注射成型機以及使用它的注射成型方法

2023-05-24 21:31:26 4

專利名稱：注射成型機以及使用它的注射成型方法
技術領域：
本發明涉及一種注射成型機，特別是適用於熱塑性樹脂的注射成型的同軸螺杆式 的注射成型機以及使用它的注射成型方法。
背景技術：
例如，作為用於注射成型熱塑性樹脂的注射成型機，已知有以下的同軸螺杆式注 射成型機(參照專利文獻1 8等)，其具有用於加熱成型材料(樹脂材料)的加熱筒；在 該加熱筒內旋轉自如且沿軸向移動自如地設置的螺杆；旋轉驅動該螺杆的旋轉驅動機構； 和使螺杆沿軸向移動的軸向移動機構。在該同軸螺杆式的注射成型機中，通過旋轉驅動機構使螺杆旋轉驅動，通過該螺 杆的旋轉使從加熱筒的基端側向加熱筒內供給的成型材料塑化並將其輸出到加熱筒的前 端側，使上述螺杆向軸向後方移動，計量在上述加熱筒的前端預定量的塑化熔融狀態的成 型材料後，通過軸向移動機構使螺杆前進，將被塑化的成型材料從上述加熱筒前端射出，通 過合模裝置填充到已被合模的模具內。以往的同軸螺杆式注射成型機構成為，加熱筒具有供給成型材料的圓筒狀的本體 部，和連接設置在該本體部前端、形成為朝向噴嘴孔前端越來越細形狀的錐形部，加熱筒的 錐形部的錐角θ超過20°。專利文獻1 日本特開平06-166070號公報專利文獻2 日本特開2002-001782號公報專利文獻3 日本特開2001-269973號公報專利文獻4 日本特開2005-329722號公報專利文獻5 日本特開平07-148785號公報專利文獻6 日本特開平09-057801號公報專利文獻7 日本特開平06-055594號公報專利文獻8 日本特開平07-294340號公報發明的公開發明要解決的課題熱塑性樹脂的注射成型中，被塑化的較高溫(150°C 400°C )的成型材料從加熱 筒前端射出而被填充到較低溫(30°C 120°C)的模具的型腔內，被填充的成型材料在模具 的型腔內被冷卻固化。若在注射成型材料並將其填充到型腔內時來自加熱筒的成型材料的 注射速度(或向模具的成型材料的填充速度)慢，則向模具的型腔的填充中途，與模具的型 腔連接的成型材料的流路(直澆道、橫澆道、澆口)的表面或型腔表面接觸的成型材料開始 固化，該成型材料的塑性降低。這樣，對塑性降低的成型材料不合理地施加壓力並向模具的 型腔內填充，則會出現因塑性降低了的成型材料的混入、成型品的品質降低這樣的問題。因此，熱塑性樹脂的注射成型工序通過超高速注射瞬間將成型材料填充到模具的 型腔內是理想的。20世紀80年代，由於能夠進行超高速注射，進而為了實現該超高速注射而盛行能夠以超高壓注射的超高速、超高壓注射成型機的研究。但是，對於熱塑性樹脂，用該超高速、超高壓注射成型機成型的成型品具有因成為 成型材料(樹脂)的局部性異常高溫的局部發熱、成型品強度大幅降低這樣的問題。本發明即是鑑於上述以往技術問題而做出的，其目的是提高超高速超高壓注射被 塑化的成型材料所得到的成型品的品質。用於解決課題的手段為了達到上述目的，本發明的同軸螺杆式注射成型機具有用來加熱成型材料的 加熱筒；在該加熱筒內旋轉自如且沿軸向移動自如地被收容的螺杆；使該螺杆旋轉驅動的 旋轉驅動機構；和使上述螺杆沿軸向移動的軸向移動機構，通過上述旋轉驅動機構使上述 螺杆旋轉驅動，使通過該螺杆的旋轉向上述加熱筒內供給的成型材料塑化，並向上述加熱 筒前端側輸出，使上述螺杆向軸向後方移動，在上述加熱筒的前端計量了預定量的塑化熔 融狀態的成型材料後，通過上述軸向移動機構使上述螺杆向軸向前方移動，將被塑化的成 型材料從上述加熱筒前端射出，上述加熱筒具有供給成型材料的圓筒狀的本體部、和連接 設置在該本體部的前端並形成為朝向噴嘴孔前端越來越細形狀的錐形部，上述加熱筒的錐 形部的錐角構成為3°以上20°以下。在此，優選上述加熱筒的錐形部內壁的表面溫度與被收容在該錐形部內處於塑化 狀態的成型材料的實際溫度的差被維持在_5°C以上的溫度。並且，具備控制上述旋轉驅動機構以及上述軸向移動機構的控制機構，該控制機 構進行如下控制即可，使上述螺杆向軸向後方移動預定距離起到使該螺杆通過上述軸向移 動機構向軸向前方移動為止的時間為預定時間以內。發明的效果根據本發明，在基於同軸螺杆式注射成型機的熱塑性樹脂(成型材料)的注射成 型中，在進行超高速、超高壓注射成型時，能夠防止成型材料成為局部性異常高溫的局部發 熱，所以能夠實現理想的超高速超高壓注射成型工序，即不會混入現狀的低中速注射成型 中的、因向型腔的填充速度緩慢而發生的、塑性低下的成型材料的理想的超高速超高壓注 射成型工序，並能夠顯著提高成型品的品質性能。


圖1是涉及本發明的一實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆後退的狀 態。圖2是涉及圖1的實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆前進的狀態。圖3是表示加熱筒前端角度(加熱筒的錐形部的錐角θ )與成型品拉伸強度之間 的關係的曲線圖。圖4是表示將注射速度和成型品拉伸強度之間的關係以加熱筒前端角度(加熱筒 的錐形部的錐角θ )表示的曲線圖。圖5是表示成型品的重量與成型品的拉伸強度之間的關係的曲線圖。圖6是表示加熱筒內的溫度差與低強度成型品的發生率之間的關係的曲線圖。圖7是表示計量樹脂存留時間與成型品拉伸強度之間的關係的曲線圖。圖8是涉及其它實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆後退的狀態。
圖9是涉及圖8的實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆前進的狀態。圖10是涉及其它實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆後退的狀態。圖11是涉及圖10的實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆前進的狀態。符號說明10注射成型機12加熱筒13 螺杆14旋轉驅動機構15軸向移動機構16控制器(控制機構)17本體部19噴嘴孔20錐形部
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的優選實施方式進行詳細說明。圖1是涉及本發明的一實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆後退的狀 態。圖2是涉及圖1的實施方式的注射成型機的側剖面圖，表示螺杆前進的狀態。如圖1以及圖2所示，本實施方式的注射成型機10為同軸螺杆式注射成型機。注 射成型機10具備積存顆粒狀的成型材料(樹脂材料)的料鬥11 ；將從料鬥11所供給的 成型材料加熱熔融的加熱筒(加熱缸)12 ；在加熱筒12內旋轉自如且沿軸向移動自如地設 置的螺杆13 ；旋轉驅動螺杆13的旋轉驅動機構14 ；使螺杆13沿軸向移動的軸向移動機構 15 ；和控制這些旋轉驅動機構14以及軸向移動機構15的控制機構(控制器)16。本實施方式涉及的加熱筒12與料鬥11相連，由從料鬥11供給成型材料的圓筒狀 的本體部17和拆裝自如地安裝在本體部17的前端的注射噴嘴部18構成。注射噴嘴部18 具有在其前端形成的噴嘴孔19 ；和連接設置在本體部17的前端、朝向噴嘴孔19形成為前 端越來越細形狀的錐形部20。在本實施方式中，加熱筒12的錐形部20的錐角(加熱筒前 端角度)θ構成為3°以上20°以下，優選為3°以上15°以下(圖示例子中為12° )。加 熱筒12 (本體部17以及注射噴嘴部18)的外周上安裝有加熱器(筒形加熱器或帶式加熱 器等)21。加熱筒12由加熱器21加熱。本實施方式涉及的螺杆13由具有螺旋狀的螺旋槽22的螺杆本體23和拆裝自如 地安裝在螺杆本體23的前端的螺桿頭24構成。通過螺杆13的旋轉，使向加熱筒12內供 給的成型材料塑化，將已塑化的成型材料輸出到加熱筒12的前端側，由此，形成在螺杆本 體23的螺旋槽22被設定成，其深度為在基端側最深，隨著朝向前端側適當變淺。螺桿頭24 的前端被形成為圓錐形狀。螺桿頭24的小徑部安裝有防逆流密封圈(擋圈)25。防逆流密 封圈25，容許在螺杆13的旋轉中被塑化的成型材料向加熱筒12的前端側輸送，抑制在螺 杆13前進時被塑化且收容在錐形部20內以及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部的 成型材料向加熱筒12的後端側逆流。控制機構(控制器)16基於來自各種傳感器(未圖示)的輸入信號，按照預定的
5程序控制旋轉驅動機構(馬達等)14以及軸向移動機構(馬達或油壓缸等)15等。對涉及本實施方式的注射成型機10的動作進行說明。從料鬥11向加熱筒12的本體部17內供給成型材料。加熱筒12 (本體部17以及 注射噴嘴部18)被加熱器21加熱成使成型材料熔融所適合的溫度。在本實施方式中，加熱 筒12的錐形部20的內壁以及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內壁的表面溫度(加熱 筒內壁溫度)相比被收容在錐形部20內以及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部、成 為塑化狀態的成型材料的實際溫度(計量樹脂實際溫度)被維持在_5°C以上的溫度，優選 為-5 °C +20 °C的範圍內的溫度。若控制器16通過旋轉驅動機構14使螺杆13旋轉驅動，則通過該螺杆13的旋轉， 向加熱筒12的本體部17內所供給的成型材料在本體部17內被塑化，被塑化的成型材料向 加熱筒12的前端側的錐形部20內被輸出。並且，控制器16 —邊通過軸向移動機構15對 螺杆13施加背壓，一邊通過旋轉驅動機構14旋轉驅動螺杆13，並且通過向錐形部20內以 及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部側輸送，例如為油壓驅動的同軸螺杆式注射成 型機時，在處於塑化狀態的成型材料的壓力作用下，螺杆13後退。控制器16如果檢測到了螺杆13僅後退預定距離、預定量的成型材料被收容在錐 形部10內這一情況後，通過軸向移動機構15保持螺杆13的位置，並停止基於旋轉驅動機 構14的螺杆13的旋轉。然後，若控制器16通過軸向移動機構15使螺杆13以預定速度前 進，則通過該螺杆13的前進，被塑化且被收容在錐形部20內的成型材料從加熱筒12的前 端的噴嘴孔19射出，被塑化的成型材料被填充到由合模裝置合模後的模具內。並且，在本實施方式中，控制器16進行下述控制，從螺杆13僅後退預定距離(計 量結束)到通過軸向移動機構15使螺杆13前進(注射開始)為止的時間(計量樹脂存留 時間)為預定時間以內(例如5分鐘以內，優選10分鐘以內)。在此，本案發明人研究了超高速超高壓注射的成型品的強度降低的原因，並找到 了本質的原因。具體而言，本案發明人發現了 對於將加熱筒12的錐形部20的錐角θ做成20°C 以下的成型機，能夠抑制成為成型材料(樹脂)的局部性異常高溫的局部發熱，如圖3以 及圖4所示，與其說即使以超高速注射被塑化的成型材料也不會出現成型品的大幅強度降 低，不如說越是以高速注射被塑化的成型材料，越能發揮超高速超高壓注射的效果，提高成 型品的強度。被塑化且被收容在錐形部20內的成型材料(樹脂)通過基於螺杆13的推壓被加 壓而被輸送到模具內時，通過與錐形部20或噴嘴孔19的內壁之間的摩擦阻力，產生壓力損 失，由於該壓力損失，成型材料本身自己發熱(剪切熱)。在錐角θ為20°以下的成型機 中，在錐形部20的全長和噴嘴孔19的內面整體均等地產生壓力損失，結果，在注射方向成 型材料不費力地漸漸地自己發熱。與此相反，在錐角θ為25°以上的成型機中，越是以高 速注射被塑化的成型材料，集中在錐形部20的前端和噴嘴孔19的內壁產生壓力損失，結 果，成型材料本身的自己發熱(剪切熱)集中，產生成為局部性異常高溫的局部發熱，被注 射的成型材料的發熱不均勻。若被注射並被填充到模具內的成型材料的溫度不均勻，則成 為局部性異常高溫的成型材料分解(低分子量化)變質，基於成型材料冷卻的收縮不均勻， 所以成型品的強度降低，成型品的尺寸精度顯著降低。
在此，本實施方式中，將加熱筒12的錐形部20的錐角θ構成為3°以上20°以 下，優選為3°以上15°以下，由此，能夠抑制成為成型材料的局部性異常高溫的局部發 熱，使被射出並被填充到模具內的成型材料的溫度均勻，所以能夠提高以超高速超高壓注 射被塑化的成型材料所得到的成型品的質量。但是，含有GF(玻璃纖維)的樹脂或熔點高的工程塑料等，即使在熱塑性樹脂之中 流動性低的樹脂的情況下，若將錐角θ設為5°以下，則在錐形部20的流動阻力增高，到連 續注射成型初期階段的第一次注射的注射成型為止花費時間，沒有實用性。因此，基於成型 的樹脂的流動性，從3°以上20°以下的範圍選擇最適合的錐角θ也是有效的。並且，在將加熱筒12的錐形部20的錐角θ做成20°以下的成型機中，與錐角θ 超過20°的以往的成型機的成型品相比，被認識到成型品品質的顯著提高，但是，如圖5所 示，時常產生重量輕且強度低的成型品。可知該重量輕強度低的成型品的強度比平均重量 的成型品的強度還差。並得知該重量輕強度低的成型品是在加熱筒12的錐形部20內壁以及圓筒狀的本 體部17的前端側部分的內壁的表面溫度比收容在錐形部20內以及圓筒狀的本體部17的 前端側部分的內部並處於塑化狀態的成型材料的實際溫度低預定溫度以上的情況下發生 的。若錐形部20的內壁以及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內壁的表面溫度比收 容在錐形部20內以及圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部並處於塑化狀態的成型材料 (樹脂)的實際溫度低預定溫度以上，則與該錐形部20的內壁或圓筒狀的本體部17的前 端側部分的內壁接觸的成型材料的實際溫度降低。結果，實際溫度降低了的成型材料的流 動性惡化，該成型材料滯留在錐形部20內或圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部。滯 留在錐形部20內或圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部的成型材料變質而失去塑性。 若滯留在該錐形部20內或圓筒狀的本體部17的前端側部分的內部而變質的成型材料從錐 形部20的內壁或圓筒狀的本體部17的前端側部分的內壁剝離而混入，則變質的成型材料 在向模具的型腔填充途中，堵塞在與模具的型腔相連的成型材料的流路(直澆道、橫澆道、 澆口)，向模具的型腔的成型材料的填充量不足。結果，成型品重量變輕，成型品強度降低。 並且，在變質的成型材料混入成型品的情況下，成為例如在拉伸強度試驗中破壞的起點，成 型品強度顯著降低。在此，本實施方式中，將加熱筒12的錐形部20的內壁以及圓筒狀的本體部17的 前端側部分的內壁的表面溫度(加熱筒內壁溫度)相比收容在錐形部20內以及圓筒狀的 本體部17的前端側部分的內部且處於塑化狀態的成型材料的實際溫度(計量樹脂實際溫 度)被維持在_5°C以上，優選_5 V +20°C的範圍內的溫度，由此，能夠抑制在錐形部20 內成型材料的滯留，進而杜絕了變質的成型材料的混入，如圖6所示，能夠防止重量輕強度 低的成型品的產生。將加熱筒內壁溫度和計量樹脂實際溫度之間的溫度差(加熱筒內溫度 差)的上限優選設定為+20°C是由於若將加熱筒內溫度差設定為+30°C以上，則收容在加 熱筒12前端且處於塑化狀態的成型材料的基於熱分解的低量子化提前，從計量結束到注 射開始的容許時間變得過短，沒有實用性。並且，在將加熱筒12的錐形部20的錐角θ做成20°以下的成型機中，雖然與錐 角θ超過20°的以往的成型機的成型品相比，被認識到成型品品質的顯著提高，但是，如圖5所示，時常產生重量重的低強度成型品。可知該重量重的低強度成型品的強度比平均 重量的成型品的強度還差。並得知該重量重的低強度成型品是在從螺杆13僅後退預定距離到通過軸向移動 機構15使螺杆13前進為止的時間比通常長的情況下產生的。若從螺杆13僅後退預定距離到通過軸向移動機構15使螺杆13前進為止的時間 比通常長，則收容在錐形部20內的成型材料(樹脂)通過加熱器21被持續加熱或高溫，持 續加熱或高溫的成型材料的低分子量化，流動性提高，向模具的型腔的成型材料的填充量 過多。結果，成型品重量變重，在低分子量化的樹脂的作用下，成型品強度降低。在此，本實施方式中，在進行注射成型時，將螺杆13僅後退預定距離開始到通過 軸向移動機構15使螺杆13前進為止的時間(計量樹脂存留時間)控制在預定時間以內 (例如，5分鐘以內，優選為10分鐘以內)，由此，能夠抑制樹脂的低分子量化，如圖7所示， 能夠防止重量重的低強度成型品的產生。以上，對於本發明的優選實施方式進行了說明，但是本發明並不限於上述實施方 式，能夠採用其它各種各樣的實施方式。例如，如圖8以及圖9所示，在錐形部20的前端和噴嘴孔19之間，可以形成朝向 噴嘴孔19、截面積形成為大致一定的前端通路26，也可以如圖10以及圖11所示，在錐形部 20的前端和噴嘴孔19之間，形成朝向噴嘴孔19形成為前端越來越細形狀的前端通路27。
權利要求
一種注射成型機，該注射成型機為同軸螺杆式注射成型機，具備用來加熱成型材料的加熱筒；在該加熱筒內旋轉自如且沿軸向移動自如地被收容的螺杆；旋轉驅動該螺杆的旋轉驅動機構；和使上述螺杆沿軸向移動的軸向移動機構，通過上述旋轉驅動機構使上述螺杆旋轉驅動，使通過該螺杆的旋轉向上述加熱筒內供給的成型材料塑化，並向上述加熱筒前端側輸出，使上述螺杆向軸向後方移動，在上述加熱筒的前端計量了預定量的塑化熔融狀態的成型材料後，通過上述軸向移動機構使上述螺杆向軸向前方移動，將塑化了的成型材料從上述加熱筒前端射出，其特徵在於上述加熱筒具有供給成型材料的圓筒狀的本體部；和連接設置在該本體部的前端並形成為朝向噴嘴孔前端越來越細形狀的錐形部，上述加熱筒的錐形部的錐角構成為3°以上20°以下。
2.如權利要求1所述的注射成型機，其特徵在於，上述加熱筒的錐形部內壁的表面溫度相比被收容在該錐形部內處於塑化狀態的成型 材料的實際溫度被維持在_5°C以上的溫度。
3.如權利要求1或2所述的注射成型機，其特徵在於，具備控制上述旋轉驅動機構以及上述軸向移動機構的控制機構，該控制機構進行如下控制，使上述螺杆向軸向後方移動預定距離起到使該螺杆通過上 述軸向移動機構向軸向前方移動為止的時間為預定時間以內。
4.一種注射成型方法，其特徵在於，在通過權利要求1或2所述的注射成型機進行注射成型時，進行如下控制，使上述螺杆 向軸向後方移動預定距離起到使該螺杆通過上述軸向移動機構向軸向前方移動為止的時 間為預定時間以內。
全文摘要
本發明提供一種注射成型機以及使用它的注射成型方法，其目的是提高以超高速超高壓注射被塑化的成型材料所得到的成型品的品質。該注射成型機為同軸螺杆式注射成型機，具有用來加熱成型材料的加熱筒(12)；在加熱筒(12)內旋轉自如且沿軸向移動自如地被收容的螺杆(13)；旋轉驅動螺杆(13)的旋轉驅動機構(14)；和使螺杆(13)沿軸向移動的軸向移動機構(15)，加熱筒(12)具有供給成型材料的圓筒狀的本體部(17)、和連接設置在該本體部(17)的前端且形成為朝向噴嘴孔(19)前端越來越細形狀的錐形部(20)，加熱筒(12)的錐形部(20)的錐角θ構成為3°以上20°以下。
文檔編號B29C45/50GK101909849SQ20088012457
公開日2010年12月8日 申請日期2008年6月10日 優先權日2008年3月27日
發明者西澤俊道 申請人:西澤俊道