特許 6976034 押出機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6976034

(24)【登録日】2021年11月11日

(45)【発行日】2021年12月1日

(54)【発明の名称】押出機

(51)【国際特許分類】

   B29C 48/265 20190101AFI20211118BHJP

   B29B 7/58 20060101ALI20211118BHJP

   B29C 48/68 20190101ALI20211118BHJP

【ＦＩ】

   B29C48/265

   B29B7/58

   B29C48/68

【請求項の数】4

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2015-157113(P2015-157113)

(22)【出願日】2015年8月7日

(65)【公開番号】特開2017-35800(P2017-35800A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年7月23日

【審判番号】不服2020-10555(P2020-10555/J1)

【審判請求日】2020年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】313005282

【氏名又は名称】東洋製罐株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】593030990

【氏名又は名称】アイ・ケー・ジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人英知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣田 宗久

(72)【発明者】

【氏名】鳴瀧 紘一

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 剛

【合議体】

【審判長】 大島 祥吾

【審判官】 岩田 健一

【審判官】 加藤 友也

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−１６６２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−３２７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８２９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８０１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−３０６１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１３１９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−７２９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１０７７６１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２２０３２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B29C 48/00-48/96

B29B 7/00- 7/94

F16C 17/00-17/26

F16C 33/00-33/28

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ内にスクリュが挿通され、前記スクリュの軸部にはモータが同軸接続されており、前記シリンダの基端側から供給された樹脂材料を前記シリンダ内で溶融可塑化して、前記シリンダの先端側から吐出させる押出機であって、
前記シリンダは、前記スクリュの軸部を収容する基端部と、該基端部より先端側に設けられ前記スクリュの被軸受部を軸支する軸受部と、該軸受部の先端側に設けられる樹脂材料入口を備え、
前記シリンダは、回転不能なシリンダであり、
前記モータが接続されている前記スクリュの基端側が前記軸受部よって片持ち支持され、
前記軸受部は、前記軸受部のシリンダ側の端面が、前記シリンダ内の樹脂を送り出す通路に接しており、前記スクリュの軸部が接する内面側の両端部又は全部が樹脂からなる滑り軸受であることを特徴とする押出機。

【請求項2】

前記シリンダの内面には、前記樹脂材料入口から先端側に向けた樹脂材料のフィード範囲に溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の押出機。

【請求項3】

前記軸受部の樹脂が、スーパーエンジニアリングプラスチック、又は各種フィラーによって強化されたスーパーエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項１又は２項記載の押出機。

【請求項4】

前記スーパーエンジニアリングプラスチックは、ＰＢＩ（ボリベンゾイミダゾール），ＰＩ（ポリイミド），ＰＡＩ（ポリアミドイミド）から選択されることを特徴とする請求項３記載の押出機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂を溶融可塑化して押出成形する押出機、特に、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂を溶融可塑化して押出成形する押出機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

熱可塑性樹脂用の押出機は、樹脂を溶融可塑化して押出成形するための装置であり、シリンダ、スクリュ、ヒータなどを基本的な構成要素として備えている。この押出機は、シリンダ内に回転駆動されるスクリュが挿通されており、基端側でシリンダ内に供給された樹脂材料（材料ペレットなど）をシリンダ内で溶融可塑化して、シリンダの先端側に設けたダイを通して押し出すことで樹脂成形物を生産する。

【0003】

このような押出機は、シリンダ内でスクリュを回転させるため、シリンダ内面とスクリュのフライトとが接触摩擦を起こし、摩擦粉が樹脂中に混入することが問題になる。回転駆動中のスクリュには、トルクによってラジアル荷重（スクリュの軸に対して垂直な荷重）が作用しており、スクリュは通常湾曲しながら回転している。このため、前述したシリンダ内面とスクリュのフライトとの摩擦接触を避けるには、その湾曲を考慮して、シリンダ内面とフライト外径との間の間隙をとることが必要になる。しかしながら、シリンダ内径に対してフライト外径を小さくして前述した間隙を確保しようとすると、シリンダ内壁とフライトの隙間から未溶融の樹脂が漏れ出し易くなることから混練が不十分となり、樹脂が未溶融状態で押し出される不具合が発生する可能性が高まる。一方、スクリュの軸径を小さくしてフライト外径を小さくすると、スクリュの剛性が低下してラジアル荷重による湾曲が大きくなり、また、押出機の吐出能力も低下するため、適正な解決策にはならない。

【0004】

そこで従来は、シリンダの外側に軸受を設けてスクリュを軸支することが行われている。例えば、下記特許文献１に記載の従来技術では、シリンダの一端側から引き出したスクリュ軸を、継手を介して減速機に接続するに際して、シリンダと継手の間に第１軸受を設けてこれを軸支し、シリンダの他端側から引き出したスクリュ軸を第２軸受で軸支している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−１５１６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述した従来技術は、シリンダの外側に２つの軸受を設けてスクリュを２点支持することで、スクリュの湾曲を小さくしている。しかしながら、軸受を配置するためにシリンダの外側にスペースを確保することが必要になり、これによってスクリュの駆動機構が制約されてしまう問題がある。前述した従来技術のように、スクリュの一端側に継手を介して減速機を接続する駆動機構では、比較的シリンダの外側に軸受を設けるスペースを確保しやすいが、スクリュの一端側に直接モータを同軸接続するような駆動機構では、シリンダの外側に軸受を設けるためのスペースを確保することが困難になり、シリンダ内でスクリュを軸支せざるを得ない場合がある。

【0007】

しかしながら、シリンダ内に軸受を設けることを考えた場合、一般に用いられる銅合金製の滑り軸受や鋼製の転がり軸受では、軸受の摩擦粉や潤滑油がシリンダ内の樹脂に混入することの懸念があり、食品容器など衛生面での要求が高い樹脂成形物の生産用途には使用できない問題があった。

【0008】

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、シリンダ内でスクリュを軸支することで、シリンダの外側に軸受を設けるスペースが無い場合にも、スクリュのフライトとシリンダ内面との摩擦接触を抑止し、更に、食品容器など衛生面での要求が高い樹脂成形物の生産用途にも適用できる押出機を提供すること、などが本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような課題を解決するために、本発明による減圧吸収ボトルは、以下の構成を具備するものである。
シリンダ内にスクリュが挿通され、前記スクリュの軸部にはモータが同軸接続されており、前記シリンダの基端側から供給された樹脂材料を前記シリンダ内で溶融可塑化して、前記シリンダの先端側から吐出させる押出機であって、前記シリンダは、前記スクリュの軸部を収容する基端部と、該基端部より先端側に設けられ前記スクリュの被軸受部を軸支する軸受部と、該軸受部の先端側に設けられる樹脂材料入口を備え、前記シリンダは、回転不能なシリンダであり、前記モータが接続されている前記スクリュの基端側が前記軸受部よって片持ち支持され、前記軸受部は、前記軸受部のシリンダ側の端面が、前記シリンダ内の樹脂を送り出す通路に接しており、前記スクリュの軸部が接する内面側の両端部又は全部が樹脂からなる滑り軸受であることを特徴とする押出機。

【発明の効果】

【0010】

このような特徴を有する本発明は、シリンダ内でスクリュを軸支することで、シリンダの外側に軸受を設けるスペースが無い場合にも、スクリュのフライトとシリンダ内面との摩擦接触を抑止し、更に、食品容器など衛生面での要求が高い樹脂成形物の生産用途にも適用できる押出機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る押出機を示した説明図（シリンダとスクリュを分解した図）である。

【図2】本発明の実施形態に係る押出機の軸受部周辺を示した説明図（部分断面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態に係る押出機１を示している。押出機１は、シリンダ２とスクリュ３を備えており、シリンダ２内にスクリュ３が挿入される構造になっている。シリンダ２は、基端部２０にシリンダ部２１を接続しており、図示の例では、シリンダ部２１が第１シリンダ部２１Ａと第２シリンダ部２１Ｂによって構成されている。

【0013】

シリンダ部２１の基端側の側部には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂の樹脂材料（ペレット）をシリンダ部２１内に供給する入口２２を設けている。シリンダ２の内部にはスクリュ３を挿通する挿通孔２３が基端側から先端側に向けて設けられている。シリンダ２（第１シリンダ部２１Ａ）の内面には、入口２２から先端側に向けてた樹脂材料のフィード範囲Ｌ１にシリンダ溝部２３Ａが形成されている。シリンダ２（第１シリンダ部２１Ａ、第２シリンダ部２１Ｂ）の内面のその他の範囲Ｌ２には、シリンダ溝部２３Ａは形成されておらず、内面は平滑面になっている。シリンダ２（第２シリンダ部２１Ｂ）の先端側には、図示省略したダイを接続するためのアダプタ２４が取り付けられている。

【0014】

シリンダ２に挿通されるスクリュ３は、軸部３０を備えており、軸部３０がスクリュ３を回転駆動するためのモータ４に継手４０を介して同軸接続されている。軸部３０は、基端側から先端側に向けて段階的に異なる搬送圧を生じさせるフライト３１及び軸径を備えている。

【0015】

また、シリンダ２における挿通孔２３には、入口２２の基端側に軸受部２５を設け、スクリュ３の軸部３０には、軸受部２５に滑動自在に支持される被軸受部３２が設けられている。

【0016】

シリンダ２とスクリュ３は、樹脂材料が供給される基端側から先端側に向けて、フィード部Ｓ１と予熱部Ｓ２と溶融・可塑化部Ｓ３とに区分されている。また、図示の例では、シリンダ２とスクリュ３は、溶融・可塑化部Ｓ３の先端側に安定化部Ｓ４を備えている。

【0017】

ここで、フィード部Ｓ１は、シリンダ２の内面にシリンダ溝部２３Ａを設け、スクリュ３のフライト３１の螺旋ピッチを比較的密にすることで、シリンダ２におけるフィード部Ｓ１の基端側の入口２２からシリンダ２内に供給された樹脂材料を、強制的に先端側に送り出している。

【0018】

フィード部Ｓ１は、非加熱領域であり、この領域の樹脂材料の温度が、融点以上に上昇しないように温度設定がなされている。このため、周辺領域の加熱部によって、供給される樹脂材料の温度が融点以上に上昇する可能性がある場合には、積極的に冷却することで、樹脂材料の温度を融点未満としている。図示の例では、冷却部５をシリンダ２の外周に設けることで、シリンダ２内に供給された樹脂の温度を融点未満としている。

【0019】

予熱部Ｓ２は、フィード部Ｓ１と溶融・可塑化部Ｓ３の間に設けられ、シリンダ２の内面は平滑面とし、スクリュ３は、一定の軸径で、螺旋ピッチの比較的大きいフライト３１を設けている。この予熱部Ｓ２には、シリンダ２の外周に加熱部（ヒータ）６（第１加熱部６Ａ，第２加熱部６Ｂ）を設けている。

【0020】

予熱部Ｓ２では、フィード部Ｓ１から送られてきた樹脂材料（ペレット）を溶融するとともに、内部を軟化させるように加熱することで流動性と供給安定性を持たせ、その先端側に設けている溶融・可塑化部Ｓ３への送り込みと溶融・可塑化を円滑化している。この予熱部Ｓ２では、圧力上昇が起きない樹脂の流れが実現されており、フィード部Ｓ１、予熱部Ｓ２の供給能力、予熱部Ｓ２の溶融、軟化によって、流動化した樹脂を溶融・可塑化部Ｓ３に円滑に送っている。

【0021】

図示の例では、予熱部Ｓ２内に配置される加熱部６は、フィード部Ｓ１に隣接する第１加熱部６Ａと、フィード部Ｓ１からは離間した第２加熱部６Ｂを備えている。そして、第１加熱部６Ａの加熱温度は、供給される樹脂材料の融点未満に設定されており、第２加熱部６Ｂの加熱温度は、供給される樹脂材料の融点以上に設定されている。このように、供給される樹脂材料の融点未満の加熱温度の第１加熱部６Ａを、フィード部Ｓ１に隣接して設けることで、予熱部Ｓ２での加熱がフィード部Ｓ１に影響するのを極力抑えることができる。

【0022】

溶融・可塑化部Ｓ３では、樹脂に圧力を加えながら加熱することで、溶融・可塑化を進める。ここでは、シリンダ２の内面は、シリンダ溝部２３Ａを設けない平滑面とし、スクリュ３は、軸径を先端側に向けて徐々に大きくしたテーパ部を有し、フライト３１は、螺旋ピッチの間隔を徐々に広げる２条フライトなどを採用している。溶融・可塑化部Ｓ３では、加熱温度が樹脂の融点以上に設定された加熱部６（６Ｃ〜６Ｆ）が、シリンダ２の外周に設けられている。

【0023】

溶融・可塑化部Ｓ３の先端側に設けられる安定化部Ｓ４では、シリンダ２の外周に加熱部６（６Ｇ）を設け、シリンダ２内の温度を適宜に調整して、吐出される樹脂の安定化を図っている。

【0024】

このような押出機１によると、フィード部Ｓ１にシリンダ溝部２３Ａを設けることで、入口２２からシリンダ２内に供給された樹脂材料を高い供給能力で先端側に向けて送り出すことができる。この際、フィード部Ｓ１に隣接して予熱部Ｓ２を設けることで、フィード部Ｓ１から予熱部Ｓ２に送られた樹脂を無加圧で流動化して、円滑に溶融・可塑化部Ｓ３に供給することができる。これによって、溶融・可塑化部Ｓ３では、可塑化能力を高め、フィード部Ｓ１、予熱部Ｓ２の高い供給能力と、予熱部Ｓ２の溶融、軟化を利用した高い吐出能力を発揮することができ、押出機１を小型化することができる。

【0025】

この際、フィード部Ｓ１に設けたシリンダ溝部２３Ａは加熱されることがないので、フィード部Ｓ１において、シリンダ溝部２３Ａ中に樹脂が固まって付着することを防止することができる。また、フィード部Ｓ１と溶融・可塑化部Ｓ３との間には予熱部Ｓ２を設けているので、溶融・可塑化部Ｓ３で溶融した樹脂が逆流してフィード部Ｓ１に設けたシリンダ溝部２３Ａ内に入り込んで固化することも防止することができる。

【0026】

図２は、シリンダ２にスクリュ３を挿通した状態において、軸受部２５の部位を拡大して示している。軸受部２５は、その一部又は全部が樹脂からなる滑り軸受である。この軸受部２５は、例えば、樹脂材からなる円筒部材で構成することができる。図示のように、スクリュ３の基端側にモータ４を同軸接続した場合には、モータ４を端部に接続したスクリュ３の基端側が軸受部２５によって片持ち支持されることになる。樹脂材からなる軸受部２５は、スクリュ３の撓みによる振れ回りを抑制する緩衝機能を有している。これによって、スクリュ３を安定した状態で回転駆動することができる。なお、ここで、一部とは、軸が接触する軸受部２５の内面側の一部分、例えば両端部のみが樹脂材からなり、全部とは軸が接触する軸受部２５の内面側の全てが樹脂材からなることを意味する。

【0027】

軸受部２５を構成する樹脂は、耐摩耗性（強度）、耐熱性、滑動（摺動）性などの機械的特性を備えていることが好ましい。これらの機械的特性を備える樹脂として、スーパーエンジニアリングプラスチックを採用することができる。スーパーエンジニアリングプラスチックは、一例を挙げると、ＰＢＩ（ボリベンゾイミダゾール），ＰＩ（ポリイミド），ＰＡＩ（ポリアミドイミド）などから選択することができる。

【0028】

軸受部２５に用いる樹脂は、前述したスーパーエンジニアリングプラスチックの単体或いは合成樹脂だけでなく、スーパーエンジニアリングプラスチックやその他のプラスチックに各種フィラーを混入させることで機械的特性を強化したものを用いてもよい。フィラーとしては、炭素繊維などを用いることができる。

【0029】

このような軸受部２５を備えた本発明の実施形態に係る押出機１は、シリンダ２内でスクリュ３を軸支することで、シリンダ２の外側に軸受を設けるスペースが無い場合にも、ラジアル荷重が加わるスクリュ３の湾曲を抑止し、吐出能力を低下させることなく、スクリュ３のフライト３１とシリンダ２内面との摩擦接触を抑止することができる。

【0030】

また、シリンダ２内に設ける軸受部２５を樹脂材で構成することで、シリンダ２内で溶融・可塑化される樹脂材料に不衛生な摩耗粉が入り込むこと無く、シリンダ２内でスクリュ３を軸支することができる。これによって、食品容器など衛生面での要求が高い樹脂性形物の生産用途に適用でき、且つ吐出能力の高い押出機を提供することが可能になる。

【0031】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0032】

１：押出機，２：シリンダ，２０：基端部，
２１：シリンダ部，２１Ａ：第１シリンダ部，２１Ｂ：第２シリンダ部，
２２：入口，２３：挿通孔，２３Ａ：シリンダ溝部，２４：アダプタ，
２５：軸受部，
３：スクリュ，３０：軸部，３１：フライト，３２：被軸受部
４：モータ，４０：継手，
５：冷却部，６：加熱部（ヒータ），
Ｓ１：フィード部，Ｓ２：予熱部，Ｓ３：溶融・可塑化部，Ｓ４：安定化部

【図1】

【図2】