JP4564784B2

JP4564784B2 - 樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置

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Publication number: JP4564784B2
Application number: JP2004165721A
Authority: JP
Inventors: 修司合葉
Original assignee: Sodick Plustech Co Ltd
Current assignee: Sodick Plustech Co Ltd
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP2005343026A

Description

本発明は、可塑化した樹脂材料の中に液状添加物を所望の比率に正確にかつ均一に分散させて射出する、スクリュプリプラ式の射出装置に関する。

例えば、樹脂材料とオイルとを所定の比率で混合し分散させたゲル状の樹脂がある。このようなゲル状樹脂は、その硬度をオイルの含有率に応じた非常に低い硬度に調整することができ、かつ衝撃を良く吸収することから、ダンパや防振装置の緩衝部材あるいはばね部材として注目されつつある。また、工業用油脂を樹脂材料に含浸させて成形した無給油滑り軸受等がある。このような成形品は、押出成形機によって液状添加物を分散させて製造した成形材料を、射出装置で可塑化して射出することによって成形されていた。

このような成形品を成形する射出装置には、インラインスクリュ式射出装置やスクリュプリプラ式射出成形機が用いられる。それらの内、特に前者の射出装置は、インラインスクリュを回転させながら後退させてその後退した部分に可塑化した樹脂を貯めることによって計量を行う。このとき、樹脂材料は、加熱シリンダによって加熱されると共に加熱シリンダ壁に対する摩擦とスクリュ溝とに対する摩擦の差によってスクリュの溝中で攪拌されながら送られて、徐々に深さが浅くなるスクリュ溝の中で圧縮されて剪断発熱して可塑化される。射出は、インラインスクリュを高速で前進させることによって行われるが、その溝中に未可塑の樹脂を収容したまま前進する。

この射出装置で可塑化条件が極端に悪い場合には、スクリュがその溝中の樹脂と共に空回りしたり、実際に可塑化計量が行われることなくスクリュだけが後退したりする。この場合、計量は当然充分に行われず、特に後者の場合にスクリュの後退した箇所に樹脂が充分に存在しない、いわゆる空計量が発生する。このような現象は、スクリュ溝中の樹脂材料の攪拌が行われない程に樹脂材料が加熱シリンダやスクリュに対してスリップする場合、あるいはスクリュ溝中の樹脂材料がいわゆる「おこし」状態になった場合に発生する。

上記のようなインラインスクリュ式射出装置によって上記のような成形品を射出成形する成形は、より詳細にはつぎに説明されるように行われていた。まず、この射出成形機に樹脂材料と液状添加物とを別々に供給して、この射出成形機だけで両者を混練して射出成形することは非常に困難であった。なぜなら、インラインスクリュ式射出装置特有の構成によって計量の際にスクリュが後退して樹脂材料の可塑化を終了する位置がある程度の範囲にばらつかざるを得ないので、固定的に設けられた添加物の注入口で樹脂材料が充分に可塑化されていないことがあり、その結果、液状添加物が樹脂材料と加熱シリンダ壁との間に入り込んで樹脂材料がスリップして、最悪な場合に既述されたような計量不能が発生するからである。その上、この射出成形機では、たとえ上記のスリップがある程度抑えられたとしても、溶融樹脂中の液状添加物の分散性は特に厳密に見れば均一ではない。スクリュの後退によって、液状添加物が樹脂材料に注入されてから混練され分散されるまでの経緯、すなわち液状添加物の混練の履歴が僅かではあるが変化するからである。

それで、上記成形品のインラインスクリュ式射出成形機による射出成形は、あらかじめ押出機で製造したテープ状の樹脂材料あるいはそれを細断したペレット状の樹脂材料（以下専用成形材料とする。）を利用して、それを可塑化して射出する成形にならざるを得なかった。この場合、専用成形材料の製造という余分な工程が加わるので、樹脂材料の価格は当然高くなった。その上、つぎのような問題は、専用成形材料を使用して射出成形する場合にあっても解決されていなかった。それは、専用成形材料が最初から液状添加物を含んでいるために発生する問題であり、射出成形機で可塑化される際にその樹脂材料から液状添加物が滲み出して、未溶融の樹脂材料と加熱シリンダ壁の間を潤滑して既述されたようなスリップを発生させる結果、可塑化計量が充分に行われなくなる問題である。この問題は、液状添加物の含有率が特に高い場合により顕著になり、最悪な場合に既述された計量不能を引き起こした。

上記インラインスクリュ式射出成形機における問題は、従来のプリプラ式射出装置で専用成形材料を使用して射出成形する場合にも程度の差こそあれ同様に生じていた。プリプラ式射出装置の場合には、可塑化中にプリプラスクリュがプリプラシリンダ中でほとんど移動しないために樹脂材料が受ける可塑化の履歴が一定になる優位さはあるが、液状添加物の含有率が特に高い場合の上記スリップの問題は程度の差こそあれ同様に発生するからである。もちろん、専用成形材料を使用することによる樹脂材料のコスト高の問題も全く同様である。

一方、押出機で樹脂材料に液状添加物を分散させることは比較的容易であるが、押出機でも効率的で均一な混練を実現することは重要な課題である。そこで、以下に示すような特許文献が開示されている。これらの内、特に特許文献１は、樹脂材料がほとんど可塑化された部位で液状添加剤を注入して混練する押出成形機を開示している。この押出機では、添加剤を供給する通路がスクリュの中心に設けられ、その通路に連通する噴出通路が樹脂材料の可塑化された部位に位置するスクリュ溝で開口するように構成される。このような構成によって、添加剤が可塑化された樹脂材料に対してスクリュの溝側から混入されるので、樹脂材料とシリンダ壁との間に添加剤が入り込むことはない。そして、可塑化されて溶融した樹脂材料にはある程度の推進力が付与されるので、その後の混練も確実に行われて円滑に押出しがなされる。
特開平４−４４８２６号公報（第１図）特開昭５４−１９１９１号公報（図１）特開平７−２７６４６２号公報（図１）特許第２９３８３７１号公報（図１）

しかしながら、押出機で液状添加物を分散する成形は、それが比較的容易であるとしても専用成形材料の製造という余分な工程であることには代わりがない。その上、特許文献１に開示される押出機では、流体供給通路を回転するスクリュに設けなければならないと云う構造上の難しさがある。

また、つぎのような問題は押出機であっても充分に解決されていなかった。それは、樹脂材料に対する液状添加物の含有率を所望の比率に厳密にコントロールすることである。この問題は、押出機で樹脂を可塑化する限り充分に解決されない問題で、その単位時間当たりの可塑化容積がスクリュの回転速度に厳密には比例しないことに起因する。より具体的には、樹脂材料と加熱シリンダ壁の間の摩擦抵抗が特に樹脂材料の乾燥脱気等の状態に影響されて僅かであっても変動し、この変動によって樹脂材料が加熱シリンダ壁に対してスリップする度合いが変動して、可塑化容積がスクリュの回転速度に正確に比例しなくなることである。したがって、可塑化される単位時間当たりの可塑化容積が実際にフィードバックされて液状添加物の単位時間当たりの注入容積がその可塑化容積に合わせて制御されることが最も望ましいが、このようなフィードバック制御は押出機では行われていなかった。

以上を鑑みて、本願出願人は、第一に、押出成形機によって専用成形材料を別途に製造する工程は省略されるべきであり、射出成形機のみで樹脂材料の可塑化と液状添加物の分散が行われべきであると考察した。また、第二に、従来の押出機による液状添加物の注入分散の容易さと、プリプラ式射出装置の可塑化計量の正確さの両方が上手く活かされて、それらが組み合わされて実現されるべきであると考察した。

そこで、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する、本発明の射出装置は、上記の課題を解決するために、予備可塑化シリンダ（３１）に供給された樹脂材料をプリプラスクリュ（３２）によって可塑化する予備可塑化装置（３）と、可塑化された前記樹脂材料を前記予備可塑化装置と協働して計量しプランジャ（２２）によって射出するプランジャ射出装置（２）と、前記予備可塑化装置と前記プランジャ射出装置とを連通する連結部材（４）とを含む射出装置（１）において、前記予備可塑化シリンダの、前記樹脂材料の可塑化が終了する位置に液状添加物を注入する添加物注入口（３１ａ）を備え、前記添加物注入口に注入する前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に昇温すると共にその注入量を可変に制御する添加物供給装置（７）を備えることによって、前記樹脂材料を可塑化して計量する際には、前記プリプラスクリュの回転速度が前記プランジャの位置から換算した前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に合わせて調整されて、前記添加物供給装置が前記液状添加物の単位時間当たりの注入量を前記プリプラスクリュの回転速度に所望の比率で比例するように制御して、可塑化された前記樹脂材料に前記液状添加物を所望の含有率で分散させるように構成される。

また、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する、本発明の射出装置は、予備可塑化シリンダ（３１）に供給された樹脂材料をプリプラスクリュ（３２）によって可塑化する予備可塑化装置（３）と、可塑化された前記樹脂材料を前記予備可塑化装置と協働して計量しプランジャ（２２）によって射出するプランジャ射出装置（２）と、前記予備可塑化装置と前記プランジャ射出装置とを連通する連結部材（４）とを含む射出装置（１）において、前記予備可塑化シリンダの、前記樹脂材料の可塑化が終了する位置に液状添加物を注入する添加物注入口（３１ａ）を備え、前記添加物注入口に注入する前記液状添加物の注入量を可変に制御する添加物供給装置（７）を備えることによって、前記樹脂材料を可塑化して計量する際には、前記添加物供給装置が前記液状添加物の単位時間当たりの注入量を前記プランジャの位置から換算した前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に所望の比率で比例するように制御して、可塑化された前記樹脂材料に前記液状添加物を所望の含有率で分散させるように構成される。

また、本発明の樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置の前記プリプラスクリュ（３２）は、基端側から先端側にフィードゾーン（ＦＺ）とコンプレッションゾーン（ＣＺ）とミキシングゾーン（ＭＺ）とを備えた上に、前記コンプレッションゾーンと前記ミキシングゾーンとの間にあって前記添加物注入口に臨む部分およびその近傍に、堰（３２ｅ）と該堰に続く減圧溝部（３２ｆ）とから成る注入ゾーン（ＩＺ）を備え、前記堰が少なくとも一個の環状膨出部として形成されると共に、前記減圧溝部が、該減圧溝部を通過する溶融樹脂の示す圧力が前記堰を通過するときに示す溶融樹脂の圧力より小さい圧力に減圧される程度にその溝深さが再び深くなった溝部として形成されると良い。

また、本発明の樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置の前記添加物供給装置（７）は、前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に加熱する加熱手段（７８）を有するシリンダ（７２）、該シリンダに進退可能に嵌め込まれるピストン（７３）、該ピストンの前進速度を制御するピストン駆動手段（７４）を含むピストンポンプ（７１）と、前記液状添加物を貯留すると共に前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に昇温するタンク（８１）と、前記タンクから前記シリンダに連通する吸引管路（８２）と、前記シリンダから前記添加物注入口に連通する注入管路（８３）と、前記吸引管路と前記注入管路のそれぞれに取り付けられる逆流防止弁（８４）、（８５）とを含んで構成されると良い。

なお、上記括弧内の符号は、含まれる構成要素を図面と参照するものであり、それらを図面のものだけに限定するものではない。

上記の本発明の樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置は、ほとんど後退しないプリプラスクリュによって略一定の個所で可塑化が終了する予備可塑化装置を含むスクリュプリプラ式射出装置である上に、液状添加物を注入する添加物注入口を、前記予備可塑化シリンダの、前記樹脂材料の可塑化が終了する位置に備え、前記添加物注入口に供給する前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度にまで昇温すると共にその注入量を可変に制御する添加物供給装置を備える。そして、この射出装置は、その樹脂材料を可塑化計量する際に、前記液状添加物の単位時間当たりの注入量を前記プリプラスクリュの回転速度に対して所定の比率で比例するように制御して、可塑化された前記樹脂材料に前記液状添加物を常に一定の所望の含有率で分散させる。それで、本発明の射出装置は、樹脂材料と液状添加物を個別に供給して液状添加物を樹脂材料に所望の含有率で均一に分散させてから射出することを可能にして、第一に、押出成形機によって専用成形材料を別途に製造する工程を不要とする。また、本発明の射出装置は、第二に、従来の押出機による液状添加物の注入分散の容易さと、プリプラ式射出装置の可塑化計量の正確さの両方を活かして、最初に樹脂材料を液状添加物が含まれない状態で可塑化して、つぎに液状添加物を所定の比率で正確に注入して混練分散することを可能にする。その上、スクリュプリプラ式射出装置による可塑化の履歴が一定であるから、液状添加物を樹脂材料中に均一に分散することは特に厳密に見ても安定して行われる。

また、上記の射出装置が前記プリプラスクリュの回転速度によってフィードバック制御する代わりに前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積によってフィードバック制御する場合には、その射出装置は、液状添加物の注入量を実際に計量される樹脂材料の量により厳密に比例させることができ、液状添加物をより正確な含有率で分散させることができる。もちろん、上記された作用効果は全く同様に奏される。

また、本発明の射出装置のプリプラスクリュは、前記添加物注入口に臨む部分およびその近傍に、少なくとも一個の環状膨出部として形成される堰とその堰に続く減圧溝部とから成る注入ゾーンを備え、特にその減圧溝部が、該減圧溝部を通過する溶融樹脂の示す圧力を前記堰を通過するときに示す溶融樹脂の圧力より小さい圧力に減圧する程度にその溝深さが再び深くなった溝部を有するように形成されることによって、前記堰がその堰を通過する溶融樹脂の圧力を上昇させる一方で、前記減圧溝部がその減圧溝部を通過する溶融樹脂の圧力を、前記堰を通過する溶融樹脂の圧力より小さい圧力に減圧して、前記添加物注入口から注入された高圧の液状添加物を前記堰で発生する溶融樹脂の圧力によって堰き止めてコンプレッションゾーン側の中に逆流することを防止する。

また、本発明の射出装置の添加物供給装置は、ピストンポンプに構成されると共にそのピストンの前進速度を前記前記プリプラスクリュの回転速度、あるいは前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に所望の比率で比例するように制御するので、前記液状添加物を高温高圧状態にすることができると共に、前記液状添加物の注入量を前記樹脂材料の可塑化される容積に対して所望の比率で充分に正確に比例するように制御することができる。特に、後者の、樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に比例して制御する場合には、前記液状添加物の注入量を全く正確な比率に制御することができる。

本発明のスクリュプリプラ式射出装置と液状添加物の添加物供給装置の概略は、多くの部分を断面で示す図１に示され、その射出装置の予備可塑化装置に内蔵されるプリプラスクリュは、プリプラシリンダと共に図２に示される。これらの図において、可塑化された樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する本発明の射出装置１は、予備可塑化シリンダ３１（以下、プリプラシリンダと称される。）中に供給された樹脂材料をプリプラスクリュ３２によって可塑化する予備可塑化装置３と、可塑化された樹脂材料を予備可塑化装置３と協働して射出シリンダ２１の中に計量しプランジャ２２によって射出するプランジャ射出装置２と、予備可塑化装置３とプランジャ射出装置２とを連通する連結部材４とを含み、基本的な構成は従来のスクリュプリプラ式射出装置と同じである。

ただし、本発明のプリプラ式射出装置は、つぎの２点で標準的な射出装置と異なる。第一に、本発明の射出装置１は、プリプラシリンダ３１の、前記樹脂材料の可塑化が終了する箇所に添加物注入口３１ａを備えると共に、その添加物注入口３１ａに液状添加物を注入する添加物供給装置７を含む点で異なる。第二に、本発明の射出装置１は、プリプラスクリュ３２に従来公知のフィードゾーンＦＺとコンプレッションゾーンＣＺを備える他に、ミキシングゾーンＭＺと、後により詳細に説明される注入ゾーンＩＺを備える点で異なる。この注入ゾーンＩＺは、コンプレッションゾーンＣＺとミキシングゾーンＭＺの間に形成されたゾーンであり、添加物注入口３１ａに臨む部分およびその近傍に対応して配置されたゾーンである。

第一に挙げられた添加物供給装置７は、望ましくはピストンポンプ７１に構成され、内蔵するピストン７３の後退動作によって液状添加物を吸引し前進動作によって液状添加物を供給する装置である。そして、添加物供給装置７は、ピストン７３の前進速度を調整することによって液状添加物の注入量を制御する。より具体的には、添加物供給装置７は、液状添加物の単位時間当たりの注入量を、射出装置１のスクリュ３２の回転速度又は樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に対して所定の比率で比例するように制御する。このため、プリプラスクリュ３２の回転速度は、プリプラスクリュ３２を回転制御する図示省略されたスクリュ駆動装置に含まれる従来公知のエンコーダによって検出されて、射出装置１の制御装置９に逐次フィードバックされる。また、樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積は、プランジャ２２の位置を計測する位置計測装置２５によって検出されて制御装置９にフィードバックされる。制御装置９は、それらのフィードバックされた回転速度あるいは実計量容積に応じて添加物供給装置７のピストン７３の前進速度を制御する。その上、このような添加物供給装置７は、液状添加物の温度を樹脂材料の可塑化温度に昇温する加熱手段７８を含む。特に、ピストンポンプ７１は、液状添加物を１００ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の高圧で供給することを可能にして、添加物注入口３１ａ付近の溶融樹脂の圧力に抗して液状添加物を注入することを可能にする。

第二に挙げられたプリプラスクリュ３２の注入ゾーンＩＺは、添加物注入口３１ａから注入される高圧の液状添加物がコンプレッションゾーンＣＺ側へ逆流することを防止するゾーンとして形成され、一種の堰３２ｅとその堰に続く減圧溝部３２ｆとから成る。より詳細には、堰３２ｅは、少なくとも一個のその外径がプリプラシリンダ孔径より若干小さい環状膨出部として形成され、減圧溝部３２ｆは、単位時間当たりに堰３２ｅを乗り越えて通過する樹脂の容積よりも多い容積の樹脂が通過できる程度の、溝深さが再び深くなった溝部に形成される。このような注入ゾーンＩＺは、堰３２ｅを通過する溶融樹脂の圧力を上昇させる一方で、減圧溝部３２ｆを通過する溶融樹脂の圧力を、堰３２ｅを通過する溶融樹脂の圧力より小さくなるように減圧する。なお、図示省略されているが、このような注入ゾーンＩＺとコンプレッションゾーンＣＺの間に、溶融樹脂を送るだけの機能を果たす従来公知のメタリングゾーンが設けられてもよい。そのメタリングゾーンは、短いもので充分である。

このような射出装置１において、樹脂材料は、コンプレッションゾーンＣＺの中でほとんど可塑化された後に注入ゾーンＩＺで液状添加物を注入されてミキシングゾーンＭＺで攪拌され、その添加物を所望の含有率で均一に分散した溶融物になってからプランジャ射出装置２の中に計量されて射出される。

以上のような射出装置１と添加物供給装置７は、より具体的には、以下の実施例のように構成される。

図１において、予備可塑化装置３は、樹脂材料が貯留されるホッパ５と、その樹脂材料が送り込まれて可塑化されるプリプラシリンダ３１と、図示省略されたスクリュ駆動装置によって若干距離だけ進退又は回転するプリプラスクリュ３２とを含む。このスクリュ駆動装置は、従来装置と同様であるからその図示が省略されるが、例えば、プリプラスクリュ３２に対して同軸に結合された油圧シリンダと、プリプラスクリュ３２を回転制御する油圧モータとに切換可能に結合された装置であり、その回転角度を図示省略されたエンコーダが検出して制御装置９にフィードバックする装置である。このプリプラスクリュの駆動装置は、もちろんサーボモータ等によって駆動制御される電動式であっても良い。プランジャ射出装置２は、射出シリンダ２１と、油圧シリンダ等の射出駆動装置２３によって前進あるいは後退駆動されるプランジャ２２とを含む。プランジャ２２の後退位置を計測する位置計測装置２５は、例えば、スケール２５ａと検出ヘッド２５ｂから成る公知のリニアスケールによって構成される。このプランジャの駆動装置も電動式式であっても良い。２４は、図示省略された金型に当接される公知の射出ノズルである。プリプラシリンダ３１のシリンダ孔の先端（図で左方）と射出シリンダ２１のシリンダ孔の先端は連通部材４中の連通路を介して連通する。プリプラシリンダ３１の基部はブロック３４で固定され、支持部材６を介して射出駆動装置２３の上方に固定される。射出シリンダ２１、プリプラシリンダ３１、および連結部材４には、ヒータ２６、３３および４１が巻回されている。添加物注入口３１ａは、プリプラシリンダ３１の中程から先端側（下流側）の、樹脂材料の可塑化が終了する位置に形成される透孔で、その孔に逆流防止弁が取り付けられても良い。

プリプラスクリュ３２の、図２に示されるような従来公知のフィードゾーンＦＺとコンプレッションゾーンＣＺには、単条のフライト３２ａが形成されている。より具体的には、フィードゾーンＦＺは、材料供給口３１ｂ付近を含んで基端側からコンプレッションゾーンＣＺに至るまでの間の、スクリュ溝３２ｃの深さが等しく深いゾーンであり、コンプレッションゾーンＣＺは、フィードゾーンＦＺと先端側のミキシングゾーンＭＺとの間に形成された、溝３２ｄの深さが先端側に向かうに連れて徐々に浅くなるゾーンである。そして、コンプレッションゾーンＣＺが終了する位置は、樹脂材料の可塑化が終了する位置となる。このため、可塑化のための設定条件である、加熱ヒータ３３の温度やスクリュの回転速度、あるいは樹脂に負荷する背圧等が調整されて制御装置９に設定される。

ミキシングゾーンＭＺは、このゾーンを通過する溶融樹脂と液状添加物の混合物の流れを強制的に攪乱することによってそれらを強制的に混練して添加物を溶融樹脂中に均一に分散させる。それで、このゾーンを形成するバリア又はダムあるいはフライト様の凸部３２ｂとその間の溝は、従来公知の各種のミキシングヘッドと同じように複雑な形状に形成され、例えばダルメージヘッドやマドックヘッド等の形状に形成される。

特に、本発明の注入ゾーンＩＺの堰３２ｅは、樹脂材料の可塑化が終了するコンプレッションゾーンＣＺの終了する位置の溝３２ｄ部の直径より大きいが、フライト３２ａの外形より若干小さい外形の環状膨出部として形成される。それで、溶融した樹脂材料は、この堰とプリプラシリンダとの若干の隙間を通過するときに絞られて既述されたように圧力上昇する。したがって、堰３２ｅは、添加物注入口３１ａから注入される高圧の液状添加物がコンプレッションゾーンＣＺ側へ逆流することを防止する。なお、この堰３２ｅは、溶融樹脂や液状添加物の粘度が低い場合、あるいはその堰を通過する樹脂の圧力が低い場合に２重あるいは３重に設けられても良い。これらの場合には、逆流が発生しやすいのでそれを防止するためである。

一方、注入ゾーンＩＺの減圧溝部３２ｆは、既述されたように、その溝深さが再び深くなった溝部に形成されて溶融樹脂の圧力が減圧されるが、その溝部分には原則的にフライトは不要である。ただし、添加物注入口３１ａに対面しない下流側の減圧溝部３２ｆがある程度の長さに形成される場合には、その添加物注入口３１ａに対面しない減圧溝部３２ｆに、単純な形状のフライト３２ｇが形成されても良い。そして、そのフライト３２ｇのピッチ、すなわちねじり角は、フィードゾーンＦＺやコンプレッションゾーンＣＺのフライト３２ａのそれより概ね大きく形成されると良い。このように形成されたフライト３２ｇは、融解樹脂に推進力を付与してこのゾーンＩＺでの融解樹脂の滞留を防止して、このゾーンＩＺでの圧力上昇をより確実に防止する。図ではフライト３２ｇは２条のフライトとして例示されている。なお、スクリュ３２の直径が太い場合には、添加物注入口３１ａに対面する部分にも山高さの低いフライトが形成されても良い。山高さが低く形成される理由は、回転するフライトによって添加物注入口３１ａが塞がれることを回避するためである。

本発明では、上記のような減圧溝部３２ｆに続くその下流側のミキシングゾーンＭＺでも同様な配慮がなされる。すなわち、単位時間にミキシングゾーンＭＺを通過する樹脂容積が単位時間に堰３２ｅを超えて通過する樹脂容積より大きくなるようにそのゾーンを形成する凸部３２ｂと溝深さが設計される。このような形状によって、このゾーンでも減圧が実現されてその上流の減圧溝部３２ｆでの圧力上昇が回避され、液状添加物のコンプレッションゾーンＣＺ側への逆流はより確実に防止される。

模式的に示された添加物供給装置７のピストンポンプ７１は、ピストン７３をシリンダ７２中で前後に駆動する駆動手段を含み、その駆動手段は、例えば、サーボモータ７４と、該モータによってタイミングベルト７５等を介して回転制御されるボールねじ７６と、ピストン７３と一体化されて前後に移動する、ボールねじ７６に螺合したボールねじナット７７とを含むように構成される。もちろんボールねじナット７７の回転は適宜に規制される。このような構成は、サーボモータ７４とボールねじ７６とが１軸上に直結された構成であっても良い。特に、シリンダ７２に巻回された加熱ヒータ等の加熱手段７８は、その中の液状添加物を樹脂材料の可塑化終了時の温度に加熱する。そして、つぎに説明されるタンク８１にも図示省略されたヒータ等の加熱手段や保温材が設けられて、その中の液状添加物も同様に加熱される。

液状添加物を貯留するタンク８１から添加物供給装置７に接続する吸引管路８２と、添加物供給装置７から添加物注入口３１ａに接続する注入管路８３は、シリンダ７２との接続の都合上からそのシリンダの直近で共通管路８６にまとめられると良い。そして、吸引管路８２と注入管路８３のそれぞれに取り付けられる逆流防止弁８４、８５は、タンク８１中の液状添加物を吸引管路８２から一旦ポンプ７１のシリンダ７２中に導いた後に注入管路８３から添加物注入口３１ａに送り出す一方向の流れを作り出す。この流れは、より具体的には吸引流れと注入流れであり、それらの流れは、ピストン７３の後退動作と前進動作の切換によって交互に発生する。また、異常によってシリンダ７２内や注入管路８３内の圧力が過大になったときにその圧力を開放するリリーフ弁８８を含むリリーフ管路８７が用意される。また、図示省略されているが、シリンダ７２中の液状添加物をタンク８１に戻すドレーン配管とそれに含まれる開閉弁がリリーフ管路８７に並行して用意される。また、各管路を構成する配管部材には、可塑化終了時の温度に液状添加物を加熱するヒータ等の加熱手段や保温材が必要に応じて取り付けられ、添加物注入口３１ａに注入管路８３を接続する、図示省略された継手にも必要に応じて加熱手段が取り付けられる。

以上のように構成された本発明のプリプラスクリュ式射出装置は、以下に説明されるように樹脂材料を可塑化して、液状添加物を所望の含有率で均一に分散した状態で計量して射出する。

ホッパ５からプリプラシリンダ３１に供給された樹脂材料は、まずヒータ３３によって加熱されながらプリプラスクリュ３２の回転によってフィードゾーンＦＺの溝中で前方に送り出される。そして、樹脂材料は、コンプレッションゾーンＣＺの溝中でプリプラシリンダ３１のシリンダ壁に対する摩擦と溝底に対する摩擦の差によって攪拌されながら圧縮されて剪断発熱し、可塑化されて溶融する。溶融した樹脂は、この可塑化の間にプリプラスクリュ３２の回転によって先端方向に推進力を付与される。

上記のように可塑化が行われるとき、溶融樹脂を射出シリンダ２１へ送り込む計量も行われる。このとき、射出装置１は、プリプラスクリュ３２を回転すると共にプランジャ２２も後退させるので、通常、プランジャ２２の位置を位置計測装置２５によって検出して実計量容積を制御装置９で確認する。それで、プリプラスクリュ３２の回転は、実計量容積としてのプランジャ２２のフィードバックされる量を基準にして所望の計量容積になるように制御される。より厳密な制御では、プリプラスクリュ３２の回転速度が、プランジャ２２の位置を単位時間当たりの位置変化率として換算した、単位時間当たりの実計量容積に合わせて調整される。また、プランジャ２２に加えられる圧力がプランジャ駆動装置２３の圧力制御によって調整されて、可塑化時に溶融樹脂に負荷される背圧が調整される。

このような可塑化計量において、制御装置９は添加物供給装置７を制御して、樹脂注入口３１ａから注入する液状添加物の単位時間当たりの注入量を、可塑化計量する樹脂材料に対して所望の含有率になるように制御する。すなわち、この制御装置９は、液状添加物の単位時間当たりの注入量を、簡易にはプリプラスクリュの回転速度に対して所定の比率で比例するように制御する一方、より厳密には前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に対して所定の比率で比例するように制御する。前者の制御では、スクリュプリプラ式射出装置での可塑化計量が安定しているので、液状添加物の比率は充分に正確に所定の比率に制御される。また、後者の制御では、フィードバックされた前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積そのものに比例させて制御するので、液状添加物の含有率は全く正確に所定の比率で制御される。いずれにしても、液状添加物の、所望の含有率から演算された単位時間当たりの注入量は、絶対的に制御されるのではなく、実際のプリプラスクリュの回転速度、あるいは前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に合わせて相対的に調整される。注入される液状添加物は、添加物供給装置７で樹脂材料に合わせた可塑化温度に加熱されてから供給される。そして、液状添加物のシリンダ７２への吸引は、可塑化計量の合間に毎回あるいは複数回毎に行われる。

液状添加物を注入された溶融樹脂は、ミキシングゾーンＭＺに送られて既述されたように強制的に混練され添加物を均一に分散した状態になってから計量される。この計量はあらかじめ設定された１ショット分の射出量の計量が完了するまで継続される。計量が完了するとつぎに所定の射出のタイミングでプランジャ２２が前進して射出が行われる。この射出時の射出シリンダ２１からプリプラシリンダ３１への逆流は、スクリュ３２が僅かに前方に移動して連通部材４の連通路を閉鎖することによって防止される。それで、ミキシングゾーンＭＺ中の溶融樹脂の圧力が射出時の高圧に影響されることはない。また、スクリュプリプラ式射出装置は、インラインスクリュ式射出装置のようにスクリュ溝中に未可塑の樹脂を収容したまま前進することがないので、僅かではあるが樹脂材料の劣化を防止している。

以上説明された本発明の射出装置の構成は、スクリュプリプラ式射出装置であれば比較的簡単な対応で採用可能な構成であり、例えば逆流防止機構の細部構成や射出ノズルの開閉弁の有無等に拘わらず採用可能である。また、添加物供給装置７のポンプは、好ましくはピストンポンプに構成されと良いが、精密で高圧の送液ができるポンプであればピストンポンプに限定されない。

以上の本発明の射出装置は、可塑化計量が安定して行われるスクリュプリプラ式射出装置において実現されるときにその作用効果を効果的に奏する。したがって、本発明の射出装置は、スクリュプリプラ式射出装置の射出装置としての利用可能性をより広めるものとしてその価値は大きい。

本発明の射出装置の構成全体を主に断面で示す側面図である。図１の射出装置のプリプラスクリュをプリプラシリンダに形成された樹脂注入口との関係で示す図面である。

符号の説明

１射出装置
２プランジャ射出装置
３予備可塑化装置
４連結部材
７添加物供給装置
９射出成形機の制御装置
２２プランジャ
３１予備可塑化シリンダ（プリプラシリンダ）
３１ａ添加物注入口
３２プリプラスクリュ
３２ｅ堰
３２ｆ減圧溝部
７１ピストンポンプ
７２シリンダ
７３ピストン
７４ピストン駆動手段（サーボモータ）
７８加熱手段
８１タンク
８２吸引管路
８３注入管路
８４逆流防止弁
８５逆流防止弁
ＦＺフィードゾーン
ＣＺコンプレッションゾーン
ＭＺミキシングゾーン
ＩＺ注入ゾーン

Claims

予備可塑化シリンダに供給された樹脂材料をプリプラスクリュによって可塑化する予備可塑化装置と、可塑化された前記樹脂材料を前記予備可塑化装置と協働して計量しプランジャによって射出するプランジャ射出装置と、前記予備可塑化装置と前記プランジャ射出装置とを連通する連結部材とを含む射出装置において、前記予備可塑化シリンダの、前記樹脂材料の可塑化が終了する位置に液状添加物を注入する添加物注入口を備え、前記添加物注入口に注入する前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に昇温すると共にその注入量を可変に制御する添加物供給装置を備えることによって、前記樹脂材料を可塑化して計量する際には、前記プリプラスクリュの回転速度が前記プランジャの位置から換算した前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に合わせて調整されて、前記添加物供給装置が前記液状添加物の単位時間当たりの注入量を前記プリプラスクリュの回転速度に所望の比率で比例するように制御して、可塑化された前記樹脂材料に前記液状添加物を所望の含有率で分散させることを特徴とする、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置。
予備可塑化シリンダに供給された樹脂材料をプリプラスクリュによって可塑化する予備可塑化装置と、可塑化された前記樹脂材料を前記予備可塑化装置と協働して計量しプランジャによって射出するプランジャ射出装置と、前記予備可塑化装置と前記プランジャ射出装置とを連通する連結部材とを含む射出装置において、前記予備可塑化シリンダの、前記樹脂材料の可塑化が終了する位置に液状添加物を注入する添加物注入口を備え、前記添加物注入口に注入する前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に昇温すると共にその注入量を可変に制御する添加物供給装置を備えることによって、前記樹脂材料を可塑化して計量する際には、前記添加物供給装置が前記液状添加物の単位時間当たりの注入量を前記プランジャの位置から換算した前記樹脂材料の単位時間当たりの実計量容積に所望の比率で比例するように制御して、可塑化された前記樹脂材料に前記液状添加物を所望の含有率で分散させることを特徴とする、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置。
前記プリプラスクリュは、基端側から先端側に形成されたフィードゾーンとコンプレッションゾーンとミキシングゾーンとを備えた上に、前記コンプレッションゾーンと前記ミキシングゾーンとの間にあって前記添加物注入口に臨む部分およびその近傍に、堰と該堰に続く減圧溝部とから成る注入ゾーンを備え、前記堰が少なくとも一個の環状膨出部として形成されると共に、前記減圧溝部が、該減圧溝部を通過する溶融樹脂の示す圧力が前記堰を通過するときに示す溶融樹脂の圧力より小さい圧力に減圧される程度にその溝深さが再び深くなった溝部として形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置。
前記添加物供給装置は、前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に加熱する加熱手段を有するシリンダ、該シリンダに進退可能に嵌め込まれるピストン、および該ピストンの前進速度を制御するピストン駆動手段を含むピストンポンプと、前記液状添加物を貯留すると共に前記液状添加物を前記樹脂材料の可塑化温度に昇温するタンクと、前記タンクから前記シリンダに連通する吸引管路と、前記シリンダから前記添加物注入口に連通する注入管路と、前記吸引管路と前記注入管路のそれぞれに取り付けられる逆流防止弁とを含んで構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の、樹脂材料に液状添加物を分散させて射出する射出装置。