JP2012121245A - 金型冷却装置及びこれを備えた金型冷却システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金型冷却装置1は、金型3の局部に埋め込まれるようにして配設される冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aに接続されるとともに、前記金型からの吸熱により気化した媒体を排出する排出ライン13と、この排出ラインを経た気化した媒体を凝縮させる凝縮部16と、この凝縮部において凝縮された媒体を貯留する貯留部17と、この貯留部の媒体を前記冷却ブロックの中空部に供給する媒体供給部11を配した供給ライン10と、これら各部及び各ラインが減圧下において、前記媒体供給部を作動制御し、所定の金型冷却開始信号に基づいて前記冷却ブロックの中空部に前記媒体を供給する制御部40とを備えている。
【選択図】図1
Description
また、前記各部及び各ラインが減圧された状態であるので、比較的に低温で媒体を蒸発、気化させることができるため、冷却効率を向上させることができる。
さらに、例えば、冷却水等を金型の媒体流通路に通過させて冷却するような場合と比べて、媒体の必要量が少なく、また、ヒートパイプのような熱輸送形式であるので、熱伝達率が極めて良く、冷却ブロック(つまりは金型の局部)を迅速に冷却することができる。この結果、成形サイクルを短縮化することができる。
また、媒体供給部を作動制御し、所定の金型冷却開始信号に基づいて前記冷却ブロックの中空部に前記媒体を供給する制御部を備えているので、金型の局部の冷却タイミングの制御を容易に行うことができる。この結果、溶融材料の流動性等を阻害しないような冷却タイミングの制御を行うこともでき、不良品等の発生を防止することもできる。
また、冷却ブロックの中空部への媒体の供給は、上記所定の金型冷却開始信号に基づいて、一度に所定量を供給するようにしてもよく、または、所定量となるように間欠的に供給するようにしてもよい。
このような構成とした場合には、前記各部及び各ラインの減圧度が低下(低真空側(大気圧側)に変動)すれば、減圧手段を作動させることで所定の減圧度を維持することができる。
一方、このような減圧手段を設けない場合には、当該装置が設置される工場等に設けられた真空ポンプ等を適宜、接続し、上記各部及び各ラインを減圧するようにしてもよい。この場合、リーク等に起因して減圧度が下がることも考えられるため、適宜箇所に設けられた圧力ゲージ等を確認し、所定の減圧度が維持されていなければ真空ポンプを接続して減圧するようにしてもよい。
このような構成とすれば、金型局部の冷却目標温度等に応じて、減圧度を調整することで、冷却ブロックの中空部における媒体の気化温度(蒸発開始温度)の調整を行うことができ、これにより、冷却ブロック(つまりは金型局部)の冷却温度を調整することができる。つまり、減圧度を高く(高真空に)すれば、冷却ブロックをより低温域で冷却することができ、減圧度を低く(低真空に)すれば、冷却ブロックをより高温域で冷却することができる。
このような構成とすれば、冷却ブロックの中空部に供給された媒体が気化することによって金型局部からの伝熱によって加熱された冷却ブロックの熱量を奪うため、媒体の供給量を調整することで、冷却ブロック(つまりは金型局部)から奪う熱量の調整ができ、冷却ブロックによる金型局部の冷却能力(冷却熱量)の調整を容易に行うことができる。
このような構成とすれば、例えば、自然空冷等によって凝縮させるようなものと比べて、より迅速に媒体を凝縮させ、低温にすることができる。この冷却手段としては、空冷式やガス式、水冷式等の種々の冷却手段の採用が可能である。
このような構成とすれば、省エネルギー化を図ることができる。
このような構成とすれば、界面活性作用により、前記媒体のぬれ性や起泡性等を向上させることができるので、冷却ブロックの中空部内面に該媒体がより付着し易くなることから、吸熱効率を向上させることができる。この結果、金型の局部を冷却ブロックによってより効果的に冷却することができる。
上記構成とされた本発明では、上記同様、金型の局部に埋め込まれるようにして配設される冷却ブロックに媒体を供給することで、金型の局部を効果的に冷却することができる。
この冷却ブロックは、金型のキャビティーの形状に応じて複数個の冷却ブロックを設けるようにしてもよい。この場合、冷却ブロックの個数に応じた本数の排出ライン及び供給ラインを設けるようにすればよい。また、この場合、供給ラインのそれぞれに媒体の供給を制御する電磁弁等の開閉弁を設け、この開閉弁を前記制御部によって個別に作動制御する態様としてもよい。これによれば、冷却ブロック毎に冷却タイミングや媒体の供給量を変更することもでき、この結果、各冷却ブロックに応じた最適な冷却制御を実行することができ、キャビティーの形状に応じた最適な冷却制御を行うことも可能となる。例えば、射出成形機等のノズルから射出されて金型のゲート部を通過し、キャビティーの各部に充填される溶融材料の流動性を阻害しないように、溶融材料の流れ方向に沿ってゲート部側に近い側の部位を冷却する冷却ブロックの冷却開始タイミングを遠い側の部位を冷却する冷却ブロックよりも遅らせるような制御も可能となる。これによれば、フローマークやウェルドライン等の不良が生じ難くなり、成形品へのキャビティー面の転写性(転写率)を向上させることができる。
このような構成とすれば、上記第2金型冷却装置によって金型の媒体流通路に低温媒体を供給することで、金型の大部分を冷却できるとともに、金型の局部を冷却ブロックによって効果的に冷却することができ、金型のキャビティー周辺部位をより効率的に冷却することができる。
図1〜図3は、本実施形態に係る金型冷却装置及びこれを備えた金型冷却システムを説明するための説明図である。
なお、図1においては、媒体等が通過する管路(配管)等を、実線にて模式的に示している。
本実施形態に係る金型冷却装置(第1金型冷却装置)1は、図1に示すように、金型3の局部に埋め込まれるようにして配設された複数の冷却ブロック35,36,37と、第2金型冷却装置2とを備えた金型冷却システムAの一部に組み込まれた例を示している。
これら送媒路22及び返媒路23には、電磁弁等の送媒弁及び返媒弁がそれぞれに設けられている。また、これら送媒路22と返媒路23とを接続するバイパス路が設けられており、このバイパス路には、電磁弁等のバイパス弁が設けられている。
貯留タンク20に貯留された媒体温度が設定温度よりも低ければ、上記ヒーターを稼動させて加熱がなされる。一方、設定温度よりも高ければ、上記冷却弁を開放させ、冷媒(冷却水)を上記冷却管に送給させて冷却がなされる。なお、この低温媒体を冷却する冷却手段としては、このような冷却路によって貯留タンク20に貯留された媒体と間接的に熱交換を行い冷却するもの(間接冷却)に限られず、例えば、媒体が水の場合には、冷水を直接的に貯留タンク20内に供給することで媒体を冷却(直接冷却)するものとしてもよい。
また、上記冷却手段に供給する冷媒としては、低温媒体の設定温度に応じて、適宜のチラー等の冷却器等によって冷却されたものとしてもよく、または、工場等に設置されるクーリングタワー等からの冷水を冷媒としてもよく、さらには、常温の水道水としてもよい。
また、系内の圧力を検出する圧力計や、系内の圧力を維持するリリーフバルブ、系内の圧力の異常上昇を防止する安全弁等を必要に応じて適所に設けるようにしてもよい。
また、低温媒体としては、水に限られず、油系、アルコール系等の他の媒体を採用するようにしてもよい。
また、当該第2金型冷却装置2の上記した各部を、筐体(ケーシング)内に収容するようにしてもよい。
本実施形態では、これら固定型30及び可動型31には、入れ子32,33がそれぞれに埋め込まれるようにして設けられている。これら入れ子32,33の対向面には、成形品造形凹部がそれぞれに形成されており、これらを突き合わせることで樹脂等の溶融材料が充填されるキャビティー34が形成される。このキャビティー34に、射出成形機5(図2参照)のシリンダ等で溶融された樹脂等の溶融材料がノズル等から射出されて充填され、成形品が逐次、成形される。
このような冷却ブロック35,36,37の形状は、キャビティー34の形状に応じて、キャビティー34内に充填された溶融材料の冷え難い部位、つまり、金型3の局部を局所的に冷却し得るような形状とすればよい。例えば、中空棒状や円筒形状、角筒形状、錐形状、錐台形状、中空円環形状、中空角環形状等、どのような形状でもよく、中空部を有したものとすればよい。そして、これら冷却ブロック35,36,37の形状に応じた冷却ブロック収容凹所32a,32b,33aを金型3に設けるようにすればよい。
また、上記した冷却ブロック35,36,37には、第1金型冷却装置1の供給ライン10及び排出ライン13がそれぞれに接続されている。金型3の固定型30及び可動型31には、これら各供給ライン10及び各排出ライン13を配設するための通路が形成されている。なお、これら各供給ライン10及び各排出ライン13の冷却ブロック35,36,37側の部位を金型3の固定型30乃至は可動型31に直接的に設けたものとしてもよい。
排出ライン13は、本実施形態では、冷却ブロック35,36,37の個数に合わせて三本の排出ライン13A,13B,13Cからなり、それぞれの一端が各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37a内に臨むように各冷却ブロック35,36,37に接続されている。図例では、各排出ライン13A,13B,13Cの一端部を各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aの上内壁面に沿わせるように配設した例を示している。各排出ライン13A,13B,13Cの他端は、凝縮部16の上端に設けられたマニホールド部16aに接続されている。
凝縮部16は、上下に細長管状とされ、その外周には、複数の伝熱フィン16bが設けられている。この凝縮部16の上端に設けられたマニホールド部16aには、各排出ライン13A,13B,13Cを経た媒体の温度を検出するための媒体温度センサー18が配設されている。なお、凝縮部16を内管として冷却用空気を通過させる外管を設けた態様に限られず、冷却用空気を通過させる内管の外周に凝縮部となる外管を設けた態様としてもよい。また、このような空冷式の冷却手段に限られず、上記第2金型冷却装置2のような水冷式の冷却手段を採用するようにしてもよく、その他、ガス式の冷却手段を採用するようにしてもよい。このような冷却手段を設けることで、例えば、自然空冷等によって凝縮させるようなものと比べて、より迅速に媒体を凝縮させ、低温にすることができる。なお、後記するように所定の減圧度とされて当該凝縮部が減圧下において、当該凝縮部16において媒体が沸騰しないように媒体を凝縮させて液化可能であれば、このような冷却手段を設けずに自然冷却(自然空冷)により凝縮させる態様としてもよい。
貯留部17は、凝縮部16の下端から流下する媒体を受け入れるように設けられており、この貯留部17に供給ライン10の一端が接続されている。
供給ライン10は、本実施形態では、媒体供給ポンプ12の下流側(吐出側)において冷却ブロック35,36,37の個数に合わせて三本に分岐されている。分岐された各供給ライン10A,10B,10Cには、媒体供給部11としての電磁弁等のブロック開閉弁V1,V2,V3(第1ブロック開閉弁V1、第2ブロック開閉弁V2、第3ブロック開閉弁V3)がそれぞれに配設されている。本実施形態では、これらブロック開閉弁V1,V2,V3の開閉態様を設定変更可能とすることで、冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aへの媒体の供給量の調整を可能としている。
なお、これら各部同士及び各部と各ラインとは気密的に連結されている。つまり、本実施形態では、供給ライン10(10A,10B,10C)、各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37a、排出ライン13(13A,13B,13C)、凝縮部16及び貯留部17が気密的に閉ループを形成するようにこれらを連結している。
このような減圧手段19を排出ライン13に連通させて設けることで、上記した各部及び各ラインの減圧度が低下すれば、当該減圧手段19を作動させることで所定の減圧度を維持することができる。
また、系内の圧力を維持するリリーフバルブ、系内の圧力の異常降下を防止する安全弁等を必要に応じて適所に設けるようにしてもよい。
また、当該第1金型冷却装置1の上記した各部を、筐体(ケーシング)内に収容するようにしてもよい。
また、本実施形態では、媒体に界面活性剤を添加している。この界面活性剤の添加量は、媒体の種類や界面活性剤の種類、金型3の設定温度等に応じて実験的乃至は経験的に設定するようにすればよく、数%程度としてもよい。また、このような界面活性剤としては、市販の台所用洗剤等の液体中性洗剤に含まれる界面活性剤としてもよく、このような液体中性洗剤を媒体に添加するようにしてもよい。
操作パネル41は、各種設定操作や、事前設定入力項目(金型設定温度や媒体設定温度、設定圧力、各種設定時間など)などを設定、入力したり、各種設定条件や、各種運転モードなどを表示したりする。
記憶部42は、各種メモリ等から構成されており、操作パネル41の入力操作等により設定、入力された設定条件や入力値、後記する基本動作などの種々の動作を実行するための制御プログラムなどの各種プログラム、予め設定された各種動作条件や各種データテーブル等が格納される。
また、これら各部及び各ラインが減圧下において、CPU40によって媒体供給部11の作動制御がなされ、各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aに媒体が供給される。例えば、所定の金型冷却開始信号に基づいて媒体供給ポンプ12を作動させ、各冷却ブロック開閉弁V1,V2,V3を所定態様で開放させて、各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aに所定量の媒体が供給される。各冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aに供給された媒体は、金型3のキャビティー34に充填された樹脂等の溶融材料によって高熱となる金型局部からの伝熱によって加熱される冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aの内壁面の熱を吸熱し、蒸発して気化する。この際の気化熱によって冷却ブロック35,36,37が冷却され、金型3の局部の冷却がなされる。また、金型3(より特定的には冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aの内壁面)からの吸熱により気化した媒体は、排出ライン13を経て排出され、凝縮部16に至り、必要により冷却されて凝縮して液化し、貯留部17に貯留される。
なお、図3では、各機器のON/OFF動作や各開閉弁の開閉動作を模式的に図示している。また、図3(b)に示すグラフでは、横軸を時間軸、縦軸を凝縮部16に設けた媒体温度センサー18の検出温度とし、その推移を模式的に示している。また、図3(c)に示すグラフでは、横軸を時間軸、縦軸を真空ライン19bに設けた圧力センサー19cの検出圧力とし、その推移を模式的に示している。
また、供給ライン10に適宜、エアパージラインを接続し、当該金型冷却工程終了後に冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37a内の残媒体をエアパージするようにしてもよい。この場合は、上記した各部及び各ラインが所定の減圧度に維持されるように適宜、減圧手段19を作動させるようにすればよい。
また、媒体の供給量の調整は、供給時間t2を設定変更することで調整する態様に限られず、例えば、各冷却ブロック開閉弁V1,V2,V3として開度調整可能な開閉弁を採用し、その開度を調整することで媒体の供給量の調整を行うものとしてもよい。
また、本実施形態では、複数の冷却ブロック35,36,37のそれぞれに接続される複数の供給ライン10A,10B,10Cのそれぞれに冷却ブロック開閉弁V1,V2,V3を設けているので、これら各冷却ブロック開閉弁V1,V2,V3を個別に制御することで、冷却ブロック毎に冷却タイミングや媒体の供給量を変更することもできる。これによれば、各冷却ブロックに応じた最適な冷却制御を実行することができ、キャビティー34の形状に応じた最適な冷却制御を行うことも可能となる。例えば、射出成形機5のノズルから射出されて金型3のゲート部(不図示)を通過し、キャビティー34の各部に充填される溶融材料の流動性を阻害しないように、溶融材料の流れ方向に沿ってゲート部側に近い側の部位を冷却する冷却ブロック(例えば、第3冷却ブロック37)の冷却開始タイミングを遠い側の部位を冷却する冷却ブロック(例えば、第1,2冷却ブロック35,36)よりも遅らせるような制御も可能となる。これによれば、フローマークやウェルドライン等の不良が生じ難くなり、成形品へのキャビティー面の転写性(転写率)を向上させることができる。
熱交換部15においては、図3(b)に示すように、媒体温度センサー18の検出温度に基づいて冷却ファン15bの作動制御がCPU40によってなされる。つまり、気化した媒体がマニホールド部16aに至れば、媒体温度が上昇する。そして、検出温度が予め設定された設定温度(閾値)を上回れば、冷却ファン15bを作動させる。この冷却ファン15bの作動は、上記検出温度が上記閾値を下回るまで継続させるようにしてもよく、または、予め駆動時間を設定しておき、その駆動時間が経過した後に停止させるようにしてもよい。
このように本動作例においては、媒体温度センサー18の検出温度に基づいて凝縮部16を冷却する冷却手段としての冷却ファン15bの作動制御を実行するようにしているので、省エネルギー化を図ることができる。
なお、熱交換部15の冷却手段として、水冷式の冷却手段を採用した場合には、冷却管に配設された電磁弁等の冷却弁を、上記のように作動制御するようにしてもよい。
また、上記した各部16,17,35a,36a,37a及び各ライン10,13が減圧された状態であるので、比較的に低温で媒体を蒸発、気化させることができるため、冷却効率を向上させることができる。
さらに、例えば、冷却水等を金型の媒体流通路に通過させて冷却するような場合と比べて、媒体の必要量が少なく、また、ヒートパイプのような熱輸送形式であるので、熱伝達率が極めて良く、冷却ブロック35,36,37(つまりは金型3の局部)を迅速に冷却することができる。この結果、成形サイクルを短縮化することができる。
また、媒体供給部11を作動制御し、所定の金型冷却開始信号に基づいて冷却ブロック35,36,37の中空部35a,36a,37aに媒体を供給するCPU40を備えているので、金型3の局部の冷却タイミングの制御を容易に行うことができる。この結果、上述のように、溶融材料の流動性等を阻害しないような冷却タイミングの制御を行うこともでき、不良品等の発生を防止することもできる。
また、本実施形態に係る金型冷却システムAは、金型3に設けられた媒体流通路30a,31aに低温媒体を供給する第2金型冷却装置2を備えている。従って、第2金型冷却装置2によって金型3の媒体流通路30a,31aに低温媒体を供給することで、金型3の大部分を冷却できるとともに、金型3の局部を冷却ブロック35,36,37によって効果的に冷却することができ、金型3のキャビティー34周辺部位をより効率的に冷却することができる。
また、このような第2金型冷却装置2等を組み込まずに、第1金型冷却装置1によって金型3の局部のみを冷却するものとしてもよい。このような場合には、金型3のキャビティー34に射出された溶融材料の自己熱によって金型3の加熱がなされるものとしてもよい。
さらに、本実施形態では、金型3に冷却ブロック収容凹所を設け、金型のキャビティー34に近接させるようにして冷却ブロックを配設した例を示しているが、冷却ブロックの一部がキャビティー面を構成するように配設する態様としてもよい。この場合には、冷却ブロックのキャビティー面を適宜、成形する成形品の表面形状に応じて鏡面加工を施したり、粗面加工を施したりするようにしてもよい。
さらにまた、本実施形態では、分岐させた複数の供給ライン10A,10B,10Cのそれぞれにブロック開閉弁V1,V2,V3を設けた例を示しているが、これら供給ライン10A,10B,10Cの分岐部の上流側(媒体供給ポンプ12側)に単一のブロック開閉弁を設ける態様としてもよい。
さらにまた、図例では、凝縮部16と貯留部17とを個別に設けた例を示しているが、凝縮部16の下端にトラップ部を一体的に設け、このトラップ部を貯留部として機能させるようにしてもよい。
また、本発明に係る金型冷却装置及びこれを備えた金型冷却システムは、合成樹脂材料が射出、充填されて合成樹脂成形品を成形する金型3に限られず、その他の材料が射出、充填されて成形品を成形する金型にも適用が可能である。
1 第1金型冷却装置(金型冷却装置)
10 供給ライン
11 媒体供給部
13 排出ライン
15b 冷却ファン(冷却手段)
16 凝縮部
17 貯留部
18 温度センサー
19 減圧手段
2 第2金型冷却装置
3 金型
30a,31a 媒体流通路
35,36,37 冷却ブロック
35a,36a,37a 冷却ブロックの中空部
40 CPU(制御部)
Claims (9)
- 金型の局部に埋め込まれるようにして配設される冷却ブロックの中空部に接続されるとともに、前記金型からの吸熱により気化した媒体を排出する排出ラインと、この排出ラインを経た気化した媒体を凝縮させる凝縮部と、この凝縮部において凝縮された媒体を貯留する貯留部と、この貯留部の媒体を前記冷却ブロックの中空部に供給する媒体供給部を配した供給ラインと、これら各部及び各ラインが減圧下において、前記媒体供給部を作動制御し、所定の金型冷却開始信号に基づいて前記冷却ブロックの中空部に前記媒体を供給する制御部とを備えていることを特徴とする金型冷却装置。
- 請求項1において、
前記排出ラインに連通し、前記各部及び各ラインを減圧する減圧手段を更に備えていることを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項2において、
前記減圧手段による前記各部及び各ラインの減圧度の調整が可能とされていることを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項において、
前記媒体供給部による前記冷却ブロックの中空部への媒体の供給量の調整が可能とされていることを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項において、
前記凝縮部を冷却する冷却手段を更に備えていることを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項5において、
前記凝縮部または前記貯留部に温度センサーを更に設け、
前記制御部は、前記温度センサーの検出温度に基づいて前記冷却手段の作動制御を実行することを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項において、
前記媒体には、界面活性剤が添加されていることを特徴とする金型冷却装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の金型冷却装置と、この金型冷却装置の排出ライン及び供給ラインに接続されるとともに、金型の局部に埋め込まれるようにして配設される冷却ブロックとを備えていることを特徴とする金型冷却システム。
- 請求項8において、
前記金型に設けられた媒体流通路に低温媒体を供給する第2金型冷却装置を更に備えていることを特徴とする金型冷却システム。
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