JPH07246637A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂流路とゲートとの間に回転可能かつ移動
可能なスクリュウ部材を収容したシリンダ部を接続配置
することにより、キャビティへ樹脂を確実に注入し、樹
脂の滞留防止や樹脂温度の均一化を図り、さらに成形条
件の最適化により高品位の成形品を製造できる射出成形
装置を得る。 【構成】 樹脂流路２０に接続されたシリンダ３０の内
部にはスクリュウ３１が回転可能かつ移動可能に収容さ
れる。樹脂の射出と同時に油圧ポンプ５０が回転し、ス
クリュウ３１も回転してシリンダ３０内へ樹脂を巻き込
みながら混練する。樹脂の巻き込みに従いスクリュウ３
１及び油圧モータ５０は後退し、所定の後退量に達する
と変位計６３により射出ノズル１からの樹脂の射出と油
圧モータ５０の回転を停止させる。次にシリンダ６０内
の油圧が上昇してスクリュウ３１を前進させると、シリ
ンダ３０内の樹脂が押し出されてゲート３ａが開く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形装置に係り、特
に、ゲートの近傍まで溶融樹脂を直接供給するように構
成されたホットランナーシステムを備えた射出成形装置
に好適な構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機の溶融樹脂供給系にお
いては、コールドランナシステムにおけるスプルーやラ
ンナ部分に該当する樹脂を常時加熱し、キャビティの内
部の樹脂のみを硬化させて成形品を製造するようにした
ホットランナシステムが用いられている。このシステム
においては、金型のマニホールド及びトッピードの内部
に溶融樹脂の流路が形成され、この流路の周囲を加熱す
るとともに、流路の終端に存在するゲートを開閉するた
めのゲート開閉機構を設けるものである。ゲート開閉機
構としては例えばニードル弁構造が用いられる。この場
合、ニードルの先端は常時にはゲートに押し付けられて
ゲートを閉鎖しているが、射出時にはニードルの先端を
ゲートから離反させることによりゲートを開いて、流路
からキャビティ内に溶融樹脂を注入するようになってい
る。所定量の溶融樹脂がキャビティの内部に注入される
と、ニードルがゲートに押し付けられてゲートを閉鎖
し、キャビティ内の樹脂が固化すると、金型が開いて成
形品が取り出されるようになっている。この場合、特に
留意する点としては、マニホールド内の溶融樹脂状態、
即ち樹脂温度の均一性、マニホールド内の温度変化と滞
留時間、射出による材料の偏りなどと、キャビティの流
入樹脂温度、射出圧力及び射出速度、キャビティ内への
樹脂の充填ポイント、成形品側とマニホールド側との温
度格差及びその繰り返し安定性などである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の射出成形機
においては、特に、樹脂温度、射出圧力及び射出速度を
制御し、樹脂充填後にキャビティ内の圧力を所定値に保
持して精密な成形品を製造するための精密成形法を実施
する場合、幾つかの欠点がある。すなわち、溶融樹脂は
射出ノズルから金型内に供給された後、マニホールド及
びトッピード内に形成された比較的長い流路を通過して
ゲートからキャビティ内に注入されるが、この間の流路
が長いために以下のような問題がある。 １）溶融樹脂は流路内を各部ヒータにより加熱されなが
ら通過するため、流路を通過するに従って均一であった
樹脂温度に温度むらが発生する。例えば、流路内で長時
間加熱される注入初期の樹脂の温度は注入後期の樹脂温
度より高くなる場合がある。この場合、キャビティへの
注入時にはさらに樹脂は加圧されるため注入樹脂の昇温
を防止することは不可能である。 ２）流路通過時に受ける温度変化のため、また流路の特
に管壁に近い部分の樹脂が流路中央を通過する樹脂より
も長時間滞留するため、さらに射出による材料移動の偏
りも発生し易いため、材料の熱劣化を招く可能性があ
る。特に、一般に射出圧や射出速度が高い程樹脂の昇温
は大きくなり、圧縮性も高まるので比容積は小さくなる
が、比容積の小さい樹脂ではさらに流路壁面の樹脂の流
れが低下して樹脂の滞留時間が長くなるため、成形品の
品位はさらに悪化する。 ３）流路が長いために、成形機スクリュウの移動量や射
出圧力波形に基づくキャビティ内の充填ポイントの検出
が困難であり、しかも射出圧力や射出速度の制御性にも
劣るため、成形条件の設定が難しい。 このように、ホットランナシステムでは供給樹脂の温度
管理や熱劣化等の問題があり、さらに成形品の精度を上
げるために成形条件を高精度に制御することは困難であ
る。そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その課題は、樹脂の均一性低下や熱劣化を防止する
とともに成形条件を高精度に制御することにより、高品
位の成形品を製造できる射出成形装置を構成することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、成形品を型成形するキャビティの内部に向けて溶融
樹脂を供給するための樹脂流路を備えた射出成形装置に
おいて本発明が講じた手段は、キャビティの入口近傍に
形成されたゲートと樹脂流路との間に接続配置されたシ
リンダ部と、シリンダ部の内部において軸線周りに回転
可能かつ軸線方向に移動可能に収容されたスクリュウ部
材と、スクリュウ部材を回転させる回転駆動手段と、ス
クリュウ部材を軸線方向に移動させる移動手段とを設け
るものである。

【０００５】ここで、シリンダ部内において、スクリュ
ウ部材の周囲に沿って逆流する樹脂流を妨げる逆流防止
機構を設けることが好ましい。

【０００６】また、シリンダ部の先端には、樹脂圧力の
上下によりゲートを開閉するゲート開閉手段を設けるこ
とが好ましい。

【０００７】さらに、スクリュウ部材の移動量を検出す
る検出手段を設け、検出手段の検出した移動量に応じて
回転駆動手段及び／又は移動手段を制御するように構成
することが好ましい。

【０００８】

【作用】請求項１によれば、樹脂流路を介して供給され
る溶融樹脂はスクリュウ部材の回転により巻き込まれ、
かつ混練される。また、スクリュウ部材による樹脂の巻
き込みによりスクリュウ部材自身は後退し、その後、所
定量の樹脂がシリンダ部に導入された時点で、スクリュ
ウ部材を前進させることにより、キャビティ内に樹脂を
注入することができる。したがって、キャビティ内に注
入される溶融樹脂は１サイクル毎にシリンダ部から供給
されるので、溶融樹脂の滞留量を従来よりも減少させる
ことができるとともに、キャビティに注入される樹脂温
度及び樹脂材料の均一化を図ることができる。しかも、
スクリュウ部材の巻き込みにより樹脂流路内の樹脂流は
円滑に流れ、次にシリンダ内にて混練されるので、樹脂
の滞留量は著しく低減されるとともに、樹脂温度及び成
分の均一性はさらに高められるため、高品位の成形品を
製造することができる。

【０００９】請求項２によれば、シリンダ部の内部に逆
流防止機構を設けたので、スクリュウ部材の前進により
シリンダ部からキャビティへ樹脂注入が行われる際に、
シリンダ部から樹脂流路への樹脂の逆流を防止すること
ができ、シリンダ部に一旦導入された樹脂の滞留を回避
できるとともに、スクリュウ部材の移動による注入圧力
の設定を精度良く行うことができる。

【００１０】請求項３によれば、樹脂圧力の上昇により
ゲート開閉手段がゲートを開放するように構成されてい
るので、ゲートの開閉のための駆動部を設ける必要がな
く、シリンダ部の内部構造を簡易に構成することができ
る。

【００１１】請求項４によれば、スクリュウ部材の移動
量を検出して成形工程を制御するため、シリンダ部内に
導入された樹脂量を知ることができ、成形条件をより改
善することができる。

【００１２】さらに、詳細に規定すれば、移動手段によ
りスクリュウ部材に流体圧を付与することにより、スク
リュウ部材の回転に伴う所定の圧力で樹脂をシリンダ部
内に巻き込むことができる。この流体圧は、シリンダ内
の樹脂圧力とスクリュウ部材の移動量（後退量）を決定
する。

【００１３】また、シリンダ部内に樹脂を巻き込む工
程、樹脂をシリンダ部からキャビティに押し出す工程、
及びキャビティ内の樹脂圧を保持する保圧工程毎に、上
記流体圧力を変えることにより、工程毎に独立した樹脂
の圧力や流通速度を設定することができる。

【００１４】

【実施例】次に図面を参照して本発明に係る射出成形装
置の実施例を説明する。図１は、この実施例における成
形金型の内部構造を示すものであり、金型内部には、成
形機の射出ノズル１から注入された樹脂の流路を構成す
るマニホールド２及びトッピード３と、成形品を成形す
るためのキャビティを備えた型板４とが収容されてい
る。

【００１５】マニホールド２は、射出ノズル１から射出
された溶融樹脂を通過させる樹脂流路２０と、樹脂流路
２０の周囲に配設された加熱ヒータ２１と、マニホール
ド２を保温する断熱板２２とを有する。

【００１６】トッピード３は、樹脂流路２０に接続され
たシリンダ３０と、シリンダ３０の入口側から出口側に
向けて延在するスクリュウ３１と、シリンダ３０の出口
側に取付けられたニードルノズル３２と、シリンダ３０
とニードルノズル３２との間に装着された接続部材３３
と、接続部材３３に対して摺動自在に取付けられ、弾性
部材であるコイルスプリング３４の弾性力により出口方
向に付勢された支持部材３５と、支持部材３５に対して
固定され、ニードルノズル３２の先端に形成されたノズ
ル孔を閉鎖するニードル軸３６と、シリンダ３０の周囲
に巻付けられたバンドヒータ３７と、ニードルノズル３
２の周囲に巻き付けられたバンドヒータ３８と、シリン
ダ３０の温度を検出する温度センサ３９とを有する。

【００１７】型板４には、成形品の成形を行うためのコ
ア４０が収容され、コア４０には、キャビティ４１が形
成されている。キャビティ４１には、トッピード３の先
端に形成されたゲート３ａから溶融樹脂が注入されるよ
うになっている。キャビティ４１内で樹脂が固化するこ
とにより形成された成形品は、複数箇所において配設さ
れたエジェクタピン４２により突き出されるようになっ
ている。

【００１８】スクリュウ３１は、円錐形の先端部と、外
周面に形成された螺旋状のフィン３１ａと、外周面の先
端寄りに取付けられた逆流防止リング３１ｂとを有す
る。また、スクリュウ３１の後端は連結軸５１を介して
油圧モータ５０に接続されている。油圧モータ５０は、
内部に形成された油圧室５２と、連結軸５１に接続され
て油圧室５２内に回転自在に収容され、周囲に羽根５３
ａを備えた回転体５３とからなる。回転体５３は、油圧
管５４，５５により供給される油圧差により回転するよ
うになっている。油圧モータ５０は、シリンダ６０内に
摺動自在に収容されており、油圧管６１により供給され
る油圧により前後に移動するようになっている。油圧モ
ータ５０の外壁には検出ロッド６２が固定され、マグネ
スケール、リニアエンコーダ等の変位計６３により、油
圧モータ５０の移動量を検出できるようになっている。

【００１９】次に本実施例による成形過程を説明する。
図２（ａ）に示すように、油圧管５４，５５に所定の油
圧差を形成することにより油圧モータ５０を回転させる
と、連結されたスクリュウ３１も回転する。スクリュウ
３１の回転により樹脂流路２０内の溶融樹脂は巻き込ま
れ、同時に、その巻き込み量に対応した樹脂を射出ノズ
ル１から射出するようになっている。スクリュウ３１は
溶融樹脂を巻き込みながらシリンダ３０内を後退し、同
時に油圧管６１により所定の油圧を付与された油圧モー
タ５０をシリンダ６０内において後退させる（シリンダ
注入工程）。このとき、スクリュウ３１は回転により樹
脂を積極的に樹脂流路２０から引き出しながら、シリン
ダ３０内に流入した樹脂を混練するようになっている。

【００２０】変位計６３は油圧モータ５０及びスクリュ
ウ３１の後退量を検出し、所定の後退量に達すると、油
圧管５４，５５の油圧差を解消してスクリュウ３１の回
転を停止させるとともに、射出ノズル１からの樹脂の射
出も停止させる。したがってシリンダ３０内への樹脂の
流入も停止する。以上の工程はキャビティ４１内へ樹脂
を注入し、ゲート３ａを閉鎖した時点から、次の樹脂注
入までの期間に行えばよい。したがって、スクリュウ３
１の回転及び後退はゆっくりと行うことができる。シリ
ンダ３０はバンドヒータ３７及び温度センサ３９により
温度制御され、所定の温度に保持されている。スクリュ
ウ３１による樹脂の巻き込みと混練は、樹脂材料の温度
及び成分の均一化を促進させ、しかもシリンダ３０内の
樹脂温度と制御温度との一致性を高める。また、スクリ
ュウ３１による樹脂の巻き込みは樹脂流路２０内の樹脂
の圧力を低減させて、樹脂を偏りなく円滑にシリンダ３
０内へ移動させる効果もあり、樹脂流路の特に周壁近く
の樹脂が滞留することも防止され、樹脂の熱劣化を回避
することができる。

【００２１】次に、図２（ｂ）に示すように、油圧管６
１によりシリンダ６０内の油圧を上昇させると、油圧モ
ータ５０及びスクリュウ３１は前進する。スクリュウ３
１の前進に伴って逆流防止リング３１ｂは樹脂の逆流を
妨げるので、樹脂はスクリュウ３１の前進とともに前方
へ押し出される。因みに、通常、図２（ｃ）に示すよう
に、逆流防止リング３１ｂとスクリュウ３１の外周面と
の間には間隙Ａが形成されているので、樹脂はシリンダ
３０の前方側へは流通できる。しかし、樹脂がシリンダ
３０の後方側へ流通しようとすると、逆流防止リング３
１ｂの段部Ｂとスクリュウ３１の段部Ｃとが当接し、樹
脂の流路を断つようになっている。

【００２２】シリンダ３０内の樹脂が前方へ押し出され
ると、ニードルノズル３２内の樹脂圧力が高まり、この
圧力は支持部材３５をコイルスプリング３４の弾性力に
抗して後退させ、ニードル軸３６をノズル孔から離反さ
せる。ニードル軸３６が後退するとゲート３ａからキャ
ビティ４１内へ樹脂が注入される。このように、キャビ
ティ４１の近傍で樹脂を押し出すようになっているの
で、油圧管６１の油圧を設定することにより、所望の成
形条件（樹脂の注入圧力及び注入速度）で注入すること
ができる（キャビティ充填工程）。スクリュウ３１の前
進量は変位計６３で検出され、所定の前進量が得られる
と、油圧管６１の油圧を下げ、スクリュウ３１の前進を
止める。このとき、スクリュウ３１を駆動するシリンダ
６０内の油圧はキャビティ４１の内部が溶融樹脂で満た
される際に変動するので、この変動を検出することによ
り、キャビティ４１内への樹脂の充填ポイントを確認す
ることができる。スクリュウ３１が停止すると、ニード
ルノズル３２内の圧力は低下し、ニードル軸３６はコイ
ルスプリング３４の弾性により前方に復帰してゲート３
ａは閉鎖される。

【００２３】キャビティ４１への樹脂の充填が完了した
後にキャビティ４１内を所定の圧力に保持する保圧制御
を行う場合には、充填後にもシリンダ３０内にクッショ
ン量の樹脂が残され、シリンダ６０には充填時よりは多
少低い油圧が付与され続けるため、スクリュウ３１は低
速で前進を続ける。この後、キャビティ４１内の樹脂が
固化するに従ってスクリュウ３１はさらに前進し、やが
て樹脂圧力が低下するとニードルノズル３２内の圧力が
所定値よりも低下して、上述と同様にニードル軸３６が
復帰してゲートが閉鎖される。ゲート３ａが閉鎖される
と、再びスクリュウ３１は回転して樹脂流路２０からの
樹脂の巻き込みを開始する。キャビティ４１内の樹脂が
完全に硬化すると、金型が開いてエジェクタピン４２に
より成形品が突き出され、再びキャビティ４１は閉鎖さ
れて、図１に示す状態に戻る。

【００２４】このように本実施例によれば、トッピード
３内に溶融樹脂を巻き込みながら導入するので、溶融樹
脂の吸い込み及び混練を同時に施すことができ、樹脂の
温度及び成分の均一化を高めることができるとともに、
樹脂流路２０中の樹脂の流れを円滑にし、樹脂の滞留を
防止することができる。したがって、樹脂の熱劣化や温
度及び成分むらが回避され、高品位の成形品を製造でき
る。

【００２５】また、樹脂の巻き込みとともにスクリュウ
３１が後退するようになっているので、スクリュウ３１
の移動量を検出することにより導入樹脂の量を知ること
ができ、正確な量の樹脂をキャビティ４１内に送出する
ことができる。しかも、スクリュウ３１の前進圧により
キャビティ４１への注入圧力も調整できるため、成形条
件をより制御性良く設定することが可能である。

【００２６】樹脂流路２０からシリンダ３０へは、成形
品の固化時間及び取り出し時間を利用してゆっくりと溶
融樹脂が導入されるので、樹脂の比容積を小さくせずに
流通させることが可能であり、樹脂の加圧による昇温や
樹脂流路２０内における溶融樹脂の滞留を防止すること
ができる。さらに、上記時間内でゆっくりと樹脂の混練
ができ、樹脂温度及び成分の均一性をも充分に高めるこ
とができる。

【００２７】上記実施例では、シリンダ６０に付与する
油圧を上記各工程毎に設定することにより、樹脂流路２
０からシリンダ３０への、又はシリンダ３０からキャビ
ティ４１への樹脂の導入量、導入速度若しくは導入圧力
に関する条件を設定することができるため、成形条件を
最適化して、溶融樹脂の滞留、樹脂温度の変化を防止
し、樹脂の熱劣化を回避できる。また、キャビティへの
樹脂注入量、樹脂注入圧力、保圧値も調整できるので、
高品位の成形品を製造することができる。

【００２８】なお、本実施例はスプルーのみを加熱する
スプルーホットタイプ、ランナの一部を加熱するセミホ
ットタイプ、スプルー及びランナの全てを加熱する完全
ホットタイプのいずれの形式においても採用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶融樹脂を樹脂流路からスクリュウ部材の回転によりシ
リンダ部内に巻き込むと同時に混練し、スクリュウ部材
の移動によりシリンダ部からキャビティへ樹脂を注入す
るようにしたので、１サイクル毎に樹脂を確実にシリン
ダ内へ巻き込むことができるから、樹脂の滞留量を低減
するとともに、シリンダ部から樹脂を注入すること及び
スクリュウ部材による混練により樹脂温度及び樹脂材料
の均一化を図ることが可能であり、従来よりも高品位の
成形品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出成形装置の実施例を示す金型
内構造の断面図である。

【図２】同実施例における成形過程を説明する工程図
（ａ）及び（ｂ）、並びに逆流防止リングの詳細を示す
拡大断面図（ｃ）である。

【符号の説明】

２ マニホールド ３ トッピード ３ａ ゲート ４ 型板 ２０ 樹脂流路 ２１ 加熱ヒータ ３０ シリンダ ３１ スクリュウ ３６ ニードル軸 ３７ バンドヒータ ４１ キャビティ ５０ 油圧モータ ５４，５５，６１ 油圧管 ６０ シリンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形品を型成形するキャビティの内部に
   向けて溶融樹脂を供給するための樹脂流路を備えた射出
   成形装置において、前記キャビティの入口近傍に形成さ
   れたゲートと前記樹脂流路との間に接続配置されたシリ
   ンダ部と、該シリンダ部の内部において軸線周りに回転
   可能かつ軸線方向に移動可能に収容されたスクリュウ部
   材と、該スクリュウ部材を回転させる回転駆動手段と、
   該スクリュウ部材を軸線方向に移動させる移動手段とを
   有することを特徴とする射出成形装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記シリンダ部内に
   おいて、前記スクリュウ部材の周囲に沿って逆流する樹
   脂流を妨げる逆流防止機構を有することを特徴とする射
   出成形装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記シリンダ部の先
   端には、樹脂圧力の上下により前記ゲートを開閉するゲ
   ート開閉手段を備えていることを特徴とする射出成形装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記スクリュウ部材
   の移動量を検出する検出手段を設け、該検出手段の検出
   した移動量に応じて前記回転駆動手段及び／又は前記移
   動手段を制御するように構成した射出成形装置。