射出成形機 スクリューの構造を解説します。
- スクリューの構造
- せん断熱とは？
- スクリュー・スクリュー３点セットの役割
- よくあるトラブル
どの様にプラスチック原料を溶かして、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
スクリューは、射出成形機の射出ユニットの加熱筒中に入っています。
スクリューの役割は2つ。①プラスチック原料の溶融・計量と、②金型内への充填をになっています。
１．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】
- 計量：スクリューを回転させ、原料を溶かす。
- 射出：計量した原料を金型内に充填。
ⅰ. 計量
- 原料は、加熱筒へ自重落下します。
- 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）
- 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。 - 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。
スクリューの溝は、後ろから前に向かって浅くなります。
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。
ⅱ. 射出
- 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。
２．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。
- スクリュー
- スクリュー先端 の２つの部門で構成されています。
ⅱ. スクリュー供給部の構造（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。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います。供給部は温度を低く設定します。
ⅲ. スクリュー圧縮部の構造（中央 全長の１/４）
供給部から送られてきた原料が圧縮混練されます。
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。
ⅳ. スクリュー計量部の構造（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。
ⅴ. スクリュー先端 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。
- スクリューヘッド
- 逆止リング
- 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】
３．スクリュー先端の働き
ⅰ. 【計量中】のスクリュー３点セットの動き方
- 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。
- 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。
- 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。
ⅱ. 【射出中】のスクリュー３点セットの動き方
- 射出がスタートすると、スクリューは前に移動します。
- 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。
- 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。
- 計量された原料は前へ押し出します。
４．スクリュー、スクリュー3点セット よくあるトラブルと対処法
ⅰ. 異物混入による破損
スクリューやスクリュー3点セット（スクリュー・シリンダー・逆止リング）は、金属の混入による割れ欠け注意！！
主な原因としては、金属片の混入が挙げられます。
一番多い原因は、取り出し機ボルトの脱落から粉砕材に混入です。
マグネットセパレーターの活用が有効です。
スクリュー表面のコーティングにガリっと傷が入り、簡単に復旧することはできません。
この傷が溶融不良や原料の焼き付きによる黒点の原因となります。
また、金属片がスクリュー3点セットの逆止リングやノズルに詰まることで、充填が不安定になる場合があります。
この場合は、ノズルを分解して点検・除去を行い、必要に応じてスクリュー3点セットの交換を検討してください。
ⅱ. 練り込み異物・炭化物
高圧縮による原料の焼き付きが発生しやすく、蓄積すると剥がれ落ちます。
特に高圧縮で溶融する原料や添加剤を含む材料は、圧縮部や逆シリングに付着しやすく、高速充填の成形品ではシリンダーヘッドに焼き付きやすい傾向があります。
ⅲ. スクリューヘッド折れ
高速充填を繰り返す射出成形では、スクリューヘッドのボルトが折れることがあります。
折れると樹脂が逆流し、ショートショットや成形品の重量不安定が発生します。
スクリュー3点セットは予備を常備しておきましょう。
５．パージの基本
パージのコツは2点です。
①まずはスクリュー全体の原料を、背圧を高くして抜いていきます。
②だいたい置き換わったら、先端のスクリュー3点セットの原料を掻き出します。
６．スクリュー分解清掃
加熱筒内、スクリューのトラブルには、スクリュー分解清掃が有効です。
下記記事で細かく解説しています。
７．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。
□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。
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