(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のバレルの内部に小径ストレート部のみからなるスクリューを回転可能に挿入配置して材料供給部を構成し、材料供給部の先端に、材料を軸方向に分割剪断する軸方向剪断翼と、材料を半径方向に分割剪断する半径方向剪断部とを有する混合分散部を形成し、
半径方向剪断部は、軸方向上流側及び下流側へ延びる半径方向剪断動翼と、軸方向上流側及び下流側へ延びる半径方向剪断静翼とを備え、半径方向剪断動翼と半径方向剪断静翼とを、互いに半径方向に対を成すよう配置したことを特徴とする樹脂押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、樹脂押出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の樹脂押出機の一例を示すものである。
【０００３】
従来の樹脂押出機１は、筒状のバレル２の内部に、モータなどの駆動装置３によって回転可能なスクリュー４を同芯状に挿入配置すると共に、バレル２の駆動装置３側の端部にホッパ５からの材料６を供給可能な入口部７を形成し、バレル２の入口部７とは反対側の端部に出口ノズル部８を形成したものである。
【０００４】
更に、前記スクリュー４には、入口部７から出口ノズル部８にかけて、一般に、小径ストレート部９、漸拡部１０、大径ストレート部１１が形成され、それぞれ、バレル２との間に材料供給ゾーン１２、材料圧縮ゾーン１３、計量化ゾーン１４を構成している。
【０００５】
尚、１５は樹脂押出機１の出側に設けられた背圧調整弁、１６は背圧調整弁１５の出側に設けられたブロー成形機、１７はブロー成形機１６の成形ヘッド、１８はブロー成形機１６の金型である。
【０００６】
又、１９は樹脂押出機１やブロー成形機１６の各部に対して個別に設けられた温度調整装置であり、各温度調整装置１９によって各部の温度を個別にコントロール可能としている。
【０００７】
そして、各温度調整装置１９によって各部の温度を個別にコントロールしつつ、モータなどの駆動装置３を用いてスクリュー４を回転駆動すると共に、ホッパ５から入口部７を介してペレット状の樹脂などの材料６を、バレル２内へ供給すると、材料６はスクリュー４によって溶融攪拌され、出口ノズル部８から押出される。
【０００８】
この際、スクリュー４の小径ストレート部９によってバレル２との間に比較的広い間隙が形成される材料供給ゾーン１２では、主に材料６の予熱と移送が行われ、漸拡部１０によってバレル２との間に徐々に狭くなる間隙が形成される材料圧縮ゾーン１３では、主に材料６の加熱と溶融と剪断が行われ、大径ストレート部１１によってバレル２との間に比較的狭い間隙が形成される計量化ゾーン１４では、主に材料６の混合と均一化が行われることになる。
【０００９】
こうして、出口ノズル部８から押出された材料６は、その後、背圧調整弁１５で背圧を調整され、ブロー成形機１６で成形ヘッド１７と金型１８により所望の形状に成形される。
【００１０】
しかし、上記従来の樹脂押出機１では、スクリュー４に形成される小径ストレート部９や漸拡部１０や大径ストレート部１１が、上記したようにそれぞれ異なる役割を果しているため、小径ストレート部９や漸拡部１０や大径ストレート部１１の長さや形状などのスクリューデザインが、樹脂押出機１の混合分散能力や押出能力などの性能を決める大きな要因となっている。
【００１１】
従って、使用する材料６に応じてその都度最適なスクリューデザインを持つスクリュー４を設計し、或いは、選定する必要があるが、実際には、可塑化工程は非常に複雑であって理論的に解明することが困難であるため、上記スクリューデザインは、経験によって決定されているのが現状である。
【００１２】
そこで、最適でないスクリューデザインを有するスクリュー４を選定した場合などには、小径ストレート部９や漸拡部１０や大径ストレート部１１を有するスクリュー４の先端部分に、図８に示すような、混合分散装置２０を補助的に取付けて、樹脂押出機１による材料６の混合分散能力を向上させることが行われている。
【００１３】
前記混合分散装置２０は、前記スクリュー４の先端に螺着される回転軸部２１と、前記バレル２の先端に継足される筒状のケーシング２２とから成り、前記回転軸部２１の外周には、放射状に延びる複数枚の動翼２３が、軸方向に対して多段に取付けられ、又、前記ケーシング２２の内周には、放射状に延びる複数枚の静翼２４が、軸方向に対して多段に取付けられており、且つ、前記動翼２３と静翼２４は軸方向に対して交互に配置されるようにしている。
【００１４】
而して、スクリュー４の回転により、回転軸部２１を介して動翼２３が旋回されると、ケーシング２２内を押し流される材料６が、動翼２３と静翼２４によって軸方向に繰返し分割剪断され、材料６の混合分散が促進される。
【００１５】
従って、使用する材料６に応じた最適なスクリューデザインを持つスクリュー４を選定しなかった場合でも、必要な混合分散能力などを確保することができるようになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように樹脂押出機１の小径ストレート部９や漸拡部１０や大径ストレート部１１を有するスクリュー４の先端部分に、混合分散装置２０を補助的に取付けた場合には、以下のような問題があった。
【００１７】
即ち、上記混合分散装置２０はあくまでも補助的なものであり、使用する材料６に応じた最適なスクリューデザインを持つスクリュー４を経験によって選定しなければなならないことには依然として変りがない。
【００１８】
又、上記混合分散装置２０では、材料６を軸方向にしか分割剪断することができなかったので、材料６に対する混合分散能力がいまだ十分であるとは言えなかった。
【００１９】
本発明は上述の実情に鑑みて、スクリューを交換することなく、１種類のスクリューでほとんど全ての材料に対応可能な高い混合分散能力や押出能力を有する樹脂押出機を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒状のバレルの内部に小径ストレート部のみからなるスクリューを回転可能に挿入配置して材料供給部を構成し、材料供給部の先端に、材料を軸方向に分割剪断する軸方向剪断翼と、材料を半径方向に分割剪断する半径方向剪断部とを有する混合分散部を形成し、
半径方向剪断部は、軸方向上流側及び下流側へ延びる半径方向剪断動翼と、軸方向上流側及び下流側へ延びる半径方向剪断静翼とを備え、半径方向剪断動翼と半径方向剪断静翼とを、互いに半径方向に対を成すよう配置したことを特徴とする樹脂押出機にかかるものである。
【００２１】
【作用】
スクリューを回転することにより、筒状のバレル内部へ供給された材料が予熱されて、バレルの先端から押出される。
【００２２】
この際、スクリューを小径ストレート部のみで構成し、スクリューとバレルとの間に比較的広い間隙を有する材料供給部を形成させているため、該材料供給部では、材料の予熱と移送のみが行われることとなり、それ以外の混合分散などの作用は行われなくなるので、その分、高い押出能力を確保することができる。
【００２３】
そして、材料供給部から押出された材料は、材料供給部の先端に取付けられた混合分散部で、軸方向剪断部と半径方向剪断動部により、軸方向に加えて半径方向にも分割剪断されるため、高い混合分散能力を確保することができるようになる。又、半径方向剪断部の半径方向剪断動翼と半径方向剪断静翼との間で生ずる分割剪断作用により材料を半径方向に分割剪断するため、従来の樹脂押出機と比較して混合分散能力を格段に向上することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１〜図６は本発明の混合分散装置の一実施例を示すものである。
【００２６】
本発明にかかる樹脂押出機２５は、筒状のバレル２６の内部に、モータなどの駆動装置２７によって回転可能なスクリュー２８を同芯状に挿入配置すると共に、バレル２６の駆動装置２７側の端部にホッパ２９からの材料３０を供給可能な入口部３１を形成する。
【００２７】
この際、スクリュー２８として、小径ストレート部のみからなる短いスクリュー２８を使用し、スクリュー２８が設けられる範囲の全体が材料供給部３２になるようにする。
【００２８】
更に、バレル２６の先端に、図２に示すように、筒状のケーシング３３を接続し、スクリュー２８の先端に回転軸３４を螺着して、樹脂押出機２５の先端部分に混合分散部３５を一体的且つ恒常的に取付ける。
【００２９】
そして、前記回転軸３４の外周に、放射状に延びる複数枚の軸方向剪断動翼３６を、軸方向に対して多段に取付ける。又、前記ケーシング３３の内周に、放射状に延びる複数枚の軸方向剪断静翼３７を、軸方向に対して多段に取付ける。且つ、前記各軸方向剪断動翼３６と軸方向剪断静翼３７とを、互いに軸方向に対を成すようそれぞれ近接配置し、前記回転軸３４とケーシング３３との間に形成される軸方向流路３８を流れる材料３０を軸方向に分割剪断する軸方向剪断部３９を多段に構成する。
【００３０】
又、前記ケーシング３３の内周における各軸方向剪断部３９間の位置に、環状溝部４０をそれぞれ凹設する。前記回転軸３４の外周における環状溝部４０の位置に、前記環状溝部４０内に遊嵌される環状鍔部４１を、それぞれ突設する。且つ、対応する環状溝部４０と環状鍔部４１との間に、材料３０を半径方向へ迂回させる半径方向迂回流路４２を形成する。
【００３１】
更に、前記各環状鍔部４１の外縁部に、周方向に間隔を置いて、軸方向上流側及び下流側へ延びる複数の半径方向剪断動翼４３，４４を突設する。前記環状溝部４０の入口部４５に、周方向に間隔を置いて、軸方向上流側及び下流側へ延びる複数の半径方向剪断静翼４６，４７を突設する。且つ、前記半径方向剪断動翼４３，４４と半径方向剪断静翼４６，４７とを、互いに半径方向に対を成すよう近接配置し、半径方向迂回流路４２へ出入りする材料３０を半径方向に分割剪断するための半径方向剪断部４８，４９を形成する。
【００３２】
尚、上記の如き入り組んだ構造の混合分散部３５を製作するに当っては、図２〜図４に図示されているように、回転軸３４を軸心部５０と外周部とに分けて、両者をキー５７で回止めできるようにした上で、外周部を軸方向に対して輪切状に分割する（外周部分割片５１〜５６）と共に、図２及び図５、図６に示すように、ケーシング３３を外周部５８と内周部とに分けて、内周部を軸方向に対して輪切状に分割して（内周部分割片）、挿通ピン６７で回止めできるようにしておく。
【００３３】
そして、バレル２６にケーシング３３の外周部５８を当接した状態で、回転軸３４の外周部分割片５１〜５６とケーシング３３の内周部分割片５９〜６４とを、交互に順次入り組ませながら組付けて行き、回転軸３４の軸心部５０をキー５７を介して回転軸３４の外周部分割片５１〜５６に挿入して、調整ナット６８で軸方向の位置を調整しつつスクリュー２８の先端に螺着し、更に、ケーシング３３側の内周部分割片６５を挿入して、内周部分割片５９〜６５の間に挿通ピン６７を通し、内周部分割片６６で押さえ、更に、下流側に位置する背圧調整弁６９を当接して、各部に形成されたフランジ７０〜７３間を連結ボルト７４で連結するようにすれば良い。
【００３４】
又、７８は樹脂押出機２５やブロー成形機７５の各部に対して個別に設けられた温度調整装置であり、各温度調整装置７８によって各部の温度を個別にコントロール可能としている。
【００３５】
次に、作動について説明する。
【００３６】
各温度調整装置７８によって各部の温度を個別にコントロールしつつ、モータなどの駆動装置２７を用いてスクリュー２８を回転駆動すると共に、ホッパ２９から入口部３１を介してペレット状の樹脂などの材料３０を、バレル２６内へ供給すると、材料３０はスクリュー２８によって予熱されて混合分散部３５へ押出される。
【００３７】
この際、スクリュー２８を小径ストレート部のみで構成し、スクリュー２８とバレル２６との間に比較的広い間隙を有する材料供給部３２を形成させているため、該材料供給部３２では、材料３０の予熱と移送のみが行われることとなり、それ以外の混合や分散などの作用は行われなくなるので、その分、高い押出能力を確保することができる。
【００３８】
そして、スクリュー２８の回転により回転軸３４を介して軸方向剪断動翼３６及び半径方向剪断動翼４３，４４が旋回されると、スクリュー２８によって図１における右側から左側へ向けて押出されてきた材料３０は、軸方向流路３８を流れる間に軸方向剪断部３９において軸方向剪断動翼３６と軸方向剪断静翼３７との間で生ずる分割剪断作用により軸方向に分割剪断され、次いで環状鍔部４１に行き当って流れ方向を半径方向に転換されて半径方向迂回流路４２へ導入され、該半径方向迂回流路４２の入側及び出側において半径方向剪断部４８，４９の半径方向剪断動翼４３，４４と半径方向剪断静翼４６，４７との間で生ずる分割剪断作用により半径方向に連続して分割剪断され、更に再び軸方向流路３８に戻されて以上に述べた軸方向と半径方向の分割剪断を繰返し行われることによって材料３０中の分散粒子が微細化されて混合分散が高度に促進され、出口ノズル部８より送出される。
【００３９】
従って、材料３０を軸方向に分割剪断することに加えて半径方向にも分割剪断することができるので、従来の樹脂押出機と比較して混合分散能力を格段に向上することができ、特に上記実施例の如く軸方向剪断部３９と半径方向剪断部４８，４９とを軸方向に交互に複数段配置した構成を採用すれば、材料３０を交互に異なる方向に繰返し分割剪断することができるので、どのような材料３０でも微細化して、一層高度な混合分散能力を得ることができる。
【００４０】
このように、小径ストレート部のみを有するスクリュー２８と混合分散部３５とを備えたので、高い押出能力と混合分散能力とを両立させることが可能となり、材料３０に応じてその都度、スクリュー２８を最適なものに選定交換する必要をなくすことができる。
【００４１】
しかも、スクリュー２８は、材料３０の予熱と移送のみを行わせるようにしているので、図７の場合に比べて、スクリュー２８の長さを２／３程度以下に短縮することができる。具体的には、図７の場合、スクリュー４のＬ／Ｄ（スクリュ−の長さと径寸法の比）の値は２４程度なのに対し、本実施例の装置の場合、図７と同等以上の性能を保った状態で、スクリュー２８のＬ／Ｄの値を１５程度まで下げることができる。
【００４２】
樹脂押出機２５から押出された材料３０は、その後、背圧調整弁６９で背圧を調整され、図示しないブロー成形機で成形ヘッドと金型により所望の形状に成形される。
【００４３】
尚、前述の如く本実施例の装置では、高度な混合分散効果を得ることができるので、従来では技術的に微細化が困難であったナイロン粒子等の粒子を数ミクロン以下の粒子径に微細化して高度な分散を図ることが可能となり、ガソリンタンクのようにポリエチレン層とナイロン層とを積層した多層成形品を作る際にできるバリ等のナイロンを含むプラスチックスクラップを、工業的に実施可能な再生品として再生利用させることができるようになる。
【００４４】
又、金属の合金と同様に、２種類以上の樹脂を混合することによって単一の樹脂では実現できない新しい機能を持つ樹脂、いわゆるポリマーアロイ（２種類以上のポリマーが共有結合でつながることなく混合しているポリマー多成分系のうち、成分ポリマーが完全相溶化状態にあるか、又は界面に何らかの親和力が働き、安定なミクロ相分離状態にあるもの）を生成する技術についての研究開発が近年さかんに行われているが、工業的に注目されているポリマーアロイの殆どはミクロ相分離型であり、非相溶系のポリマー同士の組合わせで安定なミクロ相分離構造を得るためには分散粒子を微細化して高度な分散を図ることが不可欠であることから、斯かるポリマーアロイを本実施例の装置により生成すれば、安定なミクロ相分離構造を有するポリマーアロイを極めて容易に得ることができる。
【００４５】
更に、材料３０に色付け用のペレットを添加して着色を行う場合において、本実施例の装置を採用すれば、前記色付け用のペレットを２０〜３０μ程度以下にまで微細化して高度に分散させることができるので、ムラのない均質な着色を極めて容易に行うことができる。
【００４６】
ここで、図２〜図４に図示されているように、回転軸３４を軸心部５０と外周部とに分けて、両者をキー５７で回止めできるようにした上で、外周部を軸方向に対して輪切状に分割する（外周部分割片５１〜５６）と共に、図２及び図５、図６に示すように、ケーシング３３を外周部５８と内周部とに分けて、内周部を軸方向に対して輪切状に分割して（内周部分割片）、挿通ピン６７で回止めできるようにしたことにより、簡単に軸方向剪断部３９や半径方向剪断部４８，４９の構成（段数など）を変更することが可能となる。
【００４７】
尚、本発明の樹脂押出機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
上記した本発明によれば、スクリューを交換することなく、１種類のスクリューでほとんど全ての材料に対応可能な高い混合分散能力や押出能力を得ることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す側方断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】図２の回転軸のみを拡大して示す側面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ方向の矢視図である。
【図５】図２のケーシングのみを拡大して示す断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ方向の矢視図である。
【図７】従来例を示す全体側方断面図である。
【図８】図７に混合分散装置を取付けた状態を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
２６  バレル
２８  スクリュー
３２  材料供給部
３５ 混合分散部
３６  軸方向剪断翼（軸方向剪断動翼）
３７  軸方向剪断翼（軸方向剪断静翼）
４３，４４  半径方向剪断動翼
４６，４７  半径方向剪断静翼
４８，４９ 半径方向剪断部
【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】
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【図８】
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