JPH06339974A - 押出機 - Google Patents
押出機Info
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- JPH06339974A JPH06339974A JP5130677A JP13067793A JPH06339974A JP H06339974 A JPH06339974 A JP H06339974A JP 5130677 A JP5130677 A JP 5130677A JP 13067793 A JP13067793 A JP 13067793A JP H06339974 A JPH06339974 A JP H06339974A
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- pressure
- extruder
- gas
- nozzle
- screw
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/3442—Mixing, kneading or conveying the foamable material
- B29C44/3446—Feeding the blowing agent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/505—Screws
- B29C48/565—Screws having projections other than the thread, e.g. pins
Abstract
(57)【要約】
【目的】 非フロン系ガスをガス状発泡剤として用いて
も安定した注入量が得られ、樹脂およびガス状発泡剤の
良好な混練性を有する押出機を提供すること。 【構成】 スクリューのフライトの１ピッチ当りが有す
る容量に差を設けることによってガス状発泡剤注入部位
のシリンダー内圧を低下させられる構成としてなる押出
機であって、圧力の低下させられた部位にガス状発泡剤
を音速注入可能なノズルがシリンダー壁に設けられ、か
つ、少なくとも当該部位のスクリュー軸に混練用の凹凸
が施されてなり、特に、該ガス状発泡剤が非フロン系の
ガス状発泡剤である押出機。 【効果】 非フロンガスをガス状発泡剤として用いて
も、安定した注入量と良好な混練性によって、安定した
品質の高発泡押出成形が可能となる。
も安定した注入量が得られ、樹脂およびガス状発泡剤の
良好な混練性を有する押出機を提供すること。 【構成】 スクリューのフライトの１ピッチ当りが有す
る容量に差を設けることによってガス状発泡剤注入部位
のシリンダー内圧を低下させられる構成としてなる押出
機であって、圧力の低下させられた部位にガス状発泡剤
を音速注入可能なノズルがシリンダー壁に設けられ、か
つ、少なくとも当該部位のスクリュー軸に混練用の凹凸
が施されてなり、特に、該ガス状発泡剤が非フロン系の
ガス状発泡剤である押出機。 【効果】 非フロンガスをガス状発泡剤として用いて
も、安定した注入量と良好な混練性によって、安定した
品質の高発泡押出成形が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂発泡体等の押
出成形、特に非フロン系ガス状発泡剤を使用する合成樹
脂発泡体の押出成形に有効な発泡押出成形機用の押出機
に関する。
出成形、特に非フロン系ガス状発泡剤を使用する合成樹
脂発泡体の押出成形に有効な発泡押出成形機用の押出機
に関する。
【０００２】
【従来の技術】押出機内で合成樹脂を溶融させ、その合
成樹脂に押出機外部からガス状発泡剤を注入・混練させ
てダイス等を通じて押し出し、物理発泡させて合成樹脂
発泡体を製造する発泡押出成形が知られている。このガ
ス状発泡剤として従来よりフロンガスが好適に用いられ
ていた。即ち、フロンガスは高温においても安定した液
相，気相を容易に制御できるため、樹脂に対する注入を
液相で行なうことができる。注入を液相で行なうと、そ
の非圧縮性のために、ガス供給源で行なう注入圧制御に
対して注入用ノズルの先端出口付近の流体圧力がよく追
従し、押出機内の激しい圧力変動に対しても流量を一定
に制御することが容易である。従って、ガス状発泡剤の
注入量の安定によって、長尺にわたっても均一な発泡を
有する合成樹脂発泡体が得られる。
成樹脂に押出機外部からガス状発泡剤を注入・混練させ
てダイス等を通じて押し出し、物理発泡させて合成樹脂
発泡体を製造する発泡押出成形が知られている。このガ
ス状発泡剤として従来よりフロンガスが好適に用いられ
ていた。即ち、フロンガスは高温においても安定した液
相，気相を容易に制御できるため、樹脂に対する注入を
液相で行なうことができる。注入を液相で行なうと、そ
の非圧縮性のために、ガス供給源で行なう注入圧制御に
対して注入用ノズルの先端出口付近の流体圧力がよく追
従し、押出機内の激しい圧力変動に対しても流量を一定
に制御することが容易である。従って、ガス状発泡剤の
注入量の安定によって、長尺にわたっても均一な発泡を
有する合成樹脂発泡体が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年フロンガ
スは、環境破壊の問題からその使用が規制され、代替ガ
スの使用を余儀なくされている。本発明者らは、発泡剤
としてＡｒ等の希ガス、Ｎ2 、ＣＯ2 等を代替ガスとし
て使用することを検討してきた。しかし、これら代替ガ
スは、フロンガスのように安定した液相での注入ができ
ず、気相が有する大きな圧縮性のために、上記液相での
注入と反対に、注入用ノズルの先端出口付近の流体圧力
が供給側の制御に追従せず、押出機内の激しい圧力変動
に対して押出機のシリンダー内への注入量を一定に制御
することが困難であるという問題があった。
スは、環境破壊の問題からその使用が規制され、代替ガ
スの使用を余儀なくされている。本発明者らは、発泡剤
としてＡｒ等の希ガス、Ｎ2 、ＣＯ2 等を代替ガスとし
て使用することを検討してきた。しかし、これら代替ガ
スは、フロンガスのように安定した液相での注入ができ
ず、気相が有する大きな圧縮性のために、上記液相での
注入と反対に、注入用ノズルの先端出口付近の流体圧力
が供給側の制御に追従せず、押出機内の激しい圧力変動
に対して押出機のシリンダー内への注入量を一定に制御
することが困難であるという問題があった。
【０００４】本発明の目的は、上記問題を解消し、非フ
ロン系ガスをガス状発泡剤として用いても安定した注入
量が得られ、樹脂およびガス状発泡剤の良好な混練性を
有する押出機を提供することである。
ロン系ガスをガス状発泡剤として用いても安定した注入
量が得られ、樹脂およびガス状発泡剤の良好な混練性を
有する押出機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明、即
ちスクリューのフライトの１ピッチ当りの樹脂搬送量に
差を設けることによって押出機のガス状発泡剤注入部位
のシリンダー内圧を低下させられる構成としてなる発泡
押出機を有し、かつ、少なくとも圧力の低下させられた
部位にガス状発泡剤を音速注入可能なノズルがシリンダ
ー壁に設けられ、かつ、当該部位のスクリュー軸に合成
樹脂混練用の凹凸が施されてなることを特徴とする押出
機によって達成される。
ちスクリューのフライトの１ピッチ当りの樹脂搬送量に
差を設けることによって押出機のガス状発泡剤注入部位
のシリンダー内圧を低下させられる構成としてなる発泡
押出機を有し、かつ、少なくとも圧力の低下させられた
部位にガス状発泡剤を音速注入可能なノズルがシリンダ
ー壁に設けられ、かつ、当該部位のスクリュー軸に合成
樹脂混練用の凹凸が施されてなることを特徴とする押出
機によって達成される。
【０００６】
【作用】本発明においては、先ず、ガス注入量の安定化
を図るために、非フロン系のガス発泡剤をシリンダー内
に音速注入させることが可能な注入用ノズルを設け、次
いで、この注入用ノズル先端出口の流体速度が音速とな
る物理的条件である臨界圧力比が非フロンガスを用いた
場合でも容易に得られるように、注入部位のシリンダー
内の圧力を部分的に低下させることのできるスクリュー
を設け、さらに、上記のような圧力低下可能なスクリュ
ーの部位に生じる材料の混練性の低下を補うために、こ
の部分のスクリュー、特にスクリュー軸に材料混練用の
凹凸を設けることによって、安定したガス注入量が得ら
れ、しかも良好な混練性を有する押出機が得られる。
を図るために、非フロン系のガス発泡剤をシリンダー内
に音速注入させることが可能な注入用ノズルを設け、次
いで、この注入用ノズル先端出口の流体速度が音速とな
る物理的条件である臨界圧力比が非フロンガスを用いた
場合でも容易に得られるように、注入部位のシリンダー
内の圧力を部分的に低下させることのできるスクリュー
を設け、さらに、上記のような圧力低下可能なスクリュ
ーの部位に生じる材料の混練性の低下を補うために、こ
の部分のスクリュー、特にスクリュー軸に材料混練用の
凹凸を設けることによって、安定したガス注入量が得ら
れ、しかも良好な混練性を有する押出機が得られる。
【０００７】本発明において、押出機内の圧力を低下さ
せるための構造としては、スクリュー３のフライトの１
ピッチ当りが有する容量に差を設けることによって圧力
変化を得る構造が例示され、具体的には、スクリューの
溝を深くする構造や、フライトのピッチを密から疎にす
る構造等が挙げられる。
せるための構造としては、スクリュー３のフライトの１
ピッチ当りが有する容量に差を設けることによって圧力
変化を得る構造が例示され、具体的には、スクリューの
溝を深くする構造や、フライトのピッチを密から疎にす
る構造等が挙げられる。
【０００８】しかし、この様な方法で押出機内の圧力を
下げると、相対的に剪断歪が小さくなる事、または、押
出機内の滞留時間が短くなる事等のためにガスと材料樹
脂との混練性が低下する。従って、これを補うために、
混練性を向上させる手段を付与することが必要となる。
下げると、相対的に剪断歪が小さくなる事、または、押
出機内の滞留時間が短くなる事等のためにガスと材料樹
脂との混練性が低下する。従って、これを補うために、
混練性を向上させる手段を付与することが必要となる。
【０００９】上記の混練性を向上させる手段として、ス
クリュー溝部に凹凸を設ける構造がとられ、この凹凸の
好ましい一例としてピンニングを挙げることができる。
ピンニングは、丸，角，異形など種々の断面形状に加え
て、長さ，テーパー，スクリュー軸芯との勾配等を選択
し設計されたピンを、スクリュー表面溝部の好適な箇所
に嵌入し突出させたものである。また、ピンニングの配
列は、公知の配列法や、経験的に得た最良の配列法を用
いればよい。
クリュー溝部に凹凸を設ける構造がとられ、この凹凸の
好ましい一例としてピンニングを挙げることができる。
ピンニングは、丸，角，異形など種々の断面形状に加え
て、長さ，テーパー，スクリュー軸芯との勾配等を選択
し設計されたピンを、スクリュー表面溝部の好適な箇所
に嵌入し突出させたものである。また、ピンニングの配
列は、公知の配列法や、経験的に得た最良の配列法を用
いればよい。
【００１０】スクリュー構造としては、図１に示すよう
に、注入ノズル１が設けられるガス注入部位に対して、
押出機入口側のフライトピッチｆ1 の溝部容積（シリン
ダー〜スクリュー間で１ピッチ当たりに保持しうる樹脂
容積）をＶ1 、出口側のフライトピッチｆ2 の溝部容積
をＶ2 とすると、Ｖ2 ／Ｖ1 ＝ 1.05 〜 1.40 程度であ
ることが望ましく、更に望ましくは1.05〜1.30が良い。
また、ガス注入部位から押出機出口までは、シリンダー
口径の７倍以上の長さを有し、ほぼ全長にフライトを設
ける構造が望ましい。ガス注入部位のフライトピッチｆ
3 の溝部容積Ｖ3 は、Ｖ3 ＞Ｖ2 となるよう適度の値を
設定すればよい。また、押出機出口にギアポンプまたは
２段目の押出機を設ける等、スクリュー終端部では機内
発泡の防止と良好な混練状態を得る為に適度の圧力調節
ができる構造とすることが好ましい。以上のようなスク
リュー構造によって、押出機のガス状発泡剤注入部位の
シリンダー内圧を長時間に渡り安定して７５ kg/cm2 以
下まで低下させることが可能となり、非フロンガスであ
っても臨界圧力比を容易に得ることができ、かつ、混練
性の高い押出機となる。
に、注入ノズル１が設けられるガス注入部位に対して、
押出機入口側のフライトピッチｆ1 の溝部容積（シリン
ダー〜スクリュー間で１ピッチ当たりに保持しうる樹脂
容積）をＶ1 、出口側のフライトピッチｆ2 の溝部容積
をＶ2 とすると、Ｖ2 ／Ｖ1 ＝ 1.05 〜 1.40 程度であ
ることが望ましく、更に望ましくは1.05〜1.30が良い。
また、ガス注入部位から押出機出口までは、シリンダー
口径の７倍以上の長さを有し、ほぼ全長にフライトを設
ける構造が望ましい。ガス注入部位のフライトピッチｆ
3 の溝部容積Ｖ3 は、Ｖ3 ＞Ｖ2 となるよう適度の値を
設定すればよい。また、押出機出口にギアポンプまたは
２段目の押出機を設ける等、スクリュー終端部では機内
発泡の防止と良好な混練状態を得る為に適度の圧力調節
ができる構造とすることが好ましい。以上のようなスク
リュー構造によって、押出機のガス状発泡剤注入部位の
シリンダー内圧を長時間に渡り安定して７５ kg/cm2 以
下まで低下させることが可能となり、非フロンガスであ
っても臨界圧力比を容易に得ることができ、かつ、混練
性の高い押出機となる。
【００１１】本発明で発泡剤として使用される不活性ガ
スとしては、ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプト
ン，キセノンおよびラドンの希ガスおよび窒素ガス，炭
酸ガス等の不活性ガスが例示される。特にアルゴンは、
フロンガスと同程度の発泡度（発泡層における空隙の体
積占有率）、たとえば発泡度８０％以上という高度かつ
均一な発泡体が得られる点、フロンガスのようにオゾン
層を破壊するものではない点、極めて安定で化学的な反
応を全く示さない点、また、爆発等の危険性もない点、
さらに安価である点などから特に好ましい。上記発泡剤
は、希ガスあるいは窒素ガス，炭酸ガスのいずれか１種
用いてもよいし、これらを好適な混合比として用いても
よい。
スとしては、ヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプト
ン，キセノンおよびラドンの希ガスおよび窒素ガス，炭
酸ガス等の不活性ガスが例示される。特にアルゴンは、
フロンガスと同程度の発泡度（発泡層における空隙の体
積占有率）、たとえば発泡度８０％以上という高度かつ
均一な発泡体が得られる点、フロンガスのようにオゾン
層を破壊するものではない点、極めて安定で化学的な反
応を全く示さない点、また、爆発等の危険性もない点、
さらに安価である点などから特に好ましい。上記発泡剤
は、希ガスあるいは窒素ガス，炭酸ガスのいずれか１種
用いてもよいし、これらを好適な混合比として用いても
よい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を示し具体的に説明
する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこと
は言うまでもない。図１は、本発明の一実施例による押
出機のガス注入部を模式的に示す断面図である。同図に
おいて、Ａは本発明の押出機であり、押出機Ａのシリン
ダー２内へ非フロン系のガス状発泡剤６を一定流量下に
音速注入可能な注入ノズル１が設けられている。この注
入ノズル１による該ガス状発泡剤６の音速注入をより容
易にするために注入部位のシリンダー２内の圧力を部分
的に低下させることができるようにスクリュー３が構成
されている。即ち、スクリュー３のある位置におけるフ
ライトピッチｆ1 が有する容量は、後続のフライトピッ
チｆ2 ，ｆ3 の容量よりも小さく設定されているので、
樹脂がピッチｆ1 からピッチｆ3 に至るとピッチｆ3 近
傍のシリンダー２内の圧力は低下する。この圧力低下部
位に生じる樹脂５とガス状発泡剤６との混練性の低下を
補うために、この圧力低下部位のスクリュー３の軸に混
練用の凹凸としてピンニング４が設けられている。
する。なお、本発明がこれに限定されるものでないこと
は言うまでもない。図１は、本発明の一実施例による押
出機のガス注入部を模式的に示す断面図である。同図に
おいて、Ａは本発明の押出機であり、押出機Ａのシリン
ダー２内へ非フロン系のガス状発泡剤６を一定流量下に
音速注入可能な注入ノズル１が設けられている。この注
入ノズル１による該ガス状発泡剤６の音速注入をより容
易にするために注入部位のシリンダー２内の圧力を部分
的に低下させることができるようにスクリュー３が構成
されている。即ち、スクリュー３のある位置におけるフ
ライトピッチｆ1 が有する容量は、後続のフライトピッ
チｆ2 ，ｆ3 の容量よりも小さく設定されているので、
樹脂がピッチｆ1 からピッチｆ3 に至るとピッチｆ3 近
傍のシリンダー２内の圧力は低下する。この圧力低下部
位に生じる樹脂５とガス状発泡剤６との混練性の低下を
補うために、この圧力低下部位のスクリュー３の軸に混
練用の凹凸としてピンニング４が設けられている。
【００１３】上記注入ノズル１は、押出機のシリンダー
内にガス状発泡剤を定量注入するために音速で注入する
ことが可能となるように形状および強度を設定されうる
ものを用い、音速注入のための外的条件として流体の出
口圧力と入口圧力との比が臨界圧力比以下となるように
設定する。図２は、音速注入が可能なノズルの一例を模
式的に示す断面図である。同図に示すノズル１が流体６
の音速注入を可能にするためには、ノズル１の出口ａ2
における圧力Ｐ2 と、入口ａ1 における圧力Ｐ1 との比
Ｐ2 ／Ｐ1 が、臨界圧力比以下となるように設定する必
要がある。同図を用いて、この臨界圧力比の概略を以下
に説明する。
内にガス状発泡剤を定量注入するために音速で注入する
ことが可能となるように形状および強度を設定されうる
ものを用い、音速注入のための外的条件として流体の出
口圧力と入口圧力との比が臨界圧力比以下となるように
設定する。図２は、音速注入が可能なノズルの一例を模
式的に示す断面図である。同図に示すノズル１が流体６
の音速注入を可能にするためには、ノズル１の出口ａ2
における圧力Ｐ2 と、入口ａ1 における圧力Ｐ1 との比
Ｐ2 ／Ｐ1 が、臨界圧力比以下となるように設定する必
要がある。同図を用いて、この臨界圧力比の概略を以下
に説明する。
【００１４】ノズル形状ａは、孔径が先端に向かって単
調に減少する形状であって、該ノズルの入口をａ1 と
し、この部分の断面積をＳ1 ，流体の圧力をＰ1 等、入
口ａ1における諸量には添字１を付与して示すものとす
る。また、ノズル先端部の最狭部をノズル出口ａ2 と
し、この部分の断面積をＳ2 ，流体の圧力をＰ2 等、出
口ａ2 における諸量には添字２を付与して示すものとす
る。ノズルの各断面を単位時間に流れる気体の流量Ｇ
は、流量連続の条件よりノズル内一定であり、該気体が
理想気体であって、断熱変化をするものと見なした場
合、流量Ｇは次の数式（１）で表される。
調に減少する形状であって、該ノズルの入口をａ1 と
し、この部分の断面積をＳ1 ，流体の圧力をＰ1 等、入
口ａ1における諸量には添字１を付与して示すものとす
る。また、ノズル先端部の最狭部をノズル出口ａ2 と
し、この部分の断面積をＳ2 ，流体の圧力をＰ2 等、出
口ａ2 における諸量には添字２を付与して示すものとす
る。ノズルの各断面を単位時間に流れる気体の流量Ｇ
は、流量連続の条件よりノズル内一定であり、該気体が
理想気体であって、断熱変化をするものと見なした場
合、流量Ｇは次の数式（１）で表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】ここで、Ｓ2 はノズル出口断面積，Ｔ1 は
ノズル入口ガス温度，ｇは重力加速度，Ｒはガス定数で
ある。また、κは定圧比熱／定容比熱であり、例えば、
Ｎ2ガスの場合、κは約１．４である。
ノズル入口ガス温度，ｇは重力加速度，Ｒはガス定数で
ある。また、κは定圧比熱／定容比熱であり、例えば、
Ｎ2ガスの場合、κは約１．４である。
【００１７】先ず、上記数式（１）において、入口圧力
Ｐ1 と入口ガス温度Ｔ1 を一定とした上で、ノズル１の
出口断面積Ｓ2 を任意の値に固定するものと仮定し、出
口圧力Ｐ2 の背後の圧力、即ち、押出機のシリンダ３の
内圧Ｐ3 が流量Ｇに与える影響について述べる。図１に
おいて、シリンダ内圧Ｐ3 が、ガス供給圧である入口圧
力Ｐ1 と等しければ、圧力差がゼロとなってガスの移動
が無いことは言うまでもない。この背後の圧力Ｐ3 を次
第に降下させていくと、ノズル出口圧力Ｐ2 もまたＰ3
と等しい値を取りながら降下し、流量および流速は増大
し、出口圧力Ｐ2 と入口圧力Ｐ1との比Ｐ2 ／Ｐ1 は小
さくなっていく。しかし、シリンダ内圧Ｐ3 をさらに降
下させて、Ｐ2 ／Ｐ1 が下記数式（２）に示す特定の値
（例えば、Ｎ2 ガスでは０．５２８）に達すると、これ
以降、シリンダ内圧Ｐ3 がどれほど降下しようとも、ノ
ズル出口圧力Ｐ2 はその時の値以下には降下せず、流量
Ｇは最大値に達し一定となる。即ち、Ｐ2 ／Ｐ1 には境
界値が存在し、その値以降、流量Ｇはシリンダ内圧Ｐ3
と無関係に一定となることが知られている。この時のＰ
2 を臨界圧力と呼び、Ｐc で表す。また、この時のＰ2
／Ｐ1 を臨界圧力比と呼び、Ｐc ／Ｐ1 で表す。このと
きの流量ＧとＰ2 ／Ｐ1 との関係は、図２に示すような
グラフとなり、臨界圧力比Ｐc ／Ｐ1 において流量Ｇが
最大値に達した後は一定であることがわかる。また、Ｐ
2 ／Ｐ1 が臨界圧力比に達したときのノズル出口におけ
る流速ｗ2 は、その時の状態の気体中を伝播する音速と
同じ速度となっている。
Ｐ1 と入口ガス温度Ｔ1 を一定とした上で、ノズル１の
出口断面積Ｓ2 を任意の値に固定するものと仮定し、出
口圧力Ｐ2 の背後の圧力、即ち、押出機のシリンダ３の
内圧Ｐ3 が流量Ｇに与える影響について述べる。図１に
おいて、シリンダ内圧Ｐ3 が、ガス供給圧である入口圧
力Ｐ1 と等しければ、圧力差がゼロとなってガスの移動
が無いことは言うまでもない。この背後の圧力Ｐ3 を次
第に降下させていくと、ノズル出口圧力Ｐ2 もまたＰ3
と等しい値を取りながら降下し、流量および流速は増大
し、出口圧力Ｐ2 と入口圧力Ｐ1との比Ｐ2 ／Ｐ1 は小
さくなっていく。しかし、シリンダ内圧Ｐ3 をさらに降
下させて、Ｐ2 ／Ｐ1 が下記数式（２）に示す特定の値
（例えば、Ｎ2 ガスでは０．５２８）に達すると、これ
以降、シリンダ内圧Ｐ3 がどれほど降下しようとも、ノ
ズル出口圧力Ｐ2 はその時の値以下には降下せず、流量
Ｇは最大値に達し一定となる。即ち、Ｐ2 ／Ｐ1 には境
界値が存在し、その値以降、流量Ｇはシリンダ内圧Ｐ3
と無関係に一定となることが知られている。この時のＰ
2 を臨界圧力と呼び、Ｐc で表す。また、この時のＰ2
／Ｐ1 を臨界圧力比と呼び、Ｐc ／Ｐ1 で表す。このと
きの流量ＧとＰ2 ／Ｐ1 との関係は、図２に示すような
グラフとなり、臨界圧力比Ｐc ／Ｐ1 において流量Ｇが
最大値に達した後は一定であることがわかる。また、Ｐ
2 ／Ｐ1 が臨界圧力比に達したときのノズル出口におけ
る流速ｗ2 は、その時の状態の気体中を伝播する音速と
同じ速度となっている。
【００１８】
【数２】
【００１９】次に、上記Ｐ2 ／Ｐ1 を、臨界圧力比とす
るために考慮すべき条件の１つであるノズルの出口断面
積Ｓ2 について述べる。上記臨界圧力比の説明において
は、入口圧力Ｐ1 ，入口ガス温度Ｔ1 一定の条件下で、
出口断面積Ｓ2 を任意の値とし、シリンダ内圧Ｐ3 を降
下させるものとした。しかし、実使用上においては、シ
リンダ内圧Ｐ3 は混練，溶融，定量等のために制限を受
け、所定の範囲内において固定される。また、商品設計
上の発泡仕様および生産性の面からガスの注入量が固定
される。さらに、入口圧力Ｐ1 は、供給側に機械的能力
の上限があり、装置のメインテナンス等から出来る限り
低い方が好ましい。このように流量Ｇ，背圧Ｐ3 が固定
され、入口圧力Ｐ1 に可変の上限があるとき、上式
（１）において、Ｐ2 ／Ｐ1 を臨界圧力比よりも小さく
するためには、出口断面積Ｓ2 は一定の値以下に制限さ
れる。即ち、実使用上の条件下では、臨界圧力比を得る
ための必要条件としてノズル先端孔径に最大値が存在
し、ノズル形状を決定するための条件の一つとなる。
るために考慮すべき条件の１つであるノズルの出口断面
積Ｓ2 について述べる。上記臨界圧力比の説明において
は、入口圧力Ｐ1 ，入口ガス温度Ｔ1 一定の条件下で、
出口断面積Ｓ2 を任意の値とし、シリンダ内圧Ｐ3 を降
下させるものとした。しかし、実使用上においては、シ
リンダ内圧Ｐ3 は混練，溶融，定量等のために制限を受
け、所定の範囲内において固定される。また、商品設計
上の発泡仕様および生産性の面からガスの注入量が固定
される。さらに、入口圧力Ｐ1 は、供給側に機械的能力
の上限があり、装置のメインテナンス等から出来る限り
低い方が好ましい。このように流量Ｇ，背圧Ｐ3 が固定
され、入口圧力Ｐ1 に可変の上限があるとき、上式
（１）において、Ｐ2 ／Ｐ1 を臨界圧力比よりも小さく
するためには、出口断面積Ｓ2 は一定の値以下に制限さ
れる。即ち、実使用上の条件下では、臨界圧力比を得る
ための必要条件としてノズル先端孔径に最大値が存在
し、ノズル形状を決定するための条件の一つとなる。
【００２０】上記説明のように、背圧の条件やノズル形
状を最適に設定した上で、ノズルの出口圧力Ｐ2 と入口
圧力Ｐ1 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を臨界圧力比以下となるよう
に設定することで、押出機のシリンダ内圧の変動に左右
されることなく、ガス状発泡剤を安定して注入できるの
である。
状を最適に設定した上で、ノズルの出口圧力Ｐ2 と入口
圧力Ｐ1 との比Ｐ2 ／Ｐ1 を臨界圧力比以下となるよう
に設定することで、押出機のシリンダ内圧の変動に左右
されることなく、ガス状発泡剤を安定して注入できるの
である。
【００２１】本発明に用いられる注入ノズルは、上記の
ようにＰ2 ／Ｐ1 が臨界圧力比以下となるように設定さ
れるものであり、ノズル先端部位の高精度な極細孔径化
を可能とし、かつ、ノズル出口におけるガスの音速の流
出に対して劣化・磨耗を抑制するように、少なくともノ
ズル最狭部で発生するガスの音速流出に係る部分をダイ
ヤモンドによって構成されるものである。ノズルの材料
構成としては、他の機械に対するマウント等の面から、
特に、音速のガス流出に係るノズル先端部の数ｍｍを管
状のダイヤモンドチップとし、これを焼結合金からなる
チップホルダーに構造的に保持し、さらにこれをステン
レス等の耐腐食性の高い材質からなるノズルの本体にロ
ウ付けするような段階的な材料構成が好ましい。また、
ダイヤモンドに対するノズル状の穿孔加工法としては、
レーザー加工等が例示され、ワイヤ研磨等、既存の仕上
加工法と合わせて最小０．００５ｍｍまでの高精度な極
細径の穿孔が可能となる。
ようにＰ2 ／Ｐ1 が臨界圧力比以下となるように設定さ
れるものであり、ノズル先端部位の高精度な極細孔径化
を可能とし、かつ、ノズル出口におけるガスの音速の流
出に対して劣化・磨耗を抑制するように、少なくともノ
ズル最狭部で発生するガスの音速流出に係る部分をダイ
ヤモンドによって構成されるものである。ノズルの材料
構成としては、他の機械に対するマウント等の面から、
特に、音速のガス流出に係るノズル先端部の数ｍｍを管
状のダイヤモンドチップとし、これを焼結合金からなる
チップホルダーに構造的に保持し、さらにこれをステン
レス等の耐腐食性の高い材質からなるノズルの本体にロ
ウ付けするような段階的な材料構成が好ましい。また、
ダイヤモンドに対するノズル状の穿孔加工法としては、
レーザー加工等が例示され、ワイヤ研磨等、既存の仕上
加工法と合わせて最小０．００５ｍｍまでの高精度な極
細径の穿孔が可能となる。
【００２２】上記において、ノズル出口の流体速度を音
速として、ガス状発泡剤の安定した定量注入を達成する
ためには、ノズルの出口圧力と入口圧力との比が臨界圧
力比以下となるように設定する必要があるが、出口圧力
Ｐ2 は、その背後の圧力Ｐ3を下回ることはできないこ
とを述べた。従って、押出機内の圧力Ｐ3 が高い場合、
臨界圧力比を得るためにはガス供給圧力をさらに高くす
る必要があり、例えば、Ｎ2 ガスの場合、押出機内の圧
力が仮に１５０〜２００ kg/cm2 の高圧であれば、安定
した臨界圧力比を得るためのガス供給圧力は約３００〜
４００ Kg/cm2 以上にも達するため、これを低下させる
ことが必要となるのである。
速として、ガス状発泡剤の安定した定量注入を達成する
ためには、ノズルの出口圧力と入口圧力との比が臨界圧
力比以下となるように設定する必要があるが、出口圧力
Ｐ2 は、その背後の圧力Ｐ3を下回ることはできないこ
とを述べた。従って、押出機内の圧力Ｐ3 が高い場合、
臨界圧力比を得るためにはガス供給圧力をさらに高くす
る必要があり、例えば、Ｎ2 ガスの場合、押出機内の圧
力が仮に１５０〜２００ kg/cm2 の高圧であれば、安定
した臨界圧力比を得るためのガス供給圧力は約３００〜
４００ Kg/cm2 以上にも達するため、これを低下させる
ことが必要となるのである。
【００２３】〔実験例〕図１に示すように、本発明の押
出機Ａによって、非フロン系のガス状発泡剤を用いた高
発泡押出成形を行い、製品の発泡に係る品質、および本
発明の押出機の性能を評価した。材料樹脂としてＨＤＰ
Ｅ、非フロン系ガス状発泡剤としてＮ2 ガス、吐出量を
２０ kg ／Ｈとして、内部コア径φ１．２５，発泡外径
φ５．０，目標発泡度８０％の絶縁ケーブルを製造し
た。押出機はφ６５，Ｌ／Ｄ＝２８、φ９０，Ｌ／Ｄ＝
２８の２段押出機とし、スクリュー終端部での圧力を１
００±５ kg/cm2 とした。スクリュー構造を図１に示す
ようにガス注入部位の押出機入口側の溝部容積Ｖ1 と、
出口側の溝部容積Ｖ 2 の比Ｖ2 ／Ｖ1 ＝１．２６となる
ように溝深さ及び混練用ピン形状を設定した。また、ガ
ス注入部位からスクリュー終端部までの長さをシリンダ
ー口径の８倍とし全長にフライトを設けることによっ
て、Ｎ2 ガス注入部位のシリンダー内圧を６０ kg/cm2
以下まで低下させながら、良好な混練性を確保した。ま
た、ノズル１は、出口孔径を０．０３０ｍｍ、Ｎ2 ガス
の供給圧力を１３０kg/cm2 、供給側の温度等の条件を
一定に制御することによって、シリンダ内へのＮ2 ガス
音速注入を達成し、常に一定の注入量１．０Ｎリットル
／min を確保した。この実験によって得られた発泡押出
成形品の品質を評価したところ、約８０％発泡の安定し
た均一の発泡を有し、良好な品質であることが確認でき
た。以上の実験によって、本発明の押出機が、非フロン
系ガスをガス状発泡剤として使用する場合の発泡押出成
形に対して、特に有効に使用できることが確認できた。
出機Ａによって、非フロン系のガス状発泡剤を用いた高
発泡押出成形を行い、製品の発泡に係る品質、および本
発明の押出機の性能を評価した。材料樹脂としてＨＤＰ
Ｅ、非フロン系ガス状発泡剤としてＮ2 ガス、吐出量を
２０ kg ／Ｈとして、内部コア径φ１．２５，発泡外径
φ５．０，目標発泡度８０％の絶縁ケーブルを製造し
た。押出機はφ６５，Ｌ／Ｄ＝２８、φ９０，Ｌ／Ｄ＝
２８の２段押出機とし、スクリュー終端部での圧力を１
００±５ kg/cm2 とした。スクリュー構造を図１に示す
ようにガス注入部位の押出機入口側の溝部容積Ｖ1 と、
出口側の溝部容積Ｖ 2 の比Ｖ2 ／Ｖ1 ＝１．２６となる
ように溝深さ及び混練用ピン形状を設定した。また、ガ
ス注入部位からスクリュー終端部までの長さをシリンダ
ー口径の８倍とし全長にフライトを設けることによっ
て、Ｎ2 ガス注入部位のシリンダー内圧を６０ kg/cm2
以下まで低下させながら、良好な混練性を確保した。ま
た、ノズル１は、出口孔径を０．０３０ｍｍ、Ｎ2 ガス
の供給圧力を１３０kg/cm2 、供給側の温度等の条件を
一定に制御することによって、シリンダ内へのＮ2 ガス
音速注入を達成し、常に一定の注入量１．０Ｎリットル
／min を確保した。この実験によって得られた発泡押出
成形品の品質を評価したところ、約８０％発泡の安定し
た均一の発泡を有し、良好な品質であることが確認でき
た。以上の実験によって、本発明の押出機が、非フロン
系ガスをガス状発泡剤として使用する場合の発泡押出成
形に対して、特に有効に使用できることが確認できた。
【００２４】本発明の押出機は、発泡成形機における押
出機として、ガス状発泡材、特に非フロン系ガスを発泡
材として用いる場合の押出機として有効に設けられ、一
般の金型を用いた発泡用の射出成形機や、ダイス，クロ
スヘッド等を用いたあらゆる発泡押出成形機の押出機と
して使用されるものである。
出機として、ガス状発泡材、特に非フロン系ガスを発泡
材として用いる場合の押出機として有効に設けられ、一
般の金型を用いた発泡用の射出成形機や、ダイス，クロ
スヘッド等を用いたあらゆる発泡押出成形機の押出機と
して使用されるものである。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の発泡押出
成形機によれば、非フロンガスをガス状発泡剤として用
いても、安定した注入量と良好な混練性によって、安定
した品質の高発泡押出成形が可能となる。
成形機によれば、非フロンガスをガス状発泡剤として用
いても、安定した注入量と良好な混練性によって、安定
した品質の高発泡押出成形が可能となる。
【図１】本発明の一実施例による発泡押出成形機のガス
注入部を模式的に示す断面図である。
注入部を模式的に示す断面図である。
【図２】音速注入が可能なノズルの一例をを模式的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】ノズル内の流量ＧとＰ2 ／Ｐ1 との関係をグラ
フとして示す図である。
フとして示す図である。
Ａ 押出機 １ 注入ノズル ２ シリンダー ３ スクリュー ｆ1 ガス注入部位に対して押出機入口側のフライトピ
ッチ ｆ2 ガス注入部位に対して押出機出口側のフライトピ
ッチ ｆ3 ガス注入部位のフライトピッチ ４ ピンニング ５ 樹脂 ６ 非フロン系のガス状発泡剤
ッチ ｆ2 ガス注入部位に対して押出機出口側のフライトピ
ッチ ｆ3 ガス注入部位のフライトピッチ ４ ピンニング ５ 樹脂 ６ 非フロン系のガス状発泡剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 厨子 敏博 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱電 線工業株式会社内 (72)発明者 東久保 隆 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱電 線工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 スクリューのフライトの１ピッチ当りが
有する容量に差を設けることによってガス状発泡剤注入
部位のシリンダー内圧を低下させられる構成としてなる
押出機であって、圧力の低下させられた部位にガス状発
泡剤を音速注入可能なノズルがシリンダー壁に設けら
れ、かつ、少なくとも当該部位のスクリュー軸に混練用
の凹凸が施されてなることを特徴とする押出機。 - 【請求項２】 ガス状発泡剤が非フロン系のガス状発泡
剤である請求項１記載の押出機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13067793A JP3469270B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 押出機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13067793A JP3469270B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 押出機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339974A true JPH06339974A (ja) | 1994-12-13 |
| JP3469270B2 JP3469270B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=15039978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13067793A Expired - Fee Related JP3469270B2 (ja) | 1993-06-01 | 1993-06-01 | 押出機 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3469270B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0995569A2 (de) * | 1998-10-20 | 2000-04-26 | Battenfeld GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgiessen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff |
| JP2002079545A (ja) * | 2000-06-22 | 2002-03-19 | Mitsui Chemicals Inc | 射出発泡成形方法、並びにそれに適した射出成形機および樹脂組成物 |
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| WO2023058525A1 (ja) * | 2021-10-04 | 2023-04-13 | キョーラク株式会社 | 発泡成形用樹脂及びその製造方法、発泡成形体の製造方法、構造体の製造方法 |
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| JPS52112662A (en) * | 1976-03-19 | 1977-09-21 | Furukawa Electric Co Ltd | Screw for extruder |
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-
1993
- 1993-06-01 JP JP13067793A patent/JP3469270B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP0995569A3 (de) * | 1998-10-20 | 2000-05-31 | Battenfeld GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgiessen von Kunststoff-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff |
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| US7198748B2 (en) | 2001-05-11 | 2007-04-03 | Peguform Gmbh | Injection molding machine and injection molding method for manufacturing foamed shaped parts |
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| WO2023058525A1 (ja) * | 2021-10-04 | 2023-04-13 | キョーラク株式会社 | 発泡成形用樹脂及びその製造方法、発泡成形体の製造方法、構造体の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3469270B2 (ja) | 2003-11-25 |
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