JP2011131543A - 混練用セグメント及び混練設備 - Google Patents

Abstract

【課題】混練が不十分な部分がゲルとして残らないように材料を混練する混練用セグメントを提供する。
【解決手段】混練用セグメント１は、内部が空洞とされたバレルに回転自在に収容される混練スクリュに設けられて、混練スクリュの回転に合わせて回転してバレル内に供給される材料を混練する混練用フライト１２を備えており、混練用フライト１２の頂面１５には頂面１５の軸方向の一部を径内側に向かって切り欠いて凹状に形成されると共に軸方向を向く２つの側面２０とこれらの側面２０の間に設けられる底面１４とで囲まれた切欠部１３が形成されており、切欠部１３は切欠部１３の底面１４を混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した面状に形成することにより混練スクリュの回転方向の一方側を向く切欠部１３の開口１８が他方側を向く開口１９より大面積となるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、混練用セグメント及び混練設備、特に混練が不十分な部分がゲルとして残らないように材料を混練することができる混練用セグメント及び混練設備に関するものである。

一般に、押出機や連続混練機などの混練設備においては、バレル内に高分子樹脂のペレットや粉状の添加物などの材料を供給し、バレル内に挿通された一対の混練スクリュによってを両者を混練しながら下流側へ送ることで混練が行われる。混練スクリュは、中心に設けられるスプライン軸により貫通状に固定されるさまざまな種類のセグメントを複数備えており、例えばロータセグメントやニーディングディスクセグメントなどの混練用セグメントにスクリュセグメントを組み合わせることで製品用途に合わせて材料を混練できるようになっている。

ところで、近年は混練すべき材料の種類が多くなり、混練設備に対して混練能力の向上を求めるニーズも高まりつつある。それゆえ、上述した混練用セグメントの中でも特にＶＣＭＴ（Variable Cliarance Mixing Technology）を利用したロータセグメントを用いた混練設備が開発されている。このＶＣＭＴは、特許文献１に示されるように、混練スクリュの混練フライトの頂面を軸方向に沿って凹凸状に形成したものであり、混練フライトの頂面（先端面）とバレルの内壁面との間に形成されるチップクリアランスが大きい部分と小さい部分とを軸方向に交互に設けるものである。

一般に材料を良好に混練するには材料に分配性と分散性とを付与しなければならないとされている。ここで、分配性とは例えば混入した材料の粒子を混練すべき材料中に均等に散らばらせる特性であり、また分散性とは混入した材料の粒子の中に例えば粒子同士が集まった粒子塊があった場合にこの粒子塊を潰して微細化する特性を示すものである。そして、材料に分散性を付与するには材料を断ち切るように剪断する混練が必要であり、また材料に分配性を付与するには材料を引き延ばすように伸長する混練が必要とされる。つまり、上述のＶＣＭＴを用いた混練スクリュではチップクリアランスが小さな高位チップ部で材料を剪断すると共にチップクリアランスが大きな低位チップ部で材料を伸長するため、混練する材料に高い分散性と分配性とを付与して良好な混練能力を得ることができる。

特許第３９０５３９７号公報

ところで、ＶＣＭＴは上述したように樹脂混練時に材料を剪断すると共に伸長して、材料の分配性と分散性とを双方向上させる技術であるが、近年は一部のポリエチレンやポリプロピレンの混練のように例えば分子量や溶融粘度の差が大きくて混練が困難な材料を混練せざるを得ない場合がある。このような混練が困難な材料を混練する場合は、例え混練能力の大きなＶＣＭＴを用いた混練スクリュを用いても混練が不十分となる場合があり、混練後の材料中に分子量が大きなゲルが残ることがある。ゲルを抑制するために例えば分解促進剤などを材料に添加することもできるが、分解促進剤などを用いてもゲルを完全に無くすことはできない。このようなゲルは、フィルムやシートに形成した際にフィッシュアイなどの欠陥の原因となるため、混練時にその発生を確実に防止しておくのが望ましい。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、材料をゲルが残らないように確実に混練することができる混練用セグメント及び混練設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の混練用セグメント及びは以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の混練用セグメントは、内部が空洞とされたバレルに回転自在に収容される混練スクリュに設けられて、当該混練スクリュの回転に合わせて回転して前記バレル内に供給される材料を混練する混練用フライトを備えた混練用セグメントであって、前記混練用フライトの頂面には、当該頂面の軸方向の一部を径内側に向かって切り欠いて凹状に形成されると共に軸方向を向く２つの側面とこれらの側面の間に設けられる底面とで囲まれた切欠部が形成されており、前記切欠部は当該切欠部の底面を前記混練スクリュの軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した面状に形成することにより、前記混練スクリュの回転方向の一方側を向く当該切欠部の開口が他方側を向く開口より大面積となるように形成されていることを特徴とするものである。

発明者らは、ゲルなどの未混練部分を無くすためには材料を引き延ばすように混練することが有効であるので、従来のＶＣＭＴなどの設備で不足していたこの材料を伸長するように混練する能力をさらに上げることができれば、材料をゲルが残らないように確実に混練することができるのではないかと考えた。そして、例えばＶＣＭＴが適用された混練フライトの低位チップ部のようにバレル側に向く混練用フライトの端面を一部だけ切り欠く際に、混練時に材料が入る入側より材料が出る出側の方が狭くなるように切欠部の底面を傾斜状に形成すれば、混練中に切欠部に流れ込んだ材料が絞られるようにして引き延ばされ、材料に強い伸長流れを付与でき、ひいては材料をゲルが残らないように確実に混練することができることを知見して、本発明を完成させたのである。

つまり、本発明の混練用セグメントでは、切欠部の底面が混練スクリュの軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した面状に形成されており、混練スクリュが回転した際に材料が入る入側より材料が出る出側の方が狭くなるように切欠部が形成されている。
それゆえ、切欠部に供給した材料を大面積に開口した他方側の開口から小面積に開口した一方側の開口に導くことにより、材料を引き延ばすように混練して材料に伸長流れを付与することができ、混練が不十分な部分がゲルとして残らないように材料を混練することができる。

また、前記混練用フライトは、前記バレル内壁とのチップクリアランスが一定とされた高位チップ部と、当該高位チップ部よりチップクリアランスが大きい低位チップ部とを、軸方向に沿って交互に有しており、前記低位チップ部が前記切欠部とされているのが好ましい。
上述のような材料を分配性良く混練できる混練用フライトは特に高位チップ部と低位チップ部とを交互に備えたＶＣＭＴの混練スクリュに対して有効である。つまり、上述の混練用フライトを備えたＶＣＭＴの混練スクリュでは、複数の低位チップ部のそれぞれで材料に伸長流れを付与するため、材料の分配性を上げてゲルの発生を確実に防止することができるからである。

なお、上述の混練用セグメントを備えた混練設備では、材料をゲルが残らないように確実に混練することができ、混練が困難な材料であってもゲルが残らないように混練を行うことができる。

本発明の混練用セグメント及び混練設備により、材料をゲルが残らないように確実に混練することができる。

本発明の混練用セグメントを備えた混練設備の正面図である。 （ａ）は本発明の混練用セグメントの斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明の混練用セグメントを軸方向に沿って切断した断面図である。 実施例に用いた材料におけるせん断速度とせん断粘度との関係を示す図である。 混練時に材料に加わる対数伸びの平均値及び標準偏差をクリアランスに対して示した図である。 （ａ）は混練時間が５秒までの対数伸びの度数分布を示す図であり、（ｂ）は混練時間が１０秒までの対数伸びの度数分布を示す図である。 混練時に材料に加わる応力積分値の平均値及び標準偏差をクリアランスに対して示した図である。 （ａ）は混練時間が５秒までの応力積分値の度数分布を示す図であり、（ｂ）は混練時間が１０秒までの応力積分値の度数分布を示す図である。 混練時に材料に発生した累積ひずみの平均値及び標準偏差をクリアランスに対して示した図である。 （ａ）は混練時間が５秒までの累積ひずみの度数分布を示す図であり、（ｂ）は混練時間が１０秒までの応力積分値の度数分布を示す図である。 混練時に材料に加わるエネルギ（材料に加わるひずみと応力との積を時間積分したもの）の平均値及び標準偏差をクリアランスに対して示した図である。 （ａ）は混練時間が５秒までのエネルギの度数分布を示す図であり、（ｂ）は混練時間が１０秒までのエネルギの度数分布を示す図である。 混練スクリュの回転に伴う材料粒子の拡散状態を示す図である。 （ａ）は従来の混練用セグメントの斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

以下、本発明に係る混練用セグメント１及び混練設備２の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の混練用セグメント１が設けられた２軸の連続混練機（混練設備２）を示している。なお、本発明の混練用セグメント１が設けられる混練設備２は連続混練機以外にも例えば２軸押出機などの設備に用いることができるが、以降の説明では連続混練機に用いられた例を挙げて、本発明の混練用セグメント１を説明する。

連続混練機２は、空洞状のバレル３とこのバレル３の内部を軸方向に沿って挿通するように設けられた混練スクリュ４とを備えており、混練スクリュ４を回転させることでバレル３内の材料を混練しつつ下流側に送ることができる構造とされている。
なお、以降の説明において、図１の紙面の左側を連続混練機２を説明する際の上流側とし、紙面の右側を下流側とする。また、図１の紙面の左右方向を連続混練機２を説明する際の軸方向とする。さらに、軸方向に対して垂直な方向を連続混練機２を説明する際の軸垂直方向という。

バレル３は、軸方向に沿って長い筒状に形成されており、その内部は断面めがね形状の空洞となっている。バレル３の軸方向の上流側にはバレル３内に材料を供給するホッパ５が設けられており、またバレル３の内部には電気ヒーターや加熱した油を用いた加熱装置（図示略）が備えられている。
混練スクリュ４はめがね形状とされたバレル３の空洞内部を挿通するように左右一対設けられている。一対の混練スクリュ４、４は、軸方向に沿って形成されたスプライン軸６を内部に備えており、このスプライン軸６により貫通状（串刺し状）に複数のセグメントを固定する構成とされている。

混練スクリュ４は、さまざまな種類のセグメント組み合わして形成されており、図１では軸方向に３つのパートから構成されている。これらの３つのパートは、材料を混練する混練部７と、混練部７より上流側に配備されてこの混練部７に材料を送る送り部８と、混練部７より下流側に配備されて混練部７で混練された材料を下流側のペレタイザなどに送る押出部９とで構成されている。

３つのパートのうち送り部８と押出部９とは、それぞれ軸方向に螺旋状に捩れたスクリュフライト（図示略）を備えた複数のスクリュセグメント１０で構成されており、混練スクリュ４の回転に合わせて材料を下流側に送ることができるようになっている。
混練部７は、３つのパートの中央に位置していて、軸方向に連続して配備された複数の混練用セグメント１で構成されている。本実施形態では、混練用セグメントはロータセグメント１であり、このロータセグメント１を軸方向に連続して６個並べて配備することで混練部７が構成されている。

それぞれのロータセグメント１は、軸垂直方向の断面が略楕円形状に形成されており、中央側にはスプライン軸６を挿通可能な挿通孔１１が軸方向に沿って形成されている。ロータセグメント１は、挿通孔１１の内周面に複数の歯を備えており、スプライン軸６と係合して一体に回転できるようになっている。
ロータセグメント１は、混練スクリュ４の回転中心を挟んで配置されると共に軸方向に連続して形成された２条の混練用フライト１２を備えている。これらの混練用フライト１２は、混練スクリュ４が回転するとフライトの頂面１５がバレル３の内周面をかすめるように回転し、バレル３に付着した材料を残さず掻き取って材料を混練できるようになっている。

混練用フライト１２の頂面１５には、この頂面１５の軸方向の一部を径内側（軸垂直方向の内側）に向かって切り欠いて凹状に形成された切欠部１３が形成されている。本実施形態の混練スクリュ４は軸方向に沿って一定の間隔をあけて（具体的には、図３に示すように切欠部１３が形成されていない頂面１５の軸方向長さａと、切欠部１３の軸方向長さｂと、が互いに等しくなるように）複数の切欠部１３を備えており、この切欠部１３の後述する底面１４は混練用フライト１２の頂面１５よりバレル３の内壁までの間隔（チップクリアランス）が大きくなるように形成されている。つまり、本実施形態の混練スクリュ４は、混練用フライト１２の頂面１５がチップクリアランスの小さな高位チップ部１６とされており、切欠部１３の底面１４が高位チップ部１６よりチップクリアランスが大きい低位チップ部１７とされている。

上述のような高位チップ部１６と低位チップ部１７とを軸方向に交互に備えたロータセグメント１、例えば図１４に示す従来のＶＣＭＴのロータセグメント１では、高位チップ部１６は、バレル３内壁とのチップクリアランスが低位チップ部１７より小さくされており、この小さなチップクリアランスに材料を導いて材料に剪断方向の力を加えながら混練を行うため、混練する材料に高い分配性を付与することができる。一方、低位チップ部１７では、バレル３内壁とのチップクリアランスが高位チップ部１６より大きくされており、この大きなチップクリアランスに材料を導いて材料に伸長方向の力を加えながら混練を行うため、混練する材料に高い分配性を付与することができる。それゆえ、材料に高い分散性と分配性とを付与して良好に混練を行うことができる。

ところが、例えば分子量や溶融粘度が全く異なるポリエチレンやポリプロピレンを互いに混練する場合のように混練が困難な材料同士を混練する際には、このような混練能力が高いＶＣＭＴのロータセグメント１でも混練能力が不足して混練後の材料中に混練が不十分な部分がゲルとして残ることがある。このようなゲルは分解促進剤などを添加しても完全に無くすことはできす、フィルムやシートに成形するとフィッシュアイなどの欠陥の原因になるので好ましくない。

そこで、図２（ａ）に示すように、本発明の混練用セグメント１では、混練用フライト１２の頂面１５に軸方向を向く２つの側面２０、２０とこれらの側面２０、２０の間に設けられる底面１４とで囲まれた切欠部１３を形成し、この切欠部１３の底面１４を混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した面状に形成することにより、混練スクリュ４の回転方向の一方側を向く切欠部１３の開口１８が他方側を向く開口１９より大面積となるようにしている。

次に、本発明の切欠部１３について説明する。
切欠部１３は、混練用フライト１２の頂面１５を軸方向の一部を径内側に向かって切り欠いて凹状に形成されている。この切欠部１３は、２つの側面２０と、これらの側面２０の間に形成される底面１４とで形成されている。側面２０は、混練用フライト１２の頂面１５から径内側に向かって軸垂直方向に沿って形成されており、軸方向に距離をあけて互いに向かい合うように２つ形成されている。そして、これらの２つの側面２０の間には後述する底面１４が形成されている。

図２（ａ）に示すように、底面１４は、混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した平面状に形成されており、バレル３の内壁との距離が混練スクリュ４の回転方向に沿って徐々に離れるように構成されている。
このように底面１４を接線方向に対して傾斜した平面状に形成すれば、混練スクリュ４の回転方向の一方側を向く切欠部１３の開口１８が他方側を向く開口１９より大面積となり、切欠部１３は一方側の開口１８から他方側の開口１９に向かうにつれて材料が通過する面積が狭まる構造となる。

そして、大面積の開口１８側から材料が流れ込むように混練スクリュ４を回転させれば、切欠部１３に流れ込んだ材料は２つの側面２０に挟まれて逃げることなく通過面積が徐々に絞られて伸長方向に力が加わり、材料に強い伸長流れを付与して材料を分配性良く混練することができる。
その結果、本発明の混練用セグメント１では、混練が困難な材料同士であっても分配性良く混練することができ、混練後の材料中に混練が不十分な部分がゲルとして残ることがなく、フィッシュアイなどの欠陥を確実に防止することが可能となる。

図２（ｂ）に示すように、底面１４が接線方向に対して為す傾斜角度θは１０〜２５°、好ましくは１５〜２０°とされている。このように底面１４の傾斜角度θを１０〜２５°、好ましくは１５〜２０°とすれば、一方側と他方側との開口面積に大きな差がつき、材料に十分な伸長流れを生起させて材料を分配性良く混練することができる。
また、底面１４と頂面１５との距離（最短距離）Ｌは、混練スクリュ４の軸心から頂面１５までの最大距離に対して３〜１４％、好ましくは５〜１０％とされるのが良い。底面１４と頂面１５との距離Ｌが小さすぎると材料から大きな力が加わって底面１４の端が欠ける可能性があり、また距離Ｌが大きすぎると切欠部１３を通過する材料が多くなり過ぎて材料に十分な伸長方向の力を付与できなくなるからである。それゆえ、距離Ｌは、上述のように３〜１４％、好ましくは５〜１０％とするのが好ましい。

以下に実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、切欠部１３の底面１４が混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜したロータセグメント１（本発明のロータセグメント１）と、底面１４が接線方向に沿って形成されたロータセグメント２１（従来のロータセグメント）とのそれぞれを用いて混練を行った際に、ロータセグメント１、２１の違いが後述する対数伸び（混練時に材料に加わる伸びの対数値）、応力積分値（材料に加わる応力の時間積分値）、累積ひずみ（材料に発生するひずみの時間積分値）、エネルギ（応力とひずみとの積の時間積分値）に与える影響をコンピュータシミュレーションにより計算したものである。

実施例及び比較例に用いたロータセグメント１、２１は、図２に示すように、混練スクリュ４の軸心を中心として直径６０ｍｍの円筒面を頂面１５とするものである。このロータセグメント１、２１は、混練スクリュ４の軸心を挟んで対称な位置に一対の混練用フライト１２、１２を備えており、それぞれの混練用フライト１２には切欠部１３、２２が形成されている。実施例の切欠部１３は混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した底面１４を備えている。これらの底面１４、１４は両者間に径方向に最大距離（底面１４のうち最も径外側にある入側の開口縁同士の距離）が５３．１５ｍｍ、最短距離（底面１４のうち最も径内側にある出側の開口縁同士の距離）が４５ｍｍとなるように形成されている。なお、実施例の底面１４は、上述した傾斜角度θ及び距離Ｌで表現すれば、接線方向に対して傾斜角度２０°で、且つ混練スクリュ４の軸心から頂面１５までの最大距離に対して頂面１５から８％の距離に形成されているということもできる。

一方、比較例に用いたロータセグメント２１は、図１４に示すように、切欠部２２の底面２３が混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に沿って平行になるように形成されており、実施例のロータセグメント１のように接線方向に対して傾斜していないものである。この底面が傾斜していない点を除けば、実施例と比較例とのロータセグメント１、２１は同じ形状となっている。

また、上述したロータセグメント１を用いた混練条件は表１に示すように設定した。なお、表中のチップクリアランスＣ１は頂面１５（高位チップ部１６である混練用フライト１２の頂面１５）とバレル３内壁との間に形成される間隔が１．３ｍｍとなるようにロータセグメント１をバレル３内に配置した例であり、チップクリアランスＣ２は頂面１５とバレル３内壁との間に形成される間隔が２．６ｍｍとなるようにロータセグメント１をバレル３内に配置した例である。

表１の実験条件に従って、以下に示す評価指標を計算し評価を行った。
なお、評価指標を計算するに先立ち、溶融状態の材料を非ニュートン流体と扱ってカロー（Carreau）モデルの適用が可能かどうかを判断した。
図４に示すように、溶融温度を変化させて材料のせん断速度とせん断粘度とを実測すると、実測結果は二乗則モデルの計算結果よりはカローモデルの計算結果に対して良好な一致を示し、実験に用いた材料はその動粘度特性がカローモデルに従って計算できることがわかる。

そこで、粒子追跡法（材料（樹脂）の流れにのって移動する材料粒子の受けたひずみ速度、応力などの履歴によって、評価指標を評価する方法）を用いて、ロータセグメント間に配置された材料粒子が、ロータセグメントが回転したときにカローモデルに従って計算される挙動を示すと仮定して、各評価指標を求めた。各評価指標は、すべての材料粒子に対して個別に評価指標を計算し、計算された評価指標の平均値及び標準偏差を求めることで評価した。結果を以下に示す。
（１）対数伸び
対数伸びは、ロータセグメント間に配置されたすべての材料粒子について、混練スクリュ４が回転した際に流動解析による速度にのって材料粒子（線要素）がどのように移動（拡散）するかを示している。対数伸びは、混練前の線要素の長さに対する所定時間混練後の線要素の長さの比を対数で示したものであり、混練時間５秒まで混練した場合と、混練時間１０秒まで混練した場合とのそれぞれについて求められる。対数伸びは、混練の分配性を評価する際に用いられる指標であり、「対数伸び」が大きいほど分配性が良好になることを示している。

計算された対数伸びをすべての材料粒子に対して平均して対数平均値を求め、これをクリアランスに対してプロットしたものを「対数伸びの平均値」として図５（ａ）に、この対数伸びの標準偏差をクリアランスに対してプロットしたものを「対数伸びの標準偏差」として図５（ｂ）に示した。また、混練時間が５秒の場合の「対数伸び」の度数分布（頻度分布）を図６（ａ）に、混練時間が１０秒の場合の度数分布を図６（ｂ）に示した。

図５（ａ）の混練時間が５秒の場合を見ると、チップクリアランスがＣ１（１．３ｍｍ）の場合もＣ２（２．６ｍｍ）の場合も、実施例のロータセグメント１（黒塗りの丸）を用いた混練の方が比較例のロータセグメント２１（白塗りの丸）より「対数伸びの平均値」が大きくなっている。また、この実施例の方が比較例より「対数伸びの平均値」が大きくなるという傾向は、混練時間が５秒の場合でも同じである。このことから、実施例のロータセグメント１を用いて混練すると、比較例のロータセグメント２１を用いるより、材料を引き延ばすように混練できることが分かる。

一方、図５（ｂ）の結果では、実施例のロータセグメント１を用いて混練した場合と、比較例のロータセグメント２１を用いて混練した場合とで、「対数伸びの標準偏差」に大きな差がないことが分かる。この傾向は、チップクリアランスをＣ１としてもＣ２としても同じであり、また図６（ａ）及び図６（ｂ）でも同じである。つまり、実施例のロータセグメント１を用いて混練しても比較例のロータセグメント２１を用いて混練しても「対数伸び」の標準偏差に大差がないことから、上述した結果は「対数伸び」が全体として大きくなっているのであって、材料粒子の一部だけの「対数伸び」が局部的に大きくなったものではないことが分かる。
（２）応力の積分値
応力の積分値は、混練スクリュ４が回転した際に材料粒子に加わる応力を、所定の混練時間まで時間積分したものである。応力の積分値は、混練時間５秒まで時間積分した場合と、混練時間１０秒まで時間積分した場合との双方について求められる。

求められた積分値を粒子全体に対して平均し、平均値をクリアランスに対してプロットしたものを「応力の積分値の平均値」として図７（ａ）に、積分値の標準偏差をクリアランスに対してプロットしたものを「応力の積分値の標準偏差」として図７（ｂ）に示した。また、混練時間が５秒の場合の「応力の積分値」の頻度分布を図８（ａ）に、混練時間が１０秒の場合の頻度分布を図８（ｂ）に示した。

図７（ａ）〜図８（ｂ）の結果を見ると、実施例のロータセグメント１を用いて混練した場合と、比較例のロータセグメント２１を用いて混練した場合とで、「応力の積分値の平均値」、「応力の積分値の標準偏差」、及び「応力の積分値」の頻度分布に大きな差がないことが分かる。つまり、実施例のロータセグメント１は底面１４を傾斜させて比較例のものより切欠部１３に多量の材料を導き入れるようにしたものであるが、上述した評価指標に大差がないことから比較例のロータセグメント２１に比べて混練時に大きな負荷が加わるものではなく、混練に際して例えば混練スクリュ４の駆動機構に多大な負荷を与えるといった問題を起こす心配はないと考えられる。

一方、図８（ａ）の混練時間が５秒の場合の「応力の積分値」の頻度分布を見ると、応力積分値が２００００００〜２６０００００付近の結果（図中Ｐ１で示す部分）において、比較例の結果にのみ頻度のバラツキが見られる。このような頻度のバラツキがある混練では、せん断発熱などの異常な発熱が起こっている場合があり、発熱により材料が劣化するなどの問題が起こっている可能性が高い。また、図８（ｂ）の混練時間が１０秒の場合の結果でも、応力積分値が５００００００付近の結果（図中Ｐ２で示す部分）において、図８（ａ）と同様なバラツキが比較例にのみ見られ、異常な発熱が起こっている可能性が高い。

ところが、実施例の結果では、このような頻度のバラツキが全く見られないことから、実施例のロータセグメント１では異常な発熱が起こり難く、材料を異常発熱による劣化を起こすことなく混練できることが分かる。
（３）累積ひずみ及びエネルギ
累積ひずみは、混練スクリュ４が回転した際に材料粒子に発生するひずみを所定の混練時間まで時間積分したものである。累積ひずみは、混練時間５秒まで時間積分した場合と、混練時間１０秒まで時間積分した場合との双方について求められる。

求められた積分値を粒子全体に対して平均し、平均値をクリアランスに対してプロットしたものを「累積ひずみの平均値」として図９（ａ）に、標準偏差をクリアランスに対してプロットしたものを「累積ひずみの標準偏差」として図９（ｂ）に示した。また、混練時間が５秒の場合の「累積ひずみ」の頻度分布を図１０（ａ）に、混練時間が１０秒の場合の頻度分布を図１０（ｂ）に示した。

一方、このひずみと上述した応力値との積を時間積分したものが「エネルギ」である。「エネルギ」は、混練の分散性を評価する際に用いられる指標であり、「エネルギ」が大きいほど分散性が良好になることを示している。エネルギも、混練時間５秒まで時間積分した場合と、混練時間１０秒まで時間積分した場合との双方について求められる。
求められた「エネルギ」を粒子全体に対して平均したものを「エネルギの平均値」として図１１（ａ）に、積分値の標準偏差を「エネルギの標準偏差」として図１１（ｂ）に示した。また、混練時間が５秒の場合の「エネルギ」の頻度分布を図１２（ａ）に、混練時間が１０秒の場合の頻度分布を図１２（ｂ）に示した。

図９（ａ）〜図１２（ｂ）の結果を見ると、実施例のロータセグメント１を用いて混練した場合と、比較例のロータセグメント２１を用いて混練した場合とで、「累積ひずみ」や「エネルギ」の平均値、標準偏差、頻度分布に大きな差がないことが分かる。つまり、実施例のロータセグメント１は、比較例のロータセグメント２１に比べて材料の分散性を落とすことなく混練可能なものであると判断される。

さらに、図１３は、チップクリアランスがＣ１またはＣ２のときに、実施例及び比較例のロータセグメント１、２１において、材料粒子がどのように分布するかを視覚化して示したものである。図１３（ａ）及び（ｂ）に示される実施例のロータセグメント１では図１３（ｃ）及び（ｄ）に示される比較例のロータセグメント２１に比べて、材料粒子がロータセグメント１の周りにより広範囲に拡散しており、材料を分配性良く混練できていることが分かる。

これらのことから、実施例の混練用セグメント１では、比較例の混練用セグメント２１に比べて材料を分配性良く混練することができ、混練後の材料中に混練が不十分な部分がゲルとして残ることがなく、フィッシュアイなどの欠陥を確実に防止することが可能となると判断される。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では混練用フライト１２にバレル３内壁とのチップクリアランスが一定とされた高位チップ部１６と、この高位チップ部１６よりチップクリアランスが大きい低位チップ部１７とが軸方向に沿って交互に形成されたＶＣＭＴの混練スクリュ４に対して、この混練スクリュ４の低位チップ部１７を切欠部１３とした例を挙げて本発明の混練用セグメント１を説明した。

しかし、切欠部１３はＶＣＭＴの混練スクリュ４における低位チップ部１７に限定されるものではないし、切欠部１３を設ける混練用セグメント１はロータセグメント１に限ったものでもない。例えば、ニーディングディスクセグメントの混練用フライト１２の頂面１５に切欠部１３を設けて、この切欠部１３の底面１４を混練スクリュ４の軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜させ、このニーディングディスクセグメントを混練用セグメント１としても良い。

１ 混練用セグメント（ロータセグメント）
２ 連続混練機（混練設備）
３ バレル
４ 混練スクリュ
５ ホッパ
６ スプライン軸
７ 混練部
８ 送り部
９ 押出部
１０ スクリュセグメント
１１ 挿通孔
１２ 混練用フライト
１３ 切欠部
１４ 切欠部の底面
１５ 混練用フライトの頂面
１６ 高位チップ部
１７ 低位チップ部
１８ 一方側の開口（材料が流入する側に面する切欠部の開口）
１９ 他方側の開口（材料が流出する側に向する切欠部の開口）
２０ 切欠部の側面
２１ ロータセグメント（従来例）
２２ 切欠部（従来例）
２３ 底面（従来例）
θ 混練スクリュの軸心を中心とする円の接線方向に対して為す底面が角度
Ｌ 混練スクリュの軸心から底面までの距離
ａ 混練用フライトの頂面の軸方向長さ
ｂ 切欠部の底面の軸方向長さ

Claims (3)

1. 内部が空洞とされたバレルに回転自在に収容される混練スクリュに設けられて、当該混練スクリュの回転に合わせて回転して前記バレル内に供給される材料を混練する混練用フライトを備えた混練用セグメントであって、
   前記混練用フライトの頂面には、当該頂面の軸方向の一部を径内側に向かって切り欠いて凹状に形成されると共に軸方向を向く２つの側面とこれらの側面の間に設けられる底面とで囲まれた切欠部が形成されており、
   前記切欠部は、当該切欠部の底面を前記混練スクリュの軸心を中心とする円の接線方向に対して傾斜した面状に形成することにより、前記混練スクリュの回転方向の一方側を向く当該切欠部の開口が他方側を向く開口より大面積となるように形成されていることを特徴とする混練用セグメント。
2. 前記混練用フライトは、前記バレル内壁とのチップクリアランスが一定とされた高位チップ部と、当該高位チップ部よりチップクリアランスが大きい低位チップ部とを、軸方向に沿って交互に有しており、
   前記低位チップ部が前記切欠部とされていることを特徴とする請求項１に記載の混練用セグメント。
3. 請求項１または２に記載の混練用セグメントを備えた混練設備。