JP5611269B2 - 射出成形機および成形材料の供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形材料を融解し、該成形材料を射出して成形品を成形する射出成形機、および該射出成形機における成形材料の供給方法に関する。特に、成形材料を融解する際に発生する水分や揮発分を真空吸引により除去する射出成形機に関する。

粒状の成形材料（ペレットとも呼ばれる）を射出シリンダ内で融解し、該成形材料を金型へ射出することにより成形品を成形する射出成形機が知られている。

このような射出成形機では、成形材料に含まれている水分や揮発分により成形品に気泡が混入することがある。気泡が混入した成形品は、成形品の強度や外観が低下するため、不良品として扱われてしまう。そこで、成形材料を融解する際に、成形材料中に含まれる水分や揮発分を除去して成形品への気泡の混入を防止する射出成形機が提案されている（例えば特許文献１）。

図３は、特許文献１に開示されている射出成形機の概略図である。図３に示すように、射出成形機１は、粒状の成形材料を融解する射出シリンダ２と、射出シリンダ２の軸方向（以下、射出方向Ｘ）へ移動可能かつ射出シリンダ２の軸周りに回転可能に射出シリンダ２内に格納された射出スクリュ３と、を備えている。射出シリンダ２へ供給された粒状の成形材料は、射出シリンダ２の外周に設けられたヒータ（不図示）から加えられる熱や、射出スクリュ３の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱により融解される。

射出シリンダ２の、射出方向Ｘの一端には、成形品を形成するための金型４が設けられている。射出スクリュ３が射出シリンダ２内を金型４へ向かって移動することによって、融解された成形材料が金型４内へ射出され、所定の形状の成形品が形成される。

また、射出成形機１は、大気との連通を切り替え可能に設けられ、外部から供給された粒状の成形材料を収容する収容ホッパ５と、収容ホッパ５から射出シリンダ２までの経路を形成する中空の経路体６と、を備えている。射出シリンダ２の上方に経路体６が配置されており、経路体６の上方に収容ホッパ５が配置されている。

経路体６は、収容ホッパ５内の成形材料を受け取るサブホッパ７と、サブホッパ７の下部に設けられ、粒状の成形材料を搬送するフィードスクリュ８を内部に格納するフィードシリンダ９と、を有する。フィードスクリュ８は、スクリュ軸１０と、スクリュ軸１０の周囲に螺旋状に形成されたスクリュ羽根１１とを備え、スクリュ軸１０の軸周りに回転可能に設けられている。フィードシリンダ９内の成形材料は、フィードスクリュ８の回転に伴ってスクリュ羽根１１によりフィードスクリュ８の軸方向（図３における搬送方向Ｙ）へ向かって押される。

フィードスクリュ８によって搬送された成形材料は、フィードシリンダ９から鉛直方向下方に向かって射出シリンダ２まで延びる中空の筒体１２内を落下し、射出シリンダ２へ到達する。サブホッパ７から筒体１２まで搬送される成形材料の量は、フィードスクリュ８の回転量に応じて決定される。すなわち、フィードスクリュ８の回転量を制御することにより、射出シリンダ２へ供給される成形材料の量を調整することができる。

筒体１２は、配管１３を介して真空ポンプといった真空脱気装置１４に接続されている。サブホッパ７と収容ホッパ５との間の連通を遮断する遮断装置１５を用いて当該連通を遮断した状態で真空脱気装置１４を駆動させることにより、経路体６および射出シリンダ２内の気体が真空吸引される。その結果、成形材料中に含まれる水分や揮発分が除去されて、成形品への気泡の混入を防止することができる。

真空脱気装置１４は、配管１６を介して収容ホッパ５とも接続されている。配管１６には、真空脱気装置１４と収容ホッパ５との間の連通を遮断可能なバルブ１７が取り付けられており、収容ホッパ５と真空脱気装置１４との連通を遮断できるようになっている。

収容ホッパ５へ粒状の成形材料が投入される際、収容ホッパ５は大気に連通される。このとき、射出シリンダ２および経路体６内の真空度が低下しないように遮断装置１５およびバルブ１７は閉じられる。収容ホッパ５内の成形材料を経路体６へ移動させる際には、まず収容ホッパ５と大気との連通が遮断され、バルブ１７が開かれて収容ホッパ５内の真空度が高められる。その後、遮断装置１５が開かれ、収容ホッパ５内の成形材料がサブホッパ７へ移動する。このように遮断装置１５およびバルブ１７を開閉することによって、射出シリンダ２および経路体６内の気体を継続して真空吸引しながら収容ホッパ５内の成形材料を経路体６へ移動させることができる。

特開２００３−３１１８０１号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている射出成形機１においては、フィードスクリュ８による成形材料の供給量がばらつくことがある。成形材料の供給量がばらつく場合について説明する。

フィードスクリュ８による成形材料の供給量は、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量の変動に伴って変動することが知られている。そのため、当該吸引量は、フィードスクリュ８が回転して成形材料を供給する際には一定であることが望ましい。

ところが、経路体６および射出シリンダ２内の気体と、収容ホッパ５内の気体とを１つの真空脱気装置１４で別々に吸引する射出成形機１においては、真空脱気装置１４が吸引可能な容量には限りがある。そのため、真空脱気装置１４が収容ホッパ５内の気体を吸引し始める際に、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量が一時的に減少してしまう。したがって、真空脱気装置１４が収容ホッパ５内の気体を吸引し始めるときと、真空脱気装置１４が経路体６内の気体を安定して吸引しているときと、では、フィードスクリュ８が同じだけ回転しても射出シリンダ２へ供給される成形材料の量が異なっていた。

とりわけ、フィードスクリュ８の回転量を制御して射出シリンダ２への粒状の成形材料の供給量を調整している射出成形機１では、金型４内へ射出される成形材料の量の不足や超過を招く。その結果、射出成形された成形品に形状不良が生じやすかった。

真空脱気装置１４を複数設け、経路体６および射出シリンダ２内の気体を吸引する真空脱気装置１４と、収容ホッパ５内の気体を吸引する真空脱気装置１４を分けることによって、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量は一定になる。しかし、真空脱気装置は比較的高額であり、複数の真空脱気装置を設けることによって射出成形機１の製造コストが増加してしまう。

そこで、本発明は、フィードスクリュによる成形材料の供給量のばらつきをより安価に抑制することができる射出成形機および成形材料の供給方法を提供することを目的とする。

本発明は、射出シリンダ内で成形材料を可塑化する射出成形機であって、粒状の成形材料を外部から受け取る収容ホッパと、収容ホッパから射出シリンダまでの経路を形成するとともに、射出シリンダ内で成形材料の可塑化が行われているときのみ成形材料を収容ホッパから射出シリンダへ搬送するフィードスクリュを格納し、収容ホッパとの間の連通を遮断可能に設けられた経路体と、射出シリンダおよび経路体の内部の気体と、収容ホッパの内部の気体とを別々に吸引可能な１つの真空脱気装置と、真空脱気装置と収容ホッパとの間の連通を遮断するバルブと、を備えた射出成形機に係る。この態様において、射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したか否かを判断するとともに可塑化完了信号を発信する判断手段と、判断手段からの可塑化完了信号を受けとった場合にバルブを開いて真空脱気装置と収容ホッパとの間を連通させるバルブ制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明は、成形材料を可塑化する射出シリンダと、粒状の成形材料を外部から受け取る収容ホッパと、収容ホッパから射出シリンダまでの経路を形成するとともに、射出シリンダ内で成形材料の可塑化が行われているときのみ成形材料を収容ホッパから射出シリンダへ搬送するフィードスクリュを格納し、収容ホッパとの間の連通を遮断可能に設けられた経路体と、射出シリンダおよび経路体の内部の気体と、収容ホッパの内部の気体とを別々に吸引可能であり、該収容ホッパとの連通を遮断可能な１つの真空脱気装置と、を備えた射出成形機における、収容ホッパから射出シリンダへ成形材料を供給する方法に係る。当該供給方法は、射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したか否かを判断する判断ステップと、判断ステップにおいて射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したと判断した場合に真空脱気装置と収容ホッパとの間を連通させて収容ホッパ内の気体を吸引するステップと、を含む。

本発明の射出成形機および成形材料の供給方法によれば、フィードスクリュによる成形材料の供給量のばらつきをより安価に抑制することができる。

本発明に係る射出成形機の概略図である。 図１に示す射出成形機の動作を説明するための図である。 従来の射出成形機の概略図である。

以下、図面を参照して本発明に係る射出成形機について説明する。なお、図３に示されるものと同一の構成要素については、同一の符号を用いて簡単な説明に留めることにする。

図１は、本発明の実施形態に係る射出成形機の概略図である。図１に示すように、射出成形機１８は、射出シリンダ２、射出スクリュ３、収容ホッパ５、経路体６、真空脱気装置１４および遮断装置１５を備えている。経路体６のフィードシリンダ９には、射出シリンダ２内で成形材料を可塑化する場合にのみ成形材料を収容ホッパ５から射出シリンダ２へ搬送するフィードスクリュ８が格納されている。遮断装置１５は、例えば開閉弁であり、収容ホッパ５と経路体６との連通を遮断可能に設けられている。

本実施形態では、収容ホッパ５は、粒状の成形材料を貯留する貯留タンク１９と配管２０を介して接続されている。収容ホッパ５には、気体を吸引することによって粒状の成形材料を輸送する輸送ブロワ２１が配管２２を介して接続されている。

輸送ブロワ２１を駆動させることによって、貯留タンク１９内の気体および粒状の成形材料が配管２０を通って収容ホッパ５まで輸送される。収容ホッパ５と配管２２との接続部にはフィルタ（不図示）が配設されており、粒状の成形材料が配管２２へ流入しないようになっている。したがって、貯留タンク１９から輸送された粒状の成形材料は、収容ホッパ５内に滞留する。

配管２０，２２にはバルブ２３，２４がそれぞれ設けられている。バルブ２３を閉じることによって収容ホッパ５と貯留タンク１９との連通が遮断され、バルブ２４を閉じることによって収容ホッパ５と輸送ブロワ２１との連通が遮断される。バルブ２３，２４は、真空脱気装置１４を用いて収容ホッパ５内の真空度を上昇させる場合に閉じられる。

また、射出成形機１８は、射出シリンダ２内での成形材料の可塑化が完了したか否かを判断するとともに可塑化完了信号を発信する判断手段２５と、バルブ１７の開閉状態を制御するバルブ制御手段２６と、をさらに備えている。判断手段２５の可塑化完了信号はバルブ制御手段２６に伝えられるようになっており、バルブ制御手段２６は可塑化完了信号を受けとった場合にバルブ１７を開いて真空脱気装置１４と収容ホッパ５との間を連通させる。

可塑化完了信号を判断手段２５から受け取っていない場合、すなわち射出シリンダ２内において成形材料の可塑化が行われている場合には、バルブ制御手段２６はバルブ１７を閉じておく。

判断手段２５としては、射出スクリュ３の回転を検出し、射出スクリュ３の回転が停止した場合に射出シリンダ２内での成形材料の可塑化が完了したと判断する手段が挙げられる。

次に、本実施形態の射出成形機１８の動作について、図２を用いて説明する。図２は、射出成形機１８の動作を説明するための概略図である。なお、図２中において、ハッチングが施された遮断装置１５、バルブ１７，２３，２４は、閉じられた状態を示しており、ハッチングの施されていないものは開いている状態を示している。

図２（ａ）に示される状態では、バルブ２３，２４は開けられており、収容ホッパ５は大気に連通されている。遮断装置１５およびバルブ１７は閉じられており、真空脱気装置１４によって射出シリンダ２および経路体６内が真空吸引されている。したがって、射出シリンダ２内で粒状の成形材料を融解するときに発生する水分や揮発分は射出シリンダ２から除去される。

また、経路体６のサブホッパ７およびフィードシリンダ９には粒状の成形材料が収容されている。フィードスクリュ８が回転することによって、経路体６から射出シリンダ２へ粒状の成形材料が供給される。フィードスクリュ８の回転が停止することによって、経路体６から射出シリンダ２への成形材料の供給が停止する。

例えば、射出シリンダ２内に所定の量の成形材料が供給されている場合には、フィードスクリュ８は回転を停止する。射出シリンダ２内の成形材料が金型４へ射出されて射出シリンダ２内に成形材料がなくなっている場合には、フィードスクリュ８は回転して経路体６内の成形材料を射出シリンダ２へ供給する。

図２（ａ）に示す状態から、作業者、または、射出成形機１８に設けられた成形機制御手段（不図示）は、輸送ブロワ２１を駆動させて貯留タンク１９内の成形材料を収容ホッパ５まで輸送する（図２（ｂ））。収容ホッパ５への成形材料の輸送が完了したところで、輸送ブロワ２１を停止し、バルブ２３，２４を閉じる（図２（ｃ））。

バルブ２３，２４を閉じたところで、作業者または成形機制御手段は、収容ホッパ５と真空脱気装置１４とを連通させる準備が整ったという信号をバルブ制御手段２６へ送る。収容ホッパ５と経路体６とを連通させる準備が整ったという信号を受け取ったバルブ制御手段２６は、射出シリンダ２内での成形材料の可塑化が完了したか否かの信号を判断手段２５から受け取る。

バルブ制御手段２６が可塑化未完了信号を受け取った場合には、バルブ制御手段２６はバルブ１７を閉じたまま所定の時間（以下、待機時間という）が経過するまで待機する。待機時間が経過した後、バルブ制御手段２６は、可塑化が完了したか否かの信号を判断手段２５から受け取ることを再び行う。

バルブ制御手段２６が可塑化完了信号を受け取った場合には、バルブ制御手段２６はバルブ１７を開いて収容ホッパ５と真空脱気装置１４とを連通させる（図２（ｄ））。その結果、収容ホッパ５内の気体が真空脱気装置１４によって吸引され、収容ホッパ５内の真空度が上昇する。

収容ホッパ５内が大気圧と略等しい状態でバルブ１７が開けられると、真空脱気装置１４は、射出シリンダ２および経路体６内の気体だけでなく、収容ホッパ５内の気体を吸引する。そのため、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量が一時的に低下する。

射出シリンダ２内での成形材料の可塑化は完了しているため、フィードスクリュ８は回転しない。すなわち、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量が一時的に低下している場合にはフィードスクリュ８による成形材料の供給は行われない。

バルブ１７が開けられて収容ホッパ５の真空度が所定の値（好ましくは、サブホッパ７の真空度と略同じ値）まで上昇したところで、作業者または成形機制御手段は、遮断装置１５を用いて収容ホッパ５と経路体６とを連通させる。その結果、収容ホッパ５内の成形材料は、経路体６へ移動する（図２（ｅ））。

貯留タンク１９から収容ホッパ５へ成形材料を輸送するときには、作業者または成形機制御手段は、遮断装置１５を用いて収容ホッパ５と経路体６との連通を遮断するとともにバルブ１７を閉める。その後、バルブ２３，２４を開いて図２（ａ）に示された状態に戻す。

収容ホッパ５の真空度が所定の値まで上昇したか否かは、収容ホッパ５に真空計（不図示）を設けることで判断することができる。また、収容ホッパ５の真空度が所定の値まで上昇したか否かの判断は、バルブ１７が開けられてから所定の時間を経過したか否かで判断するものでもよい。当該所定の時間は、予め計測された、バルブ１７が開けられてから収容ホッパ５の真空度が所定の値まで上昇するのに必要な時間である。

収容ホッパ５から経路体６への成形材料の移動が完了したところで、作業者または成形機制御手段は、射出シリンダ２内での成形材料の可塑化を開始する。具体的には、フィードスクリュ８を回転させて射出シリンダ２へ成形材料を供給する。

射出シリンダ２内での成形材料の可塑化を開始する際には、収容ホッパ５内の真空度は所定の値まで上昇している。すなわち、収容ホッパ５内の気体はほとんど存在しておらず、真空脱気装置１４は射出シリンダ２および経路体６内の気体を吸引することになる。したがって、一時的に低下した、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量は真空脱気装置１４と収容ホッパ５とが遮断されていたときの吸引量に戻っている。

このように、本実施形態に係る射出成形機１８では、フィードスクリュ８が回転して成形材料を供給する際には、真空脱気装置１４による経路体６内の気体の吸引量は比較的一定に保たれている。したがって、フィードスクリュ８による成形材料の供給量は、フィードスクリュ８の回転量に応じて一定の値に保たれる。その結果、金型４内へ射出される成形材料の量の不足や超過が抑制され、射出成形された成形品に形状不良が生じにくくなる。

また、本発明に係る射出成形機１８によれば、真空脱気装置１４を複数設ける必要がない。真空脱気装置１４は、判断手段２５やバルブ制御手段２６に比べて高額である場合が多い。したがって、真空脱気装置１４の増加による射出成形機１８の製造コストの増加を抑制することができる。

２ 射出シリンダ
５ 収容ホッパ
６ 経路体
７ サブホッパ
８ フィードスクリュ
９ フィードシリンダ
１２ 筒体
１３ 配管
１４ 真空脱気装置
１５ 遮断装置
１６ 配管
１７ バルブ
１８ 射出成形機
１９ 貯留タンク
２０ 配管
２１ 輸送ブロワ
２２ 配管
２３ バルブ
２４ バルブ
２５ 判断手段
２６ バルブ制御手段

Claims (4)

1. 射出シリンダ内で成形材料を可塑化する射出成形機であって、
   粒状の成形材料を外部から受け取る収容ホッパと、
   前記収容ホッパから前記射出シリンダまでの経路を形成するとともに、前記射出シリンダ内で成形材料の可塑化が行われているときのみ成形材料を前記収容ホッパから前記射出シリンダへ搬送するフィードスクリュを格納し、前記収容ホッパとの間の連通を遮断可能に設けられた経路体と、
   前記射出シリンダおよび前記経路体の内部の気体と、前記収容ホッパの内部の気体とを別々に吸引可能な１つの真空脱気装置と、
   前記真空脱気装置と前記収容ホッパとの間の連通を遮断するバルブと、を備えた射出成形機において、
   前記射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したか否かを判断するとともに可塑化完了信号を発信する判断手段と、
   前記判断手段からの前記可塑化完了信号を受けとった場合に前記バルブを開いて前記真空脱気装置と前記収容ホッパとの間を連通させるバルブ制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする、射出成形機。
2. 前記射出シリンダ内に回転可能に格納され、回転することによって該射出シリンダ内の成形材料を可塑化する射出スクリュをさらに備え、
   前記判断手段は、前記射出スクリュの回転を検出し、該射出スクリュの回転が停止した場合に前記射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したと判断する手段であることを特徴とする、請求項１に記載の射出成形機。
3. 成形材料を可塑化する射出シリンダと、
   粒状の成形材料を外部から受け取る収容ホッパと、
   前記収容ホッパから前記射出シリンダまでの経路を形成するとともに、前記射出シリンダ内で成形材料の可塑化が行われているときのみ成形材料を前記収容ホッパから前記射出シリンダへ搬送するフィードスクリュを格納し、前記収容ホッパとの間の連通を遮断可能に設けられた経路体と、
   前記射出シリンダおよび前記経路体の内部の気体と、前記収容ホッパの内部の気体とを別々に吸引可能であり、該収容ホッパとの連通を遮断可能な１つの真空脱気装置と、を備えた射出成形機における、前記収容ホッパから前記射出シリンダへ成形材料を供給する方法であって、
   前記射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したか否かを判断する判断ステップと、
   前記判断ステップにおいて前記射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したと判断した場合に前記真空脱気装置と前記収容ホッパとの間を連通させて前記収容ホッパ内の気体を吸引するステップと、を含む、成形材料の供給方法。
4. 請求項３に記載の成形材料の供給方法において、
   前記射出成形機は、前記射出シリンダ内に回転可能に格納され、回転することによって該射出シリンダ内の成形材料を可塑化する射出スクリュをさらに備えており、
   前記判断ステップにおいて、前記射出スクリュの回転が停止した場合に前記射出シリンダ内での成形材料の可塑化が完了したと判断する、成形材料の供給方法。

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