2025-8696 射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008696

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/60 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

B29C45/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111086

(22)【出願日】2023-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】國弘 大介

(72)【発明者】

【氏名】千葉 英貴

【テーマコード（参考）】

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F206AJ08

4F206AR072

4F206AR12

4F206AR13

4F206JA07

4F206JD03

4F206JL02

4F206JQ16

4F206JQ17

(57)【要約】

【課題】所望の成形を好適に行う射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置を提供すること。
【解決手段】射出成形装置用のスクリュ３０は、射出成形装置に用いるためのスクリュである。スクリュ３０は、供給部から計量部に亘り延伸する軸３１と、軸３１に連続して螺旋状に形成されている溝３２と、軸３１の延伸方向に隣接する溝３２の間に形成されるリブ状のフライト３３と、を有している。またこのスクリュ３０は、供給部におけるフライト３３の幅が計量部におけるフライト３３の幅より広く、供給部におけるフライト３３のピッチが計量部におけるフライト３３のピッチより小さく、供給部における溝３２の深さが計量部における溝３２の深さより深い。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側である供給部において原料を受け入れ、前記原料を計量部に加熱しながら搬送し、溶融した前記原料を前記計量部の下流側に設けた金型に射出する射出成形装置に用いるためのスクリュであって、
前記供給部から前記計量部に亘り延伸する軸と、
前記軸に連続して螺旋状に形成されている溝と、
前記軸の延伸方向に隣接する前記溝の間に形成されるリブ状のフライトと、
を備え、
前記供給部における前記フライトの幅は、前記計量部における前記フライトの幅より広く、
前記供給部における前記フライトのピッチは、前記計量部における前記フライトのピッチより小さく、
前記供給部における前記溝の深さは、前記計量部における前記溝の深さより深い、
射出成形装置用スクリュ。

【請求項2】

前記計量部の前記フライトの幅は、前記供給部の前記フライトの幅の４０パーセントである、
請求項１に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項3】

前記計量部の前記フライトのピッチは、前記供給部の前記フライトのピッチの１４０パーセントである、
請求項１に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項4】

前記供給部における前記溝の前記延伸方向に平行な断面積は、前記計量部の前記溝の断面積の１００～１５０パーセントである、
請求項１～３のいずれか一項に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項5】

前記供給部と前記計量部との間に、圧縮部を備え、
前記溝は、前記圧縮部において前記供給部から前記計量部に向かって徐々に浅くなるように形成されている、
請求項１に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項6】

前記フライトは、前記圧縮部において前記上流側から前記下流側に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されている、
請求項５に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項7】

前記フライトは、前記圧縮部において前記上流側から前記下流側に向かって徐々にピッチが広くなるように形成されている、
請求項５または６に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項8】

前記供給部から前記計量部における前記フライトとスクリュ軸直角断面とがなす角は、１６度から２６度の範囲内に設定されている、
請求項７に記載の射出成形装置用スクリュ。

【請求項9】

加熱シリンダと、前記加熱シリンダ内に回転可能および進退可能に収容されたスクリュとを有し、前記スクリュを回転することにより、供給部において受け入れた原料の混練と可塑化とを行い、前記スクリュを進退することにより、可塑化した前記原料を計量部から金型に向かって射出する射出成形装置であって、
前記スクリュは、
前記供給部から前記計量部に亘り延伸する軸と、
前記軸に連続して螺旋状に形成されている溝と、
前記軸の延伸方向に隣接する前記溝の間に形成されるリブ状のフライトと、
を備え、
前記供給部における前記フライトの幅は、前記計量部における前記フライトの幅より広く、
前記供給部における前記フライトのピッチは、前記計量部における前記フライトのピッチより小さく、
前記供給部における前記溝の深さは、前記計量部における前記溝の深さより深い、
射出成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インラインスクリュ方式の射出成形装置において、スクリュの形状に関して様々な提案が開示されている。

【0003】

例えば、フライトピッチ、溝幅、溝深さが一定の第１領域と、フライトピッチは一定で溝深さが順次浅くなり、かつ溝幅が大きくなる第２領域とで構成されているスクリュを有する射出成形装置が開示されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－２２４８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の技術においては、原料樹脂を受け入れる領域のスクリュ形状により先端部のフライトピッチが決定される。そのため、スクリュ先端において樹脂に対して高い圧力を掛けた場合に、この圧力により樹脂が逆流することをバランス良く制御することが難しい。

【0006】

本開示は、このような課題を解決するために成されたものであって、所望の成形を好適に行う射出成形装置用スクリュ等を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示にかかる射出成形装置用スクリュは、上流側である供給部において原料を受け入れ、原料を計量部に加熱しながら搬送し、溶融した原料を計量部の下流側に設けた金型に射出する射出成形装置に用いるためのスクリュである。射出成形装置用スクリュは、供給部から計量部に亘り延伸する軸と、軸に連続して螺旋状に形成されている溝と、軸の延伸方向に隣接する溝の間に形成されるリブ状のフライトと、を有している。またこのスクリュは、供給部におけるフライトの幅が、計量部におけるフライトの幅より広く、供給部におけるフライトのピッチが、計量部におけるフライトのピッチより小さく、供給部における溝の深さが、計量部における溝の深さより深い。

【0008】

本開示に係る射出成形装置は、加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能および進退可能に収容されたスクリュとを有する。射出成形装置は、スクリュを回転することにより、供給部において受け入れた原料の混練と可塑化とを行い、スクリュを進退することにより、可塑化した原料を計量部から金型に向かって射出する。上記スクリュは、供給部から計量部に亘り延伸する軸と、軸に連続して螺旋状に形成されている溝と、軸の延伸方向に隣接する溝の間に形成されるリブ状のフライトと、を有している。上記スクリュは、供給部におけるフライトの幅が、計量部におけるフライトの幅より広く、供給部におけるフライトのピッチが、計量部におけるフライトのピッチより小さく、供給部における溝の深さが、計量部における溝の深さより深い。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、所望の成形を好適に行う射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態にかかる射出成形装置の全体構成図である。

【図2】実施の形態にかかるスクリュの部分拡大図である。

【図3】スクリュの形状を説明するための外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

【0012】

＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる射出成形装置１の全体構成図である。なお、図１に示す射出成形装置１は、理解容易のため、一部が断面図として示されている。

【0013】

なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図１は、右手系の直交座標系が付されている。Ｚ軸プラス方向は鉛直上向きと一致している。ＸＹ平面は水平面と一致している。また、図２以降において、直交座標系が付されている場合、図１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向と、これらの直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向はそれぞれ一致している。

【0014】

射出成形装置１は例えば、原料から所望の成形品を製造するための成形システムの構成の一つとして用いられる。原料とは例えば樹脂である。樹脂は繊維やビーズなどの添加物を含んでいてもよい。また原料とは例えば樹脂以外の金属粉などであってもよい。

【0015】

射出成形装置１は、型締め装置２と共に、基台３の上に固定され、型締め装置２と協働するように制御される。射出成形装置１は型締め装置２に対して可塑化した原料を供給可能に接続している。なお、可塑化とは原料を溶融させることと言い換えてもよい。型締め装置２は、金型９０を保持している。射出成形装置１は、ペレット状の原料を受け入れ、受け入れた原料を可塑化して金型９０に射出する。射出成形装置１は主な構成として、シリンダ１０、ホッパ２０、スクリュ３０、ヒータ４０、ノズル５０および駆動ブロック６０を有している。

【0016】

シリンダ１０は、水平方向（Ｘ軸方向）に延伸する筒状部材である。シリンダ１０は、上流側（Ｘ軸プラス側）において、ホッパ２０に連結し、ホッパ２０から原料を受け入れる。ホッパ２０は、原料を受け入れて貯留すると共に、貯留した原料を適宜、シリンダ１０に供給する。なお、シリンダ１０は、加熱シリンダと称され得る。

【0017】

またシリンダ１０は、内部にスクリュ３０を回転可能および進退可能に収容している。シリンダ１０は、ホッパ２０が連結している部分よりもさらに上流側において駆動ブロック６０に接続している。駆動ブロック６０は、スクリュ３０を回転および進退させるための駆動装置を含む。スクリュ３０は、回転することにより、ホッパ２０を介して受け入れた原料を混練しながら下流側（Ｘ軸マイナス側）へ搬送する。

【0018】

シリンダ１０の下流の先端部（Ｘ軸マイナス側の端部）は、段階的に細くなっており、ノズル５０が形成されている。ノズル５０は、スクリュ３０が先端に搬送した原料を射出可能に設定されている。ノズル５０は、型締め装置２の固定盤に設けられた凹部に嵌め込まれている。スクリュ３０は、駆動ブロック６０により駆動されて、上流側から下流側へ移動する。これにより、射出成形装置１は、シリンダ１０の先端に貯留した原料をノズル５０から金型９０に押し出す。

【0019】

スクリュ３０は、シリンダ１０の延伸方向に沿って回転可能および進退可能に収容されている。なお、ここでスクリュ３０が行う回転動作は、シリンダ１０の延伸方向（Ｙ軸周り）に回転する動作である。またここでスクリュ３０が行う進退動作は、上流から下流（Ｘ軸のマイナス側）へ向かう動作および下流から上流（Ｘ軸プラス側）へ移動する動作である。

【0020】

スクリュ３０は上流側において駆動ブロック６０に接続し、駆動ブロック６０が有する駆動装置にしたがって回転動作および進退動作を行う。スクリュ３０は、スクリュ３０が回転することにより、ホッパ２０を介して受け入れた原料を下流側へ搬送する。またスクリュ３０は、原料を搬送しながら可塑化する。

【0021】

さらにスクリュ３０は、スクリュ３０が下流側へ移動することにより、シリンダ１０の下流に搬送した原料をノズル５０から射出成形装置１の外へ押し出す。なお、原料を押し出した後に、スクリュ３０は回転して原料を下流へ搬送しつつ、上流へ移動する。これにより、スクリュ３０は、可塑化した原料を再びシリンダ１０の下流側へ貯留する。

【0022】

スクリュ３０は、上述の機能を実現するために、延伸方向にそって上流側から、供給部Ａ１、圧縮部Ａ２および計量部Ａ３に区分けされ得る。すなわちスクリュ３０は、供給部Ａ１において、原料を受け入れ、受け入れた原料を下流側へ搬送する。圧縮部Ａ２において、スクリュ３０は、供給部Ａ１から受け取った原料を圧縮することにより可塑化しつつ、下流の計量部Ａ３に搬送する。計量部Ａ３において、スクリュ３０は、可塑化した原料を計量部Ａ３の下流側に搬送する。

【0023】

スクリュ３０はさらに、計量部Ａ３の下流側に、スクリュヘッド部Ａ４を有している。スクリュヘッド部Ａ４は、ヘッド３４およびリング３５を含む。ヘッド３４は、スクリュ３０の先端に設けられた円錐状の部材である。ヘッド３４は、スクリュ３０が原料を射出する際に、ノズル５０に近づく。これによりヘッド３４より下流側に貯留されていた原料がノズル５０から金型９０に向かって押し出される。リング３５は、ヘッド３４と計量部との間に設けられた領域において、可塑化した原料の逆流を抑制するための環状の部材である。

【0024】

ヒータ４０は、シリンダ１０の外周において、シリンダ１０の延伸方向に沿って設けられた加熱装置である。ヒータ４０は例えば、シースヒータまたはセラミックヒータである。ヒータ４０は、オイルなどの加熱媒体を利用したものであってもよい。またヒータ４０は、シリンダ１０の延伸方向に沿って複数のセグメントに分割されていてもよい。この場合、ヒータ４０は、セグメントごとに加熱する温度が設定可能な構造となっている。ヒータ４０は、ノズル５０部分も加熱可能に構成され得る。

【0025】

駆動ブロック６０は、スクリュ３０に接続し、スクリュ３０を回転駆動するとともに、スクリュ３０を直動駆動する。そのため、駆動ブロック６０は、スクリュ３０を回転するためのモータと、スクリュ３０を進退させるためのモータと、をそれぞれ有している。

【0026】

次に、図２を参照して、スクリュ３０の構成についてさらに説明する。図２は、実施の形態にかかるスクリュ３０の部分拡大図である。図２に示すスクリュ３０は、理解容易のため、一部が断面図として示されている。スクリュ３０は主な構成として、軸３１、溝３２、フライト３３およびヘッド３４を有している。またスクリュ３０は、ヘッド３４に隣接する部分にリング３５を有している。

【0027】

軸３１は、供給部から計量部に亘り延伸している。軸３１の直径Ｃは、シリンダ１０の内径に対して大きなガタツキがなく動作するように設定されている。軸３１には、連続して螺旋状に溝３２が形成されている。フライト３３は、軸３１の延伸方向に隣接する溝３２の間に形成されるリブ状の部分である。

【0028】

ここで、溝３２の深さＤは、軸３１の外径面から溝３２の底面までの深さである。またフライト３３の幅Ｂは、軸３１の中心線を通る断面における軸３１の外径面に相当する部分の長さである。フライト３３の幅Ｂは、フライト３３の頂部におけるスクリュ３０の延伸方向の長さということもできる。またフライト３３のピッチＰは、スクリュ３０の延伸方向における隣接するフライト３３のピッチである。フライト３３のピッチは、溝３２のピッチと言い換えることも出来る。溝３２の深さＤ、フライト３３の幅Ｂおよびフライト３３のピッチＰは、スクリュ３０の位置によりそれぞれ異なる寸法となっている。

【0029】

なお、本実施の形態にかかるスクリュ３０の供給部から計量部におけるフライト３３とスクリュ軸直角断面（スクリュ３０の中心軸に直交する断面）とがなす角Ｆは、１６度から２６度の範囲内に設定されている。

【0030】

次に、図３を参照して、スクリュ３０の各部の形状の具体的な特徴について説明する。図３は、スクリュの形状を説明するための外観図である。図３に示すスクリュ３０は、シリンダ１０に収容されている部分である。スクリュ３０は、図３のＸ軸プラス側において、駆動ブロック６０に接続している。ただし図３は、駆動ブロック６０との接続部分を省略して示したものである。

【0031】

図３に示すスクリュ３０の溝３２の深さ、フライトの幅およびフライトピッチをそれぞれ示す符号は、図２に示した符号の後に数字がさらに付されている。これは、各部の寸法が、位置により異なるため、この位置それぞれに異なる寸法を有することを示すためである。例えば、供給部Ａ１における溝３２は深さＤ１を有し、計量部Ａ１における溝３２は深さＤ３を有している。

【0032】

上述の内容を踏まえ、図３に示すスクリュ３０の形状について説明する。スクリュ３０において、供給部Ａ１のフライト３３の幅Ｂ１は、計量部Ａ３におけるフライトの幅Ｂ３より広い。換言すると、計量部Ａ３のフライト３３の幅Ｂ３は、供給部Ａ１におけるフライトの幅Ｂ１より狭い。

【0033】

より具体的には、計量部Ａ３のフライト３３の幅Ｂ３は、供給部Ａ１のフライト３３の幅Ｂ１の２７パーセント～６０パーセントである。

【0034】

また供給部Ａ１におけるフライト３３のピッチＰ１は、計量部Ａ３におけるフライト３３のピッチＰ３より小さい。

【0035】

より具体的には、計量部Ａ３のフライト３３のピッチＰ３は、供給部Ａ１のフライト３３のピッチＰ１の１１０パーセント～１７０パーセントである。

【0036】

供給部Ａ１における溝３２の深さＤ１は、計量部Ａ３における溝３２の深さＤ３より深い。

【0037】

あるいは、供給部Ａ１における溝３２の延伸方向に平行な断面積（Ｄ１×（Ｐ１－Ｂ１））は、計量部Ａ３の溝３２の断面積（Ｄ３×（Ｐ３－Ｂ３））の１００～１５０パーセントである。

【0038】

またスクリュ３０の溝３２は、圧縮部Ａ２において、供給部Ａ１から計量部Ａ３に向かって徐々に浅くなるように形成されている。すなわち、図３に示す圧縮部Ａ２において、相対的に計量部Ａ３に近い側の溝３２の深さＤ２２は、相対的に供給部Ａ１に近い側の溝３２の深さＤ２１より浅い。

【0039】

またフライト３３は、圧縮部Ａ２において上流側から下流側に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されている。すなわち例えば圧縮部Ａ２における下流側の幅Ｂ２２は、上流側の幅Ｂ２１より狭い。

【0040】

フライトは、圧縮部において上流側から下流側に向かって徐々にピッチが広くなるように形成されている。すなわち例えば圧縮部Ａ２における下流側のピッチＰ２２は、上流側のピッチＰ２１より広い。

【0041】

以上、スクリュ３０について説明した。上述のとおり、スクリュ３０におけるフライト３３の幅ＢおよびピッチＰは、延伸方向に沿って変化する。またスクリュ３０は、溝３２の深さＤも延伸方向に沿って変化し得る。そのためスクリュ３０における溝３２の形状および断面積は、フライト３３の幅Ｂ、ピッチＰおよび溝３２の深さＤの３つのパラメータにより設定される。

【0042】

ところで、仮に、フライト３３の幅Ｂを一定にして、ピッチＰを上流側から下流側に沿って大きくした場合は、計量部Ａ３におけるフライト３３のリード角が、上述のスクリュ３０に比べると相対的に大きくなる。このフライト幅が一定のスクリュは、射出成形装置１において計量部Ａ３よりも下流側に原料を供給する際に原料が計量部Ａ３に逆流しやすくなる。

【0043】

一方、フライト３３のピッチＰを一定にして、幅Ｂを上流側から下流側に沿って狭くした場合は、上述のスクリュ３０と比べると、供給部Ａ１の溝３２の断面積Ｓ１と、計量部Ａ３の溝３２の断面積Ｓ２との比である圧縮比（Ｓ１／Ｓ２）が高くなってしまう。すなわちこのフライトピッチが一定のスクリュは、高い圧縮比により剪断熱が上昇しやすく、これに伴い原料の劣化が発生しやすくなる。

【0044】

本開示にかかるスクリュ３０は、上述したフライト幅が一定のスクリュと比べると、計量部Ａ３におけるフライト３３のピッチＰの増加を抑えつつ、溝３２の断面積を大きくすることが可能となる。そのため、スクリュ３０は、計量部Ａ３からヘッド部Ａ４の領域で原料の圧力が高くなった場合に、原料の逆流を抑えることができる。あるいはスクリュ３０は、スクリュの計量部Ａ３からヘッド部Ａ４の領域で原料の圧力が高くなった場合に、スクリュの先端側へ搬送する原料の流量の低下を抑制できる。

【0045】

またスクリュ３０は、上述したフライトピッチが一定のスクリュと比べると、圧縮比を低く抑えることができる。そのため、スクリュ３０は、原料の劣化を抑制できる。また比較的に低い圧縮比による成形を行うことにより、スクリュ３０は、フライトの摩耗や破損等の品質劣化を抑制できる。

【0046】

以上、実施の形態によれば、所望の成形を好適に行う射出成形装置用スクリュおよび射出成形装置を提供できる。

【0047】

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 射出成形装置
２ 型締め装置
３ 基台
１０ シリンダ
２０ ホッパ
３０ スクリュ
３１ 軸
３２ 溝
３３ フライト
３４ ヘッド
３５ リング
４０ ヒータ
５０ ノズル
６０ 駆動ブロック
９０ 金型

【図1】

【図2】

【図3】