JPH01306218A - 単軸可塑化・混練スクリュ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラスチック、ゴムの射出成形機又は押出機
、或は食品機械等に適用される単軸可塑化・混練スクリ
ュに関する。

（従来の技術） 以下、プラスチック可塑化装置を例にとって説明する。

プラスチック可塑化スクリュとして最も一般的に使用さ
れる低コスト形スクリュとして、第１２図に示すフルフ
ライト形スクリュがある。

このスクリュ１は、通常、溝深さが一定でかつ深溝のフ
ィード部Ａと、スクリュ先端に行くにつれて溝深さが漸
減するコンプレッション部Ｂと、フィード部Ａ及びコン
プレッション部Ｂよりも溝を浅くしかつ溝深さが一定の
メータリング部Ｃとからなり立っている。

スクリュ基部に供給された固相樹脂は、スクリュ１の回
転に伴ってスクリュ前方へと移送されながら、加熱され
たシリンダ２の内面でシリンダからの伝熱及びスクリュ
１の回転によるシリンダ２内壁面での摩擦発熱あるいは
剪断発熱により、シリンダ内壁面近（で溶融して行く。

はぼ溶融された液相樹脂はメータリング部Ａで計量・加
圧されながらスクリュ先端から吐出される。通常、樹脂
溶融部は、第１２図に示すフルフライトスクリュではフ
ィード部Ａの途中からコンプレッション部Ｂ全体にかけ
ての部分に相当する。

こうした従来形のスクリュに於るこの樹脂溶融部に相当
する部分の形状は、フィード部Ａの部分では第１３図に
示すようにスクリュ溝底面３はスクリュフライト４の頂
部接触円筒５に平行かつ同−深さであり、コンプレッシ
ョン部Ｂでは第１４図に示す如くスクリュ溝底面３がス
クリュフライト４の頂部接触円筒５に平行でかつ溝深さ
がスクリュ先端に向けて段階的に減少させたゲートル状
溝変化タイプと第１５図に示すスクリュ先端に向けて漸
次溝が浅くなるように傾斜させた円錐形のものがある。

ところで、前者のゲートル状溝変化タイプにしろ後者の
円錐形タイプのものにしろ、その溝底を形成するときの
傾き、即ち圧縮角度αは、フィード部Ａの溝深さＨとメ
ータリング部Ｃの溝深さＨ′、及びコンブレフジョン部
５の長さＬＩｌによって一義的に定まり、特に円錐形タ
イプに於て溝底の傾きαを目的に合わせて大きくしよう
とすると、必然的にコンプレッション部Ｂの長さＬＩｌ
を短くする必要があり、溝底の傾きαが大なる部分を長
い区間に亙って形成することは幾何学的に不可能である
。

さらに、特開昭５７−１８２４１４号では第１６図及び
第１７図に示すようなスクリュフライト４間に形成され
るスクリュ溝底面３がスクリュ先端方向に向けて深溝と
し、基部に向けて漸次浅くなるように傾斜をもたせるス
クリュ形状が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の如きプラスチック等の可望化用スクリ
ュでは、従来、しばしばスクリュフライト頂部がシリン
ダの内面に接触し、摩耗するという不具合を発生する。

この現象を分析したところ、従来形スクリュではスクリ
ュが回転するとともに回転と同方向にその約〃の速度で
旋回を生じており、この現象がスクリュフライト頂部の
摩耗に大きく影響していることを確認した。すなわち、
このようなスクリュの旋回現象が発生するとき、スクリ
ュフライト頂部に流体潤滑力は発生しないこと、またこ
の現象が生じたとき、シリンダに設置した圧力検出器で
計測したスクリュ内樹脂圧力は、第８図に示すようにう
なりを持つ波形を示し、スクリュの変位をさらに増大さ
せようとする力が発生していることを確認した。

さらに、この旋回現象の発生原因を分析したところ、同
現象はスクリュ内での樹脂の溶融挙動に大きく影響され
、特に第９図に示すようなシリンダ壁面に形成される樹
脂の溶融層６　（通称メルトフィルムという。）が、フ
ライト４の頂部とシリンダ２の内面間のクリアランスと
比較し、ある一定値以上に厚くなると上記現象が発生す
ることをつかんだ。また、第９図に示す樹脂の溶融形態
を深く考察した結果、従来形のスクリュ溝形状では、メ
ルトフィルム６は必然的に厚くなろうとする傾向にある
ことを確認した。

従って、本発明はシリンダ内面に形成されるメルトフィ
ルムを薄膜化することでスクリュの旋回運動を防止し、
もってスクリュフライト頂部の摩耗が低減するスクリュ
溝形状をもつ単軸可塑化・混練スクリュを提供しようと
するものである。

（課題を解決するための手段） このため、本発明は基部から先端に向けてフィード部、
コンプレッション部、メータリング部を順次有する単軸
可塑化・混練スクリュに於て、その所望の部分でスクリ
ュフライト間に形成されるスクリュ溝の底面をスクリュ
の前方に向けて漸次浅くなるように傾斜させ、かつその
傾斜角度がスクリュ溝のスクリュ長手方向に於る平均的
な圧縮角度よりも大きく設定することを構成とし、これ
を上記課題の解決手段とするものである。

これを具体的に述べると、本発明は樹脂が溶融する部分
、すなわち一般的なフルフライトスクリュではフィード
部の途中からコンプレッション部の全体にかけて、第１
図に示すようにスフリユフライト４間に形成されるスク
リュ溝底面３が、スクリュ前方へ向けて次第に浅くなる
ような傾斜を持つ溝形状にする。さらに、本発明では同
溝形状を従来の第１４図及び第１５図に示すスクリュ溝
の長平方向に於る平均的圧縮角度αより大きな傾斜角に
設定している。

（作用） 一般的なフルフライトスクリュでの溝内に於る樹脂の溶
融モデルは第９図に示すとおり、ソリッドベツド７と呼
称される固相樹脂粒子塊とメルトフィルム６と呼称され
る樹脂溶融層およびメルトフィルムで溶融された樹脂が
フライトによって掻きとられ蓄積したメルトブール８と
呼称される溶融樹脂より形成される。本発明の傾斜溝を
持つ部分での樹脂の溶融モデルも、第１０図に示すよう
にソリッドベツド７、メルトフィルム６、メルトブール
８から形成されるが、ソリッドベツド７はメルトブール
８の溶融樹脂の圧力によってシリンダ２の内面とスクリ
ュ溝底面３から形成されるくさび状部に押し込まれるこ
ととなり、メルトフィルムは薄膜化される。

本作用を以下に少し詳しく説明する。ソリッドベツド７
に加わる応力は３次元的であるが、理解をし易くするた
めこれを１次元的に考え第１１図に示した。ソリッドベ
ツド７に加わる応力は、溝幅方向Ｘに沿って溝が浅（な
るにつれて増大する。特に上記傾斜溝の傾斜角を大きく
する程、浅溝部分に加わる応力も太き（なる。

（１）　　従って、メルトブールと逆側の浅溝部分での
応カグ、は増大するため、この部分でソリッドベツド７
は溝深さ方向（Ｘ方向）に塑性的に変形することとなる
。

（２）１がこの塑性的変形部分を示し、この部分がＸ方
向に縮むため、この部分とメルトブール間に存在するソ
リッドベツド７の部分ｍはくさび状部を第１１図に矢印
←で示すＸ方向に移動することとなる。

以上（１）、（２）の両作用によってメルトフィルム６
は薄膜化する。

本発明では、こうしてメルトフィルム６を薄膜化するこ
とによりスクリュの旋回振動を生じにくくすると共に、
スクリュをクリアランスの小さい方向にさらに変位させ
ようとする力をも低減させる。

（実施例） 以下、本発明を図示実施例に基づき更に詳しく説明する
。

第１図は本発明の１実施例であり、溝底３のテーバ部Φ
をフィード部Ａ、コンプレッション部Ｂの全域にわたっ
て設けたものである。また、第２図は樹脂が溶融し始め
るフィード部の途中までは従来溝部Ｐとし、樹脂が溶融
を開始した後のフィード部及びコンプレッション部に溝
底テーバ部Φを設けた他の実施例である。両図中破線は
従来形のスクリュの溝底３′を参考として記入したもの
である。

第３図は本発明の溝底テーバ部スクリュの拡大側面図で
あり、第４図はそのスクリュ軸断面図である。また、第
５図乃至第７図は本発明の異なる溝底形状を示す拡大図
であり、第５図は溝底面が直線的なテーバを持つものを
示し、第６図及び第７図は溝底面が曲面をなす他の実施
例を示している。

以上の図示例では溝底テーパ面のテーパ角を溝底テーバ
部Φの全域にわたって同一に設定しであるが、フィード
部Ａでは各溝部にスクリュ溝の最も深い部分でその値を
一致させ、最も浅い部分同士の値も一致させてあり、す
なわち溝の側面形状が全く同一に形成され、一方、コン
プレッション部Ｂではスクリュ溝の最も深くなっている
部分の深さがスクリュの基部側から先端側に向けて所定
の角度をもって漸減させ、また、最も浅い部分について
もスクリュ基部側から先端側に向けて同じ角度で漸減さ
せている。

この角度が第１図及び第２図に破線で示し、また第１４
図及び第１５図に例示した従来のスクリュにおけるコン
プレッション部Ｂに於るスクリュ溝の平均的圧縮角度α
に等しい。しかも、本発明によるスクリュ溝底３の上記
テーパ角は前記平均的圧縮角度αより大に設定される。

図示例では上記の如く溝底テーバ部中の全域で溝底３の
テーパ角を等しくしているが、その大きさを一部で異な
らせることも可能である。

つぎにその作用を第１０図及び第１１図に基づき説明す
ると、スクリュ溝とシリンダ２の間を運ばれてくる樹脂
粒子塊はフィード部への途中からシリンダ内壁面に近い
部分で溶融を開始し、次第にその量が増えていく。この
溶融がなされる状態が第１０図に示されており、スクリ
ュ溝とシリンダ２の内面間に形成される空間には、送り
方向後方にメルトプール８が、またその前方にソリッド
ベツド７が形成され、ソリッドベツド７の上部はシリン
ダ内壁面からの伝導熱、摩擦発熱、あるいは剪断発熱に
より、溶融樹脂による薄膜状のメルトフィルム６が形成
されている。

このとき、本発明による溝形状のため、既述し第１１図
に示すようにソリッドベツド７の先端くさび部には極め
て大きな押込力が作用し、樹脂粒子塊をシリンダの内壁
面方向へと押上げる。このため、シリンダ内壁面近くの
溶融層は後方のメルトブール８へと流れ、結果としてシ
リンダ２の内壁面とソリッドベツド７間のメルトフィル
ム６は極めて薄い膜状となる。なお、上記押込力はスク
リュ溝底の傾斜角度が大きい程太き（なり、その分メル
トフィルム６の薄さも薄くなって、樹脂の溶融量も増大
する。

その結果、スクリュの旋回現象の発生を防止すると同時
に、クリアランスの小さい方向へとスクリュをさらに変
形させようとする不平衡力を減少あるいは消失させる。

従って、スクリュフライト頂部とシリンダ内壁面の噛込
みが無くなり、同頂部の摩耗を軽減させる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によれば、スクリュの
一部に溝底をスクリュ先端に向けて次第にその深さが浅
くなるように傾斜させて構成するため、シリンダ内面に
形成される樹脂等の溶融層が薄（なり、スクリュ旋回現
象が生じにくくなると共に、クリアランスの小さい方向
へとさらにスクリュを変形させようとする不平衡力をも
減少あるいは消失させるため、スクリュフライト頂部の
摩耗を大幅に軽減させ、或は防止できる。また、本発明
では上記溝底の傾斜角をコンプレッション部における平
均的な圧縮角度より大きく設定しであるため、上記樹脂
等の溶融層をより薄膜化させ、スクリュ旋回現象の発生
防止をより確実にしており、更には前記樹脂溶融層の薄
膜化を実現することに付随して樹脂等の溶融量が増大し
、運転効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスクリュ全体図、第２
図は本発明の他の実施例を示すスクリュ全体図、第３図
は本発明の主要スクリュ部拡大図、第４図は本発明のス
クリュの軸断面図、第５図乃至第７図は本発明の異なる
溝形状を示す拡大図、第８図は従来形スクリュのスクリ
ュ内樹脂圧力のデータ線図、第９図は従来形スクリュに
おける樹脂溶融形態を示す説明図、第１０図は本発明の
スクリュにおける樹脂溶融形態を示す説明図、第１１図
は本発明のスクリュにおけるソリッドベツド内応力説明
図、第１２図は従来の一般的な可塑化装置のスクリュ部
側断面図、第１３図は従来形スクリュの溝深さ一定部分
のスクリュ拡大図、第１４図及び第１５図は従来形スク
リュの溝深さ変化部分の異なるスクリュ拡大図、第１６
図は従来例としての他の溝形状を持つスクリュ側面図、
第１７図は同拡大側断面図である。 図の主要部分の説明 １−スクリュ　　　　２−・シリンダ ３−・・・スクリュｍＷ　　　４−　フライト５−フラ
イト頂部接触（仮想）円筒 ６−・−メルトフィルム　７−ツリツドベソド８−メル
トプール 党５図 刀ｑ図 第１０図 第１１図 ２−」”

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基部から先端に向けてフィード部、コンプレッション部
   、メータリング部を順次有する単軸可塑化・混練スクリ
   ュに於て、その所望の部分でスクリュフライト間に形成
   されるスクリュ溝の底面をスクリュの前方に向けて漸次
   浅くなるように傾斜させ、かつその傾斜角度がスクリュ
   溝のスクリュ長手方向に於る平均的な圧縮角度よりも大
   きく設定することを特徴とする単軸可塑化・混練スクリ
   ュ。