JP6385855B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出装置に関する。

射出成形機は、金型装置内に成形材料を供給する射出装置を有する。射出装置は、成形材料を加熱するシリンダ、およびシリンダ内において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュなどを有する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１８３７０５号公報

成形材料は、シリンダ内において加熱され、ガスを発生する。発生したガスは、焼けなどの成形不良の原因になりうる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形不良を抑制した、射出装置の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金型装置内に供給する成形材料を加熱するシリンダと、
不活性ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを、前記シリンダの内部に供給するガス供給機構とを備え、
前記ガス供給機構は、
前記ガスを予め加熱し、
前記シリンダの軸方向に間隔をおいて配される複数のガス供給位置から前記シリンダの内部に前記ガスを供給し、
一の前記ガス供給位置における前記ガスの温度を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの温度よりも高く調整する、射出装置が提供される。

本発明の一態様によれば、成形不良を抑制した、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。

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が搭載される射出成形機を示す図である。図１に示すように、射出成形機は、射出装置４０、およびコントローラ９０などを有する。

コントローラ９０は、メモリなどの記憶媒体９２およびＣＰＵ（Central Processing U
nit）９１などで構成され、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、射出装置４０を制御する。

射出装置４０は、金型装置にタッチされ、金型装置内に成形材料を供給する。射出装置４０は、例えばシリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、計量モータ４５、射出モータ４６、圧力検出器４７、冷却器５１、および加熱器５２を有する。以下、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１中右方向）を後方として説明する。

シリンダ４１は、金型装置内に供給する成形材料を加熱する。シリンダ４１は、材料供給口４１１が形成される材料供給部４１２と、材料供給部４１２よりも前方の本体部４１３とを有する。

材料供給部４１２の外周には、水冷シリンダなどの冷却器５１が設けられる。冷却器５１は、水などの冷媒が流れる流路５１１を有する。冷却器５１は、材料供給部４１２の温度上昇を抑制し、材料供給口４１１付近でのブリッジの発生を抑制する。ブリッジとは、成形材料を構成するペレット同士が溶けてくっつくことである。材料供給部４１２の実測温度が設定温度になるように、コントローラ９０が冷却器５１を制御する。

本体部４１３の外周には、バンドヒータなどの加熱器５２が設けられる。加熱器５２は、シリンダ４１の軸方向に間隔をおいて複数設けられる。加熱器５２は、本体部４１３を加熱することで、成形材料を加熱する。本体部４１３の実測温度が設定温度になるように、コントローラ９０が各加熱器５２を独立に制御する。

シリンダ４１には、熱電対などのシリンダ温度計５３が設けられる。シリンダ温度計５３は、シリンダ４１の温度を測定する。シリンダ温度計５３は、シリンダ４１の軸方向に間隔をおいて複数設けられ、シリンダ４１の軸方向における温度分布を測定する。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置に対して押し付けられる。ノズル４２は、シリンダ４１から金型装置に成形材料を射出する。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ４３に形成される螺旋状の溝に、材料供給口４１１から成形材料が供給される。スクリュ４３は、供給部４３Ｚ１、圧縮部４３Ｚ２、および計量部４３Ｚ３を前方に向けてこの順で有する。供給部４３Ｚ１は、供給された成形材料を前方に搬送させる部分である。圧縮部４３Ｚ２は、供給された成形材料を圧縮させながら溶融させる部分である。計量部４３Ｚ３は、溶融させた成形材料を一定量づつ計量する部分である。スクリュ４３に形成される螺旋状の溝の深さは、供給部４３Ｚ１で深く、計量部４３Ｚ３で浅く、圧縮部４３Ｚ２において前方に向かうほど浅い。尚、スクリュ４３に形成される螺旋状の溝の深さは一定でもよい。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させることにより、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる。射出モータ４６は、スクリュ４３を前進させることにより、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置のキャビティ空間に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、キャビティ空間内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。射出モータ４６とスクリュ４３との間には、射出モータ４６の回転運動をスクリュ４３の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。

圧力検出器４７は、例えば射出モータ４６とスクリュ４３との間に配設され、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧などを検出する。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力に対応する。

射出装置４０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、充填工程、保圧工程、計量工程などを行う。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置内に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａにより検出される。スクリュ４３の位置が所定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が所定位置に達した後、その所定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７により検出される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間内の成形材料の固化が行われる。冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダ４５ａにより検出される。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば圧力検出器４７により検出される。スクリュ４３が所定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

尚、本実施形態の射出装置４０は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。プリプラ方式の場合、可塑化シリンダが特許請求の範囲に記載のシリンダに対応する。

ところで、成形材料は、シリンダ４１内において加熱され、ガスを発生させる。このガスをシリンダ４１の外部に強制的に追い出すため、射出装置４０はガス供給機構６０を有する。

ガス供給機構６０は、不活性ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスをシリンダ４１内に供給する。不活性ガスは、窒素ガス、希ガス（例えばアルゴンガス）のいずれでもよい。以下、不活性ガスおよび炭酸ガスを安定ガスと総称する。

ガス供給機構６０は、ガス供給源６１、ガス管６２、流量制御弁６３、ガス加熱器６４、および計測器群６５などを有する。計測器群６５は、ガス温度計、ガス流量計、およびガス流速計を含む。尚、計測器群６５は、ガス流量計とガス流速計の一方と、ガス温度計とで構成されてもよい。

ガス供給源６１は、ガス管６２を介してシリンダ４１の内部に安定ガスを供給する。シリンダ４１のガス供給位置にはガス供給口が形成される。ガス供給口は、特に限定されないが、シリンダ４１の下部に設けられてよい。

ガス供給源６１は、例えばガスボンベなどで構成される。尚、ガス供給源６１は、ガス供給機構６０とは別に設けられてもよく、ガスタンクなどで構成されてもよい。

ガス管６２は、ガス供給源６１とシリンダ４１とを接続する。ガス管６２は、ガス供給源６１からシリンダ４１に向かう途中で分岐してよく、例えば主管６２−１と複数（図１では２つ）の分岐管６２−２、６２−３とで構成される。尚、分岐管の数は３つ以上でもよい。

主管６２−１は、ガス供給源６１と分岐点とを接続する。一の分岐管６２−２は、分岐点とシリンダ４１の一のガス供給口とを接続する。他の一の分岐管６２−３は、分岐点とシリンダ４１の他の一のガス供給口とを接続する。

ガス管６２をガス供給源６１からシリンダ４１に向かう途中で分岐させることで、ガス供給源６１の数を減らすことができる。

尚、ガス管６２は分岐しなくてもよい。この場合、シリンダ４１のガス供給口の数と同数のガス供給源６１が用いられる。

流量制御弁６３は、ガス管６２の途中に設けられ、シリンダ４１に供給される安定ガスの流量を制御する。流量の制御によって、流速の制御も可能である。流路の断面積が同じ場合、流量が大きいほど、流速が大きい。

流量制御弁６３は、複数の分岐管６２−２、６２−３のそれぞれの途中に設けられてよい。シリンダ４１の複数のガス供給口に供給される安定ガスの流量や流速を独立に調整することができる。シリンダ４１の複数のガス供給口に同時に安定ガスを供給する場合に特に有効である。

流量制御弁６３は、計測器群６５に含まれるガス流量計の実測値が設定値になるように制御されてよい。ガス流量計は、複数の分岐管６２−２、６２−３のそれぞれの途中に設けられてよく、それぞれのシリンダ４１側の端部の近くに設けられてよい。

尚、流量制御弁６３は、計測器群６５に含まれるガス流速計の実測値が設定値になるように制御されてもよい。ガス流速計は、複数の分岐管６２−２、６２−３のそれぞれの途中に設けられてよく、それぞれのシリンダ４１側の端部の近くに設けられてよい。

尚、シリンダ４１の複数のガス供給口に同時に安定ガスを供給しない場合、分岐点に方向制御弁を設け、主管６２−１の途中に流量制御弁６３を設けてもよい。方向制御弁は、複数の分岐管６２−２、６２−３のうち、ガス供給源６１に連通する分岐管を切り替える。方向制御弁と流量制御弁とで、シリンダ４１の複数のガス供給口に供給される安定ガスの流量や流速を独立に調整することができる。

ガス加熱器６４は、ガス管６２の途中に設けられ、シリンダ４１に供給される安定ガスを加熱する。ガス加熱器６４は、例えばバンドヒータで構成されてよく、ガス管６２の外周に巻き付けられてよい。この場合、安定ガスは、ガス管６２の内部を流れながら徐々に加熱される。

ガス加熱器６４は、複数の分岐管６２−２、６２−３のそれぞれの途中に設けられてよい。シリンダ４１の複数のガス供給口に供給される安定ガスの温度を独立に調整することができる。シリンダ４１の複数のガス供給口に同時に安定ガスを供給する場合に特に有効である。

ガス加熱器６４は、計測器群６５に含まれるガス温度計の実測値が設定値になるように制御されてよい。ガス温度計は、複数の分岐管６２−２、６２−３のそれぞれの途中に設けられてよく、それぞれのシリンダ４１側の端部の近くに設けられてよい。

尚、シリンダ４１の複数のガス供給口に同時に安定ガスを供給しない場合、分岐点に方向制御弁を設け、主管６２−１の途中にガス加熱器６４を設けてもよい。方向制御弁は、複数の分岐管６２−２、６２−３のうち、ガス供給源６１に連通する分岐管を切り替える。方向制御弁とガス加熱器６４とで、シリンダ４１の複数のガス供給口に供給される安定ガスの温度を独立に調整することができる。

上記構成のガス供給機構６０は、安定ガスをシリンダ４１内に供給する。そのガス供給位置にはガス供給口が形成される。ガス供給口は、成形材料を構成するペレットの少なくとも一部が固相の状態のままである区間に形成される。安定ガスは、固相のペレット同士の間を通り、不図示の排気部に向けて移動し、成形材料の加熱によって発生したガスを希釈、置換する。これにより、焼けなどの成形不良を抑制することができる。

加えて、ガス供給機構６０は、シリンダ４１のガス供給位置の温度に対応する温度に、安定ガスを予め加熱する。室温の安定ガスをシリンダ４１内に供給する場合に比べて、成形材料の急冷を回避することができ、成形不良を抑制することができる。

シリンダ４１のガス供給位置におけるシリンダ４１の温度（Ｔ１）と安定ガスの温度（Ｔ２）との差（Ｔ１−Ｔ２）は、シリンダ４１の温度（Ｔ１）、成形材料の種類などに応じて適宜設定される。

ここで、シリンダ４１の温度（Ｔ１）は、設定値、実測値のいずれでもよい。実測値は、例えばシリンダ温度計５３を用いて測定される。

また、安定ガスの温度（Ｔ２）は、設定値、実測値のいずれでもよい。実測値は、計測器群６５に含まれるガス温度計を用いて測定される。

ガス供給機構６０は、例えばガス管６２などによって、シリンダ４１の軸方向に間隔をおいて配される複数のガス供給位置からシリンダ４１の内部に安定ガスを供給してよい。安定ガスは、複数のガス供給位置から同時に供給されてもよいし、複数のガス供給位置から順番に供給されてもよい。状況に応じたガス供給位置から安定ガスを供給できる。

ガス供給機構６０は、例えばガス加熱器６４などによって、一のガス供給位置における安定ガスの温度を、成形材料の移動方向後方の別のガス供給位置における安定ガスの温度よりも高く調整してよい。成形材料は前方に送られながら徐々に加熱されるため、成形材料の温度勾配に合わせた温度の安定ガスをシリンダ４１の内部に供給することができる。

成形材料は、前方に送られながら徐々に加熱される。そのため、前方ほど、成形材料の温度が高く、成形材料の加熱によって発生するガスの量が多い。また、前方ほど、固相の割合が小さく、ガスの通り道が狭い。

そこで、ガス供給機構６０は、例えば流量制御弁６３などによって、一のガス供給位置における安定ガスの流速を、成形材料の移動方向後方の別のガス供給位置における安定ガスの流速よりも大きく調整してよい。狭い場所で大量に発生するガスを、排気部に向けて効率的に移動させることができる。

また、ガス供給機構６０は、例えば流量制御弁６３などによって、一のガス供給位置における安定ガスの流量を、成形材料の移動方向後方の別のガス供給位置における安定ガスの流量よりも大きく調整してよい。狭い場所で大量に発生するガスを、排気部に向けて効率的に移動させることができる。

計量工程では、成形材料が前方に送られながら、徐々に加熱される。そのため、計量工程では、他の工程に比べて、成形材料の加熱によって発生するガスの量が多い。

そこで、ガス供給機構６０は、少なくとも計量工程において、予め加熱した安定ガスをシリンダ４１の内部に供給してよい。

以上、射出装置の実施形態について説明したが、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。

４０ 射出装置
４１ シリンダ
４１１ 材料供給口
４１２ 材料供給部
４１３ 本体部
５１ 冷却器
５２ 加熱器
５３ シリンダ温度計
６０ ガス供給機構
６１ ガス供給源
６２ ガス管
６２−１ 主管
６２−２、６２−３ 分岐管
６３ 流量制御弁
６４ ガス加熱器
６５ 計測器群
９０ コントローラ

Claims (7)

1. 金型装置内に供給する成形材料を加熱するシリンダと、
   不活性ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを、前記シリンダの内部に供給するガス供給機構とを備え、
   前記ガス供給機構は、
   前記ガスを予め加熱し、
   前記シリンダの軸方向に間隔をおいて配される複数のガス供給位置から前記シリンダの内部に前記ガスを供給し、
   一の前記ガス供給位置における前記ガスの温度を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの温度よりも高く調整する、射出装置。
2. 金型装置内に供給する成形材料を加熱するシリンダと、
   不活性ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを、前記シリンダの内部に供給するガス供給機構とを備え、
   前記ガス供給機構は、
   前記ガスを予め加熱し、
   前記シリンダの軸方向に間隔をおいて配される複数のガス供給位置から前記シリンダの内部に前記ガスを供給し、
   一の前記ガス供給位置における前記ガスの流速を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの流速よりも大きく調整する、射出装置。
3. 金型装置内に供給する成形材料を加熱するシリンダと、
   不活性ガスおよび炭酸ガスから選ばれる少なくとも１つのガスを、前記シリンダの内部に供給するガス供給機構とを備え、
   前記ガス供給機構は、
   前記ガスを予め加熱し、
   前記シリンダの軸方向に間隔をおいて配される複数のガス供給位置から前記シリンダの内部に前記ガスを供給し、
   一の前記ガス供給位置における前記ガスの流量を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの流量よりも大きく調整する、射出装置。
4. 前記ガス供給機構は、一の前記ガス供給位置における前記ガスの流速を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの流速よりも大きく調整する、請求項１に記載の射出装置。
5. 前記ガス供給機構は、一の前記ガス供給位置における前記ガスの流量を、前記成形材料の移動方向後方の別の前記ガス供給位置における前記ガスの流量よりも大きく調整する、請求項１，請求項２，請求項４のいずれか１項に記載の射出装置。
6. 前記ガス供給機構は、前記シリンダの前記ガス供給位置の温度に対応する温度に、前記ガスを予め加熱する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の射出装置。
7. 前記ガス供給機構は、少なくとも計量工程において、予め加熱した前記ガスを前記シリンダの内部に供給する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の射出装置。

Images