混練設備
【課題】 混練設備において、スクリュ軸の基端側だけを軸受で支持する片持ち構造を採用しつつもスクリュ軸の先端がバレルに接触することを抑制する。
【解決手段】本発明の混練設備１は、材料を混練するスクリュ軸２とスクリュ軸２が内部に挿入可能とされたバレル３とを備えており、スクリュ軸２とバレル３との間にはスクリュ軸２が回転中にバレル３に接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段１３が設けられている。なお、混練設備１は、スクリュ軸２を２軸備えた押出機であるのが好ましく、スクリュ軸２は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされているのが好ましい。
【解決手段】本発明の混練設備１は、材料を混練するスクリュ軸２とスクリュ軸２が内部に挿入可能とされたバレル３とを備えており、スクリュ軸２とバレル３との間にはスクリュ軸２が回転中にバレル３に接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段１３が設けられている。なお、混練設備１は、スクリュ軸２を２軸備えた押出機であるのが好ましく、スクリュ軸２は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされているのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バレルに対するスクリュ軸の接触を防止することができる混練設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
押出機や混練機などの混練設備は、材料を混練するスクリュ軸と、このスクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルとを備えていて、バレル内に供給された材料に対してスクリュ軸を回転させることで混練が行われる。例えば、特許文献１には、このようなスクリュ軸とバレルとを備えた２軸押出機が開示されている。
この特許文献１の押出機では、スクリュ軸の基端側はバレルに設けられた軸受により回転自在に支持されており、またスクリュ軸の先端側は基端側のような支持機構を備えておらず、自由端となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した押出機は、スクリュ軸の先端側を自由端としたまま基端側だけを軸受で支持する片持ち構造を採用している。このような片持ち構造ではスクリュ軸の先端側が基端側に対して振れて、スクリュ軸がバレルに接触していわゆる「摩耗」が発生する可能性が高くなる。
特に、押出機のように材料に大きな吐出圧を加える場合やスクリュ軸の回転速度が大きい場合は、スクリュ軸に大きな荷重が加わるため、スクリュ軸に大きな振れが生じる可能性が高くその分摩耗も起きやすい。このような摩耗が発生すると、摩耗粉が混入して材料の混練品質を悪化させる虞があり、高い生産能力を実現することも困難となる。
【０００５】
そこで、このような片持ち構造のスクリュ軸に代えて、両持ち構造のスクリュ軸を採用することも考えられる。両持ち構造のスクリュ軸では、スクリュ軸の先端をダイを貫通して伸ばし、ダイの下流側に軸受を設けてスクリュ軸の先端側を支持する必要がある。
ところが、混練設備の下流側にはペレタイザのような設備や水槽が付帯されることが多く、ダイの下流側に軸受を設けると軸受が邪魔になってこのような設備や水槽の設置スペースを物理的に確保し難くなる場合が多い。
【０００６】
特に、押出機の場合は、スクリュ軸の先端がダイを貫通するため、材料の押出自体が阻害されたり、ダイの有効面積が減少して材料の吐出量が低下してしまう虞もある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スクリュ軸の基端側だけを軸受で支持する構造を採用しつつもスクリュ軸の先端がバレルに接触することを抑制することができ、摩耗粉の混入がない材料を効率良く生産することができる混練設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の混練設備は、材料を混練するスクリュ軸と当該スクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルとを備えた混練設備であって、前記スクリュ軸とバレルとの間には当該スクリュ軸が回転中にバレルに接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
上述した混練設備は前記スクリュ軸を２軸備えた押出機であるのが好ましく、前記スクリュ軸は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされている（片持ち構造とされている）のが好ましい。
なお、前記バレルがスクリュ軸の先端と対向する側に混練された材料を押し出すダイを備えている場合にあっては、前記接触防止手段はスクリュ軸の先端と前記ダイとの間に設けられているのが好ましい。
【０００９】
このような接触防止手段としては、前記スクリュ軸の先端に取り付けられたスクリュ磁石と前記ダイに設けられ且つスクリュ磁石と対面する位置に配備されたダイ磁石とを有するものであって、前記スクリュ磁石とダイ磁石とが互いに対面する側が異極とされていて、両磁石の間に発生する磁気引力を用いて前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することができる。
【００１０】
また、前記接触防止手段としては、前記ダイに設けられ且つ前記ダイ磁石の周囲に配備されたダイ外側磁石を有するものであって、前記スクリュ磁石とダイ外側磁石とが互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することもできる。
なお、前記接触防止手段としては、前記スクリュ軸の径方向外側部と当該スクリュ軸の外側部と対面するバレルとの間に配備されていて、磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに当接することを防止する構成を採用しても良い。
【００１１】
このような接触防止手段としては、前記スクリュ軸が当該スクリュ軸の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライトを備えている場合に、前記フライトの突端部に取り付けられたフライト磁石と、前記バレルに設けられ且つフライト磁石と対面する位置に配備されたバレル磁石とを有するものであって、前記フライト磁石とバレル磁石とが互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することができる。
【００１２】
また、前記バレルの内周に対して前記スクリュ軸のフライト頂面が近接乃至は接触する「摩耗位置」が存在する場合にあっては、当該摩耗位置に前記接触防止手段が設けられるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の混練設備により、スクリュ軸の基端側だけを軸受で支持する構造を採用しつつもスクリュ軸の先端がバレルに接触することを抑制することができ、摩耗粉の混入がない材料を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の混練設備の正面断面図である。
【図２】（ａ）はダイをスクリュ側から見た側面図、（ｂ）は接触防止手段の平面断面図、（ｃ）は第１実施形態の変形例のダイを（ａ）と同じ視野から見た側面図である。
【図３】第２実施形態の混練設備の正面断面図である。
【図４】接触防止手段が設けられた部分で混練設備を切断した側面断面図である。
【図５】第２実施形態の変形例の正面断面図である。
【図６】荷重に対するスクリュ軸のたわみの変化に対して、接触防止手段の有無が及ぼす効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
「第１実施形態」
以下、本発明の混練設備１の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は第１実施形態の混練設備１の正面断面図である。この図１に示すように、第１実施形態の混練設備１は、材料を混練するスクリュ軸２と、このスクリュ軸２が内部に挿入可能とされたバレル３と、を備えている。本発明の混練設備１には押出機と連続混練機との双方が含まれるが、本実施形態ではスクリュ軸２を水平方向に並んで２軸備えた押出機（２軸押出機）を例に挙げて本発明の混練設備１を説明する。
【００１６】
なお、以降の説明において、図１の紙面における左側を混練設備１を説明する際の基端側又は上流側と、また右側を混練設備１を説明する際の先端側又は下流側とする。また、スクリュ軸２の軸心を中心として径方向に沿って遠ざかる方向を混練設備１を説明する際の径外側とし、径外側からスクリュ軸２の軸心に近づく方向を径内側という。
スクリュ軸２は、バレル３の内部を軸方向に貫通するように左右一対設けられている。それぞれのスクリュ軸２は、材料を上流側から下流側に向かって送り出せるように軸方向に沿ってねじれたフライト４を有している。スクリュ軸２は、軸方向の中途側に、図示しない混練用フライトを有していて、この混練用フライトを回転させることでバレル３内の材料を混練できる構成となっている場合もある。
【００１７】
スクリュ軸２の上流側には、このスクリュ軸２を回転駆動する回転機構５が設けられている。この回転機構５は、駆動モータ６、減速機７及びカップリング８（接手）から成っていて、駆動モータ６で発生した駆動軸１０の回転駆動力を減速機７で減速しつつ二分して伝達し、二分された回転駆動力をカップリング８を介してそれぞれのスクリュ軸２に伝達し、軸受９により回転自在に支持されたスクリュ軸２を回転させる構成となっている。
【００１８】
軸受９は、スクリュ軸２の基端側に少なくとも１箇所以上配備されていて、スクリュ軸２はこの基端側の軸受９により回転自在に支持されている。一方、スクリュ軸２の先端側は軸受９によって支持されておらず自由端となっていて、本実施形態の混練設備１に備えられるスクリュ軸２は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされた片持ち構造を採用している。
【００１９】
バレル３は、軸方向に沿って長い筒状に形成されている。バレル３の内部には断面がめがね孔状の空洞部が軸方向に沿って形成されており、この空洞部に一対のスクリュ軸２が回転自在に挿通されている。このバレル３は、スクリュ軸２の外周面から径方向に一定の距離を保つように設置されており、軸方向の下流側には混練された材料を押し出すダイ１１を備えている。
【００２０】
図２（ａ）はスクリュ軸２の先端側から見た場合のダイ１１の側面図であり、図２（ｂ）は上方から見た場合のダイ１１の平面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、このダイ１１は、バレル３の下流側端部に嵌め込まれており、スクリュ軸２の先端よりもさらに下流側に配備されている。ダイ１１は、材料の押出を可能とする押出孔１２を板厚方向に貫通状に備えた板部材であり、板面を軸垂直方向に向けるようにしてバレル３に取り付けられている。この押出孔１２は、本実施形態ではスクリュ軸２の軸心に対応した位置とその周囲を囲む位置に複数箇所に亘って設けられている。
【００２１】
ところで、上述したような片持ち構造の混練設備１であっても、スクリュ軸２は基端側が軸受９でしっかりと支持されているため、普通であれば回転中のスクリュ軸２の先端側がバレル３に接触することはない。しかしながら、押出機のようにバレル３内の材料に大きな吐出圧を加える場合やスクリュ軸２を高回転速度で回転させる場合は、スクリュ軸２に大きな力が加わるため振れが大きくなりやすく、スクリュ軸２がバレル３の内周面に接触していわゆる「摩耗」が起こる可能性も高くなってしまう。このような摩耗が起こると、スクリュ軸２やバレル３が摩耗して摩耗粉が発生し、摩耗粉が材料に混入して混練品質を悪化させる虞がある。また、摩耗粉の混入を防止すべくスクリュ軸２の回転速度を抑えざるを得ず、高い生産能力を発揮させることも困難となる。
【００２２】
そこで、本発明の混練設備１は、スクリュ軸２とバレル３との間に、スクリュ軸２が回転中にバレル３に接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段１３を設けている。この接触防止手段１３は、バレル３側に設けられる磁石と、スクリュ軸２側に設けられる磁石とを備えており、両磁石の間に作用する磁気反発力または磁気引力を利用してバレル３に対するスクリュ軸２の接触、言い換えれば摩耗を防止するものである。
【００２３】
なお、上述した接触防止手段１３は、磁石を配備する場所により様々な実施形態が考えられる。以降の説明では、スクリュ軸２の先端とスクリュ軸２より下流側に設けられるダイ１１との間に設けられる接触防止手段１３を第１実施形態として例示して、本発明の混練設備１を説明する。
図１及び図２に示すように、第１実施形態の混練設備１の接触防止手段１３は、スクリュ軸２の先端に取り付けられたスクリュ磁石１４と、このスクリュ磁石１４と対面するダイ１１に配備されたダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６を有している。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、スクリュ磁石１４は、スクリュ軸２の先端に略円筒状の凹部を先端側に向かって開口するように形成し、この凹部に埋め込むように取り付けられている。スクリュ磁石１４は、凹部に挿入可能な円柱状の永久磁石であり、その重心がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。スクリュ磁石１４は、一方の磁極を軸方向の上流側に、また他方の磁極を下流側に向けて配備されており、図例ではＮ極を下流側に向けて取り付けられている。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイ磁石１５は、それぞれのスクリュ軸２に対応してダイ１１の中央側に２箇所に亘って設けられた円柱状の磁石であり、中心（重心）がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。ダイ磁石１５はスクリュ軸２側（上流側）を向く端面２１がダイ１１に対するスクリュ軸２の先端の投影面積程度に形成されており、このダイ磁石１５の端面２１の中央にはダイ磁石１５を軸方向に貫通するように上述した押出孔１２が形成されている。ダイ磁石１５は、スクリュ磁石１４と同様にそれぞれの磁極を軸方向の上流側と下流側とに向けるように配備されており、図例ではＳ極を上流側に向けて取り付けられている。
【００２６】
ダイ外側磁石１６は、ダイ磁石１５を囲むようにダイ磁石１５の外側に設けられた磁石である。２つ設けられるダイ磁石１５の一方だけに着目すれば、ダイ外側磁石１６はダイ磁石１５と同心の円筒状の磁石であって内側にダイ磁石１５が嵌め込まれたようになっており、その中心（重心）がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。本実施形態ではスクリュ軸２同士の距離が短いため２つのダイ外側磁石１６は円筒同士の一部が重なり合うようになっており、ダイ外側磁石１６は外観上「８」の字状の断面（メガネ状の断面）を備えた筒形状として形成されている。
【００２７】
ダイ外側磁石１６も、ダイ磁石１５やスクリュ磁石１４と同様にそれぞれの磁極を軸方向の上流側と下流側とに向けるように配備されており、図例ではＮ極を上流側に向けて取り付けられている。なお、ダイ外側磁石１６にも、ダイ磁石１５の押出孔１２の回りを取り囲むように複数の押出孔１２が形成されている。
図２（ｂ）に示すように、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５とは互いに対面する側が異極とされており、またスクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６とは互いに対面する側が同極とされている。図例ではスクリュ磁石１４のＮ極とダイ磁石１５のＳ極とが互いに対面するようになっていて、両磁石間に磁気引力が発生するようになっている。また、スクリュ磁石１４のＮ極とダイ外側磁石１６のＮ極とが対面するようになっていて、両磁石間に磁気反発力が発生するようになっている。
【００２８】
このようにスクリュ磁石１４、ダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６を配置するのは以下のような理由からである。
まず、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５とを、スクリュ軸２の軸心上に重心が来るように且つ対面する側が異極となるように配備した場合、両磁石間には磁気引力が発生する。この磁気引力は、両磁石がスクリュ軸２の軸心上に並んで位置する限りは軸方向と平行に加わるが、スクリュ軸２に振れが発生してスクリュ軸２の軸心がダイ磁石１５の重心から少しでもずれると軸に向かって（軸垂直方向に）力成分が生じ、スクリュ磁石１４を元の位置に戻す方向に作用する。
【００２９】
また、スクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６とを、スクリュ軸２の軸心上に重心が来るように且つ対面する側が同極となるように配備した場合、両磁石間には磁気反発力が発生する。この磁気反発力は、両磁石の重心がスクリュ軸２の軸心上にある限り軸方向に沿って作用するが、スクリュ軸２に振れが発生してダイ外側磁石１６の重心がスクリュ軸２の軸心上から少しでもずれると、スクリュ磁石１４に近い側と遠い側とのバランスが崩れて軸に向かって（軸垂直方向に）力成分を生じ、磁気反発力がスクリュ磁石１４を元の位置に戻す方向に作用する。
【００３０】
そのため、本実施形態の接触防止手段１３を設ければ、スクリュ軸２に振れが発生してもこの振れは大きくなることがなく、振れが高じてバレル３に対するスクリュ軸２の摩耗が発生することは防止されるのである。
なお、上述の例では、ダイ磁石１５の外側にダイ外側磁石１６が同心の円筒状に配備された例を挙げたが、図２（ｃ）に示すようにダイ磁石１５の外側のダイ１１がすべてダイ外側磁石１６で構成されていてもよい。このようにすれば、ダイ外側磁石１６の面積が大きくなった分だけスクリュ磁石１４に作用する磁気反発力が大きくなり、スクリュ軸２の振れをより確実に防止することができる。
【００３１】
また、このように磁気を利用した接触防止手段１３をスクリュ軸２とバレル３との間に設ければ、材料に鉄粉などの異物が入った際に、磁気を利用してこのような異物を取り除くことも可能となる。なお、このような磁気を利用した接触防止手段１３は非磁性体の異物に対してはトラップが困難になるが、一般的な混練設備のスクリュ軸２やバレル３は鉄やステンレスなどで形成されていて、異物も強磁性体から形成されることが多いため、このような混練設備に対しては異物除去も可能な接触防止手段１３を設けるのが非常に有効である。
「第２実施形態」
次に、第２実施形態の接触防止手段１３を説明する。
【００３２】
図３に示すように、第２実施形態の接触防止手段１３は、スクリュ軸２と、このスクリュ軸２から径方向に離れたバレル３との間に配備されている。具体的には、スクリュ軸２は、このスクリュ軸２の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライト４を備えている。そして、接触防止手段１３は、フライト４の突端部１７に取り付けられたフライト磁石１８と、バレル３の内周面に取り付けられたバレル磁石１９とを有している。そして、このフライト磁石１８とバレル磁石１９とは同じ磁極を対面させるように配備されていて、両磁石間に作用する磁気反発力を用いてスクリュ軸２がバレル３に接触することを防止する構成とされている。
【００３３】
まず、フライト磁石１８が取り付けられるフライト４について説明する。
図４（ａ）は、スクリュ軸２をフライト磁石１８が取り付けられた部分で軸垂直方向に沿って切断した断面図である。図４（ａ）に示すように、フライト４は、軸垂直方向に沿った断面形状が略楕円形とされていて、スクリュ軸２の軸心を基準として最も径方向外側に向かって突出する部分が軸心回りに２条備えられている。この径方向外側に向かって突出したフライト４の突端部１７は、フライト４の外周面の中でも最もバレル３の内周面（スクリュ軸２の外周面から径方向に離れたバレル３の内周面）に近接する部分であり、バレル３の内周面との間に形成されるクリアランス（チップクリアランス）に材料を導いて材料の混練ができるようになっている。
【００３４】
フライト磁石１８は、軸心を挟んだフライト４の突端部１７にそれぞれ形成された凹状部に埋め込むように取り付けられている。フライト磁石１８は、凹状部に挿入可能な板状の磁石であって、いずれも一方の磁極を径外側に、他方の磁極を径内側に向けるように取り付けられている。
バレル磁石１９は、フライト４の突端部１７に対面するバレル３の内周面に形成された凹部に埋め込むように取り付けられている。バレル磁石１９も、フライト磁石１８と同様にそれぞれの磁極を径内側と径外側とに向けるようにして取り付けられている。
【００３５】
このバレル磁石１９とフライト磁石１８とは、近接したときに両磁石の間に磁気反発力が生じるように対面する側の磁極が同極になるように配備されている。本実施形態ではバレル磁石１９はＮ極を径内側に向けて、またフライト磁石１８はＮ極を径外側に向けて配備されている。このようにすれば、バレル磁石１９とフライト磁石１８とが近接したときに両磁石の間に磁気反発力が生じて、フライト４がバレル３から離間するためバレル３に対してフライト４が接触することがなくなり、バレル３に対するフライト４の摩耗を防止することができる。
【００３６】
バレル磁石１９は、バレル３の内周面の中でも特にフライト４の突端部１７との接触が起きやすいような「摩耗位置２０」に少なくとも設けられているのが好ましい。この摩耗位置２０は、材料に加わる圧力が最も大きくなる回転位相にフライト４があるときに、フライト４の突端部１７と対面するバレル３の内周面に設けられる。
このような摩耗位置２０にバレル磁石１９を設けなくてはならないのは、以下のような理由による。
【００３７】
例えば、図４（ａ）に示すように、一対のスクリュ軸２のフライト４がそれぞれ斜め上方又は斜め下方を向く場合に、材料からスクリュ軸２に加わる力が最大になるような混練設備を考える。このような混練設備では、上述した力を受けてスクリュ軸２が撓み、フライト４の突端部１７がバレル３の斜め上方又は斜め下方の内周面に近接して、この位置で摩耗が起きやすくなる（以下、この位置を摩耗位置２０と呼ぶ）。
【００３８】
そこで、本発明の混練設備１では、図４（ｂ）に示す摩耗位置２０に形成された凹部にバレル磁石１９を設けている。このようにすれば、摩耗位置２０でバレル磁石１９とフライト磁石１８との間に磁気反発力が作用して、磁気反発力の作用でスクリュ軸２がバレル３から離間してその突端部１７がバレル３に接触しなくなる。そのため、スクリュ軸２に振れが発生してもこの振れは大きくなることがなく、振れが高じてバレル３に対するスクリュ軸２の摩耗が発生することは防止されるのである。
【００３９】
なお、上述したようにバレル磁石１９はバレル３の内周面の中でも摩耗位置２０に設けられるのが好ましいが、図４（ｃ）に示すようにバレル磁石１９をバレル３の内周面に周方向に亘って連続して複数設けることもできる。このようにすれば、周方向に亘って設けられたバレル磁石１９との磁気反発力でスクリュ軸２が絶えず径内側にしっかりと保持され、接触防止手段１３に磁気軸受としての機能を付与することも可能となる。
【００４０】
また、上記第２実施形態では、スクリュ軸２における軸方向の中途側に接触防止手段１３が配備された例を挙げたが、接触防止手段１３を設ける位置はスクリュ軸２の軸方向の基端側や先端側でも良い。例えば、スクリュ軸２の先端側で特に振れが大きい場合は、図５に示すように接触防止手段１３をスクリュ軸２の先端側に設けて、振れを効果的に防止しても良い。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の接触防止手段１３の摩耗防止効果を、実施例及び従来例を用いてさらに詳しく説明する。
図６は、軸長１ｍで軸直径３０ｍｍのスクリュ軸２に対してその軸方向の中央に軸垂直方向に最大２００Ｎの荷重Ｆを加えた場合に、荷重Ｆが加えられたスクリュ軸２にどの程度のたわみが生じるかをコンピュータシミュレーションで計算したものである。
【００４２】
図６に示すように、接触防止手段１３を備えていない従来例１のスクリュ軸２では、加えられる荷重Ｆが大きくなればなるほどたわみも比例して大きくなる傾向がある。図中の１点鎖線は、バレル３とスクリュ軸２との間に形成されるクリアランスであり、スクリュ軸２のたわみがこのクリアランスより大きくなると摩耗が発生し、たわみがこのクリアランスを超えない場合は摩耗は発生しないことを示している。従来例１では荷重Ｆに比例してたわみが急激に大きくなり、比較的小さな荷重Ｆでもたわみが１点鎖線を超え、摩耗が発生しやすいことが分かる。そのため、バレル３内の材料に加わる吐出圧が少しでも大きくなった場合やスクリュ軸２の回転速度が少しでも大きくなった場合、言い換えれば荷重Ｆが大きくなった場合には、摩耗が発生する可能性が高い。
【００４３】
しかし、スクリュ軸２の先端側に荷重Ｆと軸垂直方向の反対方向に向かって荷重ｆを加えると、荷重Ｆに対するたわみの増加が抑えられ、たわみの変化曲線の傾きも緩やかになる。つまり、従来例１ほどたわみが急激に大きくならなくなるため、ある程度の荷重Ｆを加えても摩耗が発生する心配はない。
この摩耗防止効果は、スクリュ軸２の先端側に加えられる軸垂直方向の力ｆが大きくなるほど顕著になる。例えば、図中のａやｂで示すようにスクリュ軸２の先端側に加えられる荷重ｆが中央に加える荷重Ｆの１／４以下である場合は、荷重Ｆが大きくなるとたわみがクリアランスより大きくなり、摩耗が生じる可能性が残る。
【００４４】
しかし、図中のｃで示すようにスクリュ軸２の先端側に加えられる荷重ｆが中央に加える荷重Ｆの１／４以上となる場合は、荷重Ｆが大きくなってもたわみがクリアランスを超えて大きくなることはなく、摩耗の発生を確実に防止することが可能となる。このことから、上述の接触防止手段１３を設ける際は、スクリュ軸２の中央に加わる荷重Ｆの１／４以上となる荷重ｆがスクリュ軸２の先端側に加わるような接触防止手段１３を設けるのが良いことが分かる。
【００４５】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では混練設備１として２軸押出機を例示したが、本発明の混練設備１は連続混練機であっても良いし、スクリュ軸２は１軸又は３軸以上であっても良い。
例えば、上記実施形態ではスクリュ軸２が片持ち構造とされた混練設備１を挙げたが、本発明の接触防止手段１３はスクリュ軸２が両持ち構造とされた混練設備１にも採用することができる。
【００４６】
例えば、上記実施形態では接触防止手段１３を構成する磁石に永久磁石を用いたものを例示したが、接触防止手段１３を構成する磁石に電気磁石を用いても良い。
上記第１実施形態では、スクリュ磁石１４、ダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６で構成された接触防止手段１３を例示したが、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５だけで構成された接触防止手段１３やスクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６だけで構成された接触防止手段１３を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 混練設備
２ スクリュ軸
３ バレル
４ フライト
５ 回転機構
６ 駆動モータ
７ 減速機
８ カップリング
９ 軸受
１０ 駆動軸
１１ ダイ
１２ 押出孔
１３ 接触防止手段
１４ スクリュ磁石
１５ ダイ磁石
１６ ダイ外側磁石
１７ 突端部
１８ フライト磁石
１９ バレル磁石
２０ 摩耗位置
２１ 端面
Ｆ 荷重
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バレルに対するスクリュ軸の接触を防止することができる混練設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
押出機や混練機などの混練設備は、材料を混練するスクリュ軸と、このスクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルとを備えていて、バレル内に供給された材料に対してスクリュ軸を回転させることで混練が行われる。例えば、特許文献１には、このようなスクリュ軸とバレルとを備えた２軸押出機が開示されている。
この特許文献１の押出機では、スクリュ軸の基端側はバレルに設けられた軸受により回転自在に支持されており、またスクリュ軸の先端側は基端側のような支持機構を備えておらず、自由端となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した押出機は、スクリュ軸の先端側を自由端としたまま基端側だけを軸受で支持する片持ち構造を採用している。このような片持ち構造ではスクリュ軸の先端側が基端側に対して振れて、スクリュ軸がバレルに接触していわゆる「摩耗」が発生する可能性が高くなる。
特に、押出機のように材料に大きな吐出圧を加える場合やスクリュ軸の回転速度が大きい場合は、スクリュ軸に大きな荷重が加わるため、スクリュ軸に大きな振れが生じる可能性が高くその分摩耗も起きやすい。このような摩耗が発生すると、摩耗粉が混入して材料の混練品質を悪化させる虞があり、高い生産能力を実現することも困難となる。
【０００５】
そこで、このような片持ち構造のスクリュ軸に代えて、両持ち構造のスクリュ軸を採用することも考えられる。両持ち構造のスクリュ軸では、スクリュ軸の先端をダイを貫通して伸ばし、ダイの下流側に軸受を設けてスクリュ軸の先端側を支持する必要がある。
ところが、混練設備の下流側にはペレタイザのような設備や水槽が付帯されることが多く、ダイの下流側に軸受を設けると軸受が邪魔になってこのような設備や水槽の設置スペースを物理的に確保し難くなる場合が多い。
【０００６】
特に、押出機の場合は、スクリュ軸の先端がダイを貫通するため、材料の押出自体が阻害されたり、ダイの有効面積が減少して材料の吐出量が低下してしまう虞もある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スクリュ軸の基端側だけを軸受で支持する構造を採用しつつもスクリュ軸の先端がバレルに接触することを抑制することができ、摩耗粉の混入がない材料を効率良く生産することができる混練設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の混練設備は、材料を混練するスクリュ軸と当該スクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルとを備えた混練設備であって、前記スクリュ軸とバレルとの間には当該スクリュ軸が回転中にバレルに接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
上述した混練設備は前記スクリュ軸を２軸備えた押出機であるのが好ましく、前記スクリュ軸は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされている（片持ち構造とされている）のが好ましい。
なお、前記バレルがスクリュ軸の先端と対向する側に混練された材料を押し出すダイを備えている場合にあっては、前記接触防止手段はスクリュ軸の先端と前記ダイとの間に設けられているのが好ましい。
【０００９】
このような接触防止手段としては、前記スクリュ軸の先端に取り付けられたスクリュ磁石と前記ダイに設けられ且つスクリュ磁石と対面する位置に配備されたダイ磁石とを有するものであって、前記スクリュ磁石とダイ磁石とが互いに対面する側が異極とされていて、両磁石の間に発生する磁気引力を用いて前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することができる。
【００１０】
また、前記接触防止手段としては、前記ダイに設けられ且つ前記ダイ磁石の周囲に配備されたダイ外側磁石を有するものであって、前記スクリュ磁石とダイ外側磁石とが互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することもできる。
なお、前記接触防止手段としては、前記スクリュ軸の径方向外側部と当該スクリュ軸の外側部と対面するバレルとの間に配備されていて、磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに当接することを防止する構成を採用しても良い。
【００１１】
このような接触防止手段としては、前記スクリュ軸が当該スクリュ軸の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライトを備えている場合に、前記フライトの突端部に取り付けられたフライト磁石と、前記バレルに設けられ且つフライト磁石と対面する位置に配備されたバレル磁石とを有するものであって、前記フライト磁石とバレル磁石とが互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされたものを採用することができる。
【００１２】
また、前記バレルの内周に対して前記スクリュ軸のフライト頂面が近接乃至は接触する「摩耗位置」が存在する場合にあっては、当該摩耗位置に前記接触防止手段が設けられるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の混練設備により、スクリュ軸の基端側だけを軸受で支持する構造を採用しつつもスクリュ軸の先端がバレルに接触することを抑制することができ、摩耗粉の混入がない材料を効率良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の混練設備の正面断面図である。
【図２】（ａ）はダイをスクリュ側から見た側面図、（ｂ）は接触防止手段の平面断面図、（ｃ）は第１実施形態の変形例のダイを（ａ）と同じ視野から見た側面図である。
【図３】第２実施形態の混練設備の正面断面図である。
【図４】接触防止手段が設けられた部分で混練設備を切断した側面断面図である。
【図５】第２実施形態の変形例の正面断面図である。
【図６】荷重に対するスクリュ軸のたわみの変化に対して、接触防止手段の有無が及ぼす効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
「第１実施形態」
以下、本発明の混練設備１の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は第１実施形態の混練設備１の正面断面図である。この図１に示すように、第１実施形態の混練設備１は、材料を混練するスクリュ軸２と、このスクリュ軸２が内部に挿入可能とされたバレル３と、を備えている。本発明の混練設備１には押出機と連続混練機との双方が含まれるが、本実施形態ではスクリュ軸２を水平方向に並んで２軸備えた押出機（２軸押出機）を例に挙げて本発明の混練設備１を説明する。
【００１６】
なお、以降の説明において、図１の紙面における左側を混練設備１を説明する際の基端側又は上流側と、また右側を混練設備１を説明する際の先端側又は下流側とする。また、スクリュ軸２の軸心を中心として径方向に沿って遠ざかる方向を混練設備１を説明する際の径外側とし、径外側からスクリュ軸２の軸心に近づく方向を径内側という。
スクリュ軸２は、バレル３の内部を軸方向に貫通するように左右一対設けられている。それぞれのスクリュ軸２は、材料を上流側から下流側に向かって送り出せるように軸方向に沿ってねじれたフライト４を有している。スクリュ軸２は、軸方向の中途側に、図示しない混練用フライトを有していて、この混練用フライトを回転させることでバレル３内の材料を混練できる構成となっている場合もある。
【００１７】
スクリュ軸２の上流側には、このスクリュ軸２を回転駆動する回転機構５が設けられている。この回転機構５は、駆動モータ６、減速機７及びカップリング８（接手）から成っていて、駆動モータ６で発生した駆動軸１０の回転駆動力を減速機７で減速しつつ二分して伝達し、二分された回転駆動力をカップリング８を介してそれぞれのスクリュ軸２に伝達し、軸受９により回転自在に支持されたスクリュ軸２を回転させる構成となっている。
【００１８】
軸受９は、スクリュ軸２の基端側に少なくとも１箇所以上配備されていて、スクリュ軸２はこの基端側の軸受９により回転自在に支持されている。一方、スクリュ軸２の先端側は軸受９によって支持されておらず自由端となっていて、本実施形態の混練設備１に備えられるスクリュ軸２は回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされた片持ち構造を採用している。
【００１９】
バレル３は、軸方向に沿って長い筒状に形成されている。バレル３の内部には断面がめがね孔状の空洞部が軸方向に沿って形成されており、この空洞部に一対のスクリュ軸２が回転自在に挿通されている。このバレル３は、スクリュ軸２の外周面から径方向に一定の距離を保つように設置されており、軸方向の下流側には混練された材料を押し出すダイ１１を備えている。
【００２０】
図２（ａ）はスクリュ軸２の先端側から見た場合のダイ１１の側面図であり、図２（ｂ）は上方から見た場合のダイ１１の平面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、このダイ１１は、バレル３の下流側端部に嵌め込まれており、スクリュ軸２の先端よりもさらに下流側に配備されている。ダイ１１は、材料の押出を可能とする押出孔１２を板厚方向に貫通状に備えた板部材であり、板面を軸垂直方向に向けるようにしてバレル３に取り付けられている。この押出孔１２は、本実施形態ではスクリュ軸２の軸心に対応した位置とその周囲を囲む位置に複数箇所に亘って設けられている。
【００２１】
ところで、上述したような片持ち構造の混練設備１であっても、スクリュ軸２は基端側が軸受９でしっかりと支持されているため、普通であれば回転中のスクリュ軸２の先端側がバレル３に接触することはない。しかしながら、押出機のようにバレル３内の材料に大きな吐出圧を加える場合やスクリュ軸２を高回転速度で回転させる場合は、スクリュ軸２に大きな力が加わるため振れが大きくなりやすく、スクリュ軸２がバレル３の内周面に接触していわゆる「摩耗」が起こる可能性も高くなってしまう。このような摩耗が起こると、スクリュ軸２やバレル３が摩耗して摩耗粉が発生し、摩耗粉が材料に混入して混練品質を悪化させる虞がある。また、摩耗粉の混入を防止すべくスクリュ軸２の回転速度を抑えざるを得ず、高い生産能力を発揮させることも困難となる。
【００２２】
そこで、本発明の混練設備１は、スクリュ軸２とバレル３との間に、スクリュ軸２が回転中にバレル３に接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段１３を設けている。この接触防止手段１３は、バレル３側に設けられる磁石と、スクリュ軸２側に設けられる磁石とを備えており、両磁石の間に作用する磁気反発力または磁気引力を利用してバレル３に対するスクリュ軸２の接触、言い換えれば摩耗を防止するものである。
【００２３】
なお、上述した接触防止手段１３は、磁石を配備する場所により様々な実施形態が考えられる。以降の説明では、スクリュ軸２の先端とスクリュ軸２より下流側に設けられるダイ１１との間に設けられる接触防止手段１３を第１実施形態として例示して、本発明の混練設備１を説明する。
図１及び図２に示すように、第１実施形態の混練設備１の接触防止手段１３は、スクリュ軸２の先端に取り付けられたスクリュ磁石１４と、このスクリュ磁石１４と対面するダイ１１に配備されたダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６を有している。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、スクリュ磁石１４は、スクリュ軸２の先端に略円筒状の凹部を先端側に向かって開口するように形成し、この凹部に埋め込むように取り付けられている。スクリュ磁石１４は、凹部に挿入可能な円柱状の永久磁石であり、その重心がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。スクリュ磁石１４は、一方の磁極を軸方向の上流側に、また他方の磁極を下流側に向けて配備されており、図例ではＮ極を下流側に向けて取り付けられている。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイ磁石１５は、それぞれのスクリュ軸２に対応してダイ１１の中央側に２箇所に亘って設けられた円柱状の磁石であり、中心（重心）がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。ダイ磁石１５はスクリュ軸２側（上流側）を向く端面２１がダイ１１に対するスクリュ軸２の先端の投影面積程度に形成されており、このダイ磁石１５の端面２１の中央にはダイ磁石１５を軸方向に貫通するように上述した押出孔１２が形成されている。ダイ磁石１５は、スクリュ磁石１４と同様にそれぞれの磁極を軸方向の上流側と下流側とに向けるように配備されており、図例ではＳ極を上流側に向けて取り付けられている。
【００２６】
ダイ外側磁石１６は、ダイ磁石１５を囲むようにダイ磁石１５の外側に設けられた磁石である。２つ設けられるダイ磁石１５の一方だけに着目すれば、ダイ外側磁石１６はダイ磁石１５と同心の円筒状の磁石であって内側にダイ磁石１５が嵌め込まれたようになっており、その中心（重心）がスクリュ軸２の軸心上に来るように配備されている。本実施形態ではスクリュ軸２同士の距離が短いため２つのダイ外側磁石１６は円筒同士の一部が重なり合うようになっており、ダイ外側磁石１６は外観上「８」の字状の断面（メガネ状の断面）を備えた筒形状として形成されている。
【００２７】
ダイ外側磁石１６も、ダイ磁石１５やスクリュ磁石１４と同様にそれぞれの磁極を軸方向の上流側と下流側とに向けるように配備されており、図例ではＮ極を上流側に向けて取り付けられている。なお、ダイ外側磁石１６にも、ダイ磁石１５の押出孔１２の回りを取り囲むように複数の押出孔１２が形成されている。
図２（ｂ）に示すように、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５とは互いに対面する側が異極とされており、またスクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６とは互いに対面する側が同極とされている。図例ではスクリュ磁石１４のＮ極とダイ磁石１５のＳ極とが互いに対面するようになっていて、両磁石間に磁気引力が発生するようになっている。また、スクリュ磁石１４のＮ極とダイ外側磁石１６のＮ極とが対面するようになっていて、両磁石間に磁気反発力が発生するようになっている。
【００２８】
このようにスクリュ磁石１４、ダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６を配置するのは以下のような理由からである。
まず、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５とを、スクリュ軸２の軸心上に重心が来るように且つ対面する側が異極となるように配備した場合、両磁石間には磁気引力が発生する。この磁気引力は、両磁石がスクリュ軸２の軸心上に並んで位置する限りは軸方向と平行に加わるが、スクリュ軸２に振れが発生してスクリュ軸２の軸心がダイ磁石１５の重心から少しでもずれると軸に向かって（軸垂直方向に）力成分が生じ、スクリュ磁石１４を元の位置に戻す方向に作用する。
【００２９】
また、スクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６とを、スクリュ軸２の軸心上に重心が来るように且つ対面する側が同極となるように配備した場合、両磁石間には磁気反発力が発生する。この磁気反発力は、両磁石の重心がスクリュ軸２の軸心上にある限り軸方向に沿って作用するが、スクリュ軸２に振れが発生してダイ外側磁石１６の重心がスクリュ軸２の軸心上から少しでもずれると、スクリュ磁石１４に近い側と遠い側とのバランスが崩れて軸に向かって（軸垂直方向に）力成分を生じ、磁気反発力がスクリュ磁石１４を元の位置に戻す方向に作用する。
【００３０】
そのため、本実施形態の接触防止手段１３を設ければ、スクリュ軸２に振れが発生してもこの振れは大きくなることがなく、振れが高じてバレル３に対するスクリュ軸２の摩耗が発生することは防止されるのである。
なお、上述の例では、ダイ磁石１５の外側にダイ外側磁石１６が同心の円筒状に配備された例を挙げたが、図２（ｃ）に示すようにダイ磁石１５の外側のダイ１１がすべてダイ外側磁石１６で構成されていてもよい。このようにすれば、ダイ外側磁石１６の面積が大きくなった分だけスクリュ磁石１４に作用する磁気反発力が大きくなり、スクリュ軸２の振れをより確実に防止することができる。
【００３１】
また、このように磁気を利用した接触防止手段１３をスクリュ軸２とバレル３との間に設ければ、材料に鉄粉などの異物が入った際に、磁気を利用してこのような異物を取り除くことも可能となる。なお、このような磁気を利用した接触防止手段１３は非磁性体の異物に対してはトラップが困難になるが、一般的な混練設備のスクリュ軸２やバレル３は鉄やステンレスなどで形成されていて、異物も強磁性体から形成されることが多いため、このような混練設備に対しては異物除去も可能な接触防止手段１３を設けるのが非常に有効である。
「第２実施形態」
次に、第２実施形態の接触防止手段１３を説明する。
【００３２】
図３に示すように、第２実施形態の接触防止手段１３は、スクリュ軸２と、このスクリュ軸２から径方向に離れたバレル３との間に配備されている。具体的には、スクリュ軸２は、このスクリュ軸２の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライト４を備えている。そして、接触防止手段１３は、フライト４の突端部１７に取り付けられたフライト磁石１８と、バレル３の内周面に取り付けられたバレル磁石１９とを有している。そして、このフライト磁石１８とバレル磁石１９とは同じ磁極を対面させるように配備されていて、両磁石間に作用する磁気反発力を用いてスクリュ軸２がバレル３に接触することを防止する構成とされている。
【００３３】
まず、フライト磁石１８が取り付けられるフライト４について説明する。
図４（ａ）は、スクリュ軸２をフライト磁石１８が取り付けられた部分で軸垂直方向に沿って切断した断面図である。図４（ａ）に示すように、フライト４は、軸垂直方向に沿った断面形状が略楕円形とされていて、スクリュ軸２の軸心を基準として最も径方向外側に向かって突出する部分が軸心回りに２条備えられている。この径方向外側に向かって突出したフライト４の突端部１７は、フライト４の外周面の中でも最もバレル３の内周面（スクリュ軸２の外周面から径方向に離れたバレル３の内周面）に近接する部分であり、バレル３の内周面との間に形成されるクリアランス（チップクリアランス）に材料を導いて材料の混練ができるようになっている。
【００３４】
フライト磁石１８は、軸心を挟んだフライト４の突端部１７にそれぞれ形成された凹状部に埋め込むように取り付けられている。フライト磁石１８は、凹状部に挿入可能な板状の磁石であって、いずれも一方の磁極を径外側に、他方の磁極を径内側に向けるように取り付けられている。
バレル磁石１９は、フライト４の突端部１７に対面するバレル３の内周面に形成された凹部に埋め込むように取り付けられている。バレル磁石１９も、フライト磁石１８と同様にそれぞれの磁極を径内側と径外側とに向けるようにして取り付けられている。
【００３５】
このバレル磁石１９とフライト磁石１８とは、近接したときに両磁石の間に磁気反発力が生じるように対面する側の磁極が同極になるように配備されている。本実施形態ではバレル磁石１９はＮ極を径内側に向けて、またフライト磁石１８はＮ極を径外側に向けて配備されている。このようにすれば、バレル磁石１９とフライト磁石１８とが近接したときに両磁石の間に磁気反発力が生じて、フライト４がバレル３から離間するためバレル３に対してフライト４が接触することがなくなり、バレル３に対するフライト４の摩耗を防止することができる。
【００３６】
バレル磁石１９は、バレル３の内周面の中でも特にフライト４の突端部１７との接触が起きやすいような「摩耗位置２０」に少なくとも設けられているのが好ましい。この摩耗位置２０は、材料に加わる圧力が最も大きくなる回転位相にフライト４があるときに、フライト４の突端部１７と対面するバレル３の内周面に設けられる。
このような摩耗位置２０にバレル磁石１９を設けなくてはならないのは、以下のような理由による。
【００３７】
例えば、図４（ａ）に示すように、一対のスクリュ軸２のフライト４がそれぞれ斜め上方又は斜め下方を向く場合に、材料からスクリュ軸２に加わる力が最大になるような混練設備を考える。このような混練設備では、上述した力を受けてスクリュ軸２が撓み、フライト４の突端部１７がバレル３の斜め上方又は斜め下方の内周面に近接して、この位置で摩耗が起きやすくなる（以下、この位置を摩耗位置２０と呼ぶ）。
【００３８】
そこで、本発明の混練設備１では、図４（ｂ）に示す摩耗位置２０に形成された凹部にバレル磁石１９を設けている。このようにすれば、摩耗位置２０でバレル磁石１９とフライト磁石１８との間に磁気反発力が作用して、磁気反発力の作用でスクリュ軸２がバレル３から離間してその突端部１７がバレル３に接触しなくなる。そのため、スクリュ軸２に振れが発生してもこの振れは大きくなることがなく、振れが高じてバレル３に対するスクリュ軸２の摩耗が発生することは防止されるのである。
【００３９】
なお、上述したようにバレル磁石１９はバレル３の内周面の中でも摩耗位置２０に設けられるのが好ましいが、図４（ｃ）に示すようにバレル磁石１９をバレル３の内周面に周方向に亘って連続して複数設けることもできる。このようにすれば、周方向に亘って設けられたバレル磁石１９との磁気反発力でスクリュ軸２が絶えず径内側にしっかりと保持され、接触防止手段１３に磁気軸受としての機能を付与することも可能となる。
【００４０】
また、上記第２実施形態では、スクリュ軸２における軸方向の中途側に接触防止手段１３が配備された例を挙げたが、接触防止手段１３を設ける位置はスクリュ軸２の軸方向の基端側や先端側でも良い。例えば、スクリュ軸２の先端側で特に振れが大きい場合は、図５に示すように接触防止手段１３をスクリュ軸２の先端側に設けて、振れを効果的に防止しても良い。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の接触防止手段１３の摩耗防止効果を、実施例及び従来例を用いてさらに詳しく説明する。
図６は、軸長１ｍで軸直径３０ｍｍのスクリュ軸２に対してその軸方向の中央に軸垂直方向に最大２００Ｎの荷重Ｆを加えた場合に、荷重Ｆが加えられたスクリュ軸２にどの程度のたわみが生じるかをコンピュータシミュレーションで計算したものである。
【００４２】
図６に示すように、接触防止手段１３を備えていない従来例１のスクリュ軸２では、加えられる荷重Ｆが大きくなればなるほどたわみも比例して大きくなる傾向がある。図中の１点鎖線は、バレル３とスクリュ軸２との間に形成されるクリアランスであり、スクリュ軸２のたわみがこのクリアランスより大きくなると摩耗が発生し、たわみがこのクリアランスを超えない場合は摩耗は発生しないことを示している。従来例１では荷重Ｆに比例してたわみが急激に大きくなり、比較的小さな荷重Ｆでもたわみが１点鎖線を超え、摩耗が発生しやすいことが分かる。そのため、バレル３内の材料に加わる吐出圧が少しでも大きくなった場合やスクリュ軸２の回転速度が少しでも大きくなった場合、言い換えれば荷重Ｆが大きくなった場合には、摩耗が発生する可能性が高い。
【００４３】
しかし、スクリュ軸２の先端側に荷重Ｆと軸垂直方向の反対方向に向かって荷重ｆを加えると、荷重Ｆに対するたわみの増加が抑えられ、たわみの変化曲線の傾きも緩やかになる。つまり、従来例１ほどたわみが急激に大きくならなくなるため、ある程度の荷重Ｆを加えても摩耗が発生する心配はない。
この摩耗防止効果は、スクリュ軸２の先端側に加えられる軸垂直方向の力ｆが大きくなるほど顕著になる。例えば、図中のａやｂで示すようにスクリュ軸２の先端側に加えられる荷重ｆが中央に加える荷重Ｆの１／４以下である場合は、荷重Ｆが大きくなるとたわみがクリアランスより大きくなり、摩耗が生じる可能性が残る。
【００４４】
しかし、図中のｃで示すようにスクリュ軸２の先端側に加えられる荷重ｆが中央に加える荷重Ｆの１／４以上となる場合は、荷重Ｆが大きくなってもたわみがクリアランスを超えて大きくなることはなく、摩耗の発生を確実に防止することが可能となる。このことから、上述の接触防止手段１３を設ける際は、スクリュ軸２の中央に加わる荷重Ｆの１／４以上となる荷重ｆがスクリュ軸２の先端側に加わるような接触防止手段１３を設けるのが良いことが分かる。
【００４５】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では混練設備１として２軸押出機を例示したが、本発明の混練設備１は連続混練機であっても良いし、スクリュ軸２は１軸又は３軸以上であっても良い。
例えば、上記実施形態ではスクリュ軸２が片持ち構造とされた混練設備１を挙げたが、本発明の接触防止手段１３はスクリュ軸２が両持ち構造とされた混練設備１にも採用することができる。
【００４６】
例えば、上記実施形態では接触防止手段１３を構成する磁石に永久磁石を用いたものを例示したが、接触防止手段１３を構成する磁石に電気磁石を用いても良い。
上記第１実施形態では、スクリュ磁石１４、ダイ磁石１５及びダイ外側磁石１６で構成された接触防止手段１３を例示したが、スクリュ磁石１４とダイ磁石１５だけで構成された接触防止手段１３やスクリュ磁石１４とダイ外側磁石１６だけで構成された接触防止手段１３を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 混練設備
２ スクリュ軸
３ バレル
４ フライト
５ 回転機構
６ 駆動モータ
７ 減速機
８ カップリング
９ 軸受
１０ 駆動軸
１１ ダイ
１２ 押出孔
１３ 接触防止手段
１４ スクリュ磁石
１５ ダイ磁石
１６ ダイ外側磁石
１７ 突端部
１８ フライト磁石
１９ バレル磁石
２０ 摩耗位置
２１ 端面
Ｆ 荷重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を混練するスクリュ軸と、当該スクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルと、を備えた混練設備であって、
前記スクリュ軸とバレルとの間には、当該スクリュ軸が回転中にバレルに接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段が設けられていることを特徴とする混練設備。
【請求項２】
前記混練設備は、前記スクリュ軸を２軸備えた押出機であり、
前記スクリュ軸は、回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされていることを特徴とする請求項１に記載の混練設備。
【請求項３】
前記バレルは、スクリュ軸の先端と対向する側に、混練された材料を押し出すダイを備えていて、
前記接触防止手段は、スクリュ軸の先端と前記ダイとの間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混練設備。
【請求項４】
前記接触防止手段は、前記スクリュ軸の先端に取り付けられたスクリュ磁石と、前記ダイに設けられ且つスクリュ磁石と対面する位置に配備されたダイ磁石とを有し、
前記スクリュ磁石とダイ磁石とは、互いに対面する側が異極とされていて、両磁石の間に発生する磁気引力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項３に記載の混練設備。
【請求項５】
前記接触防止手段は、前記ダイに設けられ且つ前記ダイ磁石の周囲に配備されたダイ外側磁石を有し、
前記スクリュ磁石とダイ外側磁石とは、互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の混練設備。
【請求項６】
前記接触防止手段は、前記スクリュ軸の径方向外側部と、当該スクリュ軸の外側部と対面するバレルとの間に配備されていて、磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに当接することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の混練設備。
【請求項７】
前記スクリュ軸は、当該スクリュ軸の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライトを備えており、
前記接触防止手段は、前記フライトの突端部に取り付けられたフライト磁石と、前記バレルに設けられ且つフライト磁石と対面する位置に配備されたバレル磁石とを有し、
前記フライト磁石とバレル磁石とは、互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項６に記載の混練設備。
【請求項８】
前記バレルの内周に対して前記スクリュ軸のフライト頂面が近接乃至は接触する「摩耗位置」が存在する場合に、当該こじれ位置に前記接触防止手段が設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の混練設備。
【請求項１】
材料を混練するスクリュ軸と、当該スクリュ軸が内部に挿入可能とされたバレルと、を備えた混練設備であって、
前記スクリュ軸とバレルとの間には、当該スクリュ軸が回転中にバレルに接触することを磁力を用いて防止する接触防止手段が設けられていることを特徴とする混練設備。
【請求項２】
前記混練設備は、前記スクリュ軸を２軸備えた押出機であり、
前記スクリュ軸は、回動自在に支持された基端側に対して先端側が自由端とされていることを特徴とする請求項１に記載の混練設備。
【請求項３】
前記バレルは、スクリュ軸の先端と対向する側に、混練された材料を押し出すダイを備えていて、
前記接触防止手段は、スクリュ軸の先端と前記ダイとの間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混練設備。
【請求項４】
前記接触防止手段は、前記スクリュ軸の先端に取り付けられたスクリュ磁石と、前記ダイに設けられ且つスクリュ磁石と対面する位置に配備されたダイ磁石とを有し、
前記スクリュ磁石とダイ磁石とは、互いに対面する側が異極とされていて、両磁石の間に発生する磁気引力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項３に記載の混練設備。
【請求項５】
前記接触防止手段は、前記ダイに設けられ且つ前記ダイ磁石の周囲に配備されたダイ外側磁石を有し、
前記スクリュ磁石とダイ外側磁石とは、互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の混練設備。
【請求項６】
前記接触防止手段は、前記スクリュ軸の径方向外側部と、当該スクリュ軸の外側部と対面するバレルとの間に配備されていて、磁気反力を用いて前記スクリュ軸がバレルに当接することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の混練設備。
【請求項７】
前記スクリュ軸は、当該スクリュ軸の軸心を基準として径方向外側に向かって突出するフライトを備えており、
前記接触防止手段は、前記フライトの突端部に取り付けられたフライト磁石と、前記バレルに設けられ且つフライト磁石と対面する位置に配備されたバレル磁石とを有し、
前記フライト磁石とバレル磁石とは、互いに対面する側が同極とされていて、両磁石の間に発生する磁気反力を用いて、前記スクリュ軸がバレルに接触することを防止する構成とされていることを特徴とする請求項６に記載の混練設備。
【請求項８】
前記バレルの内周に対して前記スクリュ軸のフライト頂面が近接乃至は接触する「摩耗位置」が存在する場合に、当該こじれ位置に前記接触防止手段が設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の混練設備。
【図６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３５４８２（Ｐ２０１１−２３５４８２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７２２３（Ｐ２０１０−１０７２２３）
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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