JP2010036540A - 同方向回転二軸混練機 - Google Patents

Abstract

【課題】被混練物である樹脂材料や添加剤等の過剰な温度上昇を抑制するとともに添加剤等の分散性も良好な混練を可能とする同方向回転二軸混練機を提供する。
【解決手段】同方向回転二軸混練機１は、筒状の空洞部１４を有するシリンダ２と、シリンダ２の空洞部１４内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリュー３とを備える。二軸のスクリュー３は、二軸のスクリュー３同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューからなる混練部（８、１０）と、二軸のスクリュー３同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のスクリューからなる送り部（９、１１）とを供給部６側から吐出部５側へ向かう方向に交互に形成した。
【選択図】図１

Description

樹脂材料に添加剤等を混練する同方向回転二軸混練機に関する。

従来より、樹脂材料に添加剤等を混練するためのものとして、下記特許文献１に示されるような同方向回転二軸混練機が用いられている。この同方向回転二軸混練機は、筒状の空洞を有するシリンダと、このシリンダの空洞部内で所定方向に回転する二軸のスクリューとを備えている。また、シリンダには、樹脂材料や添加剤等の被混練材料を供給するための供給部及び混練された被混練材料を混練物として吐出する吐出部が設けられている。

このような同方向回転二軸混練機は、被混練材料が供給部から供給され、二軸のスクリューの回転により、被混練材料を剪断するようになっている。この同方向回転二軸混練機においては、二軸のスクリューの回転により剪断される被混練材料に摩擦が生じるため、この摩擦による摩擦熱すなわち剪断熱を被混練材料に発生させている。同方向回転二軸混練機は、二軸のスクリューの回転により被混練材料に剪断熱を発生させて溶解し、この溶解状態の被混練材料を混練するようになっている。また、同方向回転二軸混練機は、二軸のスクリューの回転により、被混練材料を下流側に向かって送り、最終的に混練物を吐出部から押し出すようになっている。

同方向回転二軸混練機は、二軸のスクリュー先端がすれ違う際などの隙間が小さい部分において、被混練材料に高い剪断力が加えられるようになっている。剪断力が高い部分は、隙間が小さいことから二軸のスクリューと被混練材料との摩擦が大きくなっている。従って、被混練材料が大きな摩擦熱を生じるようになっている。すなわち、高い剪断力で被混練材料を混練すると、被混練材料は大きな剪断熱を生じるようになっている。

下記特許文献１に示される同方向回転二軸混練機の二軸のスクリューには、スクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューが用いられている。同方向回転二軸混練機は、噛み合い型のスクリューを用いることにより、スクリューの先端同士の隙間を小さくして、高い剪断力で被混練材料を混練できるようになっている。下記特許文献１に示される同方向回転二軸混練機は、高い剪断力で被混練材料が混練されることから、混練物における添加剤等の分散性を良好にすることができるようになっている。
特開平８−２６７５３９号公報

ところで、上記従来技術にあっては、二軸のスクリューが一貫して噛み合い型スクリューにより構成されているため、被混練材料はシリンダ内において高い剪断力で混練され続けた状態となる。上述の如く、剪断力が高ければ高いほど被混練材料には大きな剪断熱が発生するようになるため、高い剪断力で混練し続けると、被混練材料はシリンダ内において発熱し続けることになってしまう。これにより被混練材料が過剰に発熱してしまうと、被混練材料である樹脂材料や添加剤等の熱分解などにより、混練物の機械的特性の低下を引き起こす可能性があり、これが問題点となっている。

一方、被混練材料の温度抑制を目的として、二軸のスクリュー同士の隙間を大きくして、噛み合い部を有しないように形成される非噛み合い型スクリューを用いるという対策が考えられる。しかしながら、非噛み合い型スクリューは、噛み合い型スクリューと比べてスクリュー間の隙間が大きくすることで剪断力が低くなるため、被混練材料を十分に混練することができなくなってしまう。すなわち、噛み合い型スクリューと比べて、被混練材料の発熱を抑制することができるものの、混練物における添加剤等の分散性が不十分になり易くなってしまう恐れがあった。

また、近年、環境への配慮からＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂）材料に変わってオレフィン系樹脂が用いられている。このオレフィン系樹脂等は、一般的にＰＶＣ材料よりも熱分解等が発生する樹脂温度が低いことが知られており、混練においては樹脂温度に対してより配慮しなければならない。従って、上記従来技術にあっては、オレフィン系樹脂の混練を適切に行うことは難しかった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、被混練材料である樹脂材料や添加剤等の過剰な温度上昇を抑制するとともに添加剤等の分散性も良好な混練を可能とする同方向回転二軸混練機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の同方向回転二軸混練機は、筒状の空洞部を有するシリンダと、該シリンダの前記空洞部内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリューと、前記シリンダに設けられて前記シリンダ内に樹脂材料や添加剤を含む被混練材料を供給する供給部と、前記シリンダ先端に設けられる吐出部とを備え、前記供給部から前記シリンダ内に供給された前記被混練材料を前記二軸のスクリューの回転により連続的に溶解及び混練しつつ下流側に送り、前記吐出部から混練物を押し出す同方向回転二軸混練機において、前記二軸のスクリューは、該二軸のスクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューからなる混練部と、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のスクリューからなる送り部とを前記供給部側から前記吐出部側へ向かう方向に交互に形成したことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、噛み合い型スクリューによる高い剪断力での混練をする混練部と非噛み合い型スクリューによる混練部よりも低い剪断力での混練をする送り部とが交互に形成されることから、供給部からシリンダ内に供給された被混練材料は、高い剪断力で混練されることによる発熱と、混練部より低い剪断力で混練されることによる発熱の抑制とが交互になされることになる。従って、被混練材料は、混練部において発熱しても混練部に続く送り部でその発熱が抑制されることから、シリンダ内において過剰に発熱することがなくなる。従って、被混練材料の過剰な発熱による混練物の機械的特性の低下を引き起こすこともなくなる。また、混練部により高い剪断力で混練されていることから、混練物における添加剤等の分散性も良好な状態に保つことが可能になる。本発明によれば、被混練材料の過剰な温度上昇を抑制するとともに混練物における添加剤等の分散性が良好な混練が可能になる。

請求項２記載の本発明の同方向回転二軸混練機は、筒状の空洞部を有するシリンダと、該シリンダの前記空洞部内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリューとを備え、前記シリンダには樹脂材料及び添加剤を含む被混練材料を供給する供給部及び前記シリンダ先端に配置されて混練物を押し出す吐出部が設けられ、前記供給部から前記シリンダ内に供給された前記被混練材料を前記二軸のスクリューの回転により連続的に溶解及び混練しつつ下流側に押し出す同方向回転二軸混練機において、前記二軸のスクリューは、上流側から下流側に向かって、前記供給部から前記被混練材料が供給される材料被供給部、第一混練部、第一送り部、第二混練部及び第二送り部とを備えて構成され、前記材料被供給部、前記第一混練部及び前記第二混練部には、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューが設けられ、前記第一送り部及び第二送り部には、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のスクリューが設けられることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、材料被供給部、第一混練部及び第二混練部は、噛み合い型のスクリューによる高い剪断力で被混練材料を混練し、第一送り部及び第二送り部は、非噛み合い型のスクリューによる低い剪断力で被混練材料を混練するようになる。被混練材料は、先ずスクリューの材料被供給部及び第一混練部の高い剪断力により発生する剪断熱により溶解し溶解樹脂の状態で混練される。次に第一送り部に送り込まれると、溶解樹脂は低い剪断力により混練されることから、その発熱が抑制される。続いて第一送り部から第二混練部に送り込まれると、溶解樹脂は再び高い剪断力により混練されて発熱する。最後に第二混練部から第二送り部に送り込まれると、溶解樹脂は低い剪断力により混練されることからその発熱が抑制された状態となり、吐出口から混練物として吐出される。本発明によれば、第一送り部及び第二送り部において、溶解樹脂の発熱を抑制していることから、溶解樹脂の過剰な発熱を抑制することが可能になる。従って、被混練材料の過剰な発熱による混練物の機械的特性の低下を引き起こすこともなくなる。材料被供給部、第一混練部及び第二混練部において、高い剪断力で混練をしていることから、混練物における添加剤等の分散性も良好な状態に保つことが可能になる。本発明によれば、被混練材料の過剰な温度上昇を抑制するとともに混練物における添加剤等の分散性が良好な混練が可能になる。

請求項３記載の本発明の同方向回転二軸混練機は、請求項２に記載の同方向回転二軸混練機において、前記材料被供給部のスクリューは、噛み合い型のフライトスクリューであり、前記第一混練部及び前記第二混練部のスクリューは、噛み合い型のニーディングディスク式スクリューであり、前記第一送り部及び前記第二送り部のスクリューは、非噛み合い型のフライトスクリューであることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、材料被供給部では、高い剪断力で被混練材料を混練をしつつ、第一混練部へ被混練材料を送り出し易いように噛み合い型のフライトスクリューが設けられている。また、第一混練部及び第二混練部では、高い剪断力により被混練材料を混練し、混練物における添加剤等の分散性を良好にするために噛み合い型のニーディングディスク式スクリューが設けられている。また、第一送り部及び第二送り部では、低い剪断力により被混練材料を混練して被混練材料の発熱を抑制しつつ、被混練材料を送り出し易いように非噛み合い型のフライトスクリューが設けられる。

請求項１又は請求項２に記載された本発明によれば、被混練材料である樹脂材料や添加剤等の過剰な温度上昇を抑制するとともに樹脂材料における添加剤等の分散性も良好な混練を可能とする同方向回転二軸混練機を提供することができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、同方向回転二軸混練機のより良い形態を提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の同方向回転二軸混練機の一実施の形態の全体構成のうち主要部を模式的に示す平面断面図である。また、図２は図１のスクリューの各部分の拡大図であり、（ａ）は材料被供給部のスクリューを示し、（ｂ）は第一及び第二混練部のスクリューを示し、（ｃ）は第一及び第二送り部のスクリューを示す図である。

図１において、引用符号１は本発明の同方向回転二軸混練機を示している。同方向回転二軸混練機１は、オレフィン系樹脂に添加剤等を混練して混練物を製造するためのものとして構成されている（樹脂の種類は一例であるものとする。以下同様）。同方向回転二軸混練機１は、筒状の空洞部１４を有するシリンダ２と、シリンダ２の空洞部１４内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリュー３と、スクリュー３を支持して同方向に回転させるモータ等を備える駆動部４とを備えて構成されている。同方向回転二軸混練機１は、混練時におけるオレフィン系樹脂及び添加剤等の過剰な温度上昇を抑制するとともに、混練物における添加剤の分散性が良好となるように形成されている。

シリンダ２は、図１において左右方向に伸びるように形成され、この一端には駆動部４が設けられている。シリンダ２の他端には、混練された混練物が押し出される吐出部５が設けられている。また、シリンダ２の駆動部４側の側部には、オレフィン系樹脂や添加剤等の被混練材料を供給するための供給部６が設けられている（本形態において、供給部６は一箇所に設置されているが、樹脂材料や添加剤を別々に供給するために複数箇所設けても良いものとする）。シリンダ２は、一般的な長さや直径で形成されている。

供給部６は、シリンダ２の上側に配置形成されて、供給前の被混練材料を入れておくためのホッパーを備えている。なお、本形態において、供給部６側を上流側、吐出部５側を下流側と定義するものとする。

スクリュー３は、駆動部４が作動することにより、所定方向に回転するようになっている。スクリュー３が回転することにより、供給部６からシリンダ２内に供給された被混練材料を連続的に混練することができるようになっている。スクリュー３は回転することにより被混練材料に剪断熱を加えて溶解して被混練材料を溶解樹脂の状態にして混練する部分となっている。また、スクリュー３は、溶解樹脂を上流側から下流側に（図中の左側から右側）に移動させて、吐出部５から混練物を押し出すようになっている。

スクリュー３は、上流側（供給部６側）から下流側（吐出部５側）に向かって（図中の左側から右側に向かって）被混練材料を高い剪断力で混練する部分と被混練材料を混練する部分より低い剪断力で混練する部分とが交互に形成されている。具体的には、上流側から下流側に向かって、材料被供給部７、第一混練部８、第一送り部９、第二混練部１０及び第二送り部１１とを備えて構成されている。材料被供給部７、第一混練部８、第一送り部９、第二混練部１０及び第二送り部１１は、それぞれ、一又は複数のスクリューエレメントを組み合わせることにより形成されている（一例であるものとする）。

材料被供給部７は、供給部６から被混練材料が供給される部分として配置形成されている。材料被供給部７には、図２（ａ）に示すように、スクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のフライトスクリュー７ａ、７ｂが設けられている（一例であるものとする）。フライトスクリュー７ａ、７ｂは、供給された被混練材料に高い剪断力を加えることができ、且つ、被混練材料を第一混練部８に送り出し易いように形成されている。材料被供給部７は、高い剪断力により被混練材料に剪断熱を発生させて被混練材料を溶解させることができるように形成されている。又、被混練材料が溶解した溶解樹脂の混練を行い且つ第一混練部８に溶解樹脂を送る部分として形成されている。

第一混練部８は、材料被供給部７に連続する部分として配置形成されている。第一混練部８には、図２（ｂ）に示すように、スクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のニーディングディスク式スクリュー８ａ、８ｂが設けられている（一例であるものとする）。ニーディングディスク式スクリュー８ａ、８ｂは、複数枚のニーディングディスク１２をスクリュー３の軸方向に並べるようにして形成されている。ニーディングディスク式スクリュー８ａ、８ｂは、上記溶解樹脂を高い剪断力で混練することができるように形成されている。第一混練部８は、オレフィン系樹脂に対して添加剤が均一に分散されるように混練する部分として形成されている。また、第一混練部８は、混練した溶解樹脂を第一送り部９に押し出すようになっている。

第一送り部９は、第一混練部８に連続する部分として配置形成されている。第一送り部９には、図２（ｃ）に示すように、スクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のフライトスクリュー９ａ、９ｂが設けられている（一例であるものとする）。すなわち、フライトスクリュー９ａ、９ｂは、第一混練部８から押し出された溶解樹脂が、材料被供給部７、第一混練部８及び後述する第二混練部１０よりも低い剪断力で混練されるように形成されている。また、フライトスクリュー９ａ、９ｂは、溶解樹脂を第二混練部１０に送り出し易いようにも形成されている。第一送り部９は、剪断熱による溶解樹脂の発熱を抑制しつつ、第二混練部１０に溶解樹脂を送る部分として形成されている。

第二混練部１０は、第一送り部９に連続する部分として配置形成されている。第二混練部１０には、第一混練部８と同様に、スクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のニーディングディスク式スクリュー１０ａ、１０ｂが設けられている（一例であるものとする。ニーディングディスク式スクリューについては図２（ｂ）参照））。ニーディングディスク式スクリュー１０ａ、１０ｂは、複数枚のニーディングディスク１３をスクリュー３の軸方向に並べるようにして形成されている。ニーディングディスク式スクリュー１０ａ、１０ｂは、上記溶解樹脂を高い剪断力で混練することができるように形成されている。第二混練部１０は、オレフィン系樹脂材料に対して添加剤が均一に分散されるように混練する部分として形成されている。また、第二混練部１０は、混練した溶解樹脂を第二送り部１１に押し出すようになっている。

第二送り部１１は、第二混練部１０に連続する部分として配置形成されている。第二送り部１１には、第一送り部９と同様にスクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のフライトスクリュー１１ａ、１１ｂが設けられている（一例であるものとする。非噛み合い型のフライトスクリューについては図２（ｃ）参照）。フライトスクリュー１１ａ、１１ｂは、第二混練部１０から押し出された溶解樹脂が、材料被供給部７、第一混練部８及び第二混練部１０よりも低い剪断力で混練されるように形成されている。また、フライトスクリュー１１ａ、１１ｂは、溶解樹脂を吐出部５に向かって送り出し易いようにも形成されている。第二送り部１１は、剪断熱による溶解樹脂の発熱を抑制しつつ、吐出部５に向かって溶解樹脂を送る部分として形成されている。

なお、本形態においては、既存の直径３７ｍｍのスクリューエレメントの場合、噛み合い部分が４ｍｍとなっていることから、直径２９ｍｍのスクリューエレメントを作製し、フライトスクリュー９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂに非噛み合い部を設けている。

以上、図１及び図２を参照しながら説明してきたように、本発明の同方向回転二軸混練機１によれば、材料被供給部７、第一混練部８及び第二混練部１０において、高い剪断力で混練を行い、且つ、第一送り部９及び第二送り部１１において、低い剪断力で混練していることから、溶解樹脂の過剰な発熱を抑制することができ、且つ、オレフィン系樹脂において添加剤を均一に分散させることを可能としている。本発明の同方向回転二軸混練機１によれば、被混練材料の過剰な温度上昇を抑制するとともに混練物における添加剤等の分散性が良好な混練を可能にすることができるという効果を奏する。また、本発明の同方向回転二軸混練機１によれば、被混練材料の過剰な発熱による混練物の機械的特性の低下を引き起こすこともなくなる。

本発明の同方向回転二軸混練機１によれば、混練物におけるオレフィン系樹脂の劣化や添加剤の分解等の心配を取り除くことができ且つ添加材等が良好に分散された状態とすることができる。従って、オレフィン系樹脂の混練物を自動車用耐熱電線絶縁体材料に用いることを可能とすることができるという効果を奏する。

なお、同方向回転二軸混練機１により混練された混練物は、例えば、造粒装置によりペレット状に加工してもよいし、溶解した状態で電線等に絶縁体を被覆するための押出成形装置に送り込まれて絶縁体として被覆されてもよいものとする。

この他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

すなわち、本発明は上述の実施形態におけるスクリュー３の構成に限るものではないものとする。本発明は、高い剪断力により被混練材料を混練する混練部と、この混練部より低い剪断力により被混練材料を混練する送り部とを交互に形成したスクリューを備えていればよいものとする。

また、上述の如くスクリュー３の材料被供給部７、第一混練部８、第一送り部９、第二混練部１０及び第二送り部１１は、それぞれ、一又は複数のスクリューエレメントを組み合わせることにより形成されている。これにより、スクリュー３の構成として、噛み合い部分である材料被供給部７、第一混練部８及び第二混練部１０と、非噛み合い部分である第一送り部９及び第二送り部１１とを自由に組み合わせることができるようになっている。従って、本発明の同方向回転二軸混練機１は、様々な樹脂に適したスクリュー３の構成をとることができるようになっている。

本発明の同方向回転二軸混練機の一実施の形態の全体構成のうち主要部を模式的に示す平面断面図である。 図１のスクリューの各部分の拡大図であり、（ａ）は材料被供給部のスクリューを示し、（ｂ）は第一及び第二混練部のスクリューを示し、（ｃ）は第一及び第二送り部のスクリューを示す図である。

符号の説明

１ 同方向回転二軸混練機
２ シリンダ
３ スクリュー
４ 駆動装置
５ 吐出部
６ 供給部
７ 材料被供給部
８ 第一混練部
９ 第一送り部
１０ 第二混練部
１１ 第二送り部
１２、１３ ニーディングディスク
１４ 空洞部

Claims (3)

1. 筒状の空洞部を有するシリンダと、該シリンダの前記空洞部内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリューと、前記シリンダに設けられて前記シリンダ内に樹脂材料や添加剤を含む被混練材料を供給する供給部と、前記シリンダ先端に設けられる吐出部とを備え、前記供給部から前記シリンダ内に供給された前記被混練材料を前記二軸のスクリューの回転により連続的に溶解及び混練しつつ下流側に送り、前記吐出部から混練物を押し出す同方向回転二軸混練機において、
   前記二軸のスクリューは、該二軸のスクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューからなる混練部と、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のスクリューからなる送り部とを前記供給部側から前記吐出部側へ向かう方向に交互に形成した
   ことを特徴とする同方向回転二軸混練機。
2. 筒状の空洞部を有するシリンダと、該シリンダの前記空洞部内に並べて配置されて同方向に回転する二軸のスクリューと、前記シリンダに設けられて前記シリンダ内に樹脂材料や添加剤を含む被混練材料を供給する供給部と、前記シリンダ先端に設けられる吐出部とを備え、前記供給部から前記シリンダ内に供給された前記被混練材料を前記二軸のスクリューの回転により連続的に溶解及び混練しつつ下流側に送り、前記吐出部から混練物を押し出す同方向回転二軸混練機において、
   前記二軸のスクリューは、前記供給部側から前記吐出部側に向かって、前記供給部から前記被混練材料が供給される材料被供給部、第一混練部、第一送り部、第二混練部及び第二送り部とを備えて構成され、
   前記材料被供給部、前記第一混練部及び前記第二混練部には、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合う状態で回転する噛み合い型のスクリューが設けられ、
   前記第一送り部及び第二送り部には、前記二軸のスクリュー同士が互いに噛み合わない状態で回転する非噛み合い型のスクリューが設けられる
   ことを特徴とする同方向回転二軸混練機。
3. 請求項２に記載の同方向回転二軸混練機において、
   前記材料被供給部のスクリューは、噛み合い型のフライトスクリューであり、
   前記第一混練部及び前記第二混練部のスクリューは、噛み合い型のニーディングディスク式スクリューであり、
   前記第一送り部及び前記第二送り部のスクリューは、非噛み合い型のフライトスクリューである
   ことを特徴とする同方向回転二軸混練機。

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