JP2009539653A - 押出機のスクリュー並びに押出機のスクリューを形成する方法 - Google Patents

Abstract

スクリュー（１１）の少なくとも１つの部分が、磨耗保護層（１３）を有し、スクリューの少なくとも１つの他の部分が、減摩層（１８）を有することが好ましい。最初に、磨耗保護層（１３）用のベッド（１２）が、固体のロッド（１１’）に形成され、次に、このベッド中に、磨耗保護層が与えられ、最後に、スクリューのねじ山間に、間隙（１４）が形成される。本発明に係われば、例えばタングステンカーバイドからなる磨耗保護層は、肉盛溶接により与えられ、また、前記間隙は、磨耗保護層に対して側方分離部分（１６,１６’）を有するように形成される。前記摩減層の形成のために、例えばモリブデンからなる摩減層が与えられるスクリューの部分のディメンションが、磨耗保護層に対して側方分離部分（１９）を与えつつ、仕様より小さく減じられる。そして、摩減層が、ディメンションが減じられた領域に与えられる。かくして、スクリューが、仕様のディメンションに形成される。

Description

本発明は、少なくとも１つの領域に磨耗保護層が与えられる押出機用のスクリューを形成するための方法であって、最初に、前記領域で、前記磨耗保護層用のベッドが固体のロッドに形成され、次に、このベッドに前記磨耗保護層が位置され、最後に、スクリューのランド間に中間スペースが形成される方法に関する。また、本発明は、特に、少なくとも１つの他の領域に摺動層が更に与えられる、スクリューを形成するための方法に関する。最後に、本発明は、また、このようなスクリューに関する。

押出機のハウジングは、高い磨耗を受ける領域が、特に磨耗保護層により被覆され得ることが、ＥＰ１６１４５０２（ＵＳ２００６/０００７７７６）からすでに知られている。これら領域は、軸方向だけでなく径方向にも限定されることができる。ＥＰ１６１４５０２に係われば、互いに反対方向に向けられた二重スクリュー押出機では、これら領域は、特に、１０時方向ないし２時方向の範囲で肝心である。

径方向に関して、押出機は、吸込ゾーン、圧縮ゾーン、非圧縮ゾーン（必要に応じて、ガスを抜くため）、並びに計量ゾーンに分けられることができる。耐磨耗材料が、圧縮ゾーン並びに計量ゾーンにのみ与えられ得ることは、ＥＰ１６１４５０２の段落２５から知られている。これは、ハウジングが２つの部分で設計される最もシンプルな形態で、可能である。

添付された図１は、このような押出機のハウジングを長手方向の断面図で示している。横断面は、ＥＰ１６１４５０２の図７のように見える。この押出機のハウジングは、フランジ（図示されず）により互いに接続された部分１，２から構成されている。これら部分１，２が互いに接続される前に、耐磨耗材料が、一方の部分２中にこれの両端部から挿入される。これら耐磨耗材料は、インサートスリーブ３，４の形態で図１に径方向に示されているが、これに限定されない。しかし、このことは重要ではなく、耐磨耗材料は、ＥＰ１６１４５０２の図３に示されているように、所定の径方向の領域にのみ存在することもできる。

前記ハウジングの部分１は、吸込ゾーン並びに事前圧縮/事前加熱ゾーン用に与えられている。ここで、材料が、ホッパ（図示されず）により供給される。前記インサート３は、（高い機械的な磨耗が生じる）圧縮ゾーンに配置されている。そして、材料は、このゾーンで溶融される。前記インサート４は、（高い化学的なストレスが生じる）計量ゾーンに配置されている。このゾーンで、スクリューは、押出機のノズルを通して押圧される一定の量の流れを確実にしている。図示されている実施形態では、非圧縮ゾーンは、インサート３，４間に位置されている。真空が、ガスを抜くために、非圧縮ゾーンにもたらされる。

前記部分１は、通常、窒化鋼で形成され、長さが例えば１．６ｍである。また、前記部分２は、長さが例えば２．４ｍであり、（非常に硬い）粉末治金鋼のインサート３，４を有している。この部分２自体は、窒化鋼で形成されることもできる。

スクリューは、通常、モリブデンでコーティングされている。このモリブデンは、窒化鋼にとって良好な摩擦関係であり、摺動層として作用するが、粉末治金鋼のインサートの領域で非常に早く磨耗してしまう。他方では、タングステンカーバイドは、粉末治金のインサートにとって良好な摩擦関係であり、磨耗保護層として作用するが、窒化鋼を早く磨耗させてしまう。（スクリューは押出機のハウジングよりも安いので、窒化鋼の領域のスクリューのタングステンカーバイドは、押出機のハウジングが頻繁に交換されなければならないので、非常に不十分な解決策である。スクリューが、磨耗して頻繁に交換され、従って、ハウジングが長持ちすれば、効果的である）。

スクリューが、図１に係わる押出機のハウジングに適するように、スクリューは、例えばＤＥ１０１６１３６３（ＷＯ２００３/０５１６１０）から知られるように、軸方向で異なるようにコーティングされなければならない。この文献の図２に係われば、最初に、螺旋形の溝部が、ロッドにフライス削りされる。次に、この溝部中に、所望の層を有するストリップが適合される。そして、熱処理が行われ、この結果、ストリップが、本体に対して硬化される。そして、中間スペースが、スクリューのランド間に形成される。最終的な効果は、スクリューのランドの表面全体が、磨耗保護層により被膜されるか、（使用されたストリップに応じた）摺動層が与えられる。

この方法は、様々な欠点を有している。１つには、硬化された接続部分が、非常に良好な接続ではないことである。従って、磨耗保護層のようなタングステンカーバイドは、通常、肉盛溶接によってスクリューに与えられ、これにより、極めて良好な接続（溶融組成(melt composite)）がもたらされる。この肉盛溶接の問題は、スクリューの材料が、溶接されるときに高く加熱され、この結果、わずかに歪められてしまうという事実にある。（回転の精度に求められる必要性は、スクリューが、数メートルの長さで、最大約０．１ｍｍだけずれるべきなので、極端に高い。）この後に、中間スペースが、スクリューのランド間に形成される場合、タングステンカーバイドの層も、強制的に、部分的に除去されなければならない。しかし、タングステンカーバイドは、非常に硬く、この除去は、切削工具が極端に早く鈍くなってしまうので、金属切削機械加工によりかろうじて可能である。

異なる領域に異なるコーティングを有するスクリューにおいて、この知られた方法には、以下のような更なる欠点がある。前記コーティングは全て、等しい厚さでなければならず、これは、また、最適ではなく、即ち、摺動層のようなモリブデンは、通常、磨耗保護層のようなタングステンカーバイド（例えば、１ｍｍ）よりも薄い厚さ（例えば、０．４ｍｍ）で与えられる。

本発明は、容易に実行され得るが、計量が非常に正しいスクリューを形成する、スクリューを形成するための方法を提供する課題を有している。更に、スクリューの一部分にのみ磨耗保護層が与えられ、他の部分に摺動層がコーティングされる方法が提供される。

このような課題は、例えばタングステンカーバイドの磨耗保護層が肉盛溶接により与えられ、中間スペースがこの磨耗保護層からスペースをあけて形成される、本発明に係わる上述のタイプの方法により解決される。

肉盛溶接は、非常に強固な溶接接続（溶融組成）を形成する。中間スペースの形成の間に、側方スペースが磨耗保護層に対して残される結果、最終的には、スクリューのランド全体が磨耗保護層によりコーティングされず、磨耗保護層が、完成したスクリューのベッド内にも位置され、かくして、側方が、スクリューの本体の材料により囲まれる。これは、スクリューが使用されるときに問題ではなく、例えばタングステンカーバイドの磨耗保護層が、側方で機械的に作用される必要がなく、これにもかかわらず、鋭角なエッジが得られるという製造上の利点を有する。

前記中間スペースの形成は、「旋回(whirling)」として設計された手順により、良好に行われる。これと共に、カッターヘッドが、製造されるスクリューの周りで移動される。これは、フライス削りよりも実質的に経済的であるが、極端に硬いコーティングは、この方法では、十分に作用されることができない。

すでに説明されたように、幾つかの押出機のハウジングは、スクリューが、異なる領域で異なるようにコーティングされる必要がある。磨耗保護層に加えて、摺動層が、また、非硬化のハウジングの領域でハウジングの磨耗を減じるようにする必要がしばしばある。例えばモリブデンのこのような摺動層は、例えば、溶射によりプラズマ方法で与えられる。かくして、本体の材料は、適度にのみ（例えば１５０℃に）上昇され、この結果、スクリューが歪む危険はない。肉盛溶接とは対照的に、この溶射の間に、溶融組成は生じないが、これにもかかわらず、接着は十分である。

摺動層が磨耗保護層に接する場所は、問題である。肉盛溶接（ＰＴＡ溶接）の結果、スクリューの基材は、例えば、タングステンカーバイドと混合され、この結果、摺動層は、この位置に良好に接着せず、簡単に剥離してしまう。更に、摺動層は、一般にかなり薄く、例えば、磨耗保護層の厚さの半分だけである。ＤＥ１０１６１３６３に与えられているような連続的なベッドは、このような理由のために、最適ではない。

この理由のために、本発明の一実施形態よれば、摺動層がスクリューの少なくとも１つの他の領域に与えられるとき、スクリューは、この他の領域、又は例えばモリブデンの摺動層が与えられる領域で、請求項１の方法の工程に従って機械切削(machined down)され、しかし、この機械切削の間に、側方スペースが、磨耗保護層に対して維持され、この後に、摺動層が、機械切削された領域に与えられ、最後に、スクリューが、理論的なサイズに形成される。

従って、ベッドは、ＤＥ１０１６１３６３とは対照的に、最初に、磨耗保護層が与えられる領域にのみ、形成される。ベッドが形成されて、中間スペースがスクリューのランド間に形成された後に、スクリューは、摺動層が与えられる領域で機械切削される。（この機械切削は、以下に説明されるように、磨耗保護層のベッドと同じ深さを有する必要のないベッドを再び形成することにより、少なくとも部分的に果たされ得る。）しかし、この機械切削は、磨耗保護層に接するまで果たされるのではなく、磨耗保護層から所定の最低限のスペース（例えば２ｍｍ）をあけて果たされる。そして、摺動層が、スクリューが機械切削された領域に与えられる。最低限のスペースが磨耗保護層に対して形成される結果、摺動層はタングステンカーバイドに接触せず、摺動層がこの位置で剥離する危険はない。更に、摺動層が側方に置かれる端部では、清掃工程があり、更に、この清掃工程が、接着を改良する。摺動層が与えられた後、スクリュー全体が、理論的なサイズに研磨される。

磨耗保護層が与えられた後と、スクリューが摺動層の適用のために機械切削される前とに、スクリューが窒化されることが、効果的である。これには２つの利点があり、一方では、窒化作用が、スクリューのフランクとスクリューの本体とのために望まれ、他方では、摺動層が、窒化された材料に接着するのが不良なことである。スクリューが窒化された後に機械切削される結果、窒化層は、摺動層が良好に接着するように、これらの位置で（かくして、スクリューのランドのヘッドで）除去される。また、摺動層は、（摺動層が望まれない）他の領域から比較的容易に除去されることができる。

また、窒化作用の変形例として、若しくは窒化作用に加えて、摺動層が与えられないスクリューの領域をマスクすることが可能である。このマスクでも、摺動層がスクリューの材料に接着するのを妨げ、このマスクは、容易に除去されることができる。

ここまで説明した方法では、摺動層は、磨耗保護層に面する前端部に鋭角を有するコーナーを備える。このようなコーナーは、スクリューが極端に高いストレスを受けたときに剥離する可能性がある。これを回避するために、この方法では、側方ランドを有するベッドは、ベッドの本体が減じられたサイズを有するように、少なくとも磨耗保護層を有する領域に隣接した領域で、摺動層用にフライス削りされることができる。このようにして、丸いコーナーを有するベッドがこの肝心な領域に与えられ（この丸みは、フライス盤の径に対応している）、更に、摺動層のコーナーは、スクリューの基材により両側部が囲まれている。

本発明に係わる上述されたタイプのスクリューは、例えばモリブデンの摺動層が、例えばタングステンカーバードの磨耗保護層に対して側方スペースを有することを特徴としている。この側方スペースは、摺動層が剥離する危険を低減している。摺動層の領域が、磨耗保護層に面した端部領域でベッドに囲まれ、丸いコーナーを有すれば、更に、効果的である。

互いに異なる領域を有する押出機のハウジングを示している。 磨耗保護層用に自動切削されたベッドを有するスクリューの本体を示している。 磨耗保護層がベッドに装着された本体を示している。 スクリューのランド間に中間スペースが形成された後の本体を示している。 スクリューが磨耗保護層近くで機械切削された後のスクリューを示している。 仕上がったスクリューを示している。 図５の変形例を示している。 図６に対応した変形例を示している。

図１に係わる押出機のハウジングは、フランジ（図示されず）により互いに接続された部分１，２からなっている。
これら２つの部分１，２が互いに接続される前に、一方の部分２中に、これの両端部から耐磨耗材料が夫々挿入される。これら耐磨耗材料は、インサートスリーブ３，４の形態で図１に示されている。

スクリューは、前記インサート３，４の領域で、磨耗保護層、例えばタングステンカーバイドによりコーティングされるが、その他の領域で、摺動層、例えばモリブデンによりコーティングされる。

このようなスクリューの製造が、図２ないし６を使用して説明される。これらの図では、スクリュー（並びにスクリューの本体）の軸方向に延びている部分は、タングステンカーバイドからモリブデンへの移行部分が位置されている場所若しくは位置されるべき場所が、示されている。

最初に、ベッド溝部(bed groove)１２が、磨耗保護層が適合される領域にのみ、スクリューの円筒形の本体１１’にフライス削りされる。そして、磨耗保護層１３が、肉盛溶接により、ベッド１２中に形成される（図３を見よ）。この肉盛溶接は、手動で果たされ得るが、かなり大きなシリーズの場合には、当然、溶接ロボットが使用されることもできる。

この肉盛溶接の間には、粗い面が生じ、比較的多量の磨耗保護層が、必要以上に与えられ、その後に、所望の仕上がりサイズに研磨される。例えば、１．５ｍｍのタングステンカーバイドが与えられ、１ｍｍに研磨される。

このことが容易に可能とされ得るために、最初に、適切な大き目のサイズ（かくして、例えば、径が＋０．５ｍｍ）のスクリュー１１を製造し、これに対応して、ベッドを比較的深く、かくして、例えば１．５ｍｍ製造することが、効果的である。そして、ベッド全体は、肉盛溶接の間に充填されることができる。
（注意：ベッド１２の深さは、図２の縮尺に合っていないが、図面を明瞭にするためにかなり大きく拡大されている。）
次に、リセス１４が、スクリューのランド１５間に形成される（図４を見よ）。これにより、スクリュー１１が、前記本体１１’から製造される。このとき、スクリューの基材の細いストリップ１６，１６’が、磨耗保護層１３の両側に夫々残るように、リセス１４と磨耗保護層１３との間にスペースが夫々形成されるべきであることに、注意すべきである。これは、磨耗保護層の磨耗が工具の深刻な磨耗をもたらすので、技術的な観点から効果的である。

スクリュー１１は、摺動層が与えられる領域１７で研磨され（図５を見よ）、この領域は（例えば、０．４ｍｍだけ）減寸される。この減寸は、摺動層の所望の厚さとちょうど同じ大きさであるべきである。尚、スペースが、磨耗保護層１３に対して残され、従って、ランド１９が形成されることに注意すべきである。

最後に、摺動層１８が、前記領域１７に与えられる（図６を見よ）。ここでも、材料は、再び、比較的多く必要以上に与えられて（例えば０．５ｍｍないし０．６ｍｍ）、所望のサイズ（例えば０．４ｍｍ）に研磨される。
理論上のサイズへの磨耗は、スクリュー全体のための最後の工程として行うことが効果的である。

図６に係わるスクリューでは、前記摺動層１８が、スクリュー１１の基材からなるランド１９により磨耗保護層１３から分離されることが、効果的である。かくして、この摺動層１８は、タングステンカーバイドと接触せず、従って、接着が、タングステンカーバイドにより悪影響を受け得ることはない。更に、摺動層１８は、ランド１９から軸方向にずれて位置され、これでも、接着を改良している。

図７並びに８は、図５並びに６の変形例を示している。図６に係わるスクリューでは、鋭角を有するコーナー２０が、問題となり得る。このようなコーナーは、容易に剥離してしまう。従って、図７に係われば、最初に、ベッド１７’が、このベッドの本体が所望の減じられたサイズを有するように、フライス削りされる（例えば、スクリューの外周の半分より多く）。側方のランド２１は、そのまま残され、丸いコーナー２０’が、（フライス盤の径により）必ず生じる。この結果、摺動層１８でさえ、スクリューの基材により囲まれ、かつこの方法で剥離が非常に良好に防止される丸いコーナー２０’を有する（図８を見よ）。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの領域に磨耗保護層（１３）を有する、押出機のスクリュー（１１）を形成するための方法であって、最初に、前記領域で、磨耗保護層（１３）用のベッド（１２）が固体のロッド（１１’）に形成され、次に、前記磨耗保護層（１３）が、前記ベッド内に位置され、最後に、スクリューのランド（１５）間に中間スペース（１４）が形成される方法において、例えばタングステンカーバイドの前記磨耗保護層（１３）は、肉盛溶接により与えられ、前記中間スペース（１４）は、前記磨耗保護層（１３）から離間して形成されることを特徴とする方法。
2. 摺動層（１８）が、前記スクリュー（１１）の少なくとも１つの他の領域に与えられるとき、このスクリュー（１１）は、請求項１の方法の全ての工程の後に、前記他の領域か、例えばモリブデンの摺動層が与えられる領域で機械切削され、しかし、この機械切削の間に、側方スペース（１９）が、前記磨耗保護層に対して維持され、この後に、前記摺動層が、減じられたサイズの前記領域（１７）に与えられ、最後に、スクリュー（１１）が、理論的なサイズに形成されることを特徴とする請求項１の方法。
3. スクリューは、請求項１の方法の全ての工程と請求項２の方法の工程との間に、窒化されることを特徴とする請求項２の方法。
4. 前記摺動層が与えられない前記スクリューの領域は、請求項２の方法の全ての工程の前に、マスクされることを特徴とする請求項２又は３の方法。
5. 側方のランド（２１）を有するベッド（１７’）が、このベッド（１７’）の本体が減じられたサイズを有するように、少なくとも前記磨耗保護層（１３）を有する領域に続く領域で、前記摺動層（１８）用にフライス削りされることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１の方法。
6. 少なくとも１つの領域に磨耗保護層（１３）を有し、少なくとも１つの他の領域に摺動層が与えられている押出機のスクリューにおいて、例えばモリブデンの前記摺動層（１８）は、例えばタングステンカーバイドの前記磨耗保護層（１３）から、スペース（１９）をあけて設定されていることを特徴とする押出機のスクリュー。
7. 前記摺動層（１８）の領域は、前記磨耗保護層（１３）に面した端部領域で、ベッド（１７’）に囲まれ、丸いコーナー（２０’）を有していることを特徴とする請求項６のスクリュー。

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