JP2013244642A - 溶融装置および射出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制した溶融装置、およびこれを含む射出成形装置を提供する。
【解決手段】溶融装置１００は、固形材料（例えば樹脂ペレット１）を溶融させる溶融部２と、溶融部２を加熱する加熱部３と、溶融部２へ固形材料を圧送するプランジャー４と、を有している。溶融装置１００は、更に、溶融部２にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料（例えば溶融樹脂５）を一時的に貯留する貯留部６と、貯留部６の溶融材料を貯留部６の外部へ圧送するピストン７と、を有している。更に、溶融装置１００は、溶融部２、プランジャー４、貯留部６、及びピストン７を内部に有するシリンダー８を有している。ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融材料を圧送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融装置および射出成形装置に関する。

射出装置等の成形装置には、スクリュータイプやプランジャータイプなどが存在する。その一例として、スクリュータイプの射出装置は、特許文献１に記載されているように、シリンダーとスクリューとを備えている。シリンダーに設けられたホッパーから投入されたペレットは、シリンダーの内部でスクリューが回転することによって射出ノズル側に移送させられるとともに、その移送過程で加熱されて溶融する。そして、溶融した樹脂をノズルの先端に集め、それを金型に射出する。

特許文献２には、プランジャーと溶融器とを有するプランジャータイプの射出装置が記載されている。この射出装置の溶融器は、円柱状の溶融器本体と、流入側大開口から流出側小開口へ向けて細くなる多数の円錐状溶融孔とを含む。

非特許文献１には、加熱シリンダーで溶融させた樹脂を、射出プランジャーにより射出する技術が記載されている。射出プランジャーは、加熱シリンダーとは別に設けられた射出シリンダー内に配置されている。

特開平６−２４６８０２号公報 特許４８１７４０２号公報 特開２００５−１６９８９９号公報

実用プラスチック成形加工事典編集委員会編、「実用プラスチック成形加工事典」、株式会社産業調査会事典出版センター、１９９７年６月３０日発行、第２５６頁〜第２５７頁

特許文献１の技術では、ペレットがスクリューによりせん断されながら溶融するため、せん断により樹脂の分解が生じる。それゆえ、得られる成形品の物性は、原料に比して劣る。また、スクリュータイプでは、せん断応力により樹脂の分解が進むことを抑制するため、なるべく低温で樹脂を溶融させるために、粘度の高い樹脂をスクリューで移送する必要がある。このため、大きな駆動力のスクリューが必要であることから装置が大型化してしまう。

非特許文献１の技術では、射出プランジャーは、加熱シリンダーとは別に設けられた射出シリンダー内に配置されている。このため、溶融装置の構成が複雑化するとともに溶融装置が大型化する。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制した溶融装置、およびこれを含む射出成形装置を提供する。

本発明は、固形材料を溶融させる溶融部と、
前記溶融部を加熱する加熱部と、
前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部の前記溶融材料を前記貯留部の外部へ圧送するピストンと、
前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
を有し、
前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を圧送することを特徴とする溶融装置を提供する。

この溶融装置によれば、プランジャーにより固形材料を溶融部へ圧送し、且つ、貯留部の溶融材料をピストンにより貯留部の外部へ圧送するので、スクリュータイプの場合におけるような、せん断による材料の分解を抑制することができる。また、ピストンは、溶融部を貫通して配置されているので、プランジャー及び溶融部を収容するシリンダーと、ピストンを収容するシリンダーとを共通化することができる。よって、装置の大型化を抑制することができる。

本発明によれば、せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制することができる。

第１の実施形態に係る溶融装置の模式図である。 第２の実施形態に係る溶融装置の模式図である。 第３の実施形態に係る溶融装置の模式図である。 第４の実施形態に係る溶融装置の模式的な断面図である。 第４の実施形態に係る溶融装置のピストンの先端部の構造を示す模式図である。 図６（ａ）は溶融孔の第１の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図、図６（ｂ）は溶融孔の第２の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図、図６（ｃ）は溶融孔の第３の変形例を示す溶融部材の拡大縦断側面図である。 ピストンの変形例を示す下面図である。 第１の実施形態に係る射出成形装置の模式的な正面断面図である。 変形例に係る溶融装置の模式的な平断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態に係る溶融装置１００の模式図である。このうち図１（ａ）は溶融装置１００の模式的な正面断面図、図１（ｂ）は溶融装置１００の模式的な平断面図、図１（ｃ）はピストン７の先端部の模式的な正面図である。図８は第１の実施形態に係る射出成形装置１５０の模式的な正面断面図である。

本実施形態に係る溶融装置１００は、固形材料（例えば樹脂ペレット１）を溶融させる溶融部２と、溶融部２を加熱する加熱部３と、溶融部２へ固形材料を圧送するプランジャー４と、を有している。溶融装置１００は、更に、溶融部２にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料（例えば溶融樹脂５）を一時的に貯留する貯留部６と、貯留部６の溶融材料を貯留部６の外部へ圧送するピストン７と、を有している。更に、溶融装置１００は、溶融部２、プランジャー４、貯留部６、及びピストン７を内部に有するシリンダー８を有している。ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融材料を圧送する。
図８に示すように、本実施形態に係る溶融装置１００は、射出成形用の金型１３０と組み合わせることによって、射出成形装置１５０として用いることができる。すなわち、本実施形態に係る射出成形装置１５０は、溶融装置１００を含んで構成されている。金型１３０は、例えば、一対の分割金型１１０、１２０からなる。溶融装置１００は、例えば射出装置として、分割金型１１０、１２０の間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂５を射出する。
以下、詳細に説明する。

溶融装置１００は、シリンダー８へ樹脂ペレット１を供給する材料供給部９を有している。材料供給部９は、貯留容器９１と、供給配管９２と、第１電磁弁９３と、ガス配管９４と、第２電磁弁９５と、を有している。

貯留容器９１は、樹脂ペレット１を貯留している。供給配管９２は、貯留容器９１とシリンダー８とを連通させており、樹脂ペレット１を貯留容器９１からシリンダー８へ供給する。第１電磁弁９３は、供給配管９２の出口に設けられている。第１電磁弁９３は、開閉動作によりシリンダー８内への樹脂ペレット１の供給状態と非供給状態との切替を行う他、開度の調整により、シリンダー８内への樹脂ペレット１の供給量の調整を行う。ガス配管９４は、貯留容器９１へＮ_２などの高圧ガスを供給する。貯留容器９１内の樹脂ペレット１は、高圧ガスにより圧送されることによって、供給配管９２を通してシリンダー８へ供給される。第２電磁弁９５は、ガス配管９４の出口に設けられている。第２電磁弁９５は、開閉動作により貯留容器９１への高圧ガスの供給状態と非供給状態との切替を行う。

なお、シリンダー８には、樹脂ペレット１とともに供給される高圧ガスを排出するためのエアベント（図示略）が形成されている。

プランジャー４は、シリンダー８内へ供給された樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する。プランジャー４は、ピストン７の周囲に配置されている。プランジャー４は、例えば、横断面形状がドーナツ状であることが挙げられる。

或いは、複数個のプランジャー４がピストン７の周囲に配置されていても良い。例えば、円柱状の複数のプランジャー４が、円周上に並んで配置されていることが挙げられる。

プランジャー４は、樹脂ペレット１を圧送する本体部４１と、本体部４１に対して螺合しているスクリューネジ４２と、このスクリューネジ４２に対して図示しないモーターの回転力を伝達する回転伝達部４３と、を有している。スクリューネジ４２の長手方向は、プランジャー４の移動方向（例えば上下方向）に延在している。回転伝達部４３は、本体部４１を基準として、溶融部２とは反対側（例えば上側）に配置されている。回転伝達部４３は、図示しないタイミングベルトを介して、モーターの回転軸と連結されている。

モーターが一方向に回転することにより、スクリューネジ４２が一方向に回転し、本体部４１は、樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する方向（例えば下方）に移動する。モーターが逆方向に回転することにより、スクリューネジ４２が逆方向に回転し、本体部４１は、溶融部２から遠ざかる方向（例えば上方）へ移動する。図１に示すように、本体部４１は、第１電磁弁９３を閉塞しない位置まで、溶融部２から遠ざかることができるようになっている。本体部４１がその位置に存在する状態において、材料供給部９からシリンダー８へ樹脂ペレット１が供給される。

プランジャー４は、ピストン７の外周面と、シリンダー８の内周面とにそれぞれ接しており、移動の際に、ピストン７の外周面と、シリンダー８の内周面とにそれぞれガイドされる。

溶融部２は、シリンダー８の内部に形成されている。本実施形態の場合、溶融部２は、シリンダー８の内周面と、ピストン７の外周面と、の間の空隙により構成されている。後述する加熱部３により溶融部２の樹脂ペレット１が加熱されて溶融する。

貯留部６は、溶融部２と隣接するシリンダー８の内腔領域のうち、溶融部２を基準としてプランジャー４とは反対側の領域により構成されている。本実施形態の場合、貯留部６は、溶融部２の下側に隣接している。

貯留部６における溶融部２とは反対側の端部には、溶融樹脂５を金型（例えば図８に示す射出成形用の金型１３０）へ射出する射出口６１が形成されている。

ピストン７は、柱状（具体的には、例えば、円柱状）に形成されている。ピストン７は、その一部分がシリンダー８内に配置され、他の一部分はシリンダー８の外部に突出している。例えば、ピストン７の上部は、シリンダー８の上端より上方に突出している。

ピストン７は、例えば、その上部が保持部材７２に対して螺合することによって、該保持部材７２により保持されている。すなわち、ピストン７の上部には、雄ネジ部７１が形成され、この雄ネジ部７１は、保持部材７２に形成された雌ネジ部７３と螺合している。

更に、ピストン７は、保持部材７２よりも上方において、図示しない油圧シリンダーに連結されている。この油圧シリンダーにより、ピストン７は、該ピストン７の軸心方向に移動させられる。油圧シリンダーとピストン７とは、ピストン７がその軸周りに回転可能なように、相互に連結されている。また、上記のように、ピストン７は、保持部材７２に対して螺合することによって、保持部材７２により保持されている。このため、油圧シリンダーがピストン７をその軸方向に移動させることにより、ピストン７は保持部材７２に対して相対的に回転するようになっている。

油圧シリンダーがピストン７を貯留部６側へ押圧することにより、すなわち油圧シリンダーがピストン７を下降させることにより、ピストン７は、一方向に回転しながら、貯留部６内に進入し、貯留部６の溶融樹脂５を射出口６１より押し出す。

なお、ここでは、ピストン７が軸周りに回転する例を説明したが、ピストン７は、軸周りに回転せずに、油圧シリンダーにより軸方向に直線移動しても良い。この場合、ピストン７は油圧シリンダーにより保持されている構成とすることができ、ピストン７の雄ネジ部７１が不要であるとともに、雌ネジ部７３を含む保持部材７２が不要である。
また、ここでは、油圧シリンダーによってピストン７を軸方向に移動させるときに、ピストン７の雄ネジ部７１が保持部材７２の雌ネジ部７３に対して回転する例を説明したが、この例に限らない。例えば、ピストン７を図示しないモーターにより軸周りに回転させることによって、ピストン７の雄ネジ部７１が保持部材７２の雌ネジ部７３に対して回転しながら、ピストン７が軸方向に直線移動するようにしても良い。

ここで、本実施形態の場合、ピストン７において、少なくとも貯留部６に進入する部位の外径は、貯留部６の内径と等しい。このため、貯留部６内の樹脂を効率的に金型へ射出することができる。具体的には、ピストン７の外径は、その先端のテーパー形状部を除き一定となっている。

一方、油圧シリンダーがピストン７を上昇させることにより、ピストン７は、逆方向に回転しながら、貯留部６より引き抜かれ、元の位置に戻る（図１）。

なお、ピストン７の一度の下降によって射出口６１より射出される溶融樹脂５の量は、金型内で樹脂成形品の成形を１回行うのに必要な樹脂量に相当する。

加熱部３は、例えば、シリンダー８における溶融部２の周囲に配置されている第１ヒータ３１と、ピストン７に組み込まれている第２ヒータ３２と、を有している。第２ヒータ３２は、ピストン７に内蔵されていても良いし、第２ヒータ３２の表面の一部がピストン７から露出していても良い。

第１ヒータ３１は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はＩＨ（インダクションヒーティング）ヒータである。また、第２ヒータ３２は、例えば、カートリッジヒータである。

このうちＩＨヒータについて説明する。ＩＨヒータは、溶融部２を誘導加熱する電磁誘導装置である。ＩＨヒータは、樹脂又はセラミック製の断熱材コイルボビンにＩＨ（インダクションヒーティング）コイルを巻くことにより構成されている。ＩＨコイルへ交流電力を入力することにより、溶融部２の配置領域における磁束が変化し、シリンダー８において溶融部２の周囲に位置する部分の内部に生じる渦電流により、当該部分にジュール熱が生じる。すなわち、シリンダー８における溶融部２の周囲の部分が発熱する。シリンダー８における溶融部２の周囲の部分は、ＩＨヒータによる加熱によって、樹脂ペレット１の溶融温度以上の温度に加熱される。

シリンダー８は、その横断面形状が円形である。シリンダー８において、溶融部２を基準として、貯留部６とは反対側の部分は、一定の径に形成されている。

一方、溶融部２は、例えば、貯留部６側に向けてテーパー状に縮径している。ここで、直線的なテーパー状に限らず、曲線的なテーパー状でも良い。図１に示すように、テーパー状に且つ段階的に縮径していても良い。また、溶融部２は、貯留部６側に向けて階段状に縮径していても良い。つまり、溶融部２は、貯留部６側に向けて、徐々に横断面積が小さくなっている。

ここで、溶融部２内の材料の温度は、溶融部２の入り口側から、出口側（貯留部６側）に向けて、徐々に高温となるようになっている。
上記のように溶融部２の横断面積が貯留部６側に向けて徐々に小さくなっているため、例えば、加熱部３による溶融部２内の材料の加熱能力を位置によらず均一に設定することにより、このような温度勾配を実現できる。

溶融部２内の樹脂ペレット１は、溶融部２の出口側に近づくにつれて徐々に溶融して小さくなり、最終的に溶融樹脂５となる。この溶融樹脂５は、ピストン７の外周面とシリンダー８の内周面との間隙を通して、溶融部２から貯留部６へ流出する。

ここで、ピストン７とシリンダー８との隙間を通して溶融樹脂５が溶融部２から貯留部６へ流れ込みやすいように、ピストン７の先端部の外周面には、図１（ｃ）に示すように溝７４が形成されていることが好ましい。この溝７４は、ピストン７の軸心方向に延在している。

図９（ａ）は第１の実施形態に係る溶融装置１００の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー８とピストン７の間に形成される溶融部２は、空洞でも良いが、図９（ａ）に示すように、シリンダー８の内面よりピストン７側に向けて突出し且つ鉛直に配置された１つ又は複数の仕切り板１８によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。仕切り板１８は、シリンダー８の内面によって片持ち式に支持する。また、ピストン７の動作を阻害しないように、ピストン７と仕切り板１８との間にクリアランスを設ける。仕切り板１８はシリンダー８およびピストン７からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット１に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット１を効率的に溶解できる。またシリンダー８と仕切り板１８との少なくとも何れか一方の表面に凹凸を形成し、シリンダー８と仕切り板１８との少なくとも何れか一方と樹脂ペレット１との接触面積を増やしても良い。

また、例えば、貯留部６の先端部は、射出口６１側に向けて、テーパー状に縮径している。これに合わせて、ピストン７の先端部は、テーパー状の突起形状に形成されていることも好ましい。これにより、貯留部６の溶融樹脂５を一層効率的に射出することができる。

溶融装置１００は、更に、貯留部６の周囲に配置されたヒータ１２を更に有している。これにより、貯留部６内の溶融樹脂５が固化してしまうことを抑制し、貯留部６内の溶融樹脂５を流動状態に維持することができるようになっている。

溶融装置１００は、更に、当該溶融装置１００における溶融部２の入口（例えば上端部）の近傍の部分を冷却する冷却部１１を有している。これにより、溶融部２の入口の近傍で樹脂ペレット１が溶融してしまうことを抑制できる。その結果、プランジャー４に溶融した樹脂が付着してしまうことを抑制できる。

シリンダー８の材質としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。ピストン７の材質としては、窒化鋼、耐摩耗性及び耐食性のある硬化処理されたクロム（Ｃｒ）鋼、ステンレス等の金属であることが挙げられる。ただし、ピストン７の材質は、これらに限定されるものではなく、必要とされる耐熱性、耐久性（耐摩耗性）、耐腐食性を満たすものであれば、どのような材質のものであってもかまわない。プランジャー４の材質は、ピストン７と同様である。

以上のような第１の実施形態によれば、プランジャー４により固形の樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送し、且つ、貯留部６の溶融樹脂５をピストン７により貯留部６の外部へ圧送する。よって、スクリュータイプの場合におけるような、せん断による材料の分解を抑制することができる。また、ピストン７は、溶融部２を貫通して、貯留部６の溶融樹脂５を圧送するので、プランジャー４及び溶融部２を収容するシリンダー８と、ピストン７を収容するシリンダー８とを共通化することができる。よって、溶融装置１００の大型化を抑制することができる。
要するに、せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制することができる。

また、溶融部２は、横断面形状がドーナツ状であり、ピストン７の周囲に配置されている。このような構造により、ピストン７が溶融部２を貫通して貯留部６の溶融材料を圧送する構成を実現することができる。

また、ピストン７の先端部の外径が、貯留部６の内径と等しいことにより、貯留部６の溶融樹脂５を効率的に射出することができる。

ピストン７が回転しながら軸方向に移動することにより、ピストン７に対する溶融樹脂５の付着を抑制することができる。

また、加熱部３は、溶融部２の周囲に配置されている第１ヒータ３１を有しているだけでなく、ピストン７に組み込まれている第２ヒータ３２を有している。これにより、溶融部２内の材料を外側及び内側の双方から効率的にスムーズに加熱溶融させることができる。

また、溶融装置１００は、当該溶融装置１００における溶融部２の入口側の近傍の部分を冷却する冷却部１１を有している。これにより、溶融部２の入り口側の近傍の部分での樹脂ペレット１の溶融を抑制し、プランジャー４に溶融樹脂５が付着してしまうことを抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
図２は第２の実施形態に係る溶融装置２００の模式図である。このうち図２（ａ）は溶融装置２００の模式的な正面断面図、図２（ｂ）は溶融装置２００の模式的な平断面図である。

本実施形態に係る溶融装置２００は、以下に説明する点で、上記の第１の実施形態に係る溶融装置１００と相違し、その他の点では、溶融装置１００と同様に構成されている。

本実施形態の場合、シリンダー８の内側に、筒状の内筒部８１が配置されている。この内筒部８１は、シリンダー８に固定されている。図２では、内筒部８１とシリンダー８とが、それらの上端部において相互に固定されている例を示しているが、内筒部８１とシリンダー８とは、例えば、溶融部２において、部分的に（材料を通過可能な状態で）、相互に固定されていても良いし、溶融部２よりも上方の部位において、部分的に、相互に固定されていても良い。図２では内筒部８１の径が一定で、シリンダー８がテーパー形状である態様を示しているが、逆の形状すなわちシリンダー８を一定径とし、内筒部８１をテーパー形状としても良い。より具体的には、溶融部２の横断面積が貯留部６側に向けて小さくなるように、内筒部８１を貯留部６側に向けて拡径することができる。この場合シリンダー８がストレート形状なのでヒータ３を取り付けやすい利点がある。

内筒部８１は、例えば、溶融部２の出口側部分（下端部）から、シリンダー８における射出口６１とは反対側の端部に亘って延在している。

図９（ｂ）は第２の実施形態に係る溶融装置２００の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー８と内筒部８１との間に形成される溶融部２は、空洞でも良いが、図９（ｂ）に示すように、鉛直に配置された仕切り板１８によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。本実施形態の場合、仕切り板１８は、シリンダー８の内面から内筒部８１の外面に亘って架設する。仕切り板１８はシリンダー８および内筒部８１からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット１と熱源との接触面積が増えて、樹脂ペレット１に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット１を効率的に溶解できる。またシリンダー８、内筒部８１および仕切り板１８のうちの少なくとも何れか１つ以上の表面に凹凸を形成し、これらの少なくとも何れか１つ以上と樹脂ペレット１との接触面積を増やしても良い。

本実施形態の場合、溶融部２は、内筒部８１の下部における外周面と、シリンダー８の内周面と、の間の空隙により構成されている。
内筒部８１の下端付近には、シリンダー８と内筒部８１との間に、溶融樹脂５の流動方向を一方向に規制する図示しない逆止弁を設けても良い。ピストン７の下降に伴い、貯留部６内の溶融樹脂５を溶融部２の方向（図２の上方向）に押し戻そうとする圧がかかるが、逆止弁により溶融樹脂５の逆流を防止することができる。

内筒部８１の下部における内側には、第３ヒータ３３が設けられている。第３ヒータ３３は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はＩＨヒータである。

なお、本実施形態の場合、ピストン７に第２ヒータ３２（図１）が組み込まれていなくても良いし、組み込まれていても良い。
前者の場合、第３ヒータ３３が第２ヒータ３２の代わりに溶融部２を内側から加熱する。後者の場合、第３ヒータ３３が第２ヒータ３２とともに溶融部２を内側から加熱する。

また、本実施形態の場合、内筒部８１の内側にピストン７の一部分が配置されている。

更に、内筒部８１は、上記の第１の実施形態における保持部材７２の機能を兼ねる。すなわち、内筒部８１は、例えば、その上部の内周面に雌ネジ部８２が形成されており、この雌ネジ部８２に対して、ピストン７の雄ネジ部７１が螺合している。

内筒部８１の材質としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。

本実施形態の場合、溶融樹脂５は、例えば、内筒部８１の外周面とシリンダー８の内周面との間隙を通して、溶融部２から貯留部６へ流出する。

以上のような第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

ここで、具体的な動作の例を説明する。先ず、プランジャー４により固形の樹脂ペレット１を溶融部２へ圧送する。溶融部２にて溶融した樹脂すなわち溶融樹脂５は貯留部６へと送られる。ピストン７を前進（図の下方へ移動）させることにより必要量の溶融樹脂５を射出成形用の金型１３０へ圧送する。射出後にピストン７を後退（図では上方へ移動）させることにより、貯留部６が負圧となるため、溶融部２の溶融樹脂５が貯留部６の方へ引きこまれることになる。すなわち、ピストン７の後退動作により貯留部６への溶融樹脂充填が促進され、成形サイクルを効率的に行うことができる利点が得られる。
第２の実施形態による溶融装置２００は、射出成形用の金型１３０と組み合わせることによって、射出成形装置として用いることができる。溶融装置２００を射出成形装置として用いた場合に、特に、上記のように成形サイクルを効率的に実施できることによるメリットが大きい。
第１の実施形態ならびに後述する他の実施形態によっても、同様の利点が得られる。

〔第３の実施形態〕
図３は第３の実施形態に係る溶融装置３００の模式図である。このうち図３（ａ）は溶融装置３００の模式的な正面断面図、図３（ｂ）は溶融装置３００の模式的な平断面図である。

本実施形態に係る溶融装置３００は、以下に説明する点で、上記の第２の実施形態に係る溶融装置２００と相違し、その他の点では、溶融装置２００と同様に構成されている。

溶融装置３００は、材料を加熱する溶融部材１５を溶融部２内に有している。溶融部材１５は、横断面形状がドーナツ状のものであり、内筒部８１の外周面と、シリンダー８の内周面と、の間に固定されている。

溶融部材１５には、材料を上流側から下流側へ通過させる多数の（複数の）溶融孔１６が、溶融部材１５の上端から下端に向けて貫通して形成されている。溶融孔１６の各々は、例えば、錐台状（例えば円錐台状）などのテーパー形状であることが挙げられるが、テーパーを持たないストレート形状であっても良い。また、溶融孔１６には、段差部や湾曲部が形成されていても良い。溶融部材１５の材質としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。

なお、溶融部材１５を配置する都合上、本実施形態の場合、シリンダー８は、溶融部２の配置領域において、テーパー状に縮径しておらず、ストレート状に形成されている。
ピストン７の下降に伴い、貯留部６内の溶融樹脂５を溶融部２の方向に押し戻そうとする圧がかかる。これを防止するため、溶融部材１５の下端付近に、図示しない逆止弁を設けても良い。

本実施形態の場合、樹脂ペレット１は、プランジャー４により溶融孔１６内に圧送され、溶融孔１６を通過する際に次第に細径化し、最終的には溶融孔１６内において溶融樹脂５となる。

以上のような第３の実施形態によっても、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

〔第４の実施形態〕
図４は第４の実施形態に係る溶融装置４００の模式的な正面断面図である。
図５は溶融装置４００のピストン７の先端部の構造を示す模式図である。このうち図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿った平断面図、図５（ｄ）は下面図である。図５（ｂ）及び図５（ｄ）は、開閉部１７０が閉状態となっているときの状態を示し、図５（ｃ）は、開閉部１７０が開状態となっているときの状態を示す。

本実施形態に係る溶融装置４００は、以下に説明する点で、上記の第３の実施形態に係る溶融装置３００と相違し、その他の点では、溶融装置３００と同様に構成されている。

上記の第１乃至第３の実施形態では、ピストン７の外径が貯留部６の内径と等しい例を説明したが、本実施形態の場合、ピストン７は、柱状（例えば円柱状）の本体部７００と、本体部７００の先端に設けられた開閉部１７０と、を有している。
本体部７００の外径は、貯留部６の内径よりも小さい。
その代わり、開閉部１７０は、貯留部６の横断面を閉塞する閉状態と、閉塞しない開状態と、に切り替わり可能に構成されており、ピストン７により貯留部６の溶融樹脂５を圧送する時に、開閉部１７０が閉状態となるようになっている。

図５に示すように、開閉部１７０は、それぞれ扇状に形成された複数枚の羽根部を有している。開閉部１７０は、例えば、８枚の羽根部１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８を有している。各羽根部１７１〜１７８は、板状に形成され、各々の板面がピストン７の軸方向に対して直交している。

これら羽根部１７１〜１７８が互いに重ならない状態において、これら羽根部１７１〜１７８が協働して貯留部６の横断面を閉塞する（図５（ｂ））。すなわち、開閉部１７０が閉状態となる。

この開状態で、ピストン７が下降することにより、貯留部６の溶融樹脂５を射出口６１より効率的に射出することができるようになっている。なお、閉状態では、羽根部１７１、１７３、１７５、１７７、１７２、１７４、１７６、１７８が円周上にこの順で並んで配置されている。

一方、例えば、羽根部１７１、１７３、１７５、１７７が互いに重なり合うとともに、羽根部１７２、１７４、１７６、１７８が互いに重なり合うことにより、開閉部１７０は、開状態となる（図５（ｃ））。

この開状態で、ピストン７を上昇させることにより、ピストン７を抵抗なく貯留部６から容易に引き抜くことができる。また、開状態において、開閉部１７０を通して、溶融樹脂５を溶融部２から貯留部６へ流入させることができる。

ピストン７の本体部７００は、第１軸部７５と、第２軸部７６と、第３軸部７７と、第４軸部７８と、を有している。第１軸部７５は、円筒状に形成され、第１軸部７５の内部に第２軸部７６が配置されている。第２軸部７６は、円筒状に形成され、第２軸部７６の内部には第３軸部７７が配置されている。第３軸部７７は円筒状に形成され、第３軸部７７の内部には第４軸部７８が配置されている。第１軸部７５、第２軸部７６、第３軸部７７及び第４軸部７８は、互いに同軸に配置されている。

例えば、第１軸部７５の先端（例えば下端）には、羽根部１７１及び羽根部１７２が１８０度間隔で固定されている。同様に、第２軸部７６の先端（例えば下端）には羽根部１７３及び羽根部１７４が１８０度間隔で固定され、第３軸部７７の先端（例えば下端）には羽根部１７５及び羽根部１７６が１８０度間隔で固定され、第４軸部７８の先端（例えば下端）には羽根部１７７及び羽根部１７８が１８０度間隔で固定されている。

本実施形態の場合、第１軸部７５が油圧シリンダーに連結されており、油圧シリンダーによって第１軸部７５が軸方向に移動（昇降）するようになっている。

第２軸部７６の基端（例えば上端）は、第１軸部７５の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している（図４）。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第２軸部７６は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、４５°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７３を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７４を重ねることができる。

同様に、第３軸部７７の基端（例えば上端）は、第２軸部７６の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第３軸部７７は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、９０°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７５を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７６を重ねることができる。

同様に、第４軸部７８の基端（例えば上端）は、第３軸部７７の基端（例えば上端）よりも基端側（例えば上方）に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第４軸部７８は第１軸部７５に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転（例えば、１３５°回転）により、羽根部１７１に羽根部１７７を重ねるとともに、羽根部１７２に羽根部１７８を重ねることができる。

なお、例えば、図４に示すように、第４軸部７８の外周面には、リング状の突起７８ａが形成され、この突起７８ａが、第３軸部７７の内周面に嵌合している。同様に、第３軸部７７の外周面には、リング状の突起７７ａが形成され、この突起７７ａが、第２軸部７６の内周面に嵌合している。同様に、第２軸部７６の外周面には、リング状の突起７６ａが形成され、この突起７６ａが、第１軸部７５の内周面に嵌合している。これにより、第１軸部７５、第２軸部７６、第３軸部７７及び第４軸部７８は、軸周りに相互に回動自在、且つ、軸方向には一体的に移動するように、相互に連結されている。

また、本実施形態の場合、溶融装置４００は、内筒部８１と一体的な第２内筒部８２を、内筒部８１の周囲に有している。第３ヒータ３３は、内筒部８１の外側、且つ、第２内筒部８２の内側に設けられている。溶融部材１５は、第２内筒部８２の外周面と、シリンダー８の内周面との間に固定されている。

以上のような第４の実施形態によっても、上記の第１乃至第３の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記の第３及び第４の実施形態では、溶融孔１６の形状が、円錐台形状などの錐台形状である例を説明したが、溶融孔１６は、入り口側から出口側へ向けて細くなる形状として、その他の形状を選択しても良い。
例えば、図６（ａ）に示すように、溶融孔１６は、内径が段階的に（階段状に）細くなる形状であっても良い。或いは、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、内径が２次曲線状に細くなる形状であっても良い。このうち図６（ｂ）の例では、溶融孔１６は、入り口側に近い部位での径の変化量が大きい竜巻形状である。図６（ｃ）の例では、溶融孔１６は、出口側に近い部位での径の変化量が大きい逆釣鐘形状である。

また、上記の第１の実施形態に係る溶融装置１００だけでなく、第２乃至第４の実施形態に係る溶融装置２００、３００、４００も、金型１３０と組み合わせることによって、それぞれ射出成形装置として用いることができる。

また、上記の実施形態では、本発明の溶融装置を適用する成形装置として射出成形装置を例示したが、本発明の溶融装置を適用する成型装置は、ブロー成型装置、押出フィルム／シート成型装置、インフレーションフィルム成型装置などであっても良い。これの成型装置に適用する金型としては、公知のものを用いることができる。

上記の各実施形態の溶融装置ならびに射出成形装置によって得られる成形体は、溶融に伴う熱履歴が少ないため、優れた物性を有する。上記の各実施形態の溶融装置ならびに射出成形装置によって得られる射出成形体は、特に剛性や表面硬度に優れることが期待される。

また、通常、射出成形装置においては、射出装置により溶融、射出された樹脂を金型に充填するが、せん断に伴う樹脂の分解を抑制する上で、低圧で金型に充填されるため組み合わせる金型は一般的なものよりも薄く、加熱・冷却制御が可能な構造であることが望ましい。

また、図７はピストン７の変形例を示す下面図である。図７に示すように、上記の第１乃至第３の実施形態におけるピストン７の先端には、下方に向けて突出する放射状のリブ７ａを形成しても良い。この場合、ピストン７が回転することにより、リブ７ａが貯留部６内の溶融樹脂５を攪拌し、貯留部６内の溶融樹脂５の温度を均一にすることができる。

また、図示は省略するが、第４の実施形態におけるピストン７の先端にも、リブを形成しても良い。この場合、例えば、一番下の羽根部１７１、１７２にリブを形成することが挙げられる。

また、ピストン７は、溶融樹脂５の逆流を防止する逆流防止機構を備えていても良い。このような逆流防止機構については、例えば、特許文献３、非特許文献１等に記載されている（特許文献３の逆流防止装置、非特許文献１の逆流防止リング）。

１ 樹脂ペレット
２ 溶融部
３ 加熱部
４ プランジャー
５ 溶融樹脂
６ 貯留部
７ ピストン
７ａ リブ
８ シリンダー
９ 材料供給部
１１ 冷却部
１２ ヒータ
１５ 溶融部材
１６ 溶融孔
１８ 仕切り板
３１ 第１ヒータ
３２ 第２ヒータ
３３ 第３ヒータ
４１ 本体部
４２ スクリューネジ
４３ 回転伝達部
６１ 射出口
７１ 雄ネジ部
７２ 保持部材
７３ 雌ネジ部
７４ 溝
７５ 第１軸部
７６ 第２軸部
７６ａ 突起
７７ 第３軸部
７７ａ 突起
７８ 第４軸部
７８ａ 突起
８１ 内筒部
８２ 雌ネジ部
８２ 第２内筒部
９１ 貯留容器
９２ 供給配管
９３ 第１電磁弁
９４ ガス配管
９５ 第２電磁弁
１００ 溶融装置
１１０ 分割金型
１２０ 分割金型
１３０ 金型
１５０ 射出成型装置
１７０ 開閉部
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８ 羽根部
２００ 溶融装置
３００ 溶融装置
４００ 溶融装置
７００ 本体部

Claims (11)

1. 固形材料を溶融させる溶融部と、
   前記溶融部を加熱する加熱部と、
   前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
   前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
   前記貯留部の前記溶融材料を前記貯留部の外部へ圧送するピストンと、
   前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
   を有し、
   前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を圧送することを特徴とする溶融装置。
2. 前記溶融部は、横断面形状がドーナツ状であり、前記ピストンの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融装置。
3. 前記プランジャーは、前記ピストンの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融装置。
4. 前記プランジャーは、横断面形状がドーナツ状であることを特徴とする請求項３に記載の溶融装置。
5. 前記ピストンの先端部の外径が、前記貯留部の内径と等しいことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の溶融装置。
6. 前記ピストンは、
   柱状の本体部と、
   前記本体部の先端に設けられ、前記貯留部の横断面を閉塞する閉状態と、閉塞しない開状態と、に切り替わり可能な開閉部と、
   を有し、
   前記ピストンによる前記溶融材料の圧送時に、前記開閉部が閉状態となることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の溶融装置。
7. 前記ピストンは、回転しながら軸方向に移動することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の溶融装置。
8. 前記加熱部は、前記溶融部の周囲に配置されている第１ヒータを有していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の溶融装置。
9. 前記加熱部は、前記ピストンに組み込まれている第２ヒータを有していることを特徴とする請求項８に記載の溶融装置。
10. 当該溶融装置における前記溶融部の入口側の近傍の部分を冷却する冷却部を有していることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の溶融装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の溶融装置を含む射出成形装置。

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