JPH0618685B2 - 押出機のスクリユ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は押出機のスクリューに係り、特に螺子羽根及び
軸部の外側部分をセラミツク製とした押出機のスクリュ
ーに関する。

［従来の技術］ 従来より、セラミツク製造において、土練機あるいは真
空土練押出成形機等のスクリュー方式による土練及び押
出成形機構を有した製造機が使用されて来ており、これ
らに内蔵されたスクリュー素材としては、鋼・鋳鉄・ス
テンレス等、あるいはこれらに硬質クロムメッキ、耐摩
耗製金属溶射、セラミツクコンーティング、浸炭焼入れ
等の処理を施したものが多く使用されて来た。例えば、
Plast.Technol.Vol 23,No.10P.17〜19,1977.,Surf J.Vo
l 12,No.1 P.2〜5 1981.,ire J.Int.Vol 15 No.5 P.94
〜97,1982.などには押出機のスクリューにセラミツク溶
射を施すことが記載され、Plast Massy No.8 P.38〜39
1975には、硬質合金を用いることが、又Kunstst Ger.Pl
aast.Vol 73.No.6 P.291〜294 1983にはスクリューを熱
処理、窒化処理することが記載されている。

また、近年、ＭＣナイロン、高分子量ポリエチレン等の
耐摩耗性プラスチック素材を用いたスクリューについて
も実用化がすすめられている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の技術のうち、金属製あるいこれに溶射、浸
炭、浸室等の処理を施したスクリューでは、耐摩耗性、
耐剥離性などが十分では無い。そのため、押出機の運転
時間の経過と共に、混練あるいは押し出しの機能が低下
してくると共に、摩耗や剥離により生じた異物が原料に
混入し、この原料を用いた製品の特性あるいは外観に少
なからぬ欠陥を発生させる。また特にコーティングある
いは溶射を施したスクリューにおいては、その螺子羽根
の表面構造に若干の気孔を有し、この気孔による吸水性
の為に原料のスクリュー表面への巻き付き現象が発生
し、発熱及び押出機能の極端な低下がみられるという欠
点がある。

また近年使用され始めた、ＭＣナイロン、高分子量ポリ
エチレン等の耐摩耗性プラスチック素材は、上記素材に
比し耐摩耗に若干の優位性は認められるものの、その特
性であある低摩耗係数、自己潤滑性の為に螺子羽根面と
原料とがスリップを起こし、特に押出成形機等において
は押出速度の脈動を誘発し、押出成形を不安定にすると
いう大きな欠点を持つ。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本発明の押出機のスクリ
ューは、 軸部及び該軸部の周面から突起する螺子羽根を有する押
出機のスクリューにおいて、軸部の外側部分と螺子羽根
とを一体的なセラミツク製とすると共に、軸部の軸心部
分を金属製とし、セラミツク製の軸部の外側部分の内周
面と金属製の軸部の軸心部分の外周面とを樹脂接合して
成ることを特徴とする押出機のスクリュー、 を要旨とするものである。

第１図は本発明の好ましい一態様を示す一部断面図であ
り、軸部１及びこの軸部１の周面から突起する螺子羽根
２（以下、螺子羽根部２と称することがある。）を有す
る。軸部１は金属製の軸心部分３、セラミツク製の外側
部分４から成る。螺子羽根２はセラミツク製であり、セ
ラミツク製の外側部分４と一体的に形成されている。

軸部１の周面も原料と接触するものであること、及び螺
子羽根を軸部に取り付ける手間を省略しうることから、
図示の態様の如く、軸部１の外側部分４と螺子羽根部２
とを一体のセラミツク製とし、このセラミツクの一体物
を軸心部分３に樹脂接合する。樹脂接合は、接合作業が
容易であると共に、接合後においては樹脂層５が緩衝層
としての役割を果たし、セラミツク製外側部分４と金属
製軸心部分３との熱膨張差による応力を小さくしたり、
両者の間の振動伝翻を小さくするなどの効果を奏する。

なおセラミック製の外側部分４と金属製の軸心部分３と
の接合性（錨効果）を高めるために、ローレツト、複数
のスプライン、あるいはスクリュー回転方向と逆方向の
螺子溝などを設けても良い。このようにすれば、従来よ
り行なわれているキー溝加工による焼成時の歪を防止で
きると共に、螺子羽根のピッチを正確に合せることが可
能となる。

而して、従来のスクリューは、長軸・一体形状のものが
多いが、本発明では、成形性・焼成方法の難易度・焼成
品の歩留を考慮し螺子羽根部２及び外側部分４の最大長
さが２５０ｍｍ以下となるように複数個に分割し、その
中心孔に金属製の軸心部分３を挿入するのが好ましい。

次に第１図の拡大図である第２図を参照しながら螺子羽
根の傾斜θ_１，θ_２と付け根曲率Ｒ_１，Ｒ_２について説
明する。

セラミック製螺子羽根を有する本発明のスクリューは、
金属製例えばステンレス及びこれらにメッキ処理を施し
たもの等に比して原料料（坏土）との付着性が少ないの
で、土練及び押出時の抵抗が小さくなることが一つの特
徴でもあるが、逆にその羽根の傾斜角度と付け根曲率が
不適当である場合、混練された原料料（坏土）のスクリ
ュー表面への付着性が極端に低下し、原料（坏土）のス
クリュー表面からの剥離現象が発生し、この剥離原料
（坏土）が、スクリューが回転しているにも拘らず同一
個所で滞留することにより、次に投入される原料（坏
土）がスクリュー間に噛み込まれにくくなる噛み込性能
の低下及び搬送性能の低下、特に押出成形機の場合に
は、押出圧力の低下が生じ易くなる。（なおこのような
現象は、従来の金属製スクリューにおいては、螺子羽根
傾斜角度θ_１、θ_２や付け根曲率Ｒ_１、Ｒ_２が過大であ
る場合に発生し易い。） 本発明のスクリューの場合、これら傾斜角度と付け根曲
率は、一般金属製スクリューのそれよりも小さくするの
が好ましく傾斜角度θ_１、θ_２については、押出方向前
方のθ_１は０〜５゜、好ましくは０゜、押出方向後方の
θ_２は０〜８゜、好ましくは０〜３゜、また付け根曲率
については、押出方向前方のＲ_１は、０．５Ｒ〜１０
Ｒ、好ましくは２Ｒ〜５Ｒ、押出方向後方のＲ_２は２Ｒ
〜１５Ｒ、好ましくは３．５Ｒ〜６Ｒである。

一般にこれらのθ_１、θ_２、Ｒ_１、Ｒ_２の値は小さい方
が性能的に有利であったが、しかし小さ過ぎることは逆
に原料（坏土）のスクリューからの離れを悪くするおそ
れがある。（原料（坏土）のスクリューからの離れが悪
いと、原料がスクリューに巻き付いて剥離現象が発生す
る場合と同様、噛み込み性能の低下及び搬送性能の低下
を引き起こし押出特性が悪化する。）また、θ_１、
θ_２、Ｒ_１、Ｒ_２が過小であると螺子羽根付け根部分に
原料が残留する危険性が大きくなる。さらに、脆性材料
であるセラミックスの場合においては、強制的な面から
もＲ_１、Ｒ_２を過小にすることは不利である。

本発明のスクリューを構成するセラミック材としては、
耐摩耗性の高いアルミナ質、ジルコニア質、窒化珪素質
などの焼結体が好ましいが、特にＡｌ_２Ｏ_３含有率が８
０重量％以上のアルミナ質のものが好ましく、とりわけ
耐摩耗性及び耐衝撃性の優れたＡｌ_２Ｏ_３含有率８５〜
９６重量％のものが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３含有量が８０
重量％未満では耐摩耗性に劣り、逆Ａｌ_２Ｏ_３含有量が
あまりに高い場合には耐衝撃性及びその成形性に難が有
る。

なおＡｌ_２Ｏ_３以外に、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｔ
ｉＯ_２、ＺｒＯ_２など通常の酸化物焼結体に含まれる各
種の酸化物を含み得る。また、少量であれば窒化物、ホ
ウ化物を含んでも良い。

このアルミナ質の焼結体は、吸水率が１％以下とりわけ
０．１％以下のものが好ましい。吸水率が１％よりも大
きいと、スクリュー表面への原料の巻き付き現象が発生
して該スクリューが発熱し、押出機能の極端な低下を誘
発し好ましくない。

次に、本発明のスクリューの好ましい製造法について説
明する。

まず、アルミナ粉末等の原料粉末に水等の液体及び所望
により適当量のバインダーを添加し、スクリュー形状に
成形する。原料粉末とりわけアルミナ粉末は、焼成後の
面精度を良くするために最大粒径が５μｍ以下、とりわ
け１〜３μｍ程度のものが好ましい。

成形方法としては、プレス、鋳込み、押出成形のいずれ
の方法でも可能であるが、焼成時の歪が少なく、焼成後
の後加工が最小あるいは不必要という点から中空棒形状
にプレス成形した後、次いで機械加工する成形方法が好
ましい。

こうして得られた成形体を例えば１６００〜１８００℃
程度の温度で焼成し焼結体とする。この焼結体を、所望
の形状及び樹脂接着時の錯効果を向上させる為のローレ
ット加工あるいはスクリュー回転方向と逆方向の螺子溝
加加工を施した金属製の軸に外嵌させ、樹脂接着する。
この際使用する樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましく、樹脂
の耐久性及びセラミック製外側部分と金属製軸心部との
接合面における錨効果を増強する為に樹脂量に対し８０
〜１００重量％のフィラーを混入させるのが好ましい。
このフィラーとしては、硬度が高くかつひっかかり効果
の大きい砥粒（フューズドアルミナ破砕品）が効果が有
り、更にこの砥粒にシラン系カップリング処理を施した
ものは、樹脂とのぬれが極めて良好で特に上記した効果
が高い。

［実施例］ 以下実施例及び比較例について説明する。

実施例１ アルミナ純度９２重量％を有する粒径３μｍ以下のアル
ミナ原料１００重量部に水６５〜７０重量部及びバイン
ダーとしてセルロース誘導体、Ｐ．Ｖ．Ａ．あるいはア
クリル系樹脂を２〜６重量部加え、十分に混合し、スプ
レードライヤーにより果粒とした後、外径６ｃｍ×内径
２．５ｃｍ×長さ１５ｃｍの中空棒状にハイドロプレス
成形した。

次いで図に示す形状となるように切削加工並びにローレ
ットを行った。

（なお焼成後の螺子羽根の寸法等は第１表の通りであ
る。） この成形体を１６５０℃×１ｈｒで焼成を行い焼結体と
した。この焼結体３個に、直径２．１ｃｍ、長さ５０ｃ
ｍのステンレス製の軸心を挿入し、焼結体と軸心の空隙
にエポキシ系樹脂を充満し、両者を接合し、スクリュー
とした。

このスクリューを押出成形機に装着し、主成分が平均粒
径３５〜５０μｍ程度のα−Ａｌ_２Ｏ_３よりなる１００
０Ｋｇの含水坏土の押出を行い、スクリューの摩耗度を
測定すると共に、押出成形状態の観察を行った。結果を
第２表に示す。

比較例１ 比較のために、上記実施例１と同一状をなすＳＵＳ−３
０４製ステンレススクリュー(A)、Ａのものに硬質クロ
ムメッキを施したもの(B)、Ａのものにタングステン−
コバルト系耐摩耗金属溶射したもの(C)、Ａのものにア
ルミナ溶射したもの(D)及びＣ−ナイロン製よりなるも
の(E)のそれぞれのスクリューについて実施例１と同様
にして、主成分が平均粒子径３５−５０μｍ程度のα−
Ａｌ_２Ｏ_３よりなる含水坏土の押出成形−摩耗試験を行
った。その結果を第２表に示す。

第２表により、本発明のスクリューは摩耗が僅少であ
り、押出成形状態も良好であることが明らかである。

実施例２，３、比較例２ 螺子羽根の形状が第３表となるように、実施例１の方法
に従ってスクリューを製造した。なお焼結体材質はＡｌ
_２Ｏ_３９２％である。また比較のために、実施例２のも
のと同一形状のＳＵＳ−３０４製ステンレススクリュー
を用意した。

これらのスクリューを装着した押出成形機について、実
施例１と同じ坏土をそれぞれ等量投入し、単位時間当り
の押出量を測定すると共に、作動状況の観察を行った。
結果を第３表に示す。

第３表より、実施例３の如く、螺子羽根形状を適切に選
択することにより、極めて優れた押出性能を発揮できる
ことが明らかである。

［効果］ 以上詳述した通り、本発明の押出機のスクリューは、少
なくとも螺子羽根の部分をセラミックス製としたので、
耐摩耗性、耐剥離性に優れる。従って優れた押出特性を
長期間にわたって安定して発揮できると共に、スクリュ
ー由来する原料中への異物の混入なども殆ど生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る押出機のスクリューの一
部断面図、第２図はその要部拡大図である。 １……軸部、２……螺子羽根部、 ３……軸心部分、４……軸の外側部分、 ５……樹脂層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸部及び該軸部の周面から突起する螺子羽
   根を有する押出機のスクリューにおいて、 軸部の外側部分と螺子羽根とを一体的なセラミック製と
   すると共に、軸部の軸心部分を金属製とし、セラミツク
   製の軸部の外側部分の内周面と金属製の軸部の軸心部分
   の外周面とを樹脂接合して成ることを特徴とする押出機
   のスクリュー。
2. 【請求項２】セラミツクはＡｌ_２Ｏ_３を８０重量％以上
   含み、吸水率が１％以下の焼結体であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の押出機のスクリュー。