JP6947380B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型化且つ簡略化された射出成形装置に関するものである。

従来の射出成形装置では、特許文献１に記載されているように、合成樹脂の成形材料がペレット等の状態でホッパーから投入され、加熱筒で可塑化され溶融した後に、スクリューによって搬送され、金型のキャビティへ射出されて成形される。そして、成形品が固化した後、型開きされてエジェクタピンによってその成形品が外に押し出されるようになっている。

このような射出成形装置においては、加熱筒と金型は別体であり、それぞれに対して最適の性能を奏するように独立して構造や成形条件の制御面からの工夫が凝らされており、装置全体が大型化すると共に成形条件の制御も複雑になっていた。

特開２００８−３０２６３４号公報 特開２０１２−３０４２９号公報

最近では成形品の搬送に掛かる手間やコストが問題となっており、各エンドユーザーの元で必要な数の成形品を必要な時に応じて製造できるようにすることで搬送そのものを無くすことも提案されている。しかしながら、従来の射出成形装置は上記のように大型であったことなどから、この提案に対応することは難しかった。
これに対して、我々は先に特許文献２として、小型化されると共に簡単な制御で所望の精度の成形品を製造でき、エンドユーザーの元への設置も可能とする射出成形装置を提案した。
この装置は低圧で射出できることから、鋳肌が綺麗であり、この点からの評価も高く、更に、改良して成形品の多様化、特にサイズの大型化へ対応できれば、汎用性が増すことになる。
而して、成形品が大きくなれば、金型も大きくなり、そこに供給する樹脂量も多くなるが、金型はともかくも、樹脂の供給機構側を安易に大きく設計するのでは、この装置の第一の特徴である小型化の利点が損なわれることになる。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、特許文献２に記載の射出成形装置の小型化及び低圧射出成形のアイデアを生かしつつ、成形品のサイズを大きくしたい場合にも対応でき、汎用性を増した射出成形装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、下側型と前記下側型と共にキャビティを形成する上側型とから成る金型と、先端がノズルになって前記キャビティと内部が連通する横型射出筒と、前記射出筒の内部に基端側から前記ノズルに向かって温度が上がる温度勾配を発生させる加熱手段と、前記射出筒の内部に基端側から入り込んで軸方向に進退移動可能な押し込みシャフトを有する押し込み手段と、前記射出筒の基端側に隣接した投入部を備え、前記射出筒の内部は、前記投入部から投入された複数のスティック状成形材料が長手方向に一列に整列した状態に収められるよう設定され、前記投入部は、前記スティック状成形材料を複数横倒し状態で多段に積み重ねてストックするストックガイド部と、最下段に位置するスティック状成形材料の長手方向両側に対向してそれぞれ設けられた挿通口とで構成され、前記押し込みシャフトの進退ストロークの途中に前記挿通口が配置されており、前記ストックガイド部は上方が開口して補給口になっており、その補給口に着脱自在に差し込まれ、積み重ねられたスティック状成形材料の下降に追従して下降する錘部を付属品として備えたことを特徴とする射出成形装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した射出成形装置において、錘部には補給口の口縁に係止してそれ以上の下降が規制される係止部が設けられていることを特徴とする射出成形装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した射出成形装置において、投入部は射出筒と別体で構成されていることを特徴とする射出成形装置である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した射出成形装置において、金型のキャビティの容量は、押し込みシャフトの押し込みによる一回当たりの成形材料の射出量よりも大きく設定されていることを特徴とする射出成形装置である。

本発明の射出成形装置によれば、小型化され且つ簡単な制御で所望の精度の成形品を製造できる。しかも、成形品のサイズを大きくしたい場合にも対応できる。

本発明の実施の形態に係る射出成形装置の斜視図である。 図１の射出成形装置の側面図である。 図１の射出成形装置の一部破断図である。 図１の射出成形装置の図３に対応する一部断面図である。 図１の射出成形装置の一部破断図である。 図１の射出成形装置の図５に対応する一部断面図である。 図１の射出成形装置に使用するスティック状成形材料の斜視図である。

本発明の実施の形態に係る射出成形装置１を図面にしたがって説明する。
図１、図２において符号３は矩形板状のベース部を示し、このベース部３の長手方向右端から左方向に向かって２／３程度の長さまでの部分は、長手方向縁から立ち上がった一対の支持壁５、５によって矩形板状の載置部７が持ち上げ支持されて載置台９になっている。

この載置台９に成形材料の供給・射出機構１１が搭載されている。
符号１３は射出筒を示し、この射出筒１３は円筒状になっており、図３に示すように、内周面と外周面は同軸状になっている。また、内周面、外周面とも軸方向に対していずれの断面でもほぼ同径になっている。射出筒１３の内部が樹脂原料となる成形材料の搬送空間１５となっている。射出筒１３の軸方向先端には射出ノズル１７が同軸状に取り付けられており、射出筒１３の搬送空間１５と射出ノズル１７のノズル孔は連通している。一方、軸方向基端側は全面的に開口して成形材料の受入れ口１９になっている。

射出筒１３の肉部には通電させると発熱するヒーター２１が埋め込まれており、且つ肉部は熱伝導性の異なる複数の素材１３Ａ〜１３Ｅで構成されている。従って、ヒーター２１を通電させると、搬送空間１５に温度勾配が発生し、射出ノズル１７のノズル孔側が最も高く、受入れ口１９側が最も低くなる。

射出筒１３は軸方向が水平方向に一致するように横倒しの状態で載置台９に搭載されている。符号２３は保持ブロックを示し、この保持ブロック２３に射出筒１３の基端部が固定されており、一定の高さに持ち上げ支持されている。射出筒１３の軸方向は左右方向を向いている。
符号２５は押し込みシャフトを示し、この押し込みシャフト２５は同軸同径の細長い円柱状をしており、先端面は軸方向に垂直な押当て面２７になっている。押し込みシャフト２５の外径は射出筒１３の内径より僅かに小さく、射出筒１３の搬送空間１５に同軸状に差し込まれるとスムーズな進退移動が可能になっている。

載置台９には、押し込みシャフト２５の駆動手段として、エアシリンダー２９が固定されている。このエアシリンダー２９のピストンロッド３１に連結部材３３を介して押し込みシャフト２５の基端側が同軸状に連結されて片持ち支持されている。従って、進退移動するピストンロッド３１に追従して、押し込みシャフト２５が移動する。

載置部７の上には、射出筒１３は左側寄りに、エアシリンダー２９は右側寄りに設置されており、エアシリンダー２９に連結された押し込みシャフト２５の進行方向先側に、射出筒１３の受入れ口１９が臨んでいる。押し込みシャフト２５の移動軌跡は射出筒１３の搬送空間１５の軸方向と一致しており、押し込みシャフト２５がストロークエンドに達したときには射出筒１３の搬送空間１５に入り込み、引込み時には受入れ口１９よりも手前にあるように配置関係が調整されている。

符号３５は投入部を示し、この投入部３５は保持ブロック２３の右隣に別体として設置されている。この投入部３５は上半部が箱状のストックガイド部３７になっている。このストックガイド部３７は上方が全面的に開口して補給口３９になっている。ストックガイド部３７の内部のストック空間４１は水平方向側の断面が細長い長方形になっている。長辺側の壁部の上縁部がテーパ面４３になって拡がっており、補給口３９はストック空間４１より大きくなって成形材料が差込み易くなっている。また、対向する短辺側の壁部にはそれぞれ挿通口４５、４５が形成されている。この挿通口４５、４５によりストック空間４１が底面側で二方向に開放されている。

投入部３５は左右方向から見ると、保持ブロック２３とエアシリンダー２９との間に設置されており、エアシリンダー２９に連結された押し込みシャフト２５の進行方向先側の移動軌跡上に、挿通口４５、４５が臨むように配置されている。
従って、押し込みシャフト２５が進行するときには、挿通口４５、４５を通り抜けて射出筒１３の搬送空間１５に入り込み、引込み時にはストックガイド部３７の手前まで後退する。すなわち、押し込みシャフト２５の進退ストロークの途中に２つの挿通口４５、４５が配置されている。

この投入部３５の補給口３９は、付属品の錘部４７で閉塞できるようになっている。この錘部４７の主部４９は扁平な長方形の板状になっており、その主部４９の短辺側には幅広の係止部５１が連設されている。従って、板面側から見ると、Ｔ字状になっている。
主部４９はストックガイド部３７のストック空間４１より僅かに小さく設定されており、係止部５１側を上にすると、主部４９がストック空間４１にスライド昇降可能に差し込めるようになっている。但し、係止部５１が補給口３９の口縁面に係止されてそれ以上の下降は規制されるので、この係止部５１を持ち上げることで、補給口３９から容易に取り外すことができる。

図７で符号Ｓはスティック状成形材料を示す。
この射出成形装置１では、専用のスティック状成形材料Ｓを原料として使用する。
スティック状成形材料Ｓはほぼ円柱状をしており、その外周面には軸線方向に延びる多数の凹溝ｔが形成されている。スティック状成形材料Ｓは最終的な成形品ではなく、形状が単純で寸法精度もさほど要求されていないので、安価に大量生産が可能となっている。
図４に示すように、スティック状成形材料Ｓの直径は射出筒１３の搬送空間１５の直径より僅かに小さくなっており、搬送空間１５内では固体状態でもスムーズな摺動が可能になっている。また、射出筒１３の全長は、スティック状成形材料Ｓの複数個分の全長に相当しており、その内部では複数のスティック状成形材料Ｓ、Ｓ、…は、長手方向に一列に整列した状態で収まる。

また、ストック空間４１は直方形になっているのでその容積は、横寸法と縦寸法と高さ寸法で規定されており、スティック状成形材料Ｓの直径はストックガイド部３７の横寸法よりも僅かに小さく、スティック状成形材料Ｓの軸方向の長さ寸法はストック空間４１の縦寸法よりも僅かに小さくなっている。また、ストック空間４１の高さ寸法（上下寸法）はスティック状成形材料Ｓの直径の４倍以上になっている。従って、図４に示すように、ストック空間４１では、複数のスティック状成形材料Ｓ、Ｓ、…が横倒し状態で上下に多段に積み重ねられた状態でストックされる。
そのとき、ストックガイド部３７の挿通口４５、４５は最下段に位置するスティック状成形材料Ｓの軸方向両端面に対向している。従って、最下段のスティック状成形材料Ｓが、射出筒１３の搬送空間１５に収められたスティック状成形材料Ｓ、Ｓ、…の列の後続に連なる状態になっている。

ベース部３の長手方向左側には金型装置５３が搭載されている。
この金型装置５３の金型は上側型５５と下側型５７とで構成されている。上側型５５が固定側に、下側型５７が可動側になっており、それぞれの対向面側には成形品の形状に対応して凹凸に型取られて凹凸部が形成されている。下側型５７が上昇して上側型５５と共に型閉めされたときに、凹面と凸面との間にキャビティとキャビティに連なるゲート、ランナー、スプルーが形成される。射出ノズル１７は上側型５５に形成された取付け口に差し込まれて取り付けられており、射出ノズル１７から射出された溶融状態の成形材料がスプルー等を介してキャビティに注入される。

上側型５５と下側型５７のキャビティ等の溶融した成形材料が接触する部位の周囲は保熱性が良い素材で形成され、その余の部分は放熱性が良い素材で構成されている。
射出ノズル１７のノズルタッチを介して、ヒーター２１の熱がキャビティ等の部位に効率良く伝達されるので、キャビティ内へは溶融した成形材料がスムーズ且つ十分に流れ込み、十分に流れ込んだ後には速やかに冷却するようになっている。

符号５９はハンドルを示し、このハンドル５９は全体として「コ」の字の棒状を為しており、その両端側が下側型５７の駆動機構６１に連結されている。ハンドル５９を上方に持ち上げると、下側型５７が下降して型開きするようになっている。

射出成形装置１は、上記のように構成されており、この装置を使用しての射出成形について、以下で説明する。
図３、図４は押し込み作業が既に進行した状態を示しており、既に押し込み動作により、スティック状成形材料Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ６が搬送空間１５内に一列で整列されている。また、ストックガイド部３７には下段側からスティック状成形材料Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０が積み重ねられており、最下段のスティック状成形材料Ｓ７に対して、押し込みシャフト２５の押当て面２７が当たった状態を示している。

搬送空間１５には温度勾配が形成されているので、射出ノズル１７に最も近い位置に到達したスティック状成形材料Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は完全に溶融して湯状になり、その後続のスティック状成形材料Ｓ４は先頭側が溶融しており、後側は未だ固化状態にあり、更にその後続のスティック状成形材料Ｓ５、Ｓ６は全体が未だ固化状態にある。押し込みシャフト２５が当たる側のスティック状成形材料Ｓ６が未だ固形状態にあるので、プランジャの一部として働く。従って、押し込みシャフト２５を押して、完全に溶融した成形材料を押し込むときに、押し込みシャフトが成形材料に潜り込むことも、成形材料の溶融による圧縮も起こらない。しかも、先方で溶融した成形材料は後続の成形材料と射出筒の内面との隙間に回り込んで埋めると共に、その露出面は射出筒１３側から受ける熱が減って冷却され、固化に向かうので、囲んだスティック状成形材料Ｓと共に密栓状態が作り出される。従って、安定した射出圧力が確保される。
また、溶解したスティック状成形材料Ｓからはエアが出てくるがこのエアはスティック状成形材料Ｓの凹溝ｔを通って速やかに上方に抜けていくので、成形品におけるボイドの発生が有意的に低減される。

次の押し込み動作により、押し込みシャフト２５がストロークエンドまで進行すると、図５、図６に示すように、スティック状成形材料Ｓ７が押し出されて搬送空間１５内のスティック状成形材料Ｓ６の有った位置に到達し、スティック状成形材料Ｓ６の後続に連なる。押されたスティック状成形材料Ｓ６は、先行するスティック状成形材料Ｓ５の有った位置に到達する。このように、スティック状成形材料Ｓ２、Ｓ３、…、Ｓ６は射出ノズル１７に向かって進行する。そして、先頭の完全に溶融したスティック状成形材料Ｓ１は金型５５、５７に向けて射出される。

ストロークエンドに達した後に、押し込みシャフト２５を後退させて引込み位置まで戻すと、ストックガイド部３７の最下段のスペースからスティック状成形材料Ｓ７の分だけ空くので、そこに直ぐ上段にあったスティック状成形材料Ｓ８が落下して収まる。補給口３９には錘部４７が差し込まれており、スティック状成形材料Ｓの外周面にはこの錘部４７の自重が掛かるので、途中で引っ掛かることはなく、積み重ね姿勢は崩れることはない。
この最下段にきたスティック状成形材料Ｓ８も同じ要領で射出筒１３の搬送空間１５に押し込まれる。

このような押し込みシャフト２５の進退方向の往復移動により、だるま落としの要領で、スティック状成形材料Ｓ、Ｓ、…が射出筒１３の搬送空間１５に順次供給されていくと共に、先頭からスティック状成形材料Ｓ、Ｓ、…が順次射出される。

押し込みシャフト２５の一回の押し込み、すなわち往復ストロークでは、スティック状成形材料Ｓ１個分が金型側に射出されるが、押し込みシャフト２５は繰り返しの押し込み動作が可能であり、スティック状成形材料Ｓの複数個分を金型側に射出することができる。
ストックガイド部３７の高さを増やすことで積み重ねられる段数を増やすことは構造的に容易なので、スティック状成形材料Ｓが移動中にも速やかに溶融が進行する場合には、射出筒１３の搬送空間には最低の個数のスティック状成形材料Ｓを収めるだけで済み、その全長を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、実施の形態では、載置台９に成形材料の供給・射出機構１１が搭載されているが、フレーム部材を組み立てて直方体状の骨格を形成し、その内部に供給・射出機構１１を配設するような構成にすることもできる。この場合には、装置をコンパクト化できる。

本発明は、成形材料を使用して射出成形により成形品を製造する製造業に利用可能である。

１…射出成形装置 ３…ベース部 ５…支持壁 ７…載置部
９…載置台 １１…供給・射出機構 １３…射出筒 １５…搬送空間
１７…射出ノズル １９…受入れ口 ２１…ヒーター ２３…保持ブロック
２５…押し込みシャフト ２７…押当て面 ２９…エアシリンダー
３１…ピストンロッド ３３…連結部材 ３５…投入部
３７…ストックガイド部 ３９…補給口 ４１…ストック空間
４３…テーパ面 ４５…挿通口 ４７…錘部 ４９…主部
５１…係止部 ５３…金型装置 ５５…上側型 ５７…下側型
５９…ハンドル ６１…駆動機構
Ｓ…スティック状成形材料 ｔ…（成形材料の）凹溝

Claims (4)

1. 下側型と前記下側型と共にキャビティを形成する上側型とから成る金型と、先端がノズルになって前記キャビティと内部が連通する横型射出筒と、前記射出筒の内部に基端側から前記ノズルに向かって温度が上がる温度勾配を発生させる加熱手段と、前記射出筒の内部に基端側から入り込んで軸方向に進退移動可能な押し込みシャフトを有する押し込み手段と、前記射出筒の基端側に隣接した投入部を備え、
   前記射出筒の内部は、前記投入部から投入された複数のスティック状成形材料が長手方向に一列に整列した状態に収められるよう設定され、
   前記投入部は、前記スティック状成形材料を複数横倒し状態で多段に積み重ねてストックするストックガイド部と、最下段に位置するスティック状成形材料の長手方向両側に対向してそれぞれ設けられた挿通口とで構成され、前記押し込みシャフトの進退ストロークの途中に前記挿通口が配置されており、
   前記ストックガイド部は上方が開口して補給口になっており、その補給口に着脱自在に差し込まれ、積み重ねられたスティック状成形材料の下降に追従して下降する錘部を付属品として備えたことを特徴とする射出成形装置。
2. 請求項１に記載した射出成形装置において、
   錘部には補給口の口縁に係止してそれ以上の下降が規制される係止部が設けられていることを特徴とする射出成形装置。
3. 請求項１または２に記載した射出成形装置において、
   投入部は射出筒と別体で構成されていることを特徴とする射出成形装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した射出成形装置において、
   金型のキャビティの容量は、押し込みシャフトの押し込みによる一回当たりの成形材料の射出量よりも大きく設定されていることを特徴とする射出成形装置。

Images