JP5397599B2

JP5397599B2 - 射出成形機の射出装置

Info

Publication number: JP5397599B2
Application number: JP2009099451A
Authority: JP
Inventors: 利和岩本; 克俊深野
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-04-16
Also published as: JP2010247432A

Description

本発明は、可塑化した溶融樹脂を金型内に射出充填する射出成形機の射出装置に関する。

従来から一般的に知られている射出成形機の成形装置は加熱シリンダ内に、先端側に逆流防止機構を備えフライトを有するスクリュが、周方向に回転自在で、且つ軸方向に移動自在に挿通されている。ホッパから供給された樹脂は、加熱シリンダ内で外部からの熱エネルギーを受けるとともに、スクリュの回転に伴う機械的エネルギーによって溶融され、逆流防止機構を通ってスクリュ先端部に送り込まれる。スクリュの先端部に送り込まれた溶融樹脂は、ノズルを介して金型のキャビティ内にスクリュの前進移動によって射出充填される。

射出成形に際して、所定量の溶融樹脂を短時間で均一に溶融することが望ましいが、スクリュの回転数を増大して安易に溶融時間の短縮を図ると、溶融した樹脂の温度が不均一となり、場合によっては未溶融な状態となり、成形品に衝撃強さや変形などの不適合が生じる。このために、従来は溶融樹脂の混練性や温度ムラを改善する目的でスクリュと逆流防止機構との間にミキシング部や抵抗体を設けていた。

先ず、スクリュにミキシング部を設けた従来型の射出装置について、一例を図５に示す。図５に示した射出装置は、樹脂を供給、圧縮及び計量して送り出すためのフライト１１が設けられたスクリュ本体１２と、スクリュ本体１２の先端に固定されたスクリュヘッド１３と、スクリュヘッド１３に形成した小径部１４に配されたチェックリング１５と、外周面に円周方向に複数個、軸方向に複数列の突起物１６が形成され、チェックリング１５とのシート面を有するミキシング部１７で基本構成される。
スクリュ本体１２から送り出された溶融樹脂は、ミキシング部１７の突起物１６の間隙を合流と分岐とを繰り返しながら蛇行して流れ、この間で良好に混練される。（特許文献１参照）

次に、スクリュに抵抗体を設けた従来型の射出装置について、一例を図６に示す。図６に示した射出装置は、樹脂を供給、圧縮及び計量して送り出すためのフライト１１が設けられたスクリュ本体１２と、スクリュ本体１２の先端に固定されたスクリュヘッド１３と、スクリュヘッド１３に形成した小径部１４に配されたチェックリング１５と、チェックリング１５が当接するシート１８と、シート１８の後方にスクリュ本体１２の先端に向かって流れる樹脂の抵抗となる抵抗体１９とにより基本構成される。
スクリュ本体１２から送り出された溶融樹脂は、抵抗体１９により抵抗を受ける。このため抵抗体１９の上流側の樹脂圧力が上がり、これに伴い樹脂温或いは混練性が向上する。（特許文献２参照）

ところで、従来型の射出装置では、ミキシング部や抵抗体をスクリュヘッドとスクリュ本体との間に着脱自在に固定する構成のためスクリュ全体が長くなり射出装置の機長が長くなること、そして、既存装置との間に互換性を有しないという問題があった。
さらに、ミキシング部の突起物や抵抗体部で溶融樹脂が滞留し易く、色替えや樹脂替えに多くの樹脂量と時間とを要するという問題もあった。

特願平６−３０５９５６号公報特願平６−２３２３５９号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、射出成形機の射出装置において、既存装置との互換性を有し、溶融樹脂の滞留をなくして色替性と樹脂替性を向上させるとともに、溶融樹脂の温度ムラを改善した射出成形機の射出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の射出装置は、スクリュ本体と、該スクリュ本体の先端に螺合し小径部を設けたスクリュヘッドと、シート及びチェックリングで構成された逆流防止機構とを有する射出成形機の射出装置において、前記スクリュのメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトに直角方向に切断した前記スクリュ本体の溶融樹脂流路の断面積Ｓ１と、前記スクリュヘッドの小径部と前記チェックリングの内径との間で環状に形成される前記逆流防止機構の溶融樹脂流路の断面積Ｓ２との比率を、１対１．０〜２．０の範囲に設定し、前記スクリュ本体の外径と、前記環状に形成した溶融樹脂流路部を形成するチェックリングの長さの比率を、１対０．７〜１．２の範囲に設定したことを特徴とする。

スクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトに直角方向に切断した前記スクリュ本体の溶融樹流路の断面積Ｓ１と、スクリュヘッドの小径部とチェックリングの内径との間で環状に形成される逆流防止機構の溶融樹脂流路の断面積Ｓ２との比率を１対１．０〜２．０の範囲に設定したので、前記スクリュで可塑化されて溶融した樹脂が前記逆流防止機構の溶融樹脂流路を通過する際の流動抵抗が増大する。このため、前記逆流防止機構の溶融樹脂流路の入り口側の樹脂圧力、即ち、前記スクリュ本体の樹脂の吐き出し圧力（可塑化樹脂圧力）が上昇するとともに、流動抵抗の増大により可塑化した溶融樹脂温度ムラを無くして一定と為し、混練性が向上する。また、この構成は、樹脂流路に樹脂の流れを阻害する突起物を有しないので樹脂の滞留箇所がなく、色替性や樹脂替性が向上する。

前記スクリュ本体の外径と、前記環状に形成した溶融樹脂流路部との長さの比率を１対０．７〜１．２の範囲に設定したので、溶融樹脂は流動抵抗の増大に伴う剪断作用を受け樹脂温度の変化を無くし、混練性が向上する。
また、可塑化するときに背圧の設定を小さくすることができるので、可塑化能力が低下することがない。
そして、前記環状に形成した溶融樹脂流路部の断面積を樹脂入口側から樹脂出口側へ向かって漸増して変化するようにしたので、成形する樹脂の適応範囲を広くすることができる。

前記スクリュ本体の先端に螺合し小径部を設けたスクリュヘッドと、シート及びチェックリングで構成された逆流防止機構は、従来の逆流防止機構の長さ方向の範囲で達成することができるので、射出装置は既存設備との互換性を有する。

本発明の射出成形装置の射出装置の一実施例を示す説明図である。図１のＡ切断面の断面図である。図１のＢ切断面の断面図である。本発明の他の実施例を示す説明図である。従来の射出成形装置の射出装置を示す説明図である。従来の他の射出成形装置の射出装置を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係り、図１は本発明の一実施例の要部の説明図である。図２はスクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトを直角方向に切断した樹脂流路の断面形状を説明する図であり、図３は逆流防止機構における樹脂流路となる環状の断面形状を説明する図面である。図４は、本発明の他の実施例の要部の説明図であり、逆流防止機構の樹脂流路部となる環状の断面積がスクリュ側からスクリュヘッド側に向かって漸増する形態を示している。

図１に示すように、本発明の射出成形機の射出装置は、フライト１１を有するスクリュ本体１２、小径部１３を有しスクリュ本体の先端に着脱自在に螺合するスクリュヘッド１３、スクリュヘッド１４の小径部１４にスクリュ本体１２の軸方向に移動自在に配されたチェックリング１５、スクリュ本体１２の先端に配されスクリュヘッド１３に挟持されたシート１８により要部が基本構成される。

スクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトを直角方向に切断した樹脂流路部の断面積を算出するにあたり図１では、スクリュ本体１２の外径をＤｓ、フライト１１のピッチはＰ、フライト幅をｅ、メタリングゾーンにおける溝深さをｈ１で示している。
スクリュヘッド１３の小径部１４の外径ｄ１とチェックリング１５の内径Ｄ１は長さ方向に一定とし、チェックリング１５の内径とスクリュヘッド１３の小径部１４の外径で形成される環状の樹脂流路部の断面積はスクリュ側からスクリュヘッド側で変化することがない構成となっている。Ｌ２はチェックリング１５の全長寸法を示している。

本実施の形態において、スクリュヘッド１３の小径部１４の外径ｄ１およびチェックリング１５の内径Ｄ１は、逆流防止機構２０の樹脂入り口側から出口側に向かって一定の寸法で形成される。そして、溶融樹脂流路部を形成するチェックリング１５の軸方向長さＬ２をスクリュ本体１２の外径Ｄｓの０．７〜１．２の範囲に設定した。
チェックリング１５の長さＬ２がスクリュ本体１２の外径Ｄｓの０．７倍より小さい場合は、通過する溶融樹脂に作用する剪断作用が十分でなく樹脂温度のムラや混練ムラが発生する。一方チェックリング１５の長さＬ２がスクリュ本体１２の外径Ｄｓの１．２倍より大きい場合には、流動する溶融樹脂の流動抵抗が増大して逆流防止機構２０の溶融樹脂流路部の入り口側の樹脂圧力、即ち前記スクリュ本体１２の樹脂の吐き出し圧力（可塑化樹脂圧力）が増大して可塑化能力が低下する。また、溶融した樹脂の温度が上昇し所定の樹脂温度を得ることができない。

図２はスクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュ本体１２のフライト１１を直角方向に切断した樹脂流路の断面形状を示す図で、図１のＡ切断面の断面図である。溶融樹脂は、スクリュ本体１２の回転による輸送作用によりスクリュ本体１２の溝内をフライト１１に平行に流れる。図２に示すＳ１は、スクリュ本体１２のフライト１１と交差方向の溝の断面積であり、以下の（１）式にて算出することができる。
Ｓ１＝ｈ１×Ｌ１・・・（１）
［但し、ｈ１：メタリングゾーンにおける溝深さ（ｍｍ）
Ｌ１：メタリングゾーンにおけるスクリュのフライトを直角方向に切断した溝幅（ｍｍ）］

（１）式のメタリングゾーンにおけるスクリュ本体のフライトを直角方向に切断した溝
幅（ｍｍ）Ｌ１は、以下の（２）式にて算出することができる。
Ｌ１＝（Ｐ−ｅ）×ｃｏｓ^２α／２・・・（２）
［但し、Ｐ：フライトのピッチ（ｍｍ）
ｅ：フライト幅（ｍｍ）
α：フライトのリード角（度）］

（２）式のフライトのリード角αは、以下の（３）式にて算出することができる。
α＝ｔａｎ^−１｛Ｐ／（π×Ｄｓ）｝・・・（３）
［但し、Ｐ：フライトのピッチ（ｍｍ）
Ｄｓ：スクリュ本体の外径（ｍｍ）］

（３）式によりフライト１１のリード角αを算出し、該算出したαを（２）式に代入することでメタリングゾーンにおけるスクリュ本体１２のフライト１１を直角方向に切断した溝幅Ｌ１を得る。そして、（１）式を解くことによってスクリュ本体１２のフライト１１と交差方向の溝の断面積Ｓ１を求めることができる。

図３は、逆流防止機構２０における樹脂流路となる環状の断面形状を示す図であり、図１のＢ切断面の断面図である。スクリュ本体１２より送り出される溶融樹脂は、スクリュヘッド１３の小径部１４とチェックリング１５の内径とで形成される環状の断面積Ｓ２を流れてスクリュヘッド１３の前方に貯留されるのである。
図３に示すＳ２は、以下の（４）式により算出することができる。
Ｓ２＝π／４×（Ｄ１^２−ｄ１^２）・・・（４）
［但し、Ｄ１：チェックリングの内径（ｍｍ）
ｄ１：スクリュヘッド小径部の外径（ｍｍ）］

本発明において、上記（１）式で求めたスクリュ本体１２のフライト１１と交差方向の溝の断面積Ｓ１と（４）式で求めたスクリュヘッド１３の小径部１４とチェックリング１５の内径とで形成される環状の断面積Ｓ２との比率を１対１．０〜２．０の範囲に設定した。
断面積の比率が１．０より小さい場合は、前記逆流防止機構２０の溶融樹脂流路部の入り口側の樹脂圧力、即ち前記スクリュ本体の樹脂の吐き出し圧力（可塑化樹脂圧力）が増大して可塑化能力が低下する。また、溶融した樹脂の温度が上昇し所定の樹脂温度を得ることができない。
断面積の比率が２．０より大きい場合は、溶融した樹脂の温度が不均一となり、場合によっては未溶融な状態となり、溶融樹脂の混練性や温度ムラが発生し易くなる。

図４では、逆流防止機構２０の樹脂流路となる環状の断面積がスクリュ本体側からスクリュヘッド側に向かって漸増する実施形態を示している。
図４に示すように、チェックリング１５の内径Ｄ１は、逆流防止機構２０の樹脂入り口側から出口側に向かって一定の寸法で形成される。一方、スクリュヘッド１３の小径部１４の外径は、逆流防止機構２０の樹脂入り口側ｄ２から出口側ｄ３に向かって寸法が小さくなるようにテーパ状に形成される。図４に示すスクリュヘッド１３の小径部１４と前記チェックリング１５の内径との間で環状に形成される漸減して変化する逆流防止機構２０の溶融樹脂流路部の断面積Ｓ２は、樹脂の入り口側断面積と出口側断面積の相加平均として表す。この場合、スクリュヘッド１３の小径部１４の平均径は図１に示すｄ１に等しい。
図４は、図１に示す構成をスクリュヘッド１３の小径部１４の形状をテーパ状に形成したものであり、構成の詳細な説明は省略する。

図４に示す他の実施形態における逆流防止機構２０の溶融樹脂流路部の断面積Ｓ２は、以下の（５）式により算出することができる。
Ｓ２＝π／４×｛Ｄ１^２−（ｄ２^２＋ｄ３^２）／２｝・・・（５）
［但し、Ｄ１：チェックリングの内径（ｍｍ）
ｄ２：スクリュヘッドの小径部樹脂入口側外径（ｍｍ）
ｄ３：スクリュヘッドの小径部樹脂出口側外径（ｍｍ）］

前記逆流防止機構２０の溶融樹脂流路の断面積Ｓ２の漸減を樹脂の入口側から出口側に向かってスクリュヘッド１３の小径部１４の外径を変化させること構成としたが、これに限定されるものではなく、スクリュヘッド１３の小径部１４の外径を一定とし、チェックリング１５の内径を樹脂の入口側から出口側に向かって変化（大きくしていく）させる構成であっても良い。
また、チェックリング１５の全長に亘って漸減させるのではなく、テーパ部と外径寸法の一定部とを組み合わせ環状の断面積Ｓ２の相加平均がＳ１に対して１．０〜２．０の範囲に設定される構成であっても良い。

以上説明したように本発明の射出成形機の射出装置は、逆流防止機構の樹脂流路部断面積とスクリュ本体のフライトと交差する方向と交差方向のスクリュ溝断面積の比率を所定の範囲に設定するとともに、逆流防止機構のチェックリング長さも所定の長さに設定した。このために、可塑化中の溶融樹脂の温度ムラが変化しないように一定と為すようしたので、温度ムラと混練性を向上させ、成形品の不良率を低下させることができた。
又、樹脂の滞留する個所が少ないので、色替性や樹脂替性を向上させることができた。

１１フライト
１２スクリュ本体
１３スクリュヘッド
１４スクリュヘッドの小径部
１５チェックリング
１８シート
２０逆流防止機構
Ｓ１スクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトを直角方向に切断した樹脂流路の断面積
Ｓ２逆流防止機構の樹脂流路となる環状の断面積
Ｄｓスクリュ本体の外径
Ｄ１チェックリングの内径

Claims

スクリュ本体と、該スクリュ本体の先端に螺合し小径部を設けたスクリュヘッドと、シート及びチェックリングで構成された逆流防止機構とを有する射出成形機の射出装置において、
前記スクリュ本体のメタリングゾーンにおけるスクリュのフライトに直角方向に切断した前記スクリュ本体の溶融樹脂流路の断面積Ｓ１と、前記スクリュヘッドの小径部と前記チェックリングの内径との間で環状に形成される前記逆流防止機構の溶融樹脂流路の断面積Ｓ２との比率を、１対１．０〜２．０の範囲に設定し、前記スクリュ本体の外径と前記環状に形成した溶融樹脂流路部を形成するチェックリングの長さの比率を、１対０．７〜１．２の範囲に設定したことを特徴とする射出成形機の射出装置。