JP4996365B2 - プリプラ式射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は可塑化スクリューにより溶融された溶融樹脂を射出シリンダに供給し、射出シリンダ内の溶融樹脂を射出プランジャにより金型に射出するプリプラ式射出成形装置に関する。

従来からプリプラ式射出成形装置が知られている（例えば特許文献１参照）。プリプラ式射出成形装置は例えば図４に示すように、金型３、可塑化シリンダ１１及び可塑化シリンダ１１内で回転駆動する可塑化スクリュー１２を備えた可塑化部１と、射出シリンダ２１及び射出シリンダ２１内で往復動自在の射出プランジャ２２を備えた射出部２とを備えたものである。以下、図４に基づいて従来のプリプラ式射出成形装置を用いた射出成形方法の一成形サイクルを順に説明する。

図４（ａ）に示すプリプラ式射出成形装置は型締め工程時の状態を示すものである。この型締め工程では、金型３を型締めすると共に、可塑化シリンダ１１から供給路２４を介して供給された所定の容量の溶融樹脂７を射出シリンダ２１内に貯留した状態で待機するものであり、この型締め工程の後に射出工程に移行する。射出工程では図４（ｂ）に示すように射出プランジャ２２を前進させ、これにより射出シリンダ２１内の溶融樹脂７を射出シリンダ２１の先端に設けた射出ノズル６を介して金型３内に射出充填する。射出プランジャ２２は、射出シリンダ２１内に貯留している溶融樹脂７を漏れなく押し出す。次いで成形工程及び計量工程を同時に開始する。成形工程では図４（ｃ）に示すように金型３内に射出された溶融樹脂７の冷却硬化を開始する。またこの成形工程と同時に開始される計量工程では、図４（ｃ）（ｄ）に示すように可塑化スクリュー１２を回転し、これによりホッパー１４から供給された樹脂ペレット等の樹脂材料を可塑化スクリュー１２の回転に伴う剪断力により溶融し、また同時に可塑化シリンダ１１内の溶融樹脂７を供給路２４を介して射出シリンダ２１の前端部内へと送り出し、これにより射出プランジャ２２を後退させて、射出シリンダ２１の前端部内に所定の容積に計量された溶融樹脂７を充填する。そして上記計量工程及び成形工程が終了した後、図４（ｅ）に示すように金型３を型開きして、取り出し装置５により金型３から固化した成形品８を取り出す取り出し工程に移行し、以下上記工程からなる一成形サイクルを繰り返し実行して多数の成形品８を得る。

ところで上記プリプラ式射出成形装置にあっては、計量工程において可塑化シリンダ１１内の溶融樹脂７を供給路２４を介して射出シリンダ２１の前端部内へと送り出すのであるが、射出する際に供給路２４が開放されたままの状態では、射出シリンダ２１内に貯留している溶融樹脂７が可塑化シリンダ１１へ逆流する、という問題があった。

また、取り出し工程において金型３を型開きした状態では、射出シリンダ２１内の溶融樹脂７が図５のイに示すように射出シリンダ２１の前端に設けた射出ノズル６を介して金型３側に漏れ出す所謂ドルーリングが発生し、この場合には漏れ出た溶融樹脂７が金型３が閉じられる際の障害物となり、次工程への移行が妨げられる、という問題があった。
特開平６−１６６０７２号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、射出シリンダ内に貯留している溶融樹脂の可塑化シリンダへの逆流を確実に防止すると共にドルーリングの発生を防止することが可能なプリプラ式射出成形装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、可塑化シリンダ１１及び可塑化スクリュー１２を備えた可塑化部１と、可塑化シリンダ１１から供給される溶融樹脂７を射出シリンダ２１内に貯留すると共に、該貯留している溶融樹脂７を射出プランジャ２２により射出シリンダ２１の前端に設けた射出ノズル６から金型３に射出充填する射出部２と、金型３を型締めする型締め装置４と、を備えたプリプラ式射出成形装置であって、射出シリンダ２１内の溶融樹脂７の貯留スペース２０と可塑化シリンダ１１とを連通する供給路２４を設け、前記射出シリンダ２１の貯留スペース２０内に進退自在に配設されて、前進した際に射出ノズル６への連通口を閉塞し供給路２４への連通口を開放し、後退した際に射出ノズル６への連通口を開放し供給路２４への連通口を閉塞する弁体２８を設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、射出シリンダ２１内に貯留している溶融樹脂７の可塑化シリンダ１１への逆流を確実に防止することが可能となると共に、ドルーリングの発生を防止することが可能となるものである。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、射出シリンダ２１内に前後に長尺の棒状をした進退軸部２５を進退自在に設けると共に、該進退軸部２５の前端部に弁体２８を固定し、射出プランジャ２２を環状に形成して前記進退軸部２５に摺動自在に被嵌して成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、貯留スペース２０の断面積が小さくなって、射出シリンダ２１の軸方向の単位長さ当たりの貯留スペース２０の容積が小さくなり、貯留スペース２０に貯留する溶融樹脂７の貯留量の微調整が容易となって高分解能化が図られるものである。

また請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、進退軸部２５を、複数の径の異なる進退軸部２５から選択的に設けて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、進退軸部２５を異なる径の進退軸部２５に取り替えるだけで貯留スペース２０の断面積を変化させることが可能となるものである。

本発明のプリプラ式射出成形装置は、計量工程においては、弁体を前進させて射出ノズルへの連通口を閉じると共に供給路への連通口を開いた状態として、ドルーリングの発生を防止することができ、射出工程においては、弁体を後退させて射出ノズルへの連通口を開くと共に供給路への連通口を閉じた状態として、射出シリンダから可塑化シリンダへ溶融樹脂が逆流するのを防止することができるものである。

以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。

プリプラ式射出成形装置は、図１に示すように、金型３と、金型３を開閉する型締め装置４と、金型３から成形品８を取り出す取り出し装置５（図２参照）と、樹脂材料を可塑化溶融する可塑化部１と、可塑化溶融された溶融樹脂７を金型３内に射出する射出部２を備えている。なお、以下の説明では射出シリンダ２１の後述する射出ノズル６を設けた方を前方、射出ノズル６を設けた方と反対側で後述する射出プランジャ２２の基端部側を後方というものとする。

可塑化部１は、先端側に向かって下り傾斜した姿勢で配された可塑化シリンダ１１と、可塑化シリンダ１１に内装した可塑化スクリュー１２と、可塑化スクリュー１２を回転駆動するモータからなるスクリュー駆動部１３とを備えている。可塑化シリンダ１１にはホッパー１４を設けてあり、ホッパー１４に貯えられた樹脂材料は可塑化シリンダ１１の基端側に設けた材料供給口１５を介して可塑化シリンダ１１内に供給されるようになっている。そしてスクリュー駆動部１３により可塑化スクリュー１２を軸廻りに回転駆動すると共に可塑化シリンダ１１の外周に設けた図示しないシリンダヒーター（バンドヒーター）により可塑化シリンダ１１内を加熱することで、ホッパー１４から材料供給口１５を介して可塑化シリンダ１１内に供給された樹脂材料を可塑化スクリュー１２の回転に伴う剪断力とシリンダヒーター２６の加熱により先端側に送りながら溶融できるようになっている。

射出部２は、水平姿勢で可塑化シリンダ１１に対して並べて配置された射出シリンダ２１と、射出シリンダ２１に軸方向に進退自在に内装した射出プランジャ２２と、射出プランジャ２２を射出シリンダ２１の軸方向に駆動するプランジャ駆動部２３と、本発明に係る後述する弁体２８及び進退軸部２５とを備えている。射出シリンダ２１の前方側の側端面には一端を可塑化シリンダ１１の先端に連通接続した供給路２４の他端を連通接続してあり、これにより射出シリンダ２１の前端部の内部は可塑化シリンダ１１の先端部の内部に供給路２４を介して連通していて、この射出シリンダ２１の前端部の内部が溶融樹脂７が貯留される貯留スペース２０となっている。また射出シリンダ２１の前端の中央部には射出ノズル６を設けている。

金型３は、型締め装置４の固定盤４１に設けた固定型３１と可動型３２とからなり、射出シリンダ２１の前方に配設され、型締め装置４により固定型３１に対して可動型３２を移動することで金型３の型締め及び型開きを行えるようになっている。

前述の射出ノズル６の先端に設けた射出口６１は固定盤４１を介して金型３のキャビティに連通している。そしてプランジャ駆動部２３により射出プランジャ２２を前進することで、射出シリンダ２１の前端部内に貯留された溶融樹脂７を射出プランジャ２２の前端に設けた射出ノズル６を介して金型３内に射出充填できるようになっている。

射出ノズル６は、図３に示すように、前端部が前方側程流路径が小さくなるように先細り状に形成されている。また、ノズル本体部には加熱手段及び冷却手段を備え、溶融樹脂７を射出ノズル６を介して金型３内に射出充填する際に射出ノズル６の温度を溶融樹脂７の温度と同じ温度となるように制御するものである。

上記スクリュー駆動部１３、プランジャ駆動部２３、型締め装置４、ノズルの加熱手段及び冷却手段等は図示しない制御手段に制御され、これにより図１（ａ）〜（ｅ）に示す一連の成形サイクルを繰返して成形を行えるようになっている。

一成形サイクルは、型締め工程と、型締め工程の後に実行される射出工程と、射出工程の後に実行される成形工程と、成形工程の後に実行される取り出し工程と、成形工程と並行して実行される計量工程とからなる。以下、各工程について概略説明する。

型締め工程では、図１（ａ）や図２（ａ）、（ｂ）に示すように型締め工程開始時に型締め状態にある金型３を型締め装置４により型締めすると共に、可塑化シリンダ１１から供給路２４を介して供給された溶融樹脂７を射出シリンダ２１の前端部内に充填して貯留した状態で待機する。この型締め工程においては可塑化スクリュー１２及び射出プランジャ２２は停止状態にある。

射出工程では、射出工程開始時に後退位置にある射出プランジャ２２を図１（ｃ）に示すようにプランジャ駆動部２３により前進し、これにより図２（ｃ）に示すように射出シリンダ２１の前端部内に貯留された溶融樹脂７を射出ノズル６を介して型締め状態にある金型３内に射出充填する。この時、射出ノズル６は溶融樹脂７の温度と同じ温度を維持するように制御される。そして金型３内への溶融樹脂７の充填が完了した時点で成形工程に移行する。

成形工程では図１（ｃ）に示すように射出工程において金型３内に充填された溶融樹脂７を固化するまでの所定時間冷却する。そして所定時間が経過して金型３内の溶融樹脂７の冷却硬化が完了した時点で取り出し工程に移行する。

計量工程は成形工程と同時に開始されるもので、この計量工程では図１（ｃ）（ｄ）に示すようにスクリュー駆動部１３により可塑化スクリュー１２を回転駆動し、これによりホッパー１４から供給された樹脂材料を可塑化シリンダ１１に設けたシリンダヒーター２６による加熱と可塑化スクリュー１２の回転に伴う剪断力により溶融する。またこれと同時に可塑化スクリュー１２の回転により可塑化シリンダ１１内の溶融樹脂７を供給路２４を介して射出シリンダ２１の前端部内へと送り出して射出プランジャ２２を後退させ、これにより射出シリンダ２１の前端部内に所定の容積に計量された溶融樹脂７を充填して貯留する。つまり射出プランジャ２２は可塑化スクリュー１２が回転している時のみに後退するようになっている。

この計量工程は成形工程が終了した後、図１（ｅ）に示すように取り出し工程が開始されるまでに実行されるものであり、取り出し工程の型開きが行われる時には、スクリュー駆動部１３による可塑化スクリュー１２の回転を停止して、射出プランジャ２２の後退を停止し計量工程を終了する。

取り出し工程では取り出し工程開始時に型締め状態にある金型３を型開きし、図２（ｄ）〜（ｅ）に示すように金型３が型開き状態となった後に成形品８をノックアウトピン５１により可動型３２から突き出すと共に該成形品８を取り出し装置５で取り出す。

以下、本発明の弁体２８について説明する。弁体２８は、可塑化シリンダ１１の先端から射出シリンダ２１の前端部の貯留スペース２０に連通接続した供給路２４を開閉するもので、断面の外形（輪郭）が射出シリンダ２１の前端部の貯留スペース２０の外形と略同じとなっていると共に、側面に溝を設けたり内部に流路を設けることで、弁体２８の前後の空間を連通させる連通路２９が形成してある。

この弁体２８は、進退軸部２５を後退させて弁体２８で供給路２４への連通口を閉塞することで供給路２４を閉じた状態とし、進退軸部２５を前進させて弁体２８で供給路２４への連通口を閉塞しないようにすることで供給路２４を開いた状態とするものである。弁体２８の前端面は射出シリンダ２１の内面の前端面に沿う形状となっていて、弁体２８を射出シリンダ２１内を前端まで前進させた際に、弁体２８の前端面と射出シリンダ２１の内面の前端面とが略隙間なく当接して、射出シリンダ２１の前端に設けた射出ノズル６への連通口が閉塞される。

進退軸部２５は、前後に長尺の棒状をしたもので、本実施形態では断面形状が円形となっていて、前端部が弁体２８に接続固定されると共に、後端部が駆動部（図示せず）に接続してあり、前後に進退自在となっている。この進退軸部２５の外面に、環状をした射出プランジャ２２を摺動自在に被嵌し、プランジャ駆動部２３にて射出プランジャ２２を進退軸部２５に対して自在に進退させることができる。射出プランジャ２２の射出シリンダ２１軸方向の垂直断面における外形は、貯留スペース２０の断面の外形と略同じであり、貯留スペース２０の溶融樹脂７を漏れなく押し出すことができる。射出プランジャ２２にて前方へ押された貯留スペース２０の溶融樹脂７は、前記弁体２８の連通路２９を通って弁体２８の前方側へと押し出される。

本発明のプリプラ式射出成形装置にあっては、図１（ｄ）に示す計量工程においては、進退軸部２５を前進させて、弁体２８の前端面と射出シリンダ２１の内面の前端面を隙間なく当接させて射出ノズル６への連通口を閉塞すると共に供給路２４を開いた状態とし、この状態で可塑化シリンダ１１内の溶融樹脂７を供給路２４を介して射出シリンダ２１の前端部内の貯留スペース２０へと送り出すことで、ドルーリングの発生を防止することができる。

また、図１（ｃ）に示す射出工程においては、進退軸部２５を後退させて、弁体２８の前端面と射出シリンダ２１の内面の前端面との間に隙間を形成して、弁体２８の前後の空間を連通路２９を介して連通させて射出ノズル６から溶融樹脂７を射出可能とすると共に、弁体２８で供給路２４への連通口を閉塞して供給路２４を閉じた状態として、この状態で射出プランジャ２２を前進させて射出シリンダ２１内の溶融樹脂７を射出ノズル６を介して金型３に射出し、この時、弁体２８で供給路２４への連通口を閉塞してあるため、射出シリンダ２１から可塑化シリンダ１１へ溶融樹脂７が逆流するのを防止することができる。

また本実施形態では、可塑化シリンダ１１から供給された所定の容量の溶融樹脂７を射出シリンダ２１内に貯留して次の射出工程で射出プランジャ２２にて射出するまで待機している間、射出シリンダ２１内に貯留している溶融樹脂７の温度を均一に維持することが可能となる。すなわち、貯留スペース２０が従来のように円柱状をしている場合には、可塑化シリンダ１１から供給された所定の容量の溶融樹脂７を射出シリンダ２１内に貯留して待機している間に射出シリンダ２１から放熱されて、射出シリンダ２１の内壁面付近に位置する溶融樹脂７が射出シリンダ２１の内壁面から遠い中心部に位置する溶融樹脂７よりも温度が低くなって大きな温度差が生じ、溶融樹脂７の温度分布が不均一となってしまい、金型３内に射出充填する際の射出に偏りが生じたり成形品８の材質が不均一となってしまうものであった。そこで上記本発明のように貯留スペース２０を環状とすることで、射出シリンダ２１の内壁面から離れた部分には進退軸部２５が位置することとなって溶融樹脂７は進退軸部２５によって押し退けられていて、貯留スペース２０に貯留されている溶融樹脂７は射出シリンダ２１内面から一定距離（環の幅）以内に存在することとなり、溶融樹脂７の温度分布が不均一となることによる、金型３内に射出充填する際の射出の偏りや成形品８の材質の不均一等を抑えることが可能となるものである。また、射出シリンダ２１内面から前記一定距離以内に溶融樹脂７を存在させる場合、貯留スペース２０の断面を円形とすると半径を前記一定距離以内とする必要があるが、この場合には環状とした場合よりも貯留スペース２０の断面積が小さくなるため、環状とする方が貯留量を大きくとることができて優れている。

また、貯留スペース２０の断面積が小さくなることで、射出シリンダ２１の軸方向の単位長さ当たりの貯留スペース２０の容積が小さくなり、貯留スペース２０に貯留する溶融樹脂７の貯留量の微調整が容易となって高分解能化が図られるものである。

また、進退軸部２５を、複数の径の異なる進退軸部２５から選択的に設けるようにすることで、進退軸部２５を異なる径の進退軸部２５に取り替えるだけで貯留スペース２０の断面積を変化させることが可能となるものである。

また、上記のような連通路２９を設けた弁体２８は、溶融樹脂７を混練するトーピードとしても機能するものである。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）〜（ｅ）は一成形サイクルを順に示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は同上の金型の成形工程を順に示す説明図である。 同上のプリプラ式射出成形装置の射出ノズル近傍の要部拡大断面図である。 従来例を示し、（ａ）〜（ｅ）は一成形サイクルを順に示す説明図である。 従来のドルーリングの説明図である。

符号の説明

１ 可塑化部
１１ 可塑化シリンダ
１２ 可塑化スクリュー
２ 射出部
２０ 貯留スペース
２１ 射出シリンダ
２２ 射出プランジャ
２４ 供給路
２８ 弁体
３ 金型
４ 型締め装置
５ 取り出し装置
６ 射出ノズル
７ 溶融樹脂

Claims (3)

1. 可塑化シリンダ及び可塑化スクリューを備えた可塑化部と、可塑化シリンダから供給される溶融樹脂を射出シリンダ内に貯留すると共に、該貯留している溶融樹脂を射出プランジャにより射出シリンダの前端に設けた射出ノズルから金型に射出充填する射出部と、金型を型締めする型締め装置と、を備えたプリプラ式射出成形装置であって、射出シリンダ内の溶融樹脂の貯留スペースと可塑化シリンダとを連通する供給路を設け、前記射出シリンダの貯留スペース内に進退自在に配設されて、前進した際に射出ノズルへの連通口を閉塞し供給路への連通口を開放し、後退した際に射出ノズルへの連通口を開放し供給路への連通口を閉塞する弁体を設けて成ることを特徴とするプリプラ式射出成形装置。
2. 射出シリンダ内に前後に長尺の棒状をした進退軸部を進退自在に設けると共に、該進退軸部の前端部に弁体を固定し、射出プランジャを環状に形成して前記進退軸部に摺動自在に被嵌して成ることを特徴とする請求項１記載のプリプラ式射出成形装置。
3. 進退軸部を、複数の径の異なる進退軸部から選択的に設けて成ることを特徴とする請求項２記載のプリプラ式射出成形装置。

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