JP2002535177A - 改良された分散混合素子を備えたスクリュー押出機 - Google Patents

改良された分散混合素子を備えたスクリュー押出機

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ロウエンダール，クリス，ジェイ．
グラマン，ポール，ジェイ．
デイビス，ブルース，エイ．
オズワルド，ティム，エイ．
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ロウエンダール イクストルージョン エンジニアリング，インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 内面（４４）を画定する内孔（２６）を有するバレル（１８）と、内孔（２６）内に配置された押出機スクリュー（２８）を備えたスクリュー押出機（１０）である。押出機スクリュー（２８）は、中心軸（３４）と、スクリュー羽根（３０）を含む。スクリュー羽根（３０）は、被処理材料を高延伸及び剪断応力の多重領域（４８０，１２０，２１４，３１０，４１０，５１０，５６４）内へ圧送するために通す漸狭通路（４６）をバレルの内面（４４）と協同して形成する分散混合素子（２０４，２３４，３０８，４０６，５０８，５５８）を有する。第２の好ましい実施形態は、内面（４４）を画定する内孔（２６）を有するバレル（１８）と、内孔（２６）内に配置された押出機スクリュー（６００，７０１）から成るスクリュー押出機である。押出機スクリュー（６００，７０１）は、中心軸（６０２，７０６）と複数の分散素子（６０４，６０８，７１４）から成り、分散素子は、被処理材料を複数の高延伸及び剪断応力領域（６０８，７１８）内へ圧送するために通す複数の漸狭通路（６０６，７１６）を形成するように構成され、配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 これは、１９９７年７月１１日に出願された本出願人の米国特許願第０８／９
６６，２７２号の一部継続出願である。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「分散混合」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、それに伴って、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
のに十分なレベルではない。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参照）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（処理能力）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】 図２Ｋは、米国特許第５，３５６，２０８号の図２を一部再現した図である。
スクリュー面３３の一部分は、半径方向に漸次増大し、スクリュー羽根の尖端５
０の最大半径寸法部位にまで円滑に遷移している。この尖端５０も、丸みを付さ
れており、スクリュー面３３はそこから漸次円滑に半径方向に減小し、掻き取り
羽根７５の先行壁５８近傍の最小半径寸法部位に至っている。最小半径寸法部位
から最大半径寸法部位を経て最小半径寸法部位に戻るこのサイクル全体は、角回
転のほぼ１８０°に亘って行われている。スクリュー面３３の一部分の半径方向
寸法のこの増大は、スクリューチャンネルの深さを減小させるという所要の効果
を達成する。しかしながら、チャンネルの深さを減小させると、スクリュー押出
機の容積容量が減少し、従って、出力の効率が低下する。又、この米国特許第５
，３５６，２０８号の発明はスクリュー羽根の尖端においてある程度の剪断作用
を発生するが、チャンネルの深さが漸次に浅くなっているので、強い延伸流れが
生じない。上述したように、凝集塊を解体する上で延伸応力の方が剪断応力より
はるかに高い効果を有する。米国特許第５，３５６，２０８号の発明は、又、ス
クリュー羽根のねじれ角として１７〜１８°の慣用のねじれ角を用いている。後
述するように、本発明は、その好ましい実施形態では、非常に効果的な分散混合
作用を発生し、極めて高い出力を達成する、慣用のねじれ角よりはるかに大きい
ねじれ角を用いる。
【００１８】 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。
【００１９】 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。
【００２０】 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。
【００２１】 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。
【００２２】 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。
【００２３】 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。
【００２４】 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。
【００２５】 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。
【００２６】 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
。
【００２７】 分散混合作用を高めることが望ましいと考えられるもう１つの要素は、未溶融
粒子のサイズが分散混合によって細かくされるにつれて、粒子が溶融しやすくな
ることである。従って、押出機の溶融帯域により効果的な分散混合作用を創生す
ることができれば、溶融過程をスピードアップすることができ、溶融帯域の必要
な長さを短くすることができる。それによって、よりコンパクトで能率的な押出
機を設計することができる。
【００２８】 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。
【００２９】発明の開示 従って、本発明の目的は、優れた分散混合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。
【００３０】 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。
【００３１】 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。
【００３２】 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。
【００３３】 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。
【００３４】 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
。
【００３５】 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。
【００３６】 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。
【００３７】 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。
【００３８】 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
レルと、内孔内に配置された１つ又は複数の押出機スクリューを備えたスクリュ
ー押出機である。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
から成る。押出機スクリューは、更に、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１つ又は複数の分散混合素子を有し、材料は、これら
の漸狭通路を通して高延伸応力及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送される。
【００３９】 本発明の第２の好ましい実施形態は、やはり、内面を画定する内孔を有するバ
レルと、内孔内に配置された１つ又は複数の押出機スクリューを備えたスクリュ
ー押出機であるが、この実施形態においては、押出機スクリューは、中心軸と、
多数の漸次狭くなる通路（漸狭通路）を形成するように賦形され該スクリュー上
に配置された複数の分散混合素子を有し、材料は、これらの漸狭通路を通して高
延伸応力及び剪断応力の多重領域内へ順次に圧送される。
【００４０】 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押圧前面の断面輪郭（プロフィル）を有するスク
リュー押出機を用いて材料を押し出す方法を提供する。
【００４１】 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。
【００４２】 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。
【００４３】 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。
【００４４】 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。
【００４５】 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。
【００４６】 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。
【００４７】 本発明の更に他の利点は、高められた分散混合作用によって溶融を促進し、押
出機の溶融帯域に分散混合素子を配置した場合には、溶融過程をスピードアップ
し、プラスチック材を溶融するに要する溶融帯域の長さを短くすることができる
ことである。
【００４８】 本発明の更に他の利点は、分散性及び分配性混合作用を高めるために射出成形
、圧縮成形及び吹込成形に用いられるスクリュー押出機に分散混合素子を用いる
ことができることである。
【００４９】 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。
【００５０】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。
【００５１】 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。
【００５２】 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。
【００５３】 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。
【００５４】 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。
【００５５】 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上で重
要なのは、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。
【００５６】 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。
【００５７】 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。
【００５８】 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。
【００５９】 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。
【００６０】 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。
【００６１】 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。
【００６２】 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。
【００６３】 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。
【００６４】 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
。
【００６５】 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。
【００６６】 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。
【００６７】
【数１】
【００６８】 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。
【００６９】
【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。
【００７０】 平均滞留時間は、下式３から求めることができる。
【００７１】
【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。
【００７２】 無次元時間λは、下式４によって表される。
【００７３】
【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。
【００７４】 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。
【００７５】
【数５】
【００７６】 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。
【００７７】 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
。
【００７８】 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。
【００７９】 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。
【００８０】 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。
【００８１】 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。
【００８２】 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。
【００８３】 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。
【００８４】 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。
【００８５】 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。
【００８６】 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。
【００８７】 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。
【００８８】 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。
【００８９】 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。
【００９０】 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。
【００９１】 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。
【００９２】 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。
【００９３】 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。
【００９４】 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によって制限され
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。
【００９５】 *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１
２２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。
【００９６】 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１
５０による分散用ディスクを示す。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。
【００９７】 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。
【００９８】 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。
【００９９】 図１９は、そのような移行素子の取り得る一形態を示す。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。好ましい実施形態の
こ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１０
２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。
【０１００】 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。
【０１０１】 図２０は、異なる分散混合素子を有する押出機スクリュー構成の更に別の変型
を示す。この押出機スクリュー２００は、各々混合部分２０４としごき（拭い）
部分２０６を有する多数のスクリュー羽根２０２を備えている。各羽根２０２は
、分配混合作用を高めるとともに、分散混合作用を高めるようにテーパされたス
ロット２０８によって分断されている。各スロット２０８は、２０〜６０°を好
ましい範囲とするテーパ角２１０を有する。このようにスロット２０８にテーパ
を付することにより漸狭チャンネル２１２が形成され、それらの漸狭チャンネル
２１２はやはり高い延伸応力の多重領域２１４を創生する。
【０１０２】 この実施形態において重要な他の２つの角度は、スロットの押圧側側壁（前側
側壁）角２１６とスロットの後行側側壁角２１８である（図２０、２１及び２２
）。後行側側壁角２１８は、図２０においては０°に等しいが、図２１及び２２
ではゼロ角（０°）ではない。図２２は、２つの隣接したしごき羽根部分２０６
の詳細を示す図であり、この図から非ゼロ角の（０°でない）後行側側壁角２１
８の重要性を理解することができる。陰影を付されていない部分（羽根２０２の
しごき羽根部分２０６）の実線の輪郭線２２０は、ゼロ角のスロット後行側側壁
２２０を画定する。スクリューが回転したとき、しごき羽根部分２０６によって
しごかれない（拭われない）領域２２２が残される（この領域をカバーする別の
しごき側壁が存在しないと仮定して）。しかしながら、点線の輪郭線２２４によ
って画定される陰影部分をしごき羽根部分２０６に付加すれば、スロットの後行
側側壁角２１８が、スクリューの回転中領域２２２を拭うのに十分に大きい角度
（図の例では約３５°）となる。このようにスロット後行側側壁角２１８を大き
くしても、スロット２０８は、図２２にテーパ角２１として示されるように、テ
ーパ角を維持することができ、従って、効果的な分散混合作用を発揮することが
できる。テーパスロットを有し、しかも、スクリューの回転中しごき残される領
域を生じさせない、このような構成のしごき羽根を「完全しごき羽根」と称する
。
【０１０３】 このような完全なしごき（拭い）を達成するのに必要とされるスロット後行側
側壁角の大きさは、スロットの幅、しごき羽根部分の厚さ及びスクリュー羽根の
ねじれ角に依存する。又、各しごき羽根部分が互いにオーバーラップするように
するこも可能であり、それによってスロット後行側側壁角の重要性を少なくする
ことができる。
【０１０４】 図２１にみられるもう１つの特徴は、両端をスロット２０８によって画定され
る羽根セグメント２２８全体を混合部分２０４又はしごき部分２０６とすること
ができることである。図２１は、混合セグメント２３４を形成するために全体を
混合性としたセグメントと、しごきセグメント２３６を形成するために全体を分
散性としたセグメントを示す。実際、スロットによって分断される各部分をこの
ように混合セグメントとしごきセグメントとに明確に分離することは、製造を容
易にする上で非常に望ましい。ただし、混合部分としごき部分とは、スロットに
よって分断された１つのセグメントに組み合わされた形態であれ、あるいはそれ
ぞれ別個のセグメントとして形成しされた形態であれ、任意の組合せが可能であ
ることを理解されたい。これらの組合せは、すべて、本発明の範囲内に含まれる
。
【０１０５】 例えば、混合セグメントを設けないが、セグメントを分断するスロット２０８
にテーパを付したしごきセグメント２３６だけを有する混合セクションを設計し
てもよい。これらのしごきセグメント２３６から成る羽根２０２は、完全しごき
羽根とすることができるが、必ずしもそうする必要はない。この場合の分散性混
合は、テーパスロット２０８内で創生される延伸流れだけによって達成される。
混合部分を有するセグメントなしでも、混合作用に大きな改善が得られる。特に
、上述したように中心軸にモジュール式混合セグメントを積重して固定する形態
の場合は、しごき作用を高くするのが望ましいのか、あるいは混合作用を高くす
るのが望ましいのかに応じて、混合セグメント２３４としごきセグメント２３６
の相対的長さ及び個数を容易に変更することができる。
【０１０６】 図２３は、作動において特に効果的であると認められた角度及び寸法を有する
４枚羽根付き（４条ねじ）混合スクリューを示す。この図は、スクリュー（ねじ
）羽根を平坦な表面に展開した場合にそれらのスクリュー羽根が形成するパター
ンをシミュレートした「展開図」である。従って、寸法２３８は、スクリューの
円周即ちπＤ（Ｄはスクリューの直径）に相当する。しごき羽根セグメント２３
６は黒べたで示され、混合羽根セグメント２３４は白抜きで示されている。分散
性混合作用を高めるためにテーパスロットを用いる限り、これらの羽根セグメン
トの角度及び寸法の他の多くの組合せが本発明の範囲内において可能である。又
、羽根の数も４枚に限定されるものではない。
【０１０７】 ねじれ角φ６０は、垂直基準線６３から測定されたものとして示されている。
ねじれ角φ６０の好ましい範囲は、２０〜９０°であり、スロットの押圧側側壁
角２１６の好ましい範囲は０〜９０°、スロットの後行側側壁角２１８の好まし
い範囲は０〜５０°である。スロットの幅２４０の好ましい範囲は０．０２〜０
．２５Ｄであり、羽根の幅の好ましい範囲は０〜０．５Ｄである。
【０１０８】 これらの範囲内に入る変数を採用した好ましい実施例が図２３に示されている
。図２３の例では、ねじれ角φ６０は、４５０°であり、スロットの押圧側側壁
角２１６も４５°、スロットの後行側側壁角２１８は２０°である。スロットの
幅２４０はほぼ０．０５Ｄであり、羽根の幅はほぼ０．１０Ｄである。この構成
では、スロットのテーパ角はほぼ２５°となり、後行側側壁角２１８がゼロ角で
ないから４枚の羽根は、すべて、完全しごき羽根となる。
【０１０９】 材料が堆積して流れの障碍となるのを防止するためには、バレルの全周に亘っ
て完全に拭うことが望ましい。図２４Ａ−Ｄは、完全しごきを補償するしごきセ
グメント２３６と混合セグメント２３４のいろいろなな構成を示す。やはり、こ
れらの図はいずれも展開図である。これらの図の縮尺度での図示を容易にするた
めにスロットのテーパ角は図示されていないが、実際にはスロットにはテーパが
付されており、各羽根は、完全しごき羽根である。黒べたで示されたセグメント
は、しごきセグメント２３６であり、混合セグメント２３４は白抜きで示されて
いる。図２４Ａは、各羽根を、いずれも、しごきセグメント２３６と混合セグメ
ント２３４を１対３の割合で構成した例を示す。このセグメント構成は、「各羽
根を１／４しごき付きとしたセグメント構成」（４つのセグメントのうち１つが
しごきセグメント）と称される。これと同じ命名方でいえば、図２４Ｂは、１つ
置きの羽根を１／２しごき付きとしたセグメント構成」を示し、図２４Ｃは、１
つの羽根を全部しごき羽根としたセグメント構成」を示し、図２４Ｄは、２つの
羽根を１／６しごき付きとし、他の２つの羽根を１／３しごき付きとしたセグメ
ント構成」を示す。
【０１１０】 図２５は、別のタイプの分散混合素子を備えた縦溝付き混合セクション３００
を「展開図」で示す。この変型例では、スクリュー３０２の軸部分３０４に、混
合羽根セクション３０８と連携して多重延伸応力領域３１０を形成する働きをす
る一連のランプ（斜路）セクション３０６が設けられている。これらの一連のラ
ンプセクション（以下、単に「ランプ」とも称する）３０６は、それらの間に一
連の山部３１２と谷部３１４を画定する。山部３１２に近づくにつれて主羽根セ
クション３１６を上流側の境界とする圧力及び延伸応力の高い領域が創生され、
主羽根セクション３１６は、混合羽根セクション３０８と協同してチャンネル３
１８を画定する。主羽根セクション３１６は、被処理材料をチャンネル３１８内
に維持し、下流へ搬送するように設計されている。圧力及び延伸応力の高い領域
の下流側の境界は、漸狭プロフィル３２０を有する混合羽根３０８によって画定
される。混合羽根３０８は、混合溝３２２又はその他の分散混合素子を備えたも
のとすることができる。材料は、ランプ３０６に沿って押上げられ、山部３１２
において高応力領域３１０を通過するか、あるいは、混合羽根セクション３０８
を乗り越えて谷部３１４において比較的低い圧力の領域に入る。いずれにしても
、材料は多重延伸応力領域３１０を通過することによって材料に作用する分散混
合作用が高められる。
【０１１１】 一般に、この縦溝付き混合セクション３００内には、各々少くとも１つの入口
部分３３２と少くとも１つの出口部分３３４を有する多数の分散領域３３０が形
成される。各分散領域３３０は、材料がその分散領域３３０の出口部分３３４を
出たとき必ず高応力領域３１０に通され、各出口部分３３４が隣の分散領域３３
０の入口部分３３２につながるように構成されている。この構成により、材料は
必ず多重高応力領域を通過し、より効果的な分散混合作用を受ける。
【０１１２】 この実施形態では、分散領域３３０の入口部分３３２は、谷部３１４に対応し
、出口部分３３４は、材料が次の谷部３１４に到達する前に乗り越えなければな
らない混合羽根３０８と山部３１２によって画定される。ここで留意すべきこと
は、上記２つのタイプの出口部分３３４、山部３１２及び混合羽根３０８は、分
散混合作用を高める高延伸応力領域を創生する、同じタイプの漸狭プロフィルを
有することである。
【０１１３】 図示のスクリュー３０２は、上向きランプの山部が次の下向きランプの山部に
衝接し、下向きランプの谷部が次の上向きランプの谷部に衝接するように設計さ
れている。ただし、ランプの山部が次のランプの谷部に衝接するようにねじを設
計することも可能である。換言すれば、一連の上向きランプ又は下向きランプを
設けてもよい。もちろん、当業者には明らかなように、上向きランプと下向きラ
ンプの任意の組合せを用いることができ、そのような組合せは、被押出材料の要
件に合わせて定めることができる。
【０１１４】 図２６は、更に別の実施形態による、分散混合領域を有する縦溝付き混合セク
ション４００を「展開図」で示す。この変型例では、軸４０４に、多数の主羽根
４１６が設けられている。これらの主羽根４１６は、それらの間に、被処理材料
の流れをチャンネル４１８に閉じこめる（チャンネル内に拘束する）働きをする
。これらのチャンネル４１８内には、三角形のランプ４０６に沿って押上げられ
てくる材料に対して延伸応力領域４１０を創生する働きをする多数のウエッジ形
バリヤー羽根４０８が設けられている。これらのバリヤー羽根４０８は、材料が
高圧領域を脱出するには必ず通過しなければならないドロップ面（落下面、急斜
面）４２４を有する。このドロップ面４２４には、材料を更に混合するための歯
又は混合溝のような分配領域４２２を形成することができる。
【０１１５】 図２５の実施形態の場合と同様に、各チャンネル４１８は、各々少くとも１つ
の入口部分４３２と少くとも１つの出口部分４３４を有する多数の分散領域４３
０で構成されているとみなすことができる。材料は、分散領域４３０の出口部分
４３４を出たとき必ず高応力領域４１０に通され、各出口部分４３４が隣の分散
領域３４０の入口部分３４２につながっている。この構成により、材料は必ず多
重高応力領域を通過し、より効果的な分散混合作用を受ける。
【０１１６】 図２６に示された縦溝付き混合セクション４００は、３つのバリヤー領域４０
８を有しており、従って、材料を高応力領域４１０に３回通すようになされてい
るが、もちろん、各縦溝付き混合セクション４００に設けるバリヤー領域４０８
の数は、必要に応じて大幅に変更することが可能であり、３つに限定されるもの
ではない。
【０１１７】 図２７は、更に別の実施形態による、分散混合領域を有する縦溝付き混合セク
ション５００を「展開図」で示す。この変型例においても、やはり、軸５０４に
、被処理材料を流すためのチャンネル５１８を形成する多数の主羽根５１６が設
けられている。これらのチャンネル５１８内には、高応力領域５１０を創生する
働きをする多数のウエッジ形バリヤー羽根５０８が設けられている。材料は、高
圧領域５１０を通過した後ドロップ面５２４に沿って流下する。ドロップ面５２
４には、やはり、材料を更に混合するための分配素子５２２を形成することがで
きる。先のの実施形態の場合と同様に、各分散領域５３０は、少くとも１つの入
口部分５３２と少くとも１つの出口部分５３４を有する。
【０１１８】 図２８は、図２７の変型例を示す。この変型例では、材料が滞留する可能性の
ある滞留地点の創出を回避するために追加の三角形のランプ素子５２０がバリヤ
ー羽根５０８に付加されている。図２８では、三角形のランプ素子５２０を明示
するためにチャンネル５１８は、上流側からみた図として示されている。
【０１１９】 図２７及び２８に示されたチャンネル４１８は、先の実施形態と同様に、各々
少くとも１つの入口部分５３２と少くとも１つの出口部分５３４を有する多数の
分散領域５３０で構成されているとみなすことができる。分散領域５３０は、材
料がその分散領域５３０の出口部分５３４を出たとき必ず高応力領域５１０に通
され、各出口部分５３４が隣の分散領域５３０の入口部分５３２につながるよう
に構成されている。この構成により、材料は必ず多重高応力領域を通過し、より
効果的な分散混合作用を受ける。
【０１２０】 図２９及び３０は、本発明の原理に従って作動する押出機スクリューの混合セ
クションの一実施形態を示す。図２９は、混合セクション５５０の側面図を示し
、図３０は、同じ混合セクション５５０を展開図で示す。軸５５２は、バレル（
図示せず）の直径より僅かに小さい直径を有する。この軸５５２に、機械研削、
好ましくはボールミリングによって多数の断面半円形のチャンネル５５４が形成
されている。軸５５２の切削されていない部分は、スクリューの回転を可能にす
るのに十分なクリアランスを残してバレルの内壁に近接しており、材料の流れを
導くバリヤー羽根５５６として機能する。これらの切削されていない羽根のうち
の幾つかを研削して斜線陰影で示される混合羽根５５８を形成する。各混合羽根
５５８は、チャンネル５５４の出口部分５６０と次の隣接するチャンネルの５５
４の入口部分５６２との間に漸次狭くなるプロフィルを有する。これによって、
先の各実施形態の場合と同様に、高延伸応力及び剪断応力の多重領域５６４を形
成する。図３０において材料の流れ経路を示す矢印から分かるように、被処理材
料は、混合セクションを通過する間に多数の高応力領域５６４を通り抜けなけれ
ばならないので、優れた分散作用を受けることになる。混合羽根５５８には、も
ちろんピン、溝等の他の混合素子を設けることができる。
【０１２１】 この実施形態の１つの利点は、周知の、比較的安価な製造方法であるボールミ
リングを用いて製造することができるので、製造が容易であることである。
【０１２２】 図３１は、分散素子の変型例を有する押出機スクリュー６００の側面図である
。この変型例では、中心軸６０２に、ほぼ菱形のピン又は突起から成る多数の分
散素子６０４が設けられている。これらの素子６０４の形状及び軸６０２上での
位置により、漸狭通路６０６が形成され、それによって高延伸応力及び剪断応力
の多重領域６０８が形成される。
【０１２３】 図３２は、図３１の実施形態と同様の押出機スクリュー６００を示すが、この
例ではは、ほぼ三角形のピン又は突起から成る分散素子６１０が設けられている
。やはり、漸狭通路６０６が高延伸応力及び剪断応力の多重領域６０８を創生す
る。この構成は、分散素子６１０がらせん状に配列されるので、この領域の前後
間の圧力降下を小さくすることができるという利点を有する。
【０１２４】 図３１、３２の構成のいろいろな変型例を用いることができることは、当業者
には明らかであろう。即ち、分散素子として、いろいろなタイプの多角形又は非
多角形を用いることができる。三角形の素子を用いる場合は、二等辺三角形、直
角三角形等のいろいろなタイプの形状とすることができ、高延伸応力及び剪断応
力の領域を創生するのに必要な漸狭通路を形成する限り、軸上の位置及び向きは
いろいろなに変更することができ、それらの改変は、すべて、本発明の範囲内で
ある。
【０１２５】 上述したいろいろなタイプの分散素子は、射出成形機に用いることもできる。
射出成形機に用いられる機構は、「可塑化ユニット」と称されることもあるが、
可塑化ユニットは、通常のスクリュー押出機の機構と構造が類似しているので、
本明細書でいう「スクリュー押出機」は、射出成形機も、又、吹込成形機、圧縮
成形機等の他のタイプの成形機をも含むものとする。どのタイプの機械にとって
も効率的な分散混合が重要な要素である。従って、本発明によって提供されるよ
うな高延伸応力及び剪断応力の多重領域を形成する多重漸狭通路の創生は、この
種の機械のどれにとっても非常に価値のある改善である。
【０１２６】 図３３は、射出成形工程に用いた場合のスクリュー押出機７００を示す。図３
３では、射出成形機は、後述する「弁開放」位置にあるところが示されている。
矢印は、材料の流れ方向を示し、下流方向を指している。先の実施形態の場合と
同様に、スクリュー押出機７００は、多数のスクリュー羽根７０２を有する押出
機スクリュー７０１を備えている。スクリュー７０１は、中心軸７０６と、その
軸上に取り付けられた２つのスロット付きリング７０８と７１０を含む。一方の
リング７０８は、軸７０６の長手軸線７１２に沿って軸方向に自由に移動するス
リップリング又はスライドリングであり、他方のリング７１０は、軸７０６に固
定されており、軸と一体に回転するが、軸に対しては静止している静止リングで
ある。静止リング７１０は、多数の分散混合素子７１４を備えている。先の実施
形態の場合と同様に、高延伸応力及び剪断応力の多重領域を創生する漸狭通路７
１６を形成するように賦形され、位置づけされている。当業者には明らかなよう
に、２つ又はそれ以上の静止リングを軸に取り付けることができ、静止リングは
、中心軸上に積重することができるモジュール式セクションとすることもできる
。
【０１２７】 図３３ではみられないが、スライドリング７０８の内周にも、後述する分散素
子を形成することができる。射出材料が混合され可塑化されるチャンバーは、可
塑化チャンバー７２０と称される。図３３においては、可塑化チャンバー７２０
は、バレル７０４内の軸の肩部７２２から下流方向の領域である。
【０１２８】 射出成形工程では、バレル７０４内に適当な圧力を醸成し、射出材料を金型内
へ射出するまでに十分に可塑化しなければならない。そのために、ほとんどの射
出成形機は、開放位置にあるときは材料を可塑化チャンバー内へ流入させるが、
閉鎖されたときは圧力を可塑化チャンバー内に醸成させる逆止弁を備えている。
本発明においては、逆止弁は、軸の肩部７２２とスライドリング７０８の上流側
肩部７２４とで構成される。この逆止弁組立体は、参照番号７２６によって示さ
れている。
【０１２９】 逆止弁７２６が開放しているときは、金型（図示せず）閉じている。スクリュ
ー７０１は、バレル７０４内で回転し後方へ移動する。次いで、材料が矢印で示
されるように可塑化チャンバー７２０内へ流入する。材料は、スライドリング７
０８の内周の分散素子を通り（図３４をも参照）、次いで、静止リング７１０上
の分散素子７１４を通り、スクリュー７０１の回転により混合される。
【０１３０】 図３４は、図３３の線３４−３４に沿ってみた、バレル７０４及び分散混合素
子７１４を備えた静止リング７１０を含むスクリュー押出機７００の断面図であ
る。
【０１３１】 図３５は、射出成形工程に用いた場合のスクリュー押出機７００の一部破除さ
れた側面図であるが、逆止弁が「弁閉鎖」位置にあるところを示す。即ち、スク
リュー７０１は、バレル７０４内で前方に移動して軸の肩部７２２がスライドリ
ング７０８の上流側肩部７２４に接触しての逆止弁７２６を閉鎖している。この
状態では、溶融プラスチック材を後方へ逆流させることなく金型内へ圧入するこ
とができる。
【０１３２】 図３６は、スライドリング７０８の詳細断面図であり、スライドリング７０８
の内周の分散混合素子７１４を示す。漸狭通路７１６及び高応力領域７１８も示
されている。
【０１３３】 図３７は、図３６に側面図で示されたスライドリング７０８の正面図であり、
分散混合素子７１４及び高応力領域７１８が示されている。
【０１３４】 本発明のスクリュー押出機１０には、上述したいろいろな実施例の他に、本発
明から逸脱することなく、他のいろいろな変更又は改変を加えることができる。
従って、以上の説明は、本発明を限定するものとして考えるべきでなく、特許請
求の範囲記載が、本発明の精神及び範囲を規定するものと解釈すべきである。
【０１３５】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混合して添加
するための用途に特に適している。
【０１３６】 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。
【０１３７】 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
。
【０１３８】 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。
【０１３９】 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。
【０１４０】 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。
【０１４１】 分散混合作用を高めることが望ましいとされるもう１つの理由は、未溶融粒子
のサイズがよりよい分散混合によって細かくされるにつれて、粒子が溶融しやす
くなることである。従って、押出機１０の溶融帯域により効果的な分散混合作用
を創生することができれば、溶融過程をスピードアップすることができ、溶融帯
域の必要な長さを短くすることができる。それによって、よりコンパクトで能率
的な押出機を設計することができる。工場のフロアスペースを縮小することがで
き大幅な節約になる。又、溶融処理能力を増大させることができるので、押出機
１０の全体の処理容量を増大させ、その結果、全体効率を高めコストの節約を実
現することができる。
【０１４２】 漸狭通路７１６を形成するように配置された分散混合素子７１４を有するスク
リュー押出機７００は、射出成形、吹込成形、圧縮成形及びその他のタイプの成
形工程にも有用である。
【０１４３】 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〜Ｋは、分配性及び分散性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。
【図２０】 図２０は、本発明に従ってスクリュー羽根に形成されたテーパスロットを有す
る押出機スクリューの側面図である。
【図２１】 図２１は、本発明による拭い羽根と混合羽根の両方を示すスクリュー押出機の
混合セクションの側面図である。
【図２２】 図２２は、本発明による２つの羽根の間のテーパスロットの拡大詳細図である
。
【図２３】 図２３は、スクリューの円筒表面を平坦な状態に「展開」して示す押出機スク
リューの図であり、本発明による縦溝付き分散混合セクションを示す。
【図２４】 図２４Ａ−Ｄは、やはりスクリューの円筒表面を平坦な状態に「展開」して示
す押出機スクリューの図であり、本発明に従って完全な拭い操作を実施する拭い
セグメントと混合セグメントのいろいろな配列を示す。
【図２５】 図２５は、円筒表面が平坦な状態に「展開」して示す押出機スクリューの透視
図であり、本発明による縦溝付き分散混合セクションを示す。
【図２６】 図２６は、円筒表面が平坦な状態に「展開」して示す押出機スクリューの別の
実施形態の透視図であり、本発明による縦溝付き分散混合セクションを示す。
【図２７】 図２７は、円筒表面が平坦な状態に「展開」して示す押出機スクリューの更に
別の実施形態の透視図であり、本発明による縦溝付き分散混合セクションを示す
。
【図２８】 図２８は、円筒表面が平坦な状態に「展開」して示す押出機スクリューの更に
別の実施形態の透視図であり、本発明による縦溝付き分散混合セクションを示す
。
【図２９】 図２９は、本発明による断面半円形のチャンネルを有する押出機スクリューの
混合セクションの側面図である。
【図３０】 図３０は、本発明による断面半円形のチャンネルを有する押出機スクリューの
混合セクションの展開図である。
【図３１】 図３１は、本発明による多数の分散混合素子を有する押出機スクリューの混合
セクションの側面図である。
【図３２】 図３２は、本発明の変型実施例による多数の分散混合素子を有する押出機スク
リューの混合セクションの側面図である。
【図３３】 図３３は、射出成形工程に用いられる本発明の押出機スクリューの切開側面図
であり、逆止弁が開放位置にあるところを示す。
【図３４】 図３４は、図３３の押出機スクリューの線３４−３４に沿ってみた断面図であ
る。
【図３５】 図３５は、射出成形工程に用いられる本発明の押出機スクリューの切開側面図
であり、逆止弁が閉鎖位置にあるところを示す。
【図３６】 図３６は、射出成形工程において押出機スクリューと組み合わせて用いられる
スライドリングの切開詳細図である。
【図３７】 図３７は、図３６のスライドリングの正面図である。
【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 ２１ テーパ角 ２２ 押出ダイ ２４ バレル壁 ２６ 内孔 ２８ 押出機スクリュー ３１ 混合セクション ３２ 中心孔 ３３ スクリュー面 ３４ 中心軸 ３６ 前方押圧面、押圧羽根面 ３８ 後面 ４０ 断面輪郭 ４２ スロット ４４ 内面 ４６ 漸狭通路 ４２ スロット ４４ 内面 ４６ 漸狭通路 ４８ 高応力領域 ５０ 羽根の尖端 ５４ 羽根クリアランス ５６ チャンネル幅 ５８ 先行壁 ６２ 羽根面 ６３ 垂直基準線 ７０ 入口溝 ７２ 混合羽根 ７４ 出口溝 ７５ 羽根 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 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 １０９ 角 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 ２００ 押出機スクリュー ２０２ スクリュー羽根 ２０４ 混合部分 ２０６ 羽根部分 ２０８ スロット ２０８ テーパスロット ２１０ テーパ角 ２１２ 漸狭チャンネル ２１４ 高延伸応力領域 ２１６ 押圧側側壁角 ２１８ スロットの後行側側壁角 ２２０ スロットの後行側側壁 ２２０ 輪郭線 ２２２ しごかれない領域 ２２４ 輪郭線 ２２８ 羽根セグメント ２３４ 混合羽根セグメント ２３６ 羽根セグメント ３００ 混合セクション ３０２ スクリュー ３０４ 軸部分 ３０６ ランプ ３０８ 混合羽根、混合羽根セクション ３１０ 延伸応力領域、高応力領域 ３１２ 山部 ３１４ 谷部 ３１６ 主羽根セクション ３１８ チャンネル ３２０ 漸狭プロフィル ３２２ 混合溝 ３３０ 分散領域 ３３２ 入口部分 ３３４ 出口部分 ３４０ 分散領域 ３４２ 入口部分 ４００ 混合セクション ４０４ 軸 ４０６ ランプ ４０８ ウエッジ形バリヤー羽根 ４１０ 延伸応力領域、高応力領域 ４１６ 主羽根 ４１８ チャンネル ４２２ 分配領域 ４２４ ドロップ面 ４３０ 分散領域 ４３２ 入口部分 ４３４ 出口部分 ５００ 混合セクション ５０４ 軸 ５０８ ウエッジ形バリヤー羽根 ５１０ 高圧領域、高応力領域 ５１６ 主羽根 ５１８ チャンネル ５２０ ランプ素子 ５２２ 分配素子 ５２４ ドロップ面 ５３０ 分散領域 ５３２ 入口部分 ５３４ 出口部分 ５５０ 混合セクション ５５２ 軸 ５５４ チャンネル ５５６ バリヤー羽根 ５５８ 混合羽根 ５６０ 出口部分 ５６２ 入口部分 ５６４ 高応力領域 ６００ 押出機スクリュー ６０２ 中心軸 ６０４ 分散素子 ６０６ 漸狭通路 ６０８ 高応力領域 ６１０ 分散素子 ７００ スクリュー押出機 ７０１ 押出機スクリュー ７０２ スクリュー羽根 ７０４ バレル ７０６ 中心軸 ７０８ スライドリング、スリップリング ７１０ 静止リング ７１２ 長手軸線 ７１４ 分散混合素子、分散素子 ７１６ 漸狭通路 ７１８ 高応力領域 ７２０ 可塑化チャンバー ７２２ 肩部 ７２４ 上流側肩部 ７２６ 逆止弁
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，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，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 グラマン，ポール，ジェイ． アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 53713，マディソン，ワーナー ストリー ト 2838 (72)発明者 デイビス，ブルース，エイ． アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 53575，オレゴン，サウス ペリー パー クウエイ 1198 (72)発明者 オズワルド，ティム，エイ． アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 53711，マディソン，マディソン ストリ ート 1809 Ｆターム(参考） 4F207 KA01 KA17 KK13 KL04 KL33 【要約の続き】 れ、配置されている。

Claims (36)

    【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、被処理材料を少くとも１つの高延伸及び剪断応力領域内へ圧
    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少くとも１つ
    の分散混合素子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】 前記少くとも１つの分散混合素子は、前記少くとも１つのス
    クリュー羽根に形成された少くとも１つのテーパスロットを含み、該少くとも１
    つのテーパスロットが、被処理材料を少くとも１つの高延伸及び剪断応力領域内
    へ圧送するために通す漸狭通路を形成す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】 前記少くとも１つのテーパスロットは、２０〜６０°の範囲
    のテーパ角を有することを特徴とする請求項２に記載のスクリュー押出機。
  4. 【請求項４】 前記少くとも１つの羽根は、混合部分としごき部分を備えて
    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。
  5. 【請求項５】 前記少くとも１つの羽根は、分離した個別の混合セグメント
    としごきセグメントを備え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。
  6. 【請求項６】 前記少くとも１つの羽根は、しごきセグメントだけを備えて
    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。
  7. 【請求項７】 前記少くとも１つの羽根は、少くとも１つの０°でない押圧
    側スロット側壁角を有することを特徴とする請求項２に記載のスクリュー押出機
    。
  8. 【請求項８】 前記少くとも１つの羽根は、少くとも１つの０°でない後行
    側スロット側壁角を有することを特徴とする請求項２に記載のスクリュー押出機
    。
  9. 【請求項９】 前記少くとも１つの羽根は、完全しごき羽根であことを特徴
    とする請求項１に記載のスクリュー押出機。
  10. 【請求項１０】 前記押出機スクリューは、直径寸法Ｄを有し、 前記羽根は、ねじれ角と、押圧側スロット側壁角と、後行側スロット側壁角と
    、スロット幅と、羽根幅を有し、 該ねじれ角は２０〜９０°の範囲であり、 該押圧側スロット側壁角は０〜９０°の範囲であり、 該後行側スロット側壁角は０〜５０°の範囲であり、 該スロット幅は０．０２〜０．２５Ｄの範囲であり、 該羽根幅は０．０〜０．５Ｄの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の
    スクリュー押出機。
  11. 【請求項１１】 該スクリュー押出機は、各々、羽根セグメント構成とされ
    た４枚の羽根を有し、すべての羽根が１／４しごき付きとされたセグメント構成
    であるか、１つ置きの羽根が１／２しごき付きとされたセグメント構成であるか
    、１つの羽根が全部しごき羽根とされたセグメント構成であるか、２つの羽根が
    １／６しごき付きとされ、他の２つの羽根が１／３しごき付きとされセグメント
    構成であるか、１つの羽根を除き他の３つの羽根が１／３しごき付きとされセグ
    メント構成であることを特徴とする請求項５に記載のスクリュー押出機。
  12. 【請求項１２】 前記少くとも１つの分散混合素子は、少くとも１つの縦溝
    付き混合セクションを含み、 該各縦溝付き混合セクションは、複数の互いに隣接する分散領域を有し、 該隣接する各分散領域は、少くとも１つの入口部分及び少くとも１つの出口部
    分と、少くとも１つの高延伸及び剪断応力領域を含み、 前記隣接する分散領域は、被処理材料を高延伸及び剪断応力の多重領域を順次
    に通して圧送するために、１つの分散領域の出口部分が被処理材料を次の隣接す
    る分散領域の入口部分へ導くように構成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。
  13. 【請求項１３】 前記縦溝付き混合セクションの前記互いに隣接する分散領域は
    、高延伸及び剪断応力の多重領域を創生する複数のバリヤー羽根を含むことを特
    徴とする請求項１２に記載のスクリュー押出機。
  14. 【請求項１４】 前記バリヤー羽根は、前記押出機スクリューの前記中心軸
    上に形成された複数のランプを有する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】 前記各ランプは、山部と谷部を有し、隣接するランプの山
    部と山部が連接し、谷部と谷部が連接するよう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】 前記各ランプは、山部と谷部を有し、隣接するランプの山
    部と谷部が連接するよう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。
  17. 【請求項１７】 前記各バリヤー羽根は、主羽根セクションと混合羽根セク
    ションによって区切られている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】 前記混合羽根セクションは、高延伸及び剪断応力領域を更
    に創生するためにウエッジ形プロフィルを有することを特徴とする請求項１７に
    記載のスクリュー押出機。
  19. 【請求項１９】 前記混合羽根セクションは、分配混合素子を含むことを特
    徴とする請求項１７に記載のスクリュー押出機。
  20. 【請求項２０】 前記縦溝付き混合セクションの前記バリヤー羽根は、前記
    中心軸上に形成された複数の三角形のウエッジ部分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。
  21. 【請求項２１】 前記バリヤー羽根は、分配混合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。
  22. 【請求項２２】 前記縦溝付き混合セクションは、複数の断面半円形のチャ
    ンネルを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスクリュー押出機。
  23. 【請求項２３】 前記少くとも１つの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。
  24. 【請求項２４】 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２３に記載のスクリュー押出機。
  25. 【請求項２５】 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２３に記載のスクリュー押出機。
  26. 【請求項２６】 前記少くとも１つの押出機スクリューは、可変混合特性を
    発揮するように中心軸上に配置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。
  27. 【請求項２７】 前記少くとも１つのスクリュー羽根は、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。
  28. 【請求項２８】 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２７に記載のスクリュー
    押出機。
  29. 【請求項２９】 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、中心軸と複数の分散素子から成り、該分散素子は、被
    処理材料を複数の高延伸及び剪断応力領域内へ圧送するために通す複数の漸狭通
    路を形成するように構成され、前記少くとも１つの押出機スクリュー上に配置さ
    れていることを特徴とするスクリュー押出機。
  30. 【請求項３０】 前記分散素子は、らせん状に配置されていることを特徴と
    する請求項２９に記載のスクリュー押出機。
  31. 【請求項３１】 該スクリュー押出機は、スリップリングと少くとも１つの
    静止リングを含むことを特徴とする請求項２９に記載のスクリュー押出機。
  32. 【請求項３２】 該スクリュー押出機は、逆止弁を含むことを特徴とする請
    求項２９に記載のスクリュー押出機。
  33. 【請求項３３】 前記スリップリングは、複数の分散素子を含むことを特徴
    とする請求項３１に記載のスクリュー押出機。
  34. 【請求項３４】 前記静止リングは、複数の分散素子を含むとを特徴とする
    請求項３１に記載のスクリュー押出機。
  35. 【請求項３５】 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、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
    同して形成する複数の分散混合素子を有するものとし、 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前記分散混合素子を通して圧送す
    ることにより該材料を前記高延伸及び剪断応力の多重領域を通して送り、 該材料を前記出力端の前記押出ダイに向けて搬送し、該押出ダイを通して押し
    出し成形することから成る押出方法。
  36. 【請求項３６】 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３５に記載の押出方法
    。
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