特許 7422416 押出機用スクリューおよび押出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】押出機用スクリューおよび押出装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 48/505 20190101AFI20240119BHJP

   B29C 48/685 20190101ALI20240119BHJP

   B29C 48/92 20190101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

B29C48/505

B29C48/685

B29C48/92

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021544955

(86)(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-19

(86)【国際出願番号】 IB2019058514

(87)【国際公開番号】W WO2020075037

(87)【国際公開日】2020-04-16

【審査請求日】2022-08-03

(31)【優先権主張番号】102018000009362

(32)【優先日】2018-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】521152426

【氏名又は名称】ジマック ディ マッキャニャン ジョルジョ

【氏名又は名称原語表記】ＧＩＭＡＣ ＤＩ ＭＡＣＣＡＧＮＡＮ ＧＩＯＲＧＩＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】ジョルジョ マッキャニャン

(72)【発明者】

【氏名】シモーネ マッキャニャン

(72)【発明者】

【氏名】ダヴィデ フェデッリ

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２０４４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２６４３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４９１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－００７４３５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４８／００－４８／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

押出機用のスクリューであって、前記スクリュー１は、外部機能化コーティング４によってコーティングされた外面３を有するスクリュー本体２を備え、前記スクリュー本体２はまた、前記外面３と前記外部機能化コーティング４との間に配置された摩耗検出定量化コーティング５によって少なくとも部分的にコーティングされていることを特徴とし、前記摩耗検出定量化コーティング５は、前記外部機能化コーティング４に関して検出可能であり、前記摩耗検出定量化コーティング５は、所定の厚さを有する、スクリュー。

【請求項2】

前記摩耗検出定量化コーティング５は、前記外部機能化コーティング４と視覚的に区別可能である、請求項１に記載のスクリュー。

【請求項3】

前記摩耗検出定量化コーティング５は、前記外部機能化コーティング４の１つとは異なる色である、請求項２に記載のスクリュー。

【請求項4】

前記摩耗検出定量化コーティング５は、１５００ＨＶを超える硬度を有する材料で作製される、請求項１から３の１つ以上に記載のスクリュー。

【請求項5】

前記摩耗検出定量化コーティング５は、フィラー金属、窒化物、炭化物、炭窒化物、結晶材料、およびダイヤモンドから選択される材料から作製される、請求項１から４の１つ以上に記載のスクリュー。

【請求項6】

前記スクリュー本体２と前記摩耗検出定量化コーティング５との間および／または前記摩耗検出定量化コーティング５と前記外部機能化コーティング４との間に配置された相溶化層をも含む、請求項１から５の１つ以上に記載のスクリュー。

【請求項7】

前記摩耗検出定量化コーティング５は、１層、２層、またはそれより多くの層を備える、請求項１から６の１つ以上に記載のスクリュー。

【請求項8】

材料を押し出すための押出装置であって、その本体が外部機能化コーティング４によってコーティングされている複数の構成要素を備え、前記構成要素の少なくとも１つは、押し出し中に前記材料と接触して押し出され、前記構成要素の本体と対応する外部機能化コーティング４との間に配置された摩耗検出定量化コーティング５によって少なくとも部分的にコーティングされ、前記摩耗検出定量化コーティング５は、前記外部機能化コーティング４に対して検出可能であり、前記摩耗検出定量化コーティング５は、所定の厚さを有することを特徴とする、押出装置。

【請求項9】

請求項１から７の１つ以上に記載の少なくとも１つのスクリューと、
前記スクリュー１をスライドさせるように作製された内部凹部を設けるシリンダー本体を設け、前記内部凹部はスクリュー本体２の前記外面３と接触するように適合された内面を有し、前記シリンダーは材料を押し出すための貫通穴を設けた端壁を設ける、シリンダーと、
を備える、請求項８に記載の押出装置。

【請求項10】

前記内部凹部の前記内面は、外部機能化コーティングによってコーティングされている、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記内面は、摩耗検出定量化コーティング５でコーティングされている、請求項９または１０に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、押出機用のスクリュー、および同じスクリューを設けている押出装置を指す。

【背景技術】

【0002】

押出装置は当技術分野で既知であり、さまざまな種類の材料、特にポリマー材料を処理するために工業分野で広く使用されている。

【0003】

通常、押出装置は、シリンダーおよび前者に挿入されたウォームスクリューを備え、スクリューを回転させることにより加工材料をシリンダー底部に向かって前進させることが可能である。そのような底部は、ポリマー材料を突き出す操作スクリューによって、材料の押し出しを得ることを可能にする、貫通穴を有する壁を設けている。通常、スクリューおよびシリンダーは鋼または金属材料で作られている。

【0004】

押出装置の通常の使用中、処理材料の流れに対して移動するすべての部品、特にスクリューとシリンダーは、一般に機械的摩耗（ポリマー材料とスクリューおよびシリンダーの壁との間の摩擦、またはそのような壁の相互摩擦によって算出される）、電気めっきタイプ、化学タイプ（処理材料によって引き起こされる化学腐食によって引き起こされる）、またはそれらの２つまたはすべての組み合わせの摩耗を引き起こす応力を受ける。

【0005】

摩耗は、押出装置の摩耗した部分、特にスクリューおよび／またはシリンダーから剥離し、加工プラスチック材料と混合する鋼または金属粒子の形成によって算出される。これにより、押し出されたプラスチック材料に、鋼または金属の痕跡が望ましくない状態で存在することが明らかになる。

【0006】

ポリマー材料中の鋼または金属の存在はしばしば、たとえ無視できるとしても、例えば押し出された材料が、例えば食品または医療グレードの用途などの生物学的機能に関連する用途に向けられている場合、ポリマー材料の使用によって許容されない。

【0007】

この問題を解決するために、従来技術は、関与する表面が保護されるように、適切に選択された材料によって処理材料（スクリューの外面および／またはシリンダーの内面）と接触するようになる押出装置の部分をコーティングすることを提供し、および／または押し出された製品中の材料自体の痕跡が物体を危険にさらさないようにするために、完成品に接触する材料を生体適合性材料で置き換えることを提供する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、このタイプのソリューションは、コーティングが完全に摩耗すると、いずれにせよ基板が処理された材料にさらされるため、また今日でも摩耗したコーティングの状態を検出することが依然として困難であるため、現場のニーズを完全には満たしていない。実際、そのような検出には、製造工場では容易に利用できない専用の装置またはプロセスを使用する必要がある。

【0009】

また、選択した材料の侵食によってスクリューとシリンダーの表面とに露出領域の存在が生じ、上述のように摩耗の問題が再び発生する時期を予測することも困難である。

【0010】

したがって、本発明の目的は、スクリューおよびシリンダーの摩耗状態を容易に検出することを可能にする、押出機用のスクリューおよび押出装置を提供することである。

【0011】

本発明の別の目的は、スクリューおよびシリンダーの摩耗状態を容易に定量化することを可能にする押出機用のスクリューおよび押出装置を提供することからなる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的および他の目的は、請求項１に記載の押出機用のスクリューによって、および請求項９に記載の押出装置によって満たされる。

【0013】

従属請求項は、本発明の可能な有利な実施形態を定義する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本発明をよりよく理解し、その利点を理解するために、そのいくつかの例示的な非限定的実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。

【図1】図１は、本発明による押出機用スクリューの一部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明による押出機用のスクリューは、参照１により添付の図に示されている。スクリュー１は、本説明の前文に記載されているタイプであり、外部機能化コーティング４でコーティングされた外面３を有するスクリュー本体２を備える（図１）。好ましくは、スクリュー本体２は鋼で作製されているが、当業者に既に知られているように、異なるタイプの一般的な金属材料でも作製され得る。

【0016】

スクリュー本体２の外面３は、外部機能化コーティング４によって少なくとも部分的にコーティングされており、好ましくはそのようなコーティングによって完全にコーティングされている。

【0017】

外部機能化コーティング４は、化学的および物理的相互作用の観点から、押出ポリマー材料および同じものの最終用途と適切な適合性がある、第１の事前に選択された材料で作製されている。その結果、押出ポリマー材料の特性は第１の材料によって変更されず、最終製品に同じ第１の材料の痕跡が存在しても、予測される用途への適合性が損なわれることはないであろう。

【0018】

場合によっては、第１の事前選択された材料は、一緒に混合された２つの物質、押し出された材料およびその将来の用途に適合性のある第１の物質、およびサブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）マーカー機能を有する第２の物質を備える。

【0019】

この場合、外部機能化コーティング４は単層からなる。

【0020】

あるいは、第１および第２の物質を場合によって分離し得る。この場合、外部機能化コーティング４は、図１の例に示されるように、好ましくは相互に接触する２つの分離された層４Ａ、４Ｂを備える。押出機材料およびその将来の用途と適合性のある第１の物質を備える、第１の層４Ａは、押出ステップ中にポリマー材料と接触するようにするために、第２の層４Ｂの外側に配置される。逆に、サブトラクティブマーカーとして機能する第２の物質を備える第２の層４Ｂは、第１の層４Ａの内側、すなわち第１の層４Ａとスクリュー本体２との間に配置される（図１）。

【0021】

本発明によれば、スクリュー本体２はまた、本体２の外面３と外部機能化コーティング４との間に配置された摩耗検出定量化コーティング５によっても少なくとも部分的にコーティングされており、摩耗検出定量化コーティング５は、外部機能化コーティング４に関して、特に、存在する場合、サブトラクティブマーカーに関して、検出可能である。

【0022】

本発明の文脈における「検出可能」という用語は、測定装置または分析プロセスなしで検出を容易に実行できることを意味する。

【0023】

本発明の好ましい実施形態によれば、摩耗検出定量化コーティング５は、外部機能化コーティング４と視覚的に区別可能である。したがって、異なる色を有する２つのコーティングを提供することは特に有利であり、２つの色が他方と間違えられ得ないことがさらに有利である。好ましい実施形態では、摩耗検出定量化コーティング５は黄色または赤色であり、外部機能化コーティング４は黒色または灰色である。２つの色のコントラストにより、外部コーティング４が、少なくとも１つの検出コーティング領域５が露出するまで摩耗すると、この後者は、外部コーティング４の暗色から際立っている黄色または赤色によって即座に区別できる。当然、２つの当該コーティングの色の他の組み合わせが可能である。

【0024】

本発明の有利な態様によれば、摩耗検出定量化コーティング５を設けている材料は、１５００ＨＶを超える硬度を有し、そのため、摩耗が早すぎず、ユーザーがスクリュー本体２の腐食の前にスクリュー１の摩耗を見ることが可能となる。通常、検出定量化コーティング５は、２０００ＨＶの程度の硬度を有する材料で作られているが、しかしながら、より高い硬度、例えば、５０００または６０００ＨＶを有する材料で作られ得る。

【0025】

所定の厚さ、言い換えれば、既知の厚さであるべき、摩耗検出定量化コーティング５を有することも好ましい。したがって、材料の既知の厚さに基づいてスクリュー１の摩耗を評価することが可能である。

【0026】

さらに、外部機能化コーティング４はまた、その摩耗を算出するための所定の（既知の）厚さを備えていることがより有利である。以下において、摩耗がどのように決定されるかを説明する。

【0027】

摩耗検出定量化コーティング５の硬度および／または強度をも知ることにより、コーティングの摩耗をさらに良好に評価することが可能であり、その結果、そのようなコーティングが完全に摩耗するまでの残り時間をより適切に制御できる。したがって、摩耗検出定量化コーティング５の材料は、所定の硬度または所定の強度を有することが好ましく、さらにより好ましくは、そのような材料は、所定の硬度および所定の強度を有するべきである。

【0028】

外部コーティング４が前述の２つの層４Ａ、４Ｂからなる場合、好ましくは、サブトラクティブマーカー（これによって第２の層４Ｂが作られる）は、第１の適合性物質（これによって第１の層４Ａが作られる）のうちの１つの硬度よりも高い硬度を有する。これにより、外部コーティング４の摩耗をより正確に測定することが可能になる。

【0029】

したがって、摩耗検出定量化コーティング５もまた、スクリュー１が経験する摩耗を受け、その結果、それぞれの材料の痕跡が摩耗検出定量化コーティング５に放出されることを理解されたい。結果として、摩耗検出定量化コーティング５材料が、化学的および物理的相互作用の観点から、押出材料およびその将来の使用と不適合でないことが特に有用である。

【0030】

好ましくは、摩耗検出定量化コーティング５が作製される材料は、フィラー材料、窒化物、炭化物、炭窒化物、結晶材料、およびダイヤモンドの中から選択される。フィラー材料は、例えば、フィラーセラミック材料、またはニッケルまたはクロムなどの純金属であり得る。窒化物、炭化物および炭窒化物は、好ましくは、ジルコニウム、タングステン、チタン、アルミニウムまたはシリコンの窒化物、炭化物、または炭窒化物である。しかしながら、それらは他の化学元素に基づき得る。

【0031】

可能な実施形態によれば、スクリュー１は、スクリュー本体２と摩耗検出定量化コーティング５との間、および／または摩耗検出定量化コーティング５と外部機能化コーティング４との間に配置された（接着性）相溶化層をも備える。

【0032】

相溶化層の存在によって、スクリュー本体２および外部機能化コーティング４への、特に図１に示すように機能化コーティング４が２つの層４Ａ、４Ｂからなる場合のサブトラクティブマーカー層４Ｂへの、摩耗検出定量化コーティング５の良好な接着を確実にすることが可能である。相溶化層の存在は、例えば、使用される材料が互いに十分な接着力を有しない場合に必要とされ得る。

【0033】

図１に示される例では、摩耗検出定量化コーティング５は、単層を備える。しかしながら、そのようなコーティングを追加の２層以上、より好ましくは２層または３層で提供することが可能である。

【0034】

２層の場合、スクリュー１の摩耗はより簡単に検出される。３層の場合、スクリュー１の摩耗はより簡単かつ正確に測定される。

【0035】

一般に、厚さが既知である複数の交互の層の存在は、層の厚さをより正確に定量化することを可能にし、したがって、押し出し中に失われるコーティングの量をより正確に測定することを可能にする。

【0036】

２つ以上の層の場合、すべての層で同じである単一の材料を提供すること、または２つ以上の異なる材料を提供することが可能である。そのような２つ以上の層が、例えば異なる色によって（以前に指定された意味で）互いに検出可能であることを提供することも可能である。使用される層は、これらのパラメータが事前に決定されている、言い換えれば既知であるため、互いに等しいまたは異なる硬度、強度および厚さを有し得ると言うことができる。

【0037】

有利なことに、外部機能化コーティング４および摩耗検出定量化コーティング５は、取り外し可能なタイプである。結果として、それらが摩耗している場合は、摩耗したコーティングを取り除き、スクリュー１を新しいコーティングで覆うだけで置き換えられ得る。

【0038】

本発明はまた、前述の少なくとも１つのスクリュー１を備える押出装置と、当該スクリュー１をスライドさせる内部凹部を設けているシリンダー本体を有するシリンダーと、を保護することを意図している。内部凹部は、スクリュー本体２の外面３と接触するように適合された内面を有する。シリンダーは、材料、例えばポリマー材料を押し出すための貫通穴を設けた端壁を設けている。貫通穴は、必要に応じて所定の形状とサイズを有する。

【0039】

また、シリンダーの内部凹部の内面に外部機能化コーティングを施すことも可能である。これは、化学的および物理的相互作用の考慮事項に基づいて、押し出される材料またはその最終機能と適合性のない材料でシリンダーが作られている場合に特に有用である。

【0040】

シリンダーの内部凹部の内面はまた、スクリュー１のコーティングに使用されるものと完全に類似した摩耗検出定量化コーティングによってもコーティングされ得る。

【0041】

内部凹部の内面にも機能化コーティングが施されている場合は、シリンダー本体と機能化コーティングとの間に、結果として押出材と直接接触する摩耗検出定量化コーティングが施される。

【0042】

より一般的には、摩耗検出定量化コーティングによって、押出材料に対して移動し得る押出装置のすべての部分、例えば、押出ヘッド、またはダイまたはモールドをコーティングすることが可能であることが観察される。

【0043】

本発明は、その本体が外部機能化コーティング４によってコーティングされる複数の構成要素を備える、材料を押し出すための押出装置をも保護することを意図し、ここで、押し出し中に当該押出材料と接触することになる当該構成要素の少なくとも１つは、構成要素本体と対応する外部機能化コーティング４との間に配置された摩耗検出定量化コーティング５で少なくとも部分的にコーティングされている。摩耗検出定量化コーティング５は、外部機能化コーティング４に関して検出され得る。

【0044】

機能化コーティング４、摩耗検出定量化コーティング５、およびまた、第１のものに関してこの後者を検出する可能性は、前述のものと完全に類似している。

【0045】

本発明によるスクリュー１および押出装置の操作は、標準的なスクリューおよび押出機の使用と完全に同一である。

【0046】

スクリュー１の摩耗状態は、同じものをシリンダーから引き抜いて目視検査することにより評価される。

【0047】

摩耗検出定量化コーティング５を評価するために、スクリュー１の摩耗を調べ、可能であれば、スクリュー１を使用するための残り時間を算出する。この時間は、摩耗検出定量化コーティング５の材料の硬度、強度、および厚さの関数として算出される。そのような特性はユーザーに既知であるためである。

【0048】

外部機能化コーティング４の摩耗は、摩耗検出定量化コーティング５を観察し、外部機能化コーティング４が存在しないゾーンの面積を測定することによって定量化される。この測定値は、外部機能化コーティング４自体の厚さの量で乗算される。そのような値は既知であることが好ましいためである。このようにして、押し出しステップ中に材料に分散された外部コーティング４の体積が得られる。

【0049】

特定の偶発的ニーズを満たすために、当業者は、添付の特許請求の範囲から外れることなく、多くの追加、変更、または押出機スクリューおよび押出装置の記載された実施形態と動作上同等の他の要素との置換を導入し得る。

【図1】