JP2002059462A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出した可塑物を金型充填前の段階で十分か
つ均一に加熱して成形サイクルを短縮するとともに、加
熱温度制御を容易かつ実用的にする。 【構成】熱交換部６内にコイル状の導管１０を設け、こ
の中に射出された原料ゴム４を通過させると、原料ゴム
４は曲線的な導管１０内を流動中に内外が十分に混合す
る。このとき射出に同期させて熱媒体室１８内へ高温熱
媒体を充填すると、導管１０は恒温的に加熱され、かつ
導管１０の加熱温度を一定に維持する。導管１０内の原
料ゴムは内外部分の混合によって急速に所定温度まで加
熱され、その加熱された原料ゴムの温度は内外が均一化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はゴム等の可塑物を
射出成形するとき、射出成形機と金型の間に熱交換部を
設け、射出された可塑物が通過するとき固化反応促進温
度まで加熱し、通過後冷却するようにした射出成形装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような射出成形装置は公知であ
り、特許第２８５４４５９号にはゴムの射出成形装置が
示されている。この装置には、原料ゴムを流動化して間
欠的に射出する射出成形機と、射出された可塑物が充填
される金型との間に熱交換部を設けてある。この熱交換
部内には流動化された原料ゴムを通過させるとともに通
電により自己発熱する発熱導管と、その周囲に熱媒体を
供給する熱媒体通路を設けてある。

【０００３】この装置を用いて原料ゴムを射出成形する
と、射出成形機から間欠的に射出された原料ゴムは発熱
導管を通過するとき、高温熱媒体による予熱と摩擦熱に
より加熱されると同時に発熱導管へ通電することにより
発生するジュール熱により加硫温度近傍まで加熱され
る。

【０００４】このようにして加硫温度近傍に加熱した原
料ゴムを金型へ充填して加硫すると加硫時間が短くな
り、それだけ全体の成形サイクルを短縮できる。また、
原料ゴムが通過した直後に熱媒体通路へ低温媒体を供給
して発熱導管を急冷することにより発熱導管内を加硫促
進温度より低い温度まで冷却し、発熱導管中に残留した
原料ゴム等の固化を防止して導管の目詰まりを防ぐよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来例の
発熱導管はステンレス製等の直管状をなすので、これを
通過する原料ゴムは比較的安定した層流的な流れとな
り、通過中に中心側と外側との混合が少なくなる。この
状態で発熱導管を通電によるジュール熱と高温熱媒体で
加熱すると、発熱導管内で加熱される原料ゴムは中心側
と外側で温度差が大きくなる。

【０００６】そこで、中心部まで十分に加熱するには、
発熱導管の温度を高くするか加熱時間を十分に長くする
必要がある。しかし発熱導管の温度をあまり高くすると
発熱導管の管壁に接触する原料ゴムの加硫が進みヤケと
いう現象を発生するため、加熱温度に自ずから制約があ
り、むやみに高温化できない。

【０００７】しかも、従来例はジュール熱による発熱導
管自体の発熱と高温熱媒体及び原料ゴム自体の流動に伴
う摩擦熱とで加熱するため、出口温度を最適温度に制御
することは理論上はともかく実際上は極めて困難であっ
て、実際上は原料ゴムのヤケを防ぐため安全率を見込ん
で目標温度よりもある程度低めに設定せざるを得ない。

【０００８】一方、加熱時間を長くし過ぎると成形サイ
クルが長くなり、成形効率が低下するから、やはり一定
の制限があり、実用上は可能な限り短時間に加熱するこ
とが要求されている。しかし、上記のように加熱温度を
低く設定すればそれだけ加熱時間を長くしなければなら
ない。しかも加熱時間を長くすれば、熱交換部を著しく
長くする必要があり、装置の大型化を招く。また、ジュ
ール熱加熱と熱媒体加熱の併用は構造を複雑化し装置の
コストアップを招くことになる。

【０００９】そのうえ、前記したように発熱導管内にお
ける原料ゴムの内外温度差が大きい場合に、温度制御が
難しいジュール熱で加熱しようとすれば、発熱導管を出
来る限り細くしなければならず、発熱導管が細くなると
通路抵抗が大きくなるため、原料ゴムの圧力損失が大き
くなり、複雑な金型では金型に対する充填不良を生じ安
くなる。そこで本願発明は、温度制御が容易でかつ通路
抵抗を少なくして成形効率を向上させることを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願発明に係る射出装置は、加熱により固化反応を促進
する可塑物に流動性を与えて射出する射出成形機と、こ
の射出された可塑物が充填される金型との間に、射出サ
イクルと同期して前記反応を促進する温度への加熱とそ
れより低い温度への冷却を反復する熱交換部を設けた射
出成形装置において、前記熱交換部は、中空の外筒部
と、その内部へ長さ方向に配設されて前記射出された流
動性可塑物を前記射出成形機から前記金型へ導く導管と
を備え、この導管は曲線状をなすとともに、前記導管周
囲の前記外筒部内空間を熱媒体室とし、ここに加熱媒体
及び冷却媒体を交互に通じて導管を加熱又は冷却するこ
とを特徴とする。

【００１１】このとき、好ましくは前記導管をコイル状
とする。また、前記可塑物を原料ゴムとして、この原料
ゴムが通過するとき導管を加硫温度近傍に加熱し、原料
ゴムが通過後加硫温度より低い温度まで冷却するように
もできる。

【００１２】

【発明の効果】本願発明によれば、導管を曲線状にした
ので、可塑物は導管内を通過するとき乱流的な流れとな
り、可塑物は導管内を通過中に内外部分が十分に混合さ
れる。このため、可塑物を短い時間で内外均一に加熱で
きるようになるとともに、導管を比較的太くできる。し
かも、導管の加熱はヤケの生じない一定の所定温度に設
定した熱媒体によるため恒温的に加熱することが可能に
なる。

【００１３】したがって、熱媒体により一定温度に加熱
された曲線状で比較的太い導管内を可塑物が通過するの
で、可塑物は特定の部分のみが長く導管の壁面へ接触す
るようなことがなくなり、表面のヤケを生じずに短時間
で中心部まで均一に加熱できる。しかも通路抵抗が少な
いので圧力損失を少なくして十分な圧力で金型充填を可
能にして良好な成形を実現できる。そのうえ熱交換部に
よる加熱時間の短縮及び金型充填時の可塑物を高温にす
ることによる金型内における固化反応時間の短縮によ
り、成形サイクルを著しく短縮化できる。

【００１４】また、従来例のようなジュール熱と熱媒体
との複合加熱を廃止して熱媒体単独での加熱が可能にな
るので、温度制御が極めて容易になって実用性に優れた
ものになり、かつ装置の構造を簡略化して全体をコンパ
クト化でき、コストダウンを実現できる。

【００１５】なお、導管をコイル状にすれば、通路抵抗
が小さくかつ製造容易な、射出成形装置として最も好ま
しいものとなる。また、ゴムの射出成形に適用すれば、
加硫時間を短縮して成形効率に優れたものとなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて一実施例を
説明する。図１は本実施例に係るゴム射出成形装置の構
成を原理的に示す図であり、公知の射出成形機１に設け
られたシリンダ２の内部には射出ポート３が設けられ、
ここから流動化された原料ゴム４をプランジャー５でシ
リンダ２の先端方向へ射出するようになっている。

【００１７】シリンダ２の先端部には熱交換部６を構成
する外筒部７の後端部に設けられたフランジ８がボルト
９等の適宜手段で着脱自在に取付けられている。熱交換
部６は外筒部７とその内部に設けられる導管１０及び外
筒部７の先端側へ一体又は別体かつ着脱自在に取付けら
れるノズル１１とを有する。

【００１８】外筒部７は金属又は樹脂等の剛性が高い適
宜材料で成形される筒状体であり、長さ方向両端を前壁
１２、後壁１３で閉じられている。前壁１２にはノズル
１１が取付けられている。また、外筒部７の側部前後に
は、熱媒体の入り口１４と出口１５が設けられ、それぞ
れが高温媒体供給装置１６及び低温媒体供給装置１７へ
接続している。

【００１９】入り口１４及び出口１５は外筒部７の内部
で導管１０の周囲を囲む空間である熱媒体室１８と連通
している。高温媒体供給装置１６及び低温媒体供給装置
１７の熱媒体は、オイルや水等の適当な液体もしくは水
蒸気等の適当な気体が用いられ、導管１０内を原料ゴム
が通過中は高温媒体供給装置１６から熱媒体室１８へ高
温熱媒体を供給し、原料ゴムが通過した後は低温媒体供
給装置１７から冷却用熱媒体を供給する。

【００２０】高温媒体供給装置１６又は低温媒体供給装
置１７から熱媒体室１８への熱媒体の供給は図示しない
電磁式等の各種構造が可能なバルブにより切り換え、こ
の切り換え制御は、原料ゴムの射出に連動してコンピュ
ータや電気回路により行うことができる。また、加熱用
熱媒体の温度は、原料ゴムの加硫反応を促進できる加硫
温度近傍かつヤケの生じない温度である。冷却用熱媒体
の温度は加硫温度よりも低く、原料ゴムの加硫反応促進
が無視できる温度である。これらは使用する原料ゴムの
組成等に応じて任意に設定できる。

【００２１】導管１０はコイル状に形成された中空パイ
プであり、銅等の伝熱性に優れかつ耐圧性のある適宜材
料からなり、その一端は後壁１３を貫通して射出ポート
３へ接続し、他端は前壁１２を貫通してノズル１１の貫
通孔１１ａへ接続している。ノズル１１は筒略表記した
金型２０の注入口へ嵌合し、ここから射出された原料ゴ
ムを金型２０内の成形キャビティ（図示省略）へ充填す
るようになっている。

【００２２】次に、本実施例の作用を説明する。シリン
ダ２の射出ポート３から流動化された原料ゴム４を間欠
的に射出すると、射出ポート３から射出された原料ゴム
は、熱交換部６の内部に配置されている導管１０へ入
り、ノズル１１へ向かって移動する。

【００２３】このとき、導管１０はコイル状をなし、熱
交換部６の軸線に対して３次元的にかつ滑らかな連続曲
線で曲がっているので、導管１０内の原料ゴムは流動抵
抗の少ない状態で移動しながら乱流的な流動を生じ、内
外が十分に混合される。

【００２４】また、導管１０内を原料ゴムが通過するの
と同期させて高温媒体供給装置１６から入り口１４を通
して熱媒体室１８へ高温熱媒体を充填させる。このた
め、熱媒体室１８内に充填された高温媒体により導管１
０は所定の一定温度に加熱されその後この温度を維持す
るよう恒温的に加熱され、さらに伝熱性の良好な導管１
０を介して内部の原料ゴムが加熱される。

【００２５】このとき、導管１０の内部の原料ゴム４は
十分に内外が混合され、かつ導管１０がコイル状をなす
ことにより実質的な通路長は外筒部７の全長に対して十
分に長くなっている。したがって、熱媒体との接触面積
が直管状の導管と比べて著しく大きくなる。その結果、
導管１０内部の原料ゴム４は先端へ至るまでに所定温度
まで内外均一に短時間で加熱される。しかも原料ゴム４
の特定部分が長く管壁へ接触することがないので表面側
にヤケを生じるようなこともない。

【００２６】このような、熱媒体による恒温的な加熱条
件と、コイル状の導管１０内を原料ゴム４が通過する際
の流動条件は効果的にバランスを保つことが必要であ
り、例えば、加硫温度１７０℃のＥＰＤＭの場合、導管
１０としてφ３〜６ｍｍを用い、かつ高温熱媒体として
１８０℃の加圧水蒸気を用いて加硫温度近傍まで加熱す
る。

【００２７】ノズル１１から加熱されて吐出される原料
ゴムを金型２０内へ充填して所定時間金型２０を外部か
ら加熱すると、金型２０内で加硫硬化する。このとき、
金型２０内へ充填される原料ゴムは全体が均一に加硫温
度近傍まで加熱されており、かつ導管１０の流路が短く
なるだけ圧力損失が少なくなる。このため、金型２０内
への原料ゴムの充填量が十分になり、かつ加硫時間が短
縮される。

【００２８】なお、導管１０を原料ゴムが通過すると、
直ちに出口１５から高温熱媒体を高温媒体供給装置１６
へ回収するとともに、低温媒体供給装置１７から熱媒体
室１８へ入り口１４を通して冷却用媒体、例えば８０℃
の水を充填し、これにより導管１０を冷却し、導管１０
内へ残留した原料ゴム等の加硫を防止し、導管１０の目
詰まりを防止する。

【００２９】このように、本実施例によれば、導管１０
をコイル状の曲線にしたので、原料ゴム４は導管１０内
で乱流的な流れとなり、通過中に内外部分が十分に混合
され、原料ゴム４を短い時間で内外均一に加熱できるよ
うになる。

【００３０】また、原料ゴム４が接触する導管１０を熱
媒体により恒温的に加熱するので、導管１０の温度制御
が容易かつ実用的になり、ヤケの発生するような高温ま
で昇温することを防止できる。そのうえ特定の部分のみ
が長く導管１０の壁面へ接触することもないので、原料
ゴム４の中心部まで十分に加熱しても、外側にヤケを生
じるようなおそれもなくなる。

【００３１】さらに、通路抵抗を少なくして圧力損失を
小さくできるので、ある程度複雑な金型２０であっても
可塑物の充填不足を生じにくくでき、成形性に優れたも
のになる。

【００３２】しかも、導管１０を比較的太くしても均一
加熱が可能になるので、流量が多くなり、それだけ加熱
時間を短縮できる。また、金型充填時における原料ゴム
４は内外の温度が十分に均一化されているので、金型２
０内における加硫時間を著しく短縮できる。その結果、
全体の成形サイクルを著しく短縮できる。

【００３３】さらに、原料ゴム４の効率的な内外均一加
熱実現により熱交換部６を短くできるので射出成形装置
全体をコンパクト化できる。また、ジュール熱加熱を廃
止して熱媒体単独での加熱が可能になるため、装置の構
造を簡略化してコストダウンを実現できる。

【００３４】特に、本実施例では、導管１０をコイル状
にしたので、導管１０が３次元的に曲がりながら滑らか
な連続曲線をなすため、原料ゴム４における内外の混合
均一化を促進し、通路抵抗が小さくかつ製造容易な、最
も好ましい理想的なものとなる。また、熱伝導に優れた
材料である銅で導管１０を形成することにより、この点
でも加熱及び冷却時の熱効率がよくなる。

【００３５】そのうえ、加熱用媒体として水蒸気、冷却
用媒体として水を用いれば、同一の熱媒体室１８を交互
に使用できるから、加熱・冷却構造が簡単になり、装置
を安価にできる。しかも、熱交換部６は射出成形機１に
対して着脱自在であるから、熱交換部６のみを仕様等に
応じて専用に作成し、これを既存の射出成形機へ取付け
るだけで使用できるから、汎用性に富み、専用部分を少
なくできるので、射出成形装置全体のコストダウンがさ
らに可能になる。

【００３６】なお、本願発明は上記実施例に限定される
ものではなく、本願発明の原理内において種々に変形や
応用が可能である。例えば、導管は１本に限らず、２〜
４本位の複数とすることで更に効率的になる。また曲線
形状としては、コイル状に限らず、波形等、二次元的又
は三次元的に曲線状をなす構造であればよい。さらに、
可塑物としては、原料ゴムに限らず加熱により架橋して
熱硬化する熱硬化性樹脂や、加熱により発泡して硬化す
る発泡樹脂等が可能である。この場合、加硫・硬化・発
泡が本願発明における固化に相当し、この際の反応が固
化反応となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る要部断面図

【符号の説明】

１：射出成形機、２：シリンダ、４：原料ゴム、６：熱
交換部、７：外筒部、１０：導管、１１：ノズル、１
４：入り口、１５：出口、１６：高温媒体供給装置、１
７：低温媒体供給装置、１８：熱媒体室、２０：金型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱により固化反応を促進する可塑物に
   流動性を与えて射出する射出成形機と、この射出された
   可塑物が充填される金型との間に、射出サイクルと同期
   して前記反応を促進する温度への加熱とそれより低い温
   度への冷却を反復する熱交換部を設けた射出成形装置に
   おいて、前記熱交換部は、中空の外筒部と、その内部へ
   長さ方向に配設されて前記射出された流動性可塑物を前
   記射出成形機から前記金型へ導く導管とを備え、この導
   管を曲線状に形成するとともに、前記導管周囲の前記外
   筒部内空間を熱媒体室とし、ここに加熱媒体及び冷却媒
   体を交互に通じて導管を加熱又は冷却することを特徴と
   する射出成形装置。
2. 【請求項２】 前記導管がコイル状に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載した射出成形装置。
3. 【請求項３】 前記可塑物は原料ゴムであり、原料ゴム
   が通過するとき導管を加硫温度近傍に加熱し、原料ゴム
   が通過後加硫温度より低い温度まで冷却することを特徴
   とする請求項１に記載した射出成形装置。