WO2020003898A1 - スクリュ式押出機 - Google Patents

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flight
screw
clearance
casing
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孝祐 東
和久 福谷
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Kobe Steel Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a screw type extruder for extruding a kneaded material.
  • an extruder In an automobile tire manufacturing process, an extruder is used, which is installed under a rubber kneader as a raw material of the tire and continuously extrudes rubber (kneaded material) supplied from the kneader into a sheet. Has been.
  • Patent Document 1 discloses a kneaded material transfer device in which a gap is formed between a housing disposed so as to surround a distal end portion of a tapered screw and the tapered screw.
  • the rotation of the tapered screw allows a part of the input material to be transferred to the tip side of the casing to escape into the gap, so that the pressure applied to the material is reduced, and the pressure increase and the heat generation of the material due to the pressing force are suppressed.
  • the flow (movement) of the input raw material at the portion where the raw material meshes with the screw is facilitated, the load is reduced, the extrusion amount is increased, and the raw material can be smoothly supplied to the compression section.
  • the size of the lead angle of the screw blade at the position of the compression portion is set smaller than the size of the lead angle of the screw blade at the position of the hopper portion, and the screw blade is positioned at the position of the compression portion.
  • a twin screw extruder having two or more turns is disclosed. At the position of the hopper part, the function to bite the bulk material supplied from the material input port and supply it to the compression part, and at the position of the compression part, to compress the material and to press the material required to push out the material from the material discharge port. In addition, a function of suppressing the backflow of the material and securing a processing amount is exerted.
  • Patent Document 1 although the kneading performance is improved by increasing the extrusion amount, the boosting ability in the bank portion is reduced.
  • Patent Document 2 it is possible to increase the pressurizing capacity in the bank by suppressing the backflow of the material, but the conveying capacity is reduced, and a pressurizing effect can be obtained depending on the production capacity of the screw type extruder. May not be.
  • An object of the present invention is to provide a screw-type extruder capable of improving the pressurizing capacity in a bank section.
  • the present invention includes a pair of screws, a casing accommodating the pair of screws, provided with a material input port on the upstream side, and a roller die for extruding the material into a sheet on the downstream side of the casing.
  • the screw has a shaft portion, and a spiral flight portion provided on an outer peripheral surface of the shaft portion, and the flight portion includes: The radial distance from the surface of the shaft portion to the tip of the flight portion is shaped so as to gradually decrease toward the downstream end in the extrusion direction of the kneaded material, the casing has a tapered shape, and the input port In the range from the downstream end of the flight portion to the downstream end of the flight portion, the clearance between the top portion of the flight portion and the inner wall surface of the casing at the downstream end of the charging port, Kicking, characterized in that it is greater than the clearance.
  • the clearance at the downstream end of the inlet is made larger than the clearance at other portions.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an analysis result of boosting ability. It is sectional drawing of the casing downstream part in the modification of 3rd Embodiment.
  • the screw extruder according to the first embodiment of the present invention extrudes a kneaded material.
  • the screw type extruder is a screw extruder with a roller die for extruding a kneaded product of a polymer material such as rubber into a sheet.
  • the screw type extruder 1 has a pair of screws 2 and 3 and a casing 4 as shown in FIG.
  • the pair of screws 2 and 3 extrude the kneaded material in the left direction in FIG. 1 and are arranged side by side in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
  • the number of screw threads of each of the screws 2 and 3 is one.
  • the screws 2 and 3 each have a shaft portion 6 and a flight portion 7.
  • the shaft 6 has a shape whose diameter gradually decreases toward the downstream end in the extrusion direction of the kneaded material.
  • the flight portion 7 is provided on the outer peripheral surface of the shaft portion 6 and has a spiral shape.
  • the flight portion 7 has a smaller radial distance from the surface of the shaft portion 6 of the screw 2 or 3 to the tip of the flight portion 7 as the flight portion 7 is closer to the downstream end in the extrusion direction of the kneaded material. In the direction toward the downstream end.
  • the screws 2 and 3 have the same shape and dimensions except that the twist angles of the flight portions 7 are opposite to each other.
  • the screws 2 and 3 are connected so as to rotate in opposite directions to each other, and are rotated at the same rotational speed by one driving unit (not shown).
  • the casing 4 has a tapered shape and accommodates the pair of screws 2 and 3.
  • a pair of upper and lower rollers 8 and 9 are disposed in front of the casing 4 in the direction of extruding the kneaded material.
  • the portion between the casing 4 and the rollers 8, 9 is called a bank portion 10, and the kneaded material extruded by the screws 2, 3 accumulates in the bank portion 10.
  • rollers 8 and 9 are connected so as to rotate in opposite directions to each other, and are rotated at the same rotational speed by one driving unit (not shown).
  • the rollers 8 and 9 are for rolling the kneaded material into a sheet (sheet 50), and are called roller dies.
  • a material (kneaded material) inlet 11 is provided on the upstream side of the casing 4 in the direction of extruding the kneaded material.
  • the casing 4 has a casing upstream portion 13 in which the charging port 11 is provided at an upper portion, and a casing downstream portion 14 whose periphery is surrounded by a wall surface.
  • the kneaded material such as rubber supplied to the charging port 11 from above is pushed out to the bank 10 by the screws 2 and 3 rotating in opposite directions, and then passes between the rollers 8 and 9 to form a sheet. Molded.
  • the screws 2 and 3 in the casing downstream portion 14 are divided into three regions 1 to 3 for each pitch. Since the screws 2 and 3 have a tapered shape, the transport capacity decreases as the position becomes closer to the downstream side. Therefore, the transport capacity is lower in the area 1 than in the area 2. On the other hand, a part of the region 3 protrudes from the casing downstream portion 14, and a sufficient amount of the kneaded material cannot be supplied to the region 3 only by the flight portion 7, and the region 3 is not filled. Therefore, the maximum transport capacity cannot be exhibited. Further, depending on the operating conditions, the supply amount of the kneaded material to the region 2 may be insufficient, and the region 2 may be in a non-full state.
  • FIG. 2 is a sectional view of the casing downstream portion 14 in the conventional screw shape. Assuming that the clearance between the top of the flight section 7 and the inner wall surface of the casing 4 is clearance, the clearance is constant in a range from the downstream end 11a of the inlet 11 to the downstream end of the flight section 7 shown in FIG. is there. That is, a clearance D2 at the downstream end 11a of the input port 11, a clearance D1 at the downstream end of the flight section 7, and a clearance D3 at an intermediate portion between the downstream end 11a of the input port 11 and the downstream end of the flight section 7.
  • the strain rate (shear rate) is obtained by dividing the rotation speed of the tip of the flight section 7 by the clearance.
  • rubber has a characteristic that the viscosity (viscosity) decreases as the strain rate increases. In other words, for the same strain rate, the greater the clearance, the higher the viscosity of the rubber.
  • FIG. 4 which is a schematic view of the casing downstream portion 14, the center of the downstream end of the casing 4 is set to the origin 0, the Z coordinate is taken in the screw axis direction, and the X coordinate is taken in the radial direction of the casing 4.
  • FIG. 5 shows the relationship between the clearance in the screw axis direction and the viscosity in the conventional screw shape.
  • the clearance ⁇ is constant from the downstream end (origin 0) of the casing 4 to the downstream end 11a of the inlet 11.
  • FIG. 6 which is a cross-sectional view of the downstream portion of the casing
  • the downstream end of the charging port 11 is located in a range from the downstream end 11a of the charging port 11 to the downstream end of the flight portion 7.
  • the clearance D2 in 11a is made larger than the clearance in other parts.
  • the broken line) is a straight line
  • the inner wall surface (solid line) of the casing 4 is also a straight line.
  • FIG. 7 shows the relationship between the clearance in the screw axis direction and the viscosity in the screw shape of the present embodiment using the coordinates in FIG.
  • the clearance ⁇ increases from the downstream end (origin 0) of the casing 4 toward the downstream end 11a of the inlet 11. Therefore, at the downstream end 11a of the charging port 11, the rotation speed of the tip of the flight section 7 is smaller than in the conventional screw shape, and the increase in the strain rate is suppressed.
  • the viscosity ⁇ of the material is maintained higher at the downstream end 11a of the inlet 11 as compared with the conventional screw shape having a constant clearance. That is, the distribution of the viscosity ⁇ indicated by the broken line in FIG.
  • the clearance gradually increases from the downstream end of the flight section 7 to the downstream end 11a of the charging port 11, so that the clearance in the bank section 10 is smaller than in the case where the clearance is discontinuous.
  • the boosting ability can be further improved. This is because the increase in the viscosity of the rubber in the clearance suppresses the leakage of the rubber from the clearance.
  • the viscosity of the material is maintained at a higher level at the downstream end 11a of the inlet 11 than in a configuration in which the clearance is constant, so that material leakage to the inlet 11 is suppressed, and the transport efficiency is improved.
  • the boosting ability in the bank unit 10 can be improved.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the casing downstream portion 14, the screw type extruder 101 of the present embodiment has a clearance D3 at an intermediate portion between the downstream end 11a of the charging port 11 and the downstream end of the flight portion 7. Is smaller than the clearance D1 at the downstream end of the flight section 7.
  • a broken line) is a curve
  • an inner wall surface (solid line) of the casing 4 is a straight line.
  • FIG. 9 shows the relationship between the clearance in the screw axis direction and the viscosity in the screw shape of the present embodiment using the coordinates shown in FIG.
  • the clearance ⁇ decreases from the downstream end (origin 0) of the casing 4 toward the intermediate portion, and the clearance ⁇ increases from the intermediate portion toward the downstream end 11a of the inlet 11. Therefore, the viscosity ⁇ of the material increases from the downstream end (origin 0) of the casing 4 toward the intermediate portion, and the viscosity ⁇ of the material decreases from the intermediate portion toward the downstream end 11a of the charging port 11.
  • the strain rate at the intermediate portion is smaller than that of the screw extruder 1 of the first embodiment. Becomes smaller. As a result, the viscosity of the material is maintained higher in the intermediate portion than in the screw extruder 1 of the first embodiment, so that material leakage from the intermediate portion to the upstream side is suppressed, and the transport efficiency is further improved. . Thereby, the boosting capability of the bank unit 10 can be further improved.
  • the flight portion 7 at the downstream end 11a of the inlet 11 is increased. Need to be low. Therefore, as compared with the case where the clearance is constant, the volumes V1 to V3 for each pitch are reduced, and the transport capability is reduced.
  • the vertices of the flight part 7 are connected from the downstream end 11 a of the inlet 11 to the downstream end of the flight part 7 in a radial cross-sectional view of the shaft part 6. Make virtual lines curved. As a result, the height of the flight section 7 in the middle section is maintained high. As a result, compared to the screw type extruder 1 of the first embodiment, the volumes V1 to V3 for each pitch are larger. That is, V1 of the present embodiment is larger than V1 of the first embodiment, V2 of the present embodiment is larger than V2 of the first embodiment, and V3 of the present embodiment is larger than V3 of the first embodiment. Therefore, the transfer capacity can be improved.
  • the center of the bottom of the top of the downstream end of the flight portion 7 of the screws 2 and 3 is defined as the origin 0, and the x coordinate is taken along the surface of the shaft 6 of the screws 2 and 3, The y-coordinate is taken in a direction perpendicular to the surface of No. 6.
  • the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 0, the x-coordinate of the top on the upstream side by one rotation from the top of the downstream end of the flight section 7 is X 1 , and the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by rotation is X 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by three rotations from the top on the downstream end of the flight section 7 is X 3 .
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 0
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 by one rotation from the top is Y 1
  • the height of the downstream end of the flight section 7 is Y 1
  • the height of the top two turns upstream from the top is Y 2
  • the height of the top three turns upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 3 .
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is b
  • the inclination at the top three rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2aX 3 + b.
  • the slope of the quadratic curve is greater than the slope of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7 and at the top 3 rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. , The inclination of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 . Therefore, the relationship of b> (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 > 2aX 3 + b is established.
  • FIG. 10 shows the result of a simple calculation of the boosting capacity based on the screw shape factor.
  • the inclination of the flight height refers to the inclination of a straight line connecting the vertices of the flight part 7 along the axial direction of the screws 2 and 3.
  • the inclination ratio of the flight height is 1.0, and as the clearance D2 at the downstream end 11a of the inlet 11 becomes larger than the clearance D1 at the downstream end of the flight section 7, the flight height increases. The value of the slope ratio decreases.
  • the inclination of the flight height is approximately proportional to the pressure ratio and the transfer capability ratio, and the pressure ratio and the transfer capability ratio are in a trade-off relationship.
  • the pressure ratio is about 7 times while the transfer capacity is maintained at the same level as the conventional one. From this, it can be seen that the transport capacity is improved to the same level as the conventional one while the boosting capacity in the bank unit 10 is improved.
  • the clearance D3 at the intermediate portion between the downstream end 11a of the charging port 11 and the downstream end of the flight portion 7 is located downstream of the flight portion 7.
  • the clearance is smaller than the clearance D1 at the side end.
  • the strain rate in the intermediate portion is smaller than that of the screw type extruder 1 of the first embodiment.
  • the viscosity of the material is maintained higher in the intermediate portion than in the screw extruder 1 of the first embodiment, so that material leakage from the intermediate portion to the upstream side is suppressed, and the transport efficiency is further improved. .
  • the boosting ability in the bank portion can be further improved.
  • a virtual line connecting the vertices of the flight portion 7 from the downstream end 11a of the inlet 11 to the downstream end of the flight portion 7 is a curve.
  • the volumes V1 to V3 for each screw pitch are smaller than those in the case where the clearance is constant, and the transfer capacity is reduced. Therefore, in a radial cross-sectional view of the shaft portion 6, a virtual line connecting the vertices of the flight portion 7 from the downstream end 11a of the inlet 11 to the downstream end of the flight portion 7 is curved. As a result, the height of the flight section 7 in the middle section is maintained high. As a result, compared to the screw type extruder 1 of the first embodiment, the volume V1 to V3 for each pitch is increased, so that the transfer capacity can be improved.
  • the inner wall surface of the casing 4 is straight from the downstream end 11a of the charging port 11 to the downstream end of the flight portion 7. Thereby, the casing 4 can be easily formed.
  • FIG. 11 which is a cross-sectional view of the casing downstream portion 14, the shaft portion 6 is viewed from the downstream end 11 a of the charging port 11 in a radial cross-sectional view.
  • An imaginary line (dashed line) connecting the vertices of the flight unit 7 may be a straight line over the downstream end of the flight unit 7, and an inner wall surface (solid line) of the casing 4 may be a curve.
  • the clearance continuously changes from the downstream end 11 a of the inlet 11 to the downstream end of the flight section 7.
  • the inner wall surface of the casing 4 is a quadratic curve, but the curve is not limited to this.
  • a virtual line (dashed line) connecting the vertices of the flight unit 7 may be a curve.
  • the center of the bottom of the top of the downstream end of the flight portion 7 of the screw 2, 3 is defined as the origin 0, and the x coordinate is taken along the surface of the shaft portion 6 of the screw 2, 3. Take the y coordinate in the direction perpendicular to.
  • the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 0, the x-coordinate of the top on the upstream side by one rotation from the top of the downstream end of the flight section 7 is X 1 , and the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by rotation is X 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by three rotations from the top on the downstream end of the flight section 7 is X 3 .
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 0
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 by one rotation from the top is Y 1
  • the height of the downstream end of the flight section 7 is Y 1
  • the height of the top two turns upstream from the top is Y 2
  • the height of the top three turns upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 3 .
  • Y W is the intersection of the quadratic curve and the y-axis.
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is b
  • the inclination at the top three rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2aX 3 + b.
  • the slope of the quadratic curve is smaller than the straight line slope (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7 and at the top 3 rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. , Greater than (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 . Therefore, the relationship of b ⁇ (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 ⁇ 2aX 3 + b is established.
  • the inner wall surface of the casing 4 has a curved shape from the downstream end 11a of the inlet 11 to the downstream end of the flight portion 7 in a radial cross-sectional view of the shaft portion 6. is there. If an imaginary line (dashed line) connecting the vertices of the flight portion 7 is a curved line, it may interfere with a paired screw depending on the distance between the shaft portions 6 of the screws 2 and 3. On the other hand, by making the inner wall surface (solid line) of the casing 4 a curve, the interval between the shaft portions 6 can be narrowed as compared with a case where a virtual line connecting the vertices of the flight portion 7 is made a curve. .
  • an imaginary line connecting the vertices of the flight portion 7 is a straight line from the downstream end 11a of the input port 11 to the downstream end of the flight portion 7.
  • the screw-type extruder 201 of this embodiment has a clearance D1 at the downstream end of the flight portion 7 that is 1 mm from the top of the downstream end of the flight portion 7.
  • the clearance D4 is smaller than the clearance D4 at the top on the upstream side by the rotation.
  • the clearance D1 may be the same as the clearance D4.
  • the clearance D1 is larger than the clearance D3.
  • the inner wall surface (solid line) of the casing 4 is straight in a radial cross-sectional view of the shaft portion 6.
  • each of the two virtual lines is a quadratic curve, but the curves are not limited thereto.
  • the inner wall surface (solid line) of the casing 4 may be a curved line.
  • the screw type extruder 101 of the second embodiment can be used.
  • the strain rate at the downstream end of the flight section 7 is reduced.
  • the viscosity of the material is maintained higher than that of the screw-type extruder 101 of the second embodiment, so that material leakage from the bank section 10 is suppressed, and transport efficiency is reduced. Further improve. Thereby, the boosting capability of the bank unit 10 can be further improved.
  • the height of the top portion at the downstream end of the flight section 7 decreases, and the volume V1 at the downstream side of the flight section 7 tends to decrease. It is in. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, a virtual line connecting the apexes of the flight portion 7 from the top on the upstream side to the top on the downstream side by one rotation in the radial cross-sectional view of the shaft portion 6. Make a curve.
  • the height of the top portion at the downstream end of the flight section 7 is higher than that of the screw-type extruder 101 of the second embodiment, so that the transport amount (volume V1) downstream of the flight section 7 is increased. be able to.
  • the production capacity of the screw type extruder 201 is generally determined by the number of rotations of the rollers 8 and 9 (see FIG. 1). Therefore, in the actual operation, the rotation speeds of the rollers 8 and 9 are specified, and the rotation speeds of the screws 2 and 3 are controlled so that the pressure of the bank unit 10 is constant. Therefore, if the carrying capacity of the screws 2 and 3 depending on the height of the flight section 7 is low, the rotation speed of the screws 2 and 3 will increase. Therefore, by increasing the volume (conveyance amount) V1 on the downstream side of the flight section 7, the rotation speed of the screws 2 and 3 can be suppressed.
  • FIG. 13 shows the analysis results of the boosting ability in the first to third embodiments.
  • the screw-type extruder 101 of the second embodiment has a higher pressurizing capacity than the screw-type extruder 1 of the first embodiment, and the screw-type extruder 201 of the third embodiment has the highest pressurizing capacity. It turns out that it is high. This is because the screw-type extruder 201 of the third embodiment has improved conveyance capacity compared to the screw-type extruder 101 of the second embodiment, and the clearance D1 at the downstream end of the flight section 7 is the same as that of the second embodiment.
  • the extruder By making the extruder smaller than the screw type extruder 101 in the form, the strain rate at the downstream end of the flight section 7 is reduced, and the decrease in the viscosity of the material is suppressed, so that the material leakage from the bank section 10 is suppressed. This is because the boosting ability has been improved.
  • the center of the bottom of the top of the downstream end of the flight portion 7 of the screw 2, 3 is defined as the origin 0, and the x coordinate is taken along the surface of the shaft portion 6 of the screw 2, 3. Take the y coordinate in the direction perpendicular to.
  • the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 0, the x-coordinate of the top on the upstream side by one rotation from the top of the downstream end of the flight section 7 is X 1 , and the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by rotation is X 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by three rotations from the top on the downstream end of the flight section 7 is X 3 .
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 0 ′
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 by one rotation is Y 1
  • the downstream end of the flight section 7 is Y 1
  • the height of the top part two rotations upstream from the top part is Y 2
  • the height of the top part three rotations upstream from the top end of the downstream end of the flight unit 7 is Y 3 .
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is b
  • the inclination at the top three rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2aX 3 + b.
  • the slope of the quadratic curve is greater than the slope of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7 and at the top 3 rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. , The inclination of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 . Therefore, the relationship of b> (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 > 2aX 3 + b is established.
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is d
  • the inclination at the top one rotation upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2cX 1 + d.
  • the slope of the quadratic curve is smaller than the slope of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7, and at the top one rotation upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. ,
  • the slope of the quadratic curve 2aX 1 + b. Therefore, the relationship of d ⁇ (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 , 2aX 1 + b 2cX 1 + d is established.
  • the clearance D1 at the downstream end of the flight section 7 is higher than the clearance D1 at the downstream end of the flight section 7 by one rotation. It is the same as or smaller than the clearance D4. Accordingly, the strain rate at the downstream end of the flight section 7 is smaller than that of the screw type extruder 101 of the second embodiment. As a result, at the downstream end of the flight section 7, the viscosity of the material is maintained higher than that of the screw-type extruder 101 of the second embodiment, so that material leakage from the bank section 10 is suppressed, and transport efficiency is reduced. Further improve. Thereby, the boosting capability of the bank unit 10 can be further improved.
  • the clearance continuously changes from the top on the upstream side to the top on the downstream side by one rotation.
  • the boosting capability of the bank unit 10 can be further improved as compared with the case where the clearance is discontinuous.
  • the inner wall surface of the casing 4 is straight from the top on the upstream side to the top on the downstream side by one rotation. Thereby, the casing 4 can be easily formed.
  • FIG. 14 which is a cross-sectional view of the casing downstream portion 14
  • the shaft portion 6 is viewed from the downstream end 11 a of the charging port 11 in a radial cross-sectional view.
  • An imaginary line (broken line) connecting the vertices of the flight unit 7 over the downstream end of the flight unit 7 is a straight line.
  • the inner wall surface (solid line) of the casing 4 is a curve from the top of the downstream end of the flight section 7 one turn upstream to the downstream end 11a of the inlet 11.
  • the inner wall surface (solid line) of the casing 4 may have another curve from the top on the upstream side by one rotation to the top on the downstream side in the flight section 7. Even with such a configuration, the clearance continuously changes from the downstream end 11 a of the inlet 11 to the downstream end of the flight section 7.
  • the two virtual lines are quadratic curves, respectively, but the curves are not limited to these.
  • a virtual line (dashed line) connecting the vertices of the flight unit 7 may be a curve.
  • the center of the bottom of the top of the downstream end of the flight portion 7 of the screw 2, 3 is set to the origin 0, and the x coordinate is taken along the surface of the shaft portion 6 of the screw 2, 3, and the surface of the shaft portion 6 is taken. Take the y coordinate in the direction perpendicular to.
  • the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 0, the x-coordinate of the top on the upstream side by one rotation from the top of the downstream end of the flight section 7 is X 1 , and the x-coordinate of the top of the downstream end of the flight section 7 is 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by rotation is X 2
  • the x coordinate of the top on the upstream side by three rotations from the top on the downstream end of the flight section 7 is X 3 .
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 0
  • the height of the top of the downstream end of the flight section 7 by one rotation from the top is Y 1
  • the height of the downstream end of the flight section 7 is Y 1
  • the height of the top two turns upstream from the top is Y 2
  • the height of the top three turns upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is Y 3 .
  • Y W is the intersection of the quadratic curve and the y-axis.
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is b
  • the inclination at the top three rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2aX 3 + b.
  • the slope of the quadratic curve is smaller than the straight line slope (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7 and at the top 3 rotations upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. , Greater than (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 . Therefore, the relationship of b ⁇ (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 ⁇ 2aX 3 + b is established.
  • Y 0 ′ is the intersection between the quadratic curve and the y-axis.
  • the inclination at the downstream end of the flight section 7 is d
  • the inclination at the top one rotation upstream from the top of the downstream end of the flight section 7 is 2cX 1 + d.
  • the slope of the quadratic curve is greater than the slope of the straight line (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 at the downstream end of the flight section 7, and at the top one rotation upstream from the top of the downstream end of the flight section 7. ,
  • the slope of the quadratic curve 2aX 1 + b. Therefore, the relationship of d> (Y 3 ⁇ Y 0 ) / X 3 , 2aX 1 + b 2cX 1 + d is established.

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Abstract

スクリュ式押出機は、一対のスクリュと、一対のスクリュを収容し、上流側に材料の投入口が設けられたケーシングと、ローラダイと、を備える。スクリュは、軸部と、軸部の外周面に設けられた螺旋状のフライト部と、を有している。投入口の下流側端からフライト部の下流側端にかけての範囲において、投入口の下流側端における、フライト部の頂部とケーシングの内壁面との間のクリアランスが、他の部分におけるクリアランスよりも大きくされている。

Description

スクリュ式押出機
　本発明は、混練物の押し出しを行うスクリュ式押出機に関する。
　自動車用タイヤの製造プロセスにおいて、タイヤの原料であるゴムの混練機の下に設置し、混練機から投入されたゴム（混練物）を連続的に押し出しながらシート状に成形する押出成形機が用いられている。
　特許文献１には、テーパスクリュの先端部分を囲むようにして配設した筐体と、テーパスクリュとの間に間隙を形成した、混練物移送装置が開示されている。テーパスクリュの回転にてケーシング内をその先端側へ移送される投入原料の一部が間隙内に逃げるため、原料にかかる圧力が軽減され、圧力の上昇と加圧力による原料の発熱が抑制される。また、原料のスクリュとの噛み合い部での投入原料の流れ（移動）が容易となり、負荷が軽減するとともに、押し出し量が増大し、原料の圧縮部へのスムースな供給が可能となる。
　また、特許文献２には、圧縮部の位置のスクリュ羽根のリード角の大きさを、ホッパ部の位置のスクリュ羽根のリード角の大きさよりも小さく設定するとともに、圧縮部の位置にスクリュ羽根を２巻き以上配置した、２軸押出機が開示されている。ホッパ部の位置では、材料投入口から投入された塊状の材料を噛み込み、圧縮部に供給する機能、圧縮部の位置では、材料を圧縮し、材料排出口から材料を押し出すために要する圧力を生じさせ、かつ、材料の逆流を抑えて処理量を確保する機能を発揮するようにしている。
日本国特開２０００－３１７２９１号公報 日本国特許第６２０２６２４号公報
　ところで、昨今の材料の多様化により、一部の材料では、シート化ができず問題となっている。その原因として、材料中に占めるゴム量の減少が挙げられる。ゴム量が減少すると、材料同士のつなぎがない状態となるため、シート化が困難となる。このような状況下でシート化を実現するためには、ゴムのつなぎとしての機能を向上させる必要がある。具体的には、ゴム密度を向上させ、ゴム同士の接触面積を増加させる必要がある。ゴムの接触面積を向上させるには、ゴムを圧縮し、その密度を高くする必要がある。そのため、スクリュにより押し出された混練物が溜まるバンク部の圧力を高圧化させることが、難シート化材料をシート化する上で重要である。
　特許文献１では、押し出し量が増大することで、混練性能が向上するが、バンク部での昇圧能力は低減する。特許文献２では、材料の逆流を抑えることで、バンク部での昇圧能力を高めることは可能であるが、搬送能力は低下しており、スクリュ式押出機の生産能力によっては昇圧効果を得られない可能性がある。
　本発明の目的は、バンク部での昇圧能力を向上させることが可能なスクリュ式押出機を提供することである。
　本発明は、一対のスクリュと、前記一対のスクリュを収容し、上流側に材料の投入口が設けられたケーシングと、前記ケーシングの下流側に前記材料をシート状に押出成形するローラダイと、を備え、混練物の押出を行うスクリュ式押出機において、前記スクリュは、軸部と、前記軸部の外周面に設けられた螺旋状のフライト部と、を有しており、前記フライト部は、前記軸部の表面から前記フライト部の先端までの径方向距離が混練物の押出方向の下流側端に向かって漸減する形状にされており、前記ケーシングは先細りの形状を有し、前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にかけての範囲において、前記投入口の下流側端における、前記フライト部の頂部と前記ケーシングの内壁面との間のクリアランスが、他の部分における前記クリアランスよりも大きくされていることを特徴とする。
　本発明によると、投入口の下流側端からフライト部の下流側端にかけての範囲において、投入口の下流側端におけるクリアランスが、他の部分におけるクリアランスよりも大きくされている。これにより、投入口の下流側端からフライト部の下流側端にかけてクリアランスが一定な構成に比べて、投入口の下流側端において、フライト部の先端の回転速度が小さくなり、ひずみ速度が小さくなる。その結果、投入口の下流側端において、クリアランスが一定な構成に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、投入口側への材料漏れが抑制され、搬送効率が向上する。これにより、バンク部での昇圧能力を向上させることができる。
スクリュ式押出機の断面図である。 従来のスクリュ形状におけるケーシング下流部の断面図である。 ゴムの粘度とひずみ速度との関係を示すグラフである。 ケーシング下流部の模式図である。 従来のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を示す説明図である。 第１実施形態におけるケーシング下流部の断面図である。 第１実施形態のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を示す説明図である。 第２実施形態におけるケーシング下流部の断面図である。 第２実施形態のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を示す説明図である。 スクリュの形状因子を元に昇圧能力を簡易計算した結果を示すグラフである。 第２実施形態の変形例におけるケーシング下流部の断面図である。 第３実施形態におけるケーシング下流部の断面図である。 昇圧能力の解析結果を示す説明図である。 第３実施形態の変形例におけるケーシング下流部の断面図である。
　以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
［第１実施形態］
（スクリュ式押出機の構成）
　本発明の第１実施形態によるスクリュ式押出機は、混練物の押出を行うものである。本実施形態において、スクリュ式押出機は、ゴムなどの高分子材料の混練物をシート状に押出成形するローラダイ付スクリュ押出機である。
　スクリュ式押出機１は、断面図である図１に示すように、一対のスクリュ２，３と、ケーシング４と、を有している。一対のスクリュ２，３は、図１の左方向に混練物の押し出しを行うものであり、図１の紙面に直交する方向に並んで配置されている。本実施形態において、スクリュ２，３のねじ条数は、それぞれ１である。
　スクリュ２，３は、それぞれ、軸部６と、フライト部７と、を有している。軸部６は、混練物の押出方向の下流側端に向かって径が漸減する形状にされている。フライト部７は、軸部６の外周面に設けられており、螺旋状である。フライト部７は、スクリュ２，３の軸部６の表面からフライト部７の先端までの径方向距離が、混練物の押出方向の下流側端に近い位置のフライト部７ほど短い、すなわち、押出方向の下流側端に向かって漸減する形状にされている。スクリュ２とスクリュ３とは、フライト部７のねじれ角度が互いに逆であることを除いて、同じ形状・寸法にされている。また、スクリュ２，３は、互いに逆方向に回転するように連結されており、図示しない１つの駆動手段により同一の回転数で回転される。
　ケーシング４は、先細りの形状であって、一対のスクリュ２，３を収容している。混練物の押出方向におけるケーシング４の前方には、上下一対のローラ８，９が配置されている。ケーシング４とローラ８，９との間の部分は、バンク部１０と呼ばれ、スクリュ２，３により押出された混練物は、このバンク部１０に溜まる。
　ローラ８，９は、互いに逆方向に回転するように連結されており、図示しない１つの駆動手段により、同一の回転数で回転させられる。ローラ８，９は、混練物を圧延してシート状（シート５０）に成形するためのものであり、ローラダイと呼ばれている。
　混練物の押出方向におけるケーシング４の上流側には、材料（混練物）の投入口１１が設けられている。ケーシング４は、投入口１１が上部に設けられたケーシング上流部１３と、周囲が壁面で囲われたケーシング下流部１４と、を有している。投入口１１にその上方から供給されたゴムなどの混練物は、互いに逆方向に回転するスクリュ２，３によりバンク部１０へ押し出され、その後、ローラ８，９の間を通ることでシート状に成形される。
　ここで、ケーシング下流部１４におけるスクリュ２，３を、ピッチごとに領域１～３の３つの領域に分割して考える。スクリュ２，３は先細りの形状であるため、下流側の領域になるほど搬送能力が低下する。そのため、領域２よりも領域１の方が搬送能力は低くなる。一方、領域３はその一部がケーシング下流部１４からはみでており、フライト部７のみでは領域３に十分な量の混練物を供給できず、非充満状態となる。そのため、最大搬送能力を発揮することができない。また、運転状況次第では、領域２への混練物の供給量が不足し、領域２が非充満状態となる可能性もある。
　従来のスクリュ形状におけるケーシング下流部１４の断面図を図２に示す。フライト部７の頂部とケーシング４の内壁面との間の隙間をクリアランスとすると、図１に示す投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にかけての範囲において、クリアランスは一定である。即ち、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２と、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１と、投入口１１の下流側端１１ａとフライト部７の下流側端との中間部におけるクリアランスＤ３とは、同じである。このように、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが一定であるため、ピッチごとの体積Ｖ１～Ｖ３は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３となり、スクリュ２，３の下流側になるほど、搬送能力は低下する。
　ここで、ゴムの粘度とひずみ速度との関係を図３に示す。ひずみ速度（せん断速度）は、フライト部７の先端の回転速度をクリアランスで除算したものである。図３に示すように、ゴムは、ひずみ速度が大きくなるほど粘度（粘性）が低下する特性を有する。つまり、同じひずみ速度であれば、クリアランスが大きいほど、ゴムの粘度は高くなる。
　ここで、ケーシング下流部１４の模式図である図４に示すように、ケーシング４の下流側端の中央を原点０として、スクリュ軸方向にＺ座標をとり、ケーシング４の径方向にＸ座標をとる。これら座標を用いて、従来のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を図５に示す。ケーシング４の下流側端（原点０）から投入口１１の下流側端１１ａにわたって、クリアランスδは一定である。一方、ケーシング４の下流側端（原点０）から投入口１１の下流側端１１ａに向かうにつれて、スクリュ２，３の外径（フライト部７の高さ）が高くなることで、ひずみ速度は大きくなる。そのため、ケーシング４の下流側端（原点０）から投入口１１の下流側端１１ａに向かうにつれて、材料の粘度μは低下する。よって、投入口１１の下流側端１１ａに行くほど、材料の粘度μが低下し、圧力を保持する封圧能力は低下する。
　そこで、本実施形態では、ケーシング下流部の断面図である図６に示すように、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にかけての範囲において、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２が、他の部分におけるクリアランスよりも大きくされている。
　本実施形態のスクリュ式押出機１では、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が直線であり、ケーシング４の内壁面（実線）も直線である。これにより、フライト部７の下流側端から投入口１１の下流側端１１ａにわたって、クリアランスが漸増している。つまり、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２は、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１よりも大きい。
　図４の座標を用いて、本実施形態のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を図７に示す。ケーシング４の下流側端（原点０）から投入口１１の下流側端１１ａに向かうにつれて、クリアランスδは大きくなる。そのため、投入口１１の下流側端１１ａにおいて、従来のスクリュ形状よりも、フライト部７の先端の回転速度が小さくなり、ひずみ速度の増大が抑えられる。その結果、投入口１１の下流側端１１ａにおいて、クリアランスが一定な従来のスクリュ形状に比べて、材料の粘度μが高めに維持される。すなわち、図７に破線で示す粘度μの分布は、図５に破線で示す粘度μの分布と比較して、全体的に右側（粘度が大きくなる方）へ変化している。よって、投入口１１側への材料漏れが抑制され、搬送効率が向上する。これにより、バンク部１０での昇圧能力を向上させることができる。
　また、図６に示すように、フライト部７の下流側端から投入口１１の下流側端１１ａにわたって、クリアランスが漸増しているので、クリアランスが不連続の場合に比べて、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。これは、クリアランスにおけるゴムの粘度が上がることにより、クリアランスからのゴムの漏れが抑えられるためである。
（効果）
　以上に述べたように、本実施形態に係るスクリュ式押出機１によると、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にかけての範囲において、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２が、他の部分におけるクリアランスよりも大きくされている。これにより、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にかけてクリアランスが一定な構成に比べて、投入口１１の下流側端１１ａにおいて、フライト部７の先端の回転速度が小さくなり、ひずみ速度が小さくなる。その結果、投入口１１の下流側端１１ａにおいて、クリアランスが一定な構成に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、投入口１１側への材料漏れが抑制され、搬送効率が向上する。これにより、バンク部１０での昇圧能力を向上させることができる。
　また、フライト部７の下流側端から投入口１１の下流側端１１ａにわたって、クリアランスが漸増している。これにより、クリアランスが不連続の場合に比べて、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態のスクリュ式押出機について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。
（スクリュ式押出機の構成）
　本実施形態のスクリュ式押出機１０１は、ケーシング下流部１４の断面図である図８に示すように、投入口１１の下流側端１１ａとフライト部７の下流側端との中間部におけるクリアランスＤ３が、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１よりも小さくされている。
　本実施形態のスクリュ式押出機１０１では、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であり、ケーシング４の内壁面（実線）が直線である。これにより、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが連続的に変化している。本実施形態では、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線は二次曲線であるが、曲線はこれに限定されない。また、ケーシング４の内壁面（実線）が曲線であってもよい。
　図４の座標を用いて、本実施形態のスクリュ形状におけるスクリュ軸方向のクリアランスと粘度との関係を図９に示す。ケーシング４の下流側端（原点０）から中間部に向かうにつれて、クリアランスδは小さくなり、中間部から投入口１１の下流側端１１ａに向かうにつれて、クリアランスδは大きくなる。そのため、ケーシング４の下流側端（原点０）から中間部に向かうにつれて、材料の粘度μは大きくなり、中間部から投入口１１の下流側端１１ａに向かうにつれて、材料の粘度μは小さくなる。
　図８に示すように、中間部におけるクリアランスＤ３を、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１よりも小さくすることで、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて、中間部におけるひずみ速度が小さくなる。その結果、中間部において、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、中間部から上流側への材料漏れが抑制され、搬送効率がさらに向上する。これにより、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、図６に示すように、第１実施形態のスクリュ式押出機１では、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２を大きくするために、投入口１１の下流側端１１ａにおけるフライト部７の高さを低くする必要がある。そのため、クリアランスが一定の場合に比べて、ピッチごとの体積Ｖ１～Ｖ３が小さくなり、搬送能力が低下する。
　そこで、本実施形態では、図８に示すように、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする。これにより、中間部におけるフライト部７の高さが高く維持される。その結果、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて、ピッチごとの体積Ｖ１～Ｖ３が大きくなる。すなわち、第１実施形態のＶ１よりも本実施形態のＶ１が大きく、第１実施形態のＶ２よりも本実施形態のＶ２が大きく、第１実施形態のＶ３よりも本実施形態のＶ３が大きい。そのため、搬送能力を向上させることができる。
　ここで、図８において、スクリュ２，３のフライト部７における下流側端の頂部の底辺の中心を原点０とし、スクリュ２，３の軸部６の表面に沿ってｘ座標をとり、軸部６の表面に垂直な方向にｙ座標をとる。フライト部７の下流側端の頂部のｘ座標を０、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ3とする。また、フライト部７の下流側端の頂部の高さをＹ0、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部の高さをＹ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部の高さをＹ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の高さをＹ3とする。
　フライト部７の下流側端の頂部の頂点と、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ直線（一点鎖線）は、ｙ＝（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＋Ｙ0で表せる。フライト部７の下流側端の頂部の頂点と、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ二次曲線（点線）は、ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃで表せる。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｂ、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部での傾きは２ａＸ3＋ｂである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より大きく、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より小さい。よって、ｂ＞（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＞２ａＸ3＋ｂの関係が成り立つ。
　スクリュの形状因子を元に昇圧能力を簡易計算した結果を図１０に示す。ここで、フライト高さの傾きは、スクリュ２，３の軸方向に沿ってフライト部７の頂点を結んだ直線の傾きを指している。従来のスクリュ形状では、フライト高さの傾き比は１．０であり、投入口１１の下流側端１１ａにおけるクリアランスＤ２を、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１よりも大きくするほど、フライト高さの傾き比の値は小さくなる。
　従来のスクリュ形状では、フライト高さの傾きと、圧力比および搬送能力比とは概ね比例関係となっており、圧力比と搬送能力比とは、トレードオフの関係となっている。一方、本実施形態のスクリュ形状では、搬送能力が従来並みに維持された状態で、圧力比は約７倍程度となっている。このことから、バンク部１０での昇圧能力を向上させながら、搬送能力が従来並みまで向上していることがわかる。
（効果）
　以上に述べたように、本実施形態に係るスクリュ式押出機１０１によると、投入口１１の下流側端１１ａとフライト部７の下流側端との中間部におけるクリアランスＤ３が、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１よりも小さくされている。これにより、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて、中間部におけるひずみ速度が小さくなる。その結果、中間部において、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、中間部から上流側への材料漏れが抑制され、搬送効率がさらに向上する。これにより、バンク部での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが連続的に変化している。これにより、クリアランスが不連続の場合に比べて、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線が曲線である。第１実施形態のスクリュ式押出機１では、クリアランスが一定の場合に比べて、スクリュのピッチごとの体積Ｖ１～Ｖ３が小さくなり、搬送能力が低下する。そこで、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする。これにより、中間部におけるフライト部７の高さが高く維持される。その結果、第１実施形態のスクリュ式押出機１に比べて、ピッチごとの体積Ｖ１～Ｖ３が大きくなるので、搬送能力を向上させることができる。
　また、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、ケーシング４の内壁面が直線である。これにより、ケーシング４を作成しやすい。
（変形例）
　なお、本実施形態のスクリュ式押出機１０１においては、ケーシング下流部１４の断面図である図１１に示すように、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が直線であり、ケーシング４の内壁面（実線）が曲線であってもよい。このような構成であっても、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが連続的に変化する。本変形例では、ケーシング４の内壁面が二次曲線であるが、曲線はこれに限定されない。また、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であってもよい。
　図８に示すように、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であると、スクリュ２，３の軸部６同士の間隔によっては、対となるスクリュと干渉する可能性がある。しかし、図１１に示すように、ケーシング４の内壁面（実線）を曲線にすれば、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする場合に比べて、軸部６同士の間隔を狭くすることができる。
　図１１において、スクリュ２，３のフライト部７における下流側端の頂部の底辺の中心を原点０とし、スクリュ２，３の軸部６の表面に沿ってｘ座標をとり、軸部６の表面に垂直な方向にｙ座標をとる。フライト部７の下流側端の頂部のｘ座標を０、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ3とする。また、フライト部７の下流側端の頂部の高さをＹ0、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部の高さをＹ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部の高さをＹ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の高さをＹ3とする。
　フライト部７の下流側端の頂部の頂点と、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ直線（点線）は、ｙ＝（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＋Ｙ0で表せる。ケーシングの内壁面の二次曲線は、ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ＹWで表せる。ここで、ＹWは、この二次曲線とｙ軸との交点である。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｂ、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部での傾きは２ａＸ3＋ｂである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より小さく、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より大きい。よって、ｂ＜（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＜２ａＸ3＋ｂの関係が成り立つ。
（効果）
　以上に述べたように、本変形例によると、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、ケーシング４の内壁面が曲線である。フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であると、スクリュ２，３の軸部６同士の間隔によっては、対となるスクリュと干渉する可能性がある。これに対して、ケーシング４の内壁面（実線）を曲線にすることで、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする場合に比べて、軸部６同士の間隔を狭くすることができる。
　また、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線が直線である。これにより、スクリュ２，３を作成しやすい。
［第３実施形態］
　次に、第３実施形態のスクリュ式押出機について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。
（スクリュ式押出機の構成）
　本実施形態のスクリュ式押出機２０１は、ケーシング下流部１４の断面図である図１２に示すように、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１が、フライト部７における下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部におけるクリアランスＤ４よりも小さくされている。なお、クリアランスＤ１が、クリアランスＤ４と同じであってもよい。クリアランスＤ１は、クリアランスＤ３よりも大きい。
　本実施形態のスクリュ式押出機１０１では、軸部６の径方向の断面視において、ケーシング４の内壁面（実線）が直線である。また、フライト部７における下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部を起点とし、その頂部を通り、投入口１１の下流側端１１ａにわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であり、さらに、上記した１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が別の曲線である。これにより、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが連続的に変化している。本実施形態では、２つの仮想線はそれぞれ二次曲線であるが、曲線はこれに限定されない。また、ケーシング４の内壁面（実線）が曲線であってもよい。
　フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１を、フライト部７における下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部におけるクリアランスＤ４よりも小さくすることで、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて、フライト部７の下流側端におけるひずみ速度が小さくなる。その結果、フライト部７の下流側端において、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、バンク部１０からの材料漏れが抑制され、搬送効率がさらに向上する。これにより、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、図８に示すように、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１では、フライト部７の下流側端における頂部の高さが低くなり、フライト部７の下流側における体積Ｖ１が小さくなる傾向にある。そこで、本実施形態では、図１２に示すように、軸部６の径方向の断面視において、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする。これにより、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて、フライト部７の下流側端における頂部の高さが高くなるので、フライト部７の下流側における搬送量（体積Ｖ１）を増加させることができる。
　また、スクリュ式押出機２０１の生産能力は、ローラ８，９（図１参照）の回転数で概ね決定される。そのため、実機運転ではローラ８，９の回転数を指定し、バンク部１０の圧力が一定となるようにスクリュ２，３の回転数を制御する。よって、フライト部７の高さに依存するスクリュ２，３の搬送能力が低いと、スクリュ２，３の回転数が増加することとなる。よって、フライト部７の下流側における体積（搬送量）Ｖ１を大きくすることで、スクリュ２，３の回転数を抑えることができる。
　第１～３実施形態における昇圧能力の解析結果を図１３に示す。図１３から、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１の方が、第１実施形態のスクリュ式押出機１よりも昇圧能力が高く、第３実施形態のスクリュ式押出機２０１が最も昇圧能力が高いことがわかる。これは、第３実施形態のスクリュ式押出機２０１において、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１よりも搬送能力が改善されたことと、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１を第２実施形態のスクリュ式押出機１０１よりも小さくしたことで、フライト部７の下流側端におけるひずみ速度が小さくなり、材料の粘度の低下が抑えられたことで、バンク部１０からの材料漏れが抑えられ、昇圧能力が改善したためである。
　図１２において、スクリュ２，３のフライト部７における下流側端の頂部の底辺の中心を原点０とし、スクリュ２，３の軸部６の表面に沿ってｘ座標をとり、軸部６の表面に垂直な方向にｙ座標をとる。フライト部７の下流側端の頂部のｘ座標を０、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ3とする。また、フライト部７の下流側端の頂部の高さをＹ0’、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部の高さをＹ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部の高さをＹ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の高さをＹ3とする。また、図８と同じ二次曲線のｙ軸との交点をＹ0とする。
　交点Ｙ0と、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ直線（一点鎖線）は、ｙ＝（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＋Ｙ0で表せる。交点Ｙ0と、フライト部７の下流側端の頂部から３つ上流側の頂部の頂点とを結ぶ二次曲線（点線）は、ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋Ｙ0で表せる。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｂ、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部での傾きは２ａＸ3＋ｂである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より大きく、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より小さい。よって、ｂ＞（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＞２ａＸ3＋ｂの関係が成り立つ。
　また、フライト部７の下流側端の頂部の頂点と、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ二次曲線（点線）は、ｙ＝ｃｘ2＋ｄｘ＋Ｙ0’で表せる。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｄ、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部での傾きは２ｃＸ1＋ｄである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より小さく、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部で、二次曲線の傾き２ａＸ1＋ｂと同じである。よって、ｄ＜（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3、２ａＸ1＋ｂ＝２ｃＸ1＋ｄの関係が成り立つ。
（効果）
　以上に述べたように、本実施形態に係るスクリュ式押出機２０１によると、フライト部７の下流側端におけるクリアランスＤ１が、フライト部７における下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部におけるクリアランスＤ４と同じか、それよりも小さくされている。これにより、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて、フライト部７の下流側端におけるひずみ速度が小さくなる。その結果、フライト部７の下流側端において、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて材料の粘度が高めに維持されるので、バンク部１０からの材料漏れが抑制され、搬送効率がさらに向上する。これにより、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、クリアランスが連続的に変化している。これにより、クリアランスが不連続の場合に比べて、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　また、軸部６の径方向の断面視において、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線が曲線である。第２実施形態のスクリュ式押出機１０１では、フライト部７の下流側端における頂部の高さが低くなり、フライト部７の下流側における体積Ｖ１が小さくなる傾向にある。そこで、軸部６の径方向の断面視において、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線を曲線にする。これにより、第２実施形態のスクリュ式押出機１０１に比べて、フライト部７の下流側端における頂部の高さが高くなるので、フライト部７の下流側における搬送量（体積Ｖ１）を増加させることができる。
　また、軸部６の径方向の断面視において、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、ケーシング４の内壁面が直線である。これにより、ケーシング４を作成しやすい。
（変形例）
　なお、本実施形態のスクリュ式押出機２０１においては、ケーシング下流部１４の断面図である図１４に示すように、軸部６の径方向の断面視において、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）は直線である。また、フライト部７における下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部から、投入口１１の下流側端１１ａにわたって、ケーシング４の内壁面（実線）は曲線である。この構成で、フライト部７における１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、ケーシング４の内壁面（実線）を別の曲線としてもよい。このような構成であっても、投入口１１の下流側端１１ａからフライト部７の下流側端にわたって、クリアランスが連続的に変化している。本変形例では、２つの仮想線はそれぞれ二次曲線であるが、曲線はこれに限定されない。また、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線（破線）が曲線であってもよい。
　このような構成であっても、バンク部１０からの材料漏れが抑制され、搬送効率がさらに向上するので、バンク部１０での昇圧能力をさらに向上させることができる。
　図１４において、スクリュ２，３のフライト部７における下流側端の頂部の底辺の中心を原点０とし、スクリュ２，３の軸部６の表面に沿ってｘ座標をとり、軸部６の表面に垂直な方向にｙ座標をとる。フライト部７の下流側端の頂部のｘ座標を０、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部のｘ座標をＸ3とする。また、フライト部７の下流側端の頂部の高さをＹ0、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部の高さをＹ1、フライト部７の下流側端の頂部から２回転分上流側の頂部の高さをＹ2、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の高さをＹ3とする。
　フライト部７の下流側端の頂部の頂点と、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部の頂点とを結ぶ直線（点線）は、ｙ＝（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＋Ｙ0で表せる。また、図１１と同様のケーシングの内壁面の二次曲線は、ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ＹWで表せる。ここで、ＹWは、この二次曲線とｙ軸との交点である。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｂ、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部での傾きは２ａＸ3＋ｂである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より小さく、フライト部７の下流側端の頂部から３回転分上流側の頂部で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より大きい。よって、ｂ＜（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3＜２ａＸ3＋ｂの関係が成り立つ。
　また、フライト部７の下流側端の頂部から、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部にかけてのケーシングの内壁面の二次曲線（実線）は、ｙ＝ｃｘ2＋ｄｘ＋Ｙ0’で表せる。ここで、Ｙ0’は、この二次曲線とｙ軸との交点である。この二次曲線におけるフライト部７の下流側端での傾きはｄ、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部での傾きは２ｃＸ1＋ｄである。
　二次曲線の傾きは、フライト部７の下流側端で、直線の傾き（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3より大きく、フライト部７の下流側端の頂部から１回転分上流側の頂部で、二次曲線の傾き２ａＸ1＋ｂと同じである。よって、ｄ＞（Ｙ3－Ｙ0）／Ｘ3、２ａＸ1＋ｂ＝２ｃＸ1＋ｄの関係が成り立つ。
（効果）
　以上に述べたように、本変形例によると、軸部６の径方向の断面視において、１回転分上流側の頂部から下流側端の頂部にわたって、フライト部７の頂点を結ぶ仮想線が直線である。これにより、スクリュ２，３を作成しやすい。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
　本出願は、２０１８年６月２５日出願の日本特許出願（特願２０１８－１１９８５５）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１，１０１，２０１　スクリュ式押出機
２，３　スクリュ
４　ケーシング
６　軸部
７　フライト部
８，９　ローラ
１０　バンク部
１１　投入口
１１ａ　下流側端
１３　ケーシング上流部
１４　ケーシング下流部
５０　シート

Claims (16)

  1. 　一対のスクリュと、
    　前記一対のスクリュを収容し、上流側に材料の投入口が設けられたケーシングと、
    　前記ケーシングの下流側に前記材料をシート状に押出成形するローラダイと、
    を備え、混練物の押し出しを行うスクリュ式押出機において、
    　前記スクリュは、軸部と、前記軸部の外周面に設けられた螺旋状のフライト部と、を有しており、
    　前記フライト部は、前記軸部の表面から前記フライト部の先端までの径方向距離が混練物の押出方向の下流側端に向かって漸減する形状にされており、
    　前記ケーシングは先細りの形状を有し、
    　前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にかけての範囲において、前記投入口の下流側端における、前記フライト部の頂部と前記ケーシングの内壁面との間のクリアランスが、他の部分における前記クリアランスよりも大きくされているスクリュ式押出機。
  2. 　前記フライト部の下流側端から前記投入口の下流側端にわたって、前記クリアランスが漸増している請求項１に記載のスクリュ式押出機。
  3. 　前記投入口の下流側端と前記フライト部の下流側端との中間部における前記クリアランスが、前記フライト部の下流側端における前記クリアランスよりも小さくされている請求項１に記載のスクリュ式押出機。
  4. 　前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にわたって、前記クリアランスが連続的に変化している請求項３に記載のスクリュ式押出機。
  5. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にわたって、前記フライト部の頂点を結ぶ仮想線が曲線である請求項４に記載のスクリュ式押出機。
  6. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にわたって、前記ケーシングの内壁面が直線である請求項５に記載のスクリュ式押出機。
  7. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にわたって、前記ケーシングの内壁面が曲線である請求項４に記載のスクリュ式押出機。
  8. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記投入口の下流側端から前記フライト部の下流側端にわたって、前記フライト部の頂点を結ぶ仮想線が直線である請求項７に記載のスクリュ式押出機。
  9. 　前記フライト部の下流側端における前記クリアランスが、前記フライト部における下流側端の前記頂部から１回転分上流側の前記頂部における前記クリアランスと同じか、それよりも小さくされている請求項３～６のいずれか１項に記載のスクリュ式押出機。
  10. 　前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記クリアランスが連続的に変化している請求項９に記載のスクリュ式押出機。
  11. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記フライト部の頂点を結ぶ仮想線が曲線である請求項１０に記載のスクリュ式押出機。
  12. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記ケーシングの内壁面が直線である請求項１１に記載のスクリュ式押出機。
  13. 　前記フライト部の下流側端における前記クリアランスが、前記フライト部における下流側端の前記頂部から１回転分上流側の前記頂部における前記クリアランスと同じか、それよりも小さくされている請求項３又は４又は７又は８のいずれか１項に記載のスクリュ式押出機。
  14. 　前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記クリアランスが連続的に変化している請求項１３に記載のスクリュ式押出機。
  15. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記ケーシングの内壁面が曲線である請求項１４に記載のスクリュ式押出機。
  16. 　前記軸部の径方向の断面視において、前記１回転分上流側の前記頂部から下流側端の前記頂部にわたって、前記フライト部の頂点を結ぶ仮想線が直線である請求項１５に記載のスクリュ式押出機。
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