JP3741953B2

JP3741953B2 - Screw for resin molding machine

Info

Publication number: JP3741953B2
Application number: JP2000396606A
Authority: JP
Inventors: 勝之中野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002192597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形機用スクリュに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、押出成形機のような樹脂成形機においては、ペレット状のような固相の樹脂原料を均質に溶融し、混練して供給するために、表面に螺（ら）旋状のフライトが形成されたスクリュが組み込まれた樹脂供給装置が使用されている。
【０００３】
図２は従来の樹脂成形機用スクリュが組み込まれた樹脂供給装置の概念図、図３は押し出される溶融樹脂の温度と量の関係を示す図である。
【０００４】
図に示されるように、樹脂成形機用スクリュ１０は、根本から先端に向けて配設された供給部Ａ、溶融部Ｂ、混練部Ｃ及び計量部Ｄから成る。そして、前記供給部Ａは、複数のフライト１１、１２、１３を備える多条フライトを有し、投入される固体状の樹脂を加熱しながら前方（図において右方）へ搬送する。
【０００５】
また、溶融部Ｂは、前記フライト１１、１２、１３に連続するフライト１１’、１２’、１３’を備える多条フライトを有し、供給部Ａから移送される固相の樹脂を溶融、混練する。
【０００６】
さらに、混練部Ｃは、主フライト１４及び副フライト１５を有し、溶融部Ｂにおいて溶融された樹脂を混練して均質化する。
【０００７】
最後に、計量部Ｄは、フライト１６を有し、溶融樹脂をさらに均質化するとともに単位時間当たり一定量の樹脂を押し出す。
【０００８】
また、シリンダ２０は、原料投入口２１ａを備える供給部シリンダ２１と、該供給部シリンダ２１に連結される前方シリンダ２２とを有する。そして、前記供給部シリンダ２１には軸方向に延在する溝２１ｂが形成され、前記前方シリンダ２２の周囲には加熱用のヒータ２３が取り付けられている。
【０００９】
前記ヒータ２３は一体的に形成されているが複数の温調ゾーンを有しており、シリンダ２０の長手方向に対して個別に温度制御ができるようになっている。
【００１０】
ここで、前記樹脂成形機用スクリュ１０はシリンダ２０に組み込まれて回転させられる。そして、原料投入口２１ａから固相の樹脂原料が投入されると、該樹脂原料は、フライト１１、１２、１３を有する供給部Ａによって溶融部Ｂに送られる。続いて、樹脂原料は、前記溶融部Ｂにおいて急速に溶融、混練される。そして、７０％程度溶融した樹脂は混練部Ｃに送られて、完全に溶融、混練させられる。最後に、完全に溶融した樹脂は、計量部Ｄにおいて、最終的に均質化されるとともに、計量され、単位時間当たり所定の量が押し出される。
【００１１】
なお、樹脂成形機用スクリュとしては前述したようなものの他に、全体にわたり連続する１条の螺旋状のフライトが形成されたシングルフライトスクリュと呼ばれるスクリュ、計量部にミキシングエレメント等の補助要素が形成されたスクリュ、溶融部に副フライトが形成されたスクリュ等が知られている（特開昭５８−８９３４２号公報参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の樹脂成形機用スクリュにおいては、溶融された樹脂の温度が均一にならずに温度むらが発生したり、当初に想定した樹脂以外の樹脂が供給されると、温度が上がり過ぎたり下がり過ぎたりしてしまう。そして、溶融された樹脂の温度が上がり過ぎたり下がり過ぎたりすると、押し出される溶融樹脂の質だけでなく量も変動してしまう。
【００１３】
このため、溶融樹脂の温度を目標温度範囲内に維持することが必要とされる。例えば、シングルフライトスクリュと呼ばれる樹脂成形機用スクリュの場合、溶融樹脂の目標温度範囲内に維持し、かつ、樹脂温度の均一化を達成するために、計量部の溝の深さを変更することが一般に行われている。これは、溝の深さによって樹脂の剪（せん）断による発熱量が変化するためである。また、計量部にミキシングエレメント等の補助要素を形成したりすることも行われている。
【００１４】
しかし、フライトのリード、溝の深さ、補助要素の形状等のディメンションを特定の樹脂に適するように設定すると、比熱、粘度等の物性が異なる種類の樹脂を成形する場合、押し出される溶融樹脂の温度が、図３における曲線ａ又はｂで示されるように、目標温度範囲ｃから大きくはずれてしまう。この場合、溶融樹脂の温度が目標温度範囲ｃから大きくはずれないようにするためには、樹脂成形機用スクリュの回転数ｒｐｍを低く設定する必要があるが、樹脂成形機用スクリュの回転速度ｒｐｍを低く設定すると、押し出される溶融樹脂の量Ｑが少なくなり、樹脂成形機の生産性が低下してしまう。
【００１５】
また、副フライトが形成された樹脂成形機用スクリュの場合、一般的に、副フライトはバリアスクリュのように、溶融部やその近傍に形成され、樹脂の固体部分と溶融部分とを分離させるように溝を設けて、樹脂を均一に可塑化させるようになっているので、当初に想定していない樹脂が供給された場合に溶融樹脂の目標温度範囲内に維持することは困難である。
【００１６】
なお、樹脂をより均一に混練させるために、副フライトが計量部に形成された樹脂成形機用スクリュもあるが、この場合副フライトのリードやリード角を変化させてあっても、溝の深さが一定であるために、粘度の高い樹脂を成形すると溶融樹脂の温度が目標温度範囲ｃを大きく上回ってしまう。
【００１７】
本発明は、前記従来の樹脂成形機用スクリュの問題点を解決して、溶融樹脂の温度が均一で温度むらが発生することなく、かつ、広範囲の種類の樹脂を供給しても押し出される溶融樹脂の温度が、目標温度範囲からはずれることがなく、図３における曲線ｄ及びｅで示される範囲内となるような樹脂成形機用スクリュを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の樹脂成形機用スクリュにおいては、主フライト及び該主フライトより背が低い副フライトを備える副フライト部を有する樹脂成形機用スクリュであって、前記副フライト部は前記樹脂成形機用スクリュの先端部に配設され、隣接する前記主フライト間のチャンネルは、前記副フライト部において、前記副フライトによって樹脂の進行方向前方に位置する第１チャンネルと樹脂の進行方向後方に位置する第２チャンネルとに分割され、前記第１チャンネルは樹脂の進行方向に進むにつれて溝が浅くなるプロファイルを備え、前記第２チャンネルは樹脂の進行方向に進むにつれて溝が深くなるプロファイルを備え、前記副フライト部に対応する位置に一つの温調ゾーンを有するヒータが配設されているシリンダ内に組み込まれる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態における樹脂成形機用スクリュの側面図、図４は図１のＨ部拡大図、図５は樹脂成形機用スクリュの副フライト部の展開図、図６は副フライト部のチャネルの深さのプロファイルを示す図である。
【００２５】
図において、３０は樹脂成形機用スクリュであり、押出成形機、射出成形機、トランスファ成形機、中空成形機、フィルム成形機、ブロー成形機等の樹脂成形機において使用され、ペレット状、フレーク状、繊維状、粒子状、塊状等の固相の樹脂原料を溶融し、混練して押し出すための樹脂供給装置に組み込まれる。なお、該樹脂供給装置は樹脂可塑化装置とも呼ばれる。
【００２６】
本実施の形態における樹脂は、いかなるものであってもよいが、例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリエステル、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、生分解性樹脂等である。
【００２７】
そして、前記樹脂成形機用スクリュ３０は、後述される副フライト部を除いて、全体にわたって連続する１条の螺旋状の主フライトとしてのフライト３１、及び、該フライト３１の間の溝である第１チャンネル３２を周囲に有する。なお、前記フライト３１は２条以上の複数条のものであってもよい。さらに、前記樹脂成形機用スクリュ３０は、随所にミキシングエレメント等の補助要素を有していてもよい。さらに、前記樹脂成形機用スクリュ３０は、根本から先端に向けて（図１において左から右に向けて）、供給部Ｅ、圧縮部Ｆ及び計量部Ｇの３つの区画に分けられるが、これら区画は厳密なものではなく、むしろ便宜的なものである。
【００２８】
また、前記樹脂成形機用スクリュ３０は、樹脂供給装置の図示されないシリンダに組み込まれて、モータ等の回転駆動源によって回転させられる。これによって、前記シリンダの原料投入口から投入された固相の樹脂原料は、フライト３１によって樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られる。なお、前記シリンダの周囲には、樹脂を加熱するためのヒートが取り付けられていることが望ましい。
【００２９】
ここで、前記フライト３１の外径はシリンダの内径よりも僅かに小さいだけであるから、前記フライト３１の外周面とシリンダの内壁面との間の隙間はほとんどない。したがって、前記樹脂成形機用スクリュ３０が回転させられると、樹脂原料は、フライト３１の間の螺旋状の第１チャネル３２内を、フライト３１の側壁に押されることによって、樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られる。
【００３０】
そして、前記シリンダの原料投入口から投入された固相の樹脂原料は、供給部Ｅにおいて、昇温、脱気、一部溶融されながら、前記フライト３１によって圧縮部Ｆに送られる。該圧縮部Ｆにおいて、樹脂は急速に溶融、混練させられて、計量部Ｇに送られる。さらに、該計量部Ｇにおいて、樹脂は完全に溶融させられて、樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られ、図示されないシリンダの出口部から、シリンダの外部に押し出される。
【００３１】
ここで、前記樹脂成形機用スクリュ３０は、計量部Ｇにおいて、副フライト部Ｈを有する。該副フライト部Ｈにおいては、図４に示されるように、フライト３１に加えて、副フライト３３が樹脂成形機用スクリュ３０の表面に形成される。そして、前記副フライト３３の高さは、フライト３１の高さより低くなっているので、フライト３１の外周面とシリンダの内壁面との間の隙間はほとんどないのに対して、副フライト３３の外周面とシリンダの内壁面との間の隙間は比較的大きく、溶融した樹脂が移動することができるようになっている。また、前記副フライト３３は、図４における左側に示されるように、フライト３１の途中から枝分かれのように派生し、同図における右側に示されるように、フライト３１に合流するように消滅する。
【００３２】
また、前記副フライト３３とフライト３１の間には、図４に示されるように、前記副フライト３３が派生することによって、溝である第２チャンネル３４（図４における網目模様の部分）が形成される。そして、サブフライト部Ｈの中間部分においては、前記副フライト３３とフライト３１とが互いに平行しているので、第２チャンネル３４の幅も一定となる。一方、副フライト部Ｈの中間部分における第１チャンネル３２の幅は、副フライト部Ｈ以外の部分における幅から第２チャンネル３４の幅を減じたものとなる。このように、フライト３１の間には第１チャンネル３２と第２チャンネル３４とが平行して存在するようになる。
【００３３】
そして、図４における右側に示されるように、前記副フライト３３がフライト３１に合流するように消滅するとともに、第１チャンネル３２は消滅し、フライト３１の間はすべて第２チャンネル３４となる。このような、副フライト部Ｈにおけるフライト３１、第１チャンネル３２、副フライト３３及び第２チャンネル３４の展開図は図５に示されるとおりである。
【００３４】
また、該第２チャンネル３４の深さは、副フライト３３が派生した部分においては浅く、図４において右方へ進行するほど、すなわち、樹脂の進行方向に進むにつれて深くなる。一方、第１チャンネル３２は、副フライト３３が派生した部分においては深く、図４において右方へ進行するほど、すなわち樹脂の進行方向に進むにつれて浅くなる。なお、前記第１チャンネル３２の深さは、副フライト３３が派生した部分よりも図１における左側において、すなわち、計量部Ｇの大部分において、一定である。さらに、前記第２チャンネル３４の深さは、前記副フライト３３がフライト３１に合流するように消滅する部分より図４における右側において、計量部Ｇの大部分における第１チャンネル３２の深さと同一である。
【００３５】
なお、前記第１チャンネル３２の深さは、供給部Ｅが一番深く、圧縮部Ｆで徐々に浅くなっている。
【００３６】
このような第１チャンネル３２及び第２チャンネル３４の深さの変化する様子、すなわち、プロファイルは、図６に示される。第１チャンネル３２のプロファイルは、副フライト３３が派生した部分から図４において左側の部分の計量部Ｇにおいては、図６（ｃ）の左側に示されるように、一定である。そして、副フライト３３が派生した部分から図４において右側の部分では、図６（ａ）に示されるように、徐々に浅くなっていく。そして、第１チャンネル３２は、前記副フライト３３がフライト３１に合流する部分において消滅する。
【００３７】
一方、第２チャンネル３４のプロファイルは、副フライト３３が派生した部分から図４において右側の部分では、図６（ｂ）に示されるように、徐々に深くなっていく。そして、前記副フライト３３がフライト３１に合流するように消滅する部分から図４において右側では、図６（ｃ）の右側に示されるように、一定である。
【００３８】
ここで、前記第１チャンネル３２及び第２チャンネル３４のプロファイルは、前記第１チャンネル３２の断面積及び第２チャンネル３４の断面積の合計が一定となるように変化する。
【００３９】
すなわち、樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られる樹脂は、計量部Ｇの大部分において、第１チャンネル３２を通過するので、樹脂成形機用スクリュ３０の回転数が一定の場合、送られる樹脂の単位時間当たりの量は第１チャンネル３２の断面積に強く依存している。したがって、計量部Ｇの大部分において、前記第１チャンネル３２の断面積は一定である。そのため、フライト３１はリードが一定、すなわち隣り合うフライト３１の間隔は一定だから、前記第１チャンネル３２の深さは一定となる。そして、副フライト部Ｈにおいて、樹脂は第１チャンネル３２及び第２チャンネル３４を通過するので、該第１チャンネル３２の断面積及び第２チャンネル３４の断面積の合計は、前記計量部Ｇの大部分における第１チャンネル３２の断面積と等しく、かつ、一定でなければならない。
【００４０】
なお、前記副フライト３３は図４に示すように樹脂成形機用スクリュ３０の先端から約フライト３１の１ピッチ分手前で止められているが、樹脂成形機用スクリュ３０の先端まで形成されていてもよい。また、数ピッチ手前で止められていてもよい。極力、先端側まで形成されている方がよい。
【００４１】
次に、前記構成の樹脂成形機用スクリュの動作について説明する。
【００４２】
図７は、副フライト部Ｈにおける樹脂の流動状態を示すチャンネル断面図である。
【００４３】
樹脂成形機用スクリュ３０が、モータ等の回転駆動源によって回転させられると、シリンダの原料投入口から投入された固相の樹脂原料は、フライト３１の間の螺旋状の第１チャンネル３２内を、フライト３１の側壁に押されることによって、樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られる。
【００４４】
そして、前記シリンダの原料投入口から投入された固相の樹脂原料は、供給部Ｅにおいて、昇温、脱気、一部溶融されながら、前記フライト３１によって圧縮部Ｆに送られる。該圧縮部Ｆにおいて、樹脂は急速に溶融、混練させられて、計量部Ｇに送られる。さらに、該計量部Ｇにおいて、樹脂は完全に溶融させられて、樹脂成形機用スクリュ３０の先端に向けて送られ、シリンダの出口部から、シリンダの外部に押し出される。
【００４５】
ここで、樹脂成形機用スクリュ３０の先端部分に位置する副フライト部Ｈにおいて、樹脂は完全に溶融した状態となっている。そして、溶融した樹脂は、チャンネルの長手方向にだけでなく、図７に示されるように、チャンネルの断面においても流動する。
【００４６】
第１チャンネル３２及び第２チャンネル３４を通過する樹脂は、シリンダ４１の壁面に接する部分において、該シリンダ４１の周囲に取り付けられた図示されないヒータから伝導する熱４２を受けるとともに、樹脂がシリンダ４１の壁面を擦ることによって剪断力を受けるために剪断熱が発生する。このため、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂の温度は、他の部分の樹脂よりも高くなる。
【００４７】
そして、第１チャンネル３２は、第２チャンネル３４の樹脂押出方向ｇにおける前方に位置するので、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂は、第１チャンネル３２から第２チャンネル３４に移動する。
【００４８】
また、第１チャンネル３２は、樹脂押出方向ｇに進むにつれて浅くなるようなプロファイルを有しているので、第１チャンネル３２の底面は樹脂押出方向ｇに進むにつれて、矢印ｉのように上昇する。一方、第２チャンネル３４は、樹脂押出方向ｇに進むにつれて深くなるようなプロファイルを有しているので、第２チャンネル３４の底面は樹脂押出方向ｇに進むにつれて、矢印ｈのように下降する。そのため、樹脂押出方向ｇに進むにつれて、第１チャンネル３２内の樹脂は押し出されて、第２チャンネル３４内に移動させられる。
【００４９】
さらに、第１チャンネル３２の幅は広く、第２チャンネル３４の幅は狭いので、第１チャンネル３２内の樹脂はヒータ及び剪断熱からの熱を大量に受けて温度が上昇するのに対して、第２チャンネル３４内の樹脂はヒータ及び剪断熱からの熱をあまり受けないので温度が上昇しない。
【００５０】
これらのことから、副フライト部Ｈにおいて、樹脂は矢印ｆのように対流しつつ、第１チャンネル３２内から第２チャンネル３４内に流れ込む。そして、第２チャンネル３４は幅が狭く深いので、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂は、熱をあまり受けないので、温度が維持される。しかも、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂は対流しているので、温度が均一で温度むらが発生することがない。
【００５１】
このため、前記ヒータからの熱４２と剪断熱の合計量を調節して、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂の温度が、あらかじめ設定した目標温度範囲内に入るようにすると、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂の温度は目標温度範囲内に維持される。さらに、樹脂押出方向ｇに進むにつれて、第１チャンネル３２は浅くなるようなプロファイルを有して断面積が減少するのに対して、第２チャンネル３４は深くなるようなプロファイルを有して断面積が増加するので、目標温度範囲内に温度が維持されている第２チャンネル３４内の樹脂の量は、樹脂押出方向ｇに進むにつれて増加する。しかも、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂は対流しているので、温度が均一で温度むらがない。そして、副フライト部Ｈにおける樹脂成形機用スクリュ３０の先端部分に位置する部分、すなわち副フライト３３がフライト３１に合流するように消滅する部分においては、第１チャンネル３２が消滅し、第２チャンネル３４だけしか存在しない状態となるので、すべての樹脂の温度は目標温度範囲内に維持されている。
【００５２】
したがって、樹脂成形機用スクリュ３０の先端部分のシリンダの出口部から押し出される樹脂の温度は、均一でむらがなく、あらかじめ設定した目標温度範囲内にある。
【００５３】
なお、比熱、粘度等の物性の異なる種類の樹脂の場合であっても、ヒータからの熱４２と剪断熱の合計量を調節することによって、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂の温度があらかじめ設定した温度目標範囲内に入るように制御することができる。例えば、目標温度近傍での粘度が低い樹脂の場合、樹脂全体に効果的に熱が伝達されるので、樹脂の温度を上昇させて温度目標範囲内に入るようにすることができる。また、目標温度近傍での粘度が高い樹脂の場合、シリンダ４１の壁面に接する部分での剪断熱の発生を抑制できるので、樹脂の温度を上昇させずに温度目標範囲内に入るようにすることができる。
【００５４】
したがって、樹脂の種類を変更しても、押し出される溶融樹脂の温度は、均一でむらがなく、あらかじめ設定した目標温度範囲からはずれることがない。
【００５５】
このように、本実施の形態において、樹脂成形機用スクリュ３０は、先端部分に副フライト部Ｈを有している。そして、該副フライト部Ｈにおいては、主フライト３１より低い副フライト３３が形成され、主フライト３１間のチャンネルが樹脂押出方向前方に位置する第１チャンネル３２と樹脂押出方向後方に位置する第２チャンネル３４に分割される。さらに、第１チャンネル３２は、樹脂押出方向ｇ進むにつれて浅くなるようなプロファイルを有し、第２チャンネル３４は、樹脂押出方向ｇに進むにつれて浅くなるようなプロファイルを有している。
【００５６】
したがって、ヒータからの熱と剪断熱の合計量を調節して、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂の温度が、あらかじめ設定した目標温度範囲内に入るようにすると、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂の温度は目標温度範囲内に維持される。また、第２チャンネル３４内に流れ込んだ樹脂は対流しているので、温度が均一で温度むらがない。
【００５７】
このため、樹脂成形機用スクリュ３０の先端部分のシリンダの出口部から押し出される樹脂の温度は、単位時間当たりに押し出される樹脂の量を減少させなくても、均一でむらがなく、あらかじめ設定した目標温度範囲内に維持される。したがって、樹脂成形機用スクリュ３０の回転数を高くして単位時間当たりに押し出される樹脂の量を多くしても、樹脂の品質を維持することができるので、樹脂成形機の生産性が向上する。
【００５８】
また、樹脂成形機用スクリュ３０の回転数を高くすることができるので、樹脂成形機用スクリュ３０の径を小さくすることができ、押し出される溶融樹脂の温度の均一性が高いので、樹脂成形機用スクリュ３０の径に対する長さの割合を低く抑えることができる。したがって、樹脂成形機が小型化が達成できる。
【００５９】
さらに、広範囲の種類の樹脂の場合であっても、ヒータからの熱４２と剪断熱の合計量を調節することによって、シリンダ４１の壁面に接する部分の樹脂の温度があらかじめ設定した目標温度範囲内に入るように制御することができる。
【００６０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、樹脂成形機用スクリュにおいては、主フライト及び該主フライトより背が低い副フライトを備える副フライト部を有する樹脂成形機用スクリュであって、前記副フライト部は前記樹脂成形機用スクリュの先端部に配設され、隣接する前記主フライト間のチャンネルは、前記副フライト部において、前記副フライトによって樹脂の進行方向前方に位置する第１チャンネルと樹脂の進行方向後方に位置する第２チャンネルとに分割され、前記第１チャンネルは樹脂の進行方向に進むにつれて溝が浅くなるプロファイルを備え、前記第２チャンネルは樹脂の進行方向に進むにつれて溝が深くなるプロファイルを備え、前記副フライト部に対応する位置に一つの温調ゾーンを有するヒータが配設されているシリンダ内に組み込まれる。
【００６２】
この場合、樹脂成形機用スクリュの先端部分のシリンダの出口部から押し出される樹脂の温度は、均一でむらがなく、あらかじめ設定した目標温度範囲内に維持される。したがって、樹脂成形機用スクリュの回転数を高くして単位時間当たりに押し出される樹脂の量を多くしても、樹脂の品質を維持することができるので、樹脂成形機の生産性が向上する。
【００６３】
また、樹脂成形機用スクリュの回転数を高くすることができるので、樹脂成形機用スクリュの径を小さくすることができ、押し出される溶融樹脂の温度の均一性が高いので、樹脂成形機用スクリュの径に対する長さの割合を低く抑えることができる。したがって、樹脂成形機が小型化が達成できる。
【００６４】
さらに、樹脂の種類を変更しても、押し出される溶融樹脂の温度は、均一でむらがなく、あらかじめ設定した目標温度範囲からはずれることがない。
【００６８】
この場合、第２チャンネル内に流れ込んだ樹脂は、温度が均一で温度むらがない。したがって、押し出される樹脂の品質が向上する。
【００７０】
この場合、広範囲の種類の樹脂の場合であっても、ヒータからの熱と剪断熱の合計量を調節することによって、シリンダの壁面に接する部分の樹脂の温度があらかじめ設定した目標温度範囲内に入るように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における樹脂成形機用スクリュの側面図である。
【図２】従来の樹脂成形機用スクリュが組み込まれた樹脂供給装置の概念図である。
【図３】押し出される溶融樹脂の温度と量の関係を示す図である。
【図４】図１のＨ部拡大図である。
【図５】樹脂成形機用スクリュのサブフライト部の展開図である。
【図６】サブフライト部のチャネルの深さのプロファイルを示す図である。
【図７】サブフライト部Ｈにおける樹脂の流動状態を示すチャネル断面図である。
【符号の説明】
３０樹脂成形機用スクリュ
３１主フライト
３２第１チャンネル
３３副フライト
３４第２チャンネル
４１シリンダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw for a resin molding machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a resin molding machine such as an extrusion molding machine, a screw-shaped flight is formed on the surface in order to uniformly melt and knead and supply a solid phase resin material such as a pellet. A resin supply apparatus in which the prepared screw is incorporated is used.
[0003]
FIG. 2 is a conceptual diagram of a resin supply apparatus incorporating a conventional screw for a resin molding machine, and FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the temperature and amount of molten resin to be extruded.
[0004]
As shown in the drawing, the resin molding machine screw 10 includes a supply part A, a melting part B, a kneading part C, and a measuring part D arranged from the root toward the tip. The supply unit A has a multi-flight flight including a plurality of flights 11, 12, and 13, and conveys the charged solid resin forward (to the right in the figure).
[0005]
The melting section B has a multi-strip flight including flights 11 ′, 12 ′, 13 ′ continuous with the flights 11, 12, 13, and melts and kneads the solid phase resin transferred from the supply section A. To do.
[0006]
Furthermore, the kneading part C has a main flight 14 and a sub flight 15, and kneads and homogenizes the resin melted in the melting part B.
[0007]
Finally, the measuring unit D has a flight 16, further homogenizes the molten resin, and extrudes a certain amount of resin per unit time.
[0008]
The cylinder 20 includes a supply unit cylinder 21 that includes a raw material inlet 21 a and a front cylinder 22 that is coupled to the supply unit cylinder 21. A groove 21 b extending in the axial direction is formed in the supply cylinder 21, and a heater 23 for heating is attached around the front cylinder 22.
[0009]
Although the heater 23 is integrally formed, it has a plurality of temperature control zones so that the temperature can be individually controlled in the longitudinal direction of the cylinder 20.
[0010]
Here, the screw 10 for a resin molding machine is incorporated in a cylinder 20 and rotated. When a solid phase resin raw material is supplied from the raw material input port 21 a, the resin raw material is sent to the melting part B by the supply part A having the flights 11, 12, and 13. Subsequently, the resin raw material is rapidly melted and kneaded in the melting part B. Then, the resin melted by about 70% is sent to the kneading part C and completely melted and kneaded. Finally, the completely melted resin is finally homogenized and measured in the measuring section D, and a predetermined amount is extruded per unit time.
[0011]
In addition to the above-described screws for resin molding machines, there are screws called a single flight screw in which one continuous spiral flight is formed, and auxiliary elements such as a mixing element are formed in the measuring section. A screw having a subflight formed in the melted portion and the like are known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-89342).
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional screw for a resin molding machine, when the temperature of the molten resin is not uniform and temperature unevenness occurs, or when a resin other than the initially assumed resin is supplied, the temperature rises too much. Or fall too much. And if the temperature of the molten resin rises or falls too much, not only the quality of the extruded molten resin but also the amount will fluctuate.
[0013]
For this reason, it is necessary to maintain the temperature of the molten resin within the target temperature range. For example, in the case of a resin molding machine screw called a single flight screw, to maintain the molten resin within the target temperature range and to achieve a uniform resin temperature, the groove depth of the measuring section is changed. Is generally done. This is because the amount of heat generated by cutting the resin changes depending on the depth of the groove. Also, auxiliary elements such as mixing elements are formed in the measuring section.
[0014]
However, if dimensions such as flight leads, groove depth, auxiliary element shape, etc. are set to suit a particular resin, when molding different types of resins such as specific heat and viscosity, The temperature greatly deviates from the target temperature range c as shown by the curve a or b in FIG. In this case, in order to prevent the temperature of the molten resin from deviating greatly from the target temperature range c, it is necessary to set the rotation speed rpm of the resin molding machine screw low. If the value is set low, the amount Q of the molten resin to be extruded decreases, and the productivity of the resin molding machine decreases.
[0015]
In addition, in the case of a resin molding machine screw on which a secondary flight is formed, the secondary flight is generally formed at or near the melting part, like a barrier screw, so as to separate the solid part and the melting part of the resin. Since the resin is uniformly plasticized, it is difficult to maintain the resin within the target temperature range of the molten resin when a resin not initially assumed is supplied.
[0016]
In order to more uniformly knead the resin, there is also a screw for a resin molding machine in which the secondary flight is formed in the measuring part. In this case, even if the lead and the lead angle of the secondary flight are changed, the depth of the groove Therefore, when a resin having a high viscosity is molded, the temperature of the molten resin greatly exceeds the target temperature range c.
[0017]
The present invention solves the problems of the conventional screw for a resin molding machine, the temperature of the molten resin is uniform, no temperature unevenness occurs, and the molten resin is extruded even when a wide variety of resins are supplied. An object of the present invention is to provide a screw for a resin molding machine in which the temperature of the resin does not deviate from the target temperature range and falls within the range indicated by the curves d and e in FIG.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the screw for a resin molding machine according to the present invention is a screw for a resin molding machine having a main flight and a subflight part having a subflight shorter than the main flight, wherein the subflight part is the resin molding. is arranged at the distal end portion of the machine screw for channel between the main flights adjacent said at sub flight portion, located in the traveling direction behind the first channel and the resin located forward in the traveling direction of the resin by the secondary flight is divided into the second channel to the first channel has a profile groove becomes shallower as it travels in the traveling direction of the resin, the second channel has a profile groove is deeper as one proceeds in the traveling direction of the resin, the Incorporated in a cylinder with a heater with one temperature control zone at a position corresponding to the secondary flight section That.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
1 is a side view of a screw for a resin molding machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an enlarged view of a portion H of FIG. 1, FIG. 5 is a development view of a subflight portion of a screw for a resin molding machine, and FIG. It is a figure which shows the profile of the depth of the channel of a flight part.
[0025]
In the figure, reference numeral 30 denotes a resin molding machine screw, which is used in resin molding machines such as extrusion molding machines, injection molding machines, transfer molding machines, hollow molding machines, film molding machines, blow molding machines, etc. It is incorporated into a resin supply apparatus for melting, kneading and extruding solid phase resin raw materials such as fibers, particles and lumps. The resin supply device is also called a resin plasticizing device.
[0026]
Any resin may be used in the present embodiment. For example, PVC (polyvinyl chloride), PS (polystyrene), polyamide, polyimide, PE (polyethylene), polyester, PP (polypropylene), PET (polyethylene) Terephthalate), PC (polycarbonate), ABS resin, methacrylic resin, biodegradable resin, and the like.
[0027]
The resin molding machine screw 30 excluding a sub-flight part described later, the flight 31 as a single spiral main flight continuous throughout the whole, and a groove between the flights 31. One channel 32 is provided around. The flight 31 may be a plurality of two or more items. Furthermore, the screw 30 for a resin molding machine may have auxiliary elements such as mixing elements everywhere. Further, the resin molding machine screw 30 is divided into three sections, ie, a supply section E, a compression section F, and a measurement section G from the root to the tip (from left to right in FIG. 1). The parcels are not strict but rather convenient.
[0028]
The resin molding machine screw 30 is incorporated in a cylinder (not shown) of the resin supply device and is rotated by a rotational drive source such as a motor. As a result, the solid phase resin raw material introduced from the raw material inlet of the cylinder is sent toward the tip of the resin molding machine screw 30 by the flight 31. It is desirable that heat for heating the resin is attached around the cylinder.
[0029]
Here, since the outer diameter of the flight 31 is only slightly smaller than the inner diameter of the cylinder, there is almost no gap between the outer peripheral surface of the flight 31 and the inner wall surface of the cylinder. Therefore, when the resin molding machine screw 30 is rotated, the resin raw material is pushed inside the spiral first channel 32 between the flights 31 against the side wall of the flight 31, thereby causing the resin molding machine screw 30 to rotate. Sent to the tip of the.
[0030]
The solid phase resin raw material introduced from the raw material introduction port of the cylinder is sent to the compression unit F by the flight 31 while being heated, degassed and partially melted in the supply unit E. In the compression section F, the resin is rapidly melted and kneaded and sent to the measuring section G. Further, in the measuring portion G, the resin is completely melted and sent toward the tip of the screw 30 for the resin molding machine, and is pushed out of the cylinder from an outlet portion of the cylinder (not shown).
[0031]
Here, the resin molding machine screw 30 has a sub-flight part H in the measuring part G. In the subflight portion H, as shown in FIG. 4, in addition to the flight 31, a subflight 33 is formed on the surface of the resin molding machine screw 30. Since the height of the subflight 33 is lower than the height of the flight 31, there is almost no gap between the outer peripheral surface of the flight 31 and the inner wall surface of the cylinder. The gap between the surface and the inner wall surface of the cylinder is relatively large so that the molten resin can move. Further, as shown on the left side in FIG. 4, the sub-flight 33 is derived from the middle of the flight 31 like a branch, and disappears so as to merge with the flight 31 as shown on the right side in FIG.
[0032]
Further, as shown in FIG. 4, the secondary flight 33 is derived between the secondary flight 33 and the flight 31 to form a second channel 34 (a mesh pattern portion in FIG. 4) as a groove. Is done. And in the intermediate part of the subflight part H, since the subflight 33 and the flight 31 are parallel to each other, the width of the second channel 34 is also constant. On the other hand, the width of the first channel 32 in the intermediate portion of the subflight portion H is obtained by subtracting the width of the second channel 34 from the width in the portion other than the subflight portion H. As described above, the first channel 32 and the second channel 34 exist between the flights 31 in parallel.
[0033]
Then, as shown on the right side in FIG. 4, the sub-flight 33 disappears so as to join the flight 31, the first channel 32 disappears, and the entire space between the flights 31 becomes the second channel 34. Such a developed view of the flight 31, the first channel 32, the subflight 33, and the second channel 34 in the subflight portion H is as shown in FIG.
[0034]
Further, the depth of the second channel 34 is shallow in the portion where the sub flight 33 is derived, and becomes deeper as it proceeds to the right in FIG. 4, that is, as it proceeds in the resin traveling direction. On the other hand, the first channel 32 is deeper in the portion where the sub flight 33 is derived, and becomes shallower as it proceeds to the right in FIG. It should be noted that the depth of the first channel 32 is constant on the left side in FIG. 1 from the portion where the sub flight 33 is derived, that is, most of the measuring portion G. Further, the depth of the second channel 34 is the same as the depth of the first channel 32 in most of the measuring portion G on the right side in FIG. 4 from the portion where the subflight 33 disappears so as to join the flight 31. is there.
[0035]
The first channel 32 is deepest in the supply unit E and gradually becomes shallower in the compression unit F.
[0036]
FIG. 6 shows how the depth of the first channel 32 and the second channel 34 changes, that is, the profile. The profile of the first channel 32 is constant as shown on the left side of FIG. 6C in the weighing part G in the left part of FIG. 4 from the part from which the sub flight 33 is derived. Then, the portion on the right side in FIG. 4 from the portion from which the sub flight 33 is derived gradually becomes shallower as shown in FIG. The first channel 32 disappears at the portion where the subflight 33 joins the flight 31.
[0037]
On the other hand, the profile of the second channel 34 gradually becomes deeper as shown in FIG. 6B from the portion where the sub flight 33 is derived to the portion on the right side in FIG. Then, on the right side in FIG. 4 from the portion where the sub-flight 33 disappears so as to merge with the flight 31, it is constant as shown on the right side of FIG.
[0038]
Here, the profiles of the first channel 32 and the second channel 34 change so that the sum of the cross-sectional area of the first channel 32 and the cross-sectional area of the second channel 34 is constant.
[0039]
That is, since the resin sent toward the tip of the resin molding machine screw 30 passes through the first channel 32 in most of the measuring portion G, the resin molding machine screw 30 is sent when the rotation speed is constant. The amount of resin per unit time depends strongly on the cross-sectional area of the first channel 32. Therefore, in most of the measuring part G, the cross-sectional area of the first channel 32 is constant. Therefore, since the flight 31 has a constant lead, that is, the interval between adjacent flights 31 is constant, the depth of the first channel 32 is constant. In the subflight part H, the resin passes through the first channel 32 and the second channel 34. Therefore, the sum of the cross-sectional area of the first channel 32 and the cross-sectional area of the second channel 34 is larger than that of the measuring part G. The cross-sectional area of the first channel 32 in the portion must be equal and constant.
[0040]
The sub-flight 33 is stopped approximately one pitch before the flight 31 from the tip of the resin molding machine screw 30 as shown in FIG. 4, but is formed up to the tip of the resin molding machine screw 30. Also good. Moreover, it may be stopped several pitches before. It is better to form the tip as far as possible.
[0041]
Next, the operation of the resin molding machine screw having the above-described configuration will be described.
[0042]
FIG. 7 is a channel cross-sectional view showing the resin flow state in the subflight part H.
[0043]
When the resin molding machine screw 30 is rotated by a rotational drive source such as a motor, the solid phase resin raw material introduced from the raw material introduction port of the cylinder passes through the spiral first channel 32 between the flights 31. By being pushed by the side wall of the flight 31, it is sent toward the tip of the screw 30 for the resin molding machine.
[0044]
The solid phase resin raw material introduced from the raw material introduction port of the cylinder is sent to the compression unit F by the flight 31 while being heated, degassed and partially melted in the supply unit E. In the compression section F, the resin is rapidly melted and kneaded and sent to the measuring section G. Further, in the measuring portion G, the resin is completely melted and sent toward the tip of the resin molding machine screw 30 and is pushed out of the cylinder from the outlet portion of the cylinder.
[0045]
Here, in the sub flight part H located in the front-end | tip part of the screw 30 for resin molding machines, resin is the state which melt | dissolved completely. The melted resin flows not only in the longitudinal direction of the channel but also in the cross section of the channel as shown in FIG.
[0046]
The resin passing through the first channel 32 and the second channel 34 receives heat 42 conducted from a heater (not shown) attached around the cylinder 41 at a portion in contact with the wall surface of the cylinder 41, and the resin is contained in the cylinder 41. Shearing heat is generated because the shearing force is received by rubbing the wall surface. For this reason, the temperature of the resin in the part in contact with the wall surface of the cylinder 41 is higher than the resin in the other part.
[0047]
Since the first channel 32 is positioned in front of the second channel 34 in the resin extrusion direction g, the resin in the portion in contact with the wall surface of the cylinder 41 moves from the first channel 32 to the second channel 34.
[0048]
Further, since the first channel 32 has a profile that becomes shallower in the resin extrusion direction g, the bottom surface of the first channel 32 rises as indicated by the arrow i as it proceeds in the resin extrusion direction g. On the other hand, since the second channel 34 has a profile that becomes deeper as it advances in the resin extrusion direction g, the bottom surface of the second channel 34 descends as indicated by the arrow h as it advances in the resin extrusion direction g. Therefore, as the resin proceeds in the resin extrusion direction g, the resin in the first channel 32 is pushed out and moved into the second channel 34.
[0049]
Furthermore, since the width of the first channel 32 is wide and the width of the second channel 34 is narrow, the resin in the first channel 32 receives a large amount of heat from the heater and shear heat, while the temperature rises. Since the resin in the second channel 34 does not receive much heat from the heater and shearing heat, the temperature does not rise.
[0050]
For these reasons, in the subflight part H, the resin flows from the first channel 32 into the second channel 34 while convection as indicated by the arrow f. Since the second channel 34 is narrow and deep, the resin flowing into the second channel 34 does not receive much heat, so that the temperature is maintained. In addition, since the resin that has flowed into the second channel 34 is in convection, the temperature is uniform and temperature unevenness does not occur.
[0051]
For this reason, when the total amount of the heat 42 and shear heat from the heater is adjusted so that the temperature of the resin in contact with the wall surface of the cylinder 41 falls within the preset target temperature range, the second channel 34. The temperature of the resin flowing in is maintained within the target temperature range. Furthermore, as the resin proceeds in the resin extrusion direction g, the first channel 32 has a shallow profile and the cross-sectional area decreases, whereas the second channel 34 has a deep profile and the cross-sectional area. Therefore, the amount of the resin in the second channel 34 whose temperature is maintained within the target temperature range increases as the resin proceeds in the resin extrusion direction g. Moreover, since the resin that has flowed into the second channel 34 is in convection, the temperature is uniform and there is no temperature unevenness. And in the part located in the front-end | tip part of the screw 30 for resin molding machines in the subflight part H, ie, the part which disappears so that the subflight 33 may join the flight 31, the 1st channel 32 disappears, and the 2nd channel Since only 34 is present, the temperature of all the resins is maintained within the target temperature range.
[0052]
Therefore, the temperature of the resin extruded from the cylinder outlet at the tip of the resin molding machine screw 30 is uniform and uniform, and is within a preset target temperature range.
[0053]
Even in the case of resins of different types such as specific heat and viscosity, by adjusting the total amount of heat 42 and shear heat from the heater, the temperature of the resin in contact with the wall surface of the cylinder 41 can be adjusted in advance. It can be controlled to fall within the set temperature target range. For example, in the case of a resin having a low viscosity in the vicinity of the target temperature, heat is effectively transferred to the entire resin, so that the temperature of the resin can be raised so that it falls within the temperature target range. Further, in the case of a resin having a high viscosity in the vicinity of the target temperature, the generation of shearing heat at the portion in contact with the wall surface of the cylinder 41 can be suppressed, so that the temperature of the resin does not rise and falls within the temperature target range. Can do.
[0054]
Therefore, even if the type of resin is changed, the temperature of the extruded molten resin is uniform and uniform, and does not deviate from a preset target temperature range.
[0055]
Thus, in this Embodiment, the screw 30 for resin molding machines has the subflight part H in the front-end | tip part. In the subflight portion H, a subflight 33 lower than the main flight 31 is formed, and a channel between the main flights 31 is a first channel 32 positioned in front of the resin extrusion direction and a second channel positioned rearward in the resin extrusion direction. Divided into channels 34. Further, the first channel 32 has a profile that becomes shallower in the resin extrusion direction g, and the second channel 34 has a profile that becomes shallower in the resin extrusion direction g.
[0056]
Therefore, if the total amount of heat from the heater and shearing heat is adjusted so that the temperature of the resin in contact with the wall surface of the cylinder 41 falls within the preset target temperature range, it flows into the second channel 34. The resin temperature is maintained within the target temperature range. Further, since the resin flowing into the second channel 34 is in convection, the temperature is uniform and there is no temperature unevenness.
[0057]
For this reason, the temperature of the resin extruded from the outlet of the cylinder at the tip of the resin molding machine screw 30 is uniform and uniform even if the amount of resin extruded per unit time is not reduced. Maintained within the target temperature range. Therefore, even if the number of revolutions of the resin molding machine screw 30 is increased and the amount of resin extruded per unit time is increased, the quality of the resin can be maintained, so that the productivity of the resin molding machine is improved. .
[0058]
In addition, since the number of rotations of the resin molding machine screw 30 can be increased, the diameter of the resin molding machine screw 30 can be reduced, and the temperature of the extruded molten resin is highly uniform. The ratio of the length to the diameter of the screw 30 for use can be kept low. Therefore, the resin molding machine can be downsized.
[0059]
Further, even in the case of a wide variety of resins, the temperature of the resin in contact with the wall surface of the cylinder 41 is within a preset target temperature range by adjusting the total amount of heat 42 and shear heat from the heater. Can be controlled to enter.
[0060]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0061]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the screw for a resin molding machine, a screw for a resin molding machine having a main flight and a sub flight part including a sub flight shorter than the main flight, The sub-flight part is disposed at the tip of the resin molding machine screw, and the channel between the adjacent main flights is a first channel located in the sub-flight part at the front of the resin traveling direction by the sub-flight. And a second channel positioned rearward in the resin traveling direction, wherein the first channel has a profile in which the groove becomes shallower as it proceeds in the resin traveling direction, and the second channel is a groove as it proceeds in the resin traveling direction. comprising a profile which becomes deeper, a heater having a single temperature control zones are disposed at a position corresponding to the sub-flight portion Ru is incorporated into the cylinder.
[0062]
In this case, the temperature of the resin extruded from the cylinder outlet at the tip of the resin molding machine screw is uniform and uniform, and is maintained within a preset target temperature range. Therefore, even if the number of rotations of the resin molding machine screw is increased and the amount of resin extruded per unit time is increased, the quality of the resin can be maintained, so that the productivity of the resin molding machine is improved.
[0063]
Moreover, since the number of rotations of the screw for the resin molding machine can be increased, the diameter of the screw for the resin molding machine can be reduced, and the temperature uniformity of the extruded molten resin is high. The ratio of the length to the diameter can be kept low. Therefore, the resin molding machine can be downsized.
[0064]
Furthermore, even if the type of resin is changed, the temperature of the extruded molten resin is uniform and uniform, and does not deviate from a preset target temperature range.
[0068]
In this case, the resin flowing into the second channel has a uniform temperature and no temperature unevenness. Therefore, the quality of the extruded resin is improved.
[0070]
In this case, even in the case of a wide variety of types of resins, by adjusting the total amount of heat from the heater and shear heat, the temperature of the resin in contact with the cylinder wall surface is within a preset target temperature range. Can be controlled to enter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a screw for a resin molding machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a resin supply apparatus incorporating a conventional screw for a resin molding machine.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the temperature and the amount of extruded molten resin.
4 is an enlarged view of a portion H in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a development view of a subflight portion of a screw for a resin molding machine.
FIG. 6 is a diagram showing a channel depth profile of a subflight part;
FIG. 7 is a channel cross-sectional view showing a resin flow state in a subflight part H.
[Explanation of symbols]
30 Screw for resin molding machine 31 Main flight 32 First channel 33 Sub flight 34 Second channel 41 Cylinder

Claims

(A) A screw for a resin molding machine having a subflight part including a main flight and a subflight shorter than the main flight,
(B) The sub-flight part is disposed at the tip of the resin molding machine screw,
(C) The channel between the adjacent main flights is divided by the sub flight into a first channel located in front of the resin traveling direction and a second channel located behind the resin traveling direction in the sub flight section. ,
(D) The first channel has a profile in which the groove becomes shallower as it proceeds in the resin traveling direction;
(E) the second channel has a profile in which the groove becomes deeper as it advances in the resin traveling direction;
(F) A screw for a resin molding machine, which is incorporated in a cylinder in which a heater having one temperature control zone is disposed at a position corresponding to the subflight part.