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

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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