が設定された金型に熱が吸収され、急速にスタンパ温度を昇温させることは困難であり、更にはスタンパ表面の発熱温度を最適な温度に制御することが難しいという問題もあった。
【0012】
また特許文献5についても、スタンパと電気抵抗発熱層を被覆された鏡面を当接させて発熱させているために、スタンパの発熱温度より低く温調温度が設定された鏡面に熱が吸収され、急速にスタンパ温度を昇温させることは困難であり、更にはスタンパ表面の発熱温度を最適な温度に制御することが難しいという問題もあった。
【0013】
一方、特許文献2の真空積層装置にあっては、圧縮空気により膜体を介して成形品を加圧・加熱後、一方の空気導入路から空気を真空引きして、冷却された上板または下板に成形材を密着させて冷却して成形するため、キャビティへ充填して高圧に圧縮して成形する圧縮成形においては、熱板を含む膜体操作による冷却方法は採用し得ないのである。また、特許文献3の真空積層装置にあっては、成形品を冷却する際に上盤と下盤を熱板へ近接させて冷却する訳であるが、射出成形用金型に採用すれば装置が大掛りになるだけではなく高コストとなり、更には上盤と下盤を熱板へ近接させて冷却するため成形サイクルが遅くなるという欠点を有している。よって、省スペース低コストかつハイサイクルが要求される成形機にはそぐわない。
【0014】
また特許文献4にあっては、スタンパ支持部から温度調節部を離反させて電磁コイルにより誘導加熱させている。しかし誘導加熱は抵抗加熱と比較すると温度上昇に時間がかかるため、成形サイクルが遅くなるという欠点を有している。また誘導加熱の場合、電磁コイルを使用するために電磁コイルを配設するスペースが必要となる。更に誘導加熱の場合、渦電流により加熱を行うため、発熱体が円形の場合は均一な加熱を行うことができるが、発熱体が略矩形の場合は均一に加熱を行うことができなかった。またこの例では、射出の完了後における樹脂材料の凝固時に可動金型に型締してスタンパ支持プレートと温度調節部を当接させている。しかし射出圧縮成型において、実際に樹脂材料に圧力を加えるタイミングが遅れ、品質の良い光ディスクを成形することができなかった。
【0015】
そこで本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、電気抵抗加熱により発熱する略矩形の板状部を有する発熱体の電流密度を全面に亘って一定になるように、即ち、略矩形の板状部を有する発熱体の発熱温度を均一になるように制御すると共に、通電して発熱した発熱体の発熱ロスを極力押さえて成形品への転写性を向上させ、更に通電を遮断して発熱していない発熱体を介してキャビティ内の樹脂材料の温度を金型の温調温度で素早く冷却させてハイサイクルの成形を達成できる成形金型と成形方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間へ樹脂材料を供給して、成形品を成形する成形金型において、一の金型および/または前記他の金型に配設され少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板と、鏡面板の鏡面から少なくとも離隔して発熱する略矩形の板状部を有する発熱体と、鏡面板の鏡面から該発熱体を離隔させる際に該発熱体を当接させる当接面を有する発熱体ホルダーと、前記発熱体を鏡面板の鏡面と発熱体ホルダーの当接面のいずれか一方に対して当接されるように移動させる移動手段とを具備することを特徴とする。
【0017】
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、 前記発熱体は、描画パターンを刻設した転写板からなり、転写板が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする。
【0018】
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、前記発熱体は描画パターンを刻設した転写板とは別に設けられた板状体からなり、該板状体が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする。
【0019】
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、発熱体ホルダーが、前記発熱体を取り囲むように前記鏡面板の鏡面から突設して構成されることを特徴とする。
【0020】
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、発熱体ホルダーが、電線が接続された通電可能な材質で形成されると共に、該発熱体ホルダーの当接面に前記発熱体が当接時に、該発熱体へ前記発熱体ホルダーを介して通電可能に設けられていることを特徴とする。
【0021】
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、移動手段が、鏡面板の鏡面に配設された発熱体ホルダーの当接面に当接された状態から少なくとも前記発熱体の裏面と発熱体ホルダーの内周側側面および鏡面板の鏡面とで形成された空間を吸引して、該発熱体を鏡面板の鏡面へ当接可能とする減圧手段と、鏡面板の鏡面に当接された状態から発熱体ホルダーの当接面まで該発熱体を移動させるために該発熱体の裏面全体と該空間を加圧する加圧手段とで少なくとも構成されることを特徴とする。
【0022】
以上、請求項1から請求項6のように構成することで、発熱体を発熱体ホルダーの当接面まで離隔移動させて当接させると共に、鏡面板の鏡面に対しても発熱体を当接させることができるので、発熱体の発熱効率と冷却効率を最大限に発揮させることができる。
【0023】
また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、発熱体の両端部へ相対向して付勢手段を有する接続端子が配設され、該接続端子が一の金型および/または他の金型に挿設されることにより発熱体を離隔させる移動手段の少なくとも一部が構成されることを特徴とする。
【0024】
このように構成することで、バネ等の付勢手段を有する接続端子の当接面で発熱体の裏面を押圧するため、発熱体ホルダーの当接面へ発熱体を安定して当接できると共に、発熱体の両端部が通電可能な材質で形成された発熱体ホルダーの当接面と発熱体との接触部に接触抵抗が発生しないように形成できるので、発熱体を流れる電流を安定して制御可能となり、発熱体の発熱効率の向上が図れるのである。
【0025】
また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、接続端子に電線を接続して、付勢された接続端子の当接面で発熱体を押圧して通電することを特徴とする。
【0026】
このように構成することで、発熱体に接続端子を固設する必要がなく、発熱体の裏面を、バネ等の付勢手段を有し通電可能な材質で形成された接続端子の当接面で、安定して押圧できるので接触抵抗が発生しないように通電可能となる。その結果、発熱体の両端部に通電可能に形成される発熱体ホルダーを設ける必要もなく、接続端子の配置を制御することによって、発熱体を流れる電流密度を略均一になるように構成できるので、発熱体の温度を略均一に安定して制御可能となるのである。
【0027】
また、本発明のうち請求項9に記載の発明は、接続端子の付勢手段が、少なくともバネ、エアシリンダ、油圧シリンダ、電磁石の少なくとも一以上で構成されることを特徴とする。
【0028】
このように構成することで、発熱体が配置された側の金型の鏡面板内に埋設されたバネ、エアシリンダ、油圧シリンダおよび電磁石を離隔させる移動手段による付勢力で、発熱体を発熱体ホルダーの当接面に安定して当接可能となるのである。更に、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石の作動をフリーにして、発熱体をエアで吸引して、発熱体ホルダーの当接面から発熱体が配置された側の金型の鏡面板の鏡面まで当接移動させるように構成することができるのである。
【0029】
また、本発明のうち請求項10に記載の発明は、付勢手段を有する接続端子および/または請求項6に記載の加圧手段で製品突き出し装置が構成されることを特徴とする。
【0030】
このように構成することで、金型内に特別にエジェクタ装置を設ける必要がなく、低コストの製品突き出し装置を提供できるのである。
【0031】
また、本発明のうち請求項11に記載の発明は、一の金型の鏡面板と他の金型の鏡面板に冷却/加熱手段が設けられることを特徴とする。
【0032】
このように構成することで、キャビティ内の樹脂材料の冷却あるいは加熱時間の短縮を図ることができるのである。
【0033】
また、本発明のうち請求項12に記載の発明は、成形方法に係る発明で、略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間へ樹脂材料を供給して成形する成形方法において、型開時に前記一の金型および/または前記他の金型に配設され樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板の鏡面から、前記鏡面板が取付けられた金型に配設された発熱体ホルダーの当接面まで、略矩形の板状部を有する発熱体を移動手段にて離隔させると共に該当接面に当接させた状態で、該発熱体に通電して昇温させ、その後樹脂材料の供給前に、前記鏡面板の鏡面へ該発熱体を移動手段にて当接させてキャビティへ樹脂材料を供給し、発熱した該発熱体で樹脂材料を附形成形し、該発熱体の通電を遮断して、前記樹脂材料の表面温度よりも低い温度に保持された前記鏡面を形成する鏡面板の温度を利用して、該発熱体を介して成形された樹脂材料を冷却することを特徴とする。
【0034】
更にまた、本発明のうち請求項13に記載の発明は、請求項12の発明に係る発明で、成形された樹脂材料の冷却終了時における発熱体の温度は、発熱体が配置された側の金型の鏡面板の温度よりも高いことを特徴とする。
【0035】
以上、請求項12と請求項13のように構成することで、発熱体の発熱効率と冷却効率を最大限に発揮できるのである。特に、発熱体が配置された側の金型の鏡面板から発熱体を浮かすことで、発熱体を予め設定された温度まで素早く加熱することができるのである。そして、加熱された発熱体を移動手段によって型閉完了直前に発熱体が配置された側の金型の鏡面板の鏡面へ発熱体を当接させ、直ちにキャビティへ樹脂材料を供給する。その結果、発熱体が加熱されているため発熱体の面上で樹脂材料が流動し易くなり、容易に附形されると共に、薄肉で比較的大面積の成形品であっても無理無くキャビティの最外周まで附形成形可能となるのである。そしてキャビティへ樹脂材料の供給完了後に通電を遮断して、発熱体が配置された側の金型における鏡面板の予め設定された温調温度で、成形品を素早く冷却することができるのである。この時、成形品の冷却終了時における発熱体の温度は、成形品の放熱温度と略同一で、発熱体が配置された側の金型の鏡面板の温度よりも高くなっている。その結果、キャビティ内の樹脂材料の冷却時間の短縮が図れるハイサイクルで高品質の成形品を成形できる成形方法を提供することができるのである。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態を説明するための図で、射出成形用の成形金型10が型閉した時の要部の断面図である。図2は、成形金型10の可動金型12を固定金型11側から見た時の図である。図3は、成形金型10が型開した時の要部の断面図である。図4は、本発明の実施の形態における発熱体である転写板22の発熱のタイミングや転写板22を鏡面に当接可能とする移動手段に関するタイムチャートである。本発明の実施の形態で使用される略矩形の板状部からなる発熱体は、ニッケルで形成され描画パターンが刻設され通電による電気抵抗加熱で発熱する導光板用の転写板22である。しかし略矩形の板状部を有する発熱体は、通電しない転写板22の裏面22cに、転写板22以外の転写板22とは電気的に絶縁され電気抵抗加熱で発熱する金属製の板状体や薄いゴムヒータを貼着して構成されたものを使用しても良い。また転写板22と前記金属製の板状体の両方に対して通電し、両者を電気抵抗加熱で発熱させてもよい。
【0037】
図1の射出成形用の成形金型10は、図示しない固定盤に取付けられる固定金型11と前記固定金型11に相対向して図示しない可動盤に取付けられる可動金型12とから構成される。そして射出成形機の図示しない型開閉装置を駆動させることにより、前記可動盤を移動させ、固定金型11に対する可動金型12の型合せが行われる。より具体的には、固定金型11は、固定型取付板13、可動金型12と型合せ時にキャビティ23を形成するために可動金型12側へ突設してなる凸部14aを有する矩形状の第一の鏡面板14および固定枠15から構成される。また、可動金型12は、可動型取付板16、矩形状の第二の鏡面板17、第二の鏡面板17を取付けるための4個のホルダー18、4個の可動枠19、転写板22、転写板22を当接させるための4個の発熱体ホルダー20、および4個の発熱体ホルダー20を第二の鏡面板17に取付けるための複数のボルト21から構成される。更に、固定金型11と可動金型12とが型閉した際に、転写板22の非転写面22bが第一の鏡面板14に形成された凸部14aの当接部14eへ当接し、更に射出成形用の成形金型10は、第一の鏡面板14に形成された凸部14aのキャビティ形成側側部鏡面14bと第一の鏡面板14の鏡面14cおよび転写板22とでキャビティ23が形成される。この時、描画パターンが刻設された略矩形の板状部からなる転写板22の転写面22aはキャビティ23内の面として形成されており、キャビティ23外に転写板22の外周端まで非転写面22bが形成される。更にまた、第一の鏡面板14と第二の鏡面板17には、第一の鏡面板14と第二の鏡面板17を温調するための複数の流路あるいはヒータ等を埋設するための複数の孔24,25が配設されると共に、これら複数の孔24,25に媒体を流通させあるいはヒータを埋設して冷却/加熱手段が形成される。そして第一の鏡面板14の第一の鏡面14cと第二の鏡面板17の第二の鏡面17aは、キャビティ23内に射出充填された樹脂材料の表面を冷却可能な温度に温度制御可能となっている。ここでは、成形品突き出しのためのエジェクタ装置についての説明は、後述するので省略する。尚、本発明は、射出成形機に限らず他の成形機へも流用可能なため、溶融樹脂をキャビティ23に導入するためのスプルブッシュやランナーおよびゲート等は成形金型10に含まれない場合があるので図示していない。
【0038】
図1および図2に基づいて本実施の形態について詳述する。可動金型12には、電線32が接続された円柱状の小径部31と円柱状の大径部30からなり銅材で製作された接続端子29が、小径部31と大径部30との境界部に段部30bを設けて形成される。そして、付勢手段であるバネ35が、接続端子29の小径部31を挿通し段部30bで接続端子29を固定金型11に向けて付勢するように装着される。また、可動金型12の第二の鏡面板17には、接続端子29の小径部31を挿通するための挿通孔34aと接続端子29の大径部30とバネ35を収納するための孔36が設けられている。また、可動型取付板16には、接続端子29の小径部31が摺動可能に挿通孔34bが挿通孔34aと同径で同心上に設けられると共に、接続端子29の移動に伴なって接続端子29の小径部31に接続された電線32が平行移動出来るように孔37が設けられる。そして、これらの孔36,37と挿通孔34a,34bとで、接続端子29とバネ35を収納するための収納部33が形成される。
【0039】
更に、可動金型12の第二の鏡面板17に、転写板22の周囲を取り囲むように、転写板22の非転写面22bを当接するための当接面20aを有する4個の発熱体ホルダー20を突設して配設する。なお発熱体ホルダー20は可動金型12に配設されていれば、必ずしも第二の鏡面板17に配設されたものでなくてもよい。更に、接続端子29とバネ35を収納する収納部33を、転写板22の両端部に通電可能に相対向して一の端部に略均等に5ヶ所、両端部で計10ヶ所、可動金型12に配設する。そして、収納部33にバネ35の付勢力を有する接続端子29を配設し、接続端子29の大径部30の当接面30aで転写板22の裏面22cを押圧して、第二の鏡面板17の鏡面17aから発熱体ホルダー20の当接面20aまで離隔移動させる。そして転写板22の非転写面22bが発熱体ホルダー20の当接面20aに当接されても接触抵抗が発生しないように転写板22の裏面22cは当接面30aでなおも押圧され、転写板22を通電可能にする。
【0040】
なお発熱体ホルダー20の当接面20aに当接される発熱体は、板状部である転写板22の外縁部を別の転写板保持部材で保持されたものでもよい。その場合、前記発熱体を構成する転写板22と転写板保持部材は、第二の鏡面板17の鏡面17aに対して離隔し、転写板保持部材と発熱体ホルダー20の当接面20aとが当接される。この例では転写板保持部材の発熱体ホルダー20に当接する部分は絶縁層で形成されている。そしてその場合の略矩形の板状部を有する発熱体への通電については、転写板22に対して直接通電するようにしてもよく、転写板保持部材を介して転写板22に通電するようにしてもよい。また発熱体ホルダー20の位置は必ずしも第二の鏡面板17の鏡面17aから離隔される側にあるものに限定されない。例えば、転写板保持部材の一部が、第二の鏡面板17や可動型取付板16等の内部に挿入されており、前記第二の鏡面板17や可動型取付板16の内部に設けられた当接面によって前進を規制されるものであってもよい。
【0041】
ここにおいて、転写板22と接続端子29の当接は、転写板22に通電して発熱したときや通電を遮断して冷却したとき、更には成形時の溶融樹脂温度や金型温調温度で転写板22が加熱/冷却されたときに、転写板22が熱によって伸縮するので、その作用を考慮して接続端子29の当接面30aと転写板22の裏面22cを固設せずに当接して通電するように本実施例では配慮している。更に、接続端子29の形状や配置および個数に関しては、本実施例では、転写板22の電流密度が略均一、即ち転写板22の発熱温度の分布が略均一になる様に、転写板22の大きさや形状を考慮して決定している。しかし、ここでは実施例として列挙はしないが、成形品によっては、成形条件により転写板の温度分布が不均一の方が好ましい場合もあるので、接続端子の配列を双曲線や放物線状等に相対向して配置したり、不等間隔で配置して、今までになかった成形ができるようにも構成可能となるのである。また接続端子29と発熱体ホルダー20の当接面20aとの位置関係は、転写板22を介して両者が正対するように配設してもよい。更にまた、第二の鏡面板17の鏡面17aから発熱体ホルダー20の当接面20aまで転写板22が離隔して、発熱体ホルダー20の当接面20aに当接した際の、転写板22の裏面22cまでの距離L(図3)は、転写板22の発熱効率等を考慮して5mm以上必要である。但し、距離Lは、転写板22の中心部が撓まないように剛性が確保されている場合には、1mm以上で構成することも可能である。
【0042】
更に、可動金型12には、転写板22を移動させ鏡面17aに当接可能とするためのエアの吸引/加圧路38が配設される。そして前記エアの吸引/加圧路38には、転写板22の両端部に通電するための接続端子29の大径部30を収納する10ヶ所の孔36の近傍外周側の鏡面17a上に設けられた溝部38a,38a、および転写面22aを囲むように形成された転写板22の非転写面22bの領域下面で且つ第一の鏡面板14の凸部14aの下面に位置するように鏡面17a上に設けられた溝部38bが、連通されて配設される。そして、可動金型12外部に別途設けられた転写板22の裏面側の空間の空気を吸引して当接させるための減圧手段を構成する真空ポンプや、圧縮空気を供給して転写板22の裏面22c全体と、転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bと鏡面板17とで形成された空間を加圧して転写板22を離隔させるための加圧手段を構成するポンプが、可動型取付板16の吸引/加圧路38の開口部に接続されている。そして前記加圧手段および減圧手段は、図示しない電磁切換弁を介してコントロールされる。よって転写板22を鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとのいずれか一方に対して当接されるように移動させる移動手段は、前記した加圧手段、減圧手段、付勢手段および付勢手段の付勢力に対向する方向に力を与える型開閉装置等から構成される。なお移動手段については、加圧手段と減圧手段のみでもよく、減圧手段と付勢手段のみでもよい。そして移動手段に加圧手段および減圧手段、またはアクチュエータからなる付勢手段を用いることにより、任意のタイミングで発熱体を移動させることができる。また移動手段については、型開閉装置の開閉によって収縮するバネの付勢力のみによるものとし、型開閉装置による駆動に連動するものでもよい。
【0043】
更にまた、第一の鏡面板14の凸部14aには、転写板22の裏面22cを押圧するように設けられた接続端子29の大径部30の直径より幾分大きい長さで略正方形に、且つ第一の鏡面板14の凸部14aの先端面14dよりも5μm〜20μm突出して当接部14eが形成される。そして、この当接部14eは、接続端子29の大径部30が配置されている10ヶ所の領域へ配設され、型閉した際に転写板22の非転写面22bへ当接するようになっている。このように構成することにより、電気抵抗加熱により発熱する略矩形の板状部を有する発熱体の電流密度を全面に亘って一定になるよう構成できるので、発熱体の発熱温度を均一になるように制御可能となる。また、型閉して第一の鏡面板14の凸部14aの当接部14eと転写板22の非転写面22bが当接した際に、先端面14dと転写板22の非転写面22bとで5μm〜20μmの隙間のベント40が、ホルダー18の開口部に設けられた溝部39aを介して可動金型12に設けられた吸引/加圧路39とキャビティ23が連通するように形成される。そして、キャビティ23に溶融樹脂を射出充填した際に、これらのベント40と吸引/加圧路39を通して、キャビティ内の空気や溶融樹脂の揮発性ガスを金型外部に排出するようにしたり、成形品を転写板22から離型させるための圧縮空気を金型外部から供給するのである。尚、可動型取付板16の吸引/加圧路39の開口部には、可動金型12外部に別途設けられた空気や揮発性ガス等を吸引する真空ポンプや圧縮空気を供給するポンプが図示しない電磁切換弁と共に接続されるのである。
【0044】
以上のように構成された成形金型10において、固定金型11の第一の鏡面板14の凸部14aの先端面14dと当接部14e全面、発熱体ホルダー20の当接面20aおよび内周側側面20b、接続端子29の当接面30aを除く全面、および第二の鏡面板17の鏡面17aに、セラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層50a〜50fが形成され、通電された転写板22が漏電しないように各部材を保護している。
【0045】
また、接続端子29,29を介して転写板22への通電は、1〜5V、100〜500Aの交流電源又は直流電源が用いられ、電流を制御することによって転写板22の発熱温度を決定するようになっている。
【0046】
本発明の実施の形態は、長さ33cm×幅40cm×厚さ0.03cmで描画パターンが刻設された転写板22を用い、対角15インチ×厚さ2mmの導光板を型締力280トンの射出成形機を使用して、ポリカーボネート樹脂を用いて実際に成形したものである。成形条件は、次の通りである。転写板22の発熱温度を150℃に、固定金型11の第一の鏡面板14の温調温度を少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な80℃に、可動金型12の第二の鏡面板17の温調温度を転写板22の発熱温度よりも低い50℃に設定し、更に、転写板22を4個の発熱体ホルダー20の当接面20aに当接した状態で、転写板22に流れる電流を制御して、電力供給量2.2kwで転写板22を5秒間で初期温度80℃から到達温度150℃まで昇温させ、その後150℃の温度を維持するように設定して、成形したのである。尚、第二の鏡面板17の温調温度を50℃に設定しても、冷却終了時における発熱体の温度は、転写板22の温度が50℃まで冷却されることはなく、実際には80℃位になる。そのため、固定金型11の第一の鏡面板14の温調温度も80℃に設定し両方の金型のキャビティを形成する面の冷却後の温度を略等しくしたのである。
【0047】
以下、本発明の成形方法について図1乃至図4、特に図4のタイムチャートに基づいて説明する。成形開始1〜2ショット位までは、転写板22を非通電状態で、かつ第二の鏡面板17の鏡面17aに吸引/加圧路38を介して真空引きして吸着して成形する。
【0048】
その後型開時には、図示しない型開閉装置により型開がなされ、製品取り出し工程の開始と同時に、成形品によって第二の鏡面板17の鏡面17aに圧着状態にある転写板22を、可動金型12に内設され10個の接続端子29に配設された10個のバネ35からなる付勢手段の型閉時に蓄えられていた付勢力と、可動金型12に配設された吸引/加圧路38から供給された圧縮空気による転写板22の裏面22cへの加圧手段による加圧力との協働によって、製品突き出し装置であるエジェクタ機構を構成して、型開とほぼ同時に瞬時に4個の発熱体ホルダー20の当接面20aまで離隔させる。よって前記の場合は付勢手段と加圧手段とによって移動手段が構成される。そして転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bおよび第二の鏡面板17の鏡面17aとで空間を形成すると共に、製品突き出しを行うのである。そして、製品取り出し工程開始と略同時に、発熱体ホルダー20の当接面20aに転写板22の非転写面22bを当接させた状態を維持しながら、直ちに約80℃に冷却された転写板22に通電して発熱させ、約5秒位にて転写板22の発熱温度を80℃から150℃まで昇温させた後、通電する電流を制御して転写板22の発熱温度を150℃に維持する。
【0049】
そして、製品取り出し工程、中間時間を経て、型閉完了直前のキャビティへの樹脂材料の供給前に転写板22の裏面22c側へ圧縮空気を供給して加圧している状態から、図示しない電磁切換弁を真空引きする減圧手段側へ切換えて、転写板22の裏面22cと発熱体ホルダー20の内周側側面20bおよび第二の鏡面板17の鏡面17aで形成された空間を、吸引/加圧路38を介して吸引すると共に、型閉作動に伴なう固定金型11の第一の鏡面板14の当接部14eで転写板22の非転写面22bを押圧して付勢手段であるバネ35を収縮させ、転写板22を第二の鏡面板17の鏡面17aに瞬時に当接させる。その後、型締増圧工程を経て、図示しない射出装置のノズルから図示しないスプル、ランナー、ゲートを介して、溶融したポリカーボネート樹脂をキャビティ23に低圧にて射出充填する。この時、転写板22が150℃に発熱されているため、狭い空間でも溶融樹脂が流動し易くなり、本実施例の如く薄肉で比較的大面積の成形品であっても、キャビティ23の最外周部まで無理無く流動して附形成形される。次いで、保圧時間を含む射出完了までの間に転写板22への通電を遮断する訳であるが、本実施例では射出充填完了後の保圧開始と同時に転写板22への通電を遮断し、50℃に設定された第二の鏡面板17の温調温度で鏡面17aと転写板22を介して成形品を急冷する。この時、保圧力によって転写板22の裏面22cが第二の鏡面板17の鏡面17aに圧着され続けるので、この保圧開始と同時にエアの吸引を解除する。その後、保圧工程が完了し、冷却工程を経て、型開完了にて1サイクルの成形工程が終了する。ここでの1サイクルは、本実施例を説明するための一例で、実際の成形サイクルはこれと異なる場合もある。
【0050】
ところで、よってこの実施の形態では前記の移動手段により、転写板22を発熱体ホルダー20の当接面20aへ安定して押圧することができるため、10個の接続端子29を介して転写板22に通電する際に、接続端子29の当接面30aと転写板22の裏面22cに接触抵抗が発生しない様に通電可能となるのである。そして型閉のタイミングで転写板22をエアで吸引することにより、バネ35の付勢力をより強力なものにでき、発熱体ホルダー20の当接面20aへ転写板22をより安定して押圧できるのである。ところで、エアの吸引による転写板22の第二の鏡面板17の鏡面17aへの吸着は、溶融樹脂をキャビティへ射出充填した際に、流入する樹脂圧力によって転写板22がズレないようにするためのものである。また転写板22への通電は、バネ35の付勢力と接続端子29を用いず接続端子29の代わりに転写板22の両端部に長手方向全面に亘って銅材でできた部材を通電可能に固設すると共にこの部材に電線を接続して転写板22を構成し、この転写板22を用いてエアの吹き出しのみによって形成しても良い。その結果、発熱体に電線が接続された接続端子を直接固設する必要がなく、発熱あるいは冷却による発熱体の伸縮作用を上手く吸収できるのである。
【0051】
本実施例では、ポリカーボネート樹脂で実際に成形品を成形した訳であるが、他の樹脂の成形においては、個々の樹脂の性質や特徴によって成形条件が異なるために樹脂材料に応じて、また、個々の成形時における周囲の環境条件等の変化に応じて、転写板22の発熱温度および第一の鏡面板14と第二の鏡面板17の温調温度が制御手段である制御装置によって好適に制御されるのである。
【0052】
上記実施の形態では転写板22を離隔させる移動手段は、バネからなる付勢手段とエアの加圧手段および減圧手段からなる場合について説明したが、付勢手段を可動金型12の第二の鏡面板17に埋設したロッド先端部に固設され電線32が接続された銅製の接続端子を有するエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石等の少なくとも一つにより構成することも可能である。つまり、第二の鏡面板17または可動型取付板16にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石を配設し、そのロッド先端部等に固設された接続端子29の当接面30aで転写板22を第二の鏡面板17から離隔させることができるため、転写板22の非転写面22bを発熱体ホルダー20の当接面20aに安定して当接可能となるのである。更にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石の作動をフリーにして、発熱体をエアで吸引して、発熱体ホルダー20の当接面20aから第二の鏡面板17の鏡面17aまで移動させ、当接させるように構成することもできるのである。
【0053】
本発明の他への転用としては、図示しないがプレス成形装置を用いた転写成形がある。このプレス成形装置は、固定盤に固設された上型と可動盤に固設された下型とを有し、上型に図2のようにバネ35が付設された複数の接続端子29と4個の発熱体ホルダー20および転写板22を配設すると共に、転写板22を当接/離隔させる移動手段であるエアの吸引/加圧路38等を配設して構成される。そして、下型に樹脂板や溶融樹脂からなる樹脂材料を載置して、可動盤を取り付けた型締シリンダで上型と下型とを型締すると共に、転写板22を発熱して樹脂板に転写板22の描画パターンを転写して成形するのである。また、この成形に限らず本発明は、溶融樹脂を射出充填した後に可動金型12を固定金型11に向けて移動させ溶融樹脂を圧縮する射出圧縮成形や附形成形にも流用可能なのである。
【0054】
次に、本発明の第二の実施の形態について、先に第一の実施の形態の説明に用いた図1乃至図4を援用して説明する。第二の実施の形態では、電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20の当接面20aと転写板22の非転写面22bとの当接によって、発熱体ホルダー20を介して転写板22に通電を行い、転写板22の発熱を行うことが特徴となっている。よって第二の実施の形態では、発熱体に通電可能にするために電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20が設けられ、転写板22の裏面22cとの当接面30aにセラミックコーティングやサファイヤコーティング等の絶縁層で形成され電線32が接続されていない接続端子が異なるだけで、他の部材は第一の実施の形態の部材と同一な部材で構成されたものである。よって発熱体ホルダー20の当接面20aに発熱体である転写板22の両端部が当接時に、転写板22に対して通電可能に設けられている。そして特に、転写板22の通電側方向に対して平行して両側に配設される発熱体ホルダー20,20の当接面20a,20aと内周側側面20b,20bには、電気の絶縁層50b,50b,50e,50eがそれぞれ形成される。ところで、第二の実施の形態は、電線が接続され銅材で製作された発熱体ホルダー20の当接面20aと転写板22の非転写面22bの接触によって通電して転写板22の発熱を行うことが特徴となっているが、キャビティに樹脂材料が供給された時点で、転写板22が第二の鏡面板17の鏡面17aに吸着されるために、通電が遮断されており、ある程度温度が低下した転写板22の転写面22a上の温度で樹脂材料が附形されると共に冷却されるのである。
【0055】
上記第二の実施の形態では、転写板22を鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとの間で移動させ双方に当接させる移動手段は、10個のバネ35の付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によるエジェクタ機構を兼用した転写板22を離隔させる手段と、エアの吸引による減圧手段で構成されている訳であるが、移動手段の他の実施例としては、図示はしないが、可動金型12の第二の鏡面板17内にエアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石を埋設し、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石のロッド先端部等に電線32が接続された銅製の接続端子29を固設し、更に転写板22の両端部を湾曲させてその先端部を接続端子29に固設させることによって、熱による転写板22の伸縮作用を吸収できるように構成して、エアシリンダや油圧シリンダおよび電磁石のロッド等を往復移動させることによって転写板22を第二の鏡面板17の鏡面17aと発熱体ホルダー20の当接面20aとの間で移動させ双方に当接させる移動手段を構成することも可能である。
【0056】
尚、本発明の第一および第二の実施の形態の特徴は、電気抵抗加熱により発熱する転写板22を可動金型12の第二の鏡面板17の鏡面17aから僅かに浮かして、転写板22に通電して転写板22を均一に発熱させ、この状態から型閉完了直前に第二の鏡面板17の鏡面17aへ瞬時に吸着させると共に溶融樹脂をキャビティ23へ射出充填し、転写面22a上の溶融樹脂の流動性を良くして、更に保圧開始と同時に転写板22の通電を切って、転写板22の発熱温度および樹脂材料の表面温度より低い第二の鏡面板17の温調温度を利用してキャビティ23内の樹脂を急冷することで、成形された樹脂材料への転写性の向上と成形サイクルの短縮が図れることと、エジェクタ機構が10個のバネ35の付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によって構成されたことである。しかしながら、転写板22へ通電するための接続端子29を転写板22の熱による伸縮作用を吸収するように転写板22に固設したものでもよい。あるいは本発明の発熱体である転写板22、発熱体ホルダー20、鏡面17aから転写板22を離隔させるための移動手段等からなる機構については、固定金型11あるいは両方の金型に設けてもよい。そして固定金型と可動金型いずれかが一の金型および他の金型であってもよい。よって、一々列挙はしないが、上記記載のものに限定されることなく、明細書全体及び図面に記載され、或はそれらの記載から当業者が把握することの出来る発想思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきものである。
【0057】
【発明の効果】
以上図示し説明してきたように、本発明によれば、固定金型および可動金型の少なくとも一方の金型の鏡面板の鏡面から電気抵抗加熱により発熱する転写板を、僅かに浮かして転写板に通電して発熱させるために、鏡面板の温調温度より高く設定された転写板の発熱温度まで短時間で昇温可能となる。更に、この状態から型閉完了直前に鏡面板の鏡面へ転写板を当接させて溶融樹脂を金型の間に供給した際に、転写板が鏡面板の温調温度より高温に発熱されているために、転写面上の溶融樹脂の流動性が良くなり、溶融樹脂が良好に転写され、薄肉で比較的大面積の成形品の成形に好適なのである。更にまた、転写板の通電を切って、転写板の発熱温度より低い鏡面板の温調温度で樹脂材料を急冷するので、成形サイクルの短縮が図れるのである。尚、本発明は、射出成形に限らず、射出圧縮成形や附形成形あるいはプレス成形にも流用可能であり、プレス成形の場合は、樹脂板等の転写性が向上し附形が良くなる。
【0058】
また、転写板を離隔させる移動手段が、バネの付勢力とエア吹き出しによる加圧力との協働によって構成されている場合は、製品突き出しのためのエジェクタ機構としても使用できるので、従来型のエジェクタ機構よりも、機構が簡単で低コストで製作可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における成形用金型が型閉した時の要部の断面図である。
【図2】図1の可動金型を固定金型側から見た時の図である。
【図3】図1の金型が型開した時の要部の断面図である。
【図4】本発明の実施の形態における転写板の発熱のタイミングや転写板を当接/離隔する移動手段に関するタイムチャートである。
【符号の説明】
10 ‥‥‥ 成形金型
11 ‥‥‥ 固定金型
12 ‥‥‥ 可動金型
13 ‥‥‥ 固定型取付板
14 ‥‥‥ 第一の鏡面板
14a ‥‥‥ 凸部
14b ‥‥‥ キャビティ形成側側部鏡面
14c,17a ‥‥‥ 鏡面
14d ‥‥‥ 先端面
14e ‥‥‥ 当接部
15 ‥‥‥ 固定枠
16 ‥‥‥ 可動型取付板
17 ‥‥‥ 第二の鏡面板
18 ‥‥‥ ホルダー
19 ‥‥‥ 可動枠
20 ‥‥‥ 発熱体ホルダー
20a,30a ‥‥‥ 当接面
20b ‥‥‥ 内周側側面
21 ‥‥‥ ボルト
22 ‥‥‥ 転写板
22a ‥‥‥ 転写面
22b ‥‥‥ 非転写面
22c ‥‥‥ 裏面
23 ‥‥‥ キャビティ
24,25,36,37 ‥‥‥ 孔
29 ‥‥‥ 接続端子
30 ‥‥‥ 大径部
30b ‥‥‥ 段部
31 ‥‥‥ 小径部
32 ‥‥‥ 電線
33 ‥‥‥ 収納部
34a,34b ‥‥‥ 挿通孔
35 ‥‥‥ バネ
38,39 ‥‥‥ 吸引/加圧路
38a,38b,39a ‥‥‥ 溝部
40 ‥‥‥ ベント
50a〜50f ‥‥‥ 絶縁層
Claims (13)
- 略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間に樹脂材料を供給して、成形品を成形する成形金型において、
前記一の金型および/または前記他の金型に配設され少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板と、
該鏡面板の鏡面から少なくとも離隔して発熱する略矩形の板状部を有する発熱体と、
前記鏡面板の鏡面から該発熱体を離隔させる際に該発熱体を当接させる当接面を有する発熱体ホルダーと、
前記発熱体を前記鏡面板の鏡面と発熱体ホルダーの当接面のいずれか一方に対して当接されるように移動させる移動手段とを具備することを特徴とする成形金型。 - 前記発熱体は描画パターンを刻設した転写板からなり、該転写板が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記発熱体は描画パターンを刻設した転写板とは別に設けられた板状体からなり、該板状体が通電による電気抵抗加熱で発熱することを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記発熱体ホルダーが、前記発熱体を取り囲むように前記鏡面板から突設して構成されることを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記発熱体ホルダーが、電線が接続された通電可能な材質で形成されると共に、該発熱体ホルダーの当接面に前記発熱体が当接時に、該発熱体へ前記発熱体ホルダーを介して通電可能に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記移動手段が、前記鏡面板の鏡面に配設された前記発熱体ホルダーの当接面に当接された状態から少なくとも前記発熱体の裏面と該発熱体ホルダーの内周側側面および前記鏡面板の鏡面とで形成された空間を吸引して、該発熱体を前記鏡面板の鏡面へ当接可能とする減圧手段と、前記鏡面板の鏡面に当接された状態から該発熱体ホルダーの当接面まで該発熱体を移動させるために該発熱体の裏面全体と該空間を加圧する加圧手段とで少なくとも構成されることを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記発熱体の両端部へ相対向して付勢手段を有する接続端子が配設され、該接続端子が前記一の金型および/または前記他の金型に挿設されることにより該発熱体を移動させる移動手段の少なくとも一部が構成されることを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 前記接続端子に電線を接続して、付勢された該接続端子の当接面で前記発熱体を押圧して通電することを特徴とする請求項7に記載の成形金型。
- 前記接続端子の付勢手段が、少なくともバネ、エアシリンダ、油圧シリンダ、電磁石の少なくとも一以上で構成されることを特徴とする請求項7に記載の成形金型。
- 前記付勢手段を有する前記接続端子および/または請求項6に記載の加圧手段によって製品突き出し装置が構成されることを特徴とする請求項7に記載の成形金型。
- 前記一の金型の鏡面板と前記他の金型の鏡面板に冷却/加熱手段が設けられることを特徴とする請求項1に記載の成形金型。
- 略矩形の通電して電気抵抗加熱で発熱する発熱体を、一の金型の鏡面板の鏡面と、一の金型の鏡面板の鏡面と相対向して配置する他の金型の鏡面板の鏡面のいずれか一方あるいは両方に設け、一の金型と他の金型との間へ樹脂材料を供給して成形する成形方法において、
型開時に前記一の金型および/または前記他の金型に配設され少なくとも樹脂材料の表面を冷却可能な温度に保持される鏡面板の鏡面から、前記鏡面板が取付けられた金型に配設された発熱体ホルダーの当接面まで、略矩形の板状部を有する発熱体を移動手段にて離隔させると共に該当接面に当接させた状態で、該発熱体に通電して昇温させ、
その後樹脂材料の供給前に、前記鏡面板の鏡面へ該発熱体を移動手段にて当接させてキャビティへ樹脂材料を供給し、発熱した該発熱体で樹脂材料を附形成形し、
該発熱体の通電を遮断して、
前記樹脂材料の表面温度よりも低い温度に保持された前記鏡面を形成する鏡面板の温度を利用して、該発熱体を介して成形された樹脂材料を冷却する
ことを特徴とする成形方法。 - 成形品の冷却終了時における前記発熱体の温度は、前記鏡面を形成する鏡面板の温度よりも高いことを特徴とする請求項12に記載の成形方法。
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