JP2022119423A - 樹脂押し出し機および樹脂製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラー含有樹脂を的確に製造する。【解決手段】押出装置１は、シリンダ２と、シリンダ２に内蔵され、樹脂材料を混練するためのスクリュ３と、を含んでいる。シリンダ２は、樹脂材料が供給される開口部５ａと、開口部５ａよりも下流側に位置しかつフィラーが供給される開口部６とを有する。スクリュ３は、ニーディングスクリュ部３ａとフライトスクリュ部３ｂとを有している。開口部６とニーディングスクリュ部３ａとは平面視において重なっている。【選択図】図５

Description

本発明は、樹脂押し出し機および樹脂製品の製造方法に関する。

種々の製品に使用される樹脂材料として、フィラーを含有する樹脂材料がある。フィラーを樹脂に含有させることにより、例えば機械的強度が向上するなど、樹脂特性を向上させることができる。フィラー含有樹脂を製造するために、押し出し機を用いることができる。

例えば特開２００１－１２９８７０号公報（特許文献１）には、押出機に関する技術が記載されている。

特開２００１－１２９８７０号公報

押し出し機を用いてフィラー含有樹脂を製造する場合、フィラー含有樹脂中のフィラーの分散度が低いと、押し出し機から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性の低下を招く虞がある。また、押し出し機で樹脂材料とフィラーとを混練する際に、高いせん断応力が樹脂材料に加わると、樹脂の特性の劣化を招く虞があるが、これも、押し出し機から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性の低を招く懸念ある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、樹脂押し出し機は、シリンダと、前記シリンダに内蔵されスクリュと、を含んでいる。前記シリンダは、樹脂材料が供給される第１の供給口と、フィラーが供給される第２の供給口とを有する。前記スクリュは、ニーディングスクリュ部とフライトスクリュ部とを有し、前記第２の供給口と前記ニーディングスクリュ部は平面視において重なる。

一実施の形態によれば、フィラー含有樹脂を的確に製造することができる。

一実施の形態における押出装置の側面図である。 一実施の形態における押出装置の上面図である。 フィラー供給装置を示す側面図である 押出装置のシリンダとフィラー供給装置のシリンダとの接続部近傍を示す断面図である。 図１の押出装置のシリンダの内部を示す側面図である。 図５の一部を拡大して示す部分拡大図である。 一実施の形態の押出装置を用いた製造装置の構成例を示す図である。 フルフライトスクリュを示す斜視図である。 ニーディングスクリュを示す斜視図である。 ニーディングスクリュを示す斜視図である。 ニーディングスクリュを示す斜視図である。 本発明者が検討した検討例の押出装置のシリンダ１０２の内部を示す側面図である。 図１２の一部を拡大して示す部分拡大図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

（実施の形態１）
本実施の形態のフィラー含有樹脂の製造方法においては、押出機を用いて、フィラーを溶融樹脂に混練する。

樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。これらの樹脂は、単体で用いてもよく、また、複数種類の混合物を用いてもよい。

図１は、本実施の形態における押出装置１の側面図であり、図２は、押出装置１の上面図であり、図３は、フィラー供給装置１０を示す側面図である。図１の側面図は、図２に示される矢印７の方向から押出装置１を見たときの側面図に対応している。図３の側面図は、図２に示される矢印８の方向からフィラー供給装置１０を見たときの側面図に対応している。図４は、押出装置１のシリンダ２とフィラー供給装置１０のシリンダ１１との接続部近傍を示す断面図である。図４は、図２に示されるＡ－Ａ線の位置での断面図にほぼ対応している。図５は、図２に示される矢印７の方向から押出装置１のシリンダ２を見たときの、シリンダ２の内部を示す側面図（側面透視図）である。図５には、シリンダ２内のスクリュ３の側面が示されている。図６は、図５の一点鎖線で囲まれた領域１６を拡大して示す部分拡大図である。

なお、各図には、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうちの２方向が示されているが、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向である。このうち、Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向であり、Ｚ方向は、高さ方向である。

本実施の形態の押出装置１は、樹脂（樹脂材料）とフィラーとを混合（混練）して押し出す押出装置（樹脂押し出し機、押し出し機）である。

まず、図１～図６を参照して、樹脂押し出し機である押出装置１の構成について説明する。図１および図２に示される押出装置１は、シリンダ（バレル）２と、シリンダ２に内蔵され、原料樹脂（樹脂材料）を混練するためのスクリュ３と、スクリュ３を回転させるための回転駆動機構４と、シリンダ２の上流側（後端側）に配置されたホッパ（樹脂投入部）５と、を有している。ホッパ５は、シリンダ２の上面に接続されており、ホッパ５を介してシリンダ２内に樹脂（原料樹脂、樹脂材料）を供給できるようになっている。押出装置１は、更に、フィラー供給装置（サイドフィーダ）１０も有している。

図２および図３に示されるフィラー供給装置１０は、ホッパ５よりも下流側（先端側）で、かつ、シリンダ２の先端よりも上流側において、シリンダ２の側面に接続（連結）されている。フィラー供給装置１０は、シリンダ２にフィラーを供給するための装置であり、このフィラー供給装置１０を介して、シリンダ２内にフィラーを供給できるようになっている。シリンダ２は、ヒータなどの図示しない温度調整手段（温度調節機構）によって、温度制御される。

シリンダ２は、複数のシリンダブロックからなり、それら複数のシリンダブロックは、上流側から下流側に向かう方向に配列して連結されている。このため、シリンダ２は、上流側から下流側に向かう方向に延在している。シリンダ２を構成する複数のシリンダブロックのうち、ホッパ５が接続されるシリンダブロックは、その上面に開口部（樹脂供給口）５ａを有し、その開口部５ａに連通するようにホッパ５が接続されている（図１および図５参照）。また、シリンダ２を構成する複数のシリンダブロックのうち、フィラー供給装置１０が接続されるシリンダブロックは、一方の側面に開口部（フィラー供給口）６を有し、その開口部６に連通するようにフィラー供給装置１０が接続されている（図２～図４参照）。これにより、ホッパ５に投入した樹脂は、シリンダブロック（ホッパ５が接続されたシリンダブロック）の上面の開口部（樹脂供給口）からシリンダブロック内に供給され、また、フィラー供給装置１０から、シリンダブロック（フィラー供給装置１０が接続されたシリンダブロック）の側面の開口部６を介してシリンダブロック内にフィラーが供給されるようになっている。シリンダ２において、フィラー供給用の開口部６は、樹脂供給用の開口部５ａよりも下流側に位置している。

なお、図５では、理解を簡単にするために、樹脂供給用の開口部５ａとフィラー供給用の開口部６との両方がシリンダ２の上面側に形成されている場合が示されているが、実際には、図２～図４からも分かるように、フィラー供給用の開口部６は、シリンダ２の側面側に形成されていることが好ましい。このため、図５の領域１６を拡大した図６では、シリンダ２の側面に形成されたフィラー供給用の開口部６の位置を点線で示してある。

また、シリンダ２およびスクリュ３に関して「下流側」および「上流側」と称する場合、「下流側」とは、シリンダ２内の樹脂の流れの下流側を意味し、「上流側」とは、シリンダ２内の樹脂の流れの上流側を意味する。このため、シリンダ２およびスクリュ３において、シリンダ２の先端に近い側が下流側であり、シリンダ２の先端から遠い側が上流側である。なお、シリンダ２の先端は、シリンダ２において、樹脂とフィラーとの混練物が押し出される側の端部に対応している。

図４～図６に示されるように、シリンダ２の内部には、２本のスクリュ３が回転可能（回転自在）に挿入されて内蔵されている。このため、押出装置１は、二軸押出装置（二軸押出機）とみなすこともできる。シリンダ２内において、２本のスクリュ３は、互いに噛み合うように配置されて回転する。シリンダ２の延在方向と、シリンダ２内のスクリュ３の延在方向とは、同じであり、ここではＸ方向である。

本実施の形態では、シリンダ２内のスクリュ３の数が２本の場合について説明するが、他の形態として、シリンダ２内のスクリュ３の数を１本とすることもできる。しかしながら、シリンダ２内のスクリュ３の数を２本とした場合には、空間容積を大きくとれるため、同一スクリュ口径の場合、単軸（スクリュ３が１本）よりも二軸（スクリュ３が２本）の方が原料の供給能力を高くすることができる。

次に、図１～図６に示される押出装置１の動作の概略について説明する。

ホッパ５から開口部５ａを介してシリンダ２内に原料樹脂（樹脂材料、熱可塑性樹脂）が供給され、フィラー供給装置１０から開口部６を介してシリンダ２内にフィラーが供給される。ホッパ５からシリンダ２内に供給された原料樹脂は、シリンダ２内でスクリュ３の回転により前方へ送られながら溶融される。そして、フィラー供給装置１０から開口部６を介してシリンダ２内にフィラーが供給されるため、樹脂（溶融樹脂）とフィラーとが、スクリュ３の回転により混練されながらシリンダ２内を更に前方に送られる。樹脂（溶融樹脂）とフィラーとの混練物（フィラー含有樹脂）は、シリンダ２の先端に取り付けられた金型などから押し出される。

このため、押出装置１を用いて樹脂製品（例えば後述するペレット２５）を製造する工程は、シリンダ２の開口部５ａからシリンダ２内に樹脂材料を供給する工程と、シリンダ２の開口部６からシリンダ２内にフィラーを供給する工程と、フィラー供給工程の後にシリンダ２内のスクリュ３によって樹脂材料を混錬する工程と、混錬工程の後にシリンダ２の外に樹脂を押し出す工程と、を有する。

なお、本実施の形態では、フィラー供給装置１０を押出装置１の構成要素として説明しているが、フィラー供給装置１０を押出装置１とは別要素（別装置）とみなし、フィラー供給装置１０を押出装置１にフィラーを供給する装置とみなすこともできる。

次に、押出装置１を構成するフィラー供給装置１０について、図２～図４を参照して更に説明する。

フィラー供給装置１０は、スクリュ式のフィラー供給装置である。図２～図４に示されるように、フィラー供給装置１０は、シリンダ（バレル）１１と、シリンダ１１に内蔵され、フィラー（粒子状のフィラー原料）をシリンダ２に供給するための２本のスクリュ１２と、スクリュ１２を回転させるための回転駆動機構１３と、シリンダ１１の上流側（後端側）に配置されたホッパ（フィラー投入部）１４と、を有している。ホッパ１４は、シリンダ１１の上面に接続されている。シリンダ１１は、シリンダ１１の上面に開口部（フィラー供給口）１４ａを有し、その開口部１４ａに連通するようにホッパ１４が接続されている。これにより、ホッパ１４に投入したフィラーは、シリンダ１１の上面の開口部１４ａからシリンダ１１内に供給されるようになっている。

シリンダ１１の先端（下流側先端）は、シリンダ２に接続されており、より特定的には、シリンダ２の側面に接続されている。シリンダ１１は、先端に開口部（フィラー吐出口）を有しており、そのシリンダ１１の先端の開口部と、シリンダ２の側面に設けられた開口部６とが連通するように（空間的につながるように）、シリンダ１１の先端がシリンダ２の側面に接続されている。すなわち、シリンダ１１の先端の開口部が、シリンダ２の側面の開口部６に接続されている。このため、シリンダ１１の内部（内部空洞）とシリンダ２の内部（内部空洞）とは、シリンダ２の側面の開口部６を介して連通している（空間的につながっている）。これにより、シリンダ１１の先端の開口部から、シリンダ２の側面の開口部６を介してシリンダ２内にフィラーが供給されるようになっている。シリンダ２の延在方向（ここではＸ方向）とシリンダ１１の延在方向（ここではＹ方向）とは、互いに交差する方向であり、好ましくは、互いに直交する方向である。

シリンダ１１を接続するためのシリンダ２の開口部６は、シリンダ２において、側面以外の面（上面または下面）に設けることも可能である。但し、シリンダ２の側面に開口部６を設けことが好ましく、これにより、フィラー供給装置１０のシリンダ１１から押出装置１のシリンダ２へのフィラーの供給を行いやすくなる。

なお、フィラー供給装置１０またはフィラー供給装置１０を構成するシリンダ１１に関して「下流側」および「上流側」と称する場合、「下流側」とは、シリンダ１１内のフィラーの流れの下流側を意味し、「上流側」とは、シリンダ１１内のフィラーの流れの上流側を意味する。このため、シリンダ１１において、シリンダ２の開口部６に近い側（すなわちシリンダ１１の先端に近い側）が下流側であり、シリンダ２の開口部６から遠い側（すなわちシリンダ１１の先端から遠い側）が上流側である。

フィラー供給装置１０を構成するシリンダ１１の内部（内部空洞）には、２本のスクリュ１２が回転可能（回転自在）に挿入されて内蔵されている。シリンダ１１内において、２本のスクリュ１２は、互いに噛み合うように配置されて回転する。シリンダ１１の延在方向（ここではＹ方向）と、シリンダ１１内のスクリュ１２の延在方向（ここではＹ方向）とは、同じである。

また、本実施の形態では、シリンダ１１内のスクリュ１２の数が２本の場合について説明するが、他の形態として、シリンダ１１内のスクリュ１２の数を１本とすることもできる。しかしながら、シリンダ１１内のスクリュ１２の数を２本とした場合には、空間容積を大きくとれるため、同一スクリュ口径の場合、単軸（スクリュ１２が１本）よりも二軸（スクリュ１２が２本）の方が原料の供給能力を高くすることができる。

次に、フィラー供給装置１０の動作の概略について説明する。

フィラー供給装置１０において、ホッパ１４に投入されたフィラーは、シリンダ１１の上面の開口部からシリンダ１１内に供給される。ホッパ１４に投入されるフィラーは、粒子状のフィラー（粒子状のフィラー原料）である。ホッパ１４に投入されるフィラーの粒径は、例えば０．２μｍ～５μｍ程度である。フィラーとしては、無機物のフィラーなどを用いることができ、例えばシリカ（酸化ケイ素）などを例示できる。ホッパ１４に投入されて開口部１４ａからシリンダ１１内に供給されたフィラーは、シリンダ１１内でスクリュ１２の回転により前方へ搬送される。シリンダ１１の先端に到達したフィラーは、シリンダ１１の先端の開口部から、シリンダ２の側面の開口部６を介してシリンダ２内に供給される。開口部６からシリンダ２内に供給されたフィラーは、上述したように、シリンダ２内で樹脂と混練される。

図７は、本実施の形態の押出装置１を含む製造システム２１の構成例を示す図である。図７に示される製造システム２１は、押出装置１に加えて、更に、冷却槽２３と切断装置２４とを含んでいる。

上述のように、押出装置１のシリンダ２の先端に取り付けられた金型などからフィラー含有樹脂が押し出される。この際、フィラー含有樹脂は、紐状に成型されてストランド（樹脂ストランド）２２として押し出される。押し出されたストランド２２は、冷却槽２３において冷却されて凝固（固化）する。凝固したストランド２２は、切断装置２４で所定の長さに切断される。これにより、ペレット（樹脂ペレット）２５が製造される。

このため、押出装置１を用いて樹脂製品（ここではペレット２５）を製造する工程は、押出装置１から樹脂（ここではストランド２２）を押し出した後、押し出された樹脂（ストランド２２）を冷却する工程と、その冷却工程の後、樹脂（ストランド２２）を切断する工程と、を有する。

なお、図７は、押出装置１を用いた製造システムの構成例であり、押出装置１以外の構成については、これに限定されるものではない。

次に、本実施の形態の押出装置１のシリンダ２内のスクリュ３の構造について説明する。

図５および図６からも分かるように、シリンダ２内のスクリュ３は、フルフライトスクリュにより構成される部分（フルフライトスクリュ部３ｂ）と、ニーディングスクリュにより構成される部分（ニーディングスクリュ部３ａ）とを有している。スクリュ３のうち、ニーディングスクリュにより構成される部分を、ニーディングスクリュ部３ａと称し、フルフライトスクリュにより構成される部分を、フルフライトスクリュ部３ｂと称することとする。図８は、フルフライトスクリュ（フルフライトスクリュ部）を示す斜視図であり、図９～図１１は、ニーディングスクリュ（ニーディングスクリュ部）を示す斜視図である。

なお、ニーディングスクリュとは、図９～図１１のように、複数のニーディングディスクを回転位置をずらしながら重ね合わせた構造を有している。各ニーディングディスクは、略楕円形の形状を有し、長径部と短径部とを有している。

また、複数のニーディングディスクの回転位置をずらす方向は、順方向と逆方向とがあり得る。ここで、順方向とは、ニーディングスクリュの回転により、前方（下流側）に向かう方向に原料（樹脂およびフィラー）の送り作用を生じるようにした場合に対応する。複数のニーディングディスクの回転位置を順方向にずらした場合を、順方向のニーディングスクリュと称し、図９には、順方向のニーディングスクリュが示されている。図９の場合は、同形状を有する複数（ここでは５つ）のニーディングディスクについて、中心軸方向を一致させ、かつ、回転位置（中心軸周りの回転位置）を４５°ずつ順方向にずらしながら重ね合わせている。また、逆方向とは、ニーディングスクリュの回転により、後方（上流側）に向かう方向に原料（樹脂およびフィラー）の送り作用を生じるようにした場合に対応する。複数のニーディングディスクの回転位置を逆方向にずらした場合を、逆方向のニーディングスクリュと称し、図１０には、逆方向のニーディングスクリュが示されている。図１０の場合は、同形状を有する複数（ここでは５つ）のニーディングディスクについて、中心軸方向を一致させ、かつ、回転位置（中心軸周りの回転位置）を４５°ずつ逆方向にずらしながら重ね合わせている。逆方向にずらした場合は、ニーディングスクリュを設けている混練領域に原料がせき止められるため、強力な混練作用が得られる。また、図１１には、複数（ここでは５つ）のニーディングディスクの回転位置を９０°ずつずらしながら重ね合わせた場合が示されているが、この場合は、ニーディングスクリュの回転は、原料（樹脂およびフィラー）の送り作用に寄与しない。このため、ニーディングスクリュによる原料の混練作用は、複数のニーディングディスクの回転位置を順方向にずらした場合（図９）よりも、９０°ずつずらした場合（図１１）の方が大きく、９０°ずつずらした場合（図１１）よりも、逆方向にずらした場合（図１０）の方が更に大きくなる。

また、フルフライトスクリュとは、フルフライト形状を有するスクリュのことであり、スクリュの外周側面にフルフライトが形成されているスクリュに対応している。フルフライトとは、フライトの両側面（すなわち上流側の側面と下流側の側面）が、曲面（湾曲面）形状に形成されたフライトである。フルフライトは、スクリュの側面に螺旋状に延在している。

また、他の形態として、フルフライトスクリュ部３ｂの代わりに、角フライトスクリュにより構される角フライトスクリュ部を適用することもできる。

なお、角フライトスクリュとは、角フライト形状を有するスクリュのことであり、スクリュの外周側面に角フライトが形成されているスクリュに対応している。角フライトとは、フライトの両側面（すなわち上流側の側面と下流側の側面）が、スクリュの外周側面に対して略垂直な面（垂直面形状）となるように形成されたフライトに対応している。このため、角フライトの延在方向に略垂直な断面において、角フライトの断面形状は、長方形状となる。角フライトは、スクリュの側面に螺旋状に延在している。

このため、フルフライトスクリュ部３ｂは、上位概念として、フライトスクリュ部とみなすこともできる。ここで、フライトスクリュとは、側面にフライトが螺旋状に形成されたスクリュに対応しており、フルフライトスクリュおよび角フライトスクリュは、それぞれフライトスクリュの一種である。但し、角フライトスクリュよりも、フルフライトスクリュの方が、セルフクリーニング効果が高い。このため、スクリュ３を構成するフライトスクリュ部として、フルフライトスクリュにより構成されるフルフライトスクリュ部３ｂを用いることにより、セルフクリーニング効果によってスクリュ表面付近での樹脂およびフィラーの滞留を抑制することができる。

本実施の形態の押出装置１においては、シリンダ２のフィラー供給位置（すなわちフィラー供給用の開口部６が形成されている位置）では、スクリュ３は、ニーディングスクリュにより構成されている。言い換えると、シリンダ２のフィラー供給位置（すなわちフィラー供給用の開口部６が形成されている位置）には、フルフライトスクリュ部３ｂではなく、ニーディングスクリュ部３ａが配置されている。更に言い換えると、フィラー供給用の開口部６は、フルフライトスクリュ部３ｂではなくニーディングスクリュ部３ａと平面視において重なっている。このため、ニーディングスクリュ部３ａに、フィラー供給装置１０から開口部６を介してフィラーが供給されるようになっている。

ここで、開口部６が形成された位置のシリンダ２内に配置されたニーディングスクリュ部３ａを、符号３ａ１を付してニーディングスクリュ部３ａ１と称することとする。このため、フィラー供給用の開口部６は、ニーディングスクリュ部３ａと平面視において重なっている。

なお、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）とが平面視において重なっていることは、シリンダ２の外部から、フィラー供給用の開口部６に向かう方向（開口部６に対して略垂直な方向に対応）にシリンダ２を透視して見たときに、開口部６とシリンダ２内のニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）とが重なっていることを意味する。このため、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）とが平面視において重なっている場合には、シリンダ２の外部からフィラー供給用の開口部６に向かう方向にシリンダ２を見たとすると、シリンダ２の開口部６からニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）が露出して見えることになる。シリンダ２の側面に開口部６が形成されている場合は、図６のように、開口部６が形成されたシリンダ２の側面を側方から透視して見たときに、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）とが重なることになる。また、シリンダ２の上面に開口部６が形成されている場合であれば、開口部６が形成されたシリンダ２の上面を上方から透視して見たときに、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）とが重なることになる。

図５および図６に示されるように、ニーディングスクリュ部３ａ１の下流側には、フルフライトスクリュ部３ｂが配置され、その更に下流側には、ニーディングスクリュ部３ａを含む混練領域１７が配置されている。つまり、ニーディングスクリュ部３ａ１と混練領域１７との間では、スクリュ３は、フルフライトスクリュ部３ｂにより構成されている。

混練領域１７は、樹脂とフィラーとの混練を主として担う領域であり、混練作用を高めるために、混練領域１７におけるスクリュ３は、ニーディングスクリュ部３ａを含んでいる。図５の場合は、混練領域１７におけるスクリュ３は、ニーディングスクリュ部３ａとフルフライトスクリュ部３ｂとにより構成されているが、他の形態として、混練領域１７のスクリュ３がニーディングスクリュ部３ａのみにより構成される場合もあり得る。混練領域１７の下流側には、フルフライトスクリュ部３ｂが配置されている。

開口部６からシリンダ２内に供給されたフィラーは、ニーディングスクリュ部３ａ１により樹脂材料と混合されながらニーディングスクリュ部３ａ１よりも下流側のフルフライトスクリュ部３ｂに搬送され、そのフルフライトスクリュ部３ｂにより混練領域１７に搬送される。混練領域１７では、主としてニーディングスクリュ部３ａにより樹脂材料とフィラーとが混練される。混練領域１７で混練されたフィラー含有樹脂（樹脂とフィラーとの混練物）は、混練領域１７よりも下流側のフルフライトスクリュ部３ｂにより搬送されて、シリンダ２の先端に取り付けられた金型などから押し出される。

また、シリンダ２の樹脂供給位置（すなわち樹脂供給用の開口部５ａが形成されている位置）では、スクリュ３は、フルフライトスクリュにより構成されている。言い換えると、シリンダ２の樹脂供給位置（すなわち樹脂供給用の開口部５ａが形成されている位置）には、ニーディングスクリュ部３ａではなく、フルフライトスクリュ部３ｂが配置されている。更に言い換えると、フィラー供給用の開口部６は、ニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）と平面視において重なっている。このため、ホッパ５から開口部５ａを介してフルフライトスクリュ部３ｂに樹脂材料が供給されるようになっている。開口部５ａからシリンダ２内に供給された樹脂材料は、フルフライトスクリュ部３ｂにより下流側に搬送される。

また、フィラー供給装置１０用のスクリュ１２は、フィラーの搬送作用を有しているが、樹脂の混練作用は要求されない。このため、フィラー供給装置１０用のスクリュ１２としては、フライトスクリュを用いることができ、具体的には、フルフライトスクリュまたは角フライトスクリュを用いることができる。

＜検討の経緯＞
本発明者は、樹脂とフィラーとを混練する押出装置について検討している。このため、押出装置のシリンダ（上記シリンダ２に対応）に樹脂とフィラーとを供給する必要がある。

押出装置のシリンダ内に樹脂とフィラーとを一緒に供給した場合には、樹脂に対するフィラーの比率を大きくしにくい。一方、押出装置のシリンダに樹脂とフィラーとを別々に供給する場合には、樹脂に対するフィラーの比率を大きくしやすい。

そこで、本発明者は、押出装置のシリンダ内に樹脂を供給してシリンダ内のスクリュによりシリンダ内を搬送させるとともに、樹脂供給位置よりも下流側において、押出装置のシリンダ内にフィラー供給装置（サイドフィーダ）などを用いてフィラーを供給することについて、検討している。

図１２は、本発明者が検討した検討例の押出装置１０１のシリンダ１０２の内部を示す側面図（側面透視図）であり、シリンダ１０２内のスクリュ１０３の側面が示されている。図１３は、図１２の領域１１６を拡大して示す部分拡大図である。図１２および図１３は、上記図５および図６にそれぞれ対応するものである。

図１２および図１３に示されるように、検討例の押出装置１０１は、上記シリンダ２に相当するシリンダ１０２と、シリンダ１０２内に回転可能（回転自在）に配置されたスクリュ１０３とを有している。ホッパ（上記ホッパ５に相当）から開口部１０５ａを介してシリンダ１０２内に供給された原料樹脂は、シリンダ１０２内でスクリュ１０３の回転により前方へ送られながら溶融される。そして、フィラー供給装置（上記フィラー供給装置１０に相当）から開口部１０６を介してシリンダ１０２内にフィラーが供給されるため、樹脂（溶融樹脂）とフィラーとが、スクリュ１０３の回転により混練されながらシリンダ１０２内を更に前方に送られる。樹脂（溶融樹脂）とフィラーとの混練物（フィラー含有樹脂）は、シリンダ１０２の先端に取り付けられた金型などから押し出される。シリンダ１０２の側面におけるフィラー供給装置の接続位置には、上記開口部６に相当する開口部１０６が設けられており、フィラー供給装置からシリンダ１０２の側面の開口部１０６を介してシリンダ１０２内にフィラーが供給される。

検討例の押出装置１０１が本実施の形態の検討例の押出装置１と主として相違しているのは、シリンダ１０２内に配置されているスクリュ１０３の構成である。具体的には、検討例の押出装置１０１においては、シリンダ１０２のフィラー供給位置（すなわちフィラー供給用の開口部１０６が形成されている位置）では、スクリュ１０３は、ニーディングスクリュ部１０３ａではなく、フルフライトスクリュ部１０３ｂにより構成されている。つまり、フィラー供給用の開口部１０６は、ニーディングスクリュ部１０３ａではなくフルフライトスクリュ部１０３ｂと平面視において重なっている。フルフライトスクリュは、樹脂の搬送能力が高いため、樹脂の搬送部には適していると考えられる。

しかしながら、本発明者の検討によれば、検討例の押出装置１０１を用いた場合には、以下に説明するような課題が生じ得ることが分かった。

押出装置のシリンダ内に供給するフィラーとして、粒子状のフィラー３１を用いる場合には、粒子状のフィラー３１が凝集してしまう虞がある。例えば、静電気などにより、粒子状のフィラー３１が凝集し得る。粒子状のフィラーが凝集すると、凝集したフィラー粒子の塊（だま）が形成される。以下、凝集したフィラー粒子の塊（だま）を、凝集体３２と称する。例えば、フィラー供給装置（上記フィラー供給装置１０に相当）に供給されたフィラー３１がシリンダ１０２内に供給されるまでに凝集して、凝集体３２が形成される。

開口部１０６からシリンダ１０２内に凝集体３２が導入されると、凝集体３２は、スクリュ１０３の回転により樹脂と一緒にシリンダ１０２内を搬送される。その際、凝集体３２の表面が樹脂によりコーティングされることにより、個々の凝集体３２を構成するフィラー粒子は、分散されずに凝集した状態を維持する。このため、凝集体３２は、フィラー粒子の凝集状態を維持したまま、シリンダ１０２内を樹脂と一緒に搬送され、混練領域１１７に到達する。混練領域１１７は、樹脂とフィラーとの混練を主として担う領域であり、混練作用を高めるために、混練領域１１７のスクリュ１０３は、ニーディングスクリュ部１０３ａを含んでいる。図１２の場合は、混練領域１１７のスクリュ１０３は、全体がニーディングスクリュ部１０３ａにより構成されている。すなわち、シリンダ１０２内における樹脂を搬送する搬送領域では、スクリュ１０３はフルフライトスクリュ部１０３ｂにより構成され、シリンダ１０２内における樹脂を混練する混練領域１１７では、スクリュ１０３は、ニーディングスクリュ部１０３ａにより構成されている。

混練領域１１７において、樹脂と凝集体３２とが混練されるが、凝集体３２を構成するフィラー粒子を樹脂中に分散させるためには、スクリュ１０３による樹脂の混練能力を高くし、高いせん断応力を樹脂に加える必要がある。しかしながら、高いせん断応力が樹脂に加わった場合には、樹脂の特性の劣化を招く虞がある。例えば、樹脂を構成する高分子の分子鎖が切断されるなどして、高分子の分子量が小さくなり、樹脂の固有粘度（intrinsic viscosity）が低下する虞がある。これは、押出装置から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性の低下につながる虞があるため、望ましくない。

一方、混練領域１１７において、凝集体３２を構成するフィラー粒子を樹脂中に十分に分散させることができなかった場合には、押出装置から押し出されたフィラー含有樹脂中では、フィラー粒子が凝集体３２として凝集した状態のままとなり、フィラー含有樹脂中のフィラーの分散度が低くなる。この場合も、押出装置から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性の低下を招く虞がある。

このため、混練領域において高いせん断応力を樹脂に加えなくとも、フィラー粒子が樹脂中に的確に分散されたフィラー含有樹脂を得られるようにすることが望まれる。

＜主要な構成と効果について＞
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、スクリュ３がニーディングスクリュ部３ａとフルフライトスクリュ部３ｂとを有し、フィラー供給用の開口部６（第２供給口）が形成された位置のシリンダ２内には、ニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）が配置されていることである。つまり、本実施の形態の押出装置１においては、シリンダ２のフィラー供給位置（すなわちフィラー供給用の開口部６が形成されている位置）では、スクリュ３は、ニーディングスクリュにより構成されている。言い換えると、本実施の形態の押出装置１においては、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）は、平面視において重なっている。

上記検討例の押出装置１０１（図１２および図１３）の場合は、フィラー供給用の開口部１０６が形成された位置のシリンダ１０２内には、フルフライトスクリュ部１０３ｂが配置されている。このため、粒子状のフィラー３１が凝集した状態で開口部１０６からシリンダ１０２内に供給された場合は、凝集体３２は、フルフライトスクリュ部１０３ｂにより樹脂と一緒にシリンダ１０２内を搬送される。その際、凝集体３２の表面が樹脂によりコーティングされることにより、個々の凝集体３２を構成するフィラー粒子は、分散されずに凝集した状態を維持し、その状態で混練領域１１７に到達することになる。

それに対して、本実施の形態の場合は、フィラー供給用の開口部６（第２供給口）が形成された位置のシリンダ２内には、フルフライトスクリュ部３ｂではなく、ニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）が配置されている。言い換えると、フィラー供給用の開口部６とニーディングスクリュ部３ａ（３ａ１）は、平面視において重なっている。ニーディングスクリュは、フルフライトスクリュや角フライトスクリュのようなフライトスクリュに比べて、樹脂材料とフィラーとを混合（混練）する作用が高い。このため、粒子状のフィラー３１が凝集した状態で開口部６からシリンダ２内に供給された場合は、凝集体３２の表面が樹脂によりコーティングされてしまう前に、ニーディングスクリュ部３ａ１によって凝集体３２と樹脂材料とが混合（混練）されることにより、樹脂材料中に粒子状のフィラー３１を分散させることができる。つまり、開口部６からシリンダ２内に供給された凝集体３２を、混合（混練）作用が高いニーディングスクリュ部３ａ１によって速やかに樹脂材料と混合することにより、凝集体３２の表面が樹脂によりコーティングされてしまう前に、凝集体３２の凝集状態を解き、粒子状のフィラー３１を樹脂材料中に分散させることができる。

このため、ニーディングスクリュ部３ａ１によって樹脂材料とフィラー（開口部６から供給されたフィラー）とを混合することにより、粒子状のフィラー３１を樹脂材料中に分散させ、そのフィラーが分散した樹脂材料をニーディングスクリュ部３ａ１よりも下流側のフルフライトスクリュ部３ｂによって混練領域１７は搬送し、その混練領域１７で更に混合（混練）することができる。混練領域１７に到達した段階で、凝集体３２の凝集状態は解消され、樹脂材料中にフィラーがある程度分散されているため、混練領域１７では、それほど高いせん断応力を樹脂材料に加えなくとも、樹脂材料とフィラーとを容易かつ的確に混合（混練）して、フィラーが樹脂材料中に十分に分散したフィラー含有樹脂を得ることができる。混練領域１７で樹脂材料に加わるせん断応力を抑制できるため、樹脂材料の特性の劣化を抑制または防止することができる。例えば、樹脂材料に加わるせん断応力が大きいと、樹脂材料を構成する高分子の分子鎖が切断されるなどして、高分子の分子量が小さくなり、樹脂の固有粘度が低下する懸念があるが、そのような懸念を排除できる。これにより、押出装置１を用いてフィラー含有樹脂を的確に製造することができ、押出装置１から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性や信頼性を向上させることができる。

例えば、図１２の検討例の押出装置１０１の場合は、混練領域１１７におけるスクリュ１０３は、全体がニーディングスクリュ部１０３ａにより構成されており、ニーディングの枚数もかなり多い。一方、図５（本実施の形態）の場合は、混練領域１７におけるスクリュ３は、ニーディングスクリュ部３ａとフルフライトスクリュ部３ｂとにより構成されており、図１２の場合に比べてニーディングディスクの枚数も少ない。このため、図１２の検討例の押出装置１０１の場合よりも、図５（本実施の形態）の場合の方が、混練領域（１７，１１７）で樹脂材料に加わるせん断応力を抑制することができ、従って、樹脂材料の特性の劣化を抑制することができる。

また、本実施の形態では、押出装置１から押し出されたフィラー含有樹脂中で、フィラー粒子が凝集体３２として凝集した状態となるのを的確に抑制または防止できる。このため、フィラー粒子が樹脂中に十分に分散したフィラー含有樹脂を押出装置１から押し出すことができる。これにより、押出装置１を用いてフィラー含有樹脂を的確に製造することができ、押出装置１から押し出されたフィラー含有樹脂を用いて製造される製品の特性や信頼性を向上させることができる。

また、ニーディングスクリュ部３ａ１は、図９～図１１のいずれのタイプのニーディングスクリュにより構成されていてもよいが、順方向のニーディングスクリュ（図９）により構成されていれば、より好ましい。順方向のニーディングスクリュ（図９）は、逆方向のニーディングスクリュ（図１０）や９０°ずつニーディングディスクをずらしたニーディングスクリュ（図１１）に比べて、樹脂材料に加わるせん断応力を抑制しやすい。このため、ニーディングスクリュ部３ａ１を順方向のニーディングスクリュ（図９）により構成することにより、ニーディングスクリュ部３ａ１によって樹脂材料に加わるせん断応力をある程度抑制して、樹脂材料の特性の劣化をより的確に抑制または防止することができる。また、ニーディングスクリュ部３ａ１は、開口部６からシリンダ２内に供給された凝集体３２の凝集状態を解いて粒子状のフィラー３１を樹脂材料中にある程度分散させることができる程度の混練作用を有していればよく、それは、ニーディングスクリュ部３ａ１が順方向のニーディングスクリュの場合も、達成することができる。

また、シリンダ２内におけるニーディングスクリュ部３ａ１の下流側には、好ましくはフルフライトスクリュ部３ｂが配置されており、そのフルフライトスクリュ部３ｂの下流側には、好ましくはニーディングスクリュ部３ａ（混練領域１７に含まれるニーディングスクリュ部３ａ）が配置されている。これにより、開口部６からシリンダ２内に供給されたフィラーは、ニーディングスクリュ部３ａ１により樹脂材料と混合されながらフルフライトスクリュ部３ｂに搬送され、そのフルフライトスクリュ部３ｂにより混練領域１７に搬送することができる。ニーディングスクリュ部３ａ１により樹脂材料とフィラーとを混合することにより、樹脂材料中にフィラーを分散させることができ、そのフィラーが分散された樹脂材料を、ニーディングスクリュ部３ａ１の下流側のフルフライトスクリュ部３ｂによって、混練領域１７へ的確に搬送することができる。そして、混練領域１７のニーディングスクリュ部３ａにより、フィラーが分散された樹脂材料を更に的確に混合（混練）することができ、樹脂材料中へのフィラーの分散度を更に高めることができる。

また、樹脂供給用の開口部５ａ（第１供給口）が形成された位置のシリンダ２には、ニーディングスクリュ部３ａではなく、フルフライトスクリュ部３ｂが配置されていることが好ましい。言い換えると、シリンダ２における樹脂供給用の開口部５ａは、フルフライトスクリュ部３ｂと平面視において重なっていることが好ましい。これにより、開口部５ａからシリンダ２内に供給された樹脂材料を、フルフライトスクリュ部３ｂによって的確に搬送することができる。

なお、樹脂供給用の開口部５ａとフルフライトスクリュ部３ｂとが平面視において重なっていることは、シリンダ２の外部から、樹脂供給用の開口部５ａに向かう方向（開口部５ａに対して略垂直な方向に対応）にシリンダ２を透視して見たときに、開口部５ａとシリンダ２内のフルフライトスクリュ部３ｂとが重なっていることを意味する。このため、樹脂供給用の開口部５ａとフルフライトスクリュ部３ｂとが平面視において重なっている場合には、シリンダ２の外部から樹脂供給用の開口部５ａに向かう方向にシリンダ２を見たとすると、シリンダ２の開口部５ａからフルフライトスクリュ部３ｂが露出して見えることになる。シリンダ２の上面に開口部５ａが形成されている場合は、開口部５ａが形成されたシリンダ２の上面を上方から透視して見たときに、樹脂供給用の開口部５ａとフルフライトスクリュ部３ｂとが重なることになる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１ 押出装置
２ シリンダ
３ スクリュ
３ａ，３ａ１ ニーディングスクリュ部
３ｂ フルフライトスクリュ部
４ 回転駆動機構
５ ホッパ
５ａ 開口部
６ 開口部
７，８ 矢印
１０ フィラー供給装置
１１ シリンダ
１２ スクリュ
１３ 回転駆動機構
１４ ホッパ
１４ａ 開口部
１６ 領域
１７ 混練領域
２１ 製造システム
２２ ストランド
２３ 冷却槽
２４ 切断装置
２５ ペレット
３１ フィラー
３２ 凝集体
１０１ 押出装置
１０２ シリンダ
１０３ スクリュ
１０３ａ ニーディングスクリュ部
１０３ｂ フルフライトスクリュ部
１０５ａ 開口部
１０６ 開口部
１１７ 混練領域

Claims (16)

1. 以下を含む樹脂押し出し機：
   樹脂材料が供給される第１の供給口と、フィラーが供給される第２の供給口とを有する第１のシリンダ；および
   前記第１のシリンダに内蔵され、前記樹脂材料を混練するための第１のスクリュ、
   ここで、前記第１のスクリュは、第１のニーディングスクリュ部と第１のフライトスクリュ部とを有し、
   前記第２の供給口と前記第１のニーディングスクリュ部は平面視において重なる。
2. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１のニーディングスクリュ部は、順方向のニーディングスクリュにより構成されている、樹脂押し出し機。
3. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１のシリンダ内における前記第１のニーディングスクリュ部の下流側に前記第１のフライトスクリュ部が配置されている、樹脂押し出し機。
4. 請求項３記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１の供給口から前記第１のシリンダ内に供給された前記フィラーは、前記第１のニーディングスクリュ部により前記樹脂材料と混合されながら前記第１のフライトスクリュ部に搬送される、樹脂押し出し機。
5. 請求項３記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１のスクリュは、第２のニーディングスクリュ部を有し、
   前記第１のフライトスクリュ部の下流側に前記第２のニーディングスクリュ部が配置されている、樹脂押し出し機。
6. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１のスクリュは、第２のフライトスクリュ部を有し、
   前記第１の供給口が形成された位置の前記第１のシリンダには、前記第２のフライトスクリュ部が配置されている、樹脂押し出し機。
7. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
   前記フィラーは、粒子状のフィラーである、樹脂押し出し機。
8. 請求項７記載の樹脂押し出し機において、
   前記粒子状のフィラーは、凝集した状態で、前記第１の供給口から前記第１のシリンダ内に供給される、樹脂押し出し機。
9. 請求項８記載の樹脂押し出し機において、
   前記第１の供給口から前記第１のシリンダ内に供給された前記フィラーは、前記第１のニーディングスクリュ部により前記樹脂材料と混合されることにより、前記樹脂材料中に分散する、樹脂押し出し機。
10. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
    前記フィラーを前記第２の供給口から前記第１のシリンダに供給するための第２のスクリュを内蔵する第２のシリンダを更に有し、
    前記第２のシリンダは、前記第１のシリンダの前記第２の供給口に接続されている、樹脂押し出し機。
11. 請求項１０記載の樹脂押し出し機において、
    前記第２のシリンダは、前記フィラーが供給される第３の供給口を有し、
    前記第３の供給口から前記第２のシリンダ内に供給された前記フィラーは、前記第２のスクリュにより搬送されて、前記第１の供給口から前記第１のシリンダ内に供給される、樹脂押し出し機。
12. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
    前記第１のフライトスクリュ部は、フルフライトスクリュにより構成されている、樹脂押し出し機。
13. 請求項１記載の樹脂押し出し機において、
    前記第１のシリンダに内蔵される前記第１のスクリュの数は２本である、樹脂押し出し機。
14. 以下の工程を含む、樹脂製品の製造方法：
    （ａ）第１の供給口からシリンダ内に樹脂材料を供給する工程；
    （ｂ）第２の供給口から前記シリンダ内にフィラーを供給する工程；
    （ｃ）工程（ｂ）の後、前記シリンダ内のスクリュによって前記樹脂材料を混錬する工程；
    （ｄ）工程（ｃ）の後、樹脂を前記シリンダの外に押し出す工程、
    ここで、前記スクリュは、ニーディングスクリュ部とフライトスクリュ部とを有し、
    前記第２の供給口と前記ニーディングスクリュ部は平面視において重なる。
15. さらに以下の工程を含む、請求項１４に記載の樹脂製品の製造方法：
    （ｅ）工程（ｄ）の後、前記樹脂を冷却する工程。
16. さらに以下の工程を含む、請求項１５に記載の樹脂製品の製造方法：
    （ｆ）工程（ｅ）の後、前記樹脂を切断する工程。

Images