JP2009137114A - 射出成形機における加熱筒の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形機の加熱筒において減圧雰囲気で成形原料を可塑化したときに水やタール状物が生成され難いガス排気装置を提供する。
【解決手段】減圧雰囲気で成形原料Ｍを可塑化し、加熱筒２７内で発生した水分やガスを真空源３５により吸引して大気へ放出するように構成した射出成形機１０における加熱筒の排気装置であって、成形原料Ｍが供給される加熱筒の上部開口３３の上方に設けられた原料落下路３４の内表面に制御装置４１により昇温制御される電気ヒータ２２からなる加熱制御手段４５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機の加熱筒において減圧雰囲気で成形原料を可塑化したときに発生する水分やガスを大気へ排気する排気装置に関する。

ホッパから射出シリンダ（加熱筒）へ樹脂ペレット（成形原料）を落下・通過させる連絡口（原料落下路）は、例えば特許文献１に開示されるように、連絡口の周りに生じるブリッジや樹脂ペレットの付着を防止するため、ウォータージャケットにより水冷されている。また、特許文献２にはその部分を空冷する例が記載されている。このように、原料落下路は従来から７０℃程度以下に冷却されていた。しかしながら、減圧雰囲気で成形原料を可塑化し、加熱筒内で大量に発生した水分やガスを吸引して大気へ放出するように構成した射出成形機においては、原料落下路は高温の水分やガスが充満し、それが低温の原料落下路に触れることにより結露して水やタール状物となって原料落下路表面に付着する。この水やタール状物は、落下して成形原料に混入し、シルバーストリークや黒点等を含む不良成形品を成形させるという問題が発生する。

ところで、成形樹脂を可塑化する加熱筒の内部に充満した空気等を吸引・排気するとともに加熱筒内へ窒素ガスを供給して加熱筒内を窒素ガスで充満させる技術は、例えば特許文献３に開示されている。さらに、特許文献３においては、加熱筒内へ供給する窒素ガスの温度が加熱筒内の空気等の温度より低くそれら両者間の飽和蒸気圧に差があることに起因して成形材料の表面に結露が生じることも記載されている。そして、特許文献３では、結露を防止するために、加熱筒へ供給する窒素ガスの温度を制御する加熱制御手段を備えたのである。

しかしながら、加熱筒内へ窒素ガスを供給しない構成においては、特許文献３の技術を以ってしても加熱筒内部で発生した水分やガスの結露を防止することはできないのである。
特開平８−２３８６５７号公報 実公昭６３−４１１５３号公報 特開２００７−２２０６８号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、射出成形機の加熱筒において減圧雰囲気で成形原料を可塑化したときに水やタール状物が生成され難いガス排気装置を提供することを目的とする。

すなわち、請求項１の発明は、減圧雰囲気で成形原料を可塑化し、加熱筒内で発生した水分やガスを吸引して大気へ放出するように構成した射出成形機における加熱筒の排気装置であって、前記成形原料が供給される前記加熱筒の上部開口の上方に設けられた原料落下路の内表面を昇温制御する加熱制御手段が設けられた射出成形機における加熱筒の排気装置に係る。

請求項２の発明は、前記加熱制御手段が電気ヒータからなる請求項１に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置に係る。

請求項３の発明は、前記射出成形機が、前記原料落下路に原料搬送装置を備える請求項１又は２に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置に係る。

請求項４の発明は、前記加熱制御手段が、前記加熱筒と前記原料搬送装置または原料供給装置との間に介装した熱板を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置に係る。

請求項５の発明は、前記加熱制御手段の温度設定値は、制御装置が前記加熱筒の後部温度設定値から所定温度値を減算して求めるものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置に係る。

請求項１の発明に係る射出成形機における加熱筒の排気装置によれば、減圧雰囲気で成形原料を可塑化し、加熱筒内で発生した水分やガスを吸引して大気へ放出するように構成した射出成形機における加熱筒の排気装置であって、前記成形原料が供給される前記加熱筒の上部開口の上方に設けられた原料落下路の内表面を昇温制御する加熱制御手段が設けられたので、水やタール状物が生成され難く成形不良の発生を抑止するとともに、清掃を容易にすることができる。

請求項２の発明に係る射出成形機における加熱筒の排気装置によれば、請求項１に記載の発明において、前記加熱制御手段が電気ヒータからなるので、原料落下路を効果的に昇温することができる。

請求項３の発明に係る射出成形機における加熱筒の排気装置によれば、請求項１又は２に記載の発明において、前記射出成形機が、前記原料落下路に原料搬送装置を備えるので、水分やガスの吸引をより良好に行うことができるとともに、結露した水やタール状物と成形原料との接触を回避させ得る。

請求項４の発明に係る射出成形機における加熱筒の排気装置によれば、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、前記加熱制御手段が、前記加熱筒と前記原料搬送装置または原料供給装置との間に介装した熱板を含むので、加熱制御手段を容易かつ効果的に構成できる。

請求項５の発明に係る射出成形機における加熱筒の排気装置によれば、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発明において、前記加熱制御手段の温度設定値は、制御装置が前記加熱筒の後部温度設定値から所定温度値を減算して求めるものであるから、加熱制御手段の温度設定を容易かつ効果的に行うことができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明を実施する射出成形機の排気装置を示す要部縦断面図である。

図１に示す射出成形機１０は、原料供給装置１５に投入された成形原料Ｍを原料供給装置１５内の減圧状態を保持しつつ原料搬送装置２１へ供給し、原料搬送装置２１で搬送量が調節された成形原料Ｍ（Ｍ１）を原料落下路３４と上部開口３３を経由して加熱筒２７へ供給し、加熱筒２７とその内孔４０に往復動可能に嵌挿しスクリュ駆動手段３２で回転されるスクリュ２８とで成形原料Ｍ（Ｍ２）を可塑化して溶融材料とし、その溶融材料をスクリュ駆動手段３２で前進駆動されるスクリュ２８により図示しない型締装置で圧締された金型に射出して成形品を成形する。

原料供給装置１５は、ホッパ１２の上面にホッパ１１を積み上げたものであり、ホッパ１２とホッパ１１との間にシャッタ１３が開閉駆動手段１４で開閉自在に設けられている。ホッパ１２の下面開口部はＯリングを介して原料供給装置２１の上面に気密に固着されている。開閉駆動手段１４が前進してシャッタ１３がホッパ１２とホッパ１１との間を遮断しているときにホッパ１２とホッパ１１の内部を気密状態にするため、シャッタ１３は封止可能な摺動面を有している。ホッパ１１の上面には他のシャッタ（図示せず）がシャッタ１３と同様に設けられている。そして、シャッタ１３と他のシャッタとを交互に閉鎖するように開閉作動させることにより、シャッタ１３が開放したときでも、ホッパ１２内は気密が保たれるのである。このようにして、他のシャッタ上に投入された成形原料Ｍは、ホッパ１２内の減圧雰囲気が保持された状態で、シャッタ１３上を経由してホッパ１２の下面開口から原料搬送装置２１に供給される。なお、原料供給装置１５はシャッタを用いたもので例示したが、原料供給装置の出口側の気密を保持しつつ成形原料Ｍを供給できるものであれば、回転枡のような他の手段によるものであってもよい。

原料搬送装置２１は、搬送筒１９と、搬送筒１９上面に固着された天板１６と、搬送筒１９に両端を軸支され搬送筒１９の断面半円溝３７に配設されるフィードスクリュ１７とそのスクリュ軸１８、搬送筒１９の端面に気密となるように固着されフィードスクリュ１７（スクリュ軸１８）を回転させる回転駆動手段２０とからなる。搬送筒１９は、加熱筒２７を固着するハウジング２５の上面であって、加熱筒２７の上部開口３３に連通する垂直な縦穴３９の開口面に、熱板２４を介して固着されている。この縦穴３９は、フィードスクリュ１７を配設する断面半円溝３７に直交して垂直に連通する貫通孔３８とともに原料落下路３４を形成している。そして、搬送筒１９における貫通孔３８の垂直上方に延長した部分に設けた天板１６の孔も貫通孔３８とする。また、天板１６と搬送筒１９との間、搬送筒１９と熱板２４との間、熱板２４とハウジング２５との間、及び、ハウジング２５と加熱筒２７との間にはＯリングが介挿され、加熱筒２７の端部とスクリュ２８の延長部２９との間にはＵパッキング３０が介挿されて、加熱筒２７の内孔４０に連通する空間が気密となるように構成されている。なお、原料搬送装置２１は、必須のものではなく、原料落下路が形成されて、原料供給装置１５から原料落下路へ成形原料Ｍが直接供給できる通路が形成される構成であれば、備えなくてもよい。

原料落下路３４は、上記のように、貫通孔３８と、熱板２４の貫通孔と、縦穴３９とから形成され、それらの内径は下方のものほど大となるようにしている。原料落下路３４の上部開口である天板１６の貫通孔３８には、取付板２３がＯリングを介してボルトによって取付けられている。取付板２３には貫通孔３６が穿孔されている。貫通孔３６には、必要に応じて設けた開閉弁（図示せず。）を介して真空源３５が接続されている。

熱板２４は、矩形厚鉄板の中央部に貫通孔４６を有し、この貫通孔４６の外周近傍に穿孔した複数の小径貫通孔に電気ヒータ２２を嵌挿して埋設したものである。電気ヒータ２２は、円筒状のカートリッジヒータ（シースヒータ）が好適であり、一端に耐熱リード線を備える。このリード線は制御装置４１に接続されている。また、サーモカップル４２は、複数の電気ヒータ２２に略等距離の近傍でかつ原料落下路３４となる熱板２４の貫通孔４６の内表面近傍に設けられ、制御装置４１に接続されている。制御装置４１は、サーモカップル４２で検出された原料落下路３４の表面温度が制御装置４１で設定された原料落下路３４の設定温度と一致するように電気ヒータ２２をフィードバック制御によって温度制御する。ただし、制御装置４１は、サーモカップル２２を用いずに、電気ヒータ２２への通電電流の増減または通電時間の増減をオープンループで制御することによって電気ヒータ２２の温度制御を実行してもよい。

また、原料落下路３４の他の部分である貫通孔３８と縦穴３９は、それぞれ電気ヒータ２２ａ及び電気ヒータ２２ｂで別個に温度制御される。電気ヒータ２２ａはバンドヒータまたはプレートヒータであることが好ましく、電気ヒータ２２ｂはカートリッジヒータ（シースヒータ）であることが好ましい。電気ヒータ２２ａ及び電気ヒータ２２ｂの近傍であって原料落下路３４内表面近傍にはサーモカップル４２ａ及びサーモカップル４２ｂがそれぞれ設けられ、制御装置４１に接続されている。制御装置４１は、サーモカップル４２ａ、サーモカップル４２ｂで検出された原料落下路３４の表面温度が制御装置４１で設定された原料落下路３４の設定温度と一致するように電気ヒータ２２ａ、電気ヒータ２２ｂをそれぞれ別個にフィードバック制御によって温度制御する。ただし、制御装置４１は、サーモカップル２２ａ、サーモカップル２２ｂを用いずに、電気ヒータ２２ａ、電気ヒータ２２ｂへの通電電流の増減または通電時間の増減をオープンループで制御することによって電気ヒータ２２ａ、電気ヒータ２２ｂの温度制御を実行してもよい。

このように、電気ヒータ２２，２２ａ，２２ｂ、サーモカップル４２，４２ａ，４２ｂ及び制御装置４１は加熱制御手段４５を構成する。そして、原料落下路３４には、加熱制御手段４５として、電気ヒータ２２，２２ａ，２２ｂそれぞれを含む３組を備えることが原料落下路３４の全長にわたって効果的に温調する点で好ましいが、費用対効果を考慮して、電気ヒータ２２，２２ａ，２２ｂのうちの任意の一または二の組合わせで実施してもよい。なお、電気ヒータ２２を含む熱板２４で構成される加熱制御手段４５は、熱板２４を原料搬送装置２１または原料供給装置１５とハウジング２５（加熱筒２７）との間に介装するのみで極めて容易に装設され得るとともに、熱板２４が原料落下路３４の中間に位置することから原料落下路３４全体を昇温可能であり、電気ヒータ２２を含む熱板２４で構成される加熱制御手段４５のみでの実施は、極めて効果的である。また、電気ヒータ２２ａは、その設置部の形態上の制約からバンドヒータであることが好ましい。一方、電気ヒータ２２及び電気ヒータ２２ｂは、それを嵌挿する貫通孔に熱媒体を流通させることにより媒体加熱制御に代えることが可能である。しかしながら、加熱効率が高く取扱いが容易な点では電気ヒータが優れている。

加熱筒２７は、後部が縮径され段部を有し、この段部から前方所定距離間の外周には雄ネジが螺刻されている。この雄ネジには環状の固定板２６が螺合し、固定板２６がハウジング２５にボルトで固着されることにより、加熱筒２７はハウジング２５に固着される。加熱筒２７後部縮径部の中間部には、加熱筒２７の中心軸に穿孔された内孔４０に連通する上部開口３３が穿孔されている。

加熱筒２７の内孔４０に回転往復動可能に嵌挿されたスクリュ２８は、後部から前部にわたって次第に浅くなる溝深さに基づいて区画されるフィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンを有する。そして、スクリュ２８のフィードゾーンに対応する加熱筒２７の後部外周区間にはバンドヒータ４３が捲着され、バンドヒータ４３の近傍にはサーモカップル４４が埋設されている。バンドヒータ４３とサーモカップル４４は制御装置４１に接続され、制御装置４１はサーモカップル４４で検出された加熱筒２７後部の温度が制御装置４１で設定された加熱筒２７後部の設定温度と一致するようにバンドヒータ４３をフィードバック制御によって温度制御する。コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンに対応する加熱筒２７の外周区間についてもフィードゾーンの場合と同様に温度制御される。

図１に図示されたスクリュ２８は、溝深さが最も深いフィードゾーン部分であり、スクリュ２８が最前進した状態を示す。したがって、スクリュ２８の溝が刻設開始される部分すなわちフィードゾーンの開始部分は、上部開口３３の後端面に一致している。そして、その位置からスクリュ２８の後方へ延長された延長部２９は、スクリュ２８の最大ストローク量に相当する長さを有し、その全長にわたって同一径で平滑に加工されており、常にＵパッキング３０と密に接触させて封止が良好となるようにしている。スクリュ２８の延長部２９は、縮径されてさらに延長され、連結具３１によりスクリュ駆動手段３２に脱着自在に接続され、スクリュ２８を回転往復動可能にしている。

次に、図１に基づいて、本発明における射出成形機１０による作動の実施の形態を詳細に説明する。真空ポンプからなる真空源３５を作動させると、原料落下路３４を介して加熱筒２７の内孔４０内部の気体が吸引され大気中へ放出される。

シャッタ１３が開放してフィードスクリュ１７の端部に落下した成形原料Ｍ（Ｍ１）は、所定の回転数に回転制御される回転駆動手段２０で回転するフィードスクリュ１７によって搬送量が調節されて原料落下路３４に供給される。原料落下路３４を落下した成形原料Ｍ（Ｍ２）は、所定の回転数に回転制御されるスクリュ駆動手段３２で回転するスクリュ２８のフィードゾーンに供給される。このようにして原料搬送装置２１でフィードゾーンに供給される成形原料Ｍ（Ｍ２）の量は、フィードゾーン溝の一部が充満される状態が好ましい。原料搬送装置２１は、そのような状態となるよう成形原料Ｍ（Ｍ１）を搬送する。このようにすれば、原料落下路３４内には殆ど成形原料Ｍが存在しない状態となり、水分やガスの吸引が極めて良好に実施されるとともに、原料落下路３４内表面で水分やガスが結露して生成された水やタール状物に成形原料Ｍが接触し難いので、不良成形品の発生を抑止できる。

こうして成形原料Ｍは、スクリュ２８のフィードゾーンからコンプレッションゾーンへ加熱されつつ搬送されて溶融され始める。そして、コンプレッションゾーンの溝深さがテーパ状に浅くなっていることに基づき、成形原料Ｍの溶融は促進され、メタリングゾーンにおいては十分に溶融され、成形原料Ｍは溶融材料となっている。メタリングゾーンにおける溶融材料は、メタリングゾーンの溝深さが他のゾーンより浅く一定であることから、メタリングゾーンの溝を十分に充填している。そのため、スクリュ２８の前部においては、溶融材料がスクリュ２８と内孔４０の間を封止し、加熱筒２７の後部内を気密に保持させている。

このように、加熱筒２７後部の内孔４０内と、それに上部開口３３を介して連通している原料落下路３４内と、原料搬送装置２１内と、原料供給装置１５内とは全て連通した気密な空間であり、原料落下路３４上部に設けた貫通孔３６から真空源３５で吸引することにより、この空間は減圧雰囲気となる。成形原料Ｍは、このような減圧雰囲気で可塑化されるので、成形原料Ｍに包含された水分及びモノマー等のガスが、溶融材料から極めて容易に発生する。発生した水分やガスは、スクリュ２８のフィードゾーンの溝と原料落下路３４を流動して貫通孔３６から吸引され、真空源３５を介して大気へ放出されることで排気される。この吸引作用は、原料搬送装置２１を設けて、成形原料Ｍが原料落下路３４に存在しないようにした場合により良好となる。

このとき、吸引される水分やガスは、原料落下路３４の側面を流動するので、水分やガスの温度に比較して低温の原料落下路３４表面で結露して水やタール状物となるのである。水が成形原料Ｍに混入すると成形品にシルバーストリーク等の成形不良を生じさせ、タール状物が成形原料Ｍに混入すると成形品に変色や黒点等の成形不良を生じさせる。

そこで、本願発明によれば、原料落下路３４の表面温度は、スクリュ２８のフィードゾーン付近の温度に略等しい水分やガスの温度との差が小さくなるように加熱制御手段４５で昇温されているので、水分やガスの結露を効果的に抑止するのである。また、原料落下路３４の昇温制御により、加熱筒２７へ供給される成形原料Ｍの予備加熱が実施されて、加熱筒２７後部の熱量不足に基づく不安定な可塑化状態を改善させる効果も得られる。

加熱制御手段４５の温度設定値は、成形原料Ｍが溶融しない範囲で可能な限り高い温度である１００〜１５０℃程度が適しており、成形原料Ｍの熱変形温度（成形原料Ｍの乾燥温度）の近傍であることが好ましい。なお、制御装置４１は、加熱制御手段４５の温度設定値を設定するに際し、スクリュ２８のフィードゾーンに対応した加熱筒２７の後部の温度設定値から数１０℃以内の所定温度値を減算するように連動させて自動設定するようにしてもよい。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

本発明を実施する射出成形機の排気装置を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１０ 射出成形機
１５ 原料供給装置
２１ 原料搬送装置
２２ ヒータ
２７ 加熱筒
３３ 上部開口
３４ 原料落下路
３５ 真空源
４０ 内孔
４１ 制御装置
４２ サーモカップル
４５ 加熱制御手段
Ｍ 成形原料

Claims (5)

1. 減圧雰囲気で成形原料を可塑化し、加熱筒内で発生した水分やガスを吸引して大気へ放出するように構成した射出成形機における加熱筒の排気装置であって、
   前記成形原料が供給される前記加熱筒の上部開口の上方に設けられた原料落下路の内表面を昇温制御する加熱制御手段が設けられたことを特徴とする射出成形機における加熱筒の排気装置。
2. 前記加熱制御手段が、電気ヒータからなる請求項１に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置。
3. 前記射出成形機が、前記原料落下路に原料搬送装置を備える請求項１又は２に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置。
4. 前記加熱制御手段が、前記加熱筒と前記原料搬送装置または原料供給装置との間に介装した熱板を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置。
5. 前記加熱制御手段の温度設定値は、制御装置が前記加熱筒の後部温度設定値から所定温度値を減算して求めるものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の射出成形機における加熱筒の排気装置。

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