(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチックの押出機用スクリューにおいて、スクリュー軸基端から先端に向けて螺旋条に配設したメインフライトを具備するフィード部と、該フィード部の前記メインフライトから継続するメインフライトを具備し、かつ、隣接する前記継続メインフライト間で形成される溝を斜めに横断し溶融樹脂の溶融促進をするサブフライトを具備する圧縮部と、該圧縮部から継続するメインフライトを具備して前記スクリュー軸先端に至る計量部とを具備し、該計量部の中の隣接する前記継続メインフライト間の溝内にこれら隣接メインフライトと等間隔あけて平行に延びる２列の邪魔板を配設し、該２列の邪魔板がこれら延びる方向に等間隔にて断続してなる複数の切り欠きを持ち、かつこれら２列の邪魔板の高さが前記隣接メインフライトの高さの４／１０〜９／１０の高さを持ち前記２列の邪魔板のうち上流側の邪魔板の高さが下流側邪魔板の高さより低いことを特徴とする押出機用スクリュー。
【請求項２】
前記切り欠きの前記邪魔板のそれぞれの体積にて占める割合が１／３〜１／６であることを特徴とする請求項１記載の押出機用スクリュー。
【請求項３】
前記邪魔板の幅が前記隣接するメインフライトの幅の１／４〜２／３であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の押出機用スクリュー。
【請求項４】
前記邪魔板がスクリュー軸方向にスクリュー外径の１〜６倍の長さに配置された請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の押出機用スクリュー。
【請求項５】
熱可塑性プラスチックの押出機用スクリューにおいて、スクリュー軸基端から先端に向けて螺旋条に配設したメインフライトを具備するフィード部と、該フィード部の前記メインフライトから継続するメインフライトを具備し、かつ、隣接する前記継続メインフライト間で形成される溝を斜めに横断し溶融樹脂の溶融促進をするサブフライトを具備する圧縮部と、該圧縮部から継続するメインフライトを具備して前記スクリュー軸先端に至る計量部とを具備し、該計量部の中の隣接する前記継続メインフライト間の溝内にこれら隣接メインフライトと等間隔あけて平行に延びる３列の邪魔板を配設し、該３列の邪魔板がこれら延びる方向に等間隔にて断続してなる複数の切り欠きを持ち、かつこれら３列の邪魔板の高さが前記隣接メインフライトの高さに対して下流側の邪魔板の高さが７／１０〜９／１０、中流側の邪魔板の高さが６／１０〜８／１０、上流側の邪魔板の高さが５／１０〜７／１０の高さを持ち前記３列の邪魔板の高さが上流側邪魔板から下流側邪魔板に向けて高さが順次高くなることを特徴とする押出機用スクリュー。
【請求項６】
前記切り欠きの前記邪魔板のそれぞれの体積にて占める割合が１／３〜１／６であることを特徴とする請求項５記載の押出機用スクリュー。
【請求項７】
前記邪魔板の幅が前記隣接するメインフライトの幅の１／４〜２／３であることを特徴とする請求項５または請求項６記載の押出機用スクリュー。
【請求項８】
前記邪魔板がスクリュー軸方向にスクリュー外径の１〜６倍の長さに配置された請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の押出機用スクリュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性プラスチックの押出機用スクリューに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
熱可塑性樹脂を押出成形する場合に良質の樹脂成形品を得るためには、押出機の中で溶融した樹脂を十分に混合して、均質な溶融状態で押し出すことが極めて重要である。
【０００３】
特に、カラーマスターバッチにより着色する場合などは混練分散と共に分配混合が必要となる。この分配混合が不十分だと成形品に色ムラが発生する。特にパール顔料などの場合にはこの色ムラが顕著に目立ち商品価値を損なってしまうことになる。
【０００４】
また、押し出されてくる樹脂の温度のムラがあると成形が不安定になる。特にダイレクトブローの多頭成形においてはパリソン長さが樹脂温度の影響で変化するために成形品の厚み等のバラツキの原因となる。
【０００５】
さらには発泡剤を配合添加して発泡押出成形する場合には分配混合が不十分だと気泡のサイズが大きく不均一な状態となり、きめ細かな均一な発泡成形品を得ることが出来ない。
【０００６】
これらの問題に対処するために、従来から分配混合用部品として図５に示すようなものが提案され、実際に使用されている。これらの分配混合の機構は、メインフライト４間のスクリュー溝３の中に円柱状の突起物１０を配置して、スクリュー１１の回転による牽引流と圧力勾配による圧力流から成る螺旋状の整然とした循環流を乱すことによって混合させることを意図したものである。
【０００７】
また、これらの分配混合用部品は、圧縮部におけるメインフライト４とサブフライト５から成る溶融促進部品と組合せて使ったり、あるいはバリヤータイプの剪断作用による混練分散部等と組合せて使用する場合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、図６に模式的に示すように、スクリュー溝３内の循環流は溝内に配置された突起物１０にぶつかると該突起物の周囲を迂回して前方へ流れていくが、この時流れ方向が若干変わることによって流線の変化はあるが大きな攪拌効果とはなりにくく、分配混合機能として十分に満足できるものではない。 例えばカラーマスターバッチをブレンドして着色品を成形する場合に色ムラの発生を防止できない場合もある。
【０００９】
また、この突起物１０はスクリュー溝３内に植設されるから、円柱の根本部分が直角になるために、この根本部分に樹脂が付着、滞留して熱劣化物のヤケ等の発生の原因になってしまうという欠点もある。
【００１０】
この現象は成形運転後の分解掃除の際に円柱の根本部分に黒く炭化したヤケ（樹脂の熱劣化物）が付着しているのが観察されることで分かる。
【００１１】
本発明は、従来技術の分配混合用部品よりも優れた分配混合を可能にし、かつ付着によるヤケの発生のない良好な均質の状態で樹脂を押出すことが出来る押出機用スクリューを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するために、種々検討を重ねた結果、前記のようにスクリュー溝内に設けた円柱状の突起物では大きな攪拌効果は得られない。そこで優れた分配混合をするためには、積極的に流れを分割することが必要と考え、押出機用スクリューの計量部の中のメインフライト間の溝内に、循環流の一部を通過させ、他の一部は堰き止めるような邪魔板を配置し、しかも邪魔板の途中に切り欠きを設けることによってこの切り欠きを通って逆方向にも部分的な流れ込みを生ぜしめることにより効果的に分配混合が出来る方法を見つけるに至ったのである。
【００１３】
即ち、スクリュー回転により発生している循環流の一部だけを邪魔板によって堰止め、他の一部は邪魔板の上部を乗り越えて隣の溝の中の流れと混合される。さらに、この溝の中の流れの一部は邪魔板の切り欠きを通って元の溝に戻って行き元の溝の流れと混合されるので積極的な分配混合が可能となるのである。
【００１４】
具体的には、図１に例示するように隣接するメインフライト間のスクリュー溝３の中にこれら隣接メインフライトと等間隔あけて平行に延びる断続的に切り欠き２のある細長い板状の邪魔板１ａ，１ｂを２列または３列配置したものである。
【００１５】
上記のごとき分配混合を発生させるための重要なポイントは前記邪魔板の高さをメインフライト４よりも低くして、図３に示すように樹脂の一部分は邪魔板１ａ，１ｂの上を越えて流れる（７）こと、および該邪魔板に切り欠き２を設けてこの切り欠き２を通って別の一部分が逆方向に流れる（８）ことである。２列の邪魔板の場合、これら邪魔板の高さが隣接メインフライトの高さの４／１０〜９／１０の高さを持ち、２列の邪魔板のうち上流側の邪魔板の高さが下流側邪魔板の高さより低いことを特徴とする。また、３列の邪魔板の場合、これら邪魔板の高さが隣接メインフライトの高さに対して下流側の邪魔板の高さが７／１０〜９／１０、中流側の邪魔板の高さが６／１０〜８／１０、上流側の邪魔板の高さが５／１０〜７／１０の高さを持ち、これら３列の邪魔板の高さが上流側邪魔板から下流側邪魔板に向けて高さが順次高くなることを特徴とする。
【００１６】
また、図２に示すように、押出機の溶融機能の向上のために圧縮部Ｄで従来から使われている、スクリュー軸基端から先端に向けて螺旋条に配設したメインフライト４と隣接するメインフライト間で形成される溝を斜めに横断して溶融樹脂の溶融促進をするサブフライト５から構成される溶融促進部、および混練分散のために計量部Ｃにおいて使用される、計量部Ｃの中の上流側にスクリュー軸方向に延びかつ先止まりの複数の溝をそれぞれ連通しないように交互に逆方向に配置したバリヤータイプのすりつぶし効果のある混練分散部Ｂと組み合わせたスクリュー１１とすることにより、より一層の押出安定性、均質性に優れた押出が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の押出機用スクリューの構成例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明に係わる押出機用スクリューに組み込まれる分配混合用部品の実施例を示し、図２に示す押出機用スクリュー１１の計量部Ｃのスクリュー溝３内に、メインフライト４と平行な２列の邪魔板１ａ，１ｂを形成し、該邪魔板の高さは分配混合のためにメインフライト４よりも低く、またそれぞれに切り欠き２を設けた分配混練用部品の説明図である。
【００１９】
分配混合用部品１２を詳細に説明すると、メインフライト４間に形成されるスクリュー溝の中に、切り欠き２のある下流側邪魔板１ａ と同じく切り欠き２のある上流側邪魔板１ｂをそれぞれ形成し、メインフライト４と邪魔板１ａとの間に溝３ａ、邪魔板１ａと邪魔板１ｂとの間に溝３ｂ、及び、邪魔板１ｂ とメインフライト４との間に溝３ｃをそれぞれ形成してある。重要な点は、邪魔板１ａ，１ｂの高さがメインフライト４よりも低く、かつ切り欠き２を設けていることである。
【００２０】
さらに、邪魔板１ａ，１ｂはスクリュー溝３内に２または３列配置するのがよい。列数が多すぎると押出量の低下を招くので好ましくない。また邪魔板の高さはメインフライトの高さの４／１０〜９／１０の範囲がよい。２列以上の配置の場合にはそれぞれの高さを変えてそれぞれの邪魔板の上を越える流れの割合を変化させるようにするのが好ましい。２列の邪魔板の場合、下流側の邪魔板１ａの高さが上流側邪魔板１ｂの高さより高い。３列の場合には下流側邪魔板は７／１０〜９／１０、中流側邪魔板は６／１０〜８／１０、そして上流側邪魔板は５／１０〜７／１０であり、上流側邪魔板から下流側邪魔板に向けて高さが順次高くなる。
【００２１】
さらに、該邪魔板の長手方向に等間隔にて断続している切り欠き２の占める割合は１／３〜１／６の範囲が好ましい。切り欠き２の占める割合が１／３より大きすぎると循環流を堰き止める効果がなくなり、また１／６より小さすぎると逆方向に戻る流れが発生しなくなり分配混合機能が低下してしまう。
【００２２】
邪魔板１ａ，１ｂの幅はメインフライト４の幅の１／４〜２／３が好ましく、１／４より小さすぎると強度不足となり、また２／３より大きすぎると押出量の低下を招く。該邪魔板のスクリュー軸方向の配置の長さはスクリュー外径の１〜６倍が好ましい、１未満では分配混合の効果が十分でない、また６超では押出量の低下を招き好ましくない。一方、邪魔板１ａ，１ｂの方向はメインフライト４と平行の場合が機械加工上容易に製作可能である。また、邪魔板１ａ，１ｂの基部は通常のフライトと同様に円弧でスクリュー溝３になめらかに接続する形状とし、樹脂の滞留付着が起きないようにする。
【００２３】
次に、上記分配混合用部品１２を応用した押出用スクリューの実施例について図２に基づいて説明する。フィード部Ｅ、圧縮部Ｄおよび計量部Ｃから構成されるスクリュー１１において、フィード部Ｅはスクリュー軸基端から先端に向けて螺旋条に配設したメインフライト４を具備し、圧縮部Ｄにおいてはフィード部Ｅから継続するメインフライト４によって構成されるスクリュー溝３をメインフライトに対し斜めに横断するサブフライト５を設けた溶融樹脂の溶融促進部を構成し、計量部Ｃの前半部である上流側にはスクリュー軸方向に延びかつ先止まりの複数の溝をそれぞれ連通しないように交互に逆方向に配置したバリヤータイプのすりつぶし効果を有した混練分散部Ｂを設け、そして計量部Ｃの後半部である下流側にはメインフライト４によって構成されるスクリュー溝３の中に邪魔板１を配置して流れを攪拌するようにした分配混合用部品１２を組み込んだものである。
【００２４】
スクリュー１１を構成している各部の長さはバレル口径ｄに対して、フィード部Ｅは７〜１４ｄ、好ましくは９〜１１ｄの範囲、圧縮部Ｄは７〜１４ｄ、好ましくは９〜１１ｄの範囲、計量部Ｃは４〜９ｄ、好ましくは６〜８ｄの範囲である。そして計量部Ｃのうち前半に設ける混練分散部Ｂは １〜４ｄ、好ましくは２〜３ｄの長さ、後半部に設ける分配混合部品１２は１〜６ｄ、好ましくは１〜４ｄの長さである。
【００２５】
なお、分配混合用部品１２の組み込みは本例に限定されるものではなく、通常のスクリューの計量化部に単独で用いることも可能である。
【００２６】
本発明の分配混合用部品１２における作用を図３および図４の例に基づいて説明する。図３はスクリュー溝の断面の流れの状態を模式的に示したもので、左側の溝３ａの中の循環流９の一部がスクリュー１１の回転によるバレルとスクリュー１１の相対運動により邪魔板１ａを乗り越える流れ７となって溝３ｂの中へ流れ込む。同時に溝３ｂの中の循環流の一部が邪魔板１ａの切り欠き２を通って溝３ａへ流れ込む。そして同様に溝３ｂの中の循環流の一部が邪魔板１ｂを乗り越えて溝３ｃへ流れ込み、同時に溝３ｃの循環流の一部が邪魔板１ｂの切り欠き２を通って溝３ｃに流れ込む。このようにそれぞれの溝の中の循環流の一部が強制的に隣の溝に送り込まれることによって効率のよい分配混合が達成されるのである。さらに図４（スクリュー溝の展開平面図）に示すように、流れの前後の分配混合も可能になっていることが分かる。
【００２７】
次に、分配混合用部品１２と溶融促進部および混練分散部Ｂと組み合わせたスクリュー１１においては、まずフィード部Ｅから圧縮部Ｄへ移送されてきた固体樹脂はバレルからの加熱とバレルとの剪断発熱により溶融をするが、圧縮部Ｄのサブフライト５により溶融樹脂部と固相樹脂部とに分離されるので固相樹脂部では剪断発熱が有効に作用して溶融能力が向上し、溶融が安定し、促進もされる。
【００２８】
サブフライト５を乗り越えてきた樹脂は着色用のカラーマスターバッチの高濃度のものや小さな未溶融物や高分子量のゲル状のもの等を含んでおり、均質な状態ではない。計量部Ｃに移送されてきたこれらのものは、バリヤータイプのすりつぶし効果を有する混練分散用部品６に流入して行き、剪断応力によりすりつぶされて混練分散させられる。
【００２９】
次いで計量部Ｃの後半部に設けられた分配混合用部品１２からなる分配混合部Ａで上記の如く作用を受けて均一に分配混合されて全体が温度ムラや色ムラ等のない均質な状態で押し出されて行く。
【００３０】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、
１：図１に示した分配混合用部品１２を通常のフルフライトタイプのスクリューに組み込んだスクリューＳ1、
２：図１に示した分配混合用部品１２を、図２に示したサブフライトタイプの溶融促進部とバリヤータイプの混練分散用部品６と組み合わせた、図２に示したスクリューＳ２、
および比較のために、
３：図５に示したピンタイプの分配混合用部品を通常のフルフライトタイプのスクリューに組み込んだスクリューＳ３、
４：図５に示したピンタイプの分配混合用部品を、図２に示したサブフライトタイプの溶融促進部とバリヤータイプの混練分散用部品６と組み合わせたスクリューＳ4について押出実験を実施した。
【００３１】
実験には口径が５５φｍｍで長さがＬ／ｄ＝２８の押出機を使用した。また押出実験に使用した原料は高密度ポリエチレン（ＭＦＲ３．０）と着色用マスターバッチ（ポリエチレンベース  茶色）を９７対３の比率で混合したものを使用した。押出機の先端に丸ダイを取り付けて厚み０．５ｍｍのシートを成形した。
【００３２】
成形したシートの表面の色ムラの状態を目視観察で評価したところ、スクリューＳ1およびスクリューＳ２では色ムラは全く観察されなかったが、スクリューＳ３では色ムラが流れ模様のスジ状に発生した。
【００３３】
またスクリューＳ４ではスクリューＳ３よりは改善されているがまだ流れ模様のスジが若干認められた。
【００３４】
また、成形したシートを光に透かして目視観察したところ、スクリューＳ1では０．５ｍｍ以下の小さな色の濃い点が５ｃｍ×５ｃｍの面積に1〜２個認められたが、スクリューＳ２は全く均一の状態であった。
【００３５】
スクリューＳ４では０．５ｍｍ以下の同様の濃い点が１〜２個、さらにスクリューＳ3では０．５ｍｍ以下の同様の濃い点が１０〜２０個、さらに約１ｍｍの大きさの濃い点も認められた。
本発明の邪魔板１ａ，１ｂによる分配混合用部品１２を持つスクリューはピンタイプのミキシングを持つスクリューに比較して分配混合機能が優れるだけでなく、混練分散の機能も併せ持っていることがうかがえる。これは、該邪魔板を乗り越えて流れる際の剪断応力が有効に作用しているものと考えられる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上述のように分配混合による押出樹脂の均一化、色ムラ解消の効果をもたらすが、そのほかにも各種添加剤やリサイクル樹脂の混合に対しても極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係わる押出機用スクリューに組み込まれる分配混合用部品の構成説明図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係わる押出機用スクリューの側面図である。
【図３】  図１の分配混合用部品の混合作用の模式図（溝断面内の流れ）である。
【図4】  図１の分配混合用部品の混合作用の模式図（溝平面内の流れ）である。
【図５】  従来の押出機用スクリューにて使用されている円柱状突起（ピンタイプ）の分配混合用部品の側面図である。
【図６】  図５の分配混合用部品の混合作用の模式図（溝平面内の流れ）である。
【符号の説明】
Ａ…分配混合部
Ｂ…混練分散部
Ｃ…計量部
Ｄ…圧縮部
Ｅ…フィード部
１，１ａ，１ｂ…邪魔板
２…邪魔板の切り欠き
３…スクリュー溝
３ａ，３ｂ，３ｃ…邪魔板で区切られた溝
４…メインフライト
５…サブフライト
６…混練分散用部品
７…邪魔板を越える流れ
８…切り欠きを通る流れ
９…スクリュー溝内の循環流
１１…スクリュー
１２…分散混合用部品
【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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