JP5305977B2 - 射出成形品の冷却方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形品を冷却する射出成形品の冷却方法及び装置に関する。

カメラなどに用いられるプラスチック製のレンズは、金型を用いた射出成形機で、射出成形することにより生産される。射出成形では、射出成形機のノズルから射出された溶融プラスチック材料が金型のスプールブッシュ、ランナーを経て、レンズを成形するための空間（キャビティ）へ流入する。キャビティへの流入口（ゲート）は、逆流防止やレンズの切離しなどの観点から、ランナーと比較して幅が狭い制限ゲートとなっている。

射出成形された成形品は、スプールブッシュ、ランナー、ゲートのそれぞれに対応するスプールブッシュ部、ランナー部、ゲート部と、レンズとから構成される（例えば、特許文献１参照）。成形品は、型崩れしない程度に固まってから射出成形機から取り出され、ゲート部をカットしてレンズを切り離すために、ゲートカット装置へ搬送される。

特開平０５−２２０７９４号公報

ところで、コンパクトカメラやカメラ付き携帯電話機などの光学機器の普及により、プラスチック製のレンズの需要が増大している。このことから、プラスチック製レンズの製造効率の向上が強く望まれている。

射出成形機の内部で成形品を十分に冷却するには多くの時間（約３０秒）を要しているので、この時間が短縮されれば製造効率の大幅な向上が期待できる。しかし、十分に冷え固まる前に射出成形機から取り出すと、ランナー部が変形してしまう。ランナー部が変形していると、ゲート部をカットする際にレンズの位置決めができず、レンズに傷を付けたりゲートカット装置の運転を停止させたりすることになる。なお、この点は、レンズに限らずプラスチック製品全般に当てはまる課題である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、プラスチック製品の製造効率の向上を実現する射出成形品の冷却方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の射出成形品の冷却装置は、射出成形機から取り出された、ランナー部の先端にゲート部を介して製品部が成形された射出成形品に、冷却用気体を吹き付けて冷却する射出成形品の冷却装置において、射出成形品を保持し、所定の形状のランナー部を収容する収容部を有した受け治具と、収容部との間にランナー部を挟み込み、ランナー部に冷却用気体を吹き付ける冷却治具とを備える。

本発明では、前記ランナー部に前記気体を吹き付けた後に、前記射出成形品を前記受け治具に保持した状態のまま、次の工程へ前記射出成形品を搬送する搬送手段を備えている。

本発明では、前記収容部は、前記ランナー部が嵌合する嵌合溝である。

本発明では、前記冷却治具は、前記収容部との間に前記ランナー部を挟み込む箇所にＶ字溝が形成されている。

本発明では、前記冷却治具には、前記Ｖ字溝へ前記気体を導く流路が形成されている。

本発明では、前記冷却治具は、前記ランナー部の両端部を除く中間部を前記収容部との間に挟み込み、前記中間部に前記気体を吹き付ける。

本発明では、前記気体は、温度が１０℃以上３０℃以下の空気である。

本発明の射出成形品の冷却方法は、ランナー部の先端にゲート部を介して製品部が成形された射出成形品を射出成形機から取り出し、前記射出成形機の外部で射出成形品に冷却用気体を吹き付けて前記射出成形品を冷却する射出成形品の冷却方法において、射出成形品を射出成形機から取り出す取出しステップと、射出成形機から取り出された射出成形品を、ランナー部を受け治具の収容部に収容して保持する保持ステップと、ランナー部を、収容部と冷却治具との間に挟み込む挟込みステップと、冷却治具から、受け治具に保持された射出成形品のランナー部に気体を吹き付ける吹付けステップとを備えている。

本発明の射出成形品の冷却方法及び装置によれば、射出成形機から取り出された射出成形品を、型崩れを防止しながら冷却できるので、射出成形機における射出成形品の冷却時間を短縮することができ、レンズの製造効率を向上させることができる。

射出成形品を受け治具で保持した状態の冷却装置を示す正面図である。 射出成形品を受け治具で保持した状態の冷却装置を示す上面図である。 受け治具の移動範囲を説明する冷却装置の上面図である。 射出成形品を保持する際の受け治具を示す斜視図である。 射出成形品を保持した状態の受け治具、及び冷却治具を示す斜視図である。 射出成形品をセットした状態の冷却装置を示す斜視図である。 図６におけるVII−VII断面を示す断面図である。 射出成形品の搬送経路に風洞を設けた場合を説明する図である。 受け治具の嵌合溝の側面に形成したノズルから気体を吹き出す場合を説明する図である。

図１、図２及び図３に示す冷却装置１１は、射出成形機４１から取り出された射出成形品１２を冷却する機能に加え、射出成形品１２を次の工程に搬送する機能を備えている。本実施形態では、ゲートカット装置５１によるゲートカット工程に搬送する。なお、ゲートカット装置５１によるゲートカット工程では、ゲート部１３がカットされ、射出成形品１２からレンズ（製品部）１４が切り離される。

射出成形品１２は、金型４１を用いた射出成形機４１により成形された透明なプラスチック製であり、円柱形状のスプールブッシュ部１５の中間に、スプールブッシュ部１５と比較して径が大きい円柱形状のリム部１６が成形されている。リム部１６を中心とした９０°ピッチの放射状に延びた４本のランナー部１７の先端には、ゲート部１３を介してレンズ１４が成形されている。

各レンズ１４は、本体部１８と、本体部１８の外周縁に成形されたフランジ部１９とを備え、フランジ部１９の外周面にゲート部１３が成形されている。

本発明の冷却装置１１は、十分に冷え固まる前の変形可能な状態の射出成形品１２を、射出成形機４１から取り出して、射出成形機４１の外部で冷却し、次工程などで取り扱うのに十分な硬さにするもので、射出成形機４１から取り出した冷え固まる前の射出成形品１２に冷却用の気体（空気）を吹き付けることによって短時間で効率よく冷却する装置である。

冷却装置１１は、射出成形機４１から取り出された射出成形品１２を保持するとともに、保持した射出成形品１２をゲートカット装置５１に搬送する受け治具２０と、射出成形品１２を冷却する冷却位置Ｌ２で受け治具２０を昇降移動させる昇降機構２１と、受け治具２０を所定の可動範囲で移動させる移動機構２２とを備えている。

受け治具２０は、移動機構２２によって、射出成形品１２を射出成形機４１から取り出す取出し位置Ｌ１、上述の冷却位置Ｌ２、及びゲートカット装置５１が設置されたカット位置Ｌ３のそれぞれの間で移動する。移動機構２２は、取出し位置Ｌ１から冷却位置Ｌ２を経てカット位置Ｌ３へ受け治具２０を移動させることで、受け治具２０に保持された射出成形品１２をゲートカット装置５１へ搬送する。つまり、移動機構２２は、受け治具２０とともに搬送機構を構成する。

冷却装置１１は、冷却位置Ｌ２で上昇した受け治具２０との間に射出成形品１２を挟み込むとともに、挟み込んだ射出成形品１２を冷却する冷却治具２３と、冷却治具２３に冷却用の空気を供給する給気機構２４と、各機構２１、２２、２４の駆動を制御する制御部２５とを備えている。なお、昇降機構２２は、受け治具２１を昇降移動させる代わりに冷却治具２３を昇降移動させてもよい。

図１及び図４に示すように、受け治具２０は、円柱形状の台座２０ａと、台座２０ａの下部に設けられた、台座２０ａと比較して径が小さい円柱形状の基部２０ｂとを備えている。受け治具２０は、台座２０ａの上面中央から基部２０ｂにかけて円柱形状の穴２８と、その穴２８を中心とした９０°ピッチの放射状に４本の嵌合溝２９と、４つの位置決めピン２７とが形成されている。

各嵌合溝２９には、射出成形機４１から取り出された射出成形品１２のランナー部１７がそれぞれ嵌合される。すなわち、嵌合溝２９は、ランナー部１７を収容する収容部を構成する。嵌合溝２９の上部にあたる開口の両縁部３０には、傾斜面が形成されている。両縁部３０の傾斜面は、嵌合溝２９に嵌合するランナー部１７を案内し、射出成形機４１から取り出す際に曲がってしまったランナー部１７の水平方向の曲がりを補正する。穴２８は、射出成形品１２の各ランナー部１７が嵌合溝２９のそれぞれに嵌合した際に、リム部１６及びその下方に位置するスプールブッシュ部１５が受け治具２０に干渉することを防止する。位置決めピン２７は、冷却治具２３に形成された位置決め穴３８（図５参照）に嵌合し、冷却治具２３に対する受け治具２０の位置決めをする。

図１及び図５に示すように、冷却治具２３は、円柱形状の基部２３ａと、基部２３ａの上部に設けられた、基部２３ａと比較して径が小さい円柱形状の突出部２３ｂとを備えている。冷却治具２３は、基部２３ａの下面中央から突出部２３ｂにかけて円柱形状の穴３１と、その穴３１を中心とした９０°ピッチの放射状に４本のノズル３２と、受け治具２０に形成された位置決めピン２７に対応する４つの位置決め穴３８とが形成されている。

また、基部２３ｂの外周面には、給気機構２４から供給される空気を取り込む給気口３６が形成されている。給気口３６から取り込まれた空気は、流路３７を介して、穴３１及び各ノズル３２へ導かれる。穴３１及び各ノズル３２から吹き出される空気は、射出成形品１２を冷却するために用いられ、その温度は１０℃以上３０℃以下であることが好ましい。なお、急激な冷却は結露などの問題が生じるので、空気の代わりに液体窒素（沸点−１９６℃）を用いることはできない。

各ノズル３２には、長手方向沿いの両端から突出する一対のプレート３３が設けられている。各ノズル３２に設けられた一対のプレート３３は、ノズル３２から吹き出される空気の流路を構成する。各プレート３３の先端には、対となるプレート３３側に斜面３４を有している。各斜面３４は、対となるプレート３３の斜面３４とともにＶ字溝３５を構成する。図６及び図７に示すように、各Ｖ字溝３５には、受け治具２０に保持された射出成形品１２のランナー部１７がそれぞれ嵌合される。なお、プレート３３は、その長手方向の長さが嵌合溝２９の長さと略同一で、ランナー部１７の両端部を除く中間部に対応する。穴３１は、受け治具２０との間に射出成形品１２を挟み込む際に、リム部１６の上方に位置するスプールブッシュ部１５が冷却治具２３に干渉することを防止する。

次に、図１及び図２に示す冷却装置１１の処理手順について説明する。射出成形された射出成形品１２は、搬送アーム（図示省略）により射出成形機４１から取り出され、取出し位置Ｌ１で受け治具２０に保持される（図４参照）。この時、制御部２５は、受け治具２０が取出し位置Ｌ１に位置するように移動機構２２を制御している。射出成形機４１から取り出す際の射出成形品１２は、十分に冷え固まる前であって変形可能な状態であるが、受け治具２０による保持により変形することが防止できる程度に冷え固まっていること（例えば、約７０℃以下）が要件となる。

射出成形品１２が受け治具２０に保持されると、制御部２５は、移動機構２２を制御して受け治具２０を冷却位置Ｌ２に移動させる。受け治具２０が冷却位置Ｌ２に移動すると、制御部２５は、昇降機構２１を制御して、受け治具２０に保持された射出成形品１２のランナー部１７が、冷却治具２３のノズル３２に設けられたプレート３３に当接する位置まで受け治具２０を上昇させる（図５参照）。ランナー部１７は、受け治具２０の嵌合溝２９と、冷却治具２３のＶ字溝３５とで挟まれることで、射出成形機４１から取り出す際に曲がってしまったランナー部１７の鉛直方向の曲がりが補正される。

受け治具２０が上昇し、受け治具２０と冷却治具２３との間に射出成形品１２がセットされると（図６及び図７参照）、制御部２５は、給気機構２４を制御して穴３１及び各ノズル３２から空気を吹き出させる。穴３１から吹き出された空気は、スプールブッシュ部１５及びリム部１６に吹き付けられ、嵌合溝２９などを伝って外部に排出される。スプールブッシュ部１５及びリム部１６は、受け治具２０に形成された穴２８、及び冷却治具２３に形成された穴３１によって囲われており、吹き付けられた空気によって効率良く冷却される。また、ノズル３２から吹き出された空気は、プレート３３の間に形成された流路を伝ってランナー部１７に吹き付けられるとともに、プレート３３の長手方向の両端側に形成された隙間から排出される。なお、冷却中のランナー部１７は、受け治具２０の嵌合溝２９と、冷却治具２３のＶ字溝３５とで挟まれており、曲がってしまうことが防止されている。

射出成形品１２が十分に冷え固まると、制御部２５は、給気機構２４を制御して空気の供給を止める。また、制御部２５は、昇降機構２１を制御して受け治具２０を下降させる。受け治具２０が所定の位置まで下降すると、制御部２５は、移動機構２２を制御して受け治具２０をカット位置Ｌ３に移動させる。

受け治具２０がカット位置Ｌ３に移動すると、搬送アーム（図示省略）により射出成形品１２が受け治具２０から取り出される。射出成形品１２が取り出されると、制御部２５は、移動機構２２を制御して受け治具２０を取出し位置Ｌ１に移動させ、冷却装置１１を初期状態に戻す。なお、受け治具２０から取り出された射出成形品１２は、搬送アームによりゲートカット装置５１にセットされ、所定の処理が施される。

以後、制御部２５は、各機構２１、２２、２４の駆動を制御して、射出成形機４１から取り出された射出成形品１２について、冷却治具２３への搬送→冷却治具２３による冷却→ゲートカット装置５１への搬送→冷却装置１１を初期状態に戻す、という一連の処理を繰り返す。この一連の処理を繰り返すことで、十分に冷え固まる前の射出成形品１２を型崩れさせることなくゲートカット装置５１へ搬送することができる。

以上説明したように、射出成形品１２の型崩れを防止しながら冷却する工程を、ゲート部１３をカットする工程の前に備えたから、十分に冷え固まる前の射出成形品１２を射出成形機４１から取り出したとしても、射出成形品１２（特に、ランナー部１７）の変形が防止され、ゲート部１３をカットする際に、ランナー部１７の変形を原因としてレンズ１４の位置決めができなくなることはない。このため、射出成形機４１における冷却時間の短縮（例えば、従来の３０秒→１７秒に短縮）を実現し、レンズ１４の製造効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態において、移動機構２２によって移動される受け治具２０の搬送経路に冷却用気体（空気）を流し、搬送経路に沿って移動する射出成形品１２を冷却するようにしてもよい。具体的には、図８に示すように、受け治具２０の搬送経路に風洞６１を設け、給気機構２４によって風洞６１内に冷却用気体を流す。これにより、風洞６１内を流れる気体が、風洞６１内を受け治具２０によって搬送される射出成形品１２を冷却する。

また、図９に示すように、受け治具２０の嵌合溝２９内に、冷却用気体（空気）を吹き出すノズルを形成するようにしてもよい。具体的には、図９に示すように、嵌合溝２９の側面にノズル７１を形成し、台座２０ａの外周面に、給気機構２４から供給される空気を取り込む給気口７２を形成する。給気口７２から取り込まれた気体は、流路７３を介してノズル７１へ導かれ、ノズル７１から吹き出される。なお、図面の都合上、位置決めピン２７の図示は省略している。

１１ 冷却装置
１２ 射出成形品
１３ ゲート部
１４ レンズ（製品部）
１７ ランナー部
２０ 受け治具
２２ 移動機構
２３ 冷却治具
３２ ノズル
３３ プレート
３４ 斜面
３５ Ｖ字溝
３７ 流路
４１ 射出成形機
５１ ゲートカット装置

Claims (8)

1. 射出成形機から取り出された、ランナー部の先端にゲート部を介して製品部が成形された射出成形品に、冷却用気体を吹き付けて冷却する射出成形品の冷却装置において、
   前記射出成形品を保持し、所定の形状の前記ランナー部を収容する収容部を有した受け治具と、
   前記収容部との間に前記ランナー部を挟み込み、前記ランナー部に前記冷却用気体を吹き付ける冷却治具とを備えたことを特徴とする射出成形品の冷却装置。
2. 前記ランナー部に前記気体を吹き付けた後に、前記射出成形品を前記受け治具に保持した状態のまま、次の工程へ前記射出成形品を搬送する搬送手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形品の冷却装置。
3. 前記収容部は、前記ランナー部が嵌合する嵌合溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形品の冷却装置。
4. 前記冷却治具は、前記収容部との間に前記ランナー部を挟み込む箇所にＶ字溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形品の冷却装置。
5. 前記冷却治具には、前記Ｖ字溝へ前記気体を導く流路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の射出成形品の冷却装置。
6. 前記冷却治具は、前記ランナー部の両端部を除く中間部を前記収容部との間に挟み込み、前記中間部に前記気体を吹き付けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の射出成形品の冷却装置。
7. 前記気体は、温度が１０℃以上３０℃以下の空気であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の射出成形品の冷却装置。
8. ランナー部の先端にゲート部を介して製品部が成形された射出成形品を射出成形機から取り出し、前記射出成形機の外部で前記射出成形品に冷却用気体を吹き付けて冷却する射出成形品の冷却方法において、
   前記射出成形品を前記射出成形機から取り出す取出しステップと、
   前記射出成形機から取り出された前記射出成形品を、前記ランナー部を受け治具の収容部に収容して保持する保持ステップと、
   前記ランナー部を、前記収容部と冷却治具との間に挟み込む挟込みステップと、
   前記冷却治具から、前記受け治具に保持された前記射出成形品の前記ランナー部に前記気体を吹き付ける吹付けステップとを備えたことを特徴とする射出成形品の冷却方法。

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