JP2009531199A - スクリューエレメント - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの混練ユニット（２）を有するスクリュー軸を備えた可塑化ユニットと共に使用するためのスクリューエレメント、特に混練エレメント（１）であって、混練ユニットが共通の軸例えばスクリュー軸例えばスクリュー軸上に配置可能であって、前記混練ユニットが所定の幾何学形状を有しており、特に両移行な可塑化及び減少された機械的な負荷に関連して、互いに相前後して配置された少なくとも２つの混練ユニットの幾何学形状が異なっている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載したスクリューエレメントに関する。

スクリュー押出機又は射出成形機において設けられているような可塑化ユニットでプラスチックを処理する場合、種々異なる方法（処理若しくはプロセス）が用いられる。このような方法のうちの１つは、コンパウンディング（混成）である。つまり、充填材又は補強材の混合、塗料又は顔料の処理、種々異なる材料例えばプラスチック又はエラストマーの混合、反応性プロセス等である。すべての方法は、同方向又は逆方向で回転するスクリューを有する２軸又はそれ以上の軸を柚須得る押出機によって行われる。可塑性材料を溶融させるために、スクリューによって剪断エネルギーが材料内にもたらされる。スクリューはいわゆる複数のスクリューエレメントを有しており、これらのスクリューエレメントは、しばしば多条スクリューとして構成されている。

特別なスクリューエレメントはいわゆる混練エレメント（混練ブロック;Knetblockとも称呼されている）である。このような混練エレメントは、螺旋状の複数のスクリュー部又は、所定の幾何学形状を有する、処理方向で相前後して配置された複数の混練ユニットより成っている。公知の混練エレメントにおいては、混練ユニットの幾何学形状は、特にその幅及びその外径及び内径が同じであって、可塑化ユニットの大きさに従って、つまり押出機又は射出成形機の可塑化ユニットの大きさに従って選定されている。

駆動装置、伝動装置及びスクリュー軸を介する、機械的エネルギーの損失は、例えば処理しようとするプラスチックのエンタルピーに関連して、使用されたスクリュー構造の種類によって規定される。使用されたスクリュー構造の型式は、システム構成とも称呼される。システム構成は、例えば混練ブロック及びその他のスクリューエレメントの型式及び数が異なっている。

特に、単数又は複数の第１の混練エレメントの直前で、並びに直ぐ上で、スクリューエレメントの幾何学形状に応じてエネルギーの主な変換が行われる。このようなエネルギーの主な変換は、剪断によって発生する。この場合、主に、スクリューの回転数及びひいては混練ユニットの（角）速度が、混練ユニットと押出機ケーシングとの間のギャップ、並びに２軸式スクリュー押出機においては、三角隅壁領域の混練ユニット、混練エレメントの歯列面が規定されている。これらの値から、剪断速度も剪断応力も算出することができる。剪断応力を介して、可塑化しようとする材料の溶融が得られる。溶融の際に、スクリューエレメント及びその軸／ハブ結合部のための最大の機械的負荷が得られる。

このような混練エレメントは、ドイツ連邦共和国実用新案登録第８２３２５８５号明細書により公知である。この公知のスクリューエレメントは個別の混練ユニットを有しており、これらの混練ユニットは個別に１つの混練エレメントにまとめられる。この場合、混練ユニットは同じ幾何学形状を有している。

ドイツ連邦共和国特許公開第１００５０２９５号明細書によれば、充填材と混合されるエラストマーを処理及び／又は加工するための、少なくとも２つの軸を有する多軸式押出機について記載されている。これら２つの軸は、搬送方向で見て、充填ゾーンと、素練りゾーン（Mastifizierzone）と、分散ゾーン（Dispergierzone）とを有している。この場合、素練り区分も分散区分も、混練ディスクを有しており、この混練ディスクの最大直径は、製造方向で増大又は減少している。

特開２００４−２０２８７１号公報の要約によれば、混練押出機用のスクリューについて記載されており、この混練押出機用のスクリューは、フィード部と押出部との間に混練部を有しており、この混練部の混練ディスクは、搬送方向に連続的に次第に大きくなる直径を有している。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９９５０９１７号明細書によれば、良好な混合作用が得られ、しかも温度上昇の損失ができるだけ少ない所定のスクリューエレメントを備えた２軸式スクリュー押出機について開示されている。この場合、明細書には、単にスクリューエレメントが連続的なリード角（ねじれ；Verdrehung）を有しているか、又はピッチが無限である（ねじれなし）か又は角度が所定にずらされて配置されている（いわゆる混練ブロック）、幅の可変なディスクにも、スクリューエレメントを設けることが、という点について言及されているだけである。

そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式のスクリューエレメントを改良して、処理しようとする材料を良好に可塑化することができ、しかもスクリューエレメントの機械的な負荷が減少されるようなものを提供することである。

この課題は、請求項１に記載した特徴を有するスクリューエレメントによって解決された。

本発明のスクリューエレメントによれば、互いに相前後して配置された少なくとも２つの混練ユニットの幾何学形状が異なっており、この場合、混練ユニットの幅は処理方向（Verfahrensrichtung）で次第に増大している。

従って、少なくとも２つの混練ユニットの幅は異なっていてよい。これによって、剪断ギャップは影響を受け、剪断面が変えられる。同様に、混練ユニットの直径が変化する場合（以下に説明されている）におけるように、これは単数又は複数の互いに相前後するスクリューエレメント内で行われる。混練ユニット又はスクリュー部は、スクリューエレメントの幅全体に亘って一貫して同じ幅を有してはいない。しかも、混練ユニット又はスクリュー部の区分も、一貫して同じ直径を有してはいない。スクリューエレメントは、スクリュー内のエレメントの数とは無関係である。これによって、ディスクの幅とウエブの幅との可変性は、複数のスクリューエレメントに亘っている。従ってスクリューエレメントは長さとは無関係である。

混練ユニットは処理方向で次第に増大している。これによって、可塑化しようとする材料の剪断も処理方向で増大する。処理方向として、可塑化しようとする、かつ／又は可塑化された材料がほぼ搬送される可塑化ユニットの方向性が規定される。しかしながら混練ユニットの幅の可変性の連続は、常に増大させる必要はなく、部分的には同じであってよい。

スクリューエレメントの機械的な負荷が減少され、しかも良好な可塑化を得るために、混練ユニットの同じ幾何学形状の公知の形状とは異なっていてよいことが分かる。混練ユニットにおいて種々異なる形状を選択すれば、つまり異なる幅を選択すれば、剪断及び機械的な負荷の導入をコントロールし、かつそれぞれの処理を最適化することが可能である。

本発明によるスクリューエレメントは、多くの可塑化ユニット及び異なる処理に使用することができる。本発明による混練エレメントは、２軸式又は多軸式の、同回転方向又は逆回転方向で回転する可塑化ユニットにおいて考えることができる。スクリューエレメントが単条又は多条に構成されていて、螺旋状の混練部より成っているか、又は一体的に構成されていて、又は互いにルーズに結合された混練ユニットより成っていてもよい。混練ユニットは、可塑化ユニットの大きさ及びそれぞれの処理の課題に基づいて選択される。従って、混練エレメントの本発明による構成は、機械の大きさ及びスクリューエレメントの直径とは無関係である。さらにまた、スクリューエレメントは、軸／ハブ結合の型式、並びにスクリューエレメントの機能状態とは無関係である。さらにまた、スクリューエレメントは、どのような種類の、可塑化しようとする材料も使用することができ、Ｄａ／Ｄｉ比並びにスクリューの回転方向とは無関係である。

特に有利な形式で、混練ユニット幾何学形状は、可塑化しようとする材料の剪断が連続的に得られるように、構成されている。これは、剪断の導入が大規模に突然行われるのではなく、滑動的に例えば次第に増大するように行われる、という点で特に有利である。機械的には、このような実施態様は特に有利である。何故ならば、エレメントの負荷は、全長に亘って次第に膨張するというよりはむしろ、局所的な上腕状の狭く限定された領域で行われるからである。

前述のように、少なくとも２つの混練ユニットの直径も異なっていてよい。これによって、混練ユニットと押出機との間に形成される剪断ギャップは、処理方向で大きく又は小さく構成される。有利な形式で、各混練ユニット又は混練ユニットの区分の直径は、処理方向で次第に大きくなる。この場合、混練ユニット並びに相前後して配置された混練エレメントは、一貫して異なる直径を有していてよい。

しかしながら、直径の連続は、必ずしも次第に大きくなるように構成されなくてもよく、部分的に同じであるか又は小さくてもよい。この場合、直径の可変性は、種々異なるスクリューエレメントに亘っている。

処理方向で見て混練ユニットの直径が大きくなる場合、エラストマーの機械的な負荷は、より長い区分に亘って次第に大きくなるように行われる。混練ユニットの直径の可変性の連続は、常に大きくなるようにする必要はなく、部分的に同じであるか又は減少している。

これによって幾何学形状の可変性は、スクリューエレメントの前及び内部における剪断速度の展開に直接的な影響を及ぼし、またエレメントの機械的な負荷の展開に直接的な影響を及ぼす。さらに、混練ユニットのＤａ／Ｄｉ比は、本発明によるスクリューエレメントにおいて一定であるか、又は変化する。

有利な実施態様によれば、少なくとも２つの混練ユニットの直径及び幅は、異なっていてよい。これによって、剪断ギャップの特に大きい可変性が得られる。このようにして構成されたスクリューエレメントは、同様に、種々異なる処理の課題に特に良好に適合可能である。

剪断の特に良好な導入の枠内で、及び剪断エレメントの測定された負荷に関連して、混練ユニットの直径も幅も、処理方向で次第に増大するようになっていてよい。

本発明の有利な実施例及び実施態様の種々異なる可能性が考えられる。このために、請求項１に続く従属請求項、及び以下の図面を用いた本発明の混練エレメントの有利な実施例の説明が参照される。図面に示した、本発明による混練エレメントの有利な実施例の説明を用いて、以下に本発明の有利な実施例及び実施態様について説明する。

図１は、可変な直径を有する混練エレメントの実施例の概略的な平面図、
図２は、可変な直径を有する混練エレメントの、図１に示した実施例の概略的な側面図、
図３は、混練ユニットの可変な幅を有する本発明の１実施例による混練エレメントの概略的な平面図、
図４は、図３に示した、混練ユニットの可変な幅を有する本発明の１実施例による混練エレメントの概略的な側面図である。

図示の実施例では、スクリューエレメントは混練エレメント１である。この混練エレメント１は、図示していないスクリュー軸を備えた同様に図示していない可塑化ユニットに使用するためのものである。

混練ユニット１は複数の混練ユニット２より構成されており、これらの混練ユニット２は、図示の実施例では互いに堅固に結合されている。混練ユニット２は、１つの共通の軸上に配置することができる。このために、混練ユニット２は歯列を有しており、この歯列は、スクリュー軸に形成された歯列と噛み合い、それによって混練エレメントはスクリュー軸にほぼ相対回動不能に固定される。混練ユニット１２は、２つの直径Ｄ_ｉ及びＤ_ａによって、つまり直径Ｄ_１若しくはＤ_２，Ｄ_３又はＤ_４によって規定された幾何学形状を有している。

この場合、相前後して配置された２つの混練ユニット２の幾何学形状は異なっている。図１に示した混練エレメントにおいては、外径Ｄａが処理方向で増大している。つまり、この実施例では最小の直径Ｄ_１を有する混練ユニット２が飼料ゾーンの方向で最も近い所に配置されていて、外径Ｄ_４を有する混練ディスク２が、搬出ゾーンの方向で最も遠くに配置されている。つまり、図示の実施例では、外径Ｄ_４は外径Ｄ_３よりも大きく、外径Ｄ_３は外径Ｄ_２よりも大きい。外径Ｄ１は外径Ｄ２よりも小さい。即ちＤ_１＜Ｄ_２＜Ｄ_３＜Ｄ_４である。この場合、混練エレメント１の内径Ｄ_ｉは一定である。どのような構成においても、内径Ｄｉが相応に、又は外径Ｄａとは異なって可変であることが考えられる。

図２は、図１に示した混練エレメント１の概略的な側面図を示す。この実施例の混練エレメント１は全幅Ｂを有している。混練ユニット２自体は幅ｂを有している。

図３は、可変なウエブ幅を備えた本発明による混練エレメントを示す。つまり混練ユニット２は異なる幅ｂを有している。この実施例では、直径比Ｄ_ａ／Ｄ_ｉは一定である。さらに、外径Ｄａが同様に一定であることを考慮する必要がある。混練ユニット２の幅ｂは、処理方向で次第に減少している。これによって、混練エレメント１の幅Ｂに亘っての材料の剪断は高められる。この具体的な実施例では、この混練エレメント１において飼料ゾーンに向かう方向で最も近くに配置された混練入ニット２の幅ｂ_１は、幅ｂ_２よりも小さい。また幅ｂ２は幅ｂ３よりも小さい。隣の混練ユニット２のはｂ４は、すぐ前の混練ユニット２の幅ｂ３よりも大きい。また、この混練エレメント２に関連して搬出ゾーンの方向で最も遠い位置に配置された混練ユニット２の幅ｂ５は、幅ｂ４よりも大きい。つまりｂ１＜ｂ２＜ｂ３＜ｂ４である。

その他の詳細については、繰り返しの説明を避けるために共通の説明を参照されたい。

以上記載した実施例は、本発明の詳細を説明するためだけのものであって、本発明の図示の実施例に限定されるものではない。

可変な直径を有する混練エレメントの実施例の概略的な平面図である。 可変な直径を有する混練エレメントの、図１に示した実施例の概略的な側面図である。 混練ユニットの可変な幅を有する本発明の１実施例による混練エレメントの概略的な平面図である。 図３に示した、混練ユニットの可変な幅を有する本発明の１実施例による混練エレメントの概略的な側面図である。

Claims (3)

1. １つのスクリュー軸を有する可塑化ユニットに使用するためのスクリューエレメント、殊に混練エレメント（１）であって、少なくとも２つの混練ユニット（２）を有しており、
   前記混練ユニット（２）が１つの共通の軸例えばスクリュー軸上に配置可能であって、
   前記混練ユニット（２）が所定の幾何学形状を有しており、
   互いに相前後して配置された少なくとも２つの混練ユニット（２）の幾何学形状が異なっている形式のものにおいて、
   前記混練ユニット（２）の幅（ｂ）が処理方向で次第に増大していることを特徴とする、スクリューエレメント。
2. 少なくとも２つの前記混練ユニット（２）の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）が異なっている、請求項１記載のスクリューエレメント。
3. 前記混練ユニット（２）の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）が処理方向で次第に増大している、請求項２記載のスクリューエレメント。

Images