CN103568233B - 注射装置 - Google Patents

Abstract

一种注射装置，包括被供给成型材料的缸体、以及对该缸体进行感应加热的感应加热部，在上述缸体的感应加热部分，形成有从外周面到内周面贯通上述缸体的狭缝。

Description

注射装置

技术领域

本发明涉及一种注射装置。

背景技术

注射装置向模具装置内射出熔融树脂。模具装置由定模及动模构成，合模时在定模与动模之间形成型腔空间。在型腔空间中被冷却固化的树脂在开模后作为成型品而被取出。

注射装置包括被供给作为成型材料的树脂颗粒的缸体。缸体从外侧通过加热器而被加热，缸体内的树脂熔融。熔融的树脂从形成于缸体前端部的喷嘴向模具装置内射出。

加热器的价格便宜，此外能够容易设置于缸体的外周。但是，由于加热器与缸体之间的接触热阻，缸体的加热效率低，缸体内的树脂的加热效率低。

因此，提出了对缸体进行感应加热的技术(例如参照国际公开第2005/046962号)。根据该技术，缸体本身发热，因此缸体的加热效率高，缸体内的树脂的加热效率好。

在现有的感应加热的情况下，因趋肤效应，缸体的外周面及其附近被集中感应加热。因此，缸体的热容易向外气等逃散，缸体的热难以传递到缸体内的成型材料。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种成型材料的加热效率好的注射装置。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方式，提供一种注射装置，包括：缸体，成型材料被供给到该缸体；和感应加热部，对该缸体进行感应加热，在上述缸体的感应加热部分，形成有从外周面到内周面贯通上述缸体的狭缝。

此外，根据本发明的另一方式，提供一种注射装置，包括：缸体，成型材料被供给到该缸体；感应加热部，对该缸体进行感应加热，上述缸体包括缸体主体和相比该缸体主体配设在内侧的导电层，若将上述导电层的磁导率设为μ1，将上述导电层的导电率设为σ1，将上述缸体主体的磁导率设为μ2，将上述缸体主体的导电率设为σ2，则μ1×σ1>μ2×σ2的式子成立。

发明效果：

根据本发明，提供一种成型材料的加热效率好的注射装置。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的注射装置的图。

图2是图1的缸体及螺杆的剖视图。

图3是表示图2的缸体及螺杆的感应加热时的涡电流的图。

图4是表示本发明的第2实施方式的注射装置的图。

图5是表示本发明的第2实施方式的缸体的感应加热时的涡电流的图。

图6是表示本发明的第2实施方式的缸体的感应加热时的涡电流密度及现有的缸体的感应加热时的涡电流密度的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的方式，在各附图中对相同或对应的构成要素标以相同或对应的符号并省略说明。

[第1实施方式]

图1是表示本发明的第1实施方式的注射装置的图。在图1中，为了便于观察附图，省略了图2所示的盖部件40的图示。图2是图1的缸体及螺杆的剖视图。在图2中，为了便于观察附图，省略了图1所示的螺杆13的螺旋翼片15的图示。图3是表示图2的缸体及螺杆的感应加热时的涡电流的图。在图3中箭头表示涡电流的流动。另外，图3是一个例子，涡电流的方向随着时间的经过而反复反转。

注射装置10从喷嘴12射出在缸体11内熔融的树脂，并填充到未图示的模具装置内的型腔空间。模具装置由定模及动模构成，合模时在定模与动模之间形成型腔空间。在型腔空间中被冷却固化的树脂在开模后作为成型品而被取出。作为成型材料的树脂颗粒从料斗16供给到缸体11的后部。

例如，如图1所示，注射装置10包括被供给作为成型材料的树脂颗粒的缸体11、被配设成在缸体11内旋转自如且在轴向上移动自如的螺杆13、加热缸体11的加热装置20、以及冷却缸体11的冷却装置30。

缸体11被加热装置20加热，缸体11内的树脂熔融。熔融了的树脂从形成于缸体11的前端部的喷嘴12向模具装置内射出。在缸体11内设置有作为输送树脂的输送部件的螺杆13。

螺杆13一体地具有螺杆旋转轴14和螺旋状地设置在螺杆旋转轴14的周围的螺旋翼片15。若螺杆13旋转，则螺杆13的螺旋翼片(螺纹峰)15移动，螺杆13的螺纹槽内所填充的树脂颗粒被向前方输送。

例如，如图1所示，螺杆13沿着轴向从后方(料斗16侧)到前方(喷嘴12侧)被划分为供给部13a、压缩部13b及计量部13c。供给部13a是接受树脂并向前方传送的部分。压缩部13b是在压缩的同时熔融所供给的树脂的部分。计量部13c是按一定量分别计量熔融的树脂的部分。螺杆13的螺纹槽的深度在供给部13a深，在计量部13c浅，在压缩部13b越靠向前方越浅。另外，螺杆13的结构没有特别限定。例如螺杆13的螺纹槽的深度也可以是一定的。

加热装置20包括沿着缸体11的轴向排列的多个加热源21～25。多个加热源21～25将缸体11在轴向上分为多个区段(在图1中为5个区段Z1～Z5)来分别加热。多个加热源21～25被反馈控制，以使各区段Z1～Z5的温度达到设定温度。

加热装置20包括对缸体11进行感应加热的作为感应加热部的感应线圈和从外侧加热缸体11的加热器，作为多个加热源21～25。例如，加热装置20作为加热源21而具有感应线圈，作为加热源22～25而具有加热器。以下，将加热源21称为“感应线圈21”。

感应线圈21与缸体11同轴配置，配设于缸体11的外侧。感应线圈21与缸体11为了绝缘而分离，在感应线圈21与缸体11之间也可以夹设有未图示的绝热材料。

若向感应线圈21供给交流电流，则在感应线圈21内的缸体11上形成交变磁场，在缸体11上流动涡电流(感应电流)，缸体11本身发热。由于缸体11本身发热，因此缸体11的加热效率好。

例如，如图1所示，感应线圈21可以对加热装置20所加热的多个区段Z1～Z5中与冷却装置30最近的区段Z1进行加热。这是因为，在与冷却装置30最近的区段Z1，缸体11的热容易经过缸体11而向冷却装置30逃散，用于将缸体11的温度保持成预定的温度的发热量大。

另外，感应线圈21的加热位置及数量没有特别限定。例如，感应线圈21也可以对距冷却装置30最远的区段Z5(即喷嘴12)进行加热。此外，加热装置20也可以具有多个感应线圈。

感应线圈21与逆变器连接。逆变器在由微型计算机等构成的控制器的控制下，将直流电流转换为任意频率的交流电流。通过逆变器，能够改变向感应线圈21供给的交流电流的振幅、频率。

冷却装置30相比加热装置20设置于后方，冷却缸体11的后部，并将缸体的后部的温度保持成树脂颗粒的表面不熔融的温度，以防止在缸体11的后部及料斗16内发生树脂颗粒的桥接(块化)。冷却装置30具有水、空气等制冷剂的流路31。

接着，说明注射装置10的动作。

若注射装置10使螺杆13旋转，则螺杆13的螺旋翼片(螺纹峰)15移动，螺杆13的螺纹槽内所填充的树脂颗粒向前方输送。树脂在缸体11内向前方移动并通过来自缸体11的热等被加热。在缸体11的前端部，树脂成为完全熔融的状态。并且，随着在螺杆13的前方蓄积熔融树脂，螺杆13后退。若螺杆13后退预定距离，在螺杆13的前方蓄积预定量的树脂，则螺杆13的旋转停止。注射装置10在停止螺杆13旋转的状态下使螺杆13前进，从而从形成于缸体11的前端部的喷嘴12向模具装置内射出熔融树脂。

接着，再次参照图1～图3说明缸体的结构。

在本实施方式中，如图1所示，在缸体11的感应加热部分(例如区段Z1)，设置有从外周面到内周面贯通缸体11的狭缝17。另外，狭缝17也可以延伸到其他区段(例如区段Z2)。

如图3所示，狭缝17分割沿着周向在缸体11的外周面及其附近(以下称为缸体外周部)流动的涡电流。被分割的涡电流沿着狭缝17朝向径向内方，沿着周向在缸体11的内周面及其附近(以下称为缸体内周部)流动之后，沿着狭缝17朝向径向外方。这样，由于狭缝17的存在，生成环状的涡电流，不仅在缸体外周部，在缸体内周部也流动涡电流。因此，在缸体整体的每单位时间的发热量与以往相同的情况下，缸体外周部的每单位时间的发热量减小，缸体内周部的每单位时间的发热量增大，缸体11的内周面容易被加热。因此，缸体11内的树脂的加热效率比以往好。

但是，在缸体11内所配设的导电性的螺杆13上，以消除螺杆13上的磁场的变化的方式生成涡电流。螺杆13上的磁场是导电性线圈21的电流所形成的磁场和缸体11的涡电流所形成的磁场的合成磁场。

假设在没有设置狭缝17的情况下，缸体11的涡电流因趋肤效应而集中生成于缸体外周部。该缸体外周部的涡电流以消除导电性线圈21的电流所形成的磁场变化的方式生成。因此，螺杆13上的磁场的变化小，在螺杆13上几乎不生成涡电流。

在本实施方式中，由于设置有狭缝17，因此如图3所示，在缸体内周部和缸体外周部之间生成彼此反向的涡电流。因此，缸体内周部的涡电流所形成的磁场与缸体外周部的涡电流所形成的磁场相抵消。因此，导电性线圈21的电流所形成的磁场容易向螺杆13渗透，螺杆13上的磁场的变化大。因此，如图3所示，在螺杆13上生成涡电流，螺杆13和缸体11一起被感应加热。由于趋肤效应，涡电流集中于螺杆13的与树脂的接触面及其附近。螺杆13的热首先传递到树脂之后，经过缸体11向外气及冷却装置30逃散，因此树脂的加热效率更好。

例如图1所示，狭缝17也可以是在缸体11的轴向上长的长孔，以容易分割沿着周向在缸体外周部流动的涡电流。狭缝17可以遍及感应线圈21的内部整体形成，也可以从感应线圈21的内部向外部突出。即，狭缝17的长度可以在感应线圈21的轴向上达到感应线圈21的长度以上。即，狭缝17可以在感应线圈21的内部从轴向一端延伸到轴向另一端，也可以从感应线圈21的内部向外部露出。另外，狭缝17的形状可以多种多样，也可以是例如螺旋状。

如图1及图2所示，狭缝17可以设置有多个，可以在缸体11的周向上以等间隔(例如在图2中以180°间距)配置。另外，狭缝17的数量也可以是1个。

注射装置10为了防止树脂流出，可以进一步包括封堵狭缝17的盖部件40。另外，在距冷却装置30最近的区段Z1，树脂没有熔化，因此如果狭缝17的宽度小于树脂颗粒，则也可以没有盖部件40。

盖部件40可以如图2所示设置于狭缝17内，也可以设置于狭缝17之外。

盖部件40可以是磁性材料、非磁性材料中的任意一种，但是在缸体11为非磁性材料的情况下，为了不使感应线圈26的电流所形成的磁场集中于盖部件40，盖部件40也优选为非磁性材料。

盖部件40例如由金属制的盖主体41和绝缘层42构成。绝缘层42例如由陶瓷、玻璃等形成。绝缘层42夹设于盖主体41与缸体11之间，将盖主体41与缸体11绝缘。

另外，只要盖部件40的与缸体11接触的部分具有绝缘性即可，盖部件40整体也可以由绝缘材料(例如陶瓷、玻璃)形成。盖部件40的结构变得简单。此外，绝缘层42也可以形成于缸体11侧。

[第2实施方式]

第2实施方式的注射装置与上述第1实施方式的注射装置除了缸体以外由相同的部件构成。以下，参照图4说明本实施方式的注射装置110，以缸体111的结构为中心进行说明，对缸体111以外的部件标以同一符号并省略说明。

缸体111沿着缸体111的轴向分为多个区段Z11～Z15而被加热。与冷却装置30最近的区段Z11可以由感应线圈21加热。另外，感应线圈21的加热位置、数量没有特别限定。

缸体111包括缸体主体117和与缸体主体117相比配设于内侧的导电层118。导电层118的磁导率μ1高于缸体主体117的磁导率μ2即可。在此，“磁导率”是指没有外部磁场的状态下的磁导率即初始磁导率。

缸体主体117由耐久性高的材料构成，以防止因树脂的注射压而变形。作为缸体主体117的材料，可列举通过氮化处理将表面硬化的氮化钢等。作为氮化处理的钢，例如有铝铬钼钢、铬钼钢、镍铬钼钢等。

导电层118比缸体主体117配设于内侧。导电层118可以固定于缸体主体117的内周面。缸体主体117和筒状的导电层118可以通过热压配合或冷缩配合而嵌合。容易制造缸体111。

另外，缸体111的制造方法可以多种多样，例如缸体111也可以在缸体主体117的内周面上进行导电层118的成膜而形成。此外，缸体111也可以在缸体主体117的内周面上通过粘结剂粘贴导电层118。在粘结剂的情况下，在导电层118与缸体主体117之间形成有粘结层。粘结层可以具有绝缘性。

导电层118的磁导率μ1高于缸体主体117的磁导率μ2。导电层118的材料是磁性材料即可，在磁性材料中优选保持力小、磁导率高的软磁性材料。作为软磁性材料，例如使用碳钢(例如SS材料、SC材料)、电磁钢(例如硅钢)、坡莫合金(Fe-Ni类合金)、波明德合金(Fe-Co-V类合金)等。在此，“SS材料”是指由日本工业标准JIS G3101:2010规定的一般构造用轧制钢材。此外，“SC材料”是指由日本工业标准JIS G5101:1991规定的碳钢铸钢制品。

导电层118设置在加热装置20加热的多个区段Z11～Z15中至少感应线圈21加热的区段(在本实施方式中为区段Z11)，如图4所示也可以延伸设置到其他区段Z12～Z14。

导电层118可以贯通螺旋状的感应线圈21内，以使通过感应线圈21的交流电流而在感应线圈21内所形成的交变磁场容易通过导电层118。此时，导电层118的轴向长度比感应线圈21的轴向长度长。

图5是表示本发明的第2实施方式的缸体的感应加热时的涡电流的图。在图5中，为了便于观察附图，省略了螺杆13中的螺旋翼片15的图示。在图5中箭头表示涡电流的流动。另外，图5是一个例子，涡电流的朝向随着时间的经过而反复反转。

本实施方式的缸体111具有磁导率比缸体主体117高的导电层118。因此，通过感应线圈21的交流电流而在感应线圈21内所生成的交变磁场与缸体主体117相比更容易通过导电层118，涡电流容易生成于导电层118，导电层118容易被加热。被加热的导电层118相比缸体主体117配设于内侧，比缸体主体117接近树脂，因此树脂的加热效率好。为了提高树脂的加热效率，导电层118的内周面可以是与树脂接触的面。

图6是表示本发明的第2实施方式的缸体的感应加热时的涡电流密度和现有的缸体的感应加热时的涡电流密度的图。横轴表示距离缸体中心的距离r，纵轴表示涡电流密度的有效值Je。在图6中，粗实线表示本实施方式的缸体上的涡电流密度，粗虚线表示现有的缸体上的涡电流密度。现有的缸体仅由与本实施方式的缸体主体117相同的氮化钢构成，具有与本实施方式的缸体111相同的尺寸(内径、外径等)及相同的形状。

如图6中用粗虚线所示那样，因趋肤效应，现有的缸体的涡电流密度越靠向缸体的径向内方而越小。涡电流密度越小，焦耳热越小，因此缸体的外周面及其附近被集中加热。因此，从缸体的外周面向外气等逃散的热及经过缸体而向冷却装置逃散的热多，缸体的内周面难以被加热。因此，缸体内的树脂的加热效率差。

而如图6中用粗实线所示那样，在本实施方式中，在导电层118上容易生成涡电流，导电层118容易被加热。被加热的导电层118相比缸体主体117被配设于内侧，比缸体主体117接近树脂。因此，在缸体整体的每单位时间的发热量与以往相同的情况下，缸体111的内周面容易被加热，树脂的加热效率比以往好。

如图6中用粗实线所示那样，因趋肤效应，导电层118的涡电流密度越靠向缸体111的径向内方而越小。导电层118的涡电流密度在导电层118的外周面最高，在导电层118的内周面最低。

导电层118的厚度越厚，导电层118的涡电流量越增大，导电层118的发热量越增大。但是，若导电层118的厚度厚到某程度，则因趋肤效应，导电层118的涡电流量几乎不增加，导电层118的发热量几乎不增加。此外，从导电层118的外周面越靠向内周面，发热量越减小，因此若导电层118的厚度过厚，则难以从导电层118向树脂传递热，导电层118的热阻增大。因此，导电层118的厚度是考虑导电层118的发热量与导电层118的热阻的平衡来设定的。

导电层118由软磁性材料形成即可，可以通过由感应线圈21的交流电流而在感应线圈21内生成的交变磁场被励磁。通过导电层118的磁极反转，在导电层118的外侧所配设的缸体主体117上也生成涡电流。缸体主体117的涡电流的方向与导电层118的涡电流的方向可以如图5所示为相同的方向。

缸体主体117的涡电流密度越是靠近导电层118的位置越高。缸体主体117上所生成的涡电流的密度在缸体主体117的内周面最高，在缸体主体117的外周面最低。缸体主体117的发热量在缸体主体117的内周面最多，因此缸体主体117的热容易经由导电层118而向树脂传递。

另外，只要是涡电流密度在导电层118的外周面最大的状态，缸体主体117的涡电流密度分布就不限定于本实施方式。

然而，在感应线圈21上流动相同的交流电流(相同频率、相同振幅的交流电流)的情况下，缸体的磁导率与缸体的导电率之积越大，缸体的每单位时间的发热量越增大。

因此，若将导电层118的磁导率设为μ1，将导电层118的导电率设为σ1，将缸体主体117的磁导率设为μ2，将缸体主体117的导电率设为σ2，则优选μ1×σ1>μ2×σ2的式子成立。在缸体111整体的每单位时间的发热量相同的情况下，缸体主体117的每单位时间的发热量的比例减小，导电层118的每单位时间的发热量的比例增大。导电层118比缸体主体117靠近树脂，因此树脂的加热效率更好。

另外，只要μ1×σ1>μ2×σ2的式子成立，导电层118的磁导率μ1与缸体主体117的磁导率μ2的大小关系就不限定于本实施方式。

以上，说明了注射装置的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的范围能够实施各种变形、改良。

例如，在上述各实施方式中，螺杆13具有导电性，感应线圈21对缸体11和螺杆13双方进行感应加热，但螺杆13也可以具有绝缘性，感应线圈21仅对缸体11进行感应加热。

此外，上述各实施方式的注射装置为螺杆同轴(screw in-line)方式，但也可以是柱塞预塑方式及螺杆预塑方式。在预塑方式中，将在塑化用缸体内熔融的树脂供给到注射用缸体，从注射用缸体向模具装置内射出熔融树脂。在预塑方式的情况下，由感应线圈感应加热的缸体可以是塑化用缸体、注射用缸体中的任意一种。此外，配设在塑化用缸体内而输送树脂的输送部件在柱塞预塑方式的情况下为塑化用柱塞，在螺杆预塑方式的情况下为塑化用螺杆。此外，配设在注射用缸体内而输送树脂的输送部件在柱塞预塑方式、螺杆预塑方式的任意方式下均为注射用柱塞。

此外，可以组合上述第1实施方式和上述第2实施方式。例如，也可以在上述第2实施方式的缸体111的感应加热部分(区段Z11)形成有从外周面到内周面贯通缸体111的狭缝。

Claims (9)

1.一种注射装置，包括：

缸体，成型材料被供给到该缸体；和

感应加热部，被配置在该缸体的外侧，对上述缸体进行感应加热，

在上述缸体的感应加热部分，形成有从外周面到内周面贯通上述缸体的狭缝。

2.根据权利要求1所述的注射装置，其中，

形成有上述狭缝的部分具有对上述缸体的周向上流动的涡电流进行分割的绝缘功能。

3.根据权利要求1或2所述的注射装置，其中，

还包括导电性的输送部件，该导电性的输送部件被配设在上述缸体内，并输送上述缸体内的成型材料，

上述感应加热部将上述输送部件和上述缸体一起进行感应加热。

4.根据权利要求1或2所述的注射装置，其中，

还包括封堵上述狭缝的盖部件。

5.根据权利要求4所述的注射装置，其中，

上述盖部件的与上述缸体接触的部分具有绝缘性。

6.根据权利要求1或2所述的注射装置，其中，

上述缸体包括缸体主体和相比该缸体主体配设在内侧的导电层，

若将上述导电层的磁导率设为μ1，将上述导电层的导电率设为σ1，将上述缸体主体的磁导率设为μ2，将上述缸体主体的导电率设为σ2，则μ1×σ1>μ2×σ2的式子成立。

7.根据权利要求6所述的注射装置，其中，

上述缸体主体与筒状的上述导电层通过热压配合或冷缩配合而嵌合。

8.一种注射装置，包括：

缸体，成型材料被供给到该缸体；

感应加热部，对该缸体进行感应加热，

上述缸体包括由钢形成的缸体主体和相比该缸体主体配设在内侧的导电层，

若将上述导电层的磁导率设为μ1，将上述导电层的导电率设为σ1，将上述缸体主体的磁导率设为μ2，将上述缸体主体的导电率设为σ2，则μ1×σ1>μ2×σ2的式子成立。

9.根据权利要求8所述的注射装置，其中，

上述缸体主体与筒状的上述导电层通过热压配合或冷缩配合而嵌合。