JP4804557B2

JP4804557B2 - 射出成形機のスクリュおよび射出成形機

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Publication number: JP4804557B2
Application number: JP2009103334A
Authority: JP
Inventors: 裕正上園
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: JP2010253703A

Description

本発明は、加熱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射出成形機のスクリュと、このようなスクリュを備えた射出成形機に関するもので、限定するものではないが、表面改質物質が溶解した超臨界流体を加熱シリンダ内に注入して溶融樹脂に浸透・分散させ、加熱シリンダ内からガスを脱気して表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を得て、そのような溶融樹脂を金型に射出して表面が改質された成形品を得る成形方法の実施に好適な射出成形機のスクリュと、このようなスクリュを備えた射出成形機に関するものである。

射出成形により成形されるプラスチック成形品は、用途に応じてその表面に印刷、塗装等が施され、あるいは導電体や金属膜が形成される。または、成形品同士が接合されたり、その他の後加工が施される。このような後加工が施される場合には、加工性を向上させるために、プラスチック成形品の表面を活性化させる、いわゆる表面改質が実施されている。例えば、プラスチック成形品からなる電子機器の表面に金属導電膜を形成する手段として、無電解メッキ法が広く採用されている。しかし、無電解メッキ法を実施するには脱脂、エッチング、湿潤化、キャタリスト、アクセレータ等の複雑な前処理工程が必要でありコストが嵩んでしまうし、このような前処理工程においては有害物質を多く使わなければならないので、廃液の処理に費用がかかってしまう。
そこで、射出成形を実施するだけで、表面全体、あるいは表面の選択された部分が改質された成形品を得ることができる射出成形方法が特許文献１によって提案されている。

特許第４１３４１９４号公報

特許文献１には、図３に示されているような射出成形機５０が開示されている。射出成形機５０は、第１の射出ユニット５１と、第２の射出ユニット５２の２頭の射出ユニットから構成されている。第１の射出ユニット５１は、外周部に複数枚のヒータが巻かれて温度を制御することができる第１の加熱シリンダ５４、第１の加熱シリンダ５４内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第１のスクリュ５５等から構成されている。第１の加熱シリンダ５４には、後方部寄りにホッパ５９が設けられ、第１の加熱シリンダ５４内に樹脂材料が供給されるようになっている。そして、第１の加熱シリンダ５４の中央の所定の部分には超臨界状態の二酸化炭素を注入する注入装置６１が、その前方には二酸化炭素を脱気する脱気装置６２が、それぞれ設けられている。注入装置６１は、金属錯体等の表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を供給する供給装置６４を備えており、弁装置６５を操作すると表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素が第１の加熱シリンダ５４内に注入されるようになっている。そして、脱気装置６２は、弁装置６６、排気管６７等から構成され、弁装置６６を操作すると第１の加熱シリンダ５４内で気化した二酸化炭素を排気管６７を経由して外部に排気することができるようになっている。したがって、第１のスクリュ５５を回転駆動して、ホッパ５９から第１の加熱シリンダ５４内に樹脂材料を供給すると、樹脂材料はヒータから与えられる熱と、第１のスクリュ５５の回転による摩擦・剪断によって生じる熱とによって溶融されて前方に送られる。注入装置６１から表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を第１の加熱シリンダ５４に注入すると、溶融樹脂中に浸透・分散する。溶融樹脂はさらに前方に送られて脱気装置６２の近傍で減圧される。そうすると、溶融樹脂中に浸透・分散している超臨界状態の二酸化炭素が気化して脱気され、第１の加熱シリンダ５４の前方に、表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を計量することができる。

第２の射出ユニット５２は、ヒータが巻かれた第２の加熱シリンダ５７と、第２の加熱シリンダ５７内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第２のスクリュ５８と、図３には示されていないホッパとから構成されている。したがって、従来周知のようにホッパから樹脂材料を供給すると樹脂材料は溶融され、第２の加熱シリンダ５７の先端部に溶融樹脂を計量することができる。このような、第１、２の射出ユニット５１、５２の先端は、内部に溶融樹脂の流路が設けられているサンドイッチノズル６９に接続され、このサンドイッチノズル６９のノズル部は、金型７１にタッチしている。サンドイッチノズル６９内には、ロータリバルブ７０が設けられている。

前記射出成形機５０において、既に説明したようにして、第１の射出ユニット５１、すなわち第１の加熱シリンダ５４の先端部に表面改質物質が浸透した溶融樹脂を計量する。次いで、第２の射出ユニット５２、すなわち第２の加熱シリンダ５７の先端部に溶融樹脂を計量する。ロータリバルブ７０を回転して、第１の射出ユニット５１から表面改質物質が浸透した溶融樹脂を所定量だけ射出する。そうすると、キャビティ７２の表面に沿って溶融樹脂が流動して、スキン層が形成される。続いてロータリバルブ７０を回転して第２の射出ユニット５２から所定量の溶融樹脂を射出する。そうすると、コアが形成される。冷却固化を待って金型７１を開くと表面が改質された成形品が得られることになる。

特許文献１に記載の射出成形機５０によっても、金属錯体等の表面改質物質が浸透・分散した樹脂からスキン層が形成されるので、すなわち、金型のスタンパの表面に表面改質物質が配置されるので、表面が改質されたプラスチック成形品が得られることになる。したがって、従来の無電解メッキ法で実施されているような複雑な前処理工程を要することなく、得られた成形品はそのまま無電解メッキすることができる。しかしながら、問題点が認められ、特に射出成形機に改良すべき問題点が認められる。具体的には、超臨界状態の二酸化炭素が注入される加熱シリンダにおいて、溶融樹脂の圧力を確実に高圧に維持することが困難であり、表面改質物質を溶融樹脂に確実に浸透・分散させることが保証できないという問題がある。特許文献１に記載の射出成形機５０においては、表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素は、第１の加熱シリンダ５４内の所定のエリア、すなわち、第１のスクリュ５５の所定の２箇所の部分７４、７５に挟まれたエリアに注入される。このような２箇所の部分７４、７５においては、フライトの溝が比較的浅くなっているので、第１の加熱シリンダ５４の内周面と第１のスクリュ５５の外周面との間の溶融樹脂の厚さが薄くなって、ある程度のシール効果が得られる。したがって、このようなエリアの溶融樹脂の圧力を比較的高圧に維持することができる。しかしながら、溶融樹脂は、このような２箇所の部分７４、７５においても流動して前方に送られるようになっているので、シールの効果は必ずしも高いとは言えない。さらには、シールの効果は溶融樹脂の粘性抵抗、２箇所の部分７４、７５を流動する溶融樹脂の流速等に依存することになるので、異なる種類の樹脂材料を使用したりスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件が異なる時には前記した２箇所の部分７４、７５において漏れが生じる恐れがあり、所望のシール効果が得られる保証がない。すなわち、エリア内の溶融樹脂が安定した高圧状態に維持される保証はない。このようなエリアに超臨界状態の二酸化炭素が注入されるとき、溶融樹脂の圧力が十分に高くないと、エリア内で超臨界圧力が維持できずに気化して溶融樹脂から分離してしまう。そうすると、表面改質物質が溶融樹脂に十分に浸透・分散しないのでムラになってしまい、所望の品質のスキン層が得られなくなってしまう。さらには、十分に溶融樹脂に浸透できなかった表面改質物質が、気化した二酸化炭素と共に脱気装置６２から外部に排出されてしまうという問題もある。

本発明は、上記したような問題点を解決した射出成形機のスクリュ、および射出成形機を提供することを目的としており、具体的には、樹脂材料の種類にかかわらず、あるいはスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件にかかわらず、漏れが生じることがなく加熱シリンダ内の任意のエリアの溶融樹脂を所望の圧力に維持することができ、表面改質物質が溶解された超臨界流体を注入したときに、エリアの溶融樹脂の圧力を確実に超臨界圧力以上に維持して、溶融樹脂に十分に浸透・分散させることができる射出成形機のスクリュ、およびこのようなスクリュを備えた射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、加熱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に、該加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離するシールを設ける。そして、スクリュに第１のエリアと第２のエリアとに開口する貫通孔を明け、貫通孔にポペット弁を設ける。そして、所定の圧力の溶融樹脂が作用するとポペット弁が開き、溶融樹脂が第１のエリアから第２のエリアに流動するように構成する。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱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であって、前記スクリュには、前記加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離する所定のシールが設けられていると共に、前記第１のエリアと前記第２のエリアとを連通する貫通孔が明けられ、前記貫通孔には、該貫通孔を開閉するポペット弁が設けられ、前記第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、前記ポペット弁が開いて、前記第１のエリアの溶融樹脂は前記第２のエリア側に流動するように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ポペット弁は略円錐状を呈するポペットと、前記貫通孔に形成され前記ポペットが着座する着座面とから構成され、前記ポペットがバネによって前記着座面に着座すると前記貫通孔は閉じられ、前記第１のエリアの溶融樹脂が所定の圧力値になると、前記着座面から離間して前記貫通孔は開くように構成され、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のスクリュにおいて、前記バネは、向きを変更したり枚数を増減できる皿バネからなるように構成され、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スクリュにおいて、前記シールは、前記スクリュの外周部に設けられ、側面形状が略Ｃ字状を呈する所定幅のリング体から構成され、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載のスクリュと加熱シリンダとから構成され、前記加熱シリンダの前記第１のエリアに対応する所定の部位には、表面改質物質が溶解した超臨界流体を前記加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、前記加熱シリンダの前記第２のエリアに対応する所定の部位には、ガスを脱気する脱気孔が明けられている。請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと前記他の加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている他のスクリュとから構成されている第２の射出ユニットとから構成され、前記第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、前記第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出されるように構成されている。

以上のように、本発明によると、加熱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には、加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離する所定のシールが設けられているので、加熱シリンダ内の溶融樹脂は、第１のエリアと第２のエリアとで分離されている。すなわち、シールによって遮断されるので、シールの部分においては漏れは生じない。また、スクリュには、第１のエリアと第２のエリアとを連通する貫通孔が明けられ、貫通孔には貫通孔を開閉するポペット弁が設けられているので、第１のエリアから第２のエリアに流動する溶融樹脂は必ず貫通孔を通ることになり、ポペット弁が開栓されたときだけ溶融樹脂が流動することが保証されるし、ポペット弁の構造から溶融樹脂は一方向にのみ流動して逆流することもない。したがって、ポペット弁においても漏れは生じない。つまり、溶融樹脂の種類やスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件が異なっても、漏れが生じることがない。そして、所定の圧力の溶融樹脂が作用するとポペット弁が開いて溶融樹脂が前記第１のエリアから前記第２のエリア側に流動するように構成されているので、第１のエリアの溶融樹脂の圧力を確実に一定に維持することができる。したがって、超臨界流体を注入しても、溶融樹脂の圧力が超臨界圧力以下に低下しないことを保証することができ、第１のエリアで気化することはない。表面改質物質を溶融樹脂に確実に浸透・拡散させることができる。

また、他の発明によると、ポペット弁は略円錐状を呈するポペットと、貫通孔に形成され前記ポペットが着座する着座面とから構成され、前記ポペットがバネによって前記着座面に着座すると前記貫通孔は閉じられ、前記第１のエリアの溶融樹脂が所定の圧力値になると、前記着座面から離間して前記貫通孔は開くように構成されているので、ポペット弁の構造はシンプルであるし、またポペット弁が開く第１のエリアの溶融樹脂の圧力値を、バネ力を調整するだけで容易に調整することもできる。さらに、他の発明によると、ポペットを付勢しているバネは複数枚の皿バネからなっているので、皿バネの向きを変更したり枚数を増減できる。したがって、バネ定数の調整はさらに容易になり、ポペット弁が開かれる溶融樹脂の圧力を微調整することができる。すなわち、第１のエリアの溶融樹脂の圧力を容易に所望の圧力に微調整できる。したがって、超臨界状態を維持することができる最低圧力の近傍に圧力を調整することもでき、そうすると、必要以上に溶融樹脂を高圧にしないで済み、加熱シリンダが高圧に晒されるのを防止することができる。また、シールがスクリュの外周面に設けられ、側面形状が略Ｃ字状を呈する所定の幅のリング体から構成されている発明によると、シールをスクリュと異なる材料から形成することができ、例えばいわゆるテフロン（登録商標）／ブロンズ系の材料等の摩擦抵抗が小さくシール効果が高い材料から形成することができる。また、シールが摩耗してシール効果が低下してもシールを交換することができるので、安価にメンテナンスすることができるという効果も得られる。
また、他の発明によると、上記したようなスクリュと、加熱シリンダとから射出ユニットが構成され、加熱シリンダの第１のエリアに対応する所定の部分には、表面改質物質が溶解した超臨界流体を加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、加熱シリンダの第２のエリアに対応する所定の部分には、ガスを脱気する脱気孔が明けられているので、溶融樹脂に表面改質物質を確実かつ容易に浸透・分散させることができ、不要なガスを脱気することが可能になる。さらに、このような射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと他のスクリュとからなる第２の射出ユニットとから構成され、第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出できるように構成されている射出成形機によると、コアは通常の樹脂から形成され、スキン層だけ表面改質された成形品を容易に得ることが可能になる。

本発明の実施の形態に係る射出成形機を示す側面断面図である。本発明の実施の形態に係る射出成形機のスクリュの要部を示す側面断面図である。従来の射出成形機を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る射出成形機１は、図１に示されているように、第１、２の射出ユニット２、３の２頭の射出ユニットから構成されており、第１の射出ユニット２からスキン層用の溶融樹脂を、第２の射出ユニット３からコア用の溶融樹脂を、それぞれ射出する、いわゆるサンドイッチ成形用の射出成形機として構成されている。第１の射出ユニット２は、所定の径からなる第１の加熱シリンダ５、第１の加熱シリンダ５内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第１のスクリュ６、第１の加熱シリンダ５の後端部寄りに設けられているホッパ７、等から構成されている。そして、図１には示されていないが、第１の加熱シリンダ５の外周面には、複数枚のバンドヒータが巻かれており、第１の加熱シリンダ５の各部分の温度を個別に加熱して温度を制御することができるようになっている。このような第１の射出ユニット２には、後で説明するように、溶融樹脂に金属錯体等の表面改質物質を注入・浸透させる装置が設けられているので、表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を計量して、射出することができる。

第２の射出ユニット３は、従来周知の射出ユニットと同様に、所定の径からなる第２の加熱シリンダ９と、第２の加熱シリンダ９内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第２のスクリュ１０と、図１には示されていないが、第２の加熱シリンダ９の後端部寄りに設けられているホッパとから構成されている。第２の加熱シリンダ９の外周面にも、図１には示されていないが、複数枚のバンドヒータが巻かれており、第２の加熱シリンダ９の各部分を個別に加熱して温度を制御することができるようになっている。

このような第１の射出ユニット２と、第２の射出ユニット３とは、所定の接続用ブロックによって結合されている。すなわち、第１の加熱シリンダ５の先端部には第１の接続用ブロック１２が、第２の加熱シリンダ９の先端部には第２の接続用ブロック１３がそれぞれ接続され、第１の接続用ブロック１２の先端部が、第２の接続用ブロック１３の中間部に接続されている。このようにして、第１、２の射出ユニット２、３は結合されている。第２の接続用ブロック１３には、先端部に射出ノズル１４が、中央部にロータリ弁１５がそれぞれ設けられている。そして、第１、２の接続用ブロック１２、１３のそれぞれに設けられ、第１、２の加熱シリンダ５、９と連通している溶融樹脂の流路１６、１７は、それぞれロータリ弁１５に通じており、ロータリ弁１５からは、流路１８が射出ノズル１４に通じている。したがって、ロータリ弁１５を所定の位置に回転して流路１６、１８を連通させると、第１の射出ユニット２から溶融樹脂を射出することができ、他の位置に回転して流路１７、１８を連通させると、第２の射出ユニット３から溶融樹脂を射出することができる。なお、図１には示されていないが、第１、２の接続用ブロック１２、１３の外周面にも複数枚のバンドヒータが巻かれているので、第１、２の射出ユニット２、３から射出される溶融樹脂は、流路１６、１７、１８において冷却されることはなく、適正な温度に維持されて射出ノズル１４から射出されることになる。このような射出ノズル１４は、金型２０に設けられているスプル２１に当接している。

第１の射出ユニット２について、詳しく説明する。第１の射出ユニット２を構成している第１のスクリュ６は、ホッパ７寄りから先端部に向かって、スクリュに形成されているフライトの溝の深さが変化している。すなわち、フライトの溝は、符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３で示されている部分において浅くなっており、符号Ｓ４で示されている部分はわずかに深く、符号Ｓ５で示されている部分は比較的深くなっている。そして、符号Ｓ２で示される部分の近傍には本実施の形態に係る圧力調整機構２３が設けられている。第１の加熱シリンダ５内で溶融・混練される溶融樹脂は、フライトの溝が浅い部分においてシール作用を受け、圧力調整機構２３には後で説明するようにシールが設けられているので、このようなフライトの溝が浅い部分と圧力調整機構２３のシールとによって、第１の加熱シリンダ５内には２つのエリアが形成されることになる。すなわち、符号Ｓ１で示されている部分と圧力調整機構２３で区画された第１のエリアＡ１と、圧力調整機構２３と符号Ｓ３で示されている部分で区画された第２のエリアＡ２とが形成されている。そして、第１の加熱シリンダ５には、第１のエリアＡ１に対応する所定の位置に注入孔２４が、第２のエリアＡ２に対応する所定の位置に脱気孔２５が、それぞれ明けられている。注入孔２４には、注入装置がバルブ２９を介して接続されている。注入装置は、二酸化炭素ボンベ２６と、二酸化炭素を加圧および加熱して超臨界状態にする超臨界流体発生装置２７と、金属錯体等の表面改質物質を超臨界状態の二酸化炭素に溶解させる溶解槽２８とから構成されている。したがって、注入孔２４から金属錯体等の表面改質物質が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を第１のエリアＡ１に注入することができる。また、脱気孔２５にはバルブ３０を介して、排気処理装置が接続され、第２のエリアＡ２で減圧されて気化した二酸化炭素を外部に排気できるようになっている。なお、排気処理装置は図１には示されていない。このように構成されているので、第１のエリアＡ１は、溶融樹脂に表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素が注入され、浸透・分散する、浸透・分散エリアＡ１になっており、第２のエリアＡ２は、溶融樹脂に溶解している二酸化炭素が減圧され脱気される脱気エリアＡ２になっている。

本実施の形態に係る圧力調整機構２３について説明する。図２には、第１のスクリュ６の一部が断面で示されている。図２に示されているように、圧力調整機構２３は、第１のスクリュ６の外周部に設けられているシール３１と、溶融樹脂の流動を制御する流動制御機構３２、３２とから構成されている。このシール３１により、前述した第１のエリアＡ１と第２のエリアＡ２が分けられている。シール３１は、摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れた材料、例えばテフロン（登録商標）／ブロンズ材料から形成されている所定の幅のリング状のシールであり、一部が切断されて不連続になっており、軸方向から見ると略Ｃ字形状を呈している。このような不連続部分は、実際には重ね代が設けられ、一方の端部と他方の端部に所定の段部が形成されて重ね合わされるようになっているので、不連続部分には実質的に隙間は生じない。このように不連続部分が設けられているので、シール３１はわずかに弾性変形することができ、高いシール効果を得ることができる。このようなシール３１は、第１のスクリュ６に形成されている溝６ａに嵌められており、シール３１の外周面と第１の加熱シリンダ５の内周面との隙間は微小になる。さらに、シール３１はスクリュの軸方向に所定の幅を有しているので、溶融樹脂がこのような隙間を通って、第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２に流動することは実質的に不可能である。シール３１は、摩耗したり劣化したら第１のスクリュ６から外して容易に交換することができる。

流動制御機構３２、３２は、本実施の形態においては２個設けられているが、１個でも３個以上でも同様に実施することができる。流動制御機構３２は、第１のスクリュ６に明けられた所定の貫通孔３３と、ポペット弁３４とから構成されている。貫通孔３３は、第１のスクリュ６の軸方向に対して所定の角度に傾くように明けられた直線状の孔であり、一方の開口部は第１のエリアＡ１に、他方の開口部は第２のエリアＡ２にそれぞれ開口している。つまり、貫通孔３３は、溶融樹脂が第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２に流動する溶融樹脂の流路になっている。このような貫通孔３３は、必ずしも第１のスクリュ６の軸方向に対して所定の角度だけ傾いた直線状の孔である必要はないが、機械加工のし易さを考慮して、直線状に形成されている。貫通孔３３は、所定の部分がテーパ状に縮径されて小径の孔３３ａが形成され、縮径されたテーパ状の内周面はポペット３６が着座する着座面３３ｂになっている。貫通孔３３の第２のエリアＡ２側の開口部近傍は、拡径され所定の段部３３ｃが形成されている。

ポペット弁３４は、傘状の頭部３６ａと、頭部３６ａに固定された軸部３６ｂとからなるポペット３６、ポペット３６を格納するリテイナ３８、リテイナ３８内に設けられている皿バネ３９、３９、…等から構成されている。リテイナ３８には、内部に皿バネ３９、３９、…を格納する大径の穴３８ａが明けられ、穴３８ａの底面にはポペット３６の軸部３６ｂが挿入される穴、すなわちポペット３６をガイドするガイド穴３８ｂが明けられている。また、リテイナ３８の外周面には雄ネジ３８ｃが形成されており、この雄ネジ３８ｃは貫通孔３３の段部３３ｃに形成されている雌ネジに螺合している。これにより、リテイナ３８は貫通孔３３に取り付けられている。このようなリテイナ３８には、軸方向に複数個の孔３８ｄが明けられており、リテイナ３８が貫通孔３３に取り付けられた状態において、これらの孔３８ｄを経由して溶融樹脂が流動するようになっている。すなわち、孔３８ｄにより溶融樹脂の流路が確保されている。なお、図２においては、孔３８ｄは１個のみ示されている。ポペット弁３４は、次のように組み立てられている。まず、中心に孔が明けられている皿バネ３９、３９、…を、所定の枚数だけポペット３６の軸部３６ｂに嵌める。皿バネ３９、３９、…の枚数を増減したり、交互に重ねる方向を変えると全体としてのバネ定数を調整することができ、ポペット弁３４が開栓される溶融樹脂の圧力を調整することができる。このようにして皿バネ３９、３９、…が嵌められたポペット３６をリテイナ３８に格納する。そして、雄ネジ３８ｃを貫通孔３３の雌ネジに螺合させてリテイナ３８を貫通孔３３に取り付ける。そうすると、皿バネ３９、３９、…によって付勢されてポペット３６の頭部３６ａが着座面３３ｂに押し付けられる。すなわち、ポペット３６の頭部３６ａが着座して、貫通孔３３の小径の孔３３ａが閉塞される。換言すると、ポペット３６と貫通孔３３の小径の孔３３ａと着座面３３ｂが協働してポペット弁が構成されることになる。

次に、本実施の形態に係る射出成形機１によって、表面が改質された成形品を得る成形方法について説明する。第１の射出ユニット２において、第１の加熱シリンダ５をヒータによって加熱して、第１のスクリュ６を回転する。ホッパ７から樹脂材料を供給する。そうすると、ヒータから与えられる熱と、スクリュの回転によって生じる摩擦・剪断による熱によって樹脂は溶融され前方に送られる。第１のエリアＡ１に送られた溶融樹脂に、金属錯体等の表面改質物質が溶解した超臨界流体を注入孔２４から注入する。圧力調整機構２３によって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は超臨界圧力以上に維持されているので、超臨界流体は第１のエリアＡ１で気化することはない。したがって、第１のスクリュ６を回転すると、表面改質物質は超臨界流体と共に、溶融樹脂中に十分に浸透して拡散される。第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は、図２に示されているように、ポペット３６の頭部３６ａのうち、貫通孔３３の小径の孔３３ａに露出している面、すなわち受圧面３６ｃに作用する。溶融樹脂がポペット３６を押す力は、溶融樹脂の圧力と受圧面３６ｃの面積の積で与えられ、矢印Ｙ１方向に作用する。このような力が皿バネ３９、３９、…のバネ力より大きくなると、ポペット弁３４が開いて、溶融樹脂が貫通孔３３を経由して第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２に流動する。第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力が低下するとポペット弁３４は速やかに閉じる。したがって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は一定に維持されることになる。第２のエリアＡ２に流動した溶融樹脂は、第２のエリアＡ２において減圧される。そうすると、超臨界状態が崩れて気化する。ガスを脱気孔２５から排出する。表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂が第１の加熱シリンダ５の前方に送られ蓄積される。蓄積される溶融樹脂の圧力によって第１のスクリュ６は後退する。後退しても、第１、２のエリアＡ１、Ａ２は軸方向に所定量だけ長いので、注入孔２４から表面改質物質が溶解した超臨界流体を注入することもできるし、脱気孔２５からガスを脱気することもできる。表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂を所定量だけ計量したら、第１のスクリュ６の回転を停止して、ホッパ７からの樹脂材料の供給を停止する。

第２の射出ユニット３において、第２の加熱シリンダ９を加熱して第２のスクリュ１０を回転する。樹脂材料を供給すると、従来周知のように樹脂材料は溶融され第２の加熱シリンダ９の前方に溶融樹脂が計量される。所定量の溶融樹脂を計量したら第２のスクリュ１０の回転を停止して、材料の供給を停止する。ロータリ弁１５を所定の位置に回転して、流路１６、１８を連通させる。第１のスクリュ６を軸方向に駆動して、第１の射出ユニット２から表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂を所定量だけ射出する。そうすると、金型２０内に構成されているキャビティの壁面に沿って溶融樹脂が流れてスキン層が形成される。次いで、ロータリ弁１５を回転して、流路１７、１８を連通させ、第２の射出ユニット３の第２のスクリュ１０を軸方向に駆動して溶融樹脂を射出する。そうすると、コアが形成される。冷却固化を待って金型２０を開く。表面が改質された成形品が得られる。以下同様にして成形する。

本発明の実施の形態は色々な変形が可能である。例えば、射出成形機を１頭の射出ユニットから構成することもできる。このようにすると、スキン層とコアの区別がなくなって成形品の樹脂全体に表面改質物質が含まれてしまうことになるが、射出成形機がシンプルになるので、安価に成形品を得ることが可能になる。また、本実施の形態においては、圧力調整機構２３は第１のスクリュ６の符号Ｓ２で示されている部分の近傍の１箇所だけに設けられているように説明されているが、複数箇所に設けられていても良く、例えば符号Ｓ１で示される部分の近傍にも設けることができる。そうすると、２箇所に設けられている圧力調整機構２３によって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は、さらに精度良く超臨界圧に維持されることになる。

１射出成形機２第１の射出ユニット
３第２の射出ユニット５第１の加熱シリンダ
６第１のスクリュ７ホッパ
９第２の加熱シリンダ１０第２のスクリュ
１４射出ノズル１５ロータリ弁
２０金型２３圧力調整機構
Ａ１第１のエリアＡ２第２のエリア
２４注入孔２５脱気孔
３１シール３２流動制御機構
３３貫通孔３４ポペット弁
３６ポペット３８リテイナ
３９皿バネ
３３ａ小径の孔３３ｂ着座面

Claims

加熱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であって、
前記スクリュには、前記加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離する所定のシールが設けられていると共に、前記第１のエリアと前記第２のエリアとを連通する貫通孔が明けられ、
前記貫通孔には、該貫通孔を開閉するポペット弁が設けられ、前記第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、前記ポペット弁が開いて、前記第１のエリアの溶融樹脂は前記第２のエリア側に流動することを特徴とする射出成形機のスクリュ。
請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ポペット弁は略円錐状を呈するポペットと、前記貫通孔に形成され前記ポペットが着座する着座面とから構成され、
前記ポペットがバネによって前記着座面に着座すると前記貫通孔は閉じられ、前記第１のエリアの溶融樹脂が所定の圧力値になると、前記着座面から離間して前記貫通孔は開くことを特徴とする射出成形機のスクリュ。
請求項２に記載のスクリュにおいて、前記バネは、向きを変更したり枚数を増減できる皿バネからなることを特徴とする射出成形機のスクリュ。
請求項１〜３のいずれかの項に記載のスクリュにおいて、前記シールは、前記スクリュの外周部に設けられ、側面形状が略Ｃ字状を呈する所定幅のリング体から構成されていることを特徴とする射出成形機のスクリュ。
請求項１〜４のいずれかの項に記載のスクリュと加熱シリンダとから構成され、前記加熱シリンダの前記第１のエリアに対応する所定の部位には、表面改質物質が溶解した超臨界流体を前記加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、前記加熱シリンダの前記第２のエリアに対応する所定の部位には、ガスを脱気する脱気孔が明けられていることを特徴とする射出ユニット。
請求項５に記載の射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと前記他の加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている他のスクリュとから構成されている第２の射出ユニットとから構成され、前記第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、前記第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出されるようになっていることを特徴とするサンドイッチ成形用の射出成形機。