JPH0929806A - インラインスクリュー型の射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｓ／Ｄを５以上に設定したインラインスクリ
ュー型の射出成形機において、計量行程における計量性
能の劣化を防止すること。 【構成】 Ｓ／Ｄを５以上に設定したインラインスクリ
ュー型の射出成形機において、加熱シリンダの外部露出
領域における最後部を、スクリューが定格最大射出スト
ロークに見合う量だけ後退する計量行程時においても、
スクリューのフィードゾーンが樹脂材料を前方に移送す
る計量速度を低下させないことを保証する温度に管理さ
れる、加熱シリンダの外部露出領域の他の部位よりも低
温の温度管理領域とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インラインスクリュー
型の射出成形機に係り、特に、スクリューの定格最大射
出ストロークをスクリュー径の５倍以上に設定した射出
成形機における、加熱シリンダの温度制御技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】公知のようにインラインスクリュー型の
射出成形機においては、計量行程時（混練・可塑化・計
量行程時）には、バンドヒータで加熱制御された加熱シ
リンダ内のスクリューを回転させることにより、樹脂材
料を混練・可塑化しつつスクリューの先端側に移送し、
スクリューの先端側に溶融樹脂が溜るにしたがって、ス
クリューを溜った樹脂からの反力によって背圧を制御し
つつ後退させ、スクリューの先端側に所定量の樹脂が貯
えられた時点（スクリューが所定の計量完了位置まで後
退した時点）で、スクリュー回転を停止させるようにな
っている。そして、この後射出開始タイミングに至った
時点で、スクリューを急速前進させて、金型内に溶融樹
脂を射出・充填するようになっている。

【０００３】このようなインラインスクリュー型の射出
成形機では、通常、スクリューの定格最大射出ストロー
クは、スクリュー径（スクリューの直径）の３〜４倍程
度に設定されているのが一般的である。以下、スクリュ
ーの定格最大射出ストロークをＳ、スクリュー径（スク
リューの直径）をＤとし、定格最大射出ストロークＳと
スクリュー径Ｄとの比を、Ｓ／Ｄと呼ぶ。

【０００４】上記のような、Ｓ／Ｄが３〜４の一般的な
デザインのスクリューに対し、スクリュー径を小さくす
ると、Ｓ／Ｄ＝３〜４の射出成形機と同じ射出能力をも
たせるためには、例えばＳ／Ｄを６程度に設定する必要
がある。このようなスクリュー径の小さいスクリューを
具備した射出成形機は、本願出願人が特願平６−３０２
１１１号において先に提案したように、射出系の駆動源
やメカニズムの小型・軽量化が図れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｓ／Ｄを通常の３〜４
よりも大きくすると、スクリュー径を小さくしても、射
出能力（１ショットの射出・充填量）は、Ｓ／Ｄ＝３〜
４の一般的なデザインのスクリューをもつ射出成形機と
遜色がなくなり、スクリュー径を小さくした分だけ、上
述したように射出系の駆動源やメカニズムの小型・軽量
化が図れる。しかしながら、このようにスクリュー径を
小さくし、Ｓ／Ｄを大きくした射出成形機においては、
以下に述べるように、計量行程の途中において計量能力
が劣化する（計量速度が低下する）という問題が生じ
た。これを、図５および図６を用いて、以下に説明す
る。

【０００６】図６は、例えばＳ／Ｄ＝６とした射出成形
機の要部構成を示す図で、図６の（ａ）は射出完了状態
を、図６の（ｂ）は定格最大射出ストロークでの計量完
了状態を、それぞれ示している。

【０００７】図６において、１は保持盤、２は、保持盤
１にその後端部を保持された加熱シリンダ、３は、加熱
シリンダ２内に回転並びに前後進可能であるように配設
されたスクリュー、４は、保持盤１および加熱シリンダ
２に設けられた原料投入口（原料投入穴）、５は、加熱
シリンダ２の外周の各部に巻装されたバンドヒータ、６
は、保持盤１に埋設された冷却水循環用の配管である。

【０００８】ここで、上記のバンドヒータ５は、従来技
術においては、加熱シリンダ２の外部露出領域における
最後部まで、すなわち、保持盤１と近接する加熱シリン
ダ２の付け根付近にも巻装されていた。そして、上記最
後部のバンドヒータ５ａも、成形運転中は適宜に通電制
御されて、最後部のバンドヒータ５ａを巻装した加熱シ
リンダ後部においても、樹脂材料に積極的に熱量を与え
るようにしていた。こうしていた所以は、加熱シリンダ
２とは、本来、樹脂材料に熱を付与してその軟化を促す
ことを目的としているため、成形運転中は、加熱シリン
ダ２の外部露出領域は全てバンドヒータ５で加熱制御す
るべきという、従来慣習を踏襲していたためである。

【０００９】図６において、丸付き数字〜を付した
スクリュー３の領域は、フィードゾーン（供給ゾーン）
の後半分で、図６に示すスクリュー３は先にも述べたよ
うにＳ／Ｄ＝６としている関係上、フィードゾーンのス
クリュー山数は、Ｓ／Ｄ＝３〜４の一般的なデザインの
スクリューのそれよりも、２山程度多く設けられてい
る。ここでは、説明の便宜上、フィードゾーンの後半分
の最後部から前方側に向かって順に、ピッチ部，ピッ
チ部，……ピッチ部と呼ぶ。

【００１０】図６の（ａ）に示す射出完了位置（計量開
始位置）においては、フィードゾーンのピッチ部の全
体とピッチ部の後半分とが、原料投入口４の直下に位
置しており、原料投入口４から落下する樹脂材料は、原
料投入口４の直下のスクリュー部位には供給可能であ
る。また、ピッチ部〜ピッチ部の前半分において
は、スクリュー３が急速前進して射出・充填を行った結
果、樹脂材料の詰まり方が疎らな状態にある。また、ピ
ッチ部〜ピッチ部は、バンドヒータ５ａが巻装され
た加熱シリンダ部位に位置し、加熱シリンダ２から熱を
伝達されている状態にある。

【００１１】上記図６の（ａ）の状態から、計量開始に
伴ってスクリュー３が所定方向に回転駆動されると、原
料投入口４から落下・供給された樹脂材料は、スクリュ
ー回転によるネジ送り作用で前方に移送され始める。こ
の計量行程の開始直後は、上記したようにスクリュー３
のフィードゾーンの一部に樹脂密度の低い部分（樹脂の
詰まり方が疎らな部分）があるので、計量速度（単位時
間当たりの溶融樹脂のスクリュー先端側への溜め込み
量）は低く、樹脂密度の低い部分の密度が上がるにした
がって、計量速度も徐々に上昇する。

【００１２】図７は、この計量行程時の計量速度と時間
との関係を示している。計量行程の開始から、図７中の
Ｔ３時点までは、上記した理由によって計量速度は上昇
する。このＴ３時点は、図６中のピッチ部が原料投入
口４の直下まで後退した時点に概ね対応している。とこ
ろが、Ｔ３時点を過ぎると、加熱シリンダ２で加熱され
たピッチ部以降の部分が、原料投入口４の直下に後退
して来始めるので、スクリューへの樹脂供給の開始部に
おいて、樹脂材料に与えられる熱が過剰となって、樹脂
材料の軟化がスクリュー３のフィードゾーンにおいて過
剰に進行する。このため、フィードゾーンの樹脂送り込
み性能が著しく低下し、計量速度が低下する。したがっ
て、計量行程のサイクル時間が安定せず、また、計量し
て貯えられる溶融樹脂の密度も不安定なものとなる。

【００１３】なお、上記した計量速度が一旦上昇した後
に低下する現象は、Ｓ／Ｄ＝３〜４の一般的なスクリュ
ーをもつ射出成形機においても、定格最大射出ストロー
クに設定した計量行程時には、多少は見られる現象であ
るが、Ｓ／Ｄを例えばＳ／Ｄ＝６にした場合のように顕
著ではない。

【００１４】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、Ｓ／Ｄを５以上に設定したイ
ンラインスクリュー型の射出成形機において、計量行程
における計量性能の劣化を防止することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、Ｓ／Ｄを５以上に設定したインラインス
クリュー型の射出成形機において、加熱シリンダの外部
露出領域における最後部を、スクリューが定格最大射出
ストロークに見合う量だけ後退する計量行程時において
も、スクリューのフィードゾーンが樹脂材料を前方に移
送する計量速度を低下させないことを保証する温度に管
理される、加熱シリンダの外部露出領域の他の部位より
も低温の温度管理領域とするように、構成される。

【００１６】

【作用】加熱シリンダの外部露出領域における最後部
を、加熱シリンダの外部露出領域の他の部位よりも低温
の温度管理領域とし、例えば、この低温の温度管理領域
にはバンドヒータを被着しないようにする。したがっ
て、上記の低温の温度管理領域は、成形運転中には、バ
ンドヒータを巻装された加熱シリンダの隣接部位からの
熱伝導を受けるも、大気放冷によって冷される。よっ
て、上記の低温の温度管理領域と隣接する領域のバンド
ヒータの設定温度と、低温の温度管理領域の長さとを適
宜に設定することによって、大気の温度が一定であれ
ば、低温の温度管理領域の温度は、概ね所望の温度範囲
内に収めることができる。

【００１７】そして、上記の低温の温度管理領域を設け
ることによって、スクリューが定格最大射出ストローク
に見合う量だけ後退する計量行程時において、スクリュ
ーが計量完了位置（射出開始位置）に後退した際に原料
投入口の直下に位置するスクリュー部位が、射出完了位
置（計量開始位置）にある際においても、過剰に昇温さ
れないようにする。したがって、スクリューへの樹脂供
給の開始部において、樹脂材料に不要の熱が与えられる
ことがなくなり、計量行程の途中で計量速度が急速に低
下することを抑止できるようになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図示した実施例によって説明
する。図１は、本発明の第１実施例に係るインラインス
クリュー型の射出成形機の要部構成を示す図で、図１の
（ａ）は射出完了状態を、図１の（ｂ）は定格最大射出
ストロークでの計量完了状態を、それぞれ示している。
本実施例および後述する実施例においては、従来技術と
対比する便宜上から、Ｓ／ＤをＳ／Ｄ＝６としてある
が、本発明におけるＳ／Ｄはこれに限定されるものでは
なく、Ｓ／Ｄが５以上であればよい。

【００１９】図１において、１は保持盤、２は、保持盤
１にその後端部を保持された加熱シリンダ、３は、加熱
シリンダ２内に回転並びに前後進可能であるように配設
されたスクリュー、４は、保持盤１および加熱シリンダ
２に設けられた原料投入口（原料投入穴）、５は、加熱
シリンダ２の外周の各部に巻装されたバンドヒータ、６
は、保持盤１に埋設された冷却水循環用の配管である。
なお、上記したようにスクリュー３は、前記図６と同一
のもので、スクリュー３のフィードゾーンの後半分に付
した丸付き数字〜も、先に述べたものと同じものを
表している（これは、後述する実施例においても同様で
ある）。

【００２０】また、７は、本発明でいう加熱シリンダ２
に設けられた低温の温度管理領域で、加熱シリンダ２の
外部露出領域における最後部に、所定長さにわたって設
けられる。なお、ここでいう「低温」とは比較の意味の
低温であって、加熱シリンダ２の外部露出領域の他の部
位よりも充分に低い温度であることを意味し、樹脂材料
の軟化点よりも充分に低い温度であるも、常温よりも高
い温度である。本実施例では、上記の低温の温度管理領
域７は、大気に対して露呈するように故意にバンドヒー
タを被着しない領域としてあり、これによって、成形運
転中には、低温の温度管理領域７は、バンドヒータ５を
巻装された加熱シリンダ２の隣接部位からの熱伝導を受
けるも、大気放冷によって冷されるようにしてある。

【００２１】そして、本実施例の低温の温度管理領域７
は、隣接する領域のバンドヒータ５の設定温度と、低温
の温度管理領域７の長さとを適宜に設定することによっ
て、スクリュー３が定格最大射出ストロークに見合う量
だけ後退する計量行程時においても、スクリュー３のフ
ィードゾーンが樹脂材料を前方に移送する計量速度を低
下させないことを保証する温度に管理されるようになっ
ている。

【００２２】なお、図１の（ａ）においては（射出完了
位置では）、ピッチ部とピッチ部の２ピッチ分が、
バンドヒータ５を被着した加熱シリンダ部分にかかって
いるが、上記したように、低温の温度管理領域７の条件
を適正に設定することにより、ピッチ部，ピッチ部
が過剰に昇温されることがないようにできる。実験によ
れば、樹脂の軟化点等の如何に応じて、ピッチ部の１
ピッチ分の範囲から、ピッチ部〜ピッチ部の３ピッ
チ分が、バンドヒータ５を被着した加熱シリンダ部分に
かかっても、これらの部分が過剰に昇温されることがな
いようにできることが、確認された。

【００２３】次に、本実施例の動作を説明する。図１の
（ａ）の状態から、計量開始に伴ってスクリュー３が所
定方向に回転駆動されると、原料投入口４から落下・供
給された樹脂材料は、スクリュー回転によるネジ送り作
用で前方に移送され始める。この計量行程の開始直後
は、先にも述べたように、スクリュー３のフィードゾー
ンの一部に樹脂密度の低い部分（樹脂の詰まり方が疎ら
な部分）があるので、計量速度は低く、樹脂密度の低い
部分の密度が上がるにしたがって、計量速度も徐々に上
昇する。

【００２４】図２は、この計量行程時の計量速度と時間
との関係を示している。計量行程の開始から、図２中の
Ｔ３時点までは、上記した理由によって計量速度は上昇
する。このＴ３時点は、図１中のピッチ部が原料投入
口４の直下まで後退した時点に概ね対応している。Ｔ３
時点を過ぎると、ピッチ部以降の部分が、原料投入口
４の直下に後退して来始めるが、ピッチ部〜ピッチ
部の温度は、図６の場合と異なり、比較的低温が維持さ
れているので、スクリューへの樹脂供給の開始部におい
て、樹脂材料に過剰な熱を与えることがなく、したがっ
て、Ｔ３時点以降も計量速度は略一定に保たれて、計量
完了まで推移することとなる。よって、計量行程の途中
から計量速度が急速低下することがなくなり、以って、
計量時間や貯えられた樹脂の密度が安定する。

【００２５】続いて、本発明の第２実施例を説明する。
図３は、本発明の第２実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機の要部構成を示す図で、図３の（ａ）
は射出完了状態を、図３の（ｂ）は定格最大射出ストロ
ークでの計量完了状態を、それぞれ示している。なお、
図３において、図１と均等なものには同一符号を付し、
その説明は割愛する。

【００２６】本実施例が前記第１実施例と異なるのは、
加熱シリンダ２の前記低温の温度管理領域７に、低温加
熱制御用のバンドヒータ８を巻装した点にある。本実施
例の低温加熱制御用のバンドヒータ８は、マシン（射出
成形機）の各部が冷えきったマシンの運転立ち上げ時に
おいて、低温の温度管理領域７を所定温度まで速やかに
加熱するために主として用いられ、低温の温度管理領域
７が所定温度まで温められると、通電制御を絶たれるよ
うになっている。そして、連続成形運転中は前記第１実
施例と同様に、低温の温度管理領域７は、加熱シリンダ
２の隣接領域からの熱伝導と、大気放冷による空冷とを
バランスさせることによって、所定温度範囲を維持され
るようになっている。

【００２７】斯様な構成をとる本実施例においても、計
量行程の途中から計量速度が急速低下することを抑止で
きる。また、運転立ち上げから連続成形運転までの時間
を短縮できる。

【００２８】続いて、本発明の第３実施例を説明する。
図４は、本発明の第３実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機の要部構成を示す図で、図４の（ａ）
は射出完了状態を、図４の（ｂ）は定格最大射出ストロ
ークでの計量完了状態を、それぞれ示している。なお、
図４において、図３と均等なものには同一符号を付し、
その説明は割愛する。

【００２９】本実施例が前記第２実施例と異なるのは、
低温加熱制御用のバンドヒータ８を巻装した前記低温の
温度管理領域７の加熱シリンダ部分に、冷却水循環用の
配管９を埋設した点にある。本実施例の低温加熱制御用
のバンドヒータ８は、マシン（射出成形機）の各部が冷
えきったマシンの運転立ち上げ時において、低温の温度
管理領域７を所定温度まで速やかに加熱するために用い
られる他に、連続成形運転中も選択的に駆動制御され、
冷却水循環用の配管９を流れる水による冷却作用と協働
して、低温の温度管理領域７を所定温度にコントロール
するようになっている。

【００３０】斯様な構成をとる本実施例においても、計
量行程の途中から計量速度が急速低下することを抑止で
きる。また、運転立ち上げから連続成形運転までの時間
を短縮でき、さらに、低温の温度管理領域７の温度を、
常に適正なものに正確にコントロールできる。

【００３１】続いて、本発明の第４実施例を説明する。
図５は、本発明の第４実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機のスクリューの要部構成を示す図であ
る。本実施例のスクリュー３は、前記第１〜第３実施例
の構成の射出成形機の何れにも適用可能である。

【００３２】図５においては、スクリューヘッドやスク
リューの根本の取り付け部は図示を割愛してあり、スク
リュー３のフィードゾーン（供給ゾーン）３ａと、コン
プレッションゾーン（圧縮）ゾーン３ｂと、メータリン
グゾーン（計量ゾーン）３ｃとが示してある。フィード
ゾーン３ａのスクリュー山数は１４、コンプレッション
ゾーンゾーン３ｂのスクリュー山数は５、メータリング
ゾーン３ｃのスクリュー山数は３である。

【００３３】本実施例のスクリュー３のフィードゾーン
３ａは、スクリュー３の他のゾーンに較べて動摩擦係数
が小さくなるような表面処理が施されている。具体的に
は、先ずスクリュー３全体に電解メッキ法によってＣｒ
メッキを施し、次に選択的にマスキングして、フィード
ゾーン３ａのみに化学メッキ法によって（Ｎｉ＋Ｐ＋
Ｗ）メッキを施し、マスクを除去した後、約４００℃の
アニール処理を施して、（Ｎｉ＋Ｐ＋Ｗ）メッキの組織
を改善する。これによって、フィードゾーン３ａの（Ｎ
ｉ＋Ｐ＋Ｗ）メッキは、膜状で動摩擦係数が小さいもの
となり、コンプレッションゾーンゾーン３ｂやメータリ
ングゾーン３ｃのＣｒメッキは、（Ｎｉ＋Ｐ＋Ｗ）メッ
キに較べて、組成がポーラスで動摩擦係数が大きいもの
となる。

【００３４】公知のように、スクリュー３のフィードゾ
ーン３ａは、樹脂材料の前方への送り込みの主体を担う
もので、摩擦係数が小さいほど固体の樹脂材料（樹脂ペ
レット）の移送効率が高まる（樹脂材料が付着しにくい
ので、移送効率が高まる）。一方、コンプレッションゾ
ーンゾーン３ｂやメータリングゾーン３ｃは、樹脂材料
を混練・可塑化させる部分であるので、摩擦係数が大き
いほど、混練・可塑化の効率が高まる。

【００３５】したがって、本実施例のスクリュー３を前
記した第１〜第３実施例の構成の射出成形機に適用する
ことによって、混練・可塑化の効率を損なうことなく、
フィードゾーンの送り込みの効率を高めることができる
ので、より一層良好な計量動作を行うことが可能とな
る。また、前記した図２の計量速度の特性において、計
量速度の立上りを急峻なものに改善できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ｓ／Ｄを
５以上に設定した射出成形機において、従来問題となっ
ていた計量行程の途中から計量速度が急激に低下すると
いう現象を解消でき、計量性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機の要部構成を示す説明図である。

【図２】本発明の第１実施例による計量速度の特性を示
す説明図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機の要部構成を示す説明図である。

【図４】本発明の第３実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機の要部構成を示す説明図である。

【図５】本発明の第４実施例に係るインラインスクリュ
ー型の射出成形機のスクリューの要部構成を示す説明図
である。

【図６】従来技術に係るインラインスクリュー型の射出
成形機の要部構成を示す説明図である。

【図７】従来技術による計量速度の特性を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 保持盤 ２ 加熱シリンダ ３ スクリュー ３ａ フィードゾーン（供給ゾーン） ３ｂ コンプレッションゾーン（圧縮）ゾーン２ ３ｃ メータリングゾーン（計量ゾーン） ４ 原料投入口 ５ バンドヒータ ６ 冷却水循環用の配管 ７ 低温の温度管理領域 ８ 低温加熱制御用のバンドヒータ ９ 冷却水循環用の配管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バンドヒータで加熱制御された加熱シリ
   ンダ内のスクリューを回転させることによって、樹脂材
   料を混練・可塑化しつつスクリューの先端側に移送し
   て、スクリューの先端側に溶融樹脂を貯え、スクリュー
   の前進によって金型内に溶融樹脂を射出・充填するイン
   ラインスクリュー型の射出成形機であって、スクリュー
   の定格最大射出ストロークを、スクリュー径（スクリュ
   ーの直径）の５倍以上に設定してなるものにおいて、 前記加熱シリンダの外部露出領域における最後部を、前
   記スクリューが前記定格最大射出ストロークに見合う量
   だけ後退する計量行程時においても、前記スクリューの
   フィードゾーンが樹脂材料を前方に移送する計量速度を
   低下させないことを保証する温度に管理される、加熱シ
   リンダの外部露出領域の他の部位よりも低温の温度管理
   領域としたことを特徴とするインラインスクリュー型の
   射出成形機。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 前記した低温の温度管理領域には、バンドヒータが被着
   されないことを特徴とするインラインスクリュー型の射
   出成形機。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、 前記した低温の温度管理領域には、低温加熱制御用のバ
   ンドヒータが被着されたことを特徴とするインラインス
   クリュー型の射出成形機。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れか１つに記載にお
   いて、 前記した低温の温度管理領域の加熱シリンダ部位には、
   冷却媒体流通用の配管が設けられたことを特徴とするイ
   ンラインスクリュー型の射出成形機。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１つに記載にお
   いて、 前記スクリューのフィードゾーンは、前記スクリューの
   他のゾーン（コンプレッションゾーンおよびメータリン
   グゾーン）に較べて、動摩擦係数が小さくなるような表
   面処理を施されたことを特徴とするインラインスクリュ
   ー型の射出成形機。