JP2004237522A

JP2004237522A - Injection molding machine

Info

Publication number: JP2004237522A
Application number: JP2003028137A
Authority: JP
Inventors: Masato Kuramitsu; 匡人倉光
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection molding machine capable of quantitatively dissolving gas in a molten resin and capable of solving trouble of a gas seal. <P>SOLUTION: The injection molding machine having an injection cylinder is equipped with a second stage type screw wherein a second stage constituted in the same way as a first stage constituted of a first feed part, a first compression part and a first metering part is connected in series and a gas feeder is connected to a second feed part and a flow rate control part is provided between the first metering part and the second feed part. In this injection molding machine, the lengths of the respective parts of the screw are specified with respect to a screw diameter (D). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形装置に係わり、特に二酸化炭素等のガスを溶解させて溶融粘度を低下させた熱可塑性樹脂で成形を行う射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出シリンダ内の溶融樹脂にガス供給装置からガスを供給し、ガスを溶解させた溶融樹脂を射出する射出成形装置は多数提案されている。
たとえば、スクリュの後端部から先端部にかけてその先方部が第１メタリングとなっている第１ステージと、さらにその先方部が第２メタリングとなり、その後方部寄りがスクリュ溝の容積が大きくなった低圧部となっている第２ステージからなり、ガス供給孔が前記第２ステージの低圧部に対応した位置に設けられており、第１メタリングの溶融樹脂により供給させるガスが材料供給孔の方へ逆流しない成形機が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、不活性ガス注入部は樹脂で充満されており、不活性ガスは充満されている樹脂圧力との差圧分しか溶融樹脂に浸透させることしか出来ない、あるいはまた、スクリュの動作により不活性ガス注入部の樹脂圧力は常に変動するため、樹脂中に浸透させる不活性ガスの定量性に欠ける可能性が高いなどの課題がある。
【０００３】
また、スクリュが粉体輸送部位、圧縮溶融部位、溶融樹脂輸送部位とガス供給部に相当する溶融樹脂未充満化部分とガス含浸部分とから構成されており、スクリュの全長を既存の成形機のシリンダがそのまま使用できる長さに保持できる成形装置が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、スクリュ内部に設けられたガス供給路及び逆流防止弁を設置することによりスクリュ強度が低下する、また、回転動作と軸方向に直線運動するスクリュ本体とシールボックスのガスシール性に懸念があること、さらにまた、ガス供給ラインのメンテナンス性が低いなどの問題点を有しているなどの課題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１３−１３７９号公報
【特許文献２】
特開平１４−２０５３１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、射出シリンダ内の溶融樹脂にガス供給装置からガスを供給し、ガスを溶解させた溶融樹脂を射出する射出成形装置において、射出成形機の大掛かりな改造を必要とせず構造が簡単で定量的に必要とする量の二酸化炭素などのガスを溶融樹脂に溶解させることができると共に、射出シリンダ内に供給したガスのガスシールの問題が解決された射出成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１は、射出シリンダ内の溶融樹脂にガス供給装置からガスを供給し、ガスを溶解させた溶融樹脂を射出する射出成形装置において、樹脂供給部から先端に向かって第１フィード部、第１コンプレッション部および第１メタリング部で構成される第１ステージと同様に第２フィード部、第２コンプレッション部および第２メタリング部で構成される第２ステージとが直列に連なった２ステージタイプスクリュを備え、第２フィード部に開口するガス供給口にガス供給装置が接続され、第１メタリング部と第２フィード部の間に溶融樹脂の流動抵抗の高い流量制御部が設けられた射出シリンダを有する射出成形装置であって、スクリュの各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、
第１フィード部６〜１２Ｄ、
第１コンプレッション部２〜４Ｄ、
第１メタリング部２〜５Ｄ、
流量制御部０．１〜３Ｄ、
第２フィード部最大計量ストローク長以上、
第２コンプレッション部２〜５Ｄ、
第２メタリング部５〜１０Ｄ、
となる関係を有することを特徴とする射出成形装置を提供するものである。
上記本発明の第２は、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して２２Ｄ以上であることを、その好ましい態様として含むものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の射出成形装置で使用される樹脂は熱可塑性樹脂で、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリスチレン、ゴム強化ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、変成ポリフェニレンエーテル樹脂、全芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、熱可塑性エラストマーなどを挙げることができる。これらは単独若しくはこれらを一種または二種以上を混合したブレンド物として用いることができる。また、各種充填材や添加剤を配合して用いることもできる。
【０００８】
ガスとして二酸化炭素を用いる場合、二酸化炭素との親和性が高く、二酸化炭素の溶解度が高い熱可塑性樹脂が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン系樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変成ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド系樹脂などが特に好ましい。特にポリカーボネートは二酸化炭素の溶解度が高いだけでなく、熱分解したときに二酸化炭素を生じることから、溶融樹脂に二酸化炭素が含まれると分解反応の平衡がずれ、分解反応速度が遅くなる利点もある。
【０００９】
本発明の射出成形装置は、一般の射出成形品の成形に適用でき、発泡成形品の成形だけでなく、内部に気泡のない中実の成形品の成形にも使用できる。ガスを溶解した溶融樹脂は発泡性を持つため、成形品表面に発泡模様を生じさせないためには、金型への溶融樹脂の充填中に、溶融樹脂のフローフロントで発泡が生じないように、樹脂充填前にキャビティをあらかじめガスで加圧しておく、カウンタプレッシャ法を本発明の射出成形装置と併用することもできる。
【００１０】
本発明の射出成形装置で用いるガスとは、一般に発泡用のガスとして用いられる窒素、ヘリウムやアルゴンなどの希ガスに代表される不活性ガスや、熱可塑性樹脂に溶解しやすく良好な可塑剤効果を示す二酸化炭素、炭素数１〜５の飽和炭化水素およびその一部水素をフッ素で置換したフロン、水、アルコールなどの液体の蒸気等などである。
溶融樹脂の流動性を高める目的でガスを溶解させる場合、二酸化炭素が最も好ましい。二酸化炭素は溶融樹脂に対する溶解度が大きく、樹脂や金型、成形機素材を劣化させないこと、成形する環境に対し危険性がないこと、安価であることなどの制約を満たしているだけでなく、可塑剤として用いた場合、成形後に成形品から速やかに揮発させることができる。また、ガスを発泡剤として用いる場合には、発泡作用の高い窒素が好ましい。
【００１１】
本発明の射出成形装置で二酸化炭素を可塑剤として用いる場合、溶融樹脂に溶解させる二酸化炭素量は０．２重量％以上が好ましい。また、二酸化炭素の溶解量の最大量は特に制限はないが、二酸化炭素を多量に溶解させるには高いガス圧力必要になり、むやみに溶解量を増しても二酸化炭素に対する樹脂の流動性向上効果が少なくなることから、実用的な二酸化炭素溶解量は１０重量％以下で、より好ましくは７重量％以下である。
【００１２】
なお、射出シリンダ中で溶解した二酸化炭素などのガス量を直接測定することは難しいため、二酸化炭素を含む樹脂を用いて射出成形した成形直後における成形品の重量と、成形品を、非晶性樹脂にあってはガラス転移温度、結晶性樹脂にあっては融点よりも約３０℃低い熱風乾燥機中に２４時間以上放置し、成形品中に含まれていた二酸化炭素量が放散して一定になった成形品の重量の差を、金型キャビティに射出した溶融樹脂中の二酸化炭素量とする。
【００１３】
本発明の射出成形装置に用いる射出成形機は、一般に射出成形に使用されているインラインスクリュ式射出成形機、スクリュプリプラ式射出成形機などで、スクリュが間欠的に回転して樹脂可塑化を行うものである。インラインスクリュ式射出成形機ではスクリュが射出プランジャを兼ねており、樹脂の可塑化に伴いスクリュが後退して有効なスクリュ長が短くなるのに対し、スクリュプリプラ式は、樹脂を可塑化する押出機部分と射出プランジャが分離していることから、押出機部分は純粋な押出機として考えることができる。このため、スクリュプリプラ式は、スクリュの設計における制限事項が少なく、Ｌ／Ｄを大きくしたり、谷径を細くすることができるだけでなく、ガス供給位置を最適に保ちやすい利点がある。
【００１４】
本発明の射出成形装置では、射出シリンダ内にガスを供給し、射出シリンダ内の溶融樹脂にガスを溶解させる。このガスが溶解した溶融樹脂は発泡性を持つため、射出成形機のノズル部から射出シリンダ内の圧力が逃げ、ガスが溶解した溶融樹脂が射出シリンダ内で発泡しないよう、ノズル部からの内圧の逃げを防止した状態で射出準備が進められる。ノズル部分からの内圧の逃げ防止は、ノズル孔の開閉機構を備えたバルブノズルを有する射出シリンダとすることで行うことができる。
【００１５】
この開閉機構としては、可動ニードルでノズル孔を開閉するものや、樹脂流路に設けたロータリ弁を挙げることができる。また、ノズル部に開閉機構を有さない射出成形機を用いる場合でも、バルブゲート方式のホットランナを有する金型を用い、ノズル部を金型に圧接すると共にこのバルブゲートを閉じておくことでも内圧の逃げを防止することができるが、バルブノズルを備えた射出シリンダを用いるのが簡便である。
【００１６】
本発明の射出成形装置における溶融樹脂へのガスの溶解は、射出シリンダ内の溶融樹脂部分へガスを供給し、ガス供給部の射出シリンダ内に所定ガス圧のガス空間を形成することで行われる。ガスの溶融樹脂への溶解量は、ガスの種類、樹脂の種類、溶融樹脂の温度、スクリュ回転数、スクリュ先端部の圧力、スクリュの回転および停止時間などにより変わるが、これらの条件が一定であれば、溶融樹脂に接するガスの圧力と溶融樹脂へのガス溶解量とはほぼ比例する。従って、溶融樹脂に接するガス空間を形成すると共に、このガス空間におけるガス圧を所定圧とすることで、ガス溶解量を再現性良く制御することができる。
【００１７】
上記ガス空間の確実な形成のために、ガス供給部の溶融樹脂の移送を飢餓状態とすることが好ましい。溶融樹脂の移送を飢餓状態とするとは、移送される溶融樹脂が完全に射出シリンダ内を満たしておらず、部分的に空間を生じた状態で移送される状態にすることをいう。例えば、スクリュが、それぞれ後端側（ホッパ側）から、フィード部、コンプレッション部、メタリング部となった第１ステージと、同様にフィード部、コンプレッション部、メタリング部で構成される第２ステージとなった２ステージタイプスクリュの射出成形機を用い、第１ステージで樹脂を溶融させ、第２ステージのフィード部をガス供給部とすると共に、この部分での溶融樹脂の移送を飢餓状態とし、これによって射出シリンダ内に生じた空間にガスを供給して、第２ステージでガスと樹脂を混練して樹脂中にガスを溶解させることが好ましい。
【００１８】
本発明では、樹脂供給部から先端に向かって第１フィード部、第１コンプレッション部および第１メタリング部で構成される第１ステージと同様に第２フィード部、第２コンプレッション部および第２メタリング部で構成される第２ステージとが直列に連なった２ステージタイプスクリュを備え、第２フィード部に開口するガス供給口にガス供給装置が接続され、第１メタリング部と第２フィード部の間に溶融樹脂の流動抵抗の高い流量制御部が設けられた射出シリンダを有する射出成形装置であって、スクリュの各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、
第１フィード部６〜１２Ｄ、
第１コンプレッション部２〜４Ｄ、
第１メタリング部２〜５Ｄ、
流量制御部０．１〜３Ｄ、
第２フィード部最大計量ストローク長以上、
第２コンプレッション部２〜５Ｄ、
第２メタリング部５〜１０Ｄ、
となる関係を有することが好ましい。このようにすると樹脂供給部から供給された樹脂の第１ステージでの可塑化をより容易にすることができ計量安定性が向上する。また、第２フィード部を常に飢餓状態に保つことができることから溶融樹脂へのガス溶解性を定量的に行える。さらに、樹脂供給部及びスクリュ先端側へのガスの吹き出しを確実に防止することが出来る。
【００１９】
第１ステージは、樹脂供給部から供給された樹脂を完全にかつ均一に溶融させるのが目的である。
従来の射出成形法においてスクリュは樹脂の均一溶融と計量安定性が目的である。このため本発明におけるスクリュ第１ステージ、すなわち樹脂供給部から先端に向かってフィード部、コンプレッション部、メタリング部で構成される１ステージタイプになっており、一般に樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して１９〜２２Ｄの範囲にある。
【００２０】
従って本発明においても樹脂を完全にかつ均一に溶融させるためには、第１ステージの長さを従来の射出成形法と同様に１９〜２２Ｄとするのが好ましいが、本発明ではスクリュ第１ステージの先端側に溶融樹脂とガスを混合し溶解させるスクリュ第２ステージがあるため、スクリュ全体の長さが増加して成形機本体と射出ユニットの取付位置変更等、成形機本体まで改造の必要が出てくる。
本発明では、第１フィードの長さは６〜１２Ｄである。６Ｄ以下では計量時のストロークが減少するために樹脂供給部から供給された樹脂の溶融が不安定になり計量安定性が損なわれる。さらに、スクリュ第２ステージ側への溶融樹脂の供給が不安定になるため樹脂供給部側へのガスの吹き出しを防ぐことが困難になる。１２Ｄ以上ではその他のゾーンを含めたスクリュ全体の長さが増加してしまい成形機本体まで改造の必要が出てくる。
【００２１】
第１コンプレッションの長さは２〜５Ｄである。２Ｄ以下では樹脂の急激な圧縮により剪断発熱が起こり、樹脂温度が設定した温度よりも高くなり樹脂が分解する恐れがあるため好ましくない。５Ｄ以上ではその他のゾーンを含めたスクリュ全体の長さが増加してしまい成形機本体まで改造の必要が出てくる。
第１メタリングの長さは２〜５Ｄである。２Ｄ以下では第２ステージ側への溶融樹脂の供給定量性が不安定になり計量安定性が損なわれる。さらに、第２ステージ側への溶融樹脂の供給が不安定になるため樹脂供給部側へのガスの吹き出しを防ぐことが困難になる。５Ｄ以上ではその他のゾーンを含めたスクリュ全体の長さが増加してしまい成形機本体まで改造の必要が出てくる。
【００２２】
第２ステージは、第２フィード部の射出シリンダに開口するガス供給口から供給されるガスと、第１ステージから供給される溶融樹脂とを均一に混合もしくは溶解させて、かつスクリュ先端側へのガスの吹き出しを防止するのが目的である。
第２フィードの長さは最大計量ストローク長以上である。第２フィード部では射出シリンダに開口するガス供給口から供給されるガスと、第１ステージから供給される溶融樹脂とを均一に混合し溶解させる。第２フィード部は成形機の最大計量ストローク分以上の長さを確保できていれば良い。最大計量ストローク分以下の長さだと、最大ストロークまで計量した場合、ガス供給口が第２コンプレッション部にかかってしまい溶融樹脂により塞がれてしまう。
【００２３】
第２コンプレッションの長さは２〜５Ｄである。２Ｄ以下では樹脂の急激な圧縮により剪断発熱が起こり、樹脂温度が設定した温度よりも高くなり樹脂が分解する恐れがあるため好ましくない。５Ｄ以上ではその他のゾーンを含めたスクリュ全体の長さが増加してしまい成形機本体まで改造の必要が出てくる。
第２メタリングの長さは５〜１０Ｄである。５Ｄ以下では溶融樹脂とガスとの混合・溶解が充分にされず、ガスが溶融樹脂中に気泡状態で混ざったまま計量され、溶融樹脂の計量がばらついたり、成形品中にボイドを生じ、型開時にボイド内部のガスが膨張し成形品が膨れたりする。１０Ｄ以上ではその他のゾーンを含めたスクリュ全体の長さが増加してしまい成形機本体まで改造の必要が出てくる。
【００２４】
樹脂流量制御部は、第２フィード部を常に飢餓状態にするためにスクリュ第２ステージへ流入する樹脂量を制限すると共に、樹脂供給部側へのガスの吹き出しを防止するのが目的である。
溶融樹脂の移送を飢餓状態とするとは、移送される溶融樹脂が完全に射出シリンダ内を満たしておらず、部分的に空間を生じた状態で移送される状態にすることをいう。
【００２５】
ガス供給部の溶融樹脂の移送を飢餓状態とするためには、第１ステージのメタリング部と第２ステージのベント部の間に溶融樹脂の流動抵抗の高い流量制御部を設け、第２ステージへの溶融樹脂の流入を制限するのが最も簡便である。この溶融樹脂流動抵抗の高い流量制御部としては、ダルメージやマドックといった混練に用いられるデザインや、シリンダとの隙間を０．１〜１ｍｍ程度、好ましくは０．１〜０．５ｍｍに狭めた単純な円柱状のバリアなどが挙げられる。
【００２６】
また、上記流量制御部と併せて、スクリュ１回転あたりの溶融樹脂移送量が、第１ステージよりも第２ステージの方が多くなるようにすることが好ましい。具体的には、第２ステージのスクリュ溝ピッチやスクリュ溝深さを第１ステージよりも大きくする手法を用いることができる。また、ホッパに供給樹脂の計量装置を設け、第１ステージへの樹脂供給量を制御により飢餓状態を発生させる手法を併用することも好ましい。
【００２７】
上記流量制御部は、スクリュ停止時など、第１ステージ内の樹脂の圧力勾配が減少した時に、ガス供給部に供給したガスが、第１ステージの樹脂中を通ってホッパ側に吹き出すことを防止するためにも有効である。ホッパ側へのガスの吹き出しを防止するためには、一般にスクリュヘッドに用いられる可動式の逆流防止リングを使用することも可能であるが、スクリュ構造として複雑になる。つまり、逆流防止リングをスクリュの途中に挿入するには、挿入部でスクリュを２分割するか、薄い逆流防止リングを分割する必要があり、いずれにせよ製作が難しく、強度的低下が避けられないと共に、樹脂の滞留部を生じやすい。
【００２８】
本発明の射出成形装置では、ガス供給部の溶融樹脂の移送を安定して飢餓状態とし、溶融樹脂にガスを均質に溶解させることができるようにするために、スクリュ先端部の圧力を、前記ガス空間のガス圧以上で、かつガス供給部の射出シリンダ内にガス空間を維持できる範囲の圧力として運転する。スクリュ先端部の圧力が低すぎると、ガス供給部に供給したガスが溶融樹脂に完全に溶け込まず、気泡状態で溶融樹脂中に混ざったまま計量され、溶融樹脂の計量がばらついたり、成形品中にボイドを生じ、型開時にボイド内部のガスが膨張し成形品が膨れたりする。スクリュ先端部の圧力とは、スクリュ先端部の溶融樹脂の圧力で、スクリュ背圧と等しく、スクリュもしくは射出プランジャを射出方向に押す圧力である。
【００２９】
スクリュ先端部の圧力の下限の設定法には、次の２種の方法が挙げられる。一つは簡便な方法で、ガス供給部のガス空間のガス圧とスクリュ先端部の圧力を等しく設定する方法である。もう一つは、樹脂の可塑化時にスクリュの回転と可塑化樹脂量が比例する圧力に設定する方法、つまりスクリュ回転速度を一定としたときに、スクリュもしくは射出プランジャが一定速度で後退する最低限の圧力とする方法である。
【００３０】
上記前者の方法は、ガス供給部に形成されるガス空間のガス圧を検出する圧力センサを射出シリンダに設けておき、この圧力センサで検出した圧力に基づいてスクリュ先端部の圧力を制御する制御装置を設けておくことで容易に行うことができる。この場合、ガス空間の圧力とスクリュ先端部の圧力を等しくなるように制御するだけでなく、スクリュ先端部の圧力がガス空間の圧力より所定圧力だけ大きくなるように制御することもできる。上記後者の方法は、ガス供給部に供給したガスが溶融樹脂に気泡状態で混ざるときに、スクリュにより送られる見かけの溶融樹脂量、つまり溶融樹脂と気泡の体積の和が一時的に増し、それに伴ってスクリュもしくは射出プランジャの後退速度が突然速くなることに着目したものである。
【００３１】
また、スクリュ先端部の圧力が高すぎると、樹脂の可塑化速度が遅くなるばかりか、本発明の２ステージタイプのスクリュを用いた場合に、第２ステージにおいて、スクリュ先端部の高い圧力に対抗して溶融樹脂を送ることができなくなり、ガス供給部の溶融樹脂圧が高まり、ガス空間を存在させることができなくなる。このような状態では、十分な量のガスを溶融樹脂に溶解させられないばかりか、溶融樹脂へのガス溶解量を制御することが難しくなる。スクリュ先端部の圧力の上限は、ガスを供給せずに樹脂の可塑化を行ったときに、ガス供給部の溶融樹脂圧がガスの供給圧力と等しくなる圧力である。スクリュ先端部の圧力をこの圧力未満とすれば、ガス供給部にガス空間を存在させることができ、溶解量を制御しつつ必要量のガスを溶融樹脂に溶解させることができる。
【００３２】
しかし、ガスを供給しないときにガス供給部が大気圧以上の溶融樹脂で満たされてしまうような状態においては、溶融樹脂圧以上のガスをガス供給部に供給することでガス空間を形成できるが、溶融樹脂圧が変動した場合に、ガス空間の圧力も変わり、結果として溶融樹脂中のガス溶解量も変動することになる。このため、ガス供給とは関係なく、ガス供給部の溶融樹脂の移送を常に飢餓状態とし、これによってガス供給部の溶融樹脂圧を大気圧以下としておくことが好ましい。この場合、ガス供給部のガス空間は溶融樹脂により圧縮されることはなく、溶融樹脂へのガス溶解量はガス供給部への供給ガス圧で制御可能となる。
【００３３】
本発明のスクリュ先端部の圧力（スクリュ背圧）の絶対値は、スクリュの大きさ、スクリュのデザイン、スクリュの回転速度、樹脂の種類、樹脂の温度、供給するガスの圧力等によって異なるが、ガス供給部への供給ガス圧以上であり、かつガス供給部における溶融樹脂圧がガス供給部への供給ガス圧未満となる範囲で選択される。
【００３４】
ガスを溶解した溶融樹脂は発泡性を持つため、可塑化終了後射出開始までのスクリュ停止時も、発泡を抑えるために、上記スクリュ先端部の圧力を保持することが望ましい。保持するスクリュ先端部の圧力は、樹脂の可塑化時のスクリュ先端部の圧力と同じでよく、溶融樹脂の発泡によりスクリュやプランジャが後退しない最低限の圧力であればよい。可塑化終了後射出開始までの間保持するスクリュ先端部の圧力が高すぎると、射出動作までにスクリュやプランジャが前進し、可塑化時に計量した溶融樹脂量に誤差を生じる。また、成形を一時休止する場合でも、射出シリンダ内に残る溶融樹脂の発泡を防止するために、常にスクリュやプランジャが後退しないスクリュ先端部の圧力を保つことが好ましい。
【００３５】
上記スクリュ停止時にスクリュ先端部の圧力を一定に保つ手法としては、スクリュを前進させる力を一定に保つ手法、例えばスクリュの前進が油圧駆動で行われる場合、スクリュ前進用の油圧力を一定に保持することで行うことができる。また、この油圧駆動の場合には、スクリュ停止時にスクリュ前進用の油圧バルブを閉じ、スクリュ先端部の圧力に対抗するための作動油の流れを遮断し、いわばスクリュの後退をロックしてしまうことでも行うことができる。
ガス供給部における射出シリンダ内へのガスの供給は、供給側の圧力と、ガス供給部のシリンダ内の圧力との差圧によって自動的に開閉される自動開閉弁を介して行うことが好ましい。
【００３６】
上記自動開閉弁の具体例としては、ガス供給部の射出シリンダ内に開口するガス供給路の先端に、弁座と密着する方向にスプリングで付勢されて設けられ、供給ガス圧で押されてスプリングに抗して射出シリンダの内側方向に移動したときにガス供給路を開放するキノコ弁（錐台形、一般的には円錐台形をなす弁体。）を挙げることができる。このようなキノコ弁を用いると、ガス供給時にはガス流量に応じてガス供給路が開き、比較的広い開口面積が得られるので、短時間で必要なガス量を供給することができる。また、ガスが流れないときには、自動的にガス供給路が閉鎖されるので、溶融樹脂がガス供給路に逆流しない。更に、ガスが流れている場合であっても、溶融樹脂がガス供給路に侵入しようとした場合、溶融樹脂がキノコ弁の底を押して自動的にキノコ弁を閉鎖状態にするので、溶融樹脂の逆流を防止できる。
【００３７】
次に、図面に基づいて本発明の射出成形装置の一例について説明する。本例の装置は、インラインスクリュ式射出成形機を用い、ガスには二酸化炭素を用いたものである。
図１に示されるように、１は射出成形機で、熱可塑性樹脂の可塑化と射出を行う射出シリンダ２、金型３および型締め装置４とを備えたものとなっている。この射出成形機１の射出シリンダ２には、二酸化炭素源５から、二酸化炭素昇圧装置６および二酸化炭素調圧装置７からなるガス供給装置を介して二酸化炭素が供給されるものとなっている。
【００３８】
なお、二酸化炭素は、金型３に供給して、カウンタプレッシャ用のガスとして用いたり、射出シリンダ２のホッパ８供給して、ホッパ８から射出シリンダ２に供給される樹脂に吸収させることもできる。この場合、射出シリンダ２に供給する二酸化炭素、金型３に供給する二酸化炭素およびホッパ８に供給する二酸化炭素を、供給の開始と停止および圧力などをそれぞれ独立に制御できるようにしておくことが好ましい。
【００３９】
上記射出シリンダ２、二酸化炭素源５、二酸化炭素昇圧装置６および二酸化炭素供給装置７について図２により更に説明する。
図２に示されるように、本例における二酸化炭素源５としては液化二酸化炭素ボンベ９が用いられている。
二酸化炭素昇圧装置６は、液化状態の二酸化炭素を加圧して昇圧する液化二酸化炭素圧縮機１１を備えたもので、上記液化二酸化炭素ボンベ９が電磁開閉弁１０を介してこの液化二酸化炭素圧縮機１１に連結されている。二酸化炭素源５と二酸化炭素昇圧装置６間は、二酸化炭素の液化状態を保つことができるよう、二酸化炭素の臨界温度（３１．１℃）未満に保持されている。液化二酸化炭素ボンベ９より液化二酸化炭素圧縮機１１に供給され、圧縮されて昇圧した液化二酸化炭素は、二酸化炭素調圧装置７へと送られる。
【００４０】
二酸化炭素調圧装置７へと送られる液化二酸化炭素は、電磁開閉弁１２を経て加熱器１３に供給される。加熱器１３に供給された液化二酸化炭素はここで臨界温度以上のガスとなり、減圧弁１４を経て射出シリンダ２のメインタンク１５に供給される。メインタンク１５には、内部の圧力が異常に高くなった時にガスを逃がすリリーフ弁１６と、メインタンク１５内のガス圧をチェックするためのメータ１７が接続されている。
【００４１】
上記メインタンク１５と射出シリンダ２間を接続するガス供給配管１８には、メインタンク１５から順に、電磁開閉弁１９、逆止弁２０が介在している。また、逆止弁２０と射出シリンダ２との間にはリリーフ弁２１と大気開放バルブ２２が接続されている。
上記ガス供給装置を用いて射出シリンダ２内のガス供給部２６に二酸化炭素を供給する手順を説明する。
【００４２】
まず、電磁開閉弁１９と電磁開閉弁１２を閉じた状態で電磁開閉弁１０を開くと、液化二酸化炭素ボンベ９から液化二酸化炭素圧縮機１１に液化二酸化炭素が供給される。液化二酸化炭素圧縮機１１で圧縮された液化二酸化炭素は電磁開閉弁１２を開くことにより加熱器１３に供給されて暖められ、減圧弁１４で必要な圧力まで減圧され、メインタンク１５に蓄えられる。そして、メインタンク１５に必要圧力の加圧ガスが蓄えられた状態で、電磁開閉弁１９が開放されて、所定圧の二酸化炭素がガス供給配管１８を介して射出シリンダ２に供給されることになる。
【００４３】
射出シリンダ２は、樹脂供給部から先端に向かって順次フィード部、コンプレッション部、メタリング部で構成されるステージが直列に２回繰り返される２ステージタイプのスクリュ２３を備えたもので、ホッパ８側がスクリュ第１ステージ２３ａ、ノズル部２４側がスクリュ第２ステージ２３ｂである。
ガス供給部２６は第２ステージ２３ｂのフィード部（ベント部）に設置されており、このガス供給部２６にはガス供給路２７が開口している。このガス供給路２７は、前記ガス供給配管１８に接続されているものである。
【００４４】
図３に拡大して示すように、第１ステージ２３ａのメタリング部（ガス供給部２６と第１ステージ２３ａの間）には、流量制御部２８が設けられている。流量制御部２８は、射出シリンダ２のバレル内面とのクリアランスを小さくして、第１ステージ２３ａより移送される溶融樹脂量を制御し、ガス供給部２６における溶融樹脂の移送を飢餓状態にすると共に、ガス供給部２６に供給された二酸化炭素がホッパ８側に逆流しないようにするためのものである。
【００４５】
上記流量制御部２８と、射出シリンダ２のバレル内面とのクリアランスは、スクリュ径によっても異なるが、０．１〜１ｍｍ程度であることが好ましく、更に好ましくは０．１〜０．５ｍｍ程度である。流量制御部２８の長さは、スクリュ径の５〜２００％程度が好ましく、更に好ましくはスクリュ径の１０〜１００％程度である。
【００４６】
上記クリアランスと長さは樹脂の溶融粘度や供給ガス圧力により適宜選択される。使用する樹脂の溶融粘度が低いほど、またガス供給部２６に供給される二酸化炭素の圧力が高いほど、クリアランスを小さくし、また長さを長くする。これらの値を調整することにより、第１ステージ２３ａが樹脂で満たされている場合、成形操作中にガス供給部２６の二酸化炭素がホッパ８側に逆流することを確実に防止することができる。また、流量制御部２８を通過する溶融樹脂の温度を低くしてその粘度を高めることも、ガス供給部２６に供給された二酸化炭素のホッパ８側への逆流防止に効果的である。
【００４７】
ガス供給部２６への二酸化炭素の供給は、上記流量制御部２８によってガス供給部２６における溶融樹脂の移送を飢餓状態とし、これによってガス供給部２６に生じる空間（溶融樹脂で満たされていない部分）に、図４に示される自動開閉弁２９を介して二酸化炭素を送り込むことで行われる。
本例の自動開閉弁２９は、図４に示されるように、スプリング３０で射出シリンダ２の外方へ付勢されて、弁座３１に押し付けられるキノコ弁で構成されたものとなっている。
【００４８】
更に説明すると、ガス供給路２７の先端に上記自動開閉弁２９が位置していると共に、ガス供給路２７の先端周縁には、自動開閉弁２９の背面と対向して弁座３１が設けられている。自動開閉弁２９の背面には、弁軸３２が接続されており、この弁軸３２は、周囲に隙間を持ってガス供給路２７内を伸び、スプリング３０で射出シリンダ２の外方へ付勢されているものである。
上記自動開閉弁２９は、ガス供給路２７内と射出シリンダ２のガス供給部２６内の圧力が等しいときにはスプリング３０の力によって弁座３１に押し付けられてガス供給路２７を閉鎖し、ガス供給路２７に二酸化炭素が供給されて、ガス供給路２７内の圧力が射出シリンダ２のガス供給部２６内の圧力より高くなり、この二酸化炭素の圧力による力がスプリング３０の力を上回ると、スプリング３０に抗して射出シリンダ２の内方に移動して、ガス供給路２７を開放するものである。
【００４９】
上記キノコ弁を用いた自動開閉弁２９を介して二酸化炭素の供給を行うと、二酸化炭素の供給時にはその流量に応じてガス供給路２７が開き、比較的広い開口面積が得られるので、短時間で必要な量の二酸化炭素を供給することができる。また、二酸化炭素が流れないときには、自動的にガス供給路２７が閉鎖されるので、溶融樹脂がガス供給路２７に逆流しない。更に、二酸化炭素が流れている場合であっても、溶融樹脂がガス供給路２７に侵入しようとした場合、溶融樹脂が自動開閉弁２９の底を押して自動的にガス供給路２７を閉鎖するので、溶融樹脂の逆流を防止できる。
【００５０】
上記自動開閉弁２９は、その先端面（射出シリンダ２の内側の面）付近に溶融樹脂が対流するのを防止するために、開放時の先端面が射出シリンダ２の内面とほぼ一致する位置に設けることが好ましい。具体的には、閉鎖時の先端面の位置が、射出シリンダ２の内面とほぼ等しい位置か、もしくは０．５ｍｍ程度窪んだ位置にあることが好ましい。
図２に示されるように、スクリュ２３の先端部には、射出時の溶融樹脂の逆流を防止するための逆流防止シリング３３が設けられている。また、ノズル部２４には、ノズル孔３４を開閉するためのニードル弁３５が設けられている。このニードル弁３５は、ノズル部２４の内側に、ノズル孔３４に向かって進退可能に設けられており、油圧シリンダなどの駆動装置に３６によって駆動ロッド３７を傾動させることで進退し、前進時にノズル孔３４を閉鎖し、後退時にノズル孔３４を開放するものとなっている。
【００５１】
上記のようなニードル弁３５を設けてノズル孔３４を開閉可能としておくと、ノズル孔３４を閉鎖した状態で、スクリュ２３の先端部に圧力（スクリュ背圧）を加えながら可塑化計量操作を行うことで、計量されて射出シリンダ２の先端部に溜まる、二酸化炭素が溶解した溶融樹脂の発泡を防ぐことができる。
本発明の射出成形装置では、ノズル孔３４を開閉できる射出シリンダ２を用いることが好ましく、ノズル孔３４を開閉する機構としては、上記のような機械的に強制開閉されるものの他、射出シリンダ２内の溶融樹脂圧、特に先端部の溶融樹脂圧が所定圧力となると自動的に開くタイプのものもある。つまり、本発明で用いる射出成形機としては、開閉可能なバルブノズルを備えた射出シリンダ２を用いることが好ましい。
なお、上述の装置はガスとして二酸化炭素を用いているが、二酸化炭素以外のガスを用いる場合でも同様の装置で本射出成形法を行うことができる。
【００５２】
【実施例】
次に、実施例および比較例によって本発明を更に説明する。
まず、実施例および比較例で用いた機材および材料、計量安定性の測定方法、スクリュ先端部圧力とガス供給部の溶融樹脂圧力の関係の測定方法、ノズル側および樹脂供給部側へのガス吹き抜け性の測定方法について説明する。
（樹脂）
ポリカーボネート樹脂：帝人化成製パンライトＬ−１２２５Ｙ
（二酸化炭素）
純度９９％以上の二酸化炭素を用いた。
【００５３】
（射出成形機）
住友重機械工業製「ＳＧ１２５Ｍ−ＨＰ」をベースとして使用した。スクリュ径はφ３２ｍｍ、最大スクリュストロークは１６０ｍｍである。射出シリンダ温度は３００℃に設定した。ガス供給部は図３に示す構造であり、自動開閉弁として図４に示すキノコ弁を取り付けた。キノコ弁の弁座接触部の径は４．６ｍｍであり、スプリングがこのキノコ弁を閉じる力は３００ｇである。ノズル部は、図５に示す機械的な開閉機構を有するものとした。また、図には示していないが、ガス供給部のガス供給路の開口位置とは反対側のシリンダ内面には、溶融樹脂圧力もしくはガス圧力測定用の圧力センサを取り付けた。圧力センサにはダイニスコ社製「ＮＰ４６５ＸＬ」を用いた。
【００５４】
（スクリュ先端部圧力とガス供給部の溶融樹脂圧力の関係の測定方法）
ガスを供給せずに、ノズル孔を閉じた状態で、スクリュストローク１２０ｍｍで樹脂を可塑化しパージする動作を繰り返した。スクリュ回転数１００、１５０ｒｐｍにおいて、スクリュ先端部の圧力を変え、各スクリュ先端部の圧力でガス供給部にかかる溶融樹脂の圧力を圧力センサで測定した。
（計量安定性の測定方法）
スクリュ回転数１５０ｒｐｍ、スクリュ先端部の圧力１２ＭＰａで、ガス供給部に１２ＭＰａ二酸化炭素を供給し、ノズル孔を閉じた状態で、スクリュストローク１２０ｍｍで樹脂を可塑化しパージする動作を３０回繰り返し行い、可塑化時間を測定した。
【００５５】
（ノズル側へのガス吹き抜け性の評価方法）
スクリュ回転数１５０ｒｐｍ、スクリュ先端部の圧力１２ＭＰａで、ガス供給部に１２ＭＰａ二酸化炭素を供給し、ノズル孔を閉じた状態で、スクリュストローク１２０ｍｍで樹脂を可塑化しパージする動作を３０回繰り返し行い、ノズル部からのストランドが切れたり、気泡の破裂による破裂音発生の有り無しによってノズル部へのガス吹き抜けの有り無しの判断をした。
【００５６】
（樹脂供給部側へのガス吹き抜け性の評価方法）
スクリュ回転数１５０ｒｐｍ、スクリュ先端部の圧力１２ＭＰａで、ガス供給部に１２ＭＰａ二酸化炭素を供給し、樹脂を可塑化し、その状態で１０分間保持させる。この状態で１０分の間に樹脂供給部側へのガス吹き抜けの有り無しを評価した。吹き抜けた時はガス供給部のガス供給路の開口位置とは反対側のシリンダ内面に取り付けた圧力センサの数値が降下することで判断した。スクリュストローク４０ｍｍから開始し、２０ｍｍずつスクリュストロークを増やしていき最大１４０ｍｍまで測定した。
【００５７】
【実施例１】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝９Ｄ、第１コンプレッション部＝３Ｄ、第１メタリング部＝２Ｄ、樹脂流量制御部＝０．５Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．３ｍｍとした。第２フィード部＝１６０ｍｍ、第２コンプレッション部＝２Ｄ、第２メタリング部＝６．５Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２８Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表１、３、４および５に示す。
【００５８】
【実施例２】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝１０Ｄ、第１コンプレッション部＝２Ｄ、第１メタリング部＝２Ｄ、樹脂流量制御部＝１Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．４ｍｍとした。第２フィード部＝１６０ｍｍ、第２コンプレッション部＝２Ｄ、第２メタリング部＝６Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２８Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表１、３、４および５に示す。
【００５９】
【実施例３】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝６Ｄ、第１コンプレッション部＝２Ｄ、第１メタリング部＝２Ｄ、樹脂流量制御部＝０．５Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．３ｍｍとした。第２フィード部＝１６０ｍｍ、第２コンプレッション部＝２Ｄ、第２メタリング部＝６Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２３．５Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表１、３、４および５に示す。
【００６０】
【実施例４】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝６Ｄ、第１コンプレッション部＝２Ｄ、第１メタリング部＝２Ｄ、樹脂流量制御部＝１Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．４ｍｍとした。第２フィード部＝１６０ｍｍ、第２コンプレッション部＝１．５Ｄ、第２メタリング部＝５．５Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２３．５Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表１、３、４および５に示す。
【００６１】
【比較例１】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝６Ｄ、第１コンプレッション部＝２Ｄ、第１メタリング部＝１．５Ｄ、樹脂流量制御部＝０．５Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．３ｍｍとした。第２フィード部＝１３０ｍｍ、第２コンプレッション部＝２Ｄ、第２メタリング部＝５Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２１Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表２〜５に示す。
【００６２】
【比較例２】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝６Ｄ、第１コンプレッション部＝３Ｄ、第１メタリング部＝２Ｄ、樹脂流量制御部＝０．５Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．３ｍｍとした。第２フィード部＝１１０ｍｍ、第２コンプレッション部＝１．５Ｄ、第２メタリング部＝４．５Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２１Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表２〜５に示す。
【００６３】
【比較例３】
スクリュは各部分の長さが、スクリュ径（Ｄ）に対して、第１フィード部＝１０Ｄ、第１コンプレッション部＝３Ｄ、第１メタリング部＝４Ｄ、樹脂流量制御部＝１Ｄとし、シリンダ内面とのクリアランスは０．４ｍｍとした。第２フィード部＝１６０ｍｍ、第２コンプレッション部＝０．５Ｄ、第２メタリング部＝４．５Ｄとし、樹脂供給部から先端までのスクリュの長さが２８Ｄのものとした。
この成形機を用いて樹脂を射出成形した。結果を表２〜５に示す。
【００６４】
【表１】

【００６５】
【表２】

【００６６】
【表３】

【００６７】
【表４】

【００６８】
【表５】

【００６９】
【発明の効果】
本発明の射出成形装置により、ガスを溶融樹脂に定量的に溶解させることができると共に、射出シリンダー内に供給したガスのガスシールの問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形装置の概略図である。
【図２】図１に示される二酸化炭素源、二酸化炭素昇圧装置および二酸化炭素調圧装置からなるガス供給装置と射出シリンダ部分の詳細を示す模式図である。
【図３】射出シリンダのガス供給部付近の拡大断面図である。
【図４】ガス供給部の自動開閉弁機構を示す断面図である。
【図５】スクリュ各部位の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１射出成形機
２射出シリンダ
３金型
４型締め装置
５二酸化炭素源
６二酸化炭素昇圧装置
７二酸化炭素調圧装置
８ホッパ
９液化二酸化炭素ボンベ
１０電磁開閉弁
１１液化二酸化炭素圧縮機
１２電磁開閉弁
１３加熱器
１４減圧弁
１５メインタンク
１６リリーフ弁
１７メータ
１８ガス供給配管
１９電磁開閉弁
２０逆止弁
２１リリーフ弁
２２大気開放バルブ
２３スクリュ
２３ａスクリュ第１ステージ
２３ｂスクリュ第２ステージ
２４ノズル部
２５樹脂計量装置
２６ガス供給部
２７ガス供給路
２８流量制御部
２９自動開閉弁
３０スプリング
３１弁座
３２弁軸
３３逆流防止シリング
３４ノズル孔
３５ニードル弁
３６駆動装置
３７駆動ロッド
Ｌ１第１フィード部
Ｌ２第１コンプレッション部
Ｌ３第１メタリング部
Ｌ４第２フィード部
Ｌ５第２コンプレッション部
Ｌ６第２メタリング部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermoplastic resin injection molding apparatus, and more particularly to an injection molding apparatus for performing molding with a thermoplastic resin having a melt viscosity reduced by dissolving a gas such as carbon dioxide.
[0002]
[Prior art]
Many injection molding devices have been proposed in which a gas is supplied from a gas supply device to a molten resin in an injection cylinder, and the molten resin in which the gas is dissolved is injected.
For example, from the rear end to the front end of the screw, the first stage has a first metering on the forward side, and the second stage has a second metering on the forward side. The volume of the screw groove increases toward the rear side. A gas supply hole is provided at a position corresponding to the low pressure portion of the second stage, and the gas supplied by the molten resin of the first metering is directed toward the material supply hole. A molding machine that does not flow backward has been considered (for example, see Patent Document 1). However, the inert gas injection part is filled with resin, and the inert gas can only penetrate the molten resin by a pressure difference from the filled resin pressure, or the inert gas is inactivated by the operation of the screw. Since the pressure of the resin at the gas injection portion constantly fluctuates, there are problems such as a high possibility of lack of quantitativeness of the inert gas to be permeated into the resin.
[0003]
The screw is composed of a powder transport section, a compression melting section, a molten resin transport section, a molten resin unfilled part corresponding to a gas supply part, and a gas impregnated part. A molding apparatus capable of holding a cylinder at a usable length has been devised (for example, see Patent Document 2).
However, by installing a gas supply path and a check valve provided inside the screw, the screw strength is reduced, and there is a concern about the gas sealing properties of the screw body and the seal box, which rotates and moves linearly in the axial direction. In addition, there is a problem that the gas supply line has problems such as low maintainability.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-13-1379
[Patent Document 2]
JP-A-14-205319
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has been made in consideration of the problems of the prior art described above. Injection solves the problem of gas sealing of gas supplied into the injection cylinder, as well as dissolving the required amount of gas such as carbon dioxide in the molten resin without the need for modification and having a simple structure and the required amount of carbon dioxide etc. An object is to provide a molding device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention for achieving the above object is an injection molding apparatus that supplies a gas from a gas supply device to a molten resin in an injection cylinder and injects the molten resin in which the gas is dissolved. As with the first stage composed of the first feed section, the first compression section and the first metering section, a second stage composed of the second feed section, the second compression section and the second metering section is provided. A gas supply device is connected to a gas supply port that opens to the second feed section, and a flow control is performed between the first metering section and the second feed section with high flow resistance of the molten resin. An injection molding apparatus having an injection cylinder provided with a part, wherein a length of each part of the screw is determined by a screw diameter (D).
1st feed part 6-12D,
1st compression part 2-4D,
1st metering part 2-5D,
Flow control unit 0.1-3D,
2nd feed section More than the maximum weighing stroke length,
2nd compression part 2-5D,
2nd metering part 5-10D,
It is intended to provide an injection molding apparatus characterized by having the following relationship.
The second aspect of the present invention includes that the length of the screw from the resin supply portion to the tip is 22D or more with respect to the screw diameter (D) as a preferred embodiment thereof.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The resin used in the injection molding apparatus of the present invention is a thermoplastic resin, specifically, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, acrylic resin, polystyrene, rubber reinforced polystyrene, AS resin, ABS resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate. , Polyarylate, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether resin, wholly aromatic polyester, polyacetal, polycarbonate, amorphous polyolefin resin, polyetherimide, polyethersulfone, polyamide resin, polysulfone, polyetheretherketone, polyetherketone , Polyimide, thermoplastic elastomer, and the like. These can be used alone or as a blend of one kind or a mixture of two or more kinds. In addition, various fillers and additives can be compounded and used.
[0008]
When using carbon dioxide as a gas, a thermoplastic resin having a high affinity for carbon dioxide and a high solubility of carbon dioxide is preferable, and polyethylene, polypropylene, a styrene-based resin, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene ether, modified polyphenylene ether resin, and polyamide are used. A resin is particularly preferred. In particular, polycarbonate not only has a high solubility of carbon dioxide, but also produces carbon dioxide when thermally decomposed.Therefore, when carbon dioxide is contained in the molten resin, the decomposition reaction is shifted in equilibrium, and there is an advantage that the decomposition reaction speed is reduced. .
[0009]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The injection molding apparatus of the present invention can be applied to the molding of general injection molded articles, and can be used not only for molding foamed molded articles, but also for molding solid molded articles having no bubbles inside. Since the molten resin in which the gas is dissolved has foaming properties, in order to prevent foaming patterns from being generated on the surface of the molded product, during filling of the molten resin into the mold, so that foaming does not occur at the flow front of the molten resin, The counter pressure method, in which the cavity is pre-pressurized with gas before filling with resin, can be used together with the injection molding apparatus of the present invention.
[0010]
The gas used in the injection molding apparatus of the present invention refers to nitrogen generally used as a gas for foaming, an inert gas represented by a rare gas such as helium or argon, or a good plasticizer effect that is easily dissolved in a thermoplastic resin. Carbon dioxide, a saturated hydrocarbon having 1 to 5 carbon atoms, a fluorocarbon in which hydrogen is partially substituted with fluorine, water, a liquid vapor such as alcohol, and the like.
When dissolving a gas for the purpose of increasing the fluidity of the molten resin, carbon dioxide is most preferred. Carbon dioxide has high solubility in the molten resin, and not only satisfies the constraints of not deteriorating the resin, mold, and molding machine material, not dangerous to the molding environment, and being inexpensive, but also plastic When used as an agent, it can be volatilized quickly from a molded article after molding. When a gas is used as a foaming agent, nitrogen having a high foaming action is preferable.
[0011]
When carbon dioxide is used as a plasticizer in the injection molding apparatus of the present invention, the amount of carbon dioxide dissolved in the molten resin is preferably 0.2% by weight or more. The maximum amount of dissolved carbon dioxide is not particularly limited, but a high gas pressure is required to dissolve a large amount of carbon dioxide. Therefore, the practical amount of dissolved carbon dioxide is 10% by weight or less, and more preferably 7% by weight or less.
[0012]
Since it is difficult to directly measure the amount of gas such as carbon dioxide dissolved in the injection cylinder, the weight of the molded product immediately after molding by injection molding using a resin containing carbon dioxide and the Leave the resin in a hot-air dryer that is about 30 ° C lower than the melting point for glass transition temperature for crystalline resin and about 30 ° C lower than the melting point for 24 hours or more. The difference between the weights of the resulting molded products is defined as the amount of carbon dioxide in the molten resin injected into the mold cavity.
[0013]
The injection molding machine used in the injection molding apparatus of the present invention is an in-line screw type injection molding machine generally used for injection molding, a screw pre-plasticization type injection molding machine, etc., in which the screw rotates intermittently to plasticize the resin. Things. In an in-line screw injection molding machine, the screw doubles as an injection plunger, and the screw recedes as the plasticization of the resin shortens the effective screw length. The extruder section can be considered as a pure extruder because of the separation of the section and the injection plunger. For this reason, the screw pre-plastic type has few restrictions in the screw design, and has an advantage that not only can the L / D be increased and the valley diameter can be reduced, but also the gas supply position can be easily maintained at the optimum position.
[0014]
In the injection molding apparatus of the present invention, a gas is supplied into the injection cylinder, and the gas is dissolved in the molten resin in the injection cylinder. Since the molten resin in which the gas is dissolved has a foaming property, the pressure in the injection cylinder escapes from the nozzle of the injection molding machine, and the internal pressure from the nozzle is reduced so that the molten resin in which the gas is dissolved does not foam in the injection cylinder. Injection preparation proceeds with escape prevented. The escape of the internal pressure from the nozzle portion can be prevented by using an injection cylinder having a valve nozzle provided with a nozzle hole opening / closing mechanism.
[0015]
Examples of the opening / closing mechanism include a mechanism that opens and closes a nozzle hole with a movable needle and a rotary valve provided in a resin flow path. Further, even when using an injection molding machine having no opening / closing mechanism in the nozzle portion, it is also possible to use a mold having a hot runner of a valve gate type, press the nozzle portion against the mold and close the valve gate. Although the escape of the internal pressure can be prevented, it is convenient to use an injection cylinder provided with a valve nozzle.
[0016]
Dissolution of gas into the molten resin in the injection molding apparatus of the present invention is performed by supplying gas to the molten resin portion in the injection cylinder and forming a gas space of a predetermined gas pressure in the injection cylinder of the gas supply unit. . The amount of gas dissolved in the molten resin depends on the type of gas, resin, temperature of the molten resin, screw rotation speed, pressure at the screw tip, screw rotation and stop time, etc. If so, the pressure of the gas in contact with the molten resin is approximately proportional to the amount of gas dissolved in the molten resin. Therefore, by forming a gas space in contact with the molten resin and setting the gas pressure in this gas space to a predetermined pressure, the amount of dissolved gas can be controlled with good reproducibility.
[0017]
In order to reliably form the gas space, it is preferable that the transfer of the molten resin in the gas supply unit is starved. The fact that the transfer of the molten resin is a starvation state means that the transferred molten resin does not completely fill the inside of the injection cylinder and is transferred in a state where a space is partially generated. For example, a screw is a first stage having a feed section, a compression section, and a metering section from the rear end side (hopper side), and a second stage similarly having a feed section, a compression section, and a metering section. Using a two-stage screw injection molding machine, the resin is melted in the first stage, the feed portion of the second stage is used as a gas supply portion, and the transfer of the molten resin in this portion is starved, whereby It is preferable that a gas is supplied to the space created in the injection cylinder, and the gas and the resin are kneaded in the second stage to dissolve the gas in the resin.
[0018]
According to the present invention, the second feed section, the second compression section, and the second metering section are provided in the same manner as the first stage including the first feed section, the first compression section, and the first metering section from the resin supply section toward the tip. A two-stage type screw in which a second stage composed of a series is connected in series, a gas supply device is connected to a gas supply port that opens to the second feed portion, and a gas supply device is provided between the first metering portion and the second feed portion. What is claimed is: 1. An injection molding apparatus having an injection cylinder provided with a flow control unit having a high flow resistance of a molten resin, wherein a length of each part of a screw is defined by a screw diameter (D).
1st feed part 6-12D,
1st compression part 2-4D,
1st metering part 2-5D,
Flow control unit 0.1-3D,
2nd feed section More than the maximum weighing stroke length,
2nd compression part 2-5D,
2nd metering part 5-10D,
It is preferable to have the following relationship. In this case, plasticization of the resin supplied from the resin supply unit in the first stage can be more easily performed, and the measurement stability can be improved. In addition, since the second feed section can always be kept starved, gas solubility in the molten resin can be quantitatively determined. Further, it is possible to reliably prevent gas from blowing out to the resin supply section and the screw tip side.
[0019]
The first stage is intended to completely and uniformly melt the resin supplied from the resin supply unit.
In the conventional injection molding method, the screw aims at uniform melting of the resin and measurement stability. For this reason, the first stage of the screw of the present invention, that is, a one-stage type composed of a feed section, a compression section, and a metering section from the resin supply section toward the tip, is generally the length of the screw from the resin supply section to the tip. Is in the range of 19 to 22D with respect to the screw diameter (D).
[0020]
Therefore, in the present invention, in order to completely and uniformly melt the resin, the length of the first stage is preferably set to 19 to 22D similarly to the conventional injection molding method. There is a screw second stage that mixes and melts the molten resin and gas at the tip of the machine, so the overall length of the screw increases and it is necessary to modify the molding machine body, such as changing the mounting position of the molding machine body and the injection unit. Come out.
In the present invention, the length of the first feed is 6 to 12D. If it is less than 6D, the stroke at the time of measurement is reduced, so that the melting of the resin supplied from the resin supply unit becomes unstable, and the measurement stability is impaired. Further, the supply of the molten resin to the screw second stage becomes unstable, so that it is difficult to prevent the gas from blowing to the resin supply unit. At 12D or more, the overall length of the screw including other zones increases, and it is necessary to modify the molding machine main body.
[0021]
The length of the first compression is 2-5D. In the case of 2D or less, shear heat is generated due to rapid compression of the resin, and the resin temperature becomes higher than the set temperature, which is not preferable because the resin may be decomposed. In the case of 5D or more, the entire length of the screw including other zones increases, and it is necessary to remodel the molding machine main body.
The length of the first metering is 2-5D. If it is 2D or less, the supply quantitativeness of the molten resin to the second stage becomes unstable, and the measurement stability is impaired. Further, the supply of the molten resin to the second stage becomes unstable, so that it is difficult to prevent the gas from blowing to the resin supply unit. In the case of 5D or more, the entire length of the screw including other zones increases, and it is necessary to remodel the molding machine main body.
[0022]
The second stage uniformly mixes or dissolves the gas supplied from the gas supply port opened to the injection cylinder of the second feed section with the molten resin supplied from the first stage, and also controls the gas to the screw tip side. The purpose is to prevent gas blowing.
The length of the second feed is greater than or equal to the maximum metering stroke length. In the second feed section, the gas supplied from the gas supply port opened to the injection cylinder and the molten resin supplied from the first stage are uniformly mixed and dissolved. It is sufficient that the second feed section can secure a length equal to or longer than the maximum measuring stroke of the molding machine. If the length is less than the maximum measurement stroke, when the measurement is performed up to the maximum stroke, the gas supply port covers the second compression portion and is closed by the molten resin.
[0023]
The length of the second compression is 2-5D. In the case of 2D or less, shear heat is generated due to rapid compression of the resin, and the resin temperature becomes higher than the set temperature, which is not preferable because the resin may be decomposed. In the case of 5D or more, the entire length of the screw including other zones increases, and it is necessary to remodel the molding machine main body.
The length of the second metering is 5-10D. If it is less than 5D, the mixing and dissolution of the molten resin and the gas will not be sufficient, and the gas will be weighed while being mixed in the molten resin in a bubble state, and the weighing of the molten resin will vary, and voids will occur in the molded article, When the gas is opened, the gas inside the void expands and the molded product swells. At 10D or more, the entire length of the screw including other zones increases, and it is necessary to modify the molding machine body.
[0024]
The purpose of the resin flow control unit is to limit the amount of resin flowing into the second screw stage in order to keep the second feed unit in a starvation state, and to prevent gas from blowing out to the resin supply unit side.
The fact that the transfer of the molten resin is a starvation state means that the transferred molten resin does not completely fill the inside of the injection cylinder and is transferred in a state where a space is partially generated.
[0025]
In order to make the transfer of the molten resin in the gas supply section starved, a flow control section having a high flow resistance of the molten resin is provided between the metering section of the first stage and the vent section of the second stage, and the flow is controlled to the second stage. It is most convenient to limit the inflow of the molten resin. As a flow control unit having a high molten resin flow resistance, a design used for kneading such as dalmage or mudock, or a simple one in which a gap with a cylinder is reduced to about 0.1 to 1 mm, preferably 0.1 to 0.5 mm A columnar barrier is exemplified.
[0026]
In addition, it is preferable that the transfer amount of the molten resin per one rotation of the screw is larger in the second stage than in the first stage in combination with the flow rate control unit. Specifically, a method of making the screw groove pitch and screw groove depth of the second stage larger than those of the first stage can be used. It is also preferable to provide a metering device for the supply resin in the hopper and use a method of controlling the amount of resin supply to the first stage to generate a starvation state.
[0027]
The flow control unit prevents the gas supplied to the gas supply unit from blowing out to the hopper side through the resin of the first stage when the pressure gradient of the resin in the first stage decreases, such as when the screw is stopped. It is also effective for In order to prevent gas from blowing out to the hopper side, it is possible to use a movable backflow prevention ring generally used for a screw head, but the structure becomes complicated as a screw structure. In other words, in order to insert the backflow prevention ring in the middle of the screw, it is necessary to divide the screw into two parts at the insertion part or to split the thin backflow prevention ring, and in any case, it is difficult to manufacture and the strength is inevitably reduced. At the same time, the resin tends to stay.
[0028]
In the injection molding apparatus of the present invention, in order to stably transfer the molten resin in the gas supply unit to the starvation state and to enable the gas to be uniformly dissolved in the molten resin, the pressure at the screw tip is set to the above-mentioned value. The operation is performed at a pressure higher than the gas pressure of the gas space and in a range that can maintain the gas space in the injection cylinder of the gas supply unit. If the pressure at the screw tip is too low, the gas supplied to the gas supply unit will not completely dissolve into the molten resin, but will be weighed while being mixed with the molten resin in a bubble state, and the measurement of the molten resin will vary, When the mold is opened, the gas inside the void expands and the molded product swells. The pressure at the screw tip is the pressure of the molten resin at the screw tip, equal to the screw back pressure, and is the pressure that pushes the screw or injection plunger in the injection direction.
[0029]
There are the following two methods for setting the lower limit of the pressure at the screw tip. One is a simple method in which the gas pressure in the gas space of the gas supply unit and the pressure at the tip of the screw are set equal. Another method is to set the pressure at which the screw rotation and the amount of plasticized resin are proportional to the plasticization of the resin, that is, the minimum that the screw or injection plunger retreats at a constant speed when the screw rotation speed is constant. Pressure.
[0030]
In the former method, a pressure sensor for detecting a gas pressure in a gas space formed in a gas supply unit is provided in an injection cylinder, and control is performed to control a pressure at a screw tip based on the pressure detected by the pressure sensor. This can be easily performed by providing a device. In this case, it is possible not only to control the pressure in the gas space and the pressure at the screw tip portion to be equal, but also to control the pressure at the screw tip portion to be higher than the gas space pressure by a predetermined pressure. In the latter method, when the gas supplied to the gas supply unit is mixed with the molten resin in a bubble state, the apparent amount of the molten resin sent by the screw, that is, the sum of the volumes of the molten resin and the bubbles temporarily increases, and Accordingly, attention is paid to the fact that the retreat speed of the screw or the injection plunger suddenly increases.
[0031]
If the pressure at the tip of the screw is too high, not only does the plasticization rate of the resin become slow, but also when the two-stage screw of the present invention is used, the second stage opposes the high pressure at the tip of the screw in the second stage. As a result, the molten resin cannot be sent, the pressure of the molten resin in the gas supply unit increases, and the gas space cannot be provided. In such a state, not only a sufficient amount of gas cannot be dissolved in the molten resin, but also it becomes difficult to control the amount of gas dissolved in the molten resin. The upper limit of the pressure at the screw tip is a pressure at which the molten resin pressure at the gas supply unit becomes equal to the gas supply pressure when plasticizing the resin without supplying gas. If the pressure at the screw tip is less than this pressure, a gas space can be provided in the gas supply unit, and the required amount of gas can be dissolved in the molten resin while controlling the amount of dissolution.
[0032]
However, in a state in which the gas supply unit is filled with the molten resin at a pressure higher than the atmospheric pressure when the gas is not supplied, the gas space can be formed by supplying the gas at a pressure higher than the molten resin pressure to the gas supply unit. When the pressure of the molten resin changes, the pressure of the gas space also changes, and as a result, the amount of dissolved gas in the molten resin also changes. For this reason, it is preferable that the transfer of the molten resin in the gas supply unit is always starved irrespective of the gas supply, so that the pressure of the molten resin in the gas supply unit is kept at or below the atmospheric pressure. In this case, the gas space of the gas supply unit is not compressed by the molten resin, and the amount of gas dissolved in the molten resin can be controlled by the pressure of the gas supplied to the gas supply unit.
[0033]
The absolute value of the screw tip pressure (screw back pressure) of the present invention varies depending on the screw size, screw design, screw rotation speed, resin type, resin temperature, gas pressure supplied, etc. The pressure is selected within a range that is equal to or higher than the gas supply pressure to the gas supply unit and that the pressure of the molten resin in the gas supply unit is lower than the gas supply pressure to the gas supply unit.
[0034]
Since the molten resin in which the gas is dissolved has foaming properties, it is desirable to maintain the pressure at the screw tip even when the screw is stopped from the end of plasticization to the start of injection in order to suppress foaming. The pressure at the tip of the screw to be held may be the same as the pressure at the tip of the screw during plasticization of the resin, and may be a minimum pressure at which the screw or plunger does not recede due to foaming of the molten resin. If the pressure at the tip of the screw that is maintained after the plasticization is completed and before the start of injection is too high, the screw or plunger moves forward by the time of the injection operation, and an error occurs in the amount of molten resin measured during plasticization. Also, even when molding is temporarily stopped, it is preferable to always maintain the pressure at the screw tip where the screw or plunger does not recede in order to prevent the foaming of the molten resin remaining in the injection cylinder.
[0035]
As a method for keeping the pressure at the screw tip constant when the screw is stopped, a method for keeping the screw advancing force constant, for example, when the screw advance is performed hydraulically, the oil pressure for screw advance is kept constant You can do it by doing. In addition, in the case of this hydraulic drive, when the screw is stopped, the hydraulic valve for screw advance is closed, the flow of hydraulic oil to oppose the pressure at the tip of the screw is shut off, and the screw retreat is locked, so to speak. But you can do it.
The supply of gas into the injection cylinder in the gas supply unit is preferably performed via an automatic opening / closing valve that is automatically opened / closed by a pressure difference between the pressure on the supply side and the pressure in the cylinder of the gas supply unit.
[0036]
As a specific example of the automatic opening / closing valve, at the tip of a gas supply path that opens into the injection cylinder of the gas supply unit, a bias is provided by a spring in a direction in which it is in close contact with the valve seat, and the gas is pushed by the supply gas pressure. A mushroom valve (a valve body having a frustum shape, generally a frusto-conical shape) that opens a gas supply passage when moved inward of an injection cylinder against a spring can be used. When such a mushroom valve is used, the gas supply path opens according to the gas flow rate at the time of gas supply, and a relatively large opening area can be obtained, so that the required gas amount can be supplied in a short time. When the gas does not flow, the gas supply path is automatically closed, so that the molten resin does not flow back to the gas supply path. Furthermore, even when the gas is flowing, if the molten resin attempts to enter the gas supply path, the molten resin pushes the bottom of the mushroom valve to automatically close the mushroom valve. Backflow can be prevented.
[0037]
Next, an example of the injection molding apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. The apparatus of this example uses an in-line screw type injection molding machine, and uses carbon dioxide as a gas.
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes an injection molding machine having an injection cylinder 2, a mold 3, and a mold clamping device 4 for plasticizing and injecting a thermoplastic resin. The injection cylinder 2 of the injection molding machine 1 is supplied with carbon dioxide from a carbon dioxide source 5 via a gas supply device including a carbon dioxide pressure increasing device 6 and a carbon dioxide pressure regulating device 7.
[0038]
The carbon dioxide can be supplied to the mold 3 and used as a gas for counter pressure, or can be supplied to the hopper 8 of the injection cylinder 2 and absorbed by the resin supplied from the hopper 8 to the injection cylinder 2. . In this case, the start and stop of the supply of carbon dioxide to be supplied to the injection cylinder 2, the carbon dioxide to be supplied to the mold 3, and the carbon dioxide to be supplied to the hopper 8 can be controlled independently. preferable.
[0039]
The injection cylinder 2, the carbon dioxide source 5, the carbon dioxide booster 6, and the carbon dioxide supplier 7 will be further described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, a liquefied carbon dioxide cylinder 9 is used as the carbon dioxide source 5 in this example.
The carbon dioxide pressurizing device 6 includes a liquefied carbon dioxide compressor 11 that pressurizes and pressurizes liquefied carbon dioxide. 11 are connected. The temperature between the carbon dioxide source 5 and the carbon dioxide booster 6 is kept below the critical temperature of carbon dioxide (31.1 ° C.) so that the liquefied state of carbon dioxide can be maintained. The liquefied carbon dioxide supplied from the liquefied carbon dioxide cylinder 9 to the liquefied carbon dioxide compressor 11 and compressed and pressurized is sent to the carbon dioxide pressure regulator 7.
[0040]
The liquefied carbon dioxide sent to the carbon dioxide pressure regulator 7 is supplied to the heater 13 via the electromagnetic on-off valve 12. The liquefied carbon dioxide supplied to the heater 13 becomes a gas having a temperature equal to or higher than the critical temperature here, and is supplied to the main tank 15 of the injection cylinder 2 via the pressure reducing valve 14. Connected to the main tank 15 are a relief valve 16 for releasing gas when the internal pressure becomes abnormally high, and a meter 17 for checking the gas pressure in the main tank 15.
[0041]
An electromagnetic on-off valve 19 and a check valve 20 are interposed in the gas supply pipe 18 connecting the main tank 15 and the injection cylinder 2 in order from the main tank 15. Further, a relief valve 21 and an atmosphere release valve 22 are connected between the check valve 20 and the injection cylinder 2.
A procedure for supplying carbon dioxide to the gas supply unit 26 in the injection cylinder 2 using the gas supply device will be described.
[0042]
First, when the electromagnetic on-off valve 10 is opened with the electromagnetic on-off valves 19 and 12 closed, liquefied carbon dioxide is supplied from the liquefied carbon dioxide cylinder 9 to the liquefied carbon dioxide compressor 11. The liquefied carbon dioxide compressed by the liquefied carbon dioxide compressor 11 is supplied to the heater 13 and warmed by opening the electromagnetic on-off valve 12, decompressed to a required pressure by the pressure reducing valve 14, and stored in the main tank 15. Then, with the pressurized gas of the required pressure stored in the main tank 15, the electromagnetic on-off valve 19 is opened, and carbon dioxide of a predetermined pressure is supplied to the injection cylinder 2 via the gas supply pipe 18. Become.
[0043]
The injection cylinder 2 is provided with a two-stage type screw 23 in which a stage composed of a feed section, a compression section, and a metering section is sequentially repeated twice in series from the resin supply section toward the tip. The first stage 23a and the nozzle portion 24 side are a screw second stage 23b.
The gas supply unit 26 is installed at a feed unit (vent) of the second stage 23b, and a gas supply passage 27 is opened in the gas supply unit 26. The gas supply path 27 is connected to the gas supply pipe 18.
[0044]
As shown in an enlarged manner in FIG. 3, a flow rate control unit 28 is provided in a metering portion (between the gas supply unit 26 and the first stage 23a) of the first stage 23a. The flow control unit 28 controls the amount of the molten resin transferred from the first stage 23a by reducing the clearance between the barrel of the injection cylinder 2 and the inner surface of the barrel, so that the transfer of the molten resin in the gas supply unit 26 is starved. , To prevent the carbon dioxide supplied to the gas supply unit 26 from flowing back to the hopper 8 side.
[0045]
The clearance between the flow control unit 28 and the inner surface of the barrel of the injection cylinder 2 varies depending on the screw diameter, but is preferably about 0.1 to 1 mm, and more preferably about 0.1 to 0.5 mm. . The length of the flow control unit 28 is preferably about 5 to 200% of the screw diameter, and more preferably about 10 to 100% of the screw diameter.
[0046]
The clearance and length are appropriately selected depending on the melt viscosity of the resin and the pressure of the supplied gas. The lower the melt viscosity of the resin used and the higher the pressure of carbon dioxide supplied to the gas supply unit 26, the smaller the clearance and the longer the length. By adjusting these values, when the first stage 23a is filled with the resin, it is possible to reliably prevent the carbon dioxide in the gas supply unit 26 from flowing back to the hopper 8 during the molding operation. Also, lowering the temperature of the molten resin passing through the flow control unit 28 to increase the viscosity thereof is effective in preventing the carbon dioxide supplied to the gas supply unit 26 from flowing back to the hopper 8 side.
[0047]
In the supply of carbon dioxide to the gas supply unit 26, the transfer of the molten resin in the gas supply unit 26 is starved by the flow rate control unit 28, and the space generated in the gas supply unit 26 (the portion not filled with the molten resin) is thereby formed. ) Is performed by feeding carbon dioxide through an automatic opening / closing valve 29 shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the automatic opening / closing valve 29 of the present embodiment is configured by a mushroom valve that is urged outward from the injection cylinder 2 by a spring 30 and pressed against a valve seat 31.
[0048]
More specifically, the automatic on-off valve 29 is located at the tip of the gas supply path 27, and a valve seat 31 is provided on the periphery of the tip of the gas supply path 27 so as to face the back surface of the automatic on-off valve 29. I have. A valve shaft 32 is connected to the back surface of the automatic opening / closing valve 29. The valve shaft 32 extends in the gas supply path 27 with a gap around the valve shaft 32, and is urged outward from the injection cylinder 2 by a spring 30. Is what is being done.
When the pressure in the gas supply path 27 is equal to the pressure in the gas supply section 26 of the injection cylinder 2, the automatic opening / closing valve 29 is pressed against the valve seat 31 by the force of the spring 30 to close the gas supply path 27. When carbon dioxide is supplied to the gas supply path 27 and the pressure in the gas supply path 27 becomes higher than the pressure in the gas supply section 26 of the injection cylinder 2, and the force due to the pressure of the carbon dioxide exceeds the force of the spring 30, the spring 30 Is moved inward of the injection cylinder 2 to open the gas supply passage 27.
[0049]
When carbon dioxide is supplied through the automatic opening / closing valve 29 using the mushroom valve, the gas supply path 27 opens according to the flow rate when carbon dioxide is supplied, and a relatively large opening area can be obtained. Can supply the required amount of carbon dioxide. When the carbon dioxide does not flow, the gas supply path 27 is automatically closed, so that the molten resin does not flow back into the gas supply path 27. Further, even when carbon dioxide is flowing, if the molten resin attempts to enter the gas supply path 27, the molten resin pushes the bottom of the automatic opening / closing valve 29 to automatically close the gas supply path 27. In addition, the backflow of the molten resin can be prevented.
[0050]
In order to prevent the molten resin from convection near the front end surface (the inner surface of the injection cylinder 2), the automatic opening / closing valve 29 is located at a position where the front end surface at the time of opening substantially coincides with the inner surface of the injection cylinder 2. It is preferable to provide them. Specifically, it is preferable that the position of the distal end surface at the time of closing is a position substantially equal to the inner surface of the injection cylinder 2 or a position recessed by about 0.5 mm.
As shown in FIG. 2, a backflow prevention silling 33 for preventing backflow of the molten resin at the time of injection is provided at the tip of the screw 23. In addition, the nozzle portion 24 is provided with a needle valve 35 for opening and closing the nozzle hole 34. The needle valve 35 is provided inside the nozzle portion 24 so as to advance and retreat toward the nozzle hole 34. The needle valve 35 advances and retreats by inclining the drive rod 37 by a drive device such as a hydraulic cylinder by a drive device 36. The hole 34 is closed, and the nozzle hole 34 is opened at the time of retreat.
[0051]
If the nozzle hole 34 is made openable and closable by providing the needle valve 35 as described above, the plasticization measurement operation is performed while applying pressure (screw back pressure) to the tip of the screw 23 with the nozzle hole 34 closed. This can prevent foaming of the molten resin in which carbon dioxide is dissolved, which is metered and accumulated at the tip of the injection cylinder 2.
In the injection molding apparatus of the present invention, it is preferable to use the injection cylinder 2 that can open and close the nozzle hole 34. As the mechanism for opening and closing the nozzle hole 34, in addition to the mechanism that is mechanically forcibly opened and closed as described above, the injection cylinder 2 There is also a type that automatically opens when the pressure of the molten resin in the inside, particularly the pressure of the molten resin at the front end portion reaches a predetermined pressure. That is, as the injection molding machine used in the present invention, it is preferable to use the injection cylinder 2 having the valve nozzle that can be opened and closed.
Although the above-described apparatus uses carbon dioxide as a gas, the present injection molding method can be performed using a similar apparatus even when a gas other than carbon dioxide is used.
[0052]
【Example】
Next, the present invention will be further described with reference to Examples and Comparative Examples.
First, the equipment and materials used in the examples and comparative examples, the measurement stability measurement method, the measurement method of the relationship between the screw tip pressure and the molten resin pressure of the gas supply unit, gas blow-through to the nozzle side and the resin supply unit side The method for measuring the properties will be described.
(resin)
Polycarbonate resin: Panlite L-1225Y manufactured by Teijin Chemicals
(carbon dioxide)
Carbon dioxide having a purity of 99% or more was used.
[0053]
(Injection molding machine)
"SG125M-HP" manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. was used as a base. The screw diameter is 32 mm and the maximum screw stroke is 160 mm. The injection cylinder temperature was set at 300 ° C. The gas supply unit has the structure shown in FIG. 3, and the mushroom valve shown in FIG. 4 was attached as an automatic on-off valve. The diameter of the valve seat contact portion of the mushroom valve is 4.6 mm, and the force with which the spring closes the mushroom valve is 300 g. The nozzle portion had a mechanical opening and closing mechanism shown in FIG. Although not shown in the figure, a pressure sensor for measuring the pressure of the molten resin or the gas pressure was attached to the inner surface of the cylinder opposite to the opening position of the gas supply path of the gas supply section. The pressure sensor used was "NP465XL" manufactured by Dainisco Corporation.
[0054]
(Method of measuring the relationship between the screw tip pressure and the molten resin pressure at the gas supply unit)
The operation of plasticizing and purging the resin with a screw stroke of 120 mm was repeated with the nozzle hole closed without supplying gas. At screw rotation speeds of 100 and 150 rpm, the pressure at the screw tip was changed, and the pressure of the molten resin applied to the gas supply unit at the pressure at each screw tip was measured with a pressure sensor.
(Method of measuring weighing stability)
The operation of supplying 12 MPa carbon dioxide to the gas supply unit at a screw rotation speed of 150 rpm and a pressure of 12 MPa at the tip of the screw and plasticizing and purifying the resin with a screw stroke of 120 mm in a state where the nozzle hole is closed is repeated 30 times. The activation time was measured.
[0055]
(Evaluation method of gas blow-through to nozzle side)
At a screw rotation speed of 150 rpm and a pressure of 12 MPa at the screw tip, 12 MPa carbon dioxide is supplied to the gas supply unit, and with the nozzle hole closed, the operation of plasticizing and purifying the resin with a screw stroke of 120 mm is repeated 30 times. The presence or absence of gas blow-through to the nozzle portion was determined based on the presence or absence of breakage of a strand from the portion or the occurrence of a bursting sound due to bursting of air bubbles.
[0056]
(Evaluation method of gas blow-through to resin supply side)
At a screw rotation speed of 150 rpm and a pressure of 12 MPa at the tip of the screw, 12 MPa carbon dioxide is supplied to the gas supply unit to plasticize the resin and hold the resin for 10 minutes. In this state, the presence / absence of gas blow-through toward the resin supply section was evaluated within 10 minutes. When the gas flowed through, it was determined that the value of the pressure sensor attached to the inner surface of the cylinder opposite to the opening position of the gas supply path of the gas supply unit was lowered. Starting from a screw stroke of 40 mm, the screw stroke was increased in increments of 20 mm and measured up to a maximum of 140 mm.
[0057]
Embodiment 1
The length of each part of the screw is, with respect to the screw diameter (D), the first feed part = 9D, the first compression part = 3D, the first metering part = 2D, the resin flow control part = 0.5D, and the cylinder The clearance with the inner surface was 0.3 mm. The second feed portion was 160 mm, the second compression portion was 2D, the second metering portion was 6.5D, and the length of the screw from the resin supply portion to the tip was 28D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 1, 3, 4 and 5.
[0058]
Embodiment 2
The length of each part of the screw is such that the first feed part = 10D, the first compression part = 2D, the first metering part = 2D, the resin flow control part = 1D with respect to the screw diameter (D). Was 0.4 mm. The second feed section was 160 mm, the second compression section was 2D, the second metering section was 6D, and the length of the screw from the resin supply section to the tip was 28D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 1, 3, 4 and 5.
[0059]
Embodiment 3
The length of each part of the screw is, with respect to the screw diameter (D), the first feed part = 6D, the first compression part = 2D, the first metering part = 2D, the resin flow control part = 0.5D, and the cylinder The clearance with the inner surface was 0.3 mm. The second feed portion was 160 mm, the second compression portion was 2D, the second metering portion was 6D, and the length of the screw from the resin supply portion to the tip was 23.5D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 1, 3, 4 and 5.
[0060]
Embodiment 4
The length of each screw is such that the first feed portion = 6D, the first compression portion = 2D, the first metering portion = 2D, and the resin flow control portion = 1D with respect to the screw diameter (D). Was 0.4 mm. The second feed section was 160 mm, the second compression section was 1.5 D, the second metering section was 5.5 D, and the screw length from the resin supply section to the tip was 23.5 D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 1, 3, 4 and 5.
[0061]
[Comparative Example 1]
The length of each part of the screw is 1D feed section = 6D, 1st compression section = 2D, 1st metering section = 1.5D, resin flow control section = 0.5D with respect to the screw diameter (D). The clearance with the inner surface of the cylinder was 0.3 mm. The second feed portion was 130 mm, the second compression portion was 2D, the second metering portion was 5D, and the length of the screw from the resin supply portion to the tip was 21D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 2 to 5.
[0062]
[Comparative Example 2]
The length of each part of the screw is, with respect to the screw diameter (D), the first feed part = 6D, the first compression part = 3D, the first metering part = 2D, the resin flow control part = 0.5D, and the cylinder The clearance with the inner surface was 0.3 mm. The second feed portion was 110 mm, the second compression portion was 1.5 D, the second metering portion was 4.5 D, and the length of the screw from the resin supply portion to the tip was 21 D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 2 to 5.
[0063]
[Comparative Example 3]
The length of each part of the screw is such that the first feed portion = 10D, the first compression portion = 3D, the first metering portion = 4D, and the resin flow control portion = 1D with respect to the screw diameter (D). Was 0.4 mm. The second feed section was 160 mm, the second compression section was 0.5 D, the second metering section was 4.5 D, and the screw length from the resin supply section to the tip was 28 D.
Using this molding machine, the resin was injection molded. The results are shown in Tables 2 to 5.
[0064]
[Table 1]

[0065]
[Table 2]

[0066]
[Table 3]

[0067]
[Table 4]

[0068]
[Table 5]

[0069]
【The invention's effect】
According to the injection molding apparatus of the present invention, the gas can be quantitatively dissolved in the molten resin, and the problem of gas sealing of the gas supplied into the injection cylinder can be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an injection molding apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing details of a gas supply device including a carbon dioxide source, a carbon dioxide pressure increasing device, and a carbon dioxide pressure regulating device shown in FIG. 1 and an injection cylinder portion.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the vicinity of a gas supply unit of the injection cylinder.
FIG. 4 is a sectional view showing an automatic opening / closing valve mechanism of a gas supply unit.
FIG. 5 is a view showing details of each part of the screw.
[Explanation of symbols]
1 Injection molding machine
2 Injection cylinder
3 mold
4 Mold clamping device
5 carbon dioxide source
6 Carbon dioxide booster
7 Carbon dioxide pressure regulator
8 Hopper
9 Liquefied carbon dioxide cylinder
10 solenoid on-off valve
11 Liquefied carbon dioxide compressor
12 solenoid on-off valve
13 heater
14 Pressure reducing valve
15 Main tank
16 Relief valve
17 meters
18 Gas supply piping
19 solenoid on-off valve
20 Check valve
21 Relief valve
22 Atmospheric release valve
23 Screw
23a Screw first stage
23b Screw 2nd stage
24 Nozzle part
25 Resin measuring device
26 Gas supply unit
27 Gas supply path
28 Flow control unit
29 Automatic open / close valve
30 spring
31 valve seat
32 stem
33 Backflow prevention shilling
34 nozzle hole
35 Needle valve
36 Drive
37 Drive rod
L1 First feed section
L2 first compression section
L3 1st metering part
L4 2nd feed section
L5 2nd compression part
L6 Second metering part

Claims

In an injection molding apparatus for supplying a gas from a gas supply device to a molten resin in an injection cylinder and injecting the molten resin in which the gas is dissolved, a first feed section, a first compression section, and a A two-stage type screw in which a second feed unit, a second compression unit, and a second stage formed of a second metering unit are connected in series similarly to the first stage formed of one metaling unit, and a second feed unit is provided. An injection cylinder having a gas supply device connected to a gas supply opening opening in the portion, and an injection cylinder provided with a flow controller having a high flow resistance of the molten resin between the first metering portion and the second feed portion. The length of each part of the screw is
1st feed part 6-12D,
1st compression part 2-4D,
1st metering part 2-5D,
Flow control unit 0.1-3D,
2nd feed section More than the maximum weighing stroke length,
2nd compression part 2-5D,
2nd metering part 5-10D,
An injection molding apparatus characterized by having the following relationship.

The injection molding apparatus according to claim 1, wherein the length of the screw from the resin supply section to the tip is 22D or more with respect to the screw diameter (D).