KR20160105863A - 압출기용 스크루 및 압출기 및 압출 방법 - Google Patents

압출기용 스크루 및 압출기 및 압출 방법 Download PDF

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KR20160105863A
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conveying
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아키요시 고바야시
시게유키 후지이
다카후미 사메시마
히로시 시미즈
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도시바 기카이 가부시키가이샤
가부시키가이샤 에이치에스피 테크놀로지즈
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Abstract

혼련 정도가 우수한 혼련물의 연속 생산이 가능한 압출 기술을 제공한다. 원료를 혼련하면서 반송하는 압출기용 스크루(20)는 스크루 본체(20p), 반송부(42), 장벽부(43), 통로(64)를 구비한다. 스크루 본체는 축선(41)을 중심으로 회전한다. 반송부는 원료를 스크루 본체의 주위 방향에 걸치는 외주면(36s)을 따라 축 방향으로 반송한다. 장벽부는 원료의 반송을 제한한다. 통로는 입구(65) 및 출구(67)를 갖는다. 입구는 장벽부에 의해 반송이 제한된 원료가 유입된다. 통로는 입구로부터 유입된 원료가 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통한다. 출구는 입구가 개구된 반송부를 벗어난 위치에서, 스크루 본체의 외주면에 개구되어 있다.

Description

압출기용 스크루 및 압출기 및 압출 방법 {SCREW FOR EXTRUDER, EXTRUDER AND EXTRUSION METHOD}
본 발명은 연속적으로 공급되는 원료를 혼련함으로써 혼련물을 생성하고, 그 혼련물을 연속적으로 압출하기 위한 압출기용 스크루 및 압출기 및 압출 방법에 관한 것이다.
원료를 혼련하는 기술로서, 특허문헌 1에는 첨가제 등을 사용하지 않고, 원료를 나노 레벨로 분산화시켜 혼련하는 것이 가능한 뱃치식 혼련 장치가 개시되어 있다. 뱃치식 혼련 장치는 피드백형 스크루와, 당해 스크루가 회전 가능하게 삽입 관통된 실린더를 구비하고 있다. 당해 혼련 장치에서는 실린더 내에 공급된 원료를, 스크루의 후단부로부터 선단의 간극으로 보낸 후, 당해 간극으로부터 스크루의 후단부로 복귀시키는 등의 순환 처리가 반복된다.
순환 처리에 있어서, 원료에는 스크루의 후단부로부터 선단으로 보내지는 동안, 회전하는 스크루와 실린더 내면 사이의 속도차에 의해 발생하는 「전단 작용」이 부여됨과 함께, 스크루 선단의 간극으로부터 스크루의 구멍을 따라 보내지는 동안, 넓은 개소로부터 좁은 개소를 통과할 때에 발생하는 「신장 작용」이 부여된다.
이때, 실린더 내에 있어서, 원료는 전단 유동과 신장 유동이 반복된 상태가 된다. 그리고, 전단 유동과 신장 유동이 반복되는 시간, 즉, 순환 시간에 따라, 소정의 혼련물이 생산되고 있다.
국제 공개 번호 WO2010/061872호 팜플렛
그런데, 특허문헌 1의 장치에서는 일정량의 원료를 실린더 내에서 순환시켜 혼련하고, 그 혼련물을 실린더로부터 전부 토출시킨 후가 아니면, 다음의 혼련을 행할 수 없다. 환언하면, 실린더 내의 밀폐된 공간에서 원료를 순환시키고 있는 동안은, 당해 실린더로부터 혼련물을 연속적으로 토출시킬 수 없다. 이로 인해, 혼련물의 생산성을 향상시키기 위해서는, 일정한 한계가 있었다.
이 경우, 특허문헌 1의 장치를 복수대 준비하고, 순환 처리하는 시각에 차를 부여함으로써, 외관상, 혼련물을 연속적으로 생산한 경우와 동량의 혼련물을 얻을 수 있다. 그러나, 복수대의 장치의 설비 투자나 설치 스페이스 등의 확보에 필요로 하는 비용이 별도로 필요해져, 결과적으로, 혼련물의 생산성을 향상시킬 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 실린더로부터 혼련물을 연속적으로 토출시키는 것을 가능하게 함으로써, 혼련물의 생산성을 현격히 향상시키는 압출 기술을 제공하는 데 있다.
또한, 나노 레벨로 분산화한 혼련물을 얻기 위해서는, 원료의 혼련 정도를 향상시킬 필요가 있다. 이러한 요구를 실현하기 위해서는, 원료에 대한 전단 작용과 신장 작용의 부여 횟수를 늘리면 된다. 당해 부여 횟수를 늘리기 위해서는, 예를 들어 전단 작용을 부여하는 부분, 신장 작용을 부여하는 부분을, 스크루의 축 방향을 따라 복수 설치하면 된다. 그러나, 이와 같은 구성에서는 스크루가 장척화되어 버린다.
또한, 원료의 혼련 정도는 상기한 부여 횟수에 기초하여, 미리 설정할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1의 장치에서는 실린더 내에서 원료가 순환하는 횟수를 카운트할 수 없으므로, 상기한 부여 횟수를 미리 설정할 수 없다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 원료에 대한 전단 작용과 신장 작용의 부여 횟수를 미리 설정하는 것을 가능하게 함으로써, 스크루를 장척화시키는 일없이, 원료의 혼련 정도를 현격히 향상시키는 압출 기술을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원료를 혼련하면서 반송하는 압출기용 스크루이며, 원료의 반송 방향을 따른 직선 형상의 축선을 갖고, 당해 축선을 중심으로 회전하는 스크루 본체와, 상기 스크루 본체의 축 방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되어, 상기 스크루 본체의 회전에 수반하여 원료를, 상기 스크루 본체의 주위 방향에 걸치는 외주면을 따라 축 방향으로 반송하는 복수의 반송부와, 상기 스크루 본체에 설치되어, 상기 반송부와 인접한 위치에서 원료의 반송을 제한하는 복수의 장벽부와, 상기 스크루 본체의 내부에 설치되어, 입구 및 출구를 갖는 복수의 통로를 구비하고, 상기 입구는 상기 장벽부에 의해 반송이 제한됨으로써 압력이 높여진 원료가 유입되도록, 상기 반송부에 있어서의 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되고, 상기 각 통로는 상기 입구로부터 유입된 원료가, 상기 출구를 향하고, 상기 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통함과 함께, 상기 출구는 상기 입구가 개구된 상기 반송부를 벗어난 위치에서, 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되어 있다.
본 발명은 상기한 압출기용 스크루를 구비하고, 당해 스크루로 원료를 혼련하고, 그 혼련물을 연속적으로 생성하여 압출하는 압출기이며, 상기 스크루가 회전 가능하게 삽입 관통된 실린더를 갖는 배럴과, 상기 배럴에 설치되어, 상기 실린더 내에 원료를 공급하는 공급구와, 상기 배럴에 설치되어, 혼련물이 압출되는 토출구를 구비하고 있다.
본 발명은 상기한 압출기용 스크루로 원료를 혼련하고, 그 혼련물을 연속적으로 생성하여 압출하는 압출 방법이며, 원료를 상기 스크루 본체의 상기 반송부에 의해 축 방향으로 반송하고, 상기 스크루 본체의 상기 장벽부에 의해 원료의 반송을 제한함으로써, 원료에 가해지는 압력을 높이고, 상기 압력이 높여진 원료가, 상기 스크루 본체의 내부에 설치된 상기 통로에 유입됨과 함께, 당해 통로 내를 상기 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통하고, 상기 통로를 통과한 원료를, 상기 입구가 개구된 상기 반송부를 벗어난 위치에서, 상기 스크루 본체의 외주면에 귀환시킨다.
본 발명에 따르면, 실린더로부터 혼련물을 연속적으로 토출시키는 것을 가능하게 함으로써, 혼련물의 생산성을 현격히 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 원료에 대한 전단 작용과 신장 작용의 부여 횟수를 미리 설정하는 것을 가능하게 함으로써, 스크루를 장척화시키는 일없이, 원료의 혼련 정도를 현격히 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연속식 고전단 가공 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 사시도.
도 2는 제1 압출기의 종단면도.
도 3은 제1 압출기에 내장된 2개의 스크루의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도.
도 4는 제3 압출기의 횡단면도.
도 5는 압출기용 스크루의 외부 구성이 도시된 제2 압출기의 횡단면도.
도 6은 압출기용 스크루의 내부 구성이 도시된 제2 압출기의 횡단면도.
도 7은 도 6의 F7-F7선을 따르는 단면도.
도 8은 도 6의 F8-F8선을 따르는 단면도.
도 9는 3개의 통체에 걸쳐서 형성된 통로의 구성을 일부 확대하여 도시하는 단면도.
도 10은 압출기용 스크루에 의해 발생하는 원료의 유동 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 11은 제2 압출기의 실린더 내에 있어서의 원료의 유동 상태를 일부 확대하여 도시하는 단면도.
도 12는 본 발명의 변형예에 관한 제2 압출기의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 변형예에 관한 압출기용 스크루의 외부 구성을 도시하는 단면도.
도 14는 도 13에 도시된 장벽용 원환상체를 일부 확대하여 도시하는 사시도.
도 15는 본 발명의 변형예에 있어서, 통체의 내주면을 따라 통로가 설치된 압출기용 스크루의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 16은 본 발명의 변형예에 있어서, 회전축의 외주면을 따라 통로가 설치된 압출기용 스크루의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 17은 본 발명의 변형예에 있어서, 키의 표면을 따라 통로가 설치된 압출기용 스크루의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 18은 본 발명의 변형예에 있어서, 스크루 본체가 1개의 축형상 부재로 형성된 압출기용 스크루의 구성을 개략적으로 도시하는 종단면도.
도 19의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 입구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 19의 (A)의 F19B-F19B선을 따르는 단면도.
도 20의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 출구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 20의 (A)의 F20B-F20B선을 따르는 단면도.
도 21의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 입구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 21의 (A)의 F21B-F21B선을 따르는 단면도.
도 22의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 출구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 22의 (A)의 F22B-F22B선을 따르는 단면도.
도 23의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 입구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 23의 (A)의 F23B-F23B선을 따르는 단면도.
도 24의 (A)는 본 발명의 변형예에 있어서, 통로의 출구 부분의 구성을 확대하여 도시하는 단면도, (B)는 도 24의 (A)의 F24B-F24B선을 따르는 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는 본 실시 형태에 관한 연속식 고전단 가공 장치(1)의 구성이 도시되어 있다. 고전단 가공 장치(1)는 제1 압출기(2)와, 제2 압출기(3)와, 제3 압출기(4)를 직렬로 접속시켜 구성되어 있다. 또한, 제3 압출기(4)는 반드시 필요한 장치는 아니고, 용도에 따라, 연속식 고전단 가공 장치(1)에 내장된다.
제1 압출기(2)는 재료(5)를 예비적으로 혼련함으로써 용융화시키고, 그때 생성된 용융 상태의 재료(5)를 원료로서 제2 압출기(3)에 연속적으로 공급한다. 제2 압출기(3)는 제1 압출기(2)로부터 연속적으로 공급된 원료에, 전단 작용과 신장 작용을 부여하고, 그 혼련물을 연속적으로 압출한다. 제3 압출기(4)는 제2 압출기(3)로부터 압출된 혼련물에 포함되는 가스 성분을 흡인ㆍ제거하고, 당해 가스 성분이 흡인ㆍ제거된 혼련물을 기기 밖으로 토출한다.
또한, 제2 압출기(3)에서 혼련되는 원료로서는, 폴리카르보네이트 수지(PC)와 폴리메타크릴산메틸 수지(PMMA)의 용융 혼합 원료로 한정되지 않고, 용융 상태의 열가소성 수지에 탄소 섬유가 포함된 원료 등, 다양한 원료가 적용된다.
[제1 압출기(2)에 대해]
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 압출기(2)는 동일 방향 회전형의 2축 혼련기로서 구성되고, 서로 맞물리는 2개의 스크루(6a, 6b)와, 이들 2개의 스크루(6a, 6b)를 회전 가능하게 수용한 배럴(7)을 구비하고 있다. 2개의 스크루(6a, 6b)는 평행하고 또한 곧게 연장시켜 구성되어 있고, 서로 맞물리게 한 상태에서 동일 방향으로 회전시킬 수 있다. 배럴(7)은 서로 맞물리게 한 상태의 2개의 스크루(6a, 6b)를 회전 가능하게 수용하는 수용부(8)와, 투입부(9)(도 1 참조)로부터 수용부(8)에 투입된 재료(5)를 가열하여 용융시키기 위한 히터(도시 생략)를 구비하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 2개의 스크루(6a, 6b)는 이들을 서로 맞물리게 한 상태에서 동일 방향으로 회전시킴으로써, 투입된 재료(5)(도 1 참조)를 반송하면서, 당해 재료(5)에 대해 예비적인 혼련을 행할 수 있도록 되어 있다. 서로 맞물리게 한 상태에 관한 2개의 스크루(6a, 6b)에는 피드부(10), 혼련부(11) 및 펌핑부(12)가 구성되어 있다.
피드부(10), 혼련부(11) 및 펌핑부(12)는 그 중앙부에, 스플라인 구멍(13)이 형성되어 있다. 스플라인 구멍(13)에는, 예를 들어 모터 등의 회전 장치(도시 생략)에 연결된 스플라인축(14)이 삽입되어 있다. 스플라인축(14)을 회전시킴으로써, 피드부(10), 혼련부(11) 및 펌핑부(12)를 회전시킬 수 있다. 도 2에는 스플라인 구멍(13)의 일례로서, 2개의 스크루(6a, 6b) 중, 혼련부(11)의 디스크(19)에 형성된 스플라인 구멍(13)이 도시되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 2개의 스크루(6a, 6b)를 동일 방향으로 회전시킴으로써, 투입부(9)로부터 수용부(8)에 투입된 재료(5)는 피드부(10)에 의해 반송되고, 혼련부(11)에서 혼련된 후, 펌핑부(12)에 의해 반송되고, 제2 압출기(3)에 연속적으로 공급된다.
피드부(10)에 있어서, 2개의 스크루(6a, 6b)에는, 각각, 재료(5)의 반송 방향을 향하고, 당해 스크루(6a, 6b)의 회전 방향과는 역방향으로, 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(15)가 설치되어 있다. 양쪽의 플라이트(15)는 90° 위상이 어긋난 상태에서 서로 맞물려 있고, 이러한 상태에서 2개의 스크루(6a, 6b)를 회전시킴으로써, 투입된 재료(5)를 혼련부(11)로 반송할 수 있다.
펌핑부(12)에 있어서, 2개의 스크루(6a, 6b)에는, 각각, 재료(5)의 반송 방향을 향하고, 당해 스크루(6a, 6b)의 회전 방향과는 역방향으로, 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(16)가 설치되어 있다. 양쪽의 플라이트(16)는 90° 위상이 어긋난 상태에서 서로 맞물려 있고, 이러한 상태에서 2개의 스크루(6a, 6b)를 회전시킴으로써, 혼련부(11)에 의해 혼련된 재료(5)를 반송할 수 있다.
혼련부(11)에 있어서, 2개의 스크루(6a, 6b)에는, 각각, 제1 디스크 영역(11a)과, 제2 디스크 영역(11b), 제3 디스크 영역(11c)이 구비되어 있다. 제1 디스크 영역(11a)에는 복수의 디스크(17)가 구비되고, 이들 디스크(17)는 피드부(10)의 플라이트(15)의 나선 방향에 일치하도록, 인접하는 디스크(17)에 위상차를 부여하여 구성되어 있다. 마찬가지로, 제3 디스크 영역(11c)에는 복수의 디스크(18)가 구비되고, 이들 디스크(18)는 펌핑부(12)의 플라이트(16)의 나선 방향에 일치하도록, 인접하는 디스크(18)에 위상차를 부여하여 구성되어 있다. 이에 비해, 제2 디스크 영역(11b)에는 복수의 디스크(19)가 구비되고, 이들 디스크(19)는 인접하는 디스크(19)를 직교시켜 구성되어 있다.
이와 같은 제1 압출기(2)에 의하면, 투입부(9)로부터 수용부(8)에 투입된 재료(5)를, 가열에 의해 용융시키면서 혼합시킴으로써, 제2 압출기(3)에서의 혼련에 적합한 유동성을 갖는 원료로서 생성할 수 있다. 용융 혼합화된 원료는 당해 제1 압출기(2)로부터 연속적으로 압출된다.
[제2 압출기(3)에 대해]
도 1에 도시한 바와 같이, 제2 압출기(3)는 단축 압출기로서 구성되어, 1개의 압출기용 스크루(20)와, 이 스크루(20)가 회전 가능하게 삽입 관통된 실린더(21a)(도 5, 도 6 참조)를 갖는 배럴(21)을 구비하고 있다. 제1 압출기(2)로부터 연속적으로 압출된 원료는 통로부(22)를 통해 제2 압출기(3)에 연속적으로 공급된다. 제2 압출기(3)에 있어서, 원료에 전단 작용과 신장 작용이 부여됨으로써, 혼련물이 연속적으로 생성된다. 생성된 혼련물은 통로부(23)를 통해 제3 압출기(4)에 연속적으로 공급된다. 또한, 당해 스크루(20)를 구비한 제2 압출기(3)의 구체적인 구성에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
[제3 압출기(4)에 대해]
도 4에 도시한 바와 같이, 제3 압출기(4)는 단축 압출기로서 구성되어, 곧게 연장된 1개의 벤트 스크루(24)와, 이 벤트 스크루(24)를 회전 가능하게 수용하는 수용부(25a)를 갖는 배럴(25)과, 수용부(25a) 내를 부압으로 당기기 위한 진공 펌프(26)를 구비하고 있다.
벤트 스크루(24)에는 제2 압출기(3)로부터 공급된 혼련물을 수용부(25a)를 따라 반송하기 위한 플라이트(27)가 나선 형상으로 설치되어 있다. 플라이트(27)는 벤트 스크루(24)의 기단부로부터 선단을 향하고, 당해 벤트 스크루(24)의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있다. 벤트 스크루(24)는, 예를 들어 모터 등의 회전 장치(도시 생략)에 연결되어 있다. 이에 의해, 제2 압출기(3)로부터 공급된 혼련물은 벤트 스크루(24)의 회전에 수반하여 수용부(25a)를 연속해서 반송된다.
또한, 배럴(25)에는 진공 펌프(26)가 연결된 벤트구(vent-port)(28)가 형성되고, 벤트구(28)는 당해 배럴(25)을 관통하여 수용부(25a)에 연통한 연통 구멍(25h)에 연결되어 있다. 또한, 배럴(25)에는 벤트 스크루(24)의 선단에 대향하는 위치에, 수용부(25a)를 폐색하는 헤드부(29)가 설치되고, 헤드부(29)는 탈포 완료된 혼련물을 토출시키기 위한 토출구(29a)를 갖고 있다.
이와 같은 제3 압출기(4)에 의하면, 제2 압출기(3)로부터 공급된 혼련물은 벤트 스크루(24)에 의해 수용부(25a) 내를 헤드부(29)를 향해 반송되는 동안, 벤트구(28)에 대향하는 위치에서, 진공 펌프(26)의 진공압을 받는다. 이에 의해, 당해 혼련물에 포함되는 가스 상태 물질이나 그 밖의 휘발 성분 등이 흡인ㆍ제거된다. 가스 배출이 실시된 혼련물은 헤드부(29)의 토출구(29a)로부터 토출된 후, 용도에 따른 제품으로 가공된다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 제2 압출기(3)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.
[제2 압출기(3)의 개요]
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 압출기(3)에 있어서, 배럴(21)은 복수의 배럴 엘리먼트(30)로 분할되어 있다. 각각의 배럴 엘리먼트(30)는 압출기용 스크루(20)가 회전 가능하게 삽입 관통되는 원통 형상의 관통 구멍(30h)을 갖고 있다. 이 경우, 각각의 관통 구멍(30h)이 동축 형상으로 연속하도록, 복수의 배럴 엘리먼트(30)를 일체적으로 결합시킴으로써, 일련의 실린더(21a)를 갖는 배럴(21)이 구성되어 있다. 또한, 도면에는 일례로서, 인접하는 배럴 엘리먼트(30)를, 볼트(31)에 의해 서로 결합시킨 배럴(21)이 도시되어 있다.
배럴(21)에는 그 일단부에 위치하는 배럴 엘리먼트(30)에, 공급구(32)가 형성되어 있다. 공급구(32)는 당해 배럴 엘리먼트(30)를 관통하여 실린더(21a)에 연통하고 있다. 제1 압출기(2)로부터 통로부(22)를 통해 연속적으로 공급되는 원료는 공급구(32)를 통해 연속적으로 실린더(21a)에 공급된다.
또한, 배럴(21)에는 그 타단부에 위치하는 배럴 엘리먼트(30)에 토출구(33)가 형성되어 있다. 토출구(33)는 당해 타단부의 배럴 엘리먼트(30)의 개구단부를 덮도록 결합되는 덮개(34)에 구성되어 있다. 이에 의해, 실린더(21a) 내에서 혼련된 혼련물은 토출구(33)를 통해 연속적으로 압출된다.
또한, 각 배럴 엘리먼트(30)에는 냉각수를 흐르게 하는 냉각수 통로(35), 도시하지 않은 히터 및 온도 센서 등이 설치되어 있다. 이 경우, 히터의 ON/OFF를 제어함으로써, 배럴(21)을 가열하고, 미리 설정한 온도로 제어함으로써, 실린더(21a) 내의 원료를 가열할 수 있다. 이때, 배럴(21)이 설정 온도를 초과한 경우, 냉각수 통로(35)에 냉각수를 흐르게 하여 배럴(21)을 냉각하고, 미리 설정한 온도로 조정함으로써, 실린더(21a) 내의 원료를 냉각할 수 있다.
[압출기용 스크루(20)에 대해]
도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 압출기용 스크루(20)는 스크루 본체(20p)를 구비하고 있다. 스크루 본체(20p)는 복수의 원통 형상의 통체(36)와, 이들 통체(36)를 지지하는 1개의 회전축(37)으로 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 스크루 본체(20p)[통체(36)]의 외주면(36s)이란, 당해 스크루 본체(20p)[통체(36)]의 길이 방향의 양 단부면을 포함하지 않는 주위 방향을 따른 외주면을 가리킨다.
회전축(37)은 그 기단부로부터 선단에 걸쳐서 곧게 연장되어 있다. 또한, 압출기용 스크루(20)를 배럴(21)의 실린더(21a)에 회전 가능하게 삽입 관통시킨 상태에 있어서, 회전축(37)의 기단부는 공급구(32)가 형성된 배럴(21)의 일단부의 측에 위치 부여되고, 회전축(37)의 선단은 토출구(33)가 형성된 배럴(21)의 타단부의 측에 위치 부여된다.
다르게 생각하면, 압출기용 스크루(20)를 배럴(21)의 실린더(21a)에 회전 가능하게 삽입 관통시킨 상태에 있어서, 당해 압출기용 스크루(20)의 기단부는 공급구(32)가 형성된 배럴(21)의 일단부의 측에 위치 부여되고, 압출기용 스크루(20)의 선단은 토출구(33)가 형성된 배럴(21)의 타단부의 측에 위치 부여된다.
회전축(37)의 기단부에는 연결부(38) 및 스토퍼부(40)가 서로 동축 형상으로 설치되어 있다. 연결부(38)는 도시하지 않은 커플링을 통해, 예를 들어 모터 등의 회전 장치에 연결 가능하게 구성되어 있다. 스토퍼부(40)는 연결부(38)의 외형 윤곽보다도 큰 외형 윤곽을 갖고 구성되어 있다.
회전축(37)의 선단으로부터 스토퍼부(40)의 단부면에 걸치는 영역에는 원기둥 형상을 갖는 지지부(39)(도 6 참조)가 설치되어 있다. 지지부(39)는 스토퍼부(40)의 외형 윤곽보다도 작은 외형 윤곽을 갖고 구성되어 있다. 지지부(39)는 스토퍼부(40)의 단부면으로부터 동축 형상으로 연장되어 있고, 그 전체 길이는 배럴(21)의 실린더(21a)의 전체 길이에 대응한 길이를 갖고 있다. 이와 같은 회전축(37)은 도시하지 않은 회전 장치로부터의 회전력이 연결부(38)에 전달되면, 기단부로부터 선단에 걸치는 직선 형상의 축선(41)을 중심으로 회전한다.
또한, 복수의 원통 형상의 통체(36)는, 각각, 회전축(37)의 지지부(39)에 지지되도록 구성되어 있다. 이러한 지지 구조의 일례로서, 지지부(39)에는 그 외주면에 한 쌍의 키(51)가 설치되어 있다. 각 키(51)는 지지부(39)의 외주면을 따라 주위 방향으로 180° 어긋난 위치에 형성된 한 쌍의 홈부(50)에 끼워 넣어져 있다. 각 홈부(50)는 지지부(39)의 외주면을 축 방향을 따라 일부 절결하여 형성되어 있다.
또한, 각 통체(36)는 그 내주면을 따라, 지지부(39)를 동축 형상으로 관통시킬 수 있도록 구성되어 있다. 각 통체(36)의 내주면에는 주위 방향을 따라 180° 어긋난 위치에 키 홈(53)이 형성되어 있다. 이들 한 쌍의 키 홈(53)은 당해 통체(36)의 내주면을 축 방향을 따라 일부 절결하여 형성되어 있다.
이 경우, 각 키(51)와 각 키 홈(53)을 위치 정렬하면서, 전체 통체(36)의 내주면에 회전축(37)의 지지부(39)를 관통시킨다. 그 후, 지지부(39)의 선단에 컬러(54)를 통해 고정 나사(55)를 비틀어 넣는다. 이때, 전체 통체(36)는 선단 컬러(54)와 스토퍼부(40)의 기단부 컬러(56) 사이에서 끼움 지지되고, 그 끼움 지지력에 의해, 서로 간극 없이 밀착된 상태로 유지된다.
상기한 지지 구조에 의해, 전체 통체(36)가 지지부(39) 상에서 동축 형상으로 결합됨으로써, 당해 각 통체(36)와 회전축(37)이 일체적으로 조립된다. 각 통체(36)와 회전축(37)이 일체적으로 조립됨으로써, 스크루 본체(20p)는 기단부로부터 선단에 걸쳐 축 방향(길이 방향)으로 연장된 막대 형상 부재로서 구성된다.
이때, 각 통체(36)를 회전축(37)과 함께 축선(41)을 중심으로 회전시키는 것, 즉, 스크루 본체(20p)를 축선(41)을 중심으로 회전시키는 것이 가능해진다. 또한, 스크루 본체(20p)의 기단부는 회전축(37)의 기단부와 일치함과 함께, 스크루 본체(20p)의 선단은 회전축(37)의 선단과 일치한다.
이와 같은 상태에 있어서, 각 통체(36)는 스크루 본체(20p)의 외경 D1(도 7 참조)을 규정하는 구성 요소가 된다. 즉, 지지부(39)를 따라 동축 형상으로 결합된 각 통체(36)는 그 외경 D1이 서로 동일하게 설정되어 있다. 스크루 본체(20p)[각 통체(36)]의 외경 D1은 회전축(37)의 회전 중심인 축선(41)을 통해 규정되는 직경이다.
이에 의해, 스크루 본체(20p)[각 통체(36)]의 외경 D1이 일정값인 세그먼트식의 스크루(20)가 구성된다. 세그먼트식의 스크루(20)는 회전축(37)[즉, 지지부(39)]을 따라, 복수의 스크루 엘리먼트를, 자유로운 순서 및 조합으로 보유 지지시킬 수 있다. 스크루 엘리먼트로서는, 예를 들어 적어도 후술하는 플라이트(45, 46, 48)의 일부가 형성된 통체(36)를, 1개의 스크루 엘리먼트로서 규정할 수 있다.
이와 같이, 스크루(20)를 세그먼트화함으로써, 예를 들어 당해 스크루(20)의 사양의 변경이나 조정, 또는 보수나 메인터넌스에 대해, 그 편리성을 현격히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 복수의 통체(36)와 회전축(37)을 회전을 멈추고 고정하는 구조로서는, 상기한 바와 같은 키(51)와 키 홈(53)의 조합에 관한 것으로 한정되지 않고, 이것 대신에, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같은 스플라인 구조를 사용해도 된다.
또한, 세그먼트식의 스크루(20)는 배럴(21)의 실린더(21a)에 동축 형상으로 수용되어 있다. 구체적으로는, 복수의 스크루 엘리먼트가 회전축(37)[지지부(39)]을 따라 보유 지지된 스크루 본체(20p)가, 실린더(21a)에 회전 가능하게 수용되어 있다. 이 상태에 있어서, 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)과, 실린더(21a)의 내면(21s) 사이에는 원료를 반송하기 위한 반송로(63)가 형성되어 있다. 반송로(63)는 실린더(21a)의 직경 방향을 따르는 단면 형상이 원환형이고, 실린더(21a)를 따라 축 방향으로 연장되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 스크루 본체(20p)에는 원료를 반송하는 복수의 반송부(42)와, 원료의 유동을 제한하는 복수의 장벽부(43)가 설치되어 있다. 이들 반송부(42) 및 장벽부(43)는 스크루 본체(20p)의 축 방향(길이 방향)을 따라 교대로 배열하여 배치되어 있다.
즉, 배럴(21)의 일단부에 대응하는 스크루 본체(20p)의 기단부에는 장벽부(43)가 배치되고, 이 장벽부(43)로부터 스크루 본체(20p)의 선단을 향하고, 반송부(42)와 장벽부(43)가 교대로 배치되어 있다. 또한, 배럴(21)의 타단부에 대응하는 스크루 본체(20p)의 선단에는 토출용 반송부(44)가 배치되어 있다. 토출용 반송부(44)는 실린더(21a) 내에서 혼련된 혼련물을, 다른 반송부(42)에 의한 반송 방향과는 역방향으로 반송하도록 구성되어 있다.
[압출기용 스크루(20)의 기단부로부터 선단을 향해 혼련물을 압출하는 구성]
이하의 설명에 있어서, 스크루 본체(20p)의 회전 방향(좌회전, 우회전)이란, 당해 스크루 본체(20p)의 기단부의 측에서 본 경우의 회전 방향(좌회전, 우회전)이다. 또한, 플라이트(45, 46, 48)의 비틀림 방향(시계 방향, 반시계 방향)이란, 스크루 본체(20p)의 기단부의 측에서 본 경우의 당해 플라이트(45, 46, 48)의 비틀림 방향(시계 방향, 반시계 방향)이다.
각 반송부(42)는 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(45)를 갖고 있다. 플라이트(45)는 통체(36)의 주위 방향을 따르는 외주면(36s)으로부터 반송로(63)를 향해 돌출되어 있다. 플라이트(45)는 스크루 본체(20p)의 회전 방향과 동일 방향으로 비틀어져 있다. 또한, 토출용 반송부(44)는 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(46)를 갖고 있다. 플라이트(46)는 통체(36)의 주위 방향을 따르는 외주면(36s)으로부터 반송로(63)를 향해 돌출되어 있다. 플라이트(46)는 스크루 본체(20p)의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있다.
여기서, 스크루 본체(20p)를 좌회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 각 반송부(42)의 플라이트(45)는 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(45)의 비틀림 방향은 좌나사와 동일하도록 반시계 방향으로 설정되어 있다.
또한, 스크루 본체(20p)를 좌회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 토출용 반송부(44)의 플라이트(46)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(46)의 비틀림 방향은 우나사와 동일하도록 시계 방향으로 설정되어 있다.
이에 비해, 스크루 본체(20p)를 우회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 각 반송부(42)의 플라이트(45)는 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(45)의 비틀림 방향은 우나사와 동일하도록 시계 방향으로 설정되어 있다.
또한, 스크루 본체(20p)를 우회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 토출용 반송부(44)의 플라이트(46)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(46)의 비틀림 방향은 좌나사와 동일하도록 반시계 방향으로 설정되어 있다.
각 장벽부(43)는 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(48)를 갖고 있다. 플라이트(48)는 통체(36)의 주위 방향을 따르는 외주면(36s)으로부터 반송로(63)를 향해 돌출되어 있다. 플라이트(48)는 스크루 본체(20p)의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있다.
여기서, 스크루 본체(20p)를 좌회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 각 장벽부(43)의 플라이트(48)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(48)의 비틀림 방향은 우나사와 동일하도록 시계 방향으로 설정되어 있다.
이에 대해, 스크루 본체(20p)를 우회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 각 장벽부(43)의 플라이트(48)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 원료를 반송하도록 비틀어져 있다. 즉, 플라이트(48)의 비틀림 방향은 좌나사와 동일하도록 반시계 방향으로 설정되어 있다.
각 장벽부(43)에 있어서, 플라이트(48)의 비틀림 피치는 상기한 각 반송부(42, 44)에 있어서의 플라이트(45, 46)의 비틀림 피치와 동일하거나, 그것보다도 작게 설정되어 있다. 또한, 플라이트(45, 46, 48)의 정상부와, 배럴(21)의 실린더(21a)의 내면(21s) 사이에는 약간의 클리어런스가 확보되어 있다.
이 경우, 각 장벽부(43)의 외경부(43s)와, 실린더(21a)의 내면(21s)의 간극(47)(도 11 참조)은 0.1㎜ 이상 또한 2㎜ 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 당해 간극(47)을, 0.1㎜ 이상 또한 0.7㎜ 이하의 범위로 설정한다. 이에 의해, 원료가 간극(47)을 통과하여 반송되는 것을 확실하게 제한할 수 있다.
또한, 각 장벽부(43)에 있어서, 플라이트(48)를 설치하는 대신에, 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 따라 주위 방향으로 연속한 장벽용 원환상체(57)(도 13, 도 14 참조)를 설치해도 된다. 장벽용 원환상체(57)는 축선(41)을 중심으로 주위 방향을 따라 동심원 형상으로 연속한 원통면(57s)을 갖고 있다. 원통면(57s)은 통체(39)의 주위 방향을 따르는 외주면(36s)으로부터 반송로(63)를 향해 돌출되어 있다. 원통면(57s)과, 실린더(21a)의 내면(21s)의 간격은 상기한 간극(47)의 범위로 설정되어 있다.
그런데, 스크루 본체(20p)의 축 방향을 따르는 반송부(42, 44)의 길이는, 예를 들어 원료의 종류, 원료의 혼련 정도, 단위 시간당의 혼련물의 생산량 등에 따라 적절히 설정된다. 반송부(42, 44)란, 적어도 통체(36)의 외주면(36s)에 플라이트(45, 46)가 형성된 영역이지만, 플라이트(45, 46)의 시점과 종점 사이의 영역으로 특정되는 것은 아니다.
즉, 통체(36)의 외주면(36s) 중 플라이트(45, 46)로부터 벗어난 영역도, 반송부(42, 44)로 간주되는 경우가 있다. 예를 들어, 플라이트(45, 46)를 갖는 통체(36)와 인접하는 위치에 원통 형상의 스페이서 또는 원통 형상의 컬러가 배치된 경우, 당해 스페이서나 컬러도 반송부(42, 44)에 포함될 수 있다.
또한, 스크루 본체(20p)의 축 방향을 따르는 장벽부(43)의 길이는, 예를 들어 원료의 종류, 원료의 혼련 정도, 단위 시간당의 혼련물의 생산량 등에 따라 적절히 설정된다. 장벽부(43)는 반송부(42)에 의해 보내지는 원료의 유동을 막도록 기능한다. 즉, 장벽부(43)는 원료의 반송 방향의 하류측에서 반송부(42)와 인접함과 함께, 반송부(42)에 의해 보내지는 원료가 플라이트(48)의 정상부[외경부(43s)]와 실린더(21a)의 내면(21s) 사이의 간극(47)을 통과하는 것을 방해하도록 구성되어 있다.
상기한 스크루(20)에 있어서, 각 플라이트(45, 46, 48)는 서로 동일한 외경 D1을 갖는 복수의 통체(36)의 외주면(36s)으로부터 반송로(63)를 향해 돌출되어 있다. 이로 인해, 각 통체(36)의 주위 방향을 따르는 외주면(36s)은 당해 스크루(20)의 골지름을 규정한다. 스크루(20)의 골지름은 스크루(20)의 전체 길이에 걸쳐서 일정값으로 유지되어 있다.
또한, 도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 스크루 본체(20p)는 그 내부에, 축 방향으로 연장되는 복수의 통로(64)를 갖고 있다. 복수의 통로(64)는 스크루 본체(20p)의 축 방향 및 주위 방향을 따라 배열되어 있다. 도면에는 일례로서, 스크루 본체(20p)의 주위 방향을 따라 등간격으로 배치한 2개의 통로(64)를, 스크루 본체(20p)의 축 방향을 따라, 90°의 위상차를 부여하면서 배열한 구성이 도시되어 있다.
통로(64)는 스크루(20)의 회전 중심인 축선(41)으로부터 편심된 위치에 설치되어 있다. 즉, 통로(64)는 축선(41)으로부터 벗어나 있다. 이로 인해, 통로(64)는 스크루 본체(20p)의 회전에 수반하여, 축선(41)의 주위를 공전한다.
통로(64)의 형상에 대해서는, 원료가 유통 가능하면, 그 단면 형상으로서, 예를 들어 원 형상, 직사각 형상, 타원 형상 등으로 설정할 수 있다. 도면에는 일례로서, 단면이 원 형상의 구멍인 통로(64)가 도시되어 있다. 이 경우, 당해 구멍의 내경(구경)은 1㎜ 이상 또한 6㎜ 미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 당해 구멍의 내경(구경)을 1㎜ 이상 또한 5㎜ 미만으로 설정한다.
스크루 본체(20p)의 내부에 있어서, 반송부(42) 및 장벽부(43)의 통체(36)는 구멍인 통로(64)를 규정하는 통형상의 벽면(52)을 갖고 있다. 즉, 통로(64)는 중공의 공간만으로 이루어지는 구멍이다. 벽면(52)은 중공의 통로(64)를 주위 방향으로 연속해서 둘러싸고 있다. 이에 의해, 통로(64)는 원료의 유통만을 허용하는 중공의 공간으로서 구성되어 있다. 환언하면, 통로(64)의 내부에는 스크루 본체(20p)를 구성하는 다른 요소는 일절 존재하지 않는다. 이 경우, 벽면(52)은 스크루 본체(20p)가 회전했을 때에, 축선(41)을 중심으로 자전하는 일없이 축선(41)의 주위를 공전한다.
이와 같은 통로(64)에 의하면, 각 반송부(42)에 의해 반송로(63)를 반송된 원료가 당해 통로(64)를 유통할 때, 당해 원료에 대해, 넓은 개소[반송로(63)]로부터 좁은 개소[통로(64)]를 통과할 때에 발생하는 「신장 작용」을 유효하게 할 수 있다.
이하, 상기한 통로(64)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.
도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 압출기용 스크루(20)는 복수의 반송부(42)와, 복수의 장벽부(43)가, 축 방향(길이 방향)을 따라 교대로 배열한 스크루 본체(20p)의 내부에, 복수의 통로(64)가 축 방향(길이 방향)을 따라 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 이러한 스크루 구조에 의해, 원료에 전단 작용과 신장 작용을 연속해서 부여하는 기능을 갖는 스크루 본체(20p)를 구비한 스크루(20)가 실현된다.
여기서, 상기한 스크루 구조에 있어서, 1개의 장벽부(43)와, 당해 장벽부(43)의 양측에 인접하는 2개의 반송부(42)에 착안하면, 1개의 통로(64)가, 장벽부(43)의 통체(36)와, 2개의 반송부(42)의 통체(36)에 걸쳐서 설치되어 있다. 이러한 구성은 구조적으로 정리된 1개의 유닛으로서 파악할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 스크루 본체(20p)는 당해 유닛을 축 방향(길이 방향)으로 복수 배열하여 구성되어 있다. 이에 의해, 특정한 원료의 흐름을 따른 경우, 한번 지난 곳은 다시 지나지 않는 일방 통행형의 스크루 구조가 실현된다.
환언하면, 상기한 1개의 유닛은 기능적으로 정리된 1개의 모듈로서 파악할 수 있다. 1개의 모듈의 기능으로서, 예를 들어 원료에 전단 작용을 부여하는 기능, 원료에 신장 작용을 부여하는 기능, 장벽부(43)에 의해 원료의 반송을 막는 기능, 장벽부(43)에 의해 압력이 높여진 원료를 통로(64)로 유도하는 기능, 장벽부(43)의 직전에서 원료의 충만율이 100％인 원료 저류부(R)를 형성하는 기능 등이 상정된다.
또한, 상기한 스크루 구조에 있어서, 통로(64)는 입구(65), 출구(67), 입구(65)와 출구(67) 사이를 연통하는 통로 본체(66)를 갖고 있다. 입구(65) 및 출구(67)는 상기한 1개의 유닛에 있어서, 1개의 장벽부(43)의 양측으로부터 이격되어 형성되어 있다. 즉, 입구(65)는 통로 본체(66)의 일방측[스크루 본체(20p)의 기단부 근방의 부분]에 형성되어 있다. 출구(67)는 통로 본체(66)의 타방측[스크루 본체(20p)의 선단 근방의 부분]에 형성되어 있다.
구체적으로는, 당해 장벽부(43)에 대해 스크루 본체(20p)의 기단부의 측으로부터 인접한 반송부(42)에 있어서, 입구(65)는 당해 반송부(42)의 하류 단부의 부근의 외주면(36s)에 개구되어 있다. 한편, 당해 장벽부(43)에 대해 스크루 본체(20p)의 선단의 측으로부터 인접한 반송부(42)에 있어서, 출구(67)는 당해 반송부(42)의 상류단부의 부근의 외주면(36s)에 개구되어 있다.
또한, 입구(65) 및 출구(67)의 형성 위치는 당해 반송부(42)의 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있다. 도면에는 일례로서, 1개의 장벽부(43)의 양측으로부터 가장 멀어진 첫 번째 단부에, 입구(65) 및 출구(67)가 형성된 구성이 도시되어 있다.
입구(65)는 통체(36)[스크루 본체(20p)]의 외주면(36s)으로부터 직경 방향으로 파인 구멍이다. 입구(65)는, 예를 들어 드릴을 사용한 기계 가공에 의해 형성할 수 있다. 이 결과, 입구(65)의 저부(65a)는 드릴의 선단에 의해 원추 형상으로 깎인 경사면이 되어 있다. 환언하면, 원추 형상의 저부(65a)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상의 경사면이 되어 있다.
출구(67)는 통체(36)[스크루 본체(20p)]의 외주면(36s)으로부터 직경 방향으로 파인 구멍이다. 출구(67)는, 예를 들어 드릴을 사용한 기계 가공에 의해 형성할 수 있다. 이 결과, 출구(67)의 저부(67a)는 드릴의 선단에 의해 원추 형상으로 깎인 경사면이 되어 있다. 환언하면, 원추 형상의 저부(67a)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상의 경사면이 되어 있다.
통로 본체(66)는 1개의 장벽부(43)의 통체(36)로부터, 당해 장벽부(43)의 양측에 인접하는 2개의 반송부(42)의 통체(36)에 걸쳐서 형성되어 있다. 통로 본체(66)는 제1 내지 제3 부분(66a, 66b, 66c)으로 구성되어 있다.
제1 부분(66a)은 장벽부(43)에 대해 스크루 본체(20p)의 기단부의 측으로부터 인접한 반송부(42)의 통체(36)에 형성되어 있다. 제1 부분(66a)은 축선(41)을 따라 평행하게 연장되어 있다. 제1 부분(66a)의 일단부[장벽부(43)의 측]는 통체(36)의 단부면(36a)에 개구되어 있다. 제1 부분(66a)의 타단부[장벽부(43)와는 반대측]는 통체(36)의 단부벽(36b)으로 폐색되어 있다. 또한, 제1 부분(66a)의 타단부는 상기한 입구(65)에 연통하여 접속되어 있다.
제2 부분(66b)은 장벽부(43)의 통체(36)에 형성되어 있다. 제2 부분(66b)은 축선(41)을 따라 평행하게 연장되어 있다. 제2 부분(66b)의 양단부는 통체(36)의 양측의 단부면(36a)에 개구되어 있다.
제3 부분(66c)은 장벽부(43)에 대해 스크루 본체(20p)의 선단의 측으로부터 인접한 반송부(42)의 통체(36)에 형성되어 있다. 제3 부분(66c)은 축선(41)을 따라 평행하게 연장되어 있다. 제3 부분(66c)의 일단부[장벽부(43)의 측]는 통체(36)의 단부면(36a)에 개구되어 있다. 제3 부분(66c)의 타단부[장벽부(43)와는 반대측]는 통체(36)의 단부벽(36b)으로 폐색되어 있다. 또한, 제3 부분(66c)의 타단부는 상기한 출구(67)에 연통하여 접속되어 있다.
통로 본체(66)는 제1 내지 제3 부분(66a, 66b, 66c)이 형성된 3개의 통체(36)를 축 방향으로 체결하고, 그 단부면(36a)끼리를 서로 밀착시킴으로써 형성할 수 있다. 이 상태에 있어서, 통로 본체(66)는 스크루 본체(20p)의 축 방향을 따르고, 도중에 분기하지 않고, 일직선 형상으로 연속해서 연장되어 있다. 그리고, 당해 통로 본체(66)의 양측은 상기한 입구(65) 및 출구(67)에 연통하여 접속되어 있다.
이 경우, 통로 본체(66)의 구경은 입구(65) 및 출구(67)의 구경보다도 작게 설정해도 되고, 동일한 구경으로 설정해도 된다. 어떤 경우라도, 당해 통로 본체(66)의 구경에 의해 규정되는 통로 단면적은 상기한 원환형의 반송로(63)의 직경 방향을 따르는 원환 단면적보다도 훨씬 작게 설정되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 플라이트(45, 46, 48)의 적어도 일부가 형성된 각 통체(36)는 각 반송부(42, 44)나 장벽부(43)에 대응한 스크루 엘리먼트로서 파악할 수 있다.
그렇게 하면, 스크루(20)의 스크루 본체(20p)는 회전축(37)[지지부(39)]의 외주 상에 스크루 엘리먼트로서의 복수의 통체(36)를 순차 배치함으로써 구성할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 원료의 혼련 정도에 따라, 반송부(42, 44)나 장벽부(43)의 교환 및 재조합이 가능함과 함께, 교환 및 재조합 시의 작업을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 스크루 엘리먼트로서의 복수의 통체(36)를 축 방향으로 체결하고, 서로 밀착시킴으로써, 각 통로(64)의 통로 본체(66)가 형성되고, 당해 통로 본체(66)를 통해 통로(64)의 입구부(65)로부터 출구(67)까지가 일체적으로 연통된다. 이로 인해, 스크루 본체(20p)에 통로(64)를 형성하는 데 있어서는, 스크루 본체(20p)의 전체 길이에 비해 길이가 충분히 짧은 각 통체(36)의 각각에, 통로(64)를 설치하기 위한 가공을 실시하면 된다. 따라서, 통로(64)를 형성할 때의 가공 및 취급이 용이해진다.
이어서, 이와 같은 구성을 갖는 압출기용 스크루(20)에 의해 원료를 혼련하는 동작에 대해 설명한다. 이 동작 설명에서는 압출기용 스크루(20)를 반시계 방향으로 좌회전시키면서, 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 혼련물을 압출하는 경우를 상정한다. 이 경우, 압출기용 스크루(20)를 구비한 제2 압출기(3)에는 제1 압출기(2)로부터 원료가 연속적으로 공급되어 있다. 당해 원료는 제1 압출기(2)에 있어서, 복수의 재료를 예비적으로 혼련함으로써 생성된 용융 상태의 원료이다.
도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 압출기(3)에 공급된 원료는 배럴(21)의 공급구(32)(도 5 및 도 6 참조)로부터 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)에 연속적으로 공급된다. 공급된 원료는 반송부(42)의 플라이트(45)에 의해, 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 S1 방향으로 반송된다.
S1 방향으로 반송되는 동안, 원료에는 반송로(63)를 따라 선회하는 반송부(42)의 플라이트(45)와 실린더(21a)의 내면(21s) 사이의 속도차에 의해 발생하는 「전단 작용」이 부여됨과 함께, 나선 형상의 플라이트(45) 자체의 선회에 수반하는 교반 작용이 부여된다. 이에 의해, 당해 원료에 대한 나노 분산화가 촉진된다.
S1 방향으로 반송된 원료는 그 반송이 장벽부(43)에 의해 제한된다. 즉, 장벽부(43)의 플라이트(48)는 원료를, S1 방향과는 역방향으로, 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 반송시키도록 작용한다. 이 결과, 당해 원료는 장벽부(43)에 의해, 그 유동이 막힌다.
이때, 반송부(42)와 장벽부(43)의 경계에서 원료의 압력이 높아진다. 구체적으로 설명하면, 도 11에는 반송로(63) 중 스크루 본체(20p)의 반송부(42)에 대응한 개소의 원료 충만율이 그라데이션으로 표현되어 있다. 즉, 당해 반송로(63)에 있어서, 색조가 짙어질수록 원료의 충만율이 높아지고 있다. 도 11로부터 명확해진 바와 같이, 반송부(42)에 대응한 반송로(63)에 있어서, 장벽부(43)에 근접함에 따라 원료의 충만율이 높아지고 있다. 장벽부(43)의 직전에서, 원료의 충만율은 100％가 되어 있다.
이로 인해, 장벽부(43)의 직전에서, 원료의 충만율이 100％가 되는 「원료 저류부(R)」가 형성된다. 원료 저류부(R)에서는 원료의 유동이 막힌 것에 의해, 당해 원료의 압력이 상승하고 있다. 압력이 상승한 원료는 반송부(42)[통체(36)]의 외주면(36s)에 개구된 입구(65)로부터 통로 본체(66)에 연속적으로 유입되고, 당해 통로 본체(66) 내를, S1 방향과는 역방향으로, 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 S2 방향으로 역류한다.
상기한 바와 같이, 통로 본체(66)의 구경에 의해 규정되는 통로 단면적은 실린더(21a)의 직경 방향을 따르는 반송로(63)의 원환 단면적보다도 훨씬 작다. 다르게 생각하면, 통로 본체(66)의 구경에 기초하는 확대 영역은 원환 형상의 반송로(63)의 확대 영역보다도 훨씬 작다. 이로 인해, 입구(65)로부터 통로 본체(66)에 유입될 때에 원료가 급격하게 조여짐으로써, 당해 원료에 「신장 작용」이 부여된다.
또한, 통로 단면적이 원환 단면적보다도 충분히 작기 때문에, 원료 저류부(R)에 저류된 원료가 소멸하는 일은 없다. 즉, 원료 저류부(R)에 저류된 원료는 그 일부가 연속적으로 입구(65)에 유입된다. 그사이, 새로운 원료가 반송부(42)의 플라이트(45)에 의해, 장벽부(43)를 향해 송입된다. 이 결과, 원료 저류부(R)에 있어서의 장벽부(43)의 직전의 충만율은 항상 100％로 유지된다. 이때, 플라이트(45)에 의한 원료의 반송량에 다소의 변동이 발생하였다고 해도, 그 변동 상태가, 원료 저류부(R)에 잔존한 원료로 흡수된다. 이에 의해, 원료를, 연속해서 안정적으로 통로 본체(66)에 공급할 수 있다. 따라서, 당해 통로 본체(66)에 있어서, 원료에 대해 도중에 끊어지는 일없이 연속적으로 신장 작용을 부여할 수 있다.
통로 본체(66)를 통과한 원료는 출구(67)로부터 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)으로 유출된다. 스크루 본체(20p)에는 상기한 반송부(42)와 장벽부(43)가 축 방향으로 교대로 배열되어 있으므로, 상기한 바와 같은 일련의 전단ㆍ신장 동작이 반복됨으로써, 실린더(21a) 내의 원료는 전단 유동과 신장 유동이 반복된 상태에서, 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 연속적으로 반송된다. 이에 의해, 원료의 혼련 정도가 강화된다.
그리고, 토출용 반송부(44)에 형성된 출구(67)로부터는, 나노 레벨로 혼련된 혼련물이 유출된다. 유출된 혼련물은 토출용 반송부(44)의 플라이트(46)에 의해 S3 방향으로 반송된 후, 토출구(33)(도 5 및 도 6 참조)로부터 연속적으로 압출된다.
제2 압출기(3)의 토출구(33)로부터 압출된 혼련물은 제3 압출기(4)에 있어서, 당해 혼련물에 포함되는 가스 성분이 흡인ㆍ제거된 후, 기기 밖으로 토출된다. 토출된 혼련물은, 예를 들어 수조 내에 축적된 냉각수에 침지되어, 강제적으로 냉각된다. 이렇게 하여, 원하는 수지 성형품이 얻어진다.
여기서, 상기한 전단ㆍ신장 동작에 의해 원료를 혼련한 경우에 대해, 그 혼련물에 대한 고분산 확인 시험의 결과에 대해 설명한다.
시험 시에, 폴리카르보네이트 수지(PC) 및 폴리메타크릴산메틸 수지(PMMA)의 2종류의 재료(5)를 제1 압출기(2)에 공급하고, 예비적으로 혼련함으로써 용융 상태의 재료(5)를 생성하였다. 그리고, 그 용융 상태의 재료(5)를, 제2 압출기(3)의 원료로서, 제1 압출기(2)로부터 제2 압출기(3)에 연속적으로 공급하였다.
당해 시험에 있어서, 압출기용 스크루(20)를, 상기한 전단ㆍ신장 동작이 10회 반복되도록 구성한다. 그리고, 압출기용 스크루(20)의 사양을 다음과 같이 설정한다. 즉, 스크루 직경을 36㎜, 스크루 유효 길이(L/D)를 25, 스크루 회전수를 1400rpm, 원료 공급량을 1.4㎏/h, 배럴 설정 온도를 260℃로 각각 설정한다.
이러한 시험에 의하면, 목적으로 한 투명한 혼련물을 연속해서 얻을 수 있었다.
이상, 본 실시 형태의 스크루(20)에 의하면, 전단 작용 영역과, 신장 작용 영역을 축 방향으로 교대로 연속시킨 것에 의해, 원료에, 전단 작용과 신장 작용을 부여하면서, 혼련물을 연속적으로 생성할 수 있다. 이 경우, 제1 압출기(2)로부터 제2 압출기(3)에, 원료를 체류시키는 일없이, 연속적으로 공급할 수 있다. 이에 의해, 외관 상의 연속 생산이 아니라, 혼련물의 완전 연속 생산이 가능해진다.
이 결과, 제1 압출기(2)와 제2 압출기(3)의 운전 조건을 서로 관련지으면서, 각각을 최적의 운전 조건으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 압출기(2)로 수지를 예비적으로 혼련하는 경우에는, 스크루 회전수를 종래와 마찬가지로, 100rpm 내지 300rpm으로 설정할 수 있다. 이로 인해, 수지의 충분한 가열과 용융 및 예비적인 혼련이 가능해진다. 이때, 제2 압출기(3)에 있어서, 스크루(20)를 600rpm 내지 3000rpm의 고속으로 회전시킬 수 있다. 이로 인해, 수지에 대해, 전단 작용과 신장 작용을 교대로 효과적으로 부여할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 스크루(20)는 특정한 원료의 흐름을 따른 경우, 한번 지난 곳은 다시 지나지 않는 일방 통행형의 스크루 구조를 갖고 있다. 이로 인해, 스크루(20)의 구조를 정하는 단계에서, 원료에 대한 전단 작용과 신장 작용의 부여 횟수를 미리 설정할 수 있다. 이에 의해, 당해 스크루(20)를 장척화시키는 일없이, 원료에 대한 전단 작용과 신장 작용의 부여 횟수 및 부여 시간을 늘릴 수 있다. 이 결과, 목적에 따른 혼련 정도로, 원료를 혼련할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 한번 지난 곳은 다시 지나지 않는 일방 통행형의 스크루 구조이므로, 특정한 원료의 흐름에 대해, 그 전방 또는 후방에 있는 혼련 상태가 다른 원료의 흐름이 혼입되는 일은 없다. 이로 인해, 원료를 균일하게 혼련할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 스크루 본체(20p)[각 통체(36)]의 외경 D1을 일정값으로 설정, 환언하면, 스크루(20)의 골지름을, 당해 스크루(20)의 전체 길이에 걸쳐서 일정값으로 설정한 것에 의해, 복수의 스크루 엘리먼트를, 자유로운 순서 및 조합으로 유지시키는 것이 가능한 세그먼트식의 스크루(20)를 실현할 수 있다. 스크루(20)를 세그먼트화함으로써, 예를 들어 당해 스크루(20)의 사양의 변경이나 조정, 또는 보수나 메인터넌스에 대해, 그 편리성을 현격히 향상시킬 수 있다.
그리고, 스크루(20)의 골지름을, 당해 스크루(20)의 전체 길이에 걸쳐서 일정값으로 설정한 것에 의해, 원료를 반송하기 위한 반송로(63)는 스크루(20)의 전체 길이에 걸쳐서 균일한 원환형의 단면 형상이 되고, 원료에 전단 작용과 신장 작용을 교대로 부여할 때는, 순차 원활하게 부여할 수 있고, 균일한 혼련을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 통로(64)[통로 본체(66)]의 단면적을, 원료를 반송하기 위한 반송로(63)의 단면적보다도 훨씬 작게 설정한 것에 의해, 당해 통로(64)[통로 본체(66)]를 통과하는 원료에 대해, 골고루 안정적으로 또한 효율적으로 신장 작용을 부여할 수 있다.
또한, 종래의 단축 압출기의 스크루가 구비하고 있는 가소화 존을 갖는 일없이, 반송부(42)와 장벽부(43)와 통로(64)를 조합하여 배치한 스크루(20)로 하고 있으므로, 제2 압출기(3)를 용이하게 조작할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 당해 실시 형태로 한정되지 않고, 이하와 같은 변형예도, 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
[압출기용 스크루(20)의 선단으로부터 기단부를 향해 혼련물을 압출하는 구성]
이하의 설명에 있어서, 스크루 본체(20p)의 회전 방향(좌회전, 우회전)이란, 당해 스크루 본체(20p)의 기단부의 측에서 본 경우의 회전 방향(좌회전, 우회전)이다. 또한, 플라이트(60, 61, 62a, 62b)의 비틀림 방향(시계 방향, 반시계 방향)이란, 스크루 본체(20p)의 기단부의 측에서 본 경우의 당해 플라이트(60, 61, 62a, 62b)의 비틀림 방향(시계 방향, 반시계 방향)이다.
도 12에는 본 발명의 변형예에 관한 제2 압출기(3) 및 당해 제2 압출기(3)에 적용되는 본 발명의 변형예에 관한 압출기용 스크루(20)의 구성이 도시되어 있다.
본 변형예에 관한 제2 압출기(3)에 있어서, 공급구(32)는 배럴(21)의 타단부의 측에 형성되고, 토출구(33)는 배럴(21)의 일단부의 측에 형성되어 있다. 또한, 압출기용 스크루(20)에는 복수의 반송부(58a, 58b)와 복수의 장벽부(59a, 59b)가, 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 교대로 배치되어 있다.
또한, 본 변형예에 관한 압출기용 스크루(20)를 배럴(21)의 실린더(21a)에 회전 가능하게 삽입 관통시킨 상태에 있어서, 압출기용 스크루(20) 및 스크루 본체(20p)의 기단부는 토출구(33)가 형성된 배럴(21)의 일단부의 측에 위치 부여되고, 압출기용 스크루(20) 및 스크루 본체(20p)의 선단은 공급구(32)가 형성된 배럴(21)의 타단부의 측에 위치 부여된다.
이 경우, 토출구(33)에 대향시킨 토출용 반송부(58b)는 실린더(21a) 내에서 혼련된 혼련물을, 다른 반송부(58a)에 의한 반송 방향 S1과는 역방향 S3으로 반송하도록 구성되어 있다. 또한, 스크루 본체(20p)의 기단부에 배치된 기단부 장벽부(59b)는 토출용 반송부(58b)에 의한 혼련물의 반송을 제한하도록 구성되어 있다.
토출용 반송부(58b)를 제외한 다른 반송부(58a)에는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 따라 나선 형상으로 비틀어진 플라이트(60)가 설치되고, 당해 플라이트(60)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 당해 스크루 본체(20p)의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있다. 한편, 토출용 반송부(58b)에 설치된 나선 형상의 토출용 플라이트(61)는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 당해 스크루 본체(20p)의 회전 방향과 동일 방향으로 비틀어져 있다.
도 12에는 스크루 본체(20p)를 좌회전시켜 원료를 혼련하는 경우의 구성이 도시되어 있다. 이 경우, 플라이트(60)의 비틀림 방향은 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 원료를 반송하도록, 우나사와 동일하도록 시계 방향으로 설정되어 있다.
한편, 토출용 플라이트(61)의 비틀림 방향은 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 원료를 반송하도록, 좌나사와 동일하도록 반시계 방향으로 설정되어 있다. 또한, 스크루 본체(20p)를 우회전시켜 원료를 혼련하는 경우에는, 각 플라이트(60, 61)의 비틀림 방향을, 상기 좌회전의 경우와는 역방향으로 설정하면 된다.
또한, 각 장벽부(59a, 59b)에 있어서, 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 따라 주위 방향으로 연속한 장벽용 원환상체(57)(도 13 및 도 14 참조)를 설치해도 되고, 또는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 따라 나선 형상으로 비틀어진 장벽용 플라이트(62a, 62b)(도 12 참조)를 설치해도 된다.
장벽용 플라이트(62a, 62b)를 설치하는 경우에 있어서, 스크루 본체(20p)의 기단부에 배치된 기단부 장벽부(59b)에는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 당해 스크루 본체(20p)의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어진 장벽용 플라이트(62b)가 설치되어 있다. 또한, 이것 이외의 각 장벽부(59a)에는 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 당해 스크루 본체(20p)의 회전 방향과 동일 방향으로 비틀어진 장벽용 플라이트(62a)가 설치되어 있다.
여기서, 스크루 본체(20p)를 좌회전시켜 원료를 혼련하는 경우, 기단부 장벽부(59b)에 있어서의 장벽용 플라이트(62b)의 비틀림 방향은 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 우나사와 동일하도록 시계 방향으로 설정된다. 한편, 이것 이외의 다른 장벽용 플라이트(62a)의 비틀림 방향은 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향하고, 좌나사와 동일하도록 반시계 방향으로 설정된다. 또한, 스크루 본체(20p)를 우회전시켜 원료를 혼련하는 경우에는, 각 장벽용 플라이트(62a, 62b)의 비틀림 방향을, 상기 좌회전의 경우와는 역방향으로 설정하면 된다.
또한, 이것 이외의 구성[예를 들어, 통로(64)의 구성]에 대해서는, 상기한 「압출기용 스크루(20)의 기단부로부터 선단을 향해 혼련물을 압출하는 구성」에 기초하여 설정할 수 있으므로, 그 설명은 생략한다.
이어서, 이와 같은 구성을 갖는 압출기용 스크루(20)에 의해 원료를 혼련하는 동작에 대해 설명한다. 이 동작 설명에서는, 압출기용 스크루(20)를 반시계 방향으로 좌회전시키면서, 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 혼련물을 압출하는 경우를 상정한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 배럴(21)의 공급구(32)로부터 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)에 연속적으로 공급된 원료는 반송부(58a)의 플라이트(60)에 의해, 스크루 본체(20p)의 기단부로부터 선단을 향해 S1 방향으로 반송된다.
S1 방향으로 반송되는 동안, 원료에는 반송로(63)를 따라 선회하는 반송부(58a)의 플라이트(60)와 실린더(21a)의 내면(21s) 사이의 속도차에 의해 발생하는 「전단 작용」이 부여됨과 함께, 나선 형상의 플라이트(60) 자체의 선회에 수반하는 교반 작용이 부여된다. 이에 의해, 당해 원료에 대한 나노 분산화가 촉진된다.
반송로(63)를 따라 S1 방향으로 반송된 원료는 그 반송이 장벽부(59a)에 의해 제한된다. 즉, 장벽부(59a)의 플라이트(62a)는 원료를 S1 방향과는 역방향으로 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 반송시키도록, 비틀어져 있다. 이 결과, 당해 원료는 장벽부(59a)에 의해, 그 유동이 막힌다.
원료의 유동이 막힘으로써, 당해 원료에 가해지는 압력이 높여진다. 특별히 도시하지 않지만, 본 변형예도 상기한 실시 형태와 마찬가지로, 장벽부(59a)의 직전에서, 원료의 충만율이 100％가 되어 있고, 당해 원료의 압력이 상승하고 있다. 압력 상승한 원료는 입구(65)로부터 통로 본체(66)에 연속적으로 유입되고, 당해 통로 본체(66) 내를, S1 방향과는 역방향으로, 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 S2 방향으로 역류한다. S2 방향으로 역류하는 동안에, 원료에는 상기한 「신장 작용」이 부여된다.
통로 본체(66)를 통과한 원료는 출구(67)로부터 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)으로 유출된다. 스크루 본체(20p)에는 상기한 반송부(58a)와 장벽부(59a)가 축 방향으로 교대로 배열되어 있으므로, 상기한 바와 같은 일련의 전단ㆍ신장 동작이 반복됨으로써, 실린더(21a) 내의 원료는 전단 유동과 신장 유동이 반복된 상태에서, 스크루 본체(20p)의 선단으로부터 기단부를 향해 연속적으로 반송된다. 이에 의해, 원료의 혼련 정도가 강화된다.
그리고, 토출용 반송부(58b)에 형성된 출구(67)로부터는, 나노 레벨로 혼련된 혼련물이 유출된다. 유출된 혼련물은 토출용 반송부(58b)의 플라이트(61)에 의해 S3 방향으로 반송된 후, 그 반송이 기단부 장벽부(59b)에 의해 제한되면서, 토출구(33)로부터 연속적으로 압출된다.
또한, 본 변형예에 관한 제2 압출기(3) 및 압출기용 스크루(20)의 효과에 대해서는, 상기한 일 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.
[그 밖의 변형예]
상기한 일 실시 형태에서는, 통로(64)[구체적으로는, 통로 본체(66)]를 스크루 본체(20p)[통체(36)]의 내부에 구성한 경우를 상정하였지만, 이것 대신에, 스크루 본체(20p)를 구성하는 각 통체(36)의 내주면을 따라 회전축(37)의 지지부(39)를 관통시켰을 때에, 각 통체(36)와 회전축(37)의 경계 부분에 통로(64)[통로 본체(66)]가 구성되도록 해도 된다. 또한, 본 변형예의 구성으로서, 도 15 내지 도 18에는 도 7에 대응한 부분의 구성이 도시되어 있다.
도 15에 도시된 통로(64)는 통체(36)의 내주면의 일부를 축 방향을 따라 오목 형상으로 움푹 패인 벽면(52a)에 의해 구성되어 있다. 이 경우, 통체(36)의 내주면에 회전축(37)[지지부(39)]을 관통시킴으로써, 벽면(52a)과 지지부(39)의 외주면으로 둘러싸인 통로(64)를 규정할 수 있다.
도 16에 도시된 통로(64)는 회전축(37)[지지부(39)]의 외주면의 일부를 축 방향을 따라 오목 형상으로 움푹 패인 벽면(52b)에 의해 구성되어 있다. 이 경우, 통체(36)의 내주면에 회전축(37)[지지부(39)]을 관통시킴으로써, 벽면(52b)과 통체(36)의 내주면으로 둘러싸인 통로(64)를 규정할 수 있다.
도 17에 도시된 통로(64)는 키(51)의 외주면의 일부를 축 방향을 따라 오목 형상으로 움푹 패인 벽면(52c)에 의해 구성되어 있다. 이 경우, 통체(36)의 내주면에 회전축(37)[지지부(39)]을 관통시킴으로써, 벽면(52c)과 키 홈(53)의 홈 저면으로 둘러싸인 통로(64)를 규정할 수 있다.
어떤 통로(64)에 있어서도, 외부에 노출된 부분을 오목 형상으로 가공하는 것만으로, 벽면(52a, 52b, 52c)을 형성할 수 있으므로, 형성 작업을 용이하게 행할 수 있다. 이 경우, 오목 형상의 벽면(52a, 52b, 52c)의 형상으로서, 예를 들어 반원 형상, 삼각 형상, 타원 형상, 직사각 형상 등 각종 형상을 적용할 수 있다.
또한, 상기한 일 실시 형태에서는 스크루 본체(20p)를, 복수의 통체(36)와 회전축(37)에 의해 구성하였지만, 이것 대신에, 도 18에 도시한 바와 같이, 곧은 1개의 축형상 부재(20t)에 의해 스크루 본체(20p)를 구성해도 된다. 이 경우, 당해 단단한 스크루 본체(20p)의 외주면에 상기한 반송부나 장벽부가 설치됨과 함께, 당해 스크루 본체(20p)의 내부에 상기한 통로(64)가 설치된다. 또한, 도면에는 일례로서, 축선(41)에 대해 편심된 위치에 설치되고, 통형상의 벽면(52d)에 의해 규정된 한 쌍의 통로(64)가 도시되어 있지만, 이에 의해 각 통로(64)의 배치가 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기한 일 실시 형태에서는 양단부가 완전히 폐색된 통로(64)를 상정하였지만, 이것 대신에, 양단부가 개방 가능한 통로(64)를 적용해도 된다. 이러한 통로(64)는 다음과 같은 형성 방법을 적용할 수 있다. 즉, 스크루 본체(20p)를 축 방향으로 관통시킨 통로 구성부를 미리 형성한다. 이어서, 이러한 일련의 통로 구성부를 따라, 복수의 폐색체를 서로 간격을 두고 발출 가능하게 삽입한다. 이에 의해, 인접하는 폐색체에 의해 양단부가 개방 가능한 통로 구성부가 형성된다. 그리고, 통로 구성부의 양측을 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)에 개구시킴으로써, 본 변형예에 관한 통로(64)를 형성할 수 있다.
상기한 일 실시 형태에서는 제2 압출기(3)로서, 1개의 압출기용 스크루(20)를 탑재한 단축 압출기를 상정하였지만, 이것 대신에, 제2 압출기(3)를, 2개의 압출기용 스크루(20)를 탑재한 2축 압출기로서 구성해도 된다.
그런데, 상기한 일 실시 형태에 있어서, 도 5, 도 6, 도 9에는 통로 본체(66)의 양측이, 입구(65) 및 출구(67)의 저부(65a, 67a)로부터 벗어난 위치에서, 당해 입구(65) 및 출구(67)에 접속된 통로(64)가 도시되어 있다. 그러나, 통로 본체(66)와, 입구(65) 및 출구(67)의 접속 관계는 상기한 일 실시 형태로 한정되는 일은 없고, 이하와 같은 접속 관계도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
도 19 내지 도 24에는 일례로서, 통로 본체(66)의 양측이, 입구(65) 및 출구(67)의 저부(65a, 67a)에 접속된 통로(64)가 도시되어 있다. 구체적으로는, 통로 본체(66)의 일방측, 즉, 상기한 제1 부분(66a)의 타단부가 입구(65)의 저부(65a)에 접속되어 있다. 또한, 통로 본체(66)의 타방측, 즉, 상기한 제3 부분(66c)의 타단부가 출구(67)의 저부(67a)에 접속되어 있다.
도 19의 (A), (B) 및 도 20의 (A), (B)에는 제1 변형예에 관한 통로(64)가 도시되어 있다. 당해 통로(64)에 있어서, 입구(65)의 저부(65a)에는 통로 본체(66)의 일방측[제1 부분(66a)의 타단부]의 단부면이 접속되어 있다. 저부(65a)에는 통로 본체(66)[제1 부분(66a)]에 연통한 1개의 개구(65b)가 형성되어 있다. 한편, 출구(67)의 저부(67a)에는 통로 본체(66)의 타방측[제3 부분(66c)의 타단부]의 단부면이 접속되어 있다. 저부(67a)에는 통로 본체(66)[제3 부분(66c)]에 연통한 1개의 개구(67a)가 형성되어 있다.
입구(65)의 1개의 개구(65b)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상이 된 저부(65a)에 대향한 영역에 형성되어 있다. 한편, 출구(67)의 1개의 개구(67b)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상이 된 저부(67a)에 대향한 영역에 형성되어 있다.
이 경우, 입구(65)에 유입된 원료는 저부(65a)의 경사를 따라 개구(65b)를 향해 안내된다. 이 결과, 원료는 당해 입구(65) 내에서 체류하는 일없이, 그 전체가 연속해서 원활하게 통로 본체(66)에 유입된다. 통로 본체(66)를 통과한 원료는, 계속해서, 출구(67)에 유입된다. 출구(67)에 유입된 원료는 저부(67a)의 경사를 따라 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 안내된다. 이 결과, 원료는 당해 출구(67) 내에서 체류하는 일없이, 그 전체가 연속해서 원활하게 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)에 유출된다.
이에 의해, 통로(64) 내에서 원료가 국소적으로 체류하는 것을 회피하면서, 당해 통로(64)를 통과하는 원료에 대해, 빠짐없이 또한 골고루 연속적으로 신장 작용을 부여할 수 있다.
도 21의 (A), (B) 및 도 22의 (A), (B)에는 제2 변형예에 관한 통로(64)가 도시되어 있다. 당해 통로(64)에 있어서, 입구(65)의 저부(65a)에는 통로 본체(66)의 일방측[제1 부분(66a)의 타단부]의 단부면(66s) 근방의 부분, 즉, 단부면(66s)의 앞의 부분이 접속되어 있다. 저부(65a)에는 통로 본체(66)[제1 부분(66a)]에 연통한 2개의 개구(65b)가 형성되어 있다. 한편, 출구(67)의 저부(67a)에는 통로 본체(66)의 타방측[제3 부분(66c)의 타단부]의 단부면(66s) 근방의 부분, 즉, 단부면(66s)의 앞의 부분이 접속되어 있다. 저부(67a)에는 통로 본체(66)[제3 부분(66c)]에 연통한 2개의 개구(67a)가 형성되어 있다.
입구(65)의 2개의 개구(65b)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상이 된 저부(65a)에 대향한 영역에 형성되어 있다. 한편, 출구(67)의 2개의 개구(67b)는 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)을 향해 끝으로 갈수록 넓어지는 형상이 된 저부(67a)에 대향한 영역에 형성되어 있다. 또한, 제2 변형예에 관한 통로(64)의 작용 및 효과는 상기한 제1 변형예에 관한 통로(64)와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.
상기한 일 실시 형태 및 변형예에 있어서, 입구(65) 및 출구(67)의 개구 방향은 축선(41)에 직교하는 방향을 상정하고 있지만, 이에 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 도 23의 (A), (B) 및 도 24의 (A), (B)에 도시한 바와 같이, 입구(65) 및 출구(67)의 개구 방향을, 축선(41)을 교차하는 방향(점선으로 나타내는 방향)으로 설정해도 된다. 이 경우, 통로 본체의 양측으로부터 복수 방향으로 개구하고, 이에 의해, 복수의 입구(65, 65-1) 및 복수의 출구(67, 67-1)를 형성하도록 해도 된다.
또한, 입구(65)에 대해서는, 이를 스크루 본체(20p)의 외주면(36s)보다도 움푹하게 하여 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 원료를 입구(65)에 더 유입되기 쉽게 할 수 있다.
20 : 압출기용 스크루
20p : 스크루 본체
36 : 통체
37 : 회전축
38 : 연결부
39 : 지지부
40 : 스토퍼부
41 : 축선
42 : 반송부
43 : 장벽부
44 : 토출용 반송부
45 : 플라이트
46 : 플라이트
47 : 간극
48 : 장벽용 플라이트
64 : 통로
65 : 입구
66 : 통로 본체
67 : 출구

Claims (12)

  1. 원료를 혼련하면서 반송하는 압출기용 스크루이며,
    원료의 반송 방향을 따른 직선 형상의 축선을 갖고, 당해 축선을 중심으로 회전하는 스크루 본체와,
    상기 스크루 본체의 축 방향을 따라 서로 간격을 두고 설치되어, 상기 스크루 본체의 회전에 수반하여 원료를, 상기 스크루 본체의 주위 방향에 걸치는 외주면을 따라 축 방향으로 반송하는 복수의 반송부와,
    상기 스크루 본체에 설치되어, 상기 반송부와 인접한 위치에서 원료의 반송을 제한하는 복수의 장벽부와,
    상기 스크루 본체의 내부에 설치되어, 입구 및 출구를 갖는 복수의 통로를 구비하고,
    상기 입구는 상기 장벽부에 의해 반송이 제한됨으로써 압력이 높여진 원료가 유입되도록, 상기 반송부에 있어서의 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되고,
    상기 각 통로는 상기 입구로부터 유입된 원료가, 상기 출구를 향하고, 상기 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통함과 함께,
    상기 출구는 상기 입구가 개구된 상기 반송부를 벗어난 위치에서, 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되어 있는, 압출기용 스크루.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 통로의 구경은 당해 각 통로에 있어서의 상기 입구의 구경과 동일, 또는 작게 설정되어 있는, 압출기용 스크루.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 통로의 구경은 1㎜ 이상 또한 6㎜ 미만으로 설정되어 있는, 압출기용 스크루.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크루 본체는 회전 장치에 연결되는 기단부로부터 선단에 걸쳐 축 방향을 따라 연장되어 있고,
    상기 반송부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 나선 형상으로 비틀어진 플라이트가 설치되고,
    상기 플라이트는 상기 스크루 본체의 기단부로부터 선단을 향하고, 상기 기단부의 측에서 본 경우의 당해 스크루 본체의 회전 방향과 동일 방향으로 비틀어져 있는, 압출기용 스크루.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크루 본체는 회전 장치에 연결되는 기단부로부터 선단에 걸쳐 축 방향을 따라 연장되어 있고,
    상기 반송부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 나선 형상으로 비틀어진 플라이트가 설치되고,
    상기 플라이트는 상기 스크루 본체의 기단부로부터 선단을 향하고, 상기 기단부의 측에서 본 경우의 당해 스크루 본체의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있는, 압출기용 스크루.
  6. 제4항에 있어서, 상기 각 장벽부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 주위 방향으로 연속한 장벽용 원환상체가 설치되고,
    상기 장벽용 원환상체는 축선을 중심으로 주위 방향을 따라 동심원 형상으로 연속한 원통면을 갖고 구성되어 있는, 압출기용 스크루.
  7. 제4항에 있어서, 상기 각 장벽부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 나선 형상으로 비틀어진 장벽용 플라이트가 설치되고,
    상기 장벽용 플라이트는 상기 스크루 본체의 기단부로부터 선단을 향하고, 상기 기단부의 측에서 본 경우의 당해 스크루 본체의 회전 방향과는 역방향으로 비틀어져 있는, 압출기용 스크루.
  8. 제5항에 있어서, 상기 각 장벽부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 주위 방향으로 연속한 장벽용 원환상체가 설치되고,
    상기 장벽용 원환상체는 축선을 중심으로 주위 방향을 따라 동심원 형상으로 연속한 원통면을 갖고 구성되어 있는, 압출기용 스크루.
  9. 제5항에 있어서, 상기 각 장벽부에는 상기 스크루 본체의 외주면을 따라 나선 형상으로 비틀어진 장벽용 플라이트가 설치되고,
    상기 장벽용 플라이트는 상기 스크루 본체의 기단부로부터 선단을 향하고, 상기 기단부의 측에서 본 경우의 당해 스크루 본체의 회전 방향과 동일 방향으로 비틀어져 있는, 압출기용 스크루.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 압출기용 스크루를 구비하고, 당해 스크루로 원료를 혼련하고, 그 혼련물을 연속적으로 생성하여 압출하는 압출기이며,
    상기 스크루가 회전 가능하게 삽입 관통된 실린더를 갖는 배럴과,
    상기 배럴에 설치되어, 상기 실린더 내에 원료를 공급하는 공급구와,
    상기 배럴에 설치되어, 혼련물이 압출되는 토출구를 구비하고 있는, 압출기.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 압출기용 스크루로 원료를 혼련하고, 그 혼련물을 연속적으로 생성하여 압출하는 압출 방법이며,
    원료를 상기 스크루 본체의 상기 반송부에 의해 축 방향으로 반송하고,
    상기 스크루 본체의 상기 장벽부에 의해 원료의 반송을 제한함으로써, 원료에 가해지는 압력을 높이고,
    상기 압력이 높여진 원료가, 상기 스크루 본체의 내부에 설치된 상기 통로에 유입됨과 함께, 당해 통로 내를 상기 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통하고,
    상기 통로를 통과한 원료를, 상기 입구가 개구된 상기 반송부를 벗어난 위치에서, 상기 스크루 본체의 외주면에 귀환시키는, 압출 방법.
  12. 원료를 혼련하면서 반송하는 압출기용 스크루이며,
    원료의 반송 방향을 따른 직선 형상의 축선을 갖고, 당해 축선을 중심으로 회전하는 스크루 본체를 갖고,
    상기 스크루 본체에는 원료를 반송하는 반송부와, 원료의 반송을 제한하는 장벽부와, 원료가 유통하는 통로가, 복수의 개소에 걸쳐서 설치되고,
    그 중 적어도 1개의 개소에 있어서,
    상기 통로는 상기 스크루 본체의 내부에 설치되어, 입구 및 출구를 갖고,
    상기 입구는 상기 장벽부에 의해 반송이 제한됨으로써 압력이 높여진 원료가 유입되도록, 상기 반송부에 있어서의 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되고,
    상기 통로는 상기 입구로부터 유입된 원료가, 상기 출구를 향하고, 상기 반송부에 의한 반송 방향과는 역방향으로 유통하도록 구성되어 있음과 함께,
    상기 출구는 상기 입구가 개구된 상기 반송부를 벗어난 위치에서, 상기 스크루 본체의 외주면에 개구되어 있는, 압출기용 스크루.
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