JP2013123841A - 混練用セグメント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】混練用セグメント10Aは、内部が空洞とされたバレル2に回転自在に収容される一対の混練スクリュのそれぞれに設けられて、当該混練スクリュとともに同方向に回転してバレル2内に供給される材料を混練するものであって、径外側に向かって突出する混練フライト11Aを少なくとも2条有し、バレル2の空洞の半径rに対する谷径aの比を0.6以下とする。
【選択図】図2
Description
混練スクリュは様々な種類のセグメントを複数備えており、各セグメントは、セグメントの中心を貫通するスプライン軸に固定されている。例えばロータセグメントやニーディングディスクセグメントなどの混練用セグメントにスクリュセグメントを組み合わせることで製品用途に合わせて様々な材料を混練できるようになっている。
特許文献1には、上述の要求を満たすための二軸押出機のスクリュが開示されている。
特許文献1に開示の同方向噛合型二軸押出機スクリュは、基部から先端にかけてフィード部、混練部、次いでポンピング部で構成される同方向噛合型二軸押出機スクリュにおいて、スクリュ谷径と相手スクリュの外径との噛合い隙間ΔSが一定のとき、スクリュ外径d0とスクリュ谷径diの比d0/diが1.65〜1.85および1.45〜1.63の混練用スクリュを組み合わせたことを特徴とするものである。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、伸長度合いの高い流れを増大させる混練用セグメントを提供することを目的とする。
本発明の混練用セグメントは、内部が空洞とされたバレルに回転自在に収容される一対の混練スクリュ(混練ロータ)のそれぞれに設けられて、当該混練スクリュとともに同方向に回転して前記バレル内に供給される材料を混練する混練用セグメントであって、径外側に向かって突出する混練フライトを少なくとも2条有し、前記バレルの空洞の半径に対する谷径の比を0.6以下とすることを特徴とする。
また、好ましくは、前記混練用フライトは、前記混練スクリュの軸方向に沿って連続的に螺旋状に形成されると共に、前記混練スクリュの軸垂直方向に切断したときに一定形状の断面を有するとよい。
以下、本発明の第1実施形態による混練用セグメント10A及び2軸押出機1を、図面に基づき詳しく説明する。
図1(a)及び図1(b)に示すように、本発明の2軸押出機1は、内部が空洞となったバレル2と、バレル2内部の空洞に収容される混練ロータ(混練スクリュ)3とを有している。このバレル2の内部には、混練ロータ3を収容可能な円通孔4が平行に2つ並んで穿孔されて、空洞が形成されている。2つの円通孔4,4は、その内壁面の一部同士が互いに重なり合うようになっており、一方の円通孔4から他方に材料を移動可能となっている。これら2つの円通孔4,4のそれぞれには混練ロータ3が挿通されており、この押出機は混練ロータ3を合計で2軸有する2軸押出機となっている。
なお、以下の説明において、図1(a)の紙面の左側を2軸押出機1を説明する際の上流側とし、紙面の右側を下流側とする。また、図1(a)の紙面の左右方向を、2軸押出機1を説明する際の軸方向といい、さらに、軸方向に対して垂直な方向を軸垂直方向という。
図2に示すように、ロータセグメント10Aは、スプライン軸6に固定された状態において、軸垂直方向に切断したときの断面が略楕円形状(ラグビーボール形状)となるように形成された柱状の部材である。よってロータセグメント10Aの外観形状は、凸面によって構成されている。
図2に示す略楕円形状の断面において、略楕円形状の長軸の長さを長径としたときの長径の半分を、ロータセグメント10Aの外径と呼んで符号cで表す。また、略楕円形状の短軸の長さを短径としたときの短径の半分を、ロータセグメント10Aの谷径と呼んで符号aで表す。長軸と短軸の交点は符号dで表されており、ロータセグメント10Aの軸心であると共に、スプライン軸6の軸心でもある。ロータセグメント10Aの谷径aをバレル2の円通孔4の内壁面まで延長したときの距離、すなわち、谷径aの延長線上におけるロータセグメント10Aの表面から円通孔4の内壁面までの距離を符号bで表し、バレル2の円通孔4の半径を符号rで表すと、半径rは、谷径aと距離bの和(r=a+b)で表される。
ロータセグメント10Aは、上述の断面形状を有する柱状の部材であるので、軸方向に沿ったいずれの位置において軸垂直方向に切断したときの断面も、上で説明した断面と同様の形状となる。しかし、ロータセグメント10Aの表面には、2条の混練フライト11A,11Aがドリルの刃のように螺旋状に形成されている。つまり、2条の混練フライト11A,11Aが軸方向に沿って連続的にねじれて螺旋状に形成されているため、ロータセグメント10Aは、ドリルの刃のような外観形状を有している。ただし、一つのロータセグメント10Aの表面に形成された混練フライト11Aは、ドリルの刃のように、軸方向に沿って軸心dを中心に複数回転(例えば、360°や720°)ねじれるものではない。混練フライト11Aのねじれは、例えば、0°〜180°程度である。
ここで、ロータセグメント10Aの外径cは、円通孔4の半径rよりもバレル2と混練フライト11Aのクリアランス分だけ短いが、このクリアランスは、半径rに対して非常に小さなものである、よって、外径cが半径rにほぼ等しいとすれば、ロータセグメント10Aは、上述のような断面形状において、外径cに対する谷径aの比(a/c)を0.6以下(a/c≦0.6)とすることを特徴とするともいえる。
図2に示すように、一対の混練ロータ3,3の混練部7,7のそれぞれは、軸垂直方向に切断したときのロータセグメント10A,10Aのそれぞれの断面における各長径が、互いに略垂直となるように噛み合わされる。これによって、一対の混練ロータ3,3が時計回りに同じ速度で回転する限り、ロータセグメント10A,10Aの各長径は常に略垂直となる。
ここで、「FN>0.7体積割合(%)」は、FN(フローナンバー)が0.7を超えるような伸長流れを起こす材料の全材料中における体積割合示す値である。なお、FN(フローナンバー)は、流れ場の伸長度合いを示す指標であり、次の式(1)で定義される。
FN=(|相当ひずみ速度|)/(|相当ひずみ速度|+|渦度|)・・・(1)
式(1)の定義によって、FN=0は純回転、FN=1は純伸長、FN=0.5は純せん断であることを示すことができる。よって、FN>0.7の体積割合が高いということは、全材料中において伸長度合いの高い流れが起きていることを示しているといえる。
図4には、本実施形態による(a/r≒0.567)のロータセグメント10Aを用いたときの実験データを、白抜きの丸印M2で示している。丸印M2は、「FN>0.7体積割合(%)」が8.50%を超える値を示しており、従来型ロータセグメントよりも高い「FN>0.7体積割合(%)」を得ている。よって、本実施形態による(a/r≒0.567)のロータセグメント10Aを用いると、従来型ロータセグメントよりも伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
以上のように、(a/r≦0.6)や(a/c≦0.6)を満たす本実施形態のロータセグメント10Aを用いれば、従来と比べて、混練材料中に伸長度合いの高い流れを増大させることができる。
図1、図3、及び図4を参照しつつ、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、混練用セグメント10Aとは異なる構成の混練用セグメント10Bを用いる点で、第1実施形態とは異なる。本実施形態のその他の構成は、第1実施形態と同様であるので、以下には本実施形態による混練用セグメント10Bの構成について説明する。
図3に示すように、ロータセグメント10Bは、スプライン軸6に固定された状態において、軸垂直方向に切断したときの断面が略S字状のいわゆる勾玉形状となるように形成された柱状の部材である。図3に示すロータセグメント10Bの断面は、図2に示す略楕円形状のロータセグメント10Aの断面の一部を切り欠いた形状を有しているため、略楕円形状における長軸及び短軸を有する形状となっている。本実施形態による混練用セグメント10Bは、第1実施形態による混練用セグメント10Aと同様に、長軸に沿った両端側に2条の混練フライト11B,11Bを有している。
図3に示すロータセグメント10B断面において、長軸の長さを長径としたときの長径の半分を、ロータセグメント10Bの外径と呼んで符号cで表す。また、短軸の長さを短径としたときの短径の半分を、ロータセグメント10Bの谷径と呼んで符号aで表す。長軸と短軸の交点は符号dで表されており、ロータセグメント10Bの軸心であると共に、スプライン軸6の軸心でもある。ロータセグメント10Bの谷径aをバレル2の円通孔4の内壁面まで延長したときの距離、すなわち、谷径aの延長線上におけるロータセグメント10Bの表面から円通孔4の内壁面までの距離を符号bで表し、バレル2の円通孔4の半径を符号rで表すと、半径rは、谷径aと距離bの和(r=a+b)で表される。
ロータセグメント10Bは、上述の断面形状を有する柱状の部材であるので、軸方向に沿ったいずれの位置において軸垂直方向に切断したときの断面も、上で説明した断面と同様の略S字状のいわゆる勾玉形状となる。しかし、ロータセグメント10Bの表面には、2条の混練フライト11B,11Bがドリルの刃のように螺旋状に形成されている。つまり、2条の混練フライト11B,11Bが軸方向に沿って連続的にねじれて螺旋状に形成されているため、ロータセグメント10Bは、ドリルの刃のような外観形状を有している。ただし、一つのロータセグメント10Bの表面に形成された混練フライト11Bは、ドリルの刃のように、軸方向に沿って軸心dを中心に複数回転(例えば、360°や720°)ねじれるものではない。混練フライト11Bのねじれは、例えば、0°〜180°程度である。
ここで、第1実施形態と同様に、外径cが半径rにほぼ等しいとすれば、ロータセグメント10Bは、上述のような断面形状において、外径cに対する谷径aの比(a/c)を0.6以下(a/c≦0.6)とすることを特徴とするともいえる。
滑らかに連続する凸面と凹面と構成することで、混練フライト11Bの回転方向側を凸面で構成し、反回転方向側を凹面で構成することを特徴としている。
図4には、本実施形態による(a/r≒0.567)のロータセグメント10Bを用いたときの実験データを、菱形の角印M4で3つ示している。これら3つの角印M4は、バレル2と混練フライト11Bのクリアランスを3通りに変化させて実験した結果を示している。いずれも「FN>0.7体積割合(%)」が9.00%前後となっており、従来型ロータセグメントに関して(a/r=0.650)付近に菱形の角印で示す実験データの約8.00%よりも高い「FN>0.7体積割合(%)」を得ている。よって、本実施形態による(a/r≒0.567)のロータセグメント10Bを用いると、従来型ロータセグメントよりも伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
2 バレル
3 混練ロータ
4 円通孔
5 ホッパ
6 スプライン軸
7 混練部
8 送り部
9 押出部
10A,10B 混練用セグメント
11A,11B 混練フライト
Claims (4)
- 内部が空洞とされたバレルに回転自在に収容される一対の混練スクリュのそれぞれに設けられて、当該混練スクリュとともに同方向に回転して前記バレル内に供給される材料を混練する混練用セグメントであって、
径外側に向かって突出する混練フライトを少なくとも2条有し、前記バレルの空洞の半径に対する谷径の比を0.6以下とすることを特徴とする混練用セグメント。 - 前記混練フライト間を結ぶ外表面が一方の混練フライト側から他方の混練フライト側に向かって凸面と凹面で構成され、前記凸面を回転方向に向けていることを特徴とする請求項1に記載の混練用セグメント。
- 前記混練用フライトは、前記混練スクリュの軸方向に沿って連続的に螺旋状に形成されると共に、前記混練スクリュの軸垂直方向に切断したときに一定形状の断面を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の混練用セグメント。
- 前記混練スクリュの軸方向に垂直な断面において、前記混練フライト間の外表面を構成する凸面と凹面は連続していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の混練用セグメント。
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