JP2010069771A - 可塑化用スクリュ - Google Patents

Abstract

【課題】副フライトを備えたスクリュによる可塑化装置におけるガスの排気を効果的に向上させるスクリュを提供することを目的とする。
【解決手段】フィードゾーンＺＦ、コンプレッションゾーンＺＣ及びメタリングゾーンＺＭを有する原料Ｍ可塑化用のスクリュ２が、フィードゾーンＺＦ、コンプレッションゾーンＺＣ及びメタリングゾーンＺＭに連続して螺旋状に形成され加熱筒８の内孔の内径より僅か小さい外径を有する主フライト３と、主フライト３のフィードゾーンＺＦとメタリングゾーンＺＭとの間の任意の区間における主フライト３の前面２０と後面２１との間に一又は複数形成され主フライト３の外径より小さい外径を有する副フライト４と、副フライトが接続される主フライトの前面部分２０ａから前方近傍の主フライト３に設けた通気部５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱筒内の排気を良好にする可塑化用スクリュに関するものである。

シリンダ（加熱筒）内を真空ポンプにより排気した状態で主フライトと副フライトを備えたスクリュを回転して可塑化し、可塑化中に発生するガスを排気する技術は、特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１における副フライト部で発生したガスの排気状況は、本願の図４に示すように、良好ではない。すなわち、副フライトを乗り越えて主フライトの前面に堆積した溶融材料から効果的に発生したガスは、副フライトを乗り越えて主フライトの後面側に流入した後、半溶融材料や未溶融の原料ペレットの間隙を経由して流動せねばならず、極めて大きな流動抵抗が生じるのである。

一方、特許文献２には、シリンダ内に存する空気、成形材料から発生したガス等の気体を除去するため、スクリュの螺旋状の山部の複数箇所に、軸線方向に貫通する溝または穴を設けることが開示されている。しかしながら、特許文献２の技術によれば、前記溝または穴には成形材料が入り込んで排気を妨げる虞があり、それを回避するため溝または穴を大きくした場合には、可塑化能力の低下が懸念される。

実公平３−５３８６７号公報 特開平８−１４２１４３号公報

本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、副フライトを備えたスクリュによる可塑化装置におけるガスの排気を効果的に向上させるスクリュを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンを有する原料可塑化用のスクリュが、前記フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンに連続して螺旋状に形成され前記スクリュを嵌挿する加熱筒の内孔の内径より僅か小さい外径を有する主フライトと、前記主フライトのフィードゾーンとメタリングゾーンとの間の任意の区間における前記主フライトの前面と後面との間に一又は複数形成され前記主フライトの外径より小さい外径を有する副フライトと、前記副フライトが接続される前記主フライトの前面部分から前方近傍の前記主フライトに設けた通気部とを備えることをその要旨としている。

これによれば、極めて良好にガスの排気を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクリュにおいて、前記主フライトにおける前記副フライトの後面に対向する区間には、副フライトの外径以上であって前記主フライトにおける前記区間以外の外径より小さい小径部が形成されることをその要旨としている。

これによれば、前記主フライトの小径部を材料が乗り越える際に副フライトと同様の作用により溶融されてガスが比較的後方の部分で発生されるので、良好にガスの排気を行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスクリュを備えた可塑化装置であって、前記加熱筒の内部を強制排気可能に構成したことをその要旨としている。

これによれば、極めて良好にガスの排気を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスクリュを備えた可塑化装置であって、前記加熱筒へ供給する原料を制限制御する原料調節手段を備えたことをその要旨としている。

これによれば、ガスの排出をより効果的に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の可塑化装置を用いた可塑化方法であって、前記可塑化装置で設定可能な最大回転速度の５０％以上の回転速度で前記スクリュを回転駆動するとともに、スクリュ背圧力を溶融材料の圧力において０〜５ＭＰａの範囲で制御することをその要旨としている。

これによれば、溶融材料からの脱気が極めて容易に行われる。

本発明は、フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンを有する原料可塑化用のスクリュが、前記フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンに連続して螺旋状に形成され前記スクリュを嵌挿する加熱筒の内孔の内径より僅か小さい外径を有する主フライトと、前記主フライトのフィードゾーンとメタリングゾーンとの間の任意の区間における前記主フライトの前面と後面との間に一又は複数形成され前記主フライトの外径より小さい外径を有する副フライトと、前記副フライトが接続される前記主フライトの前面部分から前方近傍の前記主フライトに設けた通気部とを備えるので、極めて良好にガスの排気を行うことができる。

図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明のスクリュを備えた可塑化装置の縦断面図である。図２は、本発明のスクリュにおけるフライトの展開図である。図３は、本発明の他のスクリュにおけるフライトの展開図である。図４は、従来のスクリュにおけるフライトの展開図である。

可塑化装置１は、スクリュヘッド６とリングバルブ７でなる逆止弁を先端に備えたスクリュ２と、スクリュ２を回転往復動可能に嵌挿し先端面にノズル９を外周面にバンドヒータ１０を備えた加熱筒８と、加熱筒８後部上面の貫通穴に連通する原料落下口１２を有し加熱筒８の後部を固着するハウジング１１と、ハウジング１１の上面に原料落下口１２へ連通するように固着され原料調節筒１３とフィードスクリュ１４でなる原料調節手段１５と、原料落下口１２の上方の原料調節筒１３上面に設けた貫通穴に接続された真空ポンプ１９と、原料調節筒１３の上面に立設した原料供給筒１６とからなる。スクリュ２は、ハウジング１１の延長部に連結した図示しない駆動手段を図示しない制御装置で設定した設定値に基づいて回転又は前後進するように制御される。原料供給筒１６は、交互に開閉する二のシャッタ１７，１８により上下に三の部屋を画設して、原料調節手段１５へ気密を保持しつつ所定量の原料Ｍを供給する。シャッタ１７，１８の摺動部及びフィードスクリュ１４とスクリュ２の駆動軸部分には、摺動又は回転しても気密が保持できるようなパッキングが設けられている。また、真空ポンプ１９は、原料調節筒１３上面に設けた貫通穴に接続するよう例示したが、原料落下口１２に設けた貫通穴か、加熱筒８の後端部か、スクリュ２が最後退したときの通気部５に対向する加熱筒８の中間部より後部に設けた貫通穴に接続してもよい。なお、可塑化装置１は、射出成形機のものとして例示したが、押出し機であってもよい。

スクリュ２は、基部が小径で先端部が大径であって中間部は小径と大径を滑らかに接続する円錐台状である軸部２２としての丸棒の外周に、主フライト３としての壁状突出体が基部から先端部まで連続して螺旋状に形成されたものである。この主フライト３の外径は、加熱筒８の内孔の内径より僅か小さい。そして、スクリュ２は、前記基部の小径区間をフィードゾーンＺＦとし、前記中間部をコンプレッションゾーンＺＣとし、先端部の大径区間をメタリングゾーンＺＭとしてその軸方向に区画されている。

スクリュ２は、主フライト３のフィードゾーンＺＦとメタリングゾーンＺＭとの間の任意の区間における主フライト３の前面２０と後面２１との間に一又は複数形成され主フライト３の外径より小さい外径の副フライト４を有する。すなわち、図１に示す実施態様では、副フライト４は、フィードゾーンＺＦとコンプレッションゾーンＺＣとの境界部分の主フライト３の前面２０に接続され、そこから主フライト３の前方３ピッチ目にあたるコンプレッションゾーンＺＣ中間の主フライト３の後面２１まで連続して設けられている。このように、副フライト４は一のみ設けてもよいが、主フライト３のフィードゾーンＺＦとメタリングゾーンＺＭとの間に、複数設けてもよい。また、複数の副フライトは、同一のピッチ間隔を有するものであっても、相互に異なるピッチ間隔を有するものであってもよい。主フライト３と副フライト４が分岐する部分の前方における三角形の部分２４は、軸部２２の外径に向けてなだらかに低くなっている。

主フライト３に対して副フライトが接続される主フライトの前面部分２０ａから前方近傍の主フライト３には、通気部５が設けられている。通気部５は、主フライト３をスクリュ２の軸線に平行な方向又はその近傍で貫通する切り欠き又は貫通穴であることが好ましい。通気部５が切り欠きであるときの具体的数値は、可塑化装置１の可塑化能力の大きさすなわちスクリュ２サイズに応じて変化するので、記載は困難である。しかしながら、切り欠きの深さは軸部２２の面まで達し、切り欠きの幅は主フライト３のピッチ間隔の半分に相当する間隔までであることが効果的である。特には、切り欠きの幅の広いことが、フィードゾーンＺＦにプラスチックペレット等からなる原料Ｍを充満させて副フライト４の存在する主フライト３の前面２０部を清掃するときに、原料Ｍ又は半溶融材料ＭＨの流入を容易にする点において効果的である。なお前記三角形の部分２４に隣接する主フライト３は、スクリュ加工上の理由から通気部５を設けない場合が多い。

次に、図２〜図４に基づいてスクリュ２における可塑化の作用とその効果について詳細に説明する。図２〜図４は、スクリュ２の主フライト３，３ｂ，３ｃと、その前面２０と後面２１の間に接続された副フライト４，４ａ，４ｂとの関係を示して可塑化状況を解り易くするために展開したものである。原料Ｍは図の右側からスクリュ２の回転に伴って搬送され、副フライト４，４ａ，４ｂで半溶融材料ＭＨ又は一部が溶融材料ＭＭの状態となり、副フライト４，４ａ，４ｂを乗り越えて主フライト３，３ｂ，３ｃの前面２０側に堆積する。

そして、そのとき発生したガスＧ（水分も含み以下同じとする。）は、図４に示す従来の場合では、副フライト４ｂを乗り越えて主フライト３ｃの後面２１側に流入した後、半溶融材料ＭＨや未溶融の原料Ｍペレットの間隙を経由して流動するため、極めて大きな抵抗が生じ、容易に排気されないのである。

それに対し、図２に示す本発明の場合には、主フライト３前面２０の溶融材料ＭＭから放出したガスＧは、副フライト４の主フライト３前面２０と対向する面に形成された空間を流動して通気部５から、通気部５が設けられた主フライト３の後面２１側に進入し、さらに、主フライト３の後面側に形成された螺旋状の空間を通過して加熱筒８内から大気中へ放出される。このとき、加熱筒８の後部や原料落下口１２あるいは原料調節手段１５に設けた貫通穴からガスＧを自然放出させて排気してもよいが、本実施の形態に示すように、真空ポンプ１９で真空吸引して強制的に排気すると極めて効果的にガスＧの除去を行うことができる。また、原料調節手段１５を設けて、原料落下口１２に原料Ｍが充満しないようにフィードスクリュ１４の回転速度を制御し、原料Ｍの供給量を制限制御する。これにより、フィードゾーンＺＦにおける原料Ｍの搬送量が減少して原料Ｍの存在しない螺旋状の空間が増加するとともに、副フライト４の主フライト３前面２０と対向する面に形成された空間も増加しガスＧの流通・通過が極めて容易になる。

また、図３に示す本発明の他の実施の形態では、前記主フライトにおける前記副フライト４ａの後面２３に対向する区間である小径部３ａの外径は、前記主フライトにおける前記区間以外の区間の主フライト３ｂ（フィードゾーンやメタリングゾーンの全部または過半の部分）の外径より小さく形成されている。したがって、主フライトの小径部３ａの外径と副フライト４ａの外径が同一の場合もあるから、前記小径部３ａは、副フライト４ａの外径以上の場合が含まれる。なお前記主フライトの小径部３ａにより通気部を構成することにより、一箇所のみに主フライトの高さの低い部分を設けないようにしてもよい。なお前記主フライトの小径部３ａは、過半の部分で副フライト４ａと対向していればよく、副フライト４ａより同一長さか、または副フライト４ａよりも長くても短くてもよい。

このように構成することにより、ガスＧの排気は通気部５から容易に行えるとともに、副フライト４ａにおける主フライトの小径部３ａと対向する面で溶融材料ＭＭが生成されるようなときであっても、排気が可能となるため可塑化能力の向上が図れる。なお、この図３の実施の形態の場合でも、真空ポンプ１９と原料調節手段１５を設ける効果は、上記した図２の実施の形態の場合と同様である。

原料Ｍを可塑化するため、スクリュ２を回転駆動制御するとき、上記のように脱気・排気された溶融材料ＭＭは、メタリングゾーンＺＭから逆止弁を経由して加熱筒８の内孔前部に押し出され貯留される。そして、貯留された溶融材料ＭＭの圧力によりスクリュ２は後退方向の力を受けて後退する。その後退力を駆動手段で制御することにより溶融材料ＭＭの圧力すなわちスクリュ背圧力が制御されるのである。スクリュ背圧力は、その値が高ければ溶融材料ＭＭの混練が良好となる反面、溶融材料ＭＭからのガスＧの放出を阻害させる。そのため、本発明の可塑化装置１で溶融材料ＭＭからの良好な脱気を目的に可塑化を行うにあたり、発明者が鋭意試験・研究した結果、スクリュ背圧力が溶融材料ＭＭの圧力で０〜５ＭＰａの範囲であることが好ましいことを見出したのである。

また、可塑化中のスクリュ２の回転速度は、駆動手段の出力容量に基づいて必然的に決定された最大回転速度までの任意の値が制御装置で設定されて制御される。そして、スクリュ２の最大回転速度は可塑化装置１やスクリュ２のサイズ等に応じて変化する。したがって、溶融材料ＭＭからの脱気を良好とするに最適なスクリュ２回転速度を絶対値で表現することは困難である。しかしながら、少なくとも、可塑化装置１で設定可能な最大回転速度の５０％以上の回転速度でスクリュ２を回転駆動すると、溶融材料ＭＭからの脱気を良好としつつ好ましい可塑化能力が得られることを見出した。このようにスクリュ回転速度を比較的高速に制御することにより、スクリュ２のフライトと溶融材料ＭＭ等との間でスクリュ２の回転に伴って生ずる螺子効果に基づくスクリュ２後退力が増大してスクリュ背圧力をより低下させるという相乗効果が得られる。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

本発明のスクリュを備えた可塑化装置の縦断面図である。 本発明のスクリュにおけるフライトの展開図である。 本発明の他のスクリュにおけるフライトの展開図である。 従来のスクリュにおけるフライトの展開図である。

符号の説明

１ 可塑化装置
２ スクリュ
３，３ｂ，３ｃ 主フライト
３ａ 小径部
４，４ａ，４ｂ 副フライト
５ 通気部
６ スクリュヘッド
７ リングバルブ
８ 加熱筒
９ ノズル
１０ バンドヒータ
１１ ハウジング
１２ 原料落下口
１３ 原料調節筒
１４ フィードスクリュ
１５ 原料調節手段
１６ 原料供給筒
１７，１８ シャッタ
１９ 真空ポンプ
２０ 前面
２０ａ 副フライトが接続される主フライトの前面部分
２１，２２ 後面
２２ 軸部
２３ 後面
２４ 三角形の部分
Ｇ ガス
Ｍ 原料
ＭＨ 半溶融材料
ＭＭ 溶融材料
ＺＦ フィードゾーン
ＺＣ コンプレッションゾーン
ＺＭ メタリングゾーン

Claims (5)

1. フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンを有する原料可塑化用のスクリュであって、
   前記フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメタリングゾーンに連続して螺旋状に形成され前記スクリュを嵌挿する加熱筒の内孔の内径より僅か小さい外径を有する主フライトと、前記主フライトのフィードゾーンとメタリングゾーンとの間の任意の区間における前記主フライトの前面と後面との間に一又は複数形成され前記主フライトの外径より小さい外径を有する副フライトと、前記副フライトが接続される前記主フライトの前面部分から前方近傍の前記主フライトに設けた通気部とを備えることを特徴とするスクリュ。
2. 前記主フライトにおける前記副フライトの後面に対向する区間には、副フライトの外径以上であって前記主フライトにおける前記区間以外の外径より小さい小径部が形成される請求項１に記載のスクリュ。
3. 前記加熱筒の内部を強制排気可能に構成した請求項１又は２に記載のスクリュを備えた可塑化装置。
4. 前記加熱筒へ供給する原料を制限制御する原料調節手段を備えた請求項１又は２に記載のスクリュを備えた可塑化装置。
5. 請求項３又は４に記載の可塑化装置を用いた可塑化方法であって、
   前記可塑化装置で設定可能な最大回転速度の５０％以上の回転速度で前記スクリュを回転駆動するとともに、スクリュ背圧力を溶融材料の圧力において０〜５ＭＰａの範囲で制御することを特徴とする可塑化方法。