(57)【要約】【課題】  伸張流れによる混合方法をスクリューに応用することにより、局所剪断発熱を抑制し、かつ混合性能を向上した熱可塑性樹脂成形用スクリューを提供する。【解決手段】  フライトが螺旋状に設けられて形成されるスクリューのフライトに、スクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されてなる樹脂通路が形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2006001265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライトが螺旋状に設けられて形成されるスクリューのフライトに、スクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されてなる樹脂通路が形成されていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項２】
断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのフライト外周面高さがスクリュー先端側で低く、スクリュー後端側で高くなる傾斜面となされて形成されている請求項１記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項３】
スクリュー先端側のフライト外周面とバレル内面とのクリアランスがスクリュー後端側のフライト外周面とバレルとのクリアランスの１．５〜３．５倍となされ、かつスクリュー底面とバレルとのクリアランスの０．０５〜０．２０倍となされている請求項２記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項４】
スクリューのフライトの周方向に所定間隔をおいて、スクリュー先端側から後端側に貫通する切欠からなる樹脂通路が形成されている請求項１記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項５】
前記切欠のスクリュー先端側の断面積がスクリュー後端側の断面積の１．５〜３．５倍となされ、かつフライトのスクリュー軸ひと回り当たりに存在する切欠のスクリュー先端側の断面積の合計が、スクリューのフライトのスクリュー軸ひと回り当たり断面積の０．０５〜０．２０倍となされている請求項４記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項６】
断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのメーターリングゾーンまたはコンプレッションゾーンに相当するフライトに設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【請求項７】
前記スクリューが二軸押出成形機用である請求項１〜６のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形用スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、押出成形機用または射出成形機用等の熱可塑性樹脂成形用スクリューに関し、特に、塩化ビニル樹脂等の熱分解し易い熱可塑性樹脂成形用の二軸押出機用スクリューとして好適なものである。なお、上記熱可塑性樹脂成形とは熱可塑性樹脂発泡成形も含まれるものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリューを内蔵した成形機においては、均質な成形品を得るために成形用樹脂組成物を十分に溶融混練することが必要であり、このために、従来はバレル内でスクリューを回転させて溶融樹脂に剪断力を作用させて混練することが行われている。また、成形品の軽量化、低コスト化、意匠性付与の点から、発泡体として成形することが旧来より行われている。この熱可塑性樹脂発泡成形（以下、単に「発泡成形」ともいう）においても、樹脂中に発泡剤を均一に分散混合させるために、上記と同様に剪断力を作用させてガス塊を砕き混練し、発泡セルを均一に分散することが行われている。
しかし、剪断力を作用させて混練すると、混合性能は向上するが、溶融樹脂が剪断力により発熱し、発熱により溶融樹脂が劣化して得られる成形品の品質等の性能が低下するという問題があった。
【０００３】
この溶融樹脂の発熱の問題を解消するものとして、塩化ビニル樹脂等の如く押出成形時にシリンダーとスクリューとの間の剪断による発熱が大きく、且つ熱による樹脂焼けの発生し易い樹脂の押出成形に好適なヒートパイプによる冷却機能を有した押出成形機のスクリューが提案されている。例えば、「スクリュー部と駆動部とからなるスクリュー本体において、該スクリュー本体の軸芯に、スクリュー本体の先端部付近から後端部に至る中空孔が設けられ、該中空孔におけるスクリュー部の両端部内周面に熱伝導層が各々形成され、中空孔におけるスクリュー部の略中央部内周面に熱絶縁層が形成されており、前記中空孔に前記スクリュー部の長さよりやや短い長さのヒートパイプが挿入され、該ヒートパイプを前記スクリュー本体の軸方向に移動せしめる操作機構がスクリュー本体の後端部に設けられ、且つ該後端部より操作可能とされてなることを特徴とする押出成形機のスクリュー。」が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特公平６−８８３０８号公報  （特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１に記載の押出成形機のスクリューにおいては、樹脂の種類、押出量（スクリューの回転数）により、ヒートパイプ３の位置を設定しておけば、計量・熔融部１２の熱を吸熱部３１を通じて吸熱して予熱部１４にて放熱部３２を通じて放熱されるので、計量・熔融部１２が冷却され、該計量・熔融部１２の温度が上昇し過熱することなく常に最適条件に保つことができる、という作用効果を奏するが、スクリューの構造が複雑となり、スクリューの製作コストが高価につくことから、高価な設備となるという欠点がある。また、ヒートパイプの設定位置の調整やメンテナンスが必要で、維持管理が面倒であるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、この発明は、伸張流れによる混合方法をスクリューに応用することにより、局所剪断発熱を抑制し、かつ混合性能を向上した熱可塑性樹脂成形用スクリューを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、フライトが螺旋状に設けられて形成されるスクリューのフライトに、スクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されてなる樹脂通路が形成されていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項１記載の熱可塑性樹
脂成形用スクリューにおいて、断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのフライト外周面高さがスクリュー先端側で低く、スクリュー後端側で高くなる傾斜面となされて形成されているものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項２記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいて、スクリュー先端側のフライト外周面とバレル内面とのクリアランスがスクリュー後端側のフライト外周面とバレルとのクリアランスの１．５〜３．５倍となされ、かつスクリュー底面とバレルとのクリアランスの０．０５〜０．２０倍となされているものである。
【０００９】
また、請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項１記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいて、スクリューのフライトの周方向に所定間隔をおいて、スクリュー先端側から後端側に貫通する切欠からなる樹脂通路が形成されているものであり、請求項５に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項４記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいて、前記切欠のスクリュー先端側の断面積がスクリュー後端側の断面積の１．５〜３．５倍となされ、かつフライトのスクリュー軸ひと回り当たりに存在する切欠のスクリュー先端側の断面積の合計が、スクリューのフライトのスクリュー軸ひと回り当たり断面積の０．０５〜０．２０倍となされているものである。
【００１０】
また、請求項６に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいて、断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのメーターリングゾーンまたはコンプレッションゾーンに相当するフライトに設けられているものであり、請求項７に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、請求項１〜６のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいて、前記スクリューが二軸押出成形機用であるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の請求項１記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいては、スクリューのフライトに、スクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されてなる樹脂通路が形成されているので、このスクリューを装着した成形機で熱可塑性樹脂を成形すると、溶融樹脂がこの樹脂通路を樹脂圧力の高い側から樹脂圧力の低い側へ流れる。即ち、スクリュー先端側から後端側に流れる。この樹脂通路はスクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されているので、樹脂通路を流れる溶融樹脂には伸張流動が生じて効果的な分散混合が行われ、得られる成形品は樹脂組成が均一に分散した均質なものであり、剪断発熱による焼け（劣化）のない品質性能に優れたものが得られる。また、発泡成形においても、上記同様の作用効果により発泡セルが均一に分散された成形品が得られる。
【００１２】
また、請求項２記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューにおいては、断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのフライト外周面高さがスクリュー先端側で低く、スクリュー後端側で高くなる傾斜面となされて形成されているので、スクリューの外周の周方向に渡って溶融樹脂に伸張流動が生じ、溶融樹脂の通路全体で効果的な分散混合が行われ、均質に分散した劣化のない優れた品質の成形品が得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【００１３】
また、請求項３に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、スクリュー先端側のフライト外周面とバレル内面とのクリアランスがスクリュー後端側のフライト外周面バレルとのクリアランスの１．５〜３．５倍となされ、かつスクリュー底面とバレルとのクリアランスの０．０５〜０．２０倍となされているので、剪断による発熱が大きく、熱による樹脂焼けの発生し易い樹脂であっても、均質に分散した劣化のない優れた品質の成形品が得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【００１４】
また、請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、スクリューのフライトの周方向に所定間隔をおいて、スクリュー先端側から後端側に貫通する切欠からなる樹脂通路が形成されているので、スクリューの底面に沿って流動する溶融樹脂に対して伸張流動を生じさせて効果的な混合分散が行われ、均質に分散した劣化のない優れた品質の成形品が得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【００１５】
また、請求項５に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、前記切欠のスクリュー先端側の断面積がスクリュー後端側の断面積の１．５〜３．５倍となされ、かつフライトのスクリュー軸ひと回り当たりに存在する切欠のスクリュー先端側の断面積の合計が、スクリューのフライトのスクリュー軸ひと回り当たり断面積の０．０５〜０．２０倍となされているので、剪断による発熱が大きく、熱による樹脂焼けの発生し易い樹脂であっても、均質に分散した劣化のない優れた品質の成形品が得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【００１６】
また、請求項６に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、断面積が縮小されてなる樹脂通路が、前記スクリューのメーターリングゾーンまたはコンプレッションゾーンに相当するフライトに設けられているので、溶融樹脂に効果的な伸張流動を生じさせ、効果的な分散混合が行われ、得られる成形品は樹脂組成が均一に分散した均質なものであり、剪断発熱による焼け（劣化）のない品質性能に優れたものが得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【００１７】
また、請求項７に記載の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、二軸押出成形機用として使用されるものであり、熱分解し易い塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂を発熱による劣化を生じさせることなく、品質性能に優れた成形品が得られ、上記効果は更に確実なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１はこの発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューの一例を一部断面で示す部分平面図である。
図で、１は熱可塑性樹脂成形用スクリューで、螺旋状にフライト２が形成され、フライト２、２の間にスクリュー溝３が形成されている。６は成形機のバレルである。
フライト２の外周面４にはスクリュー先端側のフライト外周面４１の高さが低く、後端側のフライト外周面４２の高さが高くなる傾斜面が設けられていて、スクリュー１をバレル６内に装着された状態では、スクリュー１のフライト２の外周面４とバレル６の内面との間に、スクリュー先端側から後端側に向けて断面積が縮小されてなる樹脂通路５が形成されている。図で矢印は押出方向（スクリュー先端部方向）を示す。
【００１９】
この樹脂通路５は、成形機のメーターリングゾーンまたはコンプレッションゾーンに設けられていればよく、スクリュー１のメーターリングゾーンおよびコンプレッションゾーンの全長にわたって連続して設けられていても、部分的に設けられていてもよい。部分的に設けられる場合には、少なくともスクリュー１の外周面１．５周にわたって設けられていると、伸張流動による溶融樹脂の分散混合を全体の押出溶融樹脂に及ぼすことができる。断面積が縮小されてなる樹脂通路５を部分的に設ける場合には、押出機の先端部分のスクリューフライト部分に設けるのが効果的である。
【００２０】
また、この断面積が縮小されてなる樹脂通路５の具体的な寸法については、スクリュー１をバレル６に装着した状態で考慮することが必要で、粘度等の樹脂特性、押出量、フライト幅と高さ等を考慮して決められるが、フライト２のスクリュー先端側のフライト外周面４１とバレル６内面とのクリアランス４３がスクリュー後端側のフライト外周面４２とバレル６内面とのクリアランス４４の１．５〜３．５倍の範囲となされ、かつスクリュー底面とバレル６内面とのクリアランス４５の０．０５〜０．２０倍の範囲となされているのが好ましい。
【００２１】
クリアランス４３がクリアランス４４の１．５倍より小さくなると溶融樹脂の伸張流動による分散混合の効果が少なくなり、溶融樹脂が発熱して樹脂焼けの生じる危険がある。また、３．５倍より大きくなると溶融樹脂の伸張流動による分散混合の効果が部分的になり、全体を均一に混合することができなくなるからである。
また、クリアランス４３がクリアランス４５の０．５倍より小さくなると、溶融樹脂の伸張流動による分散混合の効果が部分的になり、全体を均一に混合することができなくなり、また、０．２０倍より大きくなるとスクリュー１の回転による溶融樹脂の押出量が減少するからである。
【００２２】
尚、図１では、スクリュー１とバレル６との関係について説明しているが、この関係は単軸スクリュー押出機においても、二軸スクリュー押出機においても同様である。
【００２３】
図２および図３はこの発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューの他の形態を示し、図２はスクリュー軸に垂直な面におけるスクリュー先端側から見た断面図であり、図３はフライトの部分平面図である。
熱可塑性樹脂成形用スクリュー１ａには螺旋状のフライト２ａが形成され、このフライト２ａには周方向に所定間隔をおいてスクリュー１ａの先端側から後端側に貫通する切欠５ａが形成されている。３ａはフライト２ａと２ａとの間に形成されるスクリュー溝であ
り、３１ａはスクリュー溝３ａの底面である。
【００２４】
この切欠５ａはスクリュー１ａの先端側５１ａの横幅が広く、後端側５２ａの横幅が狭くなされ、底面５３ａはスクリュー溝３ａの底面３１ａより少し上側に形成されており、この切欠５ａのスクリュー１ａの先端側５１ａの断面積Ｓ１から、後端側５２ａの断面積Ｓ２に向けて断面積が縮小されている。
【００２５】
この切欠５ａは溶融樹脂の移送機能と伸張流動による分散混合機能とのバランスをとるために、切欠５ａのスクリュー先端側５１ａの断面積Ｓ１がスクリュー後端側５２ａの断面積Ｓ２の１．５〜３．５倍となされ、かつフライト２ａのスクリュー軸ひと回り当たりに存在する切欠５ａのスクリュー先端側５１ａの断面積Ｓ１の合計がスクリュー１ａのフライト２ａのスクリュー軸ひと回り当たり断面積の０．０５〜０．２０倍となされているのが好ましい。
【００２６】
切欠５ａの寸法は、スクリュー１ａの先端側５１ａの横幅がフライト２ａの高さより狭く、底面５３ａがスクリュー溝の底面３１ａに近いもので、スクリュー先端側５１ａの断面積Ｓ１の合計がスクリュー１ａのフライト２ａのスクリュー軸ひと回り当たり断面積の０．０５〜０．２０倍となされるのが好ましい。即ち、切欠５ａの寸法に応じて、切欠５ａの周方向の間隔を決めればよいのである。
このような切欠５ａを設けると、スクリューの回転により移送する溶融樹脂全体に伸張流動を生じさせて効果的な分散混合ができる。
【００２７】
本発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューは、上述のように構成されることで、スクリューのフライトに少しの加工を加えるだけで、スクリューで移送する溶融樹脂に伸張流動を生じさせ、局所的な剪断発熱を抑制して樹脂焼けを防止すると共に、発泡剤などを均一に分散混合でき、発泡セルが均一に分散された成形品を製造することができる。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例および比較例を示すことにより、本発明を更に具体的に説明する。
尚、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すスクリュー１を使用した２軸異方向回転スクリュー押出機での試験結果を説明する。
２軸異方向回転スクリュー押出機は、スクリュー１の外径５０ｍｍ、押出機の長さＬとスクリュー１の外径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１７、フライト２の高さ７．６ｍｍ、フライト幅１０ｍｍであり、フライト２の外周面４の傾斜面がクリアランス４３が２．５ｍｍ、クリアランス４４が１ｍｍ、クリアランス４５が７．７ｍｍとなされている。この傾斜面のあるフライト２はスクリュー１の先端部のスクリュー軸方向８０ｍｍの範囲に形成されているものであった。
【００２９】
上記２軸異方向回転スクリュー押出機を使用して、塩化ビニル樹脂を設定樹脂温度１８０℃、押出量３０ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数２０ｒｐｍ、で円筒体を押出成形した。また、押出機バレルにボンベより窒素ガスを圧力４ＭＰａで導入したこと以外は上記と同様にして発泡円筒体を押出成形した。
得られた円筒体は樹脂組成が均一に溶融分散した均質なものであり、また、発泡円筒体は発泡セルが均一に分散されたものであり、何れも剪断発熱による焼け（劣化）のない品質性能に優れたものであった。
【００３０】
（比較例１）
フライト２の外周面が傾斜面のない円柱面である従来型の押出機を用いたこと以外は実施例１と同様にして円筒体及び発泡円筒体を押出成形した。
【００３１】
（比較例２）
スクリュー回転数を３０ｒｐｍとしたこと以外は比較例１と同様にして円筒体及び発泡円筒体を押出成形した。
【００３２】
得られた円筒体又は発泡円筒体について以下の評価を行った。
（ゲル化度）
得られた円筒体がどの程度均一に混練されているかをゲル化度で評価した。ゲル化度はキャピラリレオメータによって計測した。
粉体の塩化ビニル樹脂を押出した場合の押出圧力をＰ０、完全にゲル化した塩化ビニル樹脂を押出した場合の押出圧力をＰ１００、塩化ビニル樹脂原料を押出した場合の押出圧力をＰＳとすると、
ゲル化度（％）＝（ＰＳ−Ｐ０）／（Ｐ１００−Ｐ０）×１００
で算出される。
【００３３】
（平均セル径及び径のばらつき）
得られた発泡円筒体の断面を、２次電子反射式電子顕微鏡により観察した。観察し撮影した断面写真を画像解析により白色部分（樹脂部分）と黒色部分（発泡セル部分）に二値化を行った。その黒色部分の面積を疑似円表面積とし、そこから発泡セル径を算出し平均値とセル径の標準偏差を算出した。算出したセル径の標準偏差を径のばらつきとした。
【００３４】
上記における成型条件と評価結果は表１に示した。なお、表１における溶融体樹脂温度は、押出機出口部における溶融体樹脂の温度を熱電対を用いて測定したものである。
【００３５】
【表１】
2006001265.tif 000003
【００３６】
表１から明らかなように、本発明の実施例においては、剪断発熱に起因する溶融体樹脂温度を抑制しつつも、良好なゲル化度が得られ、混合性能が向上することが確認できた。また、発泡体製造においても、混合性能が向上することで、発泡セルが均一に分散されうることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューの一例を一部断面で示す部分平面図である。
【図２】この発明の熱可塑性樹脂成形用スクリューの他の実施例を示し、スクリュー軸に垂直な面におけるスクリュー先端側から見た断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線におけるフライトの部分平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１ａ  熱可塑性樹脂成形用スクリュー
２、２ａ  フライト
３、３ａ  スクリュー溝
３１ａ    スクリュー溝３ａの底面
４        フライトの外周面
４１      スクリュー先端側のフライト外周面
４２      スクリュー後端側のフライト外周面
５        樹脂通路
５ａ      切欠
５１ａ    切欠５ａのスクリュー１ａの先端側
５２ａ    切欠５ａのスクリュー１ａの後端側
５３ａ    切欠５ａの底面
６        バレル
Ｓ１      切欠５ａのスクリュー１ａの先端側５１ａの断面積
Ｓ２      切欠５ａのスクリュー１ａの後端側５２ａの断面積
【図１】
2006001265.tif 000004
【図２】
2006001265.tif 000005
【図３】
2006001265.tif 000006