JP2004291409A - インラインスクリュ式可塑化射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス長繊維の破損を防止し、ガラス長繊維ＰＰ樹脂からなる自動車部品等の大型射出成形品を安定して効率よく生産可能とする。
【解決手段】スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を１８〜２４とし、前記スクリュの供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄとし、スクリュ（１４）の供給部の溝深さｈｆを１３ｍｍ以上、スクリュ（１４）の計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上とし、ウエアプレート（２２）とチェックリング（２６）から形成される溶融樹脂通路における該溶融樹脂の流れ方向に対する垂直方向の幅をスクリュ径（Ｄ）の３〜６％にした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直径が１００ｍｍ以上のスクリュを備え、ガラス長繊維を含むペレットの可塑化射出に適したインラインスクリュ式可塑化射出装置に関し、特に、自動車部品等の大型射出成形品を安定して効率よく生産できるインラインスクリュ式可塑化射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス長繊維強化樹脂材料を通常の可塑化射出装置で成形すると繊維が破損し、材料本来の特性を得ることができないため、スクリュヘッドの構成を改良したことにより長繊維の破損を防止する特開平６−２４６８０２号公報に記載された逆流防止リング付きスクリュヘッドを備えた可塑化射出装置がある（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１（特開平６−２４６８０２号公報）に開示される可塑化射出装置では、図５および図６に示すように、中空の加熱シリンダ１２と、スクリュヘッド２０の後方に設けられたシャフト２４と、シャフト２４の後方に設けられた弁座として機能するウエアプレート２２と、シャフト２４のまわりに遊嵌されシャフト２４と加熱シリンダ２３との間の空間にてスクリュヘッド２０とウエアプレート２２の間を往復動自在な環状のチェックリング２６とから構成された溶融樹脂通路３４が形成されている。この装置では、ウエアプレート２２からスクリュヘッド２０に至る溶融樹脂通路３４は、鋭角に曲がっていないこと、溶融樹脂通路３４の流れ方向に対し垂直な方向の幅のスクリュ径に対する比率が８〜２０％の範囲であること、ウエアプレート２２と加熱シリンダ１２の間隙のスクリュ径に対する比率が４〜１０％の範囲であること、さらには、溶融樹脂通路３４に突出する前記構成部品の突出部には流れ方向に沿ってアールが付けられており、このアールは少なくとも０．８ｍｍであることを特徴としたものである。
【０００４】
次に動作について説明する。
図５において供給口３０から装入されたガラス長繊維強化樹脂材料である長軸ペレット２８はスクリュ１４の外周に設けられたフライト３２による噛み込み作用によりスクリュヘッド２０側へ供給される。この間長軸ペレット２８は加熱シリンダ１２により加熱されて溶融可塑化し、加熱シリンダ１２と、ウエアプレート２２と、チェックリング２６と、スクリュヘッド２０により画定される溶融樹脂通路３４および切欠３６（図６参照）を通ってシリンダ先端のチャンバ１５に溶融状態で供給される。そして、一定量の溶融樹脂の供給が完了すると加圧機構１６がスクリュ１４を前方に加圧する。この時チェックリング２６はウエアプレート２２と加熱シリンダ１２との間の溶融樹脂通路３４を塞ぐので、溶融可塑化樹脂は、逆方向すなわち供給口３０側へは戻らない。供給された長軸ペレット２８は溶融可塑化され、先端のノズル１８から成形用ダイ（図示せず）に射出されて、所望の形状に成形される。
【０００５】
かかる特許文献１の可塑化装置で、型締力１４７０ｋＮ、スクリュ径５０ｍｍの射出成形機を用いて長さ１２ｍｍのグラスファイバー（ＧＦ）を含むポリプロピレン（ＰＰ）ペレットを射出成形した場合の上記ＧＦの重量平均繊維長は、通常の可塑化装置では２．５ｍｍであったものが６ｍｍと長くなり、また４８ｍｍのＧＦを含むＰＰペレットを型締力７８４５ｋＮ、スクリュ径１００ｍｍで射出成形した場合では、４．５ｍｍであったものが１７ｍｍとそれぞれ改善され、ガラス長繊維強化樹脂材料が本来有する特性、例えば強度、剛性、耐衝撃性に優れた成形品が得られた。
【０００６】
なお、４８ｍｍ程度の長いＧＦを含むガラス長繊維強化樹脂材料のＰＰペレットは製造可能であるが、実生産を考えた場合、嵩比重が小さくなるので梱包や運送面で不利となり、また供給口からスクリュに材料を供給する際にも、ホッパーブリッジを生じて正常な可塑化・計量動作が困難なため、通常は使用されておらず、実生産では１０〜１２ｍｍ程度のＧＦ長さのペレットがガラス長繊維強化樹脂として一般に採用されている。
【０００７】
以上説明したことは、主として逆流防止機能を有したスクリュヘッドの構成に関するものであるが、ガラス長繊維の破損を抑えるためには、材料供給口から材料を供給しながら可塑化溶融させるスクリュ自体の形状も重要な要素となる。
例えば、特許文献２（特開平２−２９２００８号公報）に記載されている装置のように、スクリュの溝深さを５ｍｍ以上にすること、又はスクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を７〜１５に抑えるとともに、スクリュの圧縮比を１．８以下に抑えることが有効であるとされている。特許文献２に示されている装置では、スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）が７〜１５と小さいので、長繊維強化樹脂を溶融可塑化するためには、スクリュの計量部の長さＬｍは２〜３Ｄが必要で、圧縮部の長さＬｃは３〜５Ｄが必要となるため、供給部の長さＬｆは２〜７Ｄとなる。
【０００８】
ここで、スクリュの供給部Ｌｆとは、スクリュ根元（ホッパ側）のネジ溝の深い部分のことで、ホッパから加熱シリンダ内に落下した成形材料がスクリュの回転につれて前方に送られる際に、この材料輸送をできるだけ効率良く行うために、この部分のネジ溝は他の部分よりも深くされている。圧縮部Ｌｃは溝深さの漸減している部分で成形材料がこの部分を通過する時に圧縮されながら可塑化されるので材料粒子間の空気は絞り出され、かつ必要な圧力が蓄積される。計量部Ｌｍとはスクリュ先端部のネジ溝深さ一定の部分のことで、これは圧縮部Ｌｃを通過して均一可塑化されたプラスチック材料を一定速度で送り出すために必要な部分である。なお、供給部Ｌｆにおけるネジ溝の１ネジの空間容積と計量部Ｌｍにおけるそれとの比を圧縮比という。
【０００９】
このようなスクリュを用いるとともに、スクリュ回転数は２０〜５０ｒｐｍ、スクリュ背圧は０〜５ＭＰａと極力低く抑えながら可塑化・計量したものを、０．２〜１．０ｍ／ｍｉｎの比較的低速で金型内に射出充填させることが繊維の破損を抑える上で効果があるとされている。
【００１０】
ところで、近年、フロントエンドモジュール用基材、ドアーパネル、後部ハッチバックのドアーモジュール等の自動車用大型部品を成形しようとすると、金型の大きさが大きくなり、型締力は９８０６ｋＮ以上の大型機が必要となり、直径１００ｍｍ以上のスクリュが採用されている。また、スクリュ径が１００ｍｍ以上の大型機での成形において、低流動、低粘度のポリプロピレンを用いたガラス長繊維強化樹脂では、スクリュ径の大口径化に伴うせん断応力の増大が、ガラス繊維の大幅な破損につながり、強度、剛性、耐衝撃性に優れた成形品を得ることが困難であった。
【００１１】
そこで、特許文献３（特開２００２−２２０５３８号公報）に示す装置のように、ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックスポリマーとして、メルトフローレート（ＭＦＲ）１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎという高流動のポリプロピレン樹脂を用いることで、ガラス繊維にかかるせん断応力を減じ、大型機においても、ガラス繊維破損（切断）を有効に抑制し、物性が向上することが見出された。
【００１２】
ここで、メルトフローレートは、ポリマーの溶融粘度の指標となるものであり、ＪＩＳ Ｋ７２１０（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）に準ずる円筒押出流１０分間当たりのポリマー吐出量のグラム数である。円筒押出の条件は各ポリマー類により試験温度及び試験荷重が選定される。本出願におけるＭＦＲは、試験温度が２３０℃、試験荷重が２１．１８Ｎの条件下で計測されるものである。
そこで、こうした粘度領域をもつ高流動のポリプロピレン樹脂を適用するため、ＧＦの破損防止と成形安定性を両立するスクリュあるいは逆流防止弁付きスクリュヘッドからなる可塑化射出装置が必要となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−２４６８０２号公報
【特許文献２】
特開平２−２９２００８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２２０５３８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１、２のスクリュ又はスクリュヘッドを、スクリュ径１００ｍｍ未満の中型機用スクリュに適用した場合には、特に、大きな問題を生じることなく成形可能であるが、スクリュ径１００ｍｍ以上の大型機に適応した場合、製品重量が不安定で安定生産ができず、長繊維の解繊不良にともなう外観不良が発生し、また可塑化能力が低いため、成形サイクルが長くなり、実生産に大きな弊害となるという問題がある。
【００１５】
具体的には、特許文献１に示されるような溶融樹脂通路で形成された可塑化射出装置を、スクリュ径が１００ｍｍ以上の大口径のスクリュを備える大型機に適用しようとすると、ウエアプレート２２とチェックリング２６で形成される溶融樹脂通路の流れ方向に対する垂直方向の通路幅Ｂ（すなわちシールストローク）（図４参照）が、スクリュ径の８〜２０％であるため、例えばスクリュ径１００ｍｍでは８〜２０ｍｍ、スクリュ径１３０ｍｍでは１０．４ｍｍ〜２６ｍｍ、１６０ｍｍでは１２．８〜３２ｍｍとなる。かかる広い通路幅Ｂのものを採用した場合、射出開始時におけるチェックリング２６とウエアプレート２２が閉鎖される迄にチャンバ１５からスクリュ１４側へ逆流する樹脂量が多くなり、シールタイミングも溶融樹脂粘度等の微妙な影響を受けて一定しないこととなる。この結果、バリとショートショットが生じやすく安定した生産が出来ないという不具合が発生し、実用化の大きな障害になることが判明した。
特に、大型機での成形において有効な、後述するマトリックスポリマーとしてメルトフローレートが１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎというような高流動性のポリプロピレン樹脂を用いたガラス長繊維強化樹脂材料において成形重量が安定しにくいという現象が顕著に認められた。
【００１６】
一方、特許文献２（特開平２−２９２００８号公報）のインラインスクリュ式可塑化射出装置では、可塑化溶融した材料をチャンバ内に計量蓄積したものを射出するため、スクリュは所定の計量ストローク分後退する。後退ストロークＳをスクリュ径Ｄで除した値Ｓ／Ｄは通常２〜５のため、供給部の長さＬｆが２〜７Ｄのスクリュではスクリュの後退とともに供給部の有効Ｌｆが小さくなり、材料の供給能力が低下するために、以下のような問題がある。
【００１７】
すなわち、スクリュの供給部の長さＬｆが短い場合、材料の送り能力が低下し計量時間が長く、かつ不安定（いわゆるサージング現象）となり、生産性の低下とともに安定成形が困難であるという問題がある。さらに、供給部Ｌｆが短いと外部ヒータからペレット材料に付加される熱量が不足して予熱が不十分な状態で圧縮ゾーンで高いせん断力を受けるため、ガラス長繊維が破損しやすくなり、溶融も不十分となって集束されたガラス長繊維の解繊不良に伴なう外観不良を生じ、極端な場合には未溶融樹脂が成形品に混入して物性低下が生じるという問題が生じる。
【００１８】
かかる不都合を解消しようとしてスクリュ背圧を高くしたり、スクリュ回転数を高くすることが考えられるが、特許文献２にも記載されているようにガラス長繊維の破損が大きくなるので、Ｌ／Ｄの小さいスクリュの場合、スクリュ背圧、スクリュ回転数等の成形条件での対応には限界があるという問題がある。
【００１９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、大口径のスクリュ（特に、１００ｍｍ以上のスクリュ径）の仕様（Ｌ／Ｄ、供給部の長さ、溝深さ等）をガラス長繊維強化樹脂に最適な値とすることにより、可塑化性能を安定させるとともに、チェックリングの形状、溶融樹脂通路を適正な範囲とすることによって、ガラス長繊維の破損を抑えるとともに、射出工程におけるチェックリングのシール機能を改善して、ガラス長繊維強化樹脂材料からなる自動車部品等の大型射出成形品を安定して効率よく生産可能とするインラインスクリュ式可塑化射出装置の提供を目的としている。
【００２０】
さらに、本発明は、市販されているガラス長繊維強化樹脂材料の有する諸特性を効果的に発揮して成形できることはもちろんのこと、自動車の大型部品用に開発されたマトリックスポリマーとしてメルトフローレート１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎの高流動性のＰＰ樹脂を用いたガラス長繊維強化樹脂において、より物性が向上し、且つ高度な安定成形性を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のうちで請求項１記載の発明は、直径が１００ｍｍ以上のスクリュ（１４）を備えると共に、中空の加熱シリンダ（１２）と、スクリュヘッド（２０）の後側に設けられたシャフト（２４）と、前記シャフト（２４）の後側に設けられたウエアプレート（２２）と、前記シャフト（２４）の周囲に遊嵌され前記シャフト（２４）と加熱シリンダとの間の空間内でスクリュヘッド（２０）とウエアプレート（２２）との間を往復動可能な環状のチェックリング（２６）とから構成された溶融樹脂通路が形成され、ペレットと実質的に同一長さを有しペレットの長手方向に配列したガラス長繊維を含む熱可塑性樹脂ペレットを可塑化して射出するためのインラインスクリュ式可塑化射出装置において、
前記スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を１８〜２４とし、前記スクリュの供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄとし、
前記スクリュ（１４）の供給部の溝深さｈｆを１３ｍｍ以上、スクリュ（１４）の計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上とし、
前記ウエアプレート（２２）と前記チェックリング（２６）から形成される溶融樹脂通路における該溶融樹脂の流れ方向に対する垂直方向の幅をスクリュ径（Ｄ）の３〜６％にしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置において、
前記ウエアプレート（２２）と前記チェックリング（２６）の端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°としたことを特徴とする。
【００２３】
本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置において、
チェックリング（２６）前方に設けた凸状切欠（２６’）をスクリュヘッドの切欠（３６）に嵌合して、スクリュ（１４）回転時にチェックリング（２６）を共廻りさせるように構成したことを特徴とする。
【００２４】
本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置において、前記チェックリング（２６）の幅を、スクリュ径（Ｄ）の０．３〜０．４Ｄにしたことを特徴とする。
【００２５】
本発明のうちで請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置において、ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックスポリマーを、メルトフローレートが１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎの高流動性のポリプロピレン樹脂としたことを特徴とする。
なお、上記かっこ内の符号は、後述する実施の形態の対応する部材を示す。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図により本発明の実施の形態のインラインスクリュ式可塑化射出装置について説明する。図１は、本願発明の実施の形態を示すインラインスクリュ式可塑化射出装置の部分断面図、図２は、インラインスクリュ式可塑化射出装置のスクリュの側面図、図３は、共廻り式チェックリングを備えたスクリュ先端部分の拡大図である。
【００２７】
なお、インラインスクリュ式可塑化射出装置の基本的な構成については、図５に示す特許文献１（特開平６−２４６８０２号公報）のインラインスクリュ式可塑化射出装置と同様であるので、同様な構成及び作用を有するものについては、同一の符号を付している。
【００２８】
以下、本発明の一実施の態様を図について説明する。
図５に示すように、この長軸ペレット用インラインスクリュ式可塑化射出装置は、基本的に、加熱シリンダ１２と、この加熱シリンダ１２の内部で回転自在かつ往復動自在なスクリュ１４と、加熱シリンダ１２とスクリュ１４の間で溶融可塑化された熱可塑性樹脂を図示しないダイに射出するための加熱シリンダ１２のノズル１８と、前方に設けられたノズル１８と反対側に設けられたスクリュ回転および加圧機構１６とから構成される。スクリュ１４のヘッド部には、ヘッド部の溶融樹脂通路３４を構成する複数の切欠３６（図５では一個所のみ示す）を有する円錐状のスクリュヘッド２０が設けられている。その後側（ノズル１８と反対側）に弁座として機能するウエアプレート２２が設けられ、スクリュヘッド２０とウエアプレート２２との間のシャフト２４の周囲にスクリュヘッド２０とウエアプレート２２との間を往復動可能な環状のチェックリング２６が遊嵌されている。加熱シリンダ１２の上部には、ガラス長繊維強化樹脂材料である長軸ペレット２８を装填するためのペレット供給口３０が設けられている。
【００２９】
まず、本発明の実施の形態のスクリュヘッド部分の特徴について説明する。特許文献１で形成されている溶融樹脂通路３４において、本実施の形態では、図１に示すように、樹脂通路の流れ方向に対する垂直な方向の通路幅Ｂのスクリュ径（Ｄ）に対する比率を３〜６％に抑えるとともに、チェックリング２６とウエアプレート２２の端面の鉛直軸とのなす角θを７０〜９０°とすることで、後述するように長繊維樹脂の有する諸特性を実用上要求されるレベルに抑えながら、射出時のシール性能の向上を可能とするものである。
【００３０】
ウエアプレート２２とチェックリング２６の端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°としているのは、６０°以下の場合７０〜９０°に比較して、溶融樹脂が流動しやすいため、射出開始時のチェックリング２６が閉じるまでの間にチャンバ１５側から樹脂流路３４を通ってスクリュ１４側に逆流し易くなるという不具合があり、これを改善しようとすると、通路幅Ｂを３％以下に絞る必要があり、ガラス繊維の破損が大きくなるためである。このため、ウエアプレート２２とチェックリング２６の端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°として、チャンバ１５側からスクリュ１４側への流動抵抗を増すことにより、チェックリング２６がウエアプレート２２に当接して通路幅Ｂを閉鎖する迄の間における逆流量が少なくなり、成形安定性を向上することができる。
【００３１】
また、溶融樹脂通路の流れ方向に対する垂直方向の通路幅Ｂをスクリュ径の３〜６％としている。例えばスクリュ径１００ｍｍで３〜６ｍｍ、スクリュ径１３０ｍｍで３．９〜７．８ｍｍ、スクリュ径１６０ｍｍで４．８〜９．６ｍｍとなる。かかる範囲とすることで、ガラス繊維の破損を実用上優れた残存繊維長に抑えながら、射出開始時におけるシールタイミングの遅れから生じる射出重量の変動を防止することができる。ここで、「シールタイミング」とは、可塑化計量中は、チェックリング２６はスクリュヘッド２０側に押し付けられて、樹脂流路３４を通過して、溶融材料が前方のチャンバ１５へ供給され所定量計量される。その後、次サイクルで射出されるが、射出開始から樹脂流路Ｂが完全に閉鎖されるまでの時間遅れをシールタイミングという。通路幅Ｂが大きい程、樹脂温度（溶融粘度）の微妙な変化等によって、シールタイミングがばらつくため、安定成形のためには適切な通路幅Ｂが必要となる。例えば、特許文献１の長繊維用可塑化装置では、溶融樹脂通路の流れ方向に対する垂直方向の通路幅Ｂをスクリュ径の８〜２０％としているが、直径１００ｍｍ以上の大口径のスクリュでは３〜６％が適当となる。すなわち、樹脂通路の通路幅Ｂの比率が６％超の場合はシールタイミングのバラツキが生じ易くなるため、ショートショットとバリが発生して安定した成形が困難となるという不都合がある。一方、３％未満の場合、通路幅Ｂが狭すぎるため、計量時間が長くなって生産性が低下するとともにガラス繊維の破損も大きくなって所定の物性が得られなくなるという不具合が生じる不都合があるためである。
【００３２】
ところで、チェックリングの方式には、大別してスクリュ回転時にチェックリングが回転しないタイプ（非共廻り式）と、スクリュ回転時にスクリュと一緒に回転するタイプ（共廻り式）の２種類があるが、本発明では図３に示すように、チェックリング２６の前側に、スクリュヘッド２０の複数の切欠き３６に嵌合するような凸形状の複数の凸状切欠２６’を設け、スクリュ回転時にチェックリング２６がスクリュヘッド２０と一緒に回転するような共廻りの構成としている。これにより、ウエアプレート２２とチェックリング２６で形成される通路幅Ｂの鉛直方向の樹脂通路３４ｂ、およびチェックリング２６とスクリュヘッド２０のシャフト２４とで形成される通路幅Ａの水平方向の樹脂通路３４ａにおけるスクリュ回転時の樹脂にかかる回転方向におけるせん断速度をゼロに抑えて、ガラス長繊維の破損を低減させることができる。せん断速度をゼロにできる理由は、チェックリング２６が、特許文献１のように、図４のような非共廻り式の場合、スクリュ回転時にチェックリング２６がほとんど回転しないため、鉛直方向の樹脂通路３４ｂおよび水平方向の樹脂通路３４ａにおいて、ウエアプレート２２およびスクリュヘッド２０のシャフト２４との間に強いせん断速度が発生する。一方、図３の本発明の共廻り式のリングでは、スクリュ回転時にウエアプレート２２、スクリュヘッド２０（シャフト２４）と同じ速度でチェックリング２６が回転するため、回転方向のせん断速度が生じないものである。
なお、スクリュヘッド２０の複数の切欠き３６に嵌合する凸状の複数の切欠２６’は、スクリュヘッドの複数の切欠（３〜４ヶ）の全てに、チェックリング２６の凸状切欠２６’を嵌合させるようにする。
【００３３】
また、チェックリング２６の凸状の切欠２６’を除いたチェックリング２６の幅（Ｗ）をチェックリング２６外周からの樹脂漏れが実生産に支障を及ぼさない範囲のスクリュ径（Ｄ）の０．３〜０．４Ｄにしたことも、水平方向の樹脂流路３４ａでのガラス繊維の破損を抑えるために有効である。すなわち、０．３〜０．４Ｄとしているのは、０．３より小さい場合、チェックリング２６外周と加熱シリンダ１２内壁との隙間からの逆流量が大きくなり、充填完了後の保圧工程中のスクリュ１４の前進量が大きくなってスクリュ１４が最前進位置まで到達すると、保圧が効かなくなって、ヒケ不良が生じたり寸法精度が悪くなるためである。他方、０．４より大きい場合、上記のような不具合は生じないが、通路幅Ａの水平方向の樹脂流路３４ａが長くなるため、ガラス長繊維の破損が増加する方向になる。このように、０．３〜０．４Ｄとすることにより、チェックリング２６外周からの樹脂漏れと、チェックリング２６内面の樹脂流路３４ａにおける繊維破損防止の両立を図ることができる。上述したこれらの相乗効果によって、可塑化性能の向上とともに射出時のシール性能が向上し、ガラス長繊維の破損を低減させるような構成にすることができる。
【００３４】
次に、本発明のスクリュ形状の特徴について説明する。図２に示すように、スクリュの長さと径との比Ｌ／Ｄを１８〜２４とし、供給部の長さＬｆは１０〜１４Ｄ、圧縮部の長さＬｃは５〜６Ｄ、計量部の長さＬｍは３〜４Ｄとした。供給部の長さＬｆはスクリュ径（Ｄ）が大きくなるほど供給部の溝深さｈｆが深くなり外部ヒータからの予熱が伝わり難くなるので、供給部の長さＬｆを長くして予熱ゾーンを長く設けることが有効である。
【００３５】
スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を１８〜２４としているのは、１８より小さいと、樹脂の予熱効果が少ないため、溶融不十分となって、長繊維の解繊不良にともなう外観不良と強度不安定が生じ、また可塑化能力も低下して成形サイクルが長くなるためである。また、実験においては、スクリュ径１６０φでスクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比が２４であれば十分な効果が得られていること、また、設計上、必要以上にＬ／Ｄを大きくすると、スクリュ内での過度のせん断作用によって、ガラス繊維長が短くなり、衝撃強度の低下が予測される。また、いたずらにＬ／Ｄを大きくすると、成形機全長が大きくなる弊害があり、必要最小に抑える必要があるため、２４以下としている。
【００３６】
また、スクリュの供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄとしているのは、計量ストローク（Ｓｍａｘ）とスクリュ径（Ｄ）の比Ｓｍａｘ／Ｄは、５〜６であるが、実際の成形においては、ＭＡＸストロークの１／２から１／３の計量ストロークで使用されるケースが多い。いずれにしてもインラインスクリュ式射出機では、必要な射出重量を確保するために、スクリュ１４が後退するので、実質的な供給部の長さ（Ｌｆ）はスクリュ後退とともに短くなるので、材料の送り能力は徐々に低下し、また、外部ヒータからの予熱効果も低下してくる。このようなインラインスクリュ方式においても、Ｌｆとして１０〜１４Ｄを確保しておけば、例えば、スクリュ径１００ｍｍのスクリュの供給部の長さＬｆが１０Ｄの場合、通常成形で７〜８Ｄとなり十分な供給能力が確保されるとともに、ＭＡＸストロークでも４から５Ｄが確保されるので、可塑化能力は若干（１０〜２０％）低下するものの、極端なサージング現象を生じることなく可塑化可能なことが確認されている。すなわち、１０Ｄより小さいスクリュの供給部の長さＬｆの場合、計量ストロークの増大とともに材料の供給能力が低下してサージング現象を生じることが確認されている。一方、スクリュ径Ｄが大きくなると、供給部の溝深さｈｆが深くなり、供給部での外部ヒータによる予熱効果が低下してくるため、圧縮部Ｌｃでの負担が多くなって、可塑化能力が低下したり、サージング現象を生じてくるので、Ｌｆを１４Ｄと長くすることで、改善を図ったものである。他方、１４Ｄより大きくしなかったのは、成形機全長が大きくなるという弊害があり必要最小に抑えることが重要になるため、Ｌｆを１４Ｄ以下としている。
【００３７】
このように、スクリュ１４の長さ及び径の比Ｌ／Ｄを１８〜２４と大きくして、供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄと長くすることで、外部ヒータから十分な熱量を原料ペレットに与えることが可能となり、軟化溶融しやすい状態で圧縮部に移送されるためせん断力が低くなり、集束されたガラス繊維に及ぼす破損を低く抑えられる。また、供給部の長さＬｆが１０〜１４Ｄと大きいので、シリンダ先端のチャンバ１５内に溶融材料を計量するための計量ストロークＳが２〜５Ｄ分迄スクリュ１４が後退しても、スクリュ１４の供給部の有効長さＬｆは８〜９Ｄ分が確保されるため、低速回転でも安定した計量動作を行うことが可能となる。
【００３８】
スクリュ１４の溝深さについては、供給部の溝深さｈｆはペレット長（通常１０〜１２ｍｍ程度）より大きくして、材料口からスクリュ１４に噛み込む際の破損を防止するため１３ｍｍ以上とし、計量部の溝深さｈｍについては、未溶融樹脂の混入防止、ガラス繊維の未解繊防止とともに、ガラス長繊維の破損を極力抑えるために８ｍｍ以上とすることが有効である。スクリュの溝深さについては、供給部ｈｆで１３ｍｍ以上、計量部ｈｍで８ｍｍ以上とした。スクリュ供給部の溝深さｈｆを１３ｍｍ以上、計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上としているのは、以下の理由による。長繊維樹脂のペレット長は６〜２４ｍｍと目的に応じて変えることは、ペレット製造時に調整可能であるが、自動車用大型構造部品の用途には、目標とする衝撃強度、成形性、ペレットの取り扱いの容易性等から、通常１０〜１２ｍｍのペレットが採用されている。このようなガラス長繊維強化樹脂材料であるペレットが、ホッパからスクリュ１４に喰い込む際、供給部の溝深さｈｆがペレット長より浅いと、硬いペレットがスクリュ１４に供給される際にスムースにスクリュ溝内に入っていかず、この時点でペレットが切断されたり、折り曲げられてしまうため、ペレット中の長いガラス繊維のスクリュ１４に入った時点での破損を防止するように、ペレット長より深いｈｆ１３ｍｍ以上としている。次に計量部（メタリング）の溝深さｈｍを８ｍｍ以上にしたのは、８ｍｍより小さくするとガラス長繊維の破損度合が大きくなるためである。
【００３９】
本発明によれば、特に、現状鋼板で製作されている大型構造部品を樹脂化することが可能となるため、大幅な軽量化と、２０〜２５％程度のコストダウンを達成することができる。具体的には、自動車部品としては、フロントエンドモジュール用基材、ドアーパネル、後部ハッチバックのドアーモジュール等の各種構造部品に適用することが可能となる。勿論、自動車部品以外の大型構造部品に適用することも可能である。
【００４０】
なお、上述してきた実施の形態は、単に本発明の例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。スクリュヘッド又はスクリュの各構成要件を各単独で、又は任意に組み合わせて実施することが可能である。
【００４１】
【実施例】
表１は、特許文献１、２に基づいて製作された長繊維用インラインスクリュ式可塑化射出装置を比較例とし、本発明によるものを実施例として、スクリュ径１００ｍｍ、１３０ｍｍ、１６０ｍｍのそれぞれで可塑化性能、重量安定性、製品物性等を、初期のガラス繊維長が１２ｍｍで、含有量４０％のＰＰ樹脂製品切出し品で比較したものである。
【００４２】
【表１】

【００４３】
本実施例ではスクリュ径（Ｄ）が１００ｍｍの場合に供給部の長さＬｆを１０Ｄ、スクリュ径（Ｄ）が１３０ｍｍの場合に供給部の長さＬｆを１２Ｄ、スクリュ径（Ｄ）が１６０ｍｍの場合に供給部の長さＬｆを１４Ｄとした。
【００４４】
実施例ではスクリュ径（Ｄ）が１００ｍｍの場合に供給部溝深さ（ｈｆ）を１４ｍｍ、計量部溝深さ（ｈｍ）を８ｍｍとし、スクリュ径（Ｄ）が１３０ｍｍの場合に供給部溝深さ（ｈｆ）を１７ｍｍ、計量部溝深さ（ｈｍ）を１０ｍｍ、スクリュ径（Ｄ）が１６０ｍｍの場合に供給部溝深さ（ｈｆ）を２０ｍｍ、計量部溝深さ（ｈｍ）を１２ｍｍとした。
【００４５】
これより、本発明によるものはスクリュ径が１００ｍｍ以上のインラインスクリュ式可塑化射出装置からなる大型射出成形機において、スクリュの長さ及び径の比Ｌ／Ｄを１８〜２４にするとともに、供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄにすることで、計量時間の安定化とともに可塑化能力が約１．４から２倍に改善されて生産性が大幅に向上できることが判明した。
【００４６】
また溶融樹脂通路３４の流れ方向に対する垂直方向の通路幅Ｂをスクリュ径の３〜６％に抑えるとともに、ウエアプレート２２とチェックリング２６の端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°とし、チェックリング２６前方に凸状切欠２６’を設けてスクリュヘッド２０の切欠に嵌合して、スクリュ回転時にチェックリング２６を共廻りさせるように構成するとともに、チェックリング２６の幅をスクリュ径の０．３〜０．４Ｄにしたことで、ガラス繊維の破損を実用上要求されるレベルに抑えながらシール性能が向上するため、ショートショット・バリ等の成形不良を生じること無く安定した成形が可能となるという効果があった。
【００４７】
特に、マトリックスポリマーとしてメルトフローレートが１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎというような高流動性のポリプロピレン樹脂を用いたガラス長繊維強化熱可塑性樹脂の大型成形品において、その効果が顕著に認められ、ショートショット・バリ等を生じること無く、安定した製品を、ハイサイクルで生産できることが確認された。またスクリュ１４の長さ及び径の比Ｌ／Ｄを大きくすることで、外部ヒータから十分な熱量がペレット材料に付与されて溶融しやすくなり、集束されたガラス長繊維の解繊不良も発生しなくなり、良好な外観の製品を得ることができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を１８〜２４とし、スクリュの供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄとした構成としたことにより、外部ヒータから十分な熱量を原料ペレットに与えることが可能となり、軟化溶融しやすい状態で圧縮部に移送されるためせん断力が小さくなり、集束されたガラス長繊維の破損が低減できる。また、供給部の長さＬｆが１０〜１４Ｄと大きいので、シリンダ先端のチャンバ内に溶融材料を計量するための計量ストロークＳが２〜５Ｄ分迄スクリュが後退しても、供給部の有効長さＬｆは８〜９Ｄ分が確保されるため、低速回転でも安定した計量動作を行うことができる。
【００４９】
また、スクリュの供給部の溝深さｈｆを１３ｍｍ以上、計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上としたことにより、ペレット長より深い溝深さｈｆを１３ｍｍ以上として、ペレットがスクリュに入った時点でのガラス長繊維の破損を防止し、且つ計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上とすることにより、樹脂の溶融を効果的に行なうことができ、且つガラス長繊維の破損を可能な限り低減することができる。
【００５０】
さらに、前記ウエアプレートとチェックリングから形成される溶融樹脂通路における該溶融樹脂の流れ方向に対する垂直方向の幅をスクリュ径の３〜６％に設定した構成により、シールタイミングのバラツキもなく、且つガラス長繊維の破損も低減できるため、特に、直径１００ｍｍ以上の大口径のスクリュにとって有効となる。これにより、特に、大型自動車用部品を安定して効率的に成形することができる。
【００５１】
本発明のうち請求項２記載の発明は、ウエアプレートとチェックリングの端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°とした構成により、チャンバ側からスクリュ側への流動抵抗が増した結果、チェックリングがウエアプレートに当接して溶融樹脂通路Ｂを閉鎖する迄の逆流量が少なくなり、成形安定性が向上する。
【００５２】
本発明のうち請求項３記載の発明は、チェックリングを有したスクリュヘッドを装着し、チェックリング前方に設けた凸状切欠をスクリュヘッドの切欠に嵌合して、スクリュ回転時にチェックリングを共廻りさせるように構成したことにより、ウエアプレートとチェックリングで形成される樹脂通路（通路幅Ｂの樹脂通路３４ｂ）、およびチェックリングとスクリュヘッドのシャフトとで形成される樹脂通路（通路幅Ａの樹脂通路３４ａ）におけるスクリュ回転時の樹脂にかかる回転方向におけるせん断力をゼロに抑えることができるので、ガラス長繊維の破損を低減させることができる。
【００５３】
本発明のうち請求項４記載の発明は、チェックリングを有したスクリュヘッドを装着し、チェックリングの幅が、スクリュ径（Ｄ）の０．３〜０．４Ｄにした構成により、通路幅Ａの樹脂通路（３４ａ）でのガラス長繊維の破損を防止できる。
【００５４】
本発明のうち請求項５記載の発明は、ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックスポリマーとしてメルトフローレートが１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎの高流動性のポリプロピレン樹脂とした場合にも、ショートショット・バリ等を生じること無く、安定した製品を、ハイサイクルで生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すインラインスクリュ式可塑化射出装置の部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すインラインスクリュ式可塑化射出装置のスクリュの側面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示すインラインスクリュ式可塑化射出装置の共廻り式チェックリングを備えたスクリュ先端部分の拡大図である。
【図４】従来のインラインスクリュ式可塑化射出装置の非共廻り式チェックリングを備えたスクリュ先端部分の拡大図である。
【図５】従来のインラインスクリュ式可塑化射出装置の概略断面図である。
【図６】図５の可塑化射出装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
１２ 加熱シリンダ
１４ スクリュ
１８ ノズル
２０ スクリュヘッド
２２ ウエアプレート
２４ シャフト
２６ チェックリング
２６’ 凸状切欠
２８ 長軸ペレット
３４ 溶融樹脂通路
３６ 切欠

Claims (5)

1. 直径が１００ｍｍ以上のスクリュを備えると共に、中空の加熱シリンダと、スクリュヘッドの後側に設けられたシャフトと、前記シャフトの後側に設けられたウエアプレートと、前記シャフトの周囲に遊嵌され前記シャフトと加熱シリンダとの間の空間内でスクリュヘッドとウエアプレートとの間を往復動可能な環状のチェックリングとから構成された溶融樹脂通路が形成され、ペレットと実質的に同一長さを有しペレットの長手方向に配列したガラス長繊維を含む熱可塑性樹脂ペレットを可塑化して射出するためのインラインスクリュ式可塑化射出装置において、
   前記スクリュの長さ（Ｌ）／径（Ｄ）の比を１８〜２４とし、前記スクリュの供給部の長さＬｆを１０〜１４Ｄとし、
   前記スクリュの供給部の溝深さｈｆを１３ｍｍ以上、スクリュの計量部の溝深さｈｍを８ｍｍ以上とし、
   前記ウエアプレートと前記チェックリングから形成される溶融樹脂通路における該溶融樹脂の流れ方向に対する垂直方向の幅をスクリュ径（Ｄ）の３〜６％にしたことを特徴とするインラインスクリュ式可塑化射出装置。
2. 前記ウエアプレートと前記チェックリングの端面の鉛直軸との角θを７０〜９０°としたことを特徴とする請求項１記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置。
3. 前記チェックリング前方に設けた凸状切欠を前記スクリュヘッドの切欠に嵌合して、前記スクリュ回転時に前記チェックリングを共廻りさせるように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置。
4. 前記チェックリングの幅を、スクリュ径（Ｄ）の０．３〜０．４Ｄにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置。
5. 前記ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックスポリマーを、メルトフローレートが１００〜３００ｇ／１０ｍｉｎの高流動性のポリプロピレン樹脂としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインラインスクリュ式可塑化射出装置。

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