JPH0475125B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は樹脂加工装置、特に、射出及び押出成
形装置に於ける温度及び圧力の制御方法の改良に
関する。

〔従来の技術〕

一般にプラスチツクの成形方法には、樹脂や副
資材等の性質によつて様々な方法があるが、樹脂
の熱に対する性質、即ち、熱可塑性或いは熱硬化
性を利用する成形方法がその殆んどを占めてい
る。

このような成形方法としては、圧縮成形、トラ
ンスフア成形、射出成形、押出成形、ブロー成
形、カレンダ加工等々があり、これらのうちで、
熱可塑性の成形材料を補給器からシリンダ内に供
給し、スクリユウ又はプランジヤによつて加熱部
に送り、加熱部で加熱、加圧されて可塑状となつ
た成形材料を上記シリンダの先端部に設けたノズ
ル又はダイから押し出すことによつて成形する装
置、或いは更に押出物をプレス成形金型によつて
成形する装置は公知であり、熱可塑性又は熱硬化
性の材料の成形に広く用いられている。

上記のような成形装置では主に成形材料の原料
である合成樹脂の種類で定まる所定の温度及び圧
力に成形材料を加熱、圧縮して流動化させる必要
があり、この温度及び圧力が所定の値に保たれな
いと金型への充填が不完全となつたり、製品に細
孔やひび割れ、歪等が生じたりして完全な加工が
行なわれない。

然しながら、ノズル又はダイに押し出される樹
脂の望ましい温度は製品の形状、金型の温度、シ
リンダ内の圧力、押出のサイクル及び製品１個当
りの押出量等によつても変わり、且つ、樹脂の押
出は一般に間歇的であるのに対し、加熱は連続し
て行なわれる。また、成形材料は各部に設けた加
熱器のみならずスクリユウの回転に伴つて生じる
剪断熱によつても加熱されるのでスクリユウに加
えられる駆動エネルギの変化によつても成形材料
の温度が変動するが、この駆動エネルギはシリン
ダ内の樹脂の圧力と温度に依存している。

また、従来の装置ではシリンダ内部に、或いは
外周面に沿つて電熱線を設け、この電熱線からの
熱伝導によりシリンダを加熱し、これによつて成
形材料を加熱する構成であり、また、シリンダの
熱容量も大きい上、電熱線自体及び電熱線の被覆
材等の熱容量が温度制御に関係するため、シリン
ダの温度を所望の値まで正確に上昇又は降下させ
るのが困難であり、更にはシリンダ内の樹脂が間
歇的に移動するので、上記シリンダから押出され
る成形材料を常に加工に適した一定の温度に保つ
ことが困難であるという問題点があつた。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明は叙上の観点に立つてなされたものであ
り、その目的とするところは、成形材料をより合
理的に加熱し得るように構成し、これにより成形
材料の温度と圧力の調節を適切に行ない、装置か
ら押出される樹脂を常に加工に最適な温度、圧力
に保ち、製品の細孔やひび割れ、歪等を減少さ
せ、成形精度を高めると共に、成形時間を短縮す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

而して、上記の目的は、熱可塑性又は熱硬化性
の成形材料を成形する樹脂加工装置に於て、シリ
ンダ及び成形用の型に多数の温度検出器及び圧力
検出器を設け、上記シリンダ及び成形用の型内の
各部における成形材料の温度及び圧力を検出する
と共に、上記多数の温度検出器及び圧力検出器の
夫々の検出値と材料の移動量とに基づき、装置各
部の温度及び圧力の経時的変化を予測し、その予
測値を予め定められた基準の温度分布及び圧力分
布と比較し、両者が一致するように上記スクリユ
ウ又はプランジヤの駆動速度及び上記シリンダ内
の成形材料を加熱する加熱器の発生熱量を制御す
ることによつて達成される。

而して、主としてシリンダ内の温度、圧力分布
が予め定められた理想的な温度、圧力分布と比較
され、その偏差と樹脂の移動量とに基づいてエネ
ルギの投入量が全体的及び部分的に、且つ経時的
に発生が予測される偏差に対応して最も合理的に
制御される。

〔作用〕

上記の如く、構成することにより、シリンダ各
部の樹脂に与えられるエネルギが経時的、空間的
に樹脂の移動速度に応じて最適に制御され、シリ
ンダから押し出される樹脂の温度と圧力が常に加
工に最適な状態に保たれる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の詳細を具体的に説明
する。

第１図は、本発明にかかる樹脂加工装置に於け
る温度及び圧力の制御方法を実施するための装置
の一実施例を示す説明図、第２図は、そのシリン
ダ部分の拡大断面図、第３図は、他の実施例を示
す説明図である。

第１図中、１はシリンダ、２はスクリユウ、３
はシリンダ取付け用のフランジ、４は減速装置が
収容されているカラム、５はモータ、６は材料補
給器、７は補給器取次部材、８はシリンダ１の先
端部を支承する支柱、９，１０は成形用の型、１
１は型取付部材、１２はブレーカープレート、１
３は金網、１４−１乃至１４−５は誘導子（高周
波誘導加熱用励磁コイル）、１５−１乃至１５−
１４は温度検出器、１６−１乃至１６−１４は圧
力検出器、１７は上記温度検出器１５−１乃至１
５−１４の出力をデジタル信号化するAD変換
器、１８は圧力検出器１６−１乃至１６−１４の
出力をデジタル信号化するAD変換器、１９は誘
導子１４−１乃至１４−５の電源装置、２０は上
記成形用の型９，１０に圧力を加える油圧シリン
ダ、２１は上記油圧シリンダ２０への油の流れを
切り換える油圧切換弁、２２は油圧ポンプ、２３
は油タンク、２４はモータ５の電源装置、２５は
制御装置である。

第２図中、第１図に付した番号と同一の番号を
付したものは同一の構成要素を示しており、２６
乃至２９はロツクナツト、３０は保温材である。

而して、シリンダ１の一部はフランジ３を介し
て減速装置が収容されたカラム４により支承さ
れ、その先端部は支柱８によつて支承されてお
り、先端部には型取付部材１１が取り付けられて
いる。

スクリユウ２は上記シリンダ１内にこれと同軸
に回転自在に設けられ、モータ５の回動を減速す
ると共にトルクを高めるカラム４内に納められた
減速装置の出力軸に接続され、モータ５によつて
回転し、補給器６からシリンダ１内に供給される
成形材料を加熱部に送り出すと同時に回転に伴う
切断熱により成形材料を加圧、加熱し、更に加熱
部で加熱されて可塑状となつた成形材料を成形用
の型９，１０内に押し出すものである。

モータ５に電力を供給する電源装置２４の出力
は制御装置２５によつて制御され、これによりモ
ータ５の始動、停止及びその回転数が制御され
る。

シリンダ１の先端部と型取付部材１１との間に
は多数の孔を有するブレーカープレート１２及び
これに保持された金網１３が設けられ、これによ
つて成形材料の流れを均一にし、材料をよく混練
して加熱を均一化すると共に、シリンダ１内に圧
力をかける。

また、上記型取付部材１１を介して上記シリン
ダ１と接続した成形用の型９，１０には油圧シリ
ンダ２０が接続されており、油圧ポンプ２２から
の油が油圧切換弁２１によつて切り換えられるこ
とにより上記成形用の型９，１０に所望の圧力が
加えられる。また、補給器６はシリンダ１取付け
用のフランジ３に固定された補給器取付部材７に
取り付けられ、成形材料をシリンダ１内に供給す
る。

誘導子１４−１乃至１４−５はシリンダ１の外
周に沿つて適宜の間隔を隔てて複数設けられ、電
源装置１９から交流電源が供給されて誘導加熱に
よりシリンダ１を加熱する。

また、上記シリンダ１には適宜の間隔を隔てて
温度検出器１５−１乃至１５−１１及び圧力検出
器１６−１乃至１６−１１が複数個取り付けられ
ており、上記シリンダ１内の各位置における成形
材料の温度及び圧力が常時検出される。

なお、シリンダ１の外周壁面は第１図では省略
したが、通常は第２図に示す如く保温材３０で覆
われており、誘導子１４−１乃至１４−５によつ
てシリンダ１を容易に加熱し得るように構成され
ている。

また、温度検出器１５−１乃至１５−１１及び
圧力検出器１６−１乃至１６−１１は上記保温材
３０を介してシリンダ１にねじ込まれ、夫々ロツ
クナツト２６，２７，２８及び２９によつて固定
されている。

而して、上記温度検出器１５−１乃至１５−１
１及び圧力検出器１６−１乃至１６−１１によつ
て成形材料の温度および圧力を正確に検出するこ
とができる。

一般に、上記誘電加熱は円筒状の導体の周囲に
誘導子と呼ばれるコイルを巻き、この誘導子に交
流電流を通じると電磁誘導によつて導体内に渦電
流が生じ、導体はこの際に生じる渦電流損により
発熱する。この場合、交流電流には表皮効果があ
るため渦電流は導体の表面に集中し、中心に至る
に従つて指数的に減少する。この渦電流の浸透の
深さは誘導子に供給する交流電流の周波数の２乗
に反比例するから、この周波数を適宜に設定する
ことにより、浸透の深さを自由に変更することが
でき、材料を効率的に加熱できるようになる。

而して、シリンダ１の誘導子１４−１乃至１４
−５に設けられた部分は加熱部を構成し、成形材
料はこの加熱部でシリンダ１の内周面からの熱伝
導によつて加熱される。この場合、誘電子１４−
１に供給する電力を大とし、以下順次１４−２，
１４−３，１４−４及び１４−５の順に電力を減
少してシリンダ１内に於ける温度上昇が材料の供
給口から出口側に行くに従つて順次緩やかになる
ように構成し、且つシリンダ１の樹脂押出口では
所望の温度となるようにする。

型取付部材１１はシリンダ１の先端部に取り付
けられ、シリンダ１から押し出される材料を成形
用の型９，１０に導く漏斗状の流路を有し、上記
成形用の型９，１０は型取付部材１１に取り付け
られ、ここから流動化した成形材料が押し出さ
れ、所望の形に成形される。

而して、本発明にかかる成形装置によつて成形
加工が行なわれる際には、粒状或いは紛状の成形
材料が補給器６からシリンダ１内に供給される
と、モータ５の駆動によつてスクリユウ２が回転
し、成形材料はシリンダ１の加熱部に送り出され
ると共に、シリンダ１の加熱部に設けられた誘導
子１４−１乃至１４−５には電源装置１９から交
流電流が供給され、シリンダ１に渦電流を発生さ
せ、誘導加熱によりこれを発熱させる。

この誘導加熱による発熱は電熱線等による加熱
に比べて電力効率が２〜３倍良く、また、安価で
耐久性に優れ、更にシリンダ１に外部から熱を与
えて加熱するものでなく、シリンダ１自体を直接
に発熱させて加熱するものであるから、温度制御
に加熱手段の熱容量が関係することが少ないの
で、制御装置２５からの指令に即応して温度調節
することができる。

シリンダ１及び成形用の型９，１０に夫々複数
個設けられた温度検出器１４−１乃至１４−１４
及び圧力計検出器１５−１乃至１５−１４によつ
て、上記シリンダ１から成形用の型９，１０内に
供給され、上記シリンダ１内を移動せしめられる
成形材料の各検出器の位置における温度及び圧力
が検出され、それらの検出値は夫々Ａ／Ｄ変換器
１７及び１８によつてデジタル信号化されて制御
装置２５に送られる。

これをより具体的に説明する。

先ず、温度について述べると、制御装置２５
は、先ず第１に樹脂の押出量に応じて、全加熱器
の総発熱量を制御すると共に、シリンダ１内の樹
脂の保有する全熱量を計算し、これが予め定めら
れた理想的な温度分布に於て樹脂が保有すべき全
熱量と比較し、両者間に偏差が認められる場合に
は、樹脂の移動を勘案しつつその偏差分が消失せ
しめられるように各誘導子１４−１乃至１４−５
への電力供給量を加減する。例えば、温度検出器
１５−２の検出温度が予め定められた温度より低
い場合には、先ず、誘導子１４−２への電力供給
量が増大され、シリンダ１内の樹脂が温度検出器
１５−２から誘導子１４−３まで移動するに要す
る時間経過後上記誘導子１４−３の加熱電力が増
加される。従つて、上記成形材料はシリンダ１の
上記誘導子１４−３の部分を通過することにより
所定の温度近くまで加熱され、また、後続の成形
材料は誘導子１４−２，１４−３を通過すること
により所定の温度に迄加熱されることになる。

而して、更に後段の温度検出器１５−３乃至１
５−１４により加熱の過不足が検出されるとそれ
に応じて上記の如く加熱量が経時的に変えられ
る。

而して、誘電子１４−１乃至１４−５総ての電
力供給量が一律に増大されるのではなく、又特定
の一個の誘電子、例えば14−１のみの電力供給量
が増大されるのではなく、所定の温度より低い成
形材料がシリンダ１内を移動して行くに従つて、
当該部分を相当する加熱器とその前段の加熱器へ
のエネルギ供給量が調節されるので材料はその移
動に応じて順次上記誘導子１４−１乃至１４−５
で適切に加熱される。従つて、成形用の型９，１
０の方向に向かつて移動しつつ上記成形材料の温
度は上昇しすぎることもなく所定の温度状態に制
御される。

次に圧力について述べると、温度が前述の如く
制御されるので、樹脂の溶融度、粘度が理想的に
制御されることとなり、スクリユウ２の駆動速度
を樹脂の押出速度に応じて適切に制御すれば、圧
力の分布は直ちに理想的な分布となる。

従つて、成形材料はシリンダ１の内壁面からの
熱伝導と、スクリユウ２の回動及びこれに伴う剪
断熱によつて加熱、加圧されて射出に適した温度
及び圧力に保たれ流動体となり、型取付部材１１
を通つて成形用の型９，１０内に一定速度で押し
出されて所望の形に成形されるので、製品の細孔
やひび割れ、歪等を減少させることができると共
に、成形精度を高められ且つ成形時間を大幅に短
縮するを得る。

第３図は、射出成形装置を示すものであり、第
３図中、第１図及び第２図中に付した番号と同一
の番号を付したものは同一の構成要素を示してお
り、３１は逆流防止弁、３２はモータハウジン
グ、３３はモータ、３４はピストン、３５はロツ
ド、３６は油圧シリンダである。

而して、スクリユウ２はシリンダ１内に回動自
在に、且つ軸方向に摺動自在に設けられ、モータ
３３の駆動によつて回動し、補給器６から供給さ
れる成形材料を送り出すと同時にその際に生じる
剪断熱により成形材料を加熱し、ピストン３４の
移動に伴つて移動し、加熱部で加熱、加圧されて
可塑状となつた成形材料を型取付部材１１のノズ
ル部分から成形用の型９，１０に射出するもので
ある。

スクリユウ２の先端部には成形材料を型取付部
材１１のノズル部分から成形用の型９，１０に射
出する際に材料が逆流しないように逆流防止弁３
１が設けられている。

モータ３３はモータハウジング３２内に納めら
れ、ピストン３４に接続されたロツド３５の一端
に取り付けられており、ピストン３４と連動して
軸方向に移動し、その駆動軸はスクリユウ２に接
続され、スクリユウ２を回動せしめ、上記ピスト
ン３４はモータハウジング３２に接続された油圧
シリンダ３６内で摺動し、ロツド３５を介してモ
ータ３３を軸方向に移動せしめる。

而して、各サイクルの初期にはスクリユウ２は
シリンダ１内で後退した位置（図示する位置）に
あり、粒状或いは紛状の成形材料が補給器６から
シリンダ１内に供給されるとモータ３３の駆動に
よつてスクリユウ２が回転し、成形材料はシリン
ダ１の加熱部の方に向かつて送り出されると共
に、シリンダ１の加熱部に設けられた誘導子１４
−１乃至１４−５には電源装置１９から交流電流
が供給され、シリンダ１に渦電流を発生させ、誘
導加熱によりこれを発熱する。

而して、成形材料はシリンダ１の内壁面からの
熱伝導と、スクリユウ２の回動及びこれに伴う剪
断熱によつて加熱、加圧されて射出に適した温度
及び圧力が与えられ流動体となり、シリンダ１先
端部と型取付部材１１の内壁とで形成された空所
に送られ、然る後、スクリユウ２がピストン３４
の移動に共つて成形用の型９，１０方向に移動
し、上記空所に送られた成形材料は上記型取付部
材１１のノズル部分から成形用の型９，１０内に
射出されて所望の形に成形される。

なお、加工中は温度検出器１５−１乃至１５−
１４によつて検出され、AD変換器１７でデジタ
ル信号化された検出値に基づき、制御装置２５が
シリンダ１内の樹脂の保有する全熱量を計算し、
これが予め定められた理想的な温度分布に於て樹
脂が保有すべき全熱量と比較し、両者間に偏差が
認められる場合には、その偏差分を消失せしめら
れるよう各誘導子１４−１乃至１４−５への電力
供給量を加減して、第１図の装置と同様な制御が
行なわれる。

また、圧力も同様に温度検出器１６−１乃至１
６−１４によつて検出された検出値に基づき、制
御装置２５がスクリユウ２の駆動速度及びピスト
ン３４の移動速度を制御して樹脂の溶融度、粘度
が理想的に制御されるので、圧力の分布は常に理
想的な状態に保たれ、また、この状態から逸脱し
たときには直ちに制御が行なわれ理想的な圧力の
分布とされる。

〔発明の効果〕

本発明は叙上の如く構成されるから、本発明に
よるときは、シリンダ各部の樹脂に与えられるエ
ネルギが経時的、空間的に最適に制御されるの
で、シリンダから押し出される樹脂の温度と圧力
が常に加工に最適な状態に保たれ、従つて、製品
の細孔やひび割れ、歪等を減少させることができ
ると共に、成形精度を高め、成形時間を大幅に短
縮することが可能となる。

なお、本発明の構成は叙上の実施例に限定され
るものではない。即ち、例えば、実施例ではシリ
ンダの周囲に無鉄芯の誘導子を設けたものを示し
たが、これはコイルを鉄芯に捲き付けた有鉄芯の
誘導子を用いてもよい。なお、この場合には複数
の有鉄芯誘導子をシリンダの周囲に複数設けてこ
れらを一組とし、これを適宜の間隔を隔てて複数
の組設ける構成とする。また、温度制御のために
例えば強制冷却を行なえるように各誘導子１４−
１乃至１４−５間に冷却液が貫流するパイプをシ
リンダ１に捲回して設け、各部のパイプの冷却液
の流通停止又は流量を調整しつつ温度制御を行な
い得る装置を付設することも推奨される。その
他、温度検出器及び圧力検出器の取り付け位置及
び各部の制御の仕方等は本発明の目的の範囲内で
自由に設計変更できるものであつて本発明はそれ
らの総てを包摂するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる樹脂加工装置に於け
る温度及び圧力の制御方法を実施するための装置
の一実施例を示す説明図、第２図は、そのシリン
ダ部分の拡大断面図、第３図は、他の実施例を示
す説明図である。 １……シリンダ、２……スクリユウ、３……フ
ランジ、４……減速装置、５，３３……モータ、
６……補給器、７……補給器取付部材、９，１０
……成形用の型、１２……ブレーカープレート、
１３……金網、１４−１〜１４−５……誘導子、
１５−１〜１５−１４……温度検出器、１６−１
〜１６−１４……圧力検出器、１７，１８……
AD変換器、１９，２４……電源装置、２０，３
６……油圧シリンダ、２１……油圧切換弁、２２
……油圧ポンプ、２３……油タンク、２５……制
御装置、２６，２７，２８，２９……ロツクナツ
ト、３０……保温材、３１……逆流防止弁、３２
……モータハウジング、３４……ピストン。

【特許請求の範囲】

１ 円筒状胴周面を有する回転駆動ロールを、そ
の軸心方向に間隔をおいて該胴周面と接する一対
の側壁間にわたり該胴周面との間で末狭まりをな
す谷形くぼみをへだてて該回転駆動ロールと向い
合う静止の凹円弧状表面により該凹円弧状表面と
回転駆動ロールとの間で大気に開放して形成し
た、ゴム溜り区画室をそなえるハウジングと組合
わせ、該ゴム溜り区画室の末狭まり出側にて回転
駆動ロールとの間に限定された所定の押出し成形
すき間を形成する脱着・交換可能な口金をハウジ
ングに固定して成る回転ロール式押出し機を用
い、 ゴム溜り区画室に、その口金とは反内の入側に
おける大気圧の作用下に、該口金を通して排出さ
れるゴム又はゴム状材料の押出し量に見合うゴム
又はゴム状材料の混練物を回転駆動ロールの円筒
胴周面に沿う帯状として供給しつつ、 ゴム溜り区画室内を占める上記混練物の、口金
レベルから測つた高さ(H)に調整を加えて、 口金の成形すき間ゲージ（mm）の常用対数Ｘと
該ゲージに応じる口金部圧力勾配（Kgｆ／cm²）の
常用対数ｙとをとつた直角座標上にて、次式(1)、
(2)