JPH1015944A - 成形型の加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型壁面温度の上昇速度，冷却速度を大きくす
るには熱媒体に水を用いる必要がある。高温水を１００
℃以上にするには、飽和圧以上に加圧せねばならないと
いう問題があるので、低温水との間の圧力差のため高温
水と低温水の切り換えが困難という問題があった。 【解決手段】 熱媒体の流路６３をキャビティの壁面に
接近して複数個設け上記複数個の流路を並列・直列に接
続した成形型３６を用い、少なくとも高温水を循環する
高温水系ＩＩと低温水を循環する低温水系Ｉとを構成要
素とし、上記高温水系ＩＩの循環水温度に相当する飽和
圧以上の圧力でかつ同じ圧力を上記高温水系ＩＩと低温
水系Ｉとに加え、上記成形型３６の流路６３を上記高温
水系ＩＩの一部に組み込む循環経路と上記成形型３６の
流路６３を上記低温水系Ｉの一部に組み込む循環経路と
に切り換え可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
等の成形に用いる成形型の加熱冷却装置の技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックの射出成形は、目的とする
製品形状と同形状のキャビティを有する成形型に溶融し
たプラスチックを射出し冷却固化せしめて行なう。得ら
れた製品の外観は成形型のキャビティとほぼ等しいのは
もちろんであるが、厳密には異なる。

【０００３】特に、キャビティ表面の微細な凹凸は正確
に転写されない場合が多い。これは溶融プラスチックが
キャビティ表面に接触した瞬間に冷却されて、溶融プラ
スチック表面に薄い固化層が形成されるので、キャビテ
ィ表面の微細な凹凸の正確な転写を妨げるからである。
キャビティ表面の微細な凹凸の寸法と、得られたプラス
チック成形品の表面の微細な凹凸の寸法との比を転写率
と呼んでいるが、精密なプラスチック射出成形において
はこの転写率を高くすることが課題の一つである。

【０００４】またプラスチックの射出成形における製品
の不良として、「ウエルド」，「ひけ」，「シルバー」
と呼ばれる３つの大きな不良項目があり、これらの３大
不良を減少もしくは絶滅することは射出工程の現場では
極めて重要である。

【０００５】上述した転写率の改善方法ならびに上記３
大不良の減少対策として、高温成形と呼ばれる成形方法
が知られている。これは予めキャビティ表面の温度を上
げておくことにより溶融プラスチック表面に固化層の形
成を遅らせ、キャビティ表面の微細な凹凸を正確に転写
させ、その後に型を冷却してプラスチック成形品を完全
に固化させて取り出す方法である。またこの高温成形を
用いることにより、先に述べた成形の３大不良も減少も
しくは絶滅することもできる。このように高温成形法は
射出成形として優れた工法である。

【０００６】しかし高温成形においては、一般に金型の
昇温・冷却に時間がかかるので通常の射出成形サイクル
時間内に納まらず、成形コストが高くなるという欠点が
あった。

【０００７】例えば高温成形の代表例として、型の加熱
のために型に電気ヒータを埋め込む方法がある。この方
法では型壁面温度を上げるためには、電気ヒータを埋め
込んでいる部分も加熱せねばならないので被加熱部の熱
容量が大きくなり、所定の温度に加熱するのに長時間を
要する上に、冷却時間も延長されてしまう。加熱，冷却
に要する時間は、型の大きさ，使用環境等で大幅に変化
するが、例えば型壁面温度を５０℃上昇，下降させよう
とする場合、このような電気ヒータを埋め込んだ方法で
は、数分ないし数１０分単位の時間を要するのが通例で
あった。これでは数秒を争って成形時間を短縮しようと
している成形現場に受け入れられないのは当然である。

【０００８】電気ヒータのかわりに型に適当な流路を設
け、この流路に高温熱媒体を流す方法が提案されてお
り、例えば特開昭６２−１１７７１６号公報，特開平１
−１１５６０６号公報等に開示されている。

【０００９】この方法の利点の１つは、流路を型壁面に
近付けて設けることにより加熱時間を短縮できることで
ある。流路と型壁面との熱伝導が良くなるのに加えて被
加温熱部の熱容量を小さくできるからである。さらにこ
の方法の大きな利点としては加熱時には高温の熱媒体を
流路に流し、冷却時には低温の熱媒体を流すので、加熱
時間だけでなく冷却時間も短縮することができる。

【００１０】熱媒体を利用する高温成形方法において
は、高温と低温の熱媒体をそれぞれ用意すると共に、成
形サイクルに合わせて、型に高温熱媒体を供給したり低
温熱媒体を供給したりするための切り換え装置が必要で
ある。その例として、特開昭５１−５３６２号公報，特
公平１−２６８４８号公報等に開示されている。

【００１１】上記特開昭５１−５３６２号公報に開示さ
れている技術について、図１２を参照して説明すると、
１は可動型本体、２は固定型本体、３は可動側型板、４
は固定側型板である。可動側型板３と固定側型板４とが
閉じてキャビティ６が形成される。また可動側型板３と
可動型本体１との間および固定側型板４と固定型本体２
との間には、それぞれ熱媒体通路７，８が形成されてい
る。これらの熱媒体通路には流入口９，１０および流出
口１１，１２が形成され、流入口９，１０は切換弁１３
を介して、また流出口１１，１２は切換弁１６を介して
それぞれ熱媒体加熱供給装置１４および熱媒体冷却供給
装置１５に接続されている。

【００１２】上記構成において、まず図示のように切換
弁１３，１６によって熱媒体加熱供給装置１４に接続し
て高温の熱媒体を通路７，８に流通させ型板３，４を通
してキャビティ６内を所定の温度に加熱する。キャビテ
ィ６が所定の温度に達した後に、図示していないが射出
ノズルから射出口５を経てキャビティ６に樹脂を射出・
充填する。樹脂の射出後、切換弁１３，１６を熱媒体冷
却供給装置１５に切り換えて通路７，８に低温の熱媒体
を流通させ、キャビティ６内の樹脂を冷却する。キャビ
ティ６内の樹脂が冷却・固化した後、可動型本体１，固
定型本体２を開いて成形品を取り出す。

【００１３】ところで高温成形の効果を発揮させるには
樹脂射出前の型壁面の温度を、樹脂のガラス転移点の近
傍、できればガラス転移点以上にしておくことが必要で
ある。樹脂のガラス転移点は樹脂の種類により異なるが
一般に１００℃〜１２０℃以上である。また冷却時の型
壁面の温度は普通４０℃〜８０℃であるので昇温温度幅
・冷却温度幅は４０℃〜８０℃となる。一方成形サイク
ルの延長を防ぐには、昇温・冷却に充てられる時間は最
大でも４０秒、できれば数秒に抑えなければならない。

【００１４】従って昇温速度および冷却速度としては１
℃／秒以上は必要であるので、このような大きな昇温速
度・冷却速度を得るための具体的な手段として、型壁面
の近傍に流路を設け、この流路に高温もしくは低温の熱
媒体を流す方法が提案されていた。また高温の熱媒体の
温度は上記したように少なくとも１００℃〜１２０℃以
上であることが必要であり、低温の熱媒体の温度は４０
℃〜８０℃以下である。

【００１５】上記した特開昭５１−５３６２号公報の記
述には熱媒体の種類が述べられていないが熱媒体に油等
の熱媒体を用いたとすると、一般に油は大気圧における
飽和温度が高いので高温側の熱媒体も低温側の熱媒体も
同じ大気圧の下で使用することができ、上記の場合でも
高温，低温の熱媒体の切り換えが可能である。しかし型
壁面の温度上昇を急速に行なおうとすると、油系の熱媒
体を用いるのは不都合である。というのは、油系の熱媒
体は粘度が高いので、流路の壁面と熱媒体との間の熱伝
達係数（境膜係数）の値が小さくなり、その結果として
キャビティ壁面への熱伝導が悪く、十分な昇温速度，冷
却速度が得られ難いという問題がある。例えば直径１０
ｍｍの流路に１００℃の油系の熱媒体１０リットル／分
を流した場合の熱伝達系数は、約１２００Ｗ／℃／平方
メートルと見積られる。

【００１６】しかし油系の熱媒体に代えて水を熱媒体と
して用い、同じ温度（１００℃），同じ流量（１０リッ
トル／分）の水を同じ直径１０ｍｍの流路に流した場合
の熱伝達係数は、１５０００Ｗ／℃／平方メートルと見
積られる。このように油系の熱媒体と水の熱媒体とを較
べると、同じ条件の下では水の熱伝達係数の方が油系の
熱媒体に較べて遙かに大きな値を示す。実際に我々の実
験・検討の結果でも、型壁面の急速な昇温速度，冷却速
度温度を得るには、熱伝達係数の値が大きい水を熱媒体
に用いる必要があることが判明した。

【００１７】ところが、水を熱媒体に用いる場合、型壁
面を冷却する低温水の温度は１００℃以下のことが多い
ので必ずしも加圧の必要がないが、型壁面を加熱する高
温水の温度を１００℃以上に維持するには、大気圧以上
に加圧することが必要である。従って熱媒体に加える圧
力に考慮を払っていない特開昭５１−５３６２号公報の
ような方法では、高温水，低温水の切り換えには不十分
であるという問題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように熱媒体
による型の加熱冷却は、型壁面温度の急速な上昇，冷却
に有効な方法であるが、昇温速度，冷却速度をさらに大
きくするには熱媒体の温度をできるだけ高くすること、
ならびに熱媒体と流路壁面との熱伝達係数（境膜係数）
を大きくしなければならないという問題があった。加熱
に用いる高温熱媒体の温度を１００℃以上にしようとす
ると大気圧のままでは飽和温度が１００℃以上である油
系の熱媒体を用いざるを得ないが、油系の熱媒体は熱伝
達係数の値が著しく小さく、型壁面温度の急速上昇，急
速冷却には不敵であるという問題があった。

【００１９】型壁面温度の急速上昇，急速冷却には熱媒
体として水を用いる必要があるが、水を１００℃以上の
熱媒体として用いるには周知のように加圧しなければな
らない。

【００２０】ところが、油系の熱媒体を前提にした従来
の熱媒体・加熱冷却装置では、熱媒体の加圧について考
慮されていない。すなわち、加熱に用いる高温熱媒体と
冷却に用いる低温熱媒体とを切り換える際の圧力差に考
慮が払われていないので、そのまま水を熱媒体とする加
熱冷却システムに用いることができないという問題があ
った。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、成形型におけるキャビティ壁面の近
傍に配設した熱媒体流路に高温水系より高温水を流入循
環させて上記キャビティ壁面を加熱させる場合、および
上記熱媒体流路に低温水系より低温水を流入循環させて
上記キャビティを冷却させる場合に、上記高温水および
低温水は同圧に加圧し、かつ高温水の温度に相当する飽
和圧以上の圧力に加圧することとしている。これにより
熱媒体として１００℃以上の高温水を利用することがで
き、その分キャビティ壁面の温度上昇速度を大きくする
ことが可能になった。また高温水系と低温水系とを同圧
に保持しているので、加熱と冷却に用いる熱媒体の切り
換えを急速に行なうことができる。

【００２２】さらに、キャビティ壁面を加熱，冷却する
熱媒体に加圧水を用いるので、熱媒体と流路壁面との熱
伝達係数が大きくなってキャビティ壁面温度の上昇速度
のみならず冷却速度も大きくできるので、上記高温水の
温度の高温化、上記急速な熱媒体の切り換えとあいまっ
て、成形サイクル時間の延長を阻止しつつ、高温成形に
よる成形品の品質の向上、ならびに不良品の減少の効果
を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の成形型の加熱冷却装置
は、熱媒体の流路をキャビティの壁面に接近して設けた
成形型を用い、高温水を循環する高温水系と低温水を循
環する低温水系とを少なくとも構成要素とし、上記高温
水系の循環水温度に相当する飽和圧以上の圧力でかつ同
じ圧力を上記高温水系と低温水系とに加え、上記成形型
の流路を上記高温水系の一部に組み込む高温循環経路
と、上記成形型の流路を上記低温水系の一部に組み込む
低温循環経路とに切り換え可能にしたものである。

【００２４】また本発明の成形型の加熱冷却装置には、
上記高温水系の循環水温度に相当する飽和圧以上の圧力
を吐出する加圧ポンプを設けており、上記加圧ポンプの
吐出圧により上記高温水系と低温水系とに同じ圧力を加
えることにしている。

【００２５】さらに高温水系と低温水系とに圧力を加え
る別の手段として、加圧した気体と水とを内蔵する加圧
タンクを設け、上記加圧タンクを高温水系と低温水系と
に連通させて行なう方法も可能であり、用途によっては
好ましい。

【００２６】さらに本発明の成形型の加熱冷却装置で
は、高温水を循環する高温水系と低温水を循環する低温
水系とを少なくとも構成要素とするが、上記高温水系を
さらに高温水を循環する経路と、高温水より高い温度の
加熱水を循環する加熱水系とより構成し、上記高温水
系，低温水系，加熱水系はそれぞれに備えられた循環ポ
ンプにより水を循環させると共に、上記高温水系，低温
水系，加熱水系を連通させ、上記加熱水系の循環水温度
に相当する飽和圧以上のガス圧力を上記加熱水系の循環
ポンプの吸込口付近に加えることにより上記高温水系と
低温水系とを加圧し、上記成形型の流路を上記高温水系
の一部に組み込む高温循環経路と上記成形型の流路を上
記低温水系の一部に組み込む低温循環経路とに切り換え
可能にしたものである。

【００２７】また上記加熱水系には、加熱水循環ポンプ
と加熱器と３方調節弁とを少なくとも設け、上記加熱水
循環ポンプからの吐出水は加熱器を経て上記３方調節弁
の入口に流入し、上記３方調節弁の出口の１つの上記加
熱水循環ポンプの吸込口につながり、上記３方調節弁の
出口の他の１つは上記高温水循環ポンプの吸込口につな
がり、上記高温水循環ポンプの吸込口と上記加熱水循環
ポンプとの吸込口とを連通させることにより上記３方調
節弁の開度により上記高温水系に上記加熱水系を混入さ
せることにより上記高温水系の温度制御を可能にしたも
のである。

【００２８】また上記低温水系には、低温水循環ポンプ
と冷却器と３方調節弁とを少なくとも備え、上記低温水
循環ポンプからの吐出水の経路を成形型の流路を経由し
て上記３方調節弁の入口に連通させ、上記低温水循環ポ
ンプの吐出側と上記３方調節弁の入口とを直接に連通す
る経路を設け、上記３方調節弁の一方の出口は上記低温
水循環ポンプの吸込口に連通させ、他方の出口は温度調
整槽を経て上記低温水循環ポンプの吸込口に連通させ、
上記３方調節弁の開度により温度調整槽を通過した水と
温度調整槽を通過しない水とを混合させることにより上
記低温水系の温度調節を可能にしたものである。

【００２９】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の一実施例としての成形型の
加熱冷却装置の構成図、図２〜図５は本発明の成形型の
加熱冷却装置を射出成形に適用した時の成形型の構造の
説明図である。また図６は型壁面温度の応答測定線図の
一例である。

【００３０】まず図２を用いて本発明の成形型の加熱冷
却装置を、射出成形に適用した時の成形型の構造を説明
する。図２の矢視Ｍ−Ｍによる断面図を図３に、また円
Ｎの部分の拡大図を図４に示す。

【００３１】図２において、５６は固定型、５７は可動
型、５８は型取付板、５９はロケートリング、６０はス
プルー孔、６１はエジェクターピンである。固定型５６
と可動型５７とを閉じて形成される空間がキャビティ６
２である。固定型５６はロケートリング５９により射出
成形機の所定の位置に位置決めされる。溶融樹脂は射出
ノズル（図示せず）からスプルー孔６０を経てキャビテ
ィ６２に射出される。固定型５６のキャビティ６２に沿
って図２に示すように流路６３が多数設けてある。この
流路６３について説明すると、図３に示すように固定型
５６の前後にタンク６４Ａ，６４Ｂが設けてあり、上記
流路６３はタンク６４Ａ，６４Ｂに連結管６５Ａ，６５
Ｂにより連結されている。タンク６４Ａ，６４Ｂは供給
管６６Ａ，６６Ｂにより加熱冷却装置に連結されてい
る。

【００３２】プラグ６７Ａ，６７Ｂは供給管６６Ａ，６
６Ｂを固定型５６に固定するためのものであるが、プラ
グ６７Ａ，６７Ｂには熱電対が設けてあり、流路６３に
流入循環させる循環水の温度を検出できるようになって
いる。このように本発明に用いる成形型では、熱媒体の
流路６３をキャビティ６２に沿って多数配列することに
より、キャビティ６２の型壁面の温度を急速に上昇させ
得るような構造になっている。

【００３３】上記した成形型の熱媒体の流路６３に高温
熱媒体あるいは低温熱媒体を供給する装置が、以下に説
明する本発明の加熱冷却装置である。

【００３４】次に図１を用いて本発明の加熱冷却装置に
ついて説明する。図１において、３６が図２により説明
した成形型であり、Ｉが低温水系を示し、ＩＩが高温水
系を示している。

【００３５】図１において、低温水系Ｉは、吸込側が水
源３７に連通し、低温圧力調節弁（Ａ）２１を並列に挿
入した低温加圧ポンプ１７の吐出側は、低温圧力調節弁
（Ｂ）２２，低温循環ポンプ１９，温度調整槽３８，低
温切換バルブ（Ｂ）３１を介して供給管６６Ａに連通さ
せ、供給管６６Ａは流路６３に連通し、さらに供給管６
６Ｂを経て分岐点８１に連通している。分岐点８１はさ
らに、低温戻り経路９９により、低温循環ポンプ１９の
吸込側および低温切換バルブ（Ａ）３０を介して低温切
換バルブ（Ｂ）３１にそれぞれ連通している。なお２５
は低温循環ポンプ１９の吸込圧力計、２７は吐出圧力計
である。

【００３６】高温水系ＩＩは、吸込側が水源３７に連通
し、高温圧力調節弁（Ａ）２３を並列に挿入した高温加
圧ポンプ１８の吐出側は、高温圧力調節弁（Ｂ）２４，
高温循環ポンプ２０，加熱器２９，高温切換バルブ
（Ｂ）３４を介して供給管６６Ａに連通している。供給
管６６Ｂは、分岐点８１を経て、高温戻り経路１００に
より高温循環ポンプ２０の吸込側および高温切換バルブ
（Ａ）３３を介して高温切換バルブ（Ｂ）３４にそれぞ
れ連通している。なお２６は高温循環ポンプ２０の吸込
圧力計、２８は吐出圧力計である。

【００３７】まず準備状態について説明する。高温加圧
ポンプ１８を運転し、高温圧力調節弁（Ａ）２３，高温
圧力調節弁（Ｂ）２４を調節して、高温循環ポンプ２０
の吸込圧力計２６の指示が目的とする高温水の温度（例
えば１３０℃）に相当する飽和圧（例えば１３０℃の飽
和圧＝２．７ａｔ）以上の値になるようにする。それに
は高温圧力調節弁（Ａ）２３の開度を大きくし、高温圧
力調節弁（Ｂ）２４の開度を小さくすると高温加圧ポン
プ１８からの吐出水の戻り量が大きくなるので、吸込圧
力計２６の圧力指示値は低くなり、逆の操作をすると圧
力指示値が高くなる関係を利用する。こうして高温水系
ＩＩは、目的とする温度に相当する加圧水を循環水とし
て循環できる運転状態とする。低温水系Ｉについても同
様の操作を行なって低温循環ポンプ１９の吸込圧力計２
５の指示を上記の高温循環ポンプ２０の吸込圧力計２６
と同じ値を示すように調節し、運転状態とする。

【００３８】次に待機状態について説明する。低温切換
バルブ（Ｂ）３１，高温切換バルブ（Ｂ）３４を閉じ、
低温切換バルブ（Ａ）３０，高温切換バルブ（Ａ）３３
を開けて低温循環ポンプ１９，高温循環ポンプ２０を運
転する。この待機状態では低温循環ポンプ１９から吐出
された水は温度調整槽３８を通って温度調整され、次い
で低温切換バルブ（Ａ）３０を経て低温循環ポンプ１９
の吸込口に戻り、次第に温度を下げる。

【００３９】なお、上記した温度調整槽３８における温
度調整とは、通常は冷却動作が主体であるが、成形条件
によっては低温水系Ｉの温度が必要な温度より低い時も
あるので、その時には若干の加熱動作を伴う場合もあ
る。また仮に低温水系Ｉの温度を下げようとする場合で
も、温度調整槽３８で必ずしも冷却動作を行わずに、所
定温度より高くなった低温水系Ｉの循環水の一部を系外
に放出し、その分の循環水量を低温加圧ポンプ１７によ
り水源３７から補給することにより、所定温度より低い
温度の水源の水を所定温度より高くなった低温水系Ｉの
循環水に混合させて温度調節することも可能である。

【００４０】また高温循環ポンプ２０から吐出された水
は加熱器２９で加熱され、次いで高温切換バルブ（Ａ）
３３を経て高温循環ポンプ２０の吸込口に戻り、次第に
温度を上げていく。

【００４１】上記待機状態で、高温水系ＩＩの水の温度
が所定の値に到達した後、型３６を加熱するには、低温
切換バルブ（Ｂ）３１は閉じ、低温切換バルブ（Ａ）３
０は開けた状態のままで、高温切換バルブ（Ａ）３３を
閉じ、高温切換バルブ（Ｂ）３４を開けることにより所
定に加圧された高温水を型３６の流路６３に流して行な
う。

【００４２】後述するように高温水が型３６の流路６３
に流れ込むとキャビティ６２の型壁面温度は急速に上昇
するので、型壁面温度が所定温度に到達した時点で溶融
樹脂をスプルー６０を経てキャビティ６２に射出する。
射出終了後、所定の時間が経過した時点で成形型の冷却
を開始する。

【００４３】型３６を冷却するには、高温切換バルブ
（Ａ）３３を開け、高温切換バルブ（Ｂ）３４を閉じて
高温水系ＩＩを待機状態に戻し、その後、低温切換バル
ブ（Ａ）３０を閉じ、低温切換バルブ（Ｂ）３１を開け
ることにより低温水を型３６の流路６３に流して行な
う。

【００４４】型３６が所定の温度まで冷却されれば、可
動型５６と固定型５７とを開いて成形品を取り出す。

【００４５】以上のように図１に示す加熱冷却装置で
は、高温水系ＩＩと低温水系Ｉとが同じ圧力の下にある
ので、切り換えを自在に行なうことが可能である。

【００４６】型３６に図３で説明した成形型を用い、図
１に説明した加熱冷却装置を用いて低温水と高温水とを
切り換えた時の型壁面温度の応答を測定した。

【００４７】図６がその結果であり、縦軸は温度，横軸
は時間を表わしているが、測定結果を自動記録したデー
タをそのまま用いているので、時間経過は左方向に向か
っている。

【００４８】この場合、低温水の温度は約５０℃，高温
水の温度は約１１５℃であった。型３６の流路６３に循
環水が流入する入口と出口とのプラグ６７Ａ，６７Ｂに
それぞれ熱電対からなる温度検出器を設けて循環水の温
度計測した。また型壁面に極めて接近させて熱電対を設
け、その測定結果を型壁面温度として表示している。時
刻Ｔ１までは型３６の流路６３には低温水が循環してい
るので、金型入口，出口の循環水温度、ならびに型壁面
温度は上記低温水の温度にほとんど等しくなっている。
時刻Ｔ１で型３６における流路６３への循環水を低温水
から高温水に切り換えた。金型入口における循環水温度
は直ちに高温水の温度である１１５℃を示し、やや遅れ
て金型出口における循環水温度も高温水の温度に近い温
度を示す。型壁面温度も図６から容易に読み取れるよう
に急速に温度上昇する。時刻Ｔ２で型壁面温度が約１０
５℃に達した時点で、循環水を切り換え循環水を高温水
から再び低温水に戻しているが、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２
までの時間は２５秒である。すなわち、型壁面温度は２
５秒間で温度差５５℃を上昇したことになる。２５秒間
の平均温度上昇速度は２．２℃／秒であるが、時刻Ｔ１
の切り換え直後付近での温度上昇は７〜１０℃／秒とい
う大きな値を示している。

【００４９】また時刻Ｔ２で低温水に切り換えた時も、
温度上昇時とほぼ同様の速度で型壁面の温度が低下して
いることが読み取れる。

【００５０】上記したような大きな温度上昇速度，冷却
速度が得られるのは、すでに何度も説明したように、熱
媒体として水を用いているため、水と流路の壁との間の
熱伝達係数が大きいからであるが、その外にも下記する
ような要因もあげられる。

【００５１】その１は、温度上昇速度あるいは冷却速度
は、図４に示す流路６３の拡大断面図のＹ寸法によって
も変わり、上記の測定結果はＹ寸法が６ｍｍの時であ
る。Ｙ寸法が小さくなれば型壁面の温度の応答はより早
くなるが、Ｙ寸法を小さくし過ぎると型壁面の温度分布
にムラを生じるのでＹ寸法には自ずと適当な値がある。

【００５２】なお図４において、Ｙは流路６３とキャビ
ティ６２の壁面との間隔、ｄは流路６３の径、Ｘは流路
６３の間隔、ｐは流路６３のピッチを示している。

【００５３】その２は、型壁面の温度の応答を支配する
要因として、高温水から低温水へ、逆に低温水から高温
水への切り換えに要する時間があげられる。図６に示す
ように金型出口の循環水温度は入口の循環水温度より遅
れているが、この時間遅れは上記したように入口から出
口まで循環水が流れる時間に支配されるもはもちろんで
あるが、今一つの大きな要因として切り換え前に型内に
存在していた低温水に高温水が混入する現象があげられ
る。逆に切り換え前に型内に存在していた高温水に低温
水が混入する時も同じである。高温水と低温水とが混合
すると当然循環水の温度は両者の中間になるから流路の
壁面との温度差が小さくなり、従って流路壁面への熱移
動量が小さくなる。その結果として型壁面の温度の応答
が遅くなるのである。

【００５４】このような切り換え時の高温水と低温水と
の混合をできるだけ小さくするには、図１の低温切換バ
ルブ（Ａ）３０，低温切換バルブ（Ｂ）３１，高温切換
バルブ（Ａ）３３，高温切換バルブ（Ｂ）３４を高速で
切り換えることが必要である。実施例では上記したよう
に高温水系ＩＩのみならず低温水系Ｉも高温水系ＩＩと
同じ圧力に保持しているので、切り換えに際して高温水
と低温水とが混入したりすることもなく、切換バルブを
高速で切り換えることが可能となり、その分、型壁面温
度の応答速度を早めることが可能になった。

【００５５】なお上記の説明は、型３６内の流路６３が
図１に示すように並列に接続されている場合について述
べたが、流路６３の接続は図５に示すような直列接続の
場合もある。一般に図１に示すような並列接続の方が管
路抵抗が小さいので大きな流量を流すことが可能であ
り、従って型壁面温度の応答速度を早めるのに都合がよ
いが、その分、型構造が複雑になったりするので、比較
的大型の型に用いるのが適当である。

【００５６】これに対し図５に示す直列接続は、小型の
型に用いることも可能である。また上記の説明では、図
１の低温水系Ｉと高温水系ＩＩとにそれぞれ加圧用の加
圧ポンプ１７，１８を設けていたが、低温循環ポンプ１
９の吸込口と高温循環ポンプ２０の吸込口を連通するよ
うに接続し、その接続点に加圧ポンプの吐出圧を加える
ことにより低温水系Ｉと高温水系ＩＩとを同時に加圧す
る方法も可能である。そうすることにより加圧ポンプの
台数を２台から１台に減らすこともできる。

【００５７】（実施例２）次に図７を用いて本発明の加
熱冷却装置の他の実施例について説明する。図７におい
て、Ｉは低温水系、ＩＩは高温水系、ＩＩＩは加熱水系
を示している。

【００５８】図７において、３７が水源であり、供給ポ
ンプ５０により仕切弁５１を経て上記高温水系ＩＩ，低
温水系Ｉ，加熱水系ＩＩＩに循環水を充満させる。なお
４１は加圧タンクであり、上部の空間に所定の圧力の窒
素ガスが充満できるようになっている。また４６は低温
切換バルブ（Ａ）、４７は低温切換バルブ（Ｂ）、４８
は高温切換バルブ（Ｃ）、４９は高温切換バルブ（Ｄ）
である。

【００５９】高温水系ＩＩは、さらに加熱循環ポンプ３
９により循環する加熱水系ＩＩＩと高温循環ポンプ２０
により循環する系とで構成されている。以下、加熱循環
ポンプ３９により循環される水を加熱水、またその経路
を加熱水経路と呼び、高温循環ポンプ２０により循環す
る水を高温水、またその経路を高温水経路と呼んで区別
することにする。

【００６０】加熱水経路において、２９が加熱器であ
り、電熱もしくは化石燃料を用いたボイラー等の発熱装
置を加熱器として用いる。加熱循環ポンプ３９で矢印６
８の方向に送り出された加熱水は、上記加熱器２９で熱
せられ、高温温度調節３方弁４４の入口４４ａに入る。
通常、加熱水の設定温度は高温水の設定温度より高く設
定されている。

【００６１】高温水経路においては、上記したように２
０が高温循環ポンプであり、矢印７５の方向に吐出され
た高温水は、待機状態では高温切換バルブ（Ｃ）４８を
経て矢印７３の方向に流れて分岐管７２を経て高温循環
ポンプ２０の吸込口に戻る。高温循環ポンプ２０の吸込
口と吐出口にはそれぞれ吸込圧力計２６と吐出圧力計２
８とが、さらに吐出口には温度計７０が設けられてい
る。

【００６２】上記温度計７０の温度が、上記高温水の設
定温度より低い時は、上記高温温度調節３方弁４４の通
路は入口４４ａと出口４４ｃとの連絡開度が大きくな
り、逆に入口４４ａと出口４４ｂとの連絡開度が小さく
なるので、加熱水が高温循環ポンプ２０の吸込口により
多く供給され、高温水の温度は上昇する。

【００６３】上記温度計７０の温度が、上記高温水の設
定温度より高くなると、上記高温温度調節３方弁４４の
通路は入口４４ａと出口４４ｃとの連絡開度が小さくな
り、逆に入口４４ａと出口４４ｂとの連絡開度が大きく
なるので、矢印７９の方向への流量が多くなり、加熱循
環ポンプ３９の吸込口への戻り流量が多くなる。従って
高温水路系に加熱水の供給が減少するので（あるいは無
くなるので）高温水路系の温度上昇は止まる。この状態
のまま加熱水の循環が継続すると、加熱器２９により加
熱水の温度はさらに上昇し加熱水の設定温度を越える
と、加熱器２９の電源が切れ、またはボイラーの燃料供
給を止める等により加熱動作を停止させる。

【００６４】次に低温水系Ｉには、低温循環ポンプ１９
により水は矢印７６方向に吐出され、待機状態では低温
切換バルブ（Ａ）４６を経て、低温温度調節３方弁４３
の入口４３ａに流入する。低温循環ポンプ１９の吸込口
と吐出口にはそれぞれ吸込圧力計２５と吐出圧力計２７
とが、さらに吐出口には温度計７１が設けられている。

【００６５】上記温度計７１の温度が、上記低温水の設
定温度より低い時は、上記低温温度調節３方弁４３の通
路は入口４３ａと出口４３ｃとの連絡開度が大きいので
低温水は矢印７７の方向に流れて低温循環ポンプ１９に
吸込口に戻る流量が大きくなる。

【００６６】上記温度計７１の温度が、上記低温水の設
定温度より高くなると、上記低温温度調節３方弁４３の
通路は入口４３ａと出口４３ｂとの連絡開度が大きくな
り、逆に入口４３ａと出口４３ｃとの連絡開度が小さく
なるので、矢印７８の方向への流量が多くなり温度調整
槽３８により温度調整されて低温循環ポンプ１９に吸入
口に戻る。

【００６７】上記した実施例２における温度調整槽３８
における温度調整についても、通常は冷却動作が主体で
ある。ただし成形条件によっては低温水系Ｉの温度が必
要な温度を下回ることもあるので、その時には若干の加
熱動作を伴う場合もある。

【００６８】以上は加熱水系ＩＩＩ，高温水系ＩＩおよ
び低温水系Ｉの循環水の循環経路について説明したが、
次にこれらの循環経路に加圧する手段について説明す
る。

【００６９】既に述べたように、４１は加圧タンクであ
り上部の空間に所定の圧力の窒素ガスを充満できるよう
になっている。この窒素ガスの圧力は連通管７４により
加熱循環ポンプ３９の吸込口に加えられるので、吸込口
の圧力計４０の指示は加圧タンク４１の圧力計４２とほ
ぼ同じ値を示す。一般にポンプの吸込口の圧力は循環経
路の中で最も低い圧力であるので、吸込口圧力が循環水
温度の飽和圧力を下回ると蒸気が発生してポンプの循環
動作に悪影響を与えるが、上記したように加熱循環ポン
プ３９の吸込口には窒素ガスの圧力がかかるので、蒸気
の発生が抑制できる。

【００７０】窒素ガスの圧力は分岐管７２を通じて高温
循環ポンプ２０の吸込口にも加わるので、吸込口の圧力
計２６の指示も加圧タンク４１の圧力計４２の指示とほ
ぼ同じ値を示す。実際には分岐管７２等における流路抵
抗の値の分だけ異なる指示となるが、高温循環ポンプ２
０の吸込口の圧力を循環水温度の飽和圧力より高くする
ことができるので高温循環ポンプ２０の吸込口における
蒸気発生は抑制される。

【００７１】また型３６の出口で高温水系ＩＩと低温水
系Ｉとは、逆止弁５２，５３およびオリフィス５４，５
５を通じて連通している。従って上記した加圧タンク４
１の圧力は、オリフィス５４，５５を通じて低温水系Ｉ
にも加わる。

【００７２】このようにして、高温水系ＩＩ，低温水系
Ｉの圧力が同圧に保たれるので型３６への高温水と低温
水との切り換えが容易になる。

【００７３】上記したように実施例１および実施例２
は、低温水系Ｉと高温水系ＩＩとを簡単に切り換えるこ
とが可能である点では同じ効果を発揮する。構成の簡便
さという点では、実施例１の方が実施例２に較べ構成が
簡単で手軽に扱うことができる点で優れている。

【００７４】しかし、実施例１を用いて実際に長時間に
わたって運転を継続すると、高温循環ポンプ２０により
循環されている高温水の一部が高温圧力調節弁（Ｂ）２
４を逆流し、さらに高温加圧ポンプ１８を逆流して水源
３７にまで逆流する現象があることを経験した。この原
因は定かではないが、温度上昇による高温水の熱膨張
と、高温水・低温水の切り換え時のウオータ・ハンマー
現象とが相乗した結果ではないかと推定される。逆流を
防ぐために配管の途中に逆止弁を設けると、高温水の熱
膨張のため高温水系の圧力が異常に上昇するという問題
があり、高温水の水源への逆流を防ぐことができなかっ
た。また圧力調節を加圧ポンプの圧力調節弁で行なって
いるが、圧力調節弁の調節の僅かの差で高温水系と低温
水系との圧力のバランスが崩れて、長時間にわたって高
温水系と低温水系の圧力バランスを保つのが困難である
という問題もあった。こういう運転上の安定性の点では
実施例２は実施例１より優れた実績を示した。

【００７５】なお上述の説明において本発明の成形型の
加熱冷却装置の適用例として、射出成形型を用いた場合
について説明したが、適用可能な成形型としては射出成
形型にとどまらずその他の成形型、例えば圧縮成形型，
ブロー成形型，ＲＩＭ成形型等、一般に型壁面の急速加
熱，急速冷却を必要とする成形型の加熱冷却装置として
広く用いることができる。

【００７６】以下、ブロー成形に本発明の成形型の加熱
冷却装置を適用した場合につき図８〜図１１を用いて説
明する。

【００７７】図８は、本発明の成形型の加熱冷却装置を
ブロー成形に適用する場合の成形型の断面図である。図
８の矢印線Ｑ−Ｑにおける断面図を図９に示す。また図
１０は上述のブロー成形工程の第１工程の説明図であ
り、図１１は同じく第２工程の説明図である。

【００７８】図８において、ブロー成形型枠１０１，１
０２はそれぞれブロー成形中子１０３，１０４を内包し
ている。ブロー成形中子１０３，１０４は成形品の外形
と同じ輪郭系状を持ったキャビティ壁面１０３Ａ，１０
４Ａを有している。さらにブロー成形中子１０３，１０
４の外周には複数の流路６３が刻まれているが、図９に
示すようにブロー成形中子１０３，１０４をブロー成形
型枠１０１，１０２に組み合わせることにより熱媒体の
流路６３となる。

【００７９】図９の型枠１０１について説明すると、複
数の流路６３はタンク１０５と１０６に連通しており、
タンク１０５，１０６は連絡管１０９，１１０により供
給管１１３，１１４に連通している。供給管１１３，１
１４は既に説明した加熱冷却装置に連結されている。型
枠１０２についても同様の構成であるので説明は省略す
る。

【００８０】図８において、型枠１０１，１０２はそれ
ぞれ矢印１１７，１１８の方向に往復運動をして型を開
閉する。図１０に型枠１０１，１０２が開いた状態を示
す。

【００８１】ブロー成形の一般的な工程は、第１工程と
して図１０の状態で、押し出しノズル１２０からパリソ
ン１１９を押し出す。所定の長さのパリソン１１９が押
し出されると、第２工程として図１１に示すように型枠
１０１，１０２を閉じ、空気ノズル１２１より大気圧以
上の高圧空気を吹き込み、パリソン１１９を中子のキャ
ビティ壁面１０３Ａ，１０４Ａに押し付けて所定の製品
外形とする。その後、成形型である中子１０３，１０４
を冷却して製品を取り出す。

【００８２】以上が一般的なブロー成形の工程である
が、上述したように製品の外形は、パリソン１１９が高
圧空気によりキャビティ壁面１０３Ａ，１０４Ａに押し
付けられることによって決まる。高圧空気を用いるとは
言え、その値はせいぜい数〜数十気圧程度である。射出
成形において、溶融樹脂に数百気圧の射出圧をかけてい
るのに比較すると遙かに小さな圧力でキャビティ壁面に
押し付けられている訳である。従って一般にブロー成形
は射出成形に比較して型壁面の転写性が良くないのが欠
点の一つであった。

【００８３】しかしブロー成形型を図８，図９に示すよ
うにキャビティ壁面１０３Ａ，１０４Ａの近傍に複数の
流路６３を設けた成形型とし、これに本発明の加熱冷却
装置を適用することによりキャビティ壁面１０３Ａ，１
０４Ａを急速加熱，急速冷却することが可能となる。従
って図１０において、型枠１０１，１０２を開いてパリ
ソンを吹き込むまでに、予め流路６３に高温水を流して
キャビティ壁面１０３Ａ，１０４Ａの温度を上昇させて
おく。これにより図１１で高圧空気を吹き込んだ時、パ
リソン１１９は通常のブロー成形の場合よりは高温のキ
ャビティ壁面１０３Ａ，１０４Ａに押し付けられるの
で、通常のブロー成形の場合に比較してキャビティ壁面
の成形品表面への転写性が著しく改善することができ
る。

【００８４】また冷却時においても、流路６３がキャビ
ティ壁面１０３Ａ，１０４Ａの近くにあるので冷却効果
が良くなり、冷却時間の短縮も可能となり成形サイクル
時間の短縮にも効果がある。

【００８５】また上記の説明では、急速加熱，急速冷却
のためには熱媒体として清水を用いた方が有利でありそ
のためには熱媒体である清水への加圧が必要であること
を述べた。

【００８６】しかし成形条件によっては清水以外の熱媒
体、例えば油系の熱媒体を用いる場合もあり、かつその
熱媒体を飽和温度に近い温度で用いようとすると熱媒体
に飽和圧以上の加圧を必要とする。そのような清水以外
の熱媒体についても熱媒体の飽和圧以上の加圧が必要な
時は、本発明の成形型の加熱冷却装置は有効に用いるこ
とができる。

【００８７】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したような状態で
実施されるので、以下に記載するような効果を奏する。
型のキャビティの近傍に流路を設け、上記流路に熱媒体
を流す構造の成形型において、加圧ポンプあるいはガス
圧力により高温水系と低温水系とに圧力を加えるように
したので、熱媒体として１００℃以上の水を用いること
が可能になった。水は熱媒体として、流路壁面との間の
熱伝達係数が大きいので、その結果、型壁面の温度の上
昇速度，冷却速度を大きくすることが可能になった。ま
た高温水系と低温水系とを同圧にしているので、型への
循環水を高温から低温に速やかに切り換えることが可能
になり、型壁面の温度の応答性を速やかにすることが可
能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における成形型の加熱冷却装置
の構成図

【図２】本発明の成形型の加熱冷却装置に用いる射出成
形型の断面図

【図３】図２の矢線Ｍ−Ｍにおける断面図

【図４】図２の円Ｎの部分の拡大断面図

【図５】本発明に用いる成形型の流路の構成の他の実施
例

【図６】本発明の成形型の加熱冷却装置による型壁面温
度の応答測定線図の一例

【図７】本発明の成形型の加熱冷却装置の他の実施例に
おける構成図

【図８】本発明の成形型の加熱冷却装置に用いるブロー
成形型の断面図

【図９】図８の矢視Ｑ−Ｑにおける断面図

【図１０】ブロー成形に本発明の成形型の加熱冷却装置
を用いた時の第１工程の説明図

【図１１】ブロー成形に本発明の成形型の加熱冷却装置
を用いた時の第２工程の説明図

【図１２】従来における加熱冷却装置の構成図

【符号の説明】

Ｉ 低温水系 ＩＩ 高温水系 ＩＩＩ 加熱水系 １７ 低温加圧ポンプ １８ 高温加圧ポンプ １９ 低温循環ポンプ ２０ 高温循環ポンプ ２９ 加熱器 ３６ 型 ３８ 温度調整槽 ３９ 加熱循環ポンプ ４１ 加圧タンク ４３ 低温温度調節３方弁 ４４ 高温温度調節３方弁 ６３ 流路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱媒体の流路をキャビティの壁面に接近
   して設けた成形型を用い、高温熱媒体を循環する高温熱
   媒体系の循環路と低温熱媒体を循環する低温熱媒体系の
   循環路とを少なくとも構成要素とし、上記成形型の熱媒
   体の流路を上記高温熱媒体系の循環路の一部に挿入して
   高温循環経路を形成し、上記成形型の熱媒体の流路を上
   記低温熱媒体系の循環路の一部に挿入して低温循環経路
   を形成し、これら高温循環経路と低温循環経路とは切り
   換え可能にし、かつこの高温循環経路を循環する高温熱
   媒体の温度に相当する飽和圧以上の圧力を、上記高温循
   環経路および低温循環経路に印加した成形型の加熱冷却
   装置。
2. 【請求項２】 熱媒体の流路をキャビティ壁面に接近さ
   せて設けた成形型が、少なくとも高温水を循環する高温
   水系の循環路と、低温水を循環する低温水系の循環路と
   を有し、上記熱媒体の流路を上記高温水系の循環路の一
   部に挿入して高温循環経路を形成し、上記熱媒体の流路
   を上記低温水系の循環路の一部に挿入して低温循環経路
   を形成し、これら高温循環経路と低温循環経路とは切り
   換え可能にし、かつこの高温循環経路を循環する高温水
   の温度に相当する飽和圧以上の圧力を、上記高温循環経
   路および低温循環経路に印加した成形型の加熱冷却装
   置。
3. 【請求項３】 熱媒体の流路をキャビティ壁面に接近さ
   せて設けた成形型が、高温水を循環する高温水系の循環
   路と、低温水を循環する低温水系の循環路と、加圧手段
   と、切換手段とを少なくとも備え、上記高温水系の循環
   路は高温水循環ポンプおよび加熱器を少なくとも有し、
   上記低温水系の循環路は低温水循環ポンプおよび温度調
   整槽を少なくとも有し、上記熱媒体の流路を上記高温水
   系の循環路の一部に挿入して形成した高温循環経路と上
   記熱媒体の流路を上記低温水系の循環路の一部に挿入し
   て形成した低温循環経路とは上記切換手段により切り換
   え可能とし、これら高温循環経路および低温循環経路に
   は、高温循環経路を循環する高温水の温度に相当する飽
   和圧以上の圧力を上記加圧手段により印加した成形型の
   加熱冷却装置。
4. 【請求項４】 加圧手段として加圧ポンプを用い、この
   加圧ポンプの吐出圧を飽和圧以上とした請求項３記載の
   成形型の加熱冷却装置。
5. 【請求項５】 加圧気体と液体とを内蔵する加圧タンク
   を加圧手段として用い、この加圧タンクにより飽和圧以
   上の圧力を印加した請求項３記載の成形型の加熱冷却装
   置。
6. 【請求項６】 加圧気体の圧力を飽和圧以上の圧力にし
   た請求項５記載の成形型の加熱冷却装置。
7. 【請求項７】 熱媒体の流路をキャビティ壁面に接近さ
   せて設けた成形型が、高温水を循環する高温水系の循環
   路と、低温水を循環する低温水系の循環路と、加圧手段
   と、切換手段とを少なくとも備え、上記高温水系の循環
   路は高温水循環ポンプおよび高温水より温度が高い加熱
   水を加熱水循環ポンプにより循環する加熱水系の循環路
   を少なくとも有し、上記低温水系の循環路は低温水循環
   ポンプおよび温度調整槽を少なくとも有し、上記熱媒体
   の流路を上記高温水系の循環路の一部に挿入して形成し
   た高温循環経路と上記熱媒体の流路を上記低温水系の循
   環路の一部に挿入して形成した低温循環経路とは上記切
   換手段により切り換え可能とし、上記加熱水循環ポンプ
   の吸込側に、上記加圧手段により加熱水系を循環する加
   熱水の温度に相当する飽和圧以上の圧力を印加して上記
   高温循環経路および低温循環経路を加圧した成形型の加
   熱冷却装置。
8. 【請求項８】 加熱水系の循環路が加熱水循環ポンプと
   加熱器と３方調節弁とを備え、上記加熱水循環ポンプの
   吐出側は上記加熱器を経て上記３方調節弁の入口と連通
   させ、この３方調節弁の一方の出口は上記加熱水循環ポ
   ンプの吸込口と連通させ、他方の出口は高温水循環ポン
   プの吸込口と連通させ、上記高温水循環ポンプの吸込側
   と上記加熱水循環ポンプの吸込側とを連通させ、上記３
   方調節弁の開度により加熱水を高温水に混合させること
   により温度調節する請求項７記載の成形型の加熱冷却装
   置。
9. 【請求項９】 低温水系の循環路が低温水循環ポンプと
   温度調整槽と３方調節弁とを少なくとも備え、上記低温
   水循環ポンプからの吐出水の経路を成形型の流路を経由
   して上記３方調節弁の入口に連通させ、上記３方調節弁
   の一方の出口は上記低温水循環ポンプの吸込口に連通さ
   せ、他方の出口は温度調整槽を経て上記低温水循環ポン
   プの吸込口に連通させ、上記３方調節弁の開度により温
   度調整槽を通過した水と温度調整槽を通過しない水とを
   混合させて、上記低温水循環ポンプの吸込口に流入させ
   ることにより温度調節する請求項７記載の成形型の加熱
   冷却装置。