JP7057964B2 - 射出成形機および成形システム - Google Patents

Description

本発明は、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機、および、この射出成形機を有する成形システムに関する。

従来の熱硬化性樹脂材料用の射出成形機の一例が特許文献１に開示されている。この射出成形機は、加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュとを有し、スクリュを加熱シリンダ内で回転駆動することにより、熱硬化性樹脂の混練及び可塑化を行う。

特開２０１６－１０７５０９号公報

このような射出成形機では、加熱シリンダ内での熱硬化性樹脂材料の硬化反応を抑制するために、加熱シリンダ内で熱硬化性樹脂材料に必要以上の熱量が加わらないようにすることが重要である。一方で、加熱シリンダ内で熱硬化性樹脂材料に必要な熱量が加わらないと、熱硬化性樹脂材料の粘度が十分に下がらず、成形性が悪化したり、ガラスやカーボンなどからなる長繊維材料を混入した場合に折損が生じたりする。従来の射出成形機では、熱硬化性樹脂材料を加熱する際、熟練者の経験に頼ることが多く、適切に加熱することが困難であった。

また、射出動作後に加熱シリンダ先端に設けられたノズルの内部に残った熱硬化性樹脂材料が余熱により硬化反応が進んでしまうことがあった。

そこで、本発明は、熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる射出成形機およびこの射出成形機を有する成形システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る射出成形機は、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、先端が開口しかつ当該先端が金型の凹部と嵌合され、前記金型の樹脂流路と連通されるシリンダと、前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、前記シリンダの先端が、前記スクリュの先端が突出可能な大きさに開口されていることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダの先端部を瞬時に加熱する加熱装置を有している。このようにしたことから、熱硬化性樹脂材料の粘度を下げる際に、瞬時に加熱することにより、シリンダ内の熱硬化性樹脂材料の加熱時間を短くすることができる。そのため、熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、シリンダの先端が開口されており、シリンダの先端が直接金型の樹脂流路に連通されるので、シリンダの先端にノズルを設けなくてもよい。そのため、ノズル内に残った熱硬化性樹脂材料の硬化反応を回避できる。

本発明において、前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有していることが好ましい。このようにすることで、誘導加熱式ヒータは昇温速度が十分に速いため、シリンダの先端部を瞬時に加熱することができる。

上記目的を達成するため、本発明の他の一態様に係る成形システムは、上記射出成形機と、制御部と、を有する成形システムであって、前記射出成形機が、前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置と、スクリュ駆動部と、をさらに有し、前記駆動部が、前記スクリュ駆動部を制御して、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前記金型に向けて前記スクリュを前進させた後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させることを特徴とする。このようにすることで、スクリュの後退とともに熱硬化性樹脂材料も冷却装置に対応した位置まで後退される。そのため、シリンダ内の熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制することができる。

上記目的を達成するため、本発明の他の一態様に係る成形システムは、上記射出成形機と、前記射出成形機により射出された前記熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた前記金型と、を有する成形システムであって、前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする。

本発明によれば、上記射出成形機を有しているので、熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、ノズル内に残った熱硬化性樹脂材料の硬化反応を回避できる。さらに、金型が、当該金型におけるシリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有しているので、シリンダの熱が金型に伝わることを抑制することができ、金型の樹脂流路内で熱硬化性樹脂材料の硬化反応が進むことを抑制できる。
上記目的を達成するため、本発明の他の一態様に係る成形システムは、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機と、前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、前記射出成形機が、金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の他の一態様に係る成形システムは、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機と、前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、前記射出成形機が、金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、前記シリンダの先端部を瞬時に加熱する加熱装置と、を有し、前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有し、前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする。

本発明によれば、熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる。

本発明の一実施形態に係る成形システムの要部断面図である。 図１の成形システムにおける計量前動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける計量動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける射出動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける硬化待ち動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける製品取り出し動作を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る熱硬化性樹脂材料用の成形システムについて、図１～図５を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る成形システムの要部断面図である。図２～図６は、それぞれ図１の成形システムにおける計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作および製品取り出し動作を説明する図である。

本実施形態に係る成形システム１は、金型１０と、射出成形機２０と、を有している。この成形システム１では、金型１０のキャビティ１８に、射出成形機２０により溶融された熱硬化性樹脂材料（以下、単に「樹脂材料Ｐ」という）を射出したのち硬化させて製品を成形する。

金型１０は、各図において右方から左方に順に配置された固定金型１３および移動金型１４を有している。固定金型１３には、左右方向に貫通した樹脂流路１６が形成されている。固定金型１３と移動金型１４との間にキャビティ１８が形成されている。固定金型１３の右側面には凹部１９が形成されており、凹部１９の中心部分に樹脂流路１６が開口されている。固定金型１３は、凹部１９に対応して埋め込まれた金型冷却装置１５を有している。金型冷却装置１５は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有しており、凹部１９付近を冷却する。金型１０には、キャビティ１８に充填された樹脂材料Ｐを加熱して硬化させるための図示しないヒータが設けられている。

射出成形機２０は、シリンダ２１と、スクリュ２２と、加熱装置２３と、冷却装置２４と、図示しないシリンダ駆動部と、図示しないスクリュ駆動部と、を有している。

シリンダ２１は、先端２１ａが開口された円筒状に形成されており、先端２１ａを金型１０に向けて配置されている。すなわち、シリンダ２１の先端２１ａにはノズルが設けられておらず、ノズルレス構造となっている。本実施形態において、シリンダ２１は、先端２１ａの開口を含む全体の内径が一定である。先端２１ａは、金型１０の凹部１９に嵌合可能な形状を有している。シリンダ２１は、図示しないシリンダ駆動部により軸方向（各図において左右方向）に移動される。シリンダ２１の先端２１ａは、スクリュ２２の先端が突出可能な大きさに開口されていればよい。

スクリュ２２は、シリンダ２１内に回転可能かつ前後進可能に収容され、図示しないスクリュ駆動部によりシリンダ２１内で回転されるとともに、軸方向（各図において左右方向）に移動される。

加熱装置２３は、シリンダ２１の先端部２１ｂに設けられている。加熱装置２３は、シリンダ２１を内側に収容するようにらせん状に巻かれたコイルを備えた誘導加熱式ヒータ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ；ＩＨ）を有している。誘導加熱式ヒータは昇温速度が比較的速く、電磁誘導によりシリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱することができる。本実施形態において、シリンダ２１は誘導加熱可能な材料（強磁性体）で構成されている。加熱装置２３は、誘導加熱式ヒータ以外にも、抵抗発熱体や加熱された熱交換媒体が流動される管路などの他の種類のヒータを有する構成でもよいが、昇温速度が速くシリンダ２１を瞬時に加熱するヒータが好ましい。一般的に用いられるバンドヒータは昇温速度が０．２８℃／秒程度であるが、誘導加熱式ヒータを用いることで８．８℃／秒を実現することができる。本明細書において「瞬時に加熱する」とは、昇温速度が８℃／秒以上のことをいう。

冷却装置２４は、シリンダ２１における先端部２１ｂより基端（先端２１ａの反対側の端）寄りの部分に設けられている。冷却装置２４は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有している。冷却装置２４は、シリンダ２１を冷却することができる。冷却装置２４によってシリンダ２１を冷却することで、樹脂材料Ｐが溶融されず固体の状態（粘土状）で先端側に移送される。

また、成形システム１は、全体の動作を司る図示しない制御部を有している。制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェースなどを有する組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。制御部は、型閉動作、計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作、型開動作および製品取り出し動作などの各種動作において、成形システム１の各駆動部等を制御する。

次に、上述した本実施形態の成形システム１における本発明に係る動作の一例について説明する。

成形システム１の制御部は、図示しない型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を重ねて型締めする（型閉動作）。また、シリンダ２１の先端部２１ｂ内の樹脂材料Ｐがスクリュ２２により混練されている。

制御部はシリンダ駆動部を制御して、図２に示すように、シリンダ２１を金型１０に近づくように移動（すなわち前進）させ、先端２１ａを凹部１９に嵌合させる。この状態において、シリンダ２１の内部と金型１０の樹脂流路１６とが連通される。そして、制御部はスクリュ駆動部を制御して、スクリュ２２を所定位置まで前進させる（計量前動作）。また、制御部は、金型冷却装置１５を制御して、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される箇所である凹部１９を冷却する。

次に、制御部は加熱装置２３を制御して、シリンダ２１を瞬時に加熱する。これにより、樹脂材料Ｐの粘度を下げる。瞬時に加熱することにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐの加熱時間を短くして、樹脂材料Ｐに加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制する。本実施形態においては、樹脂材料Ｐが１５０℃～１６０℃となる程度までシリンダ２１を加熱する。さらに、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図３に示すように、スクリュ２２を回転させながら後退させ、１回の射出に必要となる量の樹脂材料Ｐをシリンダ２１の先端部２１ｂに供給する（計量動作）。計量が終わると、制御部は加熱装置２３を制御して、シリンダ２１の加熱を停止する。

次に、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図４に示すように、スクリュ２２を前進させる。これにより、シリンダ２１の先端部２１ｂの樹脂材料Ｐが樹脂流路１６を通じてキャビティ１８に押し込まれる（射出動作）。

次に、制御部は金型１０のヒータを制御して、キャビティ１８内の樹脂材料Ｐが硬化するように加熱する（硬化待ち動作）。これと並行して、制御部はスクリュ駆動部を制御して、図５に示すように、スクリュ２２を先端２２ａが冷却装置２４に対応する位置に来るまで後退させる。また、制御部は冷却装置２４を制御して、シリンダ２１を冷却する。これにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制する。冷却装置２４によりシリンダ２１を常時冷却していてもよい。

次に、制御部はシリンダ駆動部を制御して、図６に示すように、シリンダ２１を金型１０から離れるように移動（すなわち後退）させ、先端２１ａと凹部１９との嵌合を解除する。さらに、制御部は型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を左右方向に開き（型開動作）、図示しないエジェクトピンによりキャビティ１８から製品Ｓを取り出す（製品取り出し動作）。

以降、上記型閉動作～上記製品取り出し動作を繰り返して製品Ｓの成形を行う。

以上説明したように、本実施形態の成形システム１によれば、シリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱する加熱装置２３を有している。このようにしたことから、樹脂材料Ｐの粘度を下げる際に、瞬時に加熱することにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐの加熱時間を短くすることができる。そのため、樹脂材料Ｐに加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、シリンダ２１の先端２１ａが開口されており、シリンダ２１の先端２１ａが直接金型１０の樹脂流路１６に連通されるので、シリンダ２１の先端２１ａにノズルを設けなくてもよい。そのため、ノズル内に残った樹脂材料Ｐの硬化反応を回避できる。

また、加熱装置２３が、誘導加熱式ヒータを有している。このようにすることで、誘導加熱式ヒータは昇温速度が十分に速いため、シリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱することができる。

また、シリンダ２１の先端部２１ｂより基端寄りの部分を冷却する冷却装置２４をさらに有し、スクリュ２２が、樹脂材料Ｐを射出するよう金型１０に向けて前進された後、スクリュ２２の先端２２ａが冷却装置２４に対応した位置まで後退される。このようにすることで、スクリュ２２の後退とともに樹脂材料Ｐも冷却装置２４に対応した位置、つまり、シリンダ２１における冷却装置２４によって冷却されている箇所まで後退される。そのため、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制することができる。

また、金型１０が、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される凹部１９を冷却する金型冷却装置１５を有している。そのため、シリンダ２１の熱が金型１０に伝わることを抑制することができ、金型１０の樹脂流路１６内で樹脂材料Ｐの硬化反応が進むことを抑制できる。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１…成形システム、１０…金型、１３…固定金型、１４…移動金型、１５…金型冷却装置、１６…樹脂流路、１８…キャビティ、１９…凹部、２０…射出成形機、２１…シリンダ、２１ａ…シリンダの先端、２１ｂ…シリンダの先端部、２２…スクリュ、２２ａ…スクリュの先端、２３…加熱装置、２４…冷却装置、Ｐ…熱硬化性樹脂材料、Ｓ…製品

Claims (6)

1. 熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、
   先端が開口しかつ当該先端が金型の凹部と嵌合され、前記金型の樹脂流路と連通されるシリンダと、
   前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、
   前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、
   前記シリンダの先端が、前記スクリュの先端が突出可能な大きさに開口されている
   ことを特徴とする射出成形機。
2. 前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有していることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 請求項１または請求項２に記載の射出成形機と、制御部と、を有する成形システムであって、
   前記射出成形機が、前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置と、スクリュ駆動部と、をさらに有し、
   前記制御部が、前記スクリュ駆動部を制御して、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前記金型に向けて前記スクリュを前進させた後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させることを特徴とする成形システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の射出成形機と、
   前記射出成形機により射出された前記熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた前記金型と、を有する成形システムであって、
   前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする成形システム。
5. 熱硬化性樹脂材料用の射出成形機と、前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、
   前記射出成形機が、
   前記金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、
   前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、
   前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、
   前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする成形システム。
6. 熱硬化性樹脂材料用の射出成形機と、前記射出成形機により射出された熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた金型と、を有する成形システムであって、
   前記射出成形機が、
   前記金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、
   前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、
   前記シリンダの先端部を瞬時に加熱する加熱装置と、を有し、
   前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有し、
   前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする成形システム。

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