JP6509153B2 - 共回転二軸スクリュー処理装置のための要素 - Google Patents

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Description

本開示は、二軸スクリュー処理装置の分野に関する。より詳しくは、本開示は、二軸スクリュー処理装置のための要素に関する。
押出機などの、二軸スクリュー処理装置における混錬は、せん断、塗抹(smearing)、伸長、曲げ、ねじれおよび圧縮を引き起こす力の適用を伴う。二軸スクリュー処理装置を通る材料の前進は一般に、高度に制御され、そのようなシステムは、洗練された化学反応を行うために使用されることもある。例えば、熱可塑性物質配合は、標準的な搬送、混合または混錬要素を必要とする。混錬要素は、主に折り畳み機構を通じて複合物を混合する。この溶融および折り畳み機構は、要素に疲労をもたらし、それはしばしば、要素またはシャフトの破損を引き起こす。
Babuの特許文献１は、分数ローブ(lobe)要素を開示する。Babuの特許文献２は、材料によって経験されるピークせん断を除去しまたは低減し、より均一な混合およびより良好な溶融温度のために分配混合を増加させ、また押出機の自己拭き取り能力も維持する共回転押出機のための押出機要素を提供する。これらの要素は、連続フライト(flight)を備え、その場合フライトは、リード(lead)「L」の何分の1かで整数ローブフライトから非整数ローブフライトに変形し、整数ローブフライトに変形して戻り、逆もまた同様である。整数ローブまたは分数ローブは、搬送スクリュー(連続的らせん変形によって)または混錬ブロック(断続的線形および回転変形によって)を作り出すために使用されることもある。混錬ブロックとして設計されるとき、整数ローブまたは分数ローブである要素は、流れに対して垂直な面を提示し、溶融中に溶融滞留ならびに大きな圧力およびせん断ピークを引き起こす。それ故に、これらの混錬ブロック要素は、溶融ゾーンに要求される優れたプロセス能力を提供することができないので、押出機の溶融ゾーンにとって理想的でない。そのような要素はまた、破損をもたらすこともある疲労にも悩まされる。
米国特許第６７８３２７０号 米国特許出願公開第２０１４／００３６６１４号 国際公開第２０１１／０７３１２１号パンフレット
共回転二軸スクリュー処理装置のための要素が、開示される。その要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。
別の態様では、共回転二軸スクリュー処理装置のための要素であって、その要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第2の非整数ローブフライトから第3の非整数ローブフライトに変形する、要素が、開示される。
別の態様では、二軸スクリュー処理装置が、開示される。二軸スクリュー処理装置は、少なくとも2つの円筒状収納穴を有する筐体であって、各収納穴は、他の軸に平行に配置される軸を有する、筐体と、第1および第2の収納穴に配置される少なくとも第1のスクリューシャフトおよび第2のスクリューシャフトであって、第1および第2のスクリューシャフトは、混合ゾーンを規定する要素を提供され、少なくとも1つの要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る、少なくとも第1のスクリューシャフトおよび第2のスクリューシャフトとを備える。
本開示の一実施形態による要素の正面図を例示する図である。 本開示の一実施形態による要素の上面図を例示する図である。 本開示の別の実施形態による要素の正面図を例示する図である。 本開示の別の実施形態による要素の上面図を例示する図である。 本開示の一実施形態による共回転二軸スクリュー処理装置を例示する図である。
図3は、2つの円筒状収納穴(104A、104B)を有する筐体(102)を備える共回転二軸スクリュー処理装置(100)を例示し、各収納穴(104A、104B)は、他の軸に平行に配置される軸(それぞれ108Aおよび108B)を有する。第1のスクリューシャフト(106A)および第2のスクリューシャフト(106B)は、第1および第2の収納穴(104A、104B)にそれぞれ配置される。処理要素(10)または「要素」は、第1および第2のスクリューシャフト(106A、106B)に取り付けられ、処理装置(100)内に混合ゾーンを規定する。要素(10)は、スクリューシャフトのスプライン(spline)がその中にはめ込まれる溝付き軸方向穴またはスクリューシャフトに取り付けるための他の手段を備えてもよい。
要素は、その要素上にフライトを形成する1つまたは複数のローブを有する。ローブの数は、従来整数であって、典型的には1つから3つのローブの間で変わる。そのような要素は、この開示では「整数ローブ要素」と呼ばれる。ローブの数はまた、非整数であってもよく、そのような要素は、「非整数ローブ要素」または非整数ローブフライトを有する要素と呼ばれる。
非整数ローブ要素は、分数ローブ要素であってもよい。分数ローブ要素は、N/nが、整数であり、その分数が、第1の整数と第2の整数との間の移行度を決定するように、所定の分数によって第1の整数要素(n)および第2の整数要素(N)の中間にある要素である。単一フライトローブおよび2ローブは、1.2.xxなどの分数ローブを形成することができ、ただしxxは、1から99の任意の数であってもよい。数1から99は、分数ローブが、単一フライト要素または2ローブ要素のどちらにより似て見えることになるかを規定する。表記法1.2.xxにおける数字1および2は、単一フライト要素(1)および2ローブ要素(2)それぞれの中間にあるローブ要素を表す。単一ローブ要素および2ローブ要素から形成される分数ローブ要素の例は、特許文献１において述べられる。
非整数ローブ要素は、無理数ローブ要素であってもよい。無理数ローブ要素は、特許文献３において述べられる。
共回転二軸スクリュー処理装置(100)のための要素(10)が、開示される。要素(10)は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つのフライト(12)を有する。形成されるフライトは、どんな断絶または中断もなく連続的である。フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。
第1の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトであってもよい。第2の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトであってもよい。他の実施形態では、第1の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトであってもよく、第2の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトであってもよい。他の実施形態では、第1の非整数ローブフライトおよび第2の非整数ローブフライトは両方とも、分数ローブフライトであってもよい。他の実施形態では、第1の非整数ローブフライトおよび第2の非整数ローブフライトは両方とも、無理数ローブフライトであってもよい。
図1aを参照すると、本開示の一実施形態による要素(10)の正面図が、例示される。図1bは、図1aにおける要素(10)の上面図を示す。要素(10)の長さは、要素(10)のリード「L」に等しくてもよい。他の実施形態では、要素(10)の長さは、要素(10)のリード「L」と異なってもよい。要素(10)は、200mmの長さを有し、リード「L」もまた、200mmの長さを有する。点Aにおいて、要素(10)のプロファイルは、第1の分数ローブ要素、すなわち示される例では1.3.80である。点Bにおいて、要素のプロファイルは、第2の分数ローブ要素、すなわち1.3.20である。点Cにおいて、要素のプロファイルは、再び第1の分数ローブ要素、すなわち1.3.80である。要素(10)は、プロファイルAからプロファイルB、プロファイルCに変形する。プロファイルAからプロファイルBへの要素(10)の変形は、リード「L」の何分の1かの内に、開示される実施形態では5mm内に起こる。要素(10)は今では、次の5mmにわたってプロファイルBからプロファイルCに変形する。
図1bの実施形態では、第1の分数ローブフライトから第2の分数ローブフライトへの変形ならびに第2の分数ローブフライトから第1の分数ローブフライトへの変形は、10mmの中でまたはリード「L」の何分の1かの内に起こる。
他の実施形態では、フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに複数回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。例として、第1の分数ローブフライトから第2の分数ローブフライトへかつ第1の分数ローブフライトへ戻る、または逆も同様の変形は、複数回起こってもよい。図1bの実施形態では、第1の分数ローブフライトから第2の分数ローブフライトへかつ第1の分数ローブフライトへ戻る変形は、200mm要素を得るために、要素(10)の長さに沿って20回繰り返される。
一実施形態によると、要素(10)のリード「L」に沿った複数の変形についての第1の非整数ローブフライトは、同じである。他の実施形態では、要素(10)のリード「L」に沿った複数の変形についての第2の非整数ローブフライトは、同じである。
今から図2aを参照すると、本開示の別の実施形態による要素(10)の正面図が、例示される。図2bは、図2aの要素(10)の上面図を示す。要素は、150mmの長さを有し、リード「L」もまた、150mmの長さを有する。点Aにおいて、要素のプロファイルは、第1の分数ローブ要素、すなわち示される例では1.3.80である。点Bにおいて、要素のプロファイルは、第2の分数ローブ要素、すなわち1.3.20である。点Cにおいて、要素のプロファイルは、再び第1の分数ローブ要素、すなわち1.3.80である。要素は、プロファイルAからプロファイルB、プロファイルCに変形する。プロファイルAからプロファイルBへの要素の変形は、リード「L」の何分の1かの内に、開示される実施形態では5mm内に起こる。要素は今では、次の5mmにわたってプロファイルBからプロファイルCに変形する。
図2bの実施形態では、第1の分数ローブフライトから第2の分数ローブフライトへかつ第1の分数ローブフライトへ戻る変形は、150mm要素を得るために、要素(10)の長さに沿って15回繰り返される。
要素(10)は、その上に形成される多数の連続フライトを有してもよい。一実施形態では、各フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。各フライトについての第1の非整数ローブフライトは、同じであってもよい。各フライトについての第2の非整数ローブフライトは、同じであってもよい。図1aの要素(10)は、その上に形成されるいくつかの連続らせん状フライト(12、14、16)を有する。
他の実施形態では、フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第2の非整数ローブフライトから第3の非整数ローブフライトに変形する。例として、フライトは、リード「L」の何分の1かの内に第1の分数ローブフライトから第2の分数ローブフライトに、かつリード「L」の何分の1かの内に第2の分数ローブフライトから第3の分数ローブフライトに変形する。第1の非整数ローブフライト、第2の非整数ローブフライトおよび第3の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトであってもよい。他の実施形態では、第1の非整数ローブフライト、第2の非整数ローブフライトおよび第3の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトであってもよい。
具体的実施形態が、以下で述べられる
共回転二軸スクリュー処理装置のための要素であって、その要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。
そのような要素であって、第1の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトである。
そのような要素であって、第2の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトである。
そのような要素であって、第1の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである。
そのような要素であって、第2の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである。
多数の連続フライトを有するそのような要素であって、各フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。
そのような要素であって、各フライトについての第1の非整数ローブフライトは、同じである。
そのような要素であって、各フライトについての第2の非整数ローブフライトは、同じである。
そのような要素であって、フライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに複数回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る。
そのような要素であって、複数の変形についての第1の非整数ローブフライトは、同じである。
そのような要素であって、複数の変形についての第2の非整数ローブフライトは、同じである。
そのような要素であって、要素の長さは、リード「L」に等しい。
さらなる具体的実施形態が、以下で述べられる
共回転二軸スクリュー処理装置のための要素であって、その要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第2の非整数ローブフライトから第3の非整数ローブフライトに変形する。
そのような要素であって、第1の非整数ローブフライト、第2の非整数ローブフライトおよび第3の非整数ローブフライトは、分数ローブフライトである。
そのような要素であって、第1の非整数ローブフライト、第2の非整数ローブフライトおよび第3の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである。
さらなる具体的実施形態が、以下で述べられる
二軸スクリュー処理装置は、少なくとも2つの円筒状収納穴を有する筐体であって、各収納穴は、他の軸に平行に配置される軸を有する、筐体と、第1および第2の収納穴に配置される少なくとも第1のスクリューシャフトおよび第2のスクリューシャフトであって、第1および第2のスクリューシャフトは、混合ゾーンを規定する要素を提供され、少なくとも1つの要素は、リード「L」およびその上にらせん状に形成される少なくとも1つの連続フライトを有し、そのフライトは、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトから第2の非整数ローブフライトに少なくとも1回変形し、リード「L」の何分の1かで第1の非整数ローブフライトに変形して戻る、少なくとも第1のスクリューシャフトおよび第2のスクリューシャフトとを備える。
本開示によって教示されるような要素(10)は、共回転二軸スクリュー処理装置での使用に適した要素である。共回転二軸スクリュー処理装置は、共回転二軸スクリュー押出機であってもよい。その要素は、均一な溶融混合を達成し、過剰なせん断による材料劣化を低減するのに適している。これらの要素は、疲労を防止し、それ故に処理装置の要素またはシャフトにおける破損を防止する。
開示される要素(10)は、滞留のない溶融流れに乱流を生み出す。開示される要素(10)は、材料の流れに対してどんな直角の面も提供しない。
開示される要素(10)は、信頼性の改善、摩耗の低減ならびに溶融および混合の均一性の向上を提供する。要素は、均一なせん断を生み出し、従ってせん断効果を強化するのに有効である。これは、溶融効率およびまた押出機の全体効率も大きく向上させる。それはまた、溶融中の材料の劣化も防止する。
10 要素
12 フライト
14 フライト
16 フライト
100 共回転二軸スクリュー処理装置
102 筐体
104A 収納穴
104B 収納穴
106A 第1のスクリューシャフト
106B 第2のスクリューシャフト
108A 軸
108B 軸

Claims (13)

  1. 共回転二軸スクリュー処理装置のための要素であって、前記要素は、リード「Ｌ」およびその上にらせん状に形成される少なくとも１つの連続的な非整数フライトを有し、前記連続的な非整数フライトは、前記リード「Ｌ」の何分の１かで第１の非整数ローブフライトから第２の非整数ローブフライトに少なくとも１回変形し、前記リード「Ｌ」の何分の１かで前記第１の非整数ローブフライトに変形して戻る、要素において、
    前記要素のすべての表面が、溶融材料の流れに対して非直角とされる、要素。
  2. 前記第１の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである、請求項１に記載の要素。
  3. 前記第２の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである、請求項１または２に記載の要素。
  4. 多数の連続的な非整数フライトを有し、各前記連続的な非整数フライトは、前記リード「Ｌ」の何分の１かで第１の非整数ローブフライトから第２の非整数ローブフライトに少なくとも１回変形し、前記リード「Ｌ」の何分の１かで前記第１の非整数ローブフライトに変形して戻る、請求項１に記載の要素。
  5. 各前記連続的な非整数フライトについての前記第１の非整数ローブフライトは、同じである、請求項４に記載の要素。
  6. 各前記連続的な非整数フライトについての前記第２の非整数ローブフライトは、同じである、請求項４に記載の要素。
  7. 前記リード「Ｌ」は、複数の同じ前記リード「Ｌ」の何分の１かを含んでおり、
    前記連続的な非整数フライトは、前記リード「Ｌ」の何分の１かで第１の非整数ローブフライトから第２の非整数ローブフライトに複数回変形し、前記リード「Ｌ」の何分の１かで前記第１の非整数ローブフライトに変形して戻る、請求項１に記載の要素。
  8. 前記複数の変形についての前記第１の非整数ローブフライトは、同じである、請求項７に記載の要素。
  9. 前記複数の変形についての前記第２の非整数ローブフライトは、同じである、請求項７に記載の要素。
  10. 前記要素の長さは、前記リード「Ｌ」に等しい、請求項１から９のいずれか一項に記載の要素。
  11. 共回転二軸スクリュー処理装置のための要素であって、前記要素は、リード「Ｌ」およびその上にらせん状に形成される少なくとも１つの連続的な非整数フライトを有し、前記連続的な非整数フライトは、前記リード「Ｌ」の何分の１かで第１の非整数ローブフライトから第２の非整数ローブフライトに少なくとも１回変形し、前記リード「Ｌ」の何分の１かで前記第２の非整数ローブフライトから第３の非整数ローブフライトに変形する、要素において、
    前記要素のすべての表面が、溶融材料の流れに対して非直角とされる、要素。
  12. 前記第１の非整数ローブフライト、前記第２の非整数ローブフライトおよび前記第３の非整数ローブフライトは、無理数ローブフライトである、請求項１１に記載の要素。
  13. 少なくとも２つの円筒状収納穴を有する筐体であって、各収納穴は、他の軸に平行に配置される軸を有する、筐体と、
    前記第１および第２の収納穴に配置される少なくとも第１のスクリューシャフトおよび第２のスクリューシャフトであって、前記第１および第２のスクリューシャフトは、混合ゾーンを規定する要素を提供され、少なくとも１つの要素は、リード「Ｌ」およびその上にらせん状に形成される少なくとも１つの連続的な非整数フライトを有し、前記連続的な非整数フライトは、前記リード「Ｌ」の何分の１かで第１の非整数ローブフライトから第２の非整数ローブフライトに少なくとも１回変形し、前記リード「Ｌ」の何分の１かで前記第１の非整数ローブフライトに変形して戻る、少なくとも第１のスクリューシャフトおよび第２のスクリューシャフトと、
    を備える、二軸スクリュー処理装置において、
    前記第１のスクリューシャフトおよび前記第２のスクリューシャフトのすべての表面が、溶融材料の流れに対して非直角とされる、二軸スクリュー処理装置。
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