(57)【要約】 【課題】    模様着色品の成形を、成形方法に関係なく、成形性や生産性を落とすことなくかつ安定して行うことができる樹脂押出スクリュウおよび成形方法を提供すること。【解決手段】フィードゾーンＦＺ、コンプレッションゾーンＣＺおよびメータリングゾーンＭＺを有する樹脂押出用スクリュウにおいて、メータリングゾーンＭＺからスクリュウ先端部にかけて、樹脂のミキシングを抑制しながら、樹脂を加熱するためのヒーティングゾーンＨＺを有する。【選択図】 図１
2005262824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードゾーン、コンプレッションゾーンおよびメータリングゾーンを有する樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンからスクリュウ先端部にかけて、樹脂のミキシングを抑制しながら、樹脂を加熱するためのヒーティングゾーンを有することを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンにはスクリュウ溝が形成され、このヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝は、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法に形成されていることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項３】
請求項２に記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、前記メータリングゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｍと、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、前記ヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｈとが、ＣＲｍ＞ＣＲｈであることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項４】
請求項３に記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンとヒーティングゾーンとの境目では、メータリングゾーンからヒーティングゾーンへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されていることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径Ｄｍに対して、前記ヒーティングゾーンのスクリュウ外径Ｄｈが小さいことを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項６】
請求項１に記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝の内径をＤｍｂとした場合、前記ヒーティングゾーンは、前記Ｄｍｂ以下の外径を有するトーピード構造に形成されていることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項７】
請求項１または請求項６に記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンは、トーピード構造に形成され、かつ、樹脂の加熱効率を高めるための溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを備えていることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径をＤｍとし、前記ヒーティングゾーンを含む有効スクリュウ長をＬとした場合、Ｌ／Ｄｍが２０以上で、かつ、ヒーティングゾーンの長さが２Ｄｍ以上であることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンが交換可能に構成されていることを特徴とする樹脂押出用スクリュウ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品をブロー成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする模様着色品の成形方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品を押出成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする模様着色品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂押出用スクリュウおよび模様着色品の成形方法に関する。詳しくは、木目調などの原着模様外観成形において、加熱効率を高めることのできる樹脂押出用スクリュウおよびそのスクリュウを装備した押出機を用いた模様着色品の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原着で木目外観を出す成形技術として、顔料マスターバッチに関する技術（特許文献１および特許文献２参照）や、ブロー成形機に関する技術（特許文献３）、その他の押出機のダイス構造などが提案されている。
これらに記載された技術、および、これに類する模様原着技術は、押出過程における模様着色顔料マスターバッチの溶融状態を調整して成形品表面に模様着色する技術である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９４６７１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８６９５号公報
【特許文献３】特開２００２−９６３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した着色技術では、成形工程中において、可塑化押出機内では顔料分散を抑制し、それ以降のダイスで模様着色顔料マスターバッチを充分溶融させて流れ性をもたせ、ダイス内で流れ模様を着色させる必要がある。このような顔料マスターバッチの溶融抑制は、大きな熱容量を有し、温度も安定した大型のクロスヘッドを有する大型のブロー成形機などでは比較的容易に行える。
【０００５】
しかし、小型のクロスヘッドが多い連続ブロー成形機や、ダイスが小型な押出成形機などでは、可塑化押出機以降での加熱部位が少なく、押出量も多いことから、着色条件まで顔料マスターバッチを溶融させるのが難しく、着色不良を起こしやすい。
つまり、連続ブロー成形法や小型ダイスを用いた押出成形法は、クロスヘッドやダイスが小型で、流路が短い。模様着色成形法では、可塑化押出機内では顔料分散を抑えるため、樹脂温度は比較的低温で押し出していることから、押出機以降ダイス出口までに高速で樹脂加熱する必要がある。しかし、クロスヘッドやダイスが小型であるため、熱を供給しづらい上、樹脂の押出通過速度が速いため、熱の供給不足となって、顔料マスターバッチの溶融不足を起こしやすい。
【０００６】
このため、クロスヘッドやダイスの温度を上げることになるが、クロスヘッドやダイスの外側からヒータなどで加熱する程度では押出樹脂の内部まで均一に加熱することはできず、流路面に接触している樹脂ばかりが高温になって、内部まで加熱するのは難しい。また、表面のみ過熱し過ぎると、せっかく出た表面模様が分散して、返って表面着色具合を低下させてしまうことになりやすい。このため、成形が難しくなったり、生産性が落ちることが多い。
一方において、クロスヘッドやダイスを大型化する改良をして対応することも考えられるが、機械の基礎や取り合いなどから、一般に改造は難しい場合が多い。
【０００７】
なお、特開平９−２６７３７５号公報には、模様着色顔料マスターバッチの溶融制御を、押出機の回転数やシリンダ温度調整で行うことが提案されているが、この方法では、スクリュウのＬ（有効長さ）／Ｄ（外径）や圧縮比などの影響が大きく、生産性も落ちてしまうため、現実的とはいえない。
このような状況下から、模様着色顔料マスターバッチを、溶融制御しながら模様着色する連続ブローや押出成形などで、成形条件の影響による外観不良を起こさず、生産性の高い、模様着色成形方法が求められている。
【０００８】
本発明の目的は、模様着色品の成形を、成形方法に関係なく、成形性や生産性を落とすことなくかつ安定して行うことができる樹脂押出用スクリュウおよび成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の樹脂押出用スクリュウは、フィードゾーン、コンプレッションゾーンおよびメータリングゾーンを有する樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンからスクリュウ先端部にかけて、樹脂のミキシングを抑制しながら、樹脂を加熱するためのヒーティングゾーンを有することを特徴とする。
ヒーティングゾーンは、ミキシング（混練）を目的したゾーンではなく、スクリュウによる撹拌作用を利用して、樹脂を一定温度に効率的に加熱することを目的とするゾーンである。そのため、ヒーティングゾーンは、樹脂の混練を抑えるスクリュウ設計がされている。よって、模様着色品の成形を、成形方法に関係なく、成形性や生産性を落とすことなくかつ安定して行うことができる。
【００１０】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンにはスクリュウ溝が形成され、このヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝は、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法に形成されていることが好ましい。
混練に影響する設計値は、スクリュウ溝の溝ピッチおよび溝深さで、この値で圧縮比が決まり、圧縮比の大小で混練力が概ね決まる。圧縮比は、フィードゾーン（樹脂噛み込み口）の１溝ピッチ間の溝体積に対して、どれだけ圧縮されるかで表され、一般には、フィードゾーンの１溝ピッチ間の溝体積をＶｆ、メータリングゾーン（一般にはスクリュウでは先端部）の１ピッチ間の溝体積をＶｍとした場合、圧縮比ＣＲ＝Ｖｆ／Ｖｍで表される。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、メータリングゾーンの圧縮比ＣＲｍと、ヒーティングゾーンの圧縮比ＣＲｈとが同等になる場合もあり得るが、ヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝は、メータリングゾーンのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法に形成されている。つまり、同じ圧縮比であっても、溝深さを深くして、溝ピッチを狭くすれば、前方への送り速度は遅くなり、逆に、溝深さを浅くして、溝ピッチを広くすれば早い送りになる。これで、同じ圧縮比でも、樹脂の前方への送りスピードの調整ができるため、樹脂のスクリュウ内での滞留時間を変化させて温度調整を行うことができる。
【００１１】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、前記メータリングゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｍと、前記フィードゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、前記ヒーティングゾーンにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｈとが、ＣＲｍ＞ＣＲｈであることが好ましい。
本発明の樹脂押出用スクリュウの場合、メータリングゾーンで計算した圧縮比ＣＲｍよりも、ヒーティングゾーンで計算した圧縮比ＣＲｈの方が小さい。つまり、樹脂の可塑化混練はメータリングゾーンまでで完了しており、それ以降は、混練を緩やかにして、樹脂を撹拌しながら、樹脂全体を均一に、短時間で効率的に加熱する構成となっている。
【００１２】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンとヒーティングゾーンとの境目では、メータリングゾーンからヒーティングゾーンへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されていることが好ましい。
メータリングゾーンの圧縮比ＣＲｍと、ヒーティングゾーンの圧縮比ＣＲｈとの差が大きい場合、その境目で圧力が急低下して、サージング現象などが起きて、押出量が不安定になることがある。このため、メータリングゾーンとヒーティングゾーンとで急激に圧縮比を変化させるのは好ましくないから、メータリングゾーンからヒーティングゾーンの繋ぎ付近は緩やかに圧縮比を下げていく必要がある。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、メータリングゾーンからヒーティングゾーンへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されているから、その境目で圧力が急低下して、サージング現象などが起きて、押出量が不安定になるのを防げる。
【００１３】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径Ｄｍに対して、前記ヒーティングゾーンのスクリュウ外径Ｄｈが小さいことが好ましい。
ヒーティングゾーンのスクリュウ外径、ネジの山幅などは特に制約されないが、本発明の樹脂押出用スクリュウでは、ヒーティングゾーンのスクリュウ外径Ｄｈがメータリングゾーンのスクリュウ外径Ｄｍよりも小さい。このように構成すると、ヒーティングゾーンのスクリュウ外径と加熱シリンダ（バレル）内径との隙間が大きくなって、樹脂はヒーティングゾーンのスクリュウ溝を越えて逆流（バックフロー）し、樹脂が循環滞留する時間が長くとれる。この循環滞留が適度におきる場合は、ヒーティングゾーンを短くして効率的に樹脂加熱ができる。しかし、過度に樹脂循環すると、過混練や過熱が起きることになり、顔料分散して模様が出難くなる。よって、スクリュウ外径などは適度な大きさが必要である。
【００１４】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ溝の内径をＤｍｂとし、前記ヒーティングゾーンは、前記Ｄｍｂ以下の外径を有するトーピード構造に形成されていることが好ましい。
本来のトーピードを設ける目的は、スクリュウ先端に、メータリングゾーンの外径よりも大きい径のトーピードを設けて、押出量を抑えて背圧を高め、混練強度を高めることにある。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、ヒーティングゾーンが、メータリングゾーンのスクリュウ溝の内径Ｄｍｂ以下の外径を有するトーピード構造に形成されている。このような構造では、圧力上昇が起きず、押出速度が低下する。すなわち、樹脂を練らずに滞留時間を長くとることができる。
【００１５】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンは、トーピード構造に形成され、かつ、樹脂の加熱効率を高めるための溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを備えていることが好ましい。
トーピード構造のヒーティングゾーンは、樹脂は練らないが、スクリュウ回転によって、樹脂は撹拌されるため、加熱されやすい。
本発明の樹脂押出用スクリュウでは、溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを備えているから、ミキシングを抑えながら樹脂撹拌を促進できる。よって、より均一な加熱が期待できる。
【００１６】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記メータリングゾーンのスクリュウ外径をＤｍとし、前記ヒーティングゾーンを含む有効スクリュウ長をＬとした場合、Ｌ／Ｄｍが２０以上で、かつ、ヒーティングゾーンの長さが２Ｄｍ以上であることが好ましい。
本発明のスクリュウは、Ｌ／Ｄｍが２０以上で、かつ、ヒーティングゾーンの長さが２Ｄｍ以上であればよいが、好ましくは、Ｌ／Ｄｍが２４以上、かつ、ヒーティングゾーンの長さが２〜６Ｄｍであれば、本来のスクリュウの混練機能を損なうことはない。
【００１７】
なお、スクリュウの最大圧縮比は、メータリングゾーン部であるが、この部位の適正圧縮比は材料種によって異なる。ＰＰ（ポリプロピレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）では２〜３程度であるが、本発明で提案する模様着色成形では２．５以下が好ましい。これを超える圧縮比では、メータリングゾーンまでに顔料が分散してしまう。ヒーティングゾーンの圧縮比は、メータリングゾーンの圧縮比以下であれば特に問題ない。たとえば、メータリングゾーン部の圧縮比が２．４であれば、ヒーティングゾーンの圧縮比は、メータリングゾーンとの繋ぎ部から、先端に向かって、２．４〜２．０のように徐々に変化させればよい。
トーピード構造のヒーティングゾーンでは、圧縮は殆ど掛からなくなる。このため、メータリングゾーンとの繋ぎ部で圧力が急低下して、サージングなどが起きやすくなる。これを防止するため、押出機先端に、押出抵抗となるようなブレーカプレートをセットして圧力保持してやる。圧力調整は、ブレーカプレートにあける孔径、孔個数で調整できる。
【００１８】
本発明の樹脂押出用スクリュウにおいて、前記ヒーティングゾーンが交換可能に構成されていることが好ましい。
スクリュウ回転が上がると、一般には樹脂の送り速度が速くなって、樹脂は加熱不足を起こしやすい。このような場合は、ヒーティングゾーンで送り速度が遅くなるように、スクリュウ溝の溝深さを深くし、ピッチを狭くとるようにする。一方では、低速回転で成形する場合もある。このように、同一の成形機で、回転数が違うような成形をする場合、それ毎にスクリュウを設けると、スクリュウ本数がたくさん必要になる。これに対応するには、メータリングゾーンまでを１本のスクリュウとし、ヒーティングゾーンを取り替え可能にしておけば、回転数に合わせてヒーティングゾーンを取り替えして、模様着色に適した樹脂温度を、回転数によらず得ることができる。
【００１９】
本発明の成形方法は、上述したいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品をブロー成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の成形方法は、上述したいずれかに記載の樹脂押出用スクリュウを装備した押出機を用いて、模様着色品を押出成形する成形方法であって、前記メータリングゾーンまでは、模様着色顔料マスターバッチの融点を超えない温度で加熱し、前記ヒーティングゾーンで、模様着色顔料マスターバッチの融点以上に加熱することを特徴とする。
【００２１】
本発明のスクリュウを装備した押出機では、最低４ゾーン以上のシリンダ加熱用のヒータゾーンが必要である。すなわち、フィードゾーン、コンプレッションゾーン、メータリングゾーン、および、ヒーティングゾーンでヒータが必要となる。ヒーティングゾーンは、他のゾーンよりは普通は短いため、シリンダのヒータゾーンを等分にとると、メータリングゾーンの一部で、ヒーティングゾーンのヒータが掛かったりする。よって、好ましくは、ヒータゾーンの長さに合わせたヒータゾーンがあることが好ましい。
【００２２】
模様着色マスターバッチが可塑化混練過程で分散すると、模様着色はできない。本発明のスクリュウも、メータリングゾーンまでは通常の可塑化混練スクリュウと何ら変わるものではないから、混練力は強い。この過程で高温にしてしまうと、模様着色マスターバッチは分散してしまって模様着色できなくなってしまう。このため、このゾーンまでは、少なくとも模様着色マスターバッチの融点以下、好ましくは、ビカット軟化点＋１０℃以上に抑える必要がある。これを過ぎたヒーティングゾーンでは、混練を抑えながら、適度の拡散を行って、着色可能な温度となる模様着色マスターバッチの溶融温度以上、好ましくは、溶融温度＋１０℃以上を目標に加熱する。好ましくは、ヒーティングゾーンで模様着色マスターバッチを完全溶融状態する方が成形は安定するが、ヒーティングゾーンで完全溶融状態にまですることが必須ではない。すなわち、押出機を出た後、クロスヘッドはダイスで不足分を加熱してやることが当然できる。最低限、クロスヘッドやダイスで加熱不足が起きない程度まで、ヒーティングゾーンで加熱しておけばよい。
【００２３】
ヒーティングゾーンでは、混練を抑えてはいるが、拡散作用は起きているので、模様着色マスターバッチの溶融温度以上に加熱すれば、若干の顔料分散が起きる。しかし、この作用は、返って着色性能を向上させる。すなわち、スクリュウの回転作用で模様着色マスターバッチは伸び変形しながら、ヒーティングゾーンを通過する。押出機を出た状態では、模様着色顔料マスターバッチは溶融完了して、筋状の半分散状態で樹脂内に分布する。この半分散状態で、既に着色濃淡が発生しているため、クロスヘッドやダイスでは余り熱を加える必要はなく、クロスヘッドやダイスで整流して押し出しさえすれば、濃淡の木目縞に近い模様になる。
【００２４】
とくに、クロスヘッドやダイスに絞り構造があれば、伸びた柾目外観で押し出されることになる。ただし、このような押し出し状態では、クロスヘッドやダイスで更に加熱すると、返って外観不良を起こすことがある。すなわち、クロスヘッドやダイスの内面温度が、模様着色顔料マスターバッチの溶融温度に比べて高すぎた場合、模様着色化が完了した顔料が、押出流路面との剪断作用で分散し、模様が不明瞭化するためである。本発明のスクリュウを使うブロー成形や押出成形の場合、クロスヘッドやダイス温度は、押出機出口の樹脂温度と同等かそれ以下に抑えて、樹脂の保温状態で押し出す方が、外観のよい製品が得られやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜標準的（従来の）スクリュウの説明＞
図５は、ブロー成形方法や押出成形方法の押出機の一般的の１軸１条スクリュウ（フルフライト）の構造を示している。スクリュウは、押出機シリンダに収められ、モータなどで回転駆動されながら樹脂ペレットを可塑化していく。樹脂ペレットは、フィードゾーンＦＺから噛み込まれ、コンプレッションゾーンＣＺ、メータリングゾーンＭＺで熱と剪断発熱で溶かされながら練り込まれ、前方に押し出され、最終的には、クロスヘッドやダイスに送られる。
【００２６】
フィードゾーンＦＺは、固体樹脂ペレットを噛み込みながら前方へ輸送するため、スクリュウ溝の溝深さを大きくして、樹脂ペレットを噛みやすくしている。このフィードゾーンＦＺでは、樹脂ペレット間での固体摩擦による摩擦発熱が大きい。これに外部加熱も加わり、樹脂は徐々に溶融される。
コンプレッションゾーンＣＺでは、スクリュウ溝の溝深さが徐々に浅くなっていく。このコンプレッションゾーンＣＺで溶融、混練が進むとともに、樹脂圧力も高くなる。同時に、樹脂とともに噛み込みした空気や、気化分を後方に押し戻して排気する。気化分が多い場合は、シリンダ外部からバキューム引きすることもある。この場合は、樹脂圧力がかからない部位で行う。
【００２７】
メータリングゾーンＭＺは、押出量を決定するゾーンである。このメータリングゾーンＭＺのスクリュウ溝の溝深さは一定で、スクリュウ中で最も浅い。この高さによって、樹脂の圧縮度と押出量とが決まる。スクリュウ溝の溝深さが浅いと圧縮度が大きくなり、押出量が少なくなって、混練度が上がる。スクリュウ溝の溝深さが深いと樹脂の圧縮度が小さくなり、押出量も多くなる。この圧縮度を圧縮比というが、この圧縮比は、フィードゾーンＦＺとの溝深さ比だけでは決まらない。つまり、フィードゾーンＦＺの１溝ピッチ間の溝体積と、メータリングゾーンＭＺの１溝ピッチ間の溝体積で決まるもので、溝ピッチとも関係している。この例では、スクリュウ溝の溝ピッチは全てのゾーンで同じである。
【００２８】
＜本実施形態の樹脂押出用スクリュウの説明＞
図１は、本実施形態の樹脂押出用スクリュウを示している。本樹脂押出用スクリュウは、図５に示した標準的スクリュウと比べて、メータリングゾーンＭＺ以降にヒーティングゾーンＨＺがある点で異なる。つまり、メータリングゾーンＭＺまでは、図５の各ゾーンと同一のディメンジョンでスクリュウ溝は切られるが、唯一、メータリングゾーンＭＺの長さが縮小され、その縮小された分だけヒーティングゾーンＨＺが設けられている。つまり、メータリングゾーンＭＺからスクリュウ先端部にかけて、ヒーティングゾーンＨＺが設けられている。この場合、メータリングゾーンの長さだけ縮小するのではなく、フィードゾーンＦＺおよびコンプレッションゾーンＣＺを縮小しても構わない。
図１の例では、スクリュウの外径をＤとした場合、おおよそ５Ｄに相当する長さをヒーティングゾーンＨＺとして、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ溝とは異なるスクリュウ溝を設けてある。つまり、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ溝に対して、溝ピッチおよび溝深さの少なくとも一方が異なる寸法のスクリュウ溝がヒーティングゾーンＨＺに形成されている。ここでは、溝ピッチおよび溝深さの双方が異なる寸法のスクリュウ溝が形成されている。
【００２９】
ヒーティングゾーンＨＺは、樹脂を練ることを目的としていない。すなわち、樹脂を、目標温度に均一に効率的に加熱することを目的としている。このため、このヒーティングゾーンＨＺでの樹脂の加熱は外部ヒータからの熱によって行い、剪断発熱などの機械的な発熱はできるだけ抑える構造としている。具体的には、メータリングゾーンＭＺよりも圧縮比は小さ目に設定されている。つまり、フィードゾーンＦＺにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、メータリングゾーンＭＺにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｍと、フィードゾーンＦＺにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積を、ヒーティングゾーンＨＺにおけるスクリュウ溝の１溝ピッチ間の溝体積で割ることによって求められる圧縮比ＣＲｈとが、ＣＲｍ＞ＣＲｈに設定されている。図１の例では、メータリングゾーンＭＺよりも溝深さを大きくとって、圧縮比を下げる工夫がされている。
【００３０】
しかし、メータリングゾーンＭＺとヒーティングゾーンＨＺとの間で圧縮比が急に下がると、その部位で圧力変動を起こして、サージング現象などが起きて、押し出しが不安定になりやすい。そのため、圧力が急低下しない工夫も同時に行っている。すなわち、溝深さが深い方が混練が掛かり難いことを利用して、溝を深くしていくが、圧縮比が大きく低下しないように溝ピッチを下げて、圧縮比の低下具合を調整している。具体的には、メータリングゾーンＭＺとヒーティングゾーンＨＺとの境目では、メータリングゾーンＭＺからヒーティングゾーンＨＺへ向かうに従って、溝ピッチが次第に小さく、かつ、溝深さが次第に深くなるように、スクリュウ溝が形成されている。その結果、圧力が大きく低下することなく、樹脂の混練が抑えられる。
【００３１】
ヒーティングゾーンＨＺでは、樹脂は、スクリュウの回転作用により、撹拌されながら満遍なく外部熱が伝達され、均一に昇温される。これは、層流で押し出されながらクロスヘッドやダイスで加熱する場合には得られない効果である。また、樹脂の加熱時間などは、溝ピッチと、スクリュウ溝の傾き角で調整される。図１の例では、溝ピッチ、ネジ山幅を狭くして、傾き角を小さくし、結果的に螺旋溝の長さを延長した結果で樹脂滞留時間を調整している。このスクリュウでは、押出量自体は、図５の標準スクリュウとは大きく変化しないが、樹脂の滞留時間は長くなる。
【００３２】
滞留時間は、樹脂の押出量や必要な加熱量によって変える。ただし、ヒーティングゾーンＨＺの長さは混練具合に影響するため、スクリュウの有効長さＬによって、２Ｄ〜６Ｄの範囲で取ることを目安とする。ここでは、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ外径をＤｍとし、ヒーティングゾーンＨＺを含む有効スクリュウ長をＬとした場合、Ｌ／Ｄｍが２０以上で、かつ、ヒーティングゾーンＨＺの長さが２Ｄｍ以上（２Ｄｍ〜６Ｄｍの範囲）に設定されている。
滞留時間を調整するもう一つの方法は、ヒーティングゾーンＨＺのスクリュウ外径Ｄｈを、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ外径Ｄｍに比べて小さくする方法である。このようなスクリュウでは、押し出し方向前方の樹脂が、溝を越えて逆流する循環流れを起こし、循環する分だけ滞留時間が延びる。循環樹脂量は溝高さが決めるが、適度な循環でないと加熱し過ぎることとなる。
【００３３】
滞留時間は、スクリュウ回転数とも関係する。回転数が高いと当然押出量が大きくなり、滞留時間が短くなる。滞留時間が短くなる分、樹脂の昇温不足が起きる。このように、回転数が高い場合は、滞留時間の取れるヒーティングゾーンＨＺのスクリュウを使い、逆に、回転数が低い場合は、樹脂の滞留時間の小さいヒーティングゾーンＨＺのスクリュウを使う工夫も必要となる。同一の押出機で、この両方のケースがある場合は、ケース毎にスクリュウを作製すると制作費がかかる。メータリングゾーンＭＺまでは共用のスクリュウとして、ヒーティングゾーンＨＺだけ交換するようにすると、制作費も少なく、スクリュウ交換、保管も容易となる。
たとえば、図２に示すように、フィードゾーンＦＺ、コンプレッションゾーンＣＺおよびメータリングゾーンＭＺを有するスクリュウ部分Ｐ１と、ヒーティングゾーンＨＺを有するスクリュウ部分Ｐ２とを別体として構成し、このヒーティングゾーンＨＺを有するスクリュウ部分Ｐ２のみをスクリュウ部分Ｐ１に対して、適宜な分離・結合手段（例えば、外周に雄ねじを形成したネジ軸と、内周面に雌ねじを形成したネジ孔など）によって交換可能に構成してもよい。
【００３４】
＜他の実施形態の樹脂押出用スクリュウの説明＞
図３および図４は、トーピードを改造したヒーティングゾーンを持ったスクリュウを示している。
トーピード構造を先端に持ったスクリュウの本来の目的は、押出樹脂量を抑えてシリンダ内圧（背圧）を上げて、樹脂混練度を上げることにある。このため、この部位のスクリュウ外径は、メータリングゾーンＭＺの外径よりも大きく取られることもある。同じ外径であっても、トーピードにはスクリュウ溝などを切らないことから、前方への押出推進力が小さく、押し出され難いため、圧力が上がる。
【００３５】
図３および図４に示すスクリュウは、トーピード構造のスクリュウと構造的には類似しているが、目的、機能は全く異なる。すなわち、本スクリュウのトーピードの外径は、メータリングゾーンＭＺの外径よりも明らかに小さく、むしろ、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ溝の内径よりも小さい。つまり、メータリングゾーンＭＺのスクリュウ溝の内径をＤｍｂとすると、ヒーティングゾーンＨＺは、Ｄｍｂ以下の外径を有するトーピード構造に形成されている。
このような構造であるから、この部位の影響による背圧上昇は起きない。この構造では、ゾーン内の樹脂の保有量が増し、前方に推進する構造もないため、後方からの押出樹脂での追い出し効果でしか前進せず、結果的に滞留時間が伸びる。図３および図４では、メータリングゾーンＭＺとヒーティングゾーンＨＺの繋ぎの部位に堰Ｑを設けている。このような堰Ｑがあることで、メータリングゾーンＭＺまでの圧力を安定化することができる。さらには、シリンダ先端に設置するブレーカプレートの孔径などで圧力を調整することも可能である。
【００３６】
なお、図３および図４において、トーピード構造に形成されたヒーティングゾーンＨＺに、溝、ピン、撹拌翼のうちの少なくとも一つを設ければ、これらによって樹脂が撹拌されるため、樹脂の加熱効率を高めることができるとともに、より均一な加熱が期待できる。つまり、トーピード構造のヒーティングゾーンＨＺは、樹脂は練らないが、スクリュウ回転によって、樹脂は撹拌されるため、ミキシングを抑えながら樹脂撹拌を促進できる。
【００３７】
＜スクリュウを装備した押出機による成形方法＞
上述したスクリュウは、模様着色顔料マスターバッチをドライブレンドして模様原着成形する際に使用する。とくに、模様着色顔料マスターバッチを溶融し、模様着色化するために必要な加熱が、クロスヘッドや押出ダイスだけでは不足するような、ブロー成形、押出成形用の押出機スクリュウに用いられる。すなわち、本スクリュウは、押出樹脂の昇温をアシストするスクリュウである。
【００３８】
本スクリュウは、最低４ゾーンに区分される。そのゾーン毎に目的にあった温度設定が必要である。加熱は、スクリュウを内蔵するシリンダの外面から、シリンダ面を温度センサで検知し、その偏差が最少になるように、バンドヒータなどで加熱してコントロールされる。本スクリュウでは、メータリングゾーンＭＺまでのヒータの温度設定とヒーティングゾーンＨＺのヒータの温度設定では、明らかに設定基準を異にする。
すなわち、メータリングゾーンＭＺまでのヒータは、成形材料を可塑化混練することが目的であるため、成形材料を、可塑化し、成形材料を練るに必要な温度条件であり、ヒーティングゾーンＨＺは、成形材料に添加された模様着色顔料マスターバッチを、溶融させて、着色化させるために必要な温度条件を設定するためのものである。メータリングゾーンＭＺまででは、成形材料は勿論溶融し、一定の流動性を有するまで加熱されるが、この条件で模様着色顔料マスターバッチが溶融してしまうと、スクリュウ混練作用で、マスターバッチに含まれる顔料成分が、成形材料内に均一分散して、模様着色できない。
【００３９】
たとえば、ポリプロピレンは、融点が１６０℃であるから、これにおおよそ４０℃をプラスした２００℃前後がメータリングゾーンＭＺの適正な温度条件とされる。よって、模様着色顔料マスターバッチの融点はこれより高い温度の物質である必要がある。好ましくは、ビカット軟化点がこの温度に近い物質が好ましい。このような物質をベースとした模様着色顔料マスターバッチであれば、メータリングゾーンＭＺまでに顔料分散することは防げる。
【００４０】
一方、ヒーティングゾーンＨＺでは、模様着色顔料マスターバッチの融点より高い温度に設定される。好ましくは、模様着色顔料マスターバッチの融点＋１０℃以上である。この温度条件で、メータリングゾーンＭＺのような混練強度で練れば、顔料は当然分散してしまうが、本実施形態のスクリュウでは、このゾーンの温練強度は抑えているので、模様着色顔料マスターバッチは溶融して柔らかくなるものの、マスターバッチ内の顔料成分が分散する度合いは抑制され変形した状態や部分着色の状態で成形材料内に分布する。この状態でクロスヘッドやダイスで再加熱されると、流動性が一気に上がると同時に着色模様が押出樹脂表面に現れてくる。
【００４１】
本スクリュウ装備の押出機は、連続ブロー成形や、ダイス構造の小さい押出成形に特に適する。その理由は、大型のクロスヘッドを有するダイ内アキューム式ブロー成形機や大型ダイスを装備した押出成形機では、押出機以降でも、樹脂温度を上昇させる程度の加熱が可能であるが、小型のクロスヘッドを使った連続ブロー成形機や、ダイス構造の小さい押出成形機では、加熱する部位が小さいため、それが困難なためである。このため、連続ブロー成形機や、ダイス構造の小さい押出成形機では、本スクリュウ装備の押出機が要求される。とくに、小型ダイスでは難しかった模様着色も、あえてダイスを大型化したり、複雑な仕様にしたりする必要がなく、普通ダイスで模様着色可能になる。
【００４２】
本スクリュウ装備の押出機は、ダイ内アキューム式ブロー成形や大型ダイスを装備した押出成形でも有効であり、むしろ好ましい。なぜなら、拡散流れのない、クロスヘッド内やダイス内での加熱は、押出樹脂の表面加熱はできるが、内部までの加熱は難しいためである。このため、必要以上に加熱することで成形性を低下させたり、加熱不足で模様着色顔料マスターバッチの溶融不足が起きたり、加熱過多で模様分散したりで、着色条件が安定し難い。この点、着色条件温度まで、均一加熱された樹脂を押し出す本スクリュウ装備の押出機であれば、クロスヘッドやダイスでの加熱条件が緩和され、模様も安定する。
【００４３】
なお、本スクリュウ装備の押出機を使って成形する場合、押出機を出た時点で概ね着色条件が整うので、押出機以降での加熱を余り要求しない。むしろ保温状態が好ましい。つまり、着色に適した温度は、余り高すぎることも好ましくないためで、押出機以降は余り加熱しない方がよい。
【実施例】
【００４４】
日本製鋼社製連続ブロー成形機 ＪＥＢ−７ 中空成形機の５０ミリスクリュウを交換しながら、特開２００１−２９４６７１号公報および特開２００３−２３８６９５号公報に示す一連の模様着色顔料マスターバッチ、および、成形方法を用いて成形評価した。
木目調外観評価金型として、８０Ｗ×２１０Ｌ×１５Ｔの外形寸法で、ボールペン、ペンシル、消しゴムが入るように彫り込みした、上吹き込みのペンシル入れブロー金型を用いた。
成形材料は、成形材料１００重量部に対し、木目顔料マスターバッチ０．３部、下地顔料マスターバッチ２．０部をドライブレンドしたものを用いた。
・成形材料：出光石油化学株式会社製ポリプロピレンＥ−１５０ＧＫ
・木目顔料マスターバッチ：特開２００３−２３８６９５号公報記載のブラウン系木目着色マスターバッチ
・下地顔料マスターバッチ：東京インキ株式会社製ＬＤ製ベージュ顔料マスターバッチＰＥＸ７９８３６９
【００４５】
＜比較例１＞
図５に示す、ＪＥＢ−７の標準スクリュウを使って、以下の条件で成形を行った。
（標準スクリュウの仕様）
・  フィードゾーン長さ：６Ｄ
・  コンプレッションゾーン長さ：７Ｄ
・  メータリングゾーン長さ：１２Ｄ
・  メータリングゾーンまでの溝ピッチ：５０ｍｍ（１Ｄ）
・  フィードゾーン溝深さ：９ｍｍ
・  メータリングゾーン溝深さ：３．５ｍｍ
・  最大圧縮比（フィードゾーン／メータリングゾーン）：２．３
・  Ｌ／Ｄ：２５
【００４６】
（成形条件）
・  Ｃ１：１７０℃
・  Ｃ２：１８０℃
・  Ｃ３：１９０℃
・  Ｃ４：２００℃
・  アダプター（ジョイント）部：２１０℃
・  クロスヘッド：２３０℃
・  パリソン押出リップダイス：２１５℃
・  スクリュウ回転数：２０〜６０ｒｐｍ
・  冷却時間：４５秒
（結果）
２０ｒｐｍでは、一応着色するが、これを超えると溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
【００４７】
＜比較例２＞
比較例１の成形条件を次のように変えた。
（成形条件）
・  Ｃ１：１８０℃
・  Ｃ２：１９０℃
・  Ｃ３：２００℃
・  Ｃ４：２１０℃
・  アダプター（ジョイント）部：２２０℃
・  クロスヘッド：２３０℃
・  パリソン押出リップダイス：２１５℃
・  スクリュウ回転数：２０〜６０ｒｐｍ
・  冷却時間：４５秒
（結果）
２０ｒｐｍでは、筋が間延びして、模様が不明瞭になる。３０〜４０ｒｐｍでは、木目着色するが、これを超えると溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
【００４８】
＜比較例３＞
比較例１の成形条件を次のように変えた。
（成形条件）
・  Ｃ１：１８０℃
・  Ｃ２：１９０℃
・  Ｃ３：２００℃
・  Ｃ４：２２０〜２３０℃
・  アダプター（ジョイント）部：２１５℃
・  クロスヘッド：２１５℃
・  パリソン押出リップダイス：２１５℃
・  スクリュウ回転数：２０〜８０ｒｐｍ
（結果）
(i)Ｃ４を２２０℃に設定して押し出すと、２０ｒｐｍ以下では良好であったが、２０ｒｐｍを超えると、木目顔料マスターバッチの溶け不足を観察、３０ｒｐｍを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(ii)Ｃ４を２２５℃に設定して押し出すと、２０〜３０ｒｐｍでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。３０ｒｐｍを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察、４０ｒｐｍを超えると、木目顔料が分散した状態でありながら、溶融不足も観察された。
(iii)Ｃ４を２３０℃に設定して押し出すと、２０ｒｐｍで木目顔料が分散して、模様が不明瞭になる。３０ｒｐｍ以上では木目顔料が分散し、木目模様が出なくなった。
【００４９】
＜実施例＞
図１に示すスクリュウにおいて、次の仕様の５０ミリスクリュウを作製した。
（スクリュウの仕様）
・  フィードゾーン長さ：６Ｄ
・  コンプレッションゾーン長さ：７Ｄ
・  メータリングゾーン長さ：７Ｄ
・  ヒーティングゾーン長さ：５Ｄ
・  メータリングゾーンまでの溝ピッチ：５０ｍｍ（１Ｄ）
・  ヒーティングゾーンの溝ピッチ：
第１溝ピッチ０．８Ｄ、第２溝ピッチ０．６５Ｄ、
第３溝ピッチ以降０．５Ｄ
・ フィードゾーン溝深さ：９ｍｍ
・  メータリングゾーン溝深さ：３．５ｍｍ
・  ヒーティングゾーンの溝深さ
第１溝ピッチ間５ｍｍ、第２溝ピッチ間７ｍｍ、
第３溝ピッチ間以降１０ｍｍ
・  最大圧縮比（フィードゾーン／メータリングゾーン）：２．３
・  Ｌ／Ｄ：２５
【００５０】
（成形条件）
・  Ｃ１：１８０℃
・  Ｃ２：１９０℃
・  Ｃ３：２００℃
・  Ｃ４：２２０〜２３０℃
・  アダプター（ジョイント）部：２１５℃
・  クロスヘッド：２１５℃
・  パリソン押出リップダイス：２１５℃
・  スクリュウ回転数：２０〜８０ｒｐｍ
・  冷却時間：４５秒
ここで、Ｃ１はフィードゾーン、Ｃ２はコンプレッションゾーン、Ｃ３はメータリングゾーン、Ｃ４はヒーティングゾーンと概ね一致した位置に設置されている。
（結果）
(i)Ｃ４を２２０℃に設定して押し出すと、２０〜４０ｒｐｍ以下では良好であったが、４０ｒｐｍを超えると、木目顔料マスターバッチの溶け不足を観察、６０ｒｐｍを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(ii)Ｃ４を２２５℃に設定して押し出すと、２０〜６０ｒｐｍでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。６０ｒｐｍを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察、８０ｒｐｍを超えると、完全に溶け不足状態で押し出され、模様も出難くなった。
(iii)Ｃ４を２３０℃に設定して押し出すと、２０〜３０ｒｐｍでは、筋が間延びして、模様が不明瞭になる。３０〜７０ｒｐｍでは、木目模様は柾目調の筋模様化しており、良好であった。７０ｒｐｍを超えると、木目顔料マスターバッチが砕けた状態の溶け不足を観察した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の樹脂押出用スクリュウおよび成形方法は、木目模様などの模様に適するが、マーブル調、石目調、大理石調などの模様着色にも問題なく使用できるほか、木粉材料など、分解温度が低い材料などでは、正確に分解温度以下での均一加熱押し出しができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂押出用スクリュウを示す図。
【図２】同上実施形態の変形例に係る樹脂押出用スクリュウを示す図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る樹脂押出用スクリュウを示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る樹脂押出用スクリュウを示す図。
【図５】標準的なスクリュウを示す図。
【符号の説明】
【００５３】
ＦＺ…フィードゾーン、
ＣＺ…コンプレッションゾーン
ＭＺ…メータリングゾーン 
ＨＺ…ヒーティングゾーン
【図１】
2005262824.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005262824.tif 000006
【図５】
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