JP5518853B2 - 改善された分散効果があり電力入力が低いウォームエレメント - Google Patents

Description

本発明は、共回転し完全にぬぐうスクリューの対を有する多軸押出機のためのスクリューエレメント、多軸押出機でのこれらのスクリューエレメントの使用、およびこれらのスクリューエレメントを生成する方法に関する。

明確にするために、説明では、使用される略語、記号、およびインデックスはどれもイタリック体で書かれる。図面では、使用される略語、記号、およびインデックスは通常のスクリプト体で書かれる。

ロータが互いに完全にぬぐう共回転二軸押出機または共回転多軸押出機が長い間知られてきた（例えば、Ｇｅｒｍａｎ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．８６２，６６８を参照のこと）。完全にぬぐう輪郭の原理に基づくスクリュー押出機が、重合体の生産および処理の分野で多くの多様な応用分野で使用されている。このことは主に、重合体溶融物が表面に付着し、一般に採用される処理温度で時間をかけて分解するという事実による。このことは、完全にぬぐうスクリューの自己洗浄効果により防止される。完全にぬぐうスクリュー輪郭を生成する規則が、例えば［１］（［１］は、Ｋｌｅｍｅｎｓ Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ ｇｌｅｉｃｈｌａｕｆｉｇｅ Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（「Ｔｈｅ ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ」）、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｍｕｎｉｃｈ，２００７、ｐｐ．９６ ｅｔ ｓｅｑ．）で説明され、［１］では、二軸押出機の第１のシャフトのあらかじめ規定されたスクリュー輪郭が、二軸押出機の第２のシャフトのスクリュー輪郭を決定することも述べられている。従って、二軸押出機の第１のシャフトのスクリュー輪郭は、生成するスクリュー輪郭と呼ばれる。二軸押出機の第２のシャフトのスクリュー輪郭は、二軸押出機の第１のシャフトのスクリュー輪郭に基づき、従って、生成されるスクリュー輪郭と呼ばれる。多軸押出機では、生成するスクリュー輪郭および生成されるスクリュー輪郭は常に互い違いに配列される。

現代の二軸押出機は、様々なスクリューエレメントが中央シャフト上に搭載されることができるモジュラシステムからなる。このことにより、当業者が、関係する処理の仕事に適合するように二軸押出機を調節することができるようになる。

偏心的に配列される円形ディスクを除いて、従来技術で公知のスクリューエレメントは、横断面輪郭外形（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｎｔｏｕｒ）が、スクリューの山の頂（ｓｃｒｅｗ ｔｉｐ）およびねじ山フランク（ｆｌｉｇｈｔ ｆｌａｎｋ）の間の遷移で発生する少なくとも１つのベンド（ｂｅｎｄ）（例えば、図１を参照のこと）を有することを特徴とする。山の頂は、輪郭の外側の直径と等しい半径、および輪郭の回転点にある中心点を有する円弧からなる。輪郭のフランクへの遷移にあるベンドが、スクリューエレメントのねじ山の頂を形成する。

多軸押出機で行われる主な工程の１つが、互いに均質に混合されることができない液相または溶融物の分散、もしくは重合体溶融物中の固体の分散である。技術文献（例えば、Ｃｈａｎｇ Ｄａｅ Ｈａｎ：Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８１を参照のこと）から、剪断流と伸長流の組合せが、困難な分散問題を解決する最良の方法であることが公知である。

物質がスクリューの回転により剪断されるだけではく、同時に山の頂に向かうスクリューチャネルの収束により山の頂に向かって伸長されるスクリューチャネルで、このようなタイプの流れが優勢である。しかし、スクリューの山の頂の領域では、剪断流だけが実際に優勢であり、このことは困難な分散問題の解決にほとんど導かない。一方、導入されるエネルギの大部分が、スクリューの山の頂とバレルの間の間隙、ならびにスクリューの山の頂と、隣接するスクリューの間の間隙で損失され、導入されるエネルギの大部分は、この領域が、重合体組成を加熱する役割を果たし、従って、潜在的に重合体組成に熱的損害を与える役割を果たし、分散の仕事を処理するのに何の寄与もしないためである。

完全にぬぐうやり方で配列されることができることが公知の偏心的に配列される円形ディスクは例外である。偏心的に配列される円形ディスクには、もっぱら剪断流を作り出す山の頂領域がない。偏心的に配列される円形ディスクは、この優れた分散作用について周知であるが、広い円周領域にわたり非常に狭い間隙を形成するので、高いエネルギ入力も引き起こす。偏心的に配列される円形ディスクはまた、ねじ山の数Ｚも１に限定される。

独国特許第８６２，６６８号明細書

Ｋｌｅｍｅｎｓ Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ ｇｌｅｉｃｈｌａｕｆｉｇｅ Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（「Ｔｈｅ ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ」）、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、Ｍｕｎｉｃｈ，２００７，ｐｐ．９６ ｅｔ ｓｅｑ． Ｃｈａｎｇ Ｄａｅ Ｈａｎ：Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １９８１

従って、従来技術に基づき、従来技術と比較して改善された分散作用があり、低いエネルギ入力しか必要としない、多軸押出機の機械のためのスクリューエレメントを提供する問題が生じた。

意外にも、この問題は、輪郭外形がスクリューエレメントの横断面全体にわたり連続微分可能なスクリューエレメントにより解決されることがわかった。

従って、本発明は、２つ以上のねじ山を有する共回転し完全にぬぐう押出機スクリューの対を有する多軸押出機のためのスクリューエレメントに関し、生成するスクリュー輪郭および生成されるスクリュー輪郭がこの横断面全体にわたり連続微分可能な輪郭外形を有することを特徴とする。

本発明は、別個のエレメントおよび中心軸からなるスクリューを有する、現在一般に使用されるタイプのモジュラ設計を使うスクリューエレメントに限定されないが、継ぎ目なしに設計されるスクリューのためにも使用されることができる。従って、スクリューエレメントはまた、一体化された統一体として設計されたスクリューとも呼ばれる。

本発明によるスクリューエレメントの横断面輪郭（本明細書では以後輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）またはスクリュー輪郭（ｓｃｒｅｗ ｐｒｏｆｉｌｅ）とも呼ばれる。）は、円弧の配列により正確に規定されることができる。

本発明による生成するスクリューエレメントおよび生成されるスクリューエレメントのスクリュー輪郭全体が、ｎの円弧からなり、ｎは４以上の整数である。ｎの円弧のそれぞれには始点および終点がある。ｎの円弧は、円弧の始点および終点で互いに接線方向に移行し、これにより、本発明による連続微分可能な輪郭外形を形成する。

それぞれの円弧ｊ（ｊ＝１からｎ）の位置は、２つの異なる点を固定することにより正確に規定される。円弧の位置は円弧の中心点、および円弧の始点または終点を固定することにより適切に決定される。個々の円弧ｊの大きさは、円弧の半径ｒ_ｊ、および始点と終点の間の中心点を中心とする角度α_ｊにより決定され、半径ｒ_ｊは０以上、およびスクリュー間の中心距離ａ未満であり、角度α_ｊは、ラジアン測定で表して０以上、および２π以下であり、ここでπはｐｉである。

本発明によるスクリューエレメントは、
生成するスクリュー輪郭および生成されるスクリュー輪郭が同じ平面内にあり、
生成するスクリュー輪郭の回転軸および生成されるスクリュー輪郭の回転軸がそれぞれ、スクリュー輪郭の平面に対して垂直に、互いから距離ａ（中心距離）で配置され、生成するスクリュー輪郭の回転軸と上記平面の交点が、生成するスクリュー輪郭の回転点と呼ばれ、生成されるスクリュー輪郭の回転軸と上記平面の交点が、生成されるスクリュー輪郭の回転点と呼ばれ、
生成するスクリュー輪郭全体を形成する円弧の数ｎは４以上であり（ｎ≧４）、
生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａが０より大きく（ｒａ＞０）、軸間距離（中心距離）よりも小さく（ｒａ＜ａ）、
生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉが０より大きく（ｒｉ＞０）、ｒａ以下であり（ｒｉ≦ｒａ）であり、
生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが互いに接線方向に移行し、
円弧が、閉じたスクリュー輪郭を形成し、即ち、円弧ｊのすべての角度α_ｊの総和が２πであり、ここで、πはｐｉ（π≒３．１４１５９）であり、
円弧が、凸状のスクリュー輪郭を形成し、
外半径ｒａおよび内半径ｒｉを有する円環（ａｎｎｕｌｕｓ）の境界の環の間および／または境界の環の上に、生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが配置され、円環の中心点が、生成するスクリュー輪郭の回転点に配置され、
生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａに点Ｐ_Ａで接触し、
生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉに点Ｐ_Ｉで接触し、
生成されるスクリュー輪郭の円弧の数ｎ’が、生成するスクリュー輪郭の円弧の数ｎと同じであり、
生成されるスクリュー輪郭の外半径ｒａ’が、生成するスクリュー輪郭の中心距離と内半径ｒｉの差に等しく（ｒａ’＝ａ−ｒｉ）、
生成されるスクリュー輪郭の内半径ｒｉ’が、生成するスクリュー輪郭の中心距離と外半径ｒａの差に等しく（ｒｉ’＝ａ−ｒａ）、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の角度α_ｊ’が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の角度α_ｊと同じであり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の半径ｒ_ｊ’と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の半径ｒ_ｊの総和が中心距離ａに等しく、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間の距離が中心距離ａに等しく、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成されるスクリュー輪郭の回転点の間の距離が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭の回転点の間の距離と同じであり、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間を接続する線が、生成されるスクリュー輪郭の回転点と、生成するスクリュー輪郭の回転点の間を接続する線に平行な線であり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点に対する生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の始点が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点に対する生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の始点の方向と反対方向にあり、ここでｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであることを特徴とする。

本発明によるスクリューエレメントの輪郭は、角度定規および１対のコンパスだけを使用することにより構築されることができることを特徴とする。従って、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧と（ｊ＋１）番目の円弧の間の接線方向の遷移が、ｊ番目の円弧の終点の周りに半径ｒ_ｊ＋１の円を形成することにより構築され、この円と、生成するスクリュー輪郭の回転点のより近くに配置される、ｊ番目の円弧の中心点および終点を通る直線との交点が、（ｊ＋１）番目の円弧の中心点である。実際には、スクリュー輪郭を構築するために、角度定規および１対のコンパスの代わりにコンピュータプログラムが使用される。

本発明によるスクリューエレメントは、非対称または対称とすることができる。本発明によるスクリューエレメントは対称であることが好ましい。対称なスクリューエレメントは、軸対称または点対称とすることができ、本発明によるスクリューエレメントは軸対称であることが好ましい。

ねじ山の数がＺである軸対称スクリュー輪郭が、２・Ｚの対称部分に分割されることができ、対称部分は、対称軸に対する鏡映により得られることができる。従って、軸対称スクリュー輪郭の対称性により、Ｚのねじ山を有する軸対称スクリューエレメントの輪郭が、輪郭の２つの対称軸の間の３６０°／（２・Ｚ）の扇形に含まれる輪郭断片（ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｅｃｔｉｏｎ）により完全に規定される。回転点で互いに交差し、回転軸を中心とする３６０°を３６０°／（２・Ｚ）の大きさの２・Ｚの角度にさらに分割するＺの対称軸に対して輪郭断片を鏡映することにより、残りの輪郭が得られる。軸対称スクリューエレメントの場合、隣接するスクリュー上の対応するスクリュー輪郭（生成する輪郭および生成される輪郭）はまた同一である、または回転により重ね合わせることができる［１］。

同じことが点対称スクリュー輪郭にも適用され、この場合、対称部分が対称の中心に対する点鏡映により得られる。

以下では、スクリューエレメントが軸対称であることを特徴とする、本発明によるスクリューエレメントの特別な実施形態が説明される。本発明によるこのような軸対称スクリューエレメントのねじ山の数Ｚは、２から８であることが好ましく、２から４であることが特に好ましい。

本発明による軸対称スクリューエレメントの横断面の輪郭外形は、輪郭の対称軸に対する軸鏡映により得られることができる２・Ｚの輪郭断片にさらに分割されることができる。

輪郭断片の１つを形成する円弧の数ｎは、２から８であることが好ましく、２から４であることが特に好ましい。

Ｚのねじ山を有する、本発明による軸対称スクリューエレメントの輪郭は、スクリューエレメントの外半径ｒａに対応する、回転点からの距離にある３６０°／（２・Ｚ）の扇形内の輪郭断片内部に単一点Ｐ_Ａだけがあることを特徴とする。言い換えれば、外半径ｒａを有する回転点を中心とする円（外側の円／環）上に配置される輪郭断片内部に１つの点Ｐ_Ａだけがある。

従来技術のスクリュー輪郭（例えば、図１を参照のこと）では、山の頂の角度ＫＷの領域内のすべての点が狭い中間間隙を有するバレルをぬぐうのに対して、本発明による軸対称スクリューエレメントの輪郭では、外半径上の点Ｐ_Ａ（例えば、図２ａを参照のこと）だけがぬぐう。

実際的理由のために、以下の説明は、原点がスクリューエレメントの回転点Ｄにあるデカルト座標系に基づく。デカルト座標系のｘ軸が点Ｐ_Ａを通過する。ｙ軸が回転点Ｄでｘ軸に垂直に配置される。図２ａはこのような座標系を示す。

異なる押出機サイズに方法を適用する過程を簡略化するために、無次元パラメータを使用することも推奨することができる。中心距離ａの値は押出機で変更されることができないので、中心距離ａは、例えば長さまたは半径などの幾何学的寸法に対する有用な基準値となる。本明細書では以下の規則が図面に適用される。即ち、座標ｘおよびｙの原点がスクリューの一方の回転点に配置される。角度のすべてがラジアン測定で表して示される。その他の寸法のすべてが、中心距離に対して正規化され、大文字で書かれる。即ち、Ａ＝ａ／ａ；Ｒ_ｊ＝ｒ_ｊ／ａ；ＲＡ＝ｒａ／ａ；ＲＩ＝ｒｉ／ａなど。

本発明による軸対称スクリューエレメントの輪郭断片は、輪郭の外半径上に配置される点Ｐ_Ａと輪郭の内半径上に配置される点Ｐ_Ｉの間で接線方向に移行する円弧からなり、ここで、点Ｐ_Ａおよび点Ｐ_Ｉを通過し、回転点Ｄで互いに交差する直線ＤＰ_Ａおよび直線ＤＰ_Ｉが角度３６０°／（２・Ｚ）を囲むことを特徴とする。

特別な実施形態では、本発明によるスクリューエレメントの輪郭断片が、点Ｐ_Ａと点Ｐ_Ｉの間のちょうど２つの円弧からなる。これらの円弧は点Ｐ_ＦＰで互いに移行し、本発明に従って輪郭断片全体の端から端まで連続微分可能な外形を形成する。点Ｐ_ＦＰで、円弧が直線ＦＰに接触する。直線ＦＰは回転点から、中心距離Ａの半分に対応する、傾き（ラジアン測定で表して）−１／ｔａｎ（π／（２・Ｚ））を有する距離に配置される。点Ｐ_ＦＰは、外半径上の点Ｐ_Ａでの接線と直線ＦＰの交点から、この交点とＰ_Ａの間の距離に等しい距離にある。点Ｐ_ＦＰから直線ＦＰへの垂線が、点Ｐ_Ａ、および回転点を通過する直線ＤＰ_Ａと、輪郭を生成する第１の円弧１の中心点Ｍ_１で交差するのに対し、点Ｐ_Ｉ、および回転点を通過する直線ＤＰ_Ｉと、輪郭を生成する他方の円弧１’の中心点Ｍ_１’で交差する（図２ａを参照のこと）。従って、輪郭を生成する円弧１の半径Ｒ_１ ^２Ｋは、Ｍ_１とＰ_Ａの間の距離に対応する。円弧１’の半径Ｒ_１’ ^２ＫはＭ_１’とＰ_Ｉの間の距離に対応する。

別の特別な実施形態では、本発明によるスクリューエレメントの輪郭断片が、点Ｐ_Ａと点Ｐ_Ｉの間の正確に３つの円弧からなる。このことが付加的な自由度を提供し、小さな半径を選択することにより、シリンダ壁をぬぐう点Ｐ_Ａの領域内の輪郭が、より狭くされることができ、従って、エネルギの分散をさらに低減する。

図２ｂは、３つの円弧からなる、本発明による２−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片の一例を示す。点Ｐ_Ａで始まる円弧１の半径Ｒ_１が、範囲０＜Ｒ_１＜Ｒ_１ ^２Ｋの範囲内で自由に選択できる。円弧１の中心点Ｍ_１が、ＤとＰ_Ａの間を接続する線上に配置される。

点Ｐ_Ｉで始まる円弧３の半径は、Ｒ_３＝Ａ−Ｒ_１である。円弧３の中心点Ｍ_３は、ＤとＰ_Ｉを通過する線上に配置される。

これらの２つの円弧の間に、半径Ｒ_２＝Ａ／２を有する円弧２が連続微分可能なやり方で形成される。円弧２の中心点Ｍ_２が、点Ｐ_１から距離Ａ／２−Ｒ_１に、点Ｐ_３から距離Ｒ_３−Ａ／２に配置される。

円弧１の一方の末端が点Ｐ_Ａに配置され、もう一方の末端が、Ｐ_１およびＰ_２を通る直線との交点に配置される。

円弧３の一方の末端が点Ｐ_Ｉに配置され、もう一方の末端が、Ｍ_２およびＭ_３を通る直線との交点に配置される。

半径Ｒ_１またはＲ_３の一方を自由に選択することができることにより、所与の中心距離Ａに対して本発明による異なる完全にぬぐうスクリュー輪郭を構築することができる。従って、両方のスクリューで、対応するスクリュー輪郭断片の角度が３６０°／（２・Ｚ）ある同じスクリュー輪郭を使用することにより、本発明による非対称スクリュー輪郭を構築することもでき、一方で、角度が３６０°／（２・Ｚ）ある断片が一方のスクリューで異なって構築される。このような構築は、分散の目的のために、例えばゆっくりとした圧縮の後に急激な膨張が続くなどの特別な変形が、運ばれる材料に課されるべきときに有用である。

輪郭断片内部に角度が３６０°／（２・Ｚ）ある３つ以上の円弧からなるスクリューエレメントも本発明の主題の一部を形成する。本発明によれば、円弧は、円弧の始点および終点で互いに接線方向に移行する。

スクリューエレメントの外半径ｒａと中心距離ａの比ＲＡ＝ｒａ／ａは、０．５４から０．７までの間にあることが好ましく、０．５８から０．６３までであることが特に好ましく、本発明による２−ねじ山スクリューについては０．５３から０．５７までであることが好ましく、３−ねじ山スクリューについては０．５４から０．５６までであることが特に好ましく、４−ねじ山スクリューについては０．５１５から０．５３５までであることが好ましい。

本発明によるスクリューエレメントは、運搬エレメント、混練エレメント、または混合エレメントとして設計されることができる。

公知のように（例えば、［１］の２２７から２４８ページを参照のこと）、運搬エレメントは、連続的に回転し、軸方向にスクリューの形で伸びるスクリュー輪郭により特徴付けられる。運搬エレメントは、右回転または左回転とすることができる。運搬エレメントのピッチｔ、即ち、スクリュー輪郭の完全な回転のために必要とされる軸方向の長さは、外側の直径の０．１から１０倍までの値を有することができる。ピッチｔは、外側の直径の０．３から３倍までの範囲内にあることが好ましい。運搬エレメントの軸方向の長さは、実際的な理由のために、ｔ／Ｚの整数倍の形であることが好ましい。

公知のように（［１］の２２７から２４８ページを参照のこと）、混練エレメントは、混練ディスクの形で軸方向に段単位で伸びるスクリュー輪郭により特徴付けられる。混練ディスクは、右回転、左回転、または中立なやり方で構成されることができる。混練ディスクの軸方向の長さは、外側の直径の０．０２から２倍までの範囲内にあることが好ましい。２つの隣接する混練ディスク間の軸間距離は、外半径の０．００１から０．１倍までの範囲内にあることが好ましい。

公知のように（例えば、［１］の２２７から２４８ページを参照のこと）、混合エレメントは、スクリューの山の頂に開口を有する運搬エレメントを設計することにより形成される。混合エレメントは、右回転または左回転とすることができる。混合エレメントのピッチｔは、外側の直径の０．１から１０倍までの範囲内にあることが好ましい。混合エレメントの軸方向の長さは、運搬エレメントの場合のように、ｔ／Ｚの整数倍の形であることが好ましい。開口はｕ字型またはｖ字型の溝の形で設計されることが好ましい。混合エレメントが運搬エレメントの形である場合、溝は逆に運搬するやり方で、または軸に平行に配列されることが好ましい。

本発明はまた、本発明によるスクリューエレメントを生成する方法に関する。本発明によるスクリューエレメントは、連続微分可能な（なめらかな）外形を有する輪郭により特徴付けられる。中心距離ａ、および２つ以上のねじ山を有する共回転する完全にぬぐうスクリューの対を有する多軸押出機のためのスクリューエレメントを生成するための、本発明による方法は、スクリュー輪郭の横断面全体が、ｎ／ｎ’の円弧からなることを特徴とし、ここで、ｎ／ｎ’は２以上の整数である。

本発明による方法は、
生成するスクリュー輪郭が、０より大きく（ｒａ＞０）、中心距離よりも小さな（ｒａ＜ａ）外半径ｒａを有し、
生成するスクリュー輪郭が、０よりも大きく（ｒｉ＞０）、ｒａ以下の（ｒｉ≦ｒａ）内半径ｒｉを有し、
生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが互いに接線方向に移行するようなやり方で、円弧の位置およびサイズを決定することにより円弧が連続して配列され、円弧が閉じた凸状のスクリュー輪郭を形成し、外半径ｒａを有し内半径ｒｉを有する円環の境界の環（円）の間および／またはこの境界の環の上に生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが配置され、円環の中心点が、生成するスクリュー輪郭の回転点に配置され、生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａに点Ｐ_Ａで接触し、生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉに点Ｐ_Ｉで接触し、
生成されるスクリュー輪郭のｎ’の円弧が、
生成されるスクリュー輪郭の円弧の数ｎ’が、生成するスクリュー輪郭の円弧の数ｎと同じであり、
生成されるスクリュー輪郭の外半径ｒａ’が、中心距離ａと、生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉの差に等しく（ｒａ’＝ａ−ｒｉ）、
生成されるスクリュー輪郭の内半径ｒｉ’が、中心距離ａと、生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａの差に等しく（ｒｉ’＝ａ−ｒａ）、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の角度α_ｊ’が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の角度α_ｊと同じであり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の半径ｒ_ｊ’と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の半径ｒ_ｊの総和が、中心距離ａに等しく、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間の距離が中心距離ａに等しく、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成されるスクリュー輪郭の回転点の間の距離が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭の回転点の間の距離と同じであり、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間を接続する線が、生成されるスクリュー輪郭の回転点と、生成するスクリュー輪郭の回転点の間を接続する線に平行な線であり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、
生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点に対する生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の始点が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点に対する生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の始点の方向と反対方向にあり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までの範囲内のすべての整数を表すインデックスであるように、生成するスクリュー輪郭のｎの円弧に基づくことを特徴とする。

本発明による方法は、角度定規および１対のコンパスだけを使用することにより実行されることができることを特徴とする。従って、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧と（ｊ＋１）番目の円弧の間の接線方向の遷移が、ｊ番目の円弧の終点の周りに半径ｒ_ｊ＋１を有する円弧を形成することにより構築され、この円と、ｊ番目の円弧の中心点および終点を通る直線の、生成するスクリュー輪郭の回転点のより近くに配置される交点が、（ｊ＋１）番目の円弧の中心点となる。

コンピュータを用いてスクリュー輪郭を生成する方法を実行することが推奨できる。この場合、スクリューエレメントの寸法が、スクリュー輪郭を生成するためのＣＡＤフライス盤に供給されることができる形となっている。従って、本発明はまた、本発明に従ってスクリュー輪郭を生成するための本発明による方法をコンピュータで実行するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品に関する。好ましい実施形態では、コンピュータプログラム製品のユーザが、彼／彼女の自由に使えるグラフィカル・ユーザ・インタフェースを有することが好ましく、グラフィカル・ユーザ・インタフェースの助けを借りて、彼／彼女は選択されるべきパラメータ（生成するスクリュー輪郭および生成されるスクリュー輪郭の円弧の数、半径および角度）を入力することができる。選択されたパラメータ値が互いにぬぐうスクリュー輪郭の対を生み出さない場合、彼／彼女がコンピュータシステムからの指示により支援されることが好ましい。パラメータ値を入力するとき、彼／彼女は、許容されるパラメータ値の範囲に関係する指示により支援されることが好ましい。許容されるパラメータ値は、完全にぬぐうスクリュー輪郭の対を生み出すようなパラメータ値の組合せであると理解される。

好ましい実施形態では、輪郭だけでなくスクリューエレメント全体もコンピュータ内で仮想的に構築される。構築の結果が、構造図面の形でコンピュータスクリーンまたはプリンタに供給されることが好ましい。結果が、好ましい実施形態では対応するスクリューエレメントを生み出すためにＣＡＤフライス盤に供給されることができる電子的データファイルの形で供給されることもできる。

輪郭が上記のやり方で製造された後、本発明によるスクリューエレメントは、例えばフライス盤を使用して製造され得る。スクリューエレメントを製造するための好ましい材料が鋼鉄であり、具体的には、硝酸塩で処理された鋼鉄、クロム、工作機械、およびステンレス鋼だけでなく、粉末冶金により製造された鉄ベースの複合材料、ニッケルベースの複合材料、またはコバルトベースの複合材料である。

本発明による方法は、指定された仕事に最適なやり方で、全く最初からスクリューの輪郭を設計することができるようにする。従来技術から公知のスクリューエレメントは、たいていの場合、具体的な仕事に最適に設計されていない。対照的に、製造業者は、具体的な仕事とは関係のないセット・モジュール・システムからスクリューエレメント（運搬エレメント、混練エレメント、および混合エレメント）を供給する。本発明は、自己洗浄性スクリューエレメントの輪郭をほとんど完全に自由に設計することを可能にする。従って、最も細かい変化まで関係する応用のためにこのような輪郭のパラメータを最適化することができる。この点に関連して、スクリュー輪郭を製造するために使用される円弧の数に制限がないことに留意することが重要である。従って、必要とされる精度で、十分に大きな数の円弧を使用することにより、円弧からできていない、従って、自己洗浄性でないスクリュー輪郭を近似することができる。当然、円弧を用いて近似された輪郭には自己洗浄性がある。

（生成するまたは生成される）スクリュー輪郭の縦方向の輪郭を計算することも可能である。スクリュー輪郭のそれぞれの円弧が、明示的関数を用いて、この円弧に属する、縦方向の横断面の部分を計算するために使用されることが好ましい。第１のステップでは、直線ｇと円弧ｋｂの交点（Ｓｘ、Ｓｙ）が決定される。直線ｇはスクリュー輪郭の平面内に配置され、スクリュー輪郭の回転点を通って進む。直線の向きは角度φにより与えられる。

円弧ｋｂは、円弧の半径ｒ、および円弧の中心点の位置（Ｍｘ、Ｍｙ）により特徴付けられる。第２のステップでは、スクリュー輪郭の回転点からの交点（Ｓｘ、Ｓｙ）の距離ｓが計算される。直線と円弧との交点が明示的関数により計算されることができる。同じことが距離の計算に適用される。従って、距離はｓ＝ｓ（φ、ｒ、Ｍｘ、Ｍｙ）である。スクリューエレメントの既知のピッチｔを考慮すると、角度φがφ／２π＊ｔを用いて軸位置ｚ＿ａｘに変換されることができ、この結果、距離がｓ＝ｓ（ｚ＿ａｘ、ｒ、Ｍｘ、Ｍｙ）＝ｓ（φ／２π＊ｔ、ｒ、Ｍｘ、Ｍｙ）となる。関数ｓ（ｚ＿ａｘ、ｒ、Ｍｘ、Ｍｙ）は、スクリュー輪郭の円弧の縦方向の輪郭を規定する。

本発明はまた、多軸押出機で本発明によるスクリューエレメントを使用することに関する。本発明によるスクリューエレメントは二軸押出機で使用されることが好ましい。スクリューエレメントは、多軸押出機では混練エレメント、混合エレメント、または運搬エレメントの形で収容されることができる。１つの押出機で混練エレメント、運搬エレメント、および混合エレメントを互いに組み合わせることもできる。本発明によるスクリューエレメントはまた、例えば従来技術から公知の別のスクリューエレメントと組み合わされることができる。

共回転し完全にぬぐうスクリューの対を有する多軸押出機では、本発明によるスクリューエレメントがスクリューエレメントの周辺全体にわたりチャネルを形成する。このチャネルは、交互に増加し減少するチャネル幅を有し、本文脈では収束／発散チャネルと呼ばれる。このような収束／発散チャネルでは、非常に効果的な分散作用を有する剪断流および伸長流の組合せが、チャネルの全長の端から端まで動作中に生成される。エネルギ入力は、スクリューエレメントの輪郭内にベンドを有する従来技術のスクリューエレメント内におけるよりも低い。

偏心的に配置される円形ディスクも集束／発散チャネルを形成する。しかし、本発明によるスクリューエレメントは、偏心的に配列される円形ディスクよりも、非常に狭い中間間隙を有するより小さな周辺領域を実際に有する。従って、エネルギ入力は、偏心的に配置される円形ディスクを使用するときよりも、多軸押出機で本発明によるスクリューエレメントを使用するときのほうが低い。

本発明は、本明細書で以下に図面を用いてより詳細に例示されるが、これらの図面に限
定されない。

互いから距離Ａで配列される２つの完全にぬぐう２−ねじ山の従来技術のスクリューエレメントの横断面を示す。 ２−ねじ山の完全にぬぐうスクリューエレメント（生成するスクリューエレメント）の輪郭の４分の１の横断面を示す。 ３つの円からなる、本発明による２−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片の一例を示す。 破線で描かれた輪郭断片が、実線で描かれた輪郭断片に対する軸鏡映により重ね合わせることができない、本発明によるスクリューエレメントの一例を示す。 ２つの輪郭が、２つの回転点を通過する直線に沿って、バレル内径に接触するまで、この線に対して垂直に移動される程度と同じ程度まで平行に移動される特に当を得た事例を示す。 間隙（クリアランス）を有する、本発明によるスクリューエレメントの輪郭の例を示す。 間隙（クリアランス）を有する、本発明によるスクリューエレメントの輪郭の例を示す。 間隙（クリアランス）を有する、本発明によるスクリューエレメントの輪郭の例を示す。 間隙（クリアランス）を有する、本発明によるスクリューエレメントの輪郭の例を示す。 スクリュー輪郭が間隙付きで構築され、この場合、輪郭が間隙内部で移動されるときにも、本発明による偏心した輪郭が得られることを示す。 スクリュー輪郭が間隙付きで構築され、この場合、輪郭が間隙内部で移動されるときにも、本発明による偏心した輪郭が得られることを示す。 スクリュー輪郭が間隙付きで構築され、この場合、輪郭が間隙内部で移動されるときにも、本発明による偏心した輪郭が得られることを示す。 スクリュー輪郭が間隙付きで構築され、この場合、輪郭が間隙内部で移動されるときにも、本発明による偏心した輪郭が得られることを示す。 ２−ねじ山スクリューエレメントだけに関する。 ７つの混練ディスクがそれぞれの場合角度３０°で軸を中心として互い違いに配列される混練エレメントの一例を示す。 従来技術による（例えば、［１］の１０３ページを参照のこと）２つの３―ねじ山スクリューエレメントの横断面図である。 本発明による３−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片を示す。 右回転スクリューの山の頂がバレルの外形に到達するまで、輪郭が右に向かって水平に移動させられるような輪郭の生成を描く。 スクリュー輪郭を示す図である。 スクリュー輪郭を示す図である。 スクリュー輪郭を示す図である。 連続的運搬ねじ山の形を示す図である。 混練ディスクの形を示す図である。 円の２つの断片からなる、本発明による４−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片を示す。 連続的な運搬ねじ山の形を示す図である。 混練ディスクの形を示す図である。 本発明による１対のスクリューエレメントの横断面図の例を描く。 図１３ａの円弧のすべての中心点のｘ座標およびｙ座標（ＭｘおよびＭｙ）、半径Ｒ、ならびに角度αを列挙する。

異なる押出機の大きさに方法を適用する過程を簡略化するために、無次元パラメータを使用することを推奨することができる。中心距離ａは、この値が押出機で変更されることができないので、例えば長さまたは半径などの幾何学的寸法に対する有用な基準値である。

以下の規則が、本明細書で以下の図面に適用される。座標ｘおよびｙの原点がスクリューのうちの一方の回転点に配置される。角度のすべてが、ラジアン測定で表して示される。その他の寸法はすべて、中心距離に対して正規化され、大文字で書かれる。即ち、Ａ＝ａ／ａ；Ｒ_ｊ＝ｒ_ｊ／ａ；ＲＡ＝ｒａ／ａ；ＲＩ＝ｒｉ／ａ；Ｔ＝ｔ／ａなどである。ＭｘおよびＭｙは、輪郭を生成する円弧の円の中心のｘ座標およびｙ座標であり、Ｒは中心距離ａに対して正規化された半径であり、αは円弧の角度である。さらに、ＲＧ＝正規化されたバレル半径、ＲＶ＝正規化された仮想バレル半径、ＲＡ＝完全にぬぐう輪郭の正規化された外半径、ＲＦ＝製造されるスクリューの正規化された外半径、Ｓ＝個々のスクリュー間の正規化されたクリアランス（間隙）、Ｄ＝スクリューとバレルの間の正規化されたクリアランス、ＶＰＲ＝輪郭の移動の正規化された程度、ＶＰＷ＝ラジアン測定で表した輪郭の移動の角度、ＶＬＲ＝左回転スクリューの移動の正規化された程度、ＶＬＷ＝左回転スクリューの移動の角度、ＶＲＲ＝右回転スクリューの移動の正規化された程度、ＶＲＷ＝右回転スクリューの移動の角度である。

図１は、互いから距離Ａで配列される２つの完全にぬぐう２−ねじ山の従来技術のスクリューエレメントの横断面を示す。スクリューエレメントは同じ軸対称輪郭を有する。右回転スクリューエレメントは、左回転スクリューエレメントに対して角度９０°に回転される。１−１とラベルをつけられた点は、スクリューエレメントが配列されるシャフトの回転点である。描かれた輪郭は、幾つかの対称な断片からなる。断片間の遷移でベンドが形成される（ベンドの一方が１−２とラベルをつけられている）。山の頂の角度ＫＷの領域では、多軸押出機がこのようなスクリューエレメントを使用して動作させられるとき、伸長がない高度な剪断の影響を製品が受ける。

この欠点は、図２による輪郭を有する、本発明によるスクリューエレメントにより防止される。図２ａは、２−ねじ山の完全にぬぐうスクリューエレメント（生成するスクリューエレメント）の輪郭の４分の１の横断面を示す。この輪郭はｘ軸およびｙ軸に対して軸対称であり、この結果、輪郭全体が、ｘ軸およびｙ軸に対して描かれた４分の１を鏡映することにより形成される。次に、対応する（生成される）スクリューエレメントの輪郭が、生成するスクリューエレメントの輪郭を角度９０°に回転することにより形成される。座標の原点が、この図およびこの他の図すべてでスクリューの回転点Ｄとなっている。外半径ＲＡが輪郭の周囲に破線の円の形で描かれている。バレル内径が、半径ＲＧを有する輪郭の周囲に同心円の形で描かれ、ＲＧは外半径をクリアランスＳだけ上回る（ＲＧ＝ＲＡ＋Ｓ）。図２ａによるスクリュー輪郭は、ベンドなしに互いに移行する２つの円弧からなる。円弧の座標が図２ａに示されている。円弧１の中心点Ｍ_１が、回転点を通る水平線上に配置され、円弧１’の中心点Ｍ_１’が、回転点を通る垂直線上に配置される（Ｍ_１ｙ＝０、Ｍ_１’ｘ＝０）。円弧１から円弧１’への遷移が点Ｐ_ＦＰで行われ、点Ｐ_ＦＰでは、両方の円弧が直線ＦＰに接触する。

描かれた輪郭断片は、
スクリューエレメントの回転点Ｄからスクリューエレメントの外半径ＲＡに対応する距離に点Ｐ_Ａを固定し、
スクリューエレメントの回転点Ｄからスクリューエレメントの内半径ＲＩに対応する距離に点Ｐ_Ｉを固定し、点Ｐ_Ｉは、点Ｐ_Ａおよび点Ｄを通る直線ＤＰ_Ａと共に、角度３６０°／（２・Ｚ）を囲む、点Ｄを通る直線ＤＰ_Ｉ上に配置され、
回転点Ｄからスクリューエレメントの中心距離Ａの半分に対応する距離に直線ＦＰを固定し、ＦＰの傾きはラジアン測定で表して−１／ｔａｎ（π／（２・Ｚ））であり、
回転点Ｄを中心とする半径ＲＡを有する外側の円上の点Ｐ_Ａでの接線Ｔ_Ａと直線ＦＰの交点を固定し、前述の交点からＰ_Ａと同じ距離にあり、回転点から半径ＲＡの距離よりも小さな距離にある点Ｐ_ＦＰを直線ＦＰ上に固定し、
点Ｐ_ＦＰで始まるＦＰに対する垂線と直線ＤＰ_Ａの交点に中心点Ｍ_１を固定し、
点Ｐ_ＦＰで始まるＦＰに対する垂線と、ＤおよびＰ_Ｉを通過する直線の交点に中心点Ｍ_１’を固定し、
点Ｐ_Ａと点Ｐ_ＦＰの間に中心点Ｍ_１に対する円弧１を生成し、
点Ｐ_Ｉと点Ｐ_ＦＰの間に中心点Ｍ_１’に対する円弧１’を生成する
ことにより構築されることができる。

図２ｂは、３つの円からなる、本発明による２−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片の一例を示す。点Ｄはスクリューエレメント（生成するスクリューエレメント）の回転点である。対応するスクリューエレメント（生成されるスクリューエレメント）の回転点は、回転点Ｄから距離Ａにある。内半径ＲＩを有する円（内側の境界の環）および外半径ＲＡを有する円（外側の境界の環）が回転点Ｄを中心として描かれている。内側の円および外側の円が円環を形成する。本発明による輪郭断片の点のすべて、およびこの結果できるスクリューエレメントの輪郭全体が、この円環の内側の円および外側の円（境界の環）の間、またはこれらの円の上に配置される。点Ｐ_Ａは、半径Ｒ_１および中心点Ｍ_１を有する第１の円弧の始点であり、中心点Ｍ_１はＤとＰ_Ａの間の直線上に配置される。点Ｐ_Ａは外側の円上に配置される。点Ｐ_Ｉは、半径Ｒ_３＝Ａ−Ｒ_１を有する円弧３の始点である。円弧３の中心点Ｍ_３は、Ｐ_ＩおよびＤを通過する垂線上に配置される。半径Ｒ_２＝Ａ／２を有する円弧２が、円弧１と円弧３の間に連続微分可能性を有して（即ち、なめらかに）伸びる。円弧２の中心点Ｍ_２は、点Ｐ_Ｉから距離（Ａ／２）−Ｒ_１に、および点Ｍ_３から距離Ｒ_３−（Ａ／２）に配置される。描かれた輪郭断片を、点Ｄおよび点Ｐ_Ａを通過する直線に対して、ならびに点Ｄおよび点Ｐ_Ｉを通過する直線に対して連続的に鏡映することにより、本発明による（生成する）スクリューエレメントの輪郭全体が構築されることができる。対応する（生成される）スクリューエレメントの輪郭が、この場合、回転点Ｄを中心にして生成するスクリューエレメントの輪郭を角度９０°に回転させることにより簡単に得られる。

図２ｃは、破線で描かれた輪郭断片が、実線で描かれた輪郭断片に対する軸鏡映により重ね合わせることができない、本発明によるスクリューエレメントの一例を示す。代わりに、輪郭は回転点に対して点対称である。

本発明によるスクリューエレメントの特別な実施形態が、図３に一例として示されている。この実施形態は、バレル内径がスクリュー輪郭の外半径よりも大きな半径を有し、スクリュー輪郭の対がバレル内径の中心点に対して移動されるのに対して、（小さな円で描かれている）回転点がバレル内径の中心にとどまることを特徴とする。意外にもこのことが、付加的なかなりのエネルギ入力の低減を生み出す。この結果できる偏心的に回転する、即ち、スクリューエレメント自体の輪郭の中心を中心としてではなく、バレル内径の中心点を中心として実際に回転するスクリューエレメントが、バレル内径内部で自由に移動されることができる。図３は、２つの輪郭が、２つの回転点を通過する直線に沿って、バレル内径に接触するまで、この線に対して垂直に移動される程度と同じ程度まで平行に移動される特に当を得た事例を示す。この結果、スクリューは互いに完全にぬぐうが、それぞれの場合、それぞれのスクリューの２つの山の頂の一方だけがバレルを完全にぬぐう。この配列は表面のすべてを完全にぬぐうことを提供し、一方では同時にエネルギ入力を低減する。

本明細書ではこれまで、完全にぬぐうスクリュー輪郭だけが説明された。しかし、工業的に設計された押出機では、ぬぐう過程中に正確に規定された間隙を得るために、完全にぬぐわない幾何形状を使用する必要がある。このことは、金属の「浸食（ｅｒｏｓｉｏｎ）」を防止するため、製造公差を提供するため、および間隙内でのエネルギの過大な損失を防止するために必要である。一様な間隙を作り出すために、様々な戦略が可能である。最も一般的に使用される戦略が、押出機の縦方向の横断面全体にわたって同じ幅となる間隙を作り出す戦略である。このようなスクリュー輪郭の製造方法が［１］のページ１０３以下参照で説明されている。

明確に規定された間隔でスクリュー輪郭を生成する規則が、本発明によるスクリューエレメントに適用されることができる。

図４は、間隙（クリアランス）を有する、本発明によるスクリューエレメントの輪郭の例を示す。図４ａでは、相互にぬぐうスクリュー間の間隙Ｓが、スクリューがバレルをぬぐう領域内の間隙Ｄと同じ大きさである。図４ｂでは、間隙ＳはＤよりも小さく、図４ｃおよび４ｄでは逆が事実である、即ち、ＤはＳよりも小さい。

図５は、スクリュー輪郭が間隙付きで構築され、この場合、輪郭が間隙内部で移動されるときにも、本発明による偏心した輪郭が得られることを示す。図５ａからｄの輪郭は、図４ｄの輪郭と同じである。スクリューエレメントの回転点を通る直線に対して、図５ａでは角度０°で、図５ｂでは角度３０°で、図５ｃでは角度６０°で、および図５ｄでは角度９０°で移動が行われる。

図５は、両方のスクリューが同じ移動ベクトルだけ移動される例を示す。基本的に、両方のスクリューをクリアランスの範囲内で異なるベクトルだけ移動することも可能である。この場合、スクリューの１回転にわたり変化する中間間隙で互いにぬぐう輪郭が得られる。

公知のように、軸方向に輪郭を連続的に回転することにより、１対の輪郭の運搬効果が得られる。これにより、例えば図６ａに示されるような運搬ねじ山（ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ ｔｈｒｅａｄ）が得られる。

軸を中心として互いに回転で互い違いに配列する関係で自己洗浄性輪郭からなるプリズム状のディスクを配列することにより、運搬ねじ山と比べて分散力が増した混練エレメントが得られる。図６ｂは、７つの混練ディスクがそれぞれの場合角度３０°で軸を中心として互い違いに配列される混練エレメントの一例を示す。

図１から図６は、２−ねじ山スクリューエレメントだけに関する。しかし、同じ原理が３つ以上のねじ山を有するスクリューエレメントにも適用されることができる。図７は、従来技術による（例えば、［１］の１０３ページを参照のこと）２つの３―ねじ山スクリューエレメントの横断面図である。図７の３−ねじ山輪郭は、３つの対称な断片からなる。ベンド、およびベンド間のスクリューの山の頂が、これらの断片間の遷移領域を形成する。図７では、これらの遷移領域の１つが７−１のラベルをつけられている。この領域では、輪郭がバレルから狭い距離で回転し、上述の欠点を有し、重合体溶融物に対して純粋な剪断力を課す。

対照的に、図８は、本発明による３−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片を示す。互いに角度６０°で配列され、座標の原点を通過する３つの直線（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に対してこの輪郭は軸対称なので、この図では１つの６０°断片しか示されていない。描かれた輪郭外形を鏡映直線Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３に対して連続的に鏡映することにより、輪郭全体が形成される。輪郭外形は２つの円弧からなる。この結果できるスクリューは、スクリューの周辺全体にわたり、混合される物質に対して剪断流および伸長流の組合せを課す収束／発散チャネルを有する。輪郭を生成する円弧１と１’の間の接線方向の遷移が、輪郭が直線ＦＰに接触する点で行われる。３−ねじ山輪郭については、回転点から中心距離の半分の距離にある直線ＦＰが、傾き−１．７３を有する。図８に示される構成は、０．５から０．５７７までの範囲内の、外側のスクリュー半径と中心距離の比すべてに類似して適用されることができる。

偏心的に回転する輪郭が、３−ねじ山輪郭について構築されることができる。このようなスクリュー輪郭が図９ａから図９ｄに示されている。この構築方法は、２−ねじ山輪郭のために使用される方法と類似している。輪郭の外半径がバレル内径の半径よりも小さく、スクリューの対の輪郭が移動され、バレルの中心にある回転点が保たれる。特に興味があるのが、スクリューが互いに完全にぬぐい、バレルが３つの山の頂の１つだけによりぬぐわれるスクリュー輪郭である。図９ａは、右回転スクリューの山の頂がバレルの外形に到達するまで、輪郭が右に向かって水平に移動させられるような輪郭の生成を描く。この配列では、対称なスクリューチャネルが輪郭とバレルの間に形成される。回転点を通過する直線に対して角度２０°（図９ｂ）または４０°（図９ｃ）で輪郭を移動するとき、３つのスクリューの山の頂の１つがバレルをぬぐう別の配列が得られる。これらの輪郭では、この結果できるスクリューチャネルは非対称である。移動が増えるにつれ、より強い剪断を有する１つの領域（図９ｂおよび図９ｃの最上部）およびより弱い剪断を有する１つの領域（図９ｂおよび図９ｃの底部）が形成される。回転点を通過する直線に対して角度６０°で輪郭を移動するとき（図９ｄ）、３つの山の頂の２つがバレルをぬぐう配列が得られることができる。この配列では、非対称性が最大となる。非常に強い剪断応力を有する２つの領域（図９ｄの最上部）、および低い剪断応力を有する１つの領域（図９ｄの底部）が得られる。従って、処理されるべき物質が、大きく変動する程度の応力を受けさせられ、このことが分散工程に役立つ。

輪郭を相互にぬぐう際、およびバレルをぬぐう際の間隙の生成が、２−ねじ山輪郭のために使用される方法と完全に類似している。

図１０ａによる連続的運搬ねじ山の形で、または図１０ｂによる混練ディスクの形で、本発明による３−ねじ山輪郭が使われることができる。

軸対称の４−ねじ山スクリュー輪郭が、スクリュー輪郭の４５°断片により完全に規定される。図１１は、円の２つの断片からなる、本発明による４−ねじ山スクリューエレメントの輪郭断片を示す。この構成は、外側のスクリュー半径と、０．５から０．５４１までの中心距離の間のすべての比に対して類似して適用される。

偏心した輪郭の生成、およびぬぐう間の間隙の生成は、２−ねじ山輪郭および３−ねじ山輪郭のために使用される生成と類似し、本事例では示されない。

４−ねじ山輪郭は、図１２ａによる連続的な運搬ねじ山の形で、または図１２ｂによる混練ディスクの形で使用されることができる。

４つ以上のねじ山を有する、本発明による輪郭が、類似したやり方で製造されることができる。間隙は変更されることができ、偏心の輪郭が類似したやり方で生成されることができる。

図１３ａは、本発明による１対のスクリューエレメントの横断面図の例を描く。生成するスクリュー輪郭が、左側のスクリュー輪郭により描かれている。生成されるスクリュー輪郭が、右側のスクリュー輪郭により描かれている。いずれのスクリュー輪郭も１６の円弧からなる。生成するスクリュー輪郭および生成されるスクリュー輪郭の円弧が、それぞれの円弧番号でラベルをつけられる太い実線により描かれている。円弧の中心点が小さな円を用いて描かれている。円弧の中心点は、細い実線（境界線）で円弧のそれぞれの始点および終点に接続される。外側のスクリュー半径は、生成するスクリュー輪郭についても、生成されるスクリュー輪郭についても同じである。外側のスクリュー半径は、スクリューバレルの領域では細い破線で、かみ合う領域では細い点線で描かれている。円弧の数が多いため、およびコンピュータプログラムを用いて図面を作成したために、一部の事例で個々の円弧の番号付けが境界線と重なり、従って、読み取ることが困難である。番号の一部の読みやすさが劣るにもかかわらず、それでも、輪郭の構成は、本説明および図１３ｂの座標値と併せて文脈から依然として明白である。

図１３ａに示される、本発明によるスクリュー輪郭の対は点対称だが、軸対称ではない。直線ＦＰ（一点鎖線で示される）は、円弧の接線を形成しない。分散効果のために重要な山の頂の上流および下流の領域が、直線ＦＰにより課される幾何学的制約を考慮する必要がなく当面の仕事に合わせるように正確に適合されることができるので、このようなスクリューエレメントは、分散効果に対して特に高い自由度を提供する。図１３ｂは、図１３ａの円弧のすべての中心点のｘ座標およびｙ座標（ＭｘおよびＭｙ）、半径Ｒ、ならびに角度αを列挙する。角度はラジアン測定で表して示される。その他の寸法のすべてが中心距離に対して正規化され、従って、無次元である。

Claims (2)

1. ２つ以上のねじ山を有する共回転し完全にぬぐう押出機スクリューの対を有する多軸押出機のためのスクリューエレメントであって、スクリュー輪郭がスクリュー輪郭の横断面全体にわたり連続微分可能な輪郭外形を有しており、それぞれのスクリュー輪郭が、スクリュー輪郭全体にわたり、円弧の始点および終点で互いに接線方向に移行する４つ以上の円弧からなることを特徴とする、スクリューエレメント。
2. 生成するスクリュー輪郭と生成されるスクリュー輪郭の間の中心距離がａであり、
   生成するスクリュー輪郭の円弧の数がｎであり、
   生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａが、０より大きく（ｒａ＞０）、中心距離よりも小さく（ｒａ＜ａ）、
   生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉが、０より大きく（ｒｉ＞０）、ｒａ以下であり（ｒｉ≦ｒａ）、
   生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが互いに接線方向に移行し、
   円弧が、閉じたスクリュー輪郭を形成し、即ち円弧ｊのすべての角度α_ｊの総和が２πであり、ここでπはｐｉ（π≒３．１４１５９）であり、
   円弧が、凸状のスクリュー輪郭を形成し、
   外半径ｒａおよび内半径ｒｉを有する円環の境界の環の間または前記境界の環の上に生成するスクリュー輪郭の円弧のすべてが配置され、円環の中心点が生成するスクリュー輪郭の回転点に配置され、
   生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の外半径ｒａに点Ｐ_Ａで接触し、
   生成するスクリュー輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュー輪郭の内半径ｒｉに点Ｐ_Ｉで接触し、
   生成されるスクリュー輪郭の円弧の数ｎ’が、生成するスクリュー輪郭の円弧の数ｎと同じであり、
   生成されるスクリュー輪郭の外半径ｒａ’が、生成するスクリュー輪郭の中心距離と内半径ｒｉの差に等しく（ｒａ’＝ａ−ｒｉ）、
   生成されるスクリュー輪郭の内半径ｒｉ’が、生成するスクリュー輪郭の中心距離と外半径ｒａの差に等しく（ｒｉ’＝ａ−ｒａ）、
   生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の角度α_ｊ’が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の角度α_ｊと同じであり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までのすべての整数を表すインデックスであり、
   生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の半径ｒ_ｊ’と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の半径ｒ_ｊ の和が、中心距離ａと同じであり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までのすべての整数を表すインデックスであり、
   生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間の距離が、中心距離ａと同じであり、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成されるスクリュー輪郭の回転点の間の距離が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点と生成するスクリュー輪郭の回転点の間の距離と同じであり、生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点と、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点の間を接続する線が、生成されるスクリュー輪郭の回転点と生成するスクリュー輪郭の回転点の間を接続する線に平行な線であり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までのすべての整数を表すインデックスであり、
   生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の中心点に対する生成されるスクリュー輪郭のｊ’番目の円弧の始点が、生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の中心点に対する生成するスクリュー輪郭のｊ番目の円弧の始点の方向と反対の方向にあり、ここで、ｊは１から円弧の数ｎまでの範囲内のすべての整数を表すインデックスであり、ｊ’は１から円弧の数ｎ’までのすべての整数を表すインデックスであることを特徴とする、請求項１に記載のスクリューエレメント。

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