JP2000301536A

JP2000301536A - 樹脂成形体の製造装置

Info

Publication number: JP2000301536A
Application number: JP11110990A
Authority: JP
Inventors: Toshio Inamori; 俊夫稲守; Kouki Deguchi; 好希出口; Kozo Makino; 耕三牧野
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧のガスを含浸させた難成形材料を成形機
のシリンダ内の樹脂通路に供給する際、難成形材料の閉
塞を解消し、スムーズに難成形材料を供給することがで
き、安定して成形可能な樹脂成形体の製造装置を提供す
る。【解決手段】シリンダ２と、シリンダ２内に設けられ
た第１のスクリュ３と、シリンダ２の一側端部に設けら
れたホッパ９とからなり、シリンダ２と第１のスクリュ
３との間に設けられた樹脂通路４に上記ホッパ９から樹
脂が供給可能となされた成形機１の、上記ホッパ９が耐
圧構造となされ、該ホッパ９に高圧ガスを供給する高圧
ガス供給装置が接続されているとともに、ホッパ９に供
給される高圧ガスの漏洩を防ぐシール機構１３を有する
とともに、上記ホッパ９と樹脂通路４との間に、ホッパ
９に供給されたガスの圧力を保持したまま、樹脂を樹脂
通路４内に強制的に供給する送り機構１１を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】樹脂成形体の製造装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】非常に高い溶融粘度を持つ樹脂、熱分解
性の強い樹脂、充填材を多量に配合した高充填配合の樹
脂組成物などの難成形材料は、通常の押出成形や射出成
形で成形することは困難である。そこで、このような難
成形材料の溶融粘度を低下させ成形可能にする目的で、
ＣＯ₂ガスなどの不活性ガスを高圧状態で難成形材料に
含浸させた後、押出成形機や射出成形機に導入し、樹脂
成形体を連続的に生産する製造方法が知られている。

【０００３】この方法において、ガスを含浸させた難成
形材料を成形機に導入する際、大気圧まで解放すると含
浸したガスが揮散するため、成形機に接続されたホッパ
を耐圧構造（以下、「耐圧ホッパ」という）を用いる方
法が知られている。そして、ガスを高圧状態で樹脂原料
に含浸させる際、難成形材料同士の固着の防止、含浸時
間の短縮、より均一な含浸のために、耐圧ホッパ内に攪
拌装置を設ける方法が、例えば特開平８−８５１２８号
公報に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、前記の
耐圧ホッパ内に攪拌装置を設ける方法では、用いる難成
形材料の種類、高圧ガスの圧力、耐圧ホッパ及び成形機
のシリンダとの接続部の形状等により、以下の問題点が
発生する場合があった。１）耐圧ホッパ内で攪拌された難成形材料が、耐圧ホッ
パから重力による自然落下により、成形機のシリンダ内
の樹脂通路に導入される際、耐圧ホッパとシリンダの接
続部（耐圧バルブを含む）付近にて閉塞を生じる場合が
ある。特に接続部の内部形状がバルブ等により複雑な場
合や、通過断面積が小さい場合、閉塞を生じやすい。２）更に、ガスを含浸しやすい難成形材料や、大気圧下
でもブロッキング、ブリッジ、壁面付着を発生しやすい
原料（例えば充填材として木粉を含む原料）の場合、
１）の問題点は更に顕著となり、ガスを含浸した難成形
材料が重力による自然落下によって成形機のシリンダ内
の樹脂通路へ供給することは不可能となる。３）また耐圧ホッパとシリンダとの接続部での難成形材
料の閉塞に対して、打撃式及び振動式の閉塞防止装置を
適用できる可能性はあるが、耐圧ホッパ、接続部、及び
成形機は耐圧構造のため非常に堅牢な構造をとるのが一
般的なため、難成形材料の閉塞を解消する効果がほとん
ど認められない。

【０００５】本発明は上記の課題を解決し、高圧のガス
を含浸させた難成形材料を成形機のシリンダ内の樹脂通
路に供給する際、難成形材料の閉塞を解消し、スムーズ
に難成形材料を供給することができ、安定して成形可能
な樹脂成形体の製造装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂成形体の製
造装置は、シリンダと、シリンダ内に設けられた第１の
スクリュと、シリンダの一側端部に設けられたホッパと
からなり、シリンダと第１のスクリュとの間に設けられ
た樹脂通路に上記ホッパから樹脂が供給可能となされた
成形機の、上記ホッパが耐圧構造となされ、該ホッパに
高圧ガスを供給する高圧ガス供給装置が接続されている
とともに、ホッパに供給される高圧ガスの漏洩を防ぐシ
ール機構を有するとともに、上記ホッパと樹脂通路との
間に、ホッパに供給されたガスの圧力を保持したまま、
樹脂を樹脂通路内に強制的に供給する送り機構を備えて
いるものである。

【０００７】本発明に使用される成形機としては、例え
ば、押出成形機、射出成形機などがあげられる。

【０００８】上記押出成形機に使用される第１のスクリ
ュとしては、１軸または２軸以上、或いはこれらを組み
合わせたものがあげられ、２軸以上の場合、第１のスク
リュの回転方向がそれぞれの軸で異なるものであっても
よいし、同じものであってもよい。また、第１のスクリ
ュ軸はパラレルタイプでもコニカルタイプでもよい。ま
た押出機を多段に組み合わせたタンデム方式を用いても
よい。

【０００９】上記射出成形機とは、加熱装置を備えたシ
リンダと、第１のスクリュ回転運動するにより樹脂原料
を計量、溶融する機構と、第１のスクリュの前後運動に
より溶融した樹脂原料を型内に射出する機構を備えた成
形機をいう。なお射出成形機と前記の押出成形機を組み
合わせた成形機を用いてもよい。

【００１０】上記押出成形機または射出成形機のシリン
ダ及び第１のスクリュは、高圧ガスの漏洩をシールでき
るものであれば特に限定されないが、シールの方法の具
体的例としては、第１のスクリュの駆動源側に耐圧シー
ルを設けたり、図１のように逆駆動タイプの押出機を用
いることでシールが可能となる。

【００１１】本発明において使用される樹脂としては特
に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のオレフィン樹
脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素含有
樹脂；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合
体；アクリロニトリル−スチレン共重合体；ポリスチレ
ン；（メタ）アクリル樹脂；ポリアミド；ポリカーボネ
ート；ポリアセタール；ポリエステル；熱可塑性エラス
トマー；粉末ゴム等が挙げられる。これらは単独で用い
てもよいし、組み合わせて用いてもよい。また、必要に
応じ、本発明の目的を損なわない範囲で変性、架橋され
た樹脂を用いてもよい。

【００１２】また上記樹脂には、必要に応じ、充填材が
添加されていてもよい。上記充填剤としては特に限定さ
れないが、例えばシリカ、マイカ、タルク、石粉、珪藻
土、クレー、グラファイト、カーボンブラック、炭酸カ
ルシウム、酸化チタン、アルミナ、アルミニウム粉末、
鉄粉、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、リチウム石け
ん、木粉、ガラス、パルプ等が挙げられる。これらは単
独で用いても良いし、組み合わせて用いてもよい。

【００１３】さらに必要に応じ、上記の樹脂及び充填剤
の他に、滑剤、安定剤、アンチブロッキング剤、消泡
剤、顔料、染料、可塑剤、溶剤等の添加剤を本発明の目
的を損なわない程度で添加されてもよい。

【００１４】本発明に使用されるホッパとは、上記送り
機構を介して成形機のシリンダ内に設けられた樹脂通路
に樹脂を供給するとともに、供給される樹脂をストック
するものであるが、これに導入される高圧状態のガスを
圧力保持できる耐圧構造となされていることが必要であ
る。

【００１５】また本発明で使用されるガスとしては、常
温常圧で気体状態の有機物質又は無機物質であって、高
温・高圧下で樹脂への含浸性が良好で、樹脂を劣化させ
ないものであれば特に限定されないが、また火災、爆発
等の危険がなく、環境、作業者の健康に対して安全で回
収が容易なガスが好ましい。上記ガスは常温・常圧で気
体状態のため、得られる成形体から容易に除去すること
が可能である。

【００１６】このようなガスとしては、例えば二酸化炭
素、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素等の無機
ガス；フロンガス、低分子量の炭化水素等の有機ガスな
どが挙げられ、使用される樹脂に含浸しやすいものが好
ましい。さらに、上記ガスを樹脂に含浸する際の状態
は、ガスが常圧よりも高い高圧状態であれば特に限定さ
れないが、樹脂への含浸効率の高い超臨界状態であるこ
とが好ましい。上記超臨界状態とは、臨界温度、臨界圧
力以上の状態をいい、例えばガスが二酸化炭素の場合臨
界温度は３０．９℃、臨界圧力は７．４ＭＰａ、窒素の
場合臨界温度は−１４６．９℃、臨界圧力は３．４ＭＰ
ａである。なお樹脂へのガスの含浸量は、ガス含浸の目
的、樹脂の種類、ガスの種類によって適宜選択すること
ができるが、供給される樹脂または樹脂組成物１００重
量部に対し３〜５０重量部のガスを含浸させることが好
ましい。また、樹脂または樹脂組成物に含浸されるガス
は飽和状態で有ることがさらに好ましい。

【００１７】本発明における送り機構とは、ガス含浸後
の樹脂を重力による自然落下のみによらず、強制的に送
り込むことが可能な機構であれば特に限定されず、例え
ば、ホッパからシリンダ内の第１のスクリュ近傍まで配
設された、回転可能な、第２のスクリュ又は螺旋状巻回
体（コイル等）からなるものが好ましいが、成形機が射
出成形機である場合には、間欠的に原料を成形機に供給
するため、耐圧ホッパと成形機の接続部の内部に、往復
運動により樹脂を押し込むピストンを設置されたもので
あってもよい。

【００１８】また上記送り機構は、第２のスクリュ又は
螺旋状巻回体による場合、ホッパ内に導入されたガスの
高圧状態を保ちながら使用される必要がある。導入され
たガスの高圧状態を保つ方法としては、通常の耐圧シー
ル、または、粘性流体シールを用いて外部からの駆動力
を伝達する方法（特開平１１─１０７００号公報参
照）、磁力により遠隔で駆動力を伝達する方法等（図２
参照）が挙げられる。上記磁力による駆動力伝達装置と
しては、例えば、日東高圧社製、商品名「マグネットド
ライブ」等が挙げられる。

【００１９】上記第２のスクリュは、回転運動により原
料を強制的に送るものであるので、樹脂原料の圧縮によ
る過大な回転トルク防ぐため、樹脂を圧縮させないこと
が好ましい。故にそのピッチ及び溝深さが、軸方向に一
定であることが好ましい。また、上記螺旋状巻回体（コ
イル等）は、上述のスクリュと同様の送り効果を発現で
きるもの（図２参照）であるが、スクリュと異なり、送
られる樹脂を圧縮しにくいため、ピッチ、巻回径及び線
径に対する依存性は小さく特に限定されないが、通常、
ピッチが巻回径と同程度のものが好ましく使用される。

【００２０】上記スクリュ近傍スクリュ近傍とは、上述
の第２のスクリュ又は螺旋状巻回体の先端から第１のス
クリュまでの距離が０．１〜１００ｍｍが好ましく、さ
らに好ましくは０．１〜３０ｍｍである。第２のスクリ
ュ又は螺旋状巻回体が成形機のスクリュ近傍まで達して
いることにより、樹脂により閉塞する可能性がある部分
を無くすことができる。

【００２１】また前記のホッパ内の樹脂原料を成形機に
強制的に輸送する送り機構とは別に、ホッパ内の原料を
攪拌させる機構を設けても良いし、送り機構と同じ駆動
源を使用してホッパ内の原料を攪拌させても良いが、装
置の簡便さから後者が好ましい（図１、２参照）。な
お、上記の送り機構はホッパ内の攪拌装置自身に送り機
能を設けるものであってもよい。

【００２２】また、さらにホッパ内の樹脂を成形機に強
制的に輸送する送り機構は、成形機への原料供給量を設
定できるようになされていることが好ましい。例えば、
第２のスクリュを用いる場合、その回転数を設定するこ
とにより供給量を設定できる。なお成形機の時間あたり
の処理量を超えて原料を強制的に送り込むと、送り機構
において過剰なトルクが発生するため、注意が必要であ
る。

【００２３】本発明において、シリンダ内の耐圧ホッパ
に接続している位置よりも下流側、且つスクリュ先端よ
りも上流側の位置に、高圧ガスを供給するガス供給装置
が接続されているのが好ましい。

【００２４】上記ガス供給装置が接続されている箇所は
１箇所であってもよいし、複数箇所であってもよい。こ
のようにすることによって、耐圧ホッパでのガスの含浸
に加えて、固体状態或いは溶融状態の成形機内の樹脂に
ガスを追加含浸することで、難成形樹脂材料の溶融粘度
の低下の効果をより大きく発現することができる。な
お、必要に応じて、さらに、シリンダ内の耐圧ホッパに
接続している位置よりも上流側にも、ガス供給装置が接
続されていてもよい。

【００２５】（作用）本発明の樹脂成形体の製造装置
は、シリンダと、シリンダ内に設けられた第１のスクリ
ュと、シリンダの一側端部に設けられたホッパとからな
り、シリンダと第１のスクリュとの間に設けられた樹脂
通路に上記ホッパから樹脂が供給可能となされた成形機
の、上記ホッパが耐圧構造となされ、該ホッパに高圧ガ
スを供給する高圧ガス供給装置が接続されているととも
に、ホッパに供給される高圧ガスの漏洩を防ぐシール機
構を有するとともに、上記ホッパと樹脂通路との間に、
ホッパに供給されたガスの圧力を保持したまま、樹脂を
樹脂通路内に強制的に供給する送り機構を備えているか
ら、耐圧ホッパから成形機に樹脂を供給する際、原料の
重力による自然落下のみによらず、強制的に樹脂を供給
する機構を設けたことにより、高圧がガス含浸すること
による樹脂同士の固着等により、樹脂原料の供給不良が
発生しやすい原料でも、原料の閉塞等が発生せず、スム
ーズに成形機に原料を供給し、安定した成形が可能とな
る。

【００２６】また、上記送り機構が、ホッパからシリン
ダ内の第１のスクリュ近傍まで配設された、回転可能
な、第２のスクリュ又は螺旋状巻回体からなり、且つ、
高圧ガスの漏洩を防ぐシール機構を有していると、樹脂
により閉塞する部分が無く、安定的な送りを実現でき
る。

【００２７】さらに、シリンダ内の耐圧ホッパに接続し
ている位置よりも下流側、且つスクリュ先端よりも上流
に、高圧ガスを供給するガス供給装置が接続されている
と、耐圧ホッパでのガスの含浸の不足分を補うことで、
高圧ガス含浸の効果（粘度低下）をより大きく発現可能
である。特に結晶性樹脂の場合、固体状態でのガス含浸
（ホッパ内含浸）は樹脂の非晶部分にしか含浸せず含浸
量が少ないため、結晶構造が崩壊している溶解後の樹脂
にガス含浸することでより多くのガスを含浸することが
可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
をもって、さらに詳しく説明する。図１は、本発明の樹
脂成形体の製造装置の一例を示す模式図である。図１に
おいて、１は成形機、２はシリンダ、３はスクリュ、４
は樹脂通路、９はホッパである。

【００２９】図１に示すように、本発明の樹脂成形体の
製造装置は、シリンダ２と、シリンダ内に設けられた第
１のスクリュ３と、シリンダ２と第１のスクリュ３との
間に設けられた樹脂通路４と、シリンダ２の一側端部に
設けられたホッパ９とからなる成形機１とからなる。

【００３０】上記ホッパ９は耐圧構造となされていると
ともに、該ホッパ９には攪拌装置１０が回転可能に設け
られているとともに、その下方には、樹脂を樹脂通路内
に強制的に供給するために、上記攪拌装置１０と回転軸
を同じくして、回転可能な第２のスクリュ１２が送り機
構１１として設けられている。

【００３１】一方、ホッパ９は、攪拌装置１０の回転軸
とホッパ９の間から高圧ガスが漏洩するのを防ぐシール
機構１３により、ガスが漏洩することなしに攪拌装置１
０と第２のスクリュ１２が連動して回転可能となされて
いる。

【００３２】上記攪拌装置１０と第２のスクリュ１２を
回転させるには、架台１６上に設けられたモータ１５の
回転を、タイミングベルト１４により、上記攪拌装置１
０の回転軸に伝達される。なお、モータ１５を直接回転
軸に接続してもよい。従って、ホッパ９に投入された樹
脂は、第２のスクリュ１２により、強制的に、成形機１
内の樹脂通路４に供給される。

【００３３】一方、ガスボンベ１７より、加圧ポンプ１
８によって加圧された高圧ガスは、開閉バルブ１９によ
り、流量を制御されながら、ホッパ９に供給され、樹脂
または樹脂組成物に含浸され、樹脂または樹脂組成物は
成形機１内の樹脂通路４に供給される。

【００３４】一方ガスボンベ１７ａより分岐され、加圧
ポンプ１８ａ、１８ｂによって加圧された高圧ガスは、
それぞれ、開閉バルブ１９ａ、１９ｂにより、流量を制
御されながら、樹脂通路４の比較的上流に設けられたガ
ス供給口４１、及び、比較的下流に設けられたガス供給
口４１ａから樹脂通路４に供給される。

【００３５】樹脂通路４に供給された、ガスが含浸され
た樹脂または樹脂組成物は、モータ６の回転を受けた減
速機５により所定速度で回転される第１のスクリュ３に
より、混練されて押し出され、金型７内に供給され、チ
ョークバー８で背圧調整されながら、所定の形状に成形
される。

【００３６】図２は、本発明の樹脂成形体の製造装置の
別の例を、ホッパ近傍を拡大して示す模式図である。図
２の例においては、ホッパ９外部に設けられた磁石２１
と、ホッパ９内部に設けられた磁石２１とにより、モー
タ１５（図１参照）の駆動力を伝達し、攪拌装置１０を
回転するとともに、ホッパ９の下部に設けられたコイル
２３の回転により、樹脂または樹脂組成物を成形機１内
の樹脂通路４（図１参照）に供給されること以外は図１
と同様である。なお、この例においては、攪拌装置１０
の軸はホッパ９内に配置されるので、シールは不要であ
る。

【００３７】図３は、本発明の樹脂成形体の製造装置の
さらに別の例を、ホッパ近傍を拡大して示す模式図であ
る。図３の例においては、押出機１に代えて射出成形機
（図示せず）、送り機構１１として、ピストン２４が設
けられ、ピストン２４により、ホッパ９内の樹脂または
樹脂組成物を強制的に樹脂通路４に供給すること以外は
図１と同様である。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。（実施例）図１に示した製造装置（開閉バルブ１９ａ、
１９ｂは閉じてある）を使用し、押出機１（逆駆動方式
押出機、シリンダ内径４０ｍｍ、単軸スクリュ、Ｌ／Ｄ
＝３０）のホッパ９に、粉砕したエチレン−酢酸ビニル
共重合体（日本ポリウム社製、商品名「ノバテックＥＶ
ＡＬＶ６６０」）１００重量部、木粉（三和セルロシ
ン社製、＃１００通過品、平均粒径２８μｍ）２００重
量部をホッパ内９に供給するとともに、耐圧構造となさ
れたホッパ内９に、高圧ガスとして二酸化炭素（含浸圧
力２００ｋｇｆ／ｃｍ²）をホッパ内９のみ（押出機１
のシリンダ２への供給は無し、押出量とガス供給量より
算出された平均含浸量１０重量部）に供給し、第２のス
クリュ（外径２８ｍｍ、溝部径２０ｍｍ、フライトピッ
チ３０ｍｍ、フライト厚み３ｍｍ、１条）が１２ｒｐｍ
で回転する送り機構１１（内径３０ｍｍ）により、二酸
化炭素含有樹脂組成物を押出機１の樹脂通路４に供給し
た。

【００３９】押出機１（スクリュ回転数５ｒｐｍ、設定
温度８０〜１２０℃、押出量：１．０ｋｇ／ｈｒ）で混
練された二酸化炭素含有樹脂組成物は、樹脂通過面がポ
リテトラフルオロエチレンにてコーティングされ、オイ
ル循環により、８０℃に設定された金型７（幅４０ｍ
ｍ、厚み３ｍｍのスリットダイ、）内に供給され、チョ
ークバー８により背圧を３５０ｋｇｆ／ｃｍ²に調整さ
れて、所定の形状の成形品を得た。その結果、ホッパの
原料が無くなるまで３時間安定した成形を持続できた。

【００４０】（比較例）第２のスクリュ１２を設けなか
ったこと以外は、実施例と同様にして成形を行った。そ
の結果、運転開始から１５分で急激な樹脂圧低下が発生
し、金型８より成形体が吐出しなくなったため、テスト
が不可能となった。この後、ホッパ９と押出機１１との
接続部を分解確認したところ、接続部内において樹脂原
料の閉塞が認められた。

【００４１】

【発明の効果】本発明の樹脂成形体の製造装置は、上述
の如き構成となされているので、高圧のガスを含浸させ
た難成形材料を成形機のシリンダ内の樹脂通路に供給す
る際、難成形材料の閉塞を解消し、スムーズに難成形材
料を供給することができ、安定して成形成形が可能とな
るため、製品品質の安定化、及び良品率の向上が可能と
なる。また原料の閉塞等の問題に対して粉体の流動特性
を改善する添加剤を配合する必要が無くなり、コストを
低減できる。また安定した成形が可能となることで、設
備の自動化、省力化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂成形体の一例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の樹脂成形体の製造装置の別の例を、ホ
ッパ近傍を拡大して示す模式図である。

【図３】本発明の樹脂成形体の製造装置のさらに別の例
を、ホッパ近傍を拡大して示す模式図である。

【符号の説明】

１成形機２シリンダ３第１のスクリュ４樹脂通路９ホッパ１１送り機構１２第２のスクリュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F201 AL08 AL10 AL17 AM03 BA06 BC02 BC12 BC19 BD04 BD05 BQ01 BQ16 BQ19 BQ21 BQ52 4F206 AL08 AL10 AL17 AM03 JA03 JF01 JF02 JF12 JF23 JF36 4F207 AL08 AL10 AL17 AM03 KA01 KF01 KF02 KF12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、シリンダ内に設けられた第１
のスクリュと、シリンダの一側端部に設けられたホッパ
とからなり、シリンダと第１のスクリュとの間に設けら
れた樹脂通路に上記ホッパから樹脂が供給可能となされ
た成形機の、上記ホッパが耐圧構造となされ、該ホッパに高圧ガスを
供給する高圧ガス供給装置が接続されているとともに、
ホッパに供給される高圧ガスの漏洩を防ぐシール機構を
有するとともに、上記ホッパと樹脂通路との間に、ホッ
パに供給されたガスの圧力を保持したまま、樹脂を樹脂
通路内に強制的に供給する送り機構を備えていることを
特徴とする樹脂成形体の製造装置。
【請求項２】上記送り機構が、ホッパからシリンダ内の
第１のスクリュ近傍まで配設された、回転可能な、第２
のスクリュ又は螺旋状巻回体からなり、且つ、高圧ガス
の漏洩を防ぐシール機構を有していることを特徴とする
請求項１記載の樹脂成形体の製造装置。
【請求項３】耐圧ホッパがシリンダに接続している位置
よりも下流側、且つスクリュ先端よりも上流側に、高圧
ガスを供給するガス供給装置が接続されていることを特
徴とする請求項１又は２記載の樹脂成形体の製造装置。