JP3705189B2 - バルブ温度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂等の熱可塑性原料を溶融させて金型のキャビティ内に射出することで所望の形状に成形する射出成形機において、金型への溶融原料の射出を制御するバルブの温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機において、プランジャから金型のキャビティ内への溶融原料の射出方式としては、プランジャから金型までの間に、マニホールドヒーターによって加熱されるマニホールドを設けて、金型の直前まで常に原料を溶融させた状態としておくホットランナ方式と呼ばれる方式がある。
【０００３】
このマニホールドと金型との間にはバルブが設けられており、このバルブを開閉することでキャビティ内への溶融原料の射出を制御している。
これらマニホールド及びバルブは、内部の原料を溶融状態に維持するためにそれぞれマニホールドヒーター、バルブヒーターによって加熱されるようになっている。
そして、射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う前には、マニホールド及びバルブ内の原料を溶融させるために、マニホールドヒーター、バルブヒーターによるマニホールド及びバルブの予熱が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらマニホールドヒーター、バルブヒーターの電源を同時に投入した場合、マニホールドの方がバルブに比べて体積が大きく加熱に時間がかかるため、マニホールドが十分に加熱されるまでの間、バルブヒーターによって加熱されているバルブからマニホールドに熱が奪われることになる。
バルブヒーターはバルブの加熱に要求される程度の出力しか有していないが、このようにバルブからマニホールドに熱が奪われることで、間接的にマニホールドの加熱も行うことになり、常に最大出力で駆動されることとなってバルブヒーターには多大な負荷が加わってしまう。このような使用を繰り返すことで、バルブヒーターの故障を招くこととなる。
また、予熱を開始してからマニホールドが十分加熱されるまでの間、バルブ内の原料はバルブ内に留まった状態でバルブヒーターによって加熱され続けているので、場合によってはバルブ内で原料が焼けてしまう恐れがある。
さらに、バルブは、マニホールドよりも先に所望の温度に達するので、バルブが所望の温度に達してからマニホールドが十分加熱されるまでの間は、バルブヒーターによって電力が浪費されていることとなる。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、予熱時におけるバルブヒーターの負荷を低減することができるバルブ温度制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。
本発明にかかるバルブ温度制御装置は、ヒーターによって加熱されてプランジャから溶融した原料が供給されるマニホールドと、該マニホールドを介して前記原料が射出されるキャビティを有する金型と、前記マニホールドと前記金型との間に設けられて前記マニホールドからの前記キャビティ内への前記原料の射出を制御する構成とされたバルブとを備える射出成形機における前記バルブの温度制御を行うバルブ温度制御装置であって、前記マニホールドを加熱するマニホールドヒーターと、前記マニホールドの温度を測定するマニホールド温度センサと、前記バルブを加熱するバルブヒーターと、前記マニホールド温度センサの測定値に基づいて前記バルブヒーターの動作を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う予熱時において、前記マニホールドヒーターの電源を投入した後、前記マニホールド温度センサの測定値が第一の基準温度Ａ以上になったことを条件として前記バルブヒーターの電源を投入することを特徴としている。
【０００７】
このように構成されるバルブ温度制御装置は、射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う前のマニホールド及びバルブの予熱作業においてバルブの温度制御に用いられる。
前記予熱作業においては、まずマニホールドヒーターの電源が投入されてマニホールドの加熱が行われる。
このマニホールドの温度はマニホールド温度センサによって測定されており、
制御装置は、マニホールド温度センサの測定値に基づいてマニホールドの温度が第一の基準温度Ａ以上に達したことを検出すると、バルブヒーターの電源を投入する。
これによって、マニホールドがある程度まで加熱された状態でバルブの予熱作業が行われることとなる。
【０００８】
ここで、バルブにおいて、基部はマニホールドに接しているためにマニホールドによって熱を奪われることによる温度低下が先端部よりも顕著となる。また、先端部は金型へ溶融原料を射出するノズルをなすものであって基部よりも小径とされているので、基部よりも加熱による温度上昇が生じやすい。
そこで、このバルブ温度制御装置において、バルブヒーターとして、バルブにおいてマニホールド側に位置する基部を加熱する基部ヒーターと、バルブにおいて金型側に位置する先端部を加熱する先端部ヒーターとを有し、バルブの基部の温度を測定する基部温度センサと、バルブの先端部の温度を測定する先端部温度センサとを有し、制御装置は、マニホールド温度センサの測定値が第一の基準温度Ａ以上になったことを条件として基部ヒーターの電源を投入し、基部温度センサの測定値が第二の基準温度Ｂ以上になったことを条件として先端部ヒーターの電源を投入する構成としてもよい。
【０００９】
この場合には、射出成形を行う前のマニホールド及びバルブの予熱作業において、制御装置は、マニホールドの温度が第一の基準温度Ａ以上に達したことを検出すると、基部ヒーターの電源を投入するので、バルブの基部の加熱が行われる。
そして、基部の温度は基部温度センサによって測定されており、制御装置は、基部温度センサの測定値に基づいて基部の温度が第二の基準温度Ｂ以上になったことを検出すると、先端部ヒーターの電源を投入するので、先端部の加熱が開始される。
これによって、マニホールドがある程度まで加熱された状態でバルブの基部の予熱が行われ、バルブの基部がある程度まで加熱された状態でバルブの先端部の予熱が行われることとなる。
【００１０】
ここで、予熱によりマニホールド及びバルブが所望の温度まで達した直後は、まだこれらの内部にある溶融原料全体が均一な温度に加熱されていない場合がある。
このように溶融原料の温度にむらがある状態で、または溶融原料の一部が所望の温度まで達していない状態でキャビティ内への溶融原料の射出を行うと、製品に不良が生じてしまう。
そこで、このバルブ温度制御装置において、制御装置によって動作を制御されて基準時間Ｄを計時する計時装置を設けて、制御装置が、全てのヒーターの電源が投入されて全ての温度センサの測定値が各基準温度以上になってから計時装置による計時を開始させて、基準時間Ｄが経過したことを信号として受けるまではバルブの開放動作を規制する構成としてもよい。
この場合には、マニホールド及びバルブが所望の温度に加熱されてから、マニホールド及びバルブ内の溶融原料全体が所望の温度になるのに要する基準時間Ｄが経過するまではバルブを開くことができないので、溶融原料全体が所望の温度になっていない状態で誤操作等によってキャビティ内へ溶融原料の射出が行われてしまうことがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるバルブ温度調整装置の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかるバルブ温度調整装置の構成を示す縦断面図、図２は本実施形態にかかるバルブ温度調整装置の動作を示すフローチャートである。
まず、本実施の形態によるバルブ温度調整装置が設けられる射出成形機の構成について説明する。ここで、この射出成形機は、原料として熱可塑性樹脂を用いるものに限らず、低融点金属等の他の熱可塑性材料を射出成形するものであってもよい。
この射出成形機は、図示せぬプランジャによって溶融した原料が供給されるマニホールド１と、マニホールド１を介して溶融原料をキャビティ内に射出される金型（図示せず）とを有しており、マニホールド１と金型との間には、マニホールド１からの金型のキャビティ内への原料の射出を制御するバルブ２が設けられている。
【００１２】
マニホールド１は、略平板形状をなし、その内部には、プランジャが接続されるスプルーブッシュから延びるスプルーから分岐するランナー６が形成されている。そして、ランナー６の最終分岐路は、マニホールド１の下端に開口しており、この開口端にバルブ２が設けられている。
【００１３】
マニホールド１の上面及び下面には、ランナー６に沿うように溝７、８がそれぞれ形成されており、各溝７、８の底部には、シースヒーター９、１０（マニホールドヒーター）がそれぞれ収容され、さらに各溝７、８には断熱材としてのサーモセメント１１、１２がそれぞれ充填されている。また、マニホールド１には、その温度を測定するためのマニホールド温度センサ１３が設けられている。
本実施の形態では、シースヒーター９、１０の出力を８００Ｗとしている。
【００１４】
前記バルブ２は、一端をマニホールド１に結合される比較的大径の円筒状の基部２ａと、基部２ａの金型側に基部２ａと同軸にして設けられる比較的小径の円筒状の先端部２ｂとを有しており、これら基部２ａ及び先端部２ｂ内には、先端部２ｂの先端側の開口を閉塞するバルブピン１６が、バルブ２の軸線方向に沿って移動可能にして挿通されている。バルブ２は、図示せぬ駆動装置によってバルブピン１６をバルブ２の軸線方向に移動させることで、バルブピン１６の先端１６ａによる先端部２ｂの開口の閉塞、開放が制御されるものである。
【００１５】
基部２ａの外周には、バンドヒーターからなる基部ヒーター１７と、基部温度センサ１８とが設けられている。
また、先端部２ｂの外周には、先端部ヒーター１９及び先端部温度センサ２０が埋め込まれている。
本実施の形態では、基部ヒーター１７の出力を３５０Ｗ、先端部ヒーター１９の出力を３００Ｗとしている。
ここで、本実施の形態では、前記マニホールド温度センサ１３、基部温度センサ１８、先端部温度センサ２０を、熱電対によって構成しているが、これに限らず他の任意の構成としてもよい。
【００１６】
シースヒーター９、１０、基部ヒーター１７、先端部ヒーター１９、並びにマニホールド温度センサ１３、基部温度センサ１８、先端部温度センサ２０は、制御装置２１に接続されており、シースヒーター９、１０、基部ヒーター１７、及び先端部ヒーター１９は、制御装置２１によってその動作を制御されるようになっている。
【００１７】
制御装置２１は、シースヒーター９、１０、基部ヒーター１７、先端部ヒーター１９、及びバルブピン１６を駆動する駆動装置の動作を制御するものである。
また、制御装置２１は、基準時間Ｄを計時するタイマー等の計時装置２２と接続されている。
本実施形態にかかるバルブ温度制御装置２３は、前記のマニホールド温度センサ１３、基部ヒーター１７、基部温度センサ１８、先端部ヒーター１９、先端部温度センサ２０、制御装置２１及び計時装置２２とによって構成されている。
【００１８】
このように構成されるバルブ温度制御装置２３を用いた射出成形機の予熱作業について、図２のフローチャートを用いて説明する。
ここで、初期状態では、シースヒーター９、１０、基部ヒーター１７、先端部ヒーター１９の電源はＯＦＦとされており、バルブ２のバルブピン１６は、先端部２ｂの開口を閉塞する位置にあってバルブ２が閉じられている。本実施の形態では、射出成形に用いる熱可塑性原料として、熱可塑性樹脂（融点１６０°Ｃ〜３４０°Ｃ）を用いている。
バルブ温度制御装置２３を作動させると、まず、制御装置２１によってシースヒーター９、１０の電源が投入される（ステップＳ１）。
【００１９】
そして、制御装置２１は、シースヒーター９、１０によってマニホールド１が加熱されて、マニホールド温度センサ１３の測定値が第一の基準温度Ａ以上になったことを検出すると（ステップＳ２）、これに基づいて基部ヒーター１７の電源を投入する（ステップＳ３）。
本実施の形態では、第一の基準温度Ａは、２００°Ｃから４００°Ｃの範囲内とされている。
これにより、基部ヒーター１７は、マニホールド１がある程度予熱された状態でバルブ２の基部２ａの加熱を開始することになり、基部ヒーター１７の熱がマニホールド１に逃げにくくなる。
【００２０】
続いて、制御装置２１は、基部ヒーター１７によってバルブ２の基部２ａが加熱されて、基部温度センサ１８の測定値が第二の基準温度Ｂ以上になったことを検出すると（ステップＳ４）、これに基づいて先端部ヒーター１９の電源を投入する（ステップＳ５）。
本実施の形態では、第二の基準温度Ｂは、２００°Ｃから４００°Ｃの範囲内とされている。
これにより、先端部ヒーター１９は、バルブ２の基部２ａがある程度予熱された状態で先端部２ｂの加熱を行うことになり、バルブ２において基部２ａ内の原料が加熱される時間よりも先端部２ｂ内の原料が加熱される時間が短くなる。
【００２１】
さらに、制御装置２１は、先端部ヒーター１９の測定値が第三の基準温度Ｃ以上になったことを検出すると（ステップＳ６）、これに基づいて計時装置２２による計時を開始させる（ステップＳ７）。
本実施の形態では、第三の基準温度Ｃは、２００°Ｃから４００°Ｃの範囲内とされている。
これにより、マニホールド１及びバルブ２内の溶融原料がさらに加熱されて、全体が射出成形に適した温度以上の均一の温度に加熱される。ここで、本実施の形態では、基準時間Ｄを５分に設定している。
そして、制御装置２１は、計時装置２２が基準時間Ｄを計時したことを検出すると（ステップＳ８）、バルブピン１６を駆動する駆動装置の動作を許容し、これによって以降はバルブ２の開放操作が許容される（ステップＳ９）。
このようにしてマニホールド１、バルブ２、及びこれらの内部にある溶融原料が所望の温度に予熱されたのちに、射出成形動作が可能となる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態にかかるバルブ温度制御装置２３によれば、射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う前のマニホールド１及びバルブ２の予熱作業において、まずシースヒーター９、１０によってマニホールド１が加熱されてその温度が第一の基準温度Ａ以上に達したのちにバルブ２の予熱作業が行われることとなるので、バルブ２の熱がマニホールド１に奪われずに済み、バルブヒーターである基部ヒーター１７、先端部ヒーター１９の負荷を低減することができる。
そして、予熱作業の際に、バルブ２が加熱される時間を最小限にすることができるので、バルブ２内の溶融原料の焼けを防止することができ、また基部ヒーター１７、先端部ヒーター１９による電力の消費量を低減することができる。
【００２３】
さらに、バルブ２の予熱を行う際に、マニホールド１に熱を奪われやすい基部２ａの予熱を、基部２ａよりも加熱による温度上昇が生じやすい先端部２ｂの予熱よりも先に行って、基部２ａの温度が第二の基準温度Ｂ以上になったことをもって先端部２ｂの加熱が行われるので、先端部２ｂが加熱される時間を最小限にして、先端部２ｂ内の溶融原料の焼けを防止することができる。
【００２４】
また、このバルブ温度制御装置２３では、全てのヒーターの電源が投入されて全ての温度センサの測定値が各基準温度以上になってから、計時装置２２より基準時間Ｄが経過したことを信号として受けるまではバルブの開放動作を規制する構成としており、マニホールド１及びバルブ２が所望の温度に加熱されてからこれらの内部の溶融原料全体が所望の温度になるのに要する基準時間Ｄが経過するまではバルブ２を開くことができないので、溶融原料全体が所望の温度になっていない状態で誤操作等によってキャビティ内への溶融原料の射出が行われることが防止されて、誤操作等によって不良品が製造されてしまうことがなくなる。
【００２５】
ここで、上記実施の形態では、制御装置２１には計時装置２２を接続した例を示したが、全ての温度センサの測定値が各基準温度以上となった直後でもマニホールド１及びバルブ２内の溶融原料の温度むら等が許容範囲内にある場合には、必ずしも計時装置２２を設けなくてもよい。
また、上記実施の形態では、バルブ２の基部２ａには基部ヒーター１７及び基部温度センサ１８を、また先端部２ｂには先端部ヒーター１９及び先端部温度センサ２０を設けた例を示したが、これに限られることなく、基部ヒーター１７及び基部温度センサ１８のみを設けた構成としてもよく、さらに計時装置２２を設けない場合には、基部ヒーター１７のみを設けた構成としてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるバルブ温度制御装置によれば、射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う前のマニホールド及びバルブの予熱作業において、まずマニホールドヒーターによる加熱によってマニホールドの温度が第一の基準温度Ａ以上に達したのちにバルブの予熱作業が行われることとなる。このようにマニホールドが十分に加熱された状態でバルブの加熱が行われることで、バルブの熱がマニホールドに奪われずに済むので、バルブヒーターの負荷を低減することができる。
そして、予熱作業の際に、バルブが加熱される時間を最小限にすることができるので、バルブ内の溶融原料の焼けを防止することができ、またバルブヒーターによる電力の消費量を低減することができる。
【００２７】
ここで、バルブの予熱を行う際に、マニホールドに熱を奪われやすい基部の予熱を、基部よりも加熱による温度上昇が生じやすい先端部の予熱よりも先に行って、基部の温度が第二の基準温度Ｂ以上になったことをもって先端部の加熱が行われる構成とすることで、先端部が加熱される時間を最小限にして、先端部内の溶融原料の焼けを防止することができる。
【００２８】
そこで、このバルブ温度制御装置を、全てのヒーターの電源が投入されて全ての温度センサの測定値が各基準温度以上になってから計時装置による計時を開始させて、基準時間Ｄが経過したことを信号として受けるまではバルブの開放動作を規制する構成とすることで、マニホールド及びバルブが所望の温度に加熱されてからマニホールド及びバルブ内の溶融原料全体が所望の温度になるのに要する基準時間Ｄが経過するまではバルブを開くことができない。これにより、溶融原料全体が所望の温度になっていない状態で誤操作等によってキャビティ内への溶融原料の射出が行われることが防止されて、誤操作等によって不良品が製造されてしまうことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかるバルブ温度調整装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】 本実施形態にかかるバルブ温度調整装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ マニホールド ２ バルブ
２ａ 基部 ２ｂ 先端部
９、１０ シースヒーター １３ マニホールド温度センサ
１７ 基部ヒーター（バルブヒーター） １８ 基部温度センサ
１９ 先端部ヒーター（バルブヒーター） ２０ 先端部温度センサ
２１ 制御装置 ２２ 計時装置
２３ バルブ温度制御装置

Claims (3)

1. ヒーターによって加熱されてプランジャから溶融した原料が供給されるマニホールドと、該マニホールドを介して前記原料が射出されるキャビティを有する金型と、前記マニホールドと前記金型との間に設けられて前記マニホールドからの前記キャビティ内への前記原料の射出を制御する構成とされたバルブとを備える射出成形機における前記バルブの温度制御を行うバルブ温度制御装置であって、
   前記マニホールドを加熱するマニホールドヒーターと、
   前記マニホールドの温度を測定するマニホールド温度センサと、
   前記バルブを加熱するバルブヒーターと、
   前記マニホールド温度センサの測定値に基づいて前記バルブヒーターの動作を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記射出成形機を立ち上げて初回の射出成形動作を行う予熱時において、前記マニホールドヒーターの電源を投入した後、前記マニホールド温度センサの測定値が第一の基準温度Ａ以上になったことを条件として前記バルブヒーターの電源を投入することを特徴とするバルブ温度制御装置。
2. 前記バルブヒーターとして、前記バルブにおいてマニホールド側に位置する基部を加熱する基部ヒーターと、前記バルブにおいて前記金型側に位置する先端部を加熱する先端部ヒーターとを有し、
   前記バルブの基部の温度を測定する基部温度センサと、
   前記バルブの先端部の温度を測定する先端部温度センサとを有し、
   前記制御装置は、前記マニホールド温度センサの測定値が第一の基準温度Ａ以上になったことを条件として前記基部ヒーターの電源を投入し、
   前記基部温度センサの測定値が第二の基準温度Ｂ以上になったことを条件として前記先端部ヒーターの電源を投入することを特徴とする請求項１記載のバルブ温度制御装置。
3. 前記制御装置によって動作を制御されて基準時間Ｄを計時する計時装置を有し、
   前記制御装置は、前記全てのヒーターの電源が投入されて前記全ての温度センサの測定値がそれぞれ予め設定された基準温度以上になってから前記計時装置による計時を開始させて、前記基準時間Ｄが経過したことを信号として受けるまでは前記バルブの開放動作を規制することを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ温度制御装置。

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