(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料樹脂の可塑化をスクリュの回転運動と直線運動とによって行い、このスクリュで可塑化した溶融樹脂の金型内への射出をプランジャで行うようにしたスクリュプリプラ式射出成形機であって、
その内部に前記スクリュが配設された第１の加熱シリンダの先端側と、その内部に前記プランジャが前後進可能であるように配設された第２の加熱シリンダの後部とを常時連通させる樹脂通路を形成する連結管をもち、この連結管を通じて前記プランジャに設けたプランジャ逆止弁における送り込み可能側に、前記スクリュによって可塑化された溶融樹脂の供給を行う構造をとり、
１次射出動作による前記プランジャの急速前進によって、前記プランジャの先端側（前記プランジャ逆止弁の逆流不能側）に貯えられた溶融樹脂を金型内に射出・充填すると共に、このプランジャの急速前進により前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に生じる圧力降下に伴って、前記第２の加熱シリンダ内における前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に、前記第１の加熱シリンダ内および前記連結管内に所定圧力値で満たされた溶融樹脂を送り込み、この溶融樹脂の送り込みに伴った圧力制御された前記スクリュの前進により、さらに溶融樹脂を前記第２の加熱シリンダ内の前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に送り込むように、構成したことを特徴とするスクリュプリプラ式射出成形機。
【請求項２】
請求項１記載において、
前記した前記スクリュの前進は回転を伴ったものであり、また、前記スクリュは保圧期間においても引続き回転駆動されることを特徴とするスクリュプリプラ式射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料樹脂の可塑化をスクリュで行い、このスクリュで可塑化した溶融樹脂の金型内への射出をプランジャで行うようにしたスクリュプリプラ式射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュプリプラ式射出成形機においては、原料樹脂の可塑化をスクリュで行い、溶融樹脂の射出をプランジャで行うようになっており、従来の構成では、スクリュは回転のみ可能であるように配設されて、スクリュによって可塑化された溶融樹脂は、プランジャ先端に設けたプランジャ逆止弁の逆流不能側に送り込まれるようになっていた。
【０００３】
図５は、かような従来のスクリュプリプラ式射出成形機の構成を示す要部断面図である。なお、図５において、ハッチングは総べての断面にこれを施すと図面が却って錯綜するので、一部の断面にのみハッチングを施してある（これは、後述する図１〜図４においても同様である）。
【０００４】
図５において、１０１は第１の加熱シリンダ、１０２は、第１の加熱シリンダ１０１内に回転可能であるように配設されたスクリュ、１０３はスクリュ１０２の先端寄りに設けられたスクリュ逆止弁、１０４はスクリュ１０２と一体回転するプーリ、１０５はプーリ１０４を回転駆動するスクリュ用サーボモータ、１０６は第２の加熱シリンダ、１０７は、第２の加熱シリンダ１０６内に前後進可能であるように配設されたプランジャ（射出プランジャ）、１０８はプランジャ１０７の先端寄りに設けられたプランジャ逆止弁、１０９は、プランジャ１０７の後端に結合され、案内バー１１０に沿って前後に摺動可能であるように配設された移動ブロック、１１１は、ロードセル１１２を介して移動ブロック１０９に結合されたナット体、１１３は、ナット体１１１に螺合され、回転可能に保持されたボールネジ軸、１１４はボールネジ軸１１３と一体回転するプーリ、１１５はプーリ１１４を回転駆動するプランジャ用サーボモータ、１１６は、第１の加熱シリンダ１０１の先端側と第２の加熱シリンダ１０６の先端側とを連通する樹脂通路を形成する連結管、１１７は、第２の加熱シリンダ１０６と同軸となるように連結管１１６に取り付けられ、連結管１１６の樹脂通路や第２の加熱シリンダ１０６の内部と連通するノズル、１１８は、第１の加熱シリンダ１０１，第２の加熱シリンダ１０６，連結管１１６，ノズル１１７の外周に巻装されたバンドヒータである。
【０００５】
図５に示す構成において、射出完了後にはプランジャ１０７は図５に示す略前進限位置にあり、この状態において計量開始タイミングに到ると、スクリュ１０２がスクリュ用サーボモータ１０５によって回転駆動されて、これによって原料樹脂がスクリュ１０２によって混練・可塑化され、溶融樹脂がスクリュ１０２の先端から連結管１１６を介して第２の加熱シリンダ１０６内に送り込まれる。第２の加熱シリンダ１０６内に溶融樹脂が送り込まれると、プランジャ１０７は、プランジャ用サーボモータ１１５による回転力を直線運動に変換する、ボールネジ軸１１３とナット体１１１とによる回転→直線運動変換メカニズムによる軸方向駆動力を受け、これによって、プランジャ逆止弁１０８より先の樹脂圧が設定値を保つようにコントロールされつつ、プランジャ１０７が後退駆動される。そして、第２の加熱シリンダ１０６内に所定量の溶融樹脂が貯えられた時点で、スクリュ１０２の回転が停止されると共に、プランジャ１０７の軸方向移動が停止される。
【０００６】
この後、射出開始タイミングに到ると、プランジャ用サーボモータ１１５の回転によって回転→直線運動変換メカニズム（ボールネジ軸１１３とナット体１１１）を介してプランジャ１０７が前進駆動されて、溶融樹脂がノズル１１７の先端から図示せぬ金型内に射出され、続いて、保圧力が一定期間付与される。図５は、この射出行程の完了状態を示しており、プランジャ１０７は略前進限位置にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような構成・動作をとる従来のスクリュプリプラ式射出成形機は、インラインスクリュ式射出成形機にはない利点がある反面、次のような問題があった。
【０００８】
すなわち、プランジャ１０７の先端側（プランジャ逆止弁１０８の逆流不能側）にスクリュ１０２によって可塑化された溶融樹脂を送り込むようになっており、この送り込まれる溶融樹脂は高い圧力を保つようにコントロールされるので、樹脂もれが発生し易いという問題がある。また、連結管１１６を介してノズル１１７を取り付けているので、金型の樹脂注入部にノズル１１７の先端を押し付けるためにはノズル１１７が長尺のものとならざるを得ず（連結管１１６がぶつかるのを避けるため、どうしてもノズル１１７が長尺となる）、ノズル部の樹脂滞留量が多くなってヤケ等の不良が発生し易いという問題もある。さらに、樹脂替えが面倒で、時間がかかるという問題もある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スクリュプリプラ式射出成形機において、樹脂もれの発生が可及的に抑止でき、また、ノズル部の樹脂滞留量を大幅に低減できるようにすることにある。また、本発明の他の目的とするところは、樹脂替えが容易で、樹脂替え時間が短縮できるようにすることにある。また、本発明の他の目的とするところは、可塑化樹脂量能力を低下させずにスクリュ径を細くできるようにし、以って、スクリュ駆動系のイナーシャを小さくできるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明によるスクリュプリプラ式射出成形機は、原料樹脂の可塑化をスクリュの回転運動と直線運動とによって行い、このスクリュで可塑化した溶融樹脂の金型内への射出をプランジャで行い、
その内部に前記スクリュが配設された第１の加熱シリンダの先端側と、その内部に前記プランジャが前後進可能であるように配設された第２の加熱シリンダの後部とを常時連通させる樹脂通路を形成する連結管をもち、この連結管を通じて前記プランジャに設けたプランジャ逆止弁における送り込み可能側に、前記スクリュによって可塑化された溶融樹脂の供給を行う構造をとり、
１次射出動作による前記プランジャの急速前進によって、前記プランジャの先端側（前記プランジャ逆止弁の逆流不能側）に貯えられた溶融樹脂を金型内に射出・充填すると共に、このプランジャの急速前進により前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に生じる圧力降下に伴って、前記第２の加熱シリンダ内における前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に、前記第１の加熱シリンダ内および前記連結管内に所定圧力値で満たされた溶融樹脂を送り込み、この溶融樹脂の送り込みに伴った圧力制御された前記スクリュの前進により、さらに溶融樹脂を前記第２の加熱シリンダ内の前記プランジャ逆止弁の送り込み可能側に送り込むように、構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の１実施形態によるスクリュプリプラ式射出成形機に係り、図１は１次射出完了直後の状態を示す要部断面図、図２は図１の一部拡大図、図３は１次射出完了直後にスクリュを前進させた状態を示す要部断面図、図４は射出動作前の状態を示す要部断面図である。
【００１２】
図１〜図４において、１は、支持ブロック２にその後端部を保持された可塑化シリンダたる第１の加熱シリンダ、３は、第１の加熱シリンダ１内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリュ、４はスクリュ３の先端寄りに設けられたスクリュ逆止弁、５は、支持ブロック２と支持ブロック６との間に架設された案内バー、７は、スクリュ３の後端部を回転可能に保持し、案内バー５に沿って前後に移動可能な第１の移動ブロック、８は、第１の移動ブロック７に回転可能に保持され、スクリュ３と一体回転するプーリ、９はプーリ８を回転駆動するスクリュ回転用サーボモータ、１０は、ロードセル１１を介して第１の移動ブロック７に固定されたナット体、１２は、支持ブロック６に回転可能に保持され、ナット体１０に螺合されたボールネジ軸、１３はボールネジ軸１２の端部に固定されたプーリ、１４はプーリ１３を回転駆動するスクリュ前後進用サーボモータである。
【００１３】
また、１５は、支持ブロック１６にその後端部を保持された射出シリンダたる第２の加熱シリンダ、１７は第２の加熱シリンダ１５の先端に取り付けられた短尺のノズル、１８は、第２の加熱シリンダ１５内に前後進可能であるように配設されたプランジャ（射出プランジャ）、１９はプランジャ８の先端寄りに設けられたプランジャ逆止弁、２０は、第１の加熱シリンダ１の先端側と第２の加熱シリンダ１５の後部とを連通する樹脂通路を形成する連結管、２１は、支持ブロック１６と支持ブロック６との間に架設された案内バー、２２は、連結スリーブ２３を介してプランジャ８の後端部が結合され、案内バー２１に沿って前後に移動可能な第２の移動ブロック、２４は、ロードセル２５を介して第２の移動ブロック２２に固定されたナット体、２６は、支持ブロック６に回転可能に保持され、ナット体２４に螺合されたボールネジ軸、２７はボールネジ軸２６の端部に固定されたプーリ、２８はプーリ２７を回転駆動するプランジャ用サーボモータである。なお、２９は、第１の加熱シリンダ１，第２の加熱シリンダ１５，連結管２０の外周に巻装されたバンドヒータである。
【００１４】
上記した構成において、スクリュ回転用サーボモータ９の回転は、プーリ８を介してスクリュ３に伝達され、これによってスクリュ３が回転する。また、スクリュ前後進用サーボモータ１４の回転は、プーリ１３を介してボールネジ軸１２に伝達され、ボールネジ軸１２とナット体１０からなる回転→直線運動変換メカニズムによって回転運動が直線運動に変換されて、第１の移動ブロック７が軸方向に駆動され、これによってスクリュ３が軸方向に移動する。なお、スクリュ回転用サーボモータ９は、第１の移動ブロック７と一体となって移動する。
【００１５】
本実施形態においては、スクリュ３の回転によって原料樹脂が混練・可塑化されて、溶融樹脂がスクリュ３の前方側に移送され、スクリュ３の前方側に溶融樹脂が溜るにしたがって、スクリュ前方側の溶融樹脂の圧力が設定値と一致するようにコントロールされつつ、スクリュ３が後退駆動される。また、或る時点では、スクリュ３は前進駆動される。
【００１６】
また、プランジャ用サーボモータ２８の回転は、プーリ２７を介してボールネジ軸２６に伝達され、ボールネジ軸２６とナット体２４からなる回転→直線運動変換メカニズムによって回転運動が直線運動に変換されて、第２の移動ブロック２２が軸方向に駆動され、これによって、連結スリーブ２３を介してプランジャ１８が軸方向に移動する。本実施形態においては、プランジャ１８は、溶融樹脂を金型内に射出する時には前進駆動され、プランジャ１８の先端側（プランジャ逆止弁１９の逆流不能側）に溶融樹脂を送り込む時には後退駆動される。
【００１７】
本実施形態においては、第２の加熱シリンダ１５の先端にノズル１７が直接取り付けられており、かつ、連結管２０が第２の加熱シリンダ１５の後部に接続されているので、第２の加熱シリンダ１５の一部を、図示せぬ固定ダイプレートの中心穴に位置付けることによって、短尺のノズル１７の先端を図示せぬ金型の樹脂注入穴に押し付けることが可能となっている。したがって、プランジャ１８が略前進限位置まで前進した際のノズル部の樹脂滞留量を可及的に少なくできるようになっており、これによって、成形品品質の向上に大いに寄与できるようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態の動作を説明する。
図１に示す１次射出完了直後の状態においては、プランジャ１８は概略前進限位置にあり、プランジャ１８の先端側には僅かなクッション量の溶融樹脂のみが存在する状態となっていて、プランジャ１８には保圧力に相当する前進圧力がプランジャ用サーボモータ２８によって付与されている。また、１次射出の直前には、スクリュ３は所定量後退した位置にあって、第１の加熱シリンダ１内および連結管２０内には、所定の圧力値に圧力制御された溶融樹脂が満たされた状態にある。
【００１９】
図１に示すように、１次射出動作によってプランジャ１８が急速前進駆動されると、プランジャ１８の先端側（プランジャ逆止弁１９の逆流不能側）に貯えられた溶融樹脂が、図示せぬ金型内に射出・充填される。このプランジャ１８の急速前進によって、プランジャ逆止弁１９の後側（プランジャ逆止弁１９の送り込み可能側）においては、プランジャ１８の外周面と第２の加熱シリンダ１５の内周面との間の空間が急激に圧力降下し、このプランジャ１８の外周面と第２の加熱シリンダ１５の内周面との間の空間に、第２の加熱シリンダ１５の後部から、第１の加熱シリンダ１内および連結管２０内の溶融樹脂が送り込まれる。第１の加熱シリンダ１内の溶融樹脂が第２の加熱シリンダ１５内に送り込まれると、スクリュ３はスクリュ前後進用サーボモータ１４によって圧力フィードバック制御されているため、スクリュ３は前進して、更に溶融樹脂が第２の加熱シリンダ１５内に送り込まれる。図３は、このスクリュ３が前進した状態を示している。
【００２０】
本実施形態においては、連続成形運転中には、スクリュ３は１サイクル中の大部分の期間（もしくは、場合によっては１サイクル中の全期間）において原料樹脂を可塑化するように回転駆動されるようになっていて、１次射出行程が終了した後の保圧期間においても回転が行われるようになっており、上記したスクリュ３の前進は回転を伴ったものとなっている。保圧期間において、スクリュ３が回転されると、第２の加熱シリンダ１５内への送り込み樹脂量が足りない場合には、スクリュ３の略前進限位置での回転によって、更に溶融樹脂が第２の加熱シリンダ１５内に送り込まれ、第２の加熱シリンダ１５内への送り込み樹脂量が所定量に達すると、スクリュ３の前方側に溶融樹脂が溜るにしたがって、スクリュ３は圧力フィードバック制御で後退駆動され、スクリュ３が所定位置まで後退するとスクリュ３の回転は停止される。
【００２１】
そして、射出開始タイミングの手前の所定時点でプランジャ１８が後退駆動されて、プランジャ逆止弁１９の後側（プランジャ逆止弁１９の送り込み可能側）に満たされた溶融樹脂が、プランジャ１８の先端側（プランジャ逆止弁１９の逆流不能側）にプランジャ逆止弁１９を経由して送り込まれ、プランジャ１８の先端側に所定圧力の所定量の溶融樹脂が貯えられるように、プランジャ用サーボモータ２８が圧力フィードバック制御されて、溶融樹脂の圧力とプランジャ１８の後退位置とが制御される。これによって、図４に示す射出スタンバイ状態となり、射出開始タイミングに到ると、１次射出動作によってプランジャ１８が急速前進駆動されて、プランジャ１８の先端側（プランジャ逆止弁１９の逆流不能側）に貯えられた溶融樹脂が、図示せぬ金型内に射出・充填される。
【００２２】
なお、本発明においては、樹脂替え時には、スクリュ３を回転させてスクリュ３を後退させ、然る後、スクリュ３を、プランジャ１８による最大射出速度の約２倍程度の速度（６００ｍｍ／ｓｅｃ程度）で急速前進させる動作を、複数回繰り返すことによって、樹脂替えが迅速・容易に行えるようになっている。
【００２３】
かような構成・動作をとる本実施形態においては、スクリュ３で可塑化された溶融樹脂を、プランジャ逆止弁１９の後側（プランジャ逆止弁１９の送り込み可能側）、換言するなら低圧側に送り込むので、樹脂もれが可及的に少なくなる。また、ノズル１７を短尺に構成できるので、ノズル部の樹脂滞留量を可及的に少なくでき、成形品品質を向上させることができる。また、１成形サイクル中の大部分の期間（もしくは、場合によっては１サイクル中の全期間）でスクリュ３を回転させて樹脂の可塑化を行うので、１成形サイクルでみれば可塑化樹脂量能力が大幅に向上するので、スクリュ径を細くしても可塑化樹脂量能力を損なわず、したがって、スクリュ駆動系のイナーシャを小さくできて、小型で安価な電動サーボモータを用いることが可能となる。さらに、樹脂替えが容易となって、樹脂替え時間が短縮できる。
【００２４】
なお、上述した実施形態においては、プランジャ１８の直線駆動を、単一の電動サーボモータと単一の回転→直線運動変換メカニズムとによって行うようにしているが、プランジャ１８の直線駆動を、複数の電動サーボモータと、この各電動サーボモータの回転を直線運動に変換する複数の回転→直線運動変換メカニズムとによって行うようにしてもよく、このようにすれば、プランジャ１８の駆動系のイナーシャも小さくすることができ、小型で安価な電動サーボモータを用いることが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スクリュプリプラ式射出成形機において、樹脂もれの発生が可及的に抑止でき、また、ノズル部の樹脂滞留量が大幅に低減できる。また、樹脂替えが容易で、樹脂替え時間が短縮できる。また、可塑化樹脂量能力を低下させずにスクリュ径を細くできるので、スクリュ駆動系のイナーシャを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態に係るスクリュプリプラ式射出成形機における、１次射出完了直後の状態を示す要部断面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】本発明の１実施形態に係るスクリュプリプラ式射出成形機における、１次射出完了直後にスクリュを前進させた状態を示す要部断面図である。
【図４】本発明の１実施形態に係るスクリュプリプラ式射出成形機における、射出動作前の状態を示す要部断面図である。
【図５】従来のスクリュプリプラ式射出成形機を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  第１の加熱シリンダ
２  支持ブロック
３  スクリュ
４  スクリュ逆止弁
５  案内バー
６  支持ブロック
７  第１の移動ブロック
８  プーリ
９  スクリュ回転用サーボモータ
１０  ナット体
１１  ロードセル
１２  ボールネジ軸
１３  プーリ
１４  スクリュ前後進用サーボモータ
１５  第２の加熱シリンダ
１６  支持ブロック
１７  ノズル
１８  プランジャ
１９  プランジャ逆止弁
２０  連結管
２１  案内バー
２２  第２の移動ブロック
２３  連結スリーブ
２４  ナット体
２５  ロードセル
２６  ボールネジ軸
２７  プーリ
２８  プランジャ用サーボモータ
２９  バンドヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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