JPS61106218A - 射出樹脂の温度制御方法 - 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】 この発明は、射出成形方法、特に、ゴムやフェノール樹
脂などの熱硬化性樹脂を射出成形するのに好適な方法に
関し、射出シリンダー先端にあるノズル内を通過する樹
脂の摩擦により、自己発熱させて、射出樹脂の温度を上
昇させ、かつ、所定の温度変化パターンに従うよう制御
することを特徴とする射出樹脂の温度制御方法を提供す
るものである。

従ＪＬ例 射出成形を続けていると、射出シリンダー先端のノズル
が、摩擦熱により加熱し、その上、樹脂自体も自己発熱
するから、射出樹脂の温度が不均一になり、後から射出
されるものほど高温となる。

ところで、このように、不均一に高温化した射出樹脂を
、金型内で硬化させた場合、成形品の物性が不均一とな
る等、種々な問題を生ずる例えば、熱可塑性樹脂では、
硬化速度の相違による大きな成形歪、いわゆる　ひけ　
の発生がある。

そこで、摩擦により上昇する、射出樹脂の温度を、なん
らかの形で制御することが必要となる。

以下、射出樹脂の温度を制御した従来例を、図面に基い
て説明する。

第５図は、いずれも、ＳＢＲ主体のゴム４００ＣＣを射
出成形した従来例１及び２において、それぞれの、ノズ
ル部を通過する射出ゴムの温度の変化を、グラフ（イ）
−（ロ）として示したものである。なお、このゴムは、
−例として、スコーチ現象、すなわち、財出前に硬化反
応が進行し、熱硬化性樹脂が流動性を失ってしまう現象
が生じる限界温度を１８０℃とするものである。

従来例１：曲線（イ）は、一般的な従来例における、ノ
ズル部を通過するゴムの温度変化を示す曲線である。射
出終了時に、前記スコーチ現象が生じる限界温度より少
し 低い、例えば、１５０°Ｃに到達するように、射出条件
を定める。この温度は、ノズルの温度制御ができないた
め、十分な流動性と安全とを見込んで設定された、量産
時の上限温度である。したがって、射出開始時には、こ
の上限温度から、射出条件を加味して逆算した、最終温
度より遥かに低いｔ＆度、例えば９０℃より出発して、
１５０℃を上限温度として、射出を終了させるものであ
る。

このときの温度上昇は、ノズルを温度制御してないから
、ノズルの発熱の影響等で、一様でなく、曲線状に上昇
する。したがって、射出されたゴムが、吸収した熱エネ
ルギーは、比較的少ないから、硬化反応が長くなり、全
体で２百数十秒〜３百数十秒かかって終了する。

すなわち、この従来例（±、開始温度を低くすることに
より、最終到達温度のみを管理しようとする、最も汎用
されているが原始的な制御方法である。

従来例２二　曲線（ロ）は、特公昭５８−４５９４４号
公報に、記載されている発明である。これは、特殊なノ
ズルを、電熱により加熱しながら、かつ温度上昇を制御
して、一定の温度勾配で直線状に、前記スコーチ現象の
下限温度（例えば、１８０℃）まで上昇させ、全体の硬
化反応の終了時点を一致させようとするものである。

射出中は、積極的にノズルを加熱して、ノズル部を通過
する熱硬化性樹脂の温度の昇温を行う、また、ノズルの
温度制御を厳密にしているので、射出終了段階の直前に
、瞬間的に、前記スコーチ現象の下限温度まで上昇させ
ることができる。

したがって、射出後の硬化反応が短縮され、射出成形に
要する時間は、全体として、２００秒以内で終了可能で
ある。

′−′−一の。　へ 曲線（イ）で示される従来例１の場合は、射出条件の設
定が、摩擦熱の存在に支配されるから、摩擦熱をむしろ
、成形の障害要素として把握し、摩擦熱により、限界温
度まで加熱されない範囲で成形しようとしている。その
ため、射出開始温度及び終了時の温度を、比較的低温に
設定せざるを得ない。ノズルの温度制御ができないため
、十分な流動性と安全とを見込む必要があるからである
。この結果、成形時間が長くかかり、しかも成形サイク
ルが減るから、４成形効率が悪くなる。その上、射出樹
脂温度が不均一であるから、製品の品質も劣りがちとな
る。

一方、曲線（ロ）で示される従来例２は、外部から電熱
等により加熱し、ノズル部を通過する樹脂の温度を、一
定比率で昇温させるものであるから、摩擦熱を利用する
ことなく、所望の温度制御をするためには、むしろ、摩
擦熱の存在が邪魔になるのである。すなわち、加熱及び
冷却効率を上げるため、できるだけ細く、かつ、肉厚の
薄いノズルを多数本設け、これに射出樹脂を分散させて
通過させる必要がある。しかし、このようなノズル構造
では、射出により、摩擦熱が発生しても、摩擦熱は、ノ
ズルに蓄熱することなく、たちまち、空中に放熱されて
しまう。

しかし、この内部発熱を利用しないことは、本来不経済
である。また、加熱のためには、低電圧、大電流を要す
るなど、高性能の加熱装置と、精度の高い制御技術を必
要とし、成形コストが高価なものとなる。

しかも、硬化反応を短縮するためには、最終温度を可能
な限り、高温にしなければならず、このため、スコーチ
現象などにより、目詰りが発生し易い。このような事態
を生ずると、肉厚の薄い特殊なノズルのため、極めて簡
単に裂損（パンク）してしまうという難問があった。

本発明は、これら従来例と異り、従来、邪魔者扱いされ
てきた摩擦熱を積極的に利用することにより、成形不良
品の発生を減少させ、成形品の品質を良好に維持し、し
かも、成形効率の向上及び成形コスト低減等を実現する
ものである。

さらに、摩擦熱を温度制御することにより、有利に成形
を行うこと戦目的とする。

植−一一虞 本発明の射出成形方法は、射出シリンダー先端にあるノ
ズル内を樹脂が通過することにより、樹脂を摩擦により
、自己発熱させ、かつ、自己発熱により加熱・上昇した
ノズル内を通過するｍ脂の温度を、所定の温度変化パタ
ーンに従うように、制御するとき、第１の発明は、射出
速度等の射出条件により、第２の発明は、ノズルの強制
冷却により、温度制御することを特徴とするものである
。

作−一一団 第１図に示すように、射出シリンダー１の先端にあるノ
ズル５内を通過する樹脂の温度は、射出開始後、樹脂自
体の自己発熱により上昇を始める。同時に、射出速度等
の射出条件を制御して、摩擦熱の発生を調節するか、ノ
ズル部分を冷却することにより、第４図に例示する曲線
（Ａ）・ＣＢ）　　・　（Ｃ）のような、所定の温度変
化パターンをとるようにする。

勉−一一釆 以上の通り、本発明によれば、従来例と異り、邪魔者扱
いされてきた摩擦熱を積極的に利用し、かつ、温度制御
するものであるから、成形品の品質を良好に維持し、し
かも、成形効率の向上及び成形コスト低減等を実現でき
る。

すなわち、射出される樹脂の温度を、摩擦により自己発
熱させ、射出成形の初期の段階より、所定の温度変化パ
ターンに従うよう制御し、一定に維持できるから、射出
時間を短縮でき成形効率の向上ができる。しかも、硬化
を比較的均質にできるから、成形品の品質を良好に維持
できる。

また、射出される樹脂自体の摩擦による自己発熱を利用
するから、加熱のための特別な装置を必要としない、ゆ
えに、低電圧、大電流などを要する高性能の加熱装置や
精度の高い制御技術を必要とせず、成形コストも安価に
できる。

さらに、射出される樹脂の温度制御を、射出速度等の射
出条件を制御して行うものにおいては、従来の射出成形
機に、制御回路を接続するだけで済み、また、冷却装置
により温度制御するものも、ノズルに冷却装置を取付る
だけでよいから、いずれも、簡単に実施できる。

支厘遣 第１の発明の実施例を、第１図、第２図及び第４図によ
り説明する。この実施例においては、ＳＢＲ主体のコン
パウンドであり、スコーチ発生の限界温度が１８０℃の
ゴム、４００ｃｃを射出成形する場合を説明する。

なお本実施例の温度変化パターンは、射出樹脂を摩擦熱
により、急速に加熱上昇させた後、射出速度等を制御し
て、一定温度に維持させるものであり、第４図の曲！ｌ
ａ　（Ｂ）に相当するものである。

射出シリンダー１の内部には、スクリュー２が配置され
ている。スクリュー２の後部は、油圧室３に接続し、油
圧室３は、電磁弁からなる流量調節バルブ４により流量
を制御され、射出速度を２ｇＩｆ！ｆＪしている。射出
シリンダー１の先端には、ノズル５が着脱自在に取付ら
れている。

射出シリンダー１及びノズル５の周囲には、シリンダ一
温度調節装置６及びこれと連結する、シリンダージャケ
ット７が配されている。シリンダ一温度調節装置６は、
シリンダージャケット７に保温用の液体を供給している
。

ノズルには、サーミスタなど、適宜なものからなる、温
度センサー８が取り付けられ、ノズル内を通過する射出
樹脂の温度を直接検出している。温度センサー８は、制
御回路９に接続しており、これらの検出された温度情報
を、制御回路９にフィードバックしている。

制御回路９は、流、量調節バルブ４にも接続している。

制御回路９には、マイクロコンピュータ−を組込んであ
り、温度センサー８からインプットされる温度情報によ
り、マイクロコンピュータ−が、必要な演算を行い、流
量調節バルブ４及びに〃Ｉ御指令を出すようになってい
る。

すなわち、流量調節バルブ４に対しては、温度センサー
８からフィードバックされる温度情報により、温度変化
を監視し、予じめ設定された上限（下限）温度、を検知
すると、これに対処すべき妥当な射出速度及びこの射出
速度を実現するために要する流量とそのための調節量並
びに制御電流の大きさ等を、予じめ組込まれているプロ
グラムにより計算し、決定された制御電流を流して、流
量調節バルブ４の電磁弁を開閉調節して、流量を制御す
る。なおこの制御は、デジタル的にもアナログ的にもで
きる。

また、第２図に示すように、ノズル５には、樹脂を射出
するための管路１０が、その内部を貫通し、管路１０内
には、温度センサー８の一部が露出している。管路１０
の直径は、通常５ｍｍ以下がよく、本実施例では、直径
が３．８ｍｍである。管路１０の長さは１通常５０〜１
５０ｍｍ程度であり、本実施例では、１００ｍｍとなっ
ている。ノズル５の前方には、分割型１１があり、ノズ
ル５に対向する位置には、射出０１２が形成され、内部
のキャビティ１３に連通している。

射出成形時には、ノズル５は、射出口１２に密接させら
れ、射出樹脂は、射出口１２より、キャどティ１３内へ
充填される。

次に、射出成形の工程を説明する。

射出開始時には、射出シリンダー１は８０’Ｏ、ノズル
５は、比較的高温であるが、スコ、−チ発生のおそれが
、全くない安全温度、１２０”Ｏに加熱されている。ま
た、分割型１１は、硬化反応が迅速かつ比較的均一に行
われるための適正温度、２゜ＯｏＣに加温されている。

射出条件は、射出速度２０ｃｃ／ｓ、射出圧力２００ｋ
ｇ／ｃｍ’とする（通常の射出速度は、１０〜５０　ｃ
　ｃ　／　ｓ　　であり、射出圧力は、成形機の性能に
より自由に変更できる）。なお、射出速度の検出には、
射出距離によってもよい。すなわち、射出プランジャー
の移動距＃／時間　を射出速度と見なして、射出プラン
ジャーの移動距離を検出することにより制御するもので
ある・ この条件で、射出を開始すれば、射出されるゴムは、ノ
ズル内において、管路１ｏを通過するとき、摩擦により
急速に発熱する。したがって、ノズル内を通過するゴム
は、通常５〜１０秒、本実施例では、５秒という短時間
で、安全に成形できるｍ産時の上限温度である１５０″
Ｃに到達する。

なお、射出されるゴムと常時直接接触している温度セン
サー８が、直接、ゴム温度を検知しており、量産時の上
限温度である１５０’０に到達すると、その旨の温度情
報を、流量調節バルブ４のルＩ御回路９にフィードバッ
クする。

すると、制御回路９が、制御電流を流して、ｔｆ、量調
節バルブ４を作動させて、流量を絞り、射出速度を下げ
る。

この結果、摩擦熱による内部発熱が減少し、ノズル内を
通過するゴムの温度を下げ、ｔ　ｓ　ｏ　’ｃより上昇
しないように規’ＡＦＪＩする。

逆に、上記温度制御により、ノズル内を通過するゴムの
温度が下がり続け、予じめ設定された下限温度、例えば
、１４５℃になると、再び、温度センサー８がこれを検
知し、その温度情報を、制御回路９にフィードバックし
、制御回路９が再び制御電流を流す。これにより、流量
調節バルブ４が作動して、電磁弁を開放し、流量を増大
させ、射出速度を上げる。

この結果、再び、摩擦が増大し、ノズル内を通過するゴ
ムの自己発熱も著しくなり、その温度が上昇する。

したがって、これを繰り返すことにより、ノズル内を通
過するゴムは、平均して、成形時の上限温度である、１
５０℃という、一定温度に維持されたまま、射出が続行
され、第４図のような温度変化パターン（Ｂ）を描いて
、約２０秒で、ゴムの射出を終了する。

なお、上限、下限等の設定温度は、成形樹脂の種類や組
成及び射出条件により、いうまでもなく、任意に決定で
きる。

一方、分割型ｌｌ内に充填されたゴムは、射出成形時に
、高温（１２０〜１５０℃）にされていることと、高い
型温により、比較的短時間の、約１４０秒で、急速に反
応をすることができる。

したがって、射出と硬化に要する合計時間を、約１６０
秒という短時間に短縮できるる。

なお、温度範囲がかなり広く、比較的ラフでよい場合に
は、流量調節のバルブ制御回路は、マイクロコンピュー
タ−による制御を省略できる。

すなわち、例えば上限温度を１５０℃、下限温度を１４
’Ｏ℃のように、上限温度と下限温度を、予じめ設定し
ておき、また、これに対応する射出速度及びこれに必要
な流量調節バルブの調節量を設定しておく、制御回路は
、温度センサーが検知する上限温度と下限温度の温度情
報により、流量調節バルブの調節量が切り換るようにな
っている。

例えば、ノズル内を通過するゴムの温度が、上昇を続け
て、上限温度の１５０℃に到達すると、これを温度セン
サーが検知し、その温度情報を、制御回路にフィードバ
ックする。すると制御回路は、流量調節バルブを作動さ
せて絞り、流量を減少する側に切り換る。これにより、
油圧室の油圧が減少し、射出速度も下がる。この結果、
摩擦熱による内部発熱が減少し、ノズル内を通過するゴ
ムの温度を下げ、１５０℃より上昇しないように規制す
る。

逆に、温度降下が進み、ノズル内を通過するゴムの温度
が下がり続け、予じめ設定された下限温度になると、再
び、温度センサーがこれを検知し、その温度情報を、制
御回路にフィードバックする。すると、再び、油圧を高
くして射出速度を上げる側に切り換り、流量調節バルブ
４を作動させ、流量弁を開放する。

この結果、再び、摩擦が増大し、ノズル内を通過するゴ
ムの、自己発熱が著しくなり、その温度が上昇する。

したがって、これを繰り返すことにより、ノズル内を通
過するゴムは、平均して成形時の上限温度に維持された
まま、射出が続行し、終了することができる。

この場合には、温度制御のための装置を低価格にできる
利益がある。

次に、第３図により、第２の発明の詳細な説明する。こ
の実施例は、冷却装置により、ノズルを強制冷却して、
ノズル内を通過するゴムの温度制御をするものである。

なお、第１実施例と共通する部分については、共通の符
号を使用する。

すなわち、前実施例同様に、温度センサー８設はり／　
スＪｌ／　５　（１）周囲を、ノズルジャケラ）１４が
被覆し、ノズルジャケット１４は、供給パイプ１５で冷
却装置１６に接続している。なお１７は、排出パイプで
ある。冷却装置１６には、常時水又は袖からなる、冷却
液が蓄えられている。

一方、温度センサー８は、制御回路１８に接続し、常時
ノズル内を通過するゴムの温度を検出して、この温度情
報を制御回路１８に送っている。

本実施例においては、射出速度等の射出条件は。

常に一定に保たれている。

したがって、当初、電熱等により、予じめ１２０°Ｃ程
度に加温されているノズルを使用して、射出を始めると
、摩擦によって、ノズル内を通過するゴムの温度が、急
速に上昇を始める。

安全に成形できる、量産時の上限温度である１５０°Ｃ
に到達する。すると、 一方、射出されるゴムと常時直接接触している、温度セ
ンサー８が、直接ゴムの温度を検知し、ゴムの温度を制
御回路１８にフィードバックする。

そこで、射出ゴムの温度が、安全に成形できる、量産時
の上限温度である１５０℃に到達すると、制御回路１８
は、図示しない冷却装置１６の調節弁を開放するように
作動させ、冷却液を供給パイプ１５を通して、ノズルジ
ャケット１４に供給する。これにより、ノズル５が急速
に冷却され、ゴム温度の上昇は止まり、降下し始める。

温度降下が進むと、再び、温度センサー８の検知した温
度情報を受けて、制御回路１８が 前記冷却装置１６の調節弁を閉じさせる。すると、射出
速度等の射出条件は、常に一定に保たれているから、摩
擦熱により、ゴムの温度が再び上昇し、所定温度に復帰
する。したがって、冷却液の供給と停止を反復して行う
ことにより、平均温度を所定温度に維持するように制御
できる。

（他の実施例） さらに、本発明は、射出中の、ノズルを通過する樹脂の
温度を、必ずしも一定とする必要がない。すなわち、第
４図に示す、曲線（Ａ）、（Ｃ）のような、温度変化パ
ターンにすることも任意にできる。

曲線（Ａ）は、前記従来例（ロ）と同様に、一定比率で
、樹脂の温度を上昇するものである。ただ、従来例（ロ
）とは、摩擦熱を利用し、かつ、その発生を制御しなが
ら、樹脂を加熱昇温させる点が異っている。このように
すれば、硬化反応の終期を一致させることができる。

なお、この場合の制御方法は、制御回路にマイクロコン
ピュータ−を組込んでおき、これに、予じめ、曲線（Ａ
）の温度変化パターンを記憶させておき、この温度変化
パターンからの、上下方向へのズレを常時検出させ、所
定のプログラムにより、射出速度等を制御すればよい。

また、曲線（Ｃ）は、はぼ（Ａ）に近似しているが、射
出終了直前において、樹脂温度を急上昇させるものであ
る。これは、特に熱硬化性樹脂の場合であって、金型の
注入口付近の成形不良を無くすため、特別硬化を早くす
るものである。

これらの温度制御パターンは、本発明の方法によれば、
いずれも容易に行うことができる。

なお、冷却液により、ノズル温度を制御する方法として
は、常時冷却液をノズルジャケットに循環させておき、
加熱されて戻って来た冷却液を、冷却用の水で冷却する
ようにしてもよい。

温度制御方法は、摩擦熱の発生量や、冷却程度、例えば
、上記方法による冷却液の冷却の制御を、同時、かつ、
連続的に制御するようにすることもできる。すなわち、
ノズル内を通過する樹脂の温度を、直接検出し、この検
出した温度情報を、常時、流量調節バルブとノズル温度
調節装置の制御回路にフィードバックさせ、かつ、制御
回路にマイクロコンピュータ−を組み込んでおき、フィ
ードノヘツクされた温度情報を変数とするプログラムに
より、時々刻々と変化する温度に対応して、温度上昇（
下降）速度、これに対処すべき妥当な射出速度及びこの
射出速度を実現するために要する流量とそのための調節
量並びに制御電流の大きさ等を演算し、油圧回路の流量
調節を連続的に行い、射出速度等を変化させ、摩擦熱の
発生を制御する。また、同様にして、冷却液を冷却する
冷却水の供給量を、連続的に制御することができる。

さらに、事前に実験を重ねて、ノズル内を通過する樹脂
の温度を、直接検出し、この検出した温度情報を、常時
、制御回路にフィードバックさせることにより、射出速
度等の制御パタ→ｉ記憶させた、制御プログラムを作成
しておき、実際の量産において、ノズル内を通過する樹
脂の温度を、直接検出することなく、このプログラムに
より制御させることもできる。

また、本発明を熱可塑性樹脂に適用できることは、もち
ろんである。この場合には、射出樹脂の温度が均一にな
るので、成形歪の少ない製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例の成形装置の断面図、第２
図は第１．の発明の実施例のノズルの断面図、第３図は
第２の発明の実施例の成形装置の断面図、第４図は温度
変化パターン例のグラフ、第５図は従来例の温度変化パ
ターンを示すグラフである。 符号の説明 １・・・・・・射出シリンダー、２・・・・・・スクリ
ュー、３・・・・・・油圧室、４・・・・・・流量調節
バルブ、５・・・・・・ノズル、６・・・・・・シリン
ダ一温度調節装置、７・・・・・・シリンダージャケッ
ト、８・・・・・・温度センサー、９・・・・・・制御
回路、１０・・・・・・管路、１１・・・・・・分割型
、１２・・・・・・射出口、１３・・・・・・キャビテ
ィ、１４・・・・・・ノズルジャケット、１５・・・・
・・供給パイプ、１６・・・・・・ノズル温度調節装置
、１７・・・・・・排出パイプ、１８・・・・・・制御
回路。 特許出願人　　大塚ゴム化学株式会社 第４図 １１１１＋ ・Ｃ１ぢ 始　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　了温 ・０度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出シリンダー先端にあるノズル内を通過する樹
   脂を、摩擦による自己発熱で加熱 させることにより、その温度を上昇させ、 かつ、ノズル内を通過する樹脂の温度変化 を、射出速度等の射出条件を制御すること により、所定の温度変化パターンに従うよ うにすることを特徴とする射出樹脂の温度 制御方法。
2. （２）射出シリンダー先端にあるノズル内を通過する樹
   脂を、摩擦による自己発熱で加熱 させることにより、その温度を上昇させ、 かつ、ノズル内を通過する樹脂の温度変化 を、ノズルを強制冷却して、所定の温度変 化パターンに従うよう制御することを特徴 とする射出樹脂の温度制御方法。