(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒内に少なくとも回転自在に設けられた射出または可塑化用のスクリュであって、
そのスクリュを後部から順に材料供給ゾーン，圧縮ゾーン，可塑化ゾーン，計量ゾーンの４つの工程ゾーン区画し、
上記可塑化ゾーンを圧縮ゾーンから計量ゾーン側に順に形成した溶融部，溶融弛緩部，混練部，混練弛緩部の作業部から構成し、
その弛緩部を部分的なスクリュ軸部の縮径により加熱筒とスクリュ軸部との間隙を拡大して形成し、
軸部周囲のスクリュフライトを、上記溶融弛緩部を境に上記材料供給ゾーンの軸部エンドから上記溶融部の軸部周囲まで設けられて成形材料の供給と圧縮とを行う後部スクリュフライトと、上記溶融弛緩部の前半部から上記計量ゾーンの軸部先端まで設けられ、かつ計量ゾーンに達する間のスクリュピッチをダブルフライトにより後部スクリュフライトよりも狭く設定して溶融材料の混練を行う前部スクリュフライトとに分け、そのスクリュフライトの分割により上記溶融弛緩部の後半部を無フライトとなして、該溶融弛緩部により溶融材料中の未溶融材料の溶融を促進する構造からなることを特徴とするポリエステル樹脂のブレンド材料のプリフォーム射出成形用スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポリエステル樹脂、特にポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートのブレンドを成形材料とするプリフォームの射出成形に適したスクリュに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略称する）による延伸ブロー成形品は、透明性で耐衝撃性を有し、ガスバリヤー性も比較的良好なことから  飲料ボトルなどに広く採用されている。しかし耐熱性については熱変形温度（ガラス転移温度）が７５℃程度なので、高温充填（８０℃前後）を必要とするジュースや天然水の飲料ボトルとして採用する場合には、ヒートセット等の熱処理により耐熱性を高めて使用している。このため耐熱ボトルと称されているＰＥＴボトルは、通常に使用されるＰＥＴボトルに比べてコスト高となっている。
【０００３】
ＰＥＴと同様にポリエステル樹脂の一種であるポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮと称する）は、融点が２７０℃前後、ガラス転移温度が１２４℃前後というように、同じポリエステル樹脂でもＰＥＴよりも融点及びガラス転移温度が高く、薄肉容器としての耐熱性も充分で、延伸によりガスバリヤ性及び透明性に優れ、また強度をも有する。
【０００４】
このようなことから、同じポリエステル樹脂でも高温充填やガスバリヤが要求される飲料ボトルや食品用の広口容器などとしては、ＰＥＴよりもＰＥＮの方が適合するのであるが、ＰＥＮはＰＥＴに比べて材料価格が高く、ヒートセットしたＰＥＴボトルとの比較においても極めて割高となり、現状では採用し難い課題を有する。
【０００５】
上記課題の解決として、ＰＥＴとＰＥＮとをブレンドした成形材料によりガスバリヤ性さらには耐熱性に優れたポリエステルの薄肉ボトルの開発が試みられているが、ＰＥＴとＰＥＮは混和性に難点があり、溶融混合すると乳白色に濁り不透明となる。この濁りは溶融状態においてＰＥＴとＰＥＮとが二つの相を形成することによるものとされ、結晶性による白化現象とは区別されている。しかし、この白濁現象も成形材料の可塑化中にエステル交換反応が促進され、射出成形時にコポリマーの状態になり得れば解決でき、透明な成形品、すなわちプリフォームの成形が可能となるとのことである。
【０００６】
そこで加熱筒内におけるエステル交換反応を促進して、透明なプリフォームを成形する手段として、加熱筒の温度を３１０℃以上に設定し、背圧力も高く設定して可塑化を行うことが試みられている。しかしながら、加熱筒内における溶融材料の滞留時間が必然的に長くなり、その滞留は高圧・高温下となるので、溶融材料は過剰に加熱を受けて分解し易くなり、ガス化する部分すらも生ずる。
【０００７】
この過熱は樹脂の物性に悪影響を及ぼし、変色、やけ、劣化等の原因となるので好ましいものではない。また計量時間も長くなり、それにしたがって成形サイクルも当然に長くなる。殊にＰＥＮとＰＥＴとのブレンドでは、ＰＥＴの方が溶融温度か低いため、過熱による影響を強く受けて分解し易く、さらにはフイッシュアイと称されるゲル状の小さな粒状物が発生して混在することがある。この粒状物はプリフォームの形態に大きな影響を与えるものではないが、最終製品であるボトルの薄肉の胴部などにそのまま残存して瑕疵となり、不良製品の原因となる。
【０００８】
この発明の目的は、上記乳白色の濁りによる不透明化とフイッシュアイの発生を、高温、高背圧力を採用することなく防止し得る新たなポリエステル樹脂のブレンド材料のプリフォーム射出成形用スクリュを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、加熱筒内に少なくとも回転自在に設けられた射出または可塑化用のスクリュであって、そのスクリュを後部から順に材料供給ゾーン，圧縮ゾーン，可塑化ゾーン，計量ゾーンの４つの工程ゾーン区画し、上記可塑化ゾーンを圧縮ゾーンから計量ゾーン側に順に形成した溶融部，溶融弛緩部，混練部，混練弛緩部の作業部から構成し、その弛緩部を部分的なスクリュ軸部の縮径により加熱筒とスクリュ軸部との間隙を拡大して形成し、軸部周囲のスクリュフライトを、上記溶融弛緩部を境に上記材料供給ゾーンの軸部エンドから上記溶融部の軸部周囲まで設けられて成形材料の供給と圧縮とを行う後部スクリュフライトと、上記溶融弛緩部の前半部から上記計量ゾーンの軸部先端まで設けられ、かつ計量ゾーンに達する間のスクリュピッチをダブルフライトにより後部スクリュフライトよりも狭く設定して溶融材料の混練を行う前部スクリュフライトとに分け、そのスクリュフライトの分割により上記溶融弛緩部の後半部を無フライトとなして、該溶融弛緩部により溶融材料中の未溶融材料の溶融を促進する構造からなる、というものである。
【００１０】
このようなスクリュは、インラインスクリュ式射出装置の射出スクリュ或いはスクリュプリプラ式射出装置の可塑化スクリュとして適用でき、インラインスクリュ式射出装置においては、スクリュによりポリエステル樹脂のブレンド材料の可塑化と射出の両方が行われるが、スクリュプリプラ式射出装置ではスクリュは可塑化のみとなり、可塑化されたポリエステル樹脂は射出シリンダに計量されたのち、プランジャにより射出されることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明のスクリュを内装したインラインスクリュ式射出装置を示すものである。
この射出装置は通常の場合と同様に、外周囲にバンドヒーター（図示せず）を備えた加熱筒１の内部に射出スクリュ２を回転かつ進退自在に有し、その射出スクリュ２の回転により加熱筒後部の材料供給口３からの成形材料を圧縮して溶融混練（可塑化）するとともに、射出スクリュ２の後退により加熱筒１の前部内に計量する。
【００１２】
また射出スクリュ２の前進により計量した溶融材料を加熱筒先端のノズル４から金型（図示せず）に射出充填してプリフォームを成形する通常の射出装置と同様な可塑化と射出機能とを有する。
【００１３】
上記射出スクリュ２は、材料供給ゾーン１１，圧縮ゾーン１２，可塑化ゾーン１３、計量ゾーン１４の４つの工程ゾーンを備え、また可塑化ゾーン１３は圧縮ゾーン１２から計量ゾーン１４に順に設定された溶融部１５，溶融弛緩部１６，混練部１７，混練弛緩部１８の作業部からなる。
【００１４】
上記各弛緩部１６，１８は可塑化ゾーン１３の加熱筒１と射出スクリュ２の軸部との間隙を、部分的なスクリュ軸部の縮径（たとえば溶融部の軸径の７０〜８０％）により拡大して形成され、また拡大は間隙の急変による溶融材料の急激な膨張或いは安息角による停滞を防止するために、両端部をテーパーに形成して行っている。
【００１５】
またスクリュ２のスクリュフライトは、溶融弛緩部１６を境にして成形材料を供給及び圧縮する後部スクリュフライト５と、溶融材料を混練する可塑化用の前部スクリュフライト６とに分けて軸部周囲に設けてある。後部スクリュフライト５は材料供給ゾーン１１の軸部エンドから溶融部１５の軸部上まで一定のスクリュピッチで設けられ、また前部スクリュフライト６は溶融弛緩部１６の前半部から計量ゾーン１４の軸部先端まで設けられ、かつ計量ゾーン１４に達する間のスクリュピッチをダブルフライトにより後部スクリュフライト５のそれよりも狭く設定している。これにより溶融弛緩部１６の圧縮ゾーン側の後半部は無フライト状態で、前後のスクリュフライト５，６に影響されず溶融材料が含む小さな未溶融材料の溶融を促進する。
【００１６】
上記射出スクリュ２における上記各ゾーンは、材料供給ゾーン１１が最も長く、計量ゾーン１４が最も短く割り付けられており、圧縮ゾーン１２よりも可塑化ゾーン１３を長く設定してある。また可塑化ゾーン１２では溶融作業部より計量ゾーン側の混練作業部の方を長く設定している。スクリュのＬ／Ｄは可塑化ゾーン１３の設定により通常の射出スクリュの場合よりも長くなるが、射出スクリュとしての機能を果す範囲に止めることができる。また各ゾーンの割り付け及び各部の設定長さも定形的なものではなく、射出容量により任意に変更され得る。
【００１７】
またプリフォームの大量生産により大射出容量の射出成形機が要求され、その要求がスクリュ・プランジャプリプラ式射出装置に満たされるような場合には、上記射出スクリュ２を可塑化スクリュとして採用することができる。このような場合には射出スクリュ２は可塑化スクリュの仕様に変更されることになる。
【００１８】
また採用される射出成形機が射出装置の後部上に可塑化装置を連設したスクリュ・スクリュプリプラ式射出装置の場合には、可塑化スクリュまたは可塑化スクリュと射出スクリュの両方に仕様を変えて採用することができ、変則的には可塑化スクリュと射出スクリュの両方にわたって上記各ゾーンの割り付けと各部の設定とを行ってプリフォームの射出成形に用いることも可能である。
【００１９】
次に図１に示す射出装置によるＰＥＴとＰＥＮのブレンド材料のプリフォーム射出成形について説明する。先ず粒状の成形材料（以下ＰＥＴ＋ＰＥＮと称する）を２〜１０kg／cm2 の背圧力が加えられながら、回転数８０〜１００prm に設定された射出スクリュ２の回転により、上記材料供給口３から加熱筒１の後部内に送り込まれる。加熱筒外周のバンドヒータの設定温度は２８０〜３１０℃の範囲に設定されるが、可塑化ゾーン１３の溶融弛緩部１６付近では他のゾーンの設定温度よりも１０〜１５℃ほど低く設定してある。
【００２０】
加熱筒内のＰＥＴ＋ＰＥＮは、材料供給ゾーン１１を後部スクリュフライト５により移動して圧縮ゾーン１２へと送られる。この間にＰＥＴ＋ＰＥＮは加熱筒側から加熱を受けて軟化してゆく、圧縮ゾーン１２ではスクリュ軸部の傾斜により徐々に押し潰され、同時に後部スクリュフライト５の回転によるせん断力を受けて発熱し、外部からの加熱とせん断発熱とにより半溶融状態となる。
【００２１】
この半溶融材料はさらに後部スクリュフライト５により、スクリュ間隙を狭く制限して圧縮比を大きく設定した可塑化ゾーン１３の溶融部１５に圧送されてＰＥＴ＋ＰＥＮの殆どが溶融されたのち、溶融弛緩部１６に送り出される。溶融弛緩部１６は溶融部１５よりもスクリュ軸部周囲の間隙の断面積が著しく大く、溶融材料の流れの途中の深い淵のような存在にあるので、圧縮され続けて来た溶融材料は溶融弛緩部１６にて膨張し伸展するようになる。これにより溶融材料中に粒状で残存している未溶融材料（ＰＥＮ）も溶融材料中に分散することになり、また溶融材料の流れも緩速化される。
【００２２】
溶融弛緩部１６では、溶融部側の前半部が無スクリュであることと、溶融材料が粘弾性流体であることから、射出スクリュ２により回転力が与えられた溶融材料は、スクリュ軸部にまつわりつくようになり、このよう現象と上記流れの緩速化と相俟って溶融材料が滞留するようになる。しかしその滞留は溶融部１５から順次送り込まれる溶融材料により制御されるが、その滞留の間に溶融状態にあるＰＥＴとＰＥＮの接触が幅広く行われるようになり、またＰＥＮの未溶融の粒状物は溶融材料に包まれて充分に浸ることになり、そこに熱交換がなされて粒状の未溶融材料の溶融促進が行われる。
【００２３】
上記溶融弛緩部１６の溶融材料は、後半部のフライトエンドにより前部スクリュフライト６の谷部に掻き込まれて、溶融部１５と同様にスクリュ軸部周囲の間隙の断面積を狭く制限した混練部１７へと再び圧縮されながらスクリュガイドされる。このフライトエンドによる溶融材料の掻き込み時において、未溶融材料の殆どは溶融状態にあるものと推察でき、混練部１７では既に完全溶融した材料との混練が行われる。
【００２４】
混練された溶融材料は、混練部１７よりもスクリュ軸部周囲の間隙の断面積を著しく大く形成した混練弛緩部１８において、前部スクリュフライト６により混練されながら膨張する。この混練弛緩部１８に至る間に未溶融状態のものは皆無となり、さらに膨張により混練の均一化が行われて溶融材料は均質なものとなる。
【００２５】
上記混練弛緩部１８によりＰＥＴとＰＥＮとの混練が均等に行われた溶融材料は、計量ゾーン１４により温度を均一に調整されてのち加熱筒前部内へと送り出され、その際の材料圧による射出スクリュ２の後退によりスクリュ先方に計量さる。この計量時間は溶融材料の射出量により異なるが２５〜８０grで５〜７secの程度である。しかるのち、射出スクリュ２の前進により溶融材料はノズル４から射出金型に射出充填され、プリフォームに成形される。
【００２６】
上記のように溶融，弛緩，混練，溶融を繰返し行ったＰＥＴ＋ＰＥＮの可塑化では、溶融弛緩によりゲル状の粒状物による未溶融材料（ＰＥＮ）の溶融促進がなされると同時に、混和性に難点があるＰＥＴ＋ＰＥＮの混練が増大して溶融材料は均質化される。また溶融弛緩−混練−混練弛緩という一連の工程から、エステル交換も起こるようになる。このようなことから、これまで乳白色の濁りの原因とされていた不混和性の改善がなされ、透明でフィッシュアイのないプリフォームの成形が可能となる。
【００２７】
またＰＥＴ＋ＰＥＮの可塑化は設定温度３１０℃以下、背圧力は２〜１０ｋｇ／ｃｍ２  、スクリュ回転数は８０〜１００ｒｐｍ  程度にて実施でき、溶融材料の滞留はあっても殊更に長くなるものではないので、アセトアルデヒドの発生も少なく、材料樹脂のＩＶ値の保持率も低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わるポリエステル樹脂のブレンド材料のプリフォーム射出成形用スクリュを内装した射出装置の縦断側面図である。
【符号の説明】
１  加熱筒
２  射出スクリュ
３  供給口
４  ノズル
５  後部スクリュフライト
６  前部スクリュフライト
１１  材料供給ゾーン
１２  圧縮ゾーン
１３  可塑化ゾーン
１４  計量ゾーン
１５  溶融部
１６  溶融弛緩部
１７  混練部
１８  混練弛緩部
【図１】
0003592965.tif 000002