(57)【要約】【課題】２軸混練押出機において、スクリュに加わる材料圧力の反力が低減され、シリンダとの接触による摩耗が軽減されるようにする。【解決手段】スクリュの横断面図において、仮想線で示されている一般形状のスクリュの回転方向側の先端角部ｅから反回転方向側の先端角部ｆに向かってチップ幅の長さの２０〜９０％の長さの箇所に第１接触点Ａを定めるとともに、その回転方向側の先端角部ｅからスクリュ溝底部に対応する点ｃに向かってチップ高さの２０〜１００％の長さの箇所に第２接触点Ｂを定め、それらの接触点Ａ，Ｂを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、一般形状のスクリュから回転方向側の先端角部ｅ近辺を除去した横断面形状とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線に直交する垂直面に沿って切断したスクリュの横断面図で見て、隣接するスクリュ溝底部に対応する２点を結ぶ線分の中点と、スクリュ先端の二つの角部を結ぶ線分の中点とを通る直線に関して左右対称の横断面形状を有するスクリュを一般形状のスクリュとするとき、
その一般形状のスクリュを、その横断面図における回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の２０〜９０％の長さの箇所に位置する第１切削点と、回転方向側の先端角部から同側のスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの２０〜１００％の長さの箇所に位置する第２切削点とを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、前記一般形状のスクリュから回転方向側の先端角部近辺を除去した横断面形状を有することを特徴とする、
２軸混練押出機用スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂などの固体材料を可塑化混練して押し出す２軸混練押出機に用いられるスクリュに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２軸混練押出機は、シリンダ内に並列して設けられた２本のスクリュにより、固体材料を移送し、溶融・混練するようにしたものである。通常、そのスクリュには、主としてフルフライトスクリュからなる送り部と、ロータスクリュやニーディングディスクスクリュなどからなる混練部とが設けられる。
【０００３】
従来のそのような２軸混練押出機のスクリュは、その回転軸線に直交する垂直面に沿って切断した横断面図で見ると、図１に示されているように、隣接するスクリュ溝底部に対応する２点ｃ，ｄを結ぶ線分ｃｄの中点Ｍと、スクリュ先端の二つの角部ｅ，ｆを結ぶ線分ｅｆの中点Ｎとを通る直線Ｌに関して左右対称の形状を有するものとされていた。
本明細書では、そのような横断面形状を有するスクリュを「一般形状のスクリュ」と呼ぶこととする。
なお、図１に示されているようなスクリュにおいて、一般に、スクリュ先端の二つの角部ｅ，ｆを結ぶ線分ｅｆの長さは「チップ幅」と呼ばれ、線分ｃｄの中点Ｍと線分ｅｆの中点Ｎとの間の長さは「チップ高さ」と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２軸混練押出機においては、材料は、主として混練部において、スクリュとスクリュとの間、あるいはスクリュとシリンダとの間に挟まれて、回転するスクリュにより剪断応力が加えられることによって溶融・混練されるのであるが、そのとき同時に圧縮もされるので、材料には高い圧力が発生する。特に、スクリュの噛み合い部においては、左右のスクリュの先端が接近する際に、瞬間的に材料が高圧縮されるので、材料圧力が非常に高くなることがある。その材料圧力の反力は、スクリュの回転軸線に直交する方向の力としてスクリュに加えられる。そのために、スクリュがシリンダの内壁に接触して、スクリュ及びシリンダが摩耗する、という問題がある。
前述したような従来の一般形状のスクリュでは、このような問題は避けられないこととなっていた。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、２軸混練押出機において、スクリュとシリンダとの摩耗の原因となる過大な材料圧力の発生が軽減されるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明では、スクリュの回転方向側の先端角部近辺を削り、スクリュの横断面形状が、隣接するスクリュ溝底部に対応する２点を結ぶ線分の中点と、スクリュ先端の二つの角部を結ぶ線分の中点とを通る直線に関して左右非対称となるようにしている。その切削は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の２０〜９０％の長さの箇所に位置する第１切削点と、回転方向側の先端角部からスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの２０〜１００％の長さの箇所に位置する第２切削点とを滑らかにつなぐ曲線に沿って行う。
【０００７】
このように構成することにより、例えばスクリュの噛み合い部において左右のスクリュの先端が接近するときにも、その間には隙間が形成されるので、材料が圧縮されることによって発生する圧力はその隙間から逃げることになる。その結果、材料に剪断応力を加える際に発生する材料圧力が低下して、スクリュに加わる反力が低減される。
第１切削点の位置を、回転方向側の先端角部から反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の２０％以下の箇所とすると、左右のスクリュの先端が接近するときにその間に形成される隙間の幅が十分な大きさとはならないので、効果が得られない。一方、その位置をチップ幅の９０％以上の箇所とすると、スクリュの先端部が尖りすぎとなってしまうので、適当でない。また、第２切削点の位置を、回転方向側の先端角部からスクリュ溝底部に対応する点に向かってチップ高さの２０％以下の箇所とすると、左右のスクリュの先端が接近するときに第２切削点の近傍において材料が挟み付けられることになるので、十分な効果は得られない。そこで、それらの切削点の位置は上述の範囲とされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図中、図２は本発明による２軸混練押出機のスクリュの一例を示す平面図であり、図３はそのスクリュの横断面図である。
【０００９】
図２から明らかなように、このスクリュ１，１は、主として混練部に用いられる２条のロータスクリュである。そのスクリュ１の回転軸線Ｏ−Ｏに直交する垂直面に沿って切断した横断面は、図３に示されているように、左右非対称な形状とされている。すなわち、仮想線で示されている一般形状のスクリュの横断面図において、その回転方向側の先端角部ｅと反回転方向側の先端角部ｆとの間の１点を第１切削点Ａ、回転方向側の先端角部ｅと同側のスクリュ溝底部に対応する点ｃとの間の１点を第２切削点Ｂとするとき、それらの切削点Ａ，Ｂを滑らかにつなぐ曲線に沿って切削して、その回転方向側の先端角部ｅ近辺を除去した横断面形状である。
第１切削点Ａの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部ｅから反回転方向側の先端角部ｆに向かってチップ幅の２０〜９０％の長さの箇所とされ、第２切削点Ｂの位置は、同じく一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部ｅからスクリュ溝底部に対応する点ｃに向かってチップ高さの２０〜１００％の長さの箇所とされる。
【００１０】
このような横断面形状のスクリュ１，１を用いた２軸混練押出機においては、図４に示されているように、シリンダ２内のスクリュ噛み合い部３において左右のスクリュ１，１の先端が接近するときにも、その間には十分な大きさの隙間４が形成されることになる。したがって、スクリュ１，１の先端間に材料が挟まれて圧縮されることにより発生する圧力は、その隙間４から逃げる。その結果、発生する材料圧力が低下して、スクリュ１，１に加わる反力が低減され、スクリュ１とシリンダ２との接触による摩耗が防止される。
しかも、材料は、回転するスクリュ１，１によって攪拌され、剪断応力を受けるので、その混練は十分に行われる。
【００１１】
【実施例】
実際に上述のような左右非対称形状のスクリュを製作し、それを用いて固体樹脂材料であるポリプロピレン（ＰＰ）の混練を行った。製作上の都合から、そのスクリュはニーディングディスクスクリュとした。そのスクリュの第１切削点Ａの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部ｅから反回転方向側の先端角部に向かってチップ幅の７０％の長さの箇所とし、第２切削点Ｂの位置は、一般形状のスクリュの横断面図における回転方向側の先端角部ｅからスクリュ溝底部に対応する点ｃに向かってチップ高さの６０％の長さの箇所とした。使用した混練押出機は、株式会社日本製鋼所製の２軸混練押出機「ＴＥＸ６５αＩＩ」である。
比較のために、従来の一般形状のスクリュ（ニーディングディスクスクリュ）を用いて同じ条件で同じ材料の混練を行った。
そして、図４に符号５で示されている位置に圧力センサを取り付け、それぞれの場合におけるスクリュ噛み合い部３での最大樹脂圧力を測定した。
【００１２】
表１は、その混練条件と測定結果とを示すものである。
【表１】
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この測定結果から、本発明によるスクリュを用いると、従来の一般形状のスクリュを用いた場合よりも、スクリュ噛み合い部での最大圧力が３５％程度低下することがわかる。したがって、スクリュに加わる反力が低減され、スクリュとシリンダとの摩耗が大幅に抑制されると予測される。
【００１３】
なお、以上の説明では、スクリュとしては２条のものを例に挙げて説明したが、本発明は、それに限られることなく、１条のスクリュにも、また、３条以上のスクリュにも適用することができるものである。また、図４には、スクリュ１，１が同方向に回転するものとして示されているが、本発明は、異方向に回転する２軸混練押出機のスクリュに適用することもでき、その場合にも、同様の効果を得ることができる。
更に、本発明は、上述のような混練部に用いられるロータスクリュやニーディングディスクスクリュのほか、主として送り部に用いられるフルフライトスクリュにも適用することができる。そのようにフルフライトスクリュに適用すれば、送り部における不要な混練を低減させる、という効果をも期待することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、２軸混練押出機用のスクリュを、その回転方向側の先端角部近辺を除去した形状とするようにしているので、スクリュの回転に伴って発生する材料圧力を低減させることができる。したがって、スクリュに加わる材料圧力の反力が低下し、過大な反力によりスクリュがシリンダ内壁に接触してそれらが摩耗する、ということが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般形状のスクリュの横断面形状を説明するための説明図である。
【図２】本発明による２軸混練押出機用スクリュの一例を示す平面図である。
【図３】図２のスクリュの横断面図である。
【図４】本発明によるスクリュを用いた２軸混練押出機の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  スクリュ
２  シリンダ
３  スクリュ噛み合い部
４  隙間
Ａ  第１切削点
Ｂ  第２切削点
ｃ，ｄ  一般形状のスクリュの横断面図におけるスクリュ溝底部に対応する点
ｅ  一般形状のスクリュの回転方向側の先端角部
ｆ  スクリュの反回転方向側の先端角部
Ｌ  線分ｃｄの中点と線分ｅｆの中点とを通る直線
Ｍ  線分ｃｄの中点
Ｎ  線分ｅｆの中点
Ｏ−Ｏ  スクリュの回転軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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