JP4084388B2 - 射出成形装置及びその材料供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形装置及びその材料供給方法に関し、特に脱気効果を向上させるようにした射出成形装置及びその材料供給方法に関するものである。

従来この種の装置として、下記特許文献１〜３が知られる。これら文献によれば、加熱シリンダ内で溶融した樹脂に発生するガスや水分をシリンダの外へ排出するために、シリンダ内の減圧度を真空装置でコントロールする方法や樹脂の供給量を調節する方法、またシリンダ内へ不活性ガスを注入する方法や空気の供給量を調節して最適な堆積量を持って射出成形を行う方法やそれらの組合せが既に知られている。

以下に、図３を用いて説明する。図３に示す射出成形機のスクリュ１はシリンダ２の内部に挿入されていて材料タンク５から供給される樹脂４は、自重落下により供給されホッパ３に溜められる。溜められる樹脂量は、予め供給センサ６でコントロールされ、ホッパ３下部のシャッタを通って上述のスクリュ１の表面に送られる。送られた樹脂は、射出装置の加熱筒シリンダ内でスクリュの回転により溶融混練される。

このとき、ホッパ３から流入したエア、樹脂に含まれている水分または加熱筒シリンダ内で溶けた樹脂中の添加剤が熱により気化して生じたガスなどを除去するために、従来は、（１）ホッパ３上部へ開放する方法、（２）スクリュ１の後方にわずかな隙間を開けて逃がす方法、（３）（１）の改良型としてホッパ３内に連結されている真空ポンプ７または吸引ブロアで吸引される方法などが採られている。
特開２００２−３４７０７３号公報 特開２００１−７１３６３号公報 特開２００２−１４４３８６号公報

しかし、これらの技術では、飽くまでも樹脂の供給口と真空装置などの減圧口が同一または近接しているために、脱気しようとするガス・エアの流れが供給樹脂により妨げられやすく、溶融時のガス・エア及び水分８の脱気を充分に行うことができない。そのため、射出されるパージ樹脂の品質を検査しなければならず、また射出成形後の成形品の品質を検査しなければならないなどから、成形品や樹脂別の最適条件、例えばスクリュの回転数による樹脂の送り量のバラツキを抑え、最適減圧度を調整するなどに時間を費やす、いわゆるトライ・アンド・エラーによる樹脂のムダが多く生じていた。

一方、材料供給と減圧度の調整のみでは十分な効果が得られ難く、自動成形では溶融の時に蒸発気化したガスや水分が次ぎから次ぎへと送られてくる樹脂に再び付着するなど成形品への不良を誘発していた。

例えば各設備メーカや射出機メーカでは、除去のベント効果を上げるために、市販のフィーダ装置による樹脂の適量供給や真空ポンプまたは吸引ブロアによる減圧量を調整しているが、この調整においては以下の問題点が生じていた。

（１）樹脂供給と真空接続口が同一のため、溶融樹脂から発生したガスがスクリュ後方に流入すれば、再び樹脂に付着する現象が発生していた。
（２）また、上述のガスが前方へ流入すれば、金型(不図示)のキャビティ表面に汚れとして表れ、成形品に悪影響を及ぼしていた。
（３）溶融樹脂からのガスが主要因となり、スクリュ外部とシリンダ内部の異常腐食及び摩耗につながっていた。
（４）真空度の調整しだいでは、スクリュ内の酸化による樹脂の焼けや炭化物の黒点を誘発していた。

本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、溶融時に発生するガス、エア及び水分のスクリュからの脱気効果を向上させることができる射出成形装置及び射出成形方法を得ることを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、材料をシリンダに供給する供給方向をシリンダの下方部または側面部とし、脱気を前記供給方向に対向する方向としてなる。

この射出成形装置において、前記材料の供給を気密に区画した定量フィーダにより行うことを特徴としている。

さらに、前記材料の供給口と真空装置接続口を分離させ、シリンダ内部と前記材料の供給部を気密にしていることを特徴としている。

また、材料供給用フィーダスクリュの回転数をサーボモータ又は可変速モータにて、スクリュの最適可塑化時間に合わせるフィーダ調整手段を備えることを特徴としている。

また、本発明は、射出成形装置へ材料を供給する射出成形装置の材料供給方法であって、材料をシリンダに供給する供給方向をシリンダの下方部または側面部とし、脱気を前記供給方向に対向する方向としてなるものである。

本発明によれば、溶融時に発生するガス、エア及び水分のスクリュからの脱気効果を向上させることができ、もって、脱気が不十分なために生じる種々の問題を解決することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態を図１を用いて説明する。
本実施の形態は、樹脂の供給を従来のホッパ３部からの自重落下ではなくシリンダの下方部または側面部より供給することと、またその供給量をスクリュ１の後退速度に合わせ定量フィーダスクリュ９をサーボモータ１３または可変速モータで最適供給量をコントロールする。

これにより、従来のスクリュ溝部が満杯状態での輸送ではなく、ガス・エア及び水分が抜けやすい状態である所謂飢餓状態での輸送を保つことで、溶融時に発生するガス、エア及び水分をスクリュ１後方より抜けやすくしている。

更にシリンダの上部に接続している真空ポンプによって高減圧で吸引することで従来不可能とされていた脱気効果を上げることを可能にしている。

本実施の形態では、樹脂の供給をシリンダ２の下部側から行なうために、真空用シールで気密を保っている定量フィーダシリンダ１０内に定量フィーダスクリュ９が回転可能に挿入されている。この定量フィーダスクリュ９はサーボモータ１３を介して回転することによって樹脂の輸送作用いわゆる樹脂の推進力を利用して樹脂の供給を可能にしている。これによりスクリュ１への樹脂量を最適にコントロールしている。

またスクリュ１内部の樹脂の供給量を可能な限り少なくし、安定な飢餓の状態を保つことでシリンダ２内を最適供給状態としている。この最適供給状態を利用してシリンダ上部よりフィルタ１１、真空ポンプ接続部１２を介して、真空ポンプ７で高減圧を可能にしている。このシリンダ内の高減圧は、溶融する樹脂から排出されるガス、エア及び水分を従来よりも効率よく脱気することを可能している。

次に射出成形方法の一例を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、オペレータ（成形技術者）は、通常の成形条件に基づいて成形工程を繰り返し、成形品の品質と可塑化時間が冷却時間より短いことと可塑化時間が安定していることを確認する。例えば成形開始から２０ショットの成形を行なった後（ステップ１）、そのときオペレータは、定量フィーダスクリュ９の回転数を速くし、従来と同様にスクリュ１の溝が樹脂で満杯状態の供給とする。

続いて、オペレータは実際の『冷却時間−可塑化時間≦１ｓｅｃ』との関係を確認する（ステップ２）。そこで例えば、可塑化時間が冷却時間よりかなり短い場合は、冷却時間完了前に可塑化時間が終わるように、定量フィーダスクリュ９の回転数を、射出成形機に備えられている演算処理機能により自動的に遅くする。

例えば、演算処理機能にオペレータにより任意に設定されている冷却時間が１５ｓｅｃで、現状の定量フィーダスクリュ９の回転数１００ｒ／ｍｉｎ時のスクリュ１の実可塑化時間が１０．５ｓｅｃであれば、実可塑化時間が冷却時間に対してほぼ等しくなるように次サイクルのスクリュ回転数を例えば７０ｒ／ｍｉｎとする信号が自動的にサーボモータ１３に送られ、実可塑化時間が１５ｓｅｃに等しくなるように調整が繰り返し行なわれる（ステップ３）。

また上述の過程で、シリンダ２上部より常に真空ポンプ７にて高減圧を行なうことで、実成形にマッチさせた最適のエア・水分及び溶融時のガスの除去を可能にしている。

以上を踏まえ、『冷却時間−可塑化時間≦１ｓｅｃ』の関係が基本動作となり、随時スクリュ１の可塑化時間（スクリュの後退時間）と定量フィーダスクリュ９の回転数が自動的にコントロールされ連続成形を行なう（ステップ４）。

以上のように本発明によれば、樹脂の供給をシリンダの下方部または側面部から定量フィーダによって行なうことと、またシリンダ上部より真空ポンプまたは吸引ブロアにて高減圧を保つ構成にしているため、従来発生している下記の成形不良の削減を可能にしている。

（１）樹脂の供給をシリンダの下方部または側面部から気密を保った定量フィーダで行なうとともに、樹脂の供給口と異なる方向から高減圧の真空装置で脱気を行うことにより、供給する樹脂がシリンダ内で溶融して発生する水分やガスに接触しないことで、金型へのガスの流入が防止できるとともに、高い脱気効果を得ることができる。

（２）定量フィーダによる樹脂供給から、樹脂のせん断による局部発熱を防止し、ガスの発生を最小限にすることにより、異常腐食及び磨耗を防止することができる。

（３）（２）と同様の効果より、樹脂の焼けや炭化物の黒点が低減する。

（４）金型へのガスの流入を防止できるため金型メンテナンス回数の低減を図れる。

（５）シリンダ内の酸素量が低減することでも成形品の樹脂焼けや炭化物による黒点の生成を防止できる。

（６）真空ポンプによる高減圧によって、未乾燥樹脂（事前乾燥が必要な樹脂）の使用を可能とすることができ、乾燥工程や管理の削減を図れる。

（７）スクリュ１の後退速度に合わせた定量フィーダスクリュ９の樹脂供給をサーボモータ１３または可変速モータでコントロールしているため、可塑化時間のバラツキによる成形品重量バラツキや寸法バラツキの低減を図れる。

（８）樹脂の飢餓供給によりスクリュ１を回転させるために、樹脂の固体層での抵抗を最小限にすることで、回転トルクが下がり省エネ効果も期待できる。

本発明の一実施形態である射出成形装置の概略構成図である。 本発明の射出成形制御方法のフローチャートの一例である。 従来の射出成形機の射出成形装置に用いられている真空ポンプと材料供給装置の一例の概略構成図である。

符号の説明

１ スクリュ、２ シリンダ、３ ホッパ、４ 樹脂（材料）、５ 材料タンク、６ 供給センサ、７ 真空ポンプ、８ ガス・エア及び水分、９ 定量フィーダスクリュ、１０ 定量フィーダシリンダ、１１ フィルタ、１２ 真空ポンプ接続部、１３ サーボモータ。

Claims (5)

1. 材料をシリンダに供給する供給方向をシリンダの下方部または側面部とし、脱気を前記供給方向に対向する方向としてなる射出成形装置。
2. 請求項１に記載の射出成形装置において、
   前記材料の供給を気密に区画した定量フィーダにより行うことを特徴とする射出成形装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の射出成形装置において、
   前記材料の供給口と真空装置接続口を分離させ、シリンダ内部と前記材料の供給部を気密にしていることを特徴とする射出成形装置。
4. 請求項２に記載の射出成形装置において、
   材料供給用フィーダスクリュの回転数をサーボモータ又は可変速モータにて、スクリュの最適可塑化時間に合わせるフィーダ調整手段を備えることを特徴とする射出成形装置。
5. 射出成形装置へ材料を供給する射出成形装置の材料供給方法であって、
   材料をシリンダに供給する供給方向をシリンダの下方部または側面部とし、脱気を前記供給方向に対向する方向としてなる射出成形装置の材料供給方法。

Images