JP4926191B2 - スクリュー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂の押出機、造粒機等に使用される樹脂押出用のスクリュー及びその製造方法に係り、特に、らせん羽根の頂部に耐摩耗性の硬化層が肉盛りされたスクリュー及びその製造方法に関する。
樹脂の溶融、混練、造粒を行う押出機、造粒機等は、各種フィラー、ガラス繊維を含む樹脂などその処理される樹脂の範囲が拡大し、また、高生産性のものが求められている。このため、押出機、造粒機等の樹脂押出用のスクリューは、耐食性及び耐摩耗性に優れ、また、安価に交換できる経済的なスクリューが求められている。
このような樹脂押出用のスクリューにおいて、そのらせん羽根（スクリュー羽根又はねじ羽根）の頂部は、特に二軸式の押出機のようにシリンダ内で近接して回転する二本のスクリューを有する押出機にあっては、溶融部分や混練部分においてシリンダ内面と強く接触し、また、シリンダ内の樹脂圧力が低い部分において飢餓状態を生じやすく、らせん羽根の頂部とシリンダ内面との間に樹脂潤滑不足状態を生じ、らせん羽根の頂部が摩耗しやすいという問題を有する。
このような問題を解決するために、樹脂押出用のスクリューとして、例えば、特許文献１に、両端を閉塞した筒状のケーシング1内で筒軸方向へ相互に逆方向へ回転する二個のスクリュー羽根2を軸支し、ケーシング1の一端上方から装入した原料を混練圧縮しつつ他端から排出する二軸式圧縮形成機において、該スクリュー羽根2の全部または少なくとも終端付近の移送側側面21から頂面22にかけてのコーナ部を厚さH1，幅Wでビッカース硬度Hv900以下の第一肉盛層31と、該コーナ部を含む移送側側面21と頂面22の全面を被覆する厚さＨ2でビッカース硬度Hv900以上の第二肉盛層32を複合した溶接肉盛層3で形成し、前記のH1/H2およびW/H1が何れも2.0以上の比率を保つことを特徴とする二軸式圧縮形成機のスクリュー羽根が提案されている。
特許文献２に、廃プラスチックの減容化処理を行うスクリュー押出機が提案されている。すなわち、二軸式のスクリュー押出機であって、スクリュー軸と、スクリュー軸の回りに有するねじ羽根と、を有し、ねじ羽根は、羽根表側で且つ外周側に処理物の送り方向に関し後退した凹部を有しスクリュー軸と一体又は一体的なねじ羽根本体と、前記凹部に嵌め込まれねじ羽根のらせんに沿って配設されねじ羽根本体に固定される羽根表側耐摩耗性チップと、前記ねじ羽根本体の外周にらせん状に羽根外周側耐摩耗性チップとを配設固定したスクリュー押出機が提案されている。そして、その明細書に、外周側耐摩耗性チップに代えて、耐摩耗性金属を溶接することにより、ねじ羽根本体の外周に肉盛部を形成したスクリュー押出機が開示されている。
また、特許文献３には、二軸式の押出機の樹脂押出用のスクリューにおいて、中間部分のらせん羽根の頂部が摩耗しやすいことに着目し、中間部分のらせん羽根に耐摩耗性の肉盛り部を設けたスクリューが提案されている。また、特許文献４には、スクリュー羽根の先端部に超硬合金系の耐摩耗材が接合されたデカンタ型遠心分離機に好適な移送スクリューが提案されている。
特許文献１〜４に示されているように、押出用のスクリューのらせん羽根の頂部に設けられる耐摩耗性の硬質層は、らせん羽根の頂部の全体を覆うように設けられている。また、その硬質層は、特許文献１〜３に記載されたスクリューのように肉盛り溶接法により形成されたものと、特許文献２又は４に記載されたクリューのように耐摩耗性チップを溶接やろう付け等の接合法により形成されたものとがあるが、経済的には肉盛り溶接法により硬質層を形成する方が優れる。
しかし、肉盛り溶接法によりらせん羽根の頂部の全体を覆う硬質層を形成するには、高硬度を有する硬質層部分の加工と、硬質層以外の比較的柔らかい材料からなるスクリュー軸及びらせん羽根部分の加工、あるいは、両者を含む部分の同時加工を行わなければならず、慎重な加工作業を要し生産性が悪くなるという問題がある。また、硬質層を損傷させやすいという問題や加工に高い技術を要するという問題がある。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、肉盛り溶接法により製造される樹脂押出用のスクリュー及びその製造方法であって、従来のものと同等の品質を有し、生産性が高く経済的な樹脂押出用のスクリュー及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るスクリューは、スクリュー本体のらせん羽根の頂部に、耐摩耗性の硬化層を有する樹脂押出用のスクリューであって、前記硬化層は、前記らせん羽根の側面より内部側に設けられている。
上記発明において、硬化層は、前記らせん羽根の側面より0mmを越え4mm以下内部側に設けられているのがよい。また、硬化層の厚さは、1〜4mmにすることができる。
本発明に係るスクリューの製造方法は、スクリュー素材にらせん状の溝加工をする工程と、溝加工されたらせん溝に耐摩耗性材料を肉盛り溶接する工程と、肉盛り溶接された前記スクリュー本体の外径を所定寸法に仕上げた後、らせん羽根を形成する粗加工の工程と、仕上げ加工の工程と、を有する樹脂押出用のスクリューの製造方法であって、前記粗加工は、前記肉盛り溶接部分を避けて行う。
上記スクリューの製造方法の発明において、らせん溝は、その断面形状が両側部に傾斜面を有する皿状であるのがよく、傾斜面の傾斜角度は、水平面に対し50〜80°であるのがよい。
本発明に係るスクリューの製造方法によれば、従来の肉盛り溶接法により形成され樹脂押出用のスクリューと同等の品質を有するスクリューを高生産性、かつ経済的に製造することができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図１は、本発明に係るスクリューの構成を示す説明図であり、図１（ａ）が正面図を示し、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ部拡大断面図を示す。図１に示すように、本発明に係るスクリュー10は、スクリュー本体11のらせん羽根13の頂部に、耐摩耗性の硬化層15を有する。
スクリュー本体11は、図１（ａ）に示すように、公知のスクリュー軸12とらせん羽根13を有しており、その材質として、例えば、SUS630等のステンレス鋼材、あるいは、クロムモリブデン鋼が使用される。
硬化層15は、図１（ｂ）に示すように、らせん羽根13の側面より寸法wだけ内部側に設けられている。寸法wは、0mmを越え4mm以下とするのがよい。具体的な寸法wは、らせん羽根13の頂部の大きさ、あるいは、肉盛り溶接により形成される硬化層15の材質等により適切な値が選択される。硬化層15の材質として、例えば、コバルトクロム合金、ニッケルクロム合金等が使用される。
このように、硬化層15がらせん羽根13の側面より寸法wだけ内部側に設けられていることにより、以下に説明するスクリューの製造が容易になるばかりでなく、本スクリュー10の耐摩耗性等の品質を、らせん羽根13の頂部全体に硬化層を有する従来のスクリューの場合と同等にすることができる。
また、硬化層15は所要の耐摩耗性を有するように、硬化層15の厚さtは、1〜4mmにすることができる。混練、造粒等を行う対象材料により、スクリューの摩耗の程度を考慮して最適な厚さtが選択される。
このような構成を有するスクリューは、図２に示す方法により製造することができる。すなわち、本スクリューの製造方法は、先ずスクリュー素材（ａ）にらせん状の溝加工（ｂ）が行われる。らせん状の溝は、図１又は図２（ｂ）に示すように、その断面形状が両側部に傾斜面を有する皿状にするのがよく、傾斜面の傾斜角度θは、水平面に対し50〜80°であるのがよい。これにより次の工程で行う肉盛り溶接を容易かつ確実に行うことができるようになる。
次に、溝加工されたらせん溝に耐摩耗性材料の肉盛り溶接（ｃ）がされる。らせん溝に耐摩耗性材料が肉盛り溶接された後、図２（ｃ）に示すように、肉盛り部を含めてスクリュー素材の外径が所定の寸法になるように外径加工がなされる。そして、以下に説明するらせん羽根を形成する粗加工が行われ、最後に仕上げ加工が行われて本発明に係るスクリューが製造される（ｄ）。
本スクリューの製造方法において、らせん羽根を形成する粗加工は、図１に示すように、肉盛り部から寸法wを確保するように行われる。すなわち、粗加工は、肉盛り溶接部分を避けて行われる。これにより、らせん羽根を形成する粗加工を一工程で行うことができるようになる。従って、本スクリューの製造方法は、図３に示す従来のスクリュー製造方法のように、先ず、らせん羽根の頂部の硬質層部分16とその周囲の溝25の加工を慎重に行って、らせん羽根の頂部の形状を硬質層17を含めて二点差線で示す形状に仕上げた後に、らせん羽根を形成する粗加工を行うような二工程加工を行う必要がない。
10 スクリュー
11 スクリュー本体
12 スクリュー軸
13 らせん羽根
15 硬質層
16 硬質層部分
17 硬質層
25 溝
11 スクリュー本体
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13 らせん羽根
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Claims (3)
- スクリュー素材にらせん状の溝加工をする工程と、
溝加工されたらせん溝に耐摩耗性材料を肉盛り溶接する工程と、
肉盛り溶接された前記スクリュー本体の外径を所定寸法に仕上げた後、らせん羽根を形成する粗加工の工程と、
仕上げ加工の工程と、を有する樹脂押出用のスクリューの製造方法であって、
前記粗加工は、前記肉盛り溶接部分を避けて行うスクリューの製造方法。 - 前記らせん溝は、その断面形状が両側部に傾斜面を有する皿状であることを特徴とする請求項１に記載のスクリューの製造方法。
- 前記傾斜面の傾斜角度は、水平面に対し50〜80°であることを特徴とする請求項２に記載のスクリューの製造方法。
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