JP2003200457A - 可塑化装置内へのガス注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、熱可塑性樹脂の発熱を防止すると
共に、溶融樹脂中へのガス状物質の溶解を促進させ、製
品品質の向上を図ることが可能な可塑化装置内へのガス
注入方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、熱可塑性樹脂３を可塑化する
可塑化装置１のシリンダ６内に駆動可能に設けられ、か
つ固体樹脂３ａを堰き止めるバリヤフライト１６によっ
て螺旋状のメインフライト１５間に固相溝１７と液相溝
１８とが形成されたバリヤ型スクリュ７を用い、このス
クリュ７の回転駆動時に、スクリュ７のスクリュ軸部７
ａ内のガス通路１０にガス又は液状ガスＧを供給し、こ
の供給したガス又は液状ガスＧを、スクリュ軸部７ａ内
のガス通路１０及び連通路１９を通してバリヤフライト
１６の押圧側から固相溝１７に注入している。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機や押出
機等に適用され、発泡成形などで必要となるガス又は液
状ガスをスクリュ側からシリンダ内に注入し、当該ガス
又は液状ガスを溶融樹脂に溶解させる可塑化装置内への
ガス注入方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】各種の樹脂製品を得る方法としては、可
塑化装置のノズルから熱可塑性の溶融樹脂を成形用金型
の製品対応形状に形成されたキャビティ内に射出注入
し、そこで発泡させて成形する射出発泡成形法がある。
このような樹脂を発泡させる方法には、ガス発泡と化学
発泡とがあり、ガス発泡は発泡剤としてＣＯ₂、Ｎ₂等の
不活性ガスを用い、これを超臨界状態にして樹脂の溶融
段階で溶融樹脂に注入し、当該不活性ガスを溶融樹脂に
分散・溶解（浸透）させて、金型のキャビティ内で発泡
させている。一方、化学発泡は、予め発泡剤をペレット
状の樹脂に混入させておき、この状態で金型のキャビテ
ィ内に射出して発泡させている。しかし、これら発泡方
法のうち、ガス発泡は高価な発泡剤を必要とせず、成形
性及び製品品質の点などで化学発泡よりも優れている。 【０００３】このため、従来の射出発泡成形法を実施す
る装置では、図４に示す如く、ガス発泡を実施する可塑
化装置５１と、射出された溶融樹脂を発泡成形する成形
用金型５２とが使用されている。この可塑化装置５１で
は、ホッパ５３に投入されたペレット状の熱可塑性樹脂
５４をシリンダ５５内に供給し、シリンダ５５内に駆動
可能に設けられたスクリュ５６を回転駆動させると、そ
の螺旋状のフライト５７間の溝に導入された熱可塑性樹
脂５４がスクリュ５６の推進力でシリンダ５５の先端側
に位置する成形用金型５２側へ移送され、その移送の途
中で熱可塑性樹脂５４がヒータ５８の加熱や剪断発熱に
より溶融される。しかも、シリンダ５５の中間部には、
溶融樹脂を成形用金型５２内でガス発泡させるためのガ
ス又は液状ガス（これらを併せてガス状物質とも呼ぶ）
の注入口５９が設けられており、移送中の溶融樹脂にガ
ス又は液状ガスを高圧力の下で注入し、溶融樹脂中に分
散・溶解させている。そして、成形用金型５２では、ダ
イヘッド６０に取付けられる固定型６１と、可動プラテ
ン６２に取付けられる可動型６３とを備えており、ガス
状物質の分散・溶解した溶融樹脂が可塑化装置５１から
型締め・昇圧状態のキャビティ６４内に射出充填される
と、キャビティ６４内で溶融樹脂がガス発泡しながら成
形され、冷却固化後に成形用金型５２を開いて樹脂製品
の取り出しが行われている。 【０００４】ところで、ガス発泡による可塑化装置５１
においては、溶融樹脂に対するガス状物質の溶解度を高
めて、樹脂製品の品質向上を図るために、装置内の圧力
が低下した部分にガス状物質を注入することが好まし
い。そこで、一般的には、図４及び図５に示すような２
ステージ型スクリュ５６が使用されている。この型式の
スクリュ５６では、基端側より先端側にかけて順に供給
部６５、第１ステージ部６６、減圧部６７、第２ステー
ジ部６８及びミキシング部６９が設けられており、減圧
部６７は、第１ステージ部６６の最終部分で溝の浅い部
分、あるいはミキシングなどの樹脂の移送に対して抵抗
部を設けた第２ステージ部６８の開始部分に位置し、ガ
ス状物質が注入口５９を介してシリンダ５５内に円滑に
注入されるようになっている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の可塑
化装置５１においては、スクリュ５６により加圧されな
がらシリンダ５５の先端側へ移送される固体樹脂（固相
樹脂）５４ａがシリンダ５５の内表面に接した部分で溶
融し、図６に示すように溶融樹脂（液相樹脂）５４ｂと
なってフライト５７の側面に溜まり、押圧フライト５７
側のメルトプール７０の樹脂がフライト５７を乗り越え
て次の溝の溶融フィルム層７１となる。すなわち、大部
分の溶融樹脂５４ｂは、メルトプール７０としてシリン
ダ５５の先端側へ移送されてしまうので、ガスの効率的
吸収が行われる薄い溶融フィルム層７１の状態でガス状
物質に接触するのは一部の樹脂に限られ、ガス状物質と
の接触表面積が小さく、溶融フィルム層７１を介して溶
融樹脂５４ｂ中へのガス状物質の溶解が促進されないと
いう不具合を有していた。しかも、メルトプール７０に
おいては、ガス状物質に接触している樹脂表面の更新が
悪いので、ガス状物質を溶融樹脂５４ｂに効率良く溶解
させることができなかった。また、高速で回転するスク
リュ５６とシリンダ５５の内壁面との隙間は狭く、かつ
溶融樹脂５４ｂの粘度は高いことから、フライト５７の
溶融樹脂５４ｂに対する摩擦抵抗が大きくなって、必要
以上に熱可塑性樹脂５４が発熱してしまうと共に、溶融
樹脂５４ｂ中へのガス状物質の溶解が充分に行われない
という問題があった。したがって、従来の可塑化装置５
１では、必要かつ十分なガス状物質が均一に分散・溶解
した溶融樹脂５４ｂを成形用金型５２のキャビティ５２
内に射出充填することが難しいため、発泡成形される樹
脂製品の品質向上を図ることが困難であった。 【０００６】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、熱可塑性樹脂の発熱を防止
すると共に、溶融樹脂中へのガス状物質の溶解を促進さ
せ、製品品質の向上を図ることが可能な可塑化装置内へ
のガス注入方法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明は、熱可塑性樹脂を可塑化
する可塑化装置のシリンダ内に駆動可能に設けられ、か
つ固体樹脂を堰き止めるバリヤフライトによって螺旋状
のメインフライト間に固相溝と液相溝とが形成されたバ
リヤ型スクリュを用い、このスクリュの回転駆動時に、
前記スクリュの軸部内にガス又は液状ガスを供給し、こ
の供給したガス又は液状ガスを、前記スクリュの軸部内
を通して前記バリヤフライトの押圧側から前記固相溝に
注入している。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実
施形態のガス注入方法を実施する可塑化装置と成形用金
型の側面図、図２は図１の可塑化装置に配設されるスク
リュ内の樹脂挙動の概念図、図３は図１の可塑化装置に
配設されるスクリュのうち、バリヤフライトを設けた部
分の断面図である。 【０００９】本発明の実施形態のガス注入方法を実施す
る可塑化装置１及び成形用金型２は、各種の樹脂製品を
射出発泡成形法により成形する場合に使用されており、
可塑化装置１は成形材料の熱可塑性樹脂３を溶融して可
塑化するものであり、成形用金型２は可塑化装置１によ
り射出された溶融樹脂を発泡成形するものである。この
ため、可塑化装置１は、図１に示す如く、基台４上に制
御部５と共に水平方向へ沿って設置されたシリンダ６
と、該シリンダ６の内部に駆動可能に設けられた可塑化
スクリュ７とを備えている。シリンダ６の基端側（図中
右側）の上部には、ペレット状の熱可塑性樹脂３を貯留
して当該シリンダ６内に供給するホッパ８が設けられ、
シリンダ６の先端側（図中左側）には、溶融可塑化され
た熱可塑性樹脂３を成形用金型２側へ射出するノズル９
が設けられている。 【００１０】上記可塑化スクリュ７の基端側には、超臨
界状態にあるＣＯ₂、Ｎ₂、炭化水素などの不活性ガス
（液体の状態を含む）Ｇをスクリュ軸部７ａ内のガス通
路１０に注入する注入口（図示せず）が設けられてお
り、この注入口は、バルブ１１を介してガス供給源１２
に接続されている。また、ガス通路１０は、スクリュ軸
部７ａの軸心に沿って設けられている。なお、シリンダ
６の外周囲には、内部の熱可塑性樹脂３を加熱するヒー
タ１３が配装されている。 【００１１】また、可塑化スクリュ７は、熱可塑性樹脂
３を溶融しながらシリンダ６の先端側に位置するノズル
９へ向かって移送するものであって、シリンダ６の軸心
と同軸上に配設されており、軸端に直結したモータ１４
で矢印ａ方向へ回転駆動されると共に、制御部５の油圧
系により駆動されて矢印ｂ方向（シリンダ６の軸方向）
へ前後移動するように構成されている。しかも、可塑化
スクリュ７のスクリュ軸部７ａの外周面には、軸方向に
沿って配置される螺旋状のメインフライト１５が一定の
ピッチで形成され、基端側より先端側へ向かうに従って
フライト溝が浅く、軸部が大径となるように形成されて
おり、これによって、基端側では比較的に大きなスペー
スが確保され、シリンダ６内に供給された熱可塑性樹脂
３を円滑に受け取れるようになっている。 【００１２】そして、可塑化スクリュ７の中間部分に位
置するメインフライト１５の複数のピッチ間には、図２
及び図３に示す如く、供給された熱可塑性樹脂３のう
ち、固体樹脂（固相樹脂）３ａを堰き止めるバリヤフラ
イト１６が設けられており、該バリヤフライト１６は、
メインフライト１５の高さよりもやや低い突条に形成さ
れている。しかも、各メインフライト１５間には、バリ
ヤフライト１６によって固相溝１７と液相溝１８とが形
成されており、固相溝１７は可塑化スクリュ７の回転方
向上流側に配置され、液相溝１８は可塑化スクリュ７の
回転方向下流側に配置されている。また、可塑化スクリ
ュ７のスクリュ軸部７ａ及びバリヤフライト１６の内部
には、ガス通路１０と固相溝１７とを連通する連通路１
９が径方向へ沿って設けられており、ガス通路１０内に
供給された不活性ガスＧは、連通路１９を通ってバリヤ
フライト１６の押圧側から固相溝１７内に注入されるよ
うになっている。このため、注入する不活性ガスＧに
は、固相溝１７内に導入された多数の固体樹脂３ａの隙
間を通過できるような圧力が付与されている。 【００１３】すなわち、可塑化スクリュ７は、バリヤフ
ライト１６を有するバリヤ型スクリュとして構成されて
いる。ここでいうバリヤ型スクリュとは、メインフライ
ト１５間のバリヤフライト１６が閉じた構造のスクリュ
であり、固体樹脂３ａと図示しない溶融樹脂（液相樹
脂）とを分離する機能を有するもののみならず、一旦溶
融した樹脂が通過する部分にバリヤフライト１６を持つ
ものでも良く、可塑化スクリュ７内を移送される全ての
樹脂が一旦はこのバリヤフライト１６の頂部を通過する
構造のものをいう。 【００１４】一方、上記成形用金型２には、樹脂製品の
形状と対応した製品キャビティ２ａが形成されており、
この製品キャビティ２ａには、可塑化装置１のノズル９
から溶融樹脂が射出注入され、「型閉」、「型締め・昇
圧」、「型寸開」、「型停止」、「型開」及び「製品取
出」などの各工程を経て射出成形の１サイクルが終了す
るようになっている。そのため、成形用金型２は、ダイ
ヘッド２０に取付けられる固定型２１と、可動プラテン
２２に取付けられる可動型２３とを備えており、これら
固定型２１及び可動型２３は、ダイヘッド２０と可動プ
ラテン２２との間で互いに対向して配設され、図示しな
い型締ラムを動かすことによって、可動プラテン２２及
び可動型２３が一体となって前後進するように構成され
ている。 【００１５】次に、本発明の実施形態に係る可塑化装置
１内へのガス注入方法を説明する。先ず、図１に示す如
く、ペレット状の熱可塑性樹脂３をホッパ８から可塑化
装置１のシリンダ６内に落下させ、熱可塑性樹脂３をバ
リヤ型可塑化スクリュ７の周囲に供給すると共に、モー
タ１４により可塑化スクリュ７を回転駆動させる。する
と、熱可塑性樹脂３は可塑化スクリュ７の推進力により
フライト溝に沿ってシリンダ６の先端側に移送され、移
送されている間にヒータ１３による加熱及び剪断発熱で
溶融して可塑化される。 【００１６】熱可塑性樹脂３の固体樹脂３ａ及び溶融樹
脂（図示せず）がバリヤフライト１６のあるメインフラ
イト１５間に移送されると、図２及び図３に示す如く、
固体樹脂３ａがバリヤフライト１６により堰き止められ
て上流側の固相溝１７に留まる。そして、固体樹脂３ａ
は、固相溝１７に留まっている間に溶融され、溶融樹脂
３ｂとなってシリンダ内表面に薄膜の溶融フィルム層を
常に生成しながら、バリヤフライト１６の頂部を乗り越
えて、下流側の液相溝１８に流出することになる。この
間、ガス供給源１２からガス又は液状ガスである不活性
ガスＧが可塑化スクリュ７のスクリュ軸部７ａ内のガス
通路１０に供給され、ガス通路１０及び連通路１９を通
ってバリヤフライト１６の押圧側から固相溝１７内に所
定の圧力で注入されているため、不活性ガスＧは固体樹
脂３ａの隙間を通りながら、溶融フィルム層を介して溶
融樹脂中に均一に分散・溶解する。すなわち、供給され
たすべての熱可塑性樹脂３は、溶融フィルム層の状態で
不活性ガスＧと接触することになる。 【００１７】その後、このような手順で不活性ガスＧを
溶解させた溶融樹脂（図示せず）が可塑化スクリュ７の
回転駆動によりシリンダ６の先端側に順次移送され、所
定の量が溜められると、可塑化スクリュ７を軸方向へ前
進移動させ、製品体積に対応した量の溶融樹脂をノズル
９から成形用金型２の製品キャビティ２ａ内に射出す
る。すると、溶融樹脂は製品キャビティ２ａ内でガス発
泡して成形されることになるから、冷却固化して成形用
金型２を開き、樹脂製品を取り出せば、成形作業は完了
する。 【００１８】ところで、可塑化スクリュ７内を通過する
熱可塑化樹脂３に不活性ガスＧなどを溶解させるために
は、ガス圧を高めること、樹脂粘度を下げること、樹脂
温度を低くすることと共に、不活性ガスＧと溶融樹脂と
の接触面積を大きく取ること、不活性ガスＧが溶解した
接触部の溶融樹脂を更新し、ガス濃度の低い樹脂をガス
表面に接触させることが必要である。本発明の実施形態
に係るガス注入方法では、シリンダ６内に配置される可
塑化スクリュ７のメインフライト１５間にバリヤフライ
ト１６を設け、このバリヤフライト１６によってメイン
フライト１５間に固相溝１７と液相溝１８とを形成する
と共に、可塑化スクリュ７のスクリュ軸部７ａ内にガス
通路１０及び連通路１９を設けており、可塑化スクリュ
７の回転駆動時に、ガス供給源１２より不活性ガスＧを
ガス通路１０に供給し、連通路１９を通してバリヤフラ
イト１６の押圧側から固相溝１７に注入しているため、
不活性ガスＧが固相溝１７内の固体樹脂３ａの隙間を通
りながら液相溝１８へ向かって流れると共に、固相溝１
７で溶融した溶融樹脂が常に薄膜の溶融フィルム層を生
成しながら液相溝１８に流出することになる。したがっ
て、溶融樹脂は、不活性ガスＧの注入によって粘度が下
がる上、溶融フィルム層を介して不活性ガスＧと接触す
ることになり、不活性ガスＧとの接触面積が大きくなる
ため、溶融樹脂が必要以上に発熱するのを防止でき、不
活性ガスＧの溶融樹脂中への溶解を促進させることがで
きる。 【００１９】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能で
ある。例えば、本発明の実施の形態では、メインフライ
ト１４間に１条のバリヤフライト１６を設置したが、機
種等に対応して多条のバリヤフライト１６を設置しても
良く、不活性ガスＧの溶解効率は、多条設置の方が１条
のものに比較して増大させることができる。 【００２０】 【発明の効果】上述の如く、本発明に係る可塑化装置内
へのガス注入方法は、熱可塑性樹脂を可塑化する可塑化
装置のシリンダ内に駆動可能に設けられ、かつ固体樹脂
を堰き止めるバリヤフライトによって螺旋状のメインフ
ライト間に固相溝と液相溝とが形成されたバリヤ型スク
リュを用い、このスクリュの回転駆動時に、前記スクリ
ュの軸部内にガス又は液状ガスを供給し、この供給した
ガス又は液状ガスを、前記スクリュの軸部内を通して前
記バリヤフライトの押圧側から前記固相溝に注入ている
ので、ガス又は液状ガスによって溶融樹脂の粘度を下げ
て発熱を防止できると共に、ガス又は液状ガスの溶融樹
脂中への溶解を促進させることができ、品質の優れた樹
脂製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態のガス注入方法を実施する可
塑化装置と成形用金型を示す側面図である。 【図２】本発明の実施形態に係る可塑化装置に配設され
るスクリュであって、該スクリュ内の樹脂挙動を示す概
念図である。 【図３】本発明の実施形態に係る可塑化装置に配設され
るスクリュのうち、バリヤフライトを設けた部分を示す
断面図である。 【図４】従来のガス注入方法を実施する可塑化装置と成
形用金型を示す側面図である。 【図５】従来の可塑化装置に配設されるスクリュであっ
て、該スクリュ内の樹脂挙動を示す概念図である。 【図６】従来の可塑化装置において、スクリュのメイン
フライト間の樹脂の状態を示す断面図である。 【符号の説明】 １ 可塑化装置 ２ 成形用金型 ３ 熱可塑性樹脂 ３ａ 固体樹脂 ６ シリンダ ７ 可塑化スクリュ ７ａ スクリュ軸部 ８ ホッパ ９ ノズル １０ ガス通路 １１ バルブ １２ ガス供給源 １３ ヒータ １４ モータ １５ メインフライト １６ バリヤフライト １７ 固相溝 １８ 液相溝 １９ 連通路 Ｇ 不活性ガス（ガス又は液状ガス）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F206 AG20 JA04 JD03 JF04 JF12 JF22 JL02 JM01 JN03 JQ12 JQ15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 熱可塑性樹脂を可塑化する可塑化装置の
   シリンダ内に駆動可能に設けられ、かつ固体樹脂を堰き
   止めるバリヤフライトによって螺旋状のメインフライト
   間に固相溝と液相溝とが形成されたバリヤ型スクリュを
   用い、このスクリュの回転駆動時に、前記スクリュの軸
   部内にガス又は液状ガスを供給し、この供給したガス又
   は液状ガスを、前記スクリュの軸部内を通して前記バリ
   ヤフライトの押圧側から前記固相溝に注入することを特
   徴とする可塑化装置内へのガス注入方法。