JP2003507222A - 押出機用シリンダ - Google Patents

押出機用シリンダ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 押出室の効果的な温度調整および製造コストの削減が可能な押出機用シリンダを提供する。 【解決手段】 シリンダ１に、二軸スクリューを包囲する眼鏡状断面の押出室２を設けた。シリンダ１の外周面には、長手方向に螺旋状に延びる４条の通路３を高速ねじ切り工程によって刻設した。この通路３は、液相温度調整媒体の供給管路１２と排出管路１３に接続される。通路３の深さは、外周にわたり半径方向で変化している。通路３の刻設前におけるシリンダ１の肉厚が最大の個所で通路３の深さが最大値ｈ2となり、かつ肉厚が最小の個所で最小値ｈ1となっている。通路３の幅は半径方向外方に向かって大きくなっている。シリンダ１を外被１０内に組み入れると完成シリンダ１１になり、通路３は、外被１０により閉じた断面を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の前提部に記載された例えば二軸押出機のための押出機用
シリンダに関する。
【０００２】 スクリュー押出機は、プラスチックの加工にいろいろな形で使用されている。
質的に高い作業結果を保証するために、加工されたプラスチックができるだけ一
定の最適範囲にある温度で押し出されることが重要である。それゆえ、スクリュ
ーユニットの寸法に相応する孔が装備されていて、加工すべきプラスチックのた
めの押出室を前記孔で形成している押出機シリンダには、通常、壁内に通路が設
けられていて、原則として冷却用であるが場合によっては加熱用の液相温度調整
媒体を通すことができるようになっている。
【０００３】 ＥＰ００４２４６６Ａ１により公知の二軸押出機のためのシリンダは、互いに
入れ子式に案内された２つの同軸部分、すなわち二軸スクリューユニットのため
の眼鏡状の複孔（押出室）を有する内側のシリンダ部分と、このシリンダ部分を
密着包囲して、押出圧力によって引き起こされる力を支持する機能を果たす外側
の中空円筒状外被とからなる。この場合、シリンダ部分と中空円筒状外被には、
シリンダの長手方向に延びる温度調整媒体用の通路が貫通している。肉厚の最も
大きい領域、すなわち眼鏡孔のくさび形領域でも押出室を効果的に冷却できるよ
うに、当該くさび形領域にはシリンダ部分の冷却通路が配置されている。二軸ス
クリューユニットの長手方向軸線によって包絡される平面の近傍領域では、中空
円筒状外被冷却通路によって押出室の冷却が行われる。このことは、そのために
は熱が内側シリンダ部分から中空円筒状外被内へと流入しなければならないこと
を意味する。これはシリンダの両部分の間の継目によって妨げられる。それゆえ
、熱移動を改善して多少なりとも良好な成果を達成するためには、問題となる領
域に温度誘導ペーストを使用することが推奨される。しかし製造技術上の観点か
らすると、この解決手段には、冷却通路をシリンダの両部分内に設けなければな
らないという短所がある。さらに、中空円筒状外被は単軸押出機の内側シリンダ
部分に対しても使用できない。なぜならば、冷却通路はシリンダ外周の一部のみ
に集中しているからである。
【０００４】 ＤＥ２６５９０３７Ｃ３により公知の別の二軸押出機のシリンダの構造は、同
様に内側シリンダ部分と中空円筒状外被とからなる。押出室を冷却するために、
シリンダ長手方向に原理的に螺旋状に進む冷却通路が設けられている。この冷却
通路は、内側シリンダ部分と中空円筒状外被との間の分離面の領域に配置されて
いる。冷却通路は、種々異なる形状の部分片から次のように構成されている。す
なわち、内側シリンダ部分の外側には、垂直壁を有し互いに等間隔に延びる複数
の溝が刻設されていて、溝の底部はそれぞれ二軸スクリューユニットの長手方向
軸線によって包絡される平面に対して平行に位置し、長手方向で当該長手方向軸
線に対して斜角になるようにされている。これに対応して下側には、長手方向軸
線に対してちょうど逆の斜角になるように溝が配置されている。下側溝と上側溝
およびこれらの間隔は、それらの端部が互いに平行に上下に位置するように選択
されている。互いに上下に位置する端部を、温度調整媒体が貫流するように互い
に接続するために、中空円筒状外被の内周面には三日月形の接続溝が刻設されて
いる。このようにして形成された螺旋状に進む冷却通路の長所は、二軸スクリュ
ーユニット用の眼鏡孔のくさび形領域で温度調整媒体が押出室に比較的密接して
案内されることである。しかし製造技術上の観点からは、この冷却通路の作製は
比較的大きいコストを要する。なぜならば、溝は内側シリンダ部分の上側と下側
に刻設しなければならないだけでなく、中空円筒状外被の内側にも接続溝を形成
するための切削作業が必要だからである。さらに、このように作製された中空円
筒状外被は二軸押出機の相応の内側シリンダ部分に対してのみ使用できるが、単
軸押出機の内側シリンダ部分には使用できない。
【０００５】 内側シリンダ部分と、これを包囲する中空円筒状外被とを有する二軸押出機の
シリンダに対する別の解決手段は、同種類のＤＥ−ＯＳ２０６１７００により公
知である。内側シリンダ部分の壁には互いに相並んだ多数の溝が、二軸スクリュ
ーユニットに対する眼鏡孔の上、下および横に刻設されている。これらの溝の底
部は、部分的に直線的に、または円弧状に延びていて、しかも残りの壁が押出室
に向かってどこでもほぼ同じ厚さを有するようになっている。これは相応に高い
製造コストを要する。個々の溝を、らせん状に延びている冷媒用の通路と接続す
るために、溝は、３つの部分片（そのうち２つの部分片が二軸スクリューユニッ
トの長手方向軸線に対して垂直に延び、中央の部分片が長手方向軸線に対して斜
めに位置調節されている）からなる内側シリンダ部分の下側では、冷却通路の１
つのねじ条から次のねじ条に向かって旋回が生じるように構成されている。これ
はまた、内側シリンダ部分の製造コストを増すことにつながる。冷却通路の個々
のねじ条の間に残っている壁（ねじ山）は、内側シリンダ部分を包囲する中空円
筒状外被に荷重を伝達するように働かなければならないので、比較的細く寸法設
計されたねじ山は、押出室の眼鏡孔の上下に配置されて当初は非常に高いが、二
軸スクリューユニットの平面に対して平行に延びる面内では平面状に切削加工さ
れた。このねじ山の加工された面には、それぞれ内側シリンダ部分の上側と下側
に、中実材料から形成され、外輪郭が中空円筒状外被の内周面と対応するシリン
ダ部分が配置される。これらのシリンダ部分は冷却通路の個々のねじ条を上方に
向かって覆っている。このようにすることによって冷却通路の断面は外周で見る
とほぼ大きさが等しい。この公知の構造により、内周面が平滑な中空円筒状外周
を使用することが可能となるが、冷却通路の個々のねじ条を形成するための著し
い製造コストだけでなく、両シリンダ部分を作製するためのコストも必要となる
。
【０００６】 本発明の課題は、請求項１の前提部に記載した二軸押出機用のシリンダを改良
して、必要なコストをできるだけ少なく抑え、しかも押出室の特に均一で効果的
な温度調整を保証することである。さらに、シリンダの中空円筒状外被は、でき
るだけ汎用できなければならない。すなわち、二軸押出機の内側シリンダ部分だ
けでなく、単軸押出機にも、多軸押出機にも使用できなければならない。
【０００７】 この課題は、請求項１の特徴部に記載された特徴によって解決される。本発明
の有利な構成が、請求項２以降に記載されている。
【０００８】 本発明は、押出室を形成して押出機の二軸スクリューを包囲している、二軸押
出機のためのシリンダから出発している。シリンダは内周面が平滑に形成された
中空円筒状外被によって囲まれている。シリンダの外側には、少なくとも１つの
通路が刻設されている。この通路はシリンダの長手方向に螺旋状に延び、液相温
度調整媒体のための給排管路に接続できる。従来の同種技術は、螺旋状通路がシ
リンダの一部では別個作製されたシリンダ部分によって半径方向で閉じられ、そ
れ以外の領域では相応の閉鎖が中空円筒状外被によって行われるのとは異なり、
本発明に従って構成されたシリンダにおいては、少なくとも１つの通路が外周全
体にわたり中空円筒状外被それ自体によって閉じられている。つまり、従来の同
種技術に基づくシリンダ部分に対応するような部材は必要ない。温度調整媒体用
の通路が高速ねじ切り工程によって形成されていることにより、本発明によるシ
リンダのコストは著しく削減される。これは非常に単純な製作工程であり、工作
物を緊定して実施でき、完全に一様に延びる通路を形成できる。このことは温度
調整媒体の貫流にとって非常に有利である。これにより通路には急激な屈曲やそ
の他の流れの角は存在しない。
【０００９】 基本的にシリンダは１つの螺旋状の通路を備えている。しかし、たいていの場
合、多条ねじのように複数の通路を並列に設けることが合理的である。互いに平
行に延びる３条または４条の通路を、シリンダの外側に互いに並べて刻設するこ
とが好都合である。通路のピッチは、通常はシリンダ全長にわたり一定に保たれ
る。しかし、若干の場合には、このピッチを変えて、シリンダの長手方向軸線に
沿ったそれぞれの部分における温度調整媒体の滞留時間に影響を与えることも有
効であろう。ピッチを大きく取ると、温度調整媒体はピッチが小さい場合よりも
速く通過できる。温度調整媒体を、必要に応じて押出機の搬送方向または反対方
向に案内できる。
【００１０】 多くの場合に、通路を方形断面とすることが有利である。それぞれの通路の半
径方向における深さ、すなわちねじの深さはシリンダの外周にわたり一定である
ことができる。その利点は、押出室の肉厚も外周にわたり一定であり、したがっ
て押出室の壁を通る熱の伝達経路も外周で見て同様に一定であることである。シ
リンダの通路の個々のねじ条の配置に関して、特に断面が方形でねじの深さが一
定の通路において、通路の幅が（シリンダ長手方向で測定して）当該通路の互い
に隣接するそれぞれ２つのねじ条間のねじ山の厚さの０．７倍ないし１．２倍に
設定するのが合理的である。ねじ山は、中空円筒状外被に荷重を伝達するための
十分な支持効果を直接保証し、そのためにＤＥ−ＯＳ２０６１７００によるシリ
ンダ部分など特別の部材は必要がないように寸法設計されている。
【００１１】 本発明の実施形態において、外周で見てねじの深さが種々異なるようにした通
路形態を設けることができる。この場合、ねじの深さは、シリンダの当初の肉厚
、すなわちそれぞれ通路を刻設する前の肉厚が最小である領域で最も小さく選択
される。ねじの最大深さは、当初の肉厚が最大である領域に設けられている。ね
じの最大深さと最小深さとの移行部は、通路を作製するために用いる高速ねじ切
り法により、完全にゆるやかであり、かつ一様である。二軸押出機に対して、通
路のねじの最大深さが最小深さの約３倍ないし５倍、特に好ましくは約４倍であ
るシリンダが推奨される。この場合、方形断面とは異なる断面形状を選択し、断
面を半径方向外方に円錐状に拡大させることが合理的である。したがって、それ
ぞれの通路の幅は外方に向かって大きくなる。このことは、シリンダの長手方向
断面でそれぞれの通路の側面が互いに平行に延びておらず、角度αを包囲するこ
とを意味している。この角度αは、８度ないし１５度の範囲、特に約１０度であ
ることが好ましい。通路の断面形状が円錐形の場合は、通路の隣り合うそれぞれ
２つのねじ条間のねじ山の平均厚さを、通路の平均幅の１．５倍ないし４倍の範
囲で選択することが推奨される。平均ねじ山幅は、平均通路幅の約２．５倍であ
ることが好ましい。
【００１２】 温度調整媒体の給排管路をできるだけ簡単に実現するために、好ましくは互い
にずれて並行している複数の通路を有するシリンダにおいて、シリンダの端面側
端部の近傍領域でそれぞれ１つの環状溝をシリンダに刻設し、これに通路が開口
するようにした。この場合、温度調整媒体の給排管路に対する接続部は、中空円
筒状外被においてそれぞれ両溝のいずれか一方の領域に配置されている。このよ
うにすると溝は、個々の通路に対する分配管または管寄せの機能を発揮して、温
度調整媒体の供給は、必要に応じて供給および排出に対するそれぞれ唯一の管路
接続部で行うことができる。
【００１３】 本発明によるシリンダは、製作コストが低いほかに、高い熱交換を保証する。
なぜならば、必要に応じ通路のねじの深さに影響を与えることにより、シリンダ
壁の内部の熱の流路を減少させることができるからである。本発明においては、
個々の部材の間に分離面が設けられていることにより熱流に対する抵抗が高まる
、ということが回避される。シリンダの所定の直径で、当該シリンダを包囲する
中空円筒状外被を形成する際に、それぞれシリンダにどのような断面形状で、ど
のようなねじの深さの通路を幾つ配置するかは全く重要ではない。
【００１４】 以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】 図１には、本発明に係る押出機用シリンダの有利な実施形態が示されている。
本発明によるシリンダの全体が符号１で示されている。
【００１６】 図１に斜視図で示すシリンダ１は、二軸スクリューユニットを備えた押出機用
シリンダのものであり、それゆえ互いにかみ合う２つのスクリュー（図示しない
）のための部分的に重なる２つの孔を有している。これらの孔は一緒になって、
眼鏡状断面の押出室２を形成している。シリンダ１の左側端面の領域には当接フ
ランジ１４が配置されている。特に図３および図４で明らかなように、当接フラ
ンジ１４の直径は、シリンダ１のその他の部分の直径よりもわずかに大きい。シ
リンダ１の外側には、シリンダ１の長手方向に螺旋状に延びる通路３の多数のね
じ条が配置されており、これらのねじ条の間には、隔壁としてねじ山４がある。
【００１７】 通路３の構造は、図３ないし図５の断面図で具体的に示されている。図２の線
Ａ−Ａによる図３の軸方向断面図では、通路３はそれぞれ側壁５、６を有してい
る。これらの側壁５、６は、互いに約１０度の角度αで傾いていて、通路断面は
半径方向外方に円錐状に拡大している。通路３の個々のねじ条の間にあるねじ山
４の平均幅は、（シリンダ１の長手方向で測定して）通路３の平均幅の約２倍な
いし２．５倍である。図３の線Ｃ−Ｃによる図５に示す断面図では、合計４つの
通路３、３、３、３が存在し、シリンダ１の軸方向長さの主要部分にわたり互い
に等間隔でらせん状に延びている。さらに図５から、通路３のねじの深さ、すな
わちシリンダ１の半径方向の深さは、シリンダ１の外周全体にわたり一定ではな
く、一様に変化している。押出室２の長手方向軸線によって包絡された、シリン
ダ１の肉厚が最小となる平面の近傍領域ではねじの深さも最小であり、これをｈ 1 で示してある。これに対してそれぞれ９０度ずれた、すなわち眼鏡状孔のくさ
び形領域では、シリンダ１は最大の肉厚を有している。ここではｈ2で示した通
路３のねじの深さもそれぞれ最大である。最大値ｈ2と最小値ｈ1との間のねじの
深さの一様な変化は、通路の作製に用いる高速ねじ切り法でプロセスパラメータ
ーを相応に調整することによって生じる。図３には、側面図とねじの最大深さｈ 2 の領域の縦断面図とが示されており、図４には、これと９０度ずらした、図２
の線Ｂ−Ｂに沿った縦断面図、すなわちねじの最小深さｈ1の領域の縦断面図が
示されている。シリンダ１の外周にわたりねじの深さを変化させることによって
、押出室２と通路３との間の熱流路におけるシリンダ１の外周にわたる極端な差
を緩和することができる。合計４つの通路３が、シリンダ１の端面側端部の近傍
に配置されている環状溝７もしくは８にそれぞれ開口しており、これらの環状溝
７、８もしくは通路３を通される温度調整液の分配管もしくは管寄せの機能を有
している。
【００１８】 図６には、当接フランジ１４を備えたシリンダ１の端面の側面図が示されてい
る。図２から明らかなように、シリンダ１の両端面にはそれぞれ肉厚が最大の領
域で、図７に示すリーマボルト１５を受容するための孔が設けられている。図７
は縦断面図の半分で、シリンダ１と付属の中空円筒状外被１０とからなる完成シ
リンダ１１の組み立てを示している。端面にそれぞれ１つの接続フランジ１７、
１８を有する中空円筒状外被１０は、内周面が平滑に形成されており、当接フラ
ンジ１４の領域でのみ内径を大きくした段部を有している。この内径は、シリン
ダ１の当接フランジ１４の外径と等しいので、当接フランジ１４はこの段部に当
接でき、ストッパーのようにシリンダ１の長手方向に移動しないように保持され
る。中空円筒状外被１０の内径は、シリンダ１のねじ山４の外径に等しい。した
がってシリンダ１は「湿式ライナー」の要領で中空円筒状外被１０に埋設されて
おり、通路３の個々のねじ条は、半径方向外方に向かって閉じられている。温度
調整媒体のための供給管路１２および排出管路１３に対する、それぞれ１つの半
径方向孔が、接続フランジ１７、１８を通って、上記の環状溝７、８の領域まで
延びている。環状溝８と排出管路１３との接続は、環状溝７と供給管路１２にお
けるほど直接的ではなく、当接フランジ１４における切欠部１９を介して接続が
行われる。したがって温度調整媒体は供給管路１２を通って、分配管として機能
する環状溝７内に流入し、そこから４つのらせん状の通路３に到達できる。温度
調整媒体は通路３を貫流した後、管寄せとして機能する環状溝８内に達し、そこ
から切欠部１９と排出管路１３を通って再び完成シリンダ１１から抜き取られる
。通路３を貫流する間、温度調整媒体と押出室２との間で効果的な熱交換が行わ
れる。
【００１９】 シリンダ１が中空円筒状外被に対して相対回動できないように、当接フランジ
１４の外周領域には固定溝９が配置されている。これらの固定溝９には、接続フ
ランジ１８を貫通して半径方向に案内された相応の孔により、外からねじ込みボ
ルト１６を嵌入させることができる。接続フランジ１７、１８を介して複数の完
成シリンダ１１をセグメント状に組み立て、互いに固く接続できる。この場合、
構造的に通路を変更できない中空円筒状外被１０の場合は、押出室に沿って熱交
換の異なる要求（冷却または加熱）に最適に対応できるように、その都度異なる
シリンダ１を使用することももちろん可能である。
【００２０】 本発明のシリンダ１により非常に廉価で、しかもスクリュー押出機のプロセス
に適した温度調整に関する技術的ニーズの点で非常に効果的な解決手段が提供さ
れることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による押出機用シリンダの斜視図である。
【図２】 図１の押出機用シリンダの右側端面を示す正面図である。
【図３】 図２の線Ａ−Ａによる縦断面図を下側半分に示すとともに上側半分に右側面図
を示した図である。
【図４】 図２の線Ｂ−Ｂによる縦断面図を上側半分に示すとともに下側半分に平面図を
示した図である。
【図５】 図３の線Ｃ−Ｃによる断面図である。
【図６】 図１の押出機用シリンダの左側端面を示す背面図である。
【図７】 図１の押出機用シリンダを外被に組み付けた状態の右側面図を上側半分に示す
とともに、下側半分にその縦断面図を示した図である。
【符号の説明】
１ シリンダ ２ 押出室 ３ 通路 ４ ねじ山 ５、６ 側面 ７、８ 環状溝 ９ 固定溝 １０ 外被 １１ 完成シリンダ １２ 供給管路 １３ 排出管路 １４ 当接フランジ １５ リーマボルト １６ ねじ込みボルト １７、１８ 接続フランジ １９ 切欠部 α 側壁同士が成す角度 ｈ1 ねじの深さの最小値 ｈ2 ねじの深さの最大値

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 押出機のスクリューを包囲する押出室（２）が形成され、内
    周面が平滑な中空円筒状外被（１０）によって囲まれた押出機用シリンダであっ
    て、シリンダ（１）の外側にシリンダ（１）の長手方向に螺旋状に延びている少
    なくとも１つの通路（３）が刻設されていて、この通路（３）が液相温度調整媒
    体の給排管路（１２、１３）に接続可能であり、シリンダ（１）の外周の少なく
    とも一部にわたり中空円筒状外被（１０）によって半径方向で閉じられているよ
    うにした押出機用シリンダにおいて、 通路（３）が、ねじ切り工程によって刻設されるとともに外周全体にわたり中
    空円筒状外被（１０）によって閉じられており、通路（３）の深さは、シリンダ
    （１）の外周にわたり半径方向で変化していて、通路（３）刻設前におけるシリ
    ンダ（１）の肉厚が最大の箇所で通路（３）の深さが最大であり、かつ前記肉厚
    が最小の箇所で通路（３）の深さが最小であることを特徴とする押出機用シリン
    ダ。
  2. 【請求項２】 多条ねじのように複数の通路（３）、特に３条または４条の
    通路（３）が並列して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の押出機
    用シリンダ。
  3. 【請求項３】 通路（３）のねじ条ピッチがシリンダ（１）の長手方向で一
    定であることを特徴とする請求項１または２に記載の押出機用シリンダ。
  4. 【請求項４】 通路（３）が方形断面を有していることを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１項に記載の押出機用シリンダ。
  5. 【請求項５】 通路（３）のシリンダ（１）における長手方向の幅が、互い
    に隣接しているねじ条間のねじ山（４）の厚さの０．７倍ないし１．２倍である
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の押出機用シリンダ。
  6. 【請求項６】 通路（３）の最大深さが最小深さの約３倍ないし５倍、特に
    約４倍であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の押出機
    用シリンダ。
  7. 【請求項７】 通路（３）の幅が半径方向の外方に向かって大きくなってい
    ることを特徴とする請求項１ないし３または５ないし６のうちのいずれか１項に
    記載の押出機用シリンダ。
  8. 【請求項８】 通路（３）の両側面がなす角度は、８度ないし１５度、特に
    約１０度の角度αを包囲していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
    １項に記載の押出機用シリンダ。
  9. 【請求項９】 通路（３）の互いに隣接しているねじ条間のねじ山（４）の
    平均厚さが、通路（３）の平均幅の１．５倍ないし４倍、特に２．５倍であるこ
    とを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の押出機用シリンダ。
  10. 【請求項１０】 通路（３）がシリンダ（１）の端面側端部の近傍領域でそ
    れぞれ環状溝（７、８）に開口しており、温度調整媒体の給排管路（１２、１３
    ）に対する接続部が、それぞれ中空円筒状外被（１０）で両環状溝（７、８）の
    いずれか一方に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１
    項に記載の押出機用シリンダ。
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