JP2857443B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、射出装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 プラスチックの中にガラス繊維などの衝撃強度の高い
繊維を混入させた繊維強化樹脂（通常FRPと略称されて
いる）は、衝撃に弱いプラスチックの欠点が改善できる
ため、ヘルメット等の軽量で衝撃強度を要求される用途
に使用されている。FRP用の強化繊維は、例えば使用繊
維としてガラス繊維を用いる場合、14.7〜25.4mm（0.5
〜１″）の長繊維であり、またFRP向けのプラスチック
としては、例えば不飽和ポリエステル樹脂等が使用され
る。FRPの成形加工は、混入される強化繊維を切断しな
いようにプラスチックの中に分散混練させることが重要
な工程になる。これにより強化繊維のもつ衝撃強度を十
分利用することができる。

各種のFRPの成形法のうちでは、プレス成形法と射出
成形法が比較的よく用いられる。プレス成形法は繊維の
切断が少ないため衝撃強度の高い製品が得られる利点が
あるが、材料のロスが多く、自動化が困難であり、成形
速度が遅く、射出成形法の４倍程度の時間がかかるとい
う難点がある。一方、射出成形法は自動化が容易で成形
時間が短い利点があるが、後述するように、強化繊維が
切断されやすいため、十分な衝撃強度が得られないとい
う難点がある。第４及び５図に従来のFRP用射出成形機
の射出装置を示す。第４図に示すものは、スクリュー50
が回転及び往復運動可能にシリンダ52にはめ合わされて
いる、いわゆるインラインスクリュー式のもので、スク
リュー50の先端部には、逆流防止リング54が設けられて
いる。逆流防止リング54は、スクリューみぞ内で図示位
置よりも右方のフライト部50aに接した位置において樹
脂が左方から右方に逆流するのを防止できる構造になっ
ている。スクリュー50には、図示しない前後進装置が連
結されている。なお、BMC（バルクモールディングコン
パウンド＝大型成形用樹脂組成物）,TMC（シックモール
ディングコンパウンド＝厚物成形用樹脂組成物）及びCM
C（シートモールディングコンパウンド＝シート成形用
樹脂組成物）等のFRP用樹脂原料は、シリンダ52内に供
給されるときの、いわゆる食い込みが悪いため、強化繊
維原料と共に材料自動供給装置58によって押し込みシリ
ンダ60上に供給され、押し込みピストン62によってシリ
ンダ52内に押し込まれるようになっている。シリンダ52
の図中左端側にノズル64が設けられており、この射出装
置Ａは、移動台66の上に固定されている。移動台66を図
中左方に移動させることによりノズル64を金型68の開口
部68aに押し付けることが可能である。

溶融樹脂の計量工程において、スクリュ50は回転しな
がら溶融樹脂をスクリュー50の前方に設けられた計量室
56に送り出しており、計量室56の樹脂圧力によって徐々
に図中右方に後退する。このとき逆流防止リング54は、
樹脂の移送を邪魔しないようにみぞ内の左位置にある。
強化繊維の混入された樹脂はこのような狭いすき間を通
って計量室56に移送されることになる。計量が終了する
と、射出工程に移り、スクリュー50の回転は止められ、
移動台66を左方に移動させてノズル64を金型68の開口部
68aに押し付ける。スクリュー50に連結されている図示
しない前後進装置を駆動してスクリュー50を前方に移動
させて計量室56内の溶融樹脂をノズル64を経て金型68内
に射出する。このとき逆流防止リング54は樹脂が計量室
56からスクリュー50のみぞを通って図中右側に逆流しな
いようにみぞ内の右位置にある。金型68内に射出された
樹脂を冷却して成形品を取り出す。

次に、第５図に示す射出成形機について説明する。第
４図に示すものと同じ構造の逆流防止リング54が取り付
けられた回転可能なスクリュー70が、中空プランジャ72
内にはめ合わされている。中空プランジャ72は、端部に
つば74aの設けられたシリンダ74に一体的に固定されて
いる。シリンダ74には、押し込みピストン62及び押し込
みシリンダ60が取り付けられている。中空プランジャ72
の外径部は、つば76aを有する大シリンダ76内にしゅう
動可能にはめ合わされている。大シリンダ76の図中左端
部のノズル78が設けられた内部にスクリュー70の先端部
70a及び中空プランジャ72の先端部72aによって区画され
る計量室80が形成されている。小シリンダ74のつば74a
には流体圧シリンダ82が取り付けられており、これのロ
ッド82aは大シリンダ76のつば76aに連結されている。こ
れによって、スクリュー70及び中空プランジャ72は、第
４図に示すものとは違って、相対的に軸方向の関係位置
を変えることなく往復運動可能である。なお、大シリン
ダ76は、図示しない移動台に取り付けられている。

溶融樹脂の計量工程において、スクリュ70は回転しな
がら溶融樹脂をスクリュー70の前方にある計量室80に送
り出しており、中空プランジャ72及びスクリュー70は、
樹脂圧力によって徐々に図中右方に後退する。このとき
逆流防止リング54は、樹脂の移送を邪魔しないようにみ
ぞ内の左位置にある。強化繊維の混入された樹脂はこの
ような狭いすき間を通って計量室80に移送されることに
なる。計量が終了すると、射出工程に移り、スクリュー
70の回転は止められ、図示しない移動台を駆動して大シ
リンダ76を左方に前進させ、図示しない金型の開口部に
ノズル78を押し付ける。流体圧シリンダ82の右室に流体
圧を作用させて小シリンダ74,中空プランジャ72及びス
クリュー70を左方に前進させる。このとき逆流防止リン
グ58は樹脂が計量室80からスクリュー70のみぞを通って
図中右側に逆流しないようにみぞ内の右位置にある。金
型内に樹脂を射出して成形を行う。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来のFRP用の射出装置
には、長い寸法の強化繊維を含んだプラスチックが逆流
防止リングの取り付けられたスクリューの狭いすき間を
通って計量室に送られるという問題点がある。このた
め、計量工程において、強化繊維が切断されやすく、成
形されたものの衝撃強度が低下してしまう。また、逆流
防止リングに強化繊維が絡み付いたりして、その作動を
阻害するばかりでなく、逆流防止リングを摩耗させるの
で、射出装置の耐久性に難点があった。更に、これらの
構造上、スクリューの有効長（Ｌ）を長くする必要があ
り、スクリュー径（Ｄ）との比（L/D）は７〜14と大き
いものになる。従ってスクリュー内において強化繊維が
損傷を受けやすい。更に、第４図に示す構造のものは、
計量工程の間、スクリューのシリンダに対するはめ合い
長さが徐々に短くなるため、混練性の不均一が避けられ
ない、という問題点もある。一方、第５図に示す構造の
ものは、シリンダ部分と中空プランジャとが二重になっ
ており、更に、中空プランジャの中にスクリューをはめ
合わせているためスクリュー径が小さいものとなりがり
であり、混練・計量中に強化繊維に小さい曲率半径の曲
げを与えることになるので、強化繊維を破損しやすい、
という問題点がある。本発明はこのような課題を解決す
ることを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、スクリュー取付位置から離れた位置に計量
用の大シリンダを配置し、大シリンダ内にはめ合わされ
る射出用のプランジャを、貫通穴を有する中空プランジ
ャとして、これの内部を原料の流路とし、中空プランジ
ャとスクリューとの間で上記流路を遮断可能とすること
により、上記課題を解決する。すなわち、射出装置は、
先端にノズル部（2a）を有しこの先端側の内部に計量室
（2b）を有する大シリンダ（２）と、これにしゅう動可
能にはめ合わされ軸方向に貫通穴を有する中空プランジ
ャ（４）と、これの一端部に一体的に取り付けられる小
シリンダ（６）と、これにしゅう動回転可能にはめ合わ
されるスクリュー（８）と、これを回転させるモータ
（12）と、これに取り付けられる第１流体圧シリンダ
（14）と、大シリンダ（２）に取り付けられる第２流体
圧シリンダ（16）と、小シリンダ（６）に設けられる押
し込みシリンダ（18）及び押し込みピストン（20）と、
を有しており、上記中空プランジャ（４）は、内径が小
シリンダ（６）の内径よりも小さく形成されており、小
シリンダ（６）側端部にテーパ穴部（4a）が設けられる
一方、スクリュー（８）には、上記テーパ穴部（4a）を
閉鎖可能なテーパ軸部（8a）が設けられており、第１流
体圧シリンダ（14）のロッド（14a）は、小シリンダ
（６）の中空プランジャ（４）側とは反対側の端部に取
り付けられており、第２流体圧シリンダ（16）のロッド
（16a）は、上記中空プランジャ（４）に取り付けられ
ており、中空プランジャ（４）内にスクリュー（８）を
設けていないため、スクリュー（８）は、これの有効長
（Ｌ）を直径（Ｄ）で除した値（L/D）を小さくできる
ことを特徴とする。スクリュー（８）は、これの有効長
（Ｌ）を直径（Ｄ）で除した値（L/D）を３〜４とする
ことが望ましい。なお、かっこ内の符号は実施例の対応
する部材を示す。

（ホ）作用 プラスチックと強化繊維が混合されたFRP原料は、押
し込みピストンによって押し込みシリンダから外部加熱
されている小シリンダ内に押し込まれる。小シリンダ内
のスクリューは、第１流体圧シリンダによって後退位置
に位置しており、中空プランジャのテーパ穴部から離れ
た状態で回転している。すなわち、小シリンダの内径部
と中空プランジャの内径部とは連通状態にある。ここで
FRP原料は、L/Dが通常の７〜14に比べて３〜４と小さく
された太くかつ、深みぞのスクリューの回転によって溶
融混練される。これによりプラスチックの溶融したFRP
原料は、強化繊維の破損を防止されながら所定の混練度
のものとされる。溶融樹脂はスクリューの先端から中空
プランジャ内に送り出され、更に大シリンダの計量室に
送られる。この動作に伴って中空プランジャは大シリン
ダから抜け出すように徐々に後退し、計量完了が検出さ
れると、モータが停止してスクリューの回転は止まる。
続いて第１流体圧シリンダが作動してスクリューを前進
させ、これのテーパ軸部が中空プランジャのテーパ穴部
に突き当たる。金型にノズル部を押し付け、続いて第２
流体圧シリンダの圧力によって中空プランジャを前進さ
せ、溶融樹脂は金型内に射出される。これによって強化
繊維の破損が少なく、衝撃強度の高いFRPの射出成形品
が得られる。

（ヘ）実施例 第１及び２図に本発明の実施例を示す。射出装置の端
部部材として配置される大シリンダ２は、一端に細い穴
の明いたノズル部2aが設けられており、これのノズル部
2a側の内部にテーパ穴状の計量室2bが設けられている。
大シリンダ２にしゅう動可能にはめ合わされる中空プラ
ンジャ４は、軸方向に貫通穴4bが設けられており、これ
の上記計量室2b側とは反対側の端部にテーパ穴部4aが設
けられている。計量室2bは、図示しない加熱部によって
加熱可能である。テーパ穴部4aの外方には、つば部4cが
設けられている。これの一方の側に小シリンダ６が一体
的に取り付けられている。小シリンダ６の内径6aは、上
記中空プランジャ４の貫通穴4bよりも大きくされてお
り、これにスクリュー８がしゅう動回転可能にはめ合わ
されている。スクリュー８は、L/Dが通常の７〜14に比
べて３〜４と著しく小さくされた、太く（通常60〜100m
m）かつ、みぞ深さを13〜25mmにした深みぞのスクリュ
ー形状をしており、圧縮比も１〜1.2の低圧縮比のもの
としてある。スクリュー８の中空プランジャ４に対向す
る端部には、円すい状にとがったテーパ軸部8aが形成さ
れている。このテーパ軸部8aは、上記テーパ穴部4aと突
き当たることにより上記貫通穴4bを閉鎖することができ
る。すなわち、中空プランジャ４の貫通穴4bと小シリン
ダ６の内径6aとの連通を遮断することができる。スクリ
ュー８の他端側は、軸継ぎ手10によりこれを回転させる
モータ12の回転軸12aと連結されている。モータ12のケ
ース12bには、図中上下位置に２つの第１流体圧シリン
ダ14が取り付けられており、これのロッド14aは、小シ
リンダ６の中空プランジャ４側とは反対側の端部に取り
付けられている。一方、大シリンダ２には、図中上下位
置に２つの第２流体圧シリンダ16が、第１流体圧シリン
ダ14とは向かい合わせの向きに取り付けられており、こ
れのロッド16aは、中空プランジャ４のつば部4cに取り
付けられている。小シリンダ６には、これの材料供給口
8bに合わせて押し込みシリンダ18が取り付けられてお
り、押し込みシリンダ18内には押し込みピストン20が設
けられている。中空プランジャ４に取り付けられた部材
は、相互の関係位置を保持したまま、図中、左右方向に
移動可能である。なお、大シリンダ２及び第２流体圧シ
リンダ16は、図示しない移動台に取り付けられており、
移動台は射出装置全体を図中、左右方向に移動可能であ
る。

次に、この実施例の作用を説明する。第１図は混練工
程に入る状態を示しており、第１流体圧シリンダ14の図
中右側の油室14bには油圧が供給されており、スクリュ
ー８は図示の後退位置にある。これによりスクリュー８
のテーパ軸部8aは、中空プランジャ４のテーパ穴部4aか
ら離れた位置にあり、中空プランジャ４の貫通穴4bと小
シリンダ６の内径6aとは貫通状態にある。モータ12を駆
動してスクリュー８を回転させると共に、押し込みピス
トン20を作動させて、押し込みシリンダ18内に収容され
たプラスチックと強化繊維が混合されたFRP原料を外部
加熱されている小シリンダ６内に押し込む。FRP原料
は、L/Dが通常の７〜14に比べて３〜４と著しく小さく
された太くかつ、深みぞの低圧縮比のスクリュー８の回
転によって溶融混練され、強化繊維の破損を防止されな
がら所定の混練度のものとされる。次に溶融樹脂は、ス
クリュー８の先端から中空プランジャ４の貫通穴4b内に
送り出され、貫通穴4b内に充満すると、更に大シリンダ
２の計量室2bに送られる。この動作に伴って中空プラン
ジャ４は大シリンダ２から抜け出すように徐々に図中右
方に後退し、第２図に示す計量完了位置まで移動したこ
とが検出されると、モータ12が停止してスクリュー８の
回転は止まる。続いて第１流体圧シリンダ14の図中左側
の油室14cに油圧を導入してスクリュー８を前進させ、
これのテーパ軸部8aを中空プランジャ４のテーパ穴部4a
に突き当たらせる。これにより中空プランジャ４の貫通
穴4bとシリンダ６の内径6aとの連通は断たれ、計量室2b
及び貫通穴4b内の溶融樹脂の図中右方への逆流を防止す
ることができる。図示しない移動装置によって射出装置
を図中左方に移動させて大シリンダ２のノズル部2aを図
示しない金型に押し付け、続いて第２流体圧シリンダ16
の図中右側の油室16bに油圧を導入して中空プランジャ
４を図中左方の射出方向に前進させ、計量室2b内の溶融
樹脂を金型内に射出する。射出終了後、第１流体圧シリ
ンダ14の図中右側の油室14bに油圧を導入してスクリュ
ー８を第１図示の位置に後退させることにより、次の混
練工程に入ることができる。

（試験結果） 同じFRP用材料を使用して、プレスによる成形，従来
の射出装置による射出成形及び本発明装置による射出成
形を行って結果を比較したものを第３図に示す。本発明
装置を用いた成形品の衝撃強度は従来の射出装置を用い
たものよりも著しく改善されていることがわかる。

（ト）発明の効果 以上説明してきたように、本発明によると、強化繊維
の破損が少なく、従来の射出装置を用いたFRP用原料に
よる射出成形品に比べて衝撃強度の格段に大きい成形品
が製造できる。従ってプレス成形による成形品の衝撃強
度に近い値の射出成形品をプレス成形時間の25％程度の
時間で製造することができる。また、逆流防止リングは
使用していないので、寿命の長い射出装置とすることが
できる。更に、スクリュー径とは関係のない個所に計量
室を設けることができるので、中空プランジャの内外径
の大きさや計量ストロークの設定が自由に行えるので、
大容量の成形品の要求にも容易に応じることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の射出装置の混練工程の配置を
示す縦断面図、第２図は、その射出工程に入る状態を示
す縦断面図、第３図は本発明の射出装置を用いて試験し
たものと、従来の方法で試験したものとの比較図、第４
図は従来のインラインスクリュー式の射出装置の一部断
面で示す図、第５図は従来の他の形式の射出装置の縦断
面図である。 ２……大シリンダ、2a……ノズル部、2b……計量室、４
……中空プランジャ、4a……テーパ穴部、６……小シリ
ンダ、８……スクリュー、8a……テーパ軸部、12……モ
ータ、14……第１流体圧シリンダ、14a……ロッド、16
……第２流体圧シリンダ、16a……ロッド、18……押し
込みシリンダ、20……押し込みピストン、Ｄ……（スク
リューの）直径、Ｌ……（スクリューの）有効長。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端にノズル部（2a）を有しこの先端側の
   内部に計量室（2b）を有する大シリンダ（２）と、 これにしゅう動可能にはめ合わされ軸方向に貫通穴を有
   する中空プランジャ（４）と、 これの一端部に一体的に取り付けられる小シリンダ
   （６）と、 これにしゅう動回転可能にはめ合わされるスクリュー
   （８）と、 これを回転させるモータ（12）と、 これに取り付けられる第１流体圧シリンダ（14）と、大
   シリンダ（２）に取り付けられ第１流体圧シリンダ（1
   4）とは向かい合わせの向きに配置される第２流体圧シ
   リンダ（16）と、 小シリンダ（６）に設けられる押し込みシリンダ（18）
   及び押し込みピストン（20）と、を有しており、 上記中空プランジャ（４）は、内径が小シリンダ（６）
   の内径よりも小さく形成されており、小シリンダ（６）
   側端部にテーパ穴部（4a）が設けられる一方、スクリュ
   ー（８）には、上記テーパ穴部（4a）を閉鎖可能なテー
   パ軸部（8a）が設けられており、 第１流体圧シリンダ（14）のロッド（14a）は、小シリ
   ンダ（６）の中空プランジャ（４）側とは反対側の端部
   に取り付けられており、第２流体圧シリンダ（16）のロ
   ッド（16a）は、上記中空プランジャ（４）に取り付け
   られており、 中空プランジャ（４）内にスクリュー（８）を設けてい
   ないため、スクリュー（８）は、これの有効長（Ｌ）を
   直径（Ｄ）で除した値（L/D）を小さくできることを特
   徴とする射出装置。
2. 【請求項２】スクリュー（８）は、これの有効長（Ｌ）
   を直径（Ｄ）で除した値（L/D）が３〜４であることを
   特徴とする請求項１記載の射出装置．