(57)【要約】 【課題】加熱筒内を真空状態にして材料からガスや水分を吸引する射出成形機において、エネルギー効率を改善することができる射出成形機および射出成形機の制御方法を提供する。【解決手段】 射出装置１３の加熱筒２３内で材料を溶融し、溶融した材料を成形金型１９，２０のキャビティ２１内で固化させて成形品を成形する射出成形機１１において、加熱筒２３内を真空状態にする真空吸引機構３８と、加熱筒２３を加熱する誘導加熱装置４２とが備えられ、誘導加熱装置４２により材料を昇温させ溶融開始させる。【選択図】図１
2010208263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出装置の加熱筒内で材料を溶融し、溶融した材料を成形金型のキャビティ内で固化させて成形品を成形する射出成形機において、
加熱筒内を真空状態にする真空吸引機構と、
加熱筒を加熱する誘導加熱装置と、が備えられたことを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
前記誘導加熱装置は、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
射出装置の加熱筒内で材料を溶融し、溶融した材料を成形金型のキャビティ内で固化させて成形品を成形する射出成形機の制御方法において、
加熱筒内を真空吸引機構により真空吸引するともに、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられた誘導加熱装置により材料を昇温させ溶融開始させることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項４】
前記材料は、未乾燥の樹脂材料であることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では、射出装置の加熱筒内で材料が溶融されるが、その際にガスや水分が発生する。前記ガスや水分が混入した状態の材料を成形金型のキャビティ内で固化させて成形品を成形するとシルバーストリーク等の不良や、金型内にガス成分が付着するといった問題が発生する。前記問題を解決するために特許文献１では、加熱筒の落下口を介して上部からガスや水分を真空吸引している。そして特許文献１では、加熱筒後部ゾーンの設定温度を高く設定し、加熱筒後部内で材料を早期に溶融させることにより、ガスや水分の吸引を容易にしている。
【０００３】
一方材料を供給する射出装置のハウジング部は、材料が溶融して付着することを防止するため、一定温度以下に温調する必要がある。そのためハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンは、熱容量の大きいハウジング部に最も熱を奪われることになる。また加熱筒後部ゾーンは、供給された材料を最初に急昇温させるソーンであるので、最も熱量を必要とする。特に特許文献１の射出成形機では、加熱筒後部ゾーンの設定温度が通常の射出成形機よりも高く設定されているので、前記加熱筒後部ゾーンを設定温度に維持するためにより一層多くの熱量が必要であった。
【０００４】
また従来の射出装置の加熱筒では、各ゾーンに抵抗発熱する電気ヒータが用いられている。しかし電気ヒータは、加熱筒表面からの放熱量が大きく、内部の材料を溶融するためにはエネルギー効率が悪いという問題があった。そして特に特許文献１のように前記加熱筒後部ゾーンの温度を通常よりも高温に維持するためには、電気ヒータでの加熱は、エネルギー効率が非常に悪かった。そしてその傾向は加熱筒後部ゾーンの設定温度をより一層高温にする必要がある樹脂材料ほど顕著であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２４４７号公報（請求項１、請求項２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では上記の問題を鑑みて、加熱筒内を真空状態にして材料からガスや水分を吸引する射出成形機において、エネルギー効率を改善することができる射出成形機および射出成形機の制御方法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】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の射出成形機は、射出装置の加熱筒内で材料を溶融し、溶融した材料を成形金型のキャビティ内で固化させて成形品を成形する射出成形機において、加熱筒内を真空状態にする真空吸引機構と、加熱筒を加熱する誘導加熱装置と、が備えられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の射出成形機は、請求項１において、誘導加熱装置は、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の射出成形機の制御方法は、射出装置の加熱筒内で材料を溶融し、溶融した材料を成形金型のキャビティ内で固化させて成形品を成形する射出成形機の制御方法において、加熱筒内を真空吸引機構により真空吸引するともに、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられた誘導加熱装置により材料を昇温させ溶融開始させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の射出成形機の制御方法は、請求項３において、前記材料は、未乾燥の樹脂材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の射出成形機は、加熱筒内を真空状態にする真空吸引機構と、加熱筒を加熱する誘導加熱装置を備えているので、エネルギー効率を改善することができる。また本発明の射出成形機の制御方法についても、加熱筒内を真空吸引機構により真空吸引するともに、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられた誘導加熱装置により材料を昇温させ溶融開始させるので、加熱筒後部ゾーンを一般的な射出成形方法よりも高温としてもエネルギー効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１の射出成形機の概略説明図である。
【図２】図２は、実施例１の射出成形機の加熱筒後部の拡大断面図である。
【図３】図３は、実施例１の射出成形機の加熱筒の温度設定値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の射出成形機は、ハウジング部に設けられた落下口およびフィードスクリュの搬送筒に設けられた開口部を介して加熱筒内を真空吸引する真空吸引機構と、加熱筒を加熱する誘導加熱装置とを備えている。そして前記真空吸引機構により加熱筒内を真空吸引するともに、ハウジング部に隣接する加熱筒後部ゾーンに設けられた誘導加熱装置により樹脂等の材料を昇温させ溶融開始させることにより、エネルギー効率を改善し、加熱筒後部ゾーンの温度を安定的に維持することができる。そして材料は、成形品や材料の種類によっては未乾燥の樹脂材料を用いてもよく、その場合は乾燥機の設置コストや乾燥機に要する消費電力を削減することができるので更なる経費削減が可能となる。
【実施例１】
【００１４】
図１に示されるように射出成形機１１の図示しないベッド上には、型締装置１２と射出装置１３が配置されている。型締装置１２は、固定盤１４と受圧盤１５の間にはタイバ１６が挿通され、タイバ１６には可動盤１７が摺動自在に設けられている。そして受圧盤１５に設けられた型締機構１８のラムは可動盤１７の背面に固定されている。また固定盤１４には成形金型の固定金型１９が取付けられ、可動盤１７には成形金型の可動金型２０が取付けられ、前記固定金型１９と可動金型２０が型閉された際にキャビティ２１が形成されるようになっている。なお型開閉機構を含む型締機構は、トグル機構等の他のタイプのものでもよい。
【００１５】
射出装置１３には、スクリュ２２を内蔵した加熱筒２３が固定されたハウジング部２４が設けられている。ハウジング部２４の上部中央には樹脂等の材料を供給する落下口２５が設けられ、加熱筒２３の落下口と連設されている。ハウジング部２４の上部には、縦方向の供給筒を介して、水平方向にフィードスクリュ２６の搬送筒２７が設けられている。ハウジング部２４には冷却流路２８が設けられ、温調装置２９から冷却媒体が送られるようになっている。またハウジング部２４と加熱筒２３の間に断熱材を設けることも想定される。スクリュ２２は、フィードゾーン２２ａ、コンプレッションゾーン２２ｂ、およびメタリングゾーン２２ｃの各ゾーンからなり前方には逆流防止弁とスクリュヘッドが設けられている。スクリュ２２の後端の軸部２２ｄと加熱筒２３の内孔の間は、シール部材３０によりシールされている。またスクリュ２２の後端は図示しないスリーブ部を介して計量用モータ３１に接続され、計量用モータ３１の回転によりスクリュ２２が回転されるようになっている。また公知のように射出装置１３には、図示しない射出用モータやその駆動機構、プッシャープレート部等が設けられ、スクリュ２２は前後進移動も可能となっている。
【００１６】
フィードスクリュ２６の搬送筒２７の後部にはフィードスクリュ２６を回転させるモータ３２が設けられ、搬送筒２７の上面の後側には、供給筒３３が接続されている。供給筒には、上部シャッタ３４ａと下部シャッタ３４ｂが設けられ、供給筒３３は、上部シャッタ３４ａと下部シャッタ３４ｂにより、上部室、中間室、下部室に分かれている。そして供給筒３３は、材料供給時にも加熱筒内（フィードスクリュ２６が収められる搬送筒２７内を含む）が常時真空状態となるように設けられている。またフィードスクリュ２６の搬送筒２７の上面の前側には、真空吸引手段の開口部３５が設けられ、開口部３５に取付けられた管路３６と開閉弁３７等を介して真空吸引手段の真空ポンプ３８に接続されている。また真空吸引手段は、図示しないフィルタ、サイレンサ、脱臭装置等を備える。なお真空吸引手段の開口部３５は、加熱筒後部ゾーン２３ａよりも後方に設けられていることが、溶融樹脂による目詰まりを回避するために望ましい。一例として開口部は、加熱筒後端（スクリュ２２の軸部２２ｄと加熱筒２３の間）や、ハウジング部２４に設けてもよい。
【００１７】
加熱筒２３は所定肉厚の円筒状の窒化鋼（導電材料）からなっている。そして加熱筒２３の前方にはシリンダヘッド３９が固定され、シリンダヘッド３９にはノズル４０が固定されている。実施例１では、加熱筒後部ゾーン２３ａ、加熱筒中部ゾーン２３ｂ、加熱筒前部ゾーン２３ｃ（シリンダヘッド３９を含む）、およびノズルゾーン４０ａというように温度制御ゾーンが区分され、別々の温度に制御可能となっている。なお計量時にスクリュ２２は前後進移動するが、加熱筒後部ゾーン２３ａはスクリュ２２のフィードゾーン２２ａにほぼ対応し、加熱筒中部ゾーン２３ｂは、スクリュ２２のコンプレッションゾーン２２ｂにほぼ対応し、加熱筒前部ゾーン２３ｃは、スクリュ２２のメタリングゾーン２２ｃにほぼ対応している。そして加熱筒中部ゾーン２３ｂ、加熱筒前部ゾーン２３ｃ、およびノズルゾーン４０ａについては、通常の抵抗加熱により発熱するバンドヒータ４１（電気ヒータ）が取付けられている。また加熱筒後部ゾーン２３ａには、誘導加熱装置４２が取付けられている。そして射出成形機１１にはコントローラ４３が設けられ、前記コントローラ４３から前記温調装置２９、誘導加熱装置４２の制御装置４４、バンドヒータ４１の切換スイッチ４５等に信号線が接続されている。また加熱筒２３の各ゾーン２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等には図示しない熱電対が設けられ、検出された温度が前記コントローラ４３へ送られ、加熱筒２３の温度はクローズドループ制御（ＰＩＤ制御）されるようになっている。更に前記温調装置２９、バンドヒータ４１、および誘導加熱装置４２は、電源４６から電力線が接続され通電される。なお各ゾーンにおけるバンドヒータ４１の数は１個に限定されない。またゾーンの数も上記に限定されない。
【００１８】
図２に示されるように誘導加熱装置４２は、加熱筒２３の外周面に圧搾エアを流通させるための凹溝４７が形成されている。実施例１では前記凹溝４７は、螺旋状に形成されているが後述する螺旋状に巻かれるコイル４８の巻方向とクロスするように逆ネジ方向に形成されている。前記凹溝４７は、コイル４８の方向と重ならないことが冷却流路５１の断面積を確保する上で望ましく、加熱筒２３の長手方向に沿って凹溝を設けても良い。そして冷却装置５０は、前記凹溝４７のハウジング部側については、ホースを介して圧搾エアの供給装置５２に接続され、ノズル側は外気に開放されている。
【００１９】
前記加熱筒２３には断熱材４９が巻かれている。断熱材４９は４００℃程度の高温に耐えられる材質であり、厚さが５〜３０ｍｍ程度に巻かれている。なお断熱材４９は前記厚みのものを１層に巻いてもよく、薄いものを複層に巻いても良い。そして前記凹溝４７と断熱材４９により冷却装置５０の冷却流路５１が形成されている。前記断熱材４９の外周表面には前記コイル４８が螺旋状に巻かれている。コイル４８は導電線４８ａに耐熱性の絶縁層４８ｂが被覆されている。コイル４８は、前記制御装置４４に接続され、制御装置４４で生成された高周波電流が通電可能となっている。
【００２０】
なお誘導加熱装置４２の冷却装置５０は必須ではないが、断熱材４９が巻かれた加熱筒２３は、降温が遅くなるので、冷却装置５０を用いることにより冷却を促進することが出来る。実施例１の冷却装置５０は、断熱材４９と加熱筒２３の凹溝４７の間に形成される冷却流路５１に圧搾エアを送るようにしたことにより、設備を簡略化できる。また別の冷却装置の方式としては金属パイプに圧搾エアや冷却水等の冷却媒体を通すようにしてもよい。更にまた加熱筒後部ゾーン２３ａに設けられる誘導加熱装置４２のコイル４８や冷却装置５０は、１系統のものに限定されず、２系統以上のものでもよい。
【００２１】
次に図３により射出成形機１１の制御方法について説明する。射出成形機１１は、通常の射出成形機と比較して、加熱筒後部ゾーン２３ａとハウジング部２４の設定温度が高く設定されている。具体的には加熱筒後部ゾーン２３ａは、加熱筒中部ゾーン２３ｂと同温に設定されている。また加熱筒後部ゾーン２３ａの温度は、一例として望ましくは加熱筒中部ゾーン２３ｂに対してプラスマイナス２０℃以内、更により望ましくはプラスマイナス１０℃以内の範囲で設定される。加熱筒後部ゾーン２３ａの温度を比較的高く設定する理由は、加熱筒後部ゾーン２３ａで樹脂材料を早期に溶融させることにより、ガスや水分を早期に誘発させ真空吸引を容易にするためである。またハウジング部２４の設定温度を高くする理由は、発生した水分が、ハウジング部２４で冷やされて結露することを防止することが主な目的である。
【００２２】
そして実施例１では加熱筒後部ゾーン２３ａの加熱は、誘導加熱装置４２により行う。誘導加熱装置４２のコイル４８に、制御装置４４から高周波電流を通電させ、加熱筒２３に誘導電流を発生させることにより、加熱筒２３の実肉部から発熱させる。そのためバンドヒータ４１を用いた際のように加熱筒２３の表面側から内部に向けて温度が低下する熱分布となることはなく、高温域までの昇温および維持が可能である。そしてまた断熱材４９により加熱筒２３からの放熱が抑制されている。実施例１の誘導加熱装置４２は、コイル４８に送られる高周波の周波数を制御装置４４で生成および制御している。しかしコイルに送られる電流値を制御するものでもよく、バンドヒータ４１と同様にスイッチ４５等により高周波電流をＯＮ、ＯＦＦ制御するタイプのものでもよい。
【００２３】
そして加熱筒内は真空吸引機構の真空ポンプ３８により常時吸引され真空状態となっている。その真空度は、一例としてゲージ圧（大気圧基準）で−９０ｋＰａ以下（絶対圧基準では１１．３３ｋＰａ）〜−１０１ｋＰａ以下（絶対圧基準では０．３３ｋＰａ）となっている。そして実施例１では、乾燥装置は設けられておらず、供給筒３３およびフィードスクリュ２６を通じて未乾燥の樹脂材料（一例としてポリカーボネート）が供給される。加熱筒内のスクリュ２２の溝部への樹脂材料の供給は、計量中に行われ、フィードスクリュ２６により供給量が絞られるように制御して行われる（加熱筒内が飢餓状態となるように供給される）。そしてスクリュ２２の溝部（スクリュ軸２２ｈ）へ供給された樹脂材料は、計量用モータ３１の駆動によりスクリュ２２が回転され、飢餓状態でフィードゾーン２２ａからコンプレッションゾーン２２ｂへ向けて送られる。そしてメタリングゾーン２２ｃへ送られる際に更にせん断発熱されスクリュ２２の前方へ送られる。そして飢餓状態で計量を行った場合、前記のように供給量を制限された樹脂材料は、フィードゾーン２２ａにおいてはスクリュ２２のフライト２２ｅの前面２２ｆ側沿って移動され、スクリュ２２のフライト２２ｅの後面２２ｇ側は空間か或いは樹脂材料が疎らな状態となる。そしてフィードゾーン２２ａにおけるスクリュ軸２２ｈの太さは均等であるので、樹脂材料はスクリュ回転によるせん断発熱の影響をほとんど受けずに、もっぱら加熱筒２３からの熱により昇温され溶融される。
【００２４】
そして前記のように加熱筒後部ゾーン２３ａは、通常の射出成形機の加熱筒後部ゾーンの設定温度よりも高く設定されているので、この部分で樹脂材料が溶融開始される。この際に加熱筒後部ゾーン２３ａは、誘導加熱装置４２を用いて加熱を行っており、加熱筒２３の板厚部分の内部から昇温され断熱材４９により放熱が防止されるので、バンドヒータ４１を用いた場合の３０〜７０％の消費電力で安定した昇温および維持が可能となる。そして未乾燥の樹脂材料（常温）であっても良好に昇温させることができる。なお未乾燥の樹脂材料の場合は、乾燥された樹脂材料よりも溶融された際に多くの水分が発生する。しかし前記樹脂材料から発生した水分やガスは、前記のようにスクリュ２２のフライト後面２２ｇ側に形成された空間を介して後方へ送られ、更に落下口２５、開口部３５、管路３６等を介して真空ポンプ３８によって真空吸引される。そして計量工程によりスクリュ２２の前方へ溶融樹脂が貯留されると次に図示しない射出用モータが作動して、型締装置１２によって型締された固定金型１９と可動金型２０の間のキャビティ２１内に射出される。そして成形された成形品は水分が除去されていることにより、シルバーストリーク等の不良がほとんどなく、成形金型１９，２０のキャビティ２１等にもガスが付着しにくい。
【００２５】
また成形作業を中断する際や、加熱筒２３の設定温度が低くてよい樹脂材料に変更する際には、誘導加熱装置４２のコイル４８への通電を停止するとともに、加熱筒後部ゾーン２３ａを冷却する。加熱筒後部ゾーン２３ａの冷却は、冷却装置５０の冷却流路５１に圧搾エアを送ることにより行う。その際にハウジング部２４の側から行うことにより、加熱筒後部ゾーン２３ａの温度分布はハウジング部２４の側が低温となり望ましい温度カーブとなる。また場合によっては加熱筒後部ゾーン２３ａの前方側からも圧搾エアを送って温度調整可能としてもよい。
【００２６】
なお本発明では、加熱筒中部ゾーン２３ｂ、加熱筒前部ゾーン２３ｃ、およびノズルゾーン４０ａも誘導加熱装置とすることを除外するものではないが、少なくとも加熱筒後部ゾーン２３ａには誘導加熱装置４２を設けることが望ましい。そして実施例１で加熱筒後部ゾーン２３ａのみに誘導加熱装置４２を設けたのは次の理由による。まず第１の理由としては、バンドヒータ４１と比較して誘導加熱装置４２のほうが装置のコストが高いので、多くのゾーンを誘導加熱装置４２とするとコストが上昇するという点が上げられる。次に第２の理由としては、加熱筒後部ゾーン２３ａが最も電力を消費するゾーンである点が上げられる。例えば加熱筒内を真空状態として加熱筒後部ゾーン２３ａを加熱筒中部ゾーン２３ｂと同じか近い温度にする場合、全てのゾーンをバンドヒータ４１とした場合には、ノズル４０を含む加熱筒全体を加熱するための消費電力の約３０〜６０％程度が加熱筒後部ゾーン２３ａの加熱のために消費される。従って加熱筒後部ゾーン２３ａに誘導加熱装置４２を設けることが省エネ効果の点で最も効果的であり、バンドヒータ４１の場合と比較して加熱筒後部ゾーン２３ａの消費電力を３０〜６０％程度削減できる。更に第３の理由としては、加熱筒前部ゾーン２３ｃ等は設定温度が更に高く、また、熱を奪われるハウジング部２４に隣接していないので、誘導加熱装置４２に大掛りな冷却装置５０を設けないと良好に冷却できないという点があげられる。その点加熱筒後部ゾーン２３ａは、ハウジング部２４に隣接しており、加熱筒前部ゾーン２３ｃと比較すると設定温度も低いので、冷却装置５０により温度を低下させやすく、冷却装置５０は、比較的簡便な圧搾エアによるものでも十分である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の射出成形機１１については、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＰＳといった設定温度が高温（一例として加熱筒後部ゾーン２３ａの設定温度が２２０℃以上）のものほど省エネ効果が大きいが、使用される樹脂材料は限定されない。また射出成形機１１は、スクリュ径４５ｍｍ以上といった中型以上のものほど肉厚の加熱筒２３を均一に昇温する省エネ効果が大きいが、射出成形機のサイズは限定されない。また射出成形機は、射出機構にプランジャを用いたものでもよく、その場合は可塑化装置である加熱筒後部ゾーンに誘導加熱装置４２が取付けられる。また射出装置は縦型のものでもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１１    射出成形機
１３    射出装置
２２    スクリュ
２２ａ    フィードゾーン
２２ｂ    コンプレッションゾーン
２２ｃ    メタリングゾーン
２３    加熱筒
２３ａ    加熱筒後部ゾーン
２３ｂ    加熱筒中部ゾーン
２３ｃ    加熱筒前部ゾーン
３８    真空ポンプ（真空吸引機構）
４１    バンドヒータ
４２    誘導加熱装置
４７    凹溝
４８    コイル
４９    断熱材
５０    冷却装置
５１    冷却流路
【図１】
2010208263.tif 000003
【図２】
2010208263.tif 000004
【図３】
2010208263.tif 000005