(57)【要約】【課題】超臨界状態の不活性流体を溶融樹脂に注入するとき、確実に所定の圧力以上に維持できる射出成形機のスクリュを提供する。【解決手段】軸方向に分割可能な複数のスクリュピース（６ａ）からスクリュ（６）を構成する。スクリュピース（６ａ）に、加熱シリンダ（５）内を第１、２のエリア（Ａ１、Ａ２）に分離するシール（３１）を設ける。スクリュピース（６ａ）内に、第１、２のエリア（Ａ１、Ａ２）を連通し、小径部（３３ｅ）を有する溶融樹脂流路（３３）を設ける。スクリュピース（６ａ）の端面（３７）からポペット格納穴（３６）を明ける。ポペット格納穴（３６）にポペット（３５）と皿バネ（３８）を挿入してリティナ（３９）で締め付ける。小径部（３３ｅ）は皿バネ（３８）によって付勢されたポペット頭部（３５ａ）によって閉塞され、所定の圧力が作用すると開口する。【選択図】  図２
2011207160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱シリンダ内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられ、その外周部には前記加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離するシールが、その内部には前記第１のエリアと前記第２のエリアとを連通する溶融樹脂流路と該流路を開閉するポペットが設けられているスクリュであって、
前記ポペットは、前記スクリュ内に明けられている有底のポペット格納穴に所定のバネと共に格納され、
前記溶融樹脂流路は、前記バネによって付勢された前記ポペットの頭部によって閉塞され、前記第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、前記ポペットの頭部が前記バネに抗して後退して開くことを特徴とする射出成形機のスクリュ。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュにおいて、前記溶融樹脂流路内には小径部が、そして前記ポペットの頭部の端部には円錐部が形成され、前記溶融樹脂流路は、前記円錐部が前記小径部に着座することにより閉塞されるようになっていることを特徴とする射出成形機のスクリュ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記バネは、皿バネからなることを特徴とする射出成形機のスクリュ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは軸方向に分割可能な２個以上のスクリュピースから構成され、
前記ポペット格納穴は、分割されたスクリュピースの端面から前記溶融樹脂流路に達するように明けられている軸方向の孔からなり、該孔の前記端面近傍の内周面には雌ネジが形成され、前記ポペットと前記バネは前記軸方向の孔に前記スクリュピースの端面の方から挿入され、そして前記雌ネジに螺合する雄ネジを有するリティナによって締め付けら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５】
請求項４に記載のスクリュにおいて、前記軸方向の孔に、所定の厚さのスペーサを挿入して前記バネのバネ力を調整できるようになっていることを特徴とする射出成形機のスクリュ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの項に記載のスクリュと加熱シリンダとから構成され、前記加熱シリンダの前記第１のエリアに対応する所定の部位には、表面改質物質が溶解した超臨界状態の流体を前記加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、前記加熱シリンダの前記第２のエリアに対応する所定の部位には、ガスを脱気する脱気孔が明けられていることを特徴とする射出ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと前記他の加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている他のスクリュとから構成されている第２の射出ユニットとから構成され、前記第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、前記第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出されるようになっていることを特徴とするサンドイッチ成形用の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱シリンダ内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている射出成形機のスクリュと、このようなスクリュを備えた射出成形機に関するもので、限定するものではないが、表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を加熱シリンダ内に注入して溶融樹脂に浸透・分散させ、加熱シリンダ内からガスを脱気して表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を得て、そのような溶融樹脂を金型に射出して表面が改質された成形品を得る成形方法の実施に好適な射出成形機のスクリュと、このようなスクリュを備えた射出成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形により成形されるプラスチック成形品は、用途に応じてその表面に印刷、塗装等が施され、あるいは導電体や金属膜が形成される。または、成形品同士が接合されたり、その他の後加工が施される。このような後加工が施される場合には、加工性を向上させるために、プラスチック成形品の表面を活性化させる、いわゆる表面改質が実施されている。例えば、プラスチック成形品からなる電子機器の表面に金属導電膜を形成する手段として、無電解メッキ法が広く採用されている。しかし、無電解メッキ法を実施するには脱脂、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コストが嵩んでしまうし、このような前処理工程においては有害物質を多く使わなければならないので、廃液の処理に費用がかかる。
そこで、射出成形を実施するだけで、表面全体、あるいは表面の選択された部分が改質された成形品を得ることができる射出成形方法が特許文献１によって提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１３４１９４号公報
【０００４】
特許文献１には、図３に示されているような射出成形機５０が開示されている。この射出成形機５０は、第１の射出ユニット５１と、第２の射出ユニット５２の２頭の射出ユニットから構成されている。第１の射出ユニット５１は、外周部に複数枚のヒータが巻かれて温度を制御することができる第１の加熱シリンダ５４、第１の加熱シリンダ５４内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第１のスクリュ５５等から構成されている。第１の加熱シリンダ５４には、後方部寄りにホッパ５９が設けられ、第１の加熱シリンダ５４内に樹脂材料が供給されるようになっている。そして、第１の加熱シリンダ５４の中央の所定の部分には超臨界状態の二酸化炭素を注入する注入装置６１が、その前方には二酸化炭素を脱気する脱気装置６２が、それぞれ設けられている。注入装置６１は、金属錯体等の表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を供給する供給装置６４を備えており、弁装置６５を操作すると表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素が第１の加熱シリンダ５４内に注入されるようになっている。脱気装置６２は、弁装置６６、排気管６７等から構成され、弁装置６６を操作すると第１の加熱シリンダ５４内で気化した二酸化炭素を排気管６７を経由して外部に排気することができるようになっている。したがって、第１のスクリュ５５を回転駆動して、ホッパ５９から第１の加熱シリンダ５４内に樹脂材料を供給すると、樹脂材料はヒータから与えられる熱と、第１のスクリュ５５の回転による摩擦・剪断によって生じる熱とによって溶融されて前方に送られる。注入装置６１から表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素を第１の加熱シリンダ５４に注入すると、溶融樹脂中に浸透・分散する。溶融樹脂はさらに前方に送られて脱気装置６２の近傍で減圧される。そうすると、溶融樹脂中に浸透・分散している超臨界状態の二酸化炭素が気化して脱気され、第１の加熱シリンダ５４の前方に、表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を計量することができる。
【０００５】
第２の射出ユニット５２は、ヒータが巻かれた第２の加熱シリンダ５７と、第２の加熱シリンダ５７内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第２のスクリュ５８と、図３には示されていないホッパとから構成されている。したがって、従来周知のようにホッパから樹脂材料を供給すると樹脂材料は溶融され、第２の加熱シリンダ５７の先端部に溶融樹脂を計量することができる。このような、第１、２の射出ユニット５１、５２の先端部は、内部に溶融樹脂の流路が設けられているサンドイッチノズル６９に接続されている。このサンドイッチノズル６９のノズル部は、金型７１にタッチしている。サンドイッチノズル６９内には、ロータリバルブ７０が設けられている。
【０００６】
前記射出成形機５０において、既に説明したようにして、第１の射出ユニット５１、すなわち第１の加熱シリンダ５４の先端部に表面改質物質が浸透した溶融樹脂を計量する。次いで、第２の射出ユニット５２、すなわち第２の加熱シリンダ５７の先端部に溶融樹脂を計量する。ロータリバルブ７０を回転して、第１の射出ユニット５１から表面改質物質が浸透した溶融樹脂を所定量だけ射出する。そうすると、キャビティ７２の表面に沿って溶融樹脂が流動して、スキン層が形成される。続いてロータリバルブ７０を回転して第２の射出ユニット５２から所定量の溶融樹脂を射出する。そうすると、コアが形成される。冷却固化を待って金型７１を開くと表面が改質された成形品が得られることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の射出成形機５０によっても、金属錯体等の表面改質物質が浸透・分散した樹脂からスキン層が形成されるので、すなわち、金型のスタンパの表面に表面改質物質が配置されるので、表面が改質されたプラスチック成形品が得られることになる。したがって、従来の無電解メッキ法で実施されているような複雑な前処理工程を要することなく、得られた成形品はそのまま無電解メッキすることができる。しかしながら、問題点、特に射出成形機に改良すべき問題点が認められる。具体的には、超臨界状態の二酸化炭素が注入される加熱シリンダにおいて、溶融樹脂の圧力を確実に高圧に維持することが困難であり、表面改質物質を溶融樹脂に確実に浸透・分散させることが保証できないという問題がある。特許文献１に記載の射出成形機５０においては、表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素は、第１の加熱シリンダ５４内の所定のエリア、すなわち、第１のスクリュ５５の所定の２箇所の部分７４、７５に挟まれたエリアに注入される。このような２箇所の部分７４、７５においては、フライトの溝が比較的浅くなっているので、第１の加熱シリンダ５４の内周面と第１のスクリュ５５の外周面との間の溶融樹脂の厚さが薄くなって、ある程度のシール効果が得られる。したがって、このようなエリアの溶融樹脂の圧力は比較的高圧に維持することができる。しかしながら、溶融樹脂は、このような２箇所の部分７４、７５においても流動して前方に送られるようになっているので、シールの効果は必ずしも高いとは言えない。さらには、シールの効果は溶融樹脂の粘性抵抗、２箇所の部分７４、７５を流動する溶融樹脂の流速等に依存することになるので、異なる種類の樹脂材料を使用したりスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件が異なる時には前記した２箇所の部分７４、７５において漏れが生じる恐れがあり、所望のシール効果が得られる保証がない。すなわち、エリア内の溶融樹脂が安定した高圧状態に維持される保証はない。このようなエリアに超臨界状態の二酸化炭素が注入されるとき、溶融樹脂の圧力が十分に高くないと、エリア内で二酸化炭素が気化して溶融樹脂から分離する。そうすると、表面改質物質が溶融樹脂に十分に浸透・分散しないのでムラになってしまい、所望の品質のスキン層が得られなくなる。さらには、十分に溶融樹脂に浸透できなかった表面改質物質が、気化した二酸化炭素と共に脱気装置６２から外部に排出されるという問題もある。
【０００８】
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、樹脂材料の種類にかかわらず、あるいはスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件にかかわらず、漏れが生じることがなく加熱シリンダ内の任意のエリアの溶融樹脂を所望の圧力に維持することができ、表面改質物質が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を注入したときに、エリア内で二酸化炭素が気化・分離することなく、溶融樹脂に十分に浸透・分散させることができる射出成形機のスクリュおよびこのようなスクリュを備えた射出成形機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダ内に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において、その外周部に該加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離するシールを設ける。そしてスクリュ内部に第１のエリアと第２のエリアとを連通する溶融樹脂流路と、この流路を開閉するポペットとを設ける。このポペットは、スクリュ内に明けられている有底のポペット格納穴に所定のバネと共に格納する。溶融樹脂流路は、バネによって付勢されたポペットの頭部によって閉塞され、第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、ポペットの頭部がバネに抗して後退して開くように構成する。
【００１０】
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、加熱シリンダ内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられ、その外周部には前記加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離するシールが、その内部には前記第１のエリアと前記第２のエリアとを連通する溶融樹脂流路と該流路を開閉するポペットが設けられているスクリュであって、前記ポペットは、前記スクリュ内に明けられている有底のポペット格納穴に所定のバネと共に格納され、前記溶融樹脂流路は、前記バネによって付勢された前記ポペットの頭部によって閉塞され、前記第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、前記ポペットの頭部が前記バネに抗して後退して開くように構成される。
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、前記溶融樹脂流路内には小径部が、そして前記ポペットの頭部の端部には円錐部が形成され、前記溶融樹脂流路は、前記円錐部が前記小径部に着座することにより閉塞されるように構成される。
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、前記バネは、皿バネからなるように構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは軸方向に分割可能な２個以上のスクリュピースから構成され、前記ポペット格納穴は、分割されたスクリュピースの端面から前記溶融樹脂流路に達するように明けられている軸方向の孔からなり、該孔の前記端面近傍の内周面には雌ネジが形成され、前記ポペットと前記バネは前記軸方向の孔に前記スクリュピースの端面の方から挿入され、そして前記雌ネジに螺合する雄ネジを有するリティナによって締め付けられるように構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスクリュにおいて、前記軸方向の孔に、所定の厚さのスペーサを挿入して前記バネのバネ力を調整できるように構成される。
【００１１】
そして、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの項に記載のスクリュと加熱シリンダとから構成され、前記加熱シリンダの前記第１のエリアに対応する所定の部位には、表面改質物質が溶解した超臨界状態の流体を前記加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、前記加熱シリンダの前記第２のエリアに対応する所定の部位には、ガスを脱気する脱気孔が明けられていることを特徴とする射出ユニットとして構成される。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと前記他の加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている他のスクリュとから構成されている第２の射出ユニットとから構成され、前記第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、前記第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出されるようになっていることを特徴とするサンドイッチ成形用の射出成形機として構成される。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によると、加熱シリンダ内に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には、その外周面に、加熱シリンダ内を第１、２のエリアに分離する所定のシールが設けられている。すなわち、シールによって遮断されるので、シールの部分においては漏れは生じない。また、スクリュの内部には、第１のエリアと第２のエリアとを連通する溶融樹脂流路と、この流路を開閉するポペットが設けられている。この溶融樹脂流路は、ポペットの頭部によって閉塞され、第１のエリアの溶融樹脂の圧力が所定値を越えると、ポペットの頭部が後退して開くように構成されているので、溶融樹脂はポペットが開いたときだけ第１のエリアから第２のエリアに流動することができ、ポペットの構造から溶融樹脂は一方向にのみ流動して逆流することもない。そしてポペットは、スクリュ内に明けられている有底のポペット格納穴に所定のバネと共に格納され、溶融樹脂流路は、バネによって付勢されたポペットの頭部によって閉塞されるようになっている。すなわち、ポペットを付勢して溶融樹脂流路を閉塞しているバネは、溶融樹脂流路内にではなくポペット格納穴に格納されているので、バネは溶融樹脂に晒されない。従って、バネに溶融樹脂が付着しないので、ポペットの頭部の押付力が変化することはなく、溶融樹脂の種類やスクリュの回転速度、加熱シリンダの温度等の運転条件が異なっても、ポペットが開放される溶融樹脂の圧力は一定に維持されることが保障される。つまり第１のエリアの溶融樹脂の圧力を確実に一定に維持することができ、超臨界状態の流体を注入しても、溶融樹脂の圧力が所定の圧力以下に低下しないことを保証することができ、第１のエリアで気化・分離することはなく、表面改質物質を溶融樹脂に確実に浸透・拡散させることができる。また、バネは溶融樹脂に晒されないので劣化したり腐食されることもなく、格別に耐摩耗材料や耐腐食材料から形成する必要もない。さらにはバネに溶融樹脂が付着することがないので、スクリュの分解および清掃も容易に実施することができる。そして、溶融樹脂流路内にはバネ等の障害物がないので、溶融樹脂が滞留する滞留部は形成されない。従って溶融樹脂の流動抵抗は小さくなり、溶融樹脂が劣化して発生する、いわゆる焼け・黒点などの成形不良も防止することができる。
【００１３】
また他の発明によると、溶融樹脂流路内には小径部が、そしてポペットの頭部の端部には円錐部が形成され、溶融樹脂流路は円錐部が小径部に着座することにより閉塞されるようになっているので、溶融樹脂流路が開放される溶融樹脂の圧力は容易に計算することができる。あるいは第１のエリアの溶融樹脂の圧力を維持するために必要なバネ力は計算することができる。つまりポペットの頭部には小径部の断面積の大きさだけ溶融樹脂の圧力がかかるので、小径部の断面積に溶融樹脂の圧力を乗じたものが、バネ力を上回ったときに溶融樹脂流路が開放されることになる。従って、溶融樹脂流路が開放される溶融樹脂の圧力や必要なバネ力は容易に計算することができる。さらに他の発明によると、バネは皿バネからなるので、皿バネの向きを変更したり枚数を増減して、バネ力を容易に調整することができる。また他の発明によると、スクリュは軸方向に分割可能な２個以上のスクリュピースから構成され、ポペット格納穴は、分割されたスクリュピースの端面から溶融樹脂流路に達するように明けられている軸方向の孔からなるので、孔明けは容易である。そしてこの軸方向の孔の前記端面近傍の内周面には雌ネジが形成され、ポペットとバネは軸方向の孔にスクリュピースの端面の方から挿入され、そして雌ネジに螺合する雄ネジを有するリティナによって締め付けられているので、容易にスクリュを組み立てることが可能になる。従ってスクリュのメンテナンスが容易になる。さらに他の発明によると、軸方向の孔に、所定の厚さのスペーサを挿入してバネのバネ力を調整できるようになっているので、バネ力の調整はさらに容易にできる。
【００１４】
また、他の発明によると、上記したようなスクリュと、加熱シリンダとから射出ユニットが構成され、加熱シリンダの第１のエリアに対応する所定の部分には、表面改質物質が溶解した超臨界流体を加熱シリンダ内に注入する注入孔が明けられ、加熱シリンダの第２のエリアに対応する所定の部分には、ガスを脱気する脱気孔が明けられているので、溶融樹脂に表面改質物質を確実かつ容易に浸透・分散させることができ、不要なガスを脱気することが可能になる。さらに、このような射出ユニットからなる第１の射出ユニットと、他の加熱シリンダと他のスクリュとからなる第２の射出ユニットとから構成され、第１の射出ユニットからスキン層用の溶融樹脂が、第２の射出ユニットからコア用の溶融樹脂が、それぞれ射出できるように構成されている射出成形機によると、コアは通常の樹脂から形成され、スキン層だけ表面改質された成形品を容易に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明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２】本発明の実施の形態に係る射出成形機のスクリュを構成しているスクリュピースの要部を示す側面断面図である。
【図３】従来の射出成形機を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。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、第１、２の射出ユニット２、３の２頭の射出ユニットから構成されており、第１の射出ユニット２からスキン層用の溶融樹脂を、第２の射出ユニット３からコア用の溶融樹脂を、それぞれ射出する、いわゆるサンドイッチ成形用の射出成形機として構成されている。第１の射出ユニット２は、所定の径からなる第１の加熱シリンダ５、第１の加熱シリンダ５内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第１のスクリュ６、第１の加熱シリンダ５の後端部寄りに設けられているホッパ７、等から構成されている。そして、図１には示されていないが、第１の加熱シリンダ５の外周面には、複数枚のバンドヒータが巻かれており、第１の加熱シリンダ５の各部分の温度を個別に加熱して温度を制御することができるようになっている。このような第１の射出ユニット２には、後で説明するように、溶融樹脂に金属錯体等の表面改質物質を注入・浸透させる装置が設けられているので、表面改質物質が浸透・分散した溶融樹脂を計量して、射出することができる。
【００１７】
第２の射出ユニット３は、従来周知の射出ユニットと同様に、所定の径からなる第２の加熱シリンダ９と、第２の加熱シリンダ９内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている第２のスクリュ１０と、図１には示されていないが、第２の加熱シリンダ９の後端部寄りに設けられているホッパとから構成されている。第２の加熱シリンダ９の外周面にも、図１には示されていないが、複数枚のバンドヒータが巻かれており、第２の加熱シリンダ９の各部分を個別に加熱して温度を制御することができるようになっている。
【００１８】
このような第１の射出ユニット２と、第２の射出ユニット３とは、所定の接続用ブロックによって結合されている。すなわち、第１の加熱シリンダ５の先端部には第１の接続用ブロック１２が、第２の加熱シリンダ９の先端部には第２の接続用ブロック１３がそれぞれ接続され、第１の接続用ブロック１２の先端部が、第２の接続用ブロック１３の中間部に接続されている。このようにして、第１、２の射出ユニット２、３は結合されている。第２の接続用ブロック１３には、先端部に射出ノズル１４が、中央部にロータリ弁１５がそれぞれ設けられている。そして、第１、２の接続用ブロック１２、１３のそれぞれに設けられ、第１、２の加熱シリンダ５、９と連通している溶融樹脂の流路１６、１７は、それぞれロータリ弁１５に通じており、ロータリ弁１５からは、流路１８が射出ノズル１４に通じている。したがって、ロータリ弁１５を所定の位置に回転して流路１６、１８を連通させると、第１の射出ユニット２から溶融樹脂を射出することができ、他の位置に回転して流路１７、１８を連通させると、第２の射出ユニット３から溶融樹脂を射出することができる。なお、図１には示されていないが、第１、２の接続用ブロック１２、１３の外周面にも複数枚のバンドヒータが巻かれているので、第１、２の射出ユニット２、３から射出される溶融樹脂は、流路１６、１７、１８において冷却されることはなく、適正な温度に維持されて射出ノズル１４から射出されることになる。このような射出ノズル１４は、金型２０に設けられているスプル２１に当接している。
【００１９】
第１の射出ユニット２について、詳しく説明する。第１の射出ユニット２を構成している第１のスクリュ６は、本実施の形態においては軸方向に分割可能な２本のスクリュピース６ａ、６ｂから構成されている。図１において、点線Ｚで示されている部分から後方のスクリュピースは第１のスクリュピース６ａ、前方のスクリュピースは第２のスクリュピース６ｂである。第１のスクリュピース６ａには、後で詳しく説明する本実施の形態に係る圧力調整機構２３が設けられている。これらの第１、２のスクリュピース６ａ、６ｂはそれぞれの端面において結合され、第１のスクリュ６が構成されている。
【００２０】
このように結合されている第１のスクリュ６は、ホッパ７寄りから先端部に向かって、スクリュに形成されているフライトの溝の深さが変化している。すなわち、フライトの溝は、符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３で示されている部分において浅くなっており、符号Ｓ４で示されている部分はわずかに深く、符号Ｓ５で示されている部分は比較的深くなっている。そして本実施の形態に係る圧力調整機構２３は、符号Ｓ２で示される部分の近傍に位置している。第１の加熱シリンダ５内で溶融・混練される溶融樹脂は、フライトの溝が浅い部分においてシール作用を受け、圧力調整機構２３には後で説明するようにシールが設けられているので、このようなフライトの溝が浅い部分と圧力調整機構２３のシールとによって、第１の加熱シリンダ５内には２つのエリアが形成されることになる。すなわち、符号Ｓ１で示されている部分と圧力調整機構２３で区画された第１のエリアＡ１と、圧力調整機構２３と符号Ｓ３で示されている部分で区画された第２のエリアＡ２とが形成されている。そして、第１の加熱シリンダ５には、第１のエリアＡ１に対応する所定の位置に注入孔２４が、第２のエリアＡ２に対応する所定の位置に脱気孔２５が、それぞれ明けられている。第１のスクリュ６は、軸方向に移動するので、第１、２のエリアＡ１、Ａ２も移動するが、これらのエリアＡ１、Ａ２は注入孔２４と脱気孔２５をそれぞれカバーする長さになっている。注入孔２４には、注入装置がバルブ２９を介して接続されている。注入装置は、二酸化炭素ボンベ２６と、二酸化炭素を加圧および加熱して超臨界状態にする超臨界流体発生装置２７と、金属錯体等の表面改質物質を超臨界状態の二酸化炭素に溶解させる溶解槽２８とから構成されている。したがって金属錯体等の表面改質物質が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を、注入孔２４から第１のエリアＡ１に注入することができる。また脱気孔２５には、バルブ３０を介して排気処理装置が接続され、第２のエリアＡ２で減圧されて気化した二酸化炭素を外部に排気できるようになっている。排気処理装置は図１には示されていない。このように構成されているので、第１のエリアＡ１は、溶融樹脂に表面改質物質が溶解した超臨界状態の二酸化炭素が注入され浸透・分散する浸透・分散エリアＡ１になっており、第２のエリアＡ２は、溶融樹脂に溶解している二酸化炭素が減圧され脱気される脱気エリアＡ２になっている。
【００２１】
本実施の形態に係る圧力調整機構２３について説明する。図２には、第１のスクリュピース６ａの、端面近傍部分が断面で示されている。図２に示されているように、圧力調整機構２３は、第１のスクリュピース６ａの外周部に設けられているシール３１と、第１のスクリュピース６ａの内部に設けられている溶融樹脂流路３３と、この溶融樹脂流路３３内を流れる溶融樹脂の流動を制御するポペット機構３２とから構成されている。第１の加熱シリンダ５内は、このシール３１により前述した第１のエリアＡ１と第２のエリアＡ２とに分けられている。シール３１は、摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れた材料、例えばテフロン（登録商標）／ブロンズ材料から形成されている所定の幅のリング状のシールであり、一部が切断されて不連続になっている。このシール３１は軸方向から見ると略Ｃ字形状を呈している。このような不連続部分は、ピストンリングのように、実際には重ね代が設けられ、一方の端部と他方の端部に所定の段部が形成されて重ね合わされるようになっているので、不連続部分には実質的に隙間は生じない。このように不連続部分が設けられているので、シール３１はわずかに弾性変形することができ、高いシール効果を得ることができる。このようなシール３１は、第１のスクリュ６に形成されている溝６ｃに嵌められており、シール３１の外周面と第１の加熱シリンダ５の内周面との隙間は微小になる。さらに、シール３１はスクリュの軸方向に所定の幅を有しているので、溶融樹脂がこのような隙間を通って、第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２に流動することは実質的に不可能である。シール３１は、摩耗したり劣化したら第１のスクリュ６から外して容易に交換することができる。
【００２２】
溶融樹脂流路３３は、第１のエリアＡ１と第２のエリアＡ２とを連通している溶融樹脂の流路であり、直線状の第１〜５の流路３３ａ〜３３ｅから形成されている。第１、２の流路３３ａ、３３ｂは、第１のエリアＡ１側において第１のスクリュピース６ａに明けられている断面形状が円形の孔である。これらは軸心に対して対称に、それぞれ反対側の外周面から軸心に達するように斜め方向に明けられ連通している。第３、４の流路３３ｃ、３３ｄは、第２のエリアＡ２側において第１のスクリュピース６ａに明けられている断面形状が円形の孔であり、軸心に対して対称に、それぞれ反対側の外周面から軸心に達するように斜め方向に明けられ同様に連通している。第５の流路３３ｅは、第１、２の流路３３ａ、３３ｂと、第３、４の流路３３ｃ、３３ｄとを連通する軸方向の孔である。第５の流路３３ｅも断面形状が円形の孔であるが、第１〜４の流路３３ａ〜３３ｄよりも小径に形成されている。この第５の流路３３ｅの第２のエリアＡ２側の開口部近傍は拡径され、後で説明するポペットの頭部が着座する着座面３４となっている。
【００２３】
ポペット機構３２は、ポペット３５と、このポペット３５を格納しているポペット格納穴３６と、ポペット格納穴３６に入れられポペット３５を軸方向に付勢している皿バネ３８、３８、…と、ポペット格納穴３６の底面を形成していると共に皿バネ３８、３８、…を押さえているリティナ３９とから構成されている。
【００２４】
ポペット格納穴３６は、第１のスクリュピース６ａに、その端面３７から軸方向に明けられている所定の大きさの第１〜３の穴４１ａ〜４１ｃから構成されている。第１の穴４１ａは、第１のスクリュピース６ａの端面３７から軸方向に所定の深さだけ明けられている。第１の穴４１ａは大径の穴であり、その内周面には雌ネジが形成されリティナ３９が螺合するようになっている。第２の穴４１ｂは、第１の穴４１ａよりも小径の穴で、第１の穴４１ａの底面４２ａから軸方向に所定の深さだけ明けられている。第２の穴４１ｂは皿バネ３８、３８、…が格納される穴である。第３の穴４１ｃは、第２の穴４１ｂよりもさらに小径の穴で、第２の穴４１ｂの底面４２ｂから軸方向に明けられており、溶融樹脂流路３３に達している。第３の穴４１ｃは、ポペット３５の頭部あるいは軸部が挿通される穴である。既に説明した第５の流路３３ｅは、第１〜３の穴４１ａ〜４１ｃが明けられた後に、第１のスクリュピース６ａの端面３７から挿入されたドリルによって明けられ、第３の穴４１ｃよりも小径になっている。本実施の形態においては、スクリュ６は第１、２のスクリュピース６ａ、６ｂに分割できるので、第１〜３の穴４１ａ〜４１ｃと第５の流路３３ｅは、端面３７から容易に加工することができる。
【００２５】
ポペット３５は、円柱状を呈するポペット頭部３５ａと、ポペット頭部３５ａに接続されているポペット軸部３５ｂとから構成されている。ポペット頭部３５ａの外径は、第３の穴４１ｃの内径よりもわずかに小さく形成されているので、ポペット頭部３５ａは第３の穴４１ｃに摺動可能に挿通されることになる。しかしながら、ポペット頭部３５ａと第３の穴４１ｃの隙間はわずかで溶融樹脂がこの隙間から侵入することはない。ポペット頭部３５ａの先端部は略円錐状に形成され円錐部３５ｃとなっている。この円錐部３５ｃが着座面３４に着座して第５の流路３３ｅを閉塞することになる。ポペット軸部３５ｂは、ポペット頭部３５ａよりも小径の軸であり、穴が明けられている皿バネ３８、３８、…が挿通されるようになっている。リティナ３９は、皿バネ３８、３８、…を押さえ、それによってポペット３５を押さえるための押さえ部材であり、外周部には雄ネジが形成されている。リティナ３９の一方の端面には、大径の浅い第４の穴４３ａと、この第４の穴４３ａの底面４３ｃに形成されている所定の深さの第５の穴４３ｂとが明けられている。第４の穴４３ａの内径は第２の穴４１ｂの内径と等しく、第５の穴４３ｂの内径はポペット軸部３５ｂの外径よりもわずかに大きい。第４の穴４３ａの底面４３ｃは皿バネ３８、３８、…を押さえる押さえ面になっている。
【００２６】
ポペット機構３２は次のようにして組み立てられている。第１のスクリュピース６ａの端面３７の方から、ポペット３５をその頭部３５ａを先にして穴４１ａ〜４１ｃに挿入する。そうすると、ポペット頭部３５ａは第３の穴４１ｃに挿通される。ポペット軸部３５ｂに所定の枚数の皿バネ３８、３８、…を通す。皿バネ３８、３８、…の枚数を増減したり、交互に重ねる方向を変えると全体としてのバネ定数を調整することができ、ポペット３５が開栓される溶融樹脂の圧力を調整することができる。環状を呈する所定の厚さのスペーサあるいはシム４４をポペット軸部３５ｂに通す。このスペーサ４４はバネ力を調整するためのものである。皿バネ３８、３８、…の枚数や向きを変えてもバネ力を調整できるので、スペーサ４４は必ずしも必須の部材ではないが、スペーサ４４は厚さを調整することによって容易に、かつ精密にバネ力を調整することができる。リティナ３９を第１の穴４１ａに螺合させ締め付ける。ポペット軸部３５ｂは第５の穴４３ｂに摺動自在に挿通され、スペーサ４４は第４の穴４３ａの底面４３ｃに押し付けられる。そうすると、皿バネ３８、３８、…によってポペット頭部３５ａの円錐部３５ｃは着座面３４に着座し、第５の流路３３ｅが閉塞される。このようにしてポペット機構３２が組み立てられた第１のスクリュピース６ａと第２のスクリュピース６ｂを、従来周知のように、互いの端面において接続し第１のスクリュ６を組み立てる。組み立てられた第１のスクリュ６を第１の射出ユニット２にセットする。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る射出成形機１によって、表面が改質された成形品を得る成形方法について説明する。第１の射出ユニット２において、第１の加熱シリンダ５をヒータによって加熱して、第１のスクリュ６を回転する。ホッパ７から樹脂材料を供給する。そうすると、ヒータから与えられる熱と、スクリュの回転によって生じる摩擦・剪断による熱によって樹脂は溶融され前方に送られる。第１のエリアＡ１に送られた溶融樹脂に、金属錯体等の表面改質物質が溶解した超臨界状態の流体、例えば炭酸ガスのような不活性流体を注入孔２４から注入する。圧力調整機構２３によって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は所定の圧力以上に維持されているので、超臨界状態の流体は第１のエリアＡ１で気化し溶融樹脂から分離することはない。したがって、第１のスクリュ６を回転すると、表面改質物質は超臨界状態の流体と共に、溶融樹脂中に十分に浸透して拡散される。第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は、第５の流路３３ｅを閉塞しているポペット頭部３５ａの円錐部３５ｃに作用する。すなわち、円錐部３５ｃのうち第５の流路３３ｅの断面積に相当する部分が受圧面４６になっている。溶融樹脂がポペット３５を押す力は、溶融樹脂の圧力と受圧面４６の面積の積で与えられ、矢印Ｙ１方向に作用する。このような力が皿バネ３８、３８、…のバネ力より大きくなると、円錐部３５ｃが着座面３４から離間して第５の流路３３ｅが開口する。溶融樹脂が溶融樹脂流路３３を経由して第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２に流動する。第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力が低下するとポペット３５は皿バネ３８、３８、…のバネ力によって軸方向に駆動され、第５の流路３３ｅは閉塞される。したがって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は一定に維持されることになる。第２のエリアＡ２に流動した溶融樹脂は、第２のエリアＡ２において減圧される。そうすると、溶融樹脂中に溶けていた炭酸ガスが気化し、溶融樹脂から分離する。ガスを脱気孔２５から排出する。表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂が第１の加熱シリンダ５の前方に送られ蓄積される。蓄積される溶融樹脂の圧力によって第１のスクリュ６は後退する。後退しても、第１、２のエリアＡ１、Ａ２は軸方向に所定量だけ長いので、注入孔２４から表面改質物質が溶解した超臨界流体を注入することもできるし、脱気孔２５からガスを脱気することもできる。表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂を所定量だけ計量したら、第１のスクリュ６の回転を停止して、ホッパ７からの樹脂材料の供給を停止する。
【００２８】
第２の射出ユニット３において、第２の加熱シリンダ９を加熱して第２のスクリュ１０を回転する。樹脂材料を供給すると、従来周知のように樹脂材料は溶融され第２の加熱シリンダ９の前方に溶融樹脂が計量される。所定量の溶融樹脂を計量したら第２のスクリュ１０の回転を停止して、材料の供給を停止する。ロータリ弁１５を回転して、流路１６、１８を連通させる。第１のスクリュ６を軸方向に駆動して、第１の射出ユニット２から表面改質物質が浸透・拡散した溶融樹脂を所定量だけ射出する。そうすると、金型２０内に構成されているキャビティＣの壁面に沿って溶融樹脂が流れてスキン層が形成される。次いで、ロータリ弁１５を回転して、流路１７、１８を連通させ、第２の射出ユニット３の第２のスクリュ１０を軸方向に駆動して溶融樹脂を射出する。そうすると、コアが形成される。冷却固化を待って金型２０を開く。表面が改質された成形品が得られる。以下同様にして成形する。
【００２９】
本実施の形態においては、ポペット挿入穴３６は有底の穴になっており、唯一の開口部である第３の穴４１ｃには、既に説明したようにポペット頭部３５ａがわずかな隙間を介して挿通されている。従って、溶融樹脂は第２の穴４１ｂ内に侵入することはなく、皿バネ３８、３８に溶融樹脂は付着しない。従って、長期間運転してもバネ力は変化することなく一定に維持される。
【００３０】
本発明の実施の形態は色々な変形が可能である。例えば、射出成形機を１頭の射出ユニットから構成することもできる。このようにすると、スキン層とコアの区別がなくなって成形品の樹脂全体に表面改質物質が含まれてしまうことになるが、射出成形機がシンプルになるので、安価に成形品を得ることが可能になる。また、本実施の形態においては、圧力調整機構２３は第１のスクリュ６の符号Ｓ２で示されている部分の近傍の１箇所だけに設けられているように説明されているが、複数箇所に設けられていても良く、例えば符号Ｓ１で示される部分の近傍にも設けることができる。そうすると、２箇所に設けられている圧力調整機構２３によって、第１のエリアＡ１の溶融樹脂の圧力は、さらに精度良く所定の圧力に維持されることになる。
【符号の説明】
【００３１】
１      射出成形機              ２      第１の射出ユニット
３      第２の射出ユニット      ５      第１の加熱シリンダ
６      第１のスクリュ          
６ａ、６ｂ  第１、２のスクリュピース
９      第２の加熱シリンダ  １０      第２のスクリュ          
２３      圧力調整機構          ２４      注入孔    
２５      脱気孔                ３１      シール  
３２      ポペット機構          ３３      溶融樹脂流路
３５      ポペット              ３５ａ    ポペット頭部
３５ｃ    円錐部                ３６      ポペット格納穴
３７      端面                  ３８      皿バネ
３９      リティナ              ４４      スペーサ
４１ａ〜４１ｃ  第１〜３の穴
Ａ１      第１のエリア          Ａ２      第２のエリア
【図１】
2011207160.tif 000003
【図２】
2011207160.tif 000004
【図３】
2011207160.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月5日(2010.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2011207160.tif 000006