JP6494945B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、型閉された金型のキャビティに加熱シリンダで溶融された熱可塑性樹脂を射出する射出成形機に関し、特に加熱シリンダ内で熱可塑性樹脂を混練した後、当該混練された熱可塑性樹脂を射出ノズル内でさらに混練してから金型のキャビティへ射出する射出成形機に関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機においては、加熱シリンダ内に原料である粒状の熱可塑性樹脂を送り、加熱シリンダ内に設けられたスクリューの回転により樹脂を溶融しながらスクリュー先端のノズル側に送り出し、スクリューを前進させることで該スクリューの先端側に設けた射出ノズルから型閉された金型のキャビティに溶融樹脂を射出し、キャビティ内で溶融樹脂を冷却させ固化した後、金型を開き、突出しピンなどにより金型内側面に張り付いている成形体を取り出すことにより、成形体の製造が行われている。

金型のキャビティに射出される樹脂は、金型のキャビティに射出される前に、十分に混練しなければならない。樹脂の混練が十分に行われない場合には、良質な成形体が得られなくなる。特許文献１には、樹脂の混練を促進するため、所定ピッチで環状に配列された複数の樹脂通路を形成したトーピードを加熱シリンダ内に収容し、該トーピードにより樹脂の混練を効果的に行うことが開示されている。また、本願出願人が出願した特許文献２には、射出部と加熱シリンダとを連結する連結部内に、溶融樹脂の混練を行う整流チップを備えたものが開示されている。

特開２００６−２９７６７０号公報 特開２０１３−２３７２２７号公報

特許文献１においては、樹脂の混練性を向上するため、樹脂の通る加熱シリンダ内にトーピードを収容しているが、メンテナンス等のため、加熱シリンダ内からトーピードを取り出す際には、加熱シリンダから射出ノズルを取り外した後、フレーム等に固定された状態にある加熱シリンダの内部からトーピードを取り出さなければならないため、例えば、トーピードや加熱シリンダの表面に残留樹脂等が付着していると、トーピードの取り出し作業に困難をきたすことになる。

また、特許文献２においては、溶融樹脂の混練を行う整流チップが、射出部と加熱シリンダとを連結する連結部内に設けられており、連結部内から整流チップを取り出す場合には、連結部から射出部を取り外しただけでは、フレーム等に固定された状態にある加熱シリンダの内部から整流チップを取り出すことになるため、整流チップの取り出し作業に困難をきたすことになる。そのため、こうした問題点を解消するため、連結部から射出部を取り外した後、さらに加熱シリンダから連結部を取り外すことで、連結部からの整流チップの取り出し作業性の向上を図ることは可能となるのだが、このような場合には、整流チップの取り出し作業に手間と時間がかかることとなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂を乱流により混練するミキシングエレメントの着脱作業を短時間で容易に行えるようにした射出成形機を提供することを目的とする。

本射出成形機の発明は、
熱可塑性樹脂が供給される加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、を備え、前記スクリューの回転により前記加熱シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂が混練された後、該混練された熱可塑性樹脂が前記射出ノズルに形成した樹脂経路を通じて、型閉された金型のキャビティに射出される射出成形機であって、
前記射出ノズルは、前記型閉された金型のキャビティに前記熱可塑性樹脂を射出する射出部と、該射出部を前記加熱シリンダに着脱自在に連結する連結部から構成され、
前記射出部の内部には、該射出部と前記連結部との間に挟持されるようにして配置されることにより、前後方向に移動しないよう保持される、挿脱自在なミキシングエレメントを設け、
該ミキシングエレメントは、内部に樹脂経路が形成された筒状の筒状部を形成しており、該筒状部内には、前記射出部に供給されてきた前記熱可塑性樹脂を分流することで乱流を起こす乱流板を備え、
該乱流板は、前記熱可塑性樹脂の流れる方向に複数設けたものであり、前記筒状部の内壁面から延出するようにして形成され、前記筒状部の内壁面に架け渡すようにして当該筒状部に一体に形成されたものであり、前記樹脂経路を複数に間仕切る十字型に形成したことを特徴とする。

本射出成形機の発明は、
前記熱可塑性樹脂の流れる方向に複数設けた前記乱流板は、前記熱可塑性樹脂の流れる方向に配置された前記複数の乱流板について、前記熱可塑性樹脂の流れる方向の上流側から下流側の順に、１、２、３・・・の整数順に番号を付与したとき、奇数番の乱流板を相互に対向するように配置する一方で、偶数番の乱流板についても相互に対向するように配置し、さらに、奇数番の乱流板と偶数番の乱流板とが相互に対向しないよう位置をずらして配置しており、前記奇数番の乱流板と前記偶数番の乱流板との位置ずらし角度を４５度とし、
前記射出部の内部に前記ミキシングエレメントを設けたとき、前記ミキシングエレメントの回転を阻止する回転規制手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、射出ノズルの射出部に供給されてきた熱可塑性樹脂を分流することで乱流を起こす乱流板を、射出部内部に設けたミキシングエレメントに備えることから、加熱シリンダ内のスクリューの回転に伴う熱可塑性樹脂の混練に加え、射出ノズル内でも乱流板により熱可塑性樹脂の混練を行うことができることから、熱可塑性樹脂の混練を十分に行うことができる。そして、ひいては、良質な成形体を得ることができる。

さらに、本発明によれば、メンテナンス等のため、射出成形機の外部へ乱流板を備えたミキシングエレメントを取り出すときには、射出部と加熱シリンダとを連結する連結部から射出部を取り外すだけで、射出成形機の外部へミキシングエレメントを取り出すことが可能となる。よって、ミキシングエレメントの着脱作業を短時間で容易に行うことが可能となる。

さらに、熱可塑性樹脂の流れる方向に配置された複数の乱流板は、隣り合う関係では、相互に対向されることがないよう配置されることになるため、位置をずらした乱流板の間等を通過する熱可塑性樹脂に対し効果的に乱流を発生させることができる。よって、当該熱可塑性樹脂の混練を効果的に行うことが可能となる。

さらに、ミキシングエレメント内に形成される乱流板は、奇数番の乱流板と偶数番の乱流板とは相互に対向しないよう位置をずらして配置されているため、複雑な構造を有している。そのため、内部構造が複雑なミキシングエレメントは、一般的な切削加工では成形することが困難ではあるが、積層加工が可能な３Ｄプリンタを適用することで、複雑な内部構造を有する本発明のミキシングエレメントであっても成形することができる。

さらに、ミキシングエレメントの回転を阻止する回転規制手段を備えることから、射出ノズル内を熱可塑性樹脂が通過しながら混練されるときに、ミキシングエレメントが回転してしまうことを阻止することができる。

実施例１の射出成形機を示す概略構成図である。 実施例１の射出成形機の要部を示す断面図である。 実施例１の射出成形機における射出ノズルの射出部及び該射出部に挿脱可能なミキシングエレメントを示す分解斜視図である。 実施例１の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す斜視図である。 実施例１の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントの断面を示す斜視図である。 実施例１の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す透視図である。 実施例２の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す斜視図である。 実施例２の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントの断面を示す斜視図である。 実施例３の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す斜視図である。 実施例３の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す断面図である。 実施例４の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントを示す斜視図である。 実施例４の射出成形機における射出ノズルに構成されるミキシングエレメントの断面を示す斜視図である。

以下、本発明の実施例を図１〜図１２により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施例において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

図１に示す本発明の一例の射出成形機１は、粒状の熱可塑性樹脂としてのペレットを原料として成形体を製造するものであり、射出成形機１には機台２を備え、機台２上には、射出ユニット３、型締ユニット４が配設されている。

型締ユニット４には、固定金型５に対し可動金型６を前進後退させ型締（型閉）及び型開を行う型開閉機構を備えており、本実施例における型開閉機構としては、モータの駆動力を駆動源としてトグルリンク機構７を屈曲作動することで可動ダイプレート９を進退させ、固定ダイプレート８に固定された固定金型５に対して可動ダイプレート９に固定された可動金型６を繰り返し型開閉する。

また、射出ユニット３には、筒型の加熱シリンダ１０、加熱シリンダ１０の先端に設けた射出ノズル１１、加熱シリンダ１０内に設けられ当該加熱シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂を混練するスクリュー１２、スクリュー１２を回転自在に支持する支持部材１３、熱可塑性樹脂であるペレットが投入されるホッパ１４、ホッパ１４が設けられたホッパブロック１５等が構成されている。

加熱シリンダ１０内に設けられたスクリュー１２が回転されると、加熱シリンダ１０の後部側へ供給口１６から供給された熱可塑性樹脂は、射出ノズル１１の設けられた加熱シリンダ１０の先端側へ混練されながら送り出されるようになっており、加熱シリンダ１０内に供給されて、この加熱シリンダ１０内で加熱溶融された熱可塑性樹脂は、図示しない、計量用モータ等からなる回転駆動手段によりスクリュー１２が回転されることで計量部にて計量された後、射出用モータ、ボールネジ機構等からなる進退駆動手段によりスクリュー１２が前進されることで、金型の型閉されたキャビティへ所定量の溶融された熱可塑性樹脂が射出ノズル１１を通じて射出される。なお、加熱シリンダ１０の外側には、図１に示すように加熱ヒータ１７が設けられており、加熱ヒータ１７が高温に加熱されることで、加熱シリンダ１０の内部に供給された熱可塑性樹脂であるペレットは溶融される。

ここで、加熱シリンダ１０の先端に装着された射出ノズル１１について図２〜図６により以下に説明する。

図２に示すように、射出ノズル１１には、型閉された金型のキャビティに対し、先端より熱可塑性樹脂を射出する射出部２０と、射出部２０を加熱シリンダ１０の先端に着脱自在に連結する連結部２１とが構成されている。

図３〜６に示すように、射出部２０の内部には、複数の乱流板２２を備えたミキシングエレメント２３を挿脱できるようになっている。射出部２０の内部に挿通されたミキシングエレメント２３は、図２に示すように、加熱シリンダ１０の先端に射出ノズル１１を装着するため、射出部２０が連結部２１に螺着された状態のときには、当該ミキシングエレメント２３の前後が、射出部２０と連結部２１との間に挟持されることにより、前後に動くことがないよう保持され、その状態では、ミキシングエレメント２３の後部に設けた回転規制手段２４により、当該ミキシングエレメント２３が射出部２０の内部で回転することがないよう阻止される。

ミキシングエレメント２３には、図４〜６に示すように、内部に樹脂経路２５が形成された筒状の筒状部を備え、筒状部内に有する乱流板２２は、筒状部の内壁面の４箇所から半径方向に延出され中心で交差した十字型に形成されている。換言すると、乱流板２２は、筒状部の内壁面に架け渡すようにして十字型に形成されている。そして、乱流板２２は、熱可塑性樹脂の流れる方向に複数、具体的には、図６に示すように、乱流板２２の６個が、熱可塑性樹脂の流れる方向に断続的に配設されている。

樹脂の流れる方向から視て十字型に形成された複数の乱流板２２は、熱可塑性樹脂の流れる方向の上流側から下流側の順に、１、２、３・・・の整数順に番号を付与すると、１、３、５番の奇数番の乱流板２２については、相互に対向するように配置される一方で、２、４、６番の偶数番の乱流板２２についても同様に相互に対向するように配置される。そして、奇数番の乱流板２２と偶数番の乱流板２２とは、位置ずらし角度を４５度として、奇数番の乱流板２２と偶数番の乱流板２２とが相互に対向しないよう位置をずらして配置し、ミキシングエレメント２３の筒状部内である樹脂経路２５を熱可塑性樹脂が通過するときには、各乱流板２２により、熱可塑性樹脂が分流されることで乱流が起こり当該熱可塑性樹脂の混練が金型のキャビティに射出される前に十分に行われる。なお、複数の十字型の乱流板２２を備え、これら複数の乱流板２２が、熱可塑性樹脂の流れる方向に交互に４５度の角度で位置ずれするようにして配置された複雑な形状を有する本実施例のミキシングエレメント２３は、一般的な公知な切削加工のみでは成形することが困難であるため、積層加工が可能な３Ｄプリンタを用いて一体成形している。

以上のような実施例１の射出成型機１によれば、射出ノズル１１の射出部２０の筒状部内に供給されてきた熱可塑性樹脂を分流することで乱流を起こす乱流板２２を、射出部内部に設けたミキシングエレメント２３に備えることから、加熱シリンダ１０内のスクリュー１２の回転に伴う熱可塑性樹脂の混練に加え、射出ノズル１１内でも乱流板２２により熱可塑性樹脂の混練を行うことができることから、熱可塑性樹脂の混練を十分に行うことができる。そして、ひいては、良質な成形体を得ることができる。

さらに、メンテナンス等のため、射出成形機１の外部へミキシングエレメント２３を取り出すときには、射出部２０と加熱シリンダ１０とを連結する連結部２１から射出部２０を取り外すだけで、射出成形機１の外部へミキシングエレメント２３を取り出すことが可能となる。よって、ミキシングエレメント２３の取り出し作業のほか、当該ミキシングエレメント２３の取り付け作業についても、短時間で容易に行うことが可能となる。

さらに、熱可塑性樹脂の流れる方向に配置された複数の乱流板２２は、隣り合う関係では、相互に対向されることがないよう配置されることになるため、位置をずらした乱流板２２の間等を通過する熱可塑性樹脂に対し効果的に乱流を発生させることができる。よって、当該熱可塑性樹脂の混練を効果的に行うことが可能となる。

さらに、ミキシングエレメント２３内に形成される乱流板２２は、奇数番の乱流板２２と偶数番の乱流板２２とは相互に対向しないよう位置をずらして配置されているため、複雑な構造を有している。そのため、本実施形態の内部構造が複雑なミキシングエレメント２３は、一般的な切削加工では成形することが困難ではあるが、積層加工が可能な３Ｄプリンタを適用することで、複雑な内部構造を有するミキシングエレメント２３であっても成形することができる。

さらに、ミキシングエレメント２３の回転を阻止する回転規制手段２４を備えることから、射出ノズル１１内の樹脂経路２５であるミキシングエレメント内を熱可塑性樹脂が通過しながら混練されるときに、ミキシングエレメント２３が回転してしまうことを阻止することができる。

図７、８は実施例２のミキシングエレメント３３を示したものであり、当該実施例２は、実施例１とミキシングエレメントの形状が異なる点を除いて同じ構造を有しているので、同一箇所には同一符号を付し、その詳細な説明については省略するものとし、異なる点について以下に説明する。

図７、８に示すように、実施例２のミキシングエレメント３３の筒状部の内部には、実施例１のミキシングエレメントのように、乱流板は設けられてはいないが、その代わりに、熱可塑性樹脂がミキシングエレメント３３の内部を通過するときに混練できるように、ミキシングエレメント３３内の樹脂経路２５は、断面積の小さい複数の狭小部３４が、熱可塑性樹脂の流れる方向に、断続的に形成されている。このように構成することにより、加熱シリンダ１０内のスクリュー１２の回転に伴う熱可塑性樹脂の混練に加え、射出ノズル１１内でも乱流を発生させることが可能となり、熱可塑性樹脂の混練を十分に行うことができる。

図９、１０は実施例３のミキシングエレメント４３を示したものであり、当該実施例３は、実施例１とミキシングエレメントの形状が異なる点を除いて同じ構造を有しているので、同一箇所には同一符号を付し、その詳細な説明については省略するものとし、異なる点について以下に説明する。

図９、１０に示すように、実施例３のミキシングエレメント４３の内部の内壁面には、熱可塑性樹脂の流れる方向を軸線方向とする螺旋状の螺旋乱流板４４が複数形成されている。当該螺旋乱流板４４は、熱可塑性樹脂の流れる方向に、断続的に形成されている。このように構成することにより、加熱シリンダ１０内のスクリュー１２の回転に伴う熱可塑性樹脂の混練に加え、射出ノズル１１内でも乱流を発生させることが可能となり、熱可塑性樹脂の混練を十分に行うことができる。

図１１、１２は実施例４のミキシングエレメント５３を示したものであり、当該実施例３は、実施例１とミキシングエレメントの形状が異なる点を除いて同じ構造を有しているので、同一箇所には同一符号を付し、その詳細な説明については省略するものとし、異なる点について以下に説明する。

図１１、１２に示すように、実施例４のミキシングエレメント５３の内部には、熱可塑性樹脂がミキシングエレメント５３の内部を通過するときに混練できるように、ミキシングエレメント５３内の樹脂経路２５を形成する内壁面に、凹凸状の乱流凹凸部５４が複数形成されている。このように構成することにより、加熱シリンダ１０内のスクリュー１２の回転に伴う熱可塑性樹脂の混練に加え、射出ノズル１１内でも乱流を発生させることが可能となり、熱可塑性樹脂の混練を十分に行うことができる。

１ 射出成形機
２ 機台
３ 射出ユニット
４ 型締ユニット
５ 固定金型（金型）
６ 可動金型（金型）
７ トグルリンク機構
８ 固定ダイプレート
９ 可動ダイプレート
１０ 加熱シリンダ
１１ 射出ノズル
１２ スクリュー
１３ 支持部材
１４ ホッパ
１５ ホッパブロック
１６ 供給口
１７ 加熱ヒータ
２０ 射出部
２１ 連結部
２２ 乱流板
２３ 実施例１のミキシングエレメント
２４ 回転規制手段
２５ 樹脂経路
３３ 実施例２のミキシングエレメント
３４ 狭小部
４３ 実施例３のミキシングエレメント
４４ 螺旋乱流板
５３ 実施例４のミキシングエレメント
５４ 乱流凹凸部５４

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂が供給される加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、を備え、前記スクリューの回転により前記加熱シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂が混練された後、該混練された熱可塑性樹脂が前記射出ノズルに形成した樹脂経路を通じて、型閉された金型のキャビティに射出される射出成形機であって、
   前記射出ノズルは、前記型閉された金型のキャビティに前記熱可塑性樹脂を射出する射出部と、該射出部を前記加熱シリンダに着脱自在に連結する連結部から構成され、
   前記射出部の内部には、該射出部と前記連結部との間に挟持されるようにして配置されることにより、前後方向に移動しないよう保持される、挿脱自在なミキシングエレメントを設け、
   該ミキシングエレメントは、内部に樹脂経路が形成された筒状の筒状部を形成しており、該筒状部内には、前記射出部に供給されてきた前記熱可塑性樹脂を分流することで乱流を起こす乱流板を備え、
   該乱流板は、前記熱可塑性樹脂の流れる方向に複数設けたものであり、前記筒状部の内壁面から延出するようにして形成され、前記筒状部の内壁面に架け渡すようにして当該筒状部に一体に形成されたものであり、前記樹脂経路を複数に間仕切る十字型に形成したことを特徴とする射出成形機。
2. 前記熱可塑性樹脂の流れる方向に複数設けた前記乱流板は、前記熱可塑性樹脂の流れる方向に配置された前記複数の乱流板について、前記熱可塑性樹脂の流れる方向の上流側から下流側の順に、１、２、３・・・の整数順に番号を付与したとき、奇数番の乱流板を相互に対向するように配置する一方で、偶数番の乱流板についても相互に対向するように配置し、さらに、奇数番の乱流板と偶数番の乱流板とが相互に対向しないよう位置をずらして配置しており、前記奇数番の乱流板と前記偶数番の乱流板との位置ずらし角度を４５度とし、
   前記射出部の内部に前記ミキシングエレメントを設けたとき、前記ミキシングエレメントの回転を阻止する回転規制手段を備えることを特徴とする請求項１記載の射出成形機。

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