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垂直インジェクション成形機のコア構造において、スクリュー・システムはプラスチック原料を固体から溶融状態に変えるために重要な役割を果たします。この一見シンプルな金属部品は、その精密な設計と効率的なモーション制御により、毎分数十回の高精度な塑化工事を行います。インジェクション成形プロセスの「心臓部」として、スクリューの設計は成形品質と生産効率に直接影響を与えます。

I. スクリップシステム構造の進化

現代垂直注射型機の螺栓は,典型的には3段階構造設計を採用し,各段階は異なる機能を持っています. 料分は原料の安定した輸送を担っており,この分には深い螺旋溝があり,重力の影響下では粒子が流通しやすいようにします. 圧縮部分は,スクリュー溝を徐々に狭めることで機械的な圧縮効果を生成し,過度の切断を防止しながら,塑化効率を向上させる. 低水位の螺旋溝を持つ計測部分では高圧環境で均質な溶融を保証し,製品品質を安定させます.

計量セクションは非常に重要であり、その設計は通常、長さ対直径（L/D）の黄金比に従い、5:1から7:1の範囲となります。これにより、融解物の均一性が確保されると同時に、温度変動を±2°C以内に抑えることができます。逆流を防ぐために、チェックリング部には応答時間が0.03秒未満の二重シール構造が使用されています。

II. 熱力学と流体力学の結合

スクリューの回転によって生成されるせん断熱効果は、流体力学の公式 τ = η(du/dy) に従います。せん断速度は異なるセクションで変化します。例えば、供給セクションではせん断速度は通常50〜100 s⁻¹の範囲ですが、計量セクションでは500〜1000 s⁻¹に達する可能性があります。熱に敏感な材料、例えばPC（ポリカーボネート）の場合、専用のスクリュー設計が採用され、圧縮セクションの長さが短縮されて温度上昇を30°C以内に制限します。

融解物の温度領域には軸方向の勾配が存在する。赤外線サーモグラフィーを使用して、給料口からノズル出口までの温度曲線を観測する。スクリュー速度とバックプレッシャー制御パラメータを最適化することで、温度変動係数を0.05以下に抑えることができ、過剰な温度による材料の劣化を防ぐ。

III. 工学材料と表面処理

摩耗抵抗を向上させるため、スクリュー本体はイオン窒化処理を行う窒化鋼で作られており、高い基準を満たす表面硬度が得られる。ガラス繊維強化材料の場合、バイメタル合金処理層が使用され、従来の窒化処理に比べて摩耗抵抗が3〜5倍向上する。スレッドの上面にはダイヤモンドがコーティングされており、摩擦係数を0.08以下に低下させている。

最新の表面粗削技術は、スクリューの表面にマイクロレベルの溝配列を作成するためにレーザークラッディングを採用しています。実験データによると、この構造は混練効率を18%向上させ、融解温度の一貫性を25%向上させます。

精密射出成形の分野では、スクリュー直径の公差が現在IT5級の精度で制御されており、同心度誤差は0.01mm/mを超えないようにされています。さらに、CFD（計算流体動力学）シミュレーションを使用して最適化された新設計の波状スクリューは、光学グレードのPC部品を成形する際に歪み双屈折を3nm/cm以下に抑えることができます。スマートセンシング技術の統合により、スクリューシステムは現在、融解粘度のリアルタイムモニタリングが可能になり、アダプティブ制御システムと組み合わせることで、CPK（プロセス能力指数）値が常に1.67以上となるよう、プラスタイズプロセスが極めて安定しています。

この新しい世代のスクリューシステムは、電気機械的一体化と精密な設計を組み合わせて、プラスチック加工の精度の限界を再定義しています。