JPH0679764A - 射出成形機の射出成形部用温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 シリンダカバー内の各仕切ゾーンに強制送風
して確実かつ迅速に射出成形部を冷却し、かつ、射出成
形部をその加熱特性及び冷却特性に応じて加熱・冷却を
行ない、射出成形部の温度を正確に設定温度に保つ。 【構成】 射出成形部用温度制御装置を、射出成形部を
囲み複数の仕切ゾーンを有するシリンダカバーと、各仕
切ゾーン内で射出成形部に埋設された温度センサと、各
仕切ゾーンにそれぞれの開閉弁を介して強制送風する空
気供給器と、射出成形部のノズルと各仕切ゾーン内で射
出成形部の外周に設けられたヒータと、該ヒータと前記
温度センサと前記開閉弁とに接続され、射出成形部の加
熱特性及び冷却特性に対応して射出成形部の温度制御を
行なう温度調節器とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は、射出成形機の射出成形
部用温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の射出成形装置においては、射出成
形部は、その外周に、所定間隔を置いて複数個のヒータ
を設け、この射出成形部をシリンダカバーで囲むと共
に、射出成形部の温度制御部分に温度センサを設置した
構造のものを用い、温度調節器で温度センサが検知した
温度と射出成形部の各部分（温度制御部分）の温度設定
値とを比較する構造になったものがある。そして、実際
の温度が設定値よりも低い時は、射出成形部の対応温度
制御部分のヒータを作用させてこれらの部分の温度を高
め、他方、実際の温度が設定値よりも高い時は、ヒータ
を止めて当該対応温度制御部分の熱を周りの空気中に自
然放熱させて当該対応温度制御部分の温度を制御してい
る。

【０００３】所が、この公知技術によれば、温度制御部
分における温度をヒータによって高める場合、この温度
が設定温度になった時にヒータが切られるために、図４
に示すように、ヒータ内に残留する熱によって、設定温
度ＴｓからＴｓｅまで上昇する。次いで、温度が自然冷
却により例えばＴｃｅまで下降した時に、ヒータが通電
されて再度上昇する。そして、温度が安定するまで大き
な振幅で減衰運動的な温度の上昇・下降が繰り返され
る。加えて、射出成形部の、隣接する各温度制御部分同
志が温度の影響を受けて、各温度制御部分の温度制御が
十分に行なえないという問題もあった。このため、射出
成形部の各部の温度が所望温度に達するのに時間を要す
るばかりでなく、設定温度に対する温度のバラツキが３
℃乃至１０℃にも達していた。しかし、高精度を要求さ
れる射出成形品では射出成形精度が±２μｍのオーダー
とされ、これには温度を±０．５℃の精度で制御しなけ
ればならず、公知技術では到底達成することが出来なか
った。

【０００４】加えて、従来の射出成形部用温度制御装置
では、射出成形部内でペレット（樹脂球）を粉砕・可塑
化する場合、射出成形部及びスクリューとペレットとの
間に摩擦熱が発生し、この熱量が空気による自然冷却さ
れる熱量よりも多くなることがある。この場合は、射出
成形部の当該温度制御部分の温度が設定温度まで下がら
ず、この点も問題であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、まず、シリンダカバーを仕切って射出成
形部の各温度制御部分同志が温度の影響を受けないよう
にすること、次に、射出成形部の各温度制御部分の温度
が、設定温度に達するまでの所定時間前にヒータを切り
または対応の仕切ゾーンへの強制送風を停止して、射出
成形部の対応温度制御部分の温度が自然にかつ迅速に設
定温度に到達するようにすること、更に、冷却時には、
風速及び風量が適度に制御された空気を対応の仕切ゾー
ンに強制的に供給して射出成形部の各部分の温度を確実
に設定温度まで下げること、また更には、設定温度に対
する射出成形部の各温度制御部分の制御温度のバラツキ
を極めて小さくすることが出来る射出成形機の射出成形
部用温度制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を達成するた
めに、この発明に基づく射出成形機の射出成形部用温度
制御装置は、（ａ）先端にノズルを有する射出成形部を
囲繞し、長手方向に複数の仕切ゾーンが形成されたシリ
ンダカバー、（ｂ）前記ノズル及び各仕切ゾーン内の射
出成形部の温度制御部分に埋設された温度センサ、
（ｃ）それぞれが開閉弁を介して各仕切ゾーンに空気を
流入させ、各仕切ゾーンの側面に設けた排気孔から外気
へ排気させる空気供給器、（ｄ）ノズル及び射出成形部
の前記温度制御部分に設けられたヒータ、（ｅ）前記ヒ
ータ用電源のスイッチ、前記温度センサ及び前記開閉弁
に接続され、前記温度センサからの温度信号及び射出成
形部の加熱特性及び冷却特性に応じて、前記スイッチ及
び前記開閉弁のオン・オフを制御するための温度調節器
により構成される。

【０００７】温度調節器は、射出成形部の加熱特性と冷
却特性とを学習・記憶する機能と、温度センサからの温
度信号に応答し、加熱時及び冷却時にこれらの特性に基
づいてヒータ用電源のスイッチ及び空気供給器の開閉弁
のオン・オフを制御する機能を有するように構成されて
いる。

【０００８】

【作用】射出成形機が作動を開始すると、先ず、温度調
節器が射出成形部の各温度制御部分の加熱特性と冷却特
性とを学習して記憶し、しかる後、次のように射出成形
部の各温度制御部分の温度制御を行なう。温度センサか
ら入力される射出成形部の該当温度制御部分の温度が設
定温度よりも低い場合には、対応の開閉弁がオフにされ
かつ対応のヒータ用電源のスイッチがオンにされる。こ
れで対応のヒータが加熱され、射出成形部の対応温度制
御部分が加熱される。次いで、射出成形部の当該温度制
御部分が設定温度になる少し前の前記加熱特性から定め
られた温度でスイッチがオフにされ、ヒータの余熱で当
該温度制御部分が設定温度まで加熱される。

【０００９】他方、温度調節器が当該温度制御部分の温
度が設定温度より高くなった信号を温度センサから受け
ると、対応のヒータ用電源のスイッチをオフにした状態
で対応の開閉弁をオンにする。これで、空気供給器から
対応の開閉弁を通して対応の仕切ゾーンに空気が供給さ
れ、射出成形部の当該温度制御部分が強制冷却される。
次いで、射出成形部の当該温度制御部分が設定温度にな
る少し前の前記冷却特性から定められた温度で開閉弁が
オフにされ、自然に当該温度制御部分が設定温度まで冷
却される。以上の操作により、射出成形部の各温度制御
部分が所定温度に保たれることになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１１】図１において、１は、射出成形機本体の一
部である射出成形部を示している。図の右方のペレット
供給部２の上端に、例えばセラミック射出成形材のペレ
ットが収容されたホッパ３が設けられており、水平に延
びる筒状の射出成形部（またはバレルまたはシリンダ）
４の後端部がペレット供給部２内に挿入固定されてい
る。また、ペレットを粉砕・可塑化するためのスクリュ
ー５が射出成形部４に同軸に挿入されており、スクリュ
ー後端で結合された図示しない駆動装置によって回転及
び前後動されるようになっている。ホッパ３内のペレッ
トは、ペレット供給部２及びスクリュー５の後端部内に
形成された通路６及び７を通って、スクリュー５のねじ
溝８の後端部に供給される。射出成形部４の先端部のノ
ズル９の外周にはヒータ１０が設けられ、また、射出成
形部４の本体の外周には複数（本実施例では４個）のヒ
ータ１１、１２、１３及び１４が射出成形部４の長手方
向に並設されている。

【００１２】１５はシリンダカバーで、射出成形部４を
同軸に囲繞するように、射出成形機１の図示しない台に
固定されている。このシリンダカバー１５は長手直角方
向に仕切壁１６及び１７で仕切られ、内部に複数（本実
施例では３個）の仕切ゾーン１８、１９及び２０が射出
成形部４の温度制御部分４ａ、４ｂ及び４ｃを囲むよう
に形成されている。それぞれの仕切ゾーン１８、１９及
び２０の上壁に、射出成形部４の長手方向に延びる排気
孔２１、２２及び２３が形成されている。また、仕切壁
１６の、仕切ゾーン１８の下壁側の温度制御部分に、仕
切ゾーン１８用空気口２４が設けられ、仕切ゾーン１９
及び２０の下壁には、これらの仕切ゾーン１９及び２０
用の空気入口２５及び２６が形成されている。仕切ゾー
ン１９及び２０の場合は、それらの中に、空気入口２５
及び２６から離間すると共にこれらに覆い被さるように
邪魔板２７及び２８が設けられており、後述するよう
に、空気を仕切ゾーン１９及び２０に満たし、射出成形
部４の温度制御部分４ｂ及び４ｃを均等に冷却するよう
になっている。また、射出成形部４の温度制御部分の
内、温度制御部分４ａには前記ヒータ１１が、温度制御
部分４ｂには前記ヒータ１２及び１３が、また、温度制
御部分４ｃには前記ヒータ１４が設けられている。

【００１３】２９は空気供給器で、これによって所定圧
力に設定された空気を、開閉弁３０、３１及び３２（図
では電磁開閉弁）と絞り・逆止弁（スピード・コントロ
ーラ）３３、３４及び３５を介し、空気入口２４、２５
及び２６から対応の仕切ゾーン１８、１９及び２０内へ
導入する。絞り・逆止弁３３乃至３５は、射出成形部４
の温度制御部分４ａ乃至４ｃへの空気の流量を調節する
と共にその逆流を防止する。３６、３７、３８及び３９
は、ノズル９並びに仕切ゾーン１８、１９及び２０内の
射出成形部４の温度制御部分４ａ、４ｂ及び４ｃに埋設
された温度センサで、後述するように、ノズル９及び射
出成形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃの温度を、例
えば、設定温度±０．５℃に保つのに十分な、例えば、
０．１℃の感度を有するものを用いる。

【００１４】４０、４１、４２及び４３は温度調節器で
あり、それぞれが温度センサ３６、３７、３８及び３９
に接続されると共に、電源４４に接続されたヒータ１０
乃至１４をオン・オフするためのヒータ用電源のスイッ
チ（以下、単に「スイッチ」という）４５、４６、４７
及び４８に接続されている。また、温度調節器４１、４
２及び４３はそれぞれ開閉弁３０、３１及び３２に接続
されている。後に述べるように、温度調節器４０は、温
度センサ３６によりノズル９の温度が設定値よりも下が
った時に、スイッチ４５をオンにし、ヒータ１０を加熱
させてノズル９の温度を設定値まで高める。また、温度
調節器４１、４２及び４３は温度センサ３７、３８及び
３９から射出成形部４の対応温度制御部分４ａ、４ｂ及
び４ｃが設定温度よりも低い温度になっている信号を受
けた場合、対応のヒータ１１、１２、１３及び１４を加
熱させて射出成形部４の当該対応温度制御部分４ａ乃至
４ｃの温度を設定値まで高める。他方、これらの温度調
節器４１、４２及び４３は、射出成形部４の対応温度制
御部分４ａ乃至４ｃが温度センサ３７、３８及び３９か
ら設定温度よりも高い温度になっている信号を受けた場
合、対応の開閉弁３０、３１及び３２をオンにし、空気
を対応の仕切ゾーン１８、１９及び２０内に導入して、
射出成形部４の各温度制御部分の温度を設定値まで下げ
る。

【００１５】所で、ノズル９及び射出成形部４のそれぞ
れの温度制御部分４ａ乃至４ｃは、加熱中、対応のヒー
タ１０乃至１４がオフにされた後も、ヒータの余熱で温
度がある所まで上がる加熱特性を有する。同様に、射出
成形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃは、冷却中、各
仕切ゾーン１８乃至２０への強制送風が停止された後
も、温度がある所まで下がる冷却特性を有する。これら
の特性が分れば、どの温度（以下、「自然冷却温度」と
いう）でヒータや開閉弁をオフにすれば、射出成形部４
全体を設定温度に落着かせるかが求められる。温度調節
器４０、４１、４２及び４３は、ノズル９及び射出成形
部４の対応部４ａ、４ｂ及び４ｃの上記の加熱特性及び
冷却特性を学習して記憶し、各ヒータによる加熱及び強
制送風による冷却に当って、これらの特性から求めた自
然冷却温度でスイッチや開閉弁のオン・オフを制御する
ように構成されている。そして、このように、加熱・冷
却特性に応じて開閉弁とスイッチを制御することは市販
の温度調節器を用いて行なうことが出来る。

【００１６】以下、図１乃至図３を参照して、本実施例
の射出成形部用温度制御装置の作用を説明する。射出成
形用材料は、例えば、セラミックをアクリル系バインダ
に混合したものであり、射出成形精度は、例えば、±２
μｍである。また、設定温度は、例えば、ノズル９で１
５０℃乃至１９０℃、仕切ゾーン１８及び１９内で同じ
く１５０℃乃至１９０℃、仕切ゾーン２０内で８０℃乃
至１６０℃である。温度調節器４０乃至４３は、射出成
形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃ及びノズル９の温
度が設定温度から、例えば、０．５℃以上ずれた時に、
開閉弁３０乃至３２またはスイッチ４５乃至４８をオン
制御するように設定される。

【００１７】図２に示すように、射出成形機１が作動を
開始し、射出成形品を射出成形し始めると、温度調節器
４０乃至４３は、温度センサ３６乃至３９からの温度信
号に基づいてノズル９及び射出成形部４の各温度制御部
分４ａ乃至４ｃの加熱及び冷却の状態を検出し、加熱特
性及び冷却特性を学習して記憶すると共に自然冷却温度
を設定する（ステップＳ１）。

【００１８】次いで、本番の射出成形作業が始まる（ス
テップＳ２）。図３に爾後の温度変化が示されているよ
うに、ノズル９及び射出成形部４の各温度制御部分４ａ
乃至４ｃの温度が設定温度よりも誤差範囲（本実施例で
は０．５℃）を超えて低くなっているものとする。温度
センサ３６乃至３９からの温度信号により、温度調節器
４０乃至４３がステップＳ３でＮＯと判断し、開閉弁３
０乃至３２がオフにされて仕切ゾーン１８乃至２０への
送風が停止されると共に、スイッチ４５乃至４８がオン
にされる。この結果、電源４４に、対応のヒータ１０乃
至１４が接続されてノズル９及び射出成形部４の対応温
度制御部分が加熱される（ステップＳ４）。そして、ス
テップＳ５、Ｓ６及びＳ７を経てステップＳ２へ戻る。

【００１９】この過程は、図３の加熱曲線Ｃ１で示され
ている。即ち、初めは、ヒータ１０乃至１４の加熱によ
り、加熱曲線Ｃ１は急激に立上がるが、ノズル９及び射
出成形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃが自然冷却温
度Ｔａに達すると、温度調節器４０乃至４３の作用によ
り、スイッチ４５乃至４８は、オン・オフ制御を頻繁に
行なう。このため、設定温度Ｔｓに近づくに連れて、加
熱曲線Ｃ１の傾きが緩やかになる。しかる後、ノズル９
及び射出成形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃは設定
温度Ｔｓに達し（ステップＳ６）、ステップＳ７を経て
ステップＳ２へ戻る。

【００２０】所で、射出成形部４の各温度制御部分４ａ
乃至４ｃは、他に熱源がなければ、ヒータ１０乃至１４
のオン・オフ制御によって設定温度に保たれるはずであ
る。しかし、ヒータ以外の熱、例えば、スクリュー５の
回転によってペレットを粉砕・可塑化しながら移動させ
る際に発生する摩擦熱による温度上昇のため、往々にし
て、図３中にＡで示すように、設定温度を越える場合が
ある。

【００２１】本発明によれば、この場合は、温度センサ
３６乃至３９からの温度信号に基づく温度調節器４０乃
至４３の指令により、開閉弁３０乃至３２がオンし、仕
切ゾーン１８乃至２０が直ちに強制空冷（強制送風）さ
れ、射出成形部４の各温度制御部分４ａ乃至４ｃの温度
を設定温度Ｔｓまで下げるようになっている。

【００２２】一方、ペレットの種類をかえるなど、設定
温度Ｔｓを大幅に変更し、これまで高温（１９０℃程
度）であったものを低温（８０℃程度）に設定変更する
場合がある。この場合は、温度センサ３７乃至３９から
の温度信号により温度調節器４１乃至４３がステップＳ
３でＹＥＳと判断し、スイッチ４６乃至４８をオフにす
る。この結果、開閉弁３０乃至３２がオンにされて仕切
ゾーン１８乃至２０への強制送風が行なわれる（ステッ
プＳ８）。以下、ステップＳ５、Ｓ６及びＳ７を経てス
テップＳ２へ戻る。所で、この強制送風に当っては、空
気の圧力は空気供給器２９で調整され、空気の供給量の
調整と空気の逆流防止は絞り・逆止弁３３乃至３５によ
って行なわれるので、供給空気は適切な圧力と流量で仕
切ゾーン１８乃至２０内を流れ、ノズル９及び射出成形
部４の温度制御部分４ａ乃至４ｃを所望の特性で冷却す
ることが出来る。

【００２３】この場合の過程も、加熱の場合と同様であ
る。即ち、図３の冷却曲線Ｃ２で示すように、射出成形
部４の各部の温度は、初めは、強制空冷により急激に下
げられるが、自然冷却温度Ｔｃに達すると、温度調節器
４０乃至４３の作用により、開閉弁３０乃至３２が頻繁
にオン・オフ制御され、冷却曲線Ｃ２に示すように、緩
やかな傾きで設定温度Ｔｓに近づけられる。

【００２４】本発明では、仕切ゾーンによって、射出成
形部を幾つかの領域に仕切っている。所が、各仕切ゾー
ンの設定温度が必ずしも同じでないために、仕切ゾーン
相互間の仕切壁１６、１７を通じて相手方の温度が伝達
することが時々あり得るが、本発明では、各仕切ゾーン
内の射出成形部の温度制御部分の温度が、それらに対応
するヒータによる加熱、または、対応の調節器および空
気供給器による強制空冷により、独立して制御されるの
で、極めて短時間で、各仕切ゾーンの温度を対応の設定
温度Ｔｓにする事が出来る。

【００２５】最前端の仕切ゾーン１８には、空気が、仕
切壁１６に形成された空気入口２４から斜めに導入され
て満たされ、射出成形部４の最前端の温度制御部分４ａ
を均等に冷却し、しかる後、排気孔２１から外気へ排出
される。これに対して、他の仕切ゾーン１９及び２０に
おいては、それらの下壁に設けた空気入口２５及び２６
から導入された空気は、一旦、邪魔板２７及び２８に当
り、射出成形部４の長手方向前後に向って進み、次いで
上昇して射出成形部４の温度制御部分４ｂ及び４ｃを均
等に冷却し、排気孔２２及び２３から外気へ排出され
る。しかし、ノズル９においては、これが金型に接して
冷やされるため、温度が設定温度よりも低くなるのが通
常であるため、強制送風による冷却は行なう必要がな
い。なお、便宜上、図３では、両曲線Ｃ１及びＣ２と
も、遷移時間を等しく取り、両曲線の一部が重なるよう
に表示されているが、一般的には別々の特性を示す。最
後に、それぞれの射出成形作業が終わると電源が切ら
れ、温度調節器４０乃至４３が停止し、射出成形部用温
度制御装置の操作が終わる。

【００２６】

【発明の効果】この発明は、射出成形部を複数の仕切ゾ
ーンに区切って、各仕切ゾーン内部を別個に加熱または
強制送風を行なうことにしたので、各仕切ゾーン内の射
出成形部の温度制御部分を短時間で設定温度に近づける
ことが出来るという効果がある。また、仕切ゾーン毎に
ヒータ、温度センサ、空気供給器、温度調節器等を設け
てあるので、射出成形部の各温度制御部分の温度が、設
定温度から外れると直ちに設定温度になるようにヒータ
または空気供給器が作動され、常時設定温度に保たれる
ようになるという効果がある。さらに、射出成形部の加
熱及び冷却をその加熱特性及び冷却特性に対応させて行
なうため、射出成形部の温度が極めて効果的、迅速かつ
正確に制御されるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の射出成形部用温度制御装置の１実施
例を射出成形機に装備して示す縦断面図である。

【図２】図１の実施例の作用を示すフローチャートであ
る。

【図３】図１の実施例を用いた射出成形部の加熱・冷却
特性である。

【図４】従来の射出成形装置の射出成形部の加熱・冷却
特性である。

【符号の説明】

１ 射出成形機本体 ４ 射出成形部（バレル、シリンダ） ４ａ、４ｂ、４ｃ （射出成形部の）温度制御部分 ９ ノズル １０、１１、１２、１３、１４ ヒータ １５ シリンダカバー １６、１７ 仕切壁 １８、１９、２０ 仕切ゾーン ２１、２２、２３ 排気孔 ２４、２５、２６ 空気入口 ２７、２８ 邪魔板 ２９ 空気供給器 ３０、３１、３２ 開閉弁 ３３、３４、３５ 絞り・逆止弁 ３６、３７、３８、３９ 温度センサ ４０、４１、４２、４３ 温度調節器 ４４ 電源 ４５、４６、４７、４８ スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）先端にノズルを有する射出成形部を
   囲繞し、長手方向に複数の仕切ゾーンが形成されたシリ
   ンダカバー、（ｂ）前記ノズル及び各仕切ゾーン内の射
   出成形部の温度制御部分に埋設された温度センサ、
   （ｃ）それぞれが開閉弁を介して各仕切ゾーンに空気を
   流入させ、各仕切ゾーンの側面に設けた排気孔から外気
   へ排気させる空気供給器、（ｄ）ノズル及び射出成形部
   の前記温度制御部分に設けられたヒータ、（ｅ）前記ヒ
   ータ用電源のスイッチ、前記温度センサ及び前記開閉弁
   に接続され、前記温度センサからの温度信号及び射出成
   形部の加熱特性及び冷却特性に応じて、前記スイッチ及
   び前記開閉弁のオン・オフを制御するための温度調節器
   を具備して成る射出成形機の射出成形部用温度制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記空気供給器は、それぞれの仕切ゾー
   ンの片側に設けられた空気入口を有し、該仕切ゾーンの
   前記片側と反対の面に長手方向に延びるように前記排気
   孔を設けて成る請求項１に記載の射出成形機の射出成形
   部用温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記仕切ゾーンの内部に、当該空気入口
   の領域をこれら空気入口から離間して覆う邪魔板を設け
   て成る請求項２に記載の射出成形機の射出成形部用温度
   制御装置。