JP2020157480A - 発泡樹脂押出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂材料の供給圧と発泡用気体の注入圧との調整を容易にできる。【解決手段】シリンダ３内に供給される樹脂材料を、シリンダ３内に配置されるスクリュ２を回転して送りながら、発泡用気体を注入し、それらを混合させて、押出ダイ８ダイ出口８ａを通じて多孔性熱可塑性合成樹脂として押し出すものである。スクリュ２のスクリュ軸２ａは、発泡用気体通路６と、発泡用気体通路６に連通しスクリュ軸２ａの表面に開口する気体注入路６ｃとを備える。気体注入路６ｃの開口は、樹脂材料の供給圧を高め、局所的にシリンダ３内をシーリングするダルメージセクションＳ１の下流側に、気体注入路６ｃが開口する発泡用気体注入セクションＳ２が配置されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、発泡樹脂を製造できる発泡樹脂押出装置に関する。

押出装置において、発泡樹脂を製造するためには、樹脂材料に発泡用気体を注入する必要がある。押出装置では、シリンダ内の樹脂材料はスクリュにより加圧されて送られているので、発泡用気体を注入するには、シリンダ内の樹脂材料の供給圧以上の圧力でもって注入する必要がある。前記樹脂材料の供給圧よりも注入圧が低ければ、注入できないだけでなく、シリンダ内の樹脂材料が発泡用気体の注入通路内に流入し、注入口を閉塞するおそれがあるからである。また、注入圧が高すぎると、樹脂材料供給口と押出ダイのダイ出口までそのまま流れてしまうという課題がある。

そのため、発泡用気体を注入する場合には、その注入圧と、スクリュの回転速度や成形温度で変化する樹脂材料の供給圧との関係を調整することが求められる。

ところで、発泡用気体又は発泡剤を、スクリュ軸内部を経て、軸表面又はスクリュねじ山の背面開口から、シリンダ内に注入することが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平５−２２８９７７号公報

前記特許文献１の技術は、注入圧の制御は簡単になるとしても、注入圧の制御だけでは、樹脂材料への発泡用気体の注入を簡単にすることができない。つまり、発泡用気体を注入する場合には、その注入圧と、スクリュの回転速度や成形温度で変化する樹脂材料の供給圧との関係を調整することが重要であるからである。

そこで、発明者は、樹脂材料への発泡用気体を注入し発泡樹脂を製造するに際し、スクリュ軸に発泡用気体の供給路を形成するだけでなく、シリンダ内に配置されるスクリュの構造を工夫することで、シリンダが内部に複数のセクション（つまり、樹脂材料の供給圧を制御する複数のセクション）を持つようにすれば、樹脂材料の供給圧と発泡用気体の注入圧との関係の調整を容易にできることを見出し、本発明を開発した。

本発明は、樹脂材料の供給圧と発泡用気体の注入圧との調整を容易にできる発泡樹脂押出装置を提供することを目的とする。

本発明は、スクリュ軸にスクリュ翼が螺旋状に巻かれているスクリュが内部に配置されるシリンダを有し、前記シリンダ内に供給される樹脂材料を、前記スクリュを回転して送りながら、発泡用気体を注入し、それらを混合させて、押出ダイのダイ出口を通じて多孔性熱可塑性合成樹脂として押し出す発泡樹脂押出装置であって、前記スクリュのスクリュ軸は、軸線方向に延びる発泡用気体供給路と、上流端が前記発泡用気体供給路に連通し下流端が前記スクリュ軸の表面に開口する気体注入路とを備えるものであり、前記シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションが形成され、そのダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分に、前記気体注入路の下流端が開口し前記発泡用気体が注入される発泡用気体注入セクションが配置されている、ことを特徴とする。

このようにすれば、シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分となる発泡用気体注入セクションにおいて、発泡用気体を注入するために気体注入路が開口しているので、注入圧を高めることなく、樹脂材料への発泡用気体の注入が無理なくできるようになる。また、ダルメージセクションのシーリング機能によって、発泡用気体が樹脂材料の供給側に逆流することもない。よって、樹脂材料の供給圧や発泡用気体の注入圧の調整を容易にできる。

請求項２に記載のように、前記ダルメージセクションは、前記スクリュのスクリュ軸に局所的に樹脂材料の供給圧を高める絞り部材が設けられ、前記絞り部材は、前記スクリュ翼の外径と同じ外径で前記スクリュ翼の幅よりも長い軸線方向長さを有する筒状で、外周部分に前記スクリュ軸の軸線に対して傾斜している複数の溝部が設けられている、ことが望ましい。

このようにすれば、絞り部材を設けるという簡単な構造で、シリンダ内で局所的に樹脂材料の供給圧を高めシリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションが形成される。

請求項３に記載のように、前記気体注入路は、前記発泡用気体注入セクションにおいて、前記発泡用気体供給路から前記絞り部材に向かって傾斜するように形成されている、ことが望ましい。

このようにすれば、樹脂材料の供給圧が開放され、樹脂材料の供給圧が低くなった部分に気体注入路を通じて発泡用気体が無理なく注入され、逆流することはないし、押出ダイのダイ出口までそのまま流れてしまうこともない。

請求項４に記載のように、前記気体注入路の下流端が開口する前記スクリュ軸の表面は、前記スクリュ翼上流側の軸表面であって前記スクリュ翼近傍である、ことが望ましい。

このようにすれば、注入圧を高くすることなく、樹脂材料に発泡用気体を注入することができる。

請求項５に記載のように、前記発泡用気体注入セクションの下流側に、前記樹脂材料と前記発泡用気体とを前記スクリュによって安定供給するバリアフライトセクションが配置されている、ことが望ましい。

このようにすれば、注入された発泡用気体は、樹脂材料と一緒に円滑に供給される。

請求項６に記載のように、前記バリアフライトセクションの下流側に、シリンダ内圧を高め、前記樹脂材料と前記発泡用気体とを高圧縮して押出ダイに押し出すフルフライトショートピッチセクションが配置されている、ことが望ましい。

このようにすれば、高圧縮によって前記樹脂材料内に前記発泡用気体が閉じ込められ、気泡とされ、発泡樹脂とされる。

請求項７に記載のように、前記押出ダイは、前記樹脂材料と前記発泡用気体との混合物が流れる通路が前記スクリュ軸の軸芯に対して角度をなして折れ曲がっている、ことが望ましい。

このようにすれば、発泡用気体が閉じ込められ樹脂材料が、折れ曲がっている部分に衝突し、発泡樹脂の気泡の微細化が促進される。

本発明は、シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリングするダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分となる発泡用気体注入セクションにおいて、発泡用気体を注入するために気体注入路を開口させているので、樹脂材料の供給圧や発泡用気体の注入圧の調整を行うことで、樹脂材料への発泡用気体の注入を容易に、かつ確実に行うことができる。

本発明に係る発泡樹脂押出装置の一実施の形態を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１のＣ部分の拡大図である。 図１のＤ部分の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明に係る発泡樹脂押出装置の一実施の形態を示す縦断面図である。

１は発泡樹脂押出装置で、回転可能であるスクリュ２が内部に配置されるシリンダ３を有し、シリンダ３内に供給される樹脂材料を、スクリュ２を回転して送りながら、発泡用気体（たとえば、空気、二酸化炭素）を注入し、それらを混合（混練）して、押出ダイ３のダイ出口３ａ側に送り、多孔性熱可塑性合成樹脂として押し出すものである。

樹脂材料は、シリンダ３内に開口する樹脂材料供給口４ａが樹脂材料投入用シャッター（図示せず）にて開閉されるホッパー４を通じて投入される。発泡用気体は、コンプレッサ５によって発泡用気体通路６を通じて供給される。

そして、シリンダ出口３ａには、アダプタ７を介して押出ダイ８が接続され、その押出ダイ８のダイ出口８ａを通じて発泡樹脂として押し出される。押出ダイ８内に形成されているダイ通路８ｂは、スクリュ軸２ａの軸芯に対して角度（この実施の形態では、略９０度）をなして折れ曲がっているので、シリンダ出口３ａを出た、樹脂材料と発泡用気体の混合物は、ダイ通路８ｂの通路壁に衝突し、進行方向が曲げられて押し出されることになる。

スクリュ２は、スクリュ軸２ａの周囲に、スクリュ翼２ｂが螺旋状に設けられてなる。

発泡用気体通路６は、スクリュ軸２ａの軸芯に形成される通路部分６ａと、通路部分６ａに連通され外部に配置される通路部分６ｂとを有する。また、スクリュ軸２ａには、（発泡用気体が流れる方向の）上流端が通路部分６ａ（発泡用気体通路６）に連通し、下流端がスクリュ軸２ａの表面に開口する気体注入路６ｃが設けられている。通路部分６ｂの途中には発泡用気体圧力増圧装置９が設けられ、発泡用気体圧力増圧装置９により注入圧を制御して、発泡用気体の注入圧を高めたり低くしたり、調整できるようになっている。

スクリュ２の構造は、シリンダ３内の樹脂材料の供給圧と、注入される発泡用気体の注入圧の圧力制御を容易にするために変化している。これにより、シリンダ３内は、スクリュ構造が従来と同じである通常の供給部Ｓに加えて、４つのセクションが設けられている。すなわち、ダルメージセクションＳ１、発泡用気体注入セクションＳ２、バリアフライトセクションＳ３及びフルフライトショートピッチングセクションＳ４が順に配置されている。バリアフライトセクションＳ３及びフルフライトショートピッチングセクションＳ４では、通常の供給部Ｓ、ダルメージセクションＳ１及び発泡用気体注入セクションＳ２よりもスクリュ軸２ａの外径が大きくなっている。

ダルメージセクションＳ１では、樹脂材料の供給圧を高めるための絞り部材１１がスクリュ軸２ａに対し設けられている。これによりシリンダ３内で局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮することで、発泡用気体が材料供給口４ａ側に逆流しないようになっている。

絞り部材１１は、外径がスクリュ翼２ｂの外径と略同径でスクリュ翼２ｂの幅より長い軸線方向長さを有する円筒状で、スクリュ軸２ａに設けられている。絞り部材１１は、外周部分にスクリュ軸２ａの軸線に対して傾斜している複数の溝部１１ａが設けられている。この絞り部材１１の軸線方向長さはスクリュ翼２ｂの幅よりかなり大きいので、絞り部材１１とシリンダ３の内周壁との間を樹脂材料が通過するときに供給圧が高められる。このように、樹脂材料は、ダルメージセクションＳ１で供給圧が高められ、発泡用気体注入セクションＳ２に送り出される。

発泡用気体注入セクションＳ２では、スクリュ構造が通常の供給部Ｓと同じ構造に戻されるので、絞り部材１１とシリンダ３の内周壁との間を通過した後、樹脂材料の供給圧が下がる。これにより、樹脂材料の逆流が防止される。また、前記下がった供給圧よりも高い注入圧で気体注入路６ｃを通じて発泡用気体を注入するので、気体注入路６ｃへの樹脂材料の流入を防ぎ、発泡用気体の注入が容易になる。気体注入路６ｃは、絞り部材１１に向かって傾斜して延びるように形成され、上流端が、樹脂材料の供給圧が低くなるスクリュ翼２ｂの（樹脂材料の流れ方向の）上流側の軸表面であってスクリュ翼２ｂ近傍に開口している。ここで、樹脂材料の供給圧が低く樹脂材料の供給圧の影響を受けにくい部位に、気体注入路６ｃを通じて発泡用気体を注入するので、注入圧を高圧にする必要がなく、注入圧の制御が容易である。

バリアフライトセクションＳ３は、注入された発泡用気体と共に樹脂材料を混合（混練）しながら安定供給し、フルフライトショートピッチングセクションＳ４では、シリンダ内圧を高め、発泡用気体と樹脂材料とを高圧縮することで、前記発泡用気体が前記樹脂材料内に閉じ込められ、気泡とされ、発泡樹脂とされる。

シリンダ出口３ａには、アダプタ７を介して押出ダイ８が接続されているので、その押出ダイ８において、前記発泡樹脂が、ダイ通路８ｂの折れ曲がっている部分に衝突し、樹脂材料に閉じ込められている発泡用気体の微細化が促進され、最終的に多孔質発泡樹脂としてダイ出口８ａを通じて外部に押し出される。なお、ダイ通路８ｂの折れ曲がり角度を変えることで、発泡用気体の微細化の程度を調整することができる。

上記装置によれば、まず、スクリュ２の回転数が、樹脂材料の供給圧に応じて設定される。発泡用気体圧力増圧装置９によって、発泡用気体が所定の圧力に高められて、発泡用気体通路６を通じて注入される。なお、スクリュ２の回転数（樹脂材料の供給圧）や発泡用気体の注入圧については、予め実験によって、いろいろな組み合わせのベータベースが作成されている。そのデータベスから回転数と圧力の組み合わせを選択することで、樹脂材料の供給圧と発泡用気体の注入圧との関係を調整することができる。

ホッパー４の材料供給口４ａを通じて、樹脂材料がシリンダ３内に供給されると、まず、通常の供給部Ｓによって、押出ダイ８側に送られる。ダルメージセクションＳ１で樹脂供給圧が高められ、ダルメージセクションＳ１に続く発泡用気体注入セクションＳ２で圧力開放されて樹脂供給圧が低下するので、気体注入路６ｃを通じて、発泡用気体がシリンダ３内に注入され、樹脂材料に混合される。このとき、気体注入路６ｃは絞り部材１１に向かって傾斜するように形成され、発泡用気体注入セクションＳ２でのスクリュ軸２ａの表面（樹脂供給圧が特に低くなるスクリュ翼２ｂ上流側の軸表面であってスクリュ翼２ｂ近傍）に開口しているので、注入圧をそれほど高くしなくても、発泡気体がスムーズに注入され、押出ダイ８のダイ出口８ａまでそのまま流れてしまうこともない。また、ダルメージセクションＳ１は、局所的に樹脂材料の供給圧を高められシーリング機能を発揮するので、発泡用気体が、ダルメージセクションＳ１を越えて、ホッパー４の材料供給口４ａ側に流れることがない。

発泡用気体注入セクションＳ２に続くバリアフライトセクションＳ３では、混合された発泡用気体と樹脂材料とがスクリュ２によって安定供給され、次のフルフライトショートピッチングセクションＳ４では、シリンダ３の内圧を高め、発泡用気体と樹脂材料とを高圧縮することで、前記樹脂材料内に前記発泡用気体が閉じ込められ、前記発泡用気体が多数の気泡とされ、発泡樹脂とされる。

そして、押出ダイ８に供給された発泡樹脂が、ダイ通路８ｂの折れ曲がっている部分に衝突し、樹脂材料に閉じ込められている気泡（発泡用気体）の微細化が促進され、最終的に微細な気泡を有する発泡樹脂である多孔質発泡樹脂として、ダイ出口８ａから押し出されることになる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。

１ 発泡樹脂押出装置
２ スクリュ
２ａ スクリュ軸
２ｂ スクリュ翼
３ シリンダ
３ａ シリンダ出口
４ ホッパー
４ａ 材料供給口
５ コンプレッサ
６ 発泡用気体通路
６ａ，６ｂ 通路部分
６ｃ 気体注入路
８ 押出ダイ
８ａ ダイ出口
８ｂ ダイ通路
９ 発泡用気体圧力増圧装置
１１ 絞り部材
１１ａ 溝部
Ｓ 通常の供給部
Ｓ１ ダルメージセクション
Ｓ２ 発泡用気体注入セクション
Ｓ３ バリアフライトセクション
Ｓ４ フルフライトショートピッチングセクション

本発明は、スクリュ軸にスクリュ翼が螺旋状に巻かれているスクリュが内部に配置されるシリンダを有し、前記シリンダ内に供給される樹脂材料を、前記スクリュを回転して送りながら、発泡用気体を注入し、それらを混合させて、押出ダイのダイ出口を通じて多孔性熱可塑性合成樹脂として押し出す発泡樹脂押出装置であって、前記スクリュのスクリュ軸は、軸線方向に延びる発泡用気体供給路と、上流端が前記発泡用気体供給路に連通し下流端が前記スクリュ軸の表面に開口する気体注入路とを備えるものであり、前記シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションが
形成され、そのダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分に、前記気体注入路の下流端が開口し前記発泡用気体が注入される発泡用気体注入セクションが配置され、前記ダルメージセクションは、前記スクリュのスクリュ軸に局所的に樹脂材料の供給圧を高める絞り部材が設けられ、前記気体注入路は、前記発泡用気体注入セクションにおいて、前記発泡用気体供給路から前記絞り部材に向かって傾斜して延びるように形成されていることを特徴とする。

このようにすれば、シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分となる発泡用気体注入セクションにおいて、発泡用気体を注入するために気体注入路が開口しているので、注入圧を高めることなく、樹脂材料への発泡用気体の注入が無理なくできるようになる。また、ダルメージセクションのシーリング機能によって、発泡用気体が樹脂材料の供給側に逆流することもない。よって、樹脂材料の供給圧や発泡用気体の注入圧の調整を容易にできる。
また、樹脂材料の供給圧が開放され、樹脂材料の供給圧が低くなった部分に気体注入路を通じて発泡用気体が無理なく注入され、逆流することはないし、押出ダイのダイ出口までそのまま流れてしまうこともない。

請求項２に記載のように、前記絞り部材は、前記スクリュ翼の外径と同じ外径で前記スクリュ翼の幅よりも長い軸線方向長さを有する筒状で、外周部分に前記スクリュ軸の軸線に対して傾斜している複数の溝部が設けられている、ことが望ましい。

Claims (7)

1. スクリュ軸にスクリュ翼が螺旋状に巻かれているスクリュが内部に配置されるシリンダを有し、前記シリンダ内に供給される樹脂材料を、前記スクリュを回転して送りながら、発泡用気体を注入し、それらを混合させて、押出ダイのダイ出口を通じて多孔性熱可塑性合成樹脂として押し出す発泡樹脂押出装置であって、
   前記スクリュのスクリュ軸は、軸線方向に延びる発泡用気体供給路と、上流端が前記発泡用気体供給路に連通し下流端が前記スクリュ軸の表面に開口する気体注入路とを備えるものであり、
   前記シリンダ内に局所的に樹脂材料の供給圧を高めシーリング機能を発揮するダルメージセクションが形成され、そのダルメージセクションの下流側であって前記樹脂材料の供給圧が開放されて低下する部分に、前記気体注入路の下流端が開口し前記発泡用気体が注入される発泡用気体注入セクションが配置されていることを特徴とする発泡樹脂押出装置。
   
2. 前記ダルメージセクションは、前記スクリュのスクリュ軸に局所的に樹脂材料の供給圧を高める絞り部材が設けられ、
   前記絞り部材は、前記スクリュ翼の外径と同じ外径で前記スクリュ翼の幅よりも長い軸線方向長さを有する筒状で、外周部分に前記スクリュ軸の軸線に対して傾斜している複数の溝部が設けられている、請求項１記載の発泡樹脂押出装置。
   
3. 前記気体注入路は、前記発泡用気体注入セクションにおいて、前記発泡用気体供給路から前記絞り部材に向かって傾斜するように形成されている、請求項２記載の発泡樹脂押出装置。
   
4. 前記気体注入路の下流端が開口する前記スクリュ軸の表面は、前記スクリュ翼上流側の軸表面であって前記スクリュ翼近傍である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡樹脂押出装置。
   
5. 前記発泡用気体注入セクションの下流側に、前記樹脂材料と前記発泡用気体とを前記スクリュによって安定供給するバリアフライトセクションが配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡樹脂押出装置。
   
6. 前記バリアフライトセクションの下流側に、シリンダ内圧を高め、前記樹脂材料と前記発泡用気体とを高圧縮して押出ダイに押し出すフルフライトショートピッチセクションが配置されている、請求項５記載の発泡樹脂押出装置。
   
7. 前記押出ダイは、前記樹脂材料と前記発泡用気体との混合物が流れる通路が前記スクリュ軸の軸芯に対して角度をなして折れ曲がっている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発泡樹脂押出装置。

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