(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、
スクリュの位置を検出する位置検出手段（２６）と、
前記位置検出手段（２６）による検出位置に基づいて可塑化開始位置を検出する可塑化開始位置検出手段（３５）と、
材料注入による可塑化開始位置を基点とするスクリュ（２１）の後退量を設定する後退量設定手段（３６）と、
スクリュ（２１）が前記可塑化開始位置検出手段（３５）により検出された前記可塑化開始位置より、前記後退量設定手段（３６）に設定された後退量だけ後退したときに、超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ａ）とを備えたことを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超臨界流体の注入装置において、
前記後退量は、前記スクリュの射出開始位置と、可塑化開始位置を基準とし、それらの距離に対する比率によって設定されることを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項３】
シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダのノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、
回転するスクリュ（２１）の負荷量を検出する負荷量検出手段（３８）と、
所定の負荷量を設定する負荷量設定手段（３９）と、
前記負荷量検出手段（３８）より検出された負荷量が、可塑化開始後、負荷量設定手段（３９）に設定された負荷量に達した場合に超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ｂ）とを備えたことを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超臨界流体の注入装置において、
前記負荷量検出手段（３８）により検出される負荷量は、スクリュ回転のための駆動源として電動式モータを使用している射出成形機においては、前記電動式モータの負荷トルクであることを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項５】
請求項３に記載の超臨界流体の注入装置において、
前記負荷量検出手段（３８）により検出される負荷量は、スクリュ回転のための駆動源として油圧式モータを使用している射出成形機においては、前記油圧式モータの負荷圧であることを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項６】
シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、前記シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、
前記スクリュ（２１）の後退速度を検出する後退速度検出手段（４１）と、
超臨界流体の注入開始の基点となる前記スクリュ（２１）の後退速度を設定する注入開始後退速度設定手段（４２）と、
前記後退速度検出手段（４１）より検出されたスクリュ（２１）の後退速度が、注入開始後退速度設定手段（４２）に設定された速度に達した時点より超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ｃ）とを備えたことを特徴とする超臨界流体の注入装置。
【請求項７】
シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機において、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超臨界流体の注入装置を備えていることを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュによって材料の可塑化を行う射出成形機であって、その前段部分にて材料を溶融し、途中より超臨界流体を注入、それより後側の下流（スクリュ後段）部分で溶融材料に超臨界状態とした窒素ガスや炭酸ガスなどの超臨界流体を溶解させ、更に混練・分散・混合するよう構成されたスクリュ、シリンダ装置における超臨界流体の注入装置及びそれを備えた射出成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のこの種の装置を備えた射出成形機を示す図である。この射出成形機は、図５に示すように、ヒータ２５を有するシリンダ２２内に設けられたスクリュ２１によって材料の可塑化を行う射出成形機であって、スクリュ前段部分３１にてホッパ１５より供給された材料を溶融し、その途中より超臨界流体発生部２４により発生された窒素や二酸化炭素の超臨界流体を、あらかじめ設定された所定の時間にわたり弁を開いて上記溶融させた材料に注入する注入制御部２３により注入し、スクリュ後段部分３２で材料に超臨界流体を溶融させた後、混練・分散・混合するよう構成されている。かかる構成において、スクリュ１には、その位置を検出する位置検出部２６、超臨界流体の注入開始位置を設定する注入開始位置設定部７、及び位置検出部２６と注入開始位置設定部７の出力値を比較する比較器２８が設けられている。
【０００３】
以下動作について説明する。
図５に示すような装置においては、スクリュ２１に設けられた位置検出部２６により検出されたスクリュ２１の位置が、注入開始位置設定手段７によりあらかじめ設定された位置まで後退した時点で、注入制御部２３を作動させて超臨界流体の注入を開始するとともに、（１）同様にあらかじめ設定された位置で、超臨界流体の注入を完了させるか、（２）あらかじめ設定された、超臨界流体の注入開始からの経過時間に達した時点で、超臨界流体の注入を完了させるか、（３）または、上記（１）または（２）のいずれか早い時点で注入を完了するよう作動していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置では、可塑化（スクリュ回転）が開始して、回転によりシリンダ２２内のホッパ１５側の材料が押出され十分に圧力が上昇するまでの可塑化初期においては、（１）スクリュ２１はその場で回転し、（２）溶融圧力が不安定な状態であることから、前記注入開始位置の設定が不適切な場合や、成形時の圧力異常で残量値が多くなるような場合や、射出時にスプリングバック現象が起きる場合等には、スクリュ２１の戻り量（位置）にばらつきが生じる恐れがある。
この結果、可塑化開始位置がばらついた場合などにおいて、上述のような可塑化初期に超臨界流体が注入されると、材料はその場にとどまるため、当該部分の溶融材料に過剰な注入が行われたり、また圧力が不安定であると、超臨界流体の注入流量そのものもばらつく等の原因となり、これが超臨界流体の材料に溶解する量、および混練・分散を不均一にして、その結果、成形品における転写性や発泡状態などの品質ばらつきを大きくするという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、可塑化状態が安定するまでの待機方法を改善することにより、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解、混練させることができる超臨界流体の注入装置及びそれを用いた射出成形機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、（１）可塑化開始から、あらかじめ設定した時間が経過した後より超臨界流体の注入を開始する、（２）可塑化開始位置から、あらかじめ設定した後退量だけスクリュが後退して後、超臨界流体の注入を開始する、（３）可塑化開始から、あらかじめ設定されたスクリュの回転負荷量に達した後より、超臨界流体の注入を開始する、（４）可塑化開始から、あらかじめ設定されたスクリュの後退速度に達した後より、超臨界流体の注入を開始するよう構成することにより、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解、混練させる装置の提供を目的としている。
【０００８】
すなわち、本発明は、シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、スクリュの位置を検出する位置検出手段（２６）と、前記位置検出手段（２６）による検出位置に基づいて可塑化開始位置を検出する可塑化開始位置検出手段（３５）と、材料注入による可塑化開始位置を基点とするスクリュ（２１）の後退量を設定する後退量設定手段（３６）と、スクリュ（２１）が前記可塑化開始位置検出手段（３５）により検出された前記可塑化開始位置より、前記後退量設定手段（３６）に設定された後退量だけ後退したときに、超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ａ）とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明の超臨界流体の注入装置において、前記後退量は、前記スクリュの射出開始位置と、可塑化開始位置を基準とし、それらの距離に対する比率によって設定されることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダのノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、回転するスクリュ（２１）の負荷量を検出する負荷量検出手段（３８）と、所定の負荷量を設定する負荷量設定手段（３９）と、前記負荷量検出手段（３８）より検出された負荷量が、可塑化開始後、負荷量設定手段（３９）に設定された負荷量に達した場合に超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ｂ）とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明の超臨界流体の注入装置において、前記負荷量検出手段（３８）により検出される負荷量は、スクリュ回転のための駆動源として電動式モータを使用している射出成形機においては、前記電動式モータの負荷トルクであることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明の超臨界流体の注入装置において、前記負荷量検出手段（３８）により検出される負荷量は、スクリュ回転のための駆動源として油圧式モータを使用している射出成形機においては、前記油圧式モータの負荷圧であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は、シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、前記シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機における超臨界流体の注入装置において、前記スクリュ（２１）の後退速度を検出する後退速度検出手段（４１）と、超臨界流体の注入開始の基点となる前記スクリュ（２１）の後退速度を設定する注入開始後退速度設定手段（４２）と、前記後退速度検出手段（４１）より検出されたスクリュ（２１）の後退速度が、注入開始後退速度設定手段（４２）に設定された速度に達した時点より超臨界流体の注入を開始する超臨界流体注入手段（２３Ｃ）とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明は、シリンダ（２２）内に設けられたスクリュ（２１）によって材料の可塑化を行い、シリンダ（２２）のノズル部（１１）より射出を行う射出成形機であって、前記シリンダ（２２）の前段部分（３１）にて材料を溶融し、前段部分（３１）と後段部分（３２）の間において超臨界流体を注入し、後段部分（３２）で材料と超臨界流体とを混練・分散・混合するように構成された射出成形機において、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超臨界流体の注入装置を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
以上のような構成によれば、スクリュが後退を始め、超臨界流体の注入口の溶融材料が安定的に前方へ送られるようになったのち、注入制御手段を作動させ超臨界流体の注入を開始するよう作用するため、過度に、あるいは不適切な分量の超臨界流体が溶解することを防ぐことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
実施の形態１．
実施の形態１は、図５に示した従来の装置に対し、可塑化時間計測手段としてのタイマを設け、該手段より検出された可塑化開始からの経過時間が、待機時間設定手段によりあらかじめ設定された時間が経過した時点より超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成、制御することで、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解させることを可能したものである。
【００１７】
図１は、実施の形態１を示す構成図である。
図１に示す射出成形機は、ヒータ２５を有するシリンダ２２内に設けられたスクリュ２１によって材料の可塑化を行う射出成形機であって、その前段部分３１にて材料を溶融し、途中より超臨界発生部２４によって発生させた超臨界流体を、あらかじめ設定された所定の時間、弁を開いて、上記溶融させた材料に注入する注入制御部（注入手段）２３より注入し、スクリュ後段部分３２で材料に超臨界流体を溶解し、混練・分散・混合する。
【００１８】
かかる構成において、さらに待機時間である可塑化時間を計測する計測手段たるタイマ１６、待機時間を設定する待機時間設定手段たる待機時間設定部１７、及びタイマ１６と待機時間設定部１７の出力値を比較する比較器２８が設けられている。
【００１９】
以上の構成を有する射出成形機において、タイマ１６より検出された可塑化開始からの経過時間が、待機時間設定部１７によりあらかじめ設定された時間を経過したか否かを比較器（比較手段）２８により判定し、設定された時間を経過した時点より注入制御部２３を作動させて、超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成される。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態２は、従来の装置に対し、スクリュに位置検出部を設け、該位置検出部より検出されたスクリュの位置の情報より可塑化開始位置を読み取る可塑化開始位置検出部と、スクリュの注入開始後退量設定部により設定された注入開始後退量を、可塑化開始位置に加算して、注入開始位置とする加算部を設け、スクリュ位置が、該注入開始位置まで後退した時点より超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成、制御することで、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解させることを可能としたものである。
【００２１】
図２は、実施の形態２を示す構成図である。
図２に示す射出成形機において、図１と同じ符号は、図１に示したものと同一又は相当物であり、ここでの説明を省略する。
実施の形態２では、スクリュ２１に位置検出部２６を設け、位置検出部２６により検出されたスクリュの位置の情報より、可塑化開始位置を読み取る可塑化開始位置検出部３５と、注入開始後退量設定部３６により設定された注入開始後退量を、可塑化開始位置に加算して、注入開始位置として比較器２８へ出力設定する加算器２９とを設け、スクリュ位置が、該注入開始位置まで後退した時点より注入制御部２３を作動させて、超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成される。
【００２２】
なお、可塑化開始信号の時点でのスクリュ位置を検出し、これを可塑化開始位置とする。また、前記後退量は、前記スクリュの射出開始位置と、可塑化開始位置を基準とし、それらの距離に対する比率によって設定されるようにすることができる。
【００２３】
実施の形態３．
実施の形態３は、従来の装置に対し、スクリュを駆動装置に負荷量検出部を設け、該負荷量検出部より検出された負荷量が、負荷量設定部によりあらかじめ設定された負荷量に達した時点より、超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成、制御することで、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解させることを可能としたものである。
【００２４】
図３は、実施の形態３を示す構成図である。
図３に示す射出成形機において、図１や図２と同じ符号は、図１に示したものと同一又は相当物であり、ここでの説明を省略する。
実施の形態３では、スクリュ２１の駆動部３７に負荷量検出部３８を設け、該検出部３８により検出された可塑化の負荷が、負荷量設定部３９によりあらかじめ設定された負荷量に達したか否か比較部２８にて判定し、当該負荷量に達した時点で注入制御部２３を作動させて、超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成される。
【００２５】
なお、上記構成において、駆動部３７が電動式モータで構成される場合は、負荷量検出部３８はモータの負荷トルクを検出する。また、駆動部３７が油圧モータで構成される場合は、負荷量検出部３８は、負荷量を負荷圧として検出する。
【００２６】
実施の形態４．
実施の形態４は、従来の装置に対し、スクリュに速度検出部を設け、該速度検出部により検出されたスクリュの後退速度が、注入開始速度設定部によりあらかじめ設定された速度に達した時点より超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成、制御することで、溶融材料に均一に超臨界流体を溶解させることを可能としたものである。
【００２７】
図４は、実施の形態４を示す構成図である。
図４に示す射出成形機において、図１〜図３と同じ符号は、図１に示したものと同一又は相当物であり、ここでの説明を省略する。
実施の形態４においては、材料の注入開始に伴うスクリュ２１の後退速度を検出する後退速度検出部４１を設け、該後退速度検出部４１により検出されたスクリュの後退速度が、注入開始後退速度設定部４２によりあらかじめ設定された速度に達したか否か比較器２８にて判定し、達した時点で注入制御部２３を作動させて、超臨界流体の溶融材料への注入を開始するよう構成される。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スクリュによる溶融材料に均一に超臨界流体を溶解させることができるようになり、成形品の品質のばらつきを押さえることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す構成図である。
【図２】実施の形態２を示す構成図である。
【図３】実施の形態３を示す構成図である。
【図４】実施の形態４を示す構成図である。
【図５】従来の技術を示す構成図である。
【符号の説明】
１１  ノズル部、１６  タイマ、１７  待機時間設定部、２１  スクリュ、２２  シリンダ、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ  注入制御部、２４  超臨界発生部、２５  ヒータ、２６  位置検出部、２８  比較器、２９  加算器、３１  スクリュ前段部分、３２  スクリュ後段部分、３５  可塑化開始位置検出部、３６注入開始後退量設定部、３７  駆動部、３８  負荷量検出部、３９  負荷量設定部、４１  後退速度検出部、４２  注入開始速度設定部。
【図１】
0003696826.tif 000002
【図２】
0003696826.tif 000003
【図３】
0003696826.tif 000004
【図４】
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【図５】
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