JP5170767B2

JP5170767B2 - 単層ブロー成形機の押出しスクリュー

Info

Publication number: JP5170767B2
Application number: JP2008303789A
Authority: JP
Inventors: 哲也中村
Original assignee: 羽立化工株式会社
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010125729A

Description

本発明は、ポリエチレンをベース材としたナイロンブレンド材を使用して単層ブロー成形される小型燃料タンク等の成形品において、ナイロンを層状に安定分散させて耐燃料透過性を高めることが可能な単層ブロー成形機の押出しスクリューに関する。

従来、船外機やオートバイ等の燃料タンクとして使用される小型燃料タンクは、ポリエチレン材のみを単層ブロー成形機を用いてブロー成形することにより成形され、単層ブロー成形機の押出し機には、原料を押出すための押出しスクリューが設けられている。この押出しスクリューは、図７に示すように、軸１５ａの基端側に供給部１７が設けられ軸１５ａの先端側に計量部１９が設けられると共に、供給部１７と計量部１９との間に圧縮部１８が設けられている。なお、ブロー成形に使用される押出しスクリューとしては、例えば特許文献１が開示されている。
特開２００５−２６２８２４号公報

しかしながら、図７に示す押出しスクリュー１５にあっては、供給部１７、圧縮部１８、計量部１９に同一ピッチＰで配設された各フライト１５ｂの数の割合が、７９．５％、２．５％、１８％で、圧縮部１８の割合が他の供給部１７及び計量部１９に対して極めて小さく設定されている。そのため、この押出しスクリュー１５を備えた単層ブロー成形機を用いて、例えば図６（ｂ）の成形品の断面に示すように、高密度ポリエチレン層１６ｃの間にナイロンによるバリア材１６ａを有する小型燃料タンク等の成形品１６を単層ブロー成形すると、成形品１６の燃料透過量（矢印イ、ロの如くタンク内側からタンク外側への燃料の透過量）が多くなり（すなわち耐燃料透過性が劣り）、例えば米国の安全規格（ＣＡＲＢ、ＥＰＡ）を安定してクリアすることが困難である。

そこで、図６（ｂ）に示す単層構造に換えて、多層ブロー成形機を使用して成形するこにより多層構造として耐燃料透過性を高める方法も考えられるが、この場合は、多層ブロー成形機自体が極めて高価であるため、コスト的に安価な船外機やオートバイの小型燃料タンク等の成形品１６には容易に適用することができない。しかし、図６（ａ）に示すように、単層ブロー成形機を使用してバリア層１６ｂを層状分散させ、成形品１６の耐燃料透過性を高める方法がある。この場合、単層ブロー成形機の押出し機の押出しスクリュー１５として図７に示すものを使用すると、層状のバリア層１６ｂを安定して分散させることができず成形品１６の歩留まりが悪化し、結果として、成形品１６の耐燃料透過性とコストを共に満足させることが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、単層ブロー成形機を用いてポリエチレンをベース材としたナイロンブレンド成形品のバリア層が安定して層状分散された成形品を容易に成形でき、耐燃料透過性とコストを共に満足させ得る単層ブロー成形機の押出しスクリューを提供することある。

かかる目的を達成すべく、本発明の請求項１に記載の発明は、それぞれ一定ピッチで配設された所定数のフライトを有して、軸の基端側に供給部が設けられ軸の先端側に計量部が設けられると共に、前記供給部と計量部の間に圧縮部が設けられて、ポリエチレンをベース材としたナイロンブレンド材を成形する単層ブロー成形機の押出しスクリューにおいて、前記供給部の軸を径小で計量部の軸を径大に形成し前記圧縮部の軸をテーパー状に形成すると共に、前記フライト数が、供給部５４〜５９％、圧縮部１４％、計量部２７〜３２％に設定されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記フライトの全フライト数が２２で、前記供給部のフライト数が１３〜１２、前記圧縮部のフライト数が３、前記計量部のフライト数が６〜７に設定されていることを特徴とする。さらに、請求項３に記載の発明は、前記ナイロンブレンド材が、高密度ポリエチレン６０〜８５％、相溶化材１０〜２０％、ナイロン５〜２０％の比率に設定されると共に、前記高密度ポリエチレンの成形温度が１８０度前後で前記ナイロンの成形温度が２５０〜２８０度に設定されている原料を使用することを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、押出しスクリューの供給部の軸を径小で計量部の軸を径大に形成し圧縮部の軸をテーパー状に形成すると共に、各部のフライト数が所定に設定されているため、フライト数が１４％の圧縮部により、ナイロンブレンド材の供給部から計量部にかけての急激な圧縮を避けて剪断発熱を安定させることができると共に、フライト数が２７〜３２％の計量部により、ナイロンの未溶融や完全溶融を防止して層状分散を安定させることができ、耐燃料透過性とコストの両方を満足し得る成形品を容易に得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、全フライト数が２２で、供給部のフライト数が１３〜１２、圧縮部のフライト数が３、計量部のフライト数が６〜７に設定されているため、各部の最適数のフライトにより層状分散を安定させることができると共に、コスト的に有利な押出しスクリューを得ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、ナイロンブレンド材の比率が、高密度ポリエチレン６０〜８５％、相溶化材１０〜２０％、ナイロン５〜２０％に設定されると共に、高密度ポリエチレンの成形温度は１８０度前後でナイロンの成形温度が２５０〜２８０で溶融するグレードの原料を使用しているため、成形品の成形温度をナイロンの成形温度より低めに設定し、混練性改善となる前記スクリューを使用することにより層状分散をより一層安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明に係わる単層ブロー成形機の押出しスクリューの一実施形態を示し、図１が押出し機の概略構成図、図２がその押出しスクリュー部分の概略断面図、図３が具体的な押出しスクリューの正面図、図４が実験結果の説明図、図５が燃料透過量を示すグラフである。

図１に示すように、図示しない単層ブロー成形機に設けられる押出し機１は、単層ブロー成形機架台の上部に水平状態で配設されたシリンダー２を有し、このシリンダー２の基端部には、材料供給用のホッパー３が配設されると共に駆動源としてのモータ４が配設されている。また、シリンダー２の内部には、押出しスクリュー５が前記モータにより回転可能に配設されると共に、シリンダー２の外周部には、例えば３つのヒータ６が後述する供給部７、圧縮部８及び計量部９にそれぞれ対応した状態で配設されている。

そして、前記押出しスクリュー５は、図２及び図３に示すように、軸５ａと多数（図では２２個）のフライト５ｂを有して、軸５ａの長手方向に沿って、基端側から供給部７、圧縮部８及び計量部９が順に設けられている。前記供給部７はその軸５ａが径小に形成され、前記計量部９はその軸５ａが径大に形成されており、供給部７と計量部９間の圧縮部８は、その軸５ａが供給部７の軸５ａの端部から計量部９の軸５ａの端部に正面視で直線状に連続したテーパー状に形成されている。

また、押出しスクリュー５の全フライト数は２２に設定され、これらが一定ピッチＰで軸５ａの外周面に固定されると共に、供給部７のフライト数が１３〜１２（５４〜５９％）、圧縮部８のフライト数が３（１４％）、計量部９のフライト数が６〜７（２７〜３２％）に設定されている。なお、押出しスクリュー５の外径ｄは、例えば６５ｍｍに設定されている。

次に、このように構成された押出し機１を備えた単層ブロー成形機を用いて、船外機の燃料タンクを成形した実験結果を、図４及び図５等に基づいて説明する。先ず、材料として、高密度ポリエチレンと相溶化材（例えば商品名：アドマー（登録商標）、アドテックス（登録商標））及びナイロン（例えばナイロ６、６６）をブレンドしたナイロンブレンド材を使用し、これらのブレンド比率を、高密度ポリエチレン６０〜８５％、相溶化材１０〜２０％、ナイロン５〜２０％に設定し、かつ、高密度ポリエチレンの成形温度を１８０度前後でナイロンの成形温度を２５０〜２８０度で溶融するグレードに設定した。また、押出しスクリュー５の計量部９先端でのナイロンブレンド材の樹脂圧力が１０〜１５Ｍｐａとなるように、押出しスクリュー５の回転数を調整した。

そして、単層ブロー成形機を用いて、図４に示すように、前記押出しスクリュー５の計量部９、圧縮部８及び供給部７のフライト数の比率を変化させ、小型燃料タンクを成形した。その結果、図４の実施例１と実施例２の成形品の燃料透過量は、図５に示すように、燃料透過量に関する米国のＥＰＡの透過性規格Ｓ（１．５ｇ／ｍ^２−ｄａｙ）を満足し、比較例１と比較例２はＥＰＡの透過性規格Ｓをオーバーして該規格Ｓを満足しないことが判明した。また、参考に図７に示す従来の押出しスクリュー１５でポリエチレン単体で成形した比較例３は、燃料透過量が比較例１や比較例２に対して極めて高い値を示しており前記ＥＰＡの透過性規格Ｓを満足しないことも判明した。

また、実施例１について、複数個（１０個）成形品を成形して、その各燃料透過量について確認したところ、全ての製品において前記ＥＰＡの透過性規格Ｓを満足して不良品の発生はないことも確認されている。つまり、単層ブロー成形機の押出し機１に、前記供給部７、圧縮部８及び計量部９のフライト数が実施例１及び実施例２に示すように設定された押出しスクリュー５を使用することにより、図６（ａ）に示す成形品１６のバリア層１６ｂの層状分散が安定して、該成形品１６の燃料透過量が前記ＥＰＡの透過性規格Ｓを安定してクリアできることになる。

この理由としては、次のような点が考えられる。すなわち、圧縮部８のフライト数の比率を１４％と、比較例３（従来例）の比率２．５％に対して大きく設定することで、ナイロンブレンド材の供給部７から計量部９にかけての急激な圧縮を避けることができると共に、軸５ａの外径をテーパー状とすることで、スムーズな圧縮が可能となり、剪断発熱が安定する。また、計量部９のフライト数の比率を２７〜３２％と、比較例の１８％に対して大きく設定することで、ナイロンの未溶融や完全溶融を防止することができ、層状分散が一層安定する。これらにより、耐燃料透過性に優れかつコスト的にも有利な層状分散された成形品１６（小型燃料タンク等）が容易に得られることになる。

このように、上記実施形態の押出しスクリュー５によれば、押出しスクリュー５の供給部７の軸５ａを径小で計量部９の軸５ａを径大に形成し圧縮部８の軸５ａをテーパー状に形成すると共に、供給部７、圧縮部８及び計量部９のフライト５ｂの数が、供給部５４〜５９％、圧縮部１４％、計量部２７〜３２％に設定されているため、フライト数が１４％の圧縮部８により、ナイロンブレンド材の供給部７から計量部９にかけての急激な圧縮を避けて剪断発熱を安定させることができる。

また、フライト５ｂの数が２７〜３２％の計量部９により、ナイロンの未溶融や完全溶融を防止して層状分散を安定させることができ、これらにより、ＥＰＡの透過性規格Ｓをクリア可能な耐燃料透過性を有する例えば船外機の小型燃料タンクを成形することができる。特に、押出しスクリュー５の全フライト数が２２で、供給部７のフライト数を１３〜１２、圧縮部８のフライト数を３、計量部９のフライト数を６〜７に設定することにより、押出しスクリュー５の全体や各部７〜９のフライトを最適数に設定して、成形品１６の層状分散を一層安定させることが可能になると共に、押出しスクリュー５自体を安価に形成することができる。

また、材料としてのナイロンブレンド材の比率が、高密度ポリエチレン６０〜８５％、相溶化材１０〜２０％、ナイロン５〜２０％に設定されると共に、高密度ポリエチレンの成形温度が１８０度前後でナイロンの成形温度が２５０〜２８０度の原料を使用し、かつ、計量部９先端での樹脂圧力が１０〜１５Ｍｐａとなるように押出しスクリュー５の回転数を調整しているため、成形品１６の層状分散を一層安定させることができる。また、押出し機１のシリンダー２の外側に配設されるヒータ６が、供給部７、圧縮部８、計量部９に略対応して３つ配設されているため、図７に示す従来のようにヒータ６を２つ配設した場合に比較して、押出しスクリュー５の各部７〜８に対応した部分の温度を高精度に制御することができて、実験結果に示すように層状分散が安定した成形品１６を安定して成形することか可能となる。

また、各部７〜９のフライト数の比率設定により、層状分散を安定させることができるため、成形品１６の不良発生を抑制して歩留まりを高めることができ、成形品１６の成形コストを低減させることができると共に、押出しスクリュー５の交換により対応できるため、ブロー成形機として、従来から使用していた例えば小型の単層ブロー成形機を使用することができて、設備投資額を極めて少なく抑えることができる。また、材料としてリターン材を使用することができるため、材料コストを一層低減することができ、これらにより、小型燃料タンクを安価に形成できて、多層ブロー成形機で得られる耐燃料透過性と同等の性能を有し、かつコスト的に有利な小型燃料タンクの提供が可能となる。

なお、前記実施形態における押し出しスクリュー５は、全フライト数を２２に設定したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば全フライト数が２２未満や２２を超える押出しスクリューにも適用することができる。また、前記実施形態の押出しスクリュー５の供給部７、圧縮部８、計量部９の各フライト数の比率（５４〜５９％、１４％、２７〜３２％）も、当該特定比率に限定されるものでもなく、同様の効果が得られる範囲の比率まで包含し得ることは言うまでもない。さらに、前記実施形態における、押出しスクリュー５の軸５ａの外径や形状、フライト５ｂの角度や形状等も一例であって、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更することができる。

本発明は、船外機やオートバイの小型燃料タンクへの利用に限らず、コスト安価で所定の耐燃料透過性等が要求される各種ブロー成形品にも利用できる。

本発明に係わる押出しスクリューを使用した押出し機の概略断面図同押出しスクリュー部分の概略構成図同押出しスクリューの具体例を示す正面図同実験結果の説明図同その燃料透過量を示すグラフ成形品のバリア層の説明図従来の押出しスクリューの概略構成図

符号の説明

１・・・・・・・・・押出し機
２・・・・・・・・・シリンダー
３・・・・・・・・・ホッパー
４・・・・・・・・・モータ
５、１５・・・・・・押出しスクリュー
５ａ、１５ａ・・・・軸
５ｂ、１５ｂ・・・・フライト
６・・・・・・・・・ヒータ
７、１７・・・・・・供給部
８、１８・・・・・・圧縮部
９、１９・・・・・・計量部
１６・・・・・・・・成形品
１６ｂ・・・・・・・バリア層
Ｓ・・・・・・・・・ＥＰＡの透過性規格
Ｐ・・・・・・・・・ピッチ

Claims

それぞれ一定ピッチで配設された所定数のフライトを有して、軸の基端側に供給部が設けられ軸の先端側に計量部が設けられると共に、前記供給部と計量部の間に圧縮部が設けられて、ポリエチレンをベース材としたナイロンブレンド材を成形する単層ブロー成形機の押出しスクリューにおいて、
前記供給部の軸を径小で計量部の軸を径大に形成し前記圧縮部の軸をテーパー状に形成すると共に、前記フライト数が、供給部５４〜５９％、圧縮部１４％、計量部２７〜３２％に設定されていることを特徴とする単層ブロー成形機の押出しスクリュー。
前記フライトの全フライト数が２２で、前記供給部のフライト数が１３〜１２、前記圧縮部のフライト数が３、前記計量部のフライト数が６〜７に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の単層ブロー成形機の押出しスクリュー。
前記ナイロンブレンド材は、高密度ポリエチレン６０〜８５％、相溶化材１０〜２０％、ナイロン５〜２０％の比率に設定されると共に、前記高密度ポリエチレンの成形温度が１８０度前後で前記ナイロンの成形温度が２５０〜２８０度に設定されている原料を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の単層ブロー成形機の押出しスクリュー。