JP2022149991A - 材料予熱装置および射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダの内部に供給する前の成形材料の予熱を高速かつ均一に行うことができる材料予熱装置および射出装置を提供する。【解決手段】本発明の材料予熱装置は、成形材料の予熱を行い、当該成形材料を射出装置に供給する装置であって、熱風の供給により成形材料を流動層にしながら加熱する流動層加熱器と、前記流動層加熱器内で流動層上に配置され、流動層での成形材料の流れを案内する案内部と、を備える。本発明の射出装置は、成形材料を溶融するシリンダを備え、シリンダで溶融された成形材料を金型装置に射出する装置であって、上記の材料予熱装置を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、材料予熱装置および射出装置に関するものである。

プラスチックなどの射出成形機では、供給される原材料のプラスチックペレットなどの粉粒体は、射出直前に、流動層を形成することが可能な加熱槽を備える温度制御装置で加熱することがある。具体的に例えば特許文献１に示す温度制御装置では、成形材料を収容する加熱槽の下方から成形材料に向けて熱風を吹き掛けて、成形材料を流動層状態にして加熱している。

特開平１１－２３０６７０号公報

上記のような成形材料を流動層状態にして加熱する従来の装置では、個々の成形材料が熱風中で浮遊するように加熱するので、個々の成形材料を高流速の熱風に接触させることができ、比較的高速に加熱をすることができる。しかし、単に、成形材料に対して下方から熱風を当てるだけでは、熱風による成形材料の噴き上がりとその落下とが一部の成形材料で起こることがあり、そうすると流動層が成形材料の全体ではなく部分的に形成されることとなり、その結果として、成形材料の高速かつ均一な加熱が得られにくい可能性がある。

この発明は、このような問題に対処することを課題とするものであり、その目的は、シリンダの内部に供給する前の成形材料の予熱を高速かつ均一に行うことができる材料予熱装置および射出装置を提供することにある。

上述した課題を解決することができる一の材料予熱装置は、成形材料の予熱を行い、当該成形材料を射出装置に供給する装置であって、熱風の供給により成形材料を流動層にしながら加熱する流動層加熱器と、前記流動層加熱器内で流動層上に配置され、流動層での成形材料の流れを案内する案内部と、を備える。

また、上述した課題を解決することができる一の射出装置は、成形材料を溶融するシリンダを備え、シリンダで溶融された成形材料を金型装置に射出する装置であって、上記の材料予熱装置を備える。

上記の材料予熱装置および射出装置によれば、シリンダの内部に供給する前の成形材料の予熱を高速かつ均一に行うことができる。

この発明の一の実施形態の材料予熱装置および射出装置を示す断面図である。 図１の材料予熱装置の流動層加熱器を拡大して示す断面図である。 図１の材料予熱装置の変形例を拡大して示す断面図である。 図１の材料予熱装置を用いて行うことができる制御の一例を示すフローチャートである。 図４に示す制御の例とは別の一例を示すフローチャートである。

以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この実施形態では、材料予熱装置２１は、成形材料Ｍｍを予熱するための装置であり、図１に例示するような射出装置１が備えることで、射出装置１に予熱した成形材料Ｍｍを供給することができる。図１に例示する射出装置１は、材料予熱装置２１と、内部で成形材料Ｍｍを溶融させるシリンダ１１とを備えることができる。この射出装置１の詳細な構造については後述する。

（材料予熱装置）
材料予熱装置２１は、射出装置１のスクリュ１２の回転軸線方向（図１の左右方向）で、シリンダ１１の成形材料Ｍｍを射出する先端部１４とは逆側の後端部に取り付けられる。より詳細には、この材料予熱装置２１は、シリンダ１１上にて、シリンダ１１の後端部で周方向の一部に設けられた貫通孔状の供給口１１ａに接続されており、当該供給口１１ａに、実質的に球状もしくは円柱状その他の形状の樹脂ペレット等の成形材料Ｍｍを供給するものである。

この実施形態の材料予熱装置２１は、熱風の供給により成形材料Ｍｍを流動層にしながら加熱する流動層加熱器２２と、流動層加熱器２２内で流動層上に配置され、流動層での成形材料Ｍｍの流れを案内する案内部２３を備えるものである。
ここで、流動層加熱器２２は、図２に示すように、成形材料Ｍｍを材料供給口２２１を介して流動層加熱器２２内に供給して、熱風を流動層加熱器２２の底部より上下方向上方（例えば鉛直方向上方）に向けて供給することで、成形材料Ｍｍを流動させ流動層を形成させる。

流動層加熱器２２内は、内部に空間を有する、上下方向に直交する方向での断面で円形の容器であり、上下方向下方から上方に向けて、内径が漸増する漏斗状の底部と内径が略一定の側部と蓋状の上部とを備える。流動層加熱器２２の表面は、加熱に対して耐熱性を有する材料、例えば金属で形成することができる。

材料供給口２２１は、図示の例では、流動層加熱器２２の上部であって、後述する案内部２３に対して、流動層加熱器２２の上下方向で重複しないような位置に設けられている。
材料供給口２２１には、例えばホッパなどの予熱するための成形材料Ｍｍを収容する収容部（図示せず）に接続することができる。そして、材料供給口２２１と収容部との間には、流動層加熱器２２で予熱する成形材料Ｍｍを通過させまたは通過を停止すべく開閉する開閉部材（図示せず）を設けることができる。また、図示の例では設けていないが、必要に応じて、収容部から流動層加熱器２２に成形材料Ｍｍを供給するフィーダなどの搬送器を設けることもできる。
なお、材料供給口２２１は、図示の例の位置ではなく、流動層加熱器２２の上部以外の、例えば側壁部や底部にも配置させることができ、また、複数箇所設けることもできる。

流動層加熱器内への熱風の供給は、特に限定されないが、熱風発生機２４で発生させた熱風を熱風供給路２５に流通させることで行うことができる。図示の例では、材料予熱装置２１は、流動層加熱器２２内の予熱した成形材料Ｍｍを射出装置１のシリンダ１１へ供給する材料送り通路２６を備えることができるが、熱風供給路２５と材料送り通路２６とは、流動層加熱器２２への開口部側の部分で合流し、熱風供給路２５の流動層加熱器２２への開口部側の一部２５１と材料送り通路２６の流動層加熱器２２への開口部側の一部２５１とが兼用されている（当該兼用された部分を兼用通路部分２５１とも称す）。そして、熱風発生機２４で発生した熱風は、兼用通路部分２５１を流通して、流動層加熱器２２の底部に設けられた兼用通路部分２５１の開口部（熱風供給路２５および材料送り通路２６の開口部でもある）を介して、上下方向上方に向けて供給される。
なお、当該兼用通路部分２５１の開口部は、流動層加熱器２２の底部であって横方向中央に設けられているが、横方向中央以外の底部、または底部以外に設けることもできる。また、本実施形態は、図示の例のような、熱風供給路２５と材料送り通路２６とのそれぞれ一部を兼用する形態に限らず、熱風供給路２５と材料送り通路２６とを別々に設けることもできる。また、熱風は、流動層加熱器２２内へ複数箇所から供給することもでき（具体的には、熱風供給路２５の流動層加熱器２２への開口部を複数とすることもでき）、また、流動層加熱器２２の底部に加えて、または代えて底部以外の部分にも設けることができる。

流動層加熱器２２内へ供給した熱風は、成形材料Ｍｍを加熱した後、流動層加熱器２２の上部に設けられた熱風排出口２２２を介して、排出される。また、図示の例では、排出された熱風は、熱風戻り通路２７を流通して熱風発生機２４に戻り、再び加熱されて流動層加熱器２２内へ供給される。
なお熱風排出口２２２は、図示の例では、流動層加熱器２２の上部、具体的には流動層加熱器２２の上部であって、供給される熱風の供給方向に対向する方向に開口するように設けられているが、熱風排出口２２２の位置は流動層加熱器２２の上部以外の位置にも設けることができる。

流動層加熱器２２で予熱した成形材料Ｍｍは、上述のように、流動層加熱器２２と射出装置１のシリンダ１１とを連結する材料送り通路２６を通ってシリンダ１１へ供給される。図示の例では、材料送り通路２６は、流動層加熱器２２への開口部側の部分で熱風供給路２５と合流し兼用通路部分２５１となっており、また、兼用通路部分２５１よりも下流（シリンダ１１側）では、搬送器２６１が設けられており、それにより材料送り通路２６内に存在する成形材料Ｍｍをシリンダ１１まで搬送している。具体的な搬送器２６１としては、例えば吸引搬送器、フィーダなどを用いることができる。なお、吸引搬送器は、内部を成形材料Ｍｍが通ることが可能な円筒体を有し、コンプレッサ（図示は省略）等により製造した圧縮気体を円筒体中に導入し、圧縮気体を材料送り通路２６の下流側に向けて吐出する装置であり、圧縮気体を材料送り通路２６の下流側に向けて吐出することで、円筒体の上流側が負圧になり成形材料Ｍｍを下流側へ搬送する。また、図示の例では、材料送り通路２６に搬送器２６１が設けられているが、流動層加熱器２２をシリンダ１１の鉛直方向上方に配置することで、重力でもって成形材料Ｍｍをシリンダへ供給してもよい。

また、流動層加熱器２２は、流動層加熱器２２の出口に、出口で成形材料Ｍｍを通過させ又は当該通過を停止するべく開閉する開閉部材２２３を有する。具体的には、開閉部材２２３は、流動層加熱器２２の出口に、換言すれば材料送り通路２６（兼用通路部分２５１）の流動層加熱器２２内への開口部に、設けられており、これが開閉することにより、成形材料Ｍｍが材料送り通路２６へ搬送され又は搬送されないように機能する。そして、図示の例では、材料送り通路２６と熱風供給路２５とは、兼用通路部分２５１において通路を兼用していることから、流動層加熱器２２内で成形材料Ｍｍを予熱するために、開閉部材２２３を閉止して成形材料Ｍｍの出口での通過を停止した場合であっても、熱風については開閉部材２２３を介して流動層加熱器２２内に供給されるように、開閉部材２２３は通気性を有する（通気性開閉部材）。具体的には、通気性開閉部材２２３は、図示に示すように、成形材料Ｍｍの大きさよりも小さい貫通孔が複数形成された部材、具体的には金属製の網板などを用いて形成することができる。

そして、本実施形態の材料予熱装置２１は、流動層加熱器２２内で流動層上に配置され、流動層での成形材料Ｍｍの流れを案内する案内部２３を備えている。詳細には、流動層加熱器２２内では、上述のように熱風が供給されると、成形材料Ｍｍが流動層加熱器２２内で舞い、流動層加熱器２２の内部で浮遊状態の成形材料Ｍｍにより流動層が形成される。しかし、例えば、流動層加熱器２２内に供給された熱風が成形材料Ｍｍの量に対して強すぎると、成形材料Ｍｍは流動層加熱器２２内の高い位置まで噴き上がるため、一部の成形材料Ｍｍだけが熱風により噴き上がり、そうすると流動層が成形材料Ｍｍの全体ではなく部分的に形成され得る。
したがって、本実施形態では、案内部２３を、流動層加熱器２２内に形成される流動層上（流動層の上方）に配置し、浮遊状態の成形材料Ｍｍの流れを案内する。このように、材料予熱装置２１が案内部２３を備えることにより、成形材料Ｍｍの流動層の形成状態を調整することができる。より具体的には、成形材料Ｍｍの加熱では、成形材料Ｍｍ全体で流動層を形成しそれぞれの成形材料Ｍｍが熱風と満遍なく接触することが肝要であるところ、本実施形態の材料予熱装置２１では案内部２３が備えられることにより、熱風によって噴き上げられた成形材料Ｍｍの流れが案内部２３によって案内される。成形材料Ｍｍの流れが案内されることで、流動層の形成状態が調整され、それぞれの成形材料Ｍｍが熱風と満遍なく接触することができるようになり、その結果として、射出装置１のシリンダ１１の内部に供給する前の成形材料Ｍｍの予熱を高速かつ均一に行うことができる。

案内部２３は、詳細には、板状又は網板状とすることができる。案内部２３は、より具体的には、案内部２３には熱風が当たることから、一部が熱風によって形状変形してもよいが全体として熱風に対して形状変形しない耐風性を有するものであることが好ましい。また、案内部は、図示の例のように、熱風が通気しつつ、成形材料Ｍｍの流れを案内できることから、網板状であることが好ましい。
なお、板状とは、熱風が通気せず（通気性を有さず）厚さに対して表面が広い形状をいい、網板状とは、風が通気し（通気性を有し）厚さに対して表面が広い形状をいう。網板状の案内部２３としては、具体的にはパンチングメタルなどのパンチングされた板、金属ワイヤなどの強度のあるワイヤで形成された網板、または、柔軟性のある糸や紐で形成された網をその外周を強度のある金属などの部材で枠取りして形成された網板などが挙げられる。また、案内部２３としては、板状の部分と網板状の部分とが混在していてもよい。また、全体として一つの材料で形成されてもよいし、複数の材料が混合されて又は混在されて形成されてもよい。材料は、成形材料Ｍｍよりも耐熱性のあるものであれば特に限定されず、金属が好ましい。
また、案内部２３としては、熱風の風力に対向する向きに補強する補強部材を備えていてもよい。この場合、補強部が存在することで案内部２３全体として熱風に対して形状変形しない耐風性を有するようにすることができる。また、案内部２３を弾性変形可能な部材で形成することもできる。

案内部２３は、熱風の供給方向に対して傾斜する姿勢で流動層加熱器２２内に設けられることができ、これにより案内することができる。具体的には、案内部２３が、周縁部２３１と、当該周縁部２３１よりも流動層側に突き出る中央部２３２と、当該周縁部２３１と当該中央部２３２とを連結し、流動層から離れる向きに凹状に湾曲する湾曲部２３３とを備えることができる。このように構成することで、案内部２３にあたった成形材料Ｍｍの流れが中央部２３２から湾曲部２３３に向かって広がるように案内され、その結果として、成形材料Ｍｍの浮遊の範囲をより調整しやすくなり、成形材料Ｍｍ全体が満遍なく熱風と接触するようにすることができる。
なお、案内部２３を周縁部２３１と中央部２３２と湾曲部２３３とで形成する場合、案内部２３は板状であっても網板状であってもよい。また、案内部２３は、中央部２３２を中心に同心円状に形成することが好ましい。

案内部２３は、成形材料Ｍｍの流れを案内するために流動層加熱器２２内の任意の位置に設けることができ、例えば流動層加熱器２２の底部、側部または上部の内壁から伸びる取付部材で固定することもできる。
しかし、本実施形態においては、材料予熱装置２１を用いた運転中であっても案内部２３により成形材料Ｍｍの流れをより案内しやすく調整可能にする観点から、図２に示すように、案内部２３の流動層加熱器２２内での位置を調整可能な位置調整機構２８を用いることが好ましい。さらに、案内部２３は、熱風の供給方向上に設けられ、位置調整機構２８が、案内部２３の位置を少なくとも熱風の供給方向に沿う方向に調整することが好ましい。具体的には、案内部２３を熱風供給路２５の延長線上に設け、位置調整機構２８が、案内部２３の位置を少なくとも熱風供給路２５の延長線に沿う方向に調整する。このように構成することにより、案内部２３によって成形材料Ｍｍの流れがより案内しやすくされ、成形材料Ｍｍの浮遊の範囲をより調整しやすくすることができる。

位置調整機構２８は、特に限定されないが例えば、図２に示すように、案内部２３の位置を調整するための駆動力を流動層加熱器２２の外部から内部へ伝える第１伝達部（図示は省略）と、当該第１伝達部と案内部２３とを連結し、駆動力により案内部２３を変位させる第１連結部２８１と、を備えることができる。
より詳細には、図示の例では、位置調整機構２８が案内部２３の位置を少なくとも熱風の供給方向に沿う方向に調整することができるが、第１連結部２８１は、棒状部材を含み、一方（上下方向下方）の端部で案内部２３の中央部２３２で接続され、一方の端部から他方（上下方向上方）の端部に向けて、流動層加熱器２２の熱風排出口２２２よりも外側へ、熱風の供給方向に沿う方向に延在し、他方の端部が熱風戻り通路２７内に存在している。そして、第１伝達部により駆動力が流動層加熱器２２の外部から内部へ伝達されることで、第１連結部２８１が供給方向に沿う方向に変位し（図２の位置調整機構２８の右側の矢印に示すように変位する）、案内部２３の位置を少なくとも熱風の供給方向に沿う方向に調整する。この際、第１連結部２８１の少なくとも棒状部材が位置調整機構２８による案内部２３の位置の調整方向と同じ方向に延在するので、流動層加熱器２２内に熱風が供給されている状況下でも、案内部２３を効果的に支持するとともに、位置調整機構２８によって案内部２３の位置を調整する際には確実に調整することができる。
なお、位置調整機構２８は、案内部２３の流動層加熱器２２内での位置を調整可能であれば、図示の例の構造以外にもすることができ、例えば図示の例の第１連結部２８１を、流動層加熱器２２の側部から延在して案内部２３と結合される構造にすることもできる。また、位置調整機構２８による案内部２３の位置調整は例えば電動モータによる駆動により行ってもよく手動による駆動により行ってもよい。

ところで、本実施形態の材料予熱装置の変形例においては、案内部２３が周縁部２３１と中央部２３２と湾曲部２３３とを備える場合には、図３に示すように、案内部２３の湾曲部２３３の湾曲の程度を調整可能な湾曲調整機構２９をさらに備えることができる。具体的には、図示の例では、湾曲調整機構２９によって、案内部２３の流動層側とは逆側から案内部２３を押したり引いたりすることにより、案内部２３の湾曲部２３３の湾曲の程度を調整することができる。より具体的には、湾曲調整機構２９は、湾曲部２３３の湾曲の程度を調整するための駆動力を流動層加熱器２２の外部から内部へ伝える第２伝達部（図示せず）と、位置調整機構２８の第１連結部２８１の周囲に位置し、当該第２伝達部からの駆動力によって第１連結部２８１の延在方向に沿って変位する第２連結部２９１と、当該第２連結部２９１の案内部側の一方の端部と案内部２３とを連結する第３連結部２９２と、を備えることができる。湾曲調整機構２９の第２伝達部が第２連結部２９１を第１連結部２８１に対して相対変位させることにより（図３の湾曲調整機構２９の左側の矢印に示すように変位する）、第２連結部２９１の一方の端部に結合する第３連結部２９２が案内部２３を上下方向および／または横方向に押しまたは引き、その結果、湾曲部２３３の湾曲の程度を調整することができる。
さらに具体的には、湾曲調整機構２９の第３連結部２９２が、例えば案内部２３の周縁部２３１と接続する場合には、第２連結部２９１が第１連結部２８１に対して相対変位すると、第２連結部２９１の変位方向に対する第３連結部２９２の傾斜角度が変化し、それにより、湾曲部２３３の湾曲の程度を変動させることができる。この場合、案内部２３および第３連結部２９２を弾性変形可能な部材で形成することができる。また、第３連結部２９２を案内部２３と同じ部材で形成した上で、案内部２３とは上下方向逆向きの姿勢で設けることもできる。これにより、第３連結部２９２が補強部として存在し、案内部２３全体として熱風に対して形状変形しない耐風性を有するようにすることができる。また湾曲調整機構２９としての第２連結部２９１が、第１連結部２８１に対して相対変位すると、第３連結部２９２が案内部２３を主に横方向に押し伸ばしまたは引いて縮ませることができ、その結果、湾曲部２３３の湾曲の程度を調整することができる。

ここで、上記のような本実施形態の材料予熱装置２１およびその変形例の材料予熱装置２１は、流動層加熱器２２の内部の成形材料Ｍｍの温度に関する情報を検出する温度情報検出機構を有する。具体的には、温度情報検出機構は、流動層加熱器２２の内部に設けた熱電対などの温度センサ、または、図２、図３に示すように、流動層加熱器２２の観察窓２２４を介して外部から観察するサーモグラフィ３０などにより、流動層加熱器２２の内部の成形材料Ｍｍの温度に関する情報を得ることができる。成形材料Ｍｍの温度に関する情報としてはここでは例えば成形材料Ｍｍの温度分布の程度に関する情報を得ることができる。温度情報検出機構が流動層加熱器２２の内部の成形材料Ｍｍの温度に関する情報を検出した場合には、例えば当該情報に基づき、材料予熱装置２１の使用者が位置調整機構２８を介して案内部２３の位置を調整することにより、成形材料Ｍｍの流れの案内を調整し、成形材料Ｍｍの予熱を高速かつ均一に行うことができる。また、材料予熱装置２１が湾曲調整機構２９を備える場合には、位置調整機構２８による調整に加えて、または代えて湾曲調整機構２９による案内部２３の湾曲部２３３の湾曲の程度の調整により、成形材料Ｍｍの予熱をより効率的に高速かつ均一に行うことができる。なお、温度情報検出機構が流動層加熱器２２の内部の成形材料Ｍｍの温度に関する情報に基づき、材料予熱装置２１の使用者が熱風の強度を上げる、成形材料Ｍｍの供給量を調整するなどの対策を講じることもできる。

また、本実施形態の材料予熱装置２１は、位置調整機構２８を備える場合には、温度情報検出機構より検出された温度に関する情報に基づき位置調整機構２８を制御する制御部（図示せず）をさらに備えることができる。また、材料予熱装置２１が湾曲調整機構を備える場合には、制御部は、温度情報検出機構より検出された温度に関する情報に基づき位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御することができる。具体的には、例えば、温度情報検出機構より検出された成形材料Ｍｍの温度分布の程度が、所定の閾値を超えたと制御部が判定する場合には、制御部が、位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御することで、案内部２３による成形材料Ｍｍの流れの案内が調整されて、自動的に成形材料Ｍｍの予熱が均一に行われるようにすることができる。
なお、射出装置１が材料予熱装置２１を備える場合には、射出装置１が備える射出装置１の作動を制御するための制御部が、上記の位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御する制御部を兼用することができる。
また、温度情報検出機構より検出された成形材料Ｍｍの温度分布の程度は、熱電対が流動層加熱器２２に配設される場合、流動層加熱器２２内に設置された複数の熱電対の計測結果に基づき算出することができ、また、サーモグラフィが流動層加熱器２２に配設される場合、得られたサーモグラフから任意の数の温度データを抽出し、抽出した複数の温度データに基づき算出することができる。

（材料予熱装置の制御）
以上に述べた材料予熱装置２１は、たとえば次に述べるようにして制御することができる。
まず、図４に示すように、材料予熱装置２１は通気性開閉部材２２３を閉じた状態にし、流動層加熱器２２に予熱するための成形材料Ｍｍを供給して、熱風を供給して加熱を開始する（ステップＳ１０）。材料予熱装置２１では、その使用時に、温度情報検出機構として流動層加熱器２２の内部に設けた熱電対などの温度センサや流動層加熱器２２の観察窓２２４を介して外部から観察するサーモグラフィ３０等で、流動層加熱器２２の内部の成形材料Ｍｍの温度を常時監視しておく。温度情報検出機構は、温度に関する情報として、特に限定されないがここでは、測定された成形材料Ｍｍの温度に基づき成形材料Ｍｍの温度分布の程度に関する情報を得、次いで、当該情報は、たとえば材料予熱装置２１の制御部に送信される。

制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ２０）。なお、制御部による判定は、流動層加熱器２２内に成形材料Ｍｍが供給されて、所定の時間が経過した後に判定することができる。
制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えると判定した場合（ステップＳ２０－ｙｅｓ）、制御部が、位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御する（ステップＳ２１）。制御部による制御により、案内部２３による成形材料Ｍｍの流れの案内が調整されて、成形材料Ｍｍの予熱が均一に行われるようにすることができる。そして、制御部により制御された後、再度、制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えるかどうかを判定する（ステップＳ２０）。この際、再度の判定は所定時間経過後に行うことができる。
一方、制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ２０－ｎｏ）、制御部は、位置調整機構２８および湾曲調整機構２９のいずれも制御せず、それら機構２８、２９の現状が維持される（ステップＳ３０へ進む）。

続いて、温度情報検出機構により検出された成形材料Ｍｍの温度に関する情報に基づき、制御部が、成形材料Ｍｍが温度分布均一に所定の温度に達したかどうか（換言すれば予熱が完了したか）を判定する（ステップＳ３０）。制御部が、成形材料Ｍｍが温度分布均一に所定の温度に達したと判定した場合（ステップＳ３０－ｙｅｓ）、熱風の供給を停止するとともに、材料予熱装置２１の通気性開閉部材２２３を開ける旨の制御を発信し、成形材料Ｍｍが材料送り通路２６を介して射出装置１に供給される（ステップＳ３１）。流動層加熱器２２の成形材料Ｍｍが排出された後、再び、予熱前の成形材料Ｍｍの供給を行う工程に戻る。
一方、制御部が、成形材料Ｍｍが温度分布均一に所定の温度に達していないと判定した場合（ステップＳ３０－ｎｏ）、再度、制御部が、成形材料Ｍｍが温度分布均一に所定の温度に達したかどうかを判定する（ステップＳ３０）。この際、再度の判定は所定時間経過後に行うことができる。

また、材料予熱装置２１の他の制御方法としては、次の方法も行うことができる。
まず、図５に示すように、上記の制御方法と同様に、材料予熱装置２１は通気性開閉部材２２３を閉じた状態にし、流動層加熱器２２に予熱するための成形材料Ｍｍを供給して、熱風を供給して加熱を開始する（ステップＳ１０）。

次いで、温度情報検出機構により検出された成形材料Ｍｍの温度に関する情報に基づき、制御部が、成形材料Ｍｍが所定の温度に達したかどうかを判定する（ステップＳ４０）。ここでの成形材料Ｍｍの所定の温度は、複数の熱電対やサーモグラフィから得られる温度データの平均値とすることができる。なお、制御部による判定は、流動層加熱器２２内に成形材料Ｍｍが供給されて、所定の時間が経過した後に判定することができる。
制御部が、成形材料Ｍｍが所定の温度に達したと判定した場合（ステップＳ４０－ｙｅｓ）、次のステップＳ５０へ進む。
一方、制御部が、成形材料Ｍｍが所定の温度に達していないと判定した場合（ステップＳ４０－ｎｏ）、再度、制御部が、成形材料Ｍｍが所定の温度に達したかどうかを判定する（ステップＳ４０）。この際、再度の判定は所定時間経過後に行うことができる。

続いて、制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えたかどうかを判定する（ステップＳ５０）。
制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えると判定した場合（ステップＳ５０－ｙｅｓ）、制御部が、位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御する（ステップＳ５１）。そして、制御部により制御された後、再度、制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えるかどうかを判定する（ステップＳ５０）。この際、再度の判定は所定時間経過後に行うことができる。
一方、制御部が、成形材料Ｍｍの温度分布の程度が所定の閾値を超えないと判定した場合（ステップＳ５０－ｎｏ）、制御部は、位置調整機構２８および湾曲調整機構２９のいずれも制御せず、それら機構２８、２９の現状が維持される。また、制御部は、熱風の供給を停止するとともに、材料予熱装置２１の通気性開閉部材２２３を開ける旨の制御を発信し、成形材料Ｍｍが材料送り通路２６を介して射出装置１に供給される（ステップＳ５２）。流動層加熱器２２の成形材料Ｍｍが排出された後、再び、予熱前の成形材料Ｍｍの供給を行う工程に戻る。

（射出装置）
上述したような材料予熱装置２１を適用することができる射出装置１は、図１に例示するように、主として、材料予熱装置２１と、材料予熱装置２１から供給された成形材料Ｍｍを内部で溶融させるシリンダ１１と、シリンダ１１の内部で回転駆動されて成形材料Ｍｍを可塑化するスクリュ１２と、スクリュ１２の回転軸線方向の後方側（図１の右側）に配置された計量モータ３１と、計量モータ３１のさらに後方側に配置された射出モータ４１とを備える。

シリンダ１１の周囲には、シリンダ１１の内部でスクリュ１２により可塑化される成形材料Ｍｍを加熱するヒータ１３が配置されている。シリンダ６７は回転軸線方向の先端側（図１の左側）に内外径が小さくなる先端部１４を有し、その先端部１４の周囲にもヒータ１３が配置される。また、シリンダ１１は回転軸線方向の後端側には、貫通孔状の供給口１１ａが設けられており、そこに先述の材料予熱装置２１が取り付けられている。

計量モータ３１及び射出モータ４１はそれぞれ、スライドベース１０１上に立てた姿勢で互いに間隔をおいて配置された二枚のモータ支持プレート３２、４２のそれぞれの回転軸線方向の後端側の背面に固定されている。スクリュ１２は、計量モータ３１により回転駆動されるとともに、射出モータ４１により進退駆動される。二枚のモータ支持プレート３２、４２は、計量モータ３１の周囲の複数箇所、たとえば四箇所でロッド５１、５２により互いに連結されている。

計量モータ３１は、主に、ロータ３３と、ロータ３３の周囲に配置されたステータ３４と、ロータ３３及びステータ３４の周囲を取り囲み、内表面にステータ３４が設けられたステータフレーム３５とを含む。計量モータ３１のロータ３３はその回転軸線方向の各端部で、ステータフレーム３５の内側に軸受により支持されている。また、このロータ３３は、計量スプライン軸３６の周囲にスプライン結合されており、この計量スプライン軸３６は、スクリュ１２が取り付けられたスクリュ取付部３７に連結されている。なお、計量スプライン軸３６の外周面の回転軸線方向の後端部には、ロータ３３の内周面に設けられたキー溝に対応する一個以上のキーが形成されている。これにより、計量モータ３１からスクリュ１２に回転駆動力が伝達されて、スクリュ１２を回転させることができる。

射出モータ４１は、主に、ロータ４３と、ロータ４３の周囲に配置されたステータ４４と、ロータ４３及びステータ４４の周囲を取り囲んで設けられて、内表面にステータ４４が設けられたステータフレーム４５とを有するものである。ロータ４３はその回転軸線方向の各端部で、ステータフレーム４５の内側に軸受により支持されている。射出モータ４１は、ロータ４３が駆動軸に接続されている。この駆動軸は、より詳細には、円筒状のロータ４３の内周側に設けた溝部でスプライン結合された射出スプライン軸４６と、射出スプライン軸４６に連結されたねじ軸４８と、計量スプライン軸３６の内側に軸受４９を介して回転自在に取り付けられた回転軸５０とを有する。ねじ軸４８に螺合するねじナット４７は、後述する圧力検出器を介してモータ支持プレート４２に取り付けられる。この構造により、射出モータ４１による回転駆動力が、スクリュ１２の回転軸線方向の直線駆動力に変換されて、スクリュ１２に伝達される。

なお、射出モータ４１のステータフレーム４５とモータ支持プレート４２との間には、圧力検出器を配置している。この圧力検出器３８はモータ支持プレート４２及びねじナット４７のそれぞれに取り付けられて、射出モータ４１からスクリュ１２への駆動力の伝達経路で当該圧力検出器３８に作用する荷重を検出する。圧力検出器３８とステータフレーム４５との間には、筒状部分を介在させて設けている。
また、回転軸線方向で上記の駆動軸とは反対側に位置する射出モータ４１のステータフレーム４５の後端面には、ロータ４３と軸部で連結されてロータ４３の回転を検出するエンコーダが設けられている。

なお、上述したような材料予熱装置２１を射出装置１が備える場合には、位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御する制御部を、材料予熱装置２１が備えるのではなく、代わりに、射出装置１が備えることもできる。そして、位置調整機構２８および／または湾曲調整機構２９を制御する制御部を射出装置１が代わりに備える場合の制御部は、材料予熱装置２１が当該制御部を備える場合と同じように、制御を行うことができる。

このような射出装置１を備える射出成形機による成形過程の一例を述べると、前回の成形過程の後半に既にシリンダ１１の内部に成形材料Ｍｍが所定の量で計量されて配置された状態で、図示しない金型装置を閉じて型締状態とする型締工程を行う。次いで、スクリュ１２の前進により成形材料Ｍｍを金型装置内に向けて射出し、成形材料Ｍｍを金型装置内のキャビティに充填する充填工程と、スクリュ１２をさらに前進させてシリンダ１１の先端部１４の内部にある成形材料Ｍｍを所定の圧力に保持する保圧工程とを順次に行う。

そしてその後、金型装置内に充填された成形材料Ｍｍを冷却させて硬化させ、成形品を得る冷却工程を行う。この際に、材料予熱装置２１からシリンダ１１内に別途供給した成形材料Ｍｍを、ヒータ１３による加熱下でスクリュ１２の回転によりシリンダ１１の先端部１４に向けて送りながら溶融させ、所定の量の成形材料Ｍｍを先端部１４に配置する計量工程が行われる。

ここにおいて、この実施形態では、シリンダ１１内に供給される成形材料Ｍｍが、材料予熱装置２１により既に適切な温度に加熱されている。それ故に、スクリュ１２を高速で回転させ、成形材料Ｍｍを短時間のうちにシリンダ１１の先端部１４に送ったとしても、成形材料Ｍｍを十分に可塑化することができる。これにより、計量に要する時間が短くなり、成形サイクルの短縮化を実現することができる。

なおその後は、金型装置を開いて型開状態とし、エジェクタ装置等により金型装置から成形品を取り出す取出工程を行う。

１ 射出装置
１１ シリンダ
１１ａ 供給口
１２ スクリュ
１３ ヒータ
１４ 先端部
２１ 材料予熱装置
２２ 流動層加熱器
２２１ 材料供給口
２２２ 熱風排出口
２２３ 開閉部材、通気性開閉部材
２２４ 観察窓
２３ 案内部
２３１ 周縁部
２３２ 中央部
２３３ 湾曲部
２４ 熱風発生機
２５ 熱風供給路
２５１ 兼用通路部分
２６ 材料送り通路
２６１ 搬送器
２７ 熱風戻り通路
２８ 位置調整機構
２８１ 第１連結部
２９ 湾曲調整機構
２９１ 第２連結部
２９２ 第３連結部
３０ サーモグラフィ
３１ 計量モータ
３２ モータ支持プレート
３３ ロータ
３４ ステータ
３５ ステータフレーム
３６ 計量スプライン軸
３７ スクリュ取付部
４１ 射出モータ
４２ モータ支持プレート
４３ ロータ
４４ ステータ
４５ ステータフレーム
４６ 射出スプライン軸
４７ ねじナット
４８ ねじ軸
４９ 軸受
５０ 回転軸
５１ ロッド
１０１ スライドベース
Ｍｍ 成形材料

Claims (10)

1. 成形材料の予熱を行い、当該成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置であって、
   熱風の供給により成形材料を流動層にしながら加熱する流動層加熱器と、前記流動層加熱器内で流動層上に配置され、流動層での成形材料の流れを案内する案内部と、を備える材料予熱装置。
2. 前記案内部の前記流動層加熱器内での位置を調整可能な位置調整機構をさらに備える請求項１に記載の材料予熱装置。
3. 前記案内部は、熱風の供給方向上に設けられ、
   前記位置調整機構は、前記案内部の位置を少なくとも熱風の供給方向に沿う方向に調整する、請求項１または２に記載の材料予熱装置。
4. 前記案内部は板状または網板状であり、
   前記案内部が、周縁部と、当該周縁部よりも流動層側に突き出る中央部と、当該周縁部と当該中央部とを連結し、流動層から離れる向きに凹状に湾曲する湾曲部とを有する、請求項１～３のいずれかに記載の材料予熱装置。
5. 前記材料予熱装置は、前記案内部の湾曲部の湾曲の程度を調整可能な湾曲調整機構をさらに備える、請求項４に記載の材料予熱装置。
6. 流動層加熱器が成形材料の出口に、前記熱風を通すとともに前記出口で成形材料を通過させ又は当該通過を停止するべく開閉する通気性開閉部材を有する、請求項１～５のいずれかに記載の材料予熱装置。
7. 前記材料予熱装置は、前記流動層加熱器の内部の成形材料の温度に関する情報を検出する温度情報検出機構を有する、請求項１～６のいずれかに記載の材料予熱装置。
8. 前記温度情報検出機構より検出された温度に関する情報に基づき位置調整機構を制御する制御部をさらに備える請求項７に記載の材料予熱装置。
9. 前記材料予熱装置は、前記案内部の湾曲部の湾曲の程度を調整可能な湾曲調整機構をさらに備え、
   前記射出装置は、前記温度情報検出機構より検出された温度に関する情報に基づき位置調整機構および／または湾曲調整機構を制御する制御部をさらに備える請求項８に記載の材料予熱装置。
10. 成形材料を溶融するシリンダを備え、シリンダで溶融された成形材料を金型装置に射出する射出装置であって、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の材料予熱装置を備える射出装置。

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