JP2014180765A - 二軸スクリュ押出機における脱水装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、脱水部スクリュにおける戻し用スクリュピースとして一対の螺旋溝付きディスクを用いることにより、脱水効率を向上させることである。
【解決手段】本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置は、複数のシリンダ部(1A,22,1,23,24,25)を直列に接続してなる長手状のシリンダ(21)内に二軸スクリュ(2)を有し、前記二軸スクリュ(2)の脱水部スクリュ(31)により含水熱可塑性樹脂原料(50)の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、
前記脱水部スクリュ(31)に設けられた戻し用スクリュピース(29)は、外周に複数の螺旋溝(40)を有すると共に軸方向(A)からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスク(29A,29B)よりなる構成である。
【選択図】図３
【解決手段】本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置は、複数のシリンダ部(1A,22,1,23,24,25)を直列に接続してなる長手状のシリンダ(21)内に二軸スクリュ(2)を有し、前記二軸スクリュ(2)の脱水部スクリュ(31)により含水熱可塑性樹脂原料(50)の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、
前記脱水部スクリュ(31)に設けられた戻し用スクリュピース(29)は、外周に複数の螺旋溝(40)を有すると共に軸方向(A)からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスク(29A,29B)よりなる構成である。
【選択図】図３
Description
本発明は、二軸スクリュ押出機における脱水装置に関し、特に、脱水部スクリュにおける戻し用スクリュピースとして一対の螺旋溝付きディスクを用いることにより、脱水効率の向上を得るための新規な改良に関する。
従来、用いられていたこの種の二軸押出機用脱水装置としては、特許文献１に開示された構成を、図５から図８として挙げることができる。
すなわち、図５は二軸スクリュ押出機２０を示し、この二軸スクリュ押出機２０のシリンダ２１は、上流側からホッパシリンダ１Ａ、脱水シリンダ１及びベントシリンダ１Ｂ等から構成され、前記脱水シリンダ１には脱水用のスクリーン３が設けられている。
すなわち、図５は二軸スクリュ押出機２０を示し、この二軸スクリュ押出機２０のシリンダ２１は、上流側からホッパシリンダ１Ａ、脱水シリンダ１及びベントシリンダ１Ｂ等から構成され、前記脱水シリンダ１には脱水用のスクリーン３が設けられている。
図６は図５における脱水シリンダ１の正面図であり、図６において符号１で示されるものは、図５の二軸スクリュ押出機２０に用いられる脱水シリンダであり、この脱水シリンダ１の両端にはタイロッド用孔８を有する一対のフランジ７が設けられている。前記脱水シリンダ１の側部にはスクリーン３が固定部材４及びボルト９を介して固定されており、図７に示されるように、このスクリーン３は薄い板部材のパンチメタル３Ａで構成され、水分を排出可能な小径の排水孔３Ａａが無数に穿孔して構成されている。前記スクリーン３は、図８に示される前記脱水シリンダ１の排水口６を覆い、前記固定部材４により排水口６の周囲に沿って押付けられ、複数個の前記ボルト９により締付け固定されている。
図８は図７のスクリーン３の脱水状態を示す説明図であり、排水孔３Ａａから排水面３Ａｂを経て水分と合成樹脂原料５０が外部に排出される。
図８は図７のスクリーン３の脱水状態を示す説明図であり、排水孔３Ａａから排水面３Ａｂを経て水分と合成樹脂原料５０が外部に排出される。
また、前述の二軸スクリュ押出機２０で使用されるスクリュピース３０には、図９から図１４で示されるように、１条もしくは２条、３条の山頂部をもつ断面形状のスクリュやシリンダ内面と同心円で構成される図１５のシールリングがある。
一般的に、二軸スクリュ押出機２０で使用されるスクリュには、１条もしくは２〜３条のスクリュピースで構成される輸送部と、２〜３条のスクリュピース或いはシールリングを組み合せたスクリュで構成された混練部（脱水部）により組み合わされ構成される。
脱水部では、輸送部より送られてきた原料に力を加え、原料を圧縮・変形させる機能を持たせる必要がある。
スクリュが回転することにより、スクリュ表面とシリンダ内面あるいは一対のスクリュ間のクリアランスを原料が通過する時の力（せん断力）で原料が変形して液体成分は圧搾されて分離するとともに、原料の温度も上昇することで可塑化・溶融する。
前記脱水部で使用されるスクリュ、例えば、図１１から図１３で示されるニーディングディスクなどの２〜３条のスクリュピース３０は、それぞれのスクリュ断面形状によりスクリュ表面でのせん断力は変化している。最もせん断力の強い部位はスクリュ表面とシリンダ内面とのクリアランスが狭い場所である断面形状の山頂部となるのでせん断力の強い領域は狭く、それ以外は比較的広い範囲にわたりせん断力の弱い領域で占められている。図１５のシールリングの場合はシリンダ内面と同心円で構成されているためクリアランスは一定となりせん断力もスクリュ外周で変化は無い。
一般的に、二軸スクリュ押出機２０で使用されるスクリュには、１条もしくは２〜３条のスクリュピースで構成される輸送部と、２〜３条のスクリュピース或いはシールリングを組み合せたスクリュで構成された混練部（脱水部）により組み合わされ構成される。
脱水部では、輸送部より送られてきた原料に力を加え、原料を圧縮・変形させる機能を持たせる必要がある。
スクリュが回転することにより、スクリュ表面とシリンダ内面あるいは一対のスクリュ間のクリアランスを原料が通過する時の力（せん断力）で原料が変形して液体成分は圧搾されて分離するとともに、原料の温度も上昇することで可塑化・溶融する。
前記脱水部で使用されるスクリュ、例えば、図１１から図１３で示されるニーディングディスクなどの２〜３条のスクリュピース３０は、それぞれのスクリュ断面形状によりスクリュ表面でのせん断力は変化している。最もせん断力の強い部位はスクリュ表面とシリンダ内面とのクリアランスが狭い場所である断面形状の山頂部となるのでせん断力の強い領域は狭く、それ以外は比較的広い範囲にわたりせん断力の弱い領域で占められている。図１５のシールリングの場合はシリンダ内面と同心円で構成されているためクリアランスは一定となりせん断力もスクリュ外周で変化は無い。
従来の二軸スクリュ押出機は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、従来の二軸スクリュ押出機は、脱水部のスクリュに、ニーディングディスクのような２〜３条のスクリュピースやシールリングを構成することにより脱水・押出させる装置であり、この２〜３条のスクリュピースにおいては、せん断力の強い領域が短いため、含水熱可塑性樹脂から液体を圧搾することが充分にできない。また、シールリングにおいては、一定のスクリュクリアランスを持つ構造であるため、一定のせん断力を維持することはできるが、シリンダ内面の長さで原料の通過する面積が制限されてしまうので、処理量を増加させる場合には、クリアランスを通過する原料の速度が増してしまい、せん断力も過度に強くなり、クリアランスを通過する原料温度も上昇してしまうので、過剰な原料温度の上昇により樹脂が劣化し、最終製品の強度不足や色相不良が生じてしまうので処理量を制限しなければならなくなっていた。
すなわち、従来の二軸スクリュ押出機は、脱水部のスクリュに、ニーディングディスクのような２〜３条のスクリュピースやシールリングを構成することにより脱水・押出させる装置であり、この２〜３条のスクリュピースにおいては、せん断力の強い領域が短いため、含水熱可塑性樹脂から液体を圧搾することが充分にできない。また、シールリングにおいては、一定のスクリュクリアランスを持つ構造であるため、一定のせん断力を維持することはできるが、シリンダ内面の長さで原料の通過する面積が制限されてしまうので、処理量を増加させる場合には、クリアランスを通過する原料の速度が増してしまい、せん断力も過度に強くなり、クリアランスを通過する原料温度も上昇してしまうので、過剰な原料温度の上昇により樹脂が劣化し、最終製品の強度不足や色相不良が生じてしまうので処理量を制限しなければならなくなっていた。
本発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、脱水部スクリュのスクリュピースを最適化し、脱水部で脱水能力を向上させることにより、生産性の向上と運転時の省エネ化ができることである。
本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置は、複数のシリンダ部を直列に接続してなる長手状のシリンダ内に二軸スクリュを有し、前記二軸スクリュの脱水部スクリュにより含水熱可塑性樹脂原料の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、前記脱水部スクリュに設けられた戻し用スクリュピースは、外周に複数の螺旋溝を有すると共に軸方向からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスクよりなる構成であり、また、前記螺旋溝付きディスクに形成された軸部には、前記各螺旋溝付きディスクが対応している構成であり、また、前記螺旋溝付きディスクの軸方向に沿うディスク幅は、前記シリンダのシリンダ内径に対して０．１〜０．２Ｄ、前記螺旋溝の溝幅と溝深さはリード直角断面形状０．１Ｄ（Ｄは前記内径）以下、前記螺旋溝の螺旋形状は前記二軸スクリュの外周を1回転する長さで表現すると前記シリンダの内径の少なくとも３倍である構成である。
本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、複数のシリンダ部を直列に接続してなる長手状のシリンダ内に二軸スクリュを有し、前記二軸スクリュの脱水部スクリュにより含水熱可塑性樹脂原料の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、前記脱水部スクリュに設けられた戻し用スクリュピースは、外周に複数の螺旋溝を有すると共に軸方向からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスクよりなることにより、噛合い型二軸スクリュ押出機の脱水部スクリュディスクに、複数の螺旋溝を持たせた構成とすることで、脱水部での脱水効率が向上し、処理量を増加させることが可能になり、その結果、押出機を小型化する効果が得られる。また、過剰に原料の温度が上昇しなくなるので、二軸スクリュ押出機で生産する上での単位ｋｇあたりで必要とされる消費エネルギーも少なくなり、省エネ効果がある。
さらに、二軸スクリュ押出機の脱水部スクリュピースに、複数の螺旋溝を持たせたディスクスクリュを配置することにより、処理量の増加とそれに伴う脱水部での脱水能力の向上と、過剰に温度の上昇のない省エネ化をさせることが可能になり、その結果、押出機のダウンサイジングやモータサイズを小さくできる効果が得られる。
また、前記螺旋溝付きディスクに形成された軸部には、前記各螺旋溝付きディスクが対応していることにより、ディスクのコンパクト化が可能である。
また、前記螺旋溝付きディスクの軸方向に沿うディスク幅は、前記シリンダのシリンダ内径に対して０．１〜０．２Ｄ、前記螺旋溝の溝幅と溝深さはリード直角断面形状０．１Ｄ（Ｄは前記内径）以下、前記螺旋溝の螺旋形状は前記二軸スクリュの外周を１回転する長さで表現すると前記シリンダの内径の少なくとも３倍であることにより、小さい螺旋溝によって十分な脱水効果を得ることができる。
すなわち、複数のシリンダ部を直列に接続してなる長手状のシリンダ内に二軸スクリュを有し、前記二軸スクリュの脱水部スクリュにより含水熱可塑性樹脂原料の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、前記脱水部スクリュに設けられた戻し用スクリュピースは、外周に複数の螺旋溝を有すると共に軸方向からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスクよりなることにより、噛合い型二軸スクリュ押出機の脱水部スクリュディスクに、複数の螺旋溝を持たせた構成とすることで、脱水部での脱水効率が向上し、処理量を増加させることが可能になり、その結果、押出機を小型化する効果が得られる。また、過剰に原料の温度が上昇しなくなるので、二軸スクリュ押出機で生産する上での単位ｋｇあたりで必要とされる消費エネルギーも少なくなり、省エネ効果がある。
さらに、二軸スクリュ押出機の脱水部スクリュピースに、複数の螺旋溝を持たせたディスクスクリュを配置することにより、処理量の増加とそれに伴う脱水部での脱水能力の向上と、過剰に温度の上昇のない省エネ化をさせることが可能になり、その結果、押出機のダウンサイジングやモータサイズを小さくできる効果が得られる。
また、前記螺旋溝付きディスクに形成された軸部には、前記各螺旋溝付きディスクが対応していることにより、ディスクのコンパクト化が可能である。
また、前記螺旋溝付きディスクの軸方向に沿うディスク幅は、前記シリンダのシリンダ内径に対して０．１〜０．２Ｄ、前記螺旋溝の溝幅と溝深さはリード直角断面形状０．１Ｄ（Ｄは前記内径）以下、前記螺旋溝の螺旋形状は前記二軸スクリュの外周を１回転する長さで表現すると前記シリンダの内径の少なくとも３倍であることにより、小さい螺旋溝によって十分な脱水効果を得ることができる。
本発明は、脱水部スクリュにおける戻し用スクリュピースとして一対の螺旋溝付きディスクを用いることにより、脱水効率の向上を得るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において符号２０で示されるものは、シリンダ２１を有する二軸スクリュ押出機であり、このシリンダ２１は、一例として、上流側から下流側へ向けてホッパシリンダ部１Ａ、第１輸送部シリンダ２２、脱水シリンダ部１、真空ベント８を有する第２輸送部シリンダ２３、混練部シリンダ２４及び真空ベント８ａ及び吐出口２５ａを有する第３輸送シリンダ部２５によって構成されている。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において符号２０で示されるものは、シリンダ２１を有する二軸スクリュ押出機であり、このシリンダ２１は、一例として、上流側から下流側へ向けてホッパシリンダ部１Ａ、第１輸送部シリンダ２２、脱水シリンダ部１、真空ベント８を有する第２輸送部シリンダ２３、混練部シリンダ２４及び真空ベント８ａ及び吐出口２５ａを有する第３輸送シリンダ部２５によって構成されている。
前記シリンダ２１内には、図２で示される二軸スクリュ２が互いに噛み合う状態で内設されている。
前記二軸スクリュ２は、その上流側から下流側へ向けて第１輸送部スクリュ３０、脱水部スクリュ３１、第２輸送部スクリュ３２、混練部スクリュ３３及び第３輸送部スクリュ３４によって構成されている。
前記脱水部スクリュ３１は、その下流側に戻し用スクリュピース２９が一部として設けられており、前記戻し用スクリュピース２９は、図３及び図４で示されるように構成されている。
前記二軸スクリュ２は、その上流側から下流側へ向けて第１輸送部スクリュ３０、脱水部スクリュ３１、第２輸送部スクリュ３２、混練部スクリュ３３及び第３輸送部スクリュ３４によって構成されている。
前記脱水部スクリュ３１は、その下流側に戻し用スクリュピース２９が一部として設けられており、前記戻し用スクリュピース２９は、図３及び図４で示されるように構成されている。
すなわち、前記戻し用スクリュピース２９は、軸方向Ａからみて互いにその一部が重合する一対の螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂから構成され、各螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂの周面には複数の螺旋溝４０が形成され、各螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂの一面には前記軸方向Ａに沿って互いに逆方向に延出する軸部４１,４２が形成されている。
前記各螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂは、前述の図２の二軸スクリュ２に嵌挿されているため、図３のように平面でみると、一方の螺旋溝付きディスク２９Ａが軸部４２に対応し、他方の螺旋溝付きディスク２９Ｂが軸部４１に対応するように配設されている。
次に、前述の構成において、含水熱可塑性樹脂原料５０の押出し処理を行う場合について述べる。
二軸スクリュ押出機２０のホッパシリンダ部１Ａ内に供給された含水熱可塑性樹脂原料５０は、輸送部スクリュ３０により脱水シリンダ部１に供給される。この脱水シリンダ部１へ供給された含水熱可塑性樹脂原料５０は、スクリュのせん断力により発生する、高い圧力下で搾られ、熱可塑性樹脂原料５０内の水分は、脱水スリット６又は脱水スクリーンより押出機外へ排出される。ここで、脱水部スクリュ３１の戻し用スクリュピース２９には、複数の螺旋溝４０を設けた螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂを構成していることを効率良く含水熱可塑性樹脂を通過させながら脱水することができ、脱水スリット６又は脱水スクリーン及び脱水シリンダ部１に関しては、少なくとも１箇所以上を押出機に設け、原料の形態、水分率により増加させることができる。その後、混練部シリンダ２４で均一に混練され、樹脂中の水分・揮発分などの不純物を真空ベント８,８ａで除去後、第３輸送部スクリュ３４で押出機先端の吐出口２５ａまで輸送され、押出機先端部に設けられているダイス(図示せず)から押出されストランドからペレット状の混練製品が製造される。
二軸スクリュ押出機２０のホッパシリンダ部１Ａ内に供給された含水熱可塑性樹脂原料５０は、輸送部スクリュ３０により脱水シリンダ部１に供給される。この脱水シリンダ部１へ供給された含水熱可塑性樹脂原料５０は、スクリュのせん断力により発生する、高い圧力下で搾られ、熱可塑性樹脂原料５０内の水分は、脱水スリット６又は脱水スクリーンより押出機外へ排出される。ここで、脱水部スクリュ３１の戻し用スクリュピース２９には、複数の螺旋溝４０を設けた螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂを構成していることを効率良く含水熱可塑性樹脂を通過させながら脱水することができ、脱水スリット６又は脱水スクリーン及び脱水シリンダ部１に関しては、少なくとも１箇所以上を押出機に設け、原料の形態、水分率により増加させることができる。その後、混練部シリンダ２４で均一に混練され、樹脂中の水分・揮発分などの不純物を真空ベント８,８ａで除去後、第３輸送部スクリュ３４で押出機先端の吐出口２５ａまで輸送され、押出機先端部に設けられているダイス(図示せず)から押出されストランドからペレット状の混練製品が製造される。
尚、前記螺旋溝４０の形状や本数については、含水熱可塑性樹脂原料５０の形態や水分率次第で、螺旋溝付きディスク２９Ａ，２９Ｂのディスク幅Ｗは押出機のシリンダ２１の内径Ｄに対して０．１〜０．２Ｄ、螺旋溝４０の溝幅Ｗ１はリード直角断面形状で溝深さと幅共に０．１Ｄ以下、螺旋形状はスクリュ外周Ｓを一回転する長さ（リード）で表現するとシリンダ２１内径Ｄの３倍以上の間で自由に変化できるものとする。これは、効率よく含水熱可塑性樹脂を通過させながら脱水することを目的としている。
次に、本出願人が自社製の二軸スクリュ押出機２０を用いて、処理量及び運転の効果について実験した実施例について述べる。
原料は含水オレフィン樹脂（含水率≒３０ｗｔ％）を使用し、二軸スクリュ押出機２０は、(株)日本製鋼所製のＴＥＸ４４αＩＩを用いた。比較した脱水部の戻し用スクリュピースに、図１２の逆ニーディング、図１４のシールリング、図３の本発明の螺旋溝付きディスクに変更し、処理量、比エネルギー（Ｅｓｐ）、出口温度（Ｔｐ）、脱水量を比較した。表１からわかるように、発明品で運転を行うと、脱水量は問題の無い状態で、従来スクリュよりも処理量が増し、さらに比エネルギー、樹脂温度の値は低下した。これらにより、処理量を増加させることが可能になり、その結果、押出機の小型化や省エネ化できる効果が得られる。
原料は含水オレフィン樹脂（含水率≒３０ｗｔ％）を使用し、二軸スクリュ押出機２０は、(株)日本製鋼所製のＴＥＸ４４αＩＩを用いた。比較した脱水部の戻し用スクリュピースに、図１２の逆ニーディング、図１４のシールリング、図３の本発明の螺旋溝付きディスクに変更し、処理量、比エネルギー（Ｅｓｐ）、出口温度（Ｔｐ）、脱水量を比較した。表１からわかるように、発明品で運転を行うと、脱水量は問題の無い状態で、従来スクリュよりも処理量が増し、さらに比エネルギー、樹脂温度の値は低下した。これらにより、処理量を増加させることが可能になり、その結果、押出機の小型化や省エネ化できる効果が得られる。
本発明による二軸スクリュ押出機における脱水装置は、脱水部スクリュの戻し用スクリュピースに螺旋溝付きディスクを用いて従来よりも高効率の脱水効率を得ることにより、ストランドの品質向上となる。
１ 脱水シリンダ部
１Ａ ホッパシリンダ部
２ 二軸スクリュ
６ 脱水スリット
８，８ａ 真空ベント
２０ 二軸スクリュ押出機
２１ シリンダ
２２ 第１輸送部シリンダ
２３ 第２輸送部シリンダ
２４ 混練部シリンダ
２５ 第３輸送部シリンダ
２５ａ 吐出部
２９ 戻し用スクリュピース
２９Ａ，２９Ｂ 螺旋溝付きディスク
３０ 第１輸送部スクリュ
３１ 脱水部スクリュ
３２ 第２輸送部スクリュ
３３ 混練部スクリュ
３４ 第３輸送部スクリュ
４０ 螺旋溝
４１，４２ 軸部
Ｓ スクリュ外周
Ｄ 内径
Ｄ１ 溝深さ
Ｗ ディスク
Ｗ１ 溝幅
１Ａ ホッパシリンダ部
２ 二軸スクリュ
６ 脱水スリット
８，８ａ 真空ベント
２０ 二軸スクリュ押出機
２１ シリンダ
２２ 第１輸送部シリンダ
２３ 第２輸送部シリンダ
２４ 混練部シリンダ
２５ 第３輸送部シリンダ
２５ａ 吐出部
２９ 戻し用スクリュピース
２９Ａ，２９Ｂ 螺旋溝付きディスク
３０ 第１輸送部スクリュ
３１ 脱水部スクリュ
３２ 第２輸送部スクリュ
３３ 混練部スクリュ
３４ 第３輸送部スクリュ
４０ 螺旋溝
４１，４２ 軸部
Ｓ スクリュ外周
Ｄ 内径
Ｄ１ 溝深さ
Ｗ ディスク
Ｗ１ 溝幅
Claims (3)
- 複数のシリンダ部(1A,22,1,23,24,25)を直列に接続してなる長手状のシリンダ(21)内に二軸スクリュ(2)を有し、前記二軸スクリュ(2)の脱水部スクリュ(31)により含水熱可塑性樹脂原料(50)の水分を搾るようにした二軸スクリュ押出機における脱水装置において、
前記脱水部スクリュ(31)に設けられた戻し用スクリュピース(29)は、外周に複数の螺旋溝(40)を有すると共に軸方向(A)からみて互いに一部が重合する一対の螺旋溝付きディスク(29A,29B)よりなることを特徴とする二軸スクリュ押出機における脱水装置。 - 前記螺旋溝付きディスク(29A,29B)に形成された軸部には、前記各螺旋溝付きディスク(29A,29B)が対応していることを特徴とする請求項１記載の二軸スクリュ押出機における脱水装置。
- 前記螺旋溝付きディスク(29A,29B)の軸方向(A)に沿うディスク幅(W)は、前記シリンダ(21)のシリンダ内径(D)に対して０．１〜０．２Ｄ、前記螺旋溝(40)の溝幅(W1)と溝深さ(D1)はリード直角断面形状０．１Ｄ（Ｄは前記内径）以下、前記螺旋溝(40)の螺旋形状は前記二軸スクリュ(2)の外周(S)を1回転する長さで表現すると前記シリンダ(21)の内径(D)の少なくとも３倍であることを特徴とする請求項１又は２記載の二軸スクリュ押出機における脱水装置。
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2013
- 2013-03-18 JP JP2013054799A patent/JP5990119B2/ja active Active
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