JP2009023286A - ニーディングスクリュ - Google Patents

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誠 東定
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正通 石橋
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/57Screws provided with kneading disc-like elements, e.g. with oval-shaped elements

Abstract

【課題】本発明は、1段目ディスクの位相角をずらせることにより、1段目と最後段のディスクを接合した時の合計ディスク幅の一部を狭くし、局部圧力及び発熱を防止することを目的とする。
【解決手段】本発明によるニーディングスクリュは、各スクリュピース(2)の1段目ディスク(2a)の長手方向軸(G)のスクリュ駆動軸(6)に対する位相角を15°〜90°の範囲でずらせた角度位置とすることにより、1段目ディスク(2a)と最後段ディスク(2e)を接合した場合の合計ディスク幅(Wa)の一部を狭くした構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ニーディングスクリュに関し、特に、1枚目ディスクの位相角を15°から90°ずらせた位置から始めることにより、各スクリュピースを接合させた場合の互いに接合する1段目ディスクと最後段ディスクの合計ディスク幅の一部を狭くすることにより、ディスク幅の広がりを防ぎ、スクリュ駆動軸への負荷低減、品質の向上、圧力及び発熱の防止等を得るための新規な改良に関する。
一般に、合成樹脂原料は、合成樹脂としての物性あるいは特性の均質化及び改質を行い、あるいは添加材料等を加えて新たな機能特性を付与するために、スクリュ式二軸混練押出機による加工処理が行われている。このような加工処理が行われるスクリュ式二軸混練押出機において、2本のスクリュは、通常、各部の機能に応じた形状のスクリュピースを組合わせて構成され、例えば、特許文献1〜特許文献3に示されるように、その主要部である混練部を構成する混練用スクリュピースとして、混練機能に優れたニーディングディスクスクリュピースが必要に応じて組込まれている。
すなわち、図3において、符号1で示されるものはスクリュ式二軸混練押出機のシリンダへ回転可能に内挿されるスクリュであり、複数個(図3では4個)のスクリュピース2により構成される混練部3、その上流側(図3では左側)に配置される上流側輸送スクリュピース4及び下流側(図3では右側)に配置される下流側輸送スクリュピース5により構成されるスクリュ駆動軸6の構成が示されている。前述のスクリュ式二軸混練押出機では、同一構成の2本スクリュ1が噛合い状態あるいは非噛合い状態で平行に並べて前記シリンダ内へ挿入され、相互に同方向あるいは異方向へ回転駆動される。
前記各スクリュピース2は、図4及び図5に示されるように、同一形状の5枚のディスクすなわち1段目ディスクである第1ディスク2a、第2ディスク2b、第3ディスク2c、第4ディスク2d及び第5ディスク2eを重ね合わせて一体として構成されている。それぞれのディスク2a〜2eは、ほぼ楕円形の薄板部材であり、楕円形の長手方向軸Gの中心において薄板部材に鉛直な厚み方向の直線をスクリュ軸芯Xとし、その両端がスクリュ軸芯Xを中心とする円弧状に形成されてフライトチップTが形成され、貫通孔Hがスクリュ軸芯X方向へ形成されている。尚、図示のスクリュ駆動軸6は、前記貫通孔H内を貫通して設けられている。
同一形状の5枚の前記ディスク2a〜2eで構成されるニーディングディスクとしてのスクリュピース2は、図4で示されるように、それぞれのディスク2a〜2eがスクリュ軸芯Xを中心としてその周りに所定角度ずつ順次回転して互いにずらせて重ね合わせられている。
前述のように、重ね合わせられたディスク2a〜2eがスクリュ軸芯Xの周りに、例えば、4等分された45度ずつ順次回転して配置され、スクリュピース2として一体化されている。
このように構成される複数個の前記スクリュピース2は、図3から図5に示すように、スクリュ軸芯Xを一致させて連続して配置され、スクリュ1の混練部3を構成している。その際、複数個のスクリュピース2が、スクリュ軸芯Xに対する回転位置を揃えて、すなわち、それぞれのスクリュピース2の1段目ディスクである第1ディスク2aが前記スクリュ駆動軸6に対してその回転方向を一致(図4の0°に一致)させて重なるように、配置されている。
特開2006−142715号公報 特開2006−150936号公報 特開2004−262177号公報
従来の二軸混練押出機用のニーディングスクリュは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、複数個のスクリュピースにより構成される混練部において、合成樹脂原料が局部的に高圧力状態となり、スクリュ10などの機械的負荷の増大、合成樹脂原料の部分的な物性変化(劣化)あるいは添加物質の凝集などによる製品品質の劣化を起こすことがあった。
すなわち、同一形状の複数枚のディスクで構成されるスクリュピースは、両端のディスクの長手方向軸が重なり、ディスク自体が重なり合うように構成され、各スクリュピースの隣接部において、1段目ディスク2aと隣りのスクリュピース2の最後段ディスク2eが図5のように重合し、2倍の厚さのディスクとなり、高圧力が発生していた。
従って、図6に示すように、同一運転条件において、ディスクの厚みWすなわちフライトチップTのスクリュ軸芯X方向長さの差異により、各ディスクのフライトチップTとシリンダの内孔壁との間の隙間で混練されて流動する合成樹脂原料の圧力pが大きく異なる。すなわち、図6のA〜Cにおいて、細い実線で示されるδ=0.4mmの場合、W=4.4mmではpが約6.5MPa、W=8.8mmではpが約9.3MPa、W=13.2mmではpが約11.1MPaとなる。また、同一の厚みのディスクにおいて、ディスクのフライトチップTとシリンダの内孔壁との間の間隔δの差異により、隙間で混練されて流動する合成樹脂原料の圧力pが大きく異なる。
すなわち、複数個のスクリュピースが連続的に配置して構成される混練部において、隣接部の対面する端部のディスク全体が重なり合い、2倍の厚みのディスク(図5で示す)が配置されている状態では、フライトチップTのスクリュ軸芯X方向距離が2倍となる。その結果、スクリュピースの隣接部において、混練される合成樹脂原料に、局部的にその他のディスク部分よりも高い圧力(図6に示すδ=0.4mmの場合の例では、約1.4倍)が発生していた。
従来はこのような構成でも問題視はされていなかったが、近年原料構成が複雑になり、高い分散性の要求、および、高吐出力により、高い機械安定性(信頼性)が必要となっていた。
本発明によるニーディングスクリュは、等間隔の複数個所に円弧状のフライトチップが形成された同一形状の複数枚のディスクが重ね合わせられ、前記各ディスクの長手方向軸がスクリュ駆動軸のスクリュ軸芯の周りに所定角度間隔でずらせて配置されて一体化されてなる複数のスクリュピースを前記スクリュ駆動軸上に互いに接合させて直列配置するニーディングスクリュにおいて、前記各スクリュピースの前記各ディスクのうち、1段目ディスクの前記長手方向軸の前記スクリュ駆動軸に対する位相角を15°〜90°の範囲でずらせた角度位置とすると共に、最後段ディスクの前記長手方向軸の位相角を前記スクリュ駆動軸の0°位置とし、互いに接合した前記各スクリュピースの前記1段目ディスクと最後段ディスクによる軸方向の合計ディスク幅の一部を狭くする構成であり、また、前記スクリュピースの各ディスクは、2〜6枚よりなる構成であり、また、前記各ディスク幅は、L/D(長さ/径)で0.1D〜0.5Dである構成である。
本発明によるニーディングスクリュは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、複数のディスクからなるスクリュピースの1枚目のディスクの位相角を15°〜90°の範囲でずらせた角度位置から始めるように設定しているため、複数のスクリュピースを直列配置した場合、互いに接合する各スクリュピースの1枚目と最後段のディスクの接合時のディスク幅の一部を狭くすることができ、シリンダとの間に一部空隙ができるため、局部圧力の発生を従来よりも低減させることができる。
また、前述の効果により、従来よりも30〜40%もシリンダ内部圧力を低減することができ、凝集体の発生防止による樹脂品質の向上、局部発熱の防止による樹脂温度の低下、混練時のエネルギーの低減化等を達成することができる。
本発明は、1枚目ディスクの位相角を15°から90°ずらせた位置から始めることにより、各スクリュピースを接合させた場合の互いに接合する1段目ディスクと最後段ディスクの合計ディスク幅の一部を狭くすることにより、ディスク幅の広がりを防ぎ、スクリュ駆動軸への負荷低減、品質の向上、局部発熱の防止等を得るようにしたニーディングスクリュを提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明によるニーディングスクリュの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付し、その説明は省略すると共に、従来と異なる部分についてのみ説明する。
すなわち、前記スクリュピース2は、所定のディスク幅Wを有する4個の第1〜第4ディスク2a〜2eで構成され、第1ディスクである1段目ディスク2aは、その長手方向軸Gの前記スクリュ駆動軸6に対する位相角を図1のように45°として0°からずらせた角度位置とすると共に、第4ディスクである最後段ディスク2eの前記長手方向軸Gのスクリュ駆動軸6に対する位相角を図1のように0°位置としている。
尚、他の各ディスク2c、2dは45°間隔で互いに位相角をずらせた状態で配設されている。
従って、前述の図1の構成によるスクリュピース2をスクリュ駆動軸6上に複数個直列に配設した場合、理解を容易とするために、最後段ディスク2eは、従来及び本発明のスクリュピース2とも同じ0°位置、すなわち、180°位置であるため、図2に示される従来のスクリュピースの最後段ディスク2eに対して本発明のスクリュピース2の1段目ディスク2aを接合させると、各ディスク2eと2aを合計した合計ディスク幅Waの一部は空隙aが形成され、図示しないシリンダの内壁との間に空隙aが存在し、従来、発生していた局部的なシリンダ内圧による圧力上昇を、1段目ディスク2aの取付角度の変更のみで避けることができる。
尚、前述の1段目ディスク2aの位相角は、図1の45°に限ることなく、実験の結果、15°から90°位が好適である。
尚、各ディスク2a〜2eの数は、4枚に限らず、4枚以外の2〜6枚とすることができる。また、前記ディスク幅Wは、周知のL/D(長さ/径)で0.1D〜0.5Dが好適であった。
本発明によるニーディングスクリュのスクリュピースを示す軸方向正面図である。 従来と本発明のスクリュピースを接合して組合わせた状態を示す側面図である。 従来のスクリュを示す構成図である。 従来のニーディングスクリュのスクリュピースを示す軸方向正面図である。 従来のスクリュピースを示す側面図である。 ディスク幅によるシリンダ内圧力を示す特性図である。
符号の説明
1 スクリュ
2 スクリュピース
2a 第1ディスク(1段目ディスク)
2c、2d 第2、第3ディスク
2e 第4ディスク(最後段ディスク)
G 長手方向軸
Wa 合計ディスク幅
3 混練部(ニーディングスクリュ)
6 スクリュ駆動軸
T フライトチップ
6 スクリュ駆動軸
W ディスク幅

Claims (3)

  1. 等間隔の複数個所に円弧状のフライトチップ(T)が形成された同一形状の複数枚のディスク(2a,2c,2d,2e)が重ね合わせられ、前記各ディスク(2a,2c,2d,2e)の長手方向軸(G)がスクリュ駆動軸(6)のスクリュ軸芯(X)の周りに所定角度間隔でずらせて配置されて一体化されてなる複数のスクリュピース(2)を前記スクリュ駆動軸(6)上に互いに接合させて直列配置するニーディングスクリュにおいて、
    前記各スクリュピース(6)の前記各ディスク(2a,2c,2d,2e)のうち、1段目ディスク(2a)の前記長手方向軸(G)の前記スクリュ駆動軸(6)に対する位相角を15°〜90°の範囲でずらせた角度位置とすると共に、最後段ディスク(2e)の前記長手方向軸(G)の位相角を前記スクリュ駆動軸(6)の0°位置とし、互いに接合した前記各スクリュピース(2)の前記1段目ディスク(2a)と最後段ディスク(2e)による軸方向の合計ディスク幅(Wa)の一部を狭くすることを特徴とするニーディングスクリュ。
  2. 前記スクリュピースの各ディスクは、2〜6枚よりなることを特徴とする請求項1記載のニーディングスクリュ。
  3. 前記各ディスク幅(W)は、L/D(長さ/径)で0.1D〜0.5Dであることを特徴とする請求項1又は2記載のニーディングスクリュ。
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