JP4254585B2 - 射出成形用スクリュ - Google Patents

Description

本発明は樹脂の射出成形機に用いる射出成形用スクリュに係り、スクリュ先端部にミキシング部を配することによって、顔料やタルク等の充填物を樹脂の中に均一に分散させる高分散タイプの射出成形用スクリュに関するものであって、特にメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分以上の高流動性樹脂（ハイフロー材）に用いるに好適な射出成形用スクリュに関する。

従来から一般的に知られている高分散タイプの射出成形用スクリュは図示しない射出成形機の加熱シリンダ内に摺動自在に配されて、加熱シリンダの原料供給部側から順に供給、圧縮及び計量用のフライトを形成するとともに、スクリュ先端側にミキシング部を設けて、顔料やタルク等の充填物を樹脂の中に均一に分散させる効果を高めている。
高分散タイプの従来型射出成形用スクリュについて、スクリュ先端構造の一例を図６に示す。
図６に示した射出成形用スクリュ１０は、樹脂を供給、圧縮及び計量して送り出すためのフライト５が設けられたスクリュ本体１と、スクリュ本体１先端に固定されたスクリュヘッド３と、スクリュヘッド３に形成した小径部に配されたチェックリング７と、外周面に円周方向に複数個、軸方向に複数列の突起物６が形成されたミキシングヘッド４から構成される。
該射出成形機の図示しないホッパから供給された樹脂は、該加熱シリンダ内で外部からの熱エネルギーを受けるとともに、射出成形用スクリュ１０の回転に伴う機械的エネルギーによって溶融され、ミキシングヘッド４を通ってスクリュヘッド３先端に送り込まれる。
ここで、スクリュ本体１から送り出された樹脂は突起物６間の間隙を分岐又合流しながら蛇行して流れこの間で良好に分散される。（特許文献１参照）

特開平８−１５６０４７号公報

ところで、近年、樹脂の成形性向上が図られメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分以上の高流動性樹脂（ハイフロー材と称することもある）が射出成形に多く用いられるようになった。
しかし、前述した従来型の射出成形用スクリュを使用して、前述した高流動性樹脂とカラーマスターバッチ（固形状着色剤）とを混合して直接射出成形する場合や、高流動性樹脂にタルク等の充填物を充填した樹脂を射出成形する場合において、カラーマスターバッチや充填物がミキシングヘッドの突起物部において凝集し、分散不良等の問題が発生していた。
また、従来型の射出成形用スクリュは溶融樹脂が突起物部で滞留し易いことから色替えが悪いという問題もあった。

さらに、前述した従来型の射出成形用スクリュはチェックリングとミキシングヘッドが直接当接して樹脂の逆流を防止する構成であるため、溶融樹脂中の異物などでシール面が損傷し逆流防止の性能が低下したときは、高価なミキシングヘッドも交換しなければならないという問題があった。

本発明は、前述した従来技術の問題点に着目し、高流動性樹脂を使用した場合においても樹脂を均一に溶融混練することができ、カラーマスターバッチやタルク等の樹脂充填物の混練、分散性に優れた射出成形用スクリュを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明による第１の発明においては、スクリュ本体の先端にミキシングヘッドを配するとともに、該ミキシングヘッドの先端に逆流防止装置とスクリュヘッドを配し、
該ミキシングヘッドの外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる複数の軸方向の溝を形成した射出成形用スクリュにおいて、
該軸方向の溝の軸直角断面での樹脂の通過面積が、スクリュ本体側からスクリュヘッド側に向かって減少するように形成した。

そして、第２の発明では、第１の発明の構成に加えて、円環状の溝に連通する複数の軸方向の溝は前記ミキシングヘッドの外周面の円周方向に等分割で分割数を同一として設けられ、軸方向で隣接する各溝の中心位置が互いの溝ピッチの中心位置となるよう溝ピッチを前記円周方向に２分の１宛（ずつ）ずらして形成した。

そして、第３の発明では、第１又は第２の発明において、軸方向の溝の谷径をスクリュヘッド側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させるようにした。

そして、第４の発明では、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、軸方向の溝の円周方向の幅をスクリュヘッド側に向かって小さくすることにより前記樹脂の通過面積を減少させるようにした。

そして、第５の発明では、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、軸方向の乗数はミキシングヘッド外周面の円周方向に等分割する分割数を１５以上とした。

本発明の射出成形用スクリュによれば、ミキシングヘッドの外周面にスクリュ本体側からスクリュヘッド側に向けて分岐と合流を繰り返す網目状の溝部を形成するとともに、該網目状に形成された溝部の中で、軸方向に延在する溝を軸直角方向に切断した樹脂の通過面積が、該スクリュ本体側からスクリュヘッド側に向かって減少するように形成したので、高流動性樹脂を均質化でき、カラーマスターバッチやタルク等の樹脂充填物の混練、分散性に優れている。従って、カラーマスターバッチや充填物等が溶融樹脂に均一に分散され、凝集による分散不良が発生することがない。

そして、ミキシングヘッドの外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる軸方向の溝を、円周方向に複数条、かつ、軸方向に複数列形成するとともに、該軸方向に複数列形成した溝の各列において円周方向に等分割する分割数を同一として、軸方向に隣接する列を互にピッチで２分の１宛（ずつ）ずらして形成するように網目状の溝部を形成したので、該ミキシングヘッドを流れる樹脂は網目状の溝部とスクリュ本体の回転によって分岐と合流を繰り返し良好に分散される。また、ミキシングヘッドの網目状の溝部は滞留個所が少なく、急激な断面積の変化もなく色替性に優れる。

また、ミキシングヘッドのスクリュ本体側の端部に形成する谷径を隣接するスクリュ本体の谷径に一致させるとともに、スクリュヘッド側の端部に形成する谷径をシートの外径に一致させるよう構成することにより、ミキシングヘッドの両端部は溶融樹脂の滞留個所がなく色替性に優れる。

さらに、ミキシングヘッド外周面に形成した網目状の溝部において、軸方向の溝の条数を、円周方向に等分割する分割数を１列で少なくとも１５条以上とすることにより、高流動性樹脂を均質化し、カラーマスターバッチやタルク等の樹脂充填物の混練、分散性を向上させて、カラーマスターバッチや充填物等を全体的に均一に混練するので分散不良を防止することができる。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１〜図４は本発明による実施の形態に係り、図１は本発明による実施形態の好ましい１例を示す要部の断面図、図２〜図４はミキシングヘッド外周面網目状溝部の実施形態を説明する展開図である。
ここで、図２は、ミキシングヘッドの外周面に軸方向に複数列形成した軸方向の溝の各列において、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互にピッチで２分の１宛ずらして形成することにより、矩形の隔壁が複数形成されるような網目を形成した場合を示している。また、図３はミキシングヘッドの外周面に略三角形の隔壁が複数残るような網目を形成した場合を示す。
なお、図２と図３に記載したミキシングヘッドの外周面の形状は、溝部の谷径をスクリュヘッド側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させるようにしている。
また、図４は、ミキシングヘッドの外周面に軸方向に複数列形成した円環状の溝の各列において、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互にピッチで２分の１宛ずらして形成するとともに、前記軸方向の溝の円周方向の幅をスクリュヘッド側に向かって小さくすることにより前記樹脂の通過面積を減少させた場合を示している。

本発明の実施形態である射出成形用スクリュ４１の構成について説明する。
図１及び図２において、１１はスクリュ本体、１２はミキシングヘッド、１３はスクリュヘッド、４０はチェックリング１４及びシート１５から構成される逆流防止装置である。ミキシングヘッド１２はスクリュ本体１１の先端の開口部に螺合するねじ部１６を備え、スクリュ本体１１に脱着自在に取付けられている。そして、スクリュヘッド１３はミキシングヘッド１２の先端の開口部に螺合するねじ部１７を備え、ミキシングヘッド１２に脱着自在に取付けられている。

ミキシングヘッド１２は、スクリュヘッド１３側の大径部と、スクリュ本体１１側でスクリュ本体１１の先端の開口部に螺合するねじ部１６を形成した小径部とで形成され、ミキシングヘッド１２のスクリュヘッド１３側端面にはミキシングヘッド１２の脱着工具用の孔２１が複数個設けられている。
そして、ミキシングヘッド１２大径部の最大外径は図示しない加熱シリンダの内径よりも小さく、かつ、スクリュ本体１１の谷径よりも大きく形成した。また、ミキシングヘッド１２大径部において、スクリュ本体１１側の端部に形成する谷径は隣接するスクリュ本体１１の谷径に一致させるとともに、スクリュヘッド１３側の端部に形成する谷径はシート１５の外径に一致させることによって、接合部での段差をなくして溶融樹脂の滞留が起こらない構成としている。

ここで、図１に示すように、ミキシングヘッド１２の外周面に、複数列の円環状の溝２０を形成するとともに、隣接する円環状の溝２０に連通して軸方向に延びる軸方向の溝１８を、円周方向に複数条、かつ、軸方向に複数列形成し、該軸方向に複数列を形成した軸方向の溝１８の各列において、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互いにピッチの２分の１宛ずらして形成することにより、図２に展開図を示す矩形の隔壁を形成するようにして網目状の溝部を形成している。
そして、該溝部の中で軸方向の溝１８を軸直角方向に切断した際の樹脂の通過面積が、スクリュ本体１１側からスクリュヘッド１３側に向かって減少するようにするため、スクリュ本体１１の谷径よりもシート１５の外径を大きくした形状としている。

また、図１に示した射出成形用スクリュ４１においては、軸方向の溝１８の谷径寸法に合わせて連通する円環状の溝２０の谷径寸法をスクリュヘッド１３側に向かって大きくするとともに溝幅を調整し、軸方向の溝１８から円環状の溝２０に樹脂が流れ込む際に急激な圧力変化などが生じない構成とした。
ここで、本発明における好ましいスクリュ本体１１側とスクリュヘッド１３側との樹脂の通過面積の比率は１：０．９〜０．３の範囲であり、成形する樹脂のメルトフローレートやカラーマスターバッチの希釈倍率、樹脂の充填剤の種類や量などにより適宜選択し使用する。

なお、前記溝部の形状は、図２に示した形状に限らないことは勿論であって、スクリュ本体側からスクリュヘッド側に向けて分岐と合流を繰り返す構成となっていれば良く、例えば図３に示す形状の網目であっても勿論良い。
また、軸方向の溝１８を軸直角方向に切断したときの樹脂の通過面積を減少させる方法は前記方法に限らず、ミキシングヘッド１２溝部の谷径を同一寸法とし、軸方向の溝１８の円周方向の幅をスクリュ本体側からスクリュヘッド側に向かって減少させる図４のような方法であっても良い。

スクリュヘッド１３は、略円錐形状に形成された先頭部に後述する逆流防止装置４０を取付けるための小径部を隣接して、該小径部にミキシングヘッド１２の先端の開口部に螺合するねじ部１７を形成した構成となっている。
そして、スクリュヘッド１３の小径部からチェックリング１４を緩やかに嵌め込み、スクリュヘッド１３のねじ部１７をミキシングヘッド１２の先端の開口部に螺合することによって、該スクリュヘッドと該ミキシングヘッドの間で該シートを挟持させる。これによって、チェックリング１４およびシート１５から構成される逆流防止装置４０がミキシングヘッド１２とスクリュヘッド１３の間で脱着自在に取付けられることになる。
なお、チェックリング１４はスクリュヘッド１３先端部の小径部外側に軸方向に進退自在であり、射出充填時に溶融樹脂の圧力によってスクリュ本体１１側に移動した際にシート１５と当接してスクリュヘッド１３先端の溶融樹脂がスクリュ本体１１側へ逆流することを防止する。
また、スクリュ本体１１が回転しながら後退する計量工程においては、前記チェックリング１４がスクリュヘッド１３方向へ移動する。そして、スクリュ本体１１から送られた溶融樹脂は逆流防止機構４０の通路部であるチェックリング１４とシート１５との隙間、及び、チェックリング１４とスクリュヘッド１３との隙間を通ってスクリュヘッド１３先端に送り込まれる。

また、図１に示した本実施形態による射出成形用スクリュ４１は、スクリュ本体１１、ミキシングヘッド１２、逆流防止装置４０、及びスクリュヘッド１３を脱着自在に固定しているため、例え、逆流防止装置のシール面が溶融樹脂中の異物などで損傷し逆流防止の性能が低下したとしても、該逆流防止装置４０を該ミキシングヘッド１２から取り外し別の逆流防止装置と交換することができるので、ミキシングヘッド１２を交換する必要がないという優れた作用効果を備えている。

さらに、取り扱う樹脂材料やカラーマスターバッチと射出成形用スクリュが適合しないときは、前記ミキシングヘッドを前記スクリュ本体から取り外し適合する別のミキシングヘッドに交換すれば良く、高価なスクリュ本体を交換する必要がない。

次に、このように構成された射出成形用スクリュ４１の動作を説明する。
図示しないホッパから供給されたカラーマスターバッチを混合した高流動性樹脂や無機物などを充填した高流動性樹脂は、図示しない加熱シリンダ内で外部からの熱エネルギーを受けながらスクリュ本体１１の供給部、圧縮部及び計量部を通過してスクリュ本体１１の回転に伴う機械的エネルギーによって可塑化溶融され、ミキシングヘッド１２へ送られる。そして、ミキシングヘッド１２へ送られた溶融樹脂は図２の矢印で示すように、ミキシングヘッド１２外周面に形成された網目状の溝部に流入し、軸方向の溝１８、円環状の溝２０、隔壁１９及びスクリュ本体１１の回転によって分岐と合流を繰返し、溶融樹脂中のカラーマスターバッチや無機物などは凝集することなく分散される。

そして、ミキシングヘッド１２へ送られた溶融樹脂は、逆流防止装置４０の通路部を通ってスクリュヘッド１３前方へ送り込まれ、その圧力で射出成形用スクリュ４１を後退させる。スクリュヘッド１３前方に送り込まれた溶融樹脂は、前記射出成形用スクリュ４１が前進することによって射出され、図示しない加熱シリンダの先端に取付けられたノズルから金型キャビティ内へ充填される。

以下、本発明による射出成形用スクリュ４１の特徴的な作用効果について詳述する。
本発明では、ミキシングヘッド１２の外周面に、複数列の円環状の溝２０と隣接する該円環状の溝２０を連通させる複数の軸方向の溝１８を形成するとともに、軸方向の溝１８の軸直角断面での樹脂の通過面積が、スクリュ本体１１側からスクリュヘッド１３側に向かって減少する構成とした。
前述したように一般的な高分散スクリュは、ミキシングヘッドに形成した突起物を隔壁として、樹脂を分岐又合流させることにより、樹脂を混練して充填物を分散させる。しかし、その作用効果には限界があって、例えば、メルトフローレートが大きな樹脂に充填物を入れて分散させる際において、ミキシングヘッドの溝部分に樹脂の滞留しやすい部分が生じて、滞留部分にある樹脂に含まれる充填物が滞留部分で凝集することにより、分散不良といった問題を引き起こしやすく、この問題は特に溶融樹脂の圧力や速度に急激な変化を生じる部分に生じやすい。
これを防止するためには、樹脂を全体的に均一に混練する必要があり、樹脂の分岐と合流回数を従来よりも増やす、あるいは狭い樹脂通路を通過させる等の手段が有効である。
例えば、樹脂の分岐と合流回数を従来よりも増やす方法として、軸方向の溝１８において溝の条数は円周方向に等分割する分割数を１５条以上とすると充填物の分散効果は大幅に改善する。また、樹脂の滞留部分をできるだけ減少させる方法として、圧力変動や速度変動が小さくなる狭い樹脂通路（溝部）を通過させることが望ましい。

前述した理由により、本発明による図１の射出成形用スクリュ４１によれば、ミキシングヘッド１２内を流れる溶融樹脂の圧力や速度に急激な変化を生じさせることなく、狭い樹脂通路（断面積の小さな溝部）を通過させることができ、溶融樹脂は静的な分岐と合流を繰返し、溶融樹脂中に分散したカラーマスターバッチや充填剤である無機物などは凝集を起さないのである。

また、ミキシングヘッド１２外周面に、複数列の円環状の溝２０と隣接する円環状の溝２０を連通させる複数の軸方向の溝１８を形成するとともに、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互にピッチで２分の１宛ずれるようにした図２に示す構成の射出成形用スクリュ４１は、製作が容易で、使用後において清掃等といったメンテナンスがし易いという優れた利点を有している。

以上説明したような理由から、本発明の射出成形用スクリュ４１を使用してカラーマスターバッチを混合した高流動性樹脂や、無機物などを充填した高流動性樹脂を射出成形しても、成形品表面にカラーマスターバッチや無機物などの分散不良や凝集がなく、表面性に優れた射出成形品を得ることができた。

また、本発明の射出成形用スクリュ４１を用いてメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分未満の一般的な樹脂材料と、ドライカラー（粉末状着色剤）に若干の湿潤剤（脂肪酸石鹸など）とを添加混合し、直接射出成形を行ない色ムラがなく色分散に優れた射出成形品を得ることができた。

なお、図１に示すように本発明の射出成形用スクリュ４１に使用するミキシングヘッドは、図５に示すようなスクリュ本体１１先端の開口部及びスクリュヘッド１３ａ小径部の開口部に螺合するねじ部１６、２２を備えた構成であっても良い。

そして、本発明の射出成形用スクリュの実施形態であるミキシングヘッドは、樹脂の押出装置用スクリュのミキシングヘッドとして使用しても、前述のような射出成形と同様の効果を発揮することができる。

本発明による実施形態の好ましい１例を示す要部の断面図である。 本発明によるミキシングヘッド外周面網目状溝部の第１の実施形態を説明する展開図である。 本発明によるミキシングヘッド外周面網目状溝部の第２の実施形態を説明する展開図である。 本発明によるミキシングヘッド外周面網目状溝部の第４の実施形態を説明する展開図である。 本発明による他の実施形態を示す要部の断面図である。 従来の射出成形用スクリュのスクリュ先端構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１１ スクリュ本体
１２ ミキシングヘッド
１３ スクリュヘッド
１４ チェックリング
１５ シート
１８ 軸方向の溝
１９ 隔壁
２０ 円環状の溝
４０ 逆流防止装置
４１ 射出成形用スクリュ

Claims (5)

1. スクリュ本体の先端にミキシングヘッドを配するとともに、該ミキシングヘッドの先端に逆流防止装置とスクリュヘッドを配し、
   該ミキシングヘッドの外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる複数の軸方向の溝を形成した射出成形用スクリュにおいて、
   該軸方向の溝の軸直角断面での樹脂の通過面積が、スクリュ本体側からスクリュヘッド側に向かって減少するように形成したことを特徴とした射出成形用スクリュ。
2. 前記円環状の溝に連通する複数の軸方向の溝は、前記ミキシングヘッドの外周面の円周方向に等分割で分割数を同一として設けられ、軸方向で隣接する各溝の中心位置が互いの溝ピッチの中心位置となるよう溝ピッチを前記円周方向に２分の１宛（ずつ）ずらして形成した請求項１に記載の射出成形用スクリュ。
3. 前記軸方向の溝の谷径をスクリュヘッド側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させる請求項１又は請求項２に記載の射出成形用スクリュ。
4. 前記軸方向の溝の円周方向の幅をスクリュヘッド側に向かって小さくすることにより前記樹脂の通過面積を減少させる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の射出成形用スクリュ。
5. 前記軸方向の溝の条数は前記ミキシングヘッド外周面の円周方向に等分割する分割数を１５以上とした請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の射出成形用スクリュ。

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