WO2015133553A1

WO2015133553A1 - 射出成形機のスクリュおよび射出成形機

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Publication number: WO2015133553A1
Application number: PCT/JP2015/056435
Authority: WO
Inventors: 裕正上園; 遊佐　敦
Original assignee: 株式会社日本製鋼所; 日立マクセル株式会社
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-09-11
Also published as: AT517284A1; AT517284B1; JP2015168079A; JP5710813B1; DE112015001078T5

Abstract

　スクリュ（３）に設けられているシール構造（２７）によって加熱シリンダ（２）内が、上流側で不活性ガスが注入される高圧エリア（９）とこの下流側で不活性ガスが脱気される低圧エリア（３０）とに仕切られた射出成形機（１）のスクリュ（３）であって、スクリュ（３）のシール構造（２７）より下流側に降圧緩和区間（３５）が設けられる。降圧緩和区間（３５）は２条以上の多条フライトから構成され、スクリュ溝が深い深溝部と浅い浅溝部（３８）とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成される。不活性ガスは降圧緩和区間（３５）の下流側で脱気される。

Description

射出成形機のスクリュおよび射出成形機

　本発明は、射出成形機のスクリュの所定の位置に設けられているシール構造によって加熱シリンダ内が後方寄りの高圧エリアと前方寄りの低圧エリアとに仕切られ、高圧エリアにおいて溶融樹脂に不活性ガスが注入され、低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気されるようになっている射出成形機のスクリュに関する。

　射出成形により成形されるプラスチック成形品に対して、無電解メッキ法を実施する場合、成形品の表面を改質するために成形品の脱脂、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、表面の改質後、メッキ処理が実施される。このような前処理工程は有害物質を使用するので廃液の処理の問題があるし、工程が多くコストが高いという問題がある。近年、射出成形するだけで表面が改質された成形品を得る射出方法が提案されており、このような前処理工程を省略して無電解メッキ法を実施できるようになってきている。具体的には、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方法であり、得られる成形品は表面が改質された状態になる。この方法においては、溶融樹脂に対して添加する表面改質物質は少量であるので、表面改質物質が溶融樹脂に均一に浸透・分散するように、超臨界状態にした不活性ガスも射出成形機の加熱シリンダ内に注入される。表面改質物質が溶融樹脂に均一に浸透・分散したら、加熱シリンダから不活性ガスが脱気される。このようにして得られた、表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂が金型に射出される。このような射出方法に適したスクリュと射出成形機が、特許文献１、２によって提案されている。

日本国特許第４８０４５５７号公報日本国特許第４９３９６２３号公報

　特許文献１に記載のスクリュおよび射出成形機も、特許文献２に記載のスクリュおよび射出成形機も、スクリュの所定の位置にシールと所定の流動制御機構とからなるシール構造が設けられ、このシールによって加熱シリンダ内が２つのエリアに分割されている。特許文献１に記載のスクリュと特許文献２に記載のスクリュは、流動制御機構の構造が若干相違しているだけでその作用はほぼ同じであり、流動制御機構以外の他の構成について差異はない。そこで、特許文献１に記載のスクリュ５１および射出成形機５０について、図３によって簡略的に説明する。スクリュ５１は、加熱シリンダ５３内に回転方向と軸方向とに駆動可能に入れられており、所定の位置において外周面にシール５４が設けられている。またスクリュ５１の後方寄りはフライト溝が浅くなっていてシール作用を奏するシール部５２が形成されている。このシール５４とシール部５２とによって、加熱シリンダ５３内には後方寄りつまり上流側に第１のエリア５５が形成されている。そして前方寄りつまり下流側に第２のエリア５６が形成されている。シール５４の近傍のスクリュ５１の内部には、流動制御機構５８が設けられている。流動制御機構５８は第１、２のエリア５５、５６を連通する連通路と、連通路を開閉する弁構造とからなり、第１のエリア５５内の溶融樹脂の圧力を所定の圧力に維持し、圧力がそれより高くなると弁が開いて溶融樹脂が第２のエリア５６に流れるようになっている。この弁構造によって第１のエリア５５は高圧エリアに、第２のエリアは低圧エリアになっている。また、第２のエリア５６から第１のエリア５５への逆流は防止されている。スクリュ５１は、第１のエリア５５の所定の位置において溝が深くなっており、加熱シリンダ５３には、この部分に注入口５９が設けられている。注入口５９には超臨界流体供給装置６０が設けられ、二酸化炭素等の不活性ガスを高温高圧にして超臨界状態とし、これに表面改質物質が添加されて加熱シリンダ５３内に注入されるようになっている。第２のエリア５６に対応する加熱シリンダ５３の所定の部分には、ベント部６２が設けられ、弁６３を開くと不活性ガスが脱気されるようになっている。

　このような射出成形機５０は、例えば添加剤として表面改質物質を選定し、次のようにして射出成形することができる。すなわち、加熱シリンダ５３を加熱してスクリュ５１を回転し、後方のホッパ６４から樹脂材料を供給すると、樹脂材料は溶融して第１のエリア５５内に溜められる。超臨界流体供給装置６０によって表面改質物質が添加された超臨界状態の不活性ガスが生成され、これが注入口５９から供給される。そうすると超臨界状態の不活性ガスによって第１のエリア５５内の溶融樹脂は流動性が高くなり表面改質物質が溶融樹脂内に速やかにかつ均一に浸透・分散する。このとき第１のエリア５５内は、流動制御機構５８によって高圧に維持されるので、不活性ガスは超臨界状態を維持してガス化しない。第１のエリア５５内の溶融樹脂の圧力が所定の圧力を超えると、流動制御機構５８の弁が開いて溶融樹脂が第２のエリア５６、つまり低圧エリアに流れる。第２のエリア５６において減圧されると不活性ガスは気化する。弁６３を開いて気化した不活性ガスが脱気される。そうすると表面改質物質が均一に浸透・分散した溶融樹脂が得られる。このような溶融樹脂がスクリュ５１の先端に計量されたら、従来周知のようにスクリュ５１を軸方向に駆動して、図示されない金型に射出される。冷却固化を待って金型を開くと、表面が改質された成形品が得られる。

　このようなスクリュを備えた射出成形機は、物理発泡剤つまり不活性ガスを使用した発泡成形にも好適である。発泡成形は所定の圧力下の溶融樹脂中に飽和溶解度に達するように不活性ガスを注入しておき、これが金型内のキャビティに射出され、キャビティ内のコアを駆動したり所定量だけ型開してキャビティの容積が大きくされる。あるいはキャビティ内に少量の溶融樹脂が射出される。そうするとキャビティ内で溶融樹脂内の不活性ガスが発泡し、発泡成形品が得られる。このような発泡成形では、製品の品質にバラツキがでないように、射出する溶融樹脂中に正確に飽和溶解度になるように不活性ガスを注入する必要がある。しかしながら注入する不活性ガスを過不足無く正確に計量するのは難しい。これを図３に示されているような射出成形機を使えば、正確に飽和溶解度の不活性ガスが注入された溶融樹脂を得ることができる。具体的には、図３に示されている射出成形機５０は次のように変形される。まず、超臨界流体供給装置６０の代わりに、注入口５９に不活性ガス供給装置が設けられ、二酸化炭素、窒素等の不活性ガスを１０ＭＰａ等の高圧で第１のエリア５５に注入できるようにされる。そしてベント部６２には、所定の圧力、例えば５ＭＰａで開放されるように設定された背圧弁が設けられる。このような射出成形機において、高圧エリアである第１のエリア５５において溶融樹脂中に不活性ガスが若干過剰になるように注入される。そして低圧エリアである第２のエリア５６において所定の圧力に減圧されて余分な不活性ガスが気化し、ベント部６２から脱気される。そうすると、第２のエリア５６において溶融樹脂中には所定の圧力下における飽和溶解度の不活性ガスが溶融した状態になる。これを射出すると、品質が均一な発泡成形品が得られる。

　特許文献１に記載の射出成形機５０によっても、そして特許文献２に記載の射出成形機によっても、金属錯体からなる表面改質物質のような所望の添加剤を溶融樹脂に浸透・分散させることができ、所望の性質を備えた成形品を得ることはできる。特に、添加剤が少量であっても、第１のエリアにおいて超臨界状態の不活性ガスを注入することによって添加剤を効率よくかつ均一に溶融樹脂に浸透・分散させることができ、第２のエリアにおいては不要となった不活性ガスを適切に脱気でき、優れていると言える。また、このような射出成形機によって物理発泡剤を使用した発泡成形も実施でき、品質の高い発泡成形品が得られる。つまり第１、２のエリアを備えた射出成形機は、その基本的な構造については格別に問題はない。しかしながら、解決すべき問題も見受けられる。具体的には、第２のエリアにおける不活性ガスの脱気について問題が見受けられる。特許文献１、あるいは特許文献２に記載の射出成形機においては、ベント部において大気圧に開放されているので第２のエリアでは不活性ガスが速やかに気化してベント部から脱気される。しかしながらこのときに溶融樹脂がベント部においてベントアップしてしまい、ベント部を閉鎖したり外部に流出する可能性がある。これは、流動制御機構の弁構造が開いて第１のエリアの高圧の溶融樹脂が第２のエリアに流れるとき、その圧力差が大きいことによって溶融樹脂がベント部方向に強く押し出されて引き起こされる。また溶融樹脂から気化したガスの圧力で押し出される可能性もある。ベント部から溶融樹脂が流出しない場合でも、ベント部において溶融樹脂が盛り上がると、溶融樹脂がこの部分で固化してしまう。そうすると脱気の効率が低下して品質が低下する。仮に、第２のエリアにおいてベント部を可及的に下流方向に設けるようにすれば、溶融樹脂のベントアップは防止することができる。つまり、シール５４から離間した位置にベント部を設けるようにすれば、溶融樹脂は第２のエリアを所定の距離送られた後にベント部に達するので、圧力は徐々に低下してベントアップは防止できる。しかしながら、このようにするとスクリュ長や機械長が長くなってコストが高くなる。そうすると有効な解決方法とは言えない。発泡成形をする場合においても同様の問題がある。第２のエリアにおいて所定の圧力が維持されるようになってはいるが、第２のエリアは第１のエリアに比して低圧になっているので、ベント部においてベントアップしてしまうことがあるからである。

　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、スクリュに設けられているシール構造によって加熱シリンダ内が高圧エリアと低圧エリアとに仕切られ、高圧エリアにおいて不活性ガスが注入され、そして低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気されるようになっている射出成形機において、不活性ガスを脱気するときに安全かつ確実にベントアップを防止できる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、所定の位置にシール構造を備え、それによって加熱シリンダ内が後方寄りの高圧エリアと前方寄りの低圧エリアとに仕切られ、溶融樹脂が高圧エリアにおいて不活性ガスが注入された後に低圧エリアに送られ、低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気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して構成される。本発明は、このようなスクリュにおいてシール構造の下流側に、フライト間のスクリュ溝が浅い浅溝部と深い深溝部とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成された降圧緩和区間を設ける。またこの降圧緩和区間は２条以上の多条フライトから構成する。そして不活性ガスは、このような降圧緩和区間の下流側で脱気されるように構成する。

　第１の発明は、上記目的を達成するために、スクリュの所定の位置に設けられているシール構造によって加熱シリンダ内が後方寄りの高圧エリアと前方寄りの低圧エリアとに仕切られ、溶融樹脂は高圧エリアにおいて不活性ガスが注入された後に低圧エリアに送られ、低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気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、前記シール構造の下流側に所定の降圧緩和区間が設けられ、前記降圧緩和区間はフライト間のスクリュ溝が深い深溝部と浅い浅溝部とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成され、不活性ガスは前記降圧緩和区間の下流側で脱気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。

　第２の発明は、第１の発明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射出成形機のスクリュとして構成される。

　第３の発明は、第１の発明または第２の発明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テーパ面が形成され、前記スクリュを所定の方向に回転すると前記シールリングは前記テーパ面から離間して前記隙間を介して前記高圧エリアと前記低圧エリアが連通し、逆方向に回転すると前記シールリングが前記テーパ面に着座して前記高圧エリアと前記低圧エリアの連通が遮断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。

　第４の発明は、第１の発明または第２の発明のスクリュにおいて、前記シール構造は、前記高圧エリアと前記低圧エリアを液密的に仕切るシールと、前記高圧エリアと前記低圧エリアとを連通する連通路と、該連通路を閉鎖し前記高圧エリアの溶融樹脂が所定の圧力を超えると溶融樹脂を前記低圧エリアに流動させる弁機構とを備えている射出成形機のスクリュとして構成される。

　第５の発明は、第１の発明～第４の発明のいずれかのスクリュを備え、前記加熱シリンダは、前記高圧エリアに対応する所定の位置に、添加剤が溶解した超臨界状態の不活性ガスを注入する注入孔が明けられ、前記低圧エリアに対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔が明けられている射出成形機として構成される。

　第６の発明は、第１の発明～第４の発明のいずれかのスクリュを備え、前記加熱シリンダは、前記高圧エリアに対応する所定の位置に、高圧の不活性ガスを注入する注入孔が明けられ、前記低圧エリアに対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔が明けられ、該脱気孔には所定の圧力で開放される弁が設けられている射出成形機として構成される。

　以上によると本発明は、スクリュの所定の位置に設けられているシール構造によって加熱シリンダ内が後方寄りの高圧エリアと前方寄りの低圧エリアとに仕切られ、溶融樹脂は高圧エリアにおいて不活性ガスが注入された後に低圧エリアに送られ、低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気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している。つまり金属錯体からなる表面改質物質等の添加剤を、溶融樹脂中に効率よく浸透・分散することができる射出成形機のスクリュ、あるいは不活性ガスからなる物理発泡剤による発泡成形を実施できる射出成形機のスクリュを対象としている。そして本発明によると、スクリュには、シール構造の下流側に所定の降圧緩和区間が設けられ、降圧緩和区間はフライト間のスクリュ溝が深い深溝部と浅い浅溝部とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成され、不活性ガスは該降圧緩和区間の下流側で脱気されるように構成されている。つまり降圧緩和区間は、低圧エリアに位置することになり、絞り作用によって圧力を降下させることができる浅溝部が軸方向に２カ所以上設けられていることになる。このように構成されているので、高圧エリアから低圧エリアに溶融樹脂が流動するときも、溶融樹脂は降圧緩和区間を流れて樹脂圧力が徐々に降下することになる。そしてその後不活性ガスが脱気されるようになっているので、ベント部、つまり加熱シリンダに設けられている脱気孔におけるベントアップを確実に防止することができる。また他の発明によると、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。不活性ガスが高圧で注入されている溶融樹脂は、特に超臨界状態の不活性ガスが注入されている溶融樹脂は、粘性が低く流動性が高い。この降圧緩和区間が２条以上の多条フライトから構成された発明によって、流動性の高い溶融樹脂であっても逆流することなく適切にスクリュの下流に送られることになり、降圧緩和区間において滑らかに樹脂圧力が降下することが保証される。これによって確実にベントアップを防止することができることになる。

図１（ａ）～図１（ｃ）は本発明の実施の形態に係るスクリュを備えた、第１の実施の形態に係る射出成形機を示す図で、図１（ａ）は射出成形機の側面断面図、図１（ｂ）、図１（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）における符号Ｘ、Ｙで示される部分を拡大した、スクリュの一部側面図とスクリュの一部側面断面図である。図２は本発明の実施の形態に係るスクリュを備えた、第２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。図３は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。本発明の第１の実施の形態に係る射出成形機は、溶融樹脂に所望の添加剤を浸透・分散させるとき、超臨界状態の不活性ガスを利用して効率的に浸透・分散させる射出成形機として構成されている。従って、特許文献１や特許文献２に記載の射出成形機とその構成が類似している。すなわち、本実施の形態に係る射出成形機１も、図１（ａ）に示されているように、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スクリュ３も、特許文献１に記載のスクリュと同様に、超臨界状態の不活性ガスを利用するのに適した特定の構造を備えている。すなわち、スクリュ３には所定の位置に第１のシール構造７と第２のシール構造２７とが設けられている。これによって後で説明するように加熱シリンダ２内が３つのエリアに区分されることになり、不活性ガスを注入するための高圧エリアと不活性ガスを脱気するための低圧エリアが形成されている。

　第１のシール構造７は、シール５と、圧力の調整作用を奏する流動制御機構６とからなる。シール５は、図１（ｃ）に詳しく示されているように、スクリュ３の外周面に形成されている所定幅の溝に設けられている。シール５は、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おり、この外周面において溶融樹脂が流動することを防止している。つまり加熱シリンダ２内は、このシール５によって、上流側の第１のエリア８と下流側の第２のエリア９とに液密的に仕切られている。第１のシール構造７には流動制御機構６が１個あるいは複数個設けられている。１個の流動制御機構６は、第１及び第２のエリア８、９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１０と、この連通路１０を開閉する弁機構１１とから構成されている。連通路１０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１３が形成されている。この着座面１３に、弁機構１１を構成しているポペット弁１４の頭部１５が着座すると連通路１０が閉鎖されるようになっている。ポペット弁１４は、傘状の頭部１５と軸部１６とから構成されており、軸部１６には複数枚の皿バネ１８、１８、…が設けられている。このように皿バネ１８、１８、…が設けられたポペット弁１４は、有底の穴が開けられているリティナ１９に入れられている。そしてリティナ１９はその外周面に形成されている雄ねじによって連通路１０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１４は、皿バネ１８、１８、…によって付勢されて頭部１５が着座面１３に押しつけられ、連通路１０を閉鎖している。このポペット弁１４は、第１のエリア８内の溶融樹脂が所定の圧力になると皿バネ１８、１８、…の付勢に抗して後退し、第１、２のエリア８、９が連通して溶融樹脂が第２のエリア９に流動することになる。なお、リティナ１９には樹脂路２０が明けられていて、第１及び第２のエリア８、９が連通すると、溶融樹脂はこの樹脂路２０から第２のエリア９に流動するようになっている。第１及び第２のエリア８、９の溶融樹脂の圧力が等しいとき、あるいは第２のエリア９の圧力の方が高いときには、ポペット弁１４は着座面１３に着座して連通が遮断されるので、第２のエリア９から第１のエリア８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。

　第２のシール構造２７は、図１（ｂ）に詳しく示されているように、スクリュ３を縮径した縮径部２８と、この縮径部２８に所定の隙間を空けて設けられているシールリング２９とから構成されている。シールリング２９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２９によって加熱シリンダ２内は上流側の第２のエリア９と下流側の第３のエリア３０とに液密的に仕切られている。シールリング２９が隙間を空けて嵌合している縮径部２８はその上流側において拡径されてテーパ面３１が形成されている。シールリング２９の上流側の端部もテーパ状に形成されている。このシールリング２９のテーパ状の端部がテーパ面３１から離間しているときは、縮径部２８とシールリング２９の隙間を介して第２及び第３のエリア９、３０が連通して溶融樹脂が下流に流動することになる。シールリング２９の端部がテーパ面３１に着座していると、連通は遮断されて溶融樹脂の流動は阻害される。縮径部２８にはピン３２が設けられており、シールリング２９に形成されている係止部が係止されるようになっている。計量工程においてスクリュ３を順方向に回転するときには、シールリング２９がピン３２に係止されて溶融樹脂の流路が確保され、溶融樹脂は第３のエリア３０に送られる。スクリュ３を半周程度逆回転させると係止状態が解除されてシールリング２９はテーパ面３１に着座する。すなわち連通が遮断される。そうすると第２のエリア９の溶融樹脂の圧力が高くなっても第３のエリア３０への溶融樹脂の流動が確実に防止される。また射出時等に第３のエリア３０から第２のエリア９への溶融樹脂の逆流も防止される。

　このように第１及び第２のシール構造７、２７によって加熱シリンダ２内は第１～３のエリア８、９、３０に仕切られている。第１のエリア８は材料の樹脂を溶融する溶融エリアになっている。そして特許請求の範囲における高圧エリアは溶融樹脂に不活性ガスを高圧で注入するようになっている第２のエリア９に、そして低圧エリアは溶融樹脂から不活性ガスを脱気させる第３のエリア３０が、それぞれ該当している。また特許請求の範囲におけるシール構造は、高圧エリアと低圧エリアとを分割しているシール構造である、第２のシール構造２７が該当している。

　次に本実施の形態に係るスクリュ３のフライトについて説明する。スクリュ３の第１のエリア８、つまり第１のシール構造７より上流側は、一般的なピッチとリードのシングルフライトが形成され、材料の樹脂を溶融して前方に送り出すようになっている。スクリュ３の第２のエリア９、つまり高圧エリアは、ミキシング区間３４になっている。第２のエリア９、つまり高圧エリアは、いわゆるバリアー形と呼ばれる多条フライトから形成され、効率よくミキシングされるようになっている。このような第２のエリア９に対応するように、加熱シリンダ２には注入孔２１が設けられている。そして注入孔２１には添加剤注入装置２３が接続されている。添加剤注入装置２３は、ガスボンベ２４から供給される二酸化炭素等の不活性ガスを超臨界状態にし、添加剤供給槽２５から供給される表面改質物質等の添加剤をこの超臨界状態の不活性ガスに溶解させて、加熱シリンダ２に供給する装置である。

　スクリュ３の第３のエリア３０つまり低圧エリアには、本発明に特有のフライトを備えた降圧緩和区間３５が設けられている。降圧緩和区間３５のフライトは、リードが一般的なフライトと同じであるが、複数条のフライトからなる多条フライトからなる。本実施の形態においては、降圧緩和区間３５のフライトは、２条フライトから構成されている。このように降圧緩和区間３５のフライトは、複数条のフライトから構成されているので、降圧緩和区間３５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３５は、スクリュ溝が深い深溝部３７、３７と、浅い浅溝部３８、３８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３８、３８が２カ所以上形成されている。この浅溝部３８、３８が絞り作用を奏し、溶融樹脂が流れるときに圧力を適切に降下させることになる。

　低圧エリアに対応するスクリュ３の降圧緩和区間３５の下流側は、一般的なシングルフライトに形成されている。加熱シリンダ２には、このシングルフライトに対応する部分に不活性ガスを脱気する脱気孔４０が設けられている。つまり不活性ガスは降圧緩和区間３５の下流側で脱気されることになる。なお、脱気孔４０は脱気弁４１によって開閉するようになっている。

　本発明の第１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が供給される。供給された樹脂材料は、第１のエリア８において加熱シリンダ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、第２のエリア９すなわち高圧エリアに送られる。

　第２のエリア９に送られる溶融樹脂が所定量に達したら、スクリュ３の回転を停止して約半周分逆回転させる。そうすると第２のシール構造２７においてピン３２による係止が解除されてシールリング２９がスクリュ３に対して相対的に半周分回転する。そうするとシールリング２９がテーパ面３１に着座して第２、３のエリア９、３０の連通が遮断される。添加剤注入装置２３によって、金属錯体からなる表面改質物質等の添加剤と、超臨界状態にされた不活性ガスを加熱シリンダ２の第２のエリア９、つまり高圧エリアに注入する。高圧エリアは第１及び第２のシール構造７、２７によって完全にシーリングされているので、不活性ガスが注入されて高圧になっても溶融樹脂は第１のエリア８にも、そして低圧エリアである第３のエリア３０にも漏れない。超臨界状態の不活性ガスが注入されると溶融樹脂の粘性は小さくなって流動性が高くなり、添加剤は速やかに溶融樹脂に浸透・分散する。

　スクリュ３を順方向に回転する。そうすると第２のシール構造２７においてシールリング２９がテーパ面３１から離間して第２、３のエリア９、３０、つまり高圧エリアと低圧エリアが連通する。脱気弁４１を開にしているので、低圧エリアの脱気孔４０の近傍は大気圧に近い。そうすると、高圧エリアの溶融樹脂は低圧エリア側に強く押し流されることになる。しかしながら溶融樹脂が高圧エリアから低圧エリアに送られるときに、溶融樹脂は降圧緩和区間３５を流れるので、脱気孔４０において不活性ガスが脱気されるときにベントアップは発生しない。詳しく説明すると、降圧緩和区間３５では２条のフライトによって、溶融樹脂は滑らかに下流に送られる。そして２カ所の溝浅部３８、３８によって溶融樹脂の圧力は低下する。換言すると２カ所の溝浅部３８、３８が溶融樹脂の流動抵抗となって、流動の速度が大きくなるのが抑制される。このように本実施の形態に係るスクリュ３では、降圧緩和区間３５によって溶融樹脂の圧力が徐々に低下し、そして流動の速度が抑制されるので、溶融樹脂は緩やかに下流に送られることになる。これによって脱気孔４０における溶融樹脂のベントアップが防止される。脱気孔４０から不活性ガスが脱気されて表面改質物質等の添加剤が均一に分散した溶融樹脂が得られる。所定量の溶融樹脂が計量されたら、従来周知のようにスクリュ３を軸方向に駆動して溶融樹脂が射出される。

　次に第２の実施の形態に係る射出成形機１’について説明する。第２の実施の形態に係る射出成形機１’は、不活性ガスからなる物理発泡剤を使って発泡成形品を得る射出成形機として構成されている。射出成形機１’は図２に示されているように、第１の実施の形態に係る射出成形機１とほぼ同様に構成されている。第１の実施の形態に係る射出成形機１と同様の部材については同じ符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態に係る射出成形機１’は、注入孔２１は不活性ガスを注入する不活性ガス注入装置４３が設けられている。そして脱気孔４０には背圧弁４４が設けられ、脱気孔４０における圧力が所定の圧力、例えば５ＭＰａ以上になると弁が開くようになっている。つまり脱気孔４０近傍を一定の圧力に維持するようになっている。

　当業者であれば容易に理解できるので詳しくは説明しないが、第２の実施の形態に係る射出成形機１’によって発泡成形品を得るには次のようにする。スクリュを回転して溶融樹脂を第２のエリア９、つまり高圧エリアに送る。スクリュが約半周分だけ逆回転されて第２のシール構造２７における連通を遮断する。この状態で高圧エリアに若干多めに不活性ガスが注入される。そうすると溶融樹脂の圧力は、例えば１０ＭＰａ等に上昇する。スクリュが順方向に回転されると第２のシール構造２７が連通し、溶融樹脂はミキシング区間３４において混練されながら第３のエリア３０つまり低圧エリアに送られる。低圧エリアは背圧弁４４によって５ＭＰａになるように制御されているので、溶融樹脂は高圧エリアから低圧エリアに強く送り出される。しかし、溶融樹脂は、降圧緩和区間３５によって流動が抑制され、圧力は滑らかに降下して脱気孔４０におけるベントアップが抑制される。脱気孔４０から不活性ガスが脱気されると、第３のエリア３０には、５ＭＰａの圧力下における飽和溶解度で不活性ガスが溶解した溶融樹脂が得られる。これを射出すると発泡成形品が得られる。

　本実施の形態は色々な変形が可能である。例えば、第１及び第２のシール構造７、２７は、シール作用を奏すると共に所定の条件によって溶融樹脂を流動させることができれば、他の構造から構成されていてもよい。例えば、第２のシール構造２７に、第１のシール構造７と同じものを採用してもよい。他の点についても変形が可能である。例えば第１及び第２エリア８、９のフライトは、本実施の形態に限定される必要はなく、他の種類のフライトに換えることもできる。

　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

　本出願は、２０１４年３月５日出願の日本特許出願（特願２０１４－０４２３７３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　ここで、上述した本発明に係る射出成形機のスクリュおよび射出成形機の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［６］に簡潔に纏めて列記する。

　［１］　スクリュ（３）の所定の位置に設けられているシール構造（第１のシール構造７、第２のシール構造２７）によって加熱シリンダ（２）内が後方寄りの高圧エリア（第１のエリア８、第２のエリア９）と前方寄りの低圧エリア（第２のエリア９、第３のエリア３０）とに仕切られ、溶融樹脂は高圧エリア（第２のエリア９）において不活性ガスが注入された後に低圧エリア（第３のエリア３０）に送られ、低圧エリア（第３のエリア３０）において不活性ガスが脱気されるようになっている射出成形機（１）のスクリュ（３）であって、
　前記スクリュ（３）には、前記シール構造（第２のシール構造２７）の下流側に所定の降圧緩和区間（３５）が設けられ、前記降圧緩和区間（３５）はフライト間のスクリュ溝が深い深溝部（３７）と浅い浅溝部（３８）とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成され、不活性ガスは前記降圧緩和区間（３５）の下流側で脱気されるようになっている射出成形機（１）のスクリュ（３）。

　［２］　上記［１］に記載のスクリュ（３）において、前記降圧緩和区間（３５）は２条以上の多条フライトから構成されている射出成形機のスクリュ（３）。

　［３］　上記［１］に記載のスクリュ（３）において、前記シール構造（第２のシール構造２７）は、前記スクリュ（３）が縮径している縮径部（２８）と、所定の隙間を開けて前記縮径部（２８）に嵌合されていると共に前記加熱シリンダ（２）のボアに対して液密的に摺動されるシールリング（２９）とからなり、前記縮径部（２８）には前記シールリング（２９）が着座するテーパ面（３１）が形成され、前記スクリュ（３）を所定の方向に回転すると前記シールリング（２９）は前記テーパ面（３１）から離間して前記隙間を介して前記高圧エリア（第２のエリア９）と前記低圧エリア（第３のエリア３０）が連通し、逆方向に回転すると前記シールリング（２９）が前記テーパ面（３１）に着座して前記高圧エリア（第２のエリア９）と前記低圧エリア（第３のエリア３０）の連通が遮断されるようになっている射出成形機のスクリュ（３）。

　［４］　上記［１］に記載のスクリュ（３）において、前記シール構造（第１のシール構造７）は、前記高圧エリア（第１のエリア８）と前記低圧エリア（第２のエリア９）を液密的に仕切るシール（５）と、前記高圧エリア（第１のエリア８）と前記低圧エリア（第２のエリア９）とを連通する連通路（１０）と、該連通路（１０）を閉鎖し前記高圧エリア（第１のエリア８）の溶融樹脂が所定の圧力を超えると溶融樹脂を前記低圧エリア（第２のエリア９）に流動させる弁機構（１１）とを備えている射出成形機（１）のスクリュ（３）。

　［５］　上記［１］～［４］のいずれかに記載のスクリュ（３）を備え、
　前記加熱シリンダ（２）は、前記高圧エリア（第２のエリア９）に対応する所定の位置に、添加剤が溶解した超臨界状態の不活性ガスを注入する注入孔（２１）が明けられ、前記低圧エリア（第３のエリア３０）に対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔（４０）が明けられている射出成形機（１）。

　［６］　上記［１］～［４］のいずれかに記載のスクリュ（３）を備え、
　前記加熱シリンダ（２）は、前記高圧エリア（第２のエリア９）に対応する所定の位置に、高圧の不活性ガスを注入する注入孔（２１）が明けられ、前記低圧エリア（第３のエリア３０）に対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔（４０）が明けられ、該脱気孔（４０）には所定の圧力で開放される弁（背圧弁４４）が設けられている射出成形機（１）。

　本発明によれば、不活性ガスを脱気するときに安全かつ確実にベントアップを防止できる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ができる。このような効果を奏する本発明は、射出成形機のスクリュ、および射出成形機の分野において有用である。

　　１　　　射出成形機　　　　　　　２　　　加熱シリンダ
　　３　　　スクリュ　　　　　　　　５　　　シール
　　６　　　流動制御機構　　　　　　７　　　第１のシール構造
　　８　　　第１のエリア　　　　　　９　　　第２のエリア
　１０　　　連通路　　　　　　　　１１　　　弁機構
　１３　　　着座面　　　　　　　　１４　　　ポペット弁
　２１　　　注入孔　　　　　　　　２３　　　添加剤注入装置
　２７　　　第２のシール構造　　　３０　　　第３のエリア
　３４　　　ミキシング区間　　　　３５　　　降圧緩和区間
　３７　　　深溝部　　　　　　　　３８　　　浅溝部
　４０　　　脱気孔　　　　　　　　４４　　　背圧弁

Claims

　スクリュの所定の位置に設けられているシール構造によって加熱シリンダ内が後方寄りの高圧エリアと前方寄りの低圧エリアとに仕切られ、溶融樹脂は高圧エリアにおいて不活性ガスが注入された後に低圧エリアに送られ、低圧エリアにおいて不活性ガスが脱気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、前記シール構造の下流側に所定の降圧緩和区間が設けられ、前記降圧緩和区間はフライト間のスクリュ溝が深い深溝部と浅い浅溝部とが少なくとも軸方向にそれぞれ２カ所以上形成され、不活性ガスは前記降圧緩和区間の下流側で脱気されるようになってい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テーパ面が形成され、前記スクリュを所定の方向に回転すると前記シールリングは前記テーパ面から離間して前記隙間を介して前記高圧エリアと前記低圧エリアが連通し、逆方向に回転すると前記シールリングが前記テーパ面に着座して前記高圧エリアと前記低圧エリアの連通が遮断されるようになってい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、前記シール構造は、前記高圧エリアと前記低圧エリアを液密的に仕切るシールと、前記高圧エリアと前記低圧エリアとを連通する連通路と、該連通路を閉鎖し前記高圧エリアの溶融樹脂が所定の圧力を超えると溶融樹脂を前記低圧エリアに流動させる弁機構とを備えている射出成形機のスクリュ。
　請求項１～４のいずれか一項に記載のスクリュを備え、
　前記加熱シリンダは、前記高圧エリアに対応する所定の位置に、添加剤が溶解した超臨界状態の不活性ガスを注入する注入孔が明けられ、前記低圧エリアに対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔が明けられている射出成形機。
　請求項１～４のいずれか一項に記載のスクリュを備え、
　前記加熱シリンダは、前記高圧エリアに対応する所定の位置に、高圧の不活性ガスを注入する注入孔が明けられ、前記低圧エリアに対応する所定の位置に不活性ガスを脱気する脱気孔が明けられ、該脱気孔には所定の圧力で開放される弁が設けられている射出成形機。