JP5250223B2 - 成形用金型の温度制御方法及び温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機等に使用される金型の温度制御に関し、特に急速に加熱と冷却を行うことができる加熱媒体回路の温度制御方法と、この温度制御方法を用いることができる金型温度制御装置に関する。

特許文献１に示す従来例の金型は、過熱蒸気供給装置と、熱水供給装置と、冷却水供給装置とを備えた射出成形用金型であり、初め金型に過熱水蒸気を供給して予熱し、次いで高温水を金型に充満して金型を設定温度まで加熱し、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填する。金型内の高温水は射出充填された樹脂の熱が伝わり、高温水が沸騰するときの蒸発熱で金型及び樹脂が冷却され、圧力調整弁に設定された圧力に見合う温度を維持し、一定時間後、金型内の熱媒は冷却水に切り換えられて樹脂材料の固化温度以下に冷却され、温度制御のサイクルが終わる。

また、特許文献２に示された従来例は、一定温度に設定した過熱水蒸気と２通りの設定温度の高温水を選択的に、制御弁により切り換えて金型の温度を調整し、金型温度を成形品樹脂材料のガラス転位温度以下に保持する第１の温度ステージ、前記樹脂材料の流動停止温度付近へ昇温する第２の温度ステージ、再び、ガラス転位温度付近に降温して保持する第３の温度ステージ、さらに第１の温度ステージの温度付近に降温して保持する第４の温度ステージを経過させるようにして、ひけのない高精度の樹脂レンズ等のような、成形品を成形することを目的とした金型の温度制御装置と金型の温度制御方法である。
特開昭６２−１０１３６５号公報（第１図） 特開平４−３４５８０８号公報（図１、図２）

特許文献１の従来例は、金型加熱時に媒体を蒸気から所定の金型温度に等しい飽和圧の加圧熱水(高温水)に切り換えて金型内に充満させる。溶融樹脂材料を射出充填したとき、溶融樹脂材料からの熱が金型から熱水に伝わり、熱水の飽和温度を超えたとき、熱水は蒸発し、その蒸発熱で金型温度は冷却される。このように飽和熱水による金型温度の調整は緩慢であり、成形工程に要する時間が冗長になる問題点がある。

また、特許文献２の従来例も同様に、樹脂材料を射出充填するときの熱水の温度を、所定の金型温度にあわせるように設定しているので、金型温度の調整は緩慢となり、成形工程時間が冗長になる。上述の従来例は２件とも蒸気は外部施設のボイラーから供給されるので、ボイラー設備が必要である。

本発明は、射出成形装置において、急速な加熱冷却制御系統の構造が簡単で、設備設置スペースが小さく、コストが安価で、また、生産性が高く、且つ安定性の高い金型温度制御方法と装置を提供することを目的とする。

上記の問題点に対し、本発明は以下の各手段により課題の解決を図る。
（１）第１の手段の急速加熱冷却が可能な成形用金型の温度制御方法は、金型キャビティに可塑化樹脂を射出成形する前の金型の温度を急速に上昇させ、射出後、固化温度以下まで冷却する方法であって、加熱開始時は熱媒に過熱水蒸気を使用し、金型温度が所定の温度に達した時点で、または、加熱開始から所定時間経過後に熱媒を成形時の金型の設定温度以上の高温水に切り換えて金型温度を設定温度に上昇させた後、高温水の供給を止め、冷却水に切り換えて樹脂の固化温度以下まで冷却することを特徴とする。

（２）第２の手段の成形用金型の温度制御方法は、上述（１）の成形用金型の温度制御方法において、加熱開始時の過熱水蒸気から高温水への切換は、予め過熱水蒸気による加熱開始時からの金型の昇温状態を測定、及び算定して金型の昇温特性を算出し、同時に、成形時に必要な金型の設定温度以上の高温水による金型の昇温状態を実測して昇温特性を算出し、両者の昇温特性から金型温度が加熱開始時の温度から目標温度に到達する時間と、オーバーシュート温度を推定し、許容オーバーシュート温度範囲内となるように、且つ、加熱開始から昇温完了までの時間が最短となるように過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングを設定することを特徴とする。

（３）第３の手段の成形用金型の温度制御方法は、前記（２）の金型温度制御方法の予め過熱水蒸気による加熱開始時からの金型の昇温状態の測定、及び算定しての金型の昇温特性の算定、成形時に必要な金型の設定温度以上の高温水による金型の昇温状態を実測しての昇温特性の算出、両者の昇温特性から金型温度が加熱開始時の温度から目標温度に到達する時間と、オーバーシュート温度を推定し、許容オーバーシュート温度範囲となるように、且つ、加熱開始から昇温完了までの時間が最適となるように過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングを自動算出することを特徴とする。

（４）第４の手段の成形用金型の温度制御装置は、過熱水蒸気発生手段と、高温水発生手段と、冷却水発生手段と、これらの手段から金型ヘ熱媒を送る配管に設置された切換弁と、各調整温度発生手段の熱媒の温度を設定値になるように制御する温度制御回路と各切換弁の切り換えのタイミングを設定するタイマーと、金型の温度を検出するための温度検出手段と、上記（１）〜（３）の方法により金型を急速加熱冷却するように制御する温度媒体選択回路を備えた制御装置と、加熱用水を貯める貯水タンクとからなる金型加熱回路を設けたことを特徴とする。

（５）第５の手段の成形用金型の温度制御装置は、上記（４）の過熱水蒸気発生手段が、圧力容器内に貯留した水を高温の水蒸気、又は、電気抵抗或いは高周波電流によるヒータ等を加熱手段として加熱し過熱水蒸気を発生させ、該過熱水蒸気を高圧ポンプによりアキュムレータに送って過熱水蒸気を蓄圧し、金型の温度を急速に上昇させる加熱開始時に、アキュムレータの送出配管に繋がった切換弁を切り換えて過熱水蒸気を短時間、金型に放出するようにした手段であることを特徴とする。

（６）第６の手段の成形用金型の温度制御装置は、上記（４）の過熱水蒸気発生手段が、前記貯水タンクから加熱用水を吸い上げる高圧ポンプと、過熱水蒸気供給配管に設置された高周波加熱、ヒートポンプ等の小規模な加熱手段と、同配管に設けられた逆止弁と過熱水蒸気アキュムレータと、該アキュムレータ内の蒸気圧を調整する圧力調整弁と、アキュムレータから前記切換弁へ通じる過熱水蒸気配管とからなり、前記高圧ポンプにより送られる加熱用水を射出成形の待機時間中に前述の小規模な加熱手段で加熱して過熱水蒸気に変換し、前記アキュムレータに送って蓄圧し、金型の加熱開始時に、アキュムレータの送出配管に繋がった切換弁を切り換えて過熱水蒸気を短時間、金型に放出するようにした手段であることを特徴とする。

（７）第７の手段の成形用金型の温度制御装置は、上記（４）の過熱水蒸気発生手段が、前記貯水タンクから加熱用水を吸い上げるポンプと、該ポンプの出口配管に結合する逆止弁と、高周波加熱、ヒートポンプ等の小規模な加熱設備を内蔵し圧力調整弁を備えたアキュムレータと、該アキュムレータから前記切換弁へ通じる過熱水蒸気配管とからなり、アキュムレータに送り込まれた加熱用水を射出成形の待機時間中に内蔵する加熱手段により過熱水蒸気に換えて蓄圧し、金型の温度を急速に上昇させる加熱開始時に、切換弁を切り換えてアキュムレータの過熱水蒸気を金型に放出するようにしたことを特徴とする。

（８）第８の手段の成形用金型の温度制御装置は、上記（４）の金型加熱回路の高温水発生手段が高圧ポンプから送り込まれた加熱用水を加熱する加熱手段を内蔵し、高温水を金型へ送る配管と同配管に切換弁が設置された高温水発生タンクであり、また、過熱水蒸気発生手段は、前記高温水発生手段の高温水を直接取り込むようになっている小型の加熱手段を内蔵した過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータであって、該アキュムレータの上部には過熱水蒸気を金型ヘ送り出す配管と同配管に切換弁が設置され、前記過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータに送り込まれた加熱用水は射出成形の待機時間中に内蔵する加熱手段により過熱水蒸気に変換して蓄圧され、金型の加熱開始時に過熱水蒸気を金型に放出して金型の温度を急速に上昇させ、金型温度が所定の温度に達した時点で、前記高温水発生タンクの高温水に切り換えて金型温度を設定温度に上昇させするようにしたことを特徴とする。

（９）第９の手段の成形用金型の温度制御装置は、上記（４）〜（８）の金型加熱回路において、金型への過熱水蒸気、高温水、冷却水の共通供給配管に切換弁を備えたエア供給配管を繋ぎ、金型への過熱水蒸気、高温水、冷却水を切り換えるとき、金型のマニホールド内へエアを送っての熱水、又は、冷水をそれぞれの回収タンクへ回収できるようにしたことを特徴とする。

請求項１〜請求項３に係わる発明は、上記第１〜第３の手段の成形用金型の温度制御方法であり、請求項４及び請求項５に係わる発明は、第１〜第３の手段の成形用金型の温度制御方法を実施するための、上記第４の手段及び第５の手段の成形用金型の温度制御装置であり、金型を加熱開始時の高温高熱量の過熱水蒸気による高速加熱と、熱媒切り換え後の高温水による比較的緩やかな加熱を組み合わせることによって、短時間で且つオーバーシュートを抑制し、金型を目標温度に安定して加熱することが可能となる。

請求項６及び請求項７に係わる発明は、上記第６の手段及び第７の手段の成形用金型の温度制御装置であり、温調金型にアキュムレータと小型過熱水蒸気発生装置を組み合わせて、過熱水蒸気を供給することができるので、大型設備であるボイラー装置が不要であり、設置面積を少なくし、設備コストを減らす効果がある。また、この小型過熱水蒸気発生装置を既設の金型温度調整装置に加設することにより、低コストで金型の急速加熱成型を行うことができる。

請求項８に係わる発明は、上記第８の手段の成形用金型の温度制御装置であり、該加熱装置として小型過熱水蒸気発生手段を内蔵するアキュムレータと高温水発生手段とを直接組み合わせることにより配管を簡略にし、一層の設置面積減少と、設備コストを減らす効果がある。

請求項９に係わる発明は、上記第９の手段の成形用金型の温度制御装置であり、金型のマニホールド内へエアを吹き込むことにより、金型内の熱水、又は、冷水をそれぞれの回収タンクへ回収できるので熱量の損失を減らすことができ、次の加熱サイクルの過熱水蒸気の供給を容易にする効果がある。

射出成形機等に使用される成形用金型の温度制御において、急速に加熱と冷却を行うことができる加熱制御回路の温度制御方法と、この温度制御方法を用いることができる金型加熱装置を備えた温度制御装置を三形態説明する。この実施の形態で図示した金型は、樹脂注入通路、射出ユニット等の図は省き、加熱制御回路の構成と作用方法について図示説明している。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる金型加熱制御回路の模式図、図２は図１の金型加熱制御回路に備えられた金型温度制御装置内の熱媒選択手順を示す回路図、図３は図１の金型を加熱するときの時間に対する金型温度上昇を示す加熱特性曲線、図４は図１の金型を過熱水蒸気と高温水でそれぞれ単独で加熱するときの時間に対する金型温度上昇を示す２つの加熱特性曲線、図５は図１の金型を加熱するときの熱媒を切り換える工程を示す図である。

図１の金型加熱制御回路１０において、一対の金型１１は型締め状態になっていて、金型１１の合わせ面に成形品が成形される金型キャビティ１２が形成されている。金型１１を加熱する手段は、過熱水蒸気発生器（過熱水蒸気発生手段）１３と、高温水発生器（高温水発生手段）２１であり、金型１１を冷却する手段は、冷却装置（冷却水発生手段）２６である。

過熱水蒸気発生器１３は、貯水タンク１４に貯留している加熱用水を供給管３３を介して高圧ポンプ１５で吸い上げて過熱水蒸気発生器１３の本体の圧力容器内に供給し、加熱用水を加熱し過熱水蒸気を発生させる構成である。貯水タンク１４は加熱用水供給兼回収タンクである。３１は液面レベル計で、液面が設定高さ範囲を超えて低下したとき切換弁４３を開いて水を補給する。

過熱水蒸気発生器１３で発生した過熱水蒸気を高圧ポンプ１６により外周を断熱材５９で囲ったアキュムレータ１８に送って過熱水蒸気を蓄圧し、金型１１の加熱開始時に、アキュムレータ１８の送出配管３５に繋がった切換弁４５を切り換えて過熱水蒸気を短時間、金型１１に放出する。１７は逆止弁、１９は圧力安全弁を兼ねた過熱水蒸気の圧力調整弁、Ｔ１、Ｔ３は過熱水蒸気の温度検出センサである。温度検出センサＴ１で検出された過熱水蒸気温度は、金型温度制御装置４０において、同制御装置４０にメモリーされた過熱水蒸気設定温度Ｔｔと比較し、図示せぬボイラーに接続している熱媒配管２８に設置された切換弁４４をＯＮ，ＯＦＦして熱媒をヒータ１３ａに通し、同設定温度Ｔｔ（図４）になるように制御しているが、同設定温度Ｔｔと比較するのは温度検出センサＴ３の検出温度でもよい。

図１では、アキュムレータ１８に保温のために断熱材５９を備えているが、断熱材５９の代わりに、図示しない電熱ヒータ等の発熱体を使って保温してもよい。この場合、温度検出センサＴ３で検出した温度は金型温度制御装置４０にメモリーされた過熱水蒸気設定温度Ｔｔと比較し、図示しない電熱ヒータ等の保温装置によりアキュムレータ１８内の過熱水蒸気の温度を保持するように制御することが好ましい。

また、図１では、熱媒をボイラーからの高圧蒸気として金型１１への過熱水蒸気の温度制御をするようになっているが、本発明による金型１１の初期の加熱に使用される過熱水蒸気の量は少量であるので、過熱水蒸気発生器１３の本体内に電気抵抗ヒータ、高周波の電流による誘導加熱ヒータ、不活性ガスの断熱圧縮を利用したヒートポンプ等の小規模な加熱手段とすれば、設備コストと設置スペースの低減と省エネルギーに有効である。

高温水発生器２１は、貯水タンク１４に貯留している加熱用水を供給管３６を介してポンプ２２で吸い上げて高温水発生器２１の主体の圧力容器内に供給し、１００℃以上の高温水のニーズに備えて熱交換器を内蔵する本体を圧力容器とし、圧力安全弁を兼ねた高温水の圧力調整弁２４と逆止弁２３を設ける。高温水配管３７の出口側に切換弁４７と温度検出センサＴ２を設置する。熱媒配管３４に設置された切換弁４６をＯＮ，ＯＦＦして熱媒を熱交換器に通し高温水が設定温度になるように制御される。図１では、高温水発生器２１が熱媒を用いた熱交換器にしてあるが、熱媒熱交換器の代わりに、電熱ヒータ等の加熱装置を使用しても良い。

冷却装置２６は、冷却水タンク２５に貯留している冷却水をポンプ２７で吸い上げて供給管３８を介して冷却装置２６の本体内へ供給する。冷却水の温度は、金型キャビティ１２内に充填された成形品温度が成形品の材料の固化温度以下になるような低温とする。冷却水配管３９に切換弁４９と温度検出センサＴ４を設置する。冷媒配管に設置された切換弁４８をＯＮ，ＯＦＦして冷媒を熱交換器に通し冷却水が設定温度になるように制御される。３２は液面レベル計、５６は切換弁を示す。

金型温度制御装置４０には、過熱水蒸気と高温水を切り換えて、金型を急速に加熱するように制御する熱媒選択回路と、各切換弁の切り換えのタイミングを設定するタイマー１、冷却水に切り換えるタイミングを設定するタイマー２、金型からのエア排水切換タイミングを決めるタイマー３を備えている。

図５の金型調温工程図と図３の金型温度加熱特性曲線によって、金型温度制御作用を説明する。図５は、金型キャビティ１２に可塑化樹脂を射出成形する前の金型１１の温度を急速に上昇させ（急速加熱工程）、金型温度が所定の温度に達した時、加熱媒体を切り換えて加熱速度を緩やかにし（緩速加熱工程）、金型温度のオーバーシュートを抑制して目標温度に制御する工程である。

加熱開始時は切換弁４５を開いて熱媒である過熱水蒸気を送出配管３５を通して金型１１の熱媒流路１１ａに供給して金型１１を加熱し、切換弁５３を開いて排出管４１から貯水タンク１４へ排出し、金型キャビティ１２の温度（温度検出センサＴＭが検出する金型キャビティ１２面の温度）が所定の温度Ｔｘ、又は、実測から割り出したタイマー１の時間ｔｘに達した時点で、切換弁４５，５３を閉じる（急速加熱工程）。次の緩速加熱工程では、切換弁４７を開くとともに、切換弁５２を開いて排出管４１から貯水タンク１４へ排出し、熱媒を成形時の金型温度以上の高温水に切り換えて金型温度を設定温度Ｔｍに制御し、オーバーシュートが修正されたことを見計らったタイマー２の設定時間（タイマー１をタイマー２に切り換えてｔｂ−ｔｘ）後、溶融樹脂を射出する。

溶融樹脂射出と同時に切換弁４７，５２を閉じて高温水の供給を止め、タイマー３の適当な時間（ｔｃ−ｔｂ）、温度Ｔａ及び又は射出圧を保持後、切換弁５２を開き高温水を貯水タンク１４へ排水し、切換弁４９を開いて冷却水に切り換え、樹脂の固化温度以下まで冷却する。高温水を冷却水で置き換えるとき、始めは切換弁５２を開いて熱媒流路１１ａ内に貯留した高温水を貯水タンク１４へ戻し、温度検出センサＴ５により金型からの排水の温度が冷却水温にまで下がったことを確認したとき、切換弁５２を閉じ、切換弁５５を開いて排出管４２を介して冷却水を冷却水タンク２５に回収する。

また、図１では過熱水蒸気は、高温水と共用する貯水タンク１４の加熱用水から生成され、同じ貯水タンク１４に回収する構成で示してあるが、過熱水蒸気と高温水の供給水タンクを別々に独立して持ち、且つ、金型１１から排出された過熱水蒸気を絞り弁５８、切換弁５７を開いて外部に排出させてもよい。

また、金型キャビティ１２の面の温度検出センサＴＭが樹脂の固化温度以下に下がったことを確認したとき、冷却水配管３９の切換弁４９を閉じ、エア供給用の切換弁５１を開いて熱媒流路１１ａ内の冷却水を追い出して空にすることが、次工程で熱媒流路１１ａに供給される過熱水蒸気の熱量が冷却水に奪われることを防止し、省エネルギーに有効である。

図２の金型温度制御装置４０内の熱媒選択手順を説明する。金型温度制御装置４０に熱媒選択回路４０ａ、過熱水蒸気温度を設定温度Ｔｔ（図４）になるようにＰＩＤ制御をする過熱水蒸気温度制御回路４０ｂ、高温水温度を設定温度Ｔｕ（図４）になるようにＰＩＤ制御をする高温水温度制御回路４０ｃ、冷却水温度を設定温度になるようにＰＩＤ制御をする冷却水温度制御回路４０ｄ、各切換弁への切換出力回路４０ｅが設置される。

熱媒選択回路４０ａは、加熱開始時の過熱水蒸気から高温水への切り換えの温度とタイミングを選択、設定する回路である（図２、図３、図４を参照）。予め過熱水蒸気（設定温度Ｔｔ）による加熱開始時からの金型キャビティ１２面（温度検出センサＴＭにより検出）の昇温状態を測定、及び算定して金型１１の昇温特性Ｔｓを創出し、また、成形時に必要な金型温度以上の高温水(設定温度Ｔｕ)による金型キャビティ１２面（温度検出センサＴＭにより検出）の昇温状態を実測して昇温特性Ｔｗを創出し、両者の昇温特性（Ｔｓ、Ｔｗ）から金型キャビティ１２面の温度が加熱開始時の温度から目標の設定温度Ｔｍに到達する時間ｔｂと、オーバーシュート温度を推定し、許容オーバーシュート温度範囲内となるように、且つ、加熱開始から昇温完了までの時間ｔｂが最短となるように過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングｔｘを設定する。温度のオーバーシュートが大きければ目標温度に対する温度調整の精度が悪くなり安定性に欠け、高温水の設定温度Ｔｕを低くすれば、オーバーシュートは少ないが目標温度に到達する時間ｔｂが長くなる。

更に、過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングｔｘを自動的に算出することにより、作業が容易となり、作業効率の上昇に有効である。なお、図１では高圧ポンプ１６をアキュムレータ１８と過熱水蒸気発生器１３の間に設置してあるが、アキュムレータ１８の必要蓄圧力が低くてもよいときは、高圧ポンプ１６を省略しても良い。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態を図６の金型加熱制御回路の模式図を用いて説明する。この第２の実施の形態の金型加熱制御回路２０が上述の第１の実施の形態の金型加熱制御回路１０と異なる点は、過熱水蒸気発生手段とアキュムレータとを一体化したことで、構成部品が少なくなり、コストも低減する。上記以外の部分である高温水発生手段、冷却装置等は第１の実施の形態と同じであり、金型加熱制御方法も同じであるので、説明を省略する。

過熱水蒸気発生手段は、加熱用水供給兼回収タンクである貯水タンク１４から温水を吸い上げる高圧ポンプ１５と、高圧ポンプ１５の供給管３３に結合する逆止弁１７と、加熱設備５０ａを内蔵したアキュムレータ５０と、アキュムレータ５０から切換弁４５を経て金型１１へ通じる過熱水蒸気配管である送出配管３５とからなる。アキュムレータ５０に内蔵する加熱設備５０ａは、高温の蒸気蛇管の場合を示しているが、蒸気蛇管の代わりに電気抵抗ヒータ、高周波電流ヒータ、ヒートポンプ等の小規模な加熱設備としても良い。
アキュムレータ５０の送出配管３５には、安全弁を兼ねた圧力調整弁１９が設置されている。また、切換弁４４は過熱水蒸気の温度を検出する温度検出センサＴ１の検出値が金型温度制御装置４０に記憶された過熱水蒸気の設定温度Ｔｔと比較され、設定温度ＴｔになるようにＯＮ，ＯＦＦ制御される。

アキュムレータ５０に送り込まれた加熱用水を射出成形の待機時間中に、内蔵する加熱設備５０ａにより加熱用水を過熱水蒸気に換えて蓄圧し、金型１１の温度を急速に上昇させる加熱開始時に、切換弁４５を切り換えてアキュムレータ５０の過熱水蒸気を金型１１に放出し、出口側配管は切換弁５２を閉じ、切換弁５３を開いて絞り弁５４により過熱水蒸気の速度を加減して金型１１のキャビティ面を加熱するようにしたものである。

また、図６では過熱水蒸気は、高温水と共用する貯水タンク１４の加熱用水から生成され、同じ貯水タンク１４に回収する構成で示してあるが、過熱水蒸気と高温水の供給水タンクを別々に独立して持ち、且つ、金型１１から排出された過熱水蒸気を切換弁５７を開いて外部に排出させてもよい。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態を図７の金型加熱制御回路の模式図を用いて説明する。この第３の実施の形態の金型加熱制御回路３０が上記の第１の実施の形態の金型加熱制御回路１０と異なる点は、高温水発生手段と過熱水蒸気発生設備内蔵のアキュムレータとを直結配置したことで、構成部品が少なくなり、コストも低減する。上記以外の部分である冷却装置等は第１の実施の形態と同じであり、金型加熱制御方法も同じであるので、説明を省略する。

図７に示すように、金型加熱制御回路３０の高温水発生手段は、高圧ポンプ１５により貯水タンク１４に貯留する加熱用水を吸い上げ、送り込まれた加熱用水を加熱する高温水発生器６５と、高温水発生器６５の高温水を直接取り込むようになっている小型の加熱設備６０ａを内蔵した過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータ６０と、アキュムレータ６０の上部に設置された過熱水蒸気配管である送出配管３５と、同配管３５に設置された切換弁４５とから構成されている。

高温水発生器６５は加熱用蒸気蛇管６５ａを内蔵し、高温水の場合を想定した圧力容器であり、切換弁４４は高温水発生器６５内の高温水の温度を検出する温度センサＴ２の検出値が制御装置に記憶された高温水の設定温度Ｔｕと比較され、設定温度ＴｕになるようにＯＮ，ＯＦＦ制御される。

過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータ６０は、前段の高温水発生器６５の高温水を直接取り込み、内蔵する小型の加熱設備６０ａにより過熱水蒸気を発生させる。
図７では、小型の加熱設備６０ａは、高温の蒸気蛇管の場合を示しているが、電気抵抗ヒータ、高周波電流ヒータ、ヒートポンプ等の小規模な加熱設備を用いても良く、アキュムレータ６０の送出配管３５には、安全弁を兼ねた圧力調整弁１９が設置されている。また、切換弁６２は過熱水蒸気の温度を検出する温度検出センサＴ１の検出値が金型温度制御装置４０に記憶された過熱水蒸気の設定温度Ｔｔと比較され、設定温度ＴｔになるようにＯＮ，ＯＦＦ制御される。

過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータ６０に送り込まれた高温水は射出成形の待機時間中に内蔵する加熱設備６０ａにより過熱水蒸気に変換して蓄圧され、金型１１の加熱開始時に切換弁４５を切り換えてアキュムレータ６０の過熱水蒸気を金型１１に放出し、出口側の排出管４１は切換弁５２を閉じ、切換弁５３を開いて絞り弁５４により過熱水蒸気の速度を加減して金型１１のキャビティ面を加熱し、金型温度が所定の温度Ｔｘに達した時点で、切換弁４５を閉じ、切換弁５２と切換弁４７を開き、高温水発生器６５の高温水に切り換えて金型１１を加熱し、金型温度を設定温度に上昇させるようにする。

また、図７では過熱水蒸気は、高温水と共用する貯水タンク１４の加熱用水から生成され、同じ貯水タンク１４に回収する構成で示してあるが、過熱水蒸気と高温水の供給水タンクを別々に独立して持ち、且つ、金型１１から排出された過熱水蒸気を切換弁５７を開いて外部に排出させてもよい。

本発明は、射出成形サイクル中における温度制御を主眼としたものであるため、金型加熱制御回路１０，２０，３０の各部の構成については、上記したものに何ら限定する意図は無く、適宜に変更されることを許容する。これ以外にも本発明の意図を逸脱しない限り、上記実施の形態に挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係わる金型加熱制御回路の模式図である。 図１の金型加熱制御回路に備えられた金型温度制御装置内の熱媒選択手順を示す回路図である。 図１の金型を加熱するときの時間に対する金型温度上昇を示す加熱特性曲線である。 図１の金型を過熱水蒸気と高温水でそれぞれ単独で加熱するときの時間に対する金型温度上昇を示す２つの加熱特性曲線である。 図１の金型を加熱するときの熱媒を切り換える工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係わる金型加熱制御回路の模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係わる金型加熱制御回路の模式図である。

１０，２０，３０…金型加熱制御回路、
１１…金型、
１１ａ…熱媒流路、
１２…金型キャビティ、
１３…過熱水蒸気発生器、
１８…アキュムレータ、
２１，６５…高温水発生器、
２６…冷却装置、
４０…金型温度制御装置
４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５１，５２，５３，５５，５６，５７…切換弁、
５０，６０…アキュムレータ（ヒータ内蔵）、
５４，５８…絞り弁、
５９…断熱材

Claims (9)

1. 金型キャビティ内に可塑化樹脂を射出成形する前の金型の温度を急速に上昇させ、射出後、固化温度以下まで冷却する方法であって、加熱開始時は熱媒に過熱水蒸気を使用し、金型温度が所定の温度に達した時点で、または、加熱開始から所定時間経過後、熱媒を成形時の金型の設定温度以上の高温水に切り換えて金型温度を設定温度に上昇させた後、高温水の供給を止め、冷却水に切り換えて樹脂の固化温度以下まで冷却することを特徴とする成形用金型の温度制御方法。
2. 請求項１に記載する成形用金型の温度制御方法において、加熱開始時の過熱水蒸気から高温水への切換は、予め過熱水蒸気による加熱開始時からの金型の昇温状態を測定、及び算定して金型の昇温特性を算出し、同時に、成形時に必要な金型の設定温度以上の高温水による金型の昇温状態を実測して昇温特性を算出し、両者の昇温特性から金型温度が加熱開始時の温度から目標温度に到達する時間と、オーバーシュート温度を推定し、許容オーバーシュート温度範囲内となるように、且つ、加熱開始から昇温完了までの時間が最短となるように過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングを設定することを特徴とする成形用金型の温度制御方法。
3. 請求項２に記載する成形用金型の温度制御方法において、予め過熱水蒸気による加熱開始時からの金型の昇温状態の測定、及び算定しての金型の昇温特性の算定、成形時に必要な金型の設定温度以上の高温水による金型の昇温状態を実測しての昇温特性の算出、両者の昇温特性から金型温度が加熱開始時の温度から目標温度に到達する時間と、オーバーシュート温度を推定し、許容オーバーシュート温度範囲となるように、且つ、加熱開始から昇温完了までの時間が最適となるように過熱水蒸気から高温水に切り換えるタイミングを自動算出することを特徴とする成形用金型の温度制御方法。
4. 過熱水蒸気発生手段と、高温水発生手段と、冷却水発生手段と、これらの手段から金型ヘそれぞれの熱媒を送る配管に設置された複数の切換弁と、各調整温度発生手段の熱媒の温度が設定値になるように制御する温度制御回路と、各切換弁の切り換えのタイミングを設定するタイマーと、金型の温度を検出するための温度検出手段と、請求項１〜請求項３のいずれか一項の方法により金型を急速加熱冷却するように制御する温度媒体選択回路を備えた制御装置と、加熱用水を貯める貯水タンクとからなる金型加熱回路を設けたことを特徴とする成形用金型の温度制御装置。
5. 請求項４に記載する成形用金型の温度制御装置において、金型加熱回路の過熱水蒸気発生手段は、圧力容器内に貯留した水を高温の水蒸気、又は、電気抵抗或いは高周波電流によるヒータ等を加熱手段として加熱し過熱水蒸気を発生させ、該過熱水蒸気を高圧ポンプによりアキュムレータに送って過熱水蒸気を蓄圧し、金型の温度を急速に上昇させる加熱開始時に、アキュムレータの送出配管に繋がった切換弁を切り換えて過熱水蒸気を短時間金型に放出するようにした手段であることを特徴とする成形用金型の温度制御装置。
6. 請求項４に記載する成形用金型の温度制御装置において、過熱水蒸気発生手段は、前記貯水タンクから加熱用水を吸い上げる高圧ポンプと、過熱水蒸気供給配管に設置された高周波加熱、ヒートポンプ等の小規模な加熱手段と、同配管に設けられた逆止弁と、過熱水蒸気アキュムレータと、該アキュムレータ内の蒸気圧を調整する圧力調整弁と、アキュムレータから前記切換弁へ通じる過熱水蒸気配管とからなり、前記高圧ポンプにより送られる加熱用水を射出成形の待機時間中に前述の小規模な加熱手段で加熱して過熱水蒸気に変換し、前記アキュムレータに送って蓄圧し、金型の加熱開始時に、アキュムレータの送出配管に繋がった切換弁を切り換えて過熱水蒸気を短時間、金型に放出するようにした手段であることを特徴とする成形用金型の温度制御装置。
7. 請求項４に記載する成形用金型の温度制御装置において、過熱水蒸気発生手段は、前記貯水タンクから加熱用水を吸い上げるポンプと、該ポンプの出口配管に結合する逆止弁と、高周波加熱、ヒートポンプ等の小規模な加熱手段を内蔵し圧力調整弁を備えたアキュムレータと、該アキュムレータから前記切換弁へ通じる過熱水蒸気配管とからなり、アキュムレータに送り込まれた加熱用水を射出成形装置の待機時間中に内蔵する加熱手段により過熱水蒸気に換えて蓄圧し、金型の温度を急速に上昇させる加熱開始時に、切換弁を切り換えてアキュムレータの過熱水蒸気を金型に放出するようにしたことを特徴とする成形用金型の温度制御装置。
8. 請求項４に記載する成形用金型の温度制御装置において、高温水発生手段は、高圧ポンプから送り込まれた加熱用水を加熱する加熱手段を内蔵し、高温水を金型へ送る配管と同配管に切換弁が設置された高温水発生タンクであり、また、過熱水蒸気発生手段は、前記高温水発生手段の高温水を直接取り込むようになっている小型の加熱手段を内蔵した過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータであって、該アキュムレータの上部には過熱水蒸気を金型ヘ送り出す配管と同配管に切換弁が設置され、前記過熱水蒸気発生手段兼用のアキュムレータに送り込まれた加熱用水は射出成形の待機時間中に内蔵する加熱手段により過熱水蒸気に変換して蓄圧され、金型の加熱開始時に過熱水蒸気を金型に放出して金型の温度を急速に上昇させ、金型温度が所定の温度に達した時点で、前記高温水発生タンクの高温水に切り換えて金型温度を設定温度に上昇させするようにしたことを特徴とする成形用金型の温度制御装置。
9. 請求項４〜８のいずれか一項に記載する成形用金型の温度制御装置において、金型への過熱水蒸気、高温水、冷却水の共通供給配管に切換弁を備えたエア供給配管を繋ぎ、金型への過熱水蒸気、高温水、冷却水を切り換えるとき、金型のマニホールド内へエアを送って熱水、又は、冷水をそれぞれの回収タンクへ回収できるようにしたことを特徴とする成形用金型の温度制御装置。

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