JP2004202871A

JP2004202871A - 混練押出機用のスクリュ

Info

Publication number: JP2004202871A
Application number: JP2002375088A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Tsuchiya; 智宏土屋; Shigeki Inoue; 茂樹井上; Kazuyuki Nakamura; 和之中村; Junichi Iwai; 淳一岩井; Takayuki Yamazawa; 隆行山澤
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】原料をきめ細かく均一に分散、混練することを可能にする混練押出機用のスクリュを提供する。
【解決手段】スクリュ２は、バレル１の貫通内孔１ａ内に配設されたときに混練押出機の混練部６に位置する部分に、原料を混練する混練手段として複数のニーディングディスク２ｂ₁，２ｂ₂，２ｂ₃，２ｂ₄，２ｂ₅が設けられている。各ニーディングディスクは、各ニーディングディスクと貫通内孔１ａとの間の最小隙間部８の大きさが原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック等からなる原料を混練して押し出す混練押出機用のスクリュに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の混練押出機の概略的な全体構成を示す縦方向断面図、図４は図３に示した混練押出機の混練部における断面図である。
【０００３】
従来の混練押出機は、不図示の加熱冷却手段によって加熱冷却される筒状長尺のバレル１０１と、このバレル１０１に形成された２つの貫通内孔１０１ａに回転自在にそれぞれ挿入された２本のスクリュ１０２と、２本のスクリュ２を回転させる回転駆動手段（不図示）とを有している。バレル１０１の一方の端部側にはプラスチック等の原料を投入する投入口１０３が設けられ、他方の端部側にはその原料を排出する排出口１０４が設けられている。
【０００４】
混練押出機は、原料の搬送方向に関して上流側から下流側である、バレル１０１の投入口１０３側から排出口１０４側にかけて、投入口１０３から投入された原料を搬送するフィード部１０５と、フィード部１０５で搬送されてきた原料を混練する混練部１０６と、混練部１０６で混練された原料を排出口から排出する排出部１０７とが順次構成されている。
【０００５】
各々のスクリュ１０２は、フィード部１０５と排出部１０７に位置する部分に螺旋状のフライト１０２ａが設けられているとともに、混練部１０６に位置する部分にはミキシングエレメントである複数のニーディングディスク１０２ｂが設けられている。図３および図４に示す例では、スクリュ１０２には５つのニーディングディスク１０２ｂが設けられており、これらのニーディングディスク１０２ｂはスクリュ１０２の回転方向に関して相が順次ずれた状態に設けられている。
【０００６】
また、図４に示すように、これらのニーディングディスク１０２ｂはいずれも、貫通内孔１０１ａとの間に同じ大きさの最小隙間部１０８を成すように構成されている。
【０００７】
次に、上記のように構成された混練押出機の動作について説明する。
【０００８】
供給される原料がプラスチックからなるペレットやパウダー状等の固体の原料である場合には、投入口１０３からフィード部１０５に投入された原料は、回転駆動手段で回転させられているスクリュ１０２によって、下流側の混練部１０６に搬送される。このとき、原料は加熱冷却手段で加熱されたバレル１０１から与えられる熱によって昇温していく。
【０００９】
混練部１０６に送られてきた原料は、この混練部１０６に一時的に滞留し、バレル１０１の貫通内孔１０１ａとニーディングディスク１０２ｂとの隙間空間に充満する。混練部１０６に滞留した原料は、ニーディングディスク１０２ｂとバレル１０１の貫通内孔１０１ａとの間に形成されたくさび部分でせん断力が加えられ、破砕された後に溶融し、分散および混合が行われる。
【００１０】
混練部１０６で溶融体になった原料は、排出部１０７へ送られ、排出部１０７のスクリュ１０２によって搬送されて、排出口１０４から押出機の外部に排出される。
【００１１】
なお、上記に説明した従来の混練押出機は、特に先行技術文献情報を記載するまでもなく、極々周知のものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記に説明した従来技術では、各ニーディングディスク１０２ｂとバレル１０１の貫通内孔１０１ａとの間の最小隙間部１０８は、混練する原料の粒子の大きさよりも狭い。
【００１３】
原料は最小隙間部１０８で十分に破砕、溶融、および混練が行われるが、上記のように最小隙間部１０８が原料の粒子の大きさよりも狭いと、原料は最小隙間部１０８で破砕等がなされずに排出部１０７へ排出されてしまう。そのため、上述した従来の混練押出機では、原料は混練部１０６で十分に破砕、溶融、および混練が行われず、未溶融の状態で排出部１０５に排出されてしまうこともあり、原料を均一に分散、混練することができなかった。
【００１４】
そこで本発明は、原料をきめ細かく均一に分散、混練することを可能にする混練押出機用のスクリュを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の混練押出機用のスクリュは、原料を搬送する貫通内孔が形成されたバレルを有し、前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側にかけて、前記貫通内孔内に供給された前記原料を搬送するフィード部と、該フィード部で搬送されてきた前記原料を混練する少なくとも１つの混練部と、該混練部で混練された前記原料を前記貫通内孔の外に排出する排出部とが順次構成されている混練押出機の前記貫通内孔内に回転可能に配設される、混練押出機用のスクリュにおいて、前記貫通内孔内に配設されたときに前記各混練部に位置する部分には、前記原料を混練する混練手段がそれぞれ設けられており、少なくとも１つの前記混練手段は、前記混練手段と前記貫通内孔との間の最小隙間部の大きさが前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の混練押出機用のスクリュによれば、混練手段の、原料の搬送方向上流側の部分と貫通内孔との最小隙間部で破砕され、溶融および混練されて粒子が小さくなった原料が、それに続く下流側の部分におけるより狭い最小隙間部でさらに破砕等されるので、小さくなった原料の粒子に応じた最適なせん断力が原料に加えられる。そのため、原料をよりきめ細かく均一に分散、混合することが可能になる。
【００１７】
さらに、前記混練手段と前記貫通内孔との間の最小隙間部の大きさが前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されている前記混練手段の、前記原料の搬送方向に関して最も上流側に位置する部分と前記貫通内孔との間の最小隙間部の大きさは、前記原料の粒子の大きさと同じかそれよりも大きい構成とすることにより、フィード部により混練部まで搬送されてきた原料の多くは、混練手段の少なくとも最上流側の部分における最小隙間部で破砕され、溶融および混練が行われる。そのため、投入された原料が混練手段のいずれの部分における最小隙間部でも破砕等がなされずに下流側へ送られてしまう割合を低減することができ、原料をより確実に分散、混練することが可能になる。
【００１８】
さらには、前記混練手段の前記部分と前記貫通内孔との間の最小隙間部の大きさは前記原料の粒子径の１〜３倍である構成としてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る混練押出機用のスクリュの一実施形態を示す概略図であり、同図（ａ）はその縦方向断面図、同図（ｂ）はそのスクリュに設けられた各ニーディングディスクとバレルの貫通内孔との間の最小隙間部の大きさを模式的に示す図である。
【００２１】
本実施形態に係るスクリュ２は、混練押出機のフィード部５と排出部７に位置する部分に螺旋状のフライト２ａが設けられているとともに、混練押出機の混練部６に位置する部分には、混練手段を構成する５つのニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅が設けられている。これらのニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅は、スクリュ２の回転方向に関して相が順次ずれた状態に設けられている。
【００２２】
これらのニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅とバレル１の貫通内孔１ａとの間の最小隙間部８の大きさは、図１（ｂ）に示すように、混練手段の、原料の搬送方向に関して最も上流側にある部分であるニーディングディスク２ｂ₁における隙間が最も大きく、それから下流側に向かうに従って、すなわちニーディングディスク２ｂ₂，２ｂ₃，２ｂ₄，２ｂ₅における隙間の順に次第に小さくなっている。例えば、最上流側のニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８の大きさは原料の粒子の約１〜３倍の大きさに設定される。
【００２３】
なお、本実施形態のスクリュ２が取り付けられる混練押出機のバレル１、投入口３、排出口４、混練部６、および排出部７の構成は図２等に示した従来の混練押出機と同様であるので、これらについての詳しい説明は省略する。
【００２４】
上述したように、本実施形態のスクリュ２は、原料の搬送方向の最上流側に設けられたニーディングディスク２ｂ₁とバレル１の貫通内孔１ａとの間の最小隙間部８の大きさが原料の粒子よりも大きめになるように設けられているので、投入部３から投入されてフィード部５で混練部６まで搬送されてきた原料の多くは、少なくとも最上流側のニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８で破砕され、溶融および混練が行われる。そのため、投入された原料がいずれのニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅における最小隙間部８によっても破砕等がなされずに下流側へ送られてしまう割合を低減することができ、原料をより確実に分散、混練することが可能になる。
【００２５】
ニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８で破砕され、粒子の大きさが小さくなった原料は、次に、ニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８よりも狭いニーディングディスク２ｂ₂における最小隙間部８で破砕され、同様に溶融および混練が行われる。原料を破砕、溶融、および混練する動作は、ニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８からニーディングディスク２ｂ₅における最小隙間部８にかけて段階的に連続して行われる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、前段のニーディングディスクにおける最小隙間部８で破砕等されて粒子が小さくなった原料は、それに続く後段のニーディングディスクにおけるより狭い最小隙間部８で破砕等されるので、小さくなった原料の粒子に応じた最適なせん断力が原料に加えられる。そのため、全てのニーディングディスクにおける最小隙間部の隙間が一定な従来技術に比べて、原料をよりきめ細かく均一に分散、混合することができる。
【００２７】
また、原料を破砕、溶融、および混練する動作が、次第に狭くなる最小隙間部８で段階的に連続して行われることから、原料の粒子の大きさが、原料の搬送方向の最上流側にあるニーディングディスク２ｂ₁における最小隙間部８の大きさと同じかそれよりも小さく、最下流側にあるニーディングディスク２ｂ₅における最小隙間部８の大きさよりも大きければ、その範囲のどのような大きさの原料であっても十分に破砕、溶融、および混練することができる。そのため、混練押出機に適用できる原料の粒子の大きさの幅が広がるので、混練すべき原料の粒子の大きさに関して混練押出機に汎用性を持たせることができる。
【００２８】
さらに、原料を破砕等する動作を次第に狭くなる最小隙間部８で段階的に連続して行う構成としたことにより、原料の分散、混練性能が向上するため、全てのニーディングディスクにおける最小隙間部の大きさが一定な従来技術に比べて、設けるニーディングディスク２ｂの段数を少なくすることができ、ひいてはスクリュ２の長さを従来よりも短くすることができる。
【００２９】
スクリュの長さ、すなわち混練押出機の長さが長ければ、原料がそれを通過する時間が長くなるので原料の加熱時間もその分だけ長くなり、原料を劣化させてしまうこともある。しかし、本実施形態によれば、スクリュ２の長さ、すなわち混練押出機の長さを短くすることができるので、その分だけ原料の加熱時間が短くなり、原料の昇温を抑えることができる。その結果、原料の劣化を抑え、得られる製品の品質を高めることができる。また、混練押出機の長さを短くできることから、押出機の小型化と低価格化を図ることも可能になる。
【００３０】
なお、上記にはスクリュ２に５つのニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅を設けた例を示したが、スクリュ２に設けることができるニーディングディスクの数、各ディスク同士のずらし角度、およびずらし方向についてはこれに限られず、原料を所望の状態に混練できるように適宜変更することができる。
【００３１】
また、バレル１内に２本のスクリュ２を配設する場合には、これらのスクリュ２は、いわゆる「異方向内回り」や「異方向外回り」に回転させてもよく、あるいは２本のスクリュ２を共に同じ方向に回転させてもよい。ただし、これらの場合には、回転方向に応じてフライト２ａの螺旋方向を適宜変更する必要がある。
【００３２】
（変形例）
図２は、図１に示した混練押出機用のスクリュの変形例を示す概略図であり、同図（ａ）はその縦方向断面図、同図（ｂ）はそのスクリュに設けられたロータ部とバレルの貫通内孔との間の最小隙間部の大きさを模式的に示す図である。
【００３３】
本変形例に係るスクリュ２は、混練押出機のフィード部５と排出部７に位置する部分に螺旋状のフライト２ａが設けられているとともに、混練押出機の混練部６に位置する部分には、混練手段を構成するロータ部１２ｂが設けられている。
【００３４】
ロータ部１２の各部分１２ｂ₁〜１２ｂ₅とバレル１の貫通内孔１ａとの間の最小隙間部８の大きさは、図２（ｂ）に示すように、原料の搬送方向に関して最も上流側にある部分１２ｂ₁における隙間が最も大きく、それから下流側に向かうに従って、すなわち部分１２ｂ₂，１２ｂ₃，１２ｂ₄，１２ｂ₅における隙間の順に次第に小さくなっている。例えば、最上流側の部分１２ｂ₁における最小隙間部８の大きさは原料の粒子の約１〜３倍の大きさに設定される。
【００３５】
なお、本変形例のスクリュ２が取り付けられる混練押出機のバレル１、投入口３、排出口４、混練部６、および排出部７の構成は図１に示した混練押出機と同様であるので、これらについての詳しい説明は省略する。
【００３６】
本変形例によっても、ロータ部１２ｂの原料搬送方向上流側の部分における最小隙間部８で破砕等されて粒子が小さくなった原料は、それに続く下流側の部分におけるより狭い最小隙間部８で破砕等されるので、小さくなった原料の粒子に応じた最適なせん断力が原料に加えられる。そのため、最小隙間部の隙間が一定な従来技術に比べて、原料をよりきめ細かく均一に分散、混合することができる。そのため、本変形例においても図１に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
すなわち、混練押出機に適用できる原料の粒子の大きさの幅が広がるので、混練すべき原料の粒子の大きさに関して混練押出機に汎用性を持たせることができる。また、原料の分散、混練性能が向上するため、ロータ部の最小隙間部の大きさが一定である場合に比べてロータ部１２ｂの長さを短くできることから、ひいてはスクリュ１２の長さを従来よりも短くすることができる。さらには、原料の加熱時間が短くなり、原料の昇温を抑えることができることから、原料の劣化を抑え、得られる製品の品質を高めることができ、また、混練押出機の長さを短くできることから、押出機の小型化と低価格化を図ることもできる。
【００３８】
なお、上記では１つの混練部６を有する混練押出機を例に挙げて説明したが、混練押出機は複数の混練部６を有していてもよい。この場合、各混練部６に位置する部分には原料を混練する混練手段がそれぞれ設けられるが、それらの混練手段の少なくとも１つが、上記のニーディングディスク２ｂ₁〜２ｂ₅やロータ部１２の各部分１２ｂ₁〜１２ｂ₅のように、混練手段と貫通内孔１ａとの間の最小隙間部８の大きさが原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されていればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の混練押出機用のスクリュは、バレルの貫通内孔内に配設されたときに各混練部に位置する部分には原料を混練する混練手段がそれぞれ設けられており、少なくとも１つの混練手段は、混練手段と貫通内孔との間の最小隙間部の大きさが原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されているので、以下の効果を得ることができる。
（１）原料の粒子の大きさが、混練手段の、原料の搬送方向の最上流側にある部分における最小隙間部の大きさと同じかそれよりも小さく、混練手段の、原料の搬送方向の最下流側にある部分における最小隙間部の大きさよりも大きければ、その範囲のどのような大きさの原料であっても十分に破砕、溶融、および混練することができる。そのため、混練押出機に適用できる原料の粒子の大きさの幅が広がるので、混練する原料の粒子の大きさに関して混練押出機に汎用性を持たせることができる。
（２）原料を破砕等する動作を次第に狭くなる最小隙間部で段階的に連続して行う構成としたことにより、原料の分散、混練性能が向上するため、例えば混練手段としてニーディングディスクを用いた場合には、設けるべきニーディングディスクの段数を従来に比べて少なくすることができ、また、混練手段としてロータ部を用いた場合には、ロータ部の最小隙間部の大きさが一定である場合に比べてロータ部の長さを短くすることができ、ひいてはスクリュの長さを従来よりも短くすることができる。その結果、原料の劣化を抑え、得られる製品の品質を高めることができるとともに、混練押出機の長さを短くできることから、押出機の小型化と低価格化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る混練押出機用のスクリュの一実施形態を示す概略図である。
【図２】図１に示した混練押出機用のスクリュの変形例を示す概略図である。
【図３】従来の混練押出機の概略的な全体構成を示す縦方向断面図である。
【図４】図３に示した混練押出機の混練部における断面図である。
【符号の説明】
１バレル
１ａ貫通内孔
２スクリュ
２ａフライト
２ｂ，２ｂ₁，２ｂ₂，２ｂ₃，２ｂ₄，２ｂ₅ ニーディングディスク
３投入部
４排出部
５フィード部
６混練部
７排出口
８最小隙間部
１２ｂロータ部
１２ｂ₁，１２ｂ₂，１２ｂ₃，１２ｂ₄，１２ｂ₅ ロータ部の部分

Claims

原料を搬送する貫通内孔（１ａ）が形成されたバレル（１）を有し、前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側にかけて、前記貫通内孔（１ａ）内に供給された前記原料を搬送するフィード部（５）と、該フィード部（５）で搬送されてきた前記原料を混練する少なくとも１つの混練部（６）と、該混練部（６）で混練された前記原料を前記貫通内孔（１ａ）の外に排出する排出部（７）とが順次構成されている混練押出機の前記貫通内孔（１ａ）内に回転可能に配設される、混練押出機用のスクリュにおいて、
前記貫通内孔（１ａ）内に配設されたときに前記各混練部（６）に位置する部分には、前記原料を混練する混練手段がそれぞれ設けられており、
少なくとも１つの前記混練手段（２ｂ；１２ｂ）は、前記混練手段と前記貫通内孔（１ａ）との間の最小隙間部（８）の大きさが前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されていることを特徴とする、混練押出機用のスクリュ。
前記混練手段と前記貫通内孔（１ａ）との間の最小隙間部（８）の大きさが前記原料の搬送方向に関して上流側から下流側に向かうにつれて次第に小さくなるように構成されている前記混練手段の、前記原料の搬送方向に関して最も上流側に位置する部分（２ｂ₁；１２ｂ₁）と前記貫通内孔（１ａ）との間の最小隙間部（８）の大きさは、前記原料の粒子の大きさと同じかそれよりも大きい、請求項１に記載の混練押出機用のスクリュ。
前記混練手段の前記部分（２ｂ₁；１２ｂ₁）と前記貫通内孔（１ａ）との間の最小隙間部（８）の大きさは前記原料の粒子径の１〜３倍である、請求項２に記載の混練押出機用のスクリュ。