專利名稱：注塑成形用塑化螺桿及使用了該螺桿的注塑成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在軸的周面突出設(shè)有主螺紋和副螺紋的注塑成形用塑化螺桿及使用了該注塑成形用塑化螺桿的注塑成形方法。
背景技術(shù)：
使由熱塑性樹(shù)脂構(gòu)成的原料熔融而向模具注塑的注塑成形機(jī)構(gòu)成為在注塑工作缸的內(nèi)部收容有螺桿。并且，作為該螺桿，廣泛使用在被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的軸的周面將一條葉片狀的螺紋設(shè)置成螺旋狀的螺桿。根據(jù)這樣的螺桿，向注塑工作缸的內(nèi)部供給的固體狀的熱塑性樹(shù)脂原料從旋轉(zhuǎn)的螺桿受到剪切力，由此進(jìn)行熔融及塑化的同時(shí)被混煉，之后向模具注塑。然而，作為提高熱塑性樹(shù)脂的混煉性的機(jī)構(gòu)，近些年使用具備兩條螺紋的所謂雙螺紋螺桿。該雙螺紋螺桿通過(guò)在相鄰的主螺紋之間設(shè)置比該主螺紋高度低且螺距大的一條副螺紋而構(gòu)成(例如，參照專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2)。在此，專利文獻(xiàn)I所記載的雙螺紋螺桿以副螺紋的前端與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間的間隙厚度成為固定的大小的方式形成。另一方面，專利文獻(xiàn)2所記載的雙螺紋螺桿以主螺紋與副螺紋的外徑差朝向副螺紋的前端側(cè)逐漸減小的方式，即副螺紋的前端與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間的間隙厚度朝向螺桿的前端側(cè)逐漸減小的方式形成。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2002-283421號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本實(shí)開(kāi)昭62-147516號(hào)公報(bào)發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題但是，在專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2所記載的雙螺紋螺桿中，在對(duì)含有用于提高機(jī)械特性的強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行注塑成形的情況下，在成形品的品質(zhì)上產(chǎn)生問(wèn)題。若更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明，則專利文獻(xiàn)I所記載的雙螺紋螺桿如上述那樣，副螺紋的前端與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間的間隙厚度形成為固定的大小。因此，當(dāng)較小地設(shè)定該間隙厚度時(shí)，在從原料投入口(料斗)投入作為原料的熱塑性樹(shù)脂不久后熱塑性樹(shù)脂到達(dá)的螺桿后端部，熱塑性樹(shù)脂的軟化不充分，因此熱塑性樹(shù)脂堵塞在副螺紋的徑向前端部與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間，從而產(chǎn)生塑化不良。并且，在熱塑性樹(shù)脂的軟化不充分的螺桿的后端部，熱塑性樹(shù)脂無(wú)法通過(guò)自身彎曲變形來(lái)吸收從螺桿受到的剪切力。因此，當(dāng)熱塑性樹(shù)脂在副螺紋的前端與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間受到大的剪切力時(shí)，在強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損。需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中使用的“螺桿后端部(或螺桿后端側(cè))”的用語(yǔ)是指沿著由螺桿進(jìn)行輸送的熱塑性樹(shù)脂的輸送方向的上游部(或上游側(cè))，“螺桿前端部(或螺桿前端側(cè))”的用語(yǔ)是指沿著輸送方向的下游部(下游側(cè))。
另一方面，當(dāng)較大地設(shè)定間隙厚度時(shí)，能夠抑制螺桿后端部處的強(qiáng)化纖維的折損，但在螺桿前端部無(wú)法對(duì)熱塑性樹(shù)脂施加有效的剪切力或拉伸力。更詳細(xì)而言，在螺桿前端部，為了使浮游在熔融狀態(tài)的熱塑性樹(shù)脂中的強(qiáng)化纖維的束開(kāi)纖或分散，在副螺紋的徑向前端部與注塑工作缸的 內(nèi)壁面之間，需要對(duì)熔融的狀態(tài)的熱塑性樹(shù)脂施加剪切力及拉伸力。但是，在螺桿前端部，由于熱塑性樹(shù)脂的溫度上升而熱塑性樹(shù)脂充分軟化，因此當(dāng)將間隙厚度設(shè)定得較大時(shí)，熱塑性樹(shù)脂會(huì)吸收螺桿所施加的剪切力或拉伸力。由此，從螺桿對(duì)熱塑性樹(shù)脂無(wú)法施加有效的剪切力或拉伸力。因此，熱塑性樹(shù)脂所含有的強(qiáng)化纖維中產(chǎn)生開(kāi)纖不良或分散不良。另外，專利文獻(xiàn)2所記載的雙螺紋螺桿如上述那樣，副螺紋的徑向前端部與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間的間隙厚度以朝向螺桿的前端側(cè)逐漸減小的方式形成。由此，與專利文獻(xiàn)I所記載的雙螺紋螺桿相比，具有同時(shí)抑制螺桿后端部的強(qiáng)化纖維的折損和螺桿前端部的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖不良的效果。但是，在該專利文獻(xiàn)2所記載的雙螺紋螺桿中，若熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置發(fā)生變動(dòng)，則存在熔融的熱塑性樹(shù)脂的品質(zhì)上產(chǎn)生不均這樣的不良情況。更詳細(xì)而言，存在熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置因樹(shù)脂的種類、螺桿的運(yùn)轉(zhuǎn)條件(成形條件)、環(huán)境條件的變化等外部干擾而向螺桿前端側(cè)錯(cuò)動(dòng)的情況(情形I)或向螺桿后端側(cè)錯(cuò)動(dòng)的情況(情形2)。并且，在情形I時(shí)，與沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)的情況相比，開(kāi)始熔融后的熱塑性樹(shù)脂需要越過(guò)的副螺紋的高度變高(通過(guò)的間隙厚度變小)。因此，在越過(guò)副螺紋時(shí)，施加在熱塑性樹(shù)脂上的剪切力變大，從而強(qiáng)化纖維的折損變大。另一方面，在情形2時(shí)，與沒(méi)有錯(cuò)動(dòng)的情況相比，開(kāi)始熔融后的熱塑性樹(shù)脂需要越過(guò)的副螺紋的高度變低(通過(guò)的間隙厚度變大)。因此，越過(guò)副螺紋時(shí)施加在熱塑性樹(shù)脂上的剪切力變小，因此強(qiáng)化纖維的折損變小，但強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖、分散程度變小。這樣，因熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置的變動(dòng)，在強(qiáng)化纖維的折損狀態(tài)及開(kāi)纖、分散狀態(tài)等上產(chǎn)生差異，因此熔融后的熱塑性樹(shù)脂的品質(zhì)上產(chǎn)生不均。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮這樣的情況而提出，其目的在于提供一種在對(duì)含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行注塑成形時(shí)，在強(qiáng)化纖維上不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的折損、開(kāi)纖不良或分散不良的雙螺紋螺桿。用于解決課題的手段本發(fā)明的注塑成形用塑化螺桿設(shè)置于使含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂原料塑化來(lái)進(jìn)行注塑成形的注塑成形機(jī)中，其具備被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的軸；在所述軸的周面呈螺旋狀地設(shè)置的主螺紋；在所述軸的周面且在所述主螺紋的槽部呈螺旋狀地設(shè)置的副螺紋。所述主螺紋的從所述軸的周面突出的突出高度至少在設(shè)有所述副螺紋的區(qū)域內(nèi)恒定地形成。所述副螺紋具備平坦面部和傾斜面部。所述平坦面部沿著卷繞方向設(shè)置在螺桿后端側(cè)，且從所述軸的周面突出的突出高度比所述主螺紋低且固定。所述傾斜面部以沿著所述平坦面部的卷繞方向從螺桿前端側(cè)的端部連續(xù)延伸的方式設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度在比所述主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在注塑成形用塑化螺桿(簡(jiǎn)稱為“螺桿”)的卷繞方向后端側(cè)，且在收容螺桿的注塑工作缸的內(nèi)壁面與副螺紋的平坦面部之間確保固定厚度寬的間隙。在此，在上述現(xiàn)有的雙螺紋螺桿中，當(dāng)因樹(shù)脂的種類或螺桿的運(yùn)轉(zhuǎn)條件而使熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置成為螺桿前端側(cè)時(shí)，熱塑性樹(shù)脂在卷繞方向的寬的區(qū)域中軟化不充分，且當(dāng)對(duì)熱塑性樹(shù)脂中含有的強(qiáng)化纖維施加大的剪切力時(shí)，強(qiáng)化纖維的折損變大。或者，因環(huán)境條件等外部干擾而熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置向螺桿前端側(cè)或螺桿后端側(cè)變動(dòng)時(shí)，存在熔融的熱塑性樹(shù)脂的品質(zhì)上產(chǎn)生不均這樣的不良情況。但是，在該情況下，由于軟化不充分的熱塑性樹(shù)脂通過(guò)在卷繞方向后端側(cè)確保的固定厚度寬的間隙，因此即使因環(huán)境條件等外部干擾而使熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置向螺桿前端側(cè)或螺桿后端側(cè)變動(dòng)，開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂需要越過(guò)的副螺紋的高度上也不會(huì)產(chǎn)生差異。因此，除了能夠防止熱塑性樹(shù)脂中含有的強(qiáng)化纖維產(chǎn)生過(guò)大的折損之外，還能夠抑制熔融的熱塑性樹(shù)脂中的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖、分散等品質(zhì)上產(chǎn)生不均的情況。并且，在螺桿前端部開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂通過(guò)突出高度逐漸增加的傾斜面部。其中，從料斗投入不久的溫度比較低且粘度高的熱塑性樹(shù)脂通過(guò)傾斜面部中的突出高度低的區(qū)域，因此不會(huì)受到強(qiáng)的剪切力，能夠防止在強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損的情況。另外，在向螺桿的前端側(cè)輸送的期間被充分賦予熱能且溫度比較高、粘度低的熱塑性樹(shù)脂通過(guò)傾斜面部中的突出高度高且間隙厚度小的區(qū)域，因此能夠?qū)崴苄詷?shù)脂的含有物施加有效的 剪切力及拉伸力。由此，可促進(jìn)熱塑性樹(shù)脂中含有的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖或分散。在本發(fā)明的注塑成形用塑化螺桿中，優(yōu)選所述主螺紋的突出高度與所述副螺紋的平坦面部的突出高度之差為成形品所需要的所述強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度以上的大小。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在主螺紋的前端位于接近注塑工作缸的內(nèi)壁面的位置時(shí)，具有成形品所需要的重量平均纖維長(zhǎng)度附近的纖維長(zhǎng)度的強(qiáng)化纖維能夠不折彎地通過(guò)注塑工作缸的內(nèi)壁面與副螺紋的平坦面部之間的間隙。由此，能夠防止強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損的情況，從而能夠形成為具有所需要的重量平均纖維長(zhǎng)度的成形品那樣的成形品中的殘存纖維長(zhǎng)度的分布狀態(tài)。在本發(fā)明的注塑成形用塑化螺桿中，優(yōu)選在所述傾斜面部的卷繞方向后端部設(shè)有突出高度的增加的比率比其他區(qū)域大的陡斜面區(qū)域。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，即使將平坦面部形成得較低而在平坦面部與注塑工作缸的內(nèi)壁面之間設(shè)置寬的間隙，注塑工作缸的內(nèi)壁面與副螺紋的傾斜面部的間隙的厚度與沒(méi)有陡斜面區(qū)域的情況相比，也從更靠卷繞方向后端側(cè)開(kāi)始變薄，并且整體地厚度變薄。因此，提前對(duì)開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂施加有效的剪切力及拉伸力。由此，尤其是如結(jié)晶性樹(shù)脂那樣在熔點(diǎn)附近熔融快速進(jìn)行且樹(shù)脂的粘度急劇地降低的樹(shù)脂、即樹(shù)脂的硬度在熔融開(kāi)始前后急劇且較大地變化的樹(shù)脂，能夠使熔融開(kāi)始前軟化不充分的(硬的)樹(shù)脂通過(guò)間隙寬的平坦面部，并同時(shí)使熔融后的粘度低的樹(shù)脂通過(guò)間隙薄的斜面部，因此進(jìn)一步促進(jìn)強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖或分散。需要說(shuō)明的是，陡斜面區(qū)域優(yōu)選設(shè)置在傾斜面部中的與平坦面部連結(jié)的連結(jié)部上，但也可以設(shè)置在傾斜面部的卷繞方向中間部。需要說(shuō)明的是，作為結(jié)晶性樹(shù)脂，能夠適用例如(I)聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等聚烯烴系樹(shù)脂、(2)聚氯乙烯系樹(shù)脂、尼龍6或尼龍66等脂肪族聚酰胺系樹(shù)脂、(3)聚鄰苯二甲酰胺等芳香族聚酰胺系樹(shù)脂、(4)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯等聚酯系樹(shù)脂、(5)聚甲醛系樹(shù)脂、聚醚酮系樹(shù)脂、氟系樹(shù)脂、聚乳酸等機(jī)體由來(lái)系樹(shù)脂等。本發(fā)明的注塑成形方法包括使用注塑成形用塑化螺桿，使含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂原料塑化的工序；將被塑化后的熱塑性樹(shù)脂原料向模具的腔室注塑的工序。所述注塑成形用塑化螺桿具備被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的軸；在所述軸的周面呈螺旋狀地設(shè)置的主螺紋；在所述軸的周面且在所述主螺紋的槽部呈螺旋狀地設(shè)置的副螺紋。所述主螺紋的從所述軸的周面突出的突出高度至少在設(shè)有所述副螺紋的區(qū)域內(nèi)恒定地形成。所述副螺紋具備平坦面部和傾斜面部。所述平坦面部在卷繞方向后端側(cè)設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度比所述主螺紋低且固定。所述傾斜面部以從該平坦面部的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度在比所述主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加。 根據(jù)這樣的方法，在注塑成形用塑化螺桿的軸向后端側(cè)，且在收容螺桿的注塑工作缸的內(nèi)壁面與副螺紋的平坦面部之間確保出固定寬度寬的間隙。因此，即使因環(huán)境條件等外部干擾而使熱塑性樹(shù)脂的熔融開(kāi)始位置向螺桿前端側(cè)或螺桿后端側(cè)變動(dòng)，開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂需要越過(guò)的副螺紋的高度上也不會(huì)產(chǎn)生差異。由此，能夠得到熱塑性樹(shù)脂中含有的強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)且強(qiáng)化纖維長(zhǎng)度的分散良好的成形品。在本發(fā)明的注塑成形方法中，所述強(qiáng)化纖維可以包含玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、天然纖維中的至少一種。根據(jù)這樣的方法，能夠使通過(guò)注塑成形得到的成形品具有薄壁輕量性、高的機(jī)械的強(qiáng)度以及再循環(huán)性。尤其是若采用碳纖維或金屬纖維，能夠?qū)崿F(xiàn)成形品的輕量化，且在使用成形品作為車(chē)輛的車(chē)身構(gòu)件等外裝構(gòu)件或用于收納電裝件的罩等時(shí)，能夠?qū)ν庋b構(gòu)件或罩等賦予導(dǎo)電性，因此能夠保護(hù)搭乘者或電裝件，以免受到雷擊時(shí)的大電流的影響。并且，通過(guò)采用天然纖維，尤其是通過(guò)使天然纖維與聚乳酸等機(jī)體由來(lái)系樹(shù)脂組合，能夠提供對(duì)地球環(huán)境的負(fù)擔(dān)更加小的成形品。在本發(fā)明的注塑成形方法中，所述熱塑性樹(shù)脂原料可以為結(jié)晶性樹(shù)脂。根據(jù)這樣的方法，即使是在熔點(diǎn)附近熔融快速進(jìn)行且樹(shù)脂的粘度急劇降低的結(jié)晶性樹(shù)脂，也能夠得到含有的強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)且強(qiáng)化纖維長(zhǎng)度的分散良好的成形品，并且能夠抑制在熔融的熱塑性樹(shù)脂中的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖、分散等品質(zhì)上產(chǎn)生不均的情況。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在對(duì)含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行注塑成形時(shí)，防止在強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損、開(kāi)纖不良、分散不良，從而能夠通過(guò)防止成形品的強(qiáng)度或重量的不均、防止強(qiáng)化纖維向成形品表面的露出來(lái)提高外觀等，使成形品的品質(zhì)提高。


圖I是表示具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式的注塑成形用塑化螺桿的注塑成形機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示第一實(shí)施方式的螺桿的外觀的簡(jiǎn)要主視圖。圖3是表示第一實(shí)施方式的軸上的設(shè)有副螺紋的區(qū)域的展開(kāi)圖。圖4是表示圖3中的A-A截面的簡(jiǎn)要剖視圖。圖5是表示第二實(shí)施方式的軸上的設(shè)有副螺紋的區(qū)域的展開(kāi)圖。
圖6是表示圖5中的B-B截面的簡(jiǎn)要剖視圖。圖7是表不關(guān)于各實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果的表。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的注塑成形用塑化螺桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖I是表示具備第一實(shí)施方式的注塑成形用塑化螺桿10(以下，簡(jiǎn)稱為“螺桿10”)的注塑成形機(jī)I的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖I所示，注塑成形機(jī)I具備在內(nèi)部形成有腔室2的模具單元3、用于對(duì)腔室2注塑熱塑性樹(shù)脂的注塑單元4。
如圖I所示，模具單元3具備設(shè)置成不能移動(dòng)的固定模具31、設(shè)置成相對(duì)于該固定模具31能夠移動(dòng)的可動(dòng)模具32。并且，在以相對(duì)置的方式設(shè)置的固定模具31的凹部與可動(dòng)模具32的凸部之間形成有腔室2。注塑單元4具備單元主體41、注塑工作缸42、螺桿10、料斗43、連結(jié)軸44、電動(dòng)機(jī)45、活塞46、液壓配管47。在單元主體41的內(nèi)部形成有工作油工作缸411。注塑工作缸42從單元主體41延伸出，注塑工作缸42的前端部與固定模具31連接。螺桿10收容在注塑工作缸42的內(nèi)部，料斗43設(shè)置在注塑工作缸42的上部。連結(jié)軸44與螺桿10的后端部連接，電動(dòng)機(jī)45對(duì)連結(jié)軸44進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。活塞46收容在工作油工作缸411的內(nèi)部，并固定于連結(jié)軸44。液壓配管47與工作油工作缸411連接。在這樣構(gòu)成的注塑單元4中，將含有玻璃纖維或碳纖維等強(qiáng)化纖維的固體狀的熱塑性樹(shù)脂原料(未圖示)填充到料斗43中。在該狀態(tài)下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)45開(kāi)始連結(jié)軸44的驅(qū)動(dòng)時(shí)，與連結(jié)軸44連接的螺桿10開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。然后，當(dāng)從料斗43對(duì)注塑工作缸42供給熱塑性樹(shù)脂原料時(shí)，該熱塑性樹(shù)脂原料由螺桿10進(jìn)行熔融及塑化并向前端側(cè)輸送。之后，當(dāng)從液壓配管47對(duì)工作油工作缸411供給工作油(未圖示)時(shí)，活塞46在工作油工作缸411的內(nèi)部向模具單元3側(cè)移動(dòng)，與此相伴，螺桿10也在注塑工作缸42的內(nèi)部向模具單元3側(cè)移動(dòng)。由此，積存在注塑工作缸42的前端部的液體狀的熱塑性樹(shù)脂被螺桿10按壓而注塑，向模具單元3的腔室2填充。之后，該熱塑性樹(shù)脂冷卻固化后，使可動(dòng)模具32從固定模具31分離，由此將成形品取出。需要說(shuō)明的是，作為熱塑性樹(shù)脂原料中含有的強(qiáng)化纖維，除了玻璃纖維或碳纖維之外，還能夠適用硫酸鎂纖維、鈦酸鉀纖維、氧化鈦纖維、水合堿式硫酸鎂纖維、或者有機(jī)填充材料、有機(jī)合成或天然纖維等。在此，圖2是表示螺桿10的外觀的簡(jiǎn)要主視圖。螺桿10具備長(zhǎng)條的圓筒形狀的軸11 ;從該軸11突出而設(shè)置的主螺紋12、在該主螺紋12的一部分區(qū)域從軸11突出而設(shè)置的副螺紋13、在軸11的前端設(shè)置的頭部14。如圖2所示，主螺紋12在從軸11的軸向后端部到達(dá)軸向前端部的區(qū)域上以螺距Ps且以在軸11的周面111上卷繞成螺旋狀的方式設(shè)置。在此，圖3是表示軸11上的設(shè)有副螺紋13的區(qū)域的展開(kāi)圖。另外，圖4是表示圖3中的A-A截面的簡(jiǎn)要剖視圖。如圖4所示，主螺紋12從軸11的周面111突出的突出高度Hs以在其整個(gè)全長(zhǎng)上固定的方式形成。并且，主螺紋12的徑向前端部位于接近圖I所示的注塑工作缸42的內(nèi)壁面421的位置。
如圖2所示，副螺紋13在主螺紋12的卷繞方向前端側(cè)的區(qū)域以螺距Pf且以在軸11的周面111卷繞成螺旋狀的方式設(shè)置。在此，副螺紋13的螺距Pf設(shè)定為比主螺紋12的螺距Ps大少許。如圖2所示，該副螺紋13設(shè)置在主螺紋12的槽部121，其 卷繞方向后端及卷繞方向前端相對(duì)于主螺紋12分別連接。并且，如圖4所示，副螺紋13的從軸11的周面111突出的突出高度Hf(以下，簡(jiǎn)稱為“突出高度Hf”)比主螺紋12的突出高度Hs低，且沿著卷繞方向變化。更詳細(xì)而言，如圖2所示，副螺紋13具有在卷繞方向后端部設(shè)置的平坦面部131 ;以從平坦面部131的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置的傾斜面部132。如圖4所示，平坦面部131以其突出高度Hfl比主螺紋12的突出高度Hs低且沿著卷繞方向固定的方式形成。并且，該平坦面部131的突出高度與主螺紋12的突出高度之差SI為成形品所需要的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度以上的大小。由此，使平坦面部131與注塑工作缸42的內(nèi)壁面421之間形成的間隙的寬度尺寸成為強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度以上的大小。例如，在本實(shí)施方式中，在成形品所需要的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度約為I. Omm時(shí)，平坦面部131的突出高度與主螺紋12的突出高度之差約為1.5mm。需要說(shuō)明的是，對(duì)于本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中的重量平均纖維長(zhǎng)度的定義，在后述的實(shí)施例的說(shuō)明中進(jìn)行記載。如圖4所示，傾斜面部132以其突出高度Hf2比主螺紋12的突出高度Hs低且沿著卷繞方向逐漸增加的方式形成。在本實(shí)施方式中，如圖4所示，將該傾斜面部132的截面形狀形成為從與平坦面部131相同的高度位置向比主螺紋12的徑向前端低少許的位置直線地上升的直線狀。另外，如圖3及圖4所示，在傾斜面部132的卷繞方向前端部且在與主螺紋12連接的部分設(shè)有突出高度恒定的連接區(qū)域133。需要說(shuō)明的是，在主螺紋12的槽部121中設(shè)置副螺紋13的區(qū)域沒(méi)有限定為圖2所示的區(qū)域，可以為沿著軸11的軸向的任意的區(qū)域。另外，構(gòu)成副螺紋13的平坦面部131與傾斜面部132的比率沒(méi)有限定為圖3所示的比率，能夠進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)變更。并且，傾斜面部132的截面形狀沒(méi)有限定為本實(shí)施方式那樣的直線狀，也可以形成為沿著卷繞方向逐漸上升的曲線狀。接著，對(duì)使用了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的螺桿10的注塑成形方法的順序及其作用效果進(jìn)行說(shuō)明。伴隨第一實(shí)施方式的螺桿10的旋轉(zhuǎn)，供給到注塑工作缸42中的固體狀的熱塑性樹(shù)脂原料在從螺桿10受到的剪切力的作用下進(jìn)行熔融及塑化，并被向軸向前端側(cè)輸送。在此，熱塑性樹(shù)脂原料開(kāi)始熔融的位置因供給的熱塑性樹(shù)脂原料的種類、螺桿10的運(yùn)轉(zhuǎn)條件或環(huán)境條件的變動(dòng)等外部干擾而向螺桿10的軸向前端側(cè)或軸向后端側(cè)變化。在此，在螺桿10的軸向前端部開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂原料通過(guò)突出高度Hf2沿著卷繞方向逐漸增加的傾斜面部132。其中，從料斗投入不久的溫度比較低且粘度高的熱塑性樹(shù)脂原料通過(guò)傾斜面部132中的突出高度Hf低的區(qū)域即軸向后端部。這種情況下，由于在傾斜面部132與注塑工作缸42的內(nèi)壁面421之間確保有比較寬的間隙，因此熱塑性樹(shù)脂原料不會(huì)從螺桿10受到強(qiáng)的剪切力。由此，能夠防止在強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損。另一方面，在向螺桿10的前端側(cè)輸送的期間被充分賦予熱能且溫度比較高、粘度低的熱塑性樹(shù)脂原料通過(guò)傾斜面部132中的突出高度Hf2大的區(qū)域即軸向前端部。這種情況下，由于傾斜面部132與注塑工作缸42的內(nèi)壁面421之間的間隙比較窄，因此從螺桿10對(duì)熱塑性樹(shù)脂原料施加有效的剪切力及拉伸力。由此，促進(jìn)熱塑性樹(shù)脂中含有的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖、分散。并且，如上所述，當(dāng)因環(huán)境條件的變化等外部干擾而熱塑性樹(shù)脂原料的熔融開(kāi)始位置向螺桿10的軸向前端側(cè)或軸向后端側(cè)變動(dòng)時(shí)，在強(qiáng)化纖維的折損狀態(tài)等上產(chǎn)生差異，由此存在熔融的熱塑性樹(shù)脂的品質(zhì)上產(chǎn)生不均的不良情況。但是，如上所述，在副螺紋13的軸向后端側(cè)設(shè)有平坦面部131，在該平坦面部131與注塑工作缸42的內(nèi)壁面421之間確保有固定厚度的寬的間隙。因此，即使因環(huán)境條件等外部干擾而熱塑性樹(shù)脂原料的熔融開(kāi)始位置向螺桿前端側(cè)或螺桿后端側(cè)變動(dòng)，開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂需要越過(guò)的副螺紋13的突出高度Hfl (間隙的厚度)也不會(huì)產(chǎn)生差異。由此，除了能夠防止強(qiáng)化纖維的過(guò)大的折損之外，還能夠抑制熔融的熱塑性樹(shù)脂的品質(zhì)上產(chǎn)生不均的情況。另外，本實(shí)施方式的螺桿10中，副螺紋13的平坦面部131的突出高度與主螺紋12的突出高度之差Si為成形品所需要的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度以上的大小。因此，具有成形品所需要的重量平均纖維長(zhǎng)度的強(qiáng)化纖維以不會(huì)折彎或進(jìn)行能夠復(fù)原的彎曲變形·的程度通過(guò)注塑工作缸42的內(nèi)壁面421與平坦面部131之間的間隙。由此，能夠防止強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損的情況，從而能夠形成為具有所需要的重量平均纖維長(zhǎng)度的成形品那樣的成形品中的殘存纖維長(zhǎng)度的分布狀態(tài)。(第二實(shí)施方式)接著，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的注塑成形用塑化螺桿10(以下，簡(jiǎn)稱為“螺桿10”)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。第二實(shí)施方式的螺桿10與第一實(shí)施方式的螺桿10相比，僅副螺紋15的結(jié)構(gòu)不同。除此以外的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同，因此使用相同的符號(hào)，在此省略說(shuō)明。在此，圖5是表示軸11上的設(shè)有副螺紋15的區(qū)域的展開(kāi)圖。另外，圖6是表示圖5中的B-B截面的簡(jiǎn)要剖視圖。副螺紋15與第一實(shí)施方式的副螺紋15同樣，具有在卷繞方向后端部設(shè)置的平坦面部151、以從平坦面部151的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置的傾斜面部152。但是，副螺紋15在如下這一點(diǎn)上與第一實(shí)施方式的副螺紋15不同在其傾斜面部152的卷繞方向后端部且與平坦面部151連接的部分上，設(shè)有突出高度Hf增加的比率比其他區(qū)域大的陡斜面區(qū)域152a。需要說(shuō)明的是，副螺紋15的除此以外的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的副螺紋15相同，因此在此省略說(shuō)明。接著，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的螺桿10的作用效果進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的螺桿10在構(gòu)成副螺紋15的傾斜面部152的軸向后端部設(shè)有陡斜面區(qū)域152a。由此，注塑工作缸42的內(nèi)壁面421與副螺紋15的傾斜面部152的間隙與沒(méi)有陡斜面區(qū)域152a的第一實(shí)施方式相比，從更靠軸向后端側(cè)開(kāi)始變薄，并且整體地厚度變薄。因此，提前對(duì)開(kāi)始熔融的熱塑性樹(shù)脂施加有效的剪切力及拉伸力。由此，進(jìn)一步促進(jìn)強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖或分散。需要說(shuō)明的是，與第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)起到同樣的效果，但在此省略說(shuō)明。(實(shí)施例)接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。本申請(qǐng)人對(duì)于適當(dāng)改變下述所示的條件的多個(gè)實(shí)施例，使用含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂來(lái)進(jìn)行注塑成形，并對(duì)各實(shí)施例確認(rèn)了成形品的品質(zhì)。
(I)使用的注塑成形機(jī)三菱重工塑料技術(shù)株式會(huì)社制1050em-100，螺桿直徑90mm(2)使用的熱塑性樹(shù)脂原料聚丙烯(PP)(3)強(qiáng)化纖維玻璃纖維或碳纖維(4)強(qiáng)化纖維的含有率20重量％或30重量％(5)熱塑性樹(shù)脂原料中含有的強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度10mm、20mm或25mm(6)成形品的形狀夕卜形IOOOmmX 300mmX 15mm、壁厚2mm的框體(7)成形溫度230°C
(8)熱塑性樹(shù)脂原料的預(yù)熱溫度80°C(9)強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度從成形品的任意的部位切出60 IOOmm見(jiàn)方的正方形狀的試驗(yàn)片。然后，以熱塑性樹(shù)脂的分解溫度以上的溫度對(duì)該試驗(yàn)片進(jìn)行規(guī)定時(shí)間加熱，將樹(shù)脂成分灰化除去，由此僅成為強(qiáng)化纖維。之后，使僅為強(qiáng)化纖維的試驗(yàn)片在適當(dāng)?shù)娜軇┲蟹稚?，并利用圖像處理等來(lái)計(jì)測(cè)700 1000根的強(qiáng)化纖維的長(zhǎng)度。并且，根據(jù)計(jì)測(cè)的各強(qiáng)化纖維的長(zhǎng)度，通過(guò)使用下式來(lái)算出重量平均纖維長(zhǎng)度。其中，式中的Li是指計(jì)測(cè)的強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度，Qi是指為纖維長(zhǎng)度Li的強(qiáng)化纖維的根數(shù)。[重量平均纖維長(zhǎng)度]=(ΣQi X Li2) /(EQiXLi)(10)強(qiáng)化纖維的分散度由于當(dāng)纖維的分散度差時(shí)，纖維的束在成形品表面露出，因此纖維的分散度評(píng)價(jià)根據(jù)成形品的外觀狀態(tài)以A、B、C進(jìn)行評(píng)價(jià)。A :在成形品表面沒(méi)有纖維的束的露出，成形品表面的光澤度高。B :在成形品表面沒(méi)有纖維的束的露出，成形品表面的光澤度低。C :纖維的束在成形品表面的至少一部分露出。在此，圖7是表示關(guān)于各實(shí)施例的試驗(yàn)結(jié)果的表。根據(jù)實(shí)施例I 實(shí)施例6的結(jié)果，通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，即使在熱塑性樹(shù)脂原料的狀態(tài)不同的情況下，更詳細(xì)而言，即使在預(yù)熱的有無(wú)、強(qiáng)化纖維的含有率或強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度不同的情況下，成形品中的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度也能夠得到I. Omm以上(通常，在含有強(qiáng)化纖維的切片中，為了得到使機(jī)械的強(qiáng)度提高這樣的長(zhǎng)纖維特有的效果，殘留在成形品中的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度需要為1.0mm以上。)需要說(shuō)明的是，對(duì)圖7所示的實(shí)施例5和實(shí)施例6的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)可知，當(dāng)熱塑性樹(shù)脂原料中含有的強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度超過(guò)20mm時(shí)，殘留在成形品中的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度固定。因此，為了更明確地得到本發(fā)明的效果，優(yōu)選使強(qiáng)化纖維的纖維長(zhǎng)度為I. Omm以上且20mm以下。另外，在圖7所示的實(shí)施例7 實(shí)施例9中，使副螺紋13的平坦面部131的突出高度與主螺紋12的徑向前端部的突出高度之差SI變化。對(duì)實(shí)施例7 實(shí)施例9的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)可知，突出高度之差SI越小，殘留在成形品中的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度越小，強(qiáng)化纖維的折損越增大。因此，為了穩(wěn)定地得到使樹(shù)脂成形品的機(jī)械的強(qiáng)度提高所需要的重量平均纖維長(zhǎng)度即I. 0_，優(yōu)選使突出高度之差SI為I. 5mm以上。另外，圖7所示的比較例I及比較例2表示副螺紋13不具有平坦面部131而僅由傾斜面部132構(gòu)成的情況，且使傾斜面部132的最下位置處的突出高度Hf2變化。將該比較例I及比較例2與實(shí)施例7及實(shí)施例8分別進(jìn)行比較時(shí)可知，在副螺紋13上未設(shè)置平坦面部131的情況下，強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損，從而殘留在成形品中的強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度低于I. Omm0這種情況下，在成形品中無(wú)法得到使機(jī)械的強(qiáng)度提高這樣的強(qiáng)化纖維的效果。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的注塑成形用塑化螺桿中，副螺紋具備在卷繞方向后端側(cè)設(shè)置，從軸的周面突出的突出高度比主螺紋低且突出高度恒定的平坦面部；從軸的周面突出的突出高度在比主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加的傾斜面部。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在螺桿的卷繞方向后端側(cè)，在注塑工作缸的內(nèi)壁面與副螺紋的平坦面部之間可確保固定寬度寬的間隙。由此，不論樹(shù)脂的種類或螺桿的運(yùn)轉(zhuǎn)條件如何，都能夠促進(jìn)熱塑性樹(shù)脂原料中含有的強(qiáng)化纖維的開(kāi)纖或分散，且同時(shí)防止強(qiáng)化纖維上產(chǎn)生過(guò)大的折損。 符號(hào)說(shuō)明I注塑成形機(jī)2 腔室3模具單元4注塑單元10注塑成形用塑化螺桿11 軸12主螺紋13副螺紋14 頭部15副螺紋31固定模具32可動(dòng)模具41單元主體42注塑工作缸43 料斗44連結(jié)軸45電動(dòng)機(jī)46 活塞47液壓配管111 周面121 槽部131平坦面部132傾斜面部133連接區(qū)域151平坦面部152傾斜面部411工作油工作缸
421內(nèi)壁面152a陡斜面區(qū)域Hf突出高度(副螺紋)Hfl突出高度(平坦面部)Hf 2突出高度(傾斜面部)Hs突出高度(主螺紋)Pf螺距(副螺紋)Ps螺距(主螺紋)
SI差(突出高度)
權(quán)利要求
1.一種注塑成形用塑化螺桿，裝備在使含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂原料塑化來(lái)進(jìn)行注塑成形的注塑成形機(jī)中，其具備 被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的軸； 在所述軸的周面上呈螺旋狀地設(shè)置的主螺紋； 在所述軸的周面上且在所述主螺紋的槽部呈螺旋狀地設(shè)置的副螺紋， 所述主螺紋的從所述軸的周面突出的突出高度至少在設(shè)有所述副螺紋的區(qū)域內(nèi)恒定地形成， 所述副螺紋具備 在卷繞方向后端側(cè)設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度比所述主螺紋低且突出高度恒定的平坦面部； 以從該平坦面部的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度在比所述主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加的傾斜面部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的注塑成形用塑化螺桿，其中， 所述主螺紋的突出高度與所述副螺紋的平坦面部的突出高度之差為成形品所需的所述強(qiáng)化纖維的重量平均纖維長(zhǎng)度以上的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的注塑成形用塑化螺桿，其中， 在所述傾斜面部的卷繞方向后端部設(shè)有突出高度的增加的比率比其他區(qū)域大的陡斜面區(qū)域。
4.一種注塑成形方法，其包括 使用注塑成形用塑化螺桿，使含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂原料塑化的工序； 將塑化后的熱塑性樹(shù)脂原料向模具的腔室注塑的工序，其中， 所述注塑成形用塑化螺桿具備 被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的軸； 在所述軸的周面上呈螺旋狀地設(shè)置的主螺紋； 在所述軸的周面上且在所述主螺紋的槽部呈螺旋狀地設(shè)置的副螺紋， 所述主螺紋的從所述軸的周面突出的突出高度至少在設(shè)有所述副螺紋的區(qū)域內(nèi)恒定地形成， 所述副螺紋具備 在卷繞方向后端側(cè)設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度比所述主螺紋低且突出高度恒定的平坦面部； 以從該平坦面部的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置，從所述軸的周面突出的突出高度在比所述主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加的傾斜面部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的注塑成形方法，其中， 所述強(qiáng)化纖維包含玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、天然纖維中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的注塑成形方法，其中， 所述熱塑性樹(shù)脂原料為結(jié)晶性樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明的注塑成形用塑化螺桿設(shè)置在使含有強(qiáng)化纖維的熱塑性樹(shù)脂原料塑化來(lái)進(jìn)行注塑成形的注塑成形機(jī)中，其具備軸、主螺紋、副螺紋。主螺紋的從軸的周面突出的突出高度至少在設(shè)有副螺紋的區(qū)域內(nèi)恒定地形成。副螺紋具備在卷繞方向后端側(cè)設(shè)置，從軸的周面突出的突出高度比主螺紋低且突出高度恒定的平坦面部；以從該平坦面部的卷繞方向前端連續(xù)延伸的方式設(shè)置，從軸的周面突出的突出高度在比主螺紋低的范圍內(nèi)朝向卷繞方向前端側(cè)逐漸增加的傾斜面部。
文檔編號(hào)B29K105/12GK102958666SQ20108006754
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者苅谷俊彥, 戶田直樹(shù), 信田宗宏 申請(qǐng)人:三菱重工塑膠科技有限公司