JP2020059204A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースの削減、コスト削減、及び成型品のバラツキ抑制を達成できる射出成形機の提供。【解決手段】本発明の射出成形機は、樹脂の流路と、前記流路部に設けられたトーピード３３と、前記トーピードの下流域に設けられた複数個の軸受けと、前記軸受けのボール２７と接する内輪と、前記内輪と伴って回転する紡錘部と、前記紡錘部に設けた複数の羽根３０と、前記羽根が樹脂の流れる圧力で回転することを特徴とする。【選択図】図１１

Description

本発明は、加熱樹脂の可塑化均一及び混錬に関するものであり、溶かし、混ぜて、押出す部材の構造、に属するものである。

成形機の基本的な構成は射出機構部と型締め機構部の組み合わせであり、該射出機構部は射出シリンダが固定プラテンに接続される支持部材に支えられ、該射出シリンダ先端には、ノズルが設けられ、該ノズル先端部が金型に設けられた穴にノズルタッチして嵌合し、位置が決められた状態で、樹脂を射出する。

射出シリンダ内の溶融樹脂を押出す部材は、スクリュ形状のものが一般的であり、棒状のもので押出すプランジャ方式の構造もある。プランジャで押された流路の先には、それより細かい流路で構成されたトーピードを設け、樹脂の分散、合流、また、分散を繰り返すことで、可塑化を促進させる構造がある。また、ノズルの流路内にもミキシング部位を設けて、樹脂の混錬を促進させるものがある。

特開２００６-２９７６７０号公報 特開２００６-２９７６７０号公報 特開平１０−４３５６３号公報

上記機構におけるプランジャ方式の射出方法において、材料供給口から所定の量で送られた樹脂が、射出シリンダ内に蓄えられ、積層する。樹脂の積層状態は、固層（ペレット状態）と半溶融層と溶融層が存在し、溶けている部位と、溶けていない部位の容積が変化し、射出容量が変化した。トーピードを通過させるだけだと、耐荷重には耐え、樹脂の分散、せん断発熱、合流し、再分散を実施して可塑化を行うが、樹脂やペレット材により、可塑化の不均一部が発生し、成形不良の問題があった。

また、射出シリンダ内のペレット樹脂の配置状態、溶融状態、乾燥状態や、ペレットの形状、かさ密度により、押す位置が変化し、ノズルより射出される樹脂量がばらついた。射出される樹脂量がばらつくことで、金型に充填される樹脂量もばらつき、結果として成形品の寸法精度も変化した。

また、マスターバッチ材では、樹脂が混ざらず、樹脂色に色むらができた。また、小さい射出シリンダでも樹脂容量を増やすには、射出シリンダ内の可塑化均一化能力を上げ、良く混ぜて溶かす必要があった。また、ミキシング部では良く混ざらず、可塑化が不均一になった。

また特開平１０−４３５６３で示す構造だと、樹脂の状態が、固相と半溶融状態とが共存する射出シリンダの場合では、ボールのみだと、固相状態の粉砕及び、分散能力にかけ、樹脂の負荷が大きく、可塑化が不安定になる。また、特開２００８-２１３４６４で示す構造だと、混錬能力が不十分だった。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小さい射出シリンダでも射出シリンダ内の樹脂の可塑化均一化と混ぜを促進させ、射出する樹脂量を増加し、安定させる射出方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の射出成形機は、樹脂を溶融射出する射出シリンダと、前記射出シリンダに熱を加えるバンドヒータと、前記射出シリンダ内に配置された押圧部を備え、前記押圧部を移動することで前記射出シリンダ内の樹脂を前記射出シリンダから射出させる駆動手段と、前記射出シリンダ流路部に設けられたトーピードと、前記トーピードの下流域に備えた複数個の軸受けと、前記軸受けのボールと接する内輪と、前記内輪と伴って回転する紡錘部と、前記紡錘部に設けた複数の羽根と、前記羽根が樹脂の流れる圧力で回転することを特徴とする。

本発明の射出成形機は、前記射出シリンダ内の樹脂量を、プランジャで押すだけで、成形樹脂の可塑化・混錬を促進させて、射出容量を安定させ、かつ増加させた。長大なスクリュ方式を採用せずに射出シリンダの全長を短くすることができ、機械重量の削減、設置スペースの削減、コスト削減をすることができた。また、スクリュのような回転機構を設けずに、トーピードで樹脂を分散後、樹脂が流れる圧力を利用して羽根を回転させることで、回転機構のためのモータや、機構部を省くことができ、消費電力も削減した。更に、樹脂の可塑化を均一にしたことで、射出シリンダ内の状態が安定し、樹脂射出量を一定に保つことができるようになり、成形品のバラツキを抑制することができた。また、マスターバッチが生産できるようになった。

本発明の代表的な実施例を示す射出成形機の全体構成を示す図である。 図１の実施例で、金型が開き成形品が金型から突き出す様子を示す断面図である。 図１、２の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面立体図である。射出シリンダやノズルは断面にし、内部の紡錘部は立体図になっている。 図１，２，３の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部のトーピードの形状を表す立体図である。 図１の射出シリンダ内部のトーピードと、軸受けと、紡錘部との関係を表す図である。軸受けは２つの場合を示す。 第二の実施例で、軸受けのボール間同志の距離が下流域に従い小さくなっていることを表す。 第三の実施例で、軸受けのボール径の大きさが下流域に従い小さくなっていることを表す。 第四の実施例で、軸受けのボールが、円筒状であるもの表す。 第五の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面立体図である。射出シリンダやノズルは断面にし、内部の可塑化部は立体図になっている。 射出成型機の射出シリンダの立体斜視図を示す。 第六の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面立体図である。射出シリンダやノズルは断面にし、内部の可塑化部は立体図になっている。 第六の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面図である。 第七の実施例を示す射出成形機の射出シリンダのバンドヒータの図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１、２、３は、本発明を適用した射出成形機の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、射出成形機の全体構成を示す図である。

図１で型締モータ１６の回転を不図示のベルト、ボールねじ１７で直線運動に変換し、更にトグルリンク機構１８、１９で可動側型板ホルダ９の上下運動に変換する。

図１は型締めが完了した状態であり、可動側型板ホルダ９は固定側型板ホルダ６を挟んで固定側プラテン３に押し付けられる。

可動側型板ホルダ９に不図示のねじで固定された金型のカセット型可動側型板７は、固定側型板ホルダ６に不図示のねじで固定された金型のカセット型固定側型板１０と共に、固定側プラテン３に押し付けられている。このときランナー保持手段１５はカセット型固定側型板１０に嵌め込まれた状態で固定側プラテン３に押し付けられている。

次に、射出モータ２０の回転をベルト２１でボールねじ２２に伝達する。材料供給口２３から供給された樹脂ペレットはバンドヒータ２で加熱された射出シリンダ１内で溶融され、ボールねじ２２が押し下げる不図示のプランジャ２５によってノズル４から金型内に樹脂が射出され成形品が形成される。

図２で成形品の取出しを説明する。成形品冷却後、型締モータ１６を回転させ、可動側型板ホルダ９を成形品イジェクト位置まで下降させて成形品を不図示の取出し機構で取出す。このとき、固定側型板ホルダ６は所定の位置まで下降して停止しており、固定側型板ホルダ６の下降に伴いカセット型固定側型板１０に設けられた溶融樹脂の経路に形成されたランナーはカセット型固定側型板１０及びノズル４から分離されて、ランナー保持手段１５に固着した状態となる。ランナー保持手段１５を型の外に抜き出すことでランナーはランナー保持手段１５から分離排出される。

図３は、本発明の好適な実施形態における射出シリンダの断面図である。

図３において、射出シリンダ１に金型スプールに溶融樹脂を押しこむノズル４が取付けられ、前記射出シリンダ１に嵌合するプランジャ２５が、上下に移動可能となっている。前期射出シリンダ１内には、成形材料が樹脂供給口２６より所定の制御で送られ、射出シリンダ１外部にまかれたバンドヒータ２で温められて、樹脂を溶融する。樹脂供給口２６の上流から、ノズル樹脂出口３６の下流へと流れると、成形樹脂は固層、半溶融層、溶融層とで状態が変化していく。ノズル４に近づくほど、バンドヒータ２にさらされている状態が長いため溶融層になり、新しく送られた樹脂供給口２６近辺の樹脂は、まだ十分に熱が伝わらず、固層状態になる。図１のノズル４は、オープンノズルで描かれているが、吐出し口をピン等（ホットランナーのバルブピン等）の構造物で塞いだものでも構わないし、樹脂温度を制御して樹脂を固化させて塞いだ物でも構わない。

以下、射出シリンダ１の内部詳細を図３で説明する。流路内部には、トーピード３３を備え、その下流域にアンギュラ軸受けの軸受け外輪２８が３つ配置され、夫々にボール２７が多数配置されている。アンギュラ軸受けの軸受け内輪３７と紡錘部２９とが固定連結されており、同期して回転する構造になっている。

樹脂供給口２６より、ペレット状の樹脂が入り、プランジャ２５から押された樹脂がトーピード３３のトーピード流路３５を通過し分散される。分散された樹脂は、ボール２７と、軸受け外輪２８と、軸受け内輪３７とで構成された隙間を抜けて流れる。紡錘部２９の下流にはカーブ羽根３１が設けられ、樹脂の流れる圧力で、回転方向の力が与えられる。カーブ羽根３１の傾斜角度により回転力が変わる。カーブ羽根３１は複数枚配置され、構成する数を増やすと、樹脂の流動圧力を受けやすくし、回転力に変えやすい。本実施例では、アンギュラ軸受で組み合わせ構成になっており３つの軸受けで構成されている。内部にかかる射出圧力よりも軸受けの耐荷重が大きくなるように配置することが好ましい。図３のように、軸受け組み合わせると、上からの樹脂圧力に耐え、かつ同心回転精度も優れ、下からの力にも強い。下流のカーブ羽根３１を溶融樹脂が通過すると、紡錘部２９が回転し、連結固定されたアンギュラ軸受の軸受け内輪３７が回転する。軸受け内輪３７が回転すると、接触しているボール２７が摩擦力により、回転しながら公転する。ボール２７が公転することで、ボール２７間同志の樹脂が回されて位相がずれる。３つの領域で、樹脂の粘性が変化し、下流の方が良く樹脂が溶けている。そのため、ボール２７の公転速度が次第に早くなり、溶融樹脂の位相が更にずれ、混ざり具合が下流域へ向かうにつれて更に促進される。回転速度が上がると、乱流状態となり、より樹脂の可塑化均一と混錬が促進される。カーブ羽根３１の形状は図のように緩いカーブにしているが、回転力を加える形状であれば、カーブをきつくしても構わないし、流動方向に対して「くの字形状」に配置しても構わない。樹脂の種類や粘性により、このカーブ羽根３１の角度や枚数を変えたり、軸受けの組み合わせ個数を変えたり、ボール２７の個数を変えたり、紡錘部２９の傾斜角度を変えてもよい。軸受けのボール２７そのものも回転しながら公転するため、ボール２７に付着する樹脂は更に混ざる。本実施例では、上流部ではトーピード３３にし、下流部ではカーブ羽根３１にしたが、樹脂や成形条件により、逆にしても構わない。

また、図１３のように、バンドヒータ２の内部ヒータニクロム線３２の巻き方を変えて、温度分布を変え、粘性の変化を作り出して、回転させても良い。例えば、ニクロム線を樹脂の流動方向に対して、角度をつけて配置したり、後述の図１３のように、ヒータニクロム線３２を螺旋状に配置したりし、ヒータ温度の高い部位を変え、紡錘部２９を回転させる。

図４は、図１の実施例で、射出シリンダ１内部のトーピード３３の形状を説明する図である。

樹脂供給口２６より、ペレット状の樹脂が入り、プランジャ２５により押され、トーピード３３にあいた穴が樹脂を分散して流すトーピード流路３５となる。トーピード３３は上流部が円錐形状になって尖っている。樹脂を外側のバンドヒータ２へと近づける。図４のトーピード３３から、６つの楕円形上穴のトーピード流路３５が設けられ、ここで、プランジャ２５から押されたペレット樹脂が６つに分散される。細かく分散し押圧し、バンドヒータ２に近づけることで、摩擦によるせん断発熱が発生し、ペレット樹脂が半溶融樹脂に可塑化される。トーピード流路３５の楕円穴を通過しきるころには、樹脂はほぼ溶融状態となり、軸受けへのボール２７の間隙へと流れ込む。トーピード流路３５の大きさはペレット形状よりも小さいことが好ましく、滞留箇所がなく、流線形をなすことが好ましい。次第に流路を狭くして、摩擦力を上げ、可塑化を促す。

図５は、トーピード３３と、アンギュラ軸受けの軸受け内輪３７と、紡錘部２９の連結方法を示す概念図である。紡錘部２９の上部が丸軸を形成し、その丸軸と軸受け内輪３７との内側とで、圧入している。カシメや、焼嵌め、溶接して一体化しても構わない。紡錘部２９の丸軸を雄ネジ、軸受け内輪３７との内側を雌ネジでも固定でも良い。また、紡錘部２９の丸軸上部に溝を切り、抜け止めのＣ型止め輪を付けると市販の軸受けを使用でき安くできる。トーピード３３との回転摺動部には、摺動部材４３を挟み、摩擦を考慮し、回転しやすくする。摺動部材４３は、スラスト軸受けや、摺動用のコーティングを施した部材が好ましい。

ボール２７が回転しつつ公転し、樹脂が撹拌、混錬される。図３の実施例では、軸受けは３つの構成にしている。アンギュラ軸受けの組み合わせにしているが、背面組み合わせにしても良いし、並列を加えた正面組み合わせでも良い。アンギュラのボール２７を受ける軸受け内輪３７と、軸受け外輪２８との接触角度は、１５度や３０度のものでも良いし、回転速度と耐荷重とで優先させたい項目により、角度を変えても良い。

図６は、第二の実施例で、図３の軸受けのボール２７間同志の距離が下流域に従い小さくなっていることを表す。このように下流域に従ってボール２７の間隔を狭めることで、より樹脂を圧縮し、細かく分散させる。３段階で徐々に狭めていくと良いが、軸受けの個数を２つ、４つと変えてもよい。逆に、樹脂にガラス入りや繊維の入ったものは隙間とり、通過しやすくし、繊維を分断しないようにすることが好ましい。そうすることで成形品の強度を保つことが出来る。ボール２７の間隔をなくすと、ボール間が均等になり、安定回転が望めるため、繰り返し再現性や混錬の安定性が良い。

図７は、第三の実施例で、軸受けのボール２７の径の大きさが下流域に従い小さくなっていることを表す。

上流域ではボール２７の径を大きくし、中流域では中程度、下流域では、樹脂が溶融しているため、ボール２７の径を小さくして、図６の場合と同様に、樹脂を圧縮し、細かく分散させる。ボール２７の径を小さくすると相反して耐荷重が減る。負荷を考えた減少量にする。

図８は第四の実施例で、軸受けの内部がボール２７ではなく円筒コロ４４である場合を示す。

ただし、樹脂の滞留箇所がないように軸受け外輪２８と軸受け内輪３７の形状を工夫し、古い樹脂がそのまま居座らないようにしている。円筒コロ４４にすることで、より樹脂をすりつぶす、破砕の効果が期待できる。

図９は、第五の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面立体図である。
射出シリンダ１やノズル４は断面にし、内部の可塑化部は立体図になっている。
下流域がカーブ羽根３１ではなく、紡錘部２９にらせん溝４２が、彫られている。らせん溝４２により、樹脂の流れる圧力で、回転方向の力が与えられる。らせん溝４２のピッチを細かくすると、流動方向に対する抵抗角度が増え、せん断発熱は大きくなるが、流動方向への軸受け負荷は大きくなる。らせん溝４２のピッチを粗くすると、回転しやすくなり、小さい負荷で回転する。

図１０は、射出成型機の射出シリンダ１の立体斜視図を示す。射出シリンダ１に、バンドヒータ２が２つ巻かれ、ネジで締めて接触させる。ノズル４にも、ノズルヒータ３８がはめ込み、ノズル熱電対３９がノズル熱電対オサエ４１で固定され、温度を測って温調する。射出シリンダ１にも、シリンダ熱電対４０が２本配置され、夫々温度を測る。ヒータ、熱電対の数や測定ポイントは、樹脂や成形条件でカスタムが可能である。

図１１、１２は、第六の実施例を示す射出成形機の射出シリンダの内部の断面立体図である。射出シリンダ１やノズル４は断面にし、内部の可塑化部は立体図になっている。図３との違いは下流域のカーブ羽根３１が、羽根３０になっている。紡錘部２９の下流の羽根３０で樹脂の流れる圧力で、回転方向の力が与えられる。アンギュラ軸受けのボール２７を受ける軸受け内輪３７と、軸受け外輪２８との接触角度を変え、回転速度を優先させる構成が好ましい。

図１３では、射出シリンダ１に巻き付けるバンドヒータ２のヒータニクロム線３２の分布を表す。

図のようにらせん状にヒータニクロム線３２を這い回すことで、温度分布の強い部位と弱い部位とで温度差を設け内部の流れに回転を促す。図１４のヒータのように階層ごとに強い部位弱い部位の位相をずらすものでも良い。

更に、本実施例では、プランジャ射出方式を採用した竪型成形機の例で方法を説明したが、成形機本体は横形でも構わない。また、通常のインラインスクリュの先端や、プリプランジャの先端に上記概念を鑑みたものを接続し、混錬や可塑化均一を促進させて構わない。

１．射出シリンダ
２．バンドヒータ
３．固定側プラテン
４．ノズル
１６．型締めモータ
２０．射出モータ
２７．ボール
２８．軸受け外輪
２９．紡錘形
３０．羽根
３１．カーブ羽根
３２．ヒータニクロム線
３３．トーピード
３４．ノズル流路
３５．トーピード流路
３６．ノズル樹脂出口
３７．軸受け内輪
３８．ノズルヒータ
４２．らせん溝
４３．摺動部材
４４．円筒コロ

Claims (7)

1. 樹脂を溶融射出する射出シリンダと、
   前記射出シリンダに熱を加えるバンドヒータと、
   前記射出シリンダ内に配置された押圧部と、を備え、
   前記押圧部を移動することで前記射出シリンダ内の樹脂を前記射出シリンダから射出させる駆動手段と、
   前記射出シリンダ流路部に設けられたトーピードと、前記トーピードの下流域に備えた複数個の軸受けと、
   前記軸受けのボールと接する内輪と、前記内輪と伴って回転する紡錘部と、前記紡錘部に設けた複数の羽根と、を有し、
   前記羽根が樹脂の流れる圧力で回転することを特徴とする射出成形機。
2. 前記バンドヒータは、温度分布の強い部位、または弱い部位を、交互にらせん状に備え、溶融樹脂の流れに回転を促し、前記紡錘部を回転させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記紡錘部は、らせん溝が掘られ、前記らせん溝で樹脂の流れる圧力を受け、回転する、
   ことを特徴とする射請求項１または２に記載の出成形機。
4. 前記紡錘部の羽根が樹脂の流れる圧力で回転しやすいように、
   流動方向に対して曲線形状である、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形機。
5. 前記軸受けのボール同士の間隔が、下流域にいくにつれ狭くなる、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. 前記軸受けのボールの大きさが、下流域にいくにつれ小さくなる、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の射出成形機。
7. 前記トーピードと、前記紡錘部は、樹脂の流路流域に複数個設けた、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の射出成形機。
   
   

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