JPS5981152A - ホツトランナ−射出成形システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラスチックのホットランナ−射出成形システ
ムに関するものである。

従来、プラスチック射出成形にあってはコールドランナ
一方式における欠点すなわち、製品と共に成形される不
要なランナ一部を再生することによるコストアップおよ
びこのランナ一部を再生して再使用することによる製品
の品質低下等を解決するものとしてホットランナ一方式
が開発された。

このポットランナ一方式は樹脂がキャビティ内に充填さ
れ冷却固化される際も、ランナ一部の樹脂は溶融状態に
保たれ、次の成形サイクルにこのランナ一部の樹脂が無
駄なくキャビテ・イ内に充填されるものであり、大別し
て樹脂射出口（以下単に射出口と称す）を機械的な弁を
用いて開閉するパルプ方式と射出口部の樹脂の温度をコ
ントロールして射出口を開閉する熱バランス方式がある
。

この熱バランス方式を用いたホットランナ−システムと
してゲート部近傍の樹脂通路内に加熱部材を配したもの
が知られている。この加熱部材はヒーターによって保温
される本体部と、一部がその本体部の先端から射出口直
近まで突出する発熱体とがらなっている。

その発熱体は樹脂射出時に商用周波数低電圧（３０ボル
ト程度）の電流を通電されて発熱し、射出口内の固化し
た樹脂を溶融する。樹脂射出後、この発熱体への通電が
停止され、射出口内の溶融樹脂は冷却されているキャビ
ティプレートに熱を奪われて固化する。

従来のシステムにおいては前記発熱体は電気抵抗の大き
いニクロム線によって形成されており、したがって機械
的強度に乏しく樹脂中に混入している異物によって破損
したり、あるいは、例えばガラス繊維入りの樹脂を成形
したりする際に摩耗したりするという問題があった。さ
らに発熱体全体の電気抵抗が大きくないと、伝送線路内
のロスによって発熱体が充分発熱しないために、発熱体
をある程度大きく（長く）せざる得す、そのために射出
し］内の樹脂を短時間で溶酷申させるのに最も必要な発
熱体先端よりも、根本の部分に電力が消費されてしまい
、先端部の温度が効果的に□上昇しないという問題もあ
った。

周知のように成形サイクルを延長することなく確実に射
出口を開閉するためには発熱体を瞬時に樹脂溶融温度ま
で加熱することができるとともに通電停止後発熱体の熱
を短時間でイψうことができなげればならない。このた
めには発熱体をできる限り小さくして熱容量を小さくし
なければならないが、従来のシステムにおいては発熱体
全体の抵抗が大きくないと伝送線路内のロスによって発
熱体が効果的に発熱しないために発熱体の大きさを小さ
くするのには限度があり、また同じ理由からできるだけ
比抵抗の大きい材料を使用しなければならないため、電
気的な而での制約が大ぎく、耐摩耗性、加工性等の機械
的な要求に応じて発熱体の材料を選択するのが困難であ
った。

また発熱体を耐摩耗性金属のカバーで保護するようにし
た加熱部材も知られている。（実開昭５６−５５６２９
号、実開５６−５５６３０号、実開５６−５５６３１号
、実開５．７−．１１０７１号）しかしながら、耐摩耗
性の金属で発熱体を覆うことによ−てこの発熱体の破損
および摩耗といった問題は解決されるものの、反面この
発熱体からの熱エネルギーは熱伝導によって本体に奪わ
れるため射出口の固化した樹脂を溶融させる加熱部材先
端の温度上昇は極めて鈍化される。

すなわち、これは発熱体自体の熱容量が増大したことに
なるため、射出時に瞬時に射出部に固化した樹脂を溶融
させて射出口を開き得るように昇温し、また射出後に瞬
時にこの射出口の樹脂が固化され射出口を閉じ得るよう
に降温するといった温度変化が極めて鈍くなる。これは
成形サイクルが極めて長（なることであって、短い成形
サイクルによって製造される製品にあっては多大なコス
トアップとなる。またこの温度変化の鈍い先端を有する
加熱部材な用いて成形サイクルを延ばさないようにしよ
うとすると、射出口の樹脂を半溶融秋草更に近い状態に
常に保つ必要があるため射出「］の温度設定が極めて英
１ｔかしくなり糸引き等の現象が起るといった欠点を生
じる。

このよう冗、射出口を間欠加熱する発熱体にル）っては
発熱体自体の熱容量が極め、て小さくかつ機械的強度ｆ
優れた材質のものを用いることが要求されろ。

しかしながら、このような要求ケ満足する発熱体を形成
しようとすると月料としては機械的強度が大きい例えば
耐摩耗性金属、炭素＠′Ｉ等を用い、しかも小さく形成
することが必要であるが、このような発熱体であると電
気抵抗が極めて小さくなり、従来のように商用周波数の
低電圧電流を金型がら離れたコントロールボ゛ノクスか
ら発熱体に直接供給Ｉようとすると、加えられた電力は
そのほとんどが伝送線路に消費され、必要とする発熱体
を十分発熱させることができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、機械的
強度が大きくかつ小型に形成された発熱体を十分発熱す
ることができる加熱装置を備えたポットランナー射出成
形システムを提供することを目的とするものである。

本発明のシステムに使用される射出口加熱装置は、高周
波数高電圧を発生させる高周波高電圧発生部、この高周
波高電圧を高周波低電圧大電流に変換するためのトラン
ス部、およびその高周波低電圧大電流を通電されて発熱
するとともに前記射出（」近傍に配された発熱体を備え
、前記トランス部が前記発熱体の近傍に配されていると
とを特徴とするものである。

なお、前記トランス部は金型にＪ（ｙり付げられろこと
が望ましい。また前記発熱体は耐摩耗性金属によって小
さなチッフ状に形成するのが望ましい。

本発明のホットランナ−射出成形システムにおいては、
高周波の高電圧小電流を発熱体の近傍で低電圧大電流に
変換して発熱体に供給するようになっているので、発熱
体に電力を供給する伝送線の抵抗が極めて小さくなり、
全体の電気抵抗が極めて小さい（短い）発熱体をも効果
的に発熱させることができる。したがって、発熱体を極
めて小さくすることができるとともに発熱体の材料を機
械的要求に合わせて広い範囲で選択することができる。

このような本発明のシステムによれば発熱体の熱容量を
小さくして、射出口（ゲート）内の樹脂の溶融、同化に
よる射出口の開閉を極めて短時間（０５〜３秒程度）で
行なうことができる。竹に高周波電流ケ用いるため、ト
ランス部が栖めて小さくなり、金型内に組み込んだり、
金型直近に配したりできる。

な冗、発熱体を透磁率が大きい材質のもので形成すると
高周波抵抗が増大するのでさらに効率良く発熱体を加熱
することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明の１実施例を示すホットランナ−射出成
形システムの概略図、第２図は第１図に示す金型の射出
口近傍の詳細図、第３Ａ図および第３Ｂ図は第１図およ
び第２図に示す発熱体の斜視図、第４Ａ図および第４Ｂ
図は第１図に示すマニホールドコイルプレートの平面図
、第５Ａ図および第５Ｂ図は第１図に示すマニホールド
ブロックの斜視図である。

のダイプレート７に取付られる取付プレート”９、この
取付プレート９内の樹脂通路を複数の樹脂通路に分岐さ
せるマニホールドブロック１１、このマニホールドブロ
ック１１と取付プレート９との間に密着して高周波誘、
導加熱によりマニホールドブロック１１を加熱するマニ
ホールドコイルプレー８０、前記マニホールドブロック
１１の樹脂通路の出力側に接し先端に射出口１８に位置
する発熱体５を有する加熱部４Ａ’　Ｇ、この加熱部材
６を支持し、冷却水によって冷去１されたバックプレー
トト１２、このバックプレート１２に接し同様に冷却水
によって冷却され、射出口１８とキャビティ１７を備え
たキャビティフレート１３、およびこのキャビティ１７
の一部を形成し成形時に移動する移動側プレート１４か
ら構成されている。第２図、第３Ａ図」６よび第３１３
図に詳細が示されるように射出口１８部の固化した４η
１脂を溶融して射出液低電圧大電流に変換するトランス
３ケ介して供給され抵抗発熱するようになっている。

また、マニホールドフロック１１を高周波誘導によって
加熱するマニホールドコイルプレート１０は高周波高電
圧を発生する高周波高電圧発生部２０１から高周波高電
圧電力を供給されるようになっている。

高周波高電圧発生器１は可変抵抗器１ａの値によって発
振周波数を可変することができる発振回路１ｂ、この発
振回路１ｂから出力される電圧変換回路１ｄによって構
成されている。発振回路１ｂは＝７変抵抗器１ａの値に
よって例えば２０１＜１−１ｚ〜５０ＫＨｚの高周波信
号を発生することができるようになっており、上限の周
波数は可聴周波数の上限より高くなっている。電流増幅
回路ＩＣは発振回路１ｂの出力信号が高電圧変換回路１
ｄの例えばパワートランジスタ、ザイリスタ、ＧＴ０１
ＧＣ８等のスイッチング素子を駆動することができるよ
うに電流増幅するようになっている。、高電圧変換回路
ｌｄＬ主コンデンサ、コイル、スイッチング素子等から
なる充放電回路を有し、このスイッチング素子が上記電
流増幅された高周波信号によってスイッチング動作を行
ない、コイルの両端に高周波電圧を発生するようになっ
ている。

この高周波高電圧発生部１によって出力される高周波高
電圧は一次伝送線２によってトランス３へ伝送される。

−成仏送線２は高周波高電圧を伝送する時に空間に電波
を放出（いわゆる電波障害）し難いようにツイストさ）
２ている。好ましくはこの伝送線２を透磁率が高い金属
管に通しシールドを完全に行なう方がよい。トランス３
は高周波高電圧発生部１の高周波高電圧を高周波低電圧
大電流に変換するものであり、リング状の磁性体３ａ例
えばフェライトと、この磁性体３ａに多数回巻回され、
−成仏送線２に接続される一次巻線３ｂと、この磁性体
３：ｌに小数回（１ターンも含む）巻回され、二次伝送
線４に接続される二次巻線３Ｃとによって構成されてお
り、射出口１８に配される発熱体５の近傍に設けられて
いる。したがって、トランス３によって変換された大電
流を発熱体５に伝送する二次伝送線４は高周波高電圧発
生部１とトランス３を結ぶ一次伝送線２に比して極端に
短かくなっている。

磁性体３ａに例えばうず電流積が極めて小さいフェライ
トを使用する場合は一次巻線３ｂおよび二次巻線３Ｃ自
体の抵抗発熱や、ヒステリシス損による自己発熱により
フェライトが加熱され、フェライトの透磁率が低下して
二次巻線３ｂに発生する二次電圧が低下するので、フェ
ライトをファン等によって強制空冷するが、または水に
よって強制冷却されているバックプレート１２あるいは
キャビティプレート１３等に接するかまたは埋没させて
常に一定漁度に保つようにすることが好ましい。なお、
磁性体３ａは棒状あるいはＥＩ状等あらゆる形状をも使
用することができる。二次伝送線４はその伝送線の直流
電気抵抗を小さく１−るために固有抵抗が小さい銅線が
用いられ、かつ高周波における抵抗いわゆる高周波抵抗
を小さくするためにより線となっている。この二次伝送
線４に接□続される発熱体５はその詳細が第３Ａ図に示
されるように、円錐状の先端部５ａと同社状の本体５ｂ
とその本体の後端部である　　。

リー　ド線接続部５Ｃとからなる大略やり状に形成され
、リード線接続部５Ｃの端面から先端部５２；Ｒ：傍に
至るスリット５ｄが設けられている。

このリード線接続部５Ｃへの一対の二次伝送線４の接続
はスリット５（１によって分離された端部にそれぞれ例
えば銀ろう付けあるいは溶接等によって接続されている
。この発熱体５はその詳細が第２図に示されるように加
熱部材６の先端部て設けられ、発熱体５の先端部５ａが
露出して射出口１２に位ｊ醍せしめられるようになって
いるーこの発熱体５の材質としては二次伝送線４より固
有抵抗が大きくかつ機械的強度））・大きい例えば耐摩
耗金属が用いられる。また、発熱体５は高周波電流によ
る抵抗発熱が大きいすなわち透磁率が大きい例えば鋼等
を用いてもよい。したがって、二次伝送線／１と発熱体
５とからなる閉回路に大電流が流れるとその電力の大杯
１）分は固有抵抗および高周波抵抗が犬鍍い発熱体５で
消費され、発熱体５が急激に加熱されることとなる。ま
た、休５は小さく形成され、発熱体５自体の熱容量が小
さくなっている。第３Ｂ図は第３Ａｐｌに示す発熱体５
の異なる実施例であり、全体として円錐状に形成され、
第３Ａ図の発熱体５と同様にリード線接続部２５Ｃの端
面から先端部２５ａに至るスリット２５ｄが設けられて
いる。したがって、この形状により発熱体２５ａ近傍で
電力が多く消費されるので特に固化した樹脂を溶融する
先端部２５ａが急激に加熱されることとなる。

マニホールドブロック１１を加熱するためのマニホール
ドコイルプレート１０に高周波Ｋ　Ｔｌｊ圧の電力を供
給する高周波高電圧発生部２０１は上述した高周波高電
圧発生部と同様であるので説明は省略する。高周波高′
屯圧発生部２０１から出力される高周波高電圧の電力は
妨害電波を放出し雉いようにツイストされた伝送線２０
４を介してマニホールドコイルプレート１０に供給さ第
１ている。この際伝送線２０４のシールドを完全に行な
うように透磁率が高い金属管を１１ｎすことが好ましい
。この伝送線２０４カ・ら高周波高電圧の電力を供給さ
れるマニホールドコイルプレート１０が金型２０内に絹
み込まれた時にマニホールドブロック１１を効率良（高
周波誘導加熱することができるように断熱板１０ｂの表
面近傍すなわちマニホールドブロック１１にできるだけ
接近するように配されている。

この渦巻状の中心部の導線１０ａの一端は渦巻状の導線
との間に絶縁を有するように断熱板１０１）の内部を通
過して断熱板１０ｂの側面から取り出されるようになっ
ている。渦巻状の導線１０ａとマニホールドブロック１
１との間に絶縁を有するよう如マニボールドコイルプレ
ート１０とマニホールドブロック１１との間に薄い例え
ば雲母等の絶縁板が設けられている。導線１０ａは高周
波における表皮効果いわゆる高周波抵抗が小さくなるよ
うにより線が用いられている。この渦巻状の導線１０ａ
に高周波高電圧の電力が供給され高周波誘導加熱を受け
るマニホールドブロック１１は第５Ａ図にその詳細が示
されるように樹脂通路の出口側すなワチマニホールドコ
イルプレート１０とは反対側に樹脂通路を避けて複数の
冑通しｔｃい孔１１（ｆ）’−設げらｈ、マニホールド
ブロック１１自体の熱容量の低減が図られている。すな
わち、高周波誘導加熱にあっては周波数、被加熱体の固
有抵抗、および透磁率に関係して被加熱体の高周波誘導
を受ける部分の深さが宗まるが、この場合においても渦
巻状の導線に供給されるエネルギーの大部分が高周波誘
導を受ける側の表面部で熱エネルギーに変換されるため
、マニホールドコイルプレート１０トは反対側のマニホ
ールドブロック１１表面に複数の孔１１Ｃ’４設けても
変換される熱エネルギーのそれ程の減少はない。したが
って、孔１１Ｃを穿設することによって減少した熱容量
の分だけマニホールドブロックエ１を昇温さぜるエネル
ギーは減少される。

第５Ｂ図は同様にマニホールドブロック１１１の熱容耽
を減少させるためにマニホールド１１１の側面から十字
方１拍に複数の孔１１１ｃを設けたものである。

なお、孔１１Ｃ１１１１ｃ　を設けることによって表面
積が増太しこれに伴ない放熱効果が増大するので、比熱
が小さい断熱材例えばガラス繊維等を孔１１Ｃ、１ｌｌ
ｃに充填することが好了にしい。

第４Ａ図に示寸マニホールドコイルプレート１０によっ
て高周波誘導加熱されるマニホールドの温度分布は中央
部が最も高く半径方向に行くに従がって下る。したがっ
て、導線１（）ａの渦巻状の中心から等距離の部分の温
度は等しいため、マニホールドフロック１１の樹脂通路
の出口を渦巻状の中心から等しい距離の円周上に配する
ようにすればマニホールドブロック１１の各樹脂通路の
温度バランスを保つことができる。

第４１３図に示すマニホールドコイルプレート１１０は
導線１１０ａを角形の渦巻状に埋没したものである。こ
のマニホールドコイルプレート１１０によって高周波誘
導加熱されるマニホールドブロックの樹脂通路の出口を
渦巻状の中心を対角線の中心とする四角上に配すること
ができる。

なお、導線の渦巻状の形状は菱形、三角形等いずれの形
状でもよい。

次に第１図に示す射出システムの作用を説明する。先ず
、射出口直近に配された発熱体５を加熱する際には可変
抵抗器１ａを任意の値に設定し、発振回路１ｂを任意の
高周波で発振させる。この発振回路１ｂの出力の高周波
信号は電流増巾回路ＩＣによって電流増巾され、高電圧
変換回路１ｄに出力される。この高周波信号が人力され
ると、高電圧変換回路１ｄのコンデンサ、コイルおよび
スイッチ素子からなる充放電回路のスイッチ素子がスイ
ッチング動作を起こし、これにより充放電回路に充放電
電流が流れコイルの両端に高周波高電圧が発生する。こ
の高周波高電圧は一次伝送線２によって金型２０の射出
口１８近傍に配されるトランス３に供給される。この際
比較的距離が長い一次伝送線２には小電流しか流れない
のでこの伝送線における電力損失は極めて少ない。

トランス３の一次巻線３ｂに供給された高周波高電圧は
磁性体３ａ’ｅ介して高周波低電圧大電流に変換され二
次巻線３Ｃに出力される。この高周波低電圧大電流は長
さが極めて短い二次伝送線４を介して樹脂が固化する射
出口１８に配された発熱体５に供給される。この際二次
伝送線４にあっては固有抵抗および高周波抵抗が小さい
銅のより線の比較的大径のものが使用されているので、
固有抵抗が二次伝送線４より大きい例えば鋼、耐摩耗性
金属からなる小さい発熱体５において大半の大電流が消
費され、発熱体５は急激に加熱される。この発熱体５の
加熱によって射出口１８に固化した樹脂は瞬時に溶融さ
れて射出口１８を開口するため、樹脂を加圧すると溶融
状態にある樹脂通路内の樹脂は射出口１８火通過しキャ
ビティ１７に流入し冷却固化される。この際樹脂がキャ
ビティ１７内に流入時に通電を停止されると発熱体５は
小さく形成されていることからキャビティ１７内に樹脂
が充填完了時すなわち射出口１８の樹脂の流れが停止す
るとともに射出口１８近傍の樹脂とともにキャビティプ
レート１３に熱を奪われ急激に冷却される。これにより
、射出口１８近傍の樹脂が急激に冷却固化されるので成
形サイクルを短縮しても射出口１８の糸引き等の現象を
起すことなく製品を取り出すことができる。

なお、本実施例においてはトランス３の磁性体３ａに１
つの二次巻線３Ｃを巻回して１９の発熱体５を加熱する
ように構成したが、この磁性体３ａに複数の二次巻線を
巻回して複数の発熱体５を加熱するようにしても、よい
。また二次伝送ａ４により線を用いたが単線でも使用で
きる。

次いで、マニホールドブロック１１の高周波誘導加熱に
あっては上述した高周波高電圧発生部１と同様に高周波
高電圧発生部２０１より高周波高電圧が発生され伝送線
２０４を介してマニホールドコイルプレート１０の渦巻
状の導線１０に供給される。この渦巻状の導線に高周波
電流が流れるとこの導線１０ａに近接するマニホールド
ブロック１１内にうず電流が流れ、このうず電流による
うず電流積とヒステリシス損によってマニホールドブロ
ック１１は加熱される。この際マニホールドブロックの
温度分布は磁束が最も集中する渦巻の中心部が最も高く
この中心から離れるに従って下る。したがって、渦巻の
中心から等距離に配された各樹脂通路の出口の樹脂の温
度は等温度となり、樹脂の温度バランスが保たれる。な
お、導線の巻き密度を中央部で疎０周辺部で密になるよ
うにすることによって温度分布をマニホールドブロック
全体に亘ってほぼ均一とすることもできる。

なお、本発明ておいては高周波とは可聴周波数以上の周
波数を指すものとする。また射出口近傍とは金型内部、
金型表面部および金型周辺部をも含むものとする。

以上詳細に説明した通り本発明のホットランナ−射出成
形システムは、高周波高電圧を発熱体近傍で高周波低電
圧大電流に変換し、短距離の伝送線を介して発熱体を力
μ熱するようにしたから、機械的強度が太き（かつ小型
の発熱体を瞬時に加熱することができることができるこ
とにより成形サイクルを極めて短かくすることができる
ので射出成形における多大なコストダウンがなされる。

　　　。

なお、本発明のシステムにおいて発熱体およびマニホー
ルドに温度センサーを配して温度制御してもよいのはも
ちろんである。

また、上記発熱体として高周波抵抗の大きい材料を使用
し、二次伝送線に高周波抵抗の小さい材料を使用するの
が発熱効率の面からは望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示すホットランナ−射出成
形システムの概略図、第２図は第１図に示す金型の射出
口近傍の詳細図、第３Ａ図および第３Ｂ図は第１図およ
び第２図に示す発熱体の斜視図、第４Ａ図および第４Ｂ
図は第１図に示すマニホールドコイルプレートの平面図
、第５Ａ図および第５Ｂ図は第１図に示すマニホールド
ブロックの斜視図である。 １．１０１，２（１１・・・・・・・・・高周波高電圧
発生器・　　２．１０２　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・−次□伝送線３　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ト
ランス４．１０４　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・二次伝送線５．２５・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・発熱体６　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・−・・・
・・加熱部材１８　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・射出口２０　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・金型１、　事件の表示　　昭和５７年特許願第１９
２７６７号２　発明の名称　　ホットランナ−射出成形
システム３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 住所（居所） ３１１−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　キャビティを有するキャビティプレート、マ
   ニホールドブロック部およびそのマニホールドブロック
   部を貫通して延び、成形機のノズルから射出された溶融
   樹脂装、前記キャビティに開口したゲート部を介してそ
   のキャビティに供給する樹脂通路を備えた金型、前記樹
   脂通路内の前記ゲート部近傍の樹脂を加熱するゲート部
   加熱手段、および前記マニホールドブロック部ケ加熱す
   るマニホールド加熱手段か］゛）なる射出成形システム
   において、前記ゲート部加゛熱手段が高周波高電圧を発
   生する高周波高電圧発生部、この高周波高電圧発生部か
   ら発生された高周波高電圧を高周波低電圧大電流に変換
   するトランス部、およびこ直近に配された発熱体を備え
   るとともに、前記トランス部がこの発熱体の近傍に配さ
   れていることを特徴とするポットランナー射出成形□シ
   ステム。
2. （２）　　前記トランス部がフェライトコアを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のホットラン
   ナ−射出成形システム。
3. （３）前記トランス部が金型に取り付けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   ホットランナ−射出成形システム。
4. （４）前記発熱体が耐摩耗性金属で形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項□・記載のホットラ
   ンナ−射出成形システム。
5. （５）前記発熱体が炭素鋼で形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のホットランナ−射出
   成形システム。