JP6058594B2

JP6058594B2 - 液状材料射出装置

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Publication number: JP6058594B2
Application number: JP2014153078A
Authority: JP
Inventors: 池田　透; 透池田
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: JP2016030368A

Description

本発明は、液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置に関する。

本発明は２色成形に供する液状材料射出装置に限定するものではないが、分かりやすいので２色成形法を従来の技術として説明する。

従来から、２色成形法が実用に供されている。すなわち、第１射出機で、ある色の樹脂材料を射出し、この樹脂材料が凝固したら、第２射出機で別の色の樹脂材料を射出する。この場合、１つの金型に２つの射出機が用意される（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は従来の技術の基本構成を説明する図であり、１個のノズル１０１に、連結保持体１０２を介して第１の射出機１０３と第２の射出機１０４が接続されている。例えば、第１の射出機１０３でＡ色の樹脂材料をノズル１０１に供給し、この間は第２の射出機１０４は射出させない。次に、第２の射出機１０４でＢ色の樹脂材料をノズル１０１に供給し、この間は第１の射出機１０３は射出させない。

一般に、第１の射出機１０３と第２の射出機１０４とは、共通の台１０５に載せられる。この台１０５は移動シリンダ１０６により、ノズルタッチ位置からノズル待機位置まで移動する。
台１０５の平面積が大きいため、作業場に、多数の射出装置を密に配置することは困難である。

また、制御弁等では、レンジアビリティ（ｒａｎｇｅ−ａｂｉｌｉｔｙ）と呼ぶ指標が知られている。このレンジアビリティは、制御可能な最大流量と最小流量の比と定義され、（最大流量÷最小流量）：１と表記される。
射出機１０３、１０４にもレンジアビリティが存在し、インライン式スクリュー射出機では、５：１程度と言われている。

近年、溶融樹脂材料の他に、液状樹脂材料を金型へ射出することが行われるようになってきた。液状樹脂材料は、流動性に富むこともあり、微小な製品から大型の製品まで幅広く射出成形が可能となる。結果、１０：１を超える大きなレンジアビリティが必要となる。
しかし、特許文献１の技術は、レンジアビリティは５：１程度であり、液状樹脂材料の射出には適していない。

液状樹脂材料の成形が普及する中、液状樹脂材料の射出に適し、装置の平面積が小さな射出装置が望まれる。

特許第２９６６１７７号公報

本発明は、液状樹脂材料の射出に適し、装置の平面積が小さな射出装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置であって、加熱筒にスクリューを回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズルを備え、このノズルに三方弁を備えると共に材料入口を備えているインライン式スクリュー射出機と、前記加熱筒へ第１液状樹脂材料を供給する第１液状材料供給機構と、前記加熱筒へ第１液状樹脂材料を供給する第１液状材料供給機構と、前記スクリューの前進作用により前記第１液状樹脂材料を射出する前記インライン式スクリュー射出機の射出量より少量の第２液状樹脂材料を射出し、前記第１液状樹脂材料供給機構と組み合わせて算出する（最大流量÷最小流量）が１０を超えるような定量供給機構と、この定量供給機構から前記材料入口まで延びて前記第２液状樹脂材料を前記ノズルへ供給する材料供給路と、前記定量供給機構へ定圧の前記第２液状樹脂材料を供給する第２液状材料供給機構と、を備え、前記第１液状樹脂材料と前記第２液状樹脂材料の一方を金型へ射出することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料は、互いに異なる性質の材料であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置であって、加熱筒にスクリューを回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズルを備え、このノズルに三方弁を備えると共に材料入口を備えているインライン式スクリュー射出機と、前記加熱筒へ前記液状樹脂材料を供給する液状材料供給機構と、前記スクリューの前進作用により前記液状樹脂材料を射出する前記インライン式スクリュー射出機の射出量より少量の液状樹脂材料を射出し、前記液状材料供給機構と組み合わせて算出する（最大流量÷最小流量）が１０を超えるような定量供給機構と、この定量供給機構から前記材料入口まで延びて前記液状樹脂材料を前記ノズルへ供給する第１材料供給路とを備え、前記加熱筒と前記ノズルとの間にアダプタを着脱自在に設け、前記アダプタに前記ノズルと非連通状態で前記加熱筒から前記定量供給機構へ前記液状樹脂材料を供給する第２材料供給路を備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、第２材料供給路は、アダプタから定量供給機構への流れを許容し、定量供給機構からアダプタへの流れを許容しない逆止弁を備えていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、三方弁に、第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料の一方又は液状樹脂材料を金型へ射出するように三方弁を切り換える弁アクチュエータとを備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、ノズルに、シャットオフ弁を備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、第１液状樹脂材料を射出するインライン式スクリュー射出機と、このインライン式スクリュー射出機の射出量より少量の第２液状樹脂材料を射出し、第１液状樹脂材料供給機構と組み合わせて算出する（最大流量÷最小流量）が１０を超えるような定量供給機構とを備えている。インライン式スクリュー射出機と定量供給機構とでレンジアビリティを拡大することができる。加えて、射出量が小さな定量供給機構はインライン式スクリュー射出機に比較して十分に小型である。結果、装置の平面積を特許文献１に示される従来装置の平面積より、格段に小さくすることができる。
すなわち、本発明によれば、液状樹脂材料の射出に適し、装置の平面積が小さな射出装置が提供される。

請求項２に係る発明では、第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料は、互いに異なる性質の材料である。第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料は、同材でもよいが、異材とした方が、多様な成形品が得られ、射出装置の有効利用が図れる。

請求項３に係る発明では、液状樹脂材料の材料供給をインライン式スクリュー射出機で共用とした。すなわち、着脱可能なアダプタにより直接射出又は材料供給路を介して定量供給機構に供給可能な構成とした。この場合、２色成形機のように交互に射出することはできないが、材料供給路を単一化することができ、材料替えや金型交換のタイミングに応じて最適な構成を選択することができる。そして、インライン式スクリュー射出機が共用されるため、液状材料射出装置は小型である。
すなわち、本発明によれば、液状樹脂材料の射出に適し、装置の平面積が小さな射出装置が提供される。

請求項４に係る発明では、第２材料供給路は、逆止弁を備えているため、定量供給機構からアダプタへ樹脂材料が逆流する心配がない。

請求項５に係る発明は、三方弁に、第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料の一方又は液状樹脂材料を金型へ射出するように三方弁を切り換える弁アクチュエータとを備える。三方弁は、手動、自動の何れでもよいが、弁アクチュエータを備える自動弁の方が、射出作業の効率化を図ることができ、生産性が高まる。

非液状樹脂材料に比較して液状樹脂材料は、ノズルの先端から漏れやすい。そこで、請求項６に係る発明では、ノズルに、シャットオフ弁を備えることで、樹脂材料の漏れを防止するようにした。

本発明に係る液状材料射出装置の構成図である。図１の２部拡大図である。三方弁の作用図である。レンジアビリティを説明する図である。別の液状材料射出装置の構成図である。図５の６部拡大図である。シャットオフ弁の作用図である。アダプタを除いた液状材料射出装置の形態を示す図である。従来の技術の基本構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、請求項１に係る好適実施例は、図１〜図４で説明し、請求項３に係る好適実施例は、図５〜図８で説明する。

図１に示すように、液状材料射出装置１０は、加熱筒２１にスクリュー２２を回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズル２３を備え、このノズル２３に三方弁６０（詳細は後述する。）を有すると共に材料入口２５を有するインライン式スクリュー射出機２０を備えている。加熱筒２１の後部に射出シリンダ２６及びスクリュー回転機構２７を備え、スクリュー２２の基部に距離計２８を備えている。

更に、加熱筒２１へ第１液状樹脂材料２９を供給する第１液状材料供給機構３０が備えられている。第１液状材料供給機構３０は、例えば、第１液状樹脂材料２９を貯留する第１容器３１と、この第１容器３１に付属する第１ポンプ３２と、この第１ポンプ３２の吐出口から加熱筒２１の基部まで延びて第１液状樹脂材料２９を加熱筒２１内へ供給する第１供給路３３とからなる。

スクリュー回転機構２７でスクリュー２２を所定方向に回すと、第１液状樹脂材料２９がスクリュー２２の螺旋溝を通ってスクリュー２２の先端に至り、そこに溜まる。この溜まりでスクリュー２２がノズル２３から離れる方向へ移動（後進）する。この移動量（後進量）は距離計２８で計測される。スクリュー２２の外径×移動量＝貯留量の計算により、貯留された第１液状樹脂材料２９の量が求まる。この量が、所定値（例えば２０ｃｍ^３）に達したらスクリュー２２の回転を停止する。次に、射出シリンダ２６でスクリュー２２を前進させて、ノズル２３から第１液状樹脂材料２９を金型３４へ射出する。

加えて、液状材料射出装置１０は、インライン式スクリュー射出機２０の射出量に対して数分の１の量（例えば、１／４）の第２液状樹脂材料３６を射出する定量供給機構４０と、この定量供給機構４０から材料入口２５まで延びて第２液状樹脂材料３６をノズル２３へ供給する材料供給路４１と、定量供給機構４０へ定圧の第２液状樹脂材料３６を供給する第２液状材料供給機構５０とを備えている。

第２液状材料供給機構５０は、第２液状樹脂材料３６を貯留する第２容器５１と、この第２容器５１に付属する第２ポンプ５２と、この第２ポンプ５２の吐出口から延びる第２供給路５３とからなる。この第２供給路５３には、定圧弁の相当する減圧弁５４が設けられている。

定量供給機構４０は、シリンダ４２と、このシリンダ４２に往復移動可能に収納されるピストン４３と、このピストン４３を移動させるピストン移動手段４４とからなり、第２ポンプ５２で圧送されて減圧弁５４で一定の圧とされた第２液状樹脂材料３６を計量する。第２液状樹脂材料３６は、一定圧で計量されるため、計量精度は格段に高まる。計量された第２液状樹脂材料３６はピストン４３で押され、材料供給路４１を介して材料入口２５へ供給される。

好ましくは、第２供給路５３に逆止弁５５を設け、材料供給路４１にばね付き逆止弁５６を設ける。逆止弁５５が開くことで、シリンダ４２内へ第２液状樹脂材料３６が溜められる。このとき、ばね付き逆止弁５６は、ばねの付勢作用で閉じているため、シリンダ４２内の第２液状樹脂材料３６がノズル２３側へ漏れる心配はない。
ピストン４３を前進（図では下降）させると、逆止弁５５は閉じ、ばね付き逆止弁５６が開くため、第２液状樹脂材料３６がノズル２３へ供給される。

図２に示すように、三方弁６０は、球状の弁体６１に、穴径がｄ１である直線状の主通路６２と、この主通路６２の途中から直角に分岐し穴径ｄ１より小さなｄ２である枝通路６３を備えている。ｄ１：ｄ２は、例えば２：１とする。
弁体６１は弁アクチュエータ６４で回される。図２では、材料入口２５は弁体６１で閉じられている。そして、ノズル穴６５に主通路６２が揃っているため、量Ｑで示す第１液状樹脂材料２９がノズル２３から射出される。

図３に示すように、弁アクチュエータ６４で、図面時計回りに９０°弁体６１を回すと、主通路６２は材料入口２５に繋がり、枝通路６３がノズル穴６５に繋がる。量ｑで示す第２液状樹脂材料３６は、主通路６２の半分及び枝通路６３を流れ、ノズル２３から射出される。

図１で説明したインライン式スクリュー射出機２０は、射出量の最大値が２０ｃｍ^３である。
図４（ａ）に示すように、流れが不安定になりやすい９０％以上と２０％以下をカットした２０〜９０％の領域で制御することが望まれる。すると、好ましいレンジアビリティは４．５：１となる。

図１で説明した定量供給機構４０は、射出量の最大値が５ｃｍ^３である。
図４（ｂ）に示すように、流れが不安定になりやすい９０％以上と２０％以下をカットした２０〜９０％の領域で制御することが望まれる。すると、好ましいレンジアビリティは４．５：１となる。

図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）、（ｂ）を重ねると、最大射出量が１８ｃｍ^３で最小射出量が１ｃｍ^３で、レンジアビリティが１８：１である液状材料射出装置が得られる。
すなわち、１基の液状材料射出装置で小さな製品から大きな製品までを成形することができる。

なお、第１液状樹脂材料２９と第２液状樹脂材料３６は、同材とする他、異材としてもよい。異材であれば、より多様な成形品が得られ、液状材料射出装置の用途が広がる。

また、図２にて、三方弁６０は、手動であってもよいが、弁アクチュエータ６４を備える自動弁の方が、射出作業の効率化を図ることができ、生産性が高まる。

さらに、図１に示すように、インライン式スクリュー射出機２０は、移動シリンダ６７で前後移動される台６８に載せられるが、この台６８は十分に幅狭である。そして、小容量であるため、定量供給機構４０は、十分に小さく、加熱筒２１又は射出シリンダ２６に載せることや台６８に載せることができる。結果、液状材料射出装置１０の平面積を従来の装置の平面積より、格段に小さくすることができる。

尚、第１液状材料供給機構３０と第２液状材料供給機構５０の構成は液状樹脂材料を主剤と硬化剤とで別々の液状樹脂材料供給機構から供給し、合流させて液状樹脂材料射出装置に供給する等適宜変更することは差し支えない。

次に、液状材料射出装置の変形例を説明する。
図５に示すように、液状材料射出装置１０Ｂは、加熱筒２１にスクリュー２２を回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズル２３を備え、このノズル２３に三方弁６０を備えると共に材料入口２５を備えているインライン式スクリュー射出機２０と、加熱筒２１へ液状樹脂材料２９Ｂを供給する液状材料供給機構３０Ｂと、スクリュー２２の前進作用により液状樹脂材料２９Ｂを射出するインライン式スクリュー射出機２０の射出量に対して数分の１の量の液状樹脂材料２９Ｂを射出する定量供給機構４０と、この定量供給機構４０から材料入口２５まで延びて液状樹脂材料２９Ｂをノズル２３へ供給する第１材料供給路６９とを備え、加熱筒２１とノズル２３との間にアダプタ７０を着脱自在に設け、アダプタ７０にノズル２３と非連通状態で加熱筒２１から定量供給機構４０へ液状樹脂材料２９Ｂを供給する第２材料供給路７１を備えている。

好ましくは、第２材料供給路７１に、アダプタ７０から定量供給機構４０への流れを許容し、定量供給機構４０からアダプタ７０への流れを許容しない逆止弁７２を備える。
第１材料供給路６９にも逆止弁５６を備える。ノズル２３から定量供給機構４０、定量供給機構４０からアダプタ７０への逆流を防止することができる。
その他の構成要素は、図１の符号を流用し、詳細な説明は省略する。

先ず、液状材料供給機構３０Ｂで加熱筒２１に液状樹脂材料２９Ｂが供給される。この液状樹脂材料２９Ｂは、スクリュー２２で定量供給機構４０に供給される。定量供給機構４０で、一定量の少量の液状樹脂材料２９Ｂがノズル２３へ供給され、このノズル２３から金型３４へ吐出される。

アダプタ７０の構造の一例を次に説明する。
図６に示すように、アダプタ７０は、筒部７３と、この筒部７３の一端に設けられ加熱筒２１にねじ７４で締結される筒側フランジ７５と、筒部７３の他端（先端）に設けられノズル２３がねじ７４で締結されるノズル側フランジ７７と、筒内通路７８の出口７９とを備えている。この出口７９に第２材料供給路７１が接続される。

また、好ましくは、ノズル２３の先端部に、シャットオフ弁８０を内蔵する。
図７に示すように、シャットオフ弁８０は、先尖り形状の弁体８１と、この弁体８１を軸方向移動自在に収納する弁筒８２と、弁体８１をシャット（弁閉）側へ付勢する弁ばね８３とからなる。弁閉時には、弁体８１はノズル２３の内面に、点８４で当たっている。

液状樹脂材料２９Ｂの圧力が低いときは、弁ばね８３の付勢力で弁閉状態が保たれる。
弁体８１には、弁筒８２に全部が入らぬように段部８５を設けてある。この段部８５へ、液状樹脂材料２９Ｂの圧力により図面左向きの力が加わる。一方、弁体８１のテーパ面８６に液状樹脂材料２９Ｂの圧力により図面右向きの力が加わる。左右の力が相殺される。

段部の起点８７と点８４の間では、液状樹脂材料２９Ｂの圧力により図面右向きの力だけが弁体８１に加わる。起点８７と点８４の間に加わる力は、液状樹脂材料２９Ｂの圧力に比例して増加する。よって、液状樹脂材料２９Ｂの圧力が高まり、弁ばね８３の付勢力を超えるような図面右向きの力が発生すると、弁体８１が移動して、弁開状態となる。

図５にて、定量供給機構４０の供給が停止され、ノズル２３内での液状樹脂材料２９Ｂの圧力が下がると、シャットオフ弁８０がノズル２３を機械的に閉じる。結果、液状樹脂材料２９Ｂがノズル２３から漏れることを確実に防止することができる。

金型３４を交換するなどして、液状樹脂材料２９Ｂの供給量を、少量から多量に切り換える必要が出たときには、次の手順で模様替えを実施する。
図６にて材料入口２５から第１材料供給路６９を外し、出口７９から第２材料供給路７１を外す。次に、ねじ７４を緩めて、加熱筒２１及びノズル２３からアダプタ７０を分離する。次に、加熱筒２１にねじ７４でノズル２３を直接取付ける。

結果、図８に示す形態の液状材料射出装置１０Ｃを得ることができる。なお、三方弁６０を回し、加熱筒２１とノズル２３とを連通状態にする。材料入口２５はプラグ８８で塞ぐことが推奨される。材料入口２５からの液漏れが防止できると共にごみの侵入が防げる。そして、この液状材料射出装置１０Ｃで多量の液状樹脂材料をノズル２３から吐出することができる。

アダプタ７０や第１・第２材料供給路６９、７１及び定量供給機構４０は洗浄後保管しておき、必要なときに、加熱筒２１とノズル２３との間に介在させる。図５と図８の形態が容易に得られる。

すなわち、液状樹脂材料の材料供給をインライン式スクリュー射出機２０で共用とした。すなわち、着脱可能なアダプタ７０により直接射出又は材料供給路７１を介して定量供給機構４０に供給可能な構成とした。この場合、２色成形機のように交互に射出することはできないが、材料供給路を単一化することができ、材料替えや金型交換のタイミングに応じて最適な構成を選択することができる。また、インライン式射出機２０の貯留量は定量供給機構４０の容量に比べて十分に大きいため、スクリュー２２を介して十分な混練が図られ、液状樹脂材料の密度や品質の安定化を図ることができる。

なお、シャットオフ弁８０は、図１に示す液状材料供給装置１０に適用することは差し支えない。

本発明は、液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置に好適である。

１０、１０Ｂ、１０Ｃ…液状材料射出装置、２０…インライン式スクリュー射出機、２１…加熱筒、２２…スクリュー、２３…ノズル、２５…材料入口、２９…第１液状樹脂材料、２９Ｂ…液状樹脂材料、３０…第１液状材料供給機構、３０Ｂ…液状材料供給機構、３４…金型、３６…第２液状樹脂材料、４０…定量供給機構、４１…材料供給路、５０…第２液状材料供給機構、６０…三方弁、６４…弁アクチュエータ、６９…第１材料供給路、７０…アダプタ、７１…第２材料供給路、７２…逆止弁、８０…シャットオフ弁。

Claims

液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置であって、
加熱筒にスクリューを回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズルを備え、このノズルに三方弁を備えると共に材料入口を備えているインライン式スクリュー射出機と、
前記加熱筒へ第１液状樹脂材料を供給する第１液状材料供給機構と、
前記スクリューの前進作用により前記第１液状樹脂材料を射出する前記インライン式スクリュー射出機の射出量より少量の第２液状樹脂材料を射出し、前記第１液状材料供給機構と組み合わせて算出する（最大流量÷最小流量）が１０を超えるような定量供給機構と、
この定量供給機構から前記材料入口まで延びて前記第２液状樹脂材料を前記ノズルへ供給する材料供給路と、
前記定量供給機構へ定圧の前記第２液状樹脂材料を供給する第２液状材料供給機構と、
を備え、
前記第１液状樹脂材料と前記第２液状樹脂材料の一方を金型へ射出することを特徴とす
る液状材料射出装置。
前記第１液状樹脂材料と前記第２液状樹脂材料は、互いに異なる性質の材料であることを特徴とする請求項１記載の液状材料射出装置。
液状樹脂材料を金型へ射出する液状材料射出装置であって、
加熱筒にスクリューを回転自在に且つ往復移動自在に収納し、先端にノズルを備え、こ
のノズルに三方弁を備えると共に材料入口を備えているインライン式スクリュー射出機と
、
前記加熱筒へ前記液状樹脂材料を供給する液状材料供給機構と、
前記スクリューの前進作用により前記液状樹脂材料を射出する前記インライン式スクリュー射出機の射出量より少量の液状樹脂材料を射出し、前記液状材料供給機構と組み合わせて算出する（最大流量÷最小流量）が１０を超えるような定量供給機構と、
この定量供給機構から前記材料入口まで延びて前記液状樹脂材料を前記ノズルへ供給す
る第１材料供給路とを備え、
前記加熱筒と前記ノズルとの間にアダプタを着脱自在に設け、前記アダプタに前記ノズ
ルと非連通状態で前記加熱筒から前記定量供給機構へ前記液状樹脂材料を供給する第２材
料供給路を備えていることを特徴とする液状材料射出装置。
前記第２材料供給路は、前記アダプタから前記定量供給機構への流れを許容し、前記定量供給機構から前記アダプタへの流れを許容しない逆止弁を備えていることを特徴とする請求項３記載の液状材料射出装置。
前記三方弁に、前記第１液状樹脂材料と第２液状樹脂材料の一方又は前記液状樹脂材料を前記金型へ射出するように前記三方弁を切り換える弁アクチュエータとを備えることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の液状材料射出装置。
前記ノズルに、シャットオフ弁を備えることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の液状材料射出装置。