JPS6384472A - 食品加工用２軸押出機 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種の食品素材の押出加工を行なうものとし
て既知である２軸押用機において、同押出機における片
持構造の一対のスクリュ軸を、メタルタッチを生じる原
因となる軸芯偏在を防止するに有効なセンタリング効果
（ベアリング効果）を持つ処の軸側端支持、即ち両持構
造とすると共に、食品素材の押出内容に障害を生じない
ように改善したものに関する。

（従来の技術） 食品素材の押出加工用に、従来は一軸押出機を長年に亘
り使用していたのであるが、−軸押出機においては、材
料の機内滞留時間分布の不均一性があるため、最近は２
軸押出機を用いることによって、前記問題点を補完しよ
うとする傾向が生れて来た。例示するまでもなくこれら
押出機は周知のものであり、−軸押出機は、その長さ方
向一端側に材料供給ホッパを有するとともに、他端に押
出成形用ダイを備えた断面円筒状のシリンダ内に、スク
リュフライトを有するスクリュ軸を可回動に装設するも
ので、スクリュ軸の一端は前記ホッパ後方に設けられる
駆動部軸受に軸支される片持構造のものであり、スクリ
ュ軸を囲む閉鎖空間、即ちチャンバの断面は円形である
。これに対し２軸押出機においては、シリンダ内にスク
リュフライトを有するスクリュ軸の２本が平行状に並設
されるもので、これらスクリュ軸の一方のスクリュ溝に
他方のスクリュ軸のスクリュフライトが噛み合う噛合型
と、噛み合わない非噛合型との両者があるが、食品加工
用には一般に完全噛合型のものが用いられ、両スクリュ
軸は何れも片持構造であるとともに、両スクリュ軸を共
通に囲むシリンダによる閉鎖空間、即ちチャンバの断面
は１軸押出機の場合と相違して、中央がくびれた略ひよ
うたん形の断面形状とされることも既知である。

（発明が解決しようとする問題点） 食品加工において、食品素材中に金属粉末が混入するこ
とは、極度に忌避される処であり、上記した押出機によ
る押出加工においても、シリンダとスクリュ軸との接触
によって摩耗が生じ、摩耗した金属床が素材中に混入す
ることは厳に防止を必要とされるもので、この点につい
て検討してみると、１軸押出機においては、スクリュ軸
が１本であるため、これを囲んでチャンバを形成するシ
リンダは円筒空間であるため、チャンバは円周方向で同
一な条件となり、スクリュ軸の回動によって移送される
押出材料が反力を有するとしても、その反力、即ちシリ
ンダ内面からスクリュ軸を押す力は略円周で均一に掛る
ことになり、スクリュ軸は軸芯に維持されることになる
。これを「ベアリング効果」とか「センタリング効果」
と呼称しているもので、片持構造であるにもかかわらず
、常にスクリュ軸が軸芯位置を保ち、スクリュフライト
とシリンダ内面とが接触（メタルタッチ）して摩耗する
ことを防止できるのである。これに対し食品加工用とし
て多用されている２軸押出機は、一方のスクリュ溝に他
方のスクリュフライトが噛合する完全噛合型のものであ
り、両スクリュ軸のフライトが作るクリアランスが小さ
いことから、押出材料がほとんどクリアランスから抜は
出ないのであり、２本のスクリュ軸および断面路ひょう
たん形のチャンバの作る閉鎖空間内に材料を閉じ込めて
、剪断作用によって加工し、順次スクリュ軸先端側に移
送し、材料滞留時間分布の不均一等を生じないのである
。しかしながら前記センタリング効果の点について見る
と、チャンバ断面は１軸の円形と異なり、２軸の中間部
分においてくびれた略ひょうたん形のものであるため、
１本のスクリュ軸のみについて見れば、同軸をめぐる円
周一部は開口を持つことになり、このためスクリュ軸側
に偏圧を持たせる原因となる。即ち該チャンバとスクリ
ュ軸間の材料が大きな圧力を持てば、スクリュ軸相互で
メタルタッチが生じるし、両スクリュ軸間の材料が大き
な圧力を持つと、スクリュ軸とチャンバとの間でメタル
タッチが生じることになる。経験上、１軸押出機よりも
２軸押出機の方ではるかにメタルタッチが多いことも知
られている。この２軸押出機においてメタルタッチの生
じ易い条件としては、第１には食品加工用押出機の場合
、そのスクリュ軸構造として、既知のようにスクリュ軸
中心部分はタイロッドバーと呼ばれる１本棒であり、こ
のバー上にスプラインまたはキーを介し、スクリュエレ
メントを形成したピースの複数個を嵌め込み、先端側で
止めて一体のスクリュ軸とするのが常であり、かかる軸
構造ではスクリュ軸そのものの強度が、１本物スクリュ
軸に比べて弱いためにスクリュ軸全体が曲り易いことに
よるもの、第２にはスクリュ軸のＬ／Ｄが最近特に長＜
、２０〜３０倍となっており、ホッパ側を支点としてス
クリュ軸に掛る力がモーメントとして大きくなるために
、第３には押出機におけるスクリュ軸回転数がＭ　Ａ　
Ｘ　５００ｒｐｍの領域まで応用されるようになり、こ
のため偏圧力もより増大化されてきたこと等によってい
る。この欠点を是正するため、次の対策が考えられる。

例えば第３図に例示するように、シリンダ２２内に片持
支持構造で可回動に装設するスクリュライト２１ａを有
するスクリュ軸２１の他端を、シリンダ２２内に介入設
置した軸受ボックス乃至ブラケットＡに保持させた軸受
Ｂにより可回動に軸支し、スクリュ軸２１を両持構造と
する案である。しかしこれによれば両持構造が実現した
としても、図示のようにＡ部が固定に対しＢ部が回転す
る構造となるため、Ａ１８間のクリアランスの存在は不
可避であり、この部分から押出材料が侵入する結果とな
る。食品素材は一般に温度に敏感性を持つものが多く、
かかるデッドスペースの存在は完全に避けるべきであり
、この案が従来採用されなかった理由もここに存在する
。・このような問題点をある程度避けた技術として第４
図に例示するような２軸押出機も開発されている。即ち
完全噛合型の一対のスクリュ軸２１．２１のシリンダ２
２におけるグイ側前端において、図示のようにスクリュ
軸２１．２１の各前端をテーパスクリュ部２３．２３に
形成して離隔させるとともに、このテーパスクリュ部２
３．２３間にくさび状のブロック２４を介入させ、それ
ぞれ独立してチャンバ２２に相対する部分を設けること
により、この部分に先に述べたセンタリング効果（ベア
リング効果）を発生させ、第３図に示した軸受Ｂ構造と
同様の効果が得られるようにしたものである。この第４
図方式によれば、第３図に示したような押出材料の侵入
部分がない点、改善されたものと認められるが、しかし
ながら次の条件下では新しい問題点が生じる。即ちスタ
ート時には押出材料が押出機スクリュ軸側に入っていな
いため、ベアリング効果はしょうじないこと、特にイニ
シアルコストを下げるために、高速のコンスタントスピ
ードモータを駆動源として用いる場合の問題は大きい。

またベアリング効果が大きいといっても、真物のベアリ
ング構造を用いる方がはるかに有利であることはいうま
でもない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記したように片持構造のスクリュ軸による
２軸押出機における問題点を解決するために、かかる片
持構造の一対のスクリュ軸先端部分にベアリング構造を
効果的に取付け、そのシリンダ、スクリュ軸を摩耗する
ことなく、メタルタッチをなくして、食品素材に対する
金属粉末が混入することを絶無とし、かつベアリング構
造部分への押出材料の侵入の防止、侵入したものに対す
る処置と同時に、核部に存在する材料圧力を逃がさない
ようにしたものであり、具体的には、共通の固定シリン
ダ内に一対のスクリュ軸を片持構造下に可回動に並設す
る食品加工用２軸押出機において、前記スクリュ軸にお
けるタイロッドバー他端をスクリュフライトエンド部分
より突出させるとともに、前記シリンダのダイアダプタ
またはグイに軸受用テーパリングを設け、前記タイロン
ドパ−の突出他端と前記軸受用テーパリングとを相互の
テーパ面を介して可回動兼摺動自在に嵌合することによ
り、スクリュ軸をスクリュセンタリング可能な両持構造
とすることにあり、更にはタイロッドバーおよび軸受用
テーパリングにおける相互のテーパ面嵌合部をセラミッ
ク焼結体として摺動抵抗を減殺することにあり、更には
軸受用テーパリングの押出機軸方向位置を機外操作部材
を介し変化可能に設け、テーパ面嵌合部の摺動抵抗を調
整することにあり、更には前記テーパ面嵌合部において
、スパイラル状溝を形成して、テーパ面嵌合部進入の押
出材料をスクリュ軸回転を介しスクリュ軸方向に押し戻
すことにある。

（作　用） 本発明の技術的手段によれば、第１図および第２図に示
すように、図例では要部のみを示しているが、共通のシ
リンダ１内に片持支持構造（図示省略しであるが材料供
給ホッパ後方の駆動部軸受に一端が軸支されている）の
ちとに、可回動かつ平行に並設される一対の完全噛合型
のスクリュ軸Ｓ、Ｓは、何れも軸心を占めるタイロッド
バー３に、フライトを形成した複数個のスクリュピース
２が、一般にはスプラインまたはキー溝構造（図示略）
を介して嵌合列設され、最終のスクリュピース２の次に
、タイロッドバー３のネジ部５に螺合されたスクリュエ
ンドリング４がネジ止めされることによって、一体のス
クリュ軸を構成している（既知構造）。本発明ではかか
るタイロッドバー３を、更にネジ部５側からスクリュエ
ンドリング４を貫通してストレートに延びる丸棒状のス
トレート軸部６を延長形成するとともに、このストレー
ト軸部６の軸端はテーパ周面によって囲まれるテーパ部
７とするのであり、このテーパ部７に対応してシリンダ
ｌの押出材料吐出側に設けるダイアダプタ８に取付けら
れるダイ９の、ノズル１０を除く一部に軸受用テーパリ
ング１１を設け、該リング１１のテーパ孔１８を前記テ
ーパ部７のテーパ周面に可回動兼摺動自在の外嵌させ、
テーパリング１１の反スクリュ側の一端に、同じくダイ
９に設けたテーパ部１３を有する押し板１２を進退自在
に係止させることによって、次の作用を生じることにな
る。即ち、テーパ部７およびテーパリング１１における
テーパ嵌合部分がベアリング機能を生じることによって
、タイロッドバー３およびスクリュピース２から成るス
クリュ軸Ｓ、Ｓは、何れも材料供給ホッパ側における駆
動部軸受による支持と、このタイロンドパ−３の他端に
おけるテーパ部７と、ダイ９側に設けたテーパリング１
１のテーパ面嵌合による周方向の可回動かつ軸方向への
摺動自在な支持によって、両持構造とされるので、一対
のスクリュ軸Ｓ、Ｓに偏荷重が掛っても芯振れを生じる
ことなく、スクリュ軸Ｓとシリンダ１、更にはスクリュ
軸Ｓ同志のメタルタッチを生じることなく、スクリュ軸
Ｓ、Ｓの軸心偏在の発生しない正常かつ円滑な運転稼動
が得られるのである。

このさい前記テーパリング１１およびテーパ部７による
ベアリング構造において、そのベアリング機能を良化す
るためには、テーパ部７を第１図において符号１７で示
すように、例えばよく研磨されたセラミック焼結体によ
って形成し、タイロッドバー３におけるストレート軸部
６に一体に被冠させるようにし、これと対応してテーパ
リング１１も同様のセラミック焼結体１７によって全体
を形成することにより、摺動抵抗を減殺し円滑な摺動と
回動が得られ、無給油でも接合面焼付きを生じないよう
にすることが出来るのである。またテーパリング１１の
反スクリュ側の後面に、テーパ部１３を有する押し板１
２を係合させることによって、図例のようにこの押し板
１２の略し形のプレート形態とし、そのテーパ部１３を
有する縦板側をダイ９のダイ面１５と平行してダイ周側
から押込み、横板側をグイ周側に進退自在に螺挿した調
節ボルト１６の頭部側に係合させ、同ボルト１６の進退
によって押し板１２の縦板側をダイ半径方向に移動させ
、可調整にテーパリング１１に係止させることにより、
テーパリング１１をスクリュ軸Ｓの方向に押し込むこと
ができる。この調整可能とすることは、第１にはスクリ
ュ軸Ｓが振れないように芯を固定するに適切なテーパク
リアランスをテーパ面嵌合部において正確容易に固定で
きるのであり、第２にはテーパクリアランス部において
異常な動力損失を生じないように調整できるのであり、
更に第３にはこのテーパクリアランス部から押出材料が
洩れないように調整できることになり、これらの若干の
構造の付加によってより良化されたベアリング機能を容
易に具備させることもできるのである。また食品素材に
おいては多少を問わず、水分または油分を含む材料であ
るため、前記ベアリング摺動部（テーパ面嵌合部）に潤
滑を行なうことにもなり、ベアリング摺動部の抵抗を一
般的に少なくできるとともに、スクリュ軸方向には駆動
部モータ方向に向けて推力が働らくため、テーパ面への
応力も少なくなるのであり、頁物のベアリングに遜色の
ないベアリング機能を充分に発揮できることになる。

以上のように本発明によるスクリュ軸Ｓ、Ｓの両持構造
によれば、従来の片持構造によるスクリュ軸の自由端を
テーパ部７およびテーパリング１１によって軸支するこ
とにより、押出機を作動して食品素材の押出加工に行な
うに当り、押出材料の供給、移動に先立ってスクリュ軸
のセンタリングが完全になされており、スクリュ軸に偏
荷重が掛っても芯振れを生じないので、スクリュ軸とシ
リンダ、またスクリュ軸同志のメタルタッチ防止が得ら
れ、従来の２軸押比機におけるスクリュ軸自体の持つ強
度的な弱点、Ｌ／Ｄ比の長大化による材料供給ホッパ側
軸支部を支点してスクリュ軸に掛るモーメントが増大し
て曲り易くなる点、更には回転数の高速化による偏圧力
増大等の弱点を克服し、過酷な使用法にもスクリュ軸摩
耗を生じることな（、円滑な正常運転が容易に得られ、
駆動モータが高速でかつ一定値であるような条件で運転
をスタートとしても、スクリュ軸の偏在を確実に防止で
きるのである。

（実施例） 本発明に係る２軸押比機の適切な実施例を、第１．２図
について説示する。第１図においては本発明の押出機吐
出側のダイ要部のみを部分的に示したに止まるが、押出
機全体は従来の食品加工用押出機と同様で、シリンダ１
の反ダイ側の一端に材料供給ホッパが周側開口状に設け
られ、同ホッパ後方に駆動部が設けられ、この駆動部軸
受にスクリュ軸Ｓの一方が可回動に軸架され、このスク
リュ軸Ｓとギヤを介して連動自在の他方のスクリュ軸Ｓ
の一端を軸受によって可回動に軸支される。

実施例では、駆動軸Ｓとして軸心に位置するタイロッド
バー３と、該バー３上にスプライン嵌合やキー嵌合を介
して、複数のスクリュピース２が並設され、最終端のス
クリュピース２側にスクリュエンドリング４が締着固定
して全体を一体化することになるが、該リング４はタイ
ロンドパ−３に設けたネジ部５に螺合される。該ネジ部
５よりストレート軸部６が一体に延長形成され、該スト
レート軸部６の先端を、端部に至るに従い小径としたテ
ーパ部７を形成するのである。このさいテーパ部７を特
に硬質材料のものとし、またセラミック焼結体１７によ
って形成する時は、図示のようにストレート軸部６の先
端に芯軸１９を形成し、該芯軸１９に特定材料で形成し
たかつ外周面をテーパ面としたキャップ状のテーパ部７
を嵌合することが適当である。前記テーパ部７とテーパ
面嵌合する軸受用テーパリング１１は、そのリング外周
面はストレートの円周面であり、内周面がテーパ孔１８
とされるが、このテーパリング１１の設置に当っては、
実施例ではダイ９側に設けたものを示しているが、ダイ
９の大小、それを保持するダイアダプタ８の形状、構造
によってはダイアダプタ８側に設置することもできる。

実施例ではダイ９のスクリュ軸心と正対する位置に同心
の取付孔２０が設けられ、この取付孔２０にテーパリン
グ１１を摺動自在に装設する。このさい取付孔２０はス
クリュ軸側に向ってのみ開口する盲孔形状で、取付孔２
０の軸方向底面は押し板１２のテーパ部１２と対応する
テーパ底面とされる。略し形とされる押し板１２の半径
方向進退は、ダイ９の周側に螺挿した調節ボルト１６に
押し板１２の上端を係合させ、ボルト１６の螺じ込みに
よって押し板１２を押し込み、テーパリング１１をスク
リュ軸方向に向って移動させるようにしであるが、テー
パリング１１の取付構造、調節構造については、図示以
外の構造によることも、テーパ面嵌合部におけるベアリ
ング機能を損なわない限り、自由に設計可能である。ま
た第１図には図示しないが、テーパ部７およびテーパリ
ング１１によるベアリング機構における押出材料のリー
クを阻止するためには、テーパリング１１の進退による
調整の他、両者のテーパ嵌合面の何れか一方に、あるい
は双方に、スクリュ軸側に向って一端が開口するピッチ
の小さなスパイラル状の溝を形成し、スクリュ軸Ｓの回
転に伴い、侵入材料がスクリュ軸側に向い押し戻される
ように形成することにより、嵌合面からの材料リークを
尚完全に防ぐことも可能である。このさい先に述べたセ
ラミック焼結体を用いる場合、水分等が嵌合面間に入れ
ばよりフリクションは小さくなるため、前記溝の形成は
動力軽減にも有効である。

（発明の効果） 本発明の２軸押比機によれば、従来の片持支持のスクリ
ュ軸による２軸押比機において、不可避的に生じるスク
リュ軸芯の偏在、こさによって生じるスクリュフライト
とチャンバ内面、あるいはスクリュ軸同志の接触（メタ
ルタッチ）を防止し、摩耗による金属粉末の材料混入の
トラブルをなくすとともに、円滑な運転稼動の得られる
点がきわめて有利である。このさい本発明ではスクリュ
軸を両持構造とするとともに、その従来自由端とされた
スクリュ軸他端を軸支するに当り、一般のベアリング構
造を用いることの不可を避け、スクリュ軸端のテーパ部
とこれにテーパ面嵌合する軸受用テーパリングとによる
ベアリング構造としたので、一般ベアリングに遜色のな
いベアリング機能とともに材料の侵入、リーク、グイ直
前における材料圧力の逸失をなくし、円滑、均一な押出
成形内容が得られるのであり、食品加工用の２軸押比機
における問題点の解決として優れた効果を発揮できるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の要部縦断正面図、第２図は第１
図Ａ−Ａ線断面図、第３図はスクリュ軸のベアリング支
持構造１例の説明図、第４図は従来技術１例の説明図で
ある。 １−・−シリンダ、２・−スクリュピース、３・−タイ
ロッドバー、４−スクリュエンドリング、６−・−スト
レート軸部、７−・テーパ部、８−ダイアダプタ、９−
・−・グイ、１０−ノズル、１１−軸受用テーパリング
、１２−押し板、１３−押し板テーパ部、１４−・・ダ
イ前材料プール部、１６−・調節ボルト、１７・−硬質
材料（セラミック焼結体）。 特　許　出　願人　食品産業エクストルージョンクツキ
ング技術研究組合

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）共通の固定シリンダ内に一対のスクリュ軸を片持
   構造下に可回動に並設する食品加工用２軸押出機におい
   て、前記スクリュ軸におけるタイロッドバー他端をスク
   リュフライトエンド部分より突出させるとともに、前記
   シリンダのダイアダプタまたはダイに軸受用テーパリン
   グを設け、前記タイロッドバーの突出他端と前記軸受用
   テーパリングとを相互のテーパ面を介して可回動兼摺動
   自在に嵌合することにより、スクリュ軸をスクリュセン
   タリング可能な両持構造とすることを特徴とする食品加
   工用２軸押出機。
2. （２）タイロッドバーおよび軸受用テーパリングにおけ
   る相互のテーパ面嵌合部をセラミック焼結体とすること
   により、摺動抵抗を減殺することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の食品加工用２軸押出機。
3. （３）軸受用テーパリングの押出機軸方向位置を機外操
   作部材を介して変化可能に設けることにより、テーパ面
   嵌合部における摺動抵抗を調整することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項および第２項記載の食品加工用２軸
   押出機。
4. （４）タイロッドバーおよび軸受用テーパリングにおけ
   る相互のテーパ面嵌合部において、スパイラル状溝を形
   成することにより、テーパ面嵌合部進入の押出材料をス
   クリュ軸回転を介しスクリュ軸方向に押し戻すことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項および第３項記
   載の食品加工用２軸押出機。