JP4421318B2 - 金型温度調整装置、それに使用される熱回収タンク及び温度調整方法 - Google Patents

Description

本発明は成形機において、溶融樹脂の充填工程では金型温度を高くし、冷却工程では金型温度を低くするように、金型を急速加熱、急速冷却するとき、サイクル時間を短くすると同時に、熱媒体から熱回収をすることにより熱損失を減らすようにした金型温度調整装置及び温度調整方法に関する。

射出成形機の射出工程において、金型の温度が低い場合は、射出された溶融樹脂が、その圧力が上がらない内に金型に接するため、樹脂表面が急速に固化して成形品の表面が粗となり、金型のキャビティ面の転写が不十分となる恐れがある。これを避けるためには、金型の温度を高くして溶融樹脂表面の固化を遅らせる必要がある。一方において、樹脂が金型に充填された後は、金型温度を下げて早く冷却して射出工程サイクルを短くすることが望ましく、最近の金型ではこのような金型の温度を急速に上下させる金型温度調整装置及び温度調整方法が工夫され、実施されるようになっている。しかし、金型は熱容量が大きく、大量の熱媒流体である高温媒体と低温媒体を交互に置き換えて流すときには、高温媒体と低温媒体が互いに混合しないように切り換える工夫とともに、熱損失を少なくするため、高温流体の回収手段を設置する必要がある。

従来の加熱冷却切換装置では、高温流体専用の回収タンク、低温流体専用の回収タンクが設けられ、金型加熱工程から金型冷却工程に切換えられたとき、温調通路に残っている高温媒体は、温調通路に新たに供給された低温媒体によって温調通路の外方に押し出され、高温媒体専用の回収タンクに回収される。また、金型冷却工程から金型加熱工程に切換えられるときは、温調通路に残留していた低温媒体は、温調通路に新たに供給された高温媒体によって温調通路の外方に押し出され、低温媒体専用の回収タンクに回収される。（例えば、特許文献１）
別の従来例の加熱冷却切換装置及び金型の加熱冷却切換方法では、回収タンクの数を減らし、高温流体だけを回収して熱エネルギー損失を減らすようにしている。
即ち、循環通路と流体を搬送するポンプと流体を加熱するヒータとからなる高温流体通路系と、高温流体通路系と温調通路（金型内に設けられた流体通路及び流体の供給、戻り通路）とを連通状態及び非連通状態に切換え可能な開閉弁と、高温流体通路系に配設された回収タンクと、回収タンクに溜められた流体を系外へ排出する排出弁とを有し、回収タンクは金型冷却工程から金型加熱工程に移行する際に、温調通路に残留している低温流体を回収すると共に、金型加熱工程から金型冷却工程に移行するとき、温調通路に残留している高温流体を回収している。（例えば、特許文献２）

特開平１０−３４６５７号公報 特開２００２−２１０７４０号公報

上述の特許文献１に記載の加熱冷却切換装置によれば、媒体流体回収タンクが高温側と低温側の２つの回収タンクが必要であり、高温媒体は金型冷却工程において回収タンク内に放置されるため、放熱により温度がかなり低下し、これを高温媒体通路に戻したとき折角高温に調整してある高温媒体に混入してこの温度を低下させてしまうという問題点がある。

また、特許文献２に記載の加熱冷却切換装置及び加熱冷却切換方法によれば、回収タンクに回収された冷温流体は系外へ排出され、回収タンクは冷温流体を回収したとき冷却されるため、回収高温流体は回収タンクで冷やされ、この回収高温流体が高温流体系に回収されたとき、高温流体の温度が低下するので、高温流体通路系で再加熱し温度調整をする必要があるという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために提案されたもので、高温媒体、低温媒体とも加熱、冷却の熱伝達の遅れを見込んだ高温媒体、低温媒体の切り換えタイミングを調整して工程のサイクル時間を短縮し、高温媒体、低温媒体とも設定温度に対する温度変化を少なくし、エネルギーロスを減らし、射出工程に最適な金型温度が得られるような金型温度調整装置と金型温度調整方法を提供することを課題とする。

上記の問題点に対し本発明は、以下の各手段を以て課題の解決を図る。

（１）第１の手段の金型温度調整装置は、流体を設定温度に調整する温度調整手段を備えた高温流体タンクと、高温流体移送ポンプを有し該高温流体タンクから金型に高温の流体を供給する高温流体供給系統と、上記金型から上記高温流体タンクに流体を戻す高温流体戻り系統と、流体を設定温度に調整する温度調整手段を備えた低温流体タンクと、低温流体移送ポンプを有し該低温流体タンクから上記金型に流体を供給する低温流体供給系統と、上記金型から上記温流体タンクへ流体を戻す低温流体戻り系統とを有し、上記低高温流体タンクからの高温の流体と上記低温流体タンクからの低温媒体を選択的に切換えて上記金型に設けられた流体通路に流すことにより上記金型の温度制御を行うようにした金型温度調整装置において、上記高温流体供給系統と上記高温流体戻り系統とを接続する高温流体バイパス系統と、上記低温流体供給系統と上記低温流体戻り系統とを接続する低温流体バイパス系統と、上部が上記高温流体タンクのみに接続され下部が上記低温流体供給系統のみに接続されると共にタンク内の高温流体と低温流体の混合を抑制する手段を備えた熱回収タンクと、上記熱回収タンクと上記低温流体タンクとを接続し圧力調整手段を有する圧力調整系統とを備えたことを特徴とする。

（２）第２の手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、流体が送り込まれるときの縦方向の動圧を少なくすべく熱回収タンクの円周内面に沿って水平に設けられた上部出入り口、及び下部出入り口と、流体の流れ抵抗を抑制すべく熱回収タンク内の上部及び下部にそれぞれ設けられた多孔板と、流体の対流を抑制すべく流体の温度差によって高温の流体と低温の流体との境界を維持する手段とを備えたことを特徴とする。

（３）第３手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、上記第２の手段において、低温流体側、高温流体側とも流体の出入り口の近傍と熱回収タンク胴側を隔てるような円筒形、又は、多角形の多孔板を垂直に設けてタンクの周方向から多孔板を通して水平方向に流体が流出入するようにした構成であって、多孔板の孔径をｄｌ、多孔板の孔から胴部へ流入する流体の流速をｖｌとしたとき、
Ｒｉ＝Δρ・ｇ・ｄｌ／（ρｍｅａｎ・ｖｌ^２）
但し、ｇ：重力加速度、Δρ：低温流体と高温流体との密度差、ρｍｅａｎ：流体の平均密度、
で表せるＲｉが１０以上となるように設計されたことを特徴とする。

（４）第４手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、上記第２の手段において、上記境界を維持する手段は、縦方向に一定間隔で複数枚配設された整流板であること特徴とする。

（５）第５手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、上記第２の手段において、上記境界を維持する手段は、熱回収タンクの底部の中心に垂直に円筒棒を固設し、熱回収タンク内径より若干小さい外径を有する断熱材料製の円盤の中心に盤面に垂直に適宜の長さを有し前記円筒棒に緩く外嵌するガイド管を固設し、総合した比重が高温流体の比重と低温流体の比重の中間の値になるようにした浮き子円盤を設け、同浮き子円盤のガイド管において上記熱回収タンクの底部の円筒棒に外嵌し、上記熱回収タンクの下部に低温流体を、上部に高温流体を入れたとき、高温流体と低温流体の出入りによる高温の流体と低温の流体との境界の上下移動に対応して上記浮き子円盤が上下移動することによって低温流体と高温流体が混合しないよう構成されたこと特徴とする。

（６）第６手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、上記第５の手段において、上記浮き子円盤が流体を封入し、ガイド管によって水平を保つようにした袋形状の浮き子円盤であることを特徴とする。

（７）第７手段の金型温度調整装置に使用される熱回収タンクは、上記第２乃至６の手段において、高温の流体と低温の流体との境界が上下に移動する範囲の内筒面に断熱材を貼り付け、または、コーティングしたことを特徴とする。

（８）第８手段の金型温度調整方法は、上記第１の手段の金型温度調整装置を用い、溶融樹脂充填前に金型を加熱し、樹脂充填後、金型を冷却する射出成形工程において、予め、金型加熱のオーバーシュート温度Δｔ_１、冷却のアンダーシュート温度Δｔ_２、充填工程を開始する高温の金型温度Ｔ_１、冷却完了温度Ｔ_２、高温流体バイパス時間Ｓ_１、及び低温流体バイパス時間Ｓ_２を設定し、上記金型に上記高温流体供給系統を通じて高温流体を供給し、金型温度がＴ_１−Δｔ_１に到達したら、高温流体の供給を停止して、このときより設定時間Ｓ_１だけ上記高温流体バイパス系統を開いて高温流体をバイパス動作させ、金型温度がＴ_１に到達後、充填工程を開始し、上記高温流体バイパス時間Ｓ_１後、上記高温流体バイパス系統を閉じ、上記金型から上記熱回収タンクへの通路を開き、低温流体を上記金型へ上記低温流体供給系統を通じて供給しながら上記金型内の水通路に貯溜している高温流体を上記高温流体タンクを経て熱回収タンクへ回収後、低温流体を上記低温流体供給系統を通じて上記金型に供給して上記金型の冷却工程を続行し、金型温度がＴ_２＋Δｔ_２に到達後、低温流体の上記金型への供給を停止し、低温流体を設定時間Ｓ_２の間上記低温流体バイパス系統によりバイパスさせ、金型温度がＴ_２に到達後、上記低温流体バイパス系統を閉じて冷却工程を完了し、型開して成形品を取出し、前記設定時間Ｓ_２後、高温流体押出しによる低温流体を上記熱回収タンクへ回収後、続けて上記金型に高温流体を供給し、始めの金型加熱工程に戻すようにしたことを特徴とする。

（９）第９手段の金型温度調整方法は、上記第８の手段において、低温流体を上記金型へ供給する金型冷却工程と、低温流体と高温流体との置き換え工程では上記低温流体バイパス系統を閉じ、高温流体による金型加熱の工程では、上記低温流体バイパス系統を開いて上記低温流体移送ポンプを連続運転し、同様に高温流体を上記金型へ送る金型加熱工程と、高温流体と低温流体との置き換え工程では上記高温流体バイパス系統を閉じ、低温流体による金型冷却の工程では、上記高温流体バイパス系統を開いて上記高温流体ポンプを連続運転するようにして高温流体、低温流体とも供給配管、戻り配管の温度を保持すると同時に、上記金型に残存している高温流体を上記高温流体タンクへ、低温流体を上記低温流体タンクへ回収するようにしたことを特徴とする。

（１０）第１０手段の金型温度調整方法は、上記第８又は９の手段において、上記低温流体移送ポンプを連続駆動し、上記圧力調整系統により配管系統を高圧にして熱流体の気化温度を高温に保持し、上記金型をより高温に制御できるようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明は上記第１の手段を採用しているので、金型を加熱後おいて、高温流体は高温流体タンクのみならず熱回収タンクにも回収されるため、余剰な高温流体を外部に排出することがなく、かつ、再加熱時には熱回収タンクに回収された高温流体を再利用することができ、熱媒体の熱損失を減じることができる。更に、高温部は高温流体移送ポンプ及び圧力調整系統により常に加圧されているので、流体が気体になることはない。

請求項２に係る発明は上記第２の手段を採用しているので、簡単な構造で高温流体と低温流体の回収ができ、外からの熱流体の補給が殆ど不要となる。

請求項３に係る発明は上記第３の手段を採用しているので、請求項２に係る発明の効果に加え、多孔板の孔径と多孔板の孔を通過する流速によるエネルギーとの関連を表す関数Ｒｉ（リチャード数）を１０以上になるように設計しており、熱回収タンク内での低温媒体、高温媒体の境界の乱れを少なくし、混合を抑えることができる。

請求項４に係る発明は上記第４の手段を採用しているので、請求項２に係る発明の効果に加え、整流板により、低温流体、高温流体の比重差による境界の面積は小さく分割されており、低温流体、高温流体の混合をより少なくすることができる。

請求項５に係る発明は上記第５の手段を採用しているので、請求項２に係る発明の効果に加え、浮き子円盤により、完全に高温流体と低温流体とは仕切られると同時に高温流体から低温流体への熱伝達を減らすことができる。

請求項６に係る発明は上記第６の手段を採用しているので、請求項５に係る発明の効果に加え、浮き子円盤は流体が封入された袋形状であるので、高温の流体と低温の流体との境界により正確に浮遊させることができる。

請求項７に係る発明は上記第７の手段を採用しているので、請求項２乃至６に係る発明の効果に加え、高温流体から熱回収タンク壁をとおして失われる熱量が減り、省エネルギー効果がある。

請求項９に係る発明は上記第８の手段を採用しているので、加熱のオーバーシュート温度上昇に要する時間と、冷却のアンダーシュート温度下降に要する時間だけ早めに熱流体の切り換えをすることにより工程時間を短縮することができ、また、１個の熱回収タンクで高温流体と低温流体を交互に置き換えることができるので、設備が簡単になり、熱媒体の熱損失を減じることができる。

請求項１０に係る発明は上記第９の手段を採用しているので、請求項９に係る発明の効果に加え、高温流体、低温流体とも供給配管、戻り配管の大半の温度を不変にすることができるので、熱損失が少なく、熱媒体の回収効果が大きく、また、ポンプを頻繁に動停することがないので運転がスムースで機械的な耐久性を向上することができる。

請求項１１に係る発明は上記第１０の手段を採用しているので、請求項９または１０に係る発明の効果に加え、配管系統を高圧に保持でき、金型が必要とする高温（１５０〜１６０℃）に熱流体温度を制御することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態につき説明する。図１は本発明の実施の形態の金型温度調整装置の配管模式図である。図２は本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第１の具体例の一部を断面で示す側面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２における多孔板の孔配置を示す部分図である。図５は本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例を示す側断面図、図６、７は図５の回収タンクのＢ−Ｂ断面図である。図８は本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第３の具体例を示す側断面図である。

先ず、本発明の実施の形態の金型温度調整装置について、図１に基づき説明する。図１に示すように、金型２には、金型の温度を検出する金型温度センサ６２が取付けられ、また、金型２の熱媒体出口には金型２出口における水温を検出する金型出口水温温度センサ６５が取付けられている。また、金型の内部には流体通路が形成、或いは金型に流体通路取付けられている。

なお、射出成形機における金型は、固定金型と可動金型とが一体に型締されて形成される金型キャビテイの中に、射出ユニットから溶融樹脂を射出し、成形品が冷却固化した後、固定金型と可動金型を分離して成形品を取出す構成であるが、この実施の形態においては、金型温度調整に関する説明が主であるので、図１の金型温度調整装置の模式図においては、射出ユニットは図示略し、固定金型と可動金型を一体にしたものを金型２と呼称している。

低温水タンク３には、低温水を設定低温に調整するための低温水温度センサ６３及び温度調整器（手段）３２が配設されている。そして、低温水タンク３に取付けられた低温水温度センサ６３により低温水タンク３内の水温が検出され、図示略の制御装置により低温水の温度調整器３２を通る冷媒量が制御されて、水温は設定温度に維持される。

低温水タンク３と金型２とは、低温水供給系統３１により接続されている。即ち、低温水タンク３の下部には、低温水供給配管３１ａが接続されている。低温水供給配管３１ａは低温水の吐出圧力を０．８ＭＰａに高める逆止弁機能付きの低温水移送ポンプ６の吸入口に接続され、低温水移送ポンプ６の吐出口は低温水供給配管３１ｂに接続され、低温水供給配管３１ｂは低温水の吐出圧力を１．２ＭＰａに高める低温水移送ポンプ７の吸入口に接続されている。低温水移送ポンプ７の吐出口は低温水供給配管３１ｃに接続され、低温水供給配管３１ｃは低温水供給開閉弁５２に接続され、低温水供給開閉弁５２は低温水供給配管３１ｄに接続され、低温水供給配管３１ｄは金型２の熱媒体入口に接続されている。

更に、金型２と低温水タンク３とは、低温水戻り系統３５も接続されている。即ち、金型２の熱媒体出口には、低温水戻り配管３５ａが接続されている。そして、低温水戻り配管３５ａは低温水戻り開閉弁５５に接続され、低温水戻り開閉弁５５は低温水戻り配管３５ｂに接続され、低温水戻り配管３５ｂは低温水タンク３の上部に接続されている。また、低温水供給配管３１ｃと低温水戻り配管３５ｂとは、低温水バイパス配管３４及び低温水バイパス配管３４に介装された低温水バイパス開閉弁５１よりなる低温水バイパス系統４０により接続されている。

高温水タンク４には、高温水温度センサ６４及び高温水を設定高温に調整する温度調整器（手段）３３が配設されている。そして、高温水タンク４に取付けられた高温水温度センサ６４により高温水タンク４内の水温が検出され、図示略の制御装置により高温水の温度調整器３３を通る熱媒量が制御されて、高温水温は設定温度に維持される。

高温水タンク４と金型２とは、高温水供給系統４１により接続されている。即ち、高温水タンク４の下部は、高温水移送ポンプ８の吸入口に接続され、高温水移送ポンプ８の吐出口は高温水供給配管４１ａに接続され、高温水供給配管４１ａは高温水供給開閉弁５３に接続され、高温水供給開閉弁５３は高温水供給配管４１ｂに接続され、高温水供給配管４１ｂは金型２の熱媒体入口に接続されている。

更に、金型２と高温水タンク４とは、高温水戻り系統４２も接続されている。即ち、金型２の熱媒体出口は高温水戻り配管４２ａに接続され、高温水戻り配管４２ａは高温水戻り開閉弁５４に接続され、高温水戻り開閉弁５４は高温水戻り配管４２ｂに接続され、高温水戻り配管４２ｂは高温水タンク４の上部に接続されている。また、高温水供給配管４１ａと高温水戻り配管４２ｂとは、高温水バイパス系統４３及び高温水バイパス系統４３に介装された高温水バイパス開閉弁５６よりなる高温水バイパス系統４３により接続されている。

高温水タンク４と低温水タンク３とは、補給用配管３９及び補給用配管３９に介装された手動開閉弁５９により接続されている。この補給用配管３９は、高温水タンク４に水の供給又は補給するために設けられている。

上述の構成により、射出成形機による樹脂成形品の成形工程中において、低温水供給系統３１の低温水供給開閉弁５２及び低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を閉じると共に、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３及び高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を開くことにより、金型２の熱媒体通路に高温水を流して金型２を加熱することができる。

これとは逆に、低温水供給系統３１の低温水供給開閉弁５２及び低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を開くと共に、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３及び高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を閉じることにより、金型２の熱媒体通路に低温水を流して金型２を冷却することができる。

また、低温水供給開閉弁５２、５５を閉じ、低温水バイパス系統の低温水バイパス開閉弁５１を開くことにより低温水を金型２を通さずに循環させることができる。更に高温水供給開閉弁５３、５４を閉じ、高温水バイパス系統４３の高温水バイパス開閉弁５６を開くことにより高温水を金型２を通さずに循環させることができる。

低温水タンク３と高温水タンク４との間には、熱回収タンク５（１５、２５）が設置されている。熱回収タンク５は、金型２内の熱媒体通路容積と高温媒体の高温水供給配管４１ａ、４１ｂ及び高温水戻り配管４２ａ、４２ｂの容積の合計より多い容積を有している。また、熱回収タンク５は、上部に高温水タンク４に連結する高温水入り口を有し、下部に低温水入り口を有し、タンク内に収容された高温水と低温水の混合を抑制する手段が備えられた縦円筒形のタンクである。

熱回収タンク５の高温水入り口と高温水タンク４とは、移送用配管４４により接続されている。また、低温水移送ポンプ６と低温水移送ポンプ７との間の低温水供給配管３１ｂと、熱回収タンク５の下部の低温水入り口とは、送出側配管３６及び送出側配管３６に介装された開閉弁５７により接続されている。

更に、送出側配管３６の開閉弁５７と熱回収タンク５との間には、圧力調整系統３７が接続されている。即ち、熱回収タンク５の下部には戻り配管３７ａが接続され、戻り配管３７ａには、開閉弁５８及び低温水圧調整弁６１が接続され、低温水圧調整弁６１は戻り配管３７ｂを介して低温水タンク３に接続されている。この低温水圧調整弁６１により、熱回収タンク５側の水圧は一定に保持される。

次に、図２、図３、図４に基づき、熱回収タンク５の具体的な構成についての第１の具体例を説明する。図２及び図３に図示のように、熱回収タンク５は円筒形の中央胴５ａと、中央胴５ａと一体で若干径が大きい上部筒部５ｂと下部筒部５ｃとからなる本体部分と、上部蓋１１、下部蓋１２とで構成されている。なお、上部蓋１１には、空気抜きねじ１４が設けられている。

上部筒部５ｂ及び下部筒部５ｃ内には、各々、中央胴５ａとほぼ同一径の円筒状の多孔板１３、１３が設けられている。多孔板１３には、図４に示すように、直径ｄｌの多数の孔１３ａが規則正しく明けられている。

上部筒部５ｂには、筒部の円周内面に沿って水平方向に高温水が出入りする水管５ｄ、下部筒部５ｃには同様に筒部の円周内面に沿って水平方向に低温水が出入りする水管５ｅが一体的に備えられている。上部筒部５ｂの水管５ｄには移送用配管４４が接続され、下部筒部５ｃの水管５ｅには送出側配管３６が接続されている。

また、中央胴５ａの内面には、断熱材４６が貼り付け又はコーティングされている。
この断熱材４６の縦方向の高さは、後記する高温水と低温水の境界面の上限Ｌ_Ｈと下限Ｌ_Ｌとの距離ｈより若干超えたものとなっている。

このように、低温水側、高温水側とも、熱媒水の出入り口は、上部筒部５ｂと下部筒部５ｃの円周内面に沿って水平に設けられており、熱媒水が各入り口から送り込まれるときの縦方向の動圧を少なくし、円筒胴部の上下にそれぞれ熱媒水の流れ抵抗を生じ、同一流速になるように円筒形の多孔板１３を設けて熱回収タンク５における熱媒水の対流を減らし、低温水、高温水が混じり合わないようにして、比重差によって低温水、高温水の境界を維持することができる。

この比重差による熱媒体境界の乱れをチェックする理論式が知られている。即ち、多孔板１３の孔径１３ａをｄｌ、孔１３ａから胴部５ａへ流入する熱媒体の流速をｖｌとしたとき、
Ｒｉ＝Δρ・ｇ・ｄｌ／（ρｍｅａｎ・ｖｌ^２）
但し、ｇ：重力加速度 Δρ：低温媒体と高温媒体との密度差
ρｍｅａｎ：媒体の平均密度
で表せるＲｉが１０以上となるように熱回収タンク５の諸元を設計する。Ｒｉ数は浮力項と慣性項との比を表す無次元数で、値が大きいほど温度成層が発生しやすく、安定する傾向があるので、乱れによる高温媒体（水）と低温媒体（水）間の熱移動を抑制することが可能である。

熱回収タンク５を用いて高温水と低温水の回収が行われるとき、図２において、Ｌ_Ｈは高温水と低温水の境界面の上限を示し、Ｌ_Ｌは高温水と低温水の境界面の下限を示す。ｈは高温水と低温水の境界面の移動距離であり、この高さｈにタンクの胴部５ａの内径断面積を乗じた容積が高温水又は低温水の回収容積となる。また、断熱材４６は熱容量が小さく、断熱性があるので、高温水から熱量を収奪することが少なく、熱損失を減らすことができる。

図５、図６、図７に基づき、熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例を説明する。図５に図示のように、熱回収タンク１５は円筒形の中央胴１６ａと、中央胴１６ａと一体で若干径が大きい上部筒部１６ｂと下部筒部１６ｃとからなるタンク本体１６と、上部蓋１１、下部蓋１２とで構成されている。なお、上部蓋１１には、空気抜きねじ１４が設けられている。

上部筒部１６ｂと下部筒部１６ｃの縁部には、各々水平な円盤状の多孔板１７、１７が設けられている。多孔板１７、１７にも、図４に示すような直径ｄｌの多数の孔１７ａが規則正しく明けられている。

上部筒部１６ｂには、筒部の円周内面に沿って水平方向に高温水が出入りする水管１６ｄ、下部筒部１６ｃには同様に筒部の円周内面に沿って水平方向に低温水が出入りする水管１６ｅが一体に備えられている。上部筒部１６ｂの水管１６ｄには移送用配管４４が接続され、下部筒部１６ｃの水管１６ｅには送出側配管３６が接続されている。

更に、中央胴１６ａ内には、複数枚の平板状の縦長の整流板１８が設けられている。
この複数の整流板１８は、中央胴１６ａの上部及び下部に設けられた取付け棒１８ａにより、一定間隔に平行に保持されている。

このように、低温水側、高温水側とも、熱媒水の出入り口は、上部筒部１６ｂと下部筒部１６ｃの円周内面に沿って水平に設けられており、熱媒水が入り口から送り込まれるときの縦方向の動圧を少なくし、更に、上部筒部１６ｂと下部筒部１６ｃをそれぞれ中央胴１６ａから仕切っている多孔板１７、１７を設けて上下の熱媒水の流れ抵抗により流速を揃え、整流板１８により整流して熱媒水の対流を無くし、低温水、高温水が混じり合わないようにして、比重差によって低温水、高温水の境界を維持することができる。なお、整流板１８を構成する材料は、熱損失を減らすために、耐熱性を有する断熱材の板等が望ましい。

上述の中央胴１６ａに組み入れられた平板上状の整流板１８に換えて、図７に示すような複数の波状の整流板１９と、整流板１９を一定間隔に保持する取付け棒１９ａの組合わせとしても良い。

図８に基づき、熱回収タンク５の具体的な構成についての第３の具体例を説明する。なお、図８においては、熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例と同一の部位については同一の符号を付して示している。また、熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例と同一の部位についての説明は省略して、相違点について説明する。熱回収タンク５の具体的な構成についての第３の具体例は、上述の熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例において、熱回収タンク１５の整流板１８の代わりに、図８に示すように、中央胴１６ａ内に比重が高温水の比重と低温水の比重の中間の値になるようにした浮き子円盤２７を設置し、高温水と低温水の境に浮かせて両方の熱媒水が混じらないようにしたものである。

熱回収タンク２５の下部蓋１２の中心に、ガイド棒２６が垂直に固設されており、中央胴１６ａの内径より若干小さい外径を有する断熱材料製の円盤２７が、ガイド棒２６にガイドされて上下に移動するようになっている。円盤２７の中心には、盤面に垂直に適宜の長さを有しガイド棒２６に緩く外嵌するガイド管が設けてられている。
なお、２８は整流板である。

上述の構成において、高温水の温度が１００度とすれば比重は約０．９４、低温水の温度が２０度とすれば、その比重は約１．００であり、浮き子円盤２７の総合した比重を０．９７になるようにすれば、熱回収タンク２５に上部から高温水、下部に低温水を投入したときその境目に浮くことになり、高温水と低温水の分離手段となる。浮き子円盤２７の材質を断熱材料の代わりに、軟質の円盤状の袋とし、中に水を入れた構成としても良い。この場合、円盤袋の中の水温は高温水と低温水の中間の温度となり、従って、比重が高温水と低温水の中間の値になる。

金型温度調整装置の作用について、以下に図９、図１０、図１１、図１２、図１３を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態の金型温度調整装置の高温水循環による金型加熱工程における高温水の流れを示す図、図１０は高温水低温水切換え高温水回収工程における高温水、低温水の流れを示す図、図１１は低温水循環による金型冷却工程における低温水の流れを示す図、図１２は低温水、高温水切換え低温水回収工程における高温水、低温水の流れを示す図である。図１３は成形機により本発明の実施の形態の金型温度調整装置を用いて金型の温度を切換えながら成形するときの熱媒体の挙動と加熱冷却のタイミングを成形工程の時間軸で示したブロック図である。

図１３に示すように、射出成形機による溶融樹脂充填前に金型２を加熱し、樹脂充填後、金型２を冷却する射出成形工程において、金型２は、後記する高温水循環（金型加熱）工程、高温水循環（金型加熱）工程、高温水回収（金型冷却）工程、低温水回収（金型加熱）工程において、加熱又は冷却される。

なお、予め、金型加熱のオーバーシュート温度Δｔ_１、冷却のアンダーシュート温度Δｔ_２、充填工程を開始する高温の金型温度Ｔ_１、冷却完了温度Ｔ_２を設定し、高温水バイパス動作時間Ｓ_１、低温水バイパス動作時間Ｓ_２、高温水回収動作時間Ｓ_３、低温水回収動作時間Ｓ_４を設定する。この場合、加熱のオーバーシュート温度とは、金型２のように熱容量の大きなものを加熱するとき熱伝達速度が遅いため、設定温度において熱媒体の送りを止めてもさらに温度が上昇する温度である。また、冷却のアンダーシュート温度とは、その逆に設定温度において冷却媒体の送りを止めてもさらに温度が下降する温度である。

（１−１）金型加熱工程前半の高温水循環工程においては、図９に示すように、低温水供給系統３１の低温水供給開閉弁５２、及び低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を閉じ、低温水バイパス系統４０の低温水バイパス開閉弁５１を開く。更に、高温水側においては、高温水バイパス系統４３の高温水バイパス開閉弁５６を閉じ、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３、及び高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を開く。この操作により、低温水流は金型２へは供給されることなく、低温水バイパス配管３４を通して低温水タンク３へ戻される。一方、高温水供給系統４１及び高温水戻り系統４２により、高温水が金型２へ供給されて、金型２は加熱される。射出成形工程側は、この金型加熱の間に金型２は型締される。

（１−２）金型加熱工程後半の高温水バイパス工程においては、金型温度がＴ_１−Δｔ_１に到達した時、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３、高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を閉じて金型２への高温水の供給を停止し、高温水バイパス開閉弁５６を開いて高温水バイパス系統４３に高温水をバイパスさせることにより、高温水は、高温水タンク４に還流する。なお、低温水も、低温水バイパス系統４０を通り、低温水タンク３に還流している。射出成形工程側は、この間は、射出充填を待機している。

（２−１）設定されたバイパス動作時間Ｓ_１後、金型冷却工程前半の高温水回収工程においては、図１０に示すように、高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を開にすると同時に、低温水バイパス系統の低温水バイパス開閉弁５１を閉じ、低温水供給系統３１の低温水供給開閉弁５２を開く。この操作により、低温水は金型２の熱媒水路に供給されるため、金型２内等に残存する高温水は押し出され、高温水タンク４へ、更に、熱回収タンク５へ回収される。高温水タンク４の上部から熱回収タンク５内へ入った高温水は、比重差分離等の高温水と低温水の混合を抑制する手段により低温水と混じり合うことなく、熱回収タンク５の上側に貯溜する。

なお、熱回収タンク５中の高温水及び低温水の合計量が、熱回収タンク５の容量を上回った時は、開閉弁５８及び低温水圧調整弁６１も開き、熱回収タンク５中の下方の低温水は、送出側配管３６及び圧力調整系統３７を経由して低温水タンク３に送出される。

なお、送出時間（高温水回収時間）Ｓ_３は、金型２内及び周辺の配管内に残存する高温水の回収量（高温水残存量）と、低温水移送ポンプ７の送出量との関係から予め求めることができる。そして、図示略の制御装置にて、送出時間Ｓ_３を設定し、タイマーにより送出時間Ｓ_３経過後、高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を閉じ、高温水の回収を終了する。

時間Ｓ_３を設定して行う代わりに、図示略の制御装置にて、金型２の熱媒水出口からの熱媒水温度の切換温度を設定しておき、金型出口水温温度センサ６５からの検出値がその設定値を越えたときに、高温水戻り開閉弁５４を閉じるようにしても良い。この間、高温水は高温水バイパス系統４３と高温水タンク４との間で還流している。また、射出成形工程側は、金型温度がＴ_１に到達したとき、射出充填工程を開始する。

（２−２）金型冷却工程中の低温水循環工程は、金型２から熱回収タンク５へ高温水の回収が終わった後、図１１に示すように、低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を開く。この操作により、低温水を金型２へ供給して金型２の冷却工程を続行する。高温水側は、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３、高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を閉じて、金型２への高温水の供給を停止し、高温水バイパス開閉弁５６を開いて高温水バイパス系統４３に高温水をバイパスさせ、高温水タンク４との間で高温水を還流する。射出成形工程側は、射出後の樹脂の圧力保持、冷却工程に移行する。

（２−３）金型冷却工程後半の低温水バイパス工程では、金型２の温度がＴ_２＋Δｔ_２に到達後、低温水バイパス系統４０の低温水バイパス開閉弁５１を開にし、低温水供給系統３１の低温水供給開閉弁５２と低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を閉じる。この操作により、低温水の金型２への供給は停止し、低温水は低温水バイパス系統４０を通して低温水戻り系統３５から低温水タンク３へ還流する。

（３−１）設定された低温水バイパス時間Ｓ_２後の、金型加熱工程前半の低温水回収工程では、図１２に示すように、低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を開き、高温水バイパス系統４３の高温水バイパス開閉弁５６を閉じ、高温水供給系統４１の高温水供給開閉弁５３を開き、送出側配管３６の開閉弁５７を開く。そして、低温水移送ポンプ６が送り出す水圧により、低温水を熱回収タンク５の下部へ送り込み、高温水と入れ換える。そして、熱回収タンク５の上部の高温水は、高温水タンク４に送り込まれ、これにより、金型２等に残存する低温水は、低温水タンク３へ回収される。

送出時間（高温水回収時間）Ｓ_３は、金型２内及び周辺の配管内に残存する低温水の回収量（低温水残存量）と、高温水移送ポンプ８の送出量との関係から予め求めることができる。そして、図示略の制御装置にて、送出時間Ｓ_４を設定し、タイマーにより送出時間Ｓ_４経過後、低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を閉じ、低温水の回収を終了する。なお、時間Ｓ_４を設定して行う代わりに、図示略の制御装置にて、金型２の熱媒水出口からの熱媒水温度の切換温度を設定しておき、金型出口水温温度センサ６５からの検出値がその設定値を越えたときに、低温水戻り開閉弁５５を閉じるようにしても良い。

（３−２）設定された低温水バイパス時間Ｓ_４後の、金型加熱工程後半の高温水循環工程では、低温水を回収入れ換え後、低温水戻り系統３５の低温水戻り開閉弁５５を閉じ、低温水はバイパス還流させ、高温水戻り系統４２の高温水戻り開閉弁５４を開にして続けて金型２に高温水を供給し、始めの金型加熱工程に戻すようになっている。射出成形工程側は、金型温度がＴ_２に到達したとき、冷却工程を完了し、型開して成形品を取出し、次の金型閉、型締に移行する。

上述のごとく、上記の金型温度調整工程において、高温水回収工程においては、金型２内等の高温水は、低温水供給系統３１の低温水により高温水タンク４、或いは熱回収タンク５に回収される。更に、低温水回収工程においては、金型２内等の低温水は、高温水供給系統４１の高温水により低温水タンク３に回収される。このとき、熱回収タンク５は高温水タンク４のバッファーとして機能し、高温水タンク４から溢れた高温水は、一次的に熱回収タンク５の上部に保管される。このように、高温水は外部に排出されることが無いので、熱損失が少なくなる。また、低温水移送ポンプ６、７、高温水移送ポンプ８とも連続運転しているので、運転、停止に伴う機械的、電気的なショックが少なく耐久性によい効果をもたらす。

上記の金型温度調整工程において、低温水移送ポンプ６を連続駆動し、低温水タンク３への圧力調整系統３７に低温水圧調整弁６１を設置してあるので、低温水圧調整弁６１を調整することにより高温水の配管系統を高圧にして高温水の気化温度を高温に保持し、金型２をより高温に制御することができる。

射出成形機の射出工程において、金型２の温度が低い場合、従来のものでは射出された溶融樹脂圧が上がらない内に金型２に接する溶融樹脂が急速に固化して成形品の表面が粗となり、金型２のキャビティ面の転写が不十分となる恐れがあるが、本発明の実施の形態の金型温度調整装置によれば、射出充填時には金型２の温度を高くし、樹脂充填後、溶融樹脂表面の固化を遅らせて後、金型２を強制的に冷却するので、射出工程サイクルが長くならないで済む。

ＡＢＳ樹脂を用いて、高温水の温度１５０℃、低温水の温度２０℃の条件で、Ｔ_１＝１２０℃、Δｔ_１＝１５℃、Ｔ_２＝７０℃、Δｔ_２＝２０℃に設定して本発明による温度調整を実施した。その結果、温度のオーバーシュートが無く成形サイクルが７０秒から５５秒に短縮するとともに、成形品の表面不良が解消し転写性も向上した。

以上、本発明を本発明の実施の形態の金型温度調整装置について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。例えば、上述の本発明の実施の形態の金型温度調整装置において、媒体として水の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、その他の各種の流体が使用可能である。

本発明の実施の形態の金型温度調整装置の配管模式図である。 本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第１の具体例の一部を断面で示す側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２における多孔板の孔配置を示す部分図である。 本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第２の具体例を示す側断面図である。 図５の回収タンクのＢ−Ｂ断面図である。 図５の回収タンクのＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態の成形機用金型温度調整装置における熱回収タンク５の具体的な構成についての第３の具体例を示す側断面図である。 本発明の実施の形態の金型温度調整装置の高温媒体循環による金型加熱工程における熱媒体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態の金型温度調整装置の熱媒体切換え高温媒体回収工程における熱媒体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態の金型温度調整装置の低温媒体循環による金型冷却工程における熱媒体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態の金型温度調整装置の熱媒体切換え低温媒体回収工程における熱媒体の流れを示す図である。 本発明の実施の形態の金型温度調整装置において金型の温度を切換えながら成形するときの熱媒体の挙動と加熱冷却のタイミングを成形工程の時間軸で示したブロック図である。

符号の説明

２ 金型
３ 低温水タンク
４ 高温水タンク
５ 熱回収タンク
５ａ 中央胴
５ｂ 上部筒部
５ｃ 下部筒部
５ｄ、５ｅ 水管
６ 低温水移送ポンプ
７ 低温水移送ポンプ
８ 高温水移送ポンプ
１１ 上部蓋
１２ 下部蓋
１３ 多孔板
１３ａ 多数の孔
１４ 空気抜きねじ
１５ 熱回収タンク
１６ タンク本体
１６ａ 中央胴
１６ｂ 上部筒部
１６ｃ 下部筒部
１６ｄ、１６ｅ 水管
１７ 多孔板
１７ａ 多数の孔
１８ 整流板
１８ａ 取付け棒
１９ 整流板
１９ａ 取付け棒
２５ 熱回収タンク
２６ ガイド棒
２７ 浮き子円盤
２８ 整流板
３１ 低温水供給系統
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 低温水供給配管
３２、３３ 温度調整器
３４ 低温水バイパス配管
３５ 低温水戻り系統
３５ａ、３５ｂ 低温水戻り配管
３６ 送出側配管
３７ 圧力調整系統
３７ａ、３７ｂ 戻り配管
３９ 補給用配管
４０ 低温水バイパス系統
４１ 高温水供給系統
４１ａ、４１ｂ 高温水供給配管
４２ 高温水戻り系統
４２ａ、４２ｂ 高温水戻り配管
４３ 高温水バイパス系統
４３ａ 高温水バイパス配管
４４ 移送用配管
４６ 断熱材
５１ 低温水バイパス開閉弁
５２ 低温水供給開閉弁
５３ 高温水供給開閉弁
５４ 高温水戻り開閉弁
５５ 低温水戻り開閉弁
５６ 高温水バイパス開閉弁
５７、５８ 開閉弁
５９ 手動開閉弁
６１ 低温水圧調整弁
６２ 金型温度センサ
６３ 低温水温度センサ
６４ 高温水温度センサ
６５ 金型出口水温温度センサ

Claims (11)

1. 流体を設定温度に調整する温度調整手段を備えた高温流体タンクと、高温流体移送ポンプを有し該高温流体タンクから金型に高温の流体を供給する高温流体供給系統と、上記金型から上記高温流体タンクに流体を戻す高温流体戻り系統と、流体を設定温度に調整する温度調整手段を備えた低温流体タンクと、低温流体移送ポンプを有し該低温流体タンクから上記金型に流体を供給する低温流体供給系統と、上記金型から上記温流体タンクへ流体を戻す低温流体戻り系統とを有し、上記低高温流体タンクからの高温の流体と上記低温流体タンクからの低温媒体を選択的に切換えて上記金型に設けられた流体通路に流すことにより上記金型の温度制御を行うようにした金型温度調整装置において、
   上記高温流体供給系統と上記高温流体戻り系統とを接続する高温流体バイパス系統と、上記低温流体供給系統と上記低温流体戻り系統とを接続する低温流体バイパス系統と、上部が上記高温流体タンクのみに接続され下部が上記低温流体供給系統のみに接続されると共にタンク内の高温流体と低温流体の混合を抑制する手段を備えた熱回収タンクと、上記熱回収タンクと上記低温流体タンクとを接続し圧力調整手段を有する圧力調整系統とを備えたことを特徴とする金型温度調整装置。
2. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、流体が送り込まれるときの縦方向の動圧を少なくすべく熱回収タンクの円周内面に沿って水平に設けられた上部出入り口、及び下部出入り口と、流体の流れ抵抗を抑制すべく熱回収タンク内の上部及び下部にそれぞれ設けられた多孔板と、流体の対流を抑制すべく流体の温度差によって高温の流体と低温の流体との境界を維持する手段とを備えたことを特徴とする熱回収タンク。
3. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、低温流体側、高温流体側とも流体の出入り口の近傍と熱回収タンク胴側を隔てるような円筒形、又は、多角形の多孔板を垂直に設けてタンクの周方向から多孔板を通して水平方向に流体が流出入するようにした構成であって、多孔板の孔径をｄｌ、多孔板の孔から胴部へ流入する流体の流速をｖｌとしたとき、
   Ｒｉ＝Δρ・ｇ・ｄｌ／（ρｍｅａｎ・ｖｌ^２）
   但し、ｇ：重力加速度、Δρ：低温流体と高温流体との密度差、ρｍｅａｎ：流体の平均密度、
   で表せるＲｉが１０以上となるように設計されたことを特徴とする請求項２に記載の熱回収タンク。
4. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、上記境界を維持する手段は、縦方向に一定間隔で複数枚配設された整流板であること特徴とする請求項２に記載の熱回収タンク。
5. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、上記境界を維持する手段は、熱回収タンクの底部の中心に垂直に円筒棒を固設し、熱回収タンク内径より若干小さい外径を有する断熱材料製の円盤の中心に盤面に垂直に適宜の長さを有し前記円筒棒に緩く外嵌するガイド管を固設し、総合した比重が高温流体の比重と低温流体の比重の中間の値になるようにした浮き子円盤を設け、同浮き子円盤のガイド管において上記熱回収タンクの底部の円筒棒に外嵌し、上記熱回収タンクの下部に低温流体を、上部に高温流体を入れたとき、高温流体と低温流体の出入りによる高温の流体と低温の流体との境界の上下移動に対応して上記浮き子円盤が上下移動することによって低温流体と高温流体が混合しないよう構成されたこと特徴とする請求項２に記載の熱回収タンク。
6. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、上記浮き子円盤が流体を封入し、ガイド管によって水平を保つようにした袋形状の浮き子円盤であることを特徴とする請求項５に記載の熱回収タンク。
7. 金型温度調整装置に使用される熱回収タンクにおいて、 高温の流体と低温の流体との境界が上下に移動する範囲の内筒面に断熱材を貼り付け、または、コーティングしたことを特徴とする請求項２乃至６に記載の熱回収タンク。
8. 請求項２〜７のいずれか一つに記載の熱回収タンクを備えた金型温度調整装置。
9. 請求項１または請求項８に記載する金型温度調整装置を用い、溶融樹脂充填前に金型を加熱し、樹脂充填後、金型を冷却する射出成形工程において、予め、金型加熱のオーバーシュート温度Δｔ_１、冷却のアンダーシュート温度Δｔ_２、充填工程を開始する高温の金型温度Ｔ_１、冷却完了温度Ｔ_２、高温流体バイパス時間Ｓ_１、及び低温流体バイパス時間Ｓ_２を設定し、上記金型に上記高温流体供給系統を通じて高温流体を供給し、金型温度がＴ_１−Δｔ_１に到達したら、高温流体の供給を停止して、このときより設定時間Ｓ_１だけ上記高温流体バイパス系統を開いて高温流体をバイパス動作させ、金型温度がＴ_１に到達後、充填工程を開始し、上記高温流体バイパス時間Ｓ_１後、上記高温流体バイパス系統を閉じ、上記金型から上記熱回収タンクへの通路を開き、低温流体を上記金型へ上記低温流体供給系統を通じて供給しながら上記金型内の水通路に貯溜している高温流体を上記高温流体タンクを経て熱回収タンクへ回収後、低温流体を上記低温流体供給系統を通じて上記金型に供給して上記金型の冷却工程を続行し、金型温度がＴ_２＋Δｔ_２に到達後、低温流体の上記金型への供給を停止し、低温流体を設定時間Ｓ_２の間上記低温流体バイパス系統によりバイパスさせ、金型温度がＴ_２に到達後、上記低温流体バイパス系統を閉じて冷却工程を完了し、型開して成形品を取出し、前記設定時間Ｓ_２後、高温流体押出しによる低温流体を上記熱回収タンクへ回収後、続けて上記金型に高温流体を供給し、始めの金型加熱工程に戻すようにしたことを特徴とする金型温度調整方法。
10. 金型温度調整方法において、低温流体を上記金型へ供給する金型冷却工程と、低温流体と高温流体との置き換え工程では上記低温流体バイパス系統を閉じ、高温流体による金型加熱の工程では、上記低温流体バイパス系統を開いて上記低温流体移送ポンプを連続運転し、同様に高温流体を上記金型へ送る金型加熱工程と、高温流体と低温流体との置き換え工程では上記高温流体バイパス系統を閉じ、低温流体による金型冷却の工程では、上記高温流体バイパス系統を開いて上記高温流体ポンプを連続運転するようにして高温流体、低温流体とも供給配管、戻り配管の温度を保持すると同時に、上記金型に残存している高温流体を上記高温流体タンクへ、低温流体を上記低温流体タンクへ回収するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の金型温度調整方法。
11. 金型温度調整方法において、上記低温流体移送ポンプを連続駆動し、上記圧力調整系統により配管系統を高圧にして熱流体の気化温度を高温に保持し、上記金型をより高温に制御できるようにしたことを特徴とする請求項９または１０に記載の金型温度調整方法。

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