JP2009515740A - 射出成形ユニット内に添加物を投入する方法と射出成形ユニット - Google Patents

Abstract

射出成形ユニット内に添加物を投入する方法と、射出成形ユニット。この射出成形ユニット（１）は、少なくとも供給区域（４）を備えるねじ（２）を備える。この射出成形ユニット（１）は、さらに、ねじの供給区域（４）の上に供給開口（９）を通してねじ（２）とシリンダとの間の空間の中にプラスチック原料を投入する供給装置（７）も備える。添加物は、プラスチック原料の流れ方向においてねじ（２）とシリンダ（３）との間の空間の中に開く投入導管（１０）からねじの供給区域（４）に供給される。

Description

本発明は、シリンダ内で回転および往復運動するように構成されておりかつ供給区域と圧縮区域と均質化区域との形に縦方向に区分されているねじを備える、射出成形ユニット内に添加物を投入するための方法に関し、および、このねじとシリンダとの間の空間内ではプラスチック原料の流れ特性が適切なレベルに可塑的にされ、ねじの供給区域上への供給開口の中を通してねじとシリンダの間の空間の中にプラスチック原料を投入する供給装置、および、この射出成形ユニットは、２つの主要な動作段階、すなわち、可塑化段階と射出段階を有し、および、可塑化段階では、ねじはシリンダ内で逆方向に移動してそのねじの前方に射出段階のための十分な量のプラスチック原料を得るように構成されており、および、射出段階では、ねじは前進して可塑化原料をシリンダの外に押し出す。

本発明は、さらに、シリンダ内で回転および往復運動するように構成されておりかつ供給区域を備えるねじと、このねじの供給区域上のねじとシリンダの間の空間の中にプラスチック原料が中を通して投入される供給開口を有する供給装置とを備える射出成形ユニットにも関し、および、このねじは、シリンダ内で逆方向に移動してそのねじの前方に射出段階のための十分な量のプラスチック原料を得るように構成されており、この後で、このねじは、シリンダ内を前進して可塑化原料を射出導管の中に押し込むように構成されている。

射出成形は、特に、複雑な製品の製造を迅速かつ経済的に可能にするという点で、熱可塑性プラスチックの最も重要な製造技術の１つである。

特定の射出成形製品の製造が、基本原料すなわちプラスチック原料の中に１つまたは複数の添加物を添加することを必要とする。この添加物はプラスチック原料の中に少量だけ混合され、および、最終的な射出成形製品内の別の成分であり、および、射出成形製品の機能性に影響する。添加物の一例が、射出成形製品の表面の摩擦係数を低下させる潤滑剤である。

公知の方法と射出成形装置では、添加物は、通常は顆粒状の形態であるプラスチック原料と共に射出成形機械の中に供給される。大半の場合には、製品を形成するプラスチック材料の体積の中に添加物が均一に混合される必要がある時に、この原理が適切に機能する。

しかし、機能的な理由から添加物の含有率が同一の製品の別の部分内よりもその製品の一部分内においてより大きいように添加物がプラスチック原料の中に混合されなければならない場合と、および、さらに、添加物が、本来的に、射出成形されるべきプラスチック原料と不十分にしか混合しないような材料である場合には、状況が異なる。このタイプの添加物は、射出成形製品の内側の沈殿物または射出成形製品の表面上の蓄積物を形成しようとする。この沈殿物と蓄積物は外観上の欠陥を生じさせ、この外観上の欠陥のせいで、多数の製造された製品が品質基準に合致せず、不良品として排除されなければならない。沈殿物と蓄積物は、さらに、機能上の問題点も生じさせる。例えば、製品表面の摩擦係数を低減させる添加物の不均一な分布が、製品の表面上のあらゆる場所において十分に低い摩擦係数を有するということを不可能にする。このことは、その製品が不良品として排除されることを結果的に生じさせる。このことは、さらに、プラスチック原料中の添加物含有量を増大させる必要を生じさせ、この結果として、添加物を原因として原料コストを増大させ、および、さらには、その製品の機械的強度の低下さえもたらすだろう。

本発明の目的が、上述の問題点を減少させるための、新規性がありかつ改善されている方法および射出成形ユニットを提供することである。

本発明の方法は、プラスチック原料の流れ方向において供給開口の後方でねじとシリンダとの間の空間の中に開く投入導管からねじの供給区域に添加物を供給することを特徴とする。

本発明の射出成形ユニットは、円筒形壁を通って延びかつプラスチック原料の流れ方向において供給開口の後方に配置されている投入導管を備え、および、この投入導管はねじの供給区域に対して添加物を供給するための添加物容器に連結されていることを特徴とする。

本発明の本質的な着想が、プラスチック原料の流れ方向において供給開口の後方においてプラスチック原料の供給開口から一定の距離を置いて射出成形機械のシリンダ内に配置されている導管から、添加物がねじの供給区域に供給されることである。

本発明は、プラスチック原料全体と成形されるプラスチック製品の体積との中に添加物が必ずしも均一に分散しないが、しかし、添加物の含有量が製品の表面上では予想外にその最高であるように、添加物がプラスチック原料の中に混合されるという利点を実現する。このことは、製品の表面または表面部分上の添加物が製品に機能的な利点または他の利点を与えるが、しかし、製品を形成するプラスチック材料の内側部分にその添加物がある時には利点を全く提供しないかまたは有害でさえある時に、特に有利である。別の利点が、本発明によって、必要とされる添加物の量を削減することが可能であるということであり、および、このことは、特に添加物が本来的に使用プラスチック原料と不十分にしか混合しないような添加物である場合に、コストと外観上の欠陥の発生とを低減させる。

本発明の実施態様の本質的な着想が、添加物が、射出成形製品の表面の摩擦係数を低下させる潤滑剤であるということである。この潤滑剤の含有量は、製品の表面上においては大きなければならず、かつ、他の表面と接触することがある表面が存在しないその製品の内側では可能な限り小さくなければならない。

本発明の実施形態の本質的な着想が、可塑化段階中にだけ添加物がプラスチック原料の中に供給されるということである。この理由から、添加物を可能な限り均一にプラスチック原料中に投入することが可能である。

本発明の幾つかの実施形態が、添付図面においてより詳細に説明されている。

これらの図面では、幾つかの実施形態が、説明を分かり易くために単純化された形で示されている。これらの図面では、同様の部品が同じ照合番号で示されている。

図１は、側方からの、かつ、前方位置にあるねじを伴う、本発明の射出成形ユニットの略部分断面図であり、図２は、側方からの、かつ、後方に移動するねじを伴う、図１の射出成形ユニットを部分断面の形で示し、および、図３は、側方からの、かつ、後方位置にあるねじを伴う、同じ射出成形ユニットを部分断面の形で概略的に示す。

射出成形ユニット１は、ねじ２とシリンダ３とを備える。ねじ２は、材料を搬送するためのねじ山を有するそれ自体としては公知である射出成形機械ねじである。このねじ１は、シリンダ３内において回転可能でありかつそのねじの縦方向に移動可能であるようにそれ自体としては公知である形で配置されている。図に示されているねじ２は、その縦方向に３つの区域すなわち供給区域４と圧縮区域５と均質化区域６とに区分されることが可能である標準的なねじである。このねじ２は、さらに、気体放出ねじにおける気体放出区域のような他の区域を含むことがある。このねじは、液体循環導管のような熱調整手段を備えることが可能であるが、これは絶対的に必要であるというわけではない。

図に示されているねじ２の寸法が一例として示されているにすぎないということと、ねじ２の設計と寸法とが、射出成形される材料と製品の特性に基づいて選択されるということとに留意されたい。このねじの長さは、このねじの直径によって、例えば２０：１から２２：１であるだろう。

シリンダ３は、典型的には、シリンダ３内のプラスチック原料の温度を制御する熱調整手段を備えているが、必ずしもこの熱調整手段を備える必要はない。この熱調整手段は、例えば適切な温度になるまで射出成形ユニットを加熱する、電気抵抗器であってもよい。シリンダ３は、通常は、互いに無関係に温度が調整されることが可能である２つ以上の温度区域に区分されている。図解を簡略化するために熱調整手段が図示されていないことに留意されたい。

射出成形ユニット１は、さらに、この射出成形ユニット１内で射出成形されるべきプラスチック原料をねじ２とシリンダ３との間の空間の中に送り込むための供給装置７も備える。図１の射出成形ユニット１に属しているこの供給装置７は、供給漏斗８と、シリンダ３の壁を貫通する供給開口９とを備える。顆粒の形態であるプラスチック原料は、供給漏斗８から、供給開口９と、ねじ２とシリンダ３との間の空間と、ねじ２の供給区域とに移動する。この供給装置７は、それ自体としては当業者に公知であり、従って、本明細書ではさらに詳細には説明しない。

ねじ２は、プラスチック原料を供給区域４から圧縮区域５と均質化区域６とに移動させる。供給区域４内では、プラスチック原料は広い空間を有し、かつ、顆粒の形態である。したがって、供給区域は固体状態の原料の運搬装置の役割を果たす。プラスチック原料が多くの空間を必要とする形態であるにも係わらず大きな質量流量が実現可能であるように、ねじ２の輪郭がこの部分において高い。プラスチック原料は、このプラスチック原料が圧力と摩擦と外部熱エネルギーとを受ける圧縮区域５内において、その顆粒形態を失い始める。均質化区域６は、実際の射出状況において型の中に射出するのに適している溶融したプラスチック原料を混合する。ねじ２の働きはそれ自体として公知であり、したがって本明細書ではさらに詳細には説明しない。プラスチック原料は、顆粒の形態で、または、例えば粉末の形態もしくはチップとして、ねじ２に供給されることが可能である。

射出成形ユニット１は、さらに、投入導管１０と投入弁１１と添加物容器１２と投入ポンプ１３とを備える投入手段１４も備える。

投入導管１０は、この投入導管１０がねじ２の供給区域４においてシリンダ３とねじとの間の空間の中に開く場所で、シリンダ３に連結されている。投入導管１０をシリンダ３内に配置する時には、供給段階中に圧縮区域５をそこを移動させるように、好ましくは投入導管１０を供給開口９からあまり遠くに離して配置すべきではないということに留意されたい。

図示されている実施形態では、投入導管１０は、シリンダ３に取り付けられている投入弁１１を備える。この投入弁１１は、プラスチック原料が投入導管１０の中に流れ込むことを防止する逆止弁である。しかし、この投入弁１１は常に必要であるいうわけではない。

投入導管１０の一方の末端には、投入される添加物が中に配置されている添加物容器１２が連結されている。この投入導管１０は、さらに、この投入導管１０に連結されている、添加物を投入するための所要圧力を発生させる投入ポンプ１３を有し、この圧力は、シリンダ３内の反対圧力よりも高いことを必要とする。投入ポンプ１３が、例えば添加物容器１２内のような他の場所に配置されることも可能であるということに留意されたい。

可塑化段階中にだけ添加物がプラスチック原料の中に供給されるように、かつ、好ましくは可塑化段階全体の最中に添加物がプラスチック原料の中に供給される形で、添加物の投入がスケジュール設定される。投入ポンプ１３は、ねじ２の移動または位置に基づいて得られるインパルスまたは信号によって制御される。例えば、供給を開始させなければならない時に投入ポンプ１３を始動させることと、供給を停止させなければならない時に投入ポンプ１３を停止させることとによって、または、投入ポンプ１３が容器１２および／または導管１０内においてに連続的な圧力を維持し、かつ、投入弁１１が、投入を開始させるために開きおよび投入を停止させるために閉じるように制御されることが可能であるタイプである形で、添加物を供給するのに必要とされる圧力の発生が幾つかの方法で実現されることが可能である。

投入段階とも呼ばれている可塑化段階は、次の射出中に使用するためにねじ２が後方に移動してプラスチック原料をそのねじの前方に移動させる、射出成形プロセス中の段階である。図１に示されている状況では、射出成形ユニット１は、溶融されているかまたは少なくとも柔らかいプラスチック原料と添加物とを型の中に注入し終わったばかりである。型が図に示されていないことに留意されたい。ねじ２はその前方位置に移動させられ終わっており、この移動が矢印Ｆで示されている。この後に、保持圧力が、必要に応じてねじ２によって型の中にそれ自体として公知な仕方で維持される。

図２はその次の段階を示し、この段階では、ねじの供給区域４が、供給開口９を通って到着する顆粒を圧縮区域５に向けて前方に移動させる形で、矢印Ｂで示されているようにねじ２が後方に引っ張られ、および、矢印Ｒで示されているように回転させられる。顆粒は、圧縮区域５と均質化区域６とを通過してねじ２の前方に進むにつれて可塑化される。

前述したように、添加物は可塑化段階中にプラスチック原料の中に投入される。ねじ２が単位時間中に本質的に一定不変の量のプラスチック原料を前方移動させるので、および、各単位時間中の添加物の投入も容易に一定不変に保たれるので、プラスチック原料中の添加物の量は非常に均一に保たれる。ねじ２がそのねじの前方に十分な量の可塑化プラスチック原料を移動させ終わった時に、図３に示されているように、ねじ２の後方移動と回転とが停止させられ、これによって可塑化段階が終了する。

可塑化段階の後に、射出段階が開始され、すなわち、ねじ２が前方に押される。ねじ２の前方にある可塑化されたプラスチック原料が型の中に流れ込む。プラスチック原料の後方への流れが、一般的には、図には示されていない逆流止め弁によって防止される。射出段階中には添加物がプラスチック原料の中に投入されない。

供給された添加物が、例えば、射出成形製品の表面の摩擦係数を低下させる潤滑剤のような、液体であることが好ましい。この潤滑剤は、パラフィン、または、パラフィンを含む混合物であることが多いが、他のタイプの潤滑剤が使用されることも可能である。本発明で使用されることが可能な１つの公知の潤滑剤が、Ｖｅｒｓａｐｏｌの商標名で市販されている。

添加物の量はプラスチック原料の量の多くとも約１重量％である。本発明の一実施形態では、例えば、プラスチック原料は熱可塑性ポリエステル（ＰＣＴＧ）であり、および、添加物はＶｅｒｓａｐｏｌであり、この添加物の量はプラスチック原料の量の多くとも０．６４重量％である。潤滑剤は、製造される構成要素の表面上に少なくとも主に残留し、この表面の摩擦係数を低下させる。上記構成要素は、この構成要素が第２の円筒形の構成要素から外に出るようにまたはこれとは逆方向にこの第２の円筒形構成要素に対して相対的にスライドする、ニードルシールド（ｎｅｅｄｌｅ ｓｈｉｅｌｄ）の円筒形部分である。この円筒形の構成要素の両方は、本発明の射出成形ユニットを使用することによって本発明の方法を使用して作られることが好ましい。

しかし、本発明が、他の熱可塑性プラスチック原料と、潤滑剤以外の他の添加物とにも適用可能であることに留意されたい。添加物は、例えば、液体着色料、または、液体の形態で投入される他の添加物であることが可能である。さらに、１つの供給段階中に２つ以上の添加物を投入することが可能であることも明らかである。各々の添加物が、上述した形でシリンダ３に連結されているその添加物独自の投入手段を有してもよい。さらに、２つ以上の添加物を混合して、これらを共通の投入導管を通して供給区域４に供給することも可能である。

場合によっては、この出願で示されている特徴が、他の特徴とは無関係に、それ自体として使用されることが可能である。他方では、本出願に示されている特徴が、必要に応じて、様々な組み合わせを形成するために組み合わされることが可能である。

図面とこれに関連した説明は、本発明の着想を例示することだけを意図されている。本発明は、特許請求項の範囲内で詳細事項において変化することが可能である。

図１は、側方からの、かつ、前方位置にあるねじを伴っている、本発明の射出成形ユニットの略部分断面図である。 図２は、側方からの、かつ、前方位置から後方位置に後方移動するねじを伴っている、図１の射出成形ユニットの略部分断面図である。 図３は、側方からの、かつ、後方位置にあるねじを伴っている、図１の射出成形ユニットの略部分断面図である。

Claims (6)

1. 射出成形ユニット（１）内に添加物を投入するための方法であって；
   前記射出成形ユニットは、ねじ（２）と供給装置（７）とを備えていて、
   前記ねじ（２）は、シリンダ（３）内で回転および往復運動するように構成されておりかつ供給区域（４）と圧縮区域（５）と均質化区域（６）とに縦方向に区分されており、
   前記ねじと前記シリンダとの間の空間内では、プラスチック原料の流れ特性が適切なレベルに可塑的にされていて、
   前記供給装置（７）は、前記ねじの前記供給区域（４）上に供給開口（９）の中を通して前記ねじと前記シリンダの間の空間の中に前記プラスチック原料を投入するものであり；
   前記射出成形ユニット（１）は、２つの主要な操作、すなわち、可塑化操作と射出操作ができるようになっていて、
   前記可塑操作においては、前記ねじ（２）は前記シリンダ（３）内で逆方向に移動して前記ねじの前方において前記射出段階のための十分な量のプラスチック原料を得るようになっており、
   前記射出操作においては、前記ねじ（２）は前進して、前記可塑化された原料を前記シリンダ（３）の外に押し出すようになっていて；
   前記プラスチック原料の流れ方向において前記供給開口（９）の後方で前記ねじ（２）と前記シリンダ（３）との間の空間の中に開く投入導管（１０）から前記ねじの前記供給区域（４）に前記添加物を供給することを含む、射出成形ユニット（１）内に添可物を投入するための方法において、
   前記添加物として、前記射出成形製品の表面の摩擦係数を低下させる潤滑剤を供給することと、前記可塑化段階中にだけ前記添加物を供給することとを特徴とする方法。
2. ねじ（２）と供給装置とを備える射出成形ユニットであって；
   前記ねじ（２）は、シリンダ（３）内で回転および往復移動するようになっておりかつ供給区域（４）を備えており、
   前記供給装置（７）は、前記ねじの前記供給区域（４）上にプラスチック原料が中を通して前記ねじ（２）と前記シリンダ（３）との間の空間に供給される供給開口（９）を備えていて、
   前記ねじ（２）は、前記シリンダ（３）内を後方移動するように、かつ、前記射出段階のための十分な量の可塑化プラスチック原料を前記ねじの前方に得るように構成されており、および、この後で、前記ねじ（２）は、前記シリンダ（３）内を前進移動して射出導管内に前記プラスチック原料を押し込むように構成されており、
   前記射出成形ユニット（１）は、前記シリンダ（３）の壁を貫通して延びておりかつ前記プラスチック原料の流れ方向において前記供給開口（９）の後方で前記シリンダ（３）の中に配置されている供給導管（１０）を備え、
   前記供給導管（１０）は、前記ねじの前記供給区域（４）に前記添加物を供給するための添加物容器（１２）に連結されている射出成形ユニットにおいて、
   前記供給される添加物は前記射出成形製品の表面の摩擦係数を低下させる潤滑剤であることと、前記潤滑剤の投入は、前記ねじ（２）が前記シリンダ（３）内を後方に移動する時にだけ前記潤滑剤が供給されるようにスケジュール設定されていることとを特徴とする射出成形ユニット。
3. 前記供給される添加物は液体であることを特徴とする請求項２に記載の射出成形ユニット。
4. 前記潤滑剤はパラフィンまたはパラフィンを含む混合物であることを特徴とする請求項２または３に記載の射出成形ユニット。
5. 前記投入導管（１０）は、前記プラスチック原料が前記投入導管（１０）の中に入ることを防止するように構成されている投入弁（１１）を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の射出成形ユニット。
6. 前記添加物の量は前記プラスチック原料の量の多くとも約１重量％であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の射出成形ユニット。

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