JP2006175805A - 樹脂材料の可塑化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化や重要の増加等による取り回し性の低下を招くことなく、樹脂材料のブリッジの形成を防備して円滑な供給を行うことができる樹脂材料の射出装置を提供すること。
【解決手段】 樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレル３０２に装着されるヒータ３０３と、この可塑化バレル３０２の内部に樹脂材料を供給するために形成される樹脂材料供給孔３２３との間に、ヒータ３０３や樹脂材料から伝達される熱を外気中に放散させるための放熱部材３２４を、この可塑化バレル３０２の外周面に装着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形機や押出成形機などに適用される樹脂材料の可塑化装置に関し、さらに詳しくは、小型の射出成形機や押出成形機に好適に用いられる樹脂材料の可塑化装置に関する。

全長が約４００ｍｍ以下程度の小型の樹脂材料の可塑化装置、たとえば図版上で使用するハンディタイプの可塑化装置や卓上で用いるような可塑化装置などは、可塑化装置のサイズの問題から、スクリュー式の可塑化機構を用いず、ブロックヒータによる加熱のみで樹脂材料のペレットの可塑化を行う可塑化機構を備えたプランジャー式の可塑化装置が用いられることが多い。このようなプランジャー式の可塑化装置は、たとえばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂やＰＰ（ポリプロピレン）樹脂などの熱可塑性樹脂材料のペレットを、可塑化バレルの基端部にある樹脂材料の溶融温度以下に保たれる部分の供給し、可塑化バレルの先端側のヒータが設けられた加熱部にペレットを押し込むことで、樹脂材料を可塑化して射出する構成を備える。

このような小型のプランジャー式の可塑化装置は、その取り回し性を確保するために、可塑化バレルを含めた装置全体の小型化が要求される。また、作業効率を低下させないように樹脂材料の可塑化能力を確保する必要がある。このため、可塑化バレルの長さを短くしつつ効率よく樹脂材料を可塑化させる必要がある。このような場合、樹脂材料の可塑化を促進させるには、樹脂材料の加熱温度を高くするか、加熱時間を長くするかの２通り構成が考えられる。

ところで、可塑化装置を小型化するためには、設計上、可塑化バレルにある樹脂材料を可塑化して加熱する部分、すなわち先端寄りのヒータが配設される部分と、たとえばホッパーなどから樹脂材料のペレットの供給を受ける部分との間の距離が短くする必要がある。このような構成においてヒータによる加熱温度を高くすると、ヒータの発する熱が樹脂材料の供給を受ける部分に伝わりやすく、ホッパーから樹脂材料のペレットの供給を受ける部分や、ホッパーそのものの温度が上昇しやすくなる。このためこれらの近傍において、樹脂材料が軟化してペレットどうしが粘着し、ブリッジが形成されて可塑化バレルへの樹脂材料の円滑な供給が妨げられる場合が生じうる。また、加熱温度を高くすると樹脂材料の熱分解が促進されるため、得られる成形品の品質の観点から好ましくないという問題がある。

一方、加熱温度を高くしない代わりに加熱時間を長くする方法では、樹脂材料の可塑化に要する時間が長くなって、樹脂材料の射出作業の間隔を長くする必要が生じる。このため、生産現場における射出作業の間隔を短くしたいという要求を満たすことができず、生産性の面から好ましくないという問題が生じる。

登録実用新案公報 第３００７９９０号 特開平９−１１３０１号公報 特開２００３−２７６０６８号公報

樹脂材料のブリッジの形成を防止して円滑な供給を確保するためには、可塑化バレルのうちの少なくともホッパーから樹脂材料を供給を受ける部分及びその近傍を、少なくとも樹脂材料の軟化温度からある程度低い温度に維持する必要がある。しかしながら、従来一般に用いられるような水冷装置などの冷却機構を付加すると、射出装置の大型化や重量化を招き、また、冷媒の配管などが必要となるから、射出装置の取り回し性が損なわれることになる。

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、装置の大型化や重量の増加等による取り回し性の低下を招くことなく、樹脂材料のブリッジの形成を防止して樹脂材料の円滑な供給を行うことができる樹脂材料の可塑化装置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、樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、前記可塑化バレルの壁面に形成される樹脂材料を供給するための開口部の近傍の外周面には、該可塑化バレルの熱を放散させる放熱片が形成されていることを要旨とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、樹脂材料を可塑化するためにヒータが発した熱は、このヒータと樹脂材料のペレットを可塑化バレルの内部に供給するために可塑化バレルの側壁に形成される開口部との間に形成される放熱片により、外気中に放散される。このため、この開口部近傍の温度上昇を防止して、樹脂材料の軟化によるブリッジの形成を防止することができる。したがって、樹脂材料の可塑化装置の大型化や重量の増加を招くことなく樹脂材料の円滑な供給を行うことができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る樹脂材料の可塑化装置は、たとえば卓上に設置される小型のものであり、１回の射出操作につき２０ｃｍ^３以下、好適には１０ｃｍ^３以下程度の樹脂材料を射出する能力を備えるものである。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を示した平面図である。なお、この図１（ａ）は、プランジャーの駆動機構３１１及びエアノズル３０８については外観を示し、それ以外の部分については断面構造を示す。

まず、本発明の実施形態に係る樹脂材料の可塑化装置３０１の構成の概略を説明する。この図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る樹脂材料の可塑化装置３０１は、樹脂材料の供給を可塑化して射出する可塑化バレル３０２と、この可塑化バレル３０２に供給する樹脂材料のペレットを貯留するホッパー３５０と、可塑化バレル３０２内で可塑化した樹脂材料を押圧するプランジャー３０５及びこのプランジャー３０５の駆動機構３１１と、プランジャー３０５により押圧された樹脂材料を射出する射出ノズル３０６を備える。

そして可塑化バレル３０２の外周面には、可塑化バレル３０２に供給された樹脂材料を加熱するヒータ３０３と、可塑化バレル３０２や供給された樹脂材料が持つ熱を外気中に放散する放熱部材３２４と、この放熱部材３２４の周辺に強制的に気流を発生させために空気を噴射するエアノズル３０８とが配設される。

次いで、各部材について詳しく説明する。可塑化バレル３０２は、たとえば金属材料などにより形成される略円筒形状の部材である。図１（ａ）に示すように、この可塑化バレル３０２は、軸線方向に貫通する貫通孔が形成される。この可塑化バレル３０２は、プランジャー３０５側の貫通孔内径が大きく形成される部位と、射出ノズル３０６近傍の貫通孔内径が小さく形成される部位とを有する。そして樹脂材料は、貫通孔の内径が大きく形成される部位に投入され、ここで加熱されて可塑化され、貫通孔の内径が小さい部位及び射出ノズル３０６を通じて射出される。なお、この可塑化バレル３０２の貫通孔の断面形状は特に限定されるものではない。本実施形態においては、可塑化バレルの内壁面の面積を増大させるための凹凸などが形成されない単純な円形に形成される。

そして、この可塑化バレル３０２には、樹脂材料供給部３０２ａが形成される。この樹脂材料供給部３０２ａには、可塑化バレル３０２の外部と内部空間とを連通する開口部が形成されて、ホッパー３５０と連通する樹脂材料供給管３０９が接続される。そして、ホッパー３５０に貯留される樹脂材料は、この樹脂材料供給管３０９と樹脂材料供給部３０２ａに形成される開口部を通じて可塑化バレル３０２の内部に供給できるように構成される。

可塑化バレル３０２の射出ノズル３０６が装着される側の端部近傍の外周面には、樹脂材料を加熱して可塑化するためのヒータ３０３が装着される。本実施形態は、ワイヤーヒータが適用される構成を備える。具体的には、射出ノズル３０６が配設される側の端部から所定の長さにわたって、可塑化バレル３０２の外周面にコイル状に巻き付けられる構成を備える。

このヒータ３０３は、可塑化バレル３０２のヒータ３０３が装着されている部分の温度を、樹脂材料の可塑化温度より７０℃以上高い温度に維持できる性能を備えるものが適用される。たとえば樹脂材料としてＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を適用する場合には２９０℃以上、ＴＰＳ（スチレン系熱可塑性エラストマー材料）を適用する場合には２８０℃以上に加熱できる性能を有するものが適用される。具体的には、たとえば坂口電熱社製のワイヤヒータ（型番：Ｕ−９）などが適用できる。

可塑化バレル３０２に供給された樹脂材料は、主にこの可塑化バレル３０２の貫通孔内径が大きく形成される部位のうち、その外周面にヒータ３０３が装着される部分、すなわち図１（ａ）においては符号Ｌａで示される部分において加熱されて可塑化される。この符号Ｌａで示される部分の内部容積は１０ｃｍ^３以下であることが好ましいが、２０ｃｍ^３程度であってもよい。

可塑化バレル３０２外周面の、ヒータ３０３と樹脂材料供給部３０２ａの間には、放熱部材３２４が装着される。この放熱部材３２４は放熱のためのフィン３２６を備え、可塑化バレル３０２や樹脂材料の有する熱を外気中に放散するすることができる。そしてこの放熱部材３２４からの放熱により、可塑化バレル３０２のこの放熱部材３２４が装着される部分、及びこれよりも樹脂材料供給部３０２ａ側の部分の内壁面温度を所定の温度以下に維持する。この所定の温度とは、樹脂材料の表面が軟化してブリッジを形成しない程度の温度であり、樹脂材料の種類によって異なるが、樹脂材料の軟化温度より２０℃以上低い温度であることが好ましい。具体的には樹脂材料としてＰＢＴを適用する場合には９０℃以下、ＴＰＳを適用する場合には８０℃以下であることが好ましい。このため、放熱部材３２４の外気に触れる部分の表面積が、可塑化バレル３０２の放熱部材３２４が装着される部分の表面積の５倍以上、より好ましくは７倍以上となるようにフィン３２６を設けることが好ましい。

図１（ｂ）は、放熱部材３２４の構造を示した外観斜視図である。この放熱部材３２４は、略円筒形状に形成される基体３２５と、略円盤状に形成される複数のフィン３２６とを備える（図１（ａ）においては、５枚のフィン３２６を備える構成を示す）。そしてこのフィン３２６が基部の軸先方向に所定の間隔で並べられる構成を備える。また、各フィン３２６には、円盤の半径方向の切り欠きが、円周方向に略等間隔に複数形成される。なお、この放熱部材３２４は、熱伝導率の高い材料、たとえばアルミニウムにより一体に形成される。

この放熱部材３２４の具体的寸法としては、たとえば可塑化バレル３０２の外径が３５ｍｍである場合には、基体３２５の軸線方向長さを２８ｍｍ、基体３２５の外径を４０ｍｍ、フィン３２６の外径を５８ｍｍ、フィン３２６の枚数を５枚、フィン３２６に形成される切り欠きの幅を２ｍｍ、切り欠きの数を各フィンにつき８カ所とすることが好ましい。この際、各フィン３２６の厚さは２ｍｍ、各フィン３２６の表面間の間隔が２ｍｍとすればよい。これにより、この放熱部材３２４に覆われる可塑化バレルの外周面の表面積は約３０８０ｍｍ^２であり、放熱部材３２４の外気に触れる部分の表面積は１８０００ｍｍ^２となるから、表面積は約５．８倍となる。

また、可塑化バレル３０２の外径が４０ｍｍである場合には、基体３２５の軸線方向長さを３０ｍｍ、基体３２５の外径を４５ｍｍ、フィン３２６の外径を７０ｍｍ、フィン３２６の枚数を５枚、フィン３２６に形成される切り欠きの幅を２ｍｍ、切り欠きの数を８カ所とすることが好ましい。この際、フィン３２６の厚さを２ｍｍ、フィン３２６の表面間の距離を２．５ｍｍとすればよい。これにより、可塑化バレル３０２の外周面のこの放熱部材３２４に覆われる部分の表面積は約３７８０ｍｍ^２であり、放熱部材３２４の外気に触れる部分の表面積は２７５００ｍｍ^２となるから、表面積は約７．３倍となる。

これらの場合において、この放熱部材３２４は、ヒータ３０３から少なくとも１０ｍｍ以上離れた位置に装着されることが好ましい。

なお、本実施形態では、可塑化バレル３０２と別体に形成される放熱部材３２４を可塑化バレル３０２に装着する構成を備えるが、フィン３２６を可塑化バレル３０２に一体に形成する構成であってもよい。

そして、この放熱部材３２４の近傍には、この放熱部材３２４の近傍に強制的に気流を発生させて放熱を促進するためのエアノズル３０８が配設される。このエアノズル３０８は、断面積が約３ｍｍ^２以上のノズル孔を有し、噴射できる気体の流量は最低でも０．０５ｍ^３／ｈｒ以上、ノズル孔における風速が最低でも０．５ｍ／ｓ以上であり、好ましくは、流量が０．０８ｍ^３／ｈｒ以上、ノズル孔における風速が１．０ｍ／ｓ以上である。そして、放熱部材３２４のフィン群の中央に、フィンの面方向に対して平行に気体を吹きつけることができるように構成される。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、放熱部材３２４が５枚のフィン３２６を備えるものであれば、端から３枚目のフィンの厚さ方向の中心に気体を吹きつける方に構成される。

プランジャー３０５の駆動機構３１１は、従来一般の油圧駆動機構やその他の各種駆動機構を適用することができる。本実施形態は、外部に配設される油圧源３５１から油圧の供給を受ける構成を備える。また、射出ノズル３０６も、射出成形や押し出し成形に用いられる従来一般の射出ノズルを適用することができる。このため、これらの詳細な説明は省略する。なお、射出ノズル３０６は、オープンタイプの射出ノズル、あるいはシャットオフタイプの射出ノズルのいずれであってもよく、その種類や構造は問わない。

このような構成を備える樹脂材料の可塑化装置の動作は次の通りである。ヒータ３０３により可塑化バレル３０２を加熱するる。この際、可塑化バレル３０２の貫通孔内径が大きい部分と小さい部分との境界近傍（図１（ａ）におけるＡ点近傍）の内壁面温度を樹脂材料の可塑化温度より７０℃程度高い温度に維持する。たとえば、樹脂材料としてＰＢＴを適用する場合には２９０℃近傍に、ＴＰＳを適用する場合には２８０℃近傍に維持する。この状態でホッパー３５０に貯留される樹脂材料のペレットを、樹脂材料供給管３０９及び樹脂材料供給部３０２ａを通じて可塑化バレル３０２の内部に供給する。供給された樹脂材料のペレットは加熱されて可塑化する。その後、プランジャー３０５を作動させて可塑化した樹脂材料を押圧し、射出ノズル３０６から射出する。

この際、ヒータ３０３が発する熱の一部が、樹脂材料供給部３０２ａに向かって移動する。しかしながらヒータ３０３が装着と樹脂材料供給部３０２ａとの間には放熱部材３２４が装着されるから、ここで大気中に放散されることになる。このため、可塑化バレル３０２の貫通孔内径が大きい部分と小さい部分との境界近傍の内壁面温度を樹脂材料の可塑化温度より７０℃程度高い温度に維持されていても、放熱部材３２４が装着される部分や樹脂材料供給管３０９の内壁面温度を樹脂材料の可塑化温度より２０℃以上低い温度に維持することができる。このため、樹脂材料のペレットの表面が軟化によるブリッジの形成を防止し、樹脂材料ペレットの供給を円滑に行うことができる。

このような構成によれば、樹脂材料の可塑化能力を維持しつつ、あるいは向上させつつ、樹脂材料の供給の安定化を図ることができ、その結果可塑化バレル３０２を小型化して射出装置３０１の全体の小型化を図ることができる。また、水冷あるいは油冷などのような冷媒を循環させるための設備を付加する必要もないから、射出装置の取り回し性を損なうことがない。

次いで、本発明の実施例について記す。本発明の前記実施形態に係る可塑化装置を用いて樹脂材料の射出を行った。以下、図１（ａ）を参照して説明する。

まず装置の構成について説明する。可塑化バレル３０２は、ヒータ３０３及び放熱部材３２４が装着される部分の外径が３５ｍｍ、内径は大きい部位が２５ｍｍである。そしてこの可塑化バレル３０２は、工具綱（Ｓ４５Ｃ）により形成される。

ヒータ３０３は、前記坂口電熱社製のワイヤーヒータ（型番：Ｕ−９）を用いた。このワイヤヒータの発熱部は、断面形状が３．４ｍｍ角、長さ１４００ｍｍで、容量は８５０Ｗである。そしてこのワイヤヒータをコイル状に形成し、射出ノズル３０６が装着される側の端部から９４ｍｍの長さにわたって巻き付けている。したがって、図中の符号Ｌａで示される部分の内部容量は約１０ｃｍ^３である。

放熱部材３２４は、アルミニウムにより形成されるものである。基体３２５の軸線方向長さが２８ｍｍ、基体３２５の外径が４０ｍｍ、フィン３２６の外径が５８ｍｍ、フィン３２６の枚数が５枚、フィン３２６に形成される切り欠きの幅が２ｍｍ、切り欠きの数は各フィンにつき８カ所である。また、各フィン３２６の厚さは２ｍｍ、各フィン３２６の表面間の間隔が２ｍｍである。このフィン部材３２４に覆われる可塑化バレルの外周面の表面積は約３０８０ｍｍ^２であり、フィン部材３２４の外気に触れる部分の表面積は１８０００ｍｍ^２であるから、表面積は約５．８倍となる。そしてこの放熱部材３２４は、射出ノズル３０６が装着される側の端部から１１４ｍｍの位置に、基体３２５の射出ノズル３０６側の端部が位置するように装着される。すなわち、ヒータ３０３のプランジャー３０５側の端部と、放熱部材３２４の基体３２５の射出ノズル３０６側の端部との間は約２０ｍｍとなる。

エアノズル３０８は、直径３ｍｍのノズル孔を備え、このノズル孔からフィンの面方向に平行に空気を噴射することができる。

次いで実施条件を記す。ヒータ３０３により可塑化バレル３０２を加熱し、可塑化バレル３０２の内壁面のＡ点における温度を２８０℃に維持した。一方、エアノズル３０８を用いて風速が１ｍ／ｓ、流量が０．０８ｍ^３／ｈｒの空気を放熱部材３２４に吹きつけた場合と、エアノズル３０８を用いずに空気を吹きつけない場合の２通りの条件を採用している。樹脂材料には、ＴＰＳを用いた。このＴＰＳの軟化温度は８０℃である。そして、２５．５ｃｍ^３のＴＰＳを可塑化バレル内に投入した。

そして、放熱部材３２４が装着される部分の可塑化バレル３０２の内壁面温度（図１（ａ）におけるＣ点）と、樹脂材料供給管３０９の樹脂材料供給部３０２ａ側の端部直近の内壁面（図１（ａ）におけるＢ点）の温度を測定した。なお、各店の温度測定には、熱電対を用いている。

上記条件で温度測定をした結果、可塑化バレル３０２の内壁面のＣ点の温度は、放熱部材３２４にエアを吹きつけた場合には７１℃、エアを吹きつけない場合には１００℃となった。また、Ｂ点における温度は、放熱部材３２４にエアを吹きつけた場合には５１℃、エアを吹きつけない場合には９０℃となった。ＴＰＳの軟化温度は８０℃であるから、樹脂材料供給部近傍の温度を、樹脂材料の軟化温度より２０℃以上低い温度に維持することができた。この結果、樹脂材料ペレットは、樹脂材料供給部３０２ａ近傍や樹脂材料供給経路３０９において軟化してブリッジを形成することなく、可塑化バレル３０２の内部に円滑に供給できる。

一方、放熱部材３２４を装着しなかった場合には、Ｃ点における温度は約２００℃、Ｂ点における温度は約１２０℃となった。このように、樹脂材料供給部３０２ａやその近傍の樹脂材料供給管３０９の内壁面の温度を、樹脂材料の軟化温度より２０℃以上低い温度に維持することができなかった。このため、放熱部材３２４を用いない場合には、樹脂材料の供給の際に樹脂材料が軟化してブリッジが形成され、円滑な供給が妨げられるものと考えられる。

以上の通り、本発明の構成によれば、可塑化装置の大型化や重量の増加を招くことなく、樹脂材料のブリッジの形成を防備して円滑な供給を行うことができる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について図面を用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ことはいうまでもない。

（ａ）は本発明の実施形態に係る樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を模式的に示した一部断面を含む平面図、（ｂ）は放熱部材の外観斜視図である。

符号の説明

３０１ 樹脂材料の可塑化装置
３０２ 可塑化バレル
３０２ａ 可塑化バレルの樹脂材料供給部
３０３ ヒータ
３０５ プランジャー
３０６ 射出ノズル
３０７ プランジャーの駆動装置
３０８ エアノズル
３１０ 油圧源
３１１ プランジャーの駆動部
３２４ 放熱部材
３２５ 放熱部材の基体
３２６ 放熱部材のフィン
３５０ ホッパー
３５１ 油圧源

Claims (1)

1. 樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、前記可塑化バレルの壁面に形成される樹脂材料を供給するための開口部の近傍の外周面には、該可塑化バレルの熱を放散させる放熱片が形成されていることを特徴とする樹脂材料の可塑化装置。
   

Images