特許 7603812 多重スクリュー押出機用の押出スクリュー

(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】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】多重スクリュー押出機用の押出スクリュー

(51)【国際特許分類】

   B29C 48/435 20190101AFI20241213BHJP

   B29B 7/46 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

B29C48/435

B29B7/46

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023529125

(86)(22)【出願日】2021-11-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-29

(86)【国際出願番号】 DE2021100910

(87)【国際公開番号】W WO2022105963

(87)【国際公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-06-20

(31)【優先権主張番号】102020130368.8

(32)【優先日】2020-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】514054214

【氏名又は名称】グノイス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｎｅｕｓｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｍｏｅｎｉｃｈｈｕｓｅｎ ４２， Ｄ－３２５４９ Ｂａｄ Ｏｅｙｎｈａｕｓｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル グノイス

(72)【発明者】

【氏名】デトレフ グノイス

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン グノイス

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５２０８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６８９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０９９６８４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４８／４３５

Ｂ２９Ｂ ７／４６

Ｆ１６Ｃ １７／０２

Ｆ１６Ｃ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多重スクリュー押出機（２００）用の押出スクリュー（１００）であって、少なくとも、
－流入計量部（３０）と、
－前記流入計量部（３０）に比べて直径が拡径されていて、複数のサテライトスクリュー（２０）を有するロータ本体（５０）と
を含み、前記サテライトスクリュー（２０）は、少なくともその長さの一部にわたり露出した状態で前記ロータ本体（５０）の外周に配置されており、
前記流入計量部（３０）と前記ロータ本体（５０）との間には、円錐部（１１）と、前記円錐部（１１）に続く駆動ゾーンとが形成されており、前記駆動ゾーンにおいて前記サテライトスクリュー（２０）はそれぞれ駆動ピニオン（２１）を介して、前記ロータ本体（５０）に設けられた外側歯列、またはステータリング（２４４）または前記多重スクリュー押出機（２００）の押出機ハウジング（２４０）の内壁に設けられた内側歯列に噛み合っている、押出スクリュー（１００）において、
前記駆動ピニオン（２１）用の少なくとも２つの隣り合う溝（１５）の間に、それぞれ周方向において閉じられた少なくとも１つの周流通路（１３）が形成されており、前記周流通路（１３）は、前記円錐部（１１）に設けられた入口開口（１２）から、流れ方向において前記駆動ピニオン（２１）の下流側に配置された出口開口（１４）まで延びていることを特徴とする、押出スクリュー（１００）。

【請求項2】

前記駆動ゾーンは、前記サテライトスクリュー（２０）の前記駆動ピニオン（２１）を備えた端部区間が支持される支持軸受部材（１０）に形成されており、
前記周流通路（１３）の前記出口開口（１４）は、前記支持軸受部材（１０）の端部には位置しておらず、前記周流通路（１３）は、前記駆動ピニオン（２１）が達するのとほぼ同じ距離だけ、軸線方向に延びていることを特徴とする、請求項１記載の押出スクリュー（１００）。

【請求項3】

前記支持軸受部材（１０）は、各サテライトスクリュー（２０）につき、前記駆動ピニオン（２１）を支持する各１つの溝（１５）および／または前記サテライトスクリュー（２０）の端部側に取り付けられた軸受段部または軸受を支持する軸受支持部（１６）を有していることを特徴とする、請求項２記載の押出スクリュー（１００）。

【請求項4】

前記支持軸受部材（１０）は、前記ロータ本体（５０）に続き、前記支持軸受部材（１０）の前記溝（１５）は、それぞれ前記ロータ本体（５０）に設けられた溝（５２）に続いており、
前記ロータ本体（５０）は、前記溝（５２）の間にそれぞれ、主スクリューウェブ（５１）の部分を有しており、
前記周流通路（１３）は、それぞれ、その長さの少なくとも一部にわたり管状に形成されており、前記円錐部（１１）に設けられた入口開口（１２）から、流れ方向において前記駆動ピニオン（２１）の下流側に配置され、かつ前記サテライトスクリュー（２０）に設けられたウェブ（２２）および前記主スクリューウェブ（５１）の流入領域内に位置する出口開口（１４）まで延びていることを特徴とする、
請求項３記載の押出スクリュー（１００）。

【請求項5】

前記周流通路（１３）は、三角形または台形の横断面を備えて形成されており、前記横断面において、前記三角形の頂点もしくは前記台形の短辺は、前記支持軸受部材（１０）の中心線の方に向いており、反対側に位置する基部は、前記支持軸受部材（１０）の外周面に配置されていることを特徴とする、請求項４記載の押出スクリュー（１００）。

【請求項6】

前記支持軸受部材（１０）の外周面に、前記サテライトスクリュー（２０）毎に少なくとも１つの半径方向の孔が設けられており、前記孔は前記駆動ピニオン（２１）用の前記溝（１５）または前記軸受支持部（１６）にまで延びていることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか１項記載の押出スクリュー（１００）。

【請求項7】

多重スクリュー押出機（２００）であって、少なくとも請求項１から６までのいずれか１項記載の押出スクリュー（１００）が回転可能に支持されている押出孔（２４１）を備えた押出機ハウジング（２４０）を少なくとも有していることを特徴とする、多重スクリュー押出機（２００）。

【請求項8】

多重スクリュー押出機（２００）であって、少なくとも、
－押出孔（２４１）を備えた押出機ハウジング（２４０）と、
－流入計量部（３０）と、前記流入計量部（３０）に比べて直径が拡径されていて、複数のサテライトスクリュー（２０）を有するロータ本体（５０）とを備えた、前記押出孔内に回転可能に支持された押出スクリューと
を含み、前記サテライトスクリュー（２０）は、少なくともその長さの一部にわたり露出した状態で前記ロータ本体（５０）の外周に配置されており、
前記流入計量部（３０）と前記ロータ本体（５０）との間には、円錐部（１１）と、前記円錐部（１１）に続く駆動ゾーンとが形成されており、前記駆動ゾーンにおいて前記サテライトスクリュー（２０）はそれぞれ駆動ピニオン（２１）を介して、ステータリング（２４４）または前記押出機ハウジング（２４０）の内壁に設けられた内側歯列に噛み合っている、多重スクリュー押出機（２００）において、
前記駆動ゾーンの領域のハウジング壁内で、少なくとも２つの隣り合う駆動ピニオンの間に、それぞれ少なくとも１つの周流通路が形成されており、前記周流通路は、長手方向に見て前記内側歯列の上流側に配置された入口開口から、前記内側歯列の下流側に配置された出口開口まで延びていることを特徴とする、多重スクリュー押出機（２００）。

【請求項9】

前記周流通路は、前記駆動ゾーンにおいて前記押出孔（２４１）に挿入されたステータリング（２４４）および／または止め輪（２４５）に形成されていることを特徴とする、請求項８記載の多重スクリュー押出機（２００）。

【請求項10】

前記駆動ゾーン内の前記押出スクリュー（１００）の外周面と、前記押出孔（２４１）の内周面との間に環状ギャップが形成されており、前記環状ギャップの半径方向幅は最大５ｍｍであることを特徴とする、請求項８から９までのいずれか１項記載の多重スクリュー押出機（２００）。

【請求項11】

前記駆動ゾーン内の前記押出スクリュー（１００）の前記外周面と、前記押出孔（２４１）の前記内周面との間に環状ギャップが形成されており、前記環状ギャップの横断面積は、全ての前記周流通路（１３）の横断面積の和の最大２０％であることを特徴とする、請求項１０記載の多重スクリュー押出機（２００）。

【請求項12】

前記内側歯列は、前記駆動ゾーンにおいて前記押出孔（２４１）内に挿入されたステータリング（２４４）に形成されており、長手方向において前記ステータリング（２４４）の上流側には、前記環状ギャップを画定する止め輪（２４５）が取り付けられている、請求項１０または１１記載の多重スクリュー押出機（２００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の特徴を備えた、多重スクリュー押出機用の押出スクリューに関する。

【0002】

プラスチック溶融物、特にポリエステルのコンディショニングには、国際公開第２００３０３３２４０号に基本的に記載されたマルチローテーションシステム（ＭＲＳ）が有利であるということが判った。マルチローテーションシステムは、押出スクリューを含み、押出スクリューは、プラスチックを引き込んで溶融させる導入ゾーンと送出ゾーンとの間に、ロータ本体軸を備えた、いわゆる多重回転ユニットを有している。ロータ本体軸は、その他のゾーンに比べて大幅に拡径された直径と、さらに、複数の回転するサテライトスクリューとを有している。マルチローテーションシステムにより、シングルスクリューシステムやダブルスクリューシステムに比べ、脱気性能の大幅な向上が達成される。それゆえ、多重回転ユニット内での溶融物の滞留時間を極めて短くすることができる。周知の駆動構想は、脱気用に設けられた処理空間内に位置するサテライトスクリュー用の駆動ゾーンを想定している。計量ゾーンから移動した溶融物は、駆動ゾーンを通って案内される。いくつかの用途では、そこに生じる剪断を介して行われるエネルギ導入が有利であり得る。なぜならば、このエネルギ導入は、プラスチック溶融物の均質化を促進するからである。他方において駆動ゾーン内でのポリマーの剪断は、製品特性にとって不都合な場合がある。

【0003】

よって、本発明の課題は、ＭＲＳシステム用もしくはＭＲＳシステムが装備された多重スクリュー押出機用の押出スクリューを改良して、押出スクリューにより処理されるポリマーに剪断が及ぼす影響をより少なくすることにある。

【0004】

本発明による解決手段は、請求項１記載の特徴を備えた押出スクリューもしくは請求項６または７記載の特徴を備えた多重スクリュー押出機にある。

【0005】

本発明では、溶融物流の主な部分が駆動ゾーンにおいて、サテライトスクリューを駆動するピニオンを介して案内されるのではなく、サテライトスクリュー用の支持軸受部材の内部に形成され、ピニオンの傍らを通る閉じられた周流通路内を案内される。このことから、溶融物が剪断により加熱されることはない、という利点が生じる。例えばＰＥＴの処理では、溶融物が完全には可塑化されておらず、ひいては比較的低温であると有利であり、これにより、既に導入領域での溶融物の過度の減少を回避することができる。

【0006】

押出スクリュー自体に関しては、溶融物の汚染時の、押出スクリューの損傷の危険が低下させられる、ということが別の利点として生じる。スクリューは、ピニオンの前後の滑り軸受ブシュにおいて支持され得る。

【0007】

この支持により、ピニオンの歯先が支持軸受部材の溝の底部に接触することが回避される。これにより、生じ得る摩耗が回避されることになる。

【0008】

周流通路の有効性に関して重要なのは、押出スクリューにより搬送されて処理されるポリマーの体積流の主要部分が駆動ゾーンを通って案内されないようにするために、周流通路を十分大きく選択するという点である。導入スクリューにおける完全には可塑化されていない材料が通路を詰まらせ、大幅な圧力低下を招くことを防ぐためには、十分な横断面も重要である。両方とも、導入部の終端に高い圧力ヘッドひいては大幅に高くなるエネルギ導入を生ぜしめ、これにより、溶融物が損なわれることになる。

【0009】

具体的には、通路は任意の寸法において少なくとも５ｍｍ、好適には８ｍｍ～１０ｍｍの開放横断面を提供することが望ましい。

【0010】

本発明の第２の解決手段は、周流通路が、歯列の外側を取り囲んで案内される、つまり、押出機ハウジングの壁および／またはステータリングに形成される、ということにある。

【0011】

支持軸受部材の外面とハウジング内の押出孔の内面との間の環状ギャップは、好適には１ｍｍ～３ｍｍかつ最大５ｍｍの半径方向幅を有していることが望ましい。例えば１３０ｍｍの直径の場合には、１．６ｍｍ～２．０ｍｍの環状ギャップが設定される。

【0012】

好適には、駆動ゾーン内の押出スクリューの外周面と、押出孔の内周面との間に環状ギャップが形成されており、この環状ギャップの横断面積は、全ての周流通路の横断面積の和の最大２０％であるように、幾何学形状が設定されている。よって、はるかに多くの量が、周流通路を介してピニオンの傍らを通って案内されることになる。

【0013】

これにより、少量の体積流のみが外周を介して流れ、これにより、ポリマーが駆動ゾーンにおいて潤滑剤として働くことができるのに対し、体積流の大部分は各周流通路に分散され、ひいては駆動ゾーンにおいて剪断を被ることがない、ということが予め設定される。さらに、環状ギャップの大きさが小さく選択され、これにより、歯列の重大な機械的損傷につながる恐れがある大きさを有する溶融物流内の異物が引きとめられると有利である。

【0014】

以下に、１つの実施例に基づき図面を参照して本発明をより詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】押出スクリューの各構成部材を示す斜視図である。

【図2】サテライトスクリュー支持体部材を示す斜視図である。

【図3】押出スクリューの各構成部材を示す斜視図である。

【図4】多重スクリュー押出機の各構成部材を示す側方断面図である。

【図5】多重スクリュー押出機の各構成部材を示す斜視断面図である。

【0016】

図１には、多重スクリュー押出機用の押出スクリューの各構成部材が斜視図で示されており、しかもここでは、スクリューウェブ３１を備えた流入計量部３０と、複数のサテライトスクリュー２０を備えた多重スクリュー部との間の移行領域が示されている。流入計量部３０と多重スクリュー部との間には、円錐部１１が形成されており、円錐部１１において、押出スクリューの直径が流動方向に拡径している。円錐部１１は、支持軸受部材１０の一部である。支持軸受部材１０には、複数のサテライトスクリュー２０のピニオン２１を備えた各端部区間が支持されている。隣り合うピニオン２１の間にはそれぞれ、支持軸受部材１０の細長い軸線方向部分が設けられており、軸線方向部分内には、周方向において閉じられた管状の周流通路１３が形成されている。周流通路１３は、円錐部１１に設けられた入口開口１２から、押出スクリューの軸線方向に見てピニオン２１の下流側に配置された出口開口１４まで延びている。

【0017】

図２は、支持軸受部材１０を裏側から見た斜視図である。支持軸受部材１０は、ピニオンを支持する溝１５を、各サテライトスクリューにつき１つ有しており、かつサテライトスクリューまたはピニオンの軸受段部を挿入可能な凹部としての軸受支持部１６をヘッドの手前に有している。ピニオン等のサテライトスクリューの支承部の潤滑は、押出スクリューにより搬送されるポリマーを介して行われる。軸受支持部１６は、円錐部を介した流れにより潤滑されているため、それぞれ軸受支持部１６にまで延びる複数の孔１７が設けられている。

【0018】

図２では、管状の周流通路１３の三角形もしくは台形の横断面が明確に認められる。三角形の横断面の頂点もしくは台形の短辺が中心軸線の方に向いておりかつ三角形の幅広の基部が外周面に位置していることにより、溝１５の間のスペースが、ピニオン用に最適に利用される。周流通路１３の出口開口１４は、それぞれ支持軸受部材１０の端部には位置しておらず、むしろ周流通路１３は、ピニオンが達するのとほぼ同じ距離だけ、軸線方向に延びている。

【0019】

この配置の利点は、図３から明らかである。そこには流入計量部３０と、サテライトスクリュー支持体部材１０と、サテライトスクリュー２０とを備えた押出スクリューが斜視図で示されている。追加的に、サテライトスクリュー支持体部材１０に続くロータ本体５０の一部が示されている。支持軸受部材１０の溝１５は、それぞれロータ本体５０に設けられた溝５２に続いている。溝５２内にはサテライトスクリュー２０が案内されており、この場合、サテライトスクリュー２０は、外面が露出した状態で位置している。ロータ本体５０は、各溝５２の間にそれぞれ、固有の主スクリューウェブ５１の部分を有している。出口開口１４が、支持軸受部材１０の端部にまでは到達していないことにより、出口開口１４から流出する溶融物は、すぐに横方向において、サテライトスクリューに設けられたウェブ２２および主スクリューウェブ５１の流入領域内へ流入する。

【0020】

図４には、多重スクリュー押出機２００の各構成部材が側方断面図で示されている。図示されているのは、図３に示したのと同じ押出スクリュー軸１００の区間であり、押出スクリュー軸１００は、押出孔２４１を備えた押出機ハウジング２４０内に回転可能に支持されている。押出機ハウジング２４０は、円錐部１１を支持するハウジング部分２４２と、押出スクリューの流入計量部３０を支持するために減径された直径を備えたハウジング部分２４３とを有している。

【0021】

駆動ゾーンでは、ステータリング２４４が押出孔２４１内に挿入されており、ステータリング２４４は、サテライトスクリュー２０のピニオン２１が噛み合う内側歯列を有している。さらに、止め輪２４５が挿入されており、これにより、この位置でハウジング内壁と押出スクリュー１００の外周面との間の環状ギャップを制限すると共に、その幅を調整することができるようになっている。

【0022】

図５には、多重スクリュー押出機２００が改めて斜視断面図で示されている。多重スクリュー押出機２００は、脱気押出機として形成されている。したがって押出機ハウジング２４０には、別のハウジング構成部材２４２，２４３の他に、さらに接続フランジ２４７が含まれており、接続フランジ２４７には、吸引開口２４８が含まれている。吸引開口２４８は、主スクリューウェブ５１の始端に配置されており、すなわち、プラスチック溶融物が、円錐部１１の扇状展開部の下流側で既に脱気され得る。別の吸引開口が下流側に接続していてもよい。

【0023】

流入計量部３０から円錐部１１を経て周流通路１３を通るプラスチック溶融物の経路が破線矢印により示されている。つまり、プラスチック溶融物の大部分が、サテライトスクリュー２０のピニオン（ここでは見えなていない）が噛み合う歯列を備えたステータリング２４４の傍らを通って流れる、ということが認められる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】