WO2022210790A1 - 材料予熱装置及び、射出成形機 - Google Patents

Abstract

この発明の材料予熱装置２１は、成形材料Ｍｍを予熱し、当該成形材料Ｍｍを射出装置１に供給するものであって、成形材料Ｍｍを回転軸方向の前方側に向けて搬送する予熱用スクリュ２３と、内部に予熱用スクリュ２３が配置された予熱用シリンダ２２と、予熱用シリンダ２２の内部で予熱用スクリュ２３の外周側に区画され、成形材料Ｍｍが熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路２５とを備え、熱風加熱通路２５への熱風流入口２２ａが、予熱用シリンダ２２の回転軸方向の前方側に設けられるとともに、熱風加熱通路２５からの熱風流出口２２ｂが、予熱用シリンダ２２の回転軸方向の後方側に設けられてなるものである。

Description

材料予熱装置及び、射出成形機

　この発明は、成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置及び、射出成形機に関するものである。

　射出成形で射出装置等への成形材料の供給に関する技術としては、たとえば特許文献１及び２に記載されたものがある。

　特許文献１には、「外周囲に加熱手段を有するフィードシリンダの内部にフィードスクリュを備え、そのフィードスクリュを回転駆動するモータをフィードシリンダ端部に装着するとともに、フィードシリンダ後部上にホッパーを、フィードシリンダ前部下側に送出シリンダを取付けた材料供給装置において、上記フィードスクリュのスクリュフライトに切欠部を所定間隔ごとに形成し、その切欠部にスクリュフライトに対し縦方向に存する邪魔板を設け、そのフィードスクリュが射出加熱筒内の射出スクリュに対し前部を高く傾斜位置するように、上記フィードシリンダを送出シリンダを介して射出加熱筒の材料供給部に斜設してなることを特徴とする射出装置の材料供給装置」が記載されている。

　特許文献２は、「フィードスクリュを内部に有するフィードシリンダと、フィードシリンダの後端に取付けたフィードスクリュのモータと、フィードシリンダの後端部上のホッパと、フィードシリンダの先端部下の送出管路とからなり、その送出管路を射出装置の温調流路を設けた供給部に載置固定して射出装置上に設置した材料給送装置であって、上記フィードシリンダに温調流路を内設し、その温調流路の流入側を上記供給部の温調流路の流出側と接続して、フィードシリンダと供給部とにわたる一連の温調回路を構成してなることを特徴とする射出装置の材料供給装置」を開示している。

特開平６－７９７５４号公報 特開２０１１－１４８２１８号公報

　ところで、射出装置のシリンダ内に配置されたスクリュを高速で回転させると、シリンダ内での成形材料の可塑化が短期間のうちに終了し、射出成形機による射出成形のサイクルが短くなる。これにより、ハイサイクル成形が可能になる。

　一方、スクリュを高速回転させた場合は、シリンダ内での成形材料の加熱が不十分になり、成形品に未溶融の成形材料が含まれることがある。成形品への未溶融の成形材料の混入は、その成形品の外観不良や強度の低下等の不具合の発生を招く。

　これに対処するには、成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置で、成形材料を予め加熱することが考えられる。

　特許文献１の「外周囲に加熱手段を有するフィードシリンダ」や、特許文献２の「フィードシリンダに温調流路を内設し」たものでは、成形材料を所要の温度に加熱するまで時間を要する。

　この発明は、上述したような問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、射出装置に供給する前の成形材料の予熱を有効に行うことができる材料予熱装置及び、射出成形機を提供することにある。

　上記の課題を解決することができる一の材料予熱装置は、成形材料を予熱し、当該成形材料を射出装置に供給するものであって、成形材料を回転軸方向の前方側に向けて搬送する予熱用スクリュと、内部に予熱用スクリュが配置された予熱用シリンダと、予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの外周側に区画され、成形材料が熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路とを備え、熱風加熱通路への熱風流入口が、予熱用シリンダの回転軸方向の前方側に設けられるとともに、熱風加熱通路からの熱風流出口が、予熱用シリンダの回転軸方向の後方側に設けられてなるものである。

　上記の課題を解決することができる他の材料予熱装置は、成形材料を予熱し、当該成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置であって、成形材料を搬送する予熱用スクリュと、内部に予熱用スクリュが配置された予熱用シリンダと、予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの外周側に区画され、成形材料が熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路とを備え、前記予熱用スクリュが、内部で熱風を流す内部流路、熱風を前記内部流路に流入させる熱風流入口、及び、熱風を前記内部流路から外周側の熱風加熱通路に放出させる放出孔を有し、前記予熱用シリンダが、熱風を予熱用シリンダから流出させる熱風流出口を有し、当該材料予熱装置が、予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの周囲を取り囲んで設けられ、熱風を通す筒状の通路区画部材を備えるものである。

　また、射出成形機は、上記のいずれかの材料予熱装置を備えるものである。

　上述した材料予熱装置によれば、射出装置に供給する前の成形材料の予熱を有効に行うことができる。

この発明の一の実施形態の材料予熱装置を射出装置とともに示す、回転軸方向に沿う断面図である。 図１の材料予熱装置の拡大断面図である。 他の実施形態の材料予熱装置を示す断面図である。 他の実施形態の材料予熱装置を示す断面図である。 他の実施形態の材料予熱装置を示す断面図である。 他の実施形態の材料予熱装置を示す断面図である。 他の実施形態の材料予熱装置を示す断面図である。

　以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
　この発明の一の実施形態の材料予熱装置は、図１に例示する射出装置１に用いることができる。図１に示す射出装置１は、射出成形機で、たとえば射出装置１を前進・後退させる移動装置のスライドベースＳＢ上に配置され、図示しない金型装置への成形材料の射出を行うものである。この実施形態では、射出装置１は、材料予熱装置で予熱された成形材料が供給されて内部で当該成形材料を溶融させるシリンダ１１や、シリンダ１１の内部で回転駆動されて成形材料を可塑化するスクリュ１２、シリンダ１１の周囲に設けられてシリンダ１１の内部の成形材料を加熱する加熱器１３等を備える。この射出装置１の詳細については後述する。

（材料予熱装置）
　材料予熱装置２１は、射出装置１のスクリュ１２の軸線方向（図１の左右方向）で、シリンダ１１の成形材料を射出する先端部１４とは逆側の後端部に取り付けられる。より詳細には、この材料予熱装置２１は、射出装置１のシリンダ１１上にて、シリンダ１１の後端部で周方向の一部に設けられた貫通孔状の供給部１１ａに連結されており、当該供給部１１ａに、実質的に球状もしくは円柱状その他の形状の樹脂ペレット等の成形材料Ｍｍを供給するものである。

　この実施形態の材料予熱装置２１は、図２に示すように、予熱用シリンダ２２、並びに、予熱用シリンダ２２の内部に配置され、成形材料Ｍｍを回転軸方向の前方側（図２では右上側）に向けて搬送する予熱用スクリュ２３を備える。

　図示の予熱用スクリュ２３は、回転軸２３ａの周囲に、周方向に周回しつつ回転軸方向に延びる螺旋状のフライト２３ｂが設けられたものであり、モータケース２４の内部の図示しないモータその他の駆動源からの駆動力が伝達されて回転駆動される。なおここでは、材料予熱装置２１の予熱用スクリュ２３の回転軸２３ａに沿う方向を回転軸方向という。予熱用スクリュ２３の回転軸方向は、この例では、射出装置１のスクリュ１２の回転軸に沿う方向である軸線方向とは異なる方向になる。
　予熱用シリンダ２２の内部で予熱用スクリュ２３の外周側には、空気その他の気体の加熱圧送による熱風が送られる。

　そのような構成を有する材料予熱装置２１では、予熱用シリンダ２２の内部に供給された成形材料Ｍｍは、そこに送られる熱風により加熱されつつ、予熱用スクリュ２３の外周側のフライト２３ｂの間で当該予熱用スクリュ２３の回転により、回転軸方向の前方側に搬送される。予熱用シリンダ２２の内部で予熱用スクリュ２３の外周側に区画された成形材料Ｍｍのこの通路は、成形材料Ｍｍが熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路２５に相当する。

　ここで、この実施形態では、熱風加熱通路２５の回転軸方向の前方側に、図２に矢印で示すように、予熱用シリンダ２２の外部から内部の上記の熱風加熱通路２５に熱風を流入させる貫通孔状の熱風流入口２２ａが設けられている。一方、予熱用シリンダ２２の回転軸方向の後方側（図２では左下側）の、たとえば周壁部の周方向の一部等には、貫通孔状の開口部２２ｂが設けられており、この開口部２２ｂから予熱用シリンダ２２の内部に成形材料Ｍｍが供給される。

　この場合、回転軸方向の前方側の熱風流入口２２ａから熱風加熱通路２５に流入した熱風は、成形材料Ｍｍを加熱しながら、熱風加熱通路２５を回転軸方向の後方側に向けて流れ、回転軸方向の後方側の開口部２２ｂで熱風加熱通路２５から流出する。なお、図２に示す実施形態では、開口部２２ｂは、予熱用シリンダ２２の内部への成形材料Ｍｍの供給に用いる材料供給口のみならず、熱風を熱風加熱通路２５から流出させる熱風流出口としても用いられるものであり、材料供給口及び熱風流出口に兼用のものとしている。

　このように熱風流入口２２ａを予熱用シリンダ２２の回転軸方向の前方側に、また開口部２２ｂとしての熱風流出口を予熱用シリンダ２２の回転軸方向の後方側にそれぞれ設けることにより、熱風は熱風加熱通路２５で、成形材料Ｍｍの搬送の向きとは逆向きである回転軸方向の後方側に向けて流れる。各成形材料Ｍｍは熱風加熱通路２５で、上記の熱風の後方向きの流れによりフライト２３ｂに押し付けられながら、予熱用スクリュ２３の回転で回転軸方向の前方側に搬送される。その結果、予熱用スクリュ２３による成形材料Ｍｍの搬送が安定して行われ、成形材料Ｍｍを予熱用シリンダ２２内で有効に加熱することができる。

　仮に回転軸方向で熱風流入口と熱風流出口の配設位置を上述したところと逆にして、熱風を成形材料の搬送の向きと同じ向きの回転軸方向の前方側に向けて流した場合、成形材料は、その熱風の流れで前方側に飛ばされて搬送が安定せず、温度が上昇しないまま熱風加熱通路を通過する。この場合、成形材料の予熱が不十分になる。このことは特に、成形サイクルを速めるべく射出装置へ供給する前に成形材料の温度を短時間で急上昇させること等を目的として、予熱用シリンダへの熱風の流量を増大させると顕著になる。

　またここでは、熱風流入口２２ａを、熱風加熱通路２５よりも回転軸方向の前方側に設けるとともに、熱風流出口の開口部２２ｂを熱風加熱通路２５の回転軸方向の後方側に設けている。このように熱風流入口２２ａ及び熱風流出口のそれぞれを配置すると、成形材料Ｍｍは熱風加熱通路２５の大部分で熱風に晒されて加熱されるので、熱風加熱通路２５で成形材料Ｍｍが効果的に加熱される。

　かかる材料予熱装置２１は特に、射出装置１を用いてペットボトルのキャップ等の成形品を製造するに際し、成形材料Ｍｍを溶融しつつ金型装置内に注入して成形品を得るまでの一連の工程を比較的短いサイクルで繰返し行うハイサイクル成形に好適に使用することができる。

　ハイサイクル成形では、射出装置１のシリンダ１１内でスクリュ１２の回転数を増大させて成形材料Ｍｍの可塑化を短期間のうちに終了させ、シリンダ１１の先端部１４への成形材料の蓄積に要する時間を短くする。このとき、成形材料はシリンダ１１の内部で、シリンダ１１の周囲に設けられた加熱器１３による加熱が十分になされずに、シリンダ１１の先端部１４側に急速に送られる。加熱器１３の加熱温度を高くしたとしても、シリンダ１１の内部での成形材料Ｍｍの滞留時間が短いことから、成形材料Ｍｍの加熱が不十分になり得る。この場合、シリンダ１１の先端部１４から金型装置に射出される溶融状態の成形材料に、未溶融の成形材料が含まれることがある。成形品への未溶融の成形材料の混入は、その成形品の外観不良や強度の低下等の不具合の発生を招く。

　これに対し、この実施形態の材料予熱装置２１を使用して、射出装置１へ供給する前の成形材料を予熱すると、成形材料Ｍｍを、材料予熱装置２１である程度高い温度に加熱した後に、射出装置１に供給することができる。それにより、ハイサイクル成形で、成形材料がシリンダ１１の先端部１４に短時間のうちに送られたとしても、成形材料が十分に加熱されて溶融状態になり、成形品への未溶融の成形材料の混入を有効に抑制することができる。

　材料予熱装置２１では、予熱用シリンダ２２の熱風流入口２２ａに、熱風が発生する種々の設備ないし機器が連結され得る。たとえば、予熱用シリンダ２２の外部には、図２では示していないが、シーズヒータその他の熱風用ヒータ及び、ファンやブロワ等の熱風用コンプレッサを配置することができる。それらの熱風用ヒータ及び熱風用コンプレッサは熱風発生機を構成し、熱風用コンプレッサで圧送された空気等の気体が熱風用ヒータで加熱されて熱風が発生する。熱風用ヒータ及び熱風用コンプレッサを熱風流入口２２ａに連結することにより、当該熱風が熱風流入口２２ａに送られる。材料予熱装置２１は、そのような熱風用ヒータ及び熱風用コンプレッサその他の設備ないし機器を備えることができるが、材料予熱装置２１に含まれない設備ないし機器を用いて熱風を発生させてもよい。

　なおこの例では、予熱用シリンダ２２の回転軸方向の前方側における周壁部で、予熱用スクリュ２３の先端部の下方側に、予熱用シリンダ２２から排出させる材料排出口２２ｄが形成されている。

　上述した熱風流入口２２ａは、より好ましくは、図示の実施形態のように、予熱用スクリュ２３よりも回転軸方向の前方側で、たとえば予熱用シリンダ２２の前端壁部２２ｃ等に設けられる。この場合、予熱用スクリュ２３の先端部付近に搬送された成形材料Ｍｍは、その先端部の正面の熱風流入口２２ａから吹き付けられる熱風により、予熱用スクリュ２３のフライト２３ｂに押し付けられながら十分に加熱される。その後、成形材料Ｍｍは、予熱用スクリュ２３の先端部の下方側の材料排出口２２ｄ及び連結筒部２２ｅを経て射出装置１に供給される。またここでは、熱風加熱通路２５を通過した各成形材料Ｍｍは、予熱用スクリュ２３の先端部で熱風が当たることで、熱風加熱通路２５から材料排出口２２ｄへの落下態様のばらつきが抑制され、射出装置１に安定して供給される。

　ところで、互いに平行に延びる予熱用スクリュ２３及び予熱用シリンダ２２は、図示のように、回転軸方向の後方側部分よりも前方側部分で鉛直方向に高く位置させた傾斜姿勢で配置することが好適である。これにより、予熱用シリンダ２２内で回転軸方向の前方側に搬送される各成形材料Ｍｍは、自重により予熱用スクリュ２３のフライト２３ｂ側に寄り掛かった状態で搬送されるので、予熱用スクリュ２３による成形材料Ｍｍの搬送が安定する。但し、予熱用スクリュ及び予熱用シリンダは、後述する実施形態のように、水平方向に沿うように配置してもよい。

　開口部２２ｂには、成形材料Ｍｍをその開口部２２ｂまで案内する供給筒部２２ｆが取り付けられ得る。また、材料排出口２２ｄには、射出装置１の供給部１１ａに連結され、成形材料Ｍｍを材料排出口２２ｄから供給部１１ａに導く連結筒部２２ｅを設けることができる。供給筒部２２ｆ及び連結筒部２２ｅはいずれも円筒状等とすることができ、この例では鉛直方向に延びるものとしているが、鉛直方向に対して傾斜する向きで設けることも可能である。

　なお、予熱用シリンダ２２の周囲には、図示しない断熱材を設けることができる。

　図３に、他の実施形態の材料予熱装置６１を示す。この材料予熱装置６１は、熱風循環流路６６並びに、熱風用ヒータ６７ａ及び熱風用コンプレッサ６７ｂを備えることを除いて、上述した材料予熱装置２１とほぼ同様の構成を有する。

　予熱用シリンダ６２の外部に設けられた熱風循環流路６６は、熱風流出口としての開口部６２ｂで予熱用シリンダ６２の外部に流出した熱風を、熱風流入口６２ａから予熱用シリンダ６２の内部に戻して循環させるものである。熱風循環流路６６の途中には、熱風用ヒータ６７ａ及び熱風用コンプレッサ６７ｂが設けられている。より詳細には、熱風循環流路６６は、熱風用ヒータ６７ａと熱風流入口６２ａとを連結する流入側流路６６ａ、及び、供給筒部６２ｆと熱風用コンプレッサ６７ｂとを連結する流出側流路６６ｂとを有する。

　供給筒部６２ｆには、流出側流路６６ｂとの接続箇所よりも成形材料Ｍｍの供給方向の上流側の位置に、図示しない駆動源により開閉駆動される板状等の熱風遮断部材６２ｇを設けることができる。熱風循環時に熱風は、材料供給口及び熱風流出口に兼用の開口部６２ｂから供給筒部６２ｆに流れるところ、熱風遮断部材６２ｇを閉じることで、そこの通過が阻止され、流出側流路６６ｂに向けて流動する。一方、予熱用シリンダ６２の内部への成形材料Ｍｍの供給時には、熱風遮断部材６２ｇを開くことにより、成形材料Ｍｍが供給筒部６２ｆを通って開口部６２ｂから予熱用シリンダ６２内に入ることができる。

　図３の材料予熱装置６１では、熱風用コンプレッサ６７ｂによる吸引によって、開口部６２ｂから流出した熱風は、供給筒部６２ｆ及び、熱風循環流路６６の流出側流路６６ｂを順次に経て、熱風用コンプレッサ６７ｂに至る。そして、熱風は、熱風用コンプレッサ６７ｂで圧送されつつ、熱風用コンプレッサ６７ｂに併設された熱風用ヒータ６７ａにて加熱された後、熱風循環流路６６の流入側流路６６ａを通って熱風流入口６２ａに送られる。このように熱風循環流路６６で熱風を循環させることにより、熱風の発生に要するエネルギーの消費効率を向上させることができる。

　さらに熱風循環流路６６の流出側流路６６ｂ等の途中に、図示の熱風用コンプレッサ６７ｂとは別の図示しない熱風用コンプレッサを設けてもよい。この場合、当該別の熱風用コンプレッサにより、熱風の、開口部６２ｂからの吸引及び、熱風流入口６２ａ側の熱風用コンプレッサ６７ｂへの圧送が促進される。

　図４に、他の実施形態の材料予熱装置７１を示す。この材料予熱装置７１では、予熱用シリンダ７２の前端壁部７２ｃに、上述した材料予熱装置２１、６１で設けた熱風流入口２２ａ、６２ａが形成されていない。またここでは、予熱用シリンダ７２の内部で前端壁部７２ｃの手前の、予熱用スクリュ７３よりも回転軸方向の前方側に、熱風用ヒータ７７ａが配置されている。さらに、予熱用シリンダ７２の回転軸方向の後方側には、材料供給口７２ｂ及び供給筒部７２ｆが設けられるとともに、その材料供給口７２ｂよりもさらに後方側に、熱風流出口７２ｇ及び流出筒部７２ｈが設けられている。予熱用シリンダ７２の外部には、図示は省略するが、熱風流出口７２ｇ及び流出筒部７２ｈに連結される熱風用コンプレッサが接続され得る。

　図４の材料予熱装置７１では、熱風用ヒータ７７ａで加熱された気体が、熱風流出口７２ｇに連結された熱風用コンプレッサで吸引されることによって熱風となり、当該熱風が、熱風加熱通路７５を回転軸方向の後方側に向けて流れる。したがって、それらの熱風用ヒータ７７ａ及び熱風用コンプレッサは、熱風の生成に用いられるものである。

　ここでは、予熱用スクリュ７３の先端部における熱風加熱通路７５の出口が、予熱用シリンダ７２の回転軸方向の前方側に設けられた熱風流入口として機能する。熱風流出口７２ｇに接続された熱風用コンプレッサの作動により、予熱用スクリュ７３の先端部付近では、負圧雰囲気になることがある。これにより、その先端部付近での成形材料Ｍｍの搬送が安定する。なおこのとき、熱風流出口７２ｇ側の熱風用コンプレッサの作動により、射出装置１側から気体が材料排出口７２ｄ及び連結筒部７２ｅを通って予熱用シリンダ７２内に吸引され得る。必要に応じて、予熱用シリンダ７２の回転軸方向の前方側における前端壁部７２ｃ等の部分や、連結筒部７２ｅその他の適切な箇所に、気体吸引口を設けることもできる。

　この実施形態のように、熱風流出口７２ｇを、材料供給口７２ｂよりも回転軸方向の後方側に位置させたときは、材料供給口７２ｂから供給されて回転軸方向の前方側に搬送される成形材料Ｍｍの多くを、熱風と接触させて加熱することができる。

　図４に示す材料予熱装置７１で発生させた熱風は、熱風循環流路で循環させて繰り返し用いることもできる。図５に示す他の実施形態の材料予熱装置８１は、予熱用シリンダ８２の前端壁部８２ｃに熱風流入口８２ａを形成するとともに、熱風流出口８２ｇから熱風流入口８２ａにつながる熱風循環流路８６を設けたものである。熱風循環流路８６の途中には熱風用コンプレッサ８７ｂが配置されている。熱風循環流路８６は、熱風流出口８２ｇと熱風用コンプレッサ８７ｂとを連結する流出側流路としての流出筒部８２ｈ、及び、熱風用コンプレッサ８７ｂと熱風流入口８２ａとを連結する流入側流路８６ａを含んで構成される。

　図６に、他の実施形態の材料予熱装置９１を示す。図６の材料予熱装置９１では、予熱用スクリュ９３の回転軸９３ａは、たとえば円筒状のパンチングメタル、網状部材もしくはハニカム構造部材等で構成されており、先端部が開口するとともに周壁に貫通する孔が多数設けられた円筒形状をなす。これにより、予熱用スクリュ９３は、図６に矢印で示すように、回転軸９３ａの内側の内部で熱風を流す内部流路９３ｃと、熱風をその内部流路９３ｃから外周側の熱風加熱通路９５に放出させる上記の周壁の孔としての放出孔とを有する。放出孔は、成形材料Ｍｍが通過できない程度の大きさとする。

　熱風流入口９２ａからの熱風は、その大部分が予熱用スクリュ９３の内部流路９３ｃに入り、回転軸９３ａの周壁の放出孔から熱風加熱通路９５に放出されて、そこで搬送される成形材料Ｍｍを加熱する。なお、熱風の一部は、内部流路９３ｃではなく、予熱用スクリュ９３の先端部から熱風加熱通路９５に流入することもある。

　また図６の材料予熱装置９１は、予熱用シリンダ９２の内部で予熱用スクリュ９３を取り囲んで配置されて熱風加熱通路９５を区画する円筒等の筒状の通路区画部材９８を備える。通路区画部材９８には、成形材料Ｍｍが通過できない多数の貫通穴が設けられており、これにより熱風は、通路区画部材９８を通ることができる。通路区画部材９８と予熱用シリンダ９２の内面との間には、熱風を熱風加熱通路９５から熱風流出口９２ｇに送る熱風排出流路９８ａが区画されている。

　予熱用スクリュ９３の回転軸９３ａの先述した放出孔から放出された熱風は、熱風加熱通路９５の成形材料Ｍｍを加熱した後、通路区画部材９８を通って熱風排出流路９８ａに流れる。熱風排出流路９８ａで熱風は、回転軸方向の後方側に向けて流動して熱風流出口９２ｇに至る。

　図６の実施形態では、予熱用スクリュ９３（より詳細には回転軸９３ａ）の外周面と、通路区画部材９８との間に区画される熱風加熱通路９５の通路幅は、成形材料Ｍｍの一個分の長さ以上、かつ、成形材料Ｍｍの二個分の長さ未満とすることが好ましい。これにより、搬送時に各成形材料Ｍｍは、熱風加熱通路９５で半径方向に重なり合うことが抑制されるので、熱風加熱通路９５を半径方向に流動する熱風でより加熱されやすくなる。

　図６に示す材料予熱装置９１は、その他の構成については、図４の材料予熱装置７１と実質的に同様である。但し、材料予熱装置９１の構成を変更し、図３に示すように、熱風用ヒータ９７ａを予熱用シリンダ９２の内部ではなく熱風循環流路９６の途中に設けること、並びに／又は、熱風流出口９２ｇ及び材料供給口９２ｂを一つにまとめて兼用の開口部とすることも可能である。

　図７に、他の実施形態の材料予熱装置１０１を示す。この材料予熱装置１０１では、予熱用シリンダ１０２及び予熱用スクリュ１０３は、水平方向にほぼ平行に配置されている。なお、この実施形態でも、予熱用シリンダ及び予熱用スクリュを、上述した実施形態のように水平方向に対して傾斜させて配置してもよい。

　材料予熱装置１０１では、成形材料Ｍｍは、予熱用シリンダ１０２の回転軸方向の後方側（図７では右側）に設けた材料供給口１０２ｂから内部に供給され、予熱用スクリュ１０３の外周側で搬送された後、回転軸方向の前方側（図７では左側）に設けた材料排出口１０２ｄから射出装置１に供給される。

　予熱用スクリュ１０３は、回転軸１０３ａがパンチングメタル等からなるものであり、内部で熱風を流す内部流路１０３ｃと、熱風を内部流路１０３ｃに流入させる熱風流入口１０２ａと、熱風を内部流路１０３ｃから外周側の熱風加熱通路１０５に放出させる放出孔とを有する。また、予熱用シリンダ１０２には、成形材料Ｍｍを加熱した後の熱風を、当該予熱用シリンダ１０２から流出させる熱風流出口１０２ｇが設けられる。

　予熱用スクリュ１０３の熱風流入口１０２ａから内部流路１０３ｃに流入する熱風は放出孔にて、予熱用スクリュ１０３の外周側に区画された熱風加熱通路１０５に放出され、成形材料Ｍｍを加熱する。その後、熱風は、予熱用シリンダ１０２に設けた熱風流出口１０２ｇから外部に流出する。

　この例では、熱風流入口１０２ａは、予熱用スクリュ１０３の回転軸方向の後方側の基端部に設けているが、たとえば回転軸方向の前方側の先端部等の他の部分に設けることも可能である。予熱用スクリュ１０３の先端部及び基端部のうち、熱風流入口１０２ａを設けた側とは反対側の端部は、開口せずに密閉される構造とすることができる。ここでは、予熱用スクリュ１０３の先端部を密閉させている。

　予熱用シリンダ１０２の内部には、予熱用スクリュ１０３の周囲を取り囲んで熱風加熱通路１０５を区画する筒状の通路区画部材１０８が設けられている。熱風加熱通路１０５で成形材料Ｍｍが半径方向に重なり合うことを抑制して、成形材料Ｍｍが加熱されやすくなるようにするため、予熱用スクリュ１０３の外周面と通路区画部材１０８との間の熱風加熱通路１０５の通路幅は、成形材料Ｍｍの一個分の長さ以上、かつ、成形材料Ｍｍの二個分の長さ未満とすることが好適である。

　通路区画部材１０８を設けることにより、予熱用シリンダ１０２の内面と通路区画部材１０８との間に、熱風を熱風加熱通路１０５から熱風流出口１０２ｇに送る熱風排出流路１０８ａを区画することができる。

　図７に示すところでは、熱風流出口１０２ｇを、予熱用シリンダ１０２の周壁部で予熱用スクリュ１０３の回転軸方向の後方側に設けている。この場合、熱風加熱通路１０５から通路区画部材１０８を通過した熱風は、熱風加熱通路１０５を、同図に矢印で示すように、熱風流出口１０２ｇを設けた回転軸方向の後方側に向けて流れる。あるいは、熱風流出口は、予熱用スクリュの回転軸方向の前方側に設けてもよい。

　ここでは、熱風流入口１０２ａ及び熱風流出口１０２ｇをいずれも、予熱用スクリュ１０３の回転軸方向の後方側に設けている。なお、熱風流入口を、予熱用スクリュの回転軸方向の前方側もしくは後方側のいずれか一端側に設けた場合、熱風流出口は、予熱用スクリュの回転軸方向の前方側もしくは後方側の他端側に設けることが好ましいこともある。この場合、熱風流入口と熱風流出口が回転軸方向の逆側である一端側と他端側に位置するので、熱風流入口から内部流路に流入した熱風が、熱風加熱通路の回転軸方向の全体にわたって行き渡りやすくなる場合がある。

　図７の材料予熱装置１０１では、予熱用シリンダ１０２の外部に熱風用ヒータ１０７ａ及び熱風用コンプレッサ１０７ｂを配置しており、熱風用ヒータ１０７ａ及び熱風用コンプレッサ１０７ｂが熱風流入口１０２ａに連結されている。また、この材料予熱装置１０１は、熱風流入口１０２ａと熱風用ヒータ１０７ａとを連結する流入側流路１０６ａ、並びに、熱風流出口１０２ｇと熱風用コンプレッサ１０７ｂとを連結する流出側流路１０６ｂを含む熱風循環流路１０６さらに備えるものである。これにより、熱風は、熱風流出口１０２ｇから予熱用シリンダ１０２の外部に流出した後、熱風用ヒータ１０７ａ及び熱風用コンプレッサ１０７ｂで加熱圧送され、熱風流入口１０２ａから予熱用シリンダ１０２の内部に戻って循環する。必要に応じて、熱風循環流路１０６の流出側流路１０６ｂ等の途中に、図示しない更なる熱風用コンプレッサを設けることもある。

　なお、流入側流路１０６ａと予熱用スクリュ１０３との接続箇所には、流入側流路１０６ａに対する予熱用スクリュ１０３の回転を許容しつつ、熱風の流出を防ぐシールリング１０９を取り付けることができる。予熱用スクリュ１０３は、たとえば、予熱用シリンダ１０２の外部に位置する基端部で、大小二種類のプーリー１１０を介してモータ１１１により回転駆動される。予熱用シリンダ１０２の前端壁部及び後端壁部のそれぞれは、予熱用スクリュ１０３が通る穴部が設けられており、各穴部にベアリングを介して予熱用スクリュ１０３が取り付けられている。

　以上に述べたような材料予熱装置２１、６１、７１、８１、９１、１０１は、当該材料予熱装置２１、６１、７１、８１、９１、１０１の動作を制御する制御部を備えることができる。この制御部は、材料予熱装置２１、６１、７１、８１、９１、１０１に固有のものとすることができる他、後述する射出装置１の動作、さらには材料予熱装置２１、６１、７１、８１、９１、１０１や射出装置１を備える射出成形機の動作を制御する制御部に含まれるものとしてもよい。

　特に材料予熱装置２１、６１、７１、８１、９１では、制御部は、熱風加熱通路で成形材料を搬送する間、熱風の流量を増減させることが好ましい場合がある。典型的には、熱風加熱通路で熱風の流動と流動停止とが交互に繰り返されるように、熱風を間欠的に流すべく制御することができる。

　熱風を常に一定の流量で流す場合、成形材料Ｍｍの高速の加熱供給のために熱風の流量を増大させると、回転軸方向の後方向きの当該熱風から成形材料Ｍｍが抵抗を受けて回転軸方向の前方側に進みにくくなる。予熱用スクリュが空回りし、成形材料Ｍｍが搬送されないことも生じ得る。
　一方、熱風の流量を増減させる場合、少なくとも、熱風の流量が相対的に少ない期間は、成形材料Ｍｍを回転軸方向の前方側に向けて搬送できるようにしながら、熱風の流量が相対的に多い期間での当該流量を増大させることができる。この観点から、熱風の流量や流動と流動停止の期間、予熱用スクリュの回転速度その他の条件を設定することが望ましい。

　また制御部は、成形材料Ｍｍの搬送速度を調整すること等を目的として、予熱用スクリュの回転速度を増減させることもできる。上述した熱風の流量の増減と、予熱用スクリュの回転速度の増減とを関連付けることも可能である。たとえば、熱風の流量を減少させたタイミングで予熱用スクリュの回転速度を増大させるとともに、熱風の流量を増大させたタイミングで予熱用スクリュの回転速度を減少させる等といった制御が考えられる。

（射出装置）
　上述したような材料予熱装置２１等を適用することができる射出装置１は、図１に例示するように、主として、材料予熱装置２１から供給された成形材料を内部で溶融させるシリンダ１１と、シリンダ１１の内部で回転駆動されて成形材料を可塑化するスクリュ１２と、スクリュ１２の軸線方向の後方側（図１の右側）に配置された計量モータ３１と、計量モータ３１のさらに後方側に配置された射出モータ４１とを備える。

　シリンダ１１の周囲には、シリンダ１１の内部の成形材料を加熱する加熱器１３が配置されている。シリンダ１１は軸線方向の先端側（図１の左側）に内外径が小さくなる先端部１４を有し、その先端部１４の周囲にも加熱器１３が配置される。また、シリンダ１１は軸線方向の後端側に、貫通孔状の供給部１１ａが設けられており、そこに先述の材料予熱装置２１が取り付けられている。

　計量モータ３１及び射出モータ４１はそれぞれ、スライドベースＳＢ上に立てた姿勢で互いに間隔をおいて配置された二枚のモータ支持プレート３２、４２のそれぞれの軸線方向の後方側の背面に固定されている。スクリュ１２は、計量モータ３１により回転駆動されるとともに、射出モータ４１により進退駆動される。二枚のモータ支持プレート３２、４２は、計量モータ３１を隔てた上方側及び下方側の複数箇所でロッド５１により互いに連結されている。

　計量モータ３１は、主に、ロータ３３と、ロータ３３の周囲に配置されたステータ３４と、ロータ３３及びステータ３４の周囲を取り囲み、内表面にステータ３４が設けられたステータフレーム３５とを含む。計量モータ３１のロータ３３はその軸線方向の各端部で、ステータフレーム３５の内側に軸受３３ａにより支持されている。また、このロータ３３は、計量スプライン軸３６の周囲にスプライン結合されており、この計量スプライン軸３６は、スクリュ１２が取り付けられたスクリュ取付部３７に連結されている。なお、計量スプライン軸３６の外周面の軸線方向の後端部には、ロータ３３の内周面に設けられたキー溝に対応する一個以上のキー３６ａが形成されている。これにより、計量モータ３１からスクリュ１２に回転駆動力が伝達されて、スクリュ１２を回転させることができる。

　射出モータ４１は、主に、ロータ４３と、ロータ４３の周囲に配置されたステータ４４と、ロータ４３及びステータ４４の周囲を取り囲んで設けられて、内表面にステータ４４が設けられたステータフレーム４５とを有するものである。ロータ４３はその軸線方向の各端部で、ステータフレーム４５の内側に軸受４３ａにより支持されている。射出モータ４１のロータ４３は、駆動軸に接続されている。この駆動軸は、より詳細には、円筒状のロータ４３の内周側に設けた溝部４３ｂでスプライン結合された射出スプライン軸４６と、射出スプライン軸４６に連結されたねじ軸４８と、計量スプライン軸３６の内側に軸受４９を介して回転自在に取り付けられた回転軸部５０とを有する。ねじ軸４８に螺合するねじナット４７は、後述する圧力検出器３８を介してモータ支持プレート４２に取り付けられる。この構造により、射出モータ４１による回転駆動力が、スクリュ１２の軸線方向の直線駆動力に変換されて、スクリュ１２に伝達される。

　なお、射出モータ４１のステータフレーム４５とモータ支持プレート４２との間には、圧力検出器３８を配置している。この圧力検出器３８はモータ支持プレート４２及びねじナット４７のそれぞれに取り付けられて、射出モータ４１からスクリュ１２への駆動力の伝達経路で当該圧力検出器３８に作用する荷重を検出する。圧力検出器３８とステータフレーム４５との間には、筒状部分３９を介在させて設けている。また、射出モータ４１のステータフレーム４５の後端面には、軸部４５ｂでロータ４３と連結されてロータ４３の回転を検出するエンコーダ４５ａが設けられている。

　このような射出装置１を備える射出成形機による成形過程の一例を述べると、前回の成形過程の後半に既にシリンダ１１の内部に成形材料が所定の量で計量されて配置された状態で、図示しない金型装置を閉じて型締状態とする型締工程を行う。次いで、スクリュ１２の前進により成形材料を金型装置内に向けて射出し、成形材料を金型装置内のキャビティに充填する充填工程と、スクリュ１２をさらに前進させてシリンダ１１の先端部１４の内部にある成形材料を所定の圧力に保持する保圧工程とを順次に行う。

　そしてその後、金型装置内に充填された成形材料を冷却させて硬化させ、成形品を得る冷却工程を行う。この際に、材料予熱装置２１からシリンダ１１内に別途供給した成形材料を、加熱器１３による加熱下でスクリュ１２の回転によりシリンダ１１の先端部１４に向けて送りながら溶融させ、所定の量の成形材料を先端部１４に配置する計量工程が行われる。

　ここにおいて、この実施形態では、シリンダ１１内に供給される成形材料が、材料予熱装置２１により既に適切な温度に加熱されている。それ故に、スクリュ１２を高速で回転させ、成形材料を短時間のうちにシリンダ１１の先端部１４に送ったとしても、成形材料を十分に可塑化することができる。これにより、計量に要する時間が短くなり、成形サイクルの短縮化を実現することができる。

　なおその後は、金型装置を開いて型開状態とし、エジェクタ装置等により金型装置から成形品を取り出す取出工程を行う。

　１　射出装置
　１１　シリンダ
　１１ａ　供給部
　１２　スクリュ
　１３　加熱器
　１４　先端部
　２１、６１、７１、８１、９１、１０１　材料予熱装置
　２２、６２、７２、８２、９２、１０２　予熱用シリンダ
　２２ａ、６２ａ、８２ａ、９２ａ、１０２ａ　熱風流入口
　２２ｂ、６２ｂ　開口部（材料供給口、熱風流出口）
　７２ｂ、８２ｂ、９２ｂ、１０２ｂ　材料供給口
　２２ｃ、６２ｃ、７２ｃ、８２ｃ、９２ｃ　前端壁部
　２２ｄ、６２ｄ、７２ｄ、８２ｄ、９２ｄ、１０２ｄ　材料排出口
　２２ｅ、６２ｅ、７２ｅ、８２ｅ、９２ｅ、１０２ｅ　連結筒部
　２２ｆ、６２ｆ、７２ｆ、８２ｆ、９２ｆ、１０２ｆ　供給筒部
　６２ｇ　熱風遮断部材
　７２ｇ、８２ｇ、９２ｇ、１０２ｇ　熱風流出口
　７２ｈ、８２ｈ　流出筒部
　２３、６３、７３、８３、９３、１０３　予熱用スクリュ
　２３ａ、６３ａ、７３ａ、８３ａ、９３ａ、１０３ａ　回転軸
　２３ｂ、６３ｂ、７３ｂ、８３ｂ、９３ｂ、１０３ｂ　フライト
　９３ｃ、１０３ｃ　内部流路
　２４、６４、７４、８４、９４　モータケース
　２５、６５、７５、８５、９５、１０５　熱風加熱通路
　６６、８６、９６、１０６　熱風循環流路
　６６ａ、８６ａ、９６ａ、１０６ａ　流入側流路
　６６ｂ、１０６ｂ　流出側流路
　６７ａ、７７ａ、８７ａ、９７ａ、１０７ａ　熱風用ヒータ
　６７ｂ、８７ｂ、９７ｂ、１０７ｂ　熱風用コンプレッサ
　９８、１０８　通路区画部材
　９８ａ、１０８ａ　熱風排出流路
　１１０　プーリー
　１１１　モータ
　３１　計量モータ
　３２　モータ支持プレート
　３３　ロータ
　３３ａ　軸受
　３４　ステータ
　３５　ステータフレーム
　３６　計量スプライン軸
　３６ａ　キー
　３７　スクリュ取付部
　３８　圧力検出器
　３９　筒状部分
　４１　射出モータ
　４２　モータ支持プレート
　４３　ロータ
　４３ａ　軸受
　４３ｂ　溝部
　４４　ステータ
　４５　ステータフレーム
　４５ａ　エンコーダ
　４５ｂ　軸部
　４６　射出スプライン軸
　４７　ねじナット
　４８　ねじ軸
　４９　軸受
　５０　回転軸部
　５１　ロッド
　Ｍｍ　成形材料
　ＳＢ　スライドベース

Claims (21)

1. 　成形材料を予熱し、当該成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置であって、
   　成形材料を回転軸方向の前方側に向けて搬送する予熱用スクリュと、
   　内部に予熱用スクリュが配置された予熱用シリンダと、
   　予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの外周側に区画され、成形材料が熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路と
   を備え、
   　熱風加熱通路への熱風流入口が、予熱用シリンダの回転軸方向の前方側に設けられるとともに、熱風加熱通路からの熱風流出口が、予熱用シリンダの回転軸方向の後方側に設けられてなる材料予熱装置。
2. 　予熱用シリンダが、予熱用シリンダの内部への成形材料の供給に用いられる材料供給口を有する請求項１に記載の材料予熱装置。
3. 　予熱用シリンダが、前記材料供給口及び前記熱風流出口に兼用の開口部を有する請求項２に記載の材料予熱装置。
4. 　前記熱風流出口が、前記材料供給口よりも回転軸方向の後方側に位置する請求項２に記載の材料予熱装置。
5. 　前記熱風流入口が、予熱用スクリュよりも回転軸方向の前方側に位置する請求項１～４のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
6. 　予熱用シリンダの外部に配置されて前記熱風流入口に連結され、熱風の生成に用いられる熱風用ヒータ及び熱風用コンプレッサを備える請求項１～５のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
7. 　前記熱風流出口から予熱用シリンダの外部に流出した熱風を、前記熱風流入口から予熱用シリンダの内部に戻して循環させる熱風循環流路を備える請求項１～６のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
8. 　前記熱風循環流路の途中に設けられ、熱風を前記熱風流出口から吸引するとともに前記熱風流入口に向けて圧送する熱風用コンプレッサを備える請求項７に記載の材料予熱装置。
9. 　予熱用シリンダの内部で前記熱風加熱通路の回転軸方向の前方側に配置され、熱風の生成に用いられる熱風用ヒータと、
   　予熱用シリンダの外部に配置されて前記熱風流出口に連結され、熱風の生成に用いられる熱風用コンプレッサと
   を備える請求項１～８に記載の材料予熱装置。
10. 　予熱用スクリュが、内部で熱風を流す内部流路、及び、熱風を前記内部流路から外周側の熱風加熱通路に放出させる放出孔を有する請求項１～９のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
11. 　前記予熱用シリンダが、前記熱風加熱通路の回転軸方向の前方側に、射出装置につながる材料排出口を有し、
    　前記予熱用スクリュ及び予熱用シリンダが、回転軸方向の後方側部分よりも前方側部分で鉛直方向の高い位置になる向きで傾斜させて配置されてなる請求項１～１０のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
12. 　当該材料予熱装置の動作を制御する制御部を備え、
    　制御部が、熱風加熱通路で成形材料を搬送する間、熱風の流量を増減させる請求項１～１１に記載の材料予熱装置。
13. 　制御部が、熱風加熱通路で成形材料を搬送する間、予熱用スクリュの回転速度を増減させる請求項１２に記載の材料予熱装置。
14. 　請求項１～１３のいずれか一項に記載の材料予熱装置を備える射出成形機。
15. 　成形材料を予熱し、当該成形材料を射出装置に供給する材料予熱装置であって、
    　成形材料を搬送する予熱用スクリュと、
    　内部に予熱用スクリュが配置された予熱用シリンダと、
    　予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの外周側に区画され、成形材料が熱風により加熱されながら通る熱風加熱通路と
    を備え、
    　前記予熱用スクリュが、内部で熱風を流す内部流路、熱風を前記内部流路に流入させる熱風流入口、及び、熱風を前記内部流路から外周側の熱風加熱通路に放出させる放出孔を有し、
    　前記予熱用シリンダが、熱風を予熱用シリンダから流出させる熱風流出口を有し、
    　当該材料予熱装置が、予熱用シリンダの内部で予熱用スクリュの周囲を取り囲んで設けられ、熱風を通す筒状の通路区画部材を備える材料予熱装置。
16. 　予熱用スクリュの外周面と前記通路区画部材との間に区画される前記熱風加熱通路の通路幅が、成形材料の一個分の長さ以上、かつ、成形材料の二個分の長さ未満である請求項１５に記載の材料予熱装置。
17. 　予熱用シリンダの内面と前記通路区画部材との間に区画され、熱風を前記熱風加熱通路から前記熱風流出口に送る熱風排出流路を備える請求項１５又は１６に記載の材料予熱装置。
18. 　前記熱風流入口が予熱用スクリュの回転軸方向の一端側に位置し、前記熱風流出口が予熱用スクリュの回転軸方向の他端側に位置する請求項１５～１７のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
19. 　予熱用シリンダの外部に配置されて前記熱風流入口に連結され、熱風の生成に用いられる熱風用ヒータ及び熱風用コンプレッサを備える請求項１５～１８のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
20. 　前記熱風流出口から予熱用シリンダの外部に流出した熱風を、前記熱風流入口から予熱用シリンダの内部に戻して循環させる熱風循環流路を備える１５～１９のいずれか一項に記載の材料予熱装置。
21. 　請求項１５～２０のいずれか一項に記載の材料予熱装置を備える射出成形機。

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