JP5855543B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出装置に関する。

射出装置は、溶融樹脂を金型装置内に射出する。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される。

射出装置は、成形材料としての樹脂ペレットが供給されるシリンダを備える。シリンダは外側からヒータによって加熱され、シリンダ内の樹脂が溶融される。溶融された樹脂は、シリンダの先端部に形成されるノズルから金型装置内に射出される。

ヒータは、安価であり、また、シリンダの外周に容易に設置できる。しかし、ヒータとシリンダとの間の接触熱抵抗のため、シリンダの加熱効率が低く、シリンダ内の樹脂の加熱効率が低い。

そこで、シリンダを誘導加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、シリンダ自体が発熱するので、シリンダの加熱効率が高く、シリンダ内の樹脂の加熱効率が良い。

国際公開第２００５／０４６９６２号

従来の誘導加熱の場合、表皮効果によって、シリンダの外周面及びその近傍が集中的に誘導加熱される。そのため、シリンダの熱が外気等に逃げやすく、シリンダの熱がシリンダ内の成形材料に伝わりにくかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形材料の加熱効率の良い射出装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
成形材料が供給されるシリンダと、
該シリンダを誘導加熱する誘導加熱部とを備え、
前記シリンダの誘導加熱部分に、前記シリンダを外周面から内周面まで貫通するスリットが形成されており、
前記スリットが形成されている部分は、前記シリンダの周方向に流れる渦電流を分断する絶縁機能を有する、射出装置が提供される。

本発明によれば、成形材料の加熱効率の良い射出装置が提供される。

本発明の一実施形態による射出装置を示す図である。 図１のシリンダ及びスクリュの断面図である。 図２のシリンダ及びスクリュの誘導加熱時の渦電流を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による射出装置を示す図である。図１では、図面を見やすくするため、図２に示す蓋部材４０の図示を省略してある。図２は、図１のシリンダ及びスクリュの断面図である。図２では、図面を見やすくするため、図１に示すスクリュ１３のフライト１５の図示を省略してある。図３は、図２のシリンダ及びスクリュの誘導加熱時の渦電流を示す図である。尚、図３は一例であって、渦電流の向きは時間の経過と共に繰り返し反転する。

射出装置１０は、シリンダ１１内で溶融した樹脂をノズル１２から射出し、図示されない金型装置内のキャビティ空間に充填する。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される。成形材料としての樹脂ペレットは、ホッパ１６からシリンダ１１の後部に供給される。

射出装置１０は、例えば図１に示すように、成形材料としての樹脂ペレットが供給されるシリンダ１１と、シリンダ１１内で回転自在に且つ軸方向に移動自在に配設されるスクリュ１３と、シリンダ１１を加熱する加熱装置２０と、シリンダ１１を冷却する冷却装置３０とを備える。

シリンダ１１は加熱装置２０によって加熱され、シリンダ１１内の樹脂が溶融される。溶融された樹脂は、シリンダ１１の先端部に形成されるノズル１２から金型装置内に射出される。シリンダ１１内には、樹脂を送る送り部材としてのスクリュ１３が設けられる。

スクリュ１３は、スクリュ回転軸１４と、スクリュ回転軸１４の周りに螺旋状に設けられるフライト１５とを一体的に有する。スクリュ１３が回転すると、スクリュ１３のフライト（ねじ山）１５が動き、スクリュ１３のねじ溝内に充填された樹脂ペレットが前方に送られる。

スクリュ１３は、例えば図１に示すように、軸方向に沿って後方（ホッパ１６側）から前方（ノズル１２側）にかけて、供給部１３ａ、圧縮部１３ｂ、計量部１３ｃとして区別される。供給部１３ａは、樹脂を受け取り前方に搬送する部分である。圧縮部１３ｂは、供給された樹脂を圧縮しながら溶融する部分である。計量部１３ｃは、溶融した樹脂を一定量づつ計量する部分である。スクリュ１３のねじ溝の深さは、供給部１３ａで深く、計量部１３ｃで浅く、圧縮部１３ｂにおいて前方に向かうほど浅くなっている。尚、スクリュ１３の構成は特に限定されない。例えばスクリュ１３のねじ溝の深さは、一定であってもよい。

加熱装置２０は、シリンダ１１の軸方向に沿って配列される複数の加熱源２１〜２５を有する。複数の加熱源２１〜２５は、シリンダ１１を軸方向に複数のゾーン（図１では５つのゾーンＺ１〜Ｚ５）に分けて個別に加熱する。各ゾーンＺ１〜Ｚ５の温度が設定温度になるように、複数の加熱源２１〜２５がフィードバック制御される。

加熱装置２０は、複数の加熱源２１〜２５として、例えば、シリンダ１１を誘導加熱する誘導加熱部としての誘導コイル２１と、シリンダ１１を外側から加熱するヒータ２２〜２５とを有する。

誘導コイル２１はシリンダ１１と同軸的に配置され、シリンダ１１の外側に配設される。誘導コイル２１とシリンダ１１とは絶縁のため離間しており、誘導コイル２１とシリンダ１１との間には図示されない断熱材が介装されてもよい。

誘導コイル２１に交流電流が供給されると、誘導コイル２１内のシリンダ１１に交番磁界が形成され、シリンダ１１に渦電流（誘導電流）が流れ、シリンダ１１自体が発熱する。シリンダ１１自体が発熱するので、シリンダ１１の加熱効率が良い。

誘導コイル２１は、例えば図１に示すように、加熱装置２０が加熱する複数のゾーンＺ１〜Ｚ５のうち、冷却装置３０に最も近いゾーンＺ１を加熱するものであってよい。冷却装置３０に最も近いゾーンＺ１では、シリンダ１１の熱がシリンダ１１を伝って冷却装置３０に逃げやすく、シリンダ１１の温度を所定の温度に保つための発熱量が多くなるためである。

尚、誘導コイル２１の加熱位置や数は特に限定されない。例えば、誘導コイル２１は、冷却装置３０から最も遠いゾーンＺ５（つまり、ノズル１２）を加熱するものでもよい。また、加熱装置２０は、複数の誘導コイルを有してもよい。

誘導コイル２１は、インバータに接続されている。インバータは、マイクロコンピュータ等で構成されるコントローラの制御下で、直流電流を任意の周波数の交流電流に変換する。インバータによって、誘導コイル２１に供給される交流電流の振幅、周波数が可変となっている。

冷却装置３０は、加熱装置２０よりも後方に設けられ、シリンダ１１の後部を冷却し、シリンダ１１の後部やホッパ１６内で樹脂ペレットのブリッジ（塊化）が生じないように、樹脂ペレットの表面が溶融しない温度にシリンダの後部の温度を保つ。冷却装置３０は、水や空気などの冷媒の流路３１を有する。

次に、射出装置１０の動作について説明する。

射出装置１０がスクリュ１３を回転させると、スクリュ１３のフライト（ねじ山）１５が動き、スクリュ１３のねじ溝内に充填された樹脂ペレットが前方に送られる。樹脂は、シリンダ１１内を前方に移動しながら、シリンダ１１からの熱などで加熱される。シリンダ１１の先端部において、樹脂は完全に溶融した状態となる。そして、スクリュ１３の前方に溶融樹脂が蓄積されるにつれ、スクリュ１３は後退する。スクリュ１３が所定距離後退し、スクリュ１３の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、スクリュ１３の回転は停止される。射出装置１０は、スクリュ１３の回転を停止した状態で、スクリュ１３を前進させることにより、シリンダ１１の先端部に形成されるノズル１２から金型装置内に溶融樹脂が射出される。

次に、図１〜図３を再度参照して、シリンダの構成について説明する。

本実施形態では、図１に示すように、シリンダ１１における誘導加熱部分（例えばゾーンＺ１）に、シリンダ１１を外周面から内周面まで貫通するスリット１７が設けられている。尚、スリット１７は、その他のゾーン（例えばゾーンＺ２）まで延びていてもよい。

スリット１７は、図３に示すように、シリンダ１１の外周面及びその近傍（以下、シリンダ外周部という）を周方向に流れる渦電流を分断する。分断された渦電流は、スリット１７に沿って径方向内方に向かい、シリンダ１１の内周面及びその近傍（以下、シリンダ内周部という）を周方向に流れた後、スリット１７に沿って径方向外方に向かう。このように、スリット１７の存在のためにループ状の渦電流が生じ、シリンダ外周部だけでなく、シリンダ内周部でも渦電流が流れる。そのため、シリンダ全体の単位時間当たりの発熱量が従来と同じ場合、シリンダ外周部の単位時間当たりの発熱量が減り、シリンダ内周部の単位時間当たりの発熱量が増え、シリンダ１１の内周面が加熱されやすい。よって、シリンダ１１内の樹脂の加熱効率が従来よりも良くなる。

ところで、シリンダ１１内に配設される導電性のスクリュ１３には、スクリュ１３における磁界の変化を打ち消すように渦電流が生じる。スクリュ１３における磁界は、導電性コイル２１の電流が形成する磁界と、シリンダ１１の渦電流が形成する磁界との合成磁界である。

仮に、スリット１７が設けられていない場合、シリンダ１１の渦電流は、表皮効果によって、シリンダ外周部に集中的に生じる。このシリンダ外周部の渦電流は、導電性コイル２１の電流が形成する磁界の変化を打ち消すように生じる。そのため、スクリュ１３における磁界の変化が小さく、スクリュ１３には渦電流がほとんど生じない。

本実施形態では、スリット１７が設けられるので、図３に示すように、シリンダ内周部とシリンダ外周部とに互いに逆向きの渦電流が生じる。そのため、シリンダ内周部の渦電流が形成する磁界と、シリンダ外周部の渦電流が形成する磁界とが相殺される。よって、導電性コイル２１の電流が形成する磁界がスクリュ１３に浸透しやすく、スクリュ１３における磁界の変化が大きい。従って、図３に示すように、スクリュ１３に渦電流が生じ、スクリュ１３がシリンダ１１と共に誘導加熱される。表皮効果によって、スクリュ１３の樹脂との接触面及びその近傍に渦電流が集中する。スクリュ１３の熱は、先ず樹脂に伝達された後、シリンダ１１を伝って外気や冷却装置３０に逃げるので、樹脂の加熱効率がさらに良くなる。

スリット１７は、シリンダ外周部を周方向に流れる渦電流が分断されやすいように、例えば図１に示すように、シリンダ１１の軸方向に長い長孔であってよい。スリット１７は、誘導コイル２１の内部全体にわたって形成されてよく、誘導コイル２１の内部から外部に突出してもよい。尚、スリット１７の形状は、多種多様であってよく、例えば螺旋状でもよい。

スリット１７は、図１及び図２に示すように、複数設けられてよく、シリンダ１１の周方向に等間隔（例えば図２では１８０°ピッチ）で配置されてよい。尚、スリット１７の数は１つでもよい。

射出装置１０は、樹脂の流出を防止するため、スリット１７を塞ぐ蓋部材４０をさらに備えてよい。尚、冷却装置３０に最も近いゾーンＺ１では樹脂が融けていないので、スリット１７の幅が樹脂ペレットよりも小さければ、蓋部材４０はなくてもよい。

蓋部材４０は、図２に示すようにスリット１７内に設けられてもよいし、スリット１７の外に設けられてもよい。

蓋部材４０は、磁性材、非磁性材のいずれでもよいが、シリンダ１１が非磁性材の場合、誘導コイル２６の電流が形成する磁界が蓋部材４０に集まらないように、蓋部材４０も非磁性材であることが望ましい。

蓋部材４０は、例えば金属製の蓋本体４１と、絶縁層４２とで構成される。絶縁層４２は、例えばセラミックス、ガラス等で形成される。絶縁層４２は、蓋本体４１とシリンダ１１との間に介在し、蓋本体４１とシリンダ１１とを絶縁する。

尚、蓋部材４０のシリンダ１１と接触する部分が絶縁性を有していればよく、蓋部材４０全体が絶縁材料（例えばセラミックス、ガラス）で形成されてもよい。蓋部材４０の構造が簡単になる。また、絶縁層４２は、シリンダ１１側に形成されてもよい。

以上、射出装置を実施形態で説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態のスクリュ１３は導電性を有し、誘導コイル２１はシリンダ１１とスクリュ１３の両方を誘導加熱するが、スクリュ１３は絶縁性を有し、誘導コイル２１はシリンダ１１のみを誘導加熱してもよい。

また、上記実施形態の射出装置は、スクリュ・インライン方式のものであるが、プランジャ・プリプラ方式やスクリュ・プリプラ方式のものでもよい。プリプラ方式では、可塑化用シリンダ内で溶融された樹脂を射出用シリンダに供給し、射出用シリンダから金型装置内に溶融樹脂を射出する。プリプラ方式の場合、誘導コイル２１が誘導加熱するシリンダは、可塑化用シリンダ、射出用シリンダのいずれでもよい。また、可塑化用シリンダ内に配設され、樹脂を送る送り部材は、プランジャ・プリプラ方式の場合は可塑化用プランジャであり、スクリュ・プリプラ方式の場合は可塑化用スクリュである。さらに、射出用シリンダ内に配設され、樹脂を送る送り部材は、プランジャ・プリプラ方式、スクリュ・プリプラ方式のいずれでも射出用プランジャである。

１０ 射出装置
１１ シリンダ
１２ ノズル
１３ スクリュ（送り部材）
１７ スリット
２０ 加熱装置
２１ 誘導コイル（誘導加熱部）
２２〜２５ ヒータ
３０ 冷却装置
４０ 蓋部材
４１ 蓋本体
４２ 絶縁層

Claims (4)

1. 成形材料が供給されるシリンダと、
   該シリンダを誘導加熱する誘導加熱部とを備え、
   前記シリンダの誘導加熱部分に、前記シリンダを外周面から内周面まで貫通するスリットが形成されており、
   前記スリットが形成されている部分は、前記シリンダの周方向に流れる渦電流を分断する絶縁機能を有する、射出装置。
2. 前記シリンダ内に配設され、前記シリンダ内の成形材料を送る導電性の送り部材をさらに備え、
   前記誘導加熱部は、前記シリンダと共に前記送り部材を誘導加熱する、請求項１に記載の射出装置。
3. 前記スリットを塞ぐ蓋部材をさらに備える、請求項１又は２に記載の射出装置。
4. 前記蓋部材の前記シリンダと接触する部分が絶縁性を有する、請求項３に記載の射出装置。

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