JP2022079146A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で溶融樹脂を射出可能な射出成形機を実現する。
【解決手段】本開示の一形態に係る射出成形機（１）は、溶融樹脂を収容するシリンダ（１１）と、シリンダ（１１）の内部を摺動し、シリンダ（１１）の内部の溶融樹脂を押し出すピストン（１２）と、シリンダ（１１）から押し出される溶融樹脂を射出する射出部（１３）と、を備える射出成形機である。ピストン（１２）は、ピストン（１２）の周面に溝部（１２ｅ）が形成されたトーピード式ピストンである。シリンダ（１１）は、射出部（１３）の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部（１１ａ）と、閉塞部（１１ａ）と連続する側壁部（１１ｂ）と、側壁部（１１ｂ）に形成され、シリンダ（１１）に樹脂原料を供給するための供給孔（１１ｄ）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、射出成形機に関し、例えば、溶融樹脂を収容するシリンダと、シリンダの内部を摺動し、シリンダの内部の溶融樹脂を押し出すピストンと、シリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、を備える射出成形機に関する。

特許文献１の射出成形機は、先端部に射出口が形成されたバレル、バレルに接続されたホッパ、バレル内を摺動し、ロッドの端部が固定されたトーピード、及びバレルの開放口の側に配置され、ロッドが通されたプランジャを備えている。

このような射出成形機を用いて溶融樹脂を射出する場合、先ず、プランジャをロッドに固定した状態で当該プランジャをバレルの射出口の側に対して逆側に移動させて、バレルとホッパとの接続口（即ち、樹脂原料の供給孔）を開放し、当該供給孔から樹脂原料をバレル内におけるトーピードに対してプランジャの側の空間に供給する。

次に、プランジャとロッドとの固定状態を解除し、プランジャをバレルの射出口の側に移動させて、プランジャによってバレルの供給孔を閉鎖すると共に当該バレルの開放口を閉鎖した状態で、ロッドを介してトーピードをバレル内で当該バレルの射出口の側に対して逆側に移動させる。

このとき、樹脂原料がトーピードの溝部を通過し、樹脂原料が可塑化して溶融樹脂となり、当該溶融樹脂がバレル内におけるトーピードに対して射出口の側の空間に流入する。そして、トーピードをバレルの射出口の側に移動させ、溶融樹脂を当該射出口から射出させる。

特開２０１７－１３２０３９号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献１の射出成形機は、供給孔から樹脂原料が漏れ出すことを想定した構成であり、プランジャを必須の構成要素として備えている。そのため、射出成形機の構成が複雑になる課題を有する。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で溶融樹脂を射出可能な射出成形機を実現する。

本開示の一態様に係る射出成形機は、
溶融樹脂を収容するシリンダと、
前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出すピストンと、
前記シリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
を備える射出成形機であって、
前記ピストンは、当該ピストンの周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであり、
前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記側壁部に形成され、前記シリンダに樹脂原料を供給するための供給孔と、を有し、
前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に前記樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とする。

本開示によれば、簡単な構成で溶融樹脂を射出可能な射出成形機を実現することができる。

実施の形態の射出成形機を概略的に示す図である。 図１のII－II矢視断面図である。 図１のIII－III矢視断面図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態の射出成形機の構成を説明する。本実施の形態の射出成形機は、ワークを積層造形する際に好適である。図１は、本実施の形態の射出成形機を概略的に示す図である。図２は、図１のII－II矢視断面図である。図３は、図１のIII－III矢視断面図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。

射出成形機１は、図１に示すように、シリンダ１１、ピストン１２及び射出部１３を備えている。シリンダ１１は、Ｚ軸方向に延在しており、Ｚ軸＋側の端部が閉塞された有天筒形状を基本形態としている。つまり、シリンダ１１は、Ｚ軸＋側に配置された閉塞部１１ａ、及び閉塞部１１ａの周縁部と連続し、且つ、閉塞部１１ａからＺ軸－側に延在する筒状の側壁部１１ｂを備えており、シリンダ１１のＺ軸－側の端部が開放されている。

シリンダ１１の閉塞部１１ａには、当該閉塞部１１ａをＺ軸方向に貫通する貫通孔１１ｃが形成されている。シリンダ１１の側壁部１１ｂにおけるＺ軸＋側の部分には、供給孔１１ｄが形成されており、当該供給孔１１ｄに樹脂原料が収容されたホッパが接続されている。また、シリンダ１１の側壁部１１ｂにおけるＺ軸－側の端部には、シリンダ１１の径方向外側に突出するフランジ部１１ｅが形成されている。

ピストン１２は、シリンダ１１の内部を摺動可能に当該シリンダ１１の内部に配置されている。ピストン１２は、本体部１２ａ、逆止リング１２ｂ及びストッパ１２ｃを備えており、トーピード式ピストンとして構成されている。

本体部１２ａは、シリンダ１１の内形と対応する外形を有する柱形状を基本形態としている。このとき、本体部１２ａのＺ軸＋側の面１２ｄは、本体部１２ａの中央から周縁部に向かうのに従ってＺ軸－側に向かって傾斜する傾斜面とされているとよい。

本体部１２ａの周面には、図２に示すように、溝部１２ｅが形成されている。溝部１２ｅは、Ｚ軸方向に延在しており、本体部１２ａの周方向に略等しい間隔で配置されている。但し、溝部１２ｅは、後述するように、ピストン１２に対してＺ軸＋側の第１の空間Ｓ１に供給された樹脂原料が溝部１２ｅを通過する際に、樹脂原料を可塑化させて溶融樹脂とし、当該溶融樹脂をピストン１２に対してＺ軸－側の第２の空間Ｓ２に流入させることができる形状及び配置であればよい。

逆止リング１２ｂは、図１に示すように、シリンダ１１の内形と対応する外形を有する環形状であり、本体部１２ａに対してＺ軸－側に配置されている。ストッパ１２ｃは、逆止リング１２ｂを本体部１２ａのＺ軸－側の端部に保持する。

ストッパ１２ｃは、例えば、図１及び図３に示すように、本体部１２ａのＺ軸－側の端部から突出する柱部１２ｆ、及び柱部１２ｆのＺ軸－側の端部から当該柱部１２ｆを中心として放射状に分岐する分岐部１２ｇを備えている。

そして、柱部１２ｆが逆止リング１２ｂの貫通孔に通された状態で、逆止リング１２ｂが本体部１２ａのＺ軸－側の端部と分岐部１２ｇとの間に配置されている。このとき、逆止リング１２ｂがＺ軸方向に移動できるように、柱部１２ｆのＺ軸方向の長さは逆止リング１２ｂのＺ軸方向の厚さに対して長い。

このようなピストン１２のＺ軸＋側の端部には、ロッド１４のＺ軸－側の端部が接続されている。ロッド１４は、ピストン１２を駆動させるための駆動装置の一構成部品であり、シリンダ１１の貫通孔１１ｃに通されている。そして、ロッド１４は、例えば、駆動装置の一構成部品であるボールネジのスライダに接続されており、ボールネジのネジ軸をモータで回転駆動させることで、スライダを介してＺ軸方向に移動する。

射出部１３は、シリンダ１１から押し出される溶融樹脂を射出することができるように、シリンダ１１に対してＺ軸－側に配置されている。射出部１３は、溶融樹脂を射出する射出口１３ａ、及び溶融樹脂を射出口１３ａに導く連通路１３ｂを備えている。

このような射出部１３は、リテーリングナット１５を介してシリンダ１１のフランジ部１１ｅに固定されている。このとき、図１に示すように、連通路１３ｂのＺ軸＋側の端部は、シリンダ１１の第２の空間Ｓ２と連通する。

ここで、射出部１３は、射出口１３ａが形成される第１のプレート１３ｄと、連通路１３ｂが形成される第２のプレート１３ｅと、に分割されており、詳細な機能は後述するが、第２のプレート１３ｅがセラミックプレートで構成されているとよい。

次に、本実施の形態の射出成形機１を用いてワークを成形する流れを説明する。先ず、ピストン１２が最もＺ軸＋側に配置された状態で、ロッド１４を介してピストン１２をＺ軸－側に移動させつつ、シリンダ１１の供給孔１１ｄから当該シリンダ１１の第１の空間Ｓ１に樹脂原料を供給する。

このとき、供給孔１１ｄは、シリンダ１１の側壁部１１ｂに形成されているので、樹脂原料が空気と共に渦を巻きながら、Ｚ軸－側に落下する。そのため、樹脂原料をシリンダの第１の空間Ｓ１内に略均一に供給することができる。

次に、ピストン１２が最もＺ軸－側に到達すると、樹脂原料の供給を停止し、ロッド１４を介してピストン１２をＺ軸＋側に移動させる。これにより、樹脂原料がピストン１２と、シリンダ１１の閉塞部１１ａと、シリンダ１１の側壁部１１ｂと、で圧縮され、樹脂原料がピストン１２の溝部１２ｅを通過しつつ可塑化して溶融樹脂となり、シリンダ１１の第２の空間Ｓ２に流入する。

このとき、供給孔１１ｄがシリンダ１１の側壁部１１ｂに形成されている場合、本出願人は、ピストン１２で樹脂原料を可塑化する際に作用するＺ軸＋側の力に対して供給孔１１ｄが直交するように配置されているため、樹脂原料が供給孔１１ｄから漏れ出し難いことを発見した。

そこで、本実施の形態では、供給孔１１ｄをシリンダ１１の側壁部１１ｂに形成すると共に、シリンダ１１のＺ軸＋側の端部を閉塞部１１ａで塞ぎ、ピストン１２で樹脂原料を可塑化する際に作用するＺ軸＋側の力を閉塞部１１ａで受ける構成とし、先行文献１の射出成形機に有るようなプランジャを省略した構成とした。そのため、本実施の形態の射出成形機１は、先行文献１の射出成形機に比べて簡単な構成を実現できる。

また、ピストン１２のＺ軸＋側の面１２ｄが本体部１２ａの中央から周縁部に向かうのに従ってＺ軸－側に向かって傾斜する傾斜面に形成されている場合、ピストン１２がＺ軸＋側に移動する際に、樹脂原料をピストン１２の溝部１２ｅに良好に誘導することができる。

そして、ピストン１２がＺ軸＋側に移動する際に、ピストン１２の逆止リング１２ｂがＺ軸－側に押され、本体部１２ａと逆止リング１２ｂとの隙間を介して当該逆止リング１２ｂの貫通孔から溶融樹脂をシリンダ１１の第２の空間Ｓ２に良好に流入させることができる。

ここで、シリンダ１１の側壁部１１ｂにおけるＺ軸－側の部分がシートヒータなどの第１の加熱部１６で囲まれているとよい。これにより、可塑化された溶融樹脂を保温することができ、溶融樹脂の温度低下を抑制することができる。

次に、ピストン１２が最もＺ軸＋側に到達すると、ロッド１４を介してピストン１２をＺ軸－側に移動させる。これにより、溶融樹脂がピストン１２で押し込まれ、溶融樹脂が射出部１３の連通路１３ｂ及び射出口１３ａを介して射出される。

このとき、射出部１３の第２のプレート１３ｅにヒータ線などの第２の加熱部１７が設けられており、当該第２のプレート１３ｅに設けられた温度センサの検出結果に基づいて、溶融樹脂を予め設定された範囲内に加熱するとよい。

これにより、射出部１３の射出口１３ａから射出される溶融樹脂の粘度を低下させることができ、溶融樹脂の射出制御を容易に行うことができる。しかも、ワークを成形する際に層間強度の向上、及びワークの収縮や反りを抑制することができる。

また、第２のプレート１３ｅが上述のようにセラミックプレートで構成されている場合、セラミックプレートは金属に比べて熱容量が小さいため、第２の加熱部１７の熱を効率良く溶融樹脂に伝えることができる。しかも、第２のプレート１３ｅに温度センサが設けられている場合、溶融樹脂の温度を精度良く検出することができる。

さらに、第２の加熱部１７が損傷した場合、リテーリングナット１５を緩めると第２のプレート１３ｅを交換することができ、第２の加熱部１７の交換作業が容易である。

このような樹脂原料の可塑化と溶融樹脂の射出とを繰り返しつつ、例えば、射出成形機１を移動させたり、射出成形機１に対してＺ軸－側に配置されたテーブルを移動させたり、することで、所望のワークを積層造形することができる。

このように本実施の形態の射出成形機１は、上述のように供給孔１１ｄをシリンダ１１の側壁部１１ｂに形成すると共に、シリンダ１１のＺ軸＋側の端部を閉塞部１１ａで塞ぎ、ピストン１２で樹脂原料を可塑化する際に作用するＺ軸＋側の力を閉塞部１１ａで受ける構成とし、先行文献１の射出成形機に有るようなプランジャを省略した構成とした。そのため、本実施の形態の射出成形機１は、先行文献１の射出成形機に比べて簡単な構成で溶融樹脂を射出することができる。

特に、先行文献１のようなプランジャでバレルの開放口を塞ぐための機構や、プランジャをロッドに固定したり、固定状態を解除したり、するための機構を省略することができ、射出成形機を簡単な構成で実現することができる。

ここで、本実施の形態のシリンダ１１は、当該シリンダ１１のＺ軸－側が開放された構成であるため、シリンダ１１のＺ軸－側の開放口からピストン１２やロッド１４を挿入することができる。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、射出部１３の射出口１３ａに圧力センサが設けられているとよい。これにより、溶融樹脂の種類に応じて、溶融樹脂Ｒの射出圧を制御することができる。

１ 射出成形機
１１ シリンダ、１１ａ 閉塞部、１１ｂ 側壁部、１１ｃ 貫通孔、１１ｄ 供給孔、１１ｅ フランジ部
１２ ピストン
１２ａ 本体部
１２ｂ 逆止リング
１２ｃ ストッパ、１２ｆ 柱部、１２ｇ 分岐部
１２ｄ 本体部のＺ軸＋側の面
１２ｅ 溝部
１３ 射出部
１３ａ 射出口
１３ｂ 連通路
１３ｄ 第１のプレート
１３ｅ 第２のプレート
１４ ロッド
１５ リテーリングナット
１６ 第１の加熱部
１７ 第２の加熱部
Ｓ１ シリンダの第１の空間
Ｓ２ シリンダの第２の空間

Claims (1)

1. 溶融樹脂を収容するシリンダと、
   前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出すピストンと、
   前記シリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
   を備える射出成形機であって、
   前記ピストンは、当該ピストンの周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであり、
   前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記側壁部に形成され、前記シリンダに樹脂原料を供給するための供給孔と、を有し、
   前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に前記樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とする、射出成形機。

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