JP3431657B2 - インラインスクリュー式可塑化射出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、可塑化射出装置に関
し、特に長繊維強化材を含むペレット状熱可塑性樹脂
（「長軸ペレット」とも称す）の可塑化射出に適したイ
ンラインスクリュー式可塑化射出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ガラス繊維（ＧＦ）などの長繊維強化材
を含む熱可塑性樹脂の成形品は、長繊維強化材による補
強効果により強度、剛性、耐衝撃性等の性質で極めて優
れている。このため近年かかる長繊維強化材を含む熱可
塑性樹脂を可塑化し、射出して成形する技術が注目され
ている。このような長繊維強化材を含む熱可塑性樹脂
は、例えば図２に示すような従来のインラインスクリュ
ー式可塑化射出装置で射出して成形される。この従来の
インラインスクリュー式可塑化射出装置１０は主要部と
して、加熱シリンダ１２と、この加熱シリンダ１２の内
部で回転自在かつ往復動自在なスクリュー１４と、ノズ
ル１８と、前方に設けられたノズル１８とは反対側に設
けられたスクリュー回転および加圧機構１６（図では加
圧機構のみを示す）とから成る。スクリュー１４のヘッ
ド部には、ヘッド部溶融樹脂通路を構成する複数の切欠
３６（図では一個所のみ示す）を有する円錐状のスクリ
ューヘッド２０が設けられており、その後方（ノズル１
８とは反対側）にウェアプレート２２が設けられ、スク
リューヘッド２０とウェアプレート２２との間のスクリ
ューの小径シャフト２４のまわりに、スクリューヘッド
２０とウェアプレート２２との間を往復動自在に環状の
チェックリング２６が遊嵌されている。加熱シリンダ１
２の上部には、長繊維強化材を含む熱可塑性樹脂から成
る長軸ペレット２８を装入するためのペレット供給口３
０が設けられている。 【０００３】供給口３０から装入された長軸ペレット２
８は、スクリュー１４の外周に設けられたフライト３２
によるかみ込み作用によりスクリューヘッド２０側へ供
給される。この間加熱シリンダ１２により加熱されて溶
融可塑化され、加熱シリンダ１２と、ウェアプレート２
２と、チェックリング２６と、スクリューヘッド２０に
より画定される溶融樹脂通路３４および切欠３６を通っ
てシリンダ先端のチャンバ１５に溶融状態で供給され
る。こうしてチャンバーに一定量の溶融可塑性樹脂の供
給が完了すると、加圧機構１６がスクリュー１４を前方
に加圧する。このときチェックリング２６はウェアプレ
ート２２と加熱シリンダ１２との間の溶融樹脂通路３４
を塞ぐので、溶融可塑化樹脂は逆方向すなわち供給口３
０側へは戻らない。供給された長軸ペレット２８は、こ
うして溶融可塑化され、後述の成形法に従い、先端のノ
ズル１８から成形用ダイ（図示せず）に射出されて所望
の形状に成形される。 【０００４】 【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、長繊
維強化材を含む熱可塑性樹脂は、可塑化射出装置へ投入
した後の溶融可塑化の際に繊維強化材が折損し、長繊維
強化材による優れた特性が発揮されないという問題点が
あった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
かかる課題を解決するため、長繊維強化材を含むペレッ
ト状の熱可塑性樹脂を可塑化し射出して成形する技術に
ついて鋭意研究を行った結果、可塑化射出装置内の溶融
樹脂の通路に改善を施すことにより、長繊維強化材の折
損を著しく低減出来るとの知見を得て本発明を完成させ
るに至った。 【０００６】すなわち本発明によれば、中空加熱シリン
ダと、スクリューヘッドの後方に設けられた小径シャフ
トと、小径シャフトの後方に設けられた弁座として機能
するウェアプレートと、小径シャフトのまわりに遊嵌さ
れ小径シャフトと加熱シリンダとの間の空間にてスクリ
ューヘッドとウェアプレートとの間を往復動自在な環状
のチェックリングとから構成された溶融樹脂通路が画定
され、ペレットと実質的に同一長さを有しペレットの長
手方向に配列した繊維強化材を含むペレット状の熱可塑
性樹脂を可塑化して射出するためのインラインスクリュ
ー式可塑化射出装置において、前記ウェアプレートから
スクリューヘッドに至る前記溶融樹脂通路は、鋭角に曲
がっていないこと、前記溶融樹脂通路の流れ方向に対し
垂直な方向の幅のスクリュー径に対する比率が８〜２０
％の範囲であること、前記ウェアプレートと加熱シリン
ダの間隙のスクリュー径に対する比率が４〜１０％の範
囲であること、及び前記ウェアプレートからスクリュー
ヘッドに至る前記溶融樹脂通路に突出する前記構成部品
の突出部には、流れ方向に沿ってアールが付けられてい
ることを特徴とするインラインスクリュー式可塑化射出
装置が提供される。前記アールは少なくとも０．８ｍｍ
であることが好ましい。 【０００７】 【作用】本発明によれば、可塑化射出装置に装入された
長軸ペレットは、溶融可塑化されながら諸部材の角張っ
たコーナーに当接することなく、緩やかにカーブした溶
融樹脂通路を通過して、あるいはスクリュー径に対して
比較的緩やかな溶融樹脂通路を通過してチャンバに至
る。このため溶融樹脂通路通過中の繊維強化材の折損が
大幅に減少し、長繊維強化材による本来有する優れた特
性、例えば強度、剛性、耐衝撃性に優れた成形品が得ら
れる。 【０００８】以下、添付図面を参照して本発明を更に詳
細に説明するが、これらは単に本発明を例示するための
もので、本発明はこれらのみに限定されるものではな
い。なお、以下において「本発明」とは、長繊維強化材
を含むペレット状の熱可塑性樹脂を可塑化し射出して成
形するインラインスクリュー式可塑化射出装置内におけ
る長繊維強化材の折損を著しく低減できる前記の態様を
指すものである。 【０００９】図１を参照すると、ここには本発明に係わ
る長軸ペレット用インラインスクリュー式可塑化射出装
置の断面略図が示されている。この長軸ペレット用可塑
化射出装置１０は、図示するように加熱シリンダ１２
と、この加熱シリンダ１２の内部で回転自在かつ往復動
自在なスクリュー１４と、加熱シリンダ１２とスクリュ
ー１４の間で溶融可塑化された熱可塑性樹脂をダイ（図
示せず）に射出するための加熱シリンダのノズル１８
と、前方に設けられたノズルと反対側に設けられたスク
リュー回転および加圧機構１６（図では加圧機構のみを
示す）とから主に成る。加熱スクリューのヘッド部に
は、ヘッド部溶融樹脂通路を構成する複数の切欠３６
（図では一個所のみ示す）を有する円錐状のスクリュー
ヘッド２０が設けられており、その後方（ノズル１８と
反対側）に弁座として機能するウェアプレート２２が設
けられ、スクリューヘッド２０とウェアプレート２２と
の間の小径シャフト２４のまわりにスクリューヘッド２
０とウェアプレート２２との間を往復動自在な環状のチ
ェックリング２６が遊嵌されている。加熱シリンダ１２
の上部には、長軸ペレット２８を装入するためのペレッ
ト供給口３０が設けられている。 【００１０】上記本発明の可塑化射出装置と従来の可塑
化射出装置との差異を明瞭にするため、両者を拡大して
示す図３と図４を対比させながら説明する。これらの図
から明らかなように、本発明の可塑化射出装置のウェア
プレート軸方向断面は、頂角が鈍角をした三角形状とな
っているのに対し、従来の可塑化射出装置では、ウェア
プレートの軸方向断面は台形をしている。このため本発
明の可塑化射出装置ではウェアプレート２２と加熱シリ
ンダ１２との間に画定された溶融樹脂通路３４は、鋭角
に曲がっていないでゆるやかにカーブするのに対し、従
来の可塑化射出装置では、最後のコーナー部で直角にカ
ーブしている。 【００１１】また、本発明に係わる可塑化射出装置では
チェックリング２６のペレット供給側の端面は、対向す
るウェアプレート２２の端面に対応して内側にテーパが
付けられている。これに対し、従来のチェックリング
は、軸方向断面が矩形であり、端面にはテーパが付けら
れていない。このようにチェックリング２６の端面にテ
ーパを付けたことにより、チェックリング２６の端面と
ウェアプレート２２の端面との間の通路と、チェックリ
ング２６とスクリューの小径シャフト２４との間の各溶
融樹脂通路は、ゆるやかにカーブすることになる。 【００１２】また本発明に係わる可塑化射出装置では、
上記溶融樹脂通路の流れ方向に対し垂直な方向の幅など
は、従来の可塑化射出装置よりも広くなっている。より
詳細に述べれば、図３に示す通路幅ＡおよびＢのスクリ
ュー径に対する比率は、８〜２０％であるのに対し、従
来の可塑化射出装置では３〜６％である。一方加熱シリ
ンダ１２とウェアプレート２２の頂部との間隙（幅）Ｃ
のスクリュー径に対する比率は本発明にかかる可塑化射
出装置では４〜１０％であるのに対し、従来技術の可塑
化射出装置では２〜３．５％である。 【００１３】また本発明の前記ウェアプレートからスク
リューヘッドに至る前記溶融樹脂通路に突出する前記構
成部品の突出部Ｄ，Ｅ，Ｆには、流れ方向に沿ってアー
ルが付けられていることが好ましい。アールとしては成
形機の大きさにもよるが、少なくとも０．８ｍｍが好ま
しく、１〜３ｍｍの範囲が更に好ましい。 【００１４】前記本発明の可塑化射出装置においては、
ウェアプレート２２の端面と鉛直軸とのなす角θは３０
〜４０゜の範囲であることが好ましい。 【００１５】以上、本発明は長軸ペレットの溶融可塑化
の際の長繊維強化材の折損を著しく低減できるものであ
るが、最も好ましくは、これらの態様の全てを含むもの
である。 【００１６】図１において、供給口３０から装入された
長軸ペレット２８は、スクリュー１４の外周に設けられ
たフライト３２によるかみ込み作用によりスクリューヘ
ッド２０側へ供給される。この間長軸ペレットは加熱シ
リンダ１２により加熱されて溶融可塑化し、加熱シリン
ダ１２と、ウェアプレート２２と、チェックリング２６
と、スクリューヘッド２０により画定される前記溶融樹
脂通路３４および切欠３６を通ってシリンダ先端のチャ
ンバ１５に溶融状態で供給される。こうして一定量の溶
融樹脂の供給が完了すると、加圧機構１６がスクリュー
１４を前方に加圧する。この時チェックリング２６はウ
ェアプレート２２と加熱シリンダ１２との間の溶融樹脂
通路３４を塞ぐので、溶融可塑化樹脂は、逆方向すなわ
ち供給口３０側へは戻らない。供給された長軸ペレット
２８はこうして溶融可塑化され、先端のノズル１８から
成形用ダイ（図示せず）に射出されて、所望の形状に成
形される。 【００１７】本発明で用いられる長軸ペレットを構成す
る熱可塑性樹脂としてはナイロン６、ナイロン６６、ナ
イロン６１０、ナイロン９、ナイロン１１、ナイロン１
２などのポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル類、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、
ポリスチレンやＡＢＳなどのスチレン系樹脂、ポリウレ
タン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリメタクリル酸メチル、フッ素系
樹脂および液晶性樹脂などを例示することが出来る。 【００１８】また本発明で用いる長軸ペレットを構成す
る繊維強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン
酸カリウム繊維、スチール繊維、アラミド繊維などを例
示することが出来るが、折損し易いガラス繊維を用いる
場合に本発明の可塑化射出装置を適用することが特に好
ましい。 【００１９】本発明で用いる長軸ペレットを製造するに
は、前述の長繊維強化材に前記樹脂を溶融状態で含浸さ
せ、適当な長さに切断したペレットが用いられる。この
ペレットには、繊維強化材がペレットと実質的に同一長
さを有しペレットの長手方向に配列して含まれている。
このようなペレットの製造法は、熱硬化性樹脂を用いた
強化プラスチックの連続成形法の一つである引き抜き成
形と原理的には同じであり、すでに公知である。この場
合、本発明の可塑化射出装置により得られる成形品中の
繊維強化材の平均繊維長は、前記ペレット切断長さ以上
にはなり得ない。従って、前記ペレットの切断長さはス
クリュへの供給などに支障の無い範囲内で、長い方が好
ましい。通常２ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上、特
に好ましくは３０ｍｍ以上とする。また上限はペレット
供給口３０からの供給が可能な範囲であれば特に制限は
ないが、好ましくは１００ｍｍ以下である。 【００２０】本発明のインラインスクリュー式可塑化射
出装置としては、射出成形法のほか射出溶融圧縮法、溶
融圧縮成形法、異形圧縮成形法、さらにはブロー成形、
発泡成形法等を例示することが出来る。 【００２１】（実施例１〜２、比較例１〜２） 表ー１に示す型締力が各々１５０トンと８００トンタイ
プのインライン射出成形機を用いて、表ー１に示す射出
成形機の条件下で実際に長ガラス繊維を含むペレット状
ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂（α：ＧＦ含量は４０重量
％で、ペレット長さおよびＧＦ長は共に１２ｍｍ、β：
ＧＦ含量は４０重量％でペレット長さおよびＧＦ長は共
に４８ｍｍ）をシリンダー温度２２０℃、スクリュー回
転１００ｒｐｍ、スクリュー背圧０Ｋｇ／ｃｍ²で溶融
可塑化させ、パージ後のガラス繊維の重量平均繊維長を
測定した。 【００２２】 【表１】【００２３】上記表から明らかなように、型締力１５０
トンの射出成形機を用いて、長さ１２ｍｍのＧＦを含む
ＰＰペレットを射出成形（パージ）した場合の重量平均
繊維長は、従来の射出成形機では２．５ｍｍであった
が、本発明に係わる射出成形機を用いると、重量平均繊
維長は６ｍｍと長くなった（実施例１、比較例１）。ま
た長さ４８ｍｍのＧＦを含むＰＰを型締力８００トンの
射出成形機を用いて射出成形した場合、従来の射出成形
機では重量平均繊維長が４．５ｍｍであった（比較例
２）ものが、本発明に係わる射出成形機では１７ｍｍに
改善された（実施例２）。 【００２４】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で提
供される可塑化射出装置を用いることにより、長繊維強
化材を含む熱可塑性樹脂を可塑化し射出して成形する際
の繊維強化材の折損程度を大幅に減少させることがで
き、長繊維強化材による本来有する優れた特性、例えば
強度、剛性、耐衝撃性に優れた成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係わるインラインスクリュー式可塑
化射出装置の断面略図。 【図２】 従来のインラインスクリュー式可塑化射出装
置の断面略図。 【図３】 図１の可塑化射出装置の部分拡大図。 【図４】 図２の可塑化射出装置の部分拡大図。 【符号の説明】 １２ 加熱シリンダ １４ スクリュー １５ チャンバ １８ ノズル ２０ スクリューヘッド ２２ ウェアプレート ２４ 小径シャフト ２６ チェックリング ３４ 溶融樹脂通路 ３６ 切欠

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中空加熱シリンダと、スクリューヘッド
   の後方に設けられた小径シャフトと、小径シャフトの後
   方に設けられた弁座として機能するウェアプレートと、
   小径シャフトのまわりに遊嵌され小径シャフトと加熱シ
   リンダとの間の空間にてスクリューヘッドとウェアプレ
   ートとの間を往復動自在な環状のチェックリングとから
   構成された溶融樹脂通路が画定され、ペレットと実質的
   に同一長さを有しペレットの長手方向に配列した繊維強
   化材を含むペレット状の熱可塑性樹脂を可塑化して射出
   するためのインラインスクリュー式可塑化射出装置にお
   いて、前記ウェアプレートからスクリューヘッドに至る
   前記溶融樹脂通路は、鋭角に曲がっていないこと、前記
   溶融樹脂通路の流れ方向に対し垂直な方向の幅のスクリ
   ュー径に対する比率が８〜２０％の範囲であること、前
   記ウェアプレートと加熱シリンダの間隙のスクリュー径
   に対する比率が４〜１０％の範囲であること、及び前記
   ウェアプレートからスクリューヘッドに至る前記溶融樹
   脂通路に突出する前記構成部品の突出部には、流れ方向
   に沿ってアールが付けられており、前記アールは少なく
   とも０．８ｍｍであることを特徴とするインラインスク
   リュー式可塑化射出装置。