射出成形機用のスクリュ
【課題】フライトやシリンダ内壁の摩耗を防止し、金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦の発熱による焼け等の成形不良が生じることがない、射出成形機用のスクリュを提供する。
【解決手段】
射出成形機用のスクリュ（１）において、圧縮部（６）寄りの供給部（５）から計量部（７）にかけて、フライト（２）の頂部にステップ状の段部（９）を形成し、頂部（９）を後方寄りの大径部（１１）と前方寄りのランド部（１２）とから構成する。フライト幅（Ｂ１）は加熱シリンダ（１４）の内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定する。ランド部（１２）と加熱シリンダ（１４）の内周壁の隙間（Ｈ１）は、大径部（１１）と加熱シリンダ（１４）の内周壁の隙間（Ｈ２）の１．６５〜２．１５倍に、ランド部（１２）の幅（Ｂ２）は、フライト幅（Ｂ１）の０．６３〜０．７９倍に選定する。
【解決手段】
射出成形機用のスクリュ（１）において、圧縮部（６）寄りの供給部（５）から計量部（７）にかけて、フライト（２）の頂部にステップ状の段部（９）を形成し、頂部（９）を後方寄りの大径部（１１）と前方寄りのランド部（１２）とから構成する。フライト幅（Ｂ１）は加熱シリンダ（１４）の内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定する。ランド部（１２）と加熱シリンダ（１４）の内周壁の隙間（Ｈ１）は、大径部（１１）と加熱シリンダ（１４）の内周壁の隙間（Ｈ２）の１．６５〜２．１５倍に、ランド部（１２）の幅（Ｂ２）は、フライト幅（Ｂ１）の０．６３〜０．７９倍に選定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機用のスクリュに関するものであり、フライトの頂部にステップ状の段部すなわちランド部が形成されている射出成形機用のスクリュに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来周知のように射出成形機に設けられている射出装置は、シリンダ、このシリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュ、等から構成されている。スクリュには、螺旋状の羽根すなわちフライトが１本または２本形成されており、スクリュが回転すると、樹脂材料がフライトによって前方に送られるようになっている。スクリュには、このようなフライトによってフライト溝が形成され、フライト溝の深さはスクリュ全長において変化している。スクリュはこのフライト溝の深さから、あるいは機能上から概略的に３つの部分に分けることができる。具体的にはホッパ側から先端部に向かって、供給部、圧縮部、計量部とに分けられる。このようなスクリュが設けられている射出装置においてシリンダをヒータによって加熱して材料の樹脂ペレットをホッパから供給しスクリュを回転すると、樹脂ペレットは供給部において予熱されながら圧縮部に移送される。圧縮部においてヒータによる熱とスクリュの回転のせん断発熱とによって樹脂ペレットは溶融し、溶融した樹脂は前方に送られて樹脂圧が発生する。そして計量部において溶融した樹脂は混練され、スクリュの先端に送られて所定量が計量される。
【０００３】
フライトには色々な形状のものがあるが、頂部が単一の円柱面から形成されているフライトが周知であり、このフライトをフライトに対して垂直な面で切断すると、頂部が実質的にフラットになっている。このようなフライトを備えたスクリュはいわゆるコンベンショナルスクリュと呼ばれている。コンベンショナルスクリュのフライトの頂部とシリンダ内壁との間には、所定の隙間すなわちクリアランスが設けられている。このクリアランスは、溶融した樹脂材料が入り込んで適切に潤滑され、かつ樹脂材料の漏れを防止できるような適切な大きさになっている。このようなコンベンショナルスクリュを備えた射出装置において、比較的短期間の運転においてフライト頂部やシリンダ内壁が摩耗したり、この摩耗によって生じた金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがある。この現象は、シリンダ内でスクリュが軸回転するときにスクリュが上下左右に振れる、いわゆる振れ回りが生じるときに発生することが知られている。図７のグラフには、コンベンショナルスクリュを備えた射出装置において、スクリュの振れ回り現象が発生したときの、スクリュの各部分における振幅が示されている。グラフにおいて、横軸はホッパからの距離であるスクリュ位置が示され、縦軸には、スクリュの各部のクリアランスに対するスクリュの振幅の比率が示されている。この現象が発生しているとき、スクリュの供給部の終端部近傍から圧縮部、そして計量部の開始端部近傍にかけて、スクリュの振幅の比が１．０近傍になっている。すなわちクリアランスの大きさに近くスクリュが振幅していて、潤滑が十分に得られていないことが推測される。そうするとシリンダ内壁とスクリュとが接触し易い状態になっていることが分かる。そこで適切な潤滑を得ることができるスクリュが色々提案されており、特許文献１、２には、フライトの頂部に、いわゆるランド部が形成されたスクリュが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０６−８４０３５号公報
【特許文献２】特許第３５５３２７５号公報
【０００５】
特許文献１に記載のスクリュは、フライトの頂部にステップ状の段部、すなわちランド部が形成されている。このスクリュは、ランド部の深さが特定され、具体的にはランド部はフライトの最も高い大径部から０．５ｍｍ以下の深さに形成されている。特許文献１に記載のスクリュは、このようなランド部を備えているので比較的大きな潤滑圧力が発生することになり、シリンダ内壁とスクリュとの接触を防止することができる。
【０００６】
特許文献２にも、ランド部を備えたスクリュが記載されている。図８には、特許文献２に記載のスクリュをフライトに対して垂直に切断した断面図が示されている。特許文献２に記載のスクリュ５１も、図に示されているように、フライト５２の頂部にはランド部５３が形成されている。そしてこのランド部５３の深さ５４、すなわちフライトの最も高い大径部５５に対するランド部５３の深さは０．５ｍｍ以下になっている。特許文献２に記載のスクリュ５１においては、ランド部５３が比較的広い範囲で面取りされ、面取部５６が形成されている。従って、特許文献２に記載のスクリュ５１がシリンダ５８内で回転すると、溶融樹脂は面取部５６によって滑らかにランド部５３に流入し、効率よく潤滑圧力が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のスクリュ、または特許文献２に記載のスクリュによっても溶融した樹脂材料によってフライトの頂部に潤滑圧力が発生するので、シリンダ内壁とスクリュとの接触をある程度防止することができる。しかしながら解決すべき問題点も見受けられる。例えば特許文献１に記載のスクリュの場合、ランド部深さは特定されているが、他の点については特定されていないし、好ましい実施の形態についても記載されていない。本発明者は、発明を実施するための形態のところで詳しく説明するように、潤滑圧力を適切に発生させるには、フライト幅、大径部とランド部の比率等が重要であることを解明したが、特許文献１にはこれらについて示唆されていない。従って特許文献１に記載のスクリュは、必ずしも適切な潤滑圧力が発生する保障はない。また特許文献２に記載のスクリュにおいても、ランド部深さや、面取部５６の大きさ等についてはある程度特定されているが、他の点については特許文献１と同様に好ましい実施の形態が記載されていない。本発明者は、特許文献２に記載のスクリュに形状が類似したスクリュを製作し、このスクリュをシリンダ内で回転させたときのスクリュの振幅を測定した。製作したスクリュは、フライトの頂部にステップ状の段部が形成されて頂部が大径部とランド部とになっているが、フライトに対する垂直方向の大径部の幅が、前後のフライトの距離すなわちフライトリードに対して２．４％になるようにした。実質的にフライトリードはシリンダ内径に等しいので、製作したスクリュの大径部の幅はシリンダ内径Ｄに対して０．０２４Ｄになる。このスクリュをシリンダ内で回転させ、スクリュの各位置における振幅を測定したところ、図９のグラフのようになった。グラフにおいて横軸はホッパの位置をゼロとするスクリュ位置になっており、縦軸は、各位置におけるスクリュとシリンダ内周壁とのクリアランスに対する振幅の比率になっている。コンベンショナルスクリュに比してスクリュの振幅は全体的に小さく潤滑圧力が発生していることが推測されるが、スクリュ位置が６００ｍｍにおけるスクリュの振幅はクリアランスに近い大きさになっている。そうするとこの部分で摩耗が発生する可能性がある。このように特許文献１、２には、潤滑圧力を適切に発生させるための条件が十分に記載されているとはいえず、スクリュとシリンダの摩耗を確実に防止できる保障がない。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点を解決した、射出成形機用のスクリュを提供することを目的としており、具体的にはフライトやシリンダ内壁が摩耗することがなく、従って金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがない、射出成形機用のスクリュ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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅は、加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されるように構成する。また、ランド部と加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、大径部と加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、ランド部の幅は、フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されるように構成する。さらに、スクリュは後端部から前方に向かって供給部、圧縮部、計量部になっているが、フライトに形成されているステップ状の段部は、圧縮部寄りの供給部から計量部にかけて形成されるように構成する。
【００１０】
かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ランド部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、前記大径部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅は、前記フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、前記フライトに形成されている前記ステップ状の段部は、前記圧縮部寄りの前記供給部から前記計量部にかけて形成されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明は、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュとして構成されている。従ってシリンダ内壁とフライトの頂部との間に溶融した樹脂材料が入り込んで効率よく潤滑圧力が発生する。そして本発明は、前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅（Ｂ１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されている。このような範囲にフライト幅が選定されているので、発明を実施するための形態のところで説明するように、十分な潤滑圧力が発生してスクリュとシリンダ内壁の接触を確実に防止することができる。すなわちスクリュとシリンダの摩耗を防止することができる。そして十分な潤滑圧力が発生するので、例えばスクリュを高速で回転させるような運転をしても、スクリュは摩耗せず安全に運転することができる。また摩耗しないので、金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがない。他の発明によると、ランド部と加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、大径部と加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、ランド部の幅は、フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されている。このようにフライトが形成されているので、後で詳しく説明するように効率よく潤滑圧力が得られることが保障できる。また他の発明によると、スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、フライトに形成されているステップ状の段部は、圧縮部寄りの供給部から計量部にかけて形成されている。このようにスクリュの摩耗が発生し易い全ての部分において、フライトにステップ状の段部が形成されているので、確実に摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形機用のスクリュを模式的に示す図であり、その（ア）はスクリュの正面図、その（イ）、（ウ）は（ア）におけるＡ−Ａで切断したフライトの断面拡大図である。
【図２】運動片と固定片の隙間を流れる粘性流体の挙動を模式的に示す図である。
【図３】フライトの頂部が上面部とランド部とからなるスクリュにおいて、フライト幅の異なる色々なスクリュを回転させたとき、所定のスクリュ位置において測定されたスクリュの振幅と、溶融した樹脂材料の押出量の減少率の変化を示すグラフである。
【図４】スクリュを回転させて、スクリュの所定の位置で測定された樹脂圧力の変化を示すグラフで、その（ア）はフライト幅が０．１Ｄの、その（イ）はフライト幅が０．１６Ｄの、それぞれのスクリュにおいて測定された樹脂圧力の変動を示すグラフである。
【図５】フライトの頂部が大径部とランド部とからなるスクリュにおいて、フライトの頂部の形状を変化させたときの負荷容量係数の変化を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係る射出成形機用のスクリュを回転させたときの、各スクリュ位置におけるスクリュの振幅を示すグラフである。
【図７】従来のコンベンショナルスクリュを回転させたときの、各スクリュ位置におけるスクリュの振幅を示すグラフである。
【図８】特許文献２に記載のスクリュのフライトの断面図である。
【図９】特許文献２に記載のスクリュと類似した形状のスクリュを回転させたときのスクリュの振幅を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態に係る射出成形機用のスクリュ１も、加熱シリンダに回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられており、図１の（ア）に示されているように、概略従来のスクリュと同様に構成されている。すなわちスクリュ１には、螺旋状のフライト２がスクリュ１の全長に渡って設けられており、このフライト２によってフライト溝３が形成されている。フライト溝３はスクリュ１の後端部寄りにおいて比較的深く、中央部において少しずつ浅くなり、先端部近傍において最も浅い。フライト溝３が深いスクリュ１の後端部寄りは供給部５になっており、図示されないホッパから供給される樹脂材料が予熱されながら前方に送られるようになっている。スクリュ１の中央部は樹脂材料が溶融されると共に圧縮されて前方に送られる圧縮部６になっている。そしてフライト溝３が浅いスクリュ１の先端部近傍は溶融された樹脂が混練されて均一にされて前方に送られる計量部７になっており、溶融した樹脂材料がスクリュ１の先端に送られて計量されることになる。図１の（ア）に加熱シリンダは示されていないが、加熱シリンダの内壁とフライト２の間には所定の隙間、すなわちクリアランスが形成されている。次に説明するようにフライト２の頂部は所定の形状に形成されているので、溶融した樹脂材料がクリアランスに入り込んで適切な潤滑圧力が発生し、加熱シリンダとスクリュ１が直接接触しないようになっている。
【００１４】
本実施の形態においては、スクリュ１のフライト２には、図１の（ア）において符号８で示されている範囲、つまり圧縮部６寄りの供給部５から計量部７にかけて、フライト２の頂部にフライト２と平行なステップ状の段部９が形成されている。この段部９によってフライト２の頂部は、図１の（イ）に示されているように、後端部寄りの大径部１１と先端部寄りのランド部１２とに分けられている。後で説明するように、本実施の形態に係るスクリュ１は、フライト２の幅すなわちフライト幅Ｂ１は、加熱シリンダ１４の内径に対して所定の範囲になるように選定されている。またフライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比率も所定の範囲に選定されている。さらに、加熱シリンダ１４の内周面とランド部１２との間の第１の隙間Ｈ１と、加熱シリンダ１４の内周面と大径部１１との間の第２の隙間Ｈ２の比率も所定の範囲に選定されている。これは効率よく潤滑圧力を発生させて確実にスクリュ１と加熱シリンダ１４の接触を防止するためである。なお、本明細書において加熱シリンダ１４とスクリュ１の隙間であるクリアランスは、第２の隙間Ｈ２のことであり、加熱シリンダ１４の内壁面とスクリュ１の大径部１１との平均的な隙間のことである。
【００１５】
本実施の形態に係るスクリュ１を回転すると、溶融した樹脂材料はスクリュ１の先端部に送られる。つまり溶融樹脂の大部分は、図１の（ウ）に示されている矢印Ｙの方向に送られる。このときわずかな量の溶融樹脂は第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２に入り込む。この入り込んだ溶融樹脂によって潤滑圧力が発生することになる。ところで、回転するスクリュ１のフライト２は加熱シリンダ１４の内周面に対して所定の速度で駆動されるが、この速度はフライト２と平行な成分と、フライト２と垂直な成分とに分けることができる。フライト２と垂直な成分についてのみ考えると、フライト２は図１の（ウ）に示されているように、加熱シリンダ１４に対して速度Ｕ’で右方向に動いているように見える。フライト２を基準としてフライト２が固定されていると見なすと、加熱シリンダ１４は左方向に速度Ｕで動いていると考えることができる。速度Ｕは速度Ｕ’と大きさが等しく向きが反対の速度である。図には、潤滑圧力を発生させる第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２における溶融樹脂の速度ｖの分布が模式的に示されている。このようにフライト２に垂直な方向の速度についてのみ着目し、そしてフライト２が固定されていると見なしてモデル化すると、スラスト軸受の一種である、いわゆる段付平行軸受と類似したモデルが得られる。このモデルにおける溶融樹脂の挙動を、段付平行軸受における潤滑油の挙動から類推すると、潤滑圧力ｐは段部９近傍で最大値Ｐｓになり、フライト２の両端面において実質的に零になる。そして大径部１１、およびランド部１２のそれぞれにおいて潤滑圧力ｐは直線状に変化する。なお、潤滑圧力ｐが直線状に変化するのは、粘度の高い溶融樹脂の流れは層流になるはずであり、層流は流れる距離に比例して圧力が損失するからである。以下、ランド部１２を備えたフライト２における潤滑の負荷容量を求めるにあたり、まず、相対的に運動する２平面の間の粘性流体の一般的な挙動について説明する。
【００１６】
図２には、固定片１７と、この固定片１７に対して相対的に速度Ｖでスライドする運動片１８とが示されており、固定片１７と運動片１８の間にはニュートン流体が充填されている。流体の微小要素１９に働く力の釣り合いを考えると、ｘ軸方向の力の釣り合いから１式が得られる。ここでｐは圧力、τは剪断力である。
【数１】
剪断力τは、流体の粘度をμ、ｘ方向の流速をｖとすると２式で与えられる。１式と２式とから３式が得られる。３式は、いわゆるナビエ・ストークスの式から得ることもでき、非圧縮流体の定常流れを表す式になっている。固定片１７と運動片１８のｙ方向の隙間をｈとすると、ｙ＝ｈにおいて流体の速度ｖ＝０である。またｙ＝０において流体の速度ｖ＝Ｖである。これらを境界条件として３式を解くと、流速ｖと圧力分布の関係式である４式が得られる。紙面に垂直な単位幅を考えると、隙間ｈを流れる流体の流量Ｑは４式を積分した５式で与えられることになる。
【数２】
【００１７】
５式によって、図１の（ウ）に示されているモデルにおける、第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２を流れる溶融樹脂の流量Ｑｘを計算する。流量Ｑｘは第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２において等しい。またｄｐ／ｄｘは、第１の隙間Ｈ１においてはＰｓ／Ｂ２で与えられ、第２の隙間Ｈ２においては（０−Ｐｓ）／（Ｂ１−Ｂ２）で与えられるので、流量Ｑｘは６式で与えられる。
【数３】
得られた６式を潤滑圧力の最大値Ｐｓについて解くと７式が得られる。
【００１８】
ところでフライト２における単位長さ当たりの潤滑の負荷容量Ｗは、潤滑圧力ｐについてフライト２の幅方向に積分すると得られる。ところで、図１の（ウ）に示されているように、潤滑圧力ｐは、底辺の長さがＢ１で高さがＰｓの三角形のように変化している。そうすると負荷容量Ｗは、この面積として与えられることになる。このようにして計算した負荷容量Ｗが８式に示されている。なお、式中のＫｗは負荷容量係数である。またｍは隙間比であり第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２の比、βは形状因子でありフライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比である。
【数４】
【００１９】
８式から、潤滑の負荷容量Ｗは、フライト幅Ｂ１が大きくなるほど大きくなることが分かる。負荷容量Ｗが大きいほどスクリュ１と加熱シリンダ１４の接触する可能性を小さくすることができるが、フライト幅Ｂ１を大きくするとフライト溝３が小さくなりスクリュ１の回転によって溶融樹脂を前方に押し出す押出量が小さくなってしまう。そこで、最適なフライト幅Ｂ１を決定するため、次の実験を行った。
【実施例１】
【００２０】
隙間比ｍ＝２、形状因子β＝０．７として、フライト幅Ｂ１が異なる複数本のスクリュ１、１、…を製作した。これらのスクリュ１を加熱シリンダ１４内で回転させて、スクリュ振幅を測定した。振幅を測定した部分はスクリュ１の圧縮部５の所定の部分である。実験によって得られた結果が図３において符号２１のグラフに示されている。グラフにおいて横軸は、加熱シリンダ１４の内径Ｄに対するフライト幅Ｂ１の割合になっている。なおフライト幅Ｂ１は、フライト２に垂直な方向の幅である。また、グラフの縦軸は、スクリュ振幅比になっており、具体的には、加熱シリンダ１４とスクリュ１のクリアランスに対するスクリュ振幅になっている。符号２２で示されているフライト幅Ｂ１が０．０９Ｄ、０．１０Ｄの２本スクリュ１においてはスクリュ振幅比は約０．９になっているのに対し、符号２３で示されているフライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１ではスクリュ振幅比が０．８に低下し、それ以降フライト幅Ｂ１が大きくなるに従って急激にスクリュ振幅比が減少している。そこで、加熱シリンダ１４に樹脂圧力を測定する圧力センサを埋め込み、フライト幅Ｂ１が０．１０Ｄのスクリュと、０．１６Ｄのスクリュのそれぞれを回転させ、変動する樹脂圧力の波形を調べた。図４の（ア）にフライト幅Ｂ１が０．１０Ｄのスクリュ１の樹脂圧力の波形が、図４の（イ）にフライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１の樹脂圧力の波形が示されている。これらのグラフから明らかなように、フライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１においては、斜線で示されている鋭いスパイク状の圧力波形が発生しているが、０．１０Ｄのスクリュ１においてはこのような圧力波形は生じていない。スパイク状の圧力波形は、効率的に潤滑圧力が発生したことを示している。この実験によって、フライト幅Ｂ１は０．１６Ｄ以上必要なことが分かった。
【００２１】
ところでフライト幅Ｂ１が大きくなると、スクリュ１の押出量が減少する。この押出量減少率が図３の符号２５のグラフに示されている。許容できる押出量減少率の最大値は０．２０程度であると考えられる。押出量減少率が０．２０になるフライト幅Ｂ１は０．２６Ｄである。以上により、フライト幅Ｂ１の適正な範囲は、加熱シリンダ１４の内径Ｄに対して０．１６Ｄ〜０．２６Ｄとすることができる。
【００２２】
次に、第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２の比である隙間比ｍ、フライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比である形状因子βについて最適な範囲を検討する。８式で与えられている負荷容量係数Ｋｗについて、色々な隙間比ｍに対して、形状因子βを変化させたときの変化の様子を図５のグラフに示す。グラフから負荷容量係数Ｋｗの最大値は０．２をわずかに越えた値であると言える。そこで、負荷容量係数Ｋｗが０．２以上になる隙間比ｍと形状因子βの条件を調べ、以下を得た。
１．６５ ≦ 隙間比ｍ ≦ ２．１５
０．６３ ≦ 形状因子β ≦ ０．７９
上の条件に適合するようにフライト２を形成すると、負荷容量係数Ｋｗが０．２以上になって最大値近傍になり、潤滑の負荷容量Ｗが最大値に近くなることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
次の条件でスクリュ１を製作した。圧縮部６寄りの供給部５から計量部７にかけてフライト２の頂部にランド部１２を形成し、隙間比ｍ＝２、形状因子β＝０．７とした。フライト幅Ｂ１は０．２２Ｄとした。このスクリュ１を加熱シリンダ１４に入れて回転させ、各スクリュ位置におけるスクリュ振幅を調べたところ、図６のグラフのような結果が得られた。スクリュ１の全長に渡って振幅が小さくなっており、スクリュ１と加熱シリンダ１４との接触を確実に防止できることが確認できた。
【符号の説明】
【００２４】
１ スクリュ ２ フライト
３ フライト溝 ５ 供給部
６ 圧縮部 ７ 計量部
９ 段部 １１ 大径部
１２ ランド部 １４ 加熱シリンダ
Ｂ１ フライト幅
Ｂ２ ランド部の幅
Ｈ１ 第１の隙間 Ｈ２ 第２の隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機用のスクリュに関するものであり、フライトの頂部にステップ状の段部すなわちランド部が形成されている射出成形機用のスクリュに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来周知のように射出成形機に設けられている射出装置は、シリンダ、このシリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュ、等から構成されている。スクリュには、螺旋状の羽根すなわちフライトが１本または２本形成されており、スクリュが回転すると、樹脂材料がフライトによって前方に送られるようになっている。スクリュには、このようなフライトによってフライト溝が形成され、フライト溝の深さはスクリュ全長において変化している。スクリュはこのフライト溝の深さから、あるいは機能上から概略的に３つの部分に分けることができる。具体的にはホッパ側から先端部に向かって、供給部、圧縮部、計量部とに分けられる。このようなスクリュが設けられている射出装置においてシリンダをヒータによって加熱して材料の樹脂ペレットをホッパから供給しスクリュを回転すると、樹脂ペレットは供給部において予熱されながら圧縮部に移送される。圧縮部においてヒータによる熱とスクリュの回転のせん断発熱とによって樹脂ペレットは溶融し、溶融した樹脂は前方に送られて樹脂圧が発生する。そして計量部において溶融した樹脂は混練され、スクリュの先端に送られて所定量が計量される。
【０００３】
フライトには色々な形状のものがあるが、頂部が単一の円柱面から形成されているフライトが周知であり、このフライトをフライトに対して垂直な面で切断すると、頂部が実質的にフラットになっている。このようなフライトを備えたスクリュはいわゆるコンベンショナルスクリュと呼ばれている。コンベンショナルスクリュのフライトの頂部とシリンダ内壁との間には、所定の隙間すなわちクリアランスが設けられている。このクリアランスは、溶融した樹脂材料が入り込んで適切に潤滑され、かつ樹脂材料の漏れを防止できるような適切な大きさになっている。このようなコンベンショナルスクリュを備えた射出装置において、比較的短期間の運転においてフライト頂部やシリンダ内壁が摩耗したり、この摩耗によって生じた金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがある。この現象は、シリンダ内でスクリュが軸回転するときにスクリュが上下左右に振れる、いわゆる振れ回りが生じるときに発生することが知られている。図７のグラフには、コンベンショナルスクリュを備えた射出装置において、スクリュの振れ回り現象が発生したときの、スクリュの各部分における振幅が示されている。グラフにおいて、横軸はホッパからの距離であるスクリュ位置が示され、縦軸には、スクリュの各部のクリアランスに対するスクリュの振幅の比率が示されている。この現象が発生しているとき、スクリュの供給部の終端部近傍から圧縮部、そして計量部の開始端部近傍にかけて、スクリュの振幅の比が１．０近傍になっている。すなわちクリアランスの大きさに近くスクリュが振幅していて、潤滑が十分に得られていないことが推測される。そうするとシリンダ内壁とスクリュとが接触し易い状態になっていることが分かる。そこで適切な潤滑を得ることができるスクリュが色々提案されており、特許文献１、２には、フライトの頂部に、いわゆるランド部が形成されたスクリュが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０６−８４０３５号公報
【特許文献２】特許第３５５３２７５号公報
【０００５】
特許文献１に記載のスクリュは、フライトの頂部にステップ状の段部、すなわちランド部が形成されている。このスクリュは、ランド部の深さが特定され、具体的にはランド部はフライトの最も高い大径部から０．５ｍｍ以下の深さに形成されている。特許文献１に記載のスクリュは、このようなランド部を備えているので比較的大きな潤滑圧力が発生することになり、シリンダ内壁とスクリュとの接触を防止することができる。
【０００６】
特許文献２にも、ランド部を備えたスクリュが記載されている。図８には、特許文献２に記載のスクリュをフライトに対して垂直に切断した断面図が示されている。特許文献２に記載のスクリュ５１も、図に示されているように、フライト５２の頂部にはランド部５３が形成されている。そしてこのランド部５３の深さ５４、すなわちフライトの最も高い大径部５５に対するランド部５３の深さは０．５ｍｍ以下になっている。特許文献２に記載のスクリュ５１においては、ランド部５３が比較的広い範囲で面取りされ、面取部５６が形成されている。従って、特許文献２に記載のスクリュ５１がシリンダ５８内で回転すると、溶融樹脂は面取部５６によって滑らかにランド部５３に流入し、効率よく潤滑圧力が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のスクリュ、または特許文献２に記載のスクリュによっても溶融した樹脂材料によってフライトの頂部に潤滑圧力が発生するので、シリンダ内壁とスクリュとの接触をある程度防止することができる。しかしながら解決すべき問題点も見受けられる。例えば特許文献１に記載のスクリュの場合、ランド部深さは特定されているが、他の点については特定されていないし、好ましい実施の形態についても記載されていない。本発明者は、発明を実施するための形態のところで詳しく説明するように、潤滑圧力を適切に発生させるには、フライト幅、大径部とランド部の比率等が重要であることを解明したが、特許文献１にはこれらについて示唆されていない。従って特許文献１に記載のスクリュは、必ずしも適切な潤滑圧力が発生する保障はない。また特許文献２に記載のスクリュにおいても、ランド部深さや、面取部５６の大きさ等についてはある程度特定されているが、他の点については特許文献１と同様に好ましい実施の形態が記載されていない。本発明者は、特許文献２に記載のスクリュに形状が類似したスクリュを製作し、このスクリュをシリンダ内で回転させたときのスクリュの振幅を測定した。製作したスクリュは、フライトの頂部にステップ状の段部が形成されて頂部が大径部とランド部とになっているが、フライトに対する垂直方向の大径部の幅が、前後のフライトの距離すなわちフライトリードに対して２．４％になるようにした。実質的にフライトリードはシリンダ内径に等しいので、製作したスクリュの大径部の幅はシリンダ内径Ｄに対して０．０２４Ｄになる。このスクリュをシリンダ内で回転させ、スクリュの各位置における振幅を測定したところ、図９のグラフのようになった。グラフにおいて横軸はホッパの位置をゼロとするスクリュ位置になっており、縦軸は、各位置におけるスクリュとシリンダ内周壁とのクリアランスに対する振幅の比率になっている。コンベンショナルスクリュに比してスクリュの振幅は全体的に小さく潤滑圧力が発生していることが推測されるが、スクリュ位置が６００ｍｍにおけるスクリュの振幅はクリアランスに近い大きさになっている。そうするとこの部分で摩耗が発生する可能性がある。このように特許文献１、２には、潤滑圧力を適切に発生させるための条件が十分に記載されているとはいえず、スクリュとシリンダの摩耗を確実に防止できる保障がない。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点を解決した、射出成形機用のスクリュを提供することを目的としており、具体的にはフライトやシリンダ内壁が摩耗することがなく、従って金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがない、射出成形機用のスクリュ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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅は、加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されるように構成する。また、ランド部と加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、大径部と加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、ランド部の幅は、フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されるように構成する。さらに、スクリュは後端部から前方に向かって供給部、圧縮部、計量部になっているが、フライトに形成されているステップ状の段部は、圧縮部寄りの供給部から計量部にかけて形成されるように構成する。
【００１０】
かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ランド部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、前記大径部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅は、前記フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、前記フライトに形成されている前記ステップ状の段部は、前記圧縮部寄りの前記供給部から前記計量部にかけて形成されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュとして構成される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明は、加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュとして構成されている。従ってシリンダ内壁とフライトの頂部との間に溶融した樹脂材料が入り込んで効率よく潤滑圧力が発生する。そして本発明は、前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅（Ｂ１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されている。このような範囲にフライト幅が選定されているので、発明を実施するための形態のところで説明するように、十分な潤滑圧力が発生してスクリュとシリンダ内壁の接触を確実に防止することができる。すなわちスクリュとシリンダの摩耗を防止することができる。そして十分な潤滑圧力が発生するので、例えばスクリュを高速で回転させるような運転をしても、スクリュは摩耗せず安全に運転することができる。また摩耗しないので、金属粉が成形品に混入したり、金属摩擦による発熱によって焼け等の成形不良が生じることがない。他の発明によると、ランド部と加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間は、大径部と加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間の１．６５〜２．１５倍に選定され、ランド部の幅は、フライト幅の０．６３〜０．７９倍に選定されている。このようにフライトが形成されているので、後で詳しく説明するように効率よく潤滑圧力が得られることが保障できる。また他の発明によると、スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、フライトに形成されているステップ状の段部は、圧縮部寄りの供給部から計量部にかけて形成されている。このようにスクリュの摩耗が発生し易い全ての部分において、フライトにステップ状の段部が形成されているので、確実に摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形機用のスクリュを模式的に示す図であり、その（ア）はスクリュの正面図、その（イ）、（ウ）は（ア）におけるＡ−Ａで切断したフライトの断面拡大図である。
【図２】運動片と固定片の隙間を流れる粘性流体の挙動を模式的に示す図である。
【図３】フライトの頂部が上面部とランド部とからなるスクリュにおいて、フライト幅の異なる色々なスクリュを回転させたとき、所定のスクリュ位置において測定されたスクリュの振幅と、溶融した樹脂材料の押出量の減少率の変化を示すグラフである。
【図４】スクリュを回転させて、スクリュの所定の位置で測定された樹脂圧力の変化を示すグラフで、その（ア）はフライト幅が０．１Ｄの、その（イ）はフライト幅が０．１６Ｄの、それぞれのスクリュにおいて測定された樹脂圧力の変動を示すグラフである。
【図５】フライトの頂部が大径部とランド部とからなるスクリュにおいて、フライトの頂部の形状を変化させたときの負荷容量係数の変化を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係る射出成形機用のスクリュを回転させたときの、各スクリュ位置におけるスクリュの振幅を示すグラフである。
【図７】従来のコンベンショナルスクリュを回転させたときの、各スクリュ位置におけるスクリュの振幅を示すグラフである。
【図８】特許文献２に記載のスクリュのフライトの断面図である。
【図９】特許文献２に記載のスクリュと類似した形状のスクリュを回転させたときのスクリュの振幅を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態に係る射出成形機用のスクリュ１も、加熱シリンダに回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられており、図１の（ア）に示されているように、概略従来のスクリュと同様に構成されている。すなわちスクリュ１には、螺旋状のフライト２がスクリュ１の全長に渡って設けられており、このフライト２によってフライト溝３が形成されている。フライト溝３はスクリュ１の後端部寄りにおいて比較的深く、中央部において少しずつ浅くなり、先端部近傍において最も浅い。フライト溝３が深いスクリュ１の後端部寄りは供給部５になっており、図示されないホッパから供給される樹脂材料が予熱されながら前方に送られるようになっている。スクリュ１の中央部は樹脂材料が溶融されると共に圧縮されて前方に送られる圧縮部６になっている。そしてフライト溝３が浅いスクリュ１の先端部近傍は溶融された樹脂が混練されて均一にされて前方に送られる計量部７になっており、溶融した樹脂材料がスクリュ１の先端に送られて計量されることになる。図１の（ア）に加熱シリンダは示されていないが、加熱シリンダの内壁とフライト２の間には所定の隙間、すなわちクリアランスが形成されている。次に説明するようにフライト２の頂部は所定の形状に形成されているので、溶融した樹脂材料がクリアランスに入り込んで適切な潤滑圧力が発生し、加熱シリンダとスクリュ１が直接接触しないようになっている。
【００１４】
本実施の形態においては、スクリュ１のフライト２には、図１の（ア）において符号８で示されている範囲、つまり圧縮部６寄りの供給部５から計量部７にかけて、フライト２の頂部にフライト２と平行なステップ状の段部９が形成されている。この段部９によってフライト２の頂部は、図１の（イ）に示されているように、後端部寄りの大径部１１と先端部寄りのランド部１２とに分けられている。後で説明するように、本実施の形態に係るスクリュ１は、フライト２の幅すなわちフライト幅Ｂ１は、加熱シリンダ１４の内径に対して所定の範囲になるように選定されている。またフライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比率も所定の範囲に選定されている。さらに、加熱シリンダ１４の内周面とランド部１２との間の第１の隙間Ｈ１と、加熱シリンダ１４の内周面と大径部１１との間の第２の隙間Ｈ２の比率も所定の範囲に選定されている。これは効率よく潤滑圧力を発生させて確実にスクリュ１と加熱シリンダ１４の接触を防止するためである。なお、本明細書において加熱シリンダ１４とスクリュ１の隙間であるクリアランスは、第２の隙間Ｈ２のことであり、加熱シリンダ１４の内壁面とスクリュ１の大径部１１との平均的な隙間のことである。
【００１５】
本実施の形態に係るスクリュ１を回転すると、溶融した樹脂材料はスクリュ１の先端部に送られる。つまり溶融樹脂の大部分は、図１の（ウ）に示されている矢印Ｙの方向に送られる。このときわずかな量の溶融樹脂は第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２に入り込む。この入り込んだ溶融樹脂によって潤滑圧力が発生することになる。ところで、回転するスクリュ１のフライト２は加熱シリンダ１４の内周面に対して所定の速度で駆動されるが、この速度はフライト２と平行な成分と、フライト２と垂直な成分とに分けることができる。フライト２と垂直な成分についてのみ考えると、フライト２は図１の（ウ）に示されているように、加熱シリンダ１４に対して速度Ｕ’で右方向に動いているように見える。フライト２を基準としてフライト２が固定されていると見なすと、加熱シリンダ１４は左方向に速度Ｕで動いていると考えることができる。速度Ｕは速度Ｕ’と大きさが等しく向きが反対の速度である。図には、潤滑圧力を発生させる第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２における溶融樹脂の速度ｖの分布が模式的に示されている。このようにフライト２に垂直な方向の速度についてのみ着目し、そしてフライト２が固定されていると見なしてモデル化すると、スラスト軸受の一種である、いわゆる段付平行軸受と類似したモデルが得られる。このモデルにおける溶融樹脂の挙動を、段付平行軸受における潤滑油の挙動から類推すると、潤滑圧力ｐは段部９近傍で最大値Ｐｓになり、フライト２の両端面において実質的に零になる。そして大径部１１、およびランド部１２のそれぞれにおいて潤滑圧力ｐは直線状に変化する。なお、潤滑圧力ｐが直線状に変化するのは、粘度の高い溶融樹脂の流れは層流になるはずであり、層流は流れる距離に比例して圧力が損失するからである。以下、ランド部１２を備えたフライト２における潤滑の負荷容量を求めるにあたり、まず、相対的に運動する２平面の間の粘性流体の一般的な挙動について説明する。
【００１６】
図２には、固定片１７と、この固定片１７に対して相対的に速度Ｖでスライドする運動片１８とが示されており、固定片１７と運動片１８の間にはニュートン流体が充填されている。流体の微小要素１９に働く力の釣り合いを考えると、ｘ軸方向の力の釣り合いから１式が得られる。ここでｐは圧力、τは剪断力である。
【数１】
剪断力τは、流体の粘度をμ、ｘ方向の流速をｖとすると２式で与えられる。１式と２式とから３式が得られる。３式は、いわゆるナビエ・ストークスの式から得ることもでき、非圧縮流体の定常流れを表す式になっている。固定片１７と運動片１８のｙ方向の隙間をｈとすると、ｙ＝ｈにおいて流体の速度ｖ＝０である。またｙ＝０において流体の速度ｖ＝Ｖである。これらを境界条件として３式を解くと、流速ｖと圧力分布の関係式である４式が得られる。紙面に垂直な単位幅を考えると、隙間ｈを流れる流体の流量Ｑは４式を積分した５式で与えられることになる。
【数２】
【００１７】
５式によって、図１の（ウ）に示されているモデルにおける、第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２を流れる溶融樹脂の流量Ｑｘを計算する。流量Ｑｘは第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２において等しい。またｄｐ／ｄｘは、第１の隙間Ｈ１においてはＰｓ／Ｂ２で与えられ、第２の隙間Ｈ２においては（０−Ｐｓ）／（Ｂ１−Ｂ２）で与えられるので、流量Ｑｘは６式で与えられる。
【数３】
得られた６式を潤滑圧力の最大値Ｐｓについて解くと７式が得られる。
【００１８】
ところでフライト２における単位長さ当たりの潤滑の負荷容量Ｗは、潤滑圧力ｐについてフライト２の幅方向に積分すると得られる。ところで、図１の（ウ）に示されているように、潤滑圧力ｐは、底辺の長さがＢ１で高さがＰｓの三角形のように変化している。そうすると負荷容量Ｗは、この面積として与えられることになる。このようにして計算した負荷容量Ｗが８式に示されている。なお、式中のＫｗは負荷容量係数である。またｍは隙間比であり第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２の比、βは形状因子でありフライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比である。
【数４】
【００１９】
８式から、潤滑の負荷容量Ｗは、フライト幅Ｂ１が大きくなるほど大きくなることが分かる。負荷容量Ｗが大きいほどスクリュ１と加熱シリンダ１４の接触する可能性を小さくすることができるが、フライト幅Ｂ１を大きくするとフライト溝３が小さくなりスクリュ１の回転によって溶融樹脂を前方に押し出す押出量が小さくなってしまう。そこで、最適なフライト幅Ｂ１を決定するため、次の実験を行った。
【実施例１】
【００２０】
隙間比ｍ＝２、形状因子β＝０．７として、フライト幅Ｂ１が異なる複数本のスクリュ１、１、…を製作した。これらのスクリュ１を加熱シリンダ１４内で回転させて、スクリュ振幅を測定した。振幅を測定した部分はスクリュ１の圧縮部５の所定の部分である。実験によって得られた結果が図３において符号２１のグラフに示されている。グラフにおいて横軸は、加熱シリンダ１４の内径Ｄに対するフライト幅Ｂ１の割合になっている。なおフライト幅Ｂ１は、フライト２に垂直な方向の幅である。また、グラフの縦軸は、スクリュ振幅比になっており、具体的には、加熱シリンダ１４とスクリュ１のクリアランスに対するスクリュ振幅になっている。符号２２で示されているフライト幅Ｂ１が０．０９Ｄ、０．１０Ｄの２本スクリュ１においてはスクリュ振幅比は約０．９になっているのに対し、符号２３で示されているフライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１ではスクリュ振幅比が０．８に低下し、それ以降フライト幅Ｂ１が大きくなるに従って急激にスクリュ振幅比が減少している。そこで、加熱シリンダ１４に樹脂圧力を測定する圧力センサを埋め込み、フライト幅Ｂ１が０．１０Ｄのスクリュと、０．１６Ｄのスクリュのそれぞれを回転させ、変動する樹脂圧力の波形を調べた。図４の（ア）にフライト幅Ｂ１が０．１０Ｄのスクリュ１の樹脂圧力の波形が、図４の（イ）にフライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１の樹脂圧力の波形が示されている。これらのグラフから明らかなように、フライト幅Ｂ１が０．１６Ｄのスクリュ１においては、斜線で示されている鋭いスパイク状の圧力波形が発生しているが、０．１０Ｄのスクリュ１においてはこのような圧力波形は生じていない。スパイク状の圧力波形は、効率的に潤滑圧力が発生したことを示している。この実験によって、フライト幅Ｂ１は０．１６Ｄ以上必要なことが分かった。
【００２１】
ところでフライト幅Ｂ１が大きくなると、スクリュ１の押出量が減少する。この押出量減少率が図３の符号２５のグラフに示されている。許容できる押出量減少率の最大値は０．２０程度であると考えられる。押出量減少率が０．２０になるフライト幅Ｂ１は０．２６Ｄである。以上により、フライト幅Ｂ１の適正な範囲は、加熱シリンダ１４の内径Ｄに対して０．１６Ｄ〜０．２６Ｄとすることができる。
【００２２】
次に、第１、２の隙間Ｈ１、Ｈ２の比である隙間比ｍ、フライト幅Ｂ１とランド部１２の幅Ｂ２の比である形状因子βについて最適な範囲を検討する。８式で与えられている負荷容量係数Ｋｗについて、色々な隙間比ｍに対して、形状因子βを変化させたときの変化の様子を図５のグラフに示す。グラフから負荷容量係数Ｋｗの最大値は０．２をわずかに越えた値であると言える。そこで、負荷容量係数Ｋｗが０．２以上になる隙間比ｍと形状因子βの条件を調べ、以下を得た。
１．６５ ≦ 隙間比ｍ ≦ ２．１５
０．６３ ≦ 形状因子β ≦ ０．７９
上の条件に適合するようにフライト２を形成すると、負荷容量係数Ｋｗが０．２以上になって最大値近傍になり、潤滑の負荷容量Ｗが最大値に近くなることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
次の条件でスクリュ１を製作した。圧縮部６寄りの供給部５から計量部７にかけてフライト２の頂部にランド部１２を形成し、隙間比ｍ＝２、形状因子β＝０．７とした。フライト幅Ｂ１は０．２２Ｄとした。このスクリュ１を加熱シリンダ１４に入れて回転させ、各スクリュ位置におけるスクリュ振幅を調べたところ、図６のグラフのような結果が得られた。スクリュ１の全長に渡って振幅が小さくなっており、スクリュ１と加熱シリンダ１４との接触を確実に防止できることが確認できた。
【符号の説明】
【００２４】
１ スクリュ ２ フライト
３ フライト溝 ５ 供給部
６ 圧縮部 ７ 計量部
９ 段部 １１ 大径部
１２ ランド部 １４ 加熱シリンダ
Ｂ１ フライト幅
Ｂ２ ランド部の幅
Ｈ１ 第１の隙間 Ｈ２ 第２の隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、
前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅（Ｂ１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ランド部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間（Ｈ１）は、前記大径部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間（Ｈ２）の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅（Ｂ２）は、前記フライト幅（Ｂ１）の０．６３〜０．７９倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、前記フライトに形成されている前記ステップ状の段部は、前記圧縮部寄りの前記供給部から前記計量部にかけて形成されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【請求項１】
加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるように設けられ、フライトの頂部に形成されているステップ状の段部によって、該頂部が後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とになっている射出成形機用のスクリュにおいて、
前記フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅（Ｂ１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６〜０．２６倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュにおいて、前記ランド部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間（Ｈ１）は、前記大径部と前記加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間（Ｈ２）の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅（Ｂ２）は、前記フライト幅（Ｂ１）の０．６３〜０．７９倍に選定されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記スクリュは後端部寄りが樹脂材料が供給される供給部に、中央部が樹脂材料を圧縮し溶融させる圧縮部に、先端部寄りが溶融した樹脂材料を混練して均一化する計量部になっており、前記フライトに形成されている前記ステップ状の段部は、前記圧縮部寄りの前記供給部から前記計量部にかけて形成されていることを特徴とする射出成形機用のスクリュ。
【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２０１３−３５２３４（Ｐ２０１３−３５２３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４５４６（Ｐ２０１１−１７４５４６）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【特許番号】特許第４９７７２５８号（Ｐ４９７７２５８）
【特許公報発行日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【特許番号】特許第４９７７２５８号（Ｐ４９７７２５８）
【特許公報発行日】平成２４年７月１８日（２０１２．７．１８）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【Ｆターム（参考）】
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