JP3746996B2 - ニーディングディスク部 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックの各種コンパウンド製造用の混練装置に備えられるニーディングディスク部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来の混練装置として、特開平８−１４２１５９公報に記載されるものが知られている。この従来例に係る混練装置は、混練部におけるシリンダの内面に各種の凹所を形成すると共に、混練部の下流側端の近傍にスクリュのフライトによつて形成される流路の開度を調節するための流路調節手段を設けている。この凹所としては、螺旋状の溝、中心軸線方向に延びる直線溝などが例示されている。
【０００３】
すなわち、この従来の混練装置にあつては、シリンダの内面の凹所の位置にフライトを有するスクリュが配置され、混練されるプラスチック原料が一方向への搬送力を強く受けるようになるため、混練能力に劣ることを防止する目的で、プラスチック原料の流れを制限する流路調節手段を設けている。このように、プラスチック原料の通過を目的として流路調節手段を設けているため、混練装置の構造が複雑になるという技術的課題を有している。
【０００４】
また、混練部にニーディングディスクを備える混練装置も一般に知られている。一般的なニーディングディスク５０は図６，図７に示す形状を有し、図６に示す側面視で外形５１の中心軸線からの距離ｄ１，ｄ２を変化させて与えることにより、プラスチック原料に混練を生じさせるものである。このニーディングディスク５０にあつては、外形５１の全周が中心軸線方向に延在する線分によつて切断された形状を有し、図７に示す正面視で左右対称形状をなしている。従つて、ニーディングディスク５０自体には搬送能力がなく、混練されるプラスチック原料は専ら輸送部に設けたフライトスクリュのねじ山によつて送りが与えられてニーディングディスク５０を備える混練部を通過する。
【０００５】
このため、前記シリンダの内面の凹所に対向させてニーディングディスク５０を配置させたとしても、プラスチック原料は、ニーディングディスク５０の中心軸線方向の両側にほぼ一様に押し出されながら混練を受けるのみである。従つて、ニーディングディスク５０によつてプラスチック原料に複雑な流れが与えられず、整然とした流れになるため、混練機能にも限界がある。
【０００６】
特に、図８に示すようにシリンダの内面６０に中心軸線Ｘ−Ｘの方向に延在する溝部６１を形成する場合、中央に示すニーディングディスク５０の先端となる長径端部５１ａ付近によつて押し出されるコンパウンドは、矢印ａ，ｂ，ｃに示すように流れる。この流れの内、溝部６１に受け入れられる流れａ，ｂ、特に下流に向かう流れｂが大きく、長径端部５１ａを乗り越えて回転方向後側に向かう流れｃは小さいものになる。このため、ニーディングディスク５０によつて押し出されるプラスチック原料に溝部６１によるせん断作用が良好に与えられず、混練機能に劣るため、混練装置から押し出されるコンパウンドの物性も劣るものになるという技術的課題を有している。
【０００７】
そこで、本発明は、ニーディングディスクの外形に、スクリュの中心軸線に対して傾斜する山頂部を形成させ、ニーディングディスクによつて原料に複雑な流れを与えるようにし、これによつて混練機能を向上させることを目的としてなされたものである。更に、本発明は、ニーディングディスクの山頂部をシリンダの溝部と対向する状態で交差させて形成することにより、せん断作用を良好に発揮させ、これによつて混練機能を向上させることを目的としてなされたものである。
【０００８】
【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、シリンダ２０内に回転自在に配置する２本のスクリュ２１を回転させ、シリンダ２０の上流側の供給部２４から供給させる混練原料をスクリュ２１によつて溶融・混練させ、下流部のダイス２６から押し出す混練装置の各スクリュ２１の混練部となるニーディングディスク部１０，１０において、
各ニーディングディスク部１０，１０は、楕円形状の複数のニーディングディスク１を噛み合わせるように備え、かつ、中心軸線Ｘ−Ｘ方向に隣合うニーディングディスク１の山頂部１ａが周方向の位相をずらせて不連続をなして配置されると共に、
各ニーディングディスク部１０，１０の少なくとも１枚のニーディングディスク１の山頂部１ａが、スクリュ２１の回転によつて混練原料をシリンダ２０の上流に向けて送るように中心軸線Ｘ−Ｘに対して傾斜して形成されていることを特徴とするニーディングディスク部である。
請求項２の発明は、シリンダ２０の内面に、溝部２０ａが中心軸線Ｘ−Ｘの直交方向Ｙ−Ｙに対して一方向に傾斜して形成されると共に、
ニーディングディスク１の傾斜して形成されている山頂部１ａが、中心軸線Ｘ−Ｘの直交方向Ｙ−Ｙに対して他方向に傾斜して形成され、該溝部２０ａと該山頂部１ａとが対向する状態で交差していることを特徴とする請求項１のニーディングディスク部である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。
先ず、ニーディングディスク１が装備される混練装置の概略について説明する。この種の混練装置は、一般に図４に示すスクリュ式押出機であり、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から供給させた混練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ものである。２７は、脱揮口である。
【００１０】
このシリンダ２０の内面には、図３に示すように、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘの直交方向Ｙ−Ｙに対して、一方向に鋭角αを有して傾斜する溝部２０ａが形成されている。この溝部２０ａは、螺旋凹状をなし、周方向に所定間隔で複数条が形成されている。なお、２本のスクリュ２１を備える場合、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘはシリンダ２０内に平行に存在している。
【００１１】
一方、スクリュ２１は、フライトスクリュの中間部に、混練部であるニーディングディスク部１０を備えている。ニーディングディスク部１０は、複数枚のニーディングディスク１によつて構成され、ニーディングディスク１のピースを中心軸線Ｘ−Ｘ回りの角度を変えて、互いに周方向に位相をずらせて組み合わせてあり、後記する山頂部１ａは不連続をなしている。このニーディングディスク部１０が、シリンダ２０の溝部２０ａに位置している。
【００１２】
実際には、ニーディングディスク１の中心部には、図１に示すようにスプラインを有する貫通孔１ｇが形成されている。ニーディングディスク１は、スクリュ軸２１ｂの凹部２１ａ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）に回転する。このスクリュ軸２１ｂは、スプライン状に形成させ、或いは貫通孔１ｇ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。
【００１３】
ニーディングディスク１は、図１に示す側面視により非円形状をなし、環状の外形面１ｂの先端部（大径部）に、径方向に突出する山頂部１ａを有している。図１に示すニーディングディスク１は、ほぼ楕円形状の外形を有し、平面図を示す図２にも表れるように、長径方向の先端部にそれぞれ山頂部１ａを有している。この山頂部１ａが、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘから最も突出している。
【００１４】
ニーディングディスク１の山頂部１ａは、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘの直交方向Ｙ−Ｙに対して他方向に鋭角βを有して傾斜している。従つて、ニーディングディスク１は、中心軸線Ｘ−Ｘ方向の左右非対称形状をなしている。そして、山頂部１ａとシリンダ２０の１本の溝部２０ａとは、所定の回転位置で、図３に示すように交差する箇所を有すると共に、山頂部１ａが対向する溝部２０ａの全幅を横切ることが可能な大きさに形成されている。なお、山頂部１ａは、傾斜面をなす山頂部前側面１ｃを有しており、スクリュ２１の一方向Ａへの回転により、プラスチック原料をシリンダ２０の上流に向けて送るようになつている。
【００１５】
ニーディングディスク部１０は、ニーディングディスク１の少なくとも１枚が少なくとも１つの山頂部１ａを有していればよい。従つて、複数枚のニーディングディスク１の内の他のニーディングディスク１は、従来公知の外形を有するものであつてもよい。
【００１６】
次に作用について説明する。
供給部２４からシリンダ２０に投入させたプラスチック原料は、回転駆動装置２２によつて回転されるスクリュ２１によつて移送され、ニーディングディスク部１０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。そのとき、ニーディングディスク１の環状の外形面１ｂに接するプラスチック原料は圧縮を受け、山頂部前側面１ｃに接することにより、シリンダ２０の上流に向けて送りを与えられながら混練される。ニーディングディスク１の山頂部１ａに山頂部前側面１ｃが接続しており、せん断速度が高い箇所に傾斜面が形成されていることになるので、混練機能の向上が効果的になされる。
【００１７】
また、山頂部１ａが溝部２０ａを横切る箇所では、溝部２０ａから中心軸線Ｘ−Ｘの方向、特に下流（図上で右方）への流出が抑制されながら、山頂部１ａを乗り越えて混練され、回転方向後側に向かう流れ（図３に示す矢印Ａ１方向）を生じ、溝部２０ａによるせん断を受けながら良好に混練される。原料に対して矢印Ａ１方向への送りを増大させることは、原料の溝部２０ａに沿う上流への還流がフライトスクリュによつて抑制された状態で、原料の溝部２０ａに沿う下流への流出が山頂部１ａによつて抑制されることによつて効果的に実現される。山頂部１ａが溝部２０ａの全幅を横切る箇所では、これらの作用が更に良好に得られる。
【００１８】
このようにして、中心軸線Ｘ−Ｘに対して傾斜して形成される山頂部１ａを有するニーディングディスク１の存在により、従来のニーディングディスク５１と比較して、山頂部１ａを通過するプラスチック原料の量が増大し、複数枚のニーディングディスク１を備えるニーディングディスク部１０による混練機能が向上することになる。
【００１９】
ニーディングディスク部１０を通過したプラスチック原料は、スクリュ２１の螺旋溝を有するフライトスクリュ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】
なお、スクリュ２１の中心軸線Ｘ−Ｘの直交方向Ｙ−Ｙに対して逆方向に傾斜している山頂部（１ａ）が存在し、プラスチック原料が、シリンダ２０の下流に向けて送りを与えられるニーディングディスク１を一部に有する場合であつても、ニーディングディスク部１０における原料の流れが増大するので、ニーディングディスク部１０における混練機能が向上することになる。
【００２１】
全ての山頂部（１ａ）が、スクリュ２１の回転により、プラスチック原料をシリンダ２０の下流に向けて送りを与えるものであつてもよい。その場合、ニーディングディスク部１０による搬送能力が、スクリュ２１の連続的なフライトスクリュに比して小さいことは勿論である。
【００２２】
【実施例】
実際に、図４に示すものと同様の２軸のスクリュ式押出機で溝部２０ａが形成されているものと形成されていないものとを準備し、ニーディングディスク部１０を山頂部１ａが形成されているものと形成されていない従来例のものとで交換しながら、１０００ｋｇ／ｈにて押出成形を行つた。原料は、ＡＢＳ（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン）とＡＳ（アクリルニトリル・スチレン）とを混合したものである。但し、各スクリュ２１の回転方向は、同方向（Ａ方向）にした。
【００２３】
本実施例に使用した各スクリュ２１のニーディングディスク部１０は、図５に示すようにそれぞれ５枚の楕円形状をなすニーディングディスク１（１ｉ〜１ｖ，１Ｉ〜１Ｖ）によつて構成させた。隣合うニーディングディスク１（１ｉ〜１ｖ，１Ｉ〜１Ｖ）の山頂部１ａは、黒塗りで示すように周方向の位相をずらせて、ニーディングディスク１（１ｉ〜１ｖ，１Ｉ〜１Ｖ）が噛み合うように配置してあり、全ての山頂部１ａが、溝部２０ａと対向する状態になつたときに交差するように形成されている。従つて、各ニーディングディスク１の山頂部１ａの回転方向Ａの前側面に形成される山頂部前側面１ｃにより、プラスチック原料は、シリンダ２０の上流に向けて送りを与えられながら混練される。シリンダ２０の溝部２０ａにおいては、溝部２０ａに沿つて上流にも送られながら混練される。
【００２４】
実験の結果、表１に示すように、本実施例に係るスクリュ２１を備えるものでは、螺旋状の溝部２０ａを有するものが混練状態が最良であり、螺旋状の溝部２０ａを有しないものでも混練状態が良であり、従来例に係るニーディングディスク部を備えるものでは、螺旋状の溝部２０ａを有するものが混練状態が良であり、螺旋状の溝部２０ａを有しないものは混練状態が不良であつた。
【００２５】
【表１】

【００２６】
これにより、山頂部１ａの存在により、ニーディングディスク部１０における原料の流れが、山頂部１ａを乗り越えて混練されて回転方向後側に向かう流れ（図３に示す矢印Ａ１方向）を効果的に生じると共に、より複雑なものとなることで、特に溝部２０ａによるせん断を受けるなどして、ニーディングディスク部１０における混練機能が向上することが分かる。
【００２７】
なお、ニーディングディスク１は、図１に示す側面視により外形の中心軸線からの距離が変化して非円形状をなしていればよく、楕円形状のみならず、三角形状等を与えることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係るニーディングディスク部によれば、ニーディングディスクに所定の山頂部を中心軸線に対して傾斜させて形成するという簡素な構造により、混練部における山頂部とシリンダ内面との間を流れる原料の量を増大させることができ、混練装置の混練部による混練機能を向上させることができる。
【００２９】
請求項２によれば、シリンダに所定の溝部が形成されているので、ニーディングディスクの山頂部によつて送られる原料が溝部との間で効果的にせん断を受けながら混練されることになる。
その結果、混練機能が向上し、ひいてはコンパウンドの物性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施の形態に係るニーディングディスク部に用いられるニーディングディスクを示す左側面図。
【図２】 同じく平面図。
【図３】 同じく作用説明図。
【図４】 同じく混練装置を一部切開して示す正面図。
【図５】 同じくニーディングディスク部の１実施例を示す平面図。
【図６】 従来のニーディングディスクを示す側面図。
【図７】 同じく正面図。
【図８】 同じく作用説明図。
【符号の説明】
１：ニーディングディスク、１ａ：山頂部、１ｃ：山頂部前側面、１０：ニーディングディスク部（混練部）、２０：シリンダ、２０ａ：溝部、２１：スクリュ、Ａ：回転方向、Ｘ−Ｘ：中心軸線、Ｙ−Ｙ：直交方向。

Claims (2)

1. シリンダ（２０）内に回転自在に配置する２本のスクリュ（２１）を回転させ、シリンダ（２０）の上流側の供給部（２４）から供給させる混練原料をスクリュ（２１）によつて溶融・混練させ、下流部のダイス（２６）から押し出す混練装置の各スクリュ（２１）の混練部となるニーディングディスク部（１０，１０）において、各ニーディングディスク部（１０，１０）は、楕円形状の複数のニーディングディスク（１）を噛み合わせるように備え、かつ、中心軸線（Ｘ−Ｘ）方向に隣合うニーディングディスク（１）の山頂部（１ａ）が周方向の位相をずらせて不連続をなして配置されると共に、
   各ニーディングディスク部（１０，１０）の少なくとも１枚のニーディングディスク（１）の山頂部（１ａ）が、スクリュ（２１）の回転によつて混練原料をシリンダ（２０）の上流に向けて送るように中心軸線（Ｘ−Ｘ）に対して傾斜して形成されていることを特徴とするニーディングディスク部。
2. シリンダ（２０）の内面に、溝部（２０ａ）が中心軸線（Ｘ−Ｘ）の直交方向（Ｙ−Ｙ）に対して一方向に傾斜して形成されると共に、
   ニーディングディスク（１）の傾斜して形成されている山頂部（１ａ）が、中心軸線（Ｘ−Ｘ）の直交方向（Ｙ−Ｙ）に対して他方向に傾斜して形成され、該溝部（２０ａ）と該山頂部（１ａ）とが対向する状態で交差していることを特徴とする請求項１のニーディングディスク部。

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