(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチック押出アセンブリの押出バレル内に配置され、均質化を高める押出スクリューであって、
前記押出バレル内に配置された細長いシャフトと、
前記細長いシャフトから延び、前方面、後方面および周辺エッジを含む少なくとも１つのスクリューフライト部とを備え、
該スクリューフライト部は、前記スクリューフライト部の前記周辺エッジが押出バレルの内側面に対して近接して配置されており、且つ、前記押出バレル内に収容された押出混合物が、前記スクリューフライト部の作用として、少なくとも部分的に押出バレルの端部まで移動させるようになっており、
前記スクリューフライト部が、前記前方面から前記後方面まで延設された少なくとも１個の循環チャンネルを含み、
前記循環チャンネルが、前記スクリューフライト部の前記前方面に位置し、押出バレルの内側面から離間した状態にある所定の量の押出混合物を通過させて、前記スクリューフライト部の前記後方面に向けて送り、よって前記フライト部の前記後方面に位置し、押出バレルの内側表面から離間した後方面にある所定の量の押出混合物を押出バレルの内側表面に向けて上方に移動させるようになっており、
更に前記循環チャンネルの入口領域が、前記循環チャンネルの出口領域よりも大となっていて、前記循環チャンネルからの前記押出混合物の通過流量および発泡を最大にする、熱可塑性プラスチック押出アセンブリの押出バレル内に配置すべき、均質化を高める押出スクリュー。
【請求項２】
前記循環チャンネルが前記スクリューフライト部の前記周辺エッジから離隔した距離に構成されている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項３】
前記循環チャンネルが前記スクリューフライト部の前方面から前記スクリューフライト部の後方面に向かって延びる少なくとも１つの内側にテーパの付いたエッジを備えていて、前記循環チャンネルに進入する前記押出混合物の押出し量を最大にし、かつ前記循環チャンネルからの前記押出混合物の流速および発泡を最大にするようになっている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項４】
前記循環チャンネルが少なくとも１つの平らなエッジを含み、該エッジが前記循環チャンネルを通過する前記押出混合物の滑りを最大にすると共に、前記スクリューフライト部の前記後方面において乱流を形成し、前記押出混合物の均質化を最大にするようになっている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項５】
前記循環チャンネルが、非対称の入口領域を含み、前記循環チャンネルを通過する前記押出混合物の流れパターンを乱し、前記押出混合物の均質化を最大にする請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項６】
前記循環チャンネルが内側にテーパの付いた一対のエッジを備えていて、前記循環チャンネルから押出される前記押出混合物の通過流量および発泡を最大にし、且つ、前記循環チャンネルが一対の平らなエッジを備えていて、前記循環チャンネルから押出される前記押出混合物の滑度を最大にすると共に、前記スクリューフライトに乱流を形成するようになっている請求項５記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項７】
前記細長いシャフトの長手方向に沿って互いにほぼずれた状態に配置された複数の前記循環チャンネルを含む請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項８】
互いに離間して配設された複数のスクリューフライト部を含む請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項９】
前記スクリューフライト部が、前記細長いシャフトの長手方向に沿って伸びている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項１０】
前記スクリューフライト部が、前記細長いシャフトの長手方向に沿って、少なくとも１個の流路を形成するようになっている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項１１】
前記周辺エッジが前記スクリューフライト部の前記周辺エッジと押出バレルとの間で剪断熱および押出混合物の滲出を実質的に生じることなく、押出バレルに対する前記スクリューフライト部の回転運動を容易にするよう、押出バレルの内側表面から離間するような角度の付いた後方部分により前記周辺エッジが面取りされている請求項１記載の均質化を高める押出スクリュー。
【請求項１２】
熱可塑性プラスチック押出アセンブリの押出バレル内に配置され、均質化を高める押出スクリューであって、
前記押出バレル内に配置された細長いシャフトと、
前記細長いシャフトから延び、前方面、後方面および周辺エッジを含む少なくとも１つのスクリューフライト部とを備え、
該スクリューフライト部は、前記スクリューフライト部の前記周辺エッジが押出バレルの内側面に対して近接して配置されており、且つ、前記押出バレル内に収容された押出混合物が、前記スクリューフライト部の作用として、少なくとも部分的に押出バレルの端部まで移動させるようになっており、
前記スクリューフライト部が、前記前方面から前記後方面まで延設された少なくとも１個の循環チャンネルを含み、
前記循環チャンネルが、前記スクリューフライト部の前記前方面に位置し、押出バレルの内側面から離間した状態にある所定の量の押出混合物を通過させて、前記スクリューフライト部の前記後方面に向けて送り、よって前記フライト部の前記後方面に位置し、押出バレルの内側表面から離間した後方面にある所定の量の押出混合物を押出バレルの内側表面に向けて上方に移動させるようになっており、
前記循環チャンネルが前記スクリューフライト部の前方面から前記スクリューフライト部の後方面まで延びる内側にテーパの付いた少なくとも１つのエッジを含み、前記循環チャンネルに進入する前記押出混合物の量を最大にすると共に、前記循環チャンネルからの前記押出混合物の通過流量および発泡を最大にするようになっている、均質化を高める押出スクリュー。
【請求項１３】
熱可塑性プラスチック押出アセンブリの押出バレル内に配置され、均質化を高める押出スクリューであって、
前記押出バレル内に配置された細長いシャフトと、
前記細長いシャフトから延び、前方面、後方面および周辺エッジを含む少なくとも１つのスクリューフライト部とを備え、
該スクリューフライト部は、前記スクリューフライト部の前記周辺エッジが押出バレルの内側面に対して近接して配置されており、且つ、前記押出バレル内に収容された押出混合物が、前記スクリューフライト部の作用として、少なくとも部分的に押出バレルの端部まで移動させるようになっており、
前記スクリューフライト部が、前記前方面から前記後方面まで延設された少なくとも１個の循環チャンネルを含み、
前記循環チャンネルが、前記スクリューフライト部の前記前方面に位置し、押出バレルの内側面から離間した状態にある所定の量の押出混合物を通過させて、前記スクリューフライト部の前記後方面に向けて送り、よって前記フライト部の前記後方面に位置し、押出バレルの内側表面から離間した後方面にある所定の量の押出混合物を押出バレルの内側表面に向けて上方に移動させるようになっており、
前記循環チャンネルが非対称の入口領域を有し、前記循環チャンネルを通過する前記押出混合物の流れパターンを乱し、混合物の均質化を最大にする均質化を高める押出スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、複雑で、コストが高く、および／またはサイズの大きい押出アセンブリを構成することなく、更に現在の製造装置および製造方法を実質的に変えることなく、実質的に均質な製品、好ましくは発泡熱可塑性プラスチック製品を提供し、所望する押出温度および通常利用できるよりも高いスループットレートで前記製品を製造する熱可塑性樹脂押出アセンブリに関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
熱可塑性プラスチックの押出、特に発泡熱可塑性プラスチックの押出に関連する技術分野は極めて特殊な分野であり、金属、ゴムまたは非発泡プラスチックの押出に一般に関連する技術とはかなり異なっている。より詳細に説明すれば、発泡体を押出成形するには、通常、熱可塑性プラスチック材料から製造されたペレットを溶融する初期段階と、隔離された押出環境で溶融状態の熱可塑性プラスチックと発泡剤、例えばフルオロカーボン（ＣＦＣ、ＨＣＦＣおよび／またはＨＦＣ、または炭化水素、例えばプロパン、ブタン、ペンタンなど）可能な場合には他の添加剤、例えば成核剤、難燃剤および／または着色剤とを混合する次の工程とが一般に必要である。更に、最も効果的な発泡押出技術は、溶融段階および混合段階中に押出材料を完全に含み、材料が押出ダイを通過し、外力を受けるまで材料を粘性の非発泡状態に維持する。押し出された材料が最終的に利用可能な形態、例えば肉のトレイ、卵のパック、バターおよびゼリーの小型容器などを成形するのに使用されるフィルム、プランクおよび大きいシートとなるよう発泡する（すなわち膨張し、剛化状態となる）のは、発泡押出アセンブリのダイを押出材料が出る時である。従って、混和剤を有効かつ完全に混合するのを保証し、適正な構造の均一な製品を提供し、更にダイを材料が通過するまで、押出システム全体に良好に材料を行き渡らせ、押出材料の早期の発泡を防止するには高い精度が必ず必要である。
【０００３】
当然ながら、発泡製品の成形に関連した上記問題の他に、押出混合物に対するベースとして使用されるポリマー、すなわち材料に対応するかなり精密な押出温度で温度混合物を維持し、押出混合物の適正な精度を達成し、ダイ、例えばプロフィルダイ、チューブダイ、シートダイ、環状ダイ、フラットダイまたは他の一般的ないくつかのタイプのダイを通過させて押出混合物を適正に成形できるようにする必要がある。所望する範囲の粘性が得られるかなり精密な押出温度は、不幸なことに初期の「溶融温度」、すなわち熱可塑性プラスチック押出材料のペレットが溶融状態となる温度よりも低く、かつ後に説明する理由から、初期の「溶融温度」よりも過度に低くすることはできない。このように、実質的なバランスを維持しなければならない。例えば溶融状態の押出混合物が過度に冷却された場合、混合物は過度に粘性が高い状態となり、所望する製品密度を得ることはできず、例えば一般に押出アセンブリを有効に通過せず、ましてダイを通過しないような状態となって利用不能となる。逆に、溶融押出材料の温度が過度に高い場合、粘性は大幅に低下し、材料がダイを通り抜ける際、特にダイから出る際に、寸法上安定した状態または成形可能な状態とならなくなる。
【０００４】
理解できるように、先に述べた要因のいずれも、熱可塑性プラスチック発泡押出の種々の段階に関連する生産性レートに大きな影響を与え得る。従って、一般的な熱可塑性プロセス発泡押出プラスチックは、各要因に対する調整および制御を最大にするように設計されることが多い。例えば、一般的な発泡押出方法は２つの別個の段階に分解される。すなわち互いにリンクし合う２つの別個の押出装置を必要とする。押出方法の第１段階は、押出材料のペレット、例えば所望する発泡体に特に適した熱可塑性プラスチック材料を有効に溶融し、次にこの材料のペレットと発泡剤および必要に応じた他の種々の添加剤とを一般に混合しなければならない。通常、この方法の第１段階は極めて大きな細長い機械式の押出装置内で実行される。この押出装置では熱可塑性プラスチック押出スクリュー、より詳細には細長いバレルを通過させるように、メルトスクリューが材料ペレットを押圧し、摩擦熱を発生させ、更にこのバレルから溶融熱を加えるようになっている。熱可塑性プラスチック押出スクリューの表面は設計によりかなり滑りやすく（すなわちクロームメッキされ、研磨されていることが多い）、材料はこの押出材料がバレル表面に摩擦接触する際の摩擦係合または剪断の結果としてバレルを通って移動する。更に、押出材料の有効な溶融を可能にしているのは、加熱されたバレルと組み合わされた剪断効果である。
【０００５】
適正な均質な混合を保証する他に、この第１段階はアイソレートされた系を確立し、維持する必要によっても制限されている。特にアイソレートされた系は熱可塑性プラスチックの早期の発泡を防止すると共に、材料を効果的に溶融し、その完全な混合を可能にするように充分な加熱エネルギーが加えられることを保証している。熱可塑性プラスチックの押出方法のこの第１段階により、またはこの第１段階の間に得られる通過流量を最大にするように、これまで業界では多くの開発が行われてきた。しかしながら不幸なことに、押出製品の実際の出力は、発泡熱可塑性プラスチックの押出方法の第１段階の条件と限界の結果として、この初期段階で得られる出力よりもかなり低い出力に依然として限定されている。
【０００６】
特に、主として均質な混合物の発泡体押出成形を必要とする、同様でない従来の熱可塑性プラスチック押出方法は、溶融状態とされ、混合された押出材料のほぼすべてを均一に分散させ、必要な押出温度およびコンシステンシーのあるスループットの点まで均一に冷却しなければならない第２の段階を含む。通常、押出方法のこの第２段階は、中心熱可塑性プラスチック押出スクリュー、例えば螺旋またはパドルタイプの構造を備えた発泡体冷却スクリューが、溶融状態の押出材料を押圧し、細長いバレルに通過させ、材料の冷却を行う、極めて大きい、細長い機械式押出装置でも実行される。しかしながら、かなり精密な温度が求められていることを仮定すれば、中心冷却スクリューの回転レートおよび達成される熱抽出レートに関連するかなりの制限がこの第２段階に加えられる。特にバレルの壁表面および材料自身の内部での押出材料の剪断から生じる熱を最小にしなければならないので、中心すなわち冷却スクリューの回転レートが制限される。このように、単にネジの回転をスピードアップするだけでは高品質のダイ流れスルーレートを得ることはできない。更に、バレルの温度を単に下げさせ、急速冷却できるようにするだけでは、発生する過剰な剪断熱を単に漠然と防止することはできない。その理由は、混合物が過度に冷却された場合、押出混合物の最適な粘性流が維持されず、ダイを通る生産的な通過が劇的に阻害されるからである。更に、冷却段階における押出バレルのサイズを単に大きくするだけでは、有効な解決案とはならない。その理由は、かかる大きなスケール要因を使用することにより、かかるアセンブリは過剰に大きく、扱いにくくなり、かつ経済的に実用的とはならなくなるからである。大規模な冷却方法では、一般により長い製品切り替え時間要因およびかかる大規模装置の関連する材料コストに起因し、潜在的に好ましくない運用費用も必要となる。更に冷却段階における押出バレルのサイズを単に増加し、押出混合物の温度のテンパリングを可能にするよう、ダイの通過時間を充分長くした場合、かかる通過によって発生する流れに対向する抵抗力がバレル内の押出混合物における熱の発生を致命的に促進させてしまうことになる。更にこのような限定された長時間の通過はダイからの通過が阻害された後に、熱可塑性プラスチック押出混合物が膨張するという正常な性質を否定してしまうことになる。
【０００７】
従って、生産的な流れスルーレートのニーズと実用性および効果的かつ均一に分布した冷却の条件とをバランスさせなければならないことが理解できよう。
【０００８】
それにもかかわらず、業界の多数の者は上記限界を認識していない。例えば業界の一部の人は押出バレルの表面で抽出される熱量を増加することにより、押出方法の第２段階、すなわち冷却段階の生産性を高めようとしてきた。不幸なことに、これら方法は効果的でないことが判っている。その理由は、押出材料の実質的にすべてを効果的に冷却するような量の熱を抽出した場合、バレル表面と直接接触する押出材料の周辺層が過剰に冷却され、それ以上満足できる押出物を提供できなくなるからである。従って、この冷却段階に関連する主な問題は、抽出された大部分の熱がまず第２の機械式押出装置のバレル内の周辺領域に位置する押出材料から生じるので、中心スクリューのシャフトに最も近い部分の押出混合物が有効に冷却されないことである。例えば熱が抽出される際、押出材料の周辺部分はしだいに低温となり続けるが、内側部分は所望するかなり精密な押出温度まで徐々に冷却される。これによって、適当な押出には均一なコンシステンシーとなっていない押出材料が生じる。この第２段階だけでなく、第１段階においても、押出混合物が完全に均質とならないことが時々あり、この結果、仕上がり製品の品質が低下することがあることにも留意すべきである。
【０００９】
従って、本業界の全体の生産性は依然として押出方法の冷却段階によって制限されていることが理解できよう。有効に冷却された押出材料を保証する今日までの唯一の効果的な手段は材料の一部だけを過剰に冷却することなく、押出材料を濃くし、均質性を高めるよう、混合時間を長くするために低速で時間のかかる徐冷方法を提供することである。しかしながら本発明のアセンブリは、当技術分野に残っていた問題およびニーズを解決し、完成品の質を低下することなく、押出材料の流れ通過レートを大幅に高めることができるものである。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は押出発泡製品を種々の押出形状のうちの任意の形状に製造するような構造のタイプの熱可塑性発泡押出アセンブリに関する。特に、この発泡押出アセンブリは複数のペレット、好ましくは熱可塑性プラスチック材料のペレットを受け、これを溶融する溶融領域と、熱抽出領域とを含む。
【００１１】
発泡押出アセンブリの溶融領域には添加剤添加アセンブリが含まれることが好ましい。より詳細に説明すれば、この添加剤添加アセンブリは溶融された材料ペレットまたは溶融中の材料ペレットに発泡剤を添加し、両者の完全な混和／混合および均質化を行うようになっている。この目的のために、発泡押出アセンブリは混合アセンブリも含む。溶融領域と共に含まれるが好ましい混合アセンブリは、溶融された材料ペレットと発泡剤とを完全に混合し、よって、より純粋な、より均質な押出混合物を得るようになっている。
【００１２】
溶融領域と異なり、本発明の熱抽出領域は溶融された材料ペレットと発泡剤との混合によって押出可能な温度およびコンシステンシーが得られるよう、この混合物から過剰な熱を抽出するようになっている。好ましくは、熱抽出領域は細長いバレルを含み、この細長いバレルを通って混合物が流れる。好ましくは実質的に密閉されたバレルは内部に構成された少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を含む。入口は、好ましくは溶融領域からの溶融されたペレットと発泡剤との混合物を受け、これをバレルに送るようになっている。
【００１３】
熱抽出領域のバレルと共に協働自在に熱抽出構造体が配置される。より詳細には、この熱抽出構造体は例えば液体冷却によりバレルから熱を引き出し、よって溶融されたペレットと発泡剤との混合物から熱を取り除き、押出混合物が押出可能な温度範囲に達することを保証している。
【００１４】
熱抽出領域のバレル内には熱可塑性プラスチック押出スクリューが配置されている。この押出スクリューはバレル内に軸方向に配置された冷却スクリューであることが好ましく、バレルが溶融されたペレットと発泡剤との多量の混合物を含む際に、内部で回転するようになっている。溶融ペレットと発泡剤の混合物をバレルの出口に向けて押圧するために、押出スクリューは更に少なくとも１つのスクリューフライト部を含む。このスクリューフライト部は押出スクリューのまわりを取り巻き、よってスクリューの回転時に回転し、混合物をバレルの出口に向けて押圧するようになっていることが好ましい。しかしながら、溶融ペレットと発泡剤との混合物の有効、完全かつ均質に分散された冷却を行うために、本発明のスクリューフライト部は少なくとも１つの、好ましくは複数の、内部に構成された循環チャンネルを含む。特にこれら循環チャンネルは押出スクリューが回転する際に、通過する溶融ペレットと発泡剤との混合物部分を受けるよう、スクリューフライト部内にほぼ正確に位置している。従って、循環チャンネルを通る溶融ペレットと発泡剤との混合物を受けると、バレルに対する混合物の有効な循環が行われ、溶融ペレットと発泡剤との混合物の実質的にすべてがバレルに実質的に均一に接近し、有効かつ一様な熱抽出とそれらの冷却が可能となる。
【００１５】
最後に、発泡剤押出アセンブリはダイを含み、特にダイはバレルの出口と流体流で連通するように協働自在に配置されており、ダイは押出可能な温度で通過する溶融ペレットと発泡剤との混合物を受け、所望する形状を形成するように多数の所望する形状のうちの任意の形状をとり得る。混合物が発泡を開始し、よって最終の押出製品となるのは、ダイから出たときである。
【００１６】
本発明の目的は、冷却段階中に、バレル内の押出材料混合物全体にわたる冷却効果を実質的に分散させ、よって押出材料の実質的にすべてをより効果的、効率的および均一に、押出混合物に対するベースとして使用されているポリマーまたは物質に対応する適当な押出可能な温度とする発泡押出アセンブリを提供することにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、実質的な変更を行うことなく、現在の押出構造体と共に利用でき、製品の品質を犠牲にすることなく、現在利用できるスループットレートよりも約１０〜５０％高いレベルに全体のスループットレートを実質的に増加する押出アセンブリを提供することにある。
【００１８】
本発明の別の目的は、現在の押出アセンブリで効果的に利用でき、かつ材料を過剰に冷却または加熱することなく、高温の溶融状態の押出材料から均一に熱を効果的に抽出すると同時に、流量スルーレートを実質的に高めることができる押出スクリューを提供することにある。
【００１９】
本発明の別の目的は、押出方法の冷却段階に一般に関連する限界を実質的に克服する発泡押出アセンブリを提供することにある。
【００２０】
更に本発明の目的は、構造のサイズおよび／または複雑さを非実用的かつ非経済的レベルまで実質的に増大することなく、押出生産レートを効果的に増加する発泡押出アセンブリを提供することにもある。
【００２１】
本発明の更に別の目的は押出混合物を効果的に循環し、押出混合物のすべてではないにしても、この混合物が押出アセンブリのバレルの熱抽出表面に効果的かつ均一に接近するのを保証する、熱可塑性プラスチック押出スクリューを提供することにある。
【００２２】
本発明の別の目的は、押出アセンブリ内の押出混合物が通常呈する流れパターンを実質的に変更し、よって押出混合物のより効率的かつ均一な処理を行い、押出製品を製造するレートを大幅に増大する熱可塑性プラスチック押出スクリューを提供することにある。
【００２３】
本発明の更に別の目的は、押出混合物を効果的に循環し、実質的に均一かつ高品質の製品を提供する熱可塑性プラスチック押出スクリューを提供することにある。
【００２４】
本発明の性質をより完全に理解するために、添付図面と共に次の詳細な説明を参照すべきである。いくつかの図面にわたって同様な番号は同様な部品を示す。
【００２５】
（好ましい実施例の詳細な説明）
本発明は、図１に示し、全体を番号１０で示す発泡押出アセンブリに関する。より詳細には、押出アセンブリ１０は外部環境に暴露されると、発泡し、よって完成品または半完成品を製造する膨張可能なポリマープラスチックを製造するような構造にされている。この目的のために、本発明の発泡押出アセンブリ１０はポリスチレン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、ＰＥＴ（しかしながらこれらに限定されるものではない）を含む多数の熱可塑性ポリマーまたは発泡または膨張可能な熱可塑性プラスチックを含む他の同様な熱可塑性プラスチック、もしくは将来利用できるか、または開発される他の材料と共に利用できる。
【００２６】
図１に示されるように、本発明の発泡押出アセンブリ１０の好ましい実施例はタンデムタイプのアセンブリを構成できるが、単一のインライン式および／または相互噛合式ツインスクリューアセンブリも利用できる。このアセンブリを使用する場合、このアセンブリも本発明の要旨の範囲内と見なすべきである。しかしながら、図１に示されたタンデムアセンブリに関し、発泡押出アセンブリ１０は全体を番号２０で示す第１の「溶融領域」と、全体を番号４０で示す第２の「熱抽出」領域とを含む。第１溶融領域２０は、好ましくは製造すべき製品、例えば発泡製品のベースを形成する複数の熱可塑性プラスチック材料のペレットを受け、これを溶融するようになっている。好ましい実施例は本技術分野の従来技術と同じように、より大きなジョウゴタイプの中実の入口２４を含み、この入口２４を通して多量の原材料、例えば材料ペレットなどを溶融領域２０へ送ることができる。当然ながら、材料ペレットは小さいビードまたは円筒形タイプのペレット、より大きいキューブ、ブロック、チャンク、フレーク、粒状体を構成する粉体または後に溶融するために溶融領域２０へ適宜導入できる任意の他の構造の材料を含むことができると理解できよう。更に、溶融領域２０は材料ペレットを直接かつ即座に溶融するための大きいバットまたは他の加熱容器を含むことができるが、溶融領域２０は細長い押出バレル５０’を含み、このバレルを通過するように材料ペレットが押圧されることが好ましい。特に溶融領域２０のバレル内には熱可塑性プラスチック押出スクリュー、例えば内部メルトスクリュー６０’が含まれており、このスクリューは溶融領域２０内で回転するように大きいギアアセンブリ２２によって駆動されることが好ましい。好ましくは内部メルトスクリュー６０’により溶融領域２０を通過するように材料ペレットが押圧され、実質的な「ひき肉機」効果を生じさせる際にバレル５０’内の材料ペレットを溶融するような熱エネルギーが発生される。好ましい実施例では、溶融領域２０のバレル５０’の壁を好ましく囲む少なくとも１つの熱源がバレル５０’に熱を加える。更にバレル５０’内に含まれる内部メルトスクリュー６０’は材料ペレットを強制的ではないにしても、バレル５０’の内側表面に押圧し、かつ相互に押圧し合い、よって剪断効果を生じさせることが好ましく、この剪断効果は実際には最大量の熱を材料ペレットに加え、スムーズで粘性の溶融材料が得られるまで、全体の溶融作用を改善する。
【００２７】
あらかじめ混和された混和剤またはマイクロカプセル化された混和剤を有する材料を使用しなければ、硬化時には材料ペレット単独では必要な発泡作用を生じず、所望する最新発泡製品とはならないので、発泡押出アセンブリ１０は更に添加剤添加アセンブリ２６を更に含む。好ましい実施例では、この添加剤添加アセンブリ２６は、好ましくは材料ペレットが溶融領域２０を通過する際に溶融された、または溶融中の材料ペレットへ発泡剤を添加する。更に好ましい実施例では、発泡剤はフルオロカーボン、炭化水素および／または完成品の容積を増し、押し出された溶融体が発泡押出アセンブリ１０から出る際の発泡作用を促進する他の等価的な発泡剤またはその混合物を含むことができる。当然ながら所望する完成品によっては、将来、他の発泡剤が開発されたり、提供されたりすることがあり、これら発泡剤は溶融領域２０へ導入される前に熱可塑性プラスチック材料と組み合わせることも可能であることが理解できよう。更に所望する場合、好ましくは添加剤添加アセンブリ２６と共に溶融中の材料ペレットへ着色剤および／または成核剤を添加してもよい。
【００２８】
更に、溶融領域２０には混合アセンブリ２７も含まれることが好ましい。この混合アセンブリ２７は好ましくは溶融領域２０を通過するように、溶融材料ペレットを押圧し、バレル５０’により、かつ内部で生じる剪断効果の結果としてより効果的な溶融を可能にする、メルトスクリュー６０’のすべてまたは少なくとも一部によって構成されることが好ましい。混合アセンブリ２７は溶融状態の材料ペレットと発泡剤とを互いに実質的に混合し、溶融状態の材料ペレットと発泡剤の実質的に均質な混合物を形成するようになっている。この点に関し、溶融状態の材料ペレットと発泡剤の完全かつ均一な発泡押出混合物は、あったとしても変形部、欠陥または不規則構造体、例えばエアポケット、不規則セル構造部などをほとんど含まない、所望する完成品を製造する上で極めて重要であると考えられる。
【００２９】
押出混合物が一旦効果的に均質化されると、この混合物を直接第２の「熱抽出」領域４０に送ることが好ましい。好ましいタンデムアセンブリに関連し、図１に示されるように、この熱抽出領域４０は別個の構造体を含むことができるが、これとは異なり、非発泡熱可塑性プラスチック押出成形の場合のように、溶融領域２０の単なる連続部でもよい。より詳細には、図１に示された好ましい実施例では、溶融領域２０から熱抽出領域４０へ押出混合物を移動させるためのコネクタタイプの導管３０を設けることができる。この熱抽出領域４０は、これを通過する押出混合物を受け、これを処理すると共に、混合物が、使用されている熱可塑性プラスチックの種類および内部に存在するガス量に応じ、適当な押出可能な温度（好ましくは９９．３〜１４８．９°Ｃ）の温度となるように、押出混合物から過剰な熱を均一に抽出するようになっている。特に発泡押出方法では、押出混合物を適当な押出可能な粘性で提供する必要がある。押出材料の温度が過度に高温である場合、材料は粘性が過度に低くなる。このことは、過度に柔らかくなり、完成品、すなわち使用可能な製品となるように成形することが困難となることを意味する。従って、押出材料は充分に冷却され、すなわち粘性であり、すなわち充分に濃い状態であり、かつゲル状であり、早期に硬化するほど粘性とはならない状態で、ダイ４４を通して成形可能となっていなければならない。従って、熱抽出領域４０は押出混合物の実質的にすべてが均一でかつ効果的な押出可能な温度となり、かつ従来可能なペースよりも高いペースで押出混合物全体にわたって成形可能な温度が得られるよう、制御され、均一で、かつ一様に分布した状態で、押出混合物から過剰な熱を抽出するようになっている。
【００３０】
次に、熱抽出領域４０および他の図を参照すると、熱抽出領域４０の好ましい実施例は細長いバレル５０を含むことが理解できる。この細長いバレル５０は、例えば図１に示されるようなコネクタ導管３０に設けられた少なくとも１つの入口３１と、内部に構成された、ダイ４４に設けられた少なくとも１つの出口とを含む。このように、図１に示された好ましいタンデム構造では、押出混合物はダイ４４によって成形される前に入口３１を通って完全に、または実質的に混和状態で溶融領域２０から受け入れられ、バレル５０を通って処理されることが好ましい。この好ましい実施例では、熱抽出領域４０内で実行すべき処理は押出混合物を冷却することであるが、内部で別の段階、例えば更に混合を行うことも可能である。
【００３１】
熱抽出領域４０のバレル５０と共に協働するよう、熱抽出構造体が配置されている。より詳細に説明すれば、この熱抽出構造体は好ましくはバレル５０から熱を引き出し、従ってバレル５０内に含まれ、このバレルを通過する押出混合物から熱を引き出すようになっている。好ましい実施例では、熱抽出構造体は冷却構造体、例えばほぼバレル５０の周辺に好ましく配置された複数の冷却コイルまたはチャンネル５２を含む。このように、熱抽出構造体５２はバレル５０の周辺からかなりの量の熱を引き出すことができ、好ましくは後により詳細に説明するように、バレル５０の周辺部５１の近くにある押出混合物からかなりの量の熱を引き出す。
【００３２】
バレル５０内には熱可塑性プラスチック押出スクリュー６０、例えば発泡冷却スクリューが収納され、好ましくは精密な回転自在な嵌合をするようなサイズとなっている。特に押出スクリュー６０はステンレススチールから製造し、全体を細長く製造することも好ましく、更にバレル５０の長手方向に延びる一体的に形成されたスクリューとなっている。この押出スクリュー６０は図１に番号４２で示されるようなギアアセンブリに接続されることが好ましく、ギアアセンブリはバレル５０内で押出スクリュー６０を回転自在に駆動するが、押出スクリューは静止状態となることも可能であり、加えられる力により押出混合物を押圧し、バレルを通過させることも可能である。それにもかかわらず、押出スクリュー６０は好ましくは少なくとも１つのスクリューフライト部６４を含み、このスクリューフライト部６４は、より好ましい実施例では連続的な細長いスクリューフライト６４部を構成するように中心の細長いシャフト６２のまわりを完全に取り巻くようになっているが、角度の付いた１つ以上のスクレイパーブレードもこのフライト部を構成できる。更に好ましい実施例は、単一のスクリューフライト部６４を含むが、図７に示されるような別の実施例では、２つ以上のスクリューフライト部６４と６４’とを直線状に配置したり、または図示した別の例のように並置し、押出混合物に対する少なくとも１つの流路を構成することができる。当然ながらスクリューフライト部６４は特定システムの混合、加熱および／または冷却条件、更に押出混合物に対するベースとして使用されている特定ポリマーまたは材料によってはシャフト６２またはバレル５０全体に沿って延びる必要はない。更に、スクリューフライト部６４の特定の入射角を変え、押出混合物がバレル５０を通って流れる際の速度を調節することができる。
【００３３】
１つ以上の連続状またはセグメント状の部品として、シャフト６２と別個に、または一体的に形成できるスクリューフライト部６４は、好ましくは押出スクリュー６０の全体が回転する際に回転するようになっている。更にスクリューフライト部６４は細長いシャフト６２からバレル５０の内側表面５１にほぼ密に離間した状態になるように伸びている。このスクリューフライト部６４とバレル５０の内側表面５１との密に離間した関係は、バレル５０内で押出スクリュー６０が回転する際に、両者の間に最小量の押出混合物の滲出物が通過するよう、極めて精密な公差となっている（通常、約６インチであることが多いバレルの内径の約０.００１倍となっている）。更にスクリューフライト部６４の表面は、好ましくは平滑であり、一般にバレル５０の内側表面５１よりも低摩擦となっているが、バレル５０の内側表面５１の性質はバレル５０を材料が通過するようになっている。従って、押出スクリュー６０が回転する際に、スクリューフライト部６４と内側バレル表面５１との間の相対的運動によって、矢印Ａが示すように、押出ネジ６０の回転に従って図１および２において矢印Ｂが示すように、押出混合物を前方に押圧するようになっている。従って、好ましくは出口４４を含む端部に向かう押出混合物のこのような運動は、押出混合物を前方に引く。すなわち押出ダイ４４を通過するように溶融物を強制的に移動し、完成品を形成するのに最終的に使用される発泡製品４５を形成する。
【００３４】
先に述べたように、図２に示されるようにバレル５０の周辺に熱抽出構造体５２を配置することが好ましい。この実施例では、バレル５０の内周面５１に最も近い押出混合物部分から、より多量の熱が抽出される。しかしながら、先に説明したように、適当な押出可能な温度に到達するために、押出混合部が熱抽出領域４０を通過できるレートにはかなりの要因が関係している。例えば従来のシステムにおける熱抽出レートを単に大きくすれば、スループットレートが増加するようであるが、プロセスをスピードアップするために過剰な熱を過度に迅速に抽出した場合、周辺部５１に最も近い押出混合物部分は、押出スクリューのシャフト６２に最も近い混合物部分に対して過剰に冷却される。この結果、従来のシステムの熱抽出方法はすべての押出混合物が押出可能な温度に均一に到達することを保証するためには、かなり低速にしなければならない。
【００３５】
これと逆に、本発明の構造体は熱抽出構造体５２によってより大きい程度の熱を引き出すことができるようにすることにより、熱抽出領域４０を通過する押出可能な混合物の、より高速のスループットレートが得られるようになっている。より詳細に説明すれば、図２〜７に示されるように、熱可塑性プラスチック押出スクリューのスクリューフライト部６４、特に本発明の発泡冷却スクリューは、内部に構成された少なくとも１つの、好ましくは複数の循環チャンネル９０を含む。循環チャンネル９０はスクリューフライト部６４に沿って互いに離間した距離に配置することが好ましく、所望すれば、スクリューフライト部６４全体に沿って延びていてもよい。好ましくは連続するスクリューフライト部６４に沿って互いにずれた状態に循環チャンネル９０を配置することが好ましい。これら循環チャンネルは押出スクリュー６０の平面図または底面図のいずれかで見ることができ、クロスチャンネル流および流速を中断させると共に、より大きい混合乱流を生じるようになっている。これら循環チャンネルはスクリューフライト部６４の下方領域にも配置され、バレル５０の内側面５１よりもスクリューシャフト６２により近くに配置することが好ましく、押出スクリュー６０の根元部にほぼ直接隣接するように配置することが最も好ましい。更に循環チャンネル９０の周辺表面はスクリューフライト部６４によって完全に密閉され、構成されることが好ましい。
【００３６】
図２に最良に示されるように、各スクリューフライト部６４は、好ましくは前方面７０と、後方面７２と、周辺エッジ８０を含む。従って、スクリューフライト部６４が回転するにつれ、前方面７０は実質的に押出混合物をすくい上げ、これをより圧力の低い後方面７２に向けて押圧し、スクリューシャフト６２に近い押出混合物をバレル５０の内側表面５１に向けて上方に変位し、正常な層状の溶融流を中断させながら、同時にこの溶融流をダイ４４に向けて前方へ引く。好ましい実施例では、循環チャンネル９０はスクリューフライト部６４が回転する際に、図４に示される矢印Ｃが示す方向に、バレル５０内の押出混合物が循環チャンネル９０を通過するよう、前方面７０から後方面７２まで延びている。更にスクリューフライト部６４の前方面側からスクリューフライト部の後方面側へ押出混合物が移動するにつれ、スクリューフライト部６４の後方面７２にほぼ位置する押出混合物部分はバレル５０の内側面５１に向かって変位し、上方に押される。循環チャンネル９０を通る押出混合物のこのような循環は、押出混合物の全部分にわたる、均質かつ一様な冷却の分布を保証し、従って、より高速の流れスルーレートを可能にするように、より多くの量の熱を一様に抽出できる。特に、本発明を利用することにより、より多くの熱を抽出でき、移動レートを大きくできる。その理由は、押出混合物すべてにわたってより多くの熱抽出を広げることができ、無視された領域から熱を抽出する試みでは、混合物の一部が別の部分よりも大きく冷却されることはないからである。実験によれば、本発明を用いた場合、一部のシステムにおける発泡体製造出力は１時間あたり１８１ｋｇ（４００ポンド）以上増加した。このことは、先に示した１時間当たり約４３１ｋｇ（９５０ポンド）の最大値よりも大きい製造増加量を示し、生産性が４０％増加することを示している。
【００３７】
図３、５および６を参照すると、循環チャンネル９０を通過する押出混合物の循環をより効果的にするために、図５の好ましい実施例では、循環チャンネル９０はスクリューフライト部６４の前方面７０から後方面７２への内側へのテーパが付いている。かかる構造により、このチャンネルを通過して循環する最大量の押出混合物をすくうことができ、更に循環チャンネル９０を通過する流速を最大にするジェット効果を発生し、後方面７０の後方での押出混合物の状態を大きく乱すことができる。更に循環チャンネル９０は好ましくは長さを実質的に短くし、入口領域を出口領域よりも大きくした構造とすることが好ましい。従って、流れが循環チャンネル９０内に収束し、このチャンネルを短時間で通過するにつれ、押出混合物は循環チャンネル９０を出る際に最大の膨張、すなわち流れパターンを乱し、押出混合物の混合および循環を高める特性を呈すまた好ましい実施例では、図３から最良に判るように、上記ジェット効果および流れの収束を達成するよう、循環チャンネル９０のエッジのうちの２つ、例えば左エッジ１０１および右エッジ１０３は内側にテーパが付いているが、エッジのうちの２つ、例えば頂部エッジ１００および底部エッジ１０２はほぼ平らとなっている。これら平らなエッジの効果は循環チャンネル９０を通過する際の滑度走およびランダムな発射および渦流を生じさせ、スクリューフライト部の後方面側で流れを乱すことである。上記の結果として、循環チャンネルの好ましい非対称の入口領域構造、すなわち押出混合物の高い均質性が得られ、発泡体冷却スクリューの場合では押出混合物を更に冷却するより大きな循環が得られる。図６に示されるような循環チャンネル９０’の別の、あまり好ましくない実施例では、前方面７０および後方面７２の双方から内側のテーパを設け、循環チャンネル９０’を通過する押出混合物をジョウゴ状に集めることができる。
【００３８】
最後に、先に述べたように、スクリューフライト部６４の周辺エッジ８０は、発泡体押出バレル５０の内側表面５１とほぼ密に離間した状態に配置され、スクリューフライト部６４が回転し、発泡押出混合物が前方に押圧される際に両者の間の滲出を最小にするようになっている。図示された好ましい実施例では、改善され、より効果的な回転を行うために、スクリューフライト部６４の周辺エッジ８０にはバレル５０の内側面５１から離間するような角度の付いた後方部分８４およびバレル５０の内側面５１の輪郭に対応し、これに対応する前方部分８２によって面取りすることが好ましい。かかる構造によって、必要なスクレープ効果を得ると同時に、バレル５０の内側面５１に密に接触する表面積を最小にし、潜在的な熱剪断を低減している。
【００３９】
本発明のこれまで説明した好ましい実施例について、細部において多数の変形、変更および改変が可能であるので、添付図面に示し、これまでの説明におけるすべての事項は単なる説明のためのものであり、発明を限定するものでないと解釈すべきである。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲および法律的な均等物によって決定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の発泡押出アセンブリの一部切り欠き斜視図である。
【図２】  本発明の発泡押出アセンブリの熱抽出領域のバレルおよび押出スクリューの一部切り欠き断面図である。
【図３】  本発明の押出スクリューのスクリューフライト部の分離断面図である。
【図４】  本発明の押出スクリューのスクリューフライト部の横断面図である。
【図５】  本発明の押出スクリューのスクリューフライト部に構成された循環チャンネルの第１実施例を示す分離横断面図である。
【図６】  本発明の押出スクリューのスクリューフライト部に構成された循環チャンネルの別の実施例を示す分離横断面図である。
【図７】  本発明の押出スクリューの別の実施例の斜視断面図である。
【符号の説明】
１０    押出アセンブリ
２０    溶融領域
２２    ギアアセンブリ
２４    入口
２６    添加剤添加アセンブリ
２７    混合アセンブリ
４０    熱抽出領域
４４    ダイ
５０、５０’    バレル
５１    周辺部
５２    熱抽出構造体
６０、６０’    メルトスクリュー
６２    シャフト
６４、６４’    スクリューフライト部
７０    前方面
７２    後方面
８０    周辺エッジ
９０    循環チャンネル
【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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