JP3649954B2

JP3649954B2 - 射出成形機の原料予備加熱方法及びその装置

Info

Publication number: JP3649954B2
Application number: JP20270699A
Authority: JP
Inventors: 毅山口
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001030298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機、特に金属材料の射出成形に適する射出成形機の原料予備加熱方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
射出成形機の原料予備加熱装置として、例えば図２に示すようなものが提案されている。この射出成形機は、特に金属材料を溶融状態（半溶融状態を含む）で射出させるいわゆる金属射出成形機であり、加熱装置４を有する加熱シリンダ７に回転自在に内挿され、図外の回転駆動源によつて回転駆動されるスクリュ１を備えている。原料タンク１３に貯留させた金属原料２は、ホッパーローダ１４によつて吸引され、フィーダ６（スクリュフィーダ）により、計量工程毎に射出の１ショット分の金属原料２が少しずつ加熱シリンダ７に供給される。３は、加熱シリンダ７に開口させた原料投入口である。加熱シリンダ７内において、加熱装置４によつて加熱されながらスクリュ１によつて混練される金属原料２は、溶融状態（通常は半溶融状態）で加熱シリンダ７の先端部に次第に貯められ、所定量を計量後にスクリュ１を前進移動させることによつて射出される。
【０００３】
この種の金属射出成形機において、水分、油等が付着したままの金属原料２を原料投入口３から投入すると、これらが加熱シリンダ７内において加熱されてガス化し、溶融金属内（半溶融金属内）に気泡として取り込まれることになり、巣などを有する不良成形品の原因になる。
【０００４】
これを防ぐため、原料タンク１３をタンク加熱ヒータ１５によつて加熱し、水分、油等を蒸発させて予め除去することが提案されている。これにより、水分、油等を蒸発させた後の金属原料２がホッパーローダ１４によつて吸引されることになる。その結果、フィーダ６によつてホッパーローダ１４から加熱シリンダ７内に送られた金属原料２が溶融状態になる際に、加熱シリンダ７内でこれらの付着物から発生するガスを減少させることができる。
【０００５】
このように、原料タンク１３をタンク加熱ヒータ１５によつて加熱することにより、金属原料２から付着物を予め蒸発除去させることが可能であるが、大量の金属原料２を所定温度で長時間加熱しなければならないという技術的課題を有する。原料タンク１３に代えてホッパーローダ１４のタンクを加熱する場合も、ほぼ同様の技術的課題を有している。
【０００６】
次に、金属射出成形機のスクリュ１には、原料投入口３側から順に、固体輸送部、圧縮部、溶融部の３ゾーンが設けられている。固体輸送部は、スクリュ１の溝断面積が大きく、かつ、一定をなしており、金属原料２を加熱させながら移送させる。溶融部は、スクリュ１の溝断面積が小さく、かつ、一定をなしており、金属原料２を溶融させる。中間に位置する圧縮部は、スクリュ１の溝断面積が前方に向けて次第に小さくなるように設定されており、金属原料２を次第に圧縮させる。
【０００７】
また、高融点の金属原料２を射出成形する場合には、飢餓フィード、つまりスクリュ１の溝を完全に満たすことがないように、フィーダ６により、計量工程毎に１ショット分の金属原料２を少しずつ供給している。
【０００８】
これにより、射出成形機の溶解能力の不足を補いながら、スクリュ１の回転圧を比較的低く維持できるが、ホッパーローダ１４からフィーダ６を経て加熱シリンダ７内に投入される１ショット分の金属原料２の先頭部分は、計量工程が開始された後に短時間で圧縮部へ到達する傾向にあり、加熱シリンダ７内で十分に加熱軟化されず、圧縮部において圧縮変形され難い傾向にある。その結果、金属原料２が、圧縮部から先へ送られなくなり、計量不足によるショートショットが発生したり、圧縮部に詰まつた軟化不足の金属原料２によりスクリュ１が回らなくなり、連続成形ができなくなるという技術的課題を有する。
【０００９】
また、加熱シリンダ７へ投入される金属原料２の内、１回（１ショット分）の投入における最終部分は、圧縮部に到達する前に計量工程が終了するので、次の計量工程が行なわれるまで固体輸送部に滞留する。そして、飢餓フィードの場合には、固体輸送部での移動速度が一般に速いことを考慮して、加熱装置４によつて加熱シリンダ７を比較的高い温度に設定させるので、上記の投入最終部分の金属原料２が固体輸送部で滞留中に一部が溶解し、スクリュ１の溝底に付着することで固化し、その後に計量不良の原因となり、安定した成形ができなくなるという技術的課題を生じ易い。この技術的課題は、１ショット分の投入原料の予備加熱温度が、先頭部分から最終部分まで同じであることに起因している。
【００１０】
更に別の技術的課題として、成形品の質量が大きく、１ショットの計量が多量になる場合、投入前半分は固体輸送部で加熱シリンダ７から十分な熱量を与えられるが、それによつて加熱シリンダ７の温度が下がり、投入後半分に十分な熱量が与えられなくなり、スクリュ１の回転不良や金属原料２の溶解不良を生じるという不具合もある。これは、成形品の熱容量に応じて加熱装置４の能力を高めることが困難であることにも関連している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
請求項１の発明の構成は、加熱装置４を有する加熱シリンダ７に内挿されたスクリュ１が回転駆動され、加熱シリンダ７の先端部に貯めた溶融状態の金属原料２が射出される射出成形機の原料予備加熱方法において、
射出の１ショット分毎の金属原料２を加熱シリンダ７に投入すると共に、加熱シリンダ７へ投入する前の金属原料２の温度を、１ショット分の投入開始から投入終了までの投入時期に合わせて高低変化させてあることを特徴とする射出成形機の原料予備加熱方法である。
請求項２の発明の構成は、加熱シリンダ７へ投入される１ショット分の金属原料２の温度分布が、投入前半側分よりも投入後半側分の温度の方が高く設定されることを特徴とする請求項１の射出成形機の原料予備加熱方法である。
請求項３の発明の構成は、加熱シリンダ７へ投入される１ショット分の金属原料２の温度分布が、投入開始直後を高く、投入終了直前を低く設定されることを特徴とする請求項１の射出成形機の原料予備加熱方法である。
請求項４の発明の構成は、加熱装置４を有する加熱シリンダ７に内挿されたスクリュ１が回転駆動され、加熱シリンダ７の先端部に貯めた溶融状態の金属原料２が射出される射出成形機の原料予備加熱装置において、
加熱シリンダ７の原料投入口３に取り付けたフィーダ６の上方に、少なくとも２個の加熱制御ゾーン（１０Ａ，１０Ｂ）を有する原料加熱装置１２を接続させ、加熱シリンダ７へ投入する前の金属原料２の温度が、該原料加熱装置１２によつて設定され、かつ、射出の１ショット分毎の金属原料２を加熱シリンダ７に投入するとき、１ショット分の投入開始から投入終了までの投入時期に合わせて高低変化するように温度が設定されることを特徴とする射出成形機の原料予備加熱装置である。
請求項５の発明の構成は、各加熱制御ゾーン（１０Ａ，１０Ｂ）が、金属原料２を入れる原料予熱筒５の外周に装着した予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂ、温度検出器１１及びヒータ制御装置９を有し、温度検出器１１によつて検出した原料予熱筒５内の金属原料２の温度に応じて、予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂがヒータ制御装置９によつて制御されることを特徴とする請求項４の射出成形機の原料予備加熱装置である。
なお、上記溶融状態は、半溶融状態を含むものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施の形態について図１を参照して説明する。なお、従来例と同一機能部分には同一符号を付してある。図１中において符号１は金属射出成形機のスクリュであり、スクリュ１は、ヒータからなる加熱装置４を付属する加熱シリンダ７内に回転自在かつ前後動自在に収容されている。このスクリュ１は、原料投入口３側から前方に向けて順次、固体輸送部、圧縮部、溶融部の３ゾーンを有している。
【００１３】
一方、加熱シリンダ７の原料投入口３に取り付けたフィーダ６の上方に、原料予熱筒５を備える原料加熱装置１２を設置する。フィーダ６は、スクリュフィーダからなり、フィーダ６の出口が原料投入口３に接続され、フィーダ６の入口が原料予熱筒５の下部に接続されている。この原料加熱装置１２は、上下に２個の加熱制御ゾーンを有している。各加熱制御ゾーンは、原料予熱筒５の外周に装着した環状の予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂと、熱電対からなる温度検出器１１とを有する。原料予熱筒５内に位置する金属原料２の温度は、ヒータ制御装置９のプログラムに従つて各予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂによつて加熱されるが、各温度検出器１１，１１による検出値によつてフィードバックされながら制御される。
【００１４】
原料加熱装置１２の原料予熱筒５の上部には、タイマ式の定量真空フィーダ８が取り付けられ、原料タンク１３内の金属原料２の所定量を所定時間毎に原料予熱筒５内に供給できるようになつている。
【００１５】
すなわち、計量工程毎に、原料タンク１３内の金属原料２が定量真空フィーダ８によつて吸引され、原料加熱装置１２の原料予熱筒５に射出の１ショット分ずつ供給される。具体的には、スクリュ１を回転駆動させ、かつ、フィーダ６を駆動させながら行なう計量工程が終了し、フィーダ６を停止させた状態で、１ショット分の金属原料２をほぼ空の状態の原料予熱筒５に供給させ、この所定量の金属原料２を所定温度に加熱させる。原料予熱筒５内において所定温度に加熱された金属原料２は、次の計量工程に際してフィーダ６にて送られ、原料投入口３を通して少しずつ加熱シリンダ７に供給される。
【００１６】
このように、加熱シリンダ７へ投入する前の金属原料２は、計量工程毎に、原料予熱筒５に射出の１ショット分ずつ供給させ、原料予熱筒５内において１ショット分ずつ予備加熱する。しかも、１ショット分の投入量を均一に加熱するのではなく、投入時期によつて温度が変わるように制御する。原料予熱筒５内の金属原料２の温度は、上下方向に複数段に配置した予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂによつて加熱することで異ならせることができる。
【００１７】
例えば、１回の計量工程で加熱シリンダ７に投入される金属原料２の内、投入の先頭部分（投入開始直後）は他の部分よりも予熱温度が高くなるように加熱し、投入の最終部分は他の部分よりも予熱温度が低くなるように加熱する。これは、原料予熱筒５に供給させた１ショット分の金属原料２の内、下部に位置して先に送り出される半部を下部の予備加熱ヒータ１０Ｂによつて比較的高温に加熱し、上部に位置して後から送り出される半部を上部の予備加熱ヒータ１０Ａによつて比較的低温に加熱することで実現される。予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂによる加熱温度の制御は、前述したように温度検出器１１，１１による検出値によつてフィードバックしながら、ヒータ制御装置９のプログラムに従つて行なうことが可能である。
【００１８】
この温度制御により、計量工程が開始された後に加熱シリンダ７に投入される金属原料２の先頭部分の予熱温度が高くなつているので、計量工程が開始された後に短時間でスクリュ１の固体輸送部を通過して圧縮部へ到達する傾向にある金属原料２の先頭部分が加熱シリンダ７内で十分に加熱軟化されることになり、その後の圧縮部において圧縮変形を適正に受けることになる。これにより、金属原料２が圧縮部から先へ円滑に送られることになり、計量不足によるショートショットが発生したり、圧縮部に詰まつた軟化不足の金属原料２によりスクリュ１が回らなくなり、連続成形ができなくなるという不具合を防止できる。
【００１９】
加えて、加熱シリンダ７へ投入される金属原料２の内、１回（１ショット分）の投入における最終部分は、圧縮部に到達する前に計量工程が終了するので、次の計量工程が行なわれるまで固体輸送部に長時間滞留することに起因して不具合を生ずる傾向にあるが、これも解消させることができる。すなわち、前述したように飢餓フィードの場合には、固体輸送部での移動速度が速いことを考慮して、加熱装置４によつて加熱シリンダ７を比較的高い温度に設定させるので、加熱シリンダ７への投入最終部分の金属原料２が固体輸送部で滞留中に一部が溶解し、次いでスクリュ１の溝底に付着することで固化し、その後に計量不良の原因になり、安定した成形ができなくなるという不具合も解消する。
【００２０】
予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂによつて加熱する原料予熱筒５内の金属原料２の温度は、水分、油等を蒸発させるのに必要な温度に設定することは勿論であり、原料予熱筒５には排気孔が形成されている。また、フィーダ６により、計量工程毎に１ショット分の金属原料２を少しずつ加熱シリンダ７内に供給するので、溶解能力の不足を補いながら、スクリュ１の回転圧を比較的低く維持できることは、従来例と同様である。
【００２１】
また、成形品が比較的大きく、１ショット当たりの計量が多い場合は、投入前半分よりも投入後半分の温度が高くなるように予備加熱する。これは、原料予熱筒５に供給させた１ショット分の金属原料２の内、下部に位置して先に送り出される半部を下部の予備加熱ヒータ１０Ｂによつて比較的低温に加熱し、上部に位置して後から送り出される半部を上部の予備加熱ヒータ１０Ａによつて比較的高温に加熱することで実現される。
【００２２】
これにより、成形品の質量が大きく、１ショットの計量が多量になる場合に、加熱装置４の能力を過度に高めることなく、投入前半側分が固体輸送部で加熱シリンダ７から多くの熱量を奪うことに起因する不具合を抑制させることができる。すなわち、１ショット分の金属原料２の内の投入前半側分が固体輸送部で加熱シリンダ７から多くの熱量を奪い、それによつて加熱シリンダ７の温度が下がり、投入後半側分に加熱シリンダ７から十分な熱量が与えられなくなつた場合でも、投入後半分の金属原料２自体が保有する熱量により、スクリュ１の回転不良や金属原料２の溶解不良を生じるという不具合が良好に防止されることになる。
【００２３】
ところで、予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂを主要素として構成される加熱制御ゾーンの数は、２個に限定されるものではなく、３個以上に分けて、金属原料２に対する上記制御をより精密に行なうことも勿論可能である。更に、予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂを有する複数の加熱部分と、予備加熱ヒータを設けない非加熱部分を混在させて設け、原料予熱筒５内の金属原料２の温度制御を行なうこともできる。水分、油等を予め蒸発させた金属原料２を原料予熱筒５内に導入させ、加熱シリンダ７に投入させる金属原料２の温度分布の制御のみを予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂによつて行なうことも可能である。
【００２４】
また、原料予熱筒５に貯留される金属原料２を１ショット分としたが、これに代えて複数ショット分とし、各々のショット分の金属原料２に応じた予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂ等を配置し、各ショット分の金属原料２内で、予備加熱の温度を高低変化させることも可能である。
【００２５】
更に、原料予熱筒５内での金属原料２のブリッジング、つまり金属原料２同士の溶着による流路の閉鎖を防止するために、金属原料２を加熱しながら攪拌する機能や振動させる機能を原料予熱筒５に追加することもできる。
【００２６】
このような原料加熱装置１２を備える射出成形機により、金属原料２としてＡＭ５０マグネシウム合金を用い、質量が比較的小さい成形品を実際に成形した。このＡＭ５０合金のようにマグネシウム含有量が比較的少ない合金は、マグネシウム合金の中でも融点が高いが、加熱シリンダ７には材料による耐熱限界があるので、加熱装置４による加熱温度をあまり高くすることはできない。
【００２７】
そこで、予備加熱ヒータ１０Ａ，１０Ｂにより、原料予熱筒５に貯留され、計量時に加熱シリンダ７へ投入される１ショット分の金属原料２の投入前半分が１００℃、投入後半分が４０℃に予備加熱されるように制御した。その結果、金属原料２がスクリュ１の圧縮部で詰まることもなく、安定した計量により、連続成形が行なわれた。また、１ショット分の金属原料２が全体として溶解し易くなつたため、成形サイクルが短くなり、生産性も向上した。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る射出成形機の原料予備加熱方法及びその装置によれば、次の効果を奏することができる。
請求項１及び４によれば、加熱シリンダへ射出の１ショット分毎の金属原料を投入するに当たり、加熱シリンダへ投入する前の金属原料の温度を、１ショット分の投入開始から投入終了までの投入時期に合わせて高低変化させることにより、加熱シリンダに付属させる加熱装置の能力を高めることなく、加熱シリンダ内での１ショット分の金属原料の温度を適正に与えることが可能になる。その結果、加熱シリンダ内での金属原料の温度が不適正であることに起因する各種の不具合が解消する。
【００２９】
具体的には、スクリュ圧縮部での金属原料の詰まりを防止して、安定した計量による連続生産が可能になる。また、金属原料が固体輸送部で溶解してトラブルを生じることも解消させることができる。更に、計量が多い成形品の場合に、前半に投入された冷たい金属原料によつて加熱シリンダの温度が下がり、金属原料の送りが悪くなつたり、後から投入された金属原料に加熱シリンダから与えられる熱量が不足したりすることも解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る射出成形機の原料予備加熱装置を示す概略図。
【図２】従来の射出成形機の原料予備加熱装置を示す概略図。
【符号の説明】
１：スクリュ、２：金属原料、３：原料投入口、４：加熱装置、５：原料予熱筒、６：フィーダ、７：加熱シリンダ、９：ヒータ制御装置、１０Ａ，１０Ｂ：予備加熱ヒータ（加熱制御ゾーン）、１１：温度検出器、１２：原料加熱装置。

Claims

加熱装置（４）を有する加熱シリンダ（７）に内挿されたスクリュ（１）が回転駆動され、加熱シリンダ（７）の先端部に貯めた溶融状態の金属原料（２）が射出される射出成形機の原料予備加熱方法において、
射出の１ショット分毎の金属原料（２）を加熱シリンダ（７）に投入すると共に、加熱シリンダ（７）へ投入する前の金属原料（２）の温度を、１ショット分の投入開始から投入終了までの投入時期に合わせて高低変化させてあることを特徴とする射出成形機の原料予備加熱方法。
加熱シリンダ（７）へ投入される１ショット分の金属原料（２）の温度分布が、投入前半側分よりも投入後半側分の温度の方が高く設定されることを特徴とする請求項１の射出成形機の原料予備加熱方法。
加熱シリンダ（７）へ投入される１ショット分の金属原料（２）の温度分布が、投入開始直後を高く、投入終了直前を低く設定されることを特徴とする請求項１の射出成形機の原料予備加熱方法。
加熱装置（４）を有する加熱シリンダ（７）に内挿されたスクリュ（１）が回転駆動され、加熱シリンダ（７）の先端部に貯めた溶融状態の金属原料（２）が射出される射出成形機の原料予備加熱装置において、
加熱シリンダ（７）の原料投入口（３）に取り付けたフィーダ（６）の上方に、少なくとも２個の加熱制御ゾーン（１０Ａ，１０Ｂ）を有する原料加熱装置（１２）を接続させ、加熱シリンダ（７）へ投入する前の金属原料（２）の温度が、該原料加熱装置（１２）によつて設定され、かつ、射出の１ショット分毎の金属原料（２）を加熱シリンダ（７）に投入するとき、１ショット分の投入開始から投入終了までの投入時期に合わせて高低変化するように温度が設定されることを特徴とする射出成形機の原料予備加熱装置。
各加熱制御ゾーン（１０Ａ，１０Ｂ）が、金属原料（２）を入れる原料予熱筒（５）の外周に装着した予備加熱ヒータ（１０Ａ，１０Ｂ）、温度検出器（１１）及びヒータ制御装置（９）を有し、温度検出器（１１）によつて検出した原料予熱筒（５）内の金属原料（２）の温度に応じて、予備加熱ヒータ（１０Ａ，１０Ｂ）がヒータ制御装置（９）によつて制御されることを特徴とする請求項４の射出成形機の原料予備加熱装置。