(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融材料を搬送するスクリュフライト部を有するスクリュと、
前記スクリュの、前記スクリュフライト部に対して前記溶融材料の搬送方向の上流側の位置に設けられ、前記スクリュの温度を制御するペルチェ素子と、を備え、
前記スクリュは、前記搬送方向の上流側の端部と前記スクリュフライト部との間の軸部分に、前記スクリュの軸方向に直交する断面が多角形状をなす素子支持部を有し、該素子支持部の外周面に前記ペルチェ素子が配置されている、射出成形機のスクリュ温度制御装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子には放熱フィンが設けられている、請求項１に記載の射出成形機のスクリュ温度制御装置。
【請求項３】
前記スクリュの温度を検出する温度検出部を備え、
前記ペルチェ素子は、前記温度検出部による検出温度に基づいて前記スクリュの温度を制御する、請求項１または２のいずれか１項に記載の射出成形機のスクリュ温度制御装置。
【請求項４】
射出成形機から離れて設置され、前記ペルチェ素子を制御する制御部と、
前記温度検出部及び前記ペルチェ素子と電気的に接続され、前記制御部と非接触で信号を送受信する信号伝送部と、
前記制御部と電気的に接続され、前記信号伝送部に非接触で電力を供給する電源部と、
を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機のスクリュ温度制御装置。
【請求項５】
溶融材料を搬送するスクリュフライト部を有するスクリュの温度を、前記スクリュの、前記スクリュフライト部に対して前記溶融材料の搬送方向の上流側の位置に設けられたペルチェ素子によって制御するスクリュ温度制御方法であって、
前記搬送方向の上流側の端部と前記スクリュフライト部との間の軸部分に、前記スクリュの軸方向に直交する断面が多角形状をなす素子支持部を有し、該素子支持部の外周面に前記ペルチェ素子が配置された前記スクリュを用いることを特徴とするスクリュ温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機のスクリュの温度を制御するために用いられるスクリュ温度制御装置、及びスクリュ温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では、ホッパ部からシリンダ内に投入された樹脂材をシリンダ内で回転するスクリュによってスクリュの軸方向に搬送するために、樹脂材とスクリュの外周面との間で生じる摩擦抵抗と、樹脂材とシリンダの内周面との間で生じる摩擦抵抗との差を利用している。そして、シリンダ内で回転するスクリュによって樹脂材を正常に搬送するために、樹脂材とシリンダの内周面との間の摩擦抵抗よりも、樹脂材とスクリュの外周面との間の摩擦抵抗が小さくなるようにスクリュの温度を制御することで、スクリュの外周面に溶融した樹脂材が付着するのを防止する必要がある。これを防止するため、樹脂材の搬送方向の上流側の端部である、少なくともシリンダの基部において、スクリュの温度がシリンダの温度よりも相対的に低くなっていることが望ましい。
【０００３】
従来、射出成形機では、スクリュの温度を制御するための種々の構成が提案されている。従来の射出成形機では、シリンダの温度のみを制御することで、溶融した樹脂材やスクリュの温度の安定化を図る構成が知られている。しかし、スクリュは、シリンダとは別部材で形成されており、スクリュがシリンダに対して相対位置が変動させる構成部材であるので、シリンダの温度が制御された状態であっても、スクリュの温度が適切に制御されていることにはならない。
【０００４】
ホッパ部近傍では、シリンダの温度よりもスクリュの温度が高くなっており、シリンダに接する箇所よりも、スクリュに接する箇所で先に樹脂材の溶融が始まった場合、溶融した樹脂材がスクリュのスクリュフライト部に付着してスクリュと一体的に回転してしまい、樹脂材がスクリュの軸方向に送られなくなるという問題が生じる。
【０００５】
したがって、シリンダの温度を制御することでスクリュの温度をある程度制御することが可能であっても、実際には、スクリュの温度がシリンダの温度に伴って制御されるだけでは不十分である。このため、シリンダの温度とは別に、スクリュの温度を安定的に制御することが望まれている。
【０００６】
一方、射出成形機の各部の温度を制御する構成としては、シリンダの温度や成形金型の温度を制御する構造が周知であるが、スクリュの温度を直接的に制御する構造は実現されていない状況にある。その原因は、スクリュが、シリンダや成形金型のように射出成形機に固定的に装着された部材とは大きく異なり、スクリュ自体が射出成形機に対して直線移動や回転移動を行うという複雑な構造を有している点にある。
【０００７】
つまり、シリンダや成形金型のように射出成形機に固定された部材の温度を制御する場合には、各部材のそれぞれにヒータや、通水する流路、種々の温度センサを設けることで、各部材の温度を比較的容易に制御することができる。しかしながら、シリンダの内部に組み込まれ、かつ、射出成形機に対して直線移動や回転移動を行うスクリュの温度を制御する場合には、スクリュにヒータや、通水する流路、温度センサ等を取り付ける構造が難しい。加えて、スクリュが移動する構造であるので、温度センサと、射出成形機や外部制御装置との間で、機械的及び電気的な接続を確保する上で様々な問題が生じてしまう。
【０００８】
スクリュの温度を制御するための種々の構成としては、以下の例えば特許文献１〜３に
記載の構成が提案されている。
【０００９】
特許文献１には、スクリュの内部に、スクリュの基部からスクリュの軸方向に沿って流路が設けられ、この流路に連通された細管からスクリュの内部に冷媒流体を供給することでスクリュを冷却する構造を備える構成が開示されている。この構成では、スクリュの基部の温度を検出する温度センサを有し、温度センサによって検出される検出温度が予め設定された温度になるように、冷媒流体の流量及び温度を制御する制御部を備えている。また、この構成では、温度センサと制御部との間の信号の授受を、テレメータ送信機を用いて行っている。
【００１０】
特許文献２には、シリンダの基部の温度制御用のウォータジャケットと独立して、スクリュの温度制御を行うための専用のウォータジャケットを個別に備えており、シリンダの基部の温度と独立してスクリュの温度を制御する構成が開示されている。この構成では、上述の特許文献１のようにスクリュの内部に冷媒流体を供給する構造に比べて、構造が単純になり、射出成形機の取り扱い性が優れている。
【００１１】
また、成形材料として金属材を射出する射出成形機としても、特許文献３に、スクリュの後端部から固体輸送部の内部に冷却媒体を供給する技術や、スクリュの基部に不活性ガスを吹き付けてスクリュを冷却する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１６１２号公報
【特許文献２】特許第３５１５２４５号公報
【特許文献３】特許第３５２４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、スクリュの内部に冷媒流体を流す流路を形成する必要があり、比較的小型の射出成形機に搭載される小さなスクリュを用いる場合、スクリュの内部に流路を加工することが困難であった。また、特許文献１に記載の構成では、冷媒流体を用いて温度の制御を行うので、スクリュの目標温度に調整するための応答性や制御性が乏しく、冷媒流体の流路をシーリングするための封止構造や、冷媒流体を循環させるための循環機構が大型化し、射出成形機の取り扱い性が低くなるという問題がある。さらに、スクリュの内部等の流路の内壁にスケールが付着する問題があり、スクリュの温度の制御性の低下を招く問題がある。
【００１４】
また、特許文献２に記載の構成は、スクリュ自体を冷媒で直接的に冷却することで、スクリュの温度を制御する構成であるので、特許文献１に記載の構成と比較した場合、冷却時の応答性と熱吸収効率が低くなる問題点が挙げられる。
【００１５】
また、特許文献３に記載の構成も、特許文献１と同様に、スクリュの内部に冷媒流体を流す流路を形成する必要があり、比較的小型の射出成形機に搭載される小さなスクリュの内部に流路を加工することが困難であった。また、特許文献３に記載の構成は、不活性ガスを用いて温度の制御を行うので、スクリュの目標温度に調整するための応答性や制御性が乏しいという問題がある。
【００１６】
さらに、通常の射出成形の場合には、スクリュの温度は、ホッパ部に通水を行うことである程度冷却されている。しかし、成形温度が３５０℃を超えるようなエンジニアプラスチックを成形する場合、ホッパ部への通水によってスクリュを充分に冷却することが困難
になる。加えて、ホッパ部の冷却を強めた場合、シリンダの基部の冷却を招くことになり、シリンダの基部を高温に保った状態で成形を行う必要がある場合に著しい不都合が生じてしまう。
【００１７】
また、このように冷却を行った場合、シリンダの基部において、スクリュよりも先にシリンダの方が冷却されてしまうことになる。このため、成形材料の一部が軟化又は溶融した塊状のブリッジの発生が解消されるが、一方でシリンダに比べてスクリュが相対的に高温になるのに伴って成形材料である樹脂材がスクリュの外周面に付着してスクリュと一体的に回転してしまう。その結果、スクリュの軸方向に樹脂材を搬送する作用が損なわれる問題を招くおそれがある。
【００１８】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、簡素な構造でスクリュの温度を容易に制御することができる射出成形機のスクリュ温度制御装置及びスクリュ温度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】
【００１９】
上述した目的を達成するため、本発明に係る射出成形機のスクリュ温度制御装置は、溶融材料を搬送するスクリュフライト部を有するスクリュと、スクリュの、スクリュフライト部に対して溶融材料の搬送方向の上流側の位置に設けられスクリュの温度を制御するペルチェ素子と、を備える。スクリュは、搬送方向の上流側の端部とスクリュフライト部との間の軸部分に、スクリュの軸方向に直交する断面が多角形状をなす素子支持部を有し、素子支持部の外周面にペルチェ素子が配置されている。
【００２０】
また、本発明に係るスクリュ温度制御方法は、溶融材料を搬送するスクリュフライト部を有するスクリュの温度を、スクリュの、スクリュフライト部に対して溶融材料の搬送方向の上流側の位置に設けられたペルチェ素子によって制御する。スクリュ温度制御方法は、搬送方向の上流側の端部とスクリュフライト部との間の軸部分に、スクリュの軸方向に直交する断面が多角形状をなす素子支持部を有し、素子支持部の外周面にペルチェ素子が配置されたスクリュを用いる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡素な構造でスクリュの温度を容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態のスクリュ温度制御装置を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態におけるスクリュを示す模式図である。
【図３】ペルチェ素子によってスクリュの温度を制御する処理を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態におけるスクリュを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１に、第１の実施形態のスクリュ温度制御装置の模式的な断面図を示す。図２に、第１の実施形態のスクリュの模式図を示す。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１に示すように、射出成形機のスクリュ温度制御装置１は、成形金型（不図示）に向けて溶融した樹脂材を搬送するスクリュフライト部１１を有するスクリュ２と、スクリュ２の温度を制御するペルチェ素子６と、ペルチェ素子３を制御する制御部７と、を備えている。
【００２６】
射出成形機は、成形金型に連結されたシリンダ３を有しており、シリンダ３内にスクリュ２が軸方向に移動可能に設けられている。シリンダ３の所定の位置には、樹脂材が投入されるホッパ部４が形成されている。
【００２７】
スクリュ２には、螺旋状のスクリュフライト部１１が、成型金型側に位置する先端部まで形成されている。また、スクリュ２には、樹脂材の搬送方向の上流側の端部である基部に、スクリュ回転機構１５のボス１６が係合されるスプライン部１２が形成されている。
【００２８】
また、スクリュ２は、図１及び図２に示すように、スプライン部１２が形成された基部とスクリュフライト部１１との間の軸部分に、スクリュ２の軸方向に直交する断面が例えば六角形等の多角形状をなす素子支持部１３を有している。この素子支持部１３の外周面には、図２に示すように、複数のペルチェ素子６がそれぞれ貼付されている。つまり、ペルチェ素子６は、スクリュ２の、スクリュフライト部１１に対して溶融した樹脂材の搬送方向の上流側の位置に設けられており、射出成形機の内部構成部品と物理的接触がないように配置されている。ペルチェ素子６は、供給される電流の極性が変わることで、スクリュ２を冷却及び加熱することが可能とされている。
【００２９】
なお、本実施形態では、素子支持部１３が六角形に形成されたが、素子支持部１３の外周面に、ペルチェ素子６を安定的に支持する平坦面が形成される多角形であれば、四角形等の他の多角形であってもよい。また、ペルチェ素子６は、平坦面上に貼付可能であるので、例えばスクリュ２の内部に、多角形状の空間を形成し、この空間の内壁面にペルチェ素子６を配置する構造が適用されてもよい。この構造によれば、例えばスクリュ２における樹脂材の搬送方向の更に下流側の位置で、スクリュ２の温度を制御することが可能になる。
【００３０】
また、図１に示すように、スクリュ回転機構１５のボス１６には、プーリ１７が固定されており、図示しない駆動源によってプーリ１７が回転駆動される。プーリ１７は、ボス１６に係合されたスクリュ２と一体的に回転される。
【００３１】
スクリュ２には、温度検出部としての温度センサ２１が、スクリュフライト部１１と素子支持部１３との間の、素子支持部１３の近傍に、シリンダ３と物理的に接触しないように配置されている。また、スクリュ回転機構１５のプーリ１７には、温度センサ２１及びペルチェ素子６と配線を介して電気的に接続された信号伝送部２２が設けられている。スクリュ２が回転したとき、信号伝送部２２は、プーリ１７がスクリュ２と一体的に回転するので、信号伝送部２２に電気的に接続された温度センサ２１及びペルチェ素子６と一体的に回転する。
【００３２】
制御部７は、射出成形機から離れた設置されている。また、射出成形機の外部には、信号伝送部２２との間で非接触、すなわち無線通信で、電力及び信号を送受信する電源部２３が配置されている。電源部２３は、制御部７と電気的に接続されている。したがって、温度センサ２１が検出した信号は、信号伝送部２２を介して無線通信で制御部７に送られる。また、制御部７は、ペルチェ素子６を制御する信号を電源部２３に送り、この信号に基づいて電源部２３が、電力を信号伝送部２２に無線通信で送ることで、信号伝送部２２から各ペルチェ素子６に電力が供給される。ペルチェ素子６は、信号伝送部２２から供給された電力に応じて、スクリュ２を冷却又は加熱する。
【００３３】
また、電源部２３と信号伝送部２２との間で無線通信を行う場合、射出成形機の外部に配置された電源部２３と、スクリュ２と一体的に回転する信号伝送部２２とが互いに近傍になる所定の位置でスクリュ２が回転を停止した状態で行うことが、無線通信を確実に行う上で望ましい。ただし、信号伝送部２２として高性能な小型充電器を用いることが可能であり、電源部２３と信号伝送部２２との間における電力の供給や信号の送受信を、スクリュ２の回転時に行うように構成されてもよいことは勿論である。
【００３４】
なお、本実施形態では、信号伝送部２２の組付け作業が比較的容易であるプーリ１７に信号伝送部２２を設置する構成が採られたが、この構成に限定されるものではない。信号伝送部２２は、スクリュ２と同期運動する構成部材で、かつ信号伝送部２２を組み付ける作業が容易な位置であれば、他の位置に設置されてもよい。また、信号伝送部２２に対する信号の送受信、及びペルチェ素子６への電力の供給は、配線作業の簡素化を考慮して無線通信による非接触で行うことが望ましい。しかし、非接触で行う構成に限定されるものではなく、接触方式であるスリップスプリング方式やブラシを用いる方式などで同様の通信機能を果たす方式が適用されてもよい。
【００３５】
また、目標とするスクリュ２の設定温度に関する情報が予め設定されて、この情報が、制御部７が有する不揮発性メモリ等の情報記憶素子（不図示）に記憶されている。そして、制御部７は、設定温度と、温度センサ２１によって検出された検出温度とに基づいて、所望の電圧または電流を所望の向きにペルチェ素子６に印加するように電源部２３を制御し、ペルチェ素子６による冷却又は加熱状態を制御する。
【００３６】
また、図１に示すように、シリンダ３には、スクリュ２の素子支持部１３に対向する位置に、素子支持部１３に貼付されたペルチェ素子６に送風するファン２７が設けられている。図示しないが、ファン２７は、信号伝送部２２と電気的に接続されており、制御部７によって駆動が制御されている。ファン２７は、スクリュ２からの放熱量が多い場合や、スクリュ２の回転動作が長時間にわたって停止している場合に、制御部７によって駆動されて、ペルチェ素子６を冷却する。
【００３７】
また、ファン２７は、上述のようにスクリュ２の停止時間と連動して制御部７によって自動的に駆動されるのに加え、手動で任意に駆動させることも可能にされている。また、ファン２７は、例えばスクリュ２の検出温度に応じて制御部７によって自動的に駆動されるように制御されてもよい。
【００３８】
以上のように構成されたスクリュ温度制御装置１において、制御部７がスクリュ２の温度を制御する処理を説明する。図３に、制御部７がペルチェ素子６によってスクリュ２の温度を制御する処理のフローチャートを示す。
【００３９】
図３に示すように、制御部７は、ステップＳ０から開始し、ステップＳ１に示すように、予め設定された設定温度と、温度センサ２１が検出したスクリュ２の基部近傍の温度とを比較し、スクリュ２の温度の補正量を算出する。
【００４０】
なお、このとき、制御部７は、スクリュ２の設定温度と、スクリュ２の基部近傍の検出温度とを比較することで、ペルチェ素子６によってスクリュ２を加熱するか、冷却するかを決定する。すなわち、スクリュ２の検出温度が設定温度よりも高い場合（プラス値であった場合）には、ペルチェ素子６によってスクリュ２を冷却する。一方、スクリュ２の検出温度が設定温度よりも低い場合（マイナス値であった場合）には、冷却時とは電流の正極、負極の向きを逆転させた信号を電源部２３に送り、ペルチェ素子６によってスクリュ２を加熱する。
【００４１】
続いて、制御部７は、ステップＳ２に示すように、スクリュ２の温度の補正量を、ペルチェ素子６に印加する電圧値（電流値）に換算する。そして、ステップＳ３に示すように、制御部７は、電源部２３、信号伝送部２２を介してペルチェ素子６に所望の電圧または電流を所望の向きに印加し、ステップＳ４で終了する。
【００４２】
上述したように、スクリュ温度制御装置１は、スクリュ２の基部近傍に設けられたペルチェ素子６に印加する電圧、または電流の向き及び電流量を調整することで、ペルチェ素
子６を冷却又は加熱して、スクリュ２の温度を容易に制御することができる。
【００４３】
また、スクリュ温度制御装置１によれば、スクリュ２の温度をシリンダ３の温度とは独立して制御することが可能になるので、シリンダ３とスクリュ２との間の温度関係、シリンダ３と樹脂材との間に生じる摩擦力と、スクリュ２と樹脂材との間に生じる摩擦力との大小関係を、計量混練動作に最適な所望の状態に保つことが可能になる。
【００４４】
さらに、スクリュ温度制御装置１は、エンジニアリングプラスチック等の樹脂材を用いてシリンダ３の温度を高温にする必要がある成形を行う場合においても、樹脂材とシリンダ３の内周面との摩擦係数と、樹脂材とスクリュ２の外周面との摩擦係数との大小関係を最適に保った状態で樹脂材を射出して成形を行うことが可能である。
【００４５】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態のスクリュ温度制御装置を示す模式図である。第２の実施形態は、ペルチェ素子６に放熱フィンを設けた点のみが第１の実施形態と異なっているので、第１の実施形態と同一の部材については第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように、第２の実施形態のスクリュ温度制御装置は、スクリュ２の素子支持部１３に貼付された各ペルチェ素子６の上に、複数の放熱フィン２８が配置されており、ペルチェ素子６と放熱フィン２８が一体化されている。放熱フィン２８は、例えば平板状に形成されており、スクリュ２の軸方向に沿って複数配列されている。
【００４７】
第２の実施形態では、ペルチェ素子６が放熱フィン２８と一体化されているので、スクリュ２の計量混練動作を行うためにスクリュ２が回転することによって、放熱フィン２８が冷却されて放熱することができる。すなわち、スクリュ２の回転に伴ってスクリュ２の内部に蓄積された熱が放熱フィン２８で放熱されるので、スクリュ２を容易に冷却することができる。
【００４８】
また、上述したファン２７を組み合わせて使用することで、スクリュ２からの放熱量が多く、スクリュ２の回転動作のみでは充分に放熱することができない場合、又は、スクリュ２の回転動作が長時間にわたって停止している場合に、制御部７がファン２７を駆動させるように構成されてもよい。これによって、ファン２７は、放熱フィン２８に送風することで、放熱フィン２８が強制的に冷却される。
【００４９】
上述したように、第２の実施形態によれば、ファン２７及び放熱フィン２８を備えることにより、スクリュ２の温度を更に容易に制御することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  スクリュ温度制御装置
２  スクリュ
６  ペルチェ素子
７  制御部
１１  スクリュフライト部
１３  素子支持部
２７  ファン
２８  放熱フィン
【図１】
0005462727.tif 000002
【図２】
0005462727.tif 000003
【図３】
0005462727.tif 000004
【図４】
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