JP2014133390A - ２軸異方向回転押出機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヘッドの設計に制約を及ぼすことなく、また、スクリュー先端部の強度を確保し、しかも、シリンダー内の圧力変動をより一層小さくすることができる２軸異方向回転押出機を提供する。
【解決手段】 スクリュー3先端部を支持する支持装置10は、スクリュー3の先端部に設けられた円筒部21と、アダプター5に設けられて円筒部21内に挿入される軸部24と、円筒部21内周と軸部24外周との間に配置された転がり軸受26およびシール部材27とを備えている。
【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。

２軸異方向回転押出機は、２軸スクリューがシリンダーの中空部内において異方向に回転させられるもので、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。

この２軸異方向回転押出機として、特許文献１には、図４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(M)と、シリンダー(2)の基端部側に熱可塑性樹脂(P)を供給するホッパ(H)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、各スクリュー(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)に設けられてスクリュー(3)の軸心に一致する中心を有する１対の軸受部(8)とを備えており、各軸付きキャップ(7)は、基端部がスクリュー(3)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)とからなるものが提案されている。

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、軸受部(8)が挿入される有底の孔(6a)とが設けられている。軸受部(8)は、図の紙面方向において、樹脂押出通路(11)に干渉しないように樹脂押出通路(11)を介して対向するように配置されている。

上記図４に示した特許文献１の２軸異方向回転押出機によると、スクリュー(3)の先端部である軸付きキャップ(7)がダイヘッド(6)に設けられた軸受部(8)で支持されることにより、スクリュー(3)の振れを防止することができるという利点を有している。

しかしながら、ダイヘッド(6)に軸受部(8)を設けていることから、樹脂押出通路(11)の径＜２軸スクリュー(3)の軸心間距離−軸受部(8)の半径×２の関係を確保する必要がある。したがって、ダイヘッド(6)の設計の自由度（特に樹脂押出通路(11)の径の大きさ）が制約されるという問題があり、また、軸受部(8)の径についても制約されることから、スクリュー(3)の先端部を形成する軸部(15)の径を大きくすることができないために、スクリュー先端部の強度を上げることが難しいという問題がある。

そこで、特許文献２には、ダイヘッドがアダプターを介してシリンダーの先端に取り付けられている構成とされており、軸受部(8)に変わる軸の支持装置として、各スクリューの先端部に設けられた軸部と、各軸部に対応するようにアダプターに設けられた円筒部とからなるものを備えた２軸異方向回転押出機が開示されている。

特開２０１０−２４７３８３号公報

特許文献２の２軸異方向回転押出機によると、特許文献１のものに比べて、スクリューの振れを防止する効果が大幅に増加している。

しかしながら、樹脂（樹脂自体の特性や混合される無機材料の特性など）によっては、軸部や円筒部の摩耗量が大きいために、長期間の使用が難しくなるという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、ダイヘッドの設計に制約を及ぼすことなく、また、スクリュー先端部の強度を確保し、しかも、シリンダー内の圧力変動をより一層小さくすることができる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アダプターを介して取り付けられたダイヘッドと、スクリュー先端部を支持する支持装置とを備えている２軸異方向回転押出機において、支持装置は、各スクリューの先端部に設けられた円筒部と、アダプターに設けられて各円筒部内に挿入される軸部と、各円筒部内周と各軸部外周との間に配置された転がり軸受およびシール部材とを備えていることを特徴とするものである。

シリンダーとダイヘッドとの間に介在させられるアダプターに、シリンダーの開口とダイヘッドの開口とを連通する貫通孔が設けられることにより、シリンダーの開口からダイヘッドの開口に通じる樹脂通路が確保される。円筒部は、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、スクリュー先端部に固定される。そして、この円筒部に、アダプターに設けられた軸部が軸受装置の配置用空間が確保されるように挿入されて、軸部と円筒部との間に軸受装置としての転がり軸受およびシール部材が配置される。各軸部のダイヘッド側端部が円錐状に形成されることで、樹脂の流れがスムーズなものとなる。

こうして、スクリュー先端部が転がり軸受を備えた支持装置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。転がり軸受内の樹脂の侵入は、シール部材によって防止される。

転がり軸受を配置するに際し、樹脂通路を確保することが必要であり、各スクリューの先端部に円筒部を、アダプターに軸部をそれぞれ設けることが、転がり軸受の配置空間が確保される。転がり軸受の使用が可能となることで、支持精度すなわちスクリューの振れの抑え効果が大幅に増大する。したがって、軸部や円筒部の摩耗量が大きいために、長期間の使用が難しくなるという問題が解消される。

なお、ダイヘッドは、軸受部が設けられていない従来のものが使用され、これにより、ダイヘッドの設計の自由度が制約されない。

２軸スクリューの形状は、２軸が平行であるパラレルタイプであってもよく、２軸の軸心間距離が徐々に小さくなるコニカルタイプであってもよい。

軸部は、アダプターに一体に形成されてもよいが、アダプターとは別部材とされることが好ましい。別部材とされる際の軸部材は、その外周面とアダプター内の樹脂通路である貫通孔の周面との間に渡された複数のブリッジを有しているものとされることが好ましい。このようにすると、軸部が摩耗した際の交換を容易に行うことができる。ブリッジの数は、例えば２つとして、円筒部を介して直線状に配置されているものとされる。ブリッジの数は、３つ以上として、周方向に所要の間隔で配置されるようにしてもよい。

円筒部は、スクリュー本体とは別部材とされて、スクリューの先端部に着脱可能にねじ合わされるものが好ましい。このようにすると、円筒部が摩耗した際の交換を容易に行うことができる。

アダプター、アダプターとは別部材とされた軸部および円筒部は、適宜な金属（ステンレス鋼、鋼）等で形成される。転がり軸受は、特に限定されるものではなく、例えば、１対の玉軸受を使用すればよい。

シール部材としては、使用温度での耐熱性がある材質であれば特に限定されないが、固体潤滑剤分散型焼結材などの自己潤滑性材料で形成されているものが好ましい。

シール部材は、円筒部に圧入固定（軸部に対して相対回転可能に）されてもよく、軸部に圧入固定（円筒部に対して相対回転可能に）されてもよい。シール部材と円筒部または軸部との間には、これらを相対回転可能とするための隙間が設けられ、この隙間を調整することでこの隙間内への樹脂の侵入を抑制することができる。ここで、スクリューの振れが大きい場合には、隙間調整が困難となって、シール性が低下するが、スクリュー先端部の支持が転がり軸受を使用した支持となっているので、振れが小さく抑えられ、ゴム材料からなるシール部分を有していない自己潤滑性材料製シール部材であっても、適正なシール性を得ることができる。

この発明の２軸異方向回転押出機は、既存のダイヘッドを使用し、既存のスクリューキャップに代えて円筒部とするとともに、アダプターを追加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。支持装置以外の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。

この発明の２軸異方向回転押出機が対象とする熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、溶融粘度が高いため溶融押出などの溶融成形が困難な樹脂、熱分解しやすい樹脂、低沸点の添加剤もしくは熱分解しやすい添加剤を含有する難成形樹脂、強化無機材料を含んだ熱可塑性樹脂組成物などが挙げられる。溶融粘度が高いため溶融押出などの溶融成形が困難な樹脂としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、超高重合度ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどのエンジニアリングプラスチック用の樹脂が挙げられる。熱分解しやすい樹脂としては、ポリ乳酸、ポリヒドロキシブチレートなどの生分解性樹脂、高塩素化度ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。これらの樹脂には必要により適宜の発泡剤を配合してもよい。

強化無機材料としてフライアッシュを４０〜７０体積％程度含んだ熱可塑性樹脂組成物は、２軸異方向回転押出機で押し出されることで、デッキ材としての使用に適したものとなる。このようなフライアッシュを含んだ熱可塑性樹脂を押し出した場合、スクリュー先端部を支持する部分の摩耗が大きくなるという問題があり、この押出に上記支持装置の構成を有する２軸異方向回転押出機を使用することで、摩耗を少なくして耐久性を向上させることが期待できる。

この発明の２軸異方向回転押出機によると、スクリュー先端に設けられた円筒部が転がり軸受を有する支持装置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、シリンダー内の樹脂による圧力変動が小さくなる。ダイヘッドには軸受部を設けないことから、ダイヘッドの設計の自由度および軸受部の径についての制約がないものとでき、スクリュー先端部の強度の確保が容易となる。しかも、転がり軸受を使用することで、スクリューの振れを大幅に抑えることができ、支持部分における摩耗が抑えられ、耐久性にも優れたものとなる。

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のアダプターの正面図である。 図３は、支持装置の拡大縦断面図である。 図４は、従来の２軸異方向回転押出機を示す縦断面図である。

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３までに、この発明による２軸異方向回転押出機の１実施形態を示している。

２軸異方向回転押出機(1)は、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１対のスクリュー(3)と、シリンダー(2)の先端にアダプター(5)を介して取り付けられたダイヘッド(20)と、各スクリュー(3)の先端部をそれぞれ支持する支持装置(10)とを備えている。

各スクリュー(3)は、軸部(3a)と、軸部(3a)にそれぞれ一体に形成されたらせん状の羽根(3b)とを有している。１対のスクリュー(3)は、互いに逆方向に回転し、下側で１対のスクリュー(3)同士が噛み合い、上側で１対のスクリュー(3)同士が離れるように回転（異方向回転）するものとされている。

シリンダー(2)の中空部(2a)は、１対のスクリュー(3)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(3)の径よりも若干大きい２つの円（各スクリュー(3)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(20)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取付金具を介して着脱可能に取り付けられる。ダイヘッド(20)には、シリンダー側（アダプター側）に開口する樹脂案内通路(20a)と、反シリンダー側に開口する樹脂押出通路(20b)とが設けられている。樹脂押出通路(20b)は、各スクリュー(3)の軸心間の中央を中心とする円形の断面形状を有している。樹脂案内通路(20a)は、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(20b)に通じている。

各支持装置(10)は、スクリュー(3)の先端部に設けられた円筒部材（円筒部）(21)と、アダプター(5)に設けられた軸部材(22)と、円筒部材(21)と軸部材(22)との間に配置された軸受装置(23)とを備えている。

アダプター(5)には、シリンダー(2)の中空部(2a)とダイヘッド(20)の樹脂案内通路(20a)とを連通する貫通孔(5a)が設けられている。アダプター(5)には、さらに、ボルトを挿通するためのボルト挿通孔(5b)が設けられており、ダイヘッド(20)を取り付けるためのボルトによってシリンダー(2)に取り付けられている。

円筒部材(21)は、スクリュー(3)とは別部材とされて、その基端部内周面に設けられためねじ部(21a)が各スクリュー(3)の先端部に設けられたおねじ部（図示略）にねじ合わされることで、着脱可能に各スクリュー(3)に取り付けられている。

軸部材(22)は、各スクリュー(3)の円筒部材(21)に対応して１対設けられており、アダプター(5)とは別部材とされて、着脱可能にアダプター(5)に取り付けられている。

各軸部材(22)は、円筒部材(21)内に軸受装置(23)の配置のための空間を有して挿入された軸部(24)と、軸部(24)の外周面と貫通孔(5a)の周面との間に渡された１対のブリッジ(25)とを有している。軸部(24)の反シリンダー側（ダイヘッド側）の端部(24a)は、円錐状に形成されている。

１対のブリッジ(25)は、軸部(24)を介して直線状（１８０°間隔をおいた位置）に配置されている。各ブリッジ(25)の径方向外側端部(25a)は、アダプター(5)の貫通孔(5a)の周面に設けられた溝(5c)に着脱可能に嵌め入れられている。溝(5c)は、内径部に対して大径部が広くなっている横断面略Ｔ字状とされており、これに対応するように、各ブリッジ(25)の径方向外側端部(25a)も横断面略Ｔ字状とされている。

ブリッジ(25)の方向は、各スクリュー(3)の軸心同士をつなぐ線に対して直交する線（２軸中心線）に平行とするのではなく、傾斜するように設定されている。図２に示すように、その傾斜方向は、上側のブリッジ(25)の上端が２軸中心線から離れ、下側のブリッジ(25)の下端が２軸中心線に近づくように（一方の軸部材(22)のブリッジ(25)と他方の軸部材(22)のブリッジ(25)とのなす角が１０時１０分の方向になるように）設定されている。

各スクリュー(3)の円筒部材(21)の軸心および各軸部材(22)の軸心は、各スクリュー(3)の軸心と一致させられており、軸部材(22)の軸部(24)は、対応する各円筒部材(21)の内周に回転可能に挿入されている。

軸受装置(23)は、軸部(24)のシリンダー側（スクリュー(3)側）の端部と円筒部材(21)との間に隣り合って配置された１対の玉軸受(26)と、軸部(24)の中間部分と円筒部材(21)の反シリンダー側（ダイヘッド(20)側）の端部との間に配置されたシール部材(27)とからなる。

各玉軸受(26)は、図３に拡大して示すように、内輪(26a)、外輪(26b)および両輪(26a)(26b)間に配置された複数の玉(26c)を有しており、内輪(26a)が軸部(24)の外周に圧入固定されるとともに、外輪(26b)が円筒部材(21)の内周に圧入固定されている。

シール部材(27)は、固体潤滑剤分散型焼結材で形成されている。シール部材(27)は、段付きの円筒状に形成されており、円筒部材(21)との嵌め合いの隙間が５〜１００μｍ程度に設定されて、軸部(24)に固定されている。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。このようにすることで、シール部材(27)は、補助軸受機能を有したものとなっており、また、優れた軸受機能を有している転がり軸受（この例では１対の玉軸受(26)）に隣り合って配置されていることで、振れが小さく、従って、摩耗しにくいものとなっている。ゴム材料を含んだシール部材は、十分な耐熱性および耐久性が得られないためにこの位置に設置することはできないが、固体潤滑剤分散型焼結材製のシール部材(27)とすることで、耐熱性および耐久性を確保することができる。シール部材(27)の材料は、固体潤滑剤分散型焼結材に限定されるものではない。

支持装置(10)のうち、使用によって摩耗しやすい部材としては、円筒部材(21)および軸部材(22)があり、これらは、いずれも着脱可能とされており、適宜点検されて、摩耗量が所定値よりも大きくなったときには交換することができる。

上記において、ダイヘッド(20)は、従来の軸受無しダイヘッドと同じものであり、また、円筒部材(21)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、この実施形態の２軸異方向回転押出機(1)が得られている。

この実施形態の２軸異方向回転押出機(1)によると、図４に示した軸受部(8)付きのダイヘッド(6)を使用するものに比べて、スクリュー(3)先端部の強度を上げることができ、シリンダー(2)内の圧力変動を小さくするという点でより有利なものとなる。また、ダイヘッド(20)を軸受無しダイヘッドとしていることで、ダイヘッド(20)の設計の自由度が制約されることがない。そして、円筒部材(21)の外径＝スクリュー(3)の軸部(3a)の外径とした場合において、軸部(24)の円筒部材(21)内に挿入される外径を調整することで、円筒部材(21)の内周と軸部(24)の外周との間に、１対の玉軸受(26)およびシール部材(27)からなる軸受装置(23)を配置する空間が形成されている。したがって、転がり軸受である玉軸受(26)の使用が可能とされ、これにより、スクリュー(3)の振れを大幅に抑えることができ、スクリュー(3)の支持部分における摩耗が抑えられ、耐久性にも優れたものとなっている。

(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
(5) アダプター
(10) 支持装置
(20) ダイヘッド
(21) 円筒部材（円筒部）
(24) 軸部
(26) 玉軸受（転がり軸受）
(27) シール部材

Claims (2)

1. 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アダプターを介して取り付けられたダイヘッドと、スクリュー先端部を支持する支持装置とを備えている２軸異方向回転押出機において、
   支持装置は、各スクリューの先端部に設けられた円筒部と、アダプターに設けられて各円筒部内に挿入される軸部と、各円筒部内周と各軸部外周との間に配置された転がり軸受およびシール部材とを備えていることを特徴とする２軸異方向回転押出機。
2. シール部材は、自己潤滑性材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の２軸異方向回転押出機。

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