JP2006027096A

JP2006027096A - 射出成形機の温度制御システム

Info

Publication number: JP2006027096A
Application number: JP2004209808A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakakawa; 孝市坂川; Fujio Oshima; 富士夫大島; Akira Morii; 彰盛井; Yoichi Fukushige; 陽一福重
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】ホッパ部シリンダの温度を安定化させるとともに保全回数を削減する。
【解決手段】本発明の射出成形機の温度制御システムは、射出成形用の原料を貯留するホッパ２と、内部にスクリュ３を回転可能に保持するシリンダ１と、ホッパ２から供給される原料をシリンダ１内へと供給するホッパ部シリンダ４と、ホッパ部シリンダ４内に形成された冷却路１２に連通する冷却配管６に設けられた、冷媒の流量を制御するバルブ７と、ホッパ部シリンダ４の温度を測定する測温対１１と、測温対１１の出力に応じてバルブ７の開度を制御する温度制御装置８とを有する射出成形機の温度制御システムにおいて、冷媒としての圧縮ガスを冷却配管６を介して冷却路１２へと供給する圧縮ガス供給装置１３を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は射出成形機の温度制御システムに関するものであり、特にホッパ部シリンダの温度制御に関するものである。

図６に、従来の、射出成形機の温度制御システムの一例の概略構成図を示す（特許文献１参照）。

不図示のスクリュを前後動可能に内蔵するシリンダ２１の上流側にはホッパ部シリンダ２４が取り付けられ、ホッパ部シリンダ２４の上部には樹脂原料供給用のホッパ２２が取り付けられている。

ホッパ部シリンダ２４の温度は投入される樹脂原料の軟化温度以下であって、過度の温度低下による吸湿、および樹脂原料の食い込み不良防止に適した所定の温度に設定されている。吸湿および樹脂原料の食い込み不良の安定的な防止のためにはホッパ部シリンダ２４の温度の安定性が要求されるため、ホッパ部シリンダ２４は温度制御がなされている。

ホッパ部シリンダ２４には冷媒としての冷却水を流す不図示の冷却路が形成されており、ホッパ部シリンダ２４にはホッパ部シリンダ２４の温度を測定するために測温対３１が取り付けられている。冷却路の入口ポート２４ａおよび出口ポート２４ｂには冷却水の導入、排出のための冷却配管２６がそれぞれ接続されている。入口ポート２４ａに接続された冷却配管２６には冷却水供給装置３０が接続されているととともに、冷却水供給装置３０と入口ポート２４ａとの間に冷却水の流量を調整するためのバルブ２７が設けられている。

温度制御装置２８には測温対３１からの入力に応じてバルブ２７の開度を調整する機能が備えられており、予め、設定温度と測定温度との偏差量に対応させたバルブ７の開度が入力されている。すなわち、温度制御装置２８は、偏差量が大きいときはバルブ開度を大きくして冷却路への通水量を多くし、一方、偏差量が小さいときはバルブ開度を小さくして冷却路への通水量を少なくするように制御する、というようにしてホッパ部シリンダ２４の温度制御を行う。
特開平１１−２８６０３６号公報

水は冷却特性が良好であるため冷媒として一般に多く用いられているが、長期間使用していると、水質によっては配管系の錆や腐食を生じたり、また、冷却水に混入した不純物によって配管の目詰まりを起し、温度制御ができなくなるといった問題を生じる場合がある。また、定期的な保全をしない場合、錆や腐食が進行してしまい、部品交換を余儀なくされるといったこともある。

さらに、冷却水自体が低温過ぎるとホッパ部シリンダが過冷却となり温度安定性を低下させてしまう場合もある。そのため、専用のホッパ温調機を設置する場合もある。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、ホッパ部シリンダの温度を安定化させるとともに保全回数の削減が可能な射出成形機の温度制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の射出成形機の温度制御システムは、射出成形用の原料を貯留するホッパと、内部にスクリュを回転可能に保持するシリンダと、ホッパから供給される原料をシリンダ内へと供給するホッパ部シリンダと、ホッパ部シリンダ内に形成された冷却路に連通する冷却配管に設けられた、冷媒の流量を制御するバルブと、ホッパ部シリンダの温度を測定する測温対と、測温対の出力に応じてバルブの開度を制御する温度制御装置とを有する射出成形機の温度制御システムにおいて、冷媒としての圧縮ガスを冷却配管を介して冷却路へと供給する圧縮ガス供給装置を有することを特徴とする。

上記の通り本発明の射出成形機の温度制御システムは、ホッパ部シリンダ内に形成された冷却路に冷媒として圧縮ガスを供給する。このため、冷媒として水を用いた構成の場合に問題であった、水質が原因で冷却路および配管が腐食する、あるいは冷却水に混入した不純物により冷却路および冷却配管の目詰まりが発生するといった問題を解消できることで保全回数を削減させることができる。さらには、熱容量の大きい水を冷媒とすると冷却水自体が低温過ぎることでホッパ部シリンダが過冷却となり温度安定性を確保しにくい場合があったが、本発明では液体に比べて熱容量の小さいガスを冷媒として使用するため、過冷却にはなりにくく、よって、ホッパ部シリンダの温度安定性を向上させることができる。

また、本発明の射出成形機の温度制御システムでは、圧縮ガス供給装置が供給する圧縮ガスの圧力が０．４〜１ＭＰａの範囲内であってもよい。この程度の範囲内の圧縮ガスを利用する場合、特にガスとして空気を選択した場合には、既存の設備のコンプレッサ等を圧縮ガス供給装置として流用することができるため、容易に本発明を適用することができる。

本発明によれば、冷媒として圧縮ガスを使用するため、ホッパ部シリンダの温度安定性を向上させることができるとともに、冷却路および配管の腐食、あるいは目詰まりといった水を用いることに起因する不具合を解消できるので、保全回数を削減させることができる。さらには、本発明では液体に比べて熱容量の小さいガスを冷媒として使用するため、ホッパ部シリンダの温度安定性を向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１に本実施形態の射出成形機の温度制御システムの概略模式図を示す。また、図２にシリンダの軸方向にみた、ホッパ部シリンダの模式的な断面図を示す。

本実施形態の射出成形機は、先端にノズルが取り付けられたシリンダ１と、樹脂原料を貯留するホッパ２と、シリンダ１内に回転可能に挿入されているスクリュ３と、シリンダ１の上流側に配置されており、上方に取り付けられたホッパ２内からの樹脂原料をシリンダ１内へと供給するホッパ部シリンダ４と、スクリュ３の回転駆動、前後進させるための駆動部５とを有する。

上記射出成形機による射出成形工程の概略は以下の通りである。

スクリュ３を前進させた状態で回転するとホッパ２からの樹脂原料がホッパ部シリンダ４を介してシリンダ１に供給される。樹脂原料はシリンダ１に設けられた不図示のヒータによる加熱およびスクリュ３の回転によって可塑化されながらスクリュ３の先端に供給され、その先端に発生する溶融樹脂の圧力でスクリュ３が所定位置まで後退し溶融樹脂の計量が行われる。次に、スクリュ３を前進させることによって、不図示の金型内に溶融樹脂が射出される。

上記射出成形工程中におけるホッパ部シリンダ４の温度は、投入される樹脂原料の軟化温度以下であって、過度の温度低下による吸湿、および樹脂原料の食い込み不良防止に適した所定の温度に設定されている。吸湿および樹脂原料の食い込み不良を安定的に防止するため、ホッパ部シリンダ４の温度には安定性が要求されるため、温度制御がなされている。

本実施形態のホッパ部シリンダ４はその内部に冷却路１２が形成されており、この冷却路１２内を冷媒である圧縮空気を通過させることでホッパ部シリンダ４を冷却する構成となっている。

冷却路１２の入口ポート４ａおよび出口ポート４ｂには圧縮空気（圧縮ガス）の導入、排出のための冷却配管６がそれぞれ接続されている。入口ポート４ａに接続された冷却配管６には圧縮ガス供給装置１３が接続されているととともに、圧縮ガス供給装置１３と入口ポート４ａとの間に冷却空気の流量を調整するためのバルブ７が設けられている。出口ポート４ｂに接続された冷却配管６には圧縮空気が外気に排出される際の騒音を抑制するためのサイレンサ１０が取り付けられている。

また、ホッパ部シリンダ４の壁面には、ホッパ部シリンダ４の温度を測定するためのセンサである測温対１１が取り付けられている。

温度制御装置８は、設定器９で設定した温度と、ホッパ部シリンダ４に取り付けられた測温対１１で測定された温度と比較して偏差量を算出する不図示の比較手段と、偏差量に基づきバルブ７の開度を調整する不図示のバルブ開度制御手段とを有する。

温度制御装置８のバルブ開度制御手段には、予め、偏差量に対応させてバルブ７の開度が入力されている。すなわち、設定値よりも測定値が高くなる方向で偏差量が大きくなった場合はバルブ７の開度を大きくして圧縮空気の流量を増加させることでホッパ部シリンダ４の冷却を促進させ、偏差量が小さい場合はバルブ７の開度を少なくして流量を減らす。一方、設定値よりも測定値が低くなる方向で偏差量が大きくなった場合はバルブ７の開度を少なくして流量を低減させることでホッパ部シリンダ４の冷却を抑制し、偏差量が小さい場合はバルブ７の開度を大きくする。バルブ開度の制御は基本的に上述した通りであるが、バルブ開度と偏差量との関係は必要に応じて変更可能である。

以上のように、温度制御装置８は、測温対１１で測定された温度に応じてバルブ７の開度を制御することで、ホッパ部シリンダ４の温度が設定器９で設定された温度近傍で安定的に保持されるように温度制御を行う。

圧縮ガス供給装置１３としては、工場内施設に敷設されている圧縮空気の供給源を利用することも可能である。すなわち、本発明の実施に際して新たな設備投資が不要であり、また、本発明を実施するためだけに高圧ガスを取り扱うための許認可等を得なければならないといった煩わしさもない。本実施形態の場合、例えば、０．４〜１ＭＰａの圧力で圧縮空気を供給可能なコンプレッサ等を用いるのが好適である。なお、冷媒としては、圧縮された空気の他、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の不活性ガスを用いるものであってもよい。圧縮空気を冷媒として用いる場合は外部に空気を排気する冷却回路構成であってもよいが、これら不活性ガスを冷媒として用いる場合には外気に排気せずに不活性ガスを循環させる冷却回路構成とするのが好ましい。

従来の冷却水を用いてホッパ部シリンダを冷却する構成の場合、定期的な点検を行わずに長期間使用すると、水質によっては配管系の錆や腐食を生じたり、また、冷却水に混入した不純物によって配管の目詰まりを起し、温度制御ができなくなるといった問題を生じる場合がある。また、定期的な保全をしない場合、錆や腐食が進行してしまい、部品交換を余儀なくされるといったこともある。

しかしながら、本実施形態の射出成形機の温度調整システムは、ホッパ部シリンダ４を冷却するための冷媒として冷却水を用いずに圧縮空気を用いるため、冷媒が水であることに起因する冷却路１２内あるいは冷却配管６内の目詰まり、錆びや腐食といった問題が発生するのを防止することができるので、定期的な保守点検の回数を減らすことができる。

また、熱容量の大きい水を冷媒として用いた場合、一旦温度が下がるとその温度を上げるためには時間を要することとなる。この間にホッパ部シリンダが過冷却されるのを防止するため、専用の温調器を備える場合がある。しかし、本実施形態の場合、水と比べて熱容量が小さい空気を用いるため、このような温調器を別途設ける必要もない。

また、本実施形態はサイレンサ１０を備えているため、圧縮空気の排出時の騒音が問題となることもない。

さらに、本実施形態によれば、ホッパ部シリンダ４の冷却に水を使用しないため、電動式射出成形機の標準使用においては、水の使用は無くなり、油圧式射出成形機においては油温管理のために使用する分の水のみで済み、水の使用量を低減させることもできる。

（実施例）
本実施例では、ホッパ部シリンダの冷却温度の精度を、従来の水冷方式と本発明の空冷方式とで比較検討した。なお、以下の説明においてホッパ部シリンダの温度をホッパ下温度として説明する。
＜試験条件１＞
本試験条件は、ＣＤ−Ｒの射出成形条件にて、昇温のみ、成形中におけるホッパ下温度およびＨ１温度（ホッパ部シリンダ近傍のシリンダ温度）を測定した。なお、試験には発明者らの所属する株式会社日本製鋼所の広島工場内射出棟（試験条件２、３も同様）における既存の圧縮空気供給装置を流用した。また、ホッパ下の設定温度は１００℃、１２０℃の２通りについて試験を行った。さらに、フロート温度（冷却路を通過した圧縮空気の温度）についても測定した。

１）成形条件：ＣＤ−Ｒの設定条件を流用（ホッパ下温度：１００℃、１２０℃）
２）設定温度：ホッパ下温度１００℃、１２０℃
Ｈ１温度２９０℃
３）成形機：Ｊ４０ＥＬ２―ＤＫ（日本製鋼所製、ソフトｖｅｒ２．１）／φ２８
４）金型：ＣＤ―Ｒ（６．０ｓｅｃ）
５）樹脂原料：ＰＣ（ポリカーボネイト）（ＡＤ５５０３：帝人化成）
６）測定装置：Ｌｉｎｋ１０（日本製鋼所製）を使用
７）温度測定部位：ホッパ下温度
Ｈ１温度（ホッパ部シリンダ近傍のシリンダ温度）
８）圧縮空気流量：４５０Ｌ／ｍｉｎ
＜試験条件２＞
本試験条件はＤＶＤ−ＲＯＭの射出成形条件にて、パージ開始前からの昇温、パージ中、成形中、成形終了後の降温の間の、ホッパ下温度およびＨ１温度を測定した。すなわち、本試験では、成形時の安定性のほか、成形後、１００℃に設定していたホッパ下保温設定を８０℃に下げ、冷却能力も確認した。

１）成形条件：ＤＶＤ―ＲＯＭの設定条件を流用（ホッパ下温度：１００℃）
２）設定温度：ホッパ下温度１００℃、
Ｈ１温度３２０℃
３）成形機：Ｊ４０ＥＬ２―ＤＫ（日本製鋼所製、ソフトｖｅｒ２．１）／φ２８
４）金型：ＤＶＤ―ＲＯＭ（４．０ｓｅｃ）
５）樹脂原料：ＰＣ（ポリカーボネイト）（ＡＤ５５０３：帝人化成）
６）測定装置：Ｌｉｎｋ１０（日本製鋼所製）を使用
７）温度測定部位：ホッパ下温度
Ｈ１温度（ホッパ部シリンダ近傍のシリンダ温度）
８）圧縮空気流量：４５０Ｌ／ｍｉｎ
＜試験条件３＞
本試験条件は、本発明の空冷時の圧縮空気の流量を低減させた場合の冷却特性について試験を行った。

試験条件２において、ホッパ下の冷却用圧縮空気の流量を４５０Ｌ／ｍｉｎとして空冷試験を行ったところ、スタンパ吸引用の流量不足による「スタンパ吸引圧低下」が発生した。そこで、本試験では、スタンパ吸引圧低下を防止するためホッパ下の冷却用の圧縮空気の流量を低く抑えた場合（４５０Ｌ／ｍｉｎ→１５０Ｌ／ｍｉｎ）の成形時における温度安定性を確認した。

成形条件は、ＣＤ−Ｒの射出成形条件とした。

１）成形条件：ＣＤ−Ｒの設定条件を流用（ホッパ下温度：１００℃）
２）設定温度：ホッパ下温度１００℃、
Ｈ１温度２９０℃
３）成形機：Ｊ４０ＥＬ２―ＤＫ（日本製鋼所製、ソフトｖｅｒ２．１）／φ２８
４）金型：ＣＤ―Ｒ（６．０ｓｅｃ）
５）樹脂原料：ＰＣ（ポリカーボネイト）（ＡＤ５５０３：帝人化成）
６）測定装置：Ｌｉｎｋ１０（日本製鋼所製）を使用
７）温度測定部位：ホッパ下温度
Ｈ１温度（ホッパ部シリンダ近傍のシリンダ温度）
８）圧縮空気流量：１５０Ｌ／ｍｉｎ

＜試験結果＞
試験条件１〜３の試験結果を表１に示す。また、試験条件１、すなわち、ＤＶＤ−ＲＯＭの射出成形条件による測定結果については、水冷によるホッパ温調時の測定結果のグラフを図３（試験条件２）に、空冷による測定結果のグラフを図４（試験条件２）、図５（試験条件３）にそれぞれ示す。なお、表１中の、変動量Ｒは、図３ないし図５に見られるような測定温度が安定していないオーバーシュートは除き、測定温度が概ね安定した状態での平均温度に対する値より算出したものである。

試験条件１の試験結果
・ホッパ下温度安定性
設定温度は、ホッパ下温度が１００℃と１２０℃の２通りである。

ホッパ下温度の設定温度が１００℃における昇温のみの場合には、水冷式は変動量Ｒ＝１．３℃であったのに対し、本発明による空冷式では変動量Ｒ＝０．５℃に抑制することができた。成形中においても、水冷式は変動量Ｒ＝１．２℃であったのに対し、空冷式ではわずかに変動量Ｒ＝０．２℃に抑制することができた。

ホッパ下温度の設定温度が１２０℃における昇温のみの場合においても、水冷式は変動量Ｒ＝２．５℃であったのに対し、本発明による空冷式では変動量Ｒ＝０．５℃に抑制することができた。成形中においても、水冷式は変動量Ｒ＝２．５℃であったのに対し、空冷式では変動量Ｒ＝０．５℃とすることができた。

また、本発明の空冷式の場合、ホッパ下温度の設定温度を１２０℃としても、フロート温度は５３．２℃であり、通常のエアー機器（通常は耐熱温度６０℃）がそのまま流用可能な範囲内に収まることも確認された。

以上、本発明の空冷式によれば、施設内における既存の圧縮ガス供給装置を用いても、ホッパ温度変動量を低く抑えて安定した温度での成形可能であることが確認された。

試験条件２の試験結果
・ホッパ下温度安定性
設定温度は、ホッパ下温度が１００℃である。

昇温のみの場合には、水冷式の場合、平均温度がＡｖｅ＝１００℃であり、その変動量はＲ＝３．２℃であった。一方、本発明による空冷式の場合、Ａｖｅ＝１０２．９℃であり、その変動量はＲ＝２．４℃であった。

成形中においては、水冷式の場合、平均温度がＡｖｅ＝１００℃であり、その変動量はＲ＝１．７℃であった。一方、本発明による空冷式の場合、Ａｖｅ＝１００．９℃であり、その変動量はＲ＝０．６℃であった。

以上のように、本発明の空冷式によれば水冷式と比較して平均温度は若干上昇するものの、平均温度に対する変動量、すなわち、温度変化は非常に小さく、安定していることが確認された。
・冷却能力比較
成形後、１００℃に設定していたホッパ下保温設定を８０℃に下げ、冷却能力を確認した。

水冷の場合、図３のグラフに示すように、冷却時間が短く（１００〜８０℃：１１分）急速に冷える様子が確認された。しかしながら、一旦７６℃付近まで過冷却されてから８０℃に収束される様子も確認された。

本発明の空冷の場合、図４のグラフに示すように、冷却時間は長い（１００〜８０℃：７８分）が、設定温度まで降下し制御可能であることが確認できた。

試験条件３の試験結果
設定温度は、ホッパ下温度が１００℃である。

成形中においては、本発明による空冷式の場合、Ａｖｅ＝１０４．１℃であり、変動量Ｒ＝０．９℃であった。

圧縮空気の流量を４５０Ｌ／ｍｉｎから１５０Ｌ／ｍｉｎへと１／３に減らしたにもかかわらず、成形中において、概ね安定した温度特性となることが確認された。

本発明の射出成形機の温度制御システムの一例の概略模式図である。シリンダの軸方向にみた、ホッパ部シリンダの模式的な断面図である。水冷によるホッパ部シリンダおよびホッパ部シリンダ近傍の温度変化を示すグラフである。空冷によるホッパ部シリンダおよびホッパ部シリンダ近傍の温度変化を示すグラフである。空冷によるホッパ部シリンダおよびホッパ部シリンダ近傍の温度変化を示すグラフである。従来の射出成形機の温度制御システムの一例の概略模式図である。

符号の説明

１シリンダ
２ホッパ
３スクリュ
４ホッパ部シリンダ
４ａ入口ポート
４ｂ出口ポート
５駆動部
６冷却配管
７バルブ
８温度制御装置
９設定器
１０サイレンサ
１１測温対
１２冷却路
１３圧縮ガス供給装置

Claims

射出成形用の原料を貯留するホッパ（２）と、内部にスクリュを回転可能に保持するシリンダ（１）と、前記ホッパ（２）から供給される原料を前記シリンダ（１）内へと供給するホッパ部シリンダ（４）と、前記ホッパ部シリンダ（４）内に形成された冷却路（１２）に連通する冷却配管（６）に設けられた、冷媒の流量を制御するバルブ（７）と、前記ホッパ部シリンダ（４）の温度を測定する測温対（１１）と、前記測温対（１１）の出力に応じて前記バルブ（７）の開度を制御する温度制御装置（８）とを有する射出成形機の温度制御システムにおいて、
冷媒としての圧縮ガスを前記冷却配管（６）を介して前記冷却路（１２）へと供給する圧縮ガス供給装置（１３）を有することを特徴とする射出成形機の温度制御システム。
前記圧縮ガス供給装置（１３）が供給する前記圧縮ガスの圧力が０．４〜１ＭＰａの範囲内である、請求項１に記載の射出成形機の温度制御システム。