JP2017035801A

JP2017035801A - 押出機

Info

Publication number: JP2017035801A
Application number: JP2015157114A
Authority: JP
Inventors: 廣田　宗久; Munehisa Hirota; 宗久廣田; 紘一鳴瀧; Koichi Narutaki; 渡邉　剛; Takeshi Watanabe; 剛渡邉
Original assignee: I K G KK; Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: I K G KK; Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: JP6831172B2

Abstract

【課題】フィード部において、シリンダ内面の溝中に樹脂が滞留して付着することを防止することができ、更に、フィード部と予熱部における供給能力と、予熱部における樹脂材料の溶融、軟化によって吐出能力の向上を図る。【解決手段】押出機１は、シリンダ２内にスクリュ３が挿通され、シリンダ２とスクリュ３は、樹脂材料が供給される基端側から先端側に向けて、フィード部Ｓ１と予熱部Ｓ２と溶融・可塑化部Ｓ３とに区分されており、フィード部Ｓ１は、非加熱領域であり、シリンダ２の内面に溝部（シリンダ溝部２３Ａ）を有し、予熱部Ｓ２は、シリンダ２の外周に加熱部６を備え、シリンダ２の内面に平滑面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂を溶融可塑化して押出成形する押出機、特にポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂を溶融可塑化して押出成形する押出機に関するものである。

熱可塑性樹脂用の押出機は、樹脂を溶融可塑化して押出成形するための装置であり、シリンダ、スクリュ、ヒータなどを基本的な構成要素として備えている。この押出機は、シリンダ内に回転駆動されるスクリュが挿通されており、基端側でシリンダ内に供給された樹脂材料（材料ペレットなど）をシリンダ内で溶融可塑化して、シリンダの先端側に設けたダイを通して押し出すことで樹脂成形物を生産する。

このような押出機は、樹脂成形物の生産性を高めるために、高い吐出能力が求められる。一般に、押出機は、樹脂材料の供給側から吐出端に向けて、フィード部（材料供給部）、溶融・可塑化部（コンプレッション部）、計量部（メータリング部）などに区分されており、吐出能力を高めるために、フィード部において強制的に樹脂材料を吐出端側に送り出す機構を備えたものが知られている。

下記特許文献１に記載の従来技術は、シリンダにスクリュが挿通された押出機であって、フィード部とコンプレッション部とを備えており、フィード部が、シリンダ内壁に溝を有しスクリュのフライトが２〜４条である第１フィードゾーンと、シリンダ内壁に溝を有さない第２フィードゾーンとを有し、この第１フィードゾーンと第２フィードゾーンとからなるフィード部に、シリンダ外部から冷却を行う冷却設備を敷設している。

特開２０１０−１３１９６２号公報

前述した従来技術によると、第１フィードゾーンに、シリンダ外部から冷却を行う冷却設備が敷設されているので、このゾーンでは樹脂は溶融されず、シリンダ内壁の溝中に樹脂が滞留して付着することを防止することができる。また、第２フィードゾーンを設けることで、第１フィードゾーンと溶融・可塑化部とを離間させることができるので、溶融・可塑化部で溶融した樹脂が逆流して第１フィードゾーンに設けたシリンダ内壁の溝内に入り込んで固化するのを防止することができる。

しかしながら、第１フィードゾーンにて強制的に送り出された樹脂が第２フィードゾーンにて溜められ、徐々に溶融・可塑化部に送られることになり、強制的に送り出す第１フィードゾーンの供給能力が充分に吐出能力の向上に反映されない問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、前述した従来技術と同様に、フィード部において、シリンダ内壁の溝中に樹脂が滞留して付着することを防止することができ、また、溶融・可塑化部で溶融した樹脂が逆流してフィード部に設けたシリンダ内壁の溝内に入り込んで滞留するのを防止することができ、更に、フィード部の供給能力によって充分に吐出能力の向上を図ること、などが本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による押出機は、以下の構成を具備するものである。
シリンダ内にスクリュが挿通され、前記シリンダの基端側から供給された樹脂材料を前記シリンダ内で溶融可塑化して、前記シリンダの先端側から吐出させる押出機であって、前記シリンダと前記スクリュは、樹脂材料が供給される基端側から先端側に向けて、フィード部と予熱部と溶融・可塑化部とに区分されており、前記フィード部は、非加熱領域であり、前記シリンダの内面に溝部を有し、前記予熱部は、前記シリンダの外周に加熱部を備え、前記シリンダの内面に平滑面を有することを特徴とする押出機。

このような特徴を有する本発明の押出機は、フィード部において、シリンダ内壁の溝中に樹脂材料が滞留して付着することを防止することができ、また、溶融・可塑化部で溶融した樹脂材料が逆流してフィード部に設けたシリンダ内壁の溝内に入り込んで滞留するのを防止することができる。更に、樹脂材料を加熱して溶融、軟化させる予熱部を設けることで、フィード部、予熱部の高い供給能力と、予熱部の樹脂材料の溶融、軟化によって、吐出能力の向上を図ることができる。また、この吐出能力の向上によって、押出機の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る押出機を示した説明図（シリンダとスクリュを分解した図）である。本発明の実施形態に係る押出機の加熱・冷却温度の設定状態を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る押出機１を示している。押出機１は、シリンダ２とスクリュ３を備えており、シリンダ２内にスクリュ３が挿入される構造になっている。シリンダ２は、基端部２０にシリンダ部２１を接続しており、図示の例では、シリンダ部２１が第１シリンダ部２１Ａと第２シリンダ部２１Ｂによって構成されている。

シリンダ部２１の基端側の側部には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂の樹脂材料（ペレット）をシリンダ部２１内に供給する入口２２を設けている。シリンダ２の内部にはスクリュ３を挿通する挿通孔２３が基端側から先端側に向けて設けられている。シリンダ２（第１シリンダ部２１Ａ）の内面には、入口２２から先端側に向けた樹脂材料のフィード範囲Ｌ１にシリンダ溝部２３Ａが形成されている。シリンダ２（第１シリンダ部２１Ａ、第２シリンダ部２１Ｂ）の内面のその他の範囲Ｌ２には、シリンダ溝部２３Ａは形成されておらず、内面は平滑面になっている。シリンダ２（第２シリンダ部２１Ｂ）の先端側には、図示省略したダイを接続するためのアダプタ２４が取り付けられている。

シリンダ２に挿通されるスクリュ３は、軸部３０を備えており、軸部３０がスクリュ３を回転駆動するためのモータ４に継手４０を介して同軸接続されている。軸部３０は、基端側から先端側に向けて段階的に異なる搬送圧を生じさせるフライト３１及び軸径を備えている。

また、シリンダ２における挿通孔２３には、入口２２の基端側に軸受部２５を設け、スクリュ３の軸部３０には、軸受部２５に滑動自在に支持される被軸受部３２が設けられている。軸受部２５は、その一部又は全部が樹脂製であり、樹脂として、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）などのスーパーエンジニアリングプラスチックが用いられる。ここで用いられるスーパーエンジニアリングは、樹脂単体であってもよいし、樹脂に炭素繊維などの各種フィラーを混入させたものであってもよい。なお、ここで、一部とは、軸が接触する軸受部２５の内面側の一部分、例えば両端部のみが樹脂製であること、全部とは軸が接触する軸受部２５の内面側の全てが樹脂製であることを意味する。

このような樹脂製の軸受部２５を設けることで、スクリュ３のたわみによる振れ回りを抑え、スクリュ３を安定して回転駆動することができる。また、樹脂製の軸受部２５を採用することで、無潤滑でのスクリュ３の支持が可能になり、軸受部２５の摩耗粉がシリンダ２内に入り込んで成形品に不適切な異物が混入するのを防ぐことができる。

シリンダ２とスクリュ３は、樹脂材料が供給される基端側から先端側に向けて、フィード部Ｓ１と予熱部Ｓ２と溶融・可塑化部Ｓ３とに区分されている。また、図示の例では、シリンダ２とスクリュ３は、溶融・可塑化部Ｓ３の先端側に安定化部Ｓ４を備えている。

ここで、フィード部Ｓ１は、シリンダ２の内面にシリンダ溝部２３Ａを設け、スクリュ３のフライト３１の螺旋ピッチを比較的密にすることで、入口２２からシリンダ２内に供給された樹脂材料を強制的に先端側に送り出している。シリンダ２におけるフィード部Ｓ１の基端側には、入口２２が開口している。

フィード部Ｓ１は、非加熱領域であり、ここでの樹脂材料の温度がその融点以上に上昇しないように、温度設定がなされている。このため、周辺の加熱部によって、供給される樹脂材料の温度が融点以上に上昇する可能性がある場合には、積極的に冷却することで、樹脂材料の温度を融点未満に下げることがなされている。図示の例では、冷却部５をシリンダ２の外周に設けることで、シリンダ２内に供給された樹脂材料の温度を融点未満に下げている。

予熱部Ｓ２は、フィード部Ｓ１と溶融・可塑化部Ｓ３の間に設けられ、シリンダ２の内面は、シリンダ溝部２３Ａを設けない平滑面とし、スクリュ３は、一定の軸径で、螺旋ピッチの比較的大きいフライト３１を設けている。この予熱部Ｓ２には、シリンダ２の外周に加熱部（ヒータ）６（第１加熱部６Ａ，第２加熱部６Ｂ）を設けている。

予熱部Ｓ２では、フィード部Ｓ１から送られてきた樹脂材料（ペレット）を溶融するとともに、内部を軟化させるように加熱することで流動性と供給安定性を持たせ、その先端側に設けている溶融・可塑化部Ｓ３への送り込みと溶融・可塑化を円滑化している。この予熱部Ｓ２では、圧力上昇が起きない樹脂の流れが実現されており、フィード部Ｓ１、予熱部Ｓ２の供給能力、予熱部Ｓ２の溶融、軟化によって、流動化した樹脂を溶融・可塑化部Ｓ３に円滑に送っている。

図示の例では、予熱部Ｓ２内に配置される加熱部６は、フィード部Ｓ１に隣接する第１加熱部６Ａと、フィード部Ｓ１からは離間した第２加熱部６Ｂを備えている。そして、第１加熱部６Ａの加熱温度は、供給される樹脂材料の融点未満に設定されており、第２加熱部６Ｂの加熱温度は、供給される樹脂材料の融点以上に設定されている。このように、供給される樹脂材料の融点未満の加熱温度の第１加熱部６Ａを、フィード部Ｓ１に隣接して設けることで、予熱部Ｓ２での加熱がフィード部Ｓ１に影響するのを極力抑えることができる。

溶融・可塑化部Ｓ３では、樹脂に圧力を加えながら加熱することで、溶融・可塑化を進める。ここでは、シリンダ２の内面は、シリンダ溝部２３Ａを設けない平滑面とし、スクリュ３は、軸径を先端側に向けて徐々に大きくしたテーパ部を有し、フライト３１は、螺旋ピッチの間隔を徐々に広げる２条フライトなどを採用している。溶融・可塑化部Ｓ３では、加熱温度が樹脂の融点以上に設定された加熱部６（６Ｃ〜６Ｆ）が、シリンダ２の外周に設けられている。

溶融・可塑化部Ｓ３の先端側に設けられる安定化部Ｓ４では、シリンダ２の外周に加熱部６（６Ｇ）を設け、シリンダ２内の温度を適宜に調整して、吐出される樹脂の安定化を図っている。

このような押出機１によると、フィード部Ｓ１にシリンダ溝部２３Ａを設けることで、入口２２からシリンダ２内に供給された樹脂材料を高い供給能力で先端側に向けて送り出すことができる。この際、フィード部Ｓ１に隣接して予熱部Ｓ２を設けることで、フィード部Ｓ１から予熱部Ｓ２に送られた樹脂材料を無加圧で溶融するとともに、内部を軟化させて流動化して、円滑に溶融・可塑化部Ｓ３に供給することができる。これによって、溶融・可塑化部Ｓ３では、可塑化能力を高め、フィード部Ｓ１、予熱部Ｓ２の供給能力と、予熱部Ｓ２の溶融、軟化を利用した高い吐出能力を発揮することができ、押出機１を小型化することができる。

この際、フィード部Ｓ１に設けたシリンダ溝部２３Ａは加熱されることがないので、フィード部Ｓ１において、シリンダ溝部２３Ａ中に樹脂が滞留して付着することを防止することができる。また、フィード部Ｓ１と溶融・可塑化部Ｓ３との間には予熱部Ｓ２を設けているので、溶融・可塑化部Ｓ３で溶融した樹脂が逆流してフィード部Ｓ１に設けたシリンダ溝部２３Ａ内に入り込んで滞留することも防止することができる。

図２は、このような押出機１における冷却・加熱温度の設定例を示している。図示の例では、フィード部Ｓ１では、樹脂材料の融点未満である常温に温度が設定されており、この温度を保つために冷却部５を稼働させている。予熱部Ｓ２では、第１加熱部６Ａと第２加熱部６Ｂによって、段階的に樹脂材料の温度を高めており、フィード部Ｓ１での樹脂材料の温度上昇を抑えながら加熱して、樹脂材料（ペレット）を溶融するとともに内部を軟化させ、流動化と供給安定化させている。

溶融・可塑化部Ｓ３での加熱温度は、樹脂材料の融点以上であり、予熱部Ｓ２の第２加熱部６Ｂの加熱温度よりも低い温度に設定され、圧力を高めて円滑に樹脂材料の可塑化を進行させている。また、図示の例では、安定化部Ｓ４では、加熱温度を溶融・可塑化部Ｓ３の設定温度よりも低くし、吐出される樹脂の安定化を図っている。

本発明の実施形態に係る押出機１は、シリンダ溝部２３Ａへの樹脂材料の固着を抑止することができるので、シリンダ２内の清掃頻度を下げることができ、押出機１の稼働率を高めることで生産性の向上を図ることができる。本発明の実施形態に係る押出機１は、特に、ブロー成形に供するパリソンの成形に有効であり、固化した樹脂の混入が無い良質のパリソンを、高い吐出能力で成形することができる。

本発明の実施形態に係る押出機１においては、入口２２からシリンダ２内に供給される樹脂材料の形態は、ペレット状、粉末状など、どのような形態であっても構わない。入口２２には、供給される樹脂材料の形態に応じてホッパなどの各種の供給器装置を付加することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：押出機，２：シリンダ，２０：基端部，
２１：シリンダ部，２１Ａ：第１シリンダ部，２１Ｂ：第２シリンダ部，
２２：入口，２３：挿通孔，２３Ａ：シリンダ溝部，２４：アダプタ，
２５：軸受部，
３：スクリュ，３０：軸部，３１：フライト，３２：被軸受部
４：モータ，４０：継手，
５：冷却部，６：加熱部（ヒータ），６Ａ：第１加熱部，６Ｂ：第２加熱部
Ｓ１：フィード部，Ｓ２：予熱部，Ｓ３：溶融・可塑化部，Ｓ４：安定化部

Claims

シリンダ内にスクリュが挿通され、前記シリンダの基端側から供給された樹脂材料を前記シリンダ内で溶融可塑化して、前記シリンダの先端側から吐出させる押出機であって、
前記シリンダと前記スクリュは、樹脂材料が供給される基端側から先端側に向けて、フィード部と予熱部と溶融・可塑化部とに区分されており、
前記フィード部は、非加熱領域であり、前記シリンダの内面に溝部を有し、
前記予熱部は、前記シリンダの外周に加熱部を備え、前記シリンダの内面に平滑面を有することを特徴とする押出機。
前記予熱部内に配置される加熱部は、前記フィード部に隣接する第１加熱部と、前記フィード部からは離間した第２加熱部を備え、前記第１加熱部の加熱温度は、供給される樹脂材料の融点未満に設定され、前記第２加熱部の加熱温度は、供給される樹脂材料の融点以上に設定されることを特徴とする請求項１記載の押出機。
前記フィード部は、前記シリンダの外周に冷却部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の押出機。
前記シリンダは、樹脂材料を供給する入口の基端側に一部又は全部が樹脂製の軸受部を設け、前記スクリュは、前記軸受部に滑動自在に支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の押出機。