JP2004262177A - 2軸混練押出機用スクリュ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スクリュの横断面図において、仮想線で示されている一般形状のスクリュの回転方向側の先端角部eから反回転方向側の先端角部fに向かってチップ幅の長さの20〜90%の長さの箇所に第1接触点Aを定めるとともに、その回転方向側の先端角部eからスクリュ溝底部に対応する点cに向かってチップ高さの20〜100%の長さの箇所に第2接触点Bを定め、それらの接触点A,Bを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、一般形状のスクリュから回転方向側の先端角部e近辺を除去した横断面形状とする。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂などの固体材料を可塑化混練して押し出す2軸混練押出機に用いられるスクリュに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
2軸混練押出機は、シリンダ内に並列して設けられた2本のスクリュにより、固体材料を移送し、溶融・混練するようにしたものである。通常、そのスクリュには、主としてフルフライトスクリュからなる送り部と、ロータスクリュやニーディングディスクスクリュなどからなる混練部とが設けられる。
【0003】
従来のそのような2軸混練押出機のスクリュは、その回転軸線に直交する垂直面に沿って切断した横断面図で見ると、図1に示されているように、隣接するスクリュ溝底部に対応する2点c,dを結ぶ線分cdの中点Mと、スクリュ先端の二つの角部e,fを結ぶ線分efの中点Nとを通る直線Lに関して左右対称の形状を有するものとされていた。
本明細書では、そのような横断面形状を有するスクリュを「一般形状のスクリュ」と呼ぶこととする。
なお、図1に示されているようなスクリュにおいて、一般に、スクリュ先端の二つの角部e,fを結ぶ線分efの長さは「チップ幅」と呼ばれ、線分cdの中点Mと線分efの中点Nとの間の長さは「チップ高さ」と呼ばれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、2軸混練押出機においては、材料は、主として混練部において、スクリュとスクリュとの間、あるいはスクリュとシリンダとの間に挟まれて、回転するスクリュにより剪断応力が加えられることによって溶融・混練されるのであるが、そのとき同時に圧縮もされるので、材料には高い圧力が発生する。特に、スクリュの噛み合い部においては、左右のスクリュの先端が接近する際に、瞬間的に材料が高圧縮されるので、材料圧力が非常に高くなることがある。その材料圧力の反力は、スクリュの回転軸線に直交する方向の力としてスクリュに加えられる。そのために、スクリュがシリンダの内壁に接触して、スクリュ及びシリンダが摩耗する、という問題がある。
前述したような従来の一般形状のスクリュでは、このような問題は避けられないこととなっていた。
【0005】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、2軸混練押出機において、スクリュとシリンダとの摩耗の原因となる過大な材料圧力の発生が軽減されるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明では、スクリュの回転方向側の先端角部近辺を削り、スクリュの横断面形状が、隣接するスクリュ溝底部に対応する2点を結ぶ線分の中点と、スクリュ先端の二つの角部を結ぶ線分の中点とを通る直線に関して左右非対称となるようにしている。その切削は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の20〜90%の長さの箇所に位置する第1切削点と、回転方向側の先端角部からスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの20〜100%の長さの箇所に位置する第2切削点とを滑らかにつなぐ曲線に沿って行う。
【0007】
このように構成することにより、例えばスクリュの噛み合い部において左右のスクリュの先端が接近するときにも、その間には隙間が形成されるので、材料が圧縮されることによって発生する圧力はその隙間から逃げることになる。その結果、材料に剪断応力を加える際に発生する材料圧力が低下して、スクリュに加わる反力が低減される。
第1切削点の位置を、回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の20%以下の箇所とすると、左右のスクリュの先端が接近するときにその間に形成される隙間の幅が十分な大きさとはならないので、効果が得られない。一方、その位置をチップ幅の90%以上の箇所とすると、スクリュの先端部が尖りすぎとなってしまうので、適当でない。また、第2切削点の位置を、回転方向側の先端角部からスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの20%以下の箇所とすると、左右のスクリュの先端が接近するときに第2切削点の近傍において材料が挟み付けられることになるので、十分な効果は得られない。そこで、それらの切削点の位置は上述の範囲とされる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図中、図2は本発明による2軸混練押出機のスクリュの一例を示す平面図であり、図3はそのスクリュの横断面図である。
【0009】
図2から明らかなように、このスクリュ1,1は、主として混練部に用いられる2条のロータスクリュである。そのスクリュ1の回転軸線O−Oに直交する垂直面に沿って切断した横断面は、図3に示されているように、左右非対称な形状とされている。すなわち、仮想線で示されている一般形状のスクリュの横断面図において、その回転方向側の先端角部eと反回転方向側の先端角部fとの間の1点を第1切削点A、回転方向側の先端角部eと同側のスクリュ溝底部に対応する点cとの間の1点を第2切削点Bとするとき、それらの切削点A,Bを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、その回転方向側の先端角部e近辺を除去した横断面形状である。
第1切削点Aの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部eから反回転方向側の先端角部fに向かってチップ幅の20〜90%の長さの箇所とされ、第2切削点Bの位置は、同じく一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部eからスクリュ溝底部に対応する点cに向かってチップ高さの20〜100%の長さの箇所とされる。
【0010】
このような横断面形状のスクリュ1,1を用いた2軸混練押出機においては、図4に示されているように、シリンダ2内のスクリュ噛み合い部3において左右のスクリュ1,1の先端が接近するときにも、その間には十分な大きさの隙間4が形成されることになる。したがって、スクリュ1,1の先端間に材料が挟まれて圧縮されることにより発生する圧力は、その隙間4から逃げる。その結果、発生する材料圧力が低下して、スクリュ1,1に加わる反力が低減され、スクリュ1とシリンダ2との接触による摩耗が防止される。
しかも、材料は、回転するスクリュ1,1によって攪拌され、剪断応力を受けるので、その混練は十分に行われる。
【0011】
【実施例】
実際に上述のような左右非対称形状のスクリュを製作し、それを用いて固体樹脂材料であるポリプロピレン(PP)の混練を行った。製作上の都合から、そのスクリュはニーディングディスクスクリュとした。そのスクリュの第1切削点Aの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部eから反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の70%の長さの箇所とし、第2切削点Bの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部eからスクリュ溝底部に対応する点cに向かってチップ高さの60%の長さの箇所とした。使用した混練押出機は、株式会社日本製鋼所製の2軸混練押出機「TEX65αII」である。
比較のために、従来の一般形状のスクリュ(ニーディングディスクスクリュ)を用いて同じ条件で同じ材料の混練を行った。
そして、図4に符号5で示されている位置に圧力センサを取り付け、それぞれの場合におけるスクリュ噛み合い部3での最大樹脂圧力を測定した。
【0012】
表1は、その混練条件と測定結果とを示すものである。
【表1】
この測定結果から、本発明によるスクリュを用いると、従来の一般形状のスクリュを用いた場合よりも、スクリュ噛み合い部での最大圧力が35%程度低下することがわかる。したがって、スクリュに加わる反力が低減され、スクリュとシリンダとの摩耗が大幅に抑制されると予測される。
【0013】
なお、以上の説明では、スクリュとしては2条のものを例に挙げて説明したが、本発明は、それに限られることなく、1条のスクリュにも、また、3条以上のスクリュにも適用することができるものである。また、図4には、スクリュ1,1が同方向に回転するものとして示されているが、本発明は、異方向に回転する2軸混練押出機のスクリュに適用することもでき、その場合にも、同様の効果を得ることができる。
更に、本発明は、上述のような混練部に用いられるロータスクリュやニーディングディスクスクリュのほか、主として送り部に用いられるフルフライトスクリュにも適用することができる。そのようにフルフライトスクリュに適用すれば、送り部における不要な混練を低減させる、という効果をも期待することができる。
【0014】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、2軸混練押出機用のスクリュを、その回転方向側の先端角部近辺を除去した形状とするようにしているので、スクリュの回転に伴って発生する材料圧力を低減させることができる。したがって、スクリュに加わる材料圧力の反力が低下し、過大な反力によりスクリュがシリンダ内壁に接触してそれらが摩耗する、ということが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の一般形状のスクリュの横断面形状を説明するための説明図である。
【図2】本発明による2軸混練押出機用スクリュの一例を示す平面図である。
【図3】図2のスクリュの横断面図である。
【図4】本発明によるスクリュを用いた2軸混練押出機の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 スクリュ
2 シリンダ
3 スクリュ噛み合い部
4 隙間
A 第1切削点
B 第2切削点
c,d 一般形状のスクリュの横断面図におけるスクリュ溝底部に対応する点
e 一般形状のスクリュの回転方向側の先端角部
f スクリュの反回転方向側の先端角部
L 線分cdの中点と線分efの中点とを通る直線
M 線分cdの中点
N 線分efの中点
O−O スクリュの回転軸線
Claims (1)
- 回転軸線に直交する垂直面に沿って切断したスクリュの横断面図で見て、隣接するスクリュ溝底部に対応する2点を結ぶ線分の中点と、スクリュ先端の二つの角部を結ぶ線分の中点とを通る直線に関して左右対称の横断面形状を有するスクリュを一般形状のスクリュとするとき、
その一般形状のスクリュを、その横断面図における回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の20〜90%の長さの箇所に位置する第1切削点と、回転方向側の先端角部から同側のスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの20〜100%の長さの箇所に位置する第2切削点とを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、前記一般形状のスクリュから回転方向側の先端角部近辺を除去した横断面形状を有することを特徴とする、
2軸混練押出機用スクリュ。
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