JP2009148900A

JP2009148900A - 熱電変換材料を備えた成形機

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Publication number: JP2009148900A
Application number: JP2007326164A
Authority: JP
Inventors: Kenta Tanaka; 健太田中
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP5285900B2

Abstract

【課題】成形機に構成された加熱シリンダが高温に加熱された際、その発生された熱を、熱エネルギーから電気エネルギーへ変換し、再利用することができる熱電変換材料を備えた成形機を提供することを課題とする。
【解決手段】成形体の原料となる樹脂材料を加熱溶融する可塑化装置２１を備えた押出成形機や射出成形機１等の成形機において、加熱シリンダ３０を覆うヒーターカバー３３の外側表面部に熱発電素子３５を設ける。これにより、加熱シリンダ３０が高温に加熱された際、熱発電素子３５に伝達される熱と、外気との温度差によって、熱発電素子３５が電力を発生するので、この電力を成形機等に備えた送風ファン３７などの駆動力としたり、或いはバッテリー等に蓄電することで効果的に再利用することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）により発生させた電力を効果的に利用する成形機に関し、より詳しくは、射出成形機や押出成形機等の成形機に構成された可塑化装置が高温に加熱された際、その熱の温度差を利用し電力を発生させる熱電変換材料を備えた成形機に関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機においては、加熱シリンダ内に原料である粒状の熱可塑性樹脂を送り、加熱シリンダ内に設けられた進退可能なスクリューにより樹脂を溶融しながらスクリュー先端のノズル側に送り出し、スクリューの先端側に設けたノズルから金型のキャビティに溶融樹脂を射出させ、キャビティ内で溶融樹脂を冷却することで固化させた後、金型を開き、突出しピンなどにより金型に張り付いている成形体を金型から外すことによって成形体の製造が行われている。

このような成形体を製造する射出成形機は、その構成を大別すると、型締めユニットと及び射出ユニットから構成されており、型締めユニットにおいては、一般的に固定金型と可動金型を有すると共に、トグル機構若しくは直圧方式などの型締めを可能とする可動手段によって、固定金型に対し可動金型を進退させ、型締めの際の型閉じ、及び型開きを行っている。

また、前述した型締めユニットに設けられた金型の型締め時に形成されるキャビティに、粒状の樹脂であるペレットを溶融樹脂として供給する際には射出ユニットが用いられ、この射出ユニットには、駆動源たるモータなどの駆動手段を備え、モータの回転力をプーリやベルトなどを介して順次伝達させ、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構などにより、加熱シリンダ内に組み付けられたスクリューを回転させることにより溶融樹脂をノズル先端側に搬送させ、その後、スクリューを前進させることにより、ノズルの先端から金型のキャビティに溶融樹脂の射出を行なう。

ところで、特許文献１には加熱シリンダとしてのバレルを備えた射出ユニットについて記載されており、バレル内に組み込まれたスクリューを回転することにより、バレル内に供給されてくる原料樹脂を加熱混練すると共に、バレル先端側に送り込まれた溶融樹脂を、スクリューを前進させることによってキャビティに射出する技術が開示されている。また、非特許文献１には、熱を電気に変換する熱電変換材料について開示されている。

特開２００３−８０５５９号公報ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｄ．ｋｉｎｄａｉ．ａｃ．ｊｐ／〜ａｔｓｕｍｉ／ａｔｓｕｍｉ＿ｔｈｅｒｍｅｌ．ｈｔｍ

上記特許文献１においては、バレル先端のノズルからキャビティに溶融樹脂を射出するに際し、バレル内に供給された原料樹脂を加熱する点について記載されているものの、この特許文献１の射出成形機では、高温に加熱されるバレルの熱を電圧などに変換して再利用するための機能は有していない。すなわち、高温に加熱されたバレルの熱は、単に、大気中に放熱され無駄に消費されるに過ぎず、バレルの発熱に伴う熱エネルギーを有効的に活用するといった技術的思想は記載も示唆もされてはいない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、可塑化装置を構成する加熱シリンダが高温に加熱された際、その発生された熱を、ゼーベック効果（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）により電気エネルギーに変換し、再利用化を図った熱電変換材料を備えた成形機を提供することを目的とする。

請求項１に係る熱電変換材料を備えた成形機は、成形体の原料となる樹脂材料を加熱溶融する可塑化装置を備えた成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたことを特徴とする。

請求項１の構成によれば、樹脂材料を加熱溶融する際、可塑化装置に備える加熱シリンダが高温に加熱されると、その熱が可塑化装置の外側に設けた熱発電素子に伝達され、この熱発電素子に伝達された熱と外気との温度差によって、熱発電素子が電力を発生する。

請求項２に係る熱電変換材料を備えた成形機は、加熱シリンダ内にスクリューを組み付け、前記加熱シリンダを加熱した状態で前記スクリューを回転させることにより、前記加熱シリンダ内で成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練する成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたことを特徴とする。

請求項２の構成によれば、加熱シリンダを加熱した状態でスクリューを回転させることで成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練する際、高温に加熱された加熱シリンダの熱が可塑化装置の外側に設けた熱発電素子に伝達され、熱発電素子に伝達された熱と外気との温度差によって、熱発電素子が電力を発生する。

請求項３に係る熱電変換材料を備えた成形機は、請求項１又は２記載の熱電変換材料を備えた成形機において、前記可塑化装置に備えた加熱シリンダを外部に露出しないよう覆ったヒーターカバーの外側表面部に、前記熱発電素子を設けたことを特徴とする。

請求項３の構成によれば、例えば、加熱シリンダに対し熱発電素子を直接取り付けた場合には、加熱シリンダの加熱に伴い、ヒーターカバー内の温度は高温になってしまうことから、熱発電素子の冷却面が加熱シリンダの熱に影響され高温化されてしまい、熱発電素子は高い電圧を発生することが困難になるが、本発明では、ヒーターカバーの外側表面部に熱発電素子を一体に設けたので、熱発電素子の冷却面に加熱シリンダの熱が伝達されることを可及的に抑えることが可能となり、外気により冷却される熱発電素子の冷却面と、加熱シリンダの加熱ヒータの加熱に伴い高温化される熱発電素子の加熱面との温度差を大きくとることができるので、熱発電素子は高い電圧を発生することができる。また、ヒーターカバーに熱発電素子を取り付ける際、ヒーターカバーの外側に熱発電素子を取り付ければよいので、その取付け作業を簡単に行うことができる。

請求項４に係る熱電変換材料を備えた成形機は、請求項３記載の熱電変換材料を備えた成形機において、前記加熱シリンダの先端には射出ノズルが装着される一方で、前記加熱シリンダ後端側には成形体の原料となる粒状の熱可塑性樹脂の供給されるホッパを備え、前記射出ノズルと前記ホッパとの間であってこれらと離間させ、且つ前記加熱シリンダを取り囲むようにして前記熱発電素子を配設したことを特徴とする。

請求項４の構成によれば、射出ノズルからキャビティに溶融樹脂を射出等する際、それに起因して、加熱シリンダの先端側の温度は不安定（温度低下）なものとなる。また、加熱シリンダの後端側にはホッパを備え、このホッパから成形体の原料となる熱可塑性樹脂が加熱シリンダ内へ供給されることから、一般的な射出ユニットの加熱シリンダと同様、ホッパ近傍の加熱温度を低くする必要がある。そのため、これらの影響を受け難い、射出ノズルとホッパとの間であって、これら射出ノズルとホッパと離間した位置に熱発電素子を配設したので、熱発電素子は、射出ノズルやホッパの温度変化に影響されずに安定した電圧を発生することが可能となる。

請求項１に係る熱電変換材料を備えた成形機の発明によれば、成形体の原料となる樹脂材料を加熱溶融する可塑化装置を備えた成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたことで、可塑化装置が高温に加熱された際に、熱発電素子に伝達された熱と外気との温度差によって熱発電素子が電力を発生するので、この電力を射出成形機に備えた送風ファンなどの各種装置の駆動や、バッテリー等に蓄電することで再利用することが可能となる。

請求項２に係る熱電変換材料を備えた成形機の発明によれば、加熱シリンダ内にスクリューを組み付け、前記加熱シリンダを加熱した状態で前記スクリューを回転させることにより、前記加熱シリンダ内で成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練する成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたものである。これにより、加熱シリンダ及びスクリューで成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練する際、加熱シリンダの高温化によって熱発電素子が電力を発生するので、この電力を射出成形機に備えた送風ファンなどの各種装置の駆動や、バッテリー等に蓄電することで再利用することが可能となる。

請求項３に係る熱電変換材料を備えた成形機の発明によれば、請求項１又は２において、前記可塑化装置に備えた加熱シリンダを外部に露出しないよう覆ったヒーターカバーの外側表面部に、前記熱発電素子を設けたものであり、これにより、熱発電素子の冷却面を外気により効果的に冷却し、熱発電素子に高い電圧を発生させることができ、さらに、ヒーターカバーに熱発電素子を取り付ける組み立て作業を効率良く行うことができる。

請求項４に係る熱電変換材料を備えた成形機の発明によれば、請求項３において、前記加熱シリンダの先端には射出ノズルが装着される一方で、前記加熱シリンダ後端側には成形体の原料となる粒状の熱可塑性樹脂の供給されるホッパを備え、前記射出ノズルと前記ホッパとの間であってこれらと離間させ、且つ前記加熱シリンダを取り囲むようにして前記熱発電素子を配設したものであり、熱発電素子は、射出ノズルやホッパの配置に影響されず、安定的に電圧を発生することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図１〜図５により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施例において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

図１は本発明の一例の射出成形機の全体構成を示す側面図である。同図に示すように、射出成形機１は機台２を有し、この機台２上に型締めユニット１０及び射出ユニット２０が配置されている。型締めユニット１０には、固定金型１１と可動金型１２を有し、トグル機構１３などの型締め力を増幅する可動手段によって、固定金型１１に対し可動金型１２を進退させ、型締め（型閉じ）、及び型開きを行う。

また、射出ユニット２０には、可塑化装置２１があり、加熱シリンダ３０が取り付けられたフロントプレート２２、加熱シリンダ３０内に備えたスクリュー２３を回転させ、加熱シリンダ３０内で混練された溶融樹脂を送り出すためのスクリュー回転駆動用モータ２４が組み付けられたプッシャープレート２５、固定金型１１と可動金型１２で形成されるキャビティＣに溶融樹脂を射出するに際し駆動される射出駆動用モータ２６、射出駆動用モータ２６の組み付けられているリアプレート２７などが構成され、また、加熱シリンダ３０の先端側にはキャビティＣに溶融樹脂を射出する射出ノズル２７が装着されている。

次に可塑化装置の構造について説明する。図２は射出成形機に構成される可塑化装置を示す側面図、図３は射出成形機に構成される可塑化装置を側面から視た状態を示す断面図、図４は射出成形機に構成される可塑化装置を正面から視た状態を示す断面図であり、これら図２〜図４に示すように、可塑化装置２１には、筒状の加熱シリンダ３０、加熱シリンダ３０の外周面を覆う４つの加熱ヒータ３１、加熱シリンダ３０をフロントプレート２２の前部に固定する取付ブラケット３２、加熱シリンダ３０の前部に装着されたノズルヒータ３１Ａを備える射出ノズル２７、加熱シリンダ３０の上部及び両側部を離間して覆うヒーターカバー３３、加熱シリンダ３０の長手方向のほぼ中央部分のヒーターカバー３３に装着された熱発電素子３５、熱発電素子３５の外側表面部に設けたヒートシンク３４、及び、加熱シリンダ３０の後端側に設けられると共に成形体の原料となる粒状の熱可塑性樹脂を加熱シリンダ３０内へ供給するホッパ４０などが構成されている。なお、前記ヒートシンク３４は熱伝導性の高いアルミや銅などの金属製になっており、熱発電素子３５の外側表面部（冷却面）を外気により効果的に冷却することができる。

ヒーターカバー３３には、熱電変換材料たる熱発電素子３５としての、Ｐ型素子（Ｐ型半導体）とＮ型素子（Ｎ型半導体）とを交互に多数直列に接続したモジュールが一体に構成されており、加熱ヒータ３１が加熱され、この加熱に伴う熱が、加熱シリンダ３０を加熱すると共にヒーターカバー３３に設けた熱発電素子３５の内側面（加熱面）に伝達されると、熱発電素子３５の内側面と、熱発電素子３５の内側面の反対側に位置するヒートシンク３４を取り付けた熱発電素子３５の外側表面部との温度差によって電圧が発生され（ゼーベック効果）、この発生された電圧を、接続ケーブル３６を介して射出成形機１の送風ファン３７に印加し駆動することで、高温に加熱された加熱ヒータ３１の熱は、送風ファン３７の駆動電力として再利用される。なお、熱発電素子３５は、射出ノズル２７とホッパ４０との間であって、これら射出ノズル２７とホッパ４０に接触しないよう離間して配置し、且つ可塑化装置２１の加熱シリンダ３０を取り囲むようにして熱発電素子３５を配設したものである。これにより、射出ノズル２７からキャビティＣに溶融樹脂を射出などする際において、加熱シリンダ３０の先端側の温度が低下などして不安定となる場合や、加熱シリンダ２１の後端側に備えたホッパ４０から成形体の原料となる熱可塑性樹脂が加熱シリンダ２１内へ供給されるに際し、ホッパ４０近傍の加熱温度が低く設定されている場合であっても、これらに大きく影響されることなく、熱発電素子３５は安定的に電圧を発生することが可能になっている。

以上のように、本実施例の射出成形機１によれば、成形体の原料となる樹脂材料を加熱溶融する可塑化装置２１を備え、この可塑化装置２１の外側に熱発電素子３５を設けたものであり、より詳しくは、加熱シリンダ３０内にスクリュー回転駆動用モータ２４で回転されるスクリュー２３を組み付け、加熱ヒータ３１の加熱により加熱シリンダ３０が高温に加熱された状態でスクリュー２３を回転させ、加熱シリンダ３０内で成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練している状態で発生される高温の熱を、ヒーターカバー３３の外側表面部に一体に設けた熱発電素子３５を用いて有効利用しようとするものである。つまり、加熱シリンダ３０から発生された高温の熱を、熱エネルギーから電気エネルギーへと熱発電素子３５により変換させ、変換かれた電気エネルギーとしての電力を送風ファン３７の駆動電力として効果的に再利用することができる。

また、加熱ヒータ３１からの熱伝達に伴い、ヒーターカバー３３の外側に設けた熱発電素子３５の内側面を高温にする一方で、熱発電素子３５の外側面にヒートシンク３４を設けることで、熱発電素子３５の外側面の温度を外気により冷却し低下させることができるので、熱発電素子３５の内側面と外側面との温度差は大きくなり、熱発電素子３５による発生電力を大きくすることができる。よって、容量の大きい電力であっても送風ファン３７などの機器に供給することが可能となる。

以上、本実施例の一実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。本実施例においては、熱発電素子３５で発生された電力は送風ファン３７に印加され駆動されるが、特に送風ファン３７に限定するものではなく、送風ファン３７に代えてバッテリーを採用することで、バッテリーに熱発電素子３５の発生電力を蓄電するようにしたり、或いは、射出成形機１以外の外部機器に前記電力を供給し駆動するようにしてもよい。また、射出成形機１の代わりに押出成形機等の成形機を採用してもよい。

また、図５は前記ヒーターカバー３３の代わりに用いられる、メッシュタイプ型ヒーターカバー５３を示したものである。メッシュタイプ型ヒーターカバー５３は、図５に示すように、その全体が金属性の線材により網目状に構成されたものであるが、こうした構造であっても前述した作用効果を奏することができ、種々の変形実施が可能である。

本実施例における射出成形機の全体構成を示す側面図である。同上、射出成形機に構成される可塑化装置を示す側面図である。同上、射出成形機に構成される可塑化装置を側面から視た状態を示す断面図である。同上、射出成形機に構成される可塑化装置を正面から視た状態を示す断面図である。変形例としてのメッシュタイプ型ヒーターカバーを示す斜視図である。

符号の説明

１射出成形機（成形機）
２１可塑化装置
２３スクリュー
２７射出ノズル
３０加熱シリンダ
３３ヒーターカバー
３５熱発電素子
４０ホッパ

Claims

成形体の原料となる樹脂材料を加熱溶融する可塑化装置を備えた成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたことを特徴とする熱電変換材料を備えた成形機。
加熱シリンダ内にスクリューを組み付け、前記加熱シリンダを加熱した状態で前記スクリューを回転させることにより、前記加熱シリンダ内で成形体の原料となる樹脂材料を加熱混練する成形機であって、前記可塑化装置の外側に熱発電素子を設けたことを特徴とする熱電変換材料を備えた成形機。
前記可塑化装置に備えた加熱シリンダを外部に露出しないよう覆ったヒーターカバーの外側表面部に、前記熱発電素子を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の熱電変換材料を備えた成形機。
前記加熱シリンダの先端には射出ノズルが装着される一方で、前記加熱シリンダ後端側には成形体の原料となる粒状の熱可塑性樹脂の供給されるホッパを備え、前記射出ノズルと前記ホッパとの間であってこれらと離間させ、且つ前記加熱シリンダを取り囲むようにして前記熱発電素子を配設したことを特徴とする請求項３記載の熱電変換材料を備えた成形機。