JP7088504B2 - 熱硬化性樹脂材料用のスクリュ、射出成形機および成形システム - Google Patents

Description

本発明は、熱硬化性樹脂材料用のスクリュ、このスクリュを有する射出成形機、および、この射出成形機を有する成形システムに関する。

従来の熱硬化性樹脂材料用の射出成形機の一例が特許文献１に開示されている。この射出成形機は、加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュとを有し、スクリュを加熱シリンダ内で回転駆動することにより、熱硬化性樹脂の混練及び可塑化を行う。

熱硬化性樹脂材料用の射出成形機では、加熱シリンダ内での熱硬化性樹脂材料の硬化反応を抑制するために、加熱シリンダ内で熱硬化性樹脂材料に必要以上の熱量が加わらないようにすることが重要である。そして、特許文献１に開示されている射出成形機では、スクリュにおける樹脂材料の凝集領域を、原料導入孔側から先端部側に至るほど体積圧縮比が低下するようにらせん溝を形成している。これにより、体積圧縮によって生じるスクリュの回転に伴う剪断発熱や摩擦発熱の増加を抑制している。

特開２０１６－１０７５０９号公報

特許文献１の射出成形機では、スクリュのらせん溝の深さが全体にわたって一定または先端に向かうにしたがって深くなっている。そのため、加熱シリンダの先端部において熱硬化性樹脂材料の厚さが比較的大きくなる。これにより、熱硬化性樹脂材料が加熱シリンダから熱を受けた際に、厚さ方向に比較的大きな温度差が生じて、溶融状態が不均一になってしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、熱硬化性樹脂材料の溶融状態が不均一になることを抑制できるスクリュ、このスクリュを有する射出成形機およびこの射出成形機を有する成形システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る熱硬化性樹脂材料用のスクリュは、円柱状の軸部と、前記軸部の外周面にらせん状に設けられたフライトと、を有する熱硬化性樹脂材料用のスクリュであって、基端側から先端側に向けて順に、供給部、中間部および計量部を有し、前記軸部と前記フライトとによって形成されるらせん溝が、前記供給部において、深さおよび幅が一定の大きさであり、前記中間部において、前記供給部のらせん溝と連なるとともに、先端側に向かうにしたがって深さが徐々に小さくなりかつ幅が徐々に大きくなり、前記計量部において、前記中間部のらせん溝と連なるとともに、深さおよび幅が一定の大きさであり、前記供給部におけるらせん溝の幅が、前記計量部におけるらせん溝の幅より小さく、前記フライトが、全体にわたって厚さが一定の大きさになるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、軸部とフライトとによってらせん溝が形成されている。らせん溝は、供給部において、深さおよび幅が一定の大きさである。らせん溝は、中間部において、供給部のらせん溝と連なるとともに、先端側に向かうにしたがって深さが徐々に小さくなりかつ幅が徐々に大きくなる。らせん溝は、計量部において、中間部のらせん溝と連なるとともに、深さおよび幅が一定の大きさである。このようにしたことから、計量部において、中間部および供給部よりもらせん溝の深さを小さくすることができる。そのため、計量部において、熱硬化性樹脂材料がシリンダから熱を受けた際の厚さ方向の温度差が小さくなり、溶融状態が不均一になってしまうことを効果的に抑制できる。したがって、均質な成形品を安定して得ることができる。また、らせん溝について、供給部、中間部および計量部における１回転あたりの容積の差異を小さくすることができ、体積圧縮による発熱を抑制できる。また、供給部において、らせん溝の深さを比較的大きくすることができるので、らせん溝における熱硬化性樹脂材料のペレットの食い込みがよくなる。そのため、先端側に移送されるペレットの量を安定させることができる。

本発明において、前記供給部におけるらせん溝の１回転あたりの容積を１としたとき、前記中間部および前記計量部におけるらせん溝の１回転あたりの容積が０．９～１．１となることが好ましい。このようにすることで、供給部、中間部および計量部における１回転あたりの容積の差異をより小さくすることができ、体積圧縮による熱硬化性樹脂材料の発熱を効果的に抑制できる。

本発明において、前記供給部におけるらせん溝の１回転あたりの容積を１としたとき、前記中間部および前記計量部におけるらせん溝の１回転あたりの容積が１となることが好ましい。このようにすることで、供給部、中間部および計量部における１回転あたりの容積を同一にすることができ、体積圧縮による熱硬化性樹脂材料の発熱をより効果的に抑制できる。

本発明において、前記供給部における前記軸部の横断面積を１としたとき、前記計量部における前記軸部の横断面積が１．１～２．０となることが好ましい。このようにすることで、剪断による熱硬化性樹脂材料の発熱を適切なものとすることができる。

本発明において、前記供給部における前記軸部の横断面積を１としたとき、前記計量部における前記軸部の横断面積が１．７～１．８となることが好ましい。このようにすることで、剪断による熱硬化性樹脂材料の発熱をより適切なものとすることができる。

本発明において、前記軸部の先端が、半球形状を有していることが好ましい。このようにすることで、軸部の先端が金型に接する構成において、軸部による金型のかじり（損傷）を抑制できる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る射出成形機は、熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、スクリュが、上記スクリュで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダの先端部を瞬時に加熱する加熱装置を有している。このようにしたことから、熱硬化性樹脂材料の粘度を下げる際に、瞬時に加熱することにより、シリンダ内の熱硬化性樹脂材料の加熱時間を短くすることができる。そのため、熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、シリンダの先端が開口されており、シリンダの先端が直接金型の樹脂流路に連通されるので、シリンダの先端にノズルを設けなくてもよい。そのため、ノズル内に残った熱硬化性樹脂材料の硬化反応を回避できる。

本発明において、前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有していることが好ましい。このようにすることで、誘導加熱式ヒータは昇温速度が十分に速いため、シリンダの先端部を瞬時に加熱することができる。

上記目的を達成するため、本発明の他の一態様に係る成形システムは、上記射出成形機と、制御部と、を有する成形システムであって、前記射出成形機が、前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置と、スクリュ駆動部と、をさらに有し、前記制御部が、前記スクリュ駆動部を制御して、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前記金型に向けて前記スクリュを前進させた後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させ、前記制御部が、前記冷却装置を制御して、常時または前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させた後、前記シリンダを冷却させる。このようにすることで、スクリュの後退とともに熱硬化性樹脂材料も冷却装置に対応した位置まで後退される。そのため、シリンダ内の熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制できる。

本発明において、前記成形システムは、前記射出成形機により射出された前記熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた前記金型をさらに有し、前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることことを特徴とする。

本発明によれば、上記射出成形機を有しているので、熱硬化性樹脂材料に加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、ノズル内に残った熱硬化性樹脂材料の硬化反応を回避できる。さらに、金型が、当該金型におけるシリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有しているので、シリンダの熱が金型に伝わることを抑制でき、金型の樹脂流路内で熱硬化性樹脂材料の硬化反応が進むことを抑制できる。

本発明によれば、熱硬化性樹脂材料を適切に加熱できる。

本発明の一実施形態に係る成形システムの概略構成を示す図である。 図１の成形システムの射出成形機が有するスクリュを説明する図である。 図１の成形システムの要部断面図である。 図１の成形システムにおける計量前動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける計量動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける射出動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける硬化待ち動作を説明する図である。 図１の成形システムにおける製品取り出し動作を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る熱硬化性樹脂材料用の成形システムについて、図１～図８を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る成形システムの概略構成図である。図２は、図１の成形システムの射出成形機が有するスクリュの構成を模式的に示す図である。図３は、図１の成形システムの要部断面図である。図４～図８は、それぞれ図１の成形システムにおける計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作および製品取り出し動作を説明する図である。

図１および図３に示すように、本実施形態に係る成形システム１は、金型１０と、射出成形機２０と、を有している。この成形システム１では、金型１０のキャビティ１８に、射出成形機２０により溶融された熱硬化性樹脂材料（以下、単に「樹脂材料Ｐ」という）を射出したのち硬化させて製品を成形する。

金型１０は、各図において右方から左方に順に配置された固定金型１３および移動金型１４を有している。固定金型１３には、左右方向に貫通した樹脂流路１６が形成されている。固定金型１３と移動金型１４との間にキャビティ１８が形成されている。固定金型１３の右側面には凹部１９が形成されており、凹部１９の中心部分に樹脂流路１６が開口されている。固定金型１３は、凹部１９に対応して埋め込まれた金型冷却装置１５を有している。金型冷却装置１５は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有しており、凹部１９付近を冷却する。金型１０には、キャビティ１８に充填された樹脂材料Ｐを加熱して硬化させるための図示しないヒータが設けられている。

射出成形機２０は、シリンダ２１と、加熱装置２３と、冷却装置２４と、ホッパ２５と、ホッパブロック２６と、トグルリンク機構２７と、可動ダイプレート２８と、固定ダイプレート２９と、を有している。また、射出成形機２０は、スクリュ３０と、スクリュ駆動部４０と、図示しないシリンダ駆動部と、図示しない型締駆動部と、を有している。

シリンダ２１は、先端２１ａが開口された円筒状に形成されており、先端２１ａを金型１０に向けて配置されている。すなわち、シリンダ２１の先端２１ａにはノズルが設けられておらず、ノズルレス構造となっている。本実施形態において、シリンダ２１は、先端２１ａの開口を含む全体の内径が一定である。先端２１ａは、金型１０の凹部１９に嵌合可能な形状を有している。シリンダ２１は、図示しないシリンダ駆動部により軸方向（各図において左右方向）に移動される。シリンダ２１の先端２１ａは、スクリュ３０の先端３０ａが突出可能な大きさに開口されていればよい。

加熱装置２３は、シリンダ２１の先端部２１ｂに設けられている。加熱装置２３は、シリンダ２１を内側に収容するようにらせん状に巻かれたコイルを備えた誘導加熱式ヒータ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ；ＩＨ）を有している。誘導加熱式ヒータは昇温速度が比較的速く、電磁誘導によりシリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱することができる。本実施形態において、シリンダ２１は誘導加熱可能な材料（強磁性体）で構成されている。加熱装置２３は、誘導加熱式ヒータ以外にも、抵抗発熱体や加熱された熱交換媒体が流動される管路などの他の種類のヒータを有する構成でもよいが、昇温速度が速くシリンダ２１を瞬時に加熱するヒータが好ましい。一般的に用いられるバンドヒータは昇温速度が０．２８℃／秒程度であるが、誘導加熱式ヒータを用いることで８．８℃／秒を実現することができる。本明細書において「瞬時に加熱する」とは、昇温速度が８℃／秒以上のことをいう。

冷却装置２４は、シリンダ２１における先端部２１ｂより基端（先端２１ａの反対側の端）寄りの部分に設けられている。冷却装置２４は、例えば、水などの比較的低温の熱交換媒体が流動される管路を有している。冷却装置２４は、シリンダ２１を冷却することができる。冷却装置２４によってシリンダ２１を冷却することで、樹脂材料Ｐが溶融されず固体の状態で先端側に移送される。

ホッパ２５は、ホッパブロック２６に設けられている。ホッパ２５は、その供給口２５ａがホッパブロック２６内でシリンダ２１の基端部と連通されている。ホッパ２５には、熱硬化性樹脂材料のペレットが投入される。

トグルリンク機構２７は、図示しない型締駆動部により曲げ伸ばし作動される。トグルリンク機構２７は、曲げ伸ばし作動されることにより、固定ダイプレート２９に対して可動ダイプレート２８を進退させる。これにより、可動ダイプレート２８に取付けられた移動金型１４を固定ダイプレート２９に取付けられた固定金型１３に対して型閉および型開する。

スクリュ３０は、シリンダ２１内に回転可能かつ前後進可能に収容されている。スクリュ３０は、スクリュ駆動部４０によりシリンダ２１内で回転されるとともに、軸方向（各図において左右方向）に移動される。

スクリュ３０は、図２に示すように、軸部３１と、フライト３３と、を有している。また、スクリュ３０は、基端側（図２の右側）から先端側（図２の左側）に向けて順に供給部Ａ、中間部Ｂおよび計量部Ｃを有している。

軸部３１は、全体的に円柱状に形成されており、先端３２が半球形状（略半球形状を含む）に形成されている。軸部３１における供給部Ａに対応する部分３１ａは、径ｋａが一定の大きさになるように形成されている。軸部３１における中間部Ｂに対応する部分３１ｂは、部分３１ａに滑らかに（段差無く）連なるとともに基端側から先端側に向かうにしたがって徐々に径ｋｂが大きくなるように形成されている。軸部３１における計量部Ｃに対応する部分３１ｃは、部分３１ｂに滑らかに（段差無く）連なるとともに径ｋｃが一定の大きさになるように形成されている。

フライト３３は、軸部３１の外周面にらせん状に設けられている。フライト３３は、全体にわたって厚さｔが一定の大きさになるように形成されている。フライト３３における供給部Ａに対応する部分３３ａは、フライト３３の間隔ｗａが一定の大きさになるように形成されている。フライト３３における中間部Ｂに対応する部分３３ｂは、部分３３ａに滑らかに（段差無く）連なるとともに基端側から先端側に向かうにしたがって徐々にフライト３３の間隔ｗｂが大きくなるように形成されている。フライト３３における計量部Ｃに対応する部分３３ｃは、部分３３ｂに滑らかに（段差無く）連なるとともにフライト３３の間隔ｗｃが一定の大きさになるように形成されている。

軸部３１およびフライト３３によってらせん溝３４が形成される。らせん溝３４における供給部Ａに対応する部分３４ａは、深さｄａおよび幅ｗａ（フライト３３の部分３３ａの幅ｗａと同じ）が一定の大きさである。らせん溝３４における中間部Ｂに対応する部分３４ｂは、部分３４ａと滑らかに（段差無く）連なるとともに、先端側に向かうにしたがって深さｄｂが徐々に小さくなりかつ幅ｗｂ（フライト３３の部分３３ｂの幅ｗｂと同じ）が徐々に大きくなる。らせん溝３４における計量部Ｃに対応する部分３４ｃは、部分３４ｂと滑らかに（段差無く）連なるとともに、深さｄｃおよび幅ｗｃ（フライト３３の部分３３ｃの間隔ｗｃと同じ）が一定の大きさである。

なお、図２において、スクリュ３０は、上記径ｋａ、ｋｂ、ｋｃ、上記幅ｗａ、ｗｂ、ｗｃおよび上記深さｄａ、ｄｂ、ｄｃの大きさの違いがわかりやすいように、形状を強調して記載している。

供給部Ａにおけるらせん溝３４（部分３４ａ）の１回転あたりの容積を１としたとき、中間部Ｂおよび計量部Ｃにおけるらせん溝３４（部分３４ｂ、３４ｃ）の１回転あたりの容積が０．９～１．１となることが好ましく、０．９５～１．０５がより好ましい。さらには、供給部Ａにおけるらせん溝３４（部分３４ａ）の１回転あたりの容積を１としたとき、中間部Ｂおよび計量部Ｃにおけるらせん溝３４（部分３４ｂ、３４ｃ）の１回転あたりの容積が１となることがより好ましい。このようにすることで、供給部、中間部および計量部における１回転あたりの容積の差異をより小さくすることができ、体積圧縮による発熱を効果的に抑制できる。なお、らせん溝３４の１回転あたりの容積とは、らせん溝３４におけるらせん１回転分の容積であり、換言すると、スクリュ３０が１回転したときに移送可能な熱硬化性樹脂材料の体積でもある。

また、供給部Ａにおける軸部３１（部分３１ａ）の横断面積（軸心Ｌに直交する断面の面積）を１としたとき、計量部Ｃにおける軸部３１（部分３１ｃ）の横断面積が１．１～２．０となることが好ましい。さらには、供給部Ａにおける軸部３１（部分３１ａ）の横断面積を１としたとき、計量部Ｃにおける軸部３１（部分３１ｃ）の横断面積が１．７～１．８となることがより好ましい。このようにすることで、剪断による熱硬化性樹脂材料の発熱をより適切なものとすることができる。

また、成形システム１は、全体の動作を司る図示しない制御部を有している。制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェースなどを有する組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。制御部は、型閉動作、計量前動作、計量動作、射出動作、硬化待ち動作、型開動作および製品取り出し動作などの各種動作において、成形システム１の各駆動部等を制御する。

次に、上述した本実施形態の成形システム１における本発明に係る動作の一例について説明する。

成形システム１の制御部は、図示しない型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を重ねて型締めする（型閉動作）。また、シリンダ２１の先端部２１ｂ内の樹脂材料Ｐがスクリュ３０により混練されている。

制御部はシリンダ駆動部を制御して、図４に示すように、シリンダ２１を金型１０に近づくように移動（すなわち前進）させ、先端２１ａを凹部１９に嵌合させる。この状態において、シリンダ２１の内部と金型１０の樹脂流路１６とが連通される。そして、制御部はスクリュ駆動部４０を制御して、スクリュ３０を所定位置まで前進させる（計量前動作）。また、制御部は、金型冷却装置１５を制御して、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される箇所である凹部１９を冷却する。

次に、制御部は加熱装置２３を制御して、シリンダ２１を瞬時に加熱する。これにより、樹脂材料Ｐの粘度を下げる。瞬時に加熱することにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐの加熱時間を短くして、樹脂材料Ｐに加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制する。本実施形態においては、樹脂材料Ｐが１５０℃～１６０℃となる程度までシリンダ２１を加熱する。さらに、制御部はスクリュ駆動部４０を制御して、図５に示すように、スクリュ３０を回転させながら後退させ、１回の射出に必要となる量の樹脂材料Ｐをシリンダ２１の先端部２１ｂに供給する（計量動作）。計量が終わると、制御部は加熱装置２３を制御して、シリンダ２１の加熱を停止する。

次に、制御部はスクリュ駆動部４０を制御して、図６に示すように、スクリュ３０を前進させる。これにより、シリンダ２１の先端部２１ｂの樹脂材料Ｐが樹脂流路１６を通じてキャビティ１８に押し込まれる（射出動作）。

次に、制御部は金型１０のヒータを制御して、キャビティ１８内の樹脂材料Ｐが硬化するように加熱する（硬化待ち動作）。これと並行して、制御部はスクリュ駆動部４０を制御して、図７に示すように、スクリュ３０を先端３０ａが冷却装置２４に対応する位置に来るまで後退させる。また、制御部は冷却装置２４を制御して、シリンダ２１を冷却する。これにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制する。冷却装置２４によりシリンダ２１を常時冷却していてもよい。

なお、硬化待ち動作と並行してスクリュ３０を後退させる前に、固定金型１３の樹脂流路１６の開口を塞ぐようにスクリュ３０の先端３０ａ（すなわち軸部３１の先端３２）を固定金型１３に接触させてもよい。これにより、樹脂流路１６の開口の全周にわたり樹脂材料Ｐの厚さが小さくなり、他の部分より脆弱な部分になる。そのため、製品Ｓを金型から取り出す際に脆弱な部分が他の部分と分離して、製品Ｓを容易に取り出すことができる。このとき、スクリュ３０の軸部３１の先端３２が、半球形状を有しているので、軸部３１による固定金型１３のかじりを抑制できる。

次に、制御部はシリンダ駆動部を制御して、図８に示すように、シリンダ２１を金型１０から離れるように移動（すなわち後退）させ、先端２１ａと凹部１９との嵌合を解除する。さらに、制御部は型締駆動部を制御して、固定金型１３および移動金型１４を左右方向に開き（型開動作）、図示しないエジェクトピンによりキャビティ１８から製品Ｓを取り出す（製品取り出し動作）。

以降、上記型閉動作～上記製品取り出し動作を繰り返して製品Ｓの成形を行う。

以上説明したように、本実施形態の成形システム１によれば、スクリュ３０は、軸部３１とフライト３３とによってらせん溝３４が形成されている。らせん溝３４は、供給部Ａにおいて深さｄａおよび幅ｗａが一定の大きさである。らせん溝３４は、中間部Ｂにおいて供給部Ａのらせん溝３４と連なるとともに、先端側に向かうにしたがって深さｄｂが徐々に小さくなりかつ幅ｗｂが徐々に大きくなる。らせん溝３４は、計量部Ｃにおいて中間部Ｂのらせん溝３４と連なるとともに、深さｄｃおよび幅ｗｃが一定の大きさである。このようにしたことから、計量部Ｃにおいて、中間部Ｂおよび供給部Ａよりもらせん溝３４の深さを小さくすることができる。そのため、計量部Ｃにおいて、熱硬化性樹脂材料がシリンダ２１から熱を受けた際の厚さ方向の温度差が小さくなり、溶融状態が不均一になってしまうことを効果的に抑制できる。したがって、均質な成形品を安定して得ることができる。また、らせん溝３４について、供給部Ａ、中間部Ｂおよび計量部Ｃにおける１回転あたりの容積の差異を小さくすることができ、体積圧縮による発熱を抑制できる。また、供給部Ａにおいて、らせん溝３４の深さを比較的大きくすることができるので、らせん溝３４における熱硬化性樹脂材料のペレットの食い込みがよくなる。そのため、先端側に移送されるペレットの量を安定させることができる。

また、成形システム１は、シリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱する加熱装置２３を有している。このようにしたことから、樹脂材料Ｐの粘度を下げる際に、瞬時に加熱することにより、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐの加熱時間を短くすることができる。そのため、樹脂材料Ｐに加えられる熱量を少なくすることができ、粘度を下げつつ累積熱量の増加を抑制できる。また、シリンダ２１の先端２１ａが開口されており、シリンダ２１の先端２１ａが直接金型１０の樹脂流路１６に連通されるので、シリンダ２１の先端２１ａにノズルを設けなくてもよい。そのため、ノズル内に残った樹脂材料Ｐの硬化反応を回避できる。

また、加熱装置２３が、誘導加熱式ヒータを有している。このようにすることで、誘導加熱式ヒータは昇温速度が十分に速いため、シリンダ２１の先端部２１ｂを瞬時に加熱することができる。

また、シリンダ２１の先端部２１ｂより基端寄りの部分を冷却する冷却装置２４をさらに有し、スクリュ３０が、樹脂材料Ｐを射出するよう金型１０に向けて前進された後、スクリュ３０の先端３０ａが冷却装置２４に対応した位置まで後退される。このようにすることで、スクリュ３０の後退とともに樹脂材料Ｐも冷却装置２４に対応した位置、つまり、シリンダ２１における冷却装置２４によって冷却されている箇所まで後退される。そのため、シリンダ２１内の樹脂材料Ｐに加えられる熱量をより少なくして、累積熱量の増加をさらに抑制できる。

また、金型１０が、金型１０におけるシリンダ２１の先端が当接される凹部１９を冷却する金型冷却装置１５を有している。そのため、シリンダ２１の熱が金型１０に伝わることを抑制でき、金型１０の樹脂流路１６内で樹脂材料Ｐの硬化反応が進むことを抑制できる。

本実施形態では、ノズルレス構造のシリンダ２１を有する射出成形機２０に上述したスクリュ３０を組み込んだ構成について説明したが、例えば、スクリュ３０を、従来の構成を有する射出成形機（例えば、特許文献１）に組み込んでもよい。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

本発明者らは、本発明に係るスクリュの効果を確認するために、以下に示す実施例１、実施例２および比較例１を作製し、これらを用いて検証を行った。

（実施例１）
上述したスクリュ３０において、供給部Ａにおけるらせん溝３４（部分３４ａ）の１回転あたりの容積を１としたとき、中間部Ｂおよび計量部Ｃにおけるらせん溝３４（部分３４ｂ、３４ｃ）の１回転あたりの容積が１となるようにした。また、供給部Ａにおける軸部３１（部分３１ａ）の横断面積を１としたとき、計量部Ｃにおける軸部３１（部分３１ｃ）の横断面積が１．１４となるようにした。

（実施例２）
上述したスクリュ３０において、供給部Ａにおけるらせん溝３４（部分３４ａ）の１回転あたりの容積を１としたとき、中間部Ｂおよび計量部Ｃにおけるらせん溝３４（部分３４ｂ、３４ｃ）の１回転あたりの容積が１となるようにした。また、供給部Ａにおける軸部３１（部分３１ａ）の横断面積を１としたとき、計量部Ｃにおける軸部３１（部分３１ｃ）の横断面積が１．７８となるようにした。実施例２において、らせん溝３４の一回転あたりの容積は、実施例１とおなじ大きさである。

（比較例１）
円柱形の軸部と、軸部の外周面にらせん状に設けられたフライトと、を有するスクリュにおいて、軸部の径が全体にわたって一定の大きさであり、フライトの間隔が全体にわたって一定の大きさとなるようにした。比較例１のスクリュでは、らせん溝の深さおよび幅が全体にわたって一定の大きさである。つまり、らせん溝の１回転あたりの容積が全体にわたって一定の大きさであり、軸部の横断面積も全体にわたって一定の大きさである。比較例１において、らせん溝３４の一回転あたりの容積は、実施例１とおなじ大きさである。

これら、実施例１および実施例２ならびに比較例１を上述した射出成形機２０に組み込み、成形品を作製した。

実施例１を用いることで、寸法公差の小さい良好な成形品を安定して得ることができた。また、実施例２を用いることで、寸法公差の小さい良好な成形品をさらに安定して得ることができた。一方、比較例１を用いた場合、寸法公差の範囲内であるものの、寸法のバラツキが比較的大きく、寸法公差の小さい良好な成形品を安定して得ることができなかった。このことからも、本発明の効果は明らかである。また、上記数値の近傍においても、同様の効果が得られることは明らかである。

１…成形システム
１０…金型
１３…固定金型
１４…移動金型
１５…金型冷却装置
１６…樹脂流路
１８…キャビティ
１９…凹部
２０…射出成形機
２１…シリンダ
２１ａ…シリンダの先端
２１ｂ…シリンダの先端部
２３…加熱装置
２４…冷却装置
２５…ホッパ
２５ａ…供給口
２６…ホッパブロック
２７…トグルリンク機構
２８…可動ダイプレート
２９…固定ダイプレート
３０…スクリュ
３０ａ…スクリュの先端
３１…軸部
３１ａ…軸部における供給部に対応する部分
３１ｂ…軸部における中間部に対応する部分
３１ｃ…軸部における計量部に対応する部分
３２…軸部の先端
３３…フライト
３３ａ…フライトにおける供給部に対応する部分
３３ｂ…フライトにおける中間部に対応する部分
３３ｃ…フライトにおける計量部に対応する部分
３４…らせん溝
３４ａ…らせん溝における供給部に対応する部分
３４ｂ…らせん溝における中間部に対応する部分
３４ｃ…らせん溝における計量部に対応する部分
ｋａ…軸部における供給部に対応する部分の径
ｋｂ…軸部における中間部に対応する部分の径
ｋｃ…軸部における計量部に対応する部分の径
ｄａ…らせん溝における供給部に対応する部分の深さ
ｄｂ…らせん溝における中間部に対応する部分の深さ
ｄｃ…らせん溝における計量部に対応する部分の深さ
ｗａ…らせん溝における供給部に対応する部分の幅
ｗｂ…らせん溝における中間部に対応する部分の幅
ｗｃ…らせん溝における計量部に対応する部分の幅
Ａ…供給部
Ｂ…中間部
Ｃ…計量部
Ｐ…熱硬化性樹脂材料
Ｓ…製品

Claims (10)

1. 円柱状の軸部と、前記軸部の外周面にらせん状に設けられたフライトと、を有する熱硬化性樹脂材料用のスクリュであって、
   基端側から先端側に向けて順に、供給部、中間部および計量部を有し、
   前記軸部と前記フライトとによって形成されるらせん溝が、
   前記供給部において、深さおよび幅が一定の大きさであり、
   前記中間部において、前記供給部のらせん溝と連なるとともに、先端側に向かうにしたがって深さが徐々に小さくなりかつ幅が徐々に大きくなり、
   前記計量部において、前記中間部のらせん溝と連なるとともに、深さおよび幅が一定の大きさであり、
   前記供給部におけるらせん溝の幅が、前記計量部におけるらせん溝の幅より小さく、
   前記フライトが、全体にわたって厚さが一定の大きさになるように形成されていることを特徴とする熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
2. 前記供給部におけるらせん溝の１回転あたりの容積を１としたとき、前記中間部および前記計量部におけるらせん溝の１回転あたりの容積が０．９～１．１となることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
3. 前記供給部におけるらせん溝の１回転あたりの容積を１としたとき、前記中間部および前記計量部におけるらせん溝の１回転あたりの容積が１となることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
4. 前記供給部における前記軸部の横断面積を１としたとき、前記計量部における前記軸部の横断面積が１．１～２．０となることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
5. 前記供給部における前記軸部の横断面積を１としたとき、前記計量部における前記軸部の横断面積が１．７～１．８となることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
6. 前記軸部の先端が、半球形状を有していることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の熱硬化性樹脂材料用のスクリュ。
7. 熱硬化性樹脂材料用の射出成形機であって、
   金型の樹脂流路と連通される、先端が開口したシリンダと、
   前記シリンダ内に回転可能かつ前後進可能に収容されたスクリュと、
   前記シリンダの先端部を加熱する加熱装置と、を有し、
   前記スクリュが、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のスクリュで構成されていることを特徴とする射出成形機。
8. 前記加熱装置が、誘導加熱式ヒータを有していることを特徴とする請求項７に記載の射出成形機。
9. 請求項７または請求項８に記載の射出成形機と、制御部と、を有する成形システムであって、
   前記射出成形機が、前記シリンダの先端部より基端寄りの部分を冷却する冷却装置と、スクリュ駆動部と、をさらに有し、
   前記制御部が、前記スクリュ駆動部を制御して、前記熱硬化性樹脂材料を射出するよう前記金型に向けて前記スクリュを前進させた後、前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させ、
   前記制御部が、前記冷却装置を制御して、常時または前記スクリュの先端が前記冷却装置に対応した位置に来るまで前記スクリュを後退させた後、前記シリンダを冷却させることを特徴とする成形システム。
10. 前記射出成形機により射出された前記熱硬化性樹脂材料が充填されるキャビティが設けられた前記金型をさらに有し、
    前記金型が、当該金型における前記シリンダの先端が当接される箇所を冷却する金型冷却装置を有していることを特徴とする請求項９に記載の成形システム。

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