JPS5814925B2

JPS5814925B2 - 流体軸受

Info

Publication number: JPS5814925B2
Application number: JP53098673A
Authority: JP
Inventors: 花田誠吾; 吉田稔; 窪田寛三郎
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1978-08-15
Filing date: 1978-08-15
Publication date: 1983-03-23
Also published as: JPS5527513A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、多軸で軸間距離が拘束されている回転軸用の
軸受に関するもので、本発明は特に２軸押出機のスクリ
ュ軸用の推力軸受として適しているものである。

多種多様途のプラスチック材料に対応するプラスチック
の造粒用混練押出機や成形押出機等は処理能力の増大や
、混合、混練による製品の品質向上が望まれ、このだめ
の高性能の押出機、特に、高トルクでしかも強力なスラ
スト荷重が受けられる押出機が各使用者から求められて
いる。

特に、添付図面の第１図に示すような２軸の押出機にお
いては、スクリュ１，１′の軸間距離Ｌが拘束されてい
て、その間にスラストベアリング３０及び３１を内蔵し
ているが、この軸間距離Ｌが拘束されていることのため
に、ベアリング３０．３１の外径寸法が制限されるので
、高負荷容量のベアリングが設けられないという設計上
の難点がある。

しかも、第１図に示すように、２本のスクリュ１，１′
を油圧シリンダ３２を用いて運転中に軸方向に移動させ
ることによって練シ度合いを変えたりする特殊な２軸押
出機に関しては、構造も複雑になり、機械的精度が保た
れない欠点がある。

本発明は、従来の装置におけるこのような欠点を除去し
、スクリュ等のような回転軸から発生する高推力（スラ
スト荷重）に耐えることができ、しかも、軸方向の移動
を任意に制御することのできる流体軸受を得ることをそ
の目的とするものである。

以下、本発明を２軸押出機のスクリュ軸に実施した例を
示す添付図面の第２−６図に基づいて詳細に説明する。

まず、第２図は本発明による流体軸受の１実施例の要部
の断面図であるが、図中Ｌはスクリュ径とスクリュの設
計とによって決められた２軸のスク９ユ１，１′の軸間
距離を示す。

動力は、入力軸２からスクリュ軸１，１′に歯車軸３，
３′を介して伝えられる。

これらの歯車軸３，３′の端部には、スクリュ軸１，１
′の先端に生ずる樹脂の押し出し圧力による推力が加わ
る。

本発明においては、この推力を支持するために、各歯車
軸３，３′にそれぞれピストン軸４，４′が接続されて
いる。

これらのピストン軸は、第３図にピストン軸４について
拡大図で示すとおシ、それぞれ軸径を異にする数組の段
差部分５及び６から成立っておシ、大径の段差部分５は
、それぞれシリンダ７の対応する内径部に内臓されてい
る。

各シリンダの内径部には、各段差部分５によってその前
後に排出室８，８′及び加圧室９，９′が形成され、ま
た、各ピストン軸４，４′の回転と軸方向の移動とが自
由であるようにするために、各ピストン軸４，４′の各
段差部分５，６の外径とシリンダ７の対応する内径部と
の間には最小限のすきまＨを設け、流体の漏れを最少に
する（第４及び５図参照）。

また、各ピストン軸４，４′には中心に連通穴１０及び
この連通穴１０と加圧室９とに通ずる分岐穴１１が設け
られている。

更に、流体の注入はシリンダ１の後部に設けた注入口１
２から、また、排出は各排出室８．８′に設けた排出口
１３がそれぞれ行なう。

また、最先端の排出室８，８′には外部への漏れを防止
するためにパッキン１４を内臓する。

更に、加圧室９と９′との間における力のつり合いをと
るために、それぞれ連通路１５を設け、排出室８と８′
の間にも同様に連通路１６を設ける。

なお、各ピストン軸４，４′は、シリンダ１の内部にそ
れらの前後部において設けられた軸方向の移動と回転と
を可能にするベアリング１７，１７’，１８，１８’に
よって支承してある。

本発明による流体軸受けの構造は概略以上のとお勺であ
るが、次ぎに、加圧室９，９′に用いる油圧源を第６図
に示すフローシ一トによって説明する。

なお、これらに用いる油は、特に加圧室における漏れを
極力少なくするために、粘度の高い油を用いる（通常３
２０ＣＳＴ程度）。

また、この高粘度の油を加圧するだめの油圧制器に用い
る油は、低粘度のタービン油（通常３２ＣＳＴ）を用い
るものとする。

第６図に示すように、本発明による流体軸受Ａには、太
線によって示すとおシ、高粘度の油がギャポンプＣから
３方切換弁Ｄを介して逆止弁Ｅ又はＦを通り、高圧注入
シリンダＧ又はＩに補強された後、それらから供給され
る。

この時、一方の高圧注入シリ／ダ、例えば、第６図で見
て左側のものＧは、詳細には図示を省略してある油圧ユ
ニットＯから、流量調節弁Ｍを介して四方切換弁Ｌを経
て、加圧シリンダＪに注入される油圧によって加圧され
る。

すなわち、加圧シリ／ダＪのピストンＹは高圧注入シリ
ンダＧのピストンと一体とし、両方のシリンダも内径を
変えた一体構造として圧力変換を図り、高圧化された高
粘度の油が逆止弁Ｎを通り、３方切換弁Ｑを介して更に
逆止弁Ｒを通って流体軸受Ａに注入されるようにする。

なお、ピストンＹにはレベル指示Ｖが取付けてある。

流体軸受Ａの詳細は、第３〜５図に示したとおシである
が、ピストン軸とシリンダの内孔との間のすきまＨから
漏れた油は、最短距離を通ってタンクＢに回収される。

ここで、スクリュから発生する推力を高粘度の油圧によ
って受け止め、スクリュ１，１′の軸方向の位置を一定
値に保つために、スクリュ先端１９（第１図）の圧力を
油圧ユニットＯの圧力と流量調節弁Ｍとを対比させるこ
とによって自動制御し、常に漏れ量（容積変化分）だけ
補給して一定値に保つことも可能でおるが、必ずしも一
定値に保つ必要のない場合、例えば、ｌ軸押出機等のス
ク９ユとシリンダとの関連において、練シ具合や押出し
量の変化が生じにぐいような構造の場合の制御は、１例
として、次ぎのような操作によっても可能である。

すなわち、あらかじめスクリュの軸方向移動の許容寸法
を決め、この許容寸法の間における軸方向の移動を、第
６図に示すように、スク９ユ軸と一体の円板Ｔと、それ
を位置制御するための９ミットスイッチＳ１と８２とに
よって制御する。

ここで、この制御手段による実際の操作方法について述
べると、スクリュ推力よりも大きい力を高粘度の油圧に
よって押し、スクリュ前進の制御リミットスイッチＳ１
が作動するまで油を補給し、リミットスイッチＳ１の信
号によって３方切換弁Ｑを閉じ側に切換える。

この場合、流体軸受Ａの油の補給は止まり、逆止弁Ｒが
作動し、スクリュ推力によって加圧室９の油が印加され
、時間と共に若干の漏れによって容積変化が生ずると、
スクリュは後退してリミットスイッチＳ２が作動し、そ
の信号によって３方切換弁Ｑが開になる。

これによって、スクリュは再び前進してリミットスイッ
チＳ１まで進む。

連続運転においては、このような作動の繰シ返しが行な
われる。

また、別の制御の実施例として、スクリュを大きく前後
進させ、スクリュ２シリンダとの間における関係位置に
よって混練度合を変えられる構造、例えば、特公昭４７
−４２５８３号公報に所載の発明「２軸連続混線機」に
おけるように、先端においてシリンダとスクリュとに絞
り装置を設け、スクリュとシリンダとの間における関係
位置を変えることによって混練度合を任意に変えられる
構造の場合には、第６図に示すように、ねじ機構等を用
いたスクリュ移動装置ＵによってリミットスイッチＳ１
，Ｓ２の全体を大きく前後進させれば良い。

次ぎに、圧力変換シリンダの切換え操作について説明す
る。

第６図は、油圧ユニット０から送られた油が加圧シリン
ダＪに入り、従って、高圧注入シリンダＧは更に加圧さ
れて流体軸受Ａに高圧油を注入している状態を示すもの
である。

この場合、レベル指示Ｖが下降してリミットスイッチＳ
４を作動すると、この信号によって、３方切換弁Ｄは
ギヤポンプＣによって右側の高圧注入シリンダＩに高粘
度の油をリミットスイッチＳ４が作動するまで注入する
。

この時、加圧シリンダＫ内の油は高圧注入シリンダＩの
ピストン２によって押し上げられ、油圧ユニットのタン
クにもどされる。

一方、左側の高圧注入シリンダＧが最低レベルに達する
と、リミットスイッチＳ，が作動し、信号を４方切換弁
Ｌと３方切換弁Ｑとに同時に送り、右側の圧力変換シリ
ンダエに切換えられる。

以上のようにして、連続運転は交互にその繰シ返しによ
って行なわれる。

本発明は、このような構成及び作用を有するものである
ので、従来の２軸の押出機におけるように、スラストコ
ロ軸受を用いた場合の負荷容量と、本発明による流体軸
受を用いた場合のそれと比較すると、本発明の場合には
、加圧室９の個数を増し、その供給油圧力を上げること
によって従来のものによっては到底得られないような大
きな負荷が得られる。

しかも、本発明によると、運転中にスクリュの前後進の
繰シ返しを連続的に行なって強い練りを加える特殊な押
出機（シリンダ壁面とスクリュ外周部との間に介在する
樹脂に強力なせん断を加える構造の押出機）にも、構造
が簡単で操作が容易な軸受装置を安価に提供することが
できるものである。

また、射出成形機の射出工程にも本発明による軸受を用
いると、溶融工程から射出に至るまでスクリュは常に回
転してその工程が行なわれるようにすることができるの
で、大容量の射出も効率良く行なうことができるように
なる。

ここで、本発明による軸受の作用及び効果を一層詳細に
述べると、次ぎのようになる。

スクリュの回転によって生じる推力を流体軸受の加圧室
９によって支えるために必要な圧力Ｐは、次ぎの式によ
って決まる。

すなわち、ここで、Ｔは推力、ｄ１は各ピストン軸の段
差部分の最大直径、ｄ２は各ピストン軸を連結するピス
トン段差部分の最小直径、Ｐは高粘度側の油圧、Ｎは末
端部の加圧室を除いた加圧室の個数（本実施例において
は２）である。

従って、軸間距離Ｌが非常にせまく拘束されていて、ピ
ストン軸の外径が充分にとれない場合には、加圧室の増
加、油圧の上昇によってスクリュ推力を受けることがで
き、このために、従来にない大きなスラスト荷重も容易
に受け止めることができる。

これに関連して、ここで、加圧室に送られる高粘度の油
の漏れ量について述べると、ピストン軸４，４′は両端
の軸受け１７．１７’，１８．１８’によって支えられ
ており、しかも、ピストン軸にはラジアル荷重が全然加
わらず、垂直荷重だけであるので、回転中の軸振れによ
るすきまＨの変化は極めて少ない。

従って、均一なすきまＨが保持されるので、圧力室の油
の漏れに対しては、概略次ぎのような式が適用される。

すなわち、ここでＰは、加圧室の圧力、ｒ２はシリンダ
の内径の半径、ｒ１はピストン軸外径の半径、Ｌはすき
まＨの軸方向長さ、μａは工業粘度、Ｎは漏れ箇所数である。

従って、加圧室９が容積変化なく、一定の圧力を保持す
るため（容積変化に伴うピストンの移動を皆無にするた
め）の油の補給量は、上記式により求めることができる
。

漏れ量の皆無であることが理想的であり、そのためには
、まずＨをゼロに近ずける必要がある。

これは、金属接触による異常発熱等を考慮した摩擦係数
が低く且つ耐摩耗性のある材質の組合わせによって実現
させることが可能である。

また、油の粘度μａは運転条件によって常に異なる要因
があシ、特に、異常発熱によって油の温度の上昇が起こ
るが、この温度上昇による粘度変化は、第１図にその１
例を示すとおり、常温時（４０℃）の粘度が９０℃まで
上昇すると、例えば、３２０ＣＳＴの油が３２ＣＳＴ
となり、１／１０の粘度となり、それが直接漏れ量に比
例することになる。

この対策として、シリンダ７の外周部を冷却ジャケット
によって覆うことにより強制的に冷却し、油温を５５℃
以下とすることは充分可能なところである。

従って、今、油が常温から５５℃まで昇温したと仮定す
ると、粘度は１６０ＣＳＴとなり、粘度低下は最低１／
２程度までに抑えることが可能である。

一方、第８図に１例を示すように、油は加圧によって粘
度上昇があり、加圧時の粘度上昇は、例えば３２０ＣＳ
Ｔの油は２００Ｋｆ／ｃｄ時においては５４０Ｃ
ＳＴとなり、約１．７倍の温度上昇がある。

従って、温度上昇による粘度低下と、加圧による粘度上
昇との関係から、常温時とほぼ同粘度の粘度が得られる
ことが分かる。

次ぎに、ｌ実施例として２軸押出機において、押出機寸
法６５ｍｍ口径で先端樹脂圧力３００Ｋ４／ｄにおける
本発明による流体軸受（段差部分５の外径５０ＷｒＩｎ
１段差部分６の外径３０ＷＩｎ，段数３）が、４０℃の
高粘度（３２０ＣＳＴ）の油で最小限の漏れ量を見込み
、加圧室への油の補給を止めた場合におけるピストンの
移動速度と半径方向のすきまとの関係を第９図に示して
ある。

押出機先端１９の樹脂圧力が３００Ｋｇ／一の場合、加
圧室９の油圧は２００Ｋｇ／ｃ４でつり合う。

従って、油圧が２００Ｋｙ／ｃａの時に、ピストン
軸とシリンダとの間のすきまＨは０．０２ｍであるとす
ると、０．０９ｍｍ／ｓｅｅの速さでピストン
が後退することになり、１ｍｍ後退するに要する時間は１．００／０．０９＝１１．１秒かかることになる。

このように、第６図のフローシ一トに示すリミットスイ
ッチＳ１と８２との間の間隔を極めて小さくすることも
可能であるので、スクリュはほほ一定の軸方向位置に保
つことが可能となる。

また、２軸スクリュの推力がスクリュごとに異なる場合
には、各スクリュの移動にずれを生じることも考えられ
るが、この場合には、第２図に示すように、各スクリュ
軸にでこぼこを有するかみ合いリング２０を設けること
によって左右のスクリュを同一に支持させることができ
る。

以上のように、本発明によると、これを、例えば、多軸
の平行したスクリュを備えた押出機に採用することによ
って高圧成形が可能となり、また、強混練押出しも効率
良く行なうことができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の２軸押出機の要部の断面図、第２図は
本発明の１実施例の要部の断面図、第３図はその要部の
拡大断面図、第４及び５図はそれぞれ第３図の円■及び
Ｖの部分の拡大断面図、第６図は本発明による流体軸受
の油圧源のフローシ一トを示す概要図、第７図は本発明
による流体軸受に用いる油の温度と粘度との関係を示す
線図、第８図は同じく圧力と粘度との関係を示す線図、
第９図は、本発明による軸受のピストン軸の径が５０ｍ
ｍの場合に、すきまと各油圧時の漏れ量によるピストン
速度との関係を示す線図である。１，１′……スクリュ軸、４．４’……ピストン軸、５
……ピストン段差部分の大径部、６……ピストン段差部
分の小径部、７……シリンダ、８……排出室、９……加
圧室、１０……連通穴、１１……分岐穴、１２……高粘
度油の供給ノズル、１３……排出室の排出穴、１５……
各加圧室の連通路、１６……各排出室の連通路、１７，
１８……軸方向と回転とが自在のベアリング、２０……
各スクリュ軸を共に同一移動を行なうためのかみ合いリ
ング。

Claims

【特許請求の範囲】

１２軸押出機のスクリュ軸の推力を受ける軸受として
、スクリュ軸後部にピストン軸を設け、このピストン軸
は数組の円柱状の大径部および小径部による段差部分か
らなシ、このピストン軸をそれぞれの段差部分に対応す
る段状の内孔を有するシリンダの内部に軸方向の移動と
回転とが自在であるように支承し、ピストン軸とシリン
ダの内孔との間のすきまは最小限とし、各ピストン軸は
その大径部において対応するシリンダの内孔をピストン
軸の段差部分の後部に加圧室を、前部に排出室をそれぞ
れ形成するように分割し、各加圧室をピストン軸の中心
に設けた連通穴を介して相互に連通し、各ピストン軸の
加圧室及び排出室をそれぞれ連通させ、且つ、各スクリ
ュ軸又はピストン軸に相互の軸方向の移動を拘束するリ
ングを互いにかみ合うように設け、更に、スクリュ軸又
はピストン軸にはリミットスイッチと協同して、スクリ
ュ軸の軸方向の移動を制御する円板を一体に設けたこと
を特徴とする流体軸受。