JP2018504301A - スタッフィングスクリュー - Google Patents

Abstract

ハウジング（７）とハウジング（７）内に回転可能に取り付けられる少なくとも１つの搬送用スクリュー（５）とを含む、押出機システムにおける使用のためのスタッフィングスクリュー（２）であって、搬送用空間がハウジング（７）の内側と搬送用スクリュー（５）との間に形成される、スタッフィングスクリュー（２）。スタッフィングスクリュー（２）は、ハウジング（７）の内側の少なくとも１つの部分に、特に溝（１３）の形態の１つまたは複数の凹部が設けられることを特徴とする。

Description

本発明は、押出機システムのためのスタッフィングスクリューおよびそのようなスタッフィングスクリューを有する押出機システムに関する。

押出機は成形可能な材料からストランドを製造するのに役立ち、押出機内では、材料は混合され、しばしば可塑化され、かつ材料ストランドが作り出されるように高圧下でノズルから押し出される。

押出機は、加工原理の点で異なる基本的に２つのタイプに区別され得る。加工用押出機は、主として成形目的のために役立ち（通常は単軸押出機）、一方でコンパウンディング用押出機は、物質の化学的および／または物理的変更（反応、混合、脱気など）に役立つ（互いに緊密に噛み合いかつ同じ方向に延びる軸を有する二軸押出機、Ｂｕｓｓ混練機など）。

スタッフィングスクリュー（押下機能も提供する）は、押出機の第２のサブアセンブリとして使用される。スタッフィングスクリューは基本的に搬送用スクリューである。これらは主として２つの目的のために使用される。一方では、前記スタッフィングスクリューは、製造物または添加剤を押出機へ測り入れる役割を果たす。他方では、スタッフィングスクリューはまた、例えば、換気または脱気目的のために役立つ押出機ハウジング開口で製造物が押出機から排出されないようにする。

押出機における脱気の場合、分離された蒸気および気体（いわゆる蒸気流）は製造物空間から抽出されなければならない。ここでは、非常に高い気体速度が主流となる場合が多い。さらに、押出機における脱気の場合、材料の膨張および発泡の結果として製造物粒子が製造される。この効果は、特に極めて粘弾性の材料、特にエラストマーの脱気の場合に生じる。結果としての製造物粒子は、通常、＜０．１ｍｍから最大で数ミリメートルにわたり得る幅広いサイズを有し得る。高い気体速度の結果として、製造物粒子は蒸気流とともに押し出し機から排出され得る。脱気用開口においてスタッフィングスクリューを使用することは、したがって、一方では脱気用開口の詰まりを防ぐ。他方では、スタッフィングスクリューは、蒸気流から同伴製造物粒子を分離する役割を果たす。これは、下流のサブアセンブリ、例えばセパレータ、抽出システム、真空システムまたは復水システムを製造物の堆積から保護することを意図される。そうでなければ、下流のサブアセンブリへの製造物粒子の著しい排出は、例えばセパレータがしばしば清掃されなければならないこと、真空ポンプが損傷を受けること、または復水システムが塞がれることを招き、したがって効率の低下に直面する。

ゴムの脱気に関する試験において、スタッフィングスクリューにもかかわらず多量の製造物粒子が排出されることが分かっている。より厳密な観察から、スタッフィングスクリューのスレッドにおける高い気体速度の結果として、製造物粒子は、外形側面またはスタッフィングスクリューのハウジングへ付着するよりもむしろ、壁から反射されることが分かっている。ゴムなどの粘弾性材料が取り扱われる場合、この効果は粒子の高いレベルの弾性により高められる。接着力は、したがって反跳効果を克服するほど十分大きくない。

この先行技術から進んで、本発明の目的は、特に押出機における脱気の場合のスタッフィングスクリューの機能を向上させることであった。特に、スタッフィングスクリューを介した製造物粒子の排出は減らされなければならない。

この目的は、独立特許請求項の主題により達成される。有利な実施形態は、それぞれの従属特許請求項の主題を形成し、かつ本発明の以下の説明から得られ得る。

本発明は、第１の場合において、前記製造物粒子が蒸気流から分離され、次いで、分離された製造物粒子が凝集するという点で、スタッフィングスクリューを介した製造物粒子の排出を減らすというアイデアに基づくものであった。したがって、意図されるのは、凝集した製造物粒子が押出機内へ戻るように案内されるか、押出機システムから確実な方法で、すなわちスタッフィングスクリューに隣接する通気システムを介することなく排出されることである。

本発明のこの基本的な考え方は、スタッフィングスクリュー押出機のためのものであり、かつ少なくとも１つのハウジングとハウジング内に回転可能に取り付けられる少なくとも１つの搬送用スクリューとを含むスタッフィングスクリューであって、搬送用空間がハウジングの内側と搬送用スクリューとの間に形成されるスタッフィングスクリューが、１つまたは（好ましくは）複数の凹部が設けられたハウジングの内側の少なくとも１つの部分を有するという点で本発明により実施される。

本発明による「凹部」は閉鎖されたベースを有するものと考えられ、その結果として、これらは、例えば従来のスタッフィングスクリューにおいて機能的開口として存在する開口と区別される。

凹部は、任意の望ましい断面形状であることができ、かつハウジングの内側に秩序立った形態でまたは秩序立っていない形態で設けられ得る。

凹部は、気体速度が低い停滞ゾーンがハウジングの内側に作られることを確実にする。気体に同伴された製造物粒子の速度は、これらの停滞ゾーンにおいて低下し、これにより粒子が溝に堆積することが可能になる。凹部はまた、製造物粒子がその中において凝集し得るという利点を有する。凝集物は、したがって、もはや気体流により同伴されることはなく、押出機内に戻るように搬送され得るか、確実に排出される得かのいずれかとなる。

凹部が（少なくとも１つの）溝の形態で設計されると特に好ましい。

「溝」は、本発明によると、ハウジングの内側に位置する凹部であって、好ましくはその長さがその幅よりも大きい、特に数倍大きい凹部であると理解される。

凹部または溝は、ハウジングの内側の（本質的に）長さ全体にわたって設けられるようにされてもよい。しかしながら、凹部または溝がハウジングの内側の１つまたは複数の部分においてのみ設けられることも有利となり得る。溝を遮断することは、気体流のさらなる断絶を確実にする可能性があり、前記断絶は同伴製造物粒子の分離を促す。様々な部分における凹部または複数の溝が同じ形状（溝の連続、溝幅、溝断面）であり得、またはそうでなければ異なって設計されることも可能である。連続的な溝の場合、同様に溝の形状は、一定のまたは様々な設計であるようになっていてもよい。

本発明によるスタッフィングスクリューの好ましい実施形態において、溝はスタッフィングスクリューの長手方向軸に（本質的に）平行に延びるようになっていてもよい。これは簡単であり、したがって比較的費用効果がある可能な実現化である。しかしながら、溝の平行な連続はまた、溝に形成された凝集物が特に効果的に除去されることにより区別され得る。

しかしながら、特に好ましくは、溝はらせん状に延びるようになっていてもよい。

したがって、好ましくは、溝の傾斜の方向（右方向傾斜、左方向傾斜）が搬送用スクリューの（少なくとも１つの）らせん状に延びるスレッドの傾斜の方向と逆であるようにし得る。特に好ましくは、溝とスレッドとの間に（搬送用スクリューの長手方向との関連で見たときに）７０°〜１１０°の角度を提供することが可能である。これは、スレッドにおける気体流の主方向が（程度の差はあるが）溝に垂直であり、これは製造物粒子の分離を促すという利点を有し得る。さらに、凝集物を溝の外に運び出す作業が結果として改良され得る。

代替的実施形態は、スレッドおよび溝の傾斜の方向を同一にすることを提供する。これは、溝およびスレッドが、程度の差はあるが平行に延びることを意味する。特に、溝の三角形断面と組み合わされて、この配置構成は、凝集物が溝から特に効果的に運び出され得、その結果として、「固化」のリスクまたは溝が徐々に「閉塞する」リスクが減るという利点を有し得る。

当然のことながら、このとき、反対の傾斜の方向を有し、したがってクロスオーバーする少なくとも２つのらせん状に延びる溝を提供するために、２つの代替形態を組み合わせることも可能である。これは、２つの溝の連続の利点の組合せを達成することを可能にする。

また、溝の傾斜が不均一となっている、すなわち一定ではないようになっていてもよい。少なくとも２つのらせん状溝の場合、個別の溝が異なる傾斜および異なる数の巻き線を有することが可能である。

本発明によるスタッフィングスクリューの構成は、特に、押出機システムの押出機の脱気のためにスタッフィングスクリューが使用されるときに気体流から製造物粒子が分離する作業を改善し、したがって、好ましくは、スタッフィングスクリューまたはそのハウジングが、少なくとも１つの脱気用排出口であって、先行技術から既知のコンポーネントを備えた脱気用システムを接続し得る少なくとも１つの脱気用排出口を有するようになっていてもよい。しかしながら、本発明によるスタッフィングスクリューの構成はまた、材料を搬送することに関する利点を有し、したがって前記スタッフィングスクリューはまた、有利には材料を押出機に測り入れるために使用するのに好適である。

本発明による押出機システムは、上で説明されたとおり、少なくとも１つの押出機と、少なくとも１つのスタッフィングスクリューとを含む。押出機は、少なくとも１つの押出機ハウジングと、（少なくとも１つの）押出機スクリューであって、押出機ハウジングに回転可能に取り付けられる押出機スクリューとを含む。スタッフィングスクリューは、押出機の長手方向軸との関連で見て、押出機に、好ましくは横断方向に、特に好ましくは垂直方向に隣接する。

押出機は任意の既知のタイプの押出機、特に単軸押出機、（同じ方向または反対の方向に回転し、噛み合っているまたは噛み合っていない軸を備えた）二軸押出機、多軸押出機（例えば環状押出機）、遊星ローラー押出機、および軸方向に振動する軸を備えた共混練機の形態の押出機であり得る。押出機は、同様に、１つまたは複数の軸を備えた任意の望ましい設計のニーダーであってもよい（大容量のものであっても）。しかしながら、押出機が、単軸押出機または同じ方向に回転する軸を備えた二軸押出機の形態で構成されていることが好ましい。

本発明によるスタッフィングスクリューはまた、特に、押出機において搬送される極めて粘弾性の材料、特にエラストマー（例えばゴム）を脱気するのに好適である。

本発明は、図面に示された例示的な実施形態を参照して以下でより詳細に説明される。

本発明による押出機システムの第１の実施形態の概略図を示す。 本発明による押出機システムの第２の実施形態の概略図を示す。 本発明による押出機システムの第３の実施形態の概略図を示す。 スタッフィングスクリューを本発明による押出機システムに組み込む様々な可能な方法を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第１の溝形状を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第２の溝形状を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第３の溝形状を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第４の溝形状を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第５の溝形状を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第１の溝の連続を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第２の溝の連続を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第３の溝の連続を示す。 本発明によるスタッフィングスクリューの第４の溝の連続を示す。

本発明による押出機システムは、押出機１と、それに接続された少なくとも１つのスタッフィングスクリュー２とを有する。押出機１は、押出機スクリュー３であって、駆動部（図示されない）により回転駆動されるように押出機ハウジング４に取り付けられる押出機スクリュー３を含む。スタッフィングスクリュー２は、搬送用スクリュー５であって、駆動部６により順に駆動されるようにハウジング７内に取り付けられる搬送用スクリュー５を含む。図１および図２に一例として示されるとおり、押出機１が例えば単一の押出機スクリュー３を有し、スタッフィングスクリュー２が単一の搬送用スクリュー５を有することが可能である。同様に、押出機１が複数の押出機スクリュー３を備えて設計されること、およびスタッフィングスクリュー２が複数の搬送用スクリュー５を備えて設計されることが可能である。図３は、一例として、２つの押出機スクリュー３と２つの搬送用スクリュー５とを有する本発明による押出機システムの構成を示す。２つ以上の搬送用スクリュー５を備える構成において、スクリューが互いに緊密に噛み合い、かつ同じ方向または反対の方向に回転する設計が本発明によると好ましい。

本発明による押出機システムのスタッフィングスクリュー２は、供給機構として設けられてもよく、この供給機構を介して、製造物および／または１つまたは複数の添加剤が押出機１内に既に位置する製造物へ供給される。図２は、一例として、スタッフィングスクリュー２のハウジング７に注入口８を有する本発明による押出機システムの対応する構成を示し、製造物は前記注入口を介して供給される。

スタッフィングスクリュー２はまた、押出機１を脱気することを目的として設けられてもよい（図１を参照）。この場合、スタッフィングスクリューのハウジング７に、抽出システム１０への接続のための排出口９が設けられる。

押出機スクリュー３と押出機ハウジング４との間に形成された管状の製造物空間において、製造物は矢印１２により示される方向に運ばれ、その過程で、らせん状に延びるスレッド１１を備えて設計された押出機スクリュー３の回転により場合により混合され、可塑化され、圧縮される。押出機ハウジング４の容積とスタッフィングスクリュー２のハウジング７の容積とは互いに接続され、したがって、スタッフィングスクリュー２を介して供給される製造物は、押出機１内へ導入されることができ、押出機１において形成された気体はスタッフィングスクリュー２を介して排出され得る。

スタッフィングスクリュー２は、任意の望ましい向きで押出機１に接続され得る。図４は、スタッフィングスクリュー２の様々な向きを示す。垂直に下向きまたは上向きおよび水平（右または左へ）に加えて、スタッフィングスクリューはまた、（各場合において重力の方向に対して見たときに）斜め上向きまたは斜め下向きに方向付けられることが可能である。水平または垂直な（特に垂直に上向き）配置構成が好ましい。図１〜図３は、スタッフィングスクリュー２が、各場合において、押出機１の長手方向軸に対して垂直に配置される実施形態を示す。これに対する代替形態として、当然のことながら、スタッフィングスクリュー２は、その長手方向軸が押出機１の長手方向軸と９０°ではなく、０°〜＜９０°、例えば４５°である角度を挟むように、押出機１へ接続されることも可能である。

押出機１で複数のスタッフィングスクリュー２が組み合わされる場合、それらは、押出機１の長手方向軸との関係で見たときに異なる軸方向位置に設けられ得る。例えば、利用可能な自由流断面を増やすために、複数のスタッフィングスクリュー２が、押出機１の１つの軸方向位置で異なる半径方向の向きで配置されることも可能である（図４を参照）。

図５〜図９は、異なる断面であって、それにより、（ここでは、一例として同じ回転方向を有する２つの搬送用スクリュー５を備えた）本発明によるスタッフィングスクリュー２の溝１３が形成され得る異なる断面が概略的に示される。図５は、ここで、溝１３の長方形断面を示し、図６および図７は、溝１３の三角形断面を示す。三角形断面は二等辺三角形ではなく、図６の実施形態の場合、より長く、より平らな周縁は搬送用スクリュー５の回転方向の後方に位置し（「回転方向に先細りする」）、一方で図７の実施形態の場合、より短く、より急な周縁は、搬送用スクリュー５の回転方向の後方に位置する（「回転方向に遠ざかる」）。当然のことながら、溝１３の三角形断面が二等辺三角形または等辺三角形であることも可能である。図８の実施形態の場合の溝１３の断面は湾曲しており、特に円の一部の形態である。さらに、図９はまた、（寸法および／または断面形状の点で）不規則な間隔および／または不均一な断面を有する溝１３を形成する可能性を示す。

図１０〜図１３は、本発明によるスタッフィングスクリュー２の溝１３の様々な可能な連続を示す。図１０の実施形態は、溝１３が、スタッフィングスクリュー２または搬送用スクリュー５の長手方向軸１５に平行に方向付けられること提供する。これは簡単であり、したがって技術的に費用効果がある解決策である。しかしながら、特に、図６による溝の形状との組合せの場合、平行な配置構成は、溝１３に形成された凝縮物が特に効果的に除去されることにより区別されることも可能である。これは溝１３における「固化」のリスクまたは溝１３が徐々に「閉塞する」リスクを減らし得る。

図１１の実施形態の場合、スタッフィングスクリュー２の溝１３は、らせん状に、厳密には搬送用スクリュー５の同様にらせん状に延びるスレッド１４と同じ傾斜の方向（右方向）に延びる。溝１３およびスレッド１４は、したがって、程度の差はあるが平行に延びる。

これと対照的に、図１２の実施形態は、らせん状に延びる溝１３が搬送用スクリュー５のスレッド１４の傾斜の方向と逆の傾斜の方向を有するようになっている。好ましくは、スタッフィングスクリュー２の長手方向軸１５にわたり、溝１３およびスレッド１４により挟まれる角度αが７０°〜１１０°に及ぶようになっている。

図１３は、最後に、傾斜の方向が反対である結果としてクロスオーバーする溝１３の組合せを示す。

１ 押出機
２ スタッフィングスクリュー
３ 押出機スクリュー
４ 押出機ハウジング
５ 搬送用スクリュー
６ 駆動部
７ ハウジング
８ 注入口
９ 排出口
１０ 抽出システム
１１ スレッド
１２ 運搬方向
１３ 溝
１４ スレッド
１５ 長手方向軸

Claims (14)

1. ハウジング（７）と、前記ハウジング（７）内に回転可能に取り付けられる少なくとも１つの搬送用スクリュー（５）とを有し、搬送用空間が前記ハウジング（７）の内側と前記搬送用スクリュー（５）との間に形成される、スタッフィングスクリュー（２）において、前記ハウジング（７）の前記内側の少なくとも１つの部分に１つまたは複数の凹部が設けられることを特徴とする、スタッフィングスクリュー（２）。
2. 前記凹部が少なくとも１つの溝（１３）の形態で設計されることを特徴とする、請求項１に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
3. 前記搬送用スクリュー（５）の長手方向軸の方向に互いに離間される前記ハウジング（７）の前記内側の少なくとも２つの部分に凹部と、特に各場合において少なくとも１つの溝（１３）とが設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
4. 前記溝（１３）が前記搬送用スクリューの長手方向軸に平行に延びることを特徴とする、請求項２または３に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
5. 前記溝（１３）がらせん状に延びることを特徴とする、請求項２または３に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
6. 前記搬送用スクリュー（５）が少なくとも１つのらせん状に延びるスレッド（１４）を有し、前記スレッド（１４）の傾斜の方向が前記溝（１３）の傾斜の方向と逆であることを特徴とする、請求項５に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
7. 前記溝（１３）および前記スレッド（１４）が、前記搬送用スクリュー（５）の長手方向軸（１５）の前記方向から見たときに７０°〜１１０°の角度（α）を挟むことを特徴とする、請求項６に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
8. 前記搬送用スクリュー（５）が少なくとも１つのらせん状に延びるスレッド（１４）を有し、前記スレッド（１４）の傾斜の方向および前記溝（１３）の傾斜の方向が同一であることを特徴とする、請求項５に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
9. 前記らせん状に延びる溝（１３）の傾斜が不均一であることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
10. 異なる傾斜の方向、傾斜および／または巻き線の数を有する複数のらせん状に延びる溝（１３）を特徴とする、請求項５〜９のいずれか一項に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
11. 脱気用排出口を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスタッフィングスクリュー（２）。
12. 押出機（１）と、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスタッフィングスクリュー（２）とを有する押出機システム。
13. 押出機（１）において搬送される粘弾性材料、特にエラストマーを脱気するための、請求項１１に記載のスタッフィングスクリュー（２）の使用。
14. 押出機において搬送される粘弾性材料、特にエラストマーを脱気する方法において、脱気が請求項１２に記載の押出機システムにおいて実施されることを特徴とする、方法。

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