技能検定 射出成形の仕事

図解 射出成形機の構造 スクリューの役割 特級技能士が徹底解説

2018年7月14日

射出成形機は、プラスチック原料を溶かして金型に充填する機械です。

特に、加熱筒内のスクリューの構造は、内側は見えないのでイメージしずらいですね。

射出成形機の構造をポイントを押さえて紹介していきます。

  • 射出成形の仕組み
  • 射出成形機の構造
  • スクリューの構造
  • せん断熱とは?
  • スクリュー3点セットの役割
  • スクリュー3点セットの構造
プラ太郎
射出成形機が、どの様に原料を溶かして、金型に充填してるか詳しく解説していきます👍

 

射出成形機の構造 スクリューの役割

 

1.射出成形機とは?

射出成形機はプラスチック原料を溶かして、金型に充填する成形する機械です。

射出成形機は、3つのユニットで構成されています。

  1. 射出ユニット
  2. 型締ユニット
  3. コントローラー

 

ⅰ.射出ユニット

射出ユニットは、

  • 原料を溶かして混ぜる
  • 金型内に充填する   役割を担っています。

一般的な射出成形機では、加熱筒内の1本のスクリューが回転と前後動作をし、
原料を溶かし、金型内に充填
をします。

 

ⅱ.型締ユニット

型締ユニットは、金型を開閉します。

また、製品を突き出します。(エジェクト動作、エジェクター)

通常、成形機のサイズは、型締力の強さで呼ばれます。

50t、100t、180t、350t、650t、1000tなど。

ⅲ.コントローラー

コントローラーは、

射出ユニット、型締ユニットの制御部です。

射出、金型開閉値を設定します。

 

2.スクリューの役割

射出ユニットの役割を解説していきます。

加熱筒の中は、スクリューが入っています。

スクリューの役割は、

  1. 計量スクリューを回転させ、原料を溶かす。
  2. 射出計量した原料を金型内に充填。

この2工程を1本のスクリューで行います。

ⅰ. 計量

  1. 原料は、加熱筒へ自重落下します。
  2. スクリューを回転させることで、スクリューの溝に沿って
    原料が溶け
    前方へ送られます
    原料は下記2つの熱により溶融します。
    加熱筒のバンドヒーターからの熱
    混練によって発生するせん断熱(下記に解説)
  3. 溶融した原料は、圧縮混練されながら先端部に送られると共に
    スクリューは後方へ下がっていきます。
    この時、スクリューを後方から押す力(背圧)をかけ、密度を上げます。
  4. 金型に充填される量(計量完了値)まで、スクリューは回転後退します。
    最後に計量した原料にかかる圧を抜くためにサックバック(無回転後退)をします。
【せん断熱とは?】

射出成形機の加熱筒内で、原料を計量するには、背圧をかけながらスクリュー回転します。
スクリューの形状は、溝が後方から供給され、中間部になるに連れ徐々に浅くなっていきます。
原料は溶けながら、空間が狭くなっていき、圧縮されていきます。

この圧縮された時に発生する熱を せん断熱 と呼びます。

スクリュー回転、背圧を高くすると、せん断熱は強くなります。

プラ太郎
スクリューの構造上、どの原料も滞留します。
この滞留部がスクリューに焼き付き、炭化物となって練り込み異物の原因になります。
スクリュー回転と背圧は、冷却時間に間に合えば成形サイクルには影響がないので、
スクリュー回転を、高回転、高背圧は不要です。

ⅱ. 射出

  1. 計量された原料は、スクリューを前方に押し込む事で、金型内に充填されます。

 

 

3.スクリュー・スクリュー先端の構造

(ⅰ)スクリュー全体図

スクリューの全体図は下記になります。

①スクリュー

②スクリュー先端  の2つの部門で構成されています。

 

(ⅱ)スクリューの構造

スクリューは、細かく分けると3つの部門で構成されています。

  1. 供給部
  2. 圧縮部
  3. 計量部

それぞれに特徴があり別の役割を担っています。

 

①供給部(後方 全長の1/2)

自重落下してきた原料をスクリュー回転によって前に送ります。

まだ十分に溶融していないのでこの部分では、
原料のかさがが大きいのでスクリューの溝が深くなっております。

②圧縮部(中央 全長の1/4)

前に送られた原料が圧縮混練されます。
ここではスクリューの溝が徐々に浅くなっていきます。
原料はバンドヒーターの熱と回転の摩擦熱(せん断熱)を得て、
温度上昇しながら溶融していきます。

③計量部(前方 全長の1/4)

圧縮混練された原料は計量部で、よりムラ無く均一に混練され前に送られます。

 

(ⅱ)スクリュー先端の構造

スクリュー先端は、細かく分けると3つの部品で構成されています。

スクリュー3点セットと呼ばれています。

  1. スクリューヘッド
  2. 逆止リング
  3. スペーサー  の3部品が組み合わさり動作します。

【スクリュー3点セットの参考画像】

 

「計量工程」と「射出工程」で下記の様な動作をします。

(ⅰ)計量中

逆止リングが前側に動き、隙間から原料が前に送られ計量されます。

(ⅱ)射出中

スクリューの動きに連動して逆止リングは後ろ側に動き、隙間はなくなり計量された原料を前へ押し出します。

 

4.パージの基本

パージはコツがあります。

基本的に、まずはスクリュー全体の原料を、背圧をかけて抜いていきます。

大体置き換わった所で、先端の3点セットの原料を掻き出します。

 

 

5.その他の解説

・「スクリュー径D」は直径で表されます。

Φ28、32、36、40、45、50、、、など様々です。

 

・「溝の間隔(ピッチ)P」は前から後ろまで等間隔になります。

 

・「溝の深さ」は、先端と後方で異なります。圧縮比とよばれ、可塑化能力に大きく関わります。

 

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