混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法
【課題】被混練物をペレット化せずに計量して吐出することが可能な混練機を提供する。
【解決手段】軸状のスクリュー部８と、スクリュー部を囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部とスクリュー部との間の混練空間Ｓに、スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う混練機２であって、スクリュー部を軸線方向に貫通する計量シリンダー部１６と、スクリュー部の外周部と計量シリンダー部との間に貫通し循環流路の一部を構成する第１の流路１７と、計量シリンダー部に軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部１８と、を備え、第１の流路とスクリュー部の先端部８ｂとの間に循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、第１の流路とスクリュー部の先端部との間を閉止するとともに計量シリンダー部に被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、プランジャー部の位置で切り替える。
【解決手段】軸状のスクリュー部８と、スクリュー部を囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部とスクリュー部との間の混練空間Ｓに、スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う混練機２であって、スクリュー部を軸線方向に貫通する計量シリンダー部１６と、スクリュー部の外周部と計量シリンダー部との間に貫通し循環流路の一部を構成する第１の流路１７と、計量シリンダー部に軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部１８と、を備え、第１の流路とスクリュー部の先端部８ｂとの間に循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、第１の流路とスクリュー部の先端部との間を閉止するとともに計量シリンダー部に被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、プランジャー部の位置で切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被混練物を循環させて混練する混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用材料や医療用材料の特性を向上させるために、複数のポリマー同士、もしくはポリマーと有機粉末や無機粉末といった被混練物を混練する様々な装置が検討されている。そのような装置の１つとして、特許文献１に示すように、スクリュー（スクリュー部）にその先端面と基端側の側面とを連結する貫通孔（循環流路）を形成して内部帰還型のスクリューとした混練機が知られている。
この混練機によれば、スクリューを高速で回転させることにより、投入された被混練物を循環させながら被混練物に強い剪断力を与えて溶融させ、被混練物の粒子の径がそれぞれ数十ナノメータ程度まで小さくなるように分散させた押出し成形品が作製できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の混練機を用いて射出成形を行う場合には、溶融させた被混練物を一度ペレット化してから射出成形装置に投入する必要があった。このため、溶融させた被混練物の温度を下げてペレットに固める際に、温度低下により混練した被混練物の粒子が集まって再結合して被混練物の分散性が低下し、射出成形後に所望の物性を有する成形品が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、被混練物をペレット化することなく溶融状態の被混練物を計量して吐出することが可能な混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の混練機は、外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため、前記スクリュー部の先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、該吐出口を開閉する開閉機構と、前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に貫通する孔部である計量シリンダー部と、前記スクリュー部の外周部と前記計量シリンダー部との間を貫通し、前記循環流路の一部を構成する第１の流路と、前記計量シリンダー部に前記軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部と、を備え、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間に前記循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間を閉止するとともに前記スクリュー部の先端部を通して前記計量シリンダー部に前記被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、前記プランジャー部の進退位置を変えて切り替えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、まず、プランジャー部を軸線方向に進退させて、スクリュー部に形成された第１の流路とスクリュー部の先端部との間に第２の流路を形成する循環状態にし、第１の流路と第２の流路とで循環流路を構成させる。そして、開閉機構により吐出口を閉じた状態にしてスクリュー部を回転させ、被混練物を混練空間及び循環流路内で循環させ、被混練物を溶融状態にして混練させる。
混練が終了すると、次にプランジャー部を軸線方向に進退させて、プランジャー部で第１の流路とスクリュー部の先端部との間を閉止するとともに、スクリュー部の先端部を通して計量シリンダー部に被混練物を出入れ可能とする計量状態にする。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
また、溶融状態の被混練物の温度を下げてペレット化することなく吐出することができるので、温度変化により被混練物の物性が低下するのを抑えることが可能となる。
【０００８】
また、前記プランジャー部の内部には、前記スクリュー部の先端部側の端面と前記計量シリンダー部に内嵌される側面との間を連通させる連通孔が設けられ、前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の前記連通孔を、前記第１の流路に連通させることがより好ましい。
この発明によれば、まず、シリンダー部の第１の流路に連結されたプランジャー部の連通孔で形成される第２の流路と、第１の流路と、で循環流路を構成し被混練物を循環させ混練させる。次に、プランジャー部を吐出口から離間する方向に移動させて第１の流路と連通孔との連結を解除することにより、プランジャー部の先端面とスクリュー部の先端部との間で溶融状態の被混練物を保持する。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【０００９】
また、前記プランジャー部は中実軸からなり、前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の側面を前記第１の流路の前記計量シリンダー部側の開口から退避させることで前記計量シリンダー部内に形成されることがより好ましい。
この発明によれば、まず、プランジャー部の側面を第１の流路の計量シリンダー側の開口から退避させることで計量シリンダー部内に形成される第２の流路と、シリンダー部の第１の流路と、で循環流路を構成し被混練物を循環させ混練させる。次に、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に移動させてプランジャー部の側面で第１の流路の計量シリンダー側の開口を閉止させることにより、プランジャー部の先端面とスクリュー部の先端部との間で溶融状態の被混練物を保持する。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【００１０】
また、前記プランジャー部を前記軸線方向に進退させるプランジャー進退機構と、該プランジャー進退機構及び前記開閉機構の動作を制御することにより前記計量シリンダー部に流入させた前記被混練物を計量して前記吐出口から吐出させる吐出制御部と、を備えることがより好ましい。
この発明によれば、プランジャー部を軸線方向に進退させることを自動的に行うことができる。また、吐出制御部により、プランジャー部と開閉機構とを動作させることで、計量した被混練物を吐出口から自動的に吐出させることができる。
【００１１】
また、本発明の射出成形装置は、上記のいずれかに記載の混練機を備え、該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることがより好ましい。
この発明によれば、溶融状態の被混練物の温度を下げてペレット化することなく金型に射出することができるので、温度変化により被混練物の物性が低下するのを抑えるとともに、射出成形に要する時間を短縮させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の被混練物の計量方法は、回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、
前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を混練する混練工程と、
該混練工程の後、前記循環流路を閉止し、前記スクリュー部の内部に進退可能に設けられたプランジャー部の先端面と前記スクリュー部の先端部との間の計量空間に、前記被混練物の一部を溶融状態で保持する被混練物保持工程と、
前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記混練空間とを連通させてから、前記プランジャー部を前記スクリュー部の先端部側に一定量進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、上記と同様の効果を奏することができる。
【００１３】
また、前記計量吐出工程では、前記計量空間に保持された前記被混練物を全て吐出させることがより好ましい。
この発明によれば、計量空間で溶融状態に保持されることにより被混練物の物性が低下するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法によれば、被混練物をペレット化することなく溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の射出成形装置の側面の断面図である。
【図２】図１における切断線Ｘ−Ｘの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す側面の断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の射出成形装置の要部の断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例を模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る射出成形装置の第１実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。図１は射出成形装置の側面の断面図、図２は図１における切断線Ｘ−Ｘの断面図である。
図１に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、被混練物Ｗを混練する混練機２と、金型Ｐを取付ける一対のプラテン３と、このプラテン３の移動をガイドするガイド棒４と、を備え、混練した被混練物Ｗを金型Ｐに射出して射出成形品を作製する装置である。なお、本実施形態では、被混練物Ｗは高分子材料と粉末粒子からなる２種類の材料で構成されている。
【００１７】
なお、高分子材料の被混練物Ｗとしては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、プタジェン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、およびその共重合体などを用いることができる。
【００１８】
また、粉末粒子の被混練物Ｗとしては、分子材料と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素・カーボンナノチューブ・フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではポリ４フッ化エチレン粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを添加してもよい。無機物と有機物の複合粒子であっても構わない。また、上記無機粒子の添加量についても、高分子材料と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。無機粒子の複合化に際して、使用する無機粒子は単独であっても、二種以上の複合であっても良い。
また、被混練物Ｗにおいて樹脂混合物に分散させる成分として常用の各種添加成分、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を用いても良い。
【００１９】
本実施形態の混練機２は、外周部８ａにスクリュー７を有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部８と、スクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂを囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓに、スクリュー部８の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う装置である。
また、混練機２は、被混練物Ｗを混練空間Ｓの外部に吐出させる吐出口１２と、吐出口１２を開閉する開閉機構１３と、スクリュー部８の内部でスクリュー部８の軸線方向Ｄに延ばされるとともに、スクリュー部８の先端部８ｂに貫通する孔部である計量シリンダー部１６と、スクリュー部８の外周部８ａと計量シリンダー部１６との間に径方向に貫通し循環流路の一部を構成する第１の流路１７と、計量シリンダー部１６に軸線方向Ｄに進退可能に内嵌されるプランジャー部１８と、プランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させるプランジャー進退機構１９と、プランジャー進退機構１９及び開閉機構１３の動作を制御することにより、計量シリンダー部１６に流入させた被混練物Ｗを計量して吐出口１２から吐出させる吐出制御部２０と、を備える。
【００２０】
吐出口１２は、スクリュー部８の先端部８ｂに対向する位置のシリンダー部９に設けられている。
プランジャー部１８は円柱状に形成され、スクリュー部８の先端部８ｂ側の端面と計量シリンダー部１６に内嵌される側面との間を連通させる連通孔２７が内部に設けられている。
プランジャー部１８はプランジャー進退機構１９により軸線方向Ｄに進退するが、以下に詳しく説明するように、プランジャー部１８の位置により、シリンダー部９の内部で被混練物Ｗが循環する循環状態と、プランジャー部１８により被混練物Ｗを計量する計量状態と、が切替えられるように構成されている。
すなわち、図１に示す状態は、第１の流路１７とスクリュー部８の先端部８ｂとの間に連通孔２７が循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態にある。すなわち、図１に示す状態の連通孔２７と第１の流路１７とが連通して循環流路を構成し、この循環流路及び混練空間Ｓで被混練物Ｗを循環させることが可能となっている。そして、この循環状態にある時、プランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂの軸線方向Ｄにおける位置が一致するように構成されている。
また、この図の状態からプランジャー部１８を基端側（軸線方向Ｄのうちの金型Ｐ側から混練機２側へ向かう方向。）Ｄ２に移動させると、プランジャー部１８が第１の流路１７とスクリュー部８の先端部８ｂとの間を閉止するとともにスクリュー部８の先端部８ｂを通して計量シリンダー部１６に被混練物Ｗを出入れ可能とする計量状態となる。
【００２１】
シリンダー部９の基端側Ｄ２には、その外面から内面まで貫通する材料投入口２１が形成され、この材料投入口２１には被混練物Ｗを貯留し材料投入口２１に供給するホッパー２２が取付けられている。
スクリュー部８の基端側Ｄ２には、円筒状の軸部２５がスクリュー部８の軸線Ｃと同軸に固定されている。スクリュー部８及び軸部２５は、軸部２５の基端側Ｄ２の外周面上に配置された例えばボールベアリングとモータとで構成されたスクリュー回転機構２６により軸線Ｃ回りに回転可能となっている。
【００２２】
図２に示すように、スクリュー部８の内周面には軸線方向Ｄに延びる第１の係止溝部８ｃが形成され、プランジャー部１８の外周面の対応する位置には軸線方向Ｄに延びる第２の係止溝部１８ａが形成されている。そして、スクリュー部８の第１の係止溝部８ｃとプランジャー部１８の第２の係止溝部１８ａに板状の係止部材２８をそれぞれ挿入することにより第１の係止溝部８ｃと第２の係止溝部１８ａとの周方向の位置を合わせることが可能となっている。
このような構成のもと、スクリュー回転機構２６によりスクリュー部８は軸線Ｃ回りに回転するが、係止部材２８によりプランジャー部１８もスクリュー部８と一体となって回転する。ただし、軸線方向Ｄについては、係止部材２８が第１の係止溝部８ｃ内又は第２の係止溝部１８ａ内を滑ることにより、プランジャー部１８はスクリュー部８に対して軸線方向Ｄに移動可能となっている。
【００２３】
計量シリンダー部１６は、スクリュー部８の内部でスクリュー本体６の軸線Ｃと同軸に形成されている。
そして、吐出口１２の先端側（基端側Ｄ２の反対方向）Ｄ１には、先端側Ｄ１の外形が半球状のノズル３０が取付けられている。このノズル３０の基端側Ｄ２には軸線方向Ｄに直交する断面形状が一定の径を有する円形の穴である連結部３０ａが、先端側Ｄ１には先端側Ｄ１に向かうに従って内径が小さくなるように設定された穴部３０ｂが、それぞれ形成され、連結部３０ａと穴部３０ｂとは互いに連通している。
前述した吐出口１２及び計量シリンダー部１６は、ノズル３０の連結部３０ａと同一の円形の断面形状で同一軸線Ｃを有するように構成されている。
【００２４】
ここで、計量シリンダー部１６の軸線方向Ｄに直交する断面の面積をＡとし、図１の状態からプランジャー部１８の先端面１８ｂが基端側Ｄ２に移動した時の軸線方向Ｄにおける位置をＱ１として、プランジャー部１８の先端面１８ｂから位置Ｑ１までの軸線方向Ｄにおける距離をＬ１とする。
この時、後述するように、混練機２から吐出される被混練物Ｗの体積は、（Ａ×Ｌ１）となる。
図１は説明の便宜のため混練機２の寸法を多少変更して描いており、実際には開閉板３１からスクリュー部８の先端部８ｂまでの距離は充分短く設定されていて無視できる程度である。
【００２５】
開閉機構１３は、吐出口１２を塞ぐ板状の開閉板３１と、開閉板３１を吐出口１２の流路に進退させる開閉モータ３２とを有する。これら開閉モータ３２及びプランジャー進退機構１９の動作は、吐出制御部２０により制御される。
【００２６】
平板状の一対のプラテン３は、軸線Ｃに直交するようにそれぞれ配置され、混練機２が取付けられる側の固定側プラテン３ａと、固定側プラテン３ａに対向するように配置された可動側プラテン３ｂとからなる。固定側プラテン３ａの中央部には軸線Ｃに沿って貫通する貫通孔３ｃが形成されている。
ガイド棒４は固定側プラテン３ａの４隅に軸線Ｃに沿って４本配置され、可動側プラテン３ｂは自身の４隅にそれぞれ形成されたガイド孔３ｄに案内されて軸線方向Ｄに沿って移動することが可能となっている。
【００２７】
金型Ｐは、固定側プラテン３ａに取付けられ被混練物Ｗを導くスプルーＰ３を有する固定部Ｐ１と、可動側プラテン３ｂに取付けられ被混練物Ｗを分配するランナーＰ４や被混練物Ｗが収容される２つのキャビティＰ５、成形品を押出すエジェクタピンＰ６、Ｐ７を有する可動部Ｐ２と、を備えている。
固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とが結合された状態では、射出された被混練物ＷはスプルーＰ３に導かれて流れランナーＰ４で２つに分岐され、２つのキャビティＰ５にそれぞれ収容されることとなる。
【００２８】
次に、以上のように構成された射出成形装置１の動作について混練機２の動作を中心に説明する。図３は、射出成形装置の動作を示すフローチャートである。
なお、予め固定側プラテン３ａに金型Ｐの固定部Ｐ１を、可動側プラテン３ｂに可動部Ｐ２を取付け、固定側プラテン３ａを基端側Ｄ２に移動させて固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とを結合させておく。
【００２９】
まず、図３に示す混練工程（ステップＳ１１）において、図１に示すように、混練機２の吐出制御部２０は、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させて、シリンダー部８の第１の流路１７にプランジャー部１８の連通孔２７を連結させた位置でプランジャー部１８を停止させる。この時、第１の流路１７に連結した連通孔２７は循環状態となり、第１の流路１７に連結された連通孔２７で形成される第２の流路と、第１の流路１７と、で循環流路が構成される。
そして、開閉モータ３２により開閉板３１を進出させて吐出口１２を閉じた状態にし、スクリュー回転機構２６によりスクリュー部８を軸線Ｃ回りに一定の回転速度で回転させてから、ホッパー２２に貯留された被混練物Ｗの所定量をシリンダー部９の内部に投入する。
【００３０】
シリンダー部９内に投入された被混練物Ｗは、軸線Ｃ回りに回転するスクリュー部８に螺旋状に形成されたスクリュー７により先端側Ｄ１に押出され、スクリュー部８の先端部８ｂとシリンダー部９の内面との間を通過する。この時、スクリュー部８の先端部８ｂとシリンダー部９の内面との距離は充分短く設定されているとともにスクリュー部８の先端部８ｂは軸線Ｃ回りに高速で回転しているので、被混練物Ｗはこの間を通過する時に大きな剪断力を受けて発熱、溶融し、被混練物Ｗが混練されていく。
そして、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓを通過した被混練物Ｗは、第２の流路となっている連通孔２７と第１の流路１７とで構成された循環流路内をこの順に通ってスクリュー部８の外周部８ａに戻り、再び先端側Ｄ１に押出される。こうして、被混練物Ｗは混練空間Ｓ及び循環流路内を循環しながら繰返し混練されていく。
【００３１】
このようにして、被混練物Ｗを一定時間混練するか、又はスクリュー回転機構２６の回転トルクをモニタして混練が終了したと判断できる回転トルクが得られたら、射出成形装置１の操作者は混練工程を終了してステップＳ１２に移行する。
【００３２】
次に、被混練物保持工程（ステップＳ１２）において、図４に示すように、吐出制御部２０は、スクリュー部８を被混練物Ｗの流れに応じて自由に回転できる状態にして、プランジャー進退機構１９を駆動させてプランジャー部１８の先端面１８ｂが位置Ｑ１に達するまでプランジャー部１８を基端側Ｄ２に移動させる。これにより、第１の流路１７と連通孔２７との連結が解除されることで、スクリュー部８の先端部８ｂを通して計量シリンダー部１６に被混練物Ｗを出入れ可能とする計量状態となる。
また、この時、計量シリンダー部１６においてプランジャー部１８の先端側Ｄ１、すなわちプランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔに、（Ａ×Ｌ１）の体積を有する混練された被混練物Ｗが流入し、保持される。
【００３３】
次に、計量吐出工程（ステップＳ１３）において、図５に示すように、吐出制御部２０は、開閉モータ３２により開閉板３１を退行させて吐出口１２を開いた状態にする。そして、計量空間Ｔに流入させた被混練物Ｗを、プランジャー進退機構１９を駆動させてプランジャー部１８をその先端面１８ｂが連結部３０ａに達するまで先端側Ｄ１に移動させることにより、ノズル３０の先端側Ｄ１に計量空間Ｔの体積となる（Ａ×Ｌ１）の体積を有する被混練物Ｗを全て吐出させ、混練機２で混練された被混練物Ｗを金型Ｐに射出させる。
【００３４】
次に、成形品取出し工程（ステップＳ１４）において、吐出制御部２０は金型Ｐに被混練物Ｗが射出されてから被混練物Ｗによる成形品が固まるまでに要する一定時間が経過するまで待機する。
そして、その一定時間が経過した後で、図６に示すように、吐出制御部２０は、可動側プラテン３ｂを先端側Ｄ１に移動させて金型Ｐの固定部Ｐ１から可動部Ｐ２を離間させる。さらに、エジェクタピンＰ６、Ｐ７を基端側Ｄ２に移動させ、可動部Ｐ２のランナーＰ４及びキャビティＰ５から成形品Ｗ１を離型させる。
以上説明した、混練工程（ステップＳ１１）から成形品取出し工程（ステップＳ１４）まで工程を繰返し行うことで、射出成形装置１で複数の成形品Ｗ１を成形することができる。
【００３５】
こうして、本発明の第１実施形態の射出成形装置１によれば、まず、シリンダー部９の第１の流路１７に連結されたプランジャー部１８の連通孔２７で形成される第２の流路と、第１の流路１７と、で循環流路を構成させる。そして、開閉機構１３により吐出口１２を閉じた状態にしてスクリュー部８を回転させ、被混練物Ｗを混練空間Ｓ及び循環流路内で循環させ、被混練物Ｗを溶融状態にして混練させる。
混練が終了すると、プランジャー部１８を吐出口から離間する方向に移動させて第１の流路１７と連通孔２７との連結を解除することにより、プランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔで溶融状態の被混練物Ｗを保持する。
続いて、開閉機構１３により吐出口１２を開いた状態にして、プランジャー部１８を先端側Ｄ１に一定量だけ進出させることにより、吐出口１２から溶融状態の被混練物Ｗを計量して吐出することができる。
従って、溶融状態の被混練物Ｗの温度を下げてペレット化することなく吐出することができるので、温度変化により被混練物Ｗの物性が低下するのを抑えることが可能となる。
【００３６】
また、プランジャー進退機構１９と吐出制御部２０とを備えているので、プランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させることを自動的に行うことができる。そして、吐出制御部２０により、プランジャー進退機構１９と開閉機構１３とを動作させることで、計量した被混練物Ｗを吐出口１２から自動的に吐出させることができる。
また、計量吐出工程（ステップＳ１３）では、計量空間Ｔに保持された被混練物Ｗを全て吐出させるので、計量空間Ｔで溶融状態に保持されることにより被混練物Ｗの物性が低下するのを防止することができる。
また、本発明の射出成形装置１は、溶融状態の被混練物Ｗの温度を下げてペレット化することなく金型Ｐに射出することができるので、温度変化により被混練物Ｗの物性が低下するのを抑えるとともに、射出成形に要する時間を短縮させることが可能となる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、被混練物保持工程（ステップＳ１２）で、プランジャー部１８を基端側Ｄ２に移動させる時にスクリュー部８を回転させてもよい。スクリュー部８のスクリュー７の間に留まっていた被混練物Ｗが先端側Ｄ１に押出され、より迅速に被混練物Ｗを計量シリンダー部１６内に収容することができる。
また、吐出口１２やノズル３０の断面形状は計量シリンダー部１６の断面形状より小さくなっていてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の射出成形装置４１について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、射出成形装置の要部の断面図である。
図７に示すように、本実施形態の射出成形装置４１のプランジャー部４３には第２の流路２７は形成されていなく、中実の軸からなる。
また、循環状態で形成される第２の流路は、上記実施形態では第２の流路２７により形成されていたが、本実施形態では、プランジャー部４３の側面を第１の流路１７の計量シリンダー部１６側の開口１７ａから退避させることで計量シリンダー部１６内に形成される。
【００３９】
次に、以上のように構成された射出成形装置１の動作について混練機２の動作を中心に説明する。本実施形態の射出成形装置の動作を示すフローチャートは図３に示す上記実施形態と同一であるが、一部の工程の内容が異なる。
まず、図３に示す混練工程（ステップＳ１１）において、混練機４２の吐出制御部２０は、図７に示すように、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を軸線方向Ｄに移動させ、プランジャー部４３の側面を第１の流路１７の計量シリンダー部１６側の開口１７ａから退避させるように、プランジャー部４３の先端面４３ａを開口１７ａよりも基端側Ｄ２に配置させる。これにより、計量シリンダー部１６と第１の流路１７とを連通させ、開口１７ａより先端側Ｄ１の計量シリンダー部１６と第１の流路１７とで循環流路を構成する。
そして、吐出制御部２０は、開閉モータ３２により開閉板３１を進出させて吐出口１２を閉じた状態にする。次に、シリンダー部９の内部に投入した被混練物Ｗをスクリュー部８を回転させて溶融させ、被混練物Ｗを混練空間Ｓ及び循環流路内を循環させながら、混練が終了するまで繰返し混練していく。
【００４０】
次に、被混練物保持工程（ステップＳ１２）において、吐出制御部２０は、プランジャー部４３の先端面４３ａが図７に示す位置Ｑ２に達しプランジャー部４３の側面が開口１７ａを塞ぐように、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を先端側Ｄ１に移動させる。このようにすることで、被混練物Ｗが第１の流路１７からスクリュー部８の外周部８ａ側に流れるのを防止する。
このようにプランジャー部４３を移動させることで循環流路を閉止する。そして、混練工程（ステップＳ１１）で混練された被混練物Ｗの一部を、プランジャー部４３の先端面４３ａとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔに溶融状態で保持する。
【００４１】
次に、計量吐出工程（ステップＳ１３）において、図８に示すように、吐出制御部２０は、まず、開閉モータ３２により開閉板３１を退行させて吐出口１２を開いた状態にする。そして、プランジャー部４３の先端面４３ａが位置Ｑ３に達するようにプランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を先端側Ｄ１に移動させることにより、ノズル３０の先端側Ｄ１に所定量の被混練物Ｗを吐出させる。
ここで、前述した位置Ｑ２から位置Ｑ３までの軸線方向Ｄにおける距離はＬ２となっており、混練機２から吐出される被混練物Ｗの体積は、（Ａ×Ｌ２）の値から、吐出口１２とノズル３０の内部の体積を除いた値となる。
なお、続いて行われる成形品取出し工程（ステップＳ１４）は、上記実施形態と同一なので説明を省略する。
【００４２】
こうして、本発明の第２実施形態の射出成形装置４１によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態では、射出成形装置の操作者がプランジャー部１８を進退させることができるので、プランジャー進退機構１９と吐出制御部２０は設けなくてもよい。また、開閉機構１３の開閉モータ３２を設けずに、操作者が開閉板３１を操作して吐出口１２を開閉させてもよい。
【００４４】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、溶融した被混練物Ｗを射出成形用の金型Ｐに射出するのでなく、所定の断面形状に形成され吐出口１２の先端側Ｄ１に取付けられたダイを通して被混練物Ｗを吐出することにより押出し成形してもよい。混練機で一度に作製される量の溶融した被混練物Ｗにより、押出し成形品を作製することができる。
【００４５】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、混練が完了したことを混練した時間により検出した。しかし、この混練の完了となる時間を、以下に説明するように、予めスクリュー部８の回転数等を同一条件とし被混練物Ｗを混練する時間を変えて射出成形を行った試験結果から判断してもよい。
射出成形した複数の成形品Ｗ１からサンプルをそれぞれ切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各サンプルにおける２種類以上の被混練物Ｗの分散状態を確認し、混練が完了しているかを判断する。
【００４６】
２種類以上の被混練物Ｗを混練して作製された成形品Ｗ１の場合には、図９に示すように、サンプルＷ２はマトリックスと呼ばれる基本相Ｗ５と、ドメインと呼ばれる分散相Ｗ６と、で構成されている。ここで、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さ１ｍｍという所定の大きさのサンプルＷ２を成形品Ｗ１から切出し、この分散相Ｗ６の粒子のサイズを計測する。そして、分散相Ｗ６の各粒子の径が最も大きくなる方向の粒径を分散相粒径Ｗ７とし、分散相粒径Ｗ７の平均値μ、標準偏差σをそれぞれ求める。
そして、次式で示される変動係数Ｋを求める。なお、この変動係数Ｋは、被混練物Ｗをの分散性が高くなる程小さな値を示すものである。
【００４７】
Ｋ＝σ／μ×１００（％） ・・・（１）
【００４８】
そして、変動係数Ｋで分散性を評価し、この変動係数Ｋが所定の値より小さくなった場合に混練が完了したと判断する。
スクリュー部８の回転速度等を同一条件にして、混練させる時間のみを変化させた被混練物Ｗによる成形品Ｗ１を複数作製する。この複数の成形品Ｗ１のサンプルＷ２から変動係数Ｋをそれぞれ求め、混練させる時間に対する変動係数Ｋを求める。変動係数Ｋが所定の値より小さくなるのに要する被混練物Ｗを混練させる時間を求め、以降の射出成形においてはこの求めた時間だけ被混練物Ｗの混練を行うことで、変動係数Ｋが所定の値より小さく分散性の高い被混練物Ｗを作製することができる。
【実施例１】
【００４９】
以下に、上述の第１実施形態に対応する実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
まず、被混練物Ｗとしてポリカーボネート及び高密度ポリエチレンを同じ重量ずつ混合してホッパー２２に供給し、混練空間Ｓの温度を２８０℃、スクリュー本体６の軸線Ｃ回りの回転速度を１分間に３０００回転として被混練物Ｗを混練し溶融させた。回転直後のスクリュー部８の回転トルクは約１０Ｎ・ｍであったが、混練が進むにつれて回転トルクは低下し、回転トルクが約７Ｎ・ｍと一定の値に収束した時に混練を終了させた。被混練物Ｗを混練させていた時間は約５分間であった。
次に、プランジャー部１８を２ｍｍ／Ｓｅｃの速度で基端側Ｄ２に移動させ計量シリンダー部１６においてプランジャー部１８の先端側Ｄ１に一定量の混練された被混練物Ｗを流入させた。そして、プランジャー部１８を２０ｍｍ／Ｓｅｃの速度で先端側Ｄ１に移動させ溶融させた被混練物Ｗを金型Ｐ内に射出した。
このように射出成形することで、材料特性が良好な成形品Ｗ１が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００５０】
１、４１ 射出成形装置
２、４２ 混練機
６ スクリュー本体
７ 凸部
８ スクリュー部
９ シリンダー部
１２ 吐出口
１３ 開閉機構
１６ 計量シリンダー部
１７ 第１の流路
１８、４３ プランジャー部
１９ プランジャー進退機構
２０ 吐出制御部
２７ 第２の流路
Ｃ 軸線
Ｄ 軸線方向
Ｓ 混練空間
Ｔ 計量空間
Ｗ 被混練物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被混練物を循環させて混練する混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用材料や医療用材料の特性を向上させるために、複数のポリマー同士、もしくはポリマーと有機粉末や無機粉末といった被混練物を混練する様々な装置が検討されている。そのような装置の１つとして、特許文献１に示すように、スクリュー（スクリュー部）にその先端面と基端側の側面とを連結する貫通孔（循環流路）を形成して内部帰還型のスクリューとした混練機が知られている。
この混練機によれば、スクリューを高速で回転させることにより、投入された被混練物を循環させながら被混練物に強い剪断力を与えて溶融させ、被混練物の粒子の径がそれぞれ数十ナノメータ程度まで小さくなるように分散させた押出し成形品が作製できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の混練機を用いて射出成形を行う場合には、溶融させた被混練物を一度ペレット化してから射出成形装置に投入する必要があった。このため、溶融させた被混練物の温度を下げてペレットに固める際に、温度低下により混練した被混練物の粒子が集まって再結合して被混練物の分散性が低下し、射出成形後に所望の物性を有する成形品が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、被混練物をペレット化することなく溶融状態の被混練物を計量して吐出することが可能な混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の混練機は、外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため、前記スクリュー部の先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、該吐出口を開閉する開閉機構と、前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に貫通する孔部である計量シリンダー部と、前記スクリュー部の外周部と前記計量シリンダー部との間を貫通し、前記循環流路の一部を構成する第１の流路と、前記計量シリンダー部に前記軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部と、を備え、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間に前記循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間を閉止するとともに前記スクリュー部の先端部を通して前記計量シリンダー部に前記被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、前記プランジャー部の進退位置を変えて切り替えることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、まず、プランジャー部を軸線方向に進退させて、スクリュー部に形成された第１の流路とスクリュー部の先端部との間に第２の流路を形成する循環状態にし、第１の流路と第２の流路とで循環流路を構成させる。そして、開閉機構により吐出口を閉じた状態にしてスクリュー部を回転させ、被混練物を混練空間及び循環流路内で循環させ、被混練物を溶融状態にして混練させる。
混練が終了すると、次にプランジャー部を軸線方向に進退させて、プランジャー部で第１の流路とスクリュー部の先端部との間を閉止するとともに、スクリュー部の先端部を通して計量シリンダー部に被混練物を出入れ可能とする計量状態にする。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
また、溶融状態の被混練物の温度を下げてペレット化することなく吐出することができるので、温度変化により被混練物の物性が低下するのを抑えることが可能となる。
【０００８】
また、前記プランジャー部の内部には、前記スクリュー部の先端部側の端面と前記計量シリンダー部に内嵌される側面との間を連通させる連通孔が設けられ、前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の前記連通孔を、前記第１の流路に連通させることがより好ましい。
この発明によれば、まず、シリンダー部の第１の流路に連結されたプランジャー部の連通孔で形成される第２の流路と、第１の流路と、で循環流路を構成し被混練物を循環させ混練させる。次に、プランジャー部を吐出口から離間する方向に移動させて第１の流路と連通孔との連結を解除することにより、プランジャー部の先端面とスクリュー部の先端部との間で溶融状態の被混練物を保持する。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【０００９】
また、前記プランジャー部は中実軸からなり、前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の側面を前記第１の流路の前記計量シリンダー部側の開口から退避させることで前記計量シリンダー部内に形成されることがより好ましい。
この発明によれば、まず、プランジャー部の側面を第１の流路の計量シリンダー側の開口から退避させることで計量シリンダー部内に形成される第２の流路と、シリンダー部の第１の流路と、で循環流路を構成し被混練物を循環させ混練させる。次に、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に移動させてプランジャー部の側面で第１の流路の計量シリンダー側の開口を閉止させることにより、プランジャー部の先端面とスクリュー部の先端部との間で溶融状態の被混練物を保持する。
続いて、開閉機構により吐出口を開いた状態にして、プランジャー部をスクリュー部の先端部側に一定量だけ進出させることにより、吐出口から溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【００１０】
また、前記プランジャー部を前記軸線方向に進退させるプランジャー進退機構と、該プランジャー進退機構及び前記開閉機構の動作を制御することにより前記計量シリンダー部に流入させた前記被混練物を計量して前記吐出口から吐出させる吐出制御部と、を備えることがより好ましい。
この発明によれば、プランジャー部を軸線方向に進退させることを自動的に行うことができる。また、吐出制御部により、プランジャー部と開閉機構とを動作させることで、計量した被混練物を吐出口から自動的に吐出させることができる。
【００１１】
また、本発明の射出成形装置は、上記のいずれかに記載の混練機を備え、該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることがより好ましい。
この発明によれば、溶融状態の被混練物の温度を下げてペレット化することなく金型に射出することができるので、温度変化により被混練物の物性が低下するのを抑えるとともに、射出成形に要する時間を短縮させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の被混練物の計量方法は、回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、
前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を混練する混練工程と、
該混練工程の後、前記循環流路を閉止し、前記スクリュー部の内部に進退可能に設けられたプランジャー部の先端面と前記スクリュー部の先端部との間の計量空間に、前記被混練物の一部を溶融状態で保持する被混練物保持工程と、
前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記混練空間とを連通させてから、前記プランジャー部を前記スクリュー部の先端部側に一定量進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、上記と同様の効果を奏することができる。
【００１３】
また、前記計量吐出工程では、前記計量空間に保持された前記被混練物を全て吐出させることがより好ましい。
この発明によれば、計量空間で溶融状態に保持されることにより被混練物の物性が低下するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の混練機、射出成形装置及び被混練物の計量方法によれば、被混練物をペレット化することなく溶融状態の被混練物を計量して吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の射出成形装置の側面の断面図である。
【図２】図１における切断線Ｘ−Ｘの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の射出成形装置の動作を示す側面の断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の射出成形装置の要部の断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の射出成形装置の動作を示す要部の断面図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例を模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る射出成形装置の第１実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。図１は射出成形装置の側面の断面図、図２は図１における切断線Ｘ−Ｘの断面図である。
図１に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、被混練物Ｗを混練する混練機２と、金型Ｐを取付ける一対のプラテン３と、このプラテン３の移動をガイドするガイド棒４と、を備え、混練した被混練物Ｗを金型Ｐに射出して射出成形品を作製する装置である。なお、本実施形態では、被混練物Ｗは高分子材料と粉末粒子からなる２種類の材料で構成されている。
【００１７】
なお、高分子材料の被混練物Ｗとしては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、プタジェン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、およびその共重合体などを用いることができる。
【００１８】
また、粉末粒子の被混練物Ｗとしては、分子材料と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素・カーボンナノチューブ・フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではポリ４フッ化エチレン粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを添加してもよい。無機物と有機物の複合粒子であっても構わない。また、上記無機粒子の添加量についても、高分子材料と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。無機粒子の複合化に際して、使用する無機粒子は単独であっても、二種以上の複合であっても良い。
また、被混練物Ｗにおいて樹脂混合物に分散させる成分として常用の各種添加成分、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を用いても良い。
【００１９】
本実施形態の混練機２は、外周部８ａにスクリュー７を有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部８と、スクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂを囲繞するように設けられたシリンダー部９と、を有し、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓに、スクリュー部８の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物Ｗを循環させて混練を行う装置である。
また、混練機２は、被混練物Ｗを混練空間Ｓの外部に吐出させる吐出口１２と、吐出口１２を開閉する開閉機構１３と、スクリュー部８の内部でスクリュー部８の軸線方向Ｄに延ばされるとともに、スクリュー部８の先端部８ｂに貫通する孔部である計量シリンダー部１６と、スクリュー部８の外周部８ａと計量シリンダー部１６との間に径方向に貫通し循環流路の一部を構成する第１の流路１７と、計量シリンダー部１６に軸線方向Ｄに進退可能に内嵌されるプランジャー部１８と、プランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させるプランジャー進退機構１９と、プランジャー進退機構１９及び開閉機構１３の動作を制御することにより、計量シリンダー部１６に流入させた被混練物Ｗを計量して吐出口１２から吐出させる吐出制御部２０と、を備える。
【００２０】
吐出口１２は、スクリュー部８の先端部８ｂに対向する位置のシリンダー部９に設けられている。
プランジャー部１８は円柱状に形成され、スクリュー部８の先端部８ｂ側の端面と計量シリンダー部１６に内嵌される側面との間を連通させる連通孔２７が内部に設けられている。
プランジャー部１８はプランジャー進退機構１９により軸線方向Ｄに進退するが、以下に詳しく説明するように、プランジャー部１８の位置により、シリンダー部９の内部で被混練物Ｗが循環する循環状態と、プランジャー部１８により被混練物Ｗを計量する計量状態と、が切替えられるように構成されている。
すなわち、図１に示す状態は、第１の流路１７とスクリュー部８の先端部８ｂとの間に連通孔２７が循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態にある。すなわち、図１に示す状態の連通孔２７と第１の流路１７とが連通して循環流路を構成し、この循環流路及び混練空間Ｓで被混練物Ｗを循環させることが可能となっている。そして、この循環状態にある時、プランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂの軸線方向Ｄにおける位置が一致するように構成されている。
また、この図の状態からプランジャー部１８を基端側（軸線方向Ｄのうちの金型Ｐ側から混練機２側へ向かう方向。）Ｄ２に移動させると、プランジャー部１８が第１の流路１７とスクリュー部８の先端部８ｂとの間を閉止するとともにスクリュー部８の先端部８ｂを通して計量シリンダー部１６に被混練物Ｗを出入れ可能とする計量状態となる。
【００２１】
シリンダー部９の基端側Ｄ２には、その外面から内面まで貫通する材料投入口２１が形成され、この材料投入口２１には被混練物Ｗを貯留し材料投入口２１に供給するホッパー２２が取付けられている。
スクリュー部８の基端側Ｄ２には、円筒状の軸部２５がスクリュー部８の軸線Ｃと同軸に固定されている。スクリュー部８及び軸部２５は、軸部２５の基端側Ｄ２の外周面上に配置された例えばボールベアリングとモータとで構成されたスクリュー回転機構２６により軸線Ｃ回りに回転可能となっている。
【００２２】
図２に示すように、スクリュー部８の内周面には軸線方向Ｄに延びる第１の係止溝部８ｃが形成され、プランジャー部１８の外周面の対応する位置には軸線方向Ｄに延びる第２の係止溝部１８ａが形成されている。そして、スクリュー部８の第１の係止溝部８ｃとプランジャー部１８の第２の係止溝部１８ａに板状の係止部材２８をそれぞれ挿入することにより第１の係止溝部８ｃと第２の係止溝部１８ａとの周方向の位置を合わせることが可能となっている。
このような構成のもと、スクリュー回転機構２６によりスクリュー部８は軸線Ｃ回りに回転するが、係止部材２８によりプランジャー部１８もスクリュー部８と一体となって回転する。ただし、軸線方向Ｄについては、係止部材２８が第１の係止溝部８ｃ内又は第２の係止溝部１８ａ内を滑ることにより、プランジャー部１８はスクリュー部８に対して軸線方向Ｄに移動可能となっている。
【００２３】
計量シリンダー部１６は、スクリュー部８の内部でスクリュー本体６の軸線Ｃと同軸に形成されている。
そして、吐出口１２の先端側（基端側Ｄ２の反対方向）Ｄ１には、先端側Ｄ１の外形が半球状のノズル３０が取付けられている。このノズル３０の基端側Ｄ２には軸線方向Ｄに直交する断面形状が一定の径を有する円形の穴である連結部３０ａが、先端側Ｄ１には先端側Ｄ１に向かうに従って内径が小さくなるように設定された穴部３０ｂが、それぞれ形成され、連結部３０ａと穴部３０ｂとは互いに連通している。
前述した吐出口１２及び計量シリンダー部１６は、ノズル３０の連結部３０ａと同一の円形の断面形状で同一軸線Ｃを有するように構成されている。
【００２４】
ここで、計量シリンダー部１６の軸線方向Ｄに直交する断面の面積をＡとし、図１の状態からプランジャー部１８の先端面１８ｂが基端側Ｄ２に移動した時の軸線方向Ｄにおける位置をＱ１として、プランジャー部１８の先端面１８ｂから位置Ｑ１までの軸線方向Ｄにおける距離をＬ１とする。
この時、後述するように、混練機２から吐出される被混練物Ｗの体積は、（Ａ×Ｌ１）となる。
図１は説明の便宜のため混練機２の寸法を多少変更して描いており、実際には開閉板３１からスクリュー部８の先端部８ｂまでの距離は充分短く設定されていて無視できる程度である。
【００２５】
開閉機構１３は、吐出口１２を塞ぐ板状の開閉板３１と、開閉板３１を吐出口１２の流路に進退させる開閉モータ３２とを有する。これら開閉モータ３２及びプランジャー進退機構１９の動作は、吐出制御部２０により制御される。
【００２６】
平板状の一対のプラテン３は、軸線Ｃに直交するようにそれぞれ配置され、混練機２が取付けられる側の固定側プラテン３ａと、固定側プラテン３ａに対向するように配置された可動側プラテン３ｂとからなる。固定側プラテン３ａの中央部には軸線Ｃに沿って貫通する貫通孔３ｃが形成されている。
ガイド棒４は固定側プラテン３ａの４隅に軸線Ｃに沿って４本配置され、可動側プラテン３ｂは自身の４隅にそれぞれ形成されたガイド孔３ｄに案内されて軸線方向Ｄに沿って移動することが可能となっている。
【００２７】
金型Ｐは、固定側プラテン３ａに取付けられ被混練物Ｗを導くスプルーＰ３を有する固定部Ｐ１と、可動側プラテン３ｂに取付けられ被混練物Ｗを分配するランナーＰ４や被混練物Ｗが収容される２つのキャビティＰ５、成形品を押出すエジェクタピンＰ６、Ｐ７を有する可動部Ｐ２と、を備えている。
固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とが結合された状態では、射出された被混練物ＷはスプルーＰ３に導かれて流れランナーＰ４で２つに分岐され、２つのキャビティＰ５にそれぞれ収容されることとなる。
【００２８】
次に、以上のように構成された射出成形装置１の動作について混練機２の動作を中心に説明する。図３は、射出成形装置の動作を示すフローチャートである。
なお、予め固定側プラテン３ａに金型Ｐの固定部Ｐ１を、可動側プラテン３ｂに可動部Ｐ２を取付け、固定側プラテン３ａを基端側Ｄ２に移動させて固定部Ｐ１と可動部Ｐ２とを結合させておく。
【００２９】
まず、図３に示す混練工程（ステップＳ１１）において、図１に示すように、混練機２の吐出制御部２０は、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させて、シリンダー部８の第１の流路１７にプランジャー部１８の連通孔２７を連結させた位置でプランジャー部１８を停止させる。この時、第１の流路１７に連結した連通孔２７は循環状態となり、第１の流路１７に連結された連通孔２７で形成される第２の流路と、第１の流路１７と、で循環流路が構成される。
そして、開閉モータ３２により開閉板３１を進出させて吐出口１２を閉じた状態にし、スクリュー回転機構２６によりスクリュー部８を軸線Ｃ回りに一定の回転速度で回転させてから、ホッパー２２に貯留された被混練物Ｗの所定量をシリンダー部９の内部に投入する。
【００３０】
シリンダー部９内に投入された被混練物Ｗは、軸線Ｃ回りに回転するスクリュー部８に螺旋状に形成されたスクリュー７により先端側Ｄ１に押出され、スクリュー部８の先端部８ｂとシリンダー部９の内面との間を通過する。この時、スクリュー部８の先端部８ｂとシリンダー部９の内面との距離は充分短く設定されているとともにスクリュー部８の先端部８ｂは軸線Ｃ回りに高速で回転しているので、被混練物Ｗはこの間を通過する時に大きな剪断力を受けて発熱、溶融し、被混練物Ｗが混練されていく。
そして、シリンダー部９とスクリュー部８の外周部８ａ及び先端部８ｂとの間の混練空間Ｓを通過した被混練物Ｗは、第２の流路となっている連通孔２７と第１の流路１７とで構成された循環流路内をこの順に通ってスクリュー部８の外周部８ａに戻り、再び先端側Ｄ１に押出される。こうして、被混練物Ｗは混練空間Ｓ及び循環流路内を循環しながら繰返し混練されていく。
【００３１】
このようにして、被混練物Ｗを一定時間混練するか、又はスクリュー回転機構２６の回転トルクをモニタして混練が終了したと判断できる回転トルクが得られたら、射出成形装置１の操作者は混練工程を終了してステップＳ１２に移行する。
【００３２】
次に、被混練物保持工程（ステップＳ１２）において、図４に示すように、吐出制御部２０は、スクリュー部８を被混練物Ｗの流れに応じて自由に回転できる状態にして、プランジャー進退機構１９を駆動させてプランジャー部１８の先端面１８ｂが位置Ｑ１に達するまでプランジャー部１８を基端側Ｄ２に移動させる。これにより、第１の流路１７と連通孔２７との連結が解除されることで、スクリュー部８の先端部８ｂを通して計量シリンダー部１６に被混練物Ｗを出入れ可能とする計量状態となる。
また、この時、計量シリンダー部１６においてプランジャー部１８の先端側Ｄ１、すなわちプランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔに、（Ａ×Ｌ１）の体積を有する混練された被混練物Ｗが流入し、保持される。
【００３３】
次に、計量吐出工程（ステップＳ１３）において、図５に示すように、吐出制御部２０は、開閉モータ３２により開閉板３１を退行させて吐出口１２を開いた状態にする。そして、計量空間Ｔに流入させた被混練物Ｗを、プランジャー進退機構１９を駆動させてプランジャー部１８をその先端面１８ｂが連結部３０ａに達するまで先端側Ｄ１に移動させることにより、ノズル３０の先端側Ｄ１に計量空間Ｔの体積となる（Ａ×Ｌ１）の体積を有する被混練物Ｗを全て吐出させ、混練機２で混練された被混練物Ｗを金型Ｐに射出させる。
【００３４】
次に、成形品取出し工程（ステップＳ１４）において、吐出制御部２０は金型Ｐに被混練物Ｗが射出されてから被混練物Ｗによる成形品が固まるまでに要する一定時間が経過するまで待機する。
そして、その一定時間が経過した後で、図６に示すように、吐出制御部２０は、可動側プラテン３ｂを先端側Ｄ１に移動させて金型Ｐの固定部Ｐ１から可動部Ｐ２を離間させる。さらに、エジェクタピンＰ６、Ｐ７を基端側Ｄ２に移動させ、可動部Ｐ２のランナーＰ４及びキャビティＰ５から成形品Ｗ１を離型させる。
以上説明した、混練工程（ステップＳ１１）から成形品取出し工程（ステップＳ１４）まで工程を繰返し行うことで、射出成形装置１で複数の成形品Ｗ１を成形することができる。
【００３５】
こうして、本発明の第１実施形態の射出成形装置１によれば、まず、シリンダー部９の第１の流路１７に連結されたプランジャー部１８の連通孔２７で形成される第２の流路と、第１の流路１７と、で循環流路を構成させる。そして、開閉機構１３により吐出口１２を閉じた状態にしてスクリュー部８を回転させ、被混練物Ｗを混練空間Ｓ及び循環流路内で循環させ、被混練物Ｗを溶融状態にして混練させる。
混練が終了すると、プランジャー部１８を吐出口から離間する方向に移動させて第１の流路１７と連通孔２７との連結を解除することにより、プランジャー部１８の先端面１８ｂとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔで溶融状態の被混練物Ｗを保持する。
続いて、開閉機構１３により吐出口１２を開いた状態にして、プランジャー部１８を先端側Ｄ１に一定量だけ進出させることにより、吐出口１２から溶融状態の被混練物Ｗを計量して吐出することができる。
従って、溶融状態の被混練物Ｗの温度を下げてペレット化することなく吐出することができるので、温度変化により被混練物Ｗの物性が低下するのを抑えることが可能となる。
【００３６】
また、プランジャー進退機構１９と吐出制御部２０とを備えているので、プランジャー部１８を軸線方向Ｄに進退させることを自動的に行うことができる。そして、吐出制御部２０により、プランジャー進退機構１９と開閉機構１３とを動作させることで、計量した被混練物Ｗを吐出口１２から自動的に吐出させることができる。
また、計量吐出工程（ステップＳ１３）では、計量空間Ｔに保持された被混練物Ｗを全て吐出させるので、計量空間Ｔで溶融状態に保持されることにより被混練物Ｗの物性が低下するのを防止することができる。
また、本発明の射出成形装置１は、溶融状態の被混練物Ｗの温度を下げてペレット化することなく金型Ｐに射出することができるので、温度変化により被混練物Ｗの物性が低下するのを抑えるとともに、射出成形に要する時間を短縮させることが可能となる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、被混練物保持工程（ステップＳ１２）で、プランジャー部１８を基端側Ｄ２に移動させる時にスクリュー部８を回転させてもよい。スクリュー部８のスクリュー７の間に留まっていた被混練物Ｗが先端側Ｄ１に押出され、より迅速に被混練物Ｗを計量シリンダー部１６内に収容することができる。
また、吐出口１２やノズル３０の断面形状は計量シリンダー部１６の断面形状より小さくなっていてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の射出成形装置４１について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。図７は、射出成形装置の要部の断面図である。
図７に示すように、本実施形態の射出成形装置４１のプランジャー部４３には第２の流路２７は形成されていなく、中実の軸からなる。
また、循環状態で形成される第２の流路は、上記実施形態では第２の流路２７により形成されていたが、本実施形態では、プランジャー部４３の側面を第１の流路１７の計量シリンダー部１６側の開口１７ａから退避させることで計量シリンダー部１６内に形成される。
【００３９】
次に、以上のように構成された射出成形装置１の動作について混練機２の動作を中心に説明する。本実施形態の射出成形装置の動作を示すフローチャートは図３に示す上記実施形態と同一であるが、一部の工程の内容が異なる。
まず、図３に示す混練工程（ステップＳ１１）において、混練機４２の吐出制御部２０は、図７に示すように、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を軸線方向Ｄに移動させ、プランジャー部４３の側面を第１の流路１７の計量シリンダー部１６側の開口１７ａから退避させるように、プランジャー部４３の先端面４３ａを開口１７ａよりも基端側Ｄ２に配置させる。これにより、計量シリンダー部１６と第１の流路１７とを連通させ、開口１７ａより先端側Ｄ１の計量シリンダー部１６と第１の流路１７とで循環流路を構成する。
そして、吐出制御部２０は、開閉モータ３２により開閉板３１を進出させて吐出口１２を閉じた状態にする。次に、シリンダー部９の内部に投入した被混練物Ｗをスクリュー部８を回転させて溶融させ、被混練物Ｗを混練空間Ｓ及び循環流路内を循環させながら、混練が終了するまで繰返し混練していく。
【００４０】
次に、被混練物保持工程（ステップＳ１２）において、吐出制御部２０は、プランジャー部４３の先端面４３ａが図７に示す位置Ｑ２に達しプランジャー部４３の側面が開口１７ａを塞ぐように、プランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を先端側Ｄ１に移動させる。このようにすることで、被混練物Ｗが第１の流路１７からスクリュー部８の外周部８ａ側に流れるのを防止する。
このようにプランジャー部４３を移動させることで循環流路を閉止する。そして、混練工程（ステップＳ１１）で混練された被混練物Ｗの一部を、プランジャー部４３の先端面４３ａとスクリュー部８の先端部８ｂとの間の計量空間Ｔに溶融状態で保持する。
【００４１】
次に、計量吐出工程（ステップＳ１３）において、図８に示すように、吐出制御部２０は、まず、開閉モータ３２により開閉板３１を退行させて吐出口１２を開いた状態にする。そして、プランジャー部４３の先端面４３ａが位置Ｑ３に達するようにプランジャー進退機構１９によりプランジャー部４３を先端側Ｄ１に移動させることにより、ノズル３０の先端側Ｄ１に所定量の被混練物Ｗを吐出させる。
ここで、前述した位置Ｑ２から位置Ｑ３までの軸線方向Ｄにおける距離はＬ２となっており、混練機２から吐出される被混練物Ｗの体積は、（Ａ×Ｌ２）の値から、吐出口１２とノズル３０の内部の体積を除いた値となる。
なお、続いて行われる成形品取出し工程（ステップＳ１４）は、上記実施形態と同一なので説明を省略する。
【００４２】
こうして、本発明の第２実施形態の射出成形装置４１によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態では、射出成形装置の操作者がプランジャー部１８を進退させることができるので、プランジャー進退機構１９と吐出制御部２０は設けなくてもよい。また、開閉機構１３の開閉モータ３２を設けずに、操作者が開閉板３１を操作して吐出口１２を開閉させてもよい。
【００４４】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、溶融した被混練物Ｗを射出成形用の金型Ｐに射出するのでなく、所定の断面形状に形成され吐出口１２の先端側Ｄ１に取付けられたダイを通して被混練物Ｗを吐出することにより押出し成形してもよい。混練機で一度に作製される量の溶融した被混練物Ｗにより、押出し成形品を作製することができる。
【００４５】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、混練が完了したことを混練した時間により検出した。しかし、この混練の完了となる時間を、以下に説明するように、予めスクリュー部８の回転数等を同一条件とし被混練物Ｗを混練する時間を変えて射出成形を行った試験結果から判断してもよい。
射出成形した複数の成形品Ｗ１からサンプルをそれぞれ切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各サンプルにおける２種類以上の被混練物Ｗの分散状態を確認し、混練が完了しているかを判断する。
【００４６】
２種類以上の被混練物Ｗを混練して作製された成形品Ｗ１の場合には、図９に示すように、サンプルＷ２はマトリックスと呼ばれる基本相Ｗ５と、ドメインと呼ばれる分散相Ｗ６と、で構成されている。ここで、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍで厚さ１ｍｍという所定の大きさのサンプルＷ２を成形品Ｗ１から切出し、この分散相Ｗ６の粒子のサイズを計測する。そして、分散相Ｗ６の各粒子の径が最も大きくなる方向の粒径を分散相粒径Ｗ７とし、分散相粒径Ｗ７の平均値μ、標準偏差σをそれぞれ求める。
そして、次式で示される変動係数Ｋを求める。なお、この変動係数Ｋは、被混練物Ｗをの分散性が高くなる程小さな値を示すものである。
【００４７】
Ｋ＝σ／μ×１００（％） ・・・（１）
【００４８】
そして、変動係数Ｋで分散性を評価し、この変動係数Ｋが所定の値より小さくなった場合に混練が完了したと判断する。
スクリュー部８の回転速度等を同一条件にして、混練させる時間のみを変化させた被混練物Ｗによる成形品Ｗ１を複数作製する。この複数の成形品Ｗ１のサンプルＷ２から変動係数Ｋをそれぞれ求め、混練させる時間に対する変動係数Ｋを求める。変動係数Ｋが所定の値より小さくなるのに要する被混練物Ｗを混練させる時間を求め、以降の射出成形においてはこの求めた時間だけ被混練物Ｗの混練を行うことで、変動係数Ｋが所定の値より小さく分散性の高い被混練物Ｗを作製することができる。
【実施例１】
【００４９】
以下に、上述の第１実施形態に対応する実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
まず、被混練物Ｗとしてポリカーボネート及び高密度ポリエチレンを同じ重量ずつ混合してホッパー２２に供給し、混練空間Ｓの温度を２８０℃、スクリュー本体６の軸線Ｃ回りの回転速度を１分間に３０００回転として被混練物Ｗを混練し溶融させた。回転直後のスクリュー部８の回転トルクは約１０Ｎ・ｍであったが、混練が進むにつれて回転トルクは低下し、回転トルクが約７Ｎ・ｍと一定の値に収束した時に混練を終了させた。被混練物Ｗを混練させていた時間は約５分間であった。
次に、プランジャー部１８を２ｍｍ／Ｓｅｃの速度で基端側Ｄ２に移動させ計量シリンダー部１６においてプランジャー部１８の先端側Ｄ１に一定量の混練された被混練物Ｗを流入させた。そして、プランジャー部１８を２０ｍｍ／Ｓｅｃの速度で先端側Ｄ１に移動させ溶融させた被混練物Ｗを金型Ｐ内に射出した。
このように射出成形することで、材料特性が良好な成形品Ｗ１が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００５０】
１、４１ 射出成形装置
２、４２ 混練機
６ スクリュー本体
７ 凸部
８ スクリュー部
９ シリンダー部
１２ 吐出口
１３ 開閉機構
１６ 計量シリンダー部
１７ 第１の流路
１８、４３ プランジャー部
１９ プランジャー進退機構
２０ 吐出制御部
２７ 第２の流路
Ｃ 軸線
Ｄ 軸線方向
Ｓ 混練空間
Ｔ 計量空間
Ｗ 被混練物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、
前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため、前記スクリュー部の先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、
該吐出口を開閉する開閉機構と、
前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に貫通する孔部である計量シリンダー部と、
前記スクリュー部の外周部と前記計量シリンダー部との間を貫通し、前記循環流路の一部を構成する第１の流路と、
前記計量シリンダー部に前記軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部と、を備え、
前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間に前記循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間を閉止するとともに前記スクリュー部の先端部を通して前記計量シリンダー部に前記被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、前記プランジャー部の進退位置を変えて切り替えることを特徴とする混練機。
【請求項２】
請求項１に記載の混練機において、
前記プランジャー部の内部には、前記スクリュー部の先端部側の端面と前記計量シリンダー部に内嵌される側面との間を連通させる連通孔が設けられ、
前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の前記連通孔を、前記第１の流路に連通させることによって形成されることを特徴とする混練機。
【請求項３】
請求項１に記載の混練機において、
前記プランジャー部は中実軸からなり、
前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の側面を前記第１の流路の前記計量シリンダー部側の開口から退避させることで前記計量シリンダー部内に形成されることを特徴とする混練機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の混練機において、
前記プランジャー部を前記軸線方向に進退させるプランジャー進退機構と、
該プランジャー進退機構及び前記開閉機構の動作を制御することにより前記計量シリンダー部に流入させた前記被混練物を計量して前記吐出口から吐出させる吐出制御部と、を備えることを特徴とする混練機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の混練機を備え、
該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることを特徴とする射出成形装置。
【請求項６】
回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、
前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を混練する混練工程と、
該混練工程の後、前記循環流路を閉止し、前記スクリュー部の内部に進退可能に設けられたプランジャー部の先端面と前記スクリュー部の先端部との間の計量空間に、前記被混練物の一部を溶融状態で保持する被混練物保持工程と、
前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記混練空間とを連通させてから、前記プランジャー部を前記スクリュー部の先端部側に一定量進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴とする被混練物の計量方法。
【請求項７】
請求項６に記載の被混練物の計量方法において、
前記計量吐出工程では、前記計量空間に保持された前記被混練物を全て吐出させることを特徴とする被混練物の計量方法。
【請求項１】
外周部にスクリューを有し回転可能に設けられた軸状のスクリュー部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部と、を有し、該シリンダー部と前記スクリュー部の外周部及び先端部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機であって、
前記被混練物を前記混練空間の外部に吐出させるため、前記スクリュー部の先端部に対向する位置の前記シリンダー部に設けられた吐出口と、
該吐出口を開閉する開閉機構と、
前記スクリュー部を該スクリュー部の軸線方向に貫通する孔部である計量シリンダー部と、
前記スクリュー部の外周部と前記計量シリンダー部との間を貫通し、前記循環流路の一部を構成する第１の流路と、
前記計量シリンダー部に前記軸線方向に進退可能に内嵌されたプランジャー部と、を備え、
前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間に前記循環流路の他を構成する第２の流路を形成する循環状態と、前記第１の流路と前記スクリュー部の先端部との間を閉止するとともに前記スクリュー部の先端部を通して前記計量シリンダー部に前記被混練物を出入れ可能とする計量状態とを、前記プランジャー部の進退位置を変えて切り替えることを特徴とする混練機。
【請求項２】
請求項１に記載の混練機において、
前記プランジャー部の内部には、前記スクリュー部の先端部側の端面と前記計量シリンダー部に内嵌される側面との間を連通させる連通孔が設けられ、
前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の前記連通孔を、前記第１の流路に連通させることによって形成されることを特徴とする混練機。
【請求項３】
請求項１に記載の混練機において、
前記プランジャー部は中実軸からなり、
前記循環状態で形成される前記第２の流路は、前記プランジャー部の側面を前記第１の流路の前記計量シリンダー部側の開口から退避させることで前記計量シリンダー部内に形成されることを特徴とする混練機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の混練機において、
前記プランジャー部を前記軸線方向に進退させるプランジャー進退機構と、
該プランジャー進退機構及び前記開閉機構の動作を制御することにより前記計量シリンダー部に流入させた前記被混練物を計量して前記吐出口から吐出させる吐出制御部と、を備えることを特徴とする混練機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の混練機を備え、
該混練機で混練された前記被混練物を前記吐出口から金型に射出させることを特徴とする射出成形装置。
【請求項６】
回転可能に設けられた軸状のスクリュー部の外周部及び先端部と、該スクリュー部の外周部及び先端部を囲繞するように設けられたシリンダー部との間の混練空間に、前記スクリュー部の内部側に設けられた循環流路を通して被混練物を循環させて混練を行う混練機を用いた被混練物の計量方法であって、
前記スクリュー部を回転させ、前記被混練物を前記混練空間及び前記循環流路内で循環させて、前記被混練物を混練する混練工程と、
該混練工程の後、前記循環流路を閉止し、前記スクリュー部の内部に進退可能に設けられたプランジャー部の先端面と前記スクリュー部の先端部との間の計量空間に、前記被混練物の一部を溶融状態で保持する被混練物保持工程と、
前記スクリュー部の先端部に対向する位置に設けられた前記シリンダー部の吐出口と、前記混練空間とを連通させてから、前記プランジャー部を前記スクリュー部の先端部側に一定量進出させることにより、前記被混練物保持工程で前記計量空間に保持された前記被混練物を計量して、前記吐出口から吐出させる計量吐出工程と、を備えることを特徴とする被混練物の計量方法。
【請求項７】
請求項６に記載の被混練物の計量方法において、
前記計量吐出工程では、前記計量空間に保持された前記被混練物を全て吐出させることを特徴とする被混練物の計量方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１７９５９８（Ｐ２０１０−１７９５９８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０７０（Ｐ２００９−２６０７０）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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