二軸スクリュー押出機の種類

ツイン スクリュー エクストルーダーは、プラスチック、食品、医薬品などの材料を混合、配合、押し出すためにさまざまな業界で使用されている重要な装置です。ツイン スクリュー エクストルーダーは多用途であるため、現代の製造業では欠かせない装置となっています。ただし、すべてのエクストルーダーが同じように作られているわけではありません。さまざまなタイプがあり、それぞれが特定のニーズに適しています。

この記事では、さまざまなタイプのツインスクリュー押出機とその独自の機能について説明します。

ネジ構成による分類 
スクリューの構成に基づいて、二軸スクリュー押出機は平行二軸スクリュー押出機と円錐二軸スクリュー押出機に分類できます。平行二軸スクリュー押出機では、スクリューは全長にわたって互いに平行です。円錐二軸スクリュー押出機では、スクリューは先細りになっており、直径は供給端からダイ端に向かって徐々に小さくなります。

平行二軸スクリュー押出機
平行二軸スクリュー押出機は、全長にわたって同じ直径のスクリューを備えています。ポリオレフィン (PE や PP など)、ナイロン、PC、ポリエステルなどの材料の加工によく使用されます。

Advantages
L/D 比の適応性は、平行二軸スクリュー押出機の長所です。成形条件の変化に応じて L/D 比を増減して調整できるため、プラスチック加工技術の要件を満たすことができます。この柔軟性により、平行二軸スクリュー押出機の用途範囲が広がります。これは、円錐形二軸スクリュー押出機では実現が難しいことです。

短所：
2 つのスクリュー間の中心距離が狭く、利用できるスペースが限られているため、平行二軸スクリュー押出機の駆動ギアボックスでは、2 つの出力シャフトと関連する駆動ギアを支えるラジアル ベアリングとスラスト ベアリングに大きな課題が生じます。

設計者の努力にもかかわらず、支持力が限られている、ギアの係数と直径が小さい、2 本のスクリューの末端の直径が小さいなどの実際の問題を解決することは依然として困難であり、その結果、ねじり容量が明らかに不足しています。出力トルクが限られており、支持力が著しく低下していることは、並列 2 軸スクリュー押出機の顕著な欠点です。

円錐型二軸押出機
円錐型二軸スクリュー押出機は、スクリューの供給端の直径が大きく、ダイ端の直径が小さくなっています。これらの押出機は主に PVC の処理に使用され、その独自の設計は特定の材料要件に合わせて最適化されています。

Advantages
2 つの円錐ねじは、バレルに挿入されたときに軸が斜めになるように水平に配置されています。シャフト間の距離が狭い端から広い端に向かって徐々に広がるため、駆動ギアボックスは 2 つの出力シャフト間の中心距離を大きくすることができます。この配置により、ギア、ギア シャフト、ラジアル ベアリング、スラスト ベアリングを取り付けるための十分なスペースが確保され、伝達効率が向上します。

この柔軟な設計により、高トルク伝達に耐えられるサイズのシャフトを備えた大型のラジアル ベアリングとスラスト ベアリングを取り付けることができます。その結果、円錐型 2 軸スクリュー押出機は、高動作トルクや負荷容量など、平行型 2 軸スクリュー押出機とは異なる重要な機能を備えています。

デメリット
円錐型二軸スクリュー押出機の欠点は、スクリューの直径が長さに応じて異なるため、適応性が限られており、均一な材料処理を実現するのが困難になる可能性があることです。さらに、設計が複雑で、建設コストが高くなる可能性があることも考慮すべき要素です。

2つのタイプの類似点
どちらも強制プラスチック推進機構、優れた混合・可塑化能力、脱水能力を有しており、材料やプラスチック製品の成形工程への適応性は基本的に同じです。

2つのタイプの違い
● 直径: 平行ツインスクリューの直径は同じですが、円錐ツインスクリューの小端と大端の直径は異なります。
● 中心距離: 平行ツインスクリュー間の中心距離は同じですが、円錐ツインスクリューの軸は角度を形成し、軸に沿って中心距離の寸法が異なります。
● L/D 比: 平行ツインスクリューの L/D 比 (L/D) は、スクリューの有効長さと外径の比です。一方、円錐ツインスクリューの L/D 比は、スクリューの有効長さと大端と小端の直径の平均の比です。

平行二軸スクリュー押出機と円錐二軸スクリュー押出機の最大の違いはスクリューバレルの形状にあり、さまざまな構造上および性能上の違いが生じていることがわかります。これら 2 種類の押出機にはそれぞれ独自の特徴がありますが、それぞれに独自の利点があります。

ツインスクリューの回転方向による分類
二軸スクリュー押出機は、スクリューの回転方向によって同方向回転型と逆方向回転型に分類されます。

共回転二軸押出機
共回転二軸押出機には、同じ方向に回転する 2 つのスクリューがあります。これらの機械は、材料の混合と配合に効果的です。幅広い粘度と配合に対応できるため、共回転押出機はポリマー ブレンド、マスターバッチ、反応押出アプリケーションの処理に最適です。優れた自己洗浄および搬送特性を備えているため、添加剤が材料全体に均一に分散および分配されます。

同方向回転二軸押出機の利点:
● 強化された混合: 相互に噛み合うスクリューとカスタマイズ可能なスクリュー要素により、単軸スクリュー押出機を超える混合の強度と品質の正確な制御が可能になります。
● 処理の柔軟性: 計量フィードによりスループットを独立して制御できるため、1 台のマシンで複数の処理機能を実現できます。
● 制御された処理パラメータ: 狭い滞留時間分布と正確な温度制御により、せん断時間温度プロファイルが改善され、一貫した製品品質が実現します。
● 効率的な生産: 容積搬送により、最小限のダウンタイムで幅広い材料を処理できます。
● コスト効率: 一貫した品質で幅広い最終製品を生産できる高い柔軟性と生産性を備え、スクリューの摩耗はスクリュー速度を調整することで補正できます。

回転するスクリューの連動動作に基づいて、共回転二軸スクリュー押出機は、噛み合い共回転二軸スクリュー押出機と非噛み合い共回転二軸スクリュー押出機にさらに分類できます。

連動型同方向回転二軸押出機
連動型共回転ツインスクリュー押出機では、スクリューが回転すると互いにロックまたは噛み合うため、材料の処理と搬送の効率が向上します。この設計により、押出機の分散混合能力が向上し、ポリマーマトリックス内の添加剤と充填剤の完全な分散が促進されます。

間欠押出機は、通常、粒子サイズ分布とブレンドの均一性の正確な制御が重要なコンパウンド アプリケーションで使用されます。間欠押出機は優れた拡張性と柔軟性を備えているため、メーカーは特定の製品要件に合わせて押出プロセスをカスタマイズできます。

非噛み合い型共回転二軸押出機
一方、非噛み合い型共回転二軸スクリュー押出機のスクリューは、回転時に噛み合ったり、かみ合ったりしません。代わりに、スクリュー同士が噛み合わずに近接して回転するため、壊れやすい材料や、熱に敏感なポリマー、生体材料、食品などのせん断に敏感な用途など、さまざまなタイプの材料処理が可能になります。非噛み合い型押出機は、穏やかな処理条件を提供しながら、効率的な混合および配合機能を提供します。

逆回転二軸押出機
同方向回転押出機とは対照的に、逆回転二軸押出機のスクリューは逆方向に回転します。この構成により、材料に大きな混練効果とせん断効果が生まれ、徹底した混合と分散が実現します。逆回転押出機は、脱溶媒、反応押出、高充填材料のブレンドなど、強いせん断を必要とする用途に最適です。滞留時間とせん断速度を正確に制御できるため、厳しい処理条件に適しています。

逆転式二軸押出機の導入
噛み合い式逆転二軸スクリュー押出機では、2 つのスクリューが対称に配置されていますが、回転方向は反対です。この構成により、一方のスクリューの螺旋経路がもう一方のスクリューによってブロックされるため、材料が「∞」形状で移動することが防止されます。代わりに、固体搬送中、材料はほぼ閉じた「C」形状の空洞内で前方に搬送されます。ただし、一方のスクリューの外径ともう一方のスクリューのルート径の間には隙間が維持され、材料が通過できるようになります。

材料が2つのスクリュー間の放射状の隙間を通過すると、強力なせん断、混合、圧縮が行われ、効果的な可塑化が実現されます。また、スクリューピッチを徐々に小さくすることで圧縮率を実現できるため、幅広い製品の処理に適しています。

非噛み合い逆回転二軸押出機
噛み合い式押出機ほど一般的には使用されていませんが、噛み合い式でない逆回転式二軸スクリュー押出機は、一軸スクリュー押出機とは動作が異なりますが、材料を運ぶために摩擦と粘性抵抗を利用するという点で類似点があります。ヘッドに向かう動きに加えて、2 つのスクリュー間の大きな半径方向の隙間により、材料はさまざまな流れのパターンを示す可能性があり、大きな漏れにつながる可能性があります。

さらに、スクリュー フライトの相対的な位置により、一方のスクリューのスラスト側の材料圧力がもう一方のスクリューの抵抗側よりも高くなり、材料が高圧のスラスト側からもう一方のスクリューの抵抗側へ流れることがあります。回転によりポイント A での材料の流れが妨げられ、混合、ベント、脱硫の用途に適した流れやその他のさまざまな流れパターンが生じます。

まとめ
各タイプの二軸スクリュー押出機は、幅広い業界のさまざまな処理ニーズを満たす独自の利点と機能を備えています。これらの押出機タイプの違いを理解することは、特定の用途に最も適した機器を選択する上で重要です。

最適な混合効率の達成、製品の完全性の維持、または処理の柔軟性の向上のいずれの目的であっても、適切なツインスクリュー押出機の選択は、製品の品質、生産性、および全体的な製造の成功に大きな影響を与える可能性があります。