JPH10109350A

JPH10109350A - 溶融樹脂の押出機

Info

Publication number: JPH10109350A
Application number: JP8263153A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Hiruta; 貢蛭田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のスクリュー押出機のみの溶融押し出し
では、温度むらが大きく溶融樹脂内が均一ではなかった
ため、製品の品質が不安定なものであった。【解決手段】スクリュー３の先端に回転側撹拌部１
２、およびバレル２の端面に固定側撹拌部１３から構成
される混練装置１１を装着する。回転側撹拌部１２の外
周面に形成された複数の突設部１４と、固定側撹拌部１
３の内周面に設けられた複数の突設ピン１５とは、互い
に当接せず、かつ互い違いに対向する方向にそれぞれ突
出している。スクリュー３の送り力により押出された溶
融樹脂は、この回転側撹拌部１２と固定側撹拌部１３と
の間で、複数の突設部１４と突設ピン１５とによって適
度に混練される。よって、溶融樹脂内の温度は均一に分
散され、温度むらを少なくすることができ、この溶融樹
脂によって成形される製品の品質を安定させることが可
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、プラスチック材料
の溶融・押し出し技術に係り、特に押し出される樹脂を
充分に混合することにより溶融樹脂の温度の適温化と均
一化を図ることができるようにした溶融樹脂の押出機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プラスチックフィルムなどの製
造工程での、一般的な方法としてエキストルージョン法
（溶融押出法）がある。図６は、このエキストルージョ
ン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６において、符号
１はホッパーを示し、この中に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。）が補給
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。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、加熱されながら加圧されて
溶融される。

【０００３】図７は、図６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、プラスチックを溶融押し
出し、一定の割合で変動なくダイに送る機能を有する。
スクリュー３は、基本的に全長に渡ってスクリュー溝３
ａ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７に示すように、１本の
スクリュー３は、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、軸方向に延びる内孔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は先端部に向かうほど
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り、それぞれ原料の供
給、溶融と押出圧の蓄積および混練、定速押し出しの役
割を分担している。すなわち、バレル２内では、原料が
供給部Ａから計量部Ｃに押し出されるが、供給部Ａでは
温度が低く固体の状態で、溶融圧縮部Ｂでは、原料は徐
々に溶融行き、溶融体および未溶融体とが混在した状態
となっている。そして、最後の計量部Ｃでは、ほとんど
の原料は溶融され（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、後
述するアダプタ６およびダイ７側に一定量の溶融樹脂を
押し出す。

【０００４】アダプタ６には、スクリーン６ａ及びブレ
ーカープレート６ｂが設けられており、溶融樹脂はバレ
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に輸送さ
れる。そして、このスクリーン６ａ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
形用のダイに輸送される（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
ィルムなどに合せた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
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。この加熱時の温度
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
する恐れがあるため、温度制御を行ない所定の温度の範
囲内で製造を行う必要がある。

【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による加熱と、スクリュー３の冷却
とを調整することにより行われる。例えば、図６では図
示左端側から内孔３ｂ内に冷却用のパイプ（給入管及び
排出管）８が挿入されており、このパイプ８を通じ外部
に向けられた循環装置（図示しない）によって冷却水を
循環させてスクリュー３内部から冷却が行なわれてい
る。また、バレル２の外周面上や冷却水は、温度センサ
ー（図示しない）によって常に温度が監視されている。
この監視された温度から、バンドヒーター５の温度調節
や冷却水の冷却温度の調整などが行なわれて溶融温度が
設定される。

【０００７】しかし、バレル２とスクリュー３との間に
は、スクリュー溝３ａが介在するため、バレル２側の方
が温度が高く、スクリュー３側では温度が低くなってい
る。よって、上記方法によっても溶融樹脂の温度を一定
の最適な温度に維持することが困難であり、バレル２と
スクリュー３との間には必ず温度勾配が生じてしまう。
したがって、このような状況下から押し出される溶融樹
脂の温度は、全体的に均一に混練されたものではなく温
度むらが生じている。その結果、例えば溶融樹脂中に未
溶解の原料が混在されていたり、また偏肉、異物、変色
分解現象、透明性、表面性などの問題が生じ、製品の品
質低下の原因となっていた。

【０００８】そこで、スクリュー溝３ａの深さδを浅く
形成し、可能な限りバレル２とスクリュー３の軸部の外
周面とを近づけることにより、温度勾配を小さくするこ
とが考えられる。しかしながら、この方法では溶融樹脂
の断面積が小さくなるため、単位時間当りの押し出し量
を多くすると、溶融圧縮部Ｂでの内部圧力が高くなり、
樹脂温度が上昇しすぎてプラスチック材料の劣化を生じ
やすい。またこの温度上昇を避けようとすると、単位時
間当たりの樹脂の押し出し量が減少し、生産効率の低下
を招くという欠点があった。

【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、スクリュー押出機から押し出された溶融樹
脂をさらに混練することにより、溶融樹脂の全体の温度
を均一に分散し、且つ最適な温度に近づけて製品の品質
を安定させることのできる溶融樹脂の押出機を提供する
ことを目的としている。

【００１０】さらに本発明は、単位時間当りの押し出し
量を減少させることなく生産効率を向上させることので
きる溶融樹脂の押出機を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状のバレ
ルの内部にスクリューが設けられ、バレル内で前記スク
リューにより押し出される樹脂材料がこのバレル内で加
熱され且つ加圧される溶融樹脂の押出機において、前記
バレルの先端に固定側撹拌部が、スクリューの先端に回
転側撹拌部が設けられ、前記固定側撹拌部の内周面には
複数の突設ピンが、回転側撹拌部の外周面には前記突設
ピンと互い違いに位置する複数の突設部が設けられてお
り、前記スクリューにて押し出された溶融樹脂が、前記
突設部と突設ピンとで混練されることを特徴とするもの
である。

【００１２】上記において、固定側撹拌部の内周面と回
転側撹拌部の外周面との隙間が、スクリューの軸部の外
周面とバレルの外周面との隙間よりも大きく設定されて
いることが好ましい。

【００１３】また、固定側撹拌部はバレル先端部に着脱
自在に取り付けられ、回転側撹拌部はスクリューの先部
に着脱自在に取り付けられており、且つ固定側撹拌部内
で回転側撹拌部を所定の回転位置としたときに、突設ピ
ンの隙間に突設部が位置して、回転側撹拌部を固定側撹
拌部から抜き出し可能とすることが可能である。

【００１４】さらに、回転側撹拌部に設けられた突設部
は、周方向の端部がテーパ形状であることが好ましい。

【００１５】本発明における溶融樹脂の押出機は、回転
側撹拌部と固定側撹拌部とから成る混練装置を有してい
る。回転側撹拌部は、スクリュー押出機のスクリューの
先端に、また固定側撹拌部はバレル端面のフランジにそ
れぞれ固定される。回転側撹拌部の外周面には、周方向
及び軸方向に所定のピッチで複数の突設部が形成され、
同様に固定側撹拌部の内周面にも周方向び軸方向に所定
のピッチで複数の突設ピンが設けられている。但し、１
列目の突設ピンと２列目の突設ピンとの間に１列目の突
設部が位置するように設けられるため、回転側撹拌部が
回転しても突設部と突設ピンとが衝突するようなことは
ない。また、固定側撹拌部のフランジには、スクリーン
及びブレーカープレートが設けられるため、スクリュー
溝の間を押し出されてきた溶融樹脂は、混練装置内の回
転側撹拌部と固定側撹拌部との間で流速が低下し、この
位置で、溶融樹脂は複数の突設部と複数の突設ピンとに
よって十分に混練させることができ、全体的に温度が分
散され均一な状態とすることが可能となる。また、この
混練により、従来未溶融状態のまま押し出されていた樹
脂を溶融状態に移行させることができ、未溶融樹脂の割
合を低くすることもできる。

【００１６】また、突設部と突設ピンとの間には、適度
な隙間（遊び）が設けられており、さらに突設部および
突設ピンは互いに回転側撹拌部または固定側撹拌部に点
在して設けられているため、溶融樹脂が通り抜ける領域
を十分に確保するこことができる。よって、スクリュー
押出機に混練装置を取り付けた場合であっても、単位時
間当りの押し出し量の減少を伴わないので生産効率を向
上させることが可能となる。

【００１７】

【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、スクリュー押出機を示す断
面図、図２はスクリュー押出機の先端部に設けられたア
ダプタ及びダイを示す断面図、図３は本発明の特徴点で
ある溶融樹脂の混練装置の一形態を示す断面図、図４は
図３のＩＶ方向矢視の端面図である。図１に示す単軸ス
クリュー押出機は、上記図６に示したものと基本的には
同様の構造である。但し、本発明ではスクリュー押出機
の先端（図示右端）に、図３に示す混練装置が装着さ
れ、続いてその端面に図２に示すアダプタ及びダイが装
着される点が異なる。

【００１８】図１のスクリュー押出機ではホッパー１か
ら、粒状又は粉末状のプラスチック（原料）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ている。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。

【００１９】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へと順次押し
出される。スクリュー３は、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。よって、最後の計量部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、混練装置１１に一定量の溶融樹脂が押し出さ
れる。

【００２０】図３に示すように、スクリュー押出機の先
端部には、混練装置１１が設けられている。この混練装
置１１は、回転側撹拌部１２と固定側撹拌部１３から構
成されている。一方の回転側撹拌部１２の尾端には、凸
状の螺着部１２ａが形成されており、スクリュー３の先
端部分に螺着されている。また、回転側撹拌部１２の側
面には、周方向に所定のピッチで複数の突設部１４が周
設されているとともに、この複数の突設部１４は図示Ｘ
軸方向にも所定のピッチでそれぞれ一列に並んで設けら
れている。

【００２１】他方、固定側撹拌部１３は円筒状に形成さ
れ、その側部１３ｃの所定の位置には、複数の貫通孔１
３ｄが穿設されている。この貫通孔１３ｄも周方向に所
定のピッチで穿設されているとともに、図示Ｘ軸方向に
も所定のピッチでそれぞれ一列に並んで穿設されてい
る。そして、各貫通孔１３ｄには、側部１３ｃの内周面
から外周面方向に向かって突設ピン１５が挿通され、外
周面においてナットなどにより固定されている。すなわ
ち、側部１３ｃの内周面方向に、突設ピン１５の頭部が
露出したものとなっている。なお、貫通孔１３ｄにネジ
溝が螺刻され、これに突設ピン１５を螺着したものであ
ってもよい。また、固定側撹拌部１３の両端には、外周
方向に広がるフランジ１３ａ，１３ｂがそれぞれ設けら
れている。そして、固定側撹拌部１３の一方のフランジ
１３ａ側を図示Ｘ軸（−）方向から回転側撹拌部１２に
外挿し、バレル２の先端に設けられたフランジ２ａにボ
ルト１６などで固定されている。

【００２２】図４に示すように、回転側撹拌部１２の外
周面には、突設部１４が周設されている。この例に示す
回転側撹拌部１２の外周面には、１２個の突設部１４が
設けられ、２個１ブロックで合計６ブロックから構成さ
れている。突設部１４では、１ブロック中の隣合う突設
部１４どうしの中心角がθ1であるのに対し、ブロック
どうしが隣合う場合の中心角θ2は、θ1＜θ2となるよ
うに設定されている。そして、前記突設ピン１５の頭部
は、この広い中心角θ2が形成するブロック隙間αのみ
をＸ軸方向に通り抜けることが可能であり、狭い中心角
θ1の間は通り抜けできないようになっている。また、
図４に示すように、固定側撹拌部１３の突設ピン１５
は、正六角形を形成する各頂点（中心角π／３）にそれ
ぞれ設けられている。そして、前記ブロック隙間αも突
設ピン１５同様の中心角（π／３）で回転側撹拌部１２
の外周面に形成することにより、図４に示される位置に
てＸ軸方向に固定側撹拌部１３を移動させると装着又は
離脱が可能となる。また、回転側撹拌部１２が回転し、
図４方向から見て突設ピン１５と突設部１４とが少しで
も重なり合うような場合には、固定側撹拌部１３の装着
又は離脱は不能となる。

【００２３】また、図３に示すように、突設ピン１５は
Ｘ軸方向にそれぞれ一列に並んで設けられるが、周方向
の第１列目と第２列目の突設ピン１５との間に第１列目
の突設部１４が位置し、第２列目と第３列目の突設ピン
１５との間に第２列目の突設部１４が位置するように設
けられる。さらに、突設部１４と突設ピン１５の間は、
隙間（遊び）が設けられている。よって、回転側撹拌部
１２が回転した場合であっても、突設部１４と突設ピン
１５とが衝突するようなことはない。また、図３および
図４に示されるように、バレル２の先端から押し出され
る溶融樹脂は、混練装置１１内の複数の突設ピン１５お
よび回転している複数の突設部１４の間を通り抜けてＸ
軸（＋）方向に導かれる。すなわち、この複数の突設ピ
ン１５および回転している複数の突設部１４と隙間が、
溶融樹脂が通り抜けるための通路となっている。

【００２４】また、固定側撹拌部１３の内周半径Ｒに対
し、回転側撹拌部１２の外周半径ｒを小さくすることが
可能である。Ｒ−ｒの隙間寸法は、スクリュー３の軸部
の外周面と、バレル２の内周面との隙間よりも大きくな
っている。また、上述した突設ピン１５と突設部１４と
は、回転側撹拌部１２の外周面および固定側撹拌部１３
の内周面に対し、点在しているためその占める体積はさ
ほど大きくない。よって、この固定側撹拌部１３の内周
面と回転側撹拌部１２の外周面との間の隙間の容積を大
きくすることができるため、この混練装置１１内の圧縮
力はバレル２内に比べ極めて小さなものとなる。さら
に、混練装置１１のフランジ１３ｂ側の端面には、図２
で示したアダプタ６およびダイ７が装着される。アダプ
タ６には、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
いるため、混練装置１１から押し出された溶融樹脂は、
一度この混練装置１１内に蓄積される。したがって、溶
融樹脂は、従来に比べ混練装置１１内によってさらに均
一に撹拌されることとなり、溶融樹脂内の温度むらを小
さくすることができる。また、このように十分に混練す
ることにより、未溶融樹脂の割合を低くすることもで
き、品質の優れた溶融樹脂とすることができる。

【００２５】さらに、この混練装置１１により、溶融樹
脂を均一に撹拌できるため、スクリュー軸３の外周面
と、バレル２の内周面との隙間を従来よりも大きくして
も、前記混練装置１１により樹脂温度を均一化できる。
スクリュー軸３とバレル２との隙間を大きくできること
により、単位時間あたりの溶融樹脂の押し出し量を増加
でき、処理速度を向上できる。また前記隙間を大きくで
きることにより、溶融圧縮部Ｂでの内部温度の上昇を防
止でき、適温にて押し出しが可能である。

【００２６】図５は、突設部の拡大斜視図である。図３
及び図４に示されるように、突設部１４が六角立体形状
の６つの側面のうちの１組の対辺のみを周方向に延長し
たような形状に形成されている。すなわち、図５に示す
ように、回転方向の両端面に２組のテーパ面１４ａ，１
４ｂおよび１４ｃ，１４ｄを有し、１組のテーパ面どう
し（例えば１４ａ，１４ｂの間）が凸状に鋭角的に形成
されている。よって、回転側撹拌部１２が回転すると
き、この突設部１４の双テーパ面が混合樹脂を切り裂く
ように回転するので、回転時の負荷抵抗を軽減するこが
できる。よって、回転側撹拌部１２の回転をスムースに
すことができ、電動機の負担をも小さくすることが可能
となる。したがって、回転そのものも順調に行われ易く
なるので、溶融樹脂の撹拌をさらに良好なものとするこ
とができる。よって、最適な温度状態の溶融樹脂をダイ
７に送り出すことができ、製品の品質を安定させること
が可能となる。

【００２７】また、以上のように混練装置１１内で均一
かつ適温の溶融樹脂とするとができるため、バレル２か
ら押し出される溶融樹脂の温度むらの許容範囲を広くす
ることができる。よって、例えばスクリュー溝３ａの深
さδを深くすることが可能となるため、スクリュー３に
よる送り力を大きくすることができる。すなわち、単位
時間当りの押し出し量を多くすることが可能となるた
め、生産効率が向上する。

【００２８】なお、上記に例示した溶融樹脂の混練装置
では、突設部１４および突設ピン１５がともに３列のも
のを示したが、これに限られるものではなく溶融樹脂の
種類など混練する具合の違いにより、２列以下のもので
もよいし、あるいは４列以上のものであってもよい。ま
た、本発明の溶融樹脂の混練装置は、溶融押出法に使用
される単軸スクリュー押出機のみ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
への使用が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、これまで
以上に溶融樹脂を混練することができるため、押し出さ
れる溶融樹脂を温度むらが少なくて均一なものにでき、
また適温による押し出しが可能である。よって、製品の
品質を安定させることが可能となる。

【００３０】また、溶融樹脂の温度むらの許容範囲を広
くすることができるため、スクリュー溝の深さを深くし
て、その送り力を大きくすることができる。よって、単
位時間当りの押し出し量を多くすることが可能となるた
め、生産効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクリュー押出機を示す断面図、

【図２】スクリュー押出機の先端部に設けられたアダプ
タ及びダイを示す断面図、

【図３】本発明である溶融樹脂の混練装置の一形態を示
す断面図、

【図４】図３のＩＶ方向矢視の端面図、

【図５】突設部の拡大斜視図、

【図６】従来の単軸スクリュー押出機の断面図、

【図７】スクリューの拡大側面図、

【符号の説明】

２バレル３スクリュー３ａスクリュー溝５バンドヒーター１１混練装置１２回転側撹拌部１３固定側撹拌部１３ｃ側部１４突設部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄテーパ面１５突設ピンＡ供給部Ｂ溶融圧縮部Ｃ計量部 α ブロック隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のバレルの内部にスクリューが設
けられ、バレル内で前記スクリューにより押し出される
樹脂材料がこのバレル内で加熱され且つ加圧される溶融
樹脂の押出機において、前記バレルの先端に固定側撹拌
部が、スクリューの先端に回転側撹拌部が設けられ、前
記固定側撹拌部の内周面には複数の突設ピンが、回転側
撹拌部の外周面には前記突設ピンと互い違いに位置する
複数の突設部が設けられており、前記スクリューにて押
し出された溶融樹脂が、前記突設部と突設ピンとで混練
されることを特徴とする溶融樹脂の押出機。
【請求項２】固定側撹拌部の内周面と回転側撹拌部の
外周面との隙間が、スクリューの軸部の外周面とバレル
の外周面との隙間よりも大きく設定されている請求項１
記載の溶融樹脂の押出機。
【請求項３】固定側撹拌部はバレル先端部に着脱自在
に取り付けられ、回転側撹拌部はスクリューの先部に着
脱自在に取り付けられており、且つ固定側撹拌部内で回
転側撹拌部を所定の回転位置としたときに、突設ピンの
隙間に突設部が位置して、回転側撹拌部を固定側撹拌部
から抜き出し可能とされている請求項１または２記載の
溶融樹脂の押出機。
【請求項４】回転側撹拌部に設けられた突設部は、周
方向の端部がテーパ形状である請求項１ないし３のいず
れかに記載の溶融樹脂の押出機。