JP4297889B2 - ハングリー射出成形方法およびハングリー射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出又は押出成形機に付設する原料供給技術に係り、特に顆粒、ペレット状を含む流動性熱可塑性固形原料を定量化して供給し、かつ原料の成形機直前環境を改善して製品の成形条件を改良する製造技術に関するものである。

この種の成形システム装置には、図５と図６に示すフィーダを設置しないで小ホッパー２から成形機の本体装置７に供給するタイプや、図７に示す該本体装置直前にフィーダ１０を介して供給する従来技術がある。いずれの場合にあっても予め使用する原料を、小形に加工して空気流動下のもとに流動性を与えた樹脂等から成る熱可塑性の固形原料（以下、単に原料という）を用いる。図５に示すもの（以下、従来例１という）は、バッチ式で固形原料を供給する簡易構造型のもの、図６に示すもの（以下、従来例２という）は、連続的に原料元ホッパー４からクッションホッパー２へブロワ１２が空気輸送源となり、原料供給管２Ａを介し、その途中にホッパー前シャッタ９ａによる制御を加えて原料を自動補給し、原料供給後は排気管２Ｂを介して排気している。クッションホッパー内原料は、ホッパー後シャッタ９ｃを介して成形機の本体装置７に供給し、その装置直前に立設する供給筒６内にセンサー１３を設置し、その原料検知信号を信号線２Ｄを介してコントローラ１４によって信号処理し、その処理によって前記ブロワを制御すると共に、本体装置加熱部１１において原料を加熱、溶融することによって熱可塑性樹脂から脱離、分離するガス成分を、真空吸引管２Ｃを配管して真空ポンプ１５によって強制排除している（資料１：「プラスチックス」２００２．２月号、ｐｐ３０、図２）。ここに、図７に示すものを含め、いずれの本体装置７の内部構造も、メインシリンダ７ａに内張りされたメインシリンダスリーブ７ｂと、メインスクリュ８ａに巻装するメインスクリュブレード８ｂとの刃先間の空隙、片隙間Ｓ０は、通常０．１ｍｍを保持して形成し、ホッパー２ないし供給筒６下部のフィード口４ｃ、本体装置側受入口４ｄを経て原料を受け入れ、メインスクリュ８ａの回転速度によって加熱部１１へ搬送する原料供給量を調節する構成は変わらない。

一般に、成形機で発生するガスや水分は、本体装置の受入前に充分に乾燥処理した原料でも、溶融樹脂中に再吸湿させてしまうと、成形条件が悪化する。ここにペレット状を含む原料樹脂の許容乾燥状態は、吸水率０．２％ＷＴ以下（１ｔｏｎの樹脂当たり２００ｃ／ｃ）であって、連続成形操作中に発生する水蒸気体積は無視できない容積となり、成形操作の事前に乾燥操作を継続し、充分に脱離成分を排除して、成形操作が行える場合には、成形機の最終工程に配置する金型に生じる汚れは減少する。

図８に示す模式図により各従来例フィーダ機構の原料搬送状態を示す。同図（Ａ）で示す従来例１では、加熱部１１で原料が溶融して減容する以外、原料の搬送カサ密度最も大であるＦ１手前のＦ２状態に調節したクッションホッパー２内では、堆積ないし原料自重によるブリッジが生じる供給過疎の恐れがある。原料に混合する充填材により加熱時に発生するガスが、フィード側に戻らずに金型に混入し、高温系樹脂原料の成形例にはメインシリンダ８ａに異常摩耗を起こす。同図（Ｂ）で示す従来例２では、供給筒６とホッパー後シャッタ９ｃが、従来例１よりブリッジ発生の恐れは、ホッパーシャッタ下の中間スペースＦＳの存在によって緩和するが、バッチ供給に伴う原料粒子間摩擦や原料自重は堆積を起こし、堆積Ｆ２状態を、構造上、避けられない。堆積を起こす従来例１と従来例２に比べて、同図（Ｃ）に示す従来例３では、フィードスクリュ５の回転操作を調節することによって、本体装置７の受入口４ｄに原料溜まりが生じない操作を行うことは容易である。従って本体装置７内のメインスクリュ８ａ回転操作の押し込み効果によって、原料カサ密度が（粗）のＦ４状態から、Ｆ４→Ｆ２の（粗→密）に変化する過程のＦ３状態を経て、Ｆ１状態にカサ密度を最大に高めることが可能になった。しかしフィーダの回転操作を制御しても、原料が大きくなると原形破壊が増える現象を抑制できず、フィードスクリュの異常摩耗も新規に生ずる。なおクッションホッパー２内には、ここに図示しないホッパー内シャッタによって槽内を上下に二分し下槽にパドル式レベル計を配置して、原料の溜まりを少な目、即ちＦ１状態が生じても回転操作でカサ状態を制御するので、フィードシリンダスリーブ３ｄ内には空隙ができる。

一般に本体装置７内部から発生する加熱原料の脱離成分をその機外へ排除し、さらにフィーダやホッパーの補助装置から成形設備外へ運び出すために、図６R>６や図７に示す排気、ガス抜きのための配管系を設けて、成形機と付設設備全体が有機的に配設され、一つのシステム装置を構成し、その構成の価値と適正操作が、成形機の最終工程で得られる製品の価値、即ち初期費用、動力経費、製品不良率、清掃サイクル、補修サイクルのデータを決定する。図６に示す従来例２では、ブロワ１２による駆動空気源系により、ホッパー前シャッタ９ａとホッパー後シャッタ９ｃ操作によるバッチ式コントロールが、間欠的にほぼ定量化して原料供給する配管系とガス抜き用の真空吸引管２Ｃの、２系の配管システムを付設するシステム装置を構成する。図７（Ａ）に示す従来例３は、吸引式空気輸送装置９とクッションホッパー２を半循環する配管系の１系を配設してシステム装置を構成する。（資料２：日水化工（株）総合製品案内「システム輸送タイプＬＫ型」、ｐｐ２，カタログ９５１０−３０００）。従来例３における吸引式空気輸送装置９が発生する負圧力が原料搬送力となり、この一系配管によって従来例２のシステム装置より全体設備の初期費用と保全作業、ランニングコスト費用を安価にしている。即ち、従来例３にあっては、飢餓的供給法に従って構成した水平置き型フィーダ１０とシステム装置は、成形工程を良好に操作する上で、有機的な不過分の関係にある。

良品を製造する成形機の本体装置の良い成形工程操作には、付帯設備が果たす役割が重要である。従来例２において成形機と供給筒６間に形成する狭い空間はホッパー後シャッタ９ｃによってほぼ密閉状態にあり、発生ガスの濃い濃度分布は本体装置内部に留まり易く、供給筒６下部での搬送カサ密度が大のＦ１状態では、原料自重により隣接する原料同志の擦過が生じ、その結果、原料は細粒化し、細かくなった原料は加熱部１１底部に滞留し、成形品の「焼け」原因となる。従来例３について、図８（Ｃ）に示すように、水平置き型フィーダ１０のフィード口４ｃを観察した結果、フィードスクリュ５の吐出側端部の下部部分から原料供給がＦ３状態で行われるのでなく、不定期に同端部の上部部分からの原料供給がＦ４状態で生じていることが観察された。この不定期現象によって、従来例３の定量制御操作は不正確であること、さらに供給筒６からクッションホッパー２に抜けて排気管２Ｂに吸引されるガス抜き効果も不十分であることが判った。本発明は、顆粒、ペレット状を含む原料を用いて溶融操作し、その溶融材を金型に受けて成形品を製造する製造手段としての、定量フィーダとそのフィーダ付設システム装置に係る上記した問題点に鑑み、改善手段として開発したもので、飢餓的すなわちハングリー供給法によって操作するのに最適な、原料の定量フィーダ機構に改良して、フィーダから供給筒へ定量化した原料供給が行える定量フィーダ装置の構造を決定すると共に、経済性に有効で積極的なガス吸引手段を新設して、正確に定量化した原料供給によって、成形機の本体装置内部に、改善された原料環境を作り出せる搬送操作が行える成形機製造技術を提供することを目的とするものである。

「プラスチックス」２００２．２月号、ｐｐ３０、図２

そこで本発明は、過食状態の成形による悪影響を確実に解消し、良好な品質を有する成形品を容易かつ安定的に製造することができるようにしたハングリー成形方法およびハングリー成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明における飢餓的射出成形方法、すなわちハングリー射出成形方法では、射出成形機の本体装置メインシリンダ内に原料を供給し、その原料をメインスクリュの回転により移送して射出を行う方法であって、前記本体装置メインシリンダ内に前記原料を堆積させることなく供給して加熱原料からのガス成分を分離する空間を形成しつつ射出を行うようにしている。

また、本発明にかかる飢餓的射出成形装置、すなわちハングリー射出成形装置では、メインシリンダ内に供給された原料をメインスクリュの回転により移送して射出を行う射出成形機の本体装置と、その本体装置の前記メインシリンダ内に前記原料を供給するフィーダ機構とを備えたものであって、前記フィーダ機構は、前記メインシリンダ内に前記原料を堆積させることなく供給して加熱原料からのガス成分を分離する空間を形成するよう原料を定量化して供給する定量フィーダ機構から形成されている。

以上のように構成した本発明によれば、加熱された樹脂から脱離するガス成分が、本体装置内奥から受入口側に漸増するように原料間隙間が存在できるようになって本体装置内からガス抜きし易くなり、原料破壊が無く、不要な細粒や粉末成分がないので、金型のデポジット発生などの不具合が減少した。

以上述べたように本発明にかかる飢餓的射出成形方法および装置、すなわちハングリー射出成形方法および装置は、成形機内の工程操作が向上する条件作りを行ったので、射出における電動機出力（トルク）低下を実現し、その結果、フィード装置は小型化、省エネ化し、定量供給は格段と安定化した。しかもシステム装置の成形構造内環境は、高度に条件づけて制御工作を行わなくとも最良化され、かつシステム装置の初期費用の対費用効果は高まり、普及し易い装置費用内に収まった。その上、製造する成形品品質は向上して不良率が低減し、金型清掃やフィードスクリュー交換を含む保守・補修コストは数分の一以下になるなど、基礎的事項を考究して得られた本発明技術は、供給原料の特性と製造する成形品条件に適正に対応することによって、非常に安定した運転操作が行えて、成形製造技術一般の向上に広く寄与する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる飢餓的成形装置、すなわちハングリー成形装置を構成する定量フィーダ機構を説明するもので、その構成を示す側断面を含む部分側面図、図２は、本発明の定量フィーダ機構付きシステム装置を説明するもので、そのシステム構成を示す側面図、図３は、本発明の定量フィーダ機構の実施例を説明するもので、（Ａ）はその１実施例を示す部分側断面図、（Ｂ）は他の実施例を示す部分側断面図、そして図４は、本発明の定量フィーダ機構の特徴を説明するもので、（Ａ）は原料搬送状態を示す模式図、（Ｂ）は原料搬送の内部構造を示す部分側断面図である。

本発明を実施するための定量フィーダ機構３は、図１に示すように、クッションホッパー２下部の原料投下口４ｂ位置からフィード口４ｃ方向に傾けて上向かせ、その傾斜角θは原料物性の安息角前後に選択し、かつ成形機の本体装置７の受入口４ｄに立設する供給筒６と連結している。そして可変速可能の減速機構付きフィーダ３の動力駆動によるフィードスクリュー５の回転操作を経て、クッションホッパー２から本体装置７へほぼ閉鎖的に上向き搬送した原料を供給可能に構成している。フィードスクリュー５に巻装するフィードスクリューブレード５ａの刃先と、フィードシリンダスリーブ３ｄ間の隙間Ｓ ２は、原料大きさより充分広く形成し、さらに供給筒６の頂部には、ガス抜き口２ｂを付設している。

また本発明を実施するための定量フィーダ機構付きシステム装置１は、図２に示すように、クッションホッパー２、定量フィーダ機構３、供給筒６の順に組み立て、成形機の本体装置７上側に立設する該供給筒頂部付設のガス抜き口２ｂを、自然換気可能に設け、あるいは強制吸引排気するために排気管２Ｂに配管接続して、本体装置７に連通可能に構成する。なお図４（Ｂ）に示すように、フィード構造の一部又は全区間に亘って形成する、フィードシリンダスリーブ３ｄ内径Ｄとフィードスクリュブレード５ａ外径ｄとの間の隙間Ｓ２は、原料Ｍがペレット状であっても、錠剤、顆粒の形態であっても、それら原料の内、一番大きな形態の大きさより充分大きいことが必要である。

本発明にかかる飢餓的成形装置、すなわちハングリー成形装置を構成する定量フィーダ機構３の実施例を図１ないし図３について説明する。
ペレット状の成形原料に用い、フィード装置３を、ペレット樹脂の安息角とほぼ同じの設置傾斜角θ＝π／６とし、用いたペレット大きさより充分に広く、フィードスクリュブレード５ａの刃先とフィードシリンダスリーブ３ｄ間との隙間Ｓ２＝６ｍｍを設定した。供給筒６上部駆体にガス抜き口２ｂを付設し、該供給筒中間部に硬質ガラス管から成る透明部６ａを、該上部駆体と供給筒取付部６ｂ間に固定する４本の支柱によって外部から締め付けて密封状に組み立てている。ここにフィードスクリューを窒化材、スリーブをＳＵＳ４４０ＣＨＲＣ４５で製作した。なお３ｂは、精密部品成形時に厳密に原料供給する上で不可欠の定量フィーダ駆動源サーボモータ用のコントローラであり、４ａは原料供給口、また２ａは排気口、Ｈは供給筒６の上部駆体下部高さで、２０ｃｍとした。なお図３に示すように、原料大きさより隙間Ｓを狭くしてＳ１にしたものと、原料大きさより充分に隙間Ｓ２に広くしたものとを混在させてブレード５ａ及び／または５ｂと混在させたフィードスクリュー５を形成しても良い。同図（Ａ）に示すフィード装置３は、ここに図示しない供給筒のフィード口に面するブレード部分をほぼ１周分、幅広に形成してペレット大きさより小さい隙間Ｓ１を形成し、その他の区間部分の隙間Ｓ２はペレット大きさより充分広く形成したもので、設置傾斜角θがペレット安息角の大きさ以下の小の場合に実施する。また同図（Ｂ）に示すものは、予め充分広い同一の隙間Ｓ２を全てに形成した上で、ここに図示しない供給筒のフィード口側ブレード部分を含む他のブレード部分に対して、隙間Ｓを狭くするよう隙間Ｓを狭くするようににブレードカバーを付け加えて帳設し、又は予め巻装してほぼ１周分、ブレード刃先を狭い隙間Ｓ１に形成するもので、ペレットがフィード口４ｃの上側空隙から間欠的に落下し易い設置傾斜角θの傾斜が不足する場合に応用的に対応設置してよく、フィールド実施テストによる確認作業に基づいて、適時、付加着装する。

前記した定量フィーダ機構の実施例を組み込んで、本発明の定量フィーダ機構付きシステム装置、すなわちハングリー成形装置（飢餓的成形装置）を構成した実施例を図２について説明する。
本実施例では、定量フィーダ機構３の供給筒６頂部に付設するガス抜き口２ｂを、排気管２Ｂに配管接続して、強制吸引排気するようにした。そして通常のテスト運転を約１年間、使用原料をペレット状にしたものを４６ナイロン樹脂を主材に、添加材混合比で全体の３０％をグラスファイバーを付加、含有させたものを供給して行った。本実施例と、前記した従来例１ないし従来例３を、それぞれ順次比較例１ないし比較例３として比較したものを、表１に示す。この表中において、それぞれのシステム装置は添付する図面番号又は指定図番中の記号によって適用図を示した。

本発明のシステム装置の実施例では、表１に示す以外に、フィードスクリュー５の回転により、フィーダ内部ではペレット同志が良好に摩擦接触して、終始、良好な計量状態にあった。図４（Ａ）に示すように、クッションホッパー２内部の原料貯留状態が堆積が生じない程度のＦ２状態に調整される場合に、定量フィーダ機構３内部のペレットの状態は、ここに記載しないフィードスクリュの回転操作によって（粗→密）変化する過程のＦ３状態に保持して上向き供給され、ペレット状原料は瞬時に供給筒６に到達して原料カサ密度が（粗）のＦ４状態になってパラパラと落下する。本体装置７に落下した後は、体積移動速度一定状態を保持して、前記従来例３における本体装置内のペレットと同様な搬送状態を示す。すなわち供給筒６直下の本体装置７受入口４ｄ近くのメインブレード８ｂの谷部には、ペレットは堆積せず良好な空間が認められた。そのために加熱部１１直前部分のペレット助走区間では、加熱原料からの良好なガス成分の分離が生じた。なお故意に定量フィード機構３の吐出口を塞いだ際、詰め込まれたペレットに、フィードスクリュー５は空転した。その空転動作はペレットの圧密を進行させず、電動機の過負荷状態は危険域に進まず、僅かにペレットに軽微な破壊が生じただけでその破壊障害発生の範囲は狭く、かつフィード装置構成材に摩耗の痕跡を認めなかった。文献引用による比較例２を除く他の実施例では補修を必要とするまで運転し、補修が必要なくとも１２ヶ月間で運転を中止し、運転データを得た。

このように構成した本発明の実施によって、充分な脱離成分の除去効果が得られて、薄肉のＡＢＳ樹脂ペレットの成形品成形において、比較例３ではショートモールドが５０ＰＰＭ生じたが、実施例では０ＰＰＭであった。さらに分散剤に水酸化アルミニウムを添加し、高温でその混合ペレットを成形する場合に、分散剤が分解して発生する水蒸気成分の脱気除去や、エラストマー系樹脂使用時に生じる残留水の蒸気化による有効な機外排気が達成出来た。なお本発明の好適な実施対象には、例えば１型当たり４−６個取り、１ショット総合製品重量１５ｇ程度の小形部品の精密部品成形や、特にプラスチック製品以外の熱可塑性固定原料を用いる食品加工や薬剤の製剤用に適用できる。

本発明を実施するための定量フィーダ機構を説明するもので、その構成を示す側断面を含む部分側面図である。 本発明を実施するための定量フィーダ機構付きシステム装置を説明するもので、そのシステム構成を示す側面図である。 本発明を実施するための定量フィーダ機構の実施例を説明するもので、（Ａ）はその１実施例を示す部分側断面図、（Ｂ）は他の実施例を示す部分側断面図である。 本発明を実施するための定量フィーダ機構の特徴を説明するもので、（Ａ）は原料搬送状態を示す模式図、（Ｂ）は原料搬送の内部構造を示す部分側断面図である。である。 フィーダ機構に係る従来技術を説明するもので、従来例１（ホッパ直結型成形機）を示す部分側断面図である。 システム装置に係る従来技術を説明するもので、従来例２（シャッタ開閉式フィーダ付きシステム装置）を示す部分側断面図である。 システム装置とその付設フィーダ機構に係る他の従来技術を説明するもので、（Ａ）は従来例３（水平置型定量フィーダ付きシステム装置）を示す側面図、（Ｂ）はその定量フィーダ（水平置型定量フィーダ）を示す部分側断面図である。 従来技術におけるフィーダ機構の原料搬送状態を説明するもので、（Ａ）は従来例１についての状態を示す模式図、（Ｂ）は従来例２についての状態を示す模式図、（Ｃ）は従来例３についての状態を示す模式図である。

符号の説明

１ システム装置
２ クッションホッパー
２ａ 排気口
２ｂ ガス抜き口
２Ａ 原料供給管
２Ｂ 排気管
２Ｃ 真空吸引管
２Ｄ 信号線
３ フィーダ
３ａ サーボモータ
３ｂ コントローラ（サーボモータ用）
３ｃ フィードシリンダ
３ｄ フィードシリンダスリーブ
４ 原料元ホッパー
４ａ 原料供給口
４ｂ 原料投下口
４ｃ フィード口
４ｄ 受入口
５ フィードスクリュ
５ａ、５ｂ フィードスクリュブレード（又は同外包線）
６ 供給筒
６ａ 透明部
６ｂ 供給筒取付部
７ 本体装置（押出機／射出成形機）
７ａ メインシリンダ
７ｂ メインシリンダスリーブ
８ 減速装置（本体用）
８ａ メインスクリュ
８ｂ メインスクリュブレード（又は同外包線）
９ 吸引式空気輸送装置
９ａ ホッパー前シャッタ
９ｂ ホッパー内シャッタ
９ｃ ホッパー後シャッタ
１０ 水平置型フィーダ
１１ 加熱部
１２ ブロワー
１３ センサー
１４ コントローラ
１５ 真空ポンプ
Ｄ スリーブ内径
ｄ スクリュブレード外径
Ｆ１ 原料搬送カサ密度大の状態、
Ｆ１（密）＞Ｆ２＞Ｆ３＞Ｆ４（粗）
Ｆ２ Ｆ１状態手前の状態
Ｆ３ Ｆ４→Ｆ２の（粗→密）変化する過程の状態
Ｆ４ 原料カサ密度が（粗）の状態
ＦＳ ホッパーシャッタ下の中間スペース
Ｈ 透明筒を含む高さ
θ フィーダ装置設置傾斜角
Ｓ シリンダスリーブとスクリューブレード間の隙間、（Ｄ−ｄ）／２
Ｓ０ 同上部分の隙間（本体装置）
Ｓ１ 同上部分の、原料大きさより狭い隙間（フィーダ）
Ｓ２ 同上部分の、原料大きさより広い隙間（フィーダ）

Claims (2)

1. 原料元ホッパーと原料供給管とクッションホッパーと排気管と吸引式空気輸送装置とを順次接続配管し、クッションホッパー下部に上向き供給式傾斜形定量フィーダ機構と成形機本体装置とを設けた上で、フィーダ機構にはフィードシリンダスリーブとフィードスクリューブレード間に原料大以上の隙間を設定し、フィードシリンダスリーブの可変速回転操作によって原料を移送する上向き先端に供給筒を垂設し、前記フィーダ機構を設置する傾斜角θを、原料が示す安息角前後の角度に構成し、該機構内のフィードシリンダスリーブとフィードスクリューブレード間の隙間Ｓを原料の大きさに対応して変更可能にするフィードシリンダスリーブを形成し、あるいは加えて供給筒に硬貨ガラス管から成る透明部を設けて原料の供給状態を確認可能とした定量フィーダ機構を使用する射出成形方法であって、
   前記成形機本体装置のメインシリンダの受入口に立設された供給筒の内部にカサ密度が粗の状態で原料を落下させて、前記供給筒から前記メインシリンダ内に原料を供給し、その原料をメインスクリュの回転により移送して射出を行い、
   前記メインシリンダ内に前記原料を堆積させることなく供給して加熱原料からのガス成分を分離する空間を形成しつつ射出を行い、前記加熱原料から分離したガス成分を前記原料カサ密度が粗の状態にある供給筒に設けられたガス抜き口から排気するようにしたことを特徴とするハングリー射出成形方法。
2. 原料元ホッパーと原料供給管とクッションホッパーと排気管と吸引式空気輸送装置とを順次接続配管し、クッションホッパー下部に上向き供給式傾斜形定量フィーダ機構と成形機本体装置とを設けた上で、フィーダ機構にはフィードシリンダスリーブとフィードスクリューブレード間に原料大以上の隙間を設定し、フィードシリンダスリーブの可変速回転操作によって原料を移送する上向き先端に供給筒を垂設し、前記フィーダ機構を設置する傾斜角θを、原料が示す安息角前後の角度に構成し、該機構内のフィードシリンダスリーブとフィードスクリューブレード間の隙間Ｓを原料の大きさに対応して変更可能にするフィードシリンダスリーブを形成し、あるいは加えて供給筒に硬貨ガラス管から成る透明部を設けて原料の供給状態を確認可能とした定量フィーダ機構を備える射出成形装置であって、
   前記成形機本体装置のメインシリンダの受入口に立設された供給筒の内部にカサ密度が粗の状態で原料を落下させて、前記供給筒から前記メインシリンダ内に原料を供給し、その原料をメインスクリュの回転により移送して射出を行い、
   前記メインシリンダ内に前記原料を堆積させることなく供給して加熱原料からのガス成分を分離する空間を形成しつつ射出を行い、前記加熱原料から分離したガス成分を前記原料カサ密度が粗の状態にある供給筒に設けられたガス抜き口から排気するように構成されていることを特徴とするハングリー射出成形装置。

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