JP2003145542A - 金型の熱交換装置 - Google Patents

金型の熱交換装置

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JP2003145542A
JP2003145542A JP2001342130A JP2001342130A JP2003145542A JP 2003145542 A JP2003145542 A JP 2003145542A JP 2001342130 A JP2001342130 A JP 2001342130A JP 2001342130 A JP2001342130 A JP 2001342130A JP 2003145542 A JP2003145542 A JP 2003145542A
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Tatsuhiko Saeki
達彦 佐伯
Seiichi Watanabe
清一 渡辺
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7306Control circuits therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明では、金型の熱交換通路内に熱媒体が
残留することを防止することでエネルギ効率を向上させ
ることができる金型の熱交換装置を提供することを課題
とする。 【解決手段】 金型Mに設けられる熱交換通路11と、
この熱交換通路11に高温の水W1を供給する高温熱媒
体供給装置12と、熱交換通路11に低温の水W2を供
給する低温熱媒体供給装置13とを備え、高温の水W1
と低温の水W2とを交互に切り換えて供給することによ
って熱交換を行う金型Mの熱交換装置1において、高温
の水W1と低温の水W2とを交互に切り換える際に熱交
換通路11に圧縮空気を供給して内部の水W1,W2を
パージする圧縮空気供給装置14を備えることを特徴と
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、ブロー成形や射出
成形等に用いられる金型を加熱または冷却するための金
型の熱交換装置に関し、特に、金型に設けられる熱交換
通路に熱媒体を流すことにより金型の熱交換を行うもの
に関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、熱可塑性樹脂を成形する樹脂成
形型(以下、単に「金型」という)は、樹脂製品の原料と
なる樹脂の硬化温度に応じて加熱、冷却等の温度制御が
成される。この際、原料となる溶融樹脂を金型のキャビ
ティ内に入れる際の金型の温度が高いほど溶融樹脂の流
動性が良いことから金型面の転写性が優れ、精度の高い
樹脂製品を製造することができる傾向がある。一方、金
型の温度を高くすると、製品を取り出す温度まで冷却す
るのに時間が掛かることから、成形サイクルが長くなる
という問題がある。 【0003】そのため、従来のブロー成形や射出成形等
においては、良好な金型面の転写性と成形サイクルの短
縮化を両立させるために、熱交換装置により金型の温度
を1サイクル中において上下させている。このような熱
交換装置としては、金型に設けられた熱交換通路に高温
や低温の熱媒体を交互に切り換えて流すことで熱交換を
行うものや、前記高温の熱媒体の代わりにヒータを用い
ることで、このヒータと低温の熱媒体により金型の熱交
換を行うものがある。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような熱交換装置において、高温や低温の熱媒体の供給
を交互に切り換えるものでは、金型の熱交換通路内に残
留した一方の熱媒体に他方の熱媒体が混合することによ
りエネルギ効率が下がってしまうという問題があった。
また、ヒータと低温の熱媒体により熱交換を行うもので
も、金型の熱交換通路内に低温の熱媒体が残留している
と、この熱媒体をもヒータで加熱しなければならないた
め、エネルギ効率が下がってしまうという問題があっ
た。 【0005】そこで、本発明の課題は、金型の熱交換通
路内に熱媒体が残留することを防止することでエネルギ
効率を向上させることができる金型の熱交換装置を提供
することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明のうちの請求項1に記載の発明は、金型に設けられる
熱交換通路と、この熱交換通路に高温の熱媒体を供給す
る高温熱媒体供給装置と、前記熱交換通路に低温の熱媒
体を供給する低温熱媒体供給装置とを備え、前記高温の
熱媒体と低温の熱媒体とを交互に切り換えて前記熱交換
通路に供給することによって金型の熱交換を行う金型の
熱交換装置において、前記高温の熱媒体と低温の熱媒体
とを交互に切り換える際に前記熱交換通路に空気を供給
する空気供給装置を備えることを特徴とする。 【0007】請求項1に記載の発明によれば、たとえ
ば、高温熱媒体供給装置を稼動させた場合、高温の熱媒
体が金型の熱交換通路に供給されて金型が加熱される。
次に、この高温の熱媒体の供給から低温の熱媒体の供給
へ切り換える際においては、まず、高温熱媒体供給装置
を停止させるとともに、空気供給装置を稼動させる。こ
の空気供給装置により供給される空気によって、金型の
熱交換通路内に残留する熱媒体を金型の外部へ放出(パ
ージ)させる。その後、空気供給装置を停止させて、低
温熱媒体供給装置を稼動させることにより、低温の熱媒
体が金型の熱交換通路に供給されて金型が冷却される。 【0008】 【発明の実施の形態】〔第1の実施形態〕以下、図面を
参照して、本発明に係る金型の熱交換装置の詳細につい
て説明する。参照する図面において、図1は第1の実施
形態に係る金型の熱交換装置の構成を示す構成図であ
る。 【0009】図1に示すように、熱交換装置1は、金型
Mに設けられる熱交換通路11、高温熱媒体供給装置1
2、低温熱媒体供給装置13および圧縮空気供給装置1
4,14を主に備えている。さらに、熱交換装置1は、
金型Mに熱媒体を供給するための供給用の配管P1,P
2,P3、金型Mから熱媒体を排出するための排出用の
配管P4,P5,P6および4つの三方弁V1〜V4を
備えている。 【0010】熱交換通路11には、その一端側に供給用
の配管P1が接続されるとともに、その他端側に排出用
の配管P4が接続されている。この供給用の配管P1
は、三方弁V1を介して高温熱媒体供給装置12側の供
給用の配管P2と低温熱媒体供給装置13側の供給用の
配管P3とに接続されている。また、排出用の配管P4
は、三方弁V2を介して高温熱媒体供給装置12側の排
出用の配管P5と低温熱媒体供給装置13側の排出用の
配管P6とに接続されている。 【0011】高温熱媒体供給装置12は、高温の熱媒体
となる水W1が貯蔵される加熱用タンク12aと、この
加熱用タンク12a内の水W1を加熱するためのヒータ
12bを主に備えている。この加熱用タンク12aに
は、その下部に加熱された水W1を金型Mへ送り出すた
めの送液用ポンプ12cが配管P7を介して設けられ、
その上部に内部の圧力を調整するための圧力調整弁12
dが設けられている。そして、送液用ポンプ12cには
供給用の配管P2が接続され、加熱用タンク12aの上
部には排出用の配管P5が接続されている。送液用ポン
プ12cの下流の配管P2には三方弁V3が設けられ、
この三方弁V3に圧縮空気供給装置14が配管P8を介
して接続されている。 【0012】低温熱媒体供給装置13は、低温の熱媒体
となる水W2が貯蔵される冷却用タンク13aと、この
冷却用タンク13a内の水W2を冷却するための冷却装
置13bを主に備えている。この冷却用タンク13aに
は、その下部に冷却された水W2を金型Mへ送り出すた
めの送液用ポンプ13cが配管P9を介して設けられ、
その上部に内部の圧力を調整するための圧力調整弁13
dが設けられている。そして、送液用ポンプ13cには
供給用の配管P3が接続され、冷却用タンク13aの上
部には排出用の配管P6が接続されている。送液用ポン
プ13cの下流の配管P3には三方弁V4が設けられ、
この三方弁V4に圧縮空気供給装置14が配管P10を
介して接続されている。 【0013】次に、この熱交換装置1を用いた金型Mの
熱交換方法について説明する。金型Mを所定温度になる
まで加熱する場合(射出成形される溶融樹脂が金型Mの
キャビティ内に充填される前)は、まず、三方弁V3の
圧縮空気供給装置14側の弁のみを閉じておくととも
に、三方弁V1,V2の低温熱媒体供給装置13側の弁
のみを閉じておく。そして、図2に示すように、高温熱
媒体供給装置12の送液用ポンプ12cにより加熱用タ
ンク12a内の高温の水W1を、配管P7,P2,P1
を介して金型Mに送り出す。この高温の水W1は、金型
Mの熱交換通路11を通ることにより金型Mを加熱させ
た後、配管P4,P5を介して加熱用タンク12a内に
戻される。そして、金型Mが所定温度まで加熱された
ら、高温熱媒体供給装置12の送液用ポンプ12cを停
止させ、図示しないゲートから溶融樹脂を金型Mのキャ
ビティ内に充填する。 【0014】このようにキャビティ内に樹脂が充填され
た金型Mを冷却する場合は、まず、前記三方弁V3を、
その高温熱媒体供給装置12側の弁のみが閉じた状態に
なるように切り換えた後、圧縮空気供給装置14を稼動
させる。この圧縮空気供給装置14から送り出される圧
縮空気は、図3に示すように、配管P8,P2,P1、
熱交換通路11および配管P4,P5を通って加熱用タ
ンク12a内に放出される。このように加熱用タンク1
2a内に圧縮空気が放出されることにより、熱交換通路
11等に残留している高温の水W1を加熱用タンク12
aに排出させる。そして、圧縮空気が加熱用タンク12
a内に放出されることで、この加熱用タンク12a内の
圧力が高くならないように、圧力調整弁12dを開放さ
せる。 【0015】次に、三方弁V1,V2を、その高温熱媒
体供給装置12側の弁のみが閉じた状態になるように切
り換える。このとき、三方弁V4は、その圧縮空気供給
装置14側の弁のみが閉じた状態となっている。そし
て、図4に示すように、低温熱媒体供給装置13の送液
用ポンプ13cにより冷却用タンク13a内の低温の水
W2を、配管P9,P3,P1を介して金型Mに送り出
す。この低温の水W2は、金型Mの熱交換通路11を通
ることにより金型Mを冷却させた後、配管P4,P6を
介して冷却用タンク13a内に戻される。そして、金型
Mが所定温度まで冷却されたら、低温熱媒体供給装置1
3の送液用ポンプ13cを停止させ、金型Mから製品形
状の固体(凝固した溶融樹脂)を取り出す。 【0016】このように所定温度まで冷却された金型M
を再度加熱する場合は、まず、前記三方弁V4を、その
低温熱媒体供給装置13側の弁のみが閉じた状態になる
ように切り換えた後、圧縮空気供給装置14を稼動させ
る。この圧縮空気供給装置14から送り出される圧縮空
気は、図5に示すように、配管P10,P3,P1、熱
交換通路11および配管P4,P6を通って冷却用タン
ク13a内に放出される。このように冷却用タンク13
a内に圧縮空気が放出されることにより、熱交換通路1
1等に残留している低温の水W2を冷却用タンク13a
に排出させる。そして、圧縮空気が冷却用タンク13a
内に放出されることで、この冷却用タンク13a内の圧
力が高くならないように、圧力調整弁13dを開放させ
る。 【0017】その後、三方弁V1,V2を、再度その低
温熱媒体供給装置13側の弁のみが閉じた状態になるよ
うに切り換えるとともに、三方弁V3を、その圧縮空気
供給装置14側の弁のみが閉じた状態となるように切り
換える(図2参照)。そして、前記のような作業を繰り
返し行うこと、すなわち、熱交換通路11に高温の水W
1と低温の水W2とを交互に切り換えて供給することに
よって金型Mの熱交換が行われる。 【0018】以上によれば、第1の実施形態において次
のような効果を得ることができる。高温の水W1と低温
の水W2とを交互に切り換える際に、熱交換通路11に
残留する水W1または水W2を圧縮空気供給装置14に
より熱交換通路11の外部へ放出させるので、金型Mの
熱交換におけるエネルギ効率を向上させることができ
る。 【0019】なお、本発明は第1の実施形態に限定され
ることなく、様々な形態で実施される。第1の実施形態
では、高温熱媒体供給装置12側の配管P2と低温熱媒
体供給装置13側の配管P3にそれぞれ圧縮空気供給装
置14,14を設ける構造としたが、本発明はこれに限
定されるものではない。たとえば、第1の実施形態にお
ける三方弁V1,V3,V4を排除して、三方弁V1の
位置に四方弁を設ける。そして、この四方弁の三つの接
続口に第1の実施形態のような配管P1〜P3を接続し
て、残った一つの接続口に圧縮空気供給装置14を接続
する。このような構造では、圧縮空気供給装置14を一
つだけ設ければよいため、熱交換装置にかかるコストを
低減することができる。 【0020】第1の実施形態では、金型Mが所定温度ま
で加熱されたら、高温熱媒体供給装置12の送液用ポン
プ12cを停止させ、溶融樹脂を金型Mのキャビティ内
に充填するようにしたが、本発明はこれに限定されるも
のではない。たとえば、金型が所定温度まで加熱されて
溶融樹脂をキャビティ内に充填した後も高温熱媒体供給
装置の送液用ポンプを停止させずに、高温の熱媒体を金
型の熱交換通路に送り続けるようにしてもよい。この場
合、溶融樹脂を金型のキャビティ内に充填する前に高温
の熱媒体により金型が所定温度まで加熱され、溶融樹脂
の充填後も高温の熱媒体を流し続けることで、この熱媒
体に溶融樹脂の熱が吸収される。そして、この熱媒体の
温度がピークに達したときに、高温熱媒体供給装置の送
液用ポンプを停止させ、第1の実施形態と同様に、金型
の熱交換通路等に残留した熱媒体を圧縮空気供給装置で
加熱用タンク内にパージさせる。このように、高温熱媒
体供給装置を制御することにより、溶融樹脂の高い熱量
を利用して高温の熱媒体の加熱を行うことができるの
で、加熱用ヒータによる加熱を制限してエネルギ効率を
向上させることができる。なお、「熱媒体の温度がピー
クに達したとき」とは、熱媒体の温度が予め設定された
所定温度に達したときを意味している。 【0021】第1の実施形態では、高温熱媒体供給装置
12から供給される水W1は、その加熱用タンク12a
内に戻され、低温熱媒体供給装置13から供給される水
W2は、その冷却用タンク13a内に戻される構造とし
たが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえ
ば、金型Mの熱交換通路11から出てくる水の温度に基
づいて、その水を加熱用タンク12aに戻すか冷却用タ
ンク13aに戻すかを判別して三方弁V2を切り換える
ような構造にしてもよい。この場合、配管P4に熱交換
通路11から出てくる水の温度を検知するセンサを設け
るとともに、各タンク12a,13aにもタンク内の水
の温度を検知するセンサを設ける。そして、各センサの
情報に基づいて、熱交換通路11から出てくる水の温度
が加熱用タンク12a内の水の温度に近ければその水を
加熱用タンク12a内に戻し、冷却用タンク13a内の
水の温度に近ければその水を冷却用タンク13a内に戻
すように三方弁V2を切り換える制御装置を設ける。こ
のような構造では、タンク内に戻される水がそのタンク
内の水の温度に近いため、タンク内の水の温度を一定に
保つことが容易になり、エネルギ効率を向上させること
ができる。ここで、第1の実施形態と同様に、熱媒体と
して水を採用しているが、本発明はこれに限定されず、
たとえば熱媒体として油を採用するなど、仕様に応じて
適宜に変更可能であることはいうまでもない。 【0022】〔第2の実施形態〕以下に、本発明に係る
金型の熱交換装置における第2の実施形態について説明
する。この実施形態は第1の実施形態の熱交換装置1の
一部を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構
成要素については同一符号を付し、その説明を省略す
る。参照する図面において、図6は第2の実施形態に係
る金型の熱交換装置の構成を示す構成図である。 【0023】図6に示すように、熱交換装置2は、第1
の実施形態と同様の熱交換通路11、低温熱媒体供給装
置13および圧縮空気供給装置14の他に、金型Mを加
熱するヒータ21を主に備えている。すなわち、この熱
交換装置2は、低温熱媒体供給装置13による低温の水
W2の供給とヒータ21による加熱とを交互に切り換え
ることによって熱交換を行う構造となっている。 【0024】次に、この熱交換装置2を用いた金型Mの
熱交換方法について説明する。金型Mを所定温度になる
まで冷却する場合は、まず、三方弁V4の圧縮空気供給
装置14側の弁のみを閉じておく。そして、図7に示す
ように、低温熱媒体供給装置13の送液用ポンプ13c
により冷却用タンク13a内の低温の水W2を、配管P
9,P3を介して金型Mに送り出す。この低温の水W2
は、金型Mの熱交換通路11を通ることにより金型Mを
冷却させた後、配管P6を介して冷却用タンク13a内
に戻される。そして、金型Mが所定温度まで冷却された
ら、低温熱媒体供給装置13の送液用ポンプ13cを停
止させる。 【0025】低温熱媒体供給装置13による低温の水W
2の供給からヒータ21による加熱に切り換える際は、
三方弁V4を、その低温熱媒体供給装置13側の弁のみ
が閉じた状態になるように切り換えた後、圧縮空気供給
装置14を稼動させて熱交換通路11内に圧縮空気を供
給する。この圧縮空気供給装置14から送り出される圧
縮空気は、図8に示すように、配管P10,P3、熱交
換通路11および配管P6を通って冷却用タンク13a
内に放出される。このように冷却用タンク13a内に圧
縮空気が放出されることにより、熱交換通路11等に残
留している低温の水W2を冷却用タンク13aに排出
(パージ)させる。そして、圧縮空気が冷却用タンク1
3a内に放出されることで、この冷却用タンク13a内
の圧力が高くならないように、圧力調整弁13dを開放
させる。 【0026】その後、ヒータ21を稼動させて金型Mを
所定温度まで加熱させる。そして、再び金型Mを冷却す
る場合は、三方弁V4を、その圧縮空気供給装置14側
の弁のみが閉じた状態になるように切り換える。そし
て、前記のような作業を繰り返し行うことによって金型
Mの熱交換が行われる。 【0027】以上によれば、第2の実施形態において次
のような効果を得ることができる。低温の水W2により
金型Mを冷却させた後にヒータ21で金型Mを加熱する
際に、金型Mの熱交換通路11等に残留する水W2を圧
縮空気供給装置14により外部へ放出させるので、ヒー
タ21への負担が軽減されてエネルギ効率が向上する。
また、第1の実施形態の熱交換装置1に比べて、構造を
簡略化することができるので、熱交換装置にかかるコス
トを低減することができる。 【0028】以上、本発明は第2の実施形態に限定され
ることなく、様々な形態で実施される。第2の実施形態
では、圧縮空気供給装置14により金型Mの熱交換通路
11等に残る水W2を排出させる構造としたが、本発明
はこれに限定されず、たとえば、空気を金型Mに供給す
る手段として送液用ポンプ13cを利用してもよい。こ
の場合、図9に示すように、第2の実施形態における冷
却用タンク13aの上部に接続される新たな配管P11
を別途設け、この配管P11と配管P9とを新たな三方
弁V5を介して接続させる。そして、金型Mに空気を供
給する際に、冷却用タンク13aから新たな配管P11
と配管P9を介してこの冷却用タンク13a内の空気が
送られるように、新たな三方弁V5を切り換える。この
ような構造では、送液用ポンプ13cからの空気の供給
により金型Mの熱交換通路11等に残った水W2が押し
出されるとともに、冷却用タンク13a内の圧力が下が
ることにより水W2がこの冷却用タンク13a内に吸引
される。すなわち、このような構造でも金型Mの熱交換
通路11等に残った水W2を排出することができる。そ
して、このような構造では、熱交換装置を第1,2の実
施形態よりも簡略化することができ、コストを低減する
ことができる。 【0029】また、第1および第2の実施形態では、圧
縮空気供給装置14により熱交換通路11内の水W1,
W2をパージさせる前に、送液用ポンプ12c,13c
を停止させるようにしたが、本発明はこれに限定される
ものではない。たとえば、図10に示すように、配管P
2における高温熱媒体供給装置12の送液用ポンプ12
cの近傍にバイパス弁B1を設けるとともに、配管P3
における低温熱媒体供給装置13の送液用ポンプ13c
の近傍にバイパス弁B2を設けることによって、送液用
ポンプ12c,13cを停止させないようにしてもよ
い。具体的に、この構造では、高温熱媒体供給装置12
側の圧縮空気供給装置14により熱交換通路11内等の
水W1をパージさせる前に、バイパス弁B1を切り換え
て送液用ポンプ12cから送り出される水W1を加熱用
タンク12a内に戻す。また、低温熱媒体供給装置13
側の圧縮空気供給装置14により熱交換通路11内等の
水W2をパージさせる前に、バイパス弁B2を切り換え
て送液用ポンプ13cから送り出される水W2を冷却用
タンク13a内に戻す。このように、バイパス弁B1,
B2の切り換えにより送液用ポンプ12c,13cの駆
動を継続させることができるので、送液用ポンプ12
c,13c内へのエアの噛み込みを防止できる。さら
に、バイパス弁B1,B2の切り換えのみを行えばよい
ので、制御を簡単に行うことができる。 【0030】 【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、高温の
熱媒体と低温の熱媒体とを交互に切り換えて供給する際
に金型の熱交換通路に残留する熱媒体を空気供給装置に
より外部へ放出させるので、金型の熱交換におけるエネ
ルギ効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】第1の実施形態に係る金型の熱交換装置の構成
を示す構成図である。 【図2】高温熱媒体供給装置から高温の水を金型の熱交
換通路に供給する状態を示す構成図である。 【図3】熱交換通路等に残留する高温の水を圧縮空気に
より排出させる状態を示す構成図である。 【図4】低温熱媒体供給装置から低温の水を金型の熱交
換通路に供給する状態を示す構成図である。 【図5】熱交換通路等に残留する低温の水を圧縮空気に
より排出させる状態を示す構成図である。 【図6】第2の実施形態に係る金型の熱交換装置の構成
を示す構成図である。 【図7】低温熱媒体供給装置から低温の水を金型の熱交
換通路に供給する状態を示す構成図である。 【図8】熱交換通路等に残留する低温の水を圧縮空気に
より排出させる状態を示す構成図である。 【図9】本発明の他の実施形態に係る金型の熱交換装置
の構成を示す構成図である。 【図10】本発明の他の実施形態に係る金型の熱交換装
置の構成を示す構成図である。 【符号の説明】 M 金型 1,2 熱交換装置 11 熱交換通路 12 高温熱媒体供給装置 13 低温熱媒体供給装置 14 圧縮空気供給装置 21 ヒータ W1 水(熱媒体) W2 水(熱媒体)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 金型に設けられる熱交換通路と、 この熱交換通路に高温の熱媒体を供給する高温熱媒体供
    給装置と、 前記熱交換通路に低温の熱媒体を供給する低温熱媒体供
    給装置とを備え、 前記高温の熱媒体と低温の熱媒体とを交互に切り換えて
    前記熱交換通路に供給することによって金型の熱交換を
    行う金型の熱交換装置において、 前記高温の熱媒体と低温の熱媒体とを交互に切り換える
    際に前記熱交換通路に空気を供給して、前記熱交換通路
    内の熱媒体をパージする空気供給装置を備えることを特
    徴とする金型の熱交換装置。
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