JP4444147B2 - 射出成形装置及び射出成形装置用スクロール - Google Patents

Description

本発明は、架台を不要としたモータ駆動方式の小型射出成形装置に関する。

射出成形装置は、金型におけるキャビティが閉空間になるように当該金型を型締めする型締装置、可塑化された材料をキャビティーに射出する射出ユニット、材料を可塑化する可塑化ユニットを基本構成としている。

しかし、このような従来の射出成形装置は大型高重量であるため小型軽量化が望まれ、種々の技術が提案されている。例えば、キャビティの周囲を入子式の交換可能なカセットとすることで、カセット金型を小型軽量化する技術や（特許文献１参照）、材料を可塑化するスクリューとモータとをギア噛合構造により略一体的に組付けて小型軽量化する技術（特許文献２参照）が提案されている。

また、型締機構を射出装置側に設たり、長尺スクリューを短尺円錐形スクリューに代えたり、空圧で駆動したりする小型軽量化技術が提案されている（特許文献３，４参照）。
実公平７−３６７２９号公報 特開平１１−２０７７４４号公報 特許公開平８−１７４０号公報 特許公開平７−１６４４９４号公報

しかしながら、このような小型軽量化技術においては、各構成要素に対する小型軽量化を提案し、結果的に射出成形装置全体の小型軽量化を図るものであるため十分な小型軽量化が図れていない問題があった。

即ち、上述した各提案は、金型、型締装置、射出ユニット、可塑化ユニット等の基本構成をそれぞれ独立に小型軽量化して、射出成形装置を軽量化するものであるため、その基礎となる各要素のレイアウト等を含めた基本構成を受継がざるを得ず、例えば射出成形装置の長手寸法等は殆ど変わらず長尺のままであった。

また、各要素を独立に小型軽量化するため、相互に連携して小型軽量化を実効を図ることができず、所謂デッドスペースが発生し易いと共に、本来ならば複数の要素で受持つことができる荷重でも、各要素で受持つように設計されがちであるため十分な小型軽量化が図れない問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、射出成形装置全体として総合的に検討することで、射出成形装置の性能を低下させることなく、かつ、組立容易性を満たしながら、デッドスペースの発生を抑止し、また部品点数の削減を図って、小型軽量化及び簡素化を達成した射出成形装置及び射出成形装置用スクロールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、金型のキャビティーに可塑化した材料を射出して製品を射出成形する射出成形装置であって、材料を加熱して可塑化させると共に、混練しながら圧送する可塑化圧送機構が内設された可塑化ブロックと、該可塑化ブロックに密接して連結され、その内部に可塑化圧送機構により圧送されてきた材料を計量して送出する計量送出機構が設けられた計量ブロックと、内部に計量送出機構により計量送出された材料をキャビティに射出する射出機構が設けられた固定ダイプレートと、該固定ダイプレートに向かって進退して、当該固定ダイプレートに当接した際にはキャビティーを閉空間にする可動ダイプレートと、可動ダイプレートがガイドされる複数のタイバーにより固定ダイプレートと所定距離離間して固設され、かつ、当該可動ダイプレートを固定ダイプレートに対し進退させると共に、該可動ダイプレートが固定ダイプレートに当接した際には所定の型締力を発生させる可動ダイプレート駆動機構が内設された型締ハウジングとを有し、前記可塑化圧送機構が、材料を加熱して可塑化させるバレルと、材料を搬送する螺旋溝が形成されると共に前記バレルに面接しながら回転することにより前記螺旋溝内の材料の可塑化・混練を促し、その回転中心に形成された射出シリンダに圧送する短円柱状回転体のスクロールと、該スクロールを回転させるスクロール駆動部とを有し、前記スクロール駆動部が、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速すると共に、断熱板を介して前記スクロールと脱着可能に係合して減速された回転数で当該スクロールを回転させるウォームホイールとを有し、前記計量送出機構が、前記射出シリンダに挿通する射出プランジャと、該射出プランジャとアリ溝により脱着可能に係合するプランジャ用ボールネジと、該プランジャ用ボールネジを駆動して前記射出プランジャを前記射出シリンダ内でピストン運動させることにより、当該射出プランジャに圧送されてきた材料の送出力を付与するプランジャ駆動部とを有し、前記プランジャ駆動部が、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速して前記プランジャ用ボールネジに伝達することにより、該プランジャ用ボールネジと脱着可能に係合した前記射出プランジャをピストン運動させるウォームホイールとを有し、前記可動ダイプレート駆動機構が、前記可動ダイプレートに取付られたボールネジナットと螺合する型締用ボールネジと、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速して前記型締用ボールネジに伝達することにより前記可動ダイプレートを進退させるウォームホイールとを有することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、スクロールにおける螺旋溝が、当該スクロールの回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、スクロールとバレルとのそれぞれの当接面が、円錐形状に形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、スクロールとバレルとのそれぞれの当接面が、スクロール側に窪んだ凹状円錐形状に形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、射出プランジャが、その先端面から穿孔して形成された先端孔と、長手方向の側面に溝掘りして形成されると共に、先端側の溝端が先端孔と連通するように形成された導入孔と、長手方向に先端孔を切欠して形成されて、当該先端孔からの材料を送出する送出用切欠と、先端孔に遊嵌しながら当該先端孔に係止されて、送出用切欠側の圧力が導入孔側の圧力より高くなると当該送出用切欠と導入孔との連通を遮断して材料の射出を停止し、送出用切欠側の圧力が導入孔側の圧力より低くなると送出用切欠と導入孔とを連通させて材料の射出を可能にする弁体とを有することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、射出機構が、射出プランジャにより送出されてきた材料が流入するホットランナと、射出成形する製品に応じて選択されてホットランナの先端に取付られることにより、材料をキャビティーに射出するノズルと、該ホットランナ及びノズルを挿脱自在に収容するホットランナ孔とを備えることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、キャビティーを形成する金型が、固定ダイプレートに取付られる固定金型ピースと、可動ダイプレートに取付られて、当該可動ダイプレートが固定ダイプレートに当接した際に、閉空間のキャビティーを形成する可動金型ピースと、該可動金型ピース又は固定金型ピースの一方に形成されたテーパピンと、他方の金型ピースに形成されて、可動金型ピースが固定金型ピースに当接する際に、テーパピンが挿通して位置合わせを行うテーパ孔とを有することを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、可動金型ピースを貫通してキャビティに挿通するように設けられた複数の押出ピンが固着された押出部と、通常時には押出ピンの頭部がキャビティの壁面をなすように押出部を付勢するバネと、可動ダイプレートに形成されて、当該可動ダイプレートが所定量以上型締ハウジング側に後退すると、型締用ボールネジの頭部が挿通して押出部に当接し、当該押出部をバネに抗してキャビティ側に押すことにより当該キャビティ内の射出成形品を押出すことができるようにする挿通孔とを設けたことを特徴とする。

また、請求項９に係る発明は、それぞれ１の可塑化ブロックと計量ブロックとからなる可塑化ユニットが複数設けられると共に、それぞれ１の固定ダイプレート、可動ダイプレート及び型締ハウジングからなる型締ユニットが１設けられ、かつ、異なる材料を１のキャビティに射出できるように型締ユニットを各可塑化ユニットに対応して移動させる型締ユニット移動部を設けたことを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明は、材料を掻込んで搬送し、その際に当該材料の可塑化及び混練を促進して可塑化した材料を圧送する射出成型装置用スクロールであって、該スクロールが、その回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなる螺旋溝とを有有し、前記スクロールにおける前記送溝の溝頂部を連ねて形成される面が、円錐形状をなすことを特徴とする。

また、請求項１１に係る発明は、材料を掻込んで搬送し、その際に当該材料の可塑化及び混練を促進して可塑化した材料を圧送する射出成型装置用スクロールであって、
該スクロールが、その回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなる螺旋溝とを有し、スクロールにおける送溝の溝頂部を連ねて形成される面が、その中心に向かって窪む凹状円錐形状をなすことを特徴とする。

本発明によれば、材料を加熱して可塑化させると共に、混練しながら圧送する可塑化圧送機構が内設された可塑化ブロックと、該可塑化ブロックに密接して連結され、その内部に可塑化圧送機構により圧送されてきた材料を計量して送出する計量送出機構が設けられた計量ブロックと、内部に計量送出機構により計量送出された材料をキャビティに射出する射出機構が設けられた固定ダイプレートと、該固定ダイプレートに向かって進退して、当該固定ダイプレートに当接した際にはキャビティーを閉空間にする可動ダイプレートと、可動ダイプレートがガイドされる複数のタイバーにより固定ダイプレートと所定距離離間して固設され、かつ、当該可動ダイプレートを固定ダイプレートに対し進退させると共に、該可動ダイプレートが固定ダイプレートに当接した際には所定の型締力を発生させる可動ダイプレート駆動機構が内設された型締ハウジングとを備えるので、射出成形装置の性能を低下させることなく、かつ、組立容易性を満たしながら、デッドスペースの発生を抑止し、また部品点数の削減を図って、小型軽量化及び簡素化を達成することができる。

また、スクロールが、その回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなる螺旋溝を有するので、小型で効率的に搬送・可塑化・混練・圧送が可能になる。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は斜視図、図２は断面図を示している。なお、本実施例では、熱可塑化樹脂を射出成形する場合を例に説明するが、熱硬化樹脂、ワックス、バインダ処理されたセラミック・鉄粉を射出成形する場合も同様に適用できることを予め付言する。

射出成形装置は、材料を加熱して可塑化させると共に、混練しながら圧送する可塑化圧送機構が内設された可塑化ブロック（ボディ）１１を備える可塑化部１、該可塑化ブロック１１に密接して連結され、その内部に可塑化圧送機構により圧送されてきた材料を計量して送出する計量送出機構が設けられた計量ブロック（ボディ）３１を備える計量射出部３を備えている。

さらに、本射出成形装置は、内部に計量送出機構により計量送出された材料をキャビティに射出する射出機構が設けられた金型の母型を兼ねる固定ダイプレート（固定側部材）２１１、該固定ダイプレート２１１に向かって進退して、当該固定ダイプレート２１１に当接した際にはキャビティーを閉空間にする金型の母型を兼ねる可動ダイプレート（可動側部材）２１３、及び可動ダイプレート２１３が遊嵌してガイドされる複数のタイバー４０により固定ダイプレート２１１と所定距離離間して固設され、当該可動ダイプレート２１３を固定ダイプレート２１１に対し進退させ、かつ、可動ダイプレート２１３が固定ダイプレート２１１に当接した際には所定の型締力を発生させる可動ダイプレート駆動機構が内設された型締ハウジング（固定側部材）２１２を備える金型部２を備えている。

以下、詳細に説明する。
可塑化ブロック１１の１の側面（設置時に上側になる面）には、ペレット等の材料が投入される材料投入孔１３が形成されている。

また、可塑化ブロック１１の内部には可塑化圧送機構（混練機構）が設けられ、この可塑化圧送機構は、材料投入孔１３から投入された材料を加熱するバレル１２１、材料を搬送する螺旋溝４３が形成されると共にバレル１２１に当接しながら回転することにより材料が加熱されながら搬送，撹拌，可塑化，混練し、可塑化後はワイゼンベルグ効果を伴い、その回転中心に形成されたスクロール軸孔４４に圧送するスクロール１２、該スクロール１２を回転駆動するスクロール駆動部４２を備えている。

スクロール１２は、図３等に示すように短円柱状をなす回転体で、その回転体側面から固定ダイプレート２１１側の面に螺旋溝４３が形成されている。この螺旋溝４３は、回転軸に形成された射出プランジャ３２が挿通するスクロール軸孔４４の近傍までスクロール１２の回転方向に従って縮小するように形成され、その裏面には凹状に形成された駆動部係合溝４９が形成されている。なお、スクロール軸孔４４は射出シリンダ４１を兼ねている。

以下、固定ダイプレート２１１側の面をスクロール作用面４７、その側面をスクロール側面４８という。また、スクロール作用面４７に形成されている螺旋溝４３を送溝（混練溝）４５、スクロール側面４８に形成されている螺旋溝４３を掻込溝（案内溝）４６という。従って、螺旋溝４３は、掻込溝４６と送溝４５とにより構成される。

なお、図３（ａ）はスクロール作用面４７を望む斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図、図３（ｃ）は当該スクロール１２の裏面図である。

スクロール作用面４７とバレル１２１とは密接して、当該バレル１２１からの熱で可塑化した材料が送溝４５から漏れないように構成され、材料はこの送溝４５に沿ってスクロール軸孔４４に向かって圧送されるようになっている。

このとき、材料がバレル１２１との接触面での摩擦力（Ｆ＝Ｎμ）を生じさせる直圧力（Ｎ）が小さいと、材料の滑り（空送り状態）となり圧送ができなくなってしまう。特に、ナイロン，ＰＢＴ，含油ポリマー等の滑り易い材料の場合には圧送ができなくなる場合が多発する。

そこで、本発明では、図３（ｂ）に示すように、スクロール作用面４７の頂角θがθ＝１７６度〜１７４度の平面に近い凹状円錐形状となるように形成して直圧力（Ｎ）を生じさせることにより材料の圧送を可能にしている。

また、スクロール作用面４７が凹状円錐形状に形成されていることは、送溝４５がスクロール軸孔４４に近づくに従いその溝深さが浅くなることを意味している。従って、送溝４５がスクロール軸孔４４に近づくに従い直圧力（Ｎ）は大きくなり、確実な圧送が可能になる。

さらに、ワイセンベルグ効果と周速度の変化も加わり、小径，薄型でありながら大きな圧送力を得ることができ、また優れた可塑化混練作用を得ることができるようになっている。

図３（ｂ）においては、スクロール作用面４７を凹状円錐形状に形成した場合を示しているが凸状円錐形状に形成した場合であっても良い。

スクロール１２の材質は鉄系の金属に限らず、例えば真鍮、またはポリテトラフロロエチレン、ポリピロメリットイミド等の耐熱性の高い高分子樹脂を材料として形成されてもよい。

このような螺旋溝４３は、先端が円弧状のエンドミルをスクロール作用面４７に対して垂直（スクロール１２の回転軸に平行）に宛って切削することにより形成されている。

即ち、スクロール側面４８にエンドミルの側刃を当てて切削を行うことにより掻込溝４６が形成され、この状態でエンドミルの送量を徐々に減少させながら（エンドミルをスクロール１２から離す方向に動かす）、スクロール側面４８の周面に沿って切削し、当該エンドミルの先端がスクロール作用面４７に達するとエンドミルの送量を固定し、スクロール軸孔４４まで螺旋状に切削する。
その後、スクロール作用面４７が円錐形状になるように切削して形成されている。

従って、エンドミルの回転軸の方向を変えることなく一筆書きで螺旋溝４３を形成することができ切削加工が容易になって、製造コストを抑制することが可能になる。

なお、本発明はスクロール１２を１品切削品に限定するものではなく、鋳型に樹脂や金属を流して製造されたものであっても良い。

スクロール駆動部４２は、ボスが駆動部係合溝４９と断熱材を介して脱着可能に係合するウォームホイール１４、該ウォームホイール１４に噛合するウォームギア１５、該ウォームギア１５を回転させるモータ４、ウォームホイール１４、スラストベアリング５０等を有して、ウォームホイール１４及びウォームギア１５が減速機構を構成している。

そして、モータ４が回転することにより、その回転数がウォームホイール１４及びウォームギア１５により減速されながらスクロール１２に伝達されて、当該スクロール１２が回転する。

バレル１２１は、図４に示すように、中心に射出シリンダ４１が形成された概略円盤状で内部にヒータ穴８４が射出シリンダ４１の近傍の円に接する接線方向に放射状に形成されて該ヒータ穴８４に棒状の図示しない電気ヒータが収容されるカートリッジヒータの内部加熱方式となっている。また、図示しない熱電対等の温度計測器が取付け可能になっている。
図４（ａ）はスクロール作用面４７が当接する面を上面図として示した図、図４（ｂ）
は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、図４（ｃ）は裏面図を示している。この図４（ｃ）においては、ヒータ穴８４を想像線で示している。

上述したように、バレル１２１の面３０は、スクロール作用面４７に接するようにスクロール１２側に凸状の円錐形状に形成されて、面３０とスクロール作用面４７とが当接することにより送溝４５の溝空間が閉塞されるようになっている。

バレル１２１の中心にはスクロール軸孔４４と連通する射出シリンダ４１が形成され、この射出シリンダ４１に後述する射出プランジャ３２が挿入されてピストン運動するようになっている。
なお、射出成形する製品に応じて種々の外径の射出プランジャ３２が利用できるようにするため、その外径に応じて図５に示すようなスリーブ状の射出シリンダ３９が挿着可能になっている。

図５（ａ）はこの射出シリンダ３９の断面図であり、図５（ｂ）は当該射出シリンダ３９を射出シリンダ４１に装着した際の断面図、図５（ｃ）は射出プランジャ３２の挿着途中の状態を示す断面図である。
このようなバレル１２１は、固定ダイプレート２１１及び可塑化ブロック１１に形成されたバレルポケット５２に収容固定される。

このようにヒータ穴８４が複数形成され、かつ、当該ヒータ穴８４が射出シリンダ４１の近傍の円に接する接線方向放射状に形成したカートリッジヒータの内部加熱方式としたことにより、ヒータの熱容量及び容積の小容量化が図れると共に、外周部と中心部とで温度勾配を実現している。

ヒータの熱容量が小さくなることは、内部加熱方式と相まって、その電源を含む温度コントローラも小型化できることを意味し、大容量のヒータを使用せず、過剰な熱供給も抑制できる効果をもたらす。

また、バレル１２１の中心部の温度が溶融温度で、外周部の温度が材料融点以下になるような温度分布を設けることにより、材料の温度は材料投入孔１３側から射出シリンダ４１に向かうに従い高くなるため、投入直後の材料が溶着して団子状になる不都合が防止できると共に、材料が粒状から徐々に軟化圧縮されるため空気の排出が自然に起こり可塑化した材料の空気の巻き込みが防止できるようになる。

このような外周部の温度が低く、中心部に向かうに従い温度が高くなるような温度分布を作るためにカートリッジヒータを用いると共に、図７に示すように射出シリンダ４１の近傍の円に接する接線方向に配列する構成としている。

従来のスクリューは上述したように円柱棒状又は円錐棒状に形成されているので、スクリューおよびバレル１２１の熱容量が大きくなり、多量の熱が必要となってスタンバイするまでの時間が長くなると共に放熱量が多い構成であった。
さらに、従来のスクリューでは外部加熱であり大気中への放熱量が、本発明に係るスクロール１２は内部加熱方式としているためこのような熱損失は非常に少なく、昇温時間も短くて済む利点がある。

また、図２に示すように、可塑化ブロック１１には、断熱材５４が収容され、該断熱材５４に隣接又は接して冷却水が流動する冷却水路５５が形成されている。これら断熱材５４及び冷却水路５５は、バレル１２１の周囲を取巻くように環状に形成されて、当該バレル１２１からの熱が可塑化ブロック１１に拡散するのを抑制する作用をなしている。

一方、固定ダイプレート２１１におけるバレルポケット５２は、このバレル１２１より適宜大きく形成されて、当該バレル１２１の裏面（金型部２側）が空洞をなすように形成されている。加えて、固定ダイプレート２１１には冷却水が流動する冷却水路５３が形成されている。

バレルポケット５２における空洞は、バレル１２１の熱が固定ダイプレート２１１を介して金型部２や後述するホットランナ５７に伝達しないようにするための断熱作用をなすものであり、冷却水路５３は空洞による断熱作用の不足分を冷却水を流動させることにより補うものである。

また、射出シリンダ３９，４１には、射出プランジャ３２が挿通し、その先にホットランナ５７が金型部２側に突出して設けられている。このホットランナ５７は、中空体のランナチューブ５８、このランナチューブ５８の先端に螺合するノズル５９から構成されている。ノズル５９は、例えば図６に示すように先端形状の異なるノズル５９（５９ａ〜５９ｃ）を準備し、射出成形する製品の厚み等のサイズに応じて選択して使用するようになっている。
従って、ノズル５９の交換のみで、種々の製品の射出成形が可能になり、汎用性が高くなる利点がある。

計量射出部３における計量ブロック３１には材料を計量してホットランナ５７を介して金型部２に送出する計量送出機構が設けられている。
この計量送出機構は、図２，図７〜図１０等に示すように、スクロール１２のスクロール軸孔４４等を挿通する射出プランジャ３２、該射出プランジャ３２と脱着可能に係合するプランジャ用ボールネジ３３、該プランジャ用ボールネジ３３を駆動して該射出プランジャ３２をピストン運動させることにより当該射出プランジャ３２に圧送されてきた材料を計量し送出させるプランジャ駆動部６１を有する。

図７は計量ブロック３１を射出プランジャ３２側から見た図であり、図８（ａ）は計量送出機構の要部を示す断面図、図８（ｂ）は射出プランジャ３２の斜視図である。

射出プランジャ３２は、外観が棒状体をなして、その先端から内部に向けて穿孔された先端孔６９、長手方向の側面に溝掘りして形成され、先端側の溝端が先端孔６９に連通するように形成された導入孔６５、先端孔６９に沿って切欠して形成されて、当該先端孔６９の材料を射出する送出用切欠６４、先端孔６９に遊嵌しながら当該先端孔６９に係止されて材料が逆流しないようにする逆止弁の機能をなす弁体６６を有する。この弁体６６としては球体に限らず円錐台形状等であっても良い。

図９は弁体６６として球体のボールを用いた場合の射出プランジャ３２の詳細構成を示す図であり、図１０は円錐台形状の弁体６６を用いた場合の詳細構成を示す図である。なお、図９、図１０における矢印は材料の流れを示し、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は弁体６６が上動した場合、図９（ｃ）及び図１０（ｃ）は弁体６６が下動した場合を示している。

そして、射出プランジャ３２は射出シリンダをなすスクロール軸孔４４及び射出シリンダ４１に挿通されて、送出用切欠６４側の圧力が導入孔６５側の圧力より高くなると弁体６６が上動して送出用切欠６４と導入孔６５との連通を遮断する。これにより材料の射出が停止する。

一方、送出用切欠６４側の圧力が導入孔６５側の圧力より低くなると弁体６６が下動して送出用切欠６４と導入孔６５とが連通する。これにより材料の射出が行われる。

従来の射出成型装置においても、このような材料の逆流を防止するための逆止弁を設けているが、従来の構成の逆止弁はプランジャの先端に逆止リングを矢羽附きネジにより取付けて弁体の落脱防止を図っており、この矢羽附きネジが数ヶ月で疲労破損してしまう不都合が指摘されていた。
しかし、本発明にかかる逆止弁はネジ構造を要件としないので、疲労破損することはなく、このような不都合が発生しない特徴を備えている。

また、導入孔６５等は可塑化した溶融材料の粘性を下げると同時に粘性を安定させるトーピードをなしている。本発明では、このような可塑化に欠かせない重要な要素を特別なスペースを設けることなく具備するため小型化が図られるようになっている。

プランジャ駆動部６１は、モータ６、該モータ６により回転動力を得るウォームギア３７、該ウォームギア３７と噛合してモータ６の回転数を減速してプランジャ用ボールネジ３３に伝達することにより、該プランジャ用ボールネジ３３と脱着可能に係合した射出プランジャ３２をピストン運動させるウォームホイール３６を有する。

プランジャ用ボールネジ３３はボールネジ構造になっており、ボールネジナット３５は計量ブロック３１に固着されているので、プランジャ用ボールネジ３３が回動すると、その回転方向に応じてプランジャ用ボールネジ３３が進退する。

射出プランジャ３２はプランジャ用ボールネジ３３と連結されて、該プランジャ用ボールネジ３３を介してプランジャ駆動部６１から駆動力を受けて射出シリンダ内をピストン運動する。このとき装置の分解や組立が容易に行えるように射出プランジャ３２とプランジャ用ボールネジ３３との連結をカップリング等によらず図７に示すようにアリ溝３４により係合する構成を採用している。

なお、プランジャ用ボールネジ３３の回転動力は、モータ６からウォームギア３７、ウォームホイール３６を介して当該プランジャ用ボールネジ３３に伝達されるが、その際にウォームホイール３６にはプランジャ用ボールネジ３３の軸方向に荷重が加わるので、かかる荷重を受けるスラストベアリング６８がウォームホイール３６を挟んで設けられている。

ところで、従来行われているようなボールネジと大容量のモータとを直結したような構成や油圧若しくは空圧により射出プランジャ３２を駆動する構成では保圧時（射出成型時）と可塑化計量時との射出プランジャ３２の制御において、設定された保圧値に応じて射出プランジャ３２が自在に後退して放圧できるようになっている。

しかし、本発明のように省スペース化や保圧時における電力の低消費化等を図るためプランジャ駆動部６１をウォームギア３７とウォームホイール３６とにより構成すると放圧が困難となり、弁体６６が動かない場合が生じて材料をランナチューブ５８に送込めないことがある。

そこで、本発明では、図２に示すように、ボールネジナット３５に当接して射出プランジャ３２側に付勢するナット付勢用バネ１００、当該ナット付勢用バネ１００と当接して、射出プランジャ３２に加わる荷重を制御するロードセル１０１を計量ブロック３１に設けている。

そして、このナット付勢用バネ１００によりボールネジナット３５が、例えば１ｍｍ以下のストローク内で摺動できるようにロードセル１０１を制御して、弁体６６がランナチューブ５８に当接した際に放圧して材料が射出できるようにしている。

金型は、可動ダイプレート２１３に取付けられる可動金型ピース（可動側部材）２２２、固定ダイプレート２１１に取付けられる固定金型ピース（固定側部材）２２１からなるカセット金型２２となっている。

図１１はこのようなカセット金型２２の構成を示す図で、図１１（ａ）は射出プランジャ３２側から見た固定金型ピース２２１の正面図、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は図１１（ａ）における固定金型ピース２２１及び可動金型ピース２２２のＣ−Ｃ矢視断面図である。

金型ピース２２１（２２２）の一方には、複数の位置決ピン７４が設けられ、対向する金型ピース２２２（２２１）に該位置決ピン７４が嵌合するピン受穴７５が設けられている。
さらに、固定ダイプレート２１１に取付けられる固定金型ピース２２１にはホットランナ５７が挿嵌されるランナ受穴７６が形成されている。

また、可動金型ピース２２２には、成型品押出機構が設けられている。この成型品押出機構は、可動金型ピース２２２を貫通してキャビティに挿通するように設けられた複数の押出ピン９２が固着された支持板９３、支持板９３に固着されると共に可動金型ピース２２２に挿嵌する支持棒９５、該支持棒９５に挿入されて通常時には押出ピン９２の頭部９９がキャビティの壁面をなすように支持板９３を付勢するバネ９７、支持板９３と固着された押出板９４、該押出板９４に取付られたスラストベアリング９８、可動ダイプレート２１３に形成された挿通孔１０６を備えている。なお、支持板９３、押出板９４及び支持棒９５が押出部９１を構成している。

そして、この成型品押出機構は、射出成形された製品を取り出す際に、可動ダイプレート２１３を所定量以上型締ハウジング２１２側に後退させると、型締用ボールネジ２３の頭部１０５（図２参照）が挿通孔１０６を挿通してスラストベアリング９８に当接して、支持板９３をバネ９７に抗してキャビティ側に押込む。これにより、キャビティ内の射出成形品は押出ピン９２により押出される。

なお、スラストベアリング９８は、型締用ボールネジ２３の頭部１０５が押出板９４を傷つけたりしないようにするために設けられ、スラスト滑り軸受等であっても良い。

これにより、製品押出機構を別途設けることなく、人手を介さずに製品の取り出しが自動で行えるようになり、省スペース化が図れると共に利便性が向上する。

なお、射出成形装置の全長がやや長くなるが、エアーシリンダ・ピストン若しくは型開閉駆動機構の要素を１／５程度に縮小した装置を可動ダイプレートに装備しても良い。

上述したようにカセット金型２２は、固定金型ピース２２１と可動金型ピース２２２とからなる片開きタイプで、固定金型ピース２２１は固定ダイプレート２１１にクランパ７８でクランプされ、可動金型ピース２２２は可動ダイプレート２１３にクランパ７８でクランプされるようになっている。

このクランパ７８は、固定金型ピース２２１及び可動金型ピース２２２にそれぞれ設けられたクランプ溝７９に係合するクランプ爪８０、該クランプ爪８０を押込むクランプボルト８１、クランプ爪８０を開くように付勢する図示しないスプリングを備えている。

クランプボルト８１は先端が半球状に形成され、または先端に弁体６６が取付けられ、後端は六角レンチ溝が形成されて、固定ダイプレート２１１や可動ダイプレート２１３に螺合している。

クランプ爪８０は、固定ダイプレート２１１や可動ダイプレート２１３に揺動可能に取付られて、クランプボルト８１を締めるとクランプ爪８０がクランプ溝７９に当接して、固定金型ピース２２１及び可動金型ピース２２２をそれぞれ固定ダイプレート２１１、可動ダイプレート２１３側に押付けてクランプする。

一方、クランプボルト８１を緩めるとクランプ爪８０が固定金型ピース２２１や可動金型ピース２２２から離れるようにスプリングが付勢してクランプが解除される。

なお、図１１に示すように、固定金型ピース２２１と可動金型ピース２２２との、一方には複数の位置決ピン７４が設けられ、他方には該位置決ピン７４が嵌合する複数のピン受穴７５が形成されて、これらがカセット金型２２の位置決め機構をなしている。位置決ピン７４及びピン受穴７５は、微少なテーパが付けられている。

即ち、上述したようにカセット金型２２は固定金型ピース２２１と可動金型ピース２２２とからなる片開きタイプで、可動金型ピース２２２が固定金型ピース２２１に当接してキャビティーが構成される。

可動金型ピース２２２及び固定金型ピース２２１は、固定ダイプレート２１１や可動ダイプレート２１３にクランプされる構造であり、また可動ダイプレート２１３がタイバー４０に遊嵌して移動する構成であるため、可動金型ピース２２２と固定金型ピース２２１との組み合わせ精度を高めるには、これらのクランプ精度や遊嵌精度も高める必要がある。

クランプ精度や遊嵌精度を求めると、加工精度や組立精度が高精度に要求されて、コストアップの要因になるので、本発明では、クランプ精度や遊嵌精度を求めず、可動金型ピース２２２が固定金型ピース２２１と当接して、位置決ピン７４がピン受穴７５に案内されて組み合わされることによりカセット金型２２の組合精度が確保できるようにしている。

型締ハウジング２１２における可動ダイプレート駆動機構は、可動ダイプレート２１３に取付られたボールネジナット２４に螺合する型締用ボールネジ２３、該型締用ボールネジ２３を回転させることにより可動ダイプレート２１３を進退させ、かつ、該可動ダイプレート２１３が固定ダイプレート２１１に当接した際には所定の型締力を発生させる可動ダイプレート駆動部２７を有する。

この可動ダイプレート駆動部２７は、モータ５、該モータ５により回転動力を得るウォームギア２６、該ウォームギア２６と噛合してモータ５の回転数を減速して型締用ボールネジ２３に伝達することにより、該型締用ボールネジ２３が螺合する可動ダイプレート２１３を進退させるウォームホイール２５を有する。

従来は、ボールネジと大容量のモータの直結型組み合わせか、減速や大きなトルクを発生させる目的で減速機を用いることが一般的であり、減速機では平歯車の組み合わせにより減速比を稼ぐ構成であるため、大型化する問題があり、加えて保圧時においては、常に通電していなければならないので電力消費が大きくなる問題があった。

本発明では、これまで説明したように、スクロール駆動部４２、プランジャ駆動部６１及び可動ダイプレート駆動部２７においては、それぞれウォームギア１５，２６，３７及びウォームホイール１４，２５，３６により構成して大減速比の減速機構を、それぞれを駆動容量の小さなモータ４，５，６により駆動するようにしているため、上述した問題が発生せず小型化及び低消費電力化が可能になる。

ところで、これまで説明した射出成形装置においては、可塑化ブロック１１、計量ブロック、固定ダイプレート２１１、可動ダイプレート２１３及び型締ハウジング２１２をそれぞれ１設けて、単一の材料を射出成形する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２色成形のように２種以上の材料からなる製品を射出成形する場合にも適用可能である。

この場合には、それぞれ１の可塑化ブロック１１と計量ブロックとから可塑化ユニットを形成して、この可塑化ユニットを複数設けられて異なる材料を射出できるようにすると共に、当該複数の可塑化ユニットからの材料が１の金型のキャビティーに射出できるように、それぞれ１の固定ダイプレート２１１、可動ダイプレート２１３及び型締ハウジング２１２からなる型締ユニットを移動させる図示しない型締ユニット移動部を設ける。

そして、型締ユニット移動部により型締ユニットを各可塑化ユニットが材料を射出するのに合わせて移動させることにより、多色成形等が容易に行えるようになる。

本発明に係る射出成形装置は、熱可塑化樹脂、熱効果樹脂、ワックス、バインダを塗布した磁性粉・鉄粉・セラミックを射出成形して製品を製造する装置に適用できる。
また、組立ラインの部品製造供給装置として、研究・実験で卓上に置ける試験装置としても利用できる。
ちなみに、型締力１ｔｆ、射出圧力３，０００ｋｇｆ／ｃｍ２の能力の成形機の外形寸法が機幅１２ｃｍ、機高１２ｃｍ、機長３６ｃｍで構成できる。
さらに、可動金型を可動ダイプレート２１３上で回転もしくは摺動できる射出成形機の型締装置に可塑化・射出ユニットを２台以上搭載し、２種以上の材料または着色された材料を混合成形する射出成形方法により異材質・２色成形への展開も可能である。

本発明に係る射出成形装置の斜視図である。 断面図である。 スクロールの構成を示す図である。 バレルの構成を示す図である。 バレルの断面構成を示す図である。 ホットランナの構成を示す図である。 計量ブロックの裏面図である。 計量送出機構の要部を示す断面図及び射出プランジャの構成を示す斜視図である。 弁体として球体のボールを用いた場合の射出プランジャの詳細構成を示す図である。 円錐台形状の弁体を用いた場合の射出プランジャの詳細構成を示す図である。 金型の構成を示す図である。

１ 可塑化部
２ 金型部
３ 計量射出部
４，５，６ モータ
１１ 可塑化ブロック（ボディ）
１２ スクロール
１３ 材料投入孔
１４ ウォームホイール
１４，２５，３６ ウォームホイール
１５，２６，３７ ウォームギア
２２ カセット金型
２３ 型締用ボールネジ
２４ ボールネジナット
２５ ウォームホイール
２６ ウォームギア
２７ 可動ダイプレート駆動部
３１ 計量ブロック（ボディ）
３２ 射出プランジャ
３３ プランジャ用ボールネジ
３４ アリ溝
３５ ボールネジナット
３６ ウォームホイール
３７ ウォームギア
３９，４１ 射出シリンダ
４０ タイバー
４２ スクロール駆動部
４３ 螺旋溝
４４ スクロール軸孔
４５ 送溝（混練溝）
４６ 掻込溝（案内溝）
４７ スクロール作用面
４８ スクロール側面
４９ 駆動部係合溝
５０ スラストベアリング
５２ バレルポケット
５３ 冷却水路
５４ 断熱材
５５ 冷却水路
５７ ホットランナ
５８ ランナチューブ
５９（５９ａ〜５９ｃ） ノズル
６１ プランジャ駆動部
６４ 送出用切欠
６５ 導入孔
６６ 弁体
６８ スラストベアリング
６９ 先端孔
７４ 位置決ピン
７５ ピン受穴
７６ ランナ受穴
７８ クランパ
７９ クランプ溝
８０ クランプ爪
８１ クランプボルト
８４ ヒータ穴
９１ 押出部
９２ 押出ピン
９３ 支持板
９４ 押出板
９５ 支持棒
９７ バネ
９８ スラストベアリング
９９ 頭部
１００ ナット付勢用バネ
１０１ ロードセル
１０５ 頭部
１０６ 挿通孔
１２１ バレル
２１１ 固定ダイプレート（固定側部材）
２１２ 型締ハウジング（固定側部材）
２１３ 可動ダイプレート（可動側部材）
２２１ 固定金型ピース（固定側部材）
２２２ 可動金型ピース（可動側部材）

Claims (11)

1. 金型のキャビティーに可塑化した材料を射出して製品を射出成形する射出成形装置であって、
   材料を加熱して可塑化させると共に、混練しながら圧送する可塑化圧送機構が内設された可塑化ブロックと、
   前記可塑化ブロックに密接して連結され、その内部に前記可塑化圧送機構により圧送されてきた材料を計量して送出する計量送出機構が設けられた計量ブロックと、
   内部に前記計量送出機構により計量送出された材料をキャビティに射出する射出機構が設けられた固定ダイプレートと、
   前記固定ダイプレートに向かって進退して、当該固定ダイプレートに当接した際には前記キャビティーを閉空間にする可動ダイプレートと、
   前記可動ダイプレートがガイドされる複数のタイバーにより前記固定ダイプレートと所定距離離間して固設され、かつ、当該可動ダイプレートを前記固定ダイプレートに対し進退させると共に、当該可動ダイプレートが前記固定ダイプレートに当接した際には所定の型締力を発生させる可動ダイプレート駆動機構が内設された型締ハウジングとを有し、
   前記可塑化圧送機構が、材料を加熱して可塑化させるバレルと、材料を搬送する螺旋溝が形成されると共に前記バレルに面接しながら回転することにより前記螺旋溝内の材料の可塑化・混練を促し、その回転中心に形成された射出シリンダに圧送する短円柱状回転体のスクロールと、該スクロールを回転させるスクロール駆動部とを有し、
   前記スクロール駆動部が、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速すると共に、断熱板を介して前記スクロールと脱着可能に係合して減速された回転数で当該スクロールを回転させるウォームホイールとを有し、
   前記計量送出機構が、前記射出シリンダに挿通する射出プランジャと、該射出プランジャとアリ溝により脱着可能に係合するプランジャ用ボールネジと、該プランジャ用ボールネジを駆動して前記射出プランジャを前記射出シリンダ内でピストン運動させることにより、当該射出プランジャに圧送されてきた材料の送出力を付与するプランジャ駆動部とを有し、
   前記プランジャ駆動部が、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速して前記プランジャ用ボールネジに伝達することにより、該プランジャ用ボールネジと脱着可能に係合した前記射出プランジャをピストン運動させるウォームホイールとを有し、
   前記可動ダイプレート駆動機構が、前記可動ダイプレートに取付られたボールネジナットと螺合する型締用ボールネジと、モータにより回転動力を得るウォームギアと、該ウォームギアと噛合して前記モータの回転数を減速して前記型締用ボールネジに伝達することにより前記可動ダイプレートを進退させるウォームホイールとを有する
   ことを特徴とする射出成形装置。
2. 前記スクロールにおける螺旋溝が、
   当該スクロールの回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、
   該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなることを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
3. 前記スクロールと前記バレルとのそれぞれの当接面が、円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形装置。
4. 前記スクロールと前記バレルとのそれぞれの当接面が、スクロール側に窪んだ凹状円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形装置。
5. 前記射出プランジャが、その先端面から穿孔して形成された先端孔と、
   長手方向の側面に溝掘りして形成されると共に、先端側の溝端が前記先端孔と連通するように形成された導入孔と、
   長手方向に先端孔を切欠して形成されて、当該先端孔からの材料を送出する送出用切欠と、
   前記先端孔に遊嵌しながら当該先端孔に係止されて、前記送出用切欠側の圧力が導入孔側の圧力より高くなると当該送出用切欠と導入孔との連通を遮断して材料の射出を停止し、前記送出用切欠側の圧力が導入孔側の圧力より低くなると前記送出用切欠と導入孔とを連通させて材料の射出を可能にする弁体とを有することを特徴とする請求項３又は４記載の射出成形装置。
6. 前記射出機構が、
   前記射出プランジャにより送出されてきた材料が流入するホットランナと、
   射出成形する製品に応じて選択されて前記ホットランナの先端に取付られることにより、材料を前記キャビティーに射出するノズルと、
   該ホットランナ及びノズルを挿脱自在に収容するホットランナ孔とを備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の射出成形装置。
7. 前記キャビティーを形成する金型が、
   前記固定ダイプレートに取付られる固定金型ピースと、
   前記可動ダイプレートに取付られて、当該可動ダイプレートが前記固定ダイプレートに当接した際に、閉空間のキャビティーを形成する可動金型ピースと、
   該可動金型ピース又は前記固定金型ピースの一方に形成されたテーパピンと、
   他方の金型ピースに形成されて、前記可動金型ピースが前記固定金型ピースに当接する際に、前記テーパピンが挿通して位置合わせを行うテーパ孔とを有することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の射出成形装置。
8. 前記可動金型ピースを貫通して前記キャビティに挿通するように設けられた複数の押出ピンが固着された押出部と、
   通常時には前記押出ピンの頭部がキャビティの壁面をなすように前記押出部を付勢するバネと、
   前記可動ダイプレートに形成されて、当該可動ダイプレートが所定量以上前記型締ハウジング側に後退すると、前記型締用ボールネジの頭部が挿通して前記押出部に当接し、当該押出部を前記バネに抗してキャビティ側に押すことにより当該キャビティ内の射出成形品を押出すことができるようにする挿通孔とを設けたことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の射出成形装置。
9. それぞれ１の前記可塑化ブロックと前記計量ブロックとからなる可塑化ユニットが複数設けられると共に、それぞれ１の前記固定ダイプレート、可動ダイプレート及び型締ハウジングからなる型締ユニットが１設けられ、かつ、異なる材料を１のキャビティに射出できるように前記型締ユニットを各可塑化ユニットに対応して移動させる型締ユニット移動部を設けたことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の射出成形装置。
10. 材料を掻込んで搬送し、その際に当該材料の可塑化及び混練を促進して可塑化した材料を圧送する射出成型装置用スクロールであって、
    該スクロールが、その回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、
    該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなる螺旋溝とを有し、
    前記スクロールにおける前記送溝の溝頂部を連ねて形成される面が、円錐形状をなす
    ことを特徴とする射出成型装置用スクロール。
11. 材料を掻込んで搬送し、その際に当該材料の可塑化及び混練を促進して可塑化した材料を圧送する射出成型装置用スクロールであって、
    該スクロールが、その回転軸と平行にエンドミルを回転体の側面に宛がい切削して形成されて、材料の掻込みを担う掻込溝と、
    該掻込溝と連続して当該回転体の前面を回転中心に向かって縮小するように螺旋状に切削して形成されて、掻込まれた材料の搬送・可塑化・混練・圧送を担う送溝とからなる螺旋溝とを有し、
    前記スクロールにおける前記送溝の溝頂部を連ねて形成される面が、その中心に向かって窪む凹状円錐形状をなす
    ことを特徴とする射出成形装置用スクロール。

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