JP2015150686A - 可塑化射出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 射出シリンダと別に可塑化ユニットを有するプリプラ式の射出装置において、射出サイクルタイムを短縮し、先入れ先出しを実現する可塑化射出装置を提供する。
【解決手段】 可塑化射出装置101は、2つの可塑化ポット51、52を有し、逆流防止弁41、42の開閉、及び、可塑化加圧プランジャ61、62の前進後退を交互に操作することによって、2つの可塑化ポット51、52内で加熱溶融して可塑化した樹脂材料を分岐通路31、32から交互に射出シリンダ1に供給する。これにより、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出サイクルタイムを短縮することができる。また、連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置において、「射出シリンダ1のノズル部15と反対側の端部」に連通し、射出シリンダ1に先に流入した樹脂材料が先に射出される。よって、先入れ先出しを実現する。
【選択図】図1
【解決手段】 可塑化射出装置101は、2つの可塑化ポット51、52を有し、逆流防止弁41、42の開閉、及び、可塑化加圧プランジャ61、62の前進後退を交互に操作することによって、2つの可塑化ポット51、52内で加熱溶融して可塑化した樹脂材料を分岐通路31、32から交互に射出シリンダ1に供給する。これにより、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出サイクルタイムを短縮することができる。また、連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置において、「射出シリンダ1のノズル部15と反対側の端部」に連通し、射出シリンダ1に先に流入した樹脂材料が先に射出される。よって、先入れ先出しを実現する。
【選択図】図1
Description
本発明は、樹脂材料を可塑化し射出する可塑化射出装置に関する。
従来、射出成形機に最も多く使用されているインラインスクリュ式の射出装置は、スクリュの回転で樹脂を混練し、せん断発熱を用いて可塑化することで、計量精度向上、高速溶融、溶融時に発生するガスの脱気等の利点を有している。その反面、可塑化量が多くなるとスクリュが大径化し、射出量の分解能が低下するという問題や、スクリュ形状が特殊で高価であるという問題がある。
スクリュが大径化すると射出量の分解能が低下するという問題に対しては、可塑化ユニットと射出ユニットとを分け、大径スクリュを用いても分解能が悪化しないプリプラ式の射出装置が知られている(特許文献1、2参照)。
スクリュが大径化すると射出量の分解能が低下するという問題に対しては、可塑化ユニットと射出ユニットとを分け、大径スクリュを用いても分解能が悪化しないプリプラ式の射出装置が知られている(特許文献1、2参照)。
従来のプリプラ式射出装置は、一般に、可塑化ユニットからの材料供給通路が射出ユニットのノズル近傍に連通しており、材料は、ノズル側から射出プランジャの後退に伴って反ノズル側へ流入する。そのため、射出シリンダに後で入った材料が先に射出され、射出シリンダに先に入った材料が後で射出されるという「後入れ先出し」方式となる。その結果、材料の滞留時間がばらつき、成形不良を招くおそれがある。
それに対し、特許文献1、2の装置では、可塑化ユニットからの材料供給通路が射出ユニットのノズルよりも所定距離後方の位置に連通するようにし、「先入れ先出し」の構成を実現している。
それに対し、特許文献1、2の装置では、可塑化ユニットからの材料供給通路が射出ユニットのノズルよりも所定距離後方の位置に連通するようにし、「先入れ先出し」の構成を実現している。
しかし、特許文献1、2の装置では、可塑化ユニットにスクリュを使用する構成を前提としており、例えばこのスクリュをプランジャに代え、ヒータの熱だけで樹脂材料を可塑化する構成とした場合に問題となる「可塑化時間の増加」、ひいては射出サイクルタイムの増加に関して何ら言及されていない。
したがって、例えば、可塑化する樹脂量が増加したときやサイクルタイムの短縮が要求されたとき、可塑化ユニットの加圧手段としてプランジャを用いる場合を含めると、射出サイクルタイムの短縮と先入れ先出しとを両立することが困難である。
したがって、例えば、可塑化する樹脂量が増加したときやサイクルタイムの短縮が要求されたとき、可塑化ユニットの加圧手段としてプランジャを用いる場合を含めると、射出サイクルタイムの短縮と先入れ先出しとを両立することが困難である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、射出シリンダと別に可塑化ユニットを有するプリプラ式の射出装置において、射出サイクルタイムを短縮し、先入れ先出しを実現する可塑化射出装置を提供することにある。
本発明の可塑化射出装置は、射出シリンダ、射出プランジャ、中間ブロック、複数の可塑化ポット、複数の可塑化加圧プランジャ、及び、複数の逆流防止弁を備える。
射出プランジャは、射出シリンダ内を往復移動可能に設けられ、前進時、射出シリンダのノズル部に形成されたノズル孔から樹脂材料を射出可能である。
中間ブロックは、射出プランジャの後退位置において、射出シリンダのノズル部と反対側の端部に連通する連絡通路、及び、連絡通路の射出シリンダと反対側で連絡通路に合流する複数の分岐通路が形成されている。
射出プランジャは、射出シリンダ内を往復移動可能に設けられ、前進時、射出シリンダのノズル部に形成されたノズル孔から樹脂材料を射出可能である。
中間ブロックは、射出プランジャの後退位置において、射出シリンダのノズル部と反対側の端部に連通する連絡通路、及び、連絡通路の射出シリンダと反対側で連絡通路に合流する複数の分岐通路が形成されている。
複数の可塑化ポットは、複数の分岐通路の射出シリンダと反対側の端部に形成され、投入された樹脂材料が可塑化される。
複数の可塑化加圧手段は、複数の可塑化ポットに対応して設けられ、可塑化ポット内の樹脂材料を射出シリンダに向かって加圧する。
複数の逆流防止弁は、複数の分岐通路を個別に開閉可能である。いずれかの分岐通路の逆流防止弁を開き他の分岐通路の逆流防止弁を閉じることで、逆流防止弁を開いた分岐通路に対応する可塑化加圧手段が樹脂を加圧したとき、他の可塑化ポットへの樹脂の逆流を防止する。
複数の可塑化加圧手段は、複数の可塑化ポットに対応して設けられ、可塑化ポット内の樹脂材料を射出シリンダに向かって加圧する。
複数の逆流防止弁は、複数の分岐通路を個別に開閉可能である。いずれかの分岐通路の逆流防止弁を開き他の分岐通路の逆流防止弁を閉じることで、逆流防止弁を開いた分岐通路に対応する可塑化加圧手段が樹脂を加圧したとき、他の可塑化ポットへの樹脂の逆流を防止する。
本発明では、逆流防止弁によって他の可塑化ポットへの樹脂の逆流を防止しつつ、複数(例えばn個)の可塑化ポットで可塑化された樹脂材料を交互に射出シリンダに供給することで、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出シリンダの射出サイクルタイムをn分の1に短縮することができる。
また、連絡通路は、射出プランジャの後退位置において、「射出シリンダのノズル部と反対側の端部」に連通するため、連絡通路から射出シリンダに先に流入した樹脂材料は、射出シリンダの後方から前方のノズル側に順次送り込まれる。これにより、射出シリンダに先に流入した樹脂材料が先に射出される。よって、プリプラ方式での「先入れ先出し」を実現することができる。
また、連絡通路は、射出プランジャの後退位置において、「射出シリンダのノズル部と反対側の端部」に連通するため、連絡通路から射出シリンダに先に流入した樹脂材料は、射出シリンダの後方から前方のノズル側に順次送り込まれる。これにより、射出シリンダに先に流入した樹脂材料が先に射出される。よって、プリプラ方式での「先入れ先出し」を実現することができる。
また、本発明の可塑化射出装置は、ノズル孔を閉止可能なノズル閉止弁と、ノズル閉止弁を閉じた状態で、射出シリンダ内の樹脂圧を検出する樹脂圧検出手段と、樹脂圧検出手段による検出圧が所定の規定圧を超えたときの射出プランジャの位置に基づき、射出シリンダ内の樹脂材料の量を検出する樹脂量検出手段と、を備えることが好ましい。
この場合、さらに、樹脂量検出手段が検出した樹脂量検出値に基づいて、次のサイクルでの可塑化ポットへの樹脂材料の供給量を調整する供給量調整手段を備えることが好ましい。
この場合、さらに、樹脂量検出手段が検出した樹脂量検出値に基づいて、次のサイクルでの可塑化ポットへの樹脂材料の供給量を調整する供給量調整手段を備えることが好ましい。
例えば特許文献1のプリプラ式射出装置は、先入れ先出し構造を実現しているものの、計量精度を向上する方法が具体化されていない。また、特許文献2のプリプラ式射出装置は、可塑化ユニットにスクリュを用い、射出ユニットに供給する樹脂量と密度が安定していることを前提として成立するものである。
それに対し、本発明の好ましい態様では、可塑化ユニットの加圧手段としてプランジャを用い、せん断発熱を用いず可塑化ポットの熱だけで樹脂を溶融させる構成においても、計量精度を向上することができ、また、安定した成形が可能となる。
それに対し、本発明の好ましい態様では、可塑化ユニットの加圧手段としてプランジャを用い、せん断発熱を用いず可塑化ポットの熱だけで樹脂を溶融させる構成においても、計量精度を向上することができ、また、安定した成形が可能となる。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の可塑化射出装置について、図1〜図6を参照して説明する。この可塑化射出装置は、熱可塑性樹脂を成形する射出成形機のうち、型締め装置、金型交換装置、成形品取り出し装置等を除く、「樹脂材料を可塑化して射出する機能」のみを担当するユニットである。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の可塑化射出装置について、図1〜図6を参照して説明する。この可塑化射出装置は、熱可塑性樹脂を成形する射出成形機のうち、型締め装置、金型交換装置、成形品取り出し装置等を除く、「樹脂材料を可塑化して射出する機能」のみを担当するユニットである。
まず、図1、図2を参照して、可塑化射出装置101の主要構成を説明する。本実施形態の可塑化射出装置101は、図1の上下方向を天地方向として設置される。
可塑化射出装置101は、天地方向に延びる1つの射出シリンダ1の側方に、水平方向に延びる中間ブロック3が接続されている。以下、中間ブロック3における射出シリンダ1と反対側(図1、図2の右側)を「基端側」という。図2に示すように、中間ブロック3は、平面視で基端側が広がる形状を呈している。第1実施形態では、中間ブロック3の基端側に、樹脂材料を可塑化する「可塑化ユニット」として2つの可塑化ポット51、52を備えている。
可塑化射出装置101は、天地方向に延びる1つの射出シリンダ1の側方に、水平方向に延びる中間ブロック3が接続されている。以下、中間ブロック3における射出シリンダ1と反対側(図1、図2の右側)を「基端側」という。図2に示すように、中間ブロック3は、平面視で基端側が広がる形状を呈している。第1実施形態では、中間ブロック3の基端側に、樹脂材料を可塑化する「可塑化ユニット」として2つの可塑化ポット51、52を備えている。
射出シリンダ1は、図示しない金型に当接するノズル部15が先端に形成されている。ノズル部15は、射出シリンダ1の内壁13から小径のノズル孔17に向かって縮径するテーパ部16を有している。また、ノズル孔17を閉止可能なノズル閉止弁18(いわゆるシャットオフバルブ)が設けられている。
射出プランジャ2は、外壁24が射出シリンダ1の内壁13を摺動することで射出シリンダ1内を往復移動可能に設けられる。射出プランジャ2がノズル部15の方向、すなわち図1の下方に進むことを「前進」といい、射出プランジャ2が図1の上方に戻ることを「後退」という。射出プランジャ2の前進時、前端面23が溶融樹脂を加圧し、ノズル孔17から射出する。
射出プランジャ2の後端部には、射出シリンダ1内の樹脂圧を検出する「樹脂圧検出手段」としてのロードセル25が取り付けられている。また、射出プランジャ2は、図1で図示しない射出プランジャ駆動部26(図3〜図6参照)によって駆動される。射出プランジャ駆動部26は、例えば電動サーボモータ又は油圧シリンダで構成される。
射出プランジャ2の後端部には、射出シリンダ1内の樹脂圧を検出する「樹脂圧検出手段」としてのロードセル25が取り付けられている。また、射出プランジャ2は、図1で図示しない射出プランジャ駆動部26(図3〜図6参照)によって駆動される。射出プランジャ駆動部26は、例えば電動サーボモータ又は油圧シリンダで構成される。
中間ブロック3は、射出シリンダ1に連通する連絡通路30、及び、連絡通路30の基端側で連絡通路30に合流する複数の分岐通路31、32が形成されている。第1実施形態では、2つの分岐通路31、32が連絡通路30に対してY字形に合流している。
また、連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置において、「射出シリンダ1のノズル部15と反対側の端部」に連通する。つまり、一般的なプリプラ式射出成形機では、可塑化通路が射出シリンダのノズル近傍に連通するのに対し、本実施形態の連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置での「前端面23のすぐ下の位置」で射出シリンダ1に連通することを特徴とする。
また、連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置において、「射出シリンダ1のノズル部15と反対側の端部」に連通する。つまり、一般的なプリプラ式射出成形機では、可塑化通路が射出シリンダのノズル近傍に連通するのに対し、本実施形態の連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置での「前端面23のすぐ下の位置」で射出シリンダ1に連通することを特徴とする。
各分岐通路31、32の基端側には、可塑化ポット51、52が、天地方向に延びるシリンダ状に形成されている。可塑化ポット51、52内では、材料投入口59から投入された熱可塑性樹脂のペレットが加熱溶融される。
ここで、上述の射出シリンダ1、中間ブロック3、及び可塑化ポット51、52について共通に、各通路の周囲はヒータ9により加熱されている。詳しくは、図示しない熱電対等の温度センサが適所に設置され、樹脂の融点以上の所定の温度を維持するように温調器によって制御されている。なお、図1以下の断面図において、ヒータ9の断面にはハッチングをしない。
ここで、上述の射出シリンダ1、中間ブロック3、及び可塑化ポット51、52について共通に、各通路の周囲はヒータ9により加熱されている。詳しくは、図示しない熱電対等の温度センサが適所に設置され、樹脂の融点以上の所定の温度を維持するように温調器によって制御されている。なお、図1以下の断面図において、ヒータ9の断面にはハッチングをしない。
各分岐通路31、32の途中には、径方向に貫通する弁孔45を有する棒状の逆流防止弁41、42が、通路と直交方向である軸方向に移動可能に設けられている。逆流防止弁41、42は、エアシリンダ等の図示しない駆動手段によって個別に動作する。そして、弁孔45の位置が対応する分岐通路31、32と一致したとき通路を開放し、弁孔45の位置が対応する分岐通路31、32とずれたとき通路を遮断する。
「複数の可塑化加圧手段」としての可塑化加圧プランジャ61、62は、各可塑化ポット51、52に対応して、外壁55が可塑化ポット51、52の内壁66を摺動可能に設けられている。可塑化加圧プランジャ61、62は、エアシリンダ等の図示しない駆動手段によって個別に動作する。
対応する分岐通路31、32の逆流防止弁41、42が開いているとき、可塑化加圧プランジャ61、62が前進すると、前端面65が樹脂ペレットを押し潰しながら溶かして可塑化する。可塑化ポット51、52内で加圧された樹脂材料は、分岐通路31、32から連絡通路30を通って射出シリンダ1へ送り込まれる。このとき、加圧している可塑化加圧プランジャに対応する逆流防止弁以外の逆流防止弁を閉じることで、他の分岐通路へ樹脂材料が流れ込むことを防止する。
対応する分岐通路31、32の逆流防止弁41、42が開いているとき、可塑化加圧プランジャ61、62が前進すると、前端面65が樹脂ペレットを押し潰しながら溶かして可塑化する。可塑化ポット51、52内で加圧された樹脂材料は、分岐通路31、32から連絡通路30を通って射出シリンダ1へ送り込まれる。このとき、加圧している可塑化加圧プランジャに対応する逆流防止弁以外の逆流防止弁を閉じることで、他の分岐通路へ樹脂材料が流れ込むことを防止する。
続いて図3〜図6を参照し、可塑化射出装置101の動作について4段階に分けて説明する。なお、この4段階の区分は説明の便宜上のものであり、実際の射出成形工程での区分を示すものではない。
図3〜図6では、図1における手前側の分岐通路31、及び、それに対応する逆流防止弁41、可塑化ポット51、可塑化加圧プランジャ61を代表として示す。また、図1に記載の構成に加えて、射出プランジャ駆動部26、制御部7、ペレット供給装置80及びホース85を図示する。
図3〜図6では、図1における手前側の分岐通路31、及び、それに対応する逆流防止弁41、可塑化ポット51、可塑化加圧プランジャ61を代表として示す。また、図1に記載の構成に加えて、射出プランジャ駆動部26、制御部7、ペレット供給装置80及びホース85を図示する。
制御部7にはロードセル25からの検出圧Pd、及び、射出プランジャ駆動部26からの射出プランジャ2の位置情報が入力される。また、制御部7から射出プランジャ駆動部26に対し前進後退指令が出力され、制御部7からペレット供給装置80に対し材料供給指令が出力される。
ペレット供給装置80には樹脂ペレットが貯留される。樹脂の種類により、ペレットは常温で保管してもよいものもあり、或いは、例えばPPSやPAのように予備乾燥を行うことが常識となっているものもある。
ペレット供給装置80には樹脂ペレットが貯留される。樹脂の種類により、ペレットは常温で保管してもよいものもあり、或いは、例えばPPSやPAのように予備乾燥を行うことが常識となっているものもある。
(第1段階:材料可塑化及び射出シリンダへの投入)
初期状態では、射出シリンダ1、連絡通路30及び分岐通路31内に樹脂が無いものと仮定する。
図3に示す第1段階では、射出シリンダ1は、射出プランジャ2が後退位置にあり、ノズル閉止弁18は閉じている。逆流防止弁41は開いており、連絡通路30と分岐通路31とは連通している。一方、図示しない側の逆流防止弁42は閉じている。この状態で材料投入口59から投入された樹脂材料Mは、可塑化ポット51内で加熱溶融し、可塑化加圧プランジャ61が前進することで加圧され、射出シリンダ1に流れ込む。
このとき、射出シリンダ1内に樹脂材料Mは充満しておらず、ロードセル25の検出圧Pdは0である。したがって、当然に検出圧Pdは規定圧Prefに達しない。
初期状態では、射出シリンダ1、連絡通路30及び分岐通路31内に樹脂が無いものと仮定する。
図3に示す第1段階では、射出シリンダ1は、射出プランジャ2が後退位置にあり、ノズル閉止弁18は閉じている。逆流防止弁41は開いており、連絡通路30と分岐通路31とは連通している。一方、図示しない側の逆流防止弁42は閉じている。この状態で材料投入口59から投入された樹脂材料Mは、可塑化ポット51内で加熱溶融し、可塑化加圧プランジャ61が前進することで加圧され、射出シリンダ1に流れ込む。
このとき、射出シリンダ1内に樹脂材料Mは充満しておらず、ロードセル25の検出圧Pdは0である。したがって、当然に検出圧Pdは規定圧Prefに達しない。
(第2段階:素材検出動作開始)
図4に示す第2段階では、逆流防止弁41を閉じ、分岐通路31を遮断する。また、可塑化加圧プランジャ61を後退させて、次サイクルの材料供給に備えて待機させる。
そして、制御部7から射出プランジャ駆動部26に前進指令Fwdを出力し、ノズル閉止弁18を閉じたまま射出プランジャ2を前進させる。射出プランジャ2の外壁24が連絡通路30の開口部を塞いだ後、樹脂材料Mが収容された射出シリンダ1の容積は次第に小さくなる。ただし図4の段階では、射出プランジャ2の前端面23が樹脂材料Mの液面に達していないため、ロードセル25の検出圧Pdは依然0である。
図4に示す第2段階では、逆流防止弁41を閉じ、分岐通路31を遮断する。また、可塑化加圧プランジャ61を後退させて、次サイクルの材料供給に備えて待機させる。
そして、制御部7から射出プランジャ駆動部26に前進指令Fwdを出力し、ノズル閉止弁18を閉じたまま射出プランジャ2を前進させる。射出プランジャ2の外壁24が連絡通路30の開口部を塞いだ後、樹脂材料Mが収容された射出シリンダ1の容積は次第に小さくなる。ただし図4の段階では、射出プランジャ2の前端面23が樹脂材料Mの液面に達していないため、ロードセル25の検出圧Pdは依然0である。
(第3段階:素材検出動作)
第2段階に引き続き射出プランジャ2を前進させると、図5に示す第3段階では、射出プランジャ2の前端面23が樹脂材料Mの液面に達し、ロードセル25の検出圧Pdが急激に上昇する。制御部7は、検出圧Pdが規定圧Prefを超えたときの射出プランジャ駆動部26のストロークから、液面の高さを「素材検出位置Hm」として検出し、この位置を、「射出プランジャストローク原点」として記憶する。
なお、射出プランジャ2の前端面23が液面に達した後、樹脂材料M中に混入したガスは、射出プランジャ2の外壁24と射出シリンダ1の内壁13とのクリアランスから上方へ抜ける。すなわち、液面を検出するための動作は、脱気の機能を兼ねている。
第2段階に引き続き射出プランジャ2を前進させると、図5に示す第3段階では、射出プランジャ2の前端面23が樹脂材料Mの液面に達し、ロードセル25の検出圧Pdが急激に上昇する。制御部7は、検出圧Pdが規定圧Prefを超えたときの射出プランジャ駆動部26のストロークから、液面の高さを「素材検出位置Hm」として検出し、この位置を、「射出プランジャストローク原点」として記憶する。
なお、射出プランジャ2の前端面23が液面に達した後、樹脂材料M中に混入したガスは、射出プランジャ2の外壁24と射出シリンダ1の内壁13とのクリアランスから上方へ抜ける。すなわち、液面を検出するための動作は、脱気の機能を兼ねている。
また、「樹脂量検出手段」としての制御部7は、素材検出位置Hmを想定検出位置Hrefと比較し、素材検出位置Hmが想定検出位置Hrefより後退側(図の上側)にあるとき、射出シリンダ1内の樹脂材料Mが想定量より多いと判断する。一方、素材検出位置Hmが想定検出位置Hrefより前進側(図の下側)にあるとき、射出シリンダ1内の樹脂材料Mが想定量より少ないと判断する。
(第4段階:射出動作)
図6に示す第4段階では、ノズル閉止弁18を開き、制御部7は、射出プランジャ駆動部26に対し、条件表にて予め決められたストロークSt*分、射出プランジャ2を射出プランジャストローク原点から前進させるように指令する。射出プランジャ2は、指令に従ってストロークStだけ前進し、太線矢印(Inj)で示すように、所定量の樹脂材料Mがノズル孔17から図示しない金型のキャビティへ射出される。
図6に示す第4段階では、ノズル閉止弁18を開き、制御部7は、射出プランジャ駆動部26に対し、条件表にて予め決められたストロークSt*分、射出プランジャ2を射出プランジャストローク原点から前進させるように指令する。射出プランジャ2は、指令に従ってストロークStだけ前進し、太線矢印(Inj)で示すように、所定量の樹脂材料Mがノズル孔17から図示しない金型のキャビティへ射出される。
さらに、「供給量調整手段」としての制御部7は、次のサイクルでペレット供給装置80からホース85を経由して材料投入口59へ投入するペレット8の投入量Qについて、次のように調整する。第3段階で素材検出位置Hmが想定検出位置Hrefより後退側にあったとき、次サイクルの投入量Qを減少させる。また、第3段階で素材検出位置Hmが想定検出位置Hrefより前進側にあったとき、次サイクルの投入量Qを増加させる。このようにして、制御部7は、射出シリンダ1内の樹脂材料Mの量に過不足が発生しないよう調整する。
材料投入口59から可塑化ポット51へ投入された固形のペレット8は、ヒータ9の熱によって、順次、軟化状態、半溶融状態を経て完全溶融状態となる。
材料投入口59から可塑化ポット51へ投入された固形のペレット8は、ヒータ9の熱によって、順次、軟化状態、半溶融状態を経て完全溶融状態となる。
(効果)
以上の構成による本実施形態の可塑化射出装置101は、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態の可塑化射出装置101は、射出シリンダ1と別に可塑化ユニットを有するプリプラ式の射出装置において、2つの可塑化ポット51、52を有し、逆流防止弁41、42の開閉、及び、可塑化加圧プランジャ61、62の前進後退を交互に操作することによって、2つの可塑化ポット51、52内で加熱溶融して可塑化した樹脂材料を分岐通路31、32から交互に射出シリンダ1に供給することができる。
以上の構成による本実施形態の可塑化射出装置101は、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態の可塑化射出装置101は、射出シリンダ1と別に可塑化ユニットを有するプリプラ式の射出装置において、2つの可塑化ポット51、52を有し、逆流防止弁41、42の開閉、及び、可塑化加圧プランジャ61、62の前進後退を交互に操作することによって、2つの可塑化ポット51、52内で加熱溶融して可塑化した樹脂材料を分岐通路31、32から交互に射出シリンダ1に供給することができる。
ここで、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間は、樹脂の比熱、初期温度と目標温度との温度差、樹脂量、ヒータ9の熱量、及び伝熱効率等によって決まる。
本実施形態では、2つの可塑化ポット51、52を交互に用いることで、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出シリンダ1の射出サイクルタイムを2分の1に短縮することができる。
本実施形態では、2つの可塑化ポット51、52を交互に用いることで、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出シリンダ1の射出サイクルタイムを2分の1に短縮することができる。
本実施形態は、特開2011−183612号公報に開示された、複数の金型を順次移送して行う樹脂成形方法と組み合わせると特に有効である。この方法では、射出後の金型を射出成形機の外部に移送してキャビティ内の樹脂を冷却固化させている間に、別の金型を射出成形機に設置し射出することができる。したがって、この方法による金型交換サイクルタイム短縮の効果と、本実施形態による射出サイクルタイム短縮の効果とを組み合わせることで、ハイサイクル成形を実現し、成形品の生産効率を向上させることができる。
(2)本実施形態では、連絡通路30は、射出プランジャ2の後退位置において、前端面23のすぐ下の位置である「射出シリンダ1のノズル部15と反対側の端部」に連通する。これにより、連絡通路30から射出シリンダ1に先に流入した樹脂材料は、射出シリンダ1の後方から前方のノズル部15に順次送り込まれる。そして、射出プランジャ2が前進すると前方の樹脂から順に射出され、プリプラ方式での「先入れ先出し」を実現することができる。先入れ先出しにより、射出シリンダ1内での樹脂材料の滞留時間のばらつきを抑制し、焼けや、ガスの発生によるボイド等の成形不良を低減することができる。
(3)本実施形態では、ノズル閉止弁18を閉じた状態で可塑化ポット51、52から射出シリンダ1に樹脂材料を送り込み、射出プランジャ2を前進させつつロードセル25で検出した樹脂の検出圧Pdが規定圧Prefを超えたときのストロークを検出することで、樹脂材料の液面位置を検出することができる。これにより、射出シリンダ1内の樹脂量を検出するとともに、射出プランジャ2の射出時のストローク原点を適確に設定することができる。
また、射出プランジャ2を前進させる過程で、同時に樹脂材料中のガスを脱気することができるため、ボイド等の成形不良を低減することができる。
また、射出プランジャ2を前進させる過程で、同時に樹脂材料中のガスを脱気することができるため、ボイド等の成形不良を低減することができる。
(4)本実施形態では、上記(3)で検出した射出シリンダ1内の樹脂量を制御部7にフィードバックし、その情報に基づいて次サイクルでの材料投入口59への樹脂ペレット8の投入量Qを調整することで、射出シリンダ1内の樹脂量を安定させることができる。
上述の特開2011−183612号公報に開示された樹脂成形方法では、同じ成形品の金型に限らず、異なる成形品の金型を順次交換することも可能である。そこで、本実施形態の(3)、(4)の効果は、大きさの異なる成形品、すなわち射出ストロークが異なる成形品をうちわける場合に特に有効であり、精度の良い成形品が得られる。
上述の特開2011−183612号公報に開示された樹脂成形方法では、同じ成形品の金型に限らず、異なる成形品の金型を順次交換することも可能である。そこで、本実施形態の(3)、(4)の効果は、大きさの異なる成形品、すなわち射出ストロークが異なる成形品をうちわける場合に特に有効であり、精度の良い成形品が得られる。
(5)本実施形態では、可塑化ポット51、52内の溶融樹脂を加圧する「可塑化加圧手段」として、スクリュでなく可塑化加圧プランジャ61、62を用いることで、樹脂のせん断発熱を利用することなく、ヒータ9の加熱だけで樹脂材料を溶かす。スクリュは、それ自体が高価であることに加え、回転動作を合わせた駆動装置が必要となることから、スクリュレスの構成を採用することで、装置のコストを低減することができる。
要するに本実施形態は、熱だけで樹脂を溶融する可塑化ポット式のプリプラ式射出装置において、各分岐通路31、32に逆流防止弁41、42を設置しつつ複数の可塑化ポット51、52を並設することでサイクルタイム短縮を可能とし、また先入れ先出しを実現し、さらに、射出シリンダ1内の樹脂量を検出することで、安定した成形ができるようにしたことを技術的特徴とする。
(第2〜第4実施形態)
次に、第1実施形態に対し可塑化ポットや可塑化加圧プランジャの数又は配置が異なる本発明の第2〜第4実施形態について、図7〜図9を参照して説明する。これらの第2〜第4実施形態は、いずれも、第1実施形態の上記効果(1)〜(5)を共有する。
図7〜図9は、第1実施形態の図2に対応する模式平面図である。また、第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
次に、第1実施形態に対し可塑化ポットや可塑化加圧プランジャの数又は配置が異なる本発明の第2〜第4実施形態について、図7〜図9を参照して説明する。これらの第2〜第4実施形態は、いずれも、第1実施形態の上記効果(1)〜(5)を共有する。
図7〜図9は、第1実施形態の図2に対応する模式平面図である。また、第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図7に示す第2実施形態の可塑化射出装置102は、中間ブロック37に2つの分岐通路31、32が形成されている点で第1実施形態と同様である。ただし、分岐通路31、32の基端側にそれぞれT字状に接続する枝連絡310、320が形成され、枝連絡310の両端には可塑化加圧プランジャ611、612が配置されており、枝通路320の両端には可塑化加圧プランジャ621、622が配置されている点が異なる。
可塑化加圧プランジャ611及び612は同時に加圧動作し、枝通路310の両側から分岐通路31に向かって樹脂材料を送り込む。同様に、可塑化加圧プランジャ621及び622は同時に加圧動作し、枝通路320の両側から分岐通路32に向かって樹脂材料を送り込む。また、可塑化加圧プランジャ611、612、621、622は、同一のサイズ、仕様のものが用いられている。
第1実施形態の可塑化射出装置101の構成において可塑化樹脂量を増やしたい場合、可塑化ポット51、52の内径をあまり大きくすると、穴の中心付近と周辺寄りとで温度分布に差が生じ、均一な溶融が困難となる。そこで、第2実施形態のように、比較的内径の小さな可塑化ポットを並列に配置し、分岐通路毎に複数の可塑化加圧プランジャを同時に加圧動作させることで、ポット内の樹脂温度を均一に保ちつつ、分岐通路1つ当たりの可塑化樹脂量を増やすことができる。
また、可塑化加圧プランジャの駆動装置を大型化することなく、比較的小型の駆動装置を標準仕様として、並べて使用することができる。
なお、図7では、枝通路310、320は分岐通路31、32に対してT字状に接続しているが、加工が実現可能であれば、Y字状に接続するようにしてもよい。
なお、図7では、枝通路310、320は分岐通路31、32に対してT字状に接続しているが、加工が実現可能であれば、Y字状に接続するようにしてもよい。
次に、図8に示す第3実施形態の可塑化射出装置103は、中間ブロック38に4つの分岐通路31、32、33、34が形成されている。各分岐通路31、32、33、34は、可塑化加圧プランジャ61、62、63、64から樹脂材料が送り込まれ、また、逆流防止弁41、42、43、44によって順に開閉される。可塑化ポットの樹脂材料は、逆流防止弁が開かれた分岐通路から連絡通路30を通って射出シリンダ1に供給される。
このように分岐通路31、32、33、34の数を4つにすることで、1つの可塑化ポットからは、射出サイクルの4回に1回だけ、射出シリンダ1に樹脂材料を供給すればよいこととなる。言い換えれば、1つの可塑化ポットにおいて所定量の樹脂材料を加熱溶融するのに最低限必要な時間に対し、射出シリンダ1の射出サイクルタイムを4分の1に短縮することができるため、ハイサイクル化をさらに進めることができる。
また、図9に示す第4実施形態の可塑化射出装置104は、射出シリンダ1に対して両側に略対称形の中間ブロック39を備えており、中間ブロック39には、一方の側につき
2つ、計4つの分岐通路31、32、33、34が形成されている。その他は、第3実施形態と同様である。
このように、可塑化射出装置、又は射出成形機全体の設置場所の条件に応じて、より適したレイアウトを選択することができる。
2つ、計4つの分岐通路31、32、33、34が形成されている。その他は、第3実施形態と同様である。
このように、可塑化射出装置、又は射出成形機全体の設置場所の条件に応じて、より適したレイアウトを選択することができる。
(その他の実施形態)
(ア)可塑化ポット51等内の樹脂を加圧する可塑化加圧手段は、上記実施形態の可塑化加圧プランジャ61に代えて、スクリュを用いてもよい。スクリュ式の装置では、スクリュ回転によって樹脂を均一に混練し、せん断発熱を利用して樹脂を早く溶融させることができる。なお、上記実施形態において説明したサイクルタイム短縮、先入れ先出し、樹脂量検出の効果は、可塑化ユニットがスクリュ式の場合でも同様に成立する。
(ア)可塑化ポット51等内の樹脂を加圧する可塑化加圧手段は、上記実施形態の可塑化加圧プランジャ61に代えて、スクリュを用いてもよい。スクリュ式の装置では、スクリュ回転によって樹脂を均一に混練し、せん断発熱を利用して樹脂を早く溶融させることができる。なお、上記実施形態において説明したサイクルタイム短縮、先入れ先出し、樹脂量検出の効果は、可塑化ユニットがスクリュ式の場合でも同様に成立する。
(イ)上記実施形態において射出シリンダ1、中間ブロック3、及び可塑化ポット51等を加熱するヒータ9は、棒状カートリッジヒータのように図示されているが、取付部位の形状によってはバンドヒータ、プレートヒータ等を用いてもよい。また、電熱ヒータに代えて、マイクロ波等の高周波を用いた誘電加熱等によって加熱してもよい。
(ウ)逆流防止弁41等は、軸方向に移動して弁を開閉するものに限らず、例えば軸中心に90°回転して弁を開閉してもよい。また、ノズル閉止弁18は、図1等に示すようにノズル部15の外部に設けられるものに限らず、例えば、テーパ部16内に設けられ、テーパ部16からノズル孔17への連通を遮断するものを用いてもよい。
(エ)「樹脂圧検出手段」として、ロードセル25の他、射出シリンダ1の横に設置された直圧式のセンサ等を用いてもよい。また、射出プランジャ2の前端面23が樹脂材料Mの液面に達すると、射出プランジャ2を駆動するサーボモータのトルク値が急上昇することから、サーボモータのトルク値によって素材を検出することもできる。
(オ)上記実施形態の可塑化射出装置101〜104は、天地方向に開閉する金型に対し、射出シリンダ1が天方向から樹脂材料を射出するものである。この他、水平方向に開閉する金型に対し、射出シリンダが水平方向から樹脂材料を射出する構成としてもよい。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。
101〜104:可塑化射出装置、
1 :射出シリンダ、
15:ノズル部、 18:ノズル閉止弁、
2 :射出プランジャ、 25:ロードセル(樹脂圧検出手段)、
3 :中間ブロック、 30:連絡通路、
31、32:分岐通路、
41、42:逆流防止弁、
51、52:可塑化ポット、
61、62:可塑化加圧プランジャ(可塑化加圧手段)、
7 :制御部(樹脂量検出手段、供給量調整手段)。
1 :射出シリンダ、
15:ノズル部、 18:ノズル閉止弁、
2 :射出プランジャ、 25:ロードセル(樹脂圧検出手段)、
3 :中間ブロック、 30:連絡通路、
31、32:分岐通路、
41、42:逆流防止弁、
51、52:可塑化ポット、
61、62:可塑化加圧プランジャ(可塑化加圧手段)、
7 :制御部(樹脂量検出手段、供給量調整手段)。
Claims (3)
- 射出シリンダ(1)と、
前記射出シリンダ内を往復移動可能に設けられ、前進時、前記射出シリンダのノズル部(15)に形成されたノズル孔(17)から樹脂材料を射出可能な射出プランジャ(2)と、
前記射出プランジャの後退位置において、前記射出シリンダの前記ノズル部と反対側の端部に連通する連絡通路(30)、及び、前記連絡通路の前記射出シリンダと反対側で前記連絡通路に合流する複数の分岐通路(31、32)が形成された中間ブロック(3)と、
前記複数の分岐通路の前記射出シリンダと反対側の端部に形成され、投入された樹脂材料が可塑化される複数の可塑化ポット(51、52)と、
前記複数の可塑化ポットに対応して設けられ、前記可塑化ポット内の樹脂材料を前記射出シリンダに向かって加圧する複数の可塑化加圧手段(61、62)と、
前記複数の分岐通路を個別に開閉可能な複数の逆流防止弁(41、42)であって、いずれかの前記分岐通路の前記逆流防止弁を開き他の前記分岐通路の前記逆流防止弁を閉じることで、前記逆流防止弁を開いた前記分岐通路に対応する前記可塑化加圧手段が樹脂を加圧したとき、他の前記可塑化ポットへの樹脂の逆流を防止する複数の逆流防止弁と、
を備えることを特徴とする可塑化射出装置(101〜104)。 - 前記ノズル孔を閉止可能なノズル閉止弁(18)と、
前記ノズル閉止弁を閉じた状態で、前記射出シリンダ内の樹脂圧を検出する樹脂圧検出手段(25)と、
前記樹脂圧検出手段による検出圧が所定の規定圧を超えたときの前記射出プランジャの位置に基づき、前記射出シリンダ内の樹脂材料の量を検出する樹脂量検出手段(7)と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の可塑化射出装置。 - 前記樹脂量検出手段が検出した樹脂量検出値に基づいて、次のサイクルでの前記可塑化ポットへの樹脂材料の供給量を調整する供給量調整手段(7)を備えることを特徴とする請求項2に記載の可塑化射出装置。
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- 2014-02-10 JP JP2014023222A patent/JP2015150686A/ja active Pending
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