JPH1128725A

JPH1128725A - 熱可塑性樹脂成形システム

Info

Publication number: JPH1128725A
Application number: JP18500497A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kai; 丘甲斐; Masaaki Kuroda; 聖昭黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂可塑化装置で樹脂を加熱する際の温度を
低くすることなく、しかも、樹脂焼けが発生するのを防
止することのできる熱可塑性樹脂成形システムを提供す
る。【解決手段】熱可塑性樹脂を熱可塑化装置より成形型
に供給する成形システムにおいて、上記熱可塑性樹脂を
充填した容器内を減圧し、この減圧状態の上記容器内に
不活性ガスを導入し、上記容器から上記熱可塑性樹脂と
不活性ガスとを熱可塑化装置に供給することを特徴とす
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、熱可塑性樹脂を可
塑化する装置および成形時のホットランナ装置に改良を
施した熱可塑性樹脂成形システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂の可塑化装置、例えば、押出
し成形機、射出成形機を用いる熱可塑性樹脂成形システ
ムにおいては、樹脂材料は、空気により成形機の上部に
設けられたホッパーに圧送され、次いで、成形機の加熱
シリンダ内へ送られ、該加熱シリンダ内加熱、溶融さ
れ、スクリューの回転により、スクリューヘッドの前方
へ送られ、次いで、前方のノズルから成形型のキャビテ
ィ内へ充填され、その後、冷却、固化されて、所要の成
形品となる。

【０００３】また、上記成形システムにおいて、ＰＭＭ
Ａ、ＰＣ、オレフィン系樹脂などの光学レンズ用樹脂材
料により光学レンズを成形する場合、光学レンズ成形品
に焼けやゴミが発生すると、光学特性が得られないの
で、先ず、成形型に到達する過程で樹脂材料に過剰な熱
履歴を与えないために、成る可く、樹脂流路部で樹脂の
滞留を起こさないように、コールド・ランナを備えた成
形型を用いて成形を行っていた。

【０００４】しかし、一般に、成形型から成形品と共に
取出されるスプール、ランナは、既に、かなりの熱履歴
を受けているため、物性が劣り、従って、リサイクルで
きないので、全て廃材となる。そこで、特開平６−３１
７８０号公報に所載の装置などに示されるように、ホッ
トランナ・マニホールドの流路を直線的に形成して、滞
留部をなくしたり、流路内面に表面処理を施し、樹脂が
流路内面に付着することによる滞留を避けるようにした
ホットランナ装置が試みられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者
（可塑化装置）については、樹脂材料がスクリューの溝
を通って前方に移動する過程で、加熱シリンダ内に滞留
するが、この長時間の滞留時に加熱シリンダ内に酸素が
存在すると、樹脂が酸化して、品質劣化するため、樹脂
焼けが発生する虞があり、また、炭化した樹脂層が部分
的に形成され、それが次第に壊れながら、少しずつ、前
方のノズルへ送られて、これが茶ゴミ、黒ゴミとして成
形品に含まれるようになり、不良成形品を生じることに
なる。

【０００６】このような樹脂焼けを防ぐための従来の装
置としては、ホッパーに窒素ガスを導入するようにした
装置、加熱シリンダのベント部から真空ポンプを用い
て、真空脱気するようにした装置などがある。しかしな
がら、前者では、樹脂材料がホッパーへ、空気を用いて
圧送されるため、十分に窒素置換できないという問題が
あり、また、後者では、加熱シリンダ内が完全にシール
できないため、十分に減圧されず、空気を完全に除去す
ることができない。

【０００７】特に、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹
脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、非晶質ポリエステル樹
脂、環状ポリオレフィン樹脂などの透明な樹脂を成形す
る場合、上述の黒ゴミ、茶ゴミによる成形品不良が問題
となる。

【０００８】また、後者（ホットランナ装置）について
は、ホットランナ・マニホールドの流路を直線的に形成
しても、例えば、ホットランナ・マニホールドとノズル
との接合部に、樹脂材料の滞留部ができてしまい、仮
に、ＴｉＮなどの表面処理を施しても、完全に流路内面
の樹脂付着を防ぐのは、不可能である。

【０００９】そこで、本出願人は、様々な実験を繰り返
した結果、樹脂焼けは、樹脂材料が滞留し、過剰の熱履
歴により劣化することよりも、溶融樹脂が外気に触れて
酸化してしまうことによる方が、遥かに大きな原因にな
っていることを見出した。

【００１０】そこで、本発明の第１の目的は、従来から
の樹脂の可塑化装置における樹脂焼け防止方法に残され
た上述の問題点を解決して、樹脂可塑化装置で樹脂を加
熱する際の温度を低くすることなく、しかも、樹脂焼け
が発生するのを防止することのできる熱可塑性樹脂成形
システムを提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、上述の本出
願人の知見に立って、従来では達成できなかった光学レ
ンズ成形の使用に耐え得る樹脂焼け防止用のホットラン
ナ装置を備えた熱可塑性樹脂成形システムを提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
熱可塑性樹脂を熱可塑化装置より成形型に供給する成形
システムにおいて、上記熱可塑性樹脂を充填した容器内
を減圧し、この減圧状態の上記容器内に不活性ガスを導
入し、上記容器から上記熱可塑性樹脂と不活性ガスとを
熱可塑化装置に供給することを特徴とする。

【００１３】また、本発明では、成形機より成形型に樹
脂材料を供給するためのホットランナ装置が、上記成形
型のキャビティのゲートに連通するノズル口および該ノ
ズル口に連通するランナを有するホットノズル本体と、
上記ホットノズル本体を固定すると共に上記成形機のノ
ズル口と連通するスプール口より上記ホットノズル本体
のランナに上記樹脂材料を誘導するランナを有するホッ
トランナブロックと、上記ホットノズル本体と上記ホッ
トランナブロックとが配置された成形型内の空間部およ
び上記キャビティに連通された真空手段とを具備してい
ることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明の実施の形態とし
て、その特徴を最もよく表す、真空排気、不活性ガス置
換を行うことのできる樹脂可塑化装置の事例（図１）を
参照して説明する。なお、図２から図７は、真空脱気、
不活性ガスの置換の仕方を順次、示す図である。

【００１５】先ず、樹脂材料は、空気により圧送され
て、樹脂供給口１を通じて、ホッパー２へ供給される
（図３を参照）。ホッパー２の底部には、上下にシャッ
ターを設けた、真空排気と不活性ガス置換のための容器
３が配置されている。この容器３の上部のシャッターを
開けて、ホッパー２内の樹脂材料を一定量、容器３内に
移す（図４を参照）。

【００１６】そして、上部のシャッターを閉じた後、バ
ルブ６を開き、容器３内を真空排気する（図５を参
照）。このために、バルブ６は真空ポンプ（図示せず）
に連結されていて、バルブ６を開くことで、容器３内は
真空排気される。容器３内の真空度は２００ｍｍＨｇ以
下、通常、５０ｍｍＨｇ以下、更に、好ましくは１０ｍ
ｍＨｇ以下とする。

【００１７】次いで、バルブ６を閉じ、バルブ７を開く
（図６を参照）。バルブ７は不活性ガス供給設備（図示
せず）に連結されているため、バルブ７を開けると、不
活性ガスが容器３内部へ導入・充填される。この不活性
ガスには、窒素、アルゴン、ヘリウム、炭酸ガスなど
の、酸素ガスを含まないガスを用いることができる。こ
の操作は２回以上、繰り返し行ってもよく、また、再度
の真空排気後に、不活性ガス導入を行っても良い。

【００１８】引き続いて、容器３の下部に設けた下部シ
ャッター５を開け、不活性ガス雰囲気中にある樹脂材料
を、不活性ガスと共に、加熱シリンダ１２内へ供給する
（図７を参照）。加熱シリンダ１２内へ樹脂材料を供給
した後は、下部シャッター５を閉じ、再度、ホッパー２
から容器３へと樹脂材料の供給がなされる。

【００１９】なお、加熱シリンダ１２の内部は、樹脂材
料の供給前に、予め、不活性ガスで置換されていること
が好ましい。この場合、加熱シリンダ１２の内部に不活
性ガスを導入するには、シリンダ入口近傍に、真空引き
による排気口８および不活性ガス導入口９を設けて、前
述した真空排気、不活性ガス充填と同様の方法で、真空
排気した後、不活性ガスの導入を図るのである。そし
て、加熱シリンダ１２内に供給された樹脂材料は、ヒー
タ１０で加熱され、可塑化され、スクリュー１１の回転
で、前方のノズル１３の方へ送られる。

【００２０】なお、本発明に用いることのできる熱可塑
性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６などのポリ
アミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリ
オレフィン樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアク
リル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、
ポリエステル樹脂、更には、特開平１−２４０５１７号
公報、特公昭５７−８８１５号公報などに示されている
ノルボルネン系樹脂、特開昭６３−２３４２０１号公報
などに示されているジシクロペンタジエンの開環重合に
よって得られる樹脂、特開平０２−３１０８４５号公報
などに示されている環状ポリオレフィン樹脂、特開平０
２−１９１６０２号公報などに示されている鎖状オレフ
ィンと環状オレフィンの共重合樹脂、または、これらの
混合物、これらの共重合体などの熱可塑性樹脂が挙げら
れる。

【００２１】（実施例１）以下に、本発明の樹脂可塑化
装置を用いた場合に成形品の品質などについて、その実
施例を示す。ここでは、図１に示す、真空脱気、不活性
ガス置換を行うことのできる樹脂可塑化装置を用いて射
出成形を行った。なお、加熱シリンダ１２内は、予め、
窒素で置換しておいた。

【００２２】ホッパー２に非晶質ポリオレフィン樹脂
（日本ゼオン（製）、商品名ＺＥＯＮＥＸ４８０Ｓ）
を供給した。次いで、容器３に樹脂を移し、真空ポンプ
で真空排気した。減圧度が２００ｍｍＨｇに達したのを
確認し、真空ポンプ側のバルブ６を閉じ、窒素側のバル
ブ７を開け、容器３内に窒素を充填し、容器３の内圧が
常圧にもどるまで、窒素を導入した。次いで、容器３の
下部シャッター５を開け、窒素ガス雰囲気中にある樹脂
材料を、窒素ガスと共に、加熱シリンダ１２内へ供給し
た。この加熱シリンダ１２の可塑化部の温度は、樹脂供
給側から段階的に、２５０℃、２７０℃、２８０℃およ
び２７０℃に設定し、サイクルタイム：１０分、金型温
度：１２５℃の条件下で、縦１００ｍｍ、横１００ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍの板を成形した。成形開始から２４時間
経過してから成形されたものに対して、成形品の回収を
開始し、１００枚の射出成形品を保存した。先ず、目視
により外観検査を行い、成形品一枚あたり、径：３０μ
ｍ以上の黒色異物が、１個以上、板表面に存在する成形
品を不良品と判定することにした。（実施例２、３）この実施例では、減圧度を５０及び１
０ｍｍＨｇにしたこと以外は、実施例１と同様であり、
その成形品について検討を行った。（比較例１）真空排気を行わないこと以外は、実施例１
と同様であり、その成形品について検討を行った。

【００２３】以上の成果（実施例１ないし３および比較
例１）を下表に示した。

【００２４】

【表１】なお、本発明は、上述の実施の形態では、連続式熱可塑
化装置である射出成形機について説明したが、バンバリ
ーミキサーのようなバッチ式熱可塑化装置の場合にも適
用できることは勿論である。また、本発明は、以上の実
施形態および変形例、または、それら技術要素を必要に
応じて組み合わせて構成してもよい。

【００２５】以上説明したように、この実施の形態で
は、熱可塑性樹脂の可塑化装置において、熱可塑性樹脂
を充填した容器を減圧し、減圧化された容器に不活性ガ
スを導入し、この状態で、熱可塑性樹脂と不活性ガスと
を熱可塑化装置に供給しているので、樹脂材料を可塑化
する際、加熱により樹脂が劣化することなく、黒ゴミ、
茶ゴミのない良質の成形品を提供することができる。

【００２６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を、図８および図９を参照して、説明する。図８
は、本発明における樹脂焼け防止用ホットランナ装置を
示しており、ここでは、ホットノズル本体２１、ホット
ランナブロック２２は、成形型（金型）内部に装備さ
れ、ヒータ２３、２４ａ〜２４ｂにより、それらの内部
の樹脂の軟化温度以上に加熱される。シリンダ２６は、
成形機（図示せず）からの信号により駆動され、そのバ
ルブピン２７を進退動作する。また、ゲート２５は、バ
ルブピン２７の進退で、開閉される。

【００２７】ホットランナブロック２２は、そのスプー
ル口を、成形機の射出ノズル２８のノズル口に連通して
いる。成形型の内部には、ホットノズル本体３１および
ホットランナブロック２２を囲む空間部２９があり、ま
た、上記成形型のパーティン面３８に沿って、光学レン
ズ形状のキャビティ３０があり、このキャビティ３０
は、シール部材３１ａ〜３１ｃ、３２によって、密閉状
態を確保する。

【００２８】空間部２９およびキャビティ３０は、それ
ぞれ、開閉切換弁３３、３４を介して、駆動モータ３５
で作動する真空ポンプ３６に接続されている。また、開
閉切換弁３３、３４および駆動モータ３５は、成形機か
らの信号で、制御部３７により、制御される。

【００２９】即ち、先ず、射出ノズル２８をホットラン
ナブロックにノズルタッチし、また、パーティン面３８
を閉めた後、真空ポンプ３６を作動させ、開閉切換弁３
３を開き、強制吸引を行う。ホットノズル本体２１およ
びホットランナブロック２２のランナ３９内に樹脂がな
い場合、必要に応じて、開閉切換弁３４も開いて、キャ
ビティ３０からも強制吸引する。なお、空間部２９は、
２００ｍｍＨｇ、できるならば５０ｍｍＨｇ以下に減圧
されることが好ましい。また、ランナ３９内の溶融樹脂
から発生するガスは、高温のために自然対流で上昇する
から、強制吸引口４０は、空間部２９の上部に設けるこ
とが好ましい。

【００３０】なお、成形中、常時、開閉切換弁３３を開
き、強制吸引していてもよいし、ランナ３９内の溶融樹
脂が減圧されるタイミングに同期させて、制御部３７の
指令により、開閉切換弁３３を開き、強制吸引してもよ
い。また、ランナ３９内の溶融樹脂が減圧される工程と
しては、計量前のサックバック工程や、計量後のサック
バック工程などが挙げられる。

【００３１】図９は、本発明の上述の実施形態の一変形
である。この実施形態の樹脂焼け防止用ホットランナ装
置では、図７に示す構成に加えて、空間部２９が、開閉
切換弁４１および不活性ガスの供給量を調整する絞り弁
４２を介して、不活性ガスを収容したガスタンク４３に
接続されている。なお、ここでの不活性ガスとしてはＣ
Ｏ₂（炭酸ガス）やＮ₂（窒素ガス）などが用いられ
る。

【００３２】また、不活性ガス供給口４４は、強制吸引
口４０の下部に設けることが好ましい。また、不活性ガ
スは成形中、常時、供給してもよいし、空気より軽いＮ
₂（窒素ガス）を使用する場合、強制吸引の開閉切換弁
３３が閉じている時のみ、供給されるように、制御部３
７により、開閉切換弁４１を制御してもよい。

【００３３】さらに、図８および図９において、ホット
ノズル本体２１およびホットランナブロック２２を、通
気性を有する部材で形成すれば、ランナ３９内の溶融樹
脂から発生するガスは、ホットノズル本体２１およびホ
ットランナブロック２２自体を通過して、効率よく、空
間部２９に排出される。また、空間部２９の不活性ガス
はホットノズル本体２１およびホットランナブロック２
２を通過して、ランナ３９内に流入するので、溶融樹脂
を外気から効率よく遮断することができる。

【００３４】なお、ホットノズル本体２１およびホット
ランナブロック２２のすべてを、通気性を有する部材で
形成するのではなく、その一部のみ、通気性を有する部
材で形成してもよい。また、本発明に係わる樹脂焼け防
止用ホットランナ装置において、そのゲート２５をシー
ルする方法として、バルブピン駆動方式を用いたが、こ
れに限らず、例えば、ヒータ２３を間欠加熱する方式を
用いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上詳述したようになり、樹脂
を充填した容器を減圧し、減圧化された容器に不活性ガ
スを導入し、この熱可塑性樹脂と不活性ガスとを、熱可
塑化装置に供給するので、樹脂を可塑化する際に、加熱
により樹脂が劣化することがない。

【００３６】また、本発明によれば、以下に記載するよ
うな効果を奏する。即ち、ホットノズル本体およびホッ
トランナブロックを囲む空間部を成形型内に形成し、こ
の空間部を真空手段により強制吸引し、また、不活性ガ
スを上記空間部に供給することによって、溶融樹脂の酸
化を確実に防止できるので、樹脂焼けが発生せず、良質
な光学レンズなどの成形品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である可塑化装置の図であ
る。

【図２】本発明の実施形態である真空排気／窒素置換の
ための容器の図である。

【図３】同じく、ホッパーに樹脂を充填し状態を示す上
記容器の図である。

【図４】同じく、上部シャッターを開放して樹脂を容器
に充填する状態の図である。

【図５】同じく、真空排気した上記容器の図である。

【図６】同じく、上記容器を窒素充填した状態の図であ
る。

【図７】同じく、上記容器から樹脂を加熱シリンダに供
給している図である。

【図８】本発明に係るホットランナ装置の一実施形態の
図である。

【図９】同じく、変形例を示す図である。

【符号の説明】

１樹脂供給口２ホッパー３容器４上部シャッター５下部シャッター６真空排気バルブ７窒素供給バルブ８シリンダ用真空排気バルブ９シリンダ用窒素供給バルブ１０ヒータ１１スクリュー１２シリンダ１３ノズル１４駆動機構２１ホットノズル本体２２ホットランナブロック２３，２４ａ，２４ｂヒータ２５ゲート２６シリンダ２７バルブピン２８射出ノズル２９空間部３０キャビティ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２シール部材３３，３４，４１開閉切換弁３５駆動モータ３６真空ポンプ３７制御部３８パーティング面３９ランナ４０強制吸引口４２絞り弁４３ガスタンク４４不活性ガス供給口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂を熱可塑化装置より成形型
に供給する成形システムにおいて、上記熱可塑性樹脂を
充填した容器内を減圧し、この減圧状態の上記容器内に
不活性ガスを導入し、上記容器から上記熱可塑性樹脂と
不活性ガスとを熱可塑化装置に供給することを特徴とす
る熱可塑性樹脂成形システム。
【請求項２】熱可塑性樹脂の入った容器の減圧度が２
００ｍｍＨｇ以下であることを特徴とする請求項１に記
載の熱可塑性樹脂成形システム。
【請求項３】不活性ガスが窒素ガスであることを特徴
とする請求項１あるいは２に記載の熱可塑性樹脂成形シ
ステム。
【請求項４】成形機より成形型に樹脂材料を供給する
ためのホットランナ装置が、上記成形型のキャビティの
ゲートに連通するノズル口および該ノズル口に連通する
ランナを有するホットノズル本体と、上記ホットノズル
本体を固定すると共に上記成形機のノズル口と連通する
スプール口より上記ホットノズル本体のランナに上記樹
脂材料を誘導するランナを有するホットランナブロック
と、上記ホットノズル本体と上記ホットランナブロック
とが配置された成形型内の空間部および上記キャビティ
に連通された真空手段とを具備していることを特徴とす
る熱可塑性樹脂成形システム。
【請求項５】上記ホットノズル本体とホットランナブ
ロックとが配置された上記空間部に対して不活性ガスを
供給する不活性ガス供給部を備えていることを特徴とす
る請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形システム。
【請求項６】上記ホットノズル本体およびホットラン
ナブロックの一部あるいは全てが、通気性を有する部材
で形成されていることを特徴とする請求項４あるいは請
求項５に記載の熱可塑性樹脂成形システム。