JP7503601B2 - 硬質塩化ビニル用射出スクリュー - Google Patents
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Description
押出成形法では、押出機から樹脂材料を押出す。押出機は、加熱筒と押出スクリューとスクリュー回転機構からなる。加熱筒に投入された樹脂材料は、回転する押出スクリューによる混錬と加熱筒からの加熱とにより、可塑化される。
押出スクリューは、有効スクリュー長さをL、外径(以下、単に径と呼ぶ。)をDとしたときに、L/Dが35程度とされる。
加熱筒に投入された樹脂材料は、回転する射出スクリューによる混錬と加熱筒からの加熱とにより、可塑化される。可塑化された樹脂材料が加熱筒の前部に溜まり、この溜まりにより射出スクリューは後退する。一定の距離だけ後退したら、射出スクリューを前進して樹脂材料を射出する。
図3は従来の射出スクリューの側面図であり、射出スクリュー110は、加熱筒101に回転可能に且つ軸方向移動可能に収納される。
加熱筒101は、先端にノズル102を備え、外周にヒータ103を備える。
可塑化に必要な熱の一部はヒータ103で供給される。可塑化した樹脂材料は、射出スクリュー110の前進動作により、ノズル102から射出される。
射出スクリュー110の有効スクリュー長をL、径をDとする。L/Dは19~21.5(特許文献1、段落番号0021)に設定される。
本発明者等は、射出スクリュー110と同等の射出スクリューを用いて、硬質塩化ビニル(PVC)の射出を試みた。
射出スクリュー110と同等の射出スクリュー120をモデル1とする。射出スクリュー120を、図4に示す。
図4に示すように、射出スクリュー120は、フライト121と、溝122とを備え、フライト121の幅t及びピッチPは一定であり、径はDであり、有効スクリュー長さはLである。
供給部の溝の深さはhf、圧縮部の溝の深さはhc、計量部の溝の深さはhmとする。
最下行の圧縮比は、圧縮部での圧縮比である。
ピッチPが一定で、フライト121の幅tが一定であるため、圧縮比は、(供給部の溝の深さhf)/(計量部の溝の深さhm)=10.5÷5.0=2.10の計算により、2.10となる。
なお、ショットの初期においては、変動要素が多いため、ほぼ安定したと思われる8ショット目でのデータ及び状況を調べた。
図5は図3の要部拡大図であり、図5に示すように、溝112の深さをhとする。加熱筒101の温度が高く、射出スクリュー110の温度が低いことから、加熱筒101から射出スクリュー110へ熱が流れ、この熱で樹脂材料115が加熱される。
溝112を深くすると、樹脂材料115の平均温度が下がることが期待される。溝を深くしたモデルを、モデル2とする。
射出スクリュー120より溝を深くした射出スクリュー130を、図6に示す。
図6に示すように、射出スクリュー130は、フライト131と、溝132とを備え、フライト131の幅t及びピッチPは一定であり、径はDであり、有効スクリュー長さはLである。
結果を、表4に示す。
図1(a)はモデル2における供給部の溝12を示し、この溝の長手面積Sfは、(P-t)×hfとなる。
図1(b)はモデル2における計量部の溝12を示し、この溝の長手面積Smは、(P-t)×hmとなる。
Sf/Sm=((P-t)×hf)/((P-t)×hm)であり、(P-t)が分母分子から消去され、Sf/Sm=hf/hmとなる。
すなわち、Pが一定で、フライトの幅tが一定のときは、圧縮比は、hf/hmとなる。
図1(c)はモデル3における供給部の溝12を示し、この溝の長手面積Sfは、(P-tf)×hfとなる。
図1(d)はモデル3における計量部の溝12を示し、この溝の長手面積Smは、(P-tm)×hmとなる。
圧縮比は、Sf/Smであり、次に示す数式で示される。
すなわち、供給部のフライトの幅tfを変更することで、圧縮比を変更することができ、tfが大きいほど、圧縮比は小さくなる。圧縮比は小さくなると、樹脂温度が下がる。
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは19.1に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは2.5に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは2.1に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.74に設定されていることを特徴とする。
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは17.0~19.5の範囲に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは2.3~3.0の範囲に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは2.0~2.2の範囲に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.63~1.81の範囲に設定されていることを特徴とする。
従来の多くの圧縮比が2.00前後であったものを、請求項1では1.74とした。このことにより、樹脂温度が下がり、温度に敏感である硬質塩化ビニルが、変色しなくなった。
請求項1では、圧縮比を1.74と小さくすると共に、供給部のフライトの幅tfを大きくして、樹脂材料の供給量を低減した。結果、回転トルクを低減することができた。
以上の通り、請求項1によれば、硬質塩化ビニルに好適な硬質塩化ビニル用射出スクリューが提供される。
従来の多くの圧縮比が2.00前後であったものを、請求項2では1.63~1.81とした。このことにより、樹脂温度が下がり、温度に敏感である硬質塩化ビニルが、変色しなくなった。
請求項2では、圧縮比を1.63~1.81と小さくすると共に、供給部のフライトの幅tfを大きくして、樹脂材料の供給量を低減した。結果、回転トルクを低減することができた。
以上の通り、請求項2によれば、硬質塩化ビニルに好適な硬質塩化ビニル用射出スクリューが提供される。
回転トルクは、スクリューの長さLにほぼ比例する。請求項1ではL/Dは19.1であり、請求項3ではL/Dが17.0であるため、請求項1の回転トルクより請求項3の回転トルクは大幅に小さくなる。
また、請求項2ではL/Dは17.0~19.5の範囲にあり、L/Dを19.5近傍に設定すると回転トルクが増加する。この点、請求項3であればL/Dが17.0であるため、回転トルクは最小になる。
図2に示すように、硬質塩化ビニル用射出スクリュー10(以下、射出スクリュー10と記す。)は、螺旋状のねじ山に相当するフライト11と、螺旋状の溝12とを備え、フライト11の幅が、部位によって異なっていることを構造的な特徴とする。
有効スクリュー長さLは、供給部の長さLfと、圧縮部の長さLcと、計量部の長さLmの和となる。
供給部の溝の深さをhf、圧縮部の溝の深さをhc、計量部の溝の深さをhmとする。
また、有効スクリュー長さLは1525mmを維持しつつ、供給部の長さLfを797mmと大きくし、圧縮部の長さLcを480mmと縮め、計量部の長さLmを248mmとした。
また、供給部の溝の深さhfを12.35mmと若干浅くし、計量部の溝の深さhmを5.9mmと若干浅くした。
((80-20)×12.35)/((80-8)×5.9)=1.74の計算により、圧縮比は、1.74に下がった。
なお、ショットの初期においては、変動要素が多いため、ほぼ安定したと思われる8ショット目での状態を調べた。
先ず、回路圧力が14.6MPaから12.3MPaに下がった。
次に、変色が認められなかった。すなわち、変色の不具合が解消された。ノズルの温度が170.6℃から169.7℃に下がったためと思われる。
結果、モデル3により、硬質塩化ビニルに好適な硬質塩化ビニル用射出スクリューが提供される。
加熱筒101に回転自在に且つ軸方向移動可能に収容され、硬質塩化ビニルを混練し射出する射出スクリュー10であり、フライト11と溝12とを有すると共に、有効スクリュー長さLが供給部と圧縮部と計量部とに区分され、前記計量部のフライトの幅tmより前記供給部のフライトの幅tfが広く設定され、前記計量部の溝の深さhmより前記供給部の溝の深さhfが大きく設定されている硬質塩化ビニル用射出スクリュー10であって、
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは、1525/80=19.06の計算から得られる19.1に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは、20/8=2.5の計算から得られる2.5に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは、12.35/5.9=2.09の計算から得られる2.1に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.74(具体的な計算は既に述べたので省略する。)に設定されていることを特徴とする硬質塩化ビニル用射出スクリューが提供される。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル4では、供給部のフライトの幅tfを18mmと狭めた。その他はモデル3と同じにした。
モデル4では、圧縮比は1.80とやや増加したが、変色は発生しなかった。可塑化は良好であったので、評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル5では、供給部のフライトの幅tfを16mmと更に狭めた。その他はモデル3と同じにした。
モデル5では、圧縮比は1.86と増加した。そのため、変色が認められた。結果、評価はXである。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル6では、供給部のフライトの幅tfを24mmと広げた。その他はモデル3と同じにした。
モデル6では、圧縮比は1.63に下がったので、変色は発生しなかった。可塑化は良好であったので、評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル7では、供給部のフライトの幅tfを28mmと更に広げた。その他はモデル3と同じにした。
モデル7では、圧縮比は1.51に下がり、変色は発生しなかった。しかし、可塑化は不良であった。圧縮不足と思われる。結果、評価はXである。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル8では、供給部の溝の深さhfを12.85mmと深くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル8では、圧縮比は1.81とやや増加したが、変色は発生しなかった。可塑化は良好であったので、評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル9では、供給部の溝の深さhfを13.15mmと更に深くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル9では、変色が認められた。圧縮比が1.89に増加したためと思われる。結果、評価はXである。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル10では、供給部の溝の深さhfを12.05mmと浅くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル10では、圧縮比は1.67に下がったので、変色は発生しなかった。可塑化は良好であったので、評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル11では、供給部の溝の深さhfを11.35mmと更に浅くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル11では、圧縮比は1.53に下がり、変色は発生しなかった。しかし、可塑化が不良であった。圧縮不足と思われる。結果、評価はXである。
モデル4~モデル11から、次の点が判明した。
フライトの幅の比(tf/tm)は、2.3~3.0が推奨される。
溝の深さ比(hf/hm)は、2.0~2.2が推奨される。
圧縮比は、1.63~1.81が推奨される。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル12では、有効スクリュー長さLを1560mmと35mm長くした。L/Dは19.5となった。長さの変更に伴ってLf、Lc、Lmも変更した。その他はモデル3と同じにした。
モデル12では、有効スクリュー長さLが増加したので、回路圧力が12.7MPaとやや増加したが、変色は発生しなかった。可塑化は良好であった。回路圧力の期待値を13.0MPa以下とする。回路圧力が12.7MPaなので、評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル13では、有効スクリュー長さLを1615mmと更に長くした。L/Dは20.2となった。長さの変更に伴ってLf、Lc、Lmも変更した。その他はモデル3と同じにした。
モデル13では、有効スクリュー長さLが更に増加したので、回路圧力が13.1MPaと増加したが、変色は発生しなかった。可塑化は良好であった。しかし、回路圧力が13.1MPaとなり、回路圧力の期待値13.0MPaを超えたので、評価は×である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル14では、有効スクリュー長さLを1445mmと短くした。L/Dは18.1となった。長さの変更に伴ってLf、Lc、Lmも変更した。その他はモデル3と同じにした。
モデル14では、有効スクリュー長さLが減少したので、回路圧力が11.8MPaと減少し、変色は発生しなかった。評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル15では、有効スクリュー長さLを1360mmと更に短くした。L/Dは17.0となった。長さの変更に伴ってLf、Lc、Lmも変更した。その他はモデル3と同じにした。
モデル15では、有効スクリュー長さLが更に減少したので、回路圧力が10.8MPaと減少し、変色は発生しなかった。評価は○である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル16では、有効スクリュー長さLを1325mmと更に短くした。L/Dは16.6となった。長さの変更に伴ってLf、Lc、Lmも変更した。その他はモデル3と同じにした。
モデル16では、有効スクリュー長さLが更に減少したので、回路圧力が10.3MPaと減少した。変色は発生しなかったが、可塑化不良が認められた。有効スクリュー長さLが不足したと思われる。結果、評価は×である。
モデル12~モデル16から、次の点が判明した。
表8の最下行のL/Dと、その上の評価とから、スクリューの長さ比(L/D)は、17.0~19.5が推奨される。
・(モデル4~モデル16から判明した事項):
スクリューの長さ比(L/D)は、17.0~19.5が推奨される。
フライトの幅の比(tf/tm)は、2.3~3.0が推奨される。
溝の深さ比(hf/hm)は、2.0~2.2が推奨される。
圧縮比は、1.63~1.81が推奨される。
表7に記載したモデル7は、(tf/tm)が3.5であり、上記範囲(2.3~3.0)の外にある。
表7に記載したモデル11は、(hf/hm)が1.8であり、上記範囲(2.0~2.2)の外にある。
表8に記載したモデル16は、(L/D)が、16.6であり、上記範囲(17.0~19.5)の外にある。
モデル4、モデル6、モデル8、モデル10、モデル12、モデル14及びモデル15は、諸数値が上記範囲群に収まっている。
加熱筒101に回転自在に且つ軸方向移動可能に収容され、硬質塩化ビニルを混練し射出する射出スクリュー10であり、フライト11と溝12とを有すると共に、有効スクリュー長さLが供給部と圧縮部と計量部とに区分され、前記計量部のフライトの幅tmより前記供給部のフライトhfの幅が広く設定され、前記計量部の溝の深さtmより前記供給部の溝の深さtfが大きく設定されている硬質塩化ビニル用射出スクリュー10であって、
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは17.0~19.5の範囲に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは2.3~3.0の範囲に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは2.0~2.2の範囲に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.63~1.81の範囲に設定されていることを特徴とする硬質塩化ビニル用射出スクリューが提供される。
そこで、次に、供給部の長さLf、圧縮部の長さLc、計量部の長さLmについて、モデル17以降に基づいて検討した。結果を表9に示す。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル17では、Lfを777mmと短くし、Lcを410mmと短くし、Lmを338mmと長くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル17では、計量部の長さLmが大きく増加したため、微小の変色が認められた。Lmの増加により、樹脂材料の温度が増大したためと思われる。ただし、変色は僅かであり、許容範囲内であるため、評価は〇である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル18では、Lfを867mmと大幅に伸ばし、Lcを420mmと短くし、Lmを238mmと大幅に短くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル18では、計量部の長さLmが大きく減少したため、変色は全く起こらなかった。Lmが大幅に減少したことで、樹脂材料の温度が低下したためと思われる。結果、評価は〇より上の◎である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル19では、Lfを827mmと若干伸ばし、Lcを490mmと若干伸ばし、Lmを208mmと大幅に短くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル19では、計量部の長さLmが大きく減少したため、変色は全く起こらなかった。Lmが大幅に減少しことで、樹脂材料の温度が低下したためと思われる。結果、評価は〇より上の◎である。
・(モデル3との相違点及び類似点):
モデル20では、Lfを877mmと伸ばし、Lcを500mmと若干伸ばし、Lmを148mmと大幅に短くした。その他はモデル3と同じにした。
モデル20では、可塑化不良が僅かに認められた。Lmの減少によると思われる。ただし、可塑化不良は僅かであり、許容範囲内であるため、評価は〇である。
モデル3、モデル17~モデル20は、評価が◎又は〇であるため、何れも採用可能である。ただし、モデル17、20よりも、モデル3、モデル18及びモデル19は好評価である。このようなモデル3、モデル18及びモデル19から、次の点が判明した。
供給部の長さLfは、有効スクリュー長さLの(0.52~0.57)倍、すなわち(52%~57%)が望ましい。
また、計量部の長さLmは、有効スクリュー長さLの(0.14~0.16)倍、すなわち、(14%~16%)が望ましい。
Claims (3)
- 加熱筒に回転自在に且つ軸方向移動可能に収容され、硬質塩化ビニルを混練し射出する射出スクリューであり、フライトと溝とを有すると共に、有効スクリュー長さが供給部と圧縮部と計量部とに区分され、前記計量部のフライトの幅より前記供給部のフライトの幅が広く設定され、前記計量部の溝の深さより前記供給部の溝の深さが大きく設定されている硬質塩化ビニル用射出スクリューであって、
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは19.1に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは2.5に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは2.1に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.74に設定されていることを特徴とする硬質塩化ビニル用射出スクリュー。 - 加熱筒に回転自在に且つ軸方向移動可能に収容され、硬質塩化ビニルを混練し射出する射出スクリューであり、フライトと溝とを有すると共に、有効スクリュー長さが供給部と圧縮部と計量部とに区分され、前記計量部のフライトの幅より前記供給部のフライトの幅が広く設定され、前記計量部の溝の深さより前記供給部の溝の深さが大きく設定されている硬質塩化ビニル用射出スクリューであって、
前記有効スクリュー長さがL、射出スクリューの径がDであるときに、L/Dは17.0~19.5の範囲に設定され、
前記供給部のフライトの幅がtf、前記計量部のフライトの幅がtmであるときに、tf/tmは2.3~3.0の範囲に設定され、
前記供給部の溝の深さがhf、前記計量部の溝の深さがhmであるときに、hf/hmは2.0~2.2の範囲に設定され、
前記射出スクリューのピッチがPであるときに、((P-tf)×hf)/((P-tm)×hm)で計算される圧縮比が1.63~1.81の範囲に設定されていることを特徴とする硬質塩化ビニル用射出スクリュー。 - 請求項2記載の硬質塩化ビニル用射出スクリューであって、
前記L/Dは17.0であることを特徴とする硬質塩化ビニル用射出スクリュー。
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