JP4191395B2

JP4191395B2 - 射出成形機

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Publication number: JP4191395B2
Application number: JP2001237148A
Authority: JP
Inventors: 俊道西澤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-30
Filing date: 2001-06-30
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: JP2003011189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機、殊にゴムの射出成形に適したプリプラ式射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記プリプラ式射出成形機としては、例えば図１６に示すようなものがある。これは金属ケース１内に、スクリュー２を備え可塑化計量機能をもつ押出機３と、該押出機３に逆止弁４をもつ通路５により連結した射出ポット６と、該射出ポット６内にて摺動するプランジヤ７と、前記ポット６先端の射出通路となる部分（以下射出ポット先端部分という）８と、該射出ポット先端部分８の先端に装着した射出ノズル９とから構成され、前記金属ケース１の下端付近を金型１０の上ダイプレート１１に支持したものである。尚１２は、前記上ダイプレート１１とタイバー１３により連結された下ダイプレートであり、１４は断熱盤、１５は熱盤を示す。
【０００３】
そして、上記射出成形機では、まず、原料ゴムを矢印のように押出機３に投入して、スクリュー２により図１６の左へ送りつつ可塑化し、このような可塑化ゴムを計量しつつ、逆止弁４を経て通路５により射出ポット６内へ送入し、プランジャ７を可塑化ゴムの投入圧力により上昇せしめる。次にプランジャ７を下降させて、射出ポット６内の可塑化ゴムを射出ポット先端部分８、射出ノズル９を経て前記金型１０内に送入し、スプルー１６、ランナー１７、ゲート１８を経て金型１０内のキャビティ１９に圧入し、加硫するのである。
【０００８】
ところで、ゴム加硫品の生産性を向上し製品コストを低減するために、前記キャビテイ１９に充填された可塑化ゴムの加硫時間を短縮することが有効であることは常識であり、このため射出ポット６内の温度をできるだけ高く設定することが求められている。
【０００９】
しかしながら、射出ポット６の可塑化ゴムの温度を過度に高くするときは、スコーチ、即ち「加硫反応が始まり可塑性が失われる初期段階」が生じ易く、スコーチしたゴムが前記キャビティ１９内に進入して製品不良を招いたり、また前記射出ポット先端部分８、射出ノズル９を詰まらせることがある。
【００１０】
また上記スコーチしたゴムの生成は、射出ポット６等の内壁面に付着したゴムがその場所に長時間残留する場合に一層生じやすくなるから、このスコーチしたゴムの生成を抑制するためには、射出ポット６内に現存する可塑化ゴムを、新たに投入した可塑化ゴムに完全に切替えるに必要な射出回数は極力少なくし、前記内壁面に付着したゴムの残留時間を短くするのがよい。
【００１１】
即ち、できるだけ少ない射出回数で前記残留箇所のゴムが完全に射出されて、新しい可塑化ゴムに切り替わることが望ましいが、切替り性が悪いと射出回数が多くなり、殊に射出ポット６内温度を上げた場合スコーチが生じ易く、逆に切替り性が良いと前記射出回数も少なくて済み、これに伴い可塑化ゴムが前記内壁面で過熱される時間も短くなり、結果的にスコーチの発生が抑制できるのである。
【００１２】
ところが、図１６に示す一般的な射出成形機では、前記射出ポット先端部分８がその全長に亘り同径であり、射出時の可塑化ゴムの流動速度はその中心に比して内壁面では極端に小さくなるため、射出完了時、可塑化ゴムがコレステロール状に残留しがちであり、新しい可塑化ゴムに切替える準備として前記残留ゴムを射出ポット先端部分８から除去するためには、かなりの回数（少なくとも６回）の射出を繰り返す必要がある。
【００１３】
そして、射出ポット先端部分８に前記残留ゴムが径時的に堆積して、該通路８の内径（流動径）が小さくなった場合には、前記射出の繰り返しでは、残留ゴムはもはや除去できない。従って一般には、経験的に求めた所定の射出回数ごとに、例えば前記金属ケース１を上ダイプレート１１から取外して、射出ポット先端部分８、射出ノズル９等を清掃し残留ゴムを除去していたが、これは当然多大な時間と手間を必要とし、コストの上昇を招いていた。
【００１４】
そこで、特開平１０−１６６４０３号公報に記載された射出成形機の如く、射出ポット先端部分のみをノズルに向かって漸減させ、かつ射出ポットの軸線を含む断面にて、射出ポット先端部分の内壁面の前記軸線に対する傾斜角度を０．２°〜とすることにより、射出時の可塑化ゴムの流速分布を変えて射出ポット先端部分の内壁部の流速を向上させ、射出完了時の可塑化ゴムの前記残留をなくそうとする考えもある。
【００１５】
しかし、ゴムの射出成形機おいては、生産完了後の成形機の休止時に射出ポット先端部分内に残留したようになっている可塑化ゴムがすべてスコーチするため、次回の生産開始前に、射出ノズルを外して、射出ポット先端部分内のスコーチしたゴムを、射出の繰り返しによってクリーニングするのが普通だが、前記特開平の形状では、一旦詰ってしまうと、前記のような射出の繰返しでは解決できず、射出成形機を分解して詰ったゴムを取出すか、部品を交換せねばならず、その時間、費用は前記の場合より更に多大となる。
【００１６】
要するに従来の射出成形機では、構造上、射出ポット先端部分等の内壁面に可塑化ゴムが残留しやすいため、前記切替えのための射出回数が必要以上に多くなるとともに、切替えのための射出によっても残留ゴムが除去できないときは、前記金属ケースを外して清掃する必要があり、このための時間、コストは多大である。更に、前記特開平公報記載の射出ポット先端部分をノズルに向かって漸減させるものでは、一旦該通路に詰った時は射出成形機の分解、部品交換等も必要となり、このようなことから、射出ポット内のゴム温度をスコーチを生じない範囲で高温として生産性を向上し、製品コストの低減を図ることができないという問題があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決しようとする課題は、射出ポット内の成形材料（可塑化ゴム）の温度を正確に測定し得る射出成形機を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係る射出成形機は、筒状に形成され、成形材料が供給される射出ポットと、該射出ポットの先端に装着された射出ノズルと、前記射出ポット内の成形材料を前記射出ノズルから射出するために前記射出ポット内に前記射出ポットの長手方向に移動可能に収容され、先端部が先細り形状に形成されたプランジャとを備えた射出成形機において、前記プランジャは、前記先端部の角度が４５度以下であり、前記プランジャの先端部に、前記射出ポット内の成形材料の温度を計測する温度センサを内蔵したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を、図１乃至図６により、図１６の説明において使用した符号は同一のものを表すものとして説明すると、本発明の射出成形機は、金属ケース２１に、射出ノズル２３を設けた射出ポット２４と、該ポット２４内へ可塑化状態にある成形材料を側方から供給する投入口２５とを形成し、前記射出ポット２４内に摺動可能にプランジャ２６を配設するとともに、前記射出ポット２４先端並びに前記射出ノズル２３および前記プランジャ２６先端に断面テーパ状部分を形成せしめ、且つ前記プランジャ２６の先端は、成形材料の射出時、ほぼ前記射出ポット２４先端を満たす如き形状としたものである。
【００２０】
図１乃至図６に示す実施例について更に詳細に説明すると、まづ、図１及び図２に示す実施例において、射出ポット先端部分２２は射出ポット２４本体との連結部２４ａを介し連結されており、前記部分２２は断面テーパ状に形成するとともに、プランジャ２６は、図１６に示すような従来のプランジャ７の先端に、前記連結部２４ａと当接する連結部２６ａを介して、上記射出ポット先端部分２２に密に嵌入し得る、断面テーパ状の突起部（先端）２７を形成した如きものである。そして、上記先端２７の突端２７ａは前記射出ノズル２３の内壁２３ａに合致させて円錐状としている。
【００２１】
上記構成によって、押出機３により通路５を経て投入口２５より射出ポット２４内に投入された可塑化ゴムは、プランジャ２６の下降により順次射出ポット先端部分２２内に押込まれ、射出ノズル２３を経て前記金型１０内のキャビティ１９内に圧入、加硫されるが、プランジヤ２６の所定下降後にはその先端２７が射出ポット先端部分２２に進入して、ゴムを射出ノズル２３から連続して押し出しつつ下降する。このとき、射出ポット先端部分２２の形状により、その内壁面の流速も大きく、該壁面のゴムも滞りなく流下する。また、射出ポット先端部分２２がテーパ状部をなすので、射出ポット先端部分２２と前記連結部２４ａとの結合点Ｋは、傾斜の緩い突起であるから前記ゴムの流下も円滑に行われ、スコーチを生ずるおそれも少なくなる。
【００２２】
そして、図２の如くプランジャ２６の本体下端が射出ポット２４の下端に達したときは、前記先端２７全体が射出ポット先端部分２２に完全に嵌入し、その突端２７ａは射出ノズル２３の内壁２３ａに当接し、前記連結部２４ａと同２６ａも当接する。従って、この例では射出ポット先端部分２２及び射出ノズル２３内のゴムの残留はほとんどなく、新しい可塑化ゴムに切替える準備として、残留ゴムを射出ポット先端部分２２等から除去するために、射出を繰返す必要がない。
【００２３】
図３及び図４に示す例では、射出ポット先端部分２２’を射出ポット２４’本体の下端から直接断面テーパ状に形成するとともに、射出ノズル２３’の内面も、その先端の円筒状部２３’ｂを除いて、上記射出ポット先端部分２２’に連続した断面テーパ状の内壁２３’ａとし、またプランジャ２６’の先端２７’を、上記射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａの形状に合わせて形成したものである。前記テーパの角度θは、射出成形機のサイズにより決まる射出ポット２４’の径、上ダイプレート１１の厚さ及び金属ケース２１へ取り付ける押出機３の位置により決定するが、図の例ではテーパ角度θは３０度とした。
【００２４】
図５及び図６に示す例は、図３、図４に示すものとは射出ノズル２３’’が異なるのみであり、射出ノズル２３’’の内面を上記射出ポット先端部分２２’に連続した断面テーパ状の内壁２３’’ａとしたものである。
【００２５】
ここで、前記射出ノズル２３’、２３’’の内面を、上記射出ポット先端部分２２’’に連続した断面テーパ状の内壁２３’ａ、２３’’ａとすることについて詳細に説明する。
図７に示すように、前記射出成形機により射出成形を行う場合、射出時のせん断発熱による、射出ゴム自体の発熱昇温が最も高いのは、射出中の射出圧力損失による場合であり、射出せん断発熱の最も高い部位は、射出ノズル、詳細には該ノズルの最も絞られた部位即ちノズル径部である。
【００２６】
従来の射出ノズル９では図８に示すように、ノズル径部９ａは全長に亘りその内径が一定なため、ここを通過するゴムの流速分布を見ると、図９に示すようにノズル径部９ａでは、その中心付近で速度大で内壁面で極端に遅くなっている。また温度分布は上記流速分布と逆に中心付近で低く、内壁面近くで高温となっている。従って、前記スコーチが発生し易く、またそのスコーチが除去しにくい。
【００２７】
そこで図１０に示すように、例えば射出ノズル２３’’の内面を、前記ノズル径部を含めて上記射出ポット先端部分２２’’に連続した断面テーパ状の内壁２３’’ａとした。これにより、射出ノズル２３’’内面をゴムが流下する場合、その流動状態は図１１に示す如くであり、流速分布は内径が一定のときと異なり、射出ポット先端部分の内壁部の流速が向上する。従って、射出完了時の可塑化ゴムの前記残留をなくすことができる。尚、これは図３、図４に示す射出ノズル２３’を用いたときもほぼ同様であるが、先端の円筒状部２３’ｂによってゴム流下時の流速が若干低下するおそれはある。しかし、万一射出ノズル２３’内にスコーチが生じたときに、これを除去しやすい利点がある。
【００２８】
上記図３乃至図６に示す構成によって、前記と同様に、押出機３により通路５を経て投入口２５より射出ポット２４’内に投入された可塑化ゴムは、プランジャ２６’の下降により順次射出ポット先端部分２２’内に押込まれ、射出ノズル２３’、２３’’を経て前記金型１０内のキャビティ１９内に圧入、加硫されるが、プランジヤ２６’の所定下降後にはその先端２７’が射出ポット先端部分２２’に進入してゴムを射出ノズル２３’、２３’’から連続して押し出しつつ下降する。このとき、射出ポット先端部分２２’の形状により、その内壁面の流速も大きく、該壁面のゴムも滞りなく流下する。また、射出ポット先端部分２２’が射出ポット２４’に直接接続したテーパ状部をなすので、射出ポット先端部分２２’と射出ポット２４’本体との結合点Ｋ’は、図１、図２に示す例の結合点Ｋに比してより直線に近ずく。従って前記ゴムの流下も更に円滑に行われ、スコーチを生ずるおそれもまた少なくなる。
【００２９】
図１２、図１３は、例えば前記の如くプランジャ２６’の先端２７’を、射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａの形状に合わせて、断面テーパ状に形成したものに適した温度センサの装着状態を示すものである。即ち、上記温度センサは、ゴムの射出成形加硫品の品質を確保するために重要な、ゴム温度の正確な測定に必要なものであるが、従来は例えば図１６の前記押出機３からの通路５に設置されていた。しかし、これでは原料ゴムと通路内壁との摩擦熱の影響及び金属ケース１の壁面自体の温度等の影響を受け、正確なゴム温度が測定できない。
【００３０】
そこで、特許第２９６０４７２号明細書に記載された溶融ポリマーの温度測定装置のように、射出プランジャ先端に突出させて、溶融ポリマの大略中心部分へ挿入される挿入部を設け、その先端に温度センサを取り付け、射出プランジャを作動させる直前に温度センサで溶融ポリマの温度を測定するようにしたものがあるが、プランジャからの放熱の影響はある程度少なくなるものの、構造上耐久性に欠けるきらいがある。
【００３１】
本発明に係る温度センサ２８は、前記の如きプランジャ２６’の先端２７’を、射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２４’の内壁２４’ａの形状に合わせて、断面テーパ状に形成したものの先端に突出させずに内蔵したものである。この場合、本発明者の研究によれば、プランジャ２６’の先端の角度αとゴム温度の測定誤差との間には図１４に示す関係があるので、上記角度αは測定誤差の少ない４５度以下から耐久性等を考慮して選定する。
【００３２】
ゴムの射出成形加硫において、その成形加硫品の品質を確保するためには、金型キャビティ内で成形加硫されるゴムの加硫度（ゴムの熱硬化反応度合）を一定に管理することが望ましいが、この射出成形毎の加硫度を求めるためには、少なくとも、予め測定しておいたゴム材料製造単位毎の使用ゴムの加硫特性、例えば、キュラストメーターによる測定データ、射出成形毎の射出ポット内ゴム温度測定データ及び射出成形毎の平均的射出圧測定データが必要である。従来は射出ポット内ゴム温度を計測するための耐久性のある、誤差の少ない測定方法がなかったが、これが本発明により解決でき、加硫度の高精度の予測計算が可能となる。
【００３３】
更に、本発明者は射出により金型キャビテイ内に注入されるゴム温度を高温に保持する手段を案出した。これを概説すると、前述の如くゴムの射出成形加硫においては、射出ポット内の可塑化ゴムを射出圧力を高め、ゴムのせん断発熱によってできるだけ射出発熱を高くして金型キャビティに注入されるゴムの温度を高温とすることが望ましい。これによって、金型内での加硫時間を短縮し、生産性を向上できるからである。
【００３４】
殊に、例えば前記の如きプランジャ２６’の先端２７’を、射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａの形状に合わせて、断面テーパ状に形成したもの等では、射出中の流動状態のゴムと射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａとの摩擦力が極めて大きくなり、これによる発熱量も大きいから、これをゴムの昇温に変換できれば、極めて有利である。
しかしながら実際には、前記発熱の多くは鉄系金属製の金属ケース等から逃げてしまい、ゴム自体を十分加熱するに至らないのである。
【００３５】
本発明者は研究を重ねた結果、前記の如きプランジャ２６’の先端２７’を、射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａの形状に合わせて、断面テーパ状に形成したものにおける、射出ポット先端部分２２’及び射出ノズル２３’の内壁２３’ａにセラミック溶射被膜を施すことを案出したのである。この場合のセラミック溶射被膜としては、例えばアルミナ／チタニアを５０／５０として８０ミクロンの総厚み（アンダコート、トップコート）で表面を研磨したもの等が適しているが、セラミック材料は特に限定しなくとも適正な粒度の選定によって、溶射したセラミック粒子間の空気断熱層が形成され、断熱効果を上げることができる。図１５はセラミック溶射の有無による射出圧力と射出発熱ゴム温度の関係を示す図であるが、同一射出圧力であっても、セラミック溶射したものの方がゴム温度が最大１５度高いことが判る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、射出ポット内の成形材料（可塑化ゴム）の温度を正確に測定し得る射出成形機を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形機の第１実施例の要部断面図で、プランジャ作動前を示す
【図２】本発明に係る射出成形機の第１実施例の要部断面図で、プランジャ作動後を示す
【図３】本発明に係る射出成形機の第２実施例の要部断面図で、プランジャ作動前を示す
【図４】本発明に係る射出成形機の第２実施例の要部断面図で、プランジャ作動後を示す
【図５】本発明に係る射出成形機の第３実施例の要部断面図で、プランジャ作動前を示す
【図６】本発明に係る射出成形機の第３実施例の要部断面図で、プランジャ作動後を示す
【図７】射出成形機における各流路位置と射出圧力との関係を示す図
【図８】従来の射出成形機における射出ノズルの拡大断面図
【図９】図８に示す射出ノズルにおけるゴムの流速分布と温度分布を示す図
【図１０】本発明に係る射出成形機における射出ノズルの拡大断面図
【図１１】図１０に示す射出ノズルにおけるゴムの流動状態を示す図
【図１２】温度センサを内蔵した本発明に係る射出成形機の要部断面図
【図１３】図１２における温度センサの配設状態を示す図
【図１４】本発明に係る射出成形機のプランジャの先端角度と、射出ポット内のゴム温度の測定誤差との関係図
【図１５】射出ポット先端部分等へのセラミック溶射の有無による射出発熱ゴム温度への影響を、射出圧力に関連付けて表した図
【図１６】従来の射出成形機と金型を示す断面図。
【符号の説明】
１、２１金属ケース２スクリュー３押出機４逆止弁
５通路６、２４、２４’ 射出ポット
７、２６、２６’ プランジャ８、２２、２２’ 射出ポット先端部分
９、２３、２３’、２３’’ 射出ノズル
２３ａ、２３’ａ、２３’’ａ射出ノズルの内壁１０金型
１１上ダイプレート１２下ダイプレート１３ダイバー
１４断熱盤１５熱盤１６スプルー１７ランナー
１８ゲート１９キャビテイ２５投入口
２７、２７’ プランジャの先端２８温度センサ。

Claims

筒状に形成され、成形材料が供給される射出ポットと、該射出ポットの先端に装着された射出ノズルと、前記射出ポット内の成形材料を前記射出ノズルから射出するために前記射出ポット内に前記射出ポットの長手方向に移動可能に収容され、先端部が先細り形状に形成されたプランジャとを備えた射出成形機において、
前記プランジャは、前記先端部の角度が４５度以下であり、
前記プランジャの先端部に、前記射出ポット内の成形材料の温度を計測する温度センサを内蔵したことを特徴とする射出成形機。