JP2000326376A - プリプラ式射出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 螺旋溝を形成したプランジャのねじポンプ作
用を利用して、射出シリンダとプランジャの隙間からの
樹脂漏れを効果的に防止する。 【解決手段】 加熱シリンダ１７内でスクリュ１８を回
転させて樹脂原料を可塑化する可塑化部１２と、この可
塑化部１２から送られる溶融樹脂を射出シリンダ２３内
のプランジャ２８前方に導き、このプランジャ２８を軸
方向に前後動させて樹脂の計量および射出を行う射出部
１４と、が独立して設けられたプリプラ式射出装置にお
いて、プランジャ２８に直進運動をさせる直進駆動機構
３３に加えて、軸方向に前後直進運動をする前記プラン
ジャに回転運動を付加するプランジャ回転駆動機構を設
け、プランジャ２８の外周部に当該プランジャの回転方
向と順方向ねじれの螺旋溝４０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリプラ式射出装
置に係り、特に、プランジャと射出シリンダとの隙間か
らの樹脂漏れを効果的に防止できるようにしたプリプラ
式射出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機の射出装置には、大きく分け
てインラインスクリュ式射出装置と、プリプラ式射出装
置がある。インラインスクリュ式射出装置は、樹脂材料
の溶融をスクリュで行い、このスクリュが前進して溶融
樹脂を射出する。

【０００３】インラインスクリュ式の射出装置では、計
量の進行に伴いスクリュの有効長が減少するため、バレ
ル内に蓄積された溶融樹脂の温度や混練度が軸方向に異
なった分布になる。このような温度、混練度のばらつき
は、成形品のむら等の成形不良につながるケースがあ
る。

【０００４】これに対して、樹脂を溶融する可塑化部
と、射出部とを分離独立させたプリプラ式射出装置で
は、可塑化部で溶融した樹脂を射出部に送って、射出プ
ランジャにより射出するようになっている。

【０００５】プリプラ式射出装置は、計量が進行しても
可塑化部のスクリュ有効長が一定であるため、溶融樹脂
の温度や混練度が射出時の１ショット内で安定する。ま
た、スクリュとは別個にプランジャの直径およびストロ
ークを変えることができるので、インライン式射出装置
に較べて、射出容量や射出圧力を大きくとることができ
る利点がある。プリプラ式射出装置では、上記の特徴を
活かして溶融樹脂の均一性が要求される精密成形分野で
多く使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プリプラ式射出装置においては、射出部の構造上、射出
時にプランジャとシリンダとの間の隙間から溶融樹脂が
外部にもれるのを避けることができない。溶融樹脂が外
部に漏れた場合、定期的に樹脂の除去を必要とし、しか
も相当煩瑣な作業となる。

【０００７】従来、プリプラ式射出装置における樹脂漏
れ対策としては、プランジャとシリンダの隙間を製作可
能な最少にしたり、プランジャとシリンダを線熱膨張係
数が等しい材質にして昇温時のすきま増大を防止する
等、いろいろ試みられているが、樹脂漏れを完全に防止
できていないのが現状である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、螺旋溝を形成したプランジャの
ねじポンプ作用を利用して樹脂漏れを効果的に防止する
ことができるようにしたプリプラ式射出装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明は、加熱シリンダ内でスクリ
ュを回転させて樹脂原料を可塑化する可塑化部と、この
可塑化部から送られる溶融樹脂を射出シリンダ内のプラ
ンジャ前方に導き、前記プランジャを軸方向に前後動さ
せて樹脂の計量および射出を行う射出部と、が独立して
設けられたプリプラ式射出装置において、前記プランジ
ャに直進運動をさせる直進駆動機構に加えて、軸方向に
前後直進運動をする前記プランジャに回転運動を付加す
るプランジャ回転駆動機構を設け、前記プランジャの外
周部に当該プランジャの回転方向と順方向ねじれの螺旋
溝を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】この発明によれば、プランジャ回転駆動機
構を設けるとともに、プランジャは、その外周部に回転
方向と順方向にねじれている螺旋溝をもつため、プラン
ジャ回転駆動機構がプランジャに回転を与えると、プラ
ンジャと射出シリンダとの隙間から外に漏れようとする
樹脂にねじポンプ作用を及ぼし、樹脂をメルト溜りの方
に強制的に還流させることができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明のように、前記
プランジャ回転駆動機構は、モータと、前記プランジャ
に連結されるスプライン軸と、前記スプライン軸を回転
が許容されるように直進駆動機構に連結する継手と、前
記スプライン軸に嵌合するスプラインを有し、前記モー
タの回転力を前記スプラインに伝達する伝動機構と、と
から構成することができる。

【００１２】また、請求項３に係る発明のように、前記
プランジャ回転駆動機構は、前記プランジャの軸方向直
進運動を回転運動を伴った運動に変換する機構であって
もよい。

【００１３】この前記変換機構としては、請求項４に記
載したように、前記プランジャに連結されるボールねじ
と、前記ボールねじの回転が許容されるように直進駆動
機構に連結する継手と、射出シリンダに軸受を介して回
転自在に取り付けられ、前記ボールねじに螺合するボー
ルナットと、前記ボールナットの一方向の回転に対して
前記ボールナットを空転させる一方向クラッチと、から
構成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるプリプラ式射
出装置の一実施形態について、添付の図面を参照しなが
ら説明する。 第１実施形態 図１は、第１実施形態によるプリプラ式射出装置の縦断
面図である。このプリプラ式射出装置１０は、樹脂原料
を可塑化する可塑化部１２と、溶融樹脂を図示しない金
型内に射出する射出部１４と、計量工程、射出工程、保
圧工程を行うために各装置の動作を統合的に制御する制
御装置１６などから構成されている。

【００１５】可塑化部１２の加熱シリンダ１７の内部に
は、スクリュ１８が挿入されている。このスクリュ１８
には、軸受１９によって回転自在に支持されたシャフト
２０が連結されており、このシャフト２０は図示しない
モータによって駆動される。ホッパ２１から加熱シリン
ダ１７内に投入された樹脂原料は、このスクリュ１８の
回転により溶融して可塑化される。

【００１６】加熱シリンダ１７の先端部の連結部２２
は、射出部１４の備える射出シリンダ２３の側面部に接
合されている。この連結部２２の内部には、樹脂供給通
路２４が形成されている。この樹脂供給通路２４は、逆
止弁２５を介して射出シリンダ２３の側部に開口する樹
脂供給口２６に接続され、溶融樹脂はスクリュ１８の回
転とともに、この樹脂供給通路２４、樹脂供給口２６か
ら射出シリンダ２３内に導かれるようになっている。

【００１７】次に、射出装置１４の構成について説明す
る。射出装置１４の射出シリンダ２３には、その内径部
に対して微小隙間δを与えられてプランジャ２８が射出
シリンダ２３内を軸方向、回転方向とも摺動自在に嵌め
合わされている。射出シリンダ２３の前方の内径部とプ
ランジャ２８の先端部との間にできる空間は、計量時に
溶融樹脂が溜まっていくメルト溜り２９になっている。
また、射出シリンダ２３の前端部には、ノズル３０が設
けられており、このノズル３０は、プリプラ式射出装置
１０の全体が前進したときに、図示しない金型にノズル
タッチ機構を介して接続されるようになっている。

【００１８】ここで、プランジャ２８を軸方向に前後動
させるための直進駆動機構について説明する。プランジ
ャ２８の後端部からは連結軸３１が後方に延びている。
この連結軸３１は、継手３２を介して油圧シリンダなど
からなる射出アクチュエータ３３と連結されている。な
お、継手３２は、スラストベアリングとラジアルベアリ
ングとが一体的にユニット化された継手であって、プラ
ンジャ２８の前後動によるスラスト荷重を支えるととも
に、次に説明するプランジャ回転駆動機構による連結軸
３１の回転をも許容することができるようになってい
る。

【００１９】前記プランジャ回転駆動機構は、回転アク
チュエータ３４を駆動源として、前後動しているプラン
ジャ２８に回転運動を与えるための機構である。この第
１実施形態では、連結軸３１はキー溝３１ａを有するス
プライン軸として構成されている。回転アクチュエータ
３４の回転力を連結軸３１に伝達する機構としては、ス
プラインを有するベルト伝動機構が用いられている。す
なわち、回転アクチュエータ３４の出力軸には、小プー
リ３５が取り付けられ、連結軸３１と摺動嵌め合いする
スプラインをボス部に有する大プーリ３６が軸受３７を
介して射出シリンダ２３の末端部に取り付けられてい
る。これら小プーリ３５と大プーリ３６には、ベルト３
８が巻き掛けられている。

【００２０】次に、図２は、プランジャ２８の詳細を示
す。このプランジャ２８では、その円柱部分の外周面に
進み角Φの螺旋溝４０が形成されている。その螺旋溝４
０のねじれ方向は、プランジャ２８の回転方向と順方向
であって、すなわち、螺旋溝４０はプランジャ２８の回
転方向に一周するときプランジャ２８の前進方向に進む
ようになっている。図３は、螺旋溝４０の断面を示す図
で、幅Ｗ〔数ｍｍ程度〕、深さｈ〔０．１〜０．３ｍｍ
程度〕のごく小さい断面の浅い溝である。

【００２１】次に、以上のように構成されるプリプラ式
射出装置の作用について説明する。まず、計量工程で
は、スクリュ１８が回転して樹脂を溶融するとともに、
溶融樹脂を樹脂供給通路２４、樹脂供給口２６から射出
シリンダ２３内のメルト溜り２９に送り出す。そして、
メルト溜り２９に溜まっていく樹脂の圧力でプランジャ
２８は後退し、樹脂の計量が行われる。この間、射出ア
クチュエータ３３は後退するプランジャ２８に背圧をか
ける。また、回転アクチュエータ３４はその回転力をベ
ルト３７、大プーリ３６を介してスプライン軸である連
結軸３１に伝えるので、プランジャ２８は、回転させら
れながら後退する。このプランジャ２８は、その外周部
に回転方向と順方向にねじれている螺旋溝４０をもつた
め、プランジャ２８と射出シリンダ２３との隙間から外
に漏れようとする樹脂にねじポンプ作用を及ぼし、樹脂
をメルト溜り２９の方に強制的に還流させることができ
る。このねじポンプ作用は、計量工程の間つづき、した
がって、プランジャ２８と射出シリンダ２３との隙間か
らの樹脂の漏れを効果的に防止することができる。

【００２２】また、射出工程でも同様に、射出アクチュ
エータ３３がプランジャ２８を前進させ、メルト溜り２
９に溜まっている樹脂を射出すると同時に、回転アクチ
ュエータ３４がプランジャ２８を回転させるので、ねじ
ポンプ作用によって、プランジャ２８と射出シリンダ２
３との隙間から外に漏れようとする樹脂をメルト溜り２
９に還流させることができる。

【００２３】以上のようなプランジャ２８のねじポンプ
作用による樹脂漏れ防止効果について、次に、漏れ出す
樹脂量とねじポンプ作用により還流する樹脂量とを比較
して定量的に説明する。 Ａ．漏れ出す樹脂量 射出時において、プランジャ２８と射出シリンダ２３の
隙間からの１秒あたりの樹脂漏れ量Ｑp1は、プランジャ
２８の円柱部の外周面と射出シリンダ２３の内周面との
平行平面間の漏れ量で次の式で近似することができる。

【数１】 ここで、Ｄ：プランジャ直径 ３０ｍｍ δ：プランジャと射出シリンダの隙間 ０．０１ｍｍ Ｐ：射出圧力 ２０kgf/ｍｍ² Ｌ：プランジャの円筒部長さ １５０ｍｍ η：溶融樹脂粘土 ０．０００１kgf/ｍｍ²・s とすると、

【数２】 射出時間が１０秒とすれば、その間の樹脂漏れ量は、
０．１０５ｍｍ³となる。

【００２４】Ｂ．プランジャの回転による樹脂の還流量 プランジャ２８の螺旋溝４０の溝幅Ｗ、溝深さｈは、ご
く小さいが、プランジャ２８が回転するときに螺旋溝４
０を流れる樹脂に作用する力は、通常の可塑化スクリュ
における場合と同じなので、樹脂の還流量の計算には、
一般に使用されているスクリュの理論式を適用すること
ができる。

【００２５】

【数３】 ここで、Ｄ：プランジャ直径 ３０ｍｍ Ｎ：プランジャ回転速度 ０．１rpm〔１０秒間で１回
転〕 Ｗ：螺旋溝幅 ２ｍｍ ｈ：螺旋溝深さ ０．１ｍｍ Φ：螺旋溝の進み角 １５deg ｋ：効率〔圧力流によるロス〕 ０．８ とすると、

【数４】 射出時間を１０秒とすると、その間の樹脂還流量は、
７．２８ｍｍ³となる。これは、先にＡ項で求めた樹脂
漏れ量０．１０５ｍｍ³に比べて十分大きな値である。
したがって、本計算で仮定したようなごく小さい断面の
螺旋溝４０をプランジャ２８に設け、非常にゆっくりと
回転させるだけで、樹脂が漏れないように確実に樹脂を
メルト溜り２９に還流させることができる。

【００２６】第２実施形態 次に、本発明によるプリプラ式射出装置の他の実施形態
について、図４を参照して説明する。この第２実施形態
によるプリプラ式射出装置は、第１実施形態とは異なっ
て、プランジャ２８に回転を与える機構を直進駆動機構
とは別々に設けずに、直進駆動機構の直進運動を利用
し、これを回転運動を伴った運動に変換するようにした
機構を設けたものである。その他の部分は第１実施形態
と同一であり、同一部分には同一の参照符号を付してそ
の説明は省略する。

【００２７】この第２実施形態では、直進駆動機構を構
成する射出アクチュエータ３３には、スプライン軸に替
えてボールねじ４２が継手３２を介して連結されてい
る。継手３２は、第１実施形態と同様にスラストベアリ
ングとラジアルベアリングとが一体的にユニット化され
た継手であって、プランジャ２８の前後動によるスラス
ト荷重を支えるとともに、ボールねじ４２の回転をも許
容することができる。ボールねじ４２の先端はプランジ
ャ２８に連結されている。ボールねじ４２に螺合するボ
ールナット４３は、軸受４４を介して射出シリンダ２３
に回転自在に取り付けられている。また、ボールナット
４３は、一方向クラッチ４５を用いて軸受４４に接続さ
れている。この場合、ボールねじ４２を前進させる方向
にボールナット４３が回転しようとするときには、一方
向クラッチ４５と軸受４４の接続が切れてボールナット
４３は回転せずに固定され、ボールねじ４２を後退する
方向にボールナット４３が回転しようとするときには一
方向クラッチ４５と軸受４４が接続してボールナット４
３は空転するようになっている。

【００２８】次に、以上の第２実施形態によるプリプラ
式射出装置におけるプランジャのねじポンプ作用につい
て説明する。射出工程では、射出アクチュエータ３３が
プランジャ２８を前進させ、メルト溜り２９に溜まって
いる樹脂を射出する。これと同時に、ボールねじ４２
は、前進しながらボールナット４３を回転させようとす
る。この回転方向に対しては、一方向クラッチ４４はボ
ールナット４３を軸受４４に接続させないので、ボール
ナット４３は回転せずそのかわりにボールねじ４２の直
進運動を回転運動に換える。したがって、プランジャ２
８は前進しながら回転するので、第１実施形態と同様の
ねじポンプ作用によって、プランジャ２８と射出シリン
ダ２８との隙間から外に漏れようとする樹脂をメルト溜
り２９に還流させることができる。

【００２９】計量工程では、メルト溜り２９に溜まって
いく樹脂の圧力でプランジャ２８は後退し、樹脂の計量
が行われる。この間、ボールねじ４２は後退しながらボ
ールナット４３を射出時と逆方向に回転させようとし、
ボールナット４３は一方向クラッチ４５によって軸受４
４と接続し、またこの方向への回転抵抗はプランジャ２
８と射出シリンダ２３の間の粘性抵抗よりもはるかに小
さいので、ボールナット４３は空転する。このため、ボ
ールねじ４２とプランジャ２８は回転することなく後退
する。

【００３０】この第２実施形態では、射出工程でのみプ
ランジャ２８を回転させるようにして樹脂を還流させる
ようにしているが、第１実施形態で説明した通り、プラ
ンジャ２８をゆっくり回すだけで、樹脂漏れ量に比べて
十分に大きな還流能力を与えるのは容易であるから、高
圧になって樹脂漏れがし易い射出工程においてプランジ
ャ２８を回転させることで、十分な樹脂漏れ防止の機能
を果たすことが可能である。しかも、第１実施形態に比
べて、プランジャ２８に回転運動を与える機構を簡素化
できる利点も挙げることができる。

【００３１】なお、以上、プランジャ２８の射出工程で
回転運動を与える例を説明したが、プランジャ２８の計
量行程で回転運動を与えるようにしても、同様の樹脂漏
れ効果を果たすことは可能である。また、プランジャ２
８の直進運動を利用してこれを回転運動に変換する機械
要素としてボールねじ機構を挙げて説明したが、他の機
械要素の組み合せによる変換機構を適用してプランジャ
に回転運動を与えることでも同様な樹脂漏れ防止効果を
得ることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、プランジャは、その外周部に回転方向と順方
向にねじれている螺旋溝をもつため、プランジャ回転駆
動機構がプランジャに回転を与えると、プランジャと射
出シリンダとの隙間から外に漏れようとする樹脂にねじ
ポンプ作用を及ぼし、樹脂をメルト溜りの方に強制的に
還流させ、樹脂漏れを効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプリプラ式射出装置の第１の実施
形態を示す断面図。

【図２】同実施形態によるプリプラ式射出装置のプラン
ジャを詳細に示す断面図。

【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す図。

【図４】本発明によるプリプラ式射出装置の第２の実施
形態を示す断面図。

【符号の説明】

１０ プリプラ式射出装置 １２ 可塑化部 １４ 射出部 １６ 制御装置 １７ 加熱シリンダ １８ スクリュ ２１ ホッパ ２３ 射出シリンダ ２８ プランジャ ３０ ノズル ３１ 連結軸 ３２ 継手 ３３ 射出アクチュエータ ３４ 回転アクチュエータ ４０ 螺旋溝 ４２ ボールねじ ４３ ボールナット ４５ 一方向クラッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱シリンダ内でスクリュを回転させて樹
   脂原料を可塑化する可塑化部と、この可塑化部から送ら
   れる溶融樹脂を射出シリンダ内のプランジャ前方に導
   き、前記プランジャを軸方向に前後動させて樹脂の計量
   および射出を行う射出部と、が独立して設けられたプリ
   プラ式射出装置において、 前記プランジャに直進運動をさせる直進駆動機構に加え
   て、軸方向に前後直進運動をする前記プランジャに回転
   運動を付加するプランジャ回転駆動機構を設け、前記プ
   ランジャの外周部に当該プランジャの回転方向と順方向
   ねじれの螺旋溝を設けたことを特徴とするプリプラ式射
   出装置。
2. 【請求項２】前記プランジャ回転駆動機構は、 モータと、 前記プランジャに連結されるスプライン軸と、 前記スプライン軸を回転が許容されるように直進駆動機
   構に連結する継手と、 前記スプライン軸に嵌合するスプラインを有し、前記モ
   ータの回転力を前記スプラインに伝達する伝動機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のプリプラ式
   射出装置。
3. 【請求項３】前記プランジャ回転駆動機構は、前記プラ
   ンジャの軸方向直進運動を回転運動を伴った運動に変換
   する機構からなることを特徴とする請求項１に記載のプ
   リプラ式射出装置。
4. 【請求項４】前記変換機構は、 前記プランジャに連結されるボールねじと、 前記ボールねじの回転が許容されるように直進駆動機構
   に連結する継手と、 射出シリンダに軸受を介して回転自在に取り付けられ、
   前記ボールねじに螺合するボールナットと、 前記ボールナットの一方向の回転に対して前記ボールナ
   ットを空転させる一方向クラッチと、を備えることを特
   徴とする請求項３に記載のプリプラ式射出装置。