JP2017042942A - 射出成形システム - Google Patents

Abstract

【課題】ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを熱可塑性樹脂材料として成形体を製造する際、製造された成形体に色むらが発生しないよう抑制する。【解決手段】熱可塑性樹脂材料が供給される加熱シリンダ６と、加熱シリンダ６内に回転可能に設けられたスクリュー８と、加熱シリンダ６の先端に装着された射出ノズル７と、を備え、スクリュー８の回転により加熱シリンダ６内に供給された熱可塑性樹脂材料が混練された後、該混練された熱可塑性樹脂材料がスクリュー８の前進動作により、射出される射出成形システムであって、スクリュー８には、該スクリュー８の有効長の１／３〜２／３の寸法でダルメージ部２３を形成する。着色剤を混ぜ込んだペレットの体積は、ナチュラルペレットの体積より小さくする。【選択図】図２

Description

本発明は、型閉された金型のキャビティに加熱シリンダで溶融された熱可塑性樹脂材料を射出して成形体を成形する射出成形システムに関し、特に、熱可塑性樹脂材料としてナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを用いて成形体を製造した際、成形された成形体に色むらが生じてしまうことを防止することが可能な射出成形システムに関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機等の射出成形システムにおいては、加熱シリンダ内に原料である粒状の熱可塑性樹脂材料を送り、加熱シリンダ内に設けられたスクリューの回転により熱可塑性樹脂材料を溶融しながらスクリュー先端のノズル側に送り出し、スクリューを前進させることで該スクリューの先端側に設けた射出ノズルから型閉された金型のキャビティに溶融された熱可塑性樹脂材料を射出し、キャビティ内で熱可塑性樹脂材料を冷却させ固化した後、金型を開き、突出しピンなどにより金型内側面に張り付いている成形体を取り出すことにより、成形体の製造が行われる。

金型のキャビティに射出される熱可塑性樹脂材料は、金型のキャビティに射出される前に、十分に混練しなければならない。熱可塑性樹脂材料の混練が十分に行われない場合には、良質な成形体が得られなくなる。そのため、特許文献１には、樹脂の混練を促進するため、所定ピッチで環状に配列された複数の樹脂通路を形成したトーピードを加熱シリンダ内に収容し、該トーピードにより樹脂の混練を効果的に行うことが開示されている。また、特許文献２には、射出部と加熱シリンダとを連結する連結部内に、溶融樹脂の混練を行う整流チップを備えたものが開示されている。また、特許文献３には、加熱シリンダ内のスクリューを前進させて溶融樹脂を金型内へ射出する射出成形機において、スクリューを周期的に正逆転させることによって、樹脂材料を混練することが開示されている。

特開２００６−２９７６７０号公報 特開２０１３−２３７２２７号公報 特開平２−２６７２１号公報

しかし、特許文献１〜３等の従来の射出成形機においては、樹脂材料の混練性を向上させることが可能ではあるものの、樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを採用した場合においては、より混練性を高めなければ、製造された成形体に色むらが生じることがあり、このような問題点を解消可能な装置が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ナチュラムペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを樹脂材料として成形体を製造する際、製造された成形体に色むらが発生しないよう抑制することができる射出成形システムを提供することを目的とする。

本射出成形システムの発明は、
熱可塑性樹脂材料が供給される加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、を備え、前記スクリューの回転により前記加熱シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂材料が混練された後、該混練された熱可塑性樹脂材料が前記スクリューの前進動作により、型閉された金型のキャビティに射出される射出成形システムであって、
前記スクリューには、該スクリューの有効長の１／３〜２／３の寸法でダルメージ部を形成し、
前記熱可塑性樹脂材料は、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとからなり、該着色剤を混ぜ込んだペレットの体積は、前記ナチュラルペレットの体積より小さくしたことを特徴とする。

本射出成形システムの発明は、
前記着色剤を混ぜ込んだペレットを複数種類用いることを特徴とする。

本射出成形システムの発明は、
前記ダルメージ部は前記スクリューの先端側に設けたことを特徴とする。

本射出成形システムの発明は、
前記射出ノズルは、内部にミキシングエレメントを備えたミキシングノズルであることを特徴とする。

本射出成形システムの発明は、
前記スクリューを正回転方向と逆回転方向とに交互に動作させる制御手段を備え、
該制御手段により前記スクリューが正回転方向と逆回転方向とに交互に繰り返し動作されることにより、前記加熱シリンダ内の熱可塑性樹脂材料に対し、該熱可塑性樹脂材料の供給方向と戻り方向との運動と、前記スクリューによる正回転方向の剪断力と逆回転方向の剪断力とが加えられることを特徴とする。

本発明によれば、スクリューに、当該スクリューの有効長の１／３〜２／３の寸法とするダルメージ部を設け、当該ダルメージ部の設けられたスクリューを用いて、加熱シリンダ内でナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとからなる熱可塑性樹脂材料を可塑化する際に、着色剤を混ぜ込んだペレットの体積がナチュラルペレットの体積より小さいことから、着色剤を混ぜ込んだペレットが、ナチュラルペレットより早く溶融され、射出ノズルから金型のキャビティに射出される熱可塑性樹脂材料に色むらが生じぬよう効果的に混練することができる。よって、熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを適用した際、製造された成形体に色むらが発生しないよう抑制でき高品質な成形体を得ることができる。

さらに、本発明によれば、着色剤を混ぜ込んだペレットを複数種類用いるため、成形中に着色剤を混ぜ込んだペレットの配合を変更することで、色目の異なる成形品を容易に多数成形することができる。

さらに、本発明によれば、射出ノズルとして、内部にミキシングエレメントを備えたミキシングノズルを適用することで、加熱シリンダ内に加え、射出ノズル内でも熱可塑性樹脂材料を混練することができ、当該熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとを適用した際に、製造された成形体に色むらが発生しないよう、より抑制することができる。

さらに、スクリューが正回転方向と逆回転方向とに交互に繰り返し動作されることから、こうした動作により熱可塑性樹脂材料の混練性を高めることができ、製造された成形体に色むらが発生しないよう、より一層抑制することができる。

本発明の一例の射出成形システムの射出装置を示す概略構成図である。 射出ノズル内に設けられるミキシングエレメントを示す分解斜視図である。 射出ノズル内に設けられるミキシングエレメントの断面を示す斜視図である。 射出ノズル内に設けられるミキシングエレメントを示す透視図である。 射出装置の加熱シリンダ内に設けられるスクリューを示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

本発明の一例の射出成形システムは、原料である熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと、該ナチュラムペレットの体積よりも小さい体積の、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとを採用して、成形体を製造するものである。なお、製造される成形体の色は、本実施形態においては茶色となっており、当該茶色の成形体を得るため、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとしては、赤色・黄色・黒色の３色を用意して、これら３色のミニチュアペレットを配合することで茶色の色を作り出す。

図１において、１は射出成形システムに構成され、金型のキャビティに熱可塑性樹脂材料を射出する射出装置である。射出装置１には、相対向して設けられたフロントプレート２とリヤプレート３、フロントプレート２とリヤプレート３とを連結したタイバー４、熱可塑性樹脂材料の投入されるホッパ５、ホッパ５を通じて供給された熱可塑性樹脂材料を溶融する加熱シリンダ６、加熱シリンダ６の先端に装着され、型閉された金型のキャビティへ溶融された熱可塑性樹脂材料を射出する射出ノズル７、加熱シリンダ６の内部に軸方向に進退自在にかつ周方向に回転自在に設けられたスクリュー８、スクリュー８の基端部を回転自在に支持するプッシャープレート９、リヤプレート３に回転自在に支持されたボールねじ軸１０、ボールねじ軸１０と螺合する、前記プッシャープレート９に固定されたボールナット１１、ベルト１２とプーリ１３を介してボールねじ軸１０を回転させることによってスクリュー８を軸方向に進退移動させる射出駆動手段としての射出用サーボモータ１４、ベルト１５とプーリ１６を介してスクリュー８を回転させる回転駆動手段としての計量用サーボモータ１７、圧力検出手段たるロードセル１８、計量用サーボモータ１７の回転等を制御する制御手段２０などから構成されている。

制御手段２０は、計量工程を行うに際し、スクリュー８を正回転方向に１回転、続いて、逆回転方向に前記正回転よりも回転量の小さい半回転（１／２回転）、とする一連の動作を、計量工程中に繰り返し行うことで、加熱シリンダ６内の熱可塑性樹脂材料に対し、該熱可塑性樹脂材料の供給方向と戻り方向との運動と、スクリュー８による正回転方向の剪断力と逆回転方向の剪断力とが加えられ、加熱シリンダ６内の熱可塑性樹脂材料をかく乱的に混練する。なお、前記「正回転方向」とは、熱可塑性樹脂材料を射出ノズル７側へ供給するときの方向であり、前記「逆回転方向」とは、その逆の戻り方向である。

また、本実施形態の射出ノズル７は、図２〜図４に示すように、その内部にミキシングエレメント２１を備えたミキシングノズルであり、ミキシングエレメント２１内には、熱可塑性樹脂材料を混練するための十字型の乱流板２２が複数設けられている。

図５に示すように、スクリュー８の先端側には、ダルメージ部２３が形成されている。ダルメージ部２３は、スクリューの有効長の１／３〜２／３の寸法、具体的には、１／２の寸法となっている。なお、図５では、図示を省略しているが、ダルメージ部２３には、３条毎に溝が形成され、リードの方向が変わるようになっており、こうした構造により、熱可塑性樹脂材料の混練が効果的に行われる。

以上のような本実施形態の射出成型システムによれば、スクリュー８に、当該スクリュー８の有効長の１／３〜２／３の寸法で、３条毎に溝等が形成されたダルメージ部２３を設け、当該ダルメージ部２３の設けられたスクリュー８が、正回転方向と逆回転方向とに交互に繰り返し動作されることから、こうした動作とダルメージ部２３による相乗効果が相俟って、射出ノズル７から金型のキャビティに射出される前に、熱可塑性樹脂材料に色むらが生じぬよう効果的に混練することができる。よって、熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとを適用した際、製造された成形体に色むらが発生しないよう抑制することができる。

さらに、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットを複数種類用いるため、成形中等に着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットの配合を変更することで、色目の異なる成形品を容易に多数成形することができる。

さらに、射出ノズル７として、内部にミキシングエレメント２１を備えたミキシングノズルを適用することで、加熱シリンダ６内に加え、射出ノズル７内でも熱可塑性樹脂材料を混練することができ、当該熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとを適用した際に、製造された成形体に色むらが発生しないよう、より抑制することができる。

さらに、スクリュー８の有効長の１／３〜２／３の寸法とするダルメージ部２３をスクリュー８に設け、該スクリュー８を用いて、加熱シリンダ６内でナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとからなる熱可塑性樹脂材料を可塑化する際に、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットの体積がナチュラルペレットの体積より小さいことから、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットが、ナチュラルペレットより早く溶融され、射出ノズル７から金型のキャビティに射出される熱可塑性樹脂材料に色むらが生じぬよう効果的に混練することができる。よって、熱可塑性樹脂材料として、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットとを適用した際、製造された成形体に色むらが発生しないよう抑制でき高品質な成形体を得ることができる。

以上本実施形態の射出成形システムについて説明したが、種々の変形実施が可能である。例えば、本実施形態では、計量工程中、スクリューを正回転方向に１回転、続いて、逆回転方向に半回転（１／２回転）、とするかく乱動作が繰り返し行われることについて説明したが、逆回転方向の回転量を、３／４〜１／４回転にしたりするなど適宜設定するようにしてもよい。また、本実施形態においては、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットの体積が、ナチュラムペレットの体積よりも小さい体積であることについて説明したが、本実施形態で使用した一例では、加熱される前のナチュラムペレット及びミニチュアペレットの各々の形状が円柱型となっており、ナチュラルペレットのサイズは、φ３．５ｍｍ長さ３ｍｍのものを使用し、着色剤を混ぜ込んだミニチュアペレットは、φ３ｍｍ長さ２．５ｍｍのものを使用した。そして、ナチュラルペレットとミニチュアペレットとの体積比は、ナチュラルペレットの体積を１００％とすると、ミニチュアペレットの体積は約６０％としたのだが、ナチュラルペレットとミニチュアペレットとの体積比は、このように１００：６０の関係に限定されるものではなく、ミニチュアペレットの径をより小さいものを用いて、ナチュラルペレットとミニチュアペレットとの体積比を１００：７５や、１００：５０となるようにしてもよい。

１ 射出装置
２ フロントプレート
３ リヤプレート
４ タイバー
５ ホッパ
６ 加熱シリンダ
７ 射出ノズル
８ スクリュー
９ プッシャープレート
１０ ボールねじ軸
１１ ボールナット
１２ ベルト
１３ プーリ
１４ 射出用サーボモータ
１５ ベルト
１６ プーリ
１７ 計量用サーボモータ
１８ ロードセル
２０ 制御手段
２１ ミキシングエレメント
２２ 乱流板
２３ ダルメージ部

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂材料が供給される加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、を備え、前記スクリューの回転により前記加熱シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂材料が混練された後、該混練された熱可塑性樹脂材料が前記スクリューの前進動作により、型閉された金型のキャビティに射出される射出成形システムであって、
   前記スクリューには、該スクリューの有効長の１／３〜２／３の寸法でダルメージ部を形成し、
   前記熱可塑性樹脂材料は、ナチュラルペレットと着色剤を混ぜ込んだペレットとからなり、該着色剤を混ぜ込んだペレットの体積は、前記ナチュラルペレットの体積より小さくしたことを特徴とする射出成形システム。
2. 前記着色剤を混ぜ込んだペレットを複数種類用いることを特徴とする請求項１に記載の射出成形システム。
3. 前記ダルメージ部は前記スクリューの先端側に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形システム。
4. 前記射出ノズルは、内部にミキシングエレメントを備えたミキシングノズルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の射出成形システム。
5. 前記スクリューを正回転方向と逆回転方向とに交互に動作させる制御手段を備え、
   該制御手段により前記スクリューが正回転方向と逆回転方向とに交互に繰り返し動作されることにより、前記加熱シリンダ内の熱可塑性樹脂材料に対し、該熱可塑性樹脂材料の供給方向と戻り方向との運動と、前記スクリューによる正回転方向の剪断力と逆回転方向の剪断力とが加えられることを特徴とする請求項１〜４の何れか1項に記載の射出成形システム。

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