JP2002172667A - 射出成形機シリンダの温度制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】射出成形機の運転開始直後や成形条件の変更直
後であっても、シリンダの温度を速やかに上昇させるこ
とができ、かつ、前記シリンダの後部の温度の制御性を
向上させることができるようにする。 【解決手段】シリンダ１１の周囲に形成された冷媒流路
と、冷媒と工業用水とを熱交換させ、所定範囲内の温度
にした前記冷媒を前記冷媒流路内に循環させる温度調節
器３１と、前記シリンダ１１の温度が設定温度となるよ
うに前記温度調節器３１を制御する制御装置３２とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機シリン
ダの温度制御装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機は射出装置及び金型装
置を備え、ホッパーから射出装置のシリンダ内に投入さ
れた樹脂ペレットを前記シリンダ内に配設されたスクリ
ューを回転させることによって、可塑化して溶融させ、
溶融させられた樹脂を射出ノズルから射出するようにし
ている。そして、射出された樹脂は、金型装置内におい
てランナーを介してキャビティ空間に充填（てん）さ
れ、冷却固化させられて成形品になる。

【０００３】この場合、前記シリンダ内に投入されてか
ら前記射出ノズルから射出されて金型装置内で固化する
までの樹脂の温度条件は、成形性等その他に重大な影響
を与える。例えば、温度が低すぎると樹脂が十分に可塑
化されなかったり、逆に温度が高すぎると樹脂が熱分解
を起こしたり、有毒ガスを発生したりしてしまう。ま
た、適切な温度条件は成形品の形状や樹脂の種類によっ
ても左右される。

【０００４】そこで、種々の成形品や樹脂の種類に対応
して、前記樹脂の温度を適切に制御することができるよ
うに、ノズルやシリンダの周囲にバンドヒータを巻き付
けたり、金型やシリンダに冷媒の通路を形成した射出成
形機が提供されている。

【０００５】この場合、射出成形機の各部分において要
求される温度条件が相違する。例えば、ノズルやシリン
ダの前部（ノズル側の部分）においては、比較的高温で
あることが要求されるので、ノズルやシリンダの周囲に
バンドヒータを巻き付け、該バンドヒータによって加熱
する。一方、シリンダの後部（ホッパー側の部分）にお
いては、比較的低温であることが要求されるので、シリ
ンダに冷媒の通路を形成し、流通する冷媒によって温調
する。また、金型も低温であることが要求されるので、
金型に冷媒の通路を形成し、流通する冷媒によって温調
する。

【０００６】これにより、シリンダ内に投入された樹脂
は、適切な温度条件下で、可塑化され、溶融して射出ノ
ズルから金型内に射出されるので、品質の高い成形品を
得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の射出成形機においては、シリンダの後部の温度が適
切に制御することができないことがあった。この場合、
樹脂の温度が不適切となり、品質の高い成形品を成形す
ることができなくなってしまう。

【０００８】すなわち、前記従来の射出成形機において
は、シリンダの後部を冷媒の流通通路を有する水冷のシ
リンダとし、前記シリンダを冷却する冷媒として、工業
用水が使用されていた。そして、該工業用水を流通させ
る時間を制御することによって、奪い取る熱量を制御し
て、前記シリンダの後部が所望の設定温度となるように
していた。

【０００９】このため、前記シリンダの後部の設定温度
が比較的高温である場合、前記射出成形機の運転開始直
後や成形条件の変更直後には、前記シリンダの後部の温
度が上昇して設定温度に到達するまでに時間がかかって
しまう。

【００１０】一方、前記シリンダの後部の温度が上昇し
て設定温度を超えた場合、前記工業用水を流通させて前
記シリンダの温度を制御するのであるが、前記シリンダ
の後部の温度と工業用水の温度との差が大きすぎるため
に、前記シリンダの後部の温度の変化速度が大きくなり
すぎて、前記シリンダの後部の温度がオーバーシュート
したり、また、アンダシュートしてしまう。

【００１１】したがって、前記シリンダの後部の温度
は、振動してしまい、前記設定温度に収束するのに時間
がかかってしまう。さらに、最悪の場合は、前記シリン
ダの後部の温度が前記設定温度に収束せずに発振してし
まうこともある。

【００１２】また、前記工業用水の温度は、常に一定で
あるとは限らず、季節の変化や前記射出成形機が据え付
けられた地域周辺での工業用水の使用量の変化によっ
て、変動してしまう。したがって、前記シリンダの後部
の温度が前記設定温度になるように制御することが困難
となる。

【００１３】本発明は、前記従来の射出成形機シリンダ
の後部の温度制御の問題点を解決して、前記射出成形機
の運転開始直後や成形条件の変更直後であっても、前記
シリンダの温度を速やかに上昇させることができ、か
つ、前記シリンダの後部の温度の制御性を向上させるこ
とができる射出成形機シリンダの温度制御装置及び方法
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の射
出成形機シリンダの温度制御装置においては、シリンダ
の周囲に形成された冷媒流路と、冷媒と工業用水とを熱
交換させ、所定範囲内の温度にした前記冷媒を前記冷媒
流路内に循環させる温度調節器と、前記シリンダの温度
が設定温度となるように前記温度調節器を制御する制御
装置とを有する。

【００１５】また、本発明の射出成形機シリンダの温度
制御方法においては、冷媒と工業用水とを熱交換させ、
所定範囲内の温度にした前記冷媒をシリンダの周囲に形
成された冷媒流路内に循環させて、前記シリンダの温度
が設定温度となるように制御する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の実施の形態における射出成
形機の概略図である。

【００１８】図において、１０は射出成形機、１１は該
射出成形機１０のシリンダであり、該シリンダ１１の前
端（図における左端）にシリンダヘッド１３が取り付け
られ、さらに該シリンダヘッド１３の先端に射出ノズル
１４が取り付けられている。該射出ノズル１４の先端部
の形状は、後述される金型装置２０の固定側金型２１に
適合するようになっている。

【００１９】また、前記シリンダ１１及びシリンダヘッ
ド１３の外周には、内部を通過する樹脂の温度を適切に
維持するように、前記シリンダ１１及びシリンダヘッド
１３を加熱するためのバンドヒータ１７が巻き付けられ
る。

【００２０】ここで、前記シリンダ１１及びシリンダヘ
ッド１３の加熱温度は、樹脂の種類や成形条件等によっ
て相違するものであるが、一般的に、樹脂が、ＰＳ（ポ
リスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロ
ピレン）等の汎用プラスチックの場合１７０〜２８０
［℃］程度、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネ
イト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の汎
用エンプラの場合２３０〜３２０［℃］程度、ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエー
テルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）
等のスーパーエンプラの場合３１０〜４２５［℃］程度
である。

【００２１】そして、前記シリンダ１１には複数、例え
ば、３個の熱電対等から成るシリンダ温度検出器１８が
取り付けられる。該シリンダ温度検出器１８の先端部
は、前記シリンダ１１の壁部材内部に位置して、前記シ
リンダ１１の各部の温度を検出する。

【００２２】また、前記シリンダ１１内には、投入され
る樹脂ペレットを剪（せん）断力によって可塑化して溶
融させ、搬送するためのスクリュー１２が回転自在に、
かつ、進退自在に配設される。

【００２３】そして、該スクリュー１２は、前端（図に
おける左端）にスクリューヘッドを備え、前記シリンダ
１１内を後方（図における右方）に延び、後端（図にお
ける右端）において、図示されない射出成形機シリンダ
（油圧成形機の場合）のピストンと連結させられる。ま
た、前記スクリュー１２の表面に螺（ら）旋状の溝が形
成される。

【００２４】また、前記シリンダ１１の後端近傍には、
周囲を取り囲むようにシリンダフランジ１５が取り付け
られる。さらに、該シリンダフランジ１５には樹脂ペレ
ットを投入するためのホッパー１６が取り付けられる。
そして、前記シリンダ１１及びシリンダフランジ１５に
は、前記ホッパー１６の底部からシリンダ１１内へ連通
する樹脂ペレット供給口が形成される。

【００２５】これにより、前記ホッパー１６に収容され
た樹脂ペレットは、前記ホッパー１６の底部から、前記
樹脂ペレット供給口を通って前記シリンダ１１内に供給
される。なお、前記樹脂ペレット供給口の内部には、樹
脂ペレットの供給量を制御するためのフィードロール、
制御弁等が配設されるようにしてもよい。

【００２６】さらに、前記シリンダ１１とシリンダフラ
ンジ１５の境界部分にはシリンダ後部冷却用の冷媒流路
３５が形成される。該冷媒流路３５は後述される冷媒配
管Ｌ２に接続され、前記シリンダ１１の後部、すなわ
ち、前記樹脂ペレット供給口の近傍部分を冷却するため
の冷媒が流通するようになっている。また、前記シリン
ダ１１の後部には、熱電対等から成る後部温度検出器３
６が配設される。

【００２７】また、２０は金型装置、２１は該金型装置
２０の固定側金型、２２は移動側金型である。そして、
前記射出成形機１０の射出ノズル１４から射出された溶
融樹脂は、前記金型装置２０の固定側金型２１と移動側
金型２２との間に形成されるキャビティに充填され、冷
却固化されて、成形品が形成される。なお、成形品が形
成されると、前記移動側金型２２が図において左方へ移
動させられ、型開きされて、前記成形品が金型装置２０
の外へ取り出されるようになっている。

【００２８】さらに、前記固定側金型２１及び移動側金
型２２には、金型冷却用の冷媒流路２５及び２６がそれ
ぞれ形成される。そして、該冷媒流路２５及び２６は後
述される冷媒配管Ｌ３に接続され、前記固定側金型２１
及び移動側金型２２を冷却するための冷媒が流通するよ
うになっている。また、前記固定側金型２１及び移動側
金型２２には、熱電対等から成る金型温度検出器２３及
び２４がそれぞれ配設される。

【００２９】なお、３１は温度調節器であって、図示さ
れない熱交換機、冷媒加熱機、冷媒冷却機、温度検出
器、冷媒循環用ポンプ、工業用水循環用ポンプ等を有
し、後述される制御装置３２の指令に基づいて、シリン
ダ後部冷却用の冷媒及び金型冷却用の冷媒の温度を調節
する。

【００３０】ここで、前記温度調節器３１には、シリン
ダ後部冷却用の冷媒流路３５に接続され冷媒を循環させ
る冷媒配管Ｌ２及び金型冷却用の冷媒流路２５及び２６
に接続され冷媒を循環させる冷媒配管Ｌ３が接続され
る。また、冷却源としての工業用水を循環させる工業用
水配管Ｌ１も接続される。

【００３１】そして、前記温度調節器３１においては、
前記冷媒流路２５、２６及び３５を循環する冷媒と工業
用水とを、熱交換機によって熱交換させて、前記冷媒を
冷却して所定の温度にまで低下させる。ここで、熱交換
後の冷媒の温度が所定の温度よりも高温である場合は、
冷媒冷却機によって冷媒の温度を低下させ、所定の温度
より低温である場合は、冷媒加熱機によって冷媒の温度
を上昇させるようにして該冷媒の温度を所定範囲内にす
ることが望ましい。

【００３２】この場合、前記冷媒冷却機は、冷凍サイク
ルを利用したものであってもよく、ペルチェ効果を利用
する電子式冷却機であってもよい。また、前記冷媒加熱
機は電気ヒータを利用したものであってもよく、燃料を
燃焼させて加熱するものであってもよく、ヒートポンプ
サイクルを利用したものであってもよい。なお、前記冷
媒冷却機及び冷媒加熱機は、冷媒を直接に冷却又は加熱
せずに、冷媒と熱交換する工業用水を冷却又は加熱する
ことによって、冷媒を間接に冷却又は加熱するようにす
ることもできる。

【００３３】そして、制御装置３２は、ＣＰＵ、ＭＰＵ
等の演算素子、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手
段、入出力インターフェイス等を有し、前記シリンダ温
度検出器１８、後部温度検出器３６、金型温度検出器２
３及び２４等が検出した各部の温度に基づいて、前記温
度調節器３１、バンドヒータ１７等の動作を統括的に制
御して、前記射出成形機１０のシリンダ１１、シリンダ
ヘッド１３及び射出ノズル１４、並びに、前記金型装置
２０の固定側金型２１及び移動側金型２２の温度を制御
する。なお、前記制御装置３２は、独立して存在するも
のであってもよく、前記射出成形機１０や金型装置２０
の動作を制御する制御装置等、他の制御装置の一部分で
あってもよい。

【００３４】また、前記制御装置３２には、キーボー
ド、マウス、ジョイスティック等の入力手段３３、及
び、ＣＲＴ、液晶ディスプレー等の表示手段３４が通信
可能に接続されており、オペレーターが前記表示手段３
４の表示内容を見ながら、制御装置３２に対する指令を
入力手段３３より入力できるようになっている。

【００３５】次に、前記構成の射出成形機の動作を説明
する。

【００３６】まず、前記射出成形機１０を起動すると、
制御装置３２によって、射出成形機１０のバンドヒータ
１７に通電されてシリンダ１１の昇温が行われる。

【００３７】また、必要ならば、金型冷却用の冷媒流路
２５及び２６に室温以上の温度の冷媒を循環させて、固
定側金型２１及び移動側金型２２を加熱して昇温させる
ことができる。さらに、シリンダ後部冷却用の冷媒流路
３５に室温以上の温度の冷媒を循環させて、シリンダ後
部を加熱して昇温させることができる。この場合、温度
調節器３１においては、冷媒加熱機によって冷媒の温度
を上昇させる。

【００３８】したがって、固定側金型２１、移動側金型
２２及びシリンダ後部の設定温度が比較的高い場合であ
っても、射出成形機１０の起動後、速やかに前記射出成
形機１０の各部の温度を設定温度に上昇させることがで
きる。

【００３９】一方、図示されない駆動機構によって固定
側金型２１と移動側金型２２とが接近させられ型閉じ及
び型締めが行われる。そして、固定側金型２１と移動側
金型２２との間にキャビティ空間が形成される。

【００４０】そして、計量工程において、図示されない
計量用の油圧モータを駆動することによって、前記スク
リュー１２を回転させながら後退（図における右方に移
動）させると、ホッパー１６内の樹脂ペレットは、落下
してシリンダ１１内に進入し、前記スクリュー１２の回
転によって、可塑化され、溶融されて、前記シリンダ１
１内を前進（図における左方に移動）させられる。

【００４１】したがって、スクリュー１２を回転させな
がら所定量だけ後退させると、スクリューヘッドの前方
に１ショット分の溶融させられた樹脂が蓄えられる。

【００４２】次に、射出工程において、図示されない射
出成形機シリンダを作動させることによってスクリュー
１２を回転させることなく前進させると、前記スクリュ
ーヘッドの前方に蓄えられた樹脂は、射出ノズル１４か
ら射出される。そして、射出された樹脂は、前記固定側
金型２１と移動側金型２２との間のキャビティ空間に充
填される。

【００４３】すると、キャビティ空間に充填された樹脂
は冷却固化されて、成形品が形成される。なお、成形品
が形成されると、前記駆動機構によって前記移動側金型
２２が図において左方へ移動させられ、型開きされて、
前記成形品が金型装置２０の外へ取り出されるようにな
っている。

【００４４】そして、前述の動作を繰り返して行うこと
により、多数の成形品を成形することができる。ここ
で、前記シリンダ１１内に進入してから前記射出ノズル
１４から射出されて前記固定側金型２１と移動側金型２
２との間のキャビティ空間内で固化するまでの樹脂の温
度条件は、成形性その他に重大な影響を与える。例え
ば、温度が低すぎると樹脂が十分に可塑化されなかった
り、逆に温度が高すぎると樹脂が熱分解を起こしたり、
有毒ガスを発生したりしてしまう。また、適切な温度条
件は成形品の形状や樹脂の種類によっても左右される。

【００４５】この場合、射出成形機１０の各部分におい
て要求される温度条件が相違する。例えば、射出ノズル
１４、シリンダヘッド１３及びシリンダ１１の前方部分
（図において左方）においては、比較的高温であること
が要求されるので、シリンダヘッド１３やシリンダ１１
の周囲に巻き付けられたバンドヒータ１７に通電して加
熱する。一方、シリンダの後部（ホッパー１６側の部
分）においては、比較的低温であることが要求されるの
で、冷媒流路３５に冷媒を流通させて冷却する。また、
金型装置２０も低温であることが要求されるので、冷媒
流路２５及び２６に冷媒を流通させて冷却する。

【００４６】これにより、シリンダ１１内に投入された
樹脂は、適切な温度条件の下で、可塑化され、溶融して
射出ノズル１４から固定側金型２１と移動側金型２２と
の間のキャビティ空間内に射出され、冷却固化されるの
で、品質の高い成形品を成形することができる。

【００４７】ここで、射出成形機１０の各部分における
温度は、シリンダ温度検出器１８、後部温度検出器３
６、金型温度検出器２３及び２４等によって検出され、
制御装置３２に送信されている。したがって、前記射出
成形機１０の各部分における温度が変動して設定温度か
らはずれた場合、前記制御装置３２は、前記各部の温度
が設定温度になるように、温度調節器３１、バンドヒー
タ１７等の動作を制御して、各部を加熱又は冷却する。

【００４８】例えば、シリンダ後部の温度が設定温度よ
り上昇した場合、前記制御装置３２は前記温度調節器３
１に指令して、冷媒流路３５に冷媒を流通させる。この
場合、前記冷媒は、工業用水配管Ｌ１を経由して循環す
る工業用水と熱交換して冷却されるが、熱交換後の温度
が前記シリンダ後部の温度が設定温度よりも相当程度低
い時には、冷媒加熱装置によって加熱されて、昇温さ
れ、前記冷媒の温度と前記シリンダ後部の設定温度との
差が一定範囲内に収まるように制御される。

【００４９】これにより、前記冷媒の温度が所定範囲内
に維持されるので、前記シリンダ後部の温度と冷媒の温
度との差が大きすぎるために、前記シリンダ後部の温度
の変化速度が大きくなりすぎて、前記シリンダ後部の温
度がオーバーシュートしてしまうことがない。したがっ
て、前記シリンダ後部の温度が、振動して前記設定温度
に収束するのに時間がかかってしまうこともなく、前記
シリンダ後部の温度が前記設定温度に収束せずに発振し
てしまうようなこともない。

【００５０】さらに、前記工業用水の温度が、季節の変
化や前記射出成形機の据え付けられた地域周辺での工業
用水の使用量の変化によって変動しても、前記冷媒の温
度は一定に制御されるので、前記シリンダ後部の温度が
前記設定温度になるように制御することが容易となる。

【００５１】また、前記固定側金型２１又は移動側金型
２２の温度が設定温度より上昇した場合も、前述したシ
リンダ後部の場合と同様に、前記制御装置３２は前記温
度調節器３１に指令して、冷媒流路２５又は２６に冷媒
を流通させる。そして、必要に応じて、冷媒の温度と前
記固定側金型２１又は移動側金型２２の温度との差が一
定範囲内に収まるように制御される。

【００５２】したがって、前記冷媒の温度が所定範囲内
に維持されるので、前記固定側金型２１又は移動側金型
２２の温度は、設定温度に速やかに収束する。また、前
記工業用水の温度が変動しても、前記固定側金型２１又
は移動側金型２２の温度が前記設定温度になるように制
御することが容易となる。

【００５３】なお、射出ノズル１４、シリンダヘッド１
３及びシリンダ１１の前部の温度が設定温度よって上昇
した場合、前記制御装置３２は、バンドヒータ１７への
通電を遮断して、前記各部の温度を設定温度にまで低下
させる。

【００５４】このように、本実施の形態においては、温
度調節器３１において、冷媒流路２５、２６及び３５を
循環する冷媒と工業用水とを、熱交換機によって熱交換
させるとともに、熱交換後の冷媒の温度が所定の温度よ
りも高温である場合は、冷媒冷却機によって冷媒の温度
を低下させ、所定の温度より低温である場合は、冷媒加
熱機によって冷媒の温度を上昇させる。そして、シリン
ダ後部、固定側金型２１又は移動側金型２２の温度が設
定温度よって上昇した場合、制御装置３２は前記温度調
節器３１に指令して、冷媒流路２５、２６又は３５に冷
媒を流通させる。ここで、工業用水と熱交換した後の前
記冷媒の温度が前記シリンダ後部、固定側金型２１又は
移動側金型２２の設定温度よりも相当程度低い時、前記
冷媒は、冷媒加熱装置によって加熱されて、昇温され、
前記冷媒の温度と前記設定温度との差が一定範囲内に収
まるように制御される。

【００５５】したがって、前記シリンダ後部、固定側金
型２１又は移動側金型２２の温度は、設定温度に速やか
に収束する。また、前記工業用水の温度が変動しても、
前記シリンダ後部、固定側金型２１又は移動側金型２２
の温度が前記設定温度になるように制御することが容易
となる。

【００５６】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、本発明の射出成形機シリンダの温度制御装置にお
いては、シリンダの周囲に形成された冷媒流路と、冷媒
と工業用水とを熱交換させ、所定範囲内の温度にした前
記冷媒を前記冷媒流路内に循環させる温度調節器と、前
記シリンダの温度が設定温度となるように前記温度調節
器を制御する制御装置とを有する。

【００５８】また、本発明の射出成形機シリンダの温度
制御方法においては、冷媒と工業用水とを熱交換させ、
所定範囲内の温度にした前記冷媒をシリンダの周囲に形
成された冷媒流路内に循環させて、前記シリンダの温度
が設定温度となるように制御する。

【００５９】この場合、冷媒の温度が所定範囲内に維持
されるので、シリンダの温度と冷媒の温度との差が一定
の範囲内に保たれ、前記シリンダの温度がオーバーシュ
ートしたり、振動したりすることなく、設定温度に速や
かに収束する。

【００６０】さらに、工業用水の温度が、季節の変化や
前記射出成形機の据え付けられた地域周辺での工業用水
の使用量の変化によって変動しても、前記冷媒の温度は
一定に制御されるので、前記シリンダの温度が前記設定
温度になるように制御することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における射出成形機の概略
図である。

【符号の説明】

１０ 射出成形機 １１ シリンダ ２５、２６、３５ 冷媒流路 ３１ 温度調節器 ３２ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）シリンダの周囲に形成された冷媒流
   路と、（ｂ）冷媒と工業用水とを熱交換させ、所定範囲
   内の温度にした前記冷媒を前記冷媒流路内に循環させる
   温度調節器と、（ｃ）前記シリンダの温度が設定温度と
   なるように前記温度調節器を制御する制御装置とを有す
   ることを特徴とする射出成形機シリンダの温度制御装
   置。
2. 【請求項２】（ａ）冷媒と工業用水とを熱交換させ、
   （ｂ）所定範囲内の温度にした前記冷媒をシリンダの周
   囲に形成された冷媒流路内に循環させて、（ｃ）前記シ
   リンダの温度が設定温度となるように制御することを特
   徴とする射出成形機シリンダの温度制御方法。