JP4102706B2 - 熱交換機能を備えたスクリュー、混練機および押出機 - Google Patents

熱交換機能を備えたスクリュー、混練機および押出機 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換機能を備えたスクリュー、混練機および押出機に係り、詳しくは、混練、押出し中にスクリューが曲がり変形しても、熱交換媒体供給管が疲労破損することなく熱交換媒体を供給することを可能ならしめるようにした熱交換機能を備えたスクリュー、混練機および押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂、ゴム材料等の熱可塑性樹脂からなる原料を混練し、また押出す混練機や押出機では、混練、押出し中の原料の温度を調整したり、溶けた原料が高温になってスクリューに付着して劣化するのを防止したりすることが、製品の品質にとって重要である。そのため、混練機や押出機のスクリューには媒体流通孔（以下、熱交換媒体室という。）が設けられており、この熱交換媒体室内に、例えば冷却水等の熱交換媒体を供給することにより温度制御するように構成されている。
【０００３】
より詳しくは、前記スクリューには、径方向の中心部に長手方向に沿い、一方の軸端に開口する熱交換媒体室が形成されており、この冷却液室内に回転継手を介して熱交換媒体供給管が嵌装されている。この場合、回転継手を介して供給された熱交換媒体は、熱交換媒体供給管内を流れ、この熱交換媒体供給管の先端から流出する。この熱交換媒体供給管の先端から流出した熱交換媒体は、熱交換媒体室の終端部に衝突して熱交換媒体供給管の基端方向に方向転換される。そして、熱交換媒体供給管の外周と前記熱交換媒体室の内壁との間に形成される円筒状の流路を流れて回転継手を介して流出させるように構成されている。
【０００４】
ところで、混練機や押出機のスクリューの熱交換媒体室内に熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給管には、１本構成になるものと、複数のパイプを接続した構成になるものとの２種類がある。前者の熱交換媒体供給管は、その長手方向の複数箇所の外周に、先端が前記熱交換媒体室の内壁に接触するサポートが設けられている。つまり、このサポートにより、この熱交換媒体供給管の中心が熱交換媒体室の径方向の中心に一致するように配慮されている。また、後者の熱交換媒体供給管は、複数のパイプがサポート兼用の管継手に螺着されて接続されており、これらサポート兼用の管継手によって熱交換媒体供給管の中心が熱交換媒体室の径方向の中心に一致するように配慮されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７７８７９７号公報（第２−３頁、第３−４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
混練機や押出機のスクリューは、これら混練機や押出機の稼動中において原料から偏荷重（曲げ力）を受けるため、このスクリューは撓みながら回転することとなる。そのため、金属等の高剛性からなる熱交換媒体供給管はスクリューの撓みにより繰返し強制変位を受け、この熱交換媒体供給管が疲労破壊する恐れがある。このような熱交換媒体供給管が疲労破壊すると、スクリューに対する冷却機能（熱交換機能）が低下してしまうので、混練、押出し中の原料の温度調整や、溶けて高温になってスクリューに付着した原料の劣化を防止することができなくなる。
【０００７】
そのため、補修のために混練機や押出機の稼動を停止しなければならず、混練機や押出機のランニングコストに関して不利になるのに加えて、混練機や押出機の稼働率の低下により、混練物や押出し製品の生産性の向上が望めないという解決すべき課題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、原料の混練、押出し中にスクリューが曲がり変形しても、熱交換媒体供給管が疲労破損することなく長期間にわたって安定的に熱交換媒体を供給して温度制御することを可能ならしめる熱交換機能を備えたスクリュー、混練機および押出機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る熱交換機能を備えたスクリューが採用した手段は、バレル内に回転可能に嵌装され、径方向の中心部に長手方向に沿う熱交換媒体室を有し、この熱交換媒体室内に熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給管が収容されてなる熱交換機能を備えたスクリューにおいて、前記熱交換媒体供給管は、長手方向に２以上に分割された曲げや撓みのない分割管と、これら分割管を屈曲可能に接続する管接続手段とからなり、前記熱交換媒体供給管はサポートを介して前記熱交換媒体室の内壁により支持され、スクリューと回転を共にし、かつ前記管接続手段を起点として自在に曲がるように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る熱交換機能を備えたスクリューが採用した手段は、請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリューにおいて、前記分割管は外周面に環状突起を備えると共に、前記管接続手段は内周面に嵌合溝を備えており、前記環状突起は、前記分割管が長手方向および径方向に動くことができるように、前記嵌合溝に嵌合されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る熱交換機能を備えたスクリューが採用した手段は、請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリューにおいて、前記管接続手段は、蛇腹状の曲げ変形自在なベローズから構成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係る熱交換機能を備えたスクリューが採用した手段は、請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリューにおいて、前記管接続手段は、フレキシブルホースから構成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
（００１０）
また、本発明の請求項５に係る混練機が採用した手段は、原料供給口から混練すべき原料が供給されるバレル内に、前記請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の熱交換機能を備えたスクリューが収容されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
（００１１）
また、本発明の請求項６に係る押出機が採用した手段は、原料供給口から混練、押出しすべき原料が供給されるバレル内に、前記請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の熱交換機能を備えたスクリューが収容されてなることを特徴とするものである。
【００１５】
（００１２）
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態１に係る熱交換機能を備えたスクリューを、このスクリューが二軸連続混練機（以下、混練機という。）用である場合を例として、添付図面を参照しながら説明する。図１は一部断面示スクリューの構成説明図、図２はスクリューの基端（バレルの排出口側）付近の断面図、図３は熱交換媒体供給管の一部断面示全体図、図４は図３のＡ部拡大図で、分割管の接続構成を示す図、図５は図４のＢ矢視図である。
【００１６】
両端部に原料供給口と排出口とが離間して設けられている混練機のバレル２０内に、前記原料供給口に面する原料フィード部において互いに噛合するスクリュー１１，１２が回転可能に嵌装されている。これらスクリュー１１，１２の１端部にスリーブ１４が嵌着されており、このスリーブ１４がバレル２０に設けられた軸受箱に嵌着された軸受１５により支持されている。これらスクリュー１１，１２の図示しない他端部は駆動装置（図示省略）に連結されている。また、これらスクリュー１１，１２の何れにも、径方向の中心部に長手方向に沿う熱交換媒体室１３が形成されている。そして、この熱交換媒体室１３内に、例えば冷却水、蒸気、ガス、油等の熱交換媒体を供給する、複数の高剛性パイプからなる後述する構成になる熱交換媒体供給管１が収容されている。
【００１７】
前記熱交換媒体供給管１の基端は径方向の中心から外方に外れた位置に戻り流路（貫通穴）９が設けられてなる管取付け部材８に連結されており、この管取付け部材８はフランジ部がボルトでスクリュー１１，１２の基端面に締結されることにより固着されている。
そして、前記管取付け部材８には、前記スリーブ１４に嵌挿されると共に、フランジ部がスリーブ１４の端面にボルト締結されてなる継手取付け部材１７にボルト締結された回転継手１６から熱交換媒体が供給されるように構成されている。つまり、熱交換媒体供給管１には、図示しない熱交換媒体供給源から供給される冷却水、蒸気、ガス、油等の熱交換媒体が、回転継手１６、管取付け部材８を介して供給されるように構成されている。
【００１８】
前記熱交換媒体供給管１は、図３乃至図５に示すように構成されている。即ち、この熱交換媒体供給管１は、５本の分割管２ａ〜２ｅと、これら５本の分割管２ａ〜２ｅを接続する管接続手段である４個の管接続継手４とから構成されている。前記分割管２ａ〜２ｅのうち、管取付け部材８に連結される基端側の第１分割管２ａと、先端側の第５分割管２ｅの１端部付近に環状突起３が固着され、これらの間の３本の第２分割管２ｂ乃至第４分割管２ｄのそれぞれの両端部付近に、断面が矩形状の環状突起３が固着されている。
【００１９】
前記管接続継手４は、外周面に直角になるように３枚の平板状のサポート７が周設されると共に、内周面に２条の半円状の矩形溝が周設されてなる第１半割り継手４ａと、第２半割り継手４ｂとからなっている。つまり、これら第１半割り継手４ａと、第２半割り継手４ｂとの開口側を合わせると共に、相対する面が合わされたサポート７を溶接接合することにより、内周面に２条の環状の嵌合溝５，５を有し、かつ外周面に４枚のサポート７を有する管接続継手４が構成されるようになっている。なお、この実施の形態１においては、第１半割り継手４ａと、第２半割り継手４ｂとのサポート７を溶接することにより接合しているが、サポート７をボルトで接合する構成にすることもできる。
【００２０】
前記分割管２同士は、前記管接続継手４により下記のようにして接続される。例えば、先ず、第１半割り継手４ａの２条の矩形溝に、分割管２の端部に設けられた環状突起３をそれぞれ嵌め込む。次いで、第２半割り継手４ｂの矩形溝を分割管２の端部に設けられた環状突起３に嵌め込んで、第１，２半割り継手４ａ，４ｂの開口側を合わせた状態で、相対する面が合わされたサポート７の端部を溶接するものである。
【００２１】
この場合、管接続継手４の円筒部の内径は分割管２の外径よりも例えば２ｍｍ大きく、嵌合溝５の底径は環状突起３の外径よりも２ｍｍ大きく、そして嵌合溝５の幅は環状突起３の幅よりも２ｍｍ大きく設定されている。そのため、上記のようにして接続された分割管２は長手方向および径方向に所定量動くことができる。つまり、この実施の形態１に係る熱交換媒体供給管１を構成する分割管２は管接続継手４を起点として、この管接続継手４部において所定角度自在に屈曲し得るように接続されている。
【００２２】
ところで、この実施の形態１の場合には、上記のとおり、管接続継手４の円筒部の内径が分割管２の外径よりも２ｍｍ大きく設定されていて隙間があるため、この隙間から熱交換媒体が漏出する。しかしながら、これらの寸法は、温度制御機能に支障がないことを確認した上で決定したものである。勿論、Ｏリング等の弾性を有するシール部材により隙間をシールすることも可能である。また、この実施の形態１の場合には、４個の管接続継手４を用いているが、例えば３個であっても、５個であっても良いので、管接続継手の数に限定されるものではない。つまり、管接続継手４の数は、混練機の稼動時におけるスクリューの最大曲げ変形量を考慮して決定すればよいものである。また、分割管２は、高剛性パイプとして金属製のパイプを用いたが、曲げや撓みのないものであれば他の材料からなるパイプであってもよい。
【００２３】
以下、上記実施の形態１に係るスクリュー１１、１２の作用態様を説明する。混練機の稼動中において、回転継手１６を介して供給された熱交換媒体は管取付け部材８を経て熱交換媒体供給管１に流入すると共にその内部を流れ、この熱交換媒体供給管１の先端から流出する。この熱交換媒体供給管１の先端から流出した熱交換媒体は、熱交換媒体室１３の終端部に衝突して熱交換媒体供給管１の基端方向に方向転換される。そして、熱交換媒体供給管１の外周と前記熱交換媒体室１３の内壁との間に形成される円筒状の流路１３ａを流れ、戻り流路９を流れて回転継手１６を介して系外に流出する。このように流れる熱交換媒体によりスクリュー１１，１２が温度制御され、そしてこれらスクリュー１１，１２によって原料が温度制御される。
【００２４】
混練機の上記のような稼動中において、従来例と同様、これらスクリュー１１，１２は原料から偏荷重（曲げ力）を受けて変形しながら回転する。ところが、本実施の形態１の場合にあっては、上記のとおり、熱交換媒体供給管１は、これを構成する分割管２ａ〜２ｅを接続する管接続継手４を起点として自在に曲がるように構成されているから、スクリューの変形に伴う曲げを吸収することができる。従って、この熱交換媒体供給管１を構成する分割管２ａ〜２ｅに曲げ応力が発生するようなことがない。そのため、従来例に係るスクリューの熱交換媒体供給管のように疲労破壊する恐れがない。
【００２５】
従って、本実施の形態１によれば、長期間にわたり混練機を安定運転することができ、補修頻度が少なくなるから、従来例に比較してランニングコストに関して有利になるのに加えて、稼働率の向上により生産性の向上が可能になるという多大な効果がある。なお、分割管２ａ〜２ｅは高剛性パイプからなるものであり、実質的に曲がったり撓んだりすることがないから、熱交換媒体供給管１の先端を熱交換媒体質１３内の所定の位置まで容易に押込むことができる。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態２に係る熱交換機能を備えたスクリューを、このスクリューが混練機用である場合を例として、添付図面を参照しながら説明する。但し、スクリュー自体の構成は、上記実施の形態１と同様で、熱交換媒体供給管の構成が相違するだけであるから、熱交換媒体供給管の説明に止める。図６は熱交換媒体供給管の一部断面示全体図、図７は図６のＣ部拡大図で、分割管の接続構成を示す図、図８は図６のＤ−Ｄ線断面図である。
【００２７】
即ち、本実施の形態２に係る熱交換媒体供給管１は、図６乃至図８に示すように、４本の分割管２ａ〜２ｄとこれら４本の分割管２ａ〜２ｄを接続する管接続手段である３個の、蛇腹状の曲げ変形自在なベローズ６とから構成されている。前記分割管２ａ〜２ｄのうち、管取付け部材８に連結される基端側の第１分割管２ａを除く第２分割管２ｂ乃至第４分割管２ｄの外周に、９０°の角度で４枚の平板状のサポート７が周設されている。
【００２８】
ところで、本実施の形態２にあっては、図７に示すように、前記ベローズ６の両端に環状体６ａが固着されており、これら環状体６ａと分割管２との端部が溶接によって接続されている。このように、ベローズ６を、環状体６ａを介して分割管２と接続するようにしたのは、ベローズ６が薄肉であって、ベローズ６自体を他の方法で接続することが困難であるからである。なお、本実施の形態２においてはベローズ６を用いたが、例えばベローズ６をフレキシブルホース（ホースクランプを用いて分割管に接続する）に置換することができる。
【００２９】
本実施の形態２の場合にあっては、上記のとおり、熱交換媒体供給管１はベローズ６を起点として自在に屈曲できるように構成されているため、この熱交換媒体供給管１を構成する第１乃至第４分割管２ａ〜２ｄに曲げ応力が発生するようなことがなく、上記実施の形態１と同等の効果、即ち長期間にわたり混練機を安定運転することができる。
【００３０】
以上では、本実施の形態の係る熱交換媒体供給管１を備えたスクリュー１１，１２が、両持ち支持される連続混練機用である場合を例として説明した。しかしながら、本発明の技術的思想を、片持ち支持されるスクリューを有する連続混練機、あるいは押出機用のスクリューに対しても適用することができるので、両持ち支持タイプの混練機用のスクリューのみの用途に限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至４に係る熱交換機能を備えたスクリュー、請求項５に係る混練機および請求項６に係る押出機によれば、稼動中においてスクリューが原料から偏荷重（曲げ力）を受けて変形しながら回転しても、熱交換媒体供給管は、これを構成する分割管を接続する管接続手段により屈曲可能に構成されていて、この管接続手段を起点として屈曲して、スクリューの変形に伴う曲げを吸収することができるため、この熱交換媒体供給管を構成する分割管に曲げ応力が発生するようなことがない。そのため、本発明に係るスクリューの熱交換媒体供給管は疲労破壊するような恐れがない。
【００３２】
従って、本発明によれば、長期間にわたり混練機または押出機を安定運転することができ、補修頻度が少なくなるから、従来例に比較してランニングコストに関して有利になるのに加えて、稼働率の向上により生産性の向上が可能になるという多大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係り、一部断面示スクリューの構成説明図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係り、スクリューの基端（バレルの排出口側）付近の断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係り、熱交換媒体供給管の一部断面示全体図である。
【図４】 本発明の実施の形態１に係り、図３のＡ部拡大図で、分割管の接続構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係り、図４のＢ矢視図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係り、熱交換媒体供給管の一部断面示全体図である。
【図７】 本発明の実施の形態２に係り、図６のＣ部拡大図で、分割管の接続構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係り、図６のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
１…熱交換媒体供給管
２…分割管，２ａ…第１分割管，２ｂ…第２分割管，２ｃ…第３分割管，２ｄ…第４分割管、２ｅ…第５分割管
３…環状突起
４…管接続継手、４ａ…第１半割り継手，４ｂ…第２半割り継手
５…嵌合溝
６…ベローズ，６ａ…環状体
７…サポート
８…管取付け部材
９…戻り流路
１１，１２…スクリュー
１３…熱交換媒体室，１３ａ…円筒状の流路
１４…スリーブ
１５…軸受
１６…回転継手
１７…継手取付け部材
２０…バレル

Claims (6)

  1. バレル内に回転可能に嵌装され、径方向の中心部に長手方向に沿う熱交換媒体室を有し、この熱交換媒体室内に熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給管が収容されてなる熱交換機能を備えたスクリューにおいて、前記熱交換媒体供給管は、長手方向に２以上に分割された曲げや撓みのない分割管と、これら分割管を屈曲可能に接続する管接続手段とからなり、前記熱交換媒体供給管はサポートを介して前記熱交換媒体室の内壁により支持され、スクリューと回転を共にし、かつ前記管接続手段を起点として自在に曲がるように構成されてなることを特徴とする熱交換機能を備えたスクリュー。
  2. 前記分割管は外周面に環状突起を備えると共に、前記管接続手段は内周面に嵌合溝を備えており、前記環状突起は、前記分割管が長手方向および径方向に動くことができるように、前記嵌合溝に嵌合されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリュー。
  3. 前記管接続手段は、蛇腹状の曲げ変形自在なベローズから構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリュー。
  4. 前記管接続手段は、フレキシブルホースから構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機能を備えたスクリュー。
  5. 原料供給口から混練すべき原料が供給されるバレル内に、前記請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の熱交換機能を備えたスクリューが収容されてなることを特徴とする混練機。
  6. 原料供給口から混練、押出しすべき原料が供給されるバレル内に、前記請求項１乃至４のうちの何れか一つの項に記載の熱交換機能を備えたスクリューが収容されてなることを特徴とする押出機。
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