JP4455559B2 - 射出成形機用ロータリーバルブ - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機のロータリーバルブに関し、さらに具体的には加熱シリンダと、該加熱シリンダの前方に取り付けられているシャットオフ装置と、該シャットオフ装置の先端に取り付けられている射出ノズルとからなり、前記シャットオフ装置を閉じて前記加熱シリンダに設けられているスクリュを回転方向に駆動して可塑化し、可塑化された溶融樹脂を前記シャットオフ装置を開いて前記スクリュを軸方向に駆動して前記射出ノズルから射出するようになっている射出成形機のロータリーバルブに関するものである。

一般に、射出成形により成形されるプラスチック成形品は多々あるが、可塑化溶融される樹脂材料によってその物性は決まる。また、プラスチック成形品は用途によっては、その表面に印刷、塗装等が施され、導電体や金属膜の形成、成形品同士の接合、その他の後加工が施される場合がある。こうした後加工を施す必要がある場合には、通常、加工性向上のため、プラスチック成形品の表面を活性化させて表面改質することが一般に行われている。例えば、プラスチック成形品よりなる電子機器の表面に金属導電膜を形成する手段として、無電解メッキが広く採用されている。しかし、無電解メッキプロセスには脱脂、エッチング、湿潤化、キャタリスト、アクセレーターといった複雑な工程が必要でコスト高の上、有害物質を多く使わなければならず、廃液の処理にも問題がある。
そこで、このような複雑な工程を経ることなく、射出成形加工時に、表面を全体的又は選択的に無電解メッキに適用可能なように改質する表面改質方法が特許文献１により提案されている。

特許第３６９６８７８号。

特許文献１に記載されている射出成形機は、概略図３に示されているように構成されている。すなわち、バンドヒータ１３９が外周部にまかれている可塑化シリンダ１４０と、この可塑化シリンダ１４０内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ１０７とから構成されている。可塑化シリンダ１４０の前方には射出ノズル１０８が取り付けられ、この射出ノズル１０８内にシャットオフ弁１０５が設けられている。また、シャットオフ弁１０５とスクリュ１０７の間に超臨界流体とその溶解物の供給口１０６が設けられている。

したがって、シャットオフ弁１０５を閉じて、スクリュ１０７を回転駆動すると、ホッパ１１０から供給されるペレット状の樹脂は、従来周知のように前方へ送られる過程で可塑化溶融されてフロント１１１に蓄積される。所定量蓄積したら、スクリュ１０７を後方へ駆動して、すなわちサックバックしてフロント１１１内を減圧すると共に、電磁弁１０９を開く。そうすると、超臨界流体発生装置１１２から供給される超臨界流体に、容器１２３中の金属錯体のような溶解物が混合され、そして供給口１０６からフロント１１１に注入される。電磁弁１０９を閉じ、そしてスクリュ１０７を所定量だけ前進駆動する。そうすると、フロント１１１内は１０ＭＰａに加圧され、超臨界流体とその溶解物は溶融樹脂に浸透する。次いで、シャットオフ弁１０５を開いて、スクリュ１０７を射出方向に駆動する。そうすると、超臨界流体とその溶解物が浸透した溶融樹脂は、図示されない金型のキャビテイに射出・充填される。これにより、特許文献１に記載されているような、表面が改質された成形品が得られる。

上記特許文献１により提案されている射出成形機によると、金属錯体などの溶解物が金型のスタンパの表面に配置されることにより成形品の表面改質が行われ、従来の無電解メッキプロセスのような複雑な工程を実施することなく無電解メッキができるようになる利点は認められる。
しかしながら、改良すべき問題点、特に射出成形機に改良すべき点が認められる。例えば、超臨界流体と金属錯体などの溶解物を注入する供給口１０６が、シャットオフ弁１０５とスクリュ１０７との間に位置しており、射出充填時には高圧の射出圧力が供給口１０６に作用する。そのため、供給口１０６は、超臨界流体とその溶解物を注入するときには「開」状態となり、溶融樹脂を計量可塑化するときもしくは射出充填するときには溶融樹脂が逆流しないよう「閉」状態となるような逆流防止機能を持った開閉機構１０９を必要とし、且つその開閉機構１０９は高圧の射出圧力に耐える十分な強度を持つ必要がある。実際、射出圧力は２００ＭＰａを超える圧力であり、このような高圧に強度的に耐え、且つ超臨界流体とその溶解物を滞りなく注入できるような開閉機構１０９は、特殊な材料を選択し、特殊な形状・構造に製作しても、品質、性能面で十分なものが実現できる保証はない。さらには、成形時など射出ノズル１０８を最前進させたとき、供給口１０６、開閉機構１０９等は、固定プラテン１２５の内部に入り込むこともあるので、上記したような供給口１０６、開閉機構１０９等は、固定プラテン１２５の内壁面と干渉しないよう最小寸法としなければならないという設計上の制約を受けることもある。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した射出成形機を提供することを目的とし、具体的には従来のシャットオフ弁が奏する機能と、逆流防止機構を備えた供給口が奏する機能の、両機能を同時に備えた射出成形機用ロータリーバルブを提供することを目的とし、さらに具体的にはシャットオフ機能は勿論のこと、超臨界流体とその溶解物の注入ができると共に、可塑化計量時および射出充填時には確実に供給口への溶融樹脂の逆流を遮断できる、射出成形機用ロータリーバルブを提供することを目的としている。また、構造および操作が単純で、したがって安価な射出成形機用ロータリーバルブを提供することも目的としている。さらには、小型で配置スペースを格別に必要としない射出成形機用ロータリーバルブを提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、シャットオフ弁機能と開閉機構あるいは逆止弁機能の両機能を奏するように格別に構成されたロータリーバルブが適用される。このような両機能を奏するロータリーバルブは、加熱シリンダの前方に取り付けられる加熱シリンダブロック、すなわちロータケーシングと、このロータケーシングのバルブボア内で揺動的に回転駆動されるロータとから構成される。そして、ロータケーシングには、加熱シリンダに連通する溶融樹脂入口路と、射出ノズルに連通する溶融樹脂射出材料出口路と、外部に開口した混合物注入孔とが形成される。ロータは円柱状を呈する。そして、ロータには直径方向に溶融樹脂射出材料通過孔が形成される。また、この通過孔と干渉しない位置に、超臨界流体とその溶解物の混合物が流れる混合物流路が形成される。混合物流路は、望ましくはロータの外周部を所定深さに部分的に切除した形の凹溝として構成される。そして、ロータは、第１、２および３の位置、すなわち可塑化位置（混合物浸透位置）、混合物注入位置および射出・充填位置を採るように構成される。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダと、該加熱シリンダの前方端部に取り付けられているシャットオフ装置と、該シャットオフ装置の先端部に取り付けられている射出ノズルとからなり、前記シャットオフ装置を閉じて前記加熱シリンダに設けられているスクリュを回転方向に駆動して可塑化し、可塑化された溶融樹脂を前記シャットオフ装置を開いて前記スクリュを軸方向に駆動して前記射出ノズルから射出するようになっている射出成形機において、前記シャットオフ装置は、ロータケーシングと、該ロータケーシングのバルブボア内で揺動的に回転駆動されるロータとからなるロータリーバルブから構成され、前記ロータケーシングの内部には、一方が前記加熱シリンダの計量室に連通し、他方が前記バルブボアに開口した溶融樹脂入口路と、一方が前記バルブボアに開口し、他方が前記射出ノズルに連通した溶融樹脂射出材料出口路とが形成され、前記ロータケーシングの外部には、超臨界流体とその溶解物を注入するための、前記バルブボアに達する混合物供給口が設けられ、前記ロータには、直径方向に形成されている溶融樹脂射出材料通過孔と、超臨界流体とその溶解物が流れる混合物流路と、前記ロータケーシングのバルブボアと液密的あるいは気密的に接してシール作用を奏するランド部とが形成され、前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第１の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路が遮断状態となると共に、前記混合物流路も前記ランド部により前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路とから遮断され、前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第２の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路は遮断状態となると共に、前記混合物供給口は、前記混合物流路を介して前記溶融樹脂入口路と連通状態となり、前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第３の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路は前記溶融樹脂射出材料通過孔を介して連通状態となると共に、前記混合物流路は前記ランド部により前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路から遮断状態となるように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータリーバルブにおいて、ロータの溶融樹脂射出材料通過孔と混合物流路は、前記ロータの横断面と平行な、実質的に同じ面に形成され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のロータリーバルブにおいて、混合物流路は、ロータの外周部を所定深さに部分的に切除した形の凹溝であるように構成される。

以上のように、本発明によれば、ロータリーバルブのロータを回転制御することによって、シャットオフ装置としての機能だけでなく、超臨界流体とその溶解物を注入するための機能も付加させることができ、ロータが第１の位置を採ると、すなわち可塑化計量時および超臨界流体とその溶解物を溶融樹脂に浸透させるときには、ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路が遮断されると共に、ロータの混合物流路も前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路から遮断される。また、ロータが第３の位置を採ると、すなわち射出・充填時には、ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路は、連通状態となると共に、ロータの混合物流路は前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路から遮断される。したがって、本発明によると、従来装置の開閉弁あるいは逆止弁のような高圧の射出圧力を考慮した逆流防止機能を備えた開閉機構が不要となり、品質・性能面において向上すると同時に、コンパクトで安価な射出成形機用ロータリーバルブを提供できる、という本発明に特有の効果が得られる。さらに、ロータを第１〜３の位置を採るように制御するだけで、すなわち簡単な操作により、可塑化、混合物の溶融樹脂への注入、混合物の浸透および浸透した溶融樹脂射出材料の射出・充填ができるという効果も得られる。また、本発明によるロータリーバルブは、シャットオフ装置機能と、混合物の供給機能の両機能を備えているので、小型で配置スペースを格別に必要としない。さらには、混合物流路がロータの外周部を所定深さに部分的に切除した形の凹溝である発明によると、加工が簡単で一層安価に提供できる効果がさらに得られる。

以下、本発明の実施形態を図１、２により説明する。図１は、本実施の形態に係る射出成形機を示す図で、その（イ）は全体の、その（ロ）、（ハ）および（ニ）はロータリーバルブのそれぞれ異なる作動段階を示す拡大断面図である。射出成形機１は、従来周知のように、加熱シリンダ２を備えている。そして、加熱シリンダ２の前方にシリンダブロックＳＢを介して射出ノズル３が取り付けられている。加熱シリンダ２、シリンダブロックＳＢおよび射出ノズル３の外周部には、個々に発熱温度が調整される複数個のバンドヒータ４、４、…が設けられている。加熱シリンダ２の内部にはシリンダボア５が軸方向に形成されている。このシリンダボア５は、シリンダブロックＳＢ中の溶融樹脂通路６および射出ノズル３中の溶融樹脂射出材料通路７に連通している。加熱シリンダ２のボア５には、従来周知のように、回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュ８が設けられている。このスクリュ８の先端にはスクリュヘッドが取り付けられ、スクリュヘッドの前方の、加熱シリンダ２のボア５内が計量室９となっている。

このように構成されているシリンダブロックＳＢにロータリーバルブ１０が設けられている。ロータリーバルブは、ロータケーシングと、このケーシングのバルブボア内で回転あるいは揺動的に駆動されるロータとから構成されているので、図示の実施の形態ではシリンダブロックＳＢがロータケーシング１１となっている。ロータケーシング１１には、前述したように、軸方向に溶融樹脂通路６が形成されているが、この通路６はバルブボア１４により中断され、図１の（ロ）〜（ニ）において右方の加熱シリンダ２に連なった部分が溶融樹脂入口路１２、そして左方の射出ノズル３に連なっている部分が溶融樹脂射出材料出口路１３となっている。これらの入口路１２と出口路１３は、バルブボア１４で中断されているが、軸方向には整合している。ロータケーシング１１の外周部の所定位置には、超臨界流体とその溶解物の混合物用の供給管を接続するための、雌ネジを備えた取付部１５が形成されている。この取付部１５から延びている混合物注入孔１６は、図１の（ニ）に拡大して示されているように、ロータケーシング１１のバルブボア１４に開口している。混合物注入孔１６が開口している位置は、凹溝２５に対応した位置である。

ロータケーシング１１のバルブボア１４の内周壁に液密的あるいは気密的に接して揺動的に回転駆動されるロータ２０は、図２の（イ）、（ロ）に拡大して示されているように、略円柱状を呈している。そして、その両端部には軸２１、２２が設けられ、詳しくは図１の（イ）に関して説明するように、両端部の軸２１、２２にリングブラケットが取り付けられるようになっている。このような形状のロータ２０の軸方向の略中心部において、直径方向に溶融樹脂射出材料通過孔２４が形成されている。この溶融樹脂射出材料通過孔２４は、詳しくは後述するが、射出充填時にはロータケーシング１１の溶融樹脂入口路１２と、溶融樹脂射出材料出口路１３とに整合する。また、ロータ２０の外周面には、その弧の一部を溝状に切り落とした形の凹溝２５が形成されている。この凹溝２５から超臨界流体とその溶解物の混合物が溶融樹脂入口路１２内に注入される。

溶融樹脂射出材料通過孔２４は、図２の（ロ）に示されているように、入口開口端部２４ａと出口開口端部２４ｂとを有し、実質的にロータ２０の直径方向に形成されているが、凹溝２５の底壁は、溶融樹脂射出材料通過孔２４と平行にはなっていない。すなわち、凹溝２５の出口切欠端部２５ａと溶融樹脂射出材料通過孔２４の入口開口端部２４ａとがなす円弧部分２６は、凹溝２５の入口切欠端部２５ｂと溶融樹脂射出材料通過孔２４の出口開口端部２４ｂとがなす円弧部分２７よりも大きい。また、溶融樹脂射出材料通過孔２４と凹溝２５は、ロータ２０を軸に直角方向に切った断面と同じ面内に形成されている。この同じ面内に形成されている状態が、図２の（ロ）に示されている。このように、溶融樹脂射出材料通過孔２４と凹溝２５は、同じ面に形成されているので、溶融樹脂射出材料通過孔２４と凹溝２５は、ロータ２０が同じ位置で回転し角度が変わると、溶融樹脂入口路１２に共に整合する。また、同じ面に形成されているが、互いに干渉しない位置に形成されている。したがって、ロータ２０がどのような位置を採っても、溶融樹脂射出材料と、超臨界流体とその溶解物とがロータリーバルブ１０内で混じり合うことはない。上記した凹溝２５の出口切欠端部２５ａと溶融樹脂射出材料通過孔２４の入口開口端部２４ａとがなす円弧部分がランド部２６となっている。このランド部２６により、計量時に溶融樹脂入口路１２が閉鎖される。また、射出充填時には混合物注入孔１６が閉鎖される。

上記のように構成されているロータリーバルブ１０のロータ２０の駆動には、本実施の形態では図１の（イ）に示されているように、例えばピストンシリンダユニットからなるアクチュエータ３０が適用される。アクチュエータ３０のピストンロッドは、従来周知の態様でリンクブラケット３１、３２等を介してロータ２０を挟み込むようにその両端軸２１、２２に接続されている。このアクチュエータ３０のピストンが３段階の動きをすると、次の作用の項で説明するように、ロータ２０は３個の異なる位置を採る。

次に、上記実施の形態の作用について説明する。ロータリーバルブ１０のロータ２０をアクチュエータ３０により回転駆動して、図１の（ロ）に示されている閉鎖位置あるいは可塑化位置にする。すなわち、ロータ２０の溶融樹脂射出材料通過孔２４が、ロータケーシング１１の溶融樹脂入口路１２から外れ、ロータ２０のランド部２６が溶融樹脂射入口路１２を塞ぐ位置へ駆動する。この位置では、凹溝２５と溶融樹脂入口路１２の間も遮断される。スクリュ８を回転駆動しながらペレット状の樹脂材料を加熱シリンダ２に供給する。樹脂材料は、スクリュ８の回転により前方へ送られる過程でスクリュ８の回転による摩擦力、せん断力等により生じる熱およびバンドヒータ４、４、…から加えられる熱により溶融し、計量室９に蓄積される。スクリュ８は蓄積される溶融樹脂の圧力により後退する。所定量計量したら可塑化を終わる。

スクリュ８を後退させサックバックする。そうすると、計量室９の圧力が下がる。ロータリーバルブ１０のロータ２０を回転駆動して、図１の（ハ）に示されている混合物注入位置にする。すなわち、ロータ２０の溶融樹脂射出材料通過孔２４は、ロータケーシング１１の溶融樹脂入口路１２から外れたままで、ロータ２０の凹溝２５が溶融樹脂射入口路１２に連通する位置へ駆動する。そうして、超臨界流体とその溶解物例えば金属錯体の混合物を、混合物注入孔１６から凹溝２５を通って溶融樹脂入口路１２内に注入する。

所定量注入したら、ロータ２０を回転駆動して、図１の（ロ）に示されている閉鎖位置にする。この位置では、ロータ２０のランド部２６により、ロータケーシング１１の溶融樹脂入口路１２が閉鎖され、ロータ２０の凹溝２５と溶融樹脂入口路１２の間も遮断されている。スクリュ８を所定量だけ例えば内圧が１０ＭＰａ程度になるように前進させる。この加圧により、超臨界流体とその溶解物は可塑化された溶融樹脂に浸透し、溶融樹脂射出材料となる。

ロータ２０を、図１の（ニ）に示されている射出・充填位置にする。すなわち、ロータ２０の溶融樹脂射出材料通過孔２４が、ロータケーシング１１の溶融樹脂入口路１２と溶融樹脂射出材料出口路１３に連通する位置へ駆動する。この位置では、混合物注入孔１６はロータ２０のランド２６により閉鎖され、凹溝２５もこれらの出入口路１２、１３から隔離されている。超臨界流体とその溶解物が浸透した溶融樹脂射出材料を、スクリュ８を軸方向に駆動して図示されない金型のキャビテイへ射出する。冷却固化を待って金型を開く。これにより、特許文献１に示されているような表面が改質された成形品が得られる。以下、同様にして成形する。

本発明のロータリーバルブ１０は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、上記実施の形態では、凹溝２５はロータ２０の円弧部分を切り欠いた形の、半径外方が開口した溝型に形成されているので加工費が安価になるが、この凹溝２５も透孔として実施できることは明らかである。また、凹溝２５と溶融樹脂射出材料通過孔２４は、実質的に同じ面に形成されているが、凹溝２５は軸に直角な断面に対して傾けても実施できる。このように実施するときは、ロータ２０が混合物注入位置へ回転すると、凹溝２５の出口切欠端部２５ａがロータケーシング１０の溶融樹脂入口路１２に整合するようにすればよい。さらには、ロータ２０の回転に、軸方向の移動を付加して、凹溝２５、溶融樹脂射出材料通過孔２４、混合物注入孔１６、ランド部２６等の形成位置、形状等に融通がきくように実施することもできる。

本発明の実施の形態を示す図で、その（イ）は全体の、その（ロ）、（ハ）および（ニ）はロータリーバルブのそれぞれ異なる作動段階にある状態を示す拡大断面図である。である。 本発明の実施の形態に係るロータの斜視図で、その（イ）は全体の、その（ロ）は断面にして示す拡大断面図である。 従来の射出成形機の一部を断面にして示す模式図である。

符号の説明

１ 射出成形機 ２ 加熱シリンダ
３ 射出ノズル ６ 溶融樹脂通路
７ 溶融樹脂射出材料通路 ８ スクリュ
１０ ロータリーバルブ １１ ロータケーシング
１２ 溶融樹脂入口路 １３ 溶融樹脂射出材料出口路
１６ 混合物注入孔 ２０ ロータ
２４ 溶融樹脂射出材料通過孔 ２５ 凹溝
２６ ランド部

Claims (3)

1. 加熱シリンダと、該加熱シリンダの前方端部に取り付けられているシャットオフ装置と、該シャットオフ装置の先端部に取り付けられている射出ノズルとからなり、前記シャットオフ装置を閉じて前記加熱シリンダに設けられているスクリュを回転方向に駆動して可塑化し、可塑化された溶融樹脂を前記シャットオフ装置を開いて前記スクリュを軸方向に駆動して前記射出ノズルから射出するようになっている射出成形機において、
   前記シャットオフ装置は、ロータケーシングと、該ロータケーシングのバルブボア内で揺動的に回転駆動されるロータとからなるロータリーバルブから構成され、
   前記ロータケーシングの内部には、一方が前記加熱シリンダの計量室に連通し、他方が前記バルブボアに開口した溶融樹脂入口路と、一方が前記バルブボアに開口し、他方が前記射出ノズルに連通した溶融樹脂射出材料出口路とが形成され、前記ロータケーシングの外部には、超臨界流体とその溶解物を注入するための、前記バルブボアに達する混合物供給口が設けられ、
   前記ロータには、直径方向に形成されている溶融樹脂射出材料通過孔と、超臨界流体とその溶解物が流れる混合物流路と、前記ロータケーシングのバルブボアと液密的あるいは気密的に接してシール作用を奏するランド部とが形成され、
   前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第１の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路が遮断状態となると共に、前記混合物流路も前記ランド部により前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路とから遮断され、
   前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第２の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路は遮断状態となると共に、前記混合物供給口は、前記混合物流路を介して前記溶融樹脂入口路と連通状態となり、
   前記ロータが前記バルブボア内で回転駆動されて第３の位置を採ると、前記ロータケーシングの溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路は前記溶融樹脂射出材料通過孔を介して連通状態となると共に、前記混合物流路は前記ランド部により前記溶融樹脂入口路と溶融樹脂射出材料出口路から遮断状態となる、ことを特徴とする射出成形機用ロータリーバルブ。
2. 請求項１に記載のロータリーバルブにおいて、ロータの溶融樹脂射出材料通過孔と混合物流路は、前記ロータの横断面と平行な、実質的に同じ面に形成されている、ことを特徴とする射出成形機用ロータリーバルブ。
3. 請求項１または２に記載のロータリーバルブにおいて、混合物流路は、ロータの外周部を所定深さに部分的に切除した形の凹溝である、ことを特徴とする射出成形機用ロータリーバルブ。

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