JP2013184387A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー使用量を低減できる射出成形機を提供すること。
【解決手段】射出成形機１０は、溶融した樹脂を金型３０内に充填して成形する。射出成形機１０は、樹脂が供給されるシリンダ４１と、シリンダ４１を加熱するヒータ９１〜９４とを備える。シリンダ４１は、軸方向に複数の筒状部４１ａ、４１ｂに分割されており、樹脂供給口６３が形成される筒状部４１ｂと、ヒータ９１〜９４が設けられる筒状部４１ａとの間に断熱リング７１が配設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、溶融した樹脂を金型装置内に射出する射出装置を備える。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。射出装置は、シリンダ内で溶融した樹脂を、シリンダの先端に設けられるノズルから射出し、金型装置内のキャビティ空間に充填する。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される。

射出装置は、シリンダ内で回転自在に、且つ軸方向に移動自在に配設されるスクリュを含む。スクリュの一端部には、ホッパから樹脂ペレット（樹脂材料）が供給される。スクリュが回転すると、スクリュのフライト（ねじ山）が動き、スクリュのねじ溝内に充填された樹脂がホッパ側からノズル側に送られる。

シリンダのノズル側の温度は、樹脂の溶融温度に維持される。一方、シリンダのホッパ側の温度は、樹脂のブリッジ（塊化）が生じないように、樹脂が軟化、溶融しない温度に保たれる。樹脂は、ホッパ側からノズル側に移動しながら、軟化し、溶融する（例えば特許文献１参照）。

国際公開２００７／１０５６４６号

従来、シリンダのノズル側にはヒータが設けられ、シリンダのホッパ側には水冷シリンダが設けられており、ヒータの熱が水冷シリンダに流れ込むので、使用されるエネルギーに無駄があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エネルギー使用量を低減できる射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
溶融した樹脂を金型内に充填して成形する射出成形機であって、
樹脂が供給されるシリンダと、
該シリンダを加熱するヒータとを備え、
前記シリンダは、軸方向に複数の筒状部に分割されており、樹脂供給口が形成される筒状部と、前記ヒータが設けられる筒状部との間に断熱リングが配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、エネルギー使用量を低減できる射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の概略を示す図である。 一実施形態による射出成形機の要部を示す図である。 第１変形例による射出成形機の要部を示す図である。 第２変形例による射出成形機の要部を示す図である。 第３変形例による射出成形機の要部を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。また、射出装置による樹脂の射出方向を前方とし、射出方向と反対方向を後方として説明する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の概略を示す図である。図１は、型締めの状態を示している。

射出成形機１０は、フレーム１１と、フレーム１１に固定された固定プラテン１２と、固定プラテン１２から延びる複数（例えば、四本）のタイバー１６とを備える。また、射出成形機１０は、固定プラテン１２に対向して配設され、タイバー１６に沿って移動（図における左右方向に移動）可能に配設される可動プラテン１３をさらに備える。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が、固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。可動プラテン１３を固定プラテン１２に対して接離させることで、型閉じ、型締め、及び型開きが行われる。型締め状態の可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間Ｃが形成される。

射出成形機１０は、シリンダ４１内で溶融した樹脂をノズル４２から射出し、金型装置３０内のキャビティ空間Ｃに充填する射出装置４０をさらに備える。射出装置４０は、射出用モータ４３を備える。射出用モータ４３の回転はボールねじ軸４４に伝えられる。ボールねじ軸４４の回転により前後進するボールねじナット４５はプレッシャプレート４６に固定されている。プレッシャプレート４６は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー４７、４８に沿って移動可能である。プレッシャプレート４６の前後進運動は、ベアリング４９、ロードセル５０、射出軸５１を介してスクリュ５２に伝えられる。スクリュ５２は、シリンダ４１内に回転自在に、且つ軸方向に移動自在に配設されている。スクリュ５２の後端部には、ホッパ５３から樹脂ペレット（樹脂材料）が供給される。射出軸５１には、ベルトやプーリ等の連結部材５４を介して計量用モータ５５の回転運動が伝達される。即ち、計量用モータ５５により射出軸５１が回転駆動されることにより、スクリュ５２が回転する。

計量工程においては、計量用モータ５５を駆動し、スクリュ５２を回転させ、スクリュ５２の後端部に供給された樹脂ペレットをスクリュ５２の前方に送る。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ５２の前方に樹脂が貯えられるので、スクリュ５２が後退する。射出工程においては、射出用モータ４３を駆動し、スクリュ５２を前進させ、樹脂を押してノズル４２から射出する。樹脂は、固定金型３２に形成されるスプルーＳを介して、固定金型３２と可動金型３３との間に形成されるキャビティ空間Ｃに押し込まれる。樹脂を押す力が、ロードセル５０により反力として検出される。つまり、ノズル４２からの樹脂の射出圧が検出される。検出された射出圧は、制御装置８０に入力される。また、キャビティ空間Ｃ内で樹脂が冷却によって熱収縮するので、熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、樹脂の射出圧が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート４６には、スクリュ５２の移動量を検出するための位置検出器５７が取り付けられている。位置検出器５７の検出信号は制御装置８０に入力される。位置検出器５７の検出信号は、スクリュ５２の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

射出用モータ４３、及び計量用モータ５５は、それぞれ、サーボモータであってよく、回転数を検出するためのエンコーダ４３ａ、５５ａが備えられている。エンコーダ４３ａ、５５ａで検出された回転数はそれぞれ制御装置８０に入力される。制御装置８０は、エンコーダ４３ａ、５５ａの検出結果に基づいて射出用モータ４３、及び計量用モータ５５をフィードバック制御する。

制御装置８０は、射出成形機１０の各種動作を制御する。制御装置８０は、マイクロコンピュータ等で構成されており、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

図２は、一実施形態による射出成形機の要部を示す図である。

シリンダ４１は、シリンダ保持部材６１を貫通している。シリンダ保持部材６１は、シリンダ４１の後端部の外周を保持する。シリンダ保持部材６１及びシリンダ４１には樹脂供給口６２が形成されている。樹脂供給口６２を介してホッパ５３からシリンダ４１内に供給された樹脂ペレットは、スクリュ５２のねじ溝内に充填される。スクリュ５２が回転すると、スクリュ５２のフライト（ねじ山）５２ａが動き、スクリュ５２のねじ溝内を樹脂ペレットが前方に送り出される。

シリンダ４１の外周には、複数のヒータ９１〜９４が設けられており、シリンダ４１を所定の温度に加熱する。シリンダ４１内を前方に移動する樹脂は、ヒータ９１〜９４からの熱により加熱される。樹脂はシリンダ４１の前方に行くにつれて溶融状態となる。シリンダ４１の先端部において、樹脂は完全に溶融した状態となる。そして、スクリュ５２の前方に溶融樹脂が蓄積されるにつれ、スクリュ５２は後退する。スクリュ５２が所定距離後退し、スクリュ５２の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、スクリュ５２の回転は停止される。そして、スクリュ５２の回転を停止した状態で、スクリュ５２が前進することにより、溶融樹脂がノズル４２から金型装置３０内に射出される。

スクリュ５２は、軸方向に沿って後方（樹脂供給側）から前方（ノズル側）にかけて、供給部５２Ｚ１、圧縮部５２Ｚ２、計量部５２Ｚ３として区別される。供給部５２Ｚ１は、樹脂が供給され、前方に搬送される部分である。圧縮部５２Ｚ２は、供給された樹脂を圧縮しながら溶融する部分である。計量部５２Ｚ３は、溶融した樹脂を一定量づつ計量する部分である。スクリュ５２のねじ溝の深さは、供給部５２Ｚ１で深く、計量部５２Ｚ３で浅く、圧縮部５２Ｚ２において前方に向かうほど浅くなっている。

シリンダ４１において、シリンダ保持部材６１よりも前方の部分は、複数（例えば４つ）のゾーンに分割され、複数のゾーンに対応して複数のヒータ９１〜９４が設けられる。各ヒータ９１〜９４への供給電流は制御装置８０によって独立に制御され、シリンダ４１はゾーン毎に加熱される。各ヒータ９１〜９４は、シリンダ４１の外周を囲むように設けられる。尚、図示していないが、ノズル４２の外周にもヒータが設けられてよい。

一方、シリンダ４１において、シリンダ保持部材６１に挿入される部分は、樹脂が軟化あるいは溶融しない温度に冷却される。シリンダ保持部材６１に形成される冷媒流路６３には冷却水などの冷媒が供給され、冷媒によってシリンダ４１が冷却される。

シリンダ４１のノズル４２側の温度は、樹脂の溶融温度に維持される。一方、シリンダ４１のホッパ５３側の温度は、樹脂のブリッジ（塊化）が生じないように、樹脂が軟化、溶融しない温度に保たれる。

本実施形態のシリンダ４１は、軸方向に複数（例えば２つ）の筒状部４１ａ、４１ｂに分割されている。２つの筒状部４１ａ、４１ｂのうち、樹脂供給口６２が形成される後側の筒状部４１ｂにはヒータが設けられておらず、ヒータ９１〜９４は前側の筒状部４１ａの外周に設けられている。

樹脂供給口６２が形成される後側の筒状部４１ｂは、シリンダ保持部材６１に形成される挿入孔に挿入され、シリンダ保持部材６１で保持されている。後側の筒状部４１ｂと、シリンダ保持部材６１とは、別部材となっているので、異なる材料で形成でき、異なる加工精度で加工できる。よって、筒状部４１ｂの内周と、スクリュ５２とのクリアランス精度が良く、樹脂供給量のバラツキが小さい。シリンダ保持部材６１は内部に冷媒流路６３を有し、後側の筒状部４１ｂの温度は樹脂が軟化、溶融しない温度に保たれている。冷媒流路６３を流れる冷媒としては、例えば冷却水などが用いられる。

樹脂供給口６２が形成される後側の筒状部４１ｂと、ヒータ９１〜９４が設けられる前側の筒状部４１ａとの間に断熱リング７１が配設されている。断熱リング７１は、筒状部４１ａ、４１ｂよりも熱伝導率の低い材料で構成され、例えばセラミックスなどで構成される。断熱リング７１は、筒状部４１ａ、４１ｂ同士を熱的に分離し、ヒータ９１〜９４の熱が樹脂供給口６２に伝わるのを抑制する。よって、ヒータ９１〜９４の発熱量、冷媒の流量等を低減することができ、シリンダ４１の温度分布を保つためのエネルギー使用量を削減することができる。

前側の筒状部４１ａの後端部には、外方に突出する突出部としてのフランジ部４１ｃが一体に設けられる。フランジ部４１ｃ及び断熱リング７１を貫通するボルト７２が、シリンダ保持部材６１に形成されるねじ孔に回転自在に螺合される。ボルト７２を締めると、ボルト７２の頭部と、シリンダ保持部材６１とが、フランジ部４１ｃ及び断熱リング７１を挟んで固定する。そうして、筒状部４１ａ、４１ｂが断熱リング７１を挟んで固定する。ボルト７２は、シリンダ４１の周りに等ピッチ（例えば１８０°間隔）で複数設けられてよい。

尚、本実施形態のフランジ部４１ｃは、前側の筒状部４１ａと一体に設けられるが、前側の筒状部４１ａと別に形成され、筒状部４１ａに固定されてもよい。

［第１変形例］
図３は、第１変形例による射出成形機の要部を示す図である。第１変形例では、樹脂供給口６２が形成される後側の筒状部４１ｂの前端部に、外方に突出する突出部としてのフランジ部４１ｄが一体に設けられる点で、上記実施形態と相違する。以下、相違点を中心に説明する。

前側のフランジ部４１ｃ、断熱リング７１、及び後側のフランジ部４１ｄを貫通するボルト７２が、シリンダ保持部材６１に形成されるねじ孔に回転自在に螺合される。ボルト７２を締めると、ボルト７２の頭部と、シリンダ保持部材６１とが、前側のフランジ部４１ｃ、断熱リング７１、及び後側のフランジ部４１ｄを挟んで固定する。そうして、筒状部４１ａ、４１ｂが断熱リング７１を挟んで固定する。ボルト７２は、シリンダ４１の周りに等ピッチ（例えば１８０°間隔）で複数設けられてよい。

本変形例では、前側のフランジ部４１ｃ、断熱リング７１、及び後側のフランジ部４１ｄを複数のボルト７２が貫通するので、前側の筒状部４１ａ、断熱リング７１、及び後側の筒状部４１ｂの位置関係が定まり、芯合わせが行われる。

尚、本変形例の後側のフランジ部４１ｄは、後側の筒状部４１ｂと一体に設けられるが、後側の筒状部４１ｂと別に形成され、筒状部４１ｂに固定されてもよい。

［第２変形例］
図４は、第２変形例による射出成形機の要部を示す図である。第２変形例では、ヒータ９１〜９４が設けられる前側の筒状部４１ａから突出する突出部４１ｅが前側の筒状部４１ａの断熱リング７１側の端面から前方に間隔をおいて設けられる点で、上記実施形態と相違する。以下、相違点を中心に説明する。

突出部４１ｅは、例えば、ヒータ同士の間にヒータと接触しないように配置され、前側の筒状部４１ａの周りに等ピッチ（例えば１８０°間隔）で複数設けられる。複数の突出部４１ｅに対応して複数のロッド７３が設けられる。ロッド７３の外周には、ねじ溝が形成されている。ロッド７３の一端部がシリンダ保持部材６１に形成されるねじ孔に螺合され、ロッド７３の他端部にはナット７４が回転自在に螺合されている。ナット７４を締めることで、ロッド７３を介して突出部４１ｅとシリンダ保持部材６１とが連結され、筒状部４１ａ、４１ｂ同士の間に断熱リング７１が挟んで固定される。断熱リング７１の外側にロッド７３が配置されている。ロッド７３はヒータ９１〜９４と離間して配置されている。

本変形例では、前側の筒状部４１ａから突出する突出部４１ｅが前側の筒状部４１ａの断熱リング７１側の端面から前方に間隔をおいて設けられている。そのため、高温側の突出部４１ｅと低温側のシリンダ保持部材６１とを連結するロッド７３の長さが長く、ロッド７３が空冷されるので、ロッド７３による伝熱の影響が抑えられ、高い断熱効果が得られる。ロッドによる伝熱の影響をさらに抑えるため、ロッド７３が筒状部４１ａ、４１ｂよりも低い熱伝導率の材料で構成されてもよい。

また、本変形例では、断熱リング７１の外側にロッド７３が配置されるので、熱伝導率の高いロッド７３が熱伝導率の低い断熱リング７１を貫通しておらず、高い断熱効果が得られる。

尚、本変形例の突出部４１ｅは、前側の筒状部４１ａと一体に設けられるが、前側の筒状部４１ａと別に形成され、筒状部４１ａに固定されてもよい。また、突出部４１ｅは、ブロック状のものが複数設けられるが、リング状のものが１つ設けられてよく、突出部４１ｅの形状、及び突出部４１ｅの数は特に限定されない。

［第３変形例］
図５は、第３変形例による射出成形機の要部を示す図である。図５は、図２〜図４と異なり、射出装置を下から見た図である。第３変形例では、ロッド７３がシリンダ保持部材６１を貫通しており、ロッド７３の先端部がシリンダ保持部材６１の背面（後面）で支持される取付部としてのナット７５に取り付けられている点で、上記第２変形例と相違する。以下、相違点を中心に説明する。

シリンダ保持部材６１にはロッド７３を貫通させる貫通孔が形成されている。貫通孔は、ロッド７３と接触しないように、ロッド７３よりも大径となっている。ロッド７３の外周には、ねじ溝が形成されている。ロッド７３の両端部にはナット７４、７５が回転自在に螺合されている。ナット７４、７５を締めることで、ロッド７３を介して突出部４１ｅとシリンダ保持部材６１とが連結され、筒状部４１ａ、４１ｂ同士の間に断熱リング７１が挟んで固定される。断熱リング７１の外側にロッド７３が配置されており、ロッド７３は断熱リング７１を貫通していない。ロッド７３はヒータ９１〜９４と離間して配置されている。

本変形例では、ロッド７３がシリンダ保持部材６１を貫通しており、ロッド７３の先端部がシリンダ保持部材６１の背面（後面）で支持されるナット７５に取り付けられている。そのため、ロッド７３の長さが長く、ロッド７３が空冷されるので、ロッド７３による伝熱の影響が抑えられ、高い断熱効果が得られる。この効果は、ロッド７３の先端部が、シリンダ保持部材６１の高温側の前面（図における左面）ではなく、低温側の後面（図における右面）と連結される点からも明らかである。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、置換が可能である。

１０ 射出成形機
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
４０ 射出装置
４１ シリンダ
４１ａ、４１ｂ 筒状部
４２ ノズル
５２ スクリュ
６１ シリンダ保持部材
６２ 樹脂供給口
６３ 冷媒流路
７１ 断熱リング
７３ ロッド
７５ ナット（取付部）

Claims (5)

1. 溶融した樹脂を金型内に充填して成形する射出成形機であって、
   樹脂が供給されるシリンダと、
   該シリンダを加熱するヒータとを備え、
   前記シリンダは、軸方向に複数の筒状部に分割されており、樹脂供給口が形成される筒状部と、前記ヒータが設けられる筒状部との間に断熱リングが配設されていることを特徴とする射出成形機。
2. 内部に冷媒流路を有し、前記樹脂供給口が形成される筒状部の外周を保持する保持部材をさらに備える請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記ヒータが設けられる筒状部から外方に突出する突出部と、前記保持部材とを連結するロッドをさらに備え、
   前記突出部は、前記ヒータが設けられる筒状部の前記断熱リング側の端面から間隔をおいて設けられる請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記ロッドは、前記断熱リングの外側に配置される請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記ヒータが設けられる筒状部から外方に突出する突出部と、前記保持部材とを連結するロッドが、前記保持部材を貫通しており、
   前記ロッドの先端部が、前記保持部材の背面で支持される取付部に取り付けられている請求項２〜４のいずれか一項に記載の射出成形機。

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