JP2019162724A - 射出成形機および成形システム - Google Patents

Abstract

【課題】短い時間で熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる射出成形機および成形システムを提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂材料用の成形システム１は、金型１０と、射出成形機２０と、を有している。射出成形機２０は、非磁性体からなるシリンダ２１と、シリンダ２１内に回転可能かつ前後進可能に収容された強磁性体からなるスクリュ２２と、スクリュ２２を誘導加熱する加熱装置２３と、を有している。射出成形機２０は、加熱装置２３によって、非磁性体のシリンダ２１に収容された強磁性体のスクリュ２２を誘導加熱により発熱させる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機、および、この射出成形機を有する成形システムに関する。

従来の熱硬化性樹脂材料用の射出成形機の一例が特許文献１に開示されている。この射出成形機は、加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュとを有し、スクリュを加熱シリンダ内で回転駆動することにより、熱硬化性樹脂の混練及び可塑化を行う。

特開２０１６−１０７５０９号公報

このような射出成形機では、加熱シリンダ内での熱硬化性樹脂材料の硬化反応を抑制するために、熱硬化性樹脂材料に必要以上の熱量が加わらないようにすることが重要である。そのためには、短い時間で熱硬化性樹脂材料を加熱することが有効である。しかしながら、従来の射出成形機は、バンドヒータで温められた加熱シリンダによって間接的に熱硬化性樹脂材料を加熱するものであり、発熱体によって直接的に熱硬化性樹脂材料を加熱するものではない。そのため、効率が悪く、加熱に比較的長い時間を要していた。また、加熱シリンダは、射出時の圧力に耐えうるようある程度の肉厚を有するので、熱容量が大きい。そのため、加熱シリンダの温度を素早く上げたり下げたりすることができず、加熱シリンダ内で熱硬化性樹脂を適切に加熱することが困難であった。

そこで、本発明は、短い時間で熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる射出成形機および成形システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る射出成形機は、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、非磁性体のシリンダと、前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容された強磁性体のスクリュと、前記スクリュを誘導加熱する加熱装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、加熱装置によって、非磁性体のシリンダに収容された強磁性体のスクリュを誘導加熱により発熱させることができる。そのため、スクリュにより直接的に熱硬化性樹脂材料を加熱することができる。また、スクリュはシリンダに比べて体積が小さく、熱容量が小さい。そのため、素早く温度を上げたり下げたりすることができ、温度制御が容易であるので、熱硬化性樹脂材料を適切に加熱することができる。また、誘導加熱は短時間で高温に加熱することができる。そのため、熱硬化性樹脂材料の加熱時間を短くすることができ、必要以上の熱量が加わることを抑制できる。

本発明において、前記加熱装置が、前記シリンダの先端部のみに設けられていることが好ましい。このようにすることで、シリンダの先端部に滞留している熱硬化性樹脂材料を効果的に加熱することができるとともに、シリンダの先端部以外に滞留している熱硬化性樹脂材料が加熱されることを抑制できる。

本発明において、前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置をさらに有し、前記スクリュが、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前進された後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置まで後退されることが好ましい。このようにすることで、スクリュの後退とともに熱硬化性樹脂材料も冷却装置に対応した位置まで後退される。そのため、シリンダ内の熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制することができる。

本発明において、前記シリンダは、先端が開口されており、金型の樹脂流路と連通されることが好ましい。このようにすることで、シリンダの先端にノズルを設けないノズルレス構造となるので、ノズル内に残った熱硬化性樹脂材料の硬化反応を回避できる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る成形システムは、上記射出成形機と、前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする。

本発明によれば、上記射出成形機を有しているので、熱硬化性樹脂材料を直接的に加熱することができる。また、熱硬化性樹脂材料の加熱時間を短くすることができ、必要以上の熱量が加わることを抑制できる。さらに、金型が、当該金型におけるシリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有しているので、シリンダの熱が金型に伝わることを抑制することができ、金型の樹脂流路内で熱硬化性樹脂材料の硬化反応が進むことを抑制できる。

本発明によれば、短い時間で熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる。

本発明の一実施形態に係る成形システムの要部断面図である。 図１の成形システムにおける計量前動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける計量動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける射出動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける硬化待ち動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける製品取り出し動作を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る熱硬化性樹脂材料用の成形システムについて、図１〜図５を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る成形システムの要部断面図である。図２〜図６は、それぞれ図１の成形システムにおける計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作および製品取り出し動作を説明する図である。

本実施形態に係る成形システム１は、金型１０と、インラインスクリュ式の射出成形機２０と、を有している。この成形システム１では、金型１０のキャビティ１８に、射出成形機２０により溶融された熱硬化性樹脂材料（以下、単に「樹脂材料Ｐ」という）を射出したのち硬化させて製品を成形する。

金型１０は、各図において右方から左方に順に配置された固定金型１３および移動金型１４を有している。固定金型１３には、左右方向に貫通した樹脂流路１６が形成されている。固定金型１３と移動金型１４との間にキャビティ１８が形成されている。固定金型１３の右側面には凹部１９が形成されており、凹部１９の中心部分に樹脂流路１６が開口されている。固定金型１３は、凹部１９に対応して埋め込まれた金型冷却装置１５を有している。金型冷却装置１５は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有しており、凹部１９付近を冷却する。金型１０には、キャビティ１８に充填された樹脂材料Ｐを加熱して硬化させるための図示しないヒータが設けられている。

射出成形機２０は、シリンダ２１と、スクリュ２２と、加熱装置２３と、冷却装置２４と、図示しないシリンダ駆動部と、図示しないスクリュ駆動部と、を有している。

シリンダ２１は、先端２１ａが開口された円筒状に形成されており、先端２１ａを金型１０に向けて配置されている。すなわち、シリンダ２１の先端２１ａにはノズルが設けられておらず、ノズルレス構造となっている。本実施形態において、シリンダ２１は、先端２１ａの開口を含む全体の内径が一定である。先端２１ａは、金型１０の凹部１９に嵌合可能な形状を有している。シリンダ２１は、図示しないシリンダ駆動部により軸方向（各図において左右方向）に移動される。シリンダ２１の先端２１ａは、スクリュ２２の先端が突出可能な大きさに開口されていればよい。なお、先端にノズルが設けられたシリンダを採用してもよい。

本実施形態において、シリンダ２１は、非磁性体であるアルミナ粉体を円筒状に焼き固めて構成されている。これ以外にも、シリンダ２１は、非磁性体（磁化しない・磁化しにくい、比透磁率が低い（μ_ｓ＜１００））であれば、本発明の目的に反しない限り、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５（Ｍ）、アルミナセラミックス、高ニッケル特殊合金など、任意の材料で構成することができる。

スクリュ２２は、シリンダ２１内に回転可能かつ前後進可能に収容され、図示しないスクリュ駆動部によりシリンダ２１内で回転されるとともに、軸方向（各図において左右方向）に移動される。

本実施形態において、スクリュ２２は、強磁性体である鉄で構成されている。これ以外にも、スクリュ２２は、強磁性体（磁化しやすい、比透磁率が高い（μ_ｓ≧１０００））であれば、本発明の目的に反しない限り、ＳＣＭ４４０、ＳＡＣＭ６４５、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１、ＫＰＳ６など、任意の材料で構成することができる。

加熱装置２３は、シリンダ２１の先端部２１ｂに設けられている。加熱装置２３は、シリンダ２１を内側に収容するようにらせん状に巻かれたコイルを備えた誘導加熱式ヒータ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ；ＩＨ）を有している。誘導加熱式ヒータは昇温速度が比較的速く、電磁誘導によりスクリュ２２の先端部を瞬時に加熱することができる。一般的に用いられるバンドヒータは昇温速度が０．２８℃／秒程度であるが、誘導加熱式ヒータを用いることで８．８℃／秒を実現することができる。本明細書において「瞬時に加熱する」とは、昇温速度が８℃／秒以上のことをいう。

冷却装置２４は、シリンダ２１における先端部２１ｂより基端（先端２１ａの反対側の端）寄りの部分に設けられている。冷却装置２４は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有している。冷却装置２４は、シリンダ２１を冷却することができる。冷却装置２４によってシリンダ２１を冷却することで、樹脂材料Ｐが溶融されず固体の状態で先端側に移送される。

また、成形システム１は、全体の動作を司る図示しない制御部を有している。制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェースなどを有する組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。制御部は、型閉動作、計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作、型開動作および製品取り出し動作などの各種動作において、成形システム１の各駆動部等を制御する。

次に、上述した本実施形態の成形システム１における本発明に係る動作の一例について説明する。

成形システム１の制御部は、図示しない型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を重ねて型締めする（型閉動作）。また、シリンダ２１の先端部２１ｂ内の樹脂材料Ｐがスクリュ２２により混練されている。

制御部はシリンダ駆動部を制御して、図２に示すように、シリンダ２１を金型１０に近づくように移動（すなわち前進）させ、先端２１ａを凹部１９に嵌合させる。この状態において、シリンダ２１の内部と金型１０の樹脂流路１６とが直接連通される。そして、制御部はスクリュ駆動部を制御して、スクリュ２２を所定位置まで前進させる（計量前動作）。また、制御部は、金型冷却装置１５を制御して、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される箇所である凹部１９を冷却する。

次に、制御部は加熱装置２３を制御して、スクリュ２２を瞬時に加熱する。これにより、樹脂材料Ｐの粘度を下げる。瞬時に加熱することにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐの加熱時間を短くして、樹脂材料Ｐに加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制する。本実施形態においては、樹脂材料Ｐが１５０℃〜１６０℃となる程度までスクリュ２２を加熱する。さらに、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図３に示すように、スクリュ２２を回転させながら後退させ、１回の射出に必要となる量の樹脂材料Ｐをシリンダ２１の先端部２１ｂに供給する（計量動作）。計量が終わると、制御部は加熱装置２３を制御して、スクリュ２２の加熱を停止する。

次に、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図４に示すように、スクリュ２２を前進させる。これにより、シリンダ２１の先端部２１ｂの樹脂材料Ｐが樹脂流路１６を通じてキャビティ１８に押し込まれる（射出動作）。

次に、制御部は金型１０のヒータを制御して、キャビティ１８内の樹脂材料Ｐが硬化するように加熱する（硬化待ち動作）。これと並行して、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図５に示すように、スクリュ２２を先端２２ａが冷却装置２４に対応する位置に来るまで後退させる。また、制御部は冷却装置２４を制御して、シリンダ２１を冷却する。これにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制する。冷却装置２４によりシリンダ２１を常時冷却していてもよい。

次に、制御部はシリンダ駆動部を制御して、図６に示すように、シリンダ２１を金型１０から離れるように移動（すなわち後退）させ、先端２１ａと凹部１９との嵌合を解除する。さらに、制御部は型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を左右方向に開き（型開動作）、図示しないエジェクトピンによりキャビティ１８から製品Ｓを取り出す（製品取り出し動作）。

以降、上記型閉動作〜上記製品取り出し動作を繰り返して製品Ｓの成形を行う。

以上説明したように、本実施形態の成形システムによれば、射出成形機２０の加熱装置２３によって、非磁性体のシリンダ２１に収容された強磁性体のスクリュ２２を誘導加熱により発熱させることができる。そのため、スクリュ２２により直接的に樹脂材料Ｐを加熱することができる。また、スクリュ２２はシリンダ２１に比べて体積が小さく、熱容量が小さい。そのため、素早く温度を上げたり下げたりすることができ、温度制御が容易であるので、樹脂材料Ｐを適切に加熱することができる。また、誘導加熱は短時間で高温に加熱することができる。そのため、樹脂材料Ｐの加熱時間を短くすることができ、必要以上の熱量が加わることを抑制できる。

また、加熱装置２３が、シリンダ２１の先端部のみに設けられている。このようにすることで、シリンダ２１の先端部２１ｂに滞留している樹脂材料Ｐを効果的に加熱することができるとともに、シリンダ２１の先端部２１ｂ以外に滞留している樹脂材料Ｐが加熱されてしまうことを抑制できる。

また、シリンダ２１の先端部２１ｂより基端寄りの部分を冷却する冷却装置２４をさらに有し、スクリュ２２が、樹脂材料Ｐを射出するよう金型１０に向けて前進された後、スクリュ２２の先端２２ａが冷却装置２４に対応した位置まで後退される。このようにすることで、スクリュ２２の後退とともに樹脂材料Ｐも冷却装置２４に対応した位置、つまり、シリンダ２１における冷却装置２４によって冷却されている箇所まで後退される。そのため、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制することができる。

また、シリンダ２１は、先端２１ａが開口されており、金型１０の樹脂流路１６と連通される。このようにすることで、シリンダ２１の先端２１ａにノズルを設けないノズルレス構造となるので、ノズル内に残った樹脂材料Ｐの硬化反応を回避できる。

また、金型１０が、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される凹部１９を冷却する金型冷却装置１５を有している。そのため、シリンダ２１の熱が金型１０に伝わることを抑制することができ、金型１０の樹脂流路１６内で樹脂材料Ｐの硬化反応が進むことを抑制できる。

したがって、成形システム１によれば、短い時間で熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、本実施形態では、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機において、誘導加熱によりスクリュを加熱する構成を示したが、熱可塑性樹脂材料用のインラインスクリュ式射出成形機においても、同様に、誘導加熱によりスクリュを加熱する構成を採用することができる。

１…成形システム、１０…金型、１３…固定金型、１４…移動金型、１５…金型冷却装置、１６…樹脂流路、１８…キャビティ、１９…凹部、２０…射出成形機、２１…シリンダ、２１ａ…シリンダの先端、２１ｂ…シリンダの先端部、２２…スクリュ、２２ａ…スクリュの先端、２３…加熱装置、２４…冷却装置、Ｐ…熱硬化性樹脂材料、Ｓ…製品

Claims (5)

1. 熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、
   非磁性体からなるシリンダと、
   前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容された強磁性体からなるスクリュと、
   前記スクリュを誘導加熱する加熱装置と、を有することを特徴とする射出成形機。
2. 前記加熱装置が、前記シリンダの先端部のみに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置をさらに有し、
   前記スクリュが、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前進された後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置まで後退されることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記シリンダは、先端が開口されており、金型の樹脂流路と連通されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の射出成形機。
5. 請求項４に記載の射出成形機と、
   前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、
   前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする成形システム。

Images