JP3737931B2 - 押出成形機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱シリンダ内にて樹脂材をスクリュによって剪断および溶融しつつ移送し、絞り形状を呈する加熱シリンダの先端部からダイを介して薄膜状または細線状の溶融樹脂を連続的に出力する押出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出成形機において、スクリュに印加される背圧は重要なファクタである。
【０００３】
従来、スクリュの背圧を調整する方法として、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、加熱シリンダの外部（加熱シリンダの先端部から出力された後）の溶融樹脂の流路断面積を調整する方法が採られていた。即ち、図３（ａ）を参照して、この調整方法は、スロットルニードル法とも呼ばれ、スクリュ２５０を内蔵した加熱シリンダ２１０の先端部にクロスヘッド３１０を取り付け、クロスヘッド３１０に螺入させたニードルバルブ３２０の螺入量を調整することで、溶融樹脂の溜まり具合や流れを調整するものである。また、図３（ｂ）を参照して、この調整方法は、オリフィス法とも呼ばれ、スクリュ２５０を内蔵した加熱シリンダ２１０の先端部にクロスヘッド４１０を取り付け、さらに、クロスヘッド４１０にオリフィス４３０を備えたアダプタ４２０を取り付ける。このアダプタ４２０として、種々の絞り形状を呈するオリフィス４３０を備えたものを複数用意し、それを交換することで、溶融樹脂の溜まり具合や流れを調整するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３（ａ）および（ｂ）に示した例をも含め、従来のスクリュ背圧調整方法では、押出成形機の稼動を一旦停止させたり、分解組み立てが必要であり、生産効率の低下を招くという問題点がある。また、クロスヘッドやアダプタの内部にて流路断面積が変化しているため、溶融樹脂の剪断発熱により局部的に温度が上昇してしまい、得られた成形品の品質に劣るという問題点もある。
【０００５】
尚、例えば、特開平１０−２８６８７３号公報には、加熱シリンダの先端部から出力された後の溶融樹脂の流路断面積ではなく、加熱シリンダの先端部から出力される前（即ち、加熱シリンダ内部）の溶融樹脂の流路断面積を、加熱シリンダ内の絞り面とスクリュの先端面とのギャップを変化させることにより調整する方法が開示されている。しかし、この公報に開示された押出成形機では、スクリュの移動調整を油圧で行っているために流路断面積の精密な調整が困難であると共に、後述するスクリュの冷却について考慮がなされていない。
【０００６】
押出成形機においては、粒状の樹脂材、即ち固体をスクリュによって剪断することにより生ずる樹脂材の剪断発熱を利用している。このため、押出成形機の稼動時間の経過に伴い、スクリュはかなりの高温に温度上昇する。スクリュが過剰に温度上昇していると、ホッパを通して加熱シリンダ内に投入された樹脂材が投入直後に既に溶融することになる。この投入直後に溶融した樹脂は粘度が低いため、スクリュによって加熱シリンダ先端部に向けて移送できずにいわば空回り状態が起こる。この結果、加熱シリンダの先端部から成形品が一定出力されず、成形不良となる。このため、スクリュを冷却すことが要望されているが、上記公報に開示された例をも含め、回転しているスクリュを十分に冷却することは困難である。
【０００７】
それ故、本発明の技術的課題は、クロスヘッド等を用いて加熱シリンダから出力された後の溶融樹脂の流路断面積を調整することなく、スクリュの背圧を調整できると共に、スクリュを十分に冷却できる押出成形機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、加熱シリンダ内にて樹脂材をスクリュによって剪断および溶融しつつ移送し、絞り形状を呈する該加熱シリンダの先端部から溶融樹脂を連続的に出力する押出成形機において、前記スクリュをその軸方向に駆動して該スクリュの先端面と前記加熱シリンダ内の絞り面とのギャップを加減することによって該スクリュに印加される背圧を調整するためのスクリュ背圧調整手段を有し、前記スクリュ背圧調整手段は、前記スクリュに対して同軸外周上に位置するように前記押出成形機の固定的部材に固定された円筒雌ネジ部と、前記円筒雌ネジ部内に螺合すると共に、前記スクリュに対して周方向には個別に回転する一方、軸方向には一体に移動するように該スクリュに係合した円筒雄ネジ部と、前記円筒雄ネジ部に該円筒雄ネジ部に対して回転動作を与えられるように機械的に接続され、該円筒雄ネジ部を回転駆動することによって前記スクリュをその軸方向に駆動するアクチュエータと、前記スクリュの軸方向の位置または前記円筒雄ネジ部の周方向の位置を検出することによって前記ギャップの寸法を検出するギャップセンサと、前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を入力するための樹脂圧入力器と、前記入力器を通して入力された前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を複数記憶可能な樹脂圧メモリと、前記樹脂圧メモリに記憶された複数の前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力のうちから任意の溶融樹脂圧力を指定するための樹脂圧指定器と、前記樹脂圧センサの検出結果が前記樹脂圧指定器を通して指定された圧力になるように、前記ギャップセンサの検出結果を参照しながら、前記アクチュエータの動作を制御するスクリュ背圧制御回路とを備えていることを特徴とする押出成形機が得られる。
【０００９】
本発明によればまた、前記スクリュ背圧調整手段は、前記円筒雄ネジ部の回転を解放可能に固定するネジ部係留手段を備える前記押出成形機が得られる。
【００１０】
本発明によればさらに、前記スクリュは、その基端から先端に向かって所定の位置まで延びる中空部を備えており、該中空部内には、冷却用媒体が流通される前記押出成形機が得られる。
【００１１】
本発明によればまた、前記中空部は、前記スクリュの前記基端から樹脂材の供給位置まで前記先端に向かって延びている前記押出成形機が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による押出成形機を説明する。
【００１３】
図１を参照して、実施の形態１による押出成形機は、従来例と同様に、加熱シリンダ１０内にて樹脂材をスクリュ５０によって剪断および溶融しつつ移送し、先端に向かって漸次絞られた形状の絞り面を持つ加熱シリンダ１０の先端部から溶融樹脂を連続的に出力する押出成形機である。
【００１４】
スクリュ５０は、図中左側の基端部５１と、図中右側のフライトを備えたスクリュ部５２と、両部間に位置し、雄スプラインまたはキー等を備えた回転力伝達部５３とを備えている。基端部５１および回転力伝達部５３は、中空軸４２によって軸方向に摺動自在に支持されている。中空軸４２には、回転力伝達部５３と対向した内周面に雌スプラインまたはキー溝が形成されていると共に、外周部には歯車４２ａが形成されている。したがって、スクリュ５０は、中空軸４２に対し、回転は拘束される一方、軸方向には自由に移動できるように支持されている。そして、スクリュ５０は、図示しない回転動力源によって変速機ケース４１内の図示を省略した変速機構ならびに中空軸４２の歯車４２ａを介して回転駆動される。また、スクリュ５０のスクリュ部５２は、加熱シリンダ１０内に、スクリュ部５２の特に回転力伝達部５３側は、冷却シリンダ３０内に収容されている。冷却シリンダ３０の上方からは、図示しないホッパを通して、粒状の樹脂材が投入される。
【００１５】
さて、図１および図２を参照して、本押出成形機は、スクリュ５０をその軸方向に移動してスクリュ５０の先端面と加熱シリンダ１０先端部の絞り面とのギャップＧを加減することによってスクリュ５０に印加される背圧を調整するためのスクリュ背圧調整手段を有している。
【００１６】
スクリュ背圧調整手段は、スクリュ５０に対して同軸外周上に位置するように押出成形機の固定的部材（本例では、変速機ケース４１）に固定された円筒雌ネジ部７１と、円筒雌ネジ部７１の内周面に形成された雌ネジ部分に螺合すると共に、スクリュ５０に対して周方向には個別に回転する一方、軸方向には一体に移動するようにスクリュ５０の外周面上にベアリング７３を介して係合した円筒雄ネジ部７２と、円筒雄ネジ部７２の外周面上に設けられた環状の歯車７８と、歯車７８に係合する歯車７９と、歯車７９に連結されて歯車７９を回転駆動するアクチュエータ（本例では、ブレーキ付き電気モータ）７７と、アクチュエータ７７に取り付けられ、スクリュ５０の軸方向の位置または円筒雄ネジ部７２の周方向の位置を検出することによってギャップＧの寸法を検出するギャップセンサとしてのエンコーダ９３と、加熱シリンダ１０内の溶融樹脂圧力を検出する樹脂圧センサ９８と、希望する加熱シリンダ１０内の溶融樹脂圧力を入力するための樹脂圧入力器９７と、入力器を通して入力された加熱シリンダ１０内の溶融樹脂圧力を複数記憶可能な樹脂圧メモリ１０１ａと、樹脂圧メモリ１０１ａに記憶された加熱シリンダ１０内の複数の溶融樹脂圧力のうちから任意の溶融樹脂圧力を指定するための樹脂圧指定器１０２と、樹脂圧センサ９８の検出結果が樹脂圧指定器１０２を通して指定された圧力になるように、エンコーダインターフェース９４を介してエンコーダ９３の検出結果を参照しながら、アクチュエータ７７の動作を制御するスクリュ背圧制御回路１０１とを備えている。尚、円筒雄ネジ部７２の回転駆動はスクリュ５０の回転中でも可能であるため、押出成形機の稼動中であっても、背圧調整が可能である。
【００１７】
尚、本発明においては、溶融樹脂圧力を設定した上限値以下に維持できるため、溶融樹脂の温度が低かったり、樹脂流路内に設けれている異物フィルタ（図示せず）に目詰まりが生じた場合であっても、スクリュの背圧を下げることで、加熱シリンダ１０等の内部に過剰な圧力がかかることがなく、成形不良の発生や故障や事故を防止できる。本発明では特に、希望する溶融樹脂圧力を複数記憶させておき、その中から一つを容易に選択し、その値に維持できるため、例えば、樹脂材料や成形品等の種類に応じてそれぞれに最適な溶融樹脂圧力を複数記憶させておけば、樹脂材料種や成形品種を変更しても、迅速かつ正確に対応できる。
【００１８】
また、アクチュエータ７７には、歯車７９の回転を停止するためのブレーキ装置が設けられており、これによって、円筒雄ネジ部７２がスクリュ５０の回転に伴って共回りしてギャップＧが不要に変化することがない。
【００１９】
さらに、スクリュ５０は、その基端から先端に向かって所定の位置まで延びる中空部５４を備えている。中空部５４内には、挿入管５４ａが挿入されており、ロータリージョイント６１ならびに冷媒管６２および６３を介して冷却用媒体が流通され、スクリュ５０は内部から冷却される。このように内部冷却構造にできたのは、本発明によるスクリュ位置調整手段がスクリュ５０の基端付近を占有することがないからである。尚、中空部５４は、スクリュ５０の基端から樹脂材の供給位置まで先端に向かって延びている。これは、基端からこの位置までは課題を解決するための手段で述べたように冷却が必要である一方、この位置よりも先端側を冷却する必要はないからである。
【００２０】
さて、変速機構、中空軸４２外周の歯車４２ａ、および中空軸４２内のキー構造またはスプライン構造を介して回転動力源によってスクリュ５０が回転駆動されると共に、冷却シリンダ３０上方から樹脂材が投入される。樹脂材は、加熱シリンダ１０内にてスクリュ部５２によって剪断および溶融されつつ移送され、絞り形状を呈する加熱シリンダ１０の先端部から溶融樹脂として連続的に出力される。本押出成形機の稼動中、スクリュ５０は、ロータリージョイント６１ならびに冷媒管６２および６３を介して中空部５４（挿入管５４ａ）内に冷却用媒体が流通され、内部から冷却される。
【００２１】
ここで、スクリュ背圧制御回路９１は、その樹脂圧メモリ１０１ａに、加熱シリンダ１０内の溶融樹脂圧力が予め複数書き換え可能に記憶されている。これら複数の樹脂圧値は、樹脂材料や成形品等の種類に応じてそれぞれに最適な値であって、樹脂圧入力器９７を通して操作者から入力される。尚、スクリュ５０の回転速度、樹脂材の投入量、および加熱シリンダ１０の温度等のパラメータが一定の場合、ギャップＧとスクリュ５０に対する背圧とは一定の関係にある。よって、この指定値としては、過去の運転結果に基づいて実績のある樹脂圧値が入力される。特に、本例では、樹脂圧の上限値を指定するようにしているので、溶融樹脂の温度が低かったり、樹脂流路内に設けれている異物フィルタ（図示せず）に目詰まりが生じた場合であっても、樹脂圧が上限値以下に維持され、加熱シリンダ１０等の内部に過剰な圧力がかかることがなく、成形不良の発生や故障や事故が防止される。
【００２２】
そして、操作者は、樹脂材料種や成形品種に応じて、樹脂圧を樹脂圧指定器１０２を介してスクリュ背圧制御回路９１に入力する。スクリュ背圧制御回路９１は、エンコーダインターフェース９４を介してエンコーダ９３の検出結果を参照しながら、樹脂圧センサ９８の検出結果に基づく現在の樹脂圧値が選択された値になるように、アクチュエータ７７の動作を制御する。アクチュエータ７７の回転によって、スクリュ５０は、歯車７９および７８、円筒雄ネジ部７２、ならびにベアリング７３を介して、軸方向に移動される。尚、移動といっても、スクリュ５０の移動距離は、成形機の規模にもよるが、最大でも例えば１５ｍｍ程度と小さい。スクリュ５０の軸方向の移動によって、ギャップＧが加減されて樹脂材の流路断面積が加減され、この結果、スクリュ５０に対する背圧が調整される。尚、アクチュエータ７７は、回転中以外は、ブレーキをかけるため、円筒雄ネジ部７２がスクリュ５０と共回りすることなく固定される。また、樹脂圧を指定値にしても現状の成形状態が最良とならない場合には、操作者は、成形品の成形状況と背圧との関係を考慮して、さらなる樹脂圧値を樹脂圧指定器１０２を通して選択し直すか、あるいは、樹脂圧入力器９７を通して指定入力してから選択する。さらに、以上のような背圧制御だけではなく、スクリュ５０の回転速度、樹脂材の投入量、および加熱シリンダ１０の温度等をも併せて制御するように、本押出成形機に中央制御部を設けてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による押出成形機は、スクリュ背圧調整手段を有し、スクリュ背圧調整手段は、固定された円筒雌ネジ部と、円筒雌ネジ部内に螺合すると共に、スクリュに対して周方向には個別に回転する一方、軸方向には一体に移動するようにスクリュに係合した円筒雄ネジ部と、円筒雄ネジ部を回転駆動するアクチュエータと、スクリュと加熱シリンダの先端部内側面との間のギャップセンサと、樹脂圧センサと、溶融樹脂圧力を入力するための樹脂圧入力器と、入力された溶融樹脂圧力を複数記憶可能な樹脂圧メモリと、記憶された複数の溶融樹脂圧力のうちから任意の溶融樹脂圧力を指定するための樹脂圧指定器と、樹脂圧センサの検出結果が指定された圧力になるように、ギャップセンサの検出結果を参照しながら、アクチュエータの動作を制御するスクリュ背圧制御回路とを備えており、さらに、スクリュは、その基端から先端に向かって所定の位置まで延びる中空部を備え、中空部内に冷却用媒体が流通されるため、加熱シリンダの先端部から出力後の溶融樹脂の流路断面積を調整することなく、スクリュの背圧を調整できると共に、スクリュを十分に冷却できる。
【００２４】
本発明では特に、希望する溶融樹脂圧力を複数記憶させておき、その中から一つを容易に選択し、その値に維持できるため、例えば、樹脂材料や成形品等の種類に応じてそれぞれに最適な溶融樹脂圧力を複数記憶させておけば、樹脂材料種や成形品種を変更しても、迅速かつ正確に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による押出成形機の要部を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態による押出成形機の制御系を示すブロック図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、従来のスクリュ背圧の調整方法を説明するための概略的な断面図である。
【符号の説明】
１０ 加熱シリンダ
３０ 水冷シリンダ
４１ 減速機ケース
４２ 歯車スリーブ
４２ａ 歯車
５０ スクリュ
５１ 基端部
５２ スクリュ部
５３ 回転力伝達部
５４ 中空部
５４ａ 挿入管
６１ ロータリージョイント
６２、６３ 冷媒管
７１ 円筒雌ネジ部
７２ 円筒雄ネジ部
７３ ベアリング
７７ エンコーダ
７８、７９ 歯車
９３ エンコーダ
９４ エンコーダインターフェース
９７ 樹脂圧入力器
９８ 樹脂圧センサ
１０１ スクリュ背圧制御回路
１０１ａ 樹脂圧メモリ
１０２ 樹脂圧指定器

Claims (4)

1. 加熱シリンダ内にて樹脂材をスクリュによって剪断および溶融しつつ移送し、絞り形状を呈する該加熱シリンダの先端部から溶融樹脂を連続的に出力する押出成形機において、
   前記スクリュをその軸方向に駆動して該スクリュの先端面と前記加熱シリンダ内の絞り面とのギャップを加減することによって該スクリュに印加される背圧を調整するためのスクリュ背圧調整手段を有し、
   前記スクリュ背圧調整手段は、
   前記スクリュに対して同軸外周上に位置するように前記押出成形機の固定的部材に固定された円筒雌ネジ部と、前記円筒雌ネジ部内に螺合すると共に、前記スクリュに対して周方向には個別に回転する一方、軸方向には一体に移動するように該スクリュに係合した円筒雄ネジ部と、前記円筒雄ネジ部に該円筒雄ネジ部に対して回転動作を与えられるように機械的に接続され、該円筒雄ネジ部を回転駆動することによって前記スクリュをその軸方向に駆動するアクチュエータと、
   前記スクリュの軸方向の位置または前記円筒雄ネジ部の周方向の位置を検出することによって前記ギャップの寸法を検出するギャップセンサと、
   前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、
   前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を入力するための樹脂圧入力器と、
   前記入力器を通して入力された前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を複数記憶可能な樹脂圧メモリと、
   前記樹脂圧メモリに記憶された複数の前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力のうちから任意の溶融樹脂圧力を指定するための樹脂圧指定器と、
   前記樹脂圧センサの検出結果が前記樹脂圧指定器を通して指定された圧力になるように、前記ギャップセンサの検出結果を参照しながら、前記アクチュエータの動作を制御するスクリュ背圧制御回路とを備えていることを特徴とする押出成形機。
2. 前記スクリュ背圧調整手段は、前記円筒雄ネジ部の回転を解放可能に固定するネジ部係留手段を備える請求項1に記載の押出成形機。
3. 前記スクリュは、その基端から先端に向かって所定の位置まで延びる中空部を備えており、該中空部内には、冷却用媒体が流通される請求項１または２に記載の押出成形機。
4. 前記中空部は、前記スクリュの前記基端から樹脂材の供給位置まで前記先端に向かって延びている請求項３に記載の押出成形機。

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