(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料を保持するホッパーと、前記ホッパー内の前記成形材料を送出する第１のパイプと、前記第１のパイプに接続されて、前記第１のパイプより送入された前記成形材料を一定量計量して送出する定量計量部と、前記定量計量部から送出された前記成形材料を成形機に送出する第２のパイプとを有する成形材料の定量計量装置において、
前記定量計量部を、回転部と、前記回転部を中心軸の周りに回転又は揺動するための駆動手段とから構成し、
前記回転部には、前記中心軸と同心の円筒状の供給口を有し、前記第１のパイプに非接触で接続する供給口部と、前記中心軸と同心の円筒状の排出口を有し、前記第２のパイプに非接触で接続する排出口部と、前記供給口と前記排出口とを連結する円筒状の経路とを設けてあり、前記経路を進行方向に少なくとも一回屈曲させ、前記中心軸が鉛直方向に対し傾斜するように前記定量計量部を配置したことを特徴とする成形材料の定量計量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機に樹脂等の顆粒（ペレット）状の成形材料を定量供給する成形材料の定量計量装置に係り、特に、精度の高い光学的特性を要求されるＣＤやＤＶＤ等の光ディスク基板及び光ピックアップ用の光学レンズ等を精密成形するのに好適な計量精度が高く且安定な射出成形を可能とする成形材料の定量計量装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂等の顆粒状の成形材料を射出成形機に定量計量して供給する装置として、特開平６−３０４９６７号公報に開示された射出成形機の定量計量装置や特開平８−２００２５号公報に開示された成形材料の計量装置がある。
【０００３】
特開平６−３０４９６７号公報の射出成形機の定量計量装置においては、ホッパーに連通した供給口と射出シリンダーの内部に連通したホッパー口が水平なシリンダー状搬送路で結合されている。搬送路に搬送スクリューが回転軸をシリンダー状搬送路の軸心に一致させて配置される。
搬送スクリューのフライトの外形がホッパー口に近づくに連れて小さくされる。フライトの外縁に、搬送する樹脂ペレットの直径より大きな切欠きを形成する。
搬送スクリューは、成形材料を供給口からホッパー口に搬送する。搬送スクリューのフライトの外形がホッパー口に近づくに連れて小さくされた構成は、成形材料の供給量に脈動を無くするようになっている。
【０００４】
また、特開平８−２００２５号公報の成形材料の計量装置においては、成形材料を投入する投入ホッパーの下部に管を設ける。管は、計量室内に設けた回転ロータの中心より右側に管の出口がくるように計量室の上部に設ける。計量室の下部には、回転ロータの下方位置において、成形材料の排出部を設ける。計量室内において、成形材料供給側の計量室内壁に成形材料溜め板を回転ロータとの間に隙間ができるように取り付ける。回転ロータの上下方向の中心線上において、回転ロータ上方の計量室内壁に樹脂厚調整板を回転ロータとの間に隙間ができるように設ける。
【０００５】
このような構成にすることにより、プラスチック成型における樹脂ペレット、バージン材や成形により発生したスプールランナーを粉砕した粉砕材等からなる成形材料を投入ホッパーに投入すると、投入ホッパーに入った成形材料は管内を自然落下して通過し計量室に送られる。計量室の内部に入った成形材料は、任意の回転数で回転する回転体により、回転体の回転方向に回転体の回転とともに移動し、成形材料排出部を自然落下する。このとき、成形材料溜め板は成形材料が回転体の下方に落下するのを防ぎ、成形材料厚調整板は回転体とともに移動する成形材料の厚さを調整する。また、モータの回転速度を変えて回転体の回転数を変更し、成形材料排出部に落下する成形材料の量を任意に変えるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−３０４９６７号公報の射出成形機の定量計量装置にあっては、供給口の滞留する成形材料が搬送スクリューとともに回転するフライトによりホッパー口に移動されるときに、本体との間に挟み込まれた一部の成形材料が機械的に破壊され、小片又は粉末が発生する。
【０００７】
小片及び粉末の混合した成形材料が射出成形機に供給されると、成形材料の加熱溶融の際に、小片及び粉末は早く溶融状態となり、成形ムラを発生することになり、精密成形には適さないという問題がある。
また、搬送スクリューを回転させる回転軸とこれを支えるブッシュとの間の機械的接触により、金属粉の発生が生じ、これが成形材料に混入すると微小であっても、成形品が光学的特性を必要とするものの場合に、品質を損なうものとなるという問題がある。
【０００８】
また、特開平８−２００２５号公報の成形材料の計量装置にあっては、投入ホッパーを通して管内に投入された成形材料は、モータによって駆動される回転ロータの回転により排出部へ搬出される。このとき、回転ロータの上方に配置された成形材料厚調整板と回転ロータとの間に所定の隙間が設けられており、成形材料の搬出量が制御されるが、この隙間に、成形材料が噛み込まれて、小片及び粉末が発生する場合がある。これは、上述の場合と同様に、成形品の品質にムラを発生するという問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、上記問題を解決し、成形材料の噛み込みを防止するとともに精密な定量性を有して成形材料を計量することができ、光学的品質の良好な成形品を可能とする成形材料の定量計量装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、成形材料６０を保持するホッパー１と、前記ホッパー１内の前記成形材料６０を送出する第１のパイプ８と、前記第１のパイプ８に接続されて、前記第１のパイプ８より送入された前記成形材料６０を一定量計量して送出する定量計量部３０と、前記定量計量部３０から送出された前記成形材料６０Ａを成形機２０に送出する第２のパイプ９とを有する成形材料の定量計量装置１０において、前記定量計量部３０を、回転部（回転バルブ５１）と、前記回転部（回転バルブ５１）を中心軸ｃ０の周りに回転又は揺動するための駆動手段（ロータリアクチュエータ３２）とから構成し、前記回転部（回転バルブ５１）には、前記中心軸ｃ０と同心の円筒状の供給口５２を有し、前記第１のパイプ８に非接触で接続する供給口部６１と、前記中心軸ｃ０と同心の円筒状の排出口５２を有し、前記第２のパイプ９に非接触で接続する排出口部６２と、前記供給口５２と前記排出口５３とを連結する円筒状の経路とを設けてあり、前記経路を進行方向に少なくとも一回屈曲させ、前記中心軸ｃ０が鉛直方向に対し傾斜するように前記定量計量部３０を配置したことを特徴とする成形材料の定量計量装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
＜実施例＞
図１は、本発明の成形材料の定量計量装置の実施例を示す構成図である。
図２は、図１の部分拡大図であり、定量計量装置の要部である定量計量部を主に示す構成図である。
図３は、回転バルブを示す構成図である。図４は、定量計量部の構成図である。
【００１２】
図１に示すように、成形材料の定量計量装置１０は、ホッパー１と、ホッパー１の底部に順次それぞれ連結された上パイプ８、定量計量部３０及び下パイプ９より概略構成される。下パイプ９は射出成形を行う成形機２０の成形機スクリューに接続されている。
【００１３】
ホッパー１の内部には、らせん状のラジエータパイプ３が配置されており、その導入口４及び排出口５は、ホッパー１の壁面に取り付けられている。
ホッパー１の内部に投入された成形材料は、ラジエータパイプ３内を循環する液体又はオイルにより、予備加熱される。
目視用窓６は、成形材料の状態を観察するために設けられている。フィルタ２２はホッパー１内の空気を排出するとともに、ホッパー１内部にゴミなどが入るのを防止している。キャップ２は、ホッパー１の成形材料投入口２３の蓋の役目をする。
【００１４】
上パイプ８の途中に設けられたキャップ７は、材料交換及び材料抜き（長時間使用しない場合等）等のホッパー内の材料排出・取出し口である。
定量計量部３０の下部に設けられたフランジ１４には下パイプ９の内部と接続する導入口１５が設けられている。導入口１５にはスペーサ１６を介して加熱ヒータ付パイプ１２が接続されている。空気導入口１３から導入された空気は、温度センサ１１で設定された温度に加熱ヒータ付パイプ１２で加熱されて導入口１５から定量計量装置１０の内部に供給される。
下パイプ９の下部（成形機２０の近傍）には、定量計量装置１０の内部に窒素ガスを導入するための窒素ガス導入部１９が設けられている。
【００１５】
定量計量装置１０において、ホッパー１に投入された成形材料は、上パイプ８の内部を通って定量計量部３０に到達し、ここで、一定量、計量されて、下パイプ９の内部を通って成形機スクリュー２１に供給される。
このとき、ホッパー１内の成形材料はラジエータパイプ３により所定の予備加熱を受け、さらに、導入口１５から加熱・乾燥された空気が送り込まれることにより、この空気は定量計量部３０からホッパー１に向って送り込まれ、途中の経路を通過する成形材料を所定の温度に保ち、さらに、窒素ガス導入部１９から下パイプ内に供給される窒素ガスにより、酸化が防止される。
【００１６】
成形材料としては、材質的には、エンプラ、スーパエンプラをはじめとするプラスチック材料全般が使用される。例えば、一般的なＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ），光ディスク基板や精密機構部品等に用いられるポリカーボネート樹脂（ＰＣ），光学部品等に用いられるポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、機構部品等に用いられるポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、耐熱・高剛性機構部品等に用いられるポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオレエチレン樹脂（ＰＴＦＦ），液晶ポリマー（ＬＣＰ），光学部品特にレーザピックアップ用の対物レンズや回折格子やホログラム素子に用いられるポリオレフィン樹脂を使用できる。
【００１７】
また、成形材料の形状としては、直径２ｍｍ×高さ２ｍｍ〜４ｍｍ乃至直径３ｍｍ×高さ３ｍｍ〜４ｍｍの円筒形（完全な円筒形ではない）、又は、直径２ｍｍ〜４ｍｍの球状（いびつになったりする）をしている。
【００１８】
次に、図２乃至４を参照して、定量計量部３０を説明する。
図４に示すように、定量計量部３０は、回転バルブ５１、カバー４３、カバー４４、シャフト３９、上フランジ３７、下フランジ３８、ベアリング３６、ベアリング４６、ギア３５、ロータリアクチュエータ３２、ギア３３及び制御部（図示しない）より概略構成されている。
回転バルブ５１には、いずれも断面が楕円もしくは円状の供給口５２、上部経路５４、中間経路５５、下部経路５６、排出口５３が連結して形成されて有り、ここを、形成材料が通過する。
【００１９】
カバー４３，４４は回転バルブ５１の側面にボルト４５によって取り付けられている。回転バルブ５１の供給口５２の形成された円筒状の供給口部６１の外側にはベアリング３６が配置され、排出口５３の形成された円筒状の排出口部６２の外側にはベアリング４６が配置されている。ベアリング３６及び４６はそれぞれ上フランジ３７及び下フランジ３８に保持されており、上フランジ３７と下フランジ３８との間にはシャフト３９が挿入固定されている。これによって、回転バルブ５１は上フランジ３７及び下フランジ３８に対して、ベアリング３６及び４６を介して回転可能となっている。
【００２０】
固定バルブ５１のべアリング３６の取り付けられた部分の下方部には、ギア３５が固定配置されている。上フランジ３７に固定されたロータリアクチュエータの回転軸３４にはギア３３が取り付けられている。ギア３３とギア３５は噛合っており、ロータリアクチュエータ３３が制御部によって駆動されるに対応して回転バルブ５１は回転又は揺動する。
【００２１】
上フランジ３７は、下カップリング４２の所定位置に固定されており、下カップリング４２と上カップリング４１はペアで上パイプ８に固定されている。下カップリング４２と供給口部６１は互いに接触しないラビリンス構造をとっており、外部からゴミ等が供給口５２等に入らないようになっている。また、通過する成形材料が噛み込まないようになっている。
【００２２】
一方、下フランジ３８は下パイプ９に固定されているフランジ１４に固定配置されている。ここで、排出口部６２の下面ｂと下パイプ９との間には、僅かの間隙を設けてあり、回転バルブ５１の回転によって、成形材料６０が噛み込まず、且、下パイプ９と下面ｂが接触して金属粉が発生することがないように構成されている。
上パイプ８を構成するパイプ８ｃ、供給口５２、排出口５３、及び下パイプ９の各中心軸は一致するように構成されている。
【００２３】
次に、図２及び図３により、回転バルブ５１について説明する。
回転バルブ５１は、縦Ｌ４（例えば４８ｍｍ）、横Ｌ１１（例えば３２ｍｍ）、高さＬ１２（例えば８８ｍｍ）の直方体に、上部に所定の供給口部６１及び下部に所定の排出口部６２を設けてある。中心線がｃ０である直径Ｄ１（例えば２６ｍｍ：上パイプ８の内径と同じ）であり、上面ａからの深さＬ７（例えば１６ｍｍ）である供給口５２が上端部に、直径Ｄ（例えば２３ｍｍ：下パイプ９の内径と同じ）であり、下面ｂからの深さＬ５（例えば１５．７ｍｍ）である排出口５３が下端部に設けられている。
【００２４】
中心線ｃ０に対し角度θ４（例えば４５度：望ましい範囲としては３０度から８０度）を成す中心線ｃ１を有する円筒状の上部経路５４が形成されている。中心線ｃ１と左側面ｃとの交点ｑから上面ａまでの長さはＬ１０（例えば３４ｍｍ）である。ここで、中心線ｃ０とｃ１との交点ｐと交点ｑとの距離をＬ１とすると、Ｌ１の望ましい範囲としては１．５×Ｄ〜３×Ｄであり、これに応じてＬ１０、Ｌ４、Ｌ１２等を適宜決定すれば良い。
【００２５】
中心線ｃ０に対し角度θ２（例えば７０度：望ましい範囲としては５０度から１００度）を成す中心線ｃ２を有する円筒状の中間経路５５が形成されている。中心線ｃ２と右側面ｄとの交点ｒから上面ａまでの長さはＬ９（例えば５４ｍｍ）である。ここで、中心線ｃ１と中心線ｃ２との交点ｓと、中心線ｃ２と中心線ｃ３（後述する）との交点ｔとの距離をＬ２とすると、Ｌ２の望ましい範囲としては２×Ｄ〜５×Ｄであり、これに応じてＬ１０、Ｌ４、Ｌ１２等を適宜決定すれば良い。
【００２６】
中心線ｃ０に対し角度θ３（例えば４５度：望ましい範囲としては２０度から７０度）である中心線ｃ３を有する円筒状の下部経路５６が形成されている。中心線ｃ３と右側面ｄとの交点ｅから上面ａまでの長さはＬ８（例えば５１ｍｍ）である。
左側面ｃには、カバー４４が、右側面ｄにはカバー４３がそれぞれ取り付けられる。これによって、供給口５２から排出口５３まで、Ｚ字型の経路が形成される。
【００２７】
なお、中心線ｃ０、ｃ１、ｃ２及びｃ３は同一平面上にある。回転バルブ５１組込まれた定量計量部３０の中心線は中心線ｃ０と一致する。
定量計量部３０はその中心線ｃ０が鉛直線ｖに対し角度θ４（例えば４５度：これを一定として、必要に応じて他の角度θ１、θ２、θ３を変更すればよい）を成すように配置されている。
【００２８】
次に、定量計量装置の動作について説明する。
図５は、初期位置にある回転バルブ内の成形材料の状態を示す図である。
図６は、回転バルブが半サイクル回転（揺動）した時の成形材料の状態を示す図である。
図７は、回転バルブが１サイクル回転（揺動）した時の成形材料の状態を示す図である。
【００２９】
図５に示すように、初期状態においては、回転バルブ３０はその左側面ｃが一番下になる位置にロータリアクチュエータ３２により保持されている。従って、上部経路５４は下向きとなり、中間経路５５は右肩上がりの横向きとなり、下部経路５６は下向きとなっている。この状態では、ホッパー１内の成形材料６０は自重により落下して上パイプ８を通って供給口５２及び上部経路５４に充填され、さらに一部はブリッジして中間経路５５の一部を埋めている。
【００３０】
この状態から、次に図６に示すように、ロータリアクチュエータ３２の回転により、回転バルブ５１が回転すると（図６では、１８０度回転した状態を示してある）、上部経路５４は下向きから横向きとなり、中間バルブ５５は横向きから下向きとなり、下部経路５６は下向きから横向きとなる。従って、初期状態において、中間経路５５及び上部経路５４に滞留していた成形材料６０は、定量分離された成形材料６０Ａとして、分離されて中間経路５５及び下部経路５５に流れ込む。
【００３１】
次に、図７に示すように、さらにロータリアクチュエータ３２が回転することにより、回転バルブ５１が回転して（図７では、３６０度回転して初期状態と同じ角度に戻った状態を示してある）、再び、上部経路５４が横向きから下向きとなり、中間経路５５が下向きから右肩上がりの横向きとなり、下部経路５６は横向きから下向きとなる。従って、図６に示した、定量分離された成形材料６０Ａは、自重により矢印５８に示すように下パイプ９中を落下して、成形機スクリュー２１に送り込まれる。上部経路５４中にある成形材料は順次移動して、中間経路５５に一部送られてブリッジして留まっている。
【００３２】
この図５乃至７に示したサイクルをロータリアクチュエータ３２の駆動により繰り返すことによって、成形材料６０を定量分離して、順次、成形機スクリュー３２に送り込むことができる。
定量分離する成形材料６０の量は、成形材料の形状及び下パイプの内径Ｄ、ロータリアクチュエータ３２による駆動（回転）速度（揺動の場合は揺動速度）等により、適宜選択できるものである。
本実施例においては、定量分離された成形材料の計量精度は重量に対して±５％以内の結果が得られている。
【００３３】
内径Ｄは、例えば、成形材料（ペレット）の最大寸法プラス余裕度（最大寸法の１／２）を最小値とし、最大では６０ｍｍ程度が適切である。
ホッパー１、上パイプ８、回転バルブ５１、下パイプ９の材質としては、錆の発生が生じないステンレス鋼又は特殊鋼を用いる。一般の炭素鋼等を使用するときは、内面をニッケル及びニッケルクロムメッキを施し、腐食及び酸化防止対策を行ったものを使用する。
【００３４】
このように、本実施例の定量分離装置１０は、成形材料６０の移動分離において、機械的に成形材料を遮断する機構をもたず、成形材料６０の自重による落下と成形材料６０が通過する回転バルブ５１の運動により所定量を分離する構造としてあるので、成形機２０に送り込まれる成形材料６０Ａを破壊して、小片を発生することが無く、また、回転バルブ５１をベアリング３６、４６により回転自由に保持する構造とし、回転バルブ５１の供給口部６１と下カップリング４２は、非接触の構造となっており、下面ｂとした下パイプ９とも非接触となっているので、回転バルブ５１の回転又は揺動により金属粉を発生することがない。
従って、光学的特性の要求される精密光学部品の成形において、特に好適に本実施例の定量分離装置を適用することができる。
以上、回転バルブにおける供給口から排出口までの経路をＺ字型に形成した場合について説明したが、この経路を単にくの字型としても、中心軸に適当な傾斜を与えることによって同様の結果を得ることが出来るものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成形材料の定量計量装置は、定量計量部を、回転部と、前記回転部を中心軸の周りに回転又は揺動するための駆動手段とから構成し、前記回転部には、中心軸と同心の円筒状の供給口を有し、第１のパイプに非接触で接続する供給口部と、前記中心軸と同心の円筒状の排出口を有し、第２のパイプに非接触で接続する排出口部と、前記供給口と前記排出口とを連結する円筒状の経路とを設けてあり、前記経路を進行方向に少なくとも一回屈曲させ、前記中心軸が鉛直方向に対し傾斜するように前記定量計量部を配置したことにより、成形材料の噛み込み及び金属分の混入を防止するとともに、精密な定量性を有して成形材料を計量することができ、光学的品質の良好な成形品を可能とする成形材料の定量計量装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形材料の定量計量装置の実施例を示す構成図である。
【図２】図１の部分拡大図であり、定量計量装置の要部である定量計量部を主に示す構成図である。
【図３】回転バルブを示す構成図である。
【図４】定量計量部の構成図である。
【図５】初期位置にある回転バルブ内の成形材料の状態を示す図である。
【図６】回転バルブが半サイクル回転（揺動）した時の成形材料の状態を示す図である。
【図７】回転バルブが１サイクル回転（揺動）した時の成形材料の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ホッパー、２…キャップ、３…ラジエータパイプ、４…導入口、５…排出口、６…目視用窓、７…キャップ、８…上パイプ、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…パイプ、９…下パイプ、１０…定量計量装置、１１…温度センサ、１２…加熱ヒータ付パイプ、１３…空気導入口、１４…フランジ、１５…導入口、１６…スペーサ、１７…パイプ、１８…キャップ、１９…窒素ガス導入部、２０…成形機、２１…成形機スクリュー、２２…フィルタ、３０…定量計量部、３２…ロータリアクチュエータ、３３…ギア、３４…回転軸、３５…ギア、３６…ベアリング、３７…上フランジ、３８…下フランジ、３９…シャフト、４１…上カップリング、４２…下カップリング、４３…カバー、４４…カバー、４５…ボルト、４６…ベアリング、５１…回転バルブ、５２…供給口、５３…排出口、５４…上部経路、５５…中間経路、５６…下部経路、５８…矢印、６０…成形材料、６０Ａ…定量分離された成形材料、６１供給口部、６２…排出口部、ａ…上面、ｂ…下面、ｃ…左側面、ｄ…右側面、ｃ０，ｃ１，ｃ２，ｃ３…中心線、ｖ…鉛直線。
【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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【図６】
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【図７】
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