JP4907366B2

JP4907366B2 - 押出機用スクリュ、これに用いられる軸受セグメント、および押出機用スクリュを備える２軸押出機

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Publication number: JP4907366B2
Application number: JP2007016361A
Authority: JP
Inventors: 和郎山口; 泰明山根; 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: US20080181051A1; CN101259749A; DE102007055764A1; US8403554B2; DE102007055764B4; JP2008183721A; ITMI20080085A1; CN101259749B

Description

本発明は、混練中に、スクリュ本体が振れることのないように当該スクリュ本体を支持する軸受セグメントを備えた押出機用スクリュ、この押出機用スクリュに用いられる軸受セグメント、及び、この押出機用スクリュを備える２軸押出機に関するものである。

複合樹脂材料を押出成形する場合は、熱可塑性樹脂の母材にフィラー等の添加剤や異なる合成樹脂を加える混練が行われる。このような混練には連続押出機が用いられることが多い。
連続押出機は、軸方向に沿って長い空洞部（チャンバー）を備えるバレルと、該空洞部を軸方向に挿通するようにスクリュ体とを備えており、スクリュ体の数により単軸や２軸のものが知られている。
連続押出機は、バレル内に被混練材料を供給し、モータなどによりスクリュ体を回動させて、被混練材料を混練するものである。該スクリュ体は軸方向に複数のセグメントを連結しており、各セグメントには特徴的なフライトが備えられ、該フライトにより被混練材料の上流側から下流側への移動と、混練に必要な剪断応力の付与とが行われる。

連続押出機は、被混練材料の成分により様々な構成がとられるが、一般にはバレルに１以上の材料供給口を設けて、ここから各種フィラーや合成樹脂等が適宜供給される。そのため、スクリュ体には、材料供給口のやや下流側に混練作用が大きな混練用フライトを有するニーディングディスクセグメントやロータセグメントからなる混練セグメントが複数設けられた混練部が形成される。混練部を複数設ける場合には混練部に対応して材料供給口が軸方向に複数設けられることもある。スクリュ体には被混練材料を下流側に向かって送り出すのに適した送り用フライトを有するスクリュセグメントも設けられており、混練された被混練材料は下流側に移動し、下流端付近に設置される押出部で加圧押出が行われる。

混練は、被混練材料がバレルの内壁と混練用フライトの頂部（チップ部）との間に形成されるチップクリアランスを通過する際に剪断作用を受けることにより主に進行する。そのため、混練作用（分散性）を向上させるには、バレルの内壁とフライト頂部との間に設けられる間隔（チップクリアランス）を適度に狭くとるのが良いとされ、混練作用（分配性）を向上させるには間隔（チップクリアランス）を適度に広くとるのが良いとされている。
例えば、特許文献１では２軸押出機の技術が開示されており、ロータセグメントに軸方向に対して螺旋状に捩じれた２条の混練フライトが採用されている。該フライトは、回転外径の大きな高位チップ部と、回転外径の小さな低位チップ部とを有しており、高位チップ部ではバレル内壁までのチップクリアランスが小さくされ、低位チップ部においてはチップクリアランスが大きくされている。
特開２００６−１２５２号公報

２軸押出機は、良好な混練作用を達成できるものではある。
しかしながら、２軸押出機は一般に高い混練作用の反作用として混練スクリュにも大きな力学的負荷が作用する。特に、ニーディングセグメントとロータセグメントとの双方においてスクリュ体に加わる力学的負荷は非常に大きなものとなる。
その結果、スクリュ体の軸芯が撓み、スクリュ体の回転軸がぶれやすくなる。回転軸がぶれたスクリュ体ではフライトの先端部がバレルの内壁に接触しやすくなる。この傾向はチップクリアランスが小さなニーディングセグメントやロータセグメントを備える混練部において顕著であると予想される。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、本発明は、被混練材料に大きな剪断力を加えて混練ができるものでありながら、スクリュ本体の撓みを防止でき、各フライトやバレルの摩耗を抑制することができる押出機用スクリュを提供することを目的とする。
また、本発明は、スクリュ本体のぶれを防止できる軸受セグメントを提供することを目的としている。
さらに、本発明は、上述の押出機用スクリュを備えた２軸押出機を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明の押出機用スクリュは次の技術的手段を講じている。
即ち、被混練材料を搬送するスクリュセグメントと、該スクリュセグメントにより搬送されてきた被混練材料を混練する２条以上の混練用フライトを有する混練セグメントと、該混練セグメントからなる混練部とを備えるスクリュ本体を備えている押出機用スクリュにおいて、
前記被混練材料の混練を行っている際にスクリュ本体を中途部で支持する機能を備えた軸受セグメントが、前記混練部に対応する位置又は混練部より下流側に設けられており、
前記軸受セグメントは、１条完全噛合い型の断面形状を有するフライトを軸方向に少なくとも２つ以上備え、各フライトが回転方向にそれぞれ均等に位相をずらして配置されていて、前記各フライトの軸方向長さが０．２Ｄ以上（Ｄ：軸受セグメントの回転外径）に設定されている。

この技術的手段によれば、該軸受セグメントはフライトの先端部がバレルの内壁に対して大きな対向面積を有し、この先端部に入り込んだ被混練材料がスクリュ本体をバレルの内壁から一定距離あけて支持する流体軸受機能を発揮するので、被混練材料に大きな剪断力を加えて混練ができるものでありながらスクリュ本体の撓みを防止でき、各フライトやバレルの摩耗を抑制することができる。
なお、前記混練セグメントの回転外径は前記軸受セグメントの回転外径より小さく構成されているのが好ましい。

これにより混練セグメントがバレルの内壁に接触することをより確実に回避でき、フライトやバレルの摩耗をさらに抑制することができる。
また、スクリュ本体の軸方向に複数かつ互いに離間して設けられている場合には、複数の前記混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部に前記軸受セグメントが備えられているのが良い。さらに、前記混練部は、スクリュ本体の軸方向に互いに離間して設けられている複数の混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部であって、前記第１混練部の軸方向長さが４．５Ｄ以上である場合には、前記軸受セグメントが第１混練部の上流端から下流側４．５Ｄ以上に位置しているのが良い。なお、前記軸受セグメントは第１混練部の下流端から下流側３．０Ｄ以内に位置させることもできる。

この技術的手段によれば、複数の混練部のうちで最も上流側に位置しているため溶融が進行しにくく、それゆえにスクリュ本体に対する負荷も大きくなる第１混練部に前記軸受セグメントを設けているので、スクリュ本体の撓みをより効果的に防止でき、フライトやバレルの摩耗をさらに抑制することができる。また、前記第１混練部の軸方向長さが４．５Ｄ以上である場合においては、前記軸受セグメントを第１混練部の上流端から下流側４．５Ｄ以上に位置させることで、供給された被混練材料がフライトの先端部とバレルの内壁との間に容易に入り込める程度まで融解されるので、前記軸受セグメントに十分な流体軸受機能を発揮させることができる。このように、前記軸受セグメントは混練部に対応する位置に設けるのが好ましいが、混練部の下流端から３．０Ｄ以内の下流側に設けられても、該スクリュ本体に対する撓み防止効果を十分に発揮させることができる。

なお、前記軸受セグメントのフライトは、前記スクリュ本体が挿入されるバレルの内壁に対向する先端部に、前記スクリュ本体の回転方向前方に向って該先端部とバレルの内壁との間のクリアランスが徐々に広がるクリアランス部が形成されているのが好ましい。該クリアランス部によりフライトの先端部に被混練材料が導入されやすくなり、より確実に被混練材料が膜状に形成されるので流体軸受機能が発揮され、フライトやバレルの摩耗をより確実に抑制できる。
さて、ここで本発明は軸受セグメントに以下の通りの技術的手段を講じている。

即ち、１条完全噛合い型の断面形状を有するフライトを軸方向に少なくとも２つ以上備え、各フライトが周方向にそれぞれ均等に位相をずらして配置されていて、前記各フライトの軸方向長さが０．２Ｄ以上（Ｄは軸受セグメントの回転外径）に設定されている。
この場合においては、前記フライトは、前記スクリュ本体が挿入されるバレルの内壁に対向する先端部に、クリアランス部が形成されており、該クリアランス部は、軸受セグメントの回転方向前方に向って先端部とバレルの内壁との間の間隔が徐々に広がるように設定されているのが良い。

この技術的手段によれば、該フライトの先端部がバレルの内壁に対して大きな対向面積を有し、このバレルの内壁とフライトの先端部との間に被混練材料を導き入れることで、該被混練材料がスクリュ本体をバレルの内壁から一定距離あけて支持する液体軸受機能を発揮し、スクリュ本体の撓みを抑制してぶれを防止することができる。また、スクリュ本体の回転方向に沿って該先端部とバレルの内壁との間のクリアランスが徐々に広がるクリアランス部を設けることにより、フライトの先端部に被混練材料が導入されやすくなり、フライトやバレルの摩耗をより確実に抑制できる。

なお、被混練材料を搬送するスクリュセグメントと、該スクリュセグメントにより搬送されてきた被混練材料を混練する２条以上の混練用フライトを有する混練セグメントとを備え、該混練セグメントからなる混練部が軸方向に複数かつ互いに離間して設けられているスクリュ本体を備えていて、
前記混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部に対応する位置に、前述の軸受セグメントが設けられているのが好ましい。
また、本発明は２軸押出機に同方向回転噛合型であって前述の押出機用スクリュを備えるという技術的手段を講じている。

この技術的手段によれば、大きな剪断力で被混練材料を混練できる２軸押出機でありながら、スクリュ本体やバレルの摩耗を抑制することができる。

本発明の押出機用スクリュによれば、混練部乃至は混練部の下流端近傍にスクリュ本体を支持する軸受セグメントを設けることで、該軸受セグメントがスクリュ本体の撓みを防止し、被混練材料に大きな剪断力を加えて混練ができるものでありながら、スクリュ本体やバレルの摩耗を抑制することができる。
また、本発明の軸受セグメントによれば、被混練材料をバレルの内壁とフライトの先端部との間に導き入れることで、該被混練材料がスクリュ本体をバレルの内壁から一定距離あけて支持する液体軸受機能を発揮し、スクリュ本体のぶれを防止できる。

さらに、本発明の２軸押出機によれば、大きな剪断力で被混練材料を混練できるものでありながら、スクリュ本体やバレルの摩耗を抑制することができる。

以下、本発明に係る押出機用スクリュ、これに用いられる軸受セグメント、および押出機用スクリュを備える２軸押出機の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の押出機用スクリュ１を組み込んだ２軸押出機２を模式的に示したものであり、図上部は押出機用スクリュ１とバレル３との位置関係を示すためのバレル３の側面図であり、図下部は該バレル３に収容される押出機用スクリュ１の側面図である。なお、以降の説明において、図１の左側（供給側）を上流側と呼び、図１の右側（排出側）を下流側と呼ぶ。

２軸押出機２は、内部に空洞部４を備えるバレル３と、該空洞部４に収容される左右一対の押出機用スクリュ１，１とを有している。該バレル３及び押出機用スクリュ１はそれぞれが複数のセグメントを軸方向に組み合わせて構成されている。該空洞部４は、図４に示すように横断面が一対の円を両者の中間で互いに円周の一部が重なり合うように重ねた形状（めがね孔状）にくり抜かれている。
バレル３の上流側には材料供給口８が形成されており、該材料供給口８にはホッパ９が接続されている。該ホッパ９を介して投入された被混練材料１０は、該材料供給口８を通って空洞部４に供給される。該ホッパ９の下流側にあるバレル３には電気ヒーターや加熱した油を用いた加熱装置（図示せず）が設けられており、該バレル３から内部を通過する被混練材料１０に熱が供給され、該被混練材料１０を溶融状態または半溶融状態で搬送可能となっている。

バレル３の下流側には主に脱揮の用途に用いられる開口部１１が設けられており、該開口部１１を介して空洞部４の内外が連通状態となっている。該開口部１１は、空洞部４内を減圧状態として被混練材料１０から水分などの揮発成分を脱揮するために、真空ポンプ等の吸引装置（図示略）に接続可能とされている。なお、該開口部１１は、混練条件に合わせて適宜設けられるものであり、混練条件によっては設けられなかったり他の軸方向位置に設けられたり複数箇所に設けられたりする場合もある。
本発明の押出機用スクリュ１は、複数のセグメントを軸方向に組み合わして成るスクリュ本体１２を有している。該スクリュ本体１２は、互いに機能の異なるセグメントが組み合わされて、異なった機能を発揮する部分を軸方向に複数有している。本実施形態のスクリュ本体１０においては、被混練材料１０を下流側へ送る送り部１３、被混練材料１０を混練する混練部１４、及び被混練材料１０を加圧して押し出す押出部１５が上流側から下流側に向けて設けられている。

送り部１３は、送り用フライトを有するスクリュセグメント１６を軸芯方向に連結して構成されている。スクリュセグメント１６は回転中心Ｏを挟んで径方向で互いに反対向きに突出する一対のフライト（２条フライト）を有し、各々のフライトは軸心方向に螺旋状に捩じれている。スクリュセグメント１６は、フライト間に形成された溝部に入り込んだ被混練材料１０を、自身の回転に合わして下流側に搬送する機能を有している。
混練部１４は被混練部材１０を混練する混練用フライトを有する混練セグメント３６を有しており、該混練セグメント３６は本実施の形態においては８個のロータセグメント１７と２個のニーディングディスクセグメント１９で成る。

ロータセグメント１７は、軸方向に螺旋状にねじれた２条フライトを有し、該フライトの先端部とバレル３の内壁との間に形成されるチップクリアランスに被混練材料１０を通過させて、被混練材料１０に剪断力を与えながら混練を行っている。該ロータセグメント１７は、そのフライトの先端部にチップクリアランスが小さい高位チップ部と高位チップ部よりチップクリアランスが大きい低位チップ部とが軸方向及び周方向に交互に出現するように形成されており、これらをフライトに設けることで被混練材料１０に混練作用を付与して混練できるようになっている。

ニーディングディスクセグメント１９は、厚さ０．１Ｄ₁（Ｄ₁：ニーディングディスクセグメント１９の回転外径）の平板状の複数枚の混練用フライトを軸方向に互い違いに有している。該ニーディングディスクセグメント１９は、チップクリアランスが上述のロータセグメント１７より小さい２条翼タイプを採用している。このため、該ニーディングセグメント１９を通過する被混練材料１０は高い剪断力を受けて混練されることになる。
押出部１５は、上記送り部１３と同様なスクリュセグメント１６を軸方向に連結して構成されているが、上記送り部１３と異なる点は下流側にいくに従ってスクリュセグメント１６の軸方向ピッチが徐々に狭くなっている点である。これによって、押出部１５では下流側に向かう被混練材料１０の送り出し速度が徐々に下がり、被混練材料１０が空洞部４内に充満して加圧状態となる。

混練部１４の混練セグメント３６は、チップクリアランスの小さなロータセグメント１７及びニーディングセグメント１９で構成されており、大きな剪断力を被混練材料１０に付与できるように混練用フライトが形成されている。しかし、大きな剪断力の反力の影響を受けるスクリュ本体１２には非常に大きな力学的負荷が加わり、そのためスクリュ本体１２が撓みやすくなる。その結果、回転中のスクリュ本体１２ではスクリュ本体１２の回転軸がぶれて、該混練セグメント３６の混練用フライトの先端部がバレル３の内壁に接触しやすくなる。そこで、本発明ではスクリュ本体１２を撓まないように支持する軸受セグメント２１を設けている。

図２〜図４を用いて、軸受セグメント２１について以下に詳しく説明する。
図２（ａ）、図２（ｂ）は軸受セグメント２１を軸方向から見た図（正面図）であり、図３は軸受セグメント２１の側面図である。また、図４は軸受セグメント２１とバレル３との関係を示す断面図である。
図４にあるように、軸受セグメント２１、２１は、左右一対のスクリュ軸２２、２２にそれぞれ噛み合い状態になるように取り付けられており、更に各々の軸受セグメント２１は２つのフライト２３ａ、２３ｂを軸方向に組み合わして構成される。

それぞれのフライト２３ａ、２３ｂには基端部にスクリュ軸２２を挿入可能な軸孔２５がそれぞれ形成されており、該軸孔２５の内周面には軸方向に亘る複数の歯溝が回転方向Ｒに沿って形成された穴スプラインが設けられている。該スクリュ軸２２には、軸孔２５の歯溝に対応した歯を複数外周面に形成した軸スプラインが設けられており、該フライト２３ａ、２３ｂはスクリュ軸２２の回転に合わせて回転方向Ｒに向かって一体回転可能となっている。
図２（ａ）にあるように、フライト２３ａ、２３ｂは、スクリュ本体１２の回転軸心Ｏを中心として回転方向Ｒにそれぞれ均等（等角度の間隔）となるように位相をずらして配置されている。すなわち、本実施形態のようにフライトの軸方向の設置数が２枚である場合は１８０°位相をずらして設けられ、仮にフライトの設置数が３枚である場合は１２０°位相をずらして等角度の間隔となるよう設けられる。

図２（ａ）乃至図４にあるように、フライト２３ａ、２３ｂは、径方向に伸びる板状に形成された１条ディスクであって、該軸受セグメント２１の回転外径をＤとした場合に、該ディスクの厚み（最大厚み）は軸方向に０．２Ｄ以上とされている。通常のニーディングディスクではディスクの厚みは０．１Ｄ以下であるが、このディスクを１条とし且つその厚みを０．２Ｄ以上とすることで、フライト２３ａ、２３ｂの先端部２７ａ、２７ｂがバレル３（空洞部４）の内壁面に対して有する対向面積を大きくすることができ、この大面積の先端部２７ａ、２７ｂに溶解した被混練材料１０が膜状に広がって流体軸受としてスクリュ本体１２を支持することが可能となる。

また、フライト２３ａ、２３ｂの先端部２７ａ、２７ｂの対向面積を大きくすることで、スクリュ本体１２に軸方向と垂直方向に力が加わっても、該先端部２７ａ、２７ｂに加わる面圧を下げることができるようになる。そのため、先端部２７ａ、２７ｂに形成された膜状の被混練材料１０が切れにくくなって、スクリュ回転中に流体軸受の機能を失うことなく、混練セグメント３６のフライトやバレル３の内壁の摩耗を抑制することができるようになる。
フライト２３ａ、２３ｂは、断面形状がスクリュ軸２２の軸心を頂点としてバレル３の内壁に向かって広がるように形成され、スクリュ本体１２の回転軸心Ｏからもっとも離れた外周面には円弧状の先端部２７ａ、２７ｂが形成されている。該フライト２３ａ、２３ｂは、左右のいずれか一方の先端部２７ａ、２７ｂが絶えず他方のフライト２３ａ及びフライト２３ｂのフライトが形成されていない胴部周縁に対向する完全噛み合い型の断面形状となっている。軸受セグメント２１のフライト２３ａ、２３ｂを完全噛み合い型とすることで、フライト２３ａ、２３ｂ相互により被混練材料１０が相互にかき取られセルフクリーニングされるようになり、被混練材料１０に滞留及びそれに起因する材料変質が生じなくなる。その結果、滞留に起因するコンタミの発生が抑制される。

フライト２３ａ、２３ｂは、バレル３の内壁と先端部２７ａ、２７ｂとの間にそれぞれクリアランス部（チップクリアランス）２８ａ、２８ｂが形成されている。該クリアランス部２８ａ、２８ｂは、該先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の内壁との間に形成された空間であり、最も狭い部分で０．００４Ｄ₂〜０．０１Ｄ₂（Ｄ₂は混練セグメントの回転外径）となるように設定されているとともに軸受セグメント２１の回転方向Ｒに沿って先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の間隔が徐々に広がるように設定されている。これによって、該軸受セグメント２１が回転すると回転方向Ｒに面した広い入り側から被混練材料１０がクリアランス部２８ａ、２８ｂに容易に導入され、先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の間隔が徐々に狭くなるに従ってこの導入された被混練材料１０を先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の間に隙間なく広げることができるようになり、該先端部２７ａ、２７ｂに被混練材料１０の膜状物が形成されこの膜状に広がった被混練材料１０が軸受セグメント２１の流体軸受作用を発揮させる。

またさらに、軸受セグメント２１は、図２（ｂ）に示すように、クリアランス部２８ａ、２８ｂをフライト２３ａ、２３ｂの先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の内壁との間隔が一定となるように形成することもできる。この間隔は０．００５Ｄ₂〜０．０２Ｄ₂（Ｄ₂は混練セグメントの回転外径）に設定するのが好ましく、これによって、被混練材料１０がクリアランス部２８ａ、２８ｂの先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の間に隙間なく広がり、この膜状に広がった被混練材料１０が軸受セグメント２１の流体軸受作用を発揮するようになる。

なお、該混練セグメント３６の回転外径は、前記軸受セグメント２１の回転外径Ｄより小さく構成されていることが好ましい。言い替えれば、ロータセグメント１７及びニーディングセグメント１９のフライトの回転外径を該軸受セグメント２１のフライト２３ａ、２３ｂの回転外径Ｄより小さくすることで、該混練セグメント３６のフライトの先端部がバレル３の内壁に接触することをより確実に防止することができる。
本発明の押出機用スクリュ１は、上述した軸受セグメント２１を異なる軸方向位置に設けることで、特に混練部１４との位置関係を変えることで、複数の実施形態を得ることができる。

つまり、本発明の押出機用スクリュ１は、図１〜図４及び図６に示すように軸受セグメント２１が混練部１４内に設けられる第１実施形態の押出機用スクリュ１、図７に示すように軸受セグメント２１が混練部１４から下流側に離れて設けられる第２実施形態の押出機用スクリュ１、または図８に示すように複数の混練部１４が押出機用スクリュ１に備えられる場合に、複数の混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部１４ａ内に軸受セグメント２１が設けられる第３実施形態の押出機用スクリュ１を有している。
そこで、図５〜８を用いて第１〜第３実施形態に係る押出機用スクリュ１の軸受セグメント２１の設置位置とスクリュ本体１２の摩耗量との関係を詳しく説明する。なお、図５〜図８の上図（ａ）はいずれもスクリュ本体１２を構成する各セグメントが軸方向にどのように連結されているかを示しており、下図（ｂ）は各セグメント毎の摩耗量を軸方向位置に対して示したものである。

該摩耗量は、被混練材料１０（ＰＰ：ポリプロピレン）を２軸押出機に供給し、バレル３を２００℃に加熱した状態で回転数３００ｒｐｍで一定時間連続的に運転させた後に計測したものである。２軸押出機はスクリュ本体１２（最大回転外径７２ｍｍ、全長２ｍ）をバレル３内に２軸備えている同方向回転型押出機である。
摩耗量は、運転前のスクリュ本体１２の各セグメントの質量から運転後の各セグメントの質量を引いて、その値を運転前のスクリュ本体１２の各セグメントの質量で割ったものである。該摩耗量は左右一対の押出機用スクリュ１、１のそれぞれ、つまり左側と右側の押出機用スクリュのそれぞれについて求められる。

図５は軸受セグメント２１を有していない従来の押出機用スクリュ２９を図１と同様に模式的に示している。なお、従来の押出機用スクリュ２９は、軸受セグメント２１が設けられていないが、この点を除けば第１実施形態における押出機用スクリュ１と同種類のセグメントが同じ組み合わせで設けられている。
図５（ａ）のＡ１及びＡ２に設けられるニーディングセグメント１９の摩耗量は、図５（ｂ）のａ１及びａ２に示されるように０．２５％以上となっており、混練部１４のＡ１またはＡ２以外のセグメントにおいても摩耗量は殆どが０．０５％以上となっている。これに対して、送り部１３のセグメントや押出部１５のセグメントでは摩耗量が０．０５％以下と低い。このことから、従来の押出機用スクリュ２９においては、軸方向のいずれかの位置に摩耗が発生していること、及び摩耗が特に混練部で生じやすいことが分かる。

図６は、第１実施形態における押出機用スクリュ１を示している。該押出機用スクリュ１は混練部１４に設けられた８個のロータセグメント１７の７番目の後に図２（ｂ）に示される軸受セグメント２１が設けられている。該軸受セグメント２１は混練部１４に対応した位置（混練セグメント３６のいずれかに隣接する位置）に設けられており、その軸方向位置は図６（ａ）においてＢ１で示され、その摩耗量は図６（ｂ）においてｂ１で示される。
図６（ａ）のＡ１及びＡ２に設けられるニーディングセグメント１９は、図６（ｂ）のａ１及びａ２に示されるように、摩耗量が０．０５％以下となっており、従来の押出機用スクリュ２９のニーディングセグメント１９の摩耗量より著しく低くなっていることが分かる。また、図６（ｂ）の混練部１４の摩耗量も０．０５％以下となっており、混練部１４のいずれの位置においても摩耗が従来の押出機用スクリュ２９より抑制されていることが分かる。

このことから、軸受セグメント２１を混練部１４内に設けることで、スクリュ本体１２の撓みが防止され、該軸受セグメント２１の流体軸受作用により混練部１４におけるフライト２３ａ、２３ｂやバレル３の内壁の摩耗を抑制することができる。
また、混練部１４の軸方向長さは４．５Ｄ以上であり、軸受セグメント２１は混練部１４の上流端より下流側４．５Ｄ以上に設けられている。これによって、混練部１４を通過する間に被混練材料１０が十分に溶解・混練され、供給された被混練材料１０がフライト２３ａ、２３ｂの先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の内壁との間に入り込める程度まで溶解されるので、十分に溶解された被混練材料１０により流体軸受効果を発揮させることができる。

図７（ａ）は、第２実施形態の押出機用スクリュ１を示している。該押出機用スクリュ１には、軸受セグメント２１が混練部１４の下流端からその下流側に向かって距離Ｓが３．０Ｄ以内（Ｄ：軸受セグメントの回転外径）となる位置、本実施形態では軸受セグメント２１の下流端が混練部１４の下流端より下流側３．０Ｄとなる位置に軸受セグメント２１が設けられている。
第２実施形態の押出機用スクリュ１では、図７（ａ）のａ１及びａ２に示されるニーディングセグメント１９の摩耗量は、第１実施形態の摩耗量（図６（ｂ）のａ１及びａ２の摩耗量）よりは大きくなるものの、従来の押出機用スクリュ２９の摩耗量（図５（ｂ）のａ１及びａ２の摩耗量）よりは小さくなっている。また、本実施形態のニーディングセグメント１９の摩耗量においては、軸受セグメント２１に近い側のａ２の摩耗量の方がａ１より小さくなっている。

このことから、軸受セグメント２１を混練部１４の下流端より下流側３．０Ｄ以内に設けることによっても、スクリュ本体１２の撓みが防止され、混練部１４におけるフライト２３ａ、２３ｂやバレル３の摩耗を抑制できることがわかる。
また、本実施形態においても、押出機用スクリュ１の混練部１４は軸方向長さが４．５Ｄ以上であり、軸受セグメント２１は混練部１４の下流端より下流側３．０Ｄ以内であると共に混練部１４の上流端より下流側４．５Ｄ以上の軸方向位置に設けられている。これによって、材料供給口８が混練部１４のやや上流側に設けられた場合であっても、混練部１４を通過する間に被混練材料１０が十分に溶融・混練され、供給された被混練材料１０がフライト２３ａ、２３ｂの先端部２７ａ、２７ｂとバレル３の内壁との間に入り込める程度まで融解された被混練材料１０により流体軸受効果を発揮させることができる。

図８は、第３実施形態の押出機用スクリュ１を示したものである。該押出機用スクリュ１は第１送り部１３ａ、第１混練部１４ａに続いて第２送り部１３ｂ、第２混練部１４ｂを有しており、該第１混練部１４ａに対応する位置に軸受セグメント２１が設けられている。
第３実施形態の押出機用スクリュ１においても、第１混練部１４ａ及び第２混練部１４ｂのニーディングセグメント１９の摩耗量が第２実施形態のａ１及びａ２の摩耗量より小さくなることが確認されている。よって、本実施形態の押出機用スクリュ１のように、混練部１４がスクリュ本体１２の軸方向に複数かつ互いに離間して設けられる場合にあっては、軸方向に設けられる複数の混練部１４のうちで最も上流側の第１混練部１４ａに少なくとも軸受セグメント２１を設置するのがよいと判断される。これは、被混練材料１０が上流側に位置するほど未溶融の割合が増して粘度が高くなる場合があるため、スクリュ本体１２に及ぼされる力学的負荷が大きくなるからである。

上記実施形態の押出機用スクリュ１は反方向回転型の２軸押出機２にも用いることができる。該押出機用スクリュ１を備える２軸押出機２は、大きな剪断力で被混練材料１０を混練できるものでありながら、スクリュ本体１２やバレル３の摩耗を抑制することができ、２軸押出機２の耐久性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態においては、混練セグメント３６としてロータセグメント１７及びニーディングディスクセグメント１９を用いているが、少なくとも一方からなる混練セグメント３６を用いればよく、組合せて用いる場合は組合せ個数を任意に設定することができる。また、ロータセグメント１７としては、チップクリアランスが一定となるクリアランス部２８ａ、２８ｂ（チップ部）を形成したものを用いることができる。

第１実施形態の押出機用スクリュの側面図である。軸受セグメントを上流側から見た場合の正面図である。軸受セグメントの側面図である。軸受セグメントと混練室との関係を示す断面図である。従来の押出機用スクリュにおける摩耗量の軸方向位置に対する変化を示す説明図である。第１実施形態の押出機用スクリュにおける摩耗量の軸方向位置に対する変化を示す説明図である。第２実施形態の押出機用スクリュにおける摩耗量の軸方向位置に対する変化を示す説明図である。第３実施形態の押出機用スクリュの正面図である。

符号の説明

１押出機用スクリュ
２２軸押出機
３バレル
１０押出機用スクリュ
１２スクリュ本体
１４混練部
１６スクリュセグメント
２１軸受セグメント
２３フライト
２７先端部
２８クリアランス部

Claims

被混練材料を搬送するスクリュセグメントと、該スクリュセグメントにより搬送されてきた被混練材料を混練する２条以上の混練用フライトを有する混練セグメントと、該混練セグメントからなる混練部とを備えるスクリュ本体を備えている押出機用スクリュにおいて、
前記被混練材料の混練を行っている際にスクリュ本体を中途部で支持する機能を備えた軸受セグメントが、前記混練部に対応する位置又は混練部より下流側に設けられており、
前記軸受セグメントは、１条完全噛合い型の断面形状を有するフライトを軸方向に少なくとも２つ以上備え、各フライトが回転方向にそれぞれ均等に位相をずらして配置されていて、前記各フライトの軸方向長さが０．２Ｄ以上（Ｄ：軸受セグメントの回転外径）に設定されていることを特徴とする押出機用スクリュ。
前記混練セグメントの回転外径が、前記軸受セグメントの回転外径より小さく構成されていることを特徴とする請求項１に記載の押出機用スクリュ。
前記混練部は、スクリュ本体の軸方向に複数かつ互いに離間して設けられており、複数の前記混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部に対応する位置に、前記軸受セグメントが備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の押出機用スクリュ。
前記混練部は、スクリュ本体の軸方向に互いに離間して設けられている複数の混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部であって、
前記第１混練部の軸方向長さが４．５Ｄ以上である場合に、
前記軸受セグメントが、第１混練部の上流端から下流側４．５Ｄ以上の距離に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出機用スクリュ。
前記軸受セグメントが、前記混練部の下流端から下流側３．０Ｄ以内の距離に位置していることを特徴とする請求項１、２または４に記載の押出機用スクリュ。
前記軸受セグメントのフライトは、前記スクリュ本体が挿入されるバレルの内壁に対向する先端部に、クリアランス部が形成されており、
該クリアランス部は、軸受セグメントの回転方向前方に向って先端部とバレルの内壁との間の間隔が徐々に広がるように設定されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の押出機用スクリュ。
１条完全噛合い型の断面形状を有するフライトを軸方向に少なくとも２つ以上備え、各フライトが回転方向にそれぞれ均等に位相をずらして配置されていて、前記各フライトの軸方向長さが０．２Ｄ以上（Ｄ：軸受セグメントの回転外径）に設定されていることを特徴とする軸受セグメント。
前記フライトは、前記スクリュ本体が挿入されるバレルの内壁に対向する先端部に、クリアランス部が形成されており、該クリアランス部は、軸受セグメントの回転方向前方に向って先端部とバレルの内壁との間の間隔が徐々に広がるように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の軸受セグメント。
被混練材料を搬送するスクリュセグメントと、該スクリュセグメントにより搬送されてきた被混練材料を混練する２条以上の混練用フライトを有する混練セグメントとを備え、該混練セグメントからなる混練部が軸方向に複数かつ互いに離間して設けられているスクリュ本体を備えていて、
前記混練部のうち最も上流側に位置する第１混練部に対応する位置に、請求項７又は８に記載の軸受セグメントが設けられていることを特徴とする押出機用スクリュ。
請求項１〜６又は９の何れか１項に記載の押出機用スクリュを備えた同方向回転噛合型の２軸押出機。