JP3706087B2

JP3706087B2 - Screw structure of twin screw extruder

Info

Publication number: JP3706087B2
Application number: JP2002174076A
Authority: JP
Inventors: 悟綿田; 亮河本
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP2004017417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸押出機のスクリュ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、ポリマーブレンド、フィラーコンパウンド、マスターバッチコンパウンド等に二軸押出機が使用されている。この種の二軸押出機は、２本のスクリュ２１を備え、図１２に示すように一般的にフィード部１０、混練・混合部１１及び排出部１２を形成している。フィード部１０は、フルフライトのスクリュ形状を有し、押出機に投入された原料を前方つまり混練・混合部１１に向けて送る。混練・混合部１１は、複数枚のニーディングディスク１を重ね合わせて配置させ、処理目的に応じて直交、順送り、逆送り形状で構成したものを適当な形状の組み合わせにして所要の混練・混合を行わせる。排出部１２は、フルフライトのスクリュ形状を有し、原料を押出機のダイスから排出させ、又は次工程に送る。
【０００３】
混練・混合部１１が、複数枚のニーディングディスク１を直交状態で重ね合わせた直交ニーディングディスク部３０を備え、対向するニーディングディスク１同士を噛み合わせるものでは、一対のスクリュ２１，２１の同方向回転により、原料に前後への送り作用を生じさせることなく、比較的強い混練・混合作用が得られる。このとき、前後に隣接するニーディングディスク１同士の挟角が、実質的に９０度に設定されている。しかして、直交ニーディングディスク部３０は、原料の温度上昇を抑制しながら比較的強い混練・混合作用を得る場合などに採用される。
【０００４】
一方、複数枚のニーディングディスクを順送り形状で構成するものも知られている。これは、複数枚のニーディングディスクに順次に等角度の挟角を与えるものであり、両スクリュ軸の同方向回転により、前方つまり排出部に向かう原料の送り作用を生じる。この場合、混練・混合部１１における原料の混練・混合が若干浅くなる。他方、複数枚のニーディングディスクを順送り形状とは逆位相で配置して逆送り形状で構成したものは、両スクリュ軸の同方向回転により、後方つまりフィード部に向かう原料の送り作用を生じる。この場合、原料が混練・混合部１１にせき止められて、強力な混練・混合が得られる。
【０００５】
ところで、２本のスクリュが同方向に同速度で回転すると、対向するニーディングディスクとシリンダとで囲まれた空間が一時的に存在するようになり、このとき、原料が圧縮され、囲まれていない空間部分より高い圧力が発生する。そして、この囲まれた空間部の高い圧力をニーディングディスクの長径部（山頂部）で受けることにより、スクリュにサイドフォースが発生する。ここで、サイドフォースは、スクリュの軸線に直角方向にニーディングディスクに作用する荷重である。
【０００６】
特に、直交ニーディングディスク部３０は、ニーディングディスク１を９０度づつ位相をずらせた構成であり、例えば５枚のニーディングディスク１の組み合わせでは、図１０，図１１に示すように最初の１枚目のニーディングディスク１の長径部１ａを上下に（０度）、２枚目は長径部１ａを水平に（９０度）、３枚目は０度に、４枚目は９０度に、５枚目は０度に組み合わせた形状である。
【０００７】
これによれば、前述したように原料に前後への送り作用を生じさせることなく、比較的強い混練・混合機能が得られるが、大きなサイドフォースＦが生ずるという技術的課題がある。すなわち、図１３に示す直交ニーディングディスク部３０のＡ’−Ａ’，Ｂ’−Ｂ’，Ｃ’−Ｃ’，Ｄ’−Ｄ’，Ｅ’−Ｅ’断面を示す図１４のように、５対の対向するニーディングディスク１のそれぞれの間に、シリンダ２０とで囲まれた空間（斜線で示す）が一時的かつ同時に存在して、この部分に高い圧力が発生する。これにより、ニーディングディスク１の長径部１ａで高い圧力を同時に受けてサイドフォースＦが発生し、しかも対向するニーディングディスク１の数の積になつてサイドフォースＦが大きく生ずる。
【０００８】
サイドフォースＦが大きくなると、サイドフォースＦが発生する混練・混合部１１のスクリュ２１とシリンダ２０とが強く接触しながら回転することになり、スクリュ２１の外径摩耗やシリンダ２０の内径摩耗の発生原因となる。これらの摩耗が大きくなると、二軸押出機の混練・混合性能の低下を生ずるのみならず、大きな曲げ荷重がスクリュ２１の軸２１ａに作用して、スクリュ軸２１ａに折損を生ずることにもなる。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、原料に前後への送り作用を生じさせることなく、直交ニーディングディスクと実質的に同じ混練・混合度合いを得ながら、大きなサイドフォースが生ずることを抑制させたニーディングディスク部を備える二軸押出機のスクリュ構造とすることにより、スクリュの外径摩耗やシリンダの内径摩耗を抑制させて、混練・混合性能の早期低下を防止すると共に、スクリュ軸の折損を良好に防止することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、一対のスクリュ２１のそれぞれに、長径部１ａと短径部１ｂとを有するニーディングディスク１の４枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ２１の同方向回転により、対向するニーディングディスク１同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた４枚のニーディングディスク１の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目及び４枚目のニーディングディスク１の挟角が、それぞれ４５度、１３５度及び９０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造である。
請求項２の発明は、５枚目のニーディングディスク１が、１枚目に対する挟角を０度として配置されていることを特徴とする請求項１の二軸押出機のスクリュ構造である。
請求項３の発明は、一対のスクリュ２１のそれぞれに、長径部１ａと短径部１ｂとを有するニーディングディスク１の５枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ２１の同方向回転により、対向するニーディングディスク１同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた５枚のニーディングディスク１の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目、４枚目及び５枚目のニーディングディスク１の挟角が、回転方向ａと反対方向に、それぞれ９０度、４５度、１３５度及び０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造である。
請求項４の発明は、一対のスクリュ２１のそれぞれに、長径部１ａと短径部１ｂとを有するニーディングディスク１の５枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ２１の同方向回転により、対向するニーディングディスク１同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた５枚のニーディングディスク１の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目、４枚目及び５枚目のニーディングディスク１の挟角が、回転方向ａと反対方向に、それぞれ９０度、１３５度、４５度及び０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施の形態について図１〜図７を参照して、従来と同一機能部分には同一符号を付して説明する。
先ず、ニーディングディスク１が装備される二軸押出機の概略について説明する。二軸押出機は、図６に示すように、シリンダ２０内に回転自在に配置した２本のスクリュ２１をモータ等の回転駆動装置２２及び減速機２３を介して回転させ、シリンダ２０の上流側の供給部２４から供給させた原料であるプラスチック原料をスクリュ２１によつて溶融・混練させ、下流部のダイス２６からコンパウンドとして押し出す。２７は、脱揮口である。
【００１２】
一対のスクリュ２１は、図３に示すようにフルフライトのフィード部１０と排出部１２との間に、混練・混合部１１を備えている。混練・混合部１１は、楕円形状のニーディングディスク１を複数枚重ね合わせて構成され、４枚以上のニーディングディスク１を重ね合わせたニーディングディスク部１３を有している。
ニーディングディスク部１３は、各スクリュ２１においてニーディングディスク１のピースを中心軸線Ｘ−Ｘ回りの角度を適当に変えて、周方向に位相をずらせて組み合わせてあり、長径部１ａ（山頂部）は不連続をなしている。このニーディングディスク部１３は、一対のスクリュ２１で９０度の位相差を与えて噛み合い可能としてニーディングディスク１を対向させて、シリンダ２０内に位置している。なお、２本のスクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘはシリンダ２０内で平行である。
【００１３】
実際には、図１に示すようにニーディングディスク１の中心部にはスプラインを有する貫通孔１ｃが形成され、ニーディングディスク１は、スクリュ軸２１ａの凹部にスプラインを係合させて相対回転不可能に取付けられ、スクリュ２１と共に一方向（回転方向ａ）に同方向回転する。このスクリュ軸２１ａは、スプライン状に形成させ、或いは貫通孔１ｃに多角形断面等の円形以外の異形断面形状を与えて形成される。
【００１４】
ニーディングディスク１は、図１に示す側面視によりほぼ楕円形状をなし、長径部１ａ及び長径部１ａと直交方向の短径部１ｂを有し、平面図である図２にも表れるように、長径部１ａの先端部がそれぞれ山頂部を形成している。この長径部１ａが、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘから最も突出している。
【００１５】
そして、混練・混合部１１の一部（図上で排出部１２側）となるニーディングディスク部１３は、実際には５枚のニーディングディスク１を配置して構成され、フィード部１０側となる一端に位置する１枚目を０度として、回転方向ａと反対方向に順次に４５度、１３５度、９０度及び０度に実質的に設定されている。
すなわち、図７からも分かるように１枚目のニーディングディスク１の長径部１ａの方向を基準つまり０度として、回転方向ａと反対方向に、１枚目と２枚目との間の挟角が４５度、２枚目と３枚目との間の挟角が９０度、３枚目と４枚目との間の挟角が４５度、４枚目と５枚目との間の挟角が９０度になつている。
【００１６】
従つて、１枚目のニーディングディスク１の長径部１ａの方向を基準つまり０度として、ニーディングディスク１の２枚目の挟角は回転方向ａに１３５度であり、３枚目の挟角は回転方向ａに４５度であり、４枚目の挟角は回転方向ａに９０度であり、５枚目の挟角は０度である。なお、一対のスクリュ２１に設けられて対向するニーディングディスク１，１同士は、位相が９０度ずれて噛み合いが可能である。
【００１７】
かくして、中心軸線方向に隣接するニーディングディスク１の挟角が４５度をなすのは、図７からも分かるように１枚目▲１▼と２枚目▲２▼との間及び３枚目▲３▼と４枚目▲４▼との間のみで、かつ、逆向きであり、他の挟角は９０度であるから、原料に前後への送り作用を事実上生じさせない。
【００１８】
なお、混練・混合部１１のニーディングディスク部１３となる５枚のニーディングディスク１以外のニーディングディスク１は、任意に、順送り、逆送り形状として組み合わせることができ、これらのニーディングディスク１を設けることなく、５枚のニーディングディスク１のみでニーディングディスク部１３の全部を構成することも可能である。
【００１９】
次に作用について説明する。
供給部２４からシリンダ２０に投入させた原料は、回転駆動装置２２によつて回転されるスクリュ２１のフィード部１０によつて移送され、混練・混合部１１において複数枚のニーディングディスク１によつて混練される。混練・混合部１１を通過した原料は、スクリュ２１の排出部１２によつて下流に送られ、ダイス２６から外部へと流出する。
【００２０】
そのとき、混練・混合部１１の一部を構成するニーディングディスク部１３では、５枚のニーディングディスク１が原料に前後への送り作用を事実上生じさせないため、混練・混合強さについては直交ニーディングディスクとほとんど同じに得られながら、サイドフォースＦの発生が抑制される。５枚のニーディングディスク１の内、同時にサイドフォースＦが発生するのは、９０度づつずれているものである。
【００２１】
すなわち、５対の対向するニーディングディスク１の内、図５に斜線で示す箇所に、シリンダ２０とで囲まれた空間が一時的かつ同時に存在して、この部分に高い圧力が発生し、ニーディングディスク１の長径部１ａで高い圧力を同時に受けて、サイドフォースＦが生ずる。従つて、サイドフォースＦは、１枚目、４枚目及び５枚目のニーディングディスク１に同時に生じ、また、直交する２枚目及び３枚目のニーディングディスク１にも、同時にサイドフォースＦが生ずる。
【００２２】
このため、サイドフォースＦは、最大で、３対の対向するニーディングディスク１の間に同時に生じる。従つて、サイドフォースＦが５対のニーディングディスクの間に同時に生じる直交ニーディングディスクと比較して、サイドフォースの最大値が４０％低減する。これにより、スクリュ２１の外径摩耗やシリンダ２０の内径摩耗を抑制させて、ニーディングディスク部１３における混練・混合性能の低下を防止すると共に、スクリュ２１の軸２１ａの折損を防止することが可能になる。
【００２３】
表１に、二軸押出機において、直交ニーディングディスク部（３０）とニーディングディスク部１３とを交換し、ニーディングディスク部１３及び直交ニーディングディスク部（３０）の入口（供給部２４付近）及び出口（ダイス２６付近）の原料である溶融樹脂の温度差及び圧力差を測定した結果の１例を示す。同表から分かるように、ニーディングディスク部１３と直交ニーディングディスク部（３０）とで、温度差及び圧力差は同程度であり、ニーディングディスク部１３の５枚のニーディングディスク１による混練・混合強さが、同じ枚数の直交ニーディングディスクによるものと同程度であることが分かる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
なお、上記第１実施の形態にあつては５枚目のニーディングディスク１を装備させたが、５枚目のニーディングディスク１を省略し、４枚のニーディングディスク１によつてニーディングディスク部１３を構成しても、挟角が９０度をなす部分が１箇所減少するのみであり、原料に前後への送り作用を事実上生じさせない点では変化がない。このため、４枚のニーディングディスク１を備える直交ニーディングディスク部（３０）と比較して、ニーディングディスク部１３における混練・混合性能の低下を防止しながら、サイドフォースＦの低減化が可能である。従つて、５枚目のニーディングディスク１を省略し、上記第１実施の形態とほぼ同様の作用を得ることが可能である。
【００２６】
また、上記第１実施の形態のニーディングディスク部１３は、混練・混合部１１の排出部１２側に配置したが、フィード部１０側にニーディングディスク部１３を配置して同様の作用を得ることもできる。更に、ニーディングディスク部１３のニーディングディスク１は、前後を逆にして配置することも可能であり、排出部１２側の端部のものを１枚目として配置しても、同様の作用を得ることができる。
【００２７】
ところで、上記第１実施の形態のニーディングディスク部１３は、重ね合わせた５枚のニーディングディスク１の挟角を、一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に４５度、１３５度、９０度及び０度に実質的に設定させたが、これに代えて挟角を次の角度にすることも可能である。すなわち、図８に示す構造例のように、重ね合わせた５枚のニーディングディスク１の挟角を、一端に位置する１枚目を０度として、回転方向ａと反対方向に順次に１３５度、４５度、９０度及び０度に実質的に設定させる。
【００２８】
これによつても、図５に示す５対の対向するニーディングディスク１と比較して、２枚目と３枚目とを位置交換した点のみが相違するので、斜線で示す箇所に生ずるサイドフォースＦが同様の数で発生する。これにより、上記第１実施の形態と同様の作用を得ることができる。この場合でも、４枚目と５枚目との間の挟角は９０度であるから、５枚目のニーディングディスク１を省略し、上記第１実施の形態とほぼ同様の作用を得ることができる。但し、複数枚のニーディングディスク１の挟角を０度、１３５度、４５度、９０度及び０度に設定するものは、挟角を回転方向ａに測定すれば、上記第１実施の形態と同じ数値配列である０度、４５度、１３５度、９０度及び０度になる。
【００２９】
従つて、挟角の測定方向を問わず、重ね合わせた４枚のニーディングディスク１の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目及び４枚目のニーディングディスク１の挟角を、それぞれ４５度、１３５度及び９０度に実質的に設定させることにより、上記第１実施の形態と同様の作用を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施の形態について図９を参照して説明する。第２実施の形態にあつては、重ね合わせた５枚のニーディングディスク１の挟角を、一端に位置する１枚目を０度として、回転方向ａと反対方向に順次に９０度、４５度、１３５度及び０度、又は９０度、１３５度、４５度及び０度に実質的に設定させてある。１枚目は、フィード部１０側又は排出部１２側のいずれにも配置することができる。
【００３１】
これによれば、図５に示す５対の対向するニーディングディスク１において、１枚目（▲１▼）、４枚目（▲４▼）、２枚目（▲２▼）、３枚目（▲３▼）、５枚目（▲５▼）の順に配置したもの（以下、これを第１構造例という。）、又は１枚目（▲１▼）、４枚目（▲４▼）、３枚目（▲３▼）、２枚目（▲２▼）、５枚目（▲５▼）の順に配置したもの（以下、これを第２構造例という。）に相当する。
【００３２】
第１構造例によれば、中心軸線方向に隣接するニーディングディスク１の挟角が、図７からも分かるように順次に９０度、＋４５度、９０度、−４５度になる。第２構造例によれば、中心軸線方向に隣接するニーディングディスク１の挟角が順次に９０度、−４５度、９０度、＋４５度になる。かくして、第１，２構造例において、隣接するニーディングディスク１の挟角が４５度をなすのは、２枚目と３枚目との間及び４枚目と５枚目との間のみで、かつ、逆向きであり、他の挟角は９０度であるから、原料に前後への送り作用を事実上生じさせない。
【００３３】
一方、サイドフォースＦは、図５に示す上記１実施の形態と同様の数で発生する。これにより、上記１実施の形態と同様の作用を得ることができる。但し、４枚目と５枚目との間の挟角は４５度であるから、５枚目のニーディングディスク１を省略した場合には、原料に前後への送り作用を生じてしまう。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る二軸押出機のスクリュ構造によれば、次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、重ね合わせた４枚のニーディングディスクによる送り作用を生じさせることなく、混練・混合強さを直交ニーディングディスクと同程度に得ながら、大きなサイドフォースが生ずることを抑制させることにより、スクリュの外径摩耗やシリンダの内径摩耗を抑制させると共に、スクリュ軸の折損を防止することができる。
【００３５】
請求項３，４の発明によれば、重ね合わせた５枚のニーディングディスクによる送り作用を生じさせることなく、混練・混合強さを直交ニーディングディスクと同程度に得ながら、大きなサイドフォースが生ずることを抑制させることにより、スクリュの外径摩耗やシリンダの内径摩耗を抑制させると共に、スクリュ軸の折損を防止することができる。
【００３６】
そして、スクリュの外径摩耗量やシリンダの内径摩耗量の減少により、スクリュ又はシリンダ材料に高価な耐摩耗材料を使用することなく、良好な混練・混合性能を長期間維持することができると共に、摩耗した金属粉の原料への混入量が著しく減少し、後工程の異物ろ過スクリーンの交換頻度が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るニーディングディスク部を示す側面図。
【図２】同じく平面図。
【図３】同じくスクリュを示す平面図。
【図４】同じくニーディングディスク部を示す図。
【図５】同じく図４に示す各部の断面図。
【図６】同じく二軸押出機を一部切開して示す正面図。
【図７】同じくニーディングディスク部を模式的に示す図。
【図８】同じく他の構造例に係るニーディングディスク部を示す側面図。
【図９】本発明の第２実施の形態に係るニーディングディスク部を示す側面図。
【図１０】従来のニーディングディスク部を示す側面図。
【図１１】同じく正面図。
【図１２】同じくスクリュを示す平面図。
【図１３】同じくニーディングディスク部を示す図。
【図１４】同じく図１１に示す各部の断面図。
【符号の説明】
１：ニーディングディスク、１ａ：長径部、１ｂ：短径部、１０：フィード部、１１：混練・混合部、１２：排出部、１３：ニーディングディスク部、２０：シリンダ、２１：スクリュ、ａ：回転方向、Ｘ−Ｘ：中心軸線、Ｆ：サイドフォース。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw structure of a twin screw extruder.
[0002]
[Prior art and problems]
Conventionally, twin screw extruders are used for polymer blends, filler compounds, master batch compounds, and the like. This type of twin-screw extruder includes two screws 21 and generally forms a feed unit 10, a kneading / mixing unit 11, and a discharge unit 12 as shown in FIG. The feed unit 10 has a full flight screw shape, and feeds the raw material charged into the extruder toward the front, that is, the kneading / mixing unit 11. The kneading / mixing unit 11 is configured by arranging a plurality of kneading disks 1 in an overlapping manner, and combining them in an appropriate shape by combining them in an orthogonal, forward feed, and reverse feed shape according to the purpose of processing. To do. The discharge unit 12 has a full flight screw shape, and discharges the raw material from the die of the extruder or sends it to the next process.
[0003]
The kneading / mixing unit 11 includes an orthogonal kneading disk unit 30 in which a plurality of kneading disks 1 are stacked in an orthogonal state, and meshes the opposing kneading disks 1 with each other. By rotating in the same direction, a relatively strong kneading / mixing action can be obtained without causing a feed action in the front-rear direction. At this time, the included angle between the kneading disks 1 adjacent to each other in the front-rear direction is substantially set to 90 degrees. Therefore, the orthogonal kneading disk part 30 is employed when a relatively strong kneading / mixing action is obtained while suppressing the temperature rise of the raw material.
[0004]
On the other hand, it is also known that a plurality of kneading discs are formed in a progressive form. This is to provide a plurality of kneading discs with an equal angle in order, and the feed of the raw material toward the front, that is, the discharge portion is caused by the same rotation of both screw shafts. In this case, the kneading / mixing of the raw materials in the kneading / mixing unit 11 is slightly shallower. On the other hand, a configuration in which a plurality of kneading discs are arranged in a reverse feed shape with a phase opposite to that of the forward feed shape causes a feed action of the raw material toward the rear, that is, the feed portion due to the same direction rotation of both screw shafts. In this case, the raw material is dammed to the kneading / mixing unit 11 to obtain strong kneading / mixing.
[0005]
By the way, when the two screws rotate at the same speed in the same direction, a space surrounded by the opposing kneading disc and cylinder temporarily exists, and at this time, the raw material is compressed and surrounded. A higher pressure is generated than there is no space. And the side force generate | occur | produces in a screw by receiving the high pressure of this enclosed space part in the long diameter part (mountain peak part) of a kneading disk. Here, the side force is a load acting on the kneading disk in a direction perpendicular to the axis of the screw.
[0006]
In particular, the orthogonal kneading disc unit 30 has a configuration in which the kneading disc 1 is shifted in phase by 90 degrees. For example, in the combination of five kneading discs 1, as shown in FIGS. The long diameter portion 1a of the first kneading disc 1 is up and down (0 degrees), the second long diameter portion 1a is horizontally (90 degrees), the third is 0 degrees, the fourth is 90 degrees, The fifth sheet has a shape combined at 0 degrees.
[0007]
According to this, as described above, a relatively strong kneading / mixing function can be obtained without causing the raw material to feed back and forth, but there is a technical problem that a large side force F is generated. That is, as shown in FIG. 14 showing the A′-A ′, B′-B ′, C′-C ′, D′-D ′, and E′-E ′ cross sections of the orthogonal kneading disk unit 30 shown in FIG. Between each of the five pairs of opposing kneading discs 1, a space (shown by hatching) surrounded by the cylinder 20 exists temporarily and simultaneously, and high pressure is generated in this portion. As a result, a side force F is generated by simultaneously receiving a high pressure at the long diameter portion 1a of the kneading disc 1, and the side force F is greatly generated as a product of the number of opposing kneading discs 1.
[0008]
When the side force F is increased, the screw 21 of the kneading / mixing unit 11 where the side force F is generated and the cylinder 20 rotate while being in strong contact with each other, and the outer diameter wear of the screw 21 and the inner diameter wear of the cylinder 20 are generated. Cause. When these wears increase, not only the kneading / mixing performance of the twin-screw extruder is lowered, but also a large bending load acts on the shaft 21a of the screw 21 to cause breakage of the screw shaft 21a.
[0009]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, without causing a feed action back and forth to the raw material, while obtaining substantially the same kneading and mixing degree as the orthogonal kneading disk, The screw structure of the twin screw extruder equipped with a kneading disc that suppresses the generation of large side forces suppresses the outer diameter wear of the screw and the inner diameter wear of the cylinder, thereby reducing the kneading / mixing performance early. It is intended to prevent the screw shaft from being broken well.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of such a conventional technical problem, and the configuration thereof is as follows.
In the invention of claim 1, four or more of the kneading disks 1 having the long diameter portion 1a and the short diameter portion 1b are superposed on each of the pair of screws 21, and the screws 21 are rotated in the same direction. In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading disks 1 with each other,
The angle between the second, third, and fourth kneading discs 1 sequentially positioned in the central axis direction, with the first one located at one end of the four kneading discs 1 being set to 0 degree. Are substantially set at 45 degrees, 135 degrees, and 90 degrees, respectively, so that the feed structure does not cause a feed action in the front-rear direction.
The invention according to claim 2 is the screw structure of the twin screw extruder according to claim 1, wherein the fifth kneading disk 1 is arranged with the included angle with respect to the first sheet being 0 degree.
According to the invention of claim 3, five or more of the kneading disks 1 having the long diameter portion 1a and the short diameter portion 1b are superposed on each of the pair of screws 21, and the screws 21 are rotated in the same direction. In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading disks 1 with each other,
The second, third, fourth, and fifth kneading discs are sequentially positioned in the direction of the central axis, with the first one located at one end of the five kneading discs 1 superimposed as 0 degrees. The angle of 1 is set to 90 degrees, 45 degrees, 135 degrees, and 0 degrees, respectively, in the direction opposite to the rotation direction a, so as not to cause the feed action to move back and forth in the raw material. It is the screw structure of the twin screw extruder characterized.
According to the invention of claim 4, each of the pair of screws 21 is equipped with five or more kneading disks 1 having a major diameter portion 1 a and a minor diameter portion 1 b in an overlapping manner, and by rotating both the screws 21 in the same direction, In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading disks 1 with each other,
The second, third, fourth, and fifth kneading discs are sequentially positioned in the direction of the central axis, with the first one located at one end of the five kneading discs 1 superimposed as 0 degrees. The angle of 1 is substantially set to 90 degrees, 135 degrees, 45 degrees, and 0 degrees in the direction opposite to the rotation direction a, respectively, so as not to cause the feed action to move back and forth in the raw material. It is the screw structure of the twin screw extruder characterized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the outline of the twin screw extruder equipped with the kneading disk 1 will be described. As shown in FIG. 6, the twin-screw extruder rotates two screws 21 that are rotatably arranged in the cylinder 20 via a rotary drive device 22 such as a motor and a speed reducer 23, and the upstream side of the cylinder 20. The plastic raw material, which is the raw material supplied from the supply unit 24, is melted and kneaded by the screw 21 and extruded from the downstream die 26 as a compound. 27 is a devolatilization port.
[0012]
As shown in FIG. 3, the pair of screws 21 includes a kneading / mixing unit 11 between the full flight feed unit 10 and the discharge unit 12. The kneading / mixing unit 11 is configured by stacking a plurality of elliptical kneading disks 1 and has a kneading disk unit 13 in which four or more kneading disks 1 are stacked.
The kneading disc portion 13 is formed by combining the pieces of the kneading disc 1 in each screw 21 by appropriately changing the angle around the central axis XX and shifting the phase in the circumferential direction. Is discontinuous. The kneading disk portion 13 is positioned in the cylinder 20 with the pair of screws 21 giving a phase difference of 90 degrees so that the kneading disk 1 can be engaged with the kneading disk 1 facing each other. The central axes XX of the two screws 21 are parallel in the cylinder 20.
[0013]
Actually, as shown in FIG. 1, a through hole 1c having a spline is formed at the center of the kneading disc 1, and the kneading disc 1 is engaged with the spline in the recess of the screw shaft 21a to prevent relative rotation. It is attached so that it can rotate in the same direction as the screw 21 in one direction (rotation direction a). The screw shaft 21a is formed in a spline shape, or is formed by giving an irregular cross-sectional shape other than a circular shape such as a polygonal cross-section to the through hole 1c.
[0014]
The kneading disc 1 has a substantially elliptical shape when viewed from the side shown in FIG. 1, has a long diameter portion 1 a and a short diameter portion 1 b in a direction orthogonal to the long diameter portion 1 a, as shown in FIG. 2, which is a plan view. The tip portions of the long diameter portions 1a each form a peak. The long diameter portion 1a protrudes most from the central axis XX of the screw 21.
[0015]
The kneading disc unit 13 that is a part of the kneading / mixing unit 11 (on the side of the discharge unit 12 in the figure) is actually configured by arranging the five kneading discs 1 and the feed unit 10 side. The first sheet located at one end is set to 0 degree, and is set to 45 degrees, 135 degrees, 90 degrees, and 0 degrees sequentially in the direction opposite to the rotation direction a.
That is, as can be seen from FIG. 7, the direction of the long diameter portion 1a of the first kneading disk 1 is set as a reference, that is, 0 degree, and the first sheet and the second sheet are sandwiched in the direction opposite to the rotation direction a. The angle is 45 degrees, the included angle between the second and third sheets is 90 degrees, the included angle between the third and fourth sheets is 45 degrees, and between the fourth and fifth sheets The included angle is 90 degrees.
[0016]
Therefore, with the direction of the long diameter portion 1a of the first kneading disc 1 as a reference, that is, 0 degrees, the second sandwiching angle of the kneading disc 1 is 135 degrees in the rotation direction a, and the third sandwiching disk 1 is sandwiched. The angle is 45 degrees in the rotation direction a, the included angle of the fourth sheet is 90 degrees in the rotation direction a, and the included angle of the fifth sheet is 0 degree. Note that the kneading

disks

1 and 1 provided on the pair of screws 21 and facing each other can be engaged with each other with a phase shift of 90 degrees.
[0017]
Thus, the angle between the kneading discs 1 adjacent to each other in the direction of the central axis is 45 degrees, as can be seen from FIG. 7, between the first sheet (1) and the second sheet (2) and the third sheet. Since it is only between (3) and the fourth sheet (4) and in the opposite direction and the other included angle is 90 degrees, it does not substantially cause the feed action to move back and forth.
[0018]
The kneading discs 1 other than the five kneading discs 1 serving as the kneading disc unit 13 of the kneading / mixing unit 11 can be arbitrarily combined in the form of forward feed and reverse feed. It is also possible to constitute the entire kneading disk portion 13 with only the five kneading disks 1 without providing the above.
[0019]
Next, the operation will be described.
The raw material charged into the cylinder 20 from the supply unit 24 is transferred by the feed unit 10 of the screw 21 that is rotated by the rotation drive device 22, and the kneading / mixing unit 11 uses the plurality of kneading disks 1. Kneaded. The raw material that has passed through the kneading / mixing unit 11 is sent downstream by the discharge unit 12 of the screw 21 and flows out from the die 26 to the outside.
[0020]
At that time, in the kneading / mixing unit 11 constituting a part of the kneading / mixing unit 11, the kneading / mixing strength is not affected by the five kneading discs 1 that cause the feed material to move forward and backward. While being almost the same as the orthogonal kneading disk, the generation of the side force F is suppressed. Of the five kneading disks 1, the side forces F are generated at the same time by 90 degrees.
[0021]
That is, among the five pairs of opposing kneading discs 1, a space surrounded by the cylinder 20 exists temporarily and simultaneously at the shaded area in FIG. A side force F is generated by simultaneously receiving a high pressure at the long diameter portion 1a of the ding disk 1. Therefore, the side force F is generated simultaneously on the first, fourth and fifth kneading discs 1 and also on the second and third kneading discs 1 which are orthogonal to each other. F occurs.
[0022]
For this reason, the side force F occurs simultaneously between the three pairs of opposing kneading discs 1 at the maximum. Therefore, the maximum value of the side force is reduced by 40% as compared with the orthogonal kneading disk in which the side force F is simultaneously generated between the five pairs of kneading disks. Accordingly, it is possible to suppress the outer diameter wear of the screw 21 and the inner diameter wear of the cylinder 20 to prevent the kneading / mixing performance from being lowered in the kneading disk portion 13 and to prevent the shaft 21a of the screw 21 from being broken. become.
[0023]
Table 1 shows that in the twin-screw extruder, the orthogonal kneading disk part (30) and the kneading disk part 13 are exchanged, and the inlet (near the supply part 24) of the kneading disk part 13 and the orthogonal kneading disk part (30). ) And an example of the result of measuring the temperature difference and pressure difference of the molten resin that is the raw material of the outlet (near the die 26). As can be seen from the table, the kneading disk section 13 and the orthogonal kneading disk section (30) have the same temperature difference and pressure difference, and the kneading disks 13 are kneaded by the five kneading disks 1. It can be seen that the mixing strength is similar to that obtained with the same number of orthogonal kneading discs.
[0024]
[Table 1]

[0025]
In the first embodiment, the fifth kneading disc 1 is provided. However, the fifth kneading disc 1 is omitted and the four kneading discs 1 are used for kneading. Even if the disk portion 13 is configured, the portion where the included angle is 90 degrees is reduced only by one place, and there is no change in that the feeding action to the front and rear of the raw material is practically not caused. For this reason, compared with the orthogonal kneading disk part (30) provided with the four kneading disks 1, the side force F can be reduced while preventing deterioration of the kneading and mixing performance in the kneading disk part 13. It is. Accordingly, the fifth kneading disk 1 can be omitted, and it is possible to obtain substantially the same operation as in the first embodiment.
[0026]
In addition, the kneading disc portion 13 of the first embodiment is arranged on the discharge portion 12 side of the kneading / mixing portion 11, but the kneading disc portion 13 is arranged on the feed portion 10 side to obtain the same action. You can also. Further, the kneading disc 1 of the kneading disc portion 13 can be arranged with the front and back reversed, and the same operation can be achieved even if the end portion on the discharge portion 12 side is arranged as the first sheet. Obtainable.
[0027]
By the way, the kneading disk portion 13 of the first embodiment is configured to sequentially form 45 ° in the direction of the central axis with the included angle of the five kneading disks 1 set to 0 degree on the first sheet located at one end. Although the angle is substantially set to degrees, 135 degrees, 90 degrees, and 0 degrees, the included angle can be changed to the following angle instead. That is, as in the structure example shown in FIG. 8, the included angle of the five kneading discs 1 is set to 0 degree on the first sheet located at one end, and 135 degrees sequentially in the direction opposite to the rotation direction a. , 45 degrees, 90 degrees, and 0 degrees.
[0028]
This also differs from the five pairs of opposing kneading discs 1 shown in FIG. 5 only in that the positions of the second and third discs are changed. Force F is generated with a similar number. Thereby, the same operation as that of the first embodiment can be obtained. Even in this case, since the included angle between the fourth and fifth sheets is 90 degrees, the fifth kneading disk 1 is omitted, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Can do. However, when the included angles of the plurality of kneading disks 1 are set to 0 degrees, 135 degrees, 45 degrees, 90 degrees and 0 degrees, if the included angles are measured in the rotation direction a, the first embodiment is described. Are the same numerical array as 0 degrees, 45 degrees, 135 degrees, 90 degrees, and 0 degrees.
[0029]
Accordingly, regardless of the measurement direction of the included angle, the first sheet located at one end of the four overlapping kneading disks 1 is set to 0 degree, and the second and third sheets sequentially positioned in the central axis direction. In addition, by setting the included angles of the fourth kneading disk 1 substantially to 45 degrees, 135 degrees, and 90 degrees, respectively, the same action as in the first embodiment can be obtained.
[0030]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the included angles of the five kneading discs 1 are set to 0 degrees with the first sheet positioned at one end being set to 0 degrees, and in the direction opposite to the rotation direction a, 90 degrees, 45 Degrees, 135 degrees and 0 degrees, or 90 degrees, 135 degrees, 45 degrees and 0 degrees are set substantially. The first sheet can be arranged on either the feed unit 10 side or the discharge unit 12 side.
[0031]
According to this, in the five pairs of opposing kneading discs 1 shown in FIG. 5, the first (1), the fourth (4), the second (2), the third ((3)) 5th sheet ((5)) arranged in this order (hereinafter referred to as the first structural example), 1st sheet ((1)), 4th sheet ((4)) This corresponds to the arrangement of the third sheet (3), the second sheet (2), and the fifth sheet (5) (hereinafter referred to as the second structural example).
[0032]
According to the first structure example, the included angles of the kneading discs 1 adjacent to each other in the central axis direction are successively 90 degrees, +45 degrees, 90 degrees, and -45 degrees as can be seen from FIG. According to the second structure example, the included angles of the kneading discs 1 adjacent to each other in the central axis direction are sequentially 90 degrees, −45 degrees, 90 degrees, and +45 degrees. Thus, in the first and second structural examples, the angle between adjacent kneading discs 1 is 45 degrees only between the second and third sheets and between the fourth and fifth sheets. And since it is opposite and the other included angle is 90 degrees, it does not cause the feed action in the front-rear direction to the raw material.
[0033]
On the other hand, the side forces F are generated in the same number as the one embodiment shown in FIG. Thereby, the same operation as in the first embodiment can be obtained. However, since the included angle between the fourth sheet and the fifth sheet is 45 degrees, when the fifth kneading disk 1 is omitted, a feed action occurs in the raw material.
[0034]
【The invention's effect】
As understood from the above description, the screw structure of the twin-screw extruder according to the present invention has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, a large side force is generated while obtaining kneading / mixing strength at the same level as that of the orthogonal kneading disk without causing the feeding action by the four overlapping kneading disks. By suppressing the above, it is possible to suppress the outer diameter wear of the screw and the inner diameter wear of the cylinder and to prevent the screw shaft from being broken.
[0035]
According to the third and fourth aspects of the invention, a large side force is obtained while obtaining kneading / mixing strength to the same level as that of the orthogonal kneading disk without causing the feeding action by the five overlapping kneading disks. By suppressing the occurrence, the outer diameter wear of the screw and the inner diameter wear of the cylinder can be suppressed, and breakage of the screw shaft can be prevented.
[0036]
And by reducing the outer diameter wear amount of the screw and the inner diameter wear amount of the cylinder, good kneading and mixing performance can be maintained for a long time without using an expensive wear resistant material for the screw or cylinder material, The amount of the worn metal powder mixed into the raw material is remarkably reduced, and the frequency of replacing the foreign matter filtration screen in the subsequent process is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a kneading disk portion according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is also a plan view.
FIG. 3 is a plan view showing the screw.
FIG. 4 is also a diagram showing a kneading disk portion.
5 is a cross-sectional view of each part shown in FIG.
FIG. 6 is a front view of the twin-screw extruder, partially cut away.
FIG. 7 is a view schematically showing a kneading disc portion.
FIG. 8 is a side view showing a kneading disc portion according to another structural example.
FIG. 9 is a side view showing a kneading disc portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a side view showing a conventional kneading disk portion.
FIG. 11 is a front view of the same.
FIG. 12 is a plan view showing the screw.
FIG. 13 is a view similarly showing a kneading disc portion.
14 is a cross-sectional view of each part shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1: kneading disc, 1a: long diameter portion, 1b: short diameter portion, 10: feed portion, 11: kneading / mixing portion, 12: discharge portion, 13: kneading disc portion, 20: cylinder, 21: screw, a : Rotation direction, XX: Center axis, F: Side force.

Claims

一対のスクリュ（２１）のそれぞれに、長径部（１ａ）と短径部（１ｂ）とを有するニーディングディスク（１）の４枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ（２１）の同方向回転により、対向するニーディングディスク（１）同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた４枚のニーディングディスク（１）の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目及び４枚目のニーディングディスク（１）の挟角が、それぞれ４５度、１３５度及び９０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造。Each of the pair of screws (21) is equipped with four or more kneading disks (1) having a long diameter portion (1a) and a short diameter portion (1b) in an overlapping manner, and the same direction of both screws (21). In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading discs (1) by rotation,
The first, second, third and fourth kneading discs (1) positioned sequentially in the direction of the central axis with the first one located at one end of the four overlapping kneading discs (1) as 0 degrees. ) Is substantially set to 45 degrees, 135 degrees, and 90 degrees, respectively, so as not to cause the material to feed back and forth .

５枚目のニーディングディスク（１）が、１枚目に対する挟角を０度として配置されていることを特徴とする請求項１の二軸押出機のスクリュ構造。 The screw structure of the twin-screw extruder according to claim 1, wherein the fifth kneading disk (1) is disposed with an included angle of 0 degrees with respect to the first sheet.

一対のスクリュ（２１）のそれぞれに、長径部（１ａ）と短径部（１ｂ）とを有するニーディングディスク（１）の５枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ（２１）の同方向回転により、対向するニーディングディスク（１）同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた５枚のニーディングディスク（１）の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目、４枚目及び５枚目のニーディングディスク（１）の挟角が、回転方向（ａ）と反対方向に、それぞれ９０度、４５度、１３５度及び０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造。Each of the pair of screws (21) is equipped with five or more kneading disks (1) having a long diameter portion (1a) and a short diameter portion (1b) in an overlapping manner, and both screws (21) have the same direction. In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading discs (1) by rotation,
The first, second, third, fourth, and fifth knees, which are positioned sequentially in the direction of the central axis, with the first one located at one end of the five overlapping kneading discs (1) as 0 degrees The sandwiching angle of the ding disk (1) is substantially set to 90 degrees, 45 degrees, 135 degrees, and 0 degrees in the direction opposite to the rotation direction (a), respectively, so as not to cause the feed action to feed back and forth. screw structure of the twin-screw extruder, characterized by being decreased to.

一対のスクリュ（２１）のそれぞれに、長径部（１ａ）と短径部（１ｂ）とを有するニーディングディスク（１）の５枚以上を重ね合わせて装備させ、両スクリュ（２１）の同方向回転により、対向するニーディングディスク（１）同士を噛み合わせる二軸押出機のスクリュ構造において、
重ね合わせた５枚のニーディングディスク（１）の一端に位置する１枚目を０度として、中心軸線方向に順次に位置する２枚目、３枚目、４枚目及び５枚目のニーディングディスク（１）の挟角が、回転方向（ａ）と反対方向に、それぞれ９０度、１３５度、４５度及び０度に実質的に設定され、原料に前後への送り作用を生じさせないようになつていることを特徴とする二軸押出機のスクリュ構造。Each of the pair of screws (21) is equipped with five or more kneading disks (1) having a long diameter portion (1a) and a short diameter portion (1b) in an overlapping manner, and both screws (21) have the same direction. In the screw structure of the twin screw extruder that meshes the opposing kneading discs (1) by rotation,
The first, second, third, fourth, and fifth knees, which are positioned sequentially in the direction of the central axis, with the first one located at one end of the five overlapping kneading discs (1) as 0 degrees The sandwiching angle of the ding disk (1) is substantially set to 90 degrees, 135 degrees, 45 degrees and 0 degrees in the direction opposite to the rotation direction (a), respectively, so as not to cause the feed action to move back and forth. screw structure of the twin-screw extruder, characterized by being decreased to.