WO2009096450A1

WO2009096450A1 - 混練度調整装置、押出機、及び連続混練機

Info

Publication number: WO2009096450A1
Application number: PCT/JP2009/051426
Authority: WO
Inventors: Sayaka Yamada; Kazuo Yamaguchi; Yasuaki Yamane; Koichi Honke; Kazuhisa Fukutani
Original assignee: Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20100309745A1; CN101932415A; US8118475B2; KR101205562B1; CN101932415B; JP2009178918A; JP4555351B2; KR20100099752A; EP2239122A1; EP2239122A4

Abstract

　ゲート部材と円筒セグメントとを金属接触の虞がある距離にまで近接させなくても、混練度の調整範囲を広くする。　混練度調整装置は、円筒セグメントが所定箇所に形成されるとともに材料を下流側に送りながら混練する混練スクリュを備えた混練処理設備に設けられ、材料の混練度を調整するための混練度調整装置であって、前記円筒セグメントの外周面に対向する対向面を有し、その対向面が前記円筒セグメントの外周面に対して近接離反するように移動して当該対向面と前記円筒セグメントの外周面との間に形成される材料の流路の面積を変化させるゲート部材を備え、前記外周面と前記対向面には、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が設けられている。

Description

混練度調整装置、押出機、及び連続混練機

　本発明は、混練度調整装置、押出機、及び連続混練機に関するものである。

　一般に、プラスチックコンパウンド等の複合樹脂材料は、押出機や連続混練機のバレル内に母材となる高分子樹脂のペレットや粉体と、添加物とを供給し、バレル内に挿通された混練スクリュによってそれら母材と添加物を混練しながら下流側へ送ることによって製造される。これら押出機や連続混練機における材料の混練度は、材料をバレル内の混練部に停滞させて混練時間を長くするほど高くなる。それゆえ、従来の押出機や連続混練機には材料を堰き止めるゲート部材を備えた混練度調整装置が混練部の下流側に設けられている。

　このような混練度調整装置としては、例えば下記特許文献１に開示されたものが知られている。この混練度調整装置は、混練スクリュの軸方向の中途部に円筒状に形成された谷径部（円筒セグメント）を備えている。そして、バレルのうちこの谷径部に対応した軸方向位置には、谷径部に対して近接離反自在なゲート部材が設けられている。

　このゲート部材を谷径部に近接させると、材料が通過する流路面積が小さくなって材料が下流側に流れ難くなり、それに伴って材料が混練部に停滞して混練度が高くなる。また、ゲート部材を谷径部（円筒セグメント）から離反させると、材料が流れやすくなって材料の混練度が低くなる。つまり、特許文献１の混練度調整装置では、ゲート部材により材料の流路を開閉させて混練度を調整している。

　ところで、近年は様々な複合樹脂材料に対応すべく、混練度の調整範囲を従来の混練度調整装置による調整範囲よりも広くしたいという要望が強い。従来の混練度調整装置では、ゲート部材の開閉範囲がバレル径との関係から定まってしまうため、混練度の下限を低くすることは困難である。それゆえ、混練度の調整範囲を広くするには、混練度の調整範囲の上限を従来の混練度調整装置よりも高くする必要があり、そのためにはゲート部材を円筒セグメントに対してより近接できるようにする必要がある。

　ところが、特許文献１の混練度調整装置においてゲート部材を円筒セグメントに近接させ過ぎると、ゲート部材が円筒セグメントに金属接触する虞がある。金属接触が起こると、ゲート部材や円筒セグメントが異常摩耗したり、焼き付け等のコンタミにより混練品質の低下が起こったりする可能性がある。それゆえ、特許文献１の混練度調整装置では、ゲート部材を現状の所定の距離以上に円筒セグメントに近接させることができず、混練度の調整範囲も広くすることができなかった。
実開平５-７２４２５号公報

　本発明の目的は、上述の問題を解決した混練度調整装置を提供することである。

　本発明の別の目的は、ゲート部材と円筒セグメントとを金属接触の虞がある距離にまで近接させなくても、混練度の調整範囲を広くすることができる混練度調整装置を提供することである。

　本発明の一つの面によれば、混練度調整装置は、円筒セグメントが所定箇所に形成されるとともに材料を下流側に送りながら混練する混練スクリュを備えた混練処理設備に設けられ、材料の混練度を調整するための混練度調整装置であって、前記円筒セグメントの外周面に対向する対向面を有し、その対向面が前記円筒セグメントの外周面に対して近接離反するように移動して当該対向面と前記円筒セグメントの外周面との間に形成される材料の流路の面積を変化させるゲート部材を備え、前記外周面と前記対向面には、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が設けられている。

第１実施形態の混練度調整装置を備える押出機の正面断面図である。第１実施形態の混練度調整装置を部分的に拡大した断面図である。第２実施形態の混練度調整装置を部分的に拡大した断面図である。第３実施形態の混練度調整装置を部分的に拡大した断面図である。ゲート開度δに対する混練度調整装置の上流側と下流側との間で生じる圧力損失ΔＰの変化を示した図である。第１実施形態による混練度調整装置の図２のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。その他の実施形態による混練度調整装置の図６に対応する断面図である。

　＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。

　図１に模式的に示されるように、第１実施形態の混練度調整装置１は同方向回転噛合型の２軸押出機２（以降、単に押出機２ということがある）に設けられている。この押出機２は、本発明の混練処理設備の概念に含まれるものである。押出機２は、内部が空洞のバレル３と、この空洞なバレル３内に軸方向に沿って挿入された一対の混練スクリュ４，４とを有している。押出機２では、混練スクリュ４，４がバレル３内で回転することによって、材料が混練されつつ下流側に送られる。

　なお、以降の説明において、図１の紙面の左側を押出機２を説明する際の上流側とし、図１の紙面の右側を下流側とする。また、混練スクリュ４の回転軸に沿った方向を押出機２を説明する際の軸方向と呼び、この軸方向は図１の紙面の左右方向と一致する。さらに、軸方向と垂直な方向を軸垂直方向と呼ぶ。

　バレル３は、軸方向に沿って長い筒状に形成されている。バレル３の内部には軸方向に沿って長いめがね孔状の空洞部５が形成されており、この空洞部５には一対の混練スクリュ４、４が回転自在に挿入されている。

　バレル３は、軸方向において上流側の位置に材料供給口６を有しており、この材料供給口６を通じて材料を空洞部５に供給可能となっている。バレル３には電気ヒータや加熱した油を用いた加熱装置（図示略）が備えられており、材料供給口６を通じて空洞部５に供給された材料はこの加熱装置により加熱されて溶融状態または半溶融状態にされる。

　混練スクリュ４は、バレル３の空洞部５に挿入されるとともに左右一対で設けられている。それぞれの混練スクリュ４は、軸方向に長いスプライン軸（図示略）を有しており、このスプライン軸により混練スクリュ４を構成する複数のセグメント部材が串刺し状に固定されている。

　混練スクリュ４を構成するセグメント部材には様々な種類のものがあり、混練スクリュ４では複数種のセグメント部材を組み合わせることによって、材料を送る送り部７、材料を混練する混練部８、及び混練された材料を下流側に送る押出部９などが混練スクリュ４の軸方向のそれぞれ所定の範囲に形成されている。なお、本実施形態の混練スクリュ４は、上流側から順に送り部７、混練部８、及び押出部９を１つずつ有している。

　送り部７は、軸方向に配設された複数のスクリュセグメント１０によって構成されている。スクリュセグメント１０は、軸方向に螺旋状に捩れたスクリュフライトを備えており、当該スクリュセグメント１０の回転に伴ってこのスクリュフライトが回転することによって材料を上流側から下流側へ送る。

　混練部８は、軸方向に配設された複数（本実施形態では３個）のロータセグメント１１によって構成されている。これらのロータセグメント１１は、いずれも軸方向に螺旋状に捩れた混練用フライト１２を複数（本実施形態では２条）有している。当該混練部８の回転に伴って混練用フライト１２が回転することにより、材料が混練用フライト１２のチップ部とバレル３の内壁面との間のチップクリアランスを通過し、それによって材料が剪断（混練）されるようになっている。なお、本実施形態では、材料を下流側へ送る方向のプラスの捩れ角を有するロータセグメント１１のみによって構成された混練部８を例示したが、混練部８を複数のニーディングディスクセグメントによって構成したり、ロータセグメント１１とニーディングディスクセグメントの双方によって構成したりすることもできる。また、混練部８には、捩れ角が０やマイナスの混練用フライトを有するロータセグメントを付加することもできる。

　押出部９は、送り部７と同様に螺旋状に捩れたスクリュフライトを備えたスクリュセグメント１０を複数有しており、これら複数のスクリュセグメント１０は軸方向に並んで配設されている。そして、押出部９のスクリュセグメント１０は、下流に位置するものほどセグメント長が小さくなっている。このため、押出部９では、下流側に行くほど材料の移動速度（送り速度）を低くして材料に加圧できるようになっている。

　次に、混練度調整装置１について説明する。

　図２に示すように、本実施形態の混練度調整装置１は、混練部８の下流側で、かつ、当該混練部８に隣接した位置に設けられている。

　混練度調整装置１は、混練スクリュ４に備えられた円筒セグメント１３の外周面１５に対向するゲート部材１４の対向面２０をその円筒セグメント１３の外周面１５に対して近接離反させることによりゲート部材１４の対向面２０と円筒セグメント１３の外周面１５との間に形成される流路の面積を変化させ、それによって材料の混練度を調整する。そして、本実施形態の混練度調整装置１では、円筒セグメント１３の外周面１５とゲート部材１４の対向面２０とに、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が相対するように設けられている。

　具体的には、混練度調整装置１は、ゲート部材１４と、駆動機構１９とを備えており、混練スクリュ４は、混練部８と押出部９との間に円筒セグメント１３を備えている。

　円筒セグメント１３は、混練スクリュ４と同軸の円筒形状に形成されているとともに、その上流側に位置する混練部８のロータセグメント１１や下流側に位置する押出部９のスクリュセグメント１０に比べて小径に形成されている。円筒セグメント１３の外周面１５は、軸方向と垂直な断面が混練スクリュ４の回転軸を中心とする円形状となるように形成されている。この外周面１５には、後に詳細に説明する凹部１６が形成されている。

　ゲート部材１４は、板状に形成されているとともに、軸垂直方向に（図２では上下に）相対して一対設けられている。ゲート部材１４は、バレル３に軸垂直方向に貫通するように形成された案内孔に挿通されており、当該ゲート部材１４は、この案内孔に沿って可動自在となっている。案内孔には、バレル３のうち軸垂直方向において混練スクリュ４に対して一方側の位置に形成された第１の案内孔１７と、バレル３のうち軸垂直方向において混練スクリュ４に対して他方側の位置に形成された第２の案内孔１８とがある。そして、ゲート部材１４には、第１の案内孔１７に取り付けられる第１のゲート部材１４ａと、第２の案内孔１８に取り付けられる第２のゲート部材１４ｂとがある。

　これらのゲート部材１４ａ，１４ｂには、図１に示すように駆動機構１９が接続されている。駆動機構１９は、電動モータからなる駆動部と、上側ギア機構と、下側ギア機構と、伝達機構と、上側ねじ機構１９ａと、下側ねじ機構１９ｂとを有している。駆動部の電動モータは、水平方向に延びる回転軸部を有しており、この回転軸部は、上側ギア機構に接続されているとともに、伝達機構を介して下側ギア機構に接続されている。上側ギア機構には、上側ねじ機構１９ａが接続されており、この上側ねじ機構１９ａは、第１のゲート部材１４ａの上部に取り付けられている。また、下側ギア機構には、下側ねじ機構１９ｂが接続されており、この下側ねじ機構１９ｂは、第２のゲート部材１４ｂの下部に取り付けられている。そして、駆動部の駆動によって回転する回転軸部の水平軸回りの回転力は、上側ギア機構によって垂直軸回りの回転力に変換された後、上側ねじ機構１９ａに付与され、この上側ねじ機構１９ａは、その付与された回転力により第１のゲート部材１４ａを上下（軸垂直方向）に移動させる。一方、前記回転軸部の水平軸回りの回転力は、伝達機構を介して下側ギア機構にも伝達される。この下側ギア機構に伝達された回転力は、当該下側ギア機構によって垂直軸回りの回転力に変換された後、下側ねじ機構１９ｂに付与され、この下側ねじ機構１９ｂは、その付与された回転力により第２のゲート部材１４ｂを上下（軸垂直方向）に移動させる。

　このように駆動機構１９により各ゲート部材１４ａ，１４ｂが軸垂直方向に動かされることによって、円筒セグメント１３の外周面１５に対して、これに対向する一対のゲート部材１４ａ，１４ｂの対向面２０がそれぞれ近接・離反するようになっている。すなわち、図２において第１のゲート部材１４ａの下端側及び第２のゲート部材１４ｂの上端側に、円筒セグメント１３の外周面１５に対向する対向面２０がそれぞれ形成されている。この両ゲート部材１４ａ，１４ｂの各対向面２０は、両ゲート部材１４ａ，１４ｂが円筒セグメント１３に最も近接したときに、軸方向と垂直な断面が混練スクリュ４の回転軸を中心とした円弧状となる形状に形成されている。そして、両ゲート部材１４ａ，１４ｂの各対向面２０は、両ゲート部材１４ａ，１４ｂが互いに接近する方向へ移動するのに合わせて円筒セグメント１３の外周面１５にそれぞれ近接する一方、両ゲート部材１４ａ，１４ｂが互いに離反する方向へ移動するのに合わせて円筒セグメント１３の外周面１５から離反する。

　それゆえ、ゲート部材１４の対向面２０と円筒セグメント１３の外周面１５との間に形成されるクリアランスΔは、円筒セグメント１３に対するゲート部材１４の近接・離反の度合いに応じて変化し、同時にクリアランスΔによって形成される材料の流路の面積、すなわち流路の軸方向と垂直な方向の断面積も変化する。なお、上述のクリアランスΔは、ゲート部材１４と円筒セグメント１３との金属接触を防止するため、スクリュ径Ｄの１％以上に設定されている。

　従って、ゲート部材１４の対向面２０が円筒セグメント１３の外周面１５に最も近接した状態（以下、ゲート閉状態という）では、クリアランスΔが最小値になる。クリアランスΔが最小値になると流路抵抗が上がり、材料が下流に流れにくくなる。その結果、混練部８による材料の混練が進み、材料の混練度が高くなる。一方、ゲート部材１４の対向面２０が円筒セグメント１３の外周面１５から最も離反した状態（以下、ゲート開状態という）では、前記近接状態とは逆にクリアランスΔが大きくなる。この状態では、材料が滞留せずに下流へ流れ、材料の混練度も低くなる。

　このようにして、混練度調整装置１では、ゲート部材１４を円筒セグメント１３に近接・離反させることにより上述したクリアランスΔを変化させて材料の通過する流路の面積を変化させ、それによって材料の混練度を調整している。

　ところで、混練度調整装置１では、従来の混練度調整機構よりもゲート閉状態のときの材料の混練度を高くするために、ゲート部材１４の対向面２０と円筒セグメント１３の外周面１５との間に形成される材料の流路が、これら対向面２０と外周面１５とに相対する凸凹部が形成されることによって屈曲状に形成されている。

　より具体的には、本実施形態では、円筒セグメント１３の外周面１５に混練スクリュ４の回転軸回りに環状に凹んだ凹部１６が形成されていると共にゲート部材１４の対向面２０には前記凹部１６に相対する位置に凸部２１が形成されており、ゲート閉状態のときに凹部１６の中に凸部２１が入り込んで両者の間に軸方向に対して屈曲した流路が形成される。

　このようにすれば、前記流路において材料が蛇行して流れ、その結果、材料が軸方向に直線的に流れる場合に比べて流路抵抗を高めることができる。

　凹部１６は、円筒セグメント１３の外周面１５の一部（本実施形態の場合は軸方向の中央部）が軸垂直方向において窪んだものである。凹部１６は、混練スクリュ４の回転軸回りに環状に形成されている。換言すれば、凹部１６は、円筒セグメント１４の外周面１５の周方向の全域に亘って形成されている。そして、本実施形態では、凹部１６は円筒セグメント１３の周方向に連続した環状溝として形成されている。

　図２に示すように、凹部１６は、円筒セグメント１３の外周面１５と平行な底面２２を備えている。この底面２２の上流側と下流側とには、側面２３がそれぞれ形成されている。この一対の側面２３，２３は、軸方向に対して略垂直な平面状にそれぞれ形成されている。

　凸部２１は、ゲート部材１４の対向面２０の軸方向の一部が軸垂直方向において突出したものである。この凸部２１は、ゲート部材１４の対向面２０が円筒セグメント１３の外周面１５に近接したときに凹部１６の中に入り込むことが可能な形状を有している。具体的には、本実施形態では、凸部２１は、対向面２０の周方向に連続した鍔状に形成されている。なお、凸部２１が鍔状に形成されるとは、周方向に亘って連続した鍔として形成される場合だけでなく、複数の突起がスリットを介して周方向に並んで形成されている場合をも含む意味である。ただし、この場合、ゲート閉状態のときにスリットが形成する流路の開口面積の和が、前記凹部１６及び前記凸部２１が設けられていない場合のゲート閉状態のときの流路の面積よりも小さくなるように前記複数の突起及びスリットが形成されている。

　図２に示すように、凸部２１は、上述した円筒セグメント１３の凹部１６よりも軸方向長さが短いとともに、軸方向において凹部１６に対応した位置に設けられており、凹部１６に嵌め込み可能となっている。

　また、図２に示すように、凸部２１は、凹部１６の底面２２と平行な突端面２４を備えており、ゲート閉状態ではこの突端面２４が凹部１６の底面２２から一定の距離をあけるようになっている。この突端面２４と底面２２との間の隙間は、ゲート部材１４と円筒セグメント１３との金属接触を防止するためにスクリュ径の１％～３％の大きさに設定されている。ゲート閉状態では、この隙間を材料が軸方向に沿って流れる。すなわち、この隙間により凹部１６と凸部２１との間における材料の第１流路が形成される。

　また、図２に示すように、凸部２１は、突端面２４の上流側と下流側とにそれぞれ隣接して設けられた凸部側面２５を備えている。この一対の凸部側面２５，２５は、軸方向に対してそれぞれ垂直に形成されている。この各凸部側面２５は、凹部１６の対応する各側面２３と平行に形成されており、その対応する側面２３からスクリュ径の１％～５％に相当する一定間隔をあけてそれぞれ配設されている。それゆえ、ゲート閉状態のときには、凹部１６の各側面２３と対応する凸部側面２５との間に軸垂直方向に隙間がそれぞれ形成され、これらの隙間が凹部１６と凸部２１との間における材料の第２流路を形成する。

　上述した第１流路と第２流路とは、形成方向が互いに直交している。そのため、第１流路と第２流路とを交互に経由して流れる材料は、全体として軸方向に対して屈曲した経路を通過することになり、軸方向に沿って材料が直線的に流れる場合よりも流路抵抗が大きくなる。

　凸部２１の突出高さ、すなわち突端面２４が対向面２０のうち凸部２１を除く部分から軸垂直方向に離れている距離は、ゲート部材１４が円筒セグメント１３に最も近接したときのゲート部材１４と円筒セグメント１３との間のクリアランスΔ、すなわちクリアランスΔの最小値よりも大きい値に設定されている。本実施形態の場合では、クリアランスΔの最小値はスクリュ径の１％～３％の値であり、凸部２１の突出高さは、そのクリアランスΔの最小値よりも大きな値、具体的にはスクリュ径の２％～５％の値に設定されている。これにより、ゲート閉状態のときに凸部２１の突端面２４が円筒セグメント１３の外周面１５を超えて凹部１６の中に入り込むようになる。これに起因して、材料が凸部２１と凹部１６との間を軸方向に沿って直線的に通り抜けることが防止され、材料が凸部２１を迂回するように確実に蛇行して流れるようになる。その結果、流路抵抗を大きくすることが可能となる。

　次に、本実施形態の混練度調整方法について説明する。

　本実施形態の混練度調整方法は、以下の通りに行われる。

　まず、図１及び図２に示すように、送り部７から送られてきた材料は、送り部７の下流側に設けられた混練部８によって混練される。そして、この混練の際に、混練度調整装置１により混練度の調整が行われる。

　混練度を高くしたい場合には、ゲート部材１４の対向面２０を円筒セグメント１３の外周面１５に近接させる、すなわちゲート閉状態にする。このとき、ゲート部材１４の対向面２０と円筒セグメント１３の外周面１５との間に上述したクリアランスΔが形成される。このクリアランスΔは、軸方向に沿って形成された外周面１５と対向面２０との間に形成されているため、材料は、このクリアランスΔ内を軸方向に沿って直線的に流れる。そして、凸部２１まで流れてきた材料は、上述のように凸部２１の突出高さがクリアランスΔ以上に設定されているため、凸部側面２５に衝突する。その後、材料は、第２流路、第１流路、第２流路の順番でそれらの流路を蛇行するように流れる。このため、材料がクリアランスΔに沿って軸方向に直線的に流れる場合よりも流路抵抗が大きくなる。そして、このことに起因して材料が混練部８に滞って下流側に流れ難くなり、その結果、材料の混練度が高くなる。

　一方、混練度を低くしたい場合は、ゲート部材１４の対向面２０を円筒セグメント１３の外周面１５から離反させてゲート開状態にする。このゲート開状態では、ゲート部材１４をその対向面２０がバレル３の内周面とほぼ面一になる位置まで後退させる。このとき、ゲート部材１４の対向面２０から凸部２１がバレル３の内側に向かって突出しているため、その凸部２１によって流路面積が若干小さくなる。しかし、ゲート部材１４が円筒セグメント１３から離反している状態にあっては、凸部２１による流路面積の減少分は全体の流路面積に対して僅かであり、そのため、ゲート部材１４の対向面２０に凸部２１が設けられていても材料の混練度に実質的な影響が及ぶことは殆どない。それゆえ、本実施形態の混練度調整装置１において、材料の混練度の下限は、材料が軸方向に沿って直線的に流れる場合と殆ど変わらない。

　以上のように、ゲート閉状態では、材料が軸方向に蛇行して流れて、軸方向に沿って材料が直線的に流れる場合に比べて材料の混練度が高くなる一方、ゲート開状態では、材料の混練度は軸方向に沿って材料が直線的に流れる場合と殆ど変わらない。それゆえ、本実施形態の混練度調整装置１では、混練度の調整範囲を広くすることが可能となる。

　＜第２実施形態＞
　次に、図３を参照して第２実施形態の混練度調整装置１について説明する。

　第２実施形態の混練度調整装置１が第１実施形態と異なる点は、凸部２１がゲート部材１４に軸方向に並んで複数形成されているとともに、凹部１６が円筒セグメント１３に軸方向に並んで複数形成されている点にある。

　すなわち、第２実施形態のゲート部材１４の対向面２０には軸方向に複数（本実施形態では２個）の凸部２１が並んで形成され、円筒セグメント１３の外周面１５には複数の凸部２１に対応して凹部１６が同数形成されている。

　このように凸部２１及び凹部１６をそれぞれ複数設けることによって、ゲート部材１４の対向面２０と円筒セグメント１３の外周面１５との間に形成される材料の流路が第１実施形態よりも激しく蛇行することになる。その結果、流路抵抗を第１実施形態よりも増加させることが可能となり、材料の混練度をより広い範囲に亘って調整することが可能となる。

　なお、第２実施形態の混練度調整装置１における上記以外の構成は第１実施形態と同様である。よって、上記以外の構成については説明を省略する。

　＜第３実施形態＞
　次に、図４を参照して、第３実施形態の混練度調整装置１について説明する。

　第３実施形態の混練度調整装置１が第１実施形態と異なる点は、凸部２１が形成されている部材と、凹部１６が形成されている部材とが第１実施形態の場合と逆になっている点にある。

　すなわち、第３実施形態の混練度調整装置１では、凸部２１が円筒セグメント１３の外周面１５に形成されており、凹部１６がゲート部材１４の対向面２０に形成されている。この凹部１６は、ゲート部材１４の対向面２０において凸部２１に対応した軸方向位置に配置されている。

　なお、第３実施形態の混練度調整装置１における上記以外の構成及び作用効果は第１実施形態と同様である。よって、上記以外の構成については説明を省略する。

　以下に、実施例及び比較例を用いて、本実施形態に係る混練度調整装置１が材料の混練度に及ぼす効果について説明する。

　実施例及び比較例に用いられる押出機２は、一対の混練スクリュ４（最大回転外径７２ｍｍ、全長２１００ｍｍ）をバレル３内に２軸噛み合い状態で備える同方向回転型の２軸押出機２である。実施例及び比較例では、材料（ＰＰ系樹脂）を２４０℃のバレル３内で加熱しつつ、混練スクリュ４を回転数２６０ｒｐｍで回転させながら流量（処理量）５００ｋｇ／ｈでその材料を混練した。

　〈比較例〉
　この比較例では、混練スクリュ４は、その軸方向の中途部に外径５７ｍｍで長さ４０ｍｍの円筒セグメント１３を備えており、混練度調整装置１は、軸方向の長さが円筒セグメント１３と等しいゲート部材１４を、円筒セグメント１３に対応した軸方向位置に備えている。このゲート部材１４は、円筒セグメント１３の外周面１５から１．５ｍｍのクリアランスが形成される位置までその円筒セグメント１３に近接可能となっている。そして、この比較例では、円筒セグメント１３に凹部１６が形成されておらず、ゲート部材１４に凸部２１が形成されていない。

　図５は、上述した混練条件で材料を混練した場合の、ゲート開度δ、すなわちゲート部材１４の開度に対する、混練度調整装置１の上流側と下流側との間で生じる圧力損失ΔＰの変化を示したものである。圧力損失ΔＰは、混練度調整装置１により材料に与えられる比エネルギや材料の滞留時間に比例するため、混練度の指標として用いることができる。それゆえ、ここでは混練度の指標に、混練度調整装置１の上流側と下流側との間で生じる圧力損失ΔＰを用いている。

　なお、図５の横軸に示されるゲート開度δは、ゲート部材１４が全開の状態における開度を１００％とした場合の当該ゲート部材１４の開度をパーセント表示で示したものである。また、図５の縦軸に示される圧力損失ΔＰは、比較例の混練度調整装置１においてゲート部材１４が全閉の状態における圧力損失ΔＰを１００％とした場合の各開度における圧力損失ΔＰをパーセント表示で示したものである。

　この比較例におけるゲート開度δに対する圧力損失ΔＰの変化、換言すれば混練度の変化は以下の通りである。

　すなわち、図５に示すように、ゲート開度δが１００％のときの比較例の圧力損失ΔＰはＰ₁ ％である。そして、ゲート開度δが１００％から０％へ向かって変化するに連れて圧力損失ΔＰは徐々に大きくなってゆき、ゲート開度δが０％のときに圧力損失ΔＰは比較例の場合の最大値であるＰ₂％を示す。それゆえ、比較例の混練度調整範囲は（Ｐ₂-Ｐ₁）％として示される。

　〈実施例１〉
　一方、実施例１では、ゲート部材１４の軸方向中央部に内周側に向かって突出高さ３．５ｍｍで軸方向の長さ８ｍｍの凸部２１が１箇所形成されており、円筒セグメント１３には凸部２１に対応した軸方向位置に軸方向の幅１１ｍｍで３．５ｍｍの深さに凹んだ環状の凹部１６が形成されている。なお、実施例１におけるその他構成や実験条件については、比較例と同様である。

　この実施例１におけるゲート開度δに対する圧力損失ΔＰの変化、換言すれば混練度の変化は以下の通りである。

　すなわち、図５に示すように、ゲート開度δが１００％のときの実施例１の圧力損失ΔＰはＰ₁’％である。このＰ₁’の値は、図５からも明らかなように、前記Ｐ₁の値と大差がない。それゆえ、ゲート部材１４が全開状態のときの材料の混練度は、実施例１の場合と比較例の場合との間で大差がなく、その結果、実施例１のようにゲート部材１４に凸部２１が設けられていてもゲート部材１４が全開状態のときの材料の混練度には大きく影響しないことがわかる。

　また、実施例１の圧力損失ΔＰも、ゲート開度δが１００％から０％へ向かって変化するに連れて徐々に大きくなってゆく。ここで、ゲート開度δが全範囲の中で比較的全閉状態に近い領域であり、材料の混練度への影響が顕著である図５のＡ領域に着目すると、実施例１のゲート開度δが圧力損失ΔＰに対して比較例と略等しい傾きで変化していることが分かる。このことから、実施例１においてゲート開度δが全閉に近づいた場合における混練度調整装置１の操作性は、比較例の場合とほぼ同じレベルと判断される。それゆえ、実施例１の混練度調整装置１を比較例の装置に代えて用いても、混練度を調整する際の装置の操作性には何ら問題が起きないと判断される。

　さらに、実施例１の圧力損失ΔＰは、ゲート開度δが０％のときにＰ₂’％を示し、最大となる。このＰ₂’の値は、図５からも明らかなように、前記Ｐ₂の値よりもはるかに高い値となっている。それゆえ、ゲート部材１４が全閉状態のときの材料の混練度は、実施例１の場合が比較例の場合よりも大きくなっており、その結果、実施例１の混練度調整装置１ではゲート部材１４が全閉状態のときの材料の混練度を比較例よりも高くすることができると考えられる。

　なお、実施例１の混練度調整範囲は、比較例の場合と同様に（Ｐ₂’-Ｐ₁’）％として示される。ここで、上述したように、Ｐ₁’≒Ｐ₁であり、Ｐ₂’＞Ｐ₂である。それゆえ、（Ｐ₂’-Ｐ₁’）＞（Ｐ₂-Ｐ₁）となって、実施例１の混練度調整装置１では混練度調整範囲が比較例の場合よりも広くなる。

　また、上述した第２実施形態及び第３実施形態の混練度調整装置１においても、実施例１と同様に、同じゲート開度δに対する圧力損失ΔＰ（混練度）の値が比較例の場合よりも大きくなる傾向が得られた。このことから、第２実施形態及び第３実施形態の混練度調整装置１を適用した実施例についても、実施例１と同様の結果が得られると考えられる。なお、第２実施形態及び第３実施形態の混練度調整装置１を用いた実施例についての詳しい説明は省略する。

　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。

　上記実施形態では、混練処理装置として２軸完全噛み合い型の押出機２が例示されている。しかし、混練処理装置として、単軸又は３軸以上の押出機を用いても良いし、完全噛み合い型以外の押出機を用いても良い。また、混練処理装置には、連続混練機を用いることもできる。連続混練機を用いる場合には、セグメント部材をスプライン軸と分離せず、それらが一体形成された混練スクリュとしても良い。

　また、混練スクリュ４における送り部７及び混練部８の配置や数、また、混練度調整装置１の配置や数は、材料の種類や混練の用途に応じて任意に変更することができるものであり、第１実施形態～第３実施形態に限定されるものではない。

　上記実施形態では、対向面２０の周方向に連続した鍔状の凸部２１が、連続した環状溝の凹部１６に嵌り合うものを例示した。それゆえ、例えば第１実施形態を例に挙げると、図２のＶＩ－ＶＩ線断面を図示する図６に示すように、凸部２１は周方向に連続した鍔状となっている。しかし、凸部２１は、図７に示すように、一定の長さを持った複数の突起がスリットを介して対向面２０の周方向に並んだものとすることもできる。

　また、本発明は、スロットタイプの混練度調整装置に適用しても良い。この場合、混練スクリュ４にテーパ面を有する円筒部（円筒セグメント１３に相当する）を形成し、この円筒部の外周面（テーパ面）に対して軸方向に近接離反するゲート部材を設けるとともにそのゲート部材に前記円筒部のテーパ面に対向するテーパ面（対向面に相当する）を形成する。そして、これら各テーパ面に相対する凸部と凹部を配設することによって、当該両テーパ面の間に形成される流路を屈曲状に形成することができる。

　また、本発明における流路の屈曲は、直角に屈曲する形態に限られない。すなわち、流路が屈曲する角度は適宜設定してもよい。例えば、ゲート部材１４の凸部２１を、混練スクリュ４の軸方向に沿った断面が台形状となるように形成するとともに、これと整合する形状に円筒セグメント１３の凹部１６を形成してそれら凸部２１と凹部１６の間の空間を流路としてもよい。また、流路のうち屈曲する箇所を局所的に曲線状にしてもよい。例えば、ゲート部材１４の凸部２１の突端面２４と凸部側面２５とによって構成される角部や、ゲート部材１４の対向面２０と凸部側面２５とによって構成される角部が丸みを有しているとともに、円筒セグメント１３の凹部１６の底面２２と側面２３とによって構成される角部や、円筒セグメント１３の外周面１５と凹部１６の側面２３とによって構成される角部が丸みを有していて、それによって流路の屈曲する箇所が曲線状になっていてもよい。

（本実施形態の概要）
　本実施形態をまとめると以下のようになる。

　すなわち、本実施形態に係る混練度調整装置は、円筒セグメントが所定箇所に形成されるとともに材料を下流側に送りながら混練する混練スクリュを備えた混練処理設備に設けられ、材料の混練度を調整するための混練度調整装置であって、前記円筒セグメントの外周面に対向する対向面を有し、その対向面が前記円筒セグメントの外周面に対して近接離反するように移動して当該対向面と前記円筒セグメントの外周面との間に形成される材料の流路の面積を変化させるゲート部材を備え、前記外周面と前記対向面には、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が設けられている。

　この混練度調整装置では、ゲート部材を円筒セグメントに最も近接させたときにゲート部材と円筒セグメントとの間に形成される流路を通って材料が下流側に流れる。そして、この混練度調整装置では、円筒セグメントの外周面とゲート部材の対向面に、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が設けられているので、流路抵抗が軸方向に沿って直線的に延びる流路に材料が流れる場合よりも大きくなり、材料が下流側に流れ難くなる。それゆえ、ゲート部材を円筒セグメントに近接させたときの材料の混練度が高くなり、混練度の調整範囲を広くすることが可能となる。従って、この混練度調整装置では、ゲート部材と円筒セグメントとを金属接触の虞がある距離にまで近接させなくても、混練度の調整範囲を広くすることができる。

　なお、前記外周面と前記対向面のうち一方の面には、その軸方向の一部が凹むことによって形成されるとともに、その一方の面の周方向の全域に亘って形成された凹部が設けられ、前記外周面と前記対向面のうち他方の面には、前記凹部の中に入り込むことが可能な形状を有する凸部が設けられ、前記流路は、前記凹部内に前記凸部が入り込んだ状態でその凹部と凸部との間に形成されると良い。

　このようにすれば、ゲート部材を円筒セグメントに近接させて凹部の中に凸部を入り込ませたときに凸部と凹部との間に屈曲した流路が形成され、材料が凸部と凹部との間を蛇行して流れるので、流路抵抗を大きくして材料の混練度を高くすることが可能となる。また、この構成では、ゲート部材を円筒セグメントに近接させるときに凹部の中に凸部を入り込ませることができるため、ゲート部材と円筒セグメントとの金属接触を避けつつ、ゲート部材と円筒セグメントとをより近接させることが可能となり、その結果、材料の混練度の上限をより高くすることができる。従って、この構成では、ゲート部材と円筒セグメントとの金属接触を避けつつ、混練度の調整範囲をより広くすることができる。

　また、前記凸部の突出高さは、前記ゲート部材が前記円筒セグメントに最も近接したときの前記凸部及び前記凹部を除く前記ゲート部材の対向面と前記円筒セグメントの外周面との間のクリアランスよりも大きい値に設定されているのが好ましい。

　このようにすれば、ゲート部材が円筒セグメントに最も近接したときには凸部の先端が前記クリアランスを超えて凹部の中に入り込み、材料の流路が混練スクリュの軸方向に対して必然的に屈曲したものとなる。

　なお、前記凸部及び前記凹部は、前記混練スクリュの軸方向に並んで複数設けられているのが良い。このようにすれば、流路の屈曲回数が多くなって流路抵抗がさらに高くなり、材料の混練度の調整範囲をさらに広くすることができる。

　そして、上述のような混練度調整装置を備えた押出機や連続混練機では、混練度の調整範囲を広くして混練性能を向上させることが可能となる。

Claims

　円筒セグメントが所定箇所に形成されるとともに材料を下流側に送りながら混練する混練スクリュを備えた混練処理設備に設けられ、材料の混練度を調整するための混練度調整装置であって、
　前記円筒セグメントの外周面に対向する対向面を有し、その対向面が前記円筒セグメントの外周面に対して近接離反するように移動して当該対向面と前記円筒セグメントの外周面との間に形成される材料の流路の面積を変化させるゲート部材を備え、
　前記外周面と前記対向面には、前記流路を屈曲した形状に形成する凸凹部が設けられている、混練度調整装置。
　請求項１に記載の混練度調整装置において、
　前記外周面と前記対向面のうち一方の面には、その軸方向の一部が凹むことによって形成されるとともに、その一方の面の周方向の全域に亘って形成された凹部が設けられ、
　前記外周面と前記対向面のうち他方の面には、前記凹部の中に入り込むことが可能な形状を有する凸部が設けられ、
　前記流路は、前記凹部内に前記凸部が入り込んだ状態でその凹部と凸部との間に形成される、混練度調整装置。
　請求項２に記載の混練度調整装置において、
　前記凸部の突出高さは、前記ゲート部材が前記円筒セグメントに最も近接したときの前記凸部及び前記凹部を除く前記ゲート部材の対向面と前記円筒セグメントの外周面との間のクリアランスよりも大きい値に設定されている、混練度調整装置。
　請求項２に記載の混練度調整装置において、
　前記凸部及び前記凹部は、前記混練スクリュの軸方向に並んで複数設けられている、混練度調整装置。
　請求項１に記載の混練度調整装置を備えた押出機。
　請求項１に記載の混練度調整装置を備えた連続混練機。