(57)【要約】【課題】加熱効率が高く、樹脂の焼けや滞流を防止し、高応答の制御を可能にする。【解決手段】  ノズルと、前記ノズルの内部にあり、溶融樹脂の流路を形成する流路部材と、前記ノズルと、前記流路部材に挟まれた誘導加熱装置と、を備えたことを特徴とする射出成形装置。  誘導加熱装置は、前記流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、均一の温度にコイル配置および制御してもよい。誘導加熱装置は、流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、ノズルの流路入口から出口方向に螺旋形状の温度領域Ａと、位相を変えた螺旋形状の温度領域Ｂと、を設け、温度領域Ａと温度領域Ｂとで、温度差をつくるコイル配置および制御してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、前記ノズルの内部にあり、溶融樹脂の流路を形成する流路部材と、前記ノズルと、前記流路部材に挟まれた誘導加熱装置と、
を備えたことを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記誘導加熱装置は、
前記流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、均一の温度にコイル配置および制御する事を特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記誘導加熱装置は、
前記流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、前記ノズルの流路入口から出口方向に螺旋形状の温度領域Ａと、位相を変えた螺旋形状の温度領域Ｂと、を設け、温度領域Ａと温度領域Ｂとで、温度差をつくるコイル配置および制御する事と、前記温度差は、断熱部材の断熱性能の差でつくる事と、冷却媒体の冷却性能の差でつくる事と、
を特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項４】
前記誘導加熱装置は、
前記流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、前記ノズルの流路入口から出口方向に垂直な円形状の温度領域Ａと、温度領域Ｂとを、交互に設け、温度領域Ａと、温度領域Ｂとで、温度差をもたせて制御する事を特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項５】
前記誘導加熱装置は、電線の周りを冷却できる部材で被覆する事を特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項６】
前記流路部材は、前記ノズルの流路入口から出口方向に沿った溝と、また、らせん状の溝と、を設けられていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項７】
前記流路部材の外側に冷却媒体を通す配管を特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形機及び射出成形機の加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルから射出材料を金型に射出し成形品を成形する射出成形機において、前記射出装置には、樹脂を溶融させて加熱させる加熱シリンダ、及びその先端に取り付けられ、溶融樹脂を射出する射出ノズルが備えられている。樹脂は加熱シリンダ内において加熱され、射出口の反対側から、スクリュまたはプランジャにより、所定の圧力で押圧され、ノズルから樹脂が射出する。この際、加熱シリンダ及びノズルの周囲には、加熱装置が取り付けられ、これらを所定の温度に温める。高い熱量を加熱シリンダに印加して、急速に所定の温度まで温めることが必要になる。この加熱方法に誘導電流を利用した誘導加熱装置を発生するものが使われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１５４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記加熱装置は、加熱部位が大きく、それに伴う電源や高周波回路も大型化し、付帯設備への投資が増大してしまう。また、制御の感度も悪い。さらに、樹脂の混練や可塑化能力の向上のためには、スクリュ方式を採用せねばならず、装置のコストがかかる。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、加熱部位を樹脂流路との接触部に集中する事で、加熱効率を上げるとともに、樹脂の焼けや滞流を防止し、高応答の制御を可能にする。かつ、その加熱部位を、コイルの配置や制御により、均一な温度にする。また、加熱部位を螺旋状の高温度域と、その螺旋状の位相を変えた低温度域とで温度差をつくり、樹脂の流動方向を案内して混練・可塑化させ、内部構造をシンプルにしてコストを抑えた射出ノズルを提供することを目的とする。
【０００６】
ノズルと、前記ノズルの内部にあり、溶融樹脂の流路を形成する流路部材と、前記ノズルと、前記流路部材に挟まれた誘導加熱装置と、を備えたことを特徴とする射出成形装置。前記誘導加熱装置は、前記流路部材の、溶融樹脂の流路に接触する加熱部位を、均一の温度にコイル配置および制御する事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、加熱効率が高く、樹脂の焼けや滞流を防止し、高応答の制御を可能にするとともに、樹脂の混練・可塑化を促進させた内部構造のシンプルなコストを抑えた射出ノズルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出ノズルの断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る射出ノズルと金型との関係を表す断面図。
【図３】第二の実施例の図で、射出ノズルの断面図。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る射出ノズルの立体図。
【図５】本発明の第二の実施形態に係るシリンダ流路部材の立体図。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る射出ノズルと金型との関係を表す断面図。
【図７】第三の実施例の図で、射出ノズルの断面図。
【図８】第四の実施例の図で、射出ノズルの断面図。
【図９】本発明の第二の実施形態に係る螺旋状に流路溝を備えたシリンダ流路部材の立体図。
【図１０】本発明の第二の実施形態に係る螺旋状に流路溝を備え、螺旋の形状、ピッチや回転数を変更したシリンダ流路部材の立体図。
【図１１】本発明の第五の実施形態に係る立体図。流路部材が螺旋状に高温域と、低温域とで温度差をもつ事を示す。
【図１２】本発明の第五の実施形態に係る立体図。流路部材が螺旋状に高温域と、低温域とで温度差をもち、螺旋の形状、ピッチや回転数を、コイルの配置、冷却媒体の配管位置等や変更した事を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一の実施形態）
図１は、本成形機の射出部。ノズル２の断面図である。断面位置は機械中心である。先端が紡錘形状になっている。円筒形状のノズル２の内部には、ノズル流路形成部材７が設けられており、ノズル流路形成部材７の内部には樹脂流路１が設けられており、溶けた樹脂がそこを流れ、樹脂入口２０から樹脂出口１３を通り金型内に射出される。樹脂の流動抵抗を受けるため、ノズル流路形成部材７は、図１上部からの樹脂圧に耐えられるようにテーパ形状もしくは逆凸形状である事が好ましい。
【００１０】
また、ノズル流路形成部材７の樹脂流路面には、表面処理等（ＴＩＮ等）により、硬度を上げガラス入りの樹脂に適応したり、面精度を上げ樹脂の滞留を防止するのも良い。ノズル流路形成部材７は、ノズル２の内側にまかれたノズルコイル１１での誘導電流により発生した電磁波により温められる。そのため、ノズル流路形成部材７は電磁波と相性の良い鉄部材等が好ましい。ノズルコイル１１の巻き方は、ノズル流路形成部材７の樹脂流路との接触面が温まるように配合されている事が好ましい（コイルリッツ線の径や種類も含めて）。図１のようにノズル流路形成部材７をスキン層の厚みを数ミリ程度で形成することで、温める部材の体積を小さくしている。
【００１１】
また、これら温度制御により、樹脂流路の樹脂の温度が均一になっている事が好ましい。図１のように、電磁波が集中し温度が上がり過ぎないように、間に間隔を設けて巻いてもよい。また、図１では、樹脂出口１３に温度が集中するように、また、電磁波が届きやすいように、コイルの巻き方を工夫している。樹脂流路方向へのテーパ角度を急にしてノズルコイルの径を下流域に向かうに従って絞り込ませている。このように、電磁波が届きやすいようにコイルの巻き方がマッチングされていれば、形状にはこだわらない。
【００１２】
ノズル２の材質は、電磁波を遮る部材（アルミ、銅等）で作られている。コイルで発生した電磁波は外部には行かず、ノズル流路形成部材７のスキン層に磁力線を集中させる。電磁波が射出部の外部に漏れないように、電磁波を遮蔽し、ノイズや電気部品の誤動作を防止すると共に、最も温めたいノズル流路形成部材７に電磁波を集中させ加熱効率を上げる。コイルの素線の種類等も、ノズル流路形成部材７の形状に合わせて最適な径と種類が好ましい。
【００１３】
溶融樹脂は、樹脂出口１３から型内に射出される。樹脂はランナスプール部１０５を形成し、成形品１０４を作り出す。（図２参照）
【００１４】
できた成形品は、金型が開くと、装置のエジェクタ機構により、金型のエジェクタに力が加えられ、成形品１０４が型から突き出される。
【００１５】
再度、金型が閉じられ、樹脂を流す段階になると、加熱を実施し樹脂を溶かして上からの圧力で樹脂が流れる温度にする。このとき、ノズル２の温度は約１４０度〜４５０度であり、金型の温度は約５０〜１３０度であるため、温度差が大きい。金型の接触は、放熱を考慮されて最小の接触面積である事が好ましい。
【００１６】
ここで、ノズル２、はノズル・シリンダ取付部材１５に断熱材を介して固定されてもよいし、放熱を考慮し、ノズル・シリンダ取付部材１５との接触を避けてもよい。
【００１７】
また、ノズルコイル１１は、自身の発熱により、素線の耐久性に大きく影響する。そのため、これらの周りには冷却を可能にしておく事が好ましい。
【００１８】
また、ノズルコイル１１とノズル流路形成部材７の間に断熱材等を設けることで加熱効率が更に上がる。
【００１９】
また、温度制御において、ノズルコイル１１の温度がオーバーヒートしないよう、サーミスタ等の温度測定因子で温度を厳密に管理し、ある一定の温度以上になると、安全対策用のヒューズを設けて、それが切れ電流が流れないようにする。また、温度測定因子の温度を検出しながら、目標温度の差に基づいて、各部の温度を目標温度と一致させるための制御値を算出する。樹脂の流路に近接するノズル流路形成部材７に熱電対を差し込み、その温度を測温したり、熱電対先端が流動抵抗をうけないように工夫し、樹脂と接するように設定し、樹脂温度を直接測定してもよい。計算値に基づいてノズル流路形成部材７の温度を制御する。
【００２０】
急加熱、すなわちユーザの要望する温度までの到達時間が最短にできるよう、ノズル流路形成部材７の体積と、ノズルコイル１１の巻き方及び径と、上記制御のマッチングが大切である。
【００２１】
上記目的を鑑みれば、回路、制御の計算方法はＯＮ、ＯＦＦ制御でも構わないし、ＰＩＤ制御でも構わない。制御方法は問わない。
【００２２】
（第二の実施形態）
図３は、本成形機の射出部で本発明の第２の実施例を示す。ノズル及びシリンダ周辺の断面図である。断面位置は機械中心である。ノズル２とシリンダ３がノズル・シリンダ接合ネジ１４で螺合している。円筒形状のシリンダ３の内面には、誘導電流を発生させるシリンダコイル１０が組みこまれている。
【００２３】
コイル１０の内側には、シリンダ断熱材５を介して、シリンダ流路形成部材４が設けられている。シリンダ流路形成部材４は、ノズル・シリンダ接合ネジ１４で螺合により組みバラシができる。絵にはないが、シリンダ３側に座グリ穴があり、シリンダ流路形成部材４をどあたりまで挿入する。ノズル２を締める事で、ノズル流路形成部材７の上面と、シリンダ流路形成部材４の下面とであたり、シリンダ流路形成部材４が固定される。シリンダ流路形成部材４は、被加熱部材であり、シリンダコイル１０の誘導電流で発生した電磁波により温められる部分である。
【００２４】
図５にシリンダ流路形成部材４の立体図を説明する。樹脂の流れる方向に沿ってシリンダ流路形成部材内溝流路部１０７が形成され、外周部が、図３における、ノズル流路形成部材７の上面と接触し、樹脂の流動抵抗を受ける。ノズル流路形成部材７は、図３上部からの樹脂圧に耐えられるようにテーパ形状もしくは逆凸形状である事が好ましい。また、ノズル流路形成部材７の内部には樹脂流路１が設けられており、溶けた樹脂がそこを流れ、樹脂出口１３から金型内に射出される。ノズル流路形成部材７の樹脂流路面には、表面処理等（ＴＩＮ等）により、硬度を上げガラス入りの樹脂に適応したり、面精度を上げ樹脂の滞留を防止するのも良い。
【００２５】
ノズル流路形成部材７は、ノズル２の内側にまかれたノズルコイル１１での誘導電流により発生した磁界における電磁波により温められる。そのため、ノズル流路形成部材７は電磁波と相性の良い鉄部材等が好ましい。ノズルコイル１１とシリンダコイル１０の巻き方は、ノズル流路形成部材７の樹脂流路との接触面が温まるように配合されている事が好ましい（コイルリッツ線の径や種類も含めて）。
【００２６】
図３のようにノズル流路形成部材７をスキン層の厚みを数ミリ程度で形成することで、温める部材の体積を小さくしている。また、これら温度制御により、樹脂流路の樹脂の温度が樹脂の流動方向において均一になっている事が好ましい。図３の形状では説明していないが、電磁波が集中し温度が上がり過ぎないように、間に間隔を設けて巻いてもよい。
【００２７】
また、図９に示す、ノズル流路形成部材スパイラルタイプＡ２１は、シリンダ流路形成部材内溝流路部１０７が螺旋形状になっており、樹脂の混練・可塑化を促進させる。
【００２８】
図１０に示す、ノズル流路形成部材スパイラルタイプＢ２２は、シリンダ流路形成部材内溝流路部１０７が螺旋形状になっており、ピッチが狭く回転数を増やし、樹脂流路の溝も深くなって、より樹脂の混練・可塑化を促進させる。このように、上記目的を鑑みれば、螺旋の形状、溝の深さ等はどんな形状でも構わない。図５、図９、図１０の部材は、樹脂の種類や用途により、交換が可能である。ノズル２と、シリンダ３を外す事で着脱できる。マスターバッチの樹脂材料や、添加剤としてガラスやフィラー入りの樹脂においても、樹脂分子配合が分散され、成形品の強度向上に繋がる。
【００２９】
また、図３では、樹脂出口１３に温度が集中するように、また、電磁波が届きやすいように、コイルの巻き方を工夫している。樹脂流路方向へのテーパ角度を急にしてノズルコイルの径を下流域に向かうに従って絞り込ませている。シリンダ３の内面にまかれたシリンダコイル１０にも、ノズルと同様に、電磁波が届きやすいようにコイルの巻き方がマッチングされていることが好ましい。シリンダ３とノズル２は、電磁波を遮る部材（アルミ、銅等）で作られている。コイルで発生した電磁波は外部には行かず、流路近くの被加熱部材に磁力線を集中させる。電磁波が射出部の外部に漏れないように、電磁波を遮蔽し、ノイズや電気部品の誤動作を防止すると共に、最も温めたいノズル流路形成部材７に電磁波を集中させ加熱効率を上げる。コイルの素線の種類等も、ノズル流路形成部材７の形状に合わせて最適な径と種類が好ましい。
【００３０】
シリンダ３の内側のシリンダコイル１０により、シリンダ流路形成部材４に熱を加えて樹脂を溶かす。溶融樹脂は、シリンダ流路形成部材４のシリンダ流路形成部材内溝流路部１０７をとおり、樹脂流路１へと流れ、樹脂出口１３から型内に射出される。ノズル２は先端がフラットな形状になっており、金型の面と面で接触している。放熱を考慮し、間に断熱材を挟みこむのが良い。また、制御により、接触時間を短くする工夫も良い。樹脂はランナスプール部１０５を形成し、成形品１０４を作り出す。（図６参照）
【００３１】
できた成形品は、金型が開くと、装置のエジェクタ機構により、金型のエジェクタに力が加えられ、成形品１０４が型から突き出される。
【００３２】
再度、金型が閉じられ、樹脂を流す段階になると、加熱を実施し樹脂出口１３樹脂を溶かして樹脂が流れる温度にする。
【００３３】
ここでシリンダコイル１０は、電磁波がシリンダ流路形成部材４のシリンダ流路形成部材内溝流路部１０７の面および、そのスキン層（数ミリ）に熱が集中するようにコイルが巻かれていることが好ましい。コイルの素線の種類等も、シリンダ流路形成部材４の形状に合わせて最適な径と種類が好ましい。
【００３４】
また、ノズルコイル１１とシリンダコイル１０は、自身の発熱により、素線の耐久性に大きく影響する。そのため、これらの周りには冷却を可能にしておく事が好ましい。
【００３５】
（第三の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施例を示す。
【００３６】
基本的構成は第２の実施例と同様だが、シリンダ３の内部に、冷却部Ａ、ノズル２の内部に冷却部Ｂが作られている。これらは冷却用の配管穴でスパイラル状に穴が掘られている。冷却媒体が通過して、シリンダ３及びノズル２を冷やし、ノズルコイル１１とシリンダコイル１０を冷却して、コイルの耐久性を向上させる。また、外部を冷やす事で、人の手で触っても火傷する心配がない。上記目的を鑑みれば、配管の径や配置、冷却の媒体や手段は問わない。また、実施例１のノズル２にも同様に冷却手段組み込んでも構わない。
【００３７】
（第四の実施形態）
図８は、本発明の第四の実施例を示す。
【００３８】
ノズル流路形成部材７の内部にノズルコイル１１とが入り込んで一体で作られている。ノズル流路形成部材７の外周側付近に一体成形され、冷却部Ｂの配管穴が設けられ、外側からノズルコイル１１が冷やされている。ノズル断熱材６を介さなくても可能な形状である。これらは冷却用の配管穴でスパイラル状に穴が掘られている。冷却媒体が通過して、ノズルコイル１１を冷やし、コイルの耐久性を向上させる。ノズルコイル１１は、ノズル流路形成部材７の樹脂流路１との接触面に電磁波を集中させ、温度を上げ、樹脂を溶かす。断熱材を用いなくても良いように、ノズルコイル１１の温度がオーバーヒートしないよう、サーミスタ等の温度測定因子で温度を厳密に管理し、ある一定の温度以上になると、安全対策用のヒューズを設けて、それが切れ電流が流れないようにする。
【００３９】
また、温度測定因子の温度を検出しながら、目標温度の差に基づいて、各部の温度を目標温度と一致させるための制御値を算出する。計算値に基づいてヒータの温度を制御する。上記目的を鑑みれば、制御の計算方法はＯＮ、ＯＦＦ制御でも構わないし、ＰＩＤ制御でも構わない。
【００４０】
（第五の実施形態）
図１１は、本発明の第五の実施例を示す。
【００４１】
ノズル流路形成部材７の温度分布を示している。ノズルコイル１１の配置により、高温部２３を螺旋状につくる。次に位相を変えて、低温部２４を、同様に螺旋状につくる。低温部２４は、断熱材を巻きつけても良いし、冷却媒体の配管を螺旋状に配しても構わない。温度差をつくり、樹脂の流動方向を案内して、樹脂の混練と可塑化を促進させる。
【００４２】
図１２は、螺旋形状の温度領域を変更したタイプを示す。ピッチを緩和して、回転数を減らし、樹脂の圧力損失を低減したタイプを示す。
【００４３】
コイルの配置、冷却媒体の位置も合わせて変えている。
また、ノズル流路形成部材７の流路側の内壁面、もしくはシリンダ流路形成部材４の流路側の内壁面に、螺旋状に溝を形成し混連を促進しても構わない。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を種々説明したが、各実施形態は適宜組み合わせることができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１．樹脂流路  ２．ノズル  ３．シリンダ  ４．シリンダ流路形成部材  ５．シリンダ断熱材  ６．ノズル断熱材  ７．ノズル流路形成部材  ８．冷却部Ａ  ９．冷却部Ｂ
１０．シリンダコイル  １１．ノズルコイル  １２．カバー  １３．樹脂出口  １４．ノズル・シリンダ接合ネジ  １５．ノズル・シリンダ取付部材  １６．材料供給口  １７．プランジャ嵌合口  １８．ヒータ配線  １９．熱電対配線  ２０．樹脂入口  ２１．ノズル流路形成部材スパイラルタイプＡ  ２２．ノズル流路形成部材スパイラルタイプＢ  ２３．高温部  ２４．低温部  １００．金型：固定プレート  １０１．金型：可動プレート  １０２．金型：受板  １０３．型締力  １０４．成形品  １０５．ランナスプール部  １０６．ファン  １０７．シリンダ流路形成部材内溝流路部  １０８．射出圧力
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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