JP5698283B2 - 射出成形機用のスクリュ - Google Patents

Description

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。

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、加熱シリンダ、この加熱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本以上形成されており、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。スクリュは機能上から概略的に３つの部分に分けることができ、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、計量部になっている。供給部は材料の樹脂ペレットが固形状で搬送される部分、圧縮部は樹脂ペレットが一部溶融して溶融樹脂と固形物とが混在しながら圧縮されて前方に送られる部分、そして計量部は完全に溶融した溶融樹脂が混練されると共に計量される部分になっている。フライト溝の深さは、供給部で深く、圧縮部において前方に向かって次第に浅くなり計量部において最も浅い。

フライトには色々な形状のものがあり、例えば、フライトに対して垂直な面でフライトを切断したときに頂部が実質的にフラットに形成されている、いわゆるコンベンショナルスクリュが周知である。コンベンショナルスクリュのフライトの頂部と加熱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、このクリアランスにおいて、溶融した樹脂材料がわずかに入り込んで潤滑圧力が発生するようになっている。スクリュはこの潤滑によって滑らかに加熱シリンダ内で回転することができる。しかしながら、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加熱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、加熱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５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、所定の範囲におい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。そうすると加熱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。また、このスクリュの振幅比が１．０近傍になっている範囲にも特徴がある。すなわちこの範囲は、概ね圧縮部全体に及んでおり、わずかにスクリュの供給部の終端部近傍も含まれている。

特許文献１〜３には、適切な潤滑を発生させて、振れ周りを防止するスクリュが提案されている。次に説明するように、これらのスクリュは、いずれも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。特許文献１〜３のそれぞれに記載のスクリュは、それぞれステップ状の段部の寸法や形状に特徴がある。

特公平０６−８４０３５号公報 特許第３５５３２７５号公報 特許第４９７７２５８号公報

特許文献１に記載のスクリュは、ランド部の深さに特徴があり、この深さが特定されている。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。一方、特許文献２に記載のスクリュは、ランド部の深さだけでなく、そのフライトの形状にも特徴がある。図６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、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。このスクリュ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が形成されている点にも特徴がある。従って、特許文献２に記載のスクリュ５１が加熱シリンダ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、これによって特許文献１に記載のスクリュに比して、さらに効率よく潤滑圧力が発生する。

特許文献３は、本出願人の特許出願に係る文献であるが、この文献にもランド部を備えたスクリュが提案されている。この文献においては、ランド部と加熱シリンダ内周面との隙間を第１の隙間とし、フライトの最も高い大径部と加熱シリンダ内周面との隙間を第２の隙間とするとき、第１、２の隙間の比率が所定の範囲にあり、そしてランド部の幅とフライト幅の比率が所定の範囲にあるときに、効率よく潤滑圧力が発生することを理論的に明らかにしている。そして特許文献３に記載のスクリュは、このような特定の条件を満足するフライトが、フライト幅が加熱シリンダ内径の０．１６倍以上になるように形成されている。特許文献３に記載のスクリュは、スクリュの全体に渡って十分に潤滑圧力が発生する。

特許文献１〜３のそれぞれに記載されているスクリュは、いずれもコンベンショナルスクリュに比して高い潤滑圧力が発生して、スクリュの振れ回りは発生しない。あるいは発生し難い。つまり潤滑圧力を適切に発生させるという点においては、特許文献１〜３のそれぞれに記載のスクリュはいずれも優れており問題はない。しかしながら他の点において考慮すべき点が見受けられる。具体的にはスクリュが前方に搬送する溶融樹脂の時間当たりの量、すなわち押出量の点で検討の余地があるように見受けられる。スクリュは一般的に、フライト幅を大きくすれば潤滑圧力は大きくなってスクリュの振幅を抑制することができるが、フライト幅が大きくなる分だけ押出量が低下する。反対にフライト幅を小さくすると押出量は確保できるが、フライトの振幅が大きくなって振れ回りが発生する危険がある。つまり潤滑圧力を大きくすることと押出量を大きくすることはトレードオフの関係になっている。

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、具体的には十分な押出量を確保することができるにも拘わらず、十分に潤滑圧力が発生してフライトや加熱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。

本発明者は、本発明を発明するに先立ち、特許文献２、３に記載のスクリュを試作して、それぞれのクリュを加熱シリンダ内で回転させたときのスクリュの振幅を測定する実験をした。特許文献２に記載のスクリュに関しては、形状やランド部の深さについては特許文献２に記載されている条件を全て適用して試作した。ただしフライトに対する垂直方向の大径部の幅、すなわちフライト幅は、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加熱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加熱シリンダ内径Ｄに対して０．０２４Ｄになる。つまり比較的フライト幅は小さいスクリュといえる。このスクリュを加熱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７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加熱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。図５のグラフと比較すると、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なっており、潤滑圧力が発生していることが分かる。しかしながら、圧縮部の入口近傍ではスクリュの振幅は若干高い。これはフライト幅が比較的小さいことが原因であると推測される。なお、特許文献２に記載のスクリュに限らず、フライトの頂部にランド部が形成されているスクリュは、概ね全体的に潤滑圧力が発生することが確かめられており、フライト幅が比較的狭い場合には、樹脂ペレットが溶融を開始する圧縮部の入口近傍において特許文献２に記載のスクリュと同様にスクリュの振幅が高くなる傾向が見られる。

特許文献３に記載のスクリュについては、これを試作するときにフライト幅が加熱シリンダ内径Ｄに対して０．２２Ｄとなるようにした。そして、隙間比ｍと形状因子βについては発明を実施するための形態の項において詳しく説明するが、隙間比ｍと形状因子βは、それぞれ２、０．７とした。この試作したスクリュを加熱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８のグラフのようになった。特許文献３に記載のスクリュは、ランド部や大径部等について理論的に得られる最適な形状で形成されているので、十分な潤滑圧力が発生しているが、特にフライト幅が比較的大きいこともあり、スクリュの全長に渡ってスクリュの振幅が十分に小さくなっている。

上記の結果からフライトの頂部にランド部が形成されているスクリュは、いずれもコンベンショナルスクリュに比して高い潤滑圧力が発生していることが確認できた。ただし次の点も明らかになった。すなわちフライトの頂部にランド部を設けても、スクリュ幅が比較的小さい場合には圧縮部の入口近傍においてスクリュの振幅が大きくなる点が明らかになった。このスクリュの振幅はスクリュ幅が十分大きいと小さくなる点も確認された。

ところで、既に述べたようにスクリュの押出量はフライト幅に依存する。すなわちフライト幅が大きくなると、加熱シリンダとスクリュとの間の空間の体積が減少するので押出量が減少する。一方、スクリュのフライトの溝の深さに着目すると、フライトの溝の深さは供給部で深く、圧縮部において前方に向かって次第に浅くなり、計量部において最も浅い。そうすると加熱シリンダとスクリュの間の空間の体積は、計量部において最も小さい。つまり計量部が押出量を律速している部分であると言うことができる。試作したスクリュによる前記の実験から、フライト幅が比較的小さい場合には、スクリュの振幅が大きくなる部分は、圧縮部の入口近傍に集中している。そうするとこの部分について重点的に潤滑圧力が発生するようにすれば、スクリュ全体としてはスクリュの振幅を抑制することができることになる。

そこで本発明は、本発明の目的を達成するために、フライトの頂部にランド部を形成するようにし、かつフライトの幅は、圧縮部入口近傍で大きく、計量部において小さくするように構成する。また圧縮部入口近傍においてはフライト幅は、加熱シリンダの内径に対して０．１６倍以上に選定するように構成する。

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ているスクリュであって、該スクリュは、後方から前方に向かって、射出材料を固形状で送り出す供給部と、射出材料を溶融しながら固形状と溶融状態とが混合した半溶融状態で送り出して圧縮する圧縮部と、溶融状態の射出材料を送り出して計量する計量部とになっており、前記スクリュのフライトは、その頂部がステップ状の段部によって後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とに形成され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（Ｂ_１）は、前記圧縮部の入口近傍に比して前記計量部において小さくなっており、前記圧縮部の入口近傍の前記フライト幅（Ｂ_１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６倍以上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、少なくとも前記圧縮部の入口近傍においては、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（Ｈ_１）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（Ｈ_２）の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅（Ｂ_２）は、前記フライト幅（Ｂ_１）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、前記フライト幅（Ｂ_１）は前記計量部において前記加熱シリンダの内径に対して０．１６倍未満になるよう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。

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ているスクリュであって、スクリュのフライトは、その頂部がステップ状の段部によって後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とに形成されている。従って加熱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スクリュであると言える。そして、フライトのリード角と垂直な方向におけるフライト幅（Ｂ_１）は圧縮部の入口近傍において、加熱シリンダの内径に対して０．１６倍以上に選定されている。つまりスクリュの振幅が大きくなりやすい部分においてフライト幅が十分な大きさになっているので、スクリュの振れ回りを防止することができる。そして本発明によると、フライト幅（Ｂ_１）は、圧縮部の入口近傍に比して計量部において小さくなっている。つまり押出量を律速する計量部のフライト幅は小さい。そうすると押出量は十分に確保することができるという本発明に特有の効果が得られる。

他の発明によると、スクリュは、少なくとも圧縮部の入口近傍においてはランド部と加熱シリンダの内周壁の間の第１の隙間（Ｈ_１）は、大径部と加熱シリンダの内周壁の間の第２の隙間（Ｈ_２）の１．６５〜２．１５倍に選定され、ランド部の幅（Ｂ_２）は、フライト幅（Ｂ_１）の０．６３〜０．７９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加熱シリンダ内壁の接触を確実に防止することができる。また、このような範囲は、潤滑圧力を発生させる上で理論的にも最適な範囲であると言えるので、その分だけスクリュの幅を狭くすることが可能になる。つまり押出量を十分に確保することが可能になる。

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。 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。 本発明の実施の形態に係るスクリュを回転させたときのスクリュの振幅の変化を示すグラフである。 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。 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。 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。 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。 特許文献３に記載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。

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、中央部において前方に向かっ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樹脂ペレットとして供給される樹脂材料が予熱されながら固形状で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。圧縮部６は溶融樹脂と固形状の樹脂ペレットとが混在した半溶融状態の樹脂材料が送られる部分ということも出来る。そしてフライト溝３が最も浅いスクリュ１の先端部近傍は完全に溶融した樹脂が混練されると共に前方に送られて計量される計量部７になっている。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。

本実施の形態に係るスクリュ１は、２つの特徴がある。２つのうち最も重要な特徴はフライト幅が変化している点である。フライト幅はフライトのリード角と垂直な方向におけるフライトの幅であるが、図１の（ア）に示されているように、このフライト幅は圧縮部６の入口近傍で大きく、スクリュ１の前方に向かって小さくなっている。フライト幅は、加熱シリンダ１４の内径Ｄを基準として表現することができ、本実施の形態においては圧縮部６の入口近傍において０．１６Ｄ以上、計量部７において０．１６Ｄ未満になっている。

本実施の形態に係るスクリュ１の他の特徴は、フライト２の頂部の形状である。以下、説明する。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、フライト幅Ｂ_１とランド部１２の幅Ｂ_２の比率は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Ｈ_１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Ｈ_２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Ｈ_２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。

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Ｈ_１、Ｈ_２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Ｈ_１、Ｈ_２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Ｐ_ｓ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。

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。

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。

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Ｈ_１、Ｈ_２を流れる溶融樹脂の流量Ｑ_ｘを計算する。流量Ｑ_ｘは第１、２の隙間Ｈ_１、Ｈ_２において等しい。またｄｐ／ｄｘは、第１の隙間Ｈ_１においてはＰ_ｓ／Ｂ_２で与えられ、第２の隙間Ｈ_２においては（０−Ｐ_ｓ）／（Ｂ_１−Ｂ_２）で与えられるので、流量Ｑ_ｘは６式で与えられる。

得られた６式を潤滑圧力の最大値Ｐ_ｓについて解くと７式が得られる。

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Ｂ_１で高さがＰ_ｓ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Ｋ_ｗ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Ｈ_１、Ｈ_２の比、βは形状因子でありフライト幅Ｂ_１とランド部１２の幅Ｂ_２の比である。

８式から、潤滑の負荷容量Ｗは、フライト幅Ｂ_１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Ｂ_１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Ｂ_１を決定するため、次の実験を行った。

隙間比ｍ＝２、形状因子β＝０．７として、フライト幅Ｂ_１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の入口近傍である。つまり最もスクリュ振幅が大きくなる部分において測定した。この結果を以下の表１に示す。

フライト幅Ｂ_１は、フライト２に垂直な方向の幅であり、加熱シリンダ１４の内径Ｄに対する比率で示されている。またスクリュ振幅比は、クリアランスに対するスクリュ振幅の比率であり、スクリュ１が加熱シリンダ１４の内壁に接触している状態において、比率は１．０となる。この比率が大きいほどスクリュ１の振れ回りの危険が大きい。実験の結果からフライト幅Ｂ_１が０．１０Ｄ以下においてはスクリュ振幅比が０．９０以上となって振れ回りの危険があるが、フライト幅Ｂ_１が０．１６Ｄにおいてはスクリュ振幅比は０．８０であり安全であると言える。さらにフライト幅Ｂ_１が大きいとスクリュ振幅比は小さくなることが分かる。この実験によって、圧縮部６の入口近傍におけるフライト幅Ｂ_１は、０．１６Ｄ以上必要であることが確認できた。

次に、第１、２の隙間Ｈ_１、Ｈ_２の比である隙間比ｍ、フライト幅Ｂ_１とランド部１２の幅Ｂ_２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Ｋ_ｗ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４のグラフに示す。グラフから負荷容量係数Ｋ_ｗ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Ｋ_ｗ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Ｋ_ｗ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。

実験例１から得られた圧縮部６の入口近傍におけるフライト幅Ｂ_１の条件と、上で得られた隙間比ｍと形状因子βの最適な範囲とから、これらに適合する本実施の形態に係るスクリュ１を考える。具体的に例えば、圧縮部６の入口近傍のフライト幅Ｂ_１を０．１９Ｄ、計量部７におけるフライト幅Ｂ_１を０．０２４Ｄとしてフライト幅Ｂ_１が緩やかに変化するスクリュ１については、これを加熱シリンダ１４内で回転させると、スクリュ振幅比は、図３の点線のグラフのようになる。なお、図３における実線のグラフはスクリュ１の全長に渡ってフライト幅Ｂ_１が小さいスクリュ１、例えばフライト幅Ｂ_１が０．０２４Ｄのスクリュ１におけるスクリュ振幅比を示している。

既に説明したようにスクリュ１の計量部７においてスクリュ溝３が最も浅く、この部分が押出量を律速している。つまりスクリュ１の他の部分についてはスクリュ溝３が比較的深いので押出量にはほとんど影響しない。本実施の形態に係るスクリュ１をモデル化して、計量部７におけるフライト幅Ｂ_１を色々な大きさにして、それぞれにおける押出量を数値計算した。なお、押出量はフライト幅Ｂ_１が０．１０Ｄのときを１００とした。計算で得られた結果を表２に示す。

計算結果から、計量部７におけるフライト幅Ｂ_１が大きくなると押出量が減少することが明らかである。押出量を確保するために、計量部７におけるフライト幅Ｂ_１は０．１６Ｄ未満であることが好ましいと言える。

本実施の形態に係るスクリュ１は色々な変形が可能である。例えばフライト２の頂部の形状は、隙間比ｍと形状因子βが所定の範囲になっているように説明し、この範囲において最も効率よく潤滑圧力が発生するように説明したが、必ずしもこの範囲にする必要はない。つまり隙間比ｍと形状因子βのいずれか、あるいは両方が前記したような範囲になくても、計量部７に比して圧縮部６入口近傍において十分にフライト幅Ｂ_１を大きくすれば、スクリュの振れ回りを防止することができる。また、フライト２の頂部の形状について、隙間比ｍと形状因子βがスクリュ２の全体において一定であるように説明したが、これらはスクリュ２の位置によって変化するようにしてもよい。この場合においても、スクリュ振幅が大きくなりやすい圧縮部６の入口近傍においては、隙間比ｍと形状因子βとが所定の範囲に入るようにすることが好ましい。

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
Ｂ_１ フライト幅
Ｂ_２ ランド部の幅
Ｈ_１ 第１の隙間 Ｈ_２ 第２の隙間

Claims (3)

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ているスクリュであって、該スクリュは、後方から前方に向かって、射出材料を固形状で送り出す供給部と、射出材料を溶融しながら固形状と溶融状態とが混合した半溶融状態で送り出して圧縮する圧縮部と、溶融状態の射出材料を送り出して計量する計量部とになっており、前記スクリュのフライトは、その頂部がステップ状の段部によって後方寄りの大径部と前方寄りのランド部とに形成され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（Ｂ_１）は、前記圧縮部の入口近傍に比して前記計量部において小さくなっており、
   前記圧縮部の入口近傍の前記フライト幅（Ｂ_１）は、前記加熱シリンダの内径に対して０．１６倍以上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。
2. 請求項１に記載のスクリュにおいて、少なくとも前記圧縮部の入口近傍においては、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（Ｈ_１）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（Ｈ_２）の１．６５〜２．１５倍に選定され、前記ランド部の幅（Ｂ_２）は、前記フライト幅（Ｂ_１）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。
3. 請求項１または２に記載のスクリュにおいて、前記フライト幅（Ｂ_１）は前記計量部において前記加熱シリンダの内径に対して０．１６倍未満になるよう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。

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