JP4174403B2

JP4174403B2 - 射出成形装置

Info

Publication number: JP4174403B2
Application number: JP2003338756A
Authority: JP
Inventors: 藤夫山田
Original assignee: 株式会社リムテック
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2005067178A

Description

この発明は、樹脂、またはマグネシウム、アルミニウ厶などの金属の射出成形にて、成形品への空気、ガスの巻き込みを防止するための射出成形装置に関する。

樹脂または金属を射出成形する際、キャビティ内の空気や、樹脂、金属から発生するガスを成形中に巻き込むことにより、成形品に、外観不良や内部欠陥を発生することがある。こういった不良を解消するため、金型のガス抜き機構として、キャビティの周辺部に、ラビリンス構造のベントを設けたり、多孔質セラミックを埋め込んだりする方法がある。また、型締め後、キャビティ内の空気を真空ポンプなどの手段で吸引した後、射出する方法も知られている。後者の方法では、吸引通路を開閉する機構が必要であり、また、吸引時に、キャビティ入口側すなわちランナや成形機ノズルから、空気や溶融材料を吸い込まないように密閉する機構が課題となる。この課題を解決するのに、ホットランナ金型にて、ホットランナノズル先端の溶融材料が吸い込まれないようにピンで閉鎖する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−８６２５７号公報

しかしながら、この方法は、金型構造が複雑になるという問題点があった。
ところで、この発明の出願人は、溶融金属材料射出装置の一実施形態として、材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒の先端にホットノズルを設け、このホットノズルのゲート部温度を制御することにより、出口路の材料を固化状態として、金型キャビティとの連通を遮断するように構成した溶融金属材料射出装置を開発した（特開２０００−２５４７６４および特願２００２−３１８６１３）。
この発明は、そのような溶融金属材料射出装置を用い、射出装置のホットノズルで溶融材料を固化させることにより、金型に特別な機構を設けなくても、溶融材料の吸い込みを防止することができる射出成形装置を提供することを目的とする。

この発明による射出成型装置は、キャビティに連通するノズル挿入穴および空気の吸引口が設けられた金型と、開閉弁を介して前記吸引口に連通する真空ポンプと、前記キャビティへ溶融材料を射出する射出装置とから成る。前記射出装置は、樹脂または金属の材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒と、加熱筒の先端に取り付けられ加熱筒の内部に連通する溶融材料の通路の先端にゲート部を有するホットノズルと、ホットノズルのゲート部の温度を制御してゲート部の材料を溶融または固化させる制御装置とを含み、前記ホットノズルの先端部を前記金型のノズル挿入穴に挿入してキャビティにホットノズルの溶融材料の通路を連通させている。前記制御装置は、前記開閉弁を開いてキャビティ内の空気を吸引するとき、ホットノズルのゲート部の温度を材料が固化する温度に制御し、キャビティ内が真空状態になって前記開閉弁を閉じたとき、ホットノズルのゲート部の温度を材料が溶融する温度に制御してキャビティ内に溶融材料を射出可能としている。

この発明の射出成形装置によると、ホットノズルを金型に挿入して金型を閉じ、ホットノズルのゲート部の樹脂、金属が固化している状態で、開閉弁を開いてキャビティ内の空気を吸引して真空若しくはほぼ真空状態とした後、開閉弁を閉じてキャビティ内に材料を射出して射出成形を行なう。これにより、ガスの巻き込みの無い、品質の良い成形品を得ることができる。

この発明によると、射出装置のホットノズルのゲート部温度制御により、ゲート部の材料を溶融または固化させて、開放、閉鎖可能としたので、溶融材料を吸い込むことなく、キャビティ内の空気を吸引することができ、ガスの巻き込みのない、品質の良い成形品を得るのに、極めて優れた効果を発揮するものである。

以下、この発明の第１実施例の形態を図１、図２を参照して説明する。
図１の射出装置（射出部分のみを図示）１０は、成形機本体（図示しない）に対して前後に動くようになっており、図は、固定台盤１３に固定型２を取付けた後、射出装置１０を前進させて、固定型２のノズル挿入穴６にホットノズル１９を挿入した状態を示す。
射出装置１０の加熱筒１１は、外周のヒータ１２によって加熱され、溶融路１１Ａ内部の材料が溶融状態若しくは半溶融状態に維持されている。
加熱筒１１の先端にホットノズル１９が取付けられており、ホットノズル１９には溶融路１１Ａと連通されて溶融材料の通路を形成する小径の出口路２０が形成されている。また、出口路２０先端のゲート部２０ａの温度は、図示しない制御装置から電力線１６を通って、電力が供給されることにより制御される。

この実施形態では、加熱筒１１の溶融路１１Ａからホットノズル１９の出口路２０への連通部位は、上辺を同一面とし、下辺が上方に向かって暫時小径となる形状をしている。この形状により、溶融路１１Ａ内の溶融材料から発生するガスが上方部位に溜まることを未然に防止することができる。

金型１は、固定型２と可動型３から成る一般的な構造であり、詳細の構造の説明は省略する。金型１が閉じた状態で、固定型２と可動型３に囲まれた空間がキャビティ４である。固定型２のノズル挿入穴６には、射出装置１０が前進して、ホットノズル１９の先端部外周が気密状態でかん合される。

第１実施例では、キャビティ４は、固体型２側が凹、可動型３側が凸のカップ形状をしており、固定型２の外面からキャビティ４内周面に向かって、弁穴７が空いている。弁穴７は、先端から、かん合穴７ａ、テーパ面７ｂ、逃がし穴７ｃの段付形状となっており、キャビティ４内周面への開口部が吸引口８となる。なお、キャビティ４は、吸引口８以外には、外部に連通する穴を持たない。

弁穴７には、スリーブ３５を介して、空圧で駆動される往復シリンダ３１が取付けられる。往復シリンダ３１は、電磁弁３３でポートが切替えられることにより、閉じ側供給ホース３２ａ、開き側供給ホース３２ｂのいずれかにエア源３４からの空圧が供給されてピストン２１が往復作動する。なお、往復シリンダは、油圧、電気などによる駆動であってもよい。

往復シリンダ３１のピストン２１と連結される開閉弁２４は、先端から、かん合部２４ａ、テーパ部２４ｂ、軸部２４ｃの段付形状になっており、開閉弁２４が前進すると、図１に示すように、開閉弁２４のかん合部２４ａが弁穴７のかん合穴７ａにかん合し、テーパ部２４ｂがテーパ面７ｂに当接して、吸引口８を塞ぎ、開閉弁２４は閉状態となる。このとき、弁穴７の逃がし穴７ｃと、開閉弁２４の軸部２４ｃのすき間は、円環路２３を形成する。
開閉弁２４が後退すると、図２に示すように、かん合部２４ａが弁穴７のかん合穴７ａから離れ、また、テーパ部２４ｂがテーパ面７ｂから離れて、吸引口８と円環路２３が連通し、開閉弁２４は開状態となる。

スリーブ３５には、円環路２３と連通する連通口３５ａが、開閉弁２４の軸部２４ｃと直交して形成されている。連通口３５ａは、ホース３８で、真空ポンプ３６、負圧ゲージ３７に接続されている。また、その他の箇所では、円環路２３と外部との気密が保たれている。

次に、この第１実施例の作動を説明する。
金型１が開いているとき、ホットノズル１９のゲート部２０ａの温度は、材料が固化する低めの温度に制御されて、固まった材料によって閉じられている。
次に、金型１を閉じ、電磁弁３３を作動させ、開閉弁２４を開いて、吸引口８と円環路２３を連通すると、キャビティ４内の空気は、円環路２３、連通口３５ａ、ホース３８を経由して真空ポンプ３６に吸引される。それに伴い、負圧ゲージ３７は、ほぼマイナス１気圧（約−０．１ＭＰａ）の真空状態を指し示す。
この時、ホットノズル１９のゲート部２０ａは固まったままなので、溶融材料が一緒に吸い込まれることはない。

開閉弁２４を開いた後、一定時間（例えば５秒）経過して、キャビティ内が真空状態となったら、開閉弁２４を閉じて、吸引口８を塞ぐ。なお、その時間は、キャビティ４の容積、真空ポンプ３６の能力などによって決まる。
この状態で、ホットノズル１９に電力を供給し、ゲート部２０ａの温度を、材料が溶融する高めの温度に加熱して、内部の材料を溶融し、射出可能状態とする。この状態で、加熱筒１１後部のシリンダおよびピストン（図示しない）からなる押圧手段によって、溶融路１１Ａ内部の材料を押し込むと、材料は、ホットノズル１９の出口路２０からゲート部２０ａを通って射出され、キャビティ４に充填される。
射出が完了したら、ホットノズル１９の温度を再び、材料が固化する低めの温度に制御し、ゲート部２０ａ内の材料を固化させる。また、キャビティ４内の成形品が冷却固化した後、金型１を開き、成形品を取り出し、離型剤を噴霧する。

このように、ホットノズル１９を温度制御することによって、溶融材料が吸い込まれることを防止しつつ、キャビティ４内を真空状態として、材料を射出することができるため、キャビティ４内の空気が成形品に巻き込まれることを防止し、品質の良い成形品を得ることができる。

加えて、この実施形態では、前述のように、加熱筒１１の溶融路１１Ａからホットノズル１９の出口路２０への連通部位の形状を、上辺を同一面とし、下辺が上方に向かって暫時小径となる形状とすることにより、溶融路１１Ａ内の溶融材料から発生するガスが上方部位に溜まることを未然に防止することができ、また、加熱筒１１の内部をも真空状態とすることができる。
もし、金型キャビティを真空状態としても、射出される溶融材料にガスが含まれていれば、成形品へのガスの巻き込みが発生するが、このように、加熱筒内も真空状態とすることにより、成形品の品質向上をさらに確実に図ることができる。

次に、この発明の第２実施例の形態を図３、図４を参照して説明する。第２実施例では、キャビティ４４は浅い皿形状であるため、固定型２に型分割面５と平行に開閉弁を設置するスペースが取れない。そこで、可動型３側から、型分割面５と直角方向に開閉弁５４が設置される。
この場合、可動型３は、可動型板４５と受け板４６を含む構成である。可動型板４５には、受け板４６側から型分割面５に向かって、弁穴４７が空いている。弁穴４７は、先端から、かん合穴４７ａ、テーパ面４７ｂ、逃がし穴４７ｃ、スプリング座面４７ｄ、ツバかん合穴４７ｅから成る段付形状となっており、キャビティ４４への開口部が吸引口８となる。
また、可動型板４５の側面から、吸引穴４９が、弁穴４７の逃がし穴４７ｃの内側面に連通している。吸引穴４９の入口には、ホースニップル３９が取付けられ、第一の実施形態同様、ホース３８を介して、真空ポンプ３６、負圧ゲージ３７につながっている。
受け板４６には、後述する偏芯カム軸５３を収納する収納溝４６ａが彫られている。

受け板４６の側面には、空圧で駆動され、１８０°回転する回転式アクチュエータ６１が、支柱６２を介して取付けられる。回転式アクチュエータ６１の回転軸５１は、連結ロッド５２を介し、偏芯カム軸５３に連結されている。偏芯カム軸５３は、小径の軸部５３ａと大径のカム部５３ｂからなり、５３ａと５３ｂは、後述する開閉弁５４のストロークの２分の１だけ偏芯している。また、連結ロッド５２および偏芯カム軸５３が回転式アクチュエータ６１の軸に沿って回転するように、軸受け５５、５６が受け板４６に挿入されている。
回転式アクチュエータ６１は、第一の実施形態の往復シリンダ３１と同様に空圧で駆動される。また、油圧、電気などによる駆動であってもよい。

開閉弁５４は、先端から、かん合部５４ａ、テーパ部５４ｂ、軸部５４ｃ、ツバ部５４ｄの段付形状になっており、スプリング５７が、ツバ部５４ｄと弁穴４７のスプリング座面４７ｄとの間に挿着される。偏芯カム軸５３が回転すると、カム部５３ｂがツバ部５４ｄの端面に当たり、スプリング５７の付勢力に抗して、開閉弁５４を往復作動させる。開閉弁５４がキャビティ４４方向に前進すると、図３に示すように、開閉弁５４のかん合部５４ａが弁穴４７のかん合穴４７ａにかん合し、テーパ部５４ｂがテーパ面４７ｂに当接して、吸引口８を塞ぎ、開閉弁５４は閉状態となる。逃がし穴４７ｃと軸部５４ｃのすき間は、円環路４８を形成する。
また、ツバ部５４ｄの外径は、ツバかん合穴４７ｅにかん合してシールする寸法となっているため、円環路４８と外部との気密は、吸引穴４９を通して以外、保たれている。
開閉弁５４が後退すると、図４に示すように、かん合部５４ａが弁穴４７のかん合穴４７ａから離れ、テーパ部５４ｂがテーパ面４７ｂから離れて、吸引口８と円環路４８が連通し、開閉弁５４は開状態となる。

次に、この発明の第２実施例の作動は、基本的に前記の第１実施例と同じであるため省略する。
なお、第１実施例では、開閉弁２４と往復シリンダ３１が直結されているため、キャビティ４の熱が往復シリンダ３１に伝わりやすいという問題点があるが、第２実施例では、開閉弁５４と回転式アクチュエータ６１が直接接続されていないため、第１実施例に比べて、回転式アクチュエータ６１に熱が伝わりにくく、装置の耐久性が増すという利点がある。
また、開閉弁の形態はこれらに限定するものではなく、吸引口を開閉できるものであれば、いかなる形態であってもかまわない。

この発明の第１実施例である射出成形装置の構成を示す開閉弁が閉状態のときの断面図である。この発明の第１実施例である射出成形装置の構成を示す開閉弁が開状態のときの断面図である。この発明の第２実施例である射出成形装置の構成を示す開閉弁が閉状態のときの断面図である。この発明の第２実施例である射出成形装置の構成を示す開閉弁が開状態のときの断面図である。

符号の説明

１金型
４、４４キャビティ
８吸引口
１０射出装置
１１加熱筒
１９ホットノズル
２０出口路
２０ａゲート部
２４、５４開閉弁

Claims

キャビティに連通するノズル挿入穴および空気の吸引口が設けられた金型と、開閉弁を介して前記吸引口に連通させた真空ポンプと、前記キャビティへ溶融材料を射出する射出装置とから成り、前記射出装置は、樹脂または金属の材料を加熱して溶融状態若しくは半溶融状態にする加熱筒と、加熱筒の先端に取り付けられ加熱筒の内部の溶融路に連通する溶融材料の出口路および出口路の先端にゲート部を有するホットノズルと、ホットノズルのゲート部の温度を制御してゲート部の材料を溶融または固化させる制御装置とを含み、前記金型のノズル挿入穴には、ホットノズルの先端部が挿入されかつ気密状態でかん合されてキャビティにホットノズルの出口路を連通させており、前記制御装置は、前記開閉弁を開いてキャビティ内の空気を吸引するとき、ホットノズルのゲート部の温度を材料が固化する温度に制御し、キャビティ内が真空状態になって前記開閉弁を閉じたとき、ホットノズルのゲート部の温度を材料が溶融する温度に制御してキャビティ内に溶融材料を射出可能とした射出成形装置。