JP2000296540A - 可塑化・射出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトで樹脂の混練能力が高く、安定した
成形品を得ることができる可塑化・射出装置の提供 【解決手段】本発明の射出成形機の可塑化・射出装置
は、先端中心から裾部にかけて一本または複数本の螺旋
溝２を形成した回転可能な放物型スクリューにおいて、
スクリュー断面の外郭線が複数の放物線の組み合わせに
よるパラボーラヘッド１をスクリュー形状に合致するよ
うに内空を形成しているバレル内に配置した可塑化装置
と、この可塑化装置に平行あるいは角度を付けた位置に
配置された射出装置によって可塑化・混練された樹脂が
射出されることを特徴とする可塑化・射出装置であっ
て、可塑化装置は、バレルの先端に吐出口８を備えてい
るとともに、側面にはバレル１０の放物凹部１５に通じ
る投入口９からなり、放物面形状のスクリューを回転さ
せながら溶融樹脂をポット１３内に充填する機構となっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック材料
の可塑化・射出装置に関するものである。また押出機の
混練装置にも関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の射出成形機の可塑化・混練機に
は、各種の手段によるものが多数存在するが、その代表
的なものとして図４のようにペレットの圧縮変形を行
い、変形した固まり（プラグ）を輸送する輸送部２４と
シリンダ２５とプラグの摩擦熱と伝達熱により溶融循環
流をつくる溶融部２３と溶融された樹脂を樹脂の吐出口
へ輸送する溶融体輸送部２２にわかれたインライン式の
単軸スクリュー２６が市販されている。また射出成形で
金型内へ充填される樹脂材料は加圧と固化状態では非ニ
ュートン流体であり粘弾性体でもある。従ってプランジ
ャの移動量と金型内部に充填された樹脂材料が受ける圧
縮応力は比例しない。また樹脂材料がプランジャ動作の
追従性に優れていない。このようにプランジャの動作を
モータなどにより制御することは容易ではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在多くの射出成形機
はインラインあるいはスクリュプリプラ方式の構造を持
つものが多い。ここに用いられるスクリュの多くは直線
棒状のスクリュが一般的である。前記従来の射出成形機
に使用する混練機のスクリューは、樹脂の輸送部と溶融
部と溶融体輸送部に分かれているので、長尺のスクリュ
ーとシリンダを用いることとなり、長尺の部材を必要と
すると共に、長い設置スペースを要していた。このため
装置の小型化が困難であった。一方、図５のような押出
機のコーン型スクリュー２７では、そのスクリューのテ
ーパが一定であり、またスクリューがヒーター３２によ
り一定の温度分布であるため、樹脂の輸送部及び溶融部
及び溶融体輸送部が一体となる構造となっている。よっ
て、ヒーター３２の熱によりスクリューの後方のホッパ
ー投入口付近にて、樹脂が輸送と同時に溶融が開始さ
れ、その投入口で樹脂詰まり（ブリッジ）を起こすこと
となる。また樹脂による背圧が直に駆動軸２８にかかる
構造である。さらにテーパ状のスクリュでは内部に溶け
た樹脂の粘性は直線的に粘度分布することが理想である
が、実際の溶融樹脂の粘度は溶け方もさまざまでありそ
の粘度分布は直線的ではない。そこで実際の溶融樹脂の
粘度分布に近付けるスクリュの形状が求められていた。
またテーパ状のスクリュの先端角度をあまり急にすると
スクリュ全長が短くなるが樹脂を溶融させるための温度
を加える過程において低温から高温までの温度勾配を与
えにくいという欠点もある。次にスクリュの後端部では
先端角度を急にするあまりその直径が拡大される。樹脂
が溶融する際にはここへ高い背圧を生じる。その結果軸
受け部に高いスラスト力が加わる。このため軸受け部の
大型化を招き装置費用を押し上げていた。軸受け部には
スラスト力を軽減する構造が求められていた。

【０００４】プリプラ式の成形機においては材料が金型
のキャビティに充填され、この充填工程においてプラン
ジャが所定時間、所定圧力で加圧する保圧工程がある。
これは射出成形には特有の動作工程である。だがこの動
作は制御するうえでは多くの課題を抱えている。充填さ
れる樹脂材料は加圧され、固化状態では非ニュートン流
体であり粘弾性体でもある。従ってプランジャの移動量
と金型内部に充填された樹脂材料が受ける圧縮応力は比
例しない。また樹脂材料が動作の追従性に優れていな
い。このようにプランジャの動作をモータなどにより制
御することは容易ではない。

【０００５】現在では保圧工程において、圧力センサな
どで樹脂圧の変化をフィードバックしてプランジャ、ス
クリュの制御を行う方法が多く取り入れられている。し
かしながら途中に介在するボールねじ、タイミングベル
ト等の影響により正確な制御が困難である。またセンサ
の能力を向上させようとすると直接樹脂圧力を取り出そ
うとするため、厳しい環境下に頑丈で高感度のセンサを
設置する必要がある。さらにこのセンサを駆動するモー
タも高精度、高感度のモータとなり、センサやモータ共
に高価なものになる。

【０００６】これを解決するために保圧工程の制御につ
いてはこれまで、ＰＩＤを主体にした一般的には古典制
御と呼ばれる手法が用いられている。また、特開平６−
２７８１７６では電磁クラッチを用いた構造が提案され
ている。さらに制御能力の向上のために学習機能を取り
入れた圧力波形追従制御、精密工学会誌１９９９年２月
号、２９３頁なども提案されている。この内電磁クラッ
チを使用するものは大きいトルクには耐えられないこ
と、部品の点数が増加するという問題がある。また学習
機能を用いた圧力波形追従制御では圧力波形の再現性能
は良好であるがこれがそのまま成形品の機能、外観にす
ぐ反映するものとは言いがたい面もある。樹脂の持つ可
塑化から射出までの履歴がばらついており、いくら圧力
波形を一様に揃えても成形品の出来映えに即反映すると
は言いきれない。このように可塑化と射出状態において
その履歴なり工程を制御することは問題が多い。そこ
で、これまでのモータ駆動の射出装置とは別に、新しい
タイプの制御方式を盛り込んだ可塑化・射出装置の提供
を別の目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点の
ひとつであるスペースの削減を解決したもので従来品に
おける長尺のスクリューや円錐型のスクリューに代え
て、表面に先端に進むほど溝の深さを小さくした螺旋溝
３を形成し放物面２を特徴としたパラボーラヘッド１を
用い、先端部分の大きなテーパにより溶融の効率を高め
ているため、投入口１０でブリッジを起こすことなく樹
脂の輸送がスムーズとなり、このパラボーラヘッド１と
合致する放物凹部を有するバレル１１との組み合わせに
より、コンパクトで混練効率がよく、洗浄も容易な混練
スクリューを提供するものである。また、直線状のテー
パスクリュでは得られない溶融樹脂の非直線的な粘度分
布を実現させる。さらに樹脂の円滑な溶融状態を得るた
めに樹脂の投入口からスクリュ先端までの温度分布を次
第に昇温させるものである。

【０００８】すなわち、本発明は、放物面２の先端中心
から裾部にかけて螺旋溝３を形成した回転可能なパラボ
ーラヘッド１とバレル１１の中心部に前記パラボーラヘ
ッド１の放物面２を合致する放物凹部が形成されてい
て、放物凹部の先端には、吐出口９を備えているととも
に、側面にはバレル１１の放物凹部１６に通じる投入口
１０からなり、前記パラボーラヘッド１の放物面２と前
記バレル１１の放物凹部との間を微小間隔に保った状態
にて回転させながら投入口１０より被混練物を投入する
ことにより吐出口９から混練物を吐出させるようにし
た。これにより直線状のテーパスクリュでは得られない
溶融樹脂の非直線的な粘度分布を実現することを特徴と
する混練機の混練スクリューである。加えて樹脂の背圧
によるスラスト荷重が駆動源６に負荷を与えない構造を
とった可塑化・射出装置

【０００９】さらに前記の可塑化装置の構造に加えこれ
までのモータ駆動の射出装置においてモータのトルク検
出電流を基準にして速度と圧力の制御対象を切り換え
る。この時切り換えのタイミング、速度・圧力の設定値
への制御に制御対象を予測する時間対応プログラムを設
定し、ボールねじのトルク検出電圧を開始の基準とする
構造を盛り込んだ可塑化・射出装置。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図５に基づき説明する。 図１は、背面にカップリング
４を介して駆動源６によって駆動する出力軸５を有する
放物形状をもつパラボーラヘッドで、その先端中心から
後方にかけて図３に示すように１本の螺旋溝３が形成さ
れている。

【００１１】パラボーラヘッド１の材質としては、表面
窒化焼き入れを施すことにより、耐焼き付き、がじり特
性にすぐれた構造用鋼（ＳＣＭ４４０Ｈ）が用いられ、
このパラボーラヘッドには、温度調節可能にするため、
バレル１１にバンドヒータをつけ、被混練物の混練条件
により温度を調節することができる。

【００１２】なお、パラボーラヘッド１の螺旋溝３の形
態、断面形状及びその数等は特に限定されるものではな
く、被混練物の性質により適宜選定されるものである。
望ましくは直線的にはならず断面形状は、放物線形状が
樹脂材料の混練において理想的な粘度分布を与えるよう
に設計する。

【００１３】図中１１は、円筒状のバレル（以下「バレ
ル」）で、一側面中心部に前記パラボーラヘッド１の放
物面２と合致する放物凹部１６を備えると共にその先端
部に吐出口９を備え、上部には放物凹部１６に至る投入
口１０を有する。

【００１４】バレル１１の材質としては、前記パラボー
ラ１と同様に、表面窒化焼き入れを施すことにより耐焼
き付き、がじり特性にすぐれた金属鋼材（ＳＣＭ４４０
Ｈ）が用いられ、また、バレルを円筒状にすることによ
り、バレル１１に添え付けたバンドヒータからパラボー
ラヘッドへの熱伝達を均一にしている。

【００１５】さらに、バレル１１の投入口にはヒートシ
ンク１８を設け、ホッパー８から自重によって放物凹部
１６に達した樹脂が急激に加熱されることによるブリッ
ジを起こさないようにかかる箇所を冷却してある。

【００１６】本発明に係る混練機の全体構成図は、図２
のようにハウジング１７とマニホールドブロックＡ１２
によりバレル１１を固定し、このバレル１１の放物凹部
１６にパラボーラヘッド１の放物面２を合致させるよう
にし、ベアリング１９にパラボーラヘッド後部の円筒部
を圧入している。またその円筒部の中心に出力軸５がカ
ップリングを介して、連結されている。

【００１７】パラボーラヘッド１の放物面２とバレル１
１の放物凹部１６との間隔は、通常０．４ｍｍ程度に設
定されているが、この間隙は、ベアリングカラー２０の
厚みを変更することにより、０．５〜１．０ｍｍ程度に
調節できる。

【００１８】また、図中のパラボーラヘッド１に連結さ
れたカップリング４と駆動源６に直結された出力軸５の
軸方向の接触面に間隙を１ｍｍ程度もたせ、混練溶融さ
れた樹脂による背圧が、減速機６に負荷を与えない構造
をとっている。

【００１９】モータ駆動の射出装置においてモータの駆
動はタイミングベルトやボールネジを介してプランジャ
ーへと接続されている。金型内へ樹脂が充填される過程
において、プランジャーへは樹脂からの反力を受ける。
このときのトルク検出電流を基準にして速度と圧力の制
御対象を切り換える。この時切り換えのタイミング、速
度圧力の設定値への制御についてはこれまで、ＰＩＤを
主体にした一般的には古典制御と呼ばれる手法が用いら
れていたが、今回は制御対象を予測する時間対応プログ
ラムを設定する。この予測には制御対象の動特性を伝達
関数として内部に設定する。この伝達関数はあらかじめ
各種の材料成形条件ごとに定数をきめておく。またこの
定数に合致しない材料や成形条件が出現した場合はユー
ザパラメータとして反応感度などを微調整できる領域を
設定するようにする。常に目標値をいくつかのステップ
数だけ記憶し、現在の目標値をそのいくつかのステップ
数だけ将来の目標値と考えて制御を行う。

【００２０】

【作用】本発明に係る混練機においては、パラボーラヘ
ッド１を回転（通常５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍ）させな
がらホッパー８を介してバレル１１の上部の投入口１０
から被混練物としてプラスチックのペレットを投入する
と、このペレットは加熱状態にてパラボーラヘッドの螺
旋溝３に引き込まれ、溶融状態にて混練されながら螺旋
溝３に沿ってパラボーラヘッド１の前方に強制的に送ら
れ、バレル１１の吐出口９から混練物を吐出させること
ができる。

【００２１】

【実施例】本発明に係る混練機を用いて、図２のように
射出成形機を製作した。この射出成形機は、パラボーラ
ヘッドによって混練溶融された樹脂が、バレル１１の吐
出口９から吐出され、ヒーターで樹脂に応じて温度が保
たれたマニホールドブロックＡ１２の流路２１を通過
し、同様にヒーターで温度が保たれたマニホールドブロ
ックＢ１３内のポット１４と射出待機中のプランジャー
１５との間に充填させるようにした構造を持つプリプラ
式射出成形機である。

【００２２】以下の通りの条件にて射出成形を行ったと
ころ、６種のプラスチック材料が均一に混練され効率よ
く成形品が得られた。 コーンヘッドの直径：８０ｍｍ 螺旋溝の断面形状：幅５ｍｍ、深さ（先端部）２ｍｍ、
深さ（裾部）４ｍｍ 螺旋溝の数：１ パラボーラヘッドの温度：２００〜４００℃ バレルの温度：２００〜４００℃ パラボーラヘッドの回転数：５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍ プラスチックペレットの材質Ａ：アクリルニトリルブチ
レンスチレン プラスチックペレットの材質Ｂ：ポリプロピレン プラスチックペレットの材質Ｃ：ポリカーボネート プラスチックペレットの材質Ｄ：ポリアセタール プラスチックペレットの材質Ｅ：ポリブチレンテレフタ
レート プラスチックペレットの材質Ｆ：ポリフェニレンサルフ
ァイド

【００２３】

【発明の効果】本発明においては、射出成形機などにお
いて、混練部が省スペースを実現しており、また混練部
を射出機構の上部に設置しているため、バレル及びスク
リューの取り外しが容易であり、メンテナンスにも時間
を要しない。溶融樹脂は放物線形状のスクリューでの混
練において段階的に粘度分布を与えることが可能とな
る。このことは樹脂の溶融過程において樹脂自身に応力
を過度に与えないことにつながる。従って成形されたあ
との製品の内部応力の低減となり、成形不良（反り、ひ
けなど）の低減となる。加えて樹脂の背圧によるスラス
ト荷重が駆動源に負荷を与えない構造をとった為に可塑
化・射出装置の構造が複雑かつ高剛性を必要としなくと
も良いので装置費用が安価になる。また軸受け部の形状
も小型化できるので省スペースが実現可能となる。

【００２４】さらに、パラボーラヘッドやバレルが、市
販の単軸スクリューと比べ、長さが半分以下と短いた
め、樹脂の入れ替えに時間を要しない。よって樹脂の交
換、入れ替えが煩雑に行われる多品種少量生産の成形加
工に利用できる。充填される樹脂材料は加圧され、固化
状態では非ニュートン流体であり粘弾性体でもある。従
ってプランジャーの移動量と金型内部に充填された樹脂
材料が受ける圧縮応力は比例しない。今回考案した制御
方法は樹脂材料が動作の追従性に優れているものが提供
できる。その結果成形されたあとの製品の内部応力の低
減となり、成形不良（反り、ひけなど）の低減となる。

【００２５】従って、本発明の産業利用性は非常に高い
ものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る混練スクリューの要部断面図

【図２】 本発明に係る射出成形機の要部断面図

【図３】 パラボーラヘッドの側面図

【図４】 従来の射出成形機の混練スクリュー要部側断
面図

【図５】 従来の押出機の混練スクリュー要部側断面図

【符号の説明】

１ パラボーラヘッド ２ 放物面 ３ 螺旋溝 ４ カップリング ５ 出力軸 ６ 駆動源 ７ モーター ８ ホッパー ９ 吐出口 １０ 投入口 １１ バレル １２ マニホールドブロックＡ １３ マニホールドブロックＢ １４ ポット １５ プランジャー １６ 放物凹部 １７ ハウジング １８ ヒートシンク １９ ベアリング ２０ ベアリングカラー ２１ 流路 ２２ 溶融体輸送部 ２３ 溶融部 ２４ 輸送部 ２５ シリンダ ２６ 単軸スクリュー ２７ コーン型スクリュー ２８ 駆動軸 ２９ ホッパー ３０ 投入口 ３１ 支持棒 ３２ ヒーター ３３ フランジ ３４ 吐出口 ３５ 中空モーター ３６ ベアリング

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年２月２９日（２０００．２．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 可塑化・射出装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック材料
の可塑化・射出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の射出成形機の混練機には、各種の
手段によるものが多数存在するが、その代表的なものと
して図４のように樹脂の圧縮変形を行い、樹脂を輸送す
る輸送部２３とシリンダ２４と樹脂の摩擦熱と伝達熱に
より溶融循環流をつくる溶融部２２と溶融された樹脂を
樹脂の吐出口へ輸送する溶融体輸送部２１にわかれたイ
ンライン式の単軸スクリュー２５が市販されている。

【０００３】また、前記のような直線棒状のスクリュー
を使用し、可塑化装置と射出装置を分離したいわゆるプ
リプラ式射出成形機（特開平１０−３１５２８２）が提
案されている。しかし前記プリプラ式射出成形機に使用
する直線棒状のスクリューは、図５に示す円錐型スクリ
ューなどに比べ長尺の部材を必要とするとともに占有ス
ペースが増していた。

【０００４】さらに、前記直線棒状のスクリューは樹脂
が温度によって粘性が変化する性質をもつために、シリ
ンダ内で樹脂とシリンダ間の摩擦力低下が起こり、樹脂
がシリンダとスクリュー間でスリップして搬送されず滞
留し、結果として成形安定性が落ちるといった問題があ
った。そこで、スクリュー内に射出シリンダを有し、ス
クリュー形状を放物型にすることで樹脂の計量部への搬
送能力を高めたもの（特開平８−２９４９４８）や、プ
リプラ式射出成形機であってスクリュー形を円錐型にし
たもの（特開平９−１０９２０１）が提案されている。

【０００５】樹脂材料の搬送能力とは、樹脂・シリンダ
表面間の摩擦力と樹脂・スクリュー溝表面間の摩擦力の
差であり、前記樹脂材料とシリンダ表面の摩擦力は樹脂
を搬送方向へ牽引する力として働き、前記樹脂材料とス
クリュー表面の摩擦力は樹脂の搬送を妨げる力として働
く。すなわち、スクリュー形状を放物型または円錐型に
することで、樹脂がスクリュー軸の先端方向に押される
力に分力が発生し、その分力が直圧力としてシリンダ表
面に働き樹脂材料とシリンダ表面の摩擦力を増幅させ効
率よく樹脂を搬送する。

【０００６】また、ナイロンや液晶ポリマーなどの耐熱
性と難燃性の高い樹脂は、成形温度と分解温度の幅が非
常に狭く、温度の変化に対する反応が過敏であるが、プ
リプラ式射出成形機を採用すればスクリューが移動せず
可塑化され、外部からの熱の影響を受けることがない。
よって、常に一定した熱履歴を樹脂に与えるので溶融状
態の安定性が高く、さらにスクリューから吐出された樹
脂は計量部への供給状態が安定することが知られてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（特開平８−２９４９４８）の可塑化・射出機構は、ス
クリュー内の射出シリンダ内を進退運動する射出プラン
ジャーが樹脂溶融部の高温熱をスクリュー後部に伝達す
ることにより、スクリュー後部も高温となりスクリュー
後部の樹脂投入口付近にて樹脂が搬送と同時に溶融が開
始され、樹脂詰まり（ブリッジ）を起こすこととなる。
また、図５に示す円錐型スクリュー２６は、ヒーター３
１の熱により一定の温度分布をもっているため、樹脂の
輸送部及び溶融部及び溶融体輸送部が一体となる構造と
なっている。よってホッパー２８にて前記と同様の樹脂
詰まりを起こすこととなる。

【０００８】さらに、このように樹脂が搬送と同時に溶
融が開始された状態では、プラスチック材料は金属など
の他の材料に比べて熱伝導率が低く熱が樹脂内に浸透し
にくいという性質があるので、スクリューによる攪拌を
行わず樹脂ペレットを加熱すると加熱面に接触する部分
のみが溶融する。この場合、材料の熱分解が不均一に行
われ、全体が溶融しても樹脂材料が変質して所定の性質
をもった製品がとれなく場合がある。

【０００９】さらに、前記円錐型スクリュー２６は、ス
クリューの後端部で先端角度を急にするあまりその直径
が拡大され、樹脂が溶融する際にはここへ高い背圧を生
じる。その結果軸受け部に高いスラスト力が加わる。こ
のため軸受け部の大型化を招き装置費用を押し上げてい
た。

【００１０】本発明に係わる可塑化・射出装置は前記問
題点を解決したもので、射出機構と混練機構を分離した
プリプラ式であるために、混練部において常に一定した
熱履歴を樹脂に与えることが可能であるので、樹脂を溶
融させるための温度を加える過程において、低温から高
温までの安定した温度勾配を与えることができ、前記の
ような樹脂詰まりが解消される。また、従来品における
直線棒状のスクリューや円錐型のスクリューに代えて螺
旋溝２を形成し放物断面形状を特徴としたパラボーラヘ
ッド１を用いることにより、樹脂を強力にスクリュー先
端方向へ搬送することができる。

【００１１】加えて、前記パラボーラヘッド１の断面
は、先端方向に凸であり、図６のようにスクリュー先端
を頂点として座標系で表すとＹ＝ｎＸ² （ｎ＝ａ₁ ，
ａ₂ ，ａ₃ ，…）のように、それぞれの係数ｎを有し、段
階的に異なる複数の放物線を組み合わせたことが望まし
い。特には、図６において（ａ₁ ＜ａ₂ ＜ａ₃ ＜…）とな
るように設定し、その最外郭線がスクリュー断面の外周
となるように設定する。例えば、図６のＹ＝ａ₁ Ｘ² の放
物線が図７のの領域、Ｙ＝ａ₂ Ｘ² の放物線が図７の
の領域となる。この方法をとれば、スクリュー先端付近
にてより強力な樹脂材料とシリンダ表面の摩擦力すなわ
ち圧縮力が得られると共に、スクリュー後端部の径が拡
大されることがないので、軸受け部へのスラスト力を低
減することができる。

【００１２】さらに、温度変化に対する反応が過敏な樹
脂に対しては、熱分解する前に十分に攪拌し、均一に溶
融させるために、図７のように直線棒状のスクリューを
前記パラボーラヘッド１の後端部になめらかに結合する
ことが望ましい。これが円錐型スクリューの場合では前
記直線棒状のスクリューを結合した際、結合点は屈曲点
となり、樹脂の滞留や焼き付きを起こす結果となるので
適切ではない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の射出成形機の可
塑化・射出装置は、先端中心から裾部にかけて一本また
は複数本の螺旋溝２を形成した回転可能な放物型スクリ
ューにおいて、スクリュー断面の外郭線が複数の放物線
の組み合わせによるパラボーラヘッド１をスクリュー形
状に合致するように内空を形成しているバレル内に配置
した可塑化装置と、この可塑化装置に平行あるいは角度
を付けた位置に配置された射出装置によって可塑化・混
練された樹脂が射出されることを特徴とする可塑化・射
出装置であって、可塑化装置は、バレルの先端に吐出口
８を備えているとともに、側面にはバレル１０の放物凹
部１５に通じる投入口９からなり、放物断面形状のスク
リューであるパラボーラヘッド１とバレル１０との間を
微少間隔に保った状態にて回転させながら投入口９より
樹脂ペレットを投入することにより吐出口８から溶融樹
脂を吐出させるようにしたことを特徴としている。また
射出装置は、前記可塑化装置により吐出された溶融樹脂
が樹脂の逆流防止機構を介してポット１３と射出待機中
のプランジャー１４との間に充填される機構となってい
る。

【００１４】さらには、前記パラボーラヘッド１の後端
部を図７のように直線棒状のスクリューをなめらかに結
合し、目的の樹脂材料に応じて樹脂を十分に攪拌させて
均一に材料を溶融させるようにしてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図７に基づき説明する。図１は、背面にカップリング３
を介して駆動源５によって駆動する出力軸４を有する放
物面形状をもつパラボーラヘッドで、その先端中心から
後方にかけて図３に示すように１本の螺旋溝２が形成さ
れている。

【００１６】パラボーラヘッド１の材質としては、表面
窒化焼き入れを施すことにより、耐焼き付き、がじり特
性にすぐれた構造用鋼（ＳＣＭ４４０Ｈ）が用いられ、
このパラボーラヘッド１には、温度調節可能にするた
め、バレル１０にバンドヒータをつけ、被混練物の混練
条件により温度を調節することができる。

【００１７】なお、パラボーラヘッド１の螺旋溝２の形
態、断面形状及びその数等は特に限定されるものではな
く、被混練物の性質により適宜選定されるものである。
また断面形状は望ましくは直線的にならず、放物断面形
状が樹脂材料の混練において理想的な粘度分布を与える
ように設計する。さらに、温度変化に対する反応が過敏
なナイロン・液晶ポリマー等の樹脂に対しては、均一な
熱分解をさせるため樹脂ペレットを十分に攪拌させる領
域を設ける必要があるが、パラボーラヘッド１の後端部
には、図７のように直線棒状のスクリューをなめらかに
結合することができる。

【００１８】図中１０は、円筒状のバレル（以下「バレ
ル」）で、一側面中心部に前記パラボーラヘッド１と合
致する放物凹部１５を備えると共にその先端部に吐出口
８を備え、上部には放物凹部１５に至る投入口９を有す
る。

【００１９】バレル１０の材質としては、前記パラボー
ラ１と同様に、表面窒化焼き入れを施すことにより耐焼
き付き、がじり特性にすぐれた構造用鋼（ＳＣＭ４４０
Ｈ）が用いられ、また、バレルを円筒状にすることによ
り、バレル１０に添え付けたバンドヒータからパラボー
ラヘッド１への熱伝達を均一にしている。

【００２０】さらに、バレル１０の投入口にはヒートシ
ンク１７を設け、ホッパー７から自重によって放物凹部
１５に達した樹脂が熱溶融によるブリッジを起こさない
ようにしてある。

【００２１】本発明に係る混練機の全体構成図は、図１
のようにハウジング１６とマニホールドブロックA１１
によりバレル１０を固定し、このバレル１０の放物凹部
１５にパラボーラヘッド１を合致させるようにし、ベア
リング１８にパラボーラヘッド背面の円筒部を圧入して
いる。またその円筒部の中心に出力軸４がカップリング
を介して、連結されている。

【００２２】パラボーラヘッド１とバレル１０の放物凹
部１５との間隔は、通常０．４ｍｍ程度に設定されてい
るが、この間隙は、ベアリングカラー１９の厚みを変更
することにより、０．５〜１．０ｍｍ程度に調節でき
る。

【００２３】

【作用】本発明に係る混練機においては、パラボーラヘ
ッド１を回転（通常５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍ）させな
がらホッパー７を介してバレル１０の上部の投入口９か
ら被混練物として樹脂ペレットを投入すると、このペレ
ットは加熱状態にてパラボーラヘッド１の螺旋溝２に引
き込まれ、溶融状態にて混練されながら螺旋溝２に沿っ
てパラボーラヘッド１の前方に強制的に送られ、バレル
１０の吐出口８から混練物を吐出させることができる。

【００２４】

【実施例】本発明に係る混練機を用いて、図２のように
射出成形機を製作した。この射出成形機は、パラボーラ
ヘッド１によって混練溶融された樹脂が、バレル１０の
吐出口８から吐出され、ヒーターで樹脂に応じて温度が
保たれたマニホールドブロックA１１の流路２０を通過
し、同様にヒーターで温度が保たれたマニホールドブロ
ックB１２内のポット１３と射出待機中のプランジャー
１４との間に充填させるようにしたことを特徴とするプ
リプラ式の構造である。

【００２５】以下の通りの条件にて射出成形を行ったと
ころ、６種のプラスチック材料が均一に混練され効率よ
く成形品が得られた。 コーンヘッドの直径：８０ｍｍ 螺旋溝の断面形状：幅５ｍｍ、深さ（先端部）２ｍｍ、
深さ（裾部）４ｍｍ 螺旋溝の数：１ パラボーラヘッドの温度：２００〜４００℃ バレルの温度：２００〜４００℃ パラボーラヘッドの回転数：５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍ プラスチックペレットの材質Ａ：アクリロニトリルブチ
レンスチレン プラスチックペレットの材質Ｂ：ポリプロピレン プラスチックペレットの材質Ｃ：ポリカーボネート プラスチックペレットの材質Ｄ：ポリアセタール プラスチックペレットの材質Ｅ：ポリブチレンテレフタ
レート プラスチックペレットの材質Ｆ：ポリフェニレンサルフ
ァイド

【００２６】

【発明の効果】本発明の射出成形機の混練スクリューに
おいて、円錐型が後端から先端にかけて直接的なテーパ
をもつのに対して、放物型ではスクリュー断面形状の外
郭線を段階的に異なる複数の放物線を組み合わせたもの
にしたことにより、スクリュー先端付近の曲率の変化が
大きいため、樹脂が先端付近にて急圧縮されて効率よく
流動状態へと変化する。このように樹脂の溶融部がスク
リューの先端に集中しているため、樹脂投入口付近で温
度を高く設定する必要がなく、樹脂詰まりも発生しなく
なる。さらにプリプラ式であるため樹脂の可塑化と計量
が安定し、成形の繰り返しも安定する。

【００２７】また、前記混練スクリューを使用すること
により、その断面の外郭線を単一の放物線形状にするの
に比べ、スクリュー長を短尺化でき、さらになめらかに
直線棒状のスクリューをパラボーラヘッド１の後端部に
結合することが可能となったため、結合部での樹脂の滞
留や焼き付きが起こらなくなる。結果として、溶融樹脂
に放物型スクリューでの混練において段階的に粘度分布
を与えることが可能となる。このことは樹脂の溶融過程
において樹脂自身に応力を過度に与えないことにつなが
る。従って成形されたあとの製品の内部応力低減とな
り、反り・ひけなどの成形不良の低減となる。

【００２８】さらに、混練部が省スペースを実現し混練
部を射出機構の上部に設置しているため、バレル及びス
クリューの取り外しが容易であり、メンテナンスにも時
間を要しない。加えて、パラボーラヘッドやバレルが市
販の単軸スクリューと比べ、長さが半分以下と短いた
め、樹脂の入れ替えに時間を要しない。よってこの射出
成形が多品種少量生産の成形に利用できる。

【００２９】従って、本発明の産業利用性は非常に高い
ものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る混練機の要部断面図

【図２】 本発明に係る射出成形機の要部断面図

【図３】 パラボーラヘッドの側面図

【図４】 従来の射出成形機の混練スクリュー要
部側断面図

【図５】 従来の押出機の混練スクリュー要部側
断面図

【図６】 本発明に係るスクリュー断面外郭線を説
明する図

【図７】 パラボーラヘッドに直線棒状スクリュー
を結合した場合の側面 図

【符号の説明】 １ パラボーラヘッド２ 螺旋溝 ３ カップリング ４ 出力軸 ５ 駆動源 ６ モーター ７ ホッパー ８ 吐出口 ９ 投入口 １０ バレル １１ マニホールドブロックＡ １２ マニホールドブロックＢ １３ ポット １４ プランジャー １５ 放物凹部 １６ ハウジング １７ ヒートシンク １８ ベアリング １９ ベアリングカラー ２０ 流路 ２１ 溶融体輸送部 ２２ 溶融部 ２３ 輸送部 ２４ シリンダ ２５ 単軸スクリュー ２６ 円錐型スクリュー ２７ 駆動軸 ２８ ホッパー ２９ 投入口 ３０ 支持棒 ３１ ヒーター ３２ フランジ ３３ 直線棒状スクリュー

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白木 賢介 福岡県直方市感田811−１ 株式会社メイ ホー内 Ｆターム(参考） 4F206 JA07 JD04 JF13 JF21 JM01 JN03 JQ42 4F207 KA01 KA07 KF13 KK12 KK26 KL05 KL28

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動源６によって回転される出力軸５及び
   カップリング４に直結されている放物面２の先端中心か
   ら裾部にかけて一本または複数本の螺旋溝３を形成した
   回転可能な放物面形状、あるいはテーパ形状の先端に、
   角度の異なるテーパや放物面、並びに球面の組み合わせ
   またはいずれか１つを有するパラボーラヘッド１とバレ
   ル１１の中心部に前記パラボーラヘッド１の放物面２を
   合致する放物凹部１６が形成されていて、放物凹部１６
   の先端には、吐出口９を備えているとともに、側面には
   バレルの放物凹部１６に通じる投入口１０からなり、ホ
   ッパー８から樹脂ペレットを投入することにより、放物
   面２特にパラボーラヘッド１の先端付近の放物面２によ
   って混練溶融される混練機の混練スクリューを有する可
   塑化・射出装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の可塑化・射出装置におい
   て、パラボーラヘッド１の先端部で溶融圧縮された樹脂
   の背圧によるスラスト荷重が、駆動源６に負荷を与えな
   い混練スクリューの取付構造を有する可塑化・射出装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の可塑化・射出装置
   において、この部位とは別の部位にて計量と射出を行う
   構造を設けられていることを特徴とした可塑化・射出装
   置。
4. 【請求項４】請求項３記載の可塑化・射出装置におい
   て、可塑化、混練装置と射出装置を平行あるいは角度を
   付けた位置に配置した構造の可塑化・射出装置。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の可塑化・射出装置
   において、可塑化、混練装置と射出装置の流路途中に球
   体を用いた樹脂の逆流防止機構を配置した構造の可塑化
   ・射出装置。
6. 【請求項６】請求項３または４、もしくは５記載の可塑
   化・射出装置において、モータの駆動力をボールねじに
   伝達して、モータのトルク検出電流を基準にして速度と
   圧力の制御対象を切り換える。この時切り換えのタイミ
   ング、速度・圧力の設定値への制御に制御対象を予測す
   る時間対応プログラムを設定し、ボールねじのトルク検
   出電圧を開始の基準とする構造を有する可塑化・射出装
   置。