JP4104034B2 - Plasticizing equipment for molding thermoplastic resin foam - Google Patents

Plasticizing equipment for molding thermoplastic resin foam Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュシリンダと、このスクリュシリンダ内に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、熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
射出成形機のシリンダ内で熱可塑性樹脂を溶融し、この溶融した熱可塑性樹脂に超臨界状態の二酸化炭素ガス等の不活性ガスを熔解して、金型へ射出して熱可塑性樹脂発泡成形体を成形する方法あるいは装置は、例えば特開平8−258096号、特開平10−230528号等により多数提案されている。上記特開平8−258096号に開示されている微細発泡体の製造装置は、概略的には加熱シリンダ、この加熱シリンダ内に設けられているメインスクリュ、このメインスクリュの先端部に設けられているミキシングスクリュ、不活性ガスをミキシングスクリュ部分に供給する不活性ガス供給装置等から構成されている。したがって、メインスクリュを回転駆動してペレット状の樹脂材料を加熱シリンダの先端部へ搬送すると、ペレット状の樹脂材料は溶融され、そしてミキシングスクリュによりさらに均一に溶融される。このとき、二酸化炭素ガスを供給すると、二酸化炭素ガスは溶融樹脂材料中に浸透される。二酸化炭素ガスが浸透された溶融樹脂材料を、メインスクリュを軸方向に駆動して金型へ射出すると、微細発泡体が得られる。また、特開平10−230528号に示されている熱可塑性樹脂発泡成形体の製造装置は、加熱シリンダとスクリュとからなる連続可塑化装置と、プランジャーからなる射出装置の、2つの別装置から構成されている。したがって、この2つの装置によっても次のようにして熱可塑性樹脂発泡成形体を得ることができる。すなわち、スクリュを回転駆動してペレット状の樹脂材料を溶融し、二酸化炭素ガスを供給すると、二酸化炭素ガスは溶融樹脂材料中に浸透される。二酸化炭素ガスが浸透された溶融樹脂材料を、スクリュを軸方向に駆動してプランジャーからなる射出装置金型供給し、そしてプランジャーを駆動すると、同様にして熱可塑性樹脂発泡成形体が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のいずれの従来の製造装置によっても、微細発泡体あるいは熱可塑性樹脂発泡成形体を得ることはできる。しかしながら、改良すべき問題点も認められる。例えば、二酸化炭素ガスの臨界圧力は、75.3kg/cm2であるが、この圧力よりもさらに高い超臨界状態の二酸化炭素ガスを加熱シリンダ内の溶融状態の樹脂材料に注入するときの、シールの問題がある。すなわち、加熱シリンダに供給される樹脂材料はペレット状の固体であるので、ペレット状の樹脂材料でシールすることは不可能で、注入される二酸化炭素ガスが材料供給孔の方へ漏れる恐れがある。特に、前述した製造装置は、二酸化炭素ガスは加熱シリンダ内へ注入されるようになっているが、加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力は100〜300kg/cmのように高いので、注入する二酸化炭素ガスの圧力は、これよりもさらに高く、シールの問題は避けられないものであるが、上記のいずれの製造装置もこのシールの問題を解決しているとは認められない。また、上記特開平8−258096号に開示されている微細発泡体の製造装置のスクリュは、メインスクリュと、このメインスクリュの先端部に設けられているミキシングスクリュの、2つのスクリュから構成され、また特開平10−230528号に示されている熱可塑性樹脂発泡成形体の製造装置は、連続可塑化装置と、プランジャーからなる射出装置の、2つの別装置から構成されているので、構造が複雑で、製造装置が比較的高価なものとなっている。
本発明は、上記したような従来の問題点を解決した熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置を提供することを目的とし、具体的にはスクリュシリンダ内に超臨界状態の二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを注入するにも拘わらず、シールの問題が解決され、また構造が簡単で安価に得られる熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、スクリュシリンダと、このスクリュシリンダ内に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構成される。そして、固体状のペレットではなく溶融状態の樹脂材料でシールするように構成されると共に、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の超臨界状態の不活性ガスはスクリュシリンダの低圧部に注入するように構成される。すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、スクリュシリンダと、このスクリュシリンダ内に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り、前記スクリュを回転駆動すると、樹脂材料が可塑化され、軸方向に駆動すると、可塑化された溶融樹脂材料が金型へ射出されるようになっている熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置であって、前記スクリュシリンダには、その一方の後端部寄りに材料供給孔が、他方の先端部には射出ノズルが、そして前記材料供給孔と射出ノズルとの間に超臨界状態の不活性ガスを注入するためのガス供給孔が設けられ、前記スクリュは、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけてその先方部がミキシングピースが設けられている第1メタリングとなり、その後方部が供給部となっている第1ステージと、同様にその先方部がミキシングピースが設けられている第2メタリングとなり、その後方部寄りがスクリュ溝の容積が大きくなった低圧部となっている第2ステージと、先端部のスクリュヘッド部とから構成され前記スクリュヘッド部には、ボールチエック式の逆流防止装置が設けられ、前記スクリュシリンダの前記ガス供給孔は、前記スクリュの第2ステージの低圧部に対応した位置に設けられるように構成される。請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の可塑化装置において、前記スクリュの、第2ステージにおけるフライトは、多重フライトになるように、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の可塑化装置において、前記スクリュシリンダ材料供給孔近傍の内周壁には、軸方向に複数本の溝が設けられ、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可塑化装置において、前記スクリュシリンダのガス供給孔には、耐熱性の通気性体が設けられるように構成される。
【0005】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は、一部を断面にして全体を模式的に示す正面図であるが、この図1に示されているように、本実施の形態に係わる熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置は、概略的にはスクリュシリンダ1と、このスクリュシリンダ1の内部に回転駆動されると共に、軸方向すなわち射出方向にも駆動可能に設けられているスクリュ20とから構成されている。
【0006】
スクリュシリンダ1は軸方向に所定長さを有し、その略中間位置においてスクリュシリンダ1の外部から内部に達する圧力および温度において超臨界状態の不活性ガスを供給するための、ガス供給孔2が開けられている。そして、このガス供給孔2にガス管3が気密的に接続されている。このガス管3からは、詳しくは後述するように、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスが超臨界状態の数十〜200kg/cm程度の圧力で溶融状態の樹脂材料に注入されるが、そのための圧縮機、圧力制御弁等は、図1には示されていない。
【0007】
また、スクリュシリンダ1の、図1において左方の先端部寄りは計量室4となり、その先端部に射出ノズル5が設けられている。この射出ノズル5にはシャットオフ弁6が設けられている。スクリュシリンダ1の、後端部寄りに材料供給孔7が開けられている。そして、後端部にスクリュ駆動装置8が設けられている。スクリュ駆動装置8は、従来周知のように構成できるので、詳しい説明はしないが、例えば回転モータとピストンユニットとを備え、回転モータの出力軸とスクリュ20の後端部のスクリュ軸は、スプライン軸、滑りキー等の機械的手段により接続されている。したがって、スクリュ20は回転駆動されるときも軸方向に移動可能である。また、ピストンユニットのピストンにより、計量時にスクリュ20を引くこと、いわゆるサックバックすることも、計量された溶融樹脂材料を射出することもできるようになっている。このようなスクリュシリンダ20および射出ノズル5の外周部には個々に温度が制御される複数個の加熱ヒータ9、9、…が設けられている。また、スクリュシリンダ1の材料供給孔7には、ホッパ10の供給筒部11が装着されている。
【0008】
スクリュ20は、可塑化時および射出時には軸方向に移動するが、図1に示されているように、スクリュシリンダ1に対応して、後端部から先端部に向かって、第1ステージS1、第2ステージS2およびスクリュヘッド部S3と見かけ上分けられている。そして、第1ステージS1の先方部は第1メタリング部M1となり、その後方部は供給部Kとなっている。第1メタリング部M1にはミキシングピース21等が設けられ、供給部Kのスクリュフライト22は比較的深くなっている。勿論、第1メタリング部M1は、ミキシングピース無しのフルフライトスクリュ構造でも良い。第2ステージS2の先方部も、第2メタリング部M2となり、その後方部は低圧部Tとなっている。低圧部Tのスクリュフライト22の溝は、比較的深くなっている。これにより、容易に超臨界状態の不活性ガスを注入することができることになる。なお、スクリュフライト22の幅を狭くして、スクリュ溝の容積を大きくしても低圧部Tを構成することができる。
【0009】
上記した可塑化装置により、発泡成形体を成形するため、樹脂材料を可塑化して、不活性ガスを注入することも、また不活性ガスが浸透した溶融状態の樹脂材料を金型へ射出することもできるが、本実施の形態では、スクリュシリンダ1の材料供給孔7の近傍、第2ステージS2のスクリュ20、スクリュ20の第2メタリング部M2の先端部、スクリュヘッド部S3およびガス供給孔2あるいはガス管3には、次に述べるように構成されている。
【0010】
すなわち、スクリュシリンダ1の材料供給孔7の近傍の内周壁には、図2の(イ)、(ロ)に示されているように、軸方向に所定長さの複数本の溝12、12、…が形成されている。これらの溝12、12、…の長さは、スクリュ20が可塑化時に移動する距離をカバーするように、材料供給孔7を中心として先端部の方が長くなっている。これらの溝12、12、…により樹脂材料の、スクリュへ20の噛み込みが向上し、可塑化能力が向上する。第2ステージS2にけるスクリュ20は、そのスクリュフライト22は、2重フライトになっている。図2の(ハ)は、1重フライトの断面図で、図2の(ニ)は、2重フライトの断面図であるが、2重フライトのフライト溝23、23の断面積は、1重フライトのフライト溝25の断面積よりも小さく細分化されている。これにより、注入される不活性ガスの浸透および分散化が促進される。なお、3重等の多重フライトでも実施できることは明らかである。勿論、1重フライトすなわちフルフライトスクリュでも不活性ガスの浸透は充分促進されることもある。
【0011】
本実施の形態によると、スクリュ20の第2ステージS2の第2メタリングM2の先方部にミキシングピースが形成されている。ミキシングピースは色々な形で実施できるが、図3にその実施の形態が示されている。ミキシングピース自体は、従来周知であるので、詳しい説形はしないが、図3の(イ)にダルメージ式ミキシングピース26が示されている。同様に(ロ)にマトック式27、(ハ)にピン式28、そして(ニ)にダブルフライト式ミキシングピース29がそれぞれ示されている。これらのミキシングピース26〜29を設けることで、注入された不活性ガスを均一に分散化させることができ、したがって発泡成形体の内部発泡層の微細化と均一化が図れる。勿論、ミキシングピースが無くても均一に分散されることもある。
【0012】
スクリュヘッド部S3に設けられる逆流防止装置の実施の形態が図4に示されている。図4の(イ)に示されている第1の実施の形態による逆流防止装置30は、ボール31から構成されている。さらに詳しく説明すると、第1の実施の形態に係わる逆流防止装置30は、スクリュ20の先端部にネジ32により取り付けられている押金33と、この押金33の先端部の内側に、ボール31を装着した後、同様にネジ34で取り付けられているスクリュヘッド35と、押金33とスクリュヘッド35とにわたり形成されているボール室内を軸方向に移動自在に設けられているボール31とから構成されている。押金33には、複数本の放射状の第1の樹脂通路36、36、…が樹脂の流れ抵抗が少なくなるように勾配を付けて外周部近傍から中心部に向けて形成され、その先方の合流した中心部に略平行な第1のボール室37’が軸方向に形成されている。そして、この第1のボール室37’と第1の樹脂通路36、36、…が合流する点が逆流防止時にボール31が着座するシート面37となっている。スクリュヘッド35は、先端部はテーパ状に縮径されたヘッド部となり、後方端部にネジ34が形成されている。そして、スクリュヘッド35の中心部には、後方端部より所定深さの第2のボール室37”が軸方向に形成されている。この第2のボール室37”と、前述した第1のボール室37’の径は同じで、図4の(イ)に示されているように組み立てられると、これらの第1、2のボール室37’、37”は協働して軸方向に所定長さで、所定径のボール室を構成する。スクリュヘッド35の第2のボール室37”からは、複数個の第2の樹脂通路38、38、…がテーパ状に外周部に向けて開けられ、これらの複数個の第2の樹脂通路38、38、…の分岐始点が可塑化時にボール31が受け止められる当接部39となっている。したがって、可塑可時にはボール31は、可塑可される溶融樹脂材料により当接部39の方へ押し流され、そして当接部39に受け止められる。溶融樹脂材料は、第1の樹脂通路36、36、…、ボール室、ボール31と第2の樹脂通路38、38、…との間の隙間および第2の樹脂通路38、38、…を通って計量室4に送られる。射出時には、逆流しようとする溶融樹脂材料によりボール31は、シート面37の方へ押され、そしてシート面37に着座する。これにより、溶融樹脂材料の逆流が防止される。なお、図には示されていないが、スクリュヘッド35にパイロット孔を設け、射出時には計量化された溶融樹脂材料がこのパイロット孔を通り、ボール31に直接的に作用し、瞬時にボール31がシート面37に着座するように実施することもできる。本実施の形態によると、スクリュ20の先端部には逆流防止装置30が設けられているので、計量終了後に超臨界ガスを含んだ溶融樹脂が第2メタリングM2の方へ逆流することが防止される。これにより、計量室4内が超臨界ガス圧以上に保持され、計量室4内で発泡することが抑えられる。
【0013】
第2の実施の形態に係わる逆流防止装置40は、図4の(ロ)に示されている。本実施の形態に係わる逆流防止装置40は、スクリュ20の先端部にスクリュヘッド41を取り付けることにより間接的に取り付けられているリング状の押金47と、スクリュ20の先端部にネジ43により取り付けられているスクリュヘッド41と、スクリュヘッド41の小径部42に軸方向に移動自在に設けらている逆流防止リング44とから構成されている。スクリュヘッド41は、その先端部がテーパ状に縮径されているヘッド部と、ヘッド部の後方の小径部42と、さらにその後方のネジ43とから構成されている。逆流防止リング44は、その外周面はスクリュシリンダ1の内周面に密接しているが、その内周面とスクリュヘッド41の小径部42の外周面との間には樹脂の流れを許容するだけの隙間があり、その前後両端部はテーパ部45、46となっている。そして、その後方のテーパ部45が逆流防止時に押金47のシート面48に着座するようになっている。なお、可塑化時には逆流防止リング44は先方へ移動し、その前方のテーパ部46が、スクリュヘッド41に形成されている放射状の突起41’、41’、…に当接し、溶融樹脂材料の流れは許容される。本実施の形態によっても、計量室4内が超臨界ガス圧以上にに保持され、計量室4内で発泡することが抑えられることは明らかである。
【0014】
図1に示されているガス供給孔2あるいはガス管3には、耐熱性のフイルタ例えば焼結金属からなる多孔質の通気性金属15、例えば「ポーセラックス」(登録商標)が設けられている。この通気性金属15を設けることにより、不活性ガスの供給を停止したときの溶融樹脂材料の外部への漏洩を防止することができる。なお、ガス供給孔2は、従来の金型に設けられているガス抜孔のような小さい孔に代え、この小さな孔から供給することもできる。そうすると、溶融樹脂材料の逆流による漏れは防止できるが、不活性ガス注入時間が長くなる。これに対し、本実施の形態によると、通気性金属15が設けられているので、溶融樹脂材料の逆流による漏れを防止できると共に、ガス通過面積を広くして不活性ガスの注入時間を短縮できる。
【0015】
次に、上記熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置を使用した成形例について説明する。なお、本可塑化装置は、制御装置により自動成形も、また手動的にも成形できるが、以下半自動的に成形する例について説明する。ホッパ10に熱可塑性樹脂材料Jを入れる。コントローラに付属している設定器により、射出成形に必要な各種の値例えば加熱ヒータ9、9、…の温度、スクリュ20の計量完了位置、スクリュ20の回転速度等を設定する。またシャットオフ弁6を閉じる。そうして、スクリュ駆動装置8によりスクリュ20を回転駆動して計量工程を開始する。樹脂材料Jはスクリュ20の第ステージS1に供給されるが、このとき材料供給孔7の近傍のスクリュシリンダ1の内周壁には複数個の溝12、12、…が形成されているので、樹脂材料Jは効率的に供給される。スクリュ20の回転により送られる樹脂材料Jは、加熱ヒータ9、9、…から加えられる熱と、スクリュ20の回転による摩擦作用、剪断作用等により生じる熱とにより、第1メタリング部M1で完全に溶融され、そして次の第2ステージS2へと送られる。
【0016】
第2ステージS2の低圧部Tに、二酸化炭素ガス、窒素ガス等の不活性ガスを注入する。低圧部Tのフライト22の溝は深くなって、溶融樹脂の圧力は低くなっているので、超臨界圧力以上ではあるが、数十〜200kg/cm程度の比較的低い圧力で注入する。このとき、第1メタリング部M1で完全に溶融されている溶融樹脂のシール作用により、注入される不活性ガスが材料供給孔7の方へ逆流するようなことはない。注入された不活性ガスは、第2ステージS2のフライト22は2重フライトになっているので、溶融樹脂中に容易に、しかも早く浸透する。そうして、第2ステージS2の第2メタリング部M2へと送られる。第2メタリング部M2には、本実施の形態ではミキシングピース26〜29が設けられているので、注入された不活性ガスの分散は一層促進され、そして計量室4へと送られる。なお、このとき逆流防止装置30、40のボール31および逆流防止リング44は先端の方へ移動し、溶融樹脂の流れは許容される。計量が進むに従い、計量された樹脂圧力あるいはサックバック力の補助によりスクリュ20は後方へ後退する。所定量後退したら、これを検知して計量を終わる。
【0017】
次いで、シャットオフ弁6を開いて、スクリュ20を軸方向に駆動して金型へ射出する。このとき、逆流防止装置30、40のボール31および逆流防止リング44は、シート面35、48に着座し、溶融樹脂材料の逆流が防止される。冷却固化を待って金型を開くと、成形体内の平均セル径が0.01〜50μm、平均セル密度が10〜1016個/cmの熱可塑性樹脂発泡成形体が得られる。以下同様にして成形する。
【0018】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置は、スクリュシリンダと、このスクリュシリンダ内に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構成されているので、構造が極めて簡単で安価である。そして、本発明によると、スクリュは、先方部がミキシングピースが設けられている第1メタリングで後方部が供給部となっている第1ステージと、先方部がミキシングピースが設けられている第2メタリングで後方部寄りがスクリュ溝の容積が大きくなった低圧部となっている第2ステージとからなり、ガス供給孔は、第1メタリングの先方すなわち下流側に設けられているので、超臨界状態の不活性ガスを注入しても、第1メタリングにおいて完全に溶融されている樹脂材料のシール作用により、注入される不活性ガスが材料供給孔の方へ逆流しないという、本発明に特有の効果が得られる。しかも、ガス供給孔はスクリュの低圧部に開口しているので、不活性ガスの注入圧力を低くしても、注入できる。したがって、溶融樹脂材料のシール作用と相まって、シールはさらに完全なものとなる効果が得られる。また、第2ステージの第2メタリン部にはミキシングピースが設けられているので、不活性ガスの浸透が短時間で、しかも均一に分散される効果が得られる。したがって、本発明の熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置により得られる熱可塑性樹脂発泡成形体の発泡粒子は細く、外観が奇観で、しかも発泡が微細で均一に分散しているので、強度に優れた熱可塑性樹脂発泡成形体を短時間に得ることができる。さらには、スクリュヘッド部にボールチエック式の逆流防止装置が設けられているので、ボールは慣性が小さく、応答が敏感であるので、計量された樹脂材料を漏れなく射出でき、重量品質に優れた熱可塑性樹脂発泡成形体が得られる。
請求項2に記載の発明によると、スクリュの第2ステージにおけるフライト多重フライトになっているので、不活性ガスの浸透が短時間で、しかも均一に分散される効果が得られる。請求項3に記載の発明によると、スクリュシリンダの材料供給孔近傍の内周壁には、軸方向に複数本の溝が設けられているので、スクリュシリンダの内周面と樹脂材料との間の摩擦力が大きくないり、可塑化能力が大きくなる効果が得られる。そして、請求項4に記載の発明によると、スクリュシリンダのガス供給孔には、耐熱性の通気性体が設けられるので、不活性ガスの供給を停止したとき、溶融樹脂材料がガス供給孔から外部へ漏れることがなく、しかも小さな1個の孔に比較して通気面積を広くすることができるので、短時間に不活性ガスを注入できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を一部断面にして模式的に示す正面図である。
【図2】本発明の細部の実施の形態を示す図で、その(イ)はスクリュシリンダの材料供給孔近傍の断面図、その(ロ)は(イ)において(ロ)ー(ロ)で見た断面図、その(ハ)はスクリュの第2ステージ部分の1重フライトの、そして(ニ)はスクリュの第2ステージ部分の2重フライトの要部をそれぞれ示す断面図である。
【図3】本発明に係わるミキシングピースの実施の形態を示す図で、その(イ)〜(ニ)はそれぞれ異なるミキシングピースの斜視図である。
【図4】本発明に係わる逆流防止装置の実施の形態を示す図で、その(イ)は第1の、そしてその(ロ)は第2の実施の形態を示それぞれ示す断面図である。
【符号の説明】
1 スクリュシリンダ 2 ガス供給孔
7 材料供給孔 15 通気性金属
20 スクリュ 26〜29 ミキシングピース
30、40 逆流防止装置
S1 第1ステージ S2 第2ステージ
M1 第1メタリング部 M2 第2メタリング部 T
低圧部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam, which includes a screw cylinder and a screw provided in the screw cylinder so as to be driven in a rotational direction and an axial direction.
[0002]
[Prior art]
A thermoplastic resin is melted in a cylinder of an injection molding machine, an inert gas such as a supercritical carbon dioxide gas is melted in the molten thermoplastic resin, and injected into a mold to be a thermoplastic resin foam molded article. A number of methods or apparatuses for forming a material have been proposed, for example, in JP-A-8-258096 and JP-A-10-230528. The apparatus for producing a fine foam disclosed in the above-mentioned JP-A-8-258096 is generally provided at a heating cylinder, a main screw provided in the heating cylinder, and a tip of the main screw. A mixing screw, an inert gas supply device that supplies an inert gas to the mixing screw portion, and the like are included. Therefore, when the main screw is driven to rotate and the pellet-shaped resin material is conveyed to the tip of the heating cylinder, the pellet-shaped resin material is melted and further uniformly melted by the mixing screw. At this time, when carbon dioxide gas is supplied, the carbon dioxide gas penetrates into the molten resin material. When the molten resin material infiltrated with carbon dioxide gas is injected into the mold by driving the main screw in the axial direction, a fine foam is obtained. In addition, a thermoplastic resin foam molded product manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-230528 is composed of two separate apparatuses, a continuous plasticizing apparatus including a heating cylinder and a screw, and an injection apparatus including a plunger. It is configured. Therefore, a thermoplastic resin foam molded article can be obtained by the two apparatuses as follows. That is, when the screw is rotated to melt the pellet-shaped resin material and carbon dioxide gas is supplied, the carbon dioxide gas penetrates into the molten resin material. The molten resin material infiltrated with carbon dioxide gas is supplied to the injection device mold consisting of a plunger by driving the screw in the axial direction, and when the plunger is driven, a thermoplastic resin foam molding is obtained in the same manner. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With any of the above-described conventional manufacturing apparatuses, a fine foam or a thermoplastic resin foam molded article can be obtained. However, problems to be improved are also recognized. For example, the critical pressure of carbon dioxide gas is 75.3 kg / cm 2, but the supercritical carbon dioxide gas higher than this pressure is injected into the molten resin material in the heating cylinder. There's a problem. That is, since the resin material supplied to the heating cylinder is a pellet-shaped solid, it is impossible to seal with the pellet-shaped resin material, and the injected carbon dioxide gas may leak toward the material supply hole. . In particular, in the manufacturing apparatus described above, carbon dioxide gas is injected into the heating cylinder, but since the molten resin pressure in the heating cylinder is as high as 100 to 300 kg / cm 2 , carbon dioxide to be injected is used. The pressure of the gas is higher than this, and the problem of sealing is unavoidable, but it is not recognized that any of the above manufacturing apparatuses solves the problem of sealing. Further, the screw of the fine foam manufacturing apparatus disclosed in the above-mentioned JP-A-8-258096 is composed of two screws, a main screw and a mixing screw provided at the tip of the main screw, In addition, the thermoplastic resin foam molded product manufacturing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-230528 is composed of two separate devices, a continuous plasticizing device and an injection device comprising a plunger. Complex and manufacturing equipment is relatively expensive.
An object of the present invention is to provide a plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam that solves the above-described conventional problems. Specifically, a carbon dioxide gas in a supercritical state, nitrogen in a screw cylinder is provided. An object of the present invention is to provide a plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam which can solve the sealing problem and can be obtained at a low cost despite the injection of an inert gas such as a gas.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises a screw cylinder and a screw provided in the screw cylinder so as to be driven in a rotational direction and an axial direction. And it is configured to be sealed with molten resin material instead of solid pellets, and supercritical inert gas such as carbon dioxide gas and nitrogen gas is injected into the low pressure part of the screw cylinder Is done. That is, in order to achieve the above object, the present invention comprises a screw cylinder and a screw provided in the screw cylinder so as to be able to be driven in a rotational direction and an axial direction. When the material is plasticized and driven in the axial direction, the plasticized molten resin material is injected into a mold. A material supply hole near one rear end, an injection nozzle at the other front end, and a gas supply for injecting a supercritical inert gas between the material supply hole and the injection nozzle hole is provided, the screw, corresponding to the screw cylinder, to the tip portion from the rear end becomes a first metering of the other party section is mixing piece is provided, then A first stage section is in the supply unit, as well the other party unit becomes second metering the mixing piece is provided, the rear portion closer is in the low pressure portion in which the volume is increased in screw channel a second stage, is composed of a screw head portion of the tip, the screw head portion, the ball check type of the backflow prevention device is provided, the gas supply holes of the screw cylinder, the second stage of the screw It is comprised so that it may be provided in the position corresponding to a low voltage | pressure part. The invention described in claim 2, in plasticizing apparatus according to claim 1, of the screw flight in the second stage, so as to multiplex the flight, the invention of claim 3, claim In the plasticizing apparatus according to 1 or 2, the inner peripheral wall in the vicinity of the material supply hole of the screw cylinder is provided with a plurality of grooves in the axial direction. In the plasticizing apparatus according to any one of the above , the gas supply hole of the screw cylinder is configured to be provided with a heat-resistant breathable body.
[0005]
Embodiment
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a front view schematically showing the whole with a part in cross section. As shown in FIG. 1, the plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam according to the present embodiment is shown in FIG. In general, the screw cylinder 1 includes a screw cylinder 1 and a screw 20 that is driven to rotate inside the screw cylinder 1 and that can also be driven in the axial direction, that is, the injection direction.
[0006]
The screw cylinder 1 has a predetermined length in the axial direction, and has a gas supply hole 2 for supplying an inert gas in a supercritical state at a pressure and temperature reaching the inside from the outside of the screw cylinder 1 at a substantially intermediate position. Opened. A gas pipe 3 is hermetically connected to the gas supply hole 2. As will be described in detail later, an inert gas such as carbon dioxide gas or nitrogen gas is injected from the gas pipe 3 into the molten resin material at a pressure of about several tens to 200 kg / cm 2 in a supercritical state. However, a compressor, a pressure control valve, and the like for that purpose are not shown in FIG.
[0007]
Further, the screw cylinder 1 near the tip end on the left side in FIG. 1 is a measuring chamber 4, and an injection nozzle 5 is provided at the tip portion. The injection nozzle 5 is provided with a shutoff valve 6. A material supply hole 7 is formed near the rear end of the screw cylinder 1. And the screw drive device 8 is provided in the rear-end part. The screw driving device 8 can be configured as conventionally known and will not be described in detail. For example, the screw driving device 8 includes a rotary motor and a piston unit, and the output shaft of the rotary motor and the screw shaft at the rear end of the screw 20 are spline shafts. Are connected by mechanical means such as a sliding key. Therefore, the screw 20 can move in the axial direction even when it is rotationally driven. Further, the piston 20 of the piston unit can pull the screw 20 during measurement, so-called suck back, or inject a measured molten resin material. A plurality of heaters 9, 9,... That are individually controlled in temperature are provided on the outer periphery of the screw cylinder 20 and the injection nozzle 5. A supply cylinder portion 11 of a hopper 10 is mounted in the material supply hole 7 of the screw cylinder 1.
[0008]
The screw 20 moves in the axial direction at the time of plasticization and injection, but as shown in FIG. 1, corresponding to the screw cylinder 1, from the rear end portion toward the front end portion, the first stage S1, It is apparently separated from the second stage S2 and the screw head part S3. The front part of the first stage S1 is the first metering part M1, and the rear part is the supply part K. The first metering part M1 is provided with a mixing piece 21 and the like, and the screw flight 22 of the supply part K is relatively deep. Of course, the first metering part M1 may have a full flight screw structure without a mixing piece. The front part of the second stage S2 is also the second metering part M2, and the rear part is the low-pressure part T. The groove of the screw flight 22 of the low pressure part T is relatively deep. Thereby, it is possible to easily inject the supercritical inert gas. Note that the low-pressure portion T can be configured even if the screw flight 22 is narrowed and the screw groove volume is increased.
[0009]
In order to form a foamed molded article by the plasticizing apparatus described above, the resin material is plasticized and an inert gas is injected, or the molten resin material in which the inert gas has permeated is injected into the mold. However, in the present embodiment, the vicinity of the material supply hole 7 of the screw cylinder 1, the screw 20 of the second stage S2, the tip of the second metering part M2 of the screw 20, the screw head part S3 and the gas supply hole 2 Alternatively, the gas pipe 3 is configured as described below.
[0010]
That is, on the inner peripheral wall of the screw cylinder 1 in the vicinity of the material supply hole 7, a plurality of grooves 12, 12 having a predetermined length in the axial direction are provided, as shown in FIGS. Are formed. The length of these grooves 12, 12,... Is longer at the tip portion with the material supply hole 7 as the center so as to cover the distance that the screw 20 moves during plasticization. These grooves 12, 12,... Improve the biting of the resin material 20 into the screw and improve the plasticizing ability. The screw flight 22 of the screw 20 in the second stage S2 is a double flight. 2C is a cross-sectional view of a single flight, and FIG. 2D is a cross-sectional view of a double flight. The cross-sectional area of the flight grooves 23 and 23 of the double flight is single. It is subdivided smaller than the cross sectional area of the flight groove 25 of the flight. This facilitates penetration and dispersion of the injected inert gas. Obviously, it is possible to carry out multiple flights such as triple. Of course, the penetration of the inert gas may be sufficiently accelerated even with a single flight, that is, a full flight screw.
[0011]
According to the present embodiment, the mixing piece is formed at the tip of the second metering M2 of the second stage S2 of the screw 20. The mixing piece can be implemented in various ways, an embodiment of which is shown in FIG. Since the mixing piece itself is well known in the art, a detailed explanation is not given, but a dull image type mixing piece 26 is shown in FIG. Similarly, (b) shows a mattoque type 27, (c) a pin type 28, and (d) a double flight type mixing piece 29. By providing these mixing pieces 26 to 29, the injected inert gas can be uniformly dispersed, so that the internal foam layer of the foamed molded product can be made fine and uniform. Of course, even if there is no mixing piece, it may be uniformly dispersed.
[0012]
An embodiment of a backflow prevention device provided in the screw head portion S3 is shown in FIG. The backflow prevention device 30 according to the first embodiment shown in FIG. More specifically, the backflow prevention device 30 according to the first embodiment includes a presser 33 attached to the tip of the screw 20 by a screw 32 and a ball 31 mounted inside the tip of the presser 33. After that, similarly, a screw head 35 attached with a screw 34 and a ball 31 provided so as to be movable in the axial direction in a ball chamber formed between the presser 33 and the screw head 35 are constituted. . A plurality of radial first resin passages 36, 36,... Are formed in the presser bar 33 so as to reduce the flow resistance of the resin from the vicinity of the outer peripheral portion toward the center portion, A first ball chamber 37 'that is substantially parallel to the central portion is formed in the axial direction. And the point where this first ball chamber 37 'and the first resin passages 36, 36, ... join together is a seat surface 37 on which the ball 31 is seated when backflow is prevented. The screw head 35 is a head portion whose diameter is reduced in a tapered shape at the tip, and a screw 34 is formed at the rear end. A second ball chamber 37 ″ having a predetermined depth from the rear end portion is formed in the axial direction at the center of the screw head 35. The second ball chamber 37 ″ and the above-described first ball chamber 37 ″. The diameters of the ball chambers 37 ′ are the same, and when assembled as shown in FIG. 4 (a), these first and second ball chambers 37 ′, 37 ″ work together in a predetermined axial direction. A ball chamber having a predetermined diameter is formed by a length. From the second ball chamber 37 ″ of the screw head 35, a plurality of second resin passages 38, 38,... The branch start point of the plurality of second resin passages 38, 38,... Serves as a contact portion 39 for receiving the ball 31 during plasticization. Accordingly, when plasticizing is possible, the ball 31 is pushed toward the contact portion 39 by the molten resin material to be plasticized, and is received by the contact portion 39. The molten resin material passes through the first resin passages 36, 36,..., The ball chamber, the gap between the ball 31 and the second resin passages 38, 38,... And the second resin passages 38, 38,. Sent to the weighing chamber 4. At the time of injection, the ball 31 is pushed toward the seat surface 37 by the molten resin material to flow backward and is seated on the seat surface 37 . Thereby, the backflow of molten resin material is prevented. Although not shown in the drawing, a pilot hole is provided in the screw head 35, and at the time of injection, the measured molten resin material passes directly through the pilot hole and directly acts on the ball 31. It can also be carried out so as to be seated on the seat surface 37. According to the present embodiment, since the backflow prevention device 30 is provided at the tip of the screw 20, it is possible to prevent the molten resin containing the supercritical gas from flowing back toward the second metal ring M2 after the completion of the measurement. The Thereby, the inside of the measurement chamber 4 is maintained at a supercritical gas pressure or more, and foaming in the measurement chamber 4 is suppressed.
[0013]
The backflow prevention device 40 according to the second embodiment is shown in FIG. The backflow prevention device 40 according to the present embodiment is attached by a ring-shaped presser 47 that is indirectly attached by attaching a screw head 41 to the tip of the screw 20 and a screw 43 to the tip of the screw 20. And a backflow prevention ring 44 provided on the small diameter portion 42 of the screw head 41 so as to be movable in the axial direction. The screw head 41 includes a head portion whose tip is reduced in a tapered shape, a small-diameter portion 42 at the rear of the head portion, and a screw 43 at the rear thereof. Although the outer peripheral surface of the backflow prevention ring 44 is in close contact with the inner peripheral surface of the screw cylinder 1, the resin flow is allowed between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion 42 of the screw head 41. There are only gaps, and both front and rear end portions thereof are tapered portions 45 and 46. And the taper part 45 of the back is seated on the sheet | seat surface 48 of the pressing plate 47 at the time of backflow prevention. During plasticization, the backflow prevention ring 44 moves forward, and the front taper portion 46 abuts against the radial projections 41 ′, 41 ′,... Formed on the screw head 41, and the flow of the molten resin material. Is acceptable. It is obvious that the present embodiment also keeps the inside of the measurement chamber 4 at a supercritical gas pressure or higher and suppresses foaming in the measurement chamber 4.
[0014]
The gas supply hole 2 or the gas pipe 3 shown in FIG. 1 is provided with a heat-resistant filter, for example, a porous air-permeable metal 15 made of sintered metal, for example, “Pocerax” (registered trademark). . Providing this breathable metal 15 can prevent the molten resin material from leaking to the outside when the supply of the inert gas is stopped. The gas supply hole 2 can be supplied from a small hole instead of a small hole such as a gas vent hole provided in a conventional mold. If it does so, the leak by the backflow of molten resin material can be prevented, but inert gas injection | pouring time becomes long. On the other hand, according to the present embodiment, since the breathable metal 15 is provided, leakage due to the backflow of the molten resin material can be prevented, and the gas passage area can be widened to shorten the inert gas injection time. .
[0015]
Next, a molding example using the thermoplastic resin foam molding plasticizing apparatus will be described. In addition, although this plasticization apparatus can be shape | molded automatically and manually by a control apparatus, the example formed semi-automatically below is demonstrated. The thermoplastic resin material J is put into the hopper 10. Various values necessary for injection molding, for example, the temperature of the heaters 9, 9,..., The measurement completion position of the screw 20, the rotational speed of the screw 20 and the like are set by a setting device attached to the controller. Further, the shutoff valve 6 is closed. Then, the screw 20 is rotated by the screw driving device 8 to start the weighing process. The resin material J is supplied to the first stage S1 of the screw 20. At this time, a plurality of grooves 12, 12,... Are formed on the inner peripheral wall of the screw cylinder 1 in the vicinity of the material supply hole 7. Material J is supplied efficiently. The resin material J sent by the rotation of the screw 20 is completely at the first metering portion M1 due to the heat applied from the heaters 9, 9,... And the heat generated by the frictional action, shearing action, etc. due to the rotation of the screw 20. It is melted and sent to the next second stage S2.
[0016]
An inert gas such as carbon dioxide gas or nitrogen gas is injected into the low pressure portion T of the second stage S2. Since the groove of the flight 22 of the low-pressure part T is deepened and the pressure of the molten resin is low, it is injected at a relatively low pressure of about several tens to 200 kg / cm 2 although it is higher than the supercritical pressure. At this time, the inert gas injected does not flow back toward the material supply hole 7 due to the sealing action of the molten resin completely melted in the first metering portion M1. The injected inert gas penetrates the molten resin easily and quickly because the flight 22 of the second stage S2 is a double flight. Then, it is sent to the second metering part M2 of the second stage S2. In the present embodiment, mixing pieces 26 to 29 are provided in the second metering portion M2, and thus the dispersion of the injected inert gas is further promoted and sent to the measuring chamber 4. At this time, the ball 31 and the backflow prevention ring 44 of the backflow prevention devices 30 and 40 move toward the tip, and the flow of the molten resin is allowed. As metering proceeds, the screw 20 moves backward with the aid of the metered resin pressure or suckback force. When the set amount has been reversed, this is detected and the weighing is finished.
[0017]
Next, the shutoff valve 6 is opened, and the screw 20 is driven in the axial direction to be injected into the mold. At this time, the ball 31 and the backflow prevention ring 44 of the backflow prevention devices 30 and 40 are seated on the seat surfaces 35 and 48, and the backflow of the molten resin material is prevented. When the mold is opened after cooling and solidification, a thermoplastic resin foam molded article having an average cell diameter of 0.01 to 50 μm and an average cell density of 10 8 to 10 16 cells / cm 3 is obtained. Thereafter, molding is performed in the same manner.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam is composed of a screw cylinder and a screw that is provided in the screw cylinder so as to be driven in the rotational direction and the axial direction. Therefore, the structure is extremely simple and inexpensive. According to the present invention, the screw has a first stage in which the front portion is provided with a mixing piece and a rear portion serving as a supply portion, and a second portion in which the front portion is provided with a mixing piece. It consists of a second stage which is a low pressure part with a larger screw groove volume near the rear part in the metal ring, and the gas supply hole is provided at the end of the first metal ring, that is, on the downstream side. Even when the inert gas is injected, an effect unique to the present invention is that the injected inert gas does not flow back toward the material supply hole due to the sealing action of the resin material completely melted in the first metal ring. Is obtained. Moreover, since the gas supply hole opens in the low pressure portion of the screw, it can be injected even if the injection pressure of the inert gas is lowered. Therefore, in combination with the sealing action of the molten resin material, an effect that the seal becomes more complete can be obtained. In addition, since the mixing piece is provided in the second metalin part of the second stage, the effect that the permeation of the inert gas can be uniformly dispersed in a short time is obtained. Therefore, the foamed particles of the thermoplastic resin foam molded article obtained by the plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam of the present invention are thin, the appearance is strange, and the foam is finely and uniformly dispersed. An excellent thermoplastic resin foam molded article can be obtained in a short time. Furthermore, since a ball check type backflow prevention device is provided in the screw head, the ball has small inertia and is sensitive in response, so it is possible to inject the weighed resin material without omission and excellent weight quality. A thermoplastic resin foam molding is obtained.
According to the invention described in claim 2, flights definitive in the second stage of the screw so have become multi-flight, in a short time penetration of the inert gas, the effect can be obtained yet being uniformly dispersed. According to the invention described in claim 3, since the inner peripheral wall in the vicinity of the material supply hole of the screw cylinder is provided with a plurality of grooves in the axial direction, the gap between the inner peripheral surface of the screw cylinder and the resin material is provided. The effect that the frictional force is not large and the plasticizing ability is increased is obtained. According to the invention described in claim 4, since the gas supply hole of the screw cylinder is provided with a heat-resistant air-permeable body, when the supply of the inert gas is stopped, the molten resin material is discharged from the gas supply hole. Since there is no leakage to the outside and the ventilation area can be widened as compared with one small hole, the effect of injecting an inert gas in a short time can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing an embodiment of the present invention with a partial cross section.
FIG. 2 is a view showing a detailed embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view in the vicinity of a material supply hole of a screw cylinder, and (b) is (b) in (b)-(b). Sectional view, (c) is a cross-sectional view showing a main part of a single flight of the second stage part of the screw, and (d) is a main part of a double flight of the second stage part of the screw.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a mixing piece according to the present invention, in which (a) to (d) are perspective views of different mixing pieces.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing an embodiment of a backflow prevention device according to the present invention, wherein FIG. 4A is a first cross-sectional view and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw cylinder 2 Gas supply hole 7 Material supply hole 15 Breathable metal 20 Screw 26-29 Mixing piece 30,40 Backflow prevention apparatus S1 1st stage S2 2nd stage M1 1st metering part M2 2nd metering part T
Low pressure part

Claims (4)

スクリュシリンダと、このスクリュシリンダ内に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り、前記スクリュを回転駆動すると、樹脂材料が可塑化され、軸方向に駆動すると、可塑化された溶融樹脂材料が金型へ射出されるようになっている熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置であって、
前記スクリュシリンダには、その一方の後端部寄りに材料供給孔が、他方の先端部には射出ノズルが、そして前記材料供給孔と射出ノズルとの間に超臨界状態の不活性ガスを注入するためのガス供給孔が設けられ、
前記スクリュは、前記スクリュシリンダに対応して、後端部から先端部にかけてその先方部がミキシングピースが設けられている第1メタリングとなり、その後方部が供給部となっている第1ステージと、同様にその先方部がミキシングピースが設けられている第2メタリングとなり、その後方部寄りがスクリュ溝の容積が大きくなった低圧部となっている第2ステージと、先端部のスクリュヘッド部とから構成され
前記スクリュヘッド部には、ボールチエック式の逆流防止装置が設けられ
前記スクリュシリンダの前記ガス供給孔は、前記スクリュの第2ステージの低圧部に対応した位置に設けられていることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置。
It consists of a screw cylinder and a screw that can be driven in the rotational direction and the axial direction in the screw cylinder. When the screw is driven to rotate, the resin material is plasticized, and when it is driven in the axial direction, plasticizing A thermoplastic resin foam molding plasticizing device in which the molten resin material is injected into a mold,
The screw cylinder has a material supply hole near one rear end, an injection nozzle at the other end, and an inert gas in a supercritical state is injected between the material supply hole and the injection nozzle. Gas supply holes are provided,
The screw corresponds to the screw cylinder from the rear end portion to the front end portion , and a front portion thereof is a first metering provided with a mixing piece , and a rear portion thereof is a supply portion. Similarly, the second metal ring whose front portion is provided with a mixing piece, the second stage whose rear portion is a low pressure portion having a larger screw groove volume, and the screw head portion at the tip portion And consists of
The screw head portion is provided with a ball check type backflow prevention device ,
The plastic supply device for molding a thermoplastic resin foam, wherein the gas supply hole of the screw cylinder is provided at a position corresponding to a low pressure portion of a second stage of the screw.
請求項1に記載の可塑化装置において、前記スクリュの、第2ステージにおけるフライトは、多重フライトになっている熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置。 In plasticizing apparatus according to claim 1, of the screw flight in the second stage, multiplex flight going on thermoplastic resin foam molding plasticizing apparatus. 請求項1または2に記載の可塑化装置において、前記スクリュシリンダ材料供給孔近傍の内周壁には、軸方向に複数本の溝が設けられている熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置。3. The plasticizing apparatus for molding a thermoplastic resin foam according to claim 1, wherein a plurality of grooves are provided in an axial direction on an inner peripheral wall in the vicinity of a material supply hole of the screw cylinder. 4. 請求項1〜3のいずれかの項に記載の可塑化装置において、前記スクリュシリンダのガス供給孔には、耐熱性の通気性体が設けられている熱可塑性樹脂発泡体成形用可塑化装置。The plasticizing apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the gas supply hole of the screw cylinder is provided with a heat-resistant breathable body.
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