JPWO2009084264A1 - 射出装置 - Google Patents

Abstract

射出装置（３１）の軸方向寸法を小さくすることができ、スクリュー（２０）の抜差しの作業を容易に行うことができ、成形品の品質を向上させることができるようにする。加熱シリンダ（１７）と、スクリュー（２０）と、駆動装置とを有する。スクリュー（２０）は、本体部分（４５ａ）、及び本体部分（４５ａ）の外周面に突出させて形成されたフライト（５３）を備えた可塑化部を備える。スクリューストロークをＳとし、スクリュー有効長をＬとし、スクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を指標εとしたとき、該指標εは、２．０＜ε＜４．５にされる。スクリュー（２０）を短くしても、樹脂を良好に溶融させることができる。したがって、射出装置（３１）の軸方向寸法を小さくすることができる。

Description

本発明は、射出装置に関するものである。

従来、成形機、例えば、射出成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられた樹脂を、高圧で射出して金型装置のキャビティ空間に充填し、該キャビティ空間内において冷却して固化させることによって成形品を得ることができるようになっている。

そのために、前記射出成形機は金型装置、型締装置及び射出装置を有し、前記型締装置は、固定プラテン及び可動プラテンを備え、型締用シリンダが可動プラテンを進退させることによって金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われる。

一方、前記射出装置は、一般に、インラインスクリュー方式のものが使用され、ホッパから供給された樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、及び溶融させられた樹脂を射出する射出ノズルを備え、前記加熱シリンダ内にスクリューが回転自在に、かつ、進退自在に配設される。そして、該スクリューを、後端に連結された駆動装置によって前進させることにより射出ノズルから樹脂が射出され、前記駆動装置によって後退させることにより樹脂の計量が行われる。

図１は従来の射出装置の要部を示す断面図、図２は従来の射出装置内において樹脂が溶融する状態を示す概念図、図３は従来の射出装置の展開距離を説明する図である。

図において、１１は加熱シリンダであり、該加熱シリンダ１１の前端に射出ノズル１２が取り付けられ、加熱シリンダ１１の周囲に加熱シリンダ１１を加熱するためのヒータｈ１〜ｈ３が配設される。前記加熱シリンダ１１内には、スクリュー１４が回転自在に、かつ、進退自在に配設される。そして、該スクリュー１４は、フライト形成部１５及び射出部１６から成り、後端の軸部２１及びカプラ２２を介して、図示されない駆動装置と連結される。前記射出部１６は、ヘッド部４１、該ヘッド部４１の後方に形成されたロッド部４２、該ロッド部４２の周囲に配設された逆止リング４３、及びフライト形成部１５の前端に取り付けられたシールリング４４から成る。なお、前記ヘッド部４１、ロッド部４２等によってスクリューヘッドが構成される。また、逆止リング４３及びシールリング４４は、射出工程時に、樹脂が逆流するのを防止する逆流防止装置として機能する。前記駆動装置は、射出用モータ及び計量用モータから成る。そして、前記フライト形成部１５は、棒状の本体部分、及び該本体部分の外周面に形成された螺旋状のフライト２３を備え、該フライト２３に沿って螺旋状の溝２４が形成される。

前記加熱シリンダ１１の後端の近傍には樹脂供給口２５が形成され、該樹脂供給口２５に漏斗状のホッパ２６が配設され、該ホッパ２６に収容されたペレット状の樹脂は、樹脂供給口２５を介して加熱シリンダ１１内に供給される。

前記樹脂供給口２５は、スクリュー１４を加熱シリンダ１１内における最も前方の位置、すなわち、前進限位置に置いた状態で、前記溝２４の後端部と対向する箇所に形成される。そして、前記フライト形成部１５には、後方から前方にかけて、樹脂供給口２５を介して樹脂が供給される供給部Ｐ１、供給された樹脂を圧縮させながら溶融させる圧縮部Ｐ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｐ３が順に形成される。

前記構成の射出装置において、計量工程時に、前記計量用モータを駆動することによって前記スクリュー１４を回転させると、前記ホッパ２６から加熱シリンダ１１内に供給された樹脂は、前記溝２４に沿って、供給部Ｐ１、圧縮部Ｐ２及び計量部Ｐ３を順に経て前進させられ、その間にヒータｈ１〜ｈ３によって加熱され、さらに、加熱シリンダ１１の内周面と溝２４との間に形成された空間（剪断空間）において樹脂が剪断力を受けて発熱（以下「剪断発熱」という。）し、溶融させられ、それに伴って、スクリュー１４は後退させられる。

そして、該スクリュー１４が後退するのに伴って、前記逆止リング４３はロッド部４２に対して相対的に前方に移動させられるので、フライト形成部１５の前端に到達した樹脂は、ロッド部４２と逆止リング４３との間の樹脂流路を通り、スクリューヘッドの前方に送られる。したがって、スクリュー１４が加熱シリンダ１１内における最も後方の位置、すなわち、後退限位置に置かれた状態で、スクリューヘッドの前方に１ショット分の溶融させられた樹脂が溜められる。

次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動することによってスクリュー１４を前進させると、前記スクリューヘッドの前方に蓄えられた樹脂は、前記射出ノズル１２から射出され、図示されない金型装置のキャビティ空間に充填される（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−５０４１５号公報

しかしながら、前記従来の射出装置においては、樹脂供給口２５を介して供給された樹脂が、図２に示されるように、溝２４内を矢印方向に前進させられる間に凝集し、メルトプールｒ内に、複数の樹脂のペレット１９から成るソリッドベッドｂが形成されてしまう。

該ソリッドベッドｂにおいて、外側に存在するペレット１９には熱が伝達されやすいのに対して、内側に存在するペレット１９には熱が伝達されにくく、すべてのペレット１９が溶融するのに時間がかかってしまう。したがって、ヒータｈ１〜ｈ３の熱がすべての樹脂に対して効率よく伝達されない。

また、ソリッドベッドｂは、複数のペレット１９が溝２４の深さ方向に重なって形成されるので、熱容量が大きくなり、樹脂に剪断発熱が発生しても、図３に示されるように、樹脂が完全に溶融するまでの展開距離Ｌ１が長くなってしまう。

その結果、スクリュー１４をその分長くする必要があり、それに伴って、加熱シリンダ１１も長くする必要があるので、射出装置の軸方向寸法が大きくなるだけでなく、スクリュー１４の保守及び管理を行ったり、スクリュー１４を交換したりする際に、スクリュー１４の抜差しの作業が困難になってしまう。

また、加熱シリンダ１１の表面積が大きくなるので、放熱量が大きくなり、エネルギー効率が低くなるだけでなく、無駄に樹脂が加熱されるので、樹脂の焼け、すなわち、樹脂焼けが発生してしまう。さらに、前記外側に存在するペレット１９は十分に溶融させられるのに対して、内側に存在するペレット１９は十分に溶融させられず、しかも、ソリッドベッドｂが溝２４内を前進するのに伴って、多くのペレット１９が主として剪断発熱によって溶融させられるので、樹脂を均一に溶融させることができない。したがって、成形品の品質が低下してしまう。

本発明は、前記従来の射出装置の問題点を解決して、射出装置の軸方向寸法を小さくすることができ、スクリューの抜差しの作業を容易に行うことができ、成形品の品質を向上させることができる射出装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の射出装置においては、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内において、回転自在に配設されたスクリューと、該スクリューの後端に配設された駆動装置とを有する。

そして、前記スクリューは、本体部分、及び該本体部分の外周面に突出させて形成されたフライトを備えた可塑化部を備える。

また、スクリューストロークをＳとし、スクリュー有効長をＬとし、スクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を指標εとしたとき、該指標εは、
２．０＜ε＜４．５
にされる。

本発明によれば、射出装置においては、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内において、回転自在に配設されたスクリューと、該スクリューの後端に配設された駆動装置とを有する。

そして、前記スクリューは、本体部分、及び該本体部分の外周面に突出させて形成されたフライトを備えた可塑化部を備える。

また、スクリューストロークをＳとし、スクリュー有効長をＬとし、スクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を指標εとしたとき、該指標εは、
２．０＜ε＜４．５
にされる。

この場合、該指標εは、
２．０＜ε＜４．５
にされるので、スクリューを短くしても、樹脂を良好に溶融させることができる。したがって、射出装置の軸方向寸法を小さくすることができ、スクリューの抜差しの作業を容易に行うことができ、成形品の品質を向上させることができる。

従来の射出装置の要部を示す断面図である。 従来の射出装置内において樹脂が溶融する状態を示す概念図である。 従来の射出装置の展開距離を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部を示す拡大図である。 本発明の第１の実施の形態における樹脂が溶融する状態を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態における射出装置の展開距離を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態におけるソリッドベッドが形成されたかどうかの評価結果を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における射出装置の要部を示す概念図である。 樹脂が溶融する状態を表す第１の図である。 樹脂が溶融する状態を表す第２の図である。 各スクリューごとの樹脂が溶融する状態の詳細比較図である。 各スクリューごとの樹脂が溶融する状態の比較図である。

符号の説明

１７ 加熱シリンダ
２０ スクリュー
３１ 射出装置
４５ フライト形成部
４５ａ 本体部分
５３ フライト

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部を示す概念図、図５は本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部を示す拡大図である。

図において、３１はインラインスクリュー方式の射出装置である。前記射出成形機は図示されない金型装置、型締装置及び前記射出装置３１を有し、前記金型装置は、第１の金型としての固定金型及び第２の金型としての可動金型を備え、前記型締装置は、前記固定金型が取り付けられた固定プラテン、及び可動金型が取り付けられた可動プラテンを備え、型締用シリンダが可動プラテンを進退させることによって金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われる。

前記射出装置３１は、シリンダ部材としての加熱シリンダ１７、該加熱シリンダ１７の前端に取り付けられたノズル部材としての射出ノズル１８、前記加熱シリンダ１７内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材としての、かつ、計量部材としてのスクリュー２０、前記加熱シリンダ１７の外周に、加熱シリンダ１７を包囲させて取り付けられた加熱部材としてのヒータｈ１１〜ｈ１３、前記加熱シリンダ１７の後方に配設された図示されない駆動装置等を備える。

前記スクリュー２０は、射出部材本体としてのスクリュー本体５２、及び該スクリュー本体５２より前方に配設された射出部４６から成り、後端の軸部５１を介して前記駆動装置と連結される。前記スクリュー本体５２は、可塑化部としてのフライト形成部４５、及び前端において、フライト形成部４５に対して着脱自在に配設された混練部としての圧力部材５４を備え、前記フライト形成部４５は、棒状の本体部分４５ａ、及び該本体部分４５ａの外周面に突出させて形成された螺旋状のフライト５３を備え、該フライト５３に沿って螺旋状の溝６７が形成される。なお、前記フライト形成部４５において、フライト形成部４５の全域、すなわち、前端から後端までの間において、前記フライト５３は一定のフライトピッチで形成されるとともに、フライト５３の外径であるフライト山径Ｄｉ、及び本体部分４５ａの外径であるフライト谷径ｄ１は一定にされ、溝６７は一定の深さで形成される。

前記圧力部材５４は、前記フライト形成部４５の前端から前方の所定の区間に、逆流防止装置６２と隣接させて形成され、所定の距離にわたって、表面に平坦な領域を形成する。そして、前記圧力部材５４は、前方ほど外径が大きくされ、円錐形の形状を有する第１
の圧力部としての傾斜部７１、及び該傾斜部７１の前端に隣接させて、かつ、接続させて形成され、外径ｄ２が軸方向において一定にされ、円柱状の形状を有する円柱部としての、かつ、第２の圧力部としての大径部７２を有する。

また、前記傾斜部７１の後方に図示されないねじ部が形成され、前記フライト形成部４５の前端面に開口させて図示されないねじ穴が形成される。したがって、前記ねじ部をねじ穴と螺合させることによって、前記圧力部材５４をフライト形成部４５に取り付けることができる。なお、本実施の形態において、前記圧力部材５４は、フライト形成部４５に対してねじ止めで固定されるようになっているが、ねじ止めに代えて溶接によって固定することもできる。

前記傾斜部７１の前端の外径は大径部７２の外径ｄ２と等しくされ、傾斜部７１の後端の外径はフライト谷径ｄ１と等しくされる。なお、本実施の形態において、傾斜部７１の外周面は一定の傾きを有するが、必要に応じて、所定の関数で湾曲させることができる。

また、前記傾斜部７１と加熱シリンダ１７との間に第１の成形材料流路としての樹脂流路７３が、大径部７２と加熱シリンダ１７との間に第２の成形材料流路としての樹脂流路７４が形成される。この場合、前述されたように、傾斜部７１は、前方ほど外径が大きくされるので、樹脂流路７３の断面積は、前方ほど小さくされる。また、大径部７２は、外径ｄ２が軸方向において一定にされているので、樹脂流路７４の断面積は軸方向において一定にされる。

本実施の形態において、前記圧力部材５４は、傾斜部７１及び大径部７２によって形成されるようになっているが、起伏のない傾斜部だけで形成することができる。その場合、前方ほど外径が大きくされ、圧力部材５４の後端の外径は前記フライト谷径ｄ１と等しくされ、圧力部材５４の前端の外径は前記外径ｄ２と等しくされる。

一方、前記射出部４６は、先端に円錐形の部位を備えたヘッド部５５、該ヘッド部５５の後方に隣接させて形成されたロッド部５６、該ロッド部５６の周囲に配設された逆止リング５７、及びスクリュー本体５２の前端に取り付けられたシールリング５８から成る。前記ロッド部５６と逆止リング５７との間に第３の成形材料流路としての樹脂流路７５が形成される。

また、前記ロッド部５６の後方に図示されないねじ部が形成され、前記圧力部材５４の前端面に開口させて図示されないねじ穴が形成される。したがって、前記ねじ部をねじ穴と螺合させることによって、前記シールリング５８を圧力部材５４の前端に押し付けた状態で、射出部４６をスクリュー本体５２に取り付けることができる。なお、前記ヘッド部５５、ロッド部５６及びねじ部によって射出部材ヘッド部としてのスクリューヘッド６１が、逆止リング５７及びシールリング５８によって、射出工程時に、成形材料としての樹脂が逆流するのを防止する逆流防止装置６２が構成される。

そして、計量工程時に、スクリュー２０が後退させられるのに伴って、ロッド部５６に対して逆止リング５７が前方に移動させられ、シールリング５８から離されると、樹脂流路７５は樹脂流路７４と連通させられ、逆流防止装置６２によるシールが解除される。また、射出工程時に、スクリュー２０が前進させられるのに伴って、逆止リング５７がロッド部５６に対して後方に移動させられ、シールリング５８に当接させられると、樹脂流路７４と樹脂流路７５とが遮断され、逆流防止装置６２によるシールが行われる。

そして、前記駆動装置は、計量用の駆動部としての計量用モータ、及び射出用の駆動部としての射出用モータを備える。

前記加熱シリンダ１７の後端の近傍の所定の位置には成形材料供給口としての樹脂供給口６５が形成され、該樹脂供給口６５は、スクリュー２０を加熱シリンダ１７内における前進限位置に置いた状態で、前記溝６７の後端部と対向する箇所に形成される。

そして、前記樹脂供給口６５に、樹脂を投入するための成形材料供給装置としての投入部８１が取り付けられ、該投入部８１の上端に、樹脂を収容する成形材料収容部としてのホッパ８２が取り付けられる。該ホッパ８２に収容された樹脂は、前記投入部８１を介して樹脂供給口６５に送られ、該樹脂供給口６５から加熱シリンダ１７内に供給される。

前記投入部８１は、水平方向に延在させて配設されたシリンダ部８３、該シリンダ部８３の前端から下方に延在させて配設された筒状の案内部８４、前記シリンダ部８３内において回転自在に配設されたフィードスクリュー８５、該フィードスクリュー８５を回転させる供給用の駆動部としてのフィードモータ８６、前記シリンダ部８３の外周に配設された加熱部材としてのヒータｈ２１等を備え、前記シリンダ部８３は、後端において前記ホッパ８２と連結され、前端において案内部８４と連通させられる。

したがって、前記フィードモータ８６を駆動してフィードスクリュー８５を回転させると、ホッパ８２内の樹脂は、シリンダ部８３内に供給され、フィードスクリュー８５の外周面に形成された溝に沿って前進させられ、フィードスクリュー８５の前端から案内部８４内に送られ、該案内部８４内を落下し、加熱シリンダ１７内に供給される。このとき、各ペレット１９は、一列になって案内部８４内を落下し、樹脂供給口６５を介して加熱シリンダ１７内に供給される。

該加熱シリンダ１７における樹脂供給口６５の近傍に、加熱シリンダ１７、樹脂供給口６５及び案内部８４の下端部を包囲して、冷却装置としての環状の冷却ジャケット８８が形成され、該冷却ジャケット８８に冷却媒体としての水が供給される。したがって、該水によって、案内部８４内を落下し、樹脂供給口６５を介して加熱シリンダ１７に供給される樹脂が溶融するのが防止される。

なお、Ｓは、前記スクリュー２０の後退限位置から前進限位置までの距離を表すストローク、すなわち、スクリューストローク、Ｌは、スクリュー２０を前進限位置に置いたときの樹脂供給口６５の後端からスクリュー２０の前端までの距離を表す有効長さ、すなわち、スクリュー有効長である。

そして、射出成形機を制御し、前記射出用モータ、計量用モータ、フィードモータ８６等を駆動したり、ヒータｈ１１〜ｈ１３、ｈ２１を通電したりするために、図示されない制御部が配設され、該制御部は、演算装置としてのＣＰＵ、記録装置としてのメモリ等を備えるほかに、表示部、操作部等を備え、所定のプログラム、データ等に従って各種の演算を行い、コンピュータとして機能する。

前記構成の射出装置３１において、計量工程時に、前記フィードモータ８６及び計量用モータを正方向に駆動することによって、前記フィードスクリュー８５及びスクリュー２０を正方向に回転させると、前記ホッパ８２からシリンダ部８３内に供給された樹脂は、前記フィードスクリュー８５の溝に沿って前進させられ、その間に、予熱され、シリンダ部８３の前端から案内部８４内に供給され、樹脂供給口６５を介して加熱シリンダ１７内に供給される。なお、シリンダ部８３内において樹脂は、溶融することがない温度、例えば、ガラス転移点以下の所定の温度に予熱される。

そして、前記加熱シリンダ１７内に供給された樹脂は、前記溝６７に沿って前進させら
れるとともに、前記ヒータｈ１１〜ｈ１３によって加熱され、溶融させられる。なお、樹脂は、圧力部材５４より所定の距離だけ手前の圧力上昇開始点からスクリュー本体５２の前端にかけて前進させられるのに伴って、圧力が次第に高くされる。

続いて、樹脂は、樹脂流路７３を通過して、更に圧力が高くされた後、樹脂流路７４を通過して前進させられ、その間に、十分に混練される。

また、このとき、前記逆止リング５７はロッド部５６に対して相対的に前方に移動させられるので、樹脂流路７４、７５が連通させられ、樹脂流路７４内の樹脂は、樹脂流路７５を通り、スクリューヘッド６１の前方に送られる。したがって、スクリュー２０が加熱シリンダ１７内における後退限位置に置かれた状態で、スクリューヘッド６１の前方に１ショット分の溶融させられた樹脂が蓄えられる。なお、前記ヘッド部５５に図示されない切欠が形成され、樹脂流路７５とスクリューヘッド６１の前方とが連通させられる。

次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動して、スクリュー２０を前進させると、前記スクリューヘッド６１の前方に蓄えられた樹脂は、前記射出ノズル１８から射出され、前記金型装置のキャビティ空間に充填される。

ところで、前述されたように、スクリュー本体５２には、前端から所定の範囲にわたって、前記逆流防止装置６２と隣接させて、平坦な外周面を備えた圧力部材５４が形成される。

すなわち、樹脂供給口６５から供給された樹脂は、計量工程において、スクリュー２０が回転するのに伴って、フライト５３によって誘導され、溝６７内を前進させられるが、圧力部材５４に到達すると、フライトが形成されていないので、フライトによる樹脂の誘導がされなくなり、前進する力が弱くなる。

したがって、樹脂流路７３、７４内において樹脂の移動速度が低くなるので、圧力部材５４は、後方から溝６７内を前進させられる樹脂に対して、前進を抑制する移動抑制部材として機能する。その結果、溝６７内の樹脂においては、前進するのが抑制されるので、前記圧力上昇開始点より前方の領域において前方ほど圧力が高くされる。

また、圧力部材５４において、傾斜部７１は、前方ほど外径が大きくされ、樹脂流路７３の断面積は、前方ほど小さくされ、また、大径部７２の外径ｄ２は、フライト谷径ｄ１より大きく、かつ、フライト山径Ｄｉより小さくされる。

したがって、圧力部材５４における移動抑制部材としての機能を一層高くすることができるので、前記圧力上昇開始点より前方の領域における樹脂の圧力を一層高くすることができる。なお、径方向において本体部分４５ａの外周面からフライト５３の外周縁までの距離をｔ１とすると、距離ｔ１は、
ｔ１＝（Ｄｉ−ｄ１）／２
になる。また、大径部７２の外周面からフライト５３の周縁までの距離をｔ２とすると、距離ｔ１に対する距離ｔ２の比ｔ２／ｔ１は１より小さくなる。

その結果、スクリュー２０を前進限位置に置いた状態で、樹脂供給口６５の後端の位置に形成された成形材料供給点から前記圧力上昇開始点までの領域が供給部を構成し、圧力上昇開始点からフライト形成部４５の前端にかけての領域が圧縮部を構成し、フライト形成部４５の前端から圧力部材５４の前端にかけての領域が混練（計量）部を構成するので、従来の射出装置と同様の可塑化を行うことができ、十分に樹脂の混練性を良くすることができる。また、前記混練部において、溶融させられた後の樹脂の圧力を高くすることが
できるので、混練性を一層良くすることができる。

そして、前記大径部７２を形成するだけで、圧縮部における樹脂の圧力を高くすることができるので、フライト谷径ｄ１をフライト形成部４５の軸方向において変化させる必要がない。

したがって、スクリュー２０の形状を簡素化することができるので、スクリュー２０のコストを低くすることができる。また、形状を簡素化することができる分、樹脂が滞留する箇所を少なくすることができ、樹脂焼けが発生するのを防止することができるので、成形品の品質を向上させることができる。

ところで、樹脂供給口６５を介して供給された樹脂が、加熱シリンダ１７内を前進させられる間に凝集し、複数の樹脂のペレット１９（図２参照）から成るソリッドベッドｂが形成されると、すべてのペレット１９が完全に溶融するのに時間がかかってしまう。

そこで、本実施の形態においては、フライト形成部４５の長さ方向における所定の区間に、ソリッドベッドｂが形成されるのを防止するための溝深さ設定領域が形成され、該溝深さ設定領域においては、ペレット１９の径（直径）をδ１としたとき、径δ１に対する溝深さτ１の比γ１
γ１＝τ１／δ１
が、
１≦γ１≦２．５
に、好ましくは、
１≦γ１≦２．０
にされる。なお、前記溝深さτ１は、距離ｔ１と等しいので、
τ１＝（Ｄｉ−ｄ１）／２
である。

本実施の形態において、ペレット１９は球形の形状を有するが、球形以外の形状を有する場合、ペレット１９の径δ１は、ペレット１９の各部の径のうちの最大のもの、すなわち、最大径としたり、ペレット１９の各部の径のうちの最小のもの、すなわち、最小径としたり、最大径と最小径との中間の値、例えば、平均値としたりすることができる。

前記溝深さ設定領域は、ソリッドベッドｂが形成されるのを防止することができるだけの軸方向長さにわたって形成されればよく、スクリュー２０を前進限位置に置いたときの樹脂供給口６５の後端からフライト形成部４５の前端までの区間に形成されるのが好ましい。また、前記溝深さ設定領域を、樹脂供給口６５の後端から樹脂が完全に溶融する箇所までの区間に形成したり、樹脂供給口６５の後端から、スクリューストロークＳの長さだけ前方に延びる区間に形成したりすることができる。

なお、実際に前記溝深さ設定領域を形成する場合、スクリュー２０の軸方向長さで設定したり、溝６７の長さで設定したりすることができる。

次に、樹脂が溶融する状態について説明する。

図６は本発明の第１の実施の形態における樹脂が溶融する状態を示す概念図、図７は本発明の第１の実施の形態における射出装置の展開距離を説明する図である。

図において、１７は加熱シリンダ、２０はスクリュー、５３はフライト、６７は溝、１９はペレット、ｒは溶融した樹脂によって形成されたメルトプールである。

前述されたように、比γ１が、
１≦γ１≦２．５
に、好ましくは、
１≦γ１≦２．０
にされるので、前記溝６７において、二つのペレット１９が溝６７の深さ方向（径方向）に重なることがほとんどなくなる。したがって、各ペレット１９は、凝集することなく、横に並んで溝６７に沿って実線矢印方向に前進させられる。また、前記射出装置３１（図４）においては、スクリュー２０を回転させたときに、溶融した樹脂が前進するように、加熱シリンダ１７の内周面の摩擦係数がスクリュー２０の外周面の摩擦係数より大きく設定されている。したがって、前記各ペレット１９は、スクリュー２０の回転に伴って、加熱シリンダ１７の内周面との摩擦によって転がり（回転し）ながら溝６７内を前進させられる。

その結果、前記各ペレット１９によってソリッドベッドｂが形成されることがなくなるので、各ペレット１９は、熱容量が小さい状態で加熱される。したがって、樹脂を短時間で溶融させることができ、図７に示されるように、樹脂が完全に溶融するまでの展開距離Ｌ２を短くすることができる。そして、スクリュー２０をその分短くすることができる。

また、加熱シリンダ１７も短くすることができるので、射出装置３１の軸方向寸法が小さくなるだけでなく、スクリュー２０の保守及び管理を行ったり、スクリュー２０を交換したりする際に、スクリュー２０の抜差しの作業を容易に行うことができる。

そして、加熱シリンダ１７の表面積が小さくなるので、放熱量が小さくなり、エネルギー効率を高くすることができるだけでなく、無駄に樹脂が加熱されないので、樹脂焼けが発生するのを抑制することができる。

さらに、加熱シリンダ１７の内周面とスクリュー２０との間に形成される空間は、ヒータｈ１１〜ｈ１３からの熱を、各ペレット１９に供給する熱供給空間として機能する。そして、各ペレット１９は、加熱シリンダ１７の内周面と接触しながら、かつ、転がりながら、溝６７内を前進するので、ヒータｈ１１〜ｈ１３の熱が、破線矢印で示されるように、加熱シリンダ１７を介して転がり伝熱によって各ペレット１９に伝達される。したがって、樹脂を効率よく、かつ、均一に加熱し、溶融させることができる。その結果、成形品の品質を向上させることができる。

なお、各ペレット１９は、シリンダ部８３内で予熱されるので、加熱シリンダ１７内に供給されると、直ちに溶融が開始される。したがって、各ペレット１９が完全に溶融する時間を短くすることができるので、スクリュー２０を一層短くすることができ、射出装置３１の軸方向寸法を一層小さくすることができる。

しかも、溝６７内において、各ペレット１９は円滑に前進させられるので、剪断発熱を抑制することができる。したがって、樹脂焼けが発生することがなくなり、成形品の品質を向上させることができる。

ところで、樹脂供給口６５を介して、供給量が制御されることなく、例えば、短時間で多くの樹脂が加熱シリンダ１７内に供給されると、前記熱供給空間が樹脂によって過剰に満たされ、溝６７内で溶融させられる前の各ペレット１９に圧力が加わり、各ペレット１９が互いの動きを拘束してしまう。これに伴って、各ペレット１９が転がらなくなり、ヒータｈ１１〜ｈ１３の熱が、転がり伝熱によって各ペレット１９に伝達されなくなり、一部のペレット１９が溶融しなくなってしまう。したがって、樹脂を均一に溶融させること
ができなくなるだけでなく、スクリュー２０の噛込み不良を発生させてしまう。

そこで、前記ＣＰＵの供給量制御処理手段（供給量制御処理部）は、供給量制御処理を行い、前記フィードモータ８６の回転速度を制御することによって、加熱シリンダ１７内に供給される樹脂の供給量を制御するようになっている。その場合のフィードモータ８６の目標となる回転速度、すなわち、目標回転速度は、図４に示されるように、所定の量のペレット１９が連続的に落下して樹脂供給口６５に供給されるように設定される。

このように、本実施の形態においては、樹脂の供給量が制御されるので、前記熱供給空間が樹脂によって適正に満たされ、溝６７内で溶融させられる前の各ペレット１９に圧力が加わることがなく、各ペレット１９は互いの動きを拘束することなく、転がって移動させられる。それに伴って、ヒータｈ１１〜ｈ１３の熱が、転がり伝熱によって各ペレット１９に伝達されるので、樹脂を均一に溶融させることができるようになり、スクリュー２０の噛込み不良が発生するのを防止することができる。その結果、成形品の品質を向上させることができる。しかも、樹脂を十分に溶融させることができるので、展開距離Ｌ２を確実に短くすることができ、スクリュー２０を十分に短くすることができる。

また、前記ＣＰＵの加熱量調整処理手段（加熱量調整処理部）は、加熱量調整処理を行い、ヒータｈ１１〜ｈ１３の通電を制御し、樹脂を加熱する加熱量を調整し、樹脂の温度を制御する。したがって、各ペレット１９が転がる速度、すなわち、転がり速度を制御することができ、展開距離Ｌ２を制御することができる。

図８は本発明の第１の実施の形態におけるソリッドベッドが形成されたかどうかの評価結果を示す図である。

図において、×はソリッドベッドｂが形成されたことを表し、○はソリッドベッドｂが形成されなかったことを表す。

図に示されるように、比γ１が１．０、２．０及び２．５である場合、ソリッドベッドｂは形成されず、３．０及び３．５である場合にソリッドベッドｂが形成された。

ところで、本実施の形態においては、前述されたように、径δ１に対する溝深さτ１の比γ１を、
１≦γ１≦２．５
に、好ましくは、
１≦γ１≦２．０
にしたり、各ペレット１９を予熱するために、投入部８１を配設したり、加熱シリンダ１７内に供給される樹脂の供給量を制御したりして、樹脂を溶融させるための条件、すなわち、溶融条件を満たした場合に、スクリューストロークＳ、スクリュー有効長Ｌ等のスクリュー２０の設計条件が適正でないと、樹脂を良好に溶融させることができない。すなわち、スクリューストロークＳに対してスクリュー有効長Ｌが適正値より短い場合、樹脂を完全に溶融させることができず、スクリュー有効長Ｌが適正値より長い場合、樹脂が加熱シリンダ１７内を前進する時間が長すぎて、樹脂焼けが発生したりしてしまう。

そこで、本実施の形態においては、スクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を、スクリュー２０の設計条件が適正であるかどうかを表す指標ε
ε＝（Ｓ＋Ｌ）／Ｓ
とし、該指標εを変化させ、そのときの、樹脂が溶融する状態を観察した。

その結果、後述される図１０〜１３に示されるように、前記指標εを、
２．５＜ε＜４．５
の範囲に収まるようにすると、樹脂を良好に溶融させることができることが分かった。すなわち、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを防止することができた。

なお、前記指標εを、
３．０＜ε＜４．０
の範囲に収まるようにすると、樹脂を一層良好に溶融させることができた。すなわち、樹脂を完全に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを確実に防止することができた。

なお、射出装置３１において、樹脂を溶融させる状態から見て、スクリュー有効長Ｌを加熱シリンダ１７の後端から射出ノズル１８の前端までの距離、すなわち、加熱シリンダ長Ｌｈに近似させることができる。

そこで、スクリューストロークＳ及び加熱シリンダ長Ｌｈを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を、スクリュー２０の設計条件が適正であるかどうかを表す指標ε’
ε’＝（Ｓ＋Ｌｈ）／Ｓ
とし、該指標ε’を変化させ、そのときの、樹脂が溶融する状態を観察した。

その結果、前記指標ε’を指標εと同様の範囲に収まるようにすると、樹脂を良好に溶融させることができることが分かった。

ところで、前記構成の射出装置３１において、スクリュー２０に形成されるフライト５３は、シングルフライトの構造を有し、連続して螺旋状に巻回させて形成された一つの突出片から成る。したがって、フライト５３が一巻きされるときの軸方向に進む距離、すなわち、リード（フライト５３のピッチ）と、スクリュー２０の軸方向における溝６７の溝幅とが等しくされる。

そして、案内部８４内を落下し、樹脂供給口６５を介して加熱シリンダ１７に供給された樹脂は、前記フライト５３によって、連続して螺旋状に巻回させて形成された一つの溝６７内を前進させられるが、このとき、ペレット１９の径δ１に対して溝６７の溝幅が大きいと、溝６７内に多くのペレット１９が収容され、各ペレット１９に圧力が加わり、各ペレット１９が互いの動きを拘束してしまう。その結果、樹脂を十分に溶融させることができなくなってしまう。

これに対して、リードを短くして、溝６７の溝幅を小さくすると、溝６７がその分長くなり、樹脂が加熱シリンダ１７内に留まる時間が長くなり、樹脂焼けを発生させてしまう。

そこで、溝６７内において各ペレット１９が互いの動きを拘束することがなく、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けを発生させることがない本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第２の実施の形態における射出装置の要部を示す概念図である。

図において、４５は可塑化部としてのフライト形成部であり、該フライト形成部４５は、棒状の本体部分４５ａ、及び該本体部分４５ａの外周面に突出させて形成された螺旋状のフライト５３を備え、該フライト５３に沿って、第１、第２の溝６７ａ、６７ｂを備える螺旋状の溝６７が形成される。そして、本実施の形態において、フライト５３は、ダブルフライトの構造を有し、多条に連続して螺旋状に巻回させて形成された突出片から成る第１、第２のフライト部５３ａ、５３ｂを備え、該第１、第２のフライト部５３ａ、５３ｂに沿って、第１、第２の溝６７ａ、６７ｂが形成される。したがって、案内部８４内を落下し、成形材料供給口としての樹脂供給口６５を介してシリンダ部材としての加熱シリンダ１７に供給された樹脂は、各第１、第２の溝６７ａ、６７ｂ内を、独立して前進させられる。

この場合、各第１、第２のフライト部５３ａ、５３ｂのリードを、第１の実施の形態におけるフライト５３のリードと等しくしても、各第１、第２の溝６７ａ、６７ｂの溝幅を、第１の実施の形態における溝６７の溝幅の半分にすることができるので、各第１、第２の溝６７ａ、６７ｂ内に収容されるペレット１９（図７）の量を半分にすることができる。したがって、各第１、第２の溝６７ａ、６７ｂ内において各ペレット１９に圧力が加わることがなく、各ペレット１９が互いの動きを拘束するのを防止することができる。その結果、樹脂を十分に溶融させることができる。

また、各第１、第２のフライト部５３ａ、５３ｂのリードは長くならないので、樹脂が加熱シリンダ１７内に留まる時間が長くならず、樹脂焼けを発生させることがない。

本実施の形態において、前記指標εを変化させ、そのときの、樹脂が溶融する状態を観察した。

その結果、後述される図１０〜１３に示されるように、前記指標εを、
２．０＜ε＜４．０
の範囲に収まるようにすると、樹脂を良好に溶融させることができることが分かった。すなわち、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを防止することができた。

なお、前記指標εを、
２．５＜ε＜３．５
の範囲に収まるようにすると、樹脂を一層良好に溶融させることができた。すなわち、樹脂を完全に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを確実に防止することができた。

次に、前記従来の射出装置及び第１、第２の実施の形態における射出装置３１を使用したときの樹脂が溶融する状態の比較結果について説明する。

図１０は樹脂が溶融する状態を表す第１の図、図１１は樹脂が溶融する状態を表す第２の図、図１２は各スクリューごとの樹脂が溶融する状態の詳細比較図、図１３は各スクリューごとの樹脂が溶融する状態の比較図である。なお、図１０において、横軸に指標εを、縦軸に樹脂がフライト形成部４５（図９）の前端に到達したときの温度を、図１１において、横軸に指標εを、縦軸に樹脂が完全に溶融した後に加熱シリンダ１７内に留まる滞留時間を、図１２において、横軸にスクリューストロークＳを、縦軸にスクリュー有効長Ｌを採ってある。

図１０及び１１において、Ｑ１は、従来の射出装置における標準スクリューを使用したときの樹脂が溶融する状態を、Ｑ２は、本実施の形態において、シングルフライトの、射
出部材としての、かつ、計量部材としてのスクリュー２０を備えた射出装置３１（図４）を使用したときの樹脂が溶融する状態を、Ｑ３は、第２の実施の形態において、ダブルフライトのスクリュー２０（図９）を備えた射出装置３１を使用したときの樹脂が溶融する状態を表す。また、Ｑ４は、シングルフライトのスクリュー２０を備えた射出装置３１を使用したときの、樹脂が完全に溶融した後に加熱シリンダ１７内に留まる滞留時間を、Ｑ５は、ダブルフライトのスクリュー２０を備えた射出装置３１を使用したときの、樹脂が完全に溶融した後に加熱シリンダ１７内に留まる滞留時間を表す。また、Ｔａは樹脂が完全に溶融する温度である。

前述されたように、ダブルフライトのスクリュー２０においては、第１、第２の各溝６７ａ、６７ｂ内において各ペレット１９に圧力が加わることがなく、シングルフライトのスクリュー２０と比較して、各ペレット１９が互いの動きを拘束するのを防止することができる。その結果、樹脂を十分に溶融させることができるので、状態Ｑ３で表される温度を、状態Ｑ２で表される温度より高くすることができる。

そして、図１２及び１３において、×は、樹脂を十分に溶融させることができなかった、又は樹脂焼けが発生するのを防止することができなかったことを、△は、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを防止することができたことを、○は、樹脂を一層良好に溶融させることができたこと、すなわち、樹脂を完全に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを確実に防止することができたことを表す。

また、図１２は、フライト山径Ｄｉ（図５）が２２〔φ：ｍｍ〕、３２〔φ：ｍｍ〕、６３〔φ：ｍｍ〕及び８４〔φ：ｍｍ〕であり、フライト山径Ｄｉに応じて決まるスクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを有するシングルフライトのスクリュー２０及びダブルフライトのスクリュー２０を使用し、可塑化を行い、樹脂が溶融する状態を評価した結果を示す。

そして、図１２において、各フライト山径Ｄｉを表す縦の線の左側は、シングルフライトのスクリュー２０を使用したときの評価結果であり、縦の線の右側は、ダブルフライトのスクリュー２０を使用したときの評価結果である。

また、Ｑ１１〜Ｑ１４は、それぞれ、指標εが２．０、２．５、４．０及び４．５になる線であり、後述されるように、シングルフライトのスクリューについては、線Ｑ１２及びＱ１４を境に樹脂の溶融状態が変化し、ダブルフライトのスクリューについては線Ｑ１１及びＱ１３を境に樹脂の溶融状態が変化することが分かる。

すなわち、図１２及び１３に示されるように、シングルフライトのスクリュー２０においては、前記指標εを、
２．５＜ε＜４．５
の範囲に収まるようにすると、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを防止することができ、指標εを、
３．０＜ε＜４．０
の範囲に収まるようにすると、樹脂を完全に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを確実に防止することができた。

また、ダブルフライトのスクリュー２０においては、前記指標εを、
２．０＜ε＜４．０
の範囲に収まるようにすると、樹脂を十分に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを防止することができ、指標εを、
２．５＜ε＜３．５
の範囲に収まるようにすると、樹脂を完全に溶融させることができ、しかも、樹脂焼けが発生するのを確実に防止することができた。

シングルフライトのスクリュー２０においては、指標εが
ε≦２．５
になる領域において、スクリュー有効長ＬがスクリューストロークＳに対して短いので、樹脂を溶融させるための展開距離を十分に確保することができない。したがって、樹脂を十分に溶融させることができなくなり、成形不良が発生してしまう。

また、シングルフライトのスクリュー２０においては、指標εが
４．５≦ε
になる領域において、ダブルフライトのスクリュー２０においては、指標εが
４．０≦ε
になる領域において、スクリュー有効長ＬがスクリューストロークＳに対して必要以上に長くなるので、樹脂が加熱シリンダ１７内に滞留する時間が長くなり、樹脂焼けが発生する恐れがある。

そして、指標εが
ε≦２．０
になる領域においては、スクリュー有効長ＬがスクリューストロークＳより短くなるので、スクリュー２０が後退限位置に置かれたときに、スクリューヘッド６１が樹脂供給口２５より後方に位置してしまう。したがって、射出装置３１において射出を行うことができない。

なお、前記各実施の形態においては、案内部８４内を各ペレット１９が一列になって落下して樹脂供給口６５に供給されるように設定されるが、必ずしも一列にする必要はなく、樹脂が溶融させられる前の段階で、各ペレット１９に圧力が加わらないように、加熱シリンダ１７とスクリュー２０との間において各ペレット１９間に隙間が生じた状態が形成されればよい。例えば、あらかじめ設定された供給量の樹脂を、設定された時間ごとにまとめて供給することによって、各ペレット１９に圧力が加わらないようにすることができる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

Claims (3)

1. （ａ）加熱シリンダと、
   （ｂ）該加熱シリンダ内において、回転自在に配設されたスクリューと、
   （ｃ）該スクリューの後端に配設された駆動装置とを有するとともに、
   （ｄ）前記スクリューは、本体部分、及び該本体部分の外周面に突出させて形成されたフライトを備えた可塑化部を備え、
   （ｅ）スクリューストロークをＳとし、スクリュー有効長をＬとし、スクリューストロークＳ及びスクリュー有効長Ｌを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を指標εとしたとき、該指標εは、
   ２．０＜ε＜４．５
   にされることを特徴とする射出装置。
2. 前記可塑化部の所定の区間に設定された溝深さ設定領域において、成形材料の径をδ１とし、前記フライトに沿って形成された溝の溝深さをτ１としたとき、径δ１に対する溝深さτ１の比γ１は、
   １≦γ１≦２．５
   にされる請求項１に記載の射出装置。
3. 加熱シリンダ長をＬｈとしたとき、スクリューストロークＳ及び加熱シリンダ長Ｌｈを加算した値をスクリューストロークＳによって除算した値を指標ε’としたとき、該指標ε’は、
   ２．０＜ε’＜４．５
   にされる請求項１に記載の射出装置。

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