JP4260389B2 - 樹脂長尺体の成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂長尺体の成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶融樹脂を射出成形にて、例えば中空状の長尺体を製造するために、シャフトを内部に有する金型の一端部に多点ピンゲート又は、フィルムゲートを設け、金型内部に熱可塑性の溶融樹脂を供給して行う成形装置、成形方法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すように、金型41内部に供給された溶融樹脂Ｒは、金型41内部で樹脂の流動速度が、ゲート44の配置及び溶融樹脂供給バランスにより金型41内部で不均一となる。この時、溶融樹脂Ｒが先行した箇所では、図９の二点鎖線に示すように、溶融樹脂Ｒの圧力によりシャフト42が曲がった状態で成形され、成形品を金型41から外したとき、曲げられたシャフト42が戻ろうとするため、成形品が逆方向に湾曲してしまうという問題点がある。
【０００４】
また、成形品としては、コピー機、プリンター等のＯＡ機器に使用されるローラがあり、現在、これらは高速処理、大型紙対応の傾向にあり、長尺かつ高精度のものが特に要求されている。このように製品の長尺体が長く、かつ、細い形状の場合、金型41内の溶融樹脂Ｒの流路も狭くなり、溶融樹脂Ｒの流動抵抗が大きくなるため溶融樹脂Ｒの射出圧力が大きくなり、その結果シャフト42の変形を助長してしまう問題点がある。
【０００５】
そこで本発明は、射出成型時の、金型内の溶融樹脂の流速を均一にさせることで、成形品の精度を向上させることができる樹脂長尺体の成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る樹脂長尺体の成形装置は、直線状の空間部を鉛直方向縦向きに形成する金型と、該空間部の中心に設けられたシャフトと、該空間部内に摺動可能にかつその下端側に予め装着されると共に該空間部へ供給される溶融樹脂に自重により流動抵抗を与えるための切り目の無いリング状のピストンと、供給路本体と、 を備え、上記ピストンが金属材にプラスチックを被覆して形成され、該供給路本体は該空間部の下端部に連通する周状のフィルムゲートと該フィルムゲートに連通する拡大円環空室状の樹脂溜とを備える供給路を有し、さらに、上記金型がその下端部にて該供給路本体の上面部に上下方向に移動して着脱可能であり、上記供給路本体の上面部に上記樹脂溜を形成し、該樹脂溜の下端部にスプルの縮径状の先端部を連設したものである。
【０００７】
また、上記シャフトが中空状であって、上記溶融樹脂と一体化されて成形品として金型から取り出されるものである。また、樹脂長尺体がローラである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
【０００９】
図２は、本発明に係る樹脂長尺体の成形装置の実施の一形態を示し、この成形装置は、シャフト２を中心に配置可能な射出成形用の金型１と、溶融樹脂供給路本体８と、溶融樹脂射出成形機７と、により構成されている。上記金型１は、長尺体成形用の円孔９を有し、その中心にシャフト２を挿入状に設けることにより、金型１の内部に（長手方向に細長直線状の）環状の空間部３───キャビティ───を形成したものである。さらに、上記環状の空間部３（金型１）を鉛直方向縦向きに配設して、空間部３の下端側に供給路本体８が設けられている。また、上記金型１及びシャフト２は、射出成形機７が連通された供給路本体８に着脱可能に固定されている。また、環状の空間部３は、円環のみならず、楕円や矩形等の他の断面形状の環であってもよい。
【００１０】
図２に示す本発明の成形装置は、金属製のシャフト２の外周に溶融樹脂Ｒを射出成形にて被覆させローラを作製する成形装置であり、このシャフト２の両端部には、突出軸10を有し、この突出軸10が供給路本体８に設けられた保持孔11に嵌挿し、シャフト２を保持している。また、このシャフト２に溶融樹脂Ｒを被覆して得る成形品は、順次金型１から取り出されるので上記シャフト２は、次々と金型１内に供給される部品に相当する。
【００１１】
図２の成形装置にて作製されるローラは、コピー機、プリンター等のＯＡ機器に使用され、これらは現在、高速処理、大型紙対応の傾向にあり、使用されるローラは長尺かつ高精度のものが特に要求されている。
【００１２】
また、図２に示す成形装置は、図３に示すように、金型１内の環状の空間部３に、リング状のピストン５が摺動可能に装着されている。即ち、金型１の内周面にピストン５の外周面が、ピストン５の内周面がシャフト２の外周面に摺動可能となるよう、ピストン５が金型１に嵌挿されている。そして、このリング状のピストン５は供給路本体８のゲート４近傍、又は、環状の空間部３の下端部に当接するよう予め配置している。
【００１３】
供給路本体８は、溶融樹脂Ｒを金型１内部に射出するゲート４と、供給路６を備え、その始点には、射出成形機７のノズルが押圧分離自在に押圧されて連通される。以上の構成に於て、射出成形機７の働きにより、熱可塑性の溶融樹脂Ｒが供給路６を通じてゲート４から射出され、金型１内の空間部３に充填し、冷却固化され、図４に示すようなシャフト２に外嵌した完成品ローラ36を得るものである。なお、成形されるローラの断面形状は、金型の断面形状により楕円や多角形とすることができる。
【００１４】
本発明の成形装置は、上記ピストン５が空間部３に摺動可能に装着されているため、溶融樹脂Ｒが供給路６を通じてゲート４から空間部３に射出され、金型１内の空間部３に充填していく際（射出成形時）、ゲート４の目前（近傍）にピストン５が存在し、この溶融樹脂Ｒはピストン５の摺動抵抗Ｗに対抗しながらこのピストン５を押し上げ、図４に示すように、溶融樹脂Ｒの先端（上端）が空間部３内を、同一高さで（金型１の軸心方向ｃに）充填される。即ち、ゲート形状及び溶融樹脂Ｒの流量差などによって生じる流動速度分布の不均一を、溶融樹脂Ｒに流動抵抗を与える上記ピストン５の移動抑制効果により、発生させない、又は、少なくとも低減させるものである。つまり、空間部３の同一横断面での溶融樹脂Ｒの流動速度分布の差を、上記ピストン５の移動摺動抵抗Ｗにより、無くすことができ、又は、低減（減少）させることができる。
【００１５】
このように、上記ピストン５の移動摺動抵抗Ｗによる溶融樹脂Ｒの流動速度制御機能により、溶融樹脂Ｒは、金型１内の軸心方向ｃに向かって同一高さで金型１内の空間部３に充填され、その後、冷却されるため、溶融樹脂Ｒの圧力差や射出圧力によるシャフト２の変形による、成形後のローラ36の歪み、及び、射出速度の違いによる冷却速度差による、成形後のローラ36外径の不均一、及び、ローラ表面のスジや模様などの表面粗度の悪化を著しく防ぐことが可能となる。
【００１６】
また、本発明の成形装置によれば、シャフト２が湾曲することなく、また、溶融樹脂Ｒの流れが均一なため、又は、少なくとも従来の図９よりも不均一が低減されるため、シャフト２に内部歪みが生じにくく、また、残留応力が発生しにくいため、完成品のローラ36を長期に渡り使用したとき、特に長尺で細長比が大きいローラ36においては、ローラ36の軸心の振れなどの径年変化を少なくすることが可能となる。
【００１７】
また、このピストン５による、流動速度制御機能は図１の比較例に示すように金型１を水平方向横向きに配置して射出成形を行うよりも、図２に示すように、金型１を鉛直方向縦向きに配置する方が効果は大きく、これは、ピストン５の自重による摺動抵抗Ｗの速度制御機能、及び、溶融樹脂Ｒ自体の空間部３内での位置エネルギーの均等性からもより好ましいためである。
【００１８】
また、図２に示すように、上記金型１の空間部３の軸心方向ｃの一端部（図２において下端部）には、空間部３の半径方向向きに環状（周状）のフィルムゲート14が連設されている。そしてそのフィルムゲート14の他端側には、拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13が連設している。この樹脂溜13は、空間部３の軸心方向ｃ及び半径方向向きに空間を有するもので、環状短円柱形をなすものである。また、この樹脂溜13には、複数本のスプル12が金型１内空間部３の軸心方向ｃに向けて配設されている。また、このスプル12の樹脂溜13との接続位置は、樹脂溜13に連通するフィルムゲート14と離れた位置が望ましい。
なお、このフィルムゲート14と樹脂溜13は円環状に限らず、周状（空間部３の断面形状に対応した連続形状）であってもよい。
【００１９】
そして、射出成形機７から供給された溶融樹脂は、複数個のスプル12へと送られ、さらにスプル12から拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13へと流動する。続いて、溶融樹脂Ｒは一旦、この樹脂溜13へと充填され、直ちに、フィルムゲート14へと押し流され、金型１内の空間部３へ流入する。
【００２０】
しかして、溶融樹脂Ｒが樹脂溜13を通じてフィルムゲート14から空間部３に噴出され、金型１内の空間部３に充填していく際（射出成形時）、一旦溶融樹脂Ｒが樹脂溜13において満管状態となるため、フィルムゲート14からの溶融樹脂Ｒの射出圧力は、樹脂溜13内で均一となる。つまり、フィルムゲート14から射出する溶融樹脂Ｒは、この均等射出圧力により、環状の空間部３内へ円周方向位置すべてにおいて同じ射出速度を有して射出させることができる。
【００２１】
しかして、この樹脂溜13による圧力制御機能により、円周方向にわたり同一の開口面積（同一の厚さ）を有するフィルムゲート14から、射出速度の等しい溶融樹脂Ｒが流出され、その流量差を無くすことができるため、溶融樹脂Ｒが空間部３内に金型１の高さ方向（軸心方向ｃ）に均一に充填される働きを有する。即ち、ゲート形状及び溶融樹脂Ｒの流量差などによって、生じる流動速度分布の不均一を、上記樹脂溜13の等圧制御作用により、発生させないものである。つまり、環状の空間部３の同一横断面での溶融樹脂Ｒの流動速度分布の差をほとんど無くすことができる。
【００２２】
また、複数のスプル12から樹脂溜13に流入する溶融樹脂Ｒは、流速が大きく、また、それぞれのスプル12からの流速はそのスプル12の位置により不均一である。そのため、直接スプル12から（樹脂溜13を介さずに）溶融樹脂Ｒを空間部３へ射出すると、溶融樹脂Ｒの流動速度分布に差が生じ充填速度が環状の空間部３内の位置によりまちまちとなる。しかし、複数のスプル12から流出された溶融樹脂Ｒは、樹脂溜13の内壁へ一旦衝突して後、この樹脂溜13内に充填される。そのため、上記のような、それぞれのスプル12からの流速がそのスプル12の位置により不均一であっても、空間部３内へ射出する溶融樹脂Ｒの流速には影響を与えないものである。つまり、空間部３への射出速度は、樹脂溜13内の内圧（射出成形機７の射出圧力）のみに、影響を与える構成を有し、この樹脂溜13の整圧作用により、空間部３内に均等に溶融樹脂Ｒを充填させることができる。このように、この樹脂溜13は、スプル12からの溶融樹脂Ｒの流入速度差を抑え、フィルムゲート14への流出速度を整える作用を有するものである。
【００２３】
このように、上記樹脂溜13による溶融樹脂Ｒの流動速度制御機能により、上記ピストン５を備えて成形をおこなう場合のみよりも、さらに溶融樹脂Ｒは、成形後のローラ36の歪み、及び、ローラ36外径の不均一、及び、表面粗度の悪化を著しく防ぐことが可能となる。
【００２４】
上記ピストン５に簡単な摺動抵抗Ｗを持たせる付加機構を与える構成としては、図６に示すように、金属性円環16にプラスチック17を被覆させたものとしてもよい。このピストン５を使用することにより、ピストン５の自重による抵抗を摺動抵抗Ｗとして付加するものである。つまり、ピストン５の材質を変えることによりその重さを変え、摺動抵抗Ｗを変化させることができる。なお、ピストン５は、円環とする以外に、上述したように、金型１の形式によって、長尺円筒などとすればよい。
【００２５】
このように、ピストン５に上記のような付加機構を設けることにより、その摺動抵抗Ｗを容易に変更自在可能となるため、射出成形機の溶融樹脂Ｒの射出圧力、充填速度、又は、成形品の大きさ長さを変更する場合においても、充分簡単に対応可能とする構成である。
【００２６】
また、ピストン５がリング状であって、特に金型１内のシャフト２の径が細い場合において、このシャフト２の外周面を摺動して、環状の空間部３に溶融樹脂Ｒが充填され、固化することにより、射出圧力によりシャフト２を変形させないのみならず、リング状のピストン５がシャフト２の調芯を行いながら、成形していく作用も有するものである。また、シャフト２が供給路本体８にのみ、その端部の突出軸10にて保持されている場合、多少不安定であるが、ピストン５がシャフト２を支持する構成をなすため、より精度の高い完成品を得ることが可能となる。
【００２７】
しかして、成形品はシャフト２を曲げることなく、かつ、成形品表面にむら等の不均一を有さず、図５のように射出成形を完了することができる。
【００２８】
次に、図２によって形成された成形品を取り出す方法は、図７に示すゲート４部拡大断面図のように、シャフト２に樹脂Ｒ′が被覆されてできた成形品を有する金型１と、供給路本体８と、を分離する。このとき成形品の下部に残る不要部31は図７の矢印Ｓに示すように、溶融樹脂Ｒの供給路６が薄くなったゲート４部において、（図示省略するが）切断具により切断を行う。その後、完成品はシャフト２と共に、金型１から抜き出して取り出す。また、図７のようにゲート４部が薄い平板状からなる場合、円形状刃を有する切断具により、容易に不要部31を切断除去することが可能である。
【００２９】
次に、成形品が、ローラ外形φ12、長さ350mm 、シャフト２外形φ８の場合における、本発明による中空の成形品（ピストン５のみ、及び、ピストン５と樹脂溜13あり）と、従来の中空の成形品（ピストン５，樹脂溜13共なし）との寸法検査結果を表１に示す。なお、成形装置は図２に示すように、空間部３を鉛直方向縦向きに配置したものである。また、表１中の外径差ｄとは、ローラの最大外形と最小外形の差を、また、全振れεとは、ローラを回転させたときの半径方向の表面高さの最大位置と最小位置との差を意味する。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１に示すように本発明による実施例は、外径差ｄ、全振れεとも、実施例１の場合は従来の物に比べ60％、実施例２の場合は従来の物に比べ約30％、と非常に高精度で成形することができる。また、成形品の表面の状態も、溶融樹脂Ｒの冷却差によるすじ模様について共に改善がされている。よって、本発明の、ピストン５による流動速度制御機能、及び、樹脂溜13による流動速度制御機能は、樹脂長尺体の成形品の寸法精度の向上において、非常に簡単な構成により達成することができ、かつ、非常に有効な効果を発揮することがわかる。
【００３２】
また、本発明により成形される樹脂長尺体は、上述の実施の形態に於ては、中心にシャフト２を有し、その外周に樹脂Ｒ′を被覆させたローラ36の場合について、説明したが、これを、図８に示すように、シャフト２を（中実ではなく）中空状として、このシャフト２に樹脂Ｒ′を被覆して、非常に高精度な中空樹脂長尺体（複合材料パイプ）とすることもできる。これにより、非常に高強度かつ、高精度な長尺の複合材料パイプを作製することが可能となる。
【００３３】
あるいは、金型１内に設けられるシャフト２を製造装置（金型１）の一部品として繰り返し使用しても良い場合がある。つまり、上記シャフト２を成形品から抜き出し、高精度な樹脂パイプを作製することができる。他の実施例としては、上記シャフト２を抜き出した樹脂パイプに金属パイプを挿着した複合パイプとしてもよい。または、所定長さの金属シャフトを挿着してもよい。これらは、金属パイプ及び金属シャフトを補強材として、金属芯を有する樹脂製長尺パイプ及びシャフトを作製することが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような効果を奏する。
【００３５】
（請求項１によれば）ピストン５の自重による位置エネルギーを摺動抵抗Ｗに付加することができ、金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置においてさらに均一に近づけることができる。また、溶融樹脂Ｒの流動速度制御機能を有するピストン５と、圧力制御機能を有する樹脂溜 13 によ り、成形される長尺体が長く、かつ、細い形状の場合でも、成形品の寸法精度を簡単な構成にて顕著に向上させ、高精度な中空の（所定断面の）成形品を得ることが可能である。また、リング状のピストン５の孔がシャフト２の調芯作用を生み、より高精度な成形品を得ることが可能となる。
さらに、簡単な構成によりピストン５の摺動抵抗Ｗを大きく、かつ、変更することができ、ピストン５が溶融樹脂Ｒの射出圧力により突出することを防ぎ、射出温度、射出圧力に耐え、かつ、金型１及びシャフト２を傷つけない程度に摺動性をもたせることを容易に行うことができる。
また、成形品を取り出す場合に、金型１と供給路本体８とを分離すると、成形品の下部に不要部ガ残る。この不要部を切断具により切断すれば容易に除去することができる。
【００３６】
（請求項２によれば）非常に高強度かつ、高精度な長尺の複合材料パイプを簡単な構成により、作製することが可能となる。
【００３７】
（請求項３によれば）ローラの軸心の振れなどの径年変化を少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 比較例を示す側部断面図である。
【図２】 本発明の成形装置の実施の一形態を示す側部断面図である。
【図３】 図２の横断面図である。
【図４】 成形途中状態を示す成形装置の側部断面図である。
【図５】 成形完了状態を示す成形装置の側部断面図である。
【図６】 構成要素を示す一部断面斜視図である。
【図７】 構成要素を示す要部拡大断面図である。
【図８】 本発明の成形装置の別の実施の形態を示す側部断面図である。
【図９】 従来例における成形途中状態を示す成形装置の側部断面図である。
【符号の説明】
１ 金型
２ シャフト
３ 空間部
４ ゲート
５ ピストン
６ 供給路
７ 射出成形機
８ 供給路本体
13 樹脂溜
14 フィルムゲート
ｃ 軸心方向
Ｒ 溶融樹脂

Claims (3)

1. 直線状の空間部（３）を鉛直方向縦向きに形成する金型（１）と、該空間部（３）の中心に設けられたシャフト（２）と、該空間部（３）内に摺動可能にかつその下端側に予め装着されると共に該空間部（３）へ供給される溶融樹脂（Ｒ）に自重により流動抵抗を与えるための切り目の無いリング状のピストン（５）と、供給路本体（８）と、を備え、上記ピストン（５）が金属材にプラスチックを被覆して形成され、該供給路本体（８）は該空間部（３）の下端部に連通する周状のフィルムゲート（ 14 ）と該フィルムゲート（ 14 ）に連通する拡大円環空室状の樹脂溜（ 13 ）とを備える供給路（６）を有し、さらに、上記金型（１）がその下端部にて該供給路本体（８）の上面部に上下方向に移動して着脱可能であり、上記供給路本体（８）の上面部に上記樹脂溜（ 13 ）を形成し、該樹脂溜（ 13 ）の下端部にスプル（ 12 ）の縮径状の先端部を連設したことを特徴とする樹脂長尺体の成形装置。
2. 上記シャフト（２）が中空状であって、上記溶融樹脂（Ｒ）と一体化されて成形品として金型（１）から取り出される請求項１記載の樹脂長尺体の成形装置。
3. 樹脂長尺体がローラである請求項１又は２記載の樹脂長尺体の成形装置。

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