JPH02297404A

JPH02297404A - 押出成形機

Info

Publication number: JPH02297404A
Application number: JP11956289A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukuda; 健福田; Kyosuke Tsunekawa; 恒川　恭輔; Tadashi Takahashi; 高橋　匡司
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、セラミック坏土、食品練り物、有機物（ゴム
、プラスチック）、焼結金属粒体（以下、これらを「坏
土」と総称する）を押出成形するとき使用する真空土練
機または真空押出成形機（以下、これらを「真空押出成
形機」と総称する）に関するもので、詳細には、押出成
形時に円筒状シリンダ内で回転されるスクリュー状オー
ガ羽根、シリンダ内周壁等の坏土と接触する部位に耐摩
耗性セラミック材料を用いてなる真空押出成形機に係る
。

（従来の技術）従来より、真空土練機または真空押出成形機においては
、真空下の円筒状シリンダ内でスクリュー状のオーガ羽
根を回転することにより、円筒状シリンダ内の坏土を圧
縮し、この圧縮した坏土を、成形機先端に取付けられる
押出用口金を通して押出成形する。

押出成形時に坏土に作用する押出圧力は、真空押出成形
機で通常、１５〜３０ｋｇ／ｃｍ２．最大３５０ｋｇ／
ｃｍ２程度が作用し、真空土練機では通常、２〜６ｋｇ
／ｃｍ２が作用する。

スクリュー状オーガ羽根の材質は、真空土練機では、鋳
鉄あるいはステンレス鋼等が用いられ、真空押出成形機
では、耐摩耗性の良好な特殊鋼あるいは特殊鋼表面に硬
質クロムメッキまたはＷＣ超硬合金等を溶射したもの、
セラミックコーティング、浸炭焼入れ、窒化処理したも
の等が用いられる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、従来の押出成形機においては、スクリュー状オ
ーガ羽根を収納する円筒状シリンダとオーガ羽根との隙
間で坏土を強（圧縮するので、オーガ羽根の最外端ある
いはこの羽根最外端が対面するシリンダ内周壁が摩耗し
やすいという問題がある。また、セラミックコーテイン
グ品では摩耗の他にコーテイング材が剥離しやすいとい
う問題を有する。

この場合、摩耗が著しいと、オーガ羽根とシリンダ内周
壁との隙間が大きくなり、それに伴い押出圧力が低下し
、押出された押出成形品にクラック等の構造欠陥が発生
しやすい。また、摩耗物質が多量に坏土中に混入しやす
く、押出成形品の品質不良を招（原因になる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、押出成形機の坏土と接触する部位に耐摩耗性セ
ラミック材料を用いることで、押出成形機の構成部品の
耐摩耗性を向上し、所定の押出圧力の長期確保、摩耗物
質の混入減少による押出成形品の品質安定、押出成形機
の耐久性向上等を図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記課題を解決するための本発明の第１の発明における
押出成形機は、混練物を押出成形する押出成形機であっ
て、混練物を流通させる円筒状シリンダと、このシリン
ダ内に回転自在に収納され坏土を練りながら押出すスク
リュー状オーガ羽根とを備え、前記混練物と接触する部
位を耐摩耗性セラミック材料により構成したことを特徴
とする。

前述した耐摩耗性セラミックス材料で構成する部位は、
坏土と接触する部位であるが、具体例としては、スクリ
ュー状オーガ羽根、円筒状シリンダの内周壁、真空室載
分盤等があるが、これらに限られず、坏土と接触する部
位であればどの箇所であってもよい。

押出成形機のスクリュー等をセラミックスの一体品で造
らなかった理由は、スクリューをセラミックスの一体品
にすると金属駆動芯部との接合が困難であることや、ス
クリュー自身の一体品は成形加工が困難で高コストにな
る欠点があるためである。またスクリューの場合、分割
して造る方が低コストに得られる。この分割したスクリ
ューと金属駆動芯金を接続するために、あらかじめスク
リュー内壁面に駆動芯金と接続するための金具をインサ
ートしておく。

前記坏土と接触する部位に設けるセラミック材料として
は、例えば部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、シリコン
ナイトライド（Ｓｉ２Ｈ４）等を用いるのがよい。これ
らは、相対的に高靭性、高強度を有するからである。こ
れらのほか、アルミナ（Ａｊ２□０３）、炭化珪素（Ｓ
　ｉ　Ｃ）等の耐摩耗性材料を用いることもできる。

特に望ましいセラミック材料を選定するために各種試料
について湿式摩耗テストを行なった。テスト条件は、試
料と砥粒を水溶液中に砥粒濃度５０％で入れた溶液をボ
ットミルに入れ、ボットミルを回転させて試料の摩耗量
を測定した。試料の形状は、円柱状で、サイ妥が直径２
０−−１長さ２０ｍｍのものを用いた。ボットミルの回
転数：１２０ｒｐｍ、砥粒：アルミナ＃３６、試験時間
二最大１００時間とした。試料の材質は、−殻構造用圧
延鋼（Ｊ　Ｉ　Ｓ規格５Ｓ４１）、Ａρ２０３（９６％
）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）　、ｓｉＣ，Ｓｉ３
Ｎ４．ＰＳＺであツｔ、＝。試験結果ハ第１表および第
１０図に示すとおりである。

（以下、余白。）第１表に示すように、Ｓｉ３Ｎ４．ＰＳＺが耐摩耗性に
優れていることが解る。これらのセラミック材料をスク
リュー状オーガー羽根、バレルシリンダ内周壁、真空室
載分盤等の坏土と接触する部位に用いることにより、著
しく耐摩耗性を向上できるものと推定される。

（実施例）本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図〜第９図は、本発明の第１の実施例を示すもので
、真空押出成形機のスクリュー状オーガ羽根の一部にセ
ラミックス製スクリューを用いた例である。

真空押出成形機１は、坏土を流通させるバックミル部バ
レル２とオーガ部バレル３とからなり、それぞれのバレ
ル２．３にパックミル部スクリュー羽根４とオーガ羽根
５とが収納されている。パックミル部スクリュー羽根４
とオーガ羽根５はともに金属製である。

第１図示矢印Ａ方向から取入口８に流入された坏土は、
スクリュー羽根４により第１図で左方向に混練されなが
ら均一化され、載分盤９から真空脱気室１０内に押出さ
れる。真空脱気室１ｏは、連通路１２の途中に設けられ
る真空ポンプ１）により真空に引かれている。真空脱気
室１０からオーガ部バレル３内に流入した坏土は、オー
ガ羽根５の回転により第１図で左方向に圧送され押出口
１４から円柱状に圧縮成形されて矢印Ｂ方向に押出され
る。

オーガ羽根５の先端部５ａおよび５ｂには、第２図〜第
９図に示すように、オーガ羽根５と別体の第１および第
２の螺旋形状のＰＳＺ製のセラミックスクリユー１５お
よび２８が接合されている。

第１のセラミックスクリユー１５は、鋳込み成形法、射
出成形法、冷間静水圧プレス成形法（ＣＩＰ）、熱間静
水圧プレス成形法（ＨＩＰ）等の方法により成形され、
金属製スクリューと同ピツチ、羽根高さ羽根傾斜になる
ように切削加工され、得られた成形体を１２００℃以上
の温度で焼成して造られる。セラミックスクリユー１５
は、オーガ羽根としての螺旋羽根２０と２１がスクリュ
ー外周壁２２に螺旋状に軸方向に傾斜して設けられてい
る。スクリュー外周壁２２は、所定の肉厚をもち、その
内部にステンレス鋼製軸体固定金具１９を固定するため
の有底円筒状の凹部１６が形成される。凹部底面１６ａ
の中央部には、第９図に示す金属製軸体１８を固定する
ための固定用ボルト挿入孔１７が開口されている。

凹部１６に嵌合する固定金具１９は、第４図に示すよう
に、外周面２５が円形、内周面２７が直線部２７ａと円
弧部２７ｂからなる環状断面２４を有する。この内周面
２７に第３図に示すような金属製軸体１８が嵌合される
。金属製軸体１８は、外周面２６が直線部２６ａと円弧
部２６ｂからなる中実棒である。

そしてセラミックスクリユー１５の凹部１６の内周面お
よび凹部底面１６ａと、ステンレス鋼製軸体固定金具１
９の外周面２５および底面２４ａにエポキシ等の熱硬化
性接着剤を塗布し、セラミックスクリユー１５と金具１
９を接着し一体化する。

第２のセラミックスクリユー２８も第１のセラミックス
クリユー１５と同様の方法で成形焼成して造る。螺旋羽
根３１はスクリュ一本体の外周に螺旋状に突出して形成
される。セラミックスクリユー２８の凹部内周壁２９に
嵌め込まれるステンレス鋼製軸体固定金具３０には、そ
の内周面３４の形状に対応する直線部２６ａと円弧部２
６ｂをもつ金属製軸体１８が貫通され嵌合されている。

セラミックスクリユー２８とステンレス鋼製軸体固定金
具３０の接合は、セラミックスクリユー１５と同様の要
領で、凹部内周壁２９および金具３０の外周面３３に接
着剤を塗布し、セラミックスクリユー２８と金具３０を
一体化する。

次いで、第４図に示す金属製軸体１８に、前述した金属
スクリュー５、セラミックスクリユー２８、セラミック
スクリユー１５をインサートし、この金属製軸体１８の
底部１８ａに開口されるボルト挿入孔１８ｂにボルト挿
入孔１７から図示しないボルトが貫通されて結合される
ことにより、セラミックスクリユー１５と軸体１８とが
ボルト結合される。

次に、第１の実施例のセラミックスクリユーの摩耗度合
を従来品と比較して測定したところ、第１）図に示すよ
うな試験結果を得た。

試験条件は次のとおりである。実験に供した真空押出成
形機は、平均粒径４０〜１）００ＬＬのＡｌ２ｔｏｓ砥
粒と有機バインダと水を混練して練り土を作り、この練
り土を外径３０ｍｍ、内径２３ｍ　ｍ　’０）パイプ状
に押出成形を行なうものである。

押出速度は１．１ｍ／分に設定した。

第１）図において、第１の比較例は、スクリューの材質
がステンレス鋼であって、その表面にＷＣ表面硬化処理
したものを用いた。第１の実施例は、前述の如く、ＰＳ
ｚ製のスクリューを用いた。

試験は、押出成形時間とスクリュー最外端の径方向の摩
耗量を測定した。

第１）図に示すように、第１の比較例では、１００時間
使用後、摩耗量が約６ｍｍであった。これより第１の比
較例のスクリューでは、ＷＣ表面処理膜が耐摩耗効果を
発揮する初期段階においては摩耗が少なかったが、しか
し、このＷＣ表面処理膜が摩耗および剥離で消滅すると
摩耗が急速に促進し、短時間のうちに使用不能となった
。この場合、摩耗物質の押出品への混入量が増加し、押
出成形品の品質が著しく損なわれることが判明した。

これに対し、第１の実施例に示すように、ＰＳＺ製のス
クリューは、試験開始後５６０時間経過後においても摩
耗量が０．３ｍｍ程度で、著しい耐摩耗性効果が認めら
れた。それに、セラミックスと云えども摩耗するため羽
根の取外し交換が必要となるが、上記実施例の場合、セ
ラミックスクリユーの形状に工夫がこらされているので
取外し交換が容易になる。

次に、第１２図は、本発明の第２の実施例の要部を示す
もので、第１図に示すオーガ部バレル３の円筒状バレル
本体４０がステンレス鋼であり、その内周壁にエポキシ
系熱硬化性接着剤を塗布し、その接着剤の上にＰＳｚ製
セラミック凹部４１を１８枚、ｐｓｚ製セラミック凸部
４２を１８枚、をそれぞれ円周方向に交互に配設した。

その他の構成については、基本的には、第１の実施例と
同様である。

第２の実施例についてのＰＳｚ製バレルシリンダ内周壁
の摩耗度合を従来のバレルシリンダと比較した試験結果
を第１３図に示す。

試験条件は、押出坏土の組成、押出品のサイズ、押出速
度等について、前記第１の試験条件と同じである。

第１３図において、従来品の第２の比較例におけるバレ
ルシリンダは、その材質がステンレス鋼であって、内周
面に厚さ０３ｍｍ程度のＡ℃２０３コーティング層を設
けたものを用いた。第２の実施例は、前述の如く、第１
２図に示すＰＳＺ製のバレルシリンダ内周壁を用いた。

試験結果は、シリンダバレルの内周壁凸部の径方向の摩
耗量により表わした。

第１３図に示すように、従来のバレルシリンダでは、第
２の比較例に示すように、バレル内周壁表面にへβ２０
３コーティング膜が残留するうちは摩耗を抑制できたが
、しかし、このコーテイング膜が摩耗、剥離で消滅した
時点以降は摩耗が急速に促進されることが解った。

これに対し、本発明の第２の実施例では、長時間の試験
後例えば５００時間経過後においても摩耗量がきわめて
少量であり、著しい耐摩耗効果が認められることが解っ
た。押出成形品に混入する摩耗物質は少量であり、押出
成形品の欠陥等は極めて少ないことが解った。

第１４図は、本発明のセラミックスクリニーの第３の実
施例を示すものである。

第１４図は、セラミックスクリユー５０の本体５１を鋳
鉄製鋳物で構成し、この鋳物の表層面に所定の厚みをも
つＰＳｚ製セラミック表層５２を嵌合したものである。

セラミック表層５２は、例えば鋳込み成形により造られ
る。

第１５図および第１６図は、本発明のバレルシリンダの
第４および第５の実施例を示すものである。

第１５図に示す第４の実施例のバレルシリンダ６０は、
内周壁を構成する内周凹溝６１の両側底部６２．６３が
Ｒ状に形成されたものである。また第１６図に示す第５
の実施例のバレルシリンダ６６は、内周凹溝部がＲ状溝
６７に構成されたものである。第１５図および第１６図
に示す第４および第５の実施例は、共にＰＳｚ製シクシ
リンダバレルる。これにより、シリンダ内周壁をＰＳｚ
製セラミックスで構成することで、高強度かつ高靭性を
保持しつつ、シリンダ内周壁の耐摩耗性が従来のものよ
り一層向上される。

なお、本発明としては、前述した実施例におけるセラミ
ックスの材質はＰＳＺに限られず、その他の耐摩耗性セ
ラミックスであってもよいことはもちろんである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の押出成形機によれば、円
筒状シリンダ内を流通する坏土に接触する部位の少なく
とも一部をセラミック材料で構成したので、その部分の
耐摩耗性が向上し、そのため摩耗量が減少し、耐久性を
向上することができるという効果がある。またセラミッ
クスの一体品ではないので、成形加工が容易で、金属駆
動芯部の取付性が良好である。

さらに、オーガ羽根とバレルシリンダ間の隙間での押出
圧力の低下するのが抑えられるので、押出成形品にクラ
ック等の構造欠陥が発生しにくく、押出成形品の品質を
向上させることができる。

また摩耗量が少ないことから、摩耗物質が押出坏土中に
混入される量が少なくなり、品質不良押出成形品の発生
率を大幅に低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の押出成形機を表わす断
面図、第２図はその第１のセラミックスクリユーを表わ
す部分断面図、第３図は第２図に示す金属製軸体を表わ
す横断面図、第４図は第２図に示すステンレス鋼製軸体
固定金具を表わす横断面図、第５図は第２のセラミック
スクリユーを表わす部分断面図、第６図は第５図に示す
金属製軸体を表わす横断面図、第７図は第５図に示すス
テンレス鋼製軸体固定金具を表わす横断面図、第８図は
第５図に示す矢印■方向から見たセラミックスクリユー
を表わす平面図、第９図は金属製軸体を表わす斜視図、
第１０図はセラミック材料の摩耗特性を評価した結果を
示す図、第１）図は第１のセラミックスクリユーの摩耗
テストの結果を示す図、第１２図は本発明の第２の実施
例のバレルシリンダの部分を表わす部分正面図、第１３
図は本発明の第２の実施例の摩耗テストの結果を示す図
、第１４図は本発明の第３の実施例のセラミックスクリ
ユーを示す部分断面図、第１５図は本発明の第４の実施
例のバレルシリンダを表わす部分正面図、第１６図は本
発明の第５の実施例のバレルシリンダを表わす部分正面
図である。１　　　・・・真空押出成形機、１５　　　・・・第１のセラミックスクリユー（スクリ
ュー状オーガ羽根）、２０．２１．３１・・・螺旋羽根（スクリュー状オーガ羽根）、２８　　　・・・第２のセラミックスクリユー、２４　
　　・・・円筒状バレル本体（円筒状シリンダ）、４１　　　・・ｐｓｚ製セクセラミック凹部筒状シリン
ダ内周壁）、４２　　　・・・ＰＳｚ製セラミック凸部（円筒状シリ
ンダ内周壁）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）混練物を押出成形する押出成形機であって、混練
物を流通させる円筒状シリンダと、このシリンダ内に回
転自在に収納され坏土を練りながら押出すスクリュー状
オーガ羽根とを備え、前記混練物と接触する部位を耐摩耗性セラミック材料に
より構成したことを特徴とする押出成形機。
（２）前記部位は、少なくともスクリュー状オーガ羽根
であることを特徴とする請求項１に記載の押出成形機。
（３）前記部位は、少なくとも円筒状シリンダの内周壁
であることを特徴とする請求項１に記載の押出成形機。
（４）前記スクリュー状オーガ羽根本体をセラミック製
にし、その軸部内周面に金属製リングを組付け、この金
属製リングの内周面に金属製軸芯が嵌合されることを特
徴とするスクリュー状オーガ羽根。
（５）前記円筒状シリンダ本体をセラミック製にし、そ
の外周に金属製リングを組付け、この金属製リングの外
周にシリンダケースを嵌合したことを特徴とする円筒状
シリンダ。