(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
延伸流動に基づく高分子材料の可塑化運搬方法であって、一組の規定された形状の空間を利用していて、且つそれら空間の容積は小から大へ、大から小へと周期的に変化するものであり、容積が大きくなるときに、材料が当該空間に取り入れられる一方、容積が小さくなるときに、材料が加圧され、可塑化され、且つ排出される、主として垂直応力により可塑化運搬がなされることを特徴とする高分子材料の可塑化運搬方法。  
【請求項２】
請求項１記載の方法を実施するための装置であって、
一つ以上のベーン型可塑化運搬ユニットを有し、
前記ベーン型可塑化運搬ユニットは、内側キャビティを有する筒状の中空固定子(１)と、固定子(１)の内側キャビティに配置され且つ固定子(１)に対して偏心された円柱状の回転子(２)と、回転子（２）に形成された径方向に貫通する一群の断面矩形状スロットに挿入されて回転子(２)の周方向に等間隔に設けられた前記径方向に移動自在の複数のベーン（３）と、固定子(１)の両側にそれぞれ配置されたバッフル板(４，５)とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２において、
回転子(２)と固定子(１)との偏心量（e）は調整可能であり、０より大きくかつ固定子
（１）の内側キャビティの半径と回転子（２）の半径の差より小さい範囲にあることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項２において、
複数のベーン(３)は、回転子(２)の径方向に配列された２枚が対となり、且つ少なくとも二対設けられ、各対の２枚のベーン(３) の合計高さは固定子（１）の筒状の内側キャ
ビティの直径より小さく、
回転子（２）が回転すると、各対の２枚のベーン（３）は、外側の頂面が固定子（１）の内側面に規制されるため、回転子（２）の径方向に延びる断面矩形状スロットを往復運動することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２において、
回転子（２）の回転時に、固定子(１)の内側面と、回転子(２)の外側面と、ベーン(３)と、バッフル板(４，５)とによって形成された空間の容積は小から大へ、大から小へと周期的に変化することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項２において、
固定子（１）の両側に配置されたバッフル板(４，５)には、それぞれ材料の導入口（Ａ）と材料の排出口（Ｂ）が設けられており、材料の導入口（Ａ）はベーン（３）が回転子（２）から徐々に出る領域（Ｃ）に対応しており、材料の排出口（Ｂ）はベーン（３）が回転子（２）に徐々に入る領域（Ｄ）に対応していることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項２において、
固定子（１）の一方側に配置されたバッフル板(５)には材料の排出口（Ｂ）が設けられ、固定子（１）には材料の導入口（ＡＡ）が設けられ、かつ、該材料の導入口（ＡＡ）はベーン（３）が回転子（２）から徐々に出る領域に対応していることを特徴とする。
【請求項８】
請求項２において、
複数のベーン型可塑化運搬ユニットが押出機を構成するように一連に組み合わされていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項２において、
ベーン型可塑化運搬ユニットは、押出機のベーン型可塑化射出装置又は射出機のベーン型可塑化射出装置を構成するように、スクリュー型押出ユニット又はプランジャ型射出ユニットと組み合わされていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子材料の可塑化運搬方法及びその装置に関するものであり、特に延伸流動(elongational flow)に基づく高分子材料の可塑化運搬方法及びその装置に関するもので
ある。
【背景技術】
【０００２】
高分子材料成形加工は、消費エネルギーの高いプロセスである。近年、スクリュー機械、例えば、スクリュー型押出機、スクリュー型射出機などを採用するのは一般的である。プラスチック材料は、押出加工、射出加工、圧延加工などいずれの加工工程においても、運搬、溶融可塑化という基本で共通の過程を経過しなければならない。この過程で消費されるエネルギーは、高分子材料加工中の消費エネルギーの大部分を占める。スクリュー機械の場合、材料の可塑化運搬は、主にスクリュー回転時の材料に対するドラッグ効果によって行われる。また、固体運搬には摩擦が関与し、融体の運搬には粘性が関与する。そして、材料の流動方向や変形方向に対して垂直に速度勾配を生じ、その流動及び変形は、主にせん断応力に支配される。
【０００３】
したがって、近年広く採用されるスクリュー機械は、せん断レオロジーに基づく高分子材料のスクリュー型可塑化運搬装置であると考えられ、可塑化運搬能力は材料と金属バレル内面との間の摩擦力や材料の内部摩擦力に強く依存するという問題は、回避できず存在する。また、前記の二つの問題は材料自身の物理性能や製造条件にも依存する。通常、スクリュー機械においては、バレルの固体運搬部に溝を作ることにより材料との摩擦力を増加させ、スクリュー部の直径に対する長さの比率を大きくし、スクリューの構造を最適化するなどの対策を採用して、ある程度前記の問題を解決することができる。しかし、これらの対策は、材料の可塑化運搬中の熱的・機械的履歴の増加、消費エネルギーの増加、装置の構造や体積などの増大などの不具合を招いてしまう。
【０００４】
高分子材料ダイナミック成形加工装置は、成形加工プロセスにおける材料の熱的・機械的履歴をある程度短縮し、成形加工プロセスにおける材料の流動抵抗を低減させることができ、可塑化運搬の消費エネルギーを低減させ、可塑化能力を高めることができる。しかし、高分子材料ダイナミック成形加工機械は、実質的にせん断流動に基づくスクリュー型可塑化運搬装置であり、前記の可塑化運搬能力が材料と金属バレルの内面との間の摩擦力や材料の内部摩擦力に強く依存する問題を根本的には解決することができない。そのため、可塑化運搬用エネルギーの低減や可塑化運搬能力の向上は限られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、熱的・機械的履歴が長く、消費エネルギーが高いという問題を解決するために、延伸流動に基づく高分子材料の可塑化運搬方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、前記の方法を実現するための延伸流動に基づく高分子材料の可塑化運搬装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の延伸流動に基づく高分子材料の可塑化運搬方法は、一組の規定された形状の空間を利用していて、且つそれら空間の容積は小から大へ、大から小へと周期的に変化するものであり、容積が大きくなるときに、材料が当該空間に取り入れられる一方、容積が小さくなるときに、材料が加圧され、可塑化され、且つ排出される、主として垂直応力(nor
mal stress)により可塑化運搬がなされることを特徴とする。
【０００８】
前記の方法を実現するための装置は、以下の構造のベーン型可塑化運搬ユニットを備えている。そのベーン型可塑化運搬ユニットは、内側キャビティを有する筒状の中空固定子と、該固定子の内側キャビティに配置され且つ固定子に対して偏心された円柱状の回転子と、該回転子に形成された径方向に貫通する一群の断面矩形状スロットに挿入されて回転子の周方向に等間隔に設けられた前記径方向に移動自在の複数のベーンと、固定子の両側にそれぞれ配置されたバッフル板とを備えている。
【０００９】
前記ベーン型可塑化運搬ユニットにおいては、回転子と固定子との偏心距離は調整可能であり、その値は、０より大きくかつ固定子の内側キャビティの半径と回転子の半径の差より小さい。
【００１０】
前記の方法において登場した規定形状の空間は、固定子の内側面と、回転子の外側面と、２枚のベーンと２枚のバッフル板によって形成される。回転子が回転すると、回転子の径方向に配列された一対のベーンは、その外側の頂面が固定子の内側面に規制されるため、回転子の径方向に延びる断面矩形状スロットを往復運動する。その結果、前記空間の容積は小から大へ、大から小へと周期的に変化する。また、該空間の容積が大きくなると、材料は、徐々に取り入れられる一方、該空間の容積が小さくなると、材料は、主として垂直応力の作用によって、潰され、加圧され、押し出され、固定子からの外部加熱下で、可塑化され、溶融し、最後に排出される。その結果、短い熱的・機械的履歴内での材料の可塑化運搬プロセスを実現することができる。前記空間の容積が小から大へ、大から小へと周期的に変化すると、材料が通過する空間の断面積も小から大へ、大から小へと周期的に変化する。よって、材料の速度勾配は、その流動・変形方向と同方向になり、この流動と変形は主に垂直応力の影響を受ける。それゆえ、この可塑化運搬プロセスは延伸流動に基づくと考えられる。多数のベーンの可塑化運搬ユニットを一連に配置することによってベーン型可塑化運搬押出機が構成される。また、ベーン型可塑化運搬ユニットとスクリュー型押出ユニット又はプランジャ型射出ユニットとを組み合わせることで、各種の押出機又は射出機におけるベーン型可塑化射出装置が構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、延伸流動に基づく高分子材料の可塑化運搬方法及びその装置により、従前の可塑化運搬ユニットが有する欠点である、可塑化運搬能力が材料と金属バレル内面との間の摩擦力や材料の内部摩擦力に強く依存するという問題を解決する。本発明は、スクリュー可塑化運搬技術や装置と比較して、下記のメリットを有する。
１．可塑化運搬が必要とする熱的・機械的履歴は大幅に低減され、可塑化運搬用エネルギーは低減される。
２．可塑化運搬は、規定空間の容積変化に基づいて行われるので、容積型の特性を示し、効率が向上する。
３．可塑化運搬は、短い熱的・機械的履歴内に完成するため、可塑化運搬装置の小型化が図れる。
４．可塑化運搬能力は材料の物理特性に依存しないため、可塑化運搬の安定性が向上し、材料への適用性が広くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バッフル板の導入口から材料を導入するベーン型可塑化運搬ユニットの構造を模式的に示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切断したベーン型可塑化運搬ユニットの断面図である。
【図３】固定子の導入口から材料を導入するベーン型可塑化運搬ユニットの構造を模式的に示す図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線で切断したベーン型可塑化運搬ユニットの断面図である。
【図５】ベーン型可塑化押出機の構造を模式的に示す図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線で切断したベーン型可塑化押出機の断面図である。
【図７】ベーン型可塑化運搬ユニットを組み込んだスクリュー型押出機の構造を模式的に示す図である。
【図８】ベーン型可塑化射出装置の構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明が保護を要求する範囲は、実施形態での記述範囲に制限されない。
【００１４】
(実施形態１)
図１と図２に示すように、ベーン型可塑化運搬ユニットは、内側キャビティを有する筒状の中空固定子(１)と、固定子(１)内に配置され、かつ固定子(１)に対して偏心された円柱状の回転子(２)と、回転子（２）に形成された径方向に貫通する一群の断面矩形状スロットに挿入されて回転子(２)の周方向に等間隔に設けられた複数のベーン（３）と、固定子(１)の両側に配置されたバッフル板(４，５)を備えている。回転子(２)は、中空の固定子(１)に対して偏心して取り付けられており、固定子(１)と回転子(２)との偏心距離は調整可能であり、その値は、０より大きくかつ固定子の内側キャビティの半径と回転子の半径の差より小さい。また、複数のベーン(３)は、その２枚が対となるように、回転子(２)の断面矩形状スロットに配列されている。回転子(２)が反時計回りに回転すると、回転子(２)の径方向に配列された一対のベーン(３)は、その外側の頂面が固定子(１)の内側面に規制されるため、回転子の断面矩形状スロットを径方向に往復運動する。その結果、固定子(１)の内側面と、回転子(２)の外側面と、２枚のベーン(３)と、バッフル板(４，５)とによって形成された空間の容積は小から大へ、大から小へと周期的に変化する。ベーン(３)が回転子(２)の領域Ｃから徐々に出ると、容積は小から大へ変化する。一方、ベーン(３)が回転子(２)の領域Ｄに徐々に入ると、容積は大から小へ変化する。容積が小から大へ変化すると、バッフル板(４)の材料導入口Ａから高分子材料が導入される。一方、容積が大から小へ変化すると、材料は、主として垂直応力の作用によって、潰され、加圧され、押し出され、可塑化され、その一方で固定子からの外部加熱の副作用によって可塑化溶融し、バッフル板(５)の材料排出口Ｂから排出される。
【００１５】
図３及び図４では、容積が小から大に変化すると、固定子(１)の材料導入口ＡＡから材料が導入される一方、容積が大から小に変化すると、材料は主として引張り応力(圧縮応
力)の作用によって、潰され、加圧され、押し出され、その一方で固定子からの外部加熱
の副作用によって可塑化溶融し、バッフル板（５）の排出口Ｂから排出される。
【００１６】
(実施形態２)
図５と図６に示すように、ベーン型可塑化押出機は、ベーン型可塑化運搬ユニットＩ、II、IIIと、駆動軸(１)、ホッパー(２)と、送りスリーブ(３)と、分流器(４)とを備えて
いる。ベーン型可塑化運搬ユニットＩ、II、IIIは、一連に（直列に）なるように重ねら
れている。ベーン型可塑化運搬ユニットＩのバッフル板(５)とベーン型可塑化運搬ユニットIIのバッフル板(４)とは互いに同心になるように連結され、ベーン型可塑化運搬ユニットIIのバッフル板(５)とベーン型可塑化運搬ユニットIIIのバッフル板(４)とは互いに同
心になるように連結されている。また、送りスリーブ(３)はベーン型可塑化運搬ユニットIIIのバッフル板(５)に同軸になるように連結されている。ベーン型可塑化運搬ユニット
Ｉの固定子(１)の回転子(２)に関する偏心方向は、ベーン型可塑化運搬ユニットIIの固定子(１)の回転子(２)に関する偏心方向と逆になっており、ベーン型可塑化運搬ユニットIIIの固定子(１)の回転子(２)に関する偏心方向は、ベーン型可塑化運搬ユニットIIの固定
子(１)の回転子(２)に関する偏心方向と逆になっている。各ベーン型可塑化運搬ユニットの回転子(２)同士は互いに同軸となるように連結され、駆動軸(１)はベーン型可塑化運搬ユニットＩの回転子(２)に同軸になるように連結されている。分流器(４)は送りスリーブ(３)の筒状の内側キャビティに配置され、かつ、ベーン型可塑化運搬ユニットIIIの回転
子(２)に同軸となるように連結されている。ホッパー(２)はベーン型可塑化運搬ユニットＩの固定子(１)に取り付けられている。ベーン型可塑化運搬ユニットＩのバッフル板(５)の排出口Ｂは、ベーン型可塑化運搬ユニットIIのバッフル板(４)の材料導入口Ａと連通する一方、ベーン型可塑化運搬ユニットIIのバッフル板(５)の材料排出口Ｂは、ベーン型可塑化運搬ユニットIIIのバッフル板(４)の材料導入口Ａと連通している。ベーン型可塑化
運搬ユニットＩ、II、IIIが駆動軸(１)によって回転駆動される場合、ホッパー(２)から
の材料は、ベーン型可塑化運搬ユニットＩに導入され、可塑化の後、ベーン型可塑化運搬ユニットII、IIIを順に通り、さらに可塑化、均質化された後、送りスリーブ(３)に接続
された金型を経由して押し出され、冷却され、成形することで、製品が得られる。
【００１７】
(実施形態３)
図７に示すように、スクリュー型可塑化押出機は、ベーン型可塑化運搬ユニットＩと、スクリュー型押出ユニットIIと、駆動軸(１)と、ホッパー(２)を備えている。そのうち、スクリュー型押出ユニットIIはバレル(３)とスクリュー(４)を備えている。ベーン型可塑化運搬ユニットＩはスクリュー型押出ユニットIIに直列に連結されている。ベーン型可塑化運搬ユニットIIのバレル(３)はベーン型可塑化運搬ユニットＩのバッフル板(５)に同軸になるように連結され、ベーン型可塑化運搬ユニットIIのスクリュー(４)はベーン型可塑化運搬ユニットＩの回転子(２)に同軸になるように連結されている。駆動軸(１)はベーン型可塑化運搬ユニットＩの回転子(２)に同軸になるように連結されている。ホッパー(２)はベーン型可塑化運搬ユニットＩの固定子(１)に取り付けられている。ベーン型可塑化運搬ユニットＩの回転子(２)とスクリュー型押出ユニットIIのスクリュー(４)が駆動軸(１)によって回転駆動されると、ホッパー(２)から材料がベーン型可塑化運搬ユニットＩに導入され、可塑化の後、スクリュー型押出ユニットIIに入り、さらに可塑化、均質化された後、スクリュー型押出ユニットIIのバレル(３)に接続された金型に押し出され、冷却され、成形されて製品が得られる。
【００１８】
(実施形態４)
図８に示すように、ベーン型可塑化射出機は、ベーン型可塑化押出機Ｉと、プランジャ型射出ユニットIIと、材料保持器(１)を備える。そのうち、プランジャ型射出ユニットIIは、射出シリンダー(２)と、射出ピストン(３)と、射出ホッパー(４)と、ノズル(５)を備えている。材料保持器(１)の材料導入端面はベーン型可塑化押出機Ｉの送りスリーブ(３)の材料排出端面に連結され、材料保持器(１)の材料排出端面はプランジャ型射出ユニットIIの射出バレル(４)の材料導入端面に連結されている。ベーン型可塑化押出機Ｉによる可塑化で得られた融体は、材料保持器(１)を経由してプランジャ型射出ユニットIIの射出バレル(４)に入る。そして、プランジャ型射出ユニットIIの射出ピストン(３)は、融体の圧力によって後退し、プランジャ型射出ユニットIIの射出バレル(４)における材料の量が射出製品として必要とする計測値になると、ベーン型可塑化押出機Ｉは、可塑化を停止し、射出機の可塑化計測工程を終了する。射出機による金型充填、圧力保持の工程を終了すると、製品の冷却期間中に、ベーン型可塑化押出機Ｉは可塑化を開始し、射出機は、製品成形の新しい周期をスタートする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005560184.tif 000008
【図８】
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