JP6211664B1

JP6211664B1 - 射出成形機のスクリュおよび射出成形機

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Publication number: JP6211664B1
Application number: JP2016197234A
Authority: JP
Inventors: 裕正上園; 光一玉田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2036-10-05
Also published as: DE102017217696A1; AT519150A3; DE102017217696B4; AT519150B1; AT519150A2; JP2018058267A

Abstract

【課題】機械長が短くても、不活性ガスの逆流が防止され、安定的に発泡成形品を成形することができる射出成形機のスクリュを提供する。【解決手段】後方から前方にかけて加熱シリンダ（２）内に、樹脂が圧縮されるようになっている第１の圧縮区間（６）と、樹脂の圧力が低下して不活性ガスを注入するようになっている飢餓区間（９）と、樹脂が圧縮されるようになっている第２の圧縮区間（１０）とが形成されている射出成形機（１）のスクリュ（３）を対象とする。スクリュ（３）には、第１の圧縮区間（６）と飢餓区間（９）との間に、樹脂の逆流を防止する所定のシール構造（７）と、該シール構造（７）の下流側に所定のフライト形状からなる降圧緩和区間（５）を設ける。降圧緩和区間（５）は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部（１３）を少なくとも軸方向に２カ所以上形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶融樹脂に不活性ガスを注入して金型に射出し発泡成形品を得る、発泡成形品の成形方法に使用される射出成形機のスクリュ、および射出成形機に関するものである。

内部に微細な気泡が多数形成されている成形品すなわち発泡成形品は、軽量であるだけでなく強度にも優れており、応用分野は広い。射出成形により発泡成形品を得るには発泡剤を樹脂に混入させる必要があり、発泡剤には化学発泡剤と物理発泡剤がある。前者は例えばアゾジカルボン酸アミドのように熱により分解して気体を発生する化学発泡剤が知られている。化学発泡剤は、材料の樹脂ペレットに混入させて加熱シリンダ内に投入し、溶融した樹脂に混合されるようにする。溶融樹脂を金型内に射出すると化学発泡剤が発泡して発泡成形品が得られる。これに対して物理発泡剤は、窒素、二酸化炭素等の不活性ガスからなる。加熱シリンダ内で溶融した樹脂に、所定の圧力で不活性ガスを注入し、樹脂中に不活性ガスが飽和状態になるようにする。これを金型に射出すると、樹脂中で圧力が解放されて不活性ガスが気泡化する。樹脂が冷却固化すると発泡成形品が得られる。不活性ガスからなる物理発泡剤は高圧かつ高温で樹脂に注入されるので浸透力が強く、化学発泡剤に比して樹脂中に均一に分散し易い。従って得られる発泡成形品において発泡ムラが発生しにくいという優れた特徴がある。

特開２００２−７９５４５号公報特開２０１５−１６８０７９号公報

特許文献１には、不活性ガスからなる物理発泡剤により発泡成形品を得る成形方法が記載されている。この発泡成形品の成形方法に使用される射出成形機５０を図３によって説明する。射出成形機５０は加熱シリンダ５１と、この加熱シリンダ５１内で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５２とからなる。スクリュ５２は、スクリュ溝が浅くなっている２箇所の圧縮部、つまり第１、２の圧縮部５４、５６が形成され、第１、２の圧縮部５４、５６の間にスクリュ溝の深い飢餓部５５が形成されている。加熱シリンダ５１には飢餓部５５に対応するように、不活性ガスの注入部５７が設けられ、不活性ガス５８が注入されるようになっている。射出成形機５０においてホッパ５９から樹脂ペレットを投入しスクリュ５２を回転する。そうすると樹脂ペレットは溶融してスクリュ５２の前方に送られる。溶融樹脂が前方に送られるとき、第１の圧縮部５４で圧縮され、飢餓部５５で低圧にされる。この飢餓部５５で不活性ガス５８を注入する。そうすると溶融樹脂中に不活性ガス５８が混入されて飽和状態になる。このような溶融樹脂は、第２の圧縮部５６で再び圧縮されてスクリュ５２の先端に計量される。金型に射出すると樹脂中で不活性ガスが気化して発泡成形品が得られる。

樹脂製の成形品に対して無電解メッキ法を実施する場合、金属錯体等の表面改質物質が添加された溶融樹脂を射出して成形品を得るようにすると、必要な前処理が不要になる。特許文献２には、金属錯体等の表面改質物質を溶融樹脂に注入し、これを混練して射出することができる射出成形機６０が記載されている。射出成形機６０は、図４に示されているように、加熱シリンダ６１とスクリュ６２とから構成されている。スクリュ６２には、所定の位置に第１、２のシール構造６４、６５が設けられている。第１、２のシール構造６４、６５によって、スクリュ６２には、高圧エリア６６と低圧エリア６７が形成されている。第１のシール構造６４は所定の弁構造を備えており、スクリュ６２の後方から前方に送られてきた樹脂は高圧エリア６６に送られるようにするが、高圧エリア６６から後方への逆流は防止されている。第２のシール構造６５は、スクリュ６２の回転方向によって開閉される弁構造を備えている。第２のシール構造６５の弁構造が閉じられているときには高圧エリア６６と低圧エリア６７は遮断されて樹脂は流れることができないが、開いているときには樹脂は自由に流れることができる。スクリュ６２には、低圧エリア６７において第２のシール構造６５の下流側に、降圧緩和区間６８が設けられている。降圧緩和区間６８は、フライト間のスクリュ溝が深い深溝部６９と浅い浅溝部７０とが交互に形成され、少なくとも軸方向に２箇所以上浅溝部７０、７０が形成されている。浅溝部７０、７０において絞り作用を奏し、高圧エリア６６から低圧エリア６７に樹脂が流れるとき、圧力を適切に降下させるようになっている。加熱シリンダ６１には、高圧エリア６６に対応して、不活性ガス等を注入する注入口７２が設けられ、低圧エリア６７の降圧緩和区間６８の下流側に不活性ガスを排出する排出口７３が設けられている。金属錯体等の表面改質物質が添加された溶融樹脂を射出して成形品を得るには次のようにする。スクリュ６２を回転して樹脂を溶融する。溶融した樹脂は第１のシール構造６４を流れて高圧エリア６６に送られる。スクリュ６２を逆回転させて第２のシール構造６５を閉鎖する。そうすると高圧エリア６６は第１、２のシール構造６４、６５によって完全に閉鎖された状態になる。高圧の不活性ガス７４と共に、金属錯体等の表面改質物質を注入口７２から注入する。高圧エリア６６において溶融樹脂に表面改質物質が分散する。スクリュ６２を順方向に回転させると第２のシール構造６５が開き、溶融樹脂は高圧エリア６６から低圧エリア６７に流れるが、降圧緩和区間６８によって圧力は緩やかに低下する。溶融樹脂から不活性ガスが発生し、不活性ガスは排出口７３から脱気される。表面改質物質が添加された溶融樹脂を金型に射出すると所望の成形品が得られる。

特許文献２に記載のスクリュ６２を備えた射出成形機６０は、物理発泡剤つまり不活性ガスを使用した発泡成形品の成形方法にも利用できる。具体的には高圧エリア６６において、表面改質物質を注入せずに高圧の不活性ガスだけを注入する。不活性ガスは例えば１０ＭＰａ等で注入する。高圧エリア６６において溶融樹脂中に十分に不活性ガスを分散・浸透させ、その後低圧エリア６７に送る。低圧エリア６７では排出口７３に設けられている弁を制御し、加熱シリンダ６１内の圧力が５ＭＰａ程度になるようにする。そうすると低圧エリア６７において溶融樹脂から余剰の不活性ガスが発生して排出口７３から脱気されるが、不活性ガスが飽和状態で溶け込んだ溶融樹脂が得られる。これを金型に射出すると、樹脂中で不活性ガスが気泡になり発泡成形品が得られる。

特許文献１、２に記載の射出成形機５０、６０は、溶融樹脂に適切に不活性ガスを注入して発泡成形品を成形することができるが、それぞれについて解決すべき問題がある。まず特許文献１に記載の射出成形機５０については、不活性ガスが逆流してホッパ５９から噴出したり不活性ガスによって溶融樹脂が押し戻されるという問題がある。一応、スクリュ５２を順回転させて樹脂を前方に送り出しているときには、飢餓部５５において注入される不活性ガスは逆流する心配はない。つまりスクリュ５２が順回転しているときには、第１の圧縮部５４と飢餓部５５とは十分な圧力差が生じており、不活性ガスは逆流せずに溶融樹脂と混練されながら前方に送られ、第２の圧縮部５６を経て計量される。しかしながらスクリュ５２の回転を停止しているときには、加熱シリンダ５１内における圧力差は小さくなる。高圧の不活性ガスは浸透力が強いので、このとき第１の圧縮部５４を越えて不活性ガスが逆流してしまう。逆流した不活性ガスによって溶融樹脂が押し戻されてホッパ５９において盛り上がってしまう虞がある。スクリュ５２は、少なくとも射出時には回転を停止させるようにするので、不活性ガスの逆流を完全に防止することは難しく、安定して成形サイクルを実施できないという問題がある。次に特許文献２に記載の射出成形機６０を検討すると、この射出成形機６０においては第１のシール構造６４が設けられているので、スクリュ６２の回転を停止して加熱シリンダ６１内の圧力差が小さくなっても不活性ガスは逆流することはない。従って発泡成形品を安定して成形することができる。しかしながら、特許文献２に記載の射出成形機６０は、スクリュ６２において第１、２のシール構造６４、６５によって区分される高圧エリア６６が必須になっている。そうすると高圧エリア６６の分だけ射出成形機６０は機械長が長くなってしまう。限られた設置エリアに射出成形機６０を設けるには、機械長を短くしたいという要求がある。

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、溶融樹脂に不活性ガスからなる物理発泡剤を注入して発泡成形品を成形するようになっている射出成形機において、加熱シリンダ内を不活性ガスが逆流する虞がなく、従って安定して成形することができ、限られた設置エリアにも設置できるように機械長が十分に短い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いる。

本発明は上記目的を達成するために、その後方から前方にかけて加熱シリンダ内に、樹脂が圧縮されるようになっている第１の圧縮区間と、樹脂の圧力が低下するようになっている飢餓区間と、樹脂が圧縮されるようになっている第２の圧縮区間とが形成され、飢餓区間に不活性ガスが注入されるようになっている射出成形機のスクリュを対象とする。そしてスクリュには、第１の圧縮区間と飢餓区間との間に、樹脂の逆流を防止する所定のシール構造と、該シール構造の下流側に該シール構造に隣接して所定のフライト形状からなる降圧緩和区間を設ける。降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部を少なくとも軸方向に２カ所以上形成するようにする。

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、スクリュの形状によって、その後方から前方にかけて加熱シリンダ内に、樹脂が圧縮されるようになっている第１の圧縮区間と、樹脂の圧力が低下するようになっている飢餓区間と、樹脂が圧縮されるようになっている第２の圧縮区間とが形成され、前記飢餓区間に不活性ガスが注入されるようになっている射出成形機のスクリュであって、前記スクリュには、前記第１の圧縮区間と前記飢餓区間との間に、樹脂の逆流を防止する所定のシール構造と、該シール構造の下流側に該シール構造に隣接して所定のフライト形状からなる降圧緩和区間とが設けられ、前記降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形成されていることを特徴とする射出成形機のスクリュとして構成される。
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、前記降圧緩和区間は２条以上の多条フライト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として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記シール構造は、前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間とを液密的に仕切るシールと、前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間とを連通する連通路と、該連通路を閉鎖し前記第１の圧縮区間の溶融樹脂が所定の圧力を超えると溶融樹脂を前記降圧緩和区間に流動させる弁機構とを備えていることを特徴とする射出成形機のスクリュとして構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記シール構造は、前記スクリュが縮径している縮径部と、所定の隙間を開けて前記縮径部に嵌合されていると共に前記加熱シリンダのボアに対して液密的に摺動されるシールリングとからなり、前記縮径部には前記シールリングが着座すると前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間との連通を遮断するテーパ面が形成されていることを特徴とする射出成形機のスクリュとして構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のスクリュを備え、前記加熱シリンダは、前記飢餓区間に対応する所定の位置に不活性ガスを注入する注入口が設けられていることを特徴とする射出成形機として構成される。

以上によると本発明は、スクリュの形状によって、その後方から前方にかけて加熱シリンダ内に、樹脂が圧縮されるようになっている第１の圧縮区間と、樹脂の圧力が低下するようになっている飢餓区間と、樹脂が圧縮されるようになっている第２の圧縮区間とが形成され、飢餓区間に不活性ガスが注入されるようになっている射出成形機のスクリュとして構成される。そしてスクリュには、第１の圧縮区間と飢餓区間との間に、樹脂の逆流を防止する所定のシール構造と、該シール構造の下流側に該シール構造に隣接して所定のフライト形状からなる降圧緩和区間とが設けられ、降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形成されている。このスクリュは発泡成形品を成形する射出成形機に設けられるスクリュであり、このようにスクリュは第１、２の圧縮区間と飢餓区間とシール構造と降圧緩和区間だけを備えればいいので、発泡成形用としては格段にスクリュ長さが短くて済む。従って射出成形機の機械長を短くすることができ、限られた設置スペースに設置することができる。そして本発明において降圧緩和区間が設けられているので、安定的に不活性ガスを注入できるという効果が得られる。その理由は、第１の圧縮区間で圧縮された高圧の樹脂は降圧緩和区間を経て飢餓区間に送られるとき、降圧緩和区間に設けられている２箇所以上の浅溝部において絞り作用により圧力が降下するからである。高圧の樹脂が緩やかに圧力が低下して飢餓区間に流れるので、不活性ガスを安定して注入することができる。ところで射出時等においてスクリュが回転を停止すると、加熱シリンダ内の樹脂の圧力差は小さくなり、浸透力の強い高圧の不活性ガスは逆流し易い。しかしながら、本発明のスクリュにはシール構造と降圧緩和区間とが、不活性ガスが注入される飢餓区間より上流に設けられているので、確実に逆流を防止できる。降圧緩和区間は、絞り作用のある浅溝部が軸方向に２カ所以上設けられているので不活性ガスと共に溶融樹脂が逆流しようとしてもこれを阻害するし、シール構造において実質的に完全に逆流が防止されるからである。従って不活性ガスが第１の圧縮区間に侵入することはなく、不活性ガスがホッパから噴出したり、不活性ガスによって押し戻された溶融樹脂がホッパから逆流することはない。本発明に係るスクリュを備えた射出成形機は安定的に発泡成形品を成形することができる。

本発明の実施の形態に係るスクリュを備えた、本実施の形態に係る射出成形機の側面断面図である。本発明の実施の形態に係るスクリュに設けられているシール構造を示す図で、その（ア）、（イ）はそれぞれ異なる実施の形態に係るシール構造をスクリュの軸と平行に切断して示す断面図である。従来の射出成形機を示す側面断面図である。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。本発明の実施の形態に係る射出成形機も、図１に示されているが従来の射出成形機と同様に、加熱シリンダ２と、この加熱シリンダ２内で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３とから構成されている。加熱シリンダ２の外周面には、複数枚のバンドヒータが巻かれているが、これらは図に示されていない。

本実施の形態に係る射出成形機１は、スクリュ３の形状によって加熱シリンダ２内に複数の区間が形成されている。本実施の形態においてスクリュ３のフライトは、次に説明する降圧緩和区間５を除いて、一般的なピッチとリードのシングルフライトからなる。スクリュ３は、図に示されていないホッパ近傍においてはフライト間のスクリュ溝が比較的深く、樹脂を溶融しながら前方に送り出すようになっているが、所定の位置から後で説明するシール構造７にかけてスクリュ溝が浅く形成され、それによって樹脂が圧縮される第１の圧縮区間６が形成されている。シール構造７の前方、つまり下流には、シール構造７に隣接して降圧緩和区間５が形成され、そしてその下流にスクリュ溝が深い飢餓区間９が形成されている。スクリュ溝が深く加熱シリンダ２内の容積が大きくなっているので、飢餓区間９では前方に送られる樹脂の圧力が低下する。従ってこの区間９において後で説明するように不活性ガスからなる物理発泡剤が注入されるようになっている。スクリュ３には飢餓区間９の前方つまり下流に、スクリュ溝が浅く樹脂が圧縮される第２の圧縮区間１０が形成されている。なお、本実施の形態においてはスクリュの形状のうち、スクリュ溝についてその深さが変化して第１、２の圧縮区間６、１０や飢餓区間９が形成されているようになっている。しかしながらスクリュの形状のうち、例えばフライトのピッチ、フライト幅等の他のフライト形状を変化させても同様の区間６、９、１０を形成することができる。

本実施の形態に係るスクリュ３において特徴的な構造である降圧緩和区間５について説明する。本実施の形態において降圧緩和区間５のフライトは２条フライトから構成されている。このように２条フライトから構成されているので、降圧緩和区間５において送り出される溶融樹脂は、粘性が小さくても流れが乱れたり逆流することなく、滑らかに下流に送られることになる。このような降圧緩和区間５は、スクリュ溝が深い深溝部１２、１２と、浅い浅溝部１３、１３が軸方向に少なくとも２カ所以上形成されている。つまり浅溝部１３、１３が２カ所以上形成されている。この浅溝部１３、１３が絞り作用を奏することになる。従って降圧緩和区間５は溶融樹脂が先方に送られるときには圧力を緩やかに降下させることができ、スクリュ３の回転が停止したときには不活性ガスを含んだ溶融樹脂が逆流しようとするのを阻害することになる。

本実施の形態に係るスクリュ３に設けられているシール構造７は、図２の（ア）に詳しく示されているように、シール１５と、圧力の調整作用を奏する流動制御機構１６とからなる。シール１５は、スクリュ３の外周面に形成されている所定の溝に摺動自在に嵌合されている。図２の（ア）には加熱シリンダ２は示されていないが、このシール１５の外周面が加熱シリンダ２のボアに滑らかに接して摺動するようになっている。このシール１５において溶融樹脂が流動することが防止され、加熱シリンダ２内が上流側の第１の圧縮区間１０と下流側の降圧緩和区間５とに液密的に仕切られている。シール構造７には流動制御機構１６が１個あるいは複数個設けられている。流動制御機構１６は、第１の圧縮区間６と降圧緩和区間５とを連通するようにスクリュ３内に明けられている連通路１８と、この連通路１８を開閉する弁機構１９とから構成されている。連通路１８は途中の部分がテーパ状に縮径されており、それによってテーパ状の着座面２０が形成されている。この着座面２０に、弁機構１９を構成しているポペット弁２２の頭部２３が着座すると連通路１８が閉鎖されるようになっている。ポペット弁２２は、傘状の頭部２３と軸部２４とから構成されており、軸部２４には複数枚の皿バネ２６、２６、…が設けられている。このように皿バネ２６、２６、…が設けられたポペット弁２２は、有底の穴が開けられているリティナ２７に入れられている。そしてリティナ２７はその外周面に形成されている雄ねじによって連通路１８の内周面に形成されている雌ねじに螺合され、固定されている。従ってポペット弁２２は、皿バネ２６、２６、…によって付勢されて頭部２３が着座面２０に押しつけられ、連通路１８を閉鎖している。このポペット弁２２は、第１の圧縮区間６内の溶融樹脂が所定の圧力になると皿バネ２６、２６、…の付勢に抗して後退し、第１の圧縮区間６と降圧緩和区間５とが連通して溶融樹脂が降圧緩和区間５に流動することになる。なお、リティナ２７には樹脂路２８が明けられていて、第１の圧縮区間６と降圧緩和区間５とが連通すると溶融樹脂はこの樹脂路２８から降圧緩和区間５に流動するようになっている。第１の圧縮区間６と降圧緩和区間５の圧力が等しいとき、あるいは降圧緩和区間５の圧力の方が高いときには、ポペット弁２２は着座面２０に着座して連通が遮断されるので、降圧緩和区間５から第１の圧縮区間６への溶融樹脂の逆流は完全に防止されるようになっている。

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、加熱シリンダ２において降圧緩和区間５に対応する位置に不活性ガスの注入口２９が設けられている。注入口２９には、不活性ガスが入れられたガスボンベ３１からの配管が開閉弁３２を介して接続されている。開閉弁３２を開くと窒素、二酸化炭素等の不活性ガスが注入口２９から加熱シリンダ２内に注入されるようになっている。

本発明の実施の形態に係る射出成形機１の作用を説明する。加熱シリンダ２を加熱してスクリュ３を順方向に回転し、図に示されていないホッパから樹脂材料を供給する。供給された樹脂材料は、加熱シリンダ２の熱とスクリュ３の回転の剪断力による熱によって溶融し、前方に送られて第１の圧縮区間６で圧縮される。第１の圧縮区間６の溶融樹脂の圧力は大きいので、シール構造７においてポペット弁２２が開き、溶融樹脂は降圧緩和区間５に送られる。そうすると溶融樹脂は降圧緩和区間５を経て飢餓区間９に送られる。飢餓区間９は前記したようにスクリュ溝が深いので溶融樹脂の圧力は小さく、第１の圧縮区間６における圧力との圧力差が大きい。しかしながら、溶融樹脂が降圧緩和区間５の２箇所の浅溝部１３、１３を通過するとき絞り作用により圧力が降下する。従って樹脂圧力は飢餓区間９において安定する。開閉弁３２を開いて不活性ガスを加熱シリンダ２内に注入する。不活性ガスは、例えば５ＭＰａ等の圧力で注入するようにする。そうすると飢餓区間９において溶融樹脂中に不活性ガスが浸透して飽和状態になる。引き続きスクリュ３を回転すると飢餓区間９において不活性ガスが飽和状態で浸透した溶融樹脂は第２の圧縮区間１０で圧縮されてスクリュ３の先頭に計量される。所定量が計量されたら、スクリュ３の回転を停止する。スクリュ３を軸方向に駆動して金型に溶融樹脂を射出する。金型内において溶融樹脂中で不活性ガスが気泡化し、発泡成形品が得られる。ところでスクリュ３の回転を停止し、軸方向に駆動するとき、不活性ガスの逆流が問題になる。本実施の形態に係る射出成形機１においては、飢餓区間９の上流側には２箇所において絞り作用を奏する降圧緩和区間５が設けられているので、不活性ガスが逆流しようとしても、逆流の流れが弱められる。そして降圧緩和区間５の上流にシール構造７が設けられているので、実質的に完全に逆流が防止される。従って不活性ガスが加熱シリンダ２内を逆流することはない。

本実施の形態に係るスクリュ３を備えた射出成形機１において、安定的に発泡成形品が成形できることを確認する実験を行った。
「実験１」
図１に示されている本実施の形態に係る射出成形機１を使用し、タルク２０％を含有するポリプロピレンを樹脂材料として、不活性ガスを注入口２９から注入するようにして所定の金型に射出して発泡成形品を成形した。射出成形においては樹脂の計量が完了したときにスクリュ３の回転を１秒間停止する計量待機時間を設けるようにし、その後スクリュ３を軸方向に駆動して射出するようにした。成形サイクルを３０回繰り返し、発泡成形品を３０個得た。これらの発泡成形品の平均重量は６．１ｇであり、標準偏差を平均重量で除した数値は０．３％であった。この実験において、不活性ガスはシール構造７を越えて逆流しないことが確認された。
「実験２」
不活性ガスの注入はせずに、実験１と同様の射出成形機１を使用して射出成形した。つまり発泡のない成形品を成形した。成形サイクルを３０回繰り返し、成形品を３０個得た。これらの成形品の平均重量は６．８ｇであり、標準偏差を平均重量で除した数値は０．２％であった。
「実験３」
実験１で使用した射出成形機１を変形し、シール構造７を外した射出成形機を用意した。シール構造７のない射出成形機で、実験１と同様の条件で発泡成形品を成形した。数回射出成形を繰り返したところ、不活性ガスが加熱シリンダ２内で逆流する現象が見られた。
「実験４」
図４に示されている従来の射出成形機６０を使用して、発泡成形品を成形した。不活性ガスは注入口７２から注入し、そして余剰の不活性ガスを排出口７３から排出するようにした。使用する樹脂、金型は実験１と同様のものを使用した。成形サイクルを３０回繰り返し、発泡成形品を３０個得た。これらの発泡成形品の平均重量は６．１ｇであり、標準偏差を平均重量で除した数値は０．３％であった。この実験において、不活性ガスは逆流しないことが確認された。
「考察」
実験１において発泡成形品の重量のバラツキが０．３％であるが、これは発泡のない成形品の重量のバラツキが実験２から０．２％であることから、バラツキは大きくないと考えられる。つまり実験１において発泡成形品は安定して成形されたと言える。このことは実験４との比較からも言える。つまり図４に示されている射出成形機６０は、不活性ガスの逆流が完全に防止されるようになっているが、この射出成形機６０によって成形された発泡成形品の重量のバラツキも０．３％であり、実験１の発泡成形品の重量のバラツキと同等であった。つまり、実験１で使用した本実施の形態に係る射出成形機１は、均質な発泡成形品を安定的に成形できたと言える。そして、実験１においては不活性ガスの逆流が見られなかったことから、本実施の形態に係るスクリュ３を備えた射出成形機１は、発泡成形品の成形に適していると言える。次に、実験３の結果からシール構造７が必須であることが確認できた。シール構造７の無い射出成形機で発泡成形品を成形すると、加熱シリンダ２内で不活性ガスが逆流する現象が見られたからである。

本実施の形態に係る射出成形機１は色々な変形が可能である。例えばシール構造７について変形することもできる。図２の（イ）には他の実施の形態に係るシール構造７’が示されている。この実施の形態に係るシール構造７’は、スクリュ３を縮径した縮径部３５と、この縮径部３５に所定の隙間を空けて設けられているシールリング３６とから構成されている。シールリング３６はその外周面が加熱シリンダ２のボアに滑らかに接していて外周面から溶融樹脂が流動することはない。つまり、このシールリング３６によって加熱シリンダ２内は上流側の第１の圧縮区間６と下流側の降圧緩和区間５とに液密的に仕切られている。シールリング３６が隙間を空けて嵌合している縮径部３５はその上流側において拡径されてテーパ面３７が形成されており、シールリング３６の上流側の端部もテーパ状に形成されている。スクリュ３において縮径部３５の前方には、シールリング３６が当接する当接部３８が形成されている。スクリュ３を回転して溶融樹脂を先方に送り出しているときは、第１の圧縮区間６の溶融樹脂の圧力は降圧緩和区間５の圧力より大きく、シールリング３６はスクリュ３に対して前方に移動して当接部３８に押し付けられる。このときシールリング３６のテーパ状の端部はテーパ面３７から離間して、縮径部３５とシールリング３６の内周面との隙間を介して第１の圧縮区間６と降圧緩和区間５とが連通して溶融樹脂が下流に流動する。なお、シールリング３６には端面に所定の切欠が形成されており当接部３８に当接しても溶融樹脂の流路が確保されるようになっている。一方、スクリュ３の回転を停止したり、あるいはスクリュ３を軸方向に駆動すると、降圧緩和区間５の溶融樹脂の圧力が第１の圧縮区間６の圧力より大きくなる。そうするとシールリング３６はテーパ面３７に着座して、連通は遮断され溶融樹脂の流動は阻害される。すなわち逆流が防止される。

１射出成形機２加熱シリンダ
３スクリュ５降圧緩和区間
６第１の圧縮区間７シール構造
９飢餓区間１０第２の圧縮区間
１２深溝部１３浅溝部
１５シール１６流動制御機構
１８連通路１９弁機構
２０着座面２２ポペット弁
２３頭部２４軸部
２６皿バネ２７リティナ
２８樹脂路２９注入口
３１ガスボンベ３２開閉弁

Claims

スクリュの形状によって、その後方から前方にかけて加熱シリンダ内に、樹脂が圧縮されるようになっている第１の圧縮区間と、樹脂の圧力が低下するようになっている飢餓区間と、樹脂が圧縮されるようになっている第２の圧縮区間とが形成され、前記飢餓区間に不活性ガスが注入されるようになっている射出成形機のスクリュであって、
前記スクリュには、前記第１の圧縮区間と前記飢餓区間との間に、樹脂の逆流を防止する所定のシール構造と、該シール構造の下流側に該シール構造に隣接して所定のフライト形状からなる降圧緩和区間とが設けられ、
前記降圧緩和区間は、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部が少なくとも軸方向に２カ所以上形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に記載のスクリュにおいて、前記降圧緩和区間は２条以上の多条フライト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または２に記載のスクリュにおいて、前記シール構造は、前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間とを液密的に仕切るシールと、前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間とを連通する連通路と、該連通路を閉鎖し前記第１の圧縮区間の溶融樹脂が所定の圧力を超えると溶融樹脂を前記降圧緩和区間に流動させる弁機構とを備え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または２に記載のスクリュにおいて、前記シール構造は、前記スクリュが縮径している縮径部と、所定の隙間を開けて前記縮径部に嵌合されていると共に前記加熱シリンダのボアに対して液密的に摺動されるシールリングとからなり、前記縮径部には前記シールリングが着座すると前記第１の圧縮区間と前記降圧緩和区間との連通を遮断するテーパ面が形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のいずれかに記載のスクリュを備え、
前記加熱シリンダは、前記飢餓区間に対応する所定の位置に不活性ガスを注入する注入口が設けられていることを特徴とする射出成形機。