JP5646467B2 - 小さいスイープ角度を有するスクリュー素子 - Google Patents

Description

本発明は、複数対の同方向回転型完全ワイピングスクリューを有する多軸スクリュー押出機用スクリュー素子、前記スクリュー素子の多軸スクリュー押出機における使用、及び前記スクリュー素子の作製方法に関する。

相互に完全にワイプするローターを有する同方向回転型二軸または多軸スクリュー押出機は長い間公知である（例えば、独国特許番号８６２，６６８を参照されたい）。完全ワイピングプロファイルの原理に基づくスクリュー押出機はポリマー製造及び加工の分野の多種多様な用途のために使用されてきた。これは、主にポリマーメルトが表面に接着し、通常使用されている加工温度で経時的に分解するという事実のためである。このことは、完全ワイピングスクリューの自浄作用により防止される。完全ワイピングスクリュープロファイルを描くための規則は、例えばＫｌｅｍｅｎｓ Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ ｇｌｅｉｃｈａｕｆｉｇｅ Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（“Ｔｈｅ ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ”），Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｍｕｎｉｃｈ，２００７，ｐ．９６以降）［１］に記載されている。この文献は一条、二条または三条ねじプロファイルの構成を記載している。

当業者は、スクリュー歯先の領域で特に多量のエネルギーがメルト中に散逸し、よって生成物がかなり局所的に過熱されるという事実を認識している。このことは、例えば［１］のｐ．１６０以降に記載されている。この局所的過熱により、例えば生成物の臭い、色、化学的組成または分子量が変化することにより生成物がダメージを受けたり、またはゲル化した粒子または夾雑物のような異質物が形成される恐れがある。大きな歯先角度はこの点で特に有害である。

２軸スクリュー押出機では、エネルギーは非常に高価な電気エネルギーの形で導入され、従ってコスト及び環境上の理由でエネルギー入力を低減させることが望ましい。加えて、エネルギー入力が高いと、生成物温度が高くなり、よって品質の点で不利が生じ得る。加えて、エネルギー入力が高いと、多くの場合可能な押出量、よって２軸スクリュー押出機の原価効率が悪くなる。

２軸スクリュー押出機でのエネルギーの入力は、押出量及び回転速度の方法パラメーターにより、生成物の材料特性により、使用するスクリューの形状寸法により決定される。現在の２軸スクリュー押出機は、いろいろなスクリュー素子が中心軸上に取り付けられ得るモジュ−ルシステムから構成されている。このシステムを用いて、当業者はそれぞれの加工タスクに適合するように２軸スクリュー押出機を改造することができる。現在、二条及び三条ねじプロファイルを有するスクリュー素子が通常使用されている。なぜならば、一条ねじスクリュープロファイルではその歯先角が大きいためにエネルギー入力が過度に高いからである。

従来技術（例えば、［１］のｐ．１０１を参照されたい）によれば、完全ワイピングスクリュー素子の形状寸法は、ねじ山の数Ｚ、中心距離Ａ及びバレル直径（すなわち、完全ワイピング輪郭の直径ＤＥに相当する）の独立パラメーターを用いて決定される。ねじ山の数は、外壁をワイプする各素子の弧の数である。回転中心に対する弧の角度は歯先角ＫＷ０と称される。歯先角の領域では、プロファイルの外半径はバレル半径と同じである。従来技術によれば、ＫＷ０は、今の問題を適合させるのに修飾され得るが、以下の方程式１：

（ここで、ＫＷ０はラジアン測定値に換算した完全ワイピングプロファイルの歯先角であり、πはパイ（π≒３．１４１５９）である。）
により与えられる調節不能なパラメーターである。従って、素子のしっかり噛み合う対の両素子の歯先角の合計ＳＫＷ０は次の通りである。

２軸スクリュー押出機の領域、例えば脱気ゾーン、または圧力発生ゾーンのバッファー領域が操作中メルトで部分的に充填されるならば、メルトは歯先の下流で回転する［１］。各スクリュープロファイルは、メルトを「押す」１つのフランク及びメルトを「引く」１つのフランクを有している。スクリューは、「プッシング」フランクが歯先の下流側に配置され、「プリング」フランクが上流側に配置されるように回転する。部分的に充填されている状態では、メルトは「プッシング」フランクの下流で回転する。この回転しているメルト中のエネルギーの散逸及び例えば脱ガス操作のための加工効率は歯先角だけでなく、「プッシング」フランクの下流のメルトチャネルの形状寸法にも依存する。従来技術では、解決しようとする問題に適合させるべくこの形状寸法を改造することができない。

操作中、多軸スクリュー押出機のスクリューは通常、同時に生成物供給端部である駆動端部のギヤーボックス中に取り付けられている。外部取付けは生成物排出ゾーンにおいて邪魔となるので、生成物排出端部ではスクリューは溶融生成物中に取り付けられている。開始プロセス中に多軸スクリュー押出機に生成物を充填する前に、スクリューはバレル材料で直接その歯先を潤滑化させることなく回転する。こうすると、摩耗したり、スクリュー及びバレルを損傷させたり、生成物が汚染される恐れがある。歯先の過度の摩耗を避けるために、特定の最小歯先角が必要とされる。従って、この歯先角を自由に選択できることが望ましい。

２軸スクリュー押出機も摩耗を受ける恐れがあり、摩耗は純粋なポリマーの場合には溶融ゾーンで起こり得る。固体充填・補強材（例えば、タルカム、炭酸カルシウム、特にガラス繊維）が配合されている生成物は特に過度の摩耗を受ける。例えば生成物が酸を含有していたり、または開裂を受けるときには腐食攻撃もあり得る。前記した摩耗及び腐食攻撃は、例えば材料が磨滅したり、粉々に崩れる可能性があるプロファイル歯先の端部の歯頂部で特に有害な影響を呈する。プロファイル歯先の変化は多軸スクリュー押出機の効率に対して重大な影響を与え、これは望ましくない。丸い歯頂部は前記影響をかなり受けにくいが、スクリューの自浄作用を失うことなく従来技術に従って使用することはできない。

独国特許発明第８６２，６６８号明細書

Ｋｌｅｍｅｎｓ Ｋｏｈｌｇｒｕｂｅｒ：Ｄｅｒ ｇｌｅｉｃｈａｕｆｉｇｅ Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈｎｅｃｋｅｎｅｘｔｒｕｄｅｒ（"Ｔｈｅ ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ−ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ"），Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｍｕｎｉｃｈ，２００７，ｐ．９６以降

従来技術にてらして、従来技術のスクリュー素子の上記した制限を受けることのない多軸スクリュー押出機用のしっかり噛み合うスクリュー素子を提供するという課題が生ずる。この課題は、エネルギー入力を低減させたスクリュー素子を提供することであった。プッシング及びプリングフランクの形状寸法が解決しようとする問題に関連して生成物の最適加工を多軸スクリュー押出機で実施し得るように設計することができるスクリュー素子を提供することも課題であった。

驚くことに、従来技術と比較して小さい歯先角を有し、上記した課題を解決するスクリュー素子が得られた。

従って、本発明は、複数対の同方向回転型完全ワイピングスクリュー及び２つ以上のねじ山を有する多軸スクリュー押出機用スクリュー素子に関し、１対の素子の歯先角のすべての合計ＳＫＷが自由に選択され得、０より大きく且つ

（ここで、Ｚはねじ山の数であり、Ａは２つのスクリュー素子間の中心距離であり、ＤＥはスクリュー素子の外径である。）
より小さいことを特徴とする。本発明のスクリュー素子の場合、プッシング及びプリングフランクの形状寸法は個別に要件に従って設計され得、所要により歯先の端部の歯頂部を丸くしてもよい。

本発明は、スクリュー素子及び中心軸から構成されるスクリューを有する現在通常使用されているタイプのモジュール設計を有するスクリュー素子に限定されず、一体型で構成したスクリューに対しても使用され得る。従って、スクリュー素子は一体として構成したスクリューも指す。

本発明のスクリュー素子のねじ山の数Ｚは好ましくは２、３、４、５、６、７または８、好ましくは２から４である。

スクリュープロファイルの外半径はＲＥ＝ＤＥ／２であり、内径はＤＫであり、内半径はＲＫ＝ＤＫ／２である。よって、Ａ＝ＲＥ＋ＲＫが常に当てはまる。

本発明のスクリュー素子の描かれている及び描かれるプロファイル（「スクリュースクリュープロファイル」）は相互に接線方向で合流する弧から構成される。本発明のスクリュー素子の描かれている及び描かれるプロファイルは各々少なくとも６＊Ｚ個の弧から構成される。

弧の大きさはその中心角及びその半径により規定される。以下、「弧の中心角」は「弧の角度」と略される。弧の位置はその中心点の位置及びその２つの終点の位置により規定される。

本発明のスクリュー素子のプロファイルの特徴は、１つ以上の弧が半径０を有していることである。この場合、プロファイルは１つ以上のキンクを有している。２軸スクリュー押出機の第１スクリューの事前定義されたスクリュープロファイル（「描かれている」スクリュープロファイル）は隣接する第２スクリューのスクリュープロファイル（「描かれる」スクリュープロファイル）を明確に決定する。従って、２軸スクリュー押出機の第１スクリューのスクリュープロファイルを描かれているスクリュールプロファイルと称し、２軸スクリュー押出機の隣接する第２スクリューのスクリュープロファイルを描かれるスクリュープロファイルと称する。多軸スクリュー押出機の場合、描かれているスクリュープロファイル及び描かれるスクリュープロファイルは常に交互に配置される。

本発明のスクリュープロファイルは常に閉鎖された凸状である。各素子についての個々の弧の角度の合計は常に２πである。

本発明のスクリュー素子は、描かれるスクリュープロファイルの各弧が描かれているスクリュープロファイルの弧の１つに「対応」していることを特徴とする。「対応」は、
・対応する弧の角度は同一の大きさであること、
・対応する弧の半径の合計は中心距離に等しいこと、
・描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点とその終点間の連結線の各々は描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点とその終点間の連結線の１つと平行であること、
・描かれているスクリュープロファイルの弧の終点が前記弧の中心点に対して置かれている方向はそれぞれ描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の終点が前記弧の中心点に対して置かれている方向と反対であること、
・描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点と描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点間の距離は中心距離に等しいこと、
・描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点と描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点間の連結線は描かれているスクリュープロファイルの回転点と描かれるスクリュープロファイルの回転点間の連結線と平行であること、
・描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点と一致するように描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点を移動させなければらない方向は描かれるスクリュープロファイルの回転点と一致するように描かれているスクリュープロファイルの回転点を移動させなければらない方向と同一であること
を意味すると理解されたい。

図１は２つの対応する弧の例を示している。描かれているスクリューの回転中心はＤＲであり、描かれるスクリューの回転中心はＤＬである。この図において、弧１は描かれている弧であり、弧１’は描かれる弧である。

本発明のスクリュー素子の描かれているスクリュープロファイルは、その半径がＲＥに等しく、その中心点が回転中心と一致しているＺ個の弧（＝「歯先弧」）を有している。

本発明のスクリュー素子の描かれているスクリュープロファイルは、その半径がＲＫに等しく、その中心点が回転中心と一致しているＺ個の弧（＝「歯底弧」）を有している。対応する描かれるスクリュープロファイルもＺ個の歯先弧及びＺ個の歯底弧を有している。

本発明の描かれているスクリュープロファイルの歯先弧及び歯底弧の角度の合計は自由に選択され、０より大きく且つ

より小さい。

描かれる及び描かれているスクリュープロファイルの歯先弧のすべての角度の合計は描かれているスクリュープロファイルの歯先弧及び歯底弧の合計に等しく、本発明によれば０より大きく且つ

より小さい。

本発明のスクリュー素子の好ましい実施形態では、歯先弧及び歯底弧がスクリューの回転中プロファイルの周りを相互に交互に並ぶように配置される。すなわち、回転中、各歯先弧の後に歯底弧が続き、各歯底弧の後に歯先弧が続く。よって、描かれるスクリュープロファイルにおいて、歯先弧及び歯底弧はスクリューの回転中プロファイルの周りを相互に交互に並ぶように自動的に配置される。すなわち、回転中、各歯先弧の後に歯底弧が続き、各歯底弧の後に歯先弧が続く。

本発明のスクリュー素子の好ましい実施形態では、描かれているスクリュー素子の回転中心で第１線と交差する（Ｚ−１）本の追加の線が存在し、第１の線に対して２＊（ｉ−１）＊π／Ｚ（ここで、ｉは２からＺのすべての数を表す）の角度を有している場合にはそれぞれ本発明のプロファイルの追加の歯先弧と交差するように、描かれているスクリュー素子の場合この素子の回転中心を始点とし、歯先弧上のポイントを終点とする線「Ｋ_１」が描かれ得る。これらの線を以後「Ｋ_ｉ」と称する。

この好ましい実施形態の追加の特徴は、回転中心を始点とし、線「Ｋ_ｉ」に対して角度２＊（ｊ−１）＊π／Ｚ（ここで、ｊは１からＺのすべての数を表す）で位置している各線が歯底弧と交差していることである。これらの線を「Ｎ_ｊ」と称する。

２本の線Ｋ_ｉ及びＮ_ｊは、これらの線の間の角度が正確にπ／Ｚならば「隣接している」と見なされる。このことは、線Ｋ_１とＮ_１、Ｋ_２とＮ_２、…、並びに線Ｎ_１とＫ_２、Ｎ_２とＫ_３、…Ｎ_ｚとＫ_１に当てはまる。

追加の実施形態に関する限り、２つの隣接する線Ｋ_ｉとＮ_ｊ間のスクリュープロファイルを「プロファイルパート」と称する。全スクリュープロファイルは２＊Ｚ個のプロファイルパートから構成されていると認められ得る。

２つのプロファイルパートが共有する線Ｋ_ｉまたはＮ_ｊで分かれているならば、これらのパートは「隣接している」と見なされる。

本発明のプロファイルパート中の弧の数は好ましくは少なくとも４である。線Ｋ_ｉまたはＮ_ｊの１つで相互に直接合流する２つの隣接する弧が同一の中心点及び同一の半径を有しているならば、１つの単一弧を形成するように全プロファイルの弧に番号を付したときこれらの２つの弧を合わせることができる。その結果、全プロファイルについての弧の数は個々のプロファイルパートの各々について弧の数についての弧の数の合計よりも小さくてもよい。

２つのプロファイルパートの成分弧のすべてが相互に対応しているならば、これらの２つのプロファイルパートは対応していると見なされる。

本発明のスクリュー素子の好ましい実施形態において、歯先角に隣接する描かれているスクリュープロファイルの少なくとも１つの弧は半径０（すなわち、鋭い歯頂部）を有する弧であり、歯底角に隣接する描かれているスクリュープロファイルの少なくとも１つの弧は中心距離Ａに等しい半径を有する弧である。このことは、描かれるスクリュープロファイルの歯先弧に隣接する少なくとも１つの弧が半径０を有する弧であり、歯底弧に隣接する少なくとも１つの弧が半径Ａ＝中心距離を有することを自動的に意味する。

本発明のスクリュー素子の追加の好ましい実施形態において、歯先角に隣接する描かれているスクリュープロファイルの少なくとも１つの弧は＞０であり且つスクリュー直径ＤＥの０．１倍より小さい半径を有する弧であり、歯底弧に隣接する描かれているスクリュープロファイルの少なくとも１つの弧は中心距離Ａより小さく且つＡ−０．１＊ＤＥよりも大きい半径を有する弧である。このことは、歯先弧に隣接する描かれるスクリュープロファイルの少なくとも１つの弧が＞０であり且つスクリュー直径ＤＥの０．１倍より小さい半径を有する弧であり、歯底弧に隣接する少なくとも１つの弧がＡより小さく且つＡ−０．１＊ＤＥよりも大きい半径を有することを自動的に意味する。

好ましい実施形態において、本発明のスクリュー素子のスクリュープロファイルは、偶数Ｚの場合のπ／ｚの周りの可能な回転とは別に、２つのスクリューで同一であり、当該プロファイルの回転点に対してドット対称である。このプロファイルは、２つのタイプのプロファイルパート（以下、「Ｘ」及び「Ｙ」と称する）から構成されることを特徴とする。プロファイルパートＸは描かれているプロファイルに属し、プロファイルパートＹは描かれるスクリュープロファイルに属する。プロファイルパートＸを描かれているスクリュープロファイルの回転中心の周りを２πｋ／Ｚ（ここで、ｋは１からＺ−１のすべての整数を表す）だけ回転させると、スクリュープロファイルは当該プロファイル区画で完成する。プロファイルパートＹを描かれるスクリュープロファイルの回転中心の周りを２πｋ／Ｚ（ここで、ｋは１からＺ−１のすべての整数を表す）だけ回転させると、スクリュープロファイルは当該プロファイル区画で完成する。加えて、描かれているスクリュープロファイルは、描かれるスクリュープロファイルの回転中心から描かれているスクリュープロファイルの回転中心の方向に中心距離だけ移動させることにより、偶数Ｚの場合には更にπ／ｚの周りを回転させることにより描かれるスクリュープロファイルのプロファイルパートＹを描かれているスクリュープロファイルにコピーするようにプロファイルパートＹにより完成させる。加えて、描かれるスクリュープロファイルは、描かれているスクリュープロファイルの回転中心から描かれるスクリュープロファイルの回転中心の方向に中心距離だけ移動させることにより、偶数Ｚの場合には更にπ／ｚの周りを回転させることにより描かれているスクリュープロファイルのプロファイルパートＸを描かれるスクリュープロファイルにコピーするようにプロファイルパートＸにより完成させる。プロファイル区画の弧の数は４以上、好ましくは６以上である。

本発明のスクリュー素子の追加の好ましい実施形態において、偶数Ｚの場合のπ／ｚの周りの可能な回転とは別に、スクリュープロファイルは両スクリュー軸上で同一であり、当該プロファイルの回転点の周りでドット対称であり、すべての線Ｋ_１及びＮ_１がプロファイルの対称の線であることも特徴とする。この場合、プロファイルは線Ｋ_１とＮ_１間のプロファイルパートにより明確に決定され、このプロファイルパートに基づいてそれぞれ２つのプロファイルパート間の対称の線の周りをミラーリングすることにより隣接するプロファイルパートに対して得られる。線ＦＰをドット及びミラー対称のスクリュープロファイルを規定するために導入する。ＦＰは、Ａ／２である回転中心から最小距離に位置決めされ、線Ｎ_１及びＫ_１と交差し、Ｎ_１とＫ_１間の角の二等分線に対して垂直である。

本発明のスクリュー素子のこの好ましい実施形態の線Ｎ_１とＫ_１間のプロファイルパートは、プロファイルパートの弧がＦＰ上に位置決めされた点で相互に接線方向で合流することを特徴とする。その結果、ＦＰはこれらの弧上の接線である。弧がＦＰと接している点で、プロファイルパートＸは２つの追加のプロファイルパートＸ１及びＸ２に分割される。プロファイルパートＸ１はＫ１からＦＰとの接触点までの弧からなり、プロファイルパートＸ２はＦＰとの接触点からＮ１までの弧からなる。描かれるスクリューのプロファイルパートＹ１はＸ１の弧に対応するものである。２つのスクリュープロファイルの回転点間の中程を垂直に走る直線の周りをミラーリングし、その後描かれるプロファイルの回転中心の周りをπ／Ｚだけ回転させることにより、プロファイルパートＹ１はプロファイルパートＸ２にコピーされる。こうして完成したプロファイルパートＸは線Ｎ１、Ｋ２、Ｎ２、…の周りを連続的にミラーリングすることにより完全な描かれているスクリュープロファイルを描くために使用され得る。描かれるスクリューのスクリュープロファイルは、描かれているスクリューのスクリュープロファイルを移動させることにより、Ｚが偶数ならばスクリュープロファイルを描かれるプロファイルパートの回転点の周りをπ／Ｚだけ回転させることにより得られる。

当業者は、完全ワイピングスクリュープロファイルは２軸スクリュー押出機に直接組み込むことができないこと及びスクリュー間のクリアランスは実際必要であることを認識している。この目的の多くのいろいろな可能な戦略は［１］のｐ．２８以降に記載されている。本発明のスクリュー素子のスクリュープロファイルの場合、スクリュープロファイルの直径に基づいて０．００１から０．１の範囲、好ましくは０．００２から０．０５の範囲、特に好ましくは０．００４から０．０５の範囲のクリアランスを使用し得る。当業者に公知のように、これらのクリアランスの大きさはスクリューとバレル間及び１つのスクリューと他のスクリュー間で異なっていても同一でもよい。クリアランスは特定限界内で一定でも変更されてもよい。また、クリアランス内でスクリュープロファイルを移動させることも可能である。可能なクリアランス戦略には、中心距離を広げる、縦方向等距離クリアランスまたは三次元等距離クリアランスの［１］のｐ．２８以降に記載されているものが含まれる。これらの戦略のすべてが当業者に公知である。中心距離を広げる場合、より小さい直径を有するスクリュープロファイルを構成し、スクリュー間のクリアランスの大きさだけ引き離す。縦方向等距離クリアランスの方法の場合には、（軸に平行な）縦区画のプロファイル輪郭を軸に対して内側にスクリュー間のクリアランスの半分だけ移動させる。スクリュー素子が回転するとそれに沿って相互にワイプする三次元湾曲輪郭に基づく三次元等距離クリアランスの方法の場合、各スクリュー素子の大きさはその作製過程で完全ワイピングプロファイルの表面に対して垂直方向にスクリュー間の必要なクリアランスの半分だけ縮小する。好ましくは、縦方向等距離クリアランス及び三次元等距離クリアランスを使用する。特に好ましくは、三次元等距離クリアランスを使用する。

スクリュー素子の外半径ＲＥの中心距離Ａに対する比ＲＥ／Ａは、本発明の二条ねじスクリューの場合好ましくは０．５４から０．７、特に好ましくは０．５８から０．６３であり、三条ねじスクリューの場合好ましくは０．５３から０．５７、特に好ましくは０．５４から０．５６、四条ねじスクリューの場合好ましくは０．５１５から０．５３５である。

本発明のスクリュー素子は、搬送素子、混練素子または混合素子として設計され得る。

公知のように（例えば、［１］のｐ．２２７−２４８を参照されたい）、搬送素子は、連続的に回転し、スクリューの形態で軸方向に延びているスクリュープロファイルを特徴とする。搬送素子は右回りでも左回りでもよい。搬送素子のピッチ、すなわちスクリュープロファイルの完全回転のために必要な軸方向長さは好ましくは中心距離の０．１から１０倍の範囲であり、搬送素子の軸方向長さは好ましくはスクリュー直径の０．１から１０倍の範囲である。

公知のように（例えば、［１］のｐ．２２７−２４８を参照されたい）、混練素子は、混練ディスクの形態で軸方向に段階的に延びているスクリュープロファイルを特徴とする。混練ディスクは右回り、左回りまたは非搬送方式で配置され得る。混練ディスクの軸方向長さは好ましくは中心距離の０．０５から１０倍である。２つの隣接する混練ディスク間の軸方向距離は好ましくはスクリュー直径の０．００２から０．１倍の範囲である。

公知のように（例えば、［１］のｐ．２２７−２４８を参照されたい）、混合素子は、スクリュー歯先に開口部を有する搬送素子を設計することにより形成される。混合素子は右回りでも左回りでもよい。このピッチは好ましくは中心距離の０．１から１０倍の範囲であり、素子の軸方向長さは好ましくは中心距離の０．１から１０倍である。開口部は、好ましくはｕ形またはｖ形溝の形態で設計し、好ましくは逆方向搬送方式でまたは軸に対して平行に配置する。相互に一定の角度で配置した幾つかの開口部を設けることが好ましい。

本発明は、本発明のスクリュー素子の多軸スクリュー押出機における使用に関する。本発明のスクリュー素子を二軸スクリュー押出機において使用することが好ましい。スクリュー素子を混練、混合または搬送素子の形で多軸スクリュー押出機中に含めてもよい。また、混練、搬送及び混合素子を１つの押出機中に相互に組み合わせることも可能である。本発明のスクリュー素子を、例えば従来技術から公知の他のスクリュー素子と組み合わせることもできる。

本発明は、本発明のスクリュー素子の作製方法にも関する。本発明の方法により、コンパス及び三角定規を用いるだけで対応するプロファイルパートを幾何学的に構成することができ、よって簡単に実施できる。コンピュータープロクグラムを用いて実行するのが有利である
まず、構成しようとするスクリュー素子の規定パラメーターＺ、ＤＥ及びＡを固定する。次いで、描かれている及び描かれるプロファイルパートの回転点を相互に距離Ａで挿入する。描かれているプロファイルの回転点から出発して、描かれるプロファイルの回転点の方向に進むように歯先弧上の点に向かって通ずる線Ｋ_１を適切に選択する。線Ｎ_１を描かれているプロファイルパートの回転点からπ／Ｚの角度で線Ｋ_１に引く。パラメーターＲＥ／ＤＥ／２及びＲＫ＝Ａ−ＲＥを計算する。次いで、プロファイルパートの弧の数ｎを決定する。弧ｎの数は好ましくは６であるが、より小さくてもより大きくてもよい。

次いで、歯先角αを選択し、０からα、好ましくはα／２の角度及び半径ＲＥを有する弧を形成する。その中心点は描かれているスクリューの中心点であり、弧の１端を線Ｋ_１上に位置決めし、弧をＮ_１の方向に形成する。歯底角に対して選択される角度は角度βであり、これは必ずではないがαと同じである。このために、歯底弧を表す弧β／２を線Ｎ_１からＫ_１の方向に形成する。

次いで、歯先弧の直ぐ後から続く接線弧２を描く。この弧の角度及び半径は自由に選択され得るが、弧の半径は中心距離以下でなければならない。角度及び半径を選択したら、「閉鎖プロファイル」または「凸状プロファイル」の要件を満たしていないので、多分その後のステップでプロファイルパートを閉鎖することはもはやできないであろう。この場合、角度または半径は小さくしなければならず、新しい試みをしなければならない。また、弧は半径０を有し得る。

接線方向弧を構成するためには、垂線を常に既存の弧の終点から描かれているスクリュープロファイルの既存弧の中心点の方向に描く。この垂線を２つの弧間の「境界線」と称する。各境界線は、弧の中心点から出発し、当該弧の終点に通ずる方向に割り当てられる。接線方向弧の中心点は常にこの境界線上に位置決めされる。必要な弧の中心点は、必要な弧の半径に相当する半径を有する既存弧の終点の周りに円を描くことにより得られる。この円と境界線間の交差点が必要な中心点である。

接線方向遷移が構成され続け得るように、半径０を有する弧を０に向かう傾向にある非常に小さな半径ｅｐｓを有する弧と同様に処理する。或いは、半径０を有する弧をスクリュープロファイルがこの弧の位置にキンクを有するように同様に処理し得、キンクの大きさはこの弧の角度により決まる。

次いで、１つ以上の追加の接線方向弧３、４、…，ｎ−４を形成し得る。弧ｎ−３、ｎ−２及びｎ−１に対して半径ｒ（ｎ−３）、ｒ（ｎ−２）及びｒ（ｎ−１）を固定する。描かれるスクリュープロファイルがその歯先に鋭い歯頂部を有していなければならないならば、弧ｎ−１の半径はＡであるように選択する。次いで、プロファイルを次のように閉じられる。ｒ（ｎ−３）−ｒ（ｎ−２）の半径を有する円を弧ｎ−３の中心点の周りに描く。ｒ（ｎ−１）−ｒ（ｎ−２）の半径を有する弧を弧ｎ−１の中心点の周りに描く。これらの円の２つの交差点のうち、Ｎ１とＫ１間にそれぞれの方向に位置決めされる１つの点が円ｎ−２の中心点である。次いで、弧ｎ−１の中心点を弧ｎ−２の中心点に連結させることにより弧ｎ−１の境界線を得、弧ｎ−３とｎ−２の境界線も同様に得る。次いで、弧ｎ−３、ｎ−２及びｎ−１をこれらの間の対応する境界線で描く。

描かれるスクリューの対応するプロファイルパートは次のように描く。弧Ｍ１及びＭ２からＭｎのすべての中心点を、描かれているプロファイルの回転点と描かれるプロファイルの回転点間の線に平行な描かれるプロファイルの方向に中心距離だけ移動させ、こうして対応する点Ｍ１’及びＭ２’からＭｎ’を生じさせる。点Ｍ１からＭｎと交差する境界線をまず描かれているプロファイルの回転点と描かれるプロファイルの回転点間の線に平行な描かれるプロファイルの方向に中心距離だけ移動させる。こうして移動させた境界線は対応する点Ｍ１’及びＭ２’からＭｎ’で相互に交差する。対応する弧ｉ及びｉ’のすべてについて半径ｒｉ及びｒｉ’の合計が常に中心距離に等しいように境界線をそれぞれの点Ｍ１’及びＭ２’からＭｎ’を通って反対方向に延長させ、対応する半径ｒ１’、ｒ２’からｒｎ’をそれぞれの中心点Ｍ１’及びＭ２’からＭｎ’から出発する対応する延長境界線上で区切るならば、弧１’及び２’からｎ’の境界線、よって対応する弧それ自体が得られる。

コンピューターを用いてスクリュープロファイルを描く方法を実行することが推奨され得る。次いで、スクリュー素子の測定値は、スクリュー素子を作製するためにＣＮＣ（コンピューター数値制御）ツールフライス盤に供給され得る形を有している。従って、本発明は、本発明のスクリュープロファイルを描くための本発明の方法をコンピューターで実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータープログラム製品にも関する。好ましい実施形態において、コンピュータープログラム製品の使用者が自由にグラフィカルユーザーインターフェースを有していることが好ましく、これを用いて使用者は選択しようとするパラメーター（描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの弧の数、半径及び角度）を入力することができる。好ましくは、選択したパラメーター値が相互にワイプする複数対のスクリュープロファイルを生じないならば、使用者はコンピューターシステムからの指示により支援される。パラメーター値を入力したら、使用者は好ましくは許可されたパラメーター値範囲に関する指示により支援される。許可されたパラメーター値は複数対のワイピングスクリュープロファイルを生成するパラメーター値の組合せであると理解される。

好ましい実施形態において、プロファィルだけでなく、全スクリュー素子をコンピューターを用いて仮想構成する。この構成結果を好ましくは構成図の形でコンピュータースクリーンまたはプリンターに提供する。また、結果を電子データファィルの形で提供することも可能であり、好ましい実施形態では電子データファィルは対応のスクリュー素子を作製するためにＣＡＤフライス盤に送られ得る。

プロファイルを記載した方法で描いたら、本発明のスクリュー素子を例えばフライス盤、レーザーまたは旋回機を用いて作製し得る。スクリュー素子を作製するために好ましい材料は鉄鋼、特に窒化鋼、クロム鋼、工具鋼及びステンレン鋼、粉末冶金により作成される鉄、ニッケルまたはコバルトを主成分とする金属複合材料、及びエンジニアリングセラミック材料（例えば、酸化ジルコニウムまたは炭化ケイ素）である。

本発明の方法により、特定のタスクのために最適であるようにはじめからスクリューのプロファイルを正確に設計することができる。従来技術から公知のスクリュー素子は多くの場合具体的タスクのために最適に設計されない。逆に、製造業者は具体的タスクと独立してセットモジュールシステムからスクリュー素子（搬送、混練及び混合素子）を供給している。本発明により初めて、自浄性スクリュー素子のプロファイルをほぼ完全に自由に設計することができる。よって、多くの微細な変化に至るまで当該用途に対するプロファイルのパラメーターを最適化することができる。これに関連して、スクリュープロファイルを生成するために使用される弧の数に制限がないことを指摘しなければならない。よって、弧から構成されず、よって十分に多数の弧を使用することにより必要な精度で自浄性でないスクリュープロファイルを近似させることも可能である。弧により近似させたプロファイルは勿論自浄性である。

（描かれている及び描かれる）スクリュープロファイルの縦方向プロファイルを計算することも可能である。好ましくは、スクリュープロファイルの各弧がこの弧に属する縦方向断面の部分を陽関数を用いて計算するために使用される。第１ステップで、直線ｇと弧ｋｂ間の交差点（Ｓｘ，Ｓｙ）を決定する。直線ｇはスクリュープロファイルの平面で位置決めされ、スクリュープロファイルの回転点を通って通ずる。直線の方位は角度δにより与えられる。

弧ｋｂは、その半径ｒ及びその中心点の位置（Ｍｘ，Ｍｙ）により特徴づけられる。第２ステップで、スクリュープロファイルの回転点からの交差点（Ｓｘ，Ｓｙ）の距離ｓを計算する。直線と弧の交差点は陽関数により計算し得る。同じことを距離の計算に適用する。従って、距離はｓ＝ｓ（ρ，ｒ，Ｍｘ，Ｍｙ）である。スクリュー素子の公知ピッチｔを仮定すると、角度ρは、距離がｓ＝ｓ（ｚ ａｘ，ｒ，Ｍｘ，Ｍｙ）＝ｓ（ρ／２π＊ｔ，ｒ，Ｍｘ，Ｍｙ）であるようにρ／２π＊ｔを用いて軸方向位置ｚ ａｘに変換され得る。関数ｓ（ｚ ａｘ，ｒ，Ｍｘ，Ｍｙ）はスクリュープロファイルの弧の縦方向プロファイルを規定する。

描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの２つの対応する弧の概略断面図を示す。 従来技術に従って公知の二条ねじスクリュー素子のプロファイルを示す。 本発明に従う二条ねじスクリュー素子の描かれているスクリュープロファイルのプロファイルパートＸ及び描かれるスクリュープロファイルの対応プロファイルパートＹの概略断面図を一例として示す。 本発明に従う二条ねじスクリュー素子の描かれているスクリュープロファイルのプロファイルパートＸ及び描かれるスクリュープロファイルの対応プロファイルパートＹの概略断面図を一例として示す。 図３ａまたは３ｂに示したプロファイルパートをドット対称法により複製し続けることにより図３ａまたは３ｂから得たドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。 ミラー及びドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。 従来技術に従って公知の二条ねじスクリュー素子のプロファイルの概略断面図を示す。 本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。 本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。 本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。 図７をドット対称法により複製し続けることにより得たドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。 本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。 本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。 図９ａの弧すべてについての中心点のｘ及びｙ座標（Ｍｘ及びＭｙ）、半径Ｒ及び角度αを示す。 図９または９ｂのプロファイルをミラー対称法により複製し続けることにより得たミラー及びドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。 本発明のドット及びミラー対称のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ１及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹ１を一例として示す。 ２つのスクリュープロファイルの回転点間の中程の垂直線の周りをミラーリングし、その後描かれるプロファイルの回転中心の周りをπ／Ｚだけ回転させることにより図１１ａのプロファイルを複製し続ける方法を示している。 図１１ｂのプロファイルを回転及びミラーリングにより複製することにより得た描かれている及び描かれるスクリュープロファイルを示す。 ドット及びミラー対称のスクリュー素子の２つの対応するプロファイルパートＸ１（描かれているスクリュープロファイル）及びプロファイルパートＹ１（描かれるスクリュープロファイル）を示す。 ミラーリング及び回転により図１２ａに描かれているプロファイルパートから得られる完全ワイピングプロファイルを示す。 ３次元等距離クリアランスを用いることにより図１２ｂに描かれているプロファイルから構成した２つのプロファイルを示す。 図１２ｃに描かれているプロファイルに従う同一のクリアランス及び同一の勾配を有する従来技術のプロファイルを示す。

本発明を図面を用いて以下により詳細に説明するが、これらに限定されない。

図１は、描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの２つの対応する弧の概略断面図を示す。描かれているスクリュープロファイルの回転中心はＤＲであり、描かれるスクリュープロファイルの回転中心はＤＬである。この図において、弧１は描かれている弧であり、弧１’は描かれる弧である。弧１は中心点Ｍ１、半径ｒ１及び角度α１を有している。弧１’は中心点Ｍ１’＝Ｍ２、半径ｒ１’及び角度α１’を有しており、本発明によればα１’はα１と同一である。本発明によれば、半径ｒ１とｒ１’の合計は中心距離Ａに等しい。弧１の中心点Ｍ１とその終点間の連結波線は弧１の境界線を形成する。これらは対応する弧１’の境界線と平行に走っている、すなわち弧１’の中心点Ｍ１’とその終点間の波線の形で描かれている連結線と平行である。

弧１の終点が弧１の中心点Ｍ１に対して置かれている方向はそれぞれ対応する弧１’の終点が弧１’の中心点に対して置かれている方向と反対である。弧１の中心点Ｍ１と対応する弧１’の中心点Ｍ１’間の距離は中心距離に等しい。弧１の中心点Ｍ１と対応する弧１’の中心点Ｍ１’間の連結線は回転点ＤＲと回転点ＤＬ間の連結線と平行に走っている。弧１の中心点Ｍ１が対応する弧１’の中心点Ｍ１’と一致するように移動させなければならない方向は、回転点ＤＲが回転点ＤＬと一致するように移動させなければならない方向と同一である。

図２は、従来技術に従って公知の二条ねじスクリュー素子のプロファイルを示す。中心距離は４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの外径は５８ｍｍであり、内径は３８ｍｍであり、ラジアン測定値に換算した歯先角ＫＷ０は０．３７８８（＝２１．７°）である。ラジアン測定値に換算した歯先角のすべての合計ＳＫＷ０は１．５１５２である。

図３ａ及びｂは、本発明に従う二条ねじスクリュー素子の描かれているスクリュープロファイルのプロファイルパートＸ及び描かれるスクリュープロファイルの対応プロファイルパートＹの概略断面図を一例として示す。プロファイルパートＸは弧１、２、３、４、５及び６により形成されている。プロファイルパートＹは弧１’、２’、３’、４’、５’及び６’により形成されており、これらはプロファイルパートＸのそれぞれの弧に対応している。これらの弧は明らかにそれぞれの中心点Ｍ１、Ｍ２、…、Ｍ６及びＭ１’、Ｍ２’、…、及びＭ６’、並びにそのそれぞれの角度及び半径により規定される（図３ａを参照されたい）。

本例において、中心距離は４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの外径は５８ｍｍであり、内径は３８ｍｍである。弧１は描かれているプロファイルパートの歯先弧であり、弧６は歯底弧である。弧２は半径０を有し、すなわち描かれているプロファイルはその歯先弧でキンクを有している。

図３ｂでは、より良い全体像を与えるために弧及び中心点の記号を省いた。プロファイルパートＸ及びＹは図３ａに示したプロファイルパートと同一である。スクリュー素子の２つの描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの全プロファイルは隣接する線Ｋ１とＮ１間に位置するプロファイルパートＸから得られ得る（例えば、図４及びこの図の説明文を参照されたい）。線Ｋ１は回転中心間の連結線に対して水平であり、線Ｎ１は垂直である。

下表１は、その始点が描かれている弧の回転点に位置決めされ、そのｘ軸が描かれているスクリューの回転点の方向に位置決めされ、そのｙ軸がｘ軸に対して垂直方向（すなわち、図において上向き方向）に位置決めされている座標系に対して、図３ａ及び３ｂに示す弧についての弧の半径、弧の中心点のｘ及びｙ座標、弧の開始角、弧の終了角及び弧の角度を示す。弧の開始角は数学的に正の方向により小さい値を有している弧の境界線の角度である。開始角が０より大きく、終了角が０未満である弧の場合、終了角は２＊πを加えることにより得られる。

図４は、図３ａまたは３ｂに示したプロファイルパートをドット対称法により複製し続けることにより図３ａまたは３ｂから得たドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。歯先角はすべて同一であり、０．１７４５４（１０°）に等しい。１つの歯先角ＫＷを一例として示す。歯先角のすべての合計ＳＫＷは０．６９８であり、すなわち従来技術の素子のＳＫＷの半分未満である。このことは従来技術に比べてかなり有利である。このスクリュープロファイルは、スクリューを時計方向に回転させる場合プッシングフランクがプリングフランクよりもバレルに対してかなり大きな角度を形成し、部分充填の場合にはエネルギー入力もかなり低減するので有利である。また、回転方向を反転させることができ、これにより歯先で大きな延長を生じさせることができる。

図５は、ミラー及びドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。本例では、中心距離は４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの外径は５８ｍｍであり、内径は３８ｍｍであり、歯先角の各々は０．１７５（１０°）である。１つの歯先角ＫＷを一例として示す。歯先角のすべての合計ＳＫＷは０．６９８１３であり、すなわち従来技術の素子の歯先角の合計の半分未満である。この作用効果はエネルギー散逸が少ないことにある。

図６は、従来技術に従って公知の二条ねじスクリュー素子のプロファイルの概略断面図を示す。中心距離は４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの外径は５８ｍｍであり、内径は４０ｍｍであり、歯先角ＫＷ０は０．４８８６である。両素子の歯先角のすべての合計ＳＫＷは１．９５４である。このスクリュープロファイルを図２のスクリュープロファイルと比較すると、従来技術での方程式１に従う中心距離と直径の比に対する歯先角の不利な依存性が明確に認識され得る。

図７ａ及び７ｂは、本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。プロファイルパートＸは弧１、２、３、４、５及び６により形成されている。プロファイルパートＹは対応する弧１’、２’、３’、４’、５’及び６’により形成されている。弧の中心点を小円で示す。弧の境界線を細線の形で示す。本例において、中心距離は４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの外径は５６ｍｍであり、内径は４０ｍｍである。弧１は描かれているプロファイルパートの歯先弧であり、弧６は歯底弧である。歯先弧の直ぐ後から続く弧２は＞０の半径を有し、すなわち図３ａ及びｂに示したプロファイルとは対照的にプロファイルはこの点に歯頂部を有していない。歯先角６’に隣接する弧５’は半径０を有し、すなわち描かれるプロファイルはその歯先弧にキンクを有している。弧５’の中心点はこのキンクに一致している。「このキンクの大きさ」は、対応する角度により決定され、すなわち弧４’から弧６’への遷移は弧５’の角度だけ回転させることにより得られる。また、弧５’の中心点での弧４’上の接線は弧５’の中心点及び弧５’の角度に対応する角度でも弧６’上の接線と交差している。しかしながら、弧５’を含めたすべての隣接する弧４’→５’、５’→６’は本発明によれば互いに接線方向で合流する。

図７ｂに示すプロファイルパートＸ及びＹは図７ａに示したプロファイルパートと同一である。より良い全体像を与えるために図７ｂでは弧、中心点及び境界線の記号を省いた。代わりに、線Ｋ_１及びＮ_１を示す。線Ｋ_１は回転中心を通る連結線に対して水平であり、線Ｎ_１は垂直である。スクリュー素子の２つの描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの全プロファイルは、隣接する線Ｋ_１及びＮ_１間に位置するプロファイルパートＸから得られ得る（例えば、図８及びこの図の説明文を参照されたい）。図７ｃは、図７ａの弧すべてについての中心点のｘ及びｙ座標（Ｍｘ及びＭｙ）、半径Ｒ及び角度αを示す。角度はラジアン測定値に換算して規定されている。他の幾何学的値はすべて中心距離に対して正規化されており、よって無次元である。

下表２は、その始点が描かれているスクリューの回転点に位置決めされ、そのｘ軸が描かれるスクリューの回転点の方向に位置決めされ、そのｙ軸がｘ軸に対して垂直に（すなわち、図中上向き方向に）位置決めされている座標系に対して、図７ａ及び７ｂについての弧の半径、弧の中心点のｘ及びｙ座標、弧の開始角、弧の終了角及び弧の角度を示す。

図８は、図７をドット対称法により複製し続けることにより得たドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。この例において、歯先角はすべて０．１４である。１つの歯先角ＫＷを一例として示す。歯先角のすべての合計ＳＫＷは０．５６である。従って、このスクリュープロファイルを用いて歯先角を約１／３．５に減らし、よってエネルギー入力をかなり減らすことができる。加えて、スクリューを反時計方向に回転させると、プッシングフランクの歯頂部は丸くなり、これにより摩耗の点から効果が生ずる。

図９ａ及び９ｂは、本発明のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹを示す。プロファイルパートＸは弧１、２及び３により形成されている。プロファイルパートＹは対応する弧１’、２’及び３’により形成されている。弧の中心点を小円で示す。弧の境界線を細線の形で描く。本例において、中心距離Ａは４８ｍｍであり、スクリュープロファイルの直径は５２ｍｍであり、ねじ山の数Ｚは３である。

図９ｂに示すプロファイルパートＸ及びＹは図９ａに示したプロファイルパートと同一である。図９ｂでは、より良い全体像を与えるために弧、中心点及び境界線の記号を省いた。代わりに、線Ｋ_１及びＮ_１、角の二等分線Ｗ−Ｋ_１Ｎ_１及び角の二等分線に対して垂直な直線ＦＰを示す。直線ＦＰはその終点の１つで弧３に接しており、この終点で弧３に対する接線を形成する。プロファイルパートＸを用いて、対称的な三条ねじスクリュー素子の好ましい実施形態の全プロファイルが構成され得る（図１０及びその説明文を参照されたい）。

図９ｃは、図９ａの弧すべてについての中心点のｘ及びｙ座標（Ｍｘ及びＭｙ）、半径Ｒ及び角度αを示す。角度はラジアン測定値に換算して規定されている。他の幾何学的値はすべて中心距離に対して正規化されており、よって無次元である。

下表３は、その始点が描かれているスクリューの回転点に位置決めされ、そのｘ軸が描かれるスクリューの回転点の方向に位置決めされ、そのｙ軸がｘ軸に対して垂直に（すなわち、図中上向き方向に）位置決めされている座標系に対して、図９ａ及び９ｂについての弧の半径、弧の中心点のｘ及びｙ座標、弧の開始角、弧の終了角及び弧の角度を示す。

図１０は、図９または９ｂのプロファイルをミラー対称法により複製し続けることにより得たミラー及びドット対称のスクリュープロファイルを有する本発明のスクリュー素子の概略断面図を示す。従来のスクリュー素子の歯先角ＫＷ０が０．２５７６であるのに対して、歯先角はすべて０．１０４８（６°）である。

図１１は、本発明のドット及びミラー対称のスクリュー素子の２つの対応する（描かれているスクリュープロファイルの）プロファイルパートＸ１及び（描かれるスクリュープロファイルの）プロファイルパートＹ１を一例として示す。プロファイルパートＸ１は弧１及び２により形成されている。プロファイルパートＹ１は対応する弧１’及び２’により形成されている。弧２及び３は直線ＦＰと接している。この図も、ラジアン測定値に換算した角度及びその始点が左回りプロファイルの回転点に位置決めされている座標系での弧の中心点の座標を示している。外半径と中心距離の比は０．６０４２である。

図１１ｂは、２つのスクリュープロファイルの回転点間の中程の垂直線の周りをミラーリングし、その後描かれるプロファイルの回転中心の周りをπ／Ｚだけ回転させることにより図１１ａのプロファイルを複製し続ける方法を示している。この方法を用いて、プロファイルパートＸ２及びＹ２が得られる。弧の記号は図１１ａの記号に対応している。

図１１ｃは、図１１ｂのプロファイルを回転及びミラーリングにより複製することにより得た描かれている及び描かれるスクリュープロファイルを示す。こうして得たスクリュープロファイルは０．２７９５の大きさの歯先角を有している。外半径／中心距離の比を仮定すると、従来技術のスクリュー素子は０．３７９の歯先角ＫＷ０を有している。従って、歯先角のすべての合計ＳＫＷは１．１１７であるのに対して、従来技術の歯先角の合計は１．５１５である。この図における全プロファイルは全部で１２個の弧から構成されており、すなわちＺ＝２を有するプロファイルの場合の弧の最小数である。

図１２ａは、ドット及びミラー対称のスクリュー素子の２つの対応するプロファイルパートＸ１（描かれているスクリュープロファイル）及びプロファイルパートＹ１（描かれるスクリュープロファイル）を示す。プロファイルパートＸ１は弧１、２及び３により規定されている。プロファイルパートＹ１は対応する弧１’、２’及び３’により規定されている。回転中心間の距離を１に正規化する。弧３は線ＦＰに接している。半径、角度、弧の開始点及び弧の中心点を表４にリストする。

図１２ｂは、ミラーリング及び回転により図１２ａに描かれているプロファイルパートから得られる完全ワイピングプロファイルを示す。１つのプロファイルの歯先角ＫＷは０．１５９８である。両プロファイルの歯先角の合計ＳＫＷは０．３１９６である。従来技術のプロファイルは０．３９９の歯先角ＫＷ０になり、２つの対応するプロファイルの歯先角の合計ＳＫＷ０は０．７９９である。

図１２ｃは、３次元等距離クリアランスを用いることにより図１２ｂに描かれているプロファイルから構成した２つのプロファイルを示す。バレル直径は０．６１であり、バレルとスクリュー間のクリアランスδ及びスクリューとスクリュー間のクリアランスｓは０．０２である。勾配は１．２である。

プロファイルの１つの歯先角はＫＷＡ＝０．２０８である。両プロファイルの歯先角の合計ＳＫＷＡは０．３１９である。

図１２ｄは、図１２ｃに描かれているプロファイルに従う同一のクリアランス及び同一の勾配を有する従来技術のプロファイルを示す。１つのプロファイルは０．３２９の歯先角ＫＷＡ０になり、両プロファイルの歯先角の合計は０．６５８である。

Claims (2)

1. 対の同方向性で対の完全ワイピングスクリュー軸、２つ以上のスクリューねじ山Ｚ、中心線距離Ａ及び外径ＤＥを有する多軸スクリュー機械用スクリュー素子であって、１対の素子の歯先角の合計が０より大きく且つ式：２π−４Ｚａｒｃｃｏｓ（Ａ／ＤＥ）により得られる値未満であり、
   スクリュー素子間のクリアランスが、スクリュープロファイルの直径に基づく０．００１から０．１の範囲内にあり、描かれている及び描かれるスクリュープロファイルのプロファイルが、それぞれ終点で互いに接線方向に結合する弧からなり、
   描かれている及び描かれるスクリュープロファイルの一対の所謂対応する弧が：
   −対応する弧の角度が同じ大きさであり；
   −対応する弧の半径の合計が中心線距離に等しく；
   −描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点とその終点間の連結線の１つが、それぞれ描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点とその終点間の連結線の１つと平行に走り；
   −描かれているスクリュープロファイルの弧の終点が当該描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点に対して置かれる方向が、それぞれ描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の終点が当該描かれるスクリュープロファイルの弧の中心点に対して置かれる方向と反対であり；
   −描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点が、描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点から、中心線距離に相当する距離にあり；
   −描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点と描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点間の連結線が、描かれているスクリュープロファイルの回転点と描かれるスクリュープロファイルの回転点間の連結線と平行であり；
   −描かれているスクリュープロファイルの弧の中心点を描かれるスクリュープロファイルの対応する弧の中心点と一致させるために移動させなければならない方向が、描かれているスクリュープロファイルの回転点を描かれるスクリュープロファイルの回転点と一致させるために移動させなければならない方向と同じである、
   ことを特徴とするスクリュー素子。
2. 描かれている及び描かれるスクリュープロファイルのプロファイルが、それぞれ０以上且つＡ以下の半径を有する６＊Ｚ個以上の弧からなり、前記弧は、それらの終点で互いに接線方向に結合することを特徴とする、請求項１に記載のスクリュー素子。

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