JP2010099936A

JP2010099936A - 射出成形装置

Info

Publication number: JP2010099936A
Application number: JP2008273616A
Authority: JP
Inventors: Shigeya Sugata; 茂也菅田; Koki Iwazawa; 広喜岩沢
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】非酸化性ガスで置換された成形室内で成形を行うことにより樹脂焼けを防止するとともに、型交換や温度設定を短時間で行えるようにする。
【解決手段】成形室１２に射出成形機１１が配置された射出成形装置１０は、第１のシャッタ３１を介して成形室１２に連通し成形型を予備加熱する予備室１５と、予備室１５と成形室１２との間で成形型３０を移送する金型搬送シリンダ１６と、第１のシャッタ３１を開閉する第１のシリンダ３３と、成形室１２及び予備室１５を夫々覆う第１及び第２の筐体１８，１９に夫々設けられた第１と第２の流入弁２１，２２及び第１と第２の排出弁２３，２４と、第１と第２の流入弁２１，２２により成形室１２及び予備室１５に窒素ガスを供給する窒素ガス発生装置２５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機を用いて樹脂成形品を成形する射出成形装置に関する。

樹脂成形品を射出成形する場合、樹脂は石油製品であるため熱を加えると劣化し、やがては炭化する（例えば、射出シリンダ内に滞留した樹脂が熱劣化して炭化する）。また、高温の樹脂は空気に触れることによって酸化され、さらに劣化が進む。

このため、射出成形機を用いて樹脂成形品を成形する場合は、成形時の加熱に伴う異物の発生や樹脂焼け対策として、クリーンルーム内で成形を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、樹脂焼け対策として、窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の非酸化性ガスをホッパから射出シリンダ内のスクリューに至る樹脂経路に供給し、酸素の混入に起因する樹脂焼けを防止する技術が公知である（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１１７９４８号公報特開平７−８８９１１号公報

しかしながら、特許文献１では、例えば金型交換を行うには、成形終了後に装置全体を樹脂焼けが発生しにくい温度にまで温度を下げたり、また、金型交換時に発生する異物により成形室内のクリーン度が低下するため、クリーンレベルが改善されるまで待機する時間が必要であった。このように、型交換や温度設定に相当の時間を要することから、頻繁に型交換等を必要とする多品種少量生産には不向きであった。

また、特許文献２では、射出ユニット側での樹脂焼けは防止できても、金型側における酸化や成形装置の段取り時の残存酸素に起因する樹脂焼けには効果はなかった。このため、射出ユニット側のみならず、金型側における酸化に起因する樹脂焼けをも防止する技術が要望されていた。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、非酸化性ガスで置換された成形室内で成形を行うことにより成形素材の樹脂焼けを防止するとともに、型交換や温度設定を短時間で行うことのできる射出成形装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
樹脂成形品を射出成形する射出成形装置において、
射出成形機が配置された成形室と、
第１のシャッタを介して前記成形室に連通し成形型を予備加熱する予備室と、
前記予備室と前記成形室との間で前記成形型を移送する第１の移送手段と、
前記第１のシャッタを開閉する第１の開閉手段と、
前記成形室及び前記予備室を夫々覆う第１の筐体及び第２の筐体に夫々設けられたガス導入手段及びガス排出手段と、
前記ガス導入手段により前記成形室及び前記予備室に非酸化性ガスを供給する非酸化性ガス供給手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の射出成形装置において、
前記予備室は外部雰囲気に連通する第２のシャッタを有し、前記予備室と外部雰囲気との間で前記成形型を移送する第２の移送手段と、
前記第２のシャッタを開閉する第２の開閉手段と、をさらに備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の射出成形装置において、
前記成形室内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記酸素濃度計測手段の出力に基づき非酸化性ガスを前記成形室内に供給する量及び前記成形室から排出する量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の射出成形装置において、
前記制御手段は、前記予備室と前記成形室との気圧差を比較して前記予備室の気圧を前記成形室の気圧よりも低くなるように制御することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の射出成形装置において、
前記成形型を複数並べて前記予備室に搬送する成形型搬送手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、非酸化性ガスで置換された成形室内で成形を行うことにより成形素材の樹脂焼けを防止することができるとともに、型交換や温度設定を短時間で行うことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の射出成形装置１０の断面正面図、図２は、その側面図、図３は、その平面図である。

図１及び図２において、この射出成形装置１０は、射出成形機１１が配置された成形室１２と、第１のシャッタ３１を介して成形室１２に連通し使用予定の成形型３０を予備加熱する予備室１５と、予備室１５と成形室１２との間で第１のシャッタ３１を介して成形型３０を移送する第１の移送手段としての金型搬送シリンダ１６と、第１のシャッタ３１を開閉する第１の開閉手段としての第１のシリンダ３３と、を備えている。

成形室１２と予備室１５とは、夫々第１の筐体１８と第２の筐体１９に覆われている。この第２の筐体１９には、成形型３０を載置して予備加熱するための予備加熱ステージ２０が設けられている。また、成形型３０は、固定型１３及び可動型１４を有している。

こうして、予備室１５と成形室１２との間の成形型３０の移送は、第１のシャッタ３１を開放した状態で金型搬送シリンダ１６によって行われる。この金型搬送シリンダ１６の先端には、成形型３０を載置可能な型搬送アーム３６が設けられている。

なお、型交換は成形型３０（固定型１３及び可動型１４）を単位として行われる。そして、固定型１３と可動型１４は、搬送時には不図示のガイドピンとガイドブッシュとが嵌合された状態で一対で搬送される。

また、この射出成形装置１０は、第１の筐体１８及び第２の筐体１９に夫々設けられた第１のガス導入手段としての第１の流入弁２１及び第２のガス導入手段としての第２の流入弁２２と、第１のガス排出手段としての第１の排出弁２３及び第２のガス排出手段とし
ての第２の排出弁２４とを備えている。そして、第１又は第２の流入弁２１，２２を開放することにより、成形室１２又は予備室１５に、非酸化性ガス供給手段としての窒素ガス発生装置２５から窒素ガス（Ｎ_２ガス）が供給されるようになっている。

また、図３に示すように、予備室１５は、外部雰囲気に連通する第２のシャッタ３２を有している。この第２のシャッタ３２は、第２の開閉手段としての第２のシリンダ３４（図２参照）によって開閉される。また、成形型３０は、第２の移送手段としての型交換用搬送シリンダ１７によって予備室１５と外部雰囲気との間で移送される。

こうして、外部雰囲気と予備室１５との間での成形型３０の移送は、第２のシャッタ３２を開放した状態で型交換用搬送シリンダ１７によって行われる。この型交換用搬送シリンダ１７の先端には、成形型３０を磁力又は真空圧で吸着可能な型搬送用吸着具４０が取付けられている。

成形室１２及び予備室１５には、第１と第２の流入弁２１，２２を介して窒素ガス発生装置２５から窒素ガス（Ｎ_２ガス）が夫々供給される。なお、窒素ガス発生装置２５としては例えば窒素ガスボンベが用いられる。

また、本実施形態では、非酸化性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２ガス）を用いた場合について説明したが、これに限らない。例えば、アルゴン（Ａｒガス）、ヘリウム（Ｈｅガス）等の非酸化性ガスを用いてもよい。

成形室１２を覆う第１の筐体１８には、成形室１２内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段としての酸素濃度計２９が設けられている。また、この酸素濃度計２９の出力に基づき窒素ガスを成形室１２内に供給する量、及び成形室１２から窒素ガスを排出する量を制御する制御手段としての制御部２８を有している。

この制御部２８は、予備室１５と成形室１２との気圧差を比較して予備室１５の気圧を成形室１２の気圧よりも低くなるように制御している。そのために、成形室１２と予備室１５を夫々覆う第１と第２の筐体１８，１９には、成形室１２又は予備室１５内の気圧を夫々監視する第１の圧力計２６と第２の圧力計２７とが設けられている。

成形室１２は、室内を上下に仕切る隔壁３５により、気体槽としての上部チャンバー１２_１と下部チャンバー１２_２とに区画されている。射出成形機１１は、下部チャンバー１２_２においてベース４４上に配置されている。また、隔壁３５には、上部チャンバー１２_１と下部チャンバー１２_２とを連通させる第１と第２の通気口３７、３８が設けられている。さらに、第１の通気口３７には、上部チャンバー１２_１の窒素ガス（Ｎ_２ガス）を下部チャンバー１２_２に送風可能なクリーンユニット３９が設けられている。

このクリーンユニット３９は、クリーンファン４１と、埃を除去するフィルタ４２と、成形品への埃の付着を防止するため埃の帯電を除去するためのイオンを発生させるイオナイザ４３とを有している。クリーンユニット３９は、酸素濃度とクリーン度を一定レベル以下に維持するものである。

なお、このクリーン度とは米国規格（Ｆｅｄ−ＳＴＤ２０９Ｄ）に基づくもので、例えばクラス１００００、１０００，１００等があり、数値が低くなるほどクリーン度が高くなる。

これにより、上部チャンバー１２_１内の窒素ガスは、クリーンユニット３９により矢印Ａ方向に下部チャンバー１２_２に向けて送風される。さらに、下部チャンバー１２_２内の
窒素ガスは、第２の通気口３８を通って矢印Ｂ方向に上部チャンバー１２_１に流れ込む。こうして、成形室１２内は一方向からの送風状態となり、室内は均等な低酸素濃度の雰囲気に保たれる。

第１の筐体１８に設けられた第１の圧力計２６は、成形室１２内を大気圧以上に設定するとともに（例えば、０．５ＭＰａ）、予備室１５内の気圧（例えば、０．３ＭＰａ）よりも高く設定するために設けられている。また、第１の筐体１８に設けられた酸素濃度計２９は、成形室１２内の酸素濃度を監視するために設けられている。

本実施形態では、制御部２８は、予備室１５と成形室１２との気圧差を比較して予備室１５の気圧を成形室１２の気圧よりも低くなるように制御している。そのために、制御部２８には、図示しないが、予備室１５と成形室１２との気圧差を比較したり、成形室１２内の酸素濃度と所定値とを比較するコンパレータが内蔵されている。

そして、予備室１５と成形室１２との気圧差が設定値を超えたときに、第１の流入弁２１（又は第２の流入弁２２）と第１の排出弁２３（又は第２の排出弁２４）とが自動的に開閉制御されるようになっている。

ただし、これら気圧や圧力の制御は、自動制御ではなく、オペレータが手動で弁操作により行うようにしてもよい。
次に、射出成形機１１は、金型ユニット４５と射出ユニット４６、及び型締めユニット４７を備えている。

金型ユニット４５は、射出充填された溶融樹脂（成形素材）を所望の形状に成形するものであり、型締めユニット４７によって型開閉方向（矢印⇔方向）に開閉される。射出ユニット４６は、樹脂を可塑化して移送、混練、溶融等を行って所定量を金型ユニット４５に射出するものである。

金型ユニット４５は、対向配置された固定型１３及び可動型１４、固定型１３を支持する固定盤４８、可動型１４を支持する可動盤４９、この可動盤４９を型開閉方向（矢印⇔方向）に移動可能に支持する可動側ブロック５０を有している。これら固定盤４８と可動盤４９により、金型取付部が構成されている。この金型取付部に成形型３０が着脱されるようになっている。

型交換時には、この金型取付部に金型搬送シリンダ１６の先端の型搬送アーム３６が接近移動してくる。そして、成形型３０は、型搬送アーム３６のクランプ手段又は磁力吸引手段、或いは真空吸着手段等により把握されて金型取付部に装着され又は取り外される。

なお、固定盤４８と可動側ブロック５０は、タイバー５１によって一体的に連結固定されている。可動盤４９は、可動型１４の支持側と反対側を可動側ブロック５０に連結されている。また、固定盤４８と可動盤４９の金型固定面には、夫々不図示の金型位置決め手段と金型固定手段が設けられている。

射出ユニット４６は、真空樹脂乾燥機５２、ホッパ５３、加熱室５４、射出シリンダ５５、及びモータ５６を有している。射出シリンダ５５は、固定盤４８に近接する側の先端部に不図示の射出ノズルを備えている。そして、ホッパ５３から供給される合成樹脂材料（例えばシクロオレフィンポリマー）を、不図示のスクリュー及びヒータによって熱可塑化した後、射出ノズルから成形型３０内に射出する。

型締めユニット４７は、ロッド５７と、このロッド５７を駆動する油圧シリンダ５８と
を有している。可動型１４は、型締めユニット４７によって型開閉方向（矢印⇔方向）に開閉される。

成形時には、窒素ガス発生装置２５からの窒素ガス（Ｎ_２ガス）の供給により、成形室１２内を窒素ガスで置換してから射出成形機１１により成形品の成形を行う。
次に、本実施形態の作用について説明する。

射出成形に先立ち、金型ユニット４５の固定型１３と可動型１４とを不図示のパーティングラインを挟んで離間した型開き状態とする。この状態で、成形室１２内を窒素ガス（Ｎ_２ガス）で置換する。このために、第１の流入弁２１と第１の排出弁２３とを開放し、窒素ガス発生装置２５から成形室１２内に窒素ガスを送り込む。こうして、酸素濃度計２９を監視しながら、成形室１２内の空気が窒素ガスで置換された時点で第１の流入弁２１と第１の排出弁２３とを閉める。

なお、成形室１２内の圧力を大気圧以上に保持するために、第１の圧力計２６の値に応じて第１の流入弁２１の開閉を調節するようにする。このときの弁の開閉制御は制御部２８によって自動的に行われる。

こうして、上部チャンバー１２_１内の窒素ガスは、クリーンユニット３９により矢印Ａ方向に下部チャンバー１２_２に向けて送風される。さらに、下部チャンバー１２_２内の窒素ガスは第２の通気口３８を通って矢印Ｂ方向に上部チャンバー１２_１に流れ込む。

こうして、成形室１２内はクリーンユニット３９により一方向に内気循環され、低酸素濃度とクリーン度を一定レベル以下に維持した状態で雰囲気保持される。このとき、酸素濃度０．１％以下、及びクリーン度はクラス１０００以下の環境で射出成形を行うのが好ましい。

また、成形室１２内の気圧は、予備室１５内の気圧よりも高い気圧となるように調節されている。このように、成形室１２の気圧を予備室１５の気圧よりも高めに調節することにより、予備室１５と成形室１２との間で成形型３０を移送するときに、予備室１５と成形室１２との間の第１のシャッタ３１が開閉したとしても、予備室１５内の気流が成形室１２内に流入するのを防止している。

また、外部から予備室１５に成形型３０（固定型１３及び可動型１４）を搬入する際は、第２のシャッタ３２から予備室１５に成形型３０を収容した後、第２のシャッタ３２を閉じてから予備室１５内を窒素ガスで置換する。

この後、成形型３０は予備室１５の予備加熱ステージ２０上で所定温度に加熱された状態で待機している。そして、型交換時には、予備室１５から第１のシャッタ３１を介して成形型３０を金型搬送シリンダ１６により射出成形機１１の金型取付部（固定盤４８と可動盤４９）に搬送し、型交換が行われる。

本実施形態によれば、成形室１２内に射出成形機１１を配置し、局所的なクリーン環境及び窒素ガス雰囲気を形成し、その中で成形作業及び型交換を行うことにより、異物の付着や樹脂焼けの発生による品質劣化のない射出成形品を得ることができる。

また、本実施形態によれば、クリーンな窒素ガス雰囲気下で金型搬送シリンダ１６及び型交換用搬送シリンダ１７により成形型３０の交換を短時間で迅速に行うことができる。こうして、生産性のよい射出成形装置１０が実現できる。
［第２の実施の形態］
図４は、第２の実施の形態の射出成形装置１０の平面図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態では、複数の成形型３０−１〜３０−４を、第２のシャッタ３２から予備室１５に連続的に搬入可能な成形型搬送手段としてのコンベア６１を備えたものである。
その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
成形室１２と予備室１５を窒素ガスで置換した状態で成形を行う。次いで、型交換時には、第１のシャッタ３１を開き、金型搬送シリンダ１６の先端の型搬送アーム３６により成形室１２内から使用済みの成形型３０を予備室１５に取り出す。更に、予備室１５の第２のシャッタ３２を開き、使用済みの成形型３０を型交換用搬送シリンダ１７の先端の型搬送用吸着具４０により吸着して外部に搬出する。

次に、前述した型搬送用吸着具４０により、新たな成形型３０−１を吸着して予備室１５に搬入し、その成形型３０−１を予備加熱ステージ２０に載置して予備加熱する。次いで、第１のシャッタ３１を開き、金型搬送シリンダ１６の先端の型搬送アーム３６により、予備加熱した成形型３０−１を成形室１２に搬入する。こうして、成形型３０−１を射出成形機１１の金型取付部に取付ける。

次に、新たな成形型３０−１を用いて射出成形を行う。
なお、この新たな成形型３０−１で所定ロット成形したら、次に、この成形型３０−１を使用済みの成形型３０として搬出し、別の成形型３０−２を射出成形機１１の金型取付部に取付ける。

また、成形型の搬入・搬出時においては、第１の実施の形態で説明したと同様に、成形室１２と予備室１５内は窒素ガスで置換されているものとする。
本実施形態によれば、成形型３０−１〜３０−４を複数並べてコンベア６１で第２のシャッタ３２から予備室１５に搬入可能としたことで、連続的かつ短時間でスムーズに型交換を行うことができる。

従って、本実施形態によれば、多品種少量生産の成形作業に対応することができる。

第１の実施の形態の射出成形装置の断面正面図である。同上の側面図である。同上の平面図である。第２の実施の形態の射出成形装置の断面正面図である。

符号の説明

１０射出成形装置
１１射出成形機
１２成形室
１２_１上部チャンバー
１２_２下部チャンバー
１３固定型
１４可動型
１５予備室
１６金型搬送シリンダ
１７型交換用搬送シリンダ
１８第１の筐体
１９第２の筐体
２０予備加熱ステージ
２１第１の流入弁
２２第２の流入弁
２３第１の排出弁
２４第２の排出弁
２５窒素ガス発生装置
２６第１の圧力計
２７第２の圧力計
２８制御部
２９酸素濃度計
３０成形型
３１第１のシャッタ
３２第２のシャッタ
３３第１のシリンダ
３４第２のシリンダ
３５隔壁
３６型搬送アーム
３７第１の通気口
３８第２の通気口
３９クリーンユニット
４０型搬送用吸着具
４１クリーンファン
４２フィルタ
４３イオナイザ
４４ベース
４５金型ユニット
４６射出ユニット
４７型締めユニット
４８固定盤
４９可動盤
５０可動側ブロック
５１タイバー
５２真空樹脂乾燥機
５３ホッパ
５４加熱室
５５射出シリンダ
５６モータ
５７ロッド
５８油圧シリンダ
６１コンベア

Claims

樹脂成形品を射出成形する射出成形装置において、
射出成形機が配置された成形室と、
第１のシャッタを介して前記成形室に連通し成形型を予備加熱する予備室と、
前記予備室と前記成形室との間で前記成形型を移送する第１の移送手段と、
前記第１のシャッタを開閉する第１の開閉手段と、
前記成形室及び前記予備室を夫々覆う第１の筐体及び第２の筐体に夫々設けられたガス導入手段及びガス排出手段と、
前記ガス導入手段により前記成形室及び前記予備室に非酸化性ガスを供給する非酸化性ガス供給手段と、を備える
ことを特徴とする射出成形装置。
前記予備室は外部雰囲気に連通する第２のシャッタを有し、前記予備室と外部雰囲気との間で前記成形型を移送する第２の移送手段と、
前記第２のシャッタを開閉する第２の開閉手段と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
前記成形室内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記酸素濃度計測手段の出力に基づき非酸化性ガスを前記成形室内に供給する量及び前記成形室から排出する量を制御する制御手段と、を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形装置。
前記制御手段は、前記予備室と前記成形室との気圧差を比較して前記予備室の気圧を前記成形室の気圧よりも低くなるように制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の射出成形装置。
前記成形型を複数並べて前記予備室に搬送する成形型搬送手段を備えている
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の射出成形装置。