JP2014083730A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】成形材料の熱劣化を抑制できる射出成形機の提供。
【解決手段】射出成形機は、シリンダ１１と、シリンダ１１内に成形材料を供給する材料供給装置８１と、シリンダ１１内に回転自在に且つ軸方向に進退自在に配設されるスクリュ２０と、スクリュ２０を駆動する駆動装置６０とを備える。材料供給装置８１は、成形サイクル毎に、１ショット分と同量の成形材料をシリンダ１１内に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、シリンダと、シリンダ内に成形材料（例えば樹脂ペレット）を供給する材料供給装置と、シリンダ内に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュとを備える。スクリュのねじ溝内に供給された樹脂は、スクリュの回転に伴って前方に送られ、シリンダからの熱などによって徐々に溶融される。溶融された樹脂がスクリュの前方に送られ、シリンダ前部に蓄積されるにつれ、スクリュが後退させられる。その後、スクリュが前進させられると、スクリュの前方に蓄積された溶融樹脂は、シリンダの前端に形成されるノズルから射出され、金型装置のキャビティ空間に充填される。充填された溶融樹脂を固化させることによって成形品が得られる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３５１６６１号公報

シリンダ内の成形材料が熱劣化し、炭化物などの異物がスクリュに付着すると、あるとき異物が剥落して成形品に混入する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形材料の熱劣化を抑制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、本発明の一態様の射出成形機は、
シリンダと、
該シリンダ内に成形材料を供給する材料供給装置と、
前記シリンダ内に回転自在に且つ軸方向に進退自在に配設されるスクリュと、
該スクリュを駆動する駆動装置とを備え、
前記材料供給装置は、成形サイクル毎に、１ショット分と同量の成形材料を前記シリンダ内に供給する。

本発明によれば、成形材料の熱劣化を抑制できる射出成形機が得られる。

本発明の一実施形態の射出成形機に搭載される射出装置を示す図である。 図１の駆動装置を示す図である。 一実施形態の計量工程におけるスクリュの設定背圧の時間変化を示す図である。

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。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。以下、樹脂の射出方向を前方とし、樹脂の射出方向とは反対方向を後方として説明する。

射出成形機は、固定金型及び可動金型で構成される金型装置を閉じる型閉じ工程、金型装置を締める型締め工程、金型装置内に溶融樹脂を流し込む充填工程、流し込んだ樹脂に圧力をかける保圧工程、保圧工程後に金型装置内で樹脂を固化させる冷却工程、次の成形品のための溶融樹脂を計量する計量工程、金型装置を開く型開き工程、及び型開き後の金型装置から成形品を突き出す突き出し工程を１サイクルとし、成形品を繰り返し製造する。成形サイクルの短縮のため、計量工程は、冷却工程の間に行われてよい。

図１は、本発明の一実施形態の射出成形機に搭載される射出装置を示す図である。射出成形機は、型締装置及び射出装置１０を有する。型締装置は、固定金型が取り付けられる固定プラテン、及び可動金型が取り付けられる可動プラテンを備え、可動プラテンを進退させ、可動金型を固定金型に接離させることによって型閉じ、型締め及び型開きを行う。型締装置は、電動モータ及びトグル機構を用いたトグル式、流体圧シリンダを用いた直圧式、リニアモータ及び電磁石を用いた電磁式のいずれでもよく、その方式は特に限定されない。

射出装置１０は、成形材料（例えば樹脂ペレット）が供給されるシリンダ１１と、該シリンダ１１の前端に配設されたノズル１２と、シリンダ１１内に回転自在に且つ軸方向に進退自在に配設されたスクリュ２０と、シリンダ１１を加熱する加熱源としてのヒータｈ１１〜ｈ１３と、シリンダ１１の後方に配設された駆動装置６０とを含む。

スクリュ２０は、スクリュ本体２１と、該スクリュ本体２１より前方に配設された射出部２２とからなり、後端の軸部５１を介して駆動装置６０と連結される。スクリュ本体２１は、フライト部２３、及びフライト部２３の前端に対して着脱自在に配設された圧力部材２４を備える。フライト部２３は、棒状の本体部２３ａ、及び該本体部２３ａの外周面に突出させて形成された螺旋状のフライト２３ｂを備え、該フライト２３ｂに沿って螺旋状のねじ溝２６が形成される。フライト部２３の後端から前端にかけて、ねじ溝２６の深さは一定であってよく、スクリュ圧縮比が一定であってよい。

尚、圧力部材２４を配設することなく、スクリュ本体２１の全体にわたってフライト部を形成してもよく、スクリュ本体２１は後端から前端にかけて、樹脂が供給される供給部、供給された樹脂を圧縮させながら溶融させる圧縮部、溶融された樹脂を一定量ずつ計量する計量部として区別されてもよい。ねじ溝の深さは、供給部で深く、計量部で浅く、圧縮部において前方に向かうほど浅くなる。

射出部２２は、先端に円錐形の部位を備えたヘッド部３１、該ヘッド部３１の後方に隣接させて形成されたロッド部３２、該ロッド部３２の周囲に配設された逆止リング３３、及び圧力部材２４の前端に取り付けられたシールリング（チェックリング）３４からなる。

計量工程時に、スクリュ２０の後退に伴って、ロッド部３２に対して逆止リング３３が前方に移動させられ、シールリング３４から離されると、射出部２２の後方から前方に樹脂が送られる。また、射出工程時に、スクリュ２０の前進に伴って、逆止リング３３がロッド部３２に対して後方に移動させられ、シールリング３４に当接させられると、樹脂の逆流が防止される。

シリンダ１１の後端の近傍には、成形材料供給口としての樹脂供給口１４が形成され、該樹脂供給口１４は、スクリュ２０をシリンダ１１内における前進限位置に置いた状態において、ねじ溝２６の後端部と対向する箇所に形成される。樹脂供給口１４には、シリンダ１１内に樹脂を供給する材料供給装置８１が取り付けられる。

材料供給装置８１は、成形材料（例えば樹脂ペレット）を収容するホッパ８２、ホッパ８２の下端から水平方向に延在するフィードシリンダ８３、フィードシリンダ８３の前端から下方に延在する筒状の案内部８４、フィードシリンダ８３内において回転自在に配設されたフィードスクリュ８５、及びフィードスクリュ８５を回転させるフィードモータ８６などを備える。尚、フィードシリンダ８３は、必ずしも水平方向に延在する必要はなく、例えば水平方向に対して斜めに延在してもよく、出口側が入口側よりも高くてもよい。

ホッパ８２内からフィードシリンダ８３内に供給された樹脂は、フィードスクリュ８５の回転に伴ってフィードスクリュ８５のねじ溝に沿って前進させられる。フィードスクリュ８５の前端から案内部８４内に送られた樹脂は、案内部８４内を落下し、シリンダ１１内に供給される。尚、フィードシリンダ８３内に供給された樹脂は、図示されないヒータによって加熱（予熱）されてもよい。この際、樹脂は、溶融することがない温度、例えば、ガラス転移点以下の所定の温度に予熱されてよい。

図２は、図１の駆動装置を示す図である。駆動装置６０は、シリンダ１１内でスクリュ２０を回転させる駆動源としての計量モータ６１を含む。計量モータ６１は、サーボモータであってよい。計量モータ６１は、サポートフレームＦｒに固定される固定子６２、及び固定子６２の内側に配設される筒状の回転子６３を含む。回転子６３の後端に固定されるスプラインナット６４は、回転部材６５とスプライン結合される。つまり、回転部材６５は、スプラインナット６４と共に回転自在、且つ、スプラインナット６４に対して進退自在となっている。回転部材６５は、スクリュ２０の軸部５１の後端にカップリング５２を介して連結される連結体６６と、連結体６６にボルトなどで固定される支持体６７とで構成される。支持体６７の外周には、スプラインナット６４と結合するためのスプライン溝６８が形成される。計量モータ６１の回転は、回転部材６５を介して、軸部５１に伝えられ、スクリュ２０が回転される。そうすると、フライト部２３のフライト２３ｂが動き、フライト部２３のねじ溝２６内に供給された樹脂が前方に送られる。

駆動装置６０は、シリンダ１１内でスクリュ２０を軸方向に移動させる駆動源としての射出モータ７１を含む。射出モータ７１はサーボモータであってよい。射出モータ７１は図示されない筒状の出力軸を有し、該出力軸にボールねじ軸７２がスプライン結合される。つまり、ボールねじ軸７２は、射出モータ７１の出力軸と共に回転自在、且つ、射出モータ７１の出力軸に対して進退自在となっている。ボールねじ軸７２と螺合されるボールねじナット７３は、ロードセル７４を介してサポートフレームＦｒに固定される。ロードセル７４は、サポートフレームＦｒと射出モータ７１との間に配設され、スクリュ２０の背圧（スクリュ２０を前方に押す圧力）を検出する。ボールねじ軸７２の前端から同軸的に延びるシャフト７５は、ベアリングＢｒ１、Ｂｒ２を介して回転部材６５に対して回転自在に且つ進退不能に支持されている。射出モータ７１を駆動すると、ボールねじ軸７２が回転しながら進退され、回転部材６５やスクリュ２０が進退される。充填工程でスクリュ２０が進退されるとき、スクリュ２０が回転しないように、計量モータ６１を駆動して回転部材６５の回転を止めてよい。尚、計量モータ６１はブレーキ付きのモータでもよく、充填工程においてブレーキの制動力で回転部材６５の回転を止めてもよい。

尚、駆動装置６０は、シリンダ１１内でスクリュ２０を回転させたり進退させたりできるものであればよく、その構成は図２の構成に限定されない。

次に、射出成形機の動作について説明する。射出成形機の動作（例えば射出装置１０の動作や材料供給装置８１の動作）は、コントローラによって制御される。コントローラは、ＣＰＵ、メモリなどで構成される。コントローラは、メモリなどに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行させることにより、各種機能を実現する。

計量工程では、計量モータ６１を駆動し、スクリュ２０を回転させる。スクリュ２０の回転数が設定回転数になるように計量モータ６１に電流が供給される。スクリュ２０の設定回転数は、一定でもよいし、スクリュ２０の位置や計量開始時からの経過時間などに応じて変更されてもよい。

スクリュ２０の回転開始と同時に、すなわち、計量工程の開始と同時に、フィードモータ８６を駆動し、フィードスクリュ８５を回転させよい。つまり、計量工程の開始と同時に、材料供給装置８１が材料の供給を開始してよい。

シリンダ１１内に供給された樹脂は、スクリュ２０の回転に伴ってスクリュ２０のねじ溝２６に沿って前進させられると共に、ヒータｈ１１〜ｈ１３によって加熱され、溶融される。また、樹脂は、スクリュ本体２１における樹脂の圧力上昇開始位置からスクリュ本体２１の前端にかけて、次第に加圧される。圧力上昇開始位置は、圧力部材２４から後方に所定の距離だけ離れた位置にあり、スクリュ２０の回転数などに応じて変位する。圧力部材２４から所定範囲内の距離に圧力上昇開始位置があると、樹脂の溶融状態が安定化し、成形品の重量が安定化する。

スクリュ２０のねじ溝２６に沿って前進された樹脂は、圧力部材２４とシリンダ１１との間の樹脂流路を通過し、その間に混練された後、シリンダ１１とロッド部３２との間の樹脂流路を通過して前進させられ、スクリュ２０の前方に送られ、シリンダ前部に蓄積される。スクリュ２０の前方に溶融樹脂が蓄積されるにつれ、スクリュ２０は後退する。

計量工程では、射出モータ７１を駆動して、スクリュ２０に背圧を加え、スクリュ２０の急激な後退を抑制する。これにより、樹脂の混練性が向上し、また、樹脂中のガスが後方に逃げやすくなる。スクリュ２０の背圧が設定背圧になるように、射出モータ７１に電流が供給される。

スクリュ２０を後退させる間、コントローラは図示されない位置センサでスクリュ２０の位置を監視する。スクリュ２０が計量完了位置まで後退し、スクリュ２０の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、計量モータ６１の駆動が停止され、スクリュ２０の回転が停止され、計量工程が完了する。

充填工程では、射出モータ７１を駆動し、スクリュ２０を前進させ、型締め状態の金型装置内のキャビティ空間に樹脂を押し込む。スクリュ２０が樹脂を前方に押す圧力（樹脂の充填圧）は、ロードセル７４により反力として検出される。キャビティ空間に充填された樹脂は冷却によって収縮するため、収縮分の樹脂を補充すべく、保圧工程では、樹脂の充填圧が設定圧になるように、コントローラが射出モータ７１を制御する。

ところで、シリンダ１１内の樹脂が熱劣化して、炭化物などの異物がスクリュ２０に付着すると、あるとき異物が剥落して成形品に混入する。樹脂がシリンダ１１に供給されてから排出されるまでの平均時間（以下、「樹脂のシリンダ滞留時間」という）が短くなるほど、樹脂がシリンダ１１内で熱劣化しにくい。

そこで、材料供給装置８１は、成形サイクル毎に、１ショット分と同量の樹脂をシリンダ１１内に供給する。１ショット分の樹脂は、１回の成形で使用される樹脂のことである。樹脂は、金型装置に形成されるスプルーやランナーを経て、キャビティ空間に充填される。金型装置がコールドランナー金型の場合、キャビティ空間に充填される樹脂だけでなく、スプルーやランナーに充填された樹脂も固化され、型開き後に金型装置から取り出される。そのため、コールドランナー金型の場合、１ショット分の樹脂は、１回の成形で金型装置内に充填される樹脂のことである。一方、金型装置がスプルーやランナーを加熱するホットランナー金型の場合、キャビティ空間に充填された樹脂のみが固化され、成形品として取り出される。そのため、ホットランナー金型の場合、１ショット分の樹脂は、１回の成形でキャビティ空間に充填される樹脂のことである。

材料供給装置８１は、成形サイクル毎に、１ショット分と同量の樹脂をシリンダ１１内に供給すべく、例えば所定の時間、所定の回転数でフィードスクリュ８５を回転させる。成形サイクル毎に、１ショット分と同量の樹脂がシリンダ１１内に供給されるため、樹脂のシリンダ滞留時間が短くなったり長くなったりすることがなく、安定化するので、樹脂のシリンダ１１内での熱劣化が抑制できる。

材料供給装置８１が１ショット分と同量の樹脂の供給を完了した後、駆動装置６０がスクリュ２０を回転させる計量工程を完了してよい。樹脂の供給完了後、しばらくの間、スクリュ２０が回転され、ねじ溝２６内の樹脂が前進され、スクリュ２０の前方に送られる。よって、計量工程の完了時に、ねじ溝２６内に残る樹脂量が少なく、樹脂がねじ溝２６内に供給されてからねじ溝２６の前方に排出されるまでの平均時間（以下、「樹脂のフライト滞留時間」という）が短縮でき、樹脂のシリンダ滞留時間が短縮できる。尚、計量工程の完了時にねじ溝２６内に残る樹脂の大部分は、次の計量工程でスクリュ２０の前方に送られてよい。

駆動装置６０は、スクリュ２０を回転させる計量工程を、スクリュ２０の後退速度が減速しスクリュ２０が後退しなくなるまで行ってよい。スクリュ２０が後退しなくなるまでスクリュ２０が回転されるので、計量工程完了時にねじ溝２６内に樹脂がほとんど残らず、樹脂のフライト滞留時間がさらに短縮できる。

材料供給装置８１が１ショット分と同量の樹脂の供給を完了した後、駆動装置６０がスクリュ２０を回転させる計量工程を完了する場合、計量工程の後半では計量工程の前半に比べて、ねじ溝２６内に存在する樹脂の量が少なくなる。そのため、スクリュ２０の前方に樹脂を送る速度が遅くなり、スクリュ２０の後退速度が遅くなる。そこで、スクリュ２０の後退速度の低下を抑え、計量時間を短縮するため、スクリュ２０の設定回転数は、時間の経過と共に高くなってよい。スクリュ２０の設定回転数は、段階的又は連続的に高くなってよい。

尚、スクリュ２０の設定回転数は、計量工程の最初から高めに設定されてもよく、一定でもよい。スクリュ２０の設定回転数が高めに設定されていると、計量時間が短縮できるだけでなく、シリンダ１１内における樹脂の前進速度が速く、シリンダ１１内における樹脂の溶融開始点が前側（ノズル１２側）になり、樹脂の溶融時間が短縮でき、樹脂が熱劣化しにくい。

図３は、一実施形態の計量工程におけるスクリュの設定背圧の時間変化を示す図である。図３は、スクリュ２０の後退開始時刻ｔ２以降のスクリュ位置の時間変化を合わせて示す。

図３に示す時刻ｔ１でスクリュ２０が回転開始され、計量工程が開始される。計量工程の開始と共に、樹脂がねじ溝２６の後端付近から前方に送られ始め、計量工程の開始前（保圧工程後）にシリンダ１１の前端部やノズル１２などに残る樹脂と合わさる。するとスクリュ２０の前方に蓄えられる樹脂の圧力で、スクリュ２０が後退し始める。

新たな樹脂と、古い樹脂との合わせ部分での気泡の形成を抑制するため、計量工程の開始時刻ｔ１から所定時間の間、スクリュ２０の設定背圧が高めに設定されてよい。その後、スクリュ２０の設定背圧は、スクリュ２０の後退を許容するため、低く変更されてよい。

スクリュ２０の設定背圧は、スクリュ２０の後退開始後（時刻ｔ２以降）、時間の経過と共に低くなってよい。スクリュ２０の設定背圧が緩やかに低くなるので、スクリュ２０が急に後退せず、スクリュ２０の前方に蓄えられる樹脂の密度ムラが少なく、また、樹脂中のガスが後方に逃げやすくなる。スクリュ２０の設定背圧は、時間の経過と共に、図３に示すように連続的に低くなってもよいし、段階的に低くなってもよい。

図３では、計量工程の完了時にねじ溝２６内に樹脂がほとんど残らないように、スクリュ２０が後退しなくなる時刻ｔ３まで、スクリュ２０を回転させる計量工程が行われる。

計量工程におけるスクリュ２０の設定背圧は、ユーザが設定してもよいし、ユーザの設定に基づいてコントローラが補正してもよい。例えば、計量工程完了時のスクリュ２０の設定背圧をユーザが入力すると、コントローラが計量工程開始から計量工程完了までのスクリュの設定背圧を自動で設定してよい。

以上、射出成形機の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の材料供給装置は、フィードスクリュを含むが、真空ローダを含んでもよく、その構成は特に限定されない。

また、上記実施形態の射出装置は、スクリュ・インライン方式のものであるが、スクリュ・プリプラ方式のものでもよい。スクリュ・プリプラ方式では、可塑化シリンダ内で溶融された樹脂を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に溶融樹脂を射出する。スクリュ・プリプラ方式では、可塑化シリンダ内にスクリュが配設される。

また、上記実施形態では、スクリュ２０の回転開始と同時に、すなわち、計量工程の開始と同時に、材料供給装置８１が樹脂の供給を開始し、計量工程の途中で樹脂の供給が完了するが、計量工程の開始前に樹脂の供給が完了してよい。つまり、材料供給装置８１が１ショット分と同量の樹脂の供給を完了した後、駆動装置６０がスクリュ２０を回転させる計量工程を開始してよい。計量工程の開始前に樹脂の供給が完了しているので、スクリュ２０が後退しなくなるまでの待ち時間が短く、計量時間が短縮でき、成形サイクルが短縮できる。この場合、材料供給装置８１は、樹脂のシリンダ滞留時間の短縮のため、計量工程の直前（例えば保圧工程、充填工程など）で１ショット分と同量の樹脂をシリンダ１１内に供給してよい。

１０ 射出装置
１１ シリンダ
２０ スクリュ
２１ スクリュ本体
２２ 射出部
２３ フライト部
２４ 圧力部材
２６ ねじ溝
６０ 駆動装置
６１ 計量モータ
７１ 射出モータ
７４ ロードセル
８１ 材料供給装置

Claims (3)

1. シリンダと、
   該シリンダ内に成形材料を供給する材料供給装置と、
   前記シリンダ内に回転自在に且つ軸方向に進退自在に配設されるスクリュと、
   該スクリュを駆動する駆動装置とを備え、
   前記材料供給装置は、成形サイクル毎に、１ショット分と同量の成形材料を前記シリンダ内に供給する、射出成形機。
2. 前記材料供給装置が１ショット分と同量の成形材料の供給を完了した後、前記駆動装置が前記スクリュを回転させる計量工程を完了する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記駆動装置は、前記スクリュを回転させる計量工程を、前記スクリュの後退速度が減速し前記スクリュが後退しなくなるまで行う、請求項１又は２に記載の射出成形機。

Images