JP2006021534A - 二軸押出機ハウジング又はハウジング部分の製造方法及び同ハウジング又はハウジング部分 - Google Patents
二軸押出機ハウジング又はハウジング部分の製造方法及び同ハウジング又はハウジング部分 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】
二軸押出機のハウジング又はハウジング部分において、高摩耗性の硬化領域を簡単かつ高信頼性をもって、更にはより少い製造コストにより形成する。
【解決手段】
二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を製造する方法において、(a)ハウジングの少くとも軸線方向部分を最終的に形成することとなる本体部分の中実の横断面において、かつ、スクリュー孔に形成されるべき所定の厚みを有する硬化部分に対応して、軸線方向に伸びる複数の補助孔をそれぞれの前記スクリュー孔について設ける工程、次いで(b)前記本体部分内にそれぞれの前記複数の補助孔と部分的に重複するようにそれぞれの前記スクリュー孔を設ける工程及び(c)前記補助孔の部分に所定の厚みを有する硬化部分を設けるために、硬化材を前記補助孔内に充填することにより、前記本体部分の前記スクリュー孔の領域に硬化層を適用する工程を備える。
【選択図】 図3
二軸押出機のハウジング又はハウジング部分において、高摩耗性の硬化領域を簡単かつ高信頼性をもって、更にはより少い製造コストにより形成する。
【解決手段】
二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を製造する方法において、(a)ハウジングの少くとも軸線方向部分を最終的に形成することとなる本体部分の中実の横断面において、かつ、スクリュー孔に形成されるべき所定の厚みを有する硬化部分に対応して、軸線方向に伸びる複数の補助孔をそれぞれの前記スクリュー孔について設ける工程、次いで(b)前記本体部分内にそれぞれの前記複数の補助孔と部分的に重複するようにそれぞれの前記スクリュー孔を設ける工程及び(c)前記補助孔の部分に所定の厚みを有する硬化部分を設けるために、硬化材を前記補助孔内に充填することにより、前記本体部分の前記スクリュー孔の領域に硬化層を適用する工程を備える。
【選択図】 図3
Description
本発明は、互いに部分的に重複する一対のスクリュー孔を有して、前記スクリュー孔の選択された部分に所定の厚みを有する硬化部分が形成される型式の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分の製造方法に関する。また本発明は、このような方法により製造された二軸押出機のハウジング又はハウジング部分に関する。
二軸押出機並びにそのハウジングの構成については、押出機の分野では既に広く知られている。即ち、二軸押出機のハウジング内には、一対のスクリュー孔がハウジング又はハウジング部分の長さに沿って延在するように設けられ、それぞれのスクリュー孔内に配された押出機スクリューが回転することによって、押出材料が押進められ、スクリュー先端部に配されたダイ(口金)を通って押出される。
ここにいうハウジング部分なる語は、押出機ハウジングの軸線方向に伸びる各部分を意味し、1つのハウジング部分は他のハウジング部分に軸線を合わせて結合されることによって全体のハウジングを形成することができる。即ち、ハウジングは、実質的に押出機の全長さに亘って伸びる1つの部材としてのハウジングとすることができ、また複数のハウジング部分が軸方向に互いに結合された組合せハウジングとすることもできる。組合せハウジングの場合には、各ハウジング部分の端部に例えばフランジを設け、隣接するハウジング部分のフランジ同志を例えばボルトにより結合するようにして1つのハウジングとすることができる。
通常ハウジング又はハウジング部分におけるスクリュー孔の内壁には、少くともその高摩耗部分において材料を硬化させることが行われる。硬化処理としては、肌焼き、窒化、熱処理等を実施することができ、これによりスクリュー孔の半径方向外方に所定の深さにおいて材料を硬化させることができる。
本発明においてハウジングという場合は、特に別途明記しない限り、例えば1つの部材で形成された全体のハウジングを意味するのみならず、互いに結合されて1つのハウジングを形成するハウジング部分を意味する場合も含まれる。
二軸押出機を含む押出機のハウジングは、例えば熱処理可能な窒化鋼で構成することができる。この場合、ハウジングにおいて機械加工により最終寸法のスクリュー孔を形成し、次いでこのハウジングを熱処理することにより必要な耐摩耗性を得ることができる。
しかしながら、二軸押出機のハウジングの場合は、この方法は必ずしも有利ではない。何故ならば、摩耗深さがほんの0.1mm程度の場合でも、窒化物の硬化層が消耗されてしまい、その下方にあるより軟かい材料部分が急速に摩耗してしまうからである。この場合、ハウジング又はハウジング部分はもはや再生することができず、取替えが必要となる。
この問題を克服する1つの技術として、押出機のハウジングにおいてスクリュー孔をスクリューの収納に必要とされるサイズよりも大きく作ることが行われる。次いで、例えば10mm厚の耐摩耗性材料で作られたスリーブ部材をライニングのためにスクリュー孔に挿入することができる。このスリーブ部材は摩耗した場合、これを取替えることができる。しかしながら、この場合にも伝熱に関わる問題が生じる。即ち、スリーブ部材はハウジング内に圧入されるだけであるため、ライニングをなすスリーブ部材とハウジングとの間の熱伝導に抵抗が生じる。
上記とは異なるいくつかの硬化方法が公開されている。例えば独国特許10 048 870 C2に記載されたものでは、スクリュー孔内に中実又は中空の核を導入し、この核とハウジングとの間に形成される隙間に金属/炭化物粉末の混合物を充填し、HIP(熱間静水圧圧縮成形)法によってこの混合物の粒子をハウジングに一体に接合させる。HIP法では、粉末状のHIP材が1000バール超の圧力、約1250℃以上の温度において圧縮成形される。このためHIP法では、金属のハウジングを使用し、これを溶接によりこのような高温に耐え得る密閉されたカプセル状に仕上げることが必要となる。この金属のカプセルにHIP材を充填し、高い真空とする。HIP材としては、粉末冶金で使用される金属合金とすることができるが、その合金成分は溶解性の原則や相状態図の関係に支配されないようなものである。HIP処理された材料部分は、硬化された層を形成し、偏析がなく、かつ、微粒化された等方性微結晶構造を有する。
金属/炭化物粉末混合物及びそれに類似する機能材は、相当高価であり、この既知の方法において、各スクリュー孔の全内壁面をこのような高価な材料で被覆、硬化させることは不利である。
また、独国特許29 913 316 U1(特にその図5)においても、冒頭に記載した型式の二軸押出機のハウジングが開示されている。この文献に紹介された考え方は、各スクリュー孔の所定の角度範囲、即ち、摩耗が最も大きいと考えられる領域、のみに耐摩耗性材料を適用するというものである。標準的な二軸押出機においては、このような領域は、ハウジング又はハウジング部分の軸線を横切る横断面において左側のスクリュー孔については10時から12時の領域、また右側のスクリュー孔については12時から2時の領域とすることができる。この文献における耐摩耗性材料はインサートの形態に作られ、これがスクリュー孔内にセットされる。
米国特許5,752,770では、スクリュー孔の周縁部分における耐摩耗性材料の層をこのスクリュー孔の他の部分と同一面に結合するものが開示されている。
これらの既知の技術においては、いずれもハウジングの製造において種々の困難がある。即ち、例えば独国特許29 913 316 U1では、インサート部材を別に製造しなければならず、かつ、そのセッティングのために締付けボルトによってこのインサート部材をハウジングの溝内に取付けることが必要である。一方では押出機のハウジングの全長さにおいて溝を形成することに困難性がある上に、他方では締付けボルトによる取付けが押出機内の極大の力に曝されて劣化し、信頼性が失われる。米国特許5,752,770においても、溶接することが提案されているが、押出機スクリューを収納する比較的薄肉の長いスクリュー孔に溶接を実施することは簡単ではなく、確実な溶接を実施するには問題がある。
従って、本発明は、冒頭に記載された型式の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分の製造方法において、所定の厚みを有する硬化部分を選択的に設け、接合を容易かつ信頼性高く実施できる利点を有し、従来技術の問題点を解消できるように改良された方法を提供することを主たる課題とする。
また、本発明は、耐摩耗性が高く、簡単かつ経済的に製造することができ、従って製造面、信頼性及び簡便性において利点を有し、従来技術の問題点を解消するように改良された二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を提供することを更なる課題とする。
上述の課題は、冒頭に記載された型式の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を製造する方法において、本発明による次の工程を備えることによって達成される;即ち、(a)ハウジングの少くとも軸線方向部分を最終的に形成することとなる前記ハウジングの本体部分の中実の横断面において、かつ、スクリュー孔に形成されるべき所定の厚みを有する硬化部分に対応して、軸線方向に伸びる複数の補助孔をそれぞれの前記スクリュー孔について設ける工程、次いで(b)前記本体部分内にそれぞれの前記複数の補助孔と部分的に重複するようにそれぞれの前記スクリュー孔を設ける工程及び(c)前記補助孔の部分に前記所定の厚みを有する硬化部分を設けるために、硬化材を前記補助孔内に充填することにより、前記本体部分の前記スクリュー孔の領域に硬化層を適用する工程。
硬化層は、拡散接合により、特にHIP(熱間静水圧圧縮成形)により、スクリュー孔の壁に適用することができる。硬化層を適用された本体部分は、それ自体がハウジングを形成することができ、又はボルト締め等によりハウジングを形成する少くとも1つの他の軸方向部分に結合することのできるハウジングの軸方向部分とすることができる。上記の方法の工程(c)において、スクリュー孔に挿入される核を用いて、この核と本体部分との間に硬化層を形成することが可能である。核は管状部材とし、硬化層を形成後この管状部材をドリルで穿孔し、排出することができる。又は、核は、スクリュー孔に挿入する前にその表面に硬化層に接着しない反結合性コーティング又は層を適用しておき、これによって硬化層の形成後核を引出すことができるようにしておく。この場合のコーティングはセラミックとすることができる。
硬化層の材料は、固体の部材として導入することもできるが、特にHIP法を適用する場合は、粉末の形態で採用することができる。更に本発明の方法では、互いに部分的に重複する複数の補助孔を1つのグループとする複数の補助孔グループを形成することが有利である。補助孔には、スクリュー孔を本体部分内に形成する前に、又は硬化層をスクリュー孔の壁に適用する時に、硬化層の材料を満たすことができる。
従って本発明の方法においては、先ずハウジング又はハウジング部分の中実の横断面において複数の補助孔を形成する。これらの補助孔は、互いに部分的に重複するように、かつ、各スクリュー孔の外周縁に沿う位置に設けられる。次いで、ハウジング又はハウジング部分内にスクリュー孔を形成し、かつ、補助孔の領域に、好ましくは拡散接合法により、特にHIP法により、硬化層を適用する。
従って、従来の技術におけるように先ずスクリュー孔を形成し次いでその中に凹部を設けるのではなく、本発明では先ずスクリュー孔の外周縁となる位置に沿って補助孔を形成する。これにより補助孔は後にスクリュー孔が形成された場合に、自動的にスクリュー孔の壁の凹部を形成することとなり、この凹部に硬化層を受入れ又は硬化層を形成する材料を受入れ、拡散接合法、特にHIP法を実施することができる。
上述の補助孔を形成する場合に、これらの補助孔はハウジング又はハウジング部分の中実の本体部分内に、ドリルによる穿孔、又は切削、その他の方法によって設けることができる。また、硬化層をハウジング又はハウジング部分の限定された軸方向長さにおいてのみ適用すればよい場合には、補助孔は必ずしもハウジング又はハウジング部分の全長さにおいて設けることは必要とされない。
好ましくは、スクリュー孔をハウジング又はハウジング部分内に形成する前に、機能層、即ち、上記の硬化材の層、を補助孔内に形成しておく。
この場合は、先ず補助孔を中実の本体部分又はハウジング部分内に形成し、これらの補助孔内にHIP材を適用し、HIP法を実施してこれを固化させる。次いで、ハウジング又はハウジング部分内にスクリュー孔を、好ましくは補助孔と部分的に重複するように、形成する。当然ながら、HIP材が完全に硬化する前にスクリュー孔を設けることが有利である。さもなければ、硬化した材料によって穿孔工具が変形する危険が生じる。このような危険の回避のために、穿孔工具を案内するパイロット孔を設け、このパイロット孔を通してスクリュー孔を引抜き加工するようにすれば、HIP材が完全に硬化した後にスクリュー孔を形成することができる。
また別の方法として、補助孔とスクリュー孔を形成し、スクリュー孔に核を挿入するようにすることも可能である。次いで、核とハウジング又はハウジング部分との間に硬化された層を形成することができる。核をスクリュー孔内に正しくセットし、硬化材を補助孔の領域に満たす。また、核の外径をスクリュー孔の内径よりも若干小さく形成することにより、核とスクリュー孔との間に形成される隙間に硬化材を満たすことができる。これによって、各スクリュー孔の全内壁面に適用され、かつ、補助孔の領域において他の領域におけるよりも硬化材の厚みが大きくされた硬化材のライニングを形成することができる。
核としては管状部材を用いることが有利である。これにより、核を形成する材料を少くすることができる。また、核をいわゆる消滅核として設ける場合には、本発明の好ましい実施の形態として、この核の全体をドリルにより穿孔して排出することが可能である。
更に核には、核をスクリュー孔に挿入する前に、例えばセラミックのコーティングを施しておき、スクリュー孔のライニングを形成する硬化材がHIP法により硬化された後、このコーティングされた核を引出すようにすることも可能である。このような核のコーティングは、硬化層に接着することがなく、また核の引出しの時にコーティングが損傷しても再コーティングを実施して次の使用に供することができるので有利である。
本発明による二軸押出機のハウジング又はハウジング部分において、前記本体部分に設けられる補助孔は、前記ハウジング又はハウジング部分の軸線を横切る横断面において、前記スクリュー孔の一方の横断面では10時と12時の間の区間において、また前記スクリュー孔の他方の横断面では12時と2時の間の区間において設けることができる。
上述のような方法により製造される二軸押出機のハウジング又はハウジング部分も本発明の一部である。本発明による二軸押出機のハウジング又はハウジング部分は、スクリュー孔が形成された本体部分において、前記スクリュー孔の外周縁の少くとも円弧部分に沿って硬化領域が形成され、かつ、前記硬化領域は前記本体部分に拡散接合された硬化層として設けられてなることを特徴とする。こうして、硬化領域は少くとも摩耗が最も大きい領域のみに選択的に設けることができ、かつ、硬化領域は本体部分に拡散接合により硬化層として設けられるので、この硬化層とハウジング又はハウジング部分との間には少い硬化材により著しく満足のいく結合部を形成することができる。
二軸押出機のハウジング又はハウジング部分において、従来技術では必要な部分に必要な耐摩耗性領域を設けることに種々の問題があったが、本発明の方法によれば、ハウジング又はハウジング部分において中実の横断面の所定部分に、スクリュー孔の形成に先立って補助孔を設け、この部分を所定の厚みを有する硬化領域とすることができる。これにより、信頼性の高い硬化領域を有する二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を簡単かつより少い製造コストにより得ることが可能となる。
また、硬化領域の形成において、中実又は中空の核を用いることにより、所定の硬化領域をより簡単かつ確実に形成することが可能となる。
上述の本発明の課題、特徴及び利点は、添付の図を参照する以下の記述により、より明白に説明される。
本発明による二軸押出機は、軸線方向に伸びるハウジングの各部分がそれぞれ異なる機能を実施するように取扱うことが可能である。これらの部分は、互いに分離可能又は分離不能とすることができ、また、分離された本体部分として構成することができる。機能を異にする各部分とは、特に押出す合成樹脂材に関わる圧縮部、減圧部及び計量部である。圧縮部では、ハウジング又はハウジング部分に相当大きな摩耗が発生する。減圧部は、例えば合成樹脂材のガス抜きを実施する部分であり、この減圧部の摩耗は比較的小さい。先端に押出ノズルを有する計量部では、摩耗は再び大きくなる。本発明は、押出機ハウジングに沿った摩耗の大きな領域にはいずれの領域にも適用可能である。押出機ハウジングを物理的に分割できる各部分は、これらの機能部分に対応させることも可能であり、又は対応させない、即ち、これらの機能部分よりもより長く又はより短かくすることも可能である。ハウジングが複数のハウジング部分に分割される場合は、これらのハウジング部分の各々の端部にフランジを設け、近隣の複数のハウジング部分を通るボルトによって各フランジ部を結合し1つのハウジングを形成することができる。
図1において、例えば計量部としてのハウジング部分1は、その本体部分を窒化鋼で構成することができる。このハウジング部分1には、先ず本発明による複数の補助孔2が設けられる。これらの補助孔2は互いに噛合い状に部分的に重複するように並べて配置され、かつ、次いで形成されるそれぞれのスクリュー孔の外周縁に対応する区間部分に設けられる。補助孔2は、ハウジング部分1の本体部分内を軸線方向に伸びるように、また同本体部分の長さより短かく設けることができ、ハウジング部分1の全長さに亘って設けることは必ずしも必要とされない。計量部の場合には、補助孔2は、後に押出ノズルが取付けられるハウジング端からドリルで加工することができ、その長さ(深さ)は、計量部に隣接する減圧部における対向端の手前までとすることができる。
補助孔2に、例えば炭素鋼、炭化物粉末、等のHIP材を充填し(図2)、HIP法を実施する。HIP材としての炭素鋼が未だ軟かい状態である間に、ハウジング部分1の本体部分内にスクリュー孔3を形成し(図3)、次いで熱処理によって炭素鋼を硬化させる。図3は、ハウジング部分1の完成した状態を示している。
補助孔2内のHIP材の硬度がその周辺の材料よりも非常に高く、穿孔工具の変形なしにスクリュー孔3をその最終サイズに加工することが難しい場合は、より小さな径のパイロット孔4を形成し(図4)、次いでこのパイロット孔4を引抜き穿孔工具で拡大し、最終のスクリュー孔3を形成することができる。
炭化物をコーティングしたスクリュー又はウォームを使用する場合は、スクリュー孔の壁を硬化させるコーティングを実施することが望まれる。この場合は、複数の補助孔2を形成し、次いで2つのスクリュー孔3を形成する(図5)。次いでスクリュー孔3の各々に核5(5’)を挿入し、スクリュー孔3に向って開口する半割状の補助孔2内に硬化材を充填する(図6)。ここでHIP法を実施し、補助孔2内の材料を硬化させる。
核5(5’)にセラミックのコーティングを施しておくことにより、核5(5’)をハウジング部分1の本体部分から引出し、これにより図3に示す最終形態が実現される。
核5(5’)を引出すことができない時は、ドリルにより核5(5’)を穿孔除去し、これによって補助孔2内の硬化された材料を損傷させないようにする。
別の方法として、核5(5’)の代りに図7に示すような管状部材(5)を使用し、これによって穿孔除去やその他の手段による引出しを簡単化することができる。
図8は、スクリュー孔3の内径よりも小さな外径を有する核を用いてハウジング部分1を加工する例を示す。図8において核は既に除去されている。即ち、スクリュー孔3の内径よりも小さな外径を有する核の外面と各スクリュー孔3の全内壁面との間に硬化材の層をライニングする。この層は補助孔2内の硬化材と一体をなすように形成される。この状態でHIP法を実施する。この場合は、スクリュー孔3の内壁面が硬化材により完全にライニングされると共に、溝、即ち、複数の補助孔2の領域には他の領域におけるよりもより大きな厚みを有する硬化層が形成される。
1 ハウジング部分
2 補助孔
3 スクリュー孔
4 パイロット孔
5、5’ 核
2 補助孔
3 スクリュー孔
4 パイロット孔
5、5’ 核
Claims (18)
- 互いに部分的に重複する一対のスクリュー孔を有して、前記スクリュー孔には半径方向外方の選択された部分に所定の厚みを有する硬化部分が形成される型式の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分を製造する方法において、(a)前記ハウジングの少くとも軸線方向部分を最終的に形成することとなる前記ハウジングの本体部分の中実の横断面において、かつ、前記スクリュー孔に形成されるべき所定の厚みを有する硬化部分に対応して、軸線方向に伸びる複数の補助孔をそれぞれの前記スクリュー孔について設ける工程、次いで(b)前記本体部分内にそれぞれの前記複数の補助孔と部分的に重複するようにそれぞれの前記スクリュー孔を設ける工程及び(c)前記補助孔の部分に前記所定の厚みを有する硬化部分を設けるために、硬化材を前記補助孔内に充填することにより、前記本体部分の前記スクリュー孔の領域に硬化層を適用する工程を備えてなることを特徴とする方法。
- 前記硬化層は、拡散接合により前記スクリュー孔の全内壁面に適用してなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記硬化層は、HIP(熱間静水圧圧縮成形)により前記スクリュー孔の全内壁面に適用してなることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記本体部分は、前記ハウジングの1つの軸線方向部分であり、少くとも1つの他の軸線方向部分に結合されて前記ハウジングを形成するようにしてなることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記本体部分は、前記スクリュー孔の全長さに亘って伸びて前記ハウジングの全体を形成する1つの部材でなることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 請求項1の工程(c)において、前記スクリュー孔内に核を挿入し、前記核と前記本体部分との間に形成される隙間に前記硬化層を形成するようにしてなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記核は管状部材として形成されてなることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記硬化層を形成後、前記核をドリルにより穿孔、排出する工程を更に備えてなることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記核を前記スクリュー孔内に挿入する前に、前記核に前記硬化層に接着しない層をコーティングし、前記硬化層を形成後、前記本体部分から前記核を引出す工程を更に備えてなることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記硬化層をHIPにより形成し、かつ、前記核にコーティングされた層はセラミックでなることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 前記硬化層の材料は、粉末の形態において又は固体の部材として導入されてなることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記それぞれの複数の補助孔における各補助孔は、互いに部分的に重複するように設けられてなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記補助孔は、前記スクリュー孔が前記本体部分内に形成される前に、前記硬化層の材料を充填されてなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記補助孔は、前記硬化層が前記スクリュー孔の内壁面に適用される時、前記硬化層の材料を充填されてなることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 互いに部分的に重複する2つのスクリュー孔を有して、前記スクリュー孔には半径方向外方の選択された部分に所定の厚みを有する硬化部分が形成される型式の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分であって、前記ハウジング又はハウジング部分は前記スクリュー孔が形成された本体部分を有してなるものにおいて、前記本体部分に前記スクリュー孔の外周縁の少くとも円弧部分に沿って硬化領域が形成され、かつ、前記硬化領域は前記本体部分に拡散接合された硬化層として設けられてなることを特徴とする二軸押出機のハウジング又はハウジング部分。
- 前記本体部分には、それぞれの前記スクリュー孔に部分的に重複して配されて軸線方向に伸びるそれぞれの複数の補助孔が形成され、かつ、前記補助孔には、それぞれの前記スクリュー孔の円弧部分に対応する位置においてそれぞれの硬化層を形成する材料が充填されるようにしてなることを特徴とする請求項15記載の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分。
- 前記それぞれの複数の補助孔における各補助孔は、互いに部分的に重複するように設けられてなることを特徴とする請求項16記載の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分。
- 前記補助孔は、前記スクリュー孔の一方の横断面において10時と12時の間の区間において、また前記スクリュー孔の他方の横断面において12時と2時の間の区間において設けられてなることを特徴とする請求項17記載の二軸押出機のハウジング又はハウジング部分。
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