JP2017136765A - 射出ミキシングノズル - Google Patents

Abstract

【課題】従来品に比べ簡易な構成で十分な混錬を行うことができ、樹脂材料を変更するときの作業を容易にすることができ、糸引き等の不具合の発生を抑制可能な射出ミキシングノズルの提供を目的とする。
【解決手段】樹脂通路３１内に着脱可能な状態で挿入される圧力低減部材４０は、樹脂通路３１を仕切る壁部４３と、壁部４３に穿設された通路であって、壁部４３によって仕切られた樹脂通路３１を連通させる通路４１とによって構成されている。このような射出ミキシングノズルでは、通路４１を通過した溶融樹脂は、対流して混錬された後に、放出口３２から射出されることとなる。また、目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときには、圧力低減部材４０を取り外して清掃作業を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、射出ミキシングノズルに関するものであり、特に、樹脂の射出成形機に用いられる射出ミキシングノズルに関する。

従来、射出ミキシングノズルとしては、筒状に形成され一端側に流体が導入される導入口が設けられ、他端側に導入された流体を導出する導出口が設けられたノズル本体と、ノズル本体の導入口と導出口との間に配置され導入口からノズル本体内に導入された流体を複数のエレメント穴から導入して混錬する複数のエレメントを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような射出ミキシングノズルであれば、複数種類の樹脂材料（溶融樹脂）の混錬を十分に行うことができるものとして好適なものとされている。

特開２０１４−８３７５３号公報

ところが、このような射出ミキシングノズルは、十分な混錬を行うための複数のエレメントを備えるため、精密な部品点数が多く、複雑な構成となっている。そのため、例えば、エレメント穴に樹脂材料が目詰まりしてしまい、期待するような性能を発揮できなくなってしまう問題がある。

また、このような射出ミキシングノズルは、上述のような目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときに、射出ミキシングノズルを分解して清掃する必要がある。このとき、部品点数が多く複雑な構成となっているため、清掃作業に手間が生じたり、分解清掃が出来ないノズルであったり、といった問題もある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、射出ミキシングノズルであって、従来品に比べ簡易な構成で十分な混錬を行うことができるとともに、樹脂材料を変更するときの作業を容易にすることができる射出ミキシングノズルの提供を目的とする。また、糸引き等の不具合の発生を抑制可能な射出ミキシングノズルの提供も目的とする。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた射出ミキシングノズルは、射出成形機における加熱シリンダの先端部分に取付けられ、加熱シリンダから送られる溶融樹脂を通過させる樹脂通路、及び樹脂通路の先端に形成され溶融樹脂を射出させる放出口を有するノズルボディと、ノズルボディの樹脂通路内に配設され、加熱シリンダ側から送出される溶融樹脂の圧力を低減と混錬を良くするのを目的とした圧力低減部材とを備え、この圧力低減部材は、外周面が樹脂通路の内周面に当接することによって、樹脂通路を仕切る第一壁部と、第一壁部によって仕切られた樹脂通路の上流側の部分から下流側の部分に溶融樹脂が送出されるための通路であって、第一壁部に形成された第一通路とによって構成されている。

このような射出ミキシングノズルであれば、従来品に比べ簡易な構成であるため、目詰まりが発生したときの清掃作業や、樹脂材料を変更するときの作業を従来品に比べて容易に行うことができる。

また、このような射出ミキシングノズルでは、第一通路を通過した溶融樹脂は、対流して混錬された後に、放出口から射出されることとなる。つまり、例えば、複数種類の溶融樹脂を混入した場合には、十分に混錬されることとなる。

さらに、このような射出ミキシングノズルでは、樹脂通路内に圧力低減部材が配設されて、加熱シリンダ側から加えられる溶融樹脂の圧力を低減することとなる。つまり、金型から成形品を取出すときに、背圧によって圧力低減部材の下流側に位置する放出口から溶融樹脂が漏れ出ること、所謂糸引きを抑制することができる。

また、請求項２に記載のように、圧力低減部材は、樹脂通路内に着脱可能に配設されている。このような圧力低減部材であれば、射出ミキシングノズルにおいて、目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときには、圧力低減部材を取り外して容易に作業を行うことができる。

また、請求項３に記載のように、第一壁部に対し樹脂通路の下流側に配設され、樹脂通路を仕切る第二壁部と、第二壁部によって仕切られた樹脂通路の上流側の部分から下流側の部分に溶融樹脂が送出されるための通路であって、第二壁部に形成された第二通路と、第一壁部と第二壁部とによって挟まれた空間であって、第一通路を通過した溶融樹脂が混錬される混錬空間とによって構成されている。

このような射出ミキシングノズルでは、圧力低減部材の第一壁部と第二壁部によって挟まれた部分において、溶融樹脂が混錬される。つまり、第一通路を通過した溶融樹脂は、第二壁部に当たり、第一壁部と第二壁部とに挟まれた部分で対流することとなる。そうすると、このような空間が形成されていない場合に比べて、複数の種類の溶融樹脂を混入した場合に、十分に混錬されることとなる。

さらに、請求項４に記載のように、第一通路において、樹脂通路の下流側の内径が樹脂通路の上流側の内径に比べて、小さく形成されていれば、第一壁部と第二壁部によって挟まれた部分（混錬空間）において、第一通路から流入する溶融樹脂の流速が増すこととなる。つまり、第一通路の内径が一定であるものに比べて、第一壁部と第二壁部によって挟まれた部分（混錬空間）における混錬が十分になされることとなる。

第１実施形態の射出成型機の概略構成を示す図である。 第１実施形態の射出成型機の計量・貯留工程、及び射出工程の説明を示す図である。 第１実施形態の圧力低減部材の外観図であり、（ａ）は第１実施形態の圧力低減部材の斜視図であり、（ｂ）は第１実施形態の射出ミキシングノズルの構成を示す断面図である。 第２実施形態の圧力低減部材の外観図であり、（ａ）は圧力低減部材の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 第２実施形態の射出ミキシングノズルの構成を示す断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第１実施形態］
＜射出成型機１の全体構成について＞
図１に示すように、本実施形態の射出成型機１は、シリンダ２と射出ミキシングノズル３とヒータ４とホッパ５とスクリュ６とを備えている。シリンダ２は、樹脂通路２ａを内部に有する略円筒状に形成されている。射出ミキシングノズル３は、シリンダ２の先端部分に取付金具２ｃを介して取付けられている。ヒータ４は、シリンダ２の外周面に巻かれている。ホッパ５は、シリンダ２の根元側の上部に貫通された状態で接続されている。スクリュ６は、シリンダ２の樹脂通路２ａに配設されている。

ここで、ヒータ４は、樹脂通路２ａを通過する樹脂材料Ｋを外部から加熱するものであり、シリンダ２と組合せることにより本発明の加熱シリンダとして機能している。なお、樹脂材料Ｋには、ヒータ４の熱だけではなく、スクリュ６の回転に伴う摩擦熱、及びシリンダ２の内周面との間で発生するせん断熱も加えられ、これらの熱により樹脂材料Ｋは溶融されながら送られる。

ホッパ５は、固形状の樹脂材料Ｋ（例えば、樹脂ペレット）を貯えるとともに、底面に設けられた供給口（図示しない）からシリンダ２の根元側に、重力を利用して樹脂材料Ｋを供給するものである。つまり、ホッパ５の下方の樹脂通路２ａに空隙が生じると、その部分に対して樹脂材料Ｋを落とし込むことにより、樹脂通路２ａ内に樹脂材料Ｋを充填させる。

スクリュ６は、表面に螺旋溝が形成されており、樹脂通路２ａの略全域に亘って配置される長さに設定されている。また、スクリュ６は、回転可能で且つ軸方向に移動可能（進退可能）に支持されており、スクリュ６を回転させることで、ホッパ５から供給された樹脂材料Ｋをシリンダ２の先端部２ｂに送ることが可能な構成となっている。

さらに、スクリュ６を前進させることで、先端部２ｂに貯留された樹脂材料（溶融樹脂Ｙ）を射出ミキシングノズル３から所定の圧力で射出させることが可能な構成となっている。なお、スクリュ６には、射出ミキシングノズル３側に向かって所定の圧力（すなわち背圧）が加えられており、スクリュ６を回転させたときに、スクリュ６の推進力によってスクリュ６が後退しないように構成されている。

スクリュ６を回転させる手段として、回転用モータ９及び回転伝達機構１０を備えている。回転用モータ９は、その出力軸９ａを一定方向に回転させるサーボモータからなり、第一モータ駆動回路（図示しない）によって回転制御される。回転伝達機構１０は、回転用モータ９の回転をスクリュ６に伝達するものであり、スクリュ６の軸６ｃに接続された従動プーリ１１と、回転用モータ９の出力軸９ａに連結された駆動プーリ１２と、駆動プーリ１２及び従動プーリ１１を繋ぐ無端ベルト１３とから構成されている。

また、スクリュ６を軸方向に移動させる手段として、進退用モータ１５及び軸方向移動機構１６を備えている。進退用モータ１５は、サーボモータからなり、第二モータ駆動回路（図示しない）によって、回転数及び回転方向が制御される。

軸方向移動機構１６は、進退用モータ１５の回転運動をスクリュ６の軸方向への直線運動に変換するものであり、シリンダ２の根元部分に固定された第一ベース板１７ａと、これに対向して配設された第二ベース板１７ｂと、二枚のベース板１７ａ，１７ｂを繋ぐ一対のガイド部材１８と、ガイド部材１８によってスクリュ６の軸方向に摺動可能に案内されるとともに内部に雌ネジ（図示しない）が形成されたスライド部材１９と、この雌ネジに螺合されるとともに第二ベース板１７ｂに対して回動可能に支持された送りネジ２０と、送りネジ２０の一端側に接続された従動プーリ２１と、進退用モータ１５の出力軸１５ａに接続された駆動プーリ２２と、従動プーリ２１及び駆動プーリ２２を繋ぐ無端ベルト２３とから構成されている。

なお、回転伝達機構１０の従動プーリ１１は、スライド部材１９に対して回動可能に連結されており、スライド部材１９がガイド部材１８に沿って直線運動すると、それに従って回転伝達機構１０及び回転用モータ９も移動するように構成されている。このため、進退用モータ１５を一定方向に回転させると、送りネジ２０によってスライド部材１９及び従動プーリ１１が前進し、スクリュ６が射出ミキシングノズル３側に向かって移動する。

また、スクリュ６の先端側には、小径の頸部７が形成されており、この頸部７にチェックリング８が遊嵌されている。チェックリング８は、スクリュ６の頸部７に対して回動可能で、且つスクリュ６の軸方向に頸部７の長さ分だけ移動可能な状態で支持されている。
また、チェックリング８の内周面と頸部７の間には、溶融樹脂Ｙを通過させ得る溝Ｓが形成されており、樹脂通路２ａにおいて、螺旋溝が形成されたスクリュ本体６ａ側の圧力が先端部２ｂの圧力よりも高い状態（すなわちスクリュ６が回転している状態）では、この圧力差によって、チェックリング８が先端部２ｂ側に移動することで溝Ｓが開放され（図２（ａ）参照）、溶融樹脂Ｙを先端部２ｂに送ることが可能となる。

一方、先端部２ｂに溶融樹脂Ｙが貯留された状態でスクリュ６の回転が停止すると、スクリュ本体６ａ側の圧力が先端部２ｂの圧力よりも低くなるため、その圧力差によってチェックリング８がスクリュ本体６ａ側に移動し、スクリュ本体６ａに当接する（図２（ｃ）参照）。これにより、溝Ｓが閉鎖され、先端部２ｂに貯留された溶融樹脂Ｙの逆流が防止される。

＜計量・貯留工程、および射出工程について＞
次に、計量・貯留工程、および射出工程について、図２に基づき説明する。まず、計量・貯留工程では、図２（ａ）に示すように、ホッパ５から樹脂材料Ｋを供給しつつ、回転用モータ９（図１参照）及び回転伝達機構１０によってスクリュ６を一定方向（矢印の方向）に回転させる。

すると、ホッパ５から供給された樹脂材料Ｋは、シリンダ２の周囲に巻かれたヒータ４からの熱、スクリュ６の回転に伴う摩擦熱、及びせん断熱によって加熱されながら、シリンダ２の先端部２ｂに向かって送られる。
そして、先端部２ｂにおいて蓄積される溶融樹脂Ｙの樹脂圧がスクリュ６の背圧よりも高くなると、図２（ｂ）に示すように、その樹脂圧によってスクリュ６が後退する。このため、スクリュ６の位置を検出することにより、先端部２ｂにおいて溶融樹脂Ｙを計量しながら貯留させることが可能になる。

一方、図２（ｃ）に示すように、射出工程では、進退用モータ１５（図１参照）及び軸方向移動機構１６によってスクリュ６を軸方向に前進させる。すると、シリンダ２の先端部２ｂに貯留されている溶融樹脂Ｙが射出ミキシングノズル３から所定の圧力で射出され、型締めされた金型（図示しない）に対して所定の圧力で溶融樹脂Ｙを注入することが可能となる。そして、これらの計量・貯留工程、および射出工程を順次繰返し行うことにより、金型に対して溶融樹脂Ｙを所定量ずつ供給し、複数の成形品を連続的に成形することが可能となる。

＜射出ミキシングノズルの構成及び作用について＞
次に、本実施形態の射出ミキシングノズル３について説明する。図１に示すように、本実施形態の射出ミキシングノズル３は、シリンダ２の先端部分に取付金具２ｃを介して着脱可能に取付けられたノズルボディ３０とノズルボディ３０の内部に配設された圧力低減部材４０とを具備して構成されている。
図３（ｂ）に示すように、ノズルボディ３０には、溶融樹脂Ｙを通過させる樹脂通路３１が中心部分を貫通して設けられ、その樹脂通路３１の先端には、溶融樹脂Ｙを射出する放出口３２が形成されている。

また、ノズルボディ３０は、細長く先端側に向かって僅かに縮径された略円筒形の形状を呈しているが、根元側には外方向に突出するフランジ３０ｂが形成されており、このフランジ３０ｂを取付金具２ｃ（図１参照）に突合せた状態で取付けられる。また、樹脂通路３１は下流側に向かって漸次内径が小さくなるようにテーパ状に形成されており、この樹脂通路３１の内周面３１ａと圧力低減部材４０の外周面とが当接することで、圧力低減部材４０が放出口３２側に移動することを規制している。

圧力低減部材４０は、樹脂通路３１内に着脱可能な状態で挿入されており、シリンダ２側から加えられる溶融樹脂Ｙの圧力を低減する。つまり、圧力低減部材４０の上流側の溶融樹脂Ｙには、スクリュ６（図１参照）の背圧に応じた圧力が加わるが、圧力低減部材４０が抵抗となって圧力を降下させることで、その下流側の圧力を低くする。

圧力低減部材４０は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、壁部４３と通路４１とから構成されている。壁部４３は、外周面がテーパ状であり、樹脂通路３１の内周面３１ａに当接することによって、樹脂通路３１を上流側の部分と下流側の部分とに仕切っている。

通路４１は、壁部４３に穿設された１つの通路であって、壁部１４３によって仕切られた樹脂通路３１を連通させる。また、通路４１は、図３（ｂ）に示すように、樹脂通路３１の下流側の内径が、樹脂通路３１の上流側の内径に比べて、小さくなるように、テーパ状に形成されている。

また、図３（ｂ）に示すように、壁部４３と樹脂通路３１の内周面３１ａとによって囲まれることによって形成された空間において、通路４１を通過した溶融樹脂Ｙが対流して混錬され、混錬された溶融樹脂Ｙが、放出口３２から射出されることとなる。
このような射出ミキシングノズルでは、圧力低減部材４０が樹脂通路３１内に着脱可能に配設されているため、射出ミキシングノズル３において、目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときには、圧力低減部材４０を取り外して容易に交換作業や清掃作業を行うことができる。

また、このような射出ミキシングノズル３では、圧力低減部材４０の壁部４３と樹脂通路３１の内周面３１ａとによって囲まれることによって形成された空間において、通路４１を通過した溶融樹脂Ｙが対流して混錬される。つまり、このような空間が形成されていない場合に比べて、複数の種類の溶融樹脂を混入した場合に、十分に混錬されることとなる。

さらに、このような射出ミキシングノズル３では、樹脂通路３１内に圧力低減部材４０が配設されて、加熱シリンダ２側から加えられる溶融樹脂Ｙの圧力を低減することとなる。つまり、金型から成形品を取出すときに、背圧によって圧力低減部材４０の下流側に位置する放出口３２から溶融樹脂Ｙが漏れ出ること、所謂糸引きを抑制することができる。

そして、通路４１において、樹脂通路３１の下流側の内径が樹脂通路３１の上流側の内径に比べて、小さく形成されていれば、通路４１から送出されて圧力低減部材４０と放出口３２までに形成された空間に流入する溶融樹脂Ｙの流速が増すこととなる。したがって、通路の内径が一定であるものに比べて、放出口３２にて射出されるまでの溶融樹脂Ｙの混錬が十分になされることとなる。

［第２実施形態］
第２実施形態において、射出成型機は、第１実施形態と同様のものであるため、＜射出成型機１の全体構成について＞の説明、＜計量・貯留工程、および射出工程について＞の説明は省略する。

本実施形態における圧力低減部材１４０は、図４（ａ）および図５に示すように、第一壁部１４３と第二壁部１４７と連結部１４５と第一通路１４１，１４１と第二通路１４８，１４８とから構成されている。第一壁部１４３は、外周面がテーパ状であり、樹脂通路３１の内周面３１ａに当接することによって、樹脂通路３１を上流側の部分と下流側の部分とに仕切っている。第二壁部１４７は、第一壁部１４３に対し樹脂通路３１の下流側に配置され、外周面の一部がテーパ状であり、樹脂通路３１の内周面３１ａに当接することによって、樹脂通路３１を上流側の部分と下流側の部分とに仕切っている。

連結部１４５は、第一壁部１４３と第二壁部１４７とを連結する部材である。第一通路１４１，１４１は、第一壁部１４３に穿設された２つの通路１４１，１４１であって、第一壁部１４３によって仕切られた樹脂通路３１を連通させる。

第二通路１４８，１４８は、第二壁部１４７に形成された２つの通路であって、第二壁部１４７によって仕切られた樹脂通路３１を連通させる。また、第一通路１４１，１４１は、図４（ｂ）および図５に示すように、樹脂通路３１の下流側の内径が、樹脂通路３１の上流側の内径に比べて、小さくなるように、テーパ状に形成されている。

また、図５に示すように、第一壁部１４３と第二壁部１４７と樹脂通路３１とによって囲まれることによって形成された空間は、第一通路を通過した溶融樹脂が混錬される混錬空間１５０として機能する。第一通路１４１，１４１を通過して混錬空間１５０に入った溶融樹脂Ｙは、抵抗として作用する第二壁部１４７に当たることで混錬空間１５０にて対流する。

つまり、溶融樹脂Ｙは、混錬空間１５０において混錬されることとなる。そして、この混錬空間１５０において混錬された溶融樹脂Ｙは、第二通路１４８，１４８を通って、樹脂通路３１の下流側へ導出される。

このような射出ミキシングノズルでは、圧力低減部材１４０がノズルボディ３０の樹脂通路３１内に着脱可能に配設されているため、射出ミキシングノズル３において、目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときには、圧力低減部材１４０を取り外して容易に作業を行うことができる。
また、このような射出ミキシングノズル３では、圧力低減部材１４０の第一壁部１４３と第二壁部１４７とによって挟まれた混錬空間１５０において、溶融樹脂Ｙが混錬される。

つまり、このような空間が形成されていない場合に比べて、複数の種類の溶融樹脂を混入した場合に、混錬空間１５０において十分に混錬されることとなる。
さらに、このような射出ミキシングノズル３では、樹脂通路３１内に圧力低減部材１４０が配設されて、加熱シリンダ２側から加えられる溶融樹脂Ｙの圧力を低減することとなる。つまり、金型から成形品を取出すときに、背圧によって圧力低減部材１４０の下流側に位置する放出口３２から溶融樹脂Ｙが漏れ出ること、所謂糸引きを抑制することができる。

そして、第一通路１４１，１４１において、樹脂通路３１の下流側の内径が樹脂通路３１の上流側の内径に比べて、小さく形成されていれば、第一通路１４１，１４１から送出されて混錬空間１５０に流入する溶融樹脂Ｙの流速が増すこととなる。したがって、第一通路の内径が一定であるものに比べて、混錬空間１５０における混錬が十分になされることとなる。

なお、本実施形態の圧力低減部材１４０は、一体成型されたものとして説明したが、第一壁部１４３と連結部１４５と第二壁部１４７とが、各々成型されたものが組み合されて構成されたものであっても良い。

［その他の実施形態］
上述した第１実施形態において、圧力低減部材４０は、着脱可能に配設されているものしたが、樹脂通路３１に固定されているものであっても良い。例えば、射出ミキシングノズルと一体成型されているものが考えられる。

このような射出ミキシングノズルであれば、溶融樹脂の十分な混錬を行うことができ、糸引き等の不具合の発生を抑制することができるだけでなく、目詰まりが発生したときや、樹脂材料を変更するときは、容易な作業で対応することができる。

また、上述した第１実施形態において、圧力低減部材４０における通路を１つとしたが、２つ以上の複数の通路が形成されていてもよい。このような圧力低減部材であれば、通路から送出されて圧力低減部材と放出口までに形成された空間に流入する溶融樹脂の経路が複数となり、より対流が促進されることとなる。つまり、通路が一つの圧力低減部材を使用する場合に比べて、溶融樹脂の混錬が十分になされることとなる。

１… 射出成型機 ２…シリンダ（加熱シリンダ） ３…射出ミキシングノズル ３０…ノズルボディ ３１…樹脂通路 ３１ａ…内周面 ３２…放出口 ４０，１４０…圧力低減部材 ４１…通路 ４３…壁部 １４１…第１通路 １４３…第一壁部 １４５…連結部 １４７…第二壁部 １４８…第二通路 １５０…混錬空間。

Claims (4)

1. 射出成形機における加熱シリンダの先端部分に取付けられ、前記加熱シリンダから送られる溶融樹脂を通過させる樹脂通路、及び前記樹脂通路の先端に形成され溶融樹脂を射出させる放出口を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディの前記樹脂通路内に配設され、前記加熱シリンダ側から加えられる溶融樹脂の圧力を低減する圧力低減部材とを備え、
   前記圧力低減部材は、外周面が前記樹脂通路の内周面に当接することによって、前記樹脂通路を仕切る第一壁部と、
   前記第一壁部によって仕切られた前記樹脂通路の上流側の部分から下流側の部分に前記溶融樹脂が送出されるための通路であって、前記第一壁部に形成された第一通路と
   によって構成されていることを特徴とする射出ミキシングノズル。
   
2. 請求項１に記載の射出ミキシングノズルにおいて、
   前記圧力低減部材は、前記樹脂通路内に着脱可能に配設されている
   ことを特徴とする射出ミキシングノズル。
   
3. 請求項１または請求項２に記載の射出ミキシングノズルにおいて、
   前記第一壁部に対し前記樹脂通路の下流側に配設され、前記樹脂通路を仕切る第二壁部と、
   前記第二壁部によって仕切られた前記樹脂通路の上流側の部分から下流側の部分に前記溶融樹脂が送出されるための通路であって、前記第二壁部に形成された第二通路と、
   前記第一壁部と前記第二壁部とによって挟まれた空間であって、前記第一通路を通過した溶融樹脂が混錬される混錬空間と
   によって構成されていることを特徴とする射出ミキシングノズル。
   
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の射出ミキシングノズルにおいて、
   前記第一通路は、前記樹脂通路の下流側の内径が、前記樹脂通路の上流側の内径に比べて、小さく形成されている
   ことを特徴とする射出ミキシングノズル。