(57)【要約】【課題】加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを安定的かつ経済的に実現することができる樹脂射出成形機用の誘導加熱装置及び樹脂射出成形機を提供する。【解決手段】樹脂射出成形機用の誘導加熱装置は、電磁誘導コイルを有し、電磁誘導コイルの内側に挿入された電磁誘導コイルの内径よりも小さな外径の加熱シリンダに電磁誘導コイルを接触させずに着脱自在な状態で配置する配置機構を備える。【選択図】図２
2020044694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導コイルを有し、
前記電磁誘導コイルの内側に挿入された該電磁誘導コイルの内径よりも小さな外径の加熱シリンダに該電磁誘導コイルを接触させずに着脱自在な状態で配置する配置機構を備えることを特徴とする樹脂射出成形機用の誘導加熱装置。
【請求項２】
加熱シリンダと複数の加熱装置とを備える樹脂射出成形機であって、
前記樹脂射出成形機の先端側に配置された抵抗加熱装置と、
前記樹脂射出成形機の基端側に配置された、電磁誘導コイルを有する誘導加熱装置とを備え、
前記加熱シリンダの外径は前記電磁誘導コイルの内径よりも小さく、
前記電磁誘導コイルは、該電磁誘導コイルの内側に挿入された前記加熱シリンダに接触せずに着脱自在な状態で配置されていることを特徴とする樹脂射出成形機。
【請求項３】
請求項２に記載の樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルに供給される電流の周波数を変化させる周波数可変機構を備えることを特徴とする樹脂射出成形機。
【請求項４】
請求項２又は３の何れかに記載の樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルを冷却するコイル冷却機構を備えることを特徴とする樹脂射出成形機。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかに記載の樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルから発振される磁束の漏洩を防止するシールド機構を備えることを特徴とする樹脂射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂射出成形機用の誘導加熱装置及び樹脂射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱シリンダに取り付けた誘導加熱装置と抵抗加熱装置により、当該加熱シリンダ内の樹脂を溶融させて射出する射出装置が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の射出装置において、誘導加熱装置は電磁誘導コイルを内蔵しており、当該電磁誘導コイルに高周波電流を通電することによって加熱シリンダに誘導電流を発生させ、当該誘導電流と抵抗加熱装置の発生させる熱によって加熱シリンダを加熱することで、当該加熱シリンダ内の樹脂を溶融させて射出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】WO2005/046962
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような射出装置において、誘導加熱装置に用いる電磁誘導コイルが過熱した場合、コイル絶縁物の焼損などが発生し、誘導加熱装置の故障の原因となるため、誘導加熱装置に電磁誘導コイルを用いる樹脂射出成形機においては、電磁誘導コイルが過熱しないように保護する必要がある。
【０００６】
しかしながら特許文献１の誘導加熱装置においては、電磁誘導コイルと加熱シリンダとの間に断熱材が設けられているのみであり、電磁誘導コイルに対する熱対策が十分ではないため、加熱シリンダが高温となった際には、加熱シリンダからの伝熱により電磁誘導コイルが過熱してコイル絶縁物が焼損し、それに伴う誘導加熱装置の故障を生じさせる課題があった。
【０００７】
また、特許文献１の誘導加熱装置においては、電磁誘導コイルを加熱シリンダに接触させて取付けて用いるため、加熱シリンダの径の大きさに応じて個別に電磁誘導コイルを製作する必要があり、経済的でない。
【０００８】
以上の事情に鑑みて、本発明は、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを安定的かつ経済的に実現することができる樹脂射出成形機用の誘導加熱装置及び樹脂射出成形機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による樹脂射出成形機用の誘導加熱装置は、
電磁誘導コイルを有し、
前記電磁誘導コイルの内側に挿入された該電磁誘導コイルの内径よりも小さな外径の加熱シリンダに該電磁誘導コイルを接触させずに着脱自在な状態で配置する配置機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の樹脂射出成形機用の誘導加熱装置は、電磁誘導コイルを有している。そして、電磁誘導コイルの内径よりも小さな外径の加熱シリンダを該電磁誘導コイルに接触させることなく該電磁誘導コイルの内側に着脱自在な状態で保持する保持機構を備えている。
【００１１】
これにより、電磁誘導コイルと加熱シリンダとが接触しないので、加熱シリンダが高温となっても加熱シリンダからの伝熱により電磁誘導コイルが過熱することを防止でき、誘導加熱装置がコイル絶縁物の焼損によって故障する可能性を低減できる。
【００１２】
また、電磁誘導コイルの内径より小さな外径の加熱シリンダを、着脱自在な状態で保持することができるので、電磁誘導コイルの内径より小さな外径の加熱シリンダであれば、様々な径の加熱シリンダに用いることができ、経済的である。
【００１３】
このように、本発明の誘導加熱装置によれば、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを安定的かつ経済的に実現することができる樹脂射出成形機用の誘導加熱装置を提供することができる。
【００１４】
本発明による樹脂射出成形機は、
加熱シリンダと複数の加熱装置とを備える樹脂射出成形機であって、
前記樹脂射出成形機の先端側に配置された抵抗加熱装置と、
前記樹脂射出成形機の基端側に配置された、電磁誘導コイルを有する誘導加熱装置とを備え、
前記加熱シリンダの外径は前記電磁誘導コイルの内径よりも小さく、
前記電磁誘導コイルは、該電磁誘導コイルの内側に挿入された前記加熱シリンダに接触せずに着脱自在な状態で配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の樹脂射出成形機は、加熱シリンダと複数の加熱装置とを備える樹脂射出成形機であり、樹脂射出成形機の先端側には抵抗加熱装置が配置されており、樹脂射出成形機の基端側には誘導加熱装置が配置されている。
【００１６】
誘導加熱装置は、高周波を用いて抵抗加熱装置よりも急速に加熱することができる特性を有している。本構成の樹脂射出成形機によれば、抵抗加熱装置のみにより加熱する場合に比べて、加熱時間を短縮することができる。
【００１７】
そして、加熱シリンダの外径は電磁誘導コイルの内径よりも小さいものであり、電磁誘導コイルは、電磁誘導コイルの内側に挿入された加熱シリンダに接触せずに着脱自在な状態で配置されている。
【００１８】
これにより、電磁誘導コイルと加熱シリンダとが接触しないように配置できるので、加熱シリンダが高温となっても、加熱シリンダからの伝熱により電磁誘導コイルが過熱することを防止でき、誘導加熱装置がコイル絶縁物の焼損によって故障する可能性を低減できる。
【００１９】
また、電磁誘導コイルは、電磁誘導コイルの内側に挿入された電磁誘導コイルの内径より小さな外径の加熱シリンダに接触せずに着脱自在な状態で配置できるので、電磁誘導コイルの内径より小さな外径の加熱シリンダであれば、様々な径の加熱シリンダを適宜交換して用いることができ、経済的である。
【００２０】
このように、本発明の樹脂射出成形機によれば、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを安定的かつ経済的に実現することができる樹脂射出成形機を提供することができる。
【００２１】
本発明による樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルに供給される電流の周波数を変化させる周波数可変機構を備えることが好ましい。
【００２２】
本発明の樹脂射出成形機は、周波数可変機構を備えており、当該周波数可変機構は、電磁コイルに供給される電流の周波数を変化させることができる。
【００２３】
電磁コイルは、当該電磁誘導コイルに供給される電流の周波数が低くなるほど、被加熱材に対する誘導電流の浸透深さが深くなり、当該電磁誘導コイルに供給される電流の周波数が高くなるほど、被加熱材に対する誘導電流の浸透深さが浅くなる特性を有している。
【００２４】
本発明の樹脂射出成形機は、誘導加熱装置の電磁誘導コイルと加熱シリンダとが非接触であるので、当該電磁誘導コイルの内径よりも小さな外径の加熱シリンダであれば、様々な径の加熱シリンダを適宜交換して用いることができるところ、本発明の樹脂射出成形機が備える周波数可変機構により、加熱シリンダの径に応じて電磁誘導コイルに供給される電流の周波数を変更して、誘導電流の浸透深さを制御し、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを効率的に行うことができる。
【００２５】
このように、本発明の樹脂射出成形機によれば、加熱シリンダの径に応じて誘導電流の浸透深さを制御することで、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とを効率的に行うことができる樹脂射出成形機を提供することができる。
【００２６】
本発明による樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルを冷却するコイル冷却機構を備えることが好ましい。
【００２７】
本発明の樹脂射出成形機は、コイル冷却機構を備えており、当該コイル冷却機構は電磁誘導コイルを冷却する。
【００２８】
誘導加熱装置の電磁誘導コイルと加熱シリンダとが非接触である場合においても、被加熱材である加熱シリンダからの輻射熱及び電磁誘導コイル自体の加熱により、電磁誘導コイルが過熱となるおそれがある。
【００２９】
本発明の樹脂射出成形機が備える電磁誘導コイルを冷却するコイル冷却機構により、電磁誘導コイルが過熱となる可能性を効果的に低減でき、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出との安定性をより高めることができる。
【００３０】
このように、本発明の樹脂射出成形機によれば、電磁誘導コイルの過熱を効果的に防止し、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とをより安定的に実現することができる樹脂射出成形機を提供することができる。
【００３１】
本発明による樹脂射出成形機において、
前記誘導加熱装置は、前記電磁誘導コイルから発振される磁束の漏洩を防止するシールド機構を備えることが好ましい。
【００３２】
本発明の樹脂射出成形機は、シールド機構を備えており、当該シールド機構は、電磁誘導コイルから発振される磁束の漏洩を防止することができる。
【００３３】
樹脂射出成形機は様々なセンサーや計測機械により構成される精密機械であるので、電磁誘導コイルから発振される漏洩磁束を低減することが、センサーや計測機械の誤作動や故障を防止するうえで有効である。
【００３４】
本構成の樹脂射出成形機によれば、シールド機構が電磁誘導コイルから発振される磁束の漏洩を低減するので、樹脂射出成形機内のセンサーや計測機械の誤作動や故障が防止される。これにより、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とをさらに安定的に行うことができる。
【００３５】
このように、本発明の樹脂射出成形機によれば、電磁誘導コイルから発振される磁束の漏洩を低減し、加熱シリンダ内の樹脂の溶融と射出とをさらに安定的に実現することができる樹脂射出成形機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態の樹脂射出成形機の全体構成の一例を示すブロック図。
【図２】本実施形態の樹脂射出成形機の全体構成の一例を示す斜視図。
【図３】本実施形態の樹脂射出成形機の加熱装置の配置を示す参考図。
【図４】本実施形態の樹脂射出成形機の全体構成の変更例を示す斜視図。
【図５】加熱温度の測温点を示す参考図。
【図６】抵抗加熱時の加熱温度の経時変化を示す関係図。
【図７】誘導加熱時の加熱温度の経時変化を示す関係図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
まず、図１〜３を参照して、本実施形態の樹脂射出成形機用の誘導加熱装置及び樹脂射出成形機の全体構成について説明する。
【００３８】
本実施形態の樹脂射出成形機用の誘導加熱装置１は、図１に示すように電磁誘導コイル１１と高周波整合トランス１２と配置機構１３とを有している。
【００３９】
電磁誘導コイル１１は、例えば銅管をソレノイド状に巻き、表面に絶縁施工したコイルである。電磁誘導コイル１１に、高周波整合トランス１２を介して高周波誘導加熱電源２から供給される高周波電流が流されることにより、電磁誘導コイル１１の内側に磁束が発生する。この磁束により被加熱材である加熱シリンダ３の近傍は強磁界となり、電磁誘導作用により加熱シリンダ３が加熱される。そして、加熱シリンダ３内の樹脂などの溶融対象物が加熱溶融される。
【００４０】
高周波整合トランス１２は、電磁誘導コイル１１と高周波誘導加熱電源２との間に配置されている変流器である。電磁誘導コイル１１と高周波整合トランス１２とは、ブスバー導体１４により接続されている。高周波整合トランス１２と高周波誘導加熱電源２とは、電源ケーブルなどにより接続されている。
【００４１】
配置機構１３は、電磁誘導コイル１１の内側に挿入された当該電磁誘導コイル１１の内径よりも小さな外径の加熱シリンダ３に当該電磁誘導コイル１１を接触させずに着脱自在な状態で配置することができる部材である。配置機構１３は、例えば、固定用の板、シャフト、ボルト、ナットなどにより構成される。あるいは配置機構１３全体が一体的に形成されていてもよい。
【００４２】
配置機構１３を用いることにより、電磁誘導コイル１１と加熱シリンダ３とが接触しないように配置できるので、加熱シリンダ３が高温となっても、加熱シリンダ３からの伝熱により電磁誘導コイル１１が過熱することを防止でき、誘導加熱装置１がコイル絶縁物の焼損によって故障する可能性を低減できる。
【００４３】
そして、誘導加熱装置１は、電磁誘導コイル１１に供給される電流の周波数を変化させる周波数可変機構１５を備えている。周波数可変機構１５は、制御部１５１と出力部１５２と入力部１５３とを備えている。
【００４４】
制御部１５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置、メモリ、及びＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）デバイスなどにより構成されている。制御部１５１は、一のプロセッサにより構成されてもよく、相互通信可能な複数のプロセッサにより構成されてもよい。
【００４５】
出力部１５２は、樹脂射出成形機が作業者に出力する樹脂射出成形機の運転状況などの情報を表示する部分であり、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイである。これに加えて、スピーカ、サイレン、ブザー、警告灯などを備えていてもよい。
【００４６】
入力部１５３は、作業者による周波数の指定情報を含む情報の入力を受け付ける部分であり、たとえばダイヤル、スイッチ、キーボードあるいはマウス、タッチパッド又はタッチパネルその他のポインティングデバイスである。
【００４７】
電磁誘導に用いられるコイルは、当該コイルに供給される電流の周波数が低くなるほど、被加熱材に対する誘導電流の浸透深さが深くなり、当該コイルに供給される電流の周波数が高くなるほど、被加熱材に対する誘導電流の浸透深さが浅くなる特性を有している。
【００４８】
なお、電流浸透深さとは、被加熱材の内部に浸透した電流の大きさが、被加熱材の表面電流の３６．７％に減少するまでの深さであり、以下の式（１）により求められる。
【００４９】
【数１】
2020044694.tif 000003
【００５０】
ここで、
σ：電流浸透深さ［ｃｍ］
ｆ：周波数［Ｈｚ］
ρ：被加熱材の固有抵抗［μΩ・ｃｍ］
μ：透磁率［Ｈ・ｃｍ］
である。
【００５１】
本実施例においては、誘導加熱装置１の電磁誘導コイル１１と加熱シリンダ３とが非接触であるので、当該電磁誘導コイル１１の内径よりも小さな外径の加熱シリンダ３であれば、様々な径の加熱シリンダ３を適宜交換して被加熱材として用いることができる。
【００５２】
そして周波数可変機構を備えることにより、加熱シリンダ３の径に応じて電磁誘導コイル１１に供給される電流の周波数を変更して、誘導電流の浸透深さを制御し、加熱シリンダ３内の樹脂等の溶融と射出とを効率的に行うことができる。
【００５３】
また、誘導加熱装置１は、電磁誘導コイル１１を冷却するコイル冷却機構１１１を備えている。
【００５４】
誘導加熱装置１の電磁誘導コイル１１と加熱シリンダ３とが非接触である場合においても、被加熱材である加熱シリンダ３からの輻射熱及び電磁誘導コイル１１自体の加熱により、電磁誘導コイル１１が過熱となるおそれがある。
【００５５】
コイル冷却機構１１１は、例えば水冷式であり、電磁誘導コイル１１は例えば銅管で構成されており、当該銅管内部を冷却液が流れることにより、電磁誘導コイル１１に生じた熱を当該冷却液が吸収するので、電磁誘導コイル１１が過熱状態となることが防止される。電磁誘導コイル１１に生じた熱を吸収した冷却液は、冷却液クーラ１６により冷却された後に電磁誘導コイル１１の内部に流れ込み、電磁誘導コイル１１の冷却を繰り返す。
【００５６】
このように電磁誘導コイル１１を冷却するコイル冷却機構１１１を備えることにより、電磁誘導コイル１１が過熱となる可能性を効果的に低減でき、加熱シリンダ３内の樹脂の溶融と射出との安定性をより高めることができる。
【００５７】
冷却液クーラ１６は、誘導加熱装置１と一体的に形成されていてもよいし、誘導加熱装置１とは別個の装置として冷却液を流通させる配管などにより誘導加熱装置１と接続するように構成されていてもよい。
【００５８】
以上が、本実施形態の樹脂射出成形機用の誘導加熱装置１の説明である。
【００５９】
そして、本実施形態の樹脂射出成形機用は、誘導加熱装置１に加え、加熱シリンダ３と、抵抗加熱装置４とを備えている。
【００６０】
加熱シリンダ３は、内部が中空であり、当該中空部分には側面にらせん状の羽を有するスクリュー３１が挿入されている。そしてホッパ６などから加熱シリンダ３の内部に供給される樹脂などの溶融対象物が、当該スクリュー３１が回転することにより溶融されながら加熱シリンダ３の先端方向に移動し、加熱シリンダ３先端のノズルを通して型締機構５内の金型５１へと射出される。
【００６１】
加熱シリンダ３は、その中心が誘導加熱装置１の電磁誘導コイル１１に接触せずに当該電磁誘導コイル１１の中心に位置するように配置されている。
【００６２】
抵抗加熱装置４は、加熱シリンダ３の一部の外周面の全周に密着するように設置された伝熱方式の加熱装置であり、例えばバンドヒーターである。本実施例においては、図３に示すように抵抗加熱装置４は２つ（４ａ、４ｂ）配置されている。なお、抵抗加熱装置４は１つであってもよいし、３つ以上配置されていてもよい。
【００６３】
次に、図４を用いて本実施形態の樹脂射出成形機の全体構成の変更例について説明する。
【００６４】
変更例の実施形態において誘導加熱装置１は、電磁誘導コイル１１から発振される磁束の漏洩を防止するシールド機構７を備えている。
【００６５】
シールド機構７は、例えば銅版で構成されており、誘導加熱装置１を加熱シリンダ３の先端側で覆う第１シールド機構７ａと加熱シリンダ３の基端側で覆う第２シールド機構７ｂとで挟み込むように配置されている。
【００６６】
第１シールド機構７ａは、加熱シリンダ３が貫通する貫通孔８を有している。
【００６７】
樹脂射出成形機は様々なセンサーや計測機械により構成される精密機械であるので、電磁誘導コイル１１から発振される漏洩磁束を低減することが、センサーや計測機械の誤作動や故障を防止するうえで有効である。
【００６８】
本構成の樹脂射出成形機によれば、シールド機構７が電磁誘導コイル１１から発振される磁束の漏洩を低減するので、樹脂射出成形機内のセンサーや計測機械の誤作動や故障が防止される。これにより、加熱シリンダ３内の樹脂の溶融と射出とをさらに安定的に行うことができる。
【００６９】
あるいは、誘導加熱装置１は、通電中の電磁誘導コイル１１に作業者が接触することを防止するための第３シールド機構７ｃを備えることとしてもよい。
【００７０】
これにより、作業者の作業中の安全性を高めることができるので、加熱シリンダ３内の樹脂の溶融と射出とを安全に行うことができる。
【００７１】
第３シールド機構７ｃは、誘導加熱装置１を両側面から挟み込むように配置されている。第３シールド機構７ｃは、絶縁素材であればよく、たとえばポリエステルガラスマット積層板などで構成される。
【００７２】
続いて、図５〜７を参照して、抵抗加熱時と誘導加熱時との加熱シリンダ表面１０２及びスクリュー表面１０３の加熱温度を測温した結果について説明する。
【００７３】
図５に示すような構成で、抵抗加熱時と誘導加熱時との加熱シリンダ表面１０２及びスクリュー表面１０３の加熱温度を測温した。図５（ａ）は、スクリュー３１が挿入された状態の加熱シリンダ３を上方から見た図であり、図５（ｂ）は、スクリュー３１が挿入された状態の加熱シリンダ３の断面図である。図５（ｂ）に示すように、加熱装置１０１として、抵抗加熱時には抵抗加熱装置４を、誘導加熱時には電磁誘導コイル１１をそれぞれ用いて加熱試験を行った。
【００７４】
抵抗加熱時の加熱温度の経時変化を図６に、誘導加熱時の加熱温度の経時変化を図７にそれぞれ示す。試験条件としては、同じ出力電力（５ｋＷ）での比較となる。また、誘導加熱時の周波数は８ｋＨｚで加熱した。
【００７５】
誘導電流の浸透深さが有効に働き、誘導加熱の方が、スクリュー３１は効率的に加熱され、加熱シリンダ３とスクリュー３１との間の温度差が小さくなることが確かめられた。また誘導加熱の急速加熱特性により、各被加熱材の放熱分も少なく抑えることができる。
【００７６】
スクリュー３１は、加熱シリンダ３内の樹脂をかき混ぜ、せん断発熱を発生させることで樹脂の溶融を促進させる。すなわち樹脂の可塑化に寄与するため、スクリュー３１自体の効率的な加熱は樹脂の溶融に非常に有効である。また、これは被加熱材表面からの伝熱のみで加熱を進行させる抵抗加熱方式には無い特性である。
【００７７】
以上述べてきたように、本発明によれば、加熱シリンダ３内の樹脂の溶融と射出とを安定的かつ経済的に実現することができる樹脂射出成形機用の誘導加熱装置及び樹脂射出成形機を提供することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について図面を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００７９】
例えば、十分な冷却性能が得られるのであれば、電磁誘導コイル１１のコイル冷却機構１１１は空冷式でもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…誘導加熱装置、２…高周波誘導加熱電源、３…加熱シリンダ、４…抵抗加熱装置、５…型締機構、６…ホッパ、７…シールド機構、８…貫通孔、１１…電磁誘導コイル、１２…高周波整合トランス、１３…配置機構、１４…ブスバー導体、１５…周波数可変機構、１６…冷却液クーラ、３１…スクリュー、５１…金型、１１１…コイル冷却機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020044694.tif 000008
【図６】
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【図７】
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