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

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。

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

射出ユニットの役割は大きく分けて２つ。

• プラスチック原料を溶かして混ぜる
• 金型内に、充填する

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。

充填した樹脂がはみ出ないように、数十トン～数千トンほどの大きな力で型締めします。

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。

タッチパネル式のコントローラーが主流になってきています。

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。
   

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、必要以上の高回転、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）スクリューの構造と各ゾーンの役割

スクリューは、細かく分けると３つのゾーン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。

（ⅲ）スクリュー三点セットの構造

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。

（ⅳ）計量中のスクリュー３点セットの動き方

1. スクリュー回転が始まると、
   逆止リングが前側に動きます。
2. スクリューヘッドと逆止リングの隙間から、
   原料が前方に送られます。
3. 前方に計量されることで、
   スクリューが後退していきます。

（ⅴ）射出中のスクリュー３点セットの動き方

1. 射出がスタートすると、スクリューは前に移動します。
2. 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ます。
3. 逆止リングとスペーサーの隙間（下図青ライン）がなくなります。
4. 計量された原料は前へ押し出します。

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

Φ２８、３２、３６、４０、４５、５０など様々です。

成形機のサイズごとに、スクリュー径を選定できます。

作る成形品によって、最適な射出装置を選びます。

小さい成形品⇨径が細く、スクリュー全長が短いもの
大きい成形品⇨径が太く、スクリュー全長が長いもの

□溝の間隔（ピッチ）Ｐ

スクリューの前方から後方まで、均等間隔になります。

□溝の深さ

前方と後方で異なります。その比率は圧縮比と呼びます。