JP2602674B2 - 押出成形機用スクリュー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は押出成形機用スクリューに係り、特に成形体
の性状を均質化するのに好適な押出成形機用スクリュー
に関する。

〔従来の技術〕

セラミックスの成形方法の一つに押出法がある。この
方法は、セラミックス原料粉末に結合剤、可塑剤、潤滑
剤、溶剤等を添加して調製した坏土を押出成形機によっ
て加圧し、口金を通して押出し塑性加工するもので、特
に口金を取り替えるだけで棒状、管状、板状あるいはハ
ニカム状にセラミックスを成形できるという特徴を有す
ることから、古くから普及している成形法である。

押出法に用いられる押出し成形機には、大別してスク
リュー式（オーガ式）とピストン式（プランジャ式）と
が知られており、それぞれ一長一短があるため用途に応
じて使い分けられている。

例えば生産性を重視するような場合には、連続的に口
金から成形体を得ることができるスクリュー式が一般に
採用される。ピストン式は、材料（坏土）の充填、加圧
押出をバッチ単位で繰返すため、断続的な処理しかでき
ず、スクリュー式と比べて生産性の面で劣るからであ
る。

また、成形体の断面方向の組成を均質に押出さなけれ
ばならないような場合には、断面方向に対してほぼ均一
にずり速度が零となるいわゆるピストン流を呈するとと
もに各部がほぼ同等の圧力履歴を受けるピストン式が有
用である。坏土が変形する場合には、ずり速度の大きい
方から小さい方へ水分が移動する性質があり、スクリュ
ー式の場合には、スクリューとテーパバレル内で複雑な
流れが起り、テーパバレルの中心軸付近に水分が集中す
ることが知られている。したがってスクリュー式押出機
で棒状の成形体を得る場合、その中心軸付近で乾燥収縮
が周囲より大きく、乾燥割れが生じたり、その部分の気
孔率が大きくなったりする。またハニカムのようなマル
チチャンネルの口金を用いた場合には、口金中央部の流
量が周囲より大きくなり易く、その部分でのリブが厚く
なったり、場合によっては閉塞することもある。

このために、成形体の形状、寸法に高い精度を要求さ
れる場合や、成形体材質の均質性が要求される場合に
は、生産性を犠牲にし、やむを得ずピストン式押出成形
機を用いなければならなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のスクリュー式押出成形機内での材料（坏土）の
流れの挙動を第16図を参照して説明する。

オーガバレル12とスクリュー軸１に刻まれたスクリュ
ー溝２の間に充填された坏土11は、スクリュー軸１の回
転に伴ってスクリュー軸１の末端方向へ押出され、テー
パバレル13、口金14を経て成形体17として取出される。
オーガバレル12とスクリュー溝２の間に充填された坏土
にはスクリュー軸１の回転によってせん断力が加わり、
このときスクリュー溝２における半径方向のずり速度
は、オーガバレル側（外周側）の方がスクリュー溝の底
側より大きくなる。したがって、坏土中の水分は、スク
リュー溝の底部に向って移動する。また同時にスクリュ
ー溝２の底面では、坏土とスクリュー溝２の底面との間
に滑りが生じ、両者の界面にスクリュー軸材料の摩耗粉
を含んだ坏土ができるため、この部分に水分と前記摩耗
粉を含んだ特異な性状の坏土15（以下特異坏土と呼ぶ）
が生成される。特に成形体の保形性や耐乾燥割れ性が要
求される場合のセラミックス坏土は、粘度が高くスクリ
ュー溝内部での２次流れが発生しにくいため、生成され
た上記特異杯土15は分散されることなくそのまま下流側
へ送られる。

下流に送られた坏土はスクリュー軸端面５に達し、ス
クリュー溝底部に位置していた特異坏土15はスクリュー
端面の円錐面に沿って端面５の頂点６へ集まる。頂点に
集った特異坏土は坏土の流れと共にスクリュー軸１から
剥離し、口金14へ押込まれる。

第17図は、テーパバレル内の坏土の流れ方向に対して
直角方向の断面における坏土の含水率、金属摩耗粉含有
率及び針入度を測定した結果を示し、中心部の含水率と
金属摩耗粉含有率が大きく、このため針入度も中心部が
高く（やわらかく）なっていることを表わしている。し
たがって例えばハニカム成形用口金14を取付けた場合に
は、第16図に示すように中心部の流量が大きく、先端が
盛り上った異常部18を形成した成形体17が押出される。

本発明の課題は、材質が均質な成形体を、高い生産性
で製造するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の課題は、スクリュー軸端面に互に交差する段違
い棒が設けられ、該段違い棒のうちの前記端面に接する
棒は前記スクリュー軸の回転方向に対して鋭角をなし、
他方の棒は前記回転方向に対して鈍角をなして固定され
ている押出成形機用スクリューにより達成される。

〔作用〕

スクリュー軸端面に本発明に係る段違い棒が設置され
た場合の坏土の挙動を、第１図乃至第４図を参照して説
明する。

水分及び金属摩耗粉を多く含んだ特異坏土は、従来の
スクリュー式押出成形機と同様にスクリュー軸端面の円
錐面に沿って円錐の頂点へ流れようとする。円錐面をな
すスクリュー軸端面５に設置された段違い棒の内の円錐
面に接する側の棒９は、スクリュー軸１の回転方向23に
対して鋭角αをなして設置されていて、スクリュー軸１
の回転につれて、円錐面表面を流れる特異坏土を円周外
方へ且つ円錐表面から離れる方向へ導く。また、段違い
棒のうちの他方の棒10は、スクリュー軸１の回転方向23
と鈍角βをなして設置され、しかも円錐面から離れて設
置されていて、スクリュー軸１の回転につれて、円錐面
から離れた位置にある、特異坏土でない健全な坏土を円
錐面表面へ、且つ円錐中心方向へ導く。この効果は単一
の棒では得られず、段違いの一対の棒によって始めて生
ずる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を第１図乃至第４図を参照して
説明する。

スクリュー溝２を備えたスクリュー（以下スクリュー
軸と呼ぶ）１の端面５は円錐面をなしており、この端面
５に互に交差した特異坏土導出棒９と健全坏土導入棒10
からなる段違い棒が特異坏土導出棒９を円錐面に接して
設けられている。更にこの特異坏土導出棒９は、スクリ
ュー軸１の回転方向23と鋭角αをなしており、健全坏土
導入棒10は、円錐面から離れてスクリュー軸１の回転方
向23と鈍角βをなして取付けられている。本実施例にお
いては、４対の同じ段違い棒が、円錐面を等分する位置
に設けられている。

このスクリュー軸１がオーガバレル12に内装され、オ
ーガバレル12には先端に口金14を取付けたテーパバレル
13が結合されている。スクリュー軸１の回転に伴ってオ
ーガバレル12から押出される坏土は、テーパバレル13を
経て口金14で成形されて取出される。

スクリュー軸１の端面５に設置された段違い棒によっ
て分割される円錐面の領域を、第３図に示すように、A,
B,C,Dとする。また円錐面付近の坏土を円錐面からの距
離により、第４図に示すように、円錐面に接する坏土の
層を底層24、健全坏土導入棒10とほぼ同じレベルの坏土
の層を中層25、それより高い層を上層26とする。

次にスクリュー軸１が回転して坏土が押出されるとき
のスクリュー軸１の端面（円錐面）での坏土の挙動を、
前記A,B,C,Dの領域に分けて説明する。Ａ領域では円錐
面に接している底層坏土すなわち特異坏土が、特異坏土
導出棒９により矢印21の方向に導かれると共に、健全坏
土導入棒10の背部となる中層25では低圧部が生じて底層
坏土や上層26の健全坏土が誘引される。Ｂ領域では、円
錐面に接する底層の特異坏土が円錐面に沿って外周方向
に導かれると共に、中層部の健全坏土は円錐面の頂点方
向へ導かれ、底層と中層での層間の坏土の混合は比較的
少ない。Ｃ領域は特異坏土導出棒９の背部であり、底層
がスクリュー軸１の回転に伴う特異坏土導出棒９と坏土
の相対運動から低圧となるため、健全坏土導入棒10に導
かれた健全坏土が矢印20に示されるように中層から底層
へ誘引される。Ｄ領域は特異坏土導出棒９の背部である
と共に健全坏土導入棒10の背面でもあるので、底層と中
層において低圧部が生じ、特異坏土導出棒９を乗りこえ
た特異坏土や上層からの健全坏土が誘引されて混じり合
う。

このように、スクリュー軸１の回転により、特異坏土
と健康坏土とが、スクリュー軸１の端面５（円錐面）付
近で混じり合いながら、均質な坏土となって口金14へ送
りこまれる。

本実施例においては、第２図に示すように４対の段違
い棒を円錐面に配置したが、１対の段違い棒を設けても
その効果を充分発揮できる。しかしスクリュー軸１の支
持構造が片持梁の場合、スクリュー軸１の軸芯に対して
対称でない１対の段違い棒ではスクリュー軸の芯ぶれに
つながる恐れがあり、対称な位置に設けた２対以上の段
違い棒とすることが望ましい。

前述の作用により、特異坏土がスクリュー軸先端の側
面近傍に沿ってスクリュー軸先端中央部に集中すること
がなく、口金上流端にほぼ均質な坏土が供給される。

第５図に、本実施例のスクリュー式押出成形機と従来
技術によるスクリュー式押出成形機とにより、同一のハ
ニカム成形用口金を用いて押出成形を行い、テーパバレ
ル出口部における押出方向に垂直な断面での針入度分布
を測定した結果を示す。使用した坏土はコージェライト
系坏土である。第５図の縦軸Ｋは針入度を、横軸はテー
パバレル13出口における押出方向に垂直な断面上の位置
を示し、Ｌが断面の中心、Ｒが外周位置を表す。図中ａ
は本実施例による坏土の測定結果であり、ｂは従来技術
の押出成形機による坏土の測定結果である。従来技術に
よる坏土は、テーパバレル中心における針入度が周囲よ
り約50（1/10mm）高いのに対して、本実施例によるもの
を、中心と周囲での針入度の差は殆んど生じなかった。
また取出されたハニカム成形体の状態を比較すると、従
来技術による成形体では中心部においてセルの閉塞が生
じたが、本実施例による成形体ではセルの閉塞も、リブ
の厚肉化も生じなかった。図中ｃは、比較のために行っ
た第１の比較例による試験の結果を示す。第１の比較試
験は、第10図及び第11図に示されるように、スクリュー
軸１の端面５に、突起物22を複数個設けて行った。この
場合はテーパバレル13出口における中心部と周囲部との
針入度の差は多少緩和される傾向にはあるが、顕著では
ない。これは坏土のように粘度が大きな流体でしかも流
速が遅いと、流れが完全に層流を呈することと関連す
る。本比較試験のように端面５に垂直な方向に形状変化
のない突起物22を設置し、坏土を一旦せん断しても、突
起物の後方（下流）ではそれが層流の効果でまた元通り
くっつくことになり、坏土を混合する作用が生じない。
したがってこのような突起物を取付けても本実施例で得
られたような効果は期待できない。

本発明の第２の実施例を第６図及び第７図により説明
する。第２の実施例はスクリュー軸１の端面５である円
錐面に、円錐面の頂点６で互に交差する上下２本の段違
い棒10,9を固定したものである。下の棒９は、円錐頂点
６を通り、かつ円錐面に接しており、棒両端部が矢印23
で示されるスクリュー軸１の回転方向と逆の方向に曲げ
られている。上の棒10は、円錐頂点でスクリュー軸１に
固定され、棒の両端が、スクリュー軸１の回転方向23の
方向に曲げられている。また、上の棒10はスクリュー軸
１の軸方向に垂直な平面内にある。この段違い棒を設け
た円錐面を円錐の頂点側からみると段違い棒は、第７図
に示すように変形まんじ型をなしている。第２の実施例
の効果は第１の実施例の効果と同等であり、テーパバレ
ル出口における半径方向の坏土の針入度分布はほぼ均一
であり、取出されたハニカム成形体の性状も健全なもの
であった。

本発明の第３の実施例を、第８図及び第９図により説
明する。第３の実施例においては、第２の実施例と同様
に、スクリュー軸１の端面５である円錐面に、円錐面の
頂部で交差する上下２本の段違い棒10,9を固定したもの
であるが、いずれの棒も円錐の頂点側から見たとき三日
月形のなだらかな曲線をなしており、下側の棒９は円錐
の頂部を通って円錐面に接して固定され、かつ両端部が
スクリュー軸１の回転方向23と反対の方向に曲げられた
形である。上の棒10は、スクリュー軸１の軸方向に垂直
な面内で、両端をスクリュー軸１の回転方向23の方向に
曲げた形となっている。本実施例の効果は第１および第
２の実施例の効果と同等であり、テーパバレル13の出口
における断面での坏土の針入度分布も、取出されたハニ
カム成形体も健全であった。

本発明者等は更に他の比較例を作成して実験を行っ
た。第２の比較例においては第12図および第13図に示さ
れるように、棒27,28がスクリュー軸１の端面５をなす
円錐面に接してかつ、対称な位置にある円錐面の母線に
沿って設けられ、それぞれの棒は円錐面の頂点６から更
に延長された前記母線に沿って前記円錐面から離れた位
置まで突出している。したがって棒27,28は頂点６で互
いに交差している。この比較例に於いては実験の結果、
坏土の均質化の効果は現れなかった。

第14図及び第15図は第３の比較例を示し、第１の比較
例と第２の比較例を組み合せたものであるが、この場合
も、本発明の実施例で得られた効果は得られなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スクリュー式押出成形機のスクリュ
ー軸端面に段違い棒が設けられたので、スクリュー溝底
部に生成される水分と金属摩耗粉とを多く含んだ特異坏
土がスクリュー軸端面中央部に合流することなく健全な
坏土と混合され、均質な坏土を成形用口金に供給するこ
とが可能となり、均質性のよい成形品を高い生産性で製
造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図であり、第
２図は第１図に示されたスクリュー軸の端面を示す正面
図であり、第３図は第１の実施例における坏土の流れを
示す平面図であり、第４図は第１の実施例の詳細を示す
部分側面図であり、第５図はテーパバレル出口における
坏土の針入度を示すグラフであり、第６図は本発明の第
２の実施例を示す断面図であり、第７図は第６図に示さ
れたスクリュー軸の端面を示す正面図であり、第８図は
本発明の第３の実施例を示す断面図であり、第９図は第
８図に示されたスクリュー軸の端面を示す正面図であ
り、第10図は第１の比較例を示す断面図であり、第11図
は第10図に示されたスクリュー軸の端面を示す正面図で
あり、第12図は第２の比較例を示す断面図であり、第13
図は第12図に示されたスクリュー軸の端面を示す正面図
であり、第14図は第３の比較例を示す断面図であり、第
15図は第14図に示されたスクリュー軸の端面を示す正面
図であり、第16図は従来技術の例を示す断面図であり、
第17図は第16図のXVII−XVII線に沿った断面における坏
土の性状を示すグラフである。 １……スクリュー（スクリュー軸）、 ５……スクリュー軸端面（円錐面）、 ９……段違い棒（特異坏土導出棒）、 10……段違い棒（健全坏土導入棒）、 23……回転方向。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−182705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48511（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−159604（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−68805（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリュー軸端面に互に交差する段違い棒
   が設けられ、該段違い棒のうちの前記端面に接する棒は
   前記スクリュー軸の回転方向に対して鋭角をなし、他方
   の棒は前記回転方向に対して鈍角をなして固定されてい
   る押出成形機用スクリュー。