JP2007320718A - 発泡成形用スクリュウ - Google Patents

Abstract

【課題】分解ガスをリークを防止する。しかも、様々な種類の樹脂への対応を容易に行えるようにする。
【解決手段】発泡成形用スクリュウは、スクリュウ軸21およびフライト22よりなるスクリュウ本体23を有している。スクリュウ本体23の軸方向に、供給部、圧縮部および計量部が順次形成されておいる。供給部、圧縮部および計量部のそれぞれが、１以上のセグメント31〜37によって形成されている。各セグメント31〜37は、、中心軸25を軸方向移動自在に通した中心孔24を有している。供給部を形成するセグメント32に、フライト22の外径ＤよりピッチＰを小とするガスリーク防止用フライト部43が設けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、熱可塑性樹脂および発泡剤等からなる発泡成形品を製造する押出機または射出成形機に用いられる発泡成形用スクリュウに関する。

従来、この種の射出成形機としては、可塑化シリンダと、可塑化シリンダに収容されている射出スクリュウとを備えているものが知られている。可塑化シリンダの始端部には投入ホッパが設けられている。射出スクリュウは、スクリュウ軸およびフライトよりなるスクリュウ本体を有している。スクリュウ本体の軸方向に、始端部から先端部にかけて、供給部、圧縮部および計量部が順次形成されている。フライトは、スクリュウ軸の全長にわたって一定ピッチで螺旋状に巻かれている主フライトと、スクリュウ軸の圧縮部にのみ巻かれている副フライトとよりなる。

上記射出スクリュウの圧縮部において、主フライトおよび副フライトよりなる、いわゆるダブルフライト形式を採用している理由は、発泡ガスを圧縮、高混練にて溶融樹脂へのガスの溶け込みを促進させて高発泡倍率の成形品を得ようとするためである。

一般に、熱可塑性樹脂の融点に比べて発泡剤の分解温度は低く、分解温度の低い発泡剤がスクリュウの始端部付近で分解し始め、この分解ガスが、供給部においては主フライトだけのシングルフライトであるため、供給部からホッパーを通じてリークし、分解ガスを有効利用できないという問題点がある。

さらなる問題点としては、上記の圧縮性、混練性を高め、分解ガスの有効利用のためには、フライトの形状を最適にするために種々の工夫がなされているが、射出する材料の種類も様々であるため、材料の性状に対応して、多種類の射出スクリュウを準備する必要があった。

また、上記の問題点を解決する射出スクリュウとして、供給部および計量部における樹脂の圧縮比を相違させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この射出スクリュウでは、樹脂を過度に圧縮する傾向になり勝ちで、そうすると、分解ガスがリークし易く、均一な発泡倍率の成形品が得られなくなる。
特開２００３−１４５５９７号公報

この発明の目的は、分解ガスのリークを防止し、しかも、様々な種類の樹脂に容易に対応することのできる発泡成形用スクリュウを提供することにある。

この発明による発泡成形用スクリュウは、スクリュウ軸およびフライトよりなるスクリュウ本体を有しており、スクリュウ本体の軸方向に、供給部、圧縮部および計量部が順次形成されており、供給部、圧縮部および計量部のそれぞれが、１以上のセグメントによって形成されており、各セグメントが、中心軸を軸方向移動自在に通した中心孔を有しており、供給部を形成するセグメントフライト外径Ｄに等しいピッチＰを有するシングル型セグメントを基本とし、加えて、フライトの外径ＤよりピッチＰを小とするシングルフライト型セグメントもしくは副フライトを有するマルチフライト型セグメントからなるガスリーク防止用フライト部が設けられているものである。

この発明による発泡成形用スクリュウでは、供給部、圧縮部および計量部のそれぞれを形成するセグメントを、射出成形する樹脂の性状等に対応して選択し、組み合わせて使用することができる。したがって、様々な種類の樹脂への対応を極めて容易に行うことができる。

さらに、ガスリーク防止用フライト部により、供給部における分解ガスのリークを防止することができる。

さらに、各セグメントの長さをＬ、外径をＤとしたときに、Ｌ／Ｄ＝１またはＬ／Ｄ＝２であると、供給部、圧縮部および計量部の長さ調節を自在に行うことができる。

また、圧縮部を形成するセグメントのフライト間に、間隙拡縮用フライト部が設けられていると、圧縮部における高圧縮性を期待できる。

また、計量部を形成するセグメントのフライトに、混練性強化用突起または切欠が形成されていると、高混練にて分解ガスを溶融樹脂内に均一微細分散させることができる。

この発明によれば、分解ガスのリークを防止し、しかも、様々な種類の樹脂に容易に対応することのできる発泡成形用スクリュウが得られる。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

図１を参照すると、射出成形機は、可塑化シリンダ11と、可塑化シリンダ11に収容されている射出スクリュウ12とを備えている。可塑化シリンダ11の後端部には投入ホッパ13が設けられている。射出スクリュウ12の後端部には、射出シリンダ14のピストンロッドが連結されている。可塑化シリンダ11の周囲は、ヒータ15によって取り囲まれている。可塑化シリンダ11の前端射出口は、金型16のキャビティに臨ませられている。

ホッパ13に樹脂材料が投入される。射出スクリュウ12は、図示しないモータまたは油圧ポンプにて設定した回転数で回転する。投入された樹脂材料は、射出スクリュウ12によってを前方に送られ、一方、図示しないモータまたは油圧ポンプにて射出シリンダ14は後退させられる。この時、樹脂材料は、可塑化シリンダ11内を通過させられる間に、ヒータ15によって加熱されると同時に、射出スクリュウ12の回転によって剪断発熱も加わり溶融，可塑化し、混練される。溶融，可塑化された樹脂材料は、可塑化シリンダ11の前部に溶融状態にて蓄積される。射出スクリュウ12の回転を停止させ、射出開始信号にて射出シリンダ14は、図示しないモータまたは油圧ポンプにて前方へ設定された圧力，速度で移動させられる、いわゆる射出動作をする。可塑化シリンダ11前部の溶融樹脂は、射出スクリュウ12によって押出されて、金型16のキャビティ内に射出され、冷却，固化を経て成形品となる。

発泡成形するに際して適用される熱可塑性樹脂材料は、射出成形，射出圧縮成形，射出発泡成形など一般的な射出スクリュウ12で射出可能な樹脂で、特に限定されないが、ポリプロピレン，ポリエチレン，プロピレン／エチレンコポリマーなどのポリオレフィン系樹脂やポリスチレンなどが挙げられる。また、化学発泡剤としては特に限定されないが、アゾジカルボンアミド（有機化合物）や重炭酸ナトリウム等の重炭酸塩（無機化合物）などが挙げられる。また、発泡性溶融樹脂には、化学発泡剤以外に、必要に応じて、公知の、発泡助剤、発泡核剤、発泡成形安定剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤、難燃剤、架橋剤および／または充填剤を配合することができる。因みに、発泡助剤としては、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸亜鉛などのステアリン酸塩、モンタン酸（オクタコサン酸のことである）カルシウム、モンタン酸亜鉛などのモンタン酸塩等の高級脂肪酸金属塩、尿素もしくは尿素系化合物、パラフィン、その他ステア
ロアミド等が挙げられる。発泡核剤としては、タルク、シリカ、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム等の無機フィラー等が挙げられる。

つぎに、射出スクリュウ12について詳細に説明する。まず、図２〜図５を参照しながら、この発明による第１〜第３実施例による射出スクリュウ12と、１つの比較例１による射出スクリュウ12との全体構造を説明し、つぎに、図６〜図１２を参照しながら、各射出スクリュウ12の詳細構造を個別に説明する。

第１実施例による射出スクリュウ12は、図２に示すように、スクリュウ軸21およびフライト22よりなるスクリュウ本体23を有している。

スクリュウ軸21は、中心孔24を有している。中心孔24には中心軸25が通されている。中心軸25は、スプライン軸であって、スクリュウ軸21を回転は拘束するが、その軸方向の移動は自由とするように連結している。中心軸25の先端部には、図示しない雄ねじが形成されており、これに、チェックリング26がネジ止められている。

スクリュウ本体23の軸方向に、基端部から先端部にかけて、供給部、圧縮部および計量部が順次形成されている。スクリュウ本体23の全長をＬ0、その外径をＤとしたときに、Ｌ0／Ｄ＝２２である。供給部、圧縮部および計量部の長さをそれぞれＬ1、Ｌ2、Ｌ3としたときに、Ｌ1／Ｄ＝１４、Ｌ2／Ｄ＝４、Ｌ3／Ｄ＝４である。供給部におけるフライト22の高さをｈ1、計量部におけるフライト22の高さをｈ2としたときに、圧縮比ｈ1／ｈ2＝２．１５である（図６、図９参照。）。

図示では、スクリュウ軸21の外径は、その全長にわたって一定であるとして示されているが、供給部に相当する部分の外径よりも計量部に相当する部分に外径の方が大であり、圧縮部に相当する部分では、その径の差を滑らかに連絡するようにテーパ状に形成されている。また、その径の差は、ｈ1およびｈ2の差に相当する。

供給部、圧縮部および計量部は、いずれも、複数のセグメントによって形成されている。供給部は、基端部側から先端側にかけて、５つの第１セグメント31、２つの第２セグメント32および５つの第１セグメント31よりなる。圧縮部は、２つの第３セグメント33よりなる。計量部は、４つの第４セグメント34よりなる。

図３に、第２実施例による射出スクリュウ12が示されている。第２実施例による射出スクリュウ12は、第１実施例による射出スクリュウ12と同様に、スクリュウ本体23および中心軸25よりなる。これらのスクリュウ本体23および中心軸25の基本構造は、第２実施例によるものと同一である。さらに、供給部、圧縮部および計量部の長さも、第１実施例によるものと同一である。圧縮比ｈ1／ｈ3＝１．８である（図１０参照。）。

供給部および圧縮部を形成しているセグメントは、第１実施例によるものと同一である。計量部は、基端部側から先端側にかけて、１つの第４セグメント34、２つの第５セグメント35および１つの第６セグメント36によって形成されている。

第３実施例による射出スクリュウ12は、図４に示すように、供給部、圧縮部および計量部の長さを含めて、基本構造は、第１および第２実施例によるものと同一である。圧縮比ｈ1／ｈ３＝１．８である。

第２実施例の場合と同様に、供給部および圧縮部を形成しているセグメントは、第１実施例によるものと同一である。計量部は、基端部側から先端側にかけて、１つの第４セグメント34、１つの第５セグメント35および２つの第７セグメント37によって形成されている。

比較例１による射出スクリュウ12は、図５に示すように、第１実施例の供給部を形成している２つの第２セグメント32に代わり、４つの第１セグメント31を採用し、供給部の全てを１４の第１セグメント31によって形成したものである。ここでは、比較例１による射出スクリュウ12を複数のセグメントによって形成した例を示しているが、複数のセグメントを一体成形してもよい。

図６に、第１セグメント31が示されている。第１セグメント31の径は、Ｄである。第１セグメント31の長さをΔＬとすると、ΔＬ／Ｄ＝１である。フライト22は、一定ピッチＰで螺旋を描いており、リードはΔＬに等しい。

図７に、第２セグメント32が示されている。第２セグメント32の長さは、２×ΔＬである。フライト22は、主フライト42および副フライト43よりなる。主フライト42および副フライト43は、一定ピッチＰで螺旋を描いて、互いに平行してのびており、リードはΔＬに等しい。主フライト42および副フライト43の間隔は、１／２Ｐである。主フライト42の径は、Ｄであるが、これよりも副フライト43の径は小でありかつその幅は主フライト42の幅よりも小である。

供給部において２つの第２セグメント32が配置された個所は、発泡剤が溶融して反応ガスが発生し始めるところである。主フライト42間の間隔が副フライト43によって狭められることにより、充満率がアップし、ガスリーク防止の役割を果たす。また、主フライト42よりも、副フライト43を小径かつ狭幅に形成することにより、樹脂に対する抵抗が軽減される。

ガスリーク防止のために、主フライトおよび副フライトを採用する代わりに、主フライトのみの構成とし、例えば、主フライトのピッチを１／２Ｐとし、リードを１／２ΔＬとしてもよい。

図８に、が示されている。第３セグメント33の径は、Ｄである。第２セグメント32の長さは、２×ΔＬである。フライト22は、主フライト44および副フライト45よりなる。主フライト44および副フライト45は、同径である。主フライト44のリードは、ΔＬに等しく、一定ピッチＰで螺旋を描いている。第２セグメント32の場合、主フライト42および副フライト43は互いに平行にのびていたが、第３セグメント33の場合、主フライト44に対し副フライト45が間隔を拡縮するようにのびている。主フライト44が２周する間に、副フライト45は１．５周でとぎれている。また、副フライト45はその幅もまた大小に変化させられている。

主フライト44および副フライト45の螺旋線を描く角度を異にするため、溶融樹脂の圧縮および練り込みが充分に行われる。

図８において、第３セグメント33の中心軸に相当する部分の外径は一定であるとして示されているが、中心軸の圧縮部に相当する部分がテーパ状をなすことに対応して、その外径もまた、テーパ状をなす。

第４セグメント34は、第１セグメント31とほぼ同形状のもので、図９示すように、フライト22の高さだけがｈ２となされている。

第５セグメント35が図１０に示されている。第５セグメント35の長さはΔＬで、その径はＤである。フライト46は、一定ピッチで螺旋を描いている。フライト46の螺旋を描く角度θ1は、ここでは、４５°として示され、この場合のリードはΔＬに等しいが、その角度は、０°〜７５°の範囲であればよく、リードも角度に依存して変化する。フライト46の対向面には食い違うように三角堰47が一定間隔で設けられている。セグメント35の両端にはランド部48がそれぞれ形成されている。ランド部48の外面は、スクリュウ軸の外面と面一である。ランド部48の幅は、例えば、０．５〜１ｍｍである。このランド部48が無いと、例えば、第２実施例の射出スクリュウ12の計量部の第４セグメント34と第５セグメント35の接続部において、第４セグメント34と第５セグメント35のフライト22の螺旋の巻き方が異なるため、樹脂の流れ経路がスムーズに繋がらなくなる恐れがある。

このセグメント型は、樹脂流路（フライト間溝）の断面積及び容積を逐次変化させて拡縮を反復し、溶融樹脂に対して伸長変化を与える。また、フライト22外径面の面積を変化させるために樹脂流路に拡縮を反復させる突起状物で可塑化シリンダ11壁面との間で剪断の変化（摺り潰し効果）を与え、溶融樹脂中への反応ガス含浸を促進させる。

図１１に、第６セグメント36が示されている。第６セグメント36の長さはΔＬで、その径はＤである。フライト22は、一定ピッチで螺旋を描いて互いに平行にのびた主フライト51および副フライト52よりなる。主フライト51の幅は副フライト52の幅より大とされ、主フライト51の外径より副フライト52の外径が僅かに小とされている。両フライト51、52の螺旋を描く角度θ2は、ここでは、４５°として示されているが、その角度は、０°〜７５°の範囲であればよい。両フライト51、52のうち、先端よりの１／３程度の部分のフライト51、52には、多数の切欠53が一定間隔をおいて連続するように形成されている。第６セグメント36においても、第５セグメント35と同様にランド部54が設けられている。

第６セグメント36では、主フライト51および副フライト52により、溶融樹脂を対流させて混練を行い、かつ主フライト51の厚みで剪断速度を付与させる。

図１２に、第７セグメント37が示されている。第７セグメント37の長さはΔＬで、その径はＤである。フライト22は、主フライト55および副フライト56よりなる。両フライト55、56は、いずれも、一定ピッチで螺旋を描いて互いに平行にのびている。両フライト55、56の螺旋を描く角度θ3は、ここでは、４５°として示されているが、その角度は、０°〜７５°の範囲であればよい。主フライト55には多数の切欠57が一定間隔で形成されている。第７セグメント37もまたランド部58を有している。

第７セグメント37では、主フライト55および副フライト56にて溶融樹脂を対流させて混練を行い、主フライト55および副フライト56と可塑化シリンダ壁面との間において剪断を付与（摺り潰し効果）させる。また、主フライト55の切欠57にて剪断，混練を行う。

射出スクリュウ12の組立の際は、中心軸25を所要のセグメントに基端部側から順次通していく。この場合、フライト22の螺旋の巻き方がスムーズにつながるように各セグメントの回転方向の位置を考慮する。必要なセグメントの全てに中心軸25が通されると、最後に、中心軸25の先端部にチェックリング26をネジ嵌める。

射出スクリュウの組立に際し、セグメントの選択は任意である。例えば、上記の例においては、供給部において、２つの第２セグメント32は、供給部の長さ方向中央に位置させられていたが、使用される材料によってガス発生開始個所が相違すると、これに対応して、２つの第２セグメント32の位置をスクリュウの基端側または先端側にずらせてもよい。また、使用する第２セグメント32の数を増減させてもよい。

以上説明した第１〜第３実施例による射出スクリュウと、比較例１による射出スクリュウとを使用して射出テストを行ったので、その結果を、グラフ１〜４（図１３〜図１６）および表１（図１７）に示す。

テストに使用した機器および材料は、以下の通りである。

使用射出成形機：ＥＣ−１６０（東芝機械（株）製）
スクリュウ口径 φ３６ Ｌ／Ｄ＝２２
可塑化シリンダ設定温度
スクリュウ根本ゾーン １８０℃
スクリュウ中間ゾーン ２０５℃
スクリュウ先端ゾーン １９０℃
熱可塑性樹脂：ポリプロピレン １００重量部
化学発泡剤：重炭酸ナトリウム ３重量部
使用金型16：φ２００×ｔ３ 円盤形キャビティ
グラフ１および表１によると、比較例１では最大３６．２％の有効利用率であったが、実施例１においては４６．７％と有効利用率が向上している。これは、副フライト43によって主フライト42間の間隔が狭められて充満率が上昇し、ガスリークの防止が図られたことを意味する。

グラフ２および３によれば、ガスリークの防止，有効利用率向上に加え、溶融樹脂の拡縮および多状切欠フライトによる溶融樹脂中への反応ガス含浸の促進で更に有効に気泡の微細化や発泡倍率が向上したことが分かる。

グラフ４では、気泡を微細化することで発泡倍率が向上している。スパイラル状等ピッチのセグメント型により溶融樹脂への伸長変化や４５°スパイラル状等ピッチのセグメント型での高い剪断で反応ガスが均一微細に混練，分散された結果、剪断速度が大きくなるほど成形品の気泡径が微細となり、発泡倍率も向上した。

以上説明したように、この発明による射出スクリュウによれば、フライト間の溝幅を狭めたこと（または、これに代わり、Ｌ／Ｄ＝１のスクリュウ外径より小さいリードのピッチを持つようにしてもよい）によりガスリークの防止が図られ、全ガスの活用率３６％であったものが４７％へと１１％の向上が得られ、本来リークしている反応ガスを活かすことで発泡倍率を向上させるとともに、スクリュウのセグメント機能にて反応ガスを溶融樹脂中へ圧縮，伸長，剪断，混練，分散などにより、含浸を強めて均一微細な状態にすることで金型キャビティ内において、スキン層近傍での気泡の破裂も無く均一微細気泡で高外観及び高発泡倍率の成形品が得られる。供給ゾーンでの発泡剤の分解が開始する温度域に当たる部位にガスリーク防止機構を設けたので、本来ガスリークによって生じていた成形品の発泡ムラや不安定な気泡径が無くなる。スクリュウのセグメント化によってセグメント型の配列を任意に変えるだけで良く、成形条件や成形法によっては複数本のスクリュウを必要としたが、その必要もない。成形条件だけでの調整では困難な成形でも、必要とする機能を持つセグメントを用いることで解決する。

この発明による射出スクリュウを含む射出成形機の概略構成図である。 この発明の第１実施例による射出スクリュウの側面図である。 同第２実施例による射出スクリュウの側面図である。 同第３実施例による射出スクリュウの側面図である。 比較例による射出スクリュウの側面図である。 第１セグメントの側面図である。 第２セグメントの側面図である。 第３セグメントの側面図である。 第４セグメントの側面図である。 第５セグメントの側面図である。 第６セグメントの側面図である。 第７セグメントの側面図である。 実施例１および比較例１におけるスクリュウ回転数とガス有効率の関係を示すグラフである。 実施例２および実施例３におけるスクリュウ回転数とガス有効率の関係を示すグラフである。 実施例２および実施例３におけるスクリュウ回転数と気泡径の関係を示すグラフである。 実施例２および実施例３におけるスクリュウ回転数と気泡径および倍率の関係を示すグラフである。 射出テスト結果を示す表である。

符号の説明

21 スクリュウ軸
22 フライト
23 スクリュウ本体
31〜37 セグメント

Claims (4)

1. スクリュウ軸およびフライトよりなるスクリュウ本体を有しており、スクリュウ本体の軸方向に、供給部、圧縮部および計量部が順次形成されており、供給部、圧縮部および計量部のそれぞれが、１以上のセグメントによって形成されており、各セグメントが、中心軸を軸方向移動自在に通した中心孔を有しており、供給部を形成するセグメントフライト外径Ｄに等しいピッチＰを有するシングル型セグメントを基本とし、加えて、フライトの外径ＤよりピッチＰを小とするシングルフライト型もしくは副フライトを有するマルチフライト型セグメントからなるガスリーク防止用フライト部が設けられている発泡成形用スクリュウ。
2. 各セグメントの長さをＬ、外径をＤとしたときに、Ｌ／Ｄ＝１またはＬ／Ｄ＝２である請求項１に記載の発泡成形用スクリュウ。
3. 圧縮部を形成するセグメントのフライト間に、間隙拡縮用フライト部が設けられている請求項１または２に記載の発泡成形用スクリュウ。
4. 計量部を形成するセグメントのフライトに、混練性強化用突起または切欠が形成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の発泡成形用スクリュウ。
   

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