JP6404079B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、成形体の原料となり得る樹脂材料を加熱シリンダ内へ供給した後、当該加熱シリンダ内で加熱溶融された樹脂材料を金型のキャビティへ射出充填して成形体を成形する射出成形機に関し、特に、加熱シリンダ内へ供給される樹脂材料から不良ガスを脱気することにより、製造された成形体の不良率を軽減することが可能な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、加熱シリンダ内へ原料である粒状の熱可塑性樹脂（ペレット）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射出ノズルから金型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、ホッパへ投入された熱可塑性樹脂が加熱シリンダ内で加熱溶融される際、それに伴い、熱可塑性樹脂に含まれていた水蒸気や揮発ガス等が不良ガスとして発生する。そのため、不良ガスが熱可塑性樹脂と共にキャビティに供給されると、それが原因で製造された成形品に樹脂焼け等が生じてしまい、不良品が発生してしまうことが知られている。

上記技術に関連するものが特許文献１、２に開示されている。特許文献１には、射出成形機や押出成形機などの溶融成形機１について以下の記載がある。シリンダ４内に樹脂を投入するための供給ホッパ１０の下部先端部には筒状の供給筒口部１５を設ける。供給ホッパ１０の下部に密着状に接続させた接続管１１を設ける。該接続管１１の下端部は、シリンダ４の受入口７の内周面に密着状に接続される。該接続管１１が供給筒口部１５の外周を所定の間隔を隔てて覆うような、二重筒構造として設けられている。そして、こうした構成により、樹脂を供給筒口部１５から安定して供給しながら、かつ、不良ガスを接続管１１と供給筒口部１５との間から除去することが記載されている。

また、特許文献２には、計量工程時に加熱シリンダのケーシング内で発生するガスを、大気等によるすすぎ効果を利用して除去することを目的とした、合成樹脂成形機用樹脂原料の供給装置が開示されている。当該合成樹脂成形機用樹脂原料の供給装置には、前記目的を達成するために、スクリューとケーシングとよりなる加熱シリンダのその原料投入口と、原料投入口に連設され、加熱シリンダへ原料を投入する原料投入用内筒部と、該原料投入用内筒部の上方に設けられたダンパーと、該原料投入用内筒部と該ダンパーとの間に開設され、該原料投入用内筒部と連通される大気導入口と、該大気導入口に接続された大気開放弁と、原料投入用内筒部を取り囲むように配置され、ガス吸引口が設けられるとともに下端開口部が上記原料投入口と連通される排気用外筒部と、所定の制御信号を受けて大気開放弁を開放制御する制御手段とを備え、これにより、ケーシング内で発生する不良ガスをいわゆるすすぎ効果によって除去することが記載されている。

特開２００３−１０３５２２号公報 特許第４１４２９９５号公報

特許文献１や特許文献２等の従来技術においては、加熱シリンダ内で樹脂材料が加熱溶融されたときに発生する不良ガスを除去することを目的としたものであるが、例えば、当該不良ガスが全て除去されることなく、その一部の不良ガスが樹脂材料と共金型のキャビティへ供給されることになると、製造される成形体の不良率は高まる。そのため、金型のキャビティへ樹脂材料と共に供給される不良ガスの量をできるだけ軽減して、製造される成形体の不良率をより軽減する技術が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、成形体の原料となり得る樹脂材料が加熱シリンダ内へ供給され溶融される射出成形機において、加熱シリンダ内で樹脂材料が溶融されるときに発生する不良ガスを効果的に除去することにより、製造される成形体の不良率を軽減可能な射出成形機を提供することを目的とする。

本射出成形機に係る発明は、
内部で樹脂材料を溶融する加熱シリンダと、該加熱シリンダに前記樹脂材料を供給する樹脂材料供給装置と、前記加熱シリンダの先端に装着され、前記加熱シリンダにより溶融された前記樹脂材料を金型のキャビティに射出する射出ノズルと、前記加熱シリンダ内に設けられ、前記射出ノズル側へ前記溶融された樹脂材料を送るスクリューと、を備えた射出成形機において、
前記樹脂材料供給装置は、駆動により吸引力を発生させるポンプと、該ポンプの駆動により発生する吸引力により樹脂材料の投入される投入ホッパーと、該投入ホッパーの下部に設けられた開閉可能な密閉バルブと、該密閉バルブを介し前記投入ホッパーに投入された前記樹脂材料が供給される供給ホッパーと、該供給ホッパーに供給された前記樹脂材料が所定量あるか否かを検出する近接スイッチと、該近接スイッチにより前記供給ホッパーに供給された前記樹脂材料が所定量あるとして検出されたときに、駆動されることにより前記供給ホッパー内及び該供給ホッパー内と連通する前記加熱シリンダ内を真空にする真空ポンプと、該真空ポンプの駆動により前記供給ホッパー内及び該供給ホッパー内と連通する前記加熱シリンダ内が真空状態にあるとき、前記供給ホッパーに供給された前記樹脂材料を前記スクリューの設けられた前記加熱シリンダ内に供給する材料落下筒と、該材料落下筒の外周を間隔を隔てて覆う筒状スリーブと、該筒状スリーブと前記材料落下筒との間の排気経路を通じて、前記加熱シリンダ内で前記樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスを外部に排出する前記真空ポンプの接続された排気口と、を備え、
前記材料落下筒の下端部を逆Ｕ字型に形成し、
該材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部と前記スクリューとの間の隙間寸法を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下にしたことを特徴とする。

さらに、本射出成形機に係る発明は、
前記加熱シリンダ内に供給される前記樹脂材料の長さ、高さ、又は幅寸法のうち、何れかの最も小さい最小寸法よりも、前記材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部と前記スクリューとの間の前記隙間寸法を小さくしたことを特徴とする。

さらに、本射出成形機に係る発明は、
前記材料落下筒の後方下部に傾斜状の切欠部を形成することにより、前記材料落下筒から前記加熱シリンダ内に供給される前記樹脂材料をスムーズに供給できるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部とスクリューとの間の隙間寸法を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下にしたことにより、加熱シリンダ内で樹脂材料が溶融されたときに発生する不良ガスを、真空ポンプより真空引きしたときに、筒状スリーブと材料落下筒との間の排気経路へとスムーズに導き、該排気経路を通じて排気口から外部へとスムーズに排出して除去（脱気）することができる。すなわち、加熱シリンダ内で樹脂材料が溶融されるときに発生する不良ガスを効果的に外部へ排出することができ、これにより、製造される成形体に気泡が混在してしまうことを抑制して、製造される成形体の不良率を軽減することができる。

さらに、材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部とスクリューとの間の隙間寸法は、加熱シリンダ内に供給される樹脂材料の長さ、高さ、又は幅寸法のうち、最も小さい最小寸法よりもさらに小さくしたことから、材料落下筒の外周側に位置する筒状スリーブと材料落下筒との間の排気経路に樹脂材料が運びこまれることがないよう抑制でき、これにより、排気経路を通過する不良ガスの流れが阻害されることがないよう防止することができる。よって、不良ガスをよりスムーズに排気口から外部へと排出することが可能となり、これにより、製造される成形体の不良率をより一層軽減することができる。

実施例１の射出成形機に構成される射出ユニットを示す構成図である。 実施例１の射出成形機に構成される射出ユニットの要部を示す断面図である。 加熱シリンダへ供給される樹脂材料の寸法を示す説明図である。 材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部とスクリューとの位置関係を示す説明図である。 材料落下筒と加熱シリンダとを示す斜視図である。 材料落下筒と加熱シリンダとを示す断面図である。 ＰＭＭＡ樹脂を樹脂材料として採用したときの、射出ノズルから射出された樹脂材料の状態を示す写真である。 実施例２の射出成形機に構成される射出ユニットの要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図１〜図８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、実施例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、２に示す実施例１の射出成形機に構成される射出ユニット１は、ホッパーブロック２に固定された筒型の加熱シリンダ３、加熱シリンダ３の先端に装着した射出ノズル４、加熱シリンダ３の内部に回転可能に設けられたスクリュー５、製造される成形体の原料となる熱可塑性樹脂等の樹脂材料を加熱シリンダ３へ供給する樹脂材料供給装置６を備える。なお、本実施例では、樹脂材料供給装置６から加熱シリンダ３へ供給される樹脂材料の平均寸法は、図３に示すように、長さＬが２．９６ｍｍ、高さＨが３．２６ｍｍ、幅Ｗが２．４７ｍｍとなっている。

樹脂材料供給装置６は、上から下の順に、樹脂材料を搬送する配管７、側部にエアー吸引口８の設けられた投入ホッパー９、開閉可能な密閉バルブ１０、供給ホッパー１１、ガラス管１３、材料落下筒２３、が配設され、投入ホッパー９のエアー吸引口８にはポンプ１２が接続されている。

また、供給ホッパー１１の下方に設けられている円筒状のガラス管１３は、ホッパーブロック２に形成された孔１４の周縁部に嵌合された円筒状の筒状スリーブ１５に対向するようにして配置されている。ガラス管１３の下部に設けた材料落下筒２３は、加熱シリンダ３の上部に形成された孔部１６に挿通されている。そして、配管７から投入ホッパー９に投入された樹脂材料は、該投入ホッパー９から、開閉可能な密閉バルブ１０、供給ホッパー１１、ガラス管１３、材料落下筒２３を通じて、加熱シリンダ３内へ供給される。なお、前記供給ホッパー１１の下部のガラス管１３は、静電気による悪影響を防止するため、ガラス製となっている。

ガラス管１３のその側部には、センサーとしての近接スイッチ１７が設けられている。当該近接スイッチ１７は、ガラス管１３内に所定量の樹脂材料が存在するか否かの検出を行う。そして、この検出により、所定量の樹脂材料が、供給ホッパー１１にあるか否か検出することができる。

ホッパーブロック２の上部には、供給ホッパー１１が一体に設けられたガラス管１３を保持するフランジ部１８が設けられている。フランジ部１８にはガラス管１３内と連通した排気口１９が形成されている。そして、密閉バルブ１０が閉じられた状態で排気口１９に接続された真空ポンプ２０が駆動されることにより、ガラス管１３内、及び該ガラス管１３内と連通した供給ホッパー１１内、材料落下筒２３内が真空状態になる。その一方で、当該真空状態を解除するときには、密閉バルブ１０の側部に設けた開放弁２１が開かれることで、開放弁２１から、供給ホッパー１１内、ガラス管１３内、材料落下筒２３内、加熱シリンダ３内にエアーが流入される。

また、加熱シリンダ３の孔部１６に挿通するようにして配置された材料落下筒２３は、スクリュー５の直上に設けられており、また、材料落下筒２３の外周には、間隔を隔てるようにして筒状スリーブ１５が設けられ、２重構造をなしている。

図２、図４〜図６に示すように、材料落下筒２３の逆Ｕ字型の下端部とスクリュー５との間には、所定範囲（スクリュー５の中心から９４．２３度の範囲）に亘って、僅かな隙間が形成されている。当該隙間寸法Ｃは、本実施例においては、１ｍｍ以上３ｍｍ以下としており、より具多的には１ｍｍとしており、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスが、材料落下筒２３と筒状スリーブ１５との間の排気経路２５を通じて、真空ポンプ２０の接続された排気口１９から装置の外部へ排出されるとき、加熱シリンダ３内に供給される樹脂材料の長さＬ、高さＨ、又は幅Ｗ寸法のうち、何れかの最も小さい最小寸法よりも、材料落下筒２３の下端部とスクリュー５の上端部との間の隙間寸法Ｃを小さく形成していることから、筒状スリーブ１５と材料落下筒２３との間の排気経路２５に、多くの樹脂材料が運びこまれることがないよう抑制される。

ここで、樹脂材料が加熱シリンダ３内に供給され、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスが外部へ排出されるときの動作例について説明する。密閉バルブ１０が閉じられた状態で真空ポンプ２０が駆動され、それにより供給ホッパー１１内、及び、これに連通するガラス管１３内、材料落下筒２３内等が真空状態であるときに、近接スイッチ１７が、ガラス管１３内に樹脂材料が存在しないことを検出すると、それに基づいて、開放弁２１が開かれると共に密閉バルブ１０が開かれ、外部からエアーが、開放弁２１、密閉バルブ１０を介して、投入ホッパー９内のほか、供給ホッパー１１内、及びこれに連通するガラス管１３内、材料落下筒２３内、加熱シリンダ３内等に流入される。

次に、ポンプ１２が駆動されることにより、投入ホッパー９内のエアーが、エアー吸引口８から外部へ排気されるのに伴い、樹脂材料が外部から、配管７、投入ホッパー９、密閉バルブ１０、供給ホッパー１１、ガラス管１３、材料落下筒２３を通じて、加熱シリンダ３内へ搬送される。

そして、近接スイッチ１７が、ガラス管１３に所定量の樹脂材料があることを検出すると、開放弁２１及び密閉バルブ１０は共に閉じられ、その後、真空ポンプ２０が駆動され、供給ホッパー１１内、ガラス管１３内、材料落下筒２３内、及びこれらと連通する加熱シリンダ３内は真空となる。

そして、供給ホッパー１１内、ガラス管１３内、材料落下筒２３内、及びこれらと連通する加熱シリンダ３内が真空となった状態で、スクリュー５の回転に伴い、材料落下筒２３に有する樹脂材料が、その下端部から加熱中の加熱シリンダ３内へ順次投入されてゆくと、当該樹脂材料は、スクリュー５の回転に従い、スクリュー先端側の射出ノズル４側へと搬送され計量工程が行われる。そして、当該計量工程と併行して、真空ポンプ２０による真空引き作用により、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスが、排気経路２５を通じて排気口１９から外部へと排出される。そして、計量工程後、射出ノズル４が、型締された金型のキャビティへ溶融された樹脂材料を射出充填し成形体が成形される。

ここで、ＰＭＭＡ樹脂を樹脂材料として採用したときの、各種実験結果について図７により説明する。なお、図７（Ａ）は、前述した動作例にて、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスを外部へ排出したときの、射出ノズル４から射出された樹脂材料の状態を示し、図７（Ｂ）は、前述した動作例において、材料落下筒２３の下端部が逆Ｕ字型に形成されているのではなく、平面的に形成された公知の材料落下筒を採用したときの、射出ノズル４から射出された樹脂材料の状態を示している。

図７（Ｂ）では、当該図７（Ｂ）の写真から明らかなように、樹脂材料に多くの気泡（いわゆるシルバー）が含まれている。それに対し、図７（Ａ）では、当該図７（Ａ）の写真から明らかなように、樹脂材料に含まれる気泡（いわゆるシルバー）は少なることが分かり、図７（Ａ）の方が図７（Ｂ）よりも、樹脂材料に含まれる気泡（いわゆるシルバー）が少なくなり好ましいことが分かった。そして、こうした実験結果から、材料落下筒２３の下端部を逆Ｕ字型に形成し、当該材料落下筒２３の逆Ｕ字型の下端部とスクリュー５との間の隙間寸法が１ｍｍ以上３ｍｍ以下の場合には、製造された成形体の不良率が低くなり、不良ガスが外部へ効果的に除去されているという結果を導き出すことができた。

以上のような本実施例１の射出成形機によれば、材料落下筒２３の逆Ｕ字型の下端部とスクリュー５との間の隙間寸法Ｃを、１ｍｍ以上３ｍｍ以下にしたことにより、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されたときに発生する不良ガスを、真空ポンプより真空引きしたときに、筒状スリーブ１５と材料落下筒２３との間の排気経路２５へとスムーズに導き、該排気経路２５を通じて排気口１９から外部へとスムーズに排出して除去（脱気）することができる。すなわち、加熱シリンダ３内で樹脂材料が溶融されるときに発生する不良ガスを効果的に外部へ排出することができ、これにより、製造される成形体に気泡が混在してしまうことを抑制して、製造される成形体の不良率を軽減することができる。

さらに、材料落下筒２３の逆Ｕ字型の下端部とスクリュー５との間の隙間寸法Ｃは、加熱シリンダ３内に供給される樹脂材料の長さ、高さ、又は幅寸法のうち、最も小さい最小寸法よりもさらに小さくしたことから、材料落下筒２３の外周側に位置する筒状スリーブ１５と材料落下筒２３との間の排気経路２５に樹脂材料が運びこまれることがないよう抑制でき、これにより、排気経路２５を通過する不良ガスの流れが阻害されることがないよう防止することができる。よって、不良ガスをよりスムーズに排気口１９から外部へと排出することが可能となり、これにより、製造される成形体の不良率をより一層軽減することができる。

図８は実施例２の射出成形機に構成される射出ユニットの要部を示したものである。実施例１の射出成形機と略同様の構成を有しているので、前記実施例１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略し、主に異なる点についてのみ以下に説明する。

実施例２では、図８に示すように、加熱シリンダ３の孔部１６に挿通するようにして配置された材料落下筒２３の後部に、傾斜状の切欠部２２が形成されている。当該材料落下筒２３の切欠部２２は、スクリュー５の先端側方向を前側、その反対側方向を後側として説明すると、材料落下筒２３の下端の前後の中間部に位置する両側部から後側の斜め上方に向かって斜めに形成されている。この切欠部２２の傾斜角度は、本実施例２では、水平方向を０度とすると、後側の斜め上方に４０度の角度となっているが、１２．５度〜４５度の範囲で適宜選定してもよい。また、切欠部２２は材料落下筒２３の後側に形成されているのに対し、排気口１９は材料落下筒２３よりも前側に設けられている。そのため、切欠部２２に影響されることなく、主に前側の排気経路２５を通じて不良ガスが排出されることとなり、実施例１と同様の作用効果を奏することができ、さらには、切欠部２２が設けられていることにより、材料落下筒２３の後方下部に広がりをもたすことができるために、加熱シリンダ３への樹脂材料の供給をスムーズに行うことが可能となる。

１ 射出ユニット
２ ホッパーブロック
３ 加熱シリンダ
４ 射出ノズル
５ スクリュー
６ 樹脂材料供給装置
７ 配管
８ エアー吸引口
９ 投入ホッパー
１０ 密閉バルブ
１１ 供給ホッパー
１２ ポンプ
１３ ガラス管
１４ 孔
１５ 筒状スリーブ
１６ 孔部
１７ 近接スイッチ
１８ フランジ部
１９ 排気口
２０ 真空ポンプ
２１ 開放弁
２２ 切欠部
２３ 材料落下筒
２５ 排気経路
Ｃ 隙間寸法
Ｈ 高さ
Ｌ 長さ
Ｗ 幅

Claims (3)

1. 内部で樹脂材料を溶融する加熱シリンダと、該加熱シリンダに前記樹脂材料を供給する樹脂材料供給装置と、前記加熱シリンダの先端に装着され、前記加熱シリンダにより溶融された前記樹脂材料を金型のキャビティに射出する射出ノズルと、前記加熱シリンダ内に設けられ、前記射出ノズル側へ前記溶融された樹脂材料を送るスクリューと、を備えた射出成形機において、
   前記樹脂材料供給装置は、駆動により吸引力を発生させるポンプと、該ポンプの駆動により発生する吸引力により樹脂材料の投入される投入ホッパーと、該投入ホッパーの下部に設けられた開閉可能な密閉バルブと、該密閉バルブを介し前記投入ホッパーに投入された前記樹脂材料が供給される供給ホッパーと、該供給ホッパーに供給された前記樹脂材料が所定量あるか否かを検出する近接スイッチと、該近接スイッチにより前記供給ホッパーに供給された前記樹脂材料が所定量あるとして検出されたときに、駆動されることにより前記供給ホッパー内及び該供給ホッパー内と連通する前記加熱シリンダ内を真空にする真空ポンプと、該真空ポンプの駆動により前記供給ホッパー内及び該供給ホッパー内と連通する前記加熱シリンダ内が真空状態にあるとき、前記供給ホッパーに供給された前記樹脂材料を前記スクリューの設けられた前記加熱シリンダ内に供給する材料落下筒と、該材料落下筒の外周を間隔を隔てて覆う筒状スリーブと、該筒状スリーブと前記材料落下筒との間の排気経路を通じて、前記加熱シリンダ内で前記樹脂材料が溶融されることにより発生した不良ガスを外部に排出する前記真空ポンプの接続された排気口と、を備え、
   前記材料落下筒の下端部を逆Ｕ字型に形成し、
   該材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部と前記スクリューとの間の隙間寸法を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下にしたことを特徴とする射出成形機。
2. 前記加熱シリンダ内に供給される前記樹脂材料の長さ、高さ、又は幅寸法のうち、何れかの最も小さい最小寸法よりも、前記材料落下筒の逆Ｕ字型の下端部と前記スクリューとの間の前記隙間寸法を小さ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. 前記材料落下筒の後方下部に傾斜状の切欠部を形成することにより、前記材料落下筒から前記加熱シリンダ内に供給される前記樹脂材料をスムーズに供給できるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形機。