JP2004122776A

JP2004122776A - 射出成形機

Info

Publication number: JP2004122776A
Application number: JP2003317984A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Ashida; 芦田　極
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP3876321B2

Abstract

　
【課題】　マイクロマシン構成部品のような微小部品を射出成形する際にでも成形時に大きな圧力を発生することができ、かつ射出量を正確に設定可能とする。
【解決手段】　外部の駆動装置により進退自在に配置し、内部に溶融射出材を貯留する室を備え、溶融射出材をシリンダ内に補充するための流路及び先端にピストン前進時に閉じ後退時に開き該室の溶融射出材をシリンダ内に補充する逆止弁を有するピストン部を備えたピストンブロックと、前記ピストン部が後端部側から嵌合し先端部にノズルを形成したシリンダと、少なくともノズル近傍のシリンダ部分を加熱するヒータとを備えたシリンダブロックと、製品成形用射出空間を形成するコアと、該コアで成形された製品を押し出すエジェクタピンとを備えたキャビティブロックから構成する。
【選択図】図１

Description

　本発明は金型内に射出シリンダを内蔵し、特に小型の精密部品の射出成形に適する射出成形機構付金型を備えた射出成形機に関する。

　従来の射出成形機は、スクリューを用いた溶融可塑化機構を用い、スクリュー自身がピストンとして溶融した材料を金型に射出している。その際、金型は型閉じによって充填空間としてのキャビティを形成し、型開き時に製品をイジェクトして取り出す機構を担っている。そのため、上記のような従来の射出成形機においては、その射出成形機と金型の設備の形態として、射出成形機に対して種々の金型を取り付けて使用する形態となっている。

　上記のように、従来の一般的な射出成形機においては、射出成形機に対して金型を取り付けて使用する形態であるため、スクリュー自身がピストンとして溶融した材料を金型に射出する構成を採用している。そのため、特に微小な加工対象の場合、一般の射出成形機では、スクリュー径を小さくするには限界があるため、キャビティ内の圧力が充分に上昇させることができず、より大きな圧力を発生することができる射出機構が求められていた。

　特に近年はマイクロマシンの研究が進められており、そのマイクロマシンを構成する、例えばマイクロギア、マイクロレンズのようなマイクロマシン構成部品を樹脂で精密に成形することが求められるようになっており、このようなマイクロマシン構成部品を前記のような従来の一般的な射出成形機で作成することは極めて困難であり、その解決策が求められていた。

　特に、上記のようにマイクロマシン構成部品のような微小な加工対象の場合、一度に射出する材料の体積も極めてわずかであることから、材料が溶融可塑部としてのスクリュー部に滞留する時間が長くなり、材料の劣化が進んでしまう問題もある。更に、射出する材料の体積を適正な値に設定しようとしても、前記のようにその機構を小さくするには限界があるため、比較的大きな射出成形機においてマイクロマシン構成部品のような微小な部品を成形する為の射出材料の体積を正確に設定しようとしても、ほとんどその射出成形機における誤差範囲程度になてしまい、射出材料の体積を正確に設定することができなかった。
特開平１１−２４００５０号公報

　したがって本発明は、射出成形のために必用な充分な圧力を発生することができるようにし、マイクロマシン構成部品のような微小な部品を射出成形で容易に成形することができるようにするとともに、そのような微小な部品の射出成形に際して、射出量を正確に設定して射出することができるようにした射出成形機構付金型を備えた射出成形機を提供することを主たる目的とする。

　上記課題を解決するため、本願請求項１に係る発明は、外部の駆動装置により進退自在に配置し、内部に溶融射出材を貯留する室を備え、先端にピストン前進時に閉じ後退時に開き該室の溶融射出材をシリンダ内に補充する流路及び逆止弁を有するピストン部を備えたピストンブロックと、前記ピストン部が後端部側から嵌合し先端部にノズルを形成したシリンダと、少なくともノズル近傍のシリンダ部分を加熱するヒータとを備えたシリンダブロックと、前記ノズルに対向する開口を有し製品成形用射出空間を形成するコアと、該コアで成形された製品を押し出すエジェクタピンを備え、外部に固定されるキャビティブロックの各ブロックからなり、前記ピストンブロックとシリンダブロック間には両ブロックを離反させる方向に付勢するシリンダブロックばねと、ピストンブロックの所定の後退時にシリンダブロックを引っ張る引張りプレートとを備え、前記シリンダブロックと前記キャビティブロックのエジェクタピン間にはピストンブロックの更に所定以上の後退時にエジェクタピンを作動するエジェクタピン作動プレートを備えたことを特徴とする射出成形機としたものである。

　また、請求項２に係る発明は、前記ヒータは、シリンダ内の射出材がノズルから射出されるとき加熱し、それ以外の時は加熱を停止することを特徴とする請求項１記載の射出成形機としたものである。

　また、請求項３に係る発明は、前記溶融射出材を貯留する室には、溶融射出材を該室に供給するグルーガンを接続したことを特徴とする請求項１記載の射出成形機としたものである。

　また、請求項４に係る発明は、前記流路及び逆支弁を有するピストン部に、外部より加熱あるいは冷却をおこなうことで、流路内部の射出材を溶融あるいは固化することで射出材の流動性を制御し、逆支弁と同様の作用を得ることを特徴とする請求項１記載の射出成形機としたものである。

　本発明は上記のように構成したので、射出成形のために必用な充分な圧力を発生することができるようになり、マイクロマシン構成部品のような微小な部品を射出成形で容易に成形することができる。また、そのような微小な部品の射出成形に際して、射出量を正確に設定して射出することが可能となる。

　本発明は、射出成形のために必用な充分な圧力を発生することができるようにし、マイクロマシン構成部品のような微小な部品を射出成形で容易に成形することができるようにするとともに、そのような微小な部品の射出成形に際して、射出量を正確に設定して射出することができるようにした射出成形機構付金型を備えた射出成形機を提供するため、外部の駆動装置により進退自在に配置し、内部に溶融射出材を貯留する室を備え、先端にピストン前進時に閉じ後退時に開き該室の溶融射出材をシリンダ内に補充する流路及び逆止弁を有するピストン部を備えたピストンブロックと、前記ピストン部が後端部側から嵌合し先端部にノズルを形成したシリンダと、少なくともノズル近傍のシリンダ部分を加熱するヒータとを備えたシリンダブロックと、前記ノズルに対向する開口を有し製品成形用射出空間を形成するコアと、該コアで成形された製品を押し出すエジェクタピンを備え、外部に固定されるキャビティブロックの各ブロックからなり、前記ピストンブロックとシリンダブロック間には両ブロックを離反させる方向に付勢するシリンダブロックばねと、ピストンブロックの所定の後退時にシリンダブロックを引っ張る引張りプレートとを備え、前記シリンダブロックと前記キャビティブロックのエジェクタピン間にはピストンブロックの更に所定以上の後退時にエジェクタピンを作動するエジェクタピン作動プレートを備えたものである。

　図１には本発明による射出成形機構付金型を備えた射出成形機の実施例を示しており、図２にはこの射出成形機において一体的に移動するブロック毎に分解した各ブロック構成を示している。また、図３〜図８には、同射出成形機構付金型の作動を順に示している。

　図１において射出材料を既に射出待機状態にしている射出成形機構付金型１は、図２（ａ）に示すようなピストンブロック２と、同図（ｂ）に示すようなシリンダブロック３と、同図（ｃ）に示すようなキャビティブロック４を各々移動自在に組み付けることにより構成されている。

　ピストンブロック２は、外部のモータ等により回転駆動されるボールナットに螺合するボールねじ１１と、このボールねじ１１とともに図中左右に移動可能なシャフトホルダ１２と、そのシャフトホルダ１２に固定した断熱板１３と、その断熱板１３に固定したピストン１４と、そのピストン１４の外周に設けたピストン外囲部材１５とを備えている。

　ピストン１４の中心部には射出材溶融貯留室１６を備え、その射出材溶融貯留室１６の後端部には断熱板１３の突出部が嵌合し、側部にはピストン外囲部材１５に固定したホルダ１７に支持されているグルーガン１８の先端が開口し、グルーガン１８からの溶融した射出材を射出材溶融貯留室１６内に導入可能としている。また、射出材溶融貯留室１６の周囲にはヒータ１９を適宜配置している。更に、ピストン外囲部材１５の側部には引張りピン２０を固定しており、後述するシリンダブロック３側に固定されている引張りプレート３１のガイド溝３２に摺動自在に配置されている。また、ピストン外囲部材１５の端面２１にはシリンダブロック３側から突出するブロックガイドロッド３３の端部を摺動自在に嵌合するガイド孔２２を形成している。

　ピストン１４はその先端が突出してピストン部２３を形成し、このピストン部２３は中空となっており、前記射出材溶融貯留室１６と連通し、射出材溶融貯留室１６内の貯留射出材２４をその先端から後述するマイクロプローブ３５内のシリンダ４４内に供給可能としている。ピストン１４の先端には逆止弁２５を備え、例えば図１（ｃ）の一部拡大模式図に示すように、ピストン１４が射出作動工程時に図中右側に移動するとき、シリンダ４４内の射出材４９がピストン１４内に戻ることをボール２６が開口２７を閉じることにより阻止し、その結果、シリンダ４４内の射出材４９をピストン１４の移動と共に射出可能としている。

　また、ピストン１４が図中左側に移動する戻り工程時には、後述するようにシリンダ４４内のノズル４５近傍の射出材が固まることにより移動できない状態になっているので、その射出材の後端部にできるシリンダ空間にピストン１４内の貯留射出材２４を、ボール２６が開口２７を開放することにより移動可能とし、それによりシリンダ４４内に射出材を供給可能としている。なお、その時、ボール２６は先端部のストッパ２８により脱落を防止している。

　なお、ピストン１４の先端に逆止弁２５を備えていない場合でも、ピストン部２３を外側より加熱あるいは冷却することで、ピストン部２３の内部に滞留している射出材を溶融あるいは固化させ、逆止弁２５と同等の作用を得ることができる。

　シリンダブロック３は、その外周囲部分を構成するブロックプレート部材３４と、その中心空洞部に固定したマイクロプローブ３５と、ブロックプレート部材３４の側部に固定した前記引張りプレート３１と、図中左側の端面３７から前記ピストンブロック２側に突出するように固定したブロックガイドロッド３３と、キャビティブロック４に近い側面に固定したブロックガイドピン３８とを備えている。なお、ブロックガイドロッド３３にはピストンブロック２とシリンダブロック３とを常時離間させるように付勢するシリンダブロックばね４０を支持している。

　マイクロプローブ３５にはその中心部に前記のようなシリンダ４４を備え、内部にピストン１４のピストン部２３を嵌合しており、その先端に端面４８の中心位置に開口するノズル孔４５を形成している。また、シリンダ４４の周囲には内部の射出材の加熱、及びその加熱を停止することによる冷却を行うことができるヒータを備え、図示実施例においてはピストン部２３の先端からシリンダ４４の後部に存在するシリンダ内射出材３９を加熱する第１ヒータ４６と、ノズル孔４５周囲近傍を加熱する第２ヒータ４７とを備えている。

　キャビティブロック４はシリンダブロック３側に位置するベース部材５１と、中心部に収納室５２を形成するスペーサ５３と、外部へ固定される側に位置する頭部部材５４とを備え、ベース部材５１のシリンダブロック３側の端面５５の中心部には射出成形によって製造する製品の外形形状を形成したコア５６を備えている。

　スペーサ５３内の収納室５２内には複数の案内ロッド５７を固定しており、その案内ロッド５５が貫通するガイド孔を備えた押し出し部材５８を摺動自在に支持しており、戻しスプリング５９によって押し出し部材５８を常時頭部部材５４側に位置するように付勢している。この押し出し部材５８の中心部にはエジェクタピン６０を固定しており、エジェクタピン６０の先端面は前記コア５６の底面に位置し、コア５６の室壁の一部を形成している。また、図示実施例においてはエジェクタピン６０の先端部に筒状体６１を固定し、それによりこのコア５６部分で製造される製品の凹部が所定形状になるようにしている。また、この実施例では頭部部材５４の中心部にストッパ６２を周囲に形成したねじ等により図中左右位置を調節可能に設け、この端面部に当接するエジェクタピン６０の位置を調節可能とし、コア５６により製造する各種の製品に対応している。

　エジェクタピン６０を固定している押し出し部材５８の側部には作動ロッド６２が固定され、作動ロッドの端部にはエジェクタピン作動プレート６３が固定されている。エジェクタピン作動プレート６３にはガイド溝６６を備え、このガイド溝６６内には前記ブロックガイドピン３８が嵌合している。それにより、後述するように、ピストンブロック２とともにシリンダブロック３が図中右側に大きく移動するときのみ、このブロックガイドピン３８によりエジェクタピン作動プレート６３を引っ張り、押し出し部材５８を介してエジェクタピン６０をコア５６内に突出させ、コア５８内で成形された製品をコア外に排出することができるようにしている。

　上記のような構成からなる射出成形機構付金型１の作動に際しては、射出成形により製品を連続的に製造するため、各作動が順に循環して行われるものであるが、説明の都合上循環して行われている途中における初期状態として、図１に示す状態を初期状態としてを以下説明を行う。なお、図中キャビティブロック部材５４が固定され、ボールねじ１１が外部の装置により進退可能となっている。

　図１に示す状態においては、図２に示すピストンブロック２とシリンダブロック３がシリンダブロックばね４０により互いに離れており、更にピストンブロック２とシリンダブロック３が充分に図中左側に移動していることにより、シリンダブロック３とキャビティブロック４とが両者間にばねの存在しない状態で離間している。

　図１においては、射出材溶融貯留室１６内とピストン部２３内にグルーガン１８から溶融した射出材が供給されており、貯留射出材２４として貯留されている。シリンダ４４内のピストン部２３先端には次に射出される射出材４９が待機しており、この射出材４９の内の一部のみがピストン部２３のストローク分だけ射出されることとなる。また、コア５６内には製品は存在していない。

　図１に示す状態からボールねじ１１の戻りによりピストンブロック２が図中右側に移動すると、ピストンブロック２とシリンダブロック３との間には強いばね力のシリンダブロックばね４０が存在するのに対して、シリンダブロック３とキャビティブロック４間には何らのばねも存在せず自由に移動できるようになっているので、前記ピストンブロック２と一体的にシリンダブロック３も図中右側に移動し、図３に示す状態となる。このときシリンダブロック３のプレート部材３４の図中右側の端面４８と、キャビティブロック４のベース部材５１の図中左側の端面５５とが当接し、それによりコア５６の開放側が端面４８によって閉じられ、キャビティー空間となる。

　なお、この時エジェクタピン６０は戻しスプリング５９により引き込まれた状態となっており、その周囲の筒状体６１とともにコア５６の周壁面の一部、即ちキャビティ空間の周壁の一部を構成している。なお、この時マイクロプローブ３５内におけるピストン部２３先端近傍から更にノズル孔４５にかけてのシリンダ周囲に配置した各ヒータのうち、少なくともノズル孔４５に近い第２ヒータ４７は低温状態を維持することにより、その内側の射出材４９は粘性が極めて大きい状態となっており、ピストン部２３がシリンダ４４内に押し込まれようとしても押し込まれることはなく、それにより射出材４９はノズル４５から流出することはない。

　図３に示す状態から更にボールねじ１１が送られてピストンブロック２を図中右側に移動すると、前記のようにシリンダブロック３とキャビティブロック４が一体的に固定された状態となっているので、ピストンブロック２はシリンダブロックばね４０を押し縮めつつ移動する。このとき、第１ヒータ４６及び第２ヒータは共に発熱させ、シリンダ４４内の射出材４９を溶融させる。この射出成形機は特にマイクロマシン用部材等の極めて小さな製品を製作するものであるので、シリンダ４４内の射出材の体積は極めて小さく、各ヒータの発熱によって、先に極めて粘度の高い状態にあった射出材を直ちに粘度の小さな溶融状態とすることができる。

　それにより、図４に示すように、ピストン１４と共にピストン部２３がシリンダ内で図中右側に移動可能となるが、ピストン１４先端部に設けた逆止弁２５が図１（ｃ）に示すように閉じ、ピストン１４の先端によってシリンダ４４内の射出材４９を、ノズル孔４５からコア５６のキャビティ内に射出する。逆支弁の無い場合でもピストン部２３を冷却し、内部の射出材を固化させることで同等の作用が得られる。このようにしてピストン５６の所定のストロークにより、最終的にコア５６のキャビティ内に射出材が完全に充填されることとなる。この状態は図５に示されている。完全に充填された後は少なくとも第２ヒータ４７の発熱を停止し、シリンダ先端内部の射出材４９を冷却し固体、或いは粘度の極めて高い状態にする。

　その後ボールねじ１１を後退させ、ピストンブロック２を図中左側に後退させる。このとき、シリンダ４４内のノズル４５近傍の射出材４９は固体、或いは粘度の極めて高い状態になっているので、ピストン部２３の先端の逆止弁２５においては図１（ｃ）に示す状態からボール２６が通孔２７を開放し、ビストン部２３内の溶融した貯留射出材２４をシリンダ４４内部に流出させながらピストン部２３が後退することとなる。この状態は図６に示しており、このときコア５６のキャビティ内の射出材は型締めが行われ、充分に冷却されて製品化する。

　ピストンブロック２が更に後退すると、ピストンブロック２とシリンダブロック３との間の強いばね力のシリンダブロックばね４０が両者間を離間させ、所定の離間時に引張りプレート３１のガイド溝３２の端部に引張りピン２０が係合し、ピストンブロック２とシリンダブロック３を一体的に図中左側に移動させる。このときベース部材５１の端面５５とブロックプレート部材３４の端面４８が離間し、パーティング面が開くことにより金型の型開きが行われる。その後ピストンブロック２が後退すると図７に示すような、前記図１に示す初期状態を通過する。

　このときブロックガイドピン３８がエジェクタピン作動プレート６３のガイド溝１６の端部に当接し、それ以降のピストンブロック２の後退時にエジェクタピン作動プレート６３を引っ張り、一体的に固定されている作動ロッド６２、押し出し部材５８を介してエジェクタピン６０を図中左側に移動させ、コア５６内の製品をその下方端側に押し出す。それにより図８に示すように、製品８０をコア５６内から飛び出させ、落下させることにより取り出すことができる。その後、ボールねじ１１を逆方向に送ると再び図１の状態に戻り、前記作動を繰り返し行うことができる。

　本発明は上記のような実施例に限らず、例えばボールねじによる駆動装置を他の駆動装置に代える等、更に種々の態様で実施することができる。

　本発明は種々の素材を用い、各種の小型の精密部品の射出成形を行う際に有効に利用することができる。

本発明の実施例の作動における第１の状態を示す断面図である。同実施例の装置をブロック毎に分解して示した分解断面図である。同実施例の第２の状態を示す断面図である。同実施例の第３の状態を示す断面図である。同実施例の第４の状態を示す断面図である。同実施例の第５の状態を示す断面図である。同実施例の第６の状態を示す断面図である。同実施例の第７の状態を示す断面図である。

符号の説明

１　射出成形機構付金型
２　ピストンブロック
３　シリンダブロック
４　キャビティブロック
１１　ボールねじ
１２　シャフトホルダ
１３　断熱板
１４　ピストン
１５　ピストン外囲部材
１６　射出材溶融貯留室
１７　ホルダ
１８　グルーガン
１９　ヒータ
２０　引張りピン
２３　ピストン部
２４　貯留射出材
２５　逆止弁
２６　ボール
２７　開口
２８　ストッパ
３１　引張りプレート
３２　ガイド溝
３３　ブロックガイドロッド
３４　ブロックプレート部材
３５　マイクロプローブ
３７　端面
３８　ブロックガイドピン
４０　シリンダブロックばね
４１　端面
４２　ガイド孔
４４　シリンダ
４５　ノズル孔
４６　第１ヒータ
４７　第２ヒータ
４８　端面
４９　射出材
５１　ベース部材
５２　収納室
５３　スペーサ
５４　頭部部材
５５　端面
５６　コア
５７　案内ロッド
５８　押し出し部材
５９　戻しスプリング
６０　エジェクタピン
６１　筒状体
６２　ストッパ
６３　エジェクタピン作動プレート
６４　通孔
６６　ガイド溝
７１　キャビティブロックガイドロッド
８０　製品　

Claims

　外部の駆動装置により進退自在に配置し、内部に溶融射出材を貯留する室を備え、先端にピストン前進時に閉じ後退時に開き該室の溶融射出材をシリンダ内に補充する流路及び逆止弁を有するピストン部を備えたピストンブロックと、
　前記ピストン部が後端部側から嵌合し先端部にノズルを形成したシリンダと、少なくともノズル近傍のシリンダ部分を加熱するヒータとを備えたシリンダブロックと、
　前記ノズルに対向する開口を有し製品成形用射出空間を形成するコアと、該コアで成形された製品を押し出すエジェクタピンを備え、外部に固定されるキャビティブロックの各ブロックからなり、
　前記ピストンブロックとシリンダブロック間には両ブロックを離反させる方向に付勢するシリンダブロックばねと、ピストンブロックの所定の後退時にシリンダブロックを引っ張る引張りプレートとを備え、
　前記シリンダブロックと前記キャビティブロックのエジェクタピン間にはピストンブロックの更に所定以上の後退時にエジェクタピンを作動するエジェクタピン作動プレートを備えたことを特徴とする射出成形機。
　前記ヒータは、シリンダ内の射出材がノズルから射出されるとき加熱し、それ以外の時は加熱を停止することを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
　前記溶融射出材を貯留する室には、溶融射出材を該室に供給するグルーガンを接続したことを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
　前記流路及び逆支弁を有するピストン部に、外部より加熱あるいは冷却をおこなうことで、流路内部の射出材を溶融あるいは固化することで射出材の流動性を制御し、逆支弁と同等の作用を得ることを特徴とする請求項１記載の射出成形機。