JP5779697B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に係り、特に、射出装置に備えられ、樹脂の混練及び可塑化に用いられるスクリューの構造に関する。

射出成形機に備えられるスクリュー式射出装置は、金型のキャビティ内に所定量の溶融樹脂を射出・充填するもので、連結バーを介して連結され、所定距離をおいて対向に配置されたヘッドストック及び保持プレートと、後端部がヘッドストックに固定された加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能及び前後進可能に配設されたスクリューと、ヘッドストックと保持プレートとの間において前後進可能に配置され、スクリューの一端を回転可能に保持する直動ブロックと、直動ブロックに搭載され、スクリューを回転駆動する計量用モータと、保持プレートの外面に取り付けられた射出用モータと、射出用モータの回転力を直動ブロックの前後進力に変換するボールねじ機構とから主に構成されている。

加熱シリンダの基端側には、ホッパから落下してくるペレット状の原料樹脂を加熱シリンダ内に導入するための原料供給孔が開設されており、スクリューには、加熱シリンダに開設された原料供給孔と対向する位置から先端部まで延びる螺旋溝が形成されている。したがって、計量用モータを用いて加熱シリンダ内でスクリューを回転駆動すると、原料供給孔を通して加熱シリンダ内に供給された原料樹脂が、加熱シリンダの内面と螺旋溝の表面とで形成される空間内に受け入れられ、スクリューの回転に伴い、螺旋溝に沿って、順次スクリューの先端側に移送される。この過程において、原料樹脂は、加熱シリンダからの加熱並びにスクリューの回転に伴う剪断発熱及び摩擦発熱によって溶融され、必要な混練及び可塑化が行われる。また、所定の混練及び可塑化が完了した溶融樹脂は、加熱シリンダの先端部に所定量に達するまで蓄えられ、金型のキャビティ内に射出すべき溶融樹脂量が計量される。計量工程が完了した後は、計量用モータの回転駆動が停止され、射出用モータが所定の方向に回転駆動される。この射出用モータの回転力は、ボールねじ機構を介して直動ブロックの前進力に変換され、直動ブロックを介してスクリューを前進させる。これにより、高圧の溶融樹脂が、加熱シリンダの先端部に取り付けられた射出ノズルから射出され、金型のキャビティ内に射出・充填される。

上述のように、スクリューは、原料樹脂の受け入れと、受け入れられた原料樹脂の混練及び可塑化と、先端側への溶融樹脂の移送とを行うものであるので、スクリューに形成される螺旋溝の溝形状は、良好な溶融樹脂の生成と移送、ひいては成形品の品質に大きな影響を及ぼす。

図４及び図５に、従来知られているスクリューの螺旋溝形状の一例を示す。図４から明らかなように、本例のスクリュー１００は、螺旋溝１００ａが、図示しない原料供給孔を通して供給される原料樹脂を受け入れる供給部Ａと、原料樹脂を混練及び可塑化する圧縮部Ｂと、所定量の溶融樹脂を貯える計量部Ｃとから構成されている。圧縮部Ｂは、図５に示すように、フライトピッチｐ及び溝幅ｗが一定で、スクリュー１００の基端側から先端側に至るに従って溝深さｄが順次浅くなるように形成されており、この圧縮部Ｂを通過する原料樹脂に圧縮力を付与して、スクリュー１００の回転に伴う剪断発熱及び摩擦発熱を促進するようになっている。これにより、原料樹脂の混練及び可塑化を効率化することができる（例えば、特許文献１参照。）。

なお、特許文献１には、供給部Ａを基部Ａ１と先端側Ａ２とから構成し、基部Ａ１については、フライトピッチを一定とした上で、溝幅を一般的なスクリューよりも狭くすると共に溝深さを一般的なスクリューよりも大きくして、原料樹脂の噛み込みを良好なものとし、先端側Ａ２については、フライトピッチを一定とした上で、スクリュー１００の基端部側から先端側に至るに従って、溝幅が狭く溝深さが深い状態から、溝幅が広く溝深さが浅い状態に変化するように螺旋溝１００ａを形成して、樹脂の圧縮率を増大させることなく、樹脂を先端側に移送できるようにした技術も開示されている。これにより、基部Ａ１における溝深さを深くしたことに伴う不都合を解消することができる。

特許第３５５６４５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、スクリュー１００の螺旋溝１００ａに圧縮部Ｂを形成して、該部を通過する原料樹脂の剪断発熱及び摩擦発熱を促進する構成であるので、熱による分解や劣化が生じやすい樹脂材料については、剪断発熱及び摩擦発熱が過大になりやすく、焼けや変色などの不都合を生じやすいという問題がある。また、ガラス繊維が混練された樹脂材料については、ガラス繊維が折れやすくなるという不都合も生じやすくなる。

本発明は、かかる従来技術の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、熱による分解や劣化が生じやすい樹脂材料、及びガラス繊維が混練された樹脂材料についても、良品を効率良く成形可能なスクリュー式射出装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、加熱シリンダと、前記加熱シリンダ内に回転可能に収納され、前記加熱シリンダに形成された原料樹脂供給孔と対応する位置から先端部までの範囲に螺旋溝が連続的に形成されたスクリューとを有し、前記スクリューを前記加熱シリンダ内で回転駆動することにより、前記原料供給孔を通して前記加熱シリンダ内に供給された原料樹脂の混練と可塑化とを行う射出装置を備え、前記スクリューにおける前記螺旋溝の形成領域は、前記原料樹脂供給孔側に形成された第１領域と、前記先端部側に形成された第２領域の２領域からなり、前記第１領域においては、フライトピッチ、溝幅及び溝深さが一定に形成され、前記第２領域においては、フライトピッチが一定で、前記原料樹脂供給孔側から前記先端側に至るにしたがって溝深さが順次浅くなり、かつ溝幅が順次大きくなり、前記第２領域における各ピッチごとの溝深さの減少度と溝幅の増加度は、各ピッチにおける容積が一定になるように設定するという構成にした。

かかる構成によると、加熱シリンダとスクリューとの間にスクリューの回転に伴う圧縮部が形成されないので、混練及び可塑化する際に原料樹脂に無理な圧縮力が作用しない。このため、原料樹脂に過大な剪断発熱及び摩擦発熱が発生せず、熱による分解や劣化が生じやすい樹脂材料についても、焼けや変色等が発生することを防止できる。また、ガラス繊維が混練された樹脂材料については、ガラス繊維の折損等を防止することができる。一方、スクリューに圧縮部を形成しなくても、第２領域においては螺旋溝の溝深さが原料樹脂供給孔側から先端側に至るにしたがって順次浅くなるように形成されているので、この第２領域を通過する過程で原料樹脂に必要な剪断力及び摩擦力を付与することができ、均一に混練されて所定の粘度まで可塑化された溶融樹脂を生成することができる。このため、高品質の成形品を高能率に製造することができる。

また本発明は、前記構成の射出成形機において、前記第１領域及び前記第２領域のフライトピッチは共通であるという構成にした。

かかる構成によると、原料樹脂及びこれを混練・可塑化することにより得られる溶融樹脂を螺旋溝の長さ方向に関してほぼ一定速度で移送することができるので、良質な溶融樹脂を安定して生成することができ、高品質の成形品を高能率に製造することができる。

本発明は、スクリューに形成される螺旋溝を、加熱シリンダとスクリューとの間にスクリューの回転に伴う圧縮部が形成されない構成としたので、熱による分解や劣化が生じやすい樹脂材料については、混練及び可塑化の際に焼けや変色等の不都合が発生せず、ガラス繊維が混練された樹脂材料については、ガラス繊維の折損等を防止できて、高品質の成形品を高能率に製造することができる。

実施形態に係る射出成形機の要部構成図である。 実施形態に係るスクリューの全体図である。 実施形態に係るスクリューの要部拡大図である。 従来例に係るスクリューの要部正面図である。 従来例に係るスクリューの要部拡大図である。

実施形態に係る射出成形機は、図１に示すように、図示しない射出ユニットベース盤上に所定距離をおいて対向に配設されたヘッドストック１及び保持プレート２と、これらヘッドストック１と保持プレート２との間に架け渡された連結バー３と、この連結バー３に案内されてヘッドストック１と保持プレート２との間を前後進する直動ブロック４と、基端部がヘッドストック１に固定された加熱シリンダ５と、加熱シリンダ５の先端に取り付けられたノズル６と、加熱シリンダ５の外周に巻装されたバンドヒータ７と、加熱シリンダ５内に回転可能かつ前後進可能に配設されたスクリュー８とを備えている。スクリュー８の基端部は、回転体９に保持され、回転体９は、軸受を介して直動ブロック４に回転可能に保持されている。また、回転体９には、被動プーリ１０が固定されており、この被動プーリ１０には、直動ブロック４に搭載された計量用サーボモータ１１の出力軸に固定された駆動プーリ１２との間に、図示しないタイミングベルトが輪掛けされている。したがって、スクリュー８は、駆動プーリ１２、図示しないタイミングベルト、被動プーリ１０及び回転体９を介して計量用サーボモータ１１により回転駆動される。

保持プレート２には、射出用サーボモータ１３が搭載されると共に、軸受を介してボールネジ機構１５のネジ軸１６が回転可能に保持される。ボールネジ機構１５は、ネジ軸１６と、このネジ軸１６に螺合されたナット体１７とから構成されており、ナット体１７の端部は、ロードセルユニット１８を介して直動ブロック４に固定されている。ネジ軸１６の端部には、被動プーリ１９が固定されており、この被動プーリ１９には、射出用サーボモータ１３の出力軸に固定された駆動プーリ１４との間に、図示しないタイミングベルトが輪掛けされている。したがって、スクリュー８は、駆動プーリ１４、図示しないタイミングベルト、被動プーリ１９、ボールネジ機構１５、直動ブロック４及び回転体９を介して射出用サーボモータ１３により前後進される。ロードセルユニット１８は、図示しない金型キャビティ内への溶融樹脂の射出圧力を検出するものである。

なお、図中の符号２０は、図示しないホッパーから落下・供給される成形材料を加熱シリンダ５の後端部内に供給するために、ヘッドストック１及び加熱シリンダ５の対応する位置に穿設された成形材料供給孔を示している。

このように構成された本例の射出装置は、計量用サーボモータ１１及び射出用サーボモータ１３の駆動及び停止を制御することにより、成形材料供給孔２０を通って供給される成形材料の計量と、計量された成形材料の可塑化及び混練と、可塑化及び混練された成形材料の金型内への射出とを行う。

即ち、計量工程時には、図示しない制御装置からの指令に基づいて、計量用サーボモータ１１が所定方向に回転駆動され、駆動プーリ１２、図示しないタイミングベルト、被動プーリ１０及び回転体９を介して、スクリュー８が所定方向に回転駆動される。このスクリュー８の回転により、図示しないホッパから原料供給孔２０を通して加熱シリンダ５の内部後端側に原料樹脂が供給される。この原料樹脂は、可塑化及び混練されつつスクリュー８のネジ送り作用によって前方に移送され、溶融樹脂となってスクリュー８の前方側に貯えられる。スクリュー８の前方側に溶融樹脂が送り込まれるにつれてスクリュー８は後退するが、この際、図示しない制御装置からの指令に基づいて、射出用サーボモータ１３を圧力フィードバック制御で駆動制御し、スクリュー８の直線移動位置を制御することで、スクリュー８には所定の背圧が付与される。そして、スクリュー８の先端側に１ショット分の溶融樹脂が貯えられた時点で、計量用サーボモータ１１によるスクリュー８の回転駆動は停止される。

一方、射出工程時には、計量が完了した後の適宜のタイミングで、図示しない制御装置からの指令に基づいて、射出用サーボモータ１３が速度フィードバック制御で駆動制御され、これにより、射出用サーボモータ１３の回転が、駆動プーリ１４、図示しないタイミングベルト、被動プーリ１９を介してボールネジ機構１５に伝えられ、ボールネジ機構１５により回転運動が直線運動に変換されて、直線運動がロードセルユニット１８、直動ブロック４及び回転体９を介してスクリュー８に伝達されることで、スクリュー８が急速に前進駆動されて、スクリュー８の先端側に貯えられた溶融樹脂が型締状態にある金型キャビティ内に射出充填され、一次射出工程が実行される。一次射出工程に引き続く保圧工程では、図示しない制御装置からの指令に基づいて、射出用サーボモータ１３が圧力フィードバック制御で駆動制御され、これにより、設定された保圧力がスクリュー８から金型内に充填された樹脂に付加される。

以下、上述した射出成形機に備えられるスクリュー８の構成について説明する。

本実施形態に係るスクリュー８には、図２及び図３に示すように、加熱シリンダ５に形成された原料樹脂供給孔２０と対応する位置から先端部まで、螺旋溝８ａが連続的に形成されており、該螺旋溝８ａは、原料樹脂供給孔２０側において、フライトピッチｐ、溝幅ｗ及び溝深さｄが一定に形成された第１領域Ｄと、スクリュー８の先端側において、フライトピッチｐが一定で、原料樹脂供給孔側２０からスクリュー８の先端側に至るにしたがって溝深さｄが順次浅くなり、かつ溝幅ｗが順次大きくなる第２領域Ｅとからなる。

第１領域Ｄは、原料樹脂供給孔２０を通して図示しないホッパから供給される原料樹脂の受け入れ部であり、加熱シリンダ５に対してスクリュー８が所定の範囲で前後進しても、原料樹脂を確実に受け入れられるように、数ピッチにわたって形成される。これに対して、第２領域Ｅは、第１領域Ｄに受け入れられた原料樹脂の混練及び可塑化部であり、最先端部は、計量部としても機能する。即ち、第１領域Ｄに受け入れられた原料樹脂は、スクリュー８の回転に伴って第２領域Ｅに移送され、加熱シリンダ５からの加熱並びにスクリュー８の回転に伴う剪断発熱及び摩擦発熱によって混練及び可塑化される。必要な混練及び可塑化が行われた樹脂は、スクリュー８の回転に伴ってスクリューの最先端部まで移送され、次回の射出充填工程に必要な溶融樹脂が計量される。

第１領域Ｄにおける螺旋溝８ａのフライトピッチｐと、第２領域Ｅにおける螺旋溝８ａのフライトピッチｐとは、同一の値に設定される。これにより、樹脂の移送速度を螺旋溝８ａの全長にわたって一定とすることができ、樹脂が局部的に過熱されることがないので、良質な溶融樹脂を安定に生成しやすくなる。

また、第２領域Ｅにおける各ピッチごとの溝深さｄの減少度と溝幅ｗの増加度とは、各ピッチにおける容積が一定になるように設定される。これにより、螺旋溝８ａに圧縮部が形成されず、加熱シリンダ５の内面と螺旋溝８ａの外面との間で樹脂に過大な圧縮力が作用しないので、過剰な剪断発熱及び摩擦発熱の発生を防止することができ、樹脂の焼けや変色を防止することができる。また、ガラス繊維が混練された樹脂材料については、ガラス繊維の折損等を防止できる。その結果、良品を高能率に成形することができる。

なお、前記実施形態においては、スクリュー式射出装置を備えた射出成形機を例にとって説明したが、スクリュープリプラ式射出装置を備えた射出成形機についても、同様に実施することができる。

本発明は、スクリュー式射出装置又はスクリュープリプラ式射出装置を備えた射出成形機に利用することができる。

１ ヘッドストック
２ 保持プレート
３ 連結バー
４ 直動ブロック
５ 加熱シリンダ
６ ノズル
７ バンドヒータ
８ スクリュー
８ａ 螺旋溝
Ｄ 第１領域
Ｅ 第２領域
ｄ 溝深さ
ｐ フライトピッチ
ｗ 溝幅
９ 回転体
１０ 被動プーリ
１１ 計量用サーボモータ
１２ 駆動プーリ
１３ 射出用サーボモータ
１５ ボールネジ機構
１６ ネジ軸
１７ ナット体
１８ ロードセルユニット
１９ 被動プーリ
２０ 成形材料供給孔

Claims (2)

1. 加熱シリンダと、前記加熱シリンダ内に回転可能に収納され、前記加熱シリンダに形成された原料樹脂供給孔と対応する位置から先端部までの範囲に螺旋溝が連続的に形成されたスクリューとを有し、前記スクリューを前記加熱シリンダ内で回転駆動することにより、前記原料供給孔を通して前記加熱シリンダ内に供給された原料樹脂の混練と可塑化とを行う射出装置を備え、
   前記スクリューにおける前記螺旋溝の形成領域は、前記原料樹脂供給孔側に形成された第１領域と、前記先端部側に形成された第２領域の２領域からなり、前記第１領域においては、フライトピッチ、溝幅及び溝深さが一定に形成され、前記第２領域においては、フライトピッチが一定で、前記原料樹脂供給孔側から前記先端側に至るにしたがって溝深さが順次浅くなり、かつ溝幅が順次大きくなり、
   前記第２領域における各ピッチごとの溝深さの減少度と溝幅の増加度は、各ピッチにおける容積が一定になるように設定したことを特徴とする射出成形機。
2. 前記第１領域及び前記第２領域のフライトピッチは、共通であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。