JP6319774B2 - 可塑化射出装置の流路切換装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂を溶融する可塑化装置と、溶融された樹脂を計量して射出する射出装置と、樹脂が射出される射出ノズル等の射出部と、からなる可塑化射出装置に設けられて、樹脂の流路を切換えるようになっている流路切換装置に関するものであり、可塑化装置が連続的に樹脂を溶融する連続可塑化方式の可塑化射出装置の流路切換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。外周面に設けられているバンドヒータによって加熱シリンダを加熱し、そしてスクリュを回転すると、加熱シリンダの後端部に設けられているホッパから供給される樹脂材料が可塑化して溶融され、スクリュの先端に送られてスクリュが後退する。所定量が計量されたらスクリュの回転を停止する。スクリュを軸方向に駆動すると加熱シリンダの先端に設けられている射出ノズルから溶融樹脂が射出され、金型に充填される。このようなインラインスクリュ式の射出装置は、樹脂の可塑化と射出が同一の装置内で実施される。

プランジャ式も色々な種類があるが、樹脂の可塑化と射出が同一の装置内で実施されるようになっている種類のプランジャ式の射出装置は次のように構成されている。すなわち射出装置は、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、樹脂材料を溶融する溶融器等から構成され、溶融器はプランジャと一体的に設けられて加熱シリンダ内を軸方向に駆動されるようになっている。このような射出装置において加熱シリンダを加熱して樹脂材料を加熱シリンダに供給しプランジャをゆっくりと後退させると、溶融器によって樹脂が可塑化されてプランジャの先端に送られる。溶融した樹脂がプランジャの先端に所定量計量されたらプランジャを軸方向に駆動して射出する。

インラインスクリュ式の射出装置も、上で説明したようなプランジャ式の射出装置も、樹脂の可塑化と射出とを同一の装置内で実施するようになっているので射出工程においては可塑化は中断することになる。また射出工程後の保圧工程においてもプランジャは停止した状態で所定時間維持されるので、可塑化は中断される。つまり可塑化は間歇的に実施される。可塑化が間歇的に実施されると溶融が不安定になるので、溶融樹脂の品質を一定にするのが難しいという問題がある。また射出工程と保圧工程において可塑化を中断しなければならないので、その分成形サイクルのサイクルタイムが長くなり生産性が低下する問題もある。例えばサイクルタイムの短縮化を図るために可塑化時間を短くするには、加熱シリンダを大口径にして大型のスクリュを設ける、あるいは大型のプランジャと溶融器を設けるようにすればよい。しかしながら、スクリュやプランジャの駆動装置は高出力が必要になり、コストが嵩む。

プランジャ式の射出装置には、このような問題が解決されている他の種類も周知である。つまり所定の種類のプランジャ式の射出装置では、可塑化は射出装置とは別の装置の可塑化装置で実施するようになっている。このような可塑化装置と射出装置は、全体として可塑化射出装置と呼ぶことができる。可塑化装置が射出装置と別に設けられている可塑化射出装置では、可塑化を連続的に実施することができるので、溶融樹脂を一定の品質に維持することができ、サイクルタイムを短縮化することができる。このような可塑化射出装置が、特許文献１、２により提案されている。

特許第３０６２６２９号公報 特許第２７８６２４３号公報

特許文献１において提案されている可塑化射出装置５１は、図７の（ア）に示されているように、樹脂を可塑化つまり溶融する可塑化装置５２と、溶融した樹脂を一時的に溜めるアキュムレータ装置５３と、溶融した樹脂を射出する射出装置５４とから構成されている。可塑化装置５２は、加熱シリンダ５６とスクリュ５７とからなり、ホッパ５８から供給される樹脂が溶融して前方に送られるようになっている。アキュムレータ装置５３は、シリンダ６０と、所定の駆動装置で駆動されるプランジャ６１とからなり、可塑化装置５２において溶融された樹脂がシリンダ６０に供給されるようになっている。射出装置５４は、射出シリンダ６３と、所定の駆動装置で駆動される射出プランジャ６４とからなり、射出シリンダ６３の先端には射出ノズル６５が設けられている。アキュムレータ装置５３に溜められる樹脂は流路を介して射出シリンダ６３内に供給されるようになっており、この流路には第１の開閉バルブ６７が介装されている。また射出ノズル６５に連通する射出シリンダ６３内の樹脂の流路には第２の開閉バルブ６８が介装されている。この可塑化射出装置５１においては、可塑化装置５２は射出工程・保圧工程においても可塑化が中断されることなく連続的に可塑化されるようになっており、これを説明する。便宜的に、第１の開閉バルブ６７が閉じられアキュムレータ装置５３と射出装置５４の樹脂の流路が遮断された状態から始める。このとき可塑化装置５２において可塑化された樹脂はアキュムレータ装置５３のシリンダ６０に供給される。これによってプランジャ６１は後退し、樹脂が蓄積される。射出１回分に必要な樹脂量より若干少ない量が蓄積されたら、第１の開閉バルブ６７を開くと共に第２の開閉バルブ６８を閉鎖する。そしてプランジャ６１を軸方向に駆動する。そうすると射出装置５４の射出シリンダ６３に樹脂が供給され、射出プランジャ６４は後退する。このとき可塑化装置５２は可塑化を継続しているので可塑化装置５２からの樹脂も射出装置５４に供給される。プランジャ６１が停止位置つまり押出完了位置に達したらしばらくこの状態で維持する。そうすると射出装置５４には可塑化装置５２からの樹脂が引き続き供給される。射出装置５４に必要な量の樹脂が計量されたら第１の開閉バルブ６７を閉じる。第２の開閉バルブ６８を開き、射出プランジャ６４を駆動すると樹脂が射出される。保圧工程が完了するまで射出プランジャ６４に所定の軸力を印加する。ところで第１の開閉バルブ６７を閉じた直後から、可塑化装置５１で溶融した樹脂はアキュムレータ装置５３へ送られて樹脂の蓄積が開始される。この樹脂は次回の射出に使用される樹脂であり、可塑化装置５１において樹脂を連続的に可塑化することができる。以下同様にして運転する。

特許文献２において提案されている可塑化射出装置７１は、図７の（イ）に示されているように、樹脂を可塑化つまり溶融する可塑化装置７２と、溶融した樹脂を射出する第１、２の射出装置７３、７４とから構成されている。可塑化装置７２は、加熱シリンダ７６とスクリュ７７とからなりホッパ７８から供給される樹脂を溶融するようになっており、そして第１、２の射出装置は、射出シリンダ８０、８１と、射出プランジャ８２、８３とから構成され、可塑化装置７２において溶融された樹脂を計量して射出するようになっている。この可塑化射出装置７１においては可塑化装置７２の先端に流路切換弁８５が設けられ、この流路切換弁８５から２本の樹脂の流路、すなわち第１、２の樹脂供給流路８６、８７に分岐して第１、２の射出装置７３、７４に接続されている。流路切換弁８５の切換位置に応じて、第１、２の樹脂供給流路８６、８７の一方が可塑化装置７２と連通し、他方が遮断されることになる。この可塑化射出装置７１においては、第１、２の射出装置７３、７４から射出される樹脂は、第１、２の射出流路８９、９０を経由して射出ノズル９１から射出されるようになっているが、第１、２の射出流路８９、９０には、第１、２の開閉弁９３、９４が介装されている。この可塑化射出装置７１においても可塑化装置５２で連続的に樹脂を可塑化できるようになっているが次のように運転する。第１の開閉弁９３を閉鎖した状態で、流路切換弁８５を操作して可塑化装置７２と第１の樹脂供給流路８６を連通させる。そうすると可塑化装置７２で可塑化され溶融した樹脂は第１の射出装置７３に供給され射出プランジャ８２が後退する。所定量が計量されたら、流路切換弁８５を操作して可塑化装置７２と第２の樹脂供給流路８７を連通させる。つまり第１の樹脂供給流路８６を遮断する。なお、このとき第２の開閉弁９４は予め閉鎖しておく。そうすると可塑化装置５２で可塑化された樹脂は第２の射出装置７４に供給され、第２の射出装置７４において計量が開始される。第１の開閉弁９３を開き、第１の射出装置７３において射出プランジャ８２を駆動して射出工程を実施する。射出後、所定時間保圧工程を実施し、第１の開閉弁９３を閉鎖する。第１の射出装置７３において射出工程・保圧工程を実施している間に第２の射出装置７４において必要な樹脂が計量される。計量が完了したら流路切換弁８５を操作して可塑化装置７２と第１の樹脂供給流路８６を連通させる。これによって第１の射出装置７３における計量が開始する。第２の開閉弁９４を開き、第２の射出装置７４の射出プランジャ８３を駆動して射出工程を実施する。所定時間保圧工程を実施後、第２の開閉弁９４を閉鎖する。第１の射出装置７３に必要な樹脂が計量されたら流路切換弁８６を切換える。以下同様にして運転する。

特許文献１に記載の可塑化射出装置５１も、特許文献２に記載の可塑化射出装置７１も、可塑化装置５２、７２において連続的に樹脂を可塑化できるようになっているので、溶融した樹脂の品質は一定に維持される。そして可塑化の工程が射出工程・保圧工程によって中断されないので成形サイクルのサイクルタイムを短縮化することができる。つまり特許文献１、２に記載の可塑化射出装置５１、７１はいずれも優れていると言える。しかしながら解決すべき問題も見受けられる。まず、特許文献１、２に記載の可塑化射出装置５１、７１における解決すべき問題として、樹脂の流路を切換える流路切換機構が複雑な点を上げることができる。流路切換機構は弁つまりバルブと複数の流路とから構成されている。可塑化射出装置５１においては第１、２の開閉バルブ６７、６８と射出シリンダ６３に明けられている流路等から流路切換機構が構成されているし、可塑化射出装置７１においては流路切換弁８５と第１、２の開閉弁９３、９４と第１、２の樹脂供給流路８６、８７と第１、２の射出流路８９、９０とから流路切換機構が構成されている。つまり流路切換機構が複雑で製造のコストが大きいという問題がある。そしてこれらの流路切換機構においては、バルブが２個以上あり可動部が多いので故障する頻度も高い。流路切換機構が複雑になっているので、メンテナンスのコストが大きいという問題もある。そして特許文献１、２に記載の可塑化射出装置５１、７１においては、可塑化装置５２、７２で溶融した樹脂は、流路切換機構を通過するときに、必ず２個のバルブを通過することになる。強化繊維入りの樹脂を対象とする場合には、バルブの開閉時に強化繊維が切断されてしまうが、バルブ１個につき２箇所で強化繊維が切断されることになる。これを図７の（ア）において説明すると、例えば第２の開閉バルブ６８においては、符号６８ａ、６８ｂで示されているように、樹脂の流路との接続部が２箇所ある。従って第２の開閉バルブ６８を閉鎖するときにこの２箇所６８ａ、６８ｂの近傍の樹脂において強化繊維が切断されてしまう。これは第１の開閉バルブ６７も、そして可塑化射出装置７１における流路切換弁８５、第１、２の開閉弁９３、９４でも同様であり、これらのバルブを閉鎖するときには、１個のバルブにつき２箇所で強化繊維が切断されることになる。つまり可塑化射出装置５１、７１においては、強化繊維入りの樹脂を使用するとき、強化繊維が切断される箇所が４箇所あることになる。短繊維化するので得られる成形品の強度に影響がでてしまう。流路切換機構の構造が複雑なことによる問題は他にもある。連続的に可塑化が実施されるようになっている可塑化射出装置では樹脂の品質が安定しているので高品質な成形品が得られるメリットがあるが、運転開始時には樹脂の品質が安定していないので、品質が安定するまでは樹脂を外部に排出する必要がある。しかしながら流路切換機構が複雑になっているとこのような排出が容易にできない。特許文献１、２に記載の可塑化射出装置５１、７１においては、一部の樹脂が長時間滞留する問題もある。具体的にはプランジャ６１や、射出プランジャ８２、８３を最前進位置まで押し込んだときに、これらの先端に残留する樹脂が対象となる。プランジャ６１や、射出プランジャ８２、８３を最前進位置まで押し込んでも、これらはシリンダ６０や射出シリンダ８０、８１の先端部には当接せず、隙間が残る。この隙間の部分の樹脂は射出を繰り返しても残留して滞留しやすい。そうすると樹脂の種類によっては炭化したり品質が低下することがあり、射出プランジャ６４、８２、８３の動作不良を引き起こすこともある。

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可塑化射出装置を提供することを目的とし、具体的には射出工程・保圧工程においても中断されることなく連続的に可塑化できるようになっている可塑化射出装置に設けられる流路切換装置であって、バルブの個数が可及的に少なく、従って構造がシンプルで故障し難く低コストで提供することができ、強化繊維入りの樹脂を使用する場合であっても切断される強化繊維が少ない流路切換装置を提供することを目的としている。さらに樹脂の長時間の滞留が防止され、従って樹脂の炭化等の品質の低下を防止することができる流路切換装置を提供することも目的としている。そして本発明は、プランジャ式の射出装置を備えた可塑化射出装置の流路切換装置を対象としているが、取付けられる射出装置はどのような運転でも可能であり、具体的にはプランジャのストロークを自由に設定でき操作の自由度が高い可塑化射出装置の流路切換装置を提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、強化繊維入り樹脂を溶融する可塑化装置と、可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂を計量すると共にこれを射出する少なくも１台のプランジャ式の射出装置と、強化繊維入り樹脂が射出される射出部とからなる可塑化射出装置に設けられて強化繊維入り樹脂の流路を切換えるようになっている流路切換装置として構成する。流路切換装置は第１〜４の接続流路と、該第１〜４の接続流路が連通する１個のボアと、該ボア内で回転する１本の円柱状の弁体とを設ける。弁体には外周面に円周方向の所定長さの２本の溝を形成し、それによってボアと２本の溝とから独立した２本の流路である第１、２の弁内流路を構成するようにする。第１の接続流路は可塑化装置が、第２の接続流路は射出装置が、第３の接続流路は射出部が、そして第４の接続流路はプランジャ式からなる他の射出装置もしくは強化繊維入り樹脂を外部に排出する排出部が、それぞれ接続されるようになっている。そして弁体を回転して第１の位置に切換えると第１の接続流路と第２の接続流路が第１の弁内流路によって連通すると共に第３の接続流路と第４の接続流路が第２の弁内流路によって連通し、第２の位置に切換えると第１の接続流路と第４の接続流路が第１の弁内流路によって連通すると共に第２の接続流路と第３の接続流路が第２の弁内流路によって連通するように構成する。

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、強化繊維入り樹脂を溶融する可塑化装置と、前記可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂を計量すると共にこれを射出する少なくも１台のプランジャ式の射出装置と、強化繊維入り樹脂が射出される射出部とからなる可塑化射出装置に設けられて強化繊維入り樹脂の流路を切換えるようになっている流路切換装置であって、前記流路切換装置は第１〜４の接続流路と、該第１〜４の接続流路が連通する１個のボアと、該ボア内で回転する１本の円柱状の弁体とを備え、該弁体には外周面に円周方向の所定長さの２本の溝が形成され、それによって前記ボアと前記２本の溝とから独立した２本の流路である第１、２の弁内流路が構成されており、前記第１の接続流路は前記可塑化装置が、前記第２の接続流路は前記射出装置が、前記第３の接続流路は前記射出部が、そして前記第４の接続流路はプランジャ式からなる他の射出装置もしくは強化繊維入り樹脂を外部に排出する排出部が、それぞれ接続されるようになっており、前記弁体を回転して第１の位置に切換えると前記第１の接続流路と前記第２の接続流路が前記第１の弁内流路によって連通すると共に前記第３の接続流路と前記第４の接続流路が前記第２の弁内流路によって連通し、第２の位置に切換えると前記第１の接続流路と前記第４の接続流路が前記第１の弁内流路によって連通すると共に前記第２の接続流路と前記第３の接続流路が前記第２の弁内流路によって連通するようになっていることを特徴とする流路切換装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路切換装置において、前記第１の弁内流路は前記第２の弁内流路より径が大きく形成されていることを特徴とする流路切換装置として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流路切換装置において、前記第２の接続流路は、これに接続される前記射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっており、前記第４の接続流路は、これに前記他の射出装置が接続されるとき前記他の射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっていることを特徴とする流路切換装置として構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の流路切換装置は、前記第１〜４の接続流路のうち、少なくとも１箇所に排出弁が設けられ該排出弁を操作すると外部に樹脂が排出されるようになっていることを特徴とする流路切換装置として構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の流路切換装置において、前記可塑化装置と前記射出部はこれらが前記流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっており、前記射出装置と前記他の射出装置はこれらが前記流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっていることを特徴とする流路切換装置として構成される。

以上のように本発明は、強化繊維入り樹脂を溶融する可塑化装置と、可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂を計量すると共にこれを射出する少なくも１台のプランジャ式の射出装置と、強化繊維入り樹脂が射出される射出部とからなる可塑化射出装置に設けられて強化繊維入り樹脂の流路を切換えるようになっている流路切換装置として構成される。この流路切換装置は、第１〜４の接続流路と、該第１〜４の接続流路が連通する１個のボアと、該ボア内で回転する１本の円柱状の弁体とを備え、該弁体には外周面に円周方向の所定長さの２本の溝が形成され、それによってボアと２本の溝とから独立した２本の流路である第１、２の弁内流路が構成されている。そして第１の接続流路は可塑化装置が、第２の接続流路は射出装置が、第３の接続流路は射出部が、そして第４の接続流路はプランジャ式からなる他の射出装置もしくは強化繊維入り樹脂を外部に排出する排出部が、それぞれ接続されるようになっている。そして弁体を回転して第１の位置に切換えると第１の接続流路と第２の接続流路が第１の弁内流路によって連通すると共に第３の接続流路と第４の接続流路が第２の弁内流路によって連通し、第２の位置に切換えると第１の接続流路と第４の接続流路が第１の弁内流路によって連通すると共に第２の接続流路と第３の接続流路が第２の弁内流路によって連通するように構成されている。従って、本発明に係る流路切換装置に、可塑化装置、射出装置、他の射出装置、射出部である射出ノズルが接続された、いわゆる可塑化射出装置においては、弁体を第１の位置にしているときには可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂は射出装置に供給され、このとき他の射出装置では射出工程と保圧工程とを実施することができ、第２の位置にしているときには可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂は他の射出装置に供給され、このとき射出装置では射出工程と保圧工程とを実施することができる。つまり可塑化装置は連続的に強化繊維入り樹脂を可塑化することができる。従って強化繊維入り樹脂の品質は均一になるし、射出工程・保圧工程において可塑化を中断しなくて済むので成形サイクルのサイクルタイムの短縮化がはかれる。そしてこのような連続的な可塑化を実現している流路切換装置は、可動部が１個の弁体のみであり構造がシンプルである。従って、流路切換装置を安価に提供することができるし、故障も少ない。またメンテナンスも容易である。そして弁体は１個だけであり、第１の弁内流路は第１、２の位置のいずれにおいても第１の接続流路に連通し、第２の弁内流路は第１、２の位置のいずれにおいても第３の接続流路に連通するように、流路切換弁が回転するようになっている。つまり第１の弁内流路は第１、２の位置のいずれにおいても可塑化装置に連通するようになっている。従って、強化繊維入りの樹脂を使用するとき、弁において切断される繊維は多くない。つまり得られる成形品の強度に影響を与えることがない。また常に第１の弁内流路には可塑化装置から可塑化された新しい強化繊維入り樹脂が流れて、射出装置や他の射出装置に計量されるので、強化繊維入り樹脂の長時間の滞留を確実に防止できる効果が得られる。そして、このように弁体を回転すると、弁の切換途中においても少なくも第１の弁内流路は射出装置に連通した状態が維持される。そうすると第１の弁内流路の容量だけ、樹脂の圧力上昇を緩和するバッファが確保されるので、弁の切換えに伴って一時的に第１の接続流路と第２、４の接続流路とが遮断されても、可塑化装置は強化繊維入り樹脂の可塑化を安定して継続できることが保証される。また、射出装置と他の射出装置とで、射出量の変更が自由でありプランジャのストロークを射出装置によって変更することもでき、射出する樹脂量を任意に制御できる。つまり本発明の流路切換装置は射出時のプランジャの自由な操作に対して制約になることがない。そして他の発明によると、第１の弁内流路は第２の弁内流路より径が大きく形成されている。一般的に可塑化装置から供給される樹脂の圧力に比して、射出装置から射出される強化繊維入り樹脂の圧力は非常に大きい。そうすると第１の弁内流路よりも第２の弁内流路の方が大きな圧力が作用することになる。弁体は回転するようになっていることから回転体であることが明らかであるが、回転体においてこのような圧力の大きさの違いによって偏荷重が発生すると故障や寿命に影響する。しかしながら、この発明では第１の弁内流路は第２の弁内流路より径が大きく形成されているので、流路切換弁に作用する偏荷重の大きさを小さくすることができ、故障や寿命に影響を及ぼさないようにすることができる。他の発明によると、第２の接続流路は、これに接続される射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっており、第４の接続流路は、これに他の射出装置が接続されるとき他の射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっている。そうすると第２、４の接続流路内の強化繊維入り樹脂も射出することができ、強化繊維入り樹脂が長時間滞留することを防止できる。これによって強化繊維入り樹脂が炭化等により劣化することを防止できる。また他の発明によると、流路切換装置は、第１〜４の接続流路のうち、少なくとも１箇所に排出弁が設けられ該排出弁を操作すると外部に強化繊維入り樹脂が排出されるようになっている。排出弁が設けられているので、可塑化射出装置の運転開始時に、品質が安定しない強化繊維入り樹脂を容易に排出することができる。またメンテナンス時や緊急時に樹脂を外部に排出することができ、使い勝手に優れている。さらに他の発明によると、可塑化装置と射出部はこれらが流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっており、射出装置と他の射出装置はこれらが流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっている。従って、これらから構成される可塑化射出装置はバランス良く配置されることになる。また、全体として強化繊維入り樹脂の流路を最短にすることができ、強化繊維入り樹脂の滞留による劣化を防止できることになる。

本発明の実施の形態に係る流路切換装置を備えた可塑化射出装置を模式的に示す断面図であり、その（ア）、（イ）は、流路切換装置の流路切換弁がそれぞれ第１、２の位置に切換えられているときの可塑化射出装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る流路切換装置を備えた可塑化射出装置を模式的に示す断面図であり、射出装置のプランジャを駆動して射出工程を実施している状態の可塑化射出装置を示す断面図である。 本実施の形態に係る流路切換装置の作用を示す図で、その（ア）〜（ウ）は、流路切換弁が色々な切換位置になっているときの流路切換装置の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る流路切換装置を備えた可塑化射出装置を示す図で、その（ア）は可塑化射出装置を、その（イ）、（ウ）は流路切換装置に設けられている１個の排出弁を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る流路切換装置を備えた、他の実施の形態に係る可塑化射出装置を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る流路切換装置を示す図で、その（ア）は流路切換装置の斜視図、その（イ）、（ウ）はそれぞれその（ア）において矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂで見た流路切換装置の断面図である。 従来例を示す図で、その（ア）、（イ）はそれぞれ特許文献１、２に記載の可塑化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。本実施の形態に係る流路切換装置は、可塑化装置と、少なくとも１台のプランジャ式の射出装置と、射出ノズル等の射出部とが接続されて可塑化射出装置が構成されるようになっているが、以下の説明では、図１の（ア）、（イ）に示されている、本実施の形態に係る可塑化射出装置１を例にして説明する。可塑化射出装置１は、樹脂を可塑化つまり溶融する可塑化装置２と、溶融した樹脂を計量しそして射出する第１、２の射出装置４、５と、後で構造を詳しく説明する流路切換装置７と、樹脂を射出する射出部つまり射出ノズル８とから構成されている。可塑化装置２は従来周知のように、加熱シリンダ１０とこの加熱シリンダ１０内で回転するスクリュ１１とから構成され、図には示されていないが加熱シリンダ１０の外周面にはヒータが、そして後端部にはホッパが設けられている。従ってヒータで加熱シリンダ１０を加熱して、ホッパから材料の樹脂を供給してスクリュ１１を回転すると樹脂は可塑化つまり溶融して可塑化装置２の前方に送られることになる。第１、２の射出装置４、５は従来周知のプランジャ式の射出装置からなり、射出シリンダ１３、１４と、この射出シリンダ１３、１４内で軸方向に駆動されるプランジャ１６、１７とから構成されている。

本実施の形態に係る流路切換装置７は、可塑化装置２と第１、２の射出装置４、５と射出部とを接続すると共に樹脂の流路を切換える流路切換機構になっている。本実施の形態においては流路切換装置７は略立方体に形成されている。このような流路切換装置７には、立方体の上面から垂直にボア１９が明けられている。このボア１９に次に説明する弁体２０が挿入され、これらから流路切換弁２１が構成されている。ところで、流路切換装置７には、立方体を構成する４面の側面の中心からボア１９に連通する貫通孔が明けられている。すなわち第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…である。第１の接続流路２３ａは可塑化装置２に、そして第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄはそれぞれ第１、２の射出装置４、５に、第３の接続流路２３ｃは射出ノズル８に接続されるようになっている。

本実施の形態に係る流路切換弁２１は、ボア１９と弁体２０とから構成されているが、弁体２０は円柱状を呈し、ボア１９内で回転するようになっている。弁体２０の外周面には、円周方向の所定長さの溝が２本形成されている。これらの溝は円柱の同一高さ上に形成されており、一方の溝は中心軸から見て０度〜９０度の範囲の円弧になるように、他方の溝は１８０度〜２７０度の範囲の円弧になるように弁体２０の外周面に所定の深さで形成されている。このような弁体２０がボア１９に挿入されており、一方の溝とボア１９とから第１の弁内流路２５が、他方の溝とボア１９とから第２の弁内流路２６が構成されることになる。前記したように弁体２０はボア１９内で回転できるが、２個の回転位置つまり第１、２の位置を採ることができる。第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…は、第１、２の位置に応じて、第１、２の弁内流路２５、２６によって互いに連通したり遮断されるようになっている。

本実施の形態に係る可塑化射出装置１は、各装置が次のように接続されている。まず可塑化装置２はその先端部が流路切換装置７の所定の側面に接続されている。つまり第１の接続流路２３ａが明けられている面である。この対面にあたる流路切換装置７の側面に射出ノズル８がその後端部において接続されている。つまり第３の接続流路２３ｃが明けられている面である。これによって可塑化装置２と射出ノズル８は流路切換装置７を介して同一軸上に配置されることになる。第１、２の射出装置４、５は、それぞれの先端部が流路切換ブロックの他の２面の側面に接続されている。つまり第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄが明けられている面である。これらの第１、２の射出装置４、５は流路切換装置７を介して同一軸上に配置され、互いに対向している。このように各装置が配置されているので、可塑化装置２と第１、２の射出装置４、５とはそれぞれの軸が直交し、可塑化射出装置１は全体として左右対称になっている。各装置２、４、５、８は、それぞれ第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…に連通している。

本実施の形態においては、第１、２の射出装置４、５の射出シリンダ１３、１４は、その内径が第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄの内径よりわずかに小さい。従ってプランジャ１６、１７を軸方向に駆動すると、図２に示されているように、プランジャ先端部２８、２９は射出シリンダ１３、１４の先端部を抜けて第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄに侵入し、実質的に弁体２０の近傍まで達することができる。あるいはプランジャ先端部２８、２９は第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄを超えてさらに弁体２０の溝内に達してもよい。弁体２０の溝内に達するようにする場合には、プランジャ先端部２８、２９の端面は溝の形状に合わせて形成することが好ましい。本実施の形態においては、このようにプランジャ先端部２８、２９が深く侵入するようになっているので、射出時に流路切換装置７内における樹脂の残留量を最小限にすることができ、樹脂の長時間の滞留による変質を防止できる。

本実施の形態に係る可塑化射出装置１の作用を説明する。まず本実施の形態に係る流路切換装置７において、流路切換弁２１を図１の（ア）に示されているように、第１の位置に切換える。そうすると第１、２の接続流路２３ａ、２３ｂは第１の弁内流路２５を介して連通する。つまり可塑化装置２と第１の射出装置４が連通する。プランジャ１６に所定の軸力を印加しておく。可塑化装置２において加熱シリンダ１０を加熱してスクリュ１１を回転すると樹脂が溶融して可塑化装置２から第１の射出装置４に供給される。溶融した樹脂の圧力によってプランジャ１６が後退する。すなわち計量される。所定量が計量されたら、流路切換弁２１を図１の（イ）に示されているように、第２の位置に切換える。そうすると第１、４の接続流路２３ａ、２３ｄは第１の弁内流路２５を介して連通する。つまり可塑化装置２と第２の射出装置５が連通する。可塑化装置２は継続して運転し、樹脂を溶融する。そうすると溶融した樹脂は第２の射出装置５に供給される。一方この第２の位置において、第２、３の接続流路２３ｂ、２３ｃも第２の弁内流路２６を介して連通する。つまり第１の射出装置４と射出ノズル８が連通する。第１の射出装置４においてプランジャ１６を軸方向に駆動して射出し、図に示されていない金型に溶融した樹脂を充填する。プランジャ１６を最後まで駆動すると、図２に示されているようにプランジャ先端部２８が射出シリンダ１３を抜けて流路切換装置７内の流路である第２の接続流路２３ｂに侵入する。これによって樹脂の残留量を最小限にすることができる。保圧工程においてプランジャ１６に所定の軸力を印加する。金型に充填された樹脂が冷却固化したら、型開きして成形品を取出し、再び金型を型締めする。このような射出工程、保圧工程中においても第２の射出装置５では可塑化装置２から樹脂が供給されているが、第２の射出装置５に所定量の樹脂が計量されたら、図１の（ア）に示されているように、流路切換弁２１を第１の位置に切換える。そうすると可塑化装置２と第１の射出装置４が連通し、前記したように第１の射出装置４において計量が開始される。つまり可塑化は中断されない。なお、流路切換弁２１を切換えるとき、もしプランジャ先端部２８、２９が弁体２０の溝内に侵入している場合には、安全な位置まで待避する。プランジャ先端部２８、２９や弁体２０が破損するからである。さてこの第１の位置において第２の射出装置５と射出ノズル８も連通する。第２の射出装置５においてプランジャ１７を軸方向に駆動して射出し、図に示されていない金型に樹脂を充填する。以下、同様にして成形を繰り返す。

ところで、本実施の形態に係る流路切換装置７においては、流路切換弁２１の切換方法あるいは切換方向について格別に留意されている。図３の（ア）には第１の位置における流路切換装置７が模式的に示されており、可塑化装置２から供給される樹脂が第１の弁内流路２５を経由して第１の射出装置４に送られ、そして第２の射出装置５から射出される樹脂が第２の弁内流路２６を経由して射出ノズル８から射出される様子が示されている。第１の弁内流路２５内を流れる樹脂は可塑化された直後の樹脂である一方、第２の弁内流路２６内を流れる樹脂は第２の射出装置５内で計量、つまり溜められた樹脂であるので可塑化から若干の時間が経過している。弁体２０は、符号３６と符号３７で示される２方向に回転することができ、いずれの方向に回転しても流路の切換えはできる。例えば符号３６の方向に９０度回転すると、図３の（イ）に示されているように、可塑化装置２と第２の射出装置５とが連通し、そして第１の射出装置４と射出ノズル８とが連通する。従って、この回転位置を第２の位置としてもよい。しかしながら、このとき可塑化装置２と第２の射出装置５を連通させているのは第２の弁内流路２６であり、この流路には図３の（ア）によって説明したように第２の射出装置５から射出された樹脂、つまり可塑化から若干時間が経過している樹脂が存在している。そうするとこの樹脂が再び第２の射出装置５に戻されて滞留することになる。樹脂の滞留時間が長くなると品質の劣化の問題があり好ましくない。そこで本実施の形態においては、弁体２０は符号３７で示されている方向に回転するようにする。そうすると可塑化装置２と第２の射出装置５は、図３の（ウ）に示されているように、可塑化直後の樹脂しか存在していない第１の弁内流路２５を介して連通する。そうすると第２の射出装置５に計量される樹脂は新しいことが保証され、樹脂の滞留を防止できる。従って本実施の形態においてはこの位置を第２の位置にしている。本実施の形態においては、このように第１の弁内流路２５は第１、２の位置のいずれにおいても常に可塑化装置２に連通するようにし、第２の弁内流路２６は第１、２の位置のいずれにおいても射出ノズル８に連通するようにして、樹脂の滞留を防止している。

このように本実施の形態においては、流路切換弁２１の弁体２０の回転方法が決められているが、これによって他の利点もある。これを説明する。流路切換弁２１の切換え中においては、一時的に可塑化装置２と第１、２の射出装置４、５の連通は遮断される。遮断された状態で可塑化装置２が可塑化を継続して樹脂を供給し続けると急激に樹脂の圧力が高くなったり可塑化に影響を与えてしまう。しかしながら上で説明したようにして弁体２０を回転すると、流路切換弁２１の切換え中であっても、少なくとも第１の弁内流路２５は可塑化装置２に連通した状態が維持される。これは第１の弁内流路２５が円柱状の弁体２０の外周面に形成されている溝から構成されているからであり、弁体２０の回転中においても常にこの溝は第１の接続流路２３ａに接続されるからである。このように流路切換弁２１の切換え中においても第１の弁内流路２５は可塑化装置２に連通した状態が維持されるので、可塑化装置２と第１、２の射出装置４、５との連通が一時的に遮断されても、この第１の弁内流路２５内の樹脂の容量分だけ樹脂が圧縮されて圧力上昇を緩衝することができる。これによって可塑化装置２による連続的な可塑化が影響を受けない。

ところでこのように第１、２の位置にかかわらず、常に第１の弁内流路２５が可塑化装置２に連通するようにし、常に第２の弁内流路２６が射出部つまり射出ノズル８に連通するようにする場合、第１、２の弁内流路２５、２６は径の大きさを変えてもよい。具体的には第１の弁内流路２５の径は、第２の弁内流路２６の径より大きくする。これは可塑化装置２から供給される樹脂の圧力に比して、射出時に第１、２の射出装置４、５から射出される樹脂の圧力がかなり大きいからである。この圧力の大きさの違いによって、第２の弁内流路２６には第１の弁内流路２５より大きな内圧が作用する。そうすると流路切換弁２１つまり弁体２０には偏荷重が作用してしまう。この偏荷重によって弁体２０がボア１９の所定の方向に押し付けられることになり、流路切換弁２１が劣化したり故障し易くなってしまう。従って、この偏荷重を小さくするために、第１の弁内流路２５の径は、第２の弁内流路２６の径より大きくすることが好ましい。

本実施の形態に係る流路切換弁７は色々な変形が可能である。例えば、樹脂を外部に排出することができる排出弁を設けても良い。可塑化射出装置１の運転開始時において可塑化される樹脂の品質が安定していないときや、メンテナンス時、緊急時等に排出するためである。図４の（ア）に示されている可塑化射出装置１’には、排出弁３７ａ、３７ｂ、…を備えた流路切換装置７’が設けられている。この実施の形態においては、排出弁３７ａ、３７ｂ、…は、第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…の全てに設けられている。これらの排出弁３７ａ、３７ｂ、…は、この実施の形態において全て同じ構造からなるので、第１の接続流路２３ａに設けられている排出弁３７ａについてのみ説明する。排出弁３７ａは、図４の（イ）に示されているように、ブロック体３８と弁体４０とから構成されている。ブロック体３８には第１の接続流路２３ａの一部を構成している樹脂流路４２と、この樹脂流路４２を貫通する貫通孔３９とが形成されている。この貫通孔３９に所定の形状の弁体４０が挿入され、図に示されていない駆動機構によって操作部４１が操作されると弁体４０が貫通孔３９を上下に駆動されるようになっている。弁体４０の位置が、図４の（イ）に示されているような位置にあるときには、樹脂流路４２つまり第１の接続流路２３ａは連通し、可塑化装置２から樹脂が流路切換装置７に流れるようになっている。しかしながら運転開始時、メンテナンス時、あるいは緊急時に操作部４１を操作して弁体４０を図４の（ウ）に示されている位置に駆動する。そうすると樹脂流路４２つまり第１の接続流路２３ａは閉鎖され、そして可塑化装置２からの樹脂は貫通孔３９を介して外部に排出される。前記したように、この実施の形態においては、排出弁３７ａ、３７ｂ、…は第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…の全てに設けられ、とこからでも樹脂を排出できるようになっている。しかしながら、排出弁３７ａ、３７ｂ、…は必ずしも４個必要ではなく、１個だけでも樹脂の排出の目的は達成できる。なお、排出弁３７ａ、３７ｂ、…の構造は、上で説明した構造に限定される必要はないく、外部に樹脂を排出できるようになっていればどのような構造でもよい。

本実施の形態においては、可塑化射出装置１には２台の射出装置、つまり第１、２の射出装置４、５が設けられ、これらによって交互に射出できるように説明した。しかしながら、本実施の形態に係る流路切換装置７には、射出装置を１台のみ取付けるようにしてもよい。図５には、そのような可塑化射出装置１’’が示されている。この実施の形態に係る可塑化射出装置１’’は、本実施の形態に係る流路切換装置７において、第１〜３の接続流路２３ａ、２３ｂ、２３ｃのそれぞれに可塑化装置２、第１の射出装置４、射出ノズル８とが接続されている。しかしながら第４の接続流路２３ｄには、樹脂を外部に排出する排出部４５が接続されている。従って、図５に示されているように、流路切換弁２１が第２の位置を採る場合には、可塑化装置２から供給される樹脂は排出部４５から外部に排出されることになる。排出されるので多少樹脂は無駄になってしまうが、可塑化装置２を連続的に運転できるので、流路切換弁２１を第１の位置に切換えて可塑化装置２から第１の射出装置４に供給するとき、常に品質が一定の樹脂を供給することが保証される。

図６には、変形された他の実施の形態に係る流路切換装置７’’が示されている。この流路切換装置７’’において弁体２０’は略直方体に形成されており、流路切換装置７’’に明けられた直方体の孔３１に滑らかにスライド自在に設けられている。弁体２０’には４本の溝３２、３３、３４、３５が形成されている。溝３２と溝３３は同一の高さに形成され、それらの下方に溝３４と溝３５が同一の高さに形成されている。弁体２０’をスライドして、第１〜４の接続流路２３ａ、２３ｂ、…に溝３２、３３が整合する第１の位置と、溝３４、３５が整合する第２の位置とで切換えれば、流路を切換えることができるようになっている。当業者であれば容易に理解できるように、このような流路切換装置７’’によっても本発明を実施することができる。

他の変形も可能である。例えば、本実施の形態において第１、２の射出装置４、５の射出シリンダ１３、１４は、その内径が第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄの内径よりわずかに小さいと説明した。しかしながら内径を等しくしてもよい。この場合、射出シリンダ１３、１４のボアは流路切換装置７の第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄと滑らかに連続することになる。そうするとプランジャ先端部２８、２９は滑らかに第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄ内に達するようにすることができる。他の変形も可能である。例えば、プランジャ１６、１７のプランジャ先端部２８、２９は、必ずしも第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄ内に達する必要はない。射出シリンダ１３、１４の内径を大きくすると、プランジャ先端部２８、２９は第２、４の接続流路２３ｂ、２３ｄ内に達することはできなくなるが、プランジャ１６、１７の射出ストロークが短くても大量の樹脂を射出することができるというメリットがある。さらに他の変形が可能であり、本実施の形態においては射出部は射出ノズル８からなるように説明したが、樹脂をフィルム状に押し出すＴダイのようなものも射出部として採用することができる。

１ 可塑化射出装置 ２ 可塑化装置
４ 第１の射出装置 ５ 第２の射出装置
７ 流路切換装置 ８ 射出ノズル
１０ 加熱シリンダ １１ スクリュ
１３、１４ 射出シリンダ
１６、１７ プランジャ
１９ ボア ２０ 弁体
２１ 流路切換弁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 第１〜４の接続流路
２５ 第１の弁内流路 ２６ 第２の弁内流路
２８、２９ プランジャ先端部
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ 排出弁

Claims (5)

1. 強化繊維入り樹脂を溶融する可塑化装置と、前記可塑化装置で溶融した強化繊維入り樹脂を計量すると共にこれを射出する少なくも１台のプランジャ式の射出装置と、強化繊維入り樹脂が射出される射出部とからなる可塑化射出装置に設けられて強化繊維入り樹脂の流路を切換えるようになっている流路切換装置であって、
   前記流路切換装置は第１〜４の接続流路と、該第１〜４の接続流路が連通する１個のボアと、該ボア内で回転する１本の円柱状の弁体とを備え、該弁体には外周面に円周方向の所定長さの２本の溝が形成され、それによって前記ボアと前記２本の溝とから独立した２本の流路である第１、２の弁内流路が構成されており、
   前記第１の接続流路は前記可塑化装置が、前記第２の接続流路は前記射出装置が、前記第３の接続流路は前記射出部が、そして前記第４の接続流路はプランジャ式からなる他の射出装置もしくは強化繊維入り樹脂を外部に排出する排出部が、それぞれ接続されるようになっており、
   前記弁体を回転して第１の位置に切換えると前記第１の接続流路と前記第２の接続流路が前記第１の弁内流路によって連通すると共に前記第３の接続流路と前記第４の接続流路が前記第２の弁内流路によって連通し、第２の位置に切換えると前記第１の接続流路と前記第４の接続流路が前記第１の弁内流路によって連通すると共に前記第２の接続流路と前記第３の接続流路が前記第２の弁内流路によって連通するようになっていることを特徴とする流路切換装置。
2. 請求項１に記載の流路切換装置において、前記第１の弁内流路は前記第２の弁内流路より径が大きく形成されていることを特徴とする流路切換装置。
3. 請求項１または２に記載の流路切換装置において、前記第２の接続流路は、これに接続される前記射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっており、前記第４の接続流路は、これに前記他の射出装置が接続されるとき前記他の射出装置のプランジャが射出時にその先端部が侵入するようになっていることを特徴とする流路切換装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の流路切換装置は、前記第１〜４の接続流路のうち、少なくとも１箇所に排出弁が設けられ該排出弁を操作すると外部に樹脂が排出されるようになっていることを特徴とする流路切換装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の流路切換装置において、前記可塑化装置と前記射出部はこれらが前記流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっており、前記射出装置と前記他の射出装置はこれらが前記流路切換装置に接続されるとき同一軸上に配置されるようになっていることを特徴とする流路切換装置。

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