JP4021967B2 - 可塑化スクリュ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック等の樹脂材料を可塑化して金型へ射出成形又は押出成形する射出成形機や押出成形機に用いて好適の、可塑化スクリュに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、固体原料(樹脂材料)を溶融可塑化して射出成形又は押出成形する射出成形機又は押出成形機が広く知られている。このような射出成形機や押出成形機には、樹脂材料を溶融・混練するためのスクリュが取り付けられており、このスクリュを回転させることにより、溶融可塑化された樹脂材料の溶融や混合が促進される。
【0003】
このようなスクリュに関する技術としては、例えば特公昭43−24493号公報に開示されたものがある。この技術では、図7に示すように、スクリュ101の先端にミキシング部107が設けられており、シリンダ103とミキシング部107との間には微小な隙間が形成されている。
また、図8(a)に示すように、ミキシング部107の外周面107dには、螺旋状に溝107a,107bがそれぞれ複数条形成されており、それぞれ連通しないように交互に配設されている。また、図9は図8(a)におけるA−A断面図であって、この図9に示すように、ミキシング部7の略中央部分では、溝107aと溝107bとが交互に等間隔となるように形成されている。
【0004】
ここで、これらの溝107a,107bについて、図8(b),(c)を用いて説明する。なお、図8(b),(c)は、それぞれ図8(a)におけるA1 −A1 断面図及びA2 −A2 断面図である。
図8(a)に示すように、溝107aの一端は、ミキシング部107の先端側(図中左側)のテーパ部107cにまで達しており、また、図8(a),(b)に示すように、他端はミキシング部107の後端側(図中右側)のテーパ部107eに達することなく外周面107d上で途切れている。
【0005】
また、この溝107aとは逆に、図8(a),(C)に示すように、溝107bの一端は、ミキシング部107の先端側のテーパ部107cにまで達することなく外周面107d上で途切れている。また、図8(a)に示すように、他端がミキシング部107の後端側のテーパ部107eにまで達するように形成されている。
【0006】
次に、このようなミキシング部107を有する可塑化スクリュ101の動作について簡単に説明すると、図7に示す原料供給用ホッパ108から図示しない原料が供給されると、過熱用ヒータによりシリンダ103が所定温度に過熱される。そして、図示しないスクリュ駆動装置によりスクリュ101を回転させることにより、原料供給用ホッパ108の樹脂原料がシリンダ103の先端方向に送られる。また、過熱用ヒータによるシリンダ103からの熱とスクリュ101の溝内の原料の剪断発熱とにより、シリンダ103内の樹脂原料の溶融が徐々に進むのである。
【0007】
また、スクリュ101だけでは混練・分散が不十分な場合も考えられるが、上述のミキシング部107により、十分な溶融混練が行なわれる。すなわち、ミキシング部107の後端側のテーパ部107eから溝107b内に侵入した原料は、ミキシング部107の回転作用により溝107a内に移動し、この溝107aからミキシング部107の先端側のテーパ部107cへと送出されるが、このように溝107aから溝107b内に原料が移動することで、原料がさらに剪断力と分割作用を受けて良好な混練・分散が行なわれるのである。なお、このようなミキシング部107は、一般にマドック型と呼ばれるものであるが、このマドック型ミキシング部には、上述以外にも種々の公知例がある。
【0008】
ところで、このような特公昭43−24493号公報に開示された技術では、ミキシング部107とシリンダ103との間隔は微小であり、スクリュ101での樹脂原料の溶融が不十分な場合や、ミキシング部107での溶融が多いPVC(ポリ塩化ビニル)樹脂等においては、ミキシング部107の円周方向において樹脂圧力のバランスが崩れて、ミキシング部107がシリンダ103と金属接触し、所謂かじり磨耗が発生する場合がある。
【0009】
これに対して、例えば特公平6−84035号公報には、このようなかじり磨耗を防止するようにした技術が開示されている。
この技術では、図10に示すスクリュ201のフライト202の頂部に、図11に示すようなテーパ状のランド部204′や、図12に示すようなステップ状のランド部204を設けたものであり、このようなランド部204,204′を設けることにより、シリンダ203とスクリュフライト202との間に、溶融した樹脂材によって潤滑圧力を強制的に発生させるものであり、これにより、スクリュフライト202とシリンダ203との間のかじり磨耗を防止するものである。なお、図13は、このような潤滑圧力の発生状態を示す図である。
【0010】
また、特公平4−77611号公報にも上述のかじり磨耗を防止するようにした技術が開示されている。この技術では、図14に示すように、所謂バリア型スクリュのバリヤ部開始部分あるいは終了部分又は両部分のフライト幅を幅広に形成し、この幅広頂部をスクリュ回転方向に小径から大径となるテーパ状(スロープ状)又はステップ状の切り欠き部を設けることにより、溶融樹脂で潤滑圧力を発生させかじり磨耗を防止するようにしたものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特公平6−84035号公報及び特公平4−77611号公報に開示された技術のように、スクリュフライト頂部のランド部をスクリュ本体だけに設けた場合には、ミキシング部は、短い距離の間でアンバランス荷重を受けながら回転することになり、ミキシング部でのかじり磨耗を完全には防止てきないという課題がある。
【0012】
すなわち、ミキシング部は、樹脂原料の溶融・混練・分散を向上させるために設けられているが、ミキシング部の円周方向において部分的に溶融状態が異なる場合があり、このため、ミキシング部に作用する円周方向の樹脂圧力のバランスが崩れてしまうのである。
この場合、ミキシング部を円周方向に強く押し付ける力が発生し、シリンダの内壁とミキシング部とが金属接触することにより、ミキシング部にかじり磨耗が発生したり、樹脂が局部的に過熱されて劣化するという課題があった。
【0013】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ミキシング部での樹脂圧力のバランスが崩れても、シリンダ内壁とミキシング部との金属接触を防止するようにした可塑化スクリュを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の可塑化スクリュは、シリンダの内部で回転し複数条の溝部が形成されたミキシング部を有する可塑化スクリュにおいて、該ミキシング部の該溝部を除く外周面上に、回転方向前方の該溝部と連通したステップ状又はスロープ状の切り欠き部が形成され、該溝部が、該ミキシング部の先端側に連通し且つ該ミキシング部の後端側には連通しない螺旋状の第1の溝部と、該ミキシング部の後端側に連通し且つ該ミキシング部の前端側には連通しない螺旋状の第2の溝部とから成り、該第1の溝部と該第2の溝部とは互いに連通しないように交互に該ミキシング部に形成され、該切り欠き部が、該ミキシング部の先端側にのみ設けられた第1の切り欠き部と、該ミキシング部の後端側にのみ設けられた第2の切り欠き部とから成り、該第1の切り欠き部が、該第1の溝部に連通するように形成され、該第2の切り欠き部が、該第2の溝部に連通するように形成されていることを特徴としている。
【0015】
そして、このような構成により、可塑化スクリュが回転すると、ミキシング部の回転方向に向かって、溝部,切り欠き部及び外周面の順に徐々にシリンダとミキシング部との間の隙間が減少することになる。したがって、溝部に侵入した原料が切り欠き部からミキシング部の外周面上に移動することで、シリンダとミキシング部との間に強制的に潤滑圧力が発生する。この潤滑圧力は、ミキシング部の円周方向に均等に作用するので、この潤滑圧力によりシリンダとミキシング部との金属接触が防止されるのである。
【0016】
また、請求項2記載の可塑化スクリュは、上記請求項1記載の構成に加えて、該切り欠き部の深さが、該ミキシング部の外周面から1.5mm以下となるように設定されていることを特徴としている。
このような構成によれば、あらゆる条件のもとで必要な潤滑圧力を得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュについて、図1〜図5を用いて説明すると、図1(a)〜(c)に示すミキシング部7は、マドック型ミキシング部であって、図8(a)〜(c)を用いて説明した従来の技術のミキシング部と略同様に構成されており、図示しないスクリュの先端に設けられている。
【0018】
すなわち、図1(a)に示すように、ミキシング部7の外周面7d上には、螺旋状に溝(溝部;第1の溝部)7aおよび溝(溝部;第2の溝部)7bがそれぞれ複数条形成されており、それぞれ連通しないように交互に配設されている。図1(b),(c)は、それぞれ図1(a)におけるC1−C1断面図,C2−C2断面図であって、溝7a,7bの中心線(図示省略)に対して直交方向から見た模式的な断面図である。
【0019】
図1(a),(b)に示すように、溝7aの一端は、ミキシング部7の先端側(図中左側)のテーパ部7cにまで達するように形成され、また、溝7aの他端はミキシング部7の後端側(図中右側)のテーパ部7eに達することなく外周面7d上で途切れている。
また、この溝7aとは逆に、図1(a),(c)に示すように、溝7bの一端は、ミキシング部7の先端側のテーパ部7cにまで達することなく外周面7d上で途切れており、他端がミキシング部7の後端側のテーパ部7eにまで達するように形成されている。
【0020】
なお、図2は図1(a)におけるC−C断面図であり、この図2に示すように、ミキシング部7の略中央部分では、溝7aと溝7bとが交互に等間隔となるように形成されている。
次に、本発明の可塑化スクリュの要部構成について説明すると、図1(a)に示すように、このミキシング部7の先端側にのみ、溝7aと溝7aとの間に切り欠き部(第1の切り欠き部)2が設けられ、ミキシング部7の後端側にのみ、溝7bと溝7bとの間に切り欠き部(第2の切り欠き部)3が設けられている。
【0021】
切り欠き部2,3はともに同様に構成されたものであり、以下、切り欠き部2に着目して説明する。ここで、図3は図1(a)におけるD−D断面図であり、図4は図3におけるE部を拡大して示す図である。図3に示すように、切り欠き部2は、全ての溝7aと溝7aとの間に均等に設けられており、回転方向前方の溝7aと連通している。また、切り欠き部2の回転方向後方では、切り欠き部2がステップ状に変化して外周面7dに接続されている。
【0022】
なお、この切り欠き部2の深さ寸法ΔHは、ミキシング部7の外周面7dから1.5mm以下となるように形成されている。これは、経験的及び実験的に得られた値であって、このような深さ寸法に設定することにより、あらゆる条件のもとでミキシング部7を良好な回転状態に保つことができるのである。
なお、切り欠き部3についても上述の切り欠き部2と同様に構成されている。また、切り欠き部2,3の断面形状は、図4に示すようなステップ状のものに限定されるものではなく、図5に示すように、外周面7dに対して徐々に接続するようなスロープ状の切り欠き部2として形成してもよい。
【0023】
本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュは、上述のように構成されているので、図示しない原料供給用ホッパ原料が供給されてミキシング部7が回転すると、ミキシング部7の後端側のテーパ部7eから溝7b内に侵入した原料は溝7a内に移動し、この溝7aからミキシング部7の先端側のテーパ部7cへと移動する。そして、このような溝7aから溝7bに原料が移動することで、原料が剪断力と分割作用を受けて良好な混練・分散が行なわれるのである。
【0024】
一方、溝7b内に侵入した原料の一部は、ミキシング部7の回転力により、切り欠き部3内へ移動して、その後、切り欠き部3の回転方向後側の外周面7d上に送られる。また、これと同様に、溝7a内に侵入した原料の一部は、ミキシング部7の回転力により、切り欠き部2を介して回転方向後側の外周面7d上に送られる。
【0025】
また、ミキシング部7が回転すると、シリンダとミキシング部7との間の隙間が、溝7a,7b、切り欠き部2,3、外周面7dの順で徐々に狭くなり、相対的にミキシング部7の回転半径が小径から大径へと変化することになる。
これにより、図示しないシリンダとミキシング部7との間に樹脂原料による潤滑圧力が発生する。この潤滑圧力は、ミキシング部7の円周方向に均等に作用するので、この潤滑圧力によりシリンダとミキシング部7との金属接触が防止されるのである。また、これにより、さまざまな運転状況下でのシリンダ及びミキシング部7の損傷や可塑化樹脂の劣化を防止することができるのである。
【0026】
また、切り欠き部2,3の深さ寸法ΔHが1.5mm以下に設定されているので、あらゆる条件のもとで、必要な潤滑圧力を得ることができるとともに、ミキシング部7を良好な回転状態に保つことができるのである。
次に、本発明の第2実施形態について図6を用いて説明すると、この第2実施形態では、ミキシング部7には溝7fが形成されており、この溝7fの両端はともにミキシング部7の前側及び後側のテーパ部7c,7eにまで達するように構成されている。
【0027】
また、各溝7fと溝7fとの間には、それぞれ切り欠き部4が形成されている。この切り欠き部4は、上述の第1実施形態と同様に構成されたものであり、回転方向前方の溝7fと連通し、また、切り欠き部4の回転方向後方では、ステップ状又はスロープ状に変化して外周面7dに接続されている。また、この切り欠き部4の深さ寸法ΔHも、ミキシング部7の外周面7dから1.5mm以下となるように形成されている。
【0028】
本発明の第2実施形態としての可塑化スクリュは、上述のように構成されているので、上述の第1実施形態と同様の作用,効果が得られる。また、この第2実施形態では、切り欠き部4は長さ方向の距離を十分に長くすることができるため、幅方向(ミキシング部7の回転方向)距離が小さくても、第1実施形態の切り欠き部2,3と同等の切り欠き部面積を確保することができる。また、このため、溝7fのピッチをあまり大きく設定する必要なもく、樹脂原料の混練性能低下を最小限に抑制することができる。
【0029】
なお、図6では、溝7fがミキシング部7の軸心(図示省略)に対して所定角度を有するように形成されているが、溝7fをミキシング部7の軸心に対して平行となるように形成してもよい。
また、上述した第1実施形態及び第2実施形態では、図示しないスクリュの先端部にミキシング部7を設けた場合について説明したが、このミキシング部7はスクリュの中間部等の他の位置に配設するようにしてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明の可塑化スクリュによれば、可塑化スクリュが回転すると、ミキシング部の回転方向に向かって、溝部,切り欠き部及び外周面の順に徐々にシリンダとミキシング部との間の隙間が減少するので、溝部に侵入した原料が切り欠き部からミキシング部の外周面上に移動することにより、シリンダとミキシング部との間に円周方向に均等な潤滑圧力を発生させることができる利点がある。そして、このような強制的な潤滑圧力により、シリンダとミキシング部との金属接触(かじり磨耗)を防止することができるという利点がある。
【0031】
また、請求項2記載の本発明の可塑化スクリュによれば、切り欠き部の深さがミキシング部の外周面から1.5mm以下であれば、あらゆる条件のもとで必要な潤滑圧力を得ることができるとともに、ミキシング部を良好な回転状態に保つことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュにおけるミキシング部を示す図であり、(a)はその外観を示す模式図、(b)はその溝部の形状を示す模式的な断面図であって(a)におけるC1 −C1 断面図、(c)は他の溝部の形状を示す模式的な断面図であって(a)におけるC2 −C2 断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュにおけるミキシング部の形状を示す模式的な断面図であって、図1(a)におけるC−C断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュにおけるミキシング部の形状を示す模式的な断面図であって、図1(a)におけるD−D断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュにおける要部構成を示す模式的な断面図であって、図3のE部を拡大して示す図である。
【図5】本発明の第1実施形態としての可塑化スクリュにおける変形例を示す模式的な断面図であって、図4に対応する図である。
【図6】本発明の第2実施形態としての可塑化スクリュにおけるミキシング部を示す図である。
【図7】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図8】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図9】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図10】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図11】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図12】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図13】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【図14】従来の可塑化スクリュについて説明するための図である。
【符号の説明】
2〜4 切り欠き部
7 ミキシング部
7a,7b,7f 溝(溝部)
7c,7e テーパ部
7d 外周面
Claims (2)
- シリンダの内部で回転し複数条の溝部が形成されたミキシング部を有する可塑化スクリュにおいて、
該ミキシング部の該溝部を除く外周面上に、回転方向前方の該溝部と連通したステップ状又はスロープ状の切り欠き部が形成され、
該溝部が、
該ミキシング部の先端側に連通し且つ該ミキシング部の後端側には連通しない螺旋状の第1の溝部と、
該ミキシング部の後端側に連通し且つ該ミキシング部の前端側には連通しない螺旋状の第2の溝部とから成り、
該第1の溝部と該第2の溝部とは互いに連通しないように交互に該ミキシング部に形成され、
該切り欠き部が、
該ミキシング部の先端側にのみ設けられた第1の切り欠き部と、
該ミキシング部の後端側にのみ設けられた第2の切り欠き部とから成り、
該第1の切り欠き部が、該第1の溝部に連通するように形成され、
該第2の切り欠き部が、該第2の溝部に連通するように形成されている
ことを特徴とする、可塑化スクリュ。 - 該切り欠き部の深さが、該ミキシング部の外周面から1.5mm以下となるように設定されている
ことを特徴とする、請求項1記載の可塑化スクリュ。
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