JP5131836B2 - 可塑化装置および可塑化方法 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュが配設された加熱筒内で成形材料を溶融状態として加熱筒前方から排出する可塑化装置および可塑化方法に関し、特には加熱筒内に不活性ガス等を供給する可塑化装置および可塑化方法に関するものである。

従来、加熱筒内を負圧にして溶融した成形材料から発生した水分やガスを排出または溶融樹脂の焼けを防止する目的のものとして、特許文献１に記載されたものが知られている。また加熱筒内を吸引しつつ、不活性ガスの供給を行うものとしては、特許文献２および特許文献３に記載されたものが知られている。

しかしながら特許文献２については、ガス吸引ポンプとガス注入ポンプを同じ配管を介して行うために次のような問題があった。即ち不活性ガスの供給時にはガスの吸引ができないので、加熱筒内の真空度が低下する。また同じ位置から不活性ガスの供給と排出を行っているので、配管の開口部近傍のみでガスの給排が行われ、ガスが良好に流れないという問題があった。また特許文献３についても、常時ガスの供給を行っているので、加熱筒内の真空度が低下しがちである。また加熱筒内の温度は高温となるので、溶融樹脂から発生したガスは供給口から上昇しようとするが、そのガスの流れに逆らって窒素ガスを送っているので効率が悪い。更には加熱筒の供給口から加熱筒後部に向けて窒素ガスを送っているので、ペレットに混ざる粉体等が加熱筒後部とスクリュの間に貯まるという問題があった。

特開平３−１８４８２２号公報（請求項１、図１） 特開２００２−５２５８４号公報（請求項１、図１） 特開２００７−２２０６８号公報（請求項１、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、次の少なくとも一つの課題を解決することができる可塑化装置および可塑化方法を提供することを目的とする。加熱筒内の溶融した成形材料から発生する水分やガスを効率的に排出することができる。溶融した成形材料の焼けによる黒変を防止することができる。ハウジングの開口部等への結露やガス成分の付着を防止することができる。ペレットに混ざる粉体等を吸引除去できる。

本発明の請求項１に記載の可塑化装置は、スクリュが配設された加熱筒内で成形材料を溶融状態として加熱筒前方から排出する可塑化装置において、加熱筒の開口部よりも後方の後方部２ｂから加熱筒内に向けて供給していた不活性ガスまたは乾燥空気の供給を成形サイクル中の少なくとも可塑化工程の８０パーセント以上の期間だけは停止するか又は供給量を減少させる気体供給手段と、加熱筒外に開口部を有し加熱筒内を常時負圧にする負圧発生手段とが設けられたことを特徴とする。

本発明の可塑化装置および可塑化方法は、スクリュが配設された加熱筒内で成形材料を溶融状態として加熱筒前方から排出する可塑化方法において、加熱筒外から加熱筒内を常時負圧に吸引しつつ、加熱筒の開口部よりも後方の後方部２ｂから加熱筒内に向けて供給していた不活性ガスまたは乾燥空気の供給を成形サイクルにおける少なくとも可塑化工程の８０パーセント以上の期間だけは停止するか又は供給量を減少させるようにしたので、加熱筒内で溶融した成形材料から発生する水分やガスを効率的に排出することができる。

本発明の可塑化および可塑化方法について、図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の可塑化装置の要部の縦断面図である（ただしガス供給通路の位置は本発明の請求範囲と異なる）。図２は、本実施形態の可塑化方法の作動を示す図である。

本実施形態における可塑化装置１は、射出成形機のインラインスクリュ式射出装置である。射出成形機は、前記可塑化装置１と図示しない型締装置とからなっている。型締装置には、固定盤と可動盤、可動盤を移動させる型締作動装置等が設けられ、前記固定盤と可動盤には型合せされた際にキャビティが形成される金型が取付けられている。射出機能を有する可塑化装置１には、スクリュを回転するスクリュ回転モータと、スクリュを前後進させる射出モータまたは射出シリンダが配設されている。また可塑化装置１にはスクリュ３が内孔４（加熱筒内）に配設され外周にヒータ５が配設された加熱筒２が設けられている。加熱筒２とスクリュ３は、周知のように、フィードゾーン、コンプレッションゾーン、メタリングゾーンの３つのゾーンから構成されている。そして加熱筒２のメタリングゾーンに接続して溶融した成形材料（溶融樹脂）を排出するノズルが設けられている。また加熱筒２の開口部２ａが形成された部分は、ハウジング７に固定されている。

可塑化装置１のハウジング７の上部には材料供給装置６が配設されている。材料供給装置６について説明すると、ハウジング７の上部には取付板１３を介して水平方向にフィードスクリュ１７が内蔵された搬送筒１５が固定されている。そして加熱筒２の開口部２ａ、ハウジング７の開口部７ａ、取付板１３の開口部１３ａ、搬送筒１５の下部開口１５ａは連通され、全体で成形材料である樹脂材料Ｍが内孔４に向けて落下する材料通路１４を構成している。なおハウジング７、取付板１３等にヒータや温調水による温調装置を設け、前記部材の温度を上げることにより溶融樹脂から発生する水分等の結露を防止するようにしてもよい。

フィードスクリュ１７は、搬送筒１５の一端部に設けられたモータからなる回転駆動手段１６により回転可能となっている。また材料通路１４上方の搬送筒１５の天井部分には上部開口１９が設けられ、管路２０ａを介して負圧発生手段である真空ポンプ２０に接続されている。負圧発生手段には図示しないフィルタが備えられている。本実施形態では真空ポンプ２０は、ルーツ型４段のドライポンプが用いられ、排気速度９１０Ｌ／ｍｉｎ、到達真空度マイナス１０１ｋＰａ（絶対真空度０．３３ｋＰａの能力を有している。

搬送筒１５の他端側の天井部分には開口部１５ｂが設けられ、供給室２１に接続されている。供給室２１は、エアシリンダ２４によって作動する開閉手段（シャッタ）２２により上部の切換室２３と区画されている。従って前記真空ポンプ２０によって、加熱筒外の開閉手段２２の下方から材料通路１４までの空間と、加熱筒内の内孔４とスクリュ３の間の空間とが負圧に維持可能となっている。また切換室２３の上方には図示しない別の開閉手段が設けられ、開閉手段２２が開かれた際に真空度が低下することを防ぐ構造となっている。なお別の開閉手段の上方には樹脂材料Ｍを貯留するホッパを取付けてもよい。

スクリュ３は、加熱筒２の開口部２ａに対応する位置までフライト３ａが形成され、フライト３ａの後方側には樹脂材料Ｍが後方に入り込まないように大径部３ｂが形成されている。また前記大径部３ｂの後方には、円筒状のシール部３ｃが形成されている。一方加熱筒２は、開口部２ａよりも後方部２ｂは、ハウジング７の後端部よりも一定長さ後方に突出している。そして加熱筒２の後方部２ｂの後端部２ｃには、フランジ９が図示しないボルトによりシール部材１０ａを介して取付けられている。またフランジ９の内周部には環状溝９ａが形成されている。そして環状溝９ａには耐熱性を有するＯリング１０ｂが嵌め込まれ、その内周側に低摩擦樹脂からなるリング状のシール部材１０ｃが配設されている。そしてスクリュ３のシール部３ｃが、加熱筒２に取付けられたフランジ９のシール部材１０ｃに回転自在に当接されることによってシールされ加熱筒内が負圧状態に保たれるようになっている。

本発明の請求範囲とは異なるが、図１においては、加熱筒２のフィードゾーンにおける上部には、ガス供給通路２ｄが加熱筒２を放射方向に貫通して設けられている。そしてガス供給通路２ｄは、管路１２を介して気体供給手段である窒素ガス供給装置８に接続されている。窒素ガス供給装置８は、不活性ガスの一種である窒素ガスを発生させ加熱筒内へ供給する装置であり、窒素ガス発生装置、窒素ガスタンクおよびコンプレッサ等からなる空圧源２６と、開閉弁２５等から構成されており、制御装置２７によって制御される。また管路１２には、オリフィス１１が設けられ、加熱筒内に送られる窒素ガスは、窒素ガスの圧力と、オリフィス１１の流路断面積によって供給量が制御されている。

本発明において窒素ガス供給装置８から加熱筒内へのガス供給通路の開口部の位置は、加熱筒２の後方部２ｂに設ける。加熱筒２の後方部２ｂに設ける場合は、フランジ９にガス供給通路を設けるか、シール部を介して不活性ガス等を供給するようにしてもよい。そして前記開口部は複数でもよく２箇所以上の別の部材にあってもよい。

次に本実施形態の可塑化方法について説明する。まず樹脂材料Ｍの供給について説明すると、制御装置２７からの信号により開閉手段２２が開放されて樹脂材料Ｍが搬送筒１５の内孔１８に供給された後、開閉手段２２は閉鎖される。開閉手段２２よりも下方の搬送筒１５の内孔１８、材料通路１４、加熱筒２の内孔４は、常時、減圧手段である真空ポンプ２０がフル作動されており減圧されている。前記内孔１８の樹脂材料Ｍは、回転駆動手段１６が回転制御され、フィードスクリュ１７により加熱筒２の内孔４に供給される。この際に、フィードスクリュ１７による樹脂材料Ｍの供給は、制御装置２７からの制御信号により内孔４に樹脂材料Ｍが満たされないように飢餓状態を保って供給される。

可塑化工程において、加熱筒２の内孔４に供給された樹脂材料Ｍは、スクリュ回転モータの回転によってスクリュ３が回転して前方へ送られる。前方へ送られた樹脂材料Ｍは、ヒータ５から加熱筒２を介して伝えらえる熱と、加熱筒２の内孔４と樹脂材料Ｍとの間に発生するせん断発熱により、フィードゾーンから溶融が開始され、メタリングゾーンにおいて完全に溶融樹脂となる。この際に樹脂材料Ｍからは水分とガスが発生する。

負圧発生手段である真空ポンプ２０の常時フル作動しているのは、少しでも真空度を高くした方（より一層減圧した方）が樹脂材料Ｍから発生する水分とガスの吸引が良好に行われるからである。本実施形態では最高到達真空度は、マイナス１０ｋＰａ〜マイナス６０ｋＰａ（ゲージ圧）：９１．３３ｋＰａ〜４１．３３ｋＰａ（絶対圧）程度となっている。一方図２に示されるように、気体供給手段である窒素ガス供給装置８からの窒素ガスの供給は、射出成形機の成形サイクルとの関係においては、射出工程、保圧工程、および可塑化工程では行われない。これは樹脂材料Ｍの溶融が最も進行して同時に水分とガスが大量に発生する可塑化工程では、発生したガスにより真空度が低下するので、急速にその水分とガスの吸引を行うことが望ましいからである。

一方、射出成形機の型閉工程、型締工程、冷却工程の一部、圧抜工程、型開工程、取出工程においては、気体供給手段である窒素ガス供給装置８の開閉弁２５が開放され、窒素ガスが管路１２のオリフィス１１、加熱筒後部２ｂに設けられたガス供給通路を介して加熱筒２の内孔４に向けて供給される。供給された窒素ガスは、加熱筒内から開口部２ａを介して加熱筒外へのガスの流れを作り、溶融樹脂から発生し加熱筒内に滞留しているガスの一部が窒素ガスとともに真空ポンプ２０により吸引・排出される。また加熱筒内に滞留している水分やガスを希釈化するので、加熱筒２の内孔４、スクリュ３、材料通路１４の内壁（開口部２ａ、開口部７ａ、開口部１３ａ等）へのガスに含まれる成分の付着を防止することができる。

加熱筒内へ向けて供給される窒素ガスは４０〜１００℃に加熱されていることが望ましい。窒素ガスを加熱しておくことにより比較的温度が低い前記材料通路１４の内壁等の結露を防止し、溶融樹脂から発生したガスの成分の付着をより一層防止することができる。また窒素ガスを加熱しておくと、加熱筒２の温度制御への影響を小さくすることができる。そして更には加熱筒内から加熱筒外に向けて不活性ガス等を供給すると、ペレットに混ざる粉体等が負圧発生手段のフィルタにより捕集できる。

そして可塑化工程においてガスおよび水分が除去された溶融樹脂は、スクリュ３の前方へ送られ、射出工程において、ノズルから金型のキャビティ内に射出（排出）される。よってキャビティ内で成形された成形品は、水分によるシルバーストリーク等の不良の発生が防止できる。また金型のキャビティ内やパーティング面等にガスの成分が付着するといった現象が大幅に改善できる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。可塑化装置１の加熱筒内に向けて供給される気体は、窒素ガスの他、アルゴンガス等の不活性ガスや炭酸ガス等でもよく、乾燥空気（絶乾空気）でもよい。また気体供給手段による不活性ガス等の供給が停止される期間（一定期間）は、少なくとも可塑化工程の８０％以上であればよく、射出工程や保圧工程、可塑化工程の一部にも不活性ガス等を供給するものでもよい。また成形サイクルにおけるそれ以外の型閉工程、型締工程、可塑化工程完了後の冷却工程、圧抜工程、型開工程、および取出工程においても断続的に不活性ガスを供給または停止してもよい。更には一定期間である可塑化工程の少なくとも８０％以上の期間には、不活性ガス等の供給量をそれ以外の期間と比較して、３０パーセント以下、更に望ましくは１０パーセント以下の供給量にまで減少させてもよい。

また本発明に用いられる成形材料が樹脂材料Ｍの場合、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の区別や種類を問わず、再生材料でもよく、乾燥樹脂、未乾燥樹脂の区別もされない。また成形材料としては、樹脂材料Ｍ以外に、金属材料、木粉や穀物等の生分解材料、セラミック材料等の無機材料、またはそれらの混合材料であっても、ガスや水分が発生するものであれば特に限定されない。そして樹脂からのガスや水分の発生量、または樹脂に含まれる成形に有用な配合成分の含有量により、最適な不活性ガス等の注入量または注入時間となるように変更がなされ、加熱筒内の真空度もそれに応じて変更される。または加熱筒内の真空度が最適となるように不活性ガス等の注入量または注入時間が変更される。

可塑化装置については、射出成形機のインラインスクリュ式射出装置の他、可塑化装置とプランジャ装置が分離したプリプラ式射出成形機についても適用することができる。また更にはスタンピング成形等の射出機能を有する可塑化装置や、成形サイクルを有する押出機（スクリュの回転と停止、回転数の強弱変更、正逆回転等を行う場合）も本発明の可塑化装置を採用することができる。また可塑化装置のスクリュは１本に限定されず、フライトではなく突起等が設けられたものでもよい。

本実施形態の可塑化装置の要部の縦断面図である（ただしガス供給通路の位置は本発明の請求範囲と異なる）。 本実施形態の可塑化方法の作動を示す図である。

符号の説明

１ 可塑化装置
２ 加熱筒
３ スクリュ
４ 内孔
６ 材料供給装置
８ 窒素ガス供給装置（気体供給手段）
２０ 真空ポンプ（負圧発生手段）

Claims (3)

1. スクリュが配設された加熱筒内で成形材料を溶融状態として加熱筒前方から排出する可塑化装置において、
   加熱筒の開口部よりも後方の後方部２ｂから加熱筒内に向けて供給していた不活性ガスまたは乾燥空気の供給を成形サイクル中の少なくとも可塑化工程の８０パーセント以上の期間だけは停止するか又は供給量を減少させる気体供給手段と、
   加熱筒外に開口部を有し加熱筒内を常時負圧にする負圧発生手段とが設けられたことを特徴とする可塑化装置。
2. 加熱筒の開口部が形成された部分が固定されるハウジングは、温度を上げることが可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可塑化装置。
3. スクリュが配設された加熱筒内で成形材料を溶融状態として加熱筒前方から排出する可塑化方法において、
   加熱筒外から加熱筒内を常時負圧に吸引しつつ、加熱筒の開口部よりも後方の後方部２ｂから加熱筒内に向けて供給していた不活性ガスまたは乾燥空気の供給を成形サイクルにおける少なくとも可塑化工程の８０パーセント以上の期間だけは停止するか又は供給量を減少させることを特徴とする可塑化方法。

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