JP2001522736A - いろいろな異なる分散混合素子を備えたスクリュー押出機 - Google Patents

いろいろな異なる分散混合素子を備えたスクリュー押出機

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Abstract

(57)【要約】 内面を画定する内孔を有するバレルを備えたスクリュー押出機である。内孔内には、中心軸（３４）と少くとも１つのスクリュー羽根（３０）から成る少くとも１つの押出機スクリュー（２８）が配置されている。スクリュー羽根（３０）は、押圧前面（３６）と後面（３８）を有する。各押圧前面（３６）の断面輪郭（４０）は、バレルの内面と協同して漸狭通路を形成する形状であり、材料は、この漸狭通路を通して高延伸及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送され、それらの高延伸及び剪断応力領域において材料中の凝集塊が解体され、それによって材料が分散混合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の属する背景分野 本発明は、一般に、押出機に関し、特に、プラスチック材及びプラスチック状
材料に使用するためのスクリュー押出機に関する。 本発明の主要な用途は、カラーコンセントレート（濃厚顔料）、ポリマーブレ
ンド、及びポリマーアロイ等の製造にある。
【０００２】発明の背景 スクリュー押出機は、被処理材料、通常はある種のプラスチックを所定の形状
に賦形するために圧力下で圧送して所定形状のオリフィスを通して押し出す機械
である。スクリュー押出機は、一般に、ハウジング（通常は円筒形のバレル）と
、ハウジング内に装着された中心のモータ駆動スクリューから成る。バレルの一
端には、新しい材料、通常はプラスチック粒子をバレルに導入する供給物開口を
備えた供給物ハウジングが設けられている。スクリューは、その中心軸より大き
い直径を有する、通常は中心軸の周りにらせん状に巻かれているねじ山又は羽根
と称される突条又は隆起部分を備えている。
【０００３】 被処理材料は、スクリュー羽根によってバレル内の溶融帯域及びポンプ送り帯
域とも称される溶融搬送帯域を順次に通してバレルの他端へ搬送される。即ち、
材料は、溶融帯域において慎重に制御された条件下で加熱溶融されて溶融搬送帯
域を通してバレルの他端へ向けて搬送される。溶融した材料（プラスチック）は
、バレルの他端において所定形状の開口即ちオリフィス又はダイを通して押し出
され、押出成形物を形成する。
【０００４】 スクリューは、供給材料を押出ダイに向けて搬送することに加えて、材料の混
合を行うという機能をも果たす。一般に、「混合」とは、配合物の不均一を少な
くする作用であると定義することができる。混合に関与する基本的な仕組みは、
配合物の構成成分中に物理的運動を誘起することである。スクリュー押出機の作
動において重要な２種のタイプの混合は、分配と分散である。分配性混合（以下
、単に「分配混合」と称する）は、粒子のサイズを減小させることなく（即ち、
破砕することなく）粒子の空間的分配のランダム性を増大させるために用いられ
る。一方、分散性混合（以下、単に「分散」と称する）とは、凝集性粒子の位置
をランダム化するとともに凝集性粒子のサイズを減小させる（即ち、破砕する）
作用のことである。分散混合においては、凝集塊又は凝集物のような固形成分、
又は高粘性の液体粒子又は液滴が、それらにそれらの降伏応力を超える応力を与
えるのに十分に高い応力に露呈される。それによって、固形成分又は液体粒子は
、より小さい粒子に細分又は破砕される。凝集塊を解体する（さばく、ばらばら
にする）のに要する応力の大きさは、それらの凝集塊のサイズ及び形状、及び、
凝集塊を結合又は凝集状態に保持している結合の性質によって決まる。加える応
力は、剪断応力であっても、延伸（引張）応力であってもよいが、分散作用を与
えるには剪断応力よりも延伸応力の方が効果的である。
【０００５】 分散混合を用いる工程の１例は、顔料の凝集塊を所定の臨界的サイズ以下に細
分することが決定的に重要であるとされるカラーコンセントレート（濃厚顔料）
の製造である。一方、分配混合を用いる工程の１例は、混合すべき各成分の粘度
が互いにかなり近似している混和性ポリマーブレンドの製造である。以上の説明
から分かるように、分散混合には常に分配混合が伴うが、分配混合は、必ずしも
分散混合を生じない。
【０００６】 押出工程においては、良好な分散混合に対する必要性の方が分配混合に対する
必要性より重要であることが多い。このことは、特に、均一に混合しなければな
らない顔料を含有している配合物の押し出しや、繊維の紡績のような細長押し出
しや、薄いフィルムの押し出し等に特に当てはまる。
【０００７】 スクリュー押出機においては、ポリマーが溶融して初めて有意の混合が起きる
。換言すれば、ポリマーが溶融するまではほとんど混合は生じない。従って、混
合帯域は、溶融帯域の始点から押出ダイの終端まで延在しているとみなすことが
できる。この区域内では、バレルセクション（区間）においても押出ダイにおい
ても、混合作用の強さ及び混合作用の継続時間にかなりの不均一が生じる。溶融
したポリマーにおいては、ポリマーメルト（溶融物）内の応力は、ポリマーメル
トの粘度と変形速度の積によって求められる。従って、一般に、分散混合は、流
体（ポリマーメルト）の粘度を増大させ、それと共に、ポリマーメルト内の応力
を増大させるためにできる限り低い温度で実施すべきである。
【０００８】 流体は、「混合履歴」を有するといわれる。「混合履歴」とは、流体が露呈さ
れた延伸応力及び剪断応力の大きさと、その露呈時間の長さのことをいう。従っ
て、混合帯域内で早期に溶融するポリマーは、溶融帯域の終端近くで溶融するポ
リマーより重要な混合履歴を有することになる。
【０００９】 一般に、単純な搬送スクリューを備えた押出機においては、応力の大きさ又は
処理される全体の流体のうち応力を受ける流体の割合は、良好な分散混合を得る
のに十分な高さではない。分配混合の方が分散混合より得やすいが、改変されて
いない、単純なスクリューでは、やはり大抵の用途において十分な分配混合を達
成することができないことが判明している。
【００１０】 従って、従来から、スクリュー押出機において分配混合又は分散混合の強度を
増大させるためにスクリューの設計に多種多様の変型が提案されてきた。従来か
ら提案されているこれらの装置は、通常、材料投入ホッパーの近傍に標準スクリ
ューセクション（区間）を有し、混合作用を高めるために１つ又は複数の特殊設
計の混合セクション（区間）を有している。これらの混合セクションは、当然、
分配混合素子（部材）のカテゴリーと分散混合素子（部材）のカテゴリーに分類
される。
【００１１】 いろいろな種類の分配混合素子（装置）が、図２Ａ〜Ｆに示されている。スク
リュー溝を通る流体の速度分布に事実上何らかの乱れがあれば、それは分配混合
を惹起することになる。従って、スクリュー羽根の間にピン（図２Ａ）を配置し
ただけの単純な装置であっても、分配混合の作用を高めることができる。図２Ｂ
は、ポリマーの流れを多数の狭いチャンネル（溝）に分割し、再び合流し、分割
と合流を数回繰り返すようになされた周知のダルメージ式混合セクションを示す
。サクソン式混合セクション（図２Ｃ）及び「パイナップル」型混合セクション
（図２Ｄ）を用いても同様な結果が得られる。図２Ｅは、羽根にスロットが切り
欠かれているタイプのスクリューを示す。図２Ｆに示されているのは、キャビテ
ィ・トランスファー・ミキサーと称されるタイプの装置である。このタイプの装
置は、回転子（スクリュー）とバレルの両方にキャビティが形成されており、分
散混合と分配混合の両方の作用を有するといわれている。
【００１２】 これらの装置の他に、被処理材料を混ぜ合わせ、温度、組成及び混合履歴のむ
らをなくすように材料のメルト流を分割し再合流するためにしばしば静止ミキサ
ーが用いられる。静止ミキサーは、一般に、高応力の領域を創生することができ
ないので、大抵の場合、分配混合に用いられる。
【００１３】 図２Ａ〜Ｆに示された装置は、それらの作用が主として被処理材料を高剪断応
力の領域に露呈させることなく空間的に再分配することであることから分配混合
器に分類されている。これに対して、図２Ｇ〜Ｊに示されたタイプは、高剪断応
力の領域を創生し、従って、分散混合を実施するように設計されている。
【００１４】 最も一般的な分散混合セクションは、材料が乗り越えて流れるようにスクリュ
ーに沿って配置された１つ又は複数のバリヤー羽根（障壁を構成する羽根）を有
する縦溝付き又はスプライン付き混合セクションである。材料は、バリヤー羽根
（以下、単に「バリヤー」とも称する）のクリアランス（バリヤーの頂面とバレ
ルの内面との間の遊隙）を通り抜ける際、凝集塊を解体する働きをする高いずり
速度（ずりの力場にある流体中の速度の変化率、ずり変形速度又は剪断速度とも
いう）に露呈される。そのような装置の１つが、図２Ｇに示されているマドック
式混合セクションである。マドック式混合器は、１組の断面半円形の溝を形成す
る長手方向のスプラインを有する。これらの溝は交互に上流側と下流側に開放し
ている。入口溝（上流側に開放している溝）に流入した材料は、混合羽根（斜交
平行線の陰影を付された部分）を乗り越えて圧送された後出口溝（下流側に開放
している溝）に流入する。材料は、混合羽根を乗り越える間に高い剪断応力を受
ける。このタイプの混合素子の欠点は、混合セクションの出力側（出口側）の圧
力を低下させ、従って、押出機の出力を低下させることである。又、溝の深さが
長手方向に一定であるため材料が滞留する領域が生じる。そのためにこのタイプ
の混合素子は、熱安定性の低い材料には不適当である。
【００１５】 図２Ｈは、混合バリヤー（スクリュー羽根）によって互いに分離されたチャン
ネル（溝）を形成するようにらせん方向に延長したスプラインを有するイーガン
式混合セクションを示す。これらのチャンネルは、徐々に浅くなり、混合セクシ
ョンの終端において深さがゼロになるまでテーパした溝とすることができ、それ
によって材料の滞留が生じる可能性を少なくすることができる。このらせん設計
は、マドック式のものより圧力の消耗が少ないので、押出機の出力の低下を小さ
くする。
【００１６】 図２Ｊに示されたブリスター（隆起）リングは、単に、スクリューの外周面に
設けられた、すべての材料が通らなければならない狭い半径方向のクリアランス
（バレルの内面との間の遊隙）を有する円筒形のリング部分である。しかしなが
ら、このブリスターリングは、その出力側（出口側）の圧力降下を大きくすし、
その結果として押出機全体の出力を相当に低下させる。
【００１７】 スクリュー押出機は、二軸スクリュー押出機のように２本以上の中心スクリュ
ーを有するものとすることができる。二軸スクリュー押出機は、同方向に回転す
る、又は対向回転する（互いに反対方向に回転する）２つのスクリューで作動す
るものとすることができる。２本以上の中心スクリューを用いる何種類かの混合
器が知られている。
【００１８】 対向回転型二軸スクリュー押出機においては、スクリューが噛合する領域に主
として分散混合作用が生じる。この作用は、二本ロール機の作用に似ている。し
かしながら、この構成は、その混合作用がスクリューに大きな分離力（２つのス
クリューを引き離そうとする力）を及ぼすという欠点を有する。そのような分離
力は、大きくなりすぎると、スクリューをバレルの内面に圧接させることになり
、スクリューとバレルに摩耗を起こさせるので、スクリューの回転速度を低く抑
えなければならず、その結果、押出機の処理能力を低下させることになる。
【００１９】 互いに噛合する同方向回転二軸スクリュー押出機においては、噛合領域のスク
リュー面は互いに反対方向に移動する。その結果として、材料の大部分は、この
噛合領域をバイパスして一方のスクリューから他方のスクリューへ移動する動作
を繰り返すことになる。
【００２０】 ある種の二軸スクリュー機は、分散混合作用を高めるために設けられた混練ブ
ロックを有している。これらの混練ブロックは、一般に、中心軸に軸方向に並置
され、異なる角度で固定されたほぼ楕円形の扁平な櫂状部材（以下、単に「櫂」
と称する）である。一方の軸（第１軸）に取り付けられた各櫂は、他方の軸（第
２軸）に取り付けられた対応する櫂と対をなしている。両方の軸は、通常、いず
れも同方向に回転するが、両軸の櫂の向きはは所定の角度で互い違いにされてい
る。
【００２１】 楕円形の櫂形状は、長軸と短軸を有し、長軸の両端に「尖端」を有し、短軸の
両端に「中点」を有すると考えることができる。スクリューの回転サイクルの１
時点ににおいて、第１軸の１つの櫂の一方の尖端は、それが水平に向けられたと
き、第２軸の尖端が垂直に向けられている１つの櫂の中点にほぼ接触する。第２
軸のこの櫂の垂直に向けられている尖端が水平位置に向かって回転する間、第１
軸の櫂の尖端は、該第２軸の櫂の楕円外形に沿って追従し、それによって、楕円
縁を「しごく」又は「拭う」。回転サイクルが進行すると、今度は第２軸の櫂が
第１軸の櫂の外縁をしごく。このしごき又は拭い作用が、材料が櫂の周縁に滞留
又は堆積するのを防止する。この作用は、又、隣接する櫂の尖端の移動が櫂自体
の外形を画定するので、各櫂の形状に制約を課する。櫂のこの形状は材料中にか
なり良好な延伸応力を創生することができるが、櫂の形状に課される上述の制約
が、設計上の変型を制限し、そのことが一層良好な延伸応力領域を創生する。
【００２２】 二軸スクリュー押出機は、一般には、単軸スクリュー押出機より分散混合作用
が優れていると考えられているが、処理容量をが同じである場合、多軸スクリュ
ー押出機は、製造コストが単軸スクリュー押出機より相当に高い。
【００２３】 混合作用を高めるためには考慮すべき幾つかの重要な事項がある。分散混合作
用の場合、考慮すべき事項は、材料を、その凝集塊の所要の砕解をもたらす高応
力の領域に通すことである。高応力領域を１回通すだけでは凝集塊の破断が１回
生じるだけである。従って、きめ細かい分散を達成するには、多数回の通しと破
断が必要とされる。又、効果的な分散混合を行うためには、高応力領域の応力は
、剪断成分と共に強い延伸成分を有するものでなければならない。押出機全体の
効率的な作動を達成するためには、混合セクションを通しての圧力降下（混合セ
クションの前後間の圧力差）を小さくすることが望ましい。
【００２４】 又、全体的に均一な混合を達成するために分散混合と分配混合を組み合わせる
ことも重要である。分散混合が行われれば、必然的にある程度の分配混合が伴う
が、分配混合素子を分散混合素子とうまく組み合わせることによってすべての流
体成分が高応力領域を多数回通過して適正な分散作用を受けるチャンスが高くな
る。
【００２５】 すべての凝集塊及び液滴が高応力領域を少くとも１回通過することを確実にす
るためには、高応力領域を通る材料の流速を全体の前方流速に比して十分に高く
しなければならない。これは、高応力領域の数、長さ、及び材料が通る間隙のサ
イズを設計することによって得られる。又、１つ以上の高応力領域を設け、それ
らの高応力領域をスクリューの長手に沿ってスクリューセクションの円周の周り
に対称的に配置することが好ましい。それによって、力がバランスされ、スクリ
ューの撓み又は歪みを起こす可能性を最少限にすることができる。混合セクショ
ンにおける圧力降下を小さくするためには、高応力領域を前送りらせん向きに配
置することが望ましい。そのような配置は、混練ディスクを連続的な前送りらせ
ん向きに、又は、飛び石的な前送りらせん向きに配置することによって得られる
。
【００２６】 以上の理由から、現行の押出機より優れた分散混合を達成するスクリュー押出
機を求める大きな要望がある。
【００２７】発明の開示 従って、本発明の目的は、優れた分散性並びに分配混合を達成するスクリュー
押出機を提供することである。
【００２８】 本発明の他の目的は、材料を、それに含まれる凝集塊の小粒子への解体を促進
するために繰り返し高応力領域に通すスクリュー押出機を提供することである。
【００２９】 本発明の更に他の目的は、剪断応力だけでなく高い延伸応力をも創生する多数
の高応力領域を有するスクリュー押出機を提供することである。
【００３０】 本発明の更に他の目的は、多軸スクリュー押出機よりその処理能力の割りには
製造コストが安く、しかも、従来の多軸スクリュー押出機に匹敵するか、それよ
り優れた分散混合作用を発揮する単軸スクリュー押出機を提供することである。
【００３１】 本発明の更に他の目的は、高応力領域が押出機全体の処理量を阻害するような
大きな圧力降下を起こさないスクリュー押出機を提供することである。
【００３２】 本発明の更に他の目的は、中心スクリューの撓みを回避することができる対称
的にバランスされた高応力領域を有するスクリュー押出機を提供することである
。
【００３３】 本発明の更に他の目的は、現行の多軸スクリュー押出機より優れた分散混合作
用を発揮する多軸スクリュー押出機を提供することである。
【００３４】 本発明の更に他の目的は、モジュール式の交換自在混合セクションを有するス
クリュー押出機を提供することである。
【００３５】 本発明の更に他の目的は、二軸スクリュー押出機におけるように形状寸法の設
計上の制約を受けることがない混練櫂を有し、しかも、優れた分散混合作用を発
揮する単軸スクリュー押出機を提供することである。
【００３６】 略述すれば、本発明の好ましい一実施形態は、内面を画定する内孔を有するバ
レルを備えたスクリュー押出機である。内孔内には、中心軸と少くとも１つのス
クリュー羽根から成る少くとも１つの押出機スクリューが配置されている。スク
リュー羽根は、押圧前面と後面を有する。各押圧前面の断面輪郭（プロフィル）
は、バレルの内面と協同して漸次狭くなる通路（漸狭通路）を形成する形状であ
り、材料は、この漸狭通路を通して高延伸及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧
送され、それらの高延伸及び剪断応力領域において材料中の凝集塊が解体され、
それによって材料が分散混合される。
【００３７】 本発明の第２の好ましい実施形態は、複数の分散用ディスクを備えた単一スク
リューを有する単軸スクリュー押出機である。これらのディスクは、互いに回転
方向に互い違いにずらされており、各ディスクの形状寸法の設計が対応する他の
ディスクによって制約されることがなく、従って、優れた分配性及び分散混合を
達成することができる。又、これらの分散用ディスクの間に移行（受け渡し）デ
ィスクを設けることもできる。
【００３８】 本発明の第３の好ましい実施形態は、材料を高応力の領域へ導き送り込む少く
とも１つの混練櫂を有するスクリュー押出機である。
【００３９】 本発明の第４の好ましい実施形態は、少くとも１つの縦溝付き混合セクション
を有する少くとも１つの押出機スクリューを備えたスクリュー押出機である。各
混合セクションは、入口セクション及び出口セクションを有し、入口セクション
と出口セクションとは、材料を延伸及び剪断応力の領域を通して圧送する働きを
する複数のバリヤー羽根によって分離されている。
【００４０】 本発明の第５の好ましい実施形態は、所定の半径方向の羽根クリアランスδ、
チャンネルの所定の深さ即ち高さＨ、所定のねじれ角φ、混合セクションの所定
の長さＬ、所定のスクリュー直径Ｄ、羽根尖端の所定の幅Ｗf、所定のチャンネ ル幅を有するスクリュー押出機であり、δ／Ｈ比を０．０５〜０．５の範囲とし
た場合、混合セクションの長さＬをスクリュー直径Ｄの１〜２０倍の範囲とし、
ねじれ角φを−９０°から−３０°及び＋３０°から＋９０°の範囲とし、羽根
尖端の幅Ｗfをチャンネル幅の０〜０．５倍の範囲とし、δ／Ｄ比を０．００５ 〜０．２５０の範囲としたことを特徴とする。
【００４１】 本発明は、又、優れた分散混合作用を達成するためにバレルの内面と協同して
漸次に狭くなる通路を形成するスクリュー押出機を用いて材料を押し出す方法を
提供する。
【００４２】 本発明の上述した各実施形態は、上述した諸目的を達成する多くの利点を有す
る。本発明のそのような利点の１つが、良好な分散混合作用と分配混合作用の両
方を達成することである。
【００４３】 本発明の他の利点は、高い延伸かつ剪断応力の領域を提供することである。
【００４４】 本発明の更に他の利点は、材料中の凝集塊の砕解を促進するために材料が繰り
返し高応力領域を通して押し出されることである。
【００４５】 本発明の更に他の利点は、同等の二軸スクリュー押出機よりその処理能力の割
りには製造コストが安く、しかも、従来の二軸スクリュー押出機に匹敵するか、
それより優れた分散混合作用を発揮する単軸スクリュー押出機に適用することが
できることである。
【００４６】 本発明の更に他の利点は、高応力領域を前送りらせん向きに配置することがで
き、それによって、混合セクションにおける圧力降下を小さくし、従って、全体
の効率及び処理量を増大させることである。
【００４７】 本発明の更に他の利点は、高応力領域を中心スクリューの周りに対称的に配置
し、それによって、スクリューの撓み又は歪みを防止することである。
【００４８】 本発明の上記目的及び発明の内容は、添付図を参照して以下に記述する本発明
の実施形態の説明から一層明らかになろう。
【００４９】好ましい実施形態の説明 本発明の好ましい実施形態は、優れた分散混合作用を有するスクリュー押出機
である。添付図、特に図１に示されるように、本発明のスクリュー押出機（以下
、単に「装置」とも称する）は、参照番号１０で示されている。
【００５０】 図１は、中心軸線１１を有し、入口端１２と出口端１４を有するスクリュー押
出機１０を示す。説明の便宜上、ここでいう「下流」とは、スクリュー押出機の
出力即ち吐出部分に近接した端部のことをいい、「上流」とは、出力部分から遠
い側の端部のことをいう。下流方向、即ち材料の流れ方向は、図１に大きい矢印
によって示される。
【００５１】 スクリュー押出機１０は、バレル１８を有する。入口端１２は、材料を供給す
るための投入ホッパー２０を備えており、出口端１４には押出ダイ２２が設けら
れている。バレル壁２４及びバレルの内孔２６を示すためにバレル１８の一部分
が破除されている。内孔２６内には、スクリュー羽根３０を有する押出機スクリ
ュー２８が配設されている。この実施形態ではスクリュー押出機１０は単一のス
クリューを有しているが、２つ以上のスクリューを設けてもよい。
【００５２】 図２は、発明の背景の欄で説明したような、押出機スクリューのいろいろな従
来技術の混合セクションを示す。
【００５３】 図３は、本発明に用いられる押出機スクリュー２８の混合セクションの一実施
形態の等角投影断面図である。３１は、押出機スクリュー２８の混合セクション
を示す。この混合セクション３１は、スクリュー２８の一体部分としてもよく、
あるいは、中心軸にモジュール式混合セクションとして固定することもできる。
後者の場合、異なる材料及び用途に合わせてカスタマイズすることができる異な
る特性を設定するために他のモジュール式混合セクションと組み合わせることが
できる。
【００５４】 図３には、随意選択として形成することができる中心孔３２が仮想線で示され
ている。この中心孔３２は、混合セクション３１がモジュール式セクションであ
る場合に独立した中心軸に順次に継ぎ足して他のモジュール式混合セクションと
組み合わせて積重体の形にするためのものである。この混合セクション３１は、
所定の長さ（Ｌ）３３を有するものとして規定され、中心軸３４と、材料を混合
すると共に前方へ搬送するのに用いられるスクリュー羽根３０を有する。スクリ
ュー直径（Ｄ）３５は、羽根３０が中心軸３４の対向する両側面に配置されたと
きの羽根の尖端間距離（即ち、羽根の尖端から尖端までの距離）として定義され
る。各羽根３０は、前方押圧面（前面）３６と、後面３８を有する。４０は、羽
根３０の断面輪郭を示すための参照番号である。以下の説明から分かるように、
高い分散混合作用を創生する高い延伸及び剪断応力の多重領域を創生するのは、
この断面輪郭４０の形状である。この好ましい実施形態においては、分散混合作
用を高めるために各羽根３０に長手方向に間隔を置いてスロット４２が形成され
ている。これらのスロット４２は、随意選択として設けられるものであり、それ
らのサイズ及び位置は、当業者には明らかなように、かなりの範囲で変更可能で
ある。更に、例えば、円形、正方形、菱形又は不規則形状のピン又は突起、又は
、断続的な第２羽根等の他の多くの分散混合器具を用いることもでき、羽根と羽 根の間のチャンネルの深さ又は幅（以下に定義する）もいろいろに変更すること
ができる。
【００５５】 図４は、図１の線Ａ−Ａに沿ってみたスクリュー押出機１０の断面図である。
バレル１８は、バレルの内面によって画定される中心内孔２６を囲うバレル壁２
４を有する。この実施形態では、中心内孔２６は、円筒形であり、単一の押出機
スクリュー２８を備えているが、本発明は２つ以上の押出機スクリューにも適用
することができ、その場合は、内孔２６の断面は、多数の円又は楕円がオーバー
ラップした形状とすることができる。
【００５６】 スクリュー２８の羽根３０は、この実施形態では、中心軸３４の円周の周りに
９０°間隔で配置された４枚の羽根として示されているが、羽根の数は、２枚、
３枚、５枚、６枚などと必要に応じて変更することができ、羽根の軸３４の円周
周りの位置も変更することができることは当業者には明らかであろう。ただし、
それらの羽根３０は、軸３４にかかる力をバランスさせて軸の撓み又は歪みを防
止するために軸３４の円周の周りに対称的に配置することが望ましい。
【００５７】 図４には、又、羽根３０の断面輪郭４０と、羽根の前方押圧面３６及び後面３
８が示されている。前方押圧面３６とバレルの内面４４とで漸次狭くなる（漸狭
）通路４６が画定され、内孔２６の被処理材料はこの漸狭通路４６を通って送ら
れる。即ち、スクリュー２８の回転により、材料は、通路４６の広端から進入せ
しめられ、通路４６が漸次狭まり羽根の尖端５０とバレルの内面４４との間に創
生される高応力領域４８に入るにつれて圧搾される。このように漸狭通路４６の
断面積が徐々に小さくなることによって材料の平均流速が増大される。高応力領
域４８は、分散混合作用を増大させる上で重要な延伸応力と剪断応力の両方を醸
成する。スクリュー２８の回転作用は、材料中の凝集塊をこのような多数の高応
力領域４８を通過させて搬送するのを確実にするので、極めて高品質の分散混合
が得られる。
【００５８】 バレルの内面４４と中心軸３４の外周面との間の距離は、チャンネル（溝）の
高さ即ち深さ（Ｈ）５２として定義される。羽根の尖端５０とバレルの内面４４
との間の間隙は、半径方向の羽根クリアランス（δ）５４として定義される。羽
根クリアランス５４対チャンネル高さ５２の比は、δ／Ｈとして定義される。押
出機スクリュー２８上の１つの羽根３０の前方押圧面３６と次の羽根３０の後面
３８との間の円周方向の距離は、チャンネル幅５６として定義される。羽根の尖
端５０の幅Ｗfは、参照番号５８で示されているが、この幅Ｗfは、押圧羽根面の
断面輪郭によってはゼロとなる場合が多い。実際、図４に示される示された羽根
面の断面輪郭は、尖端５０のところで円滑な曲線となっており、この例では羽根
尖端５０の幅（Ｗf）５８は、ゼロである。
【００５９】 図５は、材料を高応力領域４８へ圧入させるための漸狭通路４６を形成するた
めにバレル壁２４と連携して用いることができるスクリュー羽根３０のいろいろ
な押圧羽根面の輪郭４０を示す。ただし、断面輪郭はここに示された形状以外の
多くの変型が可能であり、ここに図示された輪郭に限定されるものではない。
【００６０】 以上に説明した本発明の好ましい実施形態は、「正のねじれ角」即ち前送りの
羽根形状を有している。前送り羽根付きスクリューにおいては、押圧羽根面は、
材料を押出機の出力端に向かって前方へ送る。図１を参照して説明すると、正の
ねじれ角（φ）６０は、羽根面６２に対する垂直線とスクリューの長手軸線１１
との間の角度として測定されたものである。本発明のスクリューは、後送り羽根
付き構造とすることもできる。その場合、その押圧羽根面は、材料を押出機の供
給開口（入口）に向かって後方へ送る。更に、中立送り羽根構造とすることも可
能である。この場合は、羽根面の角度は、９０°とし、押圧羽根面は、材料を円
周方向にのみ送る。
【００６１】 スクリュー押出機１０において、負のねじれ角を有する混合セクションを設け
ることも可能である。その場合、スクリューの混合セクションより上流側のスク
リューセクションは、材料を出力端１４の方に向けて効率的に搬送するのを確実
にするために正のねじれ角を有するものとすることもできる。このように、本発
明のスクリュー押出機１０は、負のねじれ角を含む変型形態とすることも可能で
ある。又、スクリュー押出機１０のスクリュー２８は、中心軸を有するモジュー
ル式の構成とすることもでき、いろいろな材料及び操作に適合するように異なる
寸法形状の複数のモジュール式混合セクションを中心軸上に重ねて軸方向に順次
に並置させる（積重する）ことができる。
【００６２】 本発明に使用することができるモジュール式混合セクションのタイプの１例は
、発明の背景の欄で説明した、かつ、図２Ｇに示されているマドック式混合セク
ションである。図６は、マドック式混合セクションをより詳細に示す。マドック
式混合セクションは、１組の断面半円形の溝を形成する長手方向のスプラインを
有する。これらの溝は、交互に上流端と下流端が開放している。上流側が開放し
た入口溝７０に進入した材料は、斜交平行線の陰影を付された部分として示され
ている混合バリヤー羽根（混合作用をする障壁としての羽根）７２を乗り越えて
圧送され下流側が開放した出口溝７４に流入する。材料は、混合羽根７２を乗り
越える間に高い剪断応力を受ける。それによって若干の分散混合作用も受けるが
、この従来技術のマドック式混合セクションは、材料を高応力領域に１回だけし
か通さない。
【００６３】 これに対して、図７は、本発明の別の好ましい実施形態を示す。この実施形態
ででは、多重羽根付き混合セクション８０をスクリュー押出機にモジュール式に
組み入れることができる。材料は、図６の例の場合と同様に入口溝７０を通して
導入されるが、出口溝７４に到達する前に一連の混合バリヤー羽根８２を乗り越
えなければならない。材料は、一連の混合羽根８２を乗り越える間に繰り返し高
応力領域を通らなければならない。更に、これらのバリヤー羽根８２には、高延
伸応力の領域４８を創生するために多数の漸狭通路４６も設けることができ、そ
れによって、図６の構成より遙かに優れた分散混合作用を達成することができる
。
【００６４】 この多重混合バリヤー羽根は、従来技術によって得られる作用より分散混合作
用を向上させるためにいろいろな異なる形態で用いることができる。例えば、も
う１つの例は、多重高応力領域を創生するためにウエッジ形の先行縁を有する一
連の小リングを用いることによって図２Ｊに示される従来技術のブリスターリン
グを改良することである。更に、イーガン式混合セクション（図２Ｈ）、ゾロ式
混合セクション、トレスター式混合セクション等のすべての縦溝付き混合器にも
同様な改変を加えることができる。
【００６５】 良好な分散混合作用を得るために押出機スクリューの混合セクションを設計す
るに当たって、結果を最適化するために調節することができる幾つかの変数があ
る。タドモアとマナス−ツロツォワ（Ｚ．タドモア、Ｉ．マナス−ツロツォワ共
著「最新ポリマー技術」、第３巻、３号、２１３−２２１頁参照）によれば、通
路の分配関数は、下式１によって表すことができる。
【００６６】
【数１】
【００６７】 ニュートン流体の滞留時間は、下式２によって近似値として求めることができ
る。
【００６８】
【数２】 ここで、ｚは当該スクリューセクションのらせん長、ｖbzはダウンチャンネルバ
レル速度、ｒは絞り比（圧力流量÷推進流量）である。
【００６９】 平均滞留時間は、下式３から求めることができる。
【００７０】
【数３】 ここで、Ｗはチャンネル幅、Ｈはチャンネルの深さ、δは半径方向の羽根クリア
ランス、Ｗfは羽根の幅である。
【００７１】 無次元時間λは、下式４によって表される。
【００７２】
【数４】 ここで、Ｌはダウンチャンネル距離ｚに相当する軸方向の長さである。
【００７３】 クリアランスを１回も通らない流体の分率Ｇ0は下式５によって表される。
【００７４】
【数５】
【００７５】 Ｇ0分率は、流体の大部分がクリアランスを少くとも１回又はそれ以上通るの を確実にするために低くすべきである。単純な搬送スクリューにおいては、Ｇ0 分率は、通常、ほぼ０．９９である。この値は、流体の大部分がクリアランスを
１回も通らずに通過することを意味している。
【００７６】 上記各式は、クリアランスを全く通らない流体の割合が１％未満であることを
意味する０．０１未満のＧ0分率を得る最小値を求めるために用いることができ る。これは、λ＞４．６のときに得られる。Ｌ、Ｈ、Ｗ、ｒ、φ及びｗfがある 特定の値であるとした場合、λ＞４．６又はＧ0＜０．０１とするには羽根クリ アランスδをどのくらいの大きさにしなければならないかを求めることができる
。
【００７７】 Ｌ＝３Ｗ、ｒ＝０、φ＝１７．６７°である場合、Ｇ0＜０．０１を得るには δ／Ｈ比を約０．８としなければならない。いうまでもなく、そのような高いδ
／Ｈ比では、クリアランスに大きな応力を創生し、効果的な分散混合を達成する
ことはほとんど不可能であろう。小さいクリアランスとした場合、Ｇ0分率を低 くするにはどの幾何学的変数を変えなければならないかは、式４から明らかであ
る。即ち、（１）混合セクションの長さＬを長くし、（２）ねじれ角φを大きく
し、（３）羽根の幅ｗfをちいさくすることによってＧ0分率を低くすることがで
きる。
【００７８】 上記条件において他の値を同じにして（Ｌ＝３Ｗ、ｒ＝０のままにして）ねじ
れ角φを１７．６７°から６０°に増大させたとすると、０．０１未満にするに
はδ／Ｈ比を約０．３５以上にしなければならない。このδ／Ｈ比の値（０．３
５）でも大きいが、０．８よりは相当によい。δ／Ｈ比は、混合セクションの長
さを長くするか、羽根の幅をちいさくすることによって、あるいはねじれ角を更
に大きくすることによって低くすることができる。以上に述べた手法は、設計上
の変数の一次算出を可能にするが、これらの初期値の更なる改善はコンピュータ
シミュレーションによって得られる。
【００７９】 単純な搬送スクリューを備えた従来技術のスクリュー押出機においては、Ｇ0 、即ち、羽根クリアランスを通らない材料の分率は、通常、０．９９であると推
定される。このことは、大部分の材料は高応力領域を１度も通ることがなく、従
って分散混合が不良であることを意味する。
【００８０】 本発明においては、Ｇ0を０．０１未満とすること、従って、材料の９９％以 上が高応力領域を通過させることが企図される。Ｇ0のこの値を実現するために は、０．０５〜０．３の適度な範囲のδ／Ｈを達成するために、ねじれ角（φ）
を−９０°から−３０°及び＋３０°から＋９０°の範囲とし、混合セクション
の長さ（Ｌ）をバレルの内孔直径の１〜２０倍の範囲とし、羽根尖端の幅（Ｗf ）をチャンネル幅の０〜０．５倍の範囲とすることが上記各式から想到される。
【００８１】 ねじれ角（φ）の好ましい範囲は−９０°から−３０°及び＋３０°から＋９
０°であるが、＋３０°から−３０°の範囲も有効である。
【００８２】 凝集塊を砕解するには高応力領域を多数回通す必要がある。従って、非常に低
いＧ0値を有する混合セクションであっても、必ずしも良好な分散混合が達成さ れるという保証はない。例えば、従来技術のマドック式混合器の場合は、すべて
の材料が高応力領域を通らなければならないが、１回だけしか通らないので、不
十分である。
【００８３】 もう１つの留意すべきパラメータは、羽根クリアランス対スクリュー直径の比
δ／Ｄである。この値は、高応力領域を通る材料の量を表す指標であり、従って
、材料が分散混合される度合に比例する。この数値が高いほど、良好な分散混合
が期待される。従来技術の単軸スクリュー押出機の場合は、このδ／Ｄ値は、通
常、０．００１であり、従来技術の二軸スクリュー押出機の場合は、このδ／Ｄ
値は０．００５である。これに対して、本発明の上述した好ましい各実施形態の
δ／Ｄ値は、０．００５〜０．２５０である。ただし、δ／Ｄ値が高くなりすぎ
ると、創生される応力が、分散混合を達成するには低すぎる場合がある。羽根ク
リアランスは、十分に高い応力を創生することができるのに十分に小さく、かつ
、十分な量の材料を通すのに十分に大きくすべきである。
【００８４】 スクリュー押出機の羽根は、材料を下流方向に搬送することができ、かつ、材
料が押出機のバレルの壁に堆積するのを防止する働きをする。この後者の機能は
、「しごき」又は「拭い」作用と称される。材料を搬送する機能とは別途にこの
しごき作用を果たす素子（部材）を設けることも可能であるが、通常は両方の機
能を兼備した素子が用いられる。又、しごきと搬送を１組のスクリュー羽根（搬
送／しごき羽根）によって行わせ、混合作用を第２の組のスクリュー羽根（混合
羽根）によって行わせるようにすることも可能である。この第２の組のスクリュ
ー羽根は、別個のモジュール式セクションに設けてもよく、あるいは、それらを
搬送／しごき羽根の間に組み入れることによって同じセクション内に設けること
もできる。
【００８５】 混合羽根は、搬送／しごき羽根（単に「搬送羽根」とも称する）と同じねじれ
角とする必要はなく、実際、異なるねじれ角とすることが有利な場合がある。搬
送羽根のねじれ角は、最良のポンプ送り作用を発揮するように選定することがで
き、一方、混合羽根のねじれ角は最良の分散混合作用を発揮するように選定する
ことができる。それによって、これらの２つのタイプの羽根の機能的な分離を達
成することができ、全体の性能の最適化を可能にする。
【００８６】 図８は、本発明に従って混合羽根９４を搬送／しごき羽根９６の間に組み入れ
た変型中心スクリュー９２を備えたスクリュー押出機９０を示す。
【００８７】 図９は、図８の線Ｂ−Ｂに沿ってみたスクリュー押出機の断面図である。図に
みられるように、混合羽根９４の断面輪郭４０は、バレル１８内に漸狭通路４６
を創生する形状であり、漸狭通路４６は、やはり、材料を高応力領域４８内へ押
し込む働きをする。この構成は、材料の分散作用を高める。搬送／しごき羽根９
６は、最適なポンプ送り特性を発揮するように設計されている。
【００８８】 先に述べたように、ねじれ角を９０°とした変型とすることも可能である。そ
のような変型は、互いに異なる回転方向角度位置にずらせた真直ぐなディスクを
用いることによって得られる。単軸スクリュー押出機の場合、好ましい実施形態
のこの変型は、二軸スクリュー押出機に用いられる混練櫂に類似しているが、従
来技術の二軸スクリュー押出機におけるように一方のスクリュー軸のディスクの
形状・寸法が他方のスクリュー軸の他のディスクの輪郭に追従することが必要と
されることによって制約を受けることがなく、ディスクの形状・寸法を効率的な
延伸及び剪断応力を創生するように最適化することが可能であるという重要な相
違と利点を有する。
【００８９】 図１０は、従来技術におけるように二軸スクリュー押出機の一方のスクリュー
軸の混練櫂の形状を示す。これに対して、図１１は、中心軸線１０４上に心合さ
せた分散用ディスク１０２を有する、単軸スクリュー押出機に適用するための本
発明の好ましい第２実施形態１００（スクリュー押出機）を示す。
【００９０】 この実施形態のスクリュー羽根即ちディスク１０２の押圧羽根面１０６は、明
確なウエッジ形状を有し、後行羽根面１０８は平坦である。図１１において、食
い違い角β１０９は、順次に隣接するディスク１０２の回転方向のずれを示す。
これらの分散用ディスク１０２の押圧面１０６の断面輪郭は、正のねじれ角形の
実施形態における押圧羽根面３６に関連して上述したのと同様な態様で、楕円形
、三角形、円形等の多種多様の変型が可能である。更に、これらの分散用ディス
ク１０２は、又、モジュール式とすることができ、いろいろな混合特性を発揮す
るように中心軸に積重することができる。
【００９１】 図１２は、好ましい実施形態１００のそのようなモジュール式の変型例を示す
。この変型例では、９０°のねじれ角を有する分散用ディスク１０２が積重され
、中心軸１１０上に固定されている。図では、これらの分散用ディスク１０２の
向きを示すためにバレル１１８の一部が破除されている。図の理解を容易にする
ために長手中心軸線１０４も示されている。櫂の尖端１２２とバレルの内面１２
４の間の高応力領域１２０に良好な分散混合作用を得るのに必要とされる延伸及
び剪断応力が創生される。主たる分散混合作用は、押圧羽根面１０６とバレルの
内面１２４によって形成される漸狭領域内に生じる。材料は、スクリューとバレ
ルの内面１２４によって惹起される推進流によって漸狭通路１２６内へ押し込ま
れる。
【００９２】 図１３と図１４は、それぞれ、従来技術の櫂の断面輪郭と、本発明の分散用デ
ィスク１０２の断面輪郭を示す。図１３において、線１２８は、スクリュー押出
機のバレル内の従来の混練櫂の尖端の表面に対して引かれた接線である。線１３
０は、バレルの内面の、線１２８の延長線と交差する点に対して引かれた接線で
ある。これらの２つの線の間の角αは、参照番号１３２で示されている。この混
練櫂の形状・寸法は、他方のスクリュー軸の櫂の尖端をしごくように他方の櫂と
合致し、他方の櫂の輪郭に追従することが必要とされることによって制約を受け
る。櫂の尖端を通って通路へ至る進入角を画定する角α１３２は、この設計制約
によって著しく制限され、材料の分散混合を実施するために最適化することがで
きない。
【００９３】 これに対して、本発明の実施形態１００の分散用ディスク１０２の断面輪郭は
、図１４に示されている。分散用ディスク１０２は、スクリュー押出機１００の
内孔１２４内に配置された状態で示されている。線１３４は、尖端１２２に近接
したディスクの表面に対する接線である。図１３の従来技術の櫂の場合と同様に
、バレルの内面１２４上の投影点に対する接線１３６は、線１３４との間に角α
１３８を画定する。分散用ディスク１０２の形状・寸法は、従来技術におけるよ
うに隣接する櫂の輪郭に追従しなければならないという必要性よって制限される
ことがないので、角α１３８は、図１３の従来技術の角α１３２よりはるかに鋭
角にすることができ、材料に優れた分散作用を及ぼすように設計することができ
る。従来技術の二軸スクリュー押出機の混練櫂にみられる角α１３２は３５°〜
５０°であるのに対して、本発明のこの角α１３８はゼロから３５°の範囲の鋭
い角度とすることができる。比較対照として述べれば、従来技術の単軸スクリュ
ー押出機においては漸狭通路が設けられていないので、これに対応する進入角α
は、通常、９０°である。
【００９４】 材料は終始漸狭通路内へ押し込まれ、漸狭通路を通して圧送されるので、分散
混合作用は優れたものとなる。しかしながら、ポリマーメルトは図１５Ａ及びＢ
にみられるように高応力領域を回り込んで流れることによって高応力領域をバイ
パス（迂回）し、最も抵抗の小さい経路をとる傾向を有する。図１５Ａには、分
散用ディスク１０２の断面輪郭と、バレルの内面１２４の一部分が示されている
。高応力領域１２０は、ディスク１０２の尖端１２２とバレルの内面１２４の間
に創生される。図１５Ｂは、同じ分散用ディスク１０２の正面図であり、材料の
流れ方向を矢印１４０，１４２で示している。矢印１４２は、ディスク尖端１２
２の側面を回って流れる材料を示す。これは、分散混合作用の効率を低下させる
要因となる。
【００９５】 この問題は、高応力領域内にバイパスルートを閉めきるためのバリヤー壁（障
壁）を追加することによって大幅に軽減することができる。図１６Ａ及びＢは、
そのような２つのバリヤー壁１５４を追加した本発明の別の好ましい実施形態に
よる分散用ディスク１５０を示す。図１６Ａは、尖端１２２にバリヤー壁１５４
を付設した変型分散用ディスク１５２の側面図である。図１６Ｂは、変型分散用
ディスク１５２の正面図であり、実質的にすべての材料が高応力領域１２０に通
される様子を示す。かくして、分散混合作用が高められる。
【００９６】 この変型は、又、性能を高めるために図１７Ａ及びＢ及び図１８Ａ及びＢに示
されるように従来技術の混練櫂に適用することもできる。図１７Ａ及びＢは、本
発明に従って改変されていない従来の混練櫂の側面図と正面図を示す。図１８Ａ
は、本発明に従って改変された変型混練櫂１６０の側面図を示す。図１８Ａに点
線で示されている分散用溝１６２は、櫂１６０の表面に切り込まれたものである
。図１８Ｂは、溝１６２を含む改変櫂１６０の正面図を示す。この溝１６２は、
材料を櫂の尖端１６４とバレル壁１２４の間の領域内へ送り込むことができる。
この櫂の形状は、相手方の櫂（他方のスクリュー軸の櫂）に追従しなければなら
ないという必要性によって多分に制約を受けるが、溝１６２内の領域は、材料の
分散作用を改善するためにいろいろな異なる角度とすることができる。従って、
この構成は、上述した分散用ディスク１０２の効率には及ばないかもしれないが
、性能の向上を期待することができる。
【００９７】 混練櫂においても、分散用ディスクにおいても中立ねじれ角を有する混合素子
に随伴する共通の問題がある。それは、異なるディスク間の移行（遷移又は受け
渡し）地点に滞留点が生じるおそれがあるという問題である。この状態は、真直
ぐな（中立ねじれ角を有する）ディスクの間に移行素子を設けることによって修
正することができる。
【００９８】 図１９は、そのような移行素子の取り得る１形態を示す。分散用ディスク１０
２は、１つ又は複数の移行素子１６６と交互に設けられる。好ましい実施形態鋸
の変型例においては、移行素子１６６は、ゼロ〜９０°の間のねじれ角を有する
羽根付き素子である。これらの素子１６６は、基本的に、分散用ディスク１０２
の食い違い角１０９（図１１参照）に等しい撚り角を有する分散用撚りディスク
として形成することができる。移行素子１６６の羽根１６８は、隣接するディス
ク１０２の尖端１２２と１２２を連結するものとして示されている。これらの移
行素子１６６は、１つの分散用ディスクから次の分散用ディスクへの材料の漸次
の移行（受け渡し）をして材料の流れを助成し、なおかつ、分散混合能力を維持
することができる。このような移行素子ディスクは、材料の流れを良好にするた
めに従来技術の混練櫂にも適用することができることは当業者には明らかであろ
う。
【００９９】 又、本発明は、多軸スクリューを備えたスクリュー押出機にも適用することが
できる。本発明を適用する二軸スクリュー押出機は、同方向に回転するスクリュ
ーを備えた同方向回転式であってもよく、対向回転するスクリューを備えた対向
回転式であってもよい。更に、３軸、４軸スクリュー押出機であってもよく、円
形に配列された１０個のスクリューを備えたスクリュー押出機であってもよい。
どのようなタイプのスクリュー押出機であっても、上述した本発明の好ましい各
実施形態を用いることによって分散混合作用を改善することができる。上述した
断面輪郭を有する羽根を用いることによって高応力領域の数を増やすことは、単
軸スクリュー押出機を始め、あらゆる多軸スクリュー押出機に適用することがで
きる有用な技術である。従って、本発明は、上述した各例に加えて、他のいろい
ろな変更及び改変が可能である。
【０１００】 以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明の方法及び装置は、こ
こに例示した実施形態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実
施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【０１０１】産業上の利用分野 本発明のスクリュー押出機１０は、一般に、固体又は液体成分を粘性流体中に
分散混合させる必要があるすべての混合工程に適用するのに適している。それは
、固形凝集塊を粘性流体中に分散させる用途であってもよく、あるいは、液滴を
粘性流体中に分散させる用途であってもよい。本発明は、ポリマーのブレンドを
混合するための用途、又は、押出成形する前にポリマーに添加剤を添加するため
の用途に特に適している。
【０１０２】 ポリマー分野の用途としては、着色プラスチック製品を製造するために固形顔
料をポリマー中に分散させる工程がある。特に、色の均一性が重要な要素である
場合、着色剤粒子を、十分に分散混合させ、かつ、単なる分散混合によって可能
であるよりも小さい凝集塊に破砕することが非常に有利である。
【０１０３】 本発明は、又、ポリマーブレンド及びポリマーアロイを製造するために不親和
性のポリマー成分のポリマーマトリックス中への分散を良好にするためにも適用
することができる。良好な分散混合は、引張強さ、耐久性等の均一な材料特性を
得る上で重要である。本発明は、又、より高い均一性をもって剛性を高めるため
に補強用充填材をポリマーマトリックスに添加するのにも適用することができる
。
【０１０４】 更に、本発明は、導体又は半導体物質の製造において、導電性充填材のポリマ
ーマトリックスへの分散を良好にするのに適用することができる。又、磁気充填
材のプラスチック磁石中への分散も、酸化防止のための固形充填材の分散も、本
発明を用いれば、改善することができる。本発明は、又、ゴム系接着剤の製造に
も有用である。
【０１０５】 分散混合させるべき粘性流体は、必ずしもプラスチック又はポリマー系でなく
てもよい。ドウ、マッシュポテト、料理用油、ブドウ又は果実濃縮液のスラリー
、蜂蜜、又はピーナツバター等の食物製品を混合するのにも本発明を用いること
ができる。又、油やロケット燃料等の石油製品にも適用することができる。これ
らの物質は、すべて、本発明による優れた分散混合の利点を享受することができ
る。
【０１０６】 更に、本発明の混合素子はモジュラー式にすることができるので、特定の被処
理材料に対して最適な性能を発揮するための構成をカスタマイズすることができ
る。従って、本発明の改良は、既存のスクリュー押出機に安価なコストで組み入
れることもできる。特に、従来技術の混練櫂に対する改良は、慣用の機械加工法
を用いて本発明の分散用溝１６２を既存のスクリュー押出機の櫂に形成すること
によってほとんどコストをかけずに実行することができる。更に優れた性能を得
るためには、本発明の分散用ディスク１０２を従来の混練櫂に代えて用いること
ができる。その場合、分散用ディスク１０２は、従来の櫂と同じ直径に製造し、
標準のスクリュー軸に適合する寸法に仕上げることができる。
【０１０７】 以上の理由から、本発明のスクリュー押出機１０は、広範囲の産業上の適用性
を有する。従って、本発明の商業上の利用価値は、広範囲に亘り、長く持続する
ことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のスクリュー押出機の全体概略図であり、バレルの一部分を破
除して内部が示されている。
【図２】 図２Ａ〜Ｊは、分配性及び分散混合のための従来のいろいろな混合セクション
を示す透視図である。
【図３】 図３は、は、本発明の一実施形態による押出機スクリューの等角投影断面図で
ある。
【図４】 図４は、図１の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。
【図５】 図５Ａ〜Ｆは、本発明を具体化したいろいろな羽根面の断面輪郭を示す。
【図６】 図６は、図２Ｇに示された従来技術の混合セクションの詳細図に対応する平面
図である。
【図７】 図７は、本発明の一実施形態による改良された混合セクションの平面図である
。
【図８】 図８は、スクリュー押出機の側面図であり、本発明に従って形成された押出機
スクリューを示すためにバレルの一部分が破除されている。
【図９】 図９は、図８の線Ｂ−Ｂに沿ってみたスクリュー押出機の断面図である。
【図１０】 図１０は、従来技術の混練櫂の透視図である。
【図１１】 図１１は、本発明の好ましい実施形態による分散用ディスクの透視図である。
【図１２】 図１２は、本発明の分散用ディスクを備えたスクリュー押出機の透視図であり
、バレルの一部分を破除して示す。
【図１３】 図１３は、進入角αを有する従来の混練櫂の側面図である。
【図１４】 図１４は、進入角αを有する本発明の混練櫂の側面図である。
【図１５】 図１５Ａ及びＢは、本発明の分散用ディスクの側面図と正面図である。
【図１６】 図１６Ａ及びＢは、本発明の別の実施形態による分散用ディスクの側面図と正
面図である。
【図１７】 図１７Ａ及びＢは、従来の混練櫂の側面図と正面図である。
【図１８】 図１８Ａ及びＢは、本発明の別の実施形態による混練櫂の側面図と正面図であ
る。
【図１９】 図１９は、本発明による交互に配置され分散用ディスクと移行素子の積重体の
側面図である。
【符号の説明】
１０ スクリュー押出機 １１ 中心軸線、長手軸線 １２ 入口端 １４ 出口端、出力端 １８ バレル ２０ 投入ホッパー ２２ 押出ダイ ２４ バレル壁 ２６ 内孔 ２８ 押出機スクリュー ３０ スクリュー羽根 ３０ 羽根 ３１ 混合セクション ３２ 中心孔 ３４ 中心軸 ３６ 前方押圧面 ３８ 後面 ４０ 断面輪郭 ４２ スロット ４４ 内面 ４６ 漸狭通路 ４８ 高応力領域 ５０ 尖端 ５４ 羽根クリアランス ５６ チャンネル幅 ６２ 羽根面 ７０ 入口溝 ７２ 混合羽根 ７４ 出口溝 ８０ 混合セクション ８２ バリヤー羽根、混合バリヤー羽根、混合羽根 ９０ スクリュー押出機 ９２ 中心スクリュー ９４ 混合羽根 ９６ 搬送／しごき羽根 １００ スクリュー押出機 １０２ 分散用ディスク １０４ 中心軸線、長手中心軸線 １０６ 押圧羽根面、押圧面 １０８ 後行羽根面 １１０ 中心軸 １１８ バレル １２０ 高応力領域 １２２ 尖端 １２４ バレル壁、内面、内孔 １２６ 漸狭通路 １５０ 分散用ディスク １５２ 変型分散用ディスク １５４ バリヤー壁 １６０ 変型混練櫂 １６２ 分散用溝 １６４ 尖端 １６６ 移行素子 １６８ 羽根
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内面を画定する内孔を有するバレルと、該内孔内に配置され
    た少くとも１つの押出機スクリューから成るスクリュー押出機であって、 該押出機スクリューは、中心軸と少くとも１つのスクリュー羽根から成り、該
    スクリュー羽根は、押圧前面と後面を有し、該押圧前面は、被処理材料を高延伸
    及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送するために通す漸狭通路を前記バレルの
    内面と協同して形成する断面輪郭を有することを特徴とするスクリュー押出機。
  2. 【請求項２】 前記スクリュー羽根は、前記中心軸の周りにらせん状に配列
    されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー押出機。
  3. 【請求項３】 前記押圧前面の断面輪郭は、楕円形、円形及び三角形を含む
    群から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー押出
    機。
  4. 【請求項４】 前記押出機スクリューは、二軸押出機スクリューであること
    を特徴とする請求項１に記載のスクリュー押出機。
  5. 【請求項５】 前記二軸押出機スクリューは、互いに反対方向に回転するこ
    とを特徴とする請求項４に記載のスクリュー押出機。
  6. 【請求項６】 前記二軸押出機スクリューは、同じ方向に回転することを特
    徴とする請求項４に記載のスクリュー押出機。
  7. 【請求項７】 前記押出機スクリューは、分散混合手段を含むことを特徴と
    する請求項１に記載のスクリュー押出機。
  8. 【請求項８】 前記分散混合手段は、前記スクリュー羽根に形成されたスロ
    ット、前記中心軸に設けられたピン、第２羽根、断続的な第２羽根、チャンネル
    の深さの変更、及びチャンネルの幅の変更を含む群から選択されたものであるこ
    とを特徴とする請求項７に記載のスクリュー押出機。
  9. 【請求項９】 前記押出機スクリューは、混合特性を変更するために中心軸
    上に配列することができるモジュール式セクションを含むことを特徴とする請求
    項１に記載のスクリュー押出機。
  10. 【請求項１０】 前記スクリュー羽根は、撓み力をバランスさせるために中
    心軸の周りに対称的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリ
    ュー押出機。
  11. 【請求項１１】 前記スクリュー羽根の数は、２、３、４、５及び６から成
    る群から選択される変数であることを特徴とする請求項１０に記載のスクリュー
    押出機。
  12. 【請求項１２】 前記押出機スクリューは、搬送／しごき羽根を含むことを
    特徴とする請求項１に記載のスクリュー押出機。
  13. 【請求項１３】 内面を画定する内孔を有するバレルと、該内孔内に配置さ
    れた単軸押出機スクリューから成るスクリュー押出機であって、 該押出機スクリューは、中心軸と複数の分散用ディスクから成り、該各分散用
    ディスクは、押圧前面と後面を有し、該押圧前面は、被処理材料を高延伸及び剪
    断応力の多重領域内へ順次に圧送するために通す漸狭通路を前記バレルの内面と
    協同して形成する断面輪郭を有し、該断面輪郭は、該漸狭通路への進入角αを画
    定し、該角αは、ゼロ〜３５°の範囲であることを特徴とするスクリュー押出機
    。
  14. 【請求項１４】 前記押出機スクリューは、複数の移行素子を含むことを特
    徴とする請求項１３に記載のスクリュー押出機。
  15. 【請求項１５】 前記移行素子は、前記分散用ディスクと交互に配置されて
    いることを特徴とする請求項１４に記載のスクリュー押出機。
  16. 【請求項１６】 前記移行素子は、前記分散用ディスクの食い違い角に等し
    い撚り角を有する分散用撚りディスクであることを特徴とする請求項１５に記載
    のスクリュー押出機。
  17. 【請求項１７】 分散用撚りディスクは、被処理材料の流れを高応力領域内
    へ導き送るためのバリヤー壁を含むことを特徴とする請求項１３に記載のスクリ
    ュー押出機。
  18. 【請求項１８】 内面を画定する内孔を有するバレルと、該内孔内に配置さ
    れた単軸押出機スクリューから成るスクリュー押出機であって、 該押出機スクリューは、中心軸と複数の混練櫂から成り、該各混練櫂は、被処
    理材料を高応力領域内へ導き送るための分散用溝を有することを特徴とするスク
    リュー押出機。
  19. 【請求項１９】 前記押出機スクリューは、複数の移行素子を含むことを特
    徴とする請求項１８に記載のスクリュー押出機。
  20. 【請求項２０】 内面を画定する内孔を有するバレルと、該内孔内に配置さ
    れた少くとも１つの押出機スクリューから成るスクリュー押出機であって、 該押出機スクリューは、中心軸と少くとも１つの縦溝付き混合セクションから
    成り、該縦溝付き混合セクションは、少くとも１つの入口チャンネルと、少くと
    も１つの出口チャンネルを有し、該入口チャンネルと出口チャンネルとは、被処
    理材料を延伸及び剪断応力の領域を通して圧送する働きをするバリヤー羽根によ
    って分離されていることを特徴とするスクリュー押出機。
  21. 【請求項２１】 スクリュー押出機から材料を押し出す押出方法であって、 入力端と出力端を有し、内面を画定する内孔を有するバレルと、出力端に設け
    られた押出ダイと、該内孔内に配置された少くとも１つの押出機スクリューから
    成るスクリュー押出機を準備し、該押出機スクリューは、中心軸と少くとも１つ
    のスクリュー羽根から成り、該スクリュー羽根は、押圧前面と後面を有し、該押
    圧前面は、被処理材料を高延伸及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送するため
    に通す漸狭通路を前記バレルの内面と協同して形成する断面輪郭を有するものと
    し、 被処理材料を前記バレルの前記入力端に導入し、 前記押出機スクリューを回転させて該材料を分散及び分配混合し、 該材料を前記出力端に向けて搬送し、前記押出ダイを通して押し出すことから
    成る押出方法。
  22. 【請求項２２】 前記押圧前面の断面輪郭は、楕円形、円形及び三角形を含
    む群から選択されたものであることを特徴とする請求項２１に記載の押出方法。
  23. 【請求項２３】 内面を画定する内孔を有するバレルと、該内孔内に配置さ
    れた少くとも１つの押出機スクリューから成るスクリュー押出機であって、 該押出機スクリューは、中心軸と、混合セクションと、少くとも１つのスクリ
    ュー羽根を含み、該スクリュー羽根は、押圧前面と後面を有し、該押圧前面は、
    被処理材料を高延伸及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送するために通す漸狭
    通路を前記バレルの内面と協同して形成する断面輪郭を有し、 前記スクリュー羽根は、前記中心軸の周りに所定のねじれ角φをもってらせん
    状に配列されており、 該スクリュー押出機は、前記中心軸の外周面と前記バレルの内面との間の距離
    として定義される所定のチャンネル深さＨと、前記羽根の尖端と前記バレルの内
    面との間の間隙として定義される所定の半径方向の羽根クリアランスδと、所定
    のクリアランス対チャンネル深さ比δ／Ｈを有し、 前記δ／Ｈ比を０．０５〜０．５の範囲とした場合、前記混合セクションの長
    さＬを前記スクリュー直径Ｄの１〜２０倍の範囲とし、前記ねじれ角φを−９０
    °から−３０°及び＋３０°から＋９０°の範囲とし、前記羽根の尖端の幅Ｗf を前記チャンネル幅の０〜０．５倍の範囲とすることを特徴とするスクリュー押
    出機。
  24. 【請求項２４】 半径方向の羽根クリアランス対スクリュー直径比δ／Ｄを
    ０．００５〜０．２５０の範囲とすることを特徴とする請求項２３に記載のスク
    リュー押出機。
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