JP2010247383A

JP2010247383A - ２軸異方向回転押出機

Info

Publication number: JP2010247383A
Application number: JP2009097555A
Authority: JP
Inventors: Toru Imai; 徹今井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: JP5507872B2

Abstract

【課題】シリンダー内の圧力変動を小さくした２軸異方向回転押出機を提供する。
【解決手段】スクリュー3a,3b先端に、スクリュー3a,3bと同心でかつこれと一体で回転する軸部15が設けられている。ダイヘッド6に、軸部15が嵌め入れられる軸受部8が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂等の押出成形に使用される２軸異方向回転押出機に関する。

押出機(81)として、図８に示すように、２軸スクリュー(83)がシリンダー(82)の中空部(82a)内において異方向に回転させられるもの（２軸異方向回転押出機）が知られており、合成樹脂製の押出形材などの製造によく使用されている。

図８に示す２軸異方向回転押出機(81)では、矢印で示すように、下側でスクリュー(83a)(83b)同士が噛み合い、上側でスクリュー(83a)(83b)同士が離れるように回転し、溶融した熱可塑性樹脂が、このスクリュー(83a)(83b)の回転によって先端方向に移動して、押出機(81)の先端に取り付けられた金型の中に入っていくようになっている。

特開平９−２１６２７２号公報

上記従来の２軸異方向回転押出機では、図８にＦで示す部分に傷が発生しやすいという問題があった。この原因としては、２軸スクリュー(83)の先端に近い混練部分では、スクリュー(83a)(83b)同士が噛み合う部分の下部では、溶融した熱可塑性樹脂が両側から集まり、この部分の圧力が高くなり、反対側の上部では熱可塑性樹脂が離れていき、この部分の圧力が小さくなることから、この圧力変動に伴って、スクリュー(83a)(83b)の振れが生じ、スクリュー(83a)(83b)とシリンダー(82)内面との間に設けられている間隙がそれほど大きいものではないので、シリンダー(82)の上部内面に傷が付くものと考えられる。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、シリンダー内の圧力変動を小さくした２軸異方向回転押出機を提供することにある。

この発明による２軸異方向回転押出機は、シリンダーと、シリンダーの中空部内に配されて異方向に回転させられる２軸スクリューと、シリンダーの先端に取り付けられたダイヘッドとを備えている２軸異方向回転押出機において、スクリュー先端に、スクリューと同心でかつこれと一体で回転する軸部が設けられ、ダイヘッドに、軸部が嵌め入れられる軸受部が設けられていることを特徴とするものである。

軸部および軸受部は、その軸心が対応するスクリューの軸心と一致するように、スクリューおよびダイヘッドにそれぞれ固定される。軸部と軸受部との嵌め合いは、遊嵌とされ、両者間の隙間は、例えば１０μｍ（好ましくは５〜３０μｍの範囲）に設定される。これにより、スクリューの先端部における軸心間距離の変動が抑えられ、スクリューの振れが防止される。

軸部は、スクリュー先端に一体に設けられてもよいが、軸付きキャップの形態とされて、これがスクリュー先端に着脱自在に取り付けられていることが好ましい。例えば、スクリュー先端部に、スクリューとは別部材のロート状キャップが取り付けられており、軸部は、このキャップ先端に一体に形成されているものとされる。

既存の２軸異方向回転押出機においては、各スクリューは、スプラインが設けられた軸に複数のスクリューセグメントが嵌め入れられて、スプライン軸の先端部に形成されたねじ孔にスクリューキャップがねじ合わせられている構造とされていることがあり、この場合には、スクリューキャップに代えて、スクリューキャップと同じねじ部を有しその先端部分が軸方向に突出したロート状の軸付きキャップを使用することで、既存のスクリューを変更しないでこの発明による２軸異方向回転押出機を得ることができる。

軸受部は、軸部に対応する孔がダイヘッドに形成されたもの（ダイヘッドと同じ材料）とされてもよいが、好ましくは、軸部の外径に対応する内径を有する円筒状のブッシュ（ダイヘッドと異なる材料）とされ、このブッシュがダイヘッドに設けられた有底孔に嵌め入れられて固定されているものとされる。

上記軸付きキャップは、具体的には、基端部がスクリュー先端部にねじ合わされる円柱部と、円柱部の先端に連なる先細りのテーパ部と、テーパ部の先端から軸方向にのびる軸部とからなるものとされる。軸付きキャップは、通常、一体品とされるが、軸部の先端部を別部材とすることもできる。

軸部（軸付きキャップ）および軸受部を形成する材料は、特に、限定されるものではないが、軸部の回転を軸受部で受けることから、これらのうちの少なくとも一方を固体潤滑剤分散型焼結材で形成することが好ましい。固体潤滑剤分散型焼結材は、固体潤滑剤（黒鉛、二硫化モリブデンなど）を焼結合金（青銅系、鉄系の金属母材）の組織中に粉末冶金法などによって均一に分散させたものであり、自己潤滑性（摺動性）を有しておりかつ耐熱性にも優れている。軸付きキャップは、押出材料（種々の合成樹脂）と接触するので、耐食性も要求されることがあり、この場合には、例えば、これをステンレス鋼製とし、軸受部だけを固体潤滑剤分散型焼結材製とすればよい。軸受部が固体潤滑剤分散型焼結材製とされた場合のダイヘッド本体は、鋼（例えばＳＣＭ）製とされる。

この発明の２軸異方向回転押出機は、既存のスクリューキャップに代えて軸付きキャップとするとともに、既存のダイヘッドを軸受付きダイヘッドとすることで得ることができ、他の設備変更をせずに押出成形中のスクリューの振れを防止することができる。

なお、シリンダーとダイヘッドとの間には、樹脂の流れを調整する部材（アダプタ、連結部材などと称される）が配置されることがあるが、この場合、この部材を含んだものをシリンダーとみなすものとする。軸付きキャップおよび軸受付きダイヘッド以外の２軸異方向回転押出機の構成については、従来の種々ものが使用できることはもちろんである。また、スクリューの振れが抑えられて、シリンダーの傷が防止できることから、スクリューやシリンダーの材料や表面処理を従来のものから変更することもできる。

本発明によれば、スクリュー先端に設けられた軸部がダイヘッドに設けられた軸受部によって回転支持されるので、軸方向と直交する方向へのスクリューの振れが抑えられ、これにより、シリンダー内の樹脂による圧力変動が小さくなる。圧力変動は、シリンダー内の傷の発生や押出成形品の品質に悪影響を及ぼすことから、この変動が抑えられることで、設備寿命が長くなり、押出成形品の品質も向上する。

図１は、本発明による２軸異方向回転押出機の１実施形態を示す縦断面図である。図２は、本発明による２軸異方向回転押出機におけるスクリュー先端の支持構造を示す斜視図である。図３は、本発明による２軸異方向回転押出機の軸付きキャップを示す斜視図である。図４は、本発明による２軸異方向回転押出機におけるスクリュー先端の支持構造を構成する軸付きキャップおよび軸受付きダイヘッドを示す斜視図である。図５は、本発明で実施した２軸異方向回転押出機の圧力変動調査箇所を示す図である。図６は、本発明による２軸異方向回転押出機の圧力変動状態を示すグラフである。図７は、従来の２軸異方向回転押出機の圧力変動状態を示すグラフである。図８は、従来の２軸異方向回転押出機を示す正面図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

図１から図４までに、この発明による２軸異方向回転押出機を示している。

２軸異方向回転押出機(1)は、図１に示すように、ヒーターを内蔵したシリンダー(2)と、シリンダー(2)の中空部(2a)内に配された２軸スクリュー(3)と、２軸スクリュー(3)を回転させるモータ(4)と、シリンダー(2)の基端部側に熱可塑性樹脂を供給するホッパ(5)と、シリンダー(2)の先端に取り付けられたダイヘッド(6)と、２軸スクリュー(3)の先端に取り付けられたロート状の軸付きキャップ(7)と、ダイヘッド(6)に設けられた軸受部(8)とを備えている。

軸付きキャップ(7)および軸受部(8)は、本発明の特徴部分である２軸スクリュー(3)先端部の支持機構を構成している。

２軸スクリュー(3)は、各スクリュー(3a)(3b)が図２に矢印で示す方向に回転し、下側で１対のスクリュー(3a)(3b)同士が噛み合い、上側で１対のスクリュー(3a)同士が離れるように回転する（異方向回転）のものとされている。

各軸付きキャップ(7)は、図３に拡大して示すように、基端部がスクリュー(3a)(3b)にねじ合わされている円柱部(13)と、円柱部(13)の先端に連なる先細りのテーパ部(14)と、テーパ部(14)の先端から軸方向にのびる軸部(15)とからなる。

シリンダー(2)の中空部(2a)は、１対のスクリュー(3a)(3b)を回転可能に挿入できるように、その横断面形状が各スクリュー(3a)(3b)の径よりも若干大きい２つの円（各スクリュー(3a)(3b)の回転軸の軸心を中心とする円）を重ねためがね状とされている。

ダイヘッド(6)には、反シリンダー側に開口する断面円形（各スクリュー(3a)(3b)の回転軸の軸心間の中央を中心とする円）の樹脂押出通路(11)と、シリンダー側の開口(12a)がシリンダー(2)の中空部(2a)の横断面形状（めがね状）と同じ形状で、徐々に断面積が小さくなって樹脂押出通路(11)に通じている樹脂案内通路(12)とが設けられている。ダイヘッド(6)の反シリンダー側には、パイプ、シート、プロファイルなどの押出形状に応じて製作された金型がアダプター（取付金具）を介して着脱可能に取り付けられる。

図４に示すように、軸受部(8)は、１対のスクリュー(3a)(3b)のそれぞれに設けられた軸付きキャップ(7)に対応して１対設けられている。各軸受部(8)は、固体潤滑剤分散型焼結材で形成された円筒状ブッシュとされており、樹脂押出通路(11)を挟むように配置されている。各軸受部(8)の軸心は、各スクリュー(3a)(3b)の軸心と一致させられている。

各軸付きキャップ(7)の軸心は、各スクリュー(3a)(3b)の軸心と一致させられており、これにより、ダイヘッド(6)の各軸受部(8)とも同心となり、各軸付きキャップ(7)の軸部(15)の先端部は、対応する軸受部(8)内に回転可能に嵌まり合っている。

軸部(15)と軸受部(8)との嵌め合いは、遊嵌とされており、両者間には、適宜な隙間が設けられている。この隙間は、大きすぎると、スクリュー(3a)(3b)の振れ規制効果がなくなるので、３０μｍ以下（下限は５μｍ）とされている。

上記において、ダイヘッド(6)は、軸受部(8)が設けられている（軸受付きダイヘッドとされている）点で、従来のものと相違しており、また、軸付きキャップ(7)は、既存の２軸異方向回転押出機においてスクリューセグメントを固定するのに使用されているスクリューキャップと交換されたものである。したがって、シリンダー(2)および２軸スクリュー(3)などの押出機本体部分を変更することなく、この発明による２軸異方向回転押出機(1)が得られている。なお、ダイヘッド(6)の樹脂押出通路(11)の径は、従来のものでは、スクリュー(3a)(3b)の軸心間の距離に合わせた大きさとされているが、軸受付きダイヘッド(6)では、軸受部(8)の軸心間の距離がスクリュー(3a)(3b)の軸心間の距離に対応させられるため、ダイヘッド(6)の樹脂押出通路(11)の径が軸受部(8)間の最短距離よりも小径とされている。

この発明による２軸異方向回転押出機(1)の効果を確認するために、既存設備（ねじ機能だけのスクリューキャップおよび軸受無しダイヘッド）とこの発明のもの（スクリューキャップを軸付きキャップ(7)に、軸受無しダイヘッドを軸受部(8)付きのダイヘッド(6)にそれぞれ置き換えたもの）とについて、シリンダー(2)内圧力比較実験を実施した。

シリンダー(2)内における樹脂圧力計測位置（圧力センサー設置位置）は、図５（ａ）に、Ａ，Ｂ，ＣおよびＤで示しており、Ｂがシリンダー(2)に傷が発生している箇所である。このＢの位置では、図５（ｂ）のＢ１，Ｂ２およびＢ３で示すように、２軸スクリュー(3)の下部に対応する１カ所と上部に対応する２カ所とでデータを採取した。この樹脂圧力データ採取に当たり、軸付きキャップ(7)および軸受付きダイヘッド(6)以外の使用設備（金型・押出機本体部分）および成形条件は同一とした。

図６に、この発明による２軸異方向回転押出機(1)における樹脂圧力の変化を示し、図７に、既存設備における樹脂圧力の変化を示している。

図７において、既存設備のＢ位置では、シリンダー(2)下部Ｂ２では、上部Ｂ１およびＢ３の圧力を上回っており、スクリュー回転の周期（１５ｒｐｍ）での変動が大きく、変動幅がＢ１で２〜３ＭＰａ程度、Ｂ３で４〜５ＭＰａ程度ある。

図６において、この発明による２軸異方向回転押出機(1)でも既存設備と同様に上下部間の圧力差が見られるが、上部Ｂ１およびＢ３の圧力変動幅は小さく、変動幅が１ＭＰａ程度で収まっている。すなわち、図６において、樹脂圧力の大きさは、Ｂ２＞Ｂ１＞Ｂ３の順となっており、図７においても同じ順となっているが、その変動幅の大きさが大きく相違している。

上記の計測結果によると、既存設備は、スクリュー(3a)(3b)が圧力差によってシリンダー(2)上部に押し上げられ、スクリュー(3a)(3b)のフライト部分が圧力センサー部を通過する際、樹脂層が薄くなり、スクリュー(3a)(3b)回転周期（１５ｒｐｍ）で上部の圧力変動が大きくなるものと考えられる。そして、この発明の２軸異方向回転押出機(1)によると、軸付きキャップ(7)および軸受付きダイヘッド(6)を使用してスクリュー(3a)(3b)先端部を支持することによって圧力変動を抑えることが可能であり、シリンダー(2)の傷や摩耗が抑えられて、２軸異方向回転押出機(1)の寿命を向上することができるとともに、安定した押出成形が可能となって、押出成形品の製品品質も向上する。

(1) ２軸異方向回転押出機
(2) シリンダー
(2a) 中空部
(3) ２軸スクリュー
(6) ダイヘッド
(7) 軸付きキャップ
(8) 軸受部
(15) 軸部

Claims

シリンダーと、シリンダーの中空部内に配されて異方向に回転させられる２軸スクリューと、シリンダーの先端に取り付けられたダイヘッドとを備えている２軸異方向回転押出機において、スクリュー先端に、スクリューと同心でかつこれと一体で回転する軸部が設けられ、ダイヘッドに、軸部が嵌め入れられる軸受部が設けられていることを特徴とする２軸異方向回転押出機。
スクリュー先端部に、スクリューとは別部材のロート状キャップが取り付けられており、軸部は、このキャップ先端に一体に形成されている請求項１記載の２軸異方向回転押出機。
軸部および軸受部の少なくとも一方は、固体潤滑剤分散型焼結材で形成されている請求項１または２記載の２軸異方向回転押出機