JP2019018522A

JP2019018522A - 発泡成形用の射出成形機

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Publication number: JP2019018522A
Application number: JP2017141680A
Authority: JP
Inventors: 章弘内藤; Akihiro Naito; 荒木　克之; Katsuyuki Araki; 克之荒木; 一馬中川; Kazuma Nakagawa; 光一玉田; Koichi Tamada; 賢一古木; Kenichi Furuki
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: AT523204A1; DE112018003747T5; JP6570582B2; CN110914033B; WO2019017293A1; CN110914033A; AT523204B1

Abstract

【課題】機械長が短くても、不活性ガスの逆流が防止され、安定的に品質が高い発泡成形品を成形することができる射出成形機のスクリュを提供する。【解決手段】加熱シリンダ（２）が、スクリュ（３）の形状に従って第１のステージ（５）と第２のステージ（６）とに区分されている発泡成形用の射出成形機を対象とする。第１のステージ（５）には樹脂を圧縮する第１の圧縮区間（８）を、そして第２のステージ（６）には樹脂の圧力を低下させる飢餓区間（９）と樹脂を圧縮する第２の圧縮区間（１０）とを形成する。この飢餓区間（９）において不活性ガスが注入されるようにする。スクリュ（３）は、第１、２のステージ（５、６）の境界において樹脂と不活性ガスの逆流を防止する所定のシール構造（７）を設ける。第２のステージ（６）におけるフライトは２条以上の多条フライトにすると共にリード角が１０〜４５度の範囲になるように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶融樹脂に不活性ガスを注入して金型に射出し発泡成形品を得る、発泡成形品の成形方法に使用される射出成形機に関するものである。

内部に微細な気泡が多数形成されている成形品すなわち発泡成形品は、軽量であるだけでなく強度にも優れており、応用分野は広い。射出成形により発泡成形品を得るには発泡剤を樹脂に混入させる必要がある。発泡剤には熱分解されて気体が発生するいわゆる化学発泡剤も利用されているが、不活性ガスからなる物理発泡剤も利用されている。物理発泡剤として、窒素、二酸化炭素が比較的多く利用されている。加熱シリンダ内で溶融した樹脂に、このような不活性ガスを所定の圧力で注入し、樹脂を混練して樹脂中に不活性ガスを溶け込むようにする。これを金型に射出すると、樹脂中で圧力が解放されて不活性ガスが気泡化する。樹脂が冷却固化すると発泡成形品が得られる。不活性ガスからなる物理発泡剤は高圧かつ高温で樹脂に注入されるので浸透力が強く、樹脂中に均一に分散し易い。従って得られる発泡成形品において発泡ムラが発生しにくいという優れた特徴がある。

特開２００２−７９５４５号公報特開２０１５−１６８０７９号公報

特許文献１には、不活性ガスからなる物理発泡剤により発泡成形品を得る射出成形機が記載されている。この射出成形機５０を図４によって説明する。射出成形機５０は加熱シリンダ５１と、この加熱シリンダ５１内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ５２とからなる。スクリュ５２は、スクリュ溝が浅くなっている２箇所の圧縮部、つまり第１、２の圧縮部５４、５６が形成され、第１、２の圧縮部５４、５６の間にスクリュ溝の深い飢餓部５５が形成されている。加熱シリンダ５１には飢餓部５５に対応するように、不活性ガスの注入部５７が設けられ、不活性ガス５８が注入されるようになっている。射出成形機５０においてホッパ５９から樹脂ペレットを投入しスクリュ５２を回転する。そうすると樹脂ペレットは溶融してスクリュ５２の前方に送られる。溶融樹脂が前方に送られるとき、第１の圧縮部５４で圧縮され、飢餓部５５で低圧にされる。この飢餓部５５で不活性ガス５８を注入する。そうすると溶融樹脂中に不活性ガス５８が混入されて飽和状態になる。このような溶融樹脂は、第２の圧縮部５６で再び圧縮されてスクリュ５２の先端に計量される。金型に射出すると樹脂中で不活性ガスが気化して発泡成形品が得られる。

樹脂製の成形品に対して無電解メッキ法を実施する場合、金属錯体等の表面改質物質が添加された溶融樹脂を射出して成形品を得るようにすると、必要な前処理が不要になる。特許文献２には、金属錯体等の表面改質物質を溶融樹脂に注入し、これを混練して射出することができる射出成形機６０が記載されている。射出成形機６０は、図５に示されているように、加熱シリンダ６１とスクリュ６２とから構成されている。スクリュ６２には、所定の位置に第１、２のシール構造６４、６５が設けられている。第１、２のシール構造６４、６５によって、スクリュ６２には、高圧エリア６６と低圧エリア６７が形成されている。第１のシール構造６４は所定の弁構造を備えており、スクリュ６２の後方から前方に送られてきた樹脂は高圧エリア６６に送られるようにするが、高圧エリア６６から後方への逆流は防止されている。第２のシール構造６５は、スクリュ６２の回転方向によって開閉される弁構造を備えている。第２のシール構造６５の弁構造が閉じられているときには高圧エリア６６と低圧エリア６７は遮断されて樹脂は流れることができないが、開いているときには樹脂は自由に流れることができる。スクリュ６２には、低圧エリア６７において第２のシール構造６５の下流側に、降圧緩和区間６８が設けられている。降圧緩和区間６８は、フライト間のスクリュ溝が深い深溝部６９と浅い浅溝部７０とが交互に形成され、少なくとも軸方向に２箇所以上浅溝部７０、７０が形成されている。浅溝部７０、７０において絞り作用を奏し、高圧エリア６６から低圧エリア６７に樹脂が流れるとき、圧力を適切に降下させるようになっている。加熱シリンダ６１には、高圧エリア６６に対応して、不活性ガス等を注入する注入口７２が設けられ、低圧エリア６７の降圧緩和区間６８の下流側に不活性ガスを排出する排出口７３が設けられている。金属錯体等の表面改質物質が添加された溶融樹脂を射出して成形品を得るには次のようにする。スクリュ６２を回転して樹脂を溶融する。溶融した樹脂は第１のシール構造６４を流れて高圧エリア６６に送られる。スクリュ６２を逆回転させて第２のシール構造６５を閉鎖する。そうすると高圧エリア６６は第１、２のシール構造６４、６５によって完全に閉鎖された状態になる。高圧の不活性ガス７４と共に、金属錯体等の表面改質物質を注入口７２から注入する。高圧エリア６６において溶融樹脂に表面改質物質が分散する。スクリュ６２を順方向に回転させると第２のシール構造６５が開き、溶融樹脂は高圧エリア６６から低圧エリア６７に流れるが、降圧緩和区間６８によって圧力は緩やかに低下する。溶融樹脂から不活性ガスが発生し、不活性ガスは排出口７３から脱気される。表面改質物質が添加された溶融樹脂を金型に射出すると所望の成形品が得られる。

特許文献２に記載のスクリュ６２を備えた射出成形機６０は、物理発泡剤つまり不活性ガスを使用した発泡成形品の成形方法にも利用できる。具体的には高圧エリア６６において、表面改質物質を注入せずに高圧の不活性ガスだけを注入する。不活性ガスは例えば１０ＭＰａ等で注入する。高圧エリア６６において溶融樹脂中に十分に不活性ガスを分散・浸透させ、その後低圧エリア６７に送る。低圧エリア６７では排出口７３に設けられている弁を制御し、加熱シリンダ６１内の圧力が５ＭＰａ程度になるようにする。そうすると低圧エリア６７において溶融樹脂から余剰の不活性ガスが発生して排出口７３から脱気されるが、不活性ガスが飽和状態で溶け込んだ溶融樹脂が得られる。これを金型に射出すると、樹脂中で不活性ガスが気泡になり発泡成形品が得られる。

特許文献１、２に記載の射出成形機５０、６０は、溶融樹脂に適切に不活性ガスを注入して発泡成形品を成形することができるが、それぞれについて解決すべき問題も見受けられる。まず特許文献１に記載の射出成形機５０については、不活性ガスが逆流してホッパ５９から噴出したり不活性ガスによって溶融樹脂が押し戻されるという問題がある。一応、スクリュ５２を順回転させて樹脂を前方に送り出しているときには、飢餓部５５において注入される不活性ガスは逆流する心配はない。つまりスクリュ５２が順回転しているときには、第１の圧縮部５４と飢餓部５５とは十分な圧力差が生じており、不活性ガスは逆流せずに溶融樹脂と混練されながら前方に送られ、第２の圧縮部５６を経て計量される。しかしながらスクリュ５２の回転を停止しているときには、加熱シリンダ５１内における圧力差は小さくなる。高圧の不活性ガスは浸透力が強いので、第１の圧縮部５４を越えて不活性ガスが逆流し、逆流した不活性ガスによって溶融樹脂が押し戻されてホッパ５９において盛り上がってしまう虞がある。スクリュ５２は、少なくとも射出時には回転を停止させるようにするので、不活性ガスの逆流を完全に防止することは難しく、安定して成形サイクルを実施できないという問題がある。また特許文献１に記載の射出成形機５０については、溶融樹脂への不活性ガスの浸透や混合が不十分になる問題もある。不活性ガスが注入されるのは飢餓部５５で、溶融樹脂に不活性ガスが浸透するのは第２の圧縮部５６近傍しかない。つまり比較的短い距離で不活性ガスを浸透させなければならない。そうすると、不活性ガスが溶融樹脂に十分かつ均一に浸透しない場合もある。次に特許文献２に記載の射出成形機６０を検討すると、この射出成形機６０においては第１のシール構造６４が設けられているので、スクリュ６２の回転を停止して加熱シリンダ６１内の圧力差が小さくなっても不活性ガスは逆流することはない。また第１、２のシール構造６４、６５によって区分される高圧エリア６６において不活性ガスが注入され混練されるので、十分かつ均一に不活性ガスが浸透することも保証される。従って発泡成形品を安定して成形することができる。しかしながら、特許文献２に記載の射出成形機６０は、スクリュ６２において第１、２のシール構造６４、６５によって区分される高圧エリア６６が必須である。そうすると高圧エリア６６の分だけ射出成形機６０は機械長が長くなってしまう。限られた設置エリアに射出成形機６０を設けるには、機械長を短くしたいという要求がある。

本発明は、上記したような問題点を解決した発泡成形用の射出成形機を提供することを目的としており、具体的には、溶融樹脂に不活性ガスからなる物理発泡剤を注入して発泡成形品を成形するようになっている射出成形機において、加熱シリンダ内を不活性ガスが逆流する虞がなく、従って安定して成形することができ、限られた設置エリアにも設置できるように機械長が十分に短く、そして不活性ガスが溶融樹脂に十分にかつ均一に浸透して品質の優れた発泡成形品を成形することができる発泡成形用の射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、加熱シリンダが、スクリュの形状に従って後方の第１のステージと前方の第２のステージとに区分されている発泡成形用の射出成形機を対象とする。第１のステージには樹脂を圧縮する第１の圧縮区間を、そして第２のステージには樹脂の圧力を低下させる飢餓区間と樹脂を圧縮する第２の圧縮区間とを形成する。この飢餓区間において不活性ガスが注入されるようにする。スクリュは、第１、２のステージの境界において樹脂と不活性ガスの逆流を防止する所定のシール構造を設ける。そして第２のステージにおけるフライトは２条以上の多条フライトにすると共にリード角が１０〜４５度の範囲になるように構成する。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダと該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなる射出成形機であって、前記加熱シリンダは、前記スクリュの形状に従って後方の第１のステージと前方の第２のステージとに区分され、前記第１のステージには樹脂を圧縮する第１の圧縮区間が、そして前記第２のステージには樹脂の圧力を低下させる飢餓区間と樹脂を圧縮する第２の圧縮区間とがそれぞれ形成され、前記加熱シリンダには前記飢餓区間に対応する位置に不活性ガスを注入するガス注入孔が設けられており、前記スクリュは、前記第１、２のステージの境界において樹脂と不活性ガスの逆流を防止する所定のシール構造が設けられ、前記第２のステージにおけるフライトは２条以上の多条フライトになっていると共にリード角が１０〜４５度の範囲になっていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出成形機において、前記スクリュは前記第２のステージにおいて前記シール構造に隣接して降圧緩和区間が設けられ、前記降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形成されていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の射出成形機において、前記ガス供給孔は開閉機構を備えていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機として構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記ガス供給孔は前記加熱シリンダにおいて軸方向に所定の間隔を開けて２個以上設けられていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機として構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記加熱シリンダには前記飢餓区間に対応して樹脂圧力センサが設けられていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機として構成される。

以上によると本発明は、発泡成形用の射出成形機を対象としており、加熱シリンダは、スクリュの形状に従って後方の第１のステージと前方の第２のステージとに区分され、第１のステージには樹脂を圧縮する第１の圧縮区間が、そして第２のステージには樹脂の圧力を低下させる飢餓区間と樹脂を圧縮する第２の圧縮区間とがそれぞれ形成され、加熱シリンダには飢餓区間に対応する位置に不活性ガスを注入するガス注入孔が設けられている。つまり本発明が対象としている射出成形機は、樹脂が第１のステージで溶融して圧縮され、第２のステージに送られ、第２のステージにおける飢餓区間で不活性ガスが注入されるようになっている。加熱シリンダ内における区分は第１、２のステージだけであるので、発泡成形用の射出成形機であるにも拘わらず、機械長が短い射出成形機であると言え、限られた設置スペースに設置できる。そして本発明によると、スクリュは、第１、２のステージの境界において樹脂と不活性ガスの逆流を防止する所定のシール構造が設けられている。スクリュの回転を停止すると不活性ガスが注入された樹脂が逆流する虞があるが、シール構造が設けられているので第２のステージから第１のステージへの逆流が完全に防止される。特に逆流は射出時のようにスクリュの回転を停止しているときに発生しやすいが、シール構造によって確実に逆流を防止できる。そして本発明によると、第２のステージにおけるフライトは２条以上の多条フライトになっていると共にリード角が１０〜４５度の範囲になっている。不活性ガスが注入された樹脂は第２のステージで混練されることになるが、第２のステージにおいて多条フライトになっているので、効率よくかつ均一に混練されることになる。これによって不活性ガスが樹脂に十分にかつ均一に浸透して品質の優れた発泡成形品を成形することができる。ところで不活性ガスは飢餓区間において注入されるが、飢餓区間の樹脂の圧力が十分に低下するためには第２のステージにおいて樹脂の輸送量が大きいことが必要になる。本発明によると第２のステージのフライトはリード角が１０〜４５度の範囲に選定されているので、樹脂の輸送量が大きくなり、飢餓区間における樹脂の圧力を確実に低下させることができる。これによって十分に不活性ガスを注入できることになる。他の発明によると、スクリュは第２のステージにおいてシール構造に隣接して降圧緩和区間が設けられ、降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形成されている。この発明によると降圧緩和区間が設けられているので、安定的に不活性ガスを注入できるという効果が得られる。なぜならば、第１の圧縮区間で圧縮された高圧の樹脂は降圧緩和区間を経て飢餓区間に送られるとき、降圧緩和区間に設けられている２箇所以上の浅溝部において絞り作用により圧力が降下するからである。高圧の樹脂が緩やかに圧力が低下して飢餓区間に流れるので、不活性ガスを安定して注入することができる。他の発明によると、ガス供給孔は開閉機構を備えている。必要に応じてガス供給孔を開閉することによって、ガス供給孔における樹脂のベントアップを防止できる。さらに他の発明によると、ガス供給孔は加熱シリンダにおいて軸方向に所定の間隔を開けて２個以上設けられている。樹脂の計量が進むとスクリュは後退し、それによって飢餓区間も後退するが、この発明によるとガス供給孔は軸方向に所定の間隔を開けて２個以上設けられているので、スクリュの後退位置に応じて不活性ガスを供給するガス供給孔を選択できる。飢餓区間を比較的短くしても不活性ガスを注入できることになり、スクリュをさらに短くでき射出成形機の機械長をさらに短くすることが可能になる。他の発明によると加熱シリンダには飢餓区間に対応して樹脂圧力センサが設けられている。不活性ガスは飢餓区間において注入されるようになっているが、ガス注入孔が樹脂によって閉塞すると樹脂圧力センサによって検出される圧力が不活性ガスの圧力より大きくなる。この発明ではこのような異常を速やかに検出することができる。

本発明の実施の形態に係る射出成形機を示す図で、その（ア）は射出成形機の正面断面図、その（イ）はスクリュの第２のステージの一部を拡大して示すスクリュの正面図である。本発明の実施の形態に係る射出成形機のスクリュに設けられているシール構造を示す図で、その（ア）、（イ）はそれぞれ異なる実施の形態に係るシール構造をスクリュの軸と平行に切断して示す断面図である。スクリュのフライトの形状の違いによって変化するスクリュの流量を示すグラフである。従来の射出成形機を示す側面断面図である。従来の射出成形機を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態に係る射出成形機１は、図１に示されているように、加熱シリンダ２と、この加熱シリンダ２内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ３とから構成されている。加熱シリンダ２の外周面には、複数枚のバンドヒータが巻かれているが、これらは図に示されていない。

本実施の形態に係る射出成形機１は、スクリュ３の形状によって加熱シリンダ２内は概略的に２区間に区分されている。すなわち後方の第１のステージ５と、前方の第２のステージ６である。第１のステージ５は樹脂を溶融する区間になっており、第２のステージ６は不活性ガスが注入されて樹脂に不活性ガスが浸透する区間になっている。第１、２のステージ５、６は本実施の形態に係るシール構造７によって区分されている。つまり加熱シリンダ２内はシール構造７によって第１、２のステージ５、６に区分されていると言える。このようなシール構造７が設けられている点が本実施の形態に係る射出成形機１の特徴の１つであり、本実施の形態に係るシール構造７については後で詳しく説明する。

本実施の形態においてスクリュ３のフライトは、第１のステージ５と第２のステージ６とで相違している。具体的にはフライトの条数が相違している。すなわち第１のステージ５は一般的なピッチとリードのシングルフライトからなるが、第２のステージ６は多条フライトからなる。第２のステージ６が多条フライトから構成されている点も本実施の形態に係る射出成形機１の特徴の１つである。第２のステージ６はフライトの条数が多いので、送り出される樹脂は粘性が小さくても流れが乱れたり逆流することなく、滑らかに下流に送られることになる。第２のステージ６は不活性ガスが注入されるステージになっているが、多条フライトによって適切に混練されながら滑らかに樹脂が送り出されるので樹脂中に不活性ガスが均一かつ十分に浸透することになる。なお限定はしていないが、第２のステージ６の多条フライトは切り欠きがない方が好ましい。切り欠きを設けると混練の性能は上がるが、切り欠き部分において逆流が生じるので樹脂の送り能力が若干犠牲になるからである。第２のステージ６は本実施の形態においては２条フライトから構成されているが、２条フライトだけでなく、３条フライト、あるいはそれより多い条数の多条フライトから構成してもよい。

さて、第１のステージ５は、前記したようにシングルフライトから構成されているが、図に示されていないホッパ近傍においてはフライト間のスクリュ溝が比較的深く、前方寄りはスクリュ溝が浅く形成された第１の圧縮区間８になっている。従ってホッパ近傍においては樹脂を溶融しながら前方にスムーズに送り出すことができ、第１の圧縮区間８においては完全に溶融して樹脂が圧縮される。圧縮された樹脂がシール構造７を経由して第２のステージ６に送られることになる。

第２のステージ６も第１のステージ５と同様にスクリュ溝の深さが変化しており、それによって軸方向に複数の区間が形成されている。まずシール構造７に隣接して降圧緩和区間１１が形成されている。降圧緩和区間１１も本実施の形態に係る射出成形機１の特徴の１つであり次に説明する。降圧緩和区間１１の下流にはスクリュ溝が深い飢餓区間９が形成されている。飢餓区間９はスクリュ溝が深く加熱シリンダ２内の容積が大きくなっているので、樹脂の圧力が低下する。従ってこの区間９において後で説明するように不活性ガスからなる物理発泡剤が注入されるようになっている。さらに第２のステージ６には飢餓区間９の前方つまり下流に、スクリュ溝が浅く樹脂が圧縮される第２の圧縮区間１０が形成されている。この第２の圧縮区間１０において、樹脂が圧縮されるので樹脂中に不活性ガスが十分かつ均一に浸透することになる。

本実施の形態において特徴的な構造である降圧緩和区間１１について説明する。降圧緩和区間１１のフライトも、第２のステージ６の他の区間と同様に２条フライトから構成されているが、スクリュ溝が深い深溝部１２、１２と、浅い浅溝部１３、１３が軸方向に少なくとも２カ所以上形成されている。つまり浅溝部１３、１３が軸方向に所定の間隔を空けて２カ所以上形成されている。この浅溝部１３、１３によって絞り作用が生じ、降圧緩和区間１１において樹脂が送られるとき圧力を緩やかに降下させることができる。従って飢餓区間９において確実に樹脂圧力を低下させることができる。さらに、浅溝部１３、１３の絞り作用によって、スクリュ３の回転が停止したときには不活性ガスを含んだ溶融樹脂が逆流しようとするのを阻害する効果もある。

本実施の形態に係るスクリュ３は、第２のステージ６において、特に第２の圧縮区間１０においてフライトのリード角φが、所定の範囲に選定されているので樹脂を送り出す流量が大きくなっている。具体的にはリード角φは、１０〜４５度、好ましくは１０〜４０度、より好ましくは２０〜３５度に選定されている。これによって第２の圧縮区間１０において十分に流量を大きくすることができ、それによって確実に飢餓区間９において樹脂の圧力を低下させることができるようになっている。リード角φをこのような範囲で選定した理由を説明する。スクリュ３が軸方向に送り出す樹脂の流量Ｑは次式で与えられる。

このように流量Ｑは、樹脂の粘度μによって変化するが、色々な粘度μの樹脂について、フライトのリード角φ等を変更したときの流量Ｑについて上式に従って計算し、これを図３のグラフに示す。なお、グラフにおいて横軸はピッチＰＰになっているが、ピッチＰＰは、スクリュの直径Ｄ×π×ｃｏｓφ／フライト条数ｐとしている。図３のグラフから読み取れるように、樹脂の粘度μによって流量Ｑは変化するが、ピッチが０．５Ｄ〜πＤの範囲にあるときに比較的流量が大きい。つまりリード角φは、１０〜４５度の範囲にあるときに比較的流量が大きい。そしてピッチが０．５Ｄ〜２．６Ｄの範囲にあるとき、つまりリード角φが１０〜４０度の範囲にあるとき粘度μの大きさに拘わらず比較的流量が大きく、ピッチが１．１Ｄ〜２．２Ｄの範囲にあるとき、つまりリード角φが２０〜３５度のときにさらに安定的に流量が大きい。従って、本実施の形態に係るスクリュ３は第２のステージ６のフライトについては、前記したような範囲でリード角φを選定するようにしている。

本実施の形態に係るスクリュ３に設けられているシール構造７は、図２の（ア）に詳しく示されているように、シール１５と、圧力の調整作用を奏する流動制御機構１６とからなる。シール１５は、スクリュ３の外周面に形成されている所定の溝に摺動自在に嵌合されている。図２の（ア）には加熱シリンダ２は示されていないが、このシール１５の外周面が加熱シリンダ２のボアに滑らかに接して摺動するようになっている。このシール１５において溶融樹脂が流動することが防止され、加熱シリンダ２内が上流側の第１のステージ５と下流側の第２のステージ６とに液密的に仕切られている。シール構造７には流動制御機構１６が１個あるいは複数個設けられている。流動制御機構１６は、第１のステージ５と第２のステージ６とを連通するようにスクリュ３内に明けられている連通路１８と、この連通路１８を開閉する弁機構１９とから構成されている。連通路１８は途中の部分がテーパ状に縮径されており、それによってテーパ状の着座面２０が形成されている。この着座面２０に、弁機構１９を構成しているポペット弁２２の頭部２３が着座すると連通路１８が閉鎖されるようになっている。ポペット弁２２は、傘状の頭部２３と軸部２４とから構成されており、軸部２４には複数枚の皿バネ２６、２６、…が設けられている。このように皿バネ２６、２６、…が設けられたポペット弁２２は、有底の穴が開けられているリティナ２７に入れられている。そしてリティナ２７はその外周面に形成されている雄ねじによって連通路１８の内周面に形成されている雌ねじに螺合され、固定されている。従ってポペット弁２２は、皿バネ２６、２６、…によって付勢されて頭部２３が着座面２０に押しつけられ、連通路１８を閉鎖している。このポペット弁２２は、第１のステージ５内の溶融樹脂が所定の圧力になると皿バネ２６、２６、…の付勢に抗して後退し、第１のステージ５と第２のステージ６とが連通して溶融樹脂が第２のステージ６すなわち降圧緩和区間１１に流動することになる。なお、リティナ２７には樹脂路２８が明けられていて、第１のステージ５と第２のステージ６とが連通すると溶融樹脂はこの樹脂路２８から降圧緩和区間１１に流動するようになっている。第１のステージ５の第１の圧縮区間８と第２のステージ６の降圧緩和区間１１の圧力が等しいとき、あるいは降圧緩和区間１１の圧力の方が高いときには、ポペット弁２２は着座面２０に着座して連通が遮断されるので、溶融樹脂の逆流は完全に防止されるようになっている。

本実施の形態に係る射出成形機１は、図１に示されているように、加熱シリンダ２において飢餓区間９に対応する位置に不活性ガスを注入する２個の注入部つまり第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂが設けられている。第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂは、軸方向に所定の間隔を空けて設けられており、それぞれ不活性ガスが入れられたガスボンベ３１からの配管が開閉弁３２Ａを介して接続されている。開閉弁３２Ａ、３２Ｂを開くと窒素、二酸化炭素等の不活性ガスが第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂから加熱シリンダ２内に注入されるようになっている。本実施の形態に係る射出成形機１はこのように軸方向に２個の注入部２９Ａ、２９Ｂが設けられているので、樹脂の計量においてスクリュ３が後退して飢餓区間９の位置が軸方向に移動してもいずれかの注入部２９Ａ、２９Ｂが飢餓区間９に対応することができ、不活性ガスを注入できる。従って、本実施の形態においては飢餓区間９は比較的短くて済み、射出成形機１の機械長は短い。なお、第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂは加熱シリンダ２のボアに近い箇所にニードル弁からなる開閉弁が設けられており、計量時にスクリュ３が軸方向に移動して第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂが飢餓区間９から外れるとき、ニードル弁が閉じて樹脂が第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂ内に進入するのを防止している。

本実施の形態に係る射出成形機１は、加熱シリンダ２において飢餓区間９に対応する位置に樹脂圧力センサ３３が設けられている。飢餓区間９において樹脂の圧力は実質的に大気圧になるので、不活性ガスを注入すると樹脂圧力センサ３３で検出される圧力は不活性ガスの圧力になる。樹脂圧力センサ３３において検出される圧力を監視して、ガスボンベ３１から供給される不活性ガスの圧力より大きくなったら、第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂの開口部が樹脂によって閉鎖されたと判断して、異常を判定することが出来る。

本発明の実施の形態に係る射出成形機１の作用を説明する。加熱シリンダ２を加熱してスクリュ３を順方向に回転し、図に示されていないホッパから樹脂材料を供給する。供給された樹脂材料は、加熱シリンダ２の熱とスクリュ３の回転の剪断力による熱によって溶融し、第１のステージ５を前方に送られて第１の圧縮区間８で圧縮される。第１の圧縮区間８の溶融樹脂の圧力は大きいので、シール構造７においてポペット弁２２が開き、溶融樹脂は第２のステージ６の降圧緩和区間１１に送られる。そうすると溶融樹脂は降圧緩和区間１１を経て飢餓区間９に送られる。溶融樹脂が降圧緩和区間５の２箇所の浅溝部１３、１３を通過するとき絞り作用により緩やかに圧力が降下する。飢餓区間９において樹脂圧力は小さくなり安定する。第１、２の注入部２９Ａ、２９Ｂのいずれかから常に不活性ガスを加熱シリンダ２内に注入する。不活性ガスは、例えば５ＭＰａ等の圧力で注入するようにする。そうすると飢餓区間９において溶融樹脂中に不活性ガスが浸透する。引き続きスクリュ３を回転すると不活性ガスが溶融樹脂に浸透しながら前方に送られる。第２のステージ６は多条フライトからなるので、不活性ガスは効率よくかつ均一に溶融樹脂に浸透する。このような溶融樹脂は第２のステージ６で圧縮されてスクリュ３の先頭に計量される。所定量が計量されたら、スクリュ３の回転を停止する。スクリュ３を軸方向に駆動して金型に溶融樹脂を射出する。金型内において溶融樹脂中で不活性ガスが気泡化し、発泡成形品が得られる。ところでスクリュ３の回転を停止し、軸方向に駆動するとき、不活性ガスの逆流が問題になるが、本実施の形態に係る射出成形機１においては、シール構造７が設けられているので、実質的に完全に逆流が防止される。また飢餓区間９の上流側に設けられている降圧緩和区間１１によっても逆流の流れが弱められる。

本実施の形態に係る射出成形機１は色々な変形が可能である。例えばシール構造７について変形することもできる。図２の（イ）には他の実施の形態に係るシール構造７’が示されている。この実施の形態に係るシール構造７’は、スクリュ３を縮径した縮径部３５と、この縮径部３５に所定の隙間を空けて設けられているシールリング３６とから構成されている。シールリング３６はその外周面が加熱シリンダ２のボアに滑らかに接していて外周面から溶融樹脂が流動することはない。つまり、このシールリング３６によって加熱シリンダ２内は上流側の第１のステージ５と下流側の第２のステージ６とに液密的に仕切られている。シールリング３６が隙間を空けて嵌合している縮径部３５はその上流側において拡径されてテーパ面３７が形成されており、シールリング３６の上流側の端部もテーパ状に形成されている。スクリュ３において縮径部３５の前方には、シールリング３６が当接する当接部３８が形成されている。スクリュ３を回転して溶融樹脂を先方に送り出しているときは、第１のステージ５の溶融樹脂の圧力は第２のステージ６の圧力より大きく、シールリング３６はスクリュ３に対して前方に移動して当接部３８に押し付けられる。このときシールリング３６のテーパ状の端部はテーパ面３７から離間して、縮径部３５とシールリング３６の内周面との隙間を介して第１のステージ５と第２のステージ６とが連通して溶融樹脂が下流に流動する。なお、シールリング３６には端面に所定の切欠が形成されており当接部３８に当接しても溶融樹脂の流路が確保されるようになっている。一方、スクリュ３の回転を停止したり、あるいはスクリュ３を軸方向に駆動すると、第２のステージ６の溶融樹脂の圧力が第１のステージ５の圧力より大きくなる。そうするとシールリング３６はテーパ面３７に着座して、連通は遮断され溶融樹脂の流動は阻害される。すなわち逆流が防止される。

本実施の形態については、第１のステージ５のフライトも変形が可能であり、シングルフライトに限定されない。使用する樹脂の種類や装置の大きさ等に合わせてフライトの条数や形状について適宜変更することができる。さらには不活性ガスの注入部２９Ａ、２９Ｂについも変形が可能である。まず、その個数について変形が可能であり、１個だけ設けてもよいし、３個以上設けるようにしてもよい。不活性ガスの注入部２９Ａ、２９Ｂの開閉状態についても変形が可能であり、いずれか一方が常に開放された状態としてもいいし、例えば開放するのは可塑化中に限定する等、成形サイクルの所定の工程のみとしてもよい。さらに不活性ガスの注入部２９Ａ、２９Ｂには開閉弁３２Ａ、３２Ｂは必ずしも必須ではない。つまり常に開放するようにしてもよい。ただしこの場合には、スクリュ３が前後進しても不活性ガスの注入部２９Ａ、２９Ｂが常に飢餓区間９になるようにスクリュ３を設計しておくことが好ましい。不活性ガスの注入部２９Ａ、２９Ｂについては逆止弁を設けてもよい。逆止弁は樹脂圧力によって自動的に開閉するので、注入部２９Ａ、２９Ｂが飢餓区間９から外れたり、加熱シリンダ２内の樹脂圧力が高まった際に、注入部２９Ａ、２９Ｂからの樹脂の逆流を防ぐことができる。なお、樹脂圧力センサ３３についても変形が可能で有り、２個以上設けるようにしてもよい。

１射出成形機２加熱シリンダ
３スクリュ５第１のステージ
６第２のステージ７シール構造
８第１の圧縮区間９飢餓区間
１０第２の圧縮区間１１降圧緩和区間
１２深溝部１３浅溝部
１５シール１６流動制御機構
１８連通路１９弁機構
２０着座面２２ポペット弁
２３頭部２４軸部
２６皿バネ２７リティナ
２８樹脂路３１ガスボンベ
３２Ａ、３２Ｂ第１、２の注入部
３３樹脂圧力センサ

Claims

加熱シリンダと該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなる射出成形機であって、
前記加熱シリンダは、前記スクリュの形状に従って後方の第１のステージと前方の第２のステージとに区分され、前記第１のステージには樹脂を圧縮する第１の圧縮区間が、そして前記第２のステージには樹脂の圧力を低下させる飢餓区間と樹脂を圧縮する第２の圧縮区間とがそれぞれ形成され、
前記加熱シリンダには前記飢餓区間に対応する位置に不活性ガスを注入するガス注入孔が設けられており、
前記スクリュは、前記第１、２のステージの境界において樹脂と不活性ガスの逆流を防止する所定のシール構造が設けられ、前記第２のステージにおけるフライトは２条以上の多条フライトになっていると共にリード角が１０〜４５度の範囲になっていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機。
請求項１に記載の射出成形機において、前記スクリュは前記第２のステージにおいて前記シール構造に隣接して降圧緩和区間が設けられ、前記降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形成されていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機。
請求項１または２に記載の射出成形機において、前記ガス供給孔は開閉機構を備えていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記ガス供給孔は前記加熱シリンダにおいて軸方向に所定の間隔を開けて２個以上設けられていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記加熱シリンダには前記飢餓区間に対応して樹脂圧力センサが設けられていることを特徴とする発泡成形用の射出成形機。