WO2005028184A1

WO2005028184A1 - 樹脂材料の可塑化用スクリュー及び可塑化機構

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Publication number: WO2005028184A1
Application number: PCT/JP2004/014318
Authority: WO
Inventors: Yoshifumi Okabe; Toshiaki Suzuki
Original assignee: Autonetworks Technologies, Ltd.; Sumitomo Wiring Systems, Ltd.; Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-03-31
Also published as: DE112004001758T8; JP2005119277A; DE112004001758T5; US20070104021A1

Abstract

吐出される溶融樹脂を安定した溶融状態及び吐出状態に維持しつつ、Ｌ／Ｄを小さくすることにより可塑化装置の小型化を図ることができる射出成形用のスクリュー及び可塑化装置を提供すること。スクリュー１a、１ｂ、１ｃの有効長Ｌをスクリューの外径Ｄで除した比Ｌ／Ｄが１０以下であると共に、スレッド長が、同径でＬ／Ｄが２０～２４のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の３０～３００％となるようにフライトピッチが設計されてなり、このスクリュー１a、１ｂ、１ｃの先端近傍には、貫通孔が形成されて外観通孔の内部に少なくとも１枚以上の支持片で支持される紡錘形のトーピード１２が配設されると共に、前記貫通孔の内周面と前記トーピード１２の外周面との間には可塑化した樹脂材料の経路１７が形成されるトーピードプレート１３が配設される。

Description

明細 ^

樹脂材料の可塑化用スクリユー及び可塑化機構技術分野

本発明は、可塑化した樹脂材料を吐出して樹脂成形品を得る射出成形機又は押出成形機などに用いられる樹脂材料の可塑化用スクリュー及び可塑化機構に関し、さらに詳しくは、小型の射出成形機や押出成形機などの可塑化シリンダ（加熱シリンダ）や射出シリンダなどに適用され、樹脂材料の可塑化状態を均一にして吐出するために用いられる樹脂材料の可塑化用スクリュ一及び可塑化機構に関する。背景技術

樹脂材料の射出成形や押出成形に用いられる、樹脂材料を可塑化して送り出すために可塑化シリンダ内に配設される可塑化用スクリユー（以下、単に「スクリュー」と記す）は、一般的に外周面に螺旋状のスクリユーフライトが形成される部位の長さ L (以下、この長さをスクリューの有効長 Lと記す）をスクリューフライトの頂上の径 D (以下、この径をスクリューの外径 Dと記す）で除して示した比（以下、 L/Dと記す）が 1 0以下であると、樹脂材料の可塑化状態が安定しない。このため、このような L/D設計のスクリユーを用いると、未溶融樹脂や半溶融樹脂が可塑化シリンダあるいは射出シリンダから吐出され、成形不良が生じたり、成形不可能となったりする。

これを防止するため、例えば電線被覆用には L/Dが 2 4、射出成形用には L /Dが 1 8 〜 2 0に設計されたスクリューが用いられている。このような L/D設計とすると、例えばスクリユーの外径 Dを 2 O mm 程度としても、スクリューの有効長 Lは、電線被覆用スクリューでは 4 8 0 m m程度、射出成形用スクリューでは 3 6 0 mm以上となる。このように、スクリユーの外径！）を小さくしてもスクリューの有効長 L及び全長を短くすることができないから、射出成形機や押出成形機の小型化を図ることが困難である。

スクリューの短尺化と均一な可塑化状態の樹脂材料の安定供給の両立を図ることができる構成として、例えばスクリユーの有効長 Lを短くする一方で外径 Dを大きくし、可塑化シリンダの内壁面（加熱面）とスクリューの外周面（可塑化面）で大きなせん断を発生させて樹脂材料を可塑化する構成（特開平 6— 3 1 2 4 4 3号公報参照）や、スクリューの L ZDを 1 〜 3の範囲とし、可塑化シリンダの外周面に配設される温度調整装置によって温度制御を行う構成（特開 2 0 0 0— 7 1 2 5 2号公報参照）などが提案されている。また、このほかにも円錐形状のスクリユーを用いる構成（特開 2 0 0 2 - 6 7 1 1 0号公報参照）も提案されている。

前記各特許文献に記載の構成は、大口径あるいは円錐形状のスクリュ一を用いることにより、樹脂材料にせん断を与える面積を増大させ、せん断発熱による可塑化を促して樹脂材料の可塑化状態の安定化を図るものである。しかし、大口径のスクリューを用いると、スクリューの有効長を短くすることはできるものの、占有体積は必ずしも減少するものではない。また、大口径のスクリューを駆動させるにはモ一夕一などの駆動系を大きくする必要もある。このため射出成形機や押出成形機などの小型化を図ることは困難である。また、円錐形のスクリューと円錐形の可塑化シリンダの組合せは加工が比較的困難である。

このほか、樹脂材料の可塑化を促進させる構成として、スクリューにバリヤフライトやサブフライトを形成する構成、ダルメージ構造を設ける構成、シァエレメントを設ける構成、あるいはスレッド数を増やすといった構成も広く用いられている。しかし、一般的にシァエレメントなどの公知の混練構造を有するスクリューや、複数のスレツドが形成されるスクリューは、フルフライトスクリユーに比べて連続吐出時に吐出量あるいは計量が安定しにくいという欠点を有する。また、このような構成では最適な条件で吐出できるよう、樹脂材料の種類に応じたスクリュ一を用いる必要がある。このため、スクリューの管理や取替えに手間を要するから、実際の製造現場においてはあまり好ましい構成ではないと考えられる。

更に、可塑化シリンダの先端近傍にトーピード（スプレッダとも呼ばれる）と呼ばれる紡錘形の部材を配設する構成も用いられている。この構成は、可塑化した樹脂材料の流動経路の断面積を小さくすることで樹脂材料のせん断速度を速くしてせん断発熱を促進し、樹脂材料の可塑化状態の安定化を図るものである。例えばセルロース系材料の粉末と樹脂からなる材料を、スクリューとトーピ一ドの間に形成される樹脂溜にスクリューによって送り込み、スクリユーの前進動させて、溶融樹脂をト一ピードとバレルの間に形成される流路を通じて射出する構成が提案されている（特開平 1 1— 1 9 8 1 6 4号公報参照）。

しかしこの特開平 1 1— 1 9 8 1 6 4号公報には、一般的に公知であるせん断発熱により樹脂が可塑化すること、及び表面外観や手触りを調整するためにトーピードの溝形状を変更することは記載されているが、トーピードの支持構造や取付構造は明確ではない。また、スクリューも短く特殊なものとされているが、 L Z Dは一般的な射出成形用の 1 8〜 2 0に対してどの程度相違するのかや、スクリューの具体的な構造は開示されていない。

上記事情に鑑み、本発明が解決しょうとする課題は、スクリューの外径を極端に大きくすることなく L /Dを小さくして射出成形機や押出成形機などの小型化を図ること、及びスクリューを短くしても樹脂材料の均一な可塑化状態の維持と可塑化した樹脂材料の吐出の安定の両立を図ることができる樹脂材料の可塑化用スクリュー及び可塑化機構を提供することである。発明の開示

このような課題を解決するため、請求項 1に記載の発明は、成形用の樹脂材料を可塑化する可塑化シリンダ内に配設される可塑化用スクリュ一であって、スクリユーの先端に形成されるメータリング部の外径！が 1 0 0 mm以下で、かつ、スクリユーの外周面に螺旋状のスクリューフライトの形成される部位の長さ Lを該メ一夕リング部の外径 Dで除した比 L /Dが 1 0以下あると共に、スレッド長が、 /0が2 0から 2 4 でスクリュ一フライトのピッチがメ一夕リング部の外径 Dに等しく設計されるスクリューのスレッド長の 3 0から 3 0 0 %の範囲の長さとなるようにフライトピッチが設計されてなることを要旨とするものである。そして、請求項 2に記載のように、樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入するフィード部の外径が、樹脂材料の押し出し量を一定量に保つメー夕リング部の外径と、樹脂材料を可塑化するコンプレツシヨン部の外径よりも大きく設計されてなると共に、スクリューフライトにより形成される前記フィ一ド部のチャンネル深さが、コンプレヅシヨン部のチャンネル深さより大きく設計されてなることが望ましい。

また、請求項 3に記載のように、樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入するフィード部のフライトビヅチが、樹脂材料の押し出し量を一定に保つメータリング部のフライトピッチより大きく、前記メータリング部の外径の寸法より小さく設計されてなると共に、樹脂材料を可塑化するコンプレッシヨン部のフライトピッチは、フィード部側からメータリング部側にかけて徐々に減少するように設計されてなることが望ましく、より好ましくは、請求項 4に記載のように、樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入するフィード部のフライトピッチは、樹脂材料の押し出し量を一定に保つメータリング部のフライトピッチの 1 . 5倍より大きく設計されてなることが望ましい。

請求項 5に記載の発明は、樹脂材料を可塑化する可塑化シリンダの内部に、請求項 1ないし請求項 4に記載の可塑化用スクリューが配設されると共に、該可塑化用スクリューの樹脂材料の流れの下流側には樹脂材料の流路の中央部位に位置してトーピードが支持されるトーピ一ドブレ一卜が着脱可能に配設され、前記可塑化シリンダ内の樹脂材料は該トーピードプレートのトーピードの周囲を迂回して流れるように構成されることを要旨とするものである。

請求項 1に記載の発明のように、スクリューのスレッド長が、同一外径のスクリューで、 L / Dが 2 0〜2 4の範囲に設計され、かつメータリング部のスクリューの外径 Dとフライトピッチの寸法とが等しく設計されたもの (このように設計されるスクリューを、以下、スクウヱアビツチのスクリューと記す）のスレッド長の 3 0〜3 0 0 %となるようにフライトピッチを設計すると、 L /Dを 1 0以下としてもスレッド長が長く確保できる。

スレツド長が長くなると、可塑化シリンダ内において樹脂材料にせん断がかけられる距離が長くなり、また、スクリューの回転数が従前と同一であれば樹脂材料が可塑化シリンダ内に滞留する時間が長くなるから、加熱時間も長くなる。このため、樹脂材料の可塑化が促進される。一方、従前と同一回転数では吐出量が減少することから、吐出量を維持するために回転数を高くすると、樹脂材料にかかるせん断力が大きくなって可塑化が促進される。このように、スクリユーの外径 Dを極端に大きくすることなく、樹脂材料の可塑化状態を安定させることができ、樹脂材料の可塑化状態の安定化と射出成形機又は押出成形機の小型化の両立を図ることができる。

そして請求項 2に記載の発明のように、樹脂材料を供給するフイード部の外径を、樹脂材料を計量するメ一夕リング部の外径に比較して大きくすると、フィード部のチャンネル深さを深くできる。このため、仮にフィード部のフライトピッチが、樹脂材料のペレツトサイズに比較して十分大きく取れない場合であっても、十分な量の樹脂材料の供給が行われるようになる。そして、コンプレツシヨン部においては、スクリユーの外径が徐々に小さくなることから、樹脂材料にはスクリュースレヅドの空間体積が減少することによる圧縮も加わる。このため、スクリューが短尺であっても速やかに樹脂材料が可塑化され、樹脂材料の可塑化状態を安定させることができる。

請求項 3に記載の発明のように、フィード部のフライトピッチがメー夕リング部のフライトピッチに比較して大きく形成されると、フィード部において可塑化シリンダ内への樹脂材料の十分な供給量を確保でき、安定して樹脂材料を供給することができる。そしてコンプレヅシヨン部においてチャンネル深さが浅くなることにより、樹脂材料に圧縮がかかると共に、フライトピッチが徐々に小さくなることによる圧縮も加わることから、スクリユーが短尺であっても速やかに樹脂材料が可塑化され、樹脂材料の可塑化状態を安定させることができる。

そして請求項 4に記載のように、フィード部のフライトピッチが、メ —夕リング部のフライトピッチの 1 . 5倍以上で、メータリング部のスクリュー外径の寸法以下であれば、フィ一ド部における樹脂材料の供給を安定させつつ、可塑化状態の安定化のためにスクリユーのスレッド長を確保することができる。

ここで請求項 5に記載のように、ト一ピードを備えるト一ピードブレ —トが、可塑化シリンダのスクリュー先端近傍に配設される構成と、前記スクリューとを組み合わせて用いる可塑化機構とすることにより、スクリューの構造やスクリューの駆動機構を複雑化や射出成形機の大型化を招くことなく、吐出される樹脂材料の可塑化状態の更なる安定化を図ることができる。また、このトーピードブレ一トを交換可能とすることにより、最適な条件で樹脂材料を射出できる。このため、樹脂材料ごとに異なるスクリューを用意する必要がなくなり、設備コス卜の低廉化を図ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施例に係るスクリューの構造を示した外観平面図であり、（a )はスクリューの外径 Dが 2 2 mm、フライトピッチが 1 1 mmに設計されたもの、（b ) はスクリューの外径 Dが 2 2 mm、フライトピッチが 8 mmに設計されたもの、（ c )はスクリューの外径 D が 2 2 mm、フライトピッチが 2 2 mmに設計されたものである。

図 2は、第 2の実施例に係るスクリューの構造と、このスクリューが可塑化シリンダ内に配設された状態を模式的に示した平面図であり、 ( a )はフィード部の谷径が大きく形成されるもの、（ b )は小さく形成されるものを示す。

図 3 ( a ) は第 2の実施例に係るスクリューの構造を示した外観平面図であり、図 3 ( b ) は比較のための従来例である。

図 4 ( a ) は本発明に係る樹脂材料の可塑化機構が組み込まれた可塑化シリンダを分解した状態を示す外観斜視図であり、図 4 ( b ) はこの可塑化シリンダに挿着されるトーピードプレートの正面図である。

図 5は、前記樹脂材料の可塑化機構が組み込まれた可塑化シリンダの構造を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する o

本発明に係るスクリューの適用対象となる樹脂材料の種類は限定されるものではないが、特にポリブチレンテレフ夕レート（P B T )樹脂、ポリプロピレン（P P ) 樹脂、一般的な熱可塑性エラストマ一材料などに好適に適用できる。また、ペレットは、一般に流通している寸法形状ものが適用できる。例えば、 ø 3 mm X 2 mmのものなどである。

一般的な事務机上で利用するためには、スクリュー外径を 9 0 mm程度以下とすることが好ましく、小型可塑化装置に適用するためには、スクリュー外径を 6 0 mm程度以下にすることがより好ましい。そこで、このような用途にも利用できるよう、本発明に係る樹脂材料のスクリュ一は、外径が 1 0 0 mm程度以下、特に 9 0 mm程度以下のものに好適に適用される。そして、スクリューの有効長 Lをスクリューの外径 Dで除して示した比 L /Dが 1 0以下（例えば L ZDが 5又は 1 0 ) で、スレッド長が、同一の外径で L/Dが 2 0〜2 4のスクウエアピッチのスクリューのスレヅド長の 3 0〜3 0 0 %程度（以下、この範囲を「好ましい範囲」と記すことがある）、より好ましくは、 6 0〜 1 5 0 %程度（以下、この範囲を「より好ましい範囲」と記すことがある）となるようにフライトピッチが設計される。このように設計されると、樹脂材料の良好な可塑化状態の維持と、スクリューの小型化による射出成形機の小型化の両立を図ることができる。

すなわち、スクリューのスレッド長が、 L /Dが 2 0〜2 4で同一の外径を有するスクウェアピッチのスクリューのスレヅド長の 3 0〜3 0 0 %となるようにフライトピッチを調整したスクリューによれば、スクリユーの回転数を従前と同一とすると、 1回転当たりの吐出量が減少するため、樹脂材料の滞留時間が従前の 7 0〜7 0 0 %程度となり、従前と同程度〜従前より長時間滞留させることができる。一般に可塑化シリンダ内における樹脂材料の急速な可塑化は、樹脂原料のせん断発熱が主な熱源であるといわれている。しかし、せん断発熱ほど急速な可塑化ではないものの、可塑化シリンダに加えられる熱によっても樹脂材料の可塑化は生じる。したがって樹脂材料が可塑化シリンダ内に滞留する時間を長くすると、樹脂材料はせん断による発熱と可塑化シリンダに加えられる熱により可塑化されるから、半溶融樹脂や未溶融樹脂が残ることなく可塑化されて可塑化状態が安定となる。

一方、フライトピヅチを小さくすると、スクリユーの 1回転当たりの可塑化した樹脂材料の吐出量が減少することから、樹脂材料の吐出量を確保するためにはスクリューの回転数を上昇させる必要がある。吐出量を従前と同等の量に維持するためにスクリユーの回転数を上昇させると、樹脂材料に大きなせん断力がかかって樹脂材料がより可塑化しやすくなり、樹脂材料の可塑化状態を安定させることができる。

したがって、このような L ZD設計のスクリューによれば、樹脂材料の良好な可塑化状態を維持しつつ、スクリューの全長を短くでき、スクリューの外径を極端に大きくする必要もない。このため、スクリューの小型化や短尺化によって射出成形機又は押出成形機を小型化できる。このように、吐出される樹脂材料の可塑化状態の安定化と、射出成形機又は押出成形機の小型化の両立を図ることができる。

次に示す表 1は、本実施の第 1の実施例のスクリューとして、 L ZD が 5及び 1 0、スクリューの外径 Dが 2 2 mmのスクリユーのスレヅド長とフライトピッチの計算結果、 L Z Dが 2 0のスクウエアピヅチのスクリューのスレッド長との比較、及び、各スクリューを用いた場合の樹脂材料の可塑化状態の評価を示した表である。【表 1】

評価は、ポリブチレンテレフ夕レート樹脂及びポリプロピレン樹脂のそれぞれに対して行った。ペレットは 03mmx 2mmのものを用いた。なお、フイラ一は用いなかった。スクリューの回転数は、 1 50〜36 0回転毎分の範囲とした。また、ヒー夕により可塑化シリンダを加熱している。ヒ一夕による加熱温度は、ポリブチレンテレフ夕レート樹脂の場合には 300〜360°C、ポリプロピレン樹脂の場合には 200〜2 80°Cとした。

この表 1の「可塑化状態評価」の項目において、「◎」は、樹脂材料が完全に可塑化し、射出成形する上で問題がないことを示す。「〇」は、樹脂材料が可塑化するが、やや温度が不安定となる状態を示す。「X」は、可塑化状態が悪く、完全に可塑化していない樹脂材料が混ざる場合があることを示す。

なお、最上段の L/Dが 20、外径が 22mm、ピッチが 22 mmのスクリューは、従来設計のスクリューであり、比較のために記載したものである。

まず L/Dが 10に設計されるスクリューについて述べる。表 1に示すように、フライトピッチが 22mmに設計されると、スレッド長はスレヅド長は L/Dが 20のスクリユーのスレツド長の 50 %の長さとなる。フライトピッチが 1 1 mmに設計されると、スレツド長は L/Dが 20のスクリューのスレッド長の 92%の長さとなる。フライトピッチが 8 mmに設計されると、スレッド長は、 L/Dが 20のスクリユーのスレツド長の 125%の長さとなる。フライトピッチが 5mmに設計されると、スレッド長は、 L/Dが 2◦のスクリューのスレッド長の 22 0%の長さとなる。このようなフライトピッチとすると、スレツド長は、いずれも「好ましい範囲」である 30〜300 %の範囲に調整される。樹脂材料の可塑化状態は、フライトピッチが 1 1mm又は 8 mmに設計されるスクリユーを用いると、いずれも樹脂材料が完全に可塑化し、射出成形する上で問題がない状態となった。これらのスクリューは、スレヅド長が「より好ましい範囲」、すなわち、 LZDが 20のスクリユーのスレッド長の 60〜150%の範囲にある。また、フライトピッチが 22 mm又は 5 mmに設計されるスクリューを用いると、樹脂材料は可塑化した。これらのスクリュ一は、スレツド長が、 L/Dが 20のスクリューのスレヅド長の 30〜300 %の範囲（すなわち「好ましい範囲」）にあるが、前記の「より好ましい範囲」からは外れるものである。

次いで L/Dが 5に設計されるスクリユーについて述べる。フライトピッチが 1 1mmに設計されると、スレヅド長は LZDが 20のスクリユーのスレツド長の 45. 9 %の長さとなる。フライトピッチが 8 mm に設計されると、スレッド長は L/Dが 20のスクリユーのスレッド長の 62%の長さとなる。フライトピッチが 5mmに設計されると、スレヅド長は L/Dが 20のスクリユーのスレッド長の 98%の長さとなる c フライトピヅトをこのように設計すると、スレツド長は前記「好ましい範囲」の範囲内に調整される。一方、フライトピッチが 22 mmに設計されると、スレッド長は L/Dが 20のスクリューのスレッド長の 2 5%の長さとなり、「好ましい範囲」の範囲外となる。

樹脂材料の可塑化状態は、フライトピッチが 8mm及び 5mmに設計されるスクリューを用いると、いずれも樹脂材料が完全に可塑化し、射出成形する上で問題がない状態となった。これらのスクリューは、スレヅド長が前記の「より好ましい範囲」にある。また、フライトピッチが 1 1mmに設計されるスクリユーを用いると、樹脂材料は可塑化した。これらのスクリューは、スレッド長が前記「好ましい範囲」にあるが、「より好ましい範囲」からは外れるものである。一方、フライトピッチが 22 mmに設計されるスクリューを用いると、樹脂材料の可塑化状態は悪く、完全に可塑化していない樹脂材料が混ざった状態となった。このスクリューは、スレッド長が「好ましい範囲」の範囲外にあるものである。

このように、スクリューのスレツド長が、「好ましい範囲」になるためには、 L/D力 s 10のスクリユーにおいては、フライトピッチが 5mm、 8mm、 l lmm、 22 mmのいずれに設計されるものでもよい。ただし、「より好ましい範囲」とするためには、フライトピッチが 8mm、 1 1 mmに設計されることが好ましい。一方、 L/Dが 5のスクリューにおいては、「好ましい範囲」とするためには、フライトピッチが 5mm、 8mm、 1 1mmに設計されることが好ましい。そして、「より好ましい範囲」とするためには、フライトピッチが 5mm又は 8mmに設計されることが好ましい。

図 1 (a) (b) (c) は、表 1に示した実施例のうち、 L/Dが 10 に設計されるスクリューの構造を示した外観平面図である。このうち、図 1 (a) に示すスクリュー 1 aは、フライトピッチが 1 1 mmで、スレヅド長は、 L/Dが 20に設計されるスクウエアピッチのスクリユーのスレッド長の 92%の長さを有する。また図 1 (b) に示すスクリュ — 1 bは、フライトピッチが 8mmで、スレッド長は、 L/Dが 20のスクウェアピヅチのスクリユーのスレッド長の 125 %の長さを有する _c このように、これらのスクリユー l a、 l bのスレッド長は、いずれも前記「より好ましい範囲」内にある。図 1 ( c ) に示すスクリユー 1 c は、フライトピッチは 2 2 mmで、スレツド長は、 L / D = 2 0のスクウェアピッチのスクリューのスレツド長の 5 0 %の長さである。すなわちこのスクリュー 1 cは、スレツド長が前記「好ましい範囲」にはある力「より好ましい範囲」にはない例である。

なお、本実施例に係るスクリユーのスレッド長の「好ましい範囲」は、同径で L /Dが 2 0又は 2 4のスクウエアピッチのスクリューのスレツド長に対し、 3 0〜3 0 0 %である。しかし、樹脂材料のフイラ一の量によってもスレッド長の好ましい範囲は変化する。また、樹脂材料の可塑化状態の更なる安定化を図るため、各種公知の樹脂材料の可塑化を促進する構造を付加又は併用するものであってもよい。例えば、スクリュ一にバリヤフライトゃサブフライトを形成したり、ダルメージやシァェレメントを設けたり、あるいはスレツド数を増やすなどが挙げられる。なお、適用できる樹脂材料は、前記ポリブチレンテレフ夕レート樹脂、ポリプロピレン樹脂に限定されるものではなく、前記温度範囲で可塑化する樹脂材料であれば適用可能である。例えば、ナイロン、芳香族ナイロン、シンジォス夕チヅクポリスチレン（S P S ) 樹脂が挙げられる。次いで、第 2の実施例に係るスクリューについて説明する。本実施例に係るスクリューは、フィード部のチャンネル深さが、メ一夕リング部 +のチャンネル深さに比較して深く形成される。このように形成されると、フィード部における樹脂材料の十分な供給量を確保できる。なお、本実施例に係るスクリューのスレツド長とフライトピッチは、前記第 1の実施例と同一に設計される。

図 2 ( a ) ( b ) は、本実施例に係るスクリユーの具体的な形状と、このスクリューが可塑化シリンダ内に配設された状態を模式的に示した断面図である。なお、可塑化シリンダは切断して示しているが、スクリュ一は外観を示している。また、図 2は、スクリユーの外径ゃ谷径（本明細書において、谷径とは、スクリューの外径からチャンネル深さを差し引いた径をいう。）の相違が分かりやすいように、スクリューの半径方向に引き延ばして示しており、実際の形状とは異なる。

図 2 ( a ) ( b ) に示すスクリユー 5 0 a、 5 O bは、フィ一ド部 5 1 a、 5 1 bの外径がメータリング部 5 3 a、 5 3 bの外径より大きく形成される。図 2 ( a ) に示すスクリュ一 5 0 aは、フィード部 5 1 aの谷径が、メ一夕リング部 5 3 aの谷径ゃコンプレッシヨン部 5 2 aの谷径に比較して大きく形成される。図 2 ( b )に示すスクリュ一 5 0 bは、フィード部 5 1 bの谷径が、メータリング部 5 3 bの谷径ゃコンプレッシヨン部 5 2 bの谷径に比較して最も小さく形成される。なお、可塑化シリンダ 5 5の内壁面の形状は、スクリューの各部の外径に合わせて形成される。

これらのスクリユー 5 0 a、 5 0 bにづいて詳しく説明する。図 2 ( a ) に示すスクリュー 5 0 aは、フィード部 5 1 aは外径、谷径とも均一な円柱状に形成される。コンプレヅシヨン部 5 2 aのフィード部 5 1 a寄りの部位 5 9 aは、フィード部 5 1 aからメ一夕リング部 5 3 a側に向かって外径及び谷径共に減少する。そして外径の減少量は谷径の減少量より大きく、チャンネル深さは、メ一夕リング部 5 3 a側に向かうに従つて徐々に浅くなる。また、コンプレツシヨン部 5 2 aのメータリング部 5 3 a寄りの部位 5 8 aは、外径は均一で円柱状に形成されるが、谷径はメータリング部 5 3 a側に向かうにつれて増大する。従って、コンプレヅシヨン部 5 2 aのチャンネル深さは、メータリング部 5 3 a側に向かうにつれて徐々に浅くなる。メータリング部 5 3 aは外径及び谷径とも一定の円柱状に形成される。

図 2 ( b ) に示すスクリュー 5 0 bは、フィード部 5 1 bの谷径がメ —夕リング部 5 3 bの谷径より小さく形成される。フィード部 5 1 b及びメ一夕リング部 5 3 bの谷径は、それぞれの部位においては一定で円柱形状に形成される。コンプレツシヨン部 5 2 bのフィード部 5 1 b寄りの部位 5 9 bの谷径は、フィード部 5 1 bと同一の径で円柱状に形成される。コンプレツシヨン部 5 2 bのメータリング部 5 3 b寄りの部位 5 8 bの谷径は、フィード部 5 1 b寄りの部位 5 9 bからメ一タリング部 5 3 bに向かってテーパ状に徐々に増大する。そしてフィード部 5 1 b寄りの部位 5 9 bとメータリング部 5 3 bとをなだらかに接続する。フィード部 5 1 b及びメータリング部 5 3 bの外径は、それぞれの部位内においては一定な径の円柱状に形成される。また、フィード部 5 1 bの外径は、メータリング部 5 3 bの外径より大きく形成される。コンプレヅシヨン部 5 2 bのフィード部 5 1 b寄りの部位 5 9 bの外径は、フィード部 5 1 b側からメ一夕リング部 5 3 b側に向かうにつれて徐々に減少する。一方、コンプレヅシヨン部 5 2 bのメータリング部 5 3 b 寄りの部位 5 8 bの外径は一定で、メータリング部 5 3 bの外径と等しく形成される。

このように、フィード部 5 1 a、 5 1 bにおけるチャンネル深さがコンプレヅシヨン部 5 2 a、 5 2 bやメータリング部 5 3 a、 5 3 bに比較して大きいと、フィード部 5 1 a、 5 1 bにおける樹脂材料の十分な供給量を確保できる。そして、コンプレツシヨン部 5' 2 a、 5 2 bのチヤンネル深さが、フィード部 5 1 a、 5 1 b側からメータリング部 5 3 a、 5 3 bに向かうにつれて浅くなるように形成されると、樹脂材料に圧縮が加わって可塑化が促進される。従ってスクリューの短縮化と樹脂材料の吐出状態の安定化の両立を図ることができる。

次いで第 3の実施例について説明する。本実施例に係る可塑化用スクリューは、フィード部において樹脂材料の供給量を安定させるため、フイード部のフライトピッチが大きく形成される。そしてコンプレツション部のフライトピッチがメータリング部に向かうにつれて徐々に減少する事により樹脂材料に圧縮が加えられる。したがって、短尺であっても速やかに樹脂材料を可塑化することができる。なお、スクリューのスレッド長は第 1の実施例と同一に設計される。

図 3 ( a ) は、第 3の実施例に係るスクリューの構造を示した外観平面図である。この図 3 ( a ) に示すスクリュー 3 0は、 L /Dが 5に設計される。なお図 3 ( b ) に示すスクリュー 5 0 2は比較例である。この図 3 ( b ) に示すスクリユー 5◦ 2は、スクリューの有効長の全長に亘つてフライトビツチが一定に形成される。

本実施例のスクリュー 3 0は、外径は有効長の全長にわたって一定で円柱状に形成される。フィード部 3 1の谷径と、メ一夕リング部 3 3の谷径は、それぞれの部位において一定で略円柱状に形成される。ただしメータリング部 3 3の谷径はフィード部 3 1の谷径より大きく形成される。また、コンプレツシヨン部 3 2の谷径は、フィード部 3 1側の端部はフィード部 3 1の谷径に等しく、メータリング部 3 3側の端部はメー夕リング部 3 3の谷径に等しい。そして、このコンプレヅシヨン部 3 2 の谷径は、フィード部 3 1側の端部からメータリング部 3 3側の端部に向かって、徐々に大きくなる。

そしてスクリュ一のスレッド長は前記「好ましい範囲」を充足しつつ、フィード部 3 1のフライトピッチ P _fが、メータリング部 3 3のフライトピッチ P _mより大きい値に設計される。特に、フィード部 3 1のフライトピッチ P fは、メータリング部のフライトピッチ P _mの 1 . 5倍以上でメータリング部の外径 Dの寸法以下の範囲に設計されることが望ましい。また、コンプレツシヨン部 3 2のフライドピッチは、フィード部 3 1側端からメータリング部 3 3側端にかけて徐々に小さくなり、フィード部 3 1およびメータリング部 3 3のスクリューフライトとなだらかに接続する。

なお、メ一夕リング部 3 3とコンプレヅシヨン部 3 2との境界においてスクリューフライトをなだらかに接続するため、メータリング部 3 3 の範囲内においても、フライトピッチがスクリユーの先端側に向かって減少する部分を形成する必要が生じうる。従って、メータリング部 3 3 のフライトピッチが一定ではなくなるが、少なくともメ一夕リング部 3 3の先端から 4ピッチ分、より望ましくは 6ピッチ分はフライトピッチが一定であることが望ましい。このように設計されると、可塑化した樹脂材料の吐出が安定的に行えるようになる。

このように、フィード部 3 1のフライトピヅチ P ._fを大きくとると、フィード部 3 1における樹脂材料の供給量（嚙み込み量）を安定させることができる。コンプレヅシヨン部 3 2においては、チャンネル深さの減少による圧縮に加えて、フライトピッチの減少による圧縮も与えられるから、スクリュー 3 0が短尺であっても速やかに樹脂材料が可塑化される。メータリング部 3 3のフライトピッチ P _mは一定に形成されるから、可塑化した樹脂材料は安定的に吐出される。このため、スクリューの短尺化と、吐出される樹脂材料の可塑化状態及び吐出状態の安定化の両立を図ることができる。

次いで、前記各スクリューと組み合わせて好適に用いられる樹脂材料の可塑化機構について説明する。前記構成の各スクリユーによれば、樹脂材料の可塑化状態を安定させつつスクリューの長さを短くできる。しかしながら、樹脂材料に添加するフイラ一が多いなどの理由により、樹脂材料の可塑化が困難となる場合がある。また、使用する樹脂材料のぺレツトサイズゃスクリューに設けるスレツド数によっては、スクリューのスレツド長が前記好ましい範囲となるように設計されると、フィード部のフライトピッチが過小となる場合が生じ得る。この場合には、樹脂材料の供給量の確保が困難となり得る。このほか、スレツド長を前記「好ましい範囲」に設定することが困難となる場合が生じうる。

このような場合には、樹脂材料の可塑化を促進するための公知の各種構成を付加することもできる。具体的には前述のとおり、スクリューにノリャフライトゃサブフライトを形成したり、ダルメージゃシァエレメントを設けたり、スレツド数を増やしたりするといつた構成が挙げられる。本発明に係る樹脂材料の可塑化機構は、これらの構成に加え、あるいはこれらの構成の代わりに適用されるものである。具体的には、可塑化シリンダのスクリユーの前方、すなわち可塑化した樹脂材料の流れの下流側に、樹脂材料の可塑化を促進するトーピ一ドプレートが配設される構成である。

図 4 ( a ) は、本発明の可塑化機構が組み込まれた可塑化シリンダの一端を分解した状態を示した外観斜視図である。この図 4 ( a ) に示すように、可塑化シリンダ 1 0の一端には、シリンダヘッド 1 1 と、ト一ピード 1 2が配設されるト一ピードブレ一ト 1 3と、スぺーサ 1 4とが積み重ねられて固定される。

トーピードプレート 1 3は、円盤状の部材の略中央に貫通孔が形成され、この貫通孔の内部には、略紡錘形状のト一ピード 1 2が配設される構成を有する。ここで図 4 ( b ) は、トーピ一ドプレート 1 3の外観平面図である。この図 4 ( b ) に示すように、トーピード 1 2は、少なくとも 1枚以上のフィン（支持片） 1 6により支持される。なお、図 4 ( b ) においては 4枚のフィンにより支持される構成の例を示す。そしてトーピ一ド 1 2の外周面と貫通孔の内周面との間には、隙間状に溶融樹脂の経路 1 7が形成される。

スぺーサ 1 ₄は、トービードブレート 1 3と同様の円盤形状の部材であり、その略中央には、貫通孔である樹脂材料の経路 1 9が形成される。なお、この樹脂材料の経路 1 9の内径は、可塑化した樹脂材料の円滑な流動を図るため、トーピ一ドブレート 1 3に形成される貫通孔の径と略同一であることが望ましい。

シリンダへヅド 1 1には、トーピードプレート 1 3と接合する側の面の略中央に、トーピード 1 2と干渉しないように凹部 2 0が形成される。この凹部 2 0の中心にはトーピードプレート 1 3ゃスぺーサ 1 4の樹脂材料の経路 1 9より小径の貫通孔である樹脂材料の経路 2 1が形成される。このようにシリンダヘッド 1 1の中心には全体として断面形状が漏斗状の貫通孔が形成される。

そして可塑化シリンダ 1 0の一端に、可塑化シリンダ 1 0の側から、スぺーサ 1 4、トーピードプレート 1 3、シリンダへヅド 1 1の順に積み重ねて装着し、各部材に形成されるボルト孔 2 5、 2 5、 · · ' を介して可塑化シリンダ 1 0の一端にボルト 1 5、 1 5、 · · ·により固定され

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図 5は、本発明に係る樹脂材料の可塑化機構が組み付けられた状態を示した断面図である。なお、図 5においては、スクリュー l a、 l bおよびトーピ一ド 1 2は断面ではなく外観を示している。組み付けられた状態において、ト一ピ一ド 1 2のトーピードプレート 1 3の円盤面から突出する部位が、シリンダヘッド 1 1の凹部 2 0に所定の隙間をもって接触しないように収納される。一方、ト一ピード 1 2のスクリュー 1 a、 1 bの側に突出する部位は、スぺーサ 1 4によりスクリユー 1 a、 l b に干渉しない位置に固定される。また、可塑化シリンダ 1 0の外周面には、樹脂材料を加熱するヒ一夕 1 0 1が配設される場合がある。

このような構成によれば、可塑化シリンダ 1 0から送り出された可塑化した樹脂材料は、トーピードプレート 1 3の樹脂材料の経路 1 7及びトーピード 1 2の外周面とシリンダへヅド 1 1の凹部 2 0の内周面との隙間を流れる。そして、シリンダヘッド 1 1の樹脂材料の経路 2 1からシリンダヘッド 1 1に装着されるノズルなど（図示せず）に送られて吐出される。

なお、トーピ一ドプレート 1 3に配設されるト一ピード 1 2は、その一端あるいは両端が必ずしもトーピードプレート 1 3の端面から突出するように形成される必要はない。例えば、トーピードプレート 1 3の厚さをト一ピード 1 2の長さより長くし、スぺーサ 1 4を用いなくともト一ピ一ド 1 2とスクリュー 1 a、 1 bと干渉しない構成であっても良い。

また、樹脂材料に混入している異物を除去するために、異物除去用のスクリーン部材（例えば、ステンレス製の金網などの網目状の板材など）を配設する必要がある場合には、トーピードプレート 1 3の前後いずれかに、スクリーン部材を保持するためにブレーカプレートを挿入する構成としてもよい。

このように、前記 LZDが 1 0以下の短尺のスクリユーを用いて連続的に吐出を行う場合、特に L /Dが 5以下のスクリユーを用いる場合に、可塑化シリンダに、トーピードが形成されたトーピードプレートを揷着できる構成とし、このトーピードプレートにより樹脂材料の可塑化状態の改善を図るようにすれば、スクリューの駆動機構の複雑化や大型化を招くことがない。このため、射出成形機または押出成形機を小型に維持しつつ、樹脂材料の可塑化状態の更なる安定化を図ることができる。

また、トーピード 1 2の形状や貫通孔との隙間などの流路面積や、プレートの表面処理、ト一ピード 1 2を支持するフィン（支持片） 1 6の数や形状は、吐出を行う樹脂によって異なるものである。従って、あらかじめ樹脂材料の種類に応じたトーピ一ドプレートを複数種類用意しておき、交換できるようにすることが望ましい。

トーピードプレート 1 3の交換は、可塑化シリンダ 1 0の外部からボルト 1 5を着脱するのみで行うことができ、スクリユーの交換に比較して容易に行うことができる。このため、樹脂材料ごとの最適な可塑化状態を得るための調整（すなわちトーピ一ドプレートの交換）の作業は短時間で可能であり、射出成形機又は押出成形機の調整作業の効率化を図ることができる。

更に、トーピードプレートのような部材は、スクリューに比べて一般的に安価である。このため、可塑化する樹脂材料の種類ごとにトーピードプレートを用意したとしても、樹脂材料の種類ごとに異なるスクリュ一を用意する場合に比較して、設備コストを低く抑えられる。

また、図 5においては 1枚のトーピードプレートを挿着する構成を示している力 ^s、複数のトーピードブレートを揷着する構成であっても良い。例えばトーピードを支持するフィンの位置や数の異なるトーピードブレ一トを複数枚組み合わせて用いると、フィンがス夕テイツクミキサ一のような機能を有する。このように、構造の異なるトーピードプレートを複数枚組み合わせることで、溶融樹脂の均一な可塑化以外の効果をも得られるものである。

なお、前記構成においては、ト一ピードプレートがノズルと可塑化シリンダの間に装着される構成を示しているが、クロスへッドを用いて押出成形を行うような場合には、トーピードプレートが、可塑化シリンダとクロスヘッドの間に装着される構成であってもよい。例えば、適用対象となる樹脂材料は、実施例に記載したポリブチレンテレフ夕レート、ポリプロピレン、一般的な熱可塑性エラストマ一に限定されるものではない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。

Claims

請求の範囲

1 . 成形用の樹脂材料を可塑化する可塑化シリンダ内に配設される可塑化用スクリューであって、スクリューの先端に形成されるメ一夕リング部の外径 Dが 1 0 0 m m以下で、かつ、スクリューの外周面に螺旋状のスクリューフライトの形成される部位の長さ Lを該メ一夕リング部の外径 Dで除した比 L ZDが 1 0以下あると共に、スレッド長が、 L /D が 2 0から 2 4でスクリューフライトのピッチがメータリング部の外径 Dに等しく設計されるスクリューのスレツド長の 3 0から 3 0 0 %の範囲の長さとなるようにフライトピッチが設計されてなることを特徴とする樹脂材料の可塑化用スクリュー。

2 . 樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入するフィード部の外径が、樹脂材料の押し出し量を一定量に保つメ一夕リング部の外径と、樹脂材料を可塑化するコンプレッシヨン部の外径よりも大きく設計されてなると共に、スクリユーフライトにより形成される前記フィ一ド部のチャンネル深さが、コンプレッシヨン部のチヤンネル深さより大きく設計されてなることを特徴とする請求項 1に記載の樹脂材料の可塑化用スクリユー

3 . 樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入するフィード部のフライトビツチが、樹脂材料の押し出し量を一定に保つメータリング部のフライトピッチより大きく、前記メ一夕リング部の外径の寸法より小さく設計されてなると共に、樹脂材料を可塑化するコンプレツシヨン部のフライトピッチは、フィード部側からメータリング部側にかけて徐々に減少するように設計されてなる.ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の樹脂材料の可塑化用スクリュー。

4 . 樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入する前記フィ一ド部のフライトピッチが、樹脂材料の押し出し量を一定に保つ前記メータリング部のフライトピッチの 1 . 5倍より大きく設計されてなることを特徴とする請求項 3に記載の樹脂材料の可塑化用スクリユー。

5 . 樹脂材料を可塑化する可塑化シリンダの内部に、請求項 1ないし請求項 4に記載の可塑化用スクリユーが配設されると共に、該可塑化用スクリユーの樹脂材料の流れの下流側には樹脂材料の流路の中央部位に位置してトーピードが支持されるト一ピードブレー卜が着脱可能に配設され、前記可塑化シリンダ内の樹脂材料は該トーピードプレートのトーピードの周囲を迂回して流れるように構成されることを特徴とする樹脂材料の可塑化機構。