JP2013086455A - 射出成形機及び樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューによる樹脂の可塑化を行わずに、溶融樹脂を十分に攪拌して均質な樹脂成形品を得ることができる射出成形機及び樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】射出成形機１は、射出プランジャー２２を射出方向に押し出して溶融樹脂をノズル２４から射出する射出部２０と、溶融樹脂を射出シリンダー２１内に押し込む押込プランジャー１５を有し、射出部２０とは別に設けられた可塑化部１０と、を備える。射出成形機１は、射出プランジャー２２を回転させる射出駆動部２２ａを備え、射出プランジャー２２には、回転に伴って射出シリンダー２１内の溶融樹脂を攪拌する攪拌部２６が設けられており、攪拌部２６は、射出方向に延在する細径部２７と、細径部２７の外周面から径方向に突出する突起２８と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機及び樹脂成形品の製造方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の射出成形機が知られている。この射出成形機は、いわゆるインラインスクリュー式射出成形機と呼ばれるタイプのものであり、射出シリンダー内に設けられたスクリューを備えている。この射出成形機では、スクリューを回転させながら樹脂を可塑化し、その後、射出方向にスクリューを前進させることで、溶融樹脂を前方のノズルから射出する。

特開２００４−２９１４０９号公報

しかしながら、インラインスクリュー式射出成形機では、例えば、粘性が低い樹脂を用いる場合、スクリューの回転による安定した溶融樹脂の流動ができず、その結果、安定した可塑化ができないといった問題がある。また、インラインスクリュー式射出成形機で長繊維強化樹脂を用いる場合、可塑化開始直後の樹脂中の長繊維が、スクリューから受ける剪断力により破断し易く、その結果、平均繊維長が短くなって樹脂成形品の強度が低下してしまう問題がある。また、インラインスクリュー式射出成形機で硬い繊維（セラミック繊維、鉱物繊維、金属製繊維など）を含む繊維強化樹脂を用いる場合、繊維の硬さに起因して可塑化中にスクリューが傷みやすいといった問題がある。このように、樹脂によっては、スクリューを用いる可塑化には不向きなものもあった。その一方、スクリューを使用しない射出成形機としては、例えば、いわゆるプランジャープリプラ式の射出成形機がある。しかしながら、プランジャープリプラ式の射出成形機では、溶融樹脂が十分に攪拌されない場合があり、均質な樹脂成形品が得られない場合もある。

上記の問題に鑑み、本発明は、スクリューによる樹脂の可塑化を行わずに、溶融樹脂を十分に攪拌して均質な樹脂成形品を得ることができる射出成形機及び樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の射出成形機は、射出プランジャーを射出方向に押し出して、射出シリンダー内に貯留された溶融樹脂をノズルから射出する射出部と、樹脂材料を可塑化させた溶融樹脂を押し出して溶融樹脂を射出シリンダー内に押し込む押込プランジャーを有し、射出部とは別に設けられた可塑化部と、を備えた射出成形機であって、射出プランジャーを回転させる回転機構を備え、射出プランジャーには、回転機構による回転に伴って射出シリンダー内の溶融樹脂を攪拌する攪拌部が設けられており、攪拌部は、射出シリンダーの内径よりも細径に設けられ射出方向に延在する細径部と、細径部の外周面から径方向に突出する突起と、を有することを特徴とする。

この射出成形機は、射出部とは別に設けられた可塑化部を備え、押込プランジャーで溶融樹脂を射出部に押し込む方式であるので、スクリューによる樹脂の可塑化を行う必要がない。よって、スクリューを用いる可塑化に不向きな樹脂材料にも対応することができる。また、この射出成形機では、押込プランジャーを有する可塑化部において樹脂が可塑化され、射出部に送り込まれる。射出シリンダー内の溶融樹脂は、射出プランジャーの細径部の外周面と射出シリンダーの内壁面との間に入り込む。そして射出前の溶融樹脂は、射出プランジャーの回転により、径方向に突出する突起によって十分に攪拌され、その結果、均質な樹脂成形品が得られる。

具体的な構成として、突起は、細径部の外周面から径方向に直線状に延びる棒状をなすこととしてもよい。また、他の具体的な構成としては、射出プランジャーの表面にダイヤカット部が形成されることにより、細径部と突起とが形成されていることとしてもよい。

本発明の樹脂成形品の製造方法は、上記の何れかに記載の射出成形機を用いて、射出部から射出された溶融樹脂を型で成形することを特徴とする。この製造方法によれば、射出成形機において溶融樹脂が十分に攪拌されるので、均質な樹脂成形品を得ることができる。

本発明の射出成形機及び樹脂成形品の製造方法によれば、スクリューによる樹脂の可塑化を行わずに、溶融樹脂を十分に攪拌して均質な樹脂成形品を得ることができる。

本発明の射出成形機の第１実施形態を示す断面図である。 図１の射出成形機の射出プランジャー先端部を拡大して示す断面図である。 本発明の射出成形機の第２実施形態の射出プランジャー先端部を拡大して示す断面図である。 図３における攪拌部の構造の一例を示す斜視図である。 本発明の射出成形機の攪拌部の他の例を示す斜視図である。 本発明の射出成形機の攪拌部の更に他の例を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る射出成形機の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で「前方」、「後方」等の前後の概念を含む語を用いる場合には、樹脂が射出される方向（図１の左側）を「前」とする。

（第１実施形態）
図１に示すように、射出成形機１は、樹脂ペレット等の樹脂材料を可塑化（溶融）するプランジャー式の可塑化部１０と、可塑化部１０で可塑化された溶融樹脂を射出する射出部２０と、射出部から射出された溶融樹脂を金型で成形する成形部４０と、を備えている。

可塑化部１０は、射出部２０とは別に設けられ、樹脂を可塑化して溶融樹脂を射出部２０に送り込む機能を有する。可塑化部１０は、射出部２０に対して傾いた姿勢で射出部２０の先端近傍に取り付けられている。可塑化部１０は、樹脂材料が供給されるホッパ１１と、溶融樹脂が流動する樹脂流路１２が内部に形成された溶融シリンダー１３と、溶融シリンダー１３内に配置され溶融樹脂を加熱するトーピード１４と、を備えている。樹脂流路１２の先端には、射出部２０に溶融樹脂を供給するための供給口１２ａが設けられている。

更に、可塑化部１０は、トーピード１４の後方に位置する押込プランジャー１５と、当該押込プランジャー１５を前後に並進運動させる駆動部１５ａと、を備えている。樹脂流路１２の溶融樹脂は、高温のトーピード１４の周囲を通過することで、十分に可塑化される。駆動部１５ａにより押込プランジャー１５が前方に押し出されると、樹脂流路１２内の溶融樹脂が供給口１２ａを通過して射出部２０に押し込まれる。

射出部２０は、射出シリンダー２１と、射出プランジャー２２と、を備えている。射出シリンダー２１内には、溶融樹脂が貯留される貯留室２３が設けられている。前述の可塑化部１０から送り込まれた溶融樹脂は、この貯留室２３に導入される。射出シリンダー２１の前端には、貯留室２３の溶融樹脂を前方に射出するノズル２４が設けられている。射出プランジャー２２はノズル２４の後方に設けられており、射出駆動部２２ａの駆動により前後に並進運動する。射出駆動部２２ａにより射出プランジャー２２が前方に押し出されることで、貯留室２３内の溶融樹脂がノズル２４から前方に射出され、成形部４０に送り込まれる。以下、図に示すように、ノズル２４を通り、射出部２０による溶融樹脂の射出方向（射出プランジャー２２の押し出し方向）に延在する仮想の軸線を「軸線Ａ」とする。

成形部４０は、射出部２０の前方に位置し、金型４１と当該金型４１を締め付ける型締機構を有している。成形部４０では、溶融樹脂が金型４１で成形され冷却固化されて樹脂成形品が形成される。成形部４０は、型締機構で金型４１を開いて金型４１内の樹脂成形品を取り出す。

ここまで説明した射出成形機１の構成は、いわゆる「プランジャープリプラ式射出成形機」と呼ばれる射出成形機の構成である。すなわち、射出成形機１では、射出部２０とは別に設けられた可塑化部１０が樹脂を可塑化し、押込プランジャー１５の並進運動によって溶融樹脂が射出部２０に送り込まれ、射出部２０の射出プランジャー２２の並進運動によって溶融樹脂が成形部４０に射出される。

射出成形機１は、上述したようなプランジャープリプラ式射出成形機の構成に加え、更に以下の構成を備えている。

図２に示すように、射出プランジャー２２の先端部には、貯留室２３内の溶融樹脂を攪拌するための攪拌部２６が設けられている。攪拌部２６は、射出シリンダー２１の内径よりも細径に設けられ軸線Ａ方向に延在する円柱形状の細径部２７と、細径部２７の外周面から突出する多数のピン状の突起２８と、を有している。突起２８は、例えば、細径部２７の径方向に直線状に延びる丸棒状をなしており、細径部２７の外周面上に規則的に配列されている。また、射出駆動部２２ａ（図１）は、射出プランジャー２２を軸線Ａ方向に並進移動させる機能のみならず、射出プランジャー２２を軸線Ａ周りに回転させる回転機構としての機能を有している。

また、攪拌部２６とプランジャーヘッド２２ｃとの間には、溶融樹脂の逆流を防止するための逆止リング２２ｂが、射出プランジャー２２に取り付けられている。以下、貯留室２３のうち、逆流防止リング２２ｂよりも前方の部分を「貯留室前部２３ａ」といい、逆流防止リング２２ｂよりも後方の部分を「貯留室後部２３ｂ」という。逆止リング２２ｂは、貯留室前部２３ａから貯留室後部２３ｂに移動する溶融樹脂は通過させ、貯留室前部２３ａから貯留室後部２３ｂへの溶融樹脂の移動（逆流）は阻止する機能を有している。

具体的には、逆止リング２２ｂは、攪拌部２６の前端部に位置するシールリング２２ｃと、プランジャーヘッド２２ｃとの間を軸線Ａ方向に移動可能である。逆止リング２２ｂに後方からの樹脂圧が作用すると、逆止リング２２ｂはプランジャーヘッド２２ｃの後部に押し当てられる。そして、逆止リング２２ｂとプランジャーヘッド２２ｃとの間隙を通じて、貯留室後部２３ｂから貯留室前部２３ａに溶融樹脂が移動する。一方、逆止リング２２ｂに前方からの樹脂圧が作用すると、逆止リング２２ｂの後端面がシールリング２２ｄのテーパ面に隙間なく押し当てられる。そうすると、溶融樹脂の流路が塞がれ、貯留室前部２３ａから貯留室後部２３ｂへの溶融樹脂の移動が阻止される。

なお、上述したような逆止リング２２ｂを含む逆流防止機構は、公知のインラインスクリュー式射出成形装置においてスクリューの先端に設けられる逆流防止機構と同様の構造及び機能を有するものである。

続いて、図１及び図２を参照し、上述の射出成形機１を用いて行われる樹脂成形品の製造方法について説明する。

まず、射出プランジャー２２は、前回の溶融樹脂射出の直後で、最も前方に移動した状態（図２の状態）にあり、攪拌部２６の後端部が供給口１２ａの位置にある。一方、可塑化部１０では、ホッパ１１から供給される樹脂材料が、樹脂流路１２に導入され加熱されて可塑化されている。そして、押込プランジャー１５の前進によって、樹脂流路１２の溶融樹脂が貯留室後部２３ｂに徐々に押し込まれる。そうすると、溶融樹脂は、射出シリンダー２１の内壁面と細径部２７との間隙に入り込む。ここで、射出駆動部２２ａにより射出プランジャー２２が軸線Ａ周りに回転されることにより、回転径方向に突出した突起２８が、射出シリンダー２１の内壁面と細径部２７との間隙に入り込んだ溶融樹脂を攪拌する。貯留室後部２３ｂで攪拌された溶融樹脂は、逆止リング２２ｂを通過して貯留室前部２３ａに徐々に流入していき、その樹脂圧によって射出プランジャー２２が徐々に後退していく。

その後、貯留室前部２３ａに所定量の溶融樹脂が貯留されると、駆動部１５ａが押込プランジャー１５の前進を停止させ、射出プランジャー２２の後退及び回転も停止する。その後、射出駆動部２２ａが射出信号に従って射出プランジャー２２を高速で前進させることで、貯留室前部２３ａの溶融樹脂がノズル２４を通じて前方に射出され、成形部４０の金型４１に注入される。射出プランジャー２２の前進時には、逆止リング２２ｂによって貯留室後部２３ｂへの溶融樹脂の逆流が防止されるので、貯留室前部２３ａの溶融樹脂がノズル２４から円滑に射出される。成形部４０では、溶融樹脂が金型４１で成形され冷却固化されて樹脂成形品が形成される。その後、成形部４０は、型締機構で金型４１を開いて金型４１内の樹脂成形品を取り出す。

続いて、射出成形機１及び上述の製造方法による作用効果について説明する。

現在、射出成形機として最も多く用いられているのは、インラインスクリュー式射出成形機である。しかしながら、例えば、インラインスクリュー式射出成形機で粘性が低い樹脂を用いる場合、スクリューの回転による安定した溶融樹脂の流動ができず、その結果、安定した可塑化ができないといった問題がある。また、インラインスクリュー式射出成形機で長繊維強化樹脂を用いる場合、可塑化開始直後の樹脂中の長繊維が、スクリューから受ける剪断力により破断し易く、その結果、平均繊維長が短くなって樹脂成形品の強度が低下してしまう問題がある。また、インラインスクリュー式射出成形機で硬い繊維（セラミック繊維、鉱物繊維、金属製繊維など）を含む繊維強化樹脂を用いる場合、繊維の硬さに起因して可塑化中にスクリューが傷みやすいといった問題がある。このように、樹脂によっては、スクリューを用いる可塑化には不向きなものもあった。

これに対し、射出成形機１はプランジャープリプラ式射出成形機に類する構造をなすので、スクリューによる樹脂の可塑化は行われない。よって、スクリューを用いる可塑化に不向きな樹脂材料も、射出成形機１では好適に使用することができる。すなわち、射出成形機１で長繊維強化樹脂を用いる場合、前述のようなスクリューに起因する長繊維の破断が避けられ、その結果、平均繊維長が長くなって樹脂成形品の強度向上を図ることができる。また、射出成形機１では、押込プランジャー１５や射出プランジャー２２の並進運動により溶融樹脂の主な移動が行われるので、粘性が低い樹脂であっても、スクリューによる搬送に比べて円滑に溶融樹脂が移動する。また、硬い繊維との接触でスクリューが傷みやすいといった問題も避けられるので、セラミック繊維、鉱物繊維、又は金属製繊維などを含む繊維強化樹脂の成形にも射出成形機１を使用することができる。

その一方、プランジャープリプラ式射出成形機においては、溶融樹脂が十分に攪拌されない場合があり、均質な樹脂成形品が得られない場合もある。これに対し、射出成形機１は、射出プランジャー２２の先端部に攪拌部２６が設けられ、射出駆動部２２ａが射出プランジャー２２を回転させる回転機構として機能する。この構成により、射出前の溶融樹脂は、予め貯留室後部２３ｂにおいて攪拌部２６により十分に攪拌されるので、その結果、均質な樹脂製品を得ることができる。

例えばインラインスクリュー式射出成形機のように、スクリューを用いて長繊維強化樹脂の可塑化を行う場合、樹脂材料が未だ固い状態の可塑化開始直後から、樹脂材料がスクリューに絡むことになる。この場合、スクリューの回転により樹脂に作用する剪断力は大きく、樹脂に含まれる長繊維が破断し易い。これに対し、射出成形機１の攪拌部２６による溶融樹脂の攪拌は、可塑化部１０によって十分に樹脂が可塑化された後に行われる。よって、攪拌部２６の攪拌により溶融樹脂に作用する剪断力は十分に小さく、長繊維の破断も少なく抑えられる。また、突起２８は、スクリューのフィン部のように連続的なものではなく不連続に間隔を空けて配置されていることも、長繊維の破断を少なく抑える効果に寄与する。

また、インラインスクリュー式では、溶融樹脂は、スクリューによって高い圧力で押し付けられながらシリンダー内壁面を擦っていくので、強い剪断力が発生し長繊維が破断し易い。これに対し、攪拌部２６では、細径部２７が軸線Ａ方向に延びる円柱形状であるので、細径部２７の外周面と射出シリンダー２１の内壁面との間隙が一様であり、溶融樹脂に対して極度に高い圧力が発生することも少なく、長繊維の破断が少ない。

また、射出部２０の射出駆動部２２ａには、射出プランジャー２２を高速前進させる機能と、射出プランジャー２２を回転させる機能と、の両方の機能が必要である。このような機能を持つ駆動装置は、既に、公知のインラインスクリュー式射出成形機に備えられている。よって、既存のインラインスクリュー式射出成形機において、スクリューを射出プランジャー２２に取り替えると共に、可塑化部１０を加えることにより、既存のインラインスクリュー式射出成形機を射出成形機１に改造することができる。すなわち、射出成形機１は、既存のインラインスクリュー式射出成形機を改造することで、比較的容易に製造することができる。

また、インラインスクリュー式射出成形機のスクリューとは異なり、射出プランジャー２２は、その回転速度を適宜調整することが可能である。従って、射出成形機１によれば、樹脂成形品の要求仕様に応じ、回転速度を上げて樹脂の均一性を高める樹脂成形方法と、回転速度を下げて樹脂に含まれる長繊維の平均繊維長を高める樹脂成形方法と、を選択的に使い分けることができる。

（第２実施形態）
続いて、図３を参照しながら、本発明の第２実施形態である射出成形機２０１について説明する。この射出成形機２０１と前述の射出成形機１とが備える同一又は同等の構成部分には、図面に同一符号を付して重複する説明を省略する。

射出成形機２０１は、射出成形機１における攪拌部２６に代えて、射出プランジャー２２２に設けられた攪拌部２２６を備えている。攪拌部２２６は、射出プランジャー２２２の表面にダイヤカット加工で形成されたダイヤカット部２２５を有している。ダイヤカット部２２５が形成されることにより、射出シリンダー２１の内径よりも溝の深さ分だけ径が細く軸線Ａ方向に延在する細径部２２７と、細径部２２７の外周面から径方向に突出したダイヤ形（菱形）の突起２２８とが、射出プランジャー２２２に形成されることになる。

この攪拌部２２６によれば、ダイヤカット部２２５として凹凸が形成された攪拌部２２６に溶融樹脂が入り込み、射出プランジャー２２２の軸線Ａ周りの回転によって、溶融樹脂が攪拌される。このように、攪拌部２２６も射出成形機１における攪拌部２６と同様の機能を有するので、射出成形機２０１によっても射出成形機１と同じ作用効果が奏される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。

例えば、図４に示すように、外周面に突起２２８が形成されたスリーブ２２６ａを準備し、射出プランジャー２２２の本体部にスリーブ２２６ａを取り付けて攪拌部２２６を形成してもよい。また、図５に示すように、突起３８が設けられた狭幅のリング状のスリーブ３６ａと、スペーサ用スリーブ３６ｂと、を軸線Ａ方向に交互に重ねて射出プランジャー２２２の本体部に取り付けてもよい。これらの構成によれば、スリーブを交換することにより、突起の形状などの攪拌部の構成を比較的容易に変更することができる

また、攪拌部の突起は、実施形態のような直線丸棒のピン形状やダイヤ形状に限られず、例えば、円錐形状や切頭円錐形状等の種々の突起形状を採用することができる。また、図６に示すように、螺旋状に湾曲した突起４８を採用してもよい。また、各突起の配置や配置密度やサイズ等も適宜変更可能である。また、以上で説明した各攪拌部が備える各構成を、適宜組み合わせて採用してもよい。

１，２０１…射出成形機、１０…可塑化部、１５…押込プランジャー、２０…射出部、２１…射出シリンダー、２２，２２２…射出プランジャー、２２ａ…射出駆動部（回転機構）、２４…ノズル、２６，２２６…攪拌部、２７，２２７…細径部、２８，２２８…突起、４１…金型、２２５…ダイヤカット部。

Claims (4)

1. 射出プランジャーを射出方向に押し出して、射出シリンダー内に貯留された溶融樹脂をノズルから射出する射出部と、
   樹脂材料を可塑化させた前記溶融樹脂を押し出して前記溶融樹脂を前記射出シリンダー内に押し込む押込プランジャーを有し、前記射出部とは別に設けられた可塑化部と、
   を備えた射出成形機であって、
   前記射出プランジャーを回転させる回転機構を備え、
   前記射出プランジャーには、
   前記回転機構による回転に伴って前記射出シリンダー内の前記溶融樹脂を攪拌する攪拌部が設けられており、
   前記攪拌部は、
   前記射出シリンダーの内径よりも細径に設けられ前記射出方向に延在する細径部と、前記細径部の外周面から径方向に突出する突起と、を有することを特徴とする射出成形機。
2. 前記突起は、前記細径部の前記外周面から前記径方向に直線状に延びる棒状をなすことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記射出プランジャーの表面にダイヤカット部が形成されることにより、前記細径部と前記突起とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の射出成形機を用いて、前記射出部から射出された溶融樹脂を型で成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
   

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