JPH09193196A - 加熱ノズル用冷却装置及び温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単でかつ迅速な冷却を行うことができ
る加熱ノズル用冷却装置及び正確な温度制御を行うこと
ができる加熱ノズル用温度制御装置の提供。 【解決手段】ホットノズル１を冷却するためにノズル部
２まわりに設けられた冷却エアの通路はノズル部２の先
端部２ａに固定されたキャップ１３と該先端部２ａとの
間に形成された先端エア通路１４と、先端部２ａの後部
においてノズル部２自身の内部に形成された後部エア通
路２ｂとを含み、該後部エア通路２ｂにエア供給パイプ
１４が接続されている。温度制御装置はホットノズル１
の検出温度に応じてエア供給パイプ１４への冷却エアの
供給を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はプラスチックの射出
成形のための加熱ノズル用冷却装置及び温度制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来プラスチックの射出成形のための加
熱ノズルにおいて、内部の樹脂温度を成形サイクルに応
じて最適温度に維持するため、例えば電気加熱式の加熱
ノズルにおいてはその加熱電流を検出樹脂温度に応じて
増減し或いは断続することがなされている。特に、ラン
ナレス射出成形のためのホットノズルにおいては、成形
サイクルに応じたノズル温度を得ることは、品質の優れ
た製品を得るための重要なポイントであり、本願の発明
者の一人である山田藤夫は特許第１５８９９６７号（特
公平第１−５９８９５号）において温度応答性に優れた
ホットノズルを提案しており、また特願平第４−３５６
０２２号において電流制御を基本とする上記特許のホッ
トノズルに最適な温度制御装置を提案している。しかし
ながら、同特許における温度制御は加熱電流の制御のみ
に頼るものであり、温度上昇は電流の増加で対処できる
ものの、温度低下は周囲の空気による自然冷却に依存す
るものであるため、所望とする温度まで低下させるには
非常に時間がかかり、迅速な温度制御が行えない問題点
を有していた。このような温度低下を迅速に行うにはノ
ズルを冷却流体により冷却することが考えられ、このよ
うな手段としては例えば実開平第５−２９２６号公報に
開示されているように、ノズル先端部を取り囲んで設け
られるヒータブロックにヒータと冷却パイプを交互に配
設する構成、特開昭第５２−１４５４６３号公報に開示
されているようにノズル先端部外周に冷媒流通管をコイ
ル状に設ける構成、特開平第２−１９４９２０号公報に
開示されているようにノズルのノーズ部との間にキャビ
ティに臨む樹脂通路を形成する成形コア挿入片を備えた
金型装置においてこの成形コア挿入片に冷却流体用の導
管を形成した構成、或いは実開昭第６３−２０１７１４
号公報に開示されているようにノズル先端部とこれを取
り囲む金型との間に空所を設け、この空所に金型に設け
られた通路を介して冷却流体を供給する構成等が提案さ
れている。また、冷却流体の供給は上記いずれの従来技
術においても単に射出成形機のサイクルに応じて、例え
ば射出が完了して金型の冷却を行う際に行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記実開平第５−２９
２６号公報の構成ではノズル先端部はヒータブロックが
冷却パイプにより冷却された後に冷却作用を受けるもの
であるため、ノズル先端部内の樹脂温度の迅速な温度低
下は望めず、またヒータブロックにヒータと冷却パイプ
を設けるものであるため構造が複雑となる。特開昭第５
２−１４５４６３号公報に開示されているようにノズル
先端部外周に冷媒流通管をコイル状に設ける構成では冷
媒流通管の管壁を通じてノズル先端部が冷却作用を受け
るものであるため、これも迅速な温度低下は望めない。
特開平第２−１９４９２０号公報及び実開昭第６３−２
０１７１４号公報の構成では冷却を行うために金型の構
造的改変が必要となるためコスト高となり、また既存の
金型装置をそのまま利用できない欠点がある。さらに、
これら従来の冷却装置では冷却流体は単に射出成形機の
サイクルに応じて供給されるものであるため、例えばノ
ズル先端部内の樹脂が冷えすぎて後続のゲートの切断が
困難となる等の問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の加熱ノズル用冷却装置はホットノズル或い
は射出成形機の先端ノズル等の加熱ノズルを冷却するた
め当該加熱ノズルのノズル部まわりに冷却流体用の通路
を設けてなる加熱ノズル用冷却装置であって、前記通路
は前記ノズル部の先端部に固定されたキャップと該先端
部との間に形成された先端通路と、前記先端部の後部に
おいてノズル部自身の内部に形成された後部通路とを含
み、該後部通路に冷却流体の供給パイプを接続してな
る。このような冷却装置においては、冷却流体は供給パ
イプより後部通路を経てキヤップとノズル部先端との間
の先端通路に導かれ、ノズル部先端をその外周から直接
冷却できる。また、冷却流体の供給パイプをノズル部自
身の内部に形成された後部通路に接続する構成であるの
で、冷却流体の供給通路を設けるための金型の構造的改
変が不要である。特に、このような冷却装置をノズル部
自身が通電により発熱する加熱ノズルに適用すれば、ノ
ズル部先端に別個のヒータを埋設する必要がないので、
ノズル部先端を薄肉に形成でき、このため冷却効果をさ
らに高めることができる。また本発明の温度制御装置は
ホットノズル或いは射出成形機の先端ノズル等の電気加
熱式ノズルの温度を制御するための温度制御装置であっ
て、前記加熱ノズルの温度を検出する検出装置と、該検
出装置により検出された検出温度が射出成形機の成形サ
イクルに応じて設定される設定温度よりも低い場合に、
これらの差異に応じた加熱電流を前記加熱ノズルに供給
する電流制御装置と、前記加熱ノズルのまわりに設けら
れた冷却流体が流通可能な通路と、前記通路に冷却流体
を供給可能な冷却流体供給装置と、前記検出温度が前記
設定温度よりも高い場合に前記冷却流体供給装置を通じ
て前記通路に冷却流体の供給を行う冷却流体制御装置と
を備えて構成される。なお、ここで言う”設定温度”と
は１つの温度値のみならず、上下に幅を持った温度範囲
をも含むものである。このような温度制御装置によれ
ば、検出温度が設定温度よりも低い場合には電流制御装
置により差異に応じた加熱電流が供給されて加熱ノズル
は設定温度まで迅速に到達し、逆に前記検出温度が設定
温度よりも高い場合には冷却流体供給装置より通路に冷
却流体を供給することで加熱ノズルは設定温度まで迅速
に到達する。このため、加熱ノズルは全成形サイクルを
通じて最適な温度に正確に制御できる。特に、このよう
な温度制御装置をノズル部自身が通電により発熱する加
熱ノズルに適用すれば、このような加熱ノズルはノズル
部を薄肉に形成することで加熱電流及び冷却に対する応
答性が高いノズルとして構成できるので、さらに迅速か
つ正確な温度制御が可能となる。

【０００５】

【実施例】

（第１実施例）本発明の第１実施例を図１〜６を参照し
て説明する。図１はランナレス射出成形のためのホット
ノズルを金型の一部とともに示した断面図であり、同図
においてホットノズル１は先端部が先細状のノズル部２
と、ノズル部２と一体で該ノズル部２よりも大径のフラ
ンジ状の基部３とを有している。ホットノズル１には基
部３からノズル部２に至り、ノズル部２の先端部を残し
て長手方向に形成された、直径方向に対向する一対の割
溝４，４（図２参照）が設けられており、その外側は絶
縁性とともに断熱性を有する材料（図示しない）により
覆われている。なおこのようなホットノズル１自体の構
造は上記従来例で述べた特許第１５８９９６７号におい
て周知のものである。

【０００６】ノズル部２は射出成形用の金型５に形成さ
れたノズル穴６に挿入されてその先端部がキャビティー
７に臨んでいる。一方基部３は図示しない射出成形機の
マニホルドにボルトを介して固定（図はボルト穴３ａ〜
３ａのみを示す）接続されており、射出成形機から射出
された溶融樹脂はマニホルドを経てホットノズル１内に
導かれ、ノズル部２の先端からキャビティー７内に射出
されるようになっている。また基部３には割溝４，４
（図２参照）により隔てられた各側において後述するト
ランス８からの導線９，９（図４参照）が接続されてお
り、各側間に低電圧、高電流を供給することでホットノ
ズル１自体が主としてノズル部２の先端部２ａにおいて
発熱するようになっている。このようなホットノズル１
はノズル部２を薄肉で形成することで供給電流に対して
迅速に応答して温度上昇を行うことができる。

【０００７】ここで、ホットノズル１のノズル部２の基
部３に隣接する部位の一側にはエア供給パイプ１０との
接続部１１が一体で形成されており、この接続部１１の
内部に形成されたエア取入口１１ａはノズル部２の壁内
に長手方向で形成された後部エア通路１２と連通してい
る。

【０００８】ノズル部２の先端部２ａの外径は後部側部
分（基部側部分）２ｂよりも小径に形成されて、先端部
２ａと後部側部分２ｂとの間の外周が段状をなしてお
り、上記エア通路１２はこの段状部分の端面２ｂ１にお
いて開口している（図３参照）。また、この先端部２ａ
にはキャップ１３が嵌着されており、このキャップ１３
は後部側部分２ｂの外径とほぼ同径の外周径を有して、
ノズル穴６のキャビティー７に臨む入口穴部６ａに挿通
されている。またこのキャップ１３はノズル部２の先端
部２ａの末端部の円錐状外面に密着する同様な円錐状の
前部内壁１３ａと、先端部２ａの外面との間に上記後部
エア通路１２に連通する先端エア通路１４を形成する後
部内壁１３ｂとを有している（図５参照）。この先端エ
ア通路１４は先端部２ａの全周にわたり形成されてお
り、かつその半径方向の幅は上記後部エア通路１２とほ
ぼ同幅に設定されている。

【０００９】また、上記後部エア通路１２と直径方向に
対向する側において、ノズル部２の段状部分の端面２ｂ
１にはキャップ１３の後端との間においてエアの排出孔
１５を形成する溝１６（図３参照）が設けられている。

【００１０】本実施例では上記加熱電流供給用の導線
９，９に供給される電流及びエア供給パイプ１０に供給
されるエアを制御することによりホットノズル１の温度
を制御する制御装置が備えられており、この制御装置の
構成を図６を参照して以下に説明する。

【００１１】図６に示すように、ホットノズル１のノズ
ル部の長手方向ほぼ中央部及び先端部には温度検出装置
を構成する熱電対１７，１８が付設されており、これら
は第１温度調節装置１９及び第２温度調節装置２０にそ
れぞれ接続されている。第１温度調節装置１９及び第２
温度調節装置２０は設定温度を設定するため操作者によ
り調節可能な設定部２１，２２と、これらの設定部２
１，２２により設定された設定温度と熱電対１７，１８
による検出温度とを比較してその差異に応じた電流信号
をＰＩＤ演算により算出する演算部２３，２４をそれぞ
れ備えている。第１温度調節装置１９及び第２温度調節
装置２０は図示しない射出成形機の制御盤からの信号に
基づいて成形サイクルに応じて切替えられる切替スイッ
チ２５を介して電力調整器２６に接続されており、該切
替スイッチ２５により第１温度調節装置１９及び第２温
度調節装置２０のいずれかからの電流信号が電力調整器
２６に入力されるようになっている。電力調整器２６に
は電源Ｅからの一次側電圧が入力されており、電力調整
器２６はトライアック等による位相制御により電圧調整
を行って、上記設定温度と検出温度との差異に対応した
電圧をトランス８に出力する。トランス８は電力調整器
２６の出力を低電圧、高電流に変換し、上記導線９，９
を介してホットノズル１に基部３に通電する。これによ
ってホットノズル１は成形サイクルに応じた最適な温度
に調整可能となっている。すなわち、上記第１温度調節
装置１９、第２温度調節装置２０、切替スイッチ２５及
びトランス８は検出装置としての熱電対１７，１８のい
ずれかにより検出された検出温度が設定温度よりも低い
場合に、これらの差異に応じた加熱電流をホットノズル
１に供給する電流制御装置を構成するものである。

【００１２】ここで、切替スイッチ２５により選択され
た第１温度調節装置１９及び第２温度調節装置２０のい
ずれかにおける設定温度と検出温度との差異がゼロもし
くはマイナスすなわち検出温度が設定温度よりも高くな
った場合にも電力調整器２６は保温のために所定の値の
電流を供給するようになっているが、特に射出完了後で
はトランス８への供給電力をゼロとする、すなわちホッ
トノズル１の加熱電流をゼロとしてノズル部２の先端部
２ａの加熱を停止し、樹脂の糸引き、鼻だれ現象を引き
起こすことなく製品の取り出しを行えるようになってい
る。しかしながら、このように電流値をゼロとしてもノ
ズル部２の先端部２ａ内の樹脂が冷却固化するまではか
なりの時間がかかり、後続の工程を開始する迄にかなり
の時間を消費する。

【００１３】このため、本実施例では冷却流体供給装置
として、上記エア供給パイプ１０に冷却用の圧縮空気を
供給するコンプレッサ２７が備えられており、このコン
プレッサ２７は電源Ｅからの電力供給を受けて、冷却流
体制御装置を構成するコンプレッサ駆動制御装置２８に
よる制御に基づいて駆動される。このコンプレッサ駆動
制御装置２８は電力調整装置２６に接続されており、電
力調整装置２６からの出力電圧がゼロになった場合、す
なわち検出温度が設定温度以上となった場合に駆動さ
れ、エア供給パイプ１０を介してホットノズル１のノズ
ル部後部２ｂ内に形成された後部エア通路１２に冷却空
気を供給する。この冷却空気は後部エア通路１２からノ
ズル部２の先端部２ａとキャップ１３との間の先端エア
通路１４に至って先端部２ａの全周にわたる冷却を直接
行い、その後エア排出孔１５から外部に排出される。こ
のような冷却空気による冷却作用によりノズル部２の先
端部２ａが迅速に冷却され、従って内部の樹脂が迅速に
冷却固化するので、後続の型開と製品の取り出しをすぐ
に開始することができる。なお、型開が開始する直前で
ホットノズル１への通電が再び開始され、コンプレッサ
駆動制御装置２８はコンプレッサ２７の駆動を停止して
冷却が停止されるものである。

【００１４】また、コンプレッサ駆動制御装置２８は上
記のように射出完了後と型開の開始直前の時期に限ら
ず、選択された第１温度調節装置１９及び第２温度調節
装置２０のいずれかにおける検出温度が設定温度以上に
なった場合にも、コンプレッサ２７を自動的に駆動して
ホットノズル１を冷却するようになっている。

【００１５】以上のように、本実施例のホットノズル１
の冷却装置では、コンプレッサ２７から供給される冷却
エアの供給パイプ１０をノズル部２自身に形成された基
部３側の後部エア通路１２に接続し、この後部エア通路
１２をノズル先端部２ａとキャップ１３との間に形成し
た先端エア通路１４に接続して構成されたものであるの
で、ノズル先端部２ａは先端エア通路１４に導入された
エアにより外側から直接冷却されて、迅速に温度低下す
る。また、特に、本実施例の冷却装置を適用したホット
ノズル１はそれ自身が通電により発熱するものであり、
別個のヒータを必要とせず、薄肉に形成できるので、冷
却効果をノズル先端部２ａ内部の樹脂に迅速に及ぼすこ
とができるものである。

【００１６】また、ノズル部２は金型５のノズル穴６に
挿通されるものであるから、その径はなるべく小さいこ
とが好ましく、また先端部２ａは小さな部分であるため
それ自身に先端エア通路１４を形成することは加工上非
常に困難であり、本実施例のように後部側部分２ｂの後
部エア通路１２は該後部側部分２ｂ自身の内部に形成
し、また先端部２ａの先端エア通路１４はキャップ１３
との間に形成することで、ノズル部２全体の大径化を防
止できるとともに先端部２ａに容易に先端エア通路１４
を形成できるものである。また、このような構成によ
り、供給パイプ１０をノズル穴６の外部において後部エ
ア通路１２に接続できる。このため、金型５は冷却装置
を設けるために特に加工を必要としない。

【００１７】なお、上記実施例において後部側部分２ｂ
の後部エア通路１２はノズル部２の一側にのみ設けた
が、先端エア通路１４と同様にノズル部２の全周にわた
り設けることも勿論可能である。

【００１８】一方、本実施例では熱電対１７，１８のい
ずれかによる検出温度が成形サイクルに応じて設定され
る設定温度よりも低い場合に差異に応じた加熱電流をホ
ットノズル１に供給する電流制御装置ににコンプレッサ
２７，コンプレッサ駆動制御装置２８、エア供給パイプ
１０及びホットノズル１の周囲に設けられた後部エア通
路１２及び先端エア通路１４からなる冷却装置を組み合
わせて温度制御装置を構成したので、ホットノズル１を
必要に応じて強制的に冷却することで所望の温度を得る
ことができ、ノズル部２の温度を全成形サイクルを通じ
て最適な温度に迅速かつ正確に制御でき、成形サイクル
を短縮化することができる。特に、射出完了後において
はノズル部２の先端部２ａの温度を、単純な成形サイク
ルのみに依存した冷却ではなく、検出温度に応じた冷却
を行ってゲートの切断に応じた温度に制御できるので、
平滑なゲート切断面が得られる。加えて、本実施例は先
に述べたようにノズル部２自身が通電により発熱するホ
ットノズル１に適用したものであり、このようなホット
ノズル１は加熱電流及び冷却に対する応答性が高いの
で、さらに迅速かつ正確な温度制御が可能となる。

【００１９】なお、以上の実施例において加熱電流の供
給及びコンプレッサ２７の駆動は検出温度が設定温度よ
りも高いか低いかによって行うものとしたが、設定温度
に幅をもたせて、高温側の設定値と低温側の設定値との
間でこれらが切り替わるようにしても良い。例えば検出
温度が低温側の設定値以下になると加熱電流の供給が行
われ、検出温度が上昇して高温側の設定値を越えると加
熱電流の供給が停止してコンプレッサ２７が駆動され、
検出温度が下降して低温側の設定値を下回るとコンプレ
ッサ２７が停止して加熱電流の供給が再び行われるよう
にしてもよい。

【００２０】（第２実施例）次に本発明の第２実施例を
図７を参照して説明する。本実施例は上記第１実施例の
ホットノズル１と構成上ほぼ同様なホットノズル１Ａを
射出成形機の先端ノズルとして利用した例に関するもの
であり図７中上記第１実施例と同様な部材には同一符号
を付して説明を省略する。

【００２１】本例のホットノズル１Ａは射出成形機の先
端部３０に複数のボルト３１〜３１を介して取り付けら
れているものであり、その温度制御は上記実施例と同様
な温度制御装置を用いて行うことができ、第１温度調節
装置１９及び第２温度調節装置２０、切替スイッチ２
５、電力調整器２６及びトランス８による導線９，９を
通じた加熱電流の制御と、コンプレッサ駆動制御装置２
８、コンプレッサ２７、冷却エア供給パイプ１０及びホ
ットノズルに設けられた冷却通路１２及び先端通路１４
からなる冷却装置による冷却エアの制御により温度制御
を迅速に行って成形サイクルを短縮化することができる
ものである。

【００２２】なお、以上の実施例では冷却流体としてエ
アを利用したが、例えば冷却水等の他の流体を利用する
ことも可能である。しかしながら冷却水を利用する場合
には漏れ止めのためのシールと絶縁とを厳密に行う必要
がある。

【００２３】（発明の効果）本発明の加熱ノズル用冷却
装置においては、ノズル部先端をその外周から直接冷却
できるので迅速な冷却を行うことができ、成形サイクル
を短縮できる。また、冷却装置を設けるにあたり金型の
構造的改変が不要であるので製造コストが安価で済み、
かつ、既存の金型に冷却装置を備えたホットノズルを容
易に適用できる利点を有する。また本発明の温度制御装
置では加熱ノズルを全成形サイクルを通じて最適な温度
に正確に制御できるので、製品品質が向上する利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による冷却装置を備えた
ホットノズルを金型の一部とともに示した断面図であ
る。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１のIII −III 線断面図である。

【図４】図１に示したホットノズルの左側面図である。

【図５】図１に示したキャップの拡大図である。

【図６】図１に示したホットノズルのための温度制御装
置のブロック図である。

【図７】本発明の第２実施例によるホットノズルを射出
成形機の先端の一部とともに示した断面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ ホットノズル ２ ノズル部 ２ａ 先端部 ２ｂ 後部側部分 ３ 基部 ４ 割溝 ５ 金型 ６ ノズル穴 ７ キャビティー １０ エア供給パイプ １２ 後部エア通路 １３ キャップ １４ 先端エア通路 １７，１８ 熱電対 １９ 第１温度制御装置 ２０ 第２温度制御装置 ２５ 切替スイッチ ２６ 電力調整器 ２７ コンプレッサ ２８ コンプレッサ駆動制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 康博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホットノズル或いは射出成形機の先端ノ
   ズル等の加熱ノズルを冷却するため当該加熱ノズルのノ
   ズル部まわりに冷却流体用の通路を設けてなる加熱ノズ
   ル用冷却装置であって、前記通路は前記ノズル部の先端
   部に固定されたキャップと該先端部との間に形成された
   先端通路と、前記先端部の後部においてノズル部自身の
   内部に形成された後部通路とを含み、該後部通路に冷却
   流体の供給パイプを接続してなる加熱ノズル用冷却装
   置。
2. 【請求項２】 前記加熱ノズルは当該加熱ノズル自身が
   通電により発熱するものである請求項１の加熱ノズル用
   冷却装置。
3. 【請求項３】 ホットノズル或いは射出成形機の先端ノ
   ズル等の電気加熱式ノズルの温度を制御するための加熱
   ノズル用温度制御装置であって、前記加熱ノズルの温度
   を検出する検出装置と、該検出装置により検出された検
   出温度が射出成形機の成形サイクルに応じて設定される
   設定温度よりも低い場合に、これらの差異に応じた加熱
   電流を前記加熱ノズルに供給する電流制御装置と、前記
   加熱ノズルのまわりに設けられた冷却流体が流通可能な
   通路と、前記通路に冷却流体を供給可能な冷却流体供給
   装置と、前記検出温度が前記設定温度よりも高い場合に
   前記冷却流体供給装置を通じて前記通路に冷却流体の供
   給を行う冷却流体制御装置とを備えた加熱ノズル用温度
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記加熱ノズルは当該加熱ノズル自身が
   通電により発熱するものである請求項３の加熱ノズル用
   温度制御装置。