WO2012161286A1 - 連続混練機 - Google Patents

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center
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紗矢香 山田
山口　和郎
和久 福谷
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株式会社神戸製鋼所
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    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion

Definitions

  • the present invention relates to a continuous kneader for kneading difficult-to-knead resin materials.
  • a continuous kneader rotates a pair of kneading rotors inserted into a barrel while kneading materials such as polymer resin pellets and powder additives supplied in the barrel in the barrel. It has a mechanism to send it to the downstream side.
  • kneading disersion kneading
  • an elongational flow a flow that stretches the material
  • a shearing flow a flow that tears the material
  • Patent Document 1 discloses an injection molding machine including a pair of kneading rotors in a barrel, and here, the flight surface of a kneading flight that rotates while facing the inner wall surface of the barrel is inclined along the axial direction. is doing. If the flight surface is formed in an inclined manner in this way, the clearance (tip clearance) formed between the inner wall surface of the barrel and the flight surface gradually narrows in the axial direction (material flow direction). Thereby, an extension flow can be given to the material guided to this clearance.
  • the tip clearance is widened when the flight surface of the kneading flight passes through the inner wall surface closer to the center (meshing side) of the barrel, but when the flight surface passes through the inner wall surface outside the barrel away from the center. Tip clearance is reduced. Therefore, in this extruder, it becomes possible to give a certain amount of elongational flow to the material passing through this narrow chip clearance.
  • the different direction rotating type continuous kneader is said to be easy to impart an extension flow to the material as compared with the same direction rotating type extruder and batch type kneader.
  • the flight surfaces move toward each other in the proximity of each other. For this reason, it is possible to carry out and stretch the material between the flights relatively easily, and an elongational flow can be imparted to the material.
  • the kneading equipment of Patent Documents 2 to 4 is a co-rotating type apparatus, and unlike a continuous kneading machine of different direction rotating type, it has a portion in which the flights mesh with each other while moving in the same direction. Not. In addition, in these devices, the tip clearance of this “meshing portion” that is important for generating an extension flow is not reduced. In other words, in the kneading equipment of Patent Documents 2 to 4 different from the different direction rotating type continuous kneader, even if the kneading rotor is decentered, a sufficient elongation flow cannot be imparted to the material. It has been clarified as an on-site result that dispersion kneading cannot be performed.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a continuous kneader that can increase the volume ratio of a material that causes elongational flow and can easily impart elongational flow to the material. Objective.
  • the continuous kneader of the present invention comprises the following technical means. That is, the continuous kneader of the present invention is a barrel having two parallel through holes formed in the axial direction, and a part of inner wall surfaces of the through holes overlap each other.
  • a continuous kneader comprising: The kneading rotor has two or more kneading flights around the axis of the kneading rotor, In the cross-section in the direction perpendicular to the axis, the rotation center of the kneading rotor is eccentric from the center of the circular hole through which the kneading rotor is inserted toward the center or the upper side of the barrel.
  • the kneading rotor is rotated from the center of the through hole through which the kneading rotor is inserted with respect to a reference line that connects the centers of the two through holes.
  • it is preferably located within an angle range of ⁇ 90 ° or more and + 70 ° or less.
  • the kneading flight includes a flight surface capable of generating an extensional flow between the kneading rotor and the inner wall surface of the barrel on the side facing the rotation direction of the kneading rotor.
  • the angle of attack defined as the angle between the inner wall surface of the barrel and the flight surface is 10 ° or more and 60 ° or less.
  • the continuous kneader of the present invention it is possible to increase the volume ratio of the material causing the elongational flow and easily impart the elongational flow to the material.
  • FIG. 1 It is front sectional drawing of the continuous kneader which concerns on this invention.
  • A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and
  • (b) is a view showing a region where the shaft center of the kneading rotor can be arranged on the cross section of the barrel.
  • (A), (b), and (c) are diagrams showing continuous kneaders in which the shaft center of the kneading rotor is decentered to different eccentric angles ⁇ with respect to the center of the circular hole, and (a) is an eccentric angle ⁇ .
  • (A) (b) is the figure which showed the relationship between the clearance ratio which shows the eccentric degree of a kneading rotor, and the volume ratio of the material which raise
  • (A) (b) is the figure which showed the relationship between the clearance ratio which shows the eccentric degree of a kneading rotor, and the volume ratio of the material which raise
  • FIG. 1 shows a continuous kneader 1 of the present invention.
  • the continuous kneader 1 of the present invention is a facility including a biaxial kneading rotor 2 that rotates in different directions, and kneads a material such as a resin.
  • the continuous kneading machine 1 is an equipment that feeds the material supplied from the upstream side to the downstream side while continuously kneading.
  • the continuous kneading machine 1 is used as an equipment different from a twin-screw extruder, a batch kneader, or the like.
  • the continuous kneader 1 (hereinafter simply referred to as a kneader 1) has a barrel 3 having a hollow inside and a kneading rotor 2 accommodated in the barrel 3. Inside the barrel 3, two circular holes 4 capable of accommodating the kneading rotor 2 are drilled side by side in parallel. The kneading rotor 2 is inserted through each of the two circular holes 4.
  • This kneading machine 1 is a biaxial type having a total of two kneading rotors 2.
  • the barrel 3 is formed in a long cylindrical shape along the horizontal direction. Inside the barrel 3, as described above, the two circular holes 4, 4 are formed in parallel so as to face from upstream to downstream (axial direction).
  • a hopper 5 for supplying material into the barrel 3 is provided on the upstream side in the axial direction of the barrel 3.
  • the barrel 3 is provided with an electric heater and a heating device (not shown) using heated oil.
  • the circular hole 4 is a substantially cylindrical lateral hole obtained by hollowing out the inside of the barrel 3 in the horizontal direction.
  • the cross section of the circular hole 4 facing the direction perpendicular to the axis is substantially circular.
  • the pair of left and right circular holes 4 are provided in parallel in the horizontal direction, and a part of the inner wall surface 12 of the circular hole 4 overlaps each other. Therefore, the cross-sectional shape of the barrel 3 in the direction perpendicular to the axis is a so-called “glass hole shape”, and the material can be distributed (traversed) between the circular holes 4 and 4.
  • the kneading rotor 2 is provided in a pair of left and right so as to be inserted through each of the circular holes 4.
  • the pair of kneading rotors 2 and 2 includes a spline shaft (not shown) formed along the axial direction, and a plurality of segments are fixed in a skewered manner by the spline shaft.
  • the kneading machine 1 shown in the figure is a different direction rotating type in which a pair of kneading rotors 2 and 2 rotate in different rotation directions in the respective circular holes 4. That is, in the illustrated example, the rotation direction of the left kneading rotor 2 is clockwise, and the rotation direction of the right kneading rotor 2 is counterclockwise.
  • the kneading rotor 2 is formed by combining various types of segments in the axial direction, and is divided into a plurality of parts in the axial direction depending on the type of segment used.
  • the kneading rotor 2 in FIG. 1 has three parts. These three parts are composed of a kneading part 6 for kneading the material, a feeding part 7 arranged upstream from the kneading part 6 and an extruding part 8 arranged downstream from the kneading part 6. Yes.
  • the feeding unit 7 sends the material to the kneading unit 6.
  • the extrusion unit 8 sends the material kneaded by the kneading unit 6 to a downstream pelletizer or the like.
  • the kneading rotor 2 is composed of a plurality of rotor segments 9 (kneading segments) arranged continuously in the axial direction. These rotor segments 9 are formed in a triangular shape whose cross section in the direction perpendicular to the axis is distorted in the rotational direction, and have three kneading flights 10 around the axis.
  • these kneading flights 10 rotate so that the flight surface 11 formed at the tip of the kneading flight grazes the inner wall surface 12 of the barrel 3. Thereby, since the flight surface 11 scrapes off the material adhering to the inner wall surface 12, the material can be kneaded.
  • the rotation center (axial center) of the kneading rotor 2 is closer to the center of the barrel 3 from the center of the through hole 4 into which the kneading rotor 2 is inserted ( Eccentric toward the center) or upward.
  • the rotation center R of the kneading rotor 2 viewed from the center P of the through hole 4 is relative to a reference line L connecting the centers P of the two through holes 4.
  • the eccentric angle ⁇ of the left kneading rotor 2 is taken as an example.
  • the reference line L extends horizontally through the center P.
  • the left kneading rotor 2 rotates clockwise.
  • the above-described example relates to the left kneading rotor 2, but in the case of the right kneading rotor 2, the hatched portion is axisymmetric on the left and right.
  • the rotation center R of the kneading rotor 2 is arranged at the eccentric angle ⁇ when viewed from the center P of the circular hole 4 as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c)
  • the rotation center R of the kneading rotor 2 shown as a black dot is upward (in the direction of the white arrow) when viewed from the center P of the circular hole 4 shown by x. They are offset.
  • the eccentric angle ⁇ ⁇ 90 °.
  • the rotation center R of the kneading rotor 2 is the center of the circular hole 4 as shown in FIG. It shifts from P to the hatched portion described above.
  • the tip of the kneading rotor 2 approaches the inner wall surface 12 where the two circular holes 4 overlap each other by the amount that the rotation center R is eccentric from the position of the center P.
  • the three kneading flights 10 are provided with a phase difference of 120 ° around the rotation center R of the kneading rotor 2.
  • a flight surface 11 is formed on each kneading flight 10.
  • the surface of the kneading flight 10 that protrudes to the outermost diameter side (outer peripheral side) is a chip surface that faces the inner wall surface 12 of the barrel 3.
  • the flight surface 11 adjacent to the circumferential direction of rotation with respect to the tip surface is a gently sloping slope 13.
  • the flight surface 11 adjacent to the opposite side in the circumferential direction is a steep slope 14 that is inclined so as to stand up.
  • the gentle slope 13 is a surface capable of guiding the material by facing the rotation direction of the kneading rotor 2. There is an angle of attack ⁇ between the inner wall surface 12 of the barrel 3 and the gentle slope 13 so that an elongated flow can occur in the material.
  • the attack angle ⁇ is defined as an angle formed by the gentle slope 13 and the inner wall surface 12 of the barrel 3. Specifically, this angle of attack ⁇ is a line (point of intersection) where the extension of the gentle slope 13 and the inner wall surface 12 of the barrel 3 intersect (intersection) in the cross section perpendicular to the axis (see FIG. )) And the gentle slope 13 is defined as an angle.
  • the angle of attack ⁇ is specifically 10 ° to 60 °, more preferably 14 ° to 60 °.
  • the angle of attack ⁇ is 10 ° or more, preferably 14 ° or more, the material flows into a small chip clearance formed between the inner wall surface 12 of the barrel 3 and the chip surface at a time, and an elongated flow is generated in the material. It becomes possible.
  • the angle of attack ⁇ is 60 ° or less, the rotational resistance applied to the kneading flight 10 becomes small, and the kneading rotor 2 rotates smoothly.
  • the continuous kneader 1 of this invention is demonstrated in more detail using an Example and a comparative example.
  • materials are kneaded using a continuous kneader 1 having two kneading rotors 2 having three kneading flights 10 in a barrel 3.
  • a kneading rotor having three kneading flights 10 is called a three-blade type kneading rotor.
  • the angle of attack ⁇ is 70 °, 60 °, 30 °, 14 °, 10 °, and 5 ° in each example.
  • This “clearance ratio” is an index indicating how much the kneading rotor 2 is decentered from the center P of the circular hole 4 with respect to the inner wall surface 12 of the barrel 3. It is shown as a deviation indicating the degree of deviation.
  • the “clearance ratio” specifically, first, the clearances of the tip portions of the three kneading flights 10 from the inner wall surface 12 of the barrel 3 are obtained. Then, the “clearance ratio” is obtained by dividing the minimum clearance value by the maximum clearance value among the three clearances.
  • the “clearance ratio” is 1.
  • the “volume increase rate” relates to a volume ratio of a material having an FN (flow number) exceeding 0.7, that is, a material causing an elongational flow in all materials.
  • the “volume ratio increase rate” is FN> 0.7 when the rotation center R of the kneading rotor 2 is concentric with the center P of the circular hole 4, that is, when the rotation center R of the kneading rotor 2 is not eccentric.
  • the increase in the volume ratio of a material with FN> 0.7 is shown as a percentage based on the volume ratio of a certain material.
  • FN flow number
  • FN (
  • the angle of attack ⁇ is 60 °
  • the “volume ratio increase rate” is a positive value. Therefore, in these experimental data, the volume ratio of the material in which the extension flow is generated is larger than in the case where the kneading rotor 2 is not eccentric.
  • the eccentric angle ⁇ is preferably in the range of ⁇ 90 ° to + 70 °, more preferably in the range of ⁇ 36 ° to 0 °. it is conceivable that.
  • the volume ratio of the material in which the elongational flow is generated is rather small. From this, it is determined that the eccentric angle ⁇ of the kneading rotor 2 should be at least + 70 ° or less in order to generate an elongated flow in the material.
  • the angle of attack ⁇ is 10 ° (FIG. 5B) is compared with the case where the angle of attack ⁇ is 5 ° (FIG. 6A).
  • the angle of attack ⁇ is 60 ° (FIG. 4A) and the case where the angle of attack ⁇ is 70 ° (FIG. 6B) are compared.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the shape, structure, material, combination, and the like of each member can be appropriately changed without departing from the essence of the invention.
  • the present invention includes a case where only one kneading rotor 2 is eccentric from the center of the circular hole toward the center of the barrel or upward.
  • the kneading rotor 2 not only the above-described three-blade type but also a two-blade type may be used.
  • a kneading rotor having two kneading flights at a position 180 ° with respect to the center of rotation is used.
  • the relationship between the “clearance ratio” and the “volume ratio increase rate” is obtained under the same experimental conditions as the three-blade type kneading rotor.

Abstract

　本発明の連続混練機１は、バレル３と、互いに異なる方向に回転する２つの混練ロータ２と、を備える。バレル３は軸方向に形成された平行な２つの円通孔４、４を内部に有し、円通孔４、４の内壁面１２の一部は互いに重なり合っている。混練ロータ２は、円通孔４、４のそれぞれの内部に挿通される。混練ロータ２は、軸心回りに２つ以上の混練フライト１０を有する。軸垂直方向の断面において、混練ロータ２の回転中心Ｒは、混練ロータ２が挿通された円通孔４の中心Ｐからバレル３の中央寄りまたは上方寄りに偏心している。

Description

連続混練機
　本発明は、難混練性の樹脂材料の混練を行う連続混練機に関する。
　一般に、連続混練機は、バレル内に挿通された一対の混練ロータを回転させることによって、バレル内に供給された高分子樹脂のペレットや粉状の添加物などの材料をバレル内で混練しながら下流側へ送る機構を有する。
　このような連続混練機での混練（分散混練）においては、一般に、せん断流れ（材料を引き裂くような流れ）を材料に付与するより、伸長流れ（材料を引き伸ばすような流れ）を材料に付与する方が優位であると言われている。特に、近年は新しい複合樹脂材料の開発などにより、難混練性の材料が増える傾向がある。そのため、特に近年は、混練時において伸長流れを起こす材料の体積割合を高めることによって分散混練を効果的に行いたいというニーズが大きくなっている。
　伸長流れを起こす材料の体積割合を高めようとする場合は、入側が広く出側が狭い流路、言い換えれば流れ方向に開口断面積が急激に小さくなるような流路に材料を導いて混練を行うことが一般的である。例えば特許文献１には、一対の混練ロータをバレル内に備えた射出成形機が開示されており、ここではバレルの内壁面に対面して回転する混練フライトのフライト面が軸方向に沿って傾斜している。このようにフライト面を傾斜状に形成すれば、バレルの内壁面とフライト面との間に形成されるクリアランス（チップクリアランス）が、軸方向（材料の流れ方向）に徐々に狭まるようになる。これにより、このクリアランスに導かれる材料に伸長流れを付与可能となる。
　また、入側が広く出側が狭い流路を得る方法としては、混練ロータの軸心とこの混練ロータが挿入されるバレル内の円通孔の中心とを偏心させる方法もある。
　例えば、特許文献２に開示された押出機においては、バレルの内壁面に対する混練フライトの衝突（かじり）を回避する目的ではあるが、混練ロータの軸心が円通孔の中心に対して外側に偏心している。この押出機では、混練フライトのフライト面がバレルの中心寄り（噛み合い側）の内壁面を通過するときにはチップクリアランスが広くなるが、中心から離れたバレルの外側の内壁面をフライト面が通過するときにはチップクリアランスが狭くなる。したがって、この押出機では、この狭いチップクリアランスを通過する材料に、ある程度の伸長流れを付与することが可能となる。
　このように混練ロータの軸心が円通孔の中心から偏心した混練設備としては、特許文献２の設備以外にも、例えば特許文献３の２軸押出機や特許文献４のバッチ式混練機などが知られている。
日本国特開２００６－１２６５号公報 日本国特開２００６－５６０９５号公報 日本国特開昭６２－２３４５３３号公報 日本国実開平２－７６０２０号公報
　ところで、特許文献１の射出成形機においては、上述したように軸方向に沿って傾斜したフライト面に沿って材料が流れた場合に、材料に伸長流れが付与される。しかしながら、周方向に回転する混練ロータにおいて、フライト面は、周方向に大きな速度で移動していても、軸方向にはあまり大きな速度で移動していない。つまり、混練ロータを回転させることで形成される材料の流れは、周方向には大きな速度成分を有していても、軸方向には大きな速度成分を有していない。当然、材料の流れが弱い軸方向に沿ってフライト面を傾斜させても、材料に付与できる伸長流れの程度はそれほど大きくない。それゆえ、特許文献１の射出成形機では、フライト面を傾斜させた効果があまり発揮されず、難混練性の材料を十分に分散混練することが困難であった。
　一方、混練設備には混練ロータの回転方向などによってさまざまな種類がある。この中でも、異方向回転型の連続混練機は、同方向回転型の押出機やバッチ式の混練機に比べて、材料に伸長流れを付与しやすいといわれている。異方向に回転し合う２軸の混練ロータ間では、言い換えればフライトの噛み合い部分では、フライト面同士が互いに近接し合いながら互いに同じ方向に向かって移動する。そのため、フライト間に材料を巻き込んで引き伸ばすことが比較的容易に実施可能になり、材料に伸長流れを付与することができる。
　ところが、特許文献２～特許文献４の混練設備は同方向回転型の装置であり、異方向回転型の連続混練機とは異なり、フライト同士が同じ方向に向かって移動しつつ噛み合う部分を有していない。加えて、これらの装置においては、伸長流れを発生させるために重要なこの「噛み合う部分」のチップクリアランスが小さくなっていない。つまり、異方向回転型の連続混練機とは異なる特許文献２～特許文献４の混練設備では、混練ロータを偏心させても材料に十分な伸長流れを付与することはできず、材料に十分な分散混練を行うことはできないことが現場の実績として明らかとなっている。
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、伸長流れを起こす材料の体積割合を高めて、材料に容易に伸長流れを付与することが可能になる連続混練機を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の連続混練機は以下の技術的手段を備える。
　すなわち、本発明の連続混練機は、軸方向に形成された平行な２つの円通孔を内部に有するバレルであって、前記円通孔の内壁面の一部同士が互いに重なり合っている、バレルと、
　互いに異なる方向に回転する２つの混練ロータであって、前記円通孔のそれぞれの内部に挿通される、混練ロータと、
を備えた連続混練機であって、
　前記混練ロータは、前記混練ロータの軸心回りに２つ以上の混練フライトを有し、
　軸垂直方向の断面において、前記混練ロータの回転中心が、前記混練ロータが挿通された円通孔の中心から前記バレルの中央寄りまたは上方寄りに偏心していることを特徴とするものである。
　なお、軸垂直方向の断面において、前記混練ロータの回転中心が、２つの前記円通孔の中心間を結ぶ基準線に対して、前記混練ロータが挿通された円通孔の中心から前記混練ロータの回転方向に、－９０°以上＋７０°以下の角度の範囲内に位置しているのが好ましい。
　また、前記混練フライトは、前記混練ロータの回転方向を向く側に、前記バレルの内壁面との間に伸長流を生起可能なフライト面を備えているのが好ましい。
　さらに、前記バレルの内壁面と前記フライト面との間の角度として規定される迎え角が、１０°以上６０°以下であることが好ましい。
　本発明の連続混練機によれば、伸長流れを起こす材料の体積割合を高めて、材料に容易に伸長流れを付与することが可能になる。
本発明に係る連続混練機の正面断面図である。 （ａ）は図１のＡ－Ａ線断面図であり、（ｂ）は混練ロータの軸心が配置可能な領域をバレルの断面上に示した図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、円通孔の中心を基準としてそれぞれ異なる偏心角γに混練ロータの軸心を偏心させた連続混練機を示す図であり、（ａ）は偏心角γ＝－９０°、（ｂ）は偏心角γ＝０°、（ｃ）は偏心角γ＝＋３６°の場合である。 （ａ）（ｂ）は、混練ロータの偏心程度を示すクリアランス比と、伸長流れを起こす材料の体積割合との関係を、偏心角γの大きさで比較して示した図であり、（ａ）は迎え角θが６０°の場合、（ｂ）は迎え角θが３０°の場合である。 （ａ）（ｂ）は、混練ロータの偏心程度を示すクリアランス比と、伸長流れを起こす材料の体積割合との関係を、偏心角γの大きさで比較して示した図であり、（ａ）は迎え角θが１４°の場合、（ｂ）は迎え角θが１０°の場合である。 （ａ）（ｂ）は、混練ロータの偏心程度を示すクリアランス比と、伸長流れを起こす材料の体積割合との関係を、偏心角γの大きさで比較して示した図であり、（ａ）は迎え角θが５°の場合、（ｂ）は迎え角θが７０°の場合である。
　以下、本発明に係る連続混練機１の一実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。図１は、本発明の連続混練機１を示している。本発明の連続混練機１は、互いに異なる方向に回転する２軸の混練ロータ２を備えた設備であり、樹脂などの材料の混練を行う。この連続混練機１は、上流側から供給された材料を連続して混練しつつ下流側に送る設備であり、例えば２軸押出機やバッチ式混練機などとは別の設備として用いられる。
　連続混練機１（以降、単に混練機１という）は、内部が空洞であるバレル３と、バレル３の内部に収容される混練ロータ２と、を有している。このバレル３の内部には、混練ロータ２を収容可能な２つの円通孔４が、平行に並んで穿孔されている。これら２つの円通孔４のそれぞれには、混練ロータ２が挿通されている。この混練機１は、混練ロータ２を合計で２つ有する２軸タイプである。
　なお、以降の説明において混練機１を説明する際、図１の紙面の左側を上流側、紙面の右側を下流側と呼ぶ。また、図１の紙面の左右方向を軸方向、さらに、この軸方向に対して垂直な方向を軸垂直方向と呼ぶ。
　図１に示すように、バレル３は、水平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、上述したように２つの円通孔４、４が平行に並んで上流から下流（軸方向）を向くように形成されている。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が設けられている。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。
　図２（ａ）に示すように、円通孔４は、バレル３の内部を水平方向に向かってくり抜いて得られる略円筒状の横穴である。円通孔４の軸垂直方向を向く断面は略円形である。円通孔４は、水平方向に平行に並んで左右一対設けられており、円通孔４の内壁面１２の一部が互いに重なり合っている。そのため、バレル３の軸垂直方向の断面形状は、いわゆる「めがね孔状」となっており、両円通孔４、４の間で材料の流通（往来）が可能となっている。
　混練ロータ２は、円通孔４のそれぞれを挿通するように左右一対設けられている。一対の混練ロータ２、２は、軸方向に沿って形成されたスプライン軸（図示略）を内部に備えており、このスプライン軸により串刺し状に複数のセグメントが固定されている。なお、図例の混練機１は、一対の混練ロータ２、２がそれぞれの円通孔４の中で互いに異なる回転方向に回転する異方向回転型である。すなわち、図例では、左側の混練ロータ２の回転方向が時計回り、右側の混練ロータ２の回転方向が反時計回りとなっている。
　図１に示すように、混練ロータ２は、さまざまな種類のセグメントを軸方向に組み合わすことにより形成されており、用いるセグメントの種類によって軸方向に複数のパートに分かれている。図１の混練ロータ２は、３つのパートを有する。これらの３つのパートは、材料を混練する混練部６と、混練部６より上流側に配備された送り部７と、混練部６より下流側に配備された押出部８と、で構成されている。送り部７は、混練部６に材料を送る。押出部８は、混練部６で混練された材料を下流側のペレタイザなどに送る。
　混練部６において、混練ロータ２は、軸方向に連続して配備された複数のロータセグメント９（混練用セグメント）で構成されている。これらのロータセグメント９は、軸垂直方向の断面が回転方向に向かって歪んだ三角形のような形状に形成されており、３つの混練フライト１０を軸心回りに有している。これらの混練フライト１０は、混練ロータ２が回転すると、混練フライトの先端に形成されたフライト面１１が、バレル３の内壁面１２をかすめるように回転する。これにより、フライト面１１が、内壁面１２に付着した材料を残さず掻き取るので、材料が混練可能である。
　ところで、本発明の混練機１においては、軸垂直方向の断面において、混練ロータ２の回転中心（軸心）が、混練ロータ２が挿入される円通孔４の中心からバレル３の中央寄り（中心寄り）または上方寄りに偏心している。具体的には、軸垂直方向の断面において、円通孔４の中心Ｐから見た混練ロータ２の回転中心Ｒが、２つの円通孔４の中心Ｐ間を結ぶ基準線Ｌに対して、混練ロータ２のそれぞれの回転方向へと、偏心角γ＝－９０°～＋７０°で偏心している。
　この「偏心角γ＝－９０°～＋７０°」とは、具体的には、次のような意味である。まず、図２（ｂ）において、左側の混練ロータ２の偏心角γを例にとって考える。この左側の円通孔４の中央には中心Ｐがあり、この中心Ｐを通って基準線Ｌが水平に伸びている。そして、左側の混練ロータ２は時計回りに回転している。
　このような状況において、左側の円通孔４の中心Ｐから見て、混練ロータ２の回転中心Ｒが偏心角γ＝０°～－９０°に位置する場合を考える。この場合、混練ロータ２の回転中心Ｒは、基準線Ｌから円通孔４の中心Ｐ回りに反時計回りに０°～９０°の範囲に位置している。つまり、図２（ｂ）において、混練ロータ２の回転中心Ｐが、中心Ｐを基準として「－γ」の矢印で示す円弧状の領域（左側の円通孔４の中心Ｐから見て右上に位置するハッチングをかけた領域）内にある。このような場合に、混練ロータ２の回転中心Ｐは、偏心角γ＝０°～－９０°に位置するということができる。
　次に、左側の円通孔４の中心Ｐから見て、混練ロータ２の回転中心Ｒが偏心角γ＝０°～＋７０°に位置する場合を考える。この場合、混練ロータ２の回転中心Ｒは、基準線Ｌから円通孔４の中心Ｐ回りに時計回りに０°～７０°の範囲に位置している。つまり、図２（ｂ）において、混練ロータ２の回転中心Ｒが、中心Ｐを基準として「γ」の矢印で示す円弧状の領域（左側の円通孔４の中心Ｐから見て右下に位置するハッチングをかけた領域）内にある。このような場合に、混練ロータ２の回転中心Ｒは、偏心角γ＝０°～＋７０°に位置するということができる。
　つまり、「偏心角γ＝－９０°～＋７０°に混練ロータ２の中心Ｒを偏心させる」とは、混練ロータ２の中心Ｒが、円通孔４の中心Ｐから見て上方、右上方、右方、右下方のいずれかの領域に配置されるということを意味する。すなわち、これは、図２（ｂ）にハッチングで示す部分内に混練ロータ２の回転中心Ｒが位置することを意味している。
　なお、上述した例は左側の混練ロータ２に関するものであるが、右側の混練ロータ２の場合は、ハッチングをかけた部分が左右で線対称となる。
　具体的に、このように混練ロータ２の回転中心Ｒが円通孔４の中心Ｐから見て偏心角γに配置される例としては、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような例がある。
　例えば、図３（ａ）に示す場合には、黒点として示される混練ロータ２の回転中心Ｒが、×印で示される円通孔４の中心Ｐから見て、上方（白矢印の方向）にずれて配置されている。このとき、偏心角γ＝－９０°である。
　また、図３（ｂ）に示す場合には、黒点として示される混練ロータ２の回転中心Ｒが、×印で示される円通孔４の中心Ｐから見て、バレル３の中央寄りにずれて配置されている。このとき、偏心角γ＝０°である。
　さらに、図３（ｃ）に示す場合には、黒点として示される混練ロータ２の回転中心Ｒが、×印で示される円通孔４の中心Ｐから見て、バレル３の中央寄り且つ下方にずれて配置されている。このとき、偏心角γ＝＋３６°である。
　このように偏心角γが－９０°～＋７０°、好ましくは－３６°～０°のとき、図２（ｂ）に示すように、混練ロータ２の回転中心Ｒは、円通孔４の中心Ｐから、上述したハッチングをかけた部分へとずれる。このとき、混練ロータ２の先端は、回転中心Ｒが中心Ｐの位置から偏心した分だけ、両円通孔４同士が重なり合う部分の内壁面１２に近づく。その結果、混練フライト１０同士が噛み合って伸長流れを生起しやすい部分（噛み合い部）において、材料に伸長流れを効果的に発生させることが可能になる。
　一方、混練ロータ２の軸心（回転中心Ｒ）を円通孔４の中心Ｐから偏心させることにより混練フライト１０の先端をバレル３の内壁面１２に近づけた場合でも、材料に伸長流れを効果的に発生させることが困難である場合がある。それは、混練フライト１０のフライト面１１とバレル３の内壁面１２との間に材料を蓄えられるスペースが十分に確保できないような場合である。
　そこで、本発明の連続混練機１では、混練ロータ２の偏心角γだけでなく、フライト面１１の迎え角θについても規定が設けられている。
　図２（ａ）に示すように、３つの混練フライト１０は、混練ロータ２の回転中心Ｒ回りに１２０°の位相差をあけて設けられている。それぞれの混練フライト１０にフライト面１１が形成されている。それぞれのフライト面１１において、この混練フライト１０の最も径外側（外周側）に突出する面が、バレル３の内壁面１２と対面するチップ面となっている。そして、このチップ面を基準として、周方向の回転方向側に隣接したフライト面１１は、なだらかに傾斜した緩斜面１３となっている。また、周方向の反対側に隣接したフライト面１１は、切り立つように傾斜した急斜面１４となっている。このようなフライト面１１において、緩斜面１３は、混練ロータ２の回転方向を向いていて材料を案内可能な面である。バレル３の内壁面１２と緩斜面１３との間には迎え角θがあり、材料に伸長流れを生起可能である。
　迎え角θは、緩斜面１３とバレル３の内壁面１２とがなす角度として規定される。具体的には、この迎え角θは、軸垂直方向の断面において、緩斜面１３の延長とバレル３の内壁面１２とが交わる点（交点）で、内壁面１２に接する線（図２（ａ）参照）と緩斜面１３とが形成する角度として定義される。
　この迎え角θは、具体的には１０°以上６０°以下、より好ましくは１４°以上６０°以下であるのが良い。迎え角θが１０°以上、好ましくは１４°以上であれば、バレル３の内壁面１２とチップ面との間に形成される小さなチップクリアランスに材料が一度に流れ込み、材料に伸長流れを発生させることが可能となる。また、迎え角θが６０°以下である場合には、混練フライト１０に加わる回転抵抗が小さくなり、混練ロータ２がスムーズに回転するようになる。
　以下では、実施例及び比較例を用いて本発明の連続混練機１をさらに詳しく説明する。
　実施例及び比較例においては、３つの混練フライト１０を有する２つの混練ロータ２をバレル３内に備えた連続混練機１を用いて、材料を混練する。尚、このように３つの混練フライト１０を有する混練ロータを、３翼タイプの混練ロータと呼ぶ。迎え角θは、各例で、７０°、６０°、３０°、１４°、１０°、５°である。それぞれの混練ロータ２の軸心（中心）を偏心角γ＝－９０°、－３６°、０°、＋３６°、＋７０°、＋９０°に偏心させた際の伸長流の発生状態を評価した。なお、評価結果は、「クリアランス比」に対する、ＦＮ＞０．７である材料の「体積割合増加率」の変化として、図４及び図５に示される。
　この「クリアランス比」は、混練ロータ２をバレル３の内壁面１２に対して円通孔４の中心Ｐからどの程度の距離だけ偏心させたかを示す指標であり、偏心させていない場合を基準としてずれの程度を示す偏差として示される。具体的に「クリアランス比」を求めるには、まず、バレル３の内壁面１２からの、３つの混練フライト１０のチップ部それぞれのクリアランスを求める。そして、３つのクリアランスのうち最大のクリアランスの値で最小のクリアランスの値を除すことにより、「クリアランス比」が求められる。
　例えば、混練ロータ２の回転中心Ｒが円通孔４の中心Ｐと同じ位置にある場合は、３つの混練フライト１０のチップ部はバレル３の内壁面１２からいずれも等しい距離になるので、「クリアランス比」は１となる。逆に、混練ロータ２の回転中心Ｒが円通孔４の中心Ｐから大きくずれた場合は、「クリアランス比」は０に近づく。
　また、「体積増加率」は、ＦＮ（フローナンバー）が０．７を超えるような材料、すなわち伸長流れを起こす材料の、全材料中での体積割合に関する。すなわち、「体積割合増加率」は、混練ロータ２の回転中心Ｒが円通孔４の中心Ｐと同心の場合、つまり混練ロータ２の回転中心Ｒが偏心していない場合のＦＮ＞０．７である材料の体積割合を基準として、ＦＮ＞０．７である材料の体積割合の増加分を百分率で示したものである。
　なお、ＦＮ（フローナンバー）は、流れ場の伸長度合いを示す指標で、
ＦＮ＝(|相当ひずみ速度|)/(|相当ひずみ速度|＋|渦度|)
と定義される。ＦＮ＝０は純回転であることを示し、ＦＮ＝１は純伸長であることを示し、ＦＮ＝０．５は純せん断であることを示す。
　迎え角θが６０°の図４（ａ）の結果を見ると、混練ロータ２を偏心角γ＝－９０～＋７０°に偏心させた実験データの「クリアランス比」がいずれも１以下であり、「体積割合増加率」が正の値となっている。したがって、これらの実験データにおいては、混練ロータ２の偏心がない場合に比べ、伸長流れが発生する材料の体積割合が大きくなっている。
　特に、混練ロータ２を偏心角γ＝－３６°で偏心させた実験データ（▲）の「体積割合増加率」に比べて、偏心角γ＝－９０°の実験データ（◆）の「体積割合増加率」は小さくなる傾向がある。また、混練ロータを偏心角γ＝０°で偏心させた実験データ（■）の「体積割合増加率」に比べて、偏心角γ＝＋７０°の実験データ（＊）の「体積割合増加率」は小さくなる傾向がある。このことから、伸長流れが発生する材料の体積割合を大きくするためには、偏心角γは－９０°～＋７０°の範囲、より好ましくは－３６°～０°の範囲内であることが好ましいと考えられる。
　一方、迎え角θが３０°である図４（ｂ）の結果を見ると、右側および左側の混練ロータ２を偏心角γ＝＋９０°で偏心させた実験データ（◇）は、「体積割合増加率」が負の値となっている。すなわち、実験データ（◇）は、「体積割合増加率」が正の値となっている図４（ｂ）の偏心角γ＝０°（実験データ（■））や図４（ａ）の偏心角γ＝＋７０°（実験データ（＊））に比べて、伸長流れが発生する材料の体積割合がむしろ少なくなっている。このことから、材料に伸長流れを発生させるためには、混練ロータ２の偏心角γは少なくとも＋７０°以下とした方が良いと判断される。
　また、この図４（ｂ）の実験データ（×）において、偏心角γ＝－９０°である左側の混練ロータ２は、好適範囲（偏心角γ＝－９０°～＋７０°）に含まれている。しかしながら、偏心角γ＝＋９０°である右側の混練ロータ２は、偏心角γの好適範囲には含まれていない。ところが、実験データ（×）の「体積割合増加率」の結果は良好となっている。このことから、一対の混練ロータ２のうち一方だけでも偏心角γの好適範囲を満足していれば、同様な作用効果が得られると判断される。
　次に、迎え角θが１０°の場合（図５（ｂ））と、迎え角θが５°の場合（図６（ａ））とを比較する。迎え角θが１０°の場合には「体積割合増加率」が正の値を示す偏心角γ＝０°の実験データ（■）は、迎え角θが５°の場合に「体積割合増加率」が負の値を示している。このことから、材料に伸長流れを発生させるためには、混練ロータ２の迎え角θが少なくとも＋１０°以上であることが好ましいと判断される。
　次に、迎え角θが６０°の場合（図４（ａ））と、迎え角θが７０°の場合（図６（ｂ））とを比較する。迎え角θが６０°の場合には「体積割合増加率」が正の値を示す偏心角γ＝０°の実験データ（■）は、迎え角θが７０°の場合に「体積割合増加率」が負の値を示している。このことから、材料に伸長流れを発生させるためには、混練ロータ２の迎え角θが少なくとも＋６０°以下であることが好ましいと判断される。
　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内で、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、一対の混練ロータ２のうち一方だけでも偏心角γの好適範囲を満足していれば、もう一方が好適範囲外にあっても、本発明の作用効果が十分に期待できる。それゆえ、本発明には、片方の混練ロータ２だけが円通孔の中心からバレルの中央寄りや上方に偏心している場合も含まれる。
　例えば、混練ロータ２としては、上述した３翼タイプだけでなく、２翼タイプを用いても良い。図５（ａ）に示す実験データ（×）では、回転中心に対して１８０°の位置に２つの混練フライトを備えた混練ロータが用いられている。このような２翼タイプの混練ロータについて、３翼タイプの混練ロータと同様な実験条件で「クリアランス比」と「体積割合増加率」との関係が求められる。この２翼タイプの混練ロータの実験データ（×）においても、偏心角γが０°であるため、「体積割合増加率」が正の値を示しており、材料に伸長流れが発生していることがわかる。このことから、３翼タイプの混練ロータ以外に、軸心回りに少なくとも２つ以上の混練フライトを有する混練ロータを用いても同様な作用効果が期待できると判断される。
　本出願は２０１１年５月２５日出願の日本特許出願（特願２０１１－１１７０６５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　１　混練機
　２　混練ロータ
　３　バレル
　４　円通孔
　５　ホッパ
　６　混練部
　７　送り部
　８　押出部
　９　ロータセグメント
　１０　混練フライト
　１１　フライト面
　１２　内壁面
　１３　緩斜面
　１４　急斜面
　γ　偏心角
　θ　迎え角
　Ｌ　基準線
　Ｐ　円通孔の中心
　Ｒ　混練ロータの回転中心

Claims (4)

  1. 　軸方向に形成された平行な２つの円通孔を内部に有するバレルであって、前記円通孔の内壁面の一部同士が互いに重なり合っている、バレルと、
    　互いに異なる方向に回転する２つの混練ロータであって、前記円通孔のそれぞれの内部に挿通される、混練ロータと、
    を備えた連続混練機であって、
    　前記混練ロータは、前記混練ロータの軸心回りに２つ以上の混練フライトを有し、
    　軸垂直方向の断面において、前記混練ロータの回転中心が、前記混練ロータが挿通された円通孔の中心から前記バレルの中央寄りまたは上方寄りに偏心していることを特徴とする連続混練機。
  2. 　軸垂直方向の断面において、前記混練ロータの回転中心が、２つの前記円通孔の中心間を結ぶ基準線に対して、前記混練ロータが挿通された円通孔の中心から前記混練ロータの回転方向に、－９０°以上＋７０°以下の角度の範囲内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の連続混練機。
  3. 　前記混練フライトは、前記混練ロータの回転方向を向く側に、前記バレルの内壁面との間に伸長流を生起可能なフライト面を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の連続混練機。
  4. 　前記バレルの内壁面と前記フライト面との間の角度として規定される迎え角が、１０°以上６０°以下であることを特徴とする請求項３に記載の連続混練機。
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