(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対で共回転し対で完全に自己でぬぐうスクリュを備えた多軸押出機のためのスクリュエレメントであって、
１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が０以上、および２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、
１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が４よりも多く、
１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、いずれの場合もフランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、ちょうど２つのスクリュ輪郭ゾーンからなり、
ここで、先端ゾーンは、外側のスクリュ半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンであり、
先端角度は、スクリュ輪郭の回転点に対する先端ゾーンの始点と終点との間の角度であり、
フランクゾーンは、外側のスクリュ半径よりも小さくコア半径よりも大きなスクリュ輪郭のゾーンであり、
フランク角度は、スクリュ輪郭の回転点に対するフランクゾーンの始点と終点との間の角度であり、
溝付ゾーンは、コア半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンであり、
溝角度が、スクリュ輪郭の回転点に対する溝付ゾーンの始点と終点との間の角度であることを特徴とする、スクリュエレメント。
【請求項２】
１つ以上の先端ゾーンが先端角度０を有することを特徴とする、請求項１に記載のスクリュエレメント。
【請求項３】
請求項１に記載のスクリュエレメントを使用して二軸押出機または多軸押出機でプラスチック配合物を押し出すための方法であって、
１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が０以上、および２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、
１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が４よりも多く、
１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、いずれの場合もフランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、ちょうど２つのスクリュ輪郭ゾーンからなり、
ここで、先端ゾーンは、外側のスクリュ半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンであり、
先端角度は、スクリュ輪郭の回転点に対する先端ゾーンの始点と終点との間の角度であり、
フランクゾーンは、外側のスクリュ半径よりも小さくコア半径よりも大きなスクリュ輪郭のゾーンであり、
フランク角度は、スクリュ輪郭の回転点に対するフランクゾーンの始点と終点との間の角度であり、
溝付ゾーンは、コア半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンであり、
溝角度が、スクリュ輪郭の回転点に対する溝付ゾーンの始点と終点との間の角度であることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対で共回転し対で完全に自己でぬぐうスクリュ輪郭を有する多軸押出機のための新規のスクリュエレメント、多軸押出機でのスクリュエレメントの使用、およびプラスチック配合物を押し出すための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータが完全に自己でぬぐう共回転二軸押出機、または場合により共回転多軸押出機が長い間知られてきた。このようなスクリュ押出機の包括的概観が以下の出版物［１］＝Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ  ｇｌｅｉｃｈｌａｕｆｉｇｅ  Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（Ｔｈｅ  ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ  ｅｘｔｒｕｄｅｒ）、Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、Ｍｕｎｉｃｈ、２００７で得られる。
【０００３】
完全に自己でぬぐう輪郭の原理に基づく押出機が、重合体生成および重合体処理で多くの異なる使い方をされてきた。このことは主に、重合体溶融物が表面に付着し、通常の処理温度で時間をかけて分解するという事実の結果であり、このことは、完全に自己でぬぐうスクリュの自己洗浄作用により防止される。完全に自己でぬぐうスクリュ輪郭を作り出すための規則が、例えば刊行物［１］の９６から１０９ページに示されている。［１］には、二軸押出機の第１のスクリュの所定のスクリュ輪郭が、どのようにして二軸押出機の第２のスクリュのスクリュ輪郭を決定するかについても記述されている。従って、二軸押出機の第１のスクリュのスクリュ輪郭は、生成するスクリュ輪郭（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｓｃｒｅｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）として知られている。二軸押出機の第２のスクリュのスクリュ輪郭は、二軸押出機の第１のスクリュのスクリュ輪郭から生じ、従って、生成されるスクリュ輪郭（ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｓｃｒｅｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）として知られている。多軸押出機の場合、隣接するスクリュが常に、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭を使って交互に配列される。
【０００４】
現代の二軸押出機にはビルディングブロック方式があり、ビルディングブロック方式では、様々なスクリュエレメントがコアシャフト上に搭載されてもよい。この方法では、当業者が当面の特定の仕事に二軸押出機を採用することがある。１対のスクリュエレメントが、生成するスクリュ輪郭を有する１つのスクリュエレメント、および生成されるスクリュ輪郭を有する１つのスクリュエレメントからなる。
【０００５】
例えば［１］の９６から１０９ページで得られるように、この主要な発明者にちなんで命名された公知のＥｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭が、３つの変数、即ち、ねじ山（ｆｌｉｇｈｔ）の数ｚ、外側のスクリュ半径ｒａ、および中心線距離ａを明確に提示することによりはっきりと規定される。ねじ山の数ｚは１以上の整数である。スクリュ輪郭の別の重要な特性パラメータがコア半径ｒｉである。スクリュ輪郭の別の重要な特性パラメータがねじ山の高さｈである。
【０００６】
外側のスクリュ半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンが、先端ゾーンとして知られている。スクリュ輪郭の回転点に対する、先端ゾーンの始点と終点の間の角度が、先端角度として知られている。外側のスクリュ半径に１点だけで接触する先端ゾーンが先端角度０を有し、始点および終点が１点で一致する。コア半径に等しいスクリュ輪郭のゾーンが溝付ゾーンとして知られている。スクリュ輪郭の回転点に対する、溝付ゾーンの始点と終点の間の角度が溝角度として知られている。コア半径に１点だけで接触する溝付ゾーンが溝角度０を有し、始点および終点がこの場合も同じである。外側のスクリュ半径よりも小さくコア半径よりも大きなスクリュ輪郭のゾーンが、フランクゾーンとして知られている。従って、スクリュ輪郭の回転点に対する、フランクゾーンの始点と終点の間の角度が、フランク角度として知られている。２つのバレル内径が互いに貫通し合う多軸押出機のゾーンが、かみ合うゾーンとして知られている。２つのバレル内径が交差する２つの点がバレルかみ合いとして知られている。
【０００７】
ｚのねじ山を有するＥｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度δ＿ｋｗが、δ＿ｋｗ＝π／ｚ−２＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）と計算され、π（π≒３．１４１５９）は円周率である［１］。従って、Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対の２−ねじ山スクリュエレメントの先端角度の総計は、２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）に等しい。
【０００８】
さらに［１］は、二軸押出機および多軸押出機の構造、機能、および動作を詳細に説明している。１つの章全体（２２７から２４８ページ）が、スクリュエレメント、およびスクリュエレメントの動作のモードに充てられている。この章では、運搬エレメント、混練エレメント、および混合エレメントの構造および機能が詳細に説明されている。異なるねじ山の数を有するスクリュエレメント間の遷移を可能にするために、しばしばワッシャがスペーサとして使用される。特別な事例では、異なるねじ山の数を有する２つのスクリュエレメント間の連続的遷移を可能にする「遷移エレメント」が使用され、１対の自己洗浄性スクリュ輪郭が遷移のそれぞれの点で提供される。
【０００９】
プラスチック配合物が変形可能な組成を意味すると理解される。プラスチック配合物の例が、特に熱可塑性物質およびエラストマーからなる重合体溶融物、重合体溶融物の混合物、もしくは固体、液体、またはガスを有する重合体溶融物の分散である。
【００１０】
プラスチック配合物の押出が、具体的には、重合体の生成、コンパウンディング、および処理で主要な役割を果たす。押出は、［１］で包括的に説明されているように、共回転する二軸押出機または多軸押出機での物質、または物質の混合物の処置を意味すると理解される。
【００１１】
重合体生成中、例えば重合体からガスを抜くために押出が行われる（例えば［１］、１９１から２１２ページを参照のこと）。
【００１２】
重合体のコンパウンディング中、例えば添加物を混合するため、もしくは例えば化学組成、分子量、または分子構成が異なる様々な重合体を混合するために押出が行われる（例えば［１］、５９から９３ページを参照のこと）。コンパウンディングは、従来の方法で溶かされるプラスチックの原料、ならびに追加および混合する充填剤、ならびに／または補強剤、可塑剤、結合剤、スリップ剤、安定剤、着色剤などを使用して、重合体を完成したプラスチック成形材料（または化合物）に転換することを伴う。コンパウンディングはまたしばしば、例えば空気および水などの揮発物の除去を含む。コンパウンディングはまた、例えばグラフト化、官能基の修飾、または分子量を自由に増減することによる分子量修正などの化学反応を伴うことがある。
【００１３】
重合体処理中、重合体は半製品、すぐ利用できる製品、または成分の形に転換されることが好ましい。処理は、例えば射出成形、押出、フィルムブローイング、カレンダリング、またはスピニングにより続行することがある。処理はまた、重合体を充填剤、および補助物質、および添加物と混合することだけでなく、例えば加硫などの化学修飾も伴うことがある。
【００１４】
押出中のプラスチック配合物の処置は、１つ以上の工程、即ち、運搬、溶融、分散、混合、脱ガス、および圧力増大を伴う。
【００１５】
一般に公知であり、例えば［１］の１６９から１９０ページで説明されているように、混合は分配混合および分散混合に区別されてもよい。分配混合は、所与の容積内での様々な組成の一様な分配を意味すると理解される。分配混合は、例えば同様な重合体が混合されるときに行われる。分散混合では、固体粒子、流体小滴、または気泡がまずさらに分けられるときに行われる。さらに分けることは、例えば重合体溶融物と添加物の間の界面での表面張力に打ち勝つためにかなり大きな剪断力を適用することを伴う。混合は常に、分配混合および／または分散混合を意味すると以下で理解される。
【００１６】
溶融物運搬および圧力増大が刊行物［１］の７３ページ以下参照で説明されている。押出機スクリュ内の溶融物運搬ゾーンが、一方の処理ゾーンから次の処理ゾーンまで生成物を運び、充填剤内に引き寄せるのに役立つ。溶融物運搬ゾーンは、例えば一方の処理ゾーンから次の処理ゾーンへ生成物を運ぶ間、脱ガス中、および保持ゾーン内など、一般に部分的に満たされている。運搬に必要とされるエネルギが損失され、重合体溶融物の温度の上昇により不利に出現する。従って、運搬ゾーンで使用されるスクリュエレメントは、可能な最小のエネルギを損失するスクリュエレメントであるべきである。１×内部の押出機直径Ｄのピッチを有するねじ山エレメント（ｔｈｒｅａｄ  ｅｌｅｍｅｎｔ）が簡単な溶融物運搬のために好都合である［１］。
【００１７】
例えば後ろ向きの運搬エレメント、混合エレメント、後ろ向きの運搬ブロック、または中立の混練ブロックなどの押出機内部の圧力消費者の上流、ならびに例えばダイプレート、押出ダイ、および溶融物フィルタなどの押出機外部の圧力消費者の上流では、押出機内部に逆圧ゾーンが形成され、そこでは、運搬が完全に十分な状態で行われ圧力消費者に打ち勝つための圧力が増やされなければならない。溶融物を出力するのに必要とされる圧力が生成される押出機の圧力増大ゾーンは、計量ゾーンとして知られている。重合体溶融物に導入されるエネルギは、圧力増大のためおよび溶融物運搬のための有効動力、ならびに溶融物の温度の増加により不利に出現する損失動力に分割される。圧力増大ゾーンでは、溶融物の強い逆流がスクリュの先端の端から端まで発生するので、その結果、入力エネルギが増大することになる［１］。従って、圧力増大ゾーンで使用されるスクリュエレメントは、可能な最小のエネルギを損失するスクリュエレメントであるべきである。
【００１８】
スクリュの先端の領域では、特に大きな量のエネルギが溶融物内で損失され、このことが生成物内の局所的な激しい加熱につながることが当業者に公知である。このことが、公知のＥｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する２−ねじ山運搬エレメントについて、例えば［１］の１６０ページ以下参照で説明されている。この局所的加熱は、例えば、臭気、色、化学組成、または分子量の変化、もしくはゲル粒子または斑点などの、生成物中の不均一性の形成の変化などの、生成物への損害をもたらすことがある。具体的には、先端の大きな角度が、この点で有害である。さらに、多くの工程で、高いエネルギ入力も、二軸押出機の可能な処理量を制限し、従って二軸押出機の経済的実行可能性を制限する。
【００１９】
さらに、公知のＥｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する２−ねじ山運搬エレメントの圧力増大中の効率がおよそ１０％であることは当業者には知られている（［１］、１２９から１４６ページ）。溶融物密度１，０００ｋｇ／ｍ３、および溶融物の熱容量２，０００Ｊ／ｋｇ／Ｋでの５０バールの圧力上昇が、２５Ｋの温度上昇で前記効率１０％をもたらす（［１］、１２０ページ）。この加熱が、例えば臭気、色、化学組成、または分子量の変化、もしくはゲル粒子または斑点などの生成物中の不均一性の形成の変化などの生成物への損害をもたらすことがある。
【００２０】
ポリエチレンおよびポリエチレン共重合体を押し出すとき、過度に高い温度が分子量の増大、分岐、および架橋結合をもたらす。ポリエチレンおよびポリエチレン共重合体はさらに当業者に公知の（［２］Ｈｅｐｐｅｒｌｅ、Ｊ．：Ｓｃｈａｄｉｇｕｎｇｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｅｎ  ｂｅｉ  Ｐｏｌｙｍｅｒｅｎ（Ｄａｍａｇｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｉｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、Ｐｏｌｙｍｅｒａｕｆｂｅｒｅｉｔｕｎｇ  ２００２、ＶＤＩ−Ｋ、ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ、［３］Ｚｗｅｉｆｅｌ、Ｈ．：Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、１９９７、［４］Ｓｃｈｗａｒｚｅｎｂａｃｈ、Ｋ．ｅｔ  ａｌ．：Ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｓ、ｉｎ  Ｚｗｅｉｆｅｌ、Ｈ．（ｅｄ．）：Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｈａｎｓｅｒ、Ｍｕｎｉｃｈ、２００１、［５］Ｃｈｅｎｇ、Ｈ．Ｎ．、Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ、Ｆ．Ｃ．、Ｂｏｖｅｙ、Ｆ．Ａ．：１３Ｃ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ９（１９７６）ｐ．３６３−３６５）自動酸化サイクルで大気中の酸素と反応して、例えばケトン、アルデヒド、カルボキシル酸、ヒドロペルオキシド、エステル、ラクトン、およびアルコールなどのにおいの強い、従って、混乱を伴う低分子量成分を形成する。
【００２１】
ポリエチレンおよび酢酸ビニルに基づく重合体を押し出すとき、過度に高い温度がにおいの強い腐食性の酢酸の形成をさらにもたらす。
【００２２】
ポリプロピレンおよびポリプロピレン共重合体を押し出すとき、過度に高い温度が、分子量減損をもたらす。ポリプロピレンおよびポリプロピレン共重合体はさらに自動酸化サイクルで大気中の酸素と反応して、例えばケトン、アルデヒド、カルボキシル酸、ヒドロペルオキシド、エステル、ラクトン、およびアルコールなどのにおいの強い、従って混乱を伴う低分子量成分を形成する。
【００２３】
ポリ塩化ビニルを押し出すとき、過度に高い温度が、生成物の変色、および腐食性でガス状の塩酸の除去をもたらし、この場合、今度は、塩酸が塩酸のさらなる除去に触媒作用を及ぼす。
【００２４】
ポリスチレンを押し出すとき、過度に高い温度が有害なスチレンの形成だけでなく、二量体スチレンおよび三量体スチレンの形成ももたらし、分子量が減損し、対応する機械的特性が低下する。
【００２５】
ポリスチレン−アクリロニトリル共重合体（ＳＡＮ）を押し出すとき、生成物が熱応力に曝されるときに黄ばんだ色に変化し、その結果、透明度が低下し、発癌性単量体アクリロニトリルだけでなくスチレンも形成し、分子量が減損し、機械的特性が低下する。
【００２６】
芳香族ポリカーボネートを押し出すとき、生成物が、具体的には酸素の作用により、過度な熱応力に曝されたときに黄ばんだ色に変化し、その結果、透明度が低下し、具体的には水の作用により、分子量減損を示す。例えばビスフェノールＡなどの単量体も高まった温度に曝されるときに解離させられる。
【００２７】
例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、およびポリトリメチレンテレフタレートなどの重合体を押し出すとき、過度な温度、および水の作用が、分子量の低下、および分子内の末端基の変位をもたらす。このことは、特にポリエチレンテレフタレートを再利用するときに問題となる。ポリエチレンテレフタレートは、上昇した温度でアセトアルデヒドを除去し、このことが、例えば飲料用ビンの内容物の香りに変化をもたらすことがある。
【００２８】
ジエン系ゴムで、具体的にはブタジエンゴムで耐衝撃性改質の熱可塑性物質を、具体的には耐衝撃性改質のグレードのポリスチレン（ＨＩＰＳ）および耐衝撃性改質のＳＡＮ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ＡＢＳ）を押し出すとき、過度な温度が発癌性ブタジエンおよび有毒なビニルシクロヘキセンの除去をもたらす。さらに、ジエン系ゴムが架橋結合し、その結果、生成物の機械的特性が低下する。
【００２９】
ポリオキシメチレンを押し出すとき、過度な温度が有毒なホルムアルデヒドの除去をもたらす。
【００３０】
ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド４，６、ポリアミド１１、およびポリアミド１２などのポリアミドを押し出すとき、過度に高い温度が生成物の変色および分子量低減、ならびに単量体および二量体の再構成をもたらすので、その結果、特に水の存在下で機械的特性の低下となる。
【００３１】
熱可塑性ポリウレタンを押し出すとき、過度に高い温度が、トランスウレタン化による分子構造の変化、および水の存在下での分子量低減をもたらす。これらの両方が、熱可塑性ポリウレタンの特性に好ましくない影響を及ぼす。
【００３２】
ポリメタクリル酸メチルを押し出すとき、メタクリル酸メチルが除去され、過度な熱応力に曝されたときに分子量が減損し、その結果、悪臭公害および機械的特性低下をもたらす。
【００３３】
ポリフェニレンスルファイドを押し出すとき、過度に高い温度が、硫黄含有有機化合物および硫黄含有無機化合物の除去をもたらし、このことが悪臭公害をもたらし、押出ダイの腐食につながることがある。低分子量のオリゴマおよび単量体も形成され、分子量が減損するので、ポリフェニレンスルファイドの機械的特性が低下する。
【００３４】
ポリフェニルスルホンを押し出すとき、過度に高い温度が、特に水の存在下で有機化合物の除去をもたらす。分子量も低下し、機械的特性の低下をもたらす。
【００３５】
ポリフェニレンエーテルを押し出すとき、過度に高い温度が低分子量有機化合物の除去をもたらし、この場合、分子量が低下する。このことが生成物の機械的特性の低下をもたらす。
【００３６】
例えばポリブタジエン（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）および合成ポリイソプレン（ＩＲ）などのジエン系ゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロブチルゴム（ＣＩＩＲ）、ブロモブチルゴム（ＢＩＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリクロロプレン（ＣＲ）、ブタジエン−アクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、部分的に水素化されたブタジエン−アクリロニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ならびにエチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）を押し出すとき、過度に高い温度が架橋結合によるゲル形成をもたらし、このことが、ゲル形成から生成される成分の機械的特性の低下につながる。クロロゴムおよびブロモブチルゴムの場合、上昇した温度が、腐食性でガス状の塩酸および臭化水素酸の除去をもたらすことがあり、このことが、今度は、重合体のさらなる分解に触媒作用を及ぼす。
【００３７】
例えば硫黄または過酸化物などの加硫剤を含むゴム化合物を押し出すとき、過度に高い温度が時期尚早な加硫をもたらす。この結果、これらのゴム化合物からどんな生成物を作り出すことも、もはや不可能になる。
【００３８】
過度に高い温度で１つ以上の重合体の混合物を押し出すとき、個々の重合体を押し出す欠点がその都度出現する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３９】
【非特許文献１】Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ  ｇｌｅｉｃｈｌａｕｆｉｇｅ  Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（Ｔｈｅ  ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ  ｅｘｔｒｕｄｅｒ）、Ｈａｎｓｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ、Ｍｕｎｉｃｈ、２００７
【非特許文献２】Ｈｅｐｐｅｒｌｅ、Ｊ．：Ｓｃｈａｄｉｇｕｎｇｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｅｎ  ｂｅｉ  Ｐｏｌｙｍｅｒｅｎ（Ｄａｍａｇｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｉｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）、Ｐｏｌｙｍｅｒａｕｆｂｅｒｅｉｔｕｎｇ  ２００２、ＶＤＩ−Ｋ、ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ
【非特許文献３】Ｚｗｅｉｆｅｌ、Ｈ．：Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、Ｂｅｒｌｉｎ、１９９７
【非特許文献４】Ｓｃｈｗａｒｚｅｎｂａｃｈ、Ｋ．ｅｔ  ａｌ．：Ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｓ、ｉｎ  Ｚｗｅｉｆｅｌ、Ｈ．（ｅｄ．）：Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｈａｎｓｅｒ、Ｍｕｎｉｃｈ、２００１
【非特許文献５】Ｃｈｅｎｇ、Ｈ．Ｎ．、Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ、Ｆ．Ｃ．、Ｂｏｖｅｙ、Ｆ．Ａ．：１３Ｃ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ９（１９７６）ｐ．３６３−３６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
従って、従来技術に基づき、圧力増大中に可能な最高効率を、および熱応力への生成物の可能な限り最低の曝露を同時に示す、多軸押出機のためのスクリュエレメントを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
意外なことに、従来技術と比べて減少した先端角度を示し、圧力増大中に可能な最高効率を、および熱応力への生成物の可能な限り最低の曝露を同時にもたらす新規なスクリュエレメントが見出された。
【００４２】
従って、本発明は、
１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が０以上、および２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、
１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が４よりも多く、
１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが２つのスクリュ輪郭ゾーンを含み、２つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、２つのスクリュ輪郭ゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計が、いずれの場合もπ／２よりも大きいことを特徴とする、多軸押出機のためのスクリュエレメントを提供する。
【００４３】
従って、上記で既に説明されたように、Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対の２−ねじ山スクリュエレメントの先端角度の総計が、２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）に等しい。本発明によるスクリュエレメントは、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントと比べて長さが減少したゾーンを含み、Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭のゾーンは外側のスクリュ半径に対応し、Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭では、特に大量のエネルギが押出物質に導入されることが知られている。この方法では、エネルギ入力が実効的に低減され、生成物損傷の危険性が低減される。
【００４４】
本発明による１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、好ましくは０．８＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、特に好ましくは０．６＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、最も好ましくは０．４＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ））未満である。
【００４５】
さらに、Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対の２−ねじ山スクリュエレメントの場合、先端ゾーンの総計が４となる。本発明による１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数は４よりも多く、好ましくは５または６に等しく、特に好ましくは８に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントの個々のスクリュエレメントの先端ゾーンの数は、好ましくは２または３に等しく、特に好ましくは４に等しい。
【００４６】
本発明によれば、１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが２つのスクリュ輪郭ゾーンを含み、２つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、２つのスクリュ輪郭ゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計がいずれの場合もπ／２よりも大きい。これらの２つのスクリュ輪郭ゾーンはまた、チャネルゾーンとしても知られていることがある。事実上すべての押出物質がこれらのチャネルゾーン内に配置される。
【００４７】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるスクリュ輪郭ゾーンの角度の総計が２＊π／３よりも大きいことが好ましい。
【００４８】
本発明によるスクリュエレメントでは、生成するスクリュ輪郭が個々に設計されてもよい。具体的には、先端ゾーンを規定するエッジが丸みをつけられてもよい。
【００４９】
本発明によるスクリュエレメントは、１つ以上の先端ゾーンが先端角度０を有することを特徴とすることが好ましい。このような場合、隣接するスクリュエレメントのバレルの洗浄および溝付ゾーンの洗浄が、最低限まで低減される先端ゾーンで続行される。この方法では、エネルギ入力、および応力への押出物質の曝露も最低限まで低減される。シーリングは点状であり、必要な圧力増大を保証するのに十分である。
【００５０】
本発明によるスクリュエレメントは、π／２の回転後、生成されるスクリュ輪郭が生成するスクリュ輪郭と一致することを特徴とすることが好ましい。このことには、隣接するスクリュのために異なるスクリュエレメントが製造される必要がないという利点がある。
【００５１】
好ましいスクリュエレメントは、多軸押出機のすべてのスクリュ、または二軸押出機の２つのスクリュについて同じスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントである。
【００５２】
意外にも、本発明による１対のスクリュエレメントのスクリュ輪郭が、規定された一連の先端ゾーン、フランクゾーン、および溝付ゾーンにより生成されてもよいことが見出された。本発明によるスクリュエレメントは、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭が一連のチャネルゾーン−閉ゾーン−チャネルゾーン−閉ゾーンを示すことを特徴とする。チャネルゾーンは一連のフランクゾーンおよび溝付ゾーンを意味すると理解される。チャネルゾーンは、好ましくは一連のフランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーンであり、特に好ましくは一連のフランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーンである。
【００５３】
閉ゾーンは先端ゾーン、または一連の先端ゾーンおよびフランクゾーンのいずれかである。閉ゾーンは一連の先端ゾーン−フランクゾーン−先端ゾーンであることが好ましい。
【００５４】
本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭が、例えば２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭から始めて、ゾーンが２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端ゾーンから「移動される」ことで明確に得られることがある。この方法では、先端ゾーンの長さが低減され、１つの連続する先端ゾーンの代わりに、２つの先端ゾーンが得られ、この場合、２つの先端ゾーンの間に「間隙（ｇａｐ）」が出現する。このとき、自己洗浄性を保証するために、この場合も、最初の２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の溝付ゾーン内にゾーンが「追加され」なければならない。本発明によるスクリュエレメントの場合、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、いずれの場合もフランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい２つのスクリュ輪郭がいずれの場合も出現するので、押出物質の大多数が依然として２つのゾーン、即ちチャネルゾーン内に配置され、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の元々の先端ゾーン内の「間隙」の結果として、容易に感知できる別のねじ山が全く出現しないことが保証される。
【００５５】
好ましい実施形態では、ｘ軸に対してもｙ軸に対しても対称なスクリュ輪郭が得られるような方法で、「除去」が先端ゾーンで続行し、「付加」が溝付ゾーンで続行する。このような対称なスクリュ輪郭を完全に規定するためには、スクリュ輪郭の残りが軸での鏡映により得られるので、このスクリュ輪郭の第１の４分の１だけが知られなければならない。
【００５６】
意外にも、本発明によるスクリュエレメントの別のスクリュ輪郭が、本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の４分の１に基づき得られることがあることが見出された。
【００５７】
ｘｙ座標系の第１象限に配置されるスクリュ輪郭の４分の１に始点があり、ｘ軸およびｙ軸でこの第１象限を鏡映することにより、本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭が得られる。上述の４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンをｙ軸で鏡映することにより、フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなる第１のチャネルゾーンが得られる。この第１のチャネルゾーンをｘ軸で鏡映することにより、フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなる第２のチャネルゾーンが得られる。連続したスクリュ輪郭が得られるような方法で、２つのチャネルゾーン間のゾーンが、先端ゾーンにより、または一連の先端ゾーン、およびフランクゾーンにより、好ましくは一連の先端ゾーン−フランクゾーン−先端ゾーンにより完成される。このようなゾーンはまた、閉ゾーンとしても知られている。スクリュ輪郭の回転点に対する閉ゾーンの始点と終点の間の角度が閉角度として知られている。
【００５８】
好ましい実施形態では、第２のチャネルゾーンが、スクリュ輪郭の回転点を中心にして時計回りまたは反時計回りにπからπ−［π／２−２＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）］までの範囲内の角度だけ第１のチャネルを回転することにより得られる。角括弧内の項は、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントの先端角度に等しい。第１のチャネルゾーンを角度π未満回転することが、大きさが異なるフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなる２つのゾーンの間に２つの閉ゾーンをもたらす。２つの閉ゾーンの一方の閉角度が、好ましくは対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の１．２倍よりも大きい、特に好ましくはその１．６倍よりも大きい、および最も好ましくは２＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）により計算されるバレル開口角度よりも大きい。これらの場合、２つの閉ゾーンの第２の閉ゾーンが先端ゾーンからなることが特に好ましく、これにより、得られるスクリュ輪郭は合計３つの先端ゾーンからなる。
【００５９】
意外にも、第１のチャネルゾーンが、１つのスクリュ輪郭の２つの異なる４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなることがあることが見出された。第２のチャネルゾーンは、第１のチャネルゾーンの２つの４分の１の一方からなることも、第１のチャネルゾーンの２つの４分の１の組合せからなることもある。第２のチャネルゾーンが１つまたは２つの別の４分の１からなることも可能である。具体的には、１つ以上の４分の１が、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭に基づくことが可能である。明確に提示された事例すべてにおいて、本発明によるスクリュエレメントの輪郭を生成することができる。
【００６０】
本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭を作り出すための提示された簡単な方法を使って、対称なスクリュ輪郭も非対称なスクリュ輪郭も生成することができる。さらに、π／２だけ回転した後、生成されるスクリュ輪郭が、生成するスクリュ輪郭と一致するまたは異なるスクリュ輪郭が生成されてもよい。
【００６１】
本発明によるスクリュエレメントの中心線距離に正規化された外側のスクリュ半径は、０．５１から０．６６までの範囲内であることが好ましく、０．５２から０．５７５までの範囲内であることが特に好ましい。
【００６２】
本発明は、個々のスクリュエレメントおよびコアシャフトを有するスクリュからなる現在一般に行われているモジュール構造のスクリュエレメントに限定されないが、一体構造のスクリュにも限定されない。従って、「スクリュエレメント」という用語はまた、一体構造のスクリュも意味すると理解されるべきである。
【００６３】
本発明に従って使用されるスクリュエレメントは運搬エレメント、混練エレメント、および／または混合エレメントとして使用されてもよい。
【００６４】
運搬エレメントは、（例えば、［１］、２２７から２４８ページを参照のこと）スクリュ輪郭が軸方向に連続的にらせん状に回転され伸長されるという点で識別されることが知られている。運搬エレメントは、右回転のねじ山、または左回転のねじ山を有することがある。運搬エレメントのピッチは中心線距離の０．１から１０倍までの範囲内であることが好ましく、ピッチはスクリュ輪郭の完全な１回転に必要な軸長を意味すると理解され、運搬エレメントの軸長は中心線距離の０．１から１０倍までの範囲内であることが好ましい。
【００６５】
混練エレメントは、（例えば、［１］、２２７から２４８ページを参照のこと）スクリュ輪郭が混練ディスクの形で軸方向に不連続に伸長するという点で識別されることが知られている。混練ディスクは右回転または左回転のやり方で、または中立に配列されてもよい。混練ディスクの軸長は中心線距離の０．０５から１０倍までの範囲内であることが好ましい。２つの隣接する混練ディスク間の軸方向距離は中心線距離の０．００２から０．１倍までの範囲内であることが好ましい。
【００６６】
公知のように、混合エレメントはスクリュの先端内に開口を有する運搬エレメントを構築することにより形成される（例えば、［１］、２２７から２４８ページを参照のこと）。混合エレメントは、右回転でも左回転でもよい。混合エレメントのピッチは中心線距離の０．１から１０倍までの範囲内であることが好ましく、混合エレメントの軸長は中心線距離の０．１から１０倍までの範囲内であることが好ましい。開口はＵ字型またはＶ字型の溝の形をとることが好ましく、逆に運ぶやり方、または軸方向に平行なやり方で配列されることが好ましい。
【００６７】
直接自己でぬぐうスクリュ輪郭が二軸押出機に直接挿入されることができるのではなく、むしろスクリュ間にクリアランスが必要であることが当業者には公知である。この目的のための様々な戦略が［１］の２８ページ以下参照に説明されている。本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭については、スクリュ輪郭の直径に対して０．００１から０．１まで、好ましくは０．００２から０．０５まで、特に好ましくは０．００４から０．０２までの範囲内のクリアランスが使用される。当業者には公知のように、クリアランスは、スクリュとバレルの間、およびスクリュとスクリュの間で異なる寸法でも、同じでもよい。クリアランスはまた、一定でも、または上記の限度の範囲内で可変でもよい。スクリュ輪郭をクリアランスの範囲内で変位させることも可能である。中心線距離伸長、縦方向断面オフセット、および３次元オフセットからなる、［１］の２８ページ以下参照に説明されている可能なクリアランス戦略が実現可能な戦略であり、戦略のすべてが当業者に公知である。中心線距離伸長の場合、比較的小さな直径のスクリュ輪郭が構築され、スクリュ間のクリアランスの量だけさらに離して間隔を置かれる。縦方向断面オフセット法では、（軸に平行な）縦方向断面輪郭曲線が、スクリュ間クリアランスの半分だけ内側に変位させられる。３次元オフセット法では、スクリュエレメントが互いに洗浄する３次元曲線から始めて、スクリュエレメントが、完全に自己でぬぐう輪郭の表面に垂直な方向にスクリュとスクリュの間のクリアランスの半分だけ大きさが低減される。縦方向断面オフセット法および３次元オフセット法が好ましく、３次元オフセット法が特に好ましい。
【００６８】
本発明によるスクリュエレメントの輪郭が、ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３５４９に記載される方法を使用して構築されてもよい。１つの可能な方法が以下に説明される。
【００６９】
生成するスクリュ輪郭の回転軸と生成されるスクリュ輪郭の回転軸の間の選択可能な中心線距離ａを有するしっかりとかみ合う自己洗浄性共回転スクリュ輪郭を生成するための方法が、生成するスクリュ輪郭がｎの円弧から形成され、生成されるスクリュ輪郭がｎ’の円弧から形成されることを特徴とし、
生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭が１つの平面内にあり、
生成するスクリュ輪郭の回転軸、および生成されるスクリュ輪郭の回転軸が、いずれの場合もスクリュ輪郭の前記平面に垂直であり、生成するスクリュ輪郭の回転軸と前記平面との交点が、生成するスクリュ輪郭の回転点として指定され、生成されるスクリュ輪郭の回転軸と前記平面との交点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点として指定され、
生成するスクリュ輪郭の円弧の数ｎが選択され、ｎは１以上の整数であり、
生成するスクリュ輪郭の外半径ｒａが選択され、ｒａは０よりも大きく（ｒａ＞０）、中心線距離以下（ｒａ≦ａ）の値であると仮定することができ、
生成するスクリュ輪郭のコア半径ｒｉが選択され、ｒｉは０以上（ｒｉ≧０）、およびｒａ以下（ｒｉ≦ｒａ）の値であると仮定することができ、
生成するスクリュ輪郭の円弧が、以下の配列規則に従って、即ち
生成するスクリュ輪郭のすべての円弧が、連続した凸状のスクリュ輪郭が得られるような方法で接線方向に互いに移行し、半径が０に等しい円弧が、半径がｅｐｓに等しい円弧として扱われることが好ましく、ここで、ｅｐｓは０に向かう傾向がある非常に小さな正の実数であり（ｅｐｓ≪１、ｅｐｓ→０）、
生成するスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、外半径ｒａおよびコア半径ｒｉを有する円環内部または円環の境界にあり、円環の中心点が生成するスクリュ輪郭の回転点上にあり、
生成するスクリュ輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュ輪郭の外半径ｒａに接触し、
生成するスクリュ輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成するスクリュ輪郭のコア半径ｒｉに接触するように、生成するスクリュ輪郭回転軸を中心として時計回りまたは反時計回りに配列され、
角度α＿１および半径ｒ＿１により確立される、生成するスクリュ輪郭の第１の円弧の大きさが、角度α＿１がラジアンで０以上、および２π以下であるように選択され、πは円周率（π≒３．１４１５９）を意味すると理解されるべきであり、半径ｒ＿１は０以上、および中心線距離ａ以下であり、この第１の円弧の２つの異なる点の位置決めにより得られる生成するスクリュ輪郭のこの第１の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、この第１の円弧の配置されるべき第１の点が、この第１の円弧に属する始点であることが好ましく、この第１の円弧の配置されるべき第２の点が、この第１の円弧に属する中心点であることが好ましく、
角度α＿２、…、α＿（ｎ−１）、および半径ｒ＿２、…、ｒ＿（ｎ−１）により確立される、生成するスクリュ輪郭の別のｎ−２の円弧の大きさが、角度α＿２、…、α＿（ｎ−１）がラジアンで０以上、および２π以下であり、半径ｒ＿２、…、ｒ＿（ｎ−１）が０以上、および中心線距離ａ以下であるように選択され、生成するスクリュ輪郭のこれらの別のｎ−２の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、
角度α＿ｎおよび半径ｒ＿ｎにより確立される、生成するスクリュ輪郭の最後の円弧の大きさが、生成するスクリュ輪郭のｎの円弧のｎの角度の総計がラジアンで２πに等しくなることで決定され、角度α＿ｎがラジアンで０以上、および２π以下であり、半径ｒ＿ｎが生成するスクリュ輪郭を閉じ、半径ｒ＿ｎが０以上、および中心線距離ａ以下であり、生成するスクリュ輪郭のこの最後の円弧の位置が、前記配列の規則に従って確立され、
生成されるスクリュ輪郭のｎ’の円弧が、生成するスクリュ輪郭のｎの円弧から、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の数ｎ’が、生成するスクリュ輪郭の円弧の数ｎに等しく、ｎ’は整数であり、
生成されるスクリュ輪郭の外半径ｒａ’が、中心線距離引く生成するスクリュ輪郭のコア半径ｒｉという差に等しく（ｒａ’＝ａ−ｒｉ）、
生成されるスクリュ輪郭のコア半径ｒｉ’が、中心線距離引く生成するスクリュ輪郭の外半径ｒｉという差に等しく（ｒｉ’＝ａ−ｒａ）、
生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の角度α＿ｉ’が、生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の角度α＿ｉに等しく、ｉおよびｉ’は、１からそれぞれ円弧の数ｎおよびｎ’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり（α＿１’＝α＿１、…、α＿ｎ’＝α＿ｎ）、
生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の半径ｒ＿ｉ’と、生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の半径ｒ＿ｉの総計が、中心線距離ａに等しく、ｉおよびｉ’は、１からそれぞれ円弧の数ｎおよびｎ’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり（ｒ＿１’＋ｒ＿１＝ａ、…、ｒ＿ｎ’＋ｒ＿ｎ＝ａ）、
生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の中心点が、生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の中心点から中心線距離ａに等しい距離にあり、生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の中心点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点から、生成するスクリュ輪郭の回転点から生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の中心点の距離に等しい距離にあり、生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の中心点と生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の中心点の間を接続する線が、生成されるスクリュ輪郭の回転点と生成するスクリュ輪郭の回転点の間を接続する線に平行な線であり、ｉおよびｉ’は、１からそれぞれ円弧の数ｎおよびｎ’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数であり（ｉ’＝ｉ）、
生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の中心点に対する生成されるスクリュ輪郭のｉ’番目の円弧の始点が、生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧の中心点に対する生成するスクリュ輪郭のｉ番目の始点を有する方向と反対の方向にあり、ｉおよびｉ’は、１からそれぞれ円弧の数ｎおよびｎ’までの範囲内のすべての値を一緒に通過する整数である（ｉ’＝ｉ）ということで得られる。
【００７０】
本発明によれば、１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が０以上、および２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が４よりも大きく、１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが２つのスクリュ輪郭ゾーンを含むように、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭の円弧が選択される、または互いにぴったり合わせられる。２つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、２つのスクリュゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計が、いずれの場合もπ／２よりも大きい。
【００７１】
なめらかでしっかりとかみ合う自己洗浄性共回転スクリュ輪郭を作り出すための説明された方法から、生成されるスクリュ輪郭については以下となる。
生成されるスクリュ輪郭は連続的であり、
生成されるスクリュ輪郭は凸状であり、
生成するスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、生成されるスクリュ輪郭の次の円弧と接線方向で移行し、半径が０に等しい円弧が、半径がｅｐｓに等しい円弧として扱われることが好ましく、ここで、ｅｐｓは０に向かう傾向がある非常に小さな正の実数であり（ｅｐｓ≪１、ｅｐｓ→０）、
生成されるスクリュ輪郭の円弧のそれぞれが、外半径ｒａ’およびコア半径ｒｉ’を有する円環内部、または円環の境界にあり、円環の中心点が、生成されるスクリュ輪郭の回転点上にあり、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成されるスクリュ輪郭の外半径ｒａ’に接触し、
生成されるスクリュ輪郭の円弧の少なくとも１つが、生成されるスクリュ輪郭のコア半径ｒｉ’に接触する。
【００７２】
さらに、なめらかでしっかりとかみ合う自己洗浄性共回転スクリュ輪郭を作り出すための上記の方法から、生成するスクリュ輪郭のコア半径ｒｉが、中心距離ａ引く生成するスクリュ輪郭の外半径ｒａという差に等しい場合だけ（ｒｉ＝ａ−ｒａ）、生成されるスクリュ輪郭の外半径ｒａ’が、生成するスクリュ輪郭の外半径ｒａに等しく、生成されるスクリュ輪郭のコア半径ｒｉ’が、生成するスクリュ輪郭のコア半径ｒｉに等しいということになる。
【００７３】
生成するスクリュ輪郭が半径ｒ＿ｉ＝０の円弧を有する場合、スクリュ輪郭は、大きさが角度α＿ｉにより特徴付けられる円弧の位置にキンク（ｋｉｎｋ）を含む。生成されるスクリュ輪郭が、半径がｒ＿ｉ’＝０の円弧を有する場合、スクリュ輪郭は、大きさが角度α＿ｉ’により特徴付けられる円弧の位置にキンクを含む。
【００７４】
なめらかできつくかみ合う自己洗浄性共回転スクリュ輪郭を作り出すための上述の方法は、三角定規および１対のコンパスだけを使って実行されることができる点でさらに優れている。従って、生成するスクリュ輪郭のｉ番目の円弧と（ｉ＋１）番目の円弧の間の接線方向の遷移が、ｉ番目の円弧の終点の周りに半径ｒ＿（ｉ＋１）の円を描くことにより設計され、生成するスクリュ輪郭の回転点のさらに近く配置される、この円弧と、ｉ番目の円弧の中心点および終点により規定される直線との交点が、（ｉ＋１）番目の円弧の中心点となる。具体的には、三角定規および１対のコンパスの代わりに、スクリュ輪郭を設計するためにコンピュータソフトウェアが使用される。
【００７５】
一般的な方法を使用して生成されるスクリュ輪郭はねじ山の数ｚに依存しない。生成されるスクリュ輪郭は、生成するスクリュ輪郭と異なることがある。説明から当業者が容易に理解するように、上述の方法は、具体的には異なる数のねじ山を有するスクリュエレメント間の遷移エレメントを生成するのに適している。ｚ−ねじ山スクリュ輪郭に基づき、ｚとは異なるねじ山の数ｚ’を有するスクリュ輪郭が最終的に得られるように、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭を段階的に変更することができる。この点で、遷移中に円弧の数を減らす、または増やすことが許容できる。
【００７６】
対称な輪郭の場合、方法は、スクリュ輪郭の一部だけを設計し、対称操作により設計された部分から欠けている部分を生成することにより簡略化されてもよい。このことが、ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００３５４９に詳細に説明されている。
【００７７】
スクリュ輪郭を作り出すための方法がコンピュータ上で行われることが推奨される。この場合、スクリュ輪郭の大きさが、スクリュエレメントを作り出すためのＣＡＤフライス盤に供給されることができる形で存在する。
【００７８】
輪郭が、説明されたやり方で生成されると、本発明によるスクリュエレメントが、例えばフライス盤を使って作り出されることができる。スクリュエレメントを作り出すための好ましい材料が鋼鉄、具体的には窒化鋼および特殊鋼である。
【００７９】
本発明は、多軸押出機での本発明によるスクリュエレメントの使用をさらに提供する。本発明によるスクリュエレメントは、二軸押出機で使用されることが好ましい。スクリュエレメントは、多軸押出機では混練エレメントまたは運搬エレメントの形で存在することがある。１つの押出機で混練エレメントおよび運搬エレメントを互いに組み合わせることが同様に可能である。本発明によるスクリュエレメントはまた、従来技術により公知の別のスクリュエレメントと組み合わせられてもよい。
【００８０】
本発明による新規のスクリュエレメントを多軸押出機で使用することは、先端ゾーンの低減により、先端ゾーンでの熱負荷への生成物の曝露が最低限度に抑えられるという点で優れている。本発明による使用が、圧力増大中の効率を増し、低いエネルギ入力の結果として生成物の加熱を最小限度に抑える。
【００８１】
本発明は、本発明によるスクリュエレメントを使用して、二軸押出機または多軸押出機でプラスチック配合物を押し出すための方法をさらに提供し、
１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が０以上、および２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ）未満であり、
１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が４よりも大きく、
１対のスクリュエレメントのそれぞれのスクリュエレメントが２つのスクリュ輪郭ゾーンを含み、２つのスクリュ輪郭ゾーンは、いずれの場合もフランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、２つのスクリュ輪郭ゾーンでは、フランク角度および溝角度の総計が、いずれの場合もπ／２よりも大きいことを特徴とする。
【００８２】
本発明による１対のスクリュエレメントのすべての先端角度の総計が、好ましくは０．８＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ））未満、特に好ましくは０．６＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ））未満、および最も好ましくは０．４＊（２＊π−８＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊ａ／ｒａ））未満である。
【００８３】
本発明による１対のスクリュエレメントの先端ゾーンの数が、好ましくは６に等しく、特に好ましくは８に等しい。本発明によるスクリュエレメントの先端ゾーンの数が、好ましくは２に等しく、特に好ましくは４に等しい。
【００８４】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるスクリュ輪郭ゾーンの角度の総計が２＊π／３よりも大きいことが好ましい。
【００８５】
本発明によるスクリュエレメントでは、生成するスクリュ輪郭が個々に設計されてもよい。具体的には、先端ゾーンを規定するエッジが丸みをつけられてもよい。
【００８６】
本発明に従って非常に効率的に押し出されることができる一方で、生成物の穏やかな処置が同時に保証されるプラスチック配合物が、例えばサスペンション、ペースト、ガラス、セラミック組成物、溶融物の形の金属、プラスチック、プラスチック溶融物、高分子溶液、エラストマー、およびゴム組成である。
【００８７】
プラスチックおよび高分子溶液が使用されるのが好ましく、熱可塑性重合体が使用されることが特に好ましい。好ましい熱可塑性重合体は、一連のポリカーボネート、ポリアミド、具体的にはポリブチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレートであるポリエステル、ポリエーテル、熱可塑性ポリウレタン、ポリアセタール、具体的にはポリフッ化ビニリデンであるフルオロポリマー、ポリエーテルスルホン、具体的にはポリエチレンおよびポリプロピレンであるポリオレフィン、ポリイミド、具体的にはポリ（メチル）メタクリレートであるポリアクリレート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン、具体的にはポリスチレンであるスチレン重合体、具体的にはスチレン−アクリロニトリル共重合体であるスチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、ならびにポリ塩化ビニルのうちの少なくとも１つであることが好ましい。列挙されたプラスチックの混合物が同様に好ましく使用され、これらは２つ以上のプラスチックの組合せであると当業者により理解されている。
【００８８】
別の好ましい供給材料がゴムである。好ましいゴムは、一連のスチレン−ブタジエンゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエン−アクリロニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ブチルゴム、ハロブチルゴム、クロロプレンゴム、エチレンービニルアセテートゴム、ポリウレタンゴム、熱可塑性ポリウレタン、ガッタパーチャ、アクリル酸ゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、硫化ゴム、クロロスルホニル−ポリエチレンゴムからの少なくとも１つであることが好ましい。列挙されたゴムの２つ以上の組合せ、または１つ以上のゴムと１つ以上のプラスチックとの組合せも当然可能である。
【００８９】
これらの熱可塑性物質およびエラストマーは、純粋な形で、もしくは具体的にはガラス繊維などの充填剤および補強剤との混合物として、互いにまたは別の重合体との混合物として、もしくは従来の重合体添加物との混合物として使用されてもよい。
【００９０】
好ましい一実施形態では、プラスチック配合物、具体的には重合体溶融物および重合体溶融物の混合物が、これらに添加物が混合されている。これらは重合体と一緒に押出機内に固体、液体、または溶液として配置されてもよく、もしくは添加物の少なくとも一部、またはすべての添加物が支流を介して押出機に供給される。
【００９１】
添加物は重合体に多くの異なる特性を与える。添加物は、例えば着色剤、顔料、処理補助物、充填剤、酸化防止剤、補強剤、紫外線吸収剤および光安定剤、金属不活性化剤、過酸化物スカベンジャ、塩基性安定剤、核剤、安定剤または酸化防止剤としてのベンゾフランおよびインドリノン、離型剤、難燃添加剤、帯電防止剤、染料調合剤、および溶融物安定剤でもよい。これらの例が、カーボンブラック、ガラス繊維、粘土、雲母、グラファイト繊維、酸化チタン、炭素繊維、カーボンナノチューブ、イオンの液体、および天然繊維である。
【００９２】
本発明は、図面を参照して例を用いて以下でより詳細に説明されるが、この例に限定されない。すべての図面は、コンピュータソフトウェアの助けを借りて作り出された。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１ａ】４つの円弧からなる、従来技術による２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図１ｂ】スクリュ輪郭が図１ａに基づく運搬エレメントとして構成される１対のスクリュエレメントを示す。
【図１ｃ】図１ｂによるスクリュエレメントの対の平面図を示す。
【図２ａ】８つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図２ｂ】スクリュ輪郭が図２ａに基づく、回転軸に垂直な本発明による１対のスクリュエレメントの断面を示す。
【図３ａ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図３ｂ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図４ａ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図４ｂ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図５ａ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図５ｂ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図５ｃ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図５ｄ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図６ａ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図６ｂ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図６ｃ】８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図７】対称なスクリュ輪郭を有する、本発明による好ましい１対のスクリュエレメントの回転軸に垂直な断面を示す。
【図８ａ】４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図８ｂ】４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図９ａ】４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図９ｂ】４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図１０ａ】すべての先端ゾーンの先端角度の総計が０に等しい、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭を示す。
【図１０ｂ】すべての先端ゾーンの先端角度の総計が０に等しい、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭を示す。
【図１１ａ】本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の偏心的位置決めの好ましい実施形態を示す。
【図１１ｂ】本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の偏心的位置決めの好ましい実施形態を示す。
【図１１ｃ】本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の偏心的位置決めの好ましい実施形態を示す。
【図１２ａ】クリアランス戦略を示す。
【図１２ｂ】クリアランス戦略を示す。
【図１２ｃ】クリアランス戦略を示す。
【図１２ｄ】クリアランス戦略を示す。
【図１３ａ】製造されるスクリュ輪郭の可能な変位の選択を示す。
【図１３ｂ】製造されるスクリュ輪郭の可能な変位の選択を示す。
【図１３ｃ】製造されるスクリュ輪郭の可能な変位の選択を示す。
【図１３ｄ】製造されるスクリュ輪郭の可能な変位の選択を示す。
【図１４ａ】運搬エレメントとして構成され、スクリュ輪郭が図２ａに基づく本発明による１対のスクリュエレメントの一例を示す。
【図１４ｂ】混練エレメントとして構成され、スクリュ輪郭が図２ａに基づく本発明による１対のスクリュエレメントの一例を示す。
【図１５ａ】８つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。
【図１５ｂ】スクリュ輪郭が図１５ａに基づく、運搬エレメントとして構成される１対のスクリュエレメントを示す。
【図１５ｃ】図１５ｂによるスクリュエレメントの対の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９４】
スクリュ輪郭およびスクリュエレメントを生成および／または説明するためには、異なる押出機の大きさへの移転可能性を簡略化するために、無次元特性値を利用することが賢明である。中心線距離ａの値は押出機で変更され得ないので、例えば長さまたは半径などの幾何学的値に対する適切な基準変数が中心線距離ａである。無次元中心線距離はＡ＝ａ／ａ＝１に従う。スクリュ輪郭の無次元の外側のスクリュ半径がＲＡ＝ｒａ／ａに従う。スクリュ輪郭の無次元コア半径がＲＩ＝ｒｉ／ａと計算される。スクリュ輪郭の無次元ねじ山の高さはＨ＝ｈ／ａ＝ＲＡ−ＲＩと計算される。
【００９５】
図では、すべての幾何学的変数がこの無次元形で使用される。すべての角度はラジアンで示される。
【００９６】
図１ａおよび２ａ、図３から６、図８および９、ならびに図１５ａは、いずれの場合も本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の４分の１を横断面で示す。これらの図はどれも以下で詳細に説明される同じ構造を有する。図の中央にはｘｙ座標系が配置され、ｘｙ座標系の原点にはスクリュ輪郭の回転点が配置される。スクリュ輪郭の円弧が、円弧の個々の番号を提供された太い実線で識別される。円弧の中心点が小さな円で図示される。円弧の中心点が、関連する円弧の始点と終点の両方と細い実線で接続される。直線ＦＰが細い点線で図示される。外側のスクリュ半径ＲＡが細い破線で識別され、外側のスクリュ半径ＲＡの数値が図の右下に４桁の有効数字まで示されている。図のすぐ右隣に、半径Ｒ、角度α、ならびに円弧の中心点のｘ座標Ｍｘおよびｙ座標Ｍｙがいずれの場合も４桁の有効数字までそれぞれの円弧について示されている。これらの詳細がスクリュ輪郭を明白に規定する。スクリュ輪郭はいずれの場合もｘ軸およびｙ軸に対して鏡映対称であり、その結果、スクリュ輪郭全体が、図示された４分の１をｘ軸およびｙ軸で鏡映することにより得られる。
【００９７】
スクリュ輪郭の４分の１が合計ｎの円弧からなるスクリュ輪郭がｎ−円スクリュ輪郭として以下に説明される。
【００９８】
図１ａおよび２ａ、図３から６、図８および９、ならびに図１５ａでは、ｎ−円スクリュ輪郭の円弧が、最初のｎ／２の円弧が１からｎ／２まで昇順で連続して番号がつけられ、最後のｎ／２の円弧が（ｎ／２）’から１’まで降順で連続して番号がつけられることで番号がつけられる。円弧ｎ／２および円弧（ｎ／２）’がそれぞれ直線ＦＰに接触する。スクリュ輪郭のそれぞれの円弧ｉが、スクリュ輪郭の円弧ｉ’に対応する。円弧ｉ’の半径が、中心距離引く円弧ｉの半径という差から計算され、従って、Ｒ＿ｉ’＝Ａ−Ｒ＿ｉである。円弧ｉ’の角度が、円弧ｉの角度に等しく、従って、α＿ｉ’＝α＿ｉである。このことは、円弧ｊを有する先端ゾーンが円弧ｊ’を有する溝付ゾーンに等しいことを意味する。このことは、円弧ｊを有する溝付ゾーンが、円弧ｊ’を有する先端ゾーンに等しいことを意味する。
【００９９】
図１：図１ａは、４つの円弧からなる、従来技術による２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の４分の１を示す。半径Ｒ＿１＝ＲＡ、半径Ｒ＿２＝０、半径Ｒ＿２’＝Ａ＝１、および半径Ｒ＿１’＝Ａ−ＲＡ＝ＲＩであることがＥｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の特徴である。角度α＿１、α＿２、α＿２’、およびα＿１’が外側のスクリュ半径および中心線距離に依存する。角度α＿１は、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の半分に等しい。従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの角度の総計が、８＊α＿１と計算される。Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭は、半径Ｒ＿２の位置にキンクを含む。「キンクの大きさ」は、角度α＿２により決定され、即ち、円弧１から円弧２’への遷移が、角度α＿２の回転によりもたらされる。
【０１００】
図１ａでは、無次元の外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４である。先端角度の半分がα＿１＝０．３９８１であり、１対のスクリュエレメントの先端角度の総計が８＊α＿１＝３．１８４７である。
【０１０１】
図１ｂは例として、スクリュ輪郭が図１ａに基づく運搬エレメントとして構成される１対のスクリュエレメントを示す。２つの運搬エレメント間のクリアランスはＳ＝０．００８になる。２つの運搬エレメントとバレルの間のクリアランスはＤ＝０．００４になる。運搬エレメントのピッチはＴ＝１．０８になる。運搬エレメントの長さは０．５４になり、この値はスクリュ輪郭の角度πの回転に対応する。２つの運搬エレメントの左側および右側に細い実線でバレルが図示されている。可能な計算グリッドが２つの運搬エレメントの表面上にさらに図示され、このグリッドは二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。グリッド要素の数は円周方向には１６０に等しく、軸方向には８０に等しい。
【０１０２】
図１ｃは、図１ｂによるスクリュエレメントの対の平面図を示す。運搬エレメントとバレルの間の自由体積が可能な計算グリッドで提供され、計算グリッドは二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。グリッド要素の数は円周方向には１６０に等しく、軸方向には６に等しい。２つのスクリュエレメントの回転軸が小さな円によりラベルをつけられている。
【０１０３】
図２：図２ａは、８つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。無次元の外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４になる。半径Ｒ＿１は０．８２０６に等しい。外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離が、ＲＡ−（Ｍｘ＋Ｒ＿１）＝０．５４−（−０．２９２６＋０．８２０６）＝０．０１２と計算される。先端角度α＿１および角度α＿２の総計が０．３５６３に等しい。先端ゾーンが、外側のスクリュ半径上にある円弧３により決定される。先端角度α＿３が０．０４１９に等しい。溝付ゾーンがコア半径上にある円弧３’により決定される。溝角度α＿３’は０．０４１９に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントのすべての先端ゾーンの先端角度の総計が８＊０．０４１９＝０．３３５２になり、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．１０５倍にしかならない。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、円弧４、４’、３’、２’、および  １’により提供される。関連するフランク角度および溝角度の総計の２倍が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１０４】
図２ｂは、スクリュ輪郭が図２ａに基づく、回転軸に垂直な本発明による１対のスクリュエレメントの断面を示す。図２ａのスクリュ輪郭をｘ軸で鏡映することにより、ならびに図２ａのスクリュ輪郭、およびｘ軸で鏡映された図２ａのスクリュ輪郭のｙ軸での引き続く鏡映により、本発明による１対のスクリュエレメントの生成するスクリュ輪郭が得られる。生成するスクリュ輪郭をπ／２だけ回転することにより、およびｘ軸に沿ってＡだけ引き続き変位することにより、生成されるスクリュ輪郭が得られる。
【０１０５】
生成されるスクリュ輪郭は生成するスクリュ輪郭から得られる。生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭は相互に交換可能である。
【０１０６】
いずれの場合も半径ＲＡ＝０．５４および距離Ａ＝１を有する２つの相互に貫通し合う内径から得られるスクリュバレルが、細い破線で図示されている。２つのバレル内径が互いに貫通し合う場所では、２つの内径が細い点線で識別される。２つのバレル内径の中心点がスクリュ輪郭の２つの回転点と一致し、いずれの場合も小さな円で識別される。スクリュ輪郭の円弧が太い実線で識別される。左回転スクリュ輪郭の、即ち生成するスクリュ輪郭の円弧が連続して番号をつけられ（１から３２）、明確にするために、円弧の番号２、４、１３、１５、１８、２０、２９、および３１が省かれている。円弧２、４、１３、１５、１８、２０、２９、および３１はいずれの場合も半径０を有する。右回転スクリュ輪郭の、即ち生成されるスクリュ輪郭の円弧が連続して番号がつけられ（１’から３２’）、明確にするために円弧の番号５’、７’、１０’、１２’、２１’、２３’、２６’、および２８’が省かれている。円弧５’、７’、１０’、１２’、２１’、２３’、２６’、および２８’は、いずれの場合も半径０を有する。生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭の先端ゾーンおよび溝付ゾーンの始まりおよび終わりが細い実線で識別される。
【０１０７】
生成するスクリュ輪郭のそれぞれの円弧ｉが、生成されるスクリュ輪郭の円弧ｉ’に対応する。円弧ｉ’の半径が、中心線距離引く円弧ｉの半径という差から計算され、従って、Ｒ＿ｉ’＝Ａ−Ｒ＿ｉである。円弧ｉ’の角度ａが円弧ｉの角度に等しく、従って、α＿ｉ’＝α＿ｉである。このことは、生成するスクリュ輪郭の先端ゾーンが、生成されるスクリュ輪郭の溝付ゾーンに等しいことを意味する。このことは、生成するスクリュ輪郭の溝付ゾーンが、生成されるスクリュ輪郭の先端ゾーンに等しいことをさらに意味する。
【０１０８】
生成するスクリュ輪郭は、４つの先端ゾーンｋｂ１、ｋｂ２、ｋｂ３、およびｋｂ４からなる。生成されるスクリュ輪郭は、生成するスクリュ輪郭の４つの先端ゾーンに対応する４つの溝付ゾーンｎｂ１’、ｎｂ２’、ｎｂ３’、およびｎｂ４’からなる。先端ゾーンｋｂ１は円弧３からなる。先端ゾーンｋｂ２は円弧１４からなる。先端ゾーンｋｂ３は円弧１９からなる。先端ゾーンｋｂ４は円弧３０からなる。溝付ゾーンｎｂ１’は円弧３’からなる。溝付ゾーンｎｂ２’は円弧１４’からなる。溝付ゾーンｎｂ３’は円弧１９’からなる。溝付ゾーンｎｂ４’は円弧３０’からなる。
【０１０９】
生成するスクリュ輪郭は、４つの溝付ゾーンｎｂ１、ｎｂ２、ｎｂ３、およびｎｂ４からなる。生成されるスクリュ輪郭は、生成するスクリュ輪郭の４つの溝付ゾーンに対応する４つの先端ゾーンｋｂ１’、ｋｂ２’、ｋｂ３’、およびｋｂ４’からなる。溝付ゾーンｎｂ１は円弧６からなる。溝付ゾーンｎｂ２は円弧１１からなる。溝付ゾーンｎｂ３は円弧２２からなる。溝付ゾーンｎｂ４は円弧２７からなる。先端ゾーンｋｂ１’は円弧６’からなる。先端ゾーンｋｂ２’は円弧１１’からなる。先端ゾーンｋｂ３’は円弧２２’からなる。先端ゾーンｋｂ４’は円弧２７’からなる。
【０１１０】
図２ｂに示される、本発明によるスクリュエレメントの対の先端ゾーンの数が合計で８であり、本発明に従って４よりも大きい。すべての先端ゾーンの先端角度の総計が８＊０．０４１９＝０．３３５２になり、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．１０５倍にしかならない。
【０１１１】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい、生成するスクリュ輪郭の第１のゾーンが円弧４から１３までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい、生成するスクリュ輪郭の第２のゾーンが円弧２０から２９までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１１２】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きく、好ましくは２＊π／３よりも大きい、生成されるスクリュ輪郭の第１のゾーンが円弧１２’から２１’までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きく、好ましくは２＊π／３よりも大きい、生成されるスクリュ輪郭の第２のゾーンが円弧２８’から３２’まで、および１’から５’までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１１３】
図３：図３ａおよび３ｂはそれぞれ、いずれの場合も８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。図３ａおよび３ｂでは、外側のスクリュ半径がいずれの場合もＲＡ＝０．５４になる。半径Ｒ＿１は、図３ａでは０．６９７６に等しく、図３ｂでは０．９９９５に等しい。図３ａでは、外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離が０．００８と計算され、図３ｂでは０．０１６と計算される。先端角度α＿１およびα＿２の総計が両方の図で０．３５６３に等しい。先端ゾーンが両方の図で、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧３により提供される。先端角度α＿３がいずれの場合も０．０４１９に等しい。いずれの場合も溝付ゾーンは、いずれの場合もコア半径上にある円弧３’により提供される。溝角度α＿３’はいずれの場合も０．０４１９に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図３ａおよび３ｂについてはいずれの場合も８＊０．０４１９＝０．３３５２になり、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．１０５倍にしかならない。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、円弧４、４’、３’、２’、および１’により提供される。関連するフランク角度および溝角度の総計の２倍が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１１４】
半径Ｒ＿１を変更することにより、および円弧１の中心点のｘ座標Ｍｘ＿１を変位することにより、先端ゾーンの先端角度を一定に保ちながら、外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離を調節することができる。
【０１１５】
図４：図４ａおよび４ｂはそれぞれ、いずれの場合も８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。図４ａおよび４ｂでは、外側のスクリュ半径がいずれの場合もＲＡ＝０．５４になる。半径Ｒ＿１は、図４ａでは０．６９９０に等しく、図４ｂでは０．９９８１に等しい。図４ａでは、外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離が０．００４と計算され、図４ｂでは０．００８と計算される。先端角度α＿１およびα＿２の総計は、両方の図で０．２５３１に等しい。先端ゾーンは両方の図で、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧３により提供される。先端角度α＿３はいずれの場合も０．１４５０に等しい。いずれの場合も溝付ゾーンは、いずれの場合もコア半径上にある円弧３’により提供される。溝角度α＿３’はいずれの場合も０．１４５０に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントのすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図４ａおよび４ｂについてはいずれの場合も８＊０．１４５０＝１．１６００になり、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．３６４倍にしかならない。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、円弧４、４’、３’、２’、および１’により提供される。関連するフランク角度および溝角度の総計の２倍が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１１６】
半径Ｒ＿１を変更することにより、および円弧１の中心点のｘ座標Ｍｘ＿１を変位させることにより、先端ゾーンの角度を一定に保ちながら、外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離を調節することができる。図３ａおよび３ｂと併せて、先端ゾーンの先端角度も調節されることができることが明らかになる。
【０１１７】
本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭が、とりわけ円弧１のｘ座標Ｍｘ＿１および半径Ｒ＿１を選択することにより、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端ゾーンからゾーンを「移動する」ことにより明確に得られることがある。この場合、自己洗浄性を保証するために、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の溝付ゾーン内にゾーンが再び「追加」されなければならない。このことが円弧２’および１’を用いて達成される。
【０１１８】
先端ゾーンの先端角度の大きさを自由に選択することにより、本発明によるスクリュ輪郭の場合、熱負荷への生成物の曝露を意図的に調節することができ、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭に比べて熱負荷への生成物の曝露を低減することができる。全体で、エネルギ入力が低下し、圧力増大効果が増す。
【０１１９】
さらに、図３ａおよび４ｂは、円弧１の始点の位置および円弧１’の終点の位置がいずれの場合も一致することを特徴とする。図３ａをｘ軸で鏡映し、鏡映された図３ａ、および図４ｂをｙ軸で鏡映し、図４ｂ、ｙ軸で鏡映された図４ｂ、ｘ軸およびｙ軸で鏡映された図３ａ、ならびにｘ軸で鏡映された図３ａからのスクリュ輪郭を組み合わせた結果、先端ゾーンの先端角度の大きさが異なる、本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭ができる。円弧１の始点および円弧１’の終点がいずれの場合も一致するという前提で、スクリュ輪郭のそれぞれの４分の１を、従って、個々の先端ゾーンの先端角度を相互に独立に構成し、これらを本発明によるスクリュエレメントのためのスクリュ輪郭に組み合わせることが許容できる。
【０１２０】
図５：図５ａから５ｄはそれぞれ、いずれの場合も８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。図５ａから５ｄでは、外側のスクリュ半径がいずれの場合もＲＡ＝０．５４になる。半径Ｒ＿１は４つの図のいずれも０．９５に等しく、外側のスクリュ半径からの最大無次元距離がいずれの場合も０．００７５と計算される。４つの図では、先端ゾーンが、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧３により提供される。角度α＿３は０．０４６１から０．１４５８まで変化する。４つの図のいずれも、溝付ゾーンが、いずれの場合もコア半径上にある円弧３’により提供される。溝角度α＿３が０．０４６１から０．１４５８まで変化する。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図５ａから５ｄについては８＊０．０４６１＝０．３６８８から８＊０．１４５８＝１．１６６４まで変化し、従って、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．１１６から０．３６６倍にしかならない。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、円弧４、４’、３’、２’、および１’により提供される。関連するフランク角度および溝角度の総計の２倍が、２．３４５６から２．４６２６までになり、いずれの場合も２＊π／３よりも大きい。
【０１２１】
図５ａでは、先端ゾーンがキンクで始まりキンクで終わる。即ち、円弧２および４がいずれの場合も半径０を有する。図５ｂでは、先端ゾーンが丸みをつけられた部分で始まり、キンクで終わる。即ち、円弧２が０よりも大きい半径を有し、円弧４が半径０を有する。図５ｃでは、先端ゾーンがキンクで始まり、丸みをつけられた部分で終わる。即ち、円弧２が半径０を有し、円弧４が０よりも大きい半径を有する。図５ｄでは、先端ゾーンが、丸みをつけられた部分で始まり、丸みをつけられた部分で終わる。即ち、円弧２および４が、いずれの場合も０よりも大きい半径を有する。
【０１２２】
１回またはπ／２の倍数だけの回転により、ならびに／もしくはｘ軸および／またはｙ軸での鏡映により、図５ａから５ｄは、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭に組み合わされてもよい。従って、例えば、先端ゾーンが異なる大きさからなる本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭を生成することができる。従って、例えば、先端ゾーンがスクリュエレメントの回転方向に丸みをつけられた、またはスクリュエレメントの回転方向と反対に丸みをつけられた、本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭を生成することがさらに可能である。
【０１２３】
ねじ山の数ｚを有するなめらかできつくかみ合う自己洗浄性共回転スクリュ輪郭を生成するための方法が、図５ｄのスクリュ輪郭の部分を使用して例により以下に説明される。
【０１２４】
スクリュ輪郭、および従ってスクリュ輪郭の示される部分も本発明に従って１つの平面内にある。簡略化するために、この平面はデカルト座標系のｘｙ平面内に配置される。また、簡略化するために、スクリュ輪郭の回転点がデカルト座標系の原点（ｘ＝０、ｙ＝０）に配置される。
【０１２５】
ねじ山の数ｚは本発明に従って、ｚが１以上となるように選択される。この例では、ねじ山の数はｚ＝２となるように選択される。スクリュ輪郭の円弧の数ｎは、ｎが４＊ｚの整数ｐ倍となるように選択される。この例では、円弧の数はｎ＝３２となるように選択され、その結果ｐ＝４となる。スクリュ輪郭の無次元の外側のスクリュ半径ＲＡが、０よりも大きく、無次元中心線距離Ａ以下となるように選択される。この例では、スクリュ輪郭の無次元の外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４となるように選択される。スクリュ輪郭の無次元コア半径ＲＩが０以上、および無次元の外側のスクリュ半径ＲＡ以下となるように選択される。この例では、スクリュ輪郭の無次元コア半径は、ＲＩ＝Ａ−ＲＡ＝０．４６となるように選択される。
【０１２６】
スクリュ輪郭の円弧は、スクリュ輪郭の回転軸を中心にして時計回りまたは反時計回りに配列されてもよい。この例では、円弧はスクリュ輪郭の回転軸を中心にして反時計回りに配列される。
【０１２７】
スクリュ輪郭は２＊ｚの部分に分割され、これらの部分は、それぞれの部分がラジアンで角度π／ｚを相互に形成し、スクリュ輪郭の回転点で交差する２つの直線により境界を定められることを特徴とし、これら２つの直線は部分境界を意味する。この例では、スクリュ輪郭が４つの部分にさらに分割される。簡略化するために、すべての部分境界が、座標系のｘ軸およびｙ軸上に配置される。この例では、以下考慮されるスクリュ輪郭の部分は、正のｘ方向およびｙ方向にある部分だけである。
【０１２８】
スクリュ輪郭の部分は、第１の断片および第２の断片にさらに分割され、第１の断片はｐの円弧からなり、第２の断片はｐ’の円弧からなり、ここで、ｐ＝ｐ’である。この例では、ｐ’＝４である。スクリュ輪郭の部分の第１の断片の円弧が、昇順または降順に番号をつけられてもよい。スクリュ輪郭の部分の第２の断片の円弧が、スクリュ輪郭の部分の第１の断片の円弧と逆順に番号をつけられてもよい。この例では、スクリュ輪郭の部分の第１の断片の円弧は昇順に番号をつけられ、スクリュ輪郭の部分の第２の断片の円弧はこれに応じて降順に番号をつけられる。
【０１２９】
スクリュ輪郭の部分の第１の断片の１番目の円弧の角度α＿１が、ラジアンで０以上、およびπ／（２＊ｚ）以下となるように選択される。この例では、１番目の円弧の角度はα＿１＝０．１２２２となるように選択される。スクリュ輪郭の部分の第１の断片の１番目の円弧の無次元半径Ｒ＿１が０以上、および中心線距離Ａ以下となるように選択される。この例では、１番目の円弧の無次元半径はＲ＿１＝０．９５００となるように選択される。スクリュ輪郭の部分の第１の断片の１番目の円弧の位置が、１番目の円弧が無次元の外側のスクリュ半径ＲＡおよび無次元コア半径ＲＩを有する円環内部または円環上にあるように選択され、円環の中心点がスクリュ輪郭の回転点上にある。位置は、１番目の円弧の始点および中心点の配置により確立されることが好ましい。１番目の円弧の始点および中心点は部分境界の一方の上に配置され、これにより、始点が中心点の位置、および無次元半径Ｒ＿１の位置から得られる。この例では、１番目の円弧の中心点は、座標Ｍｘ＿１＝−０．４１７５、Ｍｙ＿１＝０．００００に配置され、従って、始点は座標ｘ＝０．５３２５、ｙ＝０．００００にある。
【０１３０】
ｐ−２の別の円弧の、即ちスクリュ輪郭の部分の第１の断片の２つの別の円弧の角度α＿２、…、α＿（ｐ−１）がラジアンで０以上、およびπ／（２＊ｚ）以下となるように選択される。この例では、２つの別の円弧の角度が、α＿２＝０．１７１２およびα＿３＝０．０４６１となるように選択される。スクリュ輪郭の部分の第１の断片の２つの別の円弧の無次元半径Ｒ＿２、…、Ｒ＿（ｐ−１）が０以上、および無次元中心線距離Ａ以下となるように選択される。この例では、２つの別の円弧の無次元半径が、Ｒ＿２＝０．２４１４およびＲ＿３＝０．５４００となるように選択される。配列規則によれば、円弧は、連続した凸状のスクリュ輪郭が得られるような方法で円弧が接線方向に互いに移行するように配列され、この場合、無次元半径が０に等しい円弧が、半径がｅｐｓに等しい円弧として扱われることが好ましく、ここで、ｅｐｓは０に向かう傾向がある非常に小さな正の実数である（ｅｐｓ≪１、ｅｐｓ→０）。この配列規則から、円弧の終点が次の円弧の始点と等しいことになる。第１の円弧と、第１の円弧に続く第２の円弧の間の必要とされる接線方向の遷移が、この第１の円弧の終点および中心点からできる直線上で、この第１の円弧の終点からのこの第１の円弧に続く第２の円弧の中心点の距離が、第１の円弧に続く第２の円弧の半径に等しく、スクリュ輪郭が凸状であるような方法で、この第１の円弧に続く第２の円弧の中心点が配置されることで満たされる。半径が０である円弧が、接線方向の遷移がさらに設計されることができるように、非常に小さな半径ｅｐｓを有する円弧として扱われることが好ましく、ここで、ｅｐｓは０に向かう傾向がある。代案として、半径が０である円弧が、スクリュ輪郭がこの円弧の位置でキンクを含むように扱われてもよく、この場合、キンクの大きさはこの円弧の角度により確立される。この例では、上記の配列規則から、２つの別の円弧の中心点の以下の位置となる。即ち、Ｍｘ＿２＝０．２８５９、Ｍｙ＿２＝０．０８６４、およびＭｘ＿３＝０．００００、Ｍｙ＿３＝０．００００である。３番目の円弧が、無次元の外側のスクリュ半径ＲＡ上にあり、少なくとも１つの円弧が無次元の外側のスクリュ半径ＲＡに接触するという配列規則が満たされる。
【０１３１】
本発明により、スクリュ輪郭の部分の第１の断片の最後の円弧の角度α＿４が、スクリュ輪郭の部分の第１の断片の４つの円弧の角度の総計がラジアンでπ／（２＊ｚ）に等しいという事実から得られ、この場合、角度α＿４はラジアンで０以上、およびπ／（２＊ｚ）以下である。この例では、この最後の円弧の角度はα＿４＝０．４４５９である。本発明により、スクリュ輪郭の部分の第１の断片の最後の円弧の無次元半径Ｒ＿４が、この円弧の終点が直線ＦＰに１点で接するという事実から生じ、この場合、直線ＦＰはこの部分の２つの部分境界の二等分線に垂直であり、スクリュ輪郭の回転点からこの部分の方向に中心線距離の半分に等しい距離にあり、この場合、二等分線は部分境界のようにスクリュ輪郭の回転点を通過する。直線ＦＰは図５ｄでは点線として描かれている。スクリュ輪郭の部分の第１の断片の４番目の円弧が、３番目の円弧の終点に３番目の円弧への接線を配置することにより設計され、接線と直線ＦＰとの交点が、半径が３番目の円弧の終点と、接線と直線ＦＰとの交点との間の距離の長さに等しい円の中心点であり、選択された時計回りの方向に配置された、円と直線ＦＰの交点が、４番目の円弧の終点と直線ＦＰとの探し求められた接点であることで設計される。４番目の円弧の終点で、直線ＦＰに垂線が下ろされる。この垂線と、３番目の円弧の終点および中心点により提供される直線との交点が、４番目の円弧の中心点である。この例では、４番目の円弧の中心点の位置が、Ｍｘ＿４＝３８５８、Ｍｙ＿４＝０．１３６２と計算され、４番目の円弧の無次元半径が、Ｒ＿４＝０．１３０９と確立される。
【０１３２】
スクリュ輪郭の部分の第２の断片の角度α＿ｐ’、…α＿１’が、部分の第２の断片のｊ’番目の円弧の角度α＿ｊ’が部分の第１の断片のｊ番目の円弧の角度α＿ｊに等しいことで決定され、ｊおよびｊ’は１からそれぞれ円弧の数ｐまたはｐ’までの範囲内のすべての値を一緒に通る整数である（α＿１’＝α＿１、…、α＿ｐ’＝α＿ｐ）。この例では、部分の第２の断片の角度は、α＿１’＝α＿１＝０．１２２２、α＿２’＝α＿２＝０．１７１２、α＿３’＝α＿３＝０．０４６１、およびα＿４’＝α＿４＝０．４４５９と計算される。
【０１３３】
スクリュ輪郭の部分の第２の断片の無次元半径Ｒ＿ｐ’、…、Ｒ＿１’が、部分の第２の断片のｊ’番目の円弧の無次元半径Ｒ＿ｊ’と部分の第１の断片のｊ番目の円弧の無次元半径Ｒ＿ｊの総計が無次元中心線距離Ａに等しいことで決定され、ここで、ｊおよびｊ’は１からそれぞれ円弧の数ｐまたはｐ’までの範囲内のすべての値を一緒に通る整数である（Ｒ＿１’＋Ｒ＿１＝Ａ＝１、…、Ｒ＿ｐ’＋Ｒ＿ｐ＝Ａ＝１）。この例では、部分の第２の断片の無次元半径は、Ｒ＿１’＝Ａ−Ｒ＿１＝０．０５００、Ｒ＿２’＝Ａ−Ｒ＿２＝０．７５８６、Ｒ＿３’＝Ａ−Ｒ＿３＝０．４６００、およびＲ＿４’＝Ａ−Ｒ＿４＝０．８６９１と計算される。
【０１３４】
本発明により、スクリュ輪郭の部分の第２の断片の円弧の位置が、円弧が互いに接線方向に移行し、スクリュ輪郭が凸状となることで得られる。この例では、スクリュ輪郭の部分の第２の断片の４つの円弧の中心点について以下の座標が得られる。即ち、Ｍｘ＿１’＝０．００００、Ｍｙ＿１’＝０．４１７５、Ｍｘ＿２’＝−０．０８６４、Ｍｙ＿２’＝−０．２８５９、Ｍｘ＿３’＝０．００００、Ｍｙ＿３’＝０．００００、およびＭｘ＿４’＝０．１３６２、Ｍｙ＿４’＝−０．３８５８である。スクリュ輪郭の部分の第２の断片の３番目の円弧が無次元コア半径ＲＩ上にあり、少なくとも１つの円弧が無次元コア半径ＲＩに接触するという配列規則が満たされる。
【０１３５】
図６：図６ａから６ｃはそれぞれ、いずれの場合も８の円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。図６ａでは、外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５８であるが、図６ｂではＲＡ＝０．５６であり、図６ｃではＲＡ＝０．５２である。外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離が、図６ａから６ｃでは０．００６から０．０２まで変化する。３つの図で、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧３により先端ゾーンが提供される。先端角度α＿３は０．０２７０から０．０６９８まで変化する。４つの図のそれぞれで、いずれの場合もコア半径上にある円弧３’により溝付ゾーンが提供される。溝角度α＿３は０．０２７０から０．０６９８まで変化する。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図６ａから６ｃでは８＊０．０２７０＝０．２１６０（ＲＡ＝０．５８）から８＊０．０６９８＝０．５５８４（ＲＡ＝０．５６）まで変化し、従って、対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．１０６倍（ＲＡ＝０．５８）からほぼ０．２１９倍（ＲＳ＝０．５６）までにしかならない。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、円弧４、４’、３’、２’、および１’により提供される。関連するフランク角度および溝角度の総計の２倍が、２．１２７２（ＲＡ＝０．５２）から２．６３３８（ＲＡ＝０．５８）までになり、いずれの場合も２＊π／３よりも大きい。
【０１３６】
図７：図７は対称なスクリュ輪郭を有する、本発明による好ましい１対のスクリュエレメントの回転軸に垂直な断面を示す。いずれの場合も半径ＲＡ＝０．５４および距離Ａ＝１を有する２つの相互に貫通し合う内径から得られるスクリュバレルが細い破線で図示されている。２つのバレル内径が相互に貫通し合う場所で、２つの内径は細い点線で識別される。２つのバレル内径の中心点が、スクリュ輪郭の２つの回転点と一致し、いずれの場合も小さな円で識別される。いずれの場合も、２つのスクリュ輪郭の３２の円弧が太い実線で識別される。左回転スクリュ輪郭の、即ち生成するスクリュ輪郭の円弧が連続して番号をつけられ（１から１６）、ここで、明確にするために、円弧１７から３２までの番号が省かれている。右回転スクリュ輪郭の、即ち生成されるスクリュ輪郭の円弧が連続して番号がつけられ（１’から１６’）、ここで、明確にするために、円弧１７’から３２’の番号が省かれている。いずれの場合も最初の１６の円弧の中心点が小さな円で図示されている。いずれの場合も、これら最初の１６の円弧の中心点が、関連する円弧の始点にも終点にも細い実線で接続されている。図の下に半径Ｒ、角度α、ならびに円弧の中心点のｘ座標およびｙ座標ＭｘおよびＭｙが、いずれの場合もそれぞれの円弧について４桁の有効数字まで示されている。これらの詳細がスクリュ輪郭を明白に規定する。
【０１３７】
コンピュータソフトウェアを用いて図を作り出した結果として、詳細に説明される円弧がスクリュ輪郭当たり１６まで減るにもかかわらず、円弧の番号が一部重なってもよく、例えば円弧６および７、ならびに円弧１４’および１５’を参照のこと。時には個々の番号の読みやすさが劣るにもかかわらず、それでも輪郭の構造がこの説明と併せた内容から明らかである。
【０１３８】
生成するスクリュ輪郭が４つの先端ゾーンからなる。生成するスクリュ輪郭の先端ゾーンは円弧１、１２、１７、および２８からなる。円弧１および２８に属する２つの先端ゾーン間のフランクゾーンが、円弧１２および１７に属する２つの先端ゾーン間のフランクゾーンよりも大きい。生成されるスクリュ輪郭が、生成するスクリュ輪郭の４つの先端ゾーンに対応する４つの溝付ゾーンからなる。生成されるスクリュ輪郭の溝付ゾーンは円弧１’、１２’、１７’、および２８’からなる。
【０１３９】
生成するスクリュ輪郭が４つの溝付ゾーンからなる。生成されるスクリュ輪郭が、生成するスクリュ輪郭の４つの溝付ゾーンに対応する４つの先端ゾーンからなる。生成するスクリュ輪郭の溝付ゾーンは円弧４、９、２０、および２５からなる。生成されるスクリュ輪郭の先端ゾーンは円弧４’、９’、２０’、および２５’からなる。
【０１４０】
図７に示される本発明によるスクリュエレメントの対の先端ゾーンの数が合計で８であり、本発明に従って４よりも大きい。すべての先端ゾーンの先端角度の総計が４＊０．０４１９＋４＊０．１４５０＝０．７４７６になり、従って、対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．２３５倍にしかならない。
【０１４１】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい生成するスクリュ輪郭の第１のゾーンが円弧２から１１までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度および溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい生成するスクリュ輪郭の第２のゾーンが円弧１８から２７までからなる。フランク角度および溝角度の総計が２．３４５６になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１４２】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度と溝角度の総計がπ／２よりも大きく、好ましくは２＊π／３よりも大きい生成されるスクリュ輪郭の第１のゾーンが円弧１０’から１９’までからなる。フランク角度と溝角度の総計が２．１７０９になり、２＊π／３よりも大きい。フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなり、フランク角度と溝角度の総計がπ／２よりも大きい、好ましくは２＊π／３よりも大きい生成されるスクリュ輪郭の第２のゾーンが円弧２６’から３２’まで、および１’から３’までからなる。フランク角度と溝角度の総計が２．５１９９になり、２＊π／３よりも大きい。
【０１４３】
本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭が、とりわけ以下の方法で図７に従って明確に得られる。即ち、（対称な）スクリュ輪郭の第１の４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンがｙ軸で鏡像される。（対称な）スクリュ輪郭の第２の４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンがｙ軸で鏡映され、πからπ−［π／２−２＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊Ａ／ＲＡ）］までの範囲内でスクリュ輪郭の回転点を中心にして時計回りまたは反時計回りに回転される。角括弧の項は、２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントの先端角度に等しい。図７では、図４ｂによる第１の４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンが選択された。図７の円弧２、３、４、５、および６が、図４ｂの円弧４、４’、３’、２’、および１’に対応する。第２の４分の１のフランクゾーンおよび溝付ゾーンが図２ａに基づく。円弧１８、１９、２０、２１、および２２が、図２ａの円弧４、４’、３’、２’、および１’に対応する。２つのフランクゾーンと溝付ゾーンの間のゾーンが、連続したスクリュ輪郭が得られるような方法で、先端ゾーンにより、または一連の先端ゾーンおよびフランクゾーンにより、好ましくは一連の先端ゾーン−フランクゾーン−先端ゾーンにより完成される。このようなゾーンは、以下閉ゾーンとして知られている。スクリュ輪郭の回転点に対する閉ゾーンの始点と終点の間の角度が、閉角度として知られている。
【０１４４】
図７では先端ゾーンおよびフランクゾーンからなる第１の閉ゾーンが円弧１２、１３、１４、１５、１６、および１７からなる。第２の閉ゾーンが円弧２８、２９、３０、３１、３２、および１からなる。スクリュ輪郭の第２の４分の１を大体πだけ回転することにより、フランクゾーンからなる２つのゾーンと、大きさが等しくない溝付ゾーンの間に２つの閉ゾーンがもたらされる。２つの閉ゾーンのうちの一方の閉角度が、好ましくは対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の１．２倍よりも大きい、特に好ましくは対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の１．６倍よりも大きい、および最も好ましくは２＊ａｒｃｃｏｓ（０．５＊Ａ／ＲＡ）で計算されるバレル開口角度よりも大きくなるような角度の回転が続行される。これらの場合には、２つの閉ゾーンの第２の閉ゾーンが先端ゾーンからなることが特に好ましく、これにより、このスクリュ輪郭が合計３つの先端ゾーンからなる。
【０１４５】
図８：図８ａおよび８ｂはそれぞれ、いずれの場合も４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。両方の図で、外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４になる。円弧１と外側のスクリュ半径の間の最大無次元距離が、図８ａでは０．０２と、図８ｂでは０．０１６と計算される。両方の図で、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧２により先端ゾーンが提供される。先端角度α＿２がいずれの場合も０に等しい。いずれの場合も円弧２’とコア半径との接点により溝付ゾーンが提供される。接点は、円弧２’の中心点、およびスクリュ輪郭の回転点（座標原点）により決定される直線と円弧２’との交点に等しい。溝角度はいずれの場合も０に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図８ａおよび８ｂについていずれの場合も０になる。
【０１４６】
フランクゾーンおよび溝付ゾーンからなるゾーンの半分が、いずれの場合も円弧２、２’、および１’により提供される。このようなゾーンは、以下チャネルゾーンとして知られている。スクリュ輪郭の回転点に対する、チャネルゾーンの始点と終点の間の角度がチャネル角度として知られている。閉ゾーンの半分が円弧１および２により提供される。
【０１４７】
円弧２は閉ゾーンにもチャネルゾーンにも属する。円弧２の角度の閉ゾーンおよびチャネルゾーンへの分割が、円弧２が半径ＥＰＳ（ＥＰＳ≪１、ＥＰＳ→０）を有すると仮定され、この円弧が、円弧２の中心点、およびスクリュ輪郭の回転点により提供される直線と交差することで続行される。円弧２の一部が、従って交点の下にある円弧２の角度の一部が閉ゾーンに属し、他方の部分がチャネルゾーンに属する。円弧２の中心点を通過し、スクリュ輪郭の回転点を通過する直線が、両方の図でいずれの場合もリード角ａｒｃｔａｎ（Ｍｙ＿２／Ｍｘ＿２）＝０．３９８０を有する。チャネルゾーン全体の総計角度がいずれの場合もπ−２＊リード角＝２．３４５６になり、いずれの場合も２＊π／３よりも大きい。
【０１４８】
図８ａおよび８ｂの特有の特徴が、先端ゾーンおよび溝付ゾーンが、いずれの場合も外側のスクリュ半径またはコア半径上の点により提供されることである。外側のスクリュ半径との接点では、スクリュ輪郭はキンクを含む、即ち、円弧２がいずれの場合も半径０を有する。
【０１４９】
図９：図９ａおよび９ｂはそれぞれ、いずれの場合も４つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。両方の図で、外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４になる。円弧１と外側のスクリュ半径の間の最大無次元距離が、図９ａでは０．０１４８と、図９ｂでは０．０１２２と計算される。両方の図で、いずれの場合も外側のスクリュ半径上にある円弧２により先端ゾーンが提供される。接点が、円弧２の中心点、およびスクリュ輪郭の回転点（座標原点）により決定される直線と円弧２との交点に等しい。先端角度がいずれの場合も０に等しい。溝付ゾーンが、いずれの場合も円弧２’とコア半径との接点により提供される。接点は、円弧２’の中心点と、スクリュ輪郭の回転点（座標原点）により決定される直線と円弧２’との交点に等しい。溝角度がいずれの場合も０に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が、図９ａおよび９ｂについていずれの場合も０になる。
【０１５０】
チャネルゾーンの半分が、いずれの場合も円弧２の一部、ならびに円弧２’および１’により提供される。円弧２の中心点を通過し、スクリュ輪郭の回転点を通過する直線が、図９ａではリード角ａｒｃｔａｎ（Ｍｙ＿２／Ｍｘ＿２）＝０．３５９７を、図９ｂではリード角０．３６１０を有する。チャネルゾーン全体の総計角度が、図９ａではπ−２＊リード角＝２．４２２３に、図９ｂでは２．４１９５になり、いずれの場合も２＊π／３よりも大きい。
【０１５１】
図９ａおよび９ｂの特有の特徴が、先端ゾーンおよび溝付ゾーンが、いずれの場合も外側のスクリュ半径またはコア半径上の点により提供されることである。外側のスクリュ半径との接点では、スクリュ輪郭がキンクを含まない、即ち、円弧２がいずれの場合も０より大きな半径を有する。従って、円弧２は外側のスクリュ半径に対する接線である。
【０１５２】
図１０：図１０ａおよび１０ｂは、すべての先端ゾーンの先端角度の総計が０に等しい、本発明によるスクリュエレメントの別の好ましいスクリュ輪郭を示す。図は図７ｂのように構築され、図７では詳細な説明が既に提供された。外側のスクリュ半径が、図１０ａではＲＡ＝０．５４に、図１０ｂではＲＡ＝０．６３になる。
【０１５３】
左回転スクリュ輪郭の、即ち生成するスクリュ輪郭の先端ゾーンが、いずれの場合も円弧２、７、１０、および１５からなる。右回転スクリュ輪郭の、即ち生成されるスクリュ輪郭の先端ゾーンが、円弧３’、６’、１１’、および１４’からなる。図１０ｂは、円弧３’から６’まで、および１１’から１４’までが一致し、生成されるスクリュ輪郭が２つの先端しか含まず、スクリュエレメントの対が全体で６つの先端ゾーンしか含まないという特異な特徴を示す。
【０１５４】
生成するスクリュ輪郭の第１のチャネルゾーンが、いずれの場合も円弧２、３、４、５、６、および７により提供される。生成するスクリュ輪郭の第２のチャネルゾーンが、いずれの場合も円弧１０、１１、１２、１３、１４、および１５により提供される。生成するスクリュ輪郭の２つのチャネルゾーンの間の第１の閉ゾーンが、円弧７、８、９、および１０により提供される。生成するスクリュ輪郭の２つのチャネルゾーンの間の第２の閉ゾーンが、円弧１５、１６、１、および２により提供される。
【０１５５】
円弧２、７、１０、および１５が、いずれの場合もチャネルゾーンにも閉ゾーンにも属する。これらの円弧の角度のチャネルゾーンおよび閉ゾーンへの分割が既に図８で説明されている。生成するスクリュ輪郭の２つの閉ゾーンの閉角度が、図１０ａではいずれの場合も０．９６００になる。従って、閉ゾーンの閉角度は、対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度のほぼ１．２０６倍になる。生成するスクリュ輪郭の２つの閉ゾーンの閉角度は、図１０ｂではいずれの場合も０．５２５７になる。従って、閉ゾーンの閉角度は、対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度のほぼ２．０００倍になる。
【０１５６】
本発明による１対のスクリュエレメントのスクリュ輪郭の閉ゾーンの２つの閉角度が、好ましくはいずれの場合も対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の１．２倍よりも大きく、特に好ましくはいずれの場合も対応する外側のスクリュ半径を有する２−ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭の先端角度の１．６倍よりも大きい。これらの事例では、対応するスクリュ輪郭の閉ゾーンが先端ゾーンからなることが好ましい。
【０１５７】
図はスクリュ半径０．５２、０．５４、０．５６、０．５８、および０．６３を有するスクリュ輪郭を示す。外側のスクリュ半径は示された値に決して限定されない。むしろ、スクリュ半径は、好ましくは０．５１から０．６６までの範囲内であり、特に好ましくは０．５２から０．５７５までの範囲内である。
【０１５８】
図は、スクリュ輪郭の４分の１が４または８の円弧からなる、または完全なスクリュ輪郭が１６または３２の円弧からなるスクリュ輪郭を示す。円弧の数は示された値に決して限定されない。むしろ、スクリュ輪郭の４分の１が少なくとも２つの円弧からなり、完全なスクリュ輪郭が少なくとも６つの円弧からなる。スクリュ輪郭またはスクリュ輪郭の一部が成り立つ円弧の数に上限はない。
【０１５９】
意外にも、本発明による１対のスクリュエレメントのスクリュ輪郭が、規定された一連の先端ゾーン、フランクゾーン、および溝付ゾーンにより生成されてもよいことが見出された。従って、本発明は、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭が一連のチャネルゾーン−閉ゾーン−チャネルゾーン−閉ゾーンを示すことを特徴とする、多軸押出機のための新規なスクリュエレメントを提供する。チャネルゾーンは、一連のフランクゾーンおよび溝付ゾーンを、好ましくは一連のフランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーンを、特に好ましくは一連のフランクゾーン−溝付ゾーン−フランクゾーンを意味すると理解される。閉ゾーンは、先端ゾーンを、または好ましくは一連の先端ゾーンおよびフランクゾーンを、特に好ましくは一連の先端ゾーン−フランクゾーン−先端ゾーンを意味すると理解される。
【０１６０】
図に示されるすべてのスクリュ輪郭は、一連のチャネルゾーン−閉ゾーン−チャネルゾーン−閉ゾーンにさらに分割されてもよい。
【０１６１】
図１１から１３は、８の字型スクリュバレルの内側の生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭を示す。２つのスクリュ輪郭の内側に、以下のスクリュ変数について数値が示されている。
ＲＧ：２つのバレル内径の半径
ＲＶ：バレル内径ＲＧ以下の仮想バレル半径
ＲＡ：きつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の外側のスクリュ半径
ＲＦ：製造されるスクリュ輪郭の外側のスクリュ半径
Ｓ：製造される２つのスクリュ輪郭間のクリアランス
Ｄ：製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランス
Ｔ：運搬エレメント、混合エレメント、または遷移エレメントのピッチ
ＶＰＲ：偏心的に配列された場合の、なめらかできつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の変位の大きさ
ＶＰＷ：偏心的に配列された場合の、なめらかできつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の変位の角度（方向の指示）
ＶＬＲ：クリアランスの範囲内の、左回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の大きさ
ＶＬＷ：クリアランスの範囲内の、左回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の角度
ＶＲＲ：クリアランスの範囲内の、右回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の大きさ
ＶＲＷ：クリアランスの範囲内の、右回転スクリュの製造されるスクリュ輪郭の変位の角度。
【０１６２】
いずれの場合も半径ＲＧおよび距離Ａ＝１を有する２つの相互に貫通し合う内径から得られるスクリュバレルが細い破線で図示されている。２つのバレル内径が互いに貫通し合う場所では、２つの内径が細い点線で識別される。２つのバレル内径の中心点が、スクリュ輪郭の２つの回転点と一致し、いずれの場合も小さな円で識別される。きつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭が、太い実線により識別される。製造の際のスクリュ輪郭が細い実線で図示されている。
【０１６３】
きつくかみ合う自己洗浄性スクリュ輪郭の外側のスクリュ半径ＲＡと、仮想バレル半径ＲＶと、製造される２つのスクリュ輪郭間のクリアランスＳと、製造されるスクリュ輪郭とスクリュバレルの間のクリアランスＤとの間に以下の関係、即ちＲＡ＝ＲＶ−Ｄ＋Ｓ／２が当てはまることが当業者には公知である。
【０１６４】
製造されるスクリュ輪郭の外側のスクリュ半径ＲＦと、仮想バレル半径ＲＶと、製造されるスクリュ輪郭とスクリュバレルの間のクリアランスＤとの間に以下の関係、即ちＲＦ＝ＲＶ−Ｄが当てはまることが当業者にはさらに公知である。
【０１６５】
一般に、仮想バレル半径ＲＶは示されるバレル半径ＲＧに等しい。仮想バレル半径ＲＶがバレル半径ＲＧよりも小さいように選択された場合、スクリュ輪郭とバレルの間に別のクリアランスが出現する。このクリアランスは、自己洗浄性を維持しながら、生成するスクリュ輪郭および生成されるスクリュ輪郭を偏心的に変位させるために使用されてもよい。偏心性は、変位の大きさＶＰＲ、および角度ＶＰＷの形の変位の方向により明白に特徴付けられる。
【０１６６】
図１１：図１１ａから１１ｃは、本発明によるスクリュエレメントのスクリュ輪郭の偏心的位置決めの好ましい実施形態を示す。図１１ａから１１ｃのスクリュ輪郭は図２ａに基づく。仮想バレル半径がＲＶ＝０．５４になり、バレル半径ＲＧ（ＲＧ＝０．５５）よりも小さい。別の幾何学的パラメータが個々の図から理解されることができる。スクリュ輪郭はそれぞれ図１１ａから１１ｂで、右回転スクリュ輪郭の正確に１点がバレルに接触し、左回転スクリュ輪郭のどの点もバレルに接触しないような範囲内に変位させられた。この目的のために必要とされる変位の大きさは変位の方向に依存する。図１１ｃは、両方のスクリュ輪郭が正確に１点でバレルに接触するような程度の大きさおよび方向までスクリュ輪郭が変位される特別な事例を示す。この場合、変位は角度π／４で続行される。スクリュ輪郭のどの点もバレルに接触しないスクリュ輪郭の別の偏心的位置決めが選択されてもよい。
【０１６７】
図１２：当業者には公知のように、実際には、すべてのスクリュエレメントが、互いに対しても、バレルに対しても、ある程度のクリアランスを必要とする。図１２ａから１２ｄは異なるクリアランス戦略を示す。幾何学的パラメータは個々の図から理解されることができる。図１２ａは、製造されるスクリュ輪郭間のクリアランス、および製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランスが同じ大きさであるクリアランス戦略を示す。図１２ｂは、製造されるスクリュ輪郭間のクリアランスが、製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランスよりも小さいクリアランス戦略を示す。図１２ｃは、製造されるスクリュ輪郭間のクリアランスが、製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランスよりも大きいクリアランス戦略を示す。図１２ｄは、特に大きなクリアランスを有する図１２ｃによる別の実施形態を示す。製造されるスクリュ輪郭間のクリアランスについては、実際に行われている典型的なクリアランスが０．００２から０．１までの範囲内にある。製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランスについては、実際に行われている典型的なクリアランスが０．００２から０．１までの範囲内にある。実際に行われている典型的なクリアランスは、スクリュ輪郭の円周の端から端まで一定である。しかし、スクリュ輪郭の円周の端から端まで、製造されるスクリュ輪郭間のクリアランスも、製造されるスクリュ輪郭とバレルの間のクリアランスも変更することが許容できる。
【０１６８】
図１３：製造されるスクリュ輪郭をクリアランスの範囲内で変位させることがさらに可能である。図１３ａから１３ｄは、可能な変位の選択を示す。幾何学的パラメータが個々の図から理解されることができる。図１３ａから１３ｄでは、いずれの場合も製造される両方のスクリュ輪郭について変位の大きさがＶＬＲ＝ＶＲＲ＝０．０２になる。図１３ａから１３ｄでは、いずれの場合も製造される両方のスクリュ輪郭について変位の方向が、ＶＬＷ＝ＶＲＷ＝０からＶＬＷ＝ＶＲＷ＝π／２まで段階的に変化する。製造される２つのスクリュ輪郭を異なる方向に異なる量だけ相互に独立に変位させることが許容できる。
【０１６９】
図１４ａは、運搬エレメントとして構成され、スクリュ輪郭が図２ａに基づく本発明による１対のスクリュエレメントを例として示す。バレル半径がＲＧ＝０．５４になる。２つの運搬エレメント間のクリアランスがＳ＝０．０２になる。２つの運搬エレメントとバレルの間のクリアランスがＤ＝０．０１になる。運搬エレメントのピッチがＴ＝１．２になる。運搬エレメントの長さが１．２になり、この値はスクリュ輪郭の角度２πだけの回転に対応する。２つの運搬エレメントの左側および右側にバレルが細い実線で図示されている。２つの運搬エレメントの表面上に可能な計算グリッドがさらに図示され、このグリッドは二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。
【０１７０】
図１４ｂは、混練エレメントとして構成され、スクリュ輪郭が図２ａに基づく、本発明による１対のスクリュエレメントを例として示す。バレル半径がＲＧ＝０．５４になる。２つの混練エレメントの混練ディスク間のクリアランスがＳ＝０．０２になる。２つの混練エレメントの混練ディスクとバレルの間のクリアランスがＤ＝０．０１になる。混練エレメントは７つの混練ディスクからなり、混練ディスクは、いずれの場合も互いに対して角度π／６だけ右回転でずれている。第１の混練ディスクおよび最後の混練ディスクが長さ０．０９を有する。間にある混練ディスクが長さ０．１８を有する。混練ディスク間の溝が長さ０．０２を有する。２つの混練エレメントの左側および右側にバレルが細い実線で示されている。２つの混練エレメントの表面上に可能な計算グリッドがさらに図示され、このグリッドは二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。
【０１７１】
（実施例）
従来技術による２―ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有するスクリュエレメントの圧力増大容量および動力要件、ならびに新規のスクリュ輪郭を有する本発明によるスクリュエレメントの圧力増大容量および動力要件が、流動シミュレーションの助けを借りて計算された。
【０１７２】
当業者に公知のように、および［１］の１２９から１４６ページで得られるように、運搬エレメント、混練エレメント、および混合エレメントなどのスクリュエレメントの動作の性質が、圧力差／処理量、および動力／処理量特性により説明されることができる。異なる押出機の大きさへの移転可能性を簡略化するために、可変圧力差、動力、および処理量がこれらの無次元形で使用される。ニュートン流の性質を有するプラスチック配合物の場合、圧力差と処理量の間にも、動力と処理量の間にも線形関係がある。圧力差／処理量特性では、軸の交点がＡ１およびＡ２とラベルをつけられる（［１］、１３３ページ）。動作点Ａ１は、スクリュエレメントの固有の処理量を意味する。動作点Ａ２は処理量のない圧力増大容量を意味する。動力／処理量特性では、軸の交点がＢ１およびＢ２とラベルをつけられる（［１］、１３６ページ）。点Ｂ１は「タービン点」である。処理量がＢ１よりも大きい場合、動力がスクリュに出力される。動作点Ｂ２は処理量のない動力要件を意味する。
【０１７３】
圧力増大ゾーンでは、導入される動力の一部だけが流れの動力に変換されることができる。導入される動力の残りは損失する。流れの動力は処理量と圧力差の積として計算される。当業者が容易に認めるように、圧力差が０に等しい（Ａ１）、または処理量が０に等しい（Ａ２）ので、軸の交点Ａ１およびＡ２での流れの動力はいずれの場合も０に等しい。Ａ１とＡ２の間のゾーンでは圧力差も処理量も０より大きく、その結果、正の流れの動力となる。処理量により提供される動作点の流れの動力が、この動作点でのスクリュによる動力出力により除算されると、この動作点での圧力増大効率が得られる。処理量に基づき効率を得ることにより、およびその後の谷底（ｒｏｏｔ）発見により、スクリュエレメントの最大効率が得られる。
【０１７４】
１対のスクリュエレメントの内側の流れが、市販のソフトウェアパッケージＦｌｕｅｎｔバージョン６．３．２６を使用して実行された。二軸押出機の流動シミュレーションの概論が例えば［１、１４７から１６８ページ］で得られる。
【０１７５】
流動シミュレーションは、いずれの場合も長さがピッチの半分に等しいスクリュエレメントを使用して精査することにより実行された。流動シミュレーション中、これらのスクリュエレメントは、流体力学的に確立された流れの状態を計算するために、これらのスクリュエレメントの軸の始まりおよび軸の終わりに周期的制約条件が提供された。ニュートン流の性質を有する流れがプラスチック配合物として使用された。
【実施例１】
【０１７６】
従来技術による２―ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する運搬エレメント
運搬エレメントの幾何形状が図１、および図１に関係する説明から推測されることができる。図１ｂおよび１ｃに示される計算グリッドと対照的に、流動シミュレーションのために、いずれの方向にも２倍の計算セルを含む、即ち、円周方向に３２０のグリッド要素を、軸方向に１６０のグリッド要素を、および半径方向に１２のグリッド要素を含む計算グリッドが使用される。
【０１７７】
軸部分が以下のように計算された。即ち、Ａ１＝０．１３６５、Ａ２＝１８９１７、Ｂ１＝０．４２７３、Ｂ２＝８０８４であった。圧力増大中の最大効率が９．５９％と決定される。
【実施例２】
【０１７８】
新規のスクリュ輪郭を有する本発明による運搬エレメント
本発明による幾何形状が図１５から明らかである。図１５ａは、８つの円弧からなる、本発明によるスクリュエレメントの好ましいスクリュ輪郭の４分の１を示す。無次元の外側のスクリュ半径がＲＡ＝０．５４になる。半径Ｒ＿１は０．７６４７に等しい。外側のスクリュ半径からの円弧１の最大無次元距離が０．００８と計算される。外側のスクリュ半径上にある円弧３により先端ゾーンが提供される。先端角度α＿３が０．０８３９に等しい。コア半径上にある円弧３’により溝付ゾーンが決定される。溝角度α＿３’が０．０８３９に等しい。本発明による１対のスクリュエレメントについてすべての先端ゾーンの先端角度の総計が８＊０．０８３９＝０．６７１２になり、従って、２―ねじ山Ｅｒｄｍｅｎｇｅｒスクリュ輪郭を有する１対のスクリュエレメントの先端角度の総計のほぼ０．２１１倍にしかならない。
【０１７９】
図１５ｂは、スクリュ輪郭が図１５ａに基づく、運搬エレメントとして構成される１対のスクリュエレメントを示す。２つの運搬エレメント間のクリアランスがＳ＝０．００８になる。２つの運搬エレメントとバレルの間のクリアランスがＤ＝０．００４になる。運搬エレメントのピッチがＴ＝１．０８になる。運搬エレメントの長さが０．５４になり、この値はスクリュ輪郭の角度πの回転に対応する。２つの運搬エレメントの左側および右側にバレルが細い実線で図示されている。可能な計算グリッドが２つの運搬エレメントの表面上にさらに図示され、このグリッドは、二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。グリッド要素の数が、円周方向には１６０に等しく、軸方向には８０に等しい。
【０１８０】
図１５ｃは、図１５ｂによるスクリュエレメントの対の平面図を示す。運搬エレメントとバレル間の自由体積が、可能な計算グリッド付きで提供され、計算グリッドは、二軸押出機および多軸押出機内の流れを計算するために使用されてもよい。グリッド要素の数が、円周方向には１６０に等しく、半径方向には６に等しい。２つのスクリュエレメントの回転軸が、小さな円でラベルをつけられている。
【０１８１】
図１５ｂおよび１５ｃに示される計算グリッドとは対照的に、流動シミュレーションのために、いずれの方向にも２倍の計算セルを含む、即ち、円周方向には３２０のグリッド要素を、軸方向には１６０のグリッド要素を、および半径方向には１２のグリッド要素を含む計算グリッドが使用される。
【０１８２】
軸部分は以下のように計算された。即ち、Ａ１＝０．１３２４、Ａ２＝１８７２１、Ｂ１＝０．３４３６、Ｂ２＝６４３４である。圧力増大中の最大効率が１２．１１％と決定される。固有処理量Ａ１および圧力増大容量Ａ２が、実施例１の結果とほぼ１％または２％以内で一致する。タービン点Ｂ１および動力要件Ｂ２に対する値が、実施例１と比較してほぼ２０％小さい。従来技術によるスクリュエレメントと比較した本発明によるスクリュエレメントの結果が、圧力増大効率のほぼ２６．２％の改善である。
【０１８３】
本発明によるスクリュエレメントを使って、従来技術によるスクリュエレメントよりも効率的なスクリュエレメントが提供される。同時に、本発明によるスクリュエレメントの先端ゾーンが減少する結果として、本発明によるスクリュエレメントは、従来技術によるスクリュエレメントよりも小さな熱応力を生成物に曝す。
【図１ａ】
0005600315.tif 000002
【図１ｂ】
0005600315.tif 000003
【図１ｃ】
0005600315.tif 000004
【図２ａ】
0005600315.tif 000005
【図２ｂ】
0005600315.tif 000006
【図３ａ】
0005600315.tif 000007
【図３ｂ】
0005600315.tif 000008
【図４ａ】
0005600315.tif 000009
【図４ｂ】
0005600315.tif 000010
【図５ａ】
0005600315.tif 000011
【図５ｂ】
0005600315.tif 000012
【図５ｃ】
0005600315.tif 000013
【図５ｄ】
0005600315.tif 000014
【図６ａ】
0005600315.tif 000015
【図６ｂ】
0005600315.tif 000016
【図６ｃ】
0005600315.tif 000017
【図７】
0005600315.tif 000018
【図８ａ】
0005600315.tif 000019
【図８ｂ】
0005600315.tif 000020
【図９ａ】
0005600315.tif 000021
【図９ｂ】
0005600315.tif 000022
【図１０ａ】
0005600315.tif 000023
【図１０ｂ】
0005600315.tif 000024
【図１１ａ】
0005600315.tif 000025
【図１１ｂ】
0005600315.tif 000026
【図１１ｃ】
0005600315.tif 000027
【図１２ａ】
0005600315.tif 000028
【図１２ｂ】
0005600315.tif 000029
【図１２ｃ】
0005600315.tif 000030
【図１２ｄ】
0005600315.tif 000031
【図１３ａ】
0005600315.tif 000032
【図１３ｂ】
0005600315.tif 000033
【図１３ｃ】
0005600315.tif 000034
【図１３ｄ】
0005600315.tif 000035
【図１４ａ】
0005600315.tif 000036
【図１４ｂ】
0005600315.tif 000037
【図１５ａ】
0005600315.tif 000038
【図１５ｂ】
0005600315.tif 000039
【図１５ｃ】
0005600315.tif 000040