JP5609257B2

JP5609257B2 - 射出成形装置、射出成形方法および射出成形装置用の射出スクリュ

Info

Publication number: JP5609257B2
Application number: JP2010116130A
Authority: JP
Inventors: 健八田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-05-20
Also published as: JP2011240649A

Description

本発明は、射出成形装置、射出成形方法および射出成形装置用の射出スクリュに関し、特に、樹脂等を加熱溶融して、成形用金型のキャビティ内に射出して成形体を成形するための射出成形装置、射出成形方法およびその射出成形装置用の射出スクリュに関する。

射出成形における、加熱シリンダ内で成形材料の樹脂を加熱溶融して、射出スクリュで圧縮、射出する工程において、加熱シリンダの中で、加熱、溶融、混練され、可塑化された溶融樹脂が酸化劣化される問題がある。例えば、加熱シリンダ内の射出スクリュ等に樹脂が残留すると酸化劣化され、その後、劣化した樹脂が溶融樹脂に混ざって射出されることがある。特に、加熱シリンダの中に酸素が多く含まれると、溶融樹脂がより酸化劣化されやすい。

例えば、特許文献１には、樹脂材料の空気等による酸化、変色を防止するために、射出スクリュを内蔵し、供給された樹脂材料を加熱シリンダで加熱して前記射出スクリュにより成形用金型内に射出して成形体を成形する成形方法において、前記加熱シリンダ内に随時不活性ガスを導入して不活性ガス雰囲気中で、前記樹脂材料を加熱圧縮して射出成形するようにした成形方法が記載されている。

加熱シリンダ内に特許文献１のようにガス吐出口を設置すると、溶融樹脂が逆流、詰まりが発生する場合がある。また、射出スクリュの溝部の隙間等に樹脂が入り込んで残留すると、樹脂の除去が困難である。

特開平１１−３２０６３８号公報

本発明は、射出成形装置用の射出スクリュの溝部等に樹脂が残留することを防止し、樹脂の酸化劣化、ガス吐出口における溶融樹脂の逆流、詰まりの発生等を防止することができる射出成形装置、射出成形方法および射出成形装置用の射出スクリュである。

本発明は、樹脂を加熱溶融して成形用金型に射出する射出成形装置であって、樹脂を加熱溶融するための加熱シリンダと、溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有し、前記加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を射出するための射出スクリュと、を有し、前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられている射出成形装置である。

また、前記射出成形装置において、前記不活性ガス吐出部は、前記溝部における前記射出の際の進行方向に面する部位に少なくとも設けられていることが好ましい。

また、本発明は、樹脂を加熱溶融して成形用金型に射出する射出成形方法であって、溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有する射出スクリュを用いて、前記不活性ガス吐出部から不活性ガスを吐出させながら加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を射出し、前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられている射出成形方法である。

また、本発明は、加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を成形用金型に射出する射出成形装置用の射出スクリュであって、溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有し、前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられている射出成形装置用の射出スクリュである。

また、前記射出成形装置用の射出スクリュにおいて、前記不活性ガス吐出部は、前記溝部における前記射出の際の進行方向に面する部位に少なくとも設けられていることが好ましい。

本発明では、溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有する射出スクリュを用いることによって、射出成形装置用の射出スクリュの溝部等に樹脂が残留することを防止し、樹脂の酸化劣化、ガス吐出口（不活性ガス吐出部）における溶融樹脂の逆流、詰まりの発生等を防止することができる射出成形装置、射出成形方法およびその射出成形装置用の射出スクリュを提供する。

本発明の実施形態に係る射出成形装置の一例の全体構成を示す概略図である。本発明の実施形態に係る射出成形装置における加熱シリンダおよび射出スクリュの構成の一例を示す概略断面図である。本発明の実施形態に係る射出成形装置における射出スクリュの構成の一例を示す概略図である。本発明の実施形態に係る射出成形装置における射出スクリュの構成の一例を示す概略断面図である。高圧タンクを製造するための樹脂ライナ成形体の一例を示す概略図である。図５におけるＡ−Ａ断面図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る射出成形装置の一例の構成の概略を図１に示す。また、本実施形態に係る射出成形装置における加熱シリンダおよび射出スクリュの構成の一例の概略を図２に示す。

図１に示すように、射出成形装置１は、樹脂を加熱溶融して成形用金型１６に射出する射出成形装置であって、樹脂を加熱溶融するための加熱シリンダ１０と、加熱シリンダ１０の筒部に内蔵され、加熱シリンダ１０内の加熱溶融された樹脂を射出するための射出スクリュ１２とを備える。加熱シリンダ１０には、成形用の樹脂１８を加熱シリンダ１０内に供給するための樹脂供給手段としての樹脂供給装置１４が接続されている。

射出成形装置１において、例えば、加熱シリンダ１０の筒部の周囲には、加熱シリンダ１０を加熱するための加熱手段としての加熱用ヒータ（図示せず）等が配置され、加熱シリンダ１０の内部を加熱するようになっている。

射出スクリュ１２は、図２に示すように、軸部２０と、軸部２０の周囲に沿って螺旋状に形成され、加熱シリンダ１０内で加熱溶融された樹脂を射出するための溝部２２とを有する。射出スクリュ１２の軸部２０は、モータ（図示せず）等の回転駆動手段と連結されている。

図１の樹脂供給装置１４は、樹脂供給通路等により加熱シリンダ１０の供給受け部の開口部と接続されている。樹脂供給通路の途中位置には、樹脂供給通路を開閉するためのバルブ等が設置されていてもよい。

射出成形装置１の加熱シリンダ１０は、射出ノズル等を介して成形用金型１６の供給受け部の開口部と接続されている。成形用金型１６は、高圧タンク用樹脂ライナ等の成形体を成形するためのキャビティ１９を有する。

本実施形態に係る射出成形装置１においては、図３に射出スクリュ１２の一部の構成の一例を、図４に射出スクリュ１２の軸方向の概略断面図を示すように、射出スクリュ１２の溝部２２の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部２４を有し、図４のように、加熱シリンダ１０内に不活性ガスを供給するための配管経路２６を軸部２０に内蔵し、加熱シリンダ１０内に射出スクリュ１２内から不活性ガス吐出部２４を通して不活性ガスが供給されるように構成されている。

本実施形態に係る射出成形方法および射出成形装置１の動作について説明する。

射出成形を実施するにあたり、図４の配管経路２６、不活性ガス吐出部２４を通じて、加熱シリンダ１０内部への不活性ガスの供給が行われる。これにより、加熱シリンダ１０内部での加熱等による樹脂の溶融操作時の酸化の防止が図られる。次に、図１の成形用金型１６を閉じる。成形用金型１６の型締めが完了すると、樹脂供給装置１４には樹脂供給源から樹脂が供給され、樹脂供給装置１４に供給された樹脂は、バルブ等の開閉動作により開口部から加熱シリンダ１０内に所定量が供給される。加熱シリンダ１０は、加熱用ヒータ等により加熱され、加熱シリンダ１０内の温度は温度センサ、制御部等により所定の加熱温度範囲内となるように制御される。加熱シリンダ１０の加熱により、加熱シリンダ１０内の樹脂が加熱、溶融される。

射出スクリュ１２は回転駆動手段等による回転動作と、軸方向の直進移動動作の制御が行われ、射出成形装置１から、溶融樹脂が成形用金型１６のキャビティ内に射出される。射出が完了して溶融樹脂が成形用金型１６内で冷却固化される。その間に、射出成形装置１では、次の成形で使用される樹脂の加熱、溶融、可塑化が行われる。その時に、図３，４に示す不活性ガス吐出部２４を通して所定の不活性ガスが吐出されることにより、射出スクリュ１２の特に溝部２２に溶融樹脂が付着することが防止され、酸化劣化防止およびできるだけ均―な可塑化が実施される。成形体の冷却が完了すると、型開き後、成形体を成形用金型１６から押出し、取り出して完成品となる。連続成形の場合は、以上のサイクルを繰り返せばよい。

不活性ガス吐出部２４を構成する多孔性金属としては、例えば、鉄、ステンレス等の多孔性の金属が挙げられる。多孔性金属の平均孔径は、例えば、２５μｍ〜５００μｍの範囲である。多孔性金属の平均孔径が２５μｍ未満であると不活性ガス吐出部２４において詰まり等が発生する場合があり、５００μｍを超えると不活性ガス吐出部２４において溶融樹脂の逆流が発生する場合がある。多孔性金属の平均孔径は、例えば、電子顕微鏡観察と細孔分布測定の方法で測定することができる。

不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。

このように樹脂の射出成形時に加熱シリンダ１０内に不活性ガスを供給する配管経路を射出スクリュ１２の軸部２０に内蔵し、かつ、樹脂が残留しやすい部位である溝部２２から不活性ガスを直接吐出し、その部位は樹脂の流入を防止するために多孔性金属を埋め込んだ構成とする。多孔性金属を用いることにより、不活性ガスの吐出部を加熱シリンダ１０内に設定しても、樹脂の逆流、詰まり等の発生を抑制することができる。

本実施形態において、温度制御された加熱不活性ガスを使用すると、樹脂の可塑化能力、流動性向上を図る効果がある。加熱不活性ガスの温度としては、例えば、成形に用いられる樹脂の溶融温度に近い温度、例えば、樹脂の溶融温度±３０℃とすればよい。

射出スクリュ１２の溝部２２において、不活性ガス吐出部２４が設けられる部位は特に制限はないが、射出スクリュ１２の溝部２２における樹脂が残留しやすい部位に設けられることが好ましい。樹脂が残留しやすい部位は、例えば、溝部２２における射出の際の進行方向に面する部位であり、射出スクリュ１２における射出の際の進行方向の先端部位の溝部２２である。ここで、「先端部位」とは、射出スクリュ１２の溝部２２が形成されている部分の先端から全体の長さの１／３〜１／５の範囲のことをいう。また、全ての溝部２２に不活性ガス吐出部２４を設けなくてもよく、例えば、１つおき、２つおき等のようにある程度の間隔をもって設けてもよい。

このようにして、射出スクリュ１２に樹脂が残留することを防止することができ、また、樹脂の流動中に酸化劣化した樹脂が成形用金型１６内に入ることを防止することができる。通常、生産中に防止できるため、生産性を低下させない。不活性ガスを加熱シリンダ１０内に充填することにより射出スクリュ１２内の酸素量低減による酸化劣化を防止するとともに、可塑化能力、流動性を向上することができるため、安定した成形および溶着品質を確保することができる。

本実施形態に係る射出成形装置、射出成形方法および射出成形装置用の射出スクリュは、高圧タンク用の樹脂ライナ、バンパ、インパネ等の各種の成形体の製造に用いることができる。特に、耐圧性等の高い品質が要求される高圧タンク用の樹脂ライナの製造に好適に用いることができる。

高圧タンクは、燃料電池自動車や天然ガス自動車等に搭載される、燃料ガスとしての水素ガスや天然ガス等を貯蔵するタンクである。高圧タンクとして、樹脂製タンク（ライナ：内容器）の外面に単位密度当りの強度が非常に高い炭素繊維強化プラスチック材（ＣＦＲＰ材）等を巻き付けた補強層（外層）により補強した高圧タンクが知られている。このような高圧タンクを製造する際、例えばフィラメントワインディング法のように炭素繊維等の繊維束に未硬化のエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた状態で樹脂ライナの外面に巻き付けて繊維層を形成した後、マトリックス樹脂を硬化させて補強層を形成する方法がある。

樹脂材料から構成されるライナは、例えば、上記樹脂の射出成形により成形される。例えば、金型にポリアミド樹脂等の樹脂を流し込んで、図５に示すような略半円柱体である成形体３０を２つ成形し、それらをレーザ等により溶着して略円柱状の樹脂ライナが成形される。この射出成形により、厚みが略均一な樹脂ライナが成形される。

成形体として図５に示すような高圧タンク用の樹脂ライナ用の成形体３０を射出成形する際、樹脂流動端末部が図６に示すような溶着リブ３２の形状になっている場合、劣化した樹脂が溶着リブ３２に残留し易く、その状態でレーザ溶着すると、レーザが透過しにくく、レーザ溶着時、焼け、未溶着等の溶着不良が発生することがある。本実施形態に係る成形方法および成形装置により、高圧タンク用樹脂ライナのようなレーザ溶着する成形体に対して、成形中に酸化劣化した樹脂が成形用金型内に入り、成形体に混入することにより発生する溶着不良等の発生を防止することができる。

樹脂ライナは、略円柱状等に形成されてなり、例えば高圧水素ガスなどの媒体をその内部に収容するためのものであり、水素ガス等のガスに直接接触する層である。樹脂ライナの形状、サイズ、厚みは使用目的、仕様等に応じたものを任意に選択することができる。樹脂ライナの厚みは、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲である。

ライナを構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。ライナの肉厚やライナを構成する材料の種類は、ライナに要求される強度、気密性、成形性等に応じて適宜選択することができる。これらのうち、強度や耐ガス透過性等の点からナイロン等のポリアミド樹脂が好ましい。

補強層は、ライナの外側を覆うように設けられてライナを補強する層であり、例えば、繊維およびマトリックス樹脂を含んで構成される。補強層を構成する繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等が挙げられる。

また、補強層を構成するマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。これらのうち、強度や接着性等の点からエポキシ樹脂が好ましい。

補強層は、例えば、繊維の繊維束にマトリックス樹脂溶液を含浸させた状態でライナの外面に巻き付けた後、樹脂を硬化させて形成することができる。補強層の厚みは、巻き付ける繊維束の層数等により調整することができる。

本実施形態に係る成形方法および成形装置により得られる成形体を用いた高圧タンクは、例えば、移動体に搭載され、内部に高圧ガスを貯蔵する高圧タンクである。また、高圧タンクは、据え置き型の高圧タンクであってもよい。

ここで、移動体としては、二輪の車両、バスや乗用車等の四輪以上の自動車のほか、電車、船舶、航空機、ロボットなどが挙げられ、特に燃料電池車両である。高圧ガスとしては、水素ガスや圧縮天然ガスなどが挙げられる。

１射出成形装置、１０加熱シリンダ、１２射出スクリュ、１４樹脂供給装置、１６成形用金型、１８樹脂、１９キャビティ、２０軸部、２２溝部、２４不活性ガス吐出部、２６配管経路、３０成形体、３２溶着リブ。

Claims

樹脂を加熱溶融して成形用金型に射出する射出成形装置であって、
樹脂を加熱溶融するための加熱シリンダと、
溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有し、前記加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を射出するための射出スクリュと、
を有し、
前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられていることを特徴とする射出成形装置。
請求項１に記載の射出成形装置であって、
前記不活性ガス吐出部は、前記溝部における前記射出の際の進行方向に面する部位に少なくとも設けられていることを特徴とする射出成形装置。
樹脂を加熱溶融して成形用金型に射出する射出成形方法であって、
溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有する射出スクリュを用いて、前記不活性ガス吐出部から不活性ガスを吐出させながら加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を射出し、
前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられていることを特徴とする射出成形方法。
加熱シリンダ内の加熱溶融された樹脂を成形用金型に射出する射出成形装置用の射出スクリュであって、
溝部の少なくとも一部に多孔性金属で構成された不活性ガス吐出部を有し、
前記不活性ガス吐出部は、前記射出スクリュにおける前記射出の際の進行方向の先端部位の溝部に少なくとも設けられていることを特徴とする射出成形装置用の射出スクリュ。
請求項４に記載の射出成形装置用の射出スクリュであって、
前記不活性ガス吐出部は、前記溝部における前記射出の際の進行方向に面する部位に少なくとも設けられていることを特徴とする射出成形装置用の射出スクリュ。