JP3734927B2 - ポリマーの電磁的動的射出成形法およびそのための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマーの成形法および装置、さらに詳しくはポリマーの電磁的動的射出成形法およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最も一般的に採用されている既知の射出成形機の可塑化射出装置は、既知のスクリュー押出機を変形したスクリューインライン式射出成形機である。この種の可塑化射出装置は、材料を可塑化する際にスクリューを後退させこのスクリュー端部の後退によって形成した装填バレル内の空間に溶融材料を装填する点で、既知のスクリュー押出機とは異なっている。溶融材料が所定量に達すると、スクリューは、外力によって前進し、ピストンとして作用して溶融材料を装填バレルからそこに連通する金型キャビテイ内に射出する。この種の可塑化射出装置は、以下のような３つの欠点を有する。
【０００３】
第１に、可塑化の間にスクリューを後退させるため、可塑化射出装置の有効長さが短くなり、その結果、溶融材料の可塑化作用および混合作用が不充分となって、装填バレル内の溶融材料は、温度差が生じると共に不均一な温度分布となり、射出ののち、製品は径方向および軸方向の品質に悪影響を受ける。
【０００４】
第２に、射出の間、スクリューは一定の速度成分で移動するため、溶融材料は金型キャビテイ内に一定の断面圧で充填され、その結果、溶融材料は、粘度および弾性が大きくなって、金型キャビテイ内への充填に抵抗性を示す。充填および圧縮が困難になれば、充填が不充分となる傾向や内部応力が製品内に残存する傾向を示す。
【０００５】
第３に、既知の可塑化射出装置では材料の可塑化に必要な温度が高いため、溶融材料の温度も高くなり、その結果、成形品の冷却時間が長くなると共に、製品の成形サイクルも同様に長くなる。
【０００６】
中国特許第９０１０１０３４.０号（電磁的動的可塑化押出法およびその装置）および中国特許第９２１０３６３９.６号（スクリューインライン式電磁的動的押出機）は、既知のスクリュー押出機とは全く異なる電磁的動的可塑化押出機を開示する。この押出機では、ポリマー可塑化押出成形の全工程に振動場を導入して、既知の押出機のエネルギー変換法、構造形態および可塑化押出法を改良し、これにより、機械技術、電子技術および電磁技術を組み合わせた集約型動的可塑化押出機を製造している。この種の押出機は、既知の押出機の欠点を実質的に解消していると共に既知の押出機では達成できなかった多数の利点を有している。この電磁的動的可塑化押出機の設計思想を用いて射出成形機の可塑化射出装置を改良すれば、同様な特性または利点を有する射出成形機を製造できるであろう。さらに、計量工程および射出による金型への充填工程に同時に振動場を導入すれば、既知の射出装置の前記欠点を完全に解決できるであろう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、既知のスクリューインライン式射出装置の欠点を解消すること、中国特許第９０１０１０３４.０号（電磁的動的可塑化押出法およびその装置）および中国特許第９２１０３６３９.６号（スクリューインライン式電磁的動的押出機）の技術を応用してポリマーの可塑化、射出および保圧工程の全てに振動場を導入した、動的可塑化、動的射出および動的保圧工程からなる射出成形法を提供すること、および簡易な構造、小さい容量、軽い重量、低いノイズ、小さいエネルギー消費、短い成形サイクル、良好な製品品質などの利点を有する本発明のポリマー動的可塑化射出装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下のポリマーの電磁的動的射出成形法によって達成することができる：
可塑化、射出および保圧工程を実施するための装置として、ポリマー装填バレルおよびスクリューは、電磁巻線機によって振動回転するように駆動される金属製可動体２の内側空間内に配置され、スクリューは、円周方向振動回転と同時に軸方向振動直線的変位を行なえ、該円周方向振動回転は、動力伝達アダプターによって、金属製可動体と共に同期的になされる装置を用いる、可塑化、射出および保圧工程を含むポリマーの電磁的動的射出成形法であって、
これら可塑化、射出および保圧工程は、全て周期的振動状態で実施するものであって、
この周期的振動状態とは、可塑化工程では、スクリューの円周方向振動回転および軸方向振動直線的変位によって得られる力のポリマーへの付加により引き起こされるもので、射出および保圧工程では、スクリューの軸方向振動直線的変位によって得られる力のポリマーへの付加により引き起こされるものである
ことを特徴とする方法。
【０００９】
本発明は、またポリマーの電磁的動的射出成形法を実施するための装置を提供する。この装置は、
可塑化、射出および保圧工程を実施するため、ポリマー装填バレルおよびスクリューは、電磁巻線機によって振動回転するように駆動される金属製可動体の内側空間内に配置され、スクリューは、円周方向振動回転と同時に軸方向振動直線的変位を行なえ、該円周方向振動回転は、動力伝達アダプターによって、金属製可動体と共に同期的になされる
ことを特徴とする。
【００１０】
ポリマーの電磁的動的射出成形機の各性能は、以下の通りである。
（１）動的可塑化（dynamic plasticization）
動的可塑化工程は、中国特許第９０１０１０３４.０号および第９２１０３６３９.６号に記載の動的固体輸送工程、動的可塑化溶融工程および動的溶融材料輸送工程と同様であるが、これらの工程と異なる点は、装置端部から溶融材料を押出すのではなく、むしろスクリューと装填バレルの相対的変位、例えばスクリューの後退によって形成された装填バレル内の空間に溶融材料を残存させることである。溶融材料の圧力変動およびスクリューの軸方向振動変位のため、装填バレル内に残存する材料は、軸方向の温度差が実質的になく、同時に剪断応力も均一である。振動場の作用の下に材料の可塑化／混合を続けることができるため、スクリューの有効長さが短いために生じる可塑化不均一性の問題が解決される。 （２）動的射出
計量した溶融材料は、スクリューの振動的推進、すなわち段階的前進によって金型キャビテイ内に射出される。溶融材料に対する圧力は、スクリューの振動数の変化に応じて変化させることができる。この振動作用は、溶融材料の粘度および弾性を低下させることができると共に、流動抵抗性を低下でき、金型充填工程を短縮でき、充填工程を一定にし、これらと同時に溶融材料の金型キャビテイ内の温度分布を均一にし、かつ内部応力を減少することができる。非振動射出成形の場合と同じ金型充填抵抗性を維持できれば、振動金型充填工程の間の溶融材料の温度を低下できると共に、冷却時間を短縮することができる。
（３）動的保圧
金型キャビテイ内に溶融材料を充填したのち、スクリューを継続的に軸方向に振動させて、金型キャビテイ内の圧力が周期的に変化するように保持する。瞬間圧力ピーク値によって、溶融材料の継続的な圧縮状態が保持される。金型キャビテイ内の空気は、圧力変動によって容易に排出される。また、溶融材料の粘度が比較的低いため、冷却収縮キャビテイの補償も容易である。加えて、溶融材料は、振動状態であるため、その弾性も小さく、温度分布も均一であり、製品の残留内部応力も大幅に減少し、かつ製品の品質も良好である。
【００１１】
本発明によれば、スクリューインライン構造を用い、装填バレルおよびスクリューを、電磁巻線機によって振動回転するように駆動されるローターの内側キャビテイ内に配置することによって、振動場がポリマーの可塑化、射出および保圧工程の全過程に導入される。このローターは、機械的軸受によって両端において補助的に支持されると共に等径方向磁力の電磁場において吊るされたような状態で存在する。材料は、振動場と剪断場の作用を組み合わせた作用の下に溶融され、次いでスクリューの端部に輸送される。材料の貯蔵空間は、スクリューと装填バレルの相対的変位によって形成される。所定量の材料を計量したのち、スクリューおよび装填バレルを、上記変位とは反対の方向に相対的に再度移動させて、スプレイノズルを介し金型キャビテイ内に溶融材料を射出する。このスクリューは、可塑化、射出および保圧工程の間に軸方向振動変位を行い、これにより溶融材料の計量、射出および保圧工程に振動場が導入される。スクリューの軸方向振動直線的変位は、直線的ステップモーターまたは他の電磁的手段、液圧的手段、気体圧的手段もしくは機械的手段によって行うことができる。すなわち、振動力を付加するため、その振動数および振幅は、電磁的手段、液圧的手段、気体圧的手段もしくは機械的手段によってスクリューの軸方向移動に関し、調節することができる。
【００１２】
本発明は、従来技術と比較して以下のような顕著な利点を有する。
１）装置の容量または重量が４５〜５０重量％減少し、その製造コストが４０％以上、低下した。
振動場をポリマーの可塑化／射出／保圧工程に導入することによって、可塑化射出メカニズムおよびエネルギー変換法を根本的に改良できたため、射出機をコンパクトで簡易な構造にすることができ、その結果、加工および組立てがより容易になり、容量および重量が著しく減少し、かつ製造コストも低下した。
２）エネルギー消費量が３５％以上、低下した。
既知の可塑化射出装置では、そのエネルギー変換用中間リンクがエネルギーを消費するのに対し、本発明では溶融材料の粘度が低下する一方、可塑化および射出温度が低下し、その結果、可塑化および射出のための動力が低下した。
３）操作の信頼性が向上し、騒音レベルが７５デシベル（dB）以下に減少し、かつ油汚染が減少した。
可塑化射出装置の可動部分は、全て吊るされたような可動状態で駆動するため、直接的な機械的接触および摩擦がより少なくなり、その結果、騒音レベルが低下するだけでなく操作の信頼性も向上した。
４）可塑化混合の優れた結果が得られ、成形品の品質が向上し、かつ材料に対する広範な適合性が得られた。
【００１３】
振動場を可塑化／射出／保圧工程に導入しているため、材料のブレンドおよび混合作用が強化され、材料の粘度および弾性が減少し、金型への充填抵抗性が減少し、充填速度が均一で速くなり、かつ収縮キャビテイの補償も容易である。さらに、可塑化および射出工程の間、温度分布が均一になり、また製品の残留内部応力が減少する。その結果、製品の品質が著しく良好になる。一方、振動場の作用は、ブレンドおよび混合用の種々の材料の条件に応じて変化させてこれらの条件を充足させることができ、その結果、材料に対する適合性を拡大することができた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
添付の図面は、ポリマーの電磁的動的射出成形機の構造を示す。
次に、添付の図面に示した好適な具体例によって本発明をさらに詳しく説明する。
【００１５】
図１に示すように、ケージローター形の金属製可動体２は、前方端部壁３および後方端部壁１７に径方向軸受４および１６によって各々補助的に支持されると共に、電磁巻線機１によって吊るされたような状態で支持される。この電磁巻線機１は、回転電磁場および調和振動電磁場を形成する。前方端部壁３および後方端部壁１７は、電磁巻線機１に固定、載置される。スクリュー９は、平坦キー１３によって動力伝達アダプター１０の円周上に定位する。動力伝達アダプター１０は、金属製可動体２の突出端面に固定、載置する。よって、スクリュー９は、金属製可動体２に同調して振動回転できると共に、直線的ステップモーター１２に軸継手１１によって接続しこれにより軸方向の振動変位を行うことができる。スクリュー９は、装填バレル７の孔内に収納する。装填バレル７は、スプレイノズル５に固定、接続し、スプレイノズル５は、前方端部壁３に固定、載置する。動力伝達アダプター１０は、ホッパー受座１４の孔内に収納し、ホッパー受座１４は、後方端部壁１７に固定、載置する。ホッパー１５は、ホッパー受座１４に載置する。なお、装填バレル７の外面に補助ヒーター６を設けているが、一般に、この補助ヒーター６を射出機の操作開始前に用いて予熱し、これにより、スクリュー９のスクリュー通路において、当初固体の材料を可塑化する。
【００１６】
電磁巻線機１によって形成される回転電磁場および調和振動電磁場の作用の下に可塑化計量の間に、金属製可動体２は、スクリュー９を、動力伝達アダプター１０を介して駆動させると同時に、振動状態で回転させる。ホッパー１５内の固体材料は、動力伝達アダプター１０の２つのノッチおよび装填バレル７のノッチを介しスクリュー９のスクリュー通路内に流入し、次いでスクリュー９の振動回転作用下にスクリュー通路に沿って前方に輸送されると同時に、動的に圧縮、可塑化、混合される一方、ガスが排出される。輸送工程において、材料は可塑化ボール８上を通過する。可塑化ボール８の旋回、回転および振動作用の下に、材料を、強力な動的圧延作用に付し、さらに混合、可塑化する。可塑化した溶融材料はスクリュー９の端部に輸送され、これによりスクリュー９は軸方向後方圧に付され、この軸方向後方圧を直線的ステップモーター１２の作用と組み合わせて、スクリュー９を、所定の移動距離に達するまで後方に振動変位させる。次いで、電磁巻線機１を停止して、可塑化および溶融作業を終了させる。ただしこの時点で、スクリュー９による軸方向の振動は継続し、これにより溶融材料の温度分布を均一にさせる。射出の間に、スクリュー９は、直線的ステップモーター１２の作用によって振動的に前進、すなわち段階的に前方に変位して、動的金型充填を行う。スクリュー９の振動数を変化させるにつれて、溶融材料の圧力は変化する。保圧時には、スクリュー９は、軸方向の振動を保持して、金型キャビテイ内の圧力を周期的な変化状態に保持し、これにより動的な保圧を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のポリマーの電磁的動的射出成形機の構造を示す一部断面図
【符号の説明】
１:電磁巻線機
２:可動体（ローター）
３および１７:端部壁
４および１６:軸受
５:ノズル
６:ヒーター
７:バレル
８:ボール
９:スクリュー
１０:アダプター
１１:軸継手
１２：ステップモーター
１３：キー
１４：受座
１５：ホッパー

Claims (3)

1. 可塑化、射出および保圧工程を実施するための装置として、ポリマー装填バレル 7 およびスクリュー 9 は、電磁巻線機 1 によって振動回転するように駆動される金属製可動体２の内側空間内に配置され、スクリュー 9 は、円周方向振動回転と同時に軸方向振動直線的変位を行なえ、該円周方向振動回転は、動力伝達アダプター 10 によって、金属製可動体 2 と共に同期的になされる装置を用いる、可塑化、射出および保圧工程を含むポリマーの電磁的動的射出成形法であって、
   これら可塑化、射出および保圧工程は、全て周期的振動状態で実施するものであって、
   この周期的振動状態とは、可塑化工程では、スクリューの円周方向振動回転および軸方向振動直線的変位によって得られる力のポリマーへの付加により引き起こされるもので、射出および保圧工程では、スクリューの軸方向振動直線的変位によって得られる力のポリマーへの付加により引き起こされるものである
   ことを特徴とする方法。
2. スクリューの軸方向振動直線的変位は、直線的ステップモーターによって行う請求項１記載の射出成形法。
3. 電磁的動的射出成形法を実施するための装置であって、
   可塑化、射出および保圧工程を実施するため、ポリマー装填バレル7およびスクリュー9 は、電磁巻線機1によって振動回転するように駆動される金属製可動体２の内側空間内に配置され、
   スクリュー9は、円周方向振動回転と同時に軸方向振動直線的変位を行なえ、該円周方向振動回転は、動力伝達アダプター10によって、金属製可動体2と共に同期的になされる
   ことを特徴とする装置。

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