JP4911633B2

JP4911633B2 - 可塑化装置及びそれを用いた成形方法

Info

Publication number: JP4911633B2
Application number: JP2008077063A
Authority: JP
Inventors: 一也阿南
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009226823A

Description

本発明は、成形機の可塑化装置及びそれを用いた成形方法に関するものである。

成形機の加熱筒内で原料を可塑化・溶融して溶融原料となす工程中に発生するガスや水分は、溶融原料を成形した成形品にシルバーストリークやもや等の不良現象を惹起させる。そのため、従来から様々な対策を講じて加熱筒内からガスや水分を除去してきた。例えば、スクリュの二段の圧縮部の間に設けた減圧部から発生したガスや水分を、加熱筒の中間部に穿孔して設けたベント口から脱気するものがある。しかしながら、このベント方式には、ベント口から溶融原料が膨出したりベント口近傍の劣化した溶融原料が加熱筒内に混入するといった問題がある。また、加熱筒への原料の供給量を制限してスクリュの溝内に形成した空隙からスクリュの後方へガスや水分を流通させ、加熱筒の原料入口からガスや水分を自然放出するか真空ポンプで吸引する方式もある。しかしながら、この方式はベント方式に比較して脱気効果は低いものであった。

ところで、ガスや水分を排気するためではなく逆にガスの逃散を阻止し拡散させるための２重ネジのスクリュが特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１には、スクリュの２重ネジに関する具体的で詳細な説明が記載されておらず、その形態は不明である。

また、特許文献２には、第１の螺溝と第２の螺溝が互いに隣接して形成されたスクリュが開示されている。しかしながら、このスクリュは本発明におけるようなデコンプレッションゾーンを有しないものである。
特公昭５４−６５９４号公報（２頁右欄５〜７行、第２図（ロ））特開昭６３−２４２５０９号公報（２頁左下欄１２〜２０行、第１図）

本発明は、上記した問題を解決すべくなされたものであって、ベント口を備えずに加熱筒内のガスや水分を効果的に排気することができる可塑化装置とそれを用いた可塑化方法を提供することを目的とする。

本発明は、加熱筒の内孔に回転自在に嵌挿され原料を可塑化するスクリュが設けられた可塑化装置において、前記原料の入口側である後方から前方へ順に第１フィードゾーン、第１コンプレッションゾーン、第１メータリングゾーンをフライト高さが順次低くなるように形成し、前記第１メータリングゾーンの前方に隣接するデコンプレッションゾーンはフライト高さが前記第１メータリングゾーンのフライト高さよりも高くなるように形成し、さらに、前記デコンプレッションゾーンから前方へ順に第２フィードゾーン、第２コンプレッションゾーン、第２メータリングゾーンをフライト高さが順次低くなるように形成し外周径が前記加熱筒の内孔の内径より僅か小さい主フライトが設けられるとともに、前記第１フィードゾーンの中間から前記第２フィードゾーンの中間まで、ピッチと外周径が前記主フライトのものと同一の副フライトが設けられたスクリュが、ベント口を備えない加熱筒の内孔に設けられた可塑化装置に関する。

本発明の可塑化装置とそれを用いた可塑化方法によれば、ベント口を備えずに加熱筒内のガスや水分を効果的に排気することができる。

図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明を実施するスクリュが加熱筒に嵌挿された状態を示す縦断面図である。

スクリュ３は、射出成形機や押出機等の成形機の可塑化装置１５に設けられる加熱筒４の内孔１０に回転自在に嵌挿されている。加熱筒４は、肉厚円筒であり、後方である一方の端部は可塑化装置１５の図示しないハウジングに固着され、前方である他方の端面にはシリンダヘッド１が固着されている。シリンダヘッド１には、図示しないノズル等が固着されている。加熱筒４の後方の端部側面には上方へ開口する原料入口７が穿孔されている。原料入口７には、原料供給装置１３が気密に接続されている。原料供給装置１３は、二段に構成し交互に開閉するシャッタ１１，１１や凹部を有する回転弁（図示せず。）等で気密を保持しつつ供給された所定量の原料Ｍを、フィードスクリュ１２でその搬送量を制限・制御して原料入口７へ供給するものである。加熱筒４の内孔１０に嵌挿されたスクリュ３の原料入口７端部に対応する部分より後方の部分は、スクリュ基部８となっている。スクリュ基部８は、内孔１０の内径より僅か小さい直径を有する円柱状であって、加熱筒４の後方端面に設けられた図示しないパッキングに摺接して、加熱筒４後端部を気密としている。また、スクリュ３の前方では原料Ｍが溶融した溶融原料Ｍｍでフライトピッチ間の溝が充填されているので、加熱筒４後部の内部は気密となる。したがって、原料入口７上方の原料供給装置１３に設けられた真空ポンプ１４は、加熱筒４内を減圧し溶融原料Ｍｍから発生するガスや水分を効果的に吸引することができる。なお、押出機においては、逆流防止弁２を備えることはない。

スクリュ３は、後部のスクリュ基部８から、逆流防止弁２を固着する前端面まで、軸方向の位置に応じて直径が変化する丸棒の外周に、主フライト６と副フライト５が同一ピッチで螺旋状に突出して巻着され、全てのフライトの外周径が同一で内孔１０の内径より僅か小さくなるような形態に形成したものである。そして、前記丸棒の直径の軸方向の位置に応じた変化に基づいて、主フライト６は、原料の入口側である後方から前方へ順に第１フィードゾーンＦＺ１、第１コンプレッションゾーンＣＺ１、第１メータリングゾーンＭＺ１をそれらのフライト高さが順次低くなるように形成し、第１メータリングゾーンＭＺ１の前方に隣接してデコンプレッションゾーンＤＺをそのフライト高さが第１メータリングゾーンＭＺ１のフライト高さよりも高くなるように形成し、さらに、デコンプレッションゾーンＤＺから前方へ順に第２フィードゾーンＦＺ２、第２コンプレッションゾーンＣＺ２、第２メータリングゾーンＭＺ２をそれらのフライト高さが順次低くなるように形成する。そして、第１フィードゾーンＦＺ１の中間から第２フィードゾーンＦＺ２の中間まで、ピッチが主フライト６のものと同一の副フライト５が設けられる。

次に、スクリュ３による可塑化について説明する。原料供給装置１３から原料入口７を経由して加熱筒４の内孔１０に供給された原料Ｍは、フライト高さが比較的高くピッチ溝容積の比較的大きくて一定な第１フィードゾーンＦＺ１で加熱筒４やスクリュ３から熱量を受けつつ前方へ搬送される。第１フィードゾーンＦＺ１の中間位置から主フライト６のピッチ間に副フライト５が前方へ形成され、この位置の近傍から原料Ｍは溶融され始める。原料Ｍが溶融された溶融原料Ｍｍは、未溶融の原料Ｍとともに主フライト６の前方側の側面（主フライト６のピッチ溝で見ると後方側の側面）に偏在する。ところで、副フライト５が設けられている主フライト６のピッチＰ１において、主フライト６と副フライト５との主フライトのピッチＰ１の前方側における溝９の幅Ｐ２は、主フライトのピッチＰ１距離の１０〜５０％に設定されている。したがって、原料Ｍが原料供給装置１３から供給量が制限されている場合には、原料Ｍ及び溶融原料Ｍｍは、溝９に浸入することは殆んどない。すなわち、溝９内には、通常の成形における可塑化時には、原料Ｍ及び溶融原料Ｍｍが殆んど存在せずガスや水分が容易に流通可能となっている。このように、溝９はガスや水分の通路であるから、その幅Ｐ２は狭い方が主フライト６と副フライト５との主フライトのピッチＰ１の後方側における幅が広くなり、原料Ｍの可塑化能力の低下が防止できる点で好ましい。しかしながら、原料Ｍの種類や色を変換するためにスクリュ３を洗浄するときには、原料Ｍを原料供給装置１３で供給量を制限せず原料入口７が充満されるように供給して、溝９内にも原料Ｍ及び溶融原料Ｍｍが存在して搬送されるようにする必要がある。そのため、溝９の幅Ｐ２は、洗浄効果を考慮してある程度の距離が必要であることから、前記のように、主フライトのピッチＰ１距離の１０〜５０％に設定されているのである。

第１フィードゾーンＦＺ１の前方側に隣接する第１コンプレッションゾーンＣＺ１は、フライト高さが第１フィードゾーンＦＺ１のものから前方へテーパー状に低くなるように形成されている。第１コンプレッションゾーンＣＺ１では、原料Ｍ及び溶融原料Ｍｍは、ピッチ溝の容積が減少していくことから圧縮され、溶融が促進される。そして、原料Ｍ及び溶融原料Ｍｍは、溶融原料Ｍｍの割合が多くなり主フライト６の前方側の全側面に付着して混錬されつつ搬送される。また、この過程で放出したガスや水分は、第１コンプレッションゾーンＣＺ１と第１フィードゾーンＦＺ１のフライト溝内に連通する空隙を流動して後方へ排出される。第１コンプレッションゾーンＣＺ１の前方側に隣接する第１メータリングゾーンＭＺ１は、フライト高さが第１コンプレッションゾーンＣＺ１の最前端のものから前方へ一定に形成されている。第１メータリングゾーンＭＺ１では、原料Ｍは全て溶融され溶融原料Ｍｍのみとなる。

第１メータリングゾーンＭＺ１の前方側に隣接するデコンプレッションゾーンＤＺは、フライト高さが第１メータリングゾーンＭＺ１のものから前方へ一ピッチ程度の短距離でテーパー状に高くなるように形成されている。デコンプレッションゾーンＤＺでは、ピッチ溝の容積が急激に拡大されていることにより、圧縮されていた溶融原料Ｍｍが減圧され、溶融原料Ｍｍに包含されていたガスや水分が効果的に放出される。デコンプレッションゾーンＤＺの前方に隣接する第２フィードゾーンＦＺ２は、フライト高さがデコンプレッションゾーンＤＺの最前端のものから前方へ一定に形成されている。第１フィードゾーンＦＺ１の中間から形成された副フライト５は、第２フィードゾーンＦＺ２の中間（より好ましくは第２フィードゾーンＦＺ２の後方側一ピッチ位置近傍）まで連続している。副フライト５をデコンプレッションＤＺの最前端で終端させないで、第２フィードゾーンＦＺ２の中間まで延長させているのは、デコンプレッションゾーンＤＺで急激に減圧されて膨張した溶融原料Ｍｍが溝９内へ逆流して浸入しないようにするためである。デコンプレッションゾーンＤＺで放出されたガスや水分は、原料Ｍや溶融原料Ｍｍの殆んど存在しない螺旋状の溝９内を容易に流通してスクリュ３の後部へ流動する。スクリュ３後部の原料入口７付近に到達したガスや水分は、適宜設けた隙間から大気中へ排出するか又は、気密に形成した原料入口７付近の空間から真空ポンプ１４で強制的に大気中へ排気される。

第２フィードゾーンＦＺ２の前方側に隣接する第２コンプレッションゾーンＣＺ２は、フライト高さが第２フィードゾーンＦＺ２のものから前方へテーパー状に低くなるように形成されている。第２コンプレッションゾーンＣＺ２では、溶融原料Ｍｍは、ピッチ溝の容積が減少していくことから圧縮され、再度溶融が促進・実施される。第２コンプレッションゾーンＣＺ２の前方側に隣接する第２メータリングゾーンＭＺ２は、フライト高さが第２コンプレッションゾーンＣＺ２の最前端のものから前方へ一定に形成されている。第２メータリングゾーンＭＺ２は、ガスや水分が包含されない良質な溶融原料Ｍｍをスクリュ３の前方へ押出す。射出成形機においては、加熱筒４の前部に溶融原料Ｍｍを所定量貯留し、スクリュ背圧に抗して後退したスクリュ３を射出前進させることにより、図示しない金型へ射出・充填する。

表１は、このようにして射出成形した成形品の水分率を、比較のため従来のスクリュを備えた射出成形機により成形した成形品の水分率とともに示すものである。この成形における成形原料はＡＢＳ樹脂材（クララスチックＧＡ−５０１）であり、初期水分率は３０００ｐｐｍ程度である。また、成形品は２００×２５０ｍｍＭａｘであり、そのスプル部分を水分率測定に供した。表におけるＬ／Ｄは、スクリュの長さをその直径で除したものでありスクリュの有効長を示す指標である。Ｌ／Ｄ２０のスクリュとはごく一般の汎用スクリュである。Ｌ／Ｄ２８の従来のスクリュとは、フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメータリングゾーンのみを有するスクリュである。本発明のスクリュは、フィードゾーン、コンプレッションゾーン及びメータリングゾーンを二段に備えるとともにデコンプレッションゾーンと副フライトを有するので、必然的に大きなＬ／Ｄとなったのである。

表１より明らかなように、原料供給量の制限が大きい程、また、スクリュ背圧が低い程、スクリュのピッチ溝内の原料や溶融原料の密度が低くなり空隙が多くなるので、水分の排出が促進される。また、真空吸引して加熱筒内を減圧したときには、極めて顕著な水分率低下が見られる。特に、Ｌ／Ｄを大きくしたときに真空吸引すると効果的である。これは、加熱筒内での溶融原料の滞留時間が増加したことによるものと考えられる。このように、本発明によるスクリュ３を用いた成形では水分やガスの排出に有効と考えられる全ての要件が満たされている。すなわち、原料Ｍを剪断により完全に溶融した状態にした後それを減圧し、比較的長く滞留させ、放出されたガスや水分を確保された流路から強制的に吸引して排出するのである。

この発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。

本発明を実施するスクリュが加熱筒に嵌挿された状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
２逆流防止弁
３スクリュ
４加熱筒
５副フライト
６主フライト
７原料入口
８スクリュ基部
９溝
１０内孔
１１シャッタ
１２フィードスクリュ
１３原料供給装置
１４真空ポンプ
１５可塑化装置
Ｍ原料
Ｍｍ溶融原料
ＦＺ１第１フィードゾーン
ＦＺ２第２フィードゾーン
ＣＺ１第１コンプレッションゾーン
ＣＺ２第２コンプレッションゾーン
ＭＺ１第１メータリングゾーン
ＭＺ２第２メータリングゾーン
ＤＺデコンプレッションゾーン
Ｐ１主フライトのピッチ
Ｐ２主フライトと副フライトとの主フライトのピッチＰ１の前方側における溝幅

Claims

加熱筒の内孔に回転自在に嵌挿され原料を可塑化するスクリュが設けられた可塑化装置において、
前記原料の入口側である後方から前方へ順に第１フィードゾーン、第１コンプレッションゾーン、第１メータリングゾーンをフライト高さが順次低くなるように形成し、前記第１メータリングゾーンの前方に隣接するデコンプレッションゾーンはフライト高さが前記第１メータリングゾーンのフライト高さよりも高くなるように形成し、さらに、前記デコンプレッションゾーンから前方へ順に第２フィードゾーン、第２コンプレッションゾーン、第２メータリングゾーンをフライト高さが順次低くなるように形成し外周径が前記加熱筒の内孔の内径より僅か小さい主フライトが設けられるとともに、前記第１フィードゾーンの中間から前記第２フィードゾーンの中間まで、ピッチと外周径が前記主フライトのものと同一の副フライトが設けられたスクリュが、ベント口を備えない加熱筒の内孔に設けられたことを特徴とする可塑化装置。
前記主フライトと前記副フライトとの前記主フライトピッチの前方側における距離は、前記主フライトピッチ距離の１０〜５０％であるスクリュが設けられた請求項１に記載の可塑化装置。
請求項１又は２に記載の可塑化装置を用いて原料を可塑化する可塑化方法であって、
前記スクリュの主フライトと前記副フライトとにより前記主フライトピッチの前方側に形成される溝にガスや水分が流通可能な程度に原料の供給量を制限して原料を可塑化する可塑化方法。
請求項１又は２に記載の可塑化装置を用いて原料を可塑化する可塑化方法であって、
前記加熱筒内を減圧雰囲気として原料を可塑化する可塑化方法。