JPH0976326A - 二軸押出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリューヘッドが被押出材に対して摩擦す
るのを可及的に抑えることにより、局所的な摩擦熱に伴
う被押出材の劣化を防止する。 【解決手段】 被押出材を軸心方向一側に搬送する一対
のスクリュー５がチャンバー３内に回転自在に挿通さ
れ、この各スクリュー５の先端部にそれぞれスクリュー
ヘッド７が設けられている二軸押出機において、スクリ
ューヘッド７の外周部に、同外周部から当該スクリュー
ヘッド７の先端にまで至る複数の羽根１０をスクリュー
５の軸心方向に沿って形成し、この各羽根１０の外周縁
部１０Ａをチャンバー３の内面に近接したシャープエッ
ジ１１に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック等の
高分子樹脂材料を押出成形するための二軸押出機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の二軸押出機では、被押出材を軸
心方向一側に搬送する一対のスクリューがチャンバー内
に回転自在でかつ互いに平行に挿通されており、この各
スクリューの先端部には、チャンバーの出口部において
押出時に溶融樹脂等の被押出材が滞留するのを防止すべ
く、それぞれスクリューヘッドが設けられている。

【０００３】図８及び図９は、かかるスクリューヘッド
を備えた二軸押出機の従来例を示している。このうち、
図８に示す二軸押出機では、チャンバー１５内に挿通さ
れた左右一対のスクリュー１６の先端部に、外周面が円
柱状とされたスクリューヘッド１７がねじ込みによって
着脱自在に設けられており、このスクリューヘッド１７
の先端部は先細り円錐状に形成されている。

【０００４】一方、上記の円柱ないし円錐状のスクリュ
ーヘッド１７では、同ヘッド１７間での噛合部分がない
ので溶融樹脂が滞留しすぎて押出性能が阻害されるた
め、図９に示す二軸押出機では、スクリューヘッド１７
の外周面にスクリュー１６の螺旋翼１８と連続した螺旋
翼１９を形成しており、スクリューヘッド１７の先端部
は平坦面２０とされている（実公平１−１６５９２号公
報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の二軸押出機では、スクリュー１６によって溶融樹脂
が先端部（出口側）へ押し出されるときに、流れる樹脂
がスクリューヘッド１７と接する箇所において、高速で
回転する当該ヘッド１７（通常５００〜６００ｒｐｍ）
によって摩擦熱が生じ、局所的な発熱による樹脂の劣化
が発生することがある。

【０００６】すなわち、図８に示すスクリューヘッド１
７では、高速回転する同ヘッド１７の外周面２１及び先
端面２２の双方が溶融樹脂に対して面接触して摩擦する
ので、この摩擦によって溶融樹脂が局所的に発熱する場
合がある。他方、図９に示すスクリューヘッド１７で
は、外周面に螺旋翼１９が形成されているので外周面で
は摩擦熱の問題は生じにくいが、先端の平坦面２０は依
然として溶融樹脂に対して面接触していて摩擦するの
で、この摩擦によって溶融樹脂が局所的に発熱しうる。

【０００７】特に、多量の無機質フィラーが充填されて
いるコンパウンド樹脂の場合、粘度が非常に高いため、
高速回転するスクリューヘッド１７の周りや先端におい
て摩擦熱が生じやすく、また、発砲剤や架橋剤などを含
んだコンパウンド樹脂では、スクリューヘッド１７の周
りや先端において局所的な発熱による発砲ないし架橋反
応が生じる恐れがある。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑み、スクリ
ューヘッドが被押出材に対して摩擦するのを可及的に抑
えることにより、局所的な摩擦熱に伴う被押出材の劣化
を防止すること目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の技術的手段を講じた。すなわち、本
発明は、被押出材を軸心方向一側に搬送する一対のスク
リューがチャンバー内に回転自在に挿通され、この各ス
クリューの先端部にそれぞれスクリューヘッドが設けら
れている二軸押出機において、前記スクリューヘッドの
外周面に、同ヘッドの基部から先端に至るまで軸心方向
に延びて形成された複数の羽根が周方向に間隔をおいて
突設され、この各羽根の外周縁部が前記チャンバーの内
面に近接されていることを特徴とする（請求項１）。

【００１０】上記の本発明では、スクリューヘッドの各
羽根は同ヘッドの基部からその先端まで軸心方向に沿っ
て延びており、しかも、この羽根の外周縁部がチャンバ
ーの内面に近接しているので、スクリューヘッドに至っ
た被押出材はその羽根に連れ回りされながら出口へ押し
出されることになり、このため、被押出材はスクリュー
ヘッドの外周面や先端面との接触による摩擦を殆ど受け
ない。

【００１１】また、羽根の外周縁部がチャンバー内面に
近接していてその隙間を流れる樹脂が極めて少ないの
で、その隙間を流れる樹脂によって摩擦熱が発生するこ
とは殆どない。この場合、羽根の外周縁部とチャンバー
内面との隙間を通過する樹脂の摩擦をより少なくするに
は、各羽根の外周縁部をシャープエッジに形成しておけ
ばよい（請求項２）。

【００１２】一方、本発明において、スクリューヘッド
の各羽根間における外周形状を同ヘッドの先端側に向か
って漸次縮径する形状とした場合（請求項３）、羽根間
で構成される空間部に入り込んだ樹脂が軸心方向へ排出
されやすくなる。また、一方のスクリューヘッドに設け
られている各羽根が他方のスクリューヘッドの羽根に対
する回転方向の位相が互いにずれるように配置した場合
（請求項４）、押出室の中央部で左右のスクリューヘッ
ドの羽根同士が近接しなくなって、同中央部における樹
脂の剪断発熱を防止できる。

【００１３】更に、スクリューヘッドに設けられている
各羽根を、同ヘッドの先端側に向かってスクリュー回転
方向と反対の方向へ漸次変位するように捩じる形状とす
れば（請求項５）、スクリューヘッドの回転力が羽根間
に詰まっている樹脂を押し出す方向へ作用するので、樹
脂の押出が促進される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１において、本発明に係る二軸
押出機は、楕円筒状のバレル１の先端にダイホルダ２を
着脱自在に連結してなるチャンバー３を備え、このチャ
ンバー３内に断面ほぼ８の字状の押出室４が形成されて
いる。

【００１５】チャンバー３の押出室４には、溶融樹脂等
の被押出材を軸心方向一側（図１（ａ）の左側）に搬送
する左右一対のスクリュー５が回転自在でかつ互いに平
行に挿通されていて、この各スクリュー５は、バレル１
の基端部に接続した軸受け手段によって回転自在に支持
され、図外の駆動モータ及び減速機を介して同方向に回
転駆動される。

【００１６】左右の各スクリュー５は、その外周面に一
定ピッチの螺旋翼６を備え、互いの螺旋翼６が噛合し合
うよう軸心方向に一ピッチずれた状態で押出室４内に配
置されている。各スクリュー５の先端部には、チャンバ
ー３の出口部（ダイホルダ２）において押し出される溶
融樹脂が滞留するのを防止すべく、それぞれスクリュー
ヘッド７が設けられている。

【００１７】このスクリューヘッド７は、スクリュー５
の先端に取り付けられる胴部８の基端面にねじ軸９を一
体に突設してなり、このねじ軸９をスクリュー５の先端
面にねじ込むことによって、同スクリュー５に対して着
脱自在に取り付けられる。図１（ａ）に示すように、本
実施の形態では、スクリューヘッド７の胴部８は先端側
（出口側）が細い円錐状に形成されており、この胴部８
の外周面に、胴部８とほぼ同じ軸心方向長さを有する直
角三角形状の羽根１０が、放射状に合計四枚突設されて
いる。

【００１８】しかして、各スクリューヘッド７の外周面
に、同ヘッド７の基部から先端に至るまで軸心方向（図
１（ａ）の左右方向）に延びて形成された複数の羽根１
０が周方向に間隔をおいて突設されている。また、スク
リューヘッド７の胴部８が円錐状であることから、同ヘ
ッド７の各羽根１０間の外周形状は先端側（図１（ａ）
の左側）に向かって漸次縮径する形状とされている。

【００１９】図１（ｂ）に示すように、この四枚の羽根
１０は周方向で９０度間隔おきに配置されており、各羽
根１０の外周縁部１０Ａは、その縁に至るほど先細り状
に面取り加工されたシャープエッジ１１に形成されてい
る。このシャープエッジ１１はダイホルダ２（チャンバ
ー３）の内面から僅かの隙間δを有するように同内面に
対して近接されている。

【００２０】この外周縁部１０Ａのシャープエッジ１１
とダイホルダ２内面との間の隙間δは、スクリューヘッ
ド７の回転に伴ってこの隙間δを通過する羽根１０間の
樹脂量が同樹脂の押出方向への流量に比べて無視できる
ほど少なくなるように設定すればよく、本実施の形態で
はこの隙間δ＝約１ｍｍに設定してある。他方、各羽根
１０の先端縁部１０Ｂは、胴部８の軸心から半径方向に
沿って径外側へ放射状に延設され、外周縁部１０Ａと同
様なシャープエッジ１１に形成されている。

【００２１】上記構成に係る本発明の二軸押出機におい
て、スクリュー５の回転によって押出室４内を流れる溶
融樹脂は、スクリューヘッド７が内装されたダイホルダ
２の出口１２に至ったあと、この出口１２に装着される
図外のダイによって押出成形される。この場合、従前の
二軸押出機（図８や図９）では、スクリューヘッドに羽
根１０がなく同ヘッドが溶融樹脂と接触する部分が多い
ので、溶融樹脂が高速回転するスクリューヘッドとの接
触によって摩擦熱を生じる場合がある。

【００２２】これに対して、図１に示す本発明の二軸押
出機では、円錐状の胴部８から四枚の羽根１０が突設さ
れ、この羽根１０の外周縁部１０Ａがダイホルダ２の内
面に近接しているので、スクリューヘッド７まで至った
溶融樹脂は羽根１０と羽根１０との間に入り込み、羽根
１０に連れ回りされながらスクリュー５の押出作用によ
って出口１２へ流され、スクリューヘッド７との接触に
よる摩擦を殆ど受けることなく押し出されることにな
る。

【００２３】また、この場合、羽根１０の外周縁部１０
Ａがダイホルダ２の内面に１ｍｍ程度まで近接してい
て、羽根１０とダイホルダ２との隙間δが極めて小さい
ため、その間を流れる樹脂はごく少なく、かつ、その隙
間を流れる樹脂があったとしても外周縁部１０Ａがシャ
ープエッジ１１に形成されているので、その隙間δを流
れる樹脂が摩擦熱を発生させることは殆どない。

【００２４】更に、胴部８が円錐状に形成されているの
で、羽根１０間で構成される空間部に入り込んだ樹脂が
軸心方向へ排出されやすくなっており、しかも、その樹
脂は胴部８に対して軸心方向へ滑るだけで、羽根１０の
連れ回り作用によって回転方向には滑らないので、摩擦
熱を生じることなく出口１２に向かって円滑に押し出さ
れることになる。

【００２５】一方、上記実施の形態では、図１（ｂ）に
示すように、各スクリューヘッド７の羽根１０の回転方
向の位相が左右で一致しているため、特に粘度の高い多
量の無機質フィラーが充填されているコンパウンド樹脂
の場合には、押出室４の中央部１３において樹脂が剪断
発熱するおそれがある。そこで、図２に示すように、一
方のスクリューヘッド７Ｌに設けられている各羽根１０
が他方のスクリューヘッド７Ｒの羽根に対する回転方向
の位相が互いにずれるよう、左右のスクリューヘッド７
Ｌ，７Ｒのスクリュー５に対する取付角度を設定するこ
とが好ましい。

【００２６】このように左右のスクリューヘッド７Ｌ，
７Ｒのスクリュー５に対する取付角度をずらしておく
と、押出室４の中央部１３で左右のスクリューヘッド７
Ｌ，７Ｒの羽根１０同士が近接しなくなるので、当該中
央部１３における樹脂の剪断発熱を防止できる。また、
図１（ａ）では、スクリューヘッド７に設けられている
各羽根１０がスクリュー５の軸心方向と平行に延設され
ているが、図３に示すように、各羽根１０を、ヘッド７
の先端側に向かってスクリュー５回転方向と反対の方向
へ漸次変位するよう、軸心方向に対して若干捩じって形
成することにしてもよい。

【００２７】羽根１０をこのように形成すれば、スクリ
ューヘッド７の回転力が羽根１０間に詰まっている樹脂
を回転させる方向だけでなく、同樹脂を軸心方向出側へ
押し出す方向へも作用することになるので、ダイホルダ
２内の樹脂の押出を促進することができる。更に、胴部
１０の形状は、図１（ａ）に示すような厳密な意味での
円錐状に限られず、図４の示すように、軸心方向中間部
が径内方向へやや凹んだ湾曲面とされた円錐状のもの
や、図５に示すように、軸心方向中間部が径外方向へや
や膨らんだ湾曲面とされた円錐状のものに形成すること
ができる。

【００２８】また、粘度がさほど高くなくダイホルダ２
内での樹脂の押出が十分保証される場合には、例えば図
７に示すような円柱状に形成した胴部に各羽根１０を突
設させることにしてもよい。更に、図６の各図は、羽根
１０に形成すべき「シャープエッジ１１」の変形例を示
している。

【００２９】すなわち、図６（ａ）に示すように、羽根
１０のシャープエッジ１１は、スクリュー回転側にのみ
傾斜面１１Ａを形成することによって形成することもで
きる。また、図６（ｂ）に示すように、エッジ端に平面
部１１Ｂを形成したり、図６（ｃ）に示すような丸い面
１１Ｃによってシャープエッジ１１を構成することにし
てもよい。

【００３０】なお、上記した各実施の形態は例示的なも
のであって限定的なものではない。すなわち、本発明の
範囲は冒頭の特許請求の範囲によって示され、その請求
項の意味に入るすべての変形例は本発明に包含されるも
のである。例えば、本発明は、スクリュー５の中途部に
混練翼が形成されている二軸混練押出機にも採用でき、
食品素材を押出成形するための二軸押出機にも採用する
ことができる。

【００３１】また、羽根１０の厚さが十分小さくてシャ
ープエッジ１１を形成しなくてもよい場合には、その羽
根１０の外周縁部１０Ａをダイホルダ２の内面に近接さ
せておくだけで足りる。

【００３２】

【実施例】本発明の有効性を実証するために、試験用の
二軸押出機（ＫＴＸ−５９ 神戸製鋼）を用いて、以下
の諸元にて押出実験を行った。 樹脂流量 ２４０ ｋｇ／ｈ スクリュー回転数 ３６０ ｒｐｍ 押出室の内径 ４８ ｍｍ 間隙δの寸法 １ ｍｍ 樹脂の分解温度 ２００ °Ｃ そして、従来の羽根なしスクリューヘッド（図７）を有
するスクリューで押し出した場合と、本発明の羽根あり
スクリューヘッド（図１）を有するスクリューで押し出
した場合とについて、ダイホルダ２を通過する溶融樹脂
についてその幅方向５か所において樹脂温度を測定し
た。

【００３３】その結果をまとめたものが図７である。こ
の図７から判るように、従来の羽根なしスクリューヘッ
ドの場合には、丁度そのヘッドが設けられている測点２
及び４において樹脂温度が２００°Ｃを超え、樹脂の分
解現象が見られた。このことから、羽根なしスクリュー
ヘッドでは同ヘッドと樹脂との接触摩擦によって局所的
な発熱が生じたものと解される。

【００３４】これに対して、本発明の羽根ありスクリュ
ーヘッドでは、すべての測点１〜５において樹脂温度が
２００°Ｃを下回り、局所的な樹脂の分解現象は発生し
なかった。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スクリューヘッドが被押出材に対して摩擦するのが可及
的に抑えられるので、局所的な摩擦熱に伴う被押出材の
劣化を防止することができる（請求項１、２）。請求項
３記載の発明によれば、羽根間で構成される空間部に入
り込んだ樹脂が軸心方向へ排出されやすくなるので、羽
根を設けたことに伴う押出能力の低下を抑制できる。

【００３６】また、請求項４記載の発明によれば、押出
室の中央部における樹脂の剪断発熱が抑制されるので、
局所的な発熱に伴う被押出材の劣化をより有効に防止で
きる。更に、請求項５記載の発明によれば、スクリュー
ヘッドの回転力が羽根間に詰まっている樹脂を押し出す
方向へも作用して、樹脂の押出が促進されるので、当該
羽根を設けたことに伴う押出能力の低下をより確実に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る二軸押出機の出口部の平
面断面図であり、（ｂ）はその横断面図である。

【図２】スクリューヘッドの配置の変形例を示す横断面
図である。

【図３】スクリューヘッドの羽根の変形例を示す斜視図
である。

【図４】スクリューヘッドの胴部の変形例を示す側面図
である。

【図５】スクリューヘッドの胴部の変形例を示す側面図
である。

【図６】シャープエッジの変形例を示す断面図である。

【図７】実験結果の説明図である。

【図８】従来の二軸押出機の出口部の平面断面図であ
る。

【図９】従来の二軸押出機の出口部の平面断面図であ
る。

【符号の説明】

３ チャンバー ４ 押出室 ５ スクリュー ７ スクリューヘッド ７Ｌ スクリューヘッド（左） ７Ｒ スクリューヘッド（右） ８ 胴部 １０ 羽根 １０Ａ 外周縁部 １０Ｂ 先端縁部 １１ シャープエッジ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被押出材を軸心方向一側に搬送する一対
   のスクリュー（５）がチャンバー（３）内に回転自在に
   挿通され、この各スクリュー（５）の先端部にそれぞれ
   スクリューヘッド（７）が設けられている二軸押出機に
   おいて、 前記スクリューヘッド（７）の外周面に、同ヘッド
   （７）の基部から先端に至るまで軸心方向に延びて形成
   された複数の羽根（１０）が周方向に間隔をおいて突設
   され、この各羽根（１０）の外周縁部（１０Ａ）が前記
   チャンバー（３）の内面に近接されていることを特徴と
   する二軸押出機。
2. 【請求項２】 各羽根（１０）の外周縁部（１０Ａ）が
   シャープエッジ（１１）に形成されている請求項１記載
   の二軸押出機。
3. 【請求項３】 スクリューヘッド（７）の各羽根（１
   ０）間における外周形状が同ヘッド（７）の先端側に向
   かって漸次縮径する形状とされている請求項１又は２記
   載の二軸押出機。
4. 【請求項４】 一方のスクリューヘッド（７Ｌ）に設け
   られている各羽根（１０）が他方のスクリューヘッド
   （７Ｒ）の羽根（１０）に対する回転方向の位相が互い
   にずれるように配置されている請求項１〜３のいずれか
   １つに記載の二軸押出機。
5. 【請求項５】 スクリューヘッド（７）に設けられてい
   る各羽根（１０）が同ヘッド（７）の先端側に向かって
   スクリュー（５）回転方向と反対の方向へ漸次変位する
   ように捩じられている請求項１〜４のいずれか１つに記
   載の二軸押出機。