JP2009096004A - 混練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュー及びバレルの製造工程が煩雑になるのを抑制しながら、スクリューとバレルの磨耗を軽減することが可能な混練装置を提供する。
【解決手段】この混練装置は、バレル６内の混練空間６ａに導入される混練対象物を一対のスクリュー４，４を軸回りに回転させることによって混練する混練装置であって、各スクリュー４は、混練対象物の混練時に一対のスクリュー４，４の軸の並ぶ方向に垂直な所定方向に振れを生じる形状を有し、混練空間６ａは、各スクリュー４をそれぞれ収容する一対の収容空間６ｂ，６ｂが互いに径方向の一部分において重なるように繋げられた形状を有し、各収容空間６ｂは、各スクリュー４が振れを生じる前記所定方向における径が他の方向の径よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、樹脂等の混練対象物を混練する混練装置に関するものである。

従来、樹脂等の混練対象物を混練するための２軸押出し式の混練装置が知られている。このような混練装置は、互いに平行に設けられた一対のスクリューと、この両スクリューを収容する混練空間を内部に有するバレルとを備えている。そして、前記バレルの混練空間は、前記各スクリューをそれぞれ収容する略円形断面の一対の収容空間が互いに径方向の一部分において重なるように繋げられた形状を有する。そして、この混練装置では、前記一対のスクリューをそれぞれ軸回りに回転させることによって、前記混練空間に導入した混練対象物を両スクリュー間及び各スクリューとバレルの内壁面との間で生じる剪断力を利用して混練する。

ところで、このような混練装置では、混練対象物の混練時に各スクリューが混練対象物から圧力を受ける。そして、この圧力によって各スクリューがその軸方向に直交する特定方向に偏荷重を受け、振れを生じる場合がある。スクリューに振れが生じると、スクリューの最外径部がバレルの内壁面と接触し、スクリューとバレルが共に磨耗する虞がある。そして、このような磨耗によりスクリュー及びバレルの寿命が短くなるという問題や、磨耗によって生じる金属粉が混練物に異物として混入し、混練物の品質が低下するという問題が生じる。

そこで、このような問題点を解消するための技術が下記の特許文献１と特許文献２に提案されている。

特許文献１には、スクリューの回転方向前面の角度を通常のスクリューに比べて寝かせた角度にすることによって混練対象物から受ける圧力が増大しにくい形状にスクリューを形成し、前記圧力に起因して発生するスクリューの振れを低減する技術が示されている。これにより、スクリューとバレルの内壁面との接触による磨耗を軽減している。

また、特許文献２には、スクリューの表面とバレルの内壁面に耐摩耗性を向上させるための表面処理を施し、スクリューとバレルの内壁面との接触による磨耗を軽減する技術が示されている。
特開２００４−２６２１７７号公報 特開平９−８５７３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された技術では、スクリューの三次元形状が非常に複雑となり、スクリューの加工が煩雑となるという問題点がある。

また、上記特許文献２に示された技術では、スクリューの表面とバレルの内壁面に表面処理を施す煩雑な工程が増え、スクリューとバレルの製造工程が煩雑になるという問題点がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スクリュー及びバレルの製造工程が煩雑になるのを抑制しながら、スクリューとバレルの磨耗を軽減することが可能な混練装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による混練装置は、互いに平行に設けられた一対のスクリューと、この一対のスクリューを収容する混練空間を内部に有するバレルと、前記一対のスクリューをそれぞれの軸回りに回転させる駆動部とを備え、前記混練空間に導入される混練対象物を前記各スクリューを軸回りに回転させることによって混練する混練装置であって、前記各スクリューは、前記混練対象物の混練時にその軸方向に直交する特定方向に振れを生じる形状を有し、前記混練空間は、前記各スクリューをそれぞれ収容する一対の収容空間が互いに径方向の一部分において重なるように繋げられた形状を有し、前記各収容空間は、前記特定方向における径が他の方向の径よりも大きくなるように形成された拡径部を軸方向の少なくとも一部に含む。

この混練装置では、バレル内の混練空間を構成する収容空間がスクリューの振れを生じる特定方向において他の方向よりも大きい径を有する拡径部を含むので、混練対象物の混練時に前記特定方向のスクリューの振れが生じたとしても、前記拡径部によってスクリューとバレルの内壁面との接触を低減することができる。これにより、スクリューとバレルの磨耗を軽減することができる。

ところで、収容空間の径を大きくすると、収容空間内でスクリューを回転させて混練対象物を混練する際に混練対象物に加えられる作用力が小さくなり、混練対象物の混練が不十分になる虞がある。しかし、この混練装置では、収容空間の拡径部においてスクリューの振れを生じる特定方向の径のみが他の方向の径よりも大きくなっており、収容空間の全周の径を大きくする場合に比べて、混練時に混練対象物に加えられる作用力の低下を抑制することができ、混練対象物を十分に混練することができる。

さらに、この混練装置では、従来のようにスクリューを混練対象物から受ける圧力が増大しにくい形状に形成する場合と異なり、スクリューの三次元形状を複雑な形状に加工しなくてもよいので、スクリューの加工が煩雑となるのを防ぐことができる。

また、この混練装置では、従来のようにスクリューの表面とバレルの内壁面とに耐磨耗性を向上させるための表面処理を行う場合と異なり、煩雑な表面処理工程が増加するのを防ぐことができるので、スクリューとバレルの製造工程が煩雑になるのを抑制することができる。従って、この混練装置では、スクリュー及びバレルの製造工程が煩雑になるのを抑制しながら、スクリューとバレルの磨耗を軽減するとともに混練対象物を十分に混練することができる。

上記混練装置において、前記各スクリューは、前記混練対象物の混練時に前記一対のスクリューの軸の並ぶ方向に垂直な所定方向に振れを生じる形状を有し、前記拡径部は、前記各スクリューが振れを生じる前記所定方向において他の方向よりも大きい径を有するのが好ましい。

このように構成すれば、混練対象物の混練時に各スクリューが一対のスクリューの軸の並ぶ方向に垂直な方向に振れを生じた場合でも、その方向に収容空間の拡径部が他の方向よりも大きい径を有しているので、各スクリューとバレルの内壁面との接触を有効に低減することができる。

この場合の具体的な構成として、前記一対のスクリューは、互いに等しい形状に形成されているとともに、回転時にその最外径部の通る軌跡が互いに交わるように配置されており、前記駆動部は、前記一対のスクリューをこれらのスクリューが互いに干渉しないような位相差を保ちながら同方向に回転させてもよい。

上記混練装置において、前記拡径部を囲む前記バレルの内壁面は、前記各スクリューが振れを生じる前記所定方向に延びる平面部を有し、前記所定方向における前記平面部の長さＬと、前記スクリューの最外径部とそのスクリューが収容された前記拡径部を囲む前記バレルの内壁面の平面部との間のクリアランスＣとの比Ｌ／Ｃが１以上４以下であるのが好ましい。

本願発明者らが鋭意検討した結果、前記比Ｌ／Ｃが１以上となるように前記拡径部を囲むバレルの内壁面の前記平面部の長さＬを設定すれば、混練対象物から各スクリューが受ける圧力を有効な範囲に低減できるとともに各スクリューの振れを低減でき、各スクリューとバレルセグメントの内壁面との接触を低減できることが判明した。なお、前記平面部の長さＬを大きくするほど、すなわち、前記比Ｌ／Ｃが大きくなるほど、前記特定方向における前記拡径部の径が大きくなり、各スクリューとバレルの内壁面との接触をより低減可能であるが、この場合には、混練対象物に加えられる作用力が低下しすぎて混練対象物の混練が不十分になる虞がある。そこで、本願発明者らは鋭意検討した結果、前記比Ｌ／Ｃが４以下となるように前記平面部の長さＬを設定すれば、混練対象物の十分な混練が得られることを見出した。従って、この構成のように前記比Ｌ／Ｃを１以上４以下となるように設定すれば、スクリューとバレルの内壁面との接触の低減と、混練対象物の十分な混練とを同時に達成することができる。

上記混練装置において、前記各スクリューは、その軸方向に離間して配置され、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、前記バレルは、その内部の前記混練空間に前記混練対象物を導入するための導入口を有し、前記拡径部は、前記複数の混練部のうち少なくとも前記導入口の最も近くに配置された混練部を収容するように設けられているのが好ましい。

混練対象物は導入口から導入された後、混練時に発生する熱により溶融しながら混練されるとともにスクリューの回転によって下流側へ送られるが、前記複数の混練部のうち導入口の最も近くに配置された混練部では、まだ溶融していない部分を多く含む混練対象物を混練するため、その混練部よりも下流側に配置された混練部に比べて混練対象物からより大きな圧力を受ける。このため、前記導入口の最も近くに配置された混練部では、混練対象物の混練時に大きな振れを生じやすい。しかしながら、この構成では、この大きな振れを生じやすい混練部を収容するように前記拡径部が設けられているので、導入口の最も近くに配置された混練部の大きな振れに起因する当該混練部とバレルの内壁面との接触を有効に低減することができる。

上記混練装置において、前記バレルは、その軸方向に連接されることにより前記混練空間を形成する複数のバレルセグメントを含み、前記複数のバレルセグメントのうちの少なくとも１つが前記拡径部を有するのが好ましい。

このように構成すれば、拡径部を有するバレルセグメントの位置を必要に応じて入れ替えることにより、拡径部をバレルの軸方向の任意の位置に配置することができるので、バレルがその軸方向に連続する単一の部材からなる場合に比べて、拡径部を設ける位置をスクリューの中で大きな振れを生じる箇所に合わせて容易に変更することができる。また、この構成において、複数のバレルセグメントのうち一部のバレルセグメントのみが拡径部を有するように構成すれば、全てのバレルセグメントが拡径部を有する構成に比べて加工に手間の掛かる拡径部を有するバレルセグメントの数を減らすことができる。

この場合において、前記各スクリューは、その軸方向に離間して配置され、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、前記バレルは、その内部の前記混練空間に前記混練対象物を導入するための導入口を有し、前記複数のバレルセグメントのうち前記導入口の最も近くに配置された前記混練部を収容するバレルセグメントが前記拡径部を有するのが好ましい。

このように構成すれば、上記拡径部が複数の混練部のうち少なくとも導入口の最も近くに配置された混練部を収容するように設けられている構成と同様、導入口の最も近くに配置された混練部の大きな振れに起因する当該混練部とバレルの内壁面との接触を有効に低減しながら、複数のバレルセグメントのうち加工に手間の掛かる拡径部を有するバレルセグメントの数を減らすことができる。

以上説明したように、本発明によれば、スクリュー及びバレルの製造工程が煩雑になるのを抑制しながら、スクリューとバレルの磨耗を軽減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による混練装置の縦断面図である。図２は、図１の混練装置のスクリュー４の第１〜第３搬送部１０，１６，２２を構成するフルフライトスクリュー２４の斜視図であり、図３は、図１の混練装置のスクリュー４の第１及び第２混練部１２，１８を構成するロータ２６の斜視図であり、図４は、図１の混練装置のスクリュー４の第１及び第２搬送抵抗部１４，２０を構成するニーディングディスク２８の斜視図である。図５は、スクリュー４の軸方向に垂直な断面における図３のロータ２６及びそのロータ２６を囲むバレルセグメント６ｆの形状を示した断面図である。図６は、バレル６の内壁面６ｇの形状及びその内壁面６ｇとスクリュー４との位置関係を説明するための断面図である。まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による混練装置の構成について説明する。

本実施形態による混練装置は、ゴムや各種樹脂等の混練対象物を下流側へ送りながら混練する２軸押出し式の混練装置である。この混練装置は、駆動部２と、一対のスクリュー４，４と、バレル６とを備えている。

前記駆動部２は、前記一対のスクリュー４，４の基端側に接続されており、この各スクリュー４をそれぞれの軸回りに回転させるものである。この駆動部２は、前記一対のスクリュー４，４をこれらのスクリュー４，４が互いに干渉しないような位相差（本実施形態では９０°）を保ちながら等しい回転速度で同方向に回転させる。

前記一対のスクリュー４，４は、それぞれ軸回りに回転し、混練対象物を下流側へ送りながら混練するものであり、この両スクリュー４，４は、互いに平行、かつ、水平方向に延びるように設けられている。また、各スクリュー４は、前記バレル６内の後述する混練空間６ａの各収容空間６ｂ，６ｂにそれぞれ配置されている。そして、各スクリュー４は、図１に示すように、第１搬送部１０と、第１混練部１２と、第１搬送抵抗部１４と、第２搬送部１６と、第２混練部１８と、第２搬送抵抗部２０と、第３搬送部２２とを有しており、これら各部はこの順番でスクリュー４の基端側から先端側に向かって配設されている。

前記第１搬送部１０は、混練対象物を下流側へ送るための部分である。この第１搬送部１０は、図２に示すようなフルフライトスクリュー２４によって構成されている。各スクリュー４は、その軸方向に延びるとともに前記駆動部２に接続され、その駆動部２から回転を与えられるシャフト４ａを有しており、前記フルフライトスクリュー２４は、このシャフト４ａに外挿されて固定されている。フルフライトスクリュー２４は、互いに１８０°の位相で配置された２条の螺旋翼２４ａ，２４ａを備えている。

両スクリュー４，４の第１搬送部１０は、回転時にその最外径部、すなわち径方向における前記螺旋翼２４ａの端縁の通る軌跡が互いに交わるように配置されている。ただし、両スクリュー４，４の第１搬送部１０は、互いの間に位相差を保ちながら回転するのでその回転時に互いに干渉しないように構成されている。各スクリュー４の第１搬送部１０は、スクリュー４の回転に伴って軸回りに同方向に回転し、それに伴って前記バレル６の後述する導入口６ｃから混練空間６ａ内に導入される粉状の混練対象物を下流側へ押し出す。

前記第１混練部１２は、前記第１搬送部１０から送られる混練対象物を混練しながら下流側へ送る部分である。

具体的には、この第１混練部１２は、図３に示すようなロータ２６が軸方向に複数連接されることによって構成されている。この各ロータ２６は、前記シャフト４ａに外挿されて固定されている。また、第１混練部１２のロータ２６は、前記第１搬送部１０のフルフライトスクリュー２４と同様の軸方向に垂直な断面形状を有しており、第１搬送部１０の下流側の端面と第１混練部１２の上流側の端面とは、互いにずれなく重ね合わされている。

第１混練部１２のロータ２６は、一定の捩れ角で形成された２条の螺旋翼２６ａ，２６ａを有している。これら螺旋翼２６ａ，２６ａは、互いに１８０°の位相で配置されている。両スクリュー４，４の各第１混練部１２は、回転時にその最外径部、すなわち径方向における前記螺旋翼２６ａの端縁の通る軌跡が互いに交わるように配置されている。ただし、両スクリュー４，４の第１混練部１２は、互いの間に位相差を保ちながら回転するのでその回転時に互いに干渉しないようになっている。

そして、各スクリュー４の第１混練部１２は、スクリュー４の回転に伴って軸回りに同方向に回転し、それに伴って前記第１搬送部１０から送られる粉状の混練対象物を混練しながら下流側へ送る。この混練の際には、熱が発生し、この熱によって混練対象物が溶融するとともに、溶融した混練対象物はさらに第１混練部１２によって混練される。従って、この第１混練部１２において混練される混練対象物は、まだ溶融していない粉状のものを含んでおり、その混練時に第１混練部１２は混練対象物から大きな圧力を受ける。

前記第１搬送抵抗部１４は、前記第１混練部１２から送られる混練対象物を混練しながらその混練対象物に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第１混練部１２での混練時間を長くし、その第１混練部１２における混練対象物の混練を十分に行わせるための部分である。この第１搬送抵抗部１４は、図４に示すようなニーディングディスク２８が軸方向に複数連接されることによって構成されている。この各ニーディングディスク２８は、前記シャフト４ａに外挿されて固定されている。また、ニーディングディスク２８は、前記第１混練部１２のロータ２６と同様の軸方向に垂直な断面形状を有しており、第１混練部１２の下流側の端面と第１搬送抵抗部１４の上流側の端面とは、互いにずれなく重ね合わされている。

各ニーディングディスク２８は、軸方向に長さの小さい板状に構成されており、互いに１８０°の位相で配置されるとともに軸と平行に配置された２条の混練翼２８ａ，２８ａを有している。そして、軸方向に隣り合う各ニーディングディスク２８は、軸回りに所定角度ずつ位相をずらして配置されている。これにより、第１搬送抵抗部１４の軸方向に垂直な断面形状はその軸方向に沿って不連続に変化するように構成されている。両スクリュー４，４の各第１搬送抵抗部１４において互いに対応するニーディングディスク２８は、回転時にその最外径部、すなわち径方向における前記混練翼２８ａの端縁が通る軌跡が互いに交わるように配置されている。ただし、両スクリュー４，４の第１搬送抵抗部１４は、互いの間に位相差を保ちながら回転するのでその回転時に互いに干渉しないようになっている。

前記第２搬送部１６は、前記第１搬送抵抗部１４から送られる混練対象物を下流側へ送る部分である。この第２搬送部１６は、前記第１搬送部１０と同様に構成されている。

前記第２混練部１８は、前記第２搬送部１６から送られる混練対象物を混練しながら下流側へ送る部分であり、前記第１混練部１２と同様に構成されている。ただし、この第２混練部１８において混練される混練対象物はすでに溶融状態となっており、粉状の部分を含む混練対象物を混練する前記第１混練部１２に比べて混練対象物から受ける圧力は小さい。

前記第２搬送抵抗部２０は、前記第２混練部１８から送られる混練対象物を混練しながらその混練対象物に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第２混練部１８での混練時間を長くし、その第２混練部１８における混練対象物の混練を十分に行わせるための部分である。この第２搬送抵抗部２０は、前記第１搬送抵抗部１４と同様に構成されている。

前記第３搬送部２２は、前記第２搬送抵抗部２０から送られる混練対象物を下流側へ送り、前記バレル６の後述する導出口６ｄを通じて混練後の混練対象物を送り出す部分である。この第３搬送部２２は、前記第１搬送部１０と同様に構成されている。

そして、上記のように構成された各スクリュー４は、軸回りに回転して混練対象物を混練する際に一対のスクリュー４，４の軸の並ぶ方向に垂直な方向、すなわち鉛直方向に振れを生じる形状を有している。この振れは、混練時に混練対象物から受ける圧力に起因して発生する偏荷重が各スクリュー４に掛かることによって生じる。そして、上記したようにスクリュー４の第１混練部１２は混練対象物から大きな圧力を受けるため、この第１混練部１２に生じる前記振れは大きいものとなる。

前記バレル６は、前記一対のスクリュー４，４が回転して混練対象物を混練するための混練空間６ａを内部に有する。このバレル６の混練空間６ａは、前記各スクリュー４をそれぞれ収容する一対の収容空間６ｂ，６ｂからなり、これら両収容空間６ｂ，６ｂが互いに径方向の一部分において重なるように繋げられた形状を有する。各収容空間６ｂは、前記各スクリュー４の軸方向に延びている。そして、バレル６の軸方向の一端側の上部、換言すれば前記スクリュー４の第１搬送部１０に対応する部分の上部には、前記混練空間６ａに混練対象物を導入するための導入口６ｃが設けられている一方、他端側には、混練後の混練対象物を送り出すための導出口６ｄが設けられている。また、バレル６には、その軸方向の複数個所に脱気や観察等を行うための開口部６ｅが設けられている。

前記各収容空間６ｂは、前記各スクリュー４が混練対象物の混練時に振れを生じる鉛直方向において他の方向よりも大きい径を有する。すなわち、本実施形態では、各収容空間６ｂの軸方向の全体が本発明における拡径部となっている。これにより、混練対象物の混練時に各スクリュー４に振れが生じたときに各スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触が低減されるようになっている。

具体的には、前記収容空間６ｂを囲むバレル６の内壁面６ｇは、図５に示すように、前記各スクリュー４が振れを生じる鉛直方向に延びる平面部６ｈと、その平面部６ｈの上下にそれぞれ連続する円弧状の曲面部６ｉ，６ｉとによって構成されている。前記平面部６ｆの存在によって収容空間６ｂの径が各スクリュー４の振れを生じる鉛直方向に拡大されており、その方向における収容空間６ｂの径が他の方向の径よりも大きくなっている。本実施形態では、各スクリュー４が振れを生じる鉛直方向における前記平面部６ｈの長さＬ（図６参照）と、前記スクリュー４の最外径部とそのスクリュー４が収容された収容空間６ｂを囲むバレル６の内壁面６ｇの平面部６ｈとの間のクリアランスＣ（図６参照）との比Ｌ／Ｃが１以上４以下となるように前記平面部６ｈの長さＬと前記クリアランスＣとが設定されている。

また、バレル６は、軸方向に連接されることにより前記混練空間６ａを形成する複数のバレルセグメント６ｆによって構成されている。すなわち、各バレルセグメント６ｆが前記収容空間６ｂ，６ｂからなる混練空間６ａの軸方向の一部分を内部に有している。

次に、本実施形態の混練装置により混練対象物を混練する際の動作について説明する。

まず、駆動部２により前記各スクリュー４をその軸回りに等しい回転速度で同方向に回転させる。その後、バレル６の導入口６ｃを通じて粉状の混練対象物をバレル６内の混練空間６ａに導入する。この混練対象物は、両スクリュー４，４の第１搬送部１０に対応する空間に導入される。そして、両スクリュー４，４の第１搬送部１０は、その回転によって混練対象物を下流側の第１混練部１２へ送る。

第１混練部１２は、送られてきた粉状の混練対象物を混練しながら下流側の第１搬送抵抗部１４へ送る。この第１混練部１２による混練時には熱が発生し、この熱によって混練対象物が溶融しながらさらに混練される。この第１混練部１２では、混練対象物が溶融するまでは粉状のものを混練するため、混練対象物から大きな圧力を受ける。そして、この大きな圧力に起因する偏荷重が第１混練部１２に掛かり、スクリュー４に振れが生じる。

そして、第１搬送抵抗部１４は、第１混練部１２から送られてきた混練対象物を混練しながら下流側の第２搬送部１６へ送る。ただし、この第１搬送抵抗部１４では混練対象物に大きな搬送抵抗を付加するため、この第１搬送抵抗部１４から下流側への混練対象物の送り速度は遅くなる。このため、上流側の前記第１混練部１２における混練時間が長くなり、前記第１混練部１２において混練対象物の混練が十分に行われる。

次に、第２搬送部１６は、前記第１搬送抵抗部１４から送られてくる混練対象物を前記第１搬送部１０と同様にして下流側の第２混練部１８へ送る。

第２混練部１８は、その送られてくる混練対象物を前記第１混練部１２と同様にして混練するとともに下流側の第２搬送抵抗部２０へ送る。ただし、この第２混練部１８に送られてくる混練対象物はすでに溶融状態になっているため、この第２混練部１８が混練対象物から受ける圧力は前記第１混練部１２が混練対象物から受ける圧力よりも小さくなる。

第２搬送抵抗部２０は、前記第１搬送抵抗部１４と同様にして第２混練部１８から送られてきた混練対象物を混練しながら下流側の第３搬送部２２へ送る。この際、第２搬送抵抗部２０は、前記第１搬送抵抗部１４と同様、混練対象物に大きな搬送抵抗を付加し、上流側の前記第２混練部１８における混練時間を長くすることによってその第２混練部１８において混練対象物の混練を十分に行わせる。

第３搬送部２２は、前記第１搬送部１０と同様にして第２搬送抵抗部２０から送られてきた混練対象物を下流側へ送り、バレル６の導出口６ｄから外部へ送り出す。このようにして、本実施形態の混練装置による混練対象物の混練が行われる。

ところで、上記のような混練対象物の混練過程において、各スクリュー４には混練対象物から受ける圧力に起因する偏荷重が掛かり、その偏荷重によって各スクリュー４に振れが生じる。特に、第１混練部１２では、粉状の部分を多く含む混練対象物を混練するため大きな圧力を受け、大きな振れを生じる。

図７には、両スクリュー４，４の軸の並ぶ方向において各スクリュー４が受ける作用力と前記軸の並ぶ方向に垂直な方向（鉛直方向）において各スクリュー４が受ける作用力とをそれぞれ各スクリュー４の回転位相を変化させて解析した結果が示されている。

この図７の結果から、各スクリュー４は両スクリュー４，４の軸の並ぶ方向に比べてその軸の並ぶ方向に垂直な方向（鉛直方向）に混練対象物からより大きな圧力を受け、その方向に振れを生じやすいことが判る。そして、このようなスクリュー４の振れは、スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触の原因となる。

そこで、本実施形態では、上記したようにバレル６の収容空間６ｂを各スクリュー４が振れを生じる鉛直方向において他の方向よりも大きい径を有するように構成することによって、スクリュー４の前記振れに起因するスクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触を低減している。

さらに、バレル６の内壁面６ｇは、各スクリュー４が振れを生じる鉛直方向における前記平面部６ｈの長さＬ（図６参照）と、前記各スクリュー４の最外径部とバレル６の内壁面６ｇとの間のクリアランスＣ（図６参照）との比Ｌ／Ｃが１以上４以下となるように構成されており、これによってスクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触の低減と、混練対象物の十分な混練とが同時に得られるようになっている。

図８には、前記比Ｌ／Ｃを変化させながらスクリュー４が混練対象物から受ける作用力を測定した結果が示されており、図９には、前記比Ｌ／Ｃを変化させながらスクリュー４の平均トルクを測定した結果が示されている。ただし、図８において作用力変動幅比Ｆ／Ｆ０は、前記比Ｌ／Ｃが０のとき、すなわち前記平面部６ｈの長さＬが０のときにスクリュー４が混練対象物から受ける作用力Ｆ０を１００％として、その作用力Ｆ０に対する前記比Ｌ／Ｃが各値のときのスクリュー４が受ける作用力Ｆの比を表したものである。また、図９において平均トルク比Ｔ／Ｔ０は、前記比Ｌ／Ｃが０のとき、すなわち前記平面部６ｈの長さＬが０のときのスクリュー４のトルクＴ０を１００％として、そのトルクＴ０に対する前記比Ｌ／Ｃが各値のときのスクリュー４のトルクＴの比を表したものである。

図８の結果から、前記比Ｌ／Ｃの値が大きくなるに従って、すなわち前記平面部６ｈの長さＬが大きくなるに従って、混練対象物からスクリュー４が受ける作用力は低下することが判る。これは、前記平面部６ｈの長さＬが大きくなるにつれて各スクリュー４が振れを生じる鉛直方向における前記収容空間６ｂの径が大きくなり、各スクリュー４に混練対象物から作用する圧力が低下することによると考えられる。そして、前記比Ｌ／Ｃを１以上に設定すれば、混練対象物からスクリュー４が受ける作用力を前記平面部６ｈの長さＬが０のとき、すなわち前記収容空間６ｂが均一な径の円弧状断面を有するときにスクリュー４が受ける作用力Ｆ０の約９０％以下に低減できることが判る。

すなわち、前記比Ｌ／Ｃを１以上に設定することによって、混練対象物からスクリュー４が受ける作用力を有効に低減でき、その作用力に起因するスクリュー４の振れを有効に低減できるとともにそのスクリュー４の振れに起因するスクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触を低減可能であることが判った。

一方、図９の結果から、前記比Ｌ／Ｃの値が大きくなるに従って、すなわち前記平面部６ｈの長さＬが大きくなるに従って、スクリュー４のトルクは減少することが判る。これは、前記平面部６ｈの長さＬが大きくなるにつれて各スクリュー４に混練対象物から作用する圧力が低下し、それに応じてスクリュー４のトルクが減少するためであると考えられる。

ところで、このスクリュー４のトルクと混練対象物の混練度合いとの間には相関がある。すなわち、スクリュー４のトルクが大きい場合には混練対象物に加えられる圧力が大きく、混練対象物の混練が十分に行われる一方、スクリュー４のトルクが小さい場合には混練対象物に加えられる圧力が小さく、混練対象物の混練が不十分になる虞がある。前記図８の結果から前記平面部６ｈの長さＬを大きくすることによってスクリュー４の振れを抑え、スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触を低減可能であることが判ったが、その一方でこの図９の結果から、前記平面部６ｈの長さＬを大きくすることによって混練対象物に加えられる圧力が小さくなりすぎて混練対象物の混練が不十分になる虞があることが判る。

ここで、図９から前記比Ｌ／Ｃを４以下に設定すれば、スクリュー４のトルクを前記平面部６ｈの長さＬが０のとき、すなわち前記収容空間６ｂが均一な径の円弧状断面を有するときのスクリュー４のトルクＴ０の約８０％以上に維持できることが判る。すなわち、前記比Ｌ／Ｃを４以下に設定することによって、混練対象物に加えられる圧力の減少を有効な範囲にとどめることができ、混練対象物の十分な混練を得られることが判った。

従って、以上の結果から前記比Ｌ／Ｃを１以上４以下となるように設定すれば、スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触の低減と、混練対象物の十分な混練とを同時に達成できることが判った。

以上説明したように、本実施形態では、バレル６内の混練空間６ａを構成する収容空間６ｂがスクリュー４の振れを生じる鉛直方向において他の方向よりも大きい径を有するので、混練対象物の混練時にスクリュー４の振れが生じたとしてもそのスクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触を低減することができる。これにより、スクリュー４とバレル６の磨耗を軽減することができる。

また、本実施形態では、バレル６の収容空間６ｂの前記スクリュー４が振れを生じる鉛直方向の径のみが他の方向の径よりも大きくなっているので、収容空間６ｂの全周の径を大きくする場合に比べて、混練時に混練対象物に加えられる作用力の低下を抑制することができ、混練対象物を十分に混練することができる。

さらに、本実施形態では、従来のようにスクリューを混練対象物から受ける圧力が増大しにくい形状に形成する場合と異なり、スクリュー４の三次元形状を複雑な形状に加工しなくてもよいので、スクリュー４の加工が煩雑となるのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、従来のようにスクリューの表面とバレルの内壁面とに耐磨耗性を向上させるための表面処理を行う場合と異なり、煩雑な表面処理工程が増加するのを防ぐことができるので、スクリュー４とバレル６の製造工程が煩雑になるのを抑制することができる。従って、本実施形態では、スクリュー４及びバレル６の製造工程が煩雑になるのを抑制しながら、スクリュー４とバレル６の磨耗を軽減するとともに混練対象物を十分に混練することができる。

また、本実施形態では、収容空間６ｂを囲むバレル６の内壁面６ｇがスクリュー４の振れを生じる鉛直方向に延びる平面部６ｈを有し、スクリュー４が振れを生じる鉛直方向における前記平面部６ｈの長さＬと、スクリュー４の最外径部とそのスクリュー４が収容された収容空間６ｂを囲むバレル６の内壁面６ｇの平面部６ｈとの間のクリアランスＣとの比Ｌ／Ｃが１以上４以下に設定されている。前記比Ｌ／Ｃが１以上となるように前記平面部６ｈの長さＬを設定することにより、混練対象物から各スクリュー４が受ける圧力を有効な範囲に低減できるとともに各スクリュー４の振れを低減でき、各スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触を低減できる。一方、前記比Ｌ／Ｃが４以下となるように前記平面部６ｈの長さＬを設定することにより、混練対象物の十分な混練が得られる。従って、本実施形態では、スクリュー４とバレル６の内壁面６ｇとの接触の低減と、混練対象物の十分な混練とを同時に達成することができる。

また、本実施形態では、第１混練部１２と第２混練部１８のうちバレル６の導入口６ｃに近い第１混練部１２を収容するバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂがスクリュー４の振れを生じる鉛直方向において他の方向よりも大きい径を有する。第１混練部１２では、まだ溶融していない部分を多く含む混練対象物を混練するため、第２混練部１８に比べて混練対象物からより大きな圧力を受け、大きな振れを生じやすい。しかしながら、本実施形態では、この第１混練部１２を収容するバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂが第１混練部１２の振れを生じる方向において他の方向よりも大きい径を有するので、第１混練部１２の大きな振れに起因する当該第１混練部１２とバレル６の内壁面６ｇとの接触を有効に低減することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、両スクリュー４，４が軸回りに同方向に回転する例について説明したが、各スクリュー４が軸回りに互いに逆方向に回転する場合についても本発明を同様に適用することが可能である。

また、スクリュー４の第１混練部１２及び第２混練部１８を構成するロータ２６は２条の螺旋翼２６ａを有するものに限られず、３条の螺旋翼を有するものであってもよい。

また、バレルセグメント６ｆの内壁面６ｇは平面部６ｈと曲面部６ｉ，６ｉとによって構成された形状に限られない。すなわち、バレルセグメント６ｆの内壁面６ｇの形状は、混練対象物の混練時にスクリュー４が振れを生じる方向における収容空間６ｂの径が他の方向の径よりも大きくなる形状であれば、前記平面部６ｈと前記曲面部６ｉ，６ｉによって構成された形状以外の形状であってもよい。

例えば、前記平面部６ｈを曲面部に置き換えて、収容空間６ｂがスクリュー４の振れを生じる鉛直方向に長径を有する楕円となるように前記内壁面６ｇを構成してもよい。また、混練対象物の混練時にスクリュー４が振れを生じる方向が前記スクリュー４，４の軸の並ぶ方向に垂直な方向（鉛直方向）からずれている場合には、そのスクリュー４が振れを生じる方向に合わせて収容空間６ｂの径が大きくなるように前記内壁面６ｇを構成してもよい。

また、上記実施形態では、バレル６を軸方向に連接された複数のバレルセグメント６ｆによって構成したが、バレル６を軸方向に連続する単一の部材によって構成してもよい。この場合には、そのバレル６内の収容空間６ｂの軸方向の一部に前記スクリュー４の振れを生じる方向の径が他の方向の径よりも大きくなるように形成された拡径部を設けてもよい。そして、この拡径部は、少なくとも前記第１混練部１２を収容するように設けるのが好ましい。

また、上記実施形態では、バレル６を構成する全てのバレルセグメント６ｆについて、収容空間６ｂの前記スクリュー４が振れを生じる鉛直方向における径が他の方向の径よりも大きくなるように構成した。すなわち、全てのバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂを本発明における拡径部としたが、これら全てのバレルセグメント６ｆのうち一部のバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂのみが前記スクリュー４の振れを生じる鉛直方向において他の方向よりも大きい径を有する拡径部となるように構成してもよい。

このようにバレル６が軸方向に連接される複数のバレルセグメント６ｆからなり、それらのバレルセグメント６ｆの一部を前記拡径部を有するバレルセグメント６ｆとする場合には、前記拡径部を有するバレルセグメント６ｆの位置を必要に応じて入れ替えることにより前記拡径部をバレル６の軸方向の任意の位置に配置することができるので、バレル６がその軸方向に連続する単一の部材からなる場合に比べて、拡径部を設ける位置をスクリュー４の中で大きな振れを生じる箇所に合わせて容易に変更することができる。また、この構成では、全てのバレルセグメント６ｆのうち一部のバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂのみが前記拡径部となるので、上記実施形態のように全てのバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂが前記拡径部となっている構成に比べて、加工に手間の掛かる拡径部を有するバレルセグメント６ｆの数を減らすことができる。

さらに、スクリュー４の中で大きな振れを生じる第１混練部１２を収容するバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂのみをスクリュー４が振れを生じる鉛直方向の径が他の方向の径よりも大きい拡径部とし、残りのバレルセグメント６ｆの収容空間６ｂは均一な径を有する円弧状に構成してもよい。

このように構成すれば、第１混練部１２の大きな振れに起因する当該第１混練部１２とバレル６の内壁面６ｇとの接触を有効に低減しながら、全てのバレルセグメント６ｆのうち加工に手間の掛かる拡径部を有するバレルセグメント６ｆの数を減らすことができる。

本発明の一実施形態による混練装置の縦断面図である。 図１の混練装置のスクリューの第１〜第３搬送部を構成するフルフライトスクリューを示した斜視図である。 図１の混練装置のスクリューの第１及び第２混練部を構成するロータを示した斜視図である。 図１の混練装置のスクリューの第１及び第２搬送抵抗部を構成するニーディングディスクを示した斜視図である。 スクリューの軸方向に垂直な断面における図３のロータ及びそのロータを囲むバレルの形状を示した断面図である。 バレルの内壁面の形状及びその内壁面とスクリューとの位置関係を説明するための断面図である。 各スクリューの回転位相と、一対のスクリューの軸の並ぶ方向において各スクリューが受ける作用力及び前記軸の並ぶ方向に垂直な方向において各スクリューが受ける作用力との関係を示した相関図である。 一対のスクリューの軸の並ぶ方向に垂直な方向におけるバレルの内壁面の平面部の長さＬと、スクリューの最外径部とそのスクリューを収容する収容空間を囲むバレルの内壁面の平面部との間のクリアランスＣとの比Ｌ／Ｃと、スクリューが混練対象物から受ける作用力の変動幅比Ｆ／Ｆ０との関係を示した相関図である。 一対のスクリューの軸の並ぶ方向に垂直な方向におけるバレルの内壁面の平面部の長さＬと、スクリューの最外径部とそのスクリューを収容する収容空間を囲むバレルの内壁面の平面部との間のクリアランスＣとの比Ｌ／Ｃと、スクリュー４の平均トルク比Ｔ／Ｔ０との関係を示した相関図である。

符号の説明

２ 駆動部
４ スクリュー
６ バレル
６ａ 混練空間
６ｂ 収容空間
６ｆ バレルセグメント
６ｈ 平面部
１２ 第１混練部
１８ 第２混練部

Claims (7)

1. 互いに平行に設けられた一対のスクリューと、この一対のスクリューを収容する混練空間を内部に有するバレルと、前記一対のスクリューをそれぞれの軸回りに回転させる駆動部とを備え、前記混練空間に導入される混練対象物を前記各スクリューを軸回りに回転させることによって混練する混練装置であって、
   前記各スクリューは、前記混練対象物の混練時にその軸方向に直交する特定方向に振れを生じる形状を有し、
   前記混練空間は、前記各スクリューをそれぞれ収容する一対の収容空間が互いに径方向の一部分において重なるように繋げられた形状を有し、
   前記各収容空間は、前記特定方向における径が他の方向の径よりも大きくなるように形成された拡径部を軸方向の少なくとも一部に含む、混練装置。
2. 前記各スクリューは、前記混練対象物の混練時に前記一対のスクリューの軸の並ぶ方向に垂直な所定方向に振れを生じる形状を有し、
   前記拡径部は、前記各スクリューが振れを生じる前記所定方向において他の方向よりも大きい径を有する、請求項１に記載の混練装置。
3. 前記一対のスクリューは、互いに等しい形状に形成されているとともに、回転時にその最外径部の通る軌跡が互いに交わるように配置されており、
   前記駆動部は、前記一対のスクリューをこれらのスクリューが互いに干渉しないような位相差を保ちながら同方向に回転させる、請求項２に記載の混練装置。
4. 前記拡径部を囲む前記バレルの内壁面は、前記各スクリューが振れを生じる前記所定方向に延びる平面部を有し、
   前記所定方向における前記平面部の長さＬと、前記スクリューの最外径部とそのスクリューが収容された前記拡径部を囲む前記バレルの内壁面の平面部との間のクリアランスＣとの比Ｌ／Ｃが１以上４以下である、請求項２または３に記載の混練装置。
5. 前記各スクリューは、その軸方向に離間して配置され、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、
   前記バレルは、その内部の前記混練空間に前記混練対象物を導入するための導入口を有し、
   前記拡径部は、前記複数の混練部のうち少なくとも前記導入口の最も近くに配置された混練部を収容するように設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の混練装置。
6. 前記バレルは、その軸方向に連接されることにより前記混練空間を形成する複数のバレルセグメントを含み、
   前記複数のバレルセグメントのうちの少なくとも１つが前記拡径部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の混練装置。
7. 前記各スクリューは、その軸方向に離間して配置され、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、
   前記バレルは、その内部の前記混練空間に前記混練対象物を導入するための導入口を有し、
   前記複数のバレルセグメントのうち前記導入口の最も近くに配置された前記混練部を収容するバレルセグメントが前記拡径部を有する、請求項６に記載の混練装置。

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