JP4693473B2

JP4693473B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP4693473B2
Application number: JP2005115668A
Authority: JP
Inventors: 寛貴大澤
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: JP2006289852A

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、樹脂を溶融混練して金型に射出する射出成形部と、この射出成形部に対して金型を離型可能に固定保持し得る型締め機構部とを基本的な構成として具えている。例えば、特許文献１や特許文献２には射出成形部の射出シリンダが前進することで、型締め機構部側に取り付けられる金型に対し、射出シリンダの先端に取り付けられた射出ノズルが樹脂圧力に打ち勝って押し当たり、ノズルタッチ状態となる射出成形機が開示されている。この射出シリンダの前後進を行う駆動装置として、モータ，プーリ，ベルトなどを用いる電動式のものと、油圧シリンダ，ポンプ，配管などを用いる油圧式のものとが知られている。

特開平９−２７７３０６号公報特開２０００−１６７８７５号公報

特許文献１や特許文献２に開示された従来の射出成形機においては、射出シリンダの先端に取り付けられた射出ノズルが溶融樹脂を射出すべく比較的高温に保持されるのに対し、樹脂の成形キャビティが形成された金型は樹脂の硬化を促進するために比較的低温に保持される。このため、射出ノズルとこの射出ノズルが押し当たる金型との間で所定の温度差を形成する必要があるが、これらの接触に伴う熱伝導によって成形作業が不安定となる。また、必要以上に射出ノズルを加熱することによるドローリング（洟垂れ）などの問題が生ずる。

一方、射出シリンダの前後進を行う従来の駆動装置は、その構造が複雑である上にトン単位の大きな駆動力を発生させる必要があるため、そのための部品コストが嵩んでしまう原因となっている。しかも、ノズルタッチ状態において、射出ノズルと金型との接触部分に非常に大きな加圧応力が発生し、射出ノズルの先端部の撓み変形によって樹脂漏れが引き起こされてしまう場合があった。

本発明の目的は、ノズルタッチ状態において射出ノズルからの熱伝導を極力抑制することができ、しかも射出ノズルの先端部の撓み変形による樹脂漏れを回避し得る射出成形機を提供することにある。

本発明による射出成形機は、射出シリンダの先端部に連結されるノズルヘッドと、このノズルヘッドと一体に設けられ、外周が先細りのテーパ面となって当該ノズルヘッドから突出するノズルチップと、このノズルチップに形成され、基端が前記ノズルヘッドの溶融樹脂の通路に連通すると共に末端が当該ノズルチップの先端面に開口するゲートと、前記射出シリンダの基端部を支持する支持部材に固定プラテンを介して取り付けられるチップホルダと、前記ノズルチップのテーパ面を囲むように前記チップホルダに形成され、前記ノズルチップとの相対変位により内周面が前記ノズルチップのテーパ面の全周に亙って線接触状態となるように緊密に当接し得るシール穴とを具え、前記シール穴は、前記ノズルチップのテーパ面と同じ向きのテーパ面をその内周に有し、そのテーパ角が前記ノズルチップのテーパ面のテーパ角よりも小さく設定されていることを特徴とするものである。

本発明においては、射出成形時に固定プラテンおよびノズルチップの先端面が金型に押し当てられ、この状態にて射出シリンダ側からノズルヘッドを介して供給される溶融樹脂をノズルチップの先端面のゲートから金型キャビティへと射出する。この時、ノズルチップはチップホルダに形成されたシール穴に差し込まれた状態で位置決めされている。この射出成形時においては、ノズルチップとチップホルダとが相対変位し、チップホルダのシール穴がノズルチップのテーパ面の全周に亙って緊密に当接して線接触状態となり、これらの隙間が確実にシールされる。

本発明による射出成形機において、相対変位がノズルチップの熱膨張によってもたらされるものであってよい。この場合、ノズルチップの熱膨張がその半径方向および／またはその中心軸線と平行な方向に起こることとなる。あるいは、上述した相対変位が射出成形圧力によるチップホルダの弾性変形によってもたらされるものであってよい。

射出シリンダは、チップホルダからノズルチップが離れる方向に所定量だけ変位可能に支持部材に支持されているものであってよい。

本発明の射出成形機によると、射出シリンダの先端部に連結されるノズルヘッドと、このノズルヘッドと一体に設けられ、外周が先細りのテーパ面となって当該ノズルヘッドから突出するノズルチップと、このノズルチップに形成され、基端がノズルヘッドの溶融樹脂の通路に連通すると共に末端が当該ノズルチップの先端面に開口するゲートと、射出シリンダの基端部を支持する支持部材に固定プラテンを介して取り付けられるチップホルダと、ノズルチップのテーパ面を囲むようにチップホルダに形成され、ノズルチップとの相対変位により内周面がノズルチップのテーパ面の全周に亙って緊密に当接し得るシール穴とを具えているので、射出成形時にチップホルダのシール穴をノズルチップのテーパ面の全周に亙って線接触状態となるように緊密に当接させ、これらの隙間を確実にシールして溶融樹脂の漏洩を未然に防止することができる。

また、シール穴がノズルチップのテーパ面と同じ向きのテーパ面をその内周に有し、そのテーパ角がノズルチップのテーパ面のテーパ角よりも小さく設定されているので、チップホルダのシール穴に対してノズルチップのテーパ面が線接触状態となり、ノズルチップからチップホルダ側への熱伝導を最小限に抑えることができる。

本発明による射出成形機をプランジャ射出方式の竪型成形機に応用した実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。

本実施形態の外観を図１に示し、その主要部の断面構造を図２に示し、その射出ノズルの部分を図３に拡大して示す。すなわち、本実施形態による射出成形機は、図１に示す射出成形部１０と、固定プラテン１１を含む図示しない型締め機構部とを具えており、この型締め機構部は従来から周知のものを適宜採用することができる。

本実施形態における射出成形部１０は、溶融樹脂を吐出するゲート１２が先端面に開口する射出ノズル１３と、この射出ノズル１３内に介在する溶融樹脂を所定温度に加熱保温するためのリングヒータ１４と、射出ノズル１３が先端に取り付けられた射出シリンダ１５と、この射出シリンダ１５内に樹脂ペレットを供給するための後述する樹脂供給手段と、射出シリンダ１５内に供給された樹脂を加熱溶融させるためのバンドヒータ１６と、射出シリンダ１５内の溶融樹脂を混練するためのトーピード１７と、射出シリンダ１５内の溶融樹脂を射出ノズル１３側に押し出すプランジャ１８と、このプランジャ１８を前後進、つまり図１中上下方向に往復移動させるための後述するプランジャ駆動手段とを具えている。

上述した型締め機構部の一部を構成する固定プラテン１１には、ノズル収容穴１９が形成され、その一方の開口端側（図１中、上側）に射出シリンダ１５の先端が嵌合支持される。このノズル収容穴１９の他方の開口端側には、中央部に射出ノズル１３の後述するノズルチップ２０が嵌合するシール穴２１を形成したチップホルダ２２が一体的に固定されている。このチップホルダ２２は、シール穴２１に向けてその肉厚が漸減する円錐状のテーパ斜面２３をノズル収容穴１９側に臨ませており、金型２４側を向く端面は、固定プラテン１１の端面と同一平面状をなすように固定プラテン１１に嵌め込まれた状態となっている。本実施形態におけるシール穴２１は、その内径が軸線方向に沿って均一に設定されている。

下端部が固定プラテン１１のノズル収容穴１９の開口端に嵌合支持される射出シリンダ１５の上部は、摺動貫通部２５となって樹脂供給手段の一部を構成するジャケット２６を貫通し、その上端部に形成された雄ねじ部２７に調整ナット２８と固定ナット２９とがねじ込まれ、ジャケット２６に対して連結された状態となっている。ジャケット２６は、支持用スペーサ３０を介して固定プラテン１１に対して一体的に連結されており、このジャケット２６を挟んでこれら一対のナット２８，２９と反対側には、射出シリンダ１５を固定プラテン１１側に付勢してノズルタッチ力をもたらすばね力を持ったばね座金の如き環状の板ばね３１が組み込まれている。つまり、射出シリンダ１５は板ばね３１のばね力に抗して固定プラテン１１から離れる方向（図２中、上方）に変位し得るようになっている。ジャケット２６内に位置する射出シリンダ１５の摺動貫通部２５には、ジャケット２６に形成された樹脂導入通路３２に連通する樹脂供給孔３３が形成されている。樹脂は、ジャケット２６に連結された図示しないホッパから樹脂供給通路３４を介して樹脂導入通路３２内に流下し、この樹脂導入通路３２内に先端部が摺動自在に嵌合された図示しないプランジャによって樹脂供給孔３３から射出シリンダ１５内に投入されるようになっている。つまり、射出シリンダ１５の樹脂供給孔３３，ジャケット２６の樹脂導入通路３２，樹脂供給通路３４，図示しないホッパ，図示しないプランジャなどが上述した樹脂供給手段を構成しているが、この樹脂供給手段が本実施形態にのみ限定されるものでないことに注意されたい。

射出シリンダ１５に対して先端部が摺動自在に嵌合するプランジャ１８の基端部には、ボールねじ軸３５が一体的に連結されており、このボールねじ軸３５の先端部、つまりプランジャ１８の基端部は、連結用スペーサ３６を介してジャケット２６に連結された案内板３７により摺動回転自在に支持されている。ボールねじ軸３５は、案内用スペーサ３８を介して案内板３７に連結された軸受ホルダ３９に取り付けられたボールナット４０に螺合し、軸受ホルダ３９を貫通するその末端部に従動スプロケット４１が固定されている。軸受ホルダ３９にはブラケット４２を介して減速機４３も取り付けられており、この減速機４３の出力軸４４に取り付けられた駆動スプロケット４５と先の従動スプロケット４１とには無端の歯付きベルト４６が巻き掛けられている。減速機４３は、周知の張力調整機構４７によりブラケット４２に対して軸受ホルダ３９との対向方向に位置調整可能であり、歯付きベルト４６の張力を適切に設定することができる。この減速機４３の図示しない入力軸には、ボールねじ軸３５を介してプランジャ１８を駆動するためのプランジャ駆動モータ４８が連結されている。つまりプランジャ駆動モータ４８，減速機４３，歯付きベルト４６，ボールねじ軸３５，ボールナット４０などが上述したプランジャ駆動手段を構成しており、プランジャ駆動モータ４８の正逆転により、ボールねじ軸３５が正逆転しながらボールナット４０に対してその軸線方向に移動し、これによってプランジャ１８の先端部が射出シリンダ１５内を往復動するようになっている。しかしながら、プランジャ駆動手段は本実施形態のような構成のものに限定されるわけではないことに注意されたい。特に、プランジャ駆動モータ４８に代えてリニアモータや流体圧シリンダなどを採用することが可能である。

射出シリンダ１５内に一対の案内筒４９と共に組み込まれたトーピード１７は、バンドヒータ１６により加熱されて溶融する樹脂を混練し、この溶融樹脂中に含まれる気泡を排除した状態で射出ノズル１３側に導くものであり、射出シリンダ１５の先端側からこの射出シリンダ１５にねじ込まれる射出ノズル１３によって射出シリンダ１５内に固定された状態となっている。

本実施形態における射出ノズル１３は、射出シリンダ１５の先端部にねじ止めされるノズルヘッド５０と、このノズルヘッド５０とねじ部５１を介して一体に設けられ、外周が先細りのテーパ面５２となって当該ノズルヘッド５０から突出するノズルチップ２０と、このノズルチップ２０に形成され、基端がノズルヘッド５０の溶融樹脂の通路に連通すると共に末端が当該ノズルチップ２０の先端面に開口するゲート１２と、ノズルヘッド５０内に収容されてゲート１２を開閉し得るゲートピン５３とを具えている。ノズルチップ２０の先端外周のテーパ面５２のテーパ角は、例えば１〜５度程度に設定されており、初期設定状態においては図４に示すように、チップホルダ２２のシール穴２１に対してノズルチップ２０のテーパ面５２が非接触状態となるのに対し、射出成形作業中においては図５に示すようにノズルチップ２０がその熱膨張によって特に軸線方向に変位し、テーパ面５２の一部がチップホルダ２２のシール穴２１の開口端に押し当たってノズルタッチ状態となるように、ジャケット２６に取り付けられる射出シリンダ１５の位置が調整ナット２８により予め設定されている。ゲートピン５３は、射出ノズル１３内に組み込まれた２分割構造の第２のトーピード５４内に圧縮コイルばね５５と共に収容され、この圧縮コイルばね５５のばね力によりゲート１２を塞ぐようなばね力がゲートピン５３に付勢されている。プランジャ１８の前進運動により、射出ノズル１３内の溶融樹脂の圧力が上昇すると、圧縮コイルばね５５のばね力に抗してゲートピン５３が第２のトーピード５４内に押し戻され、ゲート１２が開いて溶融樹脂がゲート１２から金型２４のスプルー５６側へと射出供給されるようになっている。

上述したように、射出成形時にはリングヒータ１４からの熱によってノズルチップ２０が熱膨張し、そのテーパ面５２の一部がチップホルダ２２のシール穴２１の開口端の全周に亙って緊密に当接してノズルタッチ状態となる結果、ゲートピン５３が後退してゲート１２が開き、溶融樹脂をスプルー５６から金型２４の図示しない成形キャビティ内に射出する際に、チップホルダ２２のシール穴２１とノズルチップ２０のテーパ面５２との隙間５７から溶融樹脂が漏洩するような不具合は発生しない。この場合、ノズルチップ２０の熱膨張はその長手方向と平行な方向のみならず、径方向にも起こることに注意されたい。

特に、数トン程度の型締め力が作用する場合、図６に示すように肉厚の薄いチップホルダ２２のシール穴２１の周囲がノズルチップ２０側にめくられるように弾性変形し、より確実にチップホルダ２２のシール穴２１とノズルチップ２０のテーパ面５２との密着性を高めることができる。何れの場合においても、ノズルチップ２０のテーパ面５２に対してチップホルダ２２のシール穴２１の開口端が線接触状態となるため、ノズルチップ２０側からチップホルダ２２側への熱伝導を最小限に抑えることができ、熱的に安定した成形作業を行うことが可能である。

上述した実施形態では、チップホルダ２２のシール穴２１の内径を一定に設定したが、ノズルチップ２０のテーパ面５２と同じ向きのテーパ面をその内周に形成することも有効である。このような本発明の他の実施形態の主要部の構造を図７に示す。すなわち、チップホルダ２２のシール穴２１の内周には、ノズルチップ２０のテーパ面５２と同じ向きのテーパ面５８が形成されているが、このテーパ面５８のテーパ角は、ノズルチップ２０のテーパ面５２のテーパ角よりも小さく設定されており、ノズルチップ２０が熱膨張した場合や、チップホルダ２２のシール穴２１の部分が弾性変形した場合であっても、ノズルチップ２０のテーパ面５２がチップホルダ２２のシール穴２１のテーパ面５８の鈍角側の開口端（図中、上側）にのみ線接触状態で当接するように設定されている。

なお、本発明による射出成形機は、上述したプランジャ射出方式の竪型成形機のみならず、インラインスクリュー方式やプリプランジャ方式のものを採用したり、横形の成形機としてもよい。また、ゲート１２を開閉するためのゲートピン５３に代えてホットランナのバルブピンを用いたり、あるいはこのようなゲートピン５３を持たないオープンタイプの射出ノズルを採用することも可能である。

本発明による射出成形機の一実施形態の外観を表す正面図である。図１に示した射出成形機の主要部の内部構造を表す断面図である。図２に示した射出ノズルの部分の抽出拡大断面図である。図３に示した射出ノズルの先端部分の抽出拡大断面図であり、射出成形前の状態を表す。図３に示した射出ノズルの先端部分の抽出拡大断面図であり、ノズルチップの熱膨張を伴った射出成形中の状態を表す。図３に示した射出ノズルの先端部分の抽出拡大断面図であり、チップホルダの弾性変形を伴った射出成型中の状態を表す。本発明の他の実施形態における射出ノズルの先端部分の抽出拡大断面図である。

符号の説明

１０射出成形部
１１固定プラテン
１２ゲート
１３射出ノズル
１４リングヒータ
１５射出シリンダ
１６バンドヒータ
１７トーピード
１８プランジャ
１９ノズル収容穴
２０ノズルチップ
２１シール穴
２２チップホルダ
２３テーパ斜面
２４金型
２５摺動貫通部
２６ジャケット
２７雄ねじ部
２８調整ナット
２９固定ナット
３０支持用スペーサ
３１板ばね
３２樹脂導入通路
３３樹脂供給孔
３４樹脂供給通路
３５ボールねじ軸
３６連結用スペーサ
３７案内板
３８案内用スペーサ
３９軸受ホルダ
４０ボールナット
４１従動スプロケット
４２ブラケット
４３減速機
４４出力軸
４５駆動スプロケット
４６歯付きベルト
４７張力調整機構
４８プランジャ駆動モータ
４９案内筒
５０ノズルヘッド
５１ねじ部
５２テーパ面
５３ゲートピン
５４トーピード
５５圧縮コイルばね
５６スプルー
５７隙間
５８テーパ面

Claims

射出シリンダの先端部に連結されるノズルヘッドと、
このノズルヘッドと一体に設けられ、外周が先細りのテーパ面となって当該ノズルヘッドから突出するノズルチップと、
このノズルチップに形成され、基端が前記ノズルヘッドの溶融樹脂の通路に連通すると共に末端が当該ノズルチップの先端面に開口するゲートと、
前記射出シリンダの基端部を支持する支持部材に固定プラテンを介して取り付けられるチップホルダと、
前記ノズルチップのテーパ面を囲むように前記チップホルダに形成され、前記ノズルチップとの相対変位により内周面が前記ノズルチップのテーパ面の全周に亙って線接触状態となるように緊密に当接し得るシール穴と
を具え、前記シール穴は、前記ノズルチップのテーパ面と同じ向きのテーパ面をその内周に有し、そのテーパ角が前記ノズルチップのテーパ面のテーパ角よりも小さく設定されていることを特徴とする射出成形機。