(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-21
(45)【発行日】2023-08-29
(54)【発明の名称】単軸押出機用スクリュー、および単軸押出機
(51)【国際特許分類】
B29C 48/565 20190101AFI20230822BHJP
B29B 7/42 20060101ALI20230822BHJP
B29C 48/30 20190101ALI20230822BHJP
B29C 48/395 20190101ALI20230822BHJP
B29C 48/52 20190101ALI20230822BHJP
B29C 48/60 20190101ALI20230822BHJP
B29C 48/61 20190101ALI20230822BHJP
【ＦＩ】
B29C48/565
B29B7/42
B29C48/30
B29C48/395
B29C48/52
B29C48/60
B29C48/61
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2023116685
(22)【出願日】2023-07-18
【審査請求日】2023-07-18
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000219912
【氏名又は名称】東京インキ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】大熊 博幸
(72)【発明者】
【氏名】内藤 宏行
(72)【発明者】
【氏名】岡村 賢一
(72)【発明者】
【氏名】金子 勝幸
(72)【発明者】
【氏名】鍋倉 涼斗
【審査官】小山 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６３－１１９０１１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平１－１５６００５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平２－０８２５１４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特表２００６－５２７６６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－１０５９６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第３６８７４２３（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第４８４０４９２（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第４８４６６５９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ４８／００－４８／９６
Ｂ２９Ｂ ７／００－ ７／９４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
混練部品を備えた単軸押出機用スクリューであって、前記混練部品が、多条の連続する螺旋フライトと、溝とを備え、
前記螺旋フライトは、ねじれ角を有する順方向の螺旋状のフライトであり、
前記螺旋フライトは、樹脂をせき止める主フライトと、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトとなる切り込み部分を備え、
前記主フライト間の溝内に、前記単軸押出機用スクリューの軸方向に渡る副フライトを備え、
前記副フライトは、前記単軸押出機用スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置し、
前記副フライトは単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライトと接続し、
前記凸部フライトは、前記副フライトが前記主フライトと接続する交点部分のうち前記単軸押出機用スクリュー下流側の交点部分から、螺旋フライトの螺旋の逆方向に渡り配置し、
前記凸部フライトに隣接する前記主フライトは、単軸押出機用スクリュー側面から見て前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度を有する形状であり、
前記主フライト、副フライトおよび凸部フライトの構造を前記螺旋フライトの螺旋方向に繰り返し配置するよう刻設する
ことを特徴とする単軸押出機用スクリュー。
【請求項2】
請求項１記載の単軸押出機用スクリューを備えることを特徴とする単軸押出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む原料の混練に用いる単軸押出機用スクリュー及び単軸押出機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
樹脂同士の混練や樹脂と粉体粒子との混練といった２種類以上の原料を混練する場合、特に樹脂として熱可塑性樹脂を使用して混練物を連続的に製造する場合には、量産性の観点から、スクリューを備えた押出機を用いて混練がなされる。こうした押出機による混練においては、押出機内で加熱溶融された原料を十分に混練し、混練後の樹脂組成物が均一な状態で吐出されるような性能が求められる。混練が不十分で、不均一なまま押出機から押し出されると、各成分の濃度の偏りによって混練物の物性が低下する、また異なる色の原料を混練した場合には混練品に色むらが発生する等の不具合が発生する。
【0003】
こうしたスクリューによる混練装置の一つとして、単軸押出機が挙げられる。単軸押出機はシリンダ内に一本のスクリューを備え、スクリューを回転させることによって、押出機上流から供給された原料をスクリューの螺旋方向の流路に強制的に移送させ、シリンダからの熱により溶融・可塑化させながら混練する。しかし、単軸押出機では、スクリューの螺旋方向が一定方向であるために高い混練作用は得られない問題点があった。
こうした対策として、スクリューの混練部の部品の混練性能を向上させるよう、スクリューに可塑化した原料の流れを分流させるような加工が従来施されてきた。
こうした対策として、スクリューの混練部の部品の混練性能を向上させるよう、スクリューに可塑化した原料の流れを分流させるような加工が従来施されてきた。
【0004】
例えば、特許文献１では、回転スクリュの混練位置外周面に仮想螺旋方向に沿って多数の混練凹部を刻設し、螺旋幅方向に隣接する各混練凹部を流通路で接続した混練構造を備える混練用回転スクリュが開示されている。
前記の刻設された混練構造は、流通路を介して原料を分流及び合流させ、同時に、流通路を通過する際の圧力変化による乱流現象と混練凹部の深部から浅部に流動する流動抵抗による脈動現象とによって混練部分に乱流脈動現象を生じさせ、且つ混練凹部の周辺部を乗り越えさせて大きな流動変化を与えて原料を撹拌して均一に混練するとある。
しかし、凹部で螺旋状に流れる樹脂は螺旋幅方向に設けられる流通路を通るために原料の流れは一旦せき止められ、さらにその後に狭い流通路を通るために原料の多大な圧縮による発熱が生じるため、前記混練構造を通過した原料は高温となり、熱による原料劣化が生じる問題があった。
前記の刻設された混練構造は、流通路を介して原料を分流及び合流させ、同時に、流通路を通過する際の圧力変化による乱流現象と混練凹部の深部から浅部に流動する流動抵抗による脈動現象とによって混練部分に乱流脈動現象を生じさせ、且つ混練凹部の周辺部を乗り越えさせて大きな流動変化を与えて原料を撹拌して均一に混練するとある。
しかし、凹部で螺旋状に流れる樹脂は螺旋幅方向に設けられる流通路を通るために原料の流れは一旦せき止められ、さらにその後に狭い流通路を通るために原料の多大な圧縮による発熱が生じるため、前記混練構造を通過した原料は高温となり、熱による原料劣化が生じる問題があった。
【0005】
特許文献２は、前記特許と同様、混練用回転スクリュの混練位置の外周面に仮想螺旋方向に沿って多数の混練凹部を刻設したものであり、特許文献１と同様の効果が得られるとあるが、特許文献２の第１図において開示されている図は、前記特許よりさらに流路が狭く、前記特許と同様に原料が圧縮による発熱から高温となり、熱による原料劣化が生じる問題があった。
【0006】
特許文献３は、押出機用混練分散用部品に関する特許であり、流入溝内を通る樹脂が、溢流フライトを乗り越えながら堰き止めフライト間を流れることで、樹脂の熱劣化を防止するよう中・低回転でスクリューを回転させた場合にも高い混練分散が得られるとあり、特許文献３の図２では螺旋状の流入溝に樹脂が流れ、溢流フライトを乗り越えて樹脂が下流側の流入溝を流れる形状も記載されている。しかし、生産における観点から、吐出量を増やすようスクリュー回転は高回転で運転されるため、原料樹脂が熱劣化する問題を解決できるものではなかった。
【0007】
特許文献４は、断面形状が多角形であり、特許文献４の第４～６図で示される多角形頂部間にリードを有する凸部フライトを備えるスクリュと、多角形のシリンダを備える高混練押出機の特許であり、高混練かつ高分散が期待できる、とある。しかし、ダムフライトを乗り越える際に強烈な樹脂の押しつぶし効果が得られることや、スクリュとシリンダの形状によってスクリュの１回転毎に複雑な流動によるもちつき作用によって固相の樹脂が分散することで、樹脂間の熱伝導が良くなり樹脂温度が均一化するといった樹脂の溶融前や溶融時に対して効果があることのみが記載されている。また、多角形のシリンダの押出機にのみ限定されて用いることができるものであり、単軸押出機として一般的な円柱状のシリンダで前記スクリュを使用した場合には十分な効果は得られず、さらに発熱によって原料樹脂が劣化する問題を抱えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】実開昭６３－１１９０１１公報
【文献】実開平１－１５６００５公報
【文献】特開２０００－２１８６１９公報
【文献】特開昭５４－７３８５６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む原料の混練押出を行った際、原料の温度の上昇を抑えながら、高い混練性能および拡散性を持つスクリュー及び押出機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の単軸押出機用スクリューは、
混練部品を備えた単軸押出機用スクリューであって、
前記混練部品が、多条の連続する螺旋フライトと、溝とを備え、
前記螺旋フライトは、ねじれ角を有する順方向の螺旋状のフライトであり、
前記螺旋フライトは、樹脂をせき止める主フライトと、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトとなる切り込み部分を備え、
前記主フライト間の溝内に、前記単軸押出機用スクリューの軸方向に渡る副フライトを備え、
前記副フライトは、前記単軸押出機用スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置し、
前記副フライトは単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライトと接続し、
前記凸部フライトは、前記副フライトが前記主フライトと接続する交点部分のうち前記単軸押出機用スクリュー下流側の交点部分から、螺旋フライトの螺旋の逆方向に渡り配置し、
前記凸部フライトに隣接する前記主フライトは、単軸押出機用スクリュー側面から見て前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度を有する形状であり、
前記主フライト、副フライトおよび凸部フライトの構造を前記螺旋フライトの螺旋方向に繰り返し配置するよう刻設する
ことを特徴とする単軸押出機用スクリューである。
また、本発明の単軸押出機は、前記単軸押出機用スクリューを備えることを特徴とする単軸押出機である。
混練部品を備えた単軸押出機用スクリューであって、
前記混練部品が、多条の連続する螺旋フライトと、溝とを備え、
前記螺旋フライトは、ねじれ角を有する順方向の螺旋状のフライトであり、
前記螺旋フライトは、樹脂をせき止める主フライトと、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトとなる切り込み部分を備え、
前記主フライト間の溝内に、前記単軸押出機用スクリューの軸方向に渡る副フライトを備え、
前記副フライトは、前記単軸押出機用スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置し、
前記副フライトは単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライトと接続し、
前記凸部フライトは、前記副フライトが前記主フライトと接続する交点部分のうち前記単軸押出機用スクリュー下流側の交点部分から、螺旋フライトの螺旋の逆方向に渡り配置し、
前記凸部フライトに隣接する前記主フライトは、単軸押出機用スクリュー側面から見て前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度を有する形状であり、
前記主フライト、副フライトおよび凸部フライトの構造を前記螺旋フライトの螺旋方向に繰り返し配置するよう刻設する
ことを特徴とする単軸押出機用スクリューである。
また、本発明の単軸押出機は、前記単軸押出機用スクリューを備えることを特徴とする単軸押出機である。
【発明の効果】
【0011】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む原料の混練押出を行った際、原料の温度の上昇を抑えながら、高い混練性能および拡散性を持つスクリュー及び押出機を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の単軸押出機用スクリューを備えた押出機の断面図
【図2】本発明の第１実施形態の単軸押出機用スクリューにおける混練部品の投影図
【図3】本発明の第１実施形態の単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図
【図4】本発明の第１実施形態の単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図および原料の流れを示した図
【図5】本発明の第１実施形態の凸部フライトおよびシリンダの断面図
【図6】本発明の第２実施形態の単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図
【図7】本発明の第２実施形態の単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図および原料の流れを示した図
【図8】本発明の変形例における単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図
【図9】本発明の変形例における単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図
【図10】本発明の変形例における凸部フライトの断面図
【図11】本発明の変形例における単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図を一部拡大した図
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
また、本明細書中、数値範囲の説明における「ａ～ｂ」との表記は、特に断らない限り、ａ以上ｂ以下のことを表す。
また、本明細書中、数値範囲の説明における「ａ～ｂ」との表記は、特に断らない限り、ａ以上ｂ以下のことを表す。
【0014】
＜単軸押出機＞
図１に本発明の単軸押出機用スクリュー（以下、「スクリュー」ともいう）を備えた単軸押出機の断面図を示す。図１が示すように、単軸押出機１は、内部が空洞となったシリンダ２とシリンダ内に収容されたスクリュー３を有し、単軸押出機が備えるモーターおよび減速機９の回転動力が、減速機に接続する前記スクリュー３に伝達され、スクリューが回転する。スクリュー３は、順方向の螺旋状のフライト５と谷部６を有し、回転動力によりスクリューを順方向に回転させることで、ホッパー４から供給される混合された熱可塑性樹脂を含む原料（以下、「原料」ともいう）を、加熱されたシリンダ２と谷部６の間の流路に螺旋の順方向に定量供給しながら、スクリュー軸方向の下流３４へと移送する。シリンダ２と谷部６の間で移送される原料は、下流方向へ移送されるに伴い、シリンダに巻かれたヒーター８からの熱、ならびに原料とシリンダ及び原料とスクリューの剪断熱により加温されて原料中の熱可塑性樹脂（以下、「樹脂」ともいう）が溶融して原料は可塑化され移動し、混練され、下流に設置するダイス１０を通り混練物が吐出される。
図１に本発明の単軸押出機用スクリュー（以下、「スクリュー」ともいう）を備えた単軸押出機の断面図を示す。図１が示すように、単軸押出機１は、内部が空洞となったシリンダ２とシリンダ内に収容されたスクリュー３を有し、単軸押出機が備えるモーターおよび減速機９の回転動力が、減速機に接続する前記スクリュー３に伝達され、スクリューが回転する。スクリュー３は、順方向の螺旋状のフライト５と谷部６を有し、回転動力によりスクリューを順方向に回転させることで、ホッパー４から供給される混合された熱可塑性樹脂を含む原料（以下、「原料」ともいう）を、加熱されたシリンダ２と谷部６の間の流路に螺旋の順方向に定量供給しながら、スクリュー軸方向の下流３４へと移送する。シリンダ２と谷部６の間で移送される原料は、下流方向へ移送されるに伴い、シリンダに巻かれたヒーター８からの熱、ならびに原料とシリンダ及び原料とスクリューの剪断熱により加温されて原料中の熱可塑性樹脂（以下、「樹脂」ともいう）が溶融して原料は可塑化され移動し、混練され、下流に設置するダイス１０を通り混練物が吐出される。
【0015】
前記スクリュー３は、ホッパー４から供給された原料を定量供給する供給部３１、原料中の樹脂が溶融可塑化するとともに原料が混練される混練部３２、および可塑化された原料を計量する計量部３３の３箇所のゾーンに分けられ、混練部３２には下記に記載する混練部品７を備える。
【0016】
［第１実施形態の混練部品を備える単軸押出機用スクリュー］
第１実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の投影図を図２に、またスクリュー円周方向における混練部品を平面に展開した図を、図３および図４に示す。
第１実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の投影図を図２に、またスクリュー円周方向における混練部品を平面に展開した図を、図３および図４に示す。
【0017】
前記混練部品は、図３に示すように、多条の連続する螺旋フライトと、溝２２とを備え、前記螺旋フライトは、ねじれ角５０を有する順方向の螺旋状のフライトであり、前記螺旋フライトは、樹脂をせき止める主フライト２０と、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライト２４となる切り込み部分を備える。なお、ねじれ角とは、スクリュー軸方向を基準として、螺旋フライトが傾く角度で定義される。
さらに前記混練部品は、２つの主フライト間の溝内に、スクリューの軸方向に渡る副フライト２１を備え、前記副フライト２１は単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライト２０と接続し、前記副フライト２１は前記スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置する。
さらに前記混練部品は、２つの主フライト間の溝内に、スクリューの軸方向に渡る副フライト２１を備え、前記副フライト２１は単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライト２０と接続し、前記副フライト２１は前記スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置する。
【0018】
前記凸部フライト２４は、前記副フライト２１が前記主フライト２０と接続する交点部分のうちスクリュー軸方向下流３４側の交点部分２６から、螺旋フライトの螺旋の逆方向５８に渡り配置し、前記凸部フライト２４は、主フライトを切り込むことで、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部を形成する。図３におけるＬ－Ｌ‘断面を示す凸部フライトの断面図を図５に示す。
【0019】
前記凸部フライト２４は、前記交点部分２６から、主フライトの螺旋の逆方向５８における次の主フライトと副フライトの交点部分２５に渡って形成し、凸部フライトは前記交点部分２５および２６における主フライト２０と副フライト２１の接続を残すよう形成される。
【0020】
凸部フライト２４に隣接する前記主フライト２０は、単軸押出機用スクリュー側面から見て、主フライト２０の螺旋逆方向５８側かつスクリュー軸方向下流３４側に、前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５１を有する形状である。
なお、切れ込み角度とは、スクリュー軸方向を基準として、主フライトを切り込む角度で定義される。
なお、切れ込み角度とは、スクリュー軸方向を基準として、主フライトを切り込む角度で定義される。
【0021】
さらに、前記主フライト２０は、主フライトの螺旋順方向５７側かつスクリュー軸方向上流３５側に、前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５２を有する形状である。
【0022】
前記混練部品は、前記の主フライト、副フライト、および凸部フライトの構造を前記螺旋フライトの螺旋方向に繰り返し配置するよう刻設される。
【0023】
＜第１実施形態における混練部品の作用効果＞
第１実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の作用効果について、図４および図５を元に、以下に説明する。
スクリュー上流側から、本混練部品に流入する原料は、図４に示すように、多条の主フライトによって分配されて混練部品の各溝へ流入し、その後、主フライト、溝、及び押出機のシリンダからなる流路を主フライトの螺旋の順方向５７に沿って流れる。
螺旋の順方向に流れる原料は、図４の矢印Ｃに示すように、凸部フライト２４に達すると、主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトを乗り越えながら、原料をせき止める副フライト２１に沿ってスクリュー下流側に隣接する溝に流れ、その後、再度、主フライト２０に沿うように螺旋の順方向５７に原料が流れる。
また、凸部フライト前後の原料の流れは、図５の断面図に示すように、流れ方向４６に向かってシリンダ２と溝の底部４２の間を流れた原料が、流路の狭い凸部フライト２４の頂部４１とシリンダ２の間の流路へ流れ込む際に、流路の高さの変化に伴って、凸部フライトの手前４３では原料が圧縮されながら撹拌されるために原料は位置交換し、その後、凸部フライト頂部４１とシリンダ２との間で圧縮され通過した原料が隣接する流路に開放される。
また、図４のようにスクリュー側面から原料の流路を見た場合、原料は、主フライト、凸部フライト、および副フライトによって、図４の矢印Ｃに示すように流路方向および流路幅の変化に伴い原料の位置交換を行い、図４の矢印Ｂに示す流路においても、同様に凸部フライトにおける原料の位置交換、および流路方向および流路幅の変化に伴う原料の位置交換がなされる。
以下、混練部品の下流側の末端まで、同様に原料の位置交換が繰り返し行われ、混練される。前記混練部品は、切り込み部分に渡って幅広く設けられた凸部フライトを何度も通り、徐々に圧縮と開放を複数回繰り返し行なうことで原料が混練されるため、従来のスクリューのような急圧縮を生じることなく、原料の発熱を抑えながら優れた混練性を発揮する。
第１実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の作用効果について、図４および図５を元に、以下に説明する。
スクリュー上流側から、本混練部品に流入する原料は、図４に示すように、多条の主フライトによって分配されて混練部品の各溝へ流入し、その後、主フライト、溝、及び押出機のシリンダからなる流路を主フライトの螺旋の順方向５７に沿って流れる。
螺旋の順方向に流れる原料は、図４の矢印Ｃに示すように、凸部フライト２４に達すると、主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトを乗り越えながら、原料をせき止める副フライト２１に沿ってスクリュー下流側に隣接する溝に流れ、その後、再度、主フライト２０に沿うように螺旋の順方向５７に原料が流れる。
また、凸部フライト前後の原料の流れは、図５の断面図に示すように、流れ方向４６に向かってシリンダ２と溝の底部４２の間を流れた原料が、流路の狭い凸部フライト２４の頂部４１とシリンダ２の間の流路へ流れ込む際に、流路の高さの変化に伴って、凸部フライトの手前４３では原料が圧縮されながら撹拌されるために原料は位置交換し、その後、凸部フライト頂部４１とシリンダ２との間で圧縮され通過した原料が隣接する流路に開放される。
また、図４のようにスクリュー側面から原料の流路を見た場合、原料は、主フライト、凸部フライト、および副フライトによって、図４の矢印Ｃに示すように流路方向および流路幅の変化に伴い原料の位置交換を行い、図４の矢印Ｂに示す流路においても、同様に凸部フライトにおける原料の位置交換、および流路方向および流路幅の変化に伴う原料の位置交換がなされる。
以下、混練部品の下流側の末端まで、同様に原料の位置交換が繰り返し行われ、混練される。前記混練部品は、切り込み部分に渡って幅広く設けられた凸部フライトを何度も通り、徐々に圧縮と開放を複数回繰り返し行なうことで原料が混練されるため、従来のスクリューのような急圧縮を生じることなく、原料の発熱を抑えながら優れた混練性を発揮する。
【0024】
また、図４の矢印Ｂおよび矢印Ｃのように、原料が螺旋順方向５７とスクリュー軸下流方向３４に交互に流れることで、流路の向きおよび流路の幅の変化によって原料が位置交換を行いながら混練される一方で、主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５１、５２を備えた形状の主フライトを繰り返し設けることで、図４の矢印Ａのように、凸部フライトを乗り越えながら、原料が螺旋方向に直線的に流れる流路も確保できるため、原料が急圧縮されることなく発熱を抑えた混練が得られる。
【0025】
さらに、前記副フライトを、図４に示す副フライト２１のスクリュー軸方向への延長線２９および延長線２９の円周方向における間隔Ｎに示すように、副フライト２１をスクリュー円周に対して均等な位置に配置することで、前記の繰り返し発生する主フライトと副フライトの原料の流れの変化および流路の幅の変化、ならびに図５に示した凸部フライトにおいて位置交換とともに徐々に原料にかかる圧縮と開放が、原料が流れる時間あたり等間隔で行われるため、原料の発熱を抑えながら、すぐれた混練性が得られる。
【0026】
【0027】
前記第１実施形態では、凸部フライト２４を、主フライト２０と副フライト２１からなる２つの交点部分に渡る切れ込み部として設けたが、第２実施形態では、更なる原料の位置交換を行えるよう、図６の符号６１の部分に示すように、副フライト２１と主フライト２０がなす交点部分のうちスクリュー軸方向上流３５側の交点部分６２より螺旋順方向５７側の主フライトを残すよう切れ込み部を設ける点で、第１実施形態と異なる。以下、第２実施形態における混練部品について説明する。
【0028】
前記混練部品は、図６に示すように、多条の連続する螺旋フライトと、溝２２とを備え、前記螺旋フライトは、ねじれ角５０を有する順方向の螺旋状のフライトであり、前記螺旋フライトは、樹脂をせき止める主フライト２０と、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライト２４となる切り込み部分を備える。
さらに前記混練部品は、２つの主フライト２０間の溝内に、スクリューの軸方向に渡る副フライト２１を備え、前記副フライト２１は単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライト２０と接続し、前記副フライト２１は前記スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置する。
さらに前記混練部品は、２つの主フライト２０間の溝内に、スクリューの軸方向に渡る副フライト２１を備え、前記副フライト２１は単軸押出機用スクリューの軸方向において２つの主フライト２０と接続し、前記副フライト２１は前記スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置する。
【0029】
前記凸部フライト２４は、前記副フライト２１が前記主フライト２０と接続する交点部分のうちスクリュー軸方向下流３４側の交点部分２６から、螺旋フライトの螺旋の逆方向５８に渡り配置し、前記凸部フライト２４は、主フライトを切り込むことで、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部を形成する。図６におけるＬ－Ｌ’断面を示す凸部フライトの断面図は、第１実施形態と同様、図５の断面形状を示す。
【0030】
前記凸部フライト２４は、前記交点部分２６からみて主フライトの螺旋の逆方向５８側における次の主フライトと副フライトの交点部分６２に向かって、前記交点部分６２の螺旋順方向５７側の主フライトを残す切れ込み部分として配置する。また、副フライト２１は前記交点部分２６および前記交点部分６２において、主フライトと副フライトは接続する。
【0031】
また、凸部フライト２４に隣接する前記主フライト２０は、スクリュー側面から見て、主フライトの螺旋逆方向５８側かつスクリュー軸方向下流３４側に、前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５１を有する形状である。
【0032】
さらに、前記主フライトは、主フライトの螺旋順方向５７側かつスクリュー軸方向上流３５側も、前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５２を有する形状である。
【0033】
前記混練部品は、前記の主フライト、副フライト、および凸部フライトの構造を前記螺旋フライトの螺旋方向に繰り返し配置するよう刻設される。
【0034】
＜第２実施形態における混練部品の作用効果＞
第２実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の作用効果について、図７および図５を元に、以下に説明する。
スクリュー上流側から、本混練部品に流入する原料は、図７に示すように、多条の主フライトによって分配されて混練部品の各溝へ流入し、その後、主フライト、溝、及び押出機のシリンダからなる流路を、主フライトの螺旋の順方向５７に沿って流れる。
螺旋の順方向に流れる原料は、図７の矢印Ｂに示すように、凸部フライト２４に達すると、主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトを乗り越えながら、原料をせき止める副フライト２１に沿ってスクリュー下流側に隣接する溝に流れ、その後、再度、主フライトに沿うように螺旋の順方向５７に原料が流れる。
一方、原料は前記凸部フライトを乗り越えた際に、図７の矢印Ｄに示すように、２つの主フライトおよび副フライトからなる流路６３にも分配する。分配した原料は流路６３における副フライト２１によりせき止められるが、スクリューは順方向に回転（図７における下から上方向への回転）しているため、せき止められた原料は分配する前の流路６４側へ押し出されることで原料が位置交換されながら再度分配され、再分配された原料は混練部品の下流側に流動するよう凸部フライトを乗り越えて流動する。
また、凸部フライト前後の原料の流れは、図５の断面図に示すように、流れ方向４６に向かってシリンダ２と溝の底部４２の間を流れた原料が、流路の狭い凸部フライト２４の頂部４１とシリンダ２の間の流路へ流れ込む際に、流路の高さの変化に伴って、凸部フライトの手前４３では原料が圧縮されながら撹拌されるために原料は位置交換し、その後、凸部フライト頂部４１とシリンダ２との間で圧縮され通過した原料は隣接する流路に開放される。
また、図７に示すようにスクリュー側面からみた場合、原料は、主フライト、凸部フライト、および副フライトによって図７の矢印Ｂおよび矢印Ｄに示すように流路方向の変化および流路の幅の変化に伴い原料の位置交換を行う。
以下、混練部品の下流側の末端まで、同様に流路の方向と幅の変化、凸部フライトの手前における撹拌、および前記２つの主フライトおよび副フライトからなる流路６３における位置交換により、原料の３次元的な位置交換が繰り返し行われて原料が混練される。各部における混練は複数回繰り返し行なわれるため、原料の発熱を抑えながら優れた混練が得られる。
第２実施形態の単軸押出機用スクリューが備える混練部品の作用効果について、図７および図５を元に、以下に説明する。
スクリュー上流側から、本混練部品に流入する原料は、図７に示すように、多条の主フライトによって分配されて混練部品の各溝へ流入し、その後、主フライト、溝、及び押出機のシリンダからなる流路を、主フライトの螺旋の順方向５７に沿って流れる。
螺旋の順方向に流れる原料は、図７の矢印Ｂに示すように、凸部フライト２４に達すると、主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトを乗り越えながら、原料をせき止める副フライト２１に沿ってスクリュー下流側に隣接する溝に流れ、その後、再度、主フライトに沿うように螺旋の順方向５７に原料が流れる。
一方、原料は前記凸部フライトを乗り越えた際に、図７の矢印Ｄに示すように、２つの主フライトおよび副フライトからなる流路６３にも分配する。分配した原料は流路６３における副フライト２１によりせき止められるが、スクリューは順方向に回転（図７における下から上方向への回転）しているため、せき止められた原料は分配する前の流路６４側へ押し出されることで原料が位置交換されながら再度分配され、再分配された原料は混練部品の下流側に流動するよう凸部フライトを乗り越えて流動する。
また、凸部フライト前後の原料の流れは、図５の断面図に示すように、流れ方向４６に向かってシリンダ２と溝の底部４２の間を流れた原料が、流路の狭い凸部フライト２４の頂部４１とシリンダ２の間の流路へ流れ込む際に、流路の高さの変化に伴って、凸部フライトの手前４３では原料が圧縮されながら撹拌されるために原料は位置交換し、その後、凸部フライト頂部４１とシリンダ２との間で圧縮され通過した原料は隣接する流路に開放される。
また、図７に示すようにスクリュー側面からみた場合、原料は、主フライト、凸部フライト、および副フライトによって図７の矢印Ｂおよび矢印Ｄに示すように流路方向の変化および流路の幅の変化に伴い原料の位置交換を行う。
以下、混練部品の下流側の末端まで、同様に流路の方向と幅の変化、凸部フライトの手前における撹拌、および前記２つの主フライトおよび副フライトからなる流路６３における位置交換により、原料の３次元的な位置交換が繰り返し行われて原料が混練される。各部における混練は複数回繰り返し行なわれるため、原料の発熱を抑えながら優れた混練が得られる。
【0035】
また、図７の溝内に記載した矢印Ｂおよび矢印Ｄに示すように原料が位置交換しながら混練される一方で、第１実施形態と同様、主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度５１、５２を備えた形状の主フライトを繰り返し設けることで、図７の矢印Ａに示すような原料が螺旋方向に直線的にも流れる流路を確保できるため、原料が急圧縮されることなく発熱を抑えた混練が得られる。
【0036】
さらに、第１実施形態と同様、前記副フライト２１は、スクリュー円周に対して均等に配置されるので、繰り返し発生する主フライトと副フライトの原料の流れの変化と流路の幅の変化、および凸部フライトにおける位置交換とともに徐々に原料にかかる圧縮と開放が、原料が流れる時間あたり等間隔で行われることで、原料の発熱を抑えながら、すぐれた混練性が得られる。
【0037】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【0038】
本発明のスクリューは、前記混練部品を構成する副フライト、凸部フライト、および切れ込み角度を有する形状の主フライトが、前記の各実施形態の構成で繰り返し配置されていればよく、副フライトの数を任意に設定することができる。例えば、さらに発熱を抑える観点から、図８に示すように、前記第２実施形態の混練部品における副フライトの数を減らして凸部フライトを長い形状とすることで、螺旋順方向５７とスクリュー軸方向下流３４に交互に流れる位置交換、広い凸部フライトによる位置交換、および２つの主フライト間への分流の効果による位置交換を行いながら、原料の螺旋方向への直線的な流動を持つことができる。また、前記の実施形態と同様、原料の流れや圧縮および解放にともなう変化は、原料が流れる時間あたり等間隔で行われるため、樹脂の発熱を抑えながら、高い混練性を得ることができる。
【0039】
前記混練部品における副フライトは、前記スクリューの直角断面における円周を均等に配分する位置に配置すればよく、均等とする数は任意に設定できるが、２～８条であることが好ましい。なお、副フライトにおける「条」という表現は、スクリュー軸方向の直角断面における混練部品の形状が、円周上を均等に配分されている数のことをいう。
【0040】
また、前記副フライトの高さは、原料を隣接する溝へ移動させるよう原料をせき止める高さであればよく、単軸押出機のシリンダ口径をＤとした場合、副フライト径をｄｆとするとｄｆ／Ｄ＝０．９２０～０．９９９に設定する事が好ましい。
前記副フライトの頂部の幅は、前記主フライトと副フライトを接続して原料をせき止めるものであればよく任意に設定することができ、副フライトの幅はスクリューの切削加工の観点からスクリュー軸方向に渡って任意に変化させてもよい。
前記副フライトの頂部の幅は、前記主フライトと副フライトを接続して原料をせき止めるものであればよく任意に設定することができ、副フライトの幅はスクリューの切削加工の観点からスクリュー軸方向に渡って任意に変化させてもよい。
【0041】
前記混練部品における螺旋フライトは、順方向の螺旋状の多条フライトであればよく、ねじれ角１０°～８５°の範囲で任意に設定することができ、条数は２～８条であることが好ましい。
また、主フライトの側面は一般的な押出機用スクリューで適用される溝から切り上げられた構造のものであればよい。
前記溝に対する主フライトの高さは、単軸押出機のシリンダとスクリューの口径や、求める樹脂の吐出量により任意に設定できるが、主フライトの径がシリンダ口径に対して－０．５～－０．２ｍｍ程度とする事が好ましい。
また、主フライトの頂部の幅は、前記主フライトと副フライトの交点部分において、切れ込み角度を持ちながら主フライトと副フライトが接続できるのであれば、任意に設定することができる。
また、主フライトの側面は一般的な押出機用スクリューで適用される溝から切り上げられた構造のものであればよい。
前記溝に対する主フライトの高さは、単軸押出機のシリンダとスクリューの口径や、求める樹脂の吐出量により任意に設定できるが、主フライトの径がシリンダ口径に対して－０．５～－０．２ｍｍ程度とする事が好ましい。
また、主フライトの頂部の幅は、前記主フライトと副フライトの交点部分において、切れ込み角度を持ちながら主フライトと副フライトが接続できるのであれば、任意に設定することができる。
【0042】
図３および図６における、主フライトの螺旋逆方向側かつスクリュー軸方向下流側の切れ込み角度５１、および前記主フライトの螺旋順方向側かつスクリュー上流側の切れ込み角度５２は、主フライトのねじれ角より小さい角度であればよく任意に設定できるが、原料を直線的に流す観点から、前記２つの切れ込み角度は同じ切れ込み角度としてもよい。
【0043】
図１１に、単軸押出機用スクリューの混練部品のスクリュー円周方向における展開図を一部拡大した図を示す。図１１の符号５１と５２が示すように、主フライトのねじれ角度が大きく、かつ主フライトが有する切れ込み角度が小さい場合、副フライトは、副フライトと主フライトの接続を残す範囲で、切れ込み角度に沿って主フライトとともに切り取ることができる。
【0044】
前記混練部品における凸部フライトの高さは、通過する原料を緩く圧縮するよう任意の高さに設定できるが、単軸押出機のシリンダ口径をＤ、凸部フライトの径をｄｓとするとｄｓ／Ｄ＝０．８５～０．９８に設定する事が好ましい。
前記凸部フライトの螺旋順方向に渡る頂部の高さは、主フライト螺旋順方向に渡って一定の高さでもよいが任意に設定することができ、例えば螺旋順方向に従って頂部が高い形状とする、あるいは螺旋順方向に従って頂部が低い形状とすることもできる。
前記凸部フライトの螺旋順方向に渡る頂部の高さは、主フライト螺旋順方向に渡って一定の高さでもよいが任意に設定することができ、例えば螺旋順方向に従って頂部が高い形状とする、あるいは螺旋順方向に従って頂部が低い形状とすることもできる。
【0045】
前記凸部フライトの頂部の形状は、図１０の凸部フライトの断面形状が示すように、凸部フライトの頂部は任意の形状でよく、図１０の（ａ）に示すように一定の幅を持つ形状でもよく、圧縮を抑える観点から図１０の（ｂ）に示すように幅を持たない形状としてもよく、さらに切り込んで図１０の（ｃ）に示すように２山としてもよい。
また、凸部フライトの断面における側部斜面の形状は、凸部フライト手前で原料を撹拌する観点から、溝から切り上げられた主フライトと同様、図１０（ａ）～（ｃ）に示す溝方向から切り上がる凸な曲線であることが好ましいが、その曲率および形状は任意に設定できる。
また、凸部フライトの断面における側部斜面の形状は、凸部フライト手前で原料を撹拌する観点から、溝から切り上げられた主フライトと同様、図１０（ａ）～（ｃ）に示す溝方向から切り上がる凸な曲線であることが好ましいが、その曲率および形状は任意に設定できる。
【0046】
原料の位置交換をさらに増加させる観点から、本発明のスクリューの前記混練部品に、前記の凸部フライトとは別に、本発明の機能を損なわない範囲で、原料の位置交換を行う新たな凸部フライトを備えてもよく、例えば、図９に示すように前記の副フライトとは別に、新たにスクリュー軸方向に渡る凸部フライト５５を設けることもできる。前記、別途スクリュー軸方向に設けられる凸部フライト５５は、原料の発熱を抑える観点から、混練部品の流路において等間隔で配置されることが好ましい。
【0047】
本発明のスクリューは、前記混練部品を備える単軸押出機用のスクリューであればよく、スクリューの口径、供給部のスクリュー形状、および計量部のスクリュー形状は、各部の機能を持つものであれば任意の形状のものを備えてもよい。前記スクリューは、スクリューの混練部に前記混練部品を備えるものであればよく、混練部において混練部品の前後に、他の形状の部品を備えてもよい。
【0048】
本発明の単軸押出機は、本発明のスクリューを有する単軸押出機であればよい。単軸押出機の回転動力によるスクリューの回転方向は、スクリューのフライト及び混練部品の主フライトが有する螺旋の順方向が右周りであれば右周りで回転させ、螺旋の順方向が左周りであれば左周りで回転させる。また、単軸押出機のシリンダの断面形状は、任意に設定できるが、円筒状のものが好ましく、また任意にシリンダに溝を設けてもよい。
【0049】
本発明の単軸押出機用スクリューおよび単軸押出機は、前記構成とすることで、熱可塑性樹脂を含む原料の混練押出を行った際、原料の温度の上昇を抑えながら、高い混練性能および拡散性を持つスクリュー及び単軸押出機を提供する。
また、原料の位置交換を何度も行う構造であるため、原料の拡散性にも優れる。とくに、本発明のスクリューおよび単軸押出機は、徐々に圧縮および解放を加える機構であるため、ガラス繊維や雲母のようなアスペクト比の高い粒子を熱可塑性樹脂と混練する用途においても、粒子に強い力を掛けて粉砕することなく、好適な混練を行うことができる。
また、本発明の単軸押出機は、高吐出量の混練を行う目的で、高回転数のスクリュー回転数で混練を行った際も、前記混練部品の構造により、原料の発熱を抑えた好適な混練を行うことができる。
また、原料の位置交換を何度も行う構造であるため、原料の拡散性にも優れる。とくに、本発明のスクリューおよび単軸押出機は、徐々に圧縮および解放を加える機構であるため、ガラス繊維や雲母のようなアスペクト比の高い粒子を熱可塑性樹脂と混練する用途においても、粒子に強い力を掛けて粉砕することなく、好適な混練を行うことができる。
また、本発明の単軸押出機は、高吐出量の混練を行う目的で、高回転数のスクリュー回転数で混練を行った際も、前記混練部品の構造により、原料の発熱を抑えた好適な混練を行うことができる。
【符号の説明】
【0050】
１ 単軸押出機
２ シリンダ
３ 単軸押出機用スクリュー
４ ホッパー
５ フライト
６ 谷部
７ 混練部品
８ ヒーター
９ モーターおよび減速機
１０ ダイス
２０ 主フライト
２１ 副フライト
２２ 溝
２４ 凸部フライト
２５ 主フライトと副フライトの交点部分
２６ 主フライトと副フライトの交点部分
２９ 配置される副フライトのスクリュー軸方向への延長線
３１ スクリューの供給部
３２ スクリューの混練部
３３ スクリューの計量部
３４ スクリューの軸方向 下流
３５ スクリューの軸方向 上流
４１ 凸部フライト頂部
４２ 溝の底部
４３ 凸部フライトの上流における原料
４５ 凸部フライト頂部の幅
４６ 樹脂の流れ方向
５０ 主フライトねじれ角
５１ 主フライトの螺旋順方向かつスクリュー軸方向下流側の切れ込み角度
５２ 主フライトの螺旋逆方向かつスクリュー軸方向上流側の切れ込み角度
５５ 変形例における、切り込み部分とは別に設けたスクリュー軸方向に渡る凸部フライト
５７ 螺旋順方向
５８ 螺旋逆方向
６２ 第２実施形態における主フライトと副フライトの交点部分
６３ ２つの主フライトおよび副フライトからなる流路
７１ 副フライトを主フライトとともに切り取った箇所
７２ 副フライトを主フライトとともに切り取った箇所
２ シリンダ
３ 単軸押出機用スクリュー
４ ホッパー
５ フライト
６ 谷部
７ 混練部品
８ ヒーター
９ モーターおよび減速機
１０ ダイス
２０ 主フライト
２１ 副フライト
２２ 溝
２４ 凸部フライト
２５ 主フライトと副フライトの交点部分
２６ 主フライトと副フライトの交点部分
２９ 配置される副フライトのスクリュー軸方向への延長線
３１ スクリューの供給部
３２ スクリューの混練部
３３ スクリューの計量部
３４ スクリューの軸方向 下流
３５ スクリューの軸方向 上流
４１ 凸部フライト頂部
４２ 溝の底部
４３ 凸部フライトの上流における原料
４５ 凸部フライト頂部の幅
４６ 樹脂の流れ方向
５０ 主フライトねじれ角
５１ 主フライトの螺旋順方向かつスクリュー軸方向下流側の切れ込み角度
５２ 主フライトの螺旋逆方向かつスクリュー軸方向上流側の切れ込み角度
５５ 変形例における、切り込み部分とは別に設けたスクリュー軸方向に渡る凸部フライト
５７ 螺旋順方向
５８ 螺旋逆方向
６２ 第２実施形態における主フライトと副フライトの交点部分
６３ ２つの主フライトおよび副フライトからなる流路
７１ 副フライトを主フライトとともに切り取った箇所
７２ 副フライトを主フライトとともに切り取った箇所
【要約】
【課題】熱可塑性樹脂を含む原料の混練押出を行った際、原料の温度の上昇を抑えながら、高い混練性能および拡散性を持つスクリュー及び単軸押出機を提供する。
【解決手段】
スクリューの混練部品が、樹脂をせき止める主フライトと、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトとなる切り込み部分を備える多条の順方向の螺旋フライトと溝を備え、前記主フライト間の溝内にスクリューの軸方向に渡る副フライトを備え、前記副フライトは、２つの主フライトと接続し、前記主フライトは、主フライトと副フライトとが接続する交点部分のうちスクリュー下流側の交点から主フライトの螺旋の逆方向に渡る切り込み部分を備え、前記主フライトは、単軸押出機用スクリュー側面から見て前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度を有する形状であることを特徴とする単軸押出機用スクリュー。
【選択図】図３
【解決手段】
スクリューの混練部品が、樹脂をせき止める主フライトと、前記主フライトよりフライト高さが低い凸部フライトとなる切り込み部分を備える多条の順方向の螺旋フライトと溝を備え、前記主フライト間の溝内にスクリューの軸方向に渡る副フライトを備え、前記副フライトは、２つの主フライトと接続し、前記主フライトは、主フライトと副フライトとが接続する交点部分のうちスクリュー下流側の交点から主フライトの螺旋の逆方向に渡る切り込み部分を備え、前記主フライトは、単軸押出機用スクリュー側面から見て前記主フライトのねじれ角より小さい切れ込み角度を有する形状であることを特徴とする単軸押出機用スクリュー。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】