JP4205127B2 - 混練スクリュー、２軸押出機、及び混練スクリューの組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、混練スクリュー、２軸押出機、及び混練スクリューの組み立て方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ゴムやプラスチックからなる混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して所望の混練状態の混練物とする２軸押出機の混練スクリュー、及び、この混練スクリューを備えた２軸押出機、ならびに、この混練スクリューの組み立て方法に関する。

ゴムやプラスチック等の混練装置として、２軸押出機を用いることが知られている。この２軸押出機は、一方側から他方側に連通されたバレル内に混練用ロータ、及びネジスクリューなどを形成する各セグメントが組み込まれた混練スクリューを２本備えている。そして、一方側の投入口からゴムやプラスチック等の混練対象物を供給して、混練スクリューの回転により他方側に押し出しながら、混練用ロータが配置された混練部において混練することによって、混練対象物を所望の混練状態の混練物とする。一般に、混練用ロータは、螺旋状の混練翼や混練スクリューの軸方向と平行な混練翼を有する混練用ロータセグメントが、相互に隣り合う部分で段差等の不連続部分を形成しないよう断面が滑らかに連続するように相互に組み合わされて形成されるものである。

ここで、上記のような２軸押出機に関する技術について、例えば、以下のような特許文献１に開示された技術がある。以下に、この既知の技術について説明する。

従来、混練翼部の頂部が部分的に切り欠かれ、且つ軸方向にスクリューセット外径以上の長さを有する螺旋翼を備えたゴムあるいはゴム系組成物の混練装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、スクリューセット外径の５倍以上の長さのスクリューリードをもつ螺旋状の混練翼部を有している。これにより、混練用ロータの搬送能力を低下させて、混練部に充満する混練対象物を増加させ、混練効果を高めることができると称している。また、この混練翼部と下流側で隣接する他のセグメント部材は、軸方向にスクリューセット外径の１／２以上の長さを有するとともに、頂部が軸と平行に形成される翼を備える複数のセグメントが、軸中心に対して９０°ずつ軸断面形状を交互にずらして組み合わされているものである。

特開２００３−２４５５３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、スクリューリードを長くすることによって混練部に充満する混練対象物が増加し、チャンバ内壁と混練用ロータの翼頂部（以下、チップ部と記載する）との間における剪断力が大きくなるとともに、上記チップ部が混練対象物を介してチャンバ内壁を押圧する反力として混練用ロータを備えた混練スクリュー軸にはより大きな荷重が作用する。

また、スクリューリードを長くすることによって螺旋翼部の捩れ角が小さくなるため、混練用ロータのチップ部がチャンバ内壁の一方向側に片寄り、混練用ロータを備えた混練スクリュー軸は偏った上記荷重を受ける。そして、偏った荷重を受けた混練スクリューが回転することにより、混練スクリュー軸はスクリュー軸のトルク変動を伴いながら回転し、混練用ロータセグメントとチャンバ内壁との金属接触が生じやすくなる。

つまり、スクリューリードを長くすることによって、混練スクリューは偏荷重を受けて撓むことになり、金属接触により混練用ロータセグメント乃至チャンバが寿命低下（早期磨耗）するという問題がある。

尚、特許文献１に記載されたゴムあるいはゴム系組成物の混練装置において、混練翼部と下流側で隣接する上記の他のセグメント部材が配置された部分では、ニーディングディスクセグメントが軸中心に対して９０°ずつ軸断面形状を交互にずらして配置されたものであるので、ニーディングディスク部分における混練スクリュー軸に上記のような偏った荷重は作用しにくい。しかし、このような部分が隣接していたとしても、スクリューリードの長い上記混練部が存在することによって混練翼部分における混練スクリュー軸に偏った荷重が生じることに変わりはない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、混練性能を低下させずに混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を低減できる混練スクリュー、この混練スクリューを備えた２軸押出機、ならびに、この混練スクリューの組み立て方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明に係る混練スクリューは、混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して所望の混練状態の混練物とする２軸押出機の混練スクリューに関する。そして、本発明に係る混練スクリューは、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の混練スクリューは、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。

上記目的を達成するための本発明に係る混練スクリューにおける第１の特徴は、前記混練スクリューの軸方向に組み込まれ、前記混練対象物の混練を行う少なくとも２つの混練用ロータセグメントを備え、前記混練用ロータセグメントには、螺旋状の混練翼及び前記軸方向と平行な混練翼のうちの少なくともいずれかが形成され、前記軸方向に相互に隣り合うように設けられた混練用ロータセグメントが、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合よりも、さらに相互にずらした混練用ロータセグメント集合体として前記混練スクリューに組み込まれていることである。

この構成によると、混練用ロータセグメントのチップ部が、２軸押出機のチャンバ内壁の一方向側に偏ることを防止でき、混練用ロータセグメントを備えた混練スクリュー軸にチップ部を介して作用する荷重を相互に隣り合う混練用ロータセグメント同士で打ち消し合うようにすることができる。よって、混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を低減できる。その結果、混練用ロータセグメント乃至チャンバが寿命低下（早期磨耗）することを防止できる。

また、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一にならないため、混練用ロータセグメントの相互に隣り合う部分で段差等のいわゆる不連続部分が生じるが、この部分では混練対象物の流動状態を複雑化し、混練対象物の混合を促進するという有利な効果が生じる。仮に、混練効果が高まりすぎるのであれば、従来の公知技術により、混練翼の全長を短くしたり、チップ部とチャンバ内壁との間の隙間寸法であるチップクリアランスを大きくしたり等の対応を適宜行えば良い。よって、隣り合う混練用ロータセグメントのチップ部の位相を相互にずらすことにより、２軸押出機の混練性能が低下することはない。

また、本発明に係る混練スクリューにおける第２の特徴は、前記２軸押出機は、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、前記混練用ロータセグメント集合体は、前記混練対象物が前記２軸押出機に供給される側に最も近い第１混練部に配置されていることである。

混練用ロータセグメントを備えた混練スクリュー軸に偏った荷重が作用するという問題は、未混練の混練対象物がより多く存在する（混練が不十分な）混練スクリューの前半部に顕著に表れ、混練対象物が２軸押出機に供給される側に最も近い第１混練部で最も顕著である。

この構成によると、混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を低減できるというメリットをより効果的に得ることができ、より過酷な運転条件の第１混練部における混練用ロータセグメント乃至チャンバが早期に磨耗することを防止できる。

また、本発明に係る混練スクリューにおける第３の特徴は、前記混練用ロータセグメント集合体は、２つの翼頂部を有する２条の螺旋状の混練翼を備え、且つ、各混練用ロータセグメントの軸方向長さが、当該各混練用ロータセグメントの外径以下であり、且つ、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれていることである。

この構成によると、混練用ロータセグメントの上記長さを外径以下とすることにより、複数の混練用ロータセグメントからなる混練用ロータセグメント集合体は多くのセグメントに分割される。そして、分割された多くの隣り合う混練用ロータセグメントのチップ部の位相が適宜それぞれ相互にずらされることにより、混練用ロータセグメントのチップ部が、２軸押出機のチャンバ内壁の一方向側に偏ることをより防止できる。つまり、荷重の受圧部を分散させることで混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象をより低減できる。

また、翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリューの回転軸トルク変動幅を、隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるように配置された場合の混練スクリューにおける回転軸トルク変動幅の約６０％以下に軽減することができる（詳細については、後述する）。

また、本発明に係る混練スクリューにおける第４の特徴は、前記位相差が、７８°〜１１５°であることである。

この構成によると、翼頂部の位相を、７８°〜１１５°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリューの回転軸トルク変動幅を、隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるように配置された場合の混練スクリューにおける回転軸トルク変動幅の約４０％以下に軽減することができる（詳細については、後述する）。

また、本発明に係る混練スクリューにおける第５の特徴は、前記混練用ロータセグメント集合体の各混練用ロータセグメントは、螺旋状の混練翼を形成したものであって、且つ、軸方向長さが、当該各混練用ロータセグメントの外径の１／２以下であることである。

この構成によると、複数の混練用ロータセグメントからなる混練用ロータセグメント集合体は、より多くのセグメントに分割され、分割された多くの隣り合う混練用ロータセグメントのチップ部の位相が適宜それぞれ相互にずらされることにより、混練用ロータセグメントのチップ部が、２軸押出機のチャンバ内壁の一方向側に偏ることをより防止できる。つまり、荷重の受圧部をより分散させることで混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を更に低減できる。

また、本発明に係る混練スクリューにおける第６の特徴は、前記混練用ロータセグメント集合体が、１つのセグメントとして一体形成されたものであることである。

この構成によると、１つの混練用ロータセグメントで混練スクリュー軸に偏った荷重が作用することを防止できるような集合体として予め形成されているので、セグメントの全体数量を低減することができ、混練スクリューの組み立て工数も減少させることができる。

また、本発明に係る２軸押出機は、混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して所望の混練状態の混練物とする２軸押出機に関する。そして、本発明に係る２軸押出機は、上記目的を達成するために以下のような特徴を有している。

上記目的を達成するための本発明に係る２軸押出機における特徴は、本発明に係る混練スクリューについて記載された上記第１乃至第６のうちの少なくともいずれか１つの特徴を有する混練スクリューを、互いに噛み合い且つ同方向回転するように備えていることである。

この構成によると、上記のような第１乃至第６のうちの少なくともいずれか１つの特徴を有する混練スクリューを備えた２軸押出機を得ることができ、その混練性能を低下させずに混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を低減できる。

また、本発明に係る混練スクリューの組み立て方法は、混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して所望の混練状態の混練物とする２軸押出機の混練スクリューの組み立て方法に関する。そして、本発明に係る混練スクリューの組み立て方法は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の混練スクリューの組み立て方法は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。

上記目的を達成するための本発明に係る混練スクリューの組み立て方法における第１の特徴は、２つの翼頂部を有する２条の混練翼を備えた少なくとも２つの混練用ロータセグメントが、混練スクリュー軸方向に相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合よりも、さらに相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれる組込工程を備えていることである。

この構成によると、本発明に係る混練スクリューについての上記第１の特徴に基づく効果と同様の効果が得られる。すなわち、混練用ロータセグメントのチップ部が、２軸押出機のチャンバ内壁の一方向側に偏ることを防止でき、混練用ロータセグメントを備えた混練スクリュー軸にチップ部を介して作用する荷重を相互に隣り合う混練用ロータセグメント同士で打ち消し合うようにすることができる。よって、混練スクリュー軸に偏った荷重がかかる現象を低減できる。その結果、混練用ロータセグメント乃至チャンバが寿命低下（早期磨耗）することを防止できる。

また、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一にならないため、混練用ロータセグメントの相互に隣り合う部分で段差等のいわゆる不連続部分が生じるが、この部分では混練対象物の流動状態を複雑化し、混練対象物の混合を促進するという有利な効果が生じる。仮に、混練効果が高まりすぎるのであれば、従来の公知技術により、混練翼の全長を短くしたり、チップ部とチャンバ内壁との間の隙間寸法であるチップクリアランスを大きくしたり等の対応を適宜行えば良い。よって、隣り合う混練用ロータセグメントのチップ部の位相を相互にずらすことにより、２軸押出機の混練性能が低下することはない。

また、本発明に係る混練スクリューの組み立て方法における第２の特徴は、前記組込工程において、前記混練スクリュー軸方向に相互に隣り合う前記混練用ロータセグメントが、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれることである。

この構成によると、翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリューの回転軸トルク変動幅を、隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるように配置された場合の混練スクリューにおける回転軸トルク変動幅の約６０％以下に軽減することができる（詳細については、後述する）。

また、本発明に係る混練スクリューの組み立て方法における第３の特徴は、前記位相差が、７８°〜１１５°であることである。

この構成によると、本発明に係る混練スクリューについての上記第４の特徴に基づく効果と同様の効果が得られる。すなわち、翼頂部の位相を、７８°〜１１５°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリューの回転軸トルク変動幅を、隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるように配置された場合の混練スクリューにおける回転軸トルク変動幅の約４０％以下に軽減することができる（詳細については、後述する）。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明に係る２軸押出機の実施形態の説明とともに、本発明に係る混練スクリュー、及び混練スクリューの組み立て方法についても説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る２軸押出機１の断面模式図である。図２は、図１に示す２軸押出機１のＡ−Ａ断面図である。図２中の矢印は、混練スクリュー４の回転方向を示す。

図１に示すように、本実施形態に係る２軸押出機１は、同方向回転噛合型の２軸押出機として構成され、片持ち状態で支持された２本の混練スクリュー４と、混練スクリュー４が回転するための筒状の空洞部であるチャンバ６を有したバレル５とを備えている。２本の混練スクリュー４は、図１の側面図において重なるように、軸心同士が平行となって配置されている。そして、これら混練スクリュー４は、バレル５の一端側に設けられた駆動装置７に連結され、同方向に回転駆動される。また、図２に示すように、チャンバ６は、まゆ型断面の筒状空洞部として形成され、このチャンバ６内に、２本の混練スクリュー４が収納されている。

バレル５の一端側には、チャンバ６内にゴムやプラスチックからなる混練対象物を供給するための供給口３（ホッパー部）が設けられている。この供給口３から供給された混練対象物は、チャンバ６内で２本の混練スクリュー４が回転することにより、図中左側（上流側）から右側（下流側）に向かって混練スクリュー４の軸方向（以下、単に「軸方向」と記載する）に搬送されるとともに、連続的に混練が行われる。混練された混練物は、２軸押出機１の先端５ａから混練スクリュー４の最下流のスクリュー部によって外部に排出される。

バレル５には、図２に示すように、チャンバ６の周囲を囲むように複数の冷却経路８が、軸方向に形成されている。この冷却液経路８に冷却水等の冷媒を導通させることにより、バレル５を通じて混練中の混練対象物は、高温となることを抑制される。また、バレル５には、軸方向の複数箇所に、脱気や観察等を行うための、開口部９（９ａ、９ｂ）が設けられている。この開口部９を通じて、混練中に発生するガスの排出や副原料の供給、混練中における混練対象物の混練状態の観察等を行うことができる。

次に、混練スクリュー４は、本実施の形態においては図１に示すように、第１スクリュー部１０、第１混練部１１、第１ニーディングディスク部１２、第２スクリュー部１３、第２混練部１４、第２ニーディングディスク部１５、第３スクリュー部１６の各セグメント部材が、軸方向にこの順で組み込まれることで構成されている。

まず、第１、２混練部（１１、１４）は、混練対象物を混練することを主目的とする部分であり、図１に示すように、第１スクリュー部１０及び第２スクリュー部１３の直下流側に位置するようにそれぞれ配置されている。また、第１〜２混練部（１１、１４）は、混練スクリュー４に組み込まれ混練対象物を下流側へ押出す向きの捩じれ角φをもつ混練用ロータセグメント（１１ａ〜１１ｃ、１４ａ〜１４ｅ）からなり、図２にその一つを示すように、２つのチップ部（翼頂部）を有する螺旋状の２条翼部（２条の混練翼）１７ａを備えている。この混練用ロータセグメント（１１ａ〜１１ｃ、１４ａ〜１４ｅ）の回転で混練対象物に強い剪断力を付与することができ、連続或いはバッチ運転による混練処理を実現できる。尚、２本の混練スクリュー４は、図２に示す矢印のように同方向に回転する。

また、捩じれ角φは、各混練用ロータセグメントで異なる角度であってもよい。捩じれ角φを大きくすれば（リードを短くすれば）混練対象物の搬送能力が高まり、捩じれ角φを小さくすれば（リードを長くすれば）混練部に混練対象物が充満し易くなり、混練効果が高まる。また、捩じれ角φを０°とすれば、軸方向に平行な翼部（混練翼）となる。また、特に強い混練を行いたい場合には、混練用ロータセグメントの一部を、混練対象物を上流側に押し戻す向きの捩じれ角φとすることもできる。尚、本発明に係る混練用ロータセグメントは、１つのセグメントの軸方向の長さが、少なくとも同セグメントの外径の１／４以上あるものである。

図３は、図１に示す１つの混練用ロータセグメント１４ａの概略図である。図３（ａ）は、混練用ロータセグメント１４ａの正面図であり、図３（ｂ）は、混練用ロータセグメント１４ａの側面図である。

図３に示すように、混練用ロータセグメント１４ａには、軸孔１８が形成され、軸孔１８はスプライン加工が施されている。この軸孔１８に混練スクリュー４の軸（回転軸）が嵌挿されることで、各セグメント部材はスクリューの軸に組み込まれる。尚、本実施形態では、１２°毎に位相を変化させて混練用ロータセグメント１４ａを混練スクリュー４の軸に組み込めるようになっている。

また、混練用ロータセグメント１４ａに形成される２条翼部（２条の混練翼）１７ａのチップ部１９は、部分的に切り欠かれた形状を有している。この切り欠き部分が、低位チップ部１９ｂを構成し、切り欠き部分以外の部分が、高位チップ部１９ａを構成する。そして、高位チップ部１９ａと低位チップ部１９ｂとが、軸方向に区分されて交互に形成されている。また、軸方向同位置における２条翼部１７ａの一方の翼部に高位チップ部１９ａが形成されているときには、他方の翼部に低位チップ部１９ｂが形成され、チャンバ内壁６ａと混練用ロータセグメント１４ａとの間に、広いチップクリアランス２０ｂと狭いチップクリアランス２０ａとが混練スクリューが回転したときに交互に出現するように形成される（図２参照）。

このようにチップ部１９を形成することで、広いチップクリアランス２０ｂでは混練対象物が通過し易いためもう一方の翼面に向かって一部材料が通過し易くなり、他方、狭いチップクリアランス２０ａでは材料を下流側に送りながら混練が促進されることになる。また、チャンバ６内での混練対象物の流動状態を複雑化することにもなっている。

図１に戻り、スクリュー部について説明する。第１〜３スクリュー部（１０、１３、１６）は、混練対象物を下流側に搬送することを主目的とする部分である。この第１〜３スクリュー部（１０、１３、１６）は、混練スクリュー４に組み込まれるスクリューセグメントからなり、図２にその断面を示す上記混練用ロータセグメント１１ａと翼部の頂部を除いて同様の断面形状を有し、２条翼部を備えている。そして、この２条翼部は螺旋状に形成されており、２条翼部の両頂部（チップ部）とチャンバ６の内壁６ａとが近接して隙間が小さくなるように設けられることで、混練対象物の噛み込みを良くし、下流側へと漏れなく押出すことができるようになっている。

次に、ニーディングディスク部について説明する。第１、２ニーディングディスク部（１２、１５）は、混練対象物を充満させるとともに混合することを主目的とする部分であり、第１混練部１１及び第２混練部１４の直下流側に位置するようにそれぞれ配置されている。また、第１〜３ニーディングディスク部（１２、１５）は、混練スクリュー４に組み込まれるニーディングディスクセグメント（１２ａ〜１２ｅ、１５ａ〜１５ｅ）からなり、上記スクリューセグメントと同様の断面形状を有し、２条翼部を備えている。そして、この２条翼部は、軸方向に平行な翼部として形成されている。このように、ニーディングディスクセグメント（１２ａ〜１２ｅ、１５ａ〜１５ｅ）の各２条翼部を軸方向に平行な翼部として形成することで、混練対象物に送り作用も戻し作用も生じさせず、下流側へ搬送される混練対象物に対して搬送抵抗が作用し、混練対象物を堰き止めるように充満させるようになっている。尚、本実施形態におけるニーディングディスクは、１枚のセグメントの軸方向長さ（厚み）が長くとも外径の０．２倍以下であり、好ましくは、０．１５倍以下のものである。

また、第１、２ニーディングディスク部（１２、１５）において、複数のニーディングディスクセグメント（１２ａ〜１２ｅ、１５ａ〜１５ｅ）は、それぞれ混練スクリュー４の軸中心に対して９０°ずつ軸断面形状を交互にずらして軸方向に組み合わされている。すなわち、第１、２ニーディングディスク部（１２、１５）は、不連続に軸断面形状が変化する部分を有することになる。このように、ニーディングディスクセグメント（１２ａ〜１２ｅ、１５ａ〜１５ｅ）それぞれの軸断面形状が、不連続に変化するように配置することで、混練対象物の流動状態を複雑化し、混練対象物が十分に混合及び分散されるようになる。

次に、図４は、軸方向に相互に隣り合う混練用ロータセグメントが組み合わされた状態を示す概略図である。図４（ａ）は、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）が組み合わされた状態を示す、本実施形態に係る概略図であり、図４（ｂ）は、混練用ロータセグメント（１８ａ、１８ｂ）が組み合わされた状態を示す、従来技術に係る概略図である。また、図５は、図４（ａ）に示す混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）が組み合わされた状態の正面図である。図４及び図５中の矢印は、混練スクリューの回転方向を示す。

図４（ａ）に示すように、軸方向に相互に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）は、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとが、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の軸方向の各中心位置における翼頂部（チップ部（１９ｂ、１９ｂ’））の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合（図４（ｂ）のチップ部（１９ａ、１９ｂ）参照）よりも、さらに相互にずらして混練スクリュー４１に組み込まれる組込工程により、混練スクリュー４１が形成されている。

「軸方向に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の軸方向の各中心位置における翼頂部（チップ部（１９ｂ、１９ｂ’））の位相を相互にずらす」ことについて、図５を参照しながら説明する。図５に示す混練用ロータセグメント８ａの低位チップ部１９ｂは、相互に隣り合う一方の混練用ロータセグメント８ａの軸方向の中心位置における翼頂部を示している。ここで、角度αは、上記軸方向中心位置における低位チップ部１９ｂ（翼頂部）の回転方向中心位置（Ｐ１）の位相を示す。また、混練用ロータセグメント８ｂの低位チップ部１９ｂ’は、相互に隣り合う他方の混練用ロータセグメント８ｂの軸方向の中心位置における翼頂部を示している。ここで、角度βは、上記軸方向中心位置における低位チップ部１９ｂ’ （翼頂部）の回転方向中心位置（Ｐ２）の位相を示す。つまり、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとが、混練スクリュー４１に組み込まれた状態において、角度β−角度αの位相差だけ、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の軸方向の各中心位置における翼頂部（チップ部（１９ｂ、１９ｂ’））の位相が相互にずらされている。このように混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）を配置することで、相互に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）のセグメント端部の翼頂部の位相がずれ、この隣り合うセグメント端部において段差を生じている（図４（ａ）参照）。尚、本実施例では、両中心位置は８４°相互に位相がずらされている。

このような構成とすることで、翼の全長を長くしたり、混練用ロータセグメントの混練翼に軸方向に異なるチップクリアランスや周方向に異なるチップクリアランスを形成したとしても、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）のチップ部１９が、２軸押出機１のチャンバ内壁６ａの一方向側に偏ることを防止でき、混練スクリュー４１の軸にチップ部１９を介して作用する荷重を隣り合う混練用ロータセグメント同士で相互に打ち消すようにすることができる。よって、混練スクリュー４１の軸に偏った荷重がかかる現象を低減でき、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）乃至チャンバ内壁６ａが寿命低下（早期磨耗）することを防止できる。

尚、相互に隣り合うセグメント端部のチップ部１９の位相がずれると、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の相互に隣り合う部分で段差（不連続部分）が生じるが、この部分では混練対象物の流動状態を複雑化し、混練対象物の混合を促進するという有利な効果が生じる。仮に、混練効果が高まりすぎるのであれば、従来の公知技術により、混練翼部（混練部）の全長を短くしたり、チップ部１９とチャンバ内壁６ａとの間の隙間寸法であるチップクリアランス（２０ａ、２０ｂ（図２参照））を大きくしたり等の対応を適宜行えば良い。よって、隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の軸方向中心位置の各チップ部（１９ｂ、１９ｂ’）の位相を相互にずらすことにより、混練性能が低下することはない。

ここで、このような隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の軸方向の中心位置における翼頂部（チップ部（１９ｂ、１９ｂ’））の位相を相互にずらす手段は、混練スクリューの前半部でとられることが好ましく、混練対象物が２軸押出機１に供給される供給口３側に最も近い第１混練部でとられることがより好ましい。混練スクリュー４１の軸に偏った荷重が作用するという問題は、未混練の混練対象物がより多く存在する第１混練部で生じやすいからである。

また、図４（ａ）に示すように、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとは、いずれも軸方向の長さを混練用ロータセグメントの外径（バレル５内径Ｄ）の１／２とされている。これにより、複数の混練用ロータセグメントからなる混練用ロータは、より多くのセグメントに分割され、そして、分割された多くの隣り合う混練用ロータセグメントのチップ部１９の位相が、適宜それぞれ相互にずらされることにより、混練用ロータセグメントのチップ部１９が、２軸押出機１のチャンバ内壁６ａの一方向側に偏ることをより防止できる。

尚、混練用ロータセグメントの軸方向の長さを混練用ロータセグメントの外径以下としてもよい。また、例えば、削り出し等により、軸方向に隣り合わせる混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）を、１つのセグメントとして一体形成してもよい。セグメントの全体数量を低減することになり、混練スクリューの組み立て工数を減少させることができる。

次に、図６は、図４に示す形態の混練用セグメントを用いた場合における、軸方向で隣り合う混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの位相差毎の回転軸トルク変動幅を示す図である。この図６は、同方向回転噛合型の２軸押出機、混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の外径はφ７２ｍｍ、混練対象物はポリプロピレン（ＰＰ、ＭＩ（メルトインデックス）＝１０）、回転数は２６０ｒｐｍとする条件で、数値解析を行った結果を示している。尚、２つの混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）のみが第１スクリュー部の後に組み込まれた混練スクリュー４１とした。ここで、回転軸トルク変動幅とは、混練スクリュー４１の回転により混練スクリュー軸に作用するトルクの最大値と最小値との差のことをいう。

図６に示す実線は、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）のそれぞれの軸方向の中心位置におけるチップ部（１９ｂ、１９ｂ’）の位相の差（以下、単に「位相差」と記載する）毎の、回転軸トルク変動幅を示し、点線は、回転軸トルク変動幅の最大値（図左端の位相差０°のときの回転軸トルク変動幅）の８０％ラインを示し、一点鎖線は、上記最大値の６０％ラインを示し、二点鎖線は、上記最大値の４０％ラインを示す。

図６に示すように、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの位相差が、４８°〜１４７°の場合、回転軸トルク変動幅は、最大値の約６０％以下に抑えられている。これは、混練スクリュー軸にチップ部１９を介して作用する荷重が相互に打ち消され、偏った荷重が低減されていることを示すものである。さらに、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの位相差が、７８°〜１１５°の場合、回転軸トルク変動幅は、最大値の約４０％以下に抑えられている。

よって、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの上記位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリュー４１の回転軸トルク変動幅は、隣り合うセグメント端部のチップ部１９の位相が同一になるように配置された場合（図左端の位相差０°の場合に相当する）の約６０％以下に軽減することができる。同様に、混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの上記位相を、７８°〜１１５°の位相差で相互にずらすことにより、混練スクリュー４１の回転軸トルク変動幅は、隣り合うセグメント端部のチップ部１９の位相が同一になるように配置された場合（図左端の位相差０°の場合に相当する）の約４０％以下に軽減することができる。

次に、図７は、図４に示す形態の混練用セグメントを用いた場合における、混練スクリュー（４１、５１）の回転角度毎の回転軸トルク値を示す図である。この図７は、同方向回転噛合型の２軸押出機、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）の外径はφ５９ｍｍ、混練対象物はポリプロピレン（ＰＰ、ＭＩ（メルトインデックス）＝１０）、回転数は６００ｒｐｍとする条件で、実際に、混練スクリュー（４１、５１）に作用する回転軸トルクの測定を行った実験結果を示している。尚、混練スクリュー（４１、５１）は、いずれも第１スクリュー部の後に２つの混練用ロータセグメントのみが組み込まれた混練スクリューを用いた。

図７に示す実線は、上記混練用ロータセグメント（８ａ、８ｂ）のそれぞれの軸方向の中心位置におけるチップ部（１９ｂ、１９ｂ’）の位相を８４°相互にずらした混練スクリュー４１における回転角度毎の回転軸トルク値[％]の変化を示し、点線は、混練用ロータセグメント（１８ａ、１８ｂ）の隣り合うセグメント端部のチップ部（１９ａ、１９ｂ）の位相が同一の場合の従来の混練スクリュー５１における回転角度毎の回転軸トルク値[％]の変化を示す。ここで、図７の縦軸は、２軸押出機の駆動装置の最大定格トルクに対する測定トルクの割合を％で示したものである。

図７に示すように、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメントの両軸方向中心位置の位相差を適宜設定することにより、混練スクリュー４１に対してチップ部１９を介して作用する荷重が相互に打ち消され、偏った荷重が低減されることにより、明らかに混練スクリュー４１の回転軸トルクの方が、混練スクリュー５１の回転軸トルクよりも変動が小さく、且つその最大値も小さくなっていることがわかる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、図４（ａ）に示す、互いに隣り合う混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの間に、スペーサーとして全長がセグメントの外径（回転外径）以下となるようなニーディングディスクセグメント（１条翼又は２条翼）やスクリューセグメント（１条翼又は２条翼）等のセグメントを組み込んでもよい。また、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメント８ａと混練用ロータセグメント８ｂとの間に、一対の混練スクリュー（４１、４１）の噛み合いを調整するためのスペーサーを組み込んでもよい。

また、第２混練部で未溶融の材料による偏った荷重が発生するような場合は、第２混練部の適宜位置において、軸方向に隣り合う混練用ロータセグメントを、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合よりも、さらに相互にずらすように組み替えてもよい。

また、上記実施の形態は、スプラインの最小ピッチである１２°毎に位相差を設定するものであるが、スプラインの最小ピッチを変えるなどの適宜手段により位相差のきざみ幅を任意に設定することができる。

本発明の一実施形態に係る２軸押出機の断面模式図である。 図１に示す２軸押出機のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す１つの混練用ロータセグメントの概略図である。 混練用ロータセグメントが組み合わされた状態を示す概略図である。 図４（ａ）に示す混練用ロータセグメントが組み合わされた状態の正面図である。 位相差毎の回転軸トルク変動幅を示す図である。 混練スクリューの回転角度毎の回転軸トルク値を示す図である。

符号の説明

１ ２軸押出機
４ 混練スクリュー
１１ 第１混練部
１１ａ〜１１ｃ 混練用ロータセグメント
１４ 第２混練部
１４ａ〜１４ｅ 混練用ロータセグメント
１７ ２条翼部（２条の混練翼）
１７ａ 翼部
１９ａ 高位チップ部（翼頂部）
１９ｂ 低位チップ部（翼頂部）
α、β 位相
Ｄ 外径

Claims (10)

1. 互いに噛み合い且つ片持ち状態で支持されて同方向回転する２軸押出機の混練スクリューであって、
   前記混練スクリューの軸方向に組み込まれ、混練対象物の混練を行う少なくとも２つの混練用ロータセグメントを備え、
   前記混練用ロータセグメントには、螺旋状の混練翼及び前記軸方向と平行な混練翼のうちの少なくともいずれかが形成され、
   前記軸方向に相互に隣り合うように設けられた同じ向きの捩れ角を有する混練用ロータセグメントが、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合よりも、さらに相互にずらした混練用ロータセグメント集合体として前記混練スクリューに組み込まれており、
   前記混練用ロータセグメント集合体は、２つの翼頂部を有する２条の螺旋状の混練翼を備え、且つ、各混練用ロータセグメントの軸方向長さが、当該各混練用ロータセグメントの外径以下であるとともに外径の１／４以上であることを特徴とする、混練スクリュー。
2. 前記２軸押出機は、前記混練対象物を混練するための複数の混練部を有し、
   前記混練用ロータセグメント集合体は、前記混練対象物が前記２軸押出機に供給される側に最も近い第１混練部に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の混練スクリュー。
3. 前記混練用ロータセグメント集合体は、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の混練スクリュー。
4. 前記位相差が、７８°〜１１５°であることを特徴とする、請求項３に記載の混練スクリュー。
5. 前記混練用ロータセグメント集合体の各混練用ロータセグメントは、螺旋状の混練翼を形成したものであって、且つ、軸方向長さが、当該各混練用ロータセグメントの外径の１／２以下であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の混練スクリュー。
6. 前記混練用ロータセグメント集合体が、１つのセグメントとして一体形成されたものであることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の混練スクリュー。
7. 請求項１乃至請求項６のうちのいずれか１項に記載の混練スクリューを、互いに噛み合い且つ同方向回転するように備えていることを特徴とする、２軸押出機。
8. 互いに噛み合い且つ片持ち状態で支持されて同方向回転する２軸押出機の混練スクリューの組み立て方法であって、
   ２つの翼頂部を有する２条の混練翼を備えた少なくとも２つの混練用ロータセグメントが、混練スクリュー軸方向に相互に隣り合うものであって、軸方向長さが当該各混練用ロータセグメントの外径以下かつ外径の１／４以上であり、同じ向きの捩れ角を有する両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、相互に隣り合うセグメント端部の翼頂部の位相が同一になるよう配置された場合よりも、さらに相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれる組込工程を備えていることを特徴とする、混練スクリューの組み立て方法。
9. 前記組込工程において、前記混練スクリュー軸方向に相互に隣り合う前記混練用ロータセグメントが、相互に隣り合う両混練用ロータセグメントの各軸方向中心位置における翼頂部の位相を、４８°〜１４７°の位相差で相互にずらして前記混練スクリューに組み込まれることを特徴とする、請求項８に記載の混練スクリューの組み立て方法。
10. 前記位相差が、７８°〜１１５°であることを特徴とする、請求項９に記載の混練スクリューの組み立て方法。

Images