JPH10109351A - スクリュー押出機の温度制御機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、バレル内の温度が最適に設定されて
いなかったため、製品の品質が優れなかった。 【解決手段】 スクリュー３の表面の供給部Ａ，溶融圧
縮部Ｂ，計量部Ｃに合わせ、スクリュー３内の内孔３ｂ
に仕切板１０，１１，１２で区切った供給部エリア
Ａ′，溶融圧縮部エリアＢ′及び計量部エリアＣ′を形
成する。各エリアＡ′，Ｂ′，Ｃ′に給入管，，
及び排出管，，をそれぞれ配管し、外部の循環装
置によって冷却水を循環させる。各エリアＡ′，Ｂ′，
Ｃ′は、それぞれ独立して冷却することができるため、
供給部Ａ，溶融圧縮部Ｂ，計量部Ｃをそれぞれ最適な温
度に設定することができる。よって、スクリュー押出機
から押し出される溶融樹脂の温度を最適なものとするこ
とができ、この溶融樹脂によって成形される製品の品質
を向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂など
を押し出し又は射出成形などを行なうスクリュー押出機
に係り、特にスクリューの温度を制御してエリアごとに
バレル内の温度を設定することにより、製品の品質を向
上させるスクリューの温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、溶融押出法に使用される押出機
の一例として、従来の単軸スクリュー押出機の断面図を
示している。図３において、符号１はホッパーを示し、
この中にプラスチックフィルムの原材料となる粒状又は
粉末状のプラスチック（以下、「原料」という。）が供
給される。原料は、ホッパー１から随時一定量づつ円筒
状のバレル（シリンダ）２内に設けられたスクリュー３
のスクリュー溝３ａに供給される。スクリュー３は、バ
レル２内でギヤ減速機４を介して電動機（図示しない）
によって回転駆動される。また、バレル２の外周面に
は、バンドヒーター５が、先端から根元に渡って所定の
間隔で設けられており、バレル２全体が加熱されてい
る。よって、原料は、スクリュー溝３ａに沿ってバレル
２内を根元から先端方向に押し出されながら徐々に溶融
される。

【０００３】図４は、図３に示したスクリューの拡大側
面図である。スクリュー３は、原料を溶融押し出し、一
定の割合で変動なくダイに送る機能を有する。また、ス
クリュー３は、基本的に全長に渡ってスクリュー溝３ａ
のピッチが一定な定ピッチ型スクリューと、根元から先
端へとスクリュー溝３ａが徐々に減少するピッチ漸減型
スクリューとが存在する。図４に示すように、１本のス
クリュー３は、一般に根元の供給部Ａ、中間の溶融圧縮
部Ｂ、先端の計量部Ｃに大別される。また、スクリュー
３の内部には、後述する内孔３ｂが形成されている。供
給部Ａの溝（スクリュー溝３ａ）はその深さδが深く、
溶融圧縮部Ｂの溝の深さδは先端に向かうほど漸減し浅
くなって行き、計量部Ｃの溝の深さδは供給部Ａの溝の
深さより浅く一定である。すなわち、供給部Ａでは原料
の供給が、溶融圧縮部Ｂでは溶融と押出圧の蓄積および
混練が、および計量部Ｃでは定速押し出しが、というよ
うにそれぞれ役割分担されている。

【０００４】また、可動中のスクリュー押出機におい
て、バレル２内の供給部Ａでは温度が低く原料は固体の
状態であるが、次の溶融圧縮部Ｂから原料は徐々に溶融
して行き、溶融体および未溶融体とが混在した状態とな
る。そして、最後の計量部Ｃでは、ほとんどの原料は溶
融され、スクリュー回転により比較的大きな剪断力を受
けつつ、後述するアダプタ６およびダイ７側に一定量の
溶融された樹脂（以下、「溶融樹脂」という。）が押し
出される。アダプタ６には、バレル２の先端部の異物を
除去するスクリーン６ａ及び溶融樹脂の流れを規制する
ブレーカープレート６ｂが設けられている。そして、こ
のスクリーン６ａ及びブレーカープレート６ｂを経てダ
イ７から溶融樹脂が押し出される。ダイ７から押し出さ
れた溶融樹脂は、例えばＴダイなどの成形部に送られる
（図示せず）。Ｔダイは、例えばストレイト・マニホー
ルド型、コート・バンガー型またはこれらを組み合せた
ものなどが存在し、製造するフィルムに合せたＴダイが
選定される。Ｔダイから押し出された溶融樹脂は、ダイ
リップ幅（ダイオリフィスの幅）１／１０〜１／１００
の厚さに熱間延伸され、その後強制的に冷却されてフィ
ルムが製造される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】プラスチックフィルム
等の製造工程では、原料を溶融するため、バンドヒータ
ー５によってバレル２が加熱される。この場合、バレル
２を加熱する温度はプラスチック原材料の溶融温度以上
に設定されるが、この温度が必要以上に高く設定される
と製造されたフィルムの品質や基本的特性（物理的特
性）などが低下する恐れがある。よって、バレル２の温
度制御を行ない最適な温度に設定する必要がある。

【０００６】温度制御は、バレル２の外周面に設けられ
たバンドヒーター５による加熱温度と、後述する方法で
行なうスクリュー３の冷却温度との両者を調整すること
により行われる。例えば、図３に示す例では、図示左端
側から内孔３ｂ内に給水管８ａと排水管８ｂとが挿入さ
れている。そして、外部に設けられた冷却水の循環装置
（図示しない）により、給水管８ａおよび排水管８ｂと
を通じて、内孔３ｂ内で冷却水を循環させることによ
り、スクリュー３内部から冷却が行なわれる。また、バ
レル２の外周面上や循環装置には、温度センサー（図示
しない）が設けられ、常にバレル２の外周面の温度およ
び冷却水の水温が監視されている。そして、これらの温
度センサーからバンドヒーター５の温度の調節や冷却水
の温度の調整などが行なわれ、最適な溶融温度が設定さ
れている。また、温度調整の他の方法（冷媒）として、
冷却水の代わりに空冷によるもの、オイル類によるも
の、蒸気／加圧水によるものなどが存在する。

【０００７】しかしながら、上記従来の方法では、温度
はバレル２内の全域に渡って一定に維持するように機能
するため、バレル２内の温度を最適なものとすることが
できない。すなわち、上述したようにスクリュー３は、
供給部Ａ、溶融圧縮部Ｂ、計量部Ｃの３つのエリアに大
別されるが、各エリアはエリアごとにその役割が異なる
ため、要求される温度管理も各エリアごとにより相違す
る。

【０００８】例えば、溶融圧縮部Ｂは被溶融体（原料）
から溶融体（溶融樹脂）に変化させるエリアであるた
め、最も高圧力かつ高い温度に設定する必要がある。こ
れに対し供給部Ａは、溶融圧縮部Ｂに比べそれ程高い温
度に設定する必要がない。また、最先端の計量部Ｃで
は、一定量の溶融樹脂を押し出すことが要求されるた
め、スクリュー溝３ｂの溝の深さδは一定に形成されて
いるので溶融圧縮部Ｂに比べバレル２内は減圧された状
態にある。よって、通常は溶融圧縮部Ｂに比べバレル２
内の温度は低く設定されるため、溶融圧縮部Ｂと同様に
冷却したのではさらに温度が低い状態となる。この場合
に溶融樹脂の粘性、押し出し量および内部圧力などが低
下し、溶融樹脂の特性が損なわれてしまい、製品の表面
性（変色、表面荒れ、透明性、光沢）などに影響が生じ
品質低下の原因となっていた。すなわち、温度はバレル
２内の全域に渡って一定に維持されることは好ましいこ
とではなく、各エリアごとに最適な温度に設定されるこ
とが好ましいが、従来はこれに対応できるものではかっ
た。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、スクリュー内の温度を任意に設定可能なも
のとし、バレル内の各エリアをその役割に沿う最適な温
度に設定することにより、溶融樹脂を最も理想的な状態
で押し出すことのできるスクリュー押出機の温度制御機
構を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転自在に軸
支され、かつ内孔が形成されたスクリューと、このスク
リューが内装されたバレルと、このバレルの根元に設け
られ原料を補給するホッパーと、前記バレルの外周面を
加熱する複数のヒーターとからなり、前記ホッパーから
供給された原料を溶融して押し出すスクリュー押出機に
おいて、前記スクリューの内孔には長軸方向に複数のエ
リアに区切る仕切板が設けられており、この区切られた
エリアごとに冷却が行なわれることを特徴とするもので
ある。

【００１１】上記において、スクリューの内孔を区切る
仕切板には、給入管及び排出管が配管されており、この
前記給入管及び排出管を通じて各エリアごとに冷媒の循
環が行なわれるものが好ましい。

【００１２】また、各エリア内の内部圧力は、いずれも
同圧に設定されるていることが好ましい。

【００１３】本発明では、スクリューの内部に内孔が設
けられているが、この内孔が仕切板によって複数のエリ
アに区切られる。よって、各エリアをそれぞれ独立して
冷却することができる。エリアは、スクリューの表面の
スクリュー溝の変化に合わせて区切ることが好ましいた
め、供給部、溶融圧縮部および計量部に合わせて３つの
エリアに区切られている。各エリア内には、給入管の出
口と排出管の入口とが１対づつ設けられており、各エリ
アではこの給入管と排出管とによって外部から冷媒（例
えば、クーラントや冷水）の注入又は排出が行われる。
給入管と排出管は、ロータリージョイント（図示せず）
を介して、冷却水の循環装置と接続されている。循環装
置によって冷やされた水（冷却水）が、各給入管を通じ
てエリアに注入されてスクリュー内部の冷却が行われ
る。また、冷却後の暖まった水は排出管によって循環装
置側に戻され、ここで再び冷却された後に各エリアに送
るという循環が行なわれる。各エリアと接続される給入
管と排出管は、１組ごとに循環装置に装着することが可
能となるため、各エリアごとに異なる温度で冷却するこ
とが可能となる。よって、バレル内の供給部、溶融圧縮
部および計量部を希望する温度に設定することができる
ため、溶融樹脂の温度を最適なものとすることができ
る。よって、品質の高い製品を作り出すことが可能とな
る。

【００１４】また、各エリアの内部圧力を同じにするこ
とにより、エリア間における冷却水の漏れ（リーク）を
生じにくくすることができる。よって、良好な冷却を行
なうことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。尚、上述した従来例と同一部材には同一
番号を付してある。図１は、単軸スクリュー押出機を示
す断面図である。図１に示される単軸スクリュー押出機
は、上記図３に示したものと基本的には同様の構造であ
る。但し、図３と本発明では、外観上図示左端に後述す
る複数のジョイント部材９が設けられている点が異なっ
ている。

【００１６】図３に示したスクリュー押出機と同様に、
ホッパー１から粒状又は粉末状のプラスチック（原料）
などがスクリュー３の根元の供給部Ａに供給される。ス
クリュー３は、円筒状のバレル（シリンダ）２内に挿通
されており、図示左端に設けられたギヤ減速機４を介し
て電動機（図示しない）によって回転駆動される。よっ
て、ホッパー１から供給された原料は、スクリュー３の
回転による送り力により、図示右端のバレル２の先端方
向に押し出される。バレル２の外周面には、所定間隔で
バンドヒーター５が設けられ、バレル２内の温度が原料
の溶融点以上となるように加熱されている。

【００１７】供給部Ａに供給された原料は、スクリュー
３の回転により、溶融圧縮部Ｂ、計量部Ｃへと順次送ら
れる。スクリュー３は、例えば供給部Ａから溶融圧縮部
Ｂにかけてスクリュー溝３ａの深さが徐々に漸減して浅
くなるように形成されているため、原料は先端に向かう
に連れて徐々に圧縮された状態となる。そして、溶融圧
縮部Ｂでは、原料は徐々に溶融し、溶融体および未溶融
体とが混在した状態となる。そして、先端の計量部Ｃで
は、ほとんどの原料は溶融され（以下、「溶融樹脂」と
いう。）、スクリュー回転により比較的大きな剪断力を
受けつつ、バレル２の先端に設けられたアダプタ６に押
し出される。アダプタ６には、バレル２の先端部の異物
を除去するスクリーン６ａ及び溶融樹脂の流れを規制す
るブレーカープレート６ｂが設けられている。そして、
溶融樹脂は、このスクリーン６ａ及びブレーカープレー
ト６ｂを経た後にダイ７から押し出される。

【００１８】図２（Ａ）は、本発明におけるスクリュー
の内部構造の一形態を示す概略断面図、（Ｂ）は各仕切
板の正面図である。図２（Ａ）に示すように、スクリュ
ー３の内部は、長手方向に根元から先端部の全域に渡っ
て内孔３ｂが形成されている。そして、この内孔３ｂの
中には、内孔３ｂを所定の大きさの空洞のエリアに区切
る仕切板１０，１１，１２がそれぞれ設けられている。
仕切板１０，１１，１２は、金属板などによって形成さ
れ、例えば各仕切板１０，１１，１２は、上述したスク
リュー表面の供給部Ａ、溶融圧縮部Ｂおよび計量部Ｃの
境目に対応する位置に設けられている。よって、内孔３
ｂには、上記供給部Ａ、溶融圧縮部Ｂおよび計量部Ｃに
対応して、仕切板１０と仕切板１１とによる供給部エリ
アＡ′、仕切板１１と仕切板１２による溶融圧縮部エリ
アＢ′および仕切板１２とスクリュー先端部による計量
部エリアＣ′の３つの空洞エリアが形成されている。

【００１９】図２（Ｂ）に示されるように、このスクリ
ュー３では、根元（図示左端）から３本の給入管，
，と３本の排出管，，が各エリアＡ′，Ｂ′
およびＣ′にそれぞれ配管されている。また仕切板１
０，１１，１２には、給入管および排出管を配管するた
めの貫通孔がそれぞれ穿設されている。例えば、最も先
端側の計量部エリアＣ′を形成する仕切板１２には、給
入管用の貫通孔１２と排出管用の貫通孔１２の
２つが形成されている。また溶融圧縮部エリアＢ′を形
成する仕切板１１，１２のうち、根元側の仕切板１１に
は、給入管と排出管用の貫通孔１１，１１の２
つと、前記給入管と排出管を計量部エリアＣ′に導
くための貫通孔１１，１１の２つの合計４つの貫通
孔が形成されている。同様に、供給部エリアＡ′には、
給入管と排出管用の貫通孔１０，１０の２つ
と、前記給入管，と排出管，を通すための貫通
孔１０，１０，１０および１０の４つの合計６
つの貫通孔が形成されている。すなわち、各エリア
Ａ′，Ｂ′およびＣ′には、一対の給入管と排出管とが
それぞれ導かれている。

【００２０】図１に示されるように、スクリュー押出機
の左端には、ジョイント部材９が設けられており、上記
の各給入管，，および排出管，，とロータ
リージョイント（図示せず）を介して接続されている。
ジョイント部材９には、給入または排出用のホース１３
がそれぞれ設けらており、例えばこのホース１３は図示
しない循環装置に接続されている。循環装置は、水の温
度を調整して冷却水を作り出すことができるものであ
る。よって、循環装置から冷水を各給入管，，を
通して各エリアＡ′，Ｂ′およびＣ′に注水することが
でき、また各エリアＡ′，Ｂ′およびＣ′から排出管
，，を通して循環装置側に冷却後の暖まった水を
戻すことが可能となっている。すなわち、循環装置と各
エリアＡ′，Ｂ′およびＣ′との間での冷却水の循環シ
ステムが形成されることになる。なお、バレル２の外周
面上や循環装置には、温度センサー（図示しない）が設
けられ、常にバレル２の外周面の温度および冷却水の水
温が監視されている。そして、これらの温度センサーか
らバンドヒーター５の温度の調節や冷却水の温度の調整
などが行なわれる。

【００２１】また、各エリアごとの給入管の出口と排出
管の入口が設けられるため、循環装置を３台設けること
により、各エリアＡ′，Ｂ′およびＣ′ごとに独立して
それぞれを冷却することが可能である。よって、各循環
装置ごとに冷却温度を変えることにより、各エリアごと
に冷却することが可能となる。例えば、上述したように
溶融圧縮部Ｂは最も高い温度、即ち原料の溶融温度近く
に設定する必要があるが、循環装置により給入管およ
び排出管を通じて溶融圧縮部エリアＢ′を冷却する冷
媒の温度を個別に制御することにより、溶融圧縮部Ｂの
温度を例えば溶融温度近くの適温に常に維持することが
可能となる。また、供給部エリアＡ′および計量部エリ
アＣ′も同様に希望する温度に設定することが可能であ
る。すなわち、本発明のスクリュー押出機の温度制御機
構では、外部からスクリュー内部を各エリアごとに任意
の温度に設定することが可能となる。よって、バレル２
内の供給部Ａ、溶融圧縮部Ｂおよび計量部Ｃを常に最適
な温度に維持することができるため、最適な温度状態で
混練された溶融樹脂を押し出すことができる。よって、
常に優れた品質の製品を作り出すことが可能となる。

【００２２】上記において、給入管，，と排出管
，，とがそれぞれ挿通された仕切板は、１０，１
１，１２は、内孔３ｂの内壁に内接して設けられてお
り、スクリュー３が回転しても仕切板は１０，１１，１
２は固定された状態にある。したがって、スクリュー３
の回転時には、仕切板１０，１１，１２の外周面と内孔
３ｂの内壁との間には冷却水が介在し、他のエリアに漏
れ出す（リークする）ことも考えられる。しかし、スク
リュー３の内部の供給部エリアＡ′，溶融圧縮部エリア
Ｂ′および計量部エリアＣ′の各内部圧力をすべて同じ
圧力に設定し、かつ循環装置からの冷却水の流量もすべ
て同じ流量に設定することにより、冷却水が他のエリア
に漏れ出すリーク量は最少にすることができる。よっ
て、あるエリアにおいて、他のエリアからの温度の異な
る冷却水の流入によって引き起こされる温度制御不能と
いった不具合を避けることが可能である。

【００２３】また、冷媒としては冷却水を用いたもので
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、そ
の他例えばクーラント、オイル類、蒸気又は加圧水な
ど、または空冷によるものであってもよい。また、上記
ではスクリュー内を３つのエリアに区切ったが、これに
限られるものではなく、仕切板の枚数を変えることによ
り、２つ以下のエリア又は４つ以上のエリアに区切るこ
とも可能である。なお、エリアの数が変わる場合には、
給入管及び排出管の総数も変化するが、適宜この数に対
応する貫通孔を有する仕切板を使用することにより対処
可能である。また、本発明のスクリュー押出機の温度制
御機構は、溶融押出法による単軸スクリュー押出機での
使用に限られるものではなく、多軸スクリュー押出機は
もちろんのこと、例えば射出成形機などその他熱可塑性
樹脂を成形する各種押出機への使用も可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、バレル内
の供給部、溶融圧縮部および計量部の温度を常に最適な
状態に維持することができるため、品質の高い溶融樹脂
とするこができる。よって、常に優れた品質の製品を作
り出すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単軸スクリュー押出機を示す断面図、

【図２】（Ａ）は、本発明におけるスクリューの内部構
造を示す概略断面図、（Ｂ）は各仕切板の正面図、

【図３】従来の単軸スクリュー押出機の断面図、

【図４】図３に示したスクリューの拡大側面図、

【符号の説明】

１ ホッパー ２ バレル ３ スクリュー ３ｂ 内孔 ５ バンドヒーター ９ ジョイント部材 １０，１１，１２ 仕切板 ，， 給入管 ，， 排出管 Ａ 供給部 Ｂ 溶融圧縮部 Ｃ 計量部 Ａ′ 供給部エリア Ｂ′ 溶融圧縮部エリア Ｃ′ 計量部エリア

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在に軸支され、かつ内孔が形成さ
   れたスクリューと、このスクリューが内装されたバレル
   と、このバレルの根元に設けられ原料を補給するホッパ
   ーと、前記バレルの外周面を加熱する複数のヒーターと
   からなり、前記ホッパーから供給された原料を溶融して
   押し出すスクリュー押出機において、前記スクリューの
   内孔には長軸方向に複数のエリアに区切る仕切板が設け
   られており、この区切られたエリアごとに冷却が行なわ
   れることを特徴とするスクリュー押出機の温度制御機
   構。
2. 【請求項２】 スクリューの内孔を区切る仕切板には、
   給入管及び排出管が配管されており、この前記給入管及
   び排出管を通じて各エリアごとに冷媒の循環が行なわれ
   る請求項１記載のスクリュー押出機の温度制御機構。
3. 【請求項３】 各エリア内の内部圧力は、いずれも同圧
   に設定される請求項１又は２記載のスクリュー押出機の
   温度制御機構。