(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料を投入するホッパを有し、このホッパから投入された成形材料を溶融するシリンダを有するとともに、成形材料を混練しつつ押出すスクリュを前記シリンダの内部に設け、前記成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力と、前記成形材料とスクリュ面との摩擦力との差で成形材料を押出す押出機において、
前記ホッパと前記シリンダとの間に介装され、前記ホッパ側から前記シリンダ側にかけて前記スクリュの押出し方向へ向けて所定の角度で前記スクリュの軸方向へと傾斜するとともに、前記ホッパから投入された成形材料を前記シリンダ内へと供給する着脱自在な供給部と、
この供給部に続いて前記シリンダ内に設けられ、前記成形材料との間の摩擦力を増大させる着脱自在な第１の摩擦力増大部とを有し、
前記供給部と前記第１の摩擦力増大部の内側面には、前記スクリュの軸と平行な縦溝が複数設けられていることを特徴とするスクリュ式押出機。
【請求項２】
前記供給部は、前記ホッパを支える基台の底部に設けられ、前記第１の摩擦力増大部は、前記供給部に続き前記シリンダの周壁とほぼ一体となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ式押出機。
【請求項３】
前記供給部の傾斜角度を１３゜〜１８゜にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリュ式押出機。
【請求項４】
前記供給部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.８倍にするとともに、
前記摩擦力増大部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.２倍にすることを
特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載のスクリュ式押出機。
【請求項５】
前記成形材料を搬送するフィードゾーンに対応する前記シリンダの位置に前記スクリュの軸と平行の長穴を穿設し、前記スクリュの軸と平行の縦溝をその内側面に複数条設けた第２の摩擦力増大部を前記長穴に着脱自在に嵌合したことを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれかに記載のスクリュ式押出機。
【請求項６】
前記第２の摩擦力増大部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して４倍にするとともに、前記第２の摩擦力増大部の短手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.４
倍にすることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれかに記載のスクリュ式押出機。
【請求項７】
前記縦溝は、該縦溝の長手方向にかけて一定区間で複数に分割又は凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれかに記載のスクリュ式押出機。
【請求項８】
前記供給部と前記第１及び第２の摩擦力増大部とを冷却する冷却水が流入する流入と、この冷却水を流出させる流出口とを設け、この冷却水が循環する流路を前記供給部と前記第１及び第２の摩擦力増大部の内部に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれかに記載のスクリュ式押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成形材料をホッパから投入し、シリンダ内に設けたスクリュで成形材料を溶融しつつ押出す押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱可塑性樹脂等の成形材料を加熱可塑化してスクリュによって連続的にダイから押出し所定の形状に成形する押出機が用いられている。
【０００３】
ここで、押出機には、１本のスクリュを使用する単軸押出機や２本のスクリュを使用する多軸押出機等がある。
そして、これらの押出機は、一般的に内壁を研摩ホーニングしたシリンダと硬質クロームメッキしたスクリュとから形成し、シリンダの内壁とスクリュ表面の面粗度を小さくして成形材料を滑り易くしている。
【０００４】
ところで、ホッパから供給した成形材料は、この成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力（摩擦力＝圧力×摩擦係数）と、成形材料とスクリュ面との摩擦力の差で成形材料を押出方向に押出す。したがって、成形材料とシリンダの内壁面との間の摩擦係数と、成形材料とスクリュ面との摩擦係数の差が大きいほど成形材料の押出量は多くなる。
【０００５】
一方、成形材料は、シリンダ内で固体から半溶融体そして完全溶融体へと性状が変化しながら押出されるので、その状態によってそれぞれ摩擦係数も変化する。さらに、供給する成形材料も純粋な熱可塑性樹脂等だけでなく、種々の無機物をブレンドしていたり、一度成形したボトルなどを再粉砕したものが混入している場合もあり、成形材料といっても複数の種類がある。
【０００６】
これらの成形材料を単位時間内に一定量ホッパからシリンダに投入し、スクリュにて成形材料を溶融しながらダイへと押出す際の押出性能を向上させる必要があった。ここで、押出機の押出性能を向上させるためには、シリンダと成形材料との摩擦力を向上させれば押出効率が向上するが、その前にホッパから投入された成形材料を確実に、しかも安定してスクリュに喰い込ませる必要がある。
【０００７】
また、押出性能の向上を図る手段としては、スクリュの形状を改良したものが用いられている。たとえば、スクリュをフィードゾーン、コンプレッションゾーン、メータリングゾーンに分け、これら各ゾーンでの溝の深さを変更したり、それぞれのゾーンの長さを変更するものがある。
【０００８】
また、スクリュ内の適当な位置に間隙の狭い所を設けたり、スクリュ溝にピンを装着するものやスクリュ軸に直角に切り欠いた円板を取り付けたもの等の混合スクリュが存在する。
【０００９】
次に、シリンダに改良を加えて押出能力向上を工夫したものとしては、ホッパの直後のシリンダの内壁面にスクリュの軸方向に平行な縦溝を複数設けて、成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を利用し、フィードゾーンでの成形材料の搬送効率を増加させたものがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホッパの排出口がスクリュに対して直角に形成されると排出口の近傍で成形材料同士がブリッジを起こし、シリンダ内のスクリュにこれら成形材料がスムーズに食い込まなくなるという問題がある。
【００１１】
さらに、成形に用いられる成形材料の種類や形状はそれぞれ異なるため、これらすべての成形材料に対応し、これら成形材料を安定してシリンダ内に投入することは難しい。
【００１２】
特に、成形材料の形状が、０.２mm〜１mm程度の厚みのフィルム・シートを粉砕したものの場合は、ブリッジを生じ易く成形材料の供給が成形の途中で中断されてしまうという問題もある。
【００１３】
次に、シリンダの内壁面にスクリュの軸方向に平行な縦溝を複数設けて、成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を強化した場合は、確かに成形材料の搬送効率は増加する。しかし、シリンダ自体の内壁面に縦溝を設けると加工が複雑になったり、加工に手間を要し非経済的である。
【００１４】
さらに、このようにシリンダ自体に縦溝を設けると特に滑りやすい成形材料に用いるときには効果的であるが、あまり滑らない成形材料の場合では縦溝がないフラットなシリンダで十分である。
【００１５】
そして、フラットなシリンダで押出しを行いたい場合は、シリンダ自体に縦溝を設けるとこのシリンダ自体を交換しなければならず、交換時間の無駄が生じたり交換費用がかかるため経済的ではないという問題もある。
【００１６】
本発明は、前記事項に鑑み改良を加えたものである。
すなわち、成形材料にブリッジ等が生じないで安定して一定量をシリンダの内部に供給することができるとともに、供給した成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を高め、成形材料の搬送効率を増加させた押出機を提供することを技術的課題とする。
【００１７】
さらに、シリンダ自体を交換することなしに成形材料の形状や性質に応じて成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を変更することができるとともに、この摩擦力の変更に際して、摩擦力を増大させる部材をシリンダに装着するだけで良い押出機を提供することを技術的課題とする。
【００１８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。本発明に係るスクリュ式押出機は、成形材料を投入するホッパを有し、このホッパから投入された成形材料を溶融するシリンダを有するとともに、成形材料を混練しつつ押出すスクリュを前記シリンダの内部に設け、前記成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力と、前記成形材料とスクリュ面との摩擦力との差で成形材料を押出す押出機であり、前記ホッパと前記シリンダとの間に介装され、前記ホッパ側から前記シリンダ側にかけて前記スクリュの押出し方向へ向けて所定の角度で前記スクリュの軸方向へと傾斜するとともに、前記ホッパから投入された成形材料を前記シリンダ内へと供給する供給部と、この供給部に続いて前記シリンダ内に設けられ、前記スクリュの軸と平行な縦溝をその内側面に設けることで成形材料との間の摩擦力を増大させる第１の摩擦力増大部とを有するものである。
【００１９】
本発明によれば、ホッパから投入した成形材料は、ホッパの成形材料の排出口とシリンダの成形材料の投入口とを結んでこのシリンダを覆うように装着され、ホッパから投入された成形材料をシリンダ内へと供給する供給部へと流入する。
【００２０】
そして、この供給部は、シリンダの押出し方向へ向けて所定の角度でスクリュの軸方向へと傾斜しているため、成形材料は、シリンダ内に垂直方向から投入されるのではなく供給部の傾斜角度が緩衝の作用をして斜め方向からシリンダ内に入る。
【００２１】
さらに、この供給部に続いて設けられたその内壁面にスクリュの軸と平行の縦溝を有する前記第１の摩擦力増大部で、成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力が増し、この摩擦力と、成形材料とスクリュ面との摩擦力の差が大きくなり成形材料を押出し方向に押出す。
【００２２】
次に、このスクリュ式押出機は、前記供給部と前記第１の摩擦力増大部とを冷却する冷却水が流入する流入口と、この冷却水を流出させる流出口とを設け、この冷却水が循環する流路を前記供給部と前記第１の摩擦力増大部の内部に設けることが好ましい。このようにすることで成形材料との摩擦により発生する摩擦熱を冷却水が吸収する。
【００２３】
また、このスクリュ式押出機は、前記供給部の傾斜角度を１３゜〜１８゜にしたものである。なお、傾斜角度は、成形材料の形状や性質等により１３゜〜１８゜の角度に限らず最適な角度を選択することができる。
【００２４】
さらに、前記供給部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.８倍にするとと
もに、前記第１の摩擦力増大部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.２倍
にしている。したがって、成形材料を搬送するフィードゾーンに対応するシリンダの位置に前記第１の摩擦力増大部を設けたことにより、成形材料がスクリュに安定して食い込むことになる。
【００２５】
次に、このスクリュ式押出機は、成形材料を投入するホッパを有し、このホッパから投入された成形材料を溶融するシリンダを有するとともに、成形材料を混練しつつ押出すスクリュを前記シリンダの内部に設け、前記成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力と、成形材料とスクリュ面との摩擦力との差で成形材料を押出す押出機であり、前記成形材料を搬送するフィードゾーンに対応する前記シリンダの位置に前記スクリュの軸と平行の長穴を穿設し、前記スクリュの軸と平行の縦溝をその内側面に複数条設けた第２の摩擦力増大部を前記長穴に着脱自在に嵌合したものである。
【００２６】
本発明によれば、成形材料を搬送するフィードゾーンに対応するシリンダの位置に設けたスクリュの軸と平行の長穴に、スクリュの軸と平行の縦溝をその内側面に複数条設けた前記第２の摩擦力増大部を装着することで、成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力が増し、この摩擦力と、成形材料とスクリュ面との摩擦力の差が大きくなり成形材料を押出し方向に押出す。
【００２７】
また、このスクリュ式押出機は、前記第２の摩擦力増大部にこの第２の摩擦力増大部を冷却する冷却水が流入する流入口と、この冷却水を流出させる流出口とを設け、この冷却水が循環する流路を前記第２の摩擦力増大部の内部に設けている。このようにすることで成形材料と前記第２の摩擦力増大部の摩擦により発生する摩擦熱を冷却水が吸収する。
【００２８】
さらに、前記第２の摩擦力増大部の長手方向の長さを前記シリンダの内径に対して４倍にするとともに、前記第２の摩擦力増大部の短手方向の長さを前記シリンダの内径に対して０.４倍にすることが好ましい。
【００２９】
したがって、成形材料を搬送するフィードゾーンに対応するシリンダの位置に前記第２の摩擦力増大部を取り付けたことにより、成形材料がスクリュに安定して食い込むことになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態に係るスクリュ式押出機１を図１〜５に基づいて説明する。
（１）最初に、本実施の形態に係るスクリュ式押出機１の概略を説明する。
【００３１】
このスクリュ式押出機１の構成は、図１に示すように成形材料を投入するホッパ２と、このホッパ２の排出口からシリンダの投入口にかけて装着した供給部６ａ及び摩擦力増大部６ｂと、供給部６ａから供給された成形材料を溶融する加熱シリンダ３と、加熱シリンダ３の内部に装着され、成形材料を混練しながら押出すスクリュと、加熱シリンダ３の排出先端に装着したダイ５と、さらに加熱シリンダ３に設けた長穴に嵌合した摩擦力増大部７で形成する。
（２）次に、本実施の形態に係るスクリュ式押出機１を、図１〜５に基づいて具体的に説明する。
【００３２】
まず、加熱シリンダ３は、シリンダ３内を加熱するため、電熱式のヒータ８を使用するものが多く、加熱シリンダ３の全長を分割してそれぞれ独立に温度制御できるようにしてある。また、成形材料の内部摩擦による温度上昇を強制冷却できるように冷却ファンを取り付ける場合もある。
【００３３】
そして、加熱シリンダ３内面は、磨耗や腐食を防止する目的で窒化鋼を使用することが多いが、Ｘーアロイのような特殊鋼のライナをはめ込んだものや硬質クロムメッキ等を施したものもある。
【００３４】
次に、加熱シリンダ３の内部に装着したスクリュ４は、所定の長さと溝の深さを有し成形材料の溶融する速度や押出量等によってこれらの寸法が定められる。
そして、このスクリュ４は、一般的にその長手方向をフィードゾーン、コンプレッションゾーン、メータリングゾーンに分け、フィードゾーンで投入した成形材料を圧縮しながらコンプレッションゾーンへと押しやる。ここで、フィードゾーンは、成形材料とシリンダ３の内壁面との摩擦力と、成形材料とスクリュ４面との摩擦力の差で成形材料を前方に押しやるものである。
【００３５】
したがって、フィードゾーンでのこれらの摩擦係数の差が大きいほど成形材料の輸送量が多くなる。
次に、コンプレッションゾーンでは、フィードゾーンから送られた成形材料を固体から半溶融体そして完全溶融体へと性状を変化させる役割を有する。このコンプレッションゾーンの長さは、成形材料の溶ける速度によって定められる。
【００３６】
次に、メータリングゾーンは、溶融した成形材料をダイへと押出す押出し量に影響を及ぼすもので、メータリングゾーンの長さと溝の深さの寸法によって押出し量が異なる。
【００３７】
さらに、このスクリュ４の数によって押出機は、単軸式のものと多軸式のものとがある。本実施の形態に係る押出機は、単軸押出機、２軸押出機、特殊押出機のいずれでも使用することができる。
【００３８】
次に、スクリュ４の前方には、多数の孔をあけたブレーカプレートがあり、メッシュで構成されたスクリーンを支えている。なお、本実施の形態に係る押出機は、シリンダ３の途中にベント口を設けたベント式押出機にも用いることもできる。
【００３９】
次に、このスクリュ式押出機は、ホッパ２の排出口とシリンダ３の投入口とを結んで供給部６ａと摩擦力増大部６ｂとを取り付けている。
そして、この供給部６ａと摩擦力増大部６ｂは、シリンダ３にホッパ２の排出口（標準的には、ホッパ２の排出口の長さはシリンダ３の内径Ｄに対して約１.５倍である）より、約１Ｄ分長い穴（したがって、約２.５Ｄの長さ）を穿設し、この穴に着脱自在に嵌合したものである。
【００４０】
ここで、供給部６ａは、図２に示すようにホッパ２を支える基台６ｅの底部に設け、摩擦力増大部６ｂは、この供給部６ａに続きシリンダ３の周壁とほぼ一体になるように形成する。
【００４１】
そして、基台６ｅは、ホッパ２を十分に支えられるように所定の厚みを有する金属等で作成し、さらに、ホッパ２から成形材料を取り入れるための孔をそのほぼ中央部に設けている。なお、本実施の形態では、基台６ｅを設けているが、供給部６ａのみでホッパ２を支えられる場合は、この基台６ｅを設けなくとも良い。
【００４２】
次に、供給部６ａは、シリンダ３に開けた穴にかけてシリンダ３の押出し方向へ向けスクリュ４の軸方向に所定の角度αで傾斜している。ここで、傾斜角度αは、１３゜〜１８゜にすることが好ましい。なお、この傾斜角度αは、成形材料の形状や材質等により適時変更することができる。
【００４３】
また、摩擦力増大部６ｂは、供給部６ａから続きこの傾斜した供給部６ａがシリンダ３の周壁に当接した部分からシリンダ３の周壁とほぼ一体をなすように形成している。そして、これら供給部６ａと摩擦力増大部６ｂの内側面に複数の縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆを設けている。
【００４４】
ここで、本実施の形態では、図３に示すようにこの縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆを３本設けているが、縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆの数は、成形材料の材質等により適時変更することが好ましい。
【００４５】
すなわち、成形材料が滑りやすいもので摩擦力が小さいものの場合は、縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆの数を多く設けて摩擦力がより増大するようにする。これとは逆に滑りにくいものの場合は、ある程度の摩擦力が生じるので少ない縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆで十分である。
【００４６】
なお、本実施の形態における縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆの形状は、矩形であるが、この形状も成形材料の材質等により適時変更することもできる。たとえば、アーチ状の縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆを設けることやこの縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆをその長手方向にかけて一定区間で複数に分割することまたは凹凸を設けることが考えられる。
【００４７】
さらに、これら縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆは、供給部６ａから摩擦力増大部６ｂにかけて設けているが、摩擦力増大部６ｂのみに縦溝６ｆ，６ｆ，６ｆを設けても良い。
【００４８】
次に、供給部６ａの長手方向の長さをスクリュ４の直径Ｄに対して０.８倍にするとともに、摩擦力増大部６ｂの長手方向の長さをスクリュ４の直径Ｄに対して０.２倍にしている。なお、これらの長さも成形材料の材質等により適時変更することができる。
【００４９】
さらに、これら供給部６ａと摩擦力増大部６ｂから発生する摩擦熱を吸収するために、冷却水を注入する注入口６ｄを穿設し、外部から冷却水をこれら供給部６ａと摩擦力増大部６ｂに注入して供給部６ａと摩擦力増大部６ｂの内部に設けた流路６ｃを循環させ摩擦熱を吸収する。
【００５０】
次に、図３が示すようにシリンダ３の基端であるホッパ２口の端から押出し方向にかけて、長さがシリンダ３内径Ｄの約４倍の長さを有するとともに、このシリンダ３の横断面に対して垂直方向の線を基線として＋−４５°の位置に、スクリュ４軸と平行に長穴をそれぞれ穿設している。このように＋−４５°の位置に長穴を設けるのは強度上の問題であるが、この角度に限定するものではない。
【００５１】
そして、この長穴に２つの摩擦力増大部７を着脱自在に嵌合している。この摩擦力増大部７は、図４が示すように長手方向の長さｌがシリンダ３の内径Ｄに対して４Ｄ、短手方向の長さｗがシリンダ３の内径Ｄに対して０．４Ｄにしている。なお、この長さも成形材料の材質や性質等により変更することができる。
【００５２】
次に、この摩擦力増大部７の内側面には、摩擦力を増大させるため、スクリュ４軸に平行な縦溝７ａ，７ａ，７ａを３本設けている。
そして、これらの縦溝７ａ，７ａ，７ａは、その長手方向にかけて一端がシリンダ３の内径に一致し、押出し方向にかけて一定の深さで延び、押出し方向の端で徐々に浅くなりシリンダ３内径に一致するようになっている。
【００５３】
さらに、これら縦溝７ａ，７ａ，７ａの形状は、図５に示すように深さ方向の長さよりも巾方向の長さが広い矩形状を有する。ただし、この形状も成形材料の材質等により適時変更することができる。たとえば、台形またはアーチ状若しくは三角形の縦溝７ａ，７ａ，７ａを設けることやこの縦溝７ａ，７ａ，７ａをその長手方向にかけて一定区間で複数に分割することが考えられる。
【００５４】
次に、摩擦力増大部７から発生する摩擦熱を吸収するために、冷却水を注入する注入口７ｃを穿設し、外部から冷却水をこの摩擦力増大部７に注入して摩擦力増大部７の内部に設けた流路７ｂを循環させ摩擦熱を吸収する。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、供給部を設けることにより成形材料をシリンダに投入する際、この供給部が緩衝作用を有し成形材料がブリッジ等を形成することなく、安定して一定量をシリンダの内部に供給することができる。
【００５６】
また、供給部に続いて設けた摩擦力増大部とフィードゾーンに対応するシリンダの位置に設けた長穴に装着した摩擦力増大部によって、供給した成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を高めることができ、成形材料のスクリュへの食い込みが安定するので、成形材料の搬送効率を向上させることができる。
【００５７】
さらに、これらを交換するだけでシリンダの内壁面をフラット面にすることもでき、シリンダ自体を交換することなしに成形材料の形状や性質に応じて成形材料とシリンダの内壁面との摩擦力を変更することができる。そして、この摩擦力の変更に際して、これらをシリンダに装着するだけで良いので手間がかからず、かつ、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るスクリュ式押出機の縦断面図
【図２】本実施の形態に係る供給部と摩擦力増大部の斜視図
【図３】本実施の形態に係るスクリュ式押出機の横断面図
【図４】本実施の形態に係る摩擦力増大部の斜視図
【図５】本実施の形態に係る摩擦力増大部の横断面図
【符号の説明】
１  ・・・スクリュ式押出機
２  ・・・ホッパ
３  ・・・シリンダ
４  ・・・スクリュ
５  ・・・ダイ
６ａ・・・供給部
６ｂ・・・摩擦力増大部
６ｃ・・・流路
６ｄ・・・注入口
６ｅ・・・基台
６ｆ・・・縦溝
７  ・・・摩擦力増大部
７ａ・・・縦溝
７ｂ・・・流路
７ｃ・・・注入口
Ｄ  ・・・シリンダ内径
α  ・・・傾斜角度
【図１】
0003806223.tif 000002
【図２】
0003806223.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003806223.tif 000005
【図５】
0003806223.tif 000006