JP5554226B2

JP5554226B2 - 射出装置

Info

Publication number: JP5554226B2
Application number: JP2010290274A
Authority: JP
Inventors: 健介末次; 毅井上
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: US8721324B2; US20120161360A1; JP2012135959A

Description

本発明は、樹脂材料の射出装置に関し、詳しくは材料供給部からペレット状の樹脂材料が射出部の内部に供給され、この射出部において樹脂材料を溶融して金型内に射出する形式の射出装置に関する。

この種の技術については、例えば特許文献１に開示されている。この技術では、射出部にペレット状の樹脂材料を供給するための材料供給通路が、材料供給ブロック内に上下向きに形成されている。この材料供給ブロックの上端に、ペレット状の樹脂材料を入れたホッパが設けられ、材料供給ブロックの下端に、溶融樹脂の射出部を構成する加熱シリンダが設けられている。そして、材料供給通路を通じてホッパから加熱シリンダにペレット状の樹脂材料が重力落下によって供給される。
材料供給ブロックにはブリッジブレーカーが設けられ、その押し込み通路が材料供給通路の下端および加熱シリンダの内部に連通している。この押し込み通路内で往復動作するブリッジブレーカーのプランジャの機能により、材料供給通路内で発生する樹脂材料のブリッジ現象を防止している。

特開２００２−３０７４８５号公報

特許文献１に開示されている技術では、ペレット状の樹脂材料を重力落下によって加熱シリンダ（射出部）に供給しているので、材料供給通路内における樹脂材料のブリッジ現象は慢性的に発生する。そして、ブリッジ現象による樹脂材料の塊は、重力の方向へ力がバランスよく分散された状態で保持され、ブリッジブレーカーのプランジャによって一方向から力を加えても樹脂材料の重力バランスが崩れにくく、ブリッジ現象の効果的な防止対策になっていない。
また、樹脂材料を重力落下によって射出部に供給している以上、射出部における溶融樹脂の射出方向は下向きに限られる。このため、設備のレイアウトが制約を受け、例えば設備を水平に近い角度に設置した場合は、樹脂材料の供給が安定せず、射出による成形品の品質に悪影響がでる。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、射出部に向けて供給されるペレット状の樹脂材料のブリッジ現象を防止し、あるいは発生したブリッジ現象を解消し、また射出部では重力に逆らった方向への溶融樹脂の射出をも可能とすることである。

本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。
ペレット状の樹脂材料が材料供給部によって射出部の内部に供給され、この射出部において樹脂材料を溶融して金型内に射出する構成の射出装置であって、材料供給部は、射出部の内部に通じる筒状の供給路と、この供給路に内蔵されたスクリューと、このスクリューをその軸線回りに回転させる駆動機構とによって構成されている。この駆動機構によってスクリューを供給路内で回転させることにより、ペレット状の樹脂材料が射出部の内部に供給されるように構成されている。

また、駆動機構が、駆動シリンダの作動杆とスクリューとを連結する二組のリンクを備え、これらのリンクとスクリューとがそれぞれ個別のワンウェイクラッチを介して連結され、作動杆の往復動作をそれぞれスクリューの一方向への回転として伝えるように構成されている。

本発明においては、材料供給部が、その供給路内で回転するスクリューによってペレット状の樹脂材料を射出部の内部に供給するように構成されていることから、ペレット状の樹脂材料を重力落下によって供給する方式と異なり、供給路内における樹脂材料のブリッジ現象を防止することができる。仮に樹脂材料がブリッジ現象を起こしたとしても、回転するスクリューによって樹脂材料の塊に色々な方向から力が加わり、塊を保持しているバランスが崩れてブリッジ現象が解消される。このような機能により、射出部においては常に安定した射出が行われる。
また、射出部の内部には材料供給部から樹脂材料が強制的に供給されることから、射出部においては重力に逆らった方向へ溶融樹脂を射出することが可能となり、射出装置の設備のレイアウトを自由に設定することができる。

さらに、材料供給部における駆動シリンダの作動杆の往復動作を、二組のリンクとそれぞれ個別のワンウェイクラッチとによってスクリューの一方向への回転として伝えることにより、駆動シリンダの機能が一定であればスクリューの回転量がより大きくなり、樹脂材料の供給性能が高められる。

射出装置の設備全体を一部断面で表した正面図。図１のノズル本体を拡大して表した断面図。材料供給部の駆動機構を表した側面図。材料供給部から射出部への樹脂材料の供給状況を表した説明図。材料供給部のスクリューのみを拡大して表した構成図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
図面で示す射出装置の全体的な構成は、所定の樹脂材料を溶融して射出する射出部１０と、この射出部１０に向けてペレット状の樹脂材料を供給する材料供給部４０とに大別される。この射出装置は、予め成形された樹脂製品（一次成形品）の一部に金型を合わせることでキャビティーを構成し、そこに別の成形品（二次成形品）を直接成形する、いわばダイレクト成形用の装置であり、成形の詳細については後述する。このような成形手段によれば、まず一次成形品の金型に変更を加えることなく、一次成形品の自由な箇所へ目標とする形状の最終成形品を提供できる等の利点がある。また、従来二部品を結合するための結合部品に代わって、ダイレクト成形によって二部品の間に結合する部材を設けることで、結合部品の管理費用等がかからず、低コストに二部品を結合することができる。
なお、二次成形品の樹脂材料には、220℃程度の加熱温度で溶融するポリプロピレン（PP）等が使用される。また、成形品によってはPPのリサイクル材を使用することも可能である。

射出部１０は、そのボデー１２の一端部に例えばエアシリンダを用いた射出シリンダ１４が装着され、他端部にノズル本体２０が装着された構成になっている。このボデー１２の内部に、材料供給部４０からペレット状の樹脂材料が供給される。
ボデー１２およびノズル本体２０は同軸線上に配置され、相互の内部は連通している。射出シリンダ１４のプランジャ１６は、該射出シリンダ１４の駆動により、ボデー１２の内部からノズル本体２０の内部までの範囲で往復作動する。

ノズル本体２０は、円筒形状のノズルホルダー２２の内部にトーピード２４が組込まれた構成になっている。このノズルホルダー２２の基端部は、リテーナ２６および複数本のボルト２８によってボデー１２の端部に結合され、ノズルホルダー２２の先端部には、二次成形品を成形するための一方の金型３０（例えば上型）がネジ締結によって結合されている。ノズルホルダー２２の外周には、電熱式のヒーター２３が設けられている。このヒーター２３により、ノズルホルダー２２の内部に送られてきたペレット状の樹脂材料を溶融させることができる。一方、ボデー１２の外周部には冷却カプラ（図示省略）が設けられ、ヒーター２３による熱影響を抑えるようになっている。

金型３０は、他方の金型３１（例えば下型）と共に一次成形品３６の一部分を両側から挟み付けた状態で型締めされる（図２）。この結果、既に述べたように両金型３０，３１および一次成形品３６の表面の一部や貫通孔によって二次成形品のキャビティー３２が構成される。そして、金型３０はノズルホルダー２２の内部からキャビティー３２に連通するゲート３４を備えている。このゲート３４は、トーピード２４の内部に進退作動可能に組込まれたピストン２４ａの先端面により、通常は閉ざされている。
ゲート３４とトーピード２４端面との間での圧力（樹脂圧）が上昇すると、その圧力によってピストン２４ａが図２で示すスプリング２４ｂの弾力に逆らって退行し、ゲート３４が開放される。すなわち、射出部１０のボデー１２内に供給されたペレット状の樹脂材料は、プランジャ１６の作動によってノズル本体２０のノズルホルダー２２内に送られて溶融されるとともに、金型３０のゲート３４からキャビティー３２に射出されて二次成形品（図示省略）が成形される。

図２で示すように、一次成形品３６は例えば二枚の板材であって、相互の貫通孔を合わせた状態で重ね合わされている。そして、キャビティー３２で成形される二次成形品は、二枚の板材である一次成形品３６を結合する部材となる。したがって、これまでのように二部品を別部品で結合していたのと異なり、結合部品を管理する手間や費用等が不要になる。
なお、二次成形品には、二部材を結合する部材の他、例えば所定の一次成形品に設けられるリブや隔壁などがあり、その形状によってはノズル本体２０に結合された金型３０と一次成形品の一部のみによってキャビティーを構成する場合がある。このように、一次成形品に各種の二次成形品をダイレクト成形することで、既に述べたように一次成形品の金型に変更を加えることなく、一次成形品の自由な箇所へ目標とする形状の最終成形品を容易に提供することができる。

材料供給部４０は、射出部１０の軸線方向と直交する方向に配置された筒状の供給路４４を備えている。この供給路４４は、射出部１０のボデー１２内に連通しており、かつその内部にはホッパー４６からペレット状の樹脂材料が供給される（図１）。なお、ホッパー４６には、供給ホース４８を通じてペレット状の樹脂材料がエア圧等によって送り込まれる。
図１で示すように、供給路４４の内部にはスクリュー５０が該供給路４４と同軸上に組み込まれている。このスクリュー５０は、材料供給部４０の基板４２に対して軸受５２によって回転自在に支持されている。また、スクリュー５０の基端部は、基板４２を貫通して外方に延びている。

材料供給部４０の駆動機構５４について説明すると、基板４２の下部には例えばエアシリンダを用いた駆動シリンダ５６が組付けられている（図１）。この駆動シリンダ５６の作動杆５７は該駆動シリンダ５６の駆動により、スクリュー５０の軸線と直交する上下方向へ往復作動する。
駆動シリンダ５６の作動杆５７とスクリュー５０の基端部とは、二組のリンク６０によって連結されている（図３）。これら二組のリンク６０は、ピン６４によって互いに連結された二つのリンク部材６２，６３によって構成されている。二組のリンク６０における一方のリンク部材６２は、作動杆５７に固定された連結部材５８の両端部にピン６５によってそれぞれ連結されている。また、二組のリンク６０における他方のリンク部材６３はスクリュー５０の基端部にワンウェイクラッチ６６を介してそれぞれ連結されている（図１）。これらのワンウェイクラッチ６６のスクリュー５０に対する回転伝達方向は、互いに逆方向に設定されている。

駆動シリンダ５６の作動杆５７が往復作動することにより、二組のリンク６０が図３の実線で示す状態あるいは仮想線で示す状態に作動する。このとき、二組のリンク６０の一方は作動杆５７の往動時に、他方は作動杆５７の復動時において個々のワンウェイクラッチ６６を通じてスクリュー５０をそれぞれ一方向へ回転させる。つまり、ダブルリンク６０と二つのワンウェイクラッチ６６とを組み合わせたことで、シングルリンクと比較して作動杆５７の一往復によるスクリュー５０の回転量（回転角度）が大きくなるとともに、スクリュー５０の回転が一方向へ連続することになる。このスクリュー５０の回転により、供給路４４におけるペレット状の樹脂材料が射出部１０のボデー１２内に短時間で効率よく供給される。

前述のように、ホッパー４６から供給路４４に供給されたペレット状の樹脂材料は、スクリュー５０の回転によって射出部１０のボデー１２内に強制的に供給される。そして、ボデー１２内に供給された樹脂材料は、射出シリンダ１４の駆動に伴うプランジャ１６の押出し動作により、ノズル本体２０のノズルホルダー２２内に送られる。このノズルホルダー２２内での樹脂材料は、ヒーター２３で加熱されてトーピード２４を通過する付近から溶融樹脂となり、金型３０のゲート３４からキャビティー３２に射出される。

ここで、射出部１０のボデー１２内に対する樹脂材料の供給と射出との具体的な関連を図４によって説明する。図４（Ａ）で示す樹脂材料の供給時においては、スクリュー５０の回転によってボデー１２内にペレット状の樹脂材料が連続して供給されている。図４（Ｂ）で示す射出時には、プランジャ１６が押出されることで、ボデー１２内の樹脂材料はノズル本体２０に向けて送り出され、図４（Ｃ）で示す射出後のボデー１２内は一時的に空になる。この後、樹脂材料は空になったボデー１２内に抵抗なく供給され、ボデー１２内と供給路４４との連通部付近で樹脂材料が詰まる現象（ブリッジ現象）の発生を解消することができる。
なお、射出部１０に対して材料供給部４０を交換することにより、射出する樹脂材料の色替えを行う場合がある。この場合に、射出後に射出部１０のボデー１２内が空になった時点で、材料供給部４０からの樹脂材料の供給を停止するように制御すれば、前の樹脂材料を射出部１０のボデー１２内から排出するための無駄な射出を繰り返すことなく、ボデー１２内で異なる色の樹脂材料が混ざり合うのを防止できる。

ペレット状の樹脂材料は、スクリュー５０の回転によって供給路４４からボデー１２内に強制的に供給されることから、この供給路４４内において樹脂材料が仮にブリッジ現象を起こしたとしても、ブリッジ現象による樹脂材料の塊に対し、一方向へ回転するスクリュー５０によって色々な方向から力が加わることになる。この結果、樹脂材料の塊を保持しているバランスが崩れ、ブリッジ現象が解消される。
しかも、スクリュー５０は軸心回りに回転しているだけであるから、従来のブリッジブレーカーにおいて往復動作するプランジャとは異なり、スクリュー５０の先端部をボデー１２におけるプランジャ１６の通過部位に可能な限り近づけて配置することができる。これにより、既に述べたように射出後のボデー１２内に樹脂材料が残留するのを抑えてボデー１２内を空にすることができる。

なお、一般的に用いられるスクリューは、金属材料を所定の形状に加工するため、高価な部品とされている。これに対し、材料供給部４０のスクリュー５０は、ロッド５０Ａの外周に板状のコイルバネ５０Ｂを巻き付け、相互の複数箇所をスポット溶接５０Ｃで固定した安価な構造が採用されている（図５）。つまり、この構造を一般的なスクリューの代用品とすることにより、装置自体のコストを大きく削減することができる。

以上のように、材料供給部４０においてはスクリュー５０の回転により、ペレット状の樹脂材料を射出部１０のボデー１２内に向けて強制的に供給しているので、射出部１０では重力に逆らった方向へ溶融樹脂を射出することができる。このため、射出装置全体の設備のレイアウトに自由度が生まれ、設備の占有面積を縮減する等の対策が可能になる。例えば射出部１０を水平に設置するのと比べ、射出部１０を垂直に設置すれば装置の占有面積は格段に縮減される。
さらに、射出部１０における射出方向を任意に設定して小型化を図ることにより、ダイレクト成形あるいは通常の成形において射出部１０を金型側に直接組付けることが容易となり、大型設備を用いることなく、ホットランナーレス化や多色成形に対応することができる。

以上は本発明を実施するための最良の形態を図面に関連して説明したが、この実施の形態は本発明の趣旨から逸脱しない範囲で容易に変更または変形できるものである。
例えば、材料供給部４０の駆動機構５４において、スクリュー５０の回転による樹脂材料の供給効率を要求しない場合は、リンク６０をシングルタイプに代えることも可能である。また、駆動機構５４の回転駆動源である駆動シリンダ５６をモータに代えることも可能である。この場合のモータは、一般的なトルクモータあるいはサーボモータを問わず、かつモータの主軸からスクリュー５０への回転伝達手段についても、直結あるいはギヤ等の採用のいずれでもよい。
一方、射出部１０のノズル本体２０においては、ゲート３４の開口面積が小さいことから、トーピード２４のピストン２４ａを省略してゲート３４を常時開放した形式に代えることも可能である。

１０射出部
２０ノズル本体
３０金型
４０材料供給部
４４供給路
５０スクリュー
５４駆動機構
６０リンク
６６ワンウェイクラッチ

Claims

ペレット状の樹脂材料が材料供給部によって射出部の内部に供給され、この射出部において樹脂材料を溶融して金型内に射出する構成の射出装置であって、
材料供給部は、射出部の内部に通じる筒状の供給路と、この供給路に内蔵されたスクリューと、このスクリューをその軸線回りに回転させる駆動機構とによって構成され、この駆動機構によってスクリューを供給路内で回転させることにより、ペレット状の樹脂材料が射出部の内部に供給されるように構成され、駆動機構が、駆動シリンダの作動杆とスクリューとを連結する二組のリンクを備え、これらのリンクとスクリューとがそれぞれ個別のワンウェイクラッチを介して連結され、作動杆の往復動作をそれぞれスクリューの一方向への回転として伝えるように構成されている射出装置。