JPH10156907A - 可塑化材料の加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂の可塑化能力を上げるとともに、計量時
間の短縮を図るようにした可塑化材料の加熱方法を提供
する。 【解決手段】 スクリュの圧縮部および供給部に位置す
る軸芯部に沿って中空部を形成し、前記中空部に発熱体
を設けるとともに可塑化材料の温度を測定する温度セン
サをスクリュ表面に設けた射出装置を用い、前記スクリ
ュの圧縮部および供給部の表面温度が一定になるように
発熱体の温度制御をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出装置を用いた可
塑化材料の加熱方法に係わり、特に樹脂の可塑化能力を
上げるとともに、計量時間の短縮を図るようにした可塑
化材料の加熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の射出装置の縦断面図を示
す。図７において、可塑化材料２を混練、可塑化する射
出装置１において、ペレットと称する粒状の可塑化材料
２が、フィードホッパ４に供給され、フィードホッパ４
から加熱筒（バレル）６内に落下する。加熱筒６内にス
クリュ８が収納されるとともに、バンドヒータ１０が加
熱筒６に巻着されている。

【０００３】そして、フィードホッパ４から落下した可
塑化材料（以下、樹脂という）２は、加熱筒６を介して
外部から加熱されるとともに、スクリュ８の回転による
スクリュ８と加熱筒６間での剪断による内部加熱（剪断
熱）によって溶融し、樹脂２の渦流により混練され、可
塑化される。樹脂２は、スクリュ８の回転によって溶融
・混練されながら、加熱筒６内をスクリュ８の先端方向
の樹脂溜まりに送られ、その後スクリュ８の前進によっ
て前記樹脂溜まりの樹脂は金型キャビティ（図示略）内
に射出されるようになっている。符号８ａはスクリュ表
面、１２はスクリュ溝部を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のよう
な射出装置１を用いて溶融した樹脂を金型キャビティ内
に射出充填する場合、次のような問題点があった。 近年では、バンパーやインスツルパネルなどの大型
成形品が、樹脂２の流動性ならびに当該樹脂２を用いて
成形した製品の剛性が大幅に向上し製品肉厚が薄くなっ
たことにより、金型キャビティ内に射出充填された樹脂
２の冷却固化時間が大幅に短縮されつつある。このた
め、計量時間が前記冷却時間内に終了せず成形サイクル
が安定しない（図６の従来例）といった問題が生じてい
た。

【０００５】この原因は、成形開始時には樹脂２の溶融
時間が十分あるために計量部、圧縮部、供給部に滞留す
る樹脂２は加熱筒６に設けたバンドヒータ１０（外部加
熱方式）によって十分加熱溶融され易いが、成形を繰り
返しすにしたがってバンドヒータ１０の熱量を受け難く
なり、このためホッパ４から加熱筒６内に供給された樹
脂２の温度が低く、供給部の範囲内では決められた熱源
からの熱量では樹脂２の予熱が十分に行われ難いことか
ら、このため引続く圧縮部では加熱筒６の加熱源と剪断
熱では十分に樹脂２を溶融するのに時間がかかり結果的
に可塑化能力が低下することとなる（図５）。特に、バ
ンドヒータ１０の熱量が空中放熱され、熱効率が低く、
有効な加熱が難しく、加えて樹脂２からかなり離れた位
置で加熱しているため、樹脂２が十分に加熱できないと
いった問題があった。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、本発明の目的は、スクリュの供給部に供給さ
れた樹脂を圧縮部に搬送するまでに樹脂の顕熱を十分高
めて、可塑化能力ならびに樹脂の搬送能力を低下しない
ようにした可塑化材料の加熱方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第１の発明では、発熱体を備えた加熱
筒内に供給部、圧縮部および計量部とから構成されるス
クリュを摺動・回転自在に挿入するとともに、前記スク
リュの圧縮部および供給部に位置する軸芯部に沿って中
空部を形成し、前記中空部に発熱体を設けるとともに可
塑化材料の温度を測定する温度センサをスクリュ表面に
設けた射出装置を用い、前記供給部に供給された可塑化
材料を前記スクリュの供給部、圧縮部および計量部に至
る表面温度がほぼ一定になるように発熱体の温度制御を
することにより加熱溶融してスクリュの前部に一旦貯溜
するまでの可塑化時間を短くするようにした。また、第
１の発明を主体とした第２の発明では、スクリュの供給
部および圧縮部の表面温度プロフアイルを樹脂の種類に
よって前記温度プロファイルを任意に設定可能とした。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る可塑化材料
の加熱方法の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

【０００９】図１は本発明の実施例に係る射出装置の縦
断面図、図２はスクリュの表面温度を測定する温度セン
サの拡大断面図、図３は成形開始時と開始後のスクリュ
温度の経時的変化図、図４はショット回数の増加に伴う
スクリュ温度の経時的変化図、図５はショット回数の増
加に伴う可塑化能力の経時的変化図、図６はショット回
数の増加に伴う計量時間の経時的変化図である。

【００１０】図１に示すように、先端部にノズル１４を
有し、外周部に温度調整装置を有する円筒状の加熱筒６
を備えている。この加熱筒６は、金型１８の材料注入口
１６にノズル１４を臨ませうるようにして配設されてい
る。

【００１１】フィードホッパ４から加熱筒６内に送り込
まれた樹脂２は、モータ（図示略）により回転駆動され
るスクリュ８により樹脂材料供給部（ＦＺ）より圧縮部
（ＣＺ）へ移送され、圧縮部（ＣＺ）においてねじ溝の
溝深さが漸減するために徐々に圧縮作用を受けるように
なっている。

【００１２】この過程でスクリュフライト２０間の樹脂
２は例えばバンドヒータのような発熱体１０による加熱
筒６の内壁面からの熱伝達と、前記スクリュ８の回転作
用による樹脂自身、および樹脂２と加熱筒６もしくは前
記スクリュ８との間で生じる摩擦熱（剪断エネルギ）に
より、加熱筒６の内壁面に溶融したメルトフィルムが形
成され、さらにスクリュフライト２０により掻集され、
スクリュ溝部１２にメルトプールが形成される。

【００１３】一方、スクリュ８の軸芯部に沿って中空部
２２を形成してある。該中空部２２には圧縮部（ＣＺ）
と計量部（ＭＺ）との境界部に相当する位置に突き当た
り部を設けてあり、当該中空部２２には２つの発熱体２
４が離間して後方（フィードホッパ４側）から挿入可能
となっている。圧縮部（ＣＺ）に位置する箇所には発熱
体２４ａが挿入されており、また供給部（ＦＺ）に相当
する位置には発熱体２４ｂがそれぞれ挿入されており、
各々の発熱体２４ａ、２４ｂはそれぞれ任意の温度に加
熱可能となっている。

【００１４】図２に示すように、樹脂２の温度を測定す
る温度センサ２６が圧縮部（ＣＺ）と供給部（ＦＺ）の
温度を代表する位置にそれぞれ１箇所配設されている。
また、該温度センサ２６の先端部はスクリュ溝部１２の
表面温度の測定が可能になっており、当該温度センサ２
６の先端部はスクリュ溝部１２に段差形状の凹部を設
け、ここに温度センサ２６の装着部材２８を装着した
後、複数のボルト３０で挿抜不可能に固定されている。
なお、図１中のＭＺは計量部を示す。

【００１５】一方、スクリュ８の中空部２２内に挿入さ
れた発熱体２４（２４ａ、２４ｂ）へ送電されるリード
線の後端部にスリップリング３２が配設されており、効
率よく送電可能な構成となっている。また、温度センサ
２６によってスクリュ溝部１２の表面温度を測定には、
スリップリングを用いてもよいし、ＦＭ波を用いてもよ
い。

【００１６】なお、本発明では温度センサ２６として熱
電対を用いるとともに、テレメータにてＦＭ波を送信し
てスクリュ８温度を測定する。測定された温度はＦＭ受
信機で受信し、パソコンに取り込むようになっている。
こうすることにより、スクリュ８回転数やスクリュ前進
・または後退に関係なくスクリュ８の表面温度の連続的
な測定が可能である。

【００１７】以上のように構成した射出装置を用いた場
合の可塑化材料の加熱方法について述べる。

【００１８】まず、加熱筒６を所望の温度まで加熱する
ためにバンドヒータ１０に送電しておくと同時に発熱体
２４（２４ａ、２４ｂ）へリード線を介して送電しスク
リュ８を所望の温度に加熱しておく。引続きモータ（図
示略）の駆動によりスクリュ８を回転させてフィードホ
ッパ４から供給部（ＦＺ）のスクリュ溝部１２に樹脂２
が送り込まれる。

【００１９】供給部（ＦＺ）に落下した樹脂２は、これ
ら取り囲まれた加熱筒６とスクリュ８側の両方から加熱
されることになる。このため、樹脂２はその全体が均一
かつ万遍なく加熱されることとなり、樹脂２の顕熱は高
められ、次の圧縮部（ＣＺ）で溶融・可塑化され易くな
るのである。

【００２０】圧縮部（ＣＺ）では、加熱筒６とスクリュ
８側の両方から加熱されると同時に、スクリュ８の回転
によるスクリュ８と加熱筒６間での剪断摩擦による加熱
によって溶融し、樹脂２の渦流によって混練・可塑化さ
れる。特に、スクリュ８と加熱筒６がいずれも高温化さ
れているため、剪断摩擦による加熱に加えて、高温化さ
れたスクリュ８および加熱筒６によっても直接加熱され
る。

【００２１】そのため、樹脂２は十分に溶融・混練さ
れ、均一でかつスピーディな可塑化が行える。一般に、
加熱筒６内で樹脂２が均一に溶融・混練されて可塑化さ
れるために、スクリュ８と樹脂２間では滑りが良い反
面、加熱筒６と樹脂２間では適度の滑り抵抗が必要とさ
れる。こうしたことから、本発明では、図３に示すよう
に、樹脂の種類によって理想的な温度プロファイルが設
定可能にしておき、当該温度プロファイルにできるだけ
一致するように、スクリュ表面８ａの温度を発熱体２４
ａ、２４ｂによって加熱制御するのである。このよう
に、供給部（ＦＺ）に落下した樹脂２の顕熱を自由にか
つ素早く高められることとなり、可塑化能力が大幅に向
上するのである。

【００２２】図３はポリプロピレン樹脂（溶融温度は約
２００℃）を用いてテストした場合の例であるが、スク
リュ８内に挿入された発熱体２４ａ、２４ｂを適宜加熱
することにより、理想とする温度プロファイルより供給
部（ＦＺ）において若干低いもののほぼ理想的な温度プ
ロファイルに近い温度プロファイルを得ることができ
た。

【００２３】さらに、樹脂２を連続成形（ショット数を
増やす）してもスクリュ表面８ａの温度は低下すること
もなかった（図４）。このため、次の圧縮部（ＦＺ）に
おいては、供給部（ＦＺ）で高められた樹脂２の顕熱が
有効的に作用し、素早く溶融することができるようにな
ったことから、図５に示す如く可塑化能力が大幅に改善
された。また、同時に図６に示す如く、樹脂２を連続成
形（ショット数を増やす）してもスクリュ表面８ａの温
度が低下せずに自由度の高い制御が可能になったことか
ら、計量時間も短くできるために、製品成形サイクルが
大幅に改善された。

【００２４】こうしたことから、予め樹脂の種類、例え
ばＡＢＳ樹脂（溶融温度は２１０℃）やポリエチレン樹
脂（溶融温度は２００℃）などの樹脂２の溶融温度によ
って樹脂２と加熱筒６間および樹脂２とスクリュ表面８
ａ間の摩擦抵抗値の差を予めテストによって知見を得て
おくことにより、より一層理想的な温度プロファイルに
近い制御が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明では、スクリュの表面温度を樹脂の種類によ
って適宜加熱することが可能になったことから、連続成
形によってスクリュ表面の温度が低下することがなくな
ったために、供給部における樹脂の顕熱が高まり可塑化
能力が大幅に改善できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る射出装置の縦断面図であ
る。

【図２】スクリュの表面温度を測定する温度センサの拡
大断面図である。

【図３】成形開始時と開始後のスクリュ温度の経時的変
化図である。

【図４】ショット回数の増加に伴うスクリュ温度の経時
的変化図である。

【図５】ショット回数の増加に伴う可塑化能力の経時的
変化図である。

【図６】ショット回数の増加に伴う計量時間の経時的変
化図である。

【図７】従来の射出装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 射出装置 ２ 可塑化材料（樹脂） ４ フィードホッパ ６ 加熱筒 ８ スクリュ ８ａ スクリュ表面 １０ バンドヒータ １２ スクリュ溝部 １４ ノズル １６ 注入口 １８ 金型 ２０ スクリュフライト ２２ 中空部 ２４（２４ａ、２４ｂ） 発熱体 ２６ 温度センサ ３２ スリップリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体を備えた加熱筒内に供給部、圧縮
   部および計量部とから構成されるスクリュを摺動・回転
   自在に挿入するとともに、前記スクリュの圧縮部および
   供給部に位置する軸芯部に沿って中空部を形成し、前記
   中空部に発熱体を設けるとともに可塑化材料の温度を測
   定する温度センサをスクリュ表面に設けた射出装置を用
   い、前記供給部に供給された可塑化材料を前記スクリュ
   の供給部、圧縮部および計量部に至る表面温度がほぼ一
   定になるように発熱体の温度制御をすることにより加熱
   溶融してスクリュの前部に一旦貯溜するまでの可塑化時
   間を短くするようにしたことを特徴とする可塑化材料の
   加熱方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスクリュの供給部および
   圧縮部の表面温度プロフアイルを樹脂の種類によって前
   記温度プロファイルを任意に設定可能としたことを特徴
   とする可塑化材料の加熱方法。