(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューを有する射出成形機の射出シリンダ内の気密性を保つためのシール部材であって、
前記スクリューに対する動摩擦係数が低く、円環状であってその最内周面を前記スクリューと摺接する外殻部材と、
断面略Ｕ字形状に形成された前記外殻部材の内部に配置され弾力性を有する材質または構造からなる内部部材とを具備し、
前記内部部材によって前記外殻部材を押し広げて、前記射出シリンダと前記スクリューの隙間をシールすることを特徴とするシール部材。
【請求項２】
前記外殻部材の材質はポリアセタール樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のシール部材。
【請求項３】
前記内部部材は、断面略Ｕ字形状に形成されており、その材質は金属であることを特徴とする請求項１に記載のシール部材。
【請求項４】
前記内部部材は、コイルスプリング状に形成されており、その材質は金属であることを特徴とする請求項１に記載のシール部材。
【請求項５】
前記内部部材の材質はゴムであることを特徴とする請求項１に記載のシール部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成形機のシリンダ内を減圧または真空、もしくは、シリンダ内に不活性ガスを充満させておくためのシール部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂または金属、ガラス等の射出成形や、押し出し成形においては、
（１）酸化が起こらない様に空気（酸素）との接触をさけるため、
もしくは、
（２）ボイドと呼ばれる気泡が成形品内に混入するのをさけるため、すなわち、材料中、または材料と材料の隙間に存在するガス分（空気、水分、残留溶剤、低分子量のモノマー等）の脱気をするため、
等の目的のために、成形機のシリンダ内を減圧または真空にする、もしくは、シリンダ内に不活性ガスを充満させておくことが知られている。
【０００３】
たとえば、特開平２−２５２５１３号公報、特開平６−１９０８９１号公報、特開平８−５７９１７号公報には、射出シリンダ内を減圧または真空にする装置が記載されている。
【０００４】
また、特開平７−９４８９号公報には射出シリンダ内を気密にして、不活性ガスを充満させておくことが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、射出シリンダのスクリューとシリンダ本体との間の隙間をシール部材によりシールする記載はあるものの、その材質、構造に関しては記載されていない。
【０００６】
一般には、Ｏ−リング等のシール部材を使用することが考えられるが、たとえば、射出シリンダ内のスクリューは、射出時の前進運動、計量時の回転しながらの後退運動という複雑な動きをするために、Ｏ−リングシールの耐久性の問題があった。
【０００７】
また、この耐久性の問題の対策として、四フッ化エチレン（テフロン）等の自己潤滑性のある材質のシール部材を使用することが考えられるが、スクリューの前進、回転、後退の動きでは、半径方向に０．２ｍｍ程度の軸の振れがおき、上記四フッ化エチレン（テフロン）は弾力性が乏しいため、軸の振れに追従することができず、シールが不完全になり、エアーが射出シリンダ内に入ってきてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、特開平４−２３８０１１号公報や、特開平７−１５５９１７号公報に記載されているように、射出シリンダの後方全体を、外気と遮断された気密室にしてしまうという提案があるが、射出成形機の射出シリンダの後端部付近には、実際には空間がほとんどないため、取り付けに困難をきたす、装置が大がかりになる等の欠点があった。
【０００９】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールが不完全になることを防止でき、且つ耐久性も高いシール部材を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、シールする部分が大がかりにならず、通常の成形機のシリンダの後端部等に取り付け可能なシール部材を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるシール部材は、スクリューを有する射出成形機の射出シリンダ内の気密性を保つためのシール部材であって、前記スクリューに対する動摩擦係数が低く、円環状であってその最内周面を前記スクリューと摺接する外殻部材と、断面略Ｕ字形状に形成された前記外殻部材の内部に配置され弾力性を有する材質または構造からなる内部部材とを具備し、前記内部部材によって前記外殻部材を押し広げて、前記射出シリンダと前記スクリューの隙間をシールすることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明に係わるシール部材において、前記外殻部材の材質はポリアセタール樹脂であることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明に係わるシール部材において、前記内部部材は、断面略Ｕ字形状に形成されており、その材質は金属であることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明に係わるシール部材において、前記内部部材は、コイルスプリング状に形成されており、その材質は金属であることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明に係わるシール部材において、前記内部部材の材質はゴムであることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を熱可塑性樹脂の射出成形に適用した一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態のシール部材が取り付けられた射出成形機の射出シリンダの全体概要図である。
【００２１】
図１において、１は射出シリンダ、２はスクリュー、３はバンドヒーター、４はノズルである。５は射出シリンダ内を減圧または真空にするための空気抜き穴、もしくは射出シリンダ内を不活性ガスで充満させておくための不活性ガス供給穴である。
【００２２】
６はホッパー、７はロータリーシャッター、８は材料ペレットの貯蔵状態を検知するセンサーである。
【００２３】
そして、２１はスクリュー２と射出シリンダ１の間の隙間をシールするシール部材であり、２０はシール部材を固定する固定部材である。
【００２４】
ホッパー６内で乾燥された材料ペレット９は、射出シリンダ１内でバンドヒーター３からの熱によって溶融され、スクリュー２で混練、計量された後、ノズル４から型（図示せず）内に射出される。スクリュー２上の材料ペレット９が少なくなったことをセンサー８が感知すると、信号を送って、ロータリーシャッター７を回転させ、ロータリーシャッター７内の溝部に入った材料ペレット９を落下させる。
【００２５】
ここで、材料ペレット９が溶融するとき、材料ペレット９中、もしくは、材料ペレット９の周囲に空気（酸素）があると、酸化の問題が発生する。あるいは、計量中、空気の巻き込みが起こったりする。また、材料ペレット中にガス分（空気、水分、残留溶剤、低分子量のモノマー等）がある場合には、ボイドと呼ばれる気泡が成形品内に混入するという問題も発生する。そこで、射出成形機の射出シリンダ１内を減圧または真空にするという対策を取る。
【００２６】
このときは、空気抜き穴５につながれた真空ポンプ（図示せず）で、ロータリーシャッター７から射出シリンダ１内までの部分を減圧または真空にする。
【００２７】
また、ボイドの問題が、計量時の背圧の条件やスクリュー形状で対策がとれる場合には、材料の酸化の問題だけとなるので、これを射出シリンダ内に不活性ガスを充満させておくという手法により解決する。このときは、不活性ガス供給穴５につながれた不活性ガス供給手段により、ロータリーシャッター７から射出シリンダ１内までの部分に不活性ガスを充満させるようにする。
【００２８】
ここで不活性ガスとしては、一般的に窒素ガスが用いられる。
【００２９】
射出シリンダ１のノズル４側は、溶融された材料で充満されているので、ノズル４から空気が入ってくることはない。また、ホッパー６側はロータリーシャッター７があるので、ここからも空気が入ってくることはない。従って、空気が入ってくるおそれがあるのは、射出シリンダ１の後方のスクリュー２との隙間の部分である。この部分にシール部材２１を配置して、空気の侵入を防ぐわけである。
【００３０】
なお、ここで、ホッパー６側のシール構造は、図１に示したロータリーシャッター７以外にも、スライドシャッター等があるが、特に、射出シリンダ１内を減圧または真空にする場合、スライドシャッターでは、それを開いたときに減圧または真空にされた雰囲気が大気圧に戻ってしまうので、スライドシャッターを２重に構成する等の処置を施した方がよい。
【００３１】
図２は、図１のシール部材２１付近の詳細図、図３は、シール部材２１の斜視図である。なお、図３においては、シール部材２１の内部の構造がよくわかるよう、外側表面を構成する外殻部材２２を半分切り欠いた状態で示している。
【００３２】
シール部材２１は、その外殻部材２２が、摺動性に優れ、動摩擦係数が低い、自己潤滑性のある材料で構成され、その内側の内部部材２３が、弾力性を持つ材質または構造で構成されている。
【００３３】
外殻部材２２の材質としては、スクリュー２（材質は鋼）に対する動摩擦係数が低いことが必要である。鋼に対する動摩擦係数の異なる様々なシール素材に関して、シール材の耐久性を検討したところ、動摩擦係数０．２以下の材料において良好な結果が得られた。
【００３４】
具体的には図５に示す通りで、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、四フッ化エチレン樹脂、ナイロン樹脂が好適である。
【００３５】
なお、上記４種のシール材質の内では耐熱性、寸法安定性、耐摩耗性、耐薬品性等も考慮して、四フッ化エチレン樹脂もしくはポリアセタール樹脂が望ましい。
【００３６】
また、特に耐摩耗性を上げるために、上記材質のなかに充填材を入れることがさらに望ましい。充填材としては、カーボングラファイト、グラスファイバー、二硫化モリブデン、ポリエチレン、ポリエステルエラストマ等が挙げられる。
【００３７】
なお、四フッ化エチレン樹脂は通常テフロンと呼ばれるものであるが、テフロンＴＦＥ（四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体）や、テフロンＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体）等の共重合体や、その他の変性体等でも得られる効果はほぼ同等である。
【００３８】
次にシール部材２１の内部部材２３の材質であるが、図２、図３に示したものは、金属の板を断面略Ｕ字形状に曲げ、それを平面視でリング状にしたものである。金属の中では耐腐蝕性を考慮して、ＳＵＳ（ステンレス）を使用するのが望ましい。
【００３９】
また、図４は、内部部材２４としてゴムを使用した例を示している。この場合は、一般に市販されているＯ−リングを使用した。
【００４０】
どちらの場合においても、内部部材２３，２４が、程良い弾性力を持っているので、シール部材２１が外側に広がるようになり、スクリュー２の前進、回転、後退時の０．２ｍｍ程度の径方向の振れに対しても、十分追従し、シール性を確保することができる。
【００４１】
また、シール部材２１の外殻部材２２を図２乃至図４に示したように、開口部２５を有する略Ｕ字型形状とすることによって、さらに、上記径方向の振れに追従することができる。なお、この場合、シールする部分が略Ｕ字型形状であればよく、略Ｕ字型形状に、そのほかの部分が複合された形状であっても良い。
【００４２】
また、内部部材を金属としたとき、図２、図３では内部部材２３も外殻部材２２と同様、略Ｕ字型の形状にしたが、コイルスプリング等の形状でもよい。
【００４３】
さらに、内部部材２３は弾力性のある部材であればよく、金属、ゴム以外の部材であっても構わないし、金属とゴムの複合体であっても構わない。
【００４４】
ここで、図２、図４において、開口部２５は右側すなわちノズル４と反対側を向いている。これは射出シリンダ１内を減圧または真空にする場合に都合がよい。というのは、開口部２５の反対側の平面部２６が射出シリンダの後端面に密着し、射出シリンダ１と固定部材２０との隙間をシールするからである。また、射出シリンダ１と、固定部材２０は動かないものなので、図２、図４に示すように、間にＯ−リング２８を入れて、空気の侵入を防ぐのがよい。
【００４５】
一方、不活性ガスを射出シリンダ１内に充満させるときは、射出シリンダ１内の方がその外側の大気よりも正圧になるので、正圧によるシール部材２１の開口部２５の開きがさらにシール性を高める効果をもたらすように、前記開口部２５を左側すなわち、ノズル側に向けた方が都合がよい。
【００４６】
図２及び図４において、シール部材２１は射出シリンダ１の後端面に配置する構造をとったが、スクリュー２に切り欠き部を作り、この切り欠き部にシール部材２１を装着し、射出シリンダ１の内面でシールする方法もある。しかし、一般にシリンダ内面の表面粗さはスクリュー表面の表面粗さよりも粗く、シール部材の耐久性、シール性の点から、図２、図４に示したように、シリンダ後端面もしくはシリンダ後端面近くで、スクリュー２の外側にシール部材２１を配置した方が望ましい。また、この場合のスクリュー表面の表面粗さは２μｍ（２Ｓ）以下（望ましくは１．６μｍ（１．６Ｓ）以下）にし、表面を硬化処理した方が望ましい。硬化処理としては、たとえば、焼き入れ等の熱処理の他に、硬質クロムメッキや、ＴｉＮや、ＴｉＣＮ等のコーティングを施すことが有効である。
【００４７】
なお、図１、図２、図４に示したようなシール構成をとったことにより、小型で、通常の成形機にも取り付け可能で、装置が大がかりになることが防止された。
【００４８】
本実施形態では、熱可塑性樹脂の射出成形について説明したが、熱硬化性樹脂の場合でも、また押し出し成形の場合でも、さらに、金属やゴム、ガラス等の成形機にも適用可能である。
【００４９】
シール部材２１には真空グリスと呼ばれるような潤滑剤を塗布するのも良い。潤滑剤の塗布によって、より耐久性が向上するという利点がある。
【００５０】
また、前記シール部材２１の前後にダストシール等を設けて、シール部材２１もしくはスクリュー２の摩耗粉や、シール部材２１の表面につけた前記グリス等の潤滑剤が射出シリンダ１内に侵入するのを防ぐようにしても良いし、射出シリンダ１と、スクリュー２の間、または固定部材２０とスクリュー２の間の隙間が広い場合には、バックアップリング等を入れて、隙間を狭くするのも有益である。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダ内のスクリューの、たとえば射出時の前進運動、計量時の回転しながらの後退運動という複雑な動きにおいても、耐久性の問題がなく、かつ、スクリューの前進、回転、後退の動き時に発生する、径方向の０．２ｍｍ程度の軸の振れに対しても追従することができ、シールが不完全にならないという効果がある。
【００５２】
また、シール部材の形状を、開口部のある略Ｕ字型形状とすることによって、形状的にも、より弾力性を持たせることが可能となり、スクリューの軸の径方向の振れに対してよりいっそう、シール性が向上するという効果がある。
【００５３】
また、シールする部分が大がかりにならず、通常の成形機のシリンダの後端部付近に取り付け可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる射出成形機の射出シリンダの全体概略図である。
【図２】図１のシール部材の部分を拡大して示した図である。
【図３】シール部材の斜視図である。
【図４】シール部材の変形例を示す図である。
【図５】外殻部材の材料の鋼に対する動摩擦係数と耐久性を示した図である。
【符号の説明】
１  射出シリンダ
２  スクリュー
９  材料ペレット
２０  固定部材
２１  シール部材
２２  外殻部材
２３，２４  内部部材
２５  開口部
【図１】
0003768713.tif 000002
【図２】
0003768713.tif 000003
【図３】
0003768713.tif 000004
【図４】
0003768713.tif 000005
【図５】
0003768713.tif 000006