JP2000218678A - 押出機用分配混合用部品及びスクリュー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の押出機用分配混合部よりも優れた
分配混合を可能にし、かつ付着によるヤケの発生のない
良好な均質の状態で樹脂を押出すことが出来る押出機用
分配混合用部品とそれを装備した押出機用スクリューを
提供する。 【解決手段】 熱可塑性プラスチックの可塑化溶融押出
成形に用いるスクリュー１１の計量部のスクリュー溝３
内に、長手方向に断続している切り欠き２のある邪魔板
１が１〜４列配置された分配混合用部品１２を構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性プラスチック
の可塑化溶融押出成形に用いる押出機用分配混合用部品
及び押出機用スクリューに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を押出成形する場合に良質
の樹脂成形品を得るためには、押出機の中で溶融した樹
脂を十分に混合して、均質な溶融状態で押し出すことが
極めて重要である。

【０００３】特に、カラーマスターバッチにより着色す
る場合などは混練分散と共に分配混合が必要となる、こ
の分配混合が不十分だと成形品に色ムラが発生する、特
にパール顔料などの場合にはこの色ムラが顕著に目立ち
商品価値を損なってしまうことになる。

【０００４】また、押し出されてくる樹脂温度のムラが
あると成形が不安定になる。特にダイレクトブローの多
頭成形においてはパリソン長さが樹脂温度の影響で変化
するために成形品の厚み等のバラツキの原因となる。

【０００５】さらには発泡剤を配合添加して発泡押出成
形する場合には分配混合が不十分だと気泡のサイズが大
きく不均一な状態となり、きめ細かな均一な発泡成形品
を得ることが出来ない。

【０００６】これらの問題に対処するために、従来から
分配混合用部品として図５に示すようなものが提案さ
れ、実際に使用されている。これらの分配混合の機構
は、メインフライト４間のスクリュー溝３の中に円柱状
の突起物１０を配置して、スクリュー１１の回転による
牽引流と圧力勾配による圧力流から成る螺旋状の整然と
した循環流を乱すことによって混合させることを意図し
たものである。

【０００７】また、これらの分配混合用部品は、圧縮部
におけるメインフライト４とサブフライト５から成る溶
融促進部と組合せて使ったり、あるいはバリヤータイプ
の剪断作用による混練分散部等と組合せて使用する場合
もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
図６に模式的に示すように、スクリュー溝３内の循環流
は溝内に配置された突起物１０にぶつかると該突起物の
周囲を迂回して前方へ流れていくが、この時流れ方向が
若干変わることによって流線の変化はあるが大きな攪拌
効果とはなりにくく、分配混合機能として十分に満足で
きるものではない。例えばカラーマスターバッチをブレ
ンドして着色品を成形する場合に色ムラの発生を防止で
きない場合もある。

【０００９】また、この突起物１０はスクリュー溝３内
に植設されるから、円柱の根本部分が直角になるため
に、この根本部分に樹脂が付着、滞留して熱劣化物のヤ
ケ等の発生の原因になってしまうという欠点もある。

【００１０】この現象は成形運転後の分解掃除の際に円
柱の根本部分に黒く炭化したヤケ（樹脂の熱劣化物）が
付着しているのが観察されることで分かる。

【００１１】本発明は、従来技術の分配混合用部品より
も優れた分配混合を可能にし、かつ付着によるヤケの発
生のない良好な均質の状態で樹脂を押出すことが出来る
押出機用分配混合用部品とそれを装備した押出機用スク
リューを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、種々検討を重ねた結果、前記のようにスクリュ
ー溝内に設けた円柱状の突起物では大きな攪拌効果は得
られない。そこで優れた分配混合をするためには、積極
的に流れを分割することが必要と考え、循環流の一部を
通過させ、他の一部は堰き止めるような邪魔板を配置
し、しかも邪魔板の途中に切り欠きを設けることによっ
てこの切り欠きを通って逆方向にも部分的な流れ込みを
生ぜしめることにより効果的に分配混合が出来る方法を
見つけるに至ったのである。

【００１３】即ち、スクリュー回転により発生している
循環流の一部だけを邪魔板によって堰止め、他の一部は
邪魔板の上部を乗り越えて隣の溝の中の流れと混合され
る。さらに、この溝の中の流れの一部は邪魔板の切り欠
きを通って元の溝に戻って行き元の溝の流れと混合され
るので積極的な分配混合が可能となる。

【００１４】具体的には、図１に例示するようにスクリ
ュー溝３の中に断続的に切り欠き２のある細長い板状の
邪魔板１ａ，１ｂを１列以上配置したものである。

【００１５】上記のごとき分配混合を発生させるための
重要なポイントは前記邪魔板の高さをメインフライト４
よりも低くして、図３に示すように樹脂の一部分は邪魔
板１ａ，１ｂの上を越えて流れる（７）こと、および該
邪魔板に切り欠き２を設けてこの切り欠き２を通って別
の一部分が逆方向に流れる（８）ことである。

【００１６】また、さらに本発明の分配混合用部品１２
を、図２に示すように、押出機の溶融機能の向上のため
に圧縮部Ｄで従来から使われている、メインフライト４
とサブフライト５から構成される溶融促進部、および、
または混練分散のために計量部Ｃにおいて使用されるバ
リヤータイプのすりつぶし効果のある混練分散部Ｂと組
み合わせたスクリュー１１とすることにより、より一層
の押出安定性、均質性に優れた押出が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の分配混合用部品とそれを
組み込んだスクリューの構成例を図面に基づいて説明す
る。

【００１８】図１は本発明に係わる分配混合用部品の実
施例を表し、図２に示す押出機用スクリュー１１の計量
部Ｃのスクリュー溝３内に、メインフライト４と平行な
２列の邪魔板１ａ，１ｂを形成し、該邪魔板の高さは分
配混合のためにメインフライト４よりも低く、またそれ
ぞれに切り欠き２を設けた分配混合用部品１２の説明図
である。

【００１９】分配混合用部品１２を詳細に説明すると、
メインフライト４間に形成されるスクリュー溝３の中
に、切り欠き２のある邪魔板１ａと同じく切り欠き２の
ある邪魔板１ｂをそれぞれ形成し、メインフライト４と
邪魔板１ａとの間に溝３ａ、邪魔板１ａと邪魔板１ｂと
の間に溝３ｂ、及び、邪魔板１ｂ とメインフライト４
との間に溝３ｃをそれぞれ形成してある。重要な点は、
邪魔板１ａ，１ｂの高さがメインフライト４よりも低
く、かつ切り欠き２を設けていることである。

【００２０】さらに、邪魔板１ａ，１ｂはスクリュー溝
３内に１〜４列配置するのがよく、特には２〜３列が好
ましい。列数が多すぎると押出量の低下を招くので好ま
しくない。また邪魔板１ａ，１ｂの高さはメインフライ
ト４の高さの４／１０〜９／１０の範囲がよい、２列以
上の配置の場合にはそれぞれの高さを変えてそれぞれの
邪魔板１ａ，１ｂの上を越える流れの割合を変化させる
ようにするのが好ましい。例えば、３列の場合には邪魔
板１ａは７／１０〜９／１０、邪魔板１ｂは６／１０〜
８／１０、そして邪魔板１ｃは５／１０〜７／１０が好
ましい。

【００２１】邪魔板１ａ，１ｂ，１ｃの配列順は任意で
よい。さらに、該邪魔板の長手方向に断続している切り
欠き２の占める割合は１／３〜１／６の範囲が好まし
い。切り欠き２の占める割合が大きすぎると循環流を堰
き止める効果がなくなり、また小さすぎると逆方向に戻
る流れが発生しなくなり分配混合機能が低下してしま
う。

【００２２】邪魔板１ａ，１ｂの幅はメインフライト４
の幅の１／４〜２／３が好ましく、小さすぎると強度不
足となり、また大きすぎると押出量の低下を招く。該邪
魔板のスクリュー軸方向の配置の長さはスクリュー外径
の１〜６倍が好ましく、１以下では分配混合の効果が十
分でなく、また６以上では押出量の低下を招くから好ま
しくない。一方、邪魔板１ａ，１ｂの方向はメインフラ
イト４と平行でなくともよいが、平行の場合が機械加工
上容易に製作可能である。また、邪魔板１ａ，１ｂの基
部は通常のフライトと同様に円弧でスクリュー溝３にな
めらかに接続する形状とし、樹脂の滞留付着が起きない
ようにする。

【００２３】次に、上記分配混合用部品１２を応用した
押出機用スクリューの実施例について図２に基づいて説
明する。フィード部Ｅ、圧縮部Ｄおよび計量部Ｃから構
成されるスクリュー１１において、圧縮部Ｄにおいては
フィード部Ｅから継続するメインフライト４によって構
成されるスクリュー溝３を斜めに横断するサブフライト
５を設けた溶融促進部を構成し、計量部Ｃの前半部には
バリヤータイプのすりつぶし効果を有した混練分散部Ｂ
を設け、そして計量部Ｃの後半部にはメインフライト４
によって構成されるスクリュー溝３の中に邪魔板１を配
置して流れを攪拌するように分配混合用部品１２を組み
込んだものである。

【００２４】スクリュー１１を構成している各部の長さ
はバレル口径ｄに対して、フィード部は７〜１４ｄ、好
ましくは９〜１１ｄの範囲、圧縮部Ｄは７〜１４ｄ、好
ましくは９〜１１ｄの範囲、計量部Ｃは４〜９ｄ、好ま
しくは６〜８ｄの範囲である。そして計量部Ｃのうち前
半に設ける混練分散部Ｂは１〜４ｄ、好ましくは２〜３
ｄの長さ、後半部に設ける分配混合用部品１２は１〜６
ｄ、好ましくは１〜４ｄの長さである。

【００２５】なお、分配混合用部品１２の組み込みは本
例に限定されるものではなく、通常のスクリューの計量
化部に単独で用いることも可能である。

【００２６】本発明の分配混合用部品１２における作用
を図３および図４の例に基づいて説明する。図３はスク
リュー溝の断面の流れの状態を模式的に示したもので、
左側の溝３ａの中の循環流９の一部がスクリュー１１の
回転によるバレルとスクリュー１１の相対運動により邪
魔板１ａを乗り越える流れ７となって溝３ｂの中へ流れ
込む。同時に溝３ｂの中の循環流の一部が圧力によって
邪魔板１ａの切り欠き２を通って溝３ａへ流れ込む。そ
して同様に溝３ｂの中の循環流の一部が邪魔板１ｂを乗
り越えて溝３ｃへ流れ込み、同時に溝３ｃの循環流の一
部が邪魔板１ｂの切り欠き２を通って溝３ｃに流れ込
む。このようにそれぞれの溝の中の循環流の一部が強制
的に隣の溝に送り込まれることによって効率のよい分配
混合が達成されるのである。さらに図４（スクリュー溝
の展開平面図）に示すように、流れの前後の分配混合も
可能になっていることが分かる。

【００２７】次に、分配混合用部品１２と溶融促進部お
よび混練分散部Ｂと組み合わせたスクリュー１１におい
ては、まずフィード部Ｅから圧縮部Ｄへ移送されてきた
固体樹脂はバレルからの加熱とバレルとの剪断発熱によ
り溶融をするが、圧縮部Ｄのサブフライト５により溶融
樹脂部と固相樹脂部とに分離されるので固相樹脂部では
剪断発熱が有効に作用して溶融能力が向上し、溶融が安
定し、促進もされる。

【００２８】サブフライト５を乗り越えてきた樹脂は着
色用のカラーマスターバッチの高濃度のものや小さな未
溶融物や高分子量のゲル状のもの等を含んでおり、均質
な状態ではない。計量部Ｃに移送されてきたこれらのも
のは、バリヤータイプのすりつぶし効果を有する混練分
散用部品６に流入して行き、剪断応力によりすりつぶさ
れて混練分散させられる。

【００２９】次いで計量部Ｃの後半部に設けられた本発
明の分配混合用部品１２からなる分配混合部Ａで上記の
如く作用を受けて均一に分配混合されて全体が温度ムラ
や色ムラ等のない均質な状態で押し出されて行く。

【００３０】

【実施例】本発明の効果を確認するために、 １：本発明の分配混合用部品１２を通常のフルフライト
タイプのスクリューに組み込んだスクリューＳ1、 ２：本発明の分配混合用部品１２をサブフライトタイプ
の溶融促進部とバリヤータイプの混合分散部と組み合わ
せたスクリューＳ2、および比較のために、 ３：ピンタイプの分配混合用部品１２を通常のフルフラ
イトタイプのスクリューに組み込んだスクリューＳ3、 ４：ピンタイプの分配混合用部品１２をサブフライトタ
イプの溶融促進部とバリヤータイプの混合分散部と組み
合わせたスクリューＳ4、について押出実験を実施し
た。

【００３１】実験には口径ｄが５５φｍｍで長さがＬ／
ｄ＝２８の押出機を使用した。また押出実験に使用した
原料は高密度ポリエチレン（ＭＦＲ３．０）と着色用マ
スターバッチ（ポリエチレンベース 茶色）を９７対３
の比率で混合したものを使用した。押出機の先端に丸ダ
イを取り付けて厚み０．５ｍｍのシートを成形した。

【００３２】成形したシートの表面の色ムラの状態を目
視観察で評価したところ、本発明の分配混合用部品１２
を組み込んだスクリューＳ1およびスクリューＳ2では色
ムラは全く観察されなかったが、通常のフルフライトタ
イプのスクリューにピンタイプの分配混合用部品１２を
組み込んだスクリューＳ3では色ムラが流れ模様のスジ
状に発生した。

【００３３】またピンタイプの分配混合用部品１２をサ
ブフライトタイプの溶融促進部とバリヤータイプの混合
分散部と組み合わせたスクリューＳ4ではスクリューＳ3
よりは改善されているがまだ流れ模様のスジが若干認め
られた。

【００３４】また、成形したシートを光に透かして目視
観察したところ、スクリューＳ1では０．５ｍｍ以下の
小さな色の濃い点が５ｃｍ×５ｃｍの面積に1〜２個の
認められたが、スクリューＳ2は全く均一の状態であっ
た。

【００３５】スクリューＳ4では０．５ｍｍ以下の同様
の濃い点が１〜２個、さらにスクリューＳ3では０．５
ｍｍ以下の同様の濃い点が１０〜２０個、さらに約１ｍ
ｍの大きさの濃い点も認められた。本発明の邪魔板１
ａ，１ｂによる分配混合用部品１２はピンタイプのミキ
シングに比較して分配混合機能が優れるだけでなく、混
練分散の機能も併せ持っていることがうかがえる。これ
は、該邪魔板を乗り越えて流れる際の剪断応力が有効に
作用しているものと考えられる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上述のように分配混合による押
出樹脂の均一化、色ムラ解消の効果をもたらすが、その
ほかにも各種添加剤やリサイクル樹脂の混合に対しても
極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる分配混合用部品の一実施例であ
る。

【図２】本発明に係わる分配混合用部品を組み込んだス
クリューの一実施例である。

【図３】本発明に係わる分配混合用部品の混合作用の模
式図（溝断面内の流れ）である。

【図４】本発明に係わる分配混合用部品の混合作用の模
式図（溝平面内の流れ）である。

【図５】従来より使用されている円柱状突起（ピンタイ
プ）の分配混合用部品である。

【図６】円柱状突起の分配混合用部品の混合作用の模式
図（溝平面内の流れ）である。

【符号の説明】

Ａ…分配混合部 Ｂ…混練分散部 Ｃ…計量部 Ｄ…圧縮部 Ｅ…フィード部 １，１ａ，１ｂ…邪魔板 ２…邪魔板の切り欠き ３…スクリュー溝 ３ａ，３ｂ，３ｃ…邪魔板で区切られた溝 ４…メインフライト ５…サブフライト ６…混練分散用部品 ７…邪魔板を越える流れ ８…切り欠きを通る流れ ９…スクリュー溝内の循環流 １１…スクリュー １２…分配混合用部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F201 AA05 AB12 AC08 AG01 AM32 BA01 BC02 BK02 BK13 BK25 BK45 BK46 BK55 BN01 BN18 4F207 AA05 AB12 AC08 AG01 AM32 KA01 KA17 KL04 KL15 KL19 KL24 KL88

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性プラスチックの可塑化溶融押出
   成形に用いるスクリューの計量部の溝内に、長手方向に
   断続している切り欠きのある邪魔板が１〜４列配置され
   た押出機用分配混合用部品。
2. 【請求項２】 スクリューの計量部の溝内に配置された
   それぞれの邪魔板の高さがメインフライトの高さの７／
   １０〜９／１０、６／１０〜８／１０、５／１０〜７／
   １０又は４／１０〜６／１０である請求項１記載の押出
   機用分配混合用部品。
3. 【請求項３】 スクリューの計量部の溝内に配置された
   それぞれの邪魔板がメインフライトと平行で、溝幅方向
   に等間隔に配置された請求項１又は請求項２記載の押出
   機用分配混合用部品。
4. 【請求項４】 邪魔板の長手方向に断続している切り欠
   きの占める割合が１／３〜１／６である 請求項１〜請
   求項３のいずれか記載の押出機用分配混合用部品。
5. 【請求項５】 邪魔板の幅がメインフライトの幅の１／
   ４〜２／３である請求項１〜請求項４のいずれか記載の
   押出機用分配混合用部品。
6. 【請求項６】 邪魔板がスクリュー軸方向にスクリュー
   外径の１〜４倍の長さに配置された請求項１〜請求項６
   のいずれか記載の押出機用分配混合用部品。
7. 【請求項７】 熱可塑性プラスチックの可塑化溶融押出
   成形に用いる押出機用スクリューであって、フィード部
   （Ｅ）、圧縮部（Ｄ）、および計量部（Ｃ）を備えたス
   クリューにおいて、計量部（Ｃ）の一部に請求項１〜請
   求項６のいずれか記載の分配混合用部品（１２）を組み
   込んだ分配混合部（Ａ）を有する押出機用スクリュー。
8. 【請求項８】 熱可塑性プラスチックの可塑化溶融押出
   成形に用いる押出機用スクリューにおいて、フィード部
   （Ｅ）から継続するメインフライト（４）とメインフラ
   イトで形成される溝を分割するサブフライト（５）から
   形成される圧縮部（Ｄ）および、または計量部（Ｃ）の
   一部にバリヤータイプの混練分散部（Ｂ）を有するスク
   リューに請求項１〜請求項６のいずれか記載の分配混合
   用部品（１２）を組み込んだ分配混合部（Ａ）を有する
   押出機用スクリュー。