(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング部材との対向面に耐磨耗部が配設されるスクリューヘッドであって、
リング部材、スクリューヘッド共に、可動方向はスクリュー軸方向であり、
前記リング部材との対向面に、前記スクリュー軸方向に第１の深さを有する第１凹部と、前記スクリュー軸方向に前記第１の深さより深い第２の深さを有する第２凹部とを有し、前記第１凹部及び前記第２凹部に前記耐摩耗部が配設され、
前記耐磨耗部は、前記第１凹部と前記第２凹部に対応して、第１の厚さを有する第１の耐磨耗部と、該第１の厚さより厚い第２の厚さを有する第２の耐磨耗部と、を有するスクリューヘッド。
【請求項２】
前記第２の耐磨耗部は、前記第１の耐磨耗部よりも径方向外方に配設される請求項１に記載のスクリューヘッド。
【請求項３】
前記第２の耐磨耗部は、表面が前記対向面に連続する外周面に連続するように配設される請求項２記載のスクリューヘッド。
【請求項４】
前記耐磨耗部は、耐磨耗性溶射層である請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクリューヘッド。
【請求項５】
リング部材と対向するスクリューヘッド部材の基材を加工する工程であって、リング部材、スクリューヘッド共に、可動方向はスクリュー軸方向であり、前記リング部材と対向する対向面に、前記スクリュー軸方向に第１の深さを有する第１凹部、および前記スクリュー軸方向に第１の深さより深い第２の深さを有する第２の凹部を形成する工程と、
前記第１凹部、前記第２凹部に耐磨耗部を形成する工程と、
を含み、
前記耐摩耗部を形成する工程が、
前記第１凹部と前記第２凹部に対応して、第１の厚さを有する第１の耐摩耗部と、該第１の厚さより厚い第２の厚さを有する第２の耐摩耗部と、を形成する工程を含むスクリューヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記耐磨耗部を形成する工程が、
耐磨耗層を溶射する工程と、
溶射した前記耐磨耗層を機械加工により成形する工程と、
を含む請求項５に記載のスクリューヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記第１凹部は前記第２凹部に連続し、前記第２凹部は外周面に連続する請求項５又は６に記載のスクリューヘッドの製造方法。
【請求項８】
対向面を有するリング部材とスクリューヘッドであって、リング部材、スクリューヘッド共に、可動方向はスクリュー軸方向であり、
前記リング部材と対向するスクリューヘッドの対向面には、前記スクリュー軸方向に第１の深さを有する第１凹部と、前記スクリュー軸方向に前記第１の深さより深い第２の深さを有する第２凹部とを有し、前記第１凹部及び前記第２凹部に、前記スクリュー軸方向に第１の厚さの第１の耐磨耗部と前記スクリュー軸方向に該第１の厚さより厚い第２の厚さの第２耐磨耗部とが配設される、射出装置。
【請求項９】
前記スクリューヘッドにおいて、前記第１の耐磨耗部は対向面に配設され、前記第２の耐磨耗部は外周面に連続するように配設される請求項８に記載の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、射出成形機用のスクリューヘッド、その製造方法、および射出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機においては、シリンダ内において加熱、溶融された、樹脂等の成形材料を、金型のキャビティ空間に射出、充填し、冷却して固化させることによって成形品を得る。
【０００３】
射出成形機は、一般的に、金型装置、型締装置及び射出装置を有する。射出装置は、樹脂等を加熱して溶融させる加熱シリンダ、溶融させられた樹脂を射出する射出ノズルを備え、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。スクリューを、後端に配設された駆動部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、駆動部によって回転させることにより樹脂の計量が行われる。スクリューのヘッド部外側に樹脂流路を制御するリング部材が配置される。スクリューヘッドとリング部材の対向面における耐摩耗性を増加する種々の提案がされている。
【０００４】
特開昭６２−０３００１６号は、リング部材と接触するスクリューヘッドの後端部に粉体肉盛り溶接により合金からなる基材に硬質粒子を分散保持する肉盛り層を形成することを開示する。スクリューヘッドの垂直後端面から小径部に掛けて肉盛り層が形成される。
【０００５】
特開平０３−０６５３２１号は、リング部材と接触するスクリューヘッドの後端部に、合金からなる基材に硬質粒子を分散保持した合金でなり、予め製造された耐磨耗性部片を固着することを開示する。特開昭６２−０３００１６号開示の肉盛り層同様の形状の耐磨耗性部片が凹部に嵌入され、ろう接固着される。
【０００６】
実開平０５−０４１７１４号は、当接するスクリューヘッド後端部とリング部材前端部との対向面をタンタルカーバイドの耐磨耗溶着層で構成することを開示する。
【０００７】
特開昭６２−０６８７０３号は、それぞれ軸方向に垂直な、リング部材の前端面とスクリューヘッドの後端面とに、それぞれタングステンカーバイドを、例えば厚さ３ないし４ｍｍ溶射することを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−０３００１６号公報、
【特許文献２】特開平０３−０６５３２１号公報、
【特許文献３】特開昭６２−０６８７０３号公報、
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】実開平０５−０４１７１４号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スクリューヘッドとリング部材の対向面に耐磨耗層を形成することにより、耐磨耗性を向上することができる。しかし、スクリューヘッドの耐磨耗層が消滅すると、露出するスクリューヘッドの基材が、異常に磨耗する可能性がある。異常な磨耗の発生を抑制できるスクリューヘッドを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施例の１観点によれば、
リング部材との対向面に耐磨耗部が配設されるスクリューヘッドであって、
リング部材、スクリューヘッド共に、可動方向はスクリュー軸方向であり、
前記リング部材との対向面に、前記スクリュー軸方向に第１の深さを有する第１凹部と、前記スクリュー軸方向に前記第１の深さより深い第２の深さを有する第２凹部とを有し、前記第１凹部及び前記第２凹部に前記耐摩耗部が配設され、
前記耐磨耗部は、前記第１凹部と前記第２凹部に対応して、第１の厚さを有する第１の耐磨耗部と、該第１の厚さより厚い第２の厚さを有する第２の耐磨耗部と、を有するスクリューヘッド
が提供される。
【００１２】
本発明の実施例の他の観点によれば、
リング部材と対向するスクリューヘッド部材の基材を加工する工程であって、リング部材、スクリューヘッド共に、可動方向はスクリュー軸方向であり、前記リング部材と対向する対向面に、前記スクリュー軸方向に第１の深さを有する第１凹部、および前記スクリュー軸方向に第１の深さより深い第２の深さを有する第２の凹部を形成する工程と、
前記第１凹部、前記第２凹部に耐磨耗部を形成する工程と、
を含み、
前記耐摩耗部を形成する工程が、
前記第１凹部と前記第２凹部に対応して、第１の厚さを有する第１の耐摩耗部と、該第１の厚さより厚い第２の厚さを有する第２の耐摩耗部と、を形成する工程を含むスクリューヘッドの製造方法
が提供される。
【００１３】
スクリューヘッドの第１の耐磨耗部が消滅しても、第２の耐磨耗部は残るので、スクリューヘッド基材の異常な磨耗は抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、本発明の１実施例による、スクリューヘッドの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図２】図２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、本発明の１実施例による、逆止リングの製造プロセスを示す概略断面図である。
【図３】図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、実施例による射出装置の機能、動作を示す断面図である。
【図４】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、変形例を示す断面図である。
【図５】図５Ａは、射出成形機の構成例を示す断面図、図５Ｂは、射出装置の先端部分の概略拡大図、図５Ｃ，図５Ｄは、大径部の径方向及び軸方向に沿う断面図である。
【図６】図６Ａ，図６Ｂは、従来技術の課題を究明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図５Ａは、射出成形機の構成例を示す断面図である。図中左側に、金型装置と型締装置が結合された構造３０が示され、図中右側から中央部に射出装置４０が示されている。
【００１６】
図５Ｂは、射出装置のシリンダ内構造先端部分の概略拡大図である。スクリューヘッドＳＨを結合したスクリュー本体ＳＣＲが、シリンダＣＬ内に収容されている。スクリュー本体ＳＣＲは、前端部にシールリングＳＬを備え、前端部においてスクリューヘッドＳＨに結合される。スクリューヘッドＳＨは、左側から右側に向かうに連れ、先端から次第に径が増加する増径部１を介して大径部２が存在し、大径部２から右側に向かうに連れて、径が減少する減径部３を介して小径部４があり、再び径が増加する増径部５を介して、中径部６を形成している。減径部３、小径部４、増径部５の外側に、逆止リングＳＴが係合し、樹脂流通路を制御している。
【００１７】
図５Ｃは、大径部２の半径方向断面図を示し、図５Ｄは、図５ＣのＤ−Ｏ−Ｅに沿う軸方向断面図を示す。大径部２には溝ＴＲが形成され、樹脂の移動通路を構成する構造となっている。例えば、図５Ｃに示すように、大径部の表面から小径部の径に達する、４つの溝ＴＲが上下左右に配置される。
【００１８】
逆止リングＳＴは、全体的に円筒形状を有し、内周面が斜面を形成する減径部１３を介して円筒内面１４に連続している。逆止リングＳＴの減径部１３とスクリューヘッドの減径部３は、互いに平行で、対向配置される。逆止リングＳＴが右側に移動してシールリングＳＬと係合すると、樹脂の逆流を止める機能を有し、左側に移動すると破線で示すように、樹脂を左側に流動させることができる。
【００１９】
図示の都合上、シリンダＣＬ、逆止リングＳＴ、スクリューヘッドＳＨが半径方向に離れて配置されているかの様に示されている。実際には、シリンダＣＬと逆止リングＳＴは相互に移動可能であるが、間に樹脂の移動を許すスペースはない。逆止リングＳＴの減径部１３とスクリューヘッドＳＨの減径部３は、半径方向でオーバラップして配置され、逆止リングＳＴが左側に移動すると、スクリューヘッドＳＨの減径部３によって停止される構造である。
【００２０】
逆止リングを含め、スクリューヘッドの外側に配置されるリング状の部材をリング部材と呼ぶ。スクリューヘッドとリング部材の対向面は、互いに接触することにより、また樹脂がこれらの表面に接触しつつ移動することにより、磨耗する。
【００２１】
磨耗を抑制するために、射出装置のスクリューヘッドとリング部材の対向面に耐磨耗層を形成することができる。但し、スクリューヘッドの耐磨耗層が消滅した場合に好ましくない現象が生じる。
【００２２】
図６Ａは、スクリューヘッドＳＨの減径部に耐磨耗層ＷＲ１を形成し、対向するリング部材ＳＴの減径部に耐磨耗層ＷＲ２を形成した状態を示す。互いに接触、摩擦することにより、耐磨耗層ＷＲ１，ＷＲ２も磨耗する。スクリューヘッドＳＨ，リング部材ＳＴ共に、可動方向はスクリュー軸方向である。従って、耐磨耗層ＷＲ１，ＷＲ２の実効厚さは、スクリュー軸方向の長さであり、磨耗方向もスクリュー軸方向が基本となる。スクリュー軸方向に一定の厚さを有する耐磨耗層を形成するのが、効果的であろう。
【００２３】
図６Ｂは、スクリューヘッドＳＨの耐磨耗層ＷＲ１が対向面において消滅したが、リング部材ＳＴの耐磨耗層ＷＲ２は残存している状態を示す。スクリューヘッドＳＨの耐磨耗層ＷＲ１が、スクリュー軸方向に消費され、スクリューヘッドＳＨの基材が露出している。リング部材ＳＴの耐磨耗層ＷＲ２は高い硬度を有し、スクリューヘッドＳＨの基材を機械的に削り取る可能性がある。このような場合、スクリューヘッドＳＨに異常な磨耗が生じる可能性がある。スクリューヘッドＳＨの異常な磨耗は、好ましくない。異常な磨耗を抑制できる構造が望まれる。
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施例による、射出装置のスクリューヘッドとリング部材、及びそれらの製造プロセスを説明する。
【００２５】
図１Ａに示すように、スクリューヘッドＳＨの基材を機械加工して、外周面となる大径部２、対向面を構成する減径部３、小径部４の下地構造を形成する。破線は完成時の外形を示す。完成時の形状と比較すると、減径部３の後端面が軸方向に長さＬ掘り込まれて、第１の凹部３１が形成されており、大径部２の側面後部に第２の凹部２１が形成されている。
【００２６】
図１Ｂに示すように、第１の凹部３１、第２の凹部２１を埋め込むように、耐磨耗層１０ｒを溶射する。耐磨耗層１０ｒは、スクリューヘッドＳＨの基材より高硬度の対磨耗性材料で形成する。例えば、スクリューヘッドの基材がＳＫＤ６１（ＨＲＣ５３）である場合、ＨＲＣ５９程度の材料で形成する。制限的ではないが、例えば特開２０１０−０２４６２９の「発明の実施をするための最良の形態」の欄で提案した、Ｎｉ基、Ｃｏ基の硼素化合物を用いた溶射合金層で形成することができる。その他、タングステンカーバイド（ＷＣ），ＴｉＮ，ＴｉＣ等を用いることもできる。溶射層は、溶射後フュージングすることが望まれ、その際、割れなどの欠陥を防止するには、厚さは１ｍｍ程度以下とすることが望ましい。耐磨耗層１０ｒは、基材の表面上に厚さ１ｍｍ程度以下堆積される。
【００２７】
図１Ｃに示すように、耐磨耗層１０ｒを機械仕上加工して、設計形状の耐磨耗層１０ｃとする。第１の凹部３１に厚さ１ｍｍ程度以下の第１の耐磨耗層３２が成形され、第２の凹部２１に厚さ１ｍｍ程度以下の第２の耐磨耗層２２が成形される。第２の耐磨耗層２２の表面は、大径部２が構成する外周面と面一に連続する。ここで述べる耐磨耗層の厚さは、下地（基材）表面から法線方向に沿う厚さである。フュージングにおいて問題となる厚さは、この下地法線方向の厚さである。
【００２８】
耐磨耗層の磨耗は、スクリュー軸方向に沿って生じる。後ろ側からスクリュー軸方向に沿って見ると、リング部材と対向する減径部３に厚さ一定の第１の耐磨耗層３２が形成され、耐磨耗層３２の前方に大径部２の表面に沿う第２の耐磨耗層２２が形成される。耐磨耗層１０ｃをスクリュー軸方向に沿って見ると、減径部３から大径部２に移行する位置で、第２の耐磨耗層２２の表面が第１の耐磨耗層３２の表面から屈曲する。第２の耐磨耗層２２が第１の耐磨耗層３２の表面に対して斜め方向に延在するため、スクリュー軸方向に沿って見た時、第１の耐磨耗層３２と第２の耐磨耗層２２の合計厚さが増大する。耐磨耗層が一度に消滅することがなくなる。
【００２９】
耐磨耗層の成形後、図５Ｂに示すようなスクリューヘッド先端の増径部１、図５Ｃに示したような溝ＴＲの機械加工を行う。次に、スクリューヘッドＳＨの減径部と対向する減径部を有するリング部材の製造プロセスを説明する。
【００３０】
図２Ａに示すように，リング部材ＳＴ用の円筒状基材の内周側１端部を機械加工して、減径部１３を形成する。スクリューヘッドの減径部３とリング部材の減径部１３とは、対向面を構成し、互いに平行な面である。基材は、例えばスクリューヘッドの基材と同様の材料で形成される。
【００３１】
図２Ｂに示すように，減径部１３の表面に耐磨耗層１４ｒを形成する。耐磨耗層１４ｒは、例えば耐磨耗層１０ｒと同様の材料を、同様のプロセスで、同様の厚さ形成できる。
【００３２】
図２Ｃに示すように、堆積した耐磨耗層１４ｒを機械仕上加工して、設計形状の耐磨耗層１４ｃとする。例えば、減径部１３の表面を覆う耐磨耗層１４ｃが形成される。このように作成したスクリューヘッド、リング部材を用い、図５Ａ−５Ｄに示すような射出装置を作製する。
【００３３】
図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは射出装置の動作を示す概略断面図である。
【００３４】
図３Ａは、スクリューを回転して、樹脂を計量し、所定量の樹脂をスクリューヘッド前方に溜める動作を示す。この時、リング部材の減径部１３は、スクリューヘッドＳＨの減径部３と面接触する。
【００３５】
図３Ｂは、スクリューを前方に押し出し、スクリューヘッド前方に溜めた樹脂を射出する動作を示す。この時、リング部材の後端面はスクリュー本体の前端面と接し、樹脂の逆流を阻止する。
【００３６】
図３Ｃは、スクリューを前方に押し出した状態を保持し、射出成形を行う動作を示す。樹脂を押込むため、スクリューは前方に駆動される。
【００３７】
リング部材ＳＴの耐磨耗層１４ｃがスクリューヘッドＳＨの第１の耐磨耗層３２と対向する。スクリューヘッドＳＨの第１の耐磨耗層３２が消費され、消滅した場合、外周面を構成する大径部２に形成した第２の耐磨耗層２２がリング部材ＳＴの耐磨耗層１４ｃと接触することになる。充分高い硬度の耐磨耗層２２を露出させることにより、スクリューヘッドの基材の異常な磨耗は抑制できる。
【００３８】
以上実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能である。例示した形状、材料、数値などは制限的なものではない。
【００３９】
図４Ａは、スクリューヘッドＳＨの軸方向断面形状の変形例を示す。対向面である減径部３に形成する第１の凹部３１は、実施例同様であるが、外周面である大径部２に形成する第２の凹部２１は大径部の一部長さでなく、全長さに亘っている。第１の凹部３１、第２の凹部２１に耐磨耗層３２，２２を埋め込む。耐磨耗層２２の前方部分は、耐磨耗機能を向上はしないが、スクリューヘッドＳＨの基材加工形状が単純化される。
【００４０】
図４Ｂは、スクリューヘッドＳＨ大径部２後端部の変形例の半径方向断面図を示す。外周面において、最大径部から円周方向に沿って徐々に径を減少させる円周方向減径部が形成され、さらに溝ＴＲが形成されている。耐磨耗層２２が、最大径部から円周方向減径部に渡って形成されている。円周方向減径部に形成された耐磨耗層は、耐磨耗層の断面積を増大して耐磨耗機能を向上すると共に、基材との密着性を向上し、剥離などの発生を抑制する。
【００４１】
図４Ｃは、対向面の変形配置を示す。実施例においては、対向面を構成する減径部３と減径部１３が、スクリュー軸方向に対して斜めに傾斜する形状を示したが、スクリューヘッドの移動時にリング部材とスクリューヘッドとが面と面で接触する形状であればよい。図４Ｃにおいては、対向面３，１３がスクリュー軸方向に直交する垂直端面で形成される。スクリューヘッドの対向面３の径方向外側に、外周面２が存在することは、形状によらない。
【００４２】
その他、種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４３】
１    増径部、
２    大径部、
３    減径部、
４    小径部、
ＳＨ    スクリューヘッド、
ＳＴ    リング部材、
３１    第１の凹部、
２１    第２の凹部、
３２    第１の耐磨耗層、
２２    第２の耐磨耗層、
１４    リング部材の耐磨耗層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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