CN111745888B - 材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置，其在塑化部中滚动件与桶形件的抵接面产生了擦伤、磨损等的情况下，能够通过仅更换这些滚动件和桶形件中的一方来提高经济性。一种材料供应装置(100)，构成为包括塑化部(10)，所述塑化部(10)具备：桶形件(12)，加热热塑性树脂；以及滚动件(11)，通过在与该桶形件(12)抵接的状态下旋转，从而边加热边输送热塑性树脂，桶形件(12)与滚动件(11)的至少抵接面的硬度相互不同。例如，将所述滚动件(11)的至少抵接面的硬度设定为低于桶形件(12)的至少抵接面的硬度。具体地说，例如由树脂或陶瓷构成滚动件(11)，由金属构成桶形件(12)。

Description

材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置

技术领域

本发明涉及用于在塑化部中加热热塑性树脂使其塑化并通过注射部注射熔融后的树脂而成型希望的产品的材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置。

背景技术

注射成型装置具备用于向树脂的成型用模具供应带流动性的树脂材料的材料供应装置。例如，在滚动式的注射成型装置中设置有：塑化部，具备桶形件(barrel)和滚动件；注射部，将从该塑化部供应的熔融树脂注射到模具的型腔内；以及防倒流机构，用于防止熔融树脂从该注射部倒流到塑化部，桶形件加热热塑性树脂，滚动件通过在与该桶形件抵接的状态下旋转而边加热边输送热塑性树脂。

关于这种滚动式的注射成型装置，例如在专利文献1中提出了一种具备防倒流机构的注射成型装置，其能够在不依赖于热塑性树脂的塑化状态、压力值的情况下防止熔融树脂的倒流并将该熔融树脂不多不少地稳定地供应到模具的型腔。

另外，在专利文献2中提出了能够实现装置整体的小型轻量化的注射成型装置。

专利文献1：日本专利特开2012-131115号公报

专利文献2：日本专利特开2005-306028号公报

然而，在设置于滚动式的注射成型装置的塑化部中，滚动件在与桶形件抵接的状态下旋转，因此在这些滚动件与桶形件的抵接面产生了擦伤、磨损等的情况下，需要将滚动件和桶形件双方更换为新的部件，有不经济的问题。

发明内容

因此，本发明涉及的目的在于提供如下的材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置：其在塑化部中滚动件与桶形件的抵接面产生了擦伤、磨损等的情况下，能够通过仅更换这些滚动件和桶形件中的一方来提高经济性。

另外，在滚动件上形成有用于将投放其中的颗粒状的热塑性树脂引导到桶形件的螺旋槽，若考虑在该螺旋槽内流动的热塑性树脂的输送效率性，最好热塑性树脂在螺旋槽的滚动件侧不熔融而原样维持固体的状态，在桶形件侧则成为熔融状态。

因而，本发明涉及的另一目的在于提供能够在塑化部的滚动件中实现热塑性树脂的高效输送的材料供应装置、注射成型装置以及三维造型装置。

根据本发明，材料供应装置其特征在于，构成为包括塑化部，所述塑化部具备：桶形件，加热热塑性树脂；以及滚动件，通过在与所述桶形件抵接的状态下旋转，从而对所述热塑性树脂边加热边进行输送，所述桶形件与所述滚动件的至少抵接面的硬度相互不同。

在此，也可以是，所述滚动件的至少抵接面的硬度设定为低于所述桶形件的至少抵接面的硬度。另外，也可以是，所述滚动件由树脂或陶瓷构成，所述桶形件由金属构成。具体地说，也可以是，所述滚动件由聚苯并咪唑、聚四氟乙烯或聚醚醚酮构成。

另外，根据本发明，材料供应装置其特征在于，构成为包括塑化部，所述塑化部具备：桶形件，加热热塑性树脂；以及滚动件，通过在与所述桶形件抵接的状态下旋转，从而对所述热塑性树脂边加热边进行输送，所述滚动件的热导率设定为低于所述桶形件的热导率。

在此，也可以是，所述滚动件的至少抵接面的热导率是1.0W/m·K以下。另外，也可以是，所述滚动件的熔点设定为高于所述热塑性树脂的熔点且低于所述桶形件的熔点。此外，还可以是，在所述滚动件的热导率λs、所述桶形件的热导率λb以及所述滚动件与所述桶形件的距离L之间，0.1≤L×(1+λs/λb)≤0.3的关系成立。

另外，根据本发明，注射成型装置其特征在于，具备：上述本发明的材料供应装置；以及模具部，具有成型希望形状的产品的型腔。

进而，根据本发明，三维造型装置其特征在于，具备上述本发明的材料供应装置。

发明效果

根据本发明，由于将滚动件的硬度设定为低于桶形件的硬度，因此这些滚动件与桶形件的抵接面的擦伤、磨损主要发生在硬度低的滚动件一侧。因而，能够仅将在抵接面产生了擦伤、磨损的滚动件更换为新的滚动件，而没有产生擦伤、磨损的桶形件不更换地原样继续使用，能够抑制经济损失而确保高经济性。

另外，根据本发明，由于将塑化部中的滚动件的热导率设定成低于桶形件的热导率，因此抑制从桶形件向滚动件的热传导，将该滚动件的温度上升抑制为较低。其结果，在滚动件中输送的热塑性树脂在滚动件侧不熔融而原样维持固体的状态，在桶形件侧则成为熔融状态，因此，该热塑性树脂能够高效地流动，可提高其输送性。

附图说明

图1是简要地示出本发明涉及的材料供应装置的构成的剖视图。

图2是从斜右方观察本发明涉及的材料供应装置的塑化部的分解立体图。

图3是从斜左方观察本发明涉及的材料供应装置的塑化部的分解立体图。

图4是简要地示出本发明涉及的注射成型装置的构成的剖视图。

附图标记说明

10塑化部；11滚动件；11a滚动件的螺旋槽；11a1螺旋槽的引导槽；11a2螺旋槽的输送槽；11s、12s抵接面；12桶形件；12a凹槽；12b桶形件的螺旋槽；12b1始端部；12b2终端部；12c喷出口；20注射部；21材料送出机构；21a螺旋突条；21b基板；22热流道喷嘴；30料斗；31材料出口；40驱动机构；41伺服电机；42减速器；50模具部；51可动模板；52动模；53固定模板；54定模；100材料供应装置；100A注射成型装置。

具体实施方式

第一发明

以下，参照图1～图4说明本发明的实施方式。

图1简要地示出本发明涉及的材料供应装置100的构成，图2是从斜右方观察材料供应装置100的塑化部10和注射部20的主要部位的分解立体图，图3是从斜左方观察塑化部10和注射部20的主要部位的分解立体图。图4示出使用图1所示的材料供应装置100的注射成型装置100A。需要指出，在图4中将模具部50简化后示出。

如图1至图4所示，本发明涉及的材料供应装置100具备：塑化部10，加热作为成型材料的颗粒状的热塑性树脂，边将其混匀边进行压送；注射部20，将从该塑化部10压送来的熔融树脂送出；料斗30，用于投放材料；以及驱动机构40，用于驱动塑化部10的滚动件11旋转。另外，本发明涉及的注射成型装置100A具备：上述材料供应装置100；以及模具部50，具有型腔，该型腔使从注射部20注射的熔融树脂冷却固化而成型希望形状的产品。

塑化部

塑化部10具备：滚动件11，将从料斗30的材料出口31投放的颗粒状的热塑性树脂向内部输送；以及桶形件12，加热由该滚动件11输送的热塑性树脂。滚动件11构成为在与桶形件12抵接的状态下旋转而使热塑性树脂边被加热边被输送。另外，滚动件11由驱动机构40驱动旋转。

如图2所示，滚动件11是大致短圆柱状的旋转体，在其侧面和与桶形件12的抵接面11s形成有接收材料的螺旋槽11a。该螺旋槽11a从短圆柱状的旋转体的前端部的周缘上朝向该前端部的中心直至中央的旋转轴附近以沿着滚动件11的旋转方向缩径的方式形成为螺旋状，该螺旋槽11a包括形成于滚动件11的侧面的引导槽11a1和形成于抵接面的输送槽11a2。

当滚动件11旋转时，滚动件11的抵接面11s与桶形件12的抵接面12s边贴紧边进行滑动，从料斗30的材料出口31向滚动件11投放的热塑性树脂沿着螺旋槽11a的引导槽11a1被引导到输送槽11a2，并在输送槽11a2内呈螺旋状输送的过程中因来自桶形件12的热而塑化。然后，沿着输送槽11a2向滚动件11的中心部压送塑化的熔融树脂。

桶形件12由板状的构件形成。在桶形件12的内部收纳有未图示的电加热器而能够进行内部加热。另外，在该桶形件12上能够安装热电偶等温度传感器，通过未图示的控制单元控制向电加热器的通电，由此将桶形件12的温度调整为树脂的熔点以上且将滚动件11的温度调整为桶形件12的温度以下或者树脂的熔点以下。

另外，如图3所示，在桶形件12的与滚动件11的抵接面12s上形成有朝向中心以圆弧状汇聚的多个凹槽12a，构成为通过这些凹槽12a和滚动件11的输送槽11a2将熔融树脂向滚动件11和桶形件12的中心部压送。

在桶形件12的中央设置有喷出口12c和与喷出口12c连通的螺旋槽12b。该螺旋槽12b由从桶形件12的轴线的周围区域朝向该轴线呈旋涡状延伸的一条槽形成，并在桶形件12的抵接面12s上敞开。螺旋槽12b在桶形件12的轴线的周围区域上具有始端部12b1，另外，在桶形件12的轴线上具有终端部12b2，在终端部12b2处与桶形件12的喷出口12c连通。

在本实施方式中，塑化部10中的滚动件11的硬度与桶形件12的硬度相互不同，滚动件11的硬度设定为低于桶形件12的硬度。具体地说，滚动件11由树脂或陶瓷构成，桶形件12由与树脂、陶瓷相比硬度更高的金属构成。例如，在由树脂构成滚动件11的情况下，该树脂采用聚苯并咪唑(PBI)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)等。

需要指出，在本实施方式中，整个滚动件11的硬度设定为低于整个桶形件12的硬度，但也可以将滚动件11的至少抵接面11s的硬度设定为低于桶形件12的至少抵接面12s的硬度。

注射部

注射部20具备：材料送出机构21，设置于塑化部10的桶形件12的内部；以及热流道喷嘴22。材料送出机构21用于将通过滚动件11的旋转运动而在滚动件11的螺旋槽11a内被压送并经过了螺旋槽11a的材料输送到桶形件12的喷出口12c。材料送出机构21具有在形成于桶形件12的螺旋槽12b内以能够摆动的方式被收纳的螺旋突条21a。

另外，材料送出机构21具备形成有螺旋突条21a的圆形的基板21b。螺旋突条21a由位于基板21b的两面中的一面上且从基板21b的周面附近向该基板21b的轴线附近呈旋涡状延伸的一条带状体构成。螺旋突条21a在基板21b的周面附近具有始端部，另外，在基板21b的轴线附近具有终端部，与桶形件12的螺旋槽12b的始端部12b1和终端部12b2对应。材料送出机构21的基板21b连接到驱动机构40。

材料送出机构21的基板21b及轴能够分别向相对于滚动件11的轴线垂直的方向进行摆动运动(与摆动运动有关的传动机构未图示)。由此，通过螺旋突条21a在桶形件12的螺旋槽12b内进行摆动运动，从而经过了滚动件11的螺旋槽11a的材料移动到桶形件12的螺旋槽12b内，并在螺旋槽12b内连续移动，从螺旋槽12b的终端部向桶形件12的喷出口12c移动。

料斗30支承于材料供应装置100的上方位置。该料斗30将由材料供应装置100进行塑化、混匀、混合或者挤压的材料从材料出口31供应到塑化部10。

驱动机构40包括：伺服电机41，其作为驱动源；以及减速器42，用于降低该伺服电机41的旋转速度并将伺服电机41的旋转驱动力传递到滚动件11。通过该减速器42将伺服电机41的旋转减速并向滚动件11传递，滚动件11边与桶形件12滑动接触边以规定的速度被驱动旋转。在此，伺服电机41的旋转和停止以及停止位置是基于由未图示的旋转编码器检测的滚动件11的旋转角来控制的。其结果，高精度地控制滚动件11的旋转停止位置。另外，驱动机构40构成为还驱动材料送出机构21的摆动运动。

模具部

模具部50是包括安装于可动模板51的动模52和安装于固定模板53的定模54的匣盒模具，在动模52与定模54之间形成有与产品相同形状的型腔。此外，在定模54中嵌插有热流道喷嘴22。

接着，说明如上所述构成的材料供应装置100和注射成型装置100A的作用。

从料斗30的材料出口31投放到塑化部10的颗粒状的热塑性树脂在塑化部10中被旋转的滚动件11导入，通过桶形件12加热而熔融，并在滚动件11的输送槽11a2内流动的过程中进一步熔融，伴随着压力上升被向滚动件11的中心部压送。

然后，由于打开使塑化部10与注射部20连通的流路的局部，因此熔融树脂经过打开局部的流路而向注射部20的热流道喷嘴22供应。经过该热流道喷嘴22注射到形成于图4所示的注射成型装置100A的模具部50的动模52与定模54之间的型腔。然后，注射到型腔的熔融树脂冷却固化，由此成型与型腔相同形状的产品。

在经过以上工序将产品注射成型的注射成型装置100A中，当在塑化部10中滚动件11以与桶形件12抵接的状态进行旋转时，在这些滚动件11与桶形件12的抵接面会产生擦伤、磨损等，但在本实施方式中，如上所述，滚动件11的硬度设定为低于桶形件12的硬度。具体地说，滚动件11由树脂或陶瓷构成，桶形件12由与树脂、陶瓷相比硬度更高的金属构成，因此，滚动件11与桶形件12的抵接面的擦伤、磨损主要发生在硬度低的滚动件11一侧。

因而，能够仅将在抵接面产生了擦伤、磨损的滚动件11更换为新的滚动件，而没有产生擦伤、磨损的桶形件12不更换地原样继续使用。因此，由于无需同时更换滚动件11和桶形件12两者而仅更换滚动件11即可，所以能够将经济损失抑制得较低，确保高经济性。

第二发明

接着，说明第二发明的实施方式。

第二发明涉及的材料供应装置100和注射成型装置100A的构成和作用与以上说明的第一发明涉及的材料供应装置100和注射成型装置100A的构成和作用基本相同，因此省略关于它们的说明。

在本发明涉及的材料供应装置100和注射成型装置100A中，如上所述，在塑化部10的滚动件11上形成有用于将投放其中的颗粒状的热塑性树脂引导到桶形件12的喷出口12c的螺旋槽11a，若考虑在该螺旋槽11a内流动的热塑性树脂的输送效率性，最好热塑性树脂在螺旋槽11a的滚动件11侧不熔融而原样维持固体的状态，在桶形件12侧则成为熔融状态，为此，要求滚动件11的温度低于桶形件12的温度。

因此，本发明的特征在于，将塑化部10中的滚动件11的热导率设定为低于桶形件12的热导率。具体地说，用热导率低于桶形件12的热导率的材料构成滚动件11，抑制从由未图示的加热器加热的桶形件12向滚动件11进行热传导，从而抑制该滚动件11的温度上升。在这种情况下，由比作为成型材料的热塑性树脂的熔点高且比桶形件12的熔点低的材料构成滚动件11。在此，最好将滚动件11的至少抵接面11s的热导率设定为1.0W/m·K以下。

另外，本发明的发明人等为了实现本发明的目的，以实验的方式得到了下述见解：最好在滚动件11的热导率λs、桶形件12的热导率λb以及滚动件11与桶形件12的距离L之间，

0.1≤L×(1+λs/λb)≤0.3的关系成立。

根据本发明，由于将塑化部10中的滚动件11的热导率设定为低于桶形件12的热导率，因此抑制从由加热器加热的桶形件12向滚动件11的热传导，将滚动件11的温度上升抑制为较低。其结果，在滚动件11的螺旋槽11a内流动的热塑性树脂在该滚动件11侧不熔融而原样维持固体的状态，在桶形件12侧则成为熔融状态，因此可得到热塑性树脂在螺旋槽11a内高效地流动、提高其输送性的效果。

另外，作为本发明的其它实施方式，也可以使用材料供应装置100来构成三维造型装置。在这种情况下，例如构成为将从材料供应装置100的热流道喷嘴22注射的熔融树脂在用于成型的底台上形成为规定形状。

需要指出，本发明不限于应用于以上说明的实施方式，当然能够在权利要求书及说明书和附图所记载的技术思想的范围内进行各种变形。例如，在以上的实施方式中说明了将本发明应用于具备热流道喷嘴的热流道模具式的注射成型装置的情况，但本发明也能够同样应用于冷流道模具式的注射成型装置。

另外，在本实施方式的材料供应装置100中，说明了为了送出材料而在注射部20中具有材料送出机构21、在桶形件12中具有螺旋槽12b的例子，但本发明不限于此。例如，也可以不设置材料送出机构21和桶形件12的螺旋槽12b。或者，也可以设置其它的材料送出机构。

Claims (10)

1.一种材料供应装置，其特征在于，构成为包括塑化部，

所述塑化部具备：

桶形件，加热热塑性树脂；以及

滚动件，通过在与所述桶形件抵接的状态下旋转，从而对所述热塑性树脂边加热边进行输送，

所述桶形件与所述滚动件的至少抵接面的硬度相互不同，

所述滚动件由树脂或陶瓷构成，而所述桶形件由金属构成。

2.根据权利要求1所述的材料供应装置，其特征在于，

所述滚动件的至少抵接面的硬度设定为低于所述桶形件的至少抵接面的硬度。

3.一种材料供应装置，其特征在于，构成为包括塑化部，

所述塑化部具备：

桶形件，加热热塑性树脂；以及

滚动件，通过在与所述桶形件抵接的状态下旋转，从而对所述热塑性树脂边加热边进行输送，

所述桶形件与所述滚动件的至少抵接面的硬度相互不同，

所述滚动件由聚苯并咪唑、聚四氟乙烯或聚醚醚酮构成。

4.根据权利要求3所述的材料供应装置，其特征在于，

所述滚动件的至少抵接面的硬度设定为低于所述桶形件的至少抵接面的硬度。

5.一种材料供应装置，其特征在于，构成为包括塑化部，

所述塑化部具备：

桶形件，加热热塑性树脂；以及

滚动件，通过在与所述桶形件抵接的状态下旋转，从而对所述热塑性树脂边加热边进行输送，

所述滚动件的热导率设定为低于所述桶形件的热导率。

6.根据权利要求5所述的材料供应装置，其特征在于，

所述滚动件的至少抵接面的热导率是1.0W/m·K以下。

7.根据权利要求5或6所述的材料供应装置，其特征在于，

所述滚动件的熔点设定为高于所述热塑性树脂的熔点且低于所述桶形件的熔点。

8.根据权利要求5所述的材料供应装置，其特征在于，

在所述滚动件的热导率λs、所述桶形件的热导率λb以及所述滚动件与所述桶形件的距离L之间，

0.1≤L×(1+λs/λb)≤0.3的关系成立。

9.一种注射成型装置，其特征在于，具备：

权利要求1至8中任一项所述的材料供应装置；以及

模具部，具有成型希望形状的产品的型腔。

10.一种三维造型装置，其特征在于，具备权利要求1至8中任一项所述的材料供应装置。