JP4354108B2

JP4354108B2 - 樹脂押出機用スクリュー

Info

Publication number: JP4354108B2
Application number: JP2000343403A
Authority: JP
Inventors: 忠一星
Original assignee: 株式会社星プラスチツク
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002144407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱可能なバレル内に回転駆動可能に収容され、ホッパーから投入された原料樹脂を回転送りによって溶融、混練し、押出し成形する樹脂押出機用スクリューに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来より周知のペレット製造装置の全体概略図を示すものであり、このペレット製造装置は、原材料の供給口０１、ガス抜き口０２、ヒータ０３などを有する押出機の加熱筒であるバレル（シリンダー）０４内に、モータ０５により回転駆動される樹脂押出機用スクリュー０６が嵌挿されて構成されている。
【０００３】
バレル０４内に投入された原料樹脂は、樹脂押出機用スクリュー０６の回転送り中にヒータ０３の熱により溶融されると共に、樹脂押出機用スクリュー０６の回転により混練されて、押出機先端のダイスヘッド０７より溶解したストランドＡが押し出される。
【０００４】
ダイスヘッド０７より押し出されたストランドＡは、水槽内０８に引き込まれて水冷されてから、水槽０８より引き出されてエア吸引式の図示しない水切り装置により水切りされた後、ストランド切断機により切断されてペレット化されるようになっている。
【０００５】
樹脂押出機用スクリュー０６は用途に応じて様々な種類が存在するが、図４に示す樹脂押出機用スクリュー１００は、シャンク部１０１とフライト部１０２から成り、このフライト部１０２は、低速用として使用される場合、フライト部１０２の有効長さＬ２に対する直径Ｄの比率はほぼ３０に設定されるが、高速用として使用される場合、通常４０以上の比率に設定される。すなわち、高速用のスクリューほど一般的には全長が長くなる傾向にあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す樹脂押出機用スクリュー１００は、有効長さと直径との比率（以下、「Ｌ／Ｄ」とする。）が３０に設定されたものであって、直径が１００ｍｍの場合、スクリューのリード間距離Ｐは１００ｍｍとなり、スクリューの全山数がＬ／Ｄと同じ３０であることから、スクリューのリード角は２６．５度に形成されている。
【０００７】
樹脂押出機用スクリュー１００のフライト部Ｌ２について詳述すれば、スクリュー１００の長手方向の樹脂送り方向に向かって、材料投入口Ｈがある一端側から順に、喰い込み領域Ｍ１、溶融混練開始領域Ｍ２、溶融混練領域Ｍ３、ガス抜き領域Ｍ４、焼け焦げ発生領域Ｍ５、および押出領域Ｍ６に区画されている。
【０００８】
この樹脂押出機用スクリュー１００によれば、スクリューのリード角は２６．５度であり、中心軸に対しての傾斜角度が緩やかなため、材料投入口Ｈより投入される原料樹脂は、喰い込み領域Ｍ１では投入量の１／３から１／２程度しか送られず（図５（ａ）参照）、溶融混練開始領域Ｍ２の始端側では、リード間の谷部にある原料樹脂が送り前方のリードに触れないほどスリップが生じていた（図５（ｂ）参照）。
【０００９】
かかる溶融混練開始領域Ｍ２では、その略中間よりも後半にかけて、ようやく谷部にある原料樹脂が送り前方のリードに触れて、圧縮（加圧）が始まるため、この溶融混練開始領域Ｍ２において原料樹脂はほとんど溶けることはなかった（図５（ｂ）参照）。
【００１０】
また、溶融混練領域Ｍ３に入っても、圧縮による加圧不足や、谷部とバレル側とで温度差が生じる等を理由に、原料樹脂が十分に溶解されないため（図５（ｃ）参照）、これを溶かすためにスクリュー全長をなるべく長くする必要があるという問題があった。また、ガス抜き領域Ｍ４以降の部位では、樹脂が十分に溶融されていない状態と谷部に隙間が生じた所も加熱されることにより、焼け、焦げが発生し易いという問題もあった。
【００１１】
これらの問題を解決すべく、別の樹脂押出機用スクリュー２００として、図６に示すいわゆる半ピッチ式のスクリューも新たに開発されている。かかる樹脂押出機用スクリュー２００は、Ｌ／Ｄが７〜１４に設定されリード角は７〜２１度で形成されることから、スクリューの有効長さＬの短縮が可能なものである。
【００１２】
樹脂押出機用スクリュー２００によれば、スクリューのリード角は７〜２１度（好ましくは１４度）であり、中心軸に対しての傾斜角度が急なため、材料投入口Ｈより投入される原料樹脂は、喰い込み領域Ｍ１ではその全域に亘ってリード間の谷部に隙間なく充填された状態となる（図７（ａ）参照）。
【００１３】
そのため、溶融混練開始領域Ｍ２では、その始端側より谷部にある原料樹脂に対する圧縮（加圧）が開始されて徐々に溶けだしていた（図７（ｂ）参照）。このように溶解効率が高まる反面、溶融混練開始領域Ｍ２の略中間から後半側にかけては、バレルとスクリューに過剰な圧力がかかり易く、かかる部位におけるバレルとスクリューの摩耗が早くなり耐久性に欠けるおそれがあった。
【００１４】
ところで、原料樹脂が軟らかい場合（硬度が１０〜６０度位）には、樹脂自体の粘性のために、ホッパーよりバレルの材料投入口Ｈに落ちるのが遅くなり、スクリューを速く回転（例えば１００rpm）させても、原料樹脂の供給が間に合わない事態が生じる。そのため、原料樹脂が軟らかい場合にはその硬度に応じて、例えば硬度１０度の樹脂では３０rpmとし、硬度６０度の樹脂では８０rpmとする等と、スクリューの回転数を下げる必要があった。
【００１５】
すなわち、原料樹脂の硬度によって粘性が異なり、粘性の違いによって材料投入口Ｈへの落下にバラツキが生じるため、前記何れのタイプの樹脂押出機用スクリュー１００，２００であっても、樹脂の落下速度のバラツキを解消してスクリューのリード間に樹脂が十分に充填されるようにするには、必然的に回転数を下げなければならず、原料樹脂の硬度が低いほど生産性が低下するという問題があった。
【００１６】
本発明は、以上のような従来技術が有する問題点に着目してなされたもので、原料樹脂の硬度に関わらずスクリューを高速回転させた状態でも、供給された樹脂をスクリューのリード間に十分に充填させることができ、樹脂の移送効率、熱効率、それに混合効率が向上されて、焼けや焦げが発生するおそれもなく、しかもスクリューの要所に過剰な圧力がかかることもなく、摩耗を防いで耐久性を向上させることができる樹脂押出機用スクリューを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の項に存する。
［１］加熱可能なバレル（５０）内に回転駆動可能に収容され、ホッパー（６０）から投入された原料樹脂を回転送りによって溶融、混練し、押出し成形する樹脂押出機用スクリュー（１０）において、
スクリュー本体（１０ａ）における有効長さ部位は、前記ホッパー（６０）側に位置する基端側より樹脂送り方向に向かって順に、前記ホッパー（６０）から投入された原料樹脂を取り込みつつ送り出す所定径の喰い込み領域（Ｎ１）と、該喰い込み領域（Ｎ１）の先端より漸次径が拡大する溶融混練開始領域（Ｎ２）と、該溶融混練開始領域（Ｎ２）の先端最大径とほぼ同径の溶融混練領域（Ｎ３）とに少なくとも区画されており、
前記スクリュー本体（１０ａ）は、有効長さと直径の比率がほぼ１４．５〜２６に設定され、スクリューのリード角がほぼ１６〜２１度の傾斜で形成され、
前記スクリュー本体（１０ａ）のリード間距離は、前記スクリューの直径に対し５５／１００〜７５／１００の比率に設定され、
前記スクリュー本体（１０ａ）は、有効長さにおける山数がほぼ２６〜３４に設定されたことを特徴とする樹脂押出機用スクリュー（１０）。
【００２１】
次に前述した解決手段に基づく作用を説明する。
本発明に係る樹脂押出機用スクリュー（１０）によれば、原料樹脂の硬度（すなわち落下速度）に応じた所定速度でスクリュー本体（１０ａ）を回転駆動させ、ホッパー（６０）から原料樹脂を投入すると、原料樹脂はスクリュー本体（１０ａ）の喰い込み領域（Ｎ１）を経て、溶融混練開始領域（Ｎ２）側へ送られる。
【００２２】
喰い込み領域（Ｎ１）では、スクリューのリード間に原料樹脂がほぼいっぱいに充填されるので、原料樹脂のスリップが生じることはない。続く、溶融混練開始領域（Ｎ２）の始端側では、スクリューのリード間にて原料樹脂が前方のリードに十分に触れるため、中間付近から効率よく圧縮（加圧）が始まるので、同じく溶融混練開始領域（Ｎ２）の終端側では、リード間にて既に原料樹脂の一部が溶けだすことになる。
【００２３】
更に原料樹脂はスクリュー本体（１０ａ）の溶融混練領域（Ｎ３）へ送られるが、この溶融混練領域（Ｎ３）は前記溶融混練開始領域（Ｎ２）の先端最大径とほぼ同径であり、この溶融混練領域（Ｎ３）ではリード間にて原料樹脂は総て溶けた状態で均一にムラなく混練され、かかる混練が連続することにより、溶融混練領域（Ｎ３）以降の領域でも焼けや焦げが発生することはない。
【００２４】
以上のようなスクリュー本体（１０ａ）としては、具体的には、有効長さと直径の比率をほぼ１４．５〜２６に設定し、スクリューのリード角をほぼ１６〜２１度の傾斜で形成する。これにより、バレル（５０）内に投入された樹脂がスクリューのピッチ間に十分に充填されるため、熱効率が向上して混練性も良くなり、スリップが低減されて樹脂の送り効率を向上することができる。
【００２５】
また、前記スクリュー本体（１０ａ）のリード間距離を、前記スクリューの直径に対し５５／１００〜７５／１００の比率に設定することにより、リード間距離を比較的広く採ることができ、軟らかく落下速度の遅い原料樹脂に合わせてスクリュー本体（１０ａ）の回転速度を遅くした場合でも、混練性を低下させずに圧縮（加圧）を行うことができ、前記溶融混練開始領域（Ｎ２）で過剰な圧力がかかる事態も防ぐことができる。それにより、摩耗を防いで耐久性を向上させることも可能となる。
【００２６】
更にまた、前記スクリュー本体（１０ａ）の有効長さにおける山数をほぼ２６〜３４に設定することにより、スクリュー全長が短縮されても、山数は２６〜３４の範囲で適宜調整できる。そのため、スクリューのリード間に充填される樹脂容積が増大しても、移送動力を低減することも可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を代表する一の実施の形態を説明する。
図１および図２は本発明の一実施の形態を示している。
本実施の形態に係る樹脂押出機用スクリュー１０は、加熱可能なバレル５０内に回転駆動可能に収容され、ホッパー６０から投入された原料樹脂を回転送りによって溶融、混練し、押出し成形するものである。
【００２８】
図１に示すように、樹脂押出機用スクリュー１０のスクリュー本体１０ａは、有効長さＬ分延びるフライト部１１と、このフライト部１１の基端側より更に軸心方向に延出して動力源側に連結されるシャンク部１２とから成る。
【００２９】
スクリュー本体１０ａにおける有効長さＬ部位は、ホッパー６０側に位置する基端側より樹脂送り方向に向かって順に、前記ホッパー６０から投入された原料樹脂を取り込みつつ送り出す所定径の喰い込み領域Ｎ１と、該喰い込み領域Ｎ１の先端より漸次径が拡大する溶融混練開始領域Ｎ２と、該溶融混練開始領域Ｎ２の先端最大径とほぼ同径の溶融混練領域Ｎ３とに区画されている。
【００３０】
更に溶融混練領域Ｎ３に続いて、漸次径が縮小する短い減圧領域Ｎ４、該減圧領域Ｎ４の先端最小径と同径の脱気領域Ｎ５、再び漸次径が拡大する加圧領域Ｎ６、該加圧領域Ｎ６の先端最大径と同径の押出領域Ｎ７に区画されている。なお、スクリュー本体１０ａを収納しているバレル５０の内径は、その全長に亘り一定の大きさに設定されている。
【００３１】
バレル５０の基端側には、ホッパー６０を装着する所定幅Ｈの材料投入口５１が内部に連通するように開設されており、前記スクリュー本体１０ａの脱気領域Ｎ５が位置する部位には、同じく内部に連通する脱気口５２が開設されている。また、バレル５０の先端には、溶解した樹脂をストランドとして押し出すダイスヘッド５３が設けられている。また、バレル５０の外周側には図示省略したがヒータが設けられている。
【００３２】
前記スクリュー本体１０ａは、所定速度で回転駆動され前記ホッパー６０より原料樹脂が供給される状態において、前記喰い込み領域Ｎ１ではスクリューのリード間に原料樹脂がほぼいっぱいに充填され、溶融混練開始領域Ｎ２の始端側ではリード間にて原料樹脂が前方のリードに十分に触れ、同じく溶融混練開始領域Ｎ２の終端側ではリード間にて原料樹脂の一部が溶けだし、前記溶融混練領域Ｎ３ではリード間にて原料樹脂が総て溶ける寸法・形状に設定されている。
【００３３】
かかるスクリュー本体１０ａの具体的な仕様としては、フライト部１１の有効長さＬと直径Ｄの比率（Ｌ／Ｄ）がほぼ１４．５〜２６に設定され、スクリューのリード角がほぼ１６〜２１度の傾斜で形成される。また、スクリュー本体１０ａの有効長さＬにおける山数がほぼ２６〜３４に設定される。
【００３４】
また、スクリュー本体１０ａのリード間距離Ｐは、フライト部１１の有効長さＬに比例し、スクリューの直径がＤとすると、５５／１００×Ｄ〜７５／１００×Ｄの範囲で形成されることから、スクリューの直径を１００ｍｍとした場合のリード間距離Ｐは、５５ｍｍ〜７５ｍｍで形成される。従って、直径Ｄが１００ｍｍであれば、有効長さＬと直径Ｄの比率がほぼ１４．５〜２６となることから、フライト部１１の有効長さＬは１４５０〜２６００ｍｍとなる。
【００３５】
次に作用を説明する。
図１に示す樹脂押出機用スクリュー１０によれば、原料樹脂の硬度（すなわち落下速度）に応じた所定速度でスクリュー本体１０ａを回転駆動させた状態で、ホッパー６０から原料樹脂を投入すると、原料樹脂は先ず最初にスクリュー本体１０ａの喰い込み領域Ｎ１に導入される。
【００３６】
前述したようにスクリュー本体１０ａは喰い込み領域Ｎ１も含めて、Ｌ／Ｄが１４．５〜２６に設定され、リード角が１６〜２１度の傾斜で形成されているので、図２（ａ）に示すように、喰い込み領域Ｎ１からリード間に原料樹脂がほぼいっぱいに充填される。
【００３７】
従って、原料樹脂を最初に取り込む喰い込み領域Ｎ１においても、リード間において原料樹脂が充填されない隙間は、リード間容積の４／５〜５／６程度にとどまり、喰い込み領域Ｎ１で原料樹脂のスリップが生じることはなく、効率よく原料樹脂は連続して移送される。
【００３８】
図２（ｂ）に示すように、原料樹脂は前記喰い込み領域Ｎ１を経て、溶融混練開始領域Ｎ２側へ送られるが、続く溶融混練開始領域Ｎ２の始端側（図２（ｂ）の右側）では、スクリューのリード間にて原料樹脂が前方のリードに十分に接触することになる。
【００３９】
そのため、溶融混練開始領域Ｎ２の中間付近から徐々に圧縮（加圧）が始まるので、同じく溶融混練開始領域Ｎ２の終端側（図２（ｂ）の左側）では、加圧不足となることはなく、また谷部とバレル側とで大きな温度差が生じることもなくなり、リード間にて既に原料樹脂の一部が溶けだすことになる。
【００４０】
更に原料樹脂は、スクリュー本体１０ａの溶融混練領域Ｎ３へ送られるが、この溶融混練領域Ｎ３は前記溶融混練開始領域Ｎ２の先端最大径とほぼ同径であり、図２（ｃ）に示すように、溶融混練領域Ｎ３ではリード間にて原料樹脂は総て溶けた状態で均一にムラなく混練される。
【００４１】
このようなリード間における十分に充填された状態での混練が、溶融混練領域Ｎ３に続く減圧領域Ｎ４、脱気領域Ｎ５、加圧領域Ｎ６、それに押出領域Ｎに亘り連続することにより、溶融混練領域Ｎ３以降の各領域でも焼けや焦げが発生することはない。
【００４２】
また、前記スクリュー本体１０ａのリード間距離は、前記スクリューの直径に対し５５／１００〜７５／１００の比率に設定されており、リード間距離を比較的広く採ることができる。従って、軟らかく落下速度の遅い原料樹脂に合わせてスクリュー本体１０ａの回転速度を遅くした場合でも、混練性を低下させずに圧縮（加圧）を行うことができ、前記溶融混練開始領域Ｎ２で過剰な圧力がかかる事態も防ぐことができる。それにより、摩耗を防いで耐久性を向上させることも可能となる。
【００４３】
前記スクリュー本体１０ａの回転駆動により、溶融混練開始領域Ｎ２、溶融混練領域Ｎ３ないし加圧領域Ｎ６にかけて十分に溶融・混練されて溶けた樹脂は、最後は押出領域Ｎを経て、バレル５０の先端にあるダイスヘッド５３より順に押し出される。
【００４４】
このダイスヘッド５３より溶融状態で細径の線状に成形されつつ連続的に流出されるストランドは、水槽（図３参照）内に引き込んで水冷した後この水槽より引き出され、エア吸引式の図示しない水切り装置により水切りされ、ストランド切断機により切断してペレット化される。
【００４５】
なお、前記スクリュー本体１０ａの有効長さにおける山数をほぼ２６〜３４に設定したことにより、樹脂押出機用スクリュー１０の全長が短縮されても、山数は２６〜３４の範囲で適宜調整できる。そのため、スクリューのリード間に充填される樹脂容積が増大しても、移送動力を低減することも可能となる。
【００４６】
また、前述したように焼け焦げの発生が低減されることから、従来の如く、色換えの際の段取り換え時に、焼け焦げ発生源に生ずる色の脱色のために生ずる大量の廃棄物と、その廃棄物を流出するための無駄時間を大幅に削減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂押出機用スクリューによれば、原料樹脂の硬度に関わらずスクリューを高速回転させた状態でも、供給された樹脂をスクリューのリード間に十分に充填させることができ、樹脂の移送効率、熱効率、それに混合効率が向上されて、焼けや焦げが発生するおそれもなく、しかもスクリューの要所に過剰な圧力がかかることもなく、摩耗を防いで耐久性を向上させることができる樹脂押出機用スクリューを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る樹脂押出機用スクリューを示す全体側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る樹脂押出機用スクリューの要部における原料樹脂の混練・溶融状態を説明する要部拡大図である。
【図３】従来のペレット製造装置の全体概略図である。
【図４】従来の樹脂押出機用スクリューを示す全体側面図である。
【図５】従来の樹脂押出機用スクリューの要部における原料樹脂の混練・溶融状態を説明する要部拡大図である。
【図６】従来の別の樹脂押出機用スクリューを示す全体側面図である。
【図７】従来の別の樹脂押出機用スクリューの要部における原料樹脂の混練・溶融状態を説明する要部拡大図である。
【符号の説明】
１０…樹脂押出機用スクリュー
１０ａ…スクリュー本体
Ｎ１…喰い込み領域
Ｎ２…溶融混練開始領域
Ｎ３…溶融混練領域
Ｎ４…減圧領域
Ｎ５…脱気領域
Ｎ６…加圧領域
１１…フライト部
１２…シャンク部
５０…バレル
５１…材料投入口
５２…脱気口
５３…ダイスヘッド
６０…ホッパー

Claims

加熱可能なバレル内に回転駆動可能に収容され、ホッパーから投入された原料樹脂を回転送りによって溶融、混練し、押出し成形する樹脂押出機用スクリューにおいて、
スクリュー本体における有効長さ部位は、前記ホッパー側に位置する基端側より樹脂送り方向に向かって順に、前記ホッパーから投入された原料樹脂を取り込みつつ送り出す所定径の喰い込み領域と、該喰い込み領域の先端より漸次径が拡大する溶融混練開始領域と、該溶融混練開始領域の先端最大径とほぼ同径の溶融混練領域とに少なくとも区画されており、
前記スクリュー本体は、有効長さと直径の比率がほぼ１４．５〜２６に設定され、スクリューのリード角がほぼ１６〜２１度の傾斜で形成され、
前記スクリュー本体のリード間距離は、前記スクリューの直径に対し５５／１００〜７５／１００の比率に設定され、
前記スクリュー本体は、有効長さにおける山数がほぼ２６〜３４に設定されたことを特徴とする樹脂押出機用スクリュー。