JP7219111B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、繊維を含む樹脂ペレットを可塑化して金型へ射出する射出成形機に関する。

特許文献１には、ホッパ下部から加熱筒の外周面まで垂直状に延びる第１原料通路と、第１原料通路とスクリュ挿入穴とを垂直状に連通した第２原料通路とを備える射出成形機が開示されている。この射出成形機において、ホッパに貯留された原料は、第１原料通路及び第２原料通路を自由落下して、スクリュ挿入穴に到達する。

また、近年では、成形品の強度を高めることを目的として、繊維を含む樹脂ペレットを原料として射出成形を行う場合がある。ここで、長い繊維を含む成形品ほど、強度が高くなる。すなわち、成形品の強度を高めるには、繊維の長さを維持することが重要である。

特開平１１－１３８５８７号公報

しかしながら、特許文献１のように自由落下した樹脂ペレットの多くは、第２原料通路を画定する壁面と、スクリュの山部との間に挟まって折れてしまう。その結果、成形品に含まれる繊維の長さが短くなって、強度が上がりにくいと言う課題がある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、加熱シリンダに供給される繊維を含む樹脂ペレットの折損を抑制した射出成形機を提供することにある。

本発明の一形態は、前記課題を解決するため、繊維を含む樹脂ペレットを可塑化して金型へ射出する射出成形機であって、先端から軸方向に延びるスクリュ通路、及び一端が前記スクリュ通路に連通し、他端が外周面に開口する内側供給路を有する加熱シリンダと、軸方向に延びる螺旋溝を有し、前記スクリュ通路内を進退及び回転するスクリュと、下端が前記内側供給路に連通し、上端が前記樹脂ペレットを貯留するホッパに連通する外側供給路を有するホッパブロックとを備え、前記内側供給路及び前記外側供給路は、前記スクリュの後退方向に向かって下り傾斜になるように、鉛直方向に対して傾斜していることを特徴とする。

上記構成によれば、スロープ状の内側供給路及び外側供給路内を樹脂ペレットが滑り落ちるので、スクリュ通路に到達した樹脂ペレットの鉛直方向の投影高さが短くなる。これにより、内側供給路とスクリュとの間に挟まれて折損する樹脂ペレットの数を削減することができる。その結果、繊維を切断せずに長い状態で成形品に含めることができるので、成形品の強度が向上する。また、計量動作時のスクリュの進行方向に沿って樹脂ペレットが供給されるので、内側供給路とスクリュとの間に挟まれて折損する樹脂ペレットの数を、さらに削減することができる。

また、前記内側供給路及び前記外側供給路は、鉛直方向に対して前記加熱シリンダの周方向に傾斜していることを特徴としてもよい。

さらに、前記内側供給路及び前記外側供給路は、鉛直方向に対して前記スクリュの回転方向と逆向きに傾斜していることを特徴としてもよい。

上記構成によれば、スクリュの回転方向に沿って樹脂ペレットが供給されるので、内側供給路とスクリュとの間に挟まれて折損する樹脂ペレットの数を、さらに削減することができる。

また、前記内側供給路及び前記外側供給路の傾斜角度は、同一であることを特徴としてもよい。

上記構成によれば、単一傾斜のスロープを長く確保できるので、スクリュ通路に到達するまでに樹脂ペレットの姿勢を安定させることができる。

また、前記内側供給路は、前記スクリュ通路の中心より上方において、前記スクリュ通路に連通していることを特徴としてもよい。

本発明によると、スロープ状の内側供給路及び外側供給路内を樹脂ペレットが滑り落ちるので、スクリュ通路に到達した樹脂ペレットの鉛直方向の投影高さが短くなるので、内側供給路とスクリュとの間に挟まれて折損する樹脂ペレットの数を削減することができる。

第１実施形態に係る射出成形機の側面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 第１実施形態に係る射出成形機に供給した樹脂ペレットの挙動を示す図である。 従来の射出成形機に供給した樹脂ペレットの挙動を示す図である。 内側供給路及び外側供給路の変形例の１つを示す図である。 第２実施形態に係る射出成形機の縦断面図である。 従来の射出成形機に供給した樹脂ペレットの挙動を示す図である。

以下、本発明に係る射出成形機１０を図面に基づいて説明する。なお、以下に記載する本発明の実施形態は、本発明を具体化する際の一例を示すものであって、本発明の範囲を実施形態の記載の範囲に限定するものではない。従って、本発明は、実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る射出成形機１０の側面図である。射出成形機１０は、金型内に可塑化樹脂を射出して、射出成形品を製造する装置である。第１実施形態に係る射出成形機１０は、所謂「横型」である。図１に示すように、射出成形機１０は、型締ユニット２０と、射出ユニット３０とを主に備える。

型締ユニット２０は、金型２１の開閉及び型締めを行う。具体的には、型締ユニット２０は、固定金型２２を支持する固定ダイプレート２３と、可動金型２４を支持する移動ダイプレート２５とを主に備える。固定金型２２及び可動金型２４は、射出成形機１０の左右方向（水平方向）において、互いに対面するように支持されている。

移動ダイプレート２５は、型開閉モータ（図示省略）の駆動力がトグルリンク機構２６を通じて伝達されることによって、タイバー２７に沿って左右方向に移動する。移動ダイプレート２５が左方向に移動すると、固定金型２２と可動金型２４とが離間する。一方、移動ダイプレート２５が右方向に移動すると、固定金型２２と可動金型２４とが当接して、金型２１の内部にキャビティ（内部空間）が形成される。そして、移動ダイプレート２５を右方向に移動させる向きの圧力がさらに加わると、固定金型２２及び可動金型２４が型締めされる。

射出ユニット３０は、樹脂ペレットＰ（図３参照）を可塑化し、計量し、射出する。第１実施形態に係る射出ユニット３０は、型締ユニット２０と水平方向（型締ユニット２０の右方）に離間して配置されている。射出ユニット３０は、加熱シリンダ３１と、スクリュ３２と、ホッパ３３と、ホッパブロック３４とを主に備える。

加熱シリンダ３１は、射出成形機１０の左右方向に延びる円筒形状の部材である。加熱シリンダ３１は、先端にノズル３６と、スクリュ通路３５と、内側供給路３７とを主に備える。また、加熱シリンダ３１の外周面には、加熱シリンダ３１を加熱するバンドヒータ（図示省略）が取り付けられていてもよい。

スクリュ通路３５は、加熱シリンダ３１の内部を軸方向（長手方向）に延びる直線状の空間である。スクリュ通路３５は、加熱シリンダ３１の先端（前端）に設けられたノズル３６を通じて、加熱シリンダ３１の外部に連通している。換言すれば、スクリュ通路３５は、ノズル３６から軸方向に沿って延びる空間である。

内側供給路３７は、加熱シリンダ３１の内部を径方向（短手方向）に延びる空間である。すなわち、内側供給路３７は、スクリュ通路３５と交差する方向に延びている。内側供給路３７の下端は、ノズル３６より加熱シリンダ３１の基端側において、スクリュ通路３５に連通している。内側供給路３７の上端は、加熱シリンダ３１の外周面に開口している。

スクリュ３２は、円柱形状の部材である。スクリュ３２の外周面には、螺旋溝が形成されている。換言すれば、スクリュ３２の外周面に形成された螺旋状の突条３８（図２参照）の間が螺旋溝となる。スクリュ３２は、射出成形機１０の左右方向の移動（以下、「進退」と表記する。）及び回転が可能な状態で、加熱シリンダ３１の内部空間に収容されている。スクリュ３２は、射出モータ（図示省略）の駆動力が伝達されて進退し、計量モータ（図示省略）の駆動力が伝達されて回転する。スクリュ３２の回転方向は、図２において（ノズル３６の側から見て）時計回りである。

ホッパ３３は、原料となる樹脂ペレットＰを貯留する漏斗形状の部材である。この射出成形機１０で使用される樹脂ペレットＰは、例えば、繊維を含む円柱状に成形されている。樹脂ペレットＰの外形は、長手方向と短手方向とを有する扁平な形状（例えば、短冊状、紡錘状）である。但し、樹脂ペレットＰの外形は均一である必要はない。繊維は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などが該当する。本明細書では、繊維を含む樹脂のペレットを、単に「樹脂ペレット」と表記する。

ホッパブロック３４は、加熱シリンダ３１及びホッパ３３を支持する部材である。より詳細には、ホッパブロック３４は、加熱シリンダ３１が挿通される貫通孔３９と、加熱シリンダ３１及びホッパ３３を連通させる外側供給路４０とを有する。貫通孔３９は、ホッパブロック３４を射出成形機１０の左右方向に貫通する。加熱シリンダ３１を貫通孔３９に挿通し、ホッパ３３をホッパブロック３４の上面に載置したとき、外側供給路４０は、下端が内側供給路３７に連通し、上端がホッパ３３の下部開口に連通する。

上記構成の射出成形機１０において、ホッパ３３に貯留された樹脂ペレットＰは、外側供給路４０及び内側供給路３７を通じて、スクリュ通路３５（スクリュ３２の外周面）に到達する。スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰは、スクリュ３２が回転しながら右方向に移動（以下、「後退」と表記する。）するのに伴って、スクリュ３２の螺旋溝に沿って加熱シリンダ３１の先端側に移動する。そして、加熱シリンダ３１内を移動する樹脂ペレットＰは、加熱シリンダ３１及びスクリュ３２の間に生じる摩擦熱や剪断熱、及びバンドヒータが発生させる熱によって可塑化される。

可塑化した樹脂は、スクリュ３２の先端とノズル３６との間の空間に貯留される。スクリュ３２の回転量及び後退量を調整することによって、加熱シリンダ３１の先端側に貯留される可塑化樹脂の量が調整される（計量動作）。そして、スクリュ３２が左方向に移動（以下、「前進」と表記する。）すると、加熱シリンダ３１の先端側に貯留された可塑化樹脂が、ノズル３６を通じて金型２１のキャビティに射出される（射出動作）。

図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。すなわち、図２は、加熱シリンダ３１、スクリュ３２、及びホッパブロック３４の横断面をノズル３６の側から見た図である。図２において、突条３８の位置におけるスクリュ３２の直径は、スクリュ通路３５の内径とほぼ同じに（僅かに小さく）設定される。また、樹脂ペレットＰの多くは、長手方向の寸法が螺旋溝の溝深さより長く、短手方向の寸法が溝深さより短い。

そのため、スクリュ３２の外面に到達した樹脂ペレットＰの向きによっては、内側供給路３７を画定する壁面と突条３８とに樹脂ペレットＰが挟まれて折損する可能性がある。より詳細には、樹脂ペレットＰの長手方向及び短手方向のうち、長手方向が鉛直方向に近い樹脂ペレットＰの多くが折損し、短手方向が鉛直方向に近い樹脂ペレットＰの多くが折損しない。

そこで、第１実施形態に係る内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対して傾斜している。より詳細には、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対して加熱シリンダ３１の周方向に傾斜している。さらに詳細には、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対してスクリュ３２の回転方向と逆向き（反時計回り）に傾斜している。すなわち、内側供給路３７及び外側供給路４０は、上端（ホッパ３３側）から下端（スクリュ通路３５側）に向かって下り傾斜（スロープ）になっている。

また、内側供給路３７は、スクリュ通路３５の中心Ｏより上方において、スクリュ通路３５に連通している。換言すれば、内側供給路３７は、スクリュ通路３５の上端を含む位置において、スクリュ通路３５に連通している。

さらに、内側供給路３７は、上端から下端までの全域が傾斜している。一方、外側供給路４０は、上端側が鉛直方向に延び、下端側が傾斜している。すなわち、外側供給路４０は、途中で屈曲している。換言すれば、外側供給路４０は、下端側の一部のみが傾斜している。そして、内側供給路３７及び外側供給路４０の下端側の傾斜角は同一である。すなわち、内側供給路３７及び外側供給路４０の下端側は、直線状のスロープを構成する。

図３は、第１実施形態に係る射出成形機１０に供給した樹脂ペレットＰの挙動を示す図である。図４は、従来の射出成形機１０’に供給した樹脂ペレットＰの挙動を示す図である。従来の射出成形機１０’は、内側供給路３７’及び外側供給路４０’が鉛直方向に延びている点において、射出成形機１０と相違する。

図３において、樹脂ペレットＰの多くは、スロープ状の内側供給路３７及び外側供給路４０に沿って滑り落ちて、スクリュ通路３５（スクリュ３２の上面）に到達する。そのため、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの多くは、内側供給路３７の傾斜角度に沿って傾斜している。

一方、図４において、樹脂ペレットＰの多くは、鉛直方向に延びる内側供給路３７’及び外側供給路４０’内を自由落下して、スクリュ通路３５（スクリュ３２の上面）に到達する。そのため、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの多くは、図３と比較して長手方向が鉛直方向に近づいている。

そして、図３及び図４において、スクリュ３２を回転させながら後退させると（計量動作）、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰは、スクリュ３２の突条３８に掻き取られて、スクリュ通路３５の先端側に移動する。

ここで、図３及び図４を比較すれば明らかなように、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨの平均値は、図４より図３の方が短い。すなわち、内側供給路３７を画定する壁面と突条３８とに挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数は、図４より図３の方が少なくなることが分かる。

なお、図３において、鉛直方向に対する内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜角度が大きいほど、樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨは短くなる傾向がある。但し、傾斜角度を大きくし過ぎると、内側供給路３７及び外側供給路４０と樹脂ペレットＰとの間の摩擦力が大きくなって、スクリュ通路３５に樹脂ペレットＰがスムーズに供給できなくなる。

そこで、鉛直方向に対する内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜角度は、１０°～８０°、より好ましくは２０°～７０°と、さらに好ましくは３０°～６０°に設定される。なお、傾斜角度は、例えば、樹脂ペレットＰの形状、内側供給路３７及び外側供給路４０の表面粗さ、樹脂ペレットＰの供給方法（通常供給、飢餓供給）によって、適宜選択される。

第１実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

第１実施形態によれば、スロープ状の内側供給路３７及び外側供給路４０内を樹脂ペレットＰが滑り落ちるので、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨが短くなる。これにより、内側供給路３７とスクリュ３２の突条３８との間に挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数を削減することができる。その結果、繊維を切断せずに長い状態で成形品に含めることができるので、成形品の強度が向上する。

また、樹脂ペレットＰの折損は、スクリュ３２の回転量が多い計量動作時に起きやすい。そこで、第１実施形態のように、鉛直方向に対してスクリュ３２の回転方向と逆向きに、内側供給路３７及び外側供給路４０を傾斜させる。これにより、スクリュ３２の回転方向に沿って樹脂ペレットＰが供給されるので、内側供給路３７とスクリュ３２の突条３８との間に挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数を、さらに削減することができる。

また、上記の実施形態によれば、内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜角度を同一にすることによって、単一傾斜のスロープを長く確保できる。その結果、スクリュ通路３５に到達するまでに樹脂ペレットの姿勢を安定させることができる。但し、内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜角度は異なっていてもよい。

他の例として、内側供給路３７の傾斜角度を、外側供給路４０より大きく（より水平方向に近く）してもよい。これにより、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨをさらに小さくできる。また、外側供給路４０の傾斜角度を小さく（鉛直方向に近く）することにより、樹脂ペレットＰをスムーズに供給することができる。

なお、スクリュ通路３５及び内側供給路３７の連通位置と、内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜方向との組み合わせは、図２の例に限定されない。図５は、第１実施形態の変形例に係る内側供給路３７及び外側供給路４０を示す図である。

図５に示す内側供給路３７は、スクリュ通路３５の上端よりスクリュ３２の回転方向の下流側において、スクリュ通路３５に連通している。換言すれば、内側供給路３７は、スクリュ３２が下向きに回転する位置において、スクリュ通路３５に連通している。また、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対してスクリュ３２の回転方向と同じ向き（時計回り）に傾斜している。

また、図５に示す内側供給路３７は、スクリュ通路３５の上端及び下端に滑らかに接続されている。換言すれば、内側供給路３７の先端は、スクリュ通路３５の上端及び下端における接線方向（水平方向）を向いている。すなわち、スクリュ通路３５と内側供給路３７との接続部分には、段差が存在しない。図５の構成によれば、スクリュ通路３５及び内側供給路３７の接続位置の下端に溜まった樹脂ペレットＰが、スクリュ３２の突条３８によって螺旋溝に押し込まれる。

（第２実施形態）
なお、第１実施形態では、内側供給路３７及び外側供給路４０を、加熱シリンダ３１の円周方向に傾斜させる例を説明した。しかしながら、内側供給路３７及び外側供給路４０の傾斜方向は、第１実施形態の例に限定されない。

すなわち、内側供給路３７及び外側供給路４０は、樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨが樹脂ペレットＰの全長より短くなった状態で、螺旋溝内に供給されるように傾斜していればよい。より好ましくは、内側供給路３７及び外側供給路４０は、樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨが螺旋溝の溝深さより短くなった状態で、螺旋溝内に供給されるように傾斜していればよい。

図６及び図７を参照して、第２実施形態に係る射出成形機１０を説明する。図６は、第２実施形態に係る加熱シリンダ３１、スクリュ３２、及びホッパブロック３４の縦断面図である。図７は、従来の射出成形機１０’に供給した樹脂ペレットＰの挙動を示す図である。なお、第２実施形態に係る射出成形機１０の基本的な構造は、第１実施形態と共通するので、相違点を中心に説明する。

図６に示す内側供給路３７は、スクリュ通路３５の中心より上方において、スクリュ通路３５に連通している。また、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対して加熱シリンダ３１の軸方向に傾斜している。より詳細には、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対して加熱シリンダ３１の先端側に倒れこむように傾斜している。換言すれば、内側供給路３７及び外側供給路４０は、スクリュ３２の後退方向（射出成形機１０の左方から右方）に向けて下り傾斜になるように、鉛直方向に対して傾斜している。

図６及び図７を比較すると、図３及び図４の場合と同様に、スクリュ通路３５に到達した樹脂ペレットＰの鉛直方向の投影高さＨの平均値は、図７より図６の方が短い。すなわち、内側供給路３７を画定する壁面と突条３８とに挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数は、図７より図６の方が少なくなることが分かる。

前述したように、樹脂ペレットＰの折損は、スクリュ３２の回転量が多い計量動作時に起きやすい。そこで第２実施形態のように、スクリュ３２の後退方向に沿って下り傾斜になるように、内側供給路３７及び外側供給路４０を傾斜させる。これにより、計量動作時のスクリュ３２の進行方向に沿って樹脂ペレットＰが供給されるので、内側供給路３７とスクリュ３２の突条３８との間に挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数を、さらに削減することができる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態は、それぞれを単独で射出成形機１０に適用しても樹脂ペレットＰの折損を抑制することができる。しかしながら、第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせることにより、さらに有利な効果が期待できる。

すなわち、内側供給路３７及び外側供給路４０は、鉛直方向に対して加熱シリンダ３１の周方向及び軸方向の両方に傾斜していてもよい。換言すれば、内側供給路３７及び外側供給路４０は、スクリュ３２の回転方向及び後退方向に沿って、樹脂ペレットＰをスクリュ通路３５に供給できるように傾斜していてもよい。さらに換言すれば、内側供給路３７及び外側供給路４０は、スクリュ通路３５及び内側供給路３７の連通位置に対面する螺旋溝の延設方向に沿って、樹脂ペレットＰが螺旋溝内に供給される方向に傾斜していてもよい。

第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせることにより、鉛直方向の投影高さＨが短い状態の樹脂ペレットＰが螺旋溝内にスムーズに進入できる。その結果、内側供給路３７とスクリュ３２の突条３８との間に挟まれて折損する樹脂ペレットＰの数を、さらに削減することができる。

１０，１０’…射出成形機，２０…型締ユニット，２１…金型，２２…固定金型，２３…固定ダイプレート，２４…可動金型，２５…移動ダイプレート，２６…トグルリンク機構，２７…タイバー，３０…射出ユニット，３１…加熱シリンダ，３２…スクリュ，３３…ホッパ，３４…ホッパブロック，３５…スクリュ通路，３６…ノズル，３７，３７’…内側供給路，３８…突条，３９…貫通孔，４０，４０’…外側供給路，Ｐ…樹脂ペレット（繊維を含む樹脂ペレット）

Claims (5)

1. 繊維を含む樹脂ペレットを可塑化して金型へ射出する射出成形機であって、
   先端から軸方向に延びるスクリュ通路、及び一端が前記スクリュ通路に連通し、他端が外周面に開口する内側供給路を有する加熱シリンダと、
   軸方向に延びる螺旋溝を有し、前記スクリュ通路内を進退及び回転するスクリュと、
   下端が前記内側供給路に連通し、上端が前記樹脂ペレットを貯留するホッパに連通する外側供給路を有するホッパブロックとを備え、
   前記内側供給路及び前記外側供給路は、前記スクリュの後退方向に向かって下り傾斜になるように、鉛直方向に対して傾斜していることを特徴とする射出成形機。
2. 前記内側供給路及び前記外側供給路は、鉛直方向に対して前記加熱シリンダの周方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記内側供給路及び前記外側供給路は、鉛直方向に対して前記スクリュの回転方向と逆向きに傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記内側供給路及び前記外側供給路の傾斜角度は、同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の射出成形機。
5. 前記内側供給路は、前記スクリュ通路の中心より上方において、前記スクリュ通路に連通していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の射出成形機。

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