JP2010184386A - 混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被混練物を計量し圧力を高めて吐出することが可能な混練機を提供する。
【解決手段】外周部８ａにスクリュー７を有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部８と、スクリュー部の外周部及び先端部８ｂを囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部とスクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う混練機２であって、被混練物を混練空間の外部に吐出させるためスクリュー部の先端部に対向する位置のシリンダー部に設けられた吐出口１２と、吐出口を開閉する吐出口開閉機構１３と、循環流路を開閉する循環流路開閉機構１４と、スクリュー部をスクリュー部の軸線方向Ｄに進退させるスクリュー駆動機構１５と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被混練物を循環させて混練する混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法に関する。

従来、工業用や医療用に開発された材料の各種性能を高めた材料を用いて射出成形品を製造するために、様々な装置が検討されてきた。そのような装置の１つとして、特許文献１に示すように、螺旋状のスクリューを有するスクリュー部にその先端面と基端側の側面とを連結する貫通孔（循環流路）を形成して内部帰還型のスクリュー部とし、このスクリュー部を取り囲むようにシリンダー（シリンダー部）を設けた循環式の混練機が知られている。
この混練機によれば、スクリュー部を高速で回転させることにより、投入された被混練物を循環させながら強い剪断力を与えて溶融させ、被混練物の粒子の径がそれぞれ数十ナノメータ程度まで小さくなるように分散させた押出し成形品が製造できるとされている。

特開２００５−３１３６０８号公報

しかしながら、特許文献１の混練機は、スクリュー部先端側の開閉バルブを開いた状態でスクリュー部を回転させて被混練物を開閉バルブからＴダイに押出すことで押出し成形を行うので、被混練物の一部が循環流路に逆流してしまう。このため、溶融状態の被混練物の圧力をあまり高めることができず、正確に計量することが困難である。このため、押出し成形を行う場合でも厚肉の成形品では材料の収縮によるヒケが生じるという問題がある。
また、特許文献１の混練機では、溶融状態の被混練物を金型に射出して射出成形を行うことはできないので、射出成形を行う場合には溶融状態の被混練物をペレット化する必要がる。この場合、ペレットを再溶融しなければならないので、被混練物の分散サイズが混練時に比べ大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、被混練物を計量し圧力を高めて吐出することが可能な混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の混練機は、外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため前記スクリュー部の前記先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、該吐出口を開閉する吐出口開閉機構と、前記循環流路を開閉する循環流路開閉機構と、前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に進退させるスクリュー駆動機構と、を備えることを特徴としている。

この発明によれば、まず、吐出口開閉機構により吐出口を閉止するとともに、循環流路開閉機構により循環流路の内部に被混練物が流れる開状態にする。そして、スクリュー部を回転させ、被混練物を溶融状態にして混練空間及び循環流路内で循環させ混練する。
次に、循環流路開閉機構により循環流路を閉状態にしてスクリュー部を回転させながら基端側に移動させることで、スクリュー部の外周部とシリンダー部の内周面との間にある被混練物をスクリュー部の先端側へ移動させ、スクリュー部の先端部とこのスクリュー部の先端部に対向するシリンダー部の内面との間、及び循環流路において閉止部からスクリュー部の先端部までの間、に被混練物を保持する。
そして、吐出口開閉機構により吐出口を開いて連通させてから、スクリュー駆動機構によりスクリュー部を先端側へ一定量移動させる。これにより、被混練物を循環流路に逆流させることなく、一定量の被混練物を計量し圧力を高めて吐出口から吐出させることができる。

また、上記の混練機において、前記循環流路は、前記スクリュー部の先端部から該スクリュー部の軸線方向に延ばされた第１の流路と、前記第１の流路から前記スクリュー部の外周部まで貫通する第２の流路と、で構成され、前記循環流路開閉機構は、前記第１の流路と前記第２の流路とを遮断可能、かつ前記第１の流路内で前記軸線方向に移動可能とされた栓部材と、前記栓部材を前記軸線方向に進退させる栓部材進退手段と、を有することがより好ましい。
この場合、循環流路を構成する第１の流路と第２の流路とを栓部材で遮断することができるので、被混練物を循環流路に逆流させることなくスクリュー部を一定量先端側へ移動させ、被混練物を計量し圧力を高めて吐出させることができる。
吐出口を開いて連通させる前に循環流路開閉機構により栓部材をスクリュー部の先端側に移動させることにより、第１の流路内に滞留している被混練物をスクリュー部の先端部とスクリュー部の先端部に対向するシリンダー部の内面との間に移動させて保持することができる。

また、上記の混練機において、前記シリンダー部と前記スクリュー部の前記外周部との間には、前記混練空間において、前記被混練物が前記スクリュー部の前記先端側から前記基端側へ移動することを防止する逆流防止機構が設けられていることがより好ましい。
この場合、スクリュー部を先端側へ移動させ吐出口から被混練物を吐出させる時に被混練物がスクリュー部の先端側から基端側へ移動するのを防止することができる。従って、逆流防止機構がない場合に比べて、高圧で被混練物を吐出しても正確な量の被混練物を吐出口から吐出することができる。

また、上記の混練機において、前記吐出口は前記スクリュー部の前記軸線上に配置されており、前記スクリュー部の先端側は、該スクリュー部の基端側から前記先端側に向かうに従って前記スクリュー部の径が小さくなっていることがより好ましい。
この場合、吐出口から円滑に被混練物を吐出させることができる。

また、本発明の射出成形装置は、上記のいずれかに記載の混練機を備え、該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることがより好ましい。
この発明によれば、吐出口から金型に圧力を高めた被混練物を吐出し金型内の被混練物を保圧することができるので、射出成形品にヒケが生じるのを防止することができる。
また、被混練物をペレット化することなく射出成形品を製造することができるので、温度変化により被混練物の物性が低下することを抑えるとともに、射出成形品の製造効率を向上させることができる。

本発明の被混練物の計量方法は、回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を溶融させて混練する混練工程と、該混練工程の後、栓部材を用いて前記循環流路を閉止したうえで前記スクリュー部を回転させながら基端側に移動させ、少なくとも前記シリンダー部の外周部側の前記混練空間における前記被混練物を、前記スクリュー部の先端部と該スクリュー部の先端部に対向する内面との間と、前記循環流路の前記栓部材から前記スクリュー部の先端部までの間とに形成される計量空間に移動させて保持する被混練物保持工程と、前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記計量空間とを連通させてから、前記スクリュー部を該スクリュー部の先端側に一定距離進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴としている。

この発明によれば、まず、混練工程において、スクリュー部を回転させ、被混練物を混練空間及び循環流路内で循環させて、被混練物を溶融させて混練する。
そして、混練工程の後で行われる被混練物保持工程において、循環流路を栓部材を用いて閉止したうえでスクリュー部を回転させながら基端側に移動させ、少なくともシリンダー部の外周部側の混練空間における被混練物をスクリュー部の先端部とスクリュー部の先端部に対向する内面との間、及び循環流路の栓部材からスクリュー部の先端部までの間に形成される計量空間に移動させて保持する。
次に、計量吐出工程において、シリンダー部のスクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた吐出口と混練空間とを連通させてから、スクリュー部をスクリュー部の先端側に一定距離進出させることにより、被混練物保持工程で計量空間に保持された被混練物を計量して、吐出口から吐出させる。
このため、被混練物が循環流路を逆流させることなく、スクリュー部を先端側へ移動させることができ、一定量の被混練物を計量し圧力を高めて吐出させることができる。

また、上記の被混練物の計量方法において、前記被混練物保持工程は、前記循環流路の前記栓部材を前記スクリュー部の先端部まで移動させた状態で前記被混練物を保持することがより好ましい。
この場合、被混練物を第１の流路内に滞留させることなく、スクリュー部の先端部とスクリュー部の先端部に対向するシリンダー部の内面との間に移動させて保持することができる。
また、循環流路を栓部材で閉止するので、スクリュー部を一定量先端側へ移動させる時に被混練物を循環流路に逆流させることなく被混練物を計量し圧力を高めて吐出させることができる。

本発明の混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法によれば、被混練物を計量し圧力を高めて吐出することができる。

本発明の実施形態の射出成形装置の軸方向の断面図である。 本発明の実施形態の射出成形装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。 本発明の実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。 本発明の実施形態の射出成形装置の動作を示す軸方向の断面図である。 本発明の実施形態の射出成形装置の第１変形例を示す要部の断面図である。 本発明の実施形態の射出成形装置の第２変形例を示す要部の断面図である。 本発明の実施形態の第３変形例を模式的に説明する平面図である。

以下、本発明に係る射出成形装置の実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態の射出成形装置の軸方向の断面図である。
図１に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、被混練物Ｗを混練する混練機２と、金型Ｐを取付ける一対のプラテン３と、このプラテン３の移動をガイドするガイド棒４と、を備え、混練した被混練物Ｗを吐出口１２からプラテン３に取付けられた金型Ｐに射出して射出成形品を製造する装置である。なお、本実施形態では、被混練物Ｗは高分子材料と粉末粒子からなる２種類の材料で構成されている。

高分子材料の被混練物Ｗとしては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、プタジェン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、およびその共重合体などを用いることができる。

また、粉末粒子の被混練物Ｗとしては、分子材料と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素・カーボンナノチューブ・フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではポリ４フッ化エチレン粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを添加してもよい。無機物と有機物の複合粒子であっても構わない。また、上記無機粒子の添加量についても、高分子材料と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。無機粒子の複合化に際して、使用する無機粒子は単独であっても、二種以上の複合であっても良い。
また、被混練物Ｗにおいて樹脂混合物に分散させる成分として常用の各種添加成分、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を用いても良い。

本実施形態の混練機２は、外周部８ａにスクリュー７を有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部８と、スクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂを囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓに、スクリュー部８の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う装置である。
そして、混練機２は、被混練物Ｗを混練空間Ｓの外部に吐出させるためスクリュー部８の先端部８ｂに対向する位置のシリンダー部９に設けられた吐出口１２と、吐出口１２を開閉する吐出口開閉機構１３と、循環流路を開閉する循環流路開閉機構１４と、スクリュー部８をスクリュー部８の軸線Ｃ回りに回転させるとともにスクリュー部８の軸線方向Ｄに進退させるスクリュー駆動機構１５と、吐出口開閉機構１３、循環流路開閉機構１４及びスクリュー駆動機構１５を制御する制御部１６と、を備える。

スクリュー部８には、先端部８ｂからスクリュー部８の基端側（軸線方向Ｄのうちの金型Ｐ側から混練機２側へ向かう方向。）Ｄ２に延ばされた第１の流路２０と、第１の流路２０の中間部からスクリュー部８の外周部８ａまで径方向に貫通する第２の流路２１とが形成され、この第１の流路２０と第２の流路２１とで循環流路が構成される。
第１の流路２０及び吐出口１２は軸線Ｃ上に形成されている。また、第１の流路２０、第２の流路２１及び吐出口１２は、被混練物Ｗが流れる方向に対する断面形状がそれぞれ円形になるように形成されている。
吐出口開閉機構１３は、吐出口１２を遮断可能な円柱状の吐出用栓部２２と、吐出用栓部２２を吐出口１２の流路に進退させる吐出用栓部進退手段２３とを有する。
また、循環流路開閉機構１４は、第１の流路２０を遮断可能かつ第１の流路２０内で軸線方向Ｄに移動可能とされた円柱状の栓部材２４と、一端が栓部材２４に固定され第１の流路２０内に挿通された棒状の軸部材２５と、この軸部材２５の他端側に取付けられ軸部材２５を軸線方向Ｄに進退させる栓部材進退手段２６と、を有する。

図１に示すように、栓部材進退手段２６が栓部材２４を第２の流路２１の第１の流路２０側の開口２１ａより基端側Ｄ２に移動させると循環流路は第１の流路２０と第２の流路２１とが連通した「開状態」になる。また、栓部材２４を開口２１ａの位置又は開口２１ａより先端側（基端側Ｄ２の反対方向）Ｄ１に移動させると循環流路は第１の流路２０と第２の流路２１とが遮断された「閉状態」になる。
なお、循環流路に対して栓部材２４が閉状態等の一定の状態を保ったままスクリュー部８が軸線方向Ｄに移動する時は、スクリュー部８と栓部材２４との軸線方向Ｄにおける相対位置が変わらないように、スクリュー部８と栓部材２４とは一体となって移動する。

シリンダー部９の基端側Ｄ２には、その外面から内面まで貫通する材料投入口９ａが形成され、この材料投入口９ａには被混練物Ｗを貯留し材料投入口９ａに供給するホッパー２７が取付けられている。
そして、吐出口１２の先端側Ｄ１には、先端側Ｄ１の外形が半球状のノズル３０が軸線Ｃ上に取付けられている。

ここで、先端側Ｄ１から見た状態において、スクリュー部８の先端部８ｂの面積をＡ_１、栓部材２４の面積をＡ_２、ノズル３０の内部に形成された貫通孔３０ａの体積と吐出口１２の体積の和をＶ_１、ノズル３０から吐出させる被混練物Ｗの体積をＲとする。なお、先端側Ｄ１から見た時には、スクリュー部８の先端部８ｂはリング状に形成され、そのリングの内部に円柱状の栓部材２４の先端面が配置される。
後述するように、被混練物Ｗを吐出する時にスクリュー部８が栓部材２４と一体となって先端側Ｄ１に移動する距離をＬ_１とすると、被混練物Ｗの体積Ｒは、次式で求められる値になる。
Ｒ＝（Ａ_１＋Ａ_２）×Ｌ_１−Ｖ_１ ・・・（１）
従って、スクリュー部８が栓部材２４と一体となって先端側Ｄ１に移動する距離Ｌ_１は、次式で求められる値に設定することになる。
Ｌ_１＝（Ｒ＋Ｖ_１）／（Ａ_１＋Ａ_２） ・・・（２）

平板状の一対のプラテン３は、軸線Ｃに直交するようにそれぞれ配置され、混練機２が取付けられる側の固定側プラテン３ａと、固定側プラテン３ａに対向するように配置された可動側プラテン３ｂとからなる。固定側プラテン３ａの中央部には軸線Ｃに沿って貫通する貫通孔３ｃが形成されている。
ガイド棒４は固定側プラテン３ａの４隅に軸線Ｃに沿って４本配置され、可動側プラテン３ｂは自身の４隅にそれぞれ形成されたガイド孔３ｄに案内されて軸線方向Ｄに移動することが可能となっている。

金型Ｐは、固定側プラテン３ａに取付けられ被混練物Ｗを導くスプルーＰ３を有する固定部Ｐ１と、可動側プラテン３ｂに取付けられ被混練物Ｗを分配するランナーＰ４や被混練物Ｗが充填される２つのキャビティＰ５、成形品を押出すエジェクタピンＰ６、Ｐ７を有する可動部Ｐ２と、を備えている。
固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とが結合された状態では、射出された被混練物ＷはスプルーＰ３に導かれて流れランナーＰ４で２つに分岐され、２つのキャビティＰ５にそれぞれ充填されることとなる。

次に、以上のように構成された射出成形装置１の動作について混練機２の動作を中心に説明する。図２は射出成形装置の動作を示すフローチャート、図３から図５は射出成形装置の動作を示す断面図である。
なお、予め固定側プラテン３ａに金型Ｐの固定部Ｐ１を、可動側プラテン３ｂに可動部Ｐ２を取付け、固定側プラテン３ａを基端側Ｄ２に移動させて固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とを結合させておく。

まず、図２に示す混練工程（ステップＳ１１）において、図１に示すように、制御部１６は、吐出口開閉機構１３の吐出用栓部進退手段２３により吐出口１２を閉止する。そして、循環流路開閉機構１４の栓部材進退手段２６により栓部材２４を第２の流路２１の開口２１ａより基端側Ｄ２に移動させ循環流路を開状態にする。
次に、スクリュー駆動機構１５によりスクリュー部８を軸線Ｃ回りに一定の回転速度で回転させてから、ホッパー２７に貯留された被混練物Ｗを一回分の混練に用いられる所定量シリンダー部９の内部に投入する。

シリンダー部９内に投入された被混練物Ｗは、軸線Ｃ回りに回転するスクリュー部８のスクリュー７により先端側Ｄ１に押出され、スクリュー部８の先端部８ｂとシリンダー部９の内面との間を通過する。被混練物Ｗは、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａとの間を通過する時に剪断力を受けて発熱、溶融し、そしてシリンダー部９とスクリュー部８の先端部８ｂとの間を通過する時にさらに大きな剪断力を受けて、被混練物Ｗが混練されていく。
そして、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓを通過した被混練物Ｗは、第１の流路２０と第２の流路２１とで構成された循環流路内をこの順に通ってスクリュー部８の外周部８ａに戻り、再び先端側Ｄ１に押出される。こうして、被混練物Ｗは混練空間Ｓ及び循環流路内を循環しながら繰返し混練されていく。

このようにして、被混練物Ｗを一定時間混練するか、又はスクリュー回転機構１５の回転トルクをモニタして混練が終了したと判断できる回転トルクが得られたら、射出成形装置１の操作者は混練工程を終了してステップＳ１２に移行する。

次に、被混練物保持工程（ステップＳ１２）において、図３に示すように、制御部１６は、栓部材進退手段２６により栓部材２４を先端側Ｄ１に移動させて栓部材２４で第２の流路２１の開口２１ａを塞ぎ循環流路を閉状態とする。この時、栓部材２４は循環流路を閉止する閉止部の役割を果たす。
そして、スクリュー駆動機構１５によりスクリュー部８を軸線Ｃ回りに回転させながら基端側Ｄ２に移動させることで、少なくともシリンダー部８の外周部８ａ側の混練空間Ｓにおける被混練物Ｗをスクリュー部８の先端部８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂに対向するシリンダー部９の内面との間、及び循環流路の栓部材２４からスクリュー部８の先端部８ｂまでの間に形成される計量空間Ｔに移動させて保持する。

次に、計量吐出工程（ステップＳ１３）において、図４に示すように、制御部１６は、吐出用栓部進退手段２３により吐出用栓部２２を吐出口１２から退避させて吐出口１２を計量空間Ｔに連通させる。そして、スクリュー駆動機構１５によりスクリュー部８の先端部８ｂが軸線方向Ｄにおいて位置Ｑ１から（２）式で求められる距離Ｌ_１だけ離間した位置Ｑ２に達するまで、スクリュー部８を先端側Ｄ１に移動させる。
この時、スクリュー部８の先端部８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂに対向する内面に保持された被混練物Ｗが、体積Ｒだけ押出されてノズル３０から先端側Ｄ１に取付けられた金型Ｐに射出される。

次に、成形品取出し工程（ステップＳ１４）において、制御部１６は金型Ｐに被混練物Ｗが射出されてから被混練物Ｗによる射出成形品が固まるまでに要する一定時間が経過するまで待機する。
そして、その一定時間が経過した後で、図５に示すように、制御部１６は、可動側プラテン３ｂを先端側Ｄ１に移動させて金型Ｐの固定部Ｐ１から可動部Ｐ２を離間させる。さらに、エジェクタピンＰ６、Ｐ７を基端側Ｄ２に移動させ、可動部Ｐ２のランナーＰ４及びキャビティＰ５から射出成形品Ｗ１を離型させる。
以上説明した、混練工程（ステップＳ１１）から成形品取出し工程（ステップＳ１４）まで工程を繰返し行うことで、射出成形装置１で射出成形品Ｗ１を繰返し成形することが可能となる。

こうして、本発明の実施形態の射出成形装置１によれば、まず、吐出口開閉機構１３により吐出口１２を閉止するとともに、循環流路開閉機構１４により循環流路の内部に被混練物Ｗが流れる開状態にする。そして、スクリュー部８を回転させ、被混練物Ｗを溶融状態にして混練空間Ｓ及び循環流路内で循環させ混練する。
次に、循環流路開閉機構１４の栓部材２４により循環流路を閉状態にしてスクリュー部８を回転させながら基端側Ｄ２に移動させることで、スクリュー部８の外周部８ａとシリンダー部９の内周面との間にある被混練物Ｗをスクリュー部８の先端側Ｄ１へ移動させ、スクリュー部８の先端部８ｂとこのスクリュー部８の先端部８ｂに対向するシリンダー部９の内面との間、及び循環流路の栓部材２４からスクリュー部８の先端部８ｂまでの間に形成される計量空間Ｔに被混練物Ｗを保持する。
そして、吐出口開閉機構１３により吐出口１２を開いて吐出口１２を計量空間Ｔに連通させてから、スクリュー駆動機構１５によりスクリュー部８を先端側Ｄ１へ一定量移動させる。これにより、スクリュー部８の先端部８ｂとこのスクリュー部８の先端部８ｂに対向するシリンダー部９の内面との間から吐出口１２に流れようとする被混練物Ｗをこの間から循環流路側に逆流させることなく、一定量の被混練物を計量し圧力を高めて吐出口から吐出させることができる。

また、本発明の射出成形装置１によれば、吐出口１２から金型Ｐに圧力を高めた被混練物Ｗを吐出し金型Ｐ内の被混練物Ｗを保圧することができるので、射出成形品Ｗ１にヒケが生じるのを防止することができる。そして、被混練物Ｗをペレット化することなく射出成形品Ｗ１を製造することができるので、温度変化により被混練物Ｗの物性が低下することを抑えるとともに、射出成形品の製造効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、計量吐出工程において、吐出口１２を計量空間Ｔに連通させる前に栓部材２４がスクリュー部８の先端部８ｂに達するまで栓部材２４を先端側Ｄ１に移動させてもよい。これにより、第１の流路２０内に滞留している被混練物Ｗをスクリュー部８の先端部８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂに対向するシリンダー部９の内面との間に移動させて保持することができる。

また、上記実施形態では、図６に示すように、スクリュー部８の先端側Ｄ１は、基端側Ｄ２から先端側Ｄ１に向かうに従ってスクリュー部８の径が小さくなるように構成されていてもよい。このように構成することで、吐出口１２から円滑に被混練物Ｗを吐出させることができる。

また、上記実施形態では、図７に示すように、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａとの間には、混練空間Ｓにおいて、被混練物Ｗがスクリュー部８の先端側Ｄ１から基端側Ｄ２へ移動することを防止する逆流防止機構３５が設けられていてもよい。
逆流防止機構３５は、上述した計量吐出工程において、スクリュー部８を先端側Ｄ１へ移動させ吐出口１２から被混練物Ｗを吐出させる時に被混練物Ｗがスクリュー部８の先端側Ｄ１から基端側Ｄ２へ移動するのを防止することができる。従って、逆流防止機構３５がない場合に比べて、高圧で被混練物Ｗを吐出しても正確な量の被混練物Ｗを吐出口１２から吐出することができる。
また、第２の流路２１のスクリュー部８の外周部８ａ側の開口より先端側Ｄ１にこの逆流防止機構３５を設けることで、上記計量吐出工程において、栓部材２４がスクリュー部８の先端部８ｂに達するまで先端側Ｄ１に移動させる時に、混練物Ｗがスクリュー部８の外周部８ａの先端側Ｄ１から基端側Ｄ２へ移動して吐出口１２から吐出される被混練物Ｗの量が減少するのを抑えることができる。

また、上記実施形態における被混練物保持工程では、単にスクリュー部８を回転させるのではなく、ホッパー２７から次回の循環用の所定量の被混練物Ｗを投入してから、スクリュー部８を回転させ被混練物Ｗをスクリュー部８の先端側Ｄ１に移動させてもよい。このようにすることで、スクリュー部８の外周部８ａとシリンダー部９の内面との間の被混練物Ｗを容易に先端側Ｄ１に移動させることが可能となる。
なお、この場合、次回の循環用の被混練物Ｗが、スクリュー部８の先端部８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂに対向するシリンダー部９の内面との間に達する前にスクリュー部８の回転を停止させることにより、今回吐出される被混練物Ｗに次回の循環用の被混練物Ｗが混ざらないようにする。
また、上記実施形態では、吐出口１２はスクリュー部９の先端部８ｂに対向する位置のシリンダー部９に設けられていれば混練物Ｗを外部に吐出することができる。このため、吐出口１２は軸線Ｃ上に設けられていなくてもよい。

また、上記実施形態では、混練が完了したことを混練した時間により検出した。しかし、この混練の完了となる時間を、以下に説明するように、予めスクリュー部８の回転数等を同一条件とし被混練物Ｗを混練する時間を変えて射出成形を行った試験結果から判断してもよい。

２種類以上の被混練物Ｗを混練して製造された射出成形品Ｗ１の場合には、図８に示すように、射出成形品Ｗ１から切出されたサンプルＷ２はマトリックスと呼ばれる基本相Ｗ５と、ドメインと呼ばれる分散相Ｗ６と、で構成されている。ここで、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さ１ｍｍという所定の大きさのサンプルＷ２を切出し、この分散相Ｗ６の粒子のサイズを計測する。そして、分散相Ｗ６の各粒子の径が最も大きくなる方向の粒径を分散相粒径Ｗ７とし、分散相粒径Ｗ７の平均値μ、標準偏差σをそれぞれ求める。
そして、次式で示される変動係数Ｋを求める。なお、この変動係数Ｋは、被混練物Ｗの分散性が高くなる程小さな値を示すものである。
Ｋ＝σ／μ×１００（％） ・・・（３）
そして、変動係数Ｋで分散性を評価し、この変動係数Ｋが所定の値より小さくなった場合に混練が完了していると判断するのである。

すなわち、スクリュー部８の回転速度等を同一条件にして、混練させる時間のみを変化させた被混練物Ｗによる射出成形品Ｗ１を複数製造する。この複数の射出成形品Ｗ１からサンプルをそれぞれ切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各サンプルの（３）式による変動係数Ｋをそれぞれ求め、混練させる時間に対する変動係数Ｋの変化を求める。
そして、変動係数Ｋが所定の値より小さくなるのに要する被混練物Ｗを混練させる時間を求め、以降の射出成形においてはこの求めた時間だけ被混練物Ｗの混練を行うことで、変動係数Ｋが所定の値より小さく分散性の高い射出成形品Ｗ１を製造することができる。

１ 射出成形装置
２ 混練機
７ スクリュー
８ スクリュー部
８ａ 外周部
８ｂ 先端部
９ シリンダー部
１２ 吐出口
１３ 吐出口開閉機構
１４ 循環流路開閉機構
２０ 第１の流路
２１ 第２の流路
２４ 栓部材
２６ 栓部材進退手段
３５ 逆流防止機構
Ｄ 軸線方向
Ｓ 混練空間
Ｗ 被混練物

Claims (7)

1. 外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、
   前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため前記スクリュー部の前記先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、
   該吐出口を開閉する吐出口開閉機構と、
   前記循環流路を開閉する循環流路開閉機構と、
   前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に進退させるスクリュー駆動機構と、を備えることを特徴とする混練機。
2. 請求項１に記載の混練機において、
   前記循環流路は、
   前記スクリュー部の先端部から該スクリュー部の軸線方向に延ばされた第１の流路と、
   前記第１の流路から前記スクリュー部の外周部まで貫通する第２の流路と、で構成され、
   前記循環流路開閉機構は、
   前記第１の流路と前記第２の流路とを遮断可能、かつ前記第１の流路内で前記軸線方向に移動可能とされた栓部材と、
   前記栓部材を前記軸線方向に進退させる栓部材進退手段と、を有することを特徴とする混練機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の混練機において、
   前記シリンダー部と前記スクリュー部の前記外周部との間には、前記混練空間において、前記被混練物が前記スクリュー部の前記先端側から前記基端側へ移動することを防止する逆流防止機構が設けられていることを特徴とする混練機。
4. 請求項１又は請求項２に記載の混練機において、
   前記吐出口は前記スクリュー部の前記軸線上に配置されており、
   前記スクリュー部の先端側は、該スクリュー部の基端側から前記先端側に向かうに従って前記スクリュー部の径が小さくなっていることを特徴とする混練機。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の混練機を備え、
   該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることを特徴とする射出成形装置。
6. 回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、
   前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を溶融させて混練する混練工程と、
   該混練工程の後、栓部材を用いて前記循環流路を閉止したうえで前記スクリュー部を回転させながら基端側に移動させ、少なくとも前記シリンダー部の外周部側の前記混練空間における前記被混練物を、前記スクリュー部の先端部と該スクリュー部の先端部に対向する内面との間と、前記循環流路の前記栓部材から前記スクリュー部の先端部までの間とに形成される計量空間に移動させて保持する被混練物保持工程と、
   前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記計量空間とを連通させてから、前記スクリュー部を該スクリュー部の先端側に一定距離進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴とする被混練物の計量方法。
7. 請求項６に記載の被混練物の計量方法において、
   前記被混練物保持工程は、前記循環流路の前記栓部材を前記スクリュー部の先端部まで移動させた状態で前記被混練物を保持することを特徴とする被混練物の計量方法。

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