JP2014004744A - 縦型射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置において、供給された成形材料を良好なシール状態に圧縮可能として射出量を安定化させる。
【解決手段】 縦方向に加熱筒２１が設けられた縦型射出装置１３において、加熱筒２１は、側方または上方に開口部が設けられた材料供給口２９と、材料供給口２９に連通されスクリュ２２と内孔３０ａとの間に間隙Ｗを有する大径部３０と、前記大径部３０の下方に位置し内孔３１ａの直径が徐々に小さく設けられたテーパー部３１と、前記テーパー部３１の下方に位置しスクリュ２２のフライト２３と内孔３２ａとの間隙の無い小径部３２とが備えられ、前記スクリュ２２は先端に逆流防止弁を備えていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置に関するものである。

射出成形機の加熱筒内で成形材料を前方に送る際に成形材料に圧縮を加えることは計量を安定させるために重要である。とりわけ、スクリュ先端に逆流防止弁が設けられていない熱硬化性樹脂材料等の射出装置の場合には、加熱筒内で樹脂材料を前方に送る際の圧縮が重要となる。何故ならスクリュに逆流防止弁が無いタイプでは、射出の際に逆流防止弁が無いためにスクリュ前方の溶融樹脂がスクリュのフライト間の側に逆流しようとするが、圧縮された樹脂材料のうちの固体から半溶融化した部分がシールの役割を果たして溶融樹脂の逆流が阻止されるからである。このような熱硬化性樹脂用射出成形機のスクリュについて記載したものとして特許文献１のものが知られている。

しかしながら特許文献１にも記載されるように、特に熱硬化性樹脂用射出成形機のスクリュの場合、スクリュの圧縮比を上げさえすれば樹脂材料が圧縮されるから良好なシールが出来るというものではない。何故なら極端な圧縮は樹脂材料の完全な溶融化や過剰な発熱を招き、射出時の溶融樹脂の逆流や、加熱筒内での熱硬化性樹脂材料の硬化を誘発するからである。

また観点を変えて縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置について検討すると、縦型射出装置については重力の影響で供給口から供給された成形材料が前方（下方）に向けて圧縮されながら供給されやすいと思われがちであるが、横型射出装置の場合よりも前方に向けて圧縮しながら供給されにくいという問題がある。横型射出装置の場合、加熱筒の内孔の下方に樹脂材料がまとまって溜まるので、それをスクリュのフライトにより前方に送っていけば良好に圧縮ができる。しかし縦型射出装置では、成形材料が加熱筒の内孔の全周に拡散してしまうので、そのまま樹脂材料を前方に送っていっても樹脂材料がまとまって圧縮されないからである。

また縦型射出装置では、横型射出装置のように供給口が加熱筒の上方にある訳ではないので、供給口の部分で成形材料がスクリュのフライトと加熱筒の内孔の間に噛み込みが発生しやすいという問題もあった。そしてスクリュのフライトと加熱筒の内孔の間に噛み込みが発生すると射出時に反力が発生して不安定な挙動となるなどの問題が発生する。前記の噛み込みの問題に対応するものとして特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２では材料供給口に対応する部分のスクリュのフライト部を低くすることにより、フライト部と加熱筒の内面間に所定の隙間を設けて、成形材料の噛み込みを防止している。また特許文献１の図４では材料供給口の周囲のみに拡径された部分を設けることにより、供給されるペレット材料がスクリュの全周に行き渡るようにリング状の凹通路を形成することも記載されている。

特開平４−２５４２４号公報（請求項１、効果、第４図） 特開平１０−２９６８０７号公報（請求項１、００１５、図１、図４）

上記のように縦型射出装置の場合、スクリュにより成形材料を圧縮しながら前方（下方）に向けて供給しにくいという問題があるが、特許文献１について縦型射出装置に採用した場合についてはこの問題は解消されない。即ち特許文献１では、材料供給口における成形材料の噛み込みは解消されるかも知れないが、フライトのある部分の加熱筒内孔の断面積は同じであるので、供給された成形材料はフライトが無い部分はそのまま落下するが、フライトのある部分では従来と同様にほとんど圧縮されることなく、成形材料がそのまま前方（下方）に送られるのみであるからである。

そこで本発明は、縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置において、供給された成形材料を良好なシール状態に圧縮可能として射出量を安定化させた縦型射出装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の縦型射出装置は、縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置において、前記加熱筒は、側方または上方に開口部が設けられた材料供給口と、材料供給口に連通されスクリュと内孔との間に間隙を有する大径部と、前記拡径部の下方に位置し内孔の直径が徐々に小さく設けられたテーパー部と、前記テーパー部の下方に位置しスクリュのフライトと内孔との間隙の無い小径部とが備えられ、前記スクリュは先端に逆流防止弁を備えていないことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の縦型射出層置は、請求項１において、前記大径部は、材料供給口から下方に向けてスクリュのフライトの１ピッチ分以上の長さにわたり形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の縦型射出層置は、請求項１において、前記スクリュは、フィードゾーン：メタリングゾーンの圧縮比が１．１：１〜１：１．０５を特徴とする。

本発明の縦型射出装置は、縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置において、前記加熱筒は、側方または上方に開口部が設けられた材料供給口と、材料供給口に連通されスクリュと内孔との間に間隙を有する大径部と、前記大径部の下方に位置し内孔の直径が徐々に小さく設けられたテーパー部と、前記テーパー部の下方に位置しスクリュのフライトと内孔との間隙の無い小径部とが備えられ、前記スクリュは先端に逆流防止弁を備えていないので、熱硬化性樹脂等の材料であっても、射出時の溶融材料の加熱筒後方側への逆流を最低限または許容範囲内に安定化することができる。

本実施形態の縦型射出装置の要部を示す断面図である。 本実施形態の縦型射出装置の可塑化時の状態を示す概略説明図である。 従来の縦型射出装置の可塑化状態を示す概略説明図である。

図１に示されるように、縦型射出成形機１１は、縦型型締装置１２と縦型射出装置１３からなっている。縦型型締装置１２は、上金型１４が取付けられる上盤１５に対して、下金型１６が取付けられる下盤１７が配置され、下盤１７は図示しない型開閉装置により昇降され型締装置により型締されるようになっている。ただしトグル機構を用いる場合は型開閉機構と型締機構は兼用される。本実施形態の上金型１４と下金型１６は、熱硬化性樹脂成形用であって、型内に加熱媒体が流通されるようになっている。図示しないベッド側に設けられた受圧盤に対して上盤１５はタイバ１８により連結されていて、下盤１７の昇降はタイバ１８によってガイドされるようになっている。本発明において縦型型締装置１３の構造は本実施形態以外のものでもよく、上盤が柱部材により固定され、型締時に受圧盤が下方に向けて牽引されるものや、上盤が可動盤として昇降されるもの、上盤または下盤がロータリ式の回転テーブルを有するものなどでもよい。

上盤１５の上面には縦型射出装置１３のノズル２０が挿入される凹状の孔１９が設けられ、ノズル２０は上盤１５の前記孔１９を介して、上金型１４のノズルタッチ面に当接されるようになっている。縦型射出装置１３は、上盤１５に固定される図示しない柱部材に取付けられるか、またはベースに設けられた図示しない柱部材に取付けられ、図示しない昇降装置により上盤１５等に対して昇降可能となっている。加熱筒２１には図示しない下プレート（ハウジング部）が固定され、下プレートと前記昇降装置が接続されている。また下プレートおよび加熱筒２１は、メンテナンスのために柱部材に対して揺動可能となっている。更に図示は省略するが下プレートに対向して前後進可能に上プレートが設けられ、上プレートにはスクリュ２２に接続される軸部材が回転自在に取付けられている。スクリュ２２を回転させるのは計量用サーボモータであり、スクリュ２２を加熱筒２１内で前後進移動させるのは、射出用サーボモータである。計量機構や射出機構は、サーボモータに替えて油圧機構を使用してもよい。また縦型射出装置１３の他の部分についても上記以外の形態のものであってもよい。

縦方向に設けられる加熱筒２１は、特殊鋼からなり、所定の肉厚を有する円筒状の部材である。加熱筒２１の中心軸に沿って設けられた内孔にはスクリュ２２が挿入されている。本実施形態のスクリュ２２について先に説明すると、スクリュ２２の長さと直径の比であるＬ／Ｄは、これに限定されるものではないが一例として１０〜２０となっている。そしてスクリュ２２には、ピッチ間隔が一定なフライト２３が、後方（上方）から前方（下方）に向けて形成されている。本実施形態では全ての区間に対して直径が同じフライト２３が１本だけ形成されているが、フライトの一部に切欠けや直径が異なる部分を有するものなど、フライト２３の細部形状は限定されない。

また本実施形態のスクリュ２２の軸２４は後方（上方）から前方（下方）に向けて同じ太さに形成されている。従ってスクリュ２２は、一般的なスクリュのフィードゾーンＦに相当する部分：メタリングゾーンＭに相当する部分の圧縮比が１：１となっている。スクリュ２２の加工上の問題と強度上の問題から、スクリュ２２のフィードゾーンＦに相当する部分とメタリングゾーンＭに相当する部分の軸２４の太さが同一であり、圧縮比も１：１であることが好ましい。また特に例えば直径が３０ｍｍ以下の小径のスクリュでは圧縮比が１：１であることがより好ましい。ただし本発明において、一例としてフィードゾーン：メタリングゾーンの空間体積の圧縮比が１．１：１〜１：１．０５の範囲内のスクリュを用いてもよい。前記の圧縮比が異なる場合においては、スクリュ２２の軸２４の直径を変化させてもピッチ比を変化させてもよい。そして圧縮比がフィードゾーン：メタリングゾーンの圧縮比が１．１：１のような圧力が開放されるスクリュの場合、前方（下方）に向けて軸部２５の太さを細くしたものでもよい。ただし圧縮比が１：１．０５を超えるようなスクリュの場合は、成形材料の溶融化が進行しすぎるので望ましくない。

そしてスクリュ２２の先端はフライト２３が無くなった部分からそのままスクリュヘッド２５となり、スクリュヘッド２５は円錐状に先細となっている。従って本発明のスクリュ２２は、逆流防止リングや逆流防止ボールチェック等の逆流防止弁が設けられていない。スクリュ２２に逆流防止弁が設けられていないのは、熱硬化性樹脂を使用する際に、樹脂が硬化した際の清掃等のメンテナンスを容易にするためであり、または逆流防止弁によって形成される隘路を溶融樹脂が通過する際の発熱を防止するためでもある。なおスクリュ先端部の形状は逆流防止弁がない状態で他の形状であってもよい。

またスクリュ２２の後方（上方）の軸端部２８近傍は、フライト２３が形成されておらず、加熱筒２１の上方の小径部２６の内孔２６ａの直径に対して僅かに直径が小さいリング部２７が設けられている。更にスクリュ２２の軸端部２８はスプライン形状等になっており、図示しないカップリング等を介して別の計量用サーボモータから駆動力が伝達される軸部材に接続されるようになっている。

図１に示されるように、加熱筒２１は大きく分けて、後方（上方）から順に、スクリュ２２上部のリング部２７と摺動可能に当接する上方の小径部２６、材料供給口２９に連通されスクリュ２２と内孔３０ａとの間に間隙Ｗを有する大径部３０、前記大径部３０の下方に位置し内孔３１ａの直径が徐々に小さく設けられたテーパー部３１、前記テーパー部３１の下方に位置しスクリュ２２のフライト２３と内孔３２ａとの間隙の無い小径部３２の４つの領域からなっている。またその前方（下方）には、別途シリンダヘッド部３３が取付けられ、シリンダヘッド部３３の内部は、内孔の直径が徐々に小さく設けられた円錐状のテーバー部３３ａとなっており、その先端にはノズル孔３３ｂに接続されている。従ってシリンダヘッド部３３についても加熱筒２１の一部と考えれば、更にテーパー部３３ａが更に含まれ、５つの領域からなっている。そしてシリンダヘッド部３３の先端には中心にノズル孔２０ａが形成されたノズル２０が設けられている（ノズル２０の内面がテーパー部３３ａであるものを含む）。ただし熱硬化性樹脂用の縦型射出装置１３の場合、ノズル２０は非常に短いものとなっている。

スクリュ２２のリング部２７と摺動する加熱筒２１の上方の小径部２６については、スクリュ２２の回転を安定させるための部分であり、加熱筒２１上方から成形材料が放出されることや、外部の埃等が加熱筒２１の内部に入るのを防止する部分でもある。また加熱筒内を減圧する場合などはこの部分を別途シールしてもよい。本実施形態では、上方の小径部２６は加熱筒２１と一体形成されるが、別個に上方の小径部２６の部分を加熱筒２１に取付けたものでもよい。更に上方の小径部２６は発明にとって必須ではなく、スクリュ２２のリング部２７を大径にして加熱筒２１の上方に延長された後述する大径部３０の内孔３０ａと摺動するようにしてもよい。

そして上方の小径部２６の下方には、前記上方の小径部２６からテーパー状に拡径されて、或いは段差を介して拡径されて、スクリュ２２と内孔３０ａとの間に間隙Ｗを有する大径部３０が設けられている。大径部３０におけるスクリュ２２のフライト２３と内孔３０ａとの間隙Ｗの長さは、成形材料の直径以上となっている。また間隙Ｗの長さは、縦型射出装置１３の大きさや成形材料の直径にもよるが、一例として３〜１０ｍｍ程度が好ましい。そして前記大径部３０の途中に材料供給口２９の開口部が設けられている。ただし材料供給口２９は加熱筒２１の大径部３０の上方に材料供給口の開口部が設けられたものでもよい。

材料供給口２９へは、図示しない材料供給装置からシャッタの取付けられた供給管３４が接続されている。材料供給装置としては、別途にフィードスクリュを設けるようにしてもよく、材料供給装置との接続方法および材料供給口の形状は限定されない。

加熱筒２１における大径部３０の垂直方向の長さＬ１（軸方向の長さ）は、厳密に対応するものではないが、一般的なスクリュ２２のフィードゾーンＦに対向する部分に設けられている。大径部３０と材料供給口２９との関係では、材料供給口２９の下端２９ａから下方に向けてスクリュ２２のフライト２３の１ピッチ分以上の長さに大径部３０が設けられる。より望ましくは大径部３０は、これに限定されるものではないが好ましくは材料供給口２９の下端２９ａから下方に向けて、フライト１〜６ピッチ分にわたり形成されている。

また本実施形態では大径部３０の内孔３０ａの水平方向の断面形状は、スクリュ２２の軸芯を中心とした真円形であって、垂直方向にわたって同じ直径となっている。従って、スクリュ２２のフライト２３と内孔３０ａの間隙Ｗはどの部分でも同じ長さとなっている。しかし大径部３０の内孔３０ａは、水平方向の断面形状が真円以外に楕円形であってもよく、僅かな凹凸があるものも含まれる。また垂直方向の位置によって直径等も若干の差があってもよい。

加熱筒２１の前記大径部３０の下方には、内孔３１ａの直径が徐々に小さく設けられたテーパー部３１が設けられている。テーパー部３１は、厳密に対応するものではないが、一般的なスクリュのコンプレッションゾーンＣに対向する部分に設けられている。そしてテーパー部３１の下方の終端における直径は、スクリュ２２のフライトよりもごく僅かに大きい直径となっている。本実施形態のテーパー部の内孔３１ａの水平方向の断面形状は、スクリュ２２の軸芯を中心とした真円形状であるが、真円以外のものてあってもよい。

そして前記テーパー部３１の下方には、スクリュ２２のフライト２３と内孔３２ａとの間隙の無い小径部３２が接続されている。小径部３２の直径については垂直方向（加熱筒の軸方向）について全て同一となっている。小径部３２の直径は、スクリュ２２のフライト２３の直径に対して溶融樹脂が逆流しない程度にごく僅かに大きく設けられているので、両者の間隙は実質的に無い状態となっている（カジリを発生しない程度のごく僅な間隙がある場合を含む）。そして前記小径部３２の下方には、シリンダヘッド部３３のテーパー部３３ａに接続され、シリンダヘッド部３３にはノズル２０が取付けられている。

またノズル２０とシリンダヘッド部３３を含む加熱筒２１の外周には油または水といった液媒を加熱筒２１の周囲に流通させることができるカバーが設けられ、加熱筒２１と内部の熱硬化性樹脂材料の温度が上昇しすぎないように温度制御可能となっている。また加熱筒は液媒に加えてファンにより冷却を行うものを用いてもよい。更に加熱筒２１は、前記の冷却を目的とした温度制御機構以外に電気ヒータや誘導加熱装置といった加熱を目的とした温度制御装置を設けたものでもよい。

次に図２により本実施形態の縦型射出成形機１１による成形方法について説明する。本実施形態の成形方法に使用される成形材料は、熱硬化性樹脂材料ｍである。熱硬化性樹脂材料ｍ（以下単に樹脂材料ｍと略す）の種類は、フェノール樹脂、フッソ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂等、種類は選ばない。また熱硬化性樹脂材料ｍの形態も、粉体、顆粒状（ペレット状）、のどちらであってもよい。そして加熱筒の温度は樹脂材料ｍが硬化温度にまで上昇しないように、液媒により制御されている。これに限定されるものではないが一例として加熱筒２１の温度は、加熱筒２１の前方（下方）の１ショット分の溶融材料が貯留される部分だけが熱硬化性樹脂が溶融されるよう１００℃程度に加熱され、残りのゾーンは熱硬化性樹脂が溶融されないよう３０℃程度に冷却されている。

そして計量工程が開始されると、縦型射出装置１３の図示しない計量用サーボモータの駆動によりスクリュ２２が回転される。また図示しない射出用サーボモータはスクリュ２２に対して背圧を加えるように制御される。そしてスクリュ２２が回転されている状態（または回転されない状態で供給してもよい）で、図示しない材料供給装置のシャッタが開放され、供給管３４を介して樹脂材料ｍが加熱筒２１内に供給される。本実施形態では樹脂材料ｍの供給量は、材料供給口２９から供給管３４に樹脂材料ｍがオーバーフローされるくらいまで供給される。その際に材料供給口２９から加熱筒２１の内孔３０ａに供給された熱硬化性樹脂材料ｍの一部は、スクリュ２２のフライト２３間に供給され、他の一部はスクリュ２２のフライト２３と加熱筒２１の内孔３１ａの間隙Ｗに供給される。

従って本発明では、大径部３０においてスクリュ２２と内孔３０ａとの間に間隙Ｗが形成されているので、材料供給口２９の縁部または近傍部でフライト２３と内孔３０ａの間で樹脂材料ｍが噛み込まれるという問題が発生しない。また大径部３０の間隙Ｗの部分にも樹脂材料ｍが供給されるので、従来の特許文献２のものより、加熱筒２１内の水平方向の断面あたりに樹脂材料ｍが大量に供給される。そしてそれらの樹脂材料ｍは、スクリュ回転とともに前方（下方）に向けて供給されるが、テーパー部３１により加熱筒２１の内孔３１ａの直径が下方に向けて縮経されているので、下方に送られるに従って樹脂材料ｍは圧縮される。そして圧縮された樹脂材料ｍは、テーパー部３１の部分またはその下方の小径部３２の部分で半溶融樹脂ｍ１となる。そして半溶融樹脂ｍ１は、更に加熱筒２１の小径部３２を通過する際に外部からの加熱もあって溶融樹脂ｍ２に状態変化され、溶融樹脂ｍ２は加熱筒２１の小径部３２内のスクリュ２２の前方に貯留される。そして溶融樹脂ｍ２の加熱筒２１の前方への貯留とともにスクリュ２２が後退される。なおこれら樹脂材料ｍ、半溶融樹脂ｍ１、および溶融樹脂ｍ２への変化は、徐々に行われるものであり、樹脂材料ｍと半溶融樹脂ｍ１、半溶融樹脂ｍ１と溶融樹脂ｍ２が突然変化されるものでないことは言うまでもない。

そして所定の計量完了位置までスクリュ２２が後退して計量が完了すると、次に射出用サーボモータを作動させてスクリュ２２を前進させ、加熱筒２１内のスクリュ２２の前方の溶融樹脂ｍ２をノズル２０を介して上金型１４と下金型１６が型合せされて形成されたキャビティ内に射出する。この際にテーパー部３１から小径部３２にかけての部分、または小径部３２の後方側の部分では、樹脂材料ｍが圧縮されて半溶融樹脂ｍ１へ状態変化されているので、シール作用を果たし、逆流防止弁が無くてもスクリュ前方の溶融樹脂ｍ２が後方側へ向けて逆流が起きないかまたは射出時のスクリュ前方から後方側への溶融樹脂ｍ２の逆流を最低限または許容範囲内に安定化させることができる。そしてまた射出時には大径部３０およびテーパー部３１のフライト間以外の間隙Ｗにある樹脂材料ｍや半溶融樹脂ｍ１も前進されるので、圧縮されていた部分の圧力の低下を防ぐことができる。一方、図３のものでは、射出時にスクリュ前方側から溶融樹脂ｍ２が螺旋状に樹脂が逆流してくるのに対して、スクリュ前方側に向けて送られる半溶融樹脂ｍ１等が無いか半溶融樹脂ｍ１の層が少ないので、圧縮されていた部分の圧力が低下してしまう。

本発明の縦型射出装置１３は、熱硬化性樹脂のほか、逆流防止弁を使用しないほうが有利に成形できる成形材料を用いた縦型射出装置に使用することができる。一例として、逆流防止弁によって形成される隘路を通過することにより、繊維材料等が切断される繊維材料を含有する樹脂や、成形材料が変質する樹脂の成形にも使用できる。

１１ 縦型射出成形機
１２ 縦型型締装置
１３ 縦型射出装置
２１ 加熱筒
２２ スクリュ
２３ フライト
２９ 材料供給口
３０ 大径部
３１ テーパー部
３２ 小径部
２６ａ，３０ａ，３１ａ，３２ａ 内孔
Ｗ 間隙

Claims (3)

1. 縦方向に加熱筒が設けられた縦型射出装置において、
   前記加熱筒は、側方または上方に開口部が設けられた材料供給口と、
   材料供給口に連通されスクリュと内孔との間に間隙を有する大径部と、
   前記大径部の下方に位置し内孔の直径が徐々に小さく設けられたテーパー部と、
   前記テーパー部の下方に位置しスクリュのフライトと内孔との間隙の無い小径部とが備えられ、
   前記スクリュは先端に逆流防止弁を備えていないことを特徴とする縦型射出装置。
2. 前記大径部は、材料供給口から下方に向けてスクリュのフライトの１ピッチ分以上の長さにわたり形成されていることを特徴とする請求項１に記載の縦型射出装置。
3. 前記スクリュは、フィードゾーン：メタリングゾーンの圧縮比が１．１：１〜１：１．０５の範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型射出装置。