JP2017159626A

JP2017159626A - 押出機

Info

Publication number: JP2017159626A
Application number: JP2016048784A
Authority: JP
Inventors: 真司太田; Shinji Ota
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】フライト形状を簡易に変更することで、未溶物樹脂を発生させないようにすることができる押出機を提供すること。【解決手段】ペレット状の樹脂が供給される筒状のバレル４と、軸心を中心として回転する丸棒状の軸部６１と、軸部６１の表面から突出し軸部６１の表面に螺旋状に延在するフライト６２とを有し、バレル４に挿入されるスクリュー６とを備え、フライト６２は、フライト６２の幅方向に平行且つ軸部６１のフライト６２が設けられた面における法線方向に平行な平面において、軸部６１の表面から法線方向に突出する主フライト６２ａと、主フライト６２ａと軸部６１の表面との間に膨出する副フライト６２ｂとを有する。【選択図】図２

Description

本開示は、樹脂フィルムの製造に用いられる押出機に関する。

従来、スロットダイを用いて樹脂フィルムを生成する際に、成形された樹脂フィルムには、しばしば品質不良や外観不良などの問題が起きている。外観不良の１つとして、フィッシュアイと呼ばれる不良がある。フィッシュアイは、透明又は半透明のプラスチックフィルム又はシート中に微細な固まりが生じ、その固まり周辺が伸びて魚の眼のような外観を呈するという特徴がある。
フィッシュアイなどの不良の発生原因は多岐にわたるが、主な発生原因としては、スクリュー部で樹脂が滞留するために樹脂が劣化することや、スクリュー部で樹脂が未溶融となることが上げられ、スクリュー部の設定が大きく影響している。

スクリュー部での樹脂の未溶融を防止するための方法として、例えば、バリアフライト付きスクリューが開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。また、スクリュー部での樹脂の未溶融を防止するための方法として、ダブルフライトスクリューが開発されている（例えば、特許文献３を参照）。
さらに、スクリューのフライト形状によって、樹脂の溶融速度や滞留時間が大きく変わることは、例えば非特許文献１でも示されており、フィッシュアイのような不良の改善には、フライト形状の最適化が効果的と言える。

米国特許第３３５８３２７号明細書米国特許第３３６８７２４号明細書特許第５５３９９４３号公報

中村和之、酒井忠基「単軸スクリュ押出機における熱可塑性プラスチックの溶融の促進」、成形加工、プラスチック成形加工学会、１９８９年、第１巻、第１号、ｐ．７９−８７

ところで、上記のような装置を用いることで、樹脂の未溶融が改善される効果を得ることができるが、フライト間距離の設定等作成には高度な精度が要求される。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、フライト形状を簡易に変更することで、未溶物樹脂を発生させないようにすることができる押出機を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、ペレット状の樹脂が供給される筒状のバレルと、軸心を中心として回転する丸棒状の軸部と、上記軸部の表面から突出し上記軸部の表面に螺旋状に延在するフライトとを有し、上記バレルに挿入されるスクリューとを備え、上記フライトは、このフライトの幅方向に垂直且つ上記軸部の上記フライトが設けられた面における法線方向に平行な平面において、上記軸部の表面から上記法線方向に突出する主フライトと、この主フライトと上記軸部の表面との間に膨出する副フライトとを有することを特徴とする押出機が提供される。

本発明の一態様によれば、フライト形状を簡易に変更することで、未溶物樹脂を発生させないようにすることができる押出機を提供することができる。

本発明の一実施形態における押出成形プロセスを示す説明図である。スクリューを示す部分側面図である。本発明の一実施形態におけるフライト形状を示す、図２のＩ―Ｉ断面図である。従来のフライト形状を示す断面図である。従来のフライト形状を示す断面図である。本発明におけるフライト形状の変形例を示す断面図である。本発明におけるフライト形状の変形例を示す断面図である。本発明におけるフライト形状の変形例を示す断面図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
本発明の一実施形態に係る押出機１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、押出機１は、フィルム状の樹脂２を製造するための押出成形プロセスにおいて用いられ、ペレット状の樹脂２を溶融し、混練する装置である。押出機１は、ホッパー３と、バレル４と、ヒータ５と、スクリュー６とを備える。

ホッパー３は、ペレット状の樹脂２であるペレット樹脂２１を、貯蔵し、接続されるバレル４内へと供給する。
バレル４は、図１の紙面に対する左右方向へと延在する、略円筒状の形状を有するシリンダーである。
ヒータ５は、バレル４の外周に設けられる加熱装置であり、バレル４内部を加熱する。

スクリュー６は、図２に示すように、軸部６１と、フライト６２とを有する。軸部６１は、バレル４の軸方向に平行に延在する略丸棒状の形状を有し、先端が円錐状になっている。フライト６２は、軸部６１の表面から突出し、軸部６１の表面に螺旋状に延在する。フライト６２は、図２及び図３に示すように、主フライト６２ａと、副フライト６２ｂとを有する。主フライト６２ａは、フライト６２の幅方向（図２の幅ｗに平行な方向）に平行、且つ軸部６１のフライト６２が設けられた面における法線方向に平行な平面において、軸部６１の表面から突出する方形状の形状を有する。副フライト６２ｂは、主フライト６２ａと軸部６１の表面との間となる、主フライト６２ａの幅方向両端側に、主フライト６２ａから幅方向に離れるに従い法線方向（図３の紙面に対する上下方向）の高さが階段状に減少する、階段状にそれぞれ形成される。スクリュー６は、図１に示すように、先端が円錐状に形成された一端側が、バレル４に挿入される。また、スクリュー６は、バレル４に挿入されていない他端側が不図示の駆動装置に接続され、駆動装置の駆動力を受けて、軸心を中心として回転可能に構成される。

このような押出機１では、ホッパー３に投入されたペレット樹脂２１が、バレル４内に供給される。そして、ペレット樹脂２１は、スクリュー６の回転動作によってスクリュー６の一端側へと搬送されながら、ヒータ５に加熱されることで溶融した樹脂２である溶融樹脂２２となり、バレル４から押し出される。

本実施形態における押出成形プロセスでは、まず、押出機１による上述の処理を経ることで、樹脂２がペレットの状態から溶融した状態となり、押出機１から押し出されることでＴダイ７へと送られる。次いで、Ｔダイ７に送られた溶融樹脂２２は、Ｔダイ７内のマニホールド７１によって幅方向（図１の紙面に対する前後方向）に広げられ、Ｔダイ７から吐出される。その後、Ｔダイ７から吐出された溶融樹脂２２は、周辺空気や冷却ロール８によって冷却され、固化し、フィルム状の樹脂２であるフィルム樹脂２３となる。次いで、固化したフィルム樹脂２３は、搬送ロール９によって、次工程へと搬送される。

ここで、従来のシングルフライトの押出機の場合、図３と同様な断面視におけるフライト６２の形状は、図４に示すように、方形状の主フライト６２ａのみからなることが多い。また、従来のフライト６２の形状では、図５に示すように、フライト６２と軸部６１との接触部分に、角をとるためのＲが入っている形状となる場合もある。このような従来のフライト形状の場合、フライト６２と軸部６１との接触領域で、略直角で、高さの高い壁ができるため、溶融樹脂２２が流れにくくなっている。実際に、従来のフライト形状の押出機について、使用後のスクリュー６を取り出してみると、フライト６２と軸部６１との接触領域にゲル化した樹脂２が確認された。

一方、本実施形態のフライト形状の場合、階段状の副フライト６２ｂを設けることで、フライト６２と軸部６１との接触領域において、溶融樹脂２２が流れやすくなり、溶融樹脂２２の滞留を抑えることができる。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、フライト６２の形状として、階段形状の副フライト６２ｂが設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。副フライト６２ｂは、主フライト６２ａと軸部６１との間の接触領域において、図４及び図５に示す従来のフライト形状に比べて溶融樹脂２２が流れやすくなるように形成されれば、他の形状であってもよい。ここで、上述のように、図４及び図５では、上記実施形態における主フライト６２ａに対応するフライト６２が、軸部６１からそそり立つように形成されることで、溶融樹脂２２が流れにくくなる。このため、溶融樹脂２２が流れやすくなるようなフライト形状としては、軸部６１の表面から主フライト６２ａの上端に到達するまでの傾斜が緩やかになればよく、副フライト６２ｂが主フライト６２ａに隣接して軸部６１の表面から膨出するように形成されることが好ましい。膨出する形状としては、図３に示す平面において、主フライト６２ａから離れるに従い、副フライト６２ｂの高さが、直線的（リニア）に減少する直線形状、または、接線の傾きが減少するような曲線で減少する曲線形状をいう。なお、副フライト６２ｂの高さが直線的に減少する場合では、フライト６２の幅方向に対して、副フライト６２ｂの高さが平均的に減少すればよい。このため、例えば図３に示すような階段状の形状でもよく、フライト６２の幅に対して直線的に減少する形状でもよい。

図６に、図３と同様な平面視における、副フライト６２ｂの形状の変形例を示す。図６に示す変形例では、副フライト６２ｂは、フライト６２の幅方向に対して、高さが曲線的に減少する形状を有し、図５とは逆側に所定の曲率のＲがついた形状である。
また、例えば、副フライト６２ｂは、主フライト６２ａの幅方向端、且つ主フライト６２ａの高さ方向の先端から形成されてもよい。この場合、主フライト６２ａの高さ方向の先端側となる上端の形状は、高さが幅方向の中央から徐々に減少するように、曲線や幅方向に対して傾きをもった形状であってもよい。この際、主フライト６２ａの上端は、副フライト６２ｂの形状と連続した形状であることが好ましい。このような場合における、副フライト６２ｂの形状の変形例を図７及び図８に示す。

図７に示す変形例では、副フライト６２ｂは所定の曲率をもった曲線状に高さが変化するように形成され、副フライト６２ｂが主フライト６２ａの上端から連続して形成される。さらに、図７に示す変形例では、主フライト６２ａの上端には、副フライト６２ｂと同じ曲率でＲがついており、フライト６２全体として半円状の断面形状を有する。図８に示す変形例では、副フライト６２ｂは直線状に高さが変化するように形成され、副フライト６２ｂが主フライト６２ａの上端から連続して形成される。さらに、図７に示す変形例では、主フライト６２ａの上端には、幅方向の中心を頂点とした傾斜が幅方向の両端に向かってそれぞれ形成され、フライト６２全体として三角形状の断面形状を有する。なお、図７及び図８において、主フライト６２ａは、図３と同様に、幅方向に対して高さが一定の形状であってもよい。

また、上記実施形態では、押出機１は、スクリュー６が一本である単軸スクリュー押出機であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。押出機１は、スクリュー６が複数本である多軸スクリュー押出機であってもよい。
さらに、上記実施形態では、副フライト６２ｂは、主フライト６２ａの幅方向両端側に同様に設けられる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。副フライト６２ｂは、主フライト６２ａの幅方向のいずれか一端側にのみ設けられる構成であってもよい。また、主フライト６２ａの幅方向両端側で、設けられる副フライト６２ｂの形状が異なってもよい。

（１）本発明の一態様に係る押出機１は、ペレット状の樹脂２が供給される筒状のバレル４と、軸心を中心として回転する丸棒状の軸部６１と、軸部６１の表面から突出し軸部６１の表面に螺旋状に延在するフライト６２とを有し、バレル４に挿入されるスクリュー６とを備え、フライト６２は、フライト６２の幅方向に平行且つ軸部６１のフライト６２が設けられた面における法線方向に平行な平面において、軸部６１の表面から法線方向に突出する主フライト６２ａと、主フライト６２ａと軸部６１の表面との間に膨出する副フライト６２ｂとを有する。

上記（１）の構成によれば、主フライト６２ａと軸部６１との間に膨出する副フライト６２ｂを設けることにより、主フライト６２ａと軸部６１との接触領域において、溶融した樹脂２が流れやすくなり、樹脂２の滞留を抑えることができる。また、シングルフライトのままで、フライト６２の形状を変えるだけの簡易な変更で樹脂２の滞留時間を短縮することができる。このため、樹脂２の未溶物や劣化の発生を抑えることができ、フィッシュアイのような不良を改善することができる。

（２）上記（１）の構成において、副フライト６２ｂは、上記平面において、主フライト６２ａから幅方向に離れるに従い法線方向の高さが階段状に減少する、階段形状を有する。
（３）上記（１）の構成において、副フライト６２ｂは、上記平面において、主フライト６２ａから幅方向に離れるに従い法線方向の高さが直線的に減少する、直線形状を有する。

（４）上記（１）の構成において、副フライト６２ｂは、上記平面において、主フライト６２ａから幅方向に離れるに従い法線方向の高さが曲線的に減少する、曲線形状を有する。
（５）上記（４）の構成において、副フライト６２ｂは、上記平面において、法線方向の先端側となる上端の形状が、一定の曲率を有する。

（６）上記（３）〜（５）のいずれかの構成において、副フライト６ｂは、上記平面において、主フライト６２ａの、幅方向端且つ法線方向の先端側となる上端から形成される。
（７）上記（６）の構成において、主フライト６２ａは、上記平面において、上端が副フライトと連続するように、法線方向の高さが幅方向の中央から徐々に減少する形状を有する。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかの構成において、バレル４に挿入されるスクリュー６が一本である単軸スクリュー押出機である。

次に、本発明者が行った実施例について説明する。実施例では、図７に示す形状のフライト６２について、熱流体解析ソフトＦＬＯＥＦＤを用いて、滞留時間を評価した。また、比較例として、図４に示す従来の形状のフライト６２についても同様の評価を行った。

評価条件としては、バレル４の直径を３０ｍｍ、スクリュー６の長手方向の長さを８００ｍｍ、フライト６２の設置間隔となるスクリューピッチを４０ｍｍ、軸部６１の表面からバレル４の内面までのクリアランスであるチャネル深さを５ｍｍとした。また、フライト６２の幅ｗを３ｍｍ、フライト６２の上端からバレル４の内面までのクリアランスであるフライトクリアランスを０．１ｍｍとした。樹脂物性としては、汎用のＰＰ（ポリプロピレン）樹脂の値を用い、比重を０．９４、熱伝導率を０．１８Ｗ／ｍ・Ｋ、粘度を１００〜１０００Ｐa・s(２３０℃)とした。
実施例及び比較例について、滞留時間をそれぞれ評価したところ、実施例の条件では比較例の条件に比べて、滞留時間を１０％低減させることが可能になった。

１押出機
２樹脂
２１ペレット樹脂
２２溶融樹脂
２３フィルム樹脂
３ホッパー
４バレル
５ヒータ
６スクリュー
６１軸部
６２フライト
６２ａ主フライト
６２ｂ副フライト
７Ｔダイ
７１マニホールド
８冷却ロール
９搬送ロール

Claims

ペレット状の樹脂が供給される筒状のバレルと、
軸心を中心として回転する丸棒状の軸部と、前記軸部の表面から突出し前記軸部の表面に螺旋状に延在するフライトとを有し、前記バレルに挿入されるスクリューと
を備え、
前記フライトは、該フライトの幅方向に平行且つ前記軸部の前記フライトが設けられた面における法線方向に平行な平面において、前記軸部の表面から前記法線方向に突出する主フライトと、該主フライトと前記軸部の表面との間に膨出する副フライトとを有することを特徴とする押出機。
前記副フライトは、前記平面において、前記主フライトから前記幅方向に離れるに従い前記法線方向の高さが階段状に減少する、階段形状を有することを特徴とする請求項１に記載の押出機。
前記副フライトは、前記平面において、前記主フライトから前記幅方向に離れるに従い前記法線方向の高さが直線的に減少する、直線形状を有することを特徴とする請求項１に記載の押出機。
前記副フライトは、前記平面において、前記主フライトから前記幅方向に離れるに従い前記法線方向の高さが曲線的に減少する、曲線形状を有することを特徴とする請求項１に記載の押出機。
前記副フライトは、前記平面において、前記法線方向の先端側となる上端の形状が、一定の曲率を有することを特徴とする請求項４に記載の押出機。
前記副フライトは、前記平面において、前記主フライトの、前記幅方向端且つ前記法線方向の先端側となる上端から形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の押出機。
前記主フライトは、前記平面において、前記上端が前記副フライトと連続するように、前記法線方向の高さが前記幅方向の中央から徐々に減少する形状を有することを特徴とする請求項６に記載の押出機。
前記バレルに挿入される前記スクリューが一本である単軸スクリュー押出機であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の押出機。