JP3718188B2 - 二軸樹脂混練押出機における歯の構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ軸と、該スクリュ軸の外周部に形成されている歯に噛み合う歯を有するスクリュセグメントとからなるスクリュが、平行に配置され、そして前記スクリュ軸の同方向あるいは異方向の一方向の回転力が、前記歯を介して前記スクリュセグメントの方へ伝達されるようになっている二軸樹脂混練押出機における歯の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一方向の回転力を伝達する装置の１つに二軸樹脂混練押出機が知られている。二軸樹脂混練押出機は、従来周知のように２本のスクリュからなり、その一部分が図３の（ロ）の平面図に示されている。スクリュ２０は、スクリュ軸２２と、スクリュセグメント３０とからなり、スクリュ軸２２の外周部には回転力をスクリュセグメント３０に伝達する複数個の歯２３、２３、…が形成されている。これらの歯２３、２３、…には、インボリュートスプラインが使用されている。一方、スクリュセグメント３０は、回転時に樹脂と接して樹脂に主として軸方向の推力を及ぼす作用面３１と、組み立て時に隣接するスクリュセグメント３０に接する接触面３２とからなっている。そして、中心部にはスクリュ軸２２の歯２３、２３、…に噛み合う、同様な歯形をした歯が形成されている。したがって、所定長さのスクリュ軸２２に複数個のスクリュセグメント３０、３０、…を装着するとスクリュ２０が構成され、これを図３の（ロ）に示されているように、シリンダバレル３５内に所定の間隔に平行に配置すると、二軸樹脂混練押出機が構成される。なお、図３の（ロ）における他の符号３６はニーディングディスクを示している。上記のように配置されている２本のスクリュ軸２２、２２を同方向あるいは異方向に回転駆動すると、スクリュ軸２２、２２の回転力が歯２３、２３、…を介してスクリュセグメント３０、３０、…に伝達され、スクリュセグメント３０、３０、…は回転駆動される。樹脂をシリンダバレル３５の一方から供給すると、他方の端部に移送される間に従来周知のように溶融混練され、そして端部から押し出される。
【０００３】
一方、主として一方向に回転力を伝達する歯車も、例えば特開２００１−１６５２８０と特開平７−２５９８７２号とにより提案されている。前者の特開２００１−１６５２８０に示されている歯形は、回転時に力が作用する歯の前面側とその背面側はインボリュート歯形になり、背面側の基準圧力角は前面側の基準圧力角よりも大きくなっている。また、後者の特開平７−２５９８７２号に記載されている歯は、回転時に力が作用する側の前面の湾曲の曲率は比較的小さく、背面は外側に凸で穏やかな湾曲を呈している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の二軸樹脂混練押出機のスクリュ軸２２の歯２３は、インボリュート歯形をしているので、加工精度が比較的高く、また歯が均一に噛み合うという特徴を有する。しかしながら、二軸樹脂混練押出機のように、大きな回転トルクを一方向にのみ伝達する歯形としては、必ずしも適した歯形とはいえない。さらにその理由を説明する。図４の（イ）は、前述したインボリュート歯形を模式的に示す図であるが、同図に示されていえるように、回転時に力が作用する歯の前面２４と背面２５は、同じインボリュート曲線で、前面側と背面側の基準圧力角ａ、ａも同じ大きさになっている。したがって、正逆同じように回転トルクを伝えることはできる利点はある。しかしながら、大きな力が前面２４に作用すると、歯２３が変形する。その様子が図４の（ロ）に示されている。図４の（ロ）は、実際の使用条件を想定した荷重（前面２４と背面２５は共にインボリュート曲線で、圧力角ａが２０度）で強度計算をした結果を示す図であるが、同図においてＡ部分には大きな引っ張り力が作用し、そしてＢ部分には圧縮力が作用していることが分かる。このような大きな応力が作用する結果、歯２３は図４の（ロ）に示されているように変形し、そして破損する。
【０００５】
特開２００１−１６５２８０に示されている歯は、歯の前面と背面がインボリュート歯形になっているので、両方向に回転トルクを伝えることができる利点があり、また歯形が非対称形に形成され、背面側の基準圧力角が前面側の基準圧力角よりも大きくなっているので、比較的大きな回転トルクを伝達できる利点も認められる。しかしながら、両面がインボリュート歯形になっているので、両面を異なる曲面に加工する工作費が嵩む恐れがり、一方向にのみ回転力を伝達する歯形としては必ずしも適しているとはいえない。また、特開平７−２５９８７２号に示されている歯形も、非対称形に形成されているので、比較的大きな回転トルクを伝達できる利点も認められるが、同様に加工の点に問題がある。また、雌軸の歯形は、図５の（イ）に模式的に示されているように、力が作用する前面２６は略直線状に形成され、背面２７は内側に凹になるように湾曲して薄くなっている。したがって、前面２６に大きな力が作用すると、図５の（ロ）においてＡ’で示す部分には引っ張り力が、そしてＢ’で示す部分には圧縮力が作用する。その結果、図５の（ロ）に示されているように歯は、容易に変形し破損する。
本発明は、上記したような従来の歯形の欠点あるいは問題点を解決した歯の構造を提供することを目的とし、具体的には比較的安価に加工することができるにも拘わらず、大きな回転力を伝達することができる、高トルク、高強度の二軸樹脂混練押出機を得ることができるスクリュ軸あるいはスクリュセグメントの歯の構造すなわち二軸樹脂混練押出機における歯の構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転方向に着目した構成を採ることにより、上記目的を達成しようとするものである。すなわち、二軸樹脂混練押出機の歯は、回転時に力が作用する前面側と、その反対の背面側とを同じ形状あるいは対称形に構成する必要はなく、前面側は歯の噛み合いを考慮し、背面側は強度および加工性に重きをおいた構造に構成することにより達成される。噛み合いを考慮すれば、前面の形状はインボリュート曲線が望ましい。しかしながら、インボリュート曲線に準じた曲線例えばサイクロイド曲線でも滑らかに噛み合い、本発明の目的は達成される。歯の強度および加工性に重きをおいた構造は、実質的に直線を呈する形状である。直線は曲線に比較して加工は容易である。また、歯の強度を向上させるために、背面側の圧力角は前面側の圧力角よりも大きく構成される。大きくすることにより、歯の根元部分の厚みが増し、圧縮応力に耐えるようになる。
かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、スクリュ軸と、該スクリュ軸の外周部に形成されている歯に噛み合う歯を有するスクリュセグメントとからなるスクリュが、平行に配置され、そして前記スクリュ軸の同方向あるいは異方向の一方向の回転力が、前記歯を介して前記スクリュセグメントの方へ伝達されるようになっている二軸樹脂混練押出機における歯の構造であって、前記歯は、回転時に力が作用する側の前面はインボリュート曲線もしくはサイクロイド曲線状に、そして非作用側の背面は実質的に直線状に形成されていると共に、前記背面側の圧力角は前記前面側の圧力角よりも大きいように構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１、２により本発明の実施の形態を、二軸樹脂混練押出機に適用した例について説明する。二軸樹脂混練押出機は、従来周知のように、概略的には軸方向に所定長さのシリンダバレルと、このシリンダバレル内に所定の間隔をおいて設けられている２本のスクリュとからなっている。そして、これらのスクリュは回転駆動装置により、同方向あるいは異方向に回転駆動されるようになっている。このようなスクリュ１の、本発明の実施の形態が図１の（イ）に示されている。すなわち、スクリュ１はスクリュ軸２と、このスクリュ軸２に装着される複数個のスクリュセグメント１０とからなっている。
【０００８】
スクリュ軸２の外周部には複数個の歯３、３、…が軸方向に形成されている。歯３は、図１の（ロ）において実線で示されているように、回転時に、詳しくは後述するスクリュセグメント１０の歯に直接伝達力が作用する前面４と、この前面４の反対側の伝達力が作用しない背面５と、前面４と背面５とを結んでいる頂面６とからなっている。前面の側面形状は、従来周知のインボリュート曲線あるいはインボリュート曲線に準じた曲線となっている。そして、背面５は、本実施の形態によると、略直線になっている。このように直線になっている背面５側の圧力角αは、前面４側の圧力角βよりも、０〜７０度大きくなっている。本実施の形態によると、背面５は直線状に、そしてその圧力角は大きくなっているので、歯の加工は容易で、歯の根元は厚くなり強度は大きくなっている。
【０００９】
スクリュセグメント１０の外形は、従来周知のように、回転駆動されるときに樹脂と接するフライト面１１と、組み立てたとき隣接する他のスクリュセグメントに接する接触面１２とからなっている。そして、中心部には前述したスクリュ軸２に挿通される孔が設けられ、この孔の内周部に、前述したスクリュ軸２の歯３、３、…に噛み合う複数個の歯１３、１３、…が形成されている。これらの歯１３、１３、…は、図１の（ロ）において点線で示されているように、スクリュ軸２の歯３と相似形になっている。
【００１０】
上記のように構成されているスクリュ軸２に複数個のスクリュセグメント１０、１０、…を装着すると、軸方向に所定長さのスクリュ１が構成される。２本のスクリュ１、１を、図３の（ロ）に示されているように、シリンダバレル３５内に所定の間隔に平行に配置すると、二軸樹脂混練押出機が構成される。したがって、２本のスクリュ軸２、２を同方向あるいは異方向に回転駆動すると、スクリュ軸２、２の回転力が歯３、３、…１３、１３、…を介してスクリュセグメント１０、１０、…に伝達され、スクリュセグメント１０、１０、…は回転駆動される。樹脂をシリンダバレル３５の一方から供給すると、スクリュフライト面１１の表面の樹脂は、互いのスクリュフライト面１１により掻き取られながら他方の端部に移送される。その間に従来周知のように溶融混練され、そして端部から押し出される。
【００１１】
実施例：前面４をインボリュート曲線、背面５を直線、前面側の圧力角βを２０度、背面側の圧力角αを５５度として実際の使用条件を想定した荷重で強度計算をした結果を、図２の（ロ）に模式的に示す。本実施の形態によると、応力の集中が避けられ、引っ張り力ａも圧縮力ｂも小さく、図４の（イ）に示されている歯形の強度に比較して約６.３％、図５の（イ）に示されている歯形の強度に対しては約２０％以上も向上した。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、スクリュ軸と、該スクリュ軸の外周部に形成されている歯に噛み合う歯を有するスクリュセグメントとからなるスクリュが平行に配置されてスクリュ軸の同方向あるいは異方向の一方向の回転力が、前記歯を介して前記スクリュセグメントの方へ伝達されるようになっている二軸樹脂混練押出機における歯の構造が、回転時に力が作用する側の前面はインボリュート曲線もしくはサイクロイド曲線状に、そして非作用側の背面は実質的に直線状に形成されていると共に、前記背面側の圧力角は前記前面側の圧力角よりも大きいように構成されているので、すなわち前面はインボリュート曲線もしくサイクロイド曲線状になっているので、機械加工精度が良く、回転駆動時には力が歯に均一に作用する効果が得られる。そして、本発明によると、非作用側の背面は実質的に直線状に形成されていると共に、背面側の圧力角は前面側の圧力角よりも大きいように構成されているので、歯の機械加工は容易で、しかも歯の根元側の厚みが増し歯の強度は大きいという本発明に特有の効果が得られる。また、このように歯の機械加工は容易で歯の強度は高いので、高トルクに耐える高能力の二軸樹脂混練押出機を安価に得ることができる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図で、その（イ）は、スクリュの実施の形態を示す斜視図、その（ロ）は歯の実施の形態を拡大してその一部を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる歯の構造を示す図で、その（イ）は１本の歯を模式的に示す展開図、その（ロ）はその強度計算の結果を示す図である。
【図３】従来例を示す図で、その（イ）はスクリュの斜視図、その（ロ）は二軸樹脂混練押出機の一部を示す平面図である。
【図４】図３に示す従来の歯の構造を示す図で、その（イ）は１本の歯を模式的に示す展開図、その（ロ）はその強度計算の結果を示す図である。
【図５】さらに他の従来の歯の構造を示す図で、その（イ）はその１本の歯を模式的に示す展開図、その（ロ）はその強度計算の結果を示す図である。
【符号の説明】
１ スクリュ ２ スクリュ軸
３ 歯 ４ 前面
５ 背面 １０ スクリュセグメント
１３ 歯 α 背面側の圧力角
β 前面側の圧力角

Claims (1)

1. スクリュ軸と、該スクリュ軸の外周部に形成されている歯に噛み合う歯を有するスクリュセグメントとからなるスクリュが、平行に配置され、そして前記スクリュ軸の同方向あるいは異方向の一方向の回転力が、前記歯を介して前記スクリュセグメントの方へ伝達されるようになっている二軸樹脂混練押出機における歯の構造であって、
   前記歯は、回転時に力が作用する側の前面はインボリュート曲線もしくはサイクロイド曲線状に、そして非作用側の背面は実質的に直線状に形成されていると共に、前記背面側の圧力角は前記前面側の圧力角よりも大きいように構成されていることを特徴とする二軸樹脂混練押出機における歯の構造。

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