JP2005096155A - 多軸式射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 少容量の射出装置を複数組み合わせることで小型でかつ射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる多軸式射出成形機を提供すること。
【解決手段】 固定型１０と可動型１１とかならなる射出成形用金型３と、この金型３の固定型１０と可動型１１の間に形成されるパーティング面に形成されるキャビティに樹脂材料を射出する複数の吐出量の少なる射出装置２とを備え、これら射出装置が前記金型３の固定型１０及び可動型１１の一方又はそれぞれに設けられ、これら射出装置２を選択的にあるいは同時的に作動させる制御手段４を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可塑化した樹脂材料を射出する小型の射出装置を複数備える多軸式射出成形機に関し、更に詳しくは、樹脂材料の可塑化、射出容量の小さい小型の射出装置を選択的にあるいは同時的に動作させて１個の金型に可塑化した樹脂材料を充填する多軸式射出成形機に関する。

樹脂の射出成形サイクルは一般的に、１．型締め工程（金型を閉じる工程）、２．射出工程（可塑化した樹脂材料をノズルから金型のキャビティに射出充填する工程）、３．保圧工程（金型内に充填した樹脂材料のゲート部分が固化するまでの間、樹脂への加圧を維持する工程）、４．冷却工程（金型内の樹脂材料を冷却する工程）、５．型開き工程（金型を開く工程）、６．取り出し工程（樹脂成形品を金型から取り出す工程）の各工程から構成される。そしてこれら各工程のうち、保圧工程及び冷却工程に要する時間と、冷却工程と同時進行で行われる樹脂材料の可塑化に要する時間とが最も長くなる傾向にある。

従って、射出成形サイクルのハイサイクル化を図り、生産効率を向上させるためには、冷却時間と可塑化時間を短縮する必要がある。このため例えば、冷却工程に要する時間を短縮するために射出工程と冷却工程とを同時に進行させる構成が、樹脂材料の可塑化に要する時間を短縮するために射出工程において射出と樹脂材料の可塑化を同時に進行させる構成がそれぞれ開発されている。

射出工程と冷却工程とを同時に進行させる構成として、複数の射出成形用金型を射出成形機、冷却ステージなどのステージに循環させ、射出成形機が１個の金型に可塑化した樹脂材料を充填している間に、既に樹脂材料が充填された他の金型を冷却する構成（特許文献１参照）や、複数の射出成形用金型を移動ユニットにより射出成形を行う成形位置と、この成形位置から離れた準備位置との間を交互に移動させ、１の金型に可塑化した樹脂材料を充填している間に他の金型はその他の工程を行う構成（特許文献２参照）などが提案されている。

これらの構成によれば、複数の射出成形用金型を用いて射出工程と冷却工程とを同時進行させることができ、これにより射出成形機全体としての生産効率を向上させることができもるのであるが、複数の射出成形用金型とこれら射出成形用金型を移送するための機構、及び複数の射出成形用金型に連続的に可塑化した樹脂材料を充填可能な大容量の大型の射出装置が必要となるため、射出成形機全体が大型化する。

一方、射出工程において射出と樹脂材料の可塑化を同時に進行させる構成としては、例えば、可塑化筒により可塑化した樹脂材料を一時的にバッファ装置に貯留し、このバッファ装置に貯留された樹脂材料を射出筒に供給するという構成（特許文献３参照）や、可塑化した樹脂材料を射出する２基のプランジャーユニットを備え、必要な射出量の樹脂材料を１基のプランジャーユニットに貯留し、その間に他のプランジャーユニットに貯留された樹脂材料を射出成形用金型に充填する動作を交互に繰り返す構成（特許文献４参照）などが提案されている。

特許文献３に記載の構成によれば、スクリュープリプラ式の場合、従来射出筒から射出している間は可塑化筒を停止させ、保圧後に可塑化装置を駆動させるという間欠可塑化を行っていたが、１回の射出工程で要する射出量以上の樹脂材料をバッファ装置内に貯留できるため、射出工程と樹脂材料の可塑化を同時に行うことが可能となり、連続して樹脂材料の可塑化を行うことができる。また特許文献４に記載の構成によれば、２基のプランジャーユニットにより交互に必要な量の樹脂材料を射出することができるため、連続して可塑化を行うことができる。しかしながらこれらの構成によっても、バッファ装置やプランジャーユニットを駆動するための機構や動力源が必要となり、これらを射出台に内蔵するとなると射出台が大型化し、射出成形機全体を大型化せざるを得ない。

このように、射出成形サイクルのハイサイクル化を図るために、射出工程と冷却工程、又は射出工程における射出動作と可塑化を同時進行させる構成とすると射出成形機が大型化する。したがって、射出成形サイクルのハイサイクル化と射出成形機の小型化の両立を図ることは困難であった。

ところで、液晶性ポリマーを利用した最近の小型部品のハイサイクル成形において、型締め工程、射出工程及び冷却工程の各工程と、冷却工程及び取り出し工程の各工程とを同時進行させることにより、射出成形サイクルのハイサイクル化を図る構成が提案されている（非特許文献１参照）。しかしこの例は、一定以上のせん断力がかかった場合に流動性が極端に向上する液晶性ポリマーを利用していることや、２０ｔの型締め力に対して射出量が２ｇに満たない特殊な例であり、例えばコネクターハウジング材料として一般的に用いられているＰＰ（ポリプロピレン）などのポリオレフィン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等のポリエステル、６，６−ナイロンなどのポリアミド、その他ＰＰＳやｓ−ＰＳで直ちに実現できるとは考えにくい。

また、一般的に液晶性ポリマーは一定以上のせん断力が加わると配向して流動性が極端に向上することから、高速で射出することで充填抵抗が低下する傾向にあるが、前記ＰＰやＰＢＴ、ＰＡ（ポリアミド）等はこのような傾向はあまり顕著ではなく、大きなせん断力を加えると樹脂劣化が生じるおそれもある（非特許文献２参照）。このため、射出成形サイクルのハイサイクル化を行う場合であっても樹脂成形品の品質を確保するためには低圧で射出することが望ましい。

可塑化した樹脂材料を低圧で射出する構成としては、例えば、複数の射出装置を用い、１基の射出成形用金型に同時に低圧で樹脂材料を射出充填する構成（特許文献５参照）が提案されており、また、１個の金型に複数のゲートを形成してこれらのゲートから異なる種類の樹脂材料を充填して多数種類の合成樹脂層からなる樹脂成形品を得る構成（特許文献６参照）などが提案されている。

特許文献５に記載の構成によれば、低圧射出で残留応力の少ない樹脂成形品を得ることができるが、このような複数の射出装置を備える構成は、低圧射出のほか、主に特許文献６に記載のように複数の樹脂を合成して形成することを目的として用いられるものであり、射出成形サイクルのハイサイクル化を達成する構成を備えるものではない。また、このような構成であっても、一般的に射出成形機は大型化する。

特開平５−１４７０７６号公報 特開２００２−８６５０１号公報 特開２０００−２３８０９４号公報 特開２００２−１３７２７０号公報 特開平５−２７８０６１号公報 特開２００２−１０３３７６号公報 日刊工業新聞２００３年６月２５日付朝刊記事 小田実生、外２名、「ポリエステル系樹脂の超高速射出成形性評価」、成形加工、プラスチック成形加工学会、２０００年、第１２巻、第９号、ｐ．５３９−５４２

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、少容量の射出装置を複数組み合わせることで小型でかつ射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる多軸式射出成形機を提供することである。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、固定型と可動型とかならなる射出成形用金型と、該金型の固定型と可動型の間に形成されるパーティング面に形成されるキャビティに可塑化した樹脂材料を射出する複数の吐出量の少なる射出装置とを備え、これら射出装置が前記金型の固定型及び可動型の一方又はそれぞれに設けられ、これら射出装置を選択的にあるいは同時的に作動させる制御手段を備えることを要旨とするものである。

そして射出成形機に配設される射出装置は、請求項２に記載のように、射出成形用のスクリューの回転により可塑化した樹脂材料を射出するスクリュー式であって、前記射出装置の内部に配設される射出成形用のスクリューは、スクリューの有効長Ｌをスクリューの外径Ｄで除した比Ｌ／Ｄが１０以下であると共に、スクリュースレッドの長さが、Ｌ／Ｄが２０から２４のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の６０から２００％の長さとなるようにフライトピッチが設計されてなることが望ましい。

さらに 前記射出装置には、請求項３に記載のように、可塑化した樹脂材料の射出部を有する射出筒の先端にノズル部材が装着され、該ノズル部材の外周面にはヘッド部材がスライド可能に遊嵌され、前記ノズル部材の先端部分に前記ヘッド部材がスライドした状態において露出する射出口が形成されるシャットオフノズルか、請求項４に記載のように、可塑化した樹脂材料の射出部を有する射出筒の先端にノズル部材がスライド式に進退動可能に挿通され、該ノズル部材の基端部には該ノズル部材をスライドさせたときに射出筒の可塑化した樹脂材料の射出部に連通される開口部を有するとともに、前記ノズル部材の先端部にはノズル部材をスライドさせたときに外部に突出する射出部を有するシャットオフノズルが配設されることが望ましい。

請求項１に記載の発明によれば、樹脂材料の充填量が少ない小型の金型を用いて射出成形を行うときには、１基あるいは複数基の射出装置で樹脂材料を充填し、その間に他の射出装置は樹脂材料の可塑化を行い、製品取り出し後に開始される次のサイクルでは、前のサイクルで可塑化を行っていた射出装置が射出動作に移行し、前のサイクルで射出を終了した射出装置はその間に可塑化を行うという動作を繰り返すことにより、各射出装置の可塑化／射出能力が小さくとも、射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる。

一方、大型の射出成形用金型を用いて射出成形を行うときには、すべての射出装置で同時に樹脂材料を充填することができ、これにより大型の金型であっても低圧で短時間に充填でき、得られる樹脂成形品の品質の低下を招くことがない。

また、請求項２に記載のように、各射出装置の内部に配設される射出成形用スクリューを、Ｌ／Ｄが１０以下のものとすると、例えばスクリュー直径が２０ｍｍ程度であってもスクリューの有効長を１００〜２００ｍｍ程度となるから射出装置の全長を短縮化することができ、多軸式射出成形機を小型化することができる。この射出成形用スクリューは、スレッド長をＬ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の６０〜２００％となるように設計されるから、樹脂材料の状態が不安定になることもない。

そして前記射出装置には、請求項３又は請求項４に記載のような構造を有するシャットオフノズルを適用すれば、シャットオフノズルを小型にして射出装置を小型にすることができ、かつノズルの開閉動作及びその制御も容易とすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明者は、１基の射出成形用金型に対し、最大でも動力部を含めた全長が４００ｍｍ程度で吐出量が０．５〜３ｇ／ｓｅｃ程度の射出装置を複数用いて射出を行うことで、射出成形機の構成及び制御を単純化し、かつ射出成形機の小型化を達成しながら、射出成形機全体として１基の金型に対する可塑化能力、射出能力を向上して射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる多軸式射出成形機を発明したものである。

図１は、本実施の形態に係る射出成形機の構成を模式的に示した図である。射出成形機１はシャットオフノズル１００を装備する射出装置２が射出成形用金型３の固定側型板側１０に２基以上（図においては３基）配設される構成を有する。そしてこれらの射出装置２を選択的にあるいは同時的に作動させる制御手段４を備える。

射出成形機１に配設される射出成形機２は、駆動機構部を含めた全長が最大でも４００ｍｍ程度であり、１基当たり０．５〜３ｇ／ｓｅｃ程度の樹脂材料の可塑化・射出能力を有することが望ましい。これら射出装置２が備える樹脂材料を可塑化し射出する機構は、スクリュー式、プランジャー式、スクリュープリプラ式、プランジャープリプラ式、メルトポット・プランジャー式、メルトポットに直接圧搾空気などの流体で加圧する方式など、従来より一般に用いられている方式、あるいはこれらの方式の組合せによる方式でよい。また、射出の駆動力は、加圧流体によるラム駆動、バネによる駆動、モータによる駆動など、従来より一般的に知られている方式を適用することができる。例えばプランジャー式であれば、プランジャーの駆動源を加圧体とすることで複数の射出装置から同時に射出することが容易となる。

また、この射出成形機に適用される射出成形用金型３は、ダイレクトインジェクション方式のスプルーレス、ランナーレスのキャビティ構成を有するものであることが望ましい。すなわち、通常はシャットオフノズル１００が金型３に対して配設された状態にあり、シャットオフノズル１００の先端がキャビティの内壁面を形成する構成を有するものである。

図２は、射出成形機１に好適に適用できるスクリュー式の射出装置の構造を模式的に示した一部断面図である。この射出装置２は、バレル２１と、バレル２１の内部で回転して樹脂材料を可塑化するスクリュー５０と、このスクリュー５０を駆動するモータなどの回転動力源２２及び回転動力を射出成形用スクリュー５０に伝達するギアボックスなどの動力伝達機構２３と、バレル２１で可塑化した樹脂材料を射出するシャットオフノズル１００ａを備える。また、バレル２１及びシャットオフノズル１００ａには、樹脂材料を加熱する加熱ヒータ２４が配設される。

この射出装置２は駆動機構部を含めた全長Ｌ_ｉが最大でも４００ｍｍ程度以下に設計されることから、スクリュー５０の有効長Ｌは最大でも１８０ｍｍ程度のものが適用され、バレル２１の長さは最大でも２５０ｍｍ程度に設計される。なお、図２に示すスクリュー５０は、有効長Ｌが１１０ｍｍ、外径Ｄが２２ｍｍでＬ／Ｄが５に設計されるものである。

射出成形機に用いられるスクリューは、一般的にＬ／Ｄが１０以下であると樹脂材料の溶融状態が安定せず未溶融樹脂や半溶融樹脂が射出装置から射出され、成形不良が生じたり成形不能となったりする。このため通常は、Ｌ／Ｄが１８〜２０程度のものが用いられているが、このようなＬ／Ｄ設計では、例えば外径Ｄを２０ｍｍ程度としても有効長Ｌは３６０〜４００ｍｍとなり、射出装置の全長を４００ｍｍ程度以下にするという要求を充足できない。

そこで、本射出装置２に用いられるスクリュー５０は、Ｌ／Ｄを５〜１０としてスクリューの有効長Ｌを短くし、射出成形機２ａの短尺化を図る一方で、樹脂材料の良好な可塑化状態を維持するため、Ｌ／Ｄが２０から２４のスクウェアピッチのスクリューが有するスレッド長の６０〜２００％、より好ましくは７０〜１２０％のスレッド長を有するように設計される。

このような設計のスクリューによれば、Ｌ／Ｄが２０〜２４のスクウェアピッチのスクリューと比較した場合、１回転当たりの吐出量が減少するため樹脂材料の滞留時間が長くなり、例えば同一回転数とすると滞留時間は１８０〜７００％程度となる。一般にバレル内での樹脂材料の可塑化は主に樹脂材料のせん断発熱によるといわれているが、バレルに配設されるヒータによっても可塑化されるため、樹脂材料を長時間滞留させて樹脂材料の可塑化を促すことができる。

一方、射出量を一定に維持しようとする場合にはスクリューの回転数を上昇させる必要があるが、回転数が上昇すると樹脂材料に大きなせん断力がかかって樹脂材料の可塑化が促進され、樹脂材料の溶融状態が安定する。

次に示す表１は、適用できるスクリューの例として、Ｌ／Ｄが５及び１０、スクリュー外径Ｄが２２ｍｍにおけるスレッド長とフライトピッチの計算結果、及び従来一般のＬ／Ｄが２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長との比較を示した表である。

表に示すように、Ｌ／Ｄが１０の場合においては、フライトピッチを１１ｍｍとするとスレッド長は約１４２５ｍｍ、フライトピッチを８ｍｍとするとスレッド長は約１９３０ｍｍとなり、それぞれＬ／Ｄが２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の約９２％、１２４％の長さで、いずれも６０〜２００％の範囲内となる。一方、フライトピッチを２２ｍｍとすると、スレッド長は約７７６ｍｍで、Ｌ／Ｄが２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の５０％となり範囲外となる。したがってこの場合にはフライトピッチが１１ｍｍ及び８ｍｍのスクリューを好適に適用できる。

また、Ｌ／Ｄが５のスクリューにおいては、フライトピッチを８ｍｍとするとスレッド長は９６５ｍｍ、フライトピッチを５ｍｍとするとスレッド長は１５２９ｍｍとなり、それぞれＬ／Ｄが２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の６２％、９２％の長さで、いずれも６０〜２００％の範囲内となる。一方、フライトピッチを２２ｍｍとするとスレッド長は３８８ｍｍでＬ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の２５％しかなく範囲外となる。したがってこの場合にはフライトピッチが５ｍｍ及び８ｍｍのスクリューを好適に適用できる。

次いでスクリュー式の射出装置２に適用されるシャットオフノズル１００ａについて説明する。シャットオフノズル１００ａも、射出装置１の小型化を図るため、それ自体が小型であると共に動作機構が小型かつ単純でその制御が容易であることが望ましい。さらにノズルの先端は、射出成形用金型３のノズルタッチプレートに装着されてキャビティの内壁面を構成するため、平滑であることが望ましい。

図３は、前記要件を充足し、前記スクリュー式の射出装置２ａに適用されるシャットオフノズルを分解した状態を示した外観斜視図である。このシャットオフノズル１００ａは、シリンダヘッド１０１に装着されるノズルチップ１０２ａと、このノズルチップ１０２ａの外周面をノズルチップ１０２ａの軸線方向にスライド式に往復動可能に遊嵌されるヘッドチップ１０３ａと、このヘッドチップ１０３ａと前記シリンダヘッド１０１との間に架設されるコイルバネ１０４と、ノズルチップ１０２ａ、ヘッドチップ１０３ａ及びコイルバネ１０４を覆うようにしてシリンダヘッド１０１に装着される押さえナット１０５ａとを備える。

このシャットオフノズル１００ａの各構成要素について説明すると、シリンダヘッド１０１にはノズルチップ１０２ａ及び押さえナット１０５ａを装着するための凸部１１１が形成され、この凸部１１１を含めシリンダヘッド１０１の略中心を貫通する樹脂材料経路１１３が形成される。そして、この樹脂材料経路１１３にはノズルチップ１０２ａを螺合するネジ部１１４が形成され、凸部１１１の外周面には押さえナット１０５ａを螺合するネジ部１１２が形成される。

ノズルチップ１０２ａは、内部は空洞状の樹脂材料経路が形成され、外径が小なる細管状の射出部１２１を有する異径の円筒形状の部材である。そして外周面に形成されるネジ部１２２をシリンダヘッド１０１のネジ部１１４に螺合してシリンダヘッド１０１に固定される。この射出部１２１の構造の詳細については後述する。

ヘッドチップ１０３ａは、軸線方向に貫通するノズルチップ収容孔１３２が形成される。また、略円筒形状の本体１３３の一端にフランジ１３１が形成される。そしてノズルチップ１０２ａの射出部１２１をこのノズルチップ収納孔１３２に挿通してノズルチップ１０２ａの外周面を進退動自在に装着する。

押さえナット１０５ａは内部が空洞の略円筒形状に形成され、一端の端面にはヘッドチップ１０３ａの本体１３３は通過可能であるがフランジ１３１は通過不可能な径のヘッドチップ挿通孔１５１が形成される。そしてヘッドチップ１０３ａをノズルチップ１０２ａに装着した状態において、ヘッドチップ１０３ａの本体１３３がヘッドチップ挿通孔１５１から外部に突出するように覆いかぶせ、内周面に形成されるネジ部１５２とシリンダヘッド１０１のネジ部１１２とを螺合してシリンダヘッド１０１に固定する。

図４は、ノズルチップ１０２ａの射出部１２１の構造を示した図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は内部構造を示した断面図である。図に示すように射出部１２１は内部に空洞状に樹脂材料経路１２３が形成される中空の細管状の部位である。先端面１２４は閉鎖され、先端面１２４の直近の側周面には、内部の樹脂材料経路に連通する射出孔１２５が円周方向に等間隔に４箇所形成される。

組み付けられたシャットオフノズル１００ａは、図５（ａ）に示すように、シリンダヘッド１０１の樹脂材料経路１１３とノズルチップ１０２ａの樹脂材料経路１２３とが連通する。また、ヘッドチップ１０３ａはコイルバネ１０４の付勢力によりフランジ１３１が押さえナット１０５ａの内壁面に押しつけられて当接した状態に保持される。この位置状態においては、ノズルチップ１０２ａの射出部１２１がヘッドチップ１０３ａのノズルチップ収納孔１３２に収納され、ヘッドチップ１０２ａの先端面１２４とヘッドチップ１０３ａの端面とが略同一の位置にある（拡大図参照）。このため、ノズルチップ１０２ａの射出孔はノズルチップ収納孔１３２の内壁面により蓋をされ、樹脂材料が射出あるいは漏出できない状態に維持される。

ここで図５（ｂ）に示すように、ヘッドチップ１０３ａをコイルバネ１０４の付勢力に抗して矢印ａの向きにスライドさせると、ノズルチップ１０２ａの射出部１２１の先端近傍がヘッドチップ１０３ａのノズルチップ収容孔１３２から突出して射出孔１２５が露出する（拡大図参照）。このため、バレルから送り出される可塑化した樹脂材料を射出することができる。

樹脂材料を射出充填後、ヘッドチップ１０３ａをスライドさせるために加えた力を除去すると、ヘッドチップ１０３ａはコイルバネ１０４の付勢力により矢印ａの反対の向きにスライドし、再び図５（ａ）に示す状態に戻る。このとき、射出部１２１の外周面とノズルチップ収納孔１３２の内周面との間で樹脂材料を切ることができ、いわゆる糸引きの発生を抑制することができる。

このシャットオフノズル１００ａを射出装置に適用すると、射出成形機に配設した状態において射出成形用金型あるいは射出成形機を所定量の進退動をさせてヘッドチップをスライドさせることにより、射出孔の開閉が切り替えられる。このため、射出孔の開閉動作が単純でかつその制御が容易となり、射出装置の小型化を図ることができる。

また、シャットオフノズルを小型に構成すると、射出成形用の金型のノズルタッチプレートも小型にすることができ、ノズル及びノズルタッチプレートが密集することがなくなる。このためノズルの温度制御を行うときに隣接する他のノズルの温度の影響を受けることがなく、各ノズルの温度制御が容易となる。

さらに、このシャットオフノズルは、ノズルチップの端面とヘッドチップの端面とが射出成形用金型のキャビティの内壁面の一部を形成することになるが、ノズルチップの端面及びヘッドチップの端面は略同一の位置にあって段差のない平面を形成し、かつ糸引きの発生も抑制されることから、得られる樹脂成形品のゲート部の表面性状を良好に保つことができる。

このようなスクリュー及びシャットオフノズルが適用される射出装置２は、例えばスクリューの外径Ｄが２２ｍｍでＬ／Ｄが５のスクリューを適用すると、スクリューの有効長Ｌは１１０ｍｍであるからバレルの長さＬ_ｂを１８０ｍｍ程度に設計することができる。そしてシャットオフノズルが小型に設計されることも併せると、射出成形機の全長Ｌ_ｉは３７５ｍｍ程度となり、４００ｍｍ以下に設計することができる。なお、このような構成の射出装置２は、おおむね３〜４ｇ／ｓｅｃ程度の射出能力を有する。

次いで、射出成形機１にプランジャー式の射出装置を適用する場合において、このプランジャー式射出装置に好適に適用することができるシャットオフノズルについて説明する。図６はこのシャットオフノズル１００ｂを分解した状態を示した一部切断を含む外観斜視図である。なお、前記スクリュー式の射出装置に適用されるシャットオフノズル１００ａと同一の構成を有する箇所については同一の符号を付して用い、詳細な説明は省略する。

このシャットオフノズル１００ｂは、バレル５の一端にスライド式に進退動可能に挿入されるシャットオフ部材１０６と、このシャットオフ部材１０６に装着されるノズルチップ１０２ｂと、シャットオフ部材１０６をバレル５の一端から抜脱不可能に保持する押さえナット１０５ｂと、押さえナット１０５ｂに装着されるヘッドチップ１０３ｂと、シャットオフ部材１０６と押さえナット１０５ｂとの間に架設されるコイルバネ１０４とを備える。また、バレル５には樹脂材料を加熱するヒータ２４が配設される。

このシャットオフノズル１００ｂの各構成要素について説明すると、バレル５の一端には内部に連通するシャットオフ部材挿入孔１１５が形成され、このシャットオフ部材挿入孔１１５の内周面には、端面１１６から所定の位置に円周方向の全長に亘り内側に向かって突起するにシール片１１７が形成される。

シャットオフ部材１０６は摺動部１６１、バネ掛け部１６３及びノズルチップ挿着部１６２が形成される異径の円筒形状の部材で、内部には樹脂材料経路１６４が形成される。また、ノズルチップ１０２ｂは、シャットオフ部材１０６に装着する挿着部１２６と細管状の射出部１２１からなる異径の円筒状に形成される。そしてシャットオフ部材１０６とノズルチップ１０２ｂは、それぞれに形成されるネジ部１６６、１２７を介して螺合し一体に結合する。そして結合した状態でシャットオフ部材１０６の摺動部１６１をバレル５の一端のシャットオフ部材挿入孔１１５に挿入する。

なお、シャットオフ部材１０６の構造については後述する。また、ノズルチップ１０２ｂの射出部１２１は、前記スクリュー式の射出装置に適用されるシャットオフノズル１００ａのノズルチップ１０２ａの射出部１２１と同一の構成である（図４参照）。

押さえナット１０５ｂは略円筒形状の部材で、バレル５の一端のシャットオフ部材挿入孔１１５に遊挿されたシャットオフ部材１０６とノズルチップ１０２ｂの結合体が抜脱しないように保持する。また、先端面にはネジ部１５６を有するヘッドチップ挿着部１５３が形成される。そしてヘッドチップ挿着部１５３を軸線方向に貫通するノズルチップ収納孔１５４が形成される。

ヘッドチップ１０３ｂは、外周面が射出成形用金型３のノズルタッチプレートに当接する部材であり、その外周面はノズルタッチプレートの内周面の形状にあわせて形成され、内部には貫通孔であるノズルチップ収納孔１３４が形成される。そして内部に形成されるネジ部１３５を押さえナット１０５ｂのヘッドチップ挿着部１５３のネジ部１５６に螺合して押さえナット１０５ｂに装着する。

そして、押さえナット１０５ｂの内壁面とシャットオフ部材１０６のバネ掛け部１６３との間にコイルバネ１０４を架設し、さらにノズルチップ１０２ｂの射出部１２１を押さえナット１０５ｂ及びヘッドチップ１０３ｂのノズルチップ収納孔１５４、１３４に挿入して、押さえナット１０５ｂのネジ部１５５とシリンダヘッド１０１ｂにネジ部１１８のネジ部と螺合して固定する。

図７はシャットオフ部材１０２ｂの構造を示した図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は内部構造を示した断面図である。図７（ａ）に示すように、摺動部１６１の側周面には開口部である樹脂材料導入孔１６７が円周方向に等間隔に４箇所形成されると共に、樹脂材料導入孔１６７から摺動部１６１の端面１６８に至る樹脂材料導入溝１６６が形成される。そして図７（ｂ）に示すように、樹脂材料導入孔１６７は内部で結合して樹脂材料経路１６４に連通する。

そして、シャットオフ部材１０６にノズルチップ１０２ｂを装着した状態において、シャットオフ部材１０６とノズルチップ１０２ｂの樹脂材料経路１６４、１２３と連通し、樹脂材料導入孔１６７に流入した可塑化した樹脂材料は、ノズルチップ１０２ｂの射出孔１２５から射出されるように構成される。

このようなシャットオフノズル１００ｂの動作は以下の通りである。図８はシャットオフノズル１００ｂの動作を示した断面図であり、（ａ）は樹脂材料を射出しない状態を、（ｂ）は樹脂材料を射出する状態を示す。

バレル５内の樹脂材料が所定の圧力以下であるときには、図８（ａ）に示すようにシャットオフ部材１０６はコイルバネ１０４の付勢力によりシャットオフ部材１０６の端面１６８がシール片１１７に押しつけられ、端面１６８に現れる樹脂材料導入溝の開口部が蓋をされた状態に維持される。一方、ノズルチップ１０２ｂの射出部１２１の先端はヘッドチップ１０３ｂのノズルチップ収納孔１３４に収納され、射出孔１２５がノズルチップ収納孔１３４の内壁面により蓋をされた状態に維持される。このため、バレル５内の樹脂材料は射出孔１２５から射出あるいは漏出しない。

またこの状態においては、ノズルチップ１０２ｂの射出部１２１の端面１２４と、ヘッドチップ１０３ｂの先端の端面とが段差なく平面状にキャビティの内壁面を形成するため、得られる樹脂成形品のゲート部の表面性状を損なうことがない。

そしてバレル５内のプランジャー（図示せず）を押圧してバレル５内の樹脂材料を所定の圧力に高めると、図８（ｂ）に示すようにシャットオフ部材１０６とノズルチップ１０２ｂの結合体は樹脂材料の圧力によりコイルバネ１０８の付勢力に抗して矢印ａの向きにスライドする。このためシャットオフ部材１０６の端面１６８とシール片１１７とが離れて樹脂材料導入溝の端面開口部が露出する。また、ノズルチップ１０２ｂの射出部１２１が突出し、射出孔１２５が露出する。そして、バレル内の樹脂材料はその圧力により射出孔１２５から射出される。

可塑化した樹脂材料をキャビティ内に充填した後、バレル５内の樹脂材料を所定の圧力以下にすると、コイルバネ１０４の付勢力により、シャットオフ部材１０６の端面１６８がシール片１１７に当接するとともに、ノズルチップ１０２ｂの射出部１２１がヘッドチップ１０３ｂのノズルチップ収納孔１３４に収納され、再び図８（ａ）に示す状態に戻る。

このような構成及び動作のシャットオフノズル１００ｂによれば、構造が単純でシャットオフノズル本体を小型に構成できる。また、樹脂材料を射出する際のバレル内の樹脂材料の圧力に連動して射出孔の開閉が自動的に切り替えられることから、シャットオフ部材を駆動する動力源及びこの動力源の動力を伝達する機構が不要となる。このため、射出装置を小型化することができ、射出装置の全長を４００ｍｍ程度以下となるように設計できるほか、シャットオフノズルの動作の制御も簡単となる。特にプランジャー式の射出装置であればプランジャーの駆動圧は比較的制御しやすく、バレルの小径化が容易であり、おおむね２〜３ｃｍ^３／ｓｅｃ程度の射出能力を有する射出装置に好適に適用することができる。

このような射出装置を複数備える射出成形機の動作は、（１）１基の射出装置が樹脂材料を射出している間は他の射出装置は可塑化を行う、（２）すべての射出装置が同時に射出を行い、射出工程及び保圧工程が終了後にすべての射出装置が可塑化を行う、（３）１基以上の射出装置を複数の組に分け、１組の射出装置群が樹脂材料を射出している間は他の組の射出装置群は可塑化を行う、という態様で動作することができる。

前記（１）の１基の射出装置が樹脂材料を射出している間は他の射出装置は可塑化を行う動作は、射出成形用金型への樹脂材料の射出量が少なく、１回の射出において必要となる樹脂材料の量が１基の射出装置の１回の射出量以下であるような場合、例えば１個取りの小型の射出成形用金型を用いて射出成形を行う場合において適用される動作である。

図９は、このような射出成形機の動作を模式的に示した簡単なタイムチャートである。図９においては３基の射出装置を備える多軸式射出成形機を例に用いている。具体的には、第１の射出装置はノズルを加熱して可塑化した樹脂材料を射出する（図中（ｉ）（ｉｉ）。以下同じ）。第１の射出装置が樹脂材料を射出している間は、第２及び第３の射出装置は樹脂材料の可塑化を行う（ｉｉｉ）（ｉｖ）。そして第１の射出装置は、射出動作を終了するとノズルの加熱を停止すると共に樹脂材料の可塑化を開始し（ｖ）、樹脂材料が充填された金型は、冷却工程、型開き工程、取り出し工程、型締め工程を行い（ｖｉ）、次の射出操作の準備をする。

第２の射出装置は、第１の射出装置の射出による樹脂成形品を取り出した後、ノズルを加熱し（ｖｉｉ）、金型に樹脂材料を射出充填する（ｖｉｉｉ）。第２の射出装置は射出操作を終了後、加熱を停止すると共に樹脂材料の可塑化を開始し（ｉｘ）、樹脂材料が充填された金型は、同じく冷却工程〜型締め工程を行う（ｘ）。

第３の射出装置は、取り出し工程終了後直ちにノズルを加熱し（ｘｉ）、金型に樹脂材料を射出し（ｘｉｉ）、金型に充填する（ｘｉｉｉ）というように、複数の射出装置を順番に動作させて樹脂材料の射出を連続的に行うものである。

射出装置が小型で可塑化容量が小さいと、射出工程において射出装置による可塑化時間よりも射出成形用金型に充填された樹脂材料の冷却時間の方が短くなることがある。このような場合、射出装置が１基のみであると、樹脂材料を充填後に冷却工程が完了したにもかかわらず、射出装置の可塑化が完了していないために射出を行うことができずに時間の無駄が発生するが、複数の射出装置を備え、１基の射出装置が樹脂材料を射出している間に他の射出装置の内１基が樹脂材料の可塑化を完了していれば、冷却工程が終了して製品を取り出した後、直ちに次の射出工程に移行することができ、射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる。

射出装置のノズルの加熱温度は、例えばＰＢＴ樹脂などを用いる場合には２４０〜２６０℃となるように加熱する。また、樹脂材料の射出後に加熱を停止するほか、積極的に冷却するものであってもよい。なお、図９のタイムチャートは模式的なものであり、型締め工程とノズルの加熱とが同時に完了するように示されているが、実際には必ずしも同時に完了するものではなく、いずれか遅い方が完了した時点で次の射出動作に移行するものであればよい。そして、射出を行っていない射出装置のノズル先端は、他の射出装置が射出を行っている間にはキャビティの内壁面の一部を形成する。

（２）のすべての射出装置が同時に射出を行い、射出工程及び保圧工程が終了後にすべての射出装置が可塑化を行う動作は、射出成形用金型が大きく、１回の充填に必要となる樹脂材料の量が１基の射出装置が１回に射出できる樹脂材料の量よりも多い場合に適用できる。また、射出成形用金型が小型である場合であっても、すべての射出装置が同時に低い射出圧力で射出することにより、得られる樹脂成形品の品質の劣化を抑制することができる。この場合、それぞれ射出装置は樹脂材料を極少量しか射出せず、射出成形用金型に充填された樹脂材料の冷却時間より射出装置の可塑化時間の方が短くなると考えられるから、取り出し工程終了後直ちに次の射出工程に移行でき、射出成形サイクルの延長につながることはない。

（３）の１基以上の射出装置を複数の組分けをし、１組の射出装置群が樹脂材料を射出している間は他の組の射出装置群は可塑化を行う動作は、複数の射出装置群が組をなして（１）に示す動作を行うものであり、１回の射出工程において必要となる樹脂材料の量が、１基の射出装置が１回に可塑化できる樹脂材料の量より多いがすべての射出装置で同時に射出する必要があるほどは多くない場合などに適用できる。また、射出成形用金型が小型である場合であっても、複数の射出装置が同時に低い射出圧力で射出して、得られる樹脂成形品の品質の劣化を抑制することができる。そして、ある組をなす射出装置群が射出している間は、他の組をなす射出装置群は樹脂材料の可塑化を行うことから、前ショットにおける取り出し工程終了後、直ちに次の射出工程に移行することができ、射出成形サイクルのハイサイクル化を図ることができる。

このように、前記構成を有する射出装置を複数備えて選択的に作動させるときには、射出成形機全体として樹脂材料の射出量が６〜８ｇ程度の射出成形操作を５秒程度のサイクルで行うことが可能となる。

これに対し、例えば射出量が１回の射出操作で０．２ｇ程度の樹脂成形品を得るスクリュープリプラ式の射出成形機は、小型のものでも射出装置の長さが８００ｍｍ程度となるが、本発明の構成によればこのような小型設備と同等の大きさ、あるいはより小型の設備で十倍以上大きな樹脂成形品の製造が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、前記実施の形態においては３基の射出装置が射出成形用金型の固定側型板に配設される構成を有しているが、２基あるいは４基以上であっても良い。また、金型に対する射出装置の設置位置は、固定型側のみに限られず、可動型周辺に配置する構成、固定型及び可動型周辺に分けて配設する構成、型締め装置加圧面上などに配置する構成であってもよく、冷却装置やスライドコアの移動、エジェクターなど、射出成形用金型の開閉動作や冷却動作などに支障がない箇所であれば設置される場所は限定されるものではない。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、２基の射出装置２を固定側型板１０に配設する構成、図１０（ｂ）に示すように２基の射出装置２を固定側型板１０及び可動側型板１１に１基ずつ配設する構成、図１０（ｃ）に示すように２基の射出装置２を固定側型板１０に、１基の射出装置２を可動側型板１１に配設する構成など、各種の構成が考えられる。

本実施の形態に係る多軸式射出成形機の構成を示した模式図である。 上記射出成形機に好適に適用されるスクリュー式の射出装置の構造を示した一部断面図である。 上記スクリュー式射出装置に好適に適用できるシャットオフノズルを分解した状態を示した一部断面図を含む外観斜視図である。 上記シャットオフノズルのノズルチップの構造を示した射出部の拡大図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は内部構造を示したＡ−Ａ線断面図である。 上記シャットオフノズルの動作を示した断面図であり、（ａ）は樹脂材料を射出できない状態を、（ｂ）は樹脂材料を射出できる状態を示す。 プランジャー式射出装置に好適に適用シャットオフノズルを分解した状態を示した一部断面図を含む外観斜視図である。 上記シャットオフノズルのシャットオフ部材の構造を示した図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は内部構造を示した断面図である。 上記シャットオフノズルの動作状態を示した断面図であり、（ａ）は樹脂材料を射出できない状態を、（ｂ）は樹脂材料を射出できる状態を示す。 上記射出成形機の動作を模式的に示したタイムチャートである。 本発明の射出成形機の各種構成を示した模式図であり、（ａ）は２基の射出装置を固定側型板に配設する構成、（ｂ）は２基の射出装置を固定側型板及び可動側型板に１基ずつ配設する構成、（ｃ）は２基の射出装置を固定側型板に、１基の射出装置を可動側型板に配設する構成を示す。

符号の説明

１ 射出成形機
２ 射出装置
３ 射出成形用金型
４ 制御手段
１０ 射出成形用金型の固定側型板（固定型）
１１ 射出成形用金型の可動側型板（可動型）
１００ シャットオフノズル

Claims (4)

1. 固定型と可動型とかならなる射出成形用金型と、該金型の固定型と可動型の間に形成されるパーティング面に形成されるキャビティに可塑化した樹脂材料を射出する複数の吐出量の少なる射出装置とを備え、これら射出装置が前記金型の固定型及び可動型の一方又はそれぞれに設けられ、これら射出装置を選択的にあるいは同時的に作動させる制御手段を備えることを特徴とする多軸式射出成形機。
2. 前記射出装置は、射出成形用のスクリューの回転により可塑化した樹脂材料を射出するスクリュー式であって、前記射出装置の内部に配設される射出成形用のスクリューは、スクリューの有効長Ｌをスクリューの外径Ｄで除した比Ｌ／Ｄが１０以下であると共に、スクリュースレッドの長さが、Ｌ／Ｄが２０から２４のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の６０から２００％の長さとなるようにフライトピッチが設計されてなることを特徴とする請求項１に記載の多軸式射出成形機。
3. 前記射出装置には、可塑化した樹脂材料の射出部を有する射出筒の先端にノズル部材が装着され、該ノズル部材の外周面にはヘッド部材がスライド可能に遊嵌され、前記ノズル部材の先端部分に前記ヘッド部材がスライドした状態において露出する射出口が形成されるシャットオフノズルが配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸式射出成形機。
4. 前記射出装置には、可塑化した樹脂材料の射出部を有する射出筒の先端にノズル部材がスライド式に進退動可能に挿通され、該ノズル部材の基端部には該ノズル部材をスライドさせたときに射出筒の可塑化した樹脂材料の射出部に連通される開口部を有するとともに、前記ノズル部材の先端部にはノズル部材をスライドさせたときに外部に突出する射出部を有するシャットオフノズルが配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸式射出成形機。

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