JP3824415B2 - 二軸スクリュ式押出機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸のスクリュが同方向に回転する形式の二軸スクリュ式押出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すような同方向回転二軸スクリュ押出機のスクリュ１、１には、可塑化混練用エレメント（ニーディングディスク、ロータ等：以下単にエレメントという）２、２を有するものがある。図４に示すように、これらのエレメント２、２は、その断面形状が、一般的にエレメント２の中心線に対して線対称になるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のエレメント２には、エレメント２自身や、これを支持する軸４などが疲労破壊を起こしやすく、また、エレメント２とシリンダ３内面との摺動面で「かじり」を生じやすいという問題点がある。すなわち、図４中でエレメント２、２の相対回転位置が同図（１）に示す位置から同図（２）に示す位置まで移動した場合に、シリンダ３の図中下側のくさび形部分３ａの内壁面と図中右側のエレメント２の外周面とによって形成される閉じ込み部近傍の流路５ａ’が絞られた状態となり、同図中斜線部で示す閉じ込み部の原料が圧縮されて内圧が高くなるため、エレメント２、２及び軸４、４には、図中２つの太い矢印で示すような各方向に大きいサイドフォースが作用することになる。このような状態は、同図（６）の場合でも図中上側のくさび形部分３ｂにおいて発生し、閉じ込み部近傍の流路５ｂ’が絞られ、閉じ込み部の内圧が高くなって、図中２つの太い矢印で示すような各方向に大きいサイドフォースが作用することになる。結局、エレメント２や、軸４は、同図（１）から同図（８）に至る半回転毎に２回（略４方向）の大きいサイドフォースを繰り返し受けることになり、エレメント２自身や、軸４などが疲労破壊を起こしやすいことになる。また、このような大きいサイドフォースによって、軸４が曲げられることにより、エレメント２がシリンダ３の内壁面に強く押し付けられるので、エレメント２とシリンダ３との摺動面で「かじり」を生じやすいことになる。
本発明は、このような課題を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、閉じ込み部近傍で流路ができるだけ絞られないように、エレメントの断面形状を、その中心点に対して点対称になるように構成することにより、上記課題を解決する。すなわち、本発明の二軸スクリュ式押出機は、二軸のスクリュ（１、１）に、互いに噛み合う可塑化混練用エレメント（２、２）が設けられているものを対象としており、
二軸のスクリュ（１、１）は同方向に回転し、可塑化混練用エレメント（２、２）は、その軸心と直交する方向の断面形状が、少なくとも４つの円弧の外周部（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）からなり、その外形形状は、略菱形で各片が外側に円弧状にふくらんだ形状に形成され、
外形が中心点（Ｏ）に対して点対称であり、１対称軸方向は先細形状となっており、スクリュ回転による原料流れのそれぞれ下流側で閉じ込み側となる第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）の円弧が、残りの第２の外周部分（２ｂ）及び第４の外周部分（２ｄ）の円弧よりも、大きい径で、且つ辺の長さも短くなるようにし、
第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）が閉じ込み部近傍に位置したときに、一方の第１の外周部分（２ａ）及び他方の第３の外周部分（２ｃ）から形成される閉じ込み部近傍の流路が、断面形状が中心線に対して線対称に構成されたエレメントに比べて、大きくなるように構成したことを特徴としている。
なお、かっこ内の符号は、実施の形態の対応する部材を示す。２つのエレメント（２、２）の外周面とシリンダ（３）のくさび形部分（３ｂ）の内周面とで原料の閉じ込み状態を形成するように、エレメント（２、２）がそれぞれ位置した状態で、エレメント（２）の、原料流れの向きで下流側となる第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）の円弧が、隣接する第２の外周部分（２ｂ）及び第４の外周部分（２ｄ）の円弧よりも大きい半径とされているので、閉じ込み部近傍の流路（５ａ、５ｂ）は、従来よりも大きい断面積のものとすることができる。したがって、原料の閉じ込みによる発生圧力も小さくなり、これに伴ってエレメント（２、２）や軸（４）に作用するサイドフォースも小さくなるので、従来よりも疲労破壊を生じにくくし、またエレメント（２、２）の「かじり」を生じにくくすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態のロータを可塑化混練用のエレメントとして用いた二軸スクリュ式押出機の横断面を示す。二軸スクリュ１、１の軸４、４にそれぞれ取り付けられたエレメント２、２は、同図（１）から同図（８）に示すような順序で互いに同方向に相対回転しながら半回転することになる。この半回転中に、同図（２）に示すような相対回転位置において、原料が斜線部で示すような閉じ込み状態となるが、このとき、図中右側のエレメント２の外周全体を４つに区画して考えると、原料流れの向きで下流側となる閉じ込み部の壁面を含む第１の外周部分２a の円弧は、これと隣接する図中右斜め下の第２の外周部分２b 及び図中左斜め上部の第４の外周部分２d の円弧よりも、円弧の半径が大きいものとされている。なお、図中右斜め上の第３の外周部分２c の円弧は、第１の外周部分２a と同じく円弧の半径が大きいものとされており、後述するように同図（６）に示す相対回転位置に位置した場合に閉じ込み部の壁面となるものである。
これは、図３に示すように、軸４や相手側の穴を省略してエレメント２の側面から見た場合、その外形形状は、略菱形で各片が外側に円弧状にふくらんだ形状のものであるとともに、エレメント２の中心点Ｏに対して点対称のものとなっていることを意味する。すなわち、エレメント２の図中右下側の第２の外周部分２b 及び図中左上側の第４の外周部分２d は、破線で示す従来のものと同一の形状（説明の都合で実線と破線とはずらせてあるが、実際には重なり合う状態）であるが、図中左下側の第１の外周部分２a 及び図中右上側の第３の外周部分２c は、破線で示す従来の形状のものよりも、円弧の半径が大きくなっている、ということができる。これにより、図３中斜線部で示す分だけ、閉じ込み部近傍の流路が図中上下方向（第１の外周部分２a では上方向、第３の外周部分２c では下方向）に大きくなるので、閉じ込み部が開かれた状態になる。したがって、従来よりも閉じ込み圧が小さくなり、この閉じ込み圧に起因するサイドフォースも小さい値になる。
【０００６】
次に、この実施の形態の作用を説明する。図１において、エレメント２、２が、同図（１）に示す相対回転位置から同図（２）に示す相対回転位置に向かって移動していくにつれて、下流側の流路５は、斜線部で示す閉じ込み部近傍の流路５ａが次第に狭く（高さ方向の寸法が小さく）なり、同図（２）に示す位置において、最小となる。しかしながら、このときの閉じ込み部近傍の流路５ａの大きさは、従来の図４（２）に示す閉じ込み部近傍の流路５ａ’の大きさと比較すると、図３に示す斜線部分だけ、大きくなっているため、閉じ込み部が従来よりも開かれた状態になる。したがって、閉じ込み部分の圧力が低くなり、この閉じ込み圧に起因するサイドフォースも小さくなる。これに応じて、エレメント２や軸４に作用する繰り返し曲げ応力も小さい値となり、疲労破壊の可能性が従来よりも低くなる。また、曲げ応力の減少に応じて、エレメント２、２のシリンダ３内壁に対する「かじり」も生じにくいことになる。
【０００７】
なお、上記実施の形態の説明においては、可塑化混練用エレメント２、２としてニーディングロータを用いるものとしたが、可塑化混練用エレメントであればよく、たとえば略菱形板状のニーディングディスクを用いることもできる。
また、上記実施の形態の説明においては、図１中エレメント２、２が反時計方向に回転するものとしたが、反対の時計方向に回転する場合には、対応する下流側の部分を、他の部分よりも大きい半径となるようにすればよい（図３中、外周部分２b 及び２d の方が２a 及び２c よりも大きい半径の円弧となるようにすればよい）。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によると、可塑化混練用エレメントの閉じ込み部の流路を従来よりも大きくすることができるので、閉じ込み部が開かれた状態となり、閉じ込み圧を従来よりも小さくすることができる。また、閉じ込み圧に起因するサイドフォースによって、可塑化混練用エレメントやこれを支持する軸が疲労破壊するのを軽減することができる。また、このようなサイドフォースによる可塑化混練用エレメントとシリンダ内壁間のかじりを従来よりも少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す二軸押出機の可塑化混練用エレメントの半回転中の相対回転位置を説明する図であり、同図（１）〜同図（８）は、順次可塑化混練用エレメントが３０°ずつ回転した状態を示し、同図（２）及び同図（６）に示す相対回転位置において、それぞれ閉じ込みが発生していることを説明する図である。
【図２】本発明が適用される二軸スクリュ式押出機の１例を示す図である。
【図３】可塑化混練用エレメントの本発明の形状と従来の形状とを重ね合わせて示す図である。
【図４】従来の可塑化混練用エレメントの半回転中の相対回転位置を説明する図であり、同図（１）〜同図（８）は、順次可塑化混練用エレメントが３０°ずつ回転した状態を示し、同図（２）及び同図（６）に示す相対回転位置において、それぞれ閉じ込みが発生していることを説明する図である。
【符号の説明】
１ スクリュ
２ エレメント（可塑化混練用エレメント）
２a 第１の外周部分
２b 第２の外周部分
２c 第３の外周部分
２d 第４の外周部分
３ シリンダ
４ 軸
５ 下流側の流路
５a 、５b 閉じ込み部近傍の流路
Ｏ エレメントの中心点
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸のスクリュが同方向に回転する形式の二軸スクリュ式押出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すような同方向回転二軸スクリュ押出機のスクリュ１、１には、可塑化混練用エレメント（ニーディングディスク、ロータ等：以下単にエレメントという）２、２を有するものがある。図４に示すように、これらのエレメント２、２は、その断面形状が、一般的にエレメント２の中心線に対して線対称になるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のエレメント２には、エレメント２自身や、これを支持する軸４などが疲労破壊を起こしやすく、また、エレメント２とシリンダ３内面との摺動面で「かじり」を生じやすいという問題点がある。すなわち、図４中でエレメント２、２の相対回転位置が同図（１）に示す位置から同図（２）に示す位置まで移動した場合に、シリンダ３の図中下側のくさび形部分３ａの内壁面と図中右側のエレメント２の外周面とによって形成される閉じ込み部近傍の流路５ａ’が絞られた状態となり、同図中斜線部で示す閉じ込み部の原料が圧縮されて内圧が高くなるため、エレメント２、２及び軸４、４には、図中２つの太い矢印で示すような各方向に大きいサイドフォースが作用することになる。このような状態は、同図（６）の場合でも図中上側のくさび形部分３ｂにおいて発生し、閉じ込み部近傍の流路５ｂ’が絞られ、閉じ込み部の内圧が高くなって、図中２つの太い矢印で示すような各方向に大きいサイドフォースが作用することになる。結局、エレメント２や、軸４は、同図（１）から同図（８）に至る半回転毎に２回（略４方向）の大きいサイドフォースを繰り返し受けることになり、エレメント２自身や、軸４などが疲労破壊を起こしやすいことになる。また、このような大きいサイドフォースによって、軸４が曲げられることにより、エレメント２がシリンダ３の内壁面に強く押し付けられるので、エレメント２とシリンダ３との摺動面で「かじり」を生じやすいことになる。
本発明は、このような課題を解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、閉じ込み部近傍で流路ができるだけ絞られないように、エレメントの断面形状を、その中心点に対して点対称になるように構成することにより、上記課題を解決する。すなわち、本発明の二軸スクリュ式押出機は、二軸のスクリュ（１、１）に、互いに噛み合う可塑化混練用エレメント（２、２）が設けられているものを対象としており、
二軸のスクリュ（１、１）は同方向に回転し、可塑化混練用エレメント（２、２）は、その軸心と直交する方向の断面形状が、少なくとも４つの円弧の外周部（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）からなり、その外形形状は、略菱形で各片が外側に円弧状にふくらんだ形状に形成され、
外形が中心点（Ｏ）に対して点対称であり、１対称軸方向は先細形状となっており、スクリュ回転による原料流れのそれぞれ下流側で閉じ込み側となる第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）の円弧が、残りの第２の外周部分（２ｂ）及び第４の外周部分（２ｄ）の円弧よりも、大きい径で、且つ辺の長さも短くなるようにし、
第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）が閉じ込み部近傍に位置したときに、一方の第１の外周部分（２ａ）及び他方の第３の外周部分（２ｃ）から形成される閉じ込み部近傍の流路が、断面形状が中心線に対して線対称に構成されたエレメントに比べて、大きくなるように構成したことを特徴としている。
なお、かっこ内の符号は、実施の形態の対応する部材を示す。２つのエレメント（２、２）の外周面とシリンダ（３）のくさび形部分（３ｂ）の内周面とで原料の閉じ込み状態を形成するように、エレメント（２、２）がそれぞれ位置した状態で、エレメント（２）の、原料流れの向きで下流側となる第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）の円弧が、隣接する第２の外周部分（２ｂ）及び第４の外周部分（２ｄ）の円弧よりも大きい半径とされているので、閉じ込み部近傍の流路（５ａ、５ｂ）は、従来よりも大きい断面積のものとすることができる。したがって、原料の閉じ込みによる発生圧力も小さくなり、これに伴ってエレメント（２、２）や軸（４）に作用するサイドフォースも小さくなるので、従来よりも疲労破壊を生じにくくし、またエレメント（２、２）の「かじり」を生じにくくすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態のロータを可塑化混練用のエレメントとして用いた二軸スクリュ式押出機の横断面を示す。二軸スクリュ１、１の軸４、４にそれぞれ取り付けられたエレメント２、２は、同図（１）から同図（８）に示すような順序で互いに同方向に相対回転しながら半回転することになる。この半回転中に、同図（２）に示すような相対回転位置において、原料が斜線部で示すような閉じ込み状態となるが、このとき、図中右側のエレメント２の外周全体を４つに区画して考えると、原料流れの向きで下流側となる閉じ込み部の壁面を含む第１の外周部分２a の円弧は、これと隣接する図中右斜め下の第２の外周部分２b 及び図中左斜め上部の第４の外周部分２d の円弧よりも、円弧の半径が大きいものとされている。なお、図中右斜め上の第３の外周部分２c の円弧は、第１の外周部分２a と同じく円弧の半径が大きいものとされており、後述するように同図（６）に示す相対回転位置に位置した場合に閉じ込み部の壁面となるものである。
これは、図３に示すように、軸４や相手側の穴を省略してエレメント２の側面から見た場合、その外形形状は、略菱形で各片が外側に円弧状にふくらんだ形状のものであるとともに、エレメント２の中心点Ｏに対して点対称のものとなっていることを意味する。すなわち、エレメント２の図中右下側の第２の外周部分２b 及び図中左上側の第４の外周部分２d は、破線で示す従来のものと同一の形状（説明の都合で実線と破線とはずらせてあるが、実際には重なり合う状態）であるが、図中左下側の第１の外周部分２a 及び図中右上側の第３の外周部分２c は、破線で示す従来の形状のものよりも、円弧の半径が大きくなっている、ということができる。これにより、図３中斜線部で示す分だけ、閉じ込み部近傍の流路が図中上下方向（第１の外周部分２a では上方向、第３の外周部分２c では下方向）に大きくなるので、閉じ込み部が開かれた状態になる。したがって、従来よりも閉じ込み圧が小さくなり、この閉じ込み圧に起因するサイドフォースも小さい値になる。
【０００６】
次に、この実施の形態の作用を説明する。図１において、エレメント２、２が、同図（１）に示す相対回転位置から同図（２）に示す相対回転位置に向かって移動していくにつれて、下流側の流路５は、斜線部で示す閉じ込み部近傍の流路５ａが次第に狭く（高さ方向の寸法が小さく）なり、同図（２）に示す位置において、最小となる。しかしながら、このときの閉じ込み部近傍の流路５ａの大きさは、従来の図４（２）に示す閉じ込み部近傍の流路５ａ’の大きさと比較すると、図３に示す斜線部分だけ、大きくなっているため、閉じ込み部が従来よりも開かれた状態になる。したがって、閉じ込み部分の圧力が低くなり、この閉じ込み圧に起因するサイドフォースも小さくなる。これに応じて、エレメント２や軸４に作用する繰り返し曲げ応力も小さい値となり、疲労破壊の可能性が従来よりも低くなる。また、曲げ応力の減少に応じて、エレメント２、２のシリンダ３内壁に対する「かじり」も生じにくいことになる。
【０００７】
なお、上記実施の形態の説明においては、可塑化混練用エレメント２、２としてニーディングロータを用いるものとしたが、可塑化混練用エレメントであればよく、たとえば略菱形板状のニーディングディスクを用いることもできる。
また、上記実施の形態の説明においては、図１中エレメント２、２が反時計方向に回転するものとしたが、反対の時計方向に回転する場合には、対応する下流側の部分を、他の部分よりも大きい半径となるようにすればよい（図３中、外周部分２b 及び２d の方が２a 及び２c よりも大きい半径の円弧となるようにすればよい）。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によると、可塑化混練用エレメントの閉じ込み部の流路を従来よりも大きくすることができるので、閉じ込み部が開かれた状態となり、閉じ込み圧を従来よりも小さくすることができる。また、閉じ込み圧に起因するサイドフォースによって、可塑化混練用エレメントやこれを支持する軸が疲労破壊するのを軽減することができる。また、このようなサイドフォースによる可塑化混練用エレメントとシリンダ内壁間のかじりを従来よりも少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す二軸押出機の可塑化混練用エレメントの半回転中の相対回転位置を説明する図であり、同図（１）〜同図（８）は、順次可塑化混練用エレメントが３０°ずつ回転した状態を示し、同図（２）及び同図（６）に示す相対回転位置において、それぞれ閉じ込みが発生していることを説明する図である。
【図２】本発明が適用される二軸スクリュ式押出機の１例を示す図である。
【図３】可塑化混練用エレメントの本発明の形状と従来の形状とを重ね合わせて示す図である。
【図４】従来の可塑化混練用エレメントの半回転中の相対回転位置を説明する図であり、同図（１）〜同図（８）は、順次可塑化混練用エレメントが３０°ずつ回転した状態を示し、同図（２）及び同図（６）に示す相対回転位置において、それぞれ閉じ込みが発生していることを説明する図である。
【符号の説明】
１ スクリュ
２ エレメント（可塑化混練用エレメント）
２a 第１の外周部分
２b 第２の外周部分
２c 第３の外周部分
２d 第４の外周部分
３ シリンダ
４ 軸
５ 下流側の流路
５a 、５b 閉じ込み部近傍の流路
Ｏ エレメントの中心点
Claims (1)
- 二軸のスクリュ（１、１）に、互いに噛み合う可塑化混練用エレメント（２、２）が設けられている二軸スクリュ式押出機において、
二軸のスクリュ（１、１）は同方向に回転し、可塑化混練用エレメント（２、２）は、その軸心と直交する方向の断面形状が、少なくとも４つの円弧の外周部（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）からなり、その外形形状は、略菱形で各片が外側に円弧状にふくらんだ形状に形成され、
外形が中心点（Ｏ）に対して点対称であり、１対称軸方向は先細形状となっており、スクリュ回転による原料流れのそれぞれ下流側で閉じ込み側となる第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）の円弧が、残りの第２の外周部分（２ｂ）及び第４の外周部分（２ｄ）の円弧よりも、大きい径で、且つ辺の長さも短くなるようにし、
第１の外周部分（２ａ）及び第３の外周部分（２ｃ）が閉じ込み部近傍に位置したときに、一方の第１の外周部分（２ａ）及び他方の第３の外周部分（２ｃ）から形成される閉じ込み部近傍の流路が、断面形状が中心線に対して線対称に構成されたエレメントに比べて、大きくなるように構成したことを特徴とする二軸スクリュ式押出機。
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| JP05457598A JP3824415B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 二軸スクリュ式押出機 |
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| JP05457598A JP3824415B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 二軸スクリュ式押出機 |
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| JPH11254505A JPH11254505A (ja) | 1999-09-21 |
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| DE102008029305A1 (de) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | Bayer Technology Services Gmbh | Schneckenelemente mit reduziertem Kammwinkel |
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1998
- 1998-03-06 JP JP05457598A patent/JP3824415B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11254505A (ja) | 1999-09-21 |
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