JP7189222B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材料を金型のキャビティへ射出する射出装置に関する。

射出成形装置は、金型を型締めする型締装置と、型締めされた金型へ樹脂材料を射出する射出装置とで構成される。
射出装置の要部は、加熱筒とスクリューとホッパである。樹脂材料は、ホッパから加熱筒へ導入され、スクリューで混練され、可塑化され、スクリューの軸方向移動により射出される。

近年、予熱された樹脂材料がホッパに供給されるようになってきた。予熱された樹脂材料が、ホッパから加熱筒へ導入される過程で冷却されることは好ましくない。
そこで、導入過程で、樹脂材料を適温に保つことができる射出装置が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示される射出装置の要部を、図９に基づいて説明する。
図９に示されるように、機台１０１に、横移動可能に支持台１０２が載せられている。
一方、スクリュー１０３を有する加熱筒１０４の尾部に供給ブロック１０５が嵌合されている。この供給ブロック１０５は、ボルトで支持台１０２に固定される。

供給ブロック１０５と支持台１０２の間に、断熱材１０６が挟まれている。
その上、供給ブロック１０５は温調流路１０７を有している。この温調流路１０７に適温の熱媒体が流されることにより、供給ブロック１０５は所定の温度に保たれる。樹脂材料が落下口１０８を通過するが、この通過の過程で樹脂材料は適温に保たれる。

ところで、支持台１０２の温度は、雰囲気温度に近似する。そのため、冬期は支持台１０２は低温となる。
断熱材１０６は、断熱性能に優れてはいるものの、ある程度の熱は通す。しかも、通過する熱量は、断熱材１０６の面積に比例する。加えて、供給ブロック１０５の熱は、ボルトを通じて盛んに支持台１０２へ流れる。

結果として、供給ブロック１０５は支持台１０２で冷やされ、供給ブロック１０５の温度管理が難しくなる。
温度管理が従来よりも厳しく要求される現在及び将来において、特許文献１の技術よりも優れた断熱性能を発揮する射出装置が、望まれる。

特開２００４－１６０６８１号公報

本発明は、予熱された樹脂材料により適した射出装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、加熱筒と、この加熱筒に回転可能で且つ軸方向移動可能に収納されるスクリューと、前記加熱筒を支える射出台と、前記加熱筒へ樹脂材料を供給する材料供給部とを備える射出装置であり、
前記材料供給部と前記加熱筒との間に、前記材料供給部から前記加熱筒へ前記樹脂材料を導入する材料導入部材が置かれ、
この材料導入部材は、温度調節された熱媒体を流す第１熱媒体通路を有すると共に前記射出台に設けられた縦穴部に上から挿入され、
前記材料導入部材は、前記縦穴部に沿って延びる筒部を有し、
前記筒部の外周面と前記縦穴部の面との間に所定厚さの断熱空気層が確保され、前記筒部の下部が前記加熱筒に接している射出装置において、
前記射出台は、前壁部と後壁部を有する箱体であり、
前記加熱筒の尾部が、前記前壁部と前記後壁部で支持され、前記前壁部と前記後壁部の間の空間にて、前記加熱筒の尾部に温度検出体と、ヒータと、冷却ジャケットとが取付けられている。

請求項２に係る発明は、好ましくは、請求項１記載の射出装置であって、
前記射出台は鋳物であり、前記材料導入部材は金属ブロックから削りだした切削加工品であり、この切削加工品に前記断熱空気層を確保する凹部が形成されている。

請求項３に係る発明は、好ましくは、請求項１記載の射出装置であって、
前記射出台は、温度調節された熱媒体を流す第２熱媒体通路を有する。

請求項４に係る発明は、好ましくは、請求項１記載の射出装置であって、
前記加熱筒の尾部は、前記射出台よりも熱伝導率の低い部品を介在させつつ前記後壁部で支持され、
前記加熱筒の尾部は、ボルト穴を有するリング部材を介して前記前壁部にボルト締結され、且つ前記リング部材と前記前壁部の間に断熱材が挟まれている。

請求項５に係る発明は、好ましくは、請求項１～４のいずれか１項記載の射出装置であって、
前記筒部は上部にフランジ部を備え、このフランジ部と前記射出台の間に、前記射出台よりも熱伝導率の低いガスケットが挟まれている。

請求項１に係る発明では、材料導入部材は、筒部を主要素とし、筒部は断熱空気層で射出台と分離され、筒部の下部は加熱筒に接している。
射出台と材料導入部材とにおいて、材料導入部材は殆どが射出台から分離されている。分離されているため、材料導入部材は射出台の熱の影響を殆ど受けない。結果、材料導入部材は適正な温度に容易に維持される。その上、材料導入部材は、筒部の下部で加熱筒に接しているため、加熱筒との熱の授受を積極的に行う。
よって、本発明によれば、予熱された樹脂材料により適した射出装置が提供される。
加えて、請求項１に係る発明では、射出台は箱体である。
箱体であるため、射出台の熱マスを小さくすることができる。
箱体であるため、射出台は、剛性を維持しつつ、軽量化が図れる。加えて、箱体の上部開口から温度検出体、ヒータ、冷却ジャケットを出し入れすることができるため、これらの保守、点検が容易になる。

請求項２に係る発明では、材料導入部材は金属ブロックから削りだした切削加工品であり、この切削加工品に断熱空気層を確保する凹部が形成されている。切削加工品には凹部を容易に形成することができる。一方、射出台は鋳物であるが、複雑な機械加工を材料導入部材に集中することで、射出台に複雑な機械加工を施す必要がなくなる。

請求項３に係る発明では、射出台は、温度調節された熱媒体を流す第２熱媒体通路を有する。熱マス（熱容量）の大きな射出台を温度制御することで、材料導入部材への熱影響を更に減らすことができる。

請求項４に係る発明では、加熱筒の尾部は、射出台よりも熱伝導率の低い部品を介在させつつ射出台の後壁部で支持されている。且つリング部材と射出台の前壁部の間に断熱材が挟まれている。
熱伝導率の低い部品と断熱材とで、加熱筒と射出台との間の断熱を図ることができる。

請求項５に係る発明では、フランジ部と射出台の間に、熱伝導率の低いガスケットが挟まれている。ガスケットで、材料導入部材と射出台との間の断熱を図ることができる。

射出成形装置の側面図である。 本発明に係る射出装置の要部を拡大した断面図である。 材料導入部材の斜視図である。 射出台の斜視図である。 図２の５ａ－５ａ線断面図である。 射出台の作用を説明する図である。 別の形態の材料供給部を説明する図である。 別の形態の材料導入部材を説明する図である。 従来の射出装置の要部の断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示されるように、射出成形装置１０は、型締装置１１と、射出装置２０と、型締装置１１及び射出装置２０を支えるベッド１２とを主要部とする装置である。
型締装置１１は、金型１３を型締めする装置であり、作図の関係で一部（固定盤１４）だけを示した。

射出装置２０は、ベッド１２に敷設されたレール２１に支持される移動台２２で、水平移動可能に支持されている。例えば、移動台２２と型締装置１１側の固定盤１４とに渡された射出装置移動シリンダ２３によって、ノズル２４が、金型１３にタッチする位置から金型１３から十分に離れた位置（図の位置）までの間、往復移動される。
射出装置移動シリンダ２３は、液圧シリンダや電動シリンダが採用できる。

射出装置２０は、移動台２２で支持される射出台５０と、この射出台５０で支持される加熱筒２７と、この加熱筒２７へ樹脂材料を供給する材料供給部２８と、加熱筒２７に回転可能で且つ軸方向移動可能に収納されるスクリュー２９と、射出台５０に取付けられたスクリュー移動シリンダ３１と、このスクリュー移動シリンダ３１のピストンロッド３２で支持される移動板３３と、この移動板３３で支持されスクリュー２９を回転するスクリュー回転機構３４とからなる。

材料供給部２８は、例えばホッパ３８である。
スクリュー移動シリンダ３１は、液圧シリンダや電動シリンダが採用できる。
スクリュー回転機構３４は、電動モータや油圧モータが採用できる。

可塑化・計量工程：スクリュー回転機構３４でスクリュー２９を所定方向へ回転しつつ、材料供給部２８から加熱筒２７へ樹脂材料を供給する。樹脂材料はスクリュー２９の第１溝２９ａ及びこの第１溝２９ａに続く溝に沿ってノズル２４近傍まで加熱筒２７内を移動する。この移動の際に樹脂材料は可塑化され、可塑化された樹脂材料が加熱筒２７の前部に溜まる。この溜まった樹脂材料の反力でスクリュー２９は後退（ノズル２４から離れるように移動）する。スクリュー２９が所定位置まで後退すると、スクリュー２９の回転を停止する。以上により、可塑化と計量がなされる。

射出工程：ノズル２４を金型１３にタッチした状態で、スクリュー移動シリンダ３１により、スクリュー２９を前進させる。この前進により、樹脂材料がノズル２４を介して金型１３へ射出される。

本発明では、材料供給部２８と加熱筒２７との間に、材料供給部２８から加熱筒２７へ樹脂材料を導入する材料導入部材４０を置いた。
図２に示されるように、材料導入部材４０は、射出台５０に載せられると共に材料供給部（図１、符号２８）を支持するフランジ部４１と、このフランジ部４１から下に延びる筒部４２と、この筒部４２の下端から張り出し加熱筒２７に接触する鍔部４３とを有する。

加熱筒２７は、箱体である射出台５０の前壁部５１に、ボルト穴３５を有するリング部材３６及びボルト３７を用いて固定される。また、加熱筒２７は、射出台５０の後壁部５２に、Ｌ字断面の部品５３及びボルト５４を用いて固定される。
Ｌ字断面の部品５３は、射出台５０よりも熱伝導率の低い部品であればよく、断面形状はＬ字断面の他、任意に変更することができる。

図３に示されるように、材料導入部材４０は、フランジ部４１と、筒部４２と、鍔部４３とを有し、この鍔部４３とフランジ部４１との間に、縦長の凹部４４が形成されている。図では省略したが、フランジ部４１に材料供給部（図１、符号２８）を固定するためのボルト穴やねじ穴を設けることは差し支えない。

さらには、材料導入部材４０は、温度調節された熱媒体を流す第１熱媒体通路４５を有する。例えば第１熱媒体通路４５は、左通路４５Ｌ（Ｌは左を示す添え字）と右通路４５Ｒ（Ｒは右を示す添え字）とからなる。

左通路４５Ｌ及び右通路４５Ｒは、各々、フランジ部４１に設けられる媒体入口４５ａと、筒部４２を流下する流下通路４５ｂと、鍔部４３に設けられる横通路４５ｃと、筒部４２を上昇する上昇通路４５ｄと、フランジ部４１に設けられる媒体出口４５ｆとからなる。なお、入口と出口を入れ換えることや、通路の構造を適宜変更することは、差し支えない。
このような第１熱媒体通路４５により、材料導入部材４０は、温度調節された熱媒体とほぼ等しい温度に保たれる。

材料導入部材４０は、構造が複雑であるため、金属ブロックから削りだした切削加工品とする。この切削加工品に断熱空気層を形成するための凹部４４を切削により形成する。
金属ブロックは、安価な炭素鋼ブロックが好適であるが、耐食性を要求される場合は、耐食性を有する金属からなるブロックとする。または、炭素鋼ブロックから削りだした切削加工品にめっきを施して耐食性を高めてもよい。よって、金属の種類は格別に限定されない。

図４に示されるように、射出台５０は、前壁部５１と、この前壁部５１から後ろへ延びる左右の側壁部５５Ｌ、５５Ｒと、これら左右の側壁部５５Ｌ、５５Ｒの後端同士を繋ぐ後壁部５２と、底部５６とを有する有底箱体である。有底箱体は、剛性に富むため推奨される。しかし、射出台５０は、底なしの箱体であってもよい。
前壁部５１に、材料導入部材（図３、符号４０）を上から挿入する縦穴部５７と、加熱筒（図２、符号２７）を横から挿入する横穴部５８とを有する。

さらに、射出台５０は、温度調節された熱媒体を流す第２熱媒体通路５９を有する。
第２熱媒体通路５９は、例えば、前壁部５１に設けられた媒体入口５９ａ、流下通路５９ｂ、横通路５９ｃ及び上昇通路５９ｄと、一方の側壁部５５Ｒに設けられた横通路５９ｅと、後壁部５２に設けられた流下通路５９ｆ、横通路５９ｇ、上昇通路５９ｈ及び媒体出口５９ｉとからなる。なお、入口と出口を入れ換えることや、通路の構造を適宜変更することは、差し支えない。
このような第２熱媒体通路５９により、射出台５０は、温度調節された熱媒体とほぼ等しい温度に保たれる。

射出台５０は、構造が単純であるため、鋳物（鋳鋼を含む。）とすることができる。図３で説明した材料導入部材４０に凹部４４を切削加工するなど、複雑な機械加工を材料導入部材４０に集中することにより、射出台５０に施す機械加工を少なくしたとも言える。

図５（ａ）に示されるように、加熱筒２７の尾部２７ａに、熱電対などの温度検出体６１と、ヒータ６２と、冷却ジャケット６３が取付けられている。
図５（ｂ）に示されるように、冷却ジャケット６３は、半月断面の中空体であり、内部が壁で仕切られている。加熱筒２７の尾部２７ａに、２個の冷却ジャケット６３を当て、それらの外面をヒータ６２で覆い、ヒータ６２をボルト６４で加熱筒２７に固定する。これらの作業は、図４に示される上部開口を用いて、実施することができる。

図２に示されるように、射出工程完了時には、スクリュー２９の第１溝２９ａは、材料導入部材４０の真下にある。一方、可塑化・計量工程完了時には、スクリュー２９の第１溝２９ａは、前壁部５１と後壁部５２の間に位置する。

仮に、ヒータ６２に通電しなければ、可塑化・計量工程完了時にスクリュー２９の第１溝２９ａ付近は、低温の射出台５０で冷却され、低温になる。
低温の第１溝２９ａが、射出工程完了時に材料導入部材４０の真下に到達し、この位置で樹脂材料を受ける。樹脂材料は予熱されているにも拘わらず、低温の第１溝２９ａ付近で冷やされ、可塑化不足が生じる。

対して、本発明により、ヒータ６２に通電することにより、前壁部５１と後壁部５２の間に位置する第１溝２９ａ付近を適温まで温めることができる。結果、予熱された樹脂材料は、その温度を保ったままで第１溝２９ａを通過する。

ヒータ６２で連続運転時の温度制御を実施する。連続運転停止時（生産終了時や異常停止時等）に冷却ジャケット６３へ冷媒を供給する。目標温度は変更可能である。

図６に示されるように、リング部材３６と射出台５０との間に断熱材６６を挟めることが望ましい。また、材料導入部材４０のフランジ部４１と射出台５０との間にガスケット６７を挟めることが望ましい。断熱材６６、ガスケット６７及びその他の構成要素の熱伝導率を次に示す。

射出台５０の熱伝導率は、３５Ｗ／ｍＫである。
Ｌ字断面の部品５３の熱伝導率は、１６Ｗ／ｍＫであって、射出台５０の熱伝導率より低い。
断熱材６６の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍＫであって、射出台５０の熱伝導率より十分に低い。
ガスケット６７の熱伝導率は、１６Ｗ／ｍＫであって、射出台５０の熱伝導率より低い。

主要部材の温度の例を、次に示す。

加熱筒２７は、樹脂材料の種類により、設定温度が変更されるが、例えば２００℃である。
射出台５０の温度は、例えば３０℃である。
材料導入部材４０の温度は、例えば６０℃である。

図６において、加熱筒２７→射出台５０の伝熱（熱移動）と、材料導入部材４０→射出台５０の伝熱と、加熱筒２７→材料導入部材４０の伝熱とを検討する。
・加熱筒２７→射出台５０の伝熱：
主たる熱伝導部は、第１熱伝導部７１（加熱筒２７側のリング部材３６と射出台５０の前壁部５１との間）及び第２熱伝導部７２（加熱筒２７とＬ字断面の部品５３との間）である。

熱伝導量は、熱伝導率に一次比例する。第１熱伝導部７１の要部である断熱材６６の熱伝導率がごく小さく、また、第２熱伝導部７２の要部であるＬ字断面の部品５３の熱伝導率は射出台５０の熱伝導率の半分以下である。
結果、加熱筒２７→射出台５０の伝熱は僅かであり、射出台５０によって、加熱筒２７が冷却されることはなく、冷却されるとしても僅かである。

・材料導入部材４０→射出台５０の伝熱：
前壁部５１の縦穴部５７の面５７ａと材料導入部材４０の筒部４２の外周面４２ａとの間は、所定厚さの断熱空気層６８で分離されている。分離されているため空気対流による熱伝達は発生するものの、熱伝導は発生しない。なお、断熱空気層６８の所定厚さは、射出装置２０の大きさに対応して適宜設定されるが、５ｍｍ～１５ｍｍの範囲が好適である。

熱伝達は、断熱空気層６８を空気が循環することで発生する。固体から固体へ直接伝熱する熱伝導に比較して、循環する空気が熱キャリアとなる熱伝達での伝熱量は格段に小さい。
そのため、材料導入部材４０→射出台５０の伝熱における主たる熱伝導部は、第３熱伝導部７３（材料導入部材４０のフランジ部４１と射出台５０の前壁部５１との間）だけとなる。

第３熱伝導部７３の要部であるガスケット６７の熱伝導率は射出台５０の熱伝導率の半分未満である。
結果、材料導入部材４０→射出台５０の伝熱は僅かであり、射出台５０によって、材料導入部材４０が冷却されることはなく、冷却されるとしても僅かである。

・加熱筒２７→材料導入部材４０の伝熱：
主たる熱伝導部は、第４熱伝導部７４（加熱筒２７と材料導入部材４０の鍔部４３との間）だけである。
例えば、加熱筒２７が２００℃で材料導入部材４０が６０℃であれば、加熱筒２７から第４熱伝導部７４を通じて鍔部４３に伝熱される。結果、材料導入部材４０は加熱筒２７の温度に近づく。

以上に述べたように、材料導入部材４０と射出台５０との間に設けた断熱空気層６８の断熱作用により、材料導入部材４０が射出台５０で冷却される心配がなく、冷却されても軽微であるため、材料導入部材４０は、所定の温度に保たれ、予熱された樹脂材料が適温のまま加熱筒２７へ導入される。

なお、実施例では、射出台５０に第２熱媒体通路５９を設け、これに温度調節された熱媒体を流して、３０℃程度に保つようにしたが、構造の簡略化及びコストダウンを目的に、第２熱媒体通路５９を省くことは差し支えない。
ただし、加熱筒２７から熱を受けて、射出台５０が徐々に高温になることがある。射出台５０の温度が変化すると、加熱筒２７及び材料導入部材４０の温度制御に悪影響を及ぼす。
実施例のように、射出台５０に第２熱媒体通路５９を設け、これに温度調節された熱媒体を流すようにすれば、加熱筒２７及び材料導入部材４０の温度制御を良好に実施することができる。

次に、本発明に係る変更例を説明する。
図７において、図１と共通する構成要素には、図１の符号を流用し、詳しい説明は省略する。

図７に示されるように、材料供給部２８は、筒状のジョイント部７６であってもよい。このジョイント部７６は、予熱材料輸送管７７を介して、予熱機能付きホッパ７８に接続される。予熱機能付きホッパ７８で予熱された樹脂材料は、予熱材料輸送管７７及びジョイント部７６を介して材料導入部材４０へ供給される。

材料供給部２８は、ホッパ（図１、符号３８）の他、ジョイント部７６でもよく、その形態及び構造は任意であり、格別に限定されるものではない。

図８において、図２と共通する構成要素には、図２の符号を流用し、詳しい説明は省略する。
図８（ａ）に示されるように、材料導入部材４０は、図２で説明したフランジ部４１が省かれ、全てが縦穴部５７に収納される。結果、射出台５０の前壁部５１に材料供給部２８を直に載せることができる。なお、筒部４２の上部に第２鍔部４６を設け、前壁部５１から延ばしたボルト（例えば、六角穴付きボルト）４７で第２鍔部４６を支えるようにしてもよい。

また、図８（ｂ）に示されるように、材料導入部材４０は、図２で説明した鍔部４３を省いてもよい。この場合、材料導入部材４０は、縦穴部５７に沿って延びる筒部４２と、この筒部４２の上部に一体形成されるフランジ部４１とからなる。筒部４２の下部４２ｂが、加熱筒２７に直に接している。なお、縦穴部５７に沿って延びる筒部４２とは、縦穴部５７の長手軸に筒部４２の長手中心軸が合致していることを意味する。

また、図８（ｃ）に示されるように、材料導入部材４０は、縦穴部５７に沿って延びる筒部４２だけで構成してもよい。この場合は、射出台５０の前壁部５１側に凹部４４を設けることにより、断熱空気層６８を確保する。単なる筒状の材料導入部材４０は、加熱筒２７で支え、上へ膨張させるようにしてもよい。

以上に述べたように、材料導入部材４０は、縦穴部５７に沿って延びる筒部４２は必須要素であるが、この筒部４２に、鍔部４３、第２鍔部４６及び／又はフランジ部４１を付設するか否かは任意である。
また、断熱空気層６８を確保するために設ける凹部４４は、材料導入部材４０と前壁部５１の一方に形成する他、材料導入部材４０と前壁部５１の両方に形成してもよい。両方に形成すると、各々の凹部４４の深さが半分になる。

尚、本発明の射出装置２０は、射出軸が水平である横型射出成形装置と、射出軸が鉛直である竪型射出成形装置のいずれにも適用できる。

本発明は、予熱された樹脂材料を扱う射出装置に好適である。

２０…射出装置、２７…加熱筒、２７ａ…加熱筒の尾部、２８…材料供給部、２９…スクリュー、３５…ボルト穴、３６…リング部材、３７…ボルト、４０…材料導入部材、４１…フランジ部、４２…筒部、４２ａ…筒部の外周面、４２ｂ…筒部の下部、４４…凹部、４５…第１熱媒体通路、５０…射出台、５１…前壁部、５２…後壁部、５３…射出台よりも熱伝導率の低い部品（Ｌ字断面の部品）、５７…縦穴部、５７ａ…縦穴部の面、５９…第２熱媒体通路、６１…温度検出体、６２…ヒータ、６３…冷却ジャケット、６６…断熱材、６７…ガスケット、６８…断熱空気層。

Claims (5)

1. 加熱筒と、この加熱筒に回転可能で且つ軸方向移動可能に収納されるスクリューと、前記加熱筒を支える射出台と、前記加熱筒へ樹脂材料を供給する材料供給部とを備える射出装置であり、
   前記材料供給部と前記加熱筒との間に、前記材料供給部から前記加熱筒へ前記樹脂材料を導入する材料導入部材が置かれ、
   この材料導入部材は、温度調節された熱媒体を流す第１熱媒体通路を有すると共に前記射出台に設けられた縦穴部に上から挿入され、
   前記材料導入部材は、前記縦穴部に沿って延びる筒部を有し、
   前記筒部の外周面と前記縦穴部の面との間に所定厚さの断熱空気層が確保され、前記筒部の下部が前記加熱筒に接している射出装置において、
   前記射出台は、前壁部と後壁部を有する箱体であり、
   前記加熱筒の尾部が、前記前壁部と前記後壁部で支持され、前記前壁部と前記後壁部の間の空間にて、前記加熱筒の尾部に温度検出体と、ヒータと、冷却ジャケットとが取付けられている射出装置。
2. 請求項１記載の射出装置であって、
   前記射出台は鋳物であり、前記材料導入部材は金属ブロックから削りだした切削加工品であり、この切削加工品に前記断熱空気層を確保する凹部が形成されている射出装置。
3. 請求項１記載の射出装置であって、
   前記射出台は、温度調節された熱媒体を流す第２熱媒体通路を有する射出装置。
4. 請求項１記載の射出装置であって、
   前記加熱筒の尾部は、前記射出台よりも熱伝導率の低い部品を介在させつつ前記後壁部で支持され、
   前記加熱筒の尾部は、ボルト穴を有するリング部材を介して前記前壁部にボルト締結され、且つ前記リング部材と前記前壁部の間に断熱材が挟まれていることを特徴とする射出装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項記載の射出装置であって、
   前記筒部は上部にフランジ部を備え、このフランジ部と前記射出台の間に、前記射出台よりも熱伝導率の低いガスケットが挟まれている射出装置。

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