JP5868738B2

JP5868738B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP5868738B2
Application number: JP2012051302A
Authority: JP
Inventors: 昌博阿部
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: EP2636503A1; JP2013184386A; EP2636503B1; CN103302828A

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、溶融した樹脂を金型装置内に射出する射出装置を備える。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。射出装置は、シリンダ内で溶融した樹脂を、シリンダの先端に設けられるノズルから射出し、金型装置内のキャビティ空間に充填する。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される。

射出装置は、シリンダ内で回転自在に、且つ往復移動自在に配設されるスクリュを含む。スクリュの一端部には、ホッパから樹脂ペレット（樹脂材料）が供給される。スクリュが回転すると、スクリュのフライト（ねじ山）が動き、スクリュのねじ溝内に充填された樹脂ペレットがホッパ側からノズル側に送られる。

シリンダのノズル側の温度は、樹脂の溶融温度に維持される。一方、シリンダのホッパ側の温度は、樹脂のブリッジ（塊化）が生じないように、樹脂が軟化、溶融しない温度に保たれる。樹脂ペレットは、ホッパ側からノズル側に移動しながら、軟化し、溶融する（例えば特許文献１参照）。

国際公開２００７／１０５６４６号

従来、シリンダのノズル側にはヒータが設けられ、シリンダのホッパ側には水冷シリンダが設けられており、ヒータの熱が水冷シリンダに流れ込むので、使用されるエネルギーに無駄があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エネルギー使用量を低減できる射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
溶融した樹脂を金型内に充填して成形する射出成形機であって、
樹脂が供給されるシリンダと、
該シリンダを加熱するヒータと、
該シリンダ内で樹脂を計量するスクリュと、
該スクリュの樹脂供給部で搬送される樹脂を冷却ガスで冷却する冷却器とを備え、
該冷却器は、前記シリンダの内部に、前記樹脂の供給方向と異なる方向であって前記シリンダの軸方向に沿う方向から、前記冷却ガスを供給することを特徴とする。

本発明によれば、エネルギー使用量を低減できる射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の概略を示す図である。一実施形態による射出成形機の要部を示す図である。第１変形例による冷却器の説明図である。第２変形例による冷却器の説明図である。第３変形例による冷却器の説明図である。第４変形例による冷却器の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。また、射出装置による樹脂の射出方向を前方とし、射出方向と反対方向を後方として説明する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の概略を示す図である。図１は、型締めの状態を示している。

射出成形機１０は、フレーム１１と、フレーム１１に固定された固定プラテン１２と、固定プラテン１２から延びる複数（例えば、四本）のタイバー１６とを備える。また、射出成形機１０は、固定プラテン１２に対向して配設され、タイバー１６に沿って移動（図における左右方向に移動）可能に配設される可動プラテン１３をさらに備える。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が、固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。可動プラテン１３を固定プラテン１２に対して接離させることで、型閉じ、型締め、及び型開きが行われる。型締め状態の可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間Ｃが形成される。

射出成形機１０は、シリンダ４１内で溶融した樹脂をノズル４２から射出し、金型装置３０内のキャビティ空間Ｃに充填する射出装置４０をさらに備える。射出装置４０は、射出用モータ４３を備える。射出用モータ４３の回転はボールねじ軸４４に伝えられる。ボールねじ軸４４の回転により前後進するボールねじナット４５はプレッシャプレート４６に固定されている。プレッシャプレート４６は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー４７、４８に沿って移動可能である。プレッシャプレート４６の前後進運動は、ベアリング４９、ロードセル５０、射出軸５１を介してスクリュ５２に伝えられる。スクリュ５２は、シリンダ４１内に回転自在に、且つ軸方向に移動自在に配設されている。スクリュ５２の後端部には、ホッパ５３から樹脂ペレット（樹脂材料）が供給される。射出軸５１には、ベルトやプーリ等の連結部材５４を介して計量用モータ５５の回転運動が伝達される。即ち、計量用モータ５５により射出軸５１が回転駆動されることにより、スクリュ５２が回転する。

計量工程においては、計量用モータ５５を駆動し、スクリュ５２を回転させ、スクリュ５２の後端部に供給された樹脂ペレットがスクリュ５２の前方に送られる。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ５２の前方に樹脂が貯えられるので、スクリュ５２が後退する。射出工程においては、射出用モータ４３を駆動し、スクリュ５２を前進させ、樹脂を押してノズル４２から射出する。樹脂は、固定金型３２に形成されるスプルーＳを介して、固定金型３２と可動金型３３との間に形成されるキャビティ空間Ｃに押し込まれる。樹脂を押す力が、ロードセル５０により反力として検出される。つまり、ノズル４２からの樹脂の射出圧が検出される。検出された射出圧は、制御装置８０に入力される。また、キャビティ空間Ｃ内で樹脂が冷却によって熱収縮するので、熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、樹脂の射出圧が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート４６には、スクリュ５２の移動量を検出するための位置検出器５７が取り付けられている。位置検出器５７の検出信号は制御装置８０に入力される。位置検出器５７の検出信号は、スクリュ５２の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

射出用モータ４３、及び計量用モータ５５は、それぞれ、サーボモータであってよく、回転数を検出するためのエンコーダ４３ａ、５５ａが備えられている。エンコーダ４３ａ、５５ａで検出された回転数はそれぞれ制御装置８０に入力される。制御装置８０は、エンコーダ４３ａ、５５ａの検出結果に基づいて射出用モータ４３、及び計量用モータ５５をフィードバック制御する。

制御装置８０は、射出成形機１０の各種動作を制御する。制御装置８０は、マイクロコンピュータ等で構成されており、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

図２は、一実施形態による射出成形機の要部を示す図である。

シリンダ４１は、シリンダ保持部材６１を貫通している。シリンダ保持部材６１は、シリンダ４１の後端部の外周を保持する。シリンダ保持部材６１及びシリンダ４１には樹脂供給口６２が形成されている。樹脂供給口６２を介してホッパ５３からシリンダ４１内に供給された樹脂ペレットＰは、スクリュ５２のねじ溝内に充填される。スクリュ５２が回転すると、スクリュ５２のフライト（ねじ山）５２ａが動き、スクリュ５２のねじ溝内を樹脂ペレットＰが前方に送り出される。

シリンダ４１の外周には、複数のヒータ９１〜９４が設けられており、シリンダ４１を所定の温度に加熱する。シリンダ４１内を前方に移動する樹脂は、ヒータ９１〜９４からの熱により加熱される。樹脂はシリンダ４１の前方に行くにつれて溶融状態となる。シリンダ４１の先端部において、樹脂は完全に溶融した状態となる。そして、スクリュ５２の前方に溶融樹脂が蓄積されるにつれ、スクリュ５２は後退する。スクリュ５２が所定距離後退し、スクリュ５２の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、スクリュ５２の回転は停止される。そして、スクリュ５２の回転を停止した状態で、スクリュ５２が前進することにより、溶融樹脂がノズル４２から金型装置３０内に射出される。

スクリュ５２は、軸方向に沿って後方（樹脂供給側）から前方（ノズル側）にかけて、供給部（樹脂供給部）５２Ｚ１、圧縮部５２Ｚ２、計量部５２Ｚ３として区別される。供給部５２Ｚ１は、樹脂が供給され、前方に搬送される部分である。圧縮部５２Ｚ２は、供給された樹脂を圧縮しながら溶融する部分である。計量部５２Ｚ３は、溶融した樹脂を一定量づつ計量する部分である。スクリュ５２のねじ溝の深さは、供給部５２Ｚ１で深く、計量部５２Ｚ３で浅く、圧縮部５２Ｚ２において前方に向かうほど浅くなっている。

シリンダ４１において、シリンダ保持部材６１よりも前方の部分は、複数（例えば４つ）のゾーンに分割され、複数のゾーンに対応して複数のヒータ９１〜９４が設けられる。各ヒータ９１〜９４への供給電流は制御装置８０によって独立に制御され、シリンダ４１はゾーン毎に加熱される。各ヒータ９１〜９４は、シリンダ４１の外周を囲むように設けられる。尚、図示していないが、ノズル４２の外周にもヒータが設けられてよい。

シリンダ４１のノズル４２側の温度は、樹脂の溶融温度に維持される。一方、シリンダ４１のホッパ５３側の温度は、樹脂のブリッジが生じないように、樹脂が軟化、溶融しない温度に保たれる。

そこで、射出成形機１０は、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を冷却ガスで冷却する冷却器７０をさらに備える。冷却器７０は、シリンダ４１内に冷却ガスを供給する供給管７１等で構成される。図１に示すように供給管７１の先端部はホッパ５３内に挿入されており、供給管７１の基端部はガス供給源としてのガスボンベ７２に接続されている。供給管７１の途中には流量調節器７３や供給用開閉弁７４が設けられている。供給用開閉弁７４は、制御装置８０による制御下で、開状態と閉状態とに切り替わる。

供給用開閉弁７４が開状態となると、図２に示すように供給管７１の先端部から冷却ガスが吐出される。冷却ガスは、ホッパ５３内に貯えられた樹脂ペレットＰの隙間を通り、樹脂供給口６２を介してシリンダ４１内に流れ込む。冷却ガスは、シリンダ４１の内壁とスクリュ５２の供給部５２Ｚ１との間の空間を前方に向けて流れる。スクリュ５２の供給部５２Ｚ１よりも前方には溶融した樹脂で充填されている領域があるので、冷却ガスは後方に戻り、樹脂供給口６２を介して外部に放出される。樹脂供給口６２が冷却ガスの出入口となっている。樹脂供給口６２付近に付着する樹脂の微粉が冷却ガスによって吹き飛ばされるので、樹脂の滞留が抑制され、樹脂の熱による変質が低減される。

冷却ガスとしては、樹脂の酸化を防止するため、窒素などの不活性ガスが用いられてよい。樹脂の種類によっては、冷却ガスとして空気を用いることもできる。供給管７１から吐出される冷却ガスの温度は、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１の温度よりも低くなっている。

シリンダ４１の後端部と、スクリュ５２との間の隙間はリング状のシール部材６３で閉塞されている。そうすると、樹脂供給口６２よりも前方に冷却ガスが流れ込みやすい。よって、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂が効率良く冷却される。

このように、本実施形態の冷却器７０は、シリンダ４１内に冷却ガスを流すことにより、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を冷却する。冷媒である冷却ガスが樹脂と接触するので、従来のように冷媒である冷却水がシリンダ保持部材６１の流路を流れ、樹脂と接触しない場合に比べて、樹脂を冷却するためのエネルギー使用量を低減することができる。樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減るので、シリンダ４１の温度が高温に保たれ、シリンダ４１を加熱するためのエネルギー使用量も低減することができる。

［第１変形例］
図３は、第１変形例による冷却器の説明図である。第１変形例では、供給管７１の先端部がシリンダ４１の後端部に接続されている。シリンダ４１の軸方向に沿ってシリンダ４１内に冷却ガスが流れ込み、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１（図２参照）に至る。その後、冷却ガスは、樹脂供給口６２を介して外部に放出される。樹脂供給口６２が冷却ガスの流出口となっている。樹脂供給口６２付近に付着する樹脂の微粉が冷却ガスによって吹き飛ばされるので、樹脂の滞留が抑制され、樹脂の熱による変質が低減される。

第１変形例でも、シリンダ４１内に冷却ガスを流すことにより、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を冷却する。冷媒である冷却ガスが樹脂と接触するので、樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減る。樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減るので、シリンダ４１の温度が高温に保たれ、シリンダ４１を加熱するためのエネルギー使用量も低減することができる。

また、第１変形例では、シリンダ４１の軸方向に沿ってシリンダ４１内に冷却ガスが流れ込むので、樹脂供給口６２よりも前方に冷却ガスが流れ込みやすく、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を確実に冷却することができる。

［第２変形例］
図４は、第２変形例による冷却器の説明図である。第２変形例では、シリンダ保持部材６１及びシリンダ４１に、冷却ガスの流入口６４が形成されている。冷却ガスの流入口６４は、樹脂供給口６２と対向するように配置される。

冷却ガスは、シリンダ４１の内壁とスクリュ５２の供給部５２Ｚ１との間の空間を流れ、樹脂供給口６２からシリンダ保持部材６１の外部に放出される。樹脂供給口６２が冷却ガスの流出口となっている。

第２変形例でも、シリンダ４１内に冷却ガスを流すことにより、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を冷却する。冷媒である冷却ガスが樹脂と接触するので、樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減る。樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減るので、シリンダ４１の温度が高温に保たれ、シリンダ４１を加熱するためのエネルギー使用量も低減することができる。

また、第２変形例では、冷却ガスの流出口である樹脂供給口６２と、冷却ガスの流入口６４とが対向するように配置されているので、冷却ガスの流れが整流化され、樹脂の微粉が確実に吹き飛ばされる。

［第３変形例］
図５は、第３変形例による冷却器の説明図である。図５は、流出口開閉弁が閉状態のときの状態を示す。なお、流出口開閉弁が開状態のときの状態は図４と同様であるので図示を省略する。

第３変形例では、冷却ガスの流出口である樹脂供給口６２に流出口開閉弁７５が設けられている。流出口開閉弁７５は、制御装置８０による制御下で、開状態と閉状態とに切り替わる。流出口開閉弁７５が開状態となると、シリンダ４１内からの冷却ガスの流出が可能となる。また、流出口開閉弁７５が閉状態となると、シリンダ４１内からの冷却ガスの流出が阻止される。

ホッパ５３からシリンダ４１内に樹脂ペレットＰを供給するとき、流出口開閉弁７５は開状態とされ、図４に示す第２変形例と同様に、流出口である樹脂供給口６２から外部に冷却ガスが放出される。

一方、射出成形機１０の立ち下げや樹脂の入れ換え等のため、シリンダ４１内の残存樹脂が排出された後、流出口開閉弁７５が閉状態とされる。流出口である樹脂供給口６２が閉塞されているので、流入口６４からシリンダ４１内に流れ込んだ冷却ガスは、前方に流れ、ノズル４２から外部に放出される。シリンダ４１の全体にわたって冷却ガスが流れるので、シリンダ４１を短時間で急冷することができる。

尚、シリンダ４１内の残存樹脂の排出途中で、流出口開閉弁７５が閉状態とされてもよい。

［第４変形例］
図６は、第４変形例による冷却器の説明図である。第４変形例では、供給管７１の代わりに、排気管７６が用いられる。排気管７６の一端部は例えば図６に示すようにシリンダ保持部材６１及びシリンダ４１に形成される冷却ガスの流出口６５と接続されており、排気管７６の他端部は負圧源としての真空ポンプ７７と接続されている。排気管７６の途中には流量調節器７８や排気用開閉弁７９が設けられている。真空ポンプ７７は制御装置８０によって制御される。また、排気用開閉弁７９は、制御装置８０による制御下で、開状態と閉状態とに切り替わる。

真空ポンプ７７が作動し、排気用開閉弁７９が開状態となると、シリンダ４１内のガスが排気管７６へ排気される。そうすると、シリンダ４１内の気圧が負圧となり、シリンダ４１内に外部から空気が引き込まれる。この空気が冷却ガスの役割を果たす。冷却ガスは、ホッパ５３内に貯えられた樹脂ペレットＰの隙間を通り、樹脂供給口６２を介してシリンダ４１内に流れ込む。シリンダ４１の内壁とスクリュ５２の供給部５２Ｚ１との間の空間を流れた後、冷却ガスは排気管７６に吸い込まれる。樹脂供給口６２が冷却ガスの流入口となっている。樹脂供給口６２付近に付着する樹脂の微粉が冷却ガスによって吹き飛ばされるので、樹脂の滞留が抑制され、樹脂の熱による変質が低減される。

第４変形例でも、シリンダ４１内に冷却ガスを流すことにより、スクリュ５２の供給部５２Ｚ１で搬送される樹脂を冷却する。冷媒である冷却ガスが樹脂と接触するので、樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減る。樹脂を冷却するためのエネルギー使用量が減るので、シリンダ４１の温度が高温に保たれ、シリンダ４１を加熱するためのエネルギー使用量も低減することができる。

また、第４変形例では、排気管７６が設けられるので、冷却ガスの流れを所望の方向に導くことができる。例えば図６に示すように、冷却ガスの流出口６５が冷却ガスの流入口である樹脂供給口６２よりも前方に設けられると、樹脂供給口６２よりも前方に冷却ガスが流れやすい。

尚、第４変形例では、供給管７１の代わりに、排気管７６を用いたが、供給管７１と排気管７６の両方を組み合わせて用いることも可能である。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、置換が可能である。

例えば、上記実施形形態等のシリンダ保持部材６１には冷媒流路が形成されていないが、冷媒流路が形成されていてもよい。冷却ガスが樹脂と接触していれば、エネルギー使用量を低減することができる。

１０射出成形機
３０金型装置
３２固定金型
３３可動金型
４０射出装置
４１シリンダ
４２ノズル
５２スクリュ
５２Ｚ１供給部（樹脂供給部）
６１シリンダ保持部材
６２樹脂供給口
６３冷却ガスの流入口
６４冷却ガスの流出口
７０冷却器
７１供給管
７５流出口開閉弁
７６排気管

Claims

溶融した樹脂を金型内に充填して成形する射出成形機であって、
樹脂が供給されるシリンダと、
該シリンダを加熱するヒータと、
該シリンダ内で樹脂を計量するスクリュと、
該スクリュの樹脂供給部で搬送される樹脂を冷却ガスで冷却する冷却器とを備え、
該冷却器は、前記シリンダの内部に、前記樹脂の供給方向と異なる方向であって前記シリンダの軸方向に沿う方向から、前記冷却ガスを供給することを特徴とする射出成形機。
溶融した樹脂を金型内に充填して成形する射出成形機であって、
樹脂が供給されるシリンダと、
該シリンダを加熱するヒータと、
該シリンダ内で樹脂を計量するスクリュと、
該スクリュの樹脂供給部で搬送される樹脂を冷却ガスで冷却する冷却器とを備え、
該冷却器は、前記シリンダの内部に、前記シリンダの径方向であって前記樹脂の供給方向と対向する方向から、前記冷却ガスを供給することを特徴とする射出成形機。
前記冷却器は、前記シリンダ内に前記冷却ガスを供給する供給管を含む請求項１または２に記載の射出成形機。
前記冷却器は、前記シリンダに形成される開口部から外部への前記冷却ガスの流出を可能とする状態と、前記流出を阻止する状態とに切り替わる開閉弁をさらに含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形機。
前記冷却器は、前記シリンダ内の前記冷却ガスを外部に排気する排気管を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の射出成形機。
前記シリンダにおける前記冷却ガスの流出口が、前記スクリュの樹脂供給部に樹脂材料を供給する樹脂供給口となっている請求項１〜５のいずれか一項に記載の射出成形機。
前記冷却ガスは、不活性ガスである請求項１〜６のいずれか一項に記載の射出成形機。