JP6258250B2 - 加熱シリンダのカバー - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の加熱シリンダにおいて、該加熱シリンダに設けられているバンドヒータを覆うカバーに関するものである。

従来周知のように射出成形機の射出装置は、加熱シリンダ、この加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュ、等から構成されている。加熱シリンダにはその外周部に複数枚のバンドヒータが巻かれて加熱できるようになっている。加熱シリンダ、あるいはスクリュは材料の供給、溶融状態等に鑑みて軸方向に区分することができ、例えば加熱シリンダの後方寄りが材料の樹脂ペレットが供給される供給ゾーン、中間が樹脂ペレットが溶融されながら固体の樹脂ペレットと溶融樹脂とが混在する溶融ゾーン、そして前方寄りが溶融樹脂が混練されると共に圧縮される混練ゾーンのようになっている。加熱シリンダに巻かれている複数枚のバンドヒータは、ゾーン毎に独立してＯＮ／ＯＦＦされ、各ゾーンは所望の目標温度になるように制御される。

特開２０１０−２４７４５８号公報

２００〜３００℃に加熱される加熱シリンダは外気に大量の熱量が放出されてしまうので、その分だけバンドヒータで加熱しなければならずエネルギロスが大きい。そこで、加熱シリンダの外周面に巻かれたバンドヒータの上から保温効果を有する断熱カバーで覆われた射出装置が提案されている。このような射出装置では、断熱カバーが外気への熱の放出を抑制するので、エネルギ効率に優れている。ところで射出成形機では、樹脂の色替え等により加熱シリンダの設定温度を下げたい場合もある。色替え前の加熱シリンダの温度が設定温度よりも高い場合には、自然放熱によって、あるいは送風機等によって風を当てて冷却され目標温度に達するのを待つようにしている。しかしながら加熱シリンダに断熱カバーが設けられていると冷却に長時間を要するので、射出成形機の稼働率が低下して成形品の生産性が悪化することになり、結果的にコスト高になってしまう。そこで、このような問題を解決する断熱カバーを備えた射出装置が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の断熱カバーは、バンドヒータに接する内側は空気を通す通気性シートから、露出している外側は空気を通さない気密シートからそれぞれ構成され、内部にはグラスファイバーやシリカ等からなる断熱材が充填されている。そして外部から冷却用の圧縮空気を供給できるようになっている。従って、色替え等の必要により加熱シリンダの温度を低下させたいときは、圧縮空気を断熱カバーに供給する。そうすると圧縮空気は断熱材内で拡散され、そして断熱カバーの内側の通気性シートから加熱シリンダに供給される。これによって比較的短時間で加熱シリンダを冷却でき、射出成形機の稼働率を高めることができる。

特許文献１に記載の断熱カバーは、射出成形機のエネルギー効率を改善できるし、そして色替え等により加熱シリンダの設定温度を低下させたいときにも、空気を断熱カバーに供給して冷却できるので、比較的短時間で加熱シリンダを冷却することができ、稼働率を高く維持することができ優れている。しかしながら改善の余地も見受けられる。具体的には冷却の能力と、冷却速度の点で改善の余地が見受けられる。加熱シリンダにおいて樹脂ペレットが溶融されるとき、樹脂ペレットはバンドヒータによって与えられる熱だけでなく、スクリュの回転のせん断力による熱によっても溶融する。樹脂の粘性が高かったり、あるいは加熱シリンダの特定の部位においては、せん断力によって発生する熱が大きく、バンドヒータへの通電を停止しても加熱シリンダの温度は目標温度を超えてしまうこともある。品質の低下を防ぐために樹脂は所望の範囲の温度になるように制御する必要があるので、このような場合には加熱シリンダを効率よく冷却したい。あるいは速やかに冷却したい。しかしながら、特許文献１に記載の断熱カバーにおいては、冷却用の空気は断熱カバー内に供給するようになっているので、必ずしも冷却の効率が高いとは言えず、冷却能力も大きいとは言えない。そうすると加熱シリンダの温度制御は難しくなって、所望の温度に制御することが困難になる。

本発明は、上記したような問題点を解決した、加熱シリンダのカバーを提供することを目的とし、具体的にはエネルギ効率が高いだけでなく、冷却能力にも優れ、従って加熱シリンダを目標温度に制御することが容易な加熱シリンダのカバーを提供することを目的としている。

本発明は、本発明の目的を達成するために、加熱シリンダに巻かれているバンドヒータを覆うカバーを、バンドヒータに接する内側の通気層と、該通気層に接してその外側に配置される断熱層とから構成する。通気層は所定厚さに積層された複数枚の銅メッシュである網状体から構成し、好ましくは積層された複数枚の銅メッシュから構成する。断熱層はシリカ繊維またはグラス繊維からなる断熱材を備える。カバーには外部から冷却用の空気が供給されるようにする。そして好ましくは、冷却用の空気は通気層の端部から供給されるようにし、通気層に沿って流れて他の端部から外部に排出されるように構成する。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダに巻かれているバンドヒータを覆うカバーであって、前記カバーはバンドヒータに接する内側の通気層と、該通気層に接してその外側に配置される断熱層とからなり、前記通気層は所定厚さに積層された複数枚の銅メッシュである網状体から構成され、前記断熱層はシリカ繊維またはグラス繊維からなる断熱材を備え、前記カバーには外部から冷却用の空気が供給されるようになっていることを特徴とする加熱シリンダのカバーとして構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカバーにおいて、前記冷却用の空気は前記通気層の端部から供給されて前記通気層にそって流れて他の端部から外部に排出されるようになっていることを特徴とする加熱シリンダのカバーとして構成される。

本発明によると、加熱シリンダに巻かれているバンドヒータを覆うカバーであって、カバーはバンドヒータに接する内側の通気層と、該通気層に接してその外側に配置される断熱層とから構成されている。そして通気層は所定厚さに積層された複数枚の銅メッシュである網状体から構成され、断熱層はシリカ繊維またはグラス繊維からなる断熱材を備え、カバーには外部から冷却用の空気が供給されるようになっている。バンドヒータが接するのは通気層であり、これは熱伝導率に優れた銅メッシュの網状体から構成されているので、通気層にはバンドヒータと加熱シリンダの熱が効率よく伝達する。銅は熱伝導性に優れた金属であるからである。カバーに外部から冷却用の空気が供給されると、このような通気層に空気が供給されて、いわゆるヒートシンクのように効率よくバンドヒータと加熱シリンダの熱を奪ってこれらを冷却することができる。すなわち十分な冷却能力を備え、冷却用の空気を制御するだけで容易にバンドヒータと加熱シリンダとを冷却できる。そして冷却は短時間で可能である。さらに本発明によると、通気層の外側にはシリカ繊維またはグラス繊維からなる断熱材を備えた断熱層を備えているので、保温性にも優れている。つまり外部への熱の損失を小さくして加熱シリンダを省エネルギーで加熱することができる。本発明のカバーは、冷却効率の高い通気層と保温性に優れた断熱層とから構成されているので、加熱シリンダを精度良く目標温度になるように制御することができる。これによって樹脂の品質を損なわずに品質の良い成形品が得られる。他の発明によると、冷却用の空気は通気層の端部から供給されて通気層にそって流れて他の端部から外部に排出されるようになっている。そうすると冷却用の空気はバンドヒータや加熱シリンダの外周面に対して平行に流れて効率よく熱を奪うことができる。すなわちさらに冷却効率が高くなる。

本発明の実施の形態に係るカバーが設けられた射出装置を示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係るカバーの冷却効果を確認する試験を模式的に説明する図であり、その（ア）、（イ）は試験用鉄板に本実施の形態に係るカバーを設け、通気層の端部から冷却用空気を供給した状態と、断熱層から冷却用空気を供給した状態のそれぞれについて示す側面断面図であり、その（ウ）は試験用鉄板に断熱層を設けて冷却用空気を供給した状態の側面断面図である。

本実施の形態に係る射出装置１も概ね従来の射出装置と同様に構成され、図１に示されているように加熱シリンダ２、この加熱シリンダ２内で軸方向と回転方向とに駆動されるスクリュ３、加熱シリンダ２の先端に設けられている射出ノズル５、加熱シリンダ２の後方に設けられているホッパ６、等から構成されている。そして加熱シリンダ２は軸方向に複数のゾーン、本実施の形態においては４個のゾーンに区分され、それぞれのゾーンにおいて加熱シリンダ２の外周部にバンドヒータ７、７、…が巻かれている。

本実施の形態に係る射出装置１は、これらのバンドヒータ７、７、…に本実施の形態に係るカバー９、９、…が被せられている。本実施の形態に係るカバー９は二重構造になっており、バンドヒータ７に接する内側の通気層１０と、通気層１０の外側に配置される断熱層１１とから構成されている。通気層１０は本発明に特有の構成であり、これについては次に説明するが、断熱層１１は断熱作用を奏する部材から構成するようにすれば、どのように構成してもよい。本実施の形態においては、断熱層１１は、シリカ繊維の中綿からなる所定厚さの断熱材１３と、この断熱材１３を被覆しているシートとから構成されている。このシートは、外側に露出している外側シート１４と通気層１０に接している内側シート１５とから構成され、外側シート１４はグラスファイバーからなる織布でありシリコンコーティングされて気密性を備えている。すなわち通気性がない。これに対して内側シート１５もグラスファイバーからなる織布であるがシリコンコーティングされていないので通気性を備えている。従って高温の空気は外側シート１４から外部に放出され難くなっている一方で、断熱層１１内で膨張した空気は内側シート１５から外部に逃げるようになっている。

通気層１０は本発明に特有の構成であり、金属線材から網状体に形成されている。金属線材は、熱伝導性に優れた素材であればよく、例えばアルミニウム、鉄等から構成することもできるが、本実施の形態においては銅が採用されている。本実施の形態においては、通気層１０は、線径が０．２〜１．０ｍｍの銅線材からなる銅メッシュが複数枚積層された構成になっている。このように構成されているので、バンドヒータ７の熱、つまり加熱シリンダ２の熱を効率よく吸収することができ、通気層１０に冷却用の空気を供給するとバンドヒータ７および加熱シリンダ２を効率よく冷却できることになる。

本実施の形態に係る射出装置１は、外部にコンプレッサー１７が設けられコンプレッサー１７から冷却用空気が供給されるようになっている。具体的にはコンプレッサー１７から電磁弁１９、１９が介装された空気供給管が接続され、空気供給管はそれぞれのカバー９、９に冷却用空気を供給するようになっているが、冷却用空気は通気層１０の端部から供給されるようになっている。通気層１０に冷却空気が供給されると、冷却空気は通気層１０の隙間を流れて通気層１０を冷却し、すなわちバンドヒータ７、および加熱シリンダ２を冷却し、その後他方の端部から外部に排出されることになる。

本実施の形態において加熱シリンダ２には、各ゾーンに対応して温度センサ２２、２２、…が設けられている。本実施の形態に係る射出装置１は、図に示されていないコントローラによって、温度センサ２２、２２で検出される各ゾーンの温度を得、所望の目標温度になるようにバンドヒータ７、７、…、電磁弁１９、１９、…を制御する。

本実施の形態に係るカバー９が、通気層１０が設けられていることによって冷却効果が高いことを確認するため、次の実験を行った。
共通条件：図２の（ア）に示されているように、断熱床２４の上に加熱シリンダ２に見立てた、縦２２０ｍｍ×横２２０ｍｍ×厚さ５０ｍｍの試験用鉄板２５を載置した。試験用鉄板２５には図には示されていないが複数本の穴を明けて棒状ヒータを埋め込んで試験用鉄板２５を所望の温度に加熱できるようにし、熱電対により試験用鉄板２５の温度を測定できるようにした。試験用鉄板２５は、実験に応じて色々なカバーを載せ、試験用鉄板２５を加熱して１２５℃になったタイミングで加熱を停止し、ノズル２７から１７℃の冷却用空気を吹き付けて冷却効果を確認するようにした。
実験１：試験用鉄板２５の上に本実施の形態に係るカバー９を設けて冷却効果を確認する実験を行った。カバー９は、縦２２０ｍｍ×横２２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの通気層１０と、縦２４０ｍｍ×横２４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍの断熱層１１とからなり、これを試験用鉄板２５の上に載せた。ノズル２７を通気層１０の端部に設け、通気層１０の端部から冷却用空気を供給した。
実験２：試験用鉄板２５の上に実験１と同じ大きさの本実施の形態に係るカバー１を設け冷却効果を確認する実験を行った。ただし、図２の（イ）に示されているように、外側シート１４に空気供給孔を設け、ノズル２７を介して空気供給孔から冷却用空気を供給した。冷却用空気は断熱材１３を流れて内側シート１５から通気層１０に放出され、通気層１０の端部から外部に排出された。
実験３：試験用鉄板２５の上に、図２の（ウ）に示されているように、断熱層１１のみを設けて冷却効果を確認する実験を行った。断熱層１１は、縦２４０ｍｍ×横２４０ｍｍ×厚さ３０ｍｍとした。外側シート１４に空気供給孔を設け、ノズル２７を介して空気供給孔から冷却用空気を供給した。冷却用空気は断熱材１３を流れて内側シート１５から放出され、試験用鉄板２５に沿って流れて外部に排出された。
実験結果：実験１、２、３のそれぞれにおいて試験用鉄板２５が冷却される速度は、２．８１５℃／分、２．６２℃／分、２．４２℃／分であった。
考察：実験２、３から、通気層１０が設けられている本実施の形態に係るカバー９は、断熱層１１のみのカバーに比して高い冷却効果を奏することが確認できた。また実験１、２から、通気層１０が設けられているカバー９において、冷却用空気は通気層１０の端部から供給するようにするとより冷却効果が高いことも確認できた。

本実施の形態に係るカバー９は色々な変形が可能である。例えば、通気層１０と断熱層１１のお互いの接続の状態については特に説明しなかったが、これらは一体的に固着されていてもよいし、分離可能になっていてもよい。また通気層１０は積層された複数枚の銅メッシュからなるように説明したが、金属線材から不織布状に形成された網状体になっていてもよい。

１ 射出装置 ２ 加熱シリンダ
３ スクリュ ５ 射出ノズル
７ バンドヒータ ９ カバー
１０ 通気層 １１ 断熱層
１３ 断熱材 １４ 外側シート
１５ 内側シート １７ コンプレッサ
１９ 電磁弁 ２２ 温度センサ
２５ 試験用鉄板

Claims (2)

1. 加熱シリンダに巻かれているバンドヒータを覆うカバーであって、前記カバーはバンドヒータに接する内側の通気層と、該通気層に接してその外側に配置される断熱層とからなり、前記通気層は所定厚さに積層された複数枚の銅メッシュである網状体から構成され、前記断熱層はシリカ繊維またはグラス繊維からなる断熱材を備え、前記カバーには外部から冷却用の空気が供給されるようになっていることを特徴とする加熱シリンダのカバー。
2. 請求項１に記載のカバーにおいて、前記冷却用の空気は前記通気層の端部から供給されて前記通気層にそって流れて他の端部から外部に排出されるようになっていることを特徴とする加熱シリンダのカバー。

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