(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項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ータリング部の外径Ｄが１００ｍｍ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を該メータリング部の外径Ｄで除した比Ｌ／Ｄが１０以下あると共に、スレッド長が、Ｌ／Ｄが２０から２４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ッド長の３０から３００％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。
【請求項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ータリング部の外径と、樹脂材料を可塑化するコンプレッショ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ード部のチャンネル深さが、コンプレッション部のチャ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ュー。
【請求項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ピッチが、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ョ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。
【請求項４】
樹脂材料を可塑化シリンダ内に導入する前記フィー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ュー。
【請求項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ードプレート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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ー及び可塑化機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ュー（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ュ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１０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設計のスクリューを用いると、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。
【０００３】
これを防止するため、例えば電線被覆用にはＬ／Ｄが２４、射出成形用にはＬ／Ｄが１８〜２０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、例えばスクリューの外径Ｄを２０ｍｍ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４８０ｍｍ程度、射出成形用スクリューでは３６０ｍｍ以上となる。このように、スクリューの外径Ｄ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。
【０００４】
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、例えばスクリューの有効長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（特許文献１参照）や、スクリューのＬ／Ｄ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（特許文献２参照）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ューを用いる構成（特許文献３参照）も提案されている。
【０００５】
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ー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ーター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。
【０００６】
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、シア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、一般的にシア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、複数のスレッドが形成されるスクリューは、フルフライトスクリュ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ー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。
【０００７】
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ー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、スクリューの前進動させて、溶融樹脂をトー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（特許文献４参照）。
【０００８】
しかしこの特許文献４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／Ｄは一般的な射出成形用の１８〜２０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。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３１２４４３号公報
【特許文献２】特開２０００−７１２５２号公報
【特許文献３】特開２００２−６７１１０号公報
【特許文献４】特開平１１−１９８１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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ーであって、スクリューの先端に形成されるメータリング部の外径Ｄが１００ｍｍ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を該メータリング部の外径Ｄで除した比Ｌ／Ｄが１０以下あると共に、スレッド長が、Ｌ／Ｄが２０から２４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ッド長の３０から３００％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。
【００１２】
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タリング部の外径と、樹脂材料を可塑化するコンプレッショ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ード部のチャンネル深さが、コンプレッショ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。
【００１３】
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ピッチが、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ョ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。
【００１４】
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ードプレート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。
【発明の効果】
【００１５】
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２０〜２４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、スクウェアピッチのスクリューと記す）のスレッド長の３０〜３００％となるようにフライトピッチを設計すると、Ｌ／Ｄを１０以下としてもスレッド長が長く確保できる。
【００１６】
スレッド長が長くなると、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、スクリューの外径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。
【００１７】
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ィード部の外径を、樹脂材料を計量するメータ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、樹脂材料のペレッ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、コンプレッション部においては、スクリュ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ッ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。
【００１８】
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タ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。そしてコンプレッショ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。
【００１９】
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、メータ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、フィー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ューのスレッド長を確保することができる。
【００２０】
ここで請求項５に記載のように、トーピードを備えるトーピードプレートが、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、このトーピードプレー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、設備コストの低廉化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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タレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、一般的な熱可塑性エラストマー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、φ３ｍｍ×２ｍｍのものなどである。
【００２３】
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９０ｍｍ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６０ｍｍ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ーは、外径が１００ｍｍ程度以下、特に９０ｍｍ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１０以下（例えばＬ／Ｄが５又は１０）で、スレッド長が、同一の外径で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％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、６０〜１５０％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。
【００２４】
すなわち、スクリューのスレッド長が、Ｌ／Ｄが２０〜２４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ッド長の３０〜３００％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、スクリュ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７０〜７００％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。
【００２５】
一方、フライトピッチを小さくすると、スクリューの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ュ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。
【００２６】
したがって、このようなＬ／Ｄ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。
【００２７】
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／Ｄが５及び１０、スクリューの外径Ｄが２２ｍｍのスクリューのスレッド長とフライトピッチの計算結果、Ｌ／Ｄが２０のスクウェアピッ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。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
評価は、ポリブチレンテレフタ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φ３ｍｍ×２ｍｍのものを用いた。なお、フィラーは用いなかった。スクリューの回転数は、１５０〜３６０回転毎分の範囲とした。また、ヒータにより可塑化シリンダを加熱している。ヒータによる加熱温度は、ポリブチレンテレフタレート樹脂の場合には３００〜３６０℃、ポリプロピレン樹脂の場合には２００〜２８０℃とした。
【００３０】
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。「○」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。「×」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。
【００３１】
なお、最上段のＬ／Ｄが２０、外径が２２ｍｍ、ピッチが２２ｍｍ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。
【００３２】
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、スレッド長はスレッド長はＬ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の５０％の長さとなる。フライトピッチが１１ｍｍ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９２％の長さとなる。フライトピッチが８ｍｍ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２０のスクリューのスレッド長の２２０％の長さとなる。このようなフライトピッチとすると、スレッド長は、いずれも「好ましい範囲」である３０〜３００％の範囲に調整される。
【００３３】
樹脂材料の可塑化状態は、フライトピッチが１１ｍｍ又は８ｍｍ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、スレッド長が「より好ましい範囲」、すなわち、Ｌ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の６０〜１５０％の範囲にある。また、フライトピッチが２２ｍｍ又は５ｍｍ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。これらのスクリューは、スレッド長が、Ｌ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の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。
【００３４】
次いでＬ／Ｄが５に設計されるスクリューについて述べる。フライトピッチが１１ｍｍ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４５．９％の長さとなる。フライトピッチが８ｍｍ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、スレッド長はＬ／Ｄが２０のスクリューのスレッド長の９８％の長さとなる。フライトピットをこのように設計すると、スレッド長は前記「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２２ｍｍ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２５％の長さとなり、「好ましい範囲」の範囲外となる。
【００３５】
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、スレッド長が前記の「より好ましい範囲」にある。また、フライトピッチが１１ｍｍ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２２ｍｍ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。
【００３６】
このように、スクリューのスレッド長が、「好ましい範囲」になるためには、Ｌ／Ｄが１０のスクリューにおいては、フライトピッチが５ｍｍ、８ｍｍ、１１ｍｍ、２２ｍｍ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、１１ｍｍ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、１１ｍｍ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。
【００３７】
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１ａは、フライトピッチが１１ｍｍで、スレッド長は、Ｌ／Ｄが２０に設計されるスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の９２％の長さを有する。また図１（ｂ）に示すスクリュー１ｂは、フライトピッチが８ｍｍで、スレッド長は、Ｌ／Ｄが２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の１２５％の長さを有する。このように、これらのスクリュー１ａ、１ｂ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）に示すスクリュー１ｃは、フライトピッチは２２ｍｍで、スレッド長は、Ｌ／Ｄ＝２０のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長の５０％の長さである。すなわちこのスクリュー１ｃは、スレッド長が前記「好ましい範囲」にはあるが、「より好ましい範囲」にはない例である。
【００３８】
なお、本実施例に係るスクリューのスレッド長の「好ましい範囲」は、同径でＬ／Ｄが２０又は２４のスクウェアピッチのスクリューのスレッド長に対し、３０〜３００％である。しかし、樹脂材料のフィラー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、スクリューにバリヤフライトやサブフライトを形成したり、ダルメージやシアエレメントを設けたり、あるいはスレッド数を増やすなどが挙げられる。
【００３９】
なお、適用できる樹脂材料は、前記ポリブチレンテレフタレート樹脂、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、シンジオスタチックポリスチレン（ＳＰＳ）樹脂が挙げられる。
【００４０】
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、メータ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ッ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。
【００４１】
図２（ａ）（ｂ）は、本実施例に係るスクリュ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、スクリューは外観を示している。また、図２は、スクリューの外径や谷径（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。
【００４２】
図２（ａ）（ｂ）に示すスクリュー５０ａ、５０ｂは、フィード部５１ａ、５１ｂの外径がメータリング部５３ａ、５３ｂの外径より大きく形成される。図２（ａ）に示すスクリュー５０ａは、フィード部５１ａの谷径が、メータリング部５３ａの谷径やコンプレッション部５２ａの谷径に比較して大きく形成される。図２（ｂ）に示すスクリュー５０ｂは、フィード部５１ｂの谷径が、メータリング部５３ｂの谷径やコンプレッション部５２ｂ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５５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。
【００４３】
これらのスクリュー５０ａ、５０ｂについて詳しく説明する。図２（ａ）に示すスクリュー５０ａは、フィード部５１ａは外径、谷径とも均一な円柱状に形成される。コンプレッション部５２ａのフィード部５１ａ寄りの部位５９ａは、フィード部５１ａからメータリング部５３ａ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、メータリング部５３ａ側に向かうに従って徐々に浅くなる。また、コンプレッション部５２ａのメータリング部５３ａ寄りの部位５８ａ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５３ａ側に向かうにつれて増大する。従って、コンプレッション部５２ａのチャンネル深さは、メータリング部５３ａ側に向かうにつれて徐々に浅くなる。メータリング部５３ａは外径及び谷径とも一定の円柱状に形成される。
【００４４】
図２（ｂ）に示すスクリュー５０ｂは、フィード部５１ｂの谷径がメータリング部５３ｂの谷径より小さく形成される。フィード部５１ｂ及びメータリング部５３ｂ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。コンプレッション部５２ｂのフィード部５１ｂ寄りの部位５９ｂの谷径は、フィード部５１ｂと同一の径で円柱状に形成される。コンプレッション部５２ｂのメータリング部５３ｂ寄りの部位５８ｂの谷径は、フィード部５１ｂ寄りの部位５９ｂからメータリング部５３ｂ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５１ｂ寄りの部位５９ｂとメータリング部５３ｂとをなだらかに接続する。
【００４５】
フィード部５１ｂ及びメータリング部５３ｂ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５１ｂの外径は、メータリング部５３ｂの外径より大きく形成される。コンプレッション部５２ｂのフィード部５１ｂ寄りの部位５９ｂの外径は、フィード部５１ｂ側からメータリング部５３ｂ側に向かうにつれて徐々に減少する。一方、コンプレッション部５２ｂのメータリング部５３ｂ寄りの部位５８ｂの外径は一定で、メータリング部５３ｂの外径と等しく形成される。
【００４６】
このように、フィード部５１ａ、５１ｂにおけるチャンネル深さがコンプレッション部５２ａ、５２ｂやメータリング部５３ａ、５３ｂに比較して大きいと、フィード部５１ａ、５１ｂにおける樹脂材料の十分な供給量を確保できる。そして、コンプレッション部５２ａ、５２ｂのチャンネル深さが、フィード部５１ａ、５１ｂ側からメータリング部５３ａ、５３ｂ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。
【００４７】
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、フィード部のフライトピッチが大きく形成される。そしてコンプレッ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。
【００４８】
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３０は、Ｌ／Ｄが５に設計される。なお図３（ｂ）に示すスクリュー５０２は比較例である。この図３（ｂ）に示すスクリュー５０２は、スクリューの有効長の全長に亘ってフライトピッチが一定に形成される。
【００４９】
本実施例のスクリュー３０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３１の谷径と、メータリング部３３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３３の谷径はフィード部３１の谷径より大きく形成される。また、コンプレッション部３２の谷径は、フィード部３１側の端部はフィード部３１の谷径に等しく、メータリング部３３側の端部はメータリング部３３の谷径に等しい。そして、このコンプレッション部３２の谷径は、フィード部３１側の端部からメータリング部３３側の端部に向かって、徐々に大きくなる。
【００５０】
そしてスクリュー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３１のフライトピッチＰｆが、メータリング部３３のフライトピッチＰｍより大きい値に設計される。特に、フィード部３１のフライトピッチＰｆは、メータリング部のフライトピッチＰｍ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、コンプレッション部３２のフライトピッチは、フィード部３１側端からメータリング部３３側端にかけて徐々に小さくなり、フィード部３１およびメータリング部３３のスクリューフライトとなだらかに接続する。
【００５１】
なお、メータリング部３３とコンプレッション部３２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３３の範囲内においても、フライトピッチがスクリュ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３３のフライトピッチが一定ではなくなるが、少なくともメータリング部３３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。
【００５２】
このように、フィード部３１のフライトピッチＰｆを大きくとると、フィード部３１における樹脂材料の供給量（噛み込み量）を安定させることができる。コンプレッション部３２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３０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３３のフライトピッチＰｍ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。
【００５３】
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ューによれば、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ィラー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ペレットサイズやスクリューに設けるスレッド数によっては、スクリューのスレッ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、スレッド長を前記「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。
【００５４】
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、スクリューにバリヤフライトやサブフライトを形成したり、ダルメージやシアエレメントを設けたり、スレッド数を増やしたりするといっ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ューの前方、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ードプレートが配設される構成である。
【００５５】
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１０の一端には、シリンダヘッド１１と、トーピード１２が配設されるトーピードプレート１３と、スペーサ１４とが積み重ねられて固定される。
【００５６】
トーピードプレート１３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、略紡錘形状のトーピード１２が配設される構成を有する。ここで図４（ｂ）は、トーピードプレート１３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１２は、少なくとも１枚以上のフィン（支持片）１６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。そしてトーピード１２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１７が形成される。
【００５７】
スペーサ１４は、トーピードプレート１３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１９が形成される。なお、この樹脂材料の経路１９の内径は、可塑化した樹脂材料の円滑な流動を図るため、トーピードプレート１３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。
【００５８】
シリンダヘッド１１には、トーピードプレート１３と接合する側の面の略中央に、トーピード１２と干渉しないように凹部２０が形成される。この凹部２０の中心にはトーピードプレート１３やスペーサ１４の樹脂材料の経路１９より小径の貫通孔である樹脂材料の経路２１が形成される。このようにシリンダヘッド１１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。
【００５９】
そして可塑化シリンダ１０の一端に、可塑化シリンダ１０の側から、スペーサ１４、トーピードプレート１３、シリンダヘッド１１の順に積み重ねて装着し、各部材に形成されるボルト孔２５、２５、・・・を介して可塑化シリンダ１０の一端にボルト１５、１５、・・・により固定される。
【００６０】
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１ａ、１ｂおよびトーピード１２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、トーピード１２のトーピードプレート１３の円盤面から突出する部位が、シリンダヘッド１１の凹部２０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、トーピード１２のスクリュー１ａ、１ｂの側に突出する部位は、スペーサ１４によりスクリュー１ａ、１ｂに干渉しない位置に固定される。また、可塑化シリンダ１０の外周面には、樹脂材料を加熱するヒータ１０１が配設される場合がある。
【００６１】
このような構成によれば、可塑化シリンダ１０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１３の樹脂材料の経路１７及びトーピード１２の外周面とシリンダヘッド１１の凹部２０の内周面との隙間を流れる。そして、シリンダヘッド１１の樹脂材料の経路２１からシリンダヘッド１１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。
【００６２】
なお、トーピードプレート１３に配設されるトーピード１２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１３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１３の厚さをトーピード１２の長さより長くし、スペーサ１４を用いなくともトーピード１２とスクリュー１ａ、１ｂと干渉しない構成であっても良い。
【００６３】
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１３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。
【００６４】
このように、前記Ｌ／Ｄが１０以下の短尺のスクリューを用いて連続的に吐出を行う場合、特にＬ／Ｄが５以下のスクリューを用いる場合に、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挿着できる構成とし、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。
【００６５】
また、トーピード１２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、トーピード１２を支持するフィン（支持片）１６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ー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。
【００６６】
トーピードプレート１３の交換は、可塑化シリンダ１０の外部からボルト１５を着脱するのみで行うことができ、スクリュ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（すなわちトーピードプレートの交換）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。
【００６７】
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ー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。
【００６８】
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が、複数のトーピードプレートを挿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プレートを複数枚組み合わせて用いると、フィンがスタティックミキサー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。
【００６９】
なお、前記構成においては、トー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、クロスヘ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タレート、ポリプロピレン、一般的な熱可塑性エラストマーに限定されるものではない。
【００７０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】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２２ｍｍ、フライトピッチが１１ｍｍに設計されたもの、（ｂ）はスクリューの外径Ｄが２２ｍｍ、フライトピッチが８ｍｍに設計されたもの、（ｃ）はスクリューの外径Ｄが２２ｍｍ、フライトピッチが２２ｍｍに設計されたものである。
【図２】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、（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、（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】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。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ、１ｂ、１ｃ  スクリュー
１０  可塑化シリンダ
１１  シリンダヘッド
１２  トーピード
１３  トーピードプレート
１７  可塑化した樹脂材料の経路
【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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