JP5894517B2 - プラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダ - Google Patents

プラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダ Download PDF

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Description

本発明は、プラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダに関し、特に、輸送部シリンダの内孔の入口の横断面上半分に除去部を形成し、内孔の前記横断面上半分の幅および高さを上流側から下流側に向けて幅もしくは高さどちらか一方を同一とし、幅もしくは高さどちらか一方を順次狭くなるように形成し、ホッパからのプラスチック原料が安定的に食い込まれて行くようにするための新規な改良に関する。
従来、用いられていたこの種のプラスチック押出装置としては、例えば、特許文献１等に示されているように、図８〜図１２で示される構成を挙げることができる。
すなわち、図８において符号１で示されるものは二軸押出機であり、この二軸押出機１のシリンダ２は、上流Ａから下流Ｂへ向けて配設された輸送部シリンダ３、混練部シリンダ４及び放出部シリンダ５から構成されている。
前記シリンダ２の上流Ａには、プラスチック原料Ｐをシリンダ１内に供給するためのホッパ６が設けられ、このシリンダ１のホッパ６の下流Ｂにはベント開口７が設けられている。
前記シリンダ１内には、一対のスクリュ１１が回転自在に内設されており、このスクリュ１１は、上流Ａから下流Ｂへ向けて、輸送部スクリュ２０、混練部スクリュ２１及び放出部スクリュ２２が設けられている。
次に、前述の二軸押出機１を用いてプラスチック原料Ｐを混練して押出す場合について述べる。
まず、プラスチック原料Ｐは、ホッパ６から輸送部シリンダ３に供給され、スクリュ１１の回転によって二軸押出機１の下流側に搬送される。搬送されたプラスチック原料Ｐは、加熱冷却可能なシリンダ２から供給される熱エネルギーと混練部スクリュ２１の剪断応力により可塑化混練される。プラスチック原料Ｐがホッパ６に供給され、スクリュ１１の回転によって押出機１の下流Ｂに搬送され、混練部シリンダ４でプラスチック原料Ｐが可塑化混練される際、溶融したプラスチックが混練部シリンダ４に充満し、シールされ、プラスチック原料Ｐと共に混入した不活性ガス成分または巻き込みエアー、プラスチック原料に残存している揮発成分などが、圧力の低いホッパ６側に逆流する。それらガス成分は、スクリュ１１による搬送能力を阻害するため、ベント開口７によって除去していた。
特開平６−２７８１９２号公報
従来のプラスチック押出装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の輸送部シリンダ３は、図８ではブロック状に構成された状態としては示されていないが、実際には、図９から図１２で示されるブロック状シリンダで構成されており、前記輸送部シリンダ３の中心位置には、樹脂の流れ方向Ａに沿って上流側３Ａから下流側３Ｂに向けて直線状に内孔２Ａが形成されている。
前記内孔２Ａは、前記輸送部シリンダ３を平面で見た場合の幅Ｗ（図１２）、及び、側面から見た場合の高さＨ（図１０）が上流側３Ａから下流側３Ｂにおいて一定であるため、プラスチック原料がホッパ６から落下し輸送部シリンダ３を通過する際に、丸孔２Ａ自体の原料流路容積が限られて狭いために、プラスチック原料Ｐが下流側３Ｂへ追い込まれる時、抵抗力が発生し、この抵抗力によってプラスチック原料Ｐを輸送部シリンダ３へ安定的に食い込ませる機能に支障が発生していた。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、輸送部シリンダの内孔の入口の横断面上半分に除去部を形成して内孔の流路断面積を拡大させることにより、ホッパからのプラスチック原料が安定的に食い込まれて行くようにすることを目的とする。
本発明によるプラスチックの押出方法は、少なくとも、輸送部シリンダ、混練部シリンダ及び放出部シリンダからなるシリンダ内に形成され一対の真円孔を互いに一部が重なり合うように連通させ端面８字状をなす二軸空間用の内孔内に、少なくとも輸送部スクリュ、混練部スクリュ及び放出部スクリュからなる一対のスクリュを互いに異方向内回りに回転自在に内設し、前記輸送部シリンダの上流の原料供給部のホッパからプラスチック原料を前記シリンダ内に供給し、可塑化混練して前記放出部シリンダから外部に押出すようにしたプラスチックの押出方法において、前記輸送部シリンダの内孔の弧状をなす１個のみの溝からなる上流側の入口における横断面上半分の左上角部及び右上角部に形成された弧状をなす１個のみの溝からなる左上側除去部及び右上側除去部を有し、前記左上側除去部及び前記右上側除去部を配した位置は、前記各スクリュの各サイドフォースが前記シリンダ内の他の位置よりも強くは動かない位置、すなわち、時計の短針の２時と１０時の位置のみであり、前記輸送部シリンダを側面から見た時の前記内孔の高さは、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一もしくは順次狭くなるようにし、前記輸送部シリンダを平面から見た時の前記内孔の前記横断面上半分の幅は、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、前記内孔内における前記プラスチック原料の部分的滞留を防止する方法であり、また、前記内孔の上流側の前記左上側除去部及び右上側除去部の各側部内周には、部分的に直線内周側壁が形成され、前記各直線内周側壁は前記上流側から前記下流側へ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して形成されている方法である。
また、本発明によるプラスチックの押出用シリンダは、少なくとも、輸送部シリンダ、混練部シリンダ及び放出部シリンダからなるシリンダ内に形成され一対の真円孔を互いに一部が重なり合うように連通させ端面８字状をなす二軸空間用の内孔内に、少なくとも輸送部スクリュ、混練部スクリュ及び放出部スクリュからなる一対のスクリュを互いに異方向内回りに回転自在に内設し、前記輸送部シリンダの上流の原料供給部のホッパからプラスチック原料を前記シリンダ内に供給し、可塑化混練して前記放出部シリンダから外部に押出すようにしたプラスチックの押出用シリンダにおいて、前記輸送部シリンダの内孔の上流側の入口における横断面上半分の左上角部及び右上角部に形成され弧状をなす１個のみの溝からなる左上側除去部及び弧状をなす１個のみの溝からなる右上側除去部を有し、前記左上側除去部及び前記右上側除去部を配した位置は、前記各スクリュの各サイドフォースが前記シリンダ内の他の位置よりも強くは動かない位置、すなわち、時計の短針の２時と１０時の位置のみであり、前記輸送部シリンダを側面から見た時の前記内孔の高さは、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一もしくは順次狭くなるようにし、前記輸送部シリンダを平面から見た時の前記内孔の前記横断面上半分の幅は、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、前記内孔内における前記プラスチック原料の部分的滞留を防止する構成であり、また、前記内孔の上流側の前記左上側除去部及び右上側除去部の各側部内周には、部分的に直線内周側壁が形成され、前記各直線内周側壁は前記上流側から前記下流側へ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して形成されている構成である。
本発明によるプラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、少なくとも、輸送部シリンダ、混練部シリンダ及び放出部シリンダからなるシリンダ内に形成され一対の真円孔を互いに一部が重なり合うように連通させ端面８字状をなす二軸空間用の内孔内に、少なくとも輸送部スクリュ、混練部スクリュ及び放出部スクリュからなる一対のスクリュを互いに異方向内回りに回転自在に内設し、前記輸送部シリンダの上流の原料供給部のホッパからプラスチック原料を前記シリンダ内に供給し、可塑化混練して前記放出部シリンダから外部に押出すようにしたプラスチックの押出方法において、前記輸送部シリンダの内孔の上流側の入口における横断面上半分の左上角部及び右上角部に形成され断面弧状をなす１個のみの溝からなる左上側除去部及び断面弧状をなす１個のみの溝からなる右上側除去部を有し、前記左上側除去部及び前記右上側除去部を配した位置は、前記各スクリュの各サイドフォースが前記シリンダ内の他の位置よりも強くは動かない位置、すなわち、時計の短針の２時と１０時の位置のみであり、前記輸送部シリンダを側面から見た時の前記内孔の高さは、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一もしくは順次狭くなるようにし、前記輸送部シリンダを平面から見た時の前記内孔の前記横断面上半分の幅は、前記輸送部シリンダの上流側から下流側にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、前記内孔内における前記プラスチック原料の部分的滞留を防止することができるため、従来の課題であるプラスチック原料の部分的滞留は緩和され、その部分のプラスチック原料は内孔上部の空間部を経て下流側へ安定的、継続的に流れて行くことができる。また、図１２に最大処理量比と本発明の内孔からなる原料通過流路の面積比を示しており、従来の輸送部シリンダに比べて１．２８倍の処理量で生産することができる。
本発明によるプラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダを示す二軸押出機の断面図である。 図１の輸送部シリンダの上流側の端面を示す構成図である。 図２の右側面図である。 図１の輸送部シリンダの下流側の端面を示す構成図である。 図３の輸送部シリンダの平面図である。 図２の内孔を示す拡大説明図である。 本発明における異方向内回り回転スクリュの場合のサイドフォースとの関係を示す説明図である。 従来の二軸押出機の断面図である。 従来の輸送部シリンダの上流側を示す構成図である。 図９の右側面図である。 従来の輸送部シリンダの下流側を示す構成図である。 図１０の平面図である。 従来と本発明の輸送部シリンダを用いた実験による最大処理量の増加倍率を予測したグラフである。
本発明は、輸送部シリンダの内孔の入口の横断面上半分に一対のみの除去部を形成し、内孔の前記横断面上半分の幅および高さを上流側から下流側に向けて幅もしくは高さどちらか一方を同一とし、幅もしくは高さどちらか一方を順次狭くなるように形成し、ホッパからのプラスチック原料が安定的に食い込まれて行くようにしたプラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダを提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明によるプラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
また、本発明と従来例との違いは、輸送部シリンダ３の内孔２Ａの上流側３Ａの横断面上半分４０に、ざぐり、切削等による図２及び図６で示すように断面弧状をなす各１個のみの溝からなる左上側除去部４１,右上側除去部４２を形成することにより、プラスチック原料の内孔内への安定した食い込み及び送り込みを得ることである。
図１において、符号１で示されるものは二軸押出機であり、この二軸押出機１のシリンダ２は、上流Ａから下流Ｂへ向けて配設された輸送部シリンダ３、混練部シリンダ４及び放出部シリンダ５から構成されている。
前記シリンダ２の上流Ａには、プラスチック原料Ｐをシリンダ２内に供給するためのホッパ６が原料供給部３ａに設けられ、前記シリンダ１内には一対のスクリュ１１が互いに異方向内回りに回転自在に内設され、このスクリュ１１は、上流Ａから下流Ｂへ向けて、輸送部スクリュ１１ａ、混練部スクリュ２１及び放出部スクリュ２２が設けられている。
図２は前記輸送部シリンダ３の上流側３Ａの端面である上流側横断面３Ａａを示しており、この輸送部シリンダ３の中心位置には内孔２Ａがその長手方向に沿って貫通して形成されている。
前記内孔２Ａは、一対の真円孔４３がその一部に互いに重なり合うように連通されて端面が８字状をなす二軸空間用となるように形成されている。
前記内孔２Ａの横断面上半分４０におけるその左上角部４４及び右上角部４５には、前記真円孔４３の一部をざぐり又は切削等によって加工した非真円孔となるように１個のみの左上側除去部４１及び１個のみの右上側除去部４２が形成されている。
前記輸送部シリンダ３を側面から見た時の内孔２Ａの高さＨは、図３で示されるように、輸送部シリンダ３の上流側３Ａから下流側３Ｂにかけて同一、もしくは順次狭くなる。
前記輸送部シリンダ３を平面から見た時（図５）の内孔２Ａの横断面上半分４０の幅Ｗは、輸送部シリンダ３の上流側３Ａから下流側３Ｂにかけて同一、もしくは順次狭くなるように形成されている。
尚、前記内孔２Ａの横断面上半分４０の下側である横断面下半分４０ａは、前記各真円孔４３の下部が互いに接続された状態で形成されている。
さらに、詳細に述べると、前記内孔２Ａの上流側３Ａの左上側除去部４１及び右上側除去部４２の各側部内周には、図６のように、部分的に直線内周側壁５０が形成され、各直線内周側壁５０,５０間の前記高さＨは、順次狭くなるように形成された場合、図３のように、上流側３Ａから下流側３Ｂへ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して狭くなるように形成されている。また、各直線内周側壁５０,５０間の前記幅Ｗは、順次狭くなるように形成された場合、図５のように、上流側３Ａから下流側３Ｂへ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して狭くなるように形成されている。
前記左上側除去部４１及び右上側除去部４２は、図６に示されるように、互いに横方向に重なり合い並設された直径Ｄの一対の真円孔４３に対して、ハッチングによって示されていることにより、各真円孔４３と各除去部４１,４２との関係が明確に示されている。
また、前記輸送部シリンダ３の内孔２Ａの内部空間を示す断面形状は、上流側３Ａにおける互いに重なり合った８字状の一対の真円孔４３に各除去部４１,４２が連設された状態から、下流側３Ｂに向けて、各除去部４１,４２が順次狭くなるように形成された場合、図３、図５で示されるように、幅もしくは高さどちらか一方を同一とし、幅もしくは高さどちらか一方が順次狭くなる、すなわち、内孔２Ａの空間断面積が狭まって下流側３Ｂにおいては従来と同じ一対の真円孔４３のみからなる内孔２Ａとなり、輸送部シリンダ３の上流側３Ａから下流側３Ｂに向かう前記内孔２Ａの空間断面積は、流路方向Ｃのどの地点でも互いに異なるように構成され、下流側３Ｂに行くほど空間断面積は狭まる。
従って、前述の構成の輸送部シリンダ３を用いて、上流側３Ａから下流側３Ｂに向けて追い込まれるプラスチック原料Ｐは、上流側３Ａでは下流側３Ｂよりも大きい空間に入り込み、下流側３Ｂに移行するに従って順次空間容積が狭まって行く構成であるため、プラスチック原料Ｐの進行を妨げる抵抗力が従来のように一気に発生することもなく、プラスチック原料Ｐの搬送機能が円滑に実行されて結果的には、処理量の増大となる。
また、前述のように各スクリュ１１の回転方向を異方向内回りに限定させる根拠としては、図７で示されるように、スクリュ１１のスクリュフライトのサイドフォースＦ１、Ｆ２に対するシリンダ２からのサポートを要しない方向であることに基づいている。
すなわち、２条スクリュ（スクリュの断面形状が略楕円）での２軸押出機の場合、スクリュフライトが原料を押し出す際に生じる圧力が軸を横に押す力＝サイドフォースとなって、シリンダ１１とスクリュフライトの位置関係（Ａ）、（Ｂ）により、脈動的に生じることが知られている。
このサイドフォースＦ１、Ｆ２による軸ぶれを抑えるためにはシリンダ２の壁面からのサポートを必要とし、異方向内回りの場合、サイドフォースＦ１、Ｆ２がその極大となるのは、フライト山がシリンダ２上部を通過する際に樹脂を中央部のシリンダ２のくびれ２ａに押し込むように動く時であり、この時のサイドフォースＦ１、Ｆ２の向きは下に開くよう（４時と８時の時計の短針の向き）に生じる。ここで、図６に示すように、各々１個のみの溝からなる左上側除去部４１及び右上側除去部４２を配した位置（２時と１０時のみの時計の短針の向き）はサイドフォースＦ１、Ｆ２が強くは動かないので、サポートが無くても構わない位置となり、この位置に前記各除去部４１、４２を設けても軸ぶれの懸念は生じないためである。
本発明によるプラスチックの押出方法及びプラスチックの押出用シリンダは、内孔の入口の横断面上半分に除去部を形成することにより、内孔内への原料の食い込みが円滑化され、処理量の増大を達成することができる。
１ 二軸押出機
２ シリンダ
２Ａ 内孔
３ 輸送部シリンダ
Ｐ プラスチック原料
３Ａ 上流側
３Ｂ 下流側
３Ａａ 上流側横断面
３ａ 原料供給部
４ 混練部シリンダ
５ 放出部シリンダ
１１ スクリュ
１１ａ 輸送部スクリュ
２１ 混練部スクリュ
２２ 放出部スクリュ
Ｈ 高さ
Ｗ 幅
４０ 横断面上半分
４０ａ 横断面下半分
４１ 左上側除去部
４２ 右上側除去部
４３ 真円孔
４４ 左上角部
４５ 右上角部
５０ 直線内周側壁

Claims (4)

  1. 少なくとも、輸送部シリンダ(3)、混練部シリンダ(4)及び放出部シリンダ(5)からなるシリンダ(2)内に形成され一対の真円孔(43)を互いに一部が重なり合うように連通させ端面８字状をなす二軸空間用の内孔(2A)内に、少なくとも輸送部スクリュ(11a)、混練部スクリュ(21)及び放出部スクリュ(22)からなる一対のスクリュ(11)を互いに異方向内回りに回転自在に内設し、前記輸送部シリンダ(3)の上流(A)の原料供給部(3a)のホッパ(6)からプラスチック原料(P)を前記シリンダ(2)内に供給し、可塑化混練して前記放出部シリンダ(5)から外部に押出すようにしたプラスチックの押出方法において、
    前記輸送部シリンダ(3)の内孔(2A)の上流側(3A)の入口における横断面上半分(40)の左上角部(44)及び右上角部(45)に形成され断面弧状をなす１個のみの溝からなる左上側除去部(41)及び断面弧状をなす１個のみの溝からなる右上側除去部(42)を有し、前記左上側除去部(41)及び前記右上側除去部(42)を配した位置は、前記各スクリュ(11,11)の各サイドフォース(F 1, F 2 )が前記シリンダ(2)内の他の位置よりも強くは動かない位置、すなわち、時計の短針の２時と１０時の位置のみであり、
    前記輸送部シリンダ(3)を側面から見た時の前記内孔(2A)の高さ(H)は、前記輸送部シリンダ(3)の上流側(3A)から下流側(3B)にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、
    前記輸送部シリンダ(3)を平面から見た時の前記内孔(2A)の前記横断面上半分(40)の幅(W)は、前記輸送部シリンダ(3)の上流側(3A)から下流側(3B)にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、
    前記内孔(2A)内における前記プラスチック原料(P)の部分的滞留を防止することを特徴とするプラスチックの押出方法。
  2. 前記内孔(2A)の上流側の前記左上側除去部(41)及び右上側除去部(42)の各側部内周には、部分的に直線内周側壁(50)が形成され、前記各直線内周側壁(50)は前記上流側(3A)から前記下流側(3B)へ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラスチックの押出方法。
  3. 少なくとも、輸送部シリンダ(3)、混練部シリンダ(4)及び放出部シリンダ(5)からなるシリンダ(2)内に形成され一対の真円孔(43)を互いに一部が重なり合うように連通させ端面８字状をなす二軸空間用の内孔(2A)内に、少なくとも輸送部スクリュ(11a)、混練部スクリュ(21)及び放出部スクリュ(22)からなる一対のスクリュ(11)を互いに異方向内回りに回転自在に内設し、前記輸送部シリンダ(3)の上流(A)の原料供給部(3a)のホッパ(6)からプラスチック原料(P)を前記シリンダ(2)内に供給し、可塑化混練して前記放出部シリンダ(5)から外部に押出すようにしたプラスチックの押出用シリンダにおいて、
    前記輸送部シリンダ(3)の内孔(2A)の上流側(3A)の入口における横断面上半分(40)の左上角部(44)及び右上角部(45)に形成され断面弧状をなす１個のみの溝からなる左上側除去部(41)及び断面弧状をなす１個のみの溝からなる右上側除去部(42)を有し、前記左上側除去部(41)及び前記右上側除去部(42)を配した位置は、前記各スクリュ(11,11)の各サイドフォース(F 1, F 2 )が前記シリンダ(2)内の他の位置よりも強くは動かない位置、すなわち、時計の短針の２時と１０時の位置のみであり、
    前記輸送部シリンダ(3)を側面から見た時の前記内孔(2A)の高さ(H)は、前記輸送部シリンダ(3)の上流側(3A)から下流側(3B)にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、
    前記輸送部シリンダ(3)を平面から見た時の前記内孔(2A)の前記横断面上半分(40)の幅(W)は、前記輸送部シリンダ(3)の上流側(3A)から下流側(3B)にかけて同一、もしくは順次狭くなるようにし、
    前記内孔(2A)内における前記プラスチック原料(P)の部分的滞留を防止することを特徴とするプラスチックの押出用シリンダ。
  4. 前記内孔(2A)の上流側の前記左上側除去部(41)及び右上側除去部(42)の各側部内周には、部分的に直線内周側壁(50)が形成され、前記各直線内周側壁(50)は前記上流側(3A)から前記下流側(3B)へ向けて直線状で互いに内側に向けて傾斜して形成されていることを特徴とする請求項３記載のプラスチックの押出用シリンダ。
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