JP2014100875A - 多条射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】原料を効率的に供給でき、ベントアップを確実に防止し、原料替えに要する時間を節約でき、原料ロスの少ないベント式多条射出成形機の可塑化ユニットを提供すること。
【解決手段】原料供給部、第１ステージ、ミキシング部、第２ステージからなり、前記ミキシング部直後にベント部を備えたベント式射出成形機用可塑化ユニットにおいて、第２ステージを３条以上の多条形状とし、第２ステージのねじ溝のピッチ幅は、第１ステージのねじ溝のピッチ幅より大きく、第２ステージのねじ溝の断面積は第１ステージのねじ溝の断面積より小さくし、原料供給部のシリンダ内に常に少量の原料が滞留する程度に原料の供給量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベント式の射出成形機における可塑化ユニットに関する。特に、ベントアップがなく、原料替えに要する時間を節約でき、原料ロスの少ないベント式多条可塑化ユニットに関する。

吸湿性のある材料を含め、射出成形では、従来、ノンベント式射出成形機が使用されていた。これに対し、シリンダ部に排気孔（ベント）を設け、原料の樹脂が溶融する際発生する水蒸気などの揮発成分をこの排気孔より系外へ放出するベント式射出成形機も知られており、係るベント式射出成形機を使用すれば、混練、溶融操作を行いながら、脱気乾燥ができるため原料の予備乾燥が省略できるという利点を有する。

しかし、上記排気孔は、大気に開放されているため、溶融した原料が排気孔から機外に漏れてしまう、ベントアップ現象が生じるという問題があった。シリンダ先端にギアポンプを備え、連続的に溶融樹脂を供給する押出成形機と異なり、射出成形機ではシリンダ内の溶融樹脂を、回分式に射出型内に射出するため、シリンダ内の圧力の調整が困難で、ベントアップを確実に防止することが困難であった。

また、ベント式射出成形機では、ベント部にてシリンダ内の圧力が開放されるため、ベント部後段の第２ステージにて十分な昇圧ができず、通常の射出成形機と比べ、操作の終了時、第２ステージに多量の原料が残留してしまい、次の操作に移行する前に圧縮空気で上記残留した原料を押出したり、次に使用される原料により押し出す必要があった。
このため、原料替えに時間がかかるとともに、操作開始時に前回操作の残留物を含む原料、いわゆるコンタミが多量に発生し、原料ロスが多くなるという問題もあり、実用化が困難であった。

近年、樹脂成形品用途の拡大に伴い、より高品質の製品が求められるようになり、原料の複合化による各種ガスの発生も多くなっていることから、乾燥を必要とする原料が増え、予備処理を必要としないベント式射出成形機が注目されるようになり、上述した問題の解決が望まれていた。

一方、射出成形機への原料供給は、ホッパから定量供給機などを介して射出成形機に供給されるが、ペレット化成形材が起こすブリッジ現象や射出成形機内で生じる過充填が問題となっていた。

この問題を解決する方法として飢餓的供給方法が提案されている（非特許文献１）が、この方法では、常時少なめに材料供給を行うために生じる定量管理の困難性や、加熱シリンダと成形材が接触し難くなり加熱効率が低下するという問題が生じる。

本発明者は、これらの問題を解決するため、視認手段を成形機内に付設、固定した供給装置を提案した(特許文献１)。
しかし、係る供給装置を利用してベント式射出成形機のベントアップを防止する試みはなされていない。

特許第４１９５４０４号

プラスチックス、２００２年２月号、３０頁、図２

本発明は、上記従来技術における種々の問題を解決し、原料を効率的に供給でき、ベントアップを確実に防止し、原料替えに要する時間を節約でき、原料ロスの少ないベント式多条射出成形機を提供することを課題とする。

本発明者は、ベント部を備えた第２ステージにおけるスクリュを３条以上の多条形状とし、ねじ溝のピッチを第１ステージより大きくすることにより、第２ステージにおいて溶融原料がスムーズに移送され、ベント部におけるベントアップが生じにくくなること、また、ベント式射出成形機に供給する原料を常に必要最小限に調整すれば、加熱効率を低下させることなく、ベント部における圧力を安定させることができ、ベント部に過度の圧力が発生することがないことから、ベントアップを確実に防止できることを見出し、本発明に至ったものである。
本発明によれば、第２ステージにおけるスクリュを３条以上の多条形状としたことにより、溶融原料中の揮発成分を効率よく揮散でき、さらに第２ステージにおける残留物の量を大幅に低減でき、原料替えの時間及び原料ロスを少なくすることができる。

すなわち、本発明の実施の態様は以下のとおりである。
（１）原料供給部、第１ステージ、ミキシング部、第２ステージからなり、前記ミキシング部直後にベント部を備えたベント式射出成形機用可塑化ユニットにおいて、第２ステージを３条以上の多条形状としたことを特徴とするベント式射出成形機における可塑化ユニット。
（２）第２ステージのねじ溝のピッチ幅は、第１ステージのねじ溝のピッチ幅より大きく、第２ステージのねじ溝の断面積は第１ステージのねじ溝の断面積より小さくしたことを特徴とする（１）のベント式射出成形機用可塑化ユニット。
（３）原料供給部が、原料供給部のモニター手段と原料供給量の調整手段を備えていることを特徴とする（１）または（２）のベント式射出成形機用可塑化ユニット。
（４）（１）〜（３）のベント式射出成形機における原料供給手段が、原料供給部のシリンダ内に常に少量の原料が滞留する程度に原料の供給量を調整することを特徴とする射出成形方法。
（５）（４）における原料供給手段による原料の供給量を調整が、原料供給部のモニター手段の画像解析に基づいて行われることを特徴とする、射出成形方法。

本発明において、充分な脱気が行えるとともにベントアップを確実に防止できるのは、以下の理由による。
本発明のベント式射出成形機によれば、第２ステージのねじ溝を３条以上としたことにより、第２ステージのねじ溝のピッチは、第１ステージの溝のピッチにより大きくすることができるので、ミキシング部から押し出される溶融樹脂は、スムーズに第２ステージに移送されるので、ベント部に溶融樹脂が滞留することがない。
また、加熱シリンダ内における材料供給状態をモニター手段により視認できるので、シリンダ内に最低限必要な原料を供給することが可能となり、シリンダ内は原料で充満する状態となるのでシリンダからの熱を効率的に原料に伝達することができるとともに、原料供給部が原料で充満することによる圧力変動が生じないので、第１ステージにおけるシリンダ内の圧力を安定させることができる。

加えて、第２ステージは３以上の多条スクリュとなっているので、溶融樹脂が多条の溝部に分割され、大気との接触面積が増加するので、原料内部からの揮発成分が揮発し易くなり、脱気が効果的に行われる。

また、本発明において原料替えの時間が短縮され、原料ロスを少なくできるのは以下の理由による。
シリンダ内での溶融材料の移動には、シリンダ内壁面との摩擦がねじ溝の側壁との摩擦より大きいことが必須の条件であるが、操作の終了時には、スクリュ側壁に付着した材料がそれ以上移動できなくなりシリンダ内に残留してしまうが、スクリュを多条形状とすれば、溶融材料は複数のねじ溝を分散して移動するので、各スクリュ溝の断面を第１ステージのねじ溝の断面積より小さくすることができ、その結果ねじ溝の深さが浅くなり材料とシリンダ内周面と接触し易くなるため移動が促進され、操作の終了時におけるシリンダ内の残留原料の量を格段に少なくすることができる(図３参照)。
さらに、別の原料を用いる別操作の開始時も、スクリュ溝の深さが浅いため残留物が除去され易くなり、原料替え時間と原料ロスを格段に少なくすることができる。

以上、説明したように、本発明のベント式射出成形機によれば、第２ステージの螺旋溝を３条以上の多条とし、そのピッチを、第１ステージの溝のピッチより大きくしたため、ベント部において溶融樹脂が滞留せず、ベントアップを防ぐことができ、さらに、原料供給部における原料の供給状態を視認するモニター手段により原料供給量を調整し、第１ステージのシリンダ内に供給される原料供給量を必要最小限とすれば、第１ステージ内の圧力を安定化させることができ、ベントアップを確実に防ぐことができる。

また、第２ステージの螺旋溝を３条以上の多条としたことにより、溶融樹脂が多条の溝部に分割され、大気との接触面積が増加するので、原料内部からの揮発成分が揮発し易くなり、脱気が効果的に行われるとともに、３条以上の多条としたことにより、溝部の深さを浅くすることができるので、操作の終了時に、溝に残留する樹脂の量を格段に少なくすることができ、原料替え時間と原料ロスを格段に少なくすることができる。

本発明のベント式射出成形機の可塑化ユニットの全体図 ねじ溝断面積を比較した図面 一条ねじと多条ねじの残留物の量を比較した図面

１ 原料供給装置
２ シリンダ
３ スクリュ
４ 第１ステージ
５ 第２ステージ
６ 一条ねじ部
７ ミキシング部
８ 多条ねじ部
９ ベント部
１０ ヒータ
１１ ホッパ
１２ スクリュフィーダ
１３ シリンダの原料供給部
１４ モニター
１５ 残留物

以下、本発明の実施例を図面に沿って説明する。
図１は、本発明のベント式射出成形機における可塑化ユニットの全体図で、原料供給装置１、シリンダ部２からなり、シリンダ部２には加熱用ヒータ１０が装着されている。
シリンダ２内にはスクリュ３が配され、スクリュ３は、一条ねじ部６とミキシング部７からなる第１ステージ４と３条以上の多条ねじ部からなる第２ステージを有し、第２ステージには溶融樹脂中の揮発成分を揮散させるベント部９が設けられている。

本発明の原料供給装置１は、ホッパ１１、供給量を調整可能なスクリュフィーダ１２、シリンダ内の原料供給部１３の原料供給状態を視認可能なモニター１４からなる。図１中の丸枠内は、モニター１４がシリンダ内の原料供給部１３の原料供給状態を表示している画面を示す。

ホッパ１１内の原料樹脂ペレットは、スクリュフィーダ１２により供給量を制御されてシリンダ２の原料供給部１３に落下する。この原料供給部１３における原料ペレットの供給状態は、供給装置内に設けられた撮像手段により撮影し、モニター１４により、常時、視認が可能となっている。

原料ペレットの供給量は、上記丸枠内のモニター画面が表示するように、原料供給部１３のスクリュ３上に落下したペレットが原料供給部１３に常時少量滞留している状態となるように調整する。このように原料ペレットの供給量を調整することにより、シリンダ内には、常時、必要最小限の原料が存在することとなり、シリンダの第１ステージ内の圧力が安定する。

上記原料ペレットの供給量の調整は、操作者がモニターを視認しながら手動で行うこともできるが、モニター画面の解析ソフトを利用し自働的に供給量を調整することも可能である。

第１ステージ４の一条ねじ部６は従来どおりのスクリュデザインでよく、ミキシング部７も、従来周知のダルメージ型、バリヤ型、サブフライト型、ウェーブ型などを採用することができる。

第２ステージ５のスクリュ３は、３条以上の多条ねじ部８とする。２条では、本件発明の効果が充分発揮できず、あまり条数を大きくしすぎても個々のねじ溝が狭くなり、溝側壁との樹脂の摩擦抵抗が大きくなるなどの問題が生じるため、好ましくは５条以下である。

第２ステージ５のスクリュ部のピッチ幅を第１ステージ４のスクリュ部のピッチ幅より大きくすることで、第１ステージ４からの溶融樹脂を、ベント部で滞留させることなくスムーズに移送させることができる。
第２ステージ５のスクリュ部のピッチ幅は、スクリュ軸の直径Ｄの１．１〜１．３が好ましく、第１ステージ４のスクリュ部のピッチ幅の１．２〜１．６程度とすることが好ましい。１．６倍を超えるとねじ溝の側壁と溶融樹脂との摩擦が大きくなり好ましくない。

また、第２ステージ５のスクリュ部を３条以上の多条ねじ部８としたことから、１条の溝の断面積を小さくすることができる。目安としては、１ピッチあたりの各溝の断面積の合計が、第１ステージの溝の断面積と同じ程度である(図２参照)。
この結果、第１ステージ４からの溶融樹脂は、ベント部において複数のねじ溝に分配された状態で大気と接触することとなるので、樹脂内部の揮発成分も効率的に揮散する。さらに、ねじ溝の深さを浅くすることができるので、図３に示すように、操作の終了時にシリンダ内の樹脂の残留物１５を格段に少なくすることができる。

本発明のベント式射出成形機の可塑化ユニットを使用すれば、原料の予備乾燥を省略することができ、品質の高い成形製品を低コストで製造することが可能となる。

Claims (5)

1. 原料供給部、第１ステージ、ミキシング部、第２ステージからなり、前記ミキシング部直後にベント部を備えたベント式射出成形機用可塑化ユニットにおいて、第２ステージを３条以上の多条形状としたことを特徴とするベント式射出成形機用可塑化ユニット。
2. 第２ステージのねじ溝のピッチ幅は、第１ステージのねじ溝のピッチ幅より大きく、第２ステージのねじ溝の断面積は第１ステージのねじ溝の断面積より小さくしたことを特徴とする請求項１記載のベント式射出成形機用可塑化ユニット。
3. 原料供給部が、原料供給部のモニタ手段と原料供給量の調整手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載のベント式射出成形機用可塑化ユニット。
4. 請求項１ないし３記載のベント式射出成形機における原料供給手段が、原料供給部のシリンダ内に常に少量の原料が滞留する程度に原料の供給量を調整することを特徴とする射出成形方法。
5. 請求項４に記載される原料供給手段による原料の供給量を調整が、原料供給部のモニタ手段の画像解析に基づいて行われることを特徴とする、射出成形方法。

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