JP3725802B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられた樹脂を、高圧で射出して金型装置のキャビティ空間に充填（てん）し、該キャビティ空間内において冷却して固化させることによって成形品を得ることができるようになっている。
【０００３】
そのために、前記射出成形機は型締装置及び射出装置を有し、前記型締装置は、固定プラテン及び可動プラテンを備え、型締用シリンダが可動プラテンを進退させることによって金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われる。
【０００４】
一方、前記射出装置は、一般に、インラインスクリュー方式のものが使用され、ホッパから供給された樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、及び溶融させられた樹脂を射出する射出ノズルを備え、前記加熱シリンダ内にスクリューが回転自在に、かつ、進退自在に配設される。そして、該スクリューを、後端に連結された駆動部によって前進させることにより射出ノズルから樹脂が射出され、前記駆動部によって後退させることにより樹脂の計量が行われる。
【０００５】
図２は従来の射出装置の要部を示す断面図である。
【０００６】
図において、１１は加熱シリンダであり、該加熱シリンダ１１の前端（図における左端）に射出ノズル１２が取り付けられ、加熱シリンダ１１の周囲に図示されないヒータが配設される。また、前記加熱シリンダ１１内には、スクリュー１４が回転自在に、かつ、進退（図における左右方向に移動）自在に配設される。そして、該スクリュー１４は、フライト部１５及び射出部１６から成り、後端（図における右端）の軸部２１を介して図示されない駆動部と連結される。前記射出部１６は、スクリューヘッド４１、該スクリューヘッド４１の後方（図における右方）に形成されたロッド４２、該ロッド４２の周囲に配設された逆止リング４３、及びフライト部１５の前端に取り付けられたシールリング４４から成る。なお、逆止リング４３及びシールリング４４は、射出工程時に、樹脂が逆流するのを防止する逆流防止装置として機能する。前記駆動部は、射出用モータ及び計量用モータから成る。また、前記フライト部１５の周囲には、螺（ら）旋状のフライト２３が形成され、該フライト２３によって螺旋状の溝２４が形成される。
【０００７】
そして、前記加熱シリンダ１１の後端の近傍には樹脂供給口２５が形成され、該樹脂供給口２５に漏斗状の図示されないホッパが配設され、該ホッパに収容されたペレット状の樹脂は、樹脂供給口２５を介して加熱シリンダ１１内に供給される。
【０００８】
前記樹脂供給口２５は、スクリュー１４を加熱シリンダ１１内における最も前方（図における左方）の前進限位置（図に示される位置）に置いた状態において、前記溝２４の後端部（図における右端部）と対向する箇所に形成される。そして、前記フライト部１５には、後方から前方にかけて、樹脂供給口２５を介して樹脂が供給される樹脂供給部Ｐ１、供給された樹脂を圧縮させながら溶融させる圧縮部Ｐ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｐ３が順に形成される。
【０００９】
前記構成の射出装置において、計量工程時に、前記計量用モータを駆動することによって、前記スクリュー１４を回転させると、前記ホッパから加熱シリンダ１１内に供給された樹脂は、前記溝２４に沿って前進（図における左方に移動）させられるとともに、前記ヒータによって加熱され、溶融させられ、それに伴って、スクリュー１４は後退（図における右方に移動）させられる。そして、前記スクリュー１４が後退するのに伴って、前記逆止リング４３はロッド４２に対して相対的に前方に移動させられるので、フライト部１５の前端に到達した樹脂は、ロッド４２と逆止リング４３との間の樹脂流路を通り、スクリューヘッド４１の前方に送られる。したがって、スクリュー１４が後退限位置に置かれた状態で、スクリューヘッド４１の前方に１ショット分の溶融させられた樹脂が蓄えられる。
【００１０】
次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動して、スクリュー１４を前進させると、前記スクリューヘッド４１の前方に蓄えられた樹脂は、前記射出ノズル１２から射出され、図示されない金型装置のキャビティ空間に充填される。
【００１１】
ところで、射出ノズル１２から射出される樹脂は、前記スクリューヘッド４１の前方に蓄えられていたものであるので、射出ノズル１２から射出される樹脂の量、すなわち、射出量Ｉｑは、スクリュー１４の径の断面積をＡｓとし、スクリュー１４のストロークをＳｔとしたとき、
Ｉｑ＝Ａｓ・Ｓｔ
になる。したがって、成形品の寸法が変わった場合、前記ストロークＳｔを調整することによって、射出量Ｉｑを変更するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の射出装置においては、例えば、寸法の小さい成形品を成形する場合、成形品の品質が低下してしまう。
【００１３】
すなわち、寸法の小さい成形品を成形する場合、前記ストロークＳｔを小さくすることによって射出量Ｉｑを少なくする必要が生じるので、スクリュー１４が後退限位置に置かれたときの加熱シリンダ１１内の樹脂を収容する空間の容積をＱとし、成形サイクルの周期をＴとしたとき、樹脂が前記樹脂供給部Ｐ１に供給されてから射出ノズル１２から射出されるまでの滞留時間Ｔａ
Ｔａ＝（Ｑ／Ｉｑ）・Ｔ
が長くなり、樹脂が劣化したり、焼けが発生したりして、成形品の品質が低下してしまう。
【００１４】
また、スクリュー１４のストロークＳｔが小さくなるので、射出工程中においてスクリュー１４の位置ごとに設定された射出速度、圧力等を達成することが困難になり、射出装置の制御性が低下してしまう。
【００１５】
そこで、寸法の小さい成形品を成形する場合、スクリュー１４の径を小さくすることが考えられる。ところが、スクリュー１４の径を小さくするのに伴って溝２４が浅くなり、溝２４の深さがペレット状の樹脂の寸法に対して相対的に小さくなるので、スクリュー１４における樹脂の噛（かみ）込み性が低下し、樹脂の送りが不安定になってしまう。その結果、溶融させられる樹脂の密度が不均一になりやすく、射出量Ｉｑが不安定になるので、ショートショット、ひけ、欠け、バリ等が生じ、成形品の品質が低下してしまう。
【００１６】
また、噛込み性が低下すると、計量を行うのに必要なスクリュー１４の回転数が多くなり、加熱シリンダ１１と逆止リング４３との間で発生する摩耗が多くなってしまう。その結果、発生した摩耗によって樹脂が逆流するのを防止することができなくなり、射出量Ｉｑが一層不安定になり、成形品の品質が一層低下してしまう。
【００１７】
本発明は、前記従来の射出装置の問題点を解決して、寸法の小さい成形品を成形する場合に、成形品の品質及び制御性を向上させることができる射出装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の射出装置においては、内径が大きいシリンダ本体、及び該シリンダ本体の前方に着脱自在に配設され、内径が小さいシリンダヘッドを備えた加熱シリンダと、該加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズルと、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設され、外径が大きいスクリュー本体、及び該スクリュー本体の前方に配設され、外径が小さい射出部を備えたスクリューとを有する。
また、前記スクリュー本体と射出部との間の外周面には、断面積が徐々に変化するようにテーパ面が、前記シリンダヘッドの後端部における前記シリンダ本体への取り付け部分より前方の内周面には、樹脂流路の断面積が徐々に変化するようにテーパ面がそれぞれ形成される。
【００１９】
そして、計量工程において、前記スクリューが後退させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を後退させられ、シリンダヘッド内における射出部の前方に成形材料が蓄えられる。
【００２０】
また、射出工程において、前記スクリューが前進させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を前進させられ、前記成形材料が射出ノズルから射出される。
【００２１】
そして、前記射出工程において、スクリューは、前記射出部とスクリュー本体との間に形成される空間に存在する成形材料を後方に移動させるために、計量工程における回転方向に対して逆方向に回転させられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態における計量工程が完了したときの射出装置の要部を示す断面図、図３は本発明の実施の形態における射出工程が完了したときの射出装置の要部を示す断面図である。
【００２４】
図において、５１はシリンダ部材としての加熱シリンダであり、該加熱シリンダ５１は、シリンダ本体５２、及び該シリンダ本体５２の前方（図における左方）に配設され、図示されないボルト等によって取り付けられたシリンダヘッド５３を備える。該シリンダヘッド５３は、前記加熱シリンダ５１における前端部（図における左端部）において所定の距離にわたって設定される。該距離は、成形品の寸法に対応する射出量Ｉｑに基づいて算出され、設定される。
【００２５】
そして、加熱シリンダ５１の前端（図における左端）に射出ノズル１２が取り付けられ、加熱シリンダ５１の周囲にヒータ１３が配設される。また、前記加熱シリンダ５１内には、射出部材としてのスクリュー１４が回転自在に、かつ、進退（図における左右方向に移動）自在に配設される。そして、該スクリュー１４は、フライト部１５及び射出部１６から成り、後端（図における右端）の軸部２１を介して図示されない駆動部と連結される。該駆動部は、第１の駆動手段としての射出用モータ、及び第２の駆動手段としての計量用モータから成る。また、前記フライト部１５は、周囲に螺旋状のフライト２３が形成されたスクリュー１４の本体、すなわち、スクリュー本体としての大径部５４、及び該大径部５４より前方に形成され、射出部１６と連結される小径部５５を備え、前記フライト２３によって螺旋状の溝２４が形成される。
【００２６】
前記射出部１６は、円錐（すい）形の形状を有するスクリューヘッド４１、該スクリューヘッド４１と一体に形成され、スクリューヘッド４１と小径部５５とを連結するロッド４２、該ロッド４２の周囲に配設された環状の逆止リング４３、及び該逆止リング４３と当接自在に配設され、小径部５５に取り付けられたシールリング４４から成る。なお、射出部１６のうち、逆止リング４３及びシールリング４４は射出工程時に、成形材料としての樹脂が逆流するのを防止する逆流防止装置として機能する。
【００２７】
そして、前記加熱シリンダ５１の後端の近傍の所定の位置には成形材料供給口としての樹脂供給口２５が形成され、該樹脂供給口２５に図示されない漏斗状のホッパが連結され、該ホッパに収容されたペレット状の樹脂は、樹脂供給口２５を介して加熱シリンダ５１内に供給される。
【００２８】
前記樹脂供給口２５は、スクリュー１４を加熱シリンダ１１内における最も前方の前進限位置（図３に示される位置）に置いた状態において、前記溝２４の後端部（図における右端部）と対向する箇所に形成される。そして、前記フライト部１５には、後方（図における右方）から前方にかけて、樹脂供給口２５を介して樹脂が供給される樹脂供給部Ｐ１、供給された樹脂を圧縮させながら溶融させる圧縮部Ｐ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｐ３が順に形成される。
【００２９】
前記構成の射出装置において、計量工程時に、前記計量用モータを正方向に駆動することによって、前記スクリュー１４を正方向に回転させると、前記ホッパから加熱シリンダ１１内に供給された樹脂は、前記溝２４に沿って前進（図における左方に移動）させられるとともに、前記ヒータ１３によって加熱され、溶融させられ、それに伴ってスクリュー１４は後退（図における右方に移動）させられる。そして、前記スクリュー１４が後退するのに伴って、前記逆止リング４３はロッド４２に対して相対的に前方に移動させられるので、フライト部１５の前端に到達した樹脂は、ロッド４２と逆止リング４３との間の成形材料流路としての樹脂流路を通り、スクリューヘッド４１の前方に送られる。したがって、スクリュー１４が後退限位置（図１に示される位置）に置かれた状態で、スクリューヘッド４１の前方に１ショット分の溶融させられた樹脂が蓄えられる。
【００３０】
次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動して、スクリュー１４を前進させると、前記スクリューヘッド４１の前方に蓄えられた樹脂は、前記射出ノズル１２から射出され、図示されない金型装置のキャビティ空間に充填される。
【００３１】
ところで、寸法の小さい成形品を成形する場合、スクリュー１４のストロークＳｔを小さくすることによって射出量Ｉｑを少なくすると、樹脂が前記樹脂供給部Ｐ１に供給されてから射出ノズル１２から射出されるまでの滞留時間Ｔａが長くなり、樹脂が劣化したり、焼けが発生したりして、成形品の品質が低下してしまう。
【００３２】
そこで、前記射出部１６は大径部５４より外径が小さくされる。すなわち、射出部１６の外径をｄ１（例えば、従来の細径インラインスクリューの径と等しい１４〔ｍｍ〕）とし、大径部５４の外径をｄ２（例えば、２５〔ｍｍ〕）としたとき、外径ｄ１、ｄ２は、
ｄ１＜ｄ２
にされる。なお、前記外径ｄ１は、スクリューヘッド４１、逆止リング４３及びシールリング４４の外径によって表される。
【００３３】
また、前記シリンダヘッド５３の内径はシリンダ本体５２の内径より小さくされる。すなわち、シリンダヘッド５３の内径をｅ１とし、シリンダ本体５２の内径をｅ２としたとき、内径ｅ１は外径ｄ１よりわずかに大きくされ、内径ｅ２は外径ｄ２よりわずかに大きくされ、内径ｅ１、ｅ２は、
ｅ１＜ｅ２
にされる。
【００３４】
そして、前記スクリュー１４を加熱シリンダ５１内において進退させたときに、前記射出部１６はシリンダヘッド５３内において進退させられ、射出部１６のストロークの全体において逆止リング４３の外周面とシリンダヘッド５３の内周面とが摺（しゅう）動させられ、計量及び射出が行われる。すなわち、計量工程が開始され、スクリュー１４が後退させられると、スクリューヘッド４１がシリンダヘッド５３内を後退させられ、計量工程が完了してスクリュー１４が後退限位置に置かれると、スクリューヘッド４１がシリンダヘッド５３内の後退限位置に置かれ、射出工程が開始され、スクリュー１４が前進させられると、スクリューヘッド４１がシリンダヘッド５３内を前進させられ、スクリュー１４が前進限位置に置かれると、スクリューヘッド４１がシリンダヘッド５３内の前進限位置に置かれる。そのために、前記小径部５５の外径は外径ｄ１より小さくされ、小径部５５の軸方向の長さはスクリューヘッド４１のストロークを確保することができるように設定される。
【００３５】
前記構成の射出装置においては、射出部１６の外径ｄ１及びシリンダヘッド５３の内径ｅ１が小さくされるので、寸法の小さい成形品を成形する場合に、前記スクリューヘッド４１のストローク及びスクリュー１４のストロークを小さくすることなく、射出量Ｉｑを確保することができる。
【００３６】
そして、射出部１６の外径ｄ１を小さくするのに伴って、大径部５４の外径ｄ２を小さくする必要がない。したがって、例えば、従来の細径インラインスクリューの外径を１４〔ｍｍ〕とし、本実施の形態における大径部５４の外径ｄ２を２５〔ｍｍ〕としたとき、従来の細径インラインスクリューに対する大径部５４の断面積比γは、
γ＝２５² ／１４²
≒３
になり、計量工程においてスクリュー１４を同じ回転速度で回転させても、計量に要する時間が約三分の一になる。その結果、成形サイクルの周期を短くすることができる。
【００３７】
このように、スクリュー１４のストロークを小さくすることなく、射出量を確保することができ、成形サイクルの周期を短くすることができるので、滞留時間Ｔａを短くすることができる。したがって、樹脂が劣化したり、焼けが発生したりすることがなくなるので、成形品の品質を向上させることができる。
【００３８】
また、スクリュー１４のストロークが小さくならないので、射出工程中においてスクリュー１４の位置ごとに設定された射出速度、圧力等を容易に達成することができ、射出装置の制御性を向上させることができる。
【００３９】
そして、大径部５４の外径ｄ２を十分に大きくすることができるので、溝２４の深さをペレット状の樹脂の寸法に対して相対的に大きくすることができる。したがって、スクリュー１４における樹脂の噛込み性を向上させることができ、樹脂の送りを安定させることができる。その結果、溶融させられる樹脂の密度を均一にすることができ、射出量Ｉｑを安定させることができるので、ショートショット、ひけ、欠け、バリ等が生じることがなく、成形品の品質を向上させることができる。
【００４０】
また、噛込み性を向上させることができるので、計量を行うのに必要なスクリュー１４の回転数が少なくなり、シリンダヘッド５３と逆止リング４３との間で発生する摩耗が少なくなる。その結果、樹脂が逆流するのを十分に防止することができ、射出量Ｉｑを一層安定させることができるので、成形品の品質を一層向上させることができる。しかも、噛込み性を向上させることができるので、樹脂として粉砕材を使用したときの噛込みを安定させることができる。
【００４１】
さらに、大径部５４の外径ｄ２が大きいので、前記溝２４内の容積が大きくなる。したがって、スクリュー１４の軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００４２】
また、前記シリンダヘッド５３がシリンダ本体５２に対して着脱自在に配設されるので、シリンダヘッド５３に摩耗が発生した場合、加熱シリンダ５１の全体を交換する必要がなく、シリンダヘッド５３を交換するだけでよい。したがって、射出装置のコストを低くすることができる。
【００４３】
ところで、小径部５５と大径部５４との間の外周面には、断面積が徐々に変化するようにテーパ面Ｓ１が形成され、前記シリンダヘッド５３の後端部における内周面には、樹脂流路の断面積が徐々に変化するようにテーパ面Ｓ２が形成される。したがって、計量工程中においてスクリュー１４が後退させられるのに伴って、図１に示されるように、前記テーパ面Ｓ１、Ｓ２間、すなわち、射出部１６と大径部５４との間の外周に、所定の容積を有する空間が形成され、射出工程中においてスクリュー１４が前進させられるのに伴って、前記空間が小さくなり、射出工程が完了すると、図３に示されるように、空間がほぼなくなる。このとき、樹脂が圧縮されると、所定の抵抗力が発生させられ、射出を円滑に行うことができない。
【００４４】
そこで、射出工程を開始してから終了するまでの間、図示されない制御部は、計量用モータを逆方向に駆動し、スクリュー１４を計量工程における回転方向に対して逆方向に回転させ、溝２４内の樹脂を逆流させ、前記空間に存在する樹脂を後方に移動させる。なお、スクリュー１４の前進速度をＶｓとし、前記フライト２３のピッチをＰｆとしたとき、スクリュー１４を逆方向に回転させるときの回転速度Ｎｓは、
Ｎｓ＝Ｖｓ／（Ｐｆ・６０）
にされる。
【００４５】
したがって、射出を円滑に行うことができる。
【００４６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、射出装置においては、内径が大きいシリンダ本体、及び該シリンダ本体の前方に着脱自在に配設され、内径が小さいシリンダヘッドを備えた加熱シリンダと、該加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズルと、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設され、外径が大きいスクリュー本体、及び該スクリュー本体の前方に配設され、外径が小さい射出部を備えたスクリューとを有する。
また、前記スクリュー本体と射出部との間の外周面には、断面積が徐々に変化するようにテーパ面が、前記シリンダヘッドの後端部における前記シリンダ本体への取り付け部分より前方の内周面には、樹脂流路の断面積が徐々に変化するようにテーパ面がそれぞれ形成される。
【００４８】
そして、計量工程において、前記スクリューが後退させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を後退させられ、シリンダヘッド内における射出部の前方に成形材料が蓄えられる。
【００４９】
また、射出工程において、前記スクリューが前進させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を前進させられ、前記成形材料が射出ノズルから射出される。
そして、前記射出工程において、スクリューは、前記射出部とスクリュー本体との間に形成される空間に存在する成形材料を後方に移動させるために、計量工程における回転方向に対して逆方向に回転させられる。
【００５０】
この場合、シリンダヘッドの内径がシリンダ本体の内径より小さくされ、射出部の外径がスクリュー本体の外径より小さくされるので、寸法の小さい成形品を成形する場合に、スクリューのストロークを小さくすることなく、射出量を確保することができる。
【００５１】
そして、スクリューのストロークを小さくすることなく、射出量を確保することができ、成形サイクルの周期を短くすることができるので、成形材料の滞留時間を短くすることができる。したがって、成形材料が劣化したり、焼けが発生したりすることがなくなり、成形品の品質を向上させることができる。
【００５２】
また、スクリューのストロークが小さくならないので、射出工程中においてスクリューの位置ごとに設定された射出速度、圧力等を容易に達成することができ、射出装置の制御性を向上させることができる。
【００５４】
さらに、射出工程においてスクリューが計量工程における回転方向に対して逆方向に回転させられ、溝内の成形材料が逆流させられ、射出部とスクリュー本体との間に形成される空間に存在する成形材料が後方に移動させられるので、射出を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における計量工程が完了したときの射出装置の要部を示す断面図である。
【図２】従来の射出装置の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における射出工程が完了したときの射出装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１２ 射出ノズル
１４ スクリュー
１６ 射出部
５１ 加熱シリンダ
５２ シリンダ本体
５３ シリンダヘッド
５４ 大径部

Claims (1)

1. （ａ）内径が大きいシリンダ本体、及び該シリンダ本体の前方に着脱自在に配設され、内径が小さいシリンダヘッドを備えた加熱シリンダと、
   （ｂ）該加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズルと、
   （ｃ）前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設され、外径が大きいスクリュー本体、及び該スクリュー本体の前方に配設され、外径が小さい射出部を備えたスクリューとを有するとともに、
   （ｄ）前記スクリュー本体と射出部との間の外周面には、断面積が徐々に変化するようにテーパ面が、前記シリンダヘッドの後端部における前記シリンダ本体への取り付け部分より前方の内周面には、樹脂流路の断面積が徐々に変化するようにテーパ面がそれぞれ形成され、
   （ｅ）計量工程において、前記スクリューが後退させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を後退させられ、シリンダヘッド内における射出部の前方に成形材料が蓄えられ、
   （ｆ）射出工程において、前記スクリューが前進させられるのに伴って前記射出部はシリンダヘッド内を前進させられ、前記成形材料が射出ノズルから射出され、
   （ｇ）前記射出工程において、スクリューは、前記射出部とスクリュー本体との間に形成される空間に存在する成形材料を後方に移動させるために、計量工程における回転方向に対して逆方向に回転させられることを特徴とする射出装置。

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