JP3227199U - Screw injection device and injection molding device - Google Patents
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Abstract
【課題】スクリュー射出装置において、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品が製造できるようにする。【解決手段】スクリュー射出装置10は、可塑化シリンダー11の中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴11aと、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴11bとが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴11cが形成されている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a high-strength and lightweight micro-foam molded article that does not contain coarse bubbles due to water or residual monomer in a screw injection device. A screw injection device (10) has a vent hole (11a) for discharging steam from the inside of a plasticizing cylinder (11) and a reinforcing material supply hole (11b) for supplying a predetermined reinforcing material into the cylinder. A supercritical fluid supply hole 11c for supplying a predetermined supercritical fluid into the cylinder is formed on the tip side of these holes. [Selection diagram] Figure 1
Description
本考案は、スクリュー射出装置及びそれを用いて構成される射出成形装置の改良に関する。 The present invention relates to improvements in a screw injection device and an injection molding device configured using the same.
従来、射出成形品を軽量化できる技術として、発泡用ガスの超臨界流体を用いた微細発泡成形法が知られている。この方法を用いれば、内部に多数の微細発泡を含むことで軽量化された成形品が得られる。しかしこうして得られた成形品は、微細発泡を伴わない従来の成形品に比べて強度が弱くなる傾向がある。 Conventionally, a fine foam molding method using a supercritical fluid as a foaming gas is known as a technique capable of reducing the weight of an injection molded product. By using this method, a lightweight molded product can be obtained by containing a large number of fine foams inside. However, the molded product thus obtained tends to have lower strength than the conventional molded product that does not involve fine foaming.
これに対して、例えば次の特許文献では、補強用繊維が予め混錬された樹脂組成物を用い、その樹脂に発泡用ガスの超臨界流体を注入してから成形することで、補強用繊維を含ませない従来の成形品よりも優れた耐衝撃性を示す微細発泡成形品が得られることが記載されている。 On the other hand, for example, in the following patent documents, a reinforcing fiber is obtained by using a resin composition in which reinforcing fibers are kneaded in advance, and then molding the resin by injecting a supercritical fluid of a foaming gas into the resin. It is described that a fine foamed molded product having a better impact resistance than that of a conventional molded product which does not contain the above can be obtained.
ところで成形前の樹脂に水分や揮発性の残留モノマーが含まれていると成形品に気泡が生じる場合がある。特に微細発泡成形の場合、水分や残留モノマーによって粗大な気泡が生じるとその部分で強度が大幅に低下してしまい問題になる。従来、このような問題の対策として、樹脂ペレットを予め乾燥させることが一般的であった。しかし乾燥だけでは樹脂に含まれている水分や残留モノマーを完全に除去できず、その水分や残留モノマーが微細発泡成形品の強度に悪影響を与えていた。 If the resin before molding contains water or a volatile residual monomer, bubbles may occur in the molded product. In particular, in the case of fine foam molding, when coarse bubbles are generated due to moisture or residual monomer, the strength is significantly reduced at that portion, which becomes a problem. Conventionally, as a measure against such a problem, it has been general to dry resin pellets in advance. However, the water and the residual monomer contained in the resin cannot be completely removed only by drying, and the water and the residual monomer adversely affect the strength of the fine foam molded article.
本考案はこの問題に着目してなされたものであり、水分や残留モノマーを確実に除去し、補強用繊維と発泡用ガスと含ませた樹脂を射出することで高強度かつ軽量な微小発泡成形品が製造できるスクリュー射出装置及びそれを用いた射出成形装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of this problem, and it is possible to reliably remove water and residual monomers, and to inject a resin containing a reinforcing fiber and a foaming gas to produce a high-strength and lightweight micro-foam molding. An object of the present invention is to provide a screw injection device capable of manufacturing a product and an injection molding device using the same.
本考案によるスクリュー射出装置は、スクリューが内挿された可塑化シリンダーを有し、この可塑化シリンダーは、その中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴と、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴とが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴が形成されていることを特徴とする。 The screw injection device according to the present invention has a plasticizing cylinder in which a screw is inserted. The plasticizing cylinder has a vent hole in the middle thereof for discharging steam from the cylinder and a predetermined reinforcing material in the cylinder. Reinforcing material supply holes for supplying the, and the tip side of these holes, characterized in that a supercritical fluid supply hole for supplying a predetermined supercritical fluid into the cylinder is formed To do.
また本考案による射出成形装置は、前記スクリュー射出装置に成形金型を組み合わせてなる。 Also, the injection molding apparatus according to the present invention comprises a combination of the screw injection apparatus and a molding die.
本考案では、可塑化させた樹脂からベントによって水分、残留モノマー等の不純物を除去し、その樹脂に補強用繊維と、超臨界流体とした発泡用ガスとを供給する構成としているので、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品を製造できる。 According to the present invention, the plasticized resin is vented to remove impurities such as water and residual monomers, and the reinforcing fiber and the foaming gas used as a supercritical fluid are supplied to the resin. It is possible to manufacture a high-strength, lightweight micro-foam molded article that does not contain coarse bubbles due to residual monomers.
図1は実施形態の一例とされる射出装置の概略構成を示す縦断面図である。
以下に詳細に説明するように、射出装置10は、可塑化させた樹脂からベントによって水分、残留モノマー等の不純物を除去し、その樹脂に補強用繊維(補強材)Fと、超臨界流体とした発泡用ガスSとを供給する構成としているので、水分や残留モノマーによる粗大な気泡を含んでおらず、高強度、かつ軽量な微小発泡成形品が製造できる。
樹脂としては、PLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)等が適しているが、それらに限定されることはない。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of an injection device as an example of the embodiment.
As described in detail below, the
PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PET (polyethylene terephthalate), PP (polypropylene), and the like are suitable as the resin, but the resin is not limited to these.
射出装置10はインラインスクリュー式のものであってスクリュー12が内挿された可塑化シリンダー11を有する。
The
シリンダー11は、磁性金属、例えば普通鋼等からなる筒体であり、その先端に射出ノズル13が設けられ、後端はスクリュー12を後方に延出させるために開放されている。またシリンダー11は、その中間部に、シリンダー11内から水分や残留モノマーの蒸気を放出させるベント穴11aと、シリンダー11内に所定の補強用繊維Fを供給するための補強材供給穴11bとが形成され、更にこれらの穴よりも先端側に、シリンダー11内に発泡用ガスの超臨界流体Sを供給する超臨界流体供給穴11cが形成されている。そしてシリンダー11の後端部には、樹脂ペレットPPをシリンダー11内に供給するための樹脂ペレット供給穴11dが形成されており、その上方には樹脂ペレットPPを貯留させるホッパー14が設けられている。
The
シリンダー11は、その周壁面に誘導加熱用コイル15が巻設されている。コイル15に交流電流を供給する電源装置等は図示を省略している。シリンダー11のコイル巻設部を覆うように断熱材16が筒状に配置されている。断熱材16の種別は特に制限されない。
シリンダー11の誘導加熱について簡単に説明すると、コイル15に交流電流を流し、これによってシリンダー11の軸方向に交流磁界を生じさせる。シリンダー11は高透磁率を呈する磁性金属で形成しているので、その磁界の大部分はシリンダー11の壁面内を通過する。するとシリンダー11の壁面内にはその磁界の変化を打ち消す方向、つまり周方向に渦電流が誘起される。この渦電流が生じさせるジュール熱によってシリンダー11が加熱される。このような誘導加熱を用いれば、シリンダー11の加熱装置がコンパクトになり効率も高くなる。
The
The induction heating of the
射出ノズル13はシャットオフタイプであり、成形金型のノズル受部と自動整合するように概ね円錐状に形成され、その先端部に樹脂射出口13aが開口しており、この樹脂射出口13aを弁機構13bによって開閉制御できるようになっている。
The
スクリュー12は普通鋼又は各種合金からなる棒体であり、先端部を除いて略全長にわたって一連の螺旋溝が形成されている。スクリュー12は部位毎に軸径あるいは溝形状を異ならせることで、後端から先端に向けて順番に、供給領域12b、計量領域12c、ベント領域12d、混合領域12eが区分設定されている。計量領域12cは、スクリュー12の回転当たりの樹脂送り量が所定値になるようにピッチ当たりの容積が設定されている。供給領域12b、ベント領域12dはピッチ当たりの容積が計量領域12cよりも大きく設定されている。混合領域12eは、特殊形状の突起、突条等が規則的に配列されており、シリンダー11内に供給された補強用繊維F、超臨界流体Sを樹脂Pに一様に混合させるようになっている。
The
コイル15に交流電流を流した状態でスクリュー12を回動させると、ホッパー14からシリンダー11内の供給領域12bに落下した樹脂ペレットPPはシリンダー11の先端側に輸送され、計量領域12cで加圧、可塑化される。可塑化された樹脂Pは、ベント領域12dで一旦除圧される。よってこの除圧されたベント領域12dにベント穴11a、補強材供給穴11bを配置すれば樹脂噴出現象(ベントアップ現象)が抑えられる。可塑化された樹脂Pは高温であるため、外部に開放されたベント穴11aから水分や残留モノマーの蒸気が容易に放出され、その結果、ベント穴11aよりも先端側では、樹脂Pは水分や残留モノマーが略完全に除去された高純度なものになる。その後、樹脂Pは補強材供給穴11bから補強用繊維Fを混入され、更に超臨界流体供給穴11cから超臨界流体Sを注入され、混合領域12eではこれらの補強用繊維F、超臨界流体Sが樹脂Pに混錬される。
When the
スクリュー12の後端は、動力シリンダー装置17を通じてモーター装置18に連結されている。ここにモーター装置18はスクリュー12を回動させる動力源であり、動力シリンダー装置17はスクリュー12を前後移動させる動力源である。
The rear end of the
動力シリンダー装置17は、油圧シリンダー、電動シリンダー等で構成される。ここでは一例として油圧シリンダーの基本構造を示している。図示のA室、B室に与える油圧を調節することでスクリュー12が前後移動される。スクリュー12が前進すると、シリンダー11の先端部に溜まっていた樹脂Pが射出ノズル13から射出される。
The
一方モーター装置18はステッピングモーター、ブラシモーター、ブラシレスモーター等のモーターユニットと動力伝達機構等で構成される。モーター装置18がスクリュー12を回動させると、螺旋溝の作用によって樹脂ペレットPPあるいは可塑化された樹脂Pがシリンダー11の先端方向に輸送される。
On the other hand, the
補強材供給装置20は、樹脂Pに混錬すべき補強用繊維Fを供給する要素である。シリンダー11の補強材供給穴11bに供給された補強用繊維Fは、樹脂Pに混じって自動的にシリンダー11内に引き込まれる。そのため補強材供給装置20は例えば図示のように補強用繊維Fを供給するリールの保持部、繊維糸の送りガイド等で簡単に構成できる。
The reinforcing
補強用繊維Fとしては、炭素繊維フィラメントヤーン(長繊維)、炭素繊維トウ(数千〜数万程のフィラメントを束ねたもの)等が適しているが、これに限定されることはない。例えば他の補強用繊維として硝子繊維フィラメントを利用してもよく、炭素繊維フィラメントと硝子繊維フィラメントを混合して用いてもよい。また繊維トウが予め所定長に切断されているチョップドファイバーを用いてもよい。 As the reinforcing fiber F, a carbon fiber filament yarn (long fiber), a carbon fiber tow (a bundle of several thousands to tens of thousands of filaments) and the like are suitable, but the reinforcing fiber F is not limited thereto. For example, a glass fiber filament may be used as another reinforcing fiber, or a carbon fiber filament and a glass fiber filament may be mixed and used. Alternatively, a chopped fiber in which the fiber tow is cut into a predetermined length in advance may be used.
なお補強材は繊維状のものに限られず、粒状のものも利用できる。例えば炭素、セラミック、硝子粉末等である。繊維状の補強材は主として成形品の引っ張り強度に寄与し、粒状の補強材は成形品の圧縮強度に寄与すると考えられる。 The reinforcing material is not limited to a fibrous material, and a granular material can be used. For example, carbon, ceramic, glass powder and the like. It is considered that the fibrous reinforcing material mainly contributes to the tensile strength of the molded product, and the granular reinforcing material contributes to the compressive strength of the molded product.
シリンダー内に供給された補強用繊維Fはベント領域12dでスクリュー12によって適切な長さに寸断される。寸断された補強用繊維Fは混合領域12eでの混合によって樹脂Pに一様に分散される。
The reinforcing fiber F supplied into the cylinder is cut into an appropriate length by the
超臨界流体供給装置21は、例えば窒素、二酸化炭素等の発泡用ガスを加圧し超臨界流体Sとして一定の流量で送り出す要素であって、タンク、ヒーター、加圧ポンプ、電磁弁等で構成される。
The supercritical
超臨界流体注入装置22は、超臨界流体供給装置21から超臨界流体Sを受け取り、その流体の圧力を調節して超臨界流体供給穴11cからシリンダー11内に定量注入する要素であって、タンク、圧力センサー、電磁弁等で構成される。
The supercritical
図2は、一般的な物質の温度、圧力に関する相図である。この相図Gに示すように物質には固体、液体、気体の三相がある。通常、気体を圧縮していくとある圧力で液体になる。ところがこのとき温度がある値を超えていると、どれほど圧力をかけても液体にならなくなる。このような値はその物質の臨界温度と呼ばれる。また通常、液体を加熱していくとある温度で気体になる。ところがこのとき圧力がある値を超えていると、どれほど加熱しても気体にならなくなる。このような値はその物質の臨界圧力と呼ばれる。
物質の温度、圧力がいずれも臨界温度、臨界圧力を超えているとき、物質は気体と液体の区別ができない状態の流体、すなわち超臨界流体になっている。超臨界流体は、気体の高い拡散性と液体の高い溶解性の両方を示すことが知られている。
FIG. 2 is a phase diagram relating to temperature and pressure of a general substance. As shown in this phase diagram G, the substance has three phases: solid, liquid, and gas. Usually, when gas is compressed, it becomes liquid at a certain pressure. However, if the temperature exceeds a certain value at this time, it will not become liquid no matter how much pressure is applied. Such a value is called the critical temperature of the substance. Further, when the liquid is heated, it usually becomes a gas at a certain temperature. However, if the pressure exceeds a certain value at this time, it will not turn into a gas no matter how much it is heated. Such a value is called the critical pressure of the substance.
When both the temperature and the pressure of the substance exceed the critical temperature and the critical pressure, the substance is a fluid in a state where gas and liquid cannot be distinguished, that is, a supercritical fluid. Supercritical fluids are known to exhibit both high diffusivity of gases and high solubility of liquids.
発泡用ガスを超臨界流体にしてシリンダーに注入する理由は、大量のガスを注入するため高圧にする必要があり、結果的に超臨界流体になること、また気体よりも流体の方が、計量が容易であること等が挙げられる。また発泡用ガスを超臨界流体の状態でシリンダーに注入すれば、その注入直後の拡散性も向上すると考えられる。
樹脂に対する発泡用ガスの溶解度は樹脂の圧力に応じて高くなるが、超臨界流体注入装置は、発泡用ガスの注入量が飽和量よりも若干低くなるようにその注入量を制御する。そうすれば発泡用ガスが注入された樹脂を充分混合することで、発泡用ガスの気泡が混じっていない単一相の樹脂が得られる。またこの混合によって補強材が適度に切断されて樹脂に良好に分散される。そうした樹脂を金型に射出すれば、金型内での減圧によって発泡用ガスの溶解度が急激に下がって発泡用ガスが気化し、樹脂内に多数の微小な気泡が生じる。
また樹脂は成形金型に射出されたあと、その射出圧力によってキャビティー等に行き渡るのであるが、多数の微小な気泡が生じた樹脂は粘性が低下して柔らかくなるため、射出圧力を低くできる。そして射出圧力が低ければ成形金型が樹脂から受ける圧力も小さくなるので、型締力も小さくて済み、プレス装置も小型化できる。例えば広さ0.5〜1平方メートル程の樹脂パレットの場合、従来700〜3000トン程度の型締力が必要とされたが、これを450〜1000トン程度にまで軽減できる。また樹脂の微小発泡による成形品の強度低下が補強用繊維の配合によって補われるから、成形品の強度を保ったままで重量を1〜3割程度軽量化することも可能である。
The reason why the foaming gas is made into a supercritical fluid and injected into the cylinder is that a large amount of gas is injected, so it is necessary to make it high pressure, and as a result, it becomes a supercritical fluid. Is easy. Further, if the foaming gas is injected into the cylinder in a supercritical fluid state, it is considered that the diffusivity immediately after the injection is also improved.
Although the solubility of the foaming gas in the resin increases with the pressure of the resin, the supercritical fluid injection device controls the injection amount of the foaming gas so that the injection amount of the foaming gas is slightly lower than the saturation amount. Then, by sufficiently mixing the resin in which the foaming gas is injected, a single-phase resin in which bubbles of the foaming gas are not mixed is obtained. Further, the reinforcing material is appropriately cut by this mixing and is well dispersed in the resin. When such a resin is injected into the mold, the foaming gas is rapidly reduced in solubility due to the reduced pressure in the mold, and the foaming gas is vaporized to generate a large number of minute bubbles in the resin.
Further, after the resin is injected into the molding die, the injection pressure spreads it to the cavities and the like. However, since the resin in which a large number of minute bubbles are generated has a reduced viscosity and becomes soft, the injection pressure can be lowered. If the injection pressure is low, the pressure that the molding die receives from the resin is also small, so the mold clamping force can be small and the press machine can be downsized. For example, in the case of a resin pallet having an area of about 0.5 to 1 square meter, a mold clamping force of about 700 to 3000 tons was conventionally required, but this can be reduced to about 450 to 1000 tons. Further, since the decrease in strength of the molded product due to the minute foaming of the resin is compensated by the blending of the reinforcing fiber, it is possible to reduce the weight by about 10 to 30% while maintaining the strength of the molded product.
また本実施形態ではベントによって樹脂から水分や残留モノマーが除去されるため、樹脂ペレットを予め乾燥させておく必要がなく、成形品内に水分、残留モノマーによる粗大な気泡が発生しないから、成形品の強度低下も抑えられる。 Further, in the present embodiment, since water and residual monomer are removed from the resin by the vent, it is not necessary to dry the resin pellets in advance, and since coarse air bubbles due to water and residual monomer are not generated in the molded product, the molded product It is possible to suppress the decrease in strength.
図3は実施形態の変形例の概略構成を示す縦断面図である。
この変形例と図1に示した実施形態との大きな相違点は、補強用繊維Fの供給量を自在に調節する補強材供給量調節装置23が設けられていることである。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a modified example of the embodiment.
The major difference between this modification and the embodiment shown in FIG. 1 is that a reinforcing material supply
補強材供給量調節装置23は、回動速度を調節可能な駆動ローラーとこれに対面する従動ローラーとを組み合わせて構成してもよい。そうした場合、補強用繊維Fを駆動ローラーと従動ローラーとの間に挟んだ状態として駆動ローラーの回動速度を調整すれば、その回動速度に応じて補強用繊維Fの供給量が変化する。このような補強材供給量調節装置23を設けることにより、例えば、シリンダー11内に自動的に引き込まれるよりも多量の又は少量の補強用繊維Fを供給することが可能になり、成形品の強度が自在に調節できる。また補強材供給量調節装置23は、フィラメントヤーンの本数(トウ)を調節するようにしてもよい。また補強材供給量調節装置23は、補強用繊維Fを適切な長さに自動切断する切断手段を備え、常に一定長の補強用繊維Fを補強材供給穴11bに供給するようにしてもよい(図示なし)。
The reinforcing material supply
またこの変形例では、ベント穴11aと樹脂供給穴とが1つの共通穴として形成されている。ベント穴11aと樹脂供給穴とを1つの共通穴として形成すれば、シリンダー11の製造コストが抑えられるという利点がある。
他の要素は前記実施形態に共通しているので、その共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
Further, in this modification, the
Since other elements are common to the above-described embodiment, the common elements are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
図3Aは実施形態の他の変形例の概略構成を示す縦断面図である。前記実施形態に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。
この変形例と前記実施形態との大きな相違点は、補強材供給穴11bに供給されるまえの補強用繊維Fに通電して発熱させる熱処理装置24を更に備えること、更に、熱処理装置24によって処理されたあとの補強用繊維Fに所定の表面処理を施す表面処理装置25を備えることである。
FIG. 3A is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of another modified example of the embodiment. The elements common to the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The major difference between this modified example and the above-described embodiment is that it further comprises a
補強用繊維Fは、炭素繊維フィラメントヤーン、トウを想定している。フィラメントヤーンは太さ5〜10μの多数の単繊維を収束した繊維束であり、トウは、更に数千〜数万のフィラメントヤーンを収束した繊維束である。これらのフィラメントヤーン、トウは、繊維束のほつれを抑える収束剤として、エポキシ系、ウレタン系、ポリアミド系等の樹脂がコーティングされている。 The reinforcing fibers F are assumed to be carbon fiber filament yarns and tows. The filament yarn is a fiber bundle in which a large number of single fibers having a thickness of 5 to 10 μ are converged, and the tow is a fiber bundle in which a few thousand to tens of thousands of filament yarns are converged. These filament yarns and tows are coated with a resin such as an epoxy-based resin, a urethane-based resin, or a polyamide-based resin as a sizing agent for suppressing the fraying of the fiber bundle.
本考案における補強用繊維Fは、成形品の補強を目的としたものであるが、その目的のために重要なことは、射出成形時の作業性、分散性と、硬化後の樹脂との接着強度(樹脂からの引き抜きに対する抗力)である。一般に樹脂(マトリックス)と収束剤とには相性があり、相性が悪い場合、補強用繊維Fを混錬しても、良好な分散、樹脂との強固な接着がなされないため、充分な補強効果が得られない。したがって樹脂との相性が悪い収束剤、あるいは未知の収束剤は、補強用繊維Fが補強材供給穴11bに供給される前に除去しておくことが望ましい。本変形例の熱処理装置24は、補強用繊維Fに通電して発熱させることで、収束剤を気化、熱分解させて除去するものである。
The reinforcing fiber F in the present invention is intended to reinforce a molded product, but important for that purpose are workability and dispersibility during injection molding and adhesion with a resin after curing. It is the strength (the resistance to the resin being pulled out). In general, the resin (matrix) and the sizing agent are compatible with each other, and when the compatibility is poor, satisfactory dispersion and strong adhesion with the resin cannot be achieved even if the reinforcing fiber F is kneaded. Can't get Therefore, it is desirable to remove the sizing agent having poor compatibility with the resin or the unknown sizing agent before the reinforcing fiber F is supplied to the reinforcing
熱処理装置24は、補強用繊維Fに接続する電極24aとして所定間隔に配置された金属把持具(クリップ)等からなり、それらに直流電源又は交流電源を供給する電源装置24bに接続されている。炭素繊維は導体なので電流を通じさせれば自ら発熱する。金属把持具の開閉は自動的に行ってもよい。熱処理装置24は、電極24aとして金属把持具を用いれば、補強用繊維Fを一定長ずつ熱処理することになるが、補強用繊維Fとの電気的接続が確実になり、その接続部分に異常発熱等が生じ難いという利点がある。
The
表面処理装置25は、熱処理装置24によって処理されたあとの補強用繊維Fに所定の表面処理、例えば樹脂との接着性に優れた特定の収束剤あるいは薬剤をコーティングする等の処理を行うものである。表面処理装置25の具体的な構成に特段の制限はない。例えば補強用繊維Fの輸送経路中に、そのような収束剤、あるいは薬剤を溜めた処理槽(図示なし)を設けて、そこで補強用繊維Fがその収束剤等に浸る構成としてもよい。なお表面処理装置25には、収束剤等を供給する薬剤供給装置25aが接続されている。このようにして補強用繊維Fに、樹脂との相性がよい収束剤等を再コーディングしておけば、補強用繊維Fによる充分な補強効果が得られる。
The
図3Bは、図3Aに示した変形例において、熱処理装置24の構成を更に異ならせたものである。図3Bに示す変形例では、熱処理装置24は、補強用繊維Fに接続する電極24aとして所定間隔に配置された金属ローラーを備えており、それらに直流電源又は交流電源を供給する電源装置24bに接続されている。金属ローラーは補強用繊維Fの移動に従って回転することで、移動状態の補強用繊維Fに対する電気的接続を維持する。このような構成では、停止を含めて所望の送り速度で連続的に補強用繊維Fを熱処理できるので、射出装置の動作に対して特段の制御なしに追随できるという効果が得られる。
FIG. 3B is a modification of the
図3Cは実施形態の更なる変形例の概略構成を示す縦断面図である。
この変形例と図1に示した実施形態との大きな相違点は、補強材供給穴11bに供給されるまえの補強用繊維Fに大気圧プラズマを作用させて表面処理を施すプラズマ処理装置26を備えることである。
FIG. 3C is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a further modified example of the embodiment.
The major difference between this modification and the embodiment shown in FIG. 1 is that the
大気圧プラズマは近年大いに注目されている技術である。簡単に説明すると、コロナ放電、誘電体バリア放電、RF放電等によって大気圧下でプラズマ(電離ガス)を生じさせるものである。そのプラズマを用いて、例えば水素ラジカルによる酸化膜還元、物質表面の有機物等の分解除去、プラズマに各種液体、気体を混合することによる物質表面へのコーティングや官能基付与等の各種表面処理が可能である。大気圧プラズマによる処理は真空環境が不要で連続処理できるという利点がある。 Atmospheric pressure plasma is a technology that has received a great deal of attention in recent years. Briefly described, plasma (ionized gas) is generated under atmospheric pressure by corona discharge, dielectric barrier discharge, RF discharge and the like. Using the plasma, it is possible to perform various surface treatments such as reducing the oxide film by hydrogen radicals, decomposing and removing organic substances on the surface of the substance, coating the surface of the substance by mixing various liquids and gases with plasma, and imparting functional groups. Is. The atmospheric pressure plasma treatment has an advantage that it does not require a vacuum environment and can be continuously treated.
この変形例では、大気圧プラズマによって補強用繊維Fにコーティングされている収束剤を除去する。更に、それと同時に、特定の収束剤をコーティング、あるいは特定の官能基を付与してもよい。なおプラズマ処理装置26の下流側に、図3Aで示した表面処理装置25を設けて、補強用繊維Fに樹脂との接着性に優れた収束剤等を再コーティングしてもよい。
In this modification, the sizing agent coated on the reinforcing fiber F is removed by atmospheric pressure plasma. Further, at the same time, a specific sizing agent may be coated or a specific functional group may be provided. The
プラズマ処理装置26の構成は特に限定されない。例えばプラズマ生成装置(図示なし)から導いた噴射ノズルからプラズマを噴射し、輸送中の補強用繊維Fに直接そのプラズマを吹き付ける構成としてもよい。あるいは補強用繊維Fの輸送経路中にプラズマ生成用の電極を配置し、補強用繊維Fの近傍でプラズマを生成する構成としてもよい。なお図示のプラズマ処理装置26は、プラズマとすべきガスを供給するガス供給装置26aと、プラズマ処理装置26内でコロナ放電、誘電体バリア放電、RF放電等を生じさせるための電源を供給する電源装置26bとが接続されている。
The configuration of the
ところで前記実施形態とその変形例では、スクリューの先端部に逆止弁が設けられていないが、スクリューの先端部に逆止弁機能を有した先端装置を装着すれば、射出圧力を高精度に制御できるようになる。ただし逆止弁の部分で生じがちな補強用繊維Fの破断を抑える工夫が必要である。 By the way, in the embodiment and its modification, the check valve is not provided at the tip of the screw, but if a tip device having a check valve function is attached to the tip of the screw, the injection pressure can be adjusted with high accuracy. Be in control. However, it is necessary to devise a method for suppressing the breakage of the reinforcing fiber F that tends to occur at the check valve portion.
図3D(a)〜(e)は、逆止弁機能を有しかつ補強用繊維Fの破断が抑えられる先端装置の具体例の側面図、中心軸に沿った縦断面図、先端側を見たときの横断面図、後方側を見たときの横断面図、及び先端装置に収容される球状弁体の正面図である。なお図3D(b)の縦断面図は先端装置をその中心線を含む平面Sで切断したもの、図3D(c)、(d)の横断面図はいずれも先端装置をその中心線に直交する平面Tで切断したものである。 3D(a) to 3D(e) are side views of a specific example of a tip device having a check valve function and in which breakage of the reinforcing fiber F is suppressed, a vertical cross-sectional view along the central axis, and the tip side is viewed. FIG. 4 is a horizontal cross-sectional view when viewed from above, a horizontal cross-sectional view when viewed from the rear side, and a front view of a spherical valve body housed in the tip device. The vertical cross-sectional view of FIG. 3D(b) is taken by cutting the tip device along a plane S including the center line thereof, and the cross-sectional views of FIGS. 3D(c) and 3(d) are all perpendicular to the center line of the tip device. It is cut at a plane T to be cut.
先端装置27は、普通鋼又は各種合金からなり、先端側にテーパー部27aが設けられた棒状体であって、後端部にはスクリュー12に固定するためネジ部27bが形成されている。また先端装置27は、シリンダー11の内壁面に摺接するシリンダー摺接部27cを有している。シリンダー摺接部27cによってシリンダー11は、射出前の樹脂を溜めておく先端部の空間Vと、樹脂を溶融、混錬する後方側の空間Wとが分離される。先端装置27の内部には球状弁体28を前後移動可能に収容する弁体収容洞27dが内部に形成されている。
The
球状弁体28は、普通鋼又は各種合金からなる球体である。そして弁体収容洞27dは、球状弁体28と略同寸の球体を中心で2分割してその間に円柱体を挟み込んだ繭形状である。このような形状とすれば球状弁体28が弁体収容洞27dの内側をスムースに前後移動することが可能になる。
The
先端装置27のシリンダー摺接部27cよりも後方の外壁面に樹脂の入口となる開口27eが配置され、シリンダー摺接部27cより前方側の該壁面に樹脂の出口となる開口27fが配置され、これらの開口27e、27fを連絡する流体通路27gが弁体収容洞27dに組み合わせて形成されている。流体通路27gの構成は次のようである。樹脂の入口となる開口27eは、球状弁体28が後方側に移動したときに接触する弁体収容洞27dの後方壁面に連通されている。その連通口27hは、球状弁体28が前方側にいるときは開放されるが、球状弁体28が後方側に移動してくると、連通口27hは球状弁体28によって閉ざされる。
An
そして、連通口27hの前方側近傍を起点とし、かつ球状弁体28が前方側に移動したときに接触する弁体収容洞27dの前方壁面の適所を終点とする樹脂案内溝27iが形成されている。樹脂案内溝27iは、樹脂が球状弁体28を迂回して移動するための経路になる。
そして更に、先端装置27のシリンダー摺接部27cよりも前方の外壁面に樹脂の出口となる開口27fが配置され、その開口27fは、樹脂案内溝27iの終点近傍の底面に連通されている。この連通口27jは、樹脂案内溝27iの底面にあるため、球状弁体28が前方側、後方側のどの位置にいても常に開放されている。
Then, a
Further, an
図3E(a)、(b)は球状弁体が前後移動したときの状態を説明する先端装置の具体例の側面図である。なおこれらの図中では灰色矢印によって樹脂Pの移動を示している。
球状弁体28は、樹脂を溶融、シリンダー11の後方側の空間Wにおける樹脂の圧力と、シリンダー11の先端部の空間Vにおける樹脂の圧力と差によって弁体収容洞27d内を前後移動する。すなわち先端装置27(スクリュー12)が後退すると、シリンダー11の後方側の空間Wにおける樹脂Pの圧力が高くなり、球状弁体28はその樹脂Pから反力を受けて前方側に移動する。これにより、流体通路27gは開かれた状態になる。一方先端装置27(スクリュー12)が前進すると、シリンダー11の先端部の空間Vにおける樹脂Pの圧力が高くなり、球状弁体28はその樹脂Pから、前記とは逆方向の反力を受けて後方側に移動する。これにより、流体通路27gは閉ざされた状態になる。
3E(a) and 3E(b) are side views of a specific example of the tip device for explaining the state when the spherical valve body moves back and forth. In these figures, the movement of the resin P is shown by the gray arrow.
The
要するに、球状弁体28は、先端装置27のシリンダー11内での後退あるいは前進移動に伴う流体Pの反力を受けて前後移動して流体通路27gが開閉する。これによって先端装置27は逆止弁機能を発揮する。このとき球状弁体28は外周線の部分のみが弁体収容洞27dの壁面に接触した状態で前後移動し、その際に摺動しあう面積は僅かなものであるから、補強用繊維Fがその摺動面で破断されることも非常に少なくなる。
In short, the
図3F(a)は先端装置の他例の側面図、図3F(b)、(c)はいずれもこの先端装置の作用を説明する横断面図である。図3F(b)、(c)では、灰色矢印によって樹脂Pの移動を示している。なお前記例と共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。 FIG. 3F(a) is a side view of another example of the tip device, and FIGS. 3F(b) and 3C are transverse sectional views for explaining the operation of the tip device. In FIGS. 3F(b) and 3F(c), the movement of the resin P is indicated by gray arrows. The same elements as those in the above example are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
この先端装置27は、弁体収容洞27dの形状が前記例とは異なっている。すなわち弁体収容洞27dは、球状弁体28よりも小径の円筒部27d1と、大径の円筒部27d2とを同軸に連結させた形状であり、球状弁28体は大径円筒部27d2に収容されている。大径円筒部27d2の内周面には、球状弁体28のガタツキを防ぐための複数のガイド突条27d3が前後方向に形成されており、球状弁体28はガイド突条27d3によってガイドされて大径円筒27d2部の軸線上を前後移動する。
The
シリンダー摺接部27cよりも後方に設けられた開口27eは、小径円筒部27d1の端部に連通されている。一方シリンダー摺接部27cよりも前方に設けられた開口27fは大径円筒部27d2の端部に連通されている。このとき、開口27e、27fを連絡する流体通路27gは、小径円筒部27d1と、大径円筒部27d2の内周面近傍(球状弁体と内周面との隙間)とで構成されることになる。また小径円筒部27d1と大径円筒部27d2と連結部分の縁は、球状弁体28と隙間なく当接できるように面取りされている。そのためその連結部分は、球状弁体28が後退してきたときには、その球状弁体28によって閉鎖されることになる。
The
球状弁体28の前後移動の仕組みは前記と同様であり、これによって流体通路27gが開閉されることで先端装置27は逆止弁機能を発揮する。また球状弁体28はガイド突条27d3のみに接触した状態で前後移動し、その際に摺動しあう面積は僅かなものであるから、補強用繊維Fがその摺動面で破断されることも非常に少なくなる。更にこの例では流体通路27gの通路広さが十分に確保できるので、流体をスムースに通過させられる。
The mechanism for back and forth movement of the
次いで前記スクリュー射出装置に成形金型を組み合わせてなる射出成形装置について説明する。
図4はその射出成形装置の概略構成を示す縦断面図である。
Next, an injection molding device in which a molding die is combined with the screw injection device will be described.
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of the injection molding apparatus.
図中、射出成形装置30の要部として、射出装置10を構成するシリンダー11の一部と、成形金型31とを示し、これらを保持するフレーム部等は図示を省略している。ここでは3プレート式の金型を採用しているが、3プレート式に限定されるわけでない。
In the figure, a part of a
成形金型31は第1〜第3の金型31a〜31cで構成されている。
第1の金型31aは可動側取付板32に固定されている。第2、第3の金型31b、31cは、固定側取付板33に進退可能に取り付けられている。固定側取付板33には射出装置10の射出ノズル13を受けるノズル受部33aが形成されている。
第1の金型31aの表面にはキャビティー31dが形成され、第2の金型31bにはそのキャビティー31dに収容されるコア31eが形成されている。これらのキャビティー31dとコア31eとによって成形品のワークを成形する。
また第3の金型31cにはランナー用キャビティー31fが設けられている。第2の金型31bの裏面と第3の金型31cのランナー用キャビティー31fによってランナーを形成する。ランナー用キャビティー31fは細いゲートを通じてコア31eの表面に繋がるとともに、スプールを通じて樹脂射出シリンダー22の射出ノズル13に繋がる。
また第3の金型31cの裏面からコア31eの表面まで突出ピン34が貫通している。突出ピン34は第3金型31cに対して進退可能になっており、成形後のワークをコア31eから押し出すことができる。
なおシリンダー11から射出された樹脂Pは減圧によって発泡用ガスの微小な気泡を生じさせその気泡を成長させながらキャビティー31dに広がっていく。気泡の成長のために樹脂Pの嵩が増していくことから、キャビティー31dとランナー用キャビティー31fとを連絡するゲートはワークの薄手の部分に設け、これによって樹脂Pがワークの薄手の部分から厚手の部分に向かって進行するようにすることが望ましいと考えられる。
The molding die 31 is composed of first to third dies 31a to 31c.
The
A
The
Further, the protruding
The resin P injected from the
図5(a)〜(d)は前記射出成形装置の作用を時系列的に説明する一連の断面図である。 5A to 5D are a series of cross-sectional views for explaining the operation of the injection molding apparatus in time series.
図5(a)では、金型31は閉じられており、突出ピン34は後退位置にある。またシリンダー11の射出ノズル13は固定側取付板33を介して第3の金型31cのランナー用キャビティー31fに連通されている。この状態でシリンダー11から溶融した樹脂Pが金型31に射出注入されてワークを成形する。金型31は樹脂注入、硬化の各工程で適切に温度制御される。射出装置10は樹脂の射出注入後の所定時間、樹脂を保圧させる。
In FIG. 5A, the
図5(b)では、ワーク2の成形は完了しており、第1、第2の金型31a、31b間が開かれている。またこのときシリンダー11を後退させることで、ランナー2aが樹脂射出シリンダー22から分離される。このときワーク2はコア31eに嵌った状態である。
In FIG. 5B, the molding of the
図5(c)では、突出ピン34が前進されている。これによりワーク2はコア31eから抜けた状態になり、ワーク2とランナー2aはゲートの部分で自動的に切断分離される。ランナー2aから分離されたワーク2はワーク取出装置40によって金型31から取り出される。
In FIG. 5C, the protruding
図5(d)では、第2の金型31bが第3の金型31cから分離されている。これにより第3の金型31cからランナー2aを除去することが可能になる。
In FIG. 5D, the
最後に前記射出成形装置によって製造されるワークの構造的特徴を図6(a)、(b)に従って説明する。 Finally, the structural features of the workpiece manufactured by the injection molding apparatus will be described with reference to FIGS. 6(a) and 6(b).
図6(a)は金型31内での樹脂Pの進行態様を説明する簡単な断面図である。図中、白矢印は樹脂Pの進行方向を示している。樹脂Pの進行速度は金型31との界面部分よりも中心部分の方が速く、そのため中心部分の方に気泡Bが多く発生すると考えられる。
また樹脂Pは進行方向先端にある空間との界面から発泡用ガスを盛んに破裂、蒸発させながら進行していき、そのため気泡Bが少なくなった空間との界面が後からきた樹脂Pによって金型31との境界方向に押しやられて新たに金型31との界面部分を形成すると考えられる。これらの結果、樹P脂は金型31との界面部分には僅かな気泡Bを含み、中心部分に多くの気泡Bを含んだ状態で固化されることになる。なお樹脂Pから金型31内の空間に蒸発した発泡用ガスは金型31の適所に設けられたベント部から外部に放出される。
FIG. 6A is a simple cross-sectional view for explaining the progress of the resin P in the
Further, the resin P progresses while vigorously bursting and evaporating the foaming gas from the interface with the space at the tip of the traveling direction, so that the interface with the space in which the bubbles B are reduced is made by the resin P coming later from the mold. It is considered that a new interface portion with the
図6(b)は固化したワークの簡単な断面図である。ワーク2は図示のように表層部分に気泡Bをほとんど含まないスキン層SLが形成され、厚みの中心部分に気泡Bを多く含むコア層CLが形成された多層構造になる。補強用繊維Fは樹脂Pに均一に分散されているのであるが、スキン層SLの方がコア層CLよりも気泡Bが少なく高密度であるため、スキン層SLの方がコア層CLよりも補強用繊維Fが高密度に混じることになる。そのためスキン層SLはコア層CLよりも強靭になる。
このように本実施形態によれば、樹脂中に補強用繊維Fが分散されており、粗大気泡(500ミクロン以上)を含まずかつ多量の微小気泡B(5〜50ミクロン)を含んだ成形品が得られる。
FIG. 6B is a simple sectional view of the solidified work. As shown in the drawing, the
As described above, according to the present embodiment, the reinforcing fiber F is dispersed in the resin, and the molded product does not contain coarse bubbles (500 microns or more) and contains a large amount of fine bubbles B (5 to 50 microns). Is obtained.
10 スクリュー射出装置
11 可塑化シリンダー
11a ベント穴
11b 補強材供給穴
11c 超臨界流体供給穴
12 スクリュー
15 誘導加熱用コイル
20 補強材供給装置
21 超臨界流体供給装置
23 補強材供給量調節装置
24 熱処理装置
25 表面処理装置
26 プラズマ処理装置
27 先端装置
27c シリンダー摺接部
27d 弁体収容洞
27e、27f 開口
27g 流体通路
10
Claims (9)
前記可塑化シリンダーは、その中間部に、シリンダー内から蒸気を放出させるベント穴と、シリンダー内に所定の補強材を供給するための補強材供給穴とが形成され、これらの穴よりも先端側に、シリンダー内に所定の超臨界流体を供給するための超臨界流体供給穴が形成されていることを特徴とするスクリュー射出装置。 In a screw injection device having a plasticizing cylinder with a screw inserted,
The plasticizing cylinder is provided with a vent hole for discharging steam from the inside of the cylinder and a reinforcing material supply hole for supplying a predetermined reinforcing material into the cylinder, and the tip side of these holes. A screw injection device, characterized in that a supercritical fluid supply hole for supplying a predetermined supercritical fluid is formed in the cylinder.
前記可塑化シリンダーは、その周壁面に、誘導加熱用コイルが巻設されていることを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to claim 1,
An induction heating coil is wound around a peripheral wall surface of the plasticizing cylinder.
前記補強材供給穴に炭素繊維を供給する補強材供給装置と、
前記超臨界流体供給穴に超臨界窒素流体を供給する超臨界流体供給装置とを備えることを特徴とするスクリュー出装置。 The screw injection device according to claim 1 or 2,
A reinforcing material supply device for supplying carbon fibers to the reinforcing material supply hole,
A screw ejection device comprising: a supercritical fluid supply device for supplying a supercritical nitrogen fluid to the supercritical fluid supply hole.
前記炭素繊維の供給量を自在に調節する補強材供給量調節装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to claim 3,
The screw injection device further comprising a reinforcing material supply amount adjusting device for freely adjusting the supply amount of the carbon fibers.
前記補強材供給穴に供給されるまえの炭素繊維に通電して発熱させる熱処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to claim 3,
The screw injection device further comprising a heat treatment device that heats the carbon fibers before they are supplied to the reinforcing material supply holes by supplying electricity.
前記熱処理装置によって処理されたあとの炭素繊維に所定の表面処理を施す表面処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to claim 5,
The screw injection device further comprising a surface treatment device for subjecting the carbon fiber after being treated by the heat treatment device to a predetermined surface treatment.
前記補強材供給穴に供給されるまえの炭素繊維に大気圧プラズマを作用させて表面処理を施すプラズマ処理装置を更に備えることを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to claim 3,
The screw injection device further comprising a plasma processing device that applies atmospheric pressure plasma to the carbon fibers before being supplied to the reinforcing material supply holes to perform surface treatment.
前記スクリューは逆止弁機能を有した先端装置が装着されており、
前記先端装置は、
前記可塑化シリンダーの内壁面に摺接するシリンダー摺接部を有しており、
球状弁体を前後移動可能に収容する弁体収容洞が内部に形成されており、更に
前記シリンダー摺接部よりも後方の外壁面に配置された開口と、前方の外壁面に配置された開口とを連絡する流体通路が前記弁体収容洞に組み合わせて形成されており、
前記球状弁体は、前記スクリューの前記シリンダー内での移動に伴う流体からの反力を受けて前後移動して前記流体通路を開閉することを特徴とするスクリュー射出装置。 The screw injection device according to any one of claims 1 to 7,
The screw is equipped with a tip device having a check valve function,
The tip device is
It has a cylinder sliding contact portion that slidably contacts the inner wall surface of the plasticizing cylinder,
A valve body accommodating sinus for accommodating a spherical valve body so as to be movable back and forth is formed inside, and an opening arranged on an outer wall surface rearward of the cylinder sliding contact portion and an opening arranged on a front outer wall surface. A fluid passage communicating with the valve body accommodating sinus is formed,
The screw injection device, wherein the spherical valve body moves back and forth by receiving a reaction force from a fluid accompanying the movement of the screw in the cylinder to open and close the fluid passage.
An injection molding apparatus comprising a screw injection apparatus according to any one of claims 1 to 8 and a molding die.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016005232U JP3227199U6 (en) | 2016-10-28 | Screw injection device and injection molding device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022153589A1 (en) * | 2021-01-15 | 2022-07-21 | 株式会社日本製鋼所 | Injection molding device and injection molding method |
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