JP5631926B2 - プランジャ式射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で往復動的に駆動されるプランジャと、逆流防止装置と、複数個の射出材料溶融孔あるいは溝が形成されている溶融器とからなり、前記溶融器が前記プランジャと一体的に駆動されるようになっている、プランジャ式射出装置に関するものである。

射出装置は、インラインスクリュ式とプランジャ式とに大別できる。インラインスクリュ式は、従来周知のように加熱シリンダ、この加熱シリンダ内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ、スクリュを回転方向と軸方向とに駆動する駆動装置等から構成されている。加熱シリンダの前方には射出ノズルが、そうして後端部には材料供給用のホッパが設けられている。また、加熱シリンダの外周部にはバンドヒータが設けられている。したがって、スクリュを回転駆動すると共に、ホッパから樹脂材料を供給すると、樹脂材料は前方へ送られる過程でバンドヒータから加えられる熱、スクリュの回転による摩擦熱、剪断熱等により溶融し、加熱シリンダの前方の計量室あるいは蓄積室に蓄積される。スクリュは、蓄積される溶融樹脂の圧力により後退する。スクリュを軸方向に駆動して型締された金型へ溶融樹脂を射出・充填し、冷却固化を待って可動側金型を開くと成形品が得られる。

プランジャ式も従来周知で、加熱シリンダ、このシリンダ内に駆動可能に設けられているプランジャ、プランジャを駆動する駆動装置等から構成されている。加熱シリンダの前方には射出ノズルが、後方のプランジャの前方には材料供給用のホッパが、そしてその中間部にはペレットを溶融する溶融器がそれぞれ設けられている。溶融器には、ペレットやこのペレットが溶融した樹脂が流れる複数本の溝が形成されている。あるいは溝の代わりに複数個のペレット通過孔が形成されている場合もある。そして溶融器はヒータからの熱によって加熱されるようになっている。したがって、ホッパからペレットを供給して、プランジャを前方へ駆動すると、ペレットは複数本の溝、あるいは複数個の通過孔を通過するとき圧縮され、効率的に溶融される。溶融された樹脂は、蓄積されることなく直接的に型締された金型へ射出・充填される。冷却固化を待って可動側金型を開くと成形品が得られる。

インラインスクリュ式とプランジャ式は、一長一短があり、どちらが優れていると即断はできないが、インラインスクリュ式では昇温されている加熱シリンダの内周壁に接するペレットの量が少ないので、溶融に時間がかかり、スクリュあるいは加熱シリンダが必然的に軸方向に長くなる。これに対し、プランジャ式はペレットあるいは溶融樹脂が溶融器の複数の通過孔を通過するようになっているので接触面積は広く、加熱シリンダはコンパクトに構成できる利点は認められる。また、プランジャ式は溶融器で溶融しながら射出・充填できるので、一見効率的と考えられる。しかしながら、従来のプランジャ式には色々な欠点もある。以下特許文献１、２により、その欠点あるいは問題点を説明する。

特開昭５３−１０６７６５号公報 特許第４８１７４０２号公報

特許文献１には、図４に示されているように、軸方向に所定長さの加熱シリンダ５０と、該シリンダ５０内で前方へ駆動されるプランジャ５６とからなる射出装置が示されている。この加熱シリンダ５０の前方には射出ノズル５１が、後方にはホッパ５２がそれぞれ設けられている。そして、射出ノズル５１とホッパ５２との間に、所定の間隔をおいて第１、２段のトーピード５３、５５が固定的に設けられている。第１段のトーピード５３は、ヒータで加熱されるようになっていると共に、内部には軸方向に複数個の先端小径勾配穴、すなわちテーパ状の樹脂通過孔５４、５４、…が形成されている。一方、第２段のトーピード５５の外周面には螺旋状の複数個の溝５６、５６、…が形成されている。したがって、ホッパ５２から供給されているペレットＰ、Ｐ、…は、プランジャ５６を前方へ駆動すると、前方へ押され、第１段のトーピード５３の複数個の樹脂通過孔５４、５４、…内を通過する。このとき、ペレットＰ、Ｐ、…は通過孔５４、５４、…の内周壁に圧接され効率的に溶融される。そして、第２のトーピード５５の螺旋溝５６、５６、…を通過するとき、さらに剪断あるいは混練作用により生じる熱により溶融され、次いで射出ノズル５１から型締めされた金型のキャビティへ射出・充填される。冷却固化を待って可動側金型を開くと成形品が得られる。

特許文献２により提案されている射出装置は、図５に示されているように、その先端部に射出ノズル６１が設けられている加熱シリンダ６０、この加熱シリンダ６０内に駆動可能に設けられているプランジャ６６、複数個の樹脂通過孔６４、６４、…が形成されている溶融器６３、樹脂供給口の近傍に設けられているエアベント６７等からなっている。加熱シリンダ６０の外周部には、加熱器６８が取り付けられ、樹脂通過孔６４，６４，…は下流側に向かってテーパ状に順次縮径されている。したがって、プランジャ６６を下方すなわち前方へ駆動すると、ホッパ６２から供給されているペレットは前方へ押され、複数個の樹脂通過孔６４、６４、…を通過するとき圧密され、これらの通過孔６４、６４、…の内周壁に圧接される。このとき加熱シリンダ６０から加えられる熱と、樹脂通過孔６４、６４、…を通過するとき生じる摩擦熱等により効率的に溶融される。このように溶融されるとき、ペレット間に保持されている空気はエアベント６７から排気される。次いで、型締めされた金型へ射出ノズル６１から射出・充填される。冷却固化を待って可動側金型を開くと、同様にして成形品が得られる。

特許文献１、２のそれぞれに記載の射出装置は、共にプランジャ５６、６６を前方へ駆動するときに、樹脂の溶融と、射出とを同時に実施するようになっているので、換言すると一方向の駆動により溶融と射出とを同時に実施するようになっているので、プランジャ５６、６６の押圧力が溶融時の圧力損失と射出圧力に分散される。すなわち、射出速度を上げるためにはプランジャ５６、６６の押圧力を高める必要があるが、プランジャ５６、６６の押圧力の増加に伴い溶融器５３、６３の圧力損失も増加するため、溶融と射出とを同時に行う従来のプランジャ式射出装置は、射出速度の律速となっている。

さらには、次のような問題点もある。すなわち，射出成形により成形品を得るためには、射出充填してから次に射出・充填するまでに、溶融樹脂が冷却固化する時間、型を開いて成形品を取り出す時間、型締時間等に時間がかかる。したがって、この時間内に時間をかけて溶融して射出の準備を完了しておけばよいが、従来のプランジャ式射出装置は、溶融と射出とが同時に行われるようになっいるので、時間をかけた溶融はできない。また、例えば成形サイクルを上げるために、射出速度を上げると溶融器５３、６３内に滞留する時間が短くなるので、溶融器５３、６３を軸方向に長くするか、容量の大きい溶融器５３、６３を必要とするようになり、プランジャ式の長所を生かすことができない。

本発明は、上記したような従来の欠点あるいは問題点を解決したプランジャ式射出装置を提供することを目的とし、具体的にはプランジャ式の長所は生かして、溶融速度と射出速度は独立的に調整できるプランジャ式射出装置を提供するこを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝か形成されている溶融器が適用されるが、この溶融器は従来の溶融器とは異なり、プランジャと共に加熱シリンダ内を往復動的に駆動されるように構成される。すなわち、プランジャが後退するときは溶融器も後退し、この後退する溶融器で射出材料を溶融して、加熱シリンダの前方の蓄積部に蓄積するように、そしてプランジャが前進するとき、この前進するプランジャで蓄積部に蓄積されている射出材料を射出するように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、先端部が溶融された射出材料の蓄積部となり、後端部が供給される射出材料の供給部となっている加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で往復動的に駆動されるプランジャと、複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝が形成されている溶融器とからなり、
前記溶融器は、前記プランジャと一体的に駆動されるようになっていて、前記プランジャが前記後端部の方へ駆動されると、前記供給部に供給されている射出材料は前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝に押し込まれて溶融し、そして逆流防止装置を通って前記蓄積部に蓄積され、前記プランジャが前記先端部の方へ駆動されると、前記蓄積部に蓄積されている溶融射出材料は前記逆流防止装置により前記後端部の方への逆流が阻止されて、前記加熱シリンダの先端部の方に設けられている射出ノズルから射出されるように構成される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出装置において、前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝は、前記供給部側から前記先端部に向かってテーパ状に縮径され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の射出装置において、前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝は、前記供給部側から前記先端部に向かって螺旋状に曲げられ、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれかの項に記載の射出装置において、前記供給部の容積が調節可能に構成される。

以上のように、本発明によれば、射出材料は溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝を通過するとき溶融されるので、射出材料との接触面積は広く、インラインスクリュ式の加熱シリンダに比較して短く、あるいはコンパクトに構成できるという、プランジャ式射出装置の利点は十分に生かされている。

そして、本発明によると、プランジャが後端部の方へ駆動されると、供給部に供給されている射出材料は溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝を通り、そのとき溶融し、そして逆流防止装置を通って蓄積部に蓄積され、前記プランジャが先端部の方へ駆動されると、前記蓄積部に蓄積されている溶融射出材料は前記逆流防止装置により後方への逆流が阻止されて、前記加熱シリンダの先端部の方に設けられている射出ノズルから射出されるので、従来のインラインスクリュ式の射出装置と同じように、溶融速度と射出速度とを独立的に調整できるという、本発明に特有の効果が得られる。つまり、成形サイクルに合わせて省エネ的に溶融し、そして成形条件にあった速度で射出できる。また射出時に溶融射出材料が溶融器を通らないので、溶融器において射出圧力の損失が生じない。

射出材料溶融孔あるいは溶融溝が供給部側から先端部の方に向かってテーパ状に縮径されている発明、および射出材料溶融孔あるいは溶融溝が供給部側から先端部の方に向かって螺旋状に曲げられている発明によれば、射出材料溶融孔あるいは溶融溝を流れるときの摩擦抵抗が大きく、それだけ発熱量が大きくなり効果的に溶融されるので、溶融器をそれだけコンパクトに構成できるという効果がさらに得られる

本発明の実施の形態に係るプランジャ式射出装置を模式的に示す断面図である。 本発明に係る射出装置の溶融器の第１の実施の形態を示す図で、その（ア）は模式的に溶融器を断面にして示す正面図、その（イ）は（ア）において矢視イーイ方向に見た断面図、その（ウ）は矢視ウーウ方向に見た断面図である。 本発明に係る射出装置の溶融器の第２の実施の形態を示す図で、その（ア）は正面図、その（イ）は（ア）において矢視イーイ方向に見た断面図、その（ウ）は矢視ウーウ方向に見た断面図である。 従来のプランジャ式射出装置を示す断面図である。 他の従来のプランジャ式射出装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１に示されているように、本実施の形態に係る射出装置も軸方向に所定長さの加熱シリンダ１を備えている。この加熱シリンダ１の内部に、従来のスクリュヘッドの形状をしたプランジャ１０、同様に従来公知の形状をした逆流防止装置２０、溶融器４０等が設けられている。そして、これらは一体的になって往復動的に駆動されるようになっている。

加熱シリンダ１および射出ノズル部の外周部には、例えばバンドヒータ２、２、…が設けられ、その先端部には射出ノズル３が、後方寄りには射出材料供給用、例えば樹脂ペレット供給用のホッパ４がそれぞれ設けられている。そして、後方端部に図には示されていないがプランジャ駆動装置が設けられている。プランジャ駆動装置は、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、油圧ピストン・シリンダ機構等からなっている。このように構成されている加熱シリンダ１内の前方は、溶融された射出材料の計量部あるいは蓄積部７、後方のホッパ４に対応した部分すなわち溶融器４０と閉鎖ブロック１２との間が材料供給部８となっている。

プランジャ１０は、全体として従来のスクリュヘッドのような形状に構成されている。さらに詳細には、射出ノズル部の形状に相似した円錐状の頭部１３と、加熱シリンダ１の内周径よりも小さい円柱部１４と、頭部１３の反対側の底部１５とからなっている。円柱部１４の上流側のコーナ部は、底部１５にかけて切り欠かれた複数個の切欠溝１８、１８、…が切られている。これらの切欠溝１８、１８、…を通って溶融された射出材料は前方の蓄積部７へと流れる。このような底部１５の中心部から、柱状の組立軸１７が延びている。組立軸１７の後端部には、プランジャロッド１１に形成されている雌ネジにねじ込まれる雄ネジ１６が切られている。

逆流防止装置２０も、従来周知のように、押金２１と逆流防止リング３１とからなっている。押金２１は、所定長さの軸部２２と上流端の頭部２３とからなり、軸部２２の外周面と逆流防止リング３１の内周面との間に射出材料通路２５が構成されている。頭部２３の上流側のテーパ面は、後述する溶融器４０から押し出される射出材料を半径外方へ案内するガイド面２６となり、下流側のテーパ面は逆流防止リング３１の上流端が着座する座２７となっている。頭部２３の外周面と加熱シリンダ１の内周面との間にも射出材料通路２８が構成されている。このように構成されている押金２１の軸心には組立軸１７が挿通される透孔２９が開けられている。

逆流防止リング３１は、略筒状あるいは管状に形成されている。すなわち、軸方向には押金２１の軸部２２と略同じ長さで、外周面は加熱シリンダ１の内周面に溶融射出材料が漏れない程度に密に接している。逆流防止リング３１は、密に接してはいるが、射出材料の動きに伴って軸方向に移動することができる。逆流防止リング３１の上流側は射出時に押金２１の座２７に着座するテーパ状の弁３２となり、下流端部は溶融時にプランジャ１０の底部１５に当接する止め部３３となっている。

溶融器４０は、組み立てられたとき材料供給部８に面した円周部は、図２の（ア）にも示されているように、円錐の頂部が切り落とされた形をしているが、全体としては略円柱状を呈し、その外径は加熱シリンダ１の内周面に比較的密に接する大きさに選定され、軸方向には所定の長さになっている。密に接しているので、加熱シリンダ１から熱伝導により加熱される。このような大きさの溶融器４０の中心部には、図２に示されているように、組立軸１７が通される挿通孔４１が開けられ、この挿通孔４１の周囲には軸方向に複数個の射出材料溶融孔４２、４２、…が開け開けられている。これらの材料溶融孔４２、４２、…の、材料供給部８に面した側の径、すなわち図２の（ア）において右側の孔径Ｄ、Ｄ、…は、射出材料のペレットの径よりも大きく、出口はペレットの径よりも小さい小径ｄ、ｄ、…に絞られ、全体としてテーパ状に下流側に向かって、あるいは前方に向かって縮径されている。また、外周面に位置する材料溶融孔は略半分切り落とされた形の、射出材料溶融溝４２’、４２’、…になっている。これらの溶融溝４２’、４２’、…内を押し出される射出材料は加熱シリンダ１の内周面から直接加熱されることになる。

加熱シリンダ１の軸心には、前述したプランジャ駆動装置により往復的に駆動されるプランジャロッド１１が設けられている。このプランジャロッド１１と加熱シリンダ１との間に閉鎖ブロック１２が設けられている。図には詳しくは示されていないが、この閉鎖ブロック１２は軸方向に移動可能で、材料供給部８の容積を調節することができるようになっている。ホッパ４の下端にはピストン・シリンダユニット５で駆動される開閉扉６が設けられている。

次に、上記実施の形態の作用について説明する。組立軸１７に、逆流防止リング３１、押金２１および溶融器４０を、この順序に挿通し、組立軸１７の雄ネジ１６をプランジャロッド１１の雌ネジにねじ込む。これにより、プランジャ１０と溶融器４０は一体的に溶融方向と射出方向とに駆動可能になる。これを加熱シリンダ１内に挿入して組立を終わる。

プランジャ１０が前方に駆動され射出が終わった状態から説明する。開閉扉６を開いてホッパ４から所定量の射出材料を材料供給部８に供給する。開閉扉６でホッパ４の供給口を閉鎖する。そうして、プランジャロッド１１を後方へ駆動する。プランジャ１０と押金２１と溶融器４０は、一体となって後方へ駆動される。あるいは溶融方向に駆動される。このとき逆流防止リング３１は、加熱シリンダ１の内周面との摩擦力により残る。溶融器４０が後方へ駆動されるので、材料供給部８の容積は狭められ、そこに供給されている射出材料は射出材料溶融孔４２、４２、…および射出材料溶融溝４２’、４２’、…の大径側から押し込まれ、そして小径側から押し出される。射出材料は、射出材料溶融孔４２、４２、…および射出材料溶融溝４２’、４２’、…を通過するとき受ける圧縮熱、摩擦熱、加熱シリンダ１から伝達されるバンドヒータ２、２、…の熱等により溶融される。

溶融された射出材料は、押金２１のガイド面２６により半径外方へ案内され、そして射出材料通路２８へと流れる。射出材料通路２８へと流れた射出材料は、逆流防止シリング３１の弁座３２に至り、逆流防止シリング３１を前方へ押す。弁は開き、溶融された射出材料は、押金２１の軸部２２の外周面と逆流防止シリング３１の内周面との間に構成されている射出材料通路２５および複数個の切欠溝１８、１８、…を通って、加熱シリンダ１の蓄積部７に蓄積される。プランジャ１０が所定量後退して可塑化あるいは溶融を終わる。次いで、プランジャ１０を所定速度で前方へ駆動して、型締めされている金型のキャビテイへ射出する。このとき、逆流防止リング３１は、その止め部３３が後方へ押されて弁座３２が押金２１の座２７に着座して射出材料の逆流が防止される。冷却・固化を待って金型を開いて成形品を得る。以上を繰り返して成形品を得る。

上記説明からも明らかなように、プランジャ１０を前方へ駆動する射出工程時の速度と、後方へ駆動する溶融化工程時の速度は、互いに独立していて無関係である。したがって、本実施の形態によると、成形条件にあった最適の速度で射出することができる。そして、次の射出までに溶融すればよいので、溶融化工程に余裕ができ、溶融器４０の容量等に融通性が得られる。また射出時に射出材料が溶融器４０を通らないので、溶融器４０における射出圧力の損失がない。

図３に、溶融器４０’の第２の実施の形態が示されている。第１の実施の形態と同じ、あるいは同じような要素には同じ参照数字あるいは同じ参照数字にダッシュ「’」を付けて簡略的に説明する。本実施の形態によると、溶融器４０’には前方に向かって螺旋状を呈する射出材料溶融溝４３’、４３’、…が形成されている。これらの射出材料溶融溝４３’、４３’、…は、加工の関係上溶融器４０’の外表面にのみ形成されている。第２の実施の形態によると、射出材料溶融溝４３’、４３’、…の数は少なくなっているが、螺旋状になって通過抵抗あるいは摩擦抵抗は大きくなり、また射出材料は加熱シリンダ１の内周面に直接接触しているので、効率的に溶融される。

溶融器は、色々な形で制作できる。例えば、所定本数のアルミニウム合金製の引き抜きテーパ管を束ね、束ねたテーパ管の隙間にベリリウム銅を鋳込み一体化して，外形を機械加工仕上げすることにより、テーパ状の複数本の射出材料溶融孔を有する溶融器を製作することもできる。あるいは、束ねた状態で炉内において軸心の周りに捻り、螺旋状に捻られたテーパ管の隙間に、同様にベリリウム銅を鋳込み一体化することによって螺旋状の射出材料溶融孔を有する溶融器を制作することもできる。さらには、螺旋状に捻った所定本数のテーパ管をベリリウム銅で一体化して制作することもできる。

１ 加熱シリンダ ３ 射出ノズル
７ 蓄積部 ８ 材料供給部
１０ プランジャ ２０ 逆流防止装置
２１ 押金 ３１ 逆流防止リング
４０、４０’ 溶融器 ４２ 射出材料溶融孔
４２’、４３’ 射出材料溶融溝

Claims (4)

1. 先端部が溶融された射出材料の蓄積部となり、後端部が供給される射出材料の供給部となっている加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で往復動的に駆動されるプランジャと、複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝が形成されている溶融器とからなり、
   前記溶融器は、前記プランジャと一体的に駆動されるようになっていて、前記プランジャが前記後端部の方へ駆動されると、前記供給部に供給されている射出材料は前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝に押し込まれて溶融し、そして逆流防止装置を通って前記蓄積部に蓄積され、
   前記プランジャが前記先端部の方へ駆動されると、前記蓄積部に蓄積されている溶融射出材料は前記逆流防止装置により前記後端部の方への逆流が阻止されて、前記加熱シリンダの先端部の方に設けられている射出ノズルから射出されるようになっていることを特徴とする、プランジャ式射出装置。
2. 請求項１に記載の射出装置において、前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝は、前記供給部側から前記先端部の方に向かってテーパ状に縮径されている、プランジャ式射出装置。
3. 請求項１または２に記載の射出装置において、前記溶融器の複数個の射出材料溶融孔あるいは溶融溝は、前記供給部側から前記先端部の方に向かって螺旋状に曲げられている、プランジャ式射出装置。
4. 請求項１〜３いずれかの項に記載の射出装置において、前記供給部の容積が調節可能になっている、プランジャ式射出装置。

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