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縦型射出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換する上で重要な役割を果たします。この一見単純な金属部品は、精密な設計と効率的な動作制御により、1分間に数十回の高精度な可塑化サイクルを実行します。射出成形プロセスの「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します。

I. スクリューシステム構造の進化

現代の垂直射出成形機のスクリューは、通常、古典的な3段階構造設計を採用しており、各段階は明確な機能を果たします。供給セクションは、原材料の安定した輸送を担い、このセクションの深いスクリュー溝は、重力の影響下での顆粒のスムーズな流れを保証します。圧縮セクションは、スクリュー溝を徐々に狭くすることで機械的圧縮効果を生み出し、過度のせん断を防ぎながら可塑化効率を高めます。計量セクションのスクリュー溝は浅く、高圧環境での均一な溶融を保証し、製品の品質を安定させます。

計量セクションは極めて重要であり、その設計は通常、長さと直径 (L/D) の黄金比が 5:1 ～ 7:1 になるようにしています。これにより、溶融物の均一性が確保されるだけでなく、温度変動も ±2°C 以内に抑えられます。溶融物の逆流を防ぐため、チェック リング コンポーネントはデュアル シール構造を採用しており、応答時間は 0.03 秒未満です。

II. 熱力学とレオロジーの結合

スクリューの回転によって発生するせん断熱効果は、レオロジー式 τ = η(du/dy) に従い、せん断速度はセクションごとに異なります。たとえば、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 に達することがあります。PC (ポリカーボネート) などの熱に敏感な材料の場合、特殊なスクリュー設計が採用され、圧縮セクションの長さが短くなり、温度上昇が 30°C 以内に制限されます。

溶融物の温度場は軸方向の勾配を示します。赤外線サーモグラフィーを使用して、供給口からノズル出口までの温度曲線を観察します。スクリュー速度と背圧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 未満に低減し、過度の温度による材料の劣化を防ぐことができます。

III. エンジニアリング材料と表面処理

耐摩耗性を高めるため、ねじ本体は窒化鋼で作られており、イオン窒化処理が施され、高い基準を満たす表面硬度を実現しています。ガラス繊維強化材料には、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耐摩耗性が3〜5倍向上しています。ねじ山上面はダイヤモンドでコーティングされており、摩擦係数を0.08以下に低減しています。

最新の表面テクスチャリング技術では、レーザークラッディングを使用してスクリュー表面にミクロンレベルの溝アレイを作成します。実験データによると、この構造により混合効率が 18% 向上し、溶融温度の均一性が 25% 向上します。

精密射出成形の分野では、スクリュー径の公差がIT5グレードの精度で管理され、同心度誤差は0.01mm/mを超えません。さらに、CFD（数値流体力学）シミュレーションを使用して最適化された新設計の波型スクリューは、光学グレードのPC部品を成形する際に複屈折を3nm/cm未満に低減できます。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溶融粘度のリアルタイム監視を可能にし、適応制御システムと組み合わせることで、可塑化プロセスがCPK（プロセス能力指数）値を一貫して1.67以上に維持し、非常に安定した状態を維持します。

この新世代のスクリュー システムは、電気機械の統合と精密な設計を組み合わせたもので、プラスチック加工の精度の限界を再定義します。