JP2007050586A

JP2007050586A - プリプラ式射出装置

Info

Publication number: JP2007050586A
Application number: JP2005236672A
Authority: JP
Inventors: Misao Fujikawa; 操藤川; Shigeru Yamazaki; 茂山崎
Original assignee: Sodick Plustech Co Ltd
Current assignee: Sodick Plustech Co Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】
微細で精密な成形品を成形するために、特に小容量の射出容積の溶融材料を計量し射出するプリプラ式射出成形機の射出装置が望まれる。
【解決手段】
可塑化シリンダ２と、連通部材４を介して連通する射出シリンダ５と、該射出シリンダの中で進退するプランジャ６とを備えた射出装置１は、前記プランジャの外周の先端から後方に向かって所定長さの止まり溝６ｂをその軸心に対称な位置に有すると共に、該プランジャを前記射出シリンダに対して回動させる回動装置１２を備える。そして、その回動装置は、計量直前と射出直前に前記プランジャを回動して、止まり溝６ｂを前記連通路に対して連通して計量し、止まり溝６ｂを前記連通路に対して遮断して射出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可塑化シリンダで可塑化した成形材料を射出シリンダに送って計量し、可塑化された溶融材料の可塑化シリンダから射出シリンダへの逆流を防止しながらその溶融材料を射出シリンダから金型キャビティに射出するプリプラ式射出成形機の射出装置に関し、特に小容量の成形に適したプリプラ式射出成形機に関する。

近時、例えば、携帯電話等に使用されるコネクタ等の成形品の微細化や精密化の要求はますます厳しくなっている。本願出願人は、このような成形には、射出シリンダから可塑化シリンダへの成形材料の逆流を、可塑化スクリュの前進又は後退動作による直接的な閉鎖動作よって防止するプリプラ式射出装置が最適であると確信している。このようなプリプラ式射出装置は、インラインスクリュ式のスクリュヘッドに装着されたチェックリングのような受動的な逆流防止機構を有しないので、計量から射出に切り替わる際の逆流の防止を正確なタイミングで確実に行うことができ、射出容量の変動を発生させないからである。その上、この射出装置は、可塑化シリンダの可塑化室と射出シリンダの射出室とをそれぞれの前端で連通することによって、成形材料の滞留を最小限に抑えるからである。

一方、１回の射出容量がさらに小容量である成形品の成形はますます増加している。このような成形品の成形の射出容量は１ｃｃを下回る程度に少ない。その上、この成形は、小容量であっても、従来以上に正確な計量と射出を要求する。当然、材料の滞留も最小限に抑えられなければならない。

このような小容量の成形に対応するためには、射出装置のプランジャや可塑化スクリュの外径を細くするべきである。ところが、実際には強度上の制約から外径を細くすることができない。この場合、可塑化スクリュを進退して逆流を防止する従来の逆流防止では、その逆流防止に伴って移動する成形材料の容積の小容積の射出容量に対して占める割合が多くなる。その結果、移動する成形材料の僅かな容積変動が計量容積の精度に大きく影響する。

そこで、このような問題を解決するために、つぎに説明するプリプラ式射出装置が提案されている。１つは特許文献１（特公平４−７０９６９号公報）に、もう１つは特許文献２（特許３３１１９９９号公報）に開示された装置である。

特許文献１の射出装置は、射出シリンダである加熱シリンダ中で進退する射出プランジャの外周部の一部に、先端に開放するへこみ部（切り欠き面）を設けた装置である。この射出プランジャは、可塑化計量開始と射出開始の直前に回動するように構成される。それで、計量開始直前にそのプランジャが回動（例えば半回転）して、そのへこみ部が可塑化シリンダから加熱シリンダに連通する連絡路に連通される。そして、計量後に射出が開始される直前に、そのプランジャが回動（例えば半回転）してそのへこみ部を連絡路から遮断して溶融材料の逆流を防止する。

特許文献２の射出装置は、射出シリンダである加熱シリンダの中で進退するプランジャの中心に、先端から基端側に射出ストロークに対応する深さの穴（溝と記載されている。）を設けると共に、その穴の底から外周面に開口する長穴（溝の開口と記載されている。）を設けた装置である。このプランジャも、可塑化開始と射出開始の直前に回動するように構成される。それで、プランジャは、まず計量開始直前に回動してその長穴を連通路に連通し、計量後の射出直前に再び回動してその長穴をその連通路から遮断する。

上記文献のいずれの射出装置も、プランジャを回動して連絡路とへこみ部、あるいは連通路と長穴を遮断する。それで、溶融材料がこの回動に伴って連通路あるいは連絡路の中で移動することはない。その結果、溶融材料の逆流防止が正確なタイミングで確実になされて計量が安定し、結果的に射出容積が正確になる。
特公平４−７０９６９号公報（第１図）特許３３１１９９９号公報（図１）

しかしながら、上記のようなプランジャのへこみ部や長穴は、射出の際にプランジャのかじりや偏摩耗を発生させやすい。まず、特許文献１の射出装置の場合には、このへこみ部に入り込んだ射出時の高圧溶融材料がプランジャにその軸心方向に直交する半径方向の偏荷重を加えるので、プランジャがシリンダにかじりやすい。つぎに、文献２の射出装置の場合には、文献１ほどではないにしても同様にプランジャにかじりや偏摩耗を発生させやすい。プランジャの長穴の中から加熱シリンダに臨む溶融材料が、射出時の高圧を加熱シリンダの内壁に対して作用させて、プランジャに同様の偏荷重を加えるからである。したがって、上記の何れの装置も程度の差こそあれかじりあるいは偏荷重に関して未だ解決されるべき課題を有していると言わざるを得ない。

そこで、本発明は、小容積の成形であっても計量と逆流防止を正確かつ確実に行うことはもちろん、射出の際にプランジャ軸心周りにかかる溶融材料からの高圧を偏心なく完全に軸対称に作用させるようにして、プランジャのかじりや偏摩耗を発生させない射出装置を提案することを目的とする。その上、本発明は、プランジャ周りの滞留の心配も解決する射出装置を提案することも目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のプリプラ式射出成形機の射出装置１は、可塑化シリンダ２と、該可塑化シリンダに連通部材４の連通路４ａを介して連通する射出シリンダ５と、該射出シリンダの中で進退動作するプランジャ６とを備えた上に、
前記プランジャが、該プランジャの外周の先端から後方に向かって所定長さの止まり溝６ｂを該プランジャの軸心に関して対称な位置に有すると共に、該プランジャを前記射出シリンダに対して回動する回動装置１２を備え、
前記回動装置が、計量の直前に前記プランジャを回動して該プランジャの一方の止まり溝を前記連通路に連通し、計量後の射出の直前に前記プランジャを回動して前記止まり溝を前記連通路から遮断するように逆流を防止し、そして、射出後計量の再開直前に、前記プランジャを回動して該プランジャのもう一方の止まり溝を前記連通路に連通する。

なお、上記括弧内の符号は、含まれる構成要素を図面と参照するものであり、それらを図面のものだけに限定するものではない。

本発明のプリプラ式射出成形機の射出装置によれば、プランジャを回動して連通路と止まり溝を遮断するために、溶融材料が逆流防止の際に連通路の中で移動することはない。それで、射出直前の逆流防止が正確に行われて射出容積が変動することは全くない。また、止まり溝６ｂがプランジャ軸中心に全く対称に形成されているために、射出の際に止まり溝６ｂ中の溶融材料に伝達された射出圧力がプランジャに偏荷重を発生させることは全くなく、その結果、射出に伴うプランジャのかじりや偏摩耗はほとんど発生しない。また、計量の度に更新される止まり溝６ｂの根元に溶融材料が流れ込んで溝部が根元から洗浄されるために、止まり溝６ｂでの成形材料の滞留は全く発生しない。

まず、本発明のプリプラ式射出成形機の射出装置が概略的に説明される。射出装置の主要部の一実施例は図１に断面図として示され、プランジャの一実施例は図２及び図３に示される。成形サイクル中のプランジャの動作は図４に示される。

本発明のプリプラ式射出成形機の射出装置１は、図示省略されたホッパから供給された成形材料を可塑化する可塑化シリンダ２と、その可塑化シリンダに連通部材４の連通路４ａを介して連通する射出シリンダ５と、射出シリンダ５の射出室５ａの中で進退動作するプランジャ６とを少なくとも備える。そして、この射出装置１は、射出シリンダ５の先端に装着された射出ノズル７を介して図示省略された金型のキャビティに溶融材料を射出する。このような射出装置のプランジャ６は、さらに、そのプランジャの外周の先端から後方に向かって所定長さの止まり溝６ｂをそのプランジャの軸心に関して対称な位置に有すると共に、回動装置１２によって射出シリンダ５に対して回動するように構成される。

このような構成の射出装置１は、射出室５ａに溶融材料を計量する直前にプランジャ６の一方の止まり溝６ｂを連通路４ａに連通するようにプランジャ６を回動し、計量後に溶融材料を射出する直前にその止まり溝をその連通路から遮断するようにそのプランジャを回動して逆流を防止する。そして、この射出装置１は、射出後の計量再開直前にもう一方の止まり溝６ｂを連通路４ａに連通するようにプランジャ６を回動する。こうして、プランジャ６は、逆流防止の際と計量開始直前にそれぞれ９０度回動して、１回の射出サイクルが完了する度に１８０度回動する。

以下、本発明のプリプラ式射出成形機の射出装置１がより具体的な一実施例によって説明される。射出装置１の可塑化シリンダ２には、代表的には、図示省略されたホッパから供給された成形材料を可塑化スクリュ３によって可塑化する可塑化装置が採用される。ただし、この可塑化装置では、スクリュウ３が逆流を防止することがないことからその進退装置が備えられておらず、回転装置だけが備えられている。この回転装置は、従来の装置と同じであるから図示省略されている。シリンダ２の外周は、従来どおりに図示省略された加熱ヒータによって加熱される。

なお、本発明の可塑化装置は、可塑化スクリュウ３で可塑化する装置に限定されず、例えば、トーピード（図示省略）で可塑化する可塑化装置であっても良い。また、本発明の可塑化装置は、液状樹脂を混合して供給する液状樹脂成形機の供給装置（図示省略）等の、反応成形装置の供給装置であっても良い。本発明の可塑化装置は、単に溶融材料を計量の度に供給することができればどのような装置であっても良い。

このような可塑化装置の可塑化シリンダ２は、連通部材４によって射出シリンダ５と接続される。そして、可塑化シリンダ２の可塑化室２ａが連通路４ａを介して射出シリンダ５の射出室５ａに連通する。特に、本発明の射出装置では、連通路４ａの射出室５ａに開口する開口孔４ｂが射出室５ａの前端壁より所定量後方の位置に形成されている。また、その開口孔４ｂの内径が小さく絞られている。これらの所定量後方の位置と小さく絞られた内径については後に説明される。

射出シリンダ５は、従来の装置のようにその射出室５ａにプランジャ６を内蔵し、その先端側に図示省略された金型に当接する射出ノズル７を備える。そして、射出シリンダ５は、図示省略されたプランジャ６を進退させる駆動装置に接続部材８を介して接続される。駆動装置の出力軸９は、プランジャ６の後端とカップリング１０によって着脱自在に結合される。このような駆動装置には、例えば油圧シリンダが採用される。その場合、出力軸９はその油圧シリンダのピストンロッドになる。射出シリンダ５や射出ノズル７は、図示省略された加熱ヒータによって加熱される。

このような射出シリンダ５において、溶融材料は、従来のように可塑化室２ａから供給されて射出室５ａで計量される。計量は、プランジャ６の後退動作と共に行われる。そして、プランジャ６の前進動作によって、溶融材料が金型のキャビティに射出される。射出の際に射出シリンダ５のシリンダ孔とプランジャ６の隙間から後方へ漏れ出た僅かな溶融材料は、射出シリンダ５の後端に取り付けられたスクレーパ１１の排出口から排出される。射出シリンダ５に対するプランジャ６の位置は図示省略されたリニアスケールなどによって検出される。

概略上記のように構成された本発明の射出装置１は、プランジャ６のプランジャヘッド６ａの外周に止まり溝６ｂを有する。また、本発明の射出装置１は、プランジャ６を回動する回動装置１２を備える。

止まり溝６ｂは、図２により詳細に示されるように、プランジャヘッド部６ａの外周の先端から後方に向かって所定長さに２本形成され、軸心に関して対称な１８０度の位置に配置される。それらの溝６ｂは、例えば略円錐台の断面の形状に加工される。また、それらの溝６ｂは、略半球端面のボールエンドミルによって、その加工深さがその半球の半径ないしは直径に略等しいように加工されたものであっても良い。何れにあっても２本の溝の形状は全く同じに形状に形成される。上記連通路４ａの開口孔４ｂの絞られた内径は、このような溝６ｂの幅寸法に合わされる。

止まり溝６ｂの所定長さは、射出成形機の射出性能の１つを示す最大射出容量に対応する長さに略一致する。より具体的には、最大射出容量が射出室５ａの断面面積とプランジャストロークとの積であるところから、その所定長さはプランジャの最大ストロークにほぼ等しく形成される。なお、上記の射出室５ａに開口する連通路４ａの開口孔４ｂも、この止まり溝６ｂの所定長さに合わせた所定量だけ射出室５ａの前端壁より後方の位置に形成される。

このことは、プランジャ６が、射出室前壁に対して僅かなクッション量を残した位置にあるときに、すなわち射出完了後のほとんど前進した位置にあるときに、開口孔４ｂと溝６ｂとの連通が溝６ｂの根元で実現することを意味する。この位置関係は、図１に示された状態であるが、後に説明されるように溶融材料の滞留を確実に防止する。

以上のような射出装置１は、例えば理論射出容量が１ｃｃである場合に、プランジャ外径が８ｍｍ、最大プランジャストロークが２０ｍｍに設計される。また、可塑化スクリュウの外径が１４ｍｍに設計される。そして、止まり溝６ｂの幅が２ｍｍ程度に、その長さが２０ｍｍ程度に形成される。また、開口孔４ｂの内径は、１．５ｍｍ程度である。

プランジャ６は、例えば、カップリング１０と射出駆動装置の出力軸９の端部によって形成される空所に保持された第一軸受１３と、前記射出シリンダ後端の近傍に固定された第二軸受１４とによって回動自在に保持される。本発明では、第二軸受１４は、スクレーパ１１の溶融材料を掻き落とす掻き落とし孔で代用される。プランジャ６はこれらの軸受に保持されてシリンダ中で真直に回動する。当然、これらの軸受は実施例の構成に限定されるものではない。

プランジャ６の回動装置１２の回転駆動装置１５は、例えばステッピングモータなどで構成されて前記射出駆動装置の出力軸９に固定されたブラケット１６に取り付けられる。そして、その出力軸に例えば平歯車である回転伝達要素１７が固定される。また、前記２個の軸受１３と１４と間のプランジャ軸部に例えばもう一つの平歯車である回転被伝達要素１８が固定される。回転伝達要素１７と回転被伝達要素１８は歯合して、回転駆動装置１５の回転をプランジャ６に伝達する。したがって、回転伝達要素１７と回転被伝達要素１８との組み合わせはプーリと２個のタイミングベルトから構成されるもの等であっても良い。これらは、射出シリンダ５と駆動装置とを接続する接続部材８中の空間及びその接続部材８の開口部にコンパクトに収容される。

回転被伝達要素１８には、少なくとも２個（好ましくは４個）の被検出部材１９がお互いに１８０度（９０度）の対称な位置に取り付けられ、その部材に対向する位置に１個の近接スイッチ等の検出センサ２０がブラケットに固定されて取り付けられる。そして、被検出部材１９と止まり溝６ｂのプランジャ軸中心に関する位相角度が合わされると共にそれらと検出センサ２０の位相関係も合わされる。もちろん、この検出センサ２０は近接スイッチに限定されない。このような被検出部材１９と検出センサ２０との組み合わせには、従来のドグとリミットスイッチの組み合わせなど、いろいろの組み合わせが採用される。

このような構成によって成形サイクルがつぎのように行われる。先ず、計量工程が開始される直前に、回転駆動装置１５がプランジャ６を回動させて一方の止まり溝６ｂを連通路４ａに連通させる。止まり溝６ｂが開口孔４ｂに連通する角度に回動したことは、被検出部材１９とセンサ２０の位相角の一致によって確認される。この状態で可塑化スクリュ３が回転して成形材料の可塑化と計量が行われ、可塑化シリンダ２中の溶融材料が射出室５ａに送り込まれる。この計量開始時には、既述されたように開口孔４ｂと溝６ｂとの連通が溝６ｂの根元で行われる。それで、新しく供給された溶融材料が溝の根元に流れ込んで溝部を根元から洗浄する。その結果、溝部での滞留は確実に防止される。

プランジャ６が所定量後退して計量が完了すると、射出がそのタイミングに至るまで待機される。やがてそのタイミングに至ると、その直前にプランジャ６が回動して止まり溝６ｂが開口孔４ｂから遮断されて逆流が防止される。このとき、止まり溝６ｂの中の溶融材料は、溝と共に回動するだけで連通路の中で移動することはない。それで、溶融材料の逆流が正確なタイミングで確実に防止され、その結果、射出容積が安定して射出が正確になる。そして、この状態でプランジャ６が前進して射出が行われる。このとき、止まり溝６ｂの中に押し込まれた溶融材料に伝達された射出圧力は、止まり溝６ｂがプランジャ軸の中心に全く対称に形成されているのでプランジャに如何なる偏荷重をも発生させない。

射出が終了すると、やがてつぎの計量が再開される。このとき、プランジャ６が再び回動してもう一方の止まり溝６ｂを開口孔４ｂに連通する。それで、新しく供給された溶融材料がそのもう一方の溝を根元から洗浄する。

こうして、プランジャ６は、逆流防止の際と計量開始直前にそれぞれ９０度回動して、結局１回の射出サイクルが完了する際に合計１８０度回動する。そして、２回の射出サイクルで３６０度回動する。したがって、止まり溝６ｂが１回おきに新しい溶融材料に洗浄されて、溝での滞留は確実に防止される。

以上説明されたように、本発明の射出装置１によれば、第一に、逆流の防止が正確に行われるので計量から射出への移行が安定して射出容積が正確になる。第二に、射出の際にプランジャのかじりや偏摩耗が発生することはない。そして、第三に、止まり溝６ｂに成形材料が滞留することはない。

本発明の射出装置は、特に、小容量成形品の射出成形機に好適な装置である。そして、この射出装置は、通常の樹脂成形用の可塑化装置に限定されない可塑化装置と組み合わ可能であることから例えば、反応樹脂成形品の射出装置等にも採用される可能性を有する。

本発明の射出装置の主要部を断面で示す立面図である。本発明のプランジャを先端側から見た正面図である。本発明のプランジャを一部断面にして見た側面図である。本発明のプランジャの、成形過程の途中における位置及び回動角度の変化を示す状態図である。

符号の説明

１プリプラ式射出成形機の射出装置
２可塑化シリンダ
４連通部材
４ａ連通路
５射出シリンダ
６プランジャ
６ｂ止まり溝
１２回動装置
１５回転駆動装置

Claims

成形材料を可塑化する可塑化シリンダと、該可塑化シリンダに連通部材の連通路を介して連通する射出シリンダと、該射出シリンダの射出室の中で進退動作することによって可塑化された溶融材料を射出するプランジャとを備えたプリプラ式射出成形機の射出装置において、
前記プランジャが、該プランジャの外周の先端から後方に向かって所定長さの止まり溝を該プランジャの軸心に関して対称な位置に２本有すると共に、該プランジャを前記射出シリンダに対して回動する回動装置を備え、
前記回動装置が、計量の直前に前記プランジャを回動して該プランジャの一方の止まり溝を前記連通路に連通し、計量後の射出の直前に前記プランジャを回動して前記止まり溝を前記連通路から遮断するように逆流を防止し、そして、射出後計量の再開直前に、前記プランジャを回動して該プランジャのもう一方の止まり溝を前記連通路に連通することを特徴とする、プリプラ式射出成形機の射出装置。