JP2016112863A - 射出成型機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダー内の樹脂の温度をより正確に制御できる射出成型機を提供すること。【解決手段】射出成型機１００は、ホッパー２１０と、シリンダー３１０と、金型５１０とを有している。シリンダー３１０の周部近傍には、ヒーター４１０が設けられている。さらに本発明では、冷却器４２０が、ヒーター４１０を囲うように配置されている。まず、樹脂は、ホッパー２１０から、シリンダー３１０に供給される。シリンダー３１０に供給された樹脂は、ヒーター４１０により、シリンダー２１０内で融解する。そして、樹脂は、シリンダー３１０から、金型５１０に射出される。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂の射出成型を行う射出成型機に関する。

熱可塑性樹脂は、加熱すると軟化、そして溶融するので、射出成型に適している。これに対し、加熱すると硬化反応を起こして硬化してしまう熱硬化性樹脂は、射出成型が難しい。このため、熱硬化性樹脂は、あまり射出成型により成型されない。熱硬化性樹脂用の射出成型機は、あるにはあるが、高価で流通量も少ない。

本発明者は、安価で一般的な熱可塑性樹脂用の射出成型機を、熱硬化性樹脂用の射出成型機に転用できないか試行錯誤してきた。一番の問題点は、射出成型機のシリンダー温度を熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低く設定しても、熱硬化性樹脂が、シリンダー内で硬化反応を起こし、硬化してしまうことであった。これは、シリンダー内のスクリューによるせん断熱、いわゆるシェア熱等により、シリンダー内の樹脂の温度がシリンダーの設定温度よりも高くなってしまうことが原因であることを、本発明者は突き止めた。かと言って、シリンダー温度を熱硬化性樹脂の硬化温度よりも大幅に低く設定することはできない。この場合、熱硬化性樹脂の硬化反応は起きないが、樹脂そのものが融解してくれない。このような理由から、熱硬化性樹脂を射出成型するためには、樹脂の温度を、シリンダー内で、融解はするが硬化は起きない極めて狭い範囲に保つ必要がある。すなわち、熱硬化性樹脂を射出成型するためには、熱可塑性樹脂よりも、シリンダー内の樹脂の温度を、はるかに高い精度で制御する必要がある。

特許文献１に示す射出成型機を用いれば、通常の射出成型機よりもより高い精度でシリンダー内の樹脂の温度を制御することができる。この射出成型機では、熱媒体管によりシリンダーの温度を調節する。しかしながら、この射出成型機でも、熱硬化性樹脂を成型するには、温度制御の精度が、まだ不十分である。

登録実用新案第３００８９５１号

本発明の目的は、シリンダー内の樹脂の温度をより正確に制御できる射出成型機を提供することである。

本発明の一態様では、射出成型機は、樹脂供給部と、シリンダーと、金型設置部とを有している。また、シリンダーの周部近傍には、ヒーターが設けられている。このヒーターは、シリンダーの周部を囲うように配置されていることが好ましい。まず、樹脂は、樹脂供給部から、シリンダーに供給される。シリンダーに供給された樹脂は、ヒーターにより、シリンダー内で融解する。そして、樹脂は、シリンダーに取り付けられたノズルから、金型設置部に設置された金型に射出される。

さらに本発明では、冷却器が、ヒーターに近接して設けられている。この冷却器は、ヒーターを囲うように配置されていることが好ましい。この冷却器は、ヒーターが樹脂を加熱する際に、動作させ続けておくことが好ましい。

ヒーターは、それぞれ独立して加熱温度を設定可能なヒーターを少なくとも２個備えていることが好ましい。そして、冷却器は、これら少なくとも２個のヒーターを両方囲っていることが好ましい。また、複数のヒーターのうちの少なくとも１個は、ノズルの周部近傍に設けられていることが好ましい。そして、冷却器の少なくとも一部分は、このヒーターに近接していることが好ましい。

本発明によれば、射出成型機のシリンダー内の樹脂の温度を、より正確に制御できる。これにより、熱可塑性樹脂はもちろんのこと、一般に射出成型が困難な熱硬化性樹脂を射出成型することも可能になる。

図１は、本発明の射出成型機の実施形態を示す断面模式図である。 図２は、各種射出成型機でシリンダーの温度制御を行った場合の、樹脂の温度変化を示す図である。

射出成型機１００
図１は、本発明の射出成型機の実施形態を示す断面模式図である。同図に示すように、射出成型機１００は、樹脂供給部２００と、射出部３００と、温度調節部４００と、金型設置部５００と、を備えている。原料樹脂は、樹脂供給部２００から、射出部３００に供給される。射出部３００内の樹脂は、温度調節部４００によって加熱され、融解する。融解した樹脂は、射出部３００から、金型設置部５００が備える金型５１０に射出される。射出された樹脂は、金型５１０内で凝固する。その後、凝固した樹脂が、金型５１０から取り出される。

樹脂供給部２００
樹脂供給部２００は、ホッパー２１０を有している。ホッパー２１０は、原料樹脂を貯留することができ、かつ、原料樹脂を、射出部３００が供えるシリンダー３１０に供給することができる。

射出部３００
射出部３００は、シリンダー３１０と、スクリュー３２０と、スクリュー回転装置３３０と、スクリュー移動装置３４０と、ノズル３５０とを有している。シリンダー３１０は、円筒状の部材であり、樹脂が供給される内部空間３１１を有している。シリンダー３１０は、ホッパー２１０の下流に位置している。より具体的には、ホッパー２１０は、シリンダー３１０の基端側側面に接続されている。シリンダー３１０の先端側には、ノズル３５０が形成されている。シリンダー３１０の内部空間３１１には、スクリュー３２０が挿入、設置されている。このスクリュー３２０の基端部は、シリンダー３１０から突出している。そして、スクリュー３２０の基端部には、スクリュー回転装置３３０およびスクリュー移動装置３４０が接続されている。スクリュー３２０は、スクリュー回転装置３３０によって回転する。また、スクリュー３２０は、スクリュー移動装置３４０によって、シリンダー３１０の長手方向に移動可能である。

温度調節部４００
シリンダー３１０の周部近傍には、温度調節部４００が設けられている。温度調節部４００は、シリンダー３１０、ひいてはシリンダー３１０の内部空間３１１内の樹脂の温度を調節することができる。この温度調節部４００は、ヒーター４１０と、冷却器４２０と、を有している。

ヒーター４１０は、シリンダー３１０を、加熱することができる。このヒーター４１０は、上流部ヒーター４１１と、中流部ヒーター４１２と、下流部ヒーター４１３と、ノズルヒーター４１４と、を有している。上流部ヒーター４１１、中流部ヒーター４１２、および下流部ヒーター４１３は、シリンダー３１０を囲うように配置されている。より具体的には、上流部ヒーター４１１、中流部ヒーター４１２、および下流部ヒーター４１３は、薄板上の電熱器をシリンダー３１０の外周に巻きつけた構成となっている。このため、上流部ヒーター４１１、中流部ヒーター４１２、および下流部ヒーター４１３は、シリンダー３１０の外周面に、接触している。同様に、ノズルヒーター４１４は、ノズル３５０を囲うように配置されている。より具体的には、ノズルヒーター４１４は、薄板上の電熱器をノズル３５０の外周に巻きつけた構成となっている。このため、ノズルヒーター４１４は、ノズル３５０の外周面に接触している。上流部ヒーター４１１は、シリンダー３１０の基端側、より具体的には、ホッパー２１０の下流近傍に設置されている。下流部ヒーター４１３は、シリンダー３１０の先端側、より具体的には、ノズル３５０の上流近傍に設置されている。中流部ヒーター４１２は、シリンダー３１０の中央部付近、より具体的には、上流部ヒーター４１１と下流部ヒーター４１３との間に設置されている。これら上流部ヒーター４１１、中流部ヒーター４１２、下流部ヒーター４１３、およびノズルヒーター４１４は、それぞれ独立して加熱温度を設定可能である。

冷却器４２０は、ヒーター４１０に近接して設けられている。より具体的には、冷却器４２０は、ヒーター４１０を囲うように設置されている。冷却器４２０は、冷却パイプ４２１を備えている。この冷却パイプ４２１は、ノズルヒーター４１４、下流部ヒーター４１３、および中流部ヒーター４１２の外周上に、コイル状に巻かれている。このため、冷却パイプ４２１は、ノズルヒーター４１４、下流部ヒーター４１３、および中流部ヒーター４１２の外周面に、接触している。冷却パイプ４２１内には、冷媒、具体的には水が流される。

以上述べたように、射出成型機１００では、ヒーター４１０は、シリンダー３１０の外周面を囲うように設置されている。そして、冷却器４２０は、ヒーター４１０の外周面を囲うように設置されている。換言すれば、射出成型機１００では、ヒーター４１０の内周面は、シリンダー３１０の外周面に接触し、ヒーター４１０の外周面は、冷却器４２０に接触している。このような構成とすると、内部空間３１１内の樹脂を、シリンダー３１０の上流部から下流部まで、広範囲にわたって正確に制御できる。

金型設置部５００
金型設置部５００には、金型５１０と、開閉装置５２０とが設置されている。金型５１０は、ノズル３５０に接続されている。この金型５１０は、内部に、樹脂が流れる流路５１１と、樹脂が充填される充填部５１２と、を有している。流路５１１は、ノズル３５０の出口に連通している。充填部５１２は、製品の形状に対応する形状を有している。開閉装置５２０は、金型５１０を開閉することができる。

射出成型機１００の動作
樹脂の成型を行う際は、まず、ヒーター４１０をオンにする。これと平行して、冷却器４２０に冷媒を供給する。冷却器４２０は、シリンダー３１０を冷却する作用を有しているが、ヒーター４１０の作用により、シリンダー３１０の温度は上昇する。シリンダー３１０の温度が第1設定温度に到達したら、ヒーター４１０をオフにする。そうすると、冷却器４２０の作用により、シリンダー３１０の温度は下がり始める。そして、シリンダー３１０の温度が第２設定温度まで下がったら、ヒーター４１０を再びオンにする。このようにして、ヒーター４１０のオン・オフを繰り返す。その結果、シリンダー３１０の温度は、第1設定温度と第2設定温度の間の狭い範囲内に、保たれる。

これと平行して、固体状態の原料樹脂を、ホッパー２１０から、シリンダー３１０の内部空間３１１内に供給する。樹脂は、スクリュー３２０によって粉砕され、かつ、内部空間３１１の下流方向に搬送される。また、シリンダー３１０は加熱されているので、樹脂は、内部空間３１１内を下流方向に移動している間に、融解する。そして、融解した樹脂は、スクリュー３２０によって押し出され、ノズル３５０から金型５１０内に射出される。金型５１０内に入った樹脂は、流路５１１を通って、充填部５１２内に入る。その結果、充填部５１２は、射出された樹脂で充填される。その後、樹脂は冷却され、凝固する。樹脂が凝固したら、金型５１０を明け、凝固した樹脂を取り出す。その後、流路５１１内で固まった樹脂と充填部５１２内で固まった樹脂とを切り離すと、製品が得られる。ちなみに、樹脂が熱硬化性樹脂の場合、その後、製品をオーブン等で加熱して、樹脂を硬化させる。

射出成型機１００の利点
図２は、各種射出成型機でシリンダーの温度制御を行った場合の、シリンダー内の樹脂の温度変化を示す図である。図２（ａ）は、一般的な熱可塑性樹脂用の射出成型機、すなわちヒーターだけを有する射出成型機における、樹脂の温度の変化を示す。このような射出成型機では、ヒーターをオンにすると樹脂の温度は速やかに上昇するが、シェア熱等により樹脂が発熱し、ヒーターをオフにした後も樹脂の温度は上昇し続ける。このため、実際の樹脂の温度は、設定温度よりもはるかに高い温度に到達しうる。本発明者の観察によれば、実際の樹脂の温度は、設定温度よりも２０〜３０℃高くなってしまうことも珍しくない。図２（ｂ）は、特許文献１に示されるような射出成型機における、樹脂の温度の変化を示す。すなわち、熱媒体管でシリンダーの温度調節を行った場合の、シリンダー内の樹脂の温度の変化を示す。この射出成型機では、一般的な熱可塑性樹脂用の射出成型機よりも、樹脂の温度の上昇を抑えられる。しかしながら、それでも熱硬化性樹脂の成型を行えるほどの、十分な温度制御の正確性は得られない。すなわち、熱硬化性樹脂の成型を行うには、もっと高い精度で樹脂の温度制御を行う必要がある。

図２（ｃ）は、射出成型機１００によってシリンダーの温度調節を行った場合の、シリンダー内の樹脂の温度変化を示す。この図に示すように、ヒーター４１０をオンにすると、樹脂の温度は速やかに上昇する。そして、ヒーター４１０をオフにすると、樹脂は、冷却器４２０により冷却され、樹脂の温度がそれ以上上昇することが防止される。そして、樹脂の温度は、徐々に低下していく。そして、樹脂の温度が第２設定温度に到達したら、再びヒーター４１０をオンにする。これにより、樹脂の温度は再び第１設定温度まで速やかに上昇する。そうしたら、再びヒーター４１０をオフにする。そうすると、樹脂の温度は、徐々に低下し、再び第２設定温度に到達する。このようにして、樹脂の温度は、射出成型機１００では、第１設定温度と第２設定温度の間の狭い範囲内に維持されることとなる。このため、温度の一定性が高まり、温度制御の正確性も上昇する。その結果、射出成型機１００は、熱硬化性樹脂の成型も可能である。

図２（ｃ）に示すように、樹脂を加熱する際には、ヒーター４１０と冷却器４２０の両方を同時に動作させることが好ましい。本発明者は、樹脂を加熱している間も冷却器４２０をオンにしっ放しにしておいた方が、樹脂の温度の変動幅が小さくなることに気が付いた。また、冷却パイプ４２１に冷媒を流す際には、冷媒は、シリンダー３１０の下流側から上流側に向かって流すことが好ましい。さらには、冷却パイプ４２１に流す冷媒の温度は、０〜５０℃程度に設定することが好ましく、０〜１５℃程度に設定することがより好ましい。また、熱硬化性樹脂の成型を行う場合には、冷媒の温度は、樹脂の硬化温度よりも、５０〜１２０℃程度低く設定することが好ましく、８０〜１００℃程度低く設定することがより好ましい。本発明者は、冷媒に冷水（室温よりも低い温度に冷却された水）を用いると、熱硬化性樹脂の成型を好適に行えることを見い出した。

１００・・・・・射出成型機

２００・・・・・樹脂供給部
２１０・・・・ホッパー

３００・・・・・射出部
３１０・・・・シリンダー
３１１・・・内部空間
３２０・・・・スクリュー
３３０・・・・スクリュー回転装置
３４０・・・・スクリュー移動装置
３５０・・・・ノズル

４００・・・・・温度調節部
４１０・・・・ヒーター
４１１・・・上流部ヒーター
４１２・・・中流部ヒーター
４１３・・・下流部ヒーター
４１４・・・ノズルヒーター
４２０・・・・冷却器
４２１・・・冷却パイプ

５００・・・・・金型設置部
５１０・・・・金型
５１１・・・流路
５１２・・・充填部
５２０・・・・開閉装置

Claims (5)

1. 樹脂の射出成型を行う射出成型機であって、
   前記樹脂を供給する樹脂供給部と、
   前記樹脂供給部の下流に設けられたシリンダーと、
   前記シリンダーの下流に設けられた金型設置部と、
   前記シリンダーの周部近傍に設けられたヒーターと、
   前記ヒーターに近接して設けられた冷却器と、
   を有する、ことを特徴とする射出成型機。
2. 前記ヒーターは、前記シリンダーの周部を囲うように配置され、
   前記冷却器は、前記ヒーターを囲うように配置されている、請求項１に記載の射出成型機。
3. 前記ヒーターは、それぞれ独立して加熱温度を設定可能なヒーターを少なくとも２個備え、
   前記冷却器は、これら少なくとも２個のヒーターを両方囲っている、請求項１または２に記載の射出成型機。
4. 前記シリンダーは、先端部にノズルを備え、
   前記ヒーターは、ヒーターを少なくとも２個備え、そのうちの少なくとも１個は、前記ノズルの周部近傍に設けられており、
   前記冷却器の少なくとも一部分は、前記ノズルの周部近傍に設けられたヒーターに近接している、請求項１〜３いずれか１項に記載の射出成型機。
5. 前記樹脂を加熱する際には、前記ヒーターと前記冷却器の両方を同時に動作させる、請求項１〜４いずれか１項に記載の射出成型機。