JP4390789B2 - 混練部及び射出部を有する一体化装置 - Google Patents

Description

本発明は、材料の混練を行う混練部と、混練化された材料を用いて射出成形のための材料の射出を行う射出部とを有し、上記混練部と上記射出部とが連結された混練部及び射出部を有する一体化装置に関する。

従来、最終製品として射出成形機で成形品を製造する場合には、例えば、単軸あるいは２軸構成のスクリューシャフトを有するような混練装置を用いて、投入される材料に対して加熱しながら混練（すなわちコンパウンド）処理を行って混練装置より押し出した後、この混練された材料をペレット化する処理が行われている。このようなペレット化処理においては、例えば、可塑化された状態の材料を冷却して固化させた後、所定の大きさに切断することで、所定の大きさのペレットへと造粒する処理が行われている。その後、このように製造されたペレットを射出成形装置に投入して、当該材料に対して再度加熱しながら加圧して可塑化状態とし、この状態にて所定量の材料を計量して、当該計量された材料をスクリューシャフトにて押し出すことにより、連通された射出成形用金型内へ成形材料の充填、すなわち射出が行われている。

しかしながら、このように混練装置と射出成形装置とが個別に用いられるような場合にあっては、混練装置にて一度加熱されて可塑化された材料が、射出成形装置において再び加熱されて可塑化されることとなり、射出成形に至るまでのその工程数が多くなるだけではなく、材料に対しての熱履歴の回数が多くなって材料の物性低下が生じ、製造される成形品の品質に悪影響が生じる場合がある。

このような従来における問題点を少しでも改善すべく、混練装置と射出成形装置とが互いに連結されて、混練装置において混練された状態の材料が、そのまま射出成形装置に供給されて、射出成形用金型内への成形材料の射出を行うことができるような一体化された装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−１０６５８６号公報

このように混練装置と射出成形装置とが一体化された装置においては、混練装置において混練されて可塑化状態とされた材料をペレット化することなく射出成形装置に送り込み、射出成形装置にて計量された成形材料を射出して射出成形を行うことができるという点においては、それまでの一体化されていない装置と比して、製造効率を高めることができるという利点を有するものの、混練装置において可塑化された材料を、どのようにして射出成形装置へと送り込むのかという点において課題が存在する。一例を挙げると、特許文献１のような一体化された装置においては、混練装置は、射出成形装置の圧力にその混練処理が影響される場合があり、射出成形装置は、混練装置より供給される材料にその射出成形処理が影響される場合があり、一方の装置より他方の装置への影響をどのようにして無くすのかという課題が存在する。

さらに具体的には、射出成形装置においては、スクリューシャフトを回転させながら後退させることで、シャフトの前方の空間に材料を計量しながら充填し、その後、スクリューシャフトの回転を停止させた状態にて前方に向けてスライド移動させることで、この充填された材料を射出成形用金型内へと射出させて充填するというように、スクリューシャフトの回転と回転停止とが繰り返される「断続的な運転」が行われることになる。これに対して、混練装置においては、スクリューシャフトの回転により材料を混練して可塑化しながら、可塑化された材料をスクリューシャフトの回転により装置外へと供給するという「連続的な運転」が行われることになる。従って、混練装置により連続的に供給される材料を、断続運転が行われる射出成形装置においてどのように処理を行うのかという問題が生じる。射出成形装置にて処理される材料の量に応じて、混練装置の運転、すなわち材料の供給量を可変させるような構成を採用すれば、材料の混練状態や熱履歴状態などが不均一となり、製品の品質へと影響が生じる可能性がある。

特に、特許文献１に開示されているような構成の一体化された装置では、射出成形装置のスクリューシャフトにおけるいわゆる計量部（スクリュー溝を用いて材料量を計量する機能を有する部位であるため、スリップ発生等の問題から一般的に溝が浅く空間容積が小さく、溝深さに限界がある。）と呼ばれる部位に混練装置からの材料が送り込まれる構成が採用されているため、混練装置から射出成形装置への材料供給を連続的に行うことが困難となることが十分に考えられる。

また、射出成形においては、材料より揮発分や気泡を十分に抜き、材料密度を上げることが高品質の製品を形成する上で重要な要素をなるが、特許文献１の装置においては、射出成形装置のスクリューシャフトの根本付近に脱気ポートが備えられているのみであり、材料に対する脱気が不十分となり、製品品質を向上させることができない場合があるという問題がある。特に、射出成形装置においては、スクリューシャフトの回転が変速するため、射出成形装置だけでは、十分な脱気効果を期待することはできない。また、混練装置において、射出成形装置と接続されている付近においては、常時材料が充満状態とされた状態で流動されるため、このような部分においてもベント等を用いた脱気効果を期待することは難しい。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、材料の混練を行う混練部と、混練された材料を用いて射出成形のための材料の射出を行う射出部とを有し、上記混練部と上記射出部とが連結された装置において、上記混練部及び上記射出部の一方が他方へ与える影響を抑制しながら、射出される材料の物性を劣化させることなく高い品質の射出成形品を製造することができる混練部及び射出部を有する一体化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、混練用スクリューシャフトと、
上記混練用スクリューシャフトの回転を駆動する混練用シャフト駆動装置と、
上記混練用スクリューシャフトが回転可能に挿入配置され、上記混練用スクリューシャフトの回転により材料の混練が行われるとともに、上記混練された材料をその先端における混練材料供給口より連続的に定量供給する混練用バレルとを有する、混練部と、
射出用スクリューシャフトと、
上記射出用スクリューシャフトの回転及びその軸方向沿いの進退移動を駆動する射出用シャフト駆動装置と、
上記射出用スクリューシャフトが回転可能かつその軸方向沿いの進退移動可能に挿入配置され、かつ上記混練用バレルの上記混練材料供給口と連通されて上記混練された状態の材料が供給される連通口と、上記スクリューシャフトにより計量された上記材料を射出する射出口とが形成された射出用シリンダとを有する、射出部とを備え、
上記射出部において上記射出用スクリューシャフトは、
その後退移動によりその前方側に形成される材料充填用空間に、その回転駆動量により上記材料を計量して充填する計量用スクリュー溝部と、
スクリューのリード角が、上記計量用スクリュー溝部に比して大きくなるように形成されるとともに、その溝部の深さが、上記計量用スクリュー溝部よりも深くなるように上記計量用スクリュー溝部に隣接して形成され、上記混練部より連続的に定量供給される材料を保持するための材料保持用空間を形成する保持用スクリュー溝部とを備えることを特徴とする混練部及び射出部を有する一体化装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、上記射出部において、上記射出用シャフト駆動装置により、上記射出用スクリューシャフトが、上記材料充填用空間を形成する後退位置と、上記材料充填用空間に計量されて充填された材料の射出口よりの射出が完了される前進位置との間で進退移動され、
上記射出用スクリューシャフトにおいて、上記前進位置と上記後退位置との間での上記シャフトの進退移動に拘わらず、上記連通口に上記材料保持用空間が位置されるように、上記保持用スクリュー溝部が形成されている第１態様に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、上記射出用スクリューシャフトにおいて、上記後退位置から上記前進位置に向けての上記回転を停止した状態での前進移動の際に、上記混練部より上記連通口を通じて連続的に定量供給される材料を、上記材料保持用空間にて保持可能に、上記保持用スクリュー溝部が形成されている第２態様に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、上記混練部において、
上記混練用スクリューシャフトとして、同一の直径及び同一の谷径を有する波形形状にて形成された２本のスクリューシャフトを互いに噛み合わせて、平行に配列させて備え、
上記混練用シャフト駆動装置は、上記それぞれのシャフトを同じ速度で同じ方向へ回転させ、
上記混練用バレルにおいて、上記それぞれのスクリューシャフトが回転可能に挿入され、上記それぞれのスクリューシャフトの回転駆動により、上記材料に対する混練処理が行われるとともに、当該材料に対する脱気処理が行われる第１態様に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置を提供する。

本発明によれば、連続的かつ定量的な材料供給が行われる混練部と、断続的な射出処理が行われる射出部とを一体化した装置において、射出用スクリューシャフトに、材料の計量を行うための計量用スクリュー溝部と、この計量用スクリュー溝部に隣接しかつその溝形状が異なるように形成され、混練部より連続的に定量供給される材料を保持するための材料保持用空間を形成する保持用スクリュー溝部とが形成されていることにより、混練部より連続的かつ定量的に供給される材料を、断続的な運転が行われる射出部にて、確実に保持することが可能となる。また、射出部において材料保持用空間が設けされていることにより、計量用スクリュー溝部にて生じる射出成形圧力が、混練部に影響を与えることを防止することができる。これにより、混練部より供給される混練された状態の材料の物性状態や熱履歴状態などを均一に保つことができる。

また、射出部においては、混練部より連続的に供給される材料を、材料保持用空間にて保持しながら、さらなる可塑化のための処理を行うことなく、材料の計量を行って、計量された材料を射出することができる。従って、射出用スクリューシャフトにおいて、材料の可塑化のためのスクリュー溝部を設ける必要がなく、装置構成を簡素なものにすることができるとともに、材料搬送の高速化を図って、射出部内における材料の保持時間を短縮化することが可能となる。従って、材料の物性状態や熱履歴状態を良好に保つことができ、射出成形における製品の品質を向上させることが可能となる。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる混練部及び射出部を有する一体化装置の一例である混練部射出部一体化装置１０１の構成を示す模式構成図を図１に示す。なお、図１においては、混練部射出部一体化装置１０１の内部構成を、模式断面を用いて示している。

図１に示すように、混練部射出部一体化装置１０１は、投入された材料に対して、圧縮やせん断を行うことにより、材料を混練して可塑化状態とさせる混練部１０と、この混練部１０にて可塑化された材料が直接的に供給されるように混練部１０と連結され、供給された材料を計量して、この計量された材料を射出成形用金型内に射出して充填する射出部３０とを備えている。

まず、混練部１０の構成について説明する。図１に示すように、混練部１０は、混練用スクリューシャフト１１と、混練用バレル１２と、混練用駆動装置１３とを備えている。バレル１２は、その内側にスクリューシャフト１１が配置される空間を有するように大略筒形状に形成されている。また、本第１実施形態においては、スクリューシャフト１１として、同一の大きさ及び形状を有する２本のシャフト１１が互いに噛み合わされてバレル１２内に配置されている。それぞれのスクリューシャフト１１には、例えば同一の波形形状のスクリュー溝が形成されており、スクリュー溝の山と谷とが互いに接触することが無いように僅かな隙間が設けられた状態にて両者が噛み合わされて配置されている。また、それぞれのスクリューシャフト１１における外周端部とバレル１２の内周面とは、互いに接触することが無い程度に僅かな隙間が確保されるように、両者の形状が決定されている。

混練用駆動装置１３は、バレル１２内において、互いに噛み合わされた状態にて配置された２本のスクリューシャフト１１を、例えば同じ方向及び同じ速度にて回転駆動させる機能を有する装置である。具体的には、混練用駆動装置１３は、それぞれのスクリューシャフト１１に対して、同じ方向及び同じ速度の回転駆動トルクを伝達するギヤボックス１４と、このギヤボックス１４に対して回転駆動力を伝達する混練駆動用モータ１５とが備えられている。

また、図１に示すように、混練部１０には、所定量のペレットや粉体状の材料を、バレル１２に設けられた材料投入口１６に供給する材料供給装置１７が備えられている。材料供給装置１７は、上記ペレットや粉体状の材料が投入されるホッパ１８と、このホッパ１８に投入された材料を所定の量だけ連続的に供給するスクリュー（あるいはコイル）１９と、このスクリュー１９の回転駆動を行う材料供給用駆動モータ２０とを備えている。

また、バレル１２においては、２本のスクリューシャフト１１にて搬送される材料中に混入された気泡や揮発成分により生じるガスを除去するための空気抜きであるベント部２１が備えられている。なお、このベント部２１には、効率的な空気抜きを実現するために、真空ポンプ２２が導圧管を通じて接続されている。さらに、混練部１０のバレル１２の前方側端部（すなわち、材料が押し出される側の端部）には、十分に混練されて可塑化された状態の材料を、その押し出し圧力でもって通過させることで、材料中に存在する異物を除去するフィルタ２３と、このフィルタ２３が取り付けられるとともに、上記押し出し圧力でもって通過される材料を整流させるためのブレーカプレート２４と、バレル１２内におけるこの前方側端部近傍の内部圧力を検知する圧力センサ２５とが備えられている。なお、バレル１２におけるこの前方側端部には、混練されて十分に可塑化された材料を直接的に射出部３０へ供給する混練材料供給口２６が設けられている。また、バレル１２の外周には、混練される材料を所望の温度に加熱することで、材料の可塑化を補助する電気ヒータ２７が配置されている。また、フィルタ２３としては、例えば、金網やメッシュ状のものを用いることができ、その網目（メッシュ）が細かくなるほど、バレル１２の先端において先端背圧が大きくなる。なお、取り扱われる材料によっては、ブレーカプレート２４に代えて、ストレートリングを用いることもできる。

次に、射出部３０の構成について説明する。図１に示すように、射出部３０は、射出用スクリューシャフト３１と、射出用シリンダ３２と、射出用スクリューシャフト３１の動作を駆動する射出用駆動装置３３とを備えている。シリンダ３２は、その内側にスクリューシャフト３１が配置される空間を有するように大略筒形状に形成されている。また、スクリューシャフト３１は、シリンダ３２内において、回転可能かつその軸方向沿いに進退移動、すなわちスライド移動可能に挿入配置されており、この回転移動及びスライド移動が射出用駆動装置３３により駆動されるように構成されている。射出用シリンダ３２には、混練部１０のバレル１２における混練材料供給口２６と連通され、混練部１０にて混練された可塑化状態の材料が供給される連通口３４と、スクリューシャフト３１により所定量に計量されて充填された材料をシリンダ３２の外部へと射出する射出口３５とが形成されている。なお、図１に示すように、この射出口３５には、射出成形用の金型８を解除可能に接続することで、射出部３０の射出口３５を通して可塑化された状態の材料、すなわち射出成形用材料を金型８内に供給することができる。また、シリンダ３２の内周面と、スクリューシャフト３１の外周端部との間には、互いに接触しない程度の僅かな隙間が設けられている。

また、図１に示すように、射出部３０のスクリューシャフト３１の外周面には、２種類のスクリュー溝部が形成されている。その１つは、射出用駆動装置３３によるシャフト３１の後退移動（図１において、右向きの移動）により、シリンダ３２の内側において前方側（図１において、左向き側）に形成される材料充填用空間Ｓ１内に、シャフト３１の回転駆動量により所定量の材料を計量して充填する計量用スクリュー溝部（あるいは単に計量用スクリューと称する場合であってもよい。）３６であり、もう１つは、この計量用スクリュー溝部３６に連なるように隣接して形成されるとともに、その溝形状が計量用スクリュー溝部３６とは異なるように形成され、混練部１０の混練材料供給口２６より連通口３４を通じて連続的に定量供給される材料を保持するための材料保持用空間Ｓ２を形成する保持用スクリュー溝部（あるいは単に保持用スクリューと称する場合であってもよい。）３７である。

図１から明らかなように、保持用スクリュー溝部３７は、そのスクリューのリード角が、計量用スクリュー溝部３６に比して大きくなるように形成されているとともに、その溝部の深さが、計量用スクリュー溝部３６よりも深くなるように形成されている。このようにそれぞれの溝部３６、３７が形成されていることにより、シリンダ３２の内周面とスクリューシャフト３１の溝部の内周面とで囲まれた空間として、計量用スクリュー溝部３６においては比較的小さな空間を形成することができ、このような空間を利用して可塑化された状態の材料を精度良く計量することが可能となる。一方、保持用スクリュー溝部３７においては比較的大きな空間を形成することができ、このような空間を材料保持用空間Ｓ２として、連通口３４を通じて連続的に定量供給される材料を保持することが可能となる。なお、「材料保持用空間Ｓ２」とは、混練部１０より連続的かつ定量的に供給される材料をその内部に受け入れて保持するための空間であるとともに、この保持された材料を隣接する計量用スクリュー溝部３６内の空間へ受け渡すために一時的に待機させておくような空間でもあり、混練部１０と計量用スクリュー溝部３６内の空間との間のバッファ的な役割を担う空間である。

ここで、図１の混練部射出部一体化装置１０１において、混練部１０と射出部３０とが連結されている部分における模式部分断面図を図２に示す。図１及び図２に示すように、射出部３０のシリンダ３２において、連通口３４が設けられている部位におけるスクリューシャフト３１の上方には、シリンダ３２の内部空間が部分的に拡大されたベント用空間Ｓ３が設けられており、このベント用空間Ｓ３に連通されたベント部３８と、導圧管を介してこのベント部３８に接続された真空ポンプ３９が備えられている。さらにこのベント用空間Ｓ３の上方には、材料保持用空間Ｓ２を視覚的に確認できるようにサイトグラス４０が設けられている。また、シリンダ３２の外周面には、可塑化された状態の材料を加熱あるいは保温するための電気ヒータ４１が備えられている。

また、図２に示すように、混練部１０より可塑化された材料が供給される連通口３４は、略円筒状のシリンダ３２の内部空間の側部に接続（すなわち、図２における左側側部に接続）されるように形成されるとともに、連通口３４より材料保持用空間Ｓ２内に供給された材料が、図２においてスクリューシャフト３１の下方側を回り込むように、スクリューシャフト３１のスクリュー溝の形成方向及び回転方向（図示において反時計方向）が決定されている。なお、このような連通口３４の接続形態としては、その他様々な形態を採用することができ、例えば、図１０の模式断面図に示すように、連通口３４Ａ自体に下方へ向かうような傾斜を設けて、材料保持用空間Ｓ２内への材料供給をより円滑にさせるようにすることもできる。

このような構成の混練部１０と射出部３０とを備える混練部射出部一体化装置１０１においては、それぞれの構成部の動作を互いに関連付けながら統括的な制御を行う制御装置９が備えられている。具体的には、制御装置９は、混練部１０において、所定量の材料の供給を行うように材料供給用駆動モータ２０の動作制御を行い、供給された材料に対して混練処理を行いながら、連続的かつ定量的に混練された材料を供給するように混練駆動用モータ１０の動作制御を行い、そして、バレル１２内の材料を十分に脱気するように、真空ポンプ２２の動作制御を行う。また、射出部３０においては、スクリューシャフト３１の回転駆動とスライド移動とを所定のタイミングで行うように射出用駆動装置３３の駆動制御が、制御装置９により行われる。

次に、本第１実施形態の混練部射出部一体化装置１０１において、混練部１０に投入された材料が、射出成形用金型８内に射出されて充填されるまでの一連の動作および工程について、図３から図６に示す混練部射出部一体化装置１０１の模式説明図、及び図７に示す射出部３０にて行われるそれぞれの工程の動作手順のフローチャートを用いて、以下に説明する。なお、混練部射出部一体化装置１０１におけるこのような一連の動作および工程については、それぞれの構成部が制御装置９により互いに関連付けられながら制御されることにより実施される。

まず、図３に示す混練部射出部一体化装置１０１において、混練部１０の材料供給装置１７におけるホッパ１８に混練される材料、例えばペレット状や粉体状の材料が投入され、駆動モータ２０によりスクリュー１９が回転駆動されることで、材料投入口１６を通じてバレル１２内に材料が供給される。なお、安定した材料の混練を実現するために、バレル１２内には材料が連続的かつ定量供給されることが望ましい。

バレル１２内に供給された材料は、混練駆動用モータ１５及びギヤボックス１４により互いに同期された状態で、同じ回転方向及び同じ速度にて回転駆動されている状態の２本のスクリューシャフト１１により混練される。具体的には、それぞれのスクリューシャフト１１の外周に形成されたスクリュー溝部と、バレル１２の内周面との間で囲まれた空間内に材料が供給配置され、このように配置された材料がスクリューシャフト１１の回転駆動により、互いに噛み合わされた状態のスクリューシャフト１１の外周、すなわち断面的に略ひょうたん状の外周軌道を周回するように移動されながら、その移動の過程において圧縮及びせん断の作用を受けて可塑化および混練が行われる。また、このような動作の際には、電気ヒータ２７により材料に対する加熱が行われ、その可塑化の進行が補助されるとともに、混練性の向上が図られる。

このような材料に対する混練や可塑化の過程において、材料中に混入されている気泡や揮発成分の除去、すなわち脱気処理が行われる。この脱気処理は、バレル１２に設けられたベント部２１を通じて真空ポンプ２２により真空引きが行われることにより実施される。特に、本第１実施形態の混練部１０のように、互いに噛み合わされた２本のスクリューシャフト１１を用いることで、可塑化された材料に対する混練性を向上させることができ、このような混練処理を通じて、材料中に存在する気泡や揮発成分の除去効率を高めて、その脱気性をより向上させることが可能となる。

また、スクリューシャフト１１を周回する過程において、材料に対する可塑化、混練、及び脱気の処理が施されるとともに、可塑化状態または混練状態とされた材料が、スクリューシャフト１１の前方側、すなわち図３における下方側に送られ、フィルタ２３及びブレーカプレート２４を通過して、混練材料供給口２６より射出部３０へと材料が供給される。また、このような混練部１０よりの材料供給は、連続的に定量供給されるように行われる。このように連続的に定量供給が行われることにより、バレル１２内を通過する材料に施される処理条件を均一とすることが可能となる。なお、圧力センサ２５によりバレル１２の出口付近の圧力を検出して監視することで、バレル１２内が設定圧力よりも高圧になることが抑制されている。

一方、図３に示すような状態の射出部３０においては、射出用駆動装置３３によりスクリューシャフト３１が、その前方側（図示左方側）に位置された状態、すなわち前進位置Ｐ１に位置された状態とされている。なお、このように前進位置Ｐ１に位置された状態においては、スクリューシャフト３１の前方側に材料充填用空間Ｓ１が存在しない状態となっている。このような状態において、連通口３４に連通されるように形成されている材料保持用空間Ｓ２内へ、混練部１０にて混練された状態の材料の供給が行われる。スクリューシャフト３１において、保持用スクリュー溝部３７は計量用スクリュー溝部３６に比して大きな容積を確保できるように形成されているため、材料保持用空間Ｓ２においては、その圧力が連通される周辺空間よりも低くなり、いわゆる材料供給に対する飢餓状態が形成されることになる。従って、材料保持用空間Ｓ２においては、混練部１０より混練材料が連続的に定量供給されても、その供給された材料を十分に保持することが可能とされている。ここで、「飢餓状態」とは、保持用スクリュー溝部３７が、材料によって全て充満されている訳ではなく、その一部の溝部の内側空間に材料が充填されていない空間が存在している状態、すなわち、材料保持用空間Ｓ２が材料によって完全に充満されていない状態のことである。このような状態においては、材料保持用空間Ｓ２の圧力を、隣接する空間よりも低く保つことができ、供給される材料を円滑に受け入れるとともに、確実に保持することが可能となる。また、このような材料保持用空間Ｓ２を確保する方法としては、例えば、保持用スクリュー溝部３７において、計量用スクリュー溝部３６に対して、その溝深さを深くすること、スクリューリード角を大きくすること、あるいは、スクリュー条数を変更することなどがあるが、これらの手法は、取り扱われる材料の溶融粘度などによって決定することができる。

このように混練された状態の材料の連続的かつ定量的な供給が行われながら、図４に示すように、射出部３０において、スクリューシャフト３１の回転しながらの後退移動が開始される（図７のフローチャートにおけるステップＳ１）。具体的には、図３に示すように、その前進位置Ｐ１に配置されている状態のスクリューシャフト３１が、射出用駆動装置３３により回転駆動されながら、後退するようにスライド移動が駆動される。その結果、図４に示すように、スクリューシャフト３１の前方に空間が形成される。また、この後退移動の際にスクリューシャフト３１が回転駆動されることにより、材料保持用空間Ｓ２にて供給されて保持された状態の材料（可塑化状態の材料）が、回転駆動とともに保持用スクリュー溝部３７から計量用スクリュー溝部３６へと前方側に移動され、さらに計量用スクリュー溝部にて所定量に計量（すなわち、その溝部の容積と回転駆動量により計量）された材料が、その前方側に形成された空間である材料充填用空間Ｓ１内へと送り込まれて充填される。

なお、このようなスクリューシャフト３１の後退移動における材料の計量及び充填処理が行われている際にも、混練部１０は連続的に駆動され、飢餓状態が保たれている材料保持用空間Ｓ２内への連続的かつ定量的な材料供給が継続されている。また、スクリューシャフト３１が回動されていることにより、図２に示すように、連通口３４より供給される材料がスクリューシャフト３１の下方側を回り込むように材料保持用空間Ｓ２内への材料供給が行われ、材料供給が円滑に行われる。

スクリューシャフト３１の後退移動及びその回転移動が所定の速度にて行われ、図５に示すように、スクリューシャフト３１がその後退位置Ｐ２に達する（ステップＳ２）と、射出用駆動装置３３によるスクリューシャフト３１のスライド移動及び回転移動が停止される。このようにスクリューシャフト３１がその後退位置Ｐ２に位置された状態においては、スクリューシャフト３１の前方側に所定の大きさの材料充填用空間Ｓ１が形成された状態とされるとともに、この空間Ｓ１内に可塑化された状態に材料が密に充填された状態、すなわち充填が完了された状態とされる（ステップＳ３）。なお、このように、スクリューシャフト３１の回転移動及びスライド移動が停止された状態においても、混練部１０よりの材料供給が連続的かつ定量的に継続されるが、材料保持用空間Ｓ２においては飢餓状態が常時保たれているため、材料供給及び供給された材料の保持が阻害されるようなことはない。また、スクリューシャフト３１が後退位置Ｐ２と前進位置Ｐ１との間のいずれの位置に位置された状態であっても、このような飢餓状態を維持することができるように、スクリューシャフト３１において保持用スクリュー溝部３７の軸方向沿いの形成範囲が決定されている。

その後、図６に示すように、射出部３０において、射出用駆動装置３３により、後退位置Ｐ２に位置された状態のスクリューシャフト３１の前方側に向けての前進移動が開始される。なお、この前進移動の際には、スクリューシャフト３１の回転移動は停止された状態が保たれる。このようなスクリューシャフト３１の前進移動により、材料充填用空間Ｓ１内に機密に充填された状態の材料が射出口３５より射出されて、この射出口３５に解除可能に連通されている射出成形用金型８内への材料（射出成形材料）の充填が開始される（ステップＳ４）。

やがて、図３に示すように、スクリューシャフト３１がその前進位置Ｐ１に達する（ステップＳ５）と、材料充填用空間Ｓ１内に充填されていた全ての材料が、金型８内へ射出された状態となり、射出用駆動装置３３によるスクリューシャフト３１の前進移動が停止される（ステップＳ６）。なお、このようなスクリューシャフト３１の前進移動及び停止の際にも、混練部１０よりの連続的かつ定量的な材料供給は継続して行われる。

このように射出成形用金型８内への材料の充填が完了すると、ステップＳ７において、次に材料の充填が行われる金型が存在するかどうかが確認され、次の金型が存在すると確認された場合には、この金型が射出部３０に接続されるとともに、ステップＳ１の動作が再び行われる。具体的には、図３及び図４に示すように、スクリューシャフト３１の前進位置Ｐ１から後退位置Ｐ２へ向けての回転しながらの後退移動が開始されて、上述したように材料の計量及び材料充填用空間Ｓ１への材料の充填が再び開始される。その後、上述と同様の手順にて、材料の計量、充填、射出が順次行われて、金型８内への材料の充填が繰り返し行われる（ステップＳ２〜Ｓ６）。なお、ステップＳ７にて、次に材料が充填される金型が存在しないと判断された場合には、混練部射出部一体化装置１０１の動作が停止されて、混練及び射出成形が完了する。

なお、射出部３０におけるこのような一連の処理過程においては、材料保持用空間Ｓ２の上方に隣接して設けられたベント用空間Ｓ３より、ベント部３８を通して真空ポンプ３９により十分な脱気のための真空引きが行われる。また、材料保持用空間Ｓ２及びベント用空間Ｓ３の上方には、射出部３０内への材料の供給状態を一見にて把握することができるように、サイトグラス４０が設けられている。

また、射出用スクリューシャフト３１がその後退位置Ｐ２に達して（ステップＳ２）、その回転が停止された状態（ステップＳ３）においても、混練部１０から材料保持用空間Ｓ２内への連続的かつ定量的な材料供給をより確実に実現するために、例えば、図９に示す模式説明図のように、連通口３４の形状を、射出用スクリューシャフト３１の軸方向において延在するような長円形状とすることもできる。なお、図９は、射出用スクリューシャフト３１と連通口３４との位置関係を示す模式説明図である。このように連通口３４を長円形状とすることで、射出用スクリューシャフト３１の回転が停止された状態において、そのスクリューフライトによって連通口３４が遮られる部分を少なくすることができ、材料供給の安定性をより高めることができる。なお、連続的かつ定量的な材料供給の安定性を高めるためには、ステップＳ３において、射出用スクリューシャフト３１の回転を完全に停止させることなく、極低速にて回転させることで、スクリューフライトにより連通口３４が部分的に遮られる時間を短縮することもできる。

上記第１実施形態によれば、以下のような種々の効果を得ることができる。

このような射出成形を行う装置においては、可塑化されて混練される材料より揮発成分や気泡を十分に脱気しておくことが、製品の品質を向上させるためにも重要となる。一方、混練部と射出部とが連結された装置構成においては、射出部内に備えられたスクリューシャフトだけではその脱気の機能を十分に達成できないような場合が多い。すなわち、一般的な従来の射出装置においては、スクリューシャフトのスライド移動が必要となるため、仮に射出成形装置を２軸スクリュー構成とすると、それぞれのスクリューシャフトのスライド移動の際におけるスクリュー同士の噛み合わせによる悪影響が生じる。このような悪影響を未然に防ぐことを考慮すると必然的に単軸スクリュー構成とすることが好ましい。その結果、従来の射出成形を行う装置においては、材料に対する十分な混練までをも行うことができず、十分な脱気を行うことが困難であるという問題がある。

これに対して、上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置１０１においては、混練部１０を複数軸の構成、すなわち２本のスクリューシャフト１１が互いに噛み合わされて備えられている構成としていることにより、投入される材料に対して加圧及びせん断を効果的に施すことができ、その可塑化及び混練を十分に行うことができる。その結果、混練部１０において材料に対する脱気処理を十分に施すことが可能となる。さらに、混練部１０において、ベント部２１を通じて真空ポンプ２２により真空引きを行うことで、材料に対する脱気性を高めることが可能となる。従って、混練部１０において、十分に脱気処理が行われた材料を射出部３０に供給することができ、射出部３０において脱気処理を行う必要性を無くすことができる。

また、上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置１０１においては、このように混練部１０にて、材料に対する可塑化、混練、及び脱気のそれぞれの処理が行われ、十分に混練された状態の材料が直接的に射出部３０へと供給されるような構成が採用されている。従って、射出部３０においては、材料に対する可塑化や混練などの処理を行う必要性を無くすことができ、射出部３０の構成を簡素なものとすることができるとともに、射出用スクリューシャフト３１を従来に比して可塑化を必要としないため素早く高速で回転させることができ、材料充填用空間Ｓ１内への材料充填を比較的短時間で行うことができる。射出部３０において可塑化機能が不要となることで、スクリューリード角を大きく取ることができ、シャフト自体の回転速度が比較的低速でも、材料の高速充填を達成することが可能となる。なお、このような高速充填達成が可能となることにより、射出部３０内における材料滞留時間を短くすることができ、材料の物性劣化等が生じることを抑制することができる。さらに、射出用スクリューシャフト３１において、従来必要とされた可塑化のためのスクリュー部分を不要あるいは短くすることができ、同じシリンダ長でも射出ストローク（すなわち、スクリューシャフト３１のスライド移動距離）を長く取ることができる。その結果、比較的小径のスクリューシャフトを用いながら、射出容積を大きく取ることができ、装置構成の小型化に寄与することが可能となる。また、射出圧力を同じとすると、装置の耐圧は射出部３０のスクリューシャフト３１の径に依存することから、スクリューシャフト３１の径が小型化されることで、装置耐圧を低くすることができる。このように、装置構成を小型化するとともに装置耐圧を低く抑えることができることにより、装置の省エネルギ化を図ることができる。

また、上記第１実施形態では、射出部３０においては、スクリューシャフト３１の動作が、回転しながらの後退移動（計量及び充填処理）、停止、回転を停止しながらの前進（充填材料の射出）、停止、そして再び回転しながらの後退移動というように間欠運転、すなわち断続的な運転となる。このように断続的な運転が行われる射出部３０に、連続的かつ定量的な材料供給が行われる混練部１０とが連結されるような装置構成においては、連続的な材料の供給量と、断続的な射出量とのバランスが重要となる。

特許文献１に開示されているような従来の装置構成においては、単純に混練部と射出部とを連結しただけの構成が開示されているのみであり、このような材料の供給量と射出量とのバランスについて何ら言及されていない。さらに開示されている装置構成では、射出部におけるいわゆる計量部に相当する部分に混練部が接続されて材料の供給が行われるような装置構成が採用されている。このような従来の装置構成では、連続的に供給される材料を射出部において十分に保持することが困難となり、その結果、圧力変動が大きく、品質への影響が懸念される。

これに対して、上記第１実施形態の射出部３０においては、混練部１０が連結される連通口３４の形成位置に、計量用スクリュー溝部３６に比してその溝容積が拡大された保持用スクリュー溝部３７が常に位置されるように射出用スクリューシャフト３１が構成されていることにより、保持用スクリュー溝部３７により形成される材料保持用空間Ｓ２内に混練部１０より供給される材料を保持させることができる。特に、このように比較的大きな空間である材料保持用空間Ｓ２が設けられていることにより、その周囲空間に対して、材料保持用空間Ｓ２の圧力を低く保つことができ、当該空間Ｓ２を常に飢餓状態とさせることができる。従って、混練部１０より連続的かつ定量的に供給される材料を、射出用スクリューシャフト３１の断続的な運転に拘わらず、安定して保持することが可能となる。さらに、このように飢餓状態に保たれた材料保持用空間Ｓ２において、射出部３０が混練部１０と連通されていることにより、射出部３０の材料充填用空間Ｓ１や計量用スクリュー溝部３６等にて生じる射出成形圧力が、混練部１０に与える影響を著しく低減させることができる。従って、混練部１０と射出部３０との連結部分に、切り替えバルブを設けなくても、射出部３０におけるスクリュー背圧が混練部１０にかからないようにすることができる。なお、このような材料保持用空間Ｓ２において常時飢餓状態を保つためには、射出用スクリューシャフト３１が、静止・前進・保圧している時間、すなわち、その回転が停止されている時間を基に、混練部１０より連続的に供給される単位時間あたりの材料量を算出して、少なくともこの量以上に材料保持用空間Ｓ２の容積が設定されるようにすればよい。

（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかる混練部及び射出部を有する一体化装置の一例である混練部射出部一体化装置２０１の模式構成図を図８に示す。

図８に示す本第２実施形態の混練部射出部一体化装置２０１においては、混練部２１０と射出部２３０との連結部に、材料供給の定量性を精度良く保つための定量化装置の一例である定量ギヤポンプ７が備えられている点において、上記第１実施形態の装置構成と相違しているものの、その他の装置構成は同様である。以下の説明においては、この相違点についてのみ説明を行うものとする。なお、図８において、上記第１実施形態の装置１０１と同じ構成部には、同じ参照番号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、混練部射出部一体化装置２０１において、混練部２１０における混練材料供給口２６には、通過して射出部２３０へと供給される材料を連続的かつ定量的に供給を行う定量ギヤポンプ７が備えられている。定量ギヤポンプ７は、混練部２１０の混練駆動用モータ１５と連動して駆動され、混練部２１０にて混練された状態の材料を、高精度に定量供給することができる。

このように、混練部射出部一体化装置２０１において、混練部２１０と射出部２３０との連結部分に定量ギヤポンプ７が設けられていることにより、混練された状態の材料をその定量性がより高められた状態にて、射出部２３０へと供給することが可能となる。また、混練部２１０の出口にてこの定量ギヤポンプ７が材料供給に対してブレーキ的な役割を果たすことにより、混練部２１０内の圧力を高めて、材料に対する脱気性をさらに向上させることができる。

なお、上記それぞれの実施形態の説明においては、混練部と射出部とが、それぞれの軸方向において互いに直交された状態にて連結されるような場合について説明したが、このような場合についてのみ限定されるものではなく、その他様々な構成を採用することができる。例えば、射出部に対して混練部が傾斜された状態で連結されるような場合であってもよい。特に、混練部の先端側が、射出部の先端側に向かうように傾斜された状態で、両者が連結されるような構成においては、混練部から射出部への材料供給をより円滑なものとすることができる。

また、上記それぞれの実施形態においては、混練部のスクリューシャフトが複数軸、例えば２軸備えられるような場合について説明したが、このような場合に変えて、混練部において単軸スクリュー構成が採用されるような場合であってもよい。このような単軸スクリュー構成においては、混練や脱気の効果が複数軸スクリュー構成と比して低減するが、揮発成分が少なく混練性があまり要求されないような材料が取り扱われるような場合には、単軸構成を採用する方が装置構成を簡素なものとすることができる。

また、射出部においてベント部が設けられるような場合について説明したが、射出部におけるベント部が不要とされるような場合であってもよい。上記それぞれの実施形態においては混練部においてベント部を利用して真空ポンプによる真空引き（真空ベント）が行われて、十分に脱気された状態の材料が射出部に供給されるため、射出部にてベント部を設けることを不要とすることができる。ただし、上記それぞれの実施形態のように、射出部における混練部より材料が供給される位置、すなわち材料保持用空間にベント部を設けることで、材料の脱気効果をより向上させることが可能となる。また、材料保持用空間におけるベント部を利用して、当該空間内へ不活性ガス等の注入を行うことで、材料に対する酸化防止（不活性ガスシール）を図ることもできる。

また、上記実施形態においては、射出用スクリューシャフト３１に、２種類のスクリュー溝部である計量用スクリュー溝部３６と保持用スクリュー溝部３７とが互いに隣接して形成されるような場合について説明したが、スクリュー溝部の配置構成はこのような場合についてのみ限定されるものではない。このような場合に代えて、例えば、計量用スクリュー溝部３６と保持用スクリュー溝部３７との間に、材料の流れをより円滑にするためのスクリューリード及び溝深さを有する調整部（返還部あるいは調整用スクリュー溝部）を形成することもできる。このような調整部は、例えば、計量用スクリュー溝部３６と保持用スクリュー溝部３７との中間的な形状のスクリュー溝部として形成することができる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明の第１実施形態にかかる混練部射出部一体化装置の模式構成図である。 図１の混練部射出部一体化装置における混練部と射出部との連結部分の模式断面図である。 上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置において、射出用スクリューシャフトが前進位置に位置された状態を示す模式説明図である。 図３に続く図であって、射出用スクリューシャフトが回転移動しながら後退移動されて、材料の計量及び充填が行われている状態を示す模式説明図である。 図４に続く図であって、射出用スクリューシャフトが後退位置に位置されて、材料の充填が完了した状態を示す模式説明図である。 図５に続く図であって、射出用スクリューシャフトが前進移動されて、充填された材料の射出が行われている状態を示す模式説明図である。 上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置において、射出部の動作工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる混練部射出部一体化装置の模式構成図である。 上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置における射出用スクリューシャフトと連通口との位置関係を示す模式説明図である。 上記第１実施形態の混練部射出部一体化装置における連通口の変形例を示す模式断面図である。

符号の説明

７ 定量ギヤポンプ
８ 射出成形用金型
９ 制御装置
１０ 混練部
１１ 混練用スクリューシャフト
１２ バレル
１３ 混練用駆動装置
１４ ギヤボックス
１５ 混練駆動用モータ
１６ 材料投入口
１７ 材料供給装置
１８ ホッパ
１９ スクリュー
２０ 材料供給用駆動モータ
２１ ベント部
２２ 真空ポンプ
２３ フィルタ
２４ ブレーカプレート
２５ 圧力センサ
２６ 混練材料供給口
２７ 電気ヒータ
３０ 射出部
３１ 射出用スクリューシャフト
３２ シリンダ
３３ 射出用駆動装置
３４ 連通口
３５ 射出口
３６ 計量用スクリュー溝部
３７ 保持用スクリュー溝部
３８ ベント部
３９ 真空ポンプ
４０ サイトグラス
Ｐ１ 前進位置
Ｐ２ 後退位置
Ｓ１ 材料充填用空間
Ｓ２ 材料保持用空間
１０１、２０１ 混練部射出部一体化装置

Claims (4)

1. 混練用スクリューシャフトと、
   上記混練用スクリューシャフトの回転を駆動する混練用シャフト駆動装置と、
   上記混練用スクリューシャフトが回転可能に挿入配置され、上記混練用スクリューシャフトの回転により材料の混練が行われるとともに、上記混練された材料をその先端における混練材料供給口より連続的に定量供給する混練用バレルとを有する、混練部と、
   射出用スクリューシャフトと、
   上記射出用スクリューシャフトの回転及びその軸方向沿いの進退移動を駆動する射出用シャフト駆動装置と、
   上記射出用スクリューシャフトが回転可能かつその軸方向沿いの進退移動可能に挿入配置され、かつ上記混練用バレルの上記混練材料供給口と連通されて上記混練された状態の材料が供給される連通口と、上記スクリューシャフトにより計量された上記材料を射出する射出口とが形成された射出用シリンダとを有する、射出部とを備え、
   上記射出部において上記射出用スクリューシャフトは、
   その後退移動によりその前方側に形成される材料充填用空間に、その回転駆動量により上記材料を計量して充填する計量用スクリュー溝部と、
   スクリューのリード角が、上記計量用スクリュー溝部に比して大きくなるように形成されるとともに、その溝部の深さが、上記計量用スクリュー溝部よりも深くなるように上記計量用スクリュー溝部に隣接して形成され、上記混練部より連続的に定量供給される材料を保持するための材料保持用空間を形成する保持用スクリュー溝部とを備えることを特徴とする混練部及び射出部を有する一体化装置。
2. 上記射出部において、上記射出用シャフト駆動装置により、上記射出用スクリューシャフトが、上記材料充填用空間を形成する後退位置と、上記材料充填用空間に計量されて充填された材料の射出口よりの射出が完了される前進位置との間で進退移動され、
   上記射出用スクリューシャフトにおいて、上記前進位置と上記後退位置との間での上記シャフトの進退移動に拘わらず、上記連通口に上記材料保持用空間が位置されるように、上記保持用スクリュー溝部が形成されている請求項１に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置。
3. 上記射出用スクリューシャフトにおいて、上記後退位置から上記前進位置に向けての上記回転を停止した状態での前進移動の際に、上記混練部より上記連通口を通じて連続的に定量供給される材料を、上記材料保持用空間にて保持可能に、上記保持用スクリュー溝部が形成されている請求項２に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置。
4. 上記混練部において、
   上記混練用スクリューシャフトとして、同一の直径及び同一の谷径を有する波形形状にて形成された２本のスクリューシャフトを互いに噛み合わせて、平行に配列させて備え、
   上記混練用シャフト駆動装置は、上記それぞれのシャフトを同じ速度で同じ方向へ回転させ、
   上記混練用バレルにおいて、上記それぞれのスクリューシャフトが回転可能に挿入され、上記それぞれのスクリューシャフトの回転駆動により、上記材料に対する混練処理が行われるとともに、当該材料に対する脱気処理が行われる請求項１に記載の混練部及び射出部を有する一体化装置。

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