JP6947522B2 - 成形機用スクリュ - Google Patents

Description

本発明は、成形機用スクリュに関する。

従来の射出成形機では、射出装置のスクリュは溶融能力を上げるために、シングルフライトに付加的にサブフライトを設置する（例えば特許文献１）。

特開２００２−２８３４２１号公報

ハイサイクルによる搬送能力の要求は高い。要求を満たすためにスクリュの回転数を上げていくと、熱の供給が追い付かなくなり、溶融されないままの樹脂（未溶融樹脂）がノズルから出てくることになる。すなわち溶融能力が低下する。

熱の供給を上げるために設定温度を上げることが考えられるが、設定温度を上げると未溶融樹脂の問題は解消するが、樹脂温度が高くなって冷却時間が長くなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、溶融能力を向上でき、かつ、搬送する成形材料の樹脂温度を低くできる成形機用スクリュを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る成形機用スクリュは、多条のメインフライトと、それぞれが、前記メインフライトのうち対応する一のメインフライトから分岐して、当該成形機用スクリュの先端側に延在し始め、先端側の隣接する他のメインフライトに接続するよう設けられる多条のサブフライトと、を備える。当該成形機用スクリュの基端側には、一条の基端フライトが設けられる。前記メインフライトと前記基端フライトとの間には、フライトが無い領域が設けられている。

本発明の一態様によれば、溶融能力を向上でき、かつ、搬送する成形材料の樹脂温度を低くできる成形機用スクリュを提供することができる。

一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。 一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。 第１実施形態に係る成形機用スクリュの概略構成を示す図である。 スクリュの軸まわりにおけるメインフライトとサブフライトとの位置関係を示す断面図である。 スクリュの軸方向におけるメインフライトとサブフライトとの位置関係を示す断面図である。 第１実施形態のスクリュと従来のシングルフライトスクリュの搬送能力を比較した図である。 第１実施形態のスクリュと従来のシングルフライトスクリュの樹脂温度を比較した図である。 第２実施形態に係る成形機用スクリュの概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１〜図７を参照して第１実施形態を説明する。なお、図１〜図５において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに垂直な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。Ｘ方向は、本実施形態に係る射出成形機１の可動プラテン１２０や射出装置３００の移動方向や型開閉方向と同一方向であり、Ｙ方向は射出成形機１の幅方向である。

まず図１及び図２を参照して、本実施形態に係る射出成形機１の全体の概略構成について説明する。

（射出成形機）
図１は、一実施形態による射出成形機１の型開完了時の状態を示す図である。図２は、一実施形態による射出成形機１の型締時の状態を示す図である。図１〜図２に示すように、射出成形機１は、型締装置１００と、エジェクタ装置２００と、射出装置３００と、移動装置４００と、制御装置７００とを有する。以下、射出成形機１の各構成要素について説明する。

（型締装置）
型締装置１００の説明では、型閉時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中左方向）を後方として説明する。

型締装置１００は、金型装置１０の型閉、型締、型開を行う。型締装置１００は例えば横型であって、型開閉方向が水平方向である。型締装置１００は、固定プラテン１１０、可動プラテン１２０、トグルサポート１３０、タイバー１４０、トグル機構１５０、型締モータ１６０、運動変換機構１７０、および型厚調整機構１８０を有する。

固定プラテン１１０は、フレームＦｒに対し固定される。固定プラテン１１０における可動プラテン１２０との対向面に固定金型１１が取付けられる。

可動プラテン１２０は、フレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされる。フレームＦｒ上には、可動プラテン１２０を案内するガイド１０１が敷設される。可動プラテン１２０における固定プラテン１１０との対向面に可動金型１２が取付けられる。

固定プラテン１１０に対し可動プラテン１２０を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型１１と可動金型１２とで金型装置１０が構成される。

トグルサポート１３０は、固定プラテン１１０と間隔をおいて連結され、フレームＦｒ上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、トグルサポート１３０は、フレームＦｒ上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。トグルサポート１３０のガイドは、可動プラテン１２０のガイド１０１と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１１０がフレームＦｒに対し固定され、トグルサポート１３０がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされるが、トグルサポート１３０がフレームＦｒに対し固定され、固定プラテン１１０がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１４０は、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０とを型開閉方向に間隔Ｌをおいて連結する。タイバー１４０は、複数本（例えば４本）用いられてよい。各タイバー１４０は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１４０には、タイバー１４０の歪を検出するタイバー歪検出器１４１が設けられる。タイバー歪検出器１４１は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。タイバー歪検出器１４１の検出結果は、型締力の検出などに用いられる。

尚、本実施形態では、型締力を検出する型締力検出器として、タイバー歪検出器１４１が用いられるが、本発明はこれに限定されない。型締力検出器は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取付け位置もタイバー１４０に限定されない。

トグル機構１５０は、可動プラテン１２０とトグルサポート１３０との間に配設され、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０を型開閉方向に移動させる。トグル機構１５０は、クロスヘッド１５１、一対のリンク群などで構成される。各リンク群は、ピンなどで屈伸自在に連結される第１リンク１５２および第２リンク１５３を有する。第１リンク１５２は可動プラテン１２０に対しピンなどで揺動自在に取付けられ、第２リンク１５３はトグルサポート１３０に対しピンなどで揺動自在に取付けられる。第２リンク１５３は、第３リンク１５４を介してクロスヘッド１５１に取付けられる。トグルサポート１３０に対しクロスヘッド１５１を進退させると、第１リンク１５２および第２リンク１５３が屈伸し、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０が進退する。

尚、トグル機構１５０の構成は、図１および図２に示す構成に限定されない。例えば図１および図２では、各リンク群の節点の数が５つであるが、４つでもよく、第３リンク１５４の一端部が、第１リンク１５２と第２リンク１５３との節点に結合されてもよい。

型締モータ１６０は、トグルサポート１３０に取付けられており、トグル機構１５０を作動させる。型締モータ１６０は、トグルサポート１３０に対しクロスヘッド１５１を進退させることにより、第１リンク１５２および第２リンク１５３を屈伸させ、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０を進退させる。型締モータ１６０は、運動変換機構１７０に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構１７０に連結されてもよい。

運動変換機構１７０は、型締モータ１６０の回転運動をクロスヘッド１５１の直線運動に変換する。運動変換機構１７０は、ねじ軸１７１と、ねじ軸１７１に螺合するねじナット１７２とを含む。ねじ軸１７１と、ねじナット１７２との間には、ボールまたはローラが介在してよい。

型締装置１００は、制御装置７００による制御下で、型閉工程、型締工程、型開工程などを行う。

型閉工程では、型締モータ１６０を駆動してクロスヘッド１５１を設定速度で型閉完了位置まで前進させることにより、可動プラテン１２０を前進させ、可動金型１２を固定金型１１にタッチさせる。クロスヘッド１５１の位置や速度は、例えば型締モータエンコーダ１６１などを用いて検出する。型締モータエンコーダ１６１は、型締モータ１６０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。

型締工程では、型締モータ１６０をさらに駆動してクロスヘッド１５１を型閉完了位置から型締位置までさらに前進させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型１２と固定金型１１との間にキャビティ空間１４が形成され、射出装置３００がキャビティ空間１４に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間１４の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。

型開工程では、型締モータ１６０を駆動してクロスヘッド１５１を設定速度で型開完了位置まで後退させることにより、可動プラテン１２０を後退させ、可動金型１２を固定金型１１から離間させる。その後、エジェクタ装置２００が可動金型１２から成形品を突き出す。

型閉工程および型締工程における設定条件は、一連の設定条件として、まとめて設定される。例えば、型閉工程および型締工程におけるクロスヘッド１５１の速度や位置（速度の切替位置、型閉完了位置、型締位置を含む）は、一連の設定条件として、まとめて設定される。尚、クロスヘッド１５１の速度や位置などの代わりに、可動プラテン１２０の速度や位置などが設定されてもよい。また、クロスヘッドの位置（例えば型締位置）や可動プラテンの位置の代わりに、型締力が設定されてもよい。

ところで、トグル機構１５０は、型締モータ１６０の駆動力を増幅して可動プラテン１２０に伝える。その増幅倍率は、トグル倍率とも呼ばれる。トグル倍率は、第１リンク１５２と第２リンク１５３とのなす角θ（以下、「リンク角度θ」とも呼ぶ）に応じて変化する。リンク角度θは、クロスヘッド１５１の位置から求められる。リンク角度θが１８０°のとき、トグル倍率が最大になる。

金型装置１０の交換や金型装置１０の温度変化などにより金型装置１０の厚さが変化した場合、型締時に所定の型締力が得られるように、型厚調整が行われる。型厚調整では、例えば可動金型１２が固定金型１１にタッチする型タッチの時点でトグル機構１５０のリンク角度θが所定の角度になるように、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整する。

型締装置１００は、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整することで、型厚調整を行う型厚調整機構１８０を有する。型厚調整機構１８０は、タイバー１４０の後端部に形成されるねじ軸１８１と、トグルサポート１３０に回転自在に保持されるねじナット１８２と、ねじ軸１８１に螺合するねじナット１８２を回転させる型厚調整モータ１８３とを有する。

ねじ軸１８１およびねじナット１８２は、タイバー１４０ごとに設けられる。型厚調整モータ１８３の回転は、回転伝達部１８５を介して複数のねじナット１８２に伝達されてよい。複数のねじナット１８２を同期して回転できる。尚、回転伝達部１８５の伝達経路を変更することで、複数のねじナット１８２を個別に回転することも可能である。

回転伝達部１８５は、例えば歯車などで構成される。この場合、各ねじナット１８２の外周に受動歯車が形成され、型厚調整モータ１８３の出力軸には駆動歯車が取付けられ、複数の受動歯車および駆動歯車と噛み合う中間歯車がトグルサポート１３０の中央部に回転自在に保持される。尚、回転伝達部１８５は、歯車の代わりに、ベルトやプーリなどで構成されてもよい。

型厚調整機構１８０の動作は、制御装置７００によって制御される。制御装置７００は、型厚調整モータ１８３を駆動して、ねじナット１８２を回転させることで、ねじナット１８２を回転自在に保持するトグルサポート１３０の固定プラテン１１０に対する位置を調整し、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整する。

尚、本実施形態では、ねじナット１８２がトグルサポート１３０に対し回転自在に保持され、ねじ軸１８１が形成されるタイバー１４０が固定プラテン１１０に対し固定されるが、本発明はこれに限定されない。

例えば、ねじナット１８２が固定プラテン１１０に対し回転自在に保持され、タイバー１４０がトグルサポート１３０に対し固定されてもよい。この場合、ねじナット１８２を回転させることで、間隔Ｌを調整できる。

また、ねじナット１８２がトグルサポート１３０に対し固定され、タイバー１４０が固定プラテン１１０に対し回転自在に保持されてもよい。この場合、タイバー１４０を回転させることで、間隔Ｌを調整できる。

さらにまた、ねじナット１８２が固定プラテン１１０に対し固定され、タイバー１４０がトグルサポート１３０に対し回転自在に保持されてもよい。この場合、タイバー１４０を回転させることで間隔Ｌを調整できる。

間隔Ｌは、型厚調整モータエンコーダ１８４を用いて検出する。型厚調整モータエンコーダ１８４は、型厚調整モータ１８３の回転量や回転方向を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。型厚調整モータエンコーダ１８４の検出結果は、トグルサポート１３０の位置や間隔Ｌの監視や制御に用いられる。

型厚調整機構１８０は、互いに螺合するねじ軸１８１とねじナット１８２の一方を回転させることで、間隔Ｌを調整する。複数の型厚調整機構１８０が用いられてもよく、複数の型厚調整モータ１８３が用いられてもよい。

尚、本実施形態の型厚調整機構１８０は、間隔Ｌを調整するため、タイバー１４０に形成されるねじ軸１８１とねじ軸１８１に螺合されるねじナット１８２とを有するが、本発明はこれに限定されない。

例えば、型厚調整機構１８０は、タイバー１４０の温度を調節するタイバー温調器を有してもよい。タイバー温調器は、各タイバー１４０に取付けられ、複数本のタイバー１４０の温度を連携して調整する。タイバー１４０の温度が高いほど、タイバー１４０は熱膨張によって長くなり、間隔Ｌが大きくなる。複数本のタイバー１４０の温度は独立に調整することも可能である。

タイバー温調器は、例えばヒータなどの加熱器を含み、加熱によってタイバー１４０の温度を調節する。タイバー温調器は、水冷ジャケットなどの冷却器を含み、冷却によってタイバー１４０の温度を調節してもよい。タイバー温調器は、加熱器と冷却器の両方を含んでもよい。

尚、本実施形態の型締装置１００は、型開閉方向が水平方向である横型であるが、型開閉方向が上下方向である竪型でもよい。竪型の型締装置は、下プラテン、上プラテン、トグルサポート、タイバー、トグル機構、および型締モータなどを有する。下プラテンと上プラテンのうち、いずれか一方が固定プラテン、残りの一方が可動プラテンとして用いられる。下プラテンには下金型が取付けられ、上プラテンには上金型が取付けられる。下金型と上金型とで金型装置が構成される。下金型は、ロータリーテーブルを介して下プラテンに取付けられてもよい。トグルサポートは、下プラテンの下方に配設され、タイバーを介して上プラテンと連結される。タイバーは、上プラテンとトグルサポートとを型開閉方向に間隔をおいて連結する。トグル機構は、トグルサポートと下プラテンとの間に配設され、可動プラテンを昇降させる。型締モータは、トグル機構を作動させる。型締装置が竪型である場合、タイバーの本数は通常３本である。尚、タイバーの本数は特に限定されない。

尚、本実施形態の型締装置１００は、駆動源として、型締モータ１６０を有するが、型締モータ１６０の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１００は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

（エジェクタ装置）
エジェクタ装置２００の説明では、型締装置１００の説明と同様に、型閉時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中左方向）を後方として説明する。

エジェクタ装置２００は、金型装置１０から成形品を突き出す。エジェクタ装置２００は、エジェクタモータ２１０、運動変換機構２２０、およびエジェクタロッド２３０などを有する。

エジェクタモータ２１０は、可動プラテン１２０に取付けられる。エジェクタモータ２１０は、運動変換機構２２０に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構２２０に連結されてもよい。

運動変換機構２２０は、エジェクタモータ２１０の回転運動をエジェクタロッド２３０の直線運動に変換する。運動変換機構２２０は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを含む。ねじ軸と、ねじナットとの間には、ボールまたはローラが介在してよい。

エジェクタロッド２３０は、可動プラテン１２０の貫通穴において進退自在とされる。エジェクタロッド２３０の前端部は、可動金型１２の内部に進退自在に配設される可動部材１５と接触する。エジェクタロッド２３０の前端部は、可動部材１５と連結されていても、連結されていなくてもよい。

エジェクタ装置２００は、制御装置７００による制御下で、突き出し工程を行う。

突き出し工程では、エジェクタモータ２１０を駆動してエジェクタロッド２３０を設定速度で待機位置から突き出し位置まで前進させることにより、可動部材１５を前進させ、成形品を突き出す。その後、エジェクタモータ２１０を駆動してエジェクタロッド２３０を設定速度で後退させ、可動部材１５を元の待機位置まで後退させる。エジェクタロッド２３０の位置や速度は、例えばエジェクタモータエンコーダ２１１を用いて検出する。エジェクタモータエンコーダ２１１は、エジェクタモータ２１０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。

（射出装置）
射出装置３００の説明では、型締装置１００の説明やエジェクタ装置２００の説明とは異なり、充填時のスクリュ３３０の移動方向（図１および図２中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ３３０の移動方向（図１および図２中右方向）を後方として説明する。

射出装置３００は、フレームＦｒに対し進退自在なスライドベース３０１に設置され、金型装置１０に対し進退自在とされる。射出装置３００は、金型装置１０にタッチし、金型装置１０内のキャビティ空間１４に成形材料を充填する。射出装置３００は、例えば、シリンダ３１０、ノズル３２０、スクリュ３３０、計量モータ３４０、射出モータ３５０、圧力検出器３６０などを有する。

シリンダ３１０は、供給口３１１から内部に供給された成形材料を加熱する。供給口３１１はシリンダ３１０の後部に形成される。シリンダ３１０の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器３１２が設けられる。冷却器３１２よりも前方において、シリンダ３１０の外周には、バンドヒータなどの加熱器３１３と温度検出器３１４とが設けられる。

シリンダ３１０は、シリンダ３１０の軸方向（図１および図２中左右方向）に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器３１３と温度検出器３１４とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器３１４の検出温度が設定温度になるように、制御装置７００が加熱器３１３を制御する。

ノズル３２０は、シリンダ３１０の前端部に設けられ、金型装置１０に対し押し付けられる。ノズル３２０の外周には、加熱器３１３と温度検出器３１４とが設けられる。ノズル３２０の検出温度が設定温度になるように、制御装置７００が加熱器３１３を制御する。

スクリュ３３０は、シリンダ３１０内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ３３０を回転させると、スクリュ３３０の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ３１０からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ３３０の前方に送られシリンダ３１０の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ３３０が後退させられる。その後、スクリュ３３０を前進させると、スクリュ３３０前方に蓄積された液状の成形材料がノズル３２０から射出され、金型装置１０内に充填される。

スクリュ３３０の前部には、スクリュ３３０を前方に押すときにスクリュ３３０の前方から後方に向かう成形材料の逆流を防止する逆流防止弁として、逆流防止リング３３１が進退自在に取付けられる。

逆流防止リング３３１は、スクリュ３３０を前進させるときに、スクリュ３３０前方の成形材料の圧力によって後方に押され、成形材料の流路を塞ぐ閉塞位置（図２参照）までスクリュ３３０に対し相対的に後退する。これにより、スクリュ３３０前方に蓄積された成形材料が後方に逆流するのを防止する。

一方、逆流防止リング３３１は、スクリュ３３０を回転させるときに、スクリュ３３０の螺旋状の溝に沿って前方に送られる成形材料の圧力によって前方に押され、成形材料の流路を開放する開放位置（図１参照）までスクリュ３３０に対し相対的に前進する。これにより、スクリュ３３０の前方に成形材料が送られる。

逆流防止リング３３１は、スクリュ３３０と共に回転する共回りタイプと、スクリュ３３０と共に回転しない非共回りタイプのいずれでもよい。

尚、射出装置３００は、スクリュ３３０に対し逆流防止リング３３１を開放位置と閉塞位置との間で進退させる駆動源を有していてもよい。

計量モータ３４０は、スクリュ３３０を回転させる。スクリュ３３０を回転させる駆動源は、計量モータ３４０には限定されず、例えば油圧ポンプなどでもよい。

射出モータ３５０は、スクリュ３３０を進退させる。射出モータ３５０とスクリュ３３０との間には、射出モータ３５０の回転運動をスクリュ３３０の直線運動に変換する運動変換機構などが設けられる。運動変換機構は、例えばねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを有する。ねじ軸とねじナットの間には、ボールやローラなどが設けられてよい。スクリュ３３０を進退させる駆動源は、射出モータ３５０には限定されず、例えば油圧シリンダなどでもよい。

圧力検出器３６０は、射出モータ３５０とスクリュ３３０との間で伝達される圧力を検出する。圧力検出器３６０は、射出モータ３５０とスクリュ３３０との間の圧力の伝達経路に設けられ、圧力検出器３６０に作用する圧力を検出する。

圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。圧力検出器３６０の検出結果は、スクリュ３３０が成形材料から受ける圧力、スクリュ３３０に対する背圧、スクリュ３３０から成形材料に作用する圧力などの制御や監視に用いられる。

射出装置３００は、制御装置７００による制御下で、充填工程、保圧工程、計量工程などを行う。

充填工程では、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０を設定速度で前進させ、スクリュ３３０の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置１０内のキャビティ空間１４に充填させる。スクリュ３３０の位置や速度は、例えば射出モータエンコーダ３５１を用いて検出する。射出モータエンコーダ３５１は、射出モータ３５０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。スクリュ３３０の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。Ｖ／Ｐ切替が行われる位置をＶ／Ｐ切替位置とも呼ぶ。スクリュ３３０の設定速度は、スクリュ３３０の位置や時間などに応じて変更されてもよい。

尚、充填工程においてスクリュ３３０の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ３３０を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ３３０の停止の代わりに、スクリュ３３０の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０を前方に押し、スクリュ３３０の前端部における成形材料の圧力（以下、「保持圧力」とも呼ぶ。）を設定圧に保ち、シリンダ３１０内に残る成形材料を金型装置１０に向けて押す。金型装置１０内での冷却収縮による不足分の成形材料を補充できる。保持圧力は、例えば圧力検出器３６０を用いて検出する。圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。保持圧力の設定値は、保圧工程の開始からの経過時間などに応じて変更されてもよい。

保圧工程では金型装置１０内のキャビティ空間１４の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間１４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間１４からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間１４内の成形材料の固化が行われる。成形サイクル時間の短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ３４０を駆動してスクリュ３３０を設定回転数で回転させ、スクリュ３３０の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ３３０の前方に送られシリンダ３１０の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ３３０が後退させられる。スクリュ３３０の回転数は、例えば計量モータエンコーダ３４１を用いて検出する。計量モータエンコーダ３４１は、計量モータ３４０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。

計量工程では、スクリュ３３０の急激な後退を制限すべく、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ３３０に対する背圧は、例えば圧力検出器３６０を用いて検出する。圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。スクリュ３３０が計量完了位置まで後退し、スクリュ３３０の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が完了する。

尚、本実施形態の射出装置３００は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式などでもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。

また、本実施形態の射出装置３００は、シリンダ３１０の軸方向が水平方向である横型であるが、シリンダ３１０の軸方向が上下方向である竪型であってもよい。竪型の射出装置３００と組み合わされる型締装置は、竪型でも横型でもよい。同様に、横型の射出装置３００と組み合わされる型締装置は、横型でも竪型でもよい。

（移動装置）
移動装置４００の説明では、射出装置３００の説明と同様に、充填時のスクリュ３３０の移動方向（図１および図２中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ３３０の移動方向（図１および図２中右方向）を後方として説明する。

移動装置４００は、金型装置１０に対し射出装置３００を進退させる。また、移動装置４００は、金型装置１０に対しノズル３２０を押し付け、ノズルタッチ圧力を生じさせる。移動装置４００は、液圧ポンプ４１０、駆動源としてのモータ４２０、液圧アクチュエータとしての液圧シリンダ４３０などを含む。

液圧ポンプ４１０は、第１ポート４１１と、第２ポート４１２とを有する。液圧ポンプ４１０は、両方向回転可能なポンプであり、モータ４２０の回転方向を切り替えることにより、第１ポート４１１および第２ポート４１２のいずれか一方から作動液（例えば油）を吸入し他方から吐出して液圧を発生させる。尚、液圧ポンプ４１０はタンクから作動液を吸引して第１ポート４１１および第２ポート４１２のいずれか一方から作動液を吐出することもできる。

モータ４２０は、液圧ポンプ４１０を作動させる。モータ４２０は、制御装置７００からの制御信号に応じた回転方向および回転トルクで液圧ポンプ４１０を駆動する。モータ４２０は、電動モータであってよく、電動サーボモータであってよい。

液圧シリンダ４３０は、シリンダ本体４３１、ピストン４３２、およびピストンロッド４３３を有する。シリンダ本体４３１は、射出装置３００に対して固定される。ピストン４３２は、シリンダ本体４３１の内部を、第１室としての前室４３５と、第２室としての後室４３６とに区画する。ピストンロッド４３３は、固定プラテン１１０に対して固定される。

液圧シリンダ４３０の前室４３５は、第１流路４０１を介して、液圧ポンプ４１０の第１ポート４１１と接続される。第１ポート４１１から吐出された作動液が第１流路４０１を介して前室４３５に供給されることで、射出装置３００が前方に押される。射出装置３００が前進され、ノズル３２０が固定金型１１に押し付けられる。前室４３５は、液圧ポンプ４１０から供給される作動液の圧力によってノズル３２０のノズルタッチ圧力を生じさせる圧力室として機能する。

一方、液圧シリンダ４３０の後室４３６は、第２流路４０２を介して液圧ポンプ４１０の第２ポート４１２と接続される。第２ポート４１２から吐出された作動液が第２流路４０２を介して液圧シリンダ４３０の後室４３６に供給されることで、射出装置３００が後方に押される。射出装置３００が後退され、ノズル３２０が固定金型１１から離間される。

尚、本実施形態では移動装置４００は液圧シリンダ４３０を含むが、本発明はこれに限定されない。例えば、液圧シリンダ４３０の代わりに、電動モータと、その電動モータの回転運動を射出装置３００の直線運動に変換する運動変換機構とが用いられてもよい。

（制御装置）
制御装置７００は、図１〜図２に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）７０１と、メモリなどの記憶媒体７０２と、入力インターフェース７０３と、出力インターフェース７０４とを有する。制御装置７００は、記憶媒体７０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ７０１に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置７００は、入力インターフェース７０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース７０４で外部に信号を送信する。

制御装置７００は、型閉工程や型締工程、型開工程などを繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。また、制御装置７００は、型締工程の間に、計量工程や充填工程、保圧工程などを行う。成形品を得るための一連の動作、例えば計量工程の開始から次の計量工程の開始までの動作を「ショット」又は「成形サイクル」とも呼ぶ。また、１回のショットに要する時間を「成形サイクル時間」とも呼ぶ。

制御装置７００は、操作装置７５０や表示装置７６０と接続されている。操作装置７５０は、ユーザによる入力操作を受け付け、入力操作に応じた信号を制御装置７００に出力する。表示装置７６０は、制御装置７００による制御下で、操作装置７５０における入力操作に応じた操作画面を表示する。

操作画面は、射出成形機１の設定などに用いられる。操作画面は、複数用意され、切り替えて表示されたり、重ねて表示されたりする。ユーザは、表示装置７６０で表示される操作画面を見ながら、操作装置７５０を操作することにより射出成形機１の設定（設定値の入力を含む）などを行う。

操作装置７５０および表示装置７６０は、例えばタッチパネルで構成され、一体化されてよい。尚、本実施形態の操作装置７５０および表示装置７６０は、一体化されているが、独立に設けられてもよい。また、操作装置７５０は、複数設けられてもよい。

次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態の要部である、射出装置３００のスクリュ３３０（成形機用スクリュ）の構成について詳細に説明する。図３は、第１実施形態に係る成形機用スクリュ３３０の概略構成を示す図である。図４は、スクリュ３３０の軸まわりにおけるメインフライト３７１，３７２とサブフライト３７５，３７６との位置関係を示す断面図である。図５は、スクリュ３３０の軸方向におけるメインフライト３７１，３７２とサブフライト３７５，３７６との位置関係を示す断面図である。

図３に示すように、スクリュ３３０は、基端から先端に向けて配置された供給部Ａ、圧縮部Ｂ、計量部Ｃに区分される。

供給部Ａは、シリンダ３１０の供給口３１１から供給された固体状の樹脂ペレット（成形材料）をスクリュ３３０の先端に向けて加熱しながら輸送する領域である。圧縮部Ｂは、供給部Ａにて予熱され、一部溶融した樹脂を加圧及び圧縮して、機械的エネルギを供給することで樹脂の溶融を促進する領域である。計量部Ｃは、圧縮部Ｂにてほぼ溶融が完了した樹脂の均質化を促進して整流する領域である。

スクリュ３３０は、第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２から成る二条のメインフライトを備える。第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２は、スクリュ３３０の供給部Ａ、圧縮部Ｂ、計量部Ｃの全域に亘って設けられている。第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２は共に、スクリュ３３０の基端から先端に向けて等しいピッチ間隔にてらせん状に設けられており、１８０度の位相差を以て配置されている。なお、第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２を変ピッチとしてもよい。

第１溝３７３は、第１メインフライト３７１の押しフライト側と、第２メインフライト３７２の引きフライト側で構成される。第２溝３７４は、第２メインフライト３７２の押しフライト側と、第１メインフライト３７１の引きフライト側で構成される。言い換えると、第１溝３７３は、基端側の第１メインフライト３７１と先端側の第２メインフライト３７２との間に形成されるスクリュ溝であり、第２溝３７４は、基端側の第２メインフライト３７２と先端側の第１メインフライト３７１との間に形成されるスクリュ溝である。

供給部Ａ及び計量部Ｃでは、第１溝３７３及び第２溝３７４の深さは一定であり、供給部Ａの溝深さは計量部Ｃより大きい。圧縮部Ｂでは、第１溝３７３及び第２溝３７４の深さはスクリュ３３０の先端に向けて徐々に小さくなっている。

また、スクリュ３３０は、第１サブフライト３７５及び第２サブフライト３７６から成る二条のサブフライトを備える。

第１サブフライト３７５は、第１溝３７３において、第１メインフライト３７１の押しフライト側から派生し、第２メインフライト３７２の引きフライト側で終了するように構成される。第２サブフライト３７６は、第２溝３７４において、第２メインフライト３７２の押しフライト側から派生し、第１メインフライト３７１の引きフライト側で終了するように構成される。

より詳細には、第１サブフライト３７５は、第１メインフライト３７１よりピッチが大きく、第１メインフライト３７１から分岐して、第１メインフライト３７１より大きいリード角でスクリュ３３０の先端側に延在し始め、先端側の隣接する第２メインフライト３７２に接続するよう設けられている。同様に、第２サブフライト３７６は、第２メインフライト３７２よりピッチが大きく、第２メインフライト３７２から分岐して、第２メインフライト３７２より大きいリード角でスクリュ３３０の先端側に延在し始め、先端側の隣接する第１メインフライト３７１に接続するよう設けられている。

第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６は、スクリュ３３０の圧縮部Ｂの軸方向の同じ位置からスクリュ３３０の先端側に延在し始め、計量部Ｃの入口付近の位置で終了するよう設けられている。第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６は、１８０度の位相差を以って配置されている。

したがって、メインフライト３７１，３７２とサブフライト３７５，３７６との位置関係は図４のようになる。図４では、スクリュ３３０の軸方向の異なる位置におけるメインフライト３７１，３７２とサブフライト３７５，３７６との位置関係を（ａ）〜（ｆ）の６段階で図示している。図４の各図は、スクリュ３３０の所定の軸方向位置において基端側から視たときのスクリュ３３０及びシリンダ３１０の断面を示している。図４では、説明の便宜上、第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２の位置を各図で同一位置としている。図４（ａ）が最も基端側の位置であり、まだサブフライトが派生していない位置である。第１サブフライト３７５及び第２サブフライト３７６は、図４（ａ）と図４（ｂ）の間の位置にて、それぞれ第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２から派生し、図４（ｂ）〜（ｆ）に示すようにそれぞれ第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２に対して時計回り方向に離れると共に、それぞれ第２メインフライト３７２及び第１メインフライト３７１に接近する。そして、図４（ｆ）より先端側の位置にて、第１サブフライト３７５及び第２サブフライト３７６は、それぞれ第２メインフライト３７２及び第１メインフライト３７１と合流して終了する。

図５に示すように、第１溝３７３は、第１サブフライト３７５によって、先端側を未溶融部分（ソリッドベッド）の領域３７７、基端側を溶融部分（メルトプール）の領域３７８に区分される。第２溝３７４は、第２サブフライト３７６によって、先端側を未溶融部分の領域３７９、基端側を溶融部分の領域３８０に区分される。図５に示すように、これらの未溶融部分の領域３７７，３７９は、スクリュ３３０の先端側へ向かって次第に狭くなっている。反対に、溶融部分の領域３７８，３８０は、スクリュ３３０の先端側へ向かって次第に広くなっている。

第１サブフライト３７５及び第２サブフライト３７６は、第１溝３７３及び第２溝３７４に沿って前方へ搬送される樹脂を、溶融部分（メルトプール）と未溶融部分（ソリッドベッド）とに分離させる（バリア効果）。さらに、樹脂が第１サブフライト３７５および第２サブフライト３７６を乗り越える際にせん断力がかかるため、分散が良くなる。

次に第１実施形態に係るスクリュ３３０の効果について説明する。第１実施形態のスクリュ３３０は、二条のメインフライト３７１，３７２と、二条のサブフライト３７５，３７６とを備える。サブフライト３７５，３７６は、メインフライト３７１，３７２のうち対応する一方から分岐して、スクリュ３３０の先端側に延在し始め、先端側の隣接する他方に接続するよう設けられる。より詳細には、第１サブフライト３７５は、第１メインフライト３７１から分岐して、スクリュ３３０の先端側に延在し始め、先端側の隣接する第２メインフライト３７２に接続するよう設けられる。第２サブフライト３７６は、第２メインフライト３７２から分岐して、スクリュ３３０の先端側に延在し始め、先端側の隣接する第１メインフライト３７１に接続するよう設けられる。

メインフライトを二条化することで、流路幅が狭くなってより早く旋回するため、シリンダからの熱が効率良く樹脂に伝達される。このため、熱伝達の効率が上がり、より早く溶融できるようになる。さらに、スクリュ３３０の基端側から先端側への搬送経路上において各メインフライトにサブフライトを設けることにより、樹脂の最終的な溶融と混練が行われて樹脂を均質化できるため、未溶融状態のまま樹脂が射出装置３００から排出されることが少なくなる。これにより射出装置３００の溶融能力を向上できる。

なお本実施形態では、「未溶融状態」とは、射出装置３００内の樹脂が未溶融樹脂を所定量以上含む状態を意味する。未溶融状態と判定するための閾値は、例えば正常な成形品を製造できた成形条件でパージしたときの撮影画像中の、パージ樹脂に対する未溶融樹脂の割合（面積や数など）を予め算出しておき、この割合を閾値とすることができる。また、「未溶融樹脂」とは、粘度が所定以上であり溶融樹脂に対して相対的に硬い状態の樹脂を意味する。

このように射出装置３００の溶融能力が向上するので、未溶融樹脂の排出を抑制しながらスクリュ３３０の回転数を上げて成形材料の搬送能力を上げることができる。これにより、計量時間を短くすることができ、ハイサイクル成形が可能となる。

また、上記構成により樹脂の混練性が良くなるため、シリンダ３１０の設定温度を下げて、排出される樹脂の平均温度を下げても、樹脂の温度ムラがなく未溶融樹脂が出難くなる。これにより、射出装置３００から金型に射出される樹脂の温度を低くすることができ、金型での冷却時間を短縮でき、この点でもハイサイクル成形に効果がある。

以上より、第１実施形態のスクリュ３３０は、溶融能力を向上でき、かつ、搬送する成形材料の樹脂温度を低くできる。

ここで図６及び図７を参照して第１実施形態のスクリュ３３０の効果をさらに説明する。図６は、第１実施形態のスクリュ３３０と従来のシングルフライトスクリュの搬送能力を比較した図である。図７は、第１実施形態のスクリュ３３０と従来のシングルフライトスクリュの樹脂温度を比較した図である。

図６の横軸は射出装置３００の搬送能力（ｋｇ／ｈ）を示し、縦軸は樹脂の溶融状態を示す。溶融状態とは、上記の未溶融状態と同様に、射出装置３００内の樹脂が未溶融樹脂をどの程度含んでいるかを示す指標である。溶融状態の数値が小さいほど未溶融樹脂の割合が少なく、溶融状態の数値が大きいほど未溶融樹脂の割合が多い。本実施形態では、射出装置３００から排出されるパージ樹脂の画像を用いた官能評価に基づき、２．５を溶融状態許容値として設置した。つまり、溶融状態の数値が２．５以下のときに適切な溶融状態であると判断できる。

スクリュ３３０の回転数を２種類設定し、各回転数における溶融状態の数値と、搬送能力とを算出した。図６には、第１実施形態のスクリュ３３０を用いたときの実験結果をグラフＡで示し、比較例としてのシングルフライトスクリュを用いたときの実験結果をグラフＢで示した。また、溶融状態許容値を点線で示す。図６に示すように、グラフＡはグラフＢに対して略平行かつ下方（溶融状態が良い方向）に配置されているので、溶融状態許容値を満たす範囲における搬送能力の最大値が相対的に高くなっている。つまり、図６の結果から、第１実施形態のスクリュ３３０を用いた場合には、シングルフライトスクリュを用いた場合よりも射出装置３００の搬送能力が向上することが示された。

図７の横軸は射出装置３００の樹脂温度（℃）を示す。図７の縦軸は図６と同じく樹脂の溶融状態を示す。

シリンダ３１０の設定温度を３種類設定し、各設定温度における溶融状態の数値と、樹脂温度とを算出した。図７には、図６と同様に、第１実施形態のスクリュ３３０の実験結果をグラフＣで示し、シングルフライトスクリュの実験結果をグラフＤで示し、溶融状態許容値を点線で示す。図７に示すように、グラフＣはグラフＤに対して下方（溶融状態が良い方向）に配置されているので、溶融状態許容値を満たす範囲における樹脂温度の最小値が相対的に低くなっている。つまり、図７の結果から、第１実施形態のスクリュ３３０を用いた場合には、シングルフライトスクリュを用いた場合よりも射出装置３００の樹脂温度を低減できることが示された。

また、第１実施形態のスクリュ３３０では、第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６は、相互に同じ１８０度の位相差をとって配置されており、また、スクリュ３３０の軸方向の同じ位置からスクリュ３３０の先端側に延在し始めるよう設けられている。これらの構成により、スクリュ３３０のメインフライト及びサブフライトの配置のバランスが良くなり、スクリュ３３０の振れ回り安定性を向上させることが可能となる。

［第２実施形態］
図８を参照して第２実施形態を説明する。図８は、第２実施形態に係る成形機用スクリュ３３０Ａの概略構成を示す図である。

図８に示すように、第２実施形態のスクリュ３３０Ａは、二条のメインフライト３７１，３７２が供給部Ａの途中の位置Ａ１からスクリュ３３０Ａの先端側に設けられる点、供給部Ａの基端側に一条の基端フライト３８１が設けられる点、基端フライト３８１とメインフライト３７１，３７２との間にフライトが無い領域Ｒ（フライト無し領域Ｒ）が設けられる点で、第１実施形態のスクリュ３３０と異なる。

第１メインフライト３７１及び第２メインフライト３７２は、スクリュ３３０Ａの軸方向の同じ位置Ａ１からスクリュ３３０Ａの先端側に延在し始めるよう設けられている。

一条の基端フライト３８１は、位置Ａ１よりスクリュ３３０Ａの基端側の位置Ａ２から、供給部Ａの基端側端部までの区間に設けられている。上述のとおり、スクリュ３３０Ａは射出装置３００のシリンダ３１０内で進退自在に配設されているが、基端フライト３８１は、スクリュ３３０Ａがシリンダ３１０内の進退方向のどの位置にあるときでも、常にその一部が供給口３１１の直下にあるように設けられている。

二条のメインフライト３７１，３７２と一条の基端フライト３８１との間、すなわちスクリュ３３０Ａの軸方向の位置Ａ１から位置Ａ２までの区間には、スクリュ３３０Ａにフライトが形成されていないフライト無し領域Ｒが設けられている。

第２実施形態では、シリンダ３１０の供給口３１１から供給された固体状の樹脂ペレット（成形材料）は、基端フライト３８１によって先端側に搬送されて、位置Ａ２にてフライト無し領域Ｒに到達すると、この領域Ｒに一旦滞留する。ペレットは、位置Ａ１にて第１溝３７３または第２溝３７４に進入し、第１メインフライト３７１または第２メインフライト３７２によって圧縮部Ｂに搬送される。

このように、第２実施形態のスクリュ３３０Ａは、シリンダ３１０の供給口３１１の直下の部分に設けられる基端フライト３８１を一条とすることで、供給口３１１から供給された直後の樹脂流路を広くとることができ、搬送能力を高くできる。これにより供給口３１１付近にペレットが滞留するのを防止できる。

また、基端フライト３８１とメインフライト３７１，３７２との間にフライト無し領域Ｒを設け、この領域Ｒの先端側の位置Ａ１にて二条のメインフライト３７１，３７２を同時に始める構成とすることで、基端フライト３８１により搬送されたペレットをフライト無し領域Ｒにて一旦滞留させてから第１溝３７３と第２溝３７４に均等にペレットを投入できる。第１溝３７３と第２溝３７４に均等にペレットを投入することで、第１溝３７３及び第２溝３７４における成形材料の溶融を同様の条件で行うことができ、最終的な溶融樹脂の均質化を促進できる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

上記実施形態では、第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６は、スクリュ３３０，３３０Ａの軸方向の同じ位置から派生し、かつ、１８０度の位相差で配置される構成を例示したが、第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６の開始位置がスクリュ３３０，３３０Ａの軸方向でずれていてもよい。また、第１サブフライト３７５と第２サブフライト３７６の位相差が１８０度以外でもよい。

メインフライト及びサブフライトは三条以上の多条でもよい。例えば三条の場合、サブフライトは、第１メインフライトと第２メインフライトとの間、第２メインフライトと第３メインフライトとの間、第３メインフライトと第１メインフライトとの間に個別に３つ設けられる。

サブフライト３７５，３７６がスクリュ３３０，３３０Ａに設けられる位置は、上記実施形態のように圧縮部Ｂであることが好ましいが、計量部Ｃや供給部Ａに跨って設けることもできる。

上記実施形態のスクリュ３３０，３３０Ａは、射出成形のみならず押出成形でも適用可能である。

３３０，３３０Ａ スクリュ（成形機用スクリュ）
３７１ 第１メインフライト
３７２ 第２メインフライト
３７５ 第１サブフライト
３７６ 第２サブフライト
３８１ 基端フライト
Ａ 供給部
Ｂ 圧縮部
Ｃ 計量部
Ｒ フライト無し領域

Claims (5)

1. 成形機用スクリュであって、
   多条のメインフライトと、
   それぞれが、前記メインフライトのうち対応する一のメインフライトから分岐して、当該成形機用スクリュの先端側に延在し始め、先端側の隣接する他のメインフライトに接続するよう設けられる多条のサブフライトと、
   を備え、
   当該成形機用スクリュの基端側には、一条の基端フライトが設けられ、
   前記メインフライトと前記基端フライトとの間には、フライトが無い領域が設けられている、成形機用スクリュ。
2. 当該成形機用スクリュは、基端側から先端側に向けて、溝深さが一定である供給部、溝深さが基端側から先端側に向けて徐々に小さくなる圧縮部、溝深さが一定である計量部に区分され、
   前記供給部の溝深さは、前記計量部の溝深さよりも大きく、
   前記フライトが無い領域は、前記供給部の途中に設けられ、
   前記供給部の前記途中の位置から、当該成形機用スクリュの先端側に、前記メインフライトが設けられる、請求項１に記載の成形機用スクリュ。
3. 前記サブフライトのそれぞれは、相互に同じ位相差をとって配置されている、
   請求項１又は２に記載の成形機用スクリュ。
4. 前記サブフライトのそれぞれは、当該成形機用スクリュの軸方向の同じ位置から当該成形機用スクリュの先端側に延在し始めるよう設けられる、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形機用スクリュ。
5. 前記メインフライト及び前記サブフライトが二条である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形機用スクリュ。

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