JPH0243008A - 回転円錐体を有する樹脂押し出し装置 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 樹脂成形産業の分野で成形の際の樹脂原料、配合剤、充
填剤などの混合、混練、脱泡、押し出し技術に関するも
のである。

（ロ）　従来の技術 樹脂成形技術における混合、混練、脱泡には樹脂などの
性質によって各種の型の装置が使用されているが、混合
した状態で押し出すことの出来るスクリュウ型押し出し
装置が最も多く用いられている。　しかしこの型の装置
も研究開発用の装置としては好ましく無い点がある。

研究開発では各種原料の種類、配合比について条件を変
えて測定用試料を作製する必要がある。

１ケの測定結果を得るのに数十グラムも混合された樹脂
があれば充分である場合が多い、　しかしスクリュウ型
押し出し装置では最も小型（バレル径２５鳳腸）のもの
でも押し出す為の必要最低樹脂量は数キログラムであり
、原料、配合比などの変更の為に樹脂を供給しながら行
う時は更に多量の原料を必要とする。　押し出しを停止
し装置内部の樹脂を追い出し、内部を洗浄する際はスク
リュウの形は複雑で、残留樹脂がスクリュウ表面に粘接
着すると、清浄にする為に多量の溶剤が必要であったり
、高温下で樹脂組成物を手作業で除くなどの相当量の労
力と時間が必要である。

液状高分子のゴム弾性を応用した回転円板を用いた押し
出し装置は、比較的少量の原料で樹脂組成物をうろこと
が出来るが供給部分に問題があり、供給孔の下に回転軸
と同軸のスクリュウをもうける構造（実用新案公告　昭
３７−９３７９＞があるか、この型では樹脂組成変更の
際の半開はスクリュウ型押し出し装置についてとは同じ
である。

また雑誌ポリファイルＶｏ１．２５．　Ｎｏ、７．　ｐ
、６４　（１９８８）及び公開特許公告　昭４９−１０
２５７　　に記載されている構造では原料を加熱された
円筒上に供給し、静止案内リングにより煎断区域に導く
方式がとられおり、供給孔が直接煎断区域と結合してい
る場合に生じる供給孔下部に発生する融解樹脂の”反流
”を防ぐための構造が設けられている。

公告　昭４９−１０２５７のＦｉｇ、２の図では明瞭で
はないが公告に言う回転子と固定子のあいだには回転子
が回転可能である為には間隙が必要であり、この間隙の
幅は実際には回転子の中心の軸出し精度、工作精度、熱
膨張の差などの理由で０．２　ａｍ位は必要になる。　
この程度の間隙があると融解樹脂は押し出し方向とは逆
方向にも流れ、一部の樹脂の装置内の滞留が生じ、熱分
解が発生し、押し出し樹脂の着色の原因となる。　また
逆方向の流れは供給原料と押し出し物の組成間の不一致
の原因となる。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点研究開発などに
必要とする樹脂組成物を容易に少量の原料より得ること
のできる装置の構造（ニ）　問題点を解決するための手
段 ワイゼンベルグ現象を応用する押し出し装置としては狭
い間隙をもって対面する回転円板と回転軸と同じ中心線
のノズル孔のある固定板との間隙に融解樹脂を供給する
構造について知られている本発明はワイゼンベルグ現象
を応用するが、第一の特徴として主要な面が直円錐面を
用いる構造で、直円錐の中心線を回転軸とする回転直円
錐体と、この面と幾何学的に同じ面を内面に持ち円錐の
先端にノズル孔があり、直円錐の低面の近くに原料供給
孔がある内面に直円錐面をもつ固定体とからなり、固定
体と回転体の直円錐の中心線は同じで、両者の直円錐面
のｒＷＩ隙は狭く数ミリ程度に保たれている。　なお固
定体の供給孔の下部付近に回転体の回転方向に沿って固
定体の直円錐面に幅は供給孔の直径程度、深さは数ミリ
程度の溝を回転方向に沿って深さが徐々に浅く、供給孔
から直円錐の軸に対し９０〜１２０度の所で終わる溝を
つける。　第二の特徴はノズル孔に開閉が自在の栓を設
ける点である。

本発明の特徴を更に図を用い原料供給の流れに沿って説
明する。

第１図は直円錐体の中心軸と供給孔の中心を含む平面で
切断した装置の断面図である。　１は直円錐体で底面の
直径をＤ、高さをＨとする直円錐面２を持つ金属などで
作製された固体で直円錐面中心線を回転の軸とする。　
本発明では回転体と称する。　これは中心軸を回転軸と
する回転機構３と結合している。　１１／Ｄの比は好ま
しくは０．３〜５である。

４は直円錐面を内面にもつ金属などで作製された固体で
本発明では固定体と称する。　５はこれの内面の直円錐
面を示す。　６はノズル孔、７は原料供給の為の孔でホ
ッパー８に結合する。

回転体と固定体の互いに対面する直円錐面の間の間隙９
は数ミリ程度に保たれる構造になっている。　第２図は
直円錐体の中心軸に垂直で供給孔の中心をふくむ面で切
断した断面図である。　説明の番号は共通である。　　
１０はさきに述べた原料供給を円滑にする為の清である
。

溝の状況を分かり易くする為に第３図が描がれている。

　第３図は直円錐体の中心軸と第２図に示された供給孔
からはずれて清を横断して中心軸を通過する直！ＩＡを
含む平面で切断した断面図である。　清の深さは円錐面
から１センチメートル以下が好ましい。

直円錐面の頂角の異なる面を組みあわすことも本発明に
含まれる。　その例を第４図に示す。

第４図は変化させた直円錐体の中心線を含む断面図が示
されている。直円錐体は頂角の責なる直円錐台の２ケを
組み合わせた形で示されており、またノズル部分に設け
た栓の構造が示されている栓１１の直径はノズル孔６の
直径より僅かに小さく、その長さはノズル部分より長い
ことが必要である。　第４図は栓を閏じた状態で示して
あり、１２は栓を固定する為のストッパーである。　栓
を開いた状態は栓１１を抜いた状態は第１図に相当する
。　第４図の回転体の直円錐の最大の底面の直径（位置
１４）Ｄとし、この直円錐台の上面の直径（位置１５）
をｄ、頂角の角度をＡとする。

この部分を本発明では円錐底部（１３）と称する。この
上面を底面とする直円錐の頂角をＢ、この直円錐体を円
錐頭部分（１６）と称する、この部分の先端（１７）を
直円錐台の上面となるよう平面にしたり、丸めたりする
ことも本質的には差はない。　図では直円錐台で示しで
ある。　言うまでもなくＢＡＡであり、ｄ＜Ｄである。

　先端部分と満１０、供給孔　を除き、回転体表面と固
定体内面の円錐底部と円錐面部の幾何学的形状はほぼ等
しい。　面の交わる部分には丸みをつけてもよい回転可
能な直円錐体、及び固定体を原料樹脂の押し出し成形温
度に保ち、回転体の回転状態において原料を供給する。

　供給の初期は栓をし、初期の混合終了してから栓を開
き押し出しを開始する。　以後は連続押し出しも可能で
ある。

（ホ）　作用および効果 この構造の装置を用いて樹脂成形用原料を混練、混合、
押し出す為の標準操作は、最初に回転体、固定体ともに
樹脂を融解可能で熱分解し難い温度範囲にし、栓１１と
ストッパー１２でノズル孔を閏じ、回転体の回転状態で
原料を供給孔より供給する。

原料供給の際に複数の樹脂の種類、充填剤、配合剤など
は、その形、比重は相違するる場合が多く、均一に混合
して供給するのは困難な場合が多くスクリュウ型押し出
し装置の運転では供給以前の原料混合に装置、例えばド
ライブレンダ−などが必要となる。　　しかし本発明で
は後に述べる作用により、粗い混合で充分である。

供給された原料は回転体の表面２に接触し加熱され軟化
と融解が始まり、回転体表面に融着した樹脂は樹脂以外
の原料成分と一緒に溝９に運ばれ、更に融解を続は回転
体表面２と固定体の内面５の間の間隙に運ばれる。この
間隙は煎断区域である。　間隙の中で樹脂にはワイゼン
ベルグ現象が発生し、あたかも滑り易い直円錐面上で伸
びたゴム輪が先端方向に移動するように融解樹脂はノズ
ル方向似移動しようとし、押し出し圧力が発生する。　
供給孔の下部でも本発明の構造では押し出し圧力が発生
するので間隙９が樹脂で充満されるまでは”反流”は生
じない、　供給原料が粉体の場合は供給初期には半融解
、混合不充分の状態でノズルに集まり栓がないとそのま
ま押し出され、不良品ができるだけでなく、原料と押し
出し物との組成の相違の発生の原因となる。　ノズル孔
に栓がされている場合は融解樹脂の流れは回転体と固定
体表面の間で循環流れが発生し、原料の混合、脱泡が促
進される。　原料、操作条件によって異なるが実施例に
記したような条件では、数分間回転を続けてから栓を開
き押し出しを開始すると均一に混合、脱泡した樹脂組成
物を得ることができる。　装置内に融解樹脂層があると
引き続き供給される原料は融解樹脂層に接触し融解混合
がおこなわれ、連続押し出しが可能になる。　　本発明
の構造の装置を用いて樹脂組成物を得ることの効果は次
のように示すことができる。　その第一はワイゼンベル
グ現象を応用した押し出し装置に共通した効果として、
混合、脱泡が容易である。

その第二は原料の形態の選択の幅がひろい。

その理由は供給孔の下部に加熱されている回転体の表面
があり、供給された原料はその場所で融解されるので原
料の形は粉体、ペレット、その他供給孔を通過できるも
のならなんでも良く、要は融解し充填剤などと共に回転
体、固定体の直円錐面の間隙に流動できれば供給原料と
なるからである。

このような例として棒状成形物を再度、融解し成形する
場合をあげる事ができる。　供給孔から入った棒の先端
は回転体表面と接触し加熱され融解がはじまり、絶えず
棒の先端が表面と接触するように保つと連続的に原料供
給が可能となる。

棒の代わりにチューブ、ワイヤー、スクラップなども細
かく切断せずに原料として使用できる。

特に原料を樹脂の融点近くに加熱しておくと回転体表面
での融解時間が不用になり、押し出し速度が早くなる。

　このことは特に混合し難い充填剤の混合に効果がある
。　一般に押し出し作業では一度押し出した物をペレタ
イザーなどで細かくし、再度供給し押し出しを繰り返す
場合がある。

この際押し出された物は冷却される必要があるしかし本
発明では押し出された物を、そのまま供給することがで
き、冷却、再加熱というエネルギーの損失を防ぐことが
できる。

その第三の効果は残留して熱分解する樹脂の発生がない
点である。

装置内において樹脂の流れが悪く停滞する場所があると
、その部分に溜った樹脂は長時間装置内に滞留し熱分解
を生じ、その樹脂は他の樹脂と混合し押し出し物の着色
の原因となる。　本発明の構造では樹脂の存在する場所
は殆ど直円錐面の間隙であり全ての場所でワイゼンベル
グ現象によるノズル方向への押し出し圧力が生じ、栓を
開けば樹脂は押し出される、　実施例に記載したように
通常の作業では押し出し物の着色は認められなかった。

　その第四の効果は混合効果の向上であるワイゼンベル
グ現象を応用した回転円板型押し出し装置では混合の均
一度を高める等、混合効果を向上するために供給位置と
ノズル孔との間の距離を長くしようとすると円板の直径
を大きくすることとなる。　このことは円板回転の為の
トルクの増加、押し出し圧力に負の効果となる遠心力の
増加となる。この点本発明では供給孔とノズル間の距離
は直円錐体の高さを高くすることによって長くすること
ができ混合効果のより高くすることができ装置をより小
さく、省エネルギー装置とすることもてきる。

その第五の効果は装置内部に残留した樹脂などの除去が
容易である点である。

第１図、第２図に示したように樹脂の流れる場所は極め
て単純な表面で構成されスクリュウのような突起物がな
く、手および作業器具が入れやすく清浄化の作業が容易
で原料組成変更の準備が短時間で可能で多品種夕景生産
、研究・開発用サンプルなどの作製に適している。

その第六の効果として高充填率樹脂の押し出しが可能で
ある。実施例にも記しであるが無機質粉体を充填剤とし
て３０容積％の充填率でも押し出し可能で、充填剤によ
って直円錐面が研磨され間隙が若干広くなっても混合・
押し出しに致命的影響はなく、間隙は調整機構により変
えることもできる。　この点はスクリュウ型押し出し装
置では充填剤による摩耗したスクリュウは交換せねばな
らない。

実施例に記述しであるが、試作した直円錐体型押し出し
装置によりポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート
、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの汎用樹脂、ポリ
ビニリデンフルオライド、ナイロン６、ポリフェニレン
サルファイド、エチレン−テトラフロロエチレン共重合
体などのフッ素系樹脂、エンジニャリング樹脂も押し出
し可能であった。　栓を最初閏じて原料を混合してから
栓を開き押し出し少量の押し出し物を得ることも、続け
て原料を供給し、連続的に押し出し物を得ることも可能
で、混合装置、樹脂原料再生装置として産業にも使用で
きる。

（へ）　実施例 第３図に概略が相当する装置を試作した。　主要な面は
２種の直円錐面からなり、図の１４の直径Ｄ　＝８０ｖ
＋＋、　１５の直径ｄ＝６０■膳、円錐底部の頂角Ａ−
３５度、円錐頭部分１６の頂角　Ｂ−６０度、回転体の
先端１７すなわち頭部分の円錐台上面の直径は約　６１
である。　ノズル孔の直径は８ミリ長さは２５ミリであ
り、回転体、固定体は鉄製で、直円錐面の表面は滑らか
でメツキが施されている。

この装置には供給孔で融解樹脂が孔の内周面に付着しな
い機構、融解樹脂の一部がノズル方向とは反対に流れ、
回転機構を汚染することを防止する機構１８とその外側
１９が設けられている。

外側１９と固定体４　は結合部２０で結合されているが
、分解清浄作業の際ははずす事ができる間隙は１ｍｍ　
−５ｓｍの調整が可能で加熱制御温度は最高３５０度で
ある。

間隙１．５ｍｍ　、制御温度２００度、回転速度８０ｒ
、ｐ。

鵬において高密度ポリエチレンベレットの押し出しを試
みた結果、良好な状態の押し出し物を得る事がてきた。

　押し出し圧力は平方センナ当たり２キログラムと低く
栓の隙間から融解樹脂が出てくる事は無い。　供給終了
してから数分栓をしたまま回転を続け、その後栓を開き
回転を続けながら押し出しを開始する。　　押し出し速
度は平均１分間平均３グラムであり、樹脂の融解速度と
間係することが分かった。その他の汎用樹脂、ポリプロ
ピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン樹脂
についても同じ条件で押し出し可能であった。　またガ
ラスピーズ（径５０μｍ）のポリスチレンペレットとの
混合を試みたところ３０容積％でも混合押し出しが可能
であった。

制御温度　３１０度としポリフェニレンスルフィド樹脂
粉体の押し出しを試みた結果１分間平均４グラムの押し
出し速度であった。　熱可塑性ふっ素樹脂の押し出し速
度は１分間平均２グラムであった。　ペレットより粉体
のほうが押し出し速度は速い、　原料樹脂が融解状態ま
たは融点近くに加熱されて供給されると押し出し速度は
２〜３倍になる、　原料の形は供給孔に入る事の出来る
大きさならどんな形でも差し支えなく、可とう性のある
棒、パイプ、チューブ、ロープ、フィルムなどは切断す
ることなく連続して供給できた。

また混合能力を調べる為に５グラムのポリスチレンペレ
ットと　０．０１　　グラムのガラスピーズを、あらか
じめ混合すること無く、交互に供給し、押し出し物的１
５グラムを得た、これを更に押し出しを３回繰り返した
ところ押し出し物は、肉眼的には均一に混合している事
を認めた。

【図面の簡単な説明】

図面に付した番号はすべての図に共通である。 第１図は直円錐面の中心軸と供給孔の中心を含む平面で
切断した装置の断面図である。 １は回転可能な直円錐体、２はその直円錐表面３は１の
回転機構、４は内面に直円錐面をもつ固定体、５は４の
内面である直円錐表面、６はノズル部分、７は原料供給
孔、８はホッパー、９は回転体及び固定体の直円錐表面
の間の間隙。 第２図は直円錐の中心軸に垂直で供給孔の中心を含む平
面で固定体の断面図である。 １０は供給原料が誘導される溝である。 第３図は直円錐軸と第２図の直線Ａを含む平面で切断し
た装置の断面図。 第４図は頂角の相違する２つの直円錐台の組み合わせた
直円錐面をもつ回転体と固定体からなる装置の中心軸を
含む平面で切断した断面図である１１　　は栓、１２　
　は栓のストッパーでノズル孔に栓がされている状態が
示されている。 １３　　は円錐底部の直円錐台で、その底面の位置を１
４、その上面で頭部分の直円錐台は１５　、その底面で
もある直円錐面の接する位置を１６で示す。 １７は円錐頭部分の直円錐台の先端部位の位置である。 　１８は融解樹脂逆流防止機構で、その外側は１９゜　
２０　　は外側と固定体の結合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主要な外部表面は円錐面で円錐の中心軸を回転の軸とす
   る回転体と、この円錐面と狭い距離の間隙をもって対面
   する円錐面を主要な内部表面にもつ固定体からなり、こ
   の固定体の円錐面の低面に近い部分に原料供給孔があり
   、円錐面の先端に開閉できる栓を有するノズル孔がある
   構造を有し、原料樹脂の融点以上の温度に回転体と固定
   体が加熱された状態において原料を供給し、回転体と固
   定体の円錐面の間隙において回転体の回転によって樹脂
   原料の混合、脱泡をおこない、押し出しを可能とする装
   置。