JP6391612B2 - 先端にバルブブロックが設けられたプランジャ式射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、プランジャ式射出装置に関するものであり、より詳しくはプランジャ式射出装置と射出ノズル等の射出部との間に流路切換バルブ、開閉バルブ等のバルブを備えたバルブブロックが設けられているプランジャ式射出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。プランジャ式には色々な種類があり、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プランジャ式の射出装置もあるし、樹脂の可塑化は別の装置で実施されて射出のみ実施されるようになっているプランジャ式の射出装置もある。前者のプランジャ式の射出装置は、同一の装置内で可塑化と射出が実施されるので外部の装置から溶融した樹脂の供給を受ける必要はなく、樹脂の流路を切換える切換バルブは格別に必要としない。しかしながら、例えばドルーイングを防止するため等の何らかの目的があれば、射出ノズル等の射出部とプランジャ式の射出装置との間に開閉バルブが介装されることもある。後者のプランジャ式の射出装置は、可塑化は別の装置である可塑化装置で実施され、この可塑化装置で可塑化された樹脂をプランジャ式の射出装置に所定量計量し、その後射出するようになっている。このようなプランジャ式の射出装置では計量時に可塑化装置において可塑化された樹脂の供給を受けるとき樹脂が射出ノズル等の射出部から漏れ出ないように、そして射出時に樹脂が可塑化装置に逆流しないように、樹脂の流路を切換える切換バルブが設けられている。

後者の種類に属するプランジャ式の射出装置は、樹脂を可塑化する可塑化装置と、樹脂を射出する射出装置とからなるので、以後、これらをまとめて可塑化射出装置と呼ぶこととすると、特許文献１、２において、このような可塑化射出装置が提案されている。

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５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プランジャ式の射出装置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には所定のブロックつまりバルブブロック６３ａが設けられ、このバルブブロック６３ａの先に射出ノズル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。またバルブブロック６３ａ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、第１の開閉バルブ６７と第２の開閉バルブ６８が樹脂の流路を切換える流路切換機構を構成している。射出装置５４に樹脂を計量するときは第１の開閉バルブ６７を開き、そして第２の開閉バルブ６８を閉じる。そして可塑化装置５２で溶融した樹脂およびアキュムレータ装置５３で溜められた樹脂が射出装置５４に供給される。射出装置５４から射出するときは第１の開閉バルブ６７を閉じ、そして第１の開閉バルブ６８を開く。射出プランジャ６４を軸方向に駆動すると樹脂が射出ノズル６５から射出される。このとき射出プランジャ６４は射出シリンダ６３内にとどまる。つまり射出プランジャ６４がバルブブロック６３ａ内に侵入することはない。なお、本発明と直接関係がないので詳しくは説明しないが、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実施されるようになっている。

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５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プランジャ式の第１、２の射出装置７３、７４と、流路を切換える所定の流路切換機構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において可塑化装置７２の先端には流路切換機構を構成する流路切換バルブ８５が設けられ、この流路切換バルブ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。流路切換バルブ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の開閉バルブ９３、９４が介装されている。このような流路切換バルブ８５と、第１、２の樹脂供給流路８６、８７と、第１、２の開閉バルブ９３、９４と第１、２の射出流路８９、９０とが、樹脂の流路を切換える流路切換機構になる。流路切換機構は所定のブロック、つまり流路切換ブロック９２内に設けられている。詳しくは説明しないが、この流路切換機構を操作することによって、可塑化装置５２において連続的に樹脂を可塑化できるようになっており、第１、２の射出装置７３、７４のうち一方において樹脂を計量するとき他方から射出し、一方から射出するとき他方において樹脂を計量して、交互に計量と射出とを実施できるようになっている。ところで、この可塑化射出装置７１においても、第１、２の射出装置７３、７４において射出するとき射出プランジャ８２、８３は射出シリンダ８０、８１内に留まり、流路切換ブロック９２内に侵入することはない。

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、射出できるので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。具体的には、射出時にプランジャ６１、射出プランジャ８２、８３が樹脂を押し出すとき、押し出されずに残留する樹脂の量が多い点が問題であると言える。前記したように特許文献１に記載の可塑化射出装置５１においては、プランジャ６１はバルブブロック６３ａ内の流路までは侵入しない。また特許文献２に記載の可塑化射出装置７１においても射出プランジャ８２、８３は流路切換ブロック９２内の流路までは侵入しない。一般的に射出シリンダ６３、８０、８１のボアはバルブブロック６３ａ内の流路より径が大きく選定されており、プランジャ６１、射出プランジャ８２、８３の径も大きくなっているので、これらをバルブブロック６３ａ内や流路切換ブロック９２内に侵入させることはできず、侵入できないことは構造的に仕方がないとも言える。しかしながらプランジャ６１、射出プランジャ８２、８３が侵入できないこれらの流路の分だけ樹脂が残留してしまう。残留した樹脂は次回の射出まで高温に晒される。そうすると樹脂が変質して、成形品に影響を及ぼす可能性がある。この問題は、特許文献１、２に記載の可塑化射出装置５１、７１だけに生じる問題ではなく、射出ノズル等の射出部との間にバルブが介装されている他のプランジャ式の射出装置においても一般的に生じる問題である。つまり射出装置のプランジャはバルブを収納しているバルブブロックまで侵入することはないので、このブロック内の樹脂が滞留してしまうからである。

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プランジャ式射出装置を提供することを目的とし、具体的には、射出ノズル等の射出部との間にバルブが介装されたプランジャ式の射出装置において、射出時にバルブ近傍の樹脂の残留量が可及的に少なく、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プランジャ式の射出装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、射出シリンダと、該射出シリンダ内で軸方向に駆動可能に設けられているプランジャとからなり、溶融した樹脂を計量しそして射出するプランジャ式の射出装置であって、射出シリンダは先端にバルブブロックが接続されているプランジャ式射出装置を対象とする。そして、バルブブロックは少なくとも１個のバルブを設け、バルブブロック内の流路の内径は射出シリンダの内径と等しいか大きくなるように構成する。プランジャは、射出時にその先端がバルブブロック内の流路に侵入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、射出シリンダと、該射出シリンダ内で軸方向に駆動可能に設けられているプランジャとからなり、溶融した樹脂を計量しそして射出するプランジャ式の射出装置であって、前記射出シリンダは先端にバルブブロックが接続され、前記バルブブロックは少なくとも１個のバルブが設けられ、前記バルブブロック内の流路の内径が前記射出シリンダの内径と等しいか大きくなっており、前記プランジャが射出時にその先端が前記バルブブロック内の流路に侵入するようになっていることを特徴とするプランジャ式射出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に記載のプランジャ式射出装置において、射出時に前記プランジャは前記バルブを構成している可動部である弁体に実質的に達する位置まで侵入することを特徴とするプランジャ式射出装置として構成される。

以上のように本発明は、射出シリンダと、該射出シリンダ内で軸方向に駆動可能に設けられているプランジャとからなり、溶融した樹脂を計量しそして射出するプランジャ式の射出装置として構成される。射出シリンダは先端にバルブブロックが接続され、バルブブロックは少なくとも１個のバルブが設けられている。そしてバルブブロック内の流路の内径が射出シリンダの内径と等しいか大きくなっており、プランジャは、射出時にその先端がバルブブロック内の流路に侵入するように構成されている。従って射出時にプランジャの先端部が侵入する分だけバルブブロック内の樹脂が押し出されることになるので、樹脂の残留量が少ない。つまり次回の射出時まで滞留する樹脂の量が少ない。そうすると樹脂が高温に晒されて炭化する等の変質を防止することができる。他の発明によると、射出時にプランジャはバルブを構成している可動部である弁体に実質的に達する位置まで侵入するように構成されている。弁体に達する位置までプランジャが侵入するので、さらに樹脂の残留量が少なくなる。

本発明の実施の形態に係る第１、２のプランジャ式射出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、バルブブロックの流路切換バルブがそれぞれ第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。 本発明の第２の実施の形態に係るプランジャ式射出装置とバルブブロックとを模式的に示す断面図であり、その（ア）、（イ）はそれぞれ射出前と射出後のプランジャの位置における、プランジャ式射出装置とバルブブロックの断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るプランジャ式射出装置とバルブブロックとを模式的に示す断面図であり、その（ア）、（イ）はそれぞれ射出前と射出後のプランジャの位置における、プランジャ式射出装置とバルブブロックの断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るプランジャ式射出装置とバルブブロックとを模式的に示す断面図であり、その（ア）、（イ）はそれぞれ射出前と射出後のプランジャの位置における、プランジャ式射出装置とバルブブロックの断面図である。 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可塑化射出装置１は、図１の（ア）、（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２と、溶融した樹脂を計量しそして射出する本実施の形態に係る２台のプランジャ式射出装置つまり第１、２の射出装置４、５と、後で構造を説明するバルブブロック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、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バルブブロック７は、可塑化装置２と第１、２の射出装置４、５と射出ノズル８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バルブブロック７は略立方体に形成されている。このようなバルブブロック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に次に説明する可動部である弁体２０が挿入され、これらから流路切換バルブ２１が構成されている。ところで、バルブブロック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。すなわちバルブブロック内流路２３、２３…である。このようなバルブブロック７の４面の側面のそれぞれに、可塑化装置２、第１、２の射出装置４、５、そして射出ノズル８が接続されている。

本実施の形態に係る流路切換バルブ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。流路切換バルブ２１が第１の位置を採ると、図１の（ア）に示されているように、可塑化装置２と第１の射出装置４が第１の弁内流路２５を介して連通し、第２の可塑化装置５と射出ノズル８が第２の弁内流路２６を介して連通する。一方流路切換バルブ２１が第２の位置を採ると、図１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が第１の弁内流路２５を介して連通し、第１の可塑化装置４と射出ノズル８が第２の弁内流路２６を介して連通する。このように流路切換バルブ２１を切換えることができるので、本実施の形態に係る可塑化射出装置１においては、流路切換バルブ２１を第１の位置にして可塑化装置２で可塑化される樹脂を第１の射出装置４に計量しながら、第２の射出装置５においてはプランジャ１７を駆動して射出ノズル８から樹脂を射出することができ、流路切換バルブ２１を第２の位置にして可塑化装置２で可塑化される樹脂を第２の射出装置５に計量しながら、第１の射出装置４においてはプランジャ１６を駆動して射出ノズル８から樹脂を射出することができる。つまり可塑化装置２において可塑化を連続的に実施して、第１、２の射出装置４、５により交互に計量と射出を実施することができる。

ところで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、その内径がバルブブロック内流路２３、２３の内径と等しい。あるいはバルブブロック内流路２３、２３の内径よりわずかに小さい。そして射出シリンダ１３、１４のボアとバルブブロック内流路２３、２３は同軸になっている。これらが本実施の形態における大きな特徴になっている。この特徴を備えていることにより、射出時にプランジャ１６、１７を軸方向に駆動するとき、プランジャ先端部２８、２９を射出シリンダ１３、１４の先端部を抜けてバルブブロック７内に滑らかに侵入させることができる。図１の（ア）には第２の射出装置５のプランジャ先端部２９が、そして図１の（イ）には第１の射出装置４のプランジャ先端部２８が、それぞれバルブブロック内流路２３に侵入して実質的に弁体２０の近傍まで達している様子が示されている。本実施の形態においては、射出時にこのようにプランジャ先端部２８、２９が深くバルブブロック７内に侵入するようになっているので、バルブブロック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。

本発明は他の実施の形態によっても実施が可能であり、図２の（ア）、（イ）には、本実施の第２の形態に係る射出装置４’とバルブブロック７とが示されている。バルブブロック７の３側面には、前実施の形態と同様に可塑化装置２、射出ノズル８等が接続されているが、図において省略されている。この第２の実施の形態に係る射出装置４’は、プランジャ先端部２８’の形状に特徴がある。すなわちプランジャ先端部２８’の先端２８ａ’の形状は、弁体２０の溝面３１の形状と一致している。この実施の形態においては、射出時に、図２の（イ）に示されているようにプランジャ先端部２８’を弁体２０内まで侵入させることができる。これによって射出時に、さらにバルブブロック７内に残留する樹脂の量を少なくすることができる。

図３の（ア）、（イ）には、本実施の第３の形態に係る射出装置４’’とバルブブロック７とが示されている。バルブブロック７の３側面には、第１の実施の形態と同様に可塑化装置２、射出ノズル８等が接続されているが、図において省略されている。この第３の実施の形態に係る射出装置４’’は、２つの特徴がある。第１の特徴は射出シリンダ１３’’の内径がバルブブロック内流路２３の径より大きい点である。従ってプランジャ先端部２８’’の外径は射出シリンダ１３’’の内径に合わせて大きくなっている。この実施の形態における第２の特徴は、プランジャ先端部２８’’の先端に突起３２が設けられている点である。突起３２は円筒状に形成されその径はバルブブロック内流路２３の径と略等しい。従って射出時に、図３の（イ）に示されているようにプランジャ１６’’を駆動すると、プランジャ先端部２８’’のうち突起３２はバルブブロック内流路２３に侵入することができる。つまりこの第３の実施の形態も、射出時にバルブブロック７内に残留する樹脂の量を少なくすることができる。

第１〜３の実施の形態においては、バルブブロック７に設けられているバルブは流路を切換える流路切換バルブ２１であるが、流路を開閉する開閉バルブであっても本発明を実施できる。図４の（ア）、（イ）には、開閉バルブ３５を備えたバルブブロック７Ａが先端に設けられている第４の実施の形態に係る射出装置４Ａが示されている。開閉バルブ３５は、バルブブロック７Ａ内に明けられたボア１９Ａと弁体２０Ａとから構成されており、弁体２０Ａには直径方向に貫通する貫通孔３６が形成されている。貫通孔３６の径はバルブブロック内流路２３Ａの径と等しくなっている。この実施の形態において射出するときは、図４の（ア）に示されているように、開閉バルブ３５を回転して樹脂の流路を連通させる。射出シリンダ１３とバルブブロック内流路２３Ａと貫通孔３６は内径が等しく、この回転位置においてはこれらは同軸に配置されるので、プランジャ１６Ａを駆動するとプランジャ先端部２８Ａはバルブブロック内流路２３Ａだけでなく弁体２０Ａも滑らかに貫通することができる。この実施の形態においては射出時においてバルブブロック７Ａ内に残留する樹脂量はほとんどない。

ところで、第１〜４の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。また、バルブブロック７、７Ａ内には、バルブ２１、３５は１個のみ設けられているように説明したが、複数個のバルブが設けられていてもよい。例えば複数個のバルブが設けられているバルブブロックの例として、特許文献２において提案されている可塑化射出装置７１のような流路切換ブロックをあげることができる。

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 バルブブロック 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 流路切換バルブ ２３ バルブブロック内流路
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
３５ 開閉バルブ

Claims (2)

1. 射出シリンダと、該射出シリンダ内で軸方向に駆動可能に設けられているプランジャとからなり、溶融した樹脂を計量しそして射出するプランジャ式の射出装置であって、
   前記射出シリンダは先端にバルブブロックが接続され、
   前記バルブブロックは少なくとも１個のバルブが設けられ、
   前記バルブブロック内の流路の内径が前記射出シリンダの内径と等しいか大きくなっており、前記プランジャが射出時にその先端が前記バルブブロック内の流路に侵入するようになっていることを特徴とするプランジャ式射出装置。
2. 請求項１に記載のプランジャ式射出装置において、射出時に前記プランジャは前記バルブを構成している可動部である弁体に実質的に達する位置まで侵入することを特徴とするプランジャ式射出装置。

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