(57)【要約】射出装置（１）及び注型用金型を有する熱可塑性プラスチック溶融物を処理するための射出成形装置及びその装置を操作するための方法を開示する。射出装置（１）はガイド手段によってチューブ状シリンダ（５）内で動き得るスクリュー（４）を有しており、前記スクリュー（４）は始動及び終了／停止位置についてチューブ状シリンダ（５）内で制御することができる。スクリュー（４）が終了／停止位置にある場合、チューブ状シリンダ（５）内に、溶融物に満たされた、拡大した体積空間が残されている。
2004527406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出装置（１）及び注型用金型を有する射出成形装置であって、射出装置（１）はガイド手段によってチューブ状シリンダ（５）内で動き得るスクリュー（４）を有しており、前記スクリュー（４）はチューブ状シリンダ（５）内で始動及び終了／停止位置について制御することができ、終了／停止位置でチューブ状シリンダ（５）内において、
【数１】
2004527406.tif 000009
［式中、Ｄは１つのスクリューストロークの寸法である。］
以上で、多くともショット体積に匹敵し得る溶融物体積までの、溶融物に満たされた残留物体積を残すことを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
シリンダヘッドに溶融物前方の拡大した空間を設けることによって残留物体積が形成されることを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
【請求項３】
ノズルとシリンダヘッドとの間にアダプタ要素を取り付けて、溶融物前方の拡大した空間を形成することを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
【請求項４】
装置ノズル及び／又はホットランナの拡大した体積によって、残留物体積が更に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項５】
射出装置及び注型用金型を有しており、熱可塑性プラスチック溶融物を処理するための射出成形装置を操作する方法であって、射出成形装置はガイド手段によってチューブ状シリンダ内で動き得るスクリューを有しており、前記スクリューはチューブ状シリンダ内で始動及び終了／停止位置について制御することができ、熱可塑性プラスチック溶融物を排出する終了／停止位置でスクリューを停止させ、チューブ状シリンダ内に、
【数２】
2004527406.tif 000010
［式中、Ｄは１つのスクリューストロークの寸法である。］
以上で、多くともショット体積に匹敵し得る溶融物体積までの、溶融物に満たされた残留物体積を残すことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、射出装置(injection unit)及び注型用金型(casting mould)を有しており、熱可塑性樹脂溶融物(thermoplastic melts)を処理するための射出成形装置及び射出成形装置を操作する方法に関する。射出装置はガイド手段によってチューブ状シリンダ内で動き得るスクリューを有しており、前記スクリューはチューブ状シリンダ内において始動及び終了／停止位置について制御することができ、その終了／停止位置において、スクリューは溶融物で満たされた拡大された残存体積(enlarged residual volume)をチューブ状シリンダ内に残すことができる。
【０００２】
射出装置及び注型用金型を有する射出成形装置は、ドイツ国特許出願ＤＥ１９５ １４ ０７０Ａ１の公報から知られており、その射出成形装置はチューブ状シリンダ内でガイドロッドによって動くことのできるスクリューを有しており、そのスクリューはチューブ状シリンダ内で始動及び終了／停止位置について制御することができる。更に、終了／停止位置の領域において制御された振動が付与される。終了／停止位置の領域において残存する体積(residual volume)について、ドイツ国特許出願ＤＥ１９５ １４ ０７０Ａ１は何も記載していない。
【０００３】
例えば、プラスチックのペレットを供給する間に空気によって、溶融する間の化学的若しくは物理的反応によって、又は湿った材料によって、生じ得るプラスチック溶融物中の少量の気体は、スクリューの前方の空間の中に連行されたり、射出の際に成形品(moulding)の表面に銀条(silvery surface streak)を生じたりする。
【０００４】
フローチャンネルの中央部では、気泡がプラスチックの溶融前端部(melt front)に達する。溶融前端部の向きに観察すると、圧力は徐々に減少し、気泡は徐々に大きくなる。溶融前端部では、最初から常圧であって、そこで気泡が破裂して、低温の金型壁上で広げられ、延ばされる。（プラスチックの色にもよるが）それによって、銀色のＵ字形状の条痕（ストリーク）が流れの向きに拡がる。
そのようなストリークの生成を防止するため、今日では以下のような手段が採用されている。
【０００５】
プラスチックの予備乾燥
プロセスの前に、追加の装置内で、プラスチック材料を、高温（８０℃〜１２０℃）で数時間乾燥する。
【０００６】
予備乾燥は、追加の装置が必要なため、射出成形装置の購入、維持及び総合的エネルギー消費に関する支出コストが上昇するという問題点を伴なっている。また、不適切に乾燥された材料は、上述のような種類の欠陥を成形表面に生じ得る。
【０００７】
ベント付きプラスチック加工装置の利用
ベント付きのプラスチック加工装置の場合、プラスチック材料中に連行された気体はシリンダ内のベントを通って排出される。気泡は圧縮領域(compression zone)において相当の程度で圧縮され、気泡中の圧力は数百バールにも達する。ベント（排気部）の領域では、標準的な圧力が支配し、その圧力差によって気泡が破裂され、気体はベントを通って排出される。
【０００８】
この方法の問題点は、多分にベントによるプラスチック出口部のプロセス制御が困難なこと、特定の目的のプラスチック加工装置及び追加の装置に別のコストかかること、及びプラスチック処理の性能が低下することなどである。
【０００９】
この発明の目的は、既知の構成及び方法の問題点を解消し、ストリークの増加を防止する装置並びに方法を提供することである。
【００１０】
この目的は、本明細書に記載する本発明の射出成形装置によって達成される。
【００１１】
本発明は、射出装置及び注型用金型を有しており、射出装置はガイド手段によってチューブ状シリンダ内で動き得るスクリューを有しており、前記スクリューはチューブ状シリンダ内で始動及び終了／停止位置について制御することができる射出成形装置であって、終了／停止位置において、スクリューは、チューブ状シリンダ内で、
【数１】
2004527406.tif 000003
［式中、Ｄは１つのスクリューストロークの寸法である。］
以上で、多くともショット体積(shot volume)に匹敵し得る溶融物体積(melt volume)までの、溶融物に満たされた残存体積(residual volume)を残すことを特徴とする射出成形装置を提供する。
【００１２】
本発明は、射出装置及び注型用金型を有しており、熱可塑性プラスチック溶融物を処理するための射出成形装置を操作する方法であって、射出成形装置はガイド手段によってチューブ状シリンダ内で動き得るスクリューを有しており、前記スクリューはチューブ状シリンダ内で始動及び終了／停止位置について制御することができ、熱可塑性プラスチック溶融物を排出する終了／停止位置で前記スクリューを停止させると、チューブ状シリンダ内で、
【数２】
2004527406.tif 000004
［式中、Ｄは１つのスクリューストロークの寸法である。］
以上で、多くともショット体積に匹敵し得る溶融物体積までの、溶融物に満たされた残存体積を残すことを特徴とする射出成形装置の操作方法を更に提供するものである。
【００１３】
本発明は、特に、チューブ状シリンダのシリンダヘッドの前方に取り付けられ、並びに、成形品表面におけるストリーク生成を同様にして防止するノズルアダプターに関する。
【００１４】
好ましく用いられるアダプターは、
【数３】
2004527406.tif 000005
［式中、Ｄは１つのスクリューストロークの寸法に対応する。］
以上で、多くともショット体積に匹敵し得る溶融物体積までの体積を有する。
【００１５】
本発明の装置及び方法の驚くべき効果は、基本的に、射出プロセスの間にプラスチック溶融物が高圧にさらされるということによって説明することができる。ペレットから生じる気体及び溶融物中に存在する気体は、溶融物中に溶解される。次の射出プロセスの間に、この溶融物は（例えば、アダプターから）成形型(mould)の中へ射出される。気体は溶存した状態で残こり、気泡として溶融物の前面に達することはなく、その結果、既知の方法の場合のように、ストリークが生成しない。成形品の体積がアダプターの体積よりも大きい場合であっても、ストリークは生成しない。このことは、多分に、フローパスに沿って圧力が上昇するということによって説明することができる。成形型の充填が進むと、スクリュー前方の空間における圧力、従って溶融物圧力が上昇する。圧力が高いほど、気体の溶解能(dissolution capacity)は大きくなる。まずアダプターから成形型の中に溶融物が注入されるので、新たな計量プロセスの間に連行された気体は、溶融物が成形型に達する前に溶解し得る。
【００１６】
本発明は、特に、以下の構造的特徴を伴なって達成される。
射出成形装置のシリンダ・ヘッドには、溶融物の前方に拡大した空間(enlarged space)が設けられている。
ノズルとシリンダ・ヘッドとの間には、溶融物の前方に拡大空間を形成するためのアダプター要素が取り付けられている。
【００１７】
射出成形金型のホット・ランナ及び／又は射出成形装置ノズルは、場合によって更に拡大されて、所望の残存溶融物体積を形成（又は確保）している。
チューブ状シリンダは、特に、スクリューに対応しており、スクリューよりも長く形成されている。
スクリューのストロークは、着脱可能な機械的制限ストッパによって規定することができる。清浄化のためには、この制限ストッパを短い時間で取り外して、バッファスペースを清浄化した後、再び装着することができる。
【００１８】
本発明は、従来技術から知られる方法を上回る、以下のような利点を提供する：
ノズルアダプターを用いることによって、より高いプロセス信頼性が得られる。スクリューはシリンダ・ヘッドから所定の距離まで動けるだけであるので、ノズルアダプターからの体積を成形型の中に追加的に注入することはできない。従って、誤操作を防止することができる。間に置かれるノズルアダプターによって、大きな労力を伴なうことなく、常套の射出成形装置を低コストにて改良することができる。
【００１９】
本発明の方法を適用すると、場合によって、熱可塑性プラスチック材料の予備乾燥を省略して、熱可塑性プラスチック材料を射出成形装置で処理することができる。
すべての溶融−処理可能な材料はストリークを生じる可能性を有するので、本発明の方法はすべての既知の熱可塑性プラスチックに用いることができる。
【００２０】
以下の熱可塑性プラスチック：ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）、ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリルコポリマー樹脂）、ＰＡ（ポリアミド樹脂）、ＴＰＵ（熱可塑性ポリウレタン樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン樹脂）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン(ポリアセタール樹脂))、ポリオレフィン樹脂、特にＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、これらの混合物及びその他のプラスチックとの混合物、例えばＰＣとＡＢＳとの混合物などを用いることが好ましい。
【００２１】
表面のストリークを低減するため、基本的に、装置の調節を通じて、１Ｄスクリューストローク（スクリューの断面積×長さ（＝ｌ×スクリュー直径））以上の体積に対応する溶融物の残存バッファ(residual buffer)を確保することができる。
【００２２】
射出成形装置において用い得るショット体積は、通常は、スクリュー直径にチューブ状シリンダの断面積をかけた値のおよそ１〜３倍（１Ｄ〜３Ｄ）に達する。
３Ｄに対応する体積を超えると、成形品のストリークの増大が観察される。
【００２３】
本発明のデバイスを用いて、スクリューの少なくとも４Ｄストロークに対応する体積まで使用すると、ストリークのない使用し得るショット体積を増大することができる。
これによって、より小さな射出成形装置を使用して、より大きな成形品を製造することができるので、かなりの経済的利点が得られる。
【００２４】
スクリューの装置調節によって溶融物の残存バッファを確保（又は形成）することは、誤操作の場合に、溶融物の大きな残存バッファが金型（注型用金型）の中に注入されたり、従って装置及び金型が損傷を受けたりし得るので、あまり好ましいものではない。
以下、図面を参照して、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、これらの例によって本発明が制限されるものではない。
【００２５】
図１は、射出成形金型内のフローチャンネルを通る断面を模式的を示す図である。スクリューと注型用金型との間の圧力勾配に基づいて、注型用金型の向きに気体（気泡）体積７が増大する。
【００２６】
図２は、常套の射出成形装置の断面図を示している。この図は、スクリューチップ２の上流側のチューブ状シリンダ５の領域において、圧力保持フェーズが完了した後の、通常の比較的小さな溶融物体積を示している。
【００２７】
計量及びスクリュー４の前進の後で、チューブ状シリンダ５のシリンダーヘッド３とスクリューチップ２との間の射出成形装置内に、ごく少量の溶融物が残存していることがわかる。従来技術によれば、溶融物の残存バッファは一般に、チューブ断面積かける計量ストロークの０．１〜０．２倍程度の量である。従来技術によって用いることができる計量ストロークは、多くともスクリュー直径の３倍程度であるので、多くとも
【数４】
2004527406.tif 000006
の溶融物の残存バッファが得られる。
【００２８】
図３は、アダプター要素６を有する改良された射出成形装置１の断面を示している。アダプター６は、構造を変えることによって、圧力保持フェーズが完了した後、スクリューチップの上流側に大きな溶融物体積を形成している。２つの図を対比すると、図３における溶融物バッファは、図２の場合よりも実質的に大きいということを示している。溶融物バッファの体積は、アダプター６を有する射出成形装置１の場合には、
【数５】
2004527406.tif 000007
となる。
【００２９】
アダプターを用いることによって、この射出成形装置１にて、以下に示すように、ストリークのない、種々の熱可塑性プラスチックの成形品を射出成形した。表１は、種々の試験の結果（１〜５は比較試験、Ａ〜Ｅは本発明の試験）を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
試験１−２、Ａ、Ｂは、４５ｍｍのスクリュー直径を有する、エンゲル(Engel)社製のＥＳ７００／１５０型の射出成形装置によって行った。「エンド・キャップ(End Cap)」と称されるキャップ形状の成形型を製造した。計量ストロークは、スクリュー直径のおよそ４倍（表の装填の項参照）に対応した。
【００３２】
最初の試験では、ＰＣ／ＡＢＳブレンドを用いた。試験の第１の部分（No.１）では、バッファ体積は２３．８ｃｍ３に達した。排除（又は廃棄）アイテムの割合は９６％であり、経済的な生産は達成できなかった。試験の第２の部分（Ａ）では、アダプターを用いることによって、スクリューチップの前方に、約９５．３ｃｍ３のバッファ体積を形成した。排除（又は廃棄）の割合は、２２．５％に低下し、このことによってかなりの改善が示された。
【００３３】
次の試験では、ＰＣ／ＡＢＳブレンドに代えて、純粋なＰＣを用いた。試験の第１の部分（No.２）を、２３．８ｃｍ３のバッファ体積にて実施した。排除の割合はおよそ３０％であった。上述のような約９５．３ｃｍ３のバッファ体積を用いると、不良品（排除アイテム）は出なかった。
【００３４】
試験３−４、Ｃ、Ｄは、同じ装置を用いて実施した。この試験にて、得られる成形品はスタッキング・ボックス(stacking box)であった。この試験の場合の計量ストロークは、スクリュー直径の２．７倍に相当した。この試験でのバッファ体積は８７．４ｃｍ３であった。１５．９ｃｍ３のバッファ体積では、試験３についての銀条生成の割合は５０％であり、上述のバッファ体積での銀条を有する成形品の割合はおよそ３．５％であった。
【００３５】
４番目の試験では、ＰＣ／ＡＢＳブレンドを用い、排除割合は３．５％に低下し、バッファ体積はおよそ５０％であった。
【００３６】
アーブルグ(Arburg)社製、３２０−９０−７５０型（スクリュー直径３０ｍｍ）の装置を用いて、試験５及びＥを実施した。成形品は、バッテリーチャージャー(mains chargers)用のカバーである。各サイクルで、同時に４つのアイテムを製造した（４キャビティ成形）。装填はスクリュー直径の３．３倍であった。バッファ体積はおよそ３４．６ｃｍ３であった。５．８ｃｍ３のバッファ体積で製造して、およそ２．３％の排除体積が得られる一方で、高いバッファ体積では排除割合を０．９％に低下させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、射出成形金型内のフローチャンネルを通る模式的断面図である。
【図２】図２は、常套の射出成形金型の断面図である。
【図３】図３は、本発明に従って変更された射出成形金型の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…射出装置、  ２…スクリューチップ、  ３…シリンダーヘッド、  ４…スクリュー、  ５…チューブ状シリンダ、  ６…アダプター、  ７…気体体積。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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