KR100915937B1

KR100915937B1 - 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류

Info

Publication number: KR100915937B1
Application number: KR1020090034972A
Authority: KR
Inventors: 황구연
Original assignee: 주식회사 우성기공
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2009-09-07

Abstract

본 발명은 냉각수 또는 온수 등의 열매체(熱媒體)가 내부에서 순환되는 압출장치용 스크류(screw)에 관한 것으로, 중공(中空)의 샤프트(shaft) 내부에 유로(流路)를 형성하고, 샤프트 외주면에 설치되는 나선형 날개 내부에는 나선유로를 형성하여 스크류 내부 유로와 연결함으로써, 열매체가 스크류의 샤프트 내부는 물론 날개 내부도 통과하면서 순환되도록 한 것이다.

본 발명을 통하여, 압출장치 스크류의 샤프트 뿐 아니라 날개에 대한 직접적이고 효율적인 온도조절이 가능하게 되었으며, 이로써 압출물의 재료 변성, 압출 스크류의 재료 침착 등의 불량 및 고장을 방지하고, 압출효율을 제고하는 효과를 얻을 수 있다.

압출, 스크류(screw), 날개, 냉각수

Description

열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류{Extruder screw with spiral heat medium path}

합성수지 또는 고무 등의 가소성 소재로 일정한 단면이 연속되는 봉상체(棒狀體), 관체(管體) 및 대상체(帶狀體)를 성형함에 있어서, 가장 효율적인 방법이라 할 수 있는 압출은 도 1에서와 같이 스크류(200)가 내장된 실린더(110)에 재료를 투입 및 용융하고 스크류(200)를 회전하여 계획 단면형상의 금형을 통하여 배출하는 압출장치(100)에 의하여 수행된다.

이때 재료의 용융 또는 소성 특성에 따라 실린더(110)의 외주면 또는 관벽에 온수관 또는 전열체 등의 가열수단을 설치할 수 있으며, 스크류(200)의 내부에도 냉각수 또는 온수 등의 열매체를 순환시킬 수 있다.

압출장치(100)에 있어서, 압출물 소재의 용융 또는 소성 특성에 적합한 온도를 유지하는 것이 중요한데, 적정한 온도가 유지되지 못할 경우 압출효율이 저하될 뿐 아니라 재료가 변성되거나 스크류(200)에 침착되는 등 심각한 불량 및 기계 고장을 야기할 수 있다.

특히, 지속적으로 회전하면서 재료와 마찰을 일으키는 스크류(200)에 발생되는 마찰열은 여타 부품에 비하여 복잡한 스크류(200)의 형상과 불균일한 온도분포로 인하여 통제가 지극히 어려우며, 그 중에서도 재료와의 마찰면적이 넓고, 재료에 대한 가압을 수행하는 스크류(200)의 날개(220)는 온도의 적절한 통제가 가장 필요한 부분임에도 적절한 수단이 전무한 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 중공(中空)의 샤프트(shaft)(210)와 샤프트(210) 외주면에 접합되는 나선형 날개(220)로 구성된 압출장치용 스크류(screw)(200)에 있어서, 샤프트(210)의 중심부에는 샤프트(210)의 후단에서 선단부에 이르는 중심유로(217)가 형성되고, 샤프트(210) 후단부 중심유로(217)의 외곽에는 외곽유로(218)가 형성되며, 날개(220)에는 내부를 나선으로 관통하는 나선유로(225)가 형성되고, 스크류(200) 전방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 중심유로(217)를 연결하는 전방통수공(215)과, 스크류(200) 후방측 날 개(220) 내부의 나선유로(225)와 외곽유로(218)를 연결하는 후방통수공(216)이 각각 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류이다.

또한, 중공(中空)의 샤프트(shaft)(210)와 샤프트(210) 외주면에 접합되는 나선형 날개(220)로 구성된 압출장치용 스크류(screw)(200)에 있어서, 중공의 샤프트(210) 내부에는 샤프트(210)와 동심의 구획관(212)이 설치되고, 구획관(212)의 내부에는 구획관(212)과 동심의 중심관(211)이 설치되어, 중심관(211) 내부의 중심유로(217), 중심관(211) 외주면과 구획관(212) 내주면 사이의 외곽유로(218) 및 구획관(212) 외주면과 샤프트(210) 내주면 사이의 표면유로(219)를 형성하고, 날개(220)에는 내부를 나선으로 관통하는 나선유로(225)가 형성되며, 스크류(200) 전방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 중심유로(217)를 연결하는 전방통수공(215)과, 스크류(200) 후방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 표면유로(219)를 연결하는 후방통수공(216)과, 표면유로(219)와 외곽유로(218)를 연결하는 연결구(213)가 각각 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류이다.

그리고 상기 나선형 날개(220)에 있어서, 나선형 날개(220)의 내주면에는 요입부(224)가 형성되고 이 날개(220)가 샤프트(210)의 외주면에 접합됨으로써 나선유로(225)가 형성되거나, 날개(220)의 후방측 면을 형성하는 후면날개(222)와 날개(220)의 전망측 면을 형성하는 전면날개(221) 및 날개(220)의 외주면을 형성하는 주면날개(223)가 접합되어 구성되되 후면날개(222)와 전면날개(221)는 내경 및 피치가 서로 같고 주면날개(223)의 피치는 상기 후면날개(222)와 전면날개(221)의 피 치와 같으며 내주면이 샤프트(210)의 외주면에 각각 접합되고 서로 이격된 후면날개(222)와 전면날개(221)의 외주면에 주면날개(223)의 내주면이 접합되어 내부에 나선유로(225)가 형성되거나, L자형 단면을 가지는 곡날개(227)와 평활한 형상의 단면을 가지는 평날개(226)가 접합되어 구성되되 곡날개(227)와 평날개(226)는 내경 및 피치가 서로 같고 이들 곡날개(227) 및 평날개(226)의 내주면이 샤프트(210)의 외주면에 접합되어 나선유로(225)가 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류이다.

본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명 스크류(200)의 부분절단 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 스크류(200)의 나선형 날개(220) 내부에는 나선유로(225)가 형성된다.

또한, 샤프트(210)의 중심부에는 샤프트(210)의 후단에서 선단부에 이르는 중심유로(217)가 샤프트(210)와 동심(同心)으로 형성되고, 샤프트(210)의 후단부에는 중심유로(217) 와곽에 중심유로(217)와 동심의 원통형 외곽유로(218)가 형성되며, 스크류(200) 전방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 중심유로(217)를 연결하는 전방통수공(215)과, 스크류(200) 후방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 외곽유로(218)를 연결하는 후방통수공(216)이 각각 형성된다.

따라서, 중심유로(217), 전방통수공(215), 나선유로(225), 후방통수공(216) 및 외곽유로(218)에 이르는 열매체의 유로(流路)가 형성되며, 냉각수 또는 온수 등의 열매체가 스크류(200)의 나선형 날개(220) 내부를 순환할 수 있게 된다.

한편, 도시된 실시예에서와 같이, 샤프트(210)의 선단부 내측에 중심유로(217)가 연결된 저류실(214)을 형성하고 이 저류실(214)에 전방통수공(215)을 천공함으로써 중심유로(217)와 나선유로(225)를 연결할 수 있다.

도 3은 샤프트(210) 내부에 중심유로(217) 및 외곽유로(218)외에도 표면유로(219)가 추가된 실시예를 도시한 것으로, 샤프트(210) 외주면에 근접한 표면유로(219)를 통하여 날개(220) 뿐 아니라 샤프트(210) 본체의 온도조절을 동시에 수행할 수 있도록 한 것이다.

이러한 표면유로(219)의 형성 및 표면유로(219)를 통한 열매체의 유동은 도 4에서와 같이, 중공(中空)의 샤프트(210) 내부에 샤프트(210)와 동심(同心)의 구획관(212)을 설치하고, 이 구획관(212)의 내부에 구획관(212)과 동심의 중심관(211)을 설치하여, 총 3단의 동심 관체(管體)로 구성된 순환 유로를 형성함으로써 가능하게 된다.

즉, 중심관(211), 구획관(212) 및 중공의 샤프트(210)로 이루어진 3단 관체를 통하여, 중심관(211) 내부의 중심유로(217), 중심관(211) 외주면과 구획관(212) 내주면 사이의 외곽유로(218) 및 구획관(212) 외주면과 샤프트(210) 내주면 사이의 표면유로(219)를 형성하고, 스크류(200) 전방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 중심유로(217)를 연결하는 전방통수공(215)과 스크류(200) 후방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 표면유로(219)를 연결하는 후방통수공(216)을 형성하며, 표면유로(219)와 외곽유로(218)를 연결하는 연결구(213)를 샤프트(210)의 전방측에 형성함으로써, 도 5에서와 같이, 중심유로(217), 전방통수공(215), 나선유로(225), 후방통수공(216), 표면유로(219), 연결구(213) 및 외곽유로(218)에 이르는 열매체의 유로(流路)가 형성된다.

전술한 열매체의 유동 경로는 중심유로(217)를 공급측으로, 외곽유로(218)를 배출측으로 설정한 경우의 경로인데, 본 발명의 스크류(200)는 스크류(200) 구성의 변경 없이도 공급측 및 배출측의 단순 교체만으로 반대 경로의 열매체 유동이 가능하다.

한편, 도 6은 중심관(211), 구획관(212) 및 샤프트(210)의 선단부 연결 및 접합관계를 예시한 상세도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 중심관(211) 및 구획관(212)의 선단부를 폐쇄하고, 샤프트(210) 선단부에 중심관(211)과 연결되고 전방통수공(215)이 천공된 저류실(214)을 형성함으로써 중심관(211)과 나선유로(225)을 연결할 수 있으며, 구획관(212)의 선단부를 관통하는 연결구(213)를 형성하여 표면유로(219)와 외곽유로(218)를 연결할 수 있다.

또한, 도 7은 중심관(211) 및 샤프트(210)의 말단부 접합관계를 예시한 상세도로서, 샤프트(210) 말단부에서 중심관(211)을 효과적으로 지지하기 위하여 동 도면의 하부 도면에서와 같이, 관벽에 다수의 관통공(231)이 천공된 지지관(230)을 삽입 및 고정할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 다중 동심 관체 및 나선유로(225) 구조를 구성하기 위한 접합관계를 예시한 것으로, 동 도면에서와 같은 구성의 중심관(211), 구획관(212) 및 샤프트(210)를 동심으로 결합하여 용접 등의 고정수단을 통하여 고정하며, 나선형 날개(220)의 내주면을 절삭하여 요입부(224)를 형성한 후, 날개(220)를 샤프트(210)의 외주면에 접합함으로써 일종의 나선형 관수로(管水路)인 나선유로(225)를 형성하게 된다.

도 9는 다수의 나선 날개(220)를 접합하여 나선유로(225) 구조를 구성하는 방식을 예시한 것으로, 하나의 나선 날개(220)의 내주면을 절삭하여 나선유로(225)를 형성하는 것이 아니라, 각각 날개의 전면부, 후면부 및 외주면부(外周面部)를 구성하는 별도의 나선형 날개를 조합하여 중공(中空)의 나선 날개(220)를 구성하는 것이다.

즉, 도 10 및 도 11에서와 같이, 내경이 샤프트(210)의 외경과 일치하고 피치가 서로 동일한 후면날개(222) 및 전면날개(221)를 차례로 샤프트(210)에 결합한 후, 피치가 이들 전면날개(221) 및 후면날개(222)와 동일한 주면날개(223)를 후면날개(222) 및 전면날개(221)의 외주면에 접합함으로써 내부에 나선유로(225)를 형성할 수 있다.

도시된 실시예에서는 후면날개(222)와 전면날개(221)의 내경 및 외경이 모두 일치하고, 주면날개(223)의 내경이 이들 후면날개(222) 및 전면날개(221)의 외경과 일치하도록 구성되어 있으나, 도 12에서와 같이 주면날개(223)의 종단상 단면에 경사가 형성되는 경우, 전면날개(221) 및 후면날개(222)의 외경이 일치하지 않을 수도 있다.

또한, 도 13의 상부도면에서와 같이 전면날개(221)와 후면날개(222)를 우선 샤프트(210)에 접합한 후, 최종적으로 주면날개(223)를 접합함으로써 나선 날개(220)를 완성하거나, 동 도면의 하부도면에서와 같이, 전면날개(221), 후면날개(222) 및 주면날개(223)를 모두 접합하여 나선유로(225)가 형성된 나선 날개(220)를 완성한 후, 이 완성된 날개(220)를 샤프트(210)에 접합하는 등 다양한 방식의 접합 구조가 가능한데, 이러한 접합 순서는 스크류(200)의 용도 및 접합강도 등 제반 여건을 고려하여 당업자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

한편, 도 14는 전술한 실시예에서와 같이 모두 평활한 형상인 전면날개(221), 후면날개(222) 및 주면날개(223)를 접합하여 나선유로(225)를 형성하는 것이 아니라, L자형 단면을 가지는 곡날개(227)와 평활한 형상의 단면을 가지는 평날개(226)를 접합함으로써 접합면을 줄이면서도 효과적으로 나선유로(225)를 형성할 수 있도록 한 것이다.

이렇듯, 다수의 나선 날개(220)를 조합하여 샤프트(210)와 접합함으로써 간편하면서도 정밀한 날개(220)내 나선유로(225)의 형성이 가능하다.

도 1은 압출장치 예시도

도 2는 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도

도 3은 표면유로가 형성된 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도

도 4는 도 3의 요부 발췌 확대도

도 5는 본 발명의 매체 순환 모식도

도 6은 도 4의 A-A' 절단면 사시도

도 7은 도 4의 B-B' 절단면 사시도 및 중심관 고정방식 예시도

도 8은 본 발명의 나선유로 형성방식 예시도

도 9는 본 발명의 관체 및 날개 접합상태 예시도

도 10은 본 발명의 샤프트 및 날개 분해사시도

도 11은 본 발명의 날개 접합방식 설명도

도 12는 경사 주면날개가 적용된 본 발명의 날개 접합상태도

도 13은 본 발명의 날개 접합순서 설명도

도 14는 곡날개가 적용된 본 발명의 날개 접합상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 압출장치

110 : 실린더

200 : 스크류(screw)

210 : 샤프트(shaft)

211 : 중심관

212 : 구획관

213 : 연결구

214 : 저류실

215 : 전방통수공

216 : 후방통수공

217 : 중심유로

218 : 외곽유로

219 : 표면유로

220 : 날개

221 : 전면날개

222 : 후면날개

223 : 주면날개

224 : 요입부

225 : 나선유로

226 : 평날개

227 : 곡날개

230 : 지지관

231 : 관통공

Claims

삭제
중공(中空)의 샤프트(shaft)(210)와 샤프트(210) 외주면에 접합되는 나선형 날개(220)로 구성된 압출장치용 스크류(screw)(200)에 있어서,

중공의 샤프트(210) 내부에는 샤프트(210)와 동심의 구획관(212)이 설치되고, 구획관(212)의 내부에는 구획관(212)과 동심의 중심관(211)이 설치되어, 중심관(211) 내부의 중심유로(217), 중심관(211) 외주면과 구획관(212) 내주면 사이의 외곽유로(218) 및 구획관(212) 외주면과 샤프트(210) 내주면 사이의 표면유로(219) 를 형성하고;

날개(220)에는 내부를 나선으로 관통하는 나선유로(225)가 형성되며;

스크류(200) 전방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 중심유로(217)를 연결하는 전방통수공(215)과, 스크류(200) 후방측 날개(220) 내부의 나선유로(225)와 표면유로(219)를 연결하는 후방통수공(216)과, 표면유로(219)와 외곽유로(218)를 연결하는 연결구(213)가 각각 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류.
삭제
제2항의 나선형 날개(220)에 있어서;

샤프트(210)의 외주면에 접합되는 나선형 날개(220)는 날개(220)의 후방측 면을 형성하는 후면날개(222)와 날개(220)의 전망측 면을 형성하는 전면날개(221) 및 날개(220)의 외주면을 형성하는 주면날개(223)가 접합되어 구성되되;

후면날개(222)와 전면날개(221)는 내경 및 피치가 서로 같고;

주면날개(223)의 피치는 상기 후면날개(222)와 전면날개(221)의 피치와 같으며;

내주면이 샤프트(210)의 외주면에 각각 접합되고 서로 이격된 후면날개(222)와 전면날개(221)의 외주면에 주면날개(223)의 내주면이 접합되어 내부에 나선유로(225)가 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류.
제2항의 나선형 날개(220)에 있어서;

샤프트(210)의 외주면에 접합되는 나선형 날개(220)는 L자형 단면을 가지는 곡날개(227)와 평활한 형상의 단면을 가지는 평날개(226)가 접합되어 구성되되;

곡날개(227)와 평날개(226)는 내경 및 피치가 서로 같고;

이들 곡날개(227) 및 평날개(226)의 내주면이 샤프트(210)의 외주면에 접합되어 나선유로(225)가 형성됨을 특징으로 하는 열매체 나선 순환식 압출장치용 스크류.