【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ式混練押出機におけるセグメント式スクリュを構成するスクリュ軸に関し、特に、高耐食材料を肉盛してインボリュートスプラインを形成することにより、耐腐蝕性を改善し、疲労寿命を延ばすための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、合成樹脂原料を溶融混練加工するための単軸あるいは多軸のスクリュ式混練押出機において、シリンダに挿入され回転駆動されるスクリュは、多くの場合、加工条件の異なる合成樹脂原料に対応して容易にスクリュの構成を変更可能なように、また、摩耗損傷した箇所を部分的に交換可能なように、スクリュ軸体と複数個のセグメント化されたスクリュピースとにより構成されるスクリュ軸が採用されている。前記スクリュ軸体は断面が円形の棒状部材であり、回転駆動機との連結端部側の所定長すなわち鍔までを除いて先端まで、全周にわたり多数のインボリュート形状の溝すなわちインボリュートスプラインが、軸方向に直線的に形成されている。
【０００３】
前記スクリュピースは所定長に切断された円筒部材であり、外周表面にスクリュ溝が形成され、内孔の内周には前記インボリュートスプラインに嵌合することができるインボリュートの凸形状が軸方向全長に直線的に形成されている。
【０００４】
近時、スクリュ式混練押出機は、徐々に高性能化され、小型で大容量処理能力を実現するために、スクリュは大きい回転トルクを許容することが要求されている。このような要求に対して、スクリュ軸としてセグメント化されたスクリュピースと組合せて構成することにより、大きい回転トルクに耐えられるように、母材を析出硬化鋼ＳＵＳ６３０として材料自体の強度改善を図ったスクリュがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５６２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセグメント式スクリュを構成するスクリュ軸は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、混練溶融された合成樹脂原料は金属材料に対して腐食性があり、他方において、金属材料には腐蝕に対する疲労限界は無く、腐蝕性環境の中で連続的に掛る応力に対する強度すなわち寿命が短くなっていた。スクリュ式混練押出機において合成樹脂原料の溶融混練工程を受持つ複数のニーディングスクリュピースからなるニーディング部では、強力な混練作用によりスクリュ軸に多大な曲げ応力が掛る。従って、スクリュ軸のニーディング部では、高温状態の厳しい腐食性環境の中で回転トルクによる捻り応力と混練作用による曲げ応力とが同時に継続的に掛り、短い寿命で回転曲げ腐蝕疲労破壊が起って折損することになることがあった。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、特に、高耐食材料を肉盛してインボリュートスプラインを形成することにより、耐腐蝕性を改善し、疲労寿命を延ばすようにしたスクリュ軸を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクリュ軸は、押出機のスクリュ軸体に複数個のセグメント化されたフィードフライトスクリュピースとニーディングスクリュピースとを設けたスクリュ軸において、前記スクリュ軸体の少なくとも前記ニーディングスクリュピースを設けるニーディング軸部の外周に高耐食材料を肉盛してインボリュートスプラインを形成した構成であり、また、前記高耐食材料はインコネル又はハステロイよりなる構成である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるスクリュ軸の好適な実施の形態について説明する。
図１において、符号１で示されるものはスクリュ式二軸混練押出機用の２本のセグメント式のスクリュ軸であり、各スクリュ軸１のインボリュートスプライン構成のスクリュ軸体２には、セグメント形式のフィード部３を構成する複数のフィードフライトスクリュピース４が挿入して設けられ、ニーディング部５には複数のニーディングスクリュピース６が設けられ、その下流には複数のスクリュピース７及びキャップ８が設けられている。図２において、前記スクリュ軸体２はほぼ円柱形状の棒状部材であり、上流側（図２の左側）に鍔１０が設けられ、この鍔１０の下流側（図２の右側）にはニーディングスクリュピース６を設けるためのニーディング軸部１１が形成され、この鍔１０から先端２ａの全長において、その全周にわたり多数のインボリュート形状の溝すなわちインボリュートスプライン２０が、軸方向に直線的に形成されている。尚、図２ではニーディング軸部１１のみを断面で示している。
【００１０】
前記各スクリュピース４、６、７は円筒状に形成され、前記インボリュートスプライン２０に嵌合することができるインボリュートの凸形状が軸方向全長に直線的に形成されている。
【００１１】
前記スクリュ軸体２においては、図２、図４及び図５に示すように、少なくとも前記ニーディング軸部１１の範囲、あるいはその上流または下流の部分を含めた領域において、高耐食材料３０を肉盛して高耐食性の前記インボリュートスプライン２０を形成する。すなわち、前記インボリュートスプライン２０の溝深さを従来よりもやや深めとした後、従来と同じ深さまで高耐食材料３０を肉盛して形成している。その後、前記インボリュートスプライン２０を二次加工して仕上げている。尚、スクリュ軸体２の母材料としては機械的強度の高い析出硬化鋼ＳＵＳ６３０を採用し、高耐食材料３０としては周知のインコネル又はハステロイ等が採用される。尚、この肉盛をする領域は、ニーディング軸部１１に形成されればよく、明らかに応力の集中しない単なる送り部分には必要としないことが判明した。
【００１２】
以上のように構成されたスクリュ軸体２と各スクリュピース４、６、７とにより構成されるスクリュ軸１は、合成樹脂原料の溶融混練工程において、スクリュ軸１に作用する捻り応力および曲げ応力に対して母材の機械的強度が対応し、腐食性環境に対して肉盛された高耐食材料３０の耐腐食性が対応する。尚、以上において、図１に示すスクリュ式二軸混練押出機用セグメント式スクリュ１について説明したが、本発明の技術は、二軸に限定されるものではなく、単軸あるいは多軸のスクリュ式混練押出機についても、何ら限定されること無く適用され得るものである。
【００１３】
実施例
本発明によるスクリュ軸１の回転曲げ腐蝕疲労試験の結果を従来のスクリュ軸の場合と比較して図６に示す。すなわち、母材を析出硬化鋼ＳＵＳ６３０とし、耐腐蝕材料としてインコネルを肉盛溶接した本発明によるスクリュ軸１と従来の析出硬化鋼ＳＵＳ６３０のみのスクリュ軸とについて、１％塩酸を滴下する腐蝕環境下における回転曲げ腐蝕疲労試験を実施した。なお、比較のために、析出硬化鋼ＳＵＳ６３０のみの従来のスクリュ軸について、腐食性の無い大気中における試験を行った。曲げ応力３Ｍｐａにおいて、従来のスクリュ軸では繰返し数が８．Ｅ＋０５であったが、本発明によるスクリュ軸２では３．Ｅ＋０６を記録し、従来と比較して３倍以上の繰返し回数すなわち疲労強度が得られた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によるスクリュ軸は以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、スクリュ軸のスクリュ軸体の少なくともニーディング軸部の外周にインコネル又はハステロイ等の高耐食材料を肉盛して構成していることにより、スクリュ軸の耐腐食性が従来よりも大幅に改善され、疲労寿命を大幅に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスクリュ軸を適用したスクリュ式二軸混練押出機用セグメント式スクリュの平面図である。
【図２】図１におけるスクリュ軸のスクリュ軸体を一部断面として示す平面図である。
【図３】図１における矢視Ａ−Ａの断面図である。
【図４】図３の要部の拡大図である。
【図５】図４のＢ部の拡大図である。
【図６】本発明によるスクリュ軸および従来のスクリュ軸における回転曲げ腐蝕疲労試験の結果を示す線図である。
【符号の説明】
１ スクリュ軸
２ スクリュ軸体
４ フィードフライトスクリュピース
６ ニーディングスクリュピース
２０ インボリュートスプライン
３０ 高耐食材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw shaft constituting a segment type screw in a screw type kneading extruder, and in particular, for improving corrosion resistance and extending fatigue life by forming an involute spline by building up a high corrosion resistance material. Concerning new improvements.
[0002]
[Prior art]
In general, in a single-screw or multi-screw screw kneading extruder for melt-kneading synthetic resin raw materials, the screw inserted into a cylinder and driven to rotate is often compatible with synthetic resin raw materials having different processing conditions. A screw shaft composed of a screw shaft body and a plurality of segmented screw pieces so that the configuration of the screw can be easily changed, and a part where wear damage has occurred can be partially replaced. It has been adopted. The screw shaft body is a rod-shaped member having a circular cross section, and a plurality of involute-shaped grooves, i.e., involute splines, are arranged on the entire circumference up to the tip except for a predetermined length on the connecting end side with the rotary drive, i.e., the flange. It is formed linearly in the direction.
[0003]
The screw piece is a cylindrical member cut to a predetermined length, a screw groove is formed on the outer circumferential surface, and the convex shape of the involute that can be fitted to the involute spline is formed on the inner circumference of the inner hole in the entire axial length. It is formed linearly.
[0004]
Recently, screw-type kneading extruders have been gradually improved in performance, and in order to realize a small capacity and a large capacity, it is required that the screw allow a large rotational torque. In response to such a demand, by combining with a segmented screw piece as a screw shaft, the strength of the material itself is improved by using a precipitation hardening steel SUS630 as a base material so that it can withstand a large rotational torque. There exists a screw (for example, refer patent document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-15627
[Problems to be solved by the invention]
Since the screw shaft which comprises the conventional segment type screw was comprised as mentioned above, the following subjects existed. That is, the kneaded and melted synthetic resin raw material is corrosive to the metal material. On the other hand, the metal material has no fatigue limit against corrosion, and has a strength against a stress continuously applied in a corrosive environment, that is, a lifetime. It was getting shorter. In a kneading section composed of a plurality of kneading screw pieces that take charge of a melt kneading process of a synthetic resin raw material in a screw kneading extruder, a great bending stress is applied to the screw shaft due to a strong kneading action. Therefore, at the kneading part of the screw shaft, the torsional stress due to the rotational torque and the bending stress due to the kneading action are continuously applied in a severe corrosive environment at a high temperature, and rotational bending corrosion fatigue failure occurs in a short life. Sometimes broke.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in particular, by improving the corrosion resistance and extending the fatigue life by forming an involute spline by overlaying a high corrosion resistance material. An object of the present invention is to provide a screw shaft.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A screw shaft according to the present invention includes a screw shaft provided with a plurality of segmented feed flight screw pieces and a kneading screw piece on a screw shaft body of an extruder, wherein at least the kneading screw piece of the screw shaft body is provided. A high corrosion-resistant material is built up on the outer periphery of the kneading shaft to be formed to form an involute spline, and the high corrosion-resistant material is made of Inconel or Hastelloy.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a screw shaft according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes two segment-type screw shafts for a screw-type twin-screw kneading extruder. Each screw shaft 1 having an involute spline configuration has a segment type screw shaft. A plurality of feed flight screw pieces 4 constituting the feed portion 3 are inserted and provided, a plurality of kneading screw pieces 6 are provided in the kneading portion 5, and a plurality of screw pieces 7 and a cap 8 are provided downstream thereof. Is provided. In FIG. 2, the screw shaft body 2 is a substantially cylindrical rod-like member, and a flange 10 is provided on the upstream side (left side in FIG. 2), and kneading is provided on the downstream side (right side in FIG. 2) of the flange 10. A kneading shaft portion 11 for providing the screw piece 6 is formed, and a large number of involute-shaped grooves, that is, involute splines 20 are formed linearly in the axial direction over the entire circumference from the flange 10 to the entire length of the tip 2a. ing. In FIG. 2, only the kneading shaft 11 is shown in cross section.
[0010]
Each of the screw pieces 4, 6, 7 is formed in a cylindrical shape, and the convex shape of the involute that can be fitted to the involute spline 20 is linearly formed in the entire axial length.
[0011]
In the screw shaft 2, as shown in FIGS. 2, 4, and 5, the high corrosion resistance material 30 is placed in the meat at least in the range of the kneading shaft portion 11 or in the region including the upstream or downstream portion thereof. The involute spline 20 having high corrosion resistance is formed. That is, after making the groove depth of the involute spline 20 slightly deeper than before, the high corrosion resistant material 30 is built up to the same depth as the conventional one. Thereafter, the involute spline 20 is finished by secondary processing. Note that precipitation hardened steel SUS630 having a high mechanical strength is used as the base material of the screw shaft body 2, and well-known Inconel or Hastelloy is used as the high corrosion resistance material 30. It has been found that the area to be built up may be formed in the kneading shaft portion 11 and is not necessary for a mere feed portion where the stress is not clearly concentrated.
[0012]
The screw shaft 1 constituted by the screw shaft body 2 and the screw pieces 4, 6, 7 configured as described above has a twisting stress and a bending stress acting on the screw shaft 1 in the melt-kneading process of the synthetic resin raw material. Corresponds to the mechanical strength of the base material, and corresponds to the corrosion resistance of the highly corrosion resistant material 30 built up against the corrosive environment. In the above description, the segment type screw 1 for the screw type biaxial kneading extruder shown in FIG. 1 has been described. However, the technology of the present invention is not limited to the biaxial type, and the single type or multiaxial type screw type. The kneading extruder can also be applied without any limitation.
[0013]
EXAMPLE FIG. 6 shows the results of a rotary bending corrosion fatigue test of the screw shaft 1 according to the present invention in comparison with the conventional screw shaft. That is, in a corrosive environment in which 1% hydrochloric acid is added dropwise to the screw shaft 1 according to the present invention in which the base material is precipitation hardened steel SUS630 and Inconel is overlay welded as a corrosion resistant material and the screw shaft of conventional precipitation hardened steel SUS630 alone. Rotational bending corrosion fatigue test was conducted. For comparison, a conventional screw shaft made only of precipitation hardened steel SUS630 was tested in a non-corrosive atmosphere. With a bending stress of 3 Mpa, the conventional screw shaft has a repetition rate of 8. E + 05, but in the screw shaft 2 according to the present invention, 3. E + 06 was recorded, and the number of repetitions, that is, fatigue strength, three times or more compared with the conventional one was obtained.
[0014]
【The invention's effect】
Since the screw shaft according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained. In other words, the corrosion resistance of the screw shaft is greatly improved compared to the previous model by building up a high corrosion resistance material such as Inconel or Hastelloy on the outer periphery of at least the kneading shaft of the screw shaft. The fatigue life can be greatly extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a segment type screw for a screw type twin-screw kneading extruder to which a screw shaft according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view showing a part of the screw shaft body of the screw shaft in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
4 is an enlarged view of a main part of FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged view of a portion B in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the results of a rotary bending corrosion fatigue test on a screw shaft according to the present invention and a conventional screw shaft.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screw shaft 2 Screw shaft body 4 Feed flight screw piece 6 Kneading screw piece 20 Involute spline 30 High corrosion resistance material