JPH03288619A - ２軸押出機におけるスクリュ設計方法 - Google Patents
２軸押出機におけるスクリュ設計方法Info
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- JPH03288619A JPH03288619A JP2091221A JP9122190A JPH03288619A JP H03288619 A JPH03288619 A JP H03288619A JP 2091221 A JP2091221 A JP 2091221A JP 9122190 A JP9122190 A JP 9122190A JP H03288619 A JPH03288619 A JP H03288619A
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- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 43
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- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 9
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/505—Screws
- B29C48/63—Screws having sections without mixing elements or threads, i.e. having cylinder shaped sections
-
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- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
- B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
-
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、２軸押出機におけるスクリュの設計方法に関
するものである。
するものである。
（従来の技術）
一般に、押出機の内部で２種類以上の樹脂を反応させな
がら混練して押し出す、いわゆる反応押出が行われてい
る。この場合、押出機内の樹脂の流れや、押出機のどこ
の部分で急激な反応が起こるのか等、押出機の内部の挙
動を把握して押出機を制御しなければならない。また、
押出機は、この押出機の内部の挙動に対応できるスクリ
ュを用いる必要性がある。そこで、押出機の樹脂流路の
樹脂流動状態を定量化して解析し、この解析結果に基づ
いてスクリュを設計することが提案されている。従来よ
り、このような解析方法としては、樹脂流路内のバレル
内およびスクリュの形状を１次元でモデル化し、このモ
デル化した流路形状に基づいて、入力データによる数値
解析を行うようになされている。特に、第１２図に示す
ように、２軸押出機について樹脂流動状態を解析する場
合、樹脂流路内で２本のスクリュが互いに噛合した状態
で回転するので、流路形状をモデル化するに際し、樹脂
流路を、噛合箇所ａと噛合しない箇所すとに分けて流路
形状のモデル化を行っていた。
がら混練して押し出す、いわゆる反応押出が行われてい
る。この場合、押出機内の樹脂の流れや、押出機のどこ
の部分で急激な反応が起こるのか等、押出機の内部の挙
動を把握して押出機を制御しなければならない。また、
押出機は、この押出機の内部の挙動に対応できるスクリ
ュを用いる必要性がある。そこで、押出機の樹脂流路の
樹脂流動状態を定量化して解析し、この解析結果に基づ
いてスクリュを設計することが提案されている。従来よ
り、このような解析方法としては、樹脂流路内のバレル
内およびスクリュの形状を１次元でモデル化し、このモ
デル化した流路形状に基づいて、入力データによる数値
解析を行うようになされている。特に、第１２図に示す
ように、２軸押出機について樹脂流動状態を解析する場
合、樹脂流路内で２本のスクリュが互いに噛合した状態
で回転するので、流路形状をモデル化するに際し、樹脂
流路を、噛合箇所ａと噛合しない箇所すとに分けて流路
形状のモデル化を行っていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかし、上記従来の２軸押出機の樹脂流路の解析では、
噛合箇所ａと噛合しない箇所すとに分けて流路形状のモ
デル化を行わなければならないため、樹脂流路の流線形
状の接続が完全に行えない。
噛合箇所ａと噛合しない箇所すとに分けて流路形状のモ
デル化を行わなければならないため、樹脂流路の流線形
状の接続が完全に行えない。
そのため、実際の押出機内の樹脂挙動を表現していると
は言いがたく、各分布、樹脂の熱履歴等の定量化を確実
に行えないといった不都合があった。
は言いがたく、各分布、樹脂の熱履歴等の定量化を確実
に行えないといった不都合があった。
また、このような解析結果に基づいて設計されたスクリ
ュでは、樹脂挙動に対する充分な対応ができず、スクリ
ュおよびバレルの更新期間が短くなるといった不都合を
生じる。
ュでは、樹脂挙動に対する充分な対応ができず、スクリ
ュおよびバレルの更新期間が短くなるといった不都合を
生じる。
本発明は、係る実情に鑑みてなされたもので、押出機内
部の状態を確実に解析するとともに、この解析結果に基
づくスクリュの設計方法を提供することを目的としてい
る。
部の状態を確実に解析するとともに、この解析結果に基
づくスクリュの設計方法を提供することを目的としてい
る。
（課題を解決するための手段）
本発明の２軸押出機におけるスクリュ設計方法は、バレ
ル内に平行する２本のスクリュが設けられ、このスクリ
ュの回転によってバレル内の樹脂が押し出されるように
なされた２軸押出機において、樹脂流路を微小要素に分
割し、この分割によって得られたメッシュデータに基づ
いて、樹脂温度、押出圧力等の入力データによる数値解
析を行うとともに、この解析結果を基に、この樹脂流路
および入力データにおける最適スクリュ寸法を決定する
ものである。
ル内に平行する２本のスクリュが設けられ、このスクリ
ュの回転によってバレル内の樹脂が押し出されるように
なされた２軸押出機において、樹脂流路を微小要素に分
割し、この分割によって得られたメッシュデータに基づ
いて、樹脂温度、押出圧力等の入力データによる数値解
析を行うとともに、この解析結果を基に、この樹脂流路
および入力データにおける最適スクリュ寸法を決定する
ものである。
（作用）
本発明の設計方法では、樹脂流路を微小要素に分割し、
この分割によって得られたメッシュデータに基づいて、
樹脂温度、押出圧力等の入力データによる数値解析を行
うので、樹脂流路内を途切れることなく３次元に流線接
続した状態で解析を行うことができる。そして、この解
析結果に基づいてスクリュ寸法を決定するので、押出機
内部の樹脂挙動に最適なスクリュが設計される。
この分割によって得られたメッシュデータに基づいて、
樹脂温度、押出圧力等の入力データによる数値解析を行
うので、樹脂流路内を途切れることなく３次元に流線接
続した状態で解析を行うことができる。そして、この解
析結果に基づいてスクリュ寸法を決定するので、押出機
内部の樹脂挙動に最適なスクリュが設計される。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、２軸押出機におけるスクリュ設計方法を実行
するためのシステムの全体構成を示している。
するためのシステムの全体構成を示している。
すなわち、このシステムでは、スクリュ形状、押出操業
条件および樹脂データ等の入力データによって、押出機
内部の樹脂の流動状態を解析するとともに、この解析結
果として出力される出力データを要求品質と対比する。
条件および樹脂データ等の入力データによって、押出機
内部の樹脂の流動状態を解析するとともに、この解析結
果として出力される出力データを要求品質と対比する。
そして、スクリュ形状の入力データを変更して解析を繰
り返すことによって要求品質に合致するスクリュを設計
するようになされている。
り返すことによって要求品質に合致するスクリュを設計
するようになされている。
この解析を実行するシステムは、第２回に示すように、
メツシュデータ作成プログラム、熱流動解析プログラム
および図化出力プログラムを具備している。
メツシュデータ作成プログラム、熱流動解析プログラム
および図化出力プログラムを具備している。
メツシュデータ作成プログラムでは、メツシュ生成用入
力データに基づいてメッシュデータを作成するようにな
されている。このメッシュデータの作成は、次のように
して行われる。
力データに基づいてメッシュデータを作成するようにな
されている。このメッシュデータの作成は、次のように
して行われる。
すなわち、第４図に示すように、まず、２軸押出機内の
樹脂流路を微小要素に分割し、６面体ソリッド要素の集
合体とする。この分割は、フライトＺ方向分割数（ＮＷ
ＯＢ）、溝部Ｚ方向分割数（ＮＷＣＩ＋）、溝部Ｘ方向
分割数（ＮＨＣＨ）、バレル部Ｘ方向分割数（ＮＨＢＡ
）、スクリュ非噛合部周方向分割数（ＮＮＣ）、スクリ
ュ噛合部周方向分割数（ＮＣ）を決定するとともに、ス
クリュ内半径（Ｒ１）、スクリュ外半径（ＲＯ）、バレ
ル内半径（ＲＢ）、スクリュ軸間距離（ＲＬ）、フライ
トピンチ（ＰＩＣｉｌ）、フライト項中（Ａ）、圧力角
（八ＬＦ） 、基本ブロック数（ＮＢＢＮ）、フライト
条数（ＩＳＮ）を設定することによって行われる。
樹脂流路を微小要素に分割し、６面体ソリッド要素の集
合体とする。この分割は、フライトＺ方向分割数（ＮＷ
ＯＢ）、溝部Ｚ方向分割数（ＮＷＣＩ＋）、溝部Ｘ方向
分割数（ＮＨＣＨ）、バレル部Ｘ方向分割数（ＮＨＢＡ
）、スクリュ非噛合部周方向分割数（ＮＮＣ）、スクリ
ュ噛合部周方向分割数（ＮＣ）を決定するとともに、ス
クリュ内半径（Ｒ１）、スクリュ外半径（ＲＯ）、バレ
ル内半径（ＲＢ）、スクリュ軸間距離（ＲＬ）、フライ
トピンチ（ＰＩＣｉｌ）、フライト項中（Ａ）、圧力角
（八ＬＦ） 、基本ブロック数（ＮＢＢＮ）、フライト
条数（ＩＳＮ）を設定することによって行われる。
次に、表１に示すように、これに対応するメソシュ生成
用入力データを決定する。そして、このメツシュ生成用
入力データをメソシュデータ作成プログラムで処理する
ことによってメツシュデータが得られる。
用入力データを決定する。そして、このメツシュ生成用
入力データをメソシュデータ作成プログラムで処理する
ことによってメツシュデータが得られる。
（以下余白）
表
１
（以下余白）
熱流動解析プログラムでは、２軸押比機の圧力、温度、
流速等の初期条件を入力し、この初期条件と、上記メソ
シュデータ作成プログラムで得られたメツシュデータと
に基づいて熱流動解析を行う。
流速等の初期条件を入力し、この初期条件と、上記メソ
シュデータ作成プログラムで得られたメツシュデータと
に基づいて熱流動解析を行う。
この解析は、流動解析部、温度解析部の収束計算により
、全体が安定段階に入るまで繰り返し行われる。
、全体が安定段階に入るまで繰り返し行われる。
図化出力プログラムでは、上記メソシュデータおよび熱
流動解析結果を取りまとめて、必要に応じた情報を図化
出力するようになされている。すなわち、第５図に示す
ように、メソシュデータに基づいて樹脂流路が図化され
た状態で出力される。
流動解析結果を取りまとめて、必要に応じた情報を図化
出力するようになされている。すなわち、第５図に示す
ように、メソシュデータに基づいて樹脂流路が図化され
た状態で出力される。
そして、この図化出力されたメソシュデータ上に、それ
ぞれ、流速（第６図参照）、圧力（第７図参照）、温度
（第８図参照）等の熱流動解析結果が分布図として図化
出力される。
ぞれ、流速（第６図参照）、圧力（第７図参照）、温度
（第８図参照）等の熱流動解析結果が分布図として図化
出力される。
次に、この熱流動解析方法の全体の流れについて説明す
る。
る。
第３図に示すように、まず、定数の設定を行い（ステッ
プ■）、コントロールデータを読み込む（ステップ■）
、これらのデータをプリントアウトするとともにエコー
チエツクする（ステップ■）。
プ■）、コントロールデータを読み込む（ステップ■）
、これらのデータをプリントアウトするとともにエコー
チエツクする（ステップ■）。
こうして得られたメツシュデータの読み込みを判断しく
ステップ■）、読み込む場合は磁気ディスクに入力しく
ステップ■）、読み込まない場合はそのままメソシュデ
ータを生成する（ステップ■）。
ステップ■）、読み込む場合は磁気ディスクに入力しく
ステップ■）、読み込まない場合はそのままメソシュデ
ータを生成する（ステップ■）。
そして、データエラーが判断され（ステップ■）、デー
タエラーがある場合にはエラーがリストされ（ステップ
■）、処理が停止する。エラーがない場合にはりスター
ト計算するか否かを判断しくステップ■）、リスタート
計算する場合にはりスタートファイルに読み込む（ステ
ップ＠ｌ）。リスタート計算しない場合には流速、温度
、圧力等の初期値をセットしくステップ■）、セル体積
を計算する（ステップ＠）。次に、各ブロックの計算を
継続するか否かを判断しくステップ［相］）、継続する
場合は結合部にデータを読み込んで行き（ステップ■）
、継続しない場合は熱流動計算に移る（ステップ［相］
）。そして、この熱流動計算の結果を出力するとともに
（ステップ＠）、結合部のデータを出力しくステップＯ
）、その後、ＣＰＵタイムおよび正常異常終了等の情報
を出力しくステップ［相］）、処理を完了する。
タエラーがある場合にはエラーがリストされ（ステップ
■）、処理が停止する。エラーがない場合にはりスター
ト計算するか否かを判断しくステップ■）、リスタート
計算する場合にはりスタートファイルに読み込む（ステ
ップ＠ｌ）。リスタート計算しない場合には流速、温度
、圧力等の初期値をセットしくステップ■）、セル体積
を計算する（ステップ＠）。次に、各ブロックの計算を
継続するか否かを判断しくステップ［相］）、継続する
場合は結合部にデータを読み込んで行き（ステップ■）
、継続しない場合は熱流動計算に移る（ステップ［相］
）。そして、この熱流動計算の結果を出力するとともに
（ステップ＠）、結合部のデータを出力しくステップＯ
）、その後、ＣＰＵタイムおよび正常異常終了等の情報
を出力しくステップ［相］）、処理を完了する。
そして、このようにして得られた解析結果から、該解析
結果と要求品質と合致するように、スクリュ形状の入力
データを変更して解析を繰り返し、スクリュの各寸法を
決定する。
結果と要求品質と合致するように、スクリュ形状の入力
データを変更して解析を繰り返し、スクリュの各寸法を
決定する。
第９図は、こうして設計されるスクリュの概略図を示し
、表２は、摩耗量の低減を図るスクリュ寸法を設計した
場合に得られた各寸法を示す。
、表２は、摩耗量の低減を図るスクリュ寸法を設計した
場合に得られた各寸法を示す。
なお、第９図において、１は樹脂混合部、２は樹脂計量
押出部である。
押出部である。
また、第１０図に示すように、表２におけるδＦｎ＋ｉ
ｎは２軸押比機において噛合する各スクリュのフライト
間の最小隙間、δＲは同じくスクリュが噛合した状態で
のスクリュ内周部３とスクリュ外周部４との隙間である
。
ｎは２軸押比機において噛合する各スクリュのフライト
間の最小隙間、δＲは同じくスクリュが噛合した状態で
のスクリュ内周部３とスクリュ外周部４との隙間である
。
さらに、表２における先端口径、コニカル角度、および
先端軸間距離は、スクリュを設計する以前の確定寸法で
ある。
先端軸間距離は、スクリュを設計する以前の確定寸法で
ある。
０
表
２
（実験例〕
このようにして設計された摩耗量の低減を図るスクリュ
を具備した押出機を用意し、スクリュおよびバレルの摩
耗量と樹脂の押出量との関係を測定した。比較対象とす
るものとして、解析による設計を行っていない従来のス
クリュを具備した押出機に付いても同様の実験を行った
。
を具備した押出機を用意し、スクリュおよびバレルの摩
耗量と樹脂の押出量との関係を測定した。比較対象とす
るものとして、解析による設計を行っていない従来のス
クリュを具備した押出機に付いても同様の実験を行った
。
その結果、第１１図に示すように、本発明に係るスクリ
ュを具備した押出機は、スクリュおよびバレルの双方に
おいて、従来の押出機よりも著しく摩耗量が低減されて
いることが確認された。
ュを具備した押出機は、スクリュおよびバレルの双方に
おいて、従来の押出機よりも著しく摩耗量が低減されて
いることが確認された。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によると、押出機内部の樹脂
挙動に最適なスクリュを設計することができるので、プ
ロセスの高機能化、高性能化を実現することができる。
挙動に最適なスクリュを設計することができるので、プ
ロセスの高機能化、高性能化を実現することができる。
第１図ないし第１０図は本発明に係る図面であって、第
１図は２軸押出機におけるスクリュ設計方法を実行する
ためのシステム構成図、第２図は１ ２ スクリュ設計に用いる解析システムの全体構成の概略を
示すシステム構成図、第３図は同熱流動解析方法の概略
フロー図、第４図（ａｌおよび第４図ｔｂ＋は２軸押比
機内の樹脂流路を微小要素に分割するための各形状パラ
メータを示す分割図、第５図は樹脂流路のメッシュデー
タ図、第６図（ａｌおよび第６図（ｂｌは樹脂流路の速
度解析結果を示す流速ヘクトル図、第７図は樹脂流路の
圧力解析結果を示す圧力等高線図、第８図は樹脂流路の
温度解析結果を示す温度等高線図、第９図はスクリュの
全体構成の概略図、第１０図は２軸押出機におけるスク
リュの噛合部分を示す部分拡大図、第１１図は本発明に
よって設計したスクリュを具備した押出機と従来のスク
リュを具備した押出機との摩耗量を比較したグラフ、第
１２図は２軸押出機の樹脂流路を示す断面図である。
１図は２軸押出機におけるスクリュ設計方法を実行する
ためのシステム構成図、第２図は１ ２ スクリュ設計に用いる解析システムの全体構成の概略を
示すシステム構成図、第３図は同熱流動解析方法の概略
フロー図、第４図（ａｌおよび第４図ｔｂ＋は２軸押比
機内の樹脂流路を微小要素に分割するための各形状パラ
メータを示す分割図、第５図は樹脂流路のメッシュデー
タ図、第６図（ａｌおよび第６図（ｂｌは樹脂流路の速
度解析結果を示す流速ヘクトル図、第７図は樹脂流路の
圧力解析結果を示す圧力等高線図、第８図は樹脂流路の
温度解析結果を示す温度等高線図、第９図はスクリュの
全体構成の概略図、第１０図は２軸押出機におけるスク
リュの噛合部分を示す部分拡大図、第１１図は本発明に
よって設計したスクリュを具備した押出機と従来のスク
リュを具備した押出機との摩耗量を比較したグラフ、第
１２図は２軸押出機の樹脂流路を示す断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）バレル内に平行する２本のスクリュが設けられ、こ
のスクリュの回転によってバレル内の樹脂が押し出され
るようになされた２軸押出機において、 樹脂流路を微小要素に分割し、この分割に よって得られたメッシュデータに基づいて、樹脂温度、
押出圧力等の入力データによる数値解析を行うとともに
、この解析結果を基に、この樹脂流路および入力データ
における最適スクリュ寸法を決定することを特徴とする
２軸押出機におけるスクリュ設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2091221A JPH03288619A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２軸押出機におけるスクリュ設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2091221A JPH03288619A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２軸押出機におけるスクリュ設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03288619A true JPH03288619A (ja) | 1991-12-18 |
Family
ID=14020371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2091221A Pending JPH03288619A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２軸押出機におけるスクリュ設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03288619A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP2091221A patent/JPH03288619A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
| JP4643373B2 (ja) * | 2005-06-29 | 2011-03-02 | 東芝機械株式会社 | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
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