JP4285650B2 - 樹脂材料の可塑化装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機や押出成形機などに適用される樹脂材料の可塑化装置に関し、さらに詳しくは、射出成形機や押出成形機の小型化に好適な樹脂材料の可塑化装置に関する。

小型の樹脂射出装置、例えば図版上で使用する全長が４００ｍｍ以下程度のハンディタイプの射出装置は、射出装置のサイズの問題から、スクリュー式の可塑化機構を用いず、ブロックヒータによる加熱のみで樹脂材料ペレットの可塑化を行うプランジャー式射出装置を用いることが多い。このようなプランジャー式射出装置は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂やＰＰ（ポリプロピレン）樹脂などの熱可塑性樹脂材料のペレットを、可塑化バレルの溶融温度以下に保たれた部分に供給し、可塑化バレルの先端部分に設けられた溶融温度以上に加熱された部分にペレットを押し込むことで樹脂材料を可塑化して吐出するものである。

このようなハンディタイプの小型プランジャー式射出装置では、極力短い長さで効率よく樹脂材料のペレットを可塑化することが要求される。しかし現状のような、内面及び外面が平滑な円管状の金属筒からなる可塑化バレルの外部にヒータを巻くだけの構成では、ヒータと樹脂材料との熱交換の効率が悪い。射出成形グレードの樹脂材料を用いた場合でも、可塑化バレル内で十分な可塑化状態が得られないことがある。

このため、樹脂材料の可塑化を促進させるには、加熱温度を上昇させるか、加熱時間を長くするかの２通りの方法が考えられるが、加熱温度を上昇させると樹脂材料の熱分解が促進されて好ましくない。一方、加熱時間を長くすると作業間隔を開ける必要が生じるため、生産現場での要求に見合う短い加熱時間を実現できず、生産性の面から好ましくない。

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、樹脂材料に対する熱の伝達効率を向上させることにより、加熱温度を上昇させることなく樹脂材料の可塑化状態を安定化できること、あるいは、可塑化状態を不安定にすることなく射出成形装置の小型化を図ることができる樹脂材料の可塑化装置を提供することである。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、樹脂材料が供給される前記可塑化バレルの内周面には、該可塑化バレル内の樹脂材料に外部の熱源からの熱を伝達する１条あるいは複数条からなる襞状の突起をなす伝熱片が前記可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に形成され、前記可塑化バレルの外周面には、外部からの熱源であるヒータからの熱を受ける受熱片が該可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に突設形成され、前記ヒータは前記受熱片の螺旋状の溝に対応した１条あるいは複数条からなる螺旋状に形成されると共に、該ヒータが前記受熱片の螺旋状の溝に螺合されることにより前記可塑化バレルの外周面に着脱自在に装着されていることを要旨とするものである。

ここで請求項２に記載のように、前記螺旋状のヒータは、前記可塑化バレルの外周面を覆う筒状の断熱部材の内周面に装着され、前記断熱部材と前記ヒータとが一体的に前記可塑化バレルの外周面に形成される前記受熱片の螺旋状の溝に螺合されることにより前記可塑化バレルに着脱自在に装着されているものであっても良い。

また、前記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、樹脂材料が供給される前記可塑化バレルの内周面には、該可塑化バレル内の樹脂材料に外部の熱源からの熱を伝達する１条あるいは複数条からなる襞状の突起をなす伝熱片が前記可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に形成され、前記可塑化バレルの外周面には、外部からの熱源であるヒータからの熱を受ける複数の受熱片が該可塑化バレルの側周面に軸線方向に略直線状に突設形成され、複数の前記ヒータは前記受熱片の略直線状の溝に対応して略円環状に配設されると共に、該ヒータが前記受熱片の略直線状の溝に沿ってスライドされることにより前記可塑化バレルの外周面に着脱自在に装着されていることを要旨とするものである。

この場合は請求項４に記載のように、前記円環状に配設されたヒータは、前記可塑化バレルの外周面を覆う筒状の断熱部材の内周面に装着され、前記断熱部材と前記ヒータとが一体的に前記可塑化バレルの外周面に形成される前記受熱片の略直線状の溝に沿ってスライドされることにより前記可塑化バレルに着脱自在に装着されているものであっても良い。

そしてこれらの場合において、請求項５に記載のように、前記可塑化バレルの壁面に形成される樹脂材料を供給するための開口部の近傍の外周面には、該可塑化バレル内の熱を放散させる放熱片が突設されているものであっても良い。

請求項１に記載の発明によれば、可塑化バレル内に供給された樹脂材料ペレットは、可塑化バレルの外周面に装着されるヒータの熱により可塑化される。ここで、可塑化バレルの内周面には伝熱片が突設されていることから、樹脂材料との接触面積が大きく樹脂材料への熱の伝達の効率が向上する。このため、ヒータの加熱温度を必要以上に高くすることなく樹脂材料の可塑化を促進でき、樹脂材料の熱分解を抑制することができる。また、加熱時間も短縮できるから、作業効率を向上させることもできる。さらに、樹脂材料の可塑化状態を不安定にすることなく可塑化バレルの長さを短くし、可塑化装置の小型化を図ることができる。

また、前記伝熱片は螺旋状に形成されているため、樹脂材料と可塑化バレルの内周面との接触面積をさらに増加させて、熱の伝達の効率を向上させることができる。また、伝熱片が螺旋状に形成されるものであれば、可塑化バレルの内部を流れる樹脂材料にせん断を与えることができるから、せん断による可塑化も加わり、樹脂材料の可塑化を促進し、可塑化状態を安定させることができる。

さらに、ヒータが発する熱は可塑化バレルの外周面のみならず可塑化バレルの外周面に形成される受熱片からも伝達されるため、ヒータと可塑化バレルとの接触面積が増加し、ヒータの発する熱の伝達の効率を向上させることができる。したがって、ヒータの加熱温度を必要以上に高くすることなく樹脂材料の可塑化を促進でき、樹脂材料の熱分解を抑制することができる。また、加熱時間も短縮できるから、作業効率の向上も図ることができる。さらに、樹脂材料の可塑化状態を不安定にすることなく可塑化バレルを短くして可塑化装置を小型化し、取扱性の向上を図ることができる。

また、可塑化バレルの外周面の受熱片が螺旋状に形成されているため、ヒータを予め螺旋状に形成することにより、ヒータを可塑化バレルにネジ式に螺合して着脱自在に装着することができる。したがって、樹脂材料の種類や可塑化条件を変更する場合などにおいて、容易にヒータを交換することができ、取扱性に優れる。また、成形される受熱片が１条であれば、ヒータを１本巻き付けるのみで可塑化バレルを加熱することができることから、可塑化バレルの温度制御も容易となる。

また、請求項３に記載のように、受熱片を可塑化バレルの軸線方向に沿って形成するものであれば、複数のヒータを円筒状に並べて配設したものをスライド式に着脱自在に装着できる。したがって、請求項１に記載の発明と同様に、樹脂材料の種類や可塑化条件を変更する場合などにおいて、容易にヒータを交換することができ、取扱性に優れる。

ここで、請求項２および４に記載のように、断熱部材を筒状に形成し、螺旋状や複数のヒータを円筒状に並べて配設したものを予め筒状の断熱部材の内周面に装着しておけば、ヒータ及び断熱部材とを一体的に着脱することができるから、さらに取扱性に優れるようになる。

請求項５に記載の発明のように、樹脂材料を供給する供給部の近傍に放熱片を形成すれば、ヒータや可塑化した樹脂から伝達した熱を外気中に放散し、供給部近傍を樹脂材料の表面が軟化する温度以下に維持することができる。このため、樹脂材料の表面が軟化して供給が不安定になることが防止される。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、参考図として樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を模式的に示した断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態としての樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を模式的に示した断面図である。また、図１（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。

本実施の形態に係る可塑化装置１は、樹脂材料の供給を受ける可塑化バレル２と、この可塑化バレル２に供給された樹脂材料を加熱するヒータ３と、この可塑化バレル２及びヒータ３の外周面上に配設される断熱部材４とを備える。そして可塑化バレル２の基端部にプランジャー５を進退動可能に配設し、このプランジャー５により樹脂材料を押出し、可塑化バレル２の先端に配設される吐出ノズル６から吐出する。

可塑化バレル２には、外部から樹脂材料の供給を受ける供給部２ａと、供給された樹脂材料をヒータ３により加熱して可塑化する加熱部２ｂを有する。

可塑化バレル２の加熱部２ｂの内周面には、図１に示すように襞状の突起（本発明においては、「伝熱片２１」と称す。）が１条あるいは複数条形成される。この伝熱片２１が形成されることにより、単純な円管構造の可塑化バレルに比較して樹脂材料との接触面積が増加し、樹脂材料へ熱を伝達する効率を向上させることができる。このため、ヒータ３の加熱温度を必要以上に高く設定しなくてよく、樹脂材料の可塑化を促進しつつも樹脂材料の熱分解の発生を抑制でき、樹脂成形品の品質の劣化を招くことがない。また、加熱時間の短縮を図ることができるから、作業効率を向上させることもできる。さらに、樹脂材料の可塑化状態を不安定にすることなく、あるいは安定化を図りつつ、可塑化バレル２の長さを短くして可塑化装置の小型化を図ることができる。

この伝熱片２１は、加熱部２ｂの内部において樹脂材料の流動を妨げないようにするため、参考として図１（ａ）に示したものでは、可塑化バレル２の軸線２５の方向に沿って形成されている。これに対し、図１（ｂ）に示した本実施形態の可塑化装置では、可塑化バレル２の軸線２５の方向に沿って螺旋状に形成されている。そしてこのように螺旋状に形成されるものであれば、樹脂材料との接触面積が増加するから、熱伝達の効率をさらに向上させることができる。加えて可塑化バレル２内を流動する樹脂材料にせん断をかけることもでき、樹脂材料の可塑化を促進することができる。

また、この伝熱片２１の断面形状は特に限定されるものではないが、付け根の隅部等に樹脂材料が滞留しないように、伝熱片２１が可塑化バレル２の内周面からなだらかに突起するように形成される。例えば図１（ｃ）に示すように、略円形断面に形成した可塑化バレルの内周面に半円形状の溝を複数条（図においては８条）刻設することにより伝熱片２１を形成するような形態が適用できる。このような形態によれば伝熱片２１を形成するための加工も容易となる。

可塑化バレル２の加熱部２ｂの外周面には、螺旋状のフライト（本発明においては「受熱片２２」と称す。）が形成される（あるいは換言すれば螺旋状の溝が形成される）。そしてこの受熱片２２のピッチの間（あるいは溝の中）にヒータ３を巻き付けるように装着する。この受熱片２２の断面形状・寸法及びピッチの間隔（あるいは溝の断面形状・寸法）は、ヒータ３を装着した際に、受熱片２２の側面及び可塑化バレル２の外周面（あるいは溝の両側面及び底面）とが隙間なく接触するように設計される。したがって、受熱片２２（あるいは溝）の断面形状は図１（ａ）、（ｂ）に示すような四角形に限られるものではなく、ヒータ３の断面形状・寸法にあわせて適宜設計される。

ここで、ヒータ３が螺旋状に形成されるものであれば、加熱部２ｂの受熱片２２のピッチ間に螺合することにより着脱自在に装着できる。この受熱片２２の条数は特に限定されるものではないが、特に１条の受熱片２２を螺旋状に形成するものであれは、螺合装着するヒータも１本のみでよく、加熱部２ｂの構造が複雑とならず温度制御も容易となる。なお、このヒータ２２には、公知の各種加熱素子や加熱装置を適用できる。

そして、可塑化バレル２の加熱部２ｂ及びヒータ３の外周面を覆うように断熱部材４を装着する。ここで、断熱部材４を略円筒形状に形成し、その内周面に前記螺旋状に形成したヒータ３を予め装着するものであっても良い。このような構成によれば、断熱部材４及びヒータ３を一体的にネジ式に着脱自在に装着でき、ヒータ３の交換等の際に便利である。

受熱片２２の他の形態として、可塑化バレル２の軸線方向に１又は複数条の受熱片を突設させるもの（換言すれば軸線方向に１条又は複数条の溝を形成するもの）であっても良い。この場合にはヒータ３を棒状に形成して各受熱片２２の間（あるいは溝内）に装着する構成とすることができる。また、受熱片２２（あるいは溝）が複数形成されるものであれば、予め必要数の棒状のヒータ３を円管状に並べて配設し、各ヒータ３が受熱片２２の間（あるいは溝内）に嵌るようにスライド式に着脱自在に装着する構成とすることができる。また、断熱部材４も加熱部２ｂ及びヒータ３の外周面に巻き付ける構成のほか、断熱部材４を円筒形に形成してその内周面に軸線方向に沿ってヒータ３を複数配設する構成とすれば、ヒータ３と断熱部材４とを一体的にスライド式に着脱自在に装着することができる。

可塑化バレル２の供給部２ａには、樹脂材料供給口２３が形成されると共に、外周面には放熱片２４が形成される。この放熱片２４は、加熱部２ｂや樹脂材料から伝導した熱を外気に放散し、供給部２ａの温度を所定の温度以下に維持するものである。具体的な形状としては、例えばフィン状あるいはピン状などに形成されるが、供給部２ａの外表面を増加させて放熱の効率を向上させることができるものであれば、その形態は問わない。

なお、プランジャー５の駆動機構には従来一般の各種駆動機構を適用することができる。また吐出ノズル６についても、射出成形に用いられる従来一般のノズルを適用することができる。吐出ノズル６は、オープンタイプのノズル、シャットオフタイプのノズルのいずれであっても良く、その種類は問わない。

次いで、前記可塑化装置の適用例について説明する。図２は、前記実施の形態に係る可塑化装置１が組み込まれたハンディタイプの小型プランジャー式射出装置１００の一部断面を含む外観平面図である。可塑化バレルの供給部２ａには、樹脂材料を貯留するホッパー１０１が装着されて樹脂材料供給口２３に連通すると共に、プランジャー５は外部の油圧源１０２から供給される油圧（油圧を矢印ａで示す。）により駆動するように構成される。

このプランジャー式射出装置１００の動作は以下の通りである。ホッパー１０１内に貯留される樹脂材料ペレットは、樹脂材料供給口２３から可塑化バレル２の供給部２ａの内部に落下して供給される。そしてプランジャー５を油圧（矢印ａ）により前進させて樹脂材料を加熱部２ｂに送り、加熱部２ｂで加熱し可塑化して吐出ノズル６から吐出する。加熱部２ｂの内周面には伝熱片２１が、外周面には受熱片２２がそれぞれ形成されて樹脂材料への熱の伝達の効率が高くなっていることから、ヒータ３による加熱温度を必要以上に高く設定する必要がない。また、加熱部２ｂの内周面の伝熱片が螺旋状に形成されるものであれば、樹脂材料にせん断も加わりさらに可塑化が促進される。

ここで、樹脂材料ペレットの供給を安定的に行うには、可塑化バレル２の供給部２ａの温度を低温に、具体的には樹脂材料の表面が軟化する温度以下に維持することが望まれる。すなわち、供給部２ａやホッパー１０１の内部で樹脂材料の表面が軟化すると、樹脂材料同士の摩擦力が大きくなったり、樹脂材料同士が軽く溶着したりして、供給部２ａへの供給が滞るためである。本可塑化装置１が適用される場合には、ヒータ３の加熱温度を必要以上に高く設定する必要がないことから、供給部２ａの温度上昇も小さく抑えられる。このため、外部から冷媒の供給を受けて強制的に冷却しなくとも、放熱片２４からの放熱により供給部２ａの温度を樹脂材料の軟化温度以下に維持することができる。なお、ホッパー１０１を熱伝導率の高い材料（例えば金属）から形成し、放熱片２４に加えて、あるいは放熱片２４に代えて、ホッパー１０１の表面からも放熱する構成としても良い。

このような構成によれば、樹脂材料の可塑化能力を維持しつつ、あるいは向上させつつ、可塑化バレル２の加熱部２ｂの長さを短くして可塑化装置１の小型化して射出装置１００全体の小型化を図ることができる。また、水冷あるいは油冷などの冷媒を用いる構成に比較して射出装置１００を小型にできる。このため射出装置１００の取り廻し性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能であることはいうまでもない。

図１（ａ）は参考として樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を模式的に示した断面図、図１（ｂ）は本発明の一実施形態としての樹脂材料の可塑化装置の要部の構造を模式的に示した断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る樹脂材料の可塑化装置が組み込まれたハンディタイプの小型プランジャー式射出装置の外観平面図である。

符号の説明

１ 樹脂材料の可塑化装置
２ 可塑化バレル
２ａ 可塑化バレルの供給部
２ｂ 可塑化バレルの加熱部
３ ヒータ
４ 断熱部材
５ プランジャー
６ 吐出ノズル
２１ 伝熱片
２２ 受熱片
２３ 開口部
２４ 放熱片

Claims (5)

1. 樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、樹脂材料が供給される前記可塑化バレルの内周面には、該可塑化バレル内の樹脂材料に外部の熱源からの熱を伝達する１条あるいは複数条からなる襞状の突起をなす伝熱片が前記可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に形成され、前記可塑化バレルの外周面には、外部からの熱源であるヒータからの熱を受ける受熱片が該可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に突設形成され、前記ヒータは前記受熱片の螺旋状の溝に対応した１条あるいは複数条からなる螺旋状に形成されると共に、該ヒータが前記受熱片の螺旋状の溝に螺合されることにより前記可塑化バレルの外周面に着脱自在に装着されていることを特徴とする樹脂材料の可塑化装置。
2. 前記螺旋状のヒータは、前記可塑化バレルの外周面を覆う筒状の断熱部材の内周面に装着され、前記断熱部材と前記ヒータとが一体的に前記可塑化バレルの外周面に形成される前記受熱片の螺旋状の溝に螺合されることにより前記可塑化バレルに着脱自在に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂材料の可塑化装置。
3. 樹脂材料を加熱して可塑化する可塑化バレルを備える樹脂材料の可塑化装置であって、樹脂材料が供給される前記可塑化バレルの内周面には、該可塑化バレル内の樹脂材料に外部の熱源からの熱を伝達する１条あるいは複数条からなる襞状の突起をなす伝熱片が前記可塑化バレルの軸線方向に沿って螺旋状に形成され、前記可塑化バレルの外周面には、外部からの熱源であるヒータからの熱を受ける複数の受熱片が該可塑化バレルの側周面に軸線方向に略直線状に突設形成され、複数の前記ヒータは前記受熱片の略直線状の溝に対応して略円環状に配設されると共に、該ヒータが前記受熱片の略直線状の溝に沿ってスライドされることにより前記可塑化バレルの外周面に着脱自在に装着されていることを特徴とする樹脂材料の可塑化装置。
4. 前記円環状に配設されたヒータは、前記可塑化バレルの外周面を覆う筒状の断熱部材の内周面に装着され、前記断熱部材と前記ヒータとが一体的に前記可塑化バレルの外周面に形成される前記受熱片の略直線状の溝に沿ってスライドされることにより前記可塑化バレルに着脱自在に装着されていることを特徴とする請求項３に記載の樹脂材料の可塑化装置。
5. 前記可塑化バレルの壁面に形成される樹脂材料を供給するための開口部の近傍の外周面には、該可塑化バレル内の熱を放散させる放熱片が突設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の樹脂材料の可塑化装置。

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