JP5453566B1 - 樹脂溶融射出装置における溶融器 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円錐状の溶融孔と同様な構成とした簡易な構成で且つ割安なる加工ができること。
【構成】樹脂溶融射出装置のシリンダ１内に収納される溶融器２であって、円柱状に形成された器本体部２１の長手方向に対して流入側大開口２２ａから流出側小開口２２ｂに連通する多数の溶融孔２２が形成され、該溶融孔２２は、流入側大開口２２ａから流出側小開口２２ｂになるように大径から小径に徐々になりつつ複数の円筒部２２ｃとして形成されると共に、流出側小開口２２ａは、複数の円筒部２２ｃにおいて端部側の該円筒部２２ｃ径よりも小径に形成され、流入側大開口２２ａからプラスチックペレットｐが流入して流出側小開口２２ｂから溶融樹脂ｑとして流出される構成としてなること。
【選択図】 図9

Description

本発明は、樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円錐状の溶融孔と同様な構成とした簡易な構成で且つ割安なる加工ができる樹脂溶融射出装置における溶融器に関する。

一般に、射出装置は、スクリュータイプ，プランジャタイプのものが存在する。その代表的なものとして、スクリュータイプでは、特開平６−２４６８０２号公報が、プランジャタイプでは、特公昭３６−９８８４号公報にそれぞれ開示されているように、主にシリンダとスクリューとから構成される。シリンダに設けられたホッパから投入されたペレットは、シリンダの内部でスクリューが回転することによって射出ノズル側に移送させられると共に、その移送過程で加熱されて溶融してゆく。そして、溶融した樹脂をノズルの先端に集め、それを射出し、金型に溶融樹脂を送る。

一般のプラスチックペレット（以下、単に『ペレット』という。）は、プラスチック（合成樹脂）製であり、その熱伝導率は約０．０７〜０．２０kcal/m・hr・℃である。これは、金属の熱伝導率の数百分の１から数千分の１であり、このようなことからペレットは、略断熱材と言える。したがって、ペレットを溶融するために、十分な溶融熱を与えても、熱がペレット内部（中心部）まで伝達しにくく、十分に加熱されるのに、かなりの時間がかかってしまう。

したがって、個々のペレットが十分に溶融されて、樹脂成形ができる状態となるまでは短時間ではできないものであった。そのためにシリンダ内で比較的長い時間をかけて、ペレットを溶融させなければならず、作業効率も良好とはいえないものであった。また、前記射出装置において、シリンダ投入した多数のペレットのそれぞれの固体が、加熱されてスクリューが回転することによって、噴射側に移動させるものであり、このとき多数のペレットの一部がシリンダ内壁に押し付けられる状態となる。

つまり、シリンダ内壁に押圧されることになる。そして、押圧される個々のペレットについても、その固体の表面の一部のみがシリンダ内壁に接触するものであり、個々のペレットの溶融は、ペレット固体が部分的に溶融するのみである。シリンダ内でスクリューによってこねられるペレットは、短時間でシリンダ内壁から離れてしまい、十分な加熱が行われず、ペレット固体は全体が溶融されず、大半のペレットは溶融部分と非溶融部分とが混ざり合った状態となる。

ペレットがスクリューによってシリンダ内壁に繰り返して押圧されることで、ペレットの完全な溶融が行われ、溶融したペレットがノズル付近に移送された場合でも、シリンダに貯留している樹脂の量は、１回の射出に必要な量の数十倍以上であり、無駄な量のペレットがシリンダ内に残留することになる。

また、溶融された樹脂がスクリューとシリンダの隙間を通過するときに、樹脂に機械的損傷を与える。特に、ガラス繊維入りのペレットを溶融する場合には問題が多く、スクリューが磨耗してしまう。また、それぞれのペレットがランダムに一部のみの溶融となるため、シリンダ内にいつまでも同じペレットが残留してしまうことは避けられない。そのために、シリンダ内のペレットにおける材料替えを行う際は、特に、作業が大変である。

このようなスクリュータイプに対してプランジャタイプのものが存在する。この種のものでは、構造が簡単で、且つ小型化にし易いものである。また、スクリューが磨耗するという欠点もプランジャタイプには存在しない。特公昭３６−９８８４号公報は、最も基本的な構造を有するプランジャタイプのものであり、主に多数の貫通孔を有する裁頭円錐状の加熱筒と、射出プランジャと、供給筒等から構成されたものである。そして、射出プランジャにより、合成樹脂原料が加熱筒に送り出され、射出が行われる。しかし、特公昭３６−９８８４号公報においても、種々の問題点を有している。

特公昭３６−９８８４号公報では、射出プランジャと、裁頭円錐状の加熱筒は、その対面する両者の直径が異なるもので、射出プランジャの直径が加熱筒の対面箇所の直径よりも一回り小さく形成されている。また、射出プランジャの先端と加熱筒と射出プランジャの先端部分と供給筒との間には、射出プランジャの先端の面積よりも広い容積の空隙室が存在する。

したがって、溶融した合成樹脂原料は、射出プランジャによって、一旦、前記空隙室に押出されるが、射出プランジャがさらに加熱筒側に移動しても、合成樹脂原料が加熱筒の貫通孔に効率良く流入することができないものであり、加熱筒に流入しないで空隙室に残留してしまうおそれが十分にある。そして、前記空隙部に残留した合成樹脂原料は、加熱筒の貫通孔に新たに送り出そうとする合成樹脂原料の障害となるおそれがある。また、新たに送り出そうとする合成樹脂原料と、長期間残留して劣化した樹脂とが混合されてしまうおそれも十分にある。

そのような裁頭円錐状の加熱筒及び射出プランジャの不都合な点を改良し、極めて良好にペレットの樹脂溶融工程と、溶融樹脂の射出工程が効率良くできる成形機における射出装置を、本願出願人は、特許文献３にて開発した。この特許文献３では、ペレットの集合体を、プランジャにて押圧するのみで、前記ペレットが、溶融器の多数の錐状孔を通過することで、ペレットが樹脂溶融できると同時に、溶融樹脂の射出ができるという画期的な発明を提供できたものである。

この発明では、ペレットを溶融させる溶融工程としては、加熱された溶融器の多数の錐状孔を所定の圧力にて通過することで、ペレットなる固体から出口から出たときに溶融樹脂となる。つまり、ペレットの材質、溶融樹脂の粘性、溶融温度、圧力、溶融速度、押出速度、流量等が関連して、溶融速度と射出速度とが同一となっている。すると、溶融速度で考慮するとかなり早く溶融できるものであるが、今度は、射出速度だけを考察すると、溶融速度と同じ時間となり、射出時間が遅いように感じられるものであった。

そこで、出願人は、加熱された溶融器の多数の錐状孔又は錐状に近似する孔を所定の圧力にて通過させて樹脂を溶融する溶融工程と、その後の溶融樹脂の射出工程とを分離した上で、射出工程の迅速化を図ることを実現することである。つまり、溶融工程と射出工程を繰り返し行うことで、該射出工程を溶融工程の時間に関係なく設定させることを開発したが、その溶融器の溶融効果は優れているが、加工がしにくく、割高になるなどの不都合な問題が生じていた。

特許第４８８００８５号公報

そこで、発明が解決しようとする課題（発明の目的）は、溶融効果は優れている溶融器と同様な効果を奏する溶融器であって、しかも比較的割安に成形加工ができる成形機における樹脂溶融射出装置における溶融器を提供することである。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円柱状に形成された器本体部の長手方向に対して流入側大開口から流出側小開口に連通する多数の溶融孔が形成され、該溶融孔は、前記流入側大開口としての大径円筒部が端部寄りまで形成され、且つ流出側にのみに前記流出側小開口が形成され、プラスチックペレットが前記流入側大開口から流入して前記流出側小開口から溶融樹脂として流出される構成としてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器としたことにより、前記課題を解決した。

請求項２の発明を、樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円柱状に形成された器本体部の長手方向に対して流入側大開口から流出側小開口に連通する多数の溶融孔が形成され、該溶融孔は、前記流入側大開口の大径から、前記流出側小開口の内径よりも大きく且つ前記流入側大開口の内径よりも小さい孔になるように端部側まで円錐形孔として形成され、端部のみが前記流出側小開口として形成され、プラスチックペレットが前記流入側大開口から流入して前記流出側小開口から溶融樹脂として流出される構成としてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器としたことにより、前記課題を解決した。

請求項３の発明を、請求項１又は２において、隣接する前記溶融孔の流入側大開口は断面円形に形成され、且つ該流入側大開口の入口箇所は皿状面取りがそれぞれ形成されると共に、隣接する流入側大開口の皿状面取り同士の境目となる部位が刃状として形成されてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器としたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明では、本件出願人が開発した溶融器において、円錐状の溶融孔と同様な作用を呈するにもかかわらず、殆ど大径の円筒部の加工となり、円錐状孔の孔加工に比較して割安な加工を提供でき、ひいては安価な溶融器を製造・販売することができ、樹脂溶融射出装置の販売力の一層の発展に寄与できる。

請求項２の発明では、請求項１の効果と同等の効果を奏する。請求項３の発明では、前記刃状の存在により、該刃状箇所で、ペレットが破砕され、細かく分離されることが多くなり、ペレットが前記流入側大開口により一層入り易くなり、ペレットの溶融を促進作用も呈し、溶融を一層良好にできる利点がある。その他は、請求項１及び２の効果と同等の効果を奏する。

（Ａ）は樹脂溶融射出装置の復路工程を示す縦断側面図、（Ｂ）は樹脂溶融射出装置の往路工程を示す縦断側面図である。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の初期位置の縦断側面図、（Ｂ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の中間位置の縦断側面図、（Ｃ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の終了位置の縦断側面図である。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の初期位置の要部縦断拡大側面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の中間位置の要部縦断拡大側面図、（Ｄ）は樹脂溶融射出装置の溶融工程の終了位置の要部縦断拡大側面図である。 (Ａ)はペレットが流入側大開口から流出側小開口に向かって溶融しながら移動する状態を示す錐状の溶融孔の拡大縦断側面図、 (Ｂ)はペレットが本発明の溶融器の流入側大開口から流出側小開口に向かって溶融しながら移動する状態を示す先が窄まる溶融孔の拡大縦断側面図である。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の射出工程の初期位置直後の縦断側面図、（Ｂ）は樹脂溶融射出装置の射出工程の中間位置の縦断側面図、（Ｃ）は樹脂溶融射出装置の射出工程の終了位置の縦断側面図である。 （Ａ）(Ｂ)及び（Ｃ）は本発明の溶融器の往復動時の溶融工程及び射出工程において、開閉弁の開閉動作状態図である。 (Ａ)は溶融器及び開閉弁箇所の拡大縦断側面図、(Ｂ)は(Ａ)の一部切除した分解斜視図、（Ｃ）は(Ｂ)の（ア）部拡大図、（Ｄ）は(Ａ)のＸ１−Ｘ１矢視断面図、(Ｅ)は開閉弁の別の実施形態の斜視図である。 （Ａ）は錐状の溶融孔が四角形状で形成された別の実施形態の溶融器の一部切除した斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の先端箇所において刃状に形成された部位の状態図である。 (Ａ)は本発明の第１実施形態の溶融器及び開閉弁箇所の拡大縦断側面図、（Ｂ）は本発明の第２実施形態の溶融器及び開閉弁箇所の拡大縦断側面図である。 (Ａ)は本発明の第３実施形態の溶融器及び開閉弁箇所の拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の溶融器の上部の一部斜視図、（Ｃ）は(Ｂ)のＸ2−Ｘ2矢視拡大断面図、（Ｄ）は(Ｃ)のＹ1−Ｙ1矢視拡大断面図ある。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の出口部材におけるＨ字形状の長尺製品を製造するダイスの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ3−Ｘ3矢視拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ4−Ｘ4矢視拡大断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＸ5−Ｘ5矢視拡大断面図、（Ｅ）は（Ａ）のＸ6−Ｘ6矢視拡大断面図である。 （Ａ）は、ペレット供給口にシャッタ機構を設けてペレットを供給している状態の樹脂溶融射出装置の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）においてシャッタ機構のシャッタ板を動作し始めた瞬間の樹脂溶融射出装置の縦断側面図、（Ｃ）は（Ｂ）においてシャッタ機構のシャッタ板が動作完了しで閉鎖した状態の樹脂溶融射出装置の縦断側面図、（Ｄ）はシャッタ機構箇所の一部切除した斜視図である。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の射出装置において２組の溶融器と往復動杆を並列配置した状態の略示斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ7−Ｘ7矢視拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ8−Ｘ8矢視拡大断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＸ9−Ｘ9矢視拡大断面図。 （Ａ）は樹脂溶融射出装置の射出装置において３組の溶融器と往復動杆を並列配置した状態の略示斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ10−Ｘ10矢視拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ11−Ｘ11矢視拡大断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＸ12−Ｘ12矢視拡大断面図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。まずは、樹脂溶融射出装置について説明し、後に、本発明の溶融器２について説明する。該溶融器２であっても、本発明に該当しないものも存在する。このため、溶融器２としての基本要素について説明し、本発明に該当する主要な要素を説明する。前記樹脂溶融射出装置は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、主にシリンダ１と、ペレットｐ，ｐ，…を溶融する溶融器２と、該溶融器２を往復動させる駆動手段３と、加熱手段４とから構成されている。

前記シリンダ１の端には出口部材５が、この内部には、往復動する前記溶融器２と塞ぎ部６がそれぞれ設けられている。該塞ぎ部６は、実施形態では、板状に形成されているが、前記シリンダ１の内面を塞ぐことができれば、球面状をなしても、実施形態に制限されない。前記駆動手段３には往復動杆３４が設けられている。前記シリンダ１の軸方向（又は長手方向ともいい、図１(Ａ) 及び（Ｂ）において、上下方向）の一端側（図１において下端）に前記出口部材５が装着され、軸方向（長手方向の上端）他端側[図１(Ａ)において上端]には前記塞ぎ部６が内臓されている。さらに、軸方向（長手方向の上端）他端側[図１(Ａ)及び（Ｂ）において上端]には筒状ケース１３を介して前記駆動手段３が装着され、該駆動手段３によって前記溶融器２が往復動するように構成されている(図１及び図２参照)。

前記シリンダ１の材質は、加熱が迅速に行われることが必要であり、鉄又は鉄の含有量の多いステンレスなどが好適である。該シリンダ１は、細長く形成されたシリンダ本体部１１と、前記塞ぎ部６寄りに形成されたペレット供給口１１ａから接続された管状の供給管１２とで構成されている。該供給管１２には、ペレットｐ，ｐ，…を溜めておくホッパ８に連通するように構成されている。前記供給管１２は、前記シリンダ１に一体化された部分と適宜弧状に形成されたパイプとで結合されている。前記シリンダ本体部１１は円筒状の部材であり、その内方側は内周側面部１１ｂによって包囲された略円柱状の空隙を有する。

前記シリンダ本体部１１の肉厚寸法は、約２ｍｍ程度のものが好ましい。前記ホッパ８には、多数のペレットｐ，ｐ，…が投入可能であり、投入されたペレットｐ，ｐ，…は、供給管１２を通して前記ペレット供給口１１ａからシリンダ本体部１１内に送り込まれる〔図２（Ａ）参照〕。また、特に図示しないが、供給管１２にスクリュー搬送又は空気圧装置を具備して、ペレットｐ，ｐ，…を強制的に投入することもある。前記シリンダ１の断面は、円形をなしているが、僅かに円が変形して楕円状となる場合もある。この場合には、これと同一形状の溶融器２が回転等することなく、正確な往復動が可能となる。

前記シリンダ本体部１１の軸方向（長手方向）の一端側（下端）には、ノズル部５１又はダイス５２等の出口部材５が装着されている。該出口部材５は、前述したようにノズル部５１及びダイス５２（図１１参照）が存在する。前記ノズル部５１は、本発明の射出装置と共に使用する金型に合わせて射出部分の口径を変更させるように交換可能に構成されている。前記ノズル部５１は、射出口５１ａと接続部５１ｂとから構成される〔図１（Ａ）参照〕。

前記射出口５１ａは、シリンダ本体部１１の内径よりも狭く形成されたもので、図示されない金型のゲートに挿入する部位である。前記ノズル部５１の接続部５１ｂと、シリンダ本体部１１とは、図示しないが、螺子構造（外螺子，内螺子）による構成で着脱自在となっている。前記ノズル部５１の材質は、熱伝導の良いものが好適で、具体的には、ベリリウム銅又は銅が望ましい。

前記ダイス５２は、樹脂製長尺物（材）を製造するものである。該ダイス５２は、前記ノズル部５１を外してシリンダ１の溶融器２付近に近接するようにシリンダ１に直接、装着するものであり、図１１に示すように、例えば、適宜の形状の成形孔５２ａが形成されたものである。該成形孔５２ａの具体的な形状としては、「Ｈ」字形状等であるが、その他の形状として、「Ｌ」字形状，四角，三角，円又はその他の多角形状等が存在する。

前記成形孔５２ａは、ダイス５２のシリンダ１への装着側では、円形状の開口として形成され、溶融樹脂ｑが流入し易い状態となっている。そして、成形孔５２ａは、ダイス５２の吐出開口側に向かうに従い所望の形状に近くなるように形成されている。具体的に、「Ｈ」字形状の樹脂製長尺材が形成される成形孔５２ａでは、該成形孔５２ａはシリンダ１への装着側から外方側に向かうに従い、円形から次第に「Ｈ」字形状となるように形成される〔図１１（Ｂ）乃至（Ｅ）参照〕このように、ダイス５２は、長尺な樹脂製の形材を製造する役目をなすものである。つまり、断面形状が同一な長尺物を製造することができる。

前記溶融器２について説明する。該溶融器２であっても、本発明に該当しないものも存在するため、ますは、溶融器２としての基本要素について説明する。該溶融器２は、略円筒形状形成された器本体部２１に多数の溶融孔２２，２２，…が形成されたものである（図１，図５及び図７等参照）。前記器本体部２１の材質は、熱容量が大きく、且つ熱伝導の良いものが好適である。具体的には、銅又はベリリウム銅が使用される。前記器本体部２１は、前記シリンダ１のシリンダ本体部１１内部で、往復動可能に構成され、常時には、前記出口部材５寄りに位置するように配置されている〔図１（Ａ）参照〕。

前記溶融器２の器本体部２１は、前述したように円筒形状に形成されたものであり、該器本体部２１において前記塞ぎ部６と対面する側で且つ多数のペレットｐ，ｐ，…が流入してくる側の面を流入側面部２１ａと称する。該流入側面部２１ａと反対側の面で前記出口部材５と対面し、溶融樹脂ｑが流出する側の面を流出側面部２１ｂと称する。

また、前記器本体部２１の外周側面を円周側面２１ｃと称する。前記器本体部２１は、前述したように円筒形状であり、流入側面部２１ａの直径Ｄ2ａと、流出側面部２１ｂの
直径Ｄ2ｂとは、円周側面２１ｃは、軸方向に沿っていずれの位置も同一直径となる正確
な円筒形状である〔図７（Ａ）参照〕。また、図１〜図６における溶融器２についても、上記の正確な円筒形状としたものである。

すなわち、

である〔図７（Ａ）参照〕。

次に、前記溶融孔２２は、器本体部２１の軸方向（長手方向）に沿って形成されたものである（図１〜図６参照）。該溶融孔２２の形状又は構成によって本発明の場合と、本発明に該当しない場合がある。この該当しない例として、該溶融孔２２として、断面形状が広い形状から狭い形状となるように形成され、円錐或いは角錐等の空隙を有する孔である〔図７（Ｂ），（Ｃ）及び図８（Ａ），（Ｂ）参照〕。

前述したように、溶融孔２２は、錐体状の空隙を有する孔であるために、該溶融孔２２の両端の開口の大きさは異なり、該溶融孔２２の大開口側は、ペレットｐ，ｐ，…が流入する流入側大開口２２ａと称する〔図４（Ａ），（Ｂ），図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照〕。また、前記溶融孔２２の小開口側を流出側小開口２２ｂと称する〔図４（Ａ），図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照〕。つまり、溶融孔２２は、流入側大開口２２ａから流出側小開口２２ｂに連通する通路であり、流入側大開口２２ａから流出側小開口２２ｂに向かって次第に断面が狭くなる。

そして、流入側大開口２２ａは、器本体部２１の流入側面部２１ａ側に位置し、前記塞ぎ部６に対面（又は対向）する〔図１（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。また、流出側小開口２２ｂは流出側面部２１ｂに位置し、出口部材５に対面（又は対向）する〔図１（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。以上述べたように、溶融器２の流入側面部２１ａには、多数の溶融孔２２，２２，…の流入側大開口２２ａ，２２ａ，…が配置されたものであり、前記流入側面部２１ａは、前記塞ぎ部６に対面して流入側大開口２２ａにペレットｐ，ｐ，…が流れ込むので、溶融器２の流入側と称する。

また、前記溶融器２の流出側面部２１ｂには、多数の溶融孔２２，２２，…の流出側小開口２２ｂ，２２ｂ，…が配置されたものであり、前記流出側面部２１ｂは、出口部材５側に対面して流出側小開口２２ｂからペレットｐ，ｐ，…が溶融した溶融樹脂ｑを流出させるので、溶融器２の流出側と称する。そして溶融器２の流入側及び流出側に向かっての溶融状態については図４(Ａ)及び(Ｂ)に示されている。

前記溶融孔２２を円錐形状の孔とした場合では、軸方向（長手方向）に沿って、それぞれの直交する箇所の断面形状は円形状である〔図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照〕。そして、溶融孔２２の流入側大開口２２ａは、１個のペレットｐ全体が入り込む大きさであり、少なくとも該ペレットｐの一部（一部分）が入り込むような大きさとしている。流入側大開口２２aの具体的な大きさは、ペレットｐ，ｐ，…が容易に入り易いような直径で、約３〜４ｍｍ程度である。

流出側小開口２２ｂは、ペレットｐ，ｐ，…が溶融して液化した溶融樹脂ｑとなるような直径は約１〜１．５ｍｍ程度である。溶融孔２２は、その軸方向（長手方向）に沿った断面形状が略テーパー形状である。つまり、軸方向（長手方向）に沿って錐状であり、角錐状とした場合には、四角錐形状としたり、或いは三角錐形状とすることもある。また、四角錐形状と円錐形状を組合わせたタイプも存在する（図８参照）。このタイプの溶融孔２２では、円錐形状の溶融孔２２の流入側大開口２２ａを三角形以上の多角形状とし、流出側小開口２２ｂを円形状としたものである。

さらに具体的には、錐状の溶融孔２２の流入側大開口２２ａが略正方形に形成され、隣接する流入側大開口２２ａ，２２ａ同士の間隔が最小限となるように形成された実施形態も存在する〔図８（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。この実施形態では、隣接する流入側大開口２２ａ，２２ａの境目となる部位が刃状として形成されることになり〔図８（Ａ）参照〕、集合する流入側大開口２２ａ，２２ａ，…が格子形状に構成される〔図８（Ａ）参照〕。また、略多角形状とした流入側大開口２２aは、前述したように正方形等の四角形の他に、三角形，六角形等の形状も存在し、隣接する流入側大開口２２a，２２ａ同士の縁が平行且つ直線状となるものが好ましい。

このように、流入側大開口２２ａを略正方形状とし、多数の流入側大開口２２ａ，２２ａ，…によって略格子状を構成されている〔図８（Ａ）参照〕。さらに、隣接する流入側大開口２２ａ，２２ａの境目が、図８（Ｂ）に示すように、刃状となるように構成されることで、各流入側大開口２２ａの周縁は鋭利な形状となり、流入側大開口２２ａに入り込もうとするペレットｐ，ｐ，…が刃状部位に引っ掛かると、前記塞ぎ部６に押圧されるペレットｐ，ｐ，…群による押圧力によって、細かく破断され、流入側大開口２２ａにより一層入り易い状態となる。

図９(Ａ)及び(Ｂ)は、本発明に該当する前記溶融器２である。該溶融器２の溶融孔２２は、先が窄まる溶融孔として形成されている。図９(Ａ)は、本発明の第１実施形態の溶融器２であって、前記溶融孔２２の前記流入側大開口２２ａから前記流出側小開口２２ｂになるように、大径から小径に徐々になりつつ複数の円筒部２２ｃ，２２ｃとして形成され、端部が円筒部２２ｃが前記流出側小開口２２ｂに該当したり、或いは、端部のみが前記流出側小開口２２ｂとして形成されている〔図９（Ａ）参照〕。

図９(Ｂ)も、本発明の第２実施形態の溶融器２であって、先が窄まる溶融孔２２として形成されている。前記流入側大開口２２ａから前記流出側小開口２２ｂになるように、大径から中間径程度の直径となるような円錐形孔が形成され、端部のみが前記流出側小開口２２ｂとして形成されている。

図１０(Ａ)も、本発明の第３実施形態の溶融器２であって、先が窄まる溶融孔２２として形成されている。前記流入側大開口２２ａから前記流出側小開口２２ｂになるように、前記流入側大開口２２ａとしての大径円筒部２２ｄが端部寄りまで形成され、且つ端部のみに前記流出側小開口２２ｂが形成されている。

図１０(Ｂ)においては、前記溶融孔２２の流入側大開口２２ａは、断面円形に形成され、且つ該流入側大開口２２ａの入口箇所は皿状面取り２２a１がそれぞれ形成されると共に、隣接する流入側大開口２２ａの皿状面取り２２a１，２２a１同士の境目となる部位が刃状２２ｓとして形成されることもある。該刃状２２ｓの存在により、該刃状２２ｓ箇所で、ペレットｐが破砕され、細かく分離されることが多くなり、ペレットｐが流入側大開口２２ａにより一層入り易くなり、ペレットｐの溶融を促進作用も呈する。

前記駆動手段３は、減速機付きのモータ駆動部３１，ピニオンギア３２及びラック軸３３とから構成されている。或いは、図示しないが、減速機付きのモータ駆動部３１と、ボールねじとボールねじナット駆動との駆動によりロッドが往復動する駆動手段３も存在する。前記ラック軸３３の先端又は前記ロッド端には、往復動杆３４が連結されている。

該往復動杆３４が、前記塞ぎ部６の略中央に貫通され、その先端が前記溶融器２に接続されている。前記ラック軸３３は、前記シリンダ１の後部に、ねじ環１４によって接続された前記筒状ケース１３にて覆われており、前記モータ駆動部３１のモータケース３８に固定されている。前記往復動杆３４は、鉄又はステンレス製等で構成されている。

前記モータ駆動部３１は、ブラシレスモータ又はステッピングモータ等で構成され、高精度の駆動制御が可能であり、且つペレットの材質等を考慮して、溶融工程の時間と、溶融樹脂ｑの射出工程の時間とを分離させて制御できる。その結果、樹脂を溶融できる十分な時間を確保すると共に、その溶融樹脂ｑの射出工程を極めて迅速で且つ短時間に効率良くできる。

例えば、溶融工程時間を約３０乃至約６０秒とし、溶融樹脂の射出工程時間を約１秒程度とすることによって、射出工程時間を極めて迅速で且つ短時間に効率良くできる最大の利点がある。特に、前記ブラシレスモータは、溶融工程時間を長くし、射出工程間を短くするとき等のように異なる時間帯を、任意に且つ正確に制御するのに好適である。

加熱手段４は、前記シリンダ本体部１１の外周面から前記溶融器２を加熱する構成部材であり、該溶融器２への熱伝導性が良好となるように筒状に構成されている。具体的には、ＩＨヒータ等が巻き線状に構成されたもので十分な熱量が得られる。

前記加熱手段４は、シリンダ１のシリンダ本体部１１内において往復動する溶融器２を加熱する役目をなす。加熱手段４は、具体的には、電磁誘導装置つまりＩＨ（インダクションヒーティング）コイルが好適であり、樹脂又はセラミック製の断熱材コイルボビンにＩＨコイルを巻いたものである。

ＩＨコイルとシリンダ本体部１１の外周側面との間隔が最適になるようにボビンの形状が設定されている。入力電力は、制御装置により０乃至１Ｋｗまで可変可能としたものが好適である。前記シリンダ１には、熱電対が取り付けられており、シリンダ１の温度を設定値にすることができるようになっている。また加熱手段４の別のタイプとして、バンドヒーターが使用されることもある。さらに、加熱手段４は、前述したものに限定されるものではなく、その他の本発明に使用可能な加熱装置であれば何れのものが使用されても構わない。

前記加熱手段４は、前記シリンダ本体部１１に固定状態にセットされているが、前記溶融器２の熱容量的には、駆動手段３にて往復動しても、十分に熱源を保つようにできる。これは、常時は、図１(Ａ)位置、即ち、出口部材５箇所に近づいた定位置としてセットされていることによる。ペレット貯留領域Ｗ内において、前記溶融器２が復路に動いて（溶融工程）も、その状態から直ぐに、往路に動く（射出工程）ことになり、溶融器２は、加熱状態が簡単には冷えず、十分な加熱量を得ることができ、所定の温度を保持することができる。

また、前記溶融器２については、断熱処理が必要に応じて設けられている。この点について具体的に説明する。前記溶融器２の流入側面部２１ａ及び流出側面部２１ｂの中心を通る中心貫通孔２１ｄ内に、前記駆動手段３の往復動杆３４が遊挿されている。つまり、前記中心貫通孔２１ｄの内径が、前記往復動杆３４の直径よりも僅かに大きく形成され、接触しないように構成されている。さらに、前記溶融器２の流入側面部２１ａ及び流出側面部２１ｂの中心位置に、それぞれ凹部２１ａ１及び２１ｂ１が形成されている。

該凹部２１ａ１及び２１ｂ１には、セラミック製又はポリイミド製等の断熱材或いはステンレス製で円板状の支持片２５，２５が配置されつつ、前記往復動杆３４に固定されている。具体的には、一方の支持片２５が前記往復動杆３４に挿入された後に、該往復動杆３４の先端側が前記溶融器２の中心貫通孔２１ｄに貫通される。そして、前記一方の支持片２５が前記溶融器２の流入側面部２１ａの凹部２１ａ１に配置される。

この状態にて、他方の支持片２５及び円板７１が挿入されたカラー部材７２が前記往復動杆３４に形成された先端側細径部３４ａに挿入される。前記カラー部材７２は、鉄又はステンレス製等で構成されている。さらに、前記往復動杆３４の先端側細径部３４ａのねじ部３４ｂにナット３４ｃが螺合されて該往復動杆３４に前記溶融器２が固定される。つまり、前記溶融器２は、直接には前記往復動杆３４に接触しないで、前記支持片２５，２５を介して前記往復動杆３４に固定されるものである。このため、該往復動杆３４には、前記溶融器２の熱伝導は、殆ど無い状態にできる。つまり、熱遮断状態にできる。

これらの構造によって、溶融器２に発生する熱源は、前記シリンダ１の内部の金属製（主に、ステンレス製等）の往復動杆３４に熱伝導しないように構成されている。以上のように、前記溶融器２の断熱の目的としては、溶融の際に溶融器２の熱量がペレットｐ，ｐ，…の溶融にのみに使われるようにすることである。そのために、前記溶融器２と前記往復動杆３４との間に断熱材（支持片２５又は筒状カラー３５）が介在されている。

特に、前記溶融器２の流出側小開口２２ｂの孔径が流入側大開口２２ａに対して格段と小さい場合[図６(Ａ)〜（Ｃ）参照]、例えば、約１ｍｍ内外の場合には、駆動手段３による往路工程によって、溶融樹脂ｑを出口部材５を介して押圧しても、前記溶融器２の流出側面部２１ｂの表面積が全流出側小開口２２ｂの面積よりも格段と大きく、該全流出側小開口２２ｂの孔部から逆流する溶融樹脂ｑの割合は極端に少なくなって、押圧されて出口部材５から溶融樹脂ｑを良好に射出できる。このように、前記溶融器２に開閉弁７を設けなくとも、溶融樹脂ｑの射出工程を行うこともある。

前記溶融器２の内部構造としては、開閉弁７が必要に応じて設けられている（図１，図２及び図５等参照）。つまり、前記溶融器２の流入側大開口２２ａ又は流出側小開口２２ｂを復路工程では開き、前記溶融器２の流入側大開口２２ａ又は流出側小開口２２ｂを往路工程では閉じるようにした開閉弁７が設けられている。

具体的には、該開閉弁７は、往路工程の時に、前記溶融器２の先端側を閉鎖したり、或いは、復路工程の時に、解放するように構成されている。具体的には、前記開閉弁７は、円板７１と、鍔７３付きカラー部材７２とから構成されている。該鍔７３付きカラー部材７２が、前記溶融器２の流出側面部２１ｂの前面に位置し、前記溶融器２の中心を貫通された前記往復動杆３４の先端部に、前記カラー部材７２を介して、前記鍔７３と前記流出側面部２１ｂとの間で、僅かに前後動可能に設けられている。

前記円板７１の直径Ｄ7は、前記流出側面部２１ｂの直径Ｄ2ｂよりも小径に形成されている〔図７（Ａ）参照〕。
つまり、

である。これは、復路工程の時に、溶融樹脂ｑが前記開閉弁７の外縁より流れやすくするためである。

前述の構成を簡単に説明すると、前記開閉弁７は、前記出口部材５と前記溶融器２との間に設けられると共に、前記溶融器２の流出側小開口２２ｂに対して接離する円板７１としてなり、該円板７１は前記溶融器２の直径よりも小径に形成されて構成されている。

前記開閉弁７における円板７１には、図７（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、多数の貫孔７１ａが形成され、該貫孔７１ａは前記溶融器２の流出側小開口２２ｂの位置とは不一致するように形成されてなると共に、前記円板７１に突設された案内ピン７１ｂが前記溶融器２に形成された穴部２１ｐ間に遊挿可能に構成されている。

前記開閉弁７の別の実施形態では、図７(Ｅ)に示すように、円板７１において、多数の貫孔７１ａを全く無くして形成されている。すなわち、孔無しの円板７１のみであって、該円板７１は前記溶融器２の直径よりも小径に形成されている。この実施形態の場合には、復路工程の時に、溶融樹脂ｑ全てが前記開閉弁７の外縁より流れる。

前記開閉弁７付き前記溶融器２が射出工程時において、金型内に、溶融樹脂ｑを注入する際には、特に、出口部材５内の溶融樹脂ｑも高圧になることもあって、逆流することもあるため、前記開閉弁７が、圧縮バネとしての弾性体７５にて常時弾力圧するように構成されている。

前記開閉弁７の円板７１の別の実施形態は、図示しないが、前記溶融器２の前記流出側面部２１ｂの直径Ｄ2ｂと同等に形成され、前記円板７１の円周縁の複数個所（例えば４
箇所当分）に、溶融樹脂ｑが流出する切欠きが形成されることがある。該切欠きはＵ字状、コ字型状等に形成されている。

図１０(Ａ)に示す前記カラー部材７２は、内筒側には、前記先端側細径部３４ａのねじ部３４ｂに螺合する内螺子が形成されている。このため、前記カラー部材７２が前記先端側細径部３４ａに螺合されることで、図７(Ａ)に示すように、ねじ部３４ｂにナット３４ｃが螺合されないで、前記往復動杆３４に前記溶融器２が固定される。

このようなカラー部材７２と開閉弁７との構成によって前記円板７１がカラー部材７２の鍔７３と溶融器２の面との間で僅かではあるが接離可能に構成されている。具体的には、円板７１の板厚ｔとすると、鍔と溶融器の面との間は、板厚ｔ＋αとなっており、該αの範囲内において、接離する動きを呈する〔図７（Ａ）参照〕。これは、圧縮バネとしての弾性体７５を設けた場合でも同様な動きをなすものである。

以下、ペレットの溶融工程及び理論について説明する。まず、溶融工程前段階では、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように、シリンダ１内のペレット貯留領域Ｗに、ペレット供給口１１ａからペレットｐ，ｐ，…が溶融器２の流入側面部２１ａ手前側に貯留されている。前記シリンダ１内における射出工程が終了したときの前記溶融器２の後部と前記塞ぎ部６との間に前記ペレット貯留領域Ｗが設けられ、該ペレット貯留領域Ｗの後部位置に前記ペレット供給口１１ａが設けられている。

そして、溶融工程がＯＮされると、駆動手段３による復路工程によって、ペレット貯留領域Ｗ内に入っている多数のペレットｐ，ｐ，…は、図２（Ｂ）及び図３(Ｂ)に示すように、前記溶融器２の流入側面部２１ａと前記塞ぎ部６との間で圧縮されて、前記ホッパ８側に戻ろうとする作用もなすが、実際には、多数のペレットｐ，ｐ相互間には押圧力ｆ，ｆ，…が発生して押出状態となり、多数の流入側大開口２２ａ，２２ａ，…から溶融孔２２，２２，…内に入り込むようにして流入する〔図２（Ｂ），図３（Ｂ），図４（Ａ）参照〕。流入側大開口２２ａは、前述したように、各ペレットｐの少なくとも一部（一部分）が入り込む大きさである。

通常は、流入側大開口２２aは、平均的なサイズのペレットｐ全体が流入側大開口２２aから入り込む程度の大きさとしている〔図４（Ａ）参照〕。溶融孔２２，２２，…内に入り込んだそれぞれのペレットｐ，ｐ，…は、あとから流入するペレットｐ，ｐ，…によって、流出側小開口２２ｂ側に押圧され、溶融器２は、加熱手段４を介してペレットｐを溶融する温度に維持されている。

したがって、流入側大開口２２aから入り込んだペレットｐは、流入側大開口２２aから流出側小開口２２ｂに向かって移動するに従いペレットｐ中心部に向かって溶融する〔図４（Ａ）参照〕。ペレットｐは、流入側大開口２２aに入り始めた初期の状態でペレット
ｐの周囲が溶融孔２２の内周壁面に略均等に囲まれた状態となるように設定されている。

そして、ペレットｐは、溶融孔２２を流出側小開口２２ｂ側に向かって移動するに従い、溶融されつつ、サイズが次第に縮小されてゆく〔図４（Ａ）参照〕。ペレットｐが流出側小開口２２ｂ側に向かって溶融しながら移動しても、溶融孔２２も次第に狭くなっているので、溶融して縮小されたペレットｐの周囲は均等に囲まれた状態を維持している。それゆえに、ペレットｐの溶融は、迅速に行われてゆく。

つまり、個々のペレットｐの周囲は、溶融孔２２の内壁面に略均等に囲まれ、常に内壁面に近接又は当接された状態を維持する〔図４（Ａ）参照〕。そして、ペレットｐの溶融が進むに従い、さらに溶融孔２２の狭い部分に進行し、ペレットｐの溶融を促進させる。しかも、溶融孔２２の内部でペレットｐは溶融して液化しているので、後から送り込まれたペレットｐは、既に液化した溶融樹脂ｑの熱によって溶融がさらに促進される〔図４（Ａ）参照〕。

また、図９(Ａ)及び(Ｂ)に示す本発明のように、円筒部２２ｃ，２２ｃなどの存在にて先が窄まる溶融孔２２として形成した場合には、該溶融孔２２の出口側では、前記ペレットが押圧されつつ加熱力による溶融にて、円錐状の溶融孔２２と同様な作用を呈することができる。このような段階的な形成では、円錐状加工に比較して割安な加工を提供できる。

さらに、図１０(Ａ) に示す本発明のように、前記流入側大開口２２ａとしての大径円筒部２２ｄが端部寄りまで形成され、且つ流出側にのみに前記流出側小開口２２ｂが形成されていることにより、ペレットが奥側では押圧されつつ加熱力による溶融にて、円錐状の溶融孔と同様な作用を発揮させることができる〔図４（Ｂ）参照〕。このような孔加工でも、割安なる加工ができる。

このようにして、ペレットｐは、溶融孔２２の流入側大開口２２aから流出側小開口２
２ｂに向かうにしたがい、溶融が進み、流出側小開口２２ｂ付近又これより手前位置では溶融を完了して、完全に液状化する〔図３（Ｃ），図４（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。ペレットｐは、この完全に液状化された溶融樹脂ｑとなって、流出側小開口２２ｂから図２（Ｃ）に示すように、前記シリンダ１内に貯留される。

以上述べたように、駆動手段３による復路工程によって、ペレット貯留領域Ｗ内に入っている多数のペレットｐ，ｐ，…相互間に押圧力ｆ，ｆ，…が発生して圧縮されて、溶融孔２２の流入側大開口２２ａより入り込んだペレットｐは、流出側小開口２２ｂに向かう過程において、常に溶融孔２２の内周壁面に包囲された状態である。それゆえに、加熱手段４を介して、ペレットｐの溶融が行われ、図２（Ｃ）に示すように、ストローク量Ｌで押圧が終了するとともに、前記溶融器２の下側のシリンダ１内に溶融樹脂ｑが貯留される。また、前記ストローク量Ｌは、前記ペレット貯留領域Ｗと同等になることもある。

多数のペレットｐ，ｐ，…は、殆ど必要な量のみを溶融できるので材料がシリンダ本体部１１内で長時間熱的、機械的ストレスに晒されることがない。よって、品質の良い樹脂成形品ができる。また、本発明おける射出装置は、溶融効率が高く、必要以上の材料を投入する必要がないので装置全体が小型になり、省電力、省資源である。また、射出直前の溶融最終過程で射出適正温度かつ最高温度となることで樹脂の高温状態を最低時間に短縮できるということも品質の良い樹脂成形ができるものである。

以上の説明では、多数のペレットｐが前記ペレット供給口１１ａから連続して供給される構造としていたが、図１２に示すように、所定量のペレットｐが供給される構成とすることもある。具体的には、シャッタ機構９が設けられている。該シャッタ機構９は、シャッタ板９１と、該シャッタ板９１を上下駆動させるソレノイド等の駆動源９２とから構成されている。

前記シャッタ板９１の下端部が、前記供給管１２の根元部に形成された溝部１２ａに挿入されて前記ペレット供給口１１ａが塞がれ、前記供給管１２内に流下する多数のペレットｐの流れを遮断するように構成されている。このようなシャッタ機構９の場合には、多数のペレットｐの流れ速度と流れ時間とを考慮して前記シャッタ板９１を開閉する時間とを制御することにより前記ホッパ８から供給されたペレットｐを適宜の量に制御できる。

このようにペレットｐの所望の溶融量を溶融及び射出させることで、これらを整然と作業できる効果がある。図１２に示した構成の塞ぎ部６は、前記シリンダ１の内径に合致する、金属製の内部固定シリンダ６ａの下端に固着された肉厚のテフロン（登録商標）等の硬質合成樹脂製を成しており、組付性及び構成の簡易性等を良好にできる。また、前記シリンダ１も、前記モータ駆動部３１のケース３８の位置まで一体形成されることもある。

本発明の溶融器２及び駆動手段３の往復動杆３４は、複数組が具備されることもある。すなわち、本発明において、通常では、１個の溶融器２と、１個の駆動手段３の往復動杆３４とが対をなして、１組とし、シリンダ１には１組の溶融器２と往復動杆３４とが装着されている〔図１（Ａ）参照〕。これに対して、一つのシリンダ１に溶融器２と往復動杆３４の組が複数組の装着される実施形態が存在する（図１３，図１４参照）。これら複数組はシリンダ１内に並列配置される〔図１３（Ａ），図１４（Ａ）参照〕。

まず、シリンダ１内に、溶融器２と往復動杆３４の組を２組とした実施形態について説明する（図１３参照）。この実施形態では、シリンダ１に２つの空隙部１１ｃ，１１ｃが並列状態に形成される。そして、両空隙部１１ｃ，１１ｃに溶融器２と往復動杆３４とからなる組が並列してそれぞれ装着される〔図１３（Ａ）乃至（Ｃ）参照〕。

前記ホッパ８は両空隙部１１ｃ，１１ｃに連結している〔図１３（Ｂ）参照〕。そして、シリンダ１の出口部材５装着側付近では、両溶融器２，２の流出側面部２１ｂ，２１ｂがシリンダ１内で露出し、両溶融器２，２からの溶融したペレットｐ，ｐ，…が混じり合い、出口部材５から溶融樹脂ｑを外部に送り出すことができるようになっている〔図１３（Ｄ）参照〕。

次に、シリンダ１内に、溶融器２と往復動杆３４の組を３組とした実施形態について説明する（図１４参照）。この実施形態では、シリンダ１に３つの空隙部１１ｃ，１１ｃ，…が三角形状（又はおむすび形状）となるように並列状態に形成される。そして、全空隙部１１ｃ，１１ｃ，…に溶融器２と往復動杆３４とからなる組が３個並列してそれぞれ装着される〔図１４（Ａ）乃至（Ｃ）参照〕。

前記ホッパ８は全空隙部１１ｃ，１１ｃ，…に連結している〔図１４（Ｂ）参照〕。そして、シリンダ１の出口部材５装着側付近では、全溶融器２，２，…の流出側面部２１ｂ，２１ｂ，…がシリンダ１内で露出し、全溶融器２，２，…からの溶融したペレットｐ，ｐ，…が混じり合い、出口部材５から外部に溶融樹脂ｑを送り出すことができるようになっている〔図１４（Ｄ）参照〕。

本発明における射出装置は、シリンダ１の軸方向（長手方向）が垂直状に設置されるが、水平状或いは傾斜状に設置されることもある。特に大形の金型に対して、射出成形する場合には、水平状に配置することもある。

１…シリンダ、２…溶融器、２１…器本体部、２１a…流入側面部、２１ｂ…流出側面部、２２…溶融孔、２２ａ…流入側大開口、２２ｂ…流出側小開口、２２ｃ…円筒部、
２２ｓ…刃状、ｐ…プラスチックペレット、ｑ…溶融樹脂。

Claims (3)

1. 樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円柱状に形成された器本体部の長手方向に対して流入側大開口から流出側小開口に連通する多数の溶融孔が形成され、該溶融孔は、前記流入側大開口としての大径円筒部が端部寄りまで形成され、且つ流出側にのみに前記流出側小開口が形成され、プラスチックペレットが前記流入側大開口から流入して前記流出側小開口から溶融樹脂として流出される構成としてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器。
2. 樹脂溶融射出装置のシリンダ内に収納される溶融器であって、円柱状に形成された器本体部の長手方向に対して流入側大開口から流出側小開口に連通する多数の溶融孔が形成され、該溶融孔は、前記流入側大開口の大径から、前記流出側小開口の内径よりも大きく且つ前記流入側大開口の内径よりも小さい孔になるように端部側まで円錐形孔として形成され、端部のみが前記流出側小開口として形成され、プラスチックペレットが前記流入側大開口から流入して前記流出側小開口から溶融樹脂として流出される構成としてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器。
3. 請求項１又は２において、隣接する前記溶融孔の流入側大開口は断面円形に形成され、且つ該流入側大開口の入口箇所は皿状面取りがそれぞれ形成されると共に、隣接する流入側大開口の皿状面取り同士の境目となる部位が刃状として形成されてなることを特徴とする樹脂溶融射出装置における溶融器。

Images