JP2015074111A - 金型冷却システム及び金型冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気化した冷却媒体の排出を抑制可能でありながらも、冷却効率を向上させ得る金型冷却システム及び金型冷却方法を提供する。【解決手段】加熱された金型２を、該金型に設けられた媒体流通路４に冷却媒体供給源１０からの冷却媒体を供給して冷却するシステム１であって、前記金型の媒体流通路の出口５側に接続される排出側経路１５を、前記媒体流通路から排出される気化した前記冷却媒体を凝縮させる熱交換器２０に連通させた構成としている。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱された金型を冷却する金型冷却システム及び金型冷却方法に関する。

従来より、加熱された金型を冷却するために、金型に設けられた媒体流通路に冷却水などの冷却媒体を供給する金型冷却システム（金型冷却装置）が知られている。このような金型冷却システムでは、高温に加熱された金型の媒体流通路に供給された冷却媒体が媒体流通路において気化し、その蒸気が排出されるという問題があった。
例えば、下記特許文献１には、金型の液体通路と温度調節機の液体通路とを接続して構成された液体循環路に、常温の液体を供給する液体供給用の導管と排液管とを接続し、これら液体供給用の導管と排液管とを絞り通路によって接続することで、絞り通路を経た常温の液体を排液管に供給し、蒸気の発生を抑制する構成とした金型用の温度調節装置が開示されている。

特開２００２−５２５３８号公報

ところで、近時においては、成形品の大型化や成形材料の多様化等に伴い、例えば、１５０℃〜３００℃というような高温に加熱された金型を冷却するシステムが望まれている。このような冷却システムでは、金型の媒体流通路に冷却媒体を送媒すれば、該冷却媒体が金型の媒体流通路において瞬時に気化して圧力が上昇し、金型の熱容量が比較的に大きいことも相俟って、冷却媒体の供給源側から金型の媒体流通路へ冷却媒体の送媒がなされ難くなったり、冷却時間が長期化したり、吐出圧の高いポンプを必要としたりするということが考えられた。例えば、上記特許文献１のように、金型の排出側の経路に液体を供給して復水させることも考えられるが、送媒側と同様に圧力上昇によって液体の供給がなされ難く、また、吐出圧の高いポンプが必要となるということが考えられる。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、気化した冷却媒体の排出を抑制可能でありながらも、冷却効率を向上させ得る金型冷却システム及び金型冷却方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る金型冷却システムは、加熱された金型を、該金型に設けられた媒体流通路に冷却媒体供給源からの冷却媒体を供給して冷却するシステムであって、前記金型の媒体流通路の出口側に接続される排出側経路を、前記媒体流通路から排出される気化した前記冷却媒体を凝縮させる熱交換器に連通させたことを特徴とする。

本発明においては、前記金型の媒体流通路の入口側に接続される前記冷却媒体供給源からの供給側経路に、スチーム源またはエアー源からのスチームまたはエアーを供給する経路を接続した構成とし、該スチームまたは該エアーの供給及び前記冷却媒体の供給を制御し、前記金型の媒体流通路に前記スチームまたは前記エアーを供給させた後に、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給させる制御部を備えた構成としてもよい。
また、本発明においては、前記金型の媒体流通路の入口側に接続される前記冷却媒体供給源からの供給側経路に、スチーム源またはエアー源からのスチームまたはエアーを供給する経路を接続した構成とし、該スチームまたは該エアーの供給及び前記冷却媒体の供給を制御し、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給させた後に、前記金型の媒体流通路に前記スチームまたは前記エアーを供給させる制御部を備えた構成としてもよい。
また、本発明においては、前記熱交換器の下流側の排出側経路に、逆流を防止する逆流防止部を設けてもよい。

また、前記目的を達成するために、本発明に係る金型冷却方法は、加熱された金型を、該金型に設けられた媒体流通路に冷却媒体を供給して冷却する方法であって、前記金型の媒体流通路の出口側に接続される排出側経路を熱交換器に連通させ、前記媒体流通路から排出される気化した前記冷却媒体を該熱交換器において凝縮させることを特徴とする。

本発明においては、スチームまたはエアーを前記金型の媒体流通路に供給する予冷工程を実行した後に、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給するようにしてもよい。
また、本発明においては、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給する第１冷却工程を実行した後に、スチームまたはエアーを前記金型の媒体流通路に供給する第２冷却工程を実行するようにしてもよい。

本発明に係る金型冷却システム及び金型冷却方法は、上述のような構成としたことで、気化した冷却媒体の排出を抑制可能でありながらも、冷却効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る金型冷却システムの一例を模式的に示す概略システム構成図である。 同金型冷却システムにおいて実行される基本動作の一例を模式的に示す概略タイムチャートである。 本発明の他の実施形態に係る金型冷却システムの一例を模式的に示す概略システム構成図である。 同金型冷却システムにおいて実行される基本動作の一例を模式的に示す概略タイムチャートである。 本発明の更に他の実施形態に係る金型冷却システムの一例を模式的に示す概略システム構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図１、図３及び図５では、媒体等が通過する経路となる管路（配管）等を、実線にて模式的に示している。
また、図２及び図４における概略タイムチャートでは、各機器のＯＮ／ＯＦＦ動作や開閉動作等を模式的に示している。

図１及び図２は、第１実施形態に係る金型冷却システム及びこれを用いて実行される金型冷却方法について説明するための説明図である。
本実施形態に係る金型冷却システム１は、加熱された金型２を、この金型２に設けられた媒体流通路４に冷却媒体供給源１０からの冷却媒体を供給して冷却する構成とされている。この金型冷却システム１は、図１に示すように、金型２の媒体流通路４の出口５側に接続される排出側経路１５を、媒体流通路４から排出される気化した冷却媒体を凝縮させる熱交換器２０に連通させた構成とされている。
また、本実施形態では、金型冷却システム１を、金型２の冷却に加え、加熱を行う金型加熱・冷却システム１としている。

金型２は、例えば、固定型と可動型とを有した構成とされており、これら固定型及び可動型には、冷却媒体を流通させる媒体流通路４，４がそれぞれに設けられている。これら媒体流通路４，４の入口（送媒接続口）３，３側には、供給側経路（送媒路）１３が接続され、媒体流通路４，４の出口（返媒接続口）５，５側には、排出側経路（返媒路）１５が接続されている。
供給側経路１３と媒体流通路４，４の入口３，３とは、単一の供給側経路１３を複数に分岐させるマニホールド部やこのマニホールド部の複数の接続口に接続されたホースやチューブ等の可撓性を有した配管材を介して接続した構成としてもよい。
また、排出側経路１５と媒体流通路４，４の出口５，５とも略同様に、単一の排出側経路１５を複数に分岐させるマニホールド部やこのマニホールド部の複数の接続口に接続されたホースやチューブ等の可撓性を有した配管材を介して接続した構成としてもよい。

また、金型２には、当該金型２の温度を検出する検出手段としての温度センサー６が設けられている。なお、この温度センサー６は、媒体流通路４の出口５近傍部位や出口５の下流側近傍部位等の出口５側の媒体（冷却媒体）の温度を検出するものとしてもよい。
また、金型２には、当該金型２を加熱する加熱手段としての金型ヒーター７が設けられている。図例では、金型２の固定型及び可動型のそれぞれに金型ヒーター７，７を埋め込むように設けた例を示している。
この加熱手段としての金型ヒーター７によって加熱される金型２の加熱目標温度（加熱設定温度、図２参照）は、成形品の大きさや形状、成形材料の種類等に応じて、また、溶融材料の充填性や成形品へのキャビティー面の転写性（転写率）を向上させる観点等から適宜、設定するようにしてもよい。この加熱目標温度を、例えば、成形品が比較的に大型である場合には、比較的に高温の１５０℃〜３００℃程度としてもよく、また、２００℃〜３００℃程度としてもよい。

また、後記する冷却媒体供給源１０からの冷却媒体によって冷却される金型２の冷却目標温度（冷却設定温度、図２参照）も上記同様な観点や、溶融材料の固化が可能で成形サイクルの短縮化を図る観点等から適宜、設定するようにしてもよい。この冷却目標温度は、上記加熱目標温度よりも低温であればよいが、余りにも低過ぎれば、金型２の熱容量が大きいことも相俟って、冷却目標温度に達するまでの時間が長期化し、また、次の加熱工程において加熱目標温度に達するまでの時間が長期化する傾向がある。このような観点等から、上記冷却目標温度を、例えば、１００℃〜２００℃程度としてもよく、１５０℃〜２００℃程度としてもよい。また、上記のように加熱目標温度を、比較的に高温とした場合には、加熱目標温度よりも４０℃〜１２０℃程度低い温度を、冷却目標温度としてもよい。

なお、この金型２の成形機としては、金型２の固定型と可動型とによって形成されるキャビティー等に、シリンダ等で溶融させた材料としての合成樹脂をノズル等から射出して充填し、成形品を逐次、成形する射出成形機等としてもよく、また、圧縮成形機等の他の成形機としてもよい。また、成形材料としては、合成樹脂材料に、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を含有させた繊維強化合成樹脂材料等としてもよい。
また、金型２を加熱する手段としては、上記した金型ヒーター７に限られず、金型２に設けられた媒体流通路に加熱媒体を供給する加熱媒体供給源を加熱手段としてもよい。この場合、冷却媒体と同じ媒体流通路に加熱媒体を送媒するようにしてもよく、または、加熱媒体専用の媒体流通路に加熱媒体を送媒する態様としてもよい。その他、種々の加熱手段の採用が可能である。さらには、金型２のキャビティーに射出された溶融材料の自己熱によって金型２の加熱がなされるものとしてもよい。

冷却媒体供給源１０は、冷却媒体の種類や必要とされる冷却媒体自体の温度、冷却目標温度等に応じて、適宜の供給源の採用が可能であるが、例えば、冷却媒体を貯留する貯留部（タンク）と、この貯留部に貯留された冷却媒体を金型２側に向けて供給（送媒）する冷却媒体供給ポンプ１１（図２参照）と、を備えた構成とされたものとしてもよい。この場合、貯留部に貯留された冷却媒体が予め設定された所定の温度に維持されるように、適宜のチラー等の冷却器等によって温度制御がなされるものとしてもよい。
この冷却媒体供給源１０によって供給される冷却媒体は、供給側では、液体のもので、本実施形態では、水（純水）としているが、エタノールやその他のアルコール、その他の冷却媒体としてもよい。また、常圧での沸点が１００℃以下の冷却媒体を採用するようにしてもよい。

なお、この冷却媒体供給源１０から供給される冷却媒体の温度は、常温程度としてもよく、また、例えば、５℃〜９０℃程度としてもよく、１０℃〜５０℃程度としてもよい。
また、冷却媒体供給源１０としては、上記に限られず、温度制御のなされない貯留部を備え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を冷却媒体供給源としてもよく、さらには、水道（工業用水道、上水道）を冷却媒体供給源としてもよい。

また、本実施形態では、金型加熱・冷却システム１は、金型２の媒体流通路４の入口３側に接続される冷却媒体供給源１０からの供給側経路１２，１３に、スチーム源８及びエアー源９からのスチーム及びエアーをそれぞれに供給する経路１８，１９を接続した構成とされている。
スチーム源８としては、液体（好ましくは冷却媒体供給源１０から金型２の媒体流通路４に供給される冷却媒体と同種の液体）を熱源によって加熱して蒸発させ、気化させるボイラー等としてもよい。
このスチーム源８からのスチームを供給するスチーム供給経路１８には、スチーム源８からのスチームを供給または遮断する電磁弁等からなるスチーム弁１８ａが設けられている。スチーム供給経路１８は、その一端がスチーム源８に接続され、その他端が供給側経路１３に適宜の継手等を介して接続されている。なお、このスチーム源８から供給されるスチームの温度は、上記した冷却目標温度に応じて、適宜、設定するようにしてもよく、例えば、上記した冷却目標温度と同程度の温度としてもよく、または、冷却目標温度よりも低い温度としてもよい。

エアー源９としては、大気等を送風器によって送風する構成とされたものや、例えば、コンプレッサー等の圧縮機によって圧縮されたガス（高圧ガス）を、アフタークーラ、ドレンセパレータ、ドライヤー等を介して蓄えるガスタンク等の圧縮空気源としてもよい。
このエアー源９からのエアーを供給するエアー供給経路１９には、エアー源９からのエアーを供給または遮断する電磁弁等からなるエアー弁１９ａが設けられている。エアー供給経路１９は、その一端がエアー源９に接続され、その他端が供給側経路１３に適宜の継手等を介して接続されている。

冷却媒体供給源１０と金型２の媒体流通路４の入口３とを接続する供給側経路１２，１３は、上記したスチーム供給経路１８及びエアー供給経路１９との接続部よりも上流側（冷却媒体供給源１０側）の供給側経路１２と、該接続部よりも下流側（金型２側）の供給側経路１３と、を備えた構成とされている。
この供給側経路１２，１３の上流側の供給側経路１２には、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体を供給または遮断する電磁弁等からなる冷却媒体弁１２ａが設けられている。また、この上流側の供給側経路１２に、上記した冷却媒体供給ポンプ１１が配設されている。なお、この上流側の供給側経路１２や上記貯留部等に、金型２の媒体流通路４に向けて送媒される冷却媒体の温度を検出する温度センサー等の検出手段を設け、この検出手段の検出値に基づいて冷却媒体の温度が予め設定された所定の温度となるように上記した冷却器等によって温度調整がなされるものとしてもよい。

熱交換器２０は、金型２の媒体流通路４の出口５に接続された排出側経路１５を送媒される冷却媒体を高温流体とし、この高温流体を冷却して凝縮させる低温流体が送媒される冷却経路１４が連通された構成とされている。これら排出側経路１５及び冷却経路１４は、熱交換器２０の高温側流路及び低温側流路のそれぞれに接続した構成としてもよい。
この熱交換器２０においては、高温に加熱された金型２の媒体流通路４を経て気化した冷却媒体が冷却経路１４を送媒される低温流体に吸熱されて冷却され、凝縮され液化される。
また、本実施形態では、冷却経路１４を、冷却媒体供給源１０から供給される冷却媒体を熱交換器２０の低温側流路に送媒する構成としている。つまり、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給する冷却媒体供給源１０を、熱交換器２０の低温側流路に冷却媒体を供給する供給源として兼用した構成としている。このような構成とすれば、熱交換器２０用に別途に冷却媒体供給源を設けた構成とした場合と比べて、簡易な構成とできる。

この冷却経路１４は、上流側の供給側経路１２の冷却媒体弁１２ａが設けられた部位よりも上流側に、適宜の継手等を介して接続されている。換言すれば、上流側の供給側経路１２は、冷却媒体弁１２ａが設けられた部位よりも上流側において、金型２側に向かう供給側経路１２と熱交換器２０側に向かう冷却経路１４とに分岐されている。
また、この冷却経路１４には、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体を供給または遮断する電磁弁等からなる熱交換器冷却弁１４ａが設けられている。
この冷却経路１４は、冷却媒体供給源１０の返媒側に接続されている。

また、本実施形態では、金型２の媒体流通路４の出口５に接続され、熱交換器２０を経た排出側経路１５（熱交換器２０の下流側の排出側経路１５）を、冷却媒体供給源１０の返媒側に接続した構成としている。つまり、金型２の媒体流通路４に供給される冷却媒体を、冷却媒体供給源１０との間において、閉ループ状に循環させる構成としている。このような構成とすれば、不純物等が混じり難く、冷却媒体の品質管理を容易に行うことができる。
図例では、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５を、熱交換器２０の下流側の冷却経路１４に合流させるように接続した構成とした例を示している。

また、本実施形態では、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５に、逆流を防止する逆流防止部１６を設けた構成としている。
この逆流防止部１６は、本実施形態では、熱交換器２０側から冷却媒体供給源１０側への流体の流れを許容する一方、冷却媒体供給源１０側から熱交換器２０側への流体の流れを阻止する逆流防止弁（逆止弁、チェックバルブ）とされている。このような逆流防止弁を逆流防止部１６として採用することで、例えば、開閉弁等を逆流防止部として設けたようなものと比べて、排出（返媒）させる際に開閉制御等が不要となり、簡易な制御で逆流を防止することができる。

なお、上記した熱交換器２０としては、二重管型の熱交換器や、プレート型の熱交換器、シェルアンドチューブ型の熱交換器、クロスフィン型熱交換器等、種々の熱交換方式の熱交換器の採用が可能である。また、図例では、並流型のような熱交換器２０を例示しているが、向流型や直交流型等の熱交換器を採用するようにしてもよい。
また、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５（逆流防止部１６よりも上流側の排出側経路１５）に、適宜、必要に応じてスチームトラップ等を設けるようにしてもよい。
また、図例では、上流側の供給側経路１２、冷却経路１４、スチーム供給経路１８及びエアー供給経路１９を開閉する弁を、それぞれ個別の開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）とした例を示しているが、これらのうちの全てまたはいずれか複数を、多ポート多位置型の切替弁等によって構成するようにしてもよい。

また、金型加熱・冷却システム１は、上記した金型ヒーター７や冷却媒体供給ポンプ１１、各弁１２ａ，１４ａ，１８ａ，１９ａを制御する制御部２２を備えた制御盤２１を備えている。
この制御盤２１は、ＣＰＵ等からなる制御部２２と、この制御部２２に信号線等を介してそれぞれ接続された、各種設定などを設定、入力したり、表示したりするための表示部及び操作部を構成する表示操作部２４と、この表示操作部２４の操作により設定、入力された設定条件や入力値、後記する各動作等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、各種データテーブル等が格納され、各種メモリ等から構成された記憶部２３と、を備えている。

制御部２２は、クロックタイマー等の計時手段や演算処理部等を備え、上記した金型ヒーター７や冷却媒体供給ポンプ１１、各弁１２ａ，１４ａ，１８ａ，１９ａに信号線等を介して接続され、これらを制御する構成とされている。また、この制御部２２は、上記した金型２の温度センサー６にも信号線等を介して接続されている。
本実施形態では、制御部２２は、上記したスチーム及びエアーの供給並びに冷却媒体の供給を制御する構成とされている。
また、本実施形態では、制御部２２は、図２に示すように、金型２の媒体流通路４にスチームを供給させた後に、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給させるように制御する構成とされている。
また、本実施形態では、制御部２２は、図２に示すように、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給させた後に、金型２の媒体流通路４にエアーを供給させるように制御する構成とされている。

なお、当該金型加熱・冷却システム１を構成する金型冷却装置としては、図１の二点鎖線にて示すように、上記した各経路１２，１４，１８，１９に配設された開閉弁１２ａ，１４ａ，１８ａ，１９ａ、逆流防止部１６、熱交換器２０及び制御盤２１を備えたものとして把握するようにしてもよく、さらには、これに加えて、スチーム源８、エアー源９及び冷却媒体供給源１０のうちの少なくとも１つを備えたものとして把握するようにしてもよい。また、このような金型冷却装置に加えて、金型２を加熱する加熱手段７を更に備えた金型加熱・冷却装置として把握するようにしてもよい。

上記構成とされた本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１においては、金型ヒーター７を起動させれば、金型２の加熱がなされる。この金型ヒーター７は、金型２の温度センサー６の測定温度信号（検出温度）に基づいて、金型２の温度が予め設定された加熱目標温度となるように、制御部２２によって、ＰＩＤ制御等の通電の制御がなされるものとしてもよい。なお、この加熱目標温度は、表示操作部２４を介して入力、設定されるものとしてもよい。
また、冷却媒体供給ポンプ１１を起動させ、冷却媒体弁１２ａを開放させれば、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体が金型２の媒体流通路４に供給（本実施形態では、循環供給）される。

また、冷却媒体供給ポンプ１１を起動させ、熱交換器冷却弁１４ａを開放させれば、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体が熱交換器２０の低温側流路に供給される。この熱交換器冷却弁１４ａは、熱交換器２０の高温側流路に連通された排出側経路１５の熱交換器２０の下流側の温度を検出する温度センサーの測定温度信号（検出温度）に基づいて、返媒される冷却媒体の温度が予め設定された返媒目標温度となるように、制御部２２によって、ＰＩＤ制御等の開閉制御がなされるものとしてもよい。なお、この返媒目標温度は、表示操作部２４を介して入力、設定されるものとしてもよい。
また、スチーム弁１８ａを開放させれば、スチーム源１８からのスチームが金型２の媒体流通路４に供給される。
また、エアー弁１９ａを開放させれば、エアー源１９からのエアーが金型２の媒体流通路４に供給される。

次に、上記構成とされた本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１において実行される基本動作の一例としての金型加熱・冷却方法（金型冷却方法）の一例を、図２に基づいて説明する。
なお、図２のグラフでは、横軸を時間軸、縦軸を温度センサー６の検出温度とし、その推移を模式的に示している。

まず、金型ヒーター７を起動させ、常温程度の金型２を、冷却目標温度程度になるまで予熱する予熱工程を実行するようにしてもよい。このように予熱されれば、スタンバイ状態となる。
また、金型２の成形機においては、図示は省略しているが、金型２を型閉し、金型２に設けられたキャビティーに樹脂等の溶融材料を射出し、充填して適宜、保圧し、溶融材料が固化すれば、型開し、成形品の取り出しがなされる。このような一連の成形工程において、溶融材料の固化を遅らせ、スムーズに充填がなされるように、金型加熱工程が実行され、この金型加熱工程を実行するために本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１が用いられる。また、溶融材料をキャビティーに充填した後、迅速に溶融材料を固化させるために、金型冷却工程が実行され、この金型冷却工程を実行するために本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１が用いられる。当該金型加熱・冷却システム１を用いて実行される金型加熱工程及び金型冷却工程は、成形機の成形動作に連動させて、例えば、成形機の型閉信号や射出信号、保圧信号、型開信号等に基づいて、実行（開始及び停止）されるものとしてもよい。

上記のように予熱され、スタンバイ状態において、成形機側の信号やその他の加熱開始信号を受信すれば、金型２を加熱する加熱工程が実行され、金型２が予め設定された加熱目標温度となるように加熱される。この加熱工程は、成形機側の信号やその他の加熱終了信号を受信すれば、終了させるようにしてもよく、また、加熱目標温度に達した後、所定時間経過後に終了させるようにしてもよい。
この加熱工程が終了し、所定の時間が経過すれば、または、成形機側の信号やその他の冷却開始信号を受信すれば、金型２を冷却する冷却工程が実行され、金型２が予め設定された冷却目標温度となるように冷却される。なお、この冷却目標温度は、表示操作部２４を介して入力、設定されるものとしてもよい。

本実施形態では、上記のように、熱交換器２０の低温側流路に低温媒体（冷却媒体）を供給または遮断する熱交換器冷却弁１４ａを設けているので、冷却工程実行中は、この熱交換器冷却弁１４ａの開閉制御がなされる。なお、後記する第２実施形態及び第３実施形態のように、このような熱交換器冷却弁１４ａを設けない態様とした場合には、熱交換器２０の低温側流路に低温媒体（冷却媒体）を常時、供給する態様等としてもよい。
また、本動作例においては、媒体流通路４への冷却媒体の供給に先立ち、媒体流通路４にスチームを供給する予冷工程を実行するようにしている。つまり、冷却媒体弁１２ａを閉鎖させた状態で、スチーム弁１８ａを開放させ、媒体流通路４にスチームを供給する。このようにスチームを供給すれば、媒体流通路４の内周面への接触等に伴い、その熱を吸熱し、予冷がなされ、また、熱交換器２０に至り、凝縮される。これにより、供給側経路１３、媒体流通路４及び排出側経路１５の各経路内の圧力が降下する。つまりは、スチーム及び媒体流通路４の内周面に付着等した冷却媒体が気化し、逐次、熱交換器２０において凝縮されて液化することで、逆流防止部１６を設けていることも相俟って、上記各経路内の圧力が急激に降下する。

この予冷工程は、供給側経路１３、媒体流通路４及び排出側経路１５に、スチームが概ね満たされるように実行するようにしてもよい。また、この予冷工程は、所定時間が経過するまで実行するようにしてもよく、または、供給側経路１３、媒体流通路４及び排出側経路１５のうちのいずれかに設けた圧力センサー等の経路内の圧力を検出する検出手段の測定圧力信号（検出圧力）が、予め設定された所定の圧力（閾値）を下回るまで実行するようにしてもよい。つまり、所定の圧力を下回れば、スチームの供給から冷却媒体の供給に切り替えるようにしてもよい。この所定の圧力は、例えば、次に供給される冷却媒体の供給が可能なような圧力としてもよく、例えば、冷却媒体供給ポンプ１１の容量（吐出圧）等に応じて適宜、設定するようにしてもよい。なお、この所定の圧力は、表示操作部２４を介して入力、設定されるものとしてもよい。
また、この予冷工程においては、スチームに少量の冷却媒体を混入させて供給するようにしてもよく、または、スチームの供給に代えて、エアーを供給するようにしてもよく、この場合、エアーに少量の冷却媒体またはスチームを混入させて供給するようにしてもよい。

このように予冷工程を実行した後、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給する本冷却工程を実行する。つまり、冷却媒体供給ポンプ１１を起動させ、また、スチーム弁１８ａを閉鎖させ、冷却媒体弁１２ａを開放させる。図例では、冷却媒体供給ポンプ１１を、立ち上がり時間等を考慮して冷却媒体弁１２ａの開放よりも早く起動させた例を示している。
また、本動作例では、この本冷却工程からなる第１冷却工程を実行した後に、エアーを金型２の媒体流通路４に供給する第２冷却工程を実行するようにしている。つまり、冷却媒体弁１２ａを閉鎖させ、エアー弁１９ａを開放させ、媒体流通路４にエアーを供給する。なお、冷却媒体弁１２ａを閉鎖させる際に、冷却媒体供給ポンプ１１を停止させるようにしてもよい。また、供給側経路１２と排出側経路１５（図例では冷却経路１４）とを接続するバイパス経路を設け、このバイパス経路に設けられたバイパス弁を、冷却媒体弁１２ａの開閉に連動させるように逆に開閉させることで、冷却媒体供給ポンプ１１を原則的に常時、作動させるような態様としてもよい。

これら第１冷却工程及び第２冷却工程は、第２冷却工程の実行によって媒体流通路４内の冷却媒体の排出（パージ）が概ね可能で、過冷却等が生じないように、つまりは、冷却工程の終了時に冷却目標温度を大きく下回らないように、それぞれ所定時間が経過するまで実行するようにしてもよい。または、温度センサー６の検出温度に基づいて、第１冷却工程から第２冷却工程に切り替えさせ、また、第２冷却工程を終了、つまりは、エアー弁１９ａを閉鎖させるようにしてもよい。
なお、第２冷却工程においては、エアーに代えてまたは加えて、後記する第２実施形態の動作例のように、少量の冷却媒体を間欠的に供給するようにしてもよく、また、スチームを供給するようにしてもよい。このようにスチームを供給する場合には、スチームに加えて、少量の冷却媒体を間欠的に供給するようにしてもよい。また、このように、スチームや少量の冷却媒体を供給する場合には、第２冷却工程終了時に、媒体流通路４内において略全量が気化し、媒体流通路４内に残留する媒体量が略ないように、適宜、供給制御するようにしてもよい。例えば、媒体流通路４の容積や、樹脂等の溶融材料充填前後の金型温度等に基づいて、媒体流通路４の内壁面から放出される熱量を算出し、これと媒体の気化熱量や冷却目標温度等を考慮して実験的乃至は経験的に定めるようにしてもよい。なお、型開や取り出し工程時にも気化することが考えられるため、比較的に少量の残留媒体があってもよい。

この冷却工程を実行した後、金型２においては、適宜、型開や成形品の取り出しがなされ、加熱工程、冷却工程が繰り返し実行される。
このように、金型２を、加熱する加熱工程と冷却する冷却工程とを実行することで、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、また、成形サイクルを短縮化することができる。

本実施形態に係る金型冷却システム（金型加熱・冷却システム）１及びこれを用いて実行される金型冷却方法（金型加熱・冷却方法）は、上述のような構成としたことで、気化した冷却媒体の排出を抑制可能でありながらも、冷却効率を向上させることができる。
つまり、金型２の媒体流通路４の出口５側に接続される排出側経路１５を、媒体流通路４から排出される気化した冷却媒体を凝縮させる熱交換器２０に連通させている。従って、気化した冷却媒体を、熱交換器２０において凝縮させることができ、気化した冷却媒体の排出を抑制することができる。また、熱交換器２０において凝縮させることで冷却媒体の気化によって上昇した圧力を降下させることができる。これにより、冷却媒体を媒体流通路４へ送媒し易くなり、冷却時間を短縮することができ、冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５を、冷却媒体供給源１０に返媒する構成、つまり、冷却媒体を循環させる構成としている。従って、冷却媒体を循環させずに新たな冷却媒体を供給し、排出させる構成としたものと比べて、冷却媒体の気化によって冷却媒体に含まれるシリカやスケール等の金型２の媒体流通路４等への堆積を低減させることができる。これにより、媒体流通路４のメンテナンス頻度等を低減させることができる。

また、本実施形態では、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５に、逆流を防止する逆流防止部１６を設けた構成としている。従って、熱交換器２０において気化した冷却媒体の凝縮がなされる際に、経路内の圧力をより効果的に降下させることができる。これにより、冷却媒体をより媒体流通路４へ送媒し易くなり、冷却時間をより短縮することができ、冷却効率を極めて向上させることができる。
なお、逆流防止部１６としては、図例のような逆流防止弁に限られず、制御部２２によって開閉制御される開閉弁等としてもよい。この場合は、熱交換器２０における凝縮に伴う圧力降下を圧力センサー等によって検出し、または、温度降下を温度センサー等によって検出し、所定の値を下回れば、開閉弁を開放させ、液化した冷却媒体を排出（返媒）させる態様としてもよい。

また、上記した例のように、スチームまたはエアーの供給及び冷却媒体の供給を制御し、金型２の媒体流通路４にスチームまたはエアーを供給させた後に、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給させる制御部２２を備えた構成としてもよい。つまり、スチームまたはエアーを金型２の媒体流通路４に供給する予冷工程を実行した後に、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給するようにしてもよい。このような構成とすれば、スチームまたはエアーによって金型２を予冷することができ、後に、冷却媒体を媒体流通路４へより送媒し易くなる。つまり、スチームまたはエアーに媒体が混入して気化した媒体によって金型２の媒体流通路４の熱を吸熱することができる。また、スチームまたはエアーに媒体が混入して気化した媒体が熱交換器２０において凝縮されることで、圧力を降下させることができ、これによっても冷却媒体を媒体流通路４へより送媒し易くなる。

また、上記した例のように、スチームまたはエアーの供給及び冷却媒体の供給を制御し、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給させた後に、金型２の媒体流通路４にスチームまたはエアーを供給させる制御部２２を備えた構成としてもよい。つまり、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給する第１冷却工程を実行した後に、スチームまたはエアーを金型２の媒体流通路４に供給する第２冷却工程を実行するようにしてもよい。このような構成とすれば、金型２の媒体流通路４に残留する冷却媒体をパージしながら、媒体流通路４への接触等によって吸熱し、金型２を冷却することができる。また、これにより、金型２の媒体流通路４内に残留する残留媒体を低減させることができ、効率的な加熱を行うことができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る金型冷却システムの一例及びこれを用いて実行される金型冷却方法の一例について説明する。
図３及び図４は、第２実施形態に係る金型冷却システム及びこれを用いて実行される金型冷却方法について説明するための説明図である。
なお、第１実施形態との相違点について主に説明し、同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略または簡略に説明する。また、上記した動作例と同様の動作についても、その説明を省略または簡略に説明する。

本実施形態においても、金型冷却システム１Ａを、金型２の冷却に加え、加熱を行う金型加熱・冷却システム１Ａとしている。
また、本実施形態では、スチーム源８からのスチームを供給するスチーム供給経路１８を、供給側経路１３に接続していない点、熱交換器２０の低温側流路に連通される冷却経路１４に熱交換器冷却弁１４ａを設けていない点、熱交換器２０の下流側の排出側経路１５に逆流防止部１６を設けていない点などが上記第１実施形態とは主に異なる。

また、本実施形態では、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体の供給量の増減を可能な構成としている。図例では、冷却媒体供給源１０の送媒側に接続された上流側の供給側経路１２に、並列的に小流量経路１２ｂを設け、この小流量経路１２ｂに、冷却媒体を供給または遮断する冷却媒体少量弁１２ｃを設けた構成としている。つまり、上流側の供給側経路１２を、主経路とし、この供給側経路１２に設けられた冷却媒体弁１２ａを閉鎖させ、小流量経路１２ｂの冷却媒体少量弁１２ｃを開放させれば、比較的に小流量の冷却媒体の供給がなされる構成としている。この冷却媒体少量弁１２ｃは、他の弁と同様、制御部２２に信号線等を介して接続され、制御部２２によって開閉制御がなされる。
なお、このような態様に代えて、開度制御の可能な流量調整弁等を、冷却媒体弁１２ａとして設けた態様等としてもよい。

次に、上記構成とされた本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１Ａにおいて実行される基本動作の一例としての金型加熱・冷却方法（金型冷却方法）の一例を、図４に基づいて説明する。
なお、図４のグラフにおいても、上記同様、横軸を時間軸、縦軸を温度センサー６の検出温度とし、その推移を模式的に示している。

まず、上記同様、予熱工程を実行し、加熱工程を実行するようにしてもよい。
次いで、金型２を冷却する冷却工程を実行するようにしてもよい。
本動作例では、スチームまたはエアーを金型２の媒体流通路４に供給する予冷工程を実行することなく、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給するようにしている。つまり、
冷却媒体供給ポンプ１１を起動させ、また、冷却媒体弁１２ａを開放させ、冷却媒体供給源１０からの冷却媒体を、金型２の媒体流通路４に供給するようにしている。図例では、上記同様、冷却媒体供給ポンプ１１を、立ち上がり時間等を考慮して冷却媒体弁１２ａの開放よりも早く起動させた例を示している。

また、本動作例では、この本冷却工程からなる第１冷却工程を実行した後に、小流量の冷却媒体及びエアーを間欠的に金型２の媒体流通路４に供給する第２冷却工程を実行するようにしている。本動作例では、冷却媒体弁１２ａを閉鎖させ、冷却媒体少量弁１２ｃを間欠的に開放させて小流量の冷却媒体を間欠的に金型２の媒体流通路４に供給し、次いで、エアー弁１９ａを間欠的に開放させてエアーを間欠的に金型２の媒体流通路４に供給する構成としている。なお、冷却媒体少量弁１２ｃを閉鎖させる際に、冷却媒体供給ポンプ１１を停止させるようにしてもよい。また、上記のような態様に代えて、第２冷却工程において、エアー弁１９ａを間欠的に開放させてエアーを間欠的に金型２の媒体流通路４に供給し、次いで、冷却媒体少量弁１２ｃを間欠的に開放させて小流量の冷却媒体を間欠的に金型２の媒体流通路４に供給する構成としてもよい。さらに、この後に、エアー弁１９ａを間欠的に開放させてエアーを間欠的に金型２の媒体流通路４に供給する構成としてもよい。または、冷却媒体少量弁１２ｃとエアー弁１９ａとを交互に開放させ、小流量の冷却媒体とエアーとを交互に金型２の媒体流通路４に供給する構成としてもよい。

また、本動作例では、上記した温度センサー６の検出値が、所定の閾値（切替閾値）を下回れば、第１冷却工程から第２冷却工程に切り替えるようにしている。この切替閾値の設定及び第２冷却工程の実行制御は、上記同様、第２冷却工程の実行によって媒体流通路４内の冷却媒体の排出（パージ）が概ね可能で、過冷却等が生じないように、つまりは、冷却工程の終了時に冷却目標温度を大きく下回らないように、適宜、設定、制御するようにしてもよい。なお、上記切替閾値は、表示操作部２４を介して入力、設定されるものとしてもよい。
また、上記第２冷却工程において、上記エアーに代えて、または加えて、スチームを供給するようにしてもよい。
また、本動作例においても、上記のような予冷工程を実行するようにしてもよい。
また、本動作例においても、冷却工程を実行した後、金型２においては、適宜、型開や成形品の取り出しがなされ、加熱工程、冷却工程が繰り返し実行される。
本実施形態に係る金型冷却システム（金型加熱・冷却システム）１Ａ及びこれを用いて実行される金型冷却方法（金型加熱・冷却方法）においても、上記第１実施形態及びその動作例と概ね同様の効果を奏する。

次に、本発明の更に他の実施形態に係る金型冷却システムの一例及びこれを用いて実行される金型冷却方法の一例について説明する。
図５は、第３実施形態に係る金型冷却システム及びこれを用いて実行される金型冷却方法について説明するための説明図である。
なお、上記各実施形態との相違点について主に説明し、同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略または簡略に説明する。

本実施形態においても、金型冷却システム１Ｂを、金型２の冷却に加え、加熱を行う金型加熱・冷却システム１Ｂとしている。
また、本実施形態では、熱交換器２０Ａの低温側流路に冷却媒体を供給する冷却経路１４Ａを、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給する冷却媒体供給源１０に連通させずに、熱交換器２０Ａ用の冷却媒体供給源１７に連通させた構成としている。このような構成とすれば、例えば、冷却媒体供給源１７を、工場等に設置されたクーリングタワー等とし、冷却媒体供給源１０を、温度制御がなされていない貯留部等とするようなこともでき、冷却媒体供給源１０の構成の簡略化を図ることができる。
なお、本実施形態に係る金型加熱・冷却システム１Ｂにおいても、上記各動作例と概ね同様の動作（金型加熱・冷却方法（金型冷却方法））の実行が可能であり、また、上記各実施形態及びその動作例と概ね同様の効果を奏する。

なお、熱交換器２０，２０Ａとしては、低温側流路に冷却媒体を送媒して冷却する態様に限られず、例えば、ファン等で冷却して高温側流路を送媒される気化した冷却媒体を凝縮させる構成、つまりは、空冷式のものとしてもよい。
また、上記各実施形態において説明した互いに異なる構成や動作等を、適宜、組み替えたり、組み合わせたりして、適用するようにしてもよい。この場合は、必要に応じて適宜、変形するようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、熱交換器２０，２０Ａの下流側の排出側経路１５を冷却媒体供給源１０の返媒側に接続し、冷却媒体を循環させる態様とした例を示しているが、熱交換器２０，２０Ａの下流側の排出側経路１５を冷却媒体供給源１０の返媒側に接続せずに、ドレンとして排出する態様としてもよい。

また、上記各実施形態では、金型２の冷却に加え、加熱を行う金型加熱・冷却システム１，１Ａ，１Ｂとした例を示しているが、金型２の冷却を行う金型冷却システム１，１Ａ，１Ｂとしてもよい。この場合は、各実施形態に係る金型冷却システム１，１Ａ，１Ｂとは別途に制御される金型２の加熱を行う金型加熱システム（金型加熱装置）を設けるようにしてもよい。
また、上記各動作例では、金型２の媒体流通路４に冷却媒体を供給する第１冷却工程を実行した後に、スチームまたはエアーを金型２の媒体流通路４に供給する第２冷却工程を実行する構成とした例を示しているが、このような第２冷却工程を実行しないようにしてもよい。この場合は、冷却工程において、上記のような予冷工程を実行し、次いで、本冷却工程を実行する構成としてもよく、さらには、本冷却工程のみを実行するような構成としてもよい。つまりは、金型２の媒体流通路４の出口５側に接続される排出側経路１５を熱交換器２０，２０Ａに連通させ、媒体流通路４から排出される気化した冷却媒体を熱交換器２０，２０Ａにおいて凝縮させることで、圧力を降下させ、効果的に冷却媒体を供給し、冷却を行う構成としてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ 金型加熱・冷却システム（金型冷却システム）
２ 金型
３ 入口
４ 媒体流通路
５ 出口
８ スチーム源
９ エアー源
１０ 冷却媒体供給源
１２，１３ 供給側経路
１５ 排出側経路
１６ 逆流防止部
１８ スチーム供給経路
１９ エアー供給経路
２０，２０Ａ 熱交換器
２２ 制御部

Claims (7)

1. 加熱された金型を、該金型に設けられた媒体流通路に冷却媒体供給源からの冷却媒体を供給して冷却するシステムであって、
   前記金型の媒体流通路の出口側に接続される排出側経路を、前記媒体流通路から排出される気化した前記冷却媒体を凝縮させる熱交換器に連通させたことを特徴とする金型冷却システム。
2. 請求項１において、
   前記金型の媒体流通路の入口側に接続される前記冷却媒体供給源からの供給側経路に、スチーム源またはエアー源からのスチームまたはエアーを供給する経路を接続した構成とされており、
   該スチームまたは該エアーの供給及び前記冷却媒体の供給を制御し、前記金型の媒体流通路に前記スチームまたは前記エアーを供給させた後に、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給させる制御部を備えていることを特徴とする金型冷却システム。
3. 請求項１または２において、
   前記金型の媒体流通路の入口側に接続される前記冷却媒体供給源からの供給側経路に、スチーム源またはエアー源からのスチームまたはエアーを供給する経路を接続した構成とされており、
   該スチームまたは該エアーの供給及び前記冷却媒体の供給を制御し、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給させた後に、前記金型の媒体流通路に前記スチームまたは前記エアーを供給させる制御部を備えていることを特徴とする金型冷却システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記熱交換器の下流側の排出側経路に、逆流を防止する逆流防止部を設けたことを特徴とする金型冷却システム。
5. 加熱された金型を、該金型に設けられた媒体流通路に冷却媒体を供給して冷却する方法であって、
   前記金型の媒体流通路の出口側に接続される排出側経路を熱交換器に連通させ、前記媒体流通路から排出される気化した前記冷却媒体を該熱交換器において凝縮させることを特徴とする金型冷却方法。
6. 請求項５において、
   スチームまたはエアーを前記金型の媒体流通路に供給する予冷工程を実行した後に、前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給することを特徴とする金型冷却方法。
7. 請求項５または６において、
   前記金型の媒体流通路に前記冷却媒体を供給する第１冷却工程を実行した後に、スチームまたはエアーを前記金型の媒体流通路に供給する第２冷却工程を実行することを特徴とする金型冷却方法。

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