JP4784948B2 - プラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置 - Google Patents

プラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置 Download PDF

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Description

本発明は、プラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置に関し、より詳細には、高温の溶融樹脂が射出されるとき、非接触高周波誘導方式によって急速に加熱して、溶融樹脂を円滑に射出ノズルに供給し、これにより、溶融樹脂射出装置の効率を上げるプラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置に関するものである。
一般に、プラスチッククリップなどのプラスチック製品を成形するには、高温の溶融樹脂(プラスチック材料)を、プラスチック射出金型のランナーを通してコアのキャビティに射出し、冷却工程で冷却して、コアから離してプラスチック製品を完成する。
従来のプラスチック射出金型では、プラスチック製品の成形時に、上述したように冷却工程を通さなければならないから、成形温度より低い温度にした冷却装置を、金型の周囲に装備している。ここで、冷却装置の温度は、射出樹脂の温度より常に低く設定される。
しかしながら、高温の溶融樹脂がコアのキャビティに射出されるとき、高温の溶融樹脂が、相対的に低い温度にあるキャビティ中に射出されるので、高温の溶融樹脂が、冷たいキャビティの表面と接触して、急速に冷却される。これによって、製品の収縮、表面欠陥(流動不良によるスポット(ウェルドライン))、寸法不良、外観不良などさまざまの成型製品の欠陥が生じる。
そこで、上記したような問題を解決するために、各種の努力がなされてきたが、基本的に、金型(キャビティ及びコア)は、製品の生産性及びし易さの故に相対的に低い温度に維持することが必要である。すなわち、高温の液状プラスチックが射出され、この金型と接触するとすぐに、流動性が悪くなり、収縮が同時に発生するから、相変らず限界がある。
一方、プラスチックの射出金型は、成型品を金型から取出すために、可動成型部と固定成型部とて構成されている。固定成型部と可動成型部が、互いに合わさった状態で、製品成形のための高温溶融樹脂原料がランナーを通って固定成型部と可動成型部の間に供給され、供給された溶融樹脂がコア中で成型され、金型から取出されて、プラスチック製品が完成する。ランナーは、プラスチック射出金型による製品を成形するために、非常に重要な通路として機能している。
溶融樹脂を、ランナーゲートを開閉して射出ノズルに供給する従来のマニホルドの構築では、複数個の射出ノズルのシリンダーにピストンを組み込み、ランナーを金型プレートに接続し、溶融樹脂を供給するランナーを持つマニホルドを射出ノズルに形成させて、溶融樹脂をマニホルドを通して射出ノズルに供給している。
上記した構成を持つ従来のマニホルド構造では、溶融樹脂を射出ノズルに供給するマニホルドのランナーを通して溶融した樹脂が円滑に供給するように、マニホルドの所定領域にカラムタイプヒーターや埋め込み型のカートリッジヒーターなど直接接触方式の加熱装置を設置し、射出ノズル部分には、バンドヒーターのなどの別の加熱装置を設置している。
しかしながら、上記した直接加熱方式では、熱の損失が多く、結合状態によって加熱状態が変わり、加熱に必要な時間が相対的に長くなるだけでなく、部分的な加熱が不可能であるので、製品を成形する時に温度変動が繰り返される射出ノズルの一領域の加熱には適していない。
そこで、本発明の目的は、高温の溶融樹脂を射出するときに、非接触高周波誘導加熱方式によって射出ノズルのみを急速に加熱して、溶融樹脂を円滑に射出ノズルに送ることができ、射出ノズルが短時間に温度変動できることから溶融樹脂射出装置の効率を高めることができる射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置を提供することにある。
上記の目的を達するための本発明によるプラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置は、コアとキャビティでなるプラスチック金型に溶融樹脂を射出する射出ノズルと、射出ノズルの外周囲に巻かれ、射出ノズルのランナーを加熱する高周波誘導コイルと、高周波誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給部と、を有する溶融樹脂射出装置において
射出ノズルの前段部と後段部とに各1個の螺旋溝が形成され、螺旋溝それぞれに、金属製のC−リングが挿入されて固定され、C−リングに両端を固定されて射出ノズルの外周囲に高周波誘導コイルが巻かれ、高周波誘導コイルが、複数個のループ(loop)を備えることを特徴とする。
上記したように、本発明のプラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置によれば、高温の溶融樹脂を射出するときに、非接触高周波誘導加熱方式によってプラスチック射出ノズルを急速に加熱して、溶融樹脂を円滑にキャビティと射出ノズルに送ることができ、プラスチック射出ノズルが短時間に温度変動ができることから溶融樹脂射出装置の効率を高めることができる。
本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。
本発明の非接触高周波誘導加熱によれば、石炭、石油などの化石燃料を使う従来の設備に比べてエネルギー效率が高く、操作が精密にコントロールされるので、高品質の製品が製造でき、また環境汚染を引き起さない、といった多くの利点がある。従って、非接触高周波誘導加熱は、種々の産業分野で広く採用されている。
高周波誘導加熱装置では、高周波電流をドーナツ形コイルに流すと、電磁誘導により高周波磁場が発生し、高周波磁場内の加熱対象物に誘導電流が流れる。誘導電流は、物体内で渦巻き、ヒステリシス損失と渦電流損失からジュール熱が発生し、非常に短時間に発熱する。このようにして発生した熱を用いる加熱は、誘導加熱と呼ばれ、高周波電流を利用したときには、高周波誘導加熱と呼ばれる。
また、高周波電流を使うことから、電流の表皮効果と近接效果によって被加熱物の表面に磁束及び渦電流が集中し、熱損失(渦電流損失及びヒステリシス損失)が発生し、これにより被加熱物の表面を加熱するようになる。この原理で、エネルギーが対象物の必要な部分に集中し、急速な加熱が效率的に行われ、生産性及び作業効率が高くなる。
図1は、非接触高周波誘導加熱装置を用いたプラスチック射出金型を説明する平面図である。図1に示すように、プラスチック射出金型1は、ほぼ平板状のベース10、ベース10上の中央に位置するコア20、コア20上に位置してプラスチック射出成型品を製造するキャビティ30を有している。図にはないが、プラスチック射出金型1は、固定成型部と可動成型部でなっていて、製品を金型から取り出せるようになっている
図示したように、コア20上に2つのキャビティ30が形成されて、高温の溶融樹脂が、ランナーゲートとランナー60からキャビティ30に射出される。(図2参照)
また、非接触高周波誘導加熱装置50は、コア20の4つのコーナーに形成されて、高温の溶融樹脂が射出される前(約1〜5秒前;製品の種類や供給電力の大きさによって変わる)に、キャビティ30領域を部分的、かつ急速に加熱して、キャビティ30と高温溶融樹脂との間の温度差を小さくし、これによりキャビティ30の表面と高温のプラスチック樹脂との間の温度差が大きいことから発生する成形製品の各種外観不良を防止することができるようになる。
実際に行った結果では、溶融樹脂がキャビティ30に射出された後(ほぼ1秒後)、温度は相対的にほぼ150℃低下し(高温:約260℃)、その後ベース温度までさらに下がる。
この記載は、急速に加熱する領域として、キャビティ30の一部領域で説明しているが、金型の全領域を加熱することもできる。従って、急速に加熱する領域を限定しているものではない。
また、金型またはキャビティの温度は、射出される迄に溶融温度近くに上げる必要があるので、加熱時間は、非接触高周波誘導加熱装置50の周囲温度により適宜調整するのがよい。非接触高周波誘導加熱装置50は、高周波電力供給部70(図4参照)に電気的に接続されて高周波電力(約1KHz−300KHz)が供給される。
実際上、非接触高周波誘導加熱装置50による金型1の加熱には、300KHz−10kwの電気容量をもつ加熱装置50で充分に加熱できる。また、金型またはキャビティは、1〜2秒で250℃に加熱することができる。
ベース10の外側に形成された4つの冷却装置40は、固定成型部のキャビティ周りに所定間隔である複数の冷却穴(図示していない)と、冷却穴を循環する冷却水を供給する冷却水供給源(図示していない)を有している。冷却水の供給は、別途のコントローラーで制御される。冷却水は、樹脂の射出が終わった後ある時間経ってから所定の固化時間の間供給される。また、冷却水は、可動成型部が成型製品を取り出す時には供給を止める。
図2は、高温の溶融樹脂がキャビティ内に流れていく状況を説明する概略平面図であり、図3は、キャビティの一部領域がプラスチック金型用非接触高周波誘導加熱装置により急速に加熱される状況を説明する概略平面図であり、図4はプラスチック金型用非接触高周波誘導加熱装置による磁場形成を説明する概略平面図である。説明の便宜上、以下、図2〜4を同時に参照しつつ説明する事にする。
図2に示すように、高温の溶融樹脂は、ランナー60を通ってキャビティ30内に射出されると、矢印の方向に3つに分かれる。このとき、従来技術では、3つの部分が合体するキャビティの下部で、移動時の熱損失によって、ウェルドライン(接合線)、ショートショット(充填不足)、スポット(表面染み)など成型製品の欠陥が発生する。
しかしながら、図3に示すように、プラスチック金型用非接触高周波誘導加熱装置50による磁場の熱によって、キャビティ30に急速に加熱される領域“A”(高温、260℃まで)が形成されて、ウェルドライン、ショートショット、スポットなどの成型製品の欠陥が全く発生しない。
図4に示すように、巻線された複数個の高周波誘導コイル51は、高周波電力供給部70と電気的に接続して磁場ができ、それによってキャビティ30の一部領域が急速に加熱される。
図5は、高周波誘導加熱装置の射出ノズルを説明する概略断面図である。図5に示すように、溶融樹脂射出装置に取付けた射出ノズル120は、プラスチック射出金型1(図1参照)に溶融樹脂を射出するに使用される。射出ノズル120は、その外周囲に高周波誘導コイル121が巻かれている。すなわち、高周波誘導コイル121が射出ノズル120のランナー122外周を巻いて、高周波誘導磁場により、射出ノズル120のランナー122領域を部分的、かつ急速に加熱する。プラスチック製品を成型する溶融樹脂を射出した後、ランナー122領域は、直接冷却して固化させ、射出口をプラスチック射出金型1から分離する。
また、高周波誘導コイル121は、高周波電力供給部70(図4参照;金型及び射出ノズル加熱装置にも同時に高周波電力を供給する)に電気的に接続して、溶融樹脂射出装置130(図10参照)とプラスチック射出金型1(図10参照)を連結している射出ノズル120のランナー122領域を、高周波誘導コイル121の高周波誘導磁気によって急速に加熱する。
図6は、本発明の実施形態による高周波誘導加熱装置の射出ノズルを説明する概略的な断面図であり、図7は、図6の射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた状態を説明する断面図である。説明の便宜上、以下の説明は、図6と図7を同時に参照しつつ行う。
図に示すように、本発明によると、溶融樹脂射出装置に取付けた射出ノズル210は、プラスチック射出金型1(図10参照)に溶融樹脂を射出するものである。射出ノズル210は、その外周囲に螺旋溝213が形成され、長さ方向中央を貫いて溶融樹脂を射出するランナー212が形成されている。
図7に示すように、射出ノズル210の螺旋溝213に高周波誘導コイル211が巻線される。
より具体的に説明すれば、螺旋溝213と高周波誘導コイル211は、さらに螺旋溝213上をセラミックスなどをコーティングした絶縁層214と、高周波誘導コイル211をテフロン(登録商標)(Teflon)などの絶縁樹脂材で覆った被服材215を有している。すなわち、被服材215を有する高周波誘導コイル211を、螺旋溝213の絶縁層214の上に巻いている。また、ランナー212の温度を感知する温度感知センサーライン216は、高周波誘導コイル211と一緒に巻くことができる。
図6と図7には、螺旋溝213が射出ノズル210に一体に形成されている。しかしながら、螺旋溝213の代りに、螺旋状隆起を射出ノズル210に一体形成して、高周波誘導コイル211を螺旋状隆起に沿って巻いてもよい。螺旋溝213は、射出ノズル210の外周囲に全体的に均等に形成することもできるが、溝の加工費を考慮して一部領域に集中的に形成させるのが好ましい。
すなわち、螺旋溝213は、前段部、中央部及び後段部の少なくともいずれかに集中的に形成するのが好ましい。言いかえれば、螺旋溝213を、射出ノズル210の前段部、あるいは中央部に集中的に形成するか、あるいは螺旋溝213を、射出ノズル210の前段部と後段部に集中的に形成する。
特に、射出ノズル210の全体的な形状は、後段部に向って漸次細くなっているので、その圧力差によって、その後段部に位置するノズル先端で温度が相対的に高い。
また、射出ノズル210の前段部は、溶融樹脂射出装置130(図10参照)あるいはマニホルド140(図11参照)から溶融樹脂を直接射出される部分であるので、温度が相対的に高いが、その中央部の温度は、前段部や後段部に比べると相対的に低い。
従って、射出ノズル210の中央部に螺旋溝13を集中的に形成させると、射出ノズル210の全域にかけて温度を均一に高く維持できるという長所がある。
図7に示すように、射出ノズル210の螺旋溝213に巻かれる高周波誘導コイル211には、複数個のループ(loop)211−1が形成される。このように、高周波誘導コイル211に複数個のループ211−1が形成されるので、射出ノズル210のランナー212が急速に加熱されて高周波誘導コイル211が温度上昇によって長くなっても、複数個のループ211−1が高周波誘導コイル211の膨張を吸収できる。
図8は、射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた本発明のまた別の実施形態を説明する図面であり、射出ノズル310の螺旋溝317が、図7のものより大きい点で相異している。つまり、螺旋溝の加工費を低減するために、一つの螺旋溝317を射出ノズル310の前部、中央部及び後部の少なくともいずれか一つに幅広く形成させ、高周波誘導コイル311が、射出ノズル310の螺旋溝317に集中して巻かれる。
図9は、射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた本発明のまた別の実施形態を説明する図面であり、螺旋溝413を射出ノズル410の上部と下部のそれぞれに形成させた点で図7の射出ノズルと相異している。すなわち、螺旋溝の加工費をさらに低減させるために、一つの螺旋溝413を、射出ノズル410の前段部及び後段部それぞれに形成している。
また、金属性のC−リング420を、二つの螺旋溝413それぞれに挿入して固定し、高周波誘導コイル411の両端を二つの金属性のC−リング420に挿入して固定して、高周波誘導コイル411を射出ノズル410に巻いている。
図10は、図6及び図7の射出ノズルを用いた高周波誘導加熱装置の結合状態を説明する断面図である。図10において射出ノズル用の高周波誘導加熱装置100は、図6及び図7の射出ノズル210を使用している。しかしながら、射出ノズル用の高周波誘導加熱装置100は、図5及び図8の射出ノズル110、310も同様に使用することができる。
図10に示すように、射出ノズル用高周波誘導加熱装置100は、射出ノズル210を有しており、その射出ノズル210は、溶融樹脂射出装置に取付けられ、外周囲に螺旋溝213が形成され、プラスチック射出金型1に溶融樹脂を射出するためのランナー213を有し、かつ、非接触高周波誘導加熱装置として射出ノズル210の螺旋溝213に沿って巻かれた高周波誘導コイル211を有している。
また、高周波誘導コイル211は、高周波電力供給部70(図4参照)が電気的に接続されて、溶融樹脂射出装置130とプラスチック射出金型1を連結する射出ノズル210のランナー212領域を、高周波誘導コイル211の高周波誘導磁場によって急速に加熱する。非接触高周波誘導加熱装置としての高周波誘導コイル211は、射出ノズル210の外周囲に形成された螺旋溝213に巻かれ、高周波誘導磁場によって射出ノズル210のランナー212を部分的に、かつ急速に加熱することができる。プラスチック製品を成型するための溶融樹脂が射出された後に、ランナー122部分が直接冷却され、固化されることで、射出口がプラスチック射出金型1から離すことができるようにする。
本発明による射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置100は、溶融樹脂射出装置130の高温溶融樹脂が、ランナー212を通してプラスチック射出金型1に射出される前(約1−5秒前;製品の種類や供給電力の大きさによって変わる)に、射出ノズル210のランナー212領域を部分的に急速に加熱するようにする。これにより、ランナー212と高温溶融樹脂の間の温度差を小さくして溶融樹脂がよく流れることができ、射出ノズル210のランナー212における溶融樹脂の固化を防止することができる。非接触高周波誘導加熱装置としての高周波誘導コイル211は、高周波電力(約1KHz−300KHz)を供給する高周波電力供給部70(図4参照)に電気的に接続される。
実際に、本発明による非接触高周波誘導加熱装置として高周波誘導コイル211により射出ノズルのランナーを加熱するとき、数百KHz−数十kwの容量をもつ加熱装置で充分に加熱でき、金型あるいはキャビティを、最小時間で250℃度に加熱することができる。
本発明による非接触高周波誘導加熱装置100では、別途のマニホルドを設けることなく、溶融樹脂を射出ノズル210からプラスチック射出金型1に直接に射出できるので、溶融樹脂射出装置が非常に単純になり、これにより費用を削減できる。
図11は、さらに別の実施形態であり、図6及び図7の射出ノズルを用いた高周波誘導加熱装置の結合状態図を説明する図である。
図11の射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置は、溶融樹脂射出装置130が、マニホルド140を挟んで射出ノズル210に連結されている点を除き、図10のものと実質的に同じであり、以下、同じまたは類似の構成に対して同一符号を付けてその差異を中心に説明する。
図11に示すように、射出ノズル用高周波誘導加熱装置は、さらに、溶融樹脂射出装置130と射出ノズル210の間の樹脂を連結するものとしてマニホルド140が形成されている。ここで、マニホルド140は、少なくとも2つの射出ノズルと連結されるのが好ましい。
マニホルド140では、プラスチック製品が製造される時、溶融樹脂射出装置130から流れてきた高温の溶融樹脂が、マニホルド140のランナー141内に溶融状態で連続的に保持され、次いで、ランナー141を通して射出ノズル210に移動してプラスチック射出金型1で製品の成形が行われる。
すなわち、マニホルド140の外側に形成された直接加熱方式の加熱装置142は、プラスチック製品を連続的に製造するために高温の溶融樹脂を射出する時に、ランナー141内にある溶融樹脂を保温するように機能する。直接加熱方式の加熱装置142は、カラムタイプヒーターまたはカートリッジヒーターであることができる。
一方、プラスチック射出金型1のランナーゲート(図示していない)に溶融樹脂を射出する射出ノズル210では、加熱が最短時間で行われ、射出ノズル210のランナーが直接に冷却され固化されてプラスチック射出金具1から分離できるので、非接触高周波誘導加熱装置としての高周波誘導コイル211は、直接加熱方式を用いたマニホルド140の加熱装置142と異なり、射出ノズル210の螺旋溝213に巻かれる。
高周波誘導コイル211の形態にすることで、射出ノズル210のランナー212は、部分的に、しかも急速に加熱される。また、プラスチック製品を成型するために溶融樹脂を射出した後に、ランナーのその領域は、直接冷却して固化させて、プラスチック射出金型1から分離できる。
射出ノズル210とマニホルド140は、ねじ締結方式などで互いに結合と脱離できるようにされているので、射出ノズル210は、種々のマニホルド140に使用することができる。
従って、別の実施形態による射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置では、非接触高周波誘導加熱装置は射出ノズルに使用され、マニホルドには従来の直接加熱方式が使用される。これにより、新概念のホットランナー構造が提示されて、経済性と品質を同時に満たすことができる。
図12はさらに別の実施形態により、図6と図7の射出ノズルを用いた射出ノズル用高周波誘導加熱装置による磁場形成を説明する概略平面図である。
図10における射出ノズル用高周波誘導加熱装置100では、図6と図7の射出ノズル210に用いているが、しかしながら、射出ノズル用高周波誘導加熱装置100は、図5及び図8の射出ノズル110、310に対しても等しく使用することができる。
図12に示すように、高周波電力供給部(図示されていない)からの高周波電流は、磁場形成のために非接触高周波誘導加熱装置として射出ノズル210の外周囲に一体に形成された螺旋溝または螺旋状隆起に沿って巻かれた高周波誘導コイル211に供給される。次いで、射出ノズル210のランナー212は、高周波誘導磁場で誘起された電流により部分的に、かつ急速に加熱される。
プラスチック製品を成型するための溶融樹脂が射出された後では、射出ノズル210のランナー212は、直接冷却されて、その射出口をプラスチック金型から離すことができるようになる。そこで、製品の連続成形の時には短時間に温度変動が繰り返される。
また、射出ノズルと誘導コイルの間隔が、従来の方法に比べて小さくなり、誘導電力の損失を少なくすることができる。
本発明を特別の実施形態を挙げて説明したが、本発明は、実施形態により限定されるもではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。当該発明が属する分野
で通常の知識を有した者ならば誰でも、本発明の技術範囲と精神を逸脱することなく実施形態を変更できる。
本発明は、プラスチック射出ノズル用の非接触高周波誘導加熱装置に関するもので、高温の溶融樹脂を射出する時に、射出ノズルのランナー領域のみを、非接触高周波誘導方式によって急速に加熱することができ、これにより、溶融樹脂射出装置の効率を上げることができる。
接触高周波誘導プラスチック金型加熱装置を用いたプラスチック射出金型の平面図である。 高温溶融樹脂がキャビティ内に流れていく状況を説明する概略平面図である。 キャビティの一部領域がプラスチック金型用非接触高周波誘導加熱装置により急速に加熱される状況を説明する概略平面図である。 ラスチック金型用非接触高周波誘導加熱装置による磁場形成を説明する概略平面図である。 本発明の一実施の形態による高周波誘導加熱装置の射出ノズルを説明する概略断面図である。 本発明の別の実施形態による高周波誘導加熱装置の射出ノズルを説明する概略的な断面図である。 図6の射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた状態を説明する断面図である。 本発明の別の実施形態であり、射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた状況を説明する断面図である。 の実施形態であり、射出ノズルに高周波誘導コイルを巻いた状況を説明する図面である。 の実施形態であり、図6及び図7の射出ノズルを用いた高周波誘導加熱装置の結合状態を説明する断面図である。 らに別の実施形態であり図6及び図7の射出ノズルを用いた高周波誘導加熱装置の結合状態を説明する断面図である。 らに別の実施形態であり、図6と図7の射出ノズルを用いた射出ノズル用高周波誘導加熱装置による磁場形成を説明する概略平面図である。

Claims (1)

  1. コアとキャビティでなるプラスチック金型溶融樹脂を射出する射出ノズルと、前記射出ノズルの外周囲に巻かれ、前記射出ノズルのランナーを加熱する高周波誘導コイルと、前記高周波誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給部と、を有する溶融樹脂射出装置において
    前記射出ノズルの前段部と後段部とに各1個の螺旋溝が形成され、
    前記螺旋溝それぞれに、金属製のC−リングが挿入されて固定され、
    前記C−リングに両端を固定されて、前記射出ノズルの外周囲に前記高周波誘導コイルが巻かれ
    前記高周波誘導コイルが、複数個のループ(loop)を備えることを特徴とするプラスチック射出ノズル用非接触高周波誘導加熱装置。
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