JP4129012B2 - スクリュ式押出機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュ式押出機に関し、特に、超電導モータを用いることにより、減速手段を用いることなくスクリュを回転駆動するための新規な改良に関する。

一般に、合成樹脂原料は合成反応により製造された原料の改質、物性あるいは機能性の改善等、あるいは成形を目的として、スクリュ式押出機により溶融混練され、ペレット状に造粒するまたはシート状あるいはフィルム状に押出成形されている。前記スクリュ式押出機は、図示しないが、外周に螺旋状のスクリュ溝が形成された長尺円柱状のスクリュおよびこのスクリュを回転可能に内挿させるシリンダにより構成される押出機本体、この押出機本体の後端に連結されて前記スクリュを回転駆動する歯車装置である駆動機、および駆動機の後端に連結される駆動モータにより構成されている。前記押出機本体は、前記シリンダに内挿される前記スクリュが１本の場合を単軸、２本の場合を二軸、２本の場合を含めてそれ以上の場合を多軸と呼んで区別している。多軸の場合は、前記押出機本体と前記駆動機との間に分配機が設けられ、それぞれの前記スクリュを個別に回転駆動可能に構成されている。なお、通常は、分配機と前記駆動機とは一体に構成されている。前記押出機本体の先端には、造粒装置、シートあるいはフィルム成形装置が連結されている。

以上のように構成されるスクリュ式押出機では、押出機の負荷が大であるため、駆動装置および駆動モータが、押出機本体に比較して大型の装置となり、大きい設置スペースが必要であった。また、運転時の駆動装置および駆動モータの騒音が大きく、作業環境が良好ではなかった。このようなスクリュ式押出機に対し、いくつかの改善がなされている。まず、多軸スクリュ式押出機に関して、駆動装置を遊星歯車式として装置の小型化が図られた（特許文献１）。また、単軸スクリュ式押出機に関して、駆動装置を省略し、駆動モータで直接スクリュを回転駆動して小型化が図られた（特許文献２及び３）。さらに、複数台の駆動モータをタンデム状に連結することにより駆動力の増強が図られている（特許文献３）。

特開平１１−１１５０３５号公報 特開２００２−０６７１２３号公報 特開２００３−１０３５９７号公報

従来のスクリュ式押出機は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、所要の駆動力に対する駆動モータの小型化および運転騒音の減少に関しては、未だ殆んど改善さておらず、前述の各従来構成においては、押出機の負荷に耐えるため、巨大なモータと減速機を必要とし、稼動時の騒音は環境を大幅に悪化させることになっていた。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、特に、超電導モータを用いることにより、減速手段を用いることなくスクリュを回転駆動することにより、運転騒音の減少を可能にするスクリュ式押出機を提供することを目的とする。

本発明によるスクリュ式押出機は、スクリュおよび前記スクリュ回転駆動可能に内挿させるシリンダにより構成される押出機本体と、前記押出機本体の後端に連結されて前記スクリュを回転駆動する超電導モータと、により構成され、前記スクリュと超電導モータとの間は減速手段が設けられていないことを特徴とする。

本発明によるスクリュ式押出機は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、スクリュ式押出機が、スクリュおよびスクリュを回転可能に内挿させるシリンダにより構成される押出機本体と押出機本体の後端に連結されて前記スクリュを回転駆動する超電導モータにより構成され、減速機を用いていないため、駆動モータが小型化され、設置スペースを小さくすることができる。また、超電導モータは、従来のモータと比較して効率が高く、うなりを伴う騒音が低くなり、押出機自体の低発音化を達成することができる。

また、前記超電導モータが液体窒素高温全超電導モータであることにより、冷媒として液体窒素を使用するので冷媒コストが安価で済み、全超電導なので界磁コイルおよび電気子コイルが超電導化されるとともに固定されるので複数台のモータをタンデム状に連結することが可能になり、要求される駆動力の変化に容易に対応できる。

本発明は、駆動モータに超電導モータを用いることにより、減速手段を用いることなくスクリュを駆動し、低騒音、小型、冷却系統不要のスクリュ式押出機を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるスクリュ式押出機の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明によるスクリュ式押出機を示す構成図である。図１において、符号１０で示されるものはスクリュ式押出機であり、このスクリュ式押出機１０はシリンダ１２に２本のスクリュ１３が回転駆動可能に平行して挿入された押出機本体１１、分配機１４および超電導モータ１５を直列に配置して構成され、押出機本体１１と分配機１４との間は一対の接続部１６により連結され、この分配機１４と超電導モータ１５との間は、連結部１７により連結されている。前記分配機１４は複数のギア２０とベアリング２１により構成され、減速手段は何ら設けられていない。従って、超電導モータ１５の回転は各スクリュ１３に対して減速されずに伝達されるように構成されている。

尚、図示していないが、前記スクリュ式押出機１０には制御装置および潤滑装置、前記超電導モータ１５には電源装置、前記押出機本体１１には、シリンダ１２の後端部に原料供給装置、シリンダ１２の先端部に造粒装置あるいは成形装置がそれぞれ連結されている。

前記超電導モータ１５は液体窒素冷却による高温全超電導モータ（石川島播磨重工業株式会社製）が好ましく、以下の特徴がある。
(1)モータの界磁コイルおよび電機子コイルすなわち全てのコイルが超電導化されており、モータからの発熱がなくなった。その結果、モータの冷却装置が不要となり、冷却装置の設置スペースが不要となる。
(2)全てのコイルが固定されているので、従来の超電導モータにおいて必要であった回転軸部からの冷媒導入あるいは電源供給が不要になった。その結果、回転体に対する冷媒用回転ジョイント、スリップリング等が不要となり、重要保全部品が減少し、保全負荷が小さくなる。また、回転軸端が利用可能となり、複数台のモータをタンデム状に連結することが可能となる。
(3)従来のモータと比較して小型軽量化された。すなわち、５０００ｋＷの場合、容積が約１／１０、重量が約１／５になる。その結果、前記(1)項と合わせて、スクリュ式押出機１０全体の設置面積が小さくなる。
(4)モータのうなり音、モータからの漏れ磁束が殆んどない。
(5)冷媒が液体窒素であり、取扱いやすく安価である。

以上のように構成されたスクリュ式押出機１０は、以下のように運転される。すなわち、図示しない制御装置および潤滑装置を作動させて運転可能状態になったスクリュ式押出機１０において、超電導モータ１５を起動すると、超電導モータ１５は連結部１７を介して分配機１４の入力軸を回転駆動する。この分配機１４は適宜に組合された複数のギア２０とベアリング２１により２本の出力軸が回転駆動され、接続部１６を介して押出機本体１１の２本のスクリュ１３を回転駆動する。２本のスクリュ１３が回転駆動される押出機本体１１では、シリンダ１２の後端部において、原料供給装置から合成樹脂原料および必要に応じて添加される混和材が連続的に供給され、合成樹脂減量等は、順次、回転駆動されるスクリュ１３により溶融混練されながら先端方向へ送られ、シリンダ１２の先端から造粒装置あるいは成形装置を介して連続的に押出される。

次に、図１に示すスクリュ式押出機１０と駆動機を備えた従来のスクリュ式押出機との、騒音およびエネルギー効率の比較を以下に示す。
騒音：
本発明機・・モータ２０〜３０ｄｂＡ＋歯車装置６０〜７０ｄｂａ＝７０ｄｂＡ
従来機・・・モータ８５ｄｂＡ以上 ＋歯車装置８５ｄｂＡ以上 ＝９０ｄｂＡ以上
エネルギー効率：
本発明機・・モータ９９％＋歯車装置９８％
従来機・・・モータ９０％＋歯車装置９６％

図１では、押出機本体１１がシリンダ１２に２本のスクリュ１３を回転駆動可能に内挿された二軸式の場合が示されているが、超電導モータ１５を駆動モータとすることは、スクリュ１３が１本の単軸の場合および３本以上の多軸の場合についても、なんら問題なく同様に適用可能である。なお、単軸の場合は、分配機１４が不要となり、押出機本体１１のスクリュ１３の後端部と超伝導モータ１５の出力軸端部とが接続部１６により連結される。また、３本以上の多軸の場合は、分配機１４が押出機本体１１のスクリュ１３の本数と同一本数の出力軸を備えて構成され、押出機本体１１のスクリュ１３のそれぞれの後端部と分配機１４のそれぞれの出力軸端部とが接続部１６により連結される。

また、スクリュ式押出機１０の使用条件、例えば、加工する合成樹脂原料の種類あるいは物性、要求される処理量等が変更され、より大きな駆動力が必要になる場合、追加すべき駆動力の新たな高温全超電導モータが既設の高温全超電導モータ１５の反押出機本体１１側に１台または必要に応じて複数台タンデム状に連結することができる。

本発明によるスクリュ式押出機を示す構成図である。

符号の説明

１０ スクリュ式押出機
１１ 押出機本体
１２ シリンダ
１３ スクリュ
１４ 分配機
１５ 超電導モータ
１６ 接続部
１７ 連結部

Claims (3)

1. スクリュ(13)および前記スクリュ(13)を回転駆動可能に内挿させるシリンダ(12)により構成される押出機本体(11)と、前記押出機本体(11)の後端に連結されて前記スクリュ(13)を回転駆動する超電導モータ(15)と、により構成され、前記スクリュ(13)と超電導モータ(15)との間は減速手段が設けられていないことを特徴とするスクリュ式押出機。
2. 少なくとも２本の前記スクリュ(13)と前記超電導モータ(15)とが複数のギアからなる分配機(14)を介して連結されていることを特徴とする請求項１記載のスクリュ式押出機。
3. 前記超電導モータ(15)が液体窒素高温全超電導モータであることを特徴とする請求項１又は２記載のスクリュ式押出機。

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