JPH02295721A - 単軸押出機用スクリュ - 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、ゴム用押出機、射出成形機等に
利用できる単軸押出機用スクリュに関するものである。

（従来の技術） 従来プラスチック、ゴム可塑化装置として、第１１図に
示す如くスクリュ外表面、シリンダ内表面に凹状の溝を
加工した部分を有するもの、或は特公昭５５−４６３１
１号公報に示すスクリュ軸断面において、スクリュ、シ
リンダが多角形、或は多角形に類似した形状を持つ部分
を可塑化部に設けたものが提案され、広く使用されてい
る（以下かかる部分をシリンダ、スクリュ凹溝形可塑化
部と呼ぶ）。この可塑化装置では、シリンダ側凹溝内樹
脂とスクリュ側凹溝内樹脂間に作用する剪断作用（その
境界面、即ちスクリュ外周、シリンダ内周面で働＜）、
シリンダ、スクリュ断面が多角形或は多角形に類似した
形状を有するものでは、喫状部での樹脂のすりつぶし作
用（模作用）、シリンダ内壁とスクリュ外壁との間で形
成される樹脂流路の形状がスクリュの回転と共に変化す
ることによって生ずる変形作用、或はスクリュ側溝とシ
リンダ側溝間を樹脂が相互に移動する作用等が発生する
ため、樹脂を溶融させる能力、即ち可塑化能力が大きい
ことが知られている。

またスクリュ先端には、樹脂の混合、撹拌を行うために
フィン形或はピン等の凸起を設けたもの、或はシリンダ
、スクリュに半球状凹部をつけたもの等が一般的となっ
ている（以下混合、撹拌形ミキシングと呼ぶ）。更に樹
脂をシリンダ内面とスクリュ内面間の狭い空隙を通過さ
せようとしたダム形ミキシングを、スクリュの中間に取
りつけたものもある。但し、このダムタイプスクリュは
、特公昭６２−２５０８２号公報を除いて、通過する樹
脂は一度のみこのシリンダ内面とスクリュ外面間でなす
狭い空隙のダムを通過するものである（以下このミキシ
ングを多段ダムタイブミキシングと呼ぶ）。

（発明が解決しようとする課題） シリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部では、前述のように
剪断作用、模作用、変形作用、移動作用等のため、一般
にシリンダ内面が円形断面を持つ他の装置に比較し、可
塑化能力が大きい。

しかしながら吐出能力、押出能力を更に高めようとする
場合には、この可塑化部分での樹脂の滞留時間が短くな
り、この可塑化部分出口で樹脂が十分に均質に溶融され
ていない状況が生じてしまう。即ち、溶融樹脂中に未溶
融樹脂が浮遊したまま（以下固相樹脂の浮遊状態と呼ぶ
）、次のスクリュゾーンへと樹脂が進むこととなる。

また従来のダムタイプミキシングは、固相樹脂の通過を
ダムにより妨げたり、ダム通過時に固相樹脂が変形して
薄く平面状に延び、溶融樹脂に接する表面積を増加させ
ることにより、伝熱、剪断作用による未溶融樹脂の溶融
、即ち樹脂の均質化を図ろうとするものである。しかし
ながらスクリュ内樹脂流量、即ち吐出量を大きくすると
、このミキシング部前のスクリュ部分での可塑化が十分
に行われず、多量の大きい塊の固相樹脂がこの部分に到
達する。そしてこの部分に到達した固相樹脂の塊が大き
い場合には、このダム部に固相樹脂が詰まり、樹脂の流
れに対する抵抗が大きくなって吐出量が減少する、或は
吐出変動が発生するという欠点があった。

特に樹脂が一度のみシリンダ内面、スクリュ外面でなす
狭い空隙のダム部を通過するタイプのダムタイブミキシ
ングでは、均質性向上のためにはダムの空隙（ダムクリ
アランス）を小さくする必要があり、上述の吐出量の減
少、吐出変動が発生し易かった。これを緩和し、かつ均
質性を更に向上させる方法として、前記特公昭６２−２
５０８２号公輻に示す多段ダム式のミキシングが提案さ
れている。しかしながらこの多段ダムタイプのミキシン
グでも、この部分を通過しようとする樹脂中に大きな塊
の固相樹脂が存在する場合には、上述の欠点を完全に補
うことは出来なかった。

また広くスクリュ先端に設けられている前述の各種の混
合、撹拌形ミキシングは、流動性を持つ液相樹脂が通過
する場合には混合、撹拌の効果が大きく、特に樹脂温度
の均質化、色分散の向上に対しては絶大な効果を発揮す
る。しかしスクリュの吐出能力を上げようとする場合、
従来の方法では、このスクリュ先端部では固相樹脂（未
溶融樹脂）が液相溶融樹脂中に浮遊した状況となるが、
このとき固相樹脂の流動性は殆どないため、この固相樹
脂は変形しに＜＜、樹脂の均質化効果は低下してしまう
。

更に樹脂供給部、即ちスクリュ基部のシリンダ内面に凹
溝（所謂Ｇｒｏｏｖｅ）を持つものが、供給能力最大の
手段として使用される場合がある。

この場合、この部分での供給能力は増大できるものの、
他の部分の可塑化、均質性能力が不足する場合が多く、
押出物の品質が低下し、その効果を吐出能力に結び付け
ることはできなかった。以上のように、各々のスクリュ
要素、シリンダの構造要素は夫々の特徴は有するものの
、他との組み合せ効果がなければ、押出物の品質を保持
し、かつ高吐出量の要求を満たすような能力を発揮する
ことはできなかった。

本発明は前記の課題を解決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、プラスチック、ゴム可塑化装置にお
いて、内面に凹溝を有する原料供給部シリンダと、同供
給部シリンダの下流側におけるスクリュ外表面に凹状溝
が形成されたシリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部と、同
可塑化部の下流側に設けられた多段のダムを有する多段
ダムタイプミキシング部とよりなるもので、これを課題
解決のための手段とするものである。

（作用） シリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部で固体樹脂に内部発
熱によるエネルギーを付与するか、一部固相樹脂中に浮
遊させた杖況を作り、その後多段ダムタイプミキシング
で、この浮遊固相樹脂を順次細分化して表面積の増大及
び周囲の溶融樹脂の移動を生ゼしめて固相樹脂の溶融を
促進する。

（実施例） 以下本発明を図面の実施例について説明すると、第１図
〜第９図は本発明の実施例を示す。

先ず第１図に示す実施例は、原料供給能力、即ち固相樹
脂圧力を高め、原料粒子間の摩擦発熱による予熱効果を
持ち、かつ内面に凹溝（所謂Ｇｒｏｏｖｅｄ　Ｓｌｅｅ
ｖｅ）を持つ原料供給部シリンダ１と、固相樹脂の可塑
化を効果的に行うシリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部２
と、同可塑化部２を通過し、液相樹脂中に浮遊した固相
樹脂の細分化、表面積の増大、肉厚を減少させる４条溝
で、各溝のダム部が約４段あり、溝に沿って溝底が多角
形をなしている多段ダムタイブミキシング３と、スクリ
ュに断面内に複数個のフィン状凸起物が、スクリュ長手
方向に或る一定間隔をあけて設けられ（所謂ダルメージ
タイブのミキシング）、スクリュ断面内各部分の樹脂の
位置的転換を図り、均質化と分散効果を上げる混合、撹
拌形ミキシング４とを有する。

以上の如く第１図の実施例に示すスクリュは、シリンダ
内面、スクリュ外面に凹溝を持つ可塑化部（シリンダ、
スクリュ凹溝形可塑化部）２、多段ダムタイプのミキシ
ング３、混合、撹拌形ミキシング４をスクリュ基部から
順々に設置したスクリュであるが、その各々の作用及び
これらの相互作用については以下に詳述する。また前記
スクリュでの能力をより効果あるものとするための原料
供給部シリンダ１の内面に凹溝を持つ、所謂Ｇｒｏｏｖ
ｅｄ　Ｃｙｌｉｎｄｅｒの効果及び他の構造部との相互
作用についても詳述する。

先ず前記シリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部２では、従
来一般に知られているような剪断作用、模作用、移動作
用により、樹脂の可塑化を促進する。しかしながら吐出
量を増大させようとするとき、この部分出口では、固相
樹脂が塊として溶融し、液相樹脂中に浮遊した状態で残
ることとなる。なお、この部分での可塑化能力は、一般
にこの部分でのシリンダ内樹脂の圧力が高いほど増大す
ることは実験で確かめられている。また前記Ｇｒｏｏｖ
ｅｄ　Ｓｌｅｅｖｅを持つ原料供給部シリンダ１を併せ
て用いることにより、この部分の圧力は上昇するため、
この部分での可塑化能力は更に高められ、この部分の長
さを同一とした場合、出口部分での未溶融樹脂の塊の大
きさが小さくなり、未溶融樹脂の割合が少なくなる。

またシリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部２を通過した樹
脂の状態は、溶融高温液相樹脂中に固相、或は半溶樹脂
が浮遊した形態をなしている。そこでこの可塑化部２以
降の部分で、この状況から均質な樹脂に変化させる必要
がある。

通常のフルフライトスクリュでは浮遊した固相樹脂は流
動性がないため、その内部での剪断発熱は期待できず、
もっぱら液相高温樹脂からの熱伝達によって溶融するこ
ととなる。本発明ではシリンダ、スクリュ凹溝形可塑化
部２の後の部分に多段ダムタイプのミキシング３を設け
ており、浮遊固相樹脂の塊を分割或は変形させることに
より、固相樹脂の液相高温樹脂にさらされている表面積
を増大させ、肉厚を小さくし、同時に固相樹脂の周囲の
液相高温樹脂の流速勾配を大きくする効果を有すると共
に、液相樹脂から固相樹脂への熱伝達効率を高め、固相
樹脂の溶融均質化を促進させ、次の区域へと送り出す。

なお、この多段ダムタイプのミキシング３では、数段の
ダム３ａを固相樹脂が複数回通過するとき、内部剪断を
受けるため、自己発熱も期待できる。

このミキシング効果を１段ダムを持つもので達成しよう
とした場合、ダム部クリアランスを小さくしなければ前
記の効果が薄くなり、またこのときの樹脂の流動抵抗が
大となる。これを解決する方法として多段のダムを設け
、そのダムのクリアランスを次第に大から小へと変化さ
せる点が本発明の第１図の実施例の特徴とする点である
。本発明におけるこの多段ダムタイプのミキシングで、
細分化されて表面積を拡大された固相樹脂は、この下流
側でスクリュ内を通過する時間内での溶融、均質化にも
役立つことはいうまでもない。

また多段ダムタイプミキシング３を通過し、その後ある
一定の時間経過後にスクリュ先端部に達した樹脂は、ほ
ぼ全体的に溶融して流動性を持つ樹脂ばかりとなるが、
スクリュ溝断面内の位置的な温度差、或は原料と共に混
合された顔料等の添加剤の分散状態は不十分であり、ス
クリュ溝断面内各位置の樹脂の転換、混合が必要である
。そしてこの作用を混合、撹拌形ミキシング４が受け持
つ。なお、前記従来タイプのスクリュのように、この混
合、撹拌形ミキシング４の直前で、流動性のない固相樹
脂が含まれていた場合、この混合、撹拌形ミキシングは
、固相樹脂の表面積増大、肉厚減少、内部発熱等の効果
に乏しいため、このミキシング通過後にも固相樹脂が存
続することが多く、吐出物の均質不良を招く。

以上の如く詳述した構造要素で高吐出量を得ようとする
とき、原料の供給能力を合せて増大させる必要がある。

原料供給部１を凹溝を持っＧｒｏｏｖｅｄ　Ｃｙｌｉｎ
ｄｅｒとすることにより、この部分でのシリンダ内壁面
での固相樹脂との摩擦係数が、シリンダ内面が円形であ
るものに比較して大きくなるため、原料供給能力が増大
する。なお、この部分の長さは２Ｄ（Ｄはスクリュ外径
）以上あることが、供給能力増大の点から望ましい。ま
たこの部分での送り能力の増大はシリンダ、スクリヱ凹
溝形可塑化部２の樹脂圧力を高めることとなり、ひいて
はこの部分での可塑化能力増大の効果を持つ。更にこの
部分自体で原料粒子間の摩擦熱が発生するため、この部
分は予備可塑化能力を有しており、可塑化能力増大に寄
与している。以上の如く本発明では、シリンダ、スクリ
ュ凹溝形可塑化部２、多段ダムタイブミキシング３、或
は混合、撹拌形ミキシング４が組合されることにより、
始めて高吐出、押出物均質性を持つ可塑化装置が成り立
つ。

第３図は多段ダムタイプミキシングの他の実施例であり
、第４図ａ，ｔ）は混合、撹拌形ミキシングの他の例で
ある。なお、図中７は部分的に切欠かれたフライト、８
はシリンダから挿入されたビンを示す。また９はシリン
ダ内面の凹状凹みを示す。第５図（ａ）　（ｂ）　（ｃ
）は原料供給部に凹溝を持つＧｒｏｏｖｅｄ　Ｃｙｌｉ
ｎｄｅｒ部の実施例についてその断面図を示したもので
あり、５はスクリュ、６はシリンダ、１０はシリンダ内
面凹溝である。

第７図及び第８図は、液相高温樹脂１１中に浮遊した固
相樹脂１２が、多段ダムミキシング３で変化する状況を
模式的に描いた図である。

次に第６図は第１図と異なる実施例を示し、第１図の多
段ダムミキシング３に代えて、多段ダムミキシング３０
（リード及びダムクリアランスが下流より大きい）と、
同ミキシング３０の下流側に設けられ、同ミキシング３
０よりもリード及びクリアランスが小さい多段ダムミキ
シング３ｌを設けたものであるが、作用効果において差
異はない。なお、多段ダムミキシング３１は、下流に向
かってリード及びクリアランスが漸減する様に２個以上
設けることができる。

次に第９図のスクリュは更に他の実施例を示し、第１図
におけるスクリュ、シリンダが多角形、或は多角形に類
似した形状の前記シリンダ、スクリュ凹溝形可塑化部２
に代えて、２溝スクリュからなるシリンダ、スクリュ凹
溝形可塑化部２０を設けたものであるが、第１図の実施
例と作用効果において差異はない。また第９図の多段ダ
ムミキシング３に代えて、第６図に示す第２実施例の多
段ダムミキシング３０．　３１を採用することもできる
。また以上の各実施例において、スクリュ先端部に設け
た混合、撹拌形ミキシング４を削除したタイプの各スク
リュでも、押出物の品質をキープし、かつ高吐出量の要
求を満足させることが可能である。

以上の如く本発明の単軸押出機用スクリュは、内面に原
料供給口中心から、例えばスクリュ外径の２倍以上の長
さの凹溝を有する原料供給部シリンダと、スクリュ外表
面にスクリュ軸に平行、或はリードをもってスクリュ長
手方向に延びる凹状溝が形成され、同スクリュ部分に相
対する部分のシリンダ内面にスクリュ軸に平行、或はリ
ードをもってスクリュ長手方向に延びる凹状溝を形成す
るものを有するか、一定或は次第に変化するリードを持
つ主フライトとこれに同一、或は異なるリードのサブフ
ライト（フライト部の外径は主フライトより小さい）を
持って２溝スクリュで供給された原料樹脂が、この２溝
スクリュの先端に達するまでに必ずサブフライトを乗り
越えて通過する構造のものを有するシリンダ、スクリュ
凹溝形可塑化部と、同可塑化部より樹脂の流れに対して
下流側に、複数の凹状溝を有する多段ダムタイプミキシ
ング部を有して実施される。

（発明の効果） 以上の如く本発明は、数個の要素を組み合せた構成とし
たことにより、樹脂の均質性、顔料等の分散性を損なわ
ず、かつ吐出変動を生じることなく、可塑化能力、即ち
吐出量の増大を図ることができる。そしてこの組合せ効
果により、ＰＰ樹脂で、口径９０鴎の押出機を用い、従
来は同じ条件での押出量が２００〜３００ｋｇ／ｈｒで
あったものが、約４５０ｋｇ／ｈｒの均質性ある押出物
を得ることが可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すスクリュの側面図、第２
図（ａｌ　（ｂ）　（ｃｌ　（ｄｉ　（ｅｌ　（ｆ）は
第１図のシリンダ、スクリュ凹溝可塑化部の各例を示す
拡大正面断面図、第３図は多段ダムタイブミキシングの
他の実施例を示す側面図、第４図（ａ）　（ｂｌは混合
、撹拌形ミキシングの他の実施例を示し、（ａ）は側断
面図、（ｂ）はシリンダ内面の凹状凹みを示す斜視図、
第５図［ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は原料供給部凹溝部の正
面断面図、第６図及び第９図は夫々第１図と異なる実施
例を示すスクリュの側面図、第７図は液相高温樹脂中に
固相樹脂が浮遊する状態を示す拡大正面断面図、第８図
は同側断面図、第１０図及び第１１図は夫々従来提案さ
れているスクリュの側面図である。 図の主要部分の説明 １−・・原料供給部シリンダ ２・−シリンダ，．スクリュ凹溝形可塑化部３・−・多
段ダムタイプミキシング ４・・・混合、撹拌形ミキシング ５−・−スクリュ ６・−シリンダ ７−フライト ８・−・ピン ９−・凹状凹み １０一・・シリンダ内面凹溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラスチック、ゴム可塑化装置において、内面に凹溝を
   有する原料供給部シリンダと、同供給部シリンダの下流
   側におけるスクリュ外表面に凹状溝が形成されたシリン
   ダ、スクリュ凹溝形可塑化部と、同可塑化部の下流側に
   設けられた多段のダムを有する多段ダムタイプミキシン
   グ部とよりなることを特徴とする単軸押出機用スクリュ
   。