JP4113853B2 - 調温剤チャネルに調温剤を供給する給送装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にＣＤやＤＶＤ等の円盤形状の成形品を製造するための射出成形用金型を構成する２つの半型に各々形成された調温剤チャネルに対して、調温剤を供給するための給送装置に関する。

射出成形用の金型を構成する２つの半型はそれぞれ、約５０〜１４０℃程度の加熱温度に維持されるが、この温度は通常の射出成形温度である３００〜３６０℃よりも低く、周囲の温度よりは高い。この加熱温度を維持することにより、射出成形に使用されるプラスチック材の温度が急激に下がることを防止して、プラスチック材を中空状の型穴に確実に充填し、かつ合理的な時間内に射出成形品を型から取り出すことを可能としている。この約５０〜１４０℃の金型加熱温度は、射出成形温度と比較して十分に低く、離型用の温度とみなすことができる。ブランクＣＤやＤＶＤのような、薄くて平らな形状の成形品を製造する際に特に問題となるのは、ＣＤ等が円盤形状であるために安定せず、容易にゆがんでしまう点である。特にこれらのブランクＣＤ等は、一方の側面が他方より先に冷却されて硬化することにより、一方側に反った形状となりやすい。これを防止するために、実際の製造工程においては、このような成形用金型は時間をかけて均等に冷却される必要がある。しかしながら、この冷却方式を採用すると、製造スピードが大幅に制限されてしまうという問題点があった。

特許文献１は、プラスチック材の射出成形やその他の成形に使用する永久型に関する。中空状態の型穴に直接接する型壁には、高い熱伝導率を有する材料からなる熱伝導部材が配設され、その内部には一つまたは複数のチャネルシステムが形成され、チャネルには調温用の液体が供給される。注型工程の開始前に、型表面は所望の温度まで加熱され、その後、注型が完了した直後から所定の時間が経過した後、所望の冷却温度まで冷却される。射出成形を行う前に加熱することにより、プラスチック材が急激に硬化することを防止し、中空状態の型穴のすみずみまで確実に充填されるようにする。また射出成形後に冷却することにより、冷却期間を短縮し、それにより全体のサイクルタイムを減少させることができる。

特許文献２は射出成形装置の型を調温するための装置に関し、型に形成された流路に調温剤を供給し、さらに流出路を通じて排出する技術を開示している。上述の各従来装置の欠点は、型の前後に制御弁を配設したために、型を定圧状態に保つことが難しく、また調温剤の圧力が弁の開閉によって大きく変動することである。この欠点を解消するため、調温剤の流れを調節するための弁を、型の流出口側のみに配設する提案がなされている。この構成を採用することによって、調温剤の圧力をより一定に保つ効果が期待できる。
ＤＥ１９５３３０４５ Ａ１ ＷＯ０１／１９５９０

上記従来技術の問題点に鑑み、本願発明の目的は、上記のような装置において、特にＣＤやＤＶＤ等の平坦な円盤形状の成形品を製造する際に、冷却工程にかかる時間を短縮しつつ、片側へのそりを防止し、質の良い表面微細構造を有する、円盤形状の成形品を高い再現性をもって製造する装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の給送装置は、円盤形状の成形品を製造するための射出成形用金型を構成する２つの半型に各々形成されたチャネルに調温剤を供給するための給送装置であって、前記半型のいずれにも、前記半型全体を加熱された成形温度に保つための第一のチャネルと、射出成形段階の完了後に冷却された調温剤を前記金型の中空型穴の周辺領域に供給するための第二のチャネルとがそれぞれ独立して形成され、前記給送装置の順流側（３６）から分岐された各分岐順流路（９２、９４）は、それぞれ前記第一のチャネルの半型ごとの各流入口（２０、２２）に連結され、前記第一のチャネルの半型ごとの各流出口（２４、２６）は、それぞれ前記第一のチャネルの各還流路（１１２、１１４）を介して前記給送装置の還流側（４８）に連結され、前記第一のチャネルの各還流路（１１２、１１４）は、それぞれヒータ（１２４、１２６）を有する連結流路（１２０、１２２）を介して、対応する各分岐順流路（９２、９４）に直接連結されることにより、半型全体を加熱された成形温度に保つことを可能にし、前記第二のチャネルは前記金型の中空型穴の周辺領域に形成され、前記給送装置の順流路（６４）から分岐する二分流路（８０、８２）は前記第二のチャネルの半型ごとの各流入口（２８、３０）にそれぞれ連結され、前記給送装置の還流路（７０）から分岐する二分流路（８８、９０）は前記第二のチャネルの半型ごとの各流出口（３２、３４）にそれぞれ連結され、前記第二のチャネルへの調温剤の供給量を独立して制御可能な弁（８４、８６）が、前記順流路（６４）から分岐する二分流路（８０、８２）のそれぞれ、又は、前記還流路（７０）から分岐する二分流路（８８、９０）のそれぞれのいずれかに配設され、前記順流路（６４）から前記還流路（７０）方向への調温剤を制御可能な補償弁（７６）が前記分岐していない前記順流路（６４）と前記分岐していない前記還流路（７０）との間に配設されることにより、射出成形段階の完了後に冷却された調温剤を前記金型の中空型穴の周辺領域に供給することを可能にしたことを特徴とする。

ここで成形される円盤形状の製品の例はＣＤやＤＶＤである。このような製品は二次元的な形状を有しているため、安定性が悪く、三次元方向に湾曲したりそったりする傾向がある。

金型を構成する２つの半型の内側は熱伝導率が高く、また液体状または塊状のプラスチック材が常にその内部に導入されることから、中空の型空間（型穴）の周囲の環境は比較的高温であるため、本発明の方式では短期間のパルス状冷却のみが可能である。しかしながら、これによって型の冷却を効果的に促進することができる。さらに、冷却工程を制御し、実際には２つの半型同士のそれぞれに形成された型穴の周辺領域の調温工程を制御することによって、射出成形性能を向上させて、完全にまっすぐで平坦な円盤形状の成形品を製造することが可能となる。冷却パルスは、例えば、一方の半型において他方の半型よりも強くすることができる。冷却の効果を一方の半型において他方より早く生ぜしめることも可能であり、また一方において他方より長く効果を持続させることもできる。完全にまっすぐで平坦な円盤形状の成形品を製造するために、さまざまな方法で調温工程の微調整を行う。

中空の型穴部分を成形温度まで再加熱することは、比較的短期間にかつ自動的に行うことができる。なぜならば、半型の内部は熱伝導率のよい金属で形成されており、常に上述した成形温度（約５０〜１４０℃）に加熱されているからである。このため、本発明の工程によって短期間下げられた温度も比較的速やかにもとの温度に戻る。

本発明の装置は、液状の調温剤を常に循環させ、かつその温度を常に設定した温度に保つことのできる調温剤循環路からなる調温システムを有する。この目的のために、本装置は、たとえば連続流ヒータからなる加熱装置と、調温剤を冷却するための熱交換器からなる冷却装置とを備える。調温剤循環路の順流ゾーンからスタートした順流路は分岐され、各半型に対して個別に調温剤を供給することを可能としている。分岐された二分流路のそれぞれには独立して制御可能な弁を具備する。弁が閉じている間に圧力が上昇することを防ぐため、また常に調温剤を循環させるため、順流ゾーンと還流ゾーンとを直接に連結する流路に補償弁を設ける。

この補償弁は、順流ゾーンの二分流路に設けられた二つの弁とは逆の方向に開閉するよう制御され、後者が完全に開いた状態のときは閉じられ、後者が閉じた状態のときは完全に開き、その中間の状態のときは対応して開度を変化させる。補償弁は、切換弁であってもよいし、オーバーフロー弁であってもよい。

本発明を実施するための形態を、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。
図１は、２つの半型１２、１４によって示される射出成形装置１０の概略図である。この２つの半型が合わさることにより、中空の型空間１６が形成され、たとえば半型１２を半型１４から離すことにより、該型空間の中の成形物を取り出すことができる。以下の説明において、中空の型空間１６は、型穴とも呼ばれる。

半型１２、１４は、それぞれ、流入口２０、２２と、流入口からスタートする内部調温用チャネルシステム（第一のチャネル）（図示せず）と、チャネルシステムが終端する流出口２４、２６とを有する。これに関連する、適切な調温材を供給したり排出したりするための流路システムを、以下に説明する。

ここに説明する調温システムの一部は、両半型の全体を射出成形温度領域、つまりほぼ９０〜１２０℃、に保つためのものである。
中空型穴１６を直接的に囲む領域には、独立した調温チャネルシステム（第二のチャネル）に接続された流入口２８、３０および流出口３２、３４が形成され、この独立チャネルシステムは中空型穴１６に直接的に近接した領域のみに影響を及ぼす。

最初に説明した流入口２０、２２を有するチャネルシステム（第一のチャネル）は、比較的温度の高い調温剤を供給して半型全体を常に加熱された成形温度に保つために使用され、後に説明した流入口２８、３０を有するチャネルシステム（第二のチャネル）は、射出成形段階の完了後に比較的短時間の冷却パルスを中空型穴の周辺領域に供給するために使用される。

必要な冷却液を供給するためのシステムについて、以下に詳述する。
調温剤は熱交換器３８から流路３６を通じて引き出される。熱交換器３８は、たとえば、装置の設置場所の給水ネットワークに接続される。

調温剤は混合器４０（詳細は後述）と、必要に応じて温度を上げることのできるヒータ４２と、脱気弁４４とを経てオーバーフロー弁４６に達する。この内部循環路（説明の対象となっている流路）のこの位置以降の部分は、還流路４８として扱われる。還流路４８に沿って蓄圧器５０、別のオーバーフロー弁５２および温度センサ５４が配設され、これらは調節のために使用される。

温度センサ５４の下流には分岐流路５６が設けられ、過剰な調温剤を、弁５８を介してタンク６０に流出させる。還流路４８のさらに下流側には、本発明にかかるシステムの重要な要素の一つである循環ポンプ６２が設置され、流路３６および４８からなる内部循環路が常に流れるようにしつつ、かつ以下に詳述するように、型穴の調温に作用する。

循環ポンプ６２は流路６４につながり、流路６４からは制限流ゾーン６８を有する流路６６が分岐され、別の還流路７０に連結される。混合器４０の状態に応じて、調温剤はこの還流路を通って直接流路３６に戻るか、または熱交換器３８、流路３６の上流部分およびその後の部分に設置された混合器を介して流れる。これまでの説明で、調温剤が流路３６、４８およびポンプ６２を介して循環する、内部循環路の第一部分の構成を詳述した。

前記制限流ゾーン６８は最低限のリーク流のみを通過可能とし、内部循環路において最低限の循環が維持されるよう作用する。
流路６６より下流側には、制限流ゾーン７４と弁７６とを有する別の流路７２が流路６４から分岐して形成される（その作用は後述する）。流路７２もまた還流路７０につながっている。流路６６と７２の分岐点同士の間には、圧力センサ７８が配設される。

さらに下流側において、流路６４は分岐されて二分流路８０、８２となり、それぞれに弁８４、８６が設けられる。これらの弁は相互に独立して制御可能であり、それぞれに異なる量の調温剤を、中空型穴１６の周辺領域に形成されるチャネルシステム（第二のチャネル）の流入口２８、３０に供給することができる。該チャネルシステムを通過した調温剤は、流出口３２、３４を通り、還流路８８および９０を介して還流路７０に戻り、合流する。

ここまでに説明したシステムによれば、一つのポンプ６２の作用のみによって、内部循環路は常に流れ、かつ所望の温度に調節され、弁８４および弁８６の作用により、中空型穴に近接して形成されるチャネルシステム（第二のチャネル）内の冷却剤の流量が調節される。弁８４と弁８６とは独立して調節可能であるので、調温剤の供給量を変化させることによって、異なる調温効果をもたらすことができる。説明してきたとおり、調温効果の詳細は試行錯誤によって得られる。前記の制限流ゾーン６８、７４のうち上側の制限流ゾーン６８は、最低限のリーク流を通過させることによって、内部循環路に一定量の循環流が常に維持されるよう構成される。下側の制限流ゾーン７４は、弁７６と直列に接続される。弁７６は、中空型穴の直近に形成される調温剤用チャネル（第二のチャネル）２８、３０、３２、３４に調温剤を供給する弁８４および弁８６とは逆の開閉方向に制御される。この構成によって、調温剤は連続的かつ選択的に弁８４、８６を介して両半型に流入可能であり、かつ、弁７６を介して直接還流可能である。
このため、両弁８４、８６が閉じられても、調温剤の蓄積による不具合は発生しない。

さらに本発明の実施例への理解を深めるために、両半型の全体の調温がどのようにして行われるかの一例を示す。
流路３６から分岐した２本の流路９２、９４は、内部循環路の順流路ともいうべき流路であって、２つの半型の温度を調節するためのチャネルシステム（第一のチャネル）（図示しない）の流入口２０、２２に連結される。これら順流路９２、９４にはそれぞれ、上流側から順に、調整弁９６、９８、脱気弁１００、１０２、ポンプ１０４、１０６、および温度センサ１０８、１１０が配設される。

半型内のチャネルシステム（第一のチャネル）の流出口２４、２６には還流路１１２、１１４が連結され、還流路のそれぞれには温度センサ１１６、１１８が配設される。還流路１１２、１１４は内部循環路の還流路４８に合流して終端するが、終端点より前の部分で、ヒータ１２４、１２６を有する分岐流路１２０、１２２を介して順流路９２、９４に連結される。弁９６、９８の状態によって、ポンプ１０４、１０６にはそれぞれ、内部循環路の流路３６からの冷却剤、または分岐流路１２０、１２２を介して流れる再加熱済み調温剤が供給される。

本発明にかかる装置の循環路を示す概略図。

符号の説明

１０ 射出成形装置
１２、１４ 半型
１６ 型穴
２０、２２ 流入口
２４、２６ 流出口
２８、３０ 流入口
３２、３４ 流出口
３８ 熱交換器
４０ 混合器
４２ ヒータ
４４ 脱気弁
４６、５２ オーバーフロー弁
４８ 還流路
５０ 蓄圧器
５４ 温度センサ
５６ 分岐流路
６０ タンク
６２ 循環ポンプ
６４、６６ 流路
６８、７４ 制限流ゾーン
７０ 還流路
７２ 流路
７６ 弁
７８ 圧力センサ
８０、８２ 二分流路
８４、８６ 弁
９２、９４ 内部循環路の順流路
９６、９８ 調整弁
１００、１０２ 脱気弁
１０４、１０６ ポンプ
１０８、１１０ 温度センサ
１１２、１１４ 還流路
１１６、１１８ 温度センサ
１２０、１２２ 分岐流路
１２４、１２６ ヒータ

Claims (4)

1. 円盤形状の成形品を製造するための射出成形用金型を構成する２つの半型に各々形成されたチャネルに調温剤を供給するための給送装置であって、
   前記半型のいずれにも、前記半型全体を加熱された成形温度に保つための第一のチャネルと、射出成形段階の完了後に冷却された調温剤を前記金型の中空型穴の周辺領域に供給するための第二のチャネルとがそれぞれ独立して形成され、
   前記給送装置の順流側（３６）から分岐された各分岐順流路（９２、９４）は、それぞれ前記第一のチャネルの半型ごとの各流入口（２０、２２）に連結され、
   前記第一のチャネルの半型ごとの各流出口（２４、２６）は、それぞれ前記第一のチャネルの各還流路（１１２、１１４）を介して前記給送装置の還流側（４８）に連結され、
   前記第一のチャネルの各還流路（１１２、１１４）は、それぞれヒータ（１２４、１２６）を有する連結流路（１２０、１２２）を介して、対応する各分岐順流路（９２、９４）に直接連結されることにより、
   半型全体を加熱された成形温度に保つことを可能にし、
   前記第二のチャネルは前記金型の中空型穴の周辺領域に形成され、
   前記給送装置の順流路（６４）から分岐する二分流路（８０、８２）は前記第二のチャネルの半型ごとの各流入口（２８、３０）にそれぞれ連結され、前記給送装置の還流路（７０）から分岐する二分流路（８８、９０）は前記第二のチャネルの半型ごとの各流出口（３２、３４）にそれぞれ連結され、
   前記第二のチャネルへの調温剤の供給量を独立して制御可能な弁（８４、８６）が、前記順流路（６４）から分岐する二分流路（８０、８２）のそれぞれ、又は、前記還流路（７０）から分岐する二分流路（８８、９０）のそれぞれのいずれかに配設され、
   前記順流路（６４）から前記還流路（７０）方向への調温剤を制御可能な補償弁（７６）が前記分岐していない前記順流路（６４）と前記分岐していない前記還流路（７０）との間に配設されることにより、
   射出成形段階の完了後に冷却された調温剤を前記金型の中空型穴の周辺領域に供給することを可能にした
   ことを特徴とする、給送装置。
2. 前記順流路（６４）と前記還流路（７０）との間に形成されるリーク流を通過させる制限流ゾーン（６８）を有する連結流路（６６）が、前記補償弁（７６）と平行に配設される
   ことを特徴とする、請求項１記載の給送装置。
3. 前記給送装置には、連続流ヒータ（４２）および／または調温剤を冷却するための熱交換器（３８）が配設される
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の給送装置。
4. 前記順流路（６４）の二分流路（８０、８２）より上流側に、循環ポンプ（６２）が配設される
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の給送装置。

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