JP6146859B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、金型を用いて成形体を成形する射出成形機に関し、特に金型内に射出充填された溶融樹脂に対しガス（気体）を注入し、中空構造の成形体を成形する射出成形機に関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機においては、加熱シリンダ内に原料である粒状の熱可塑性樹脂を送り、加熱シリンダ内に設けられた進退可能なスクリューにより樹脂を溶融しながらスクリュー先端のノズル側に送り出し、スクリューの先端側に設けられたノズルから金型装置のキャビティに溶融樹脂を射出させ、キャビティ内で溶融樹脂を冷却させ固化させた後、金型装置を開き、突出しピンなどにより金型に張り付いている成形物を金型から外すことにより、成形体が成形されている。

このようなプラスチックなどの成形体を成形する射出成形機においては、その構成を大別すると概ね、型締ユニットと及び射出ユニットから構成されており、型締ユニットにおいては、一般的に固定金型と可動金型を有する金型装置が備えられており、可動金型をトグル機構若しくは直圧方式などの型締を可能とする可動手段によって、固定金型に対し可動金型を進退させ、型締の際の型閉、及び型開を行っている。

ところで、射出成形機で中空構造の成形体を成形する際には、金型のキャビティに溶融樹脂を射出充填した後、その溶融樹脂にガスを注入する中空射出成形法（ガスアシスト成形法）が知られており、こうした技術が例えば特許文献１、２、及び非特許文献１に開示されている。

特開平９−３００４０６号公報 特開２００３−１２７１７６号公報

「プラスチック成型加工学会 第２１回年次大会予稿集（２０１０．６．１−２，東京）」

しかし、特許文献１、２等の従来の中空射出成形法により中空成形体を成形する射出成形機においては、金型のキャビティ内に射出充填された溶融樹脂にガスを注入することで、中空成形体を成形するものの、従来の中空射出成形法では、金型のキャビティ内に射出充填された溶融樹脂に対してガスを注入した際、ガスの注入に伴って、ガス放出流路側に配置された捨てキャビティに樹脂が排出される。この排出された樹脂は、製品となり得る部分ではないことから最終的には切断するなどして取り除かれるが、こうした不要となる部分が製品となり得る成形体に一体に成形されてしまう場合には、それを除去する煩雑な作業を要するばかりでなく、材料の歩留まりが悪くなるといった問題がある。

また、製品となり得る中空成形体を多数個製造するに際しては、個々の中空成形体の形状にできるだけ差異が生じぬよう製造することが求められるわけであるが、例えば特許文献２において、各々のキャビティのショット量に変動があると、中空成形体に形成される中空部の周囲には偏肉や中空部にばらつきが発現することがあり、場合により多数個取りのキャビティの一部に吹き飛ばしが生じ、製品とは成りえないことがあることから、こうした問題点を解消することが従来より望まれていた。

また、非特許文献１においては、中空射出成形法（ガスアシスト成形法）を用いて多数個取りするに際し、充填不良等の種々の問題により成形不良が生じることが記載されており、こうした多数個取り成形の問題点を解消するため、１個取り成形の可能性を模索することが記載されている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、一度に複数個の中空成形体を成形する射出成形機において、成形される中空成形体の品質にばらつきが生じることを防止し高品質化を図ることを可能とした射出成形機を提供することを目的とする。

本射出成形機の発明は、
固定金型と可動金型とを型閉したときに形成されるキャビティを複数備え、これら複数のキャビティに対して溶融樹脂を射出充填し、該射出充填された溶融樹脂に対してガスを注入し、複数の中空成形体を成形する射出成形機において、
前記キャビティに射出充填された前記溶融樹脂に対し前記ガスを注入するガス注入口と、
該ガス注入口から注入される前記ガスを供給するガス供給装置と、
前記キャビティの各々を連通させた均等圧力区域と、
前記均等圧力区域に流体を注入する流体供給装置と、
を備え、
該流体供給装置により、前記固定金型と前記可動金型とが型閉された状態で、前記均等圧力区域に流体を注入することにより、該均等圧力区域により連通された前記キャビティの各々の圧力を均等に昇圧することを特徴とする。

さらに本射出成形機の発明は、
前記キャビティの各々を均等に昇圧する圧力は、前記キャビティに前記溶融樹脂を射出充填するときの射出圧力より低く、且つ大気圧よりも高くしたことを特徴とする。

さらに本射出成形機の発明は、
前記流体供給装置から前記均等圧力区域へ注入される前記流体は、不活性ガスであることを特徴とする。

さらに本射出成形機の発明は、
前記均等圧力区域へ注入される不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする。

さらに本射出成形機の発明は、
前記ガス供給装置から前記溶融樹脂に対して注入される前記ガスは、不活性ガスであることを特徴とする。

さらに本射出成形機の発明は、
前記溶融樹脂に対して注入される不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする。

本射出成形機の発明によれば、流体供給装置により流体が均等圧力区域に注入されることにより、均等圧力区域及び当該均等圧力区域により連通された各キャビティは均等の圧力で昇圧（キャビティに溶融樹脂を射出充填するときの射出圧力より低く、且つ大気圧よりも高い）される。これにより、各キャビティに射出充填された各樹脂に対する抗力（カウンタープレッシャー）を均等にすることができることから、各キャビティで成形される中空成形体の各々の品質にばらつきが生じてしまうことを防止することが可能となり、ひいては、高品質な成形体を得ることができる。

さらに、均等圧力区域へ注入される流体を、窒素ガス等の不活性ガスとしたことにより、当該不活性ガスに触れる樹脂部分の樹脂焼けを防止することができる。

さらに、溶融樹脂へ注入されるガスを、窒素ガス等の不活性ガスとしたことにより、中空成形体に形成される中空部の樹脂焼けを防止することができる。

射出成形機を示す側面図である。 射出成形機に構成される金型装置の要部を示す断面図である。 金型装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は型閉（型締）工程を示し、（ｂ）は均等圧力区域に窒素ガスを注入する昇圧工程を示し、（ｃ）はキャビティに溶融樹脂を射出充填する射出充填工程を示し、（ｄ）はキャビティに射出充填された溶融樹脂に窒素ガスを注入するガス充填工程を示し、（ｅ）は成形された中空成形体の冷却工程を示している。

以下、本発明を実施するための実施形態を図１〜図３により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

図１に示すように、射出成形機１は機台２を有し、この機台２上に射出ユニット３、型締ユニット４、金型装置５が配置されている。

射出ユニット３の構成について以下に詳述すると、射出ユニット３には、この射出ユニット３のスクリュー６を回転させ金型のキャビティＣに溶融樹脂を送り出すようになっており、射出ユニット３の上方側には粒状の原料である樹脂（ペレット）が投入されるホッパ７を有し、このホッパ７からその下方に設けられた筒型の加熱シリンダ８内に粒状の樹脂が自重により落下して投入されるようになっている。

射出ユニット３では、スクリュー６を回転させると共に加熱シリンダ８内に供給され加熱された溶融樹脂の計量などを行うものであり、駆動源たる計量駆動用モータ９を備え、この計量駆動用モータ９の回転軸部１０に固定されているプーリ１１が、計量駆動用タイミングベルト１２を介してスクリュー６の後側を回転することで、スクリュー６は連動して回転される。

また、射出ユニット３の後方（図１に示す右側）には、図示しない射出駆動用モータが、機台２上に載置されている後側支持フレーム１３に固定されており、射出駆動用モータのプーリ、射出駆動用タイミングベルトなどからなる駆動伝達機構を介して、後述するボールネジユニットに構成されるボールネジ部１４を回動するようになっており、機台２上に固定されている前側支持フレーム１５と後側支持フレーム１３とは円柱状のタイバー１７で連結されている。

ここで、ボールネジユニットについて説明すると、ボールネジユニットに構成されるナット部１６は、スクリュー６を回転自在に保持すると共に前記タイバー１７にガイドされたスクリュー保持プレート１８に取り付けられている。また、計量駆動用モータ９はスクリュー保持プレート１８に固定されており、射出駆動用モータとボールネジユニットにより、ナット部１６が前進されると、キャビティＣに溶融樹脂を射出し、一方、後退されるときには、キャビティＣに射出される樹脂の可塑化・計量を行なう。

また、ボールネジ部１４は、ボールネジ部１４を正逆回転させることによりナット部１６を前後方向に進退させるものであって、後側支持フレーム１３に回動自在に軸支されており、ボールネジ部１４の軸線方向（図１に示す左右方向）に進退するナット部１６の可動時には、このナット部１６とボールネジ部１４との間に有する図示しない溝部の間を鋼球が転がりながら繰り返し通過することで、ボールネジ部１４に対してナット部１６がスムーズに進退するものである。

また、前側支持フレーム１５に固定されている加熱シリンダ８内に回動可能に設けられたインライン式のスクリュー６は、計量駆動用モータ９を駆動源として回転されるが、スクリュー６は、スクリュー６と加熱シリンダ８との間に供給されてきた溶融樹脂をスクリュー６先端側のノズル２０に移動させる機能を有する一方で、前進することで溶融樹脂をキャビティＣに注入するプランジャとしての機能もある。なお、ノズル２０にはヒータが具備されると共に、ノズル２０の後部は、加熱シリンダ８内の内側先端側に螺合され、また、可動金型２１と固定金型２２とからなるキャビティＣには、ノズル２０の先端から溶融樹脂が供給される。なお、ノズル２０に具備されたヒータは、図示はしないがキャビティＣに充填されるノズル２０内の溶融樹脂の温度の低下を防止するものである。

次に上記射出成形機に構成される型締ユニット４の構成について以下に説明する。型締ユニット４は、固定金型２２に対し可動金型２１を前進後退させ型締（型閉）及び型開を行う型締駆動装置２３を備え、金型の型開時に可動金型２１内に貼着している成形体を突き出して取り出す図示しないエジェクト駆動装置を備えている。

また、型締ユニット４には、テールストック２４、固定ダイプレート２５、可動ダイプレート２６が機台２上に設けられており、機台２上に固定されたテールストック２４と固定ダイプレート２５とは、複数の円柱型のタイロッド２７で連結されている。

次に、型締駆動装置２３について以下に説明する。３０は、テールストック２４の上部に固定されると共に、固定金型２２に対し可動金型２１の型締を行う駆動源たる型締用モータである。型締駆動装置２３においては、プーリ３１が型締用モータ３０に回動自在に取り付けられており、型締用モータ３０が型締用タイミングベルト３１Ａを介してテールストック２４に軸支されているプーリ３２を回転させ、こうした駆動を伝達するための駆動伝達機構によりトグル機構３３に駆動力を伝達させる。そして、型締用モータ３０の駆動に伴い、トグル機構３３に構成された複数のアームからなるリンクアーム３４が縮められ型開した状態（図１に示す状態）から、型閉じを行う際には、リンクアーム３４が直線状に伸びることで、固定金型２２に対し可動金型２１の型閉（型締）が行われる。なお、型閉じされた前記可動金型２１を型開する際には、型締用モータ３０の回転方向を型締時の逆回転で行うことで型開される。

次に、金型装置５について説明する。この金型装置５は、図１、２に示すように、可動金型２１、可動金型２１の固定された可動ダイプレート２６、固定金型２２、固定金型２２の固定された固定ダイプレート２５、ガス供給装置４０、流体供給装置４１、均等圧力区域４６、調整弁４８、タンク５０等を備え、可動ダイプレート２６の進退に伴い、固定金型２２に対して可動金型２１が進退し、型開閉が行われる。

また、図２に示すように、固定金型２２の略中央部にはノズル２０から射出される溶融樹脂が供給される単一のスプルー４２が形成されており、スプルー４２、当該スプルー４２から複数（本実施形態では２つ）に分岐されたランナー４３を介して、各キャビティＣ（本実施形態では２つ）に溶融樹脂が一度に射出充填される。

固定金型２２には、前進されることでランナー４３を遮断し、当該ランナー４３により連通された各キャビティＣ間のガス圧の干渉を無くすためのガス圧干渉防止ピン４４、ガス供給装置４０から供給されてきた窒素ガスＧ１をキャビティＣへ注入するためのガス注入口４５が設けられている。

また、可動金型２１の外部には、ポンプ等からなる流体供給装置４１から供給されてきた窒素ガスＧ１が注入される均等圧力区域４６が一体に設けられており、この均等圧力区域４６により、キャビティＣの各々が連通されていて、各キャビティＣが連通されていることで、流体供給装置４１から窒素ガスＧ２が均等圧力区域４６に供給されたときには、均等圧力区域４６と各キャビティＣの圧力は均等になる。

また、均等圧力区域４６には、均等圧力区域４６及び当該均等圧力区域４６に連通された各キャビティＣの圧力を一定に保つための調整弁４８が接続されており、当該調整弁４８は、各キャビティＣに溶融樹脂を射出充填するなどして、各キャビティＣの圧力が予め設定された数値を超えようとするときに、均等圧力区域４６に有する窒素ガスＧ２をタンク５０へと放出し、各キャビティＣの圧力を予め設定された数値に一定になるよう維持する。

次に、金型装置５の動作について、図３により以下に説明する。なお、図３においては、動作順について（ａ）〜（ｅ）の順で表しており、前述したように、（ａ）は型閉（型締）工程を示し、（ｂ）は均等圧力区域４６に窒素ガスＧ２を注入する昇圧工程を示し、（ｃ）はキャビティＣに溶融樹脂を射出充填する射出充填工程を示し、（ｄ）はキャビティＣに射出充填された溶融樹脂に窒素ガスＧ１を注入するガス充填工程を示し、（ｅ）は金型で成形された中空成形体の冷却工程を示している。

図３の（ａ）に示すように、固定金型２２に対して可動金型２１が型閉（型締）されると共に、ガス圧干渉防止ピン４４の各々が後退されることにより各キャビティＣが連通されている状態において、図３の（ｂ）に示すように、均等圧力区域４６に窒素ガスが注入され、当該均等圧力区域４６とこれに連通する各キャビティＣ等の昇圧が均等になされると、次に、ノズル２０から溶融樹脂が射出され、当該射出された溶融樹脂は、スプルー４２、ランナー４３を通じて各キャビティＣへ供給され、図３の（ｃ）に示すように、キャビティＣの各々は溶融樹脂により満たされる。なお、キャビティＣに射出される溶融樹脂の充填量は、キャビティＣ容積の７０％〜８０％としている。

次に、ガス圧干渉防止ピン４４が前進されることによりランナー４３が遮断されると、続いて、ガス供給装置４０は、ガス注入口４５を介してキャビティＣに射出充填された溶融樹脂（の中心）に対して窒素ガスＧ１を高圧で注入し、それにより、図３の（ｄ）に示すように、キャビティＣに有する樹脂に中空部が形成される。

そして、キャビティＣ内に有する樹脂に中空部が形成されると、中空部が形成された中空成形体の冷却が行われ（図３の（ｅ）の状態）、当該冷却後に金型内のガスベントがなされると、固定金型２２に対して可動金型２１が型開され、成形された中空成形体がキャビティＣから取り出されることになる。

本実施形態における射出成形機１によれば、固定金型２２と可動金型２１とを型閉したときに形成されるキャビティＣを複数備え、これら複数のキャビティＣに対して、単一のスプルー４２からそれぞれのキャビティＣに対応して分岐されたランナー４３を介して溶融樹脂を射出充填し、該射出充填された溶融樹脂に対して窒素ガスＧ１を注入し、複数の中空成形体を一度に成形する射出成形機１において、キャビティＣに射出充填された溶融樹脂に対し窒素ガスＧ１を注入するガス注入口４５と、該ガス注入口４５から注入される窒素ガスＧ１を供給するガス供給装置４０と、キャビティＣの各々を連通させた均等圧力区域４６と、固定金型２２と可動金型２１とが型閉された状態で、均等圧力区域４６に流体たる窒素ガスＧ２を注入することにより、該均等圧力区域４６により連通されたキャビティＣの各々の圧力を均等に昇圧する流体供給装置４１と、を備えており、固定金型２２と可動金型２１とが型閉された状態で、均等圧力領域４６の圧力が所定圧力に昇圧されていることにより、均等圧力領域４６で連通されたキャビティＣの各々の圧力が金型の型閉中に均等になるようにしたものである。これにより、各キャビティＣに射出充填された各樹脂に対する抗力（カウンタープレッシャー）を均等にすることができることから、各キャビティＣで成形される中空成形体の各々の品質にばらつきが生じてしまうことを防止することが可能となり、ひいては、高品質な中空成形体を得ることができる。

さらに、均等圧力区域４６へ注入される流体を、窒素ガスＧ２等の不活性ガスとしたことにより、当該不活性ガスに触れる樹脂部分の樹脂焼けを防止することができる。

さらに、溶融樹脂へ注入されるガスを、窒素ガスＧ１等の不活性ガスとしたことにより、中空成形体に形成される中空部の樹脂焼けを防止することができる。

さらに、進退自在に設けられたガス圧干渉防止ピン４４により、ランナー４３を遮断し、当該ランナー４３を通じての各キャビティＣ間のガス圧の干渉を防止することができる。よって、これにより、各キャビティＣに対するガス圧のばらつきをより抑えることが可能となり、より一層高品質でばらつきを抑制した中空成形体を得ることができる。

以上、本実施例の一実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。本実施例においては、固定金型２２に対して可動金型２１の型開閉を行う機構にトグル機構を用いている例を示しているが、これに特に限定するものではなく、これに代えて電動モータによる直圧式の型締／型開装置、或いは油圧式の装置であっても適用可能である。また、均等圧力区域４６は、図２に示すように金型の外側に設けているが、可動金型２１の内部に形成して設けるようにしてもよい。また、本実施例では、不活性ガスとして窒素ガスを適用しているが、窒素ガスに限らずヘリウムガス等の不活性ガスでもよい。

１ 射出成形機
２１ 可動金型
２２ 固定金型
４０ ガス供給装置
４１ 流体供給装置
４２ スプルー
４３ ランナー
４５ ガス注入口
４６ 均等圧力区域
Ｃ キャビティ
Ｇ１ 窒素ガス（ガス）
Ｇ２ 窒素ガス（流体）

Claims (6)

1. 固定金型と可動金型とを型閉したときに形成されるキャビティを複数備え、これら複数のキャビティに対して溶融樹脂を射出充填し、該射出充填された溶融樹脂に対してガスを注入し、複数の中空成形体を成形する射出成形機において、
   前記キャビティに射出充填された前記溶融樹脂に対し前記ガスを注入するガス注入口と、
   該ガス注入口から注入される前記ガスを供給するガス供給装置と、
   前記キャビティの各々を連通させた均等圧力区域と、
   前記均等圧力区域に流体を注入する流体供給装置と、
   を備え、
   該流体供給装置により、前記固定金型と前記可動金型とが型閉された状態で、前記均等圧力区域に流体を注入することにより、該均等圧力区域により連通された前記キャビティの各々の圧力を均等に昇圧することを特徴とする射出成形機。
2. 前記キャビティの各々を均等に昇圧する圧力は、前記キャビティに前記溶融樹脂を射出充填するときの射出圧力より低く、且つ大気圧よりも高くしたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記流体供給装置から前記均等圧力区域へ注入される前記流体は、不活性ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形機。
4. 前記均等圧力区域へ注入される不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記ガス供給装置から前記溶融樹脂に対して注入される前記ガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の射出成形機。
6. 前記溶融樹脂に対して注入される不活性ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項５に記載の射出成形機。
   

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