WO2020189500A1

WO2020189500A1 - 二軸押出機

Info

Publication number: WO2020189500A1
Application number: PCT/JP2020/010816
Authority: WO
Inventors: 翔平岡田; 植田　俊弘
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: CN113348063A; US20220001590A1; JP7578102B2; MY210493A; PH12021552212A1; JP2024116291A; JP7852671B2; JPWO2020189500A1; PH12021552212B1

Abstract

ケーシング２の後部側に投入口３が設けられ、先端部に吐出口４が設けられている。ケーシング２内に２本のスクリュー７が供給口３側から排出口４側に至るに従って軸間距離が漸次狭くなるように配置されている。後端壁１１に、原料から圧搾されて生じた水を、ケーシング２外へ排出する排水口１０が設けられている。排水口１０は、後端壁１１の最下端よりも上位に設けられている。

Description

二軸押出機

　本発明は、含水原料の圧搾用の二軸押出機に係り、詳しくは円錐型二軸押出機及び平行二軸押出機に関するものである。

　含水原料を圧搾して脱水する円錐型二軸押出機が、特許文献１，２に記載されている。また、含水原料を圧搾して脱水する平行二軸押出機が、特許文献３，４に記載されている。

　二軸押出機の原料はパウダー状、ペレット状、球状等の形状であることが多く、また、原料は粘性を有することが多い。そのため、従来の円錐型二軸押出機や平行二軸押出機等では、その排水口に原料が詰まり、頻繁に運転を停止したり掃除をしたりする必要があった。また、排水口から原料が吐出されることもあり、歩留まりの低下や品質安定性の悪化につながるおそれもあった。

特開２０１７－２０２６５７号公報特開２００５－２８０２５４号公報特開２０１２－１１１２３６号公報特開２０１６－１２９９５３号公報

　本発明の目的は、含水原料からの水の圧搾排出効率を維持または向上しつつ、排水口に原料が詰まることを防止することができる二軸押出機、特に円錐型二軸押出機及び平行二軸押出機を提供することにある。

　本発明者らは鋭意検討をした結果、二軸押出機に対して、以下の手段を講じたことにより前記課題を解決しうるとの知見に基づき、本発明を完成させた。

　以下の第１及び第２発明は、二軸押出機に係る発明であり、好ましい態様として円錐型二軸押出機についてなされた発明であるが、本発明は円錐型二軸押出機に限定されない。

　第１発明の円錐型二軸押出機は、先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、該ケーシング内に設置された２本の円錐型スクリューとを備え、該ケーシングに排水口が設けられている、含水原料の圧搾用の円錐型二軸押出機において、該排水口の最下端は、該ケーシング内の最下端よりも上位に設けられていることを特徴とする。前記排水口は、ケーシングの後端壁や、ケーシング後部に設けられていることが好ましい。

　第１発明の一態様では、前記排水口には固液分離手段が設けられていない。

　第１発明の一態様では、前記投入口は、前記ケーシングの前記後端壁からケーシング先端側に離隔している。

　第１発明の一態様では、前記スクリューに、前記投入口の後端位置よりも後方にシールリングが設けられている。

　第２発明の円錐型二軸押出機は、先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、該ケーシング内に設置された２本の円錐型スクリューとを備えた、含水原料の圧搾用の円錐型二軸押出機において、前記スクリューのフライトのうち、前記投入口の前端よりも先端側の一部に欠損部分が設けられていることを特徴とする。

　第２発明の一態様では、前記欠損部分は、前記フライトの外縁からスクリュー軸心側に向って欠損した形状である。

　第２発明の一態様では、前記ケーシングと前記スクリューのフライトとの間隙が、前記投入口から吐出口に向かうに従って狭くなっている。

　第３発明の平行二軸押出機は、先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、該ケーシング内に設置された２本の平行なスクリューとを備えた、含水原料の圧搾用の平行二軸押出機において、前記投入口と前記吐出口との間に水排出用開口が設けられていないことを特徴とする。

　第３発明の一態様では、前記ケーシングの後端壁又は後端壁と前記投入口との間に排水口を有する。

　本発明の二軸押出機によると、含水原料からの水の排出効率を維持または向上しつつ、排水口に原料が詰まることが防止（抑制を包含する）される。

　即ち、第１発明の円錐型二軸押出機によると、ケーシングの最下端よりも上位に排水口の最下端が設けられており、ケーシング最後部に溜った水が排水口から溢流するようにして排出される。排水口の最下端がケーシング内の最下端よりも上位に位置するので、ケーシング内の最後部の下端付近の原料が排水口まで到達しにくく、原料で排水口が閉塞することが防止される。

　第２発明の円錐型二軸押出機によると、フライトに欠損部分が設けられているので、圧搾により生じた水が欠損部分を通って後方へ移動するようになり、圧搾された水がスムーズに排水口から排出される。

　第３発明の平行二軸押出機のケーシングにあっては、投入口から吐出口までの間の範囲に水排出用の開口が設けられていないので、該範囲における開口の閉塞が生じない。

第１発明の実施の形態に係る円錐型二軸押出機の縦断面図である。図１の円錐型二軸押出機の水平断面図である。第1発明の別の実施の形態に係る円錐型二軸押出機の縦断面図である。図２ｂの円錐型二軸押出機の水平断面図である。第１発明の別の実施の形態に係る円錐型二軸押出機の縦断面図である。第２発明の実施の形態に係る円錐型二軸押出機の縦断面図である。図４の円錐型二軸押出機のスクリューの軸心線と垂直方向の概略断面図である。図４の円錐型二軸押出機のスクリューの軸心線と垂直方向の概略断面図である。第２発明の別の実施の形態に係る円錐型二軸押出機の縦断面図である。第３発明の実施の形態に係る平行二軸押出機の縦断面図である。

［第１発明の実施の形態］
　図１は、含水した熱可塑性エラストマー、ゴム、樹脂などの含水原料を圧搾して脱水する円錐型（コニカル）二軸押出機１の縦断面図であり、図２はその水平断面図である。

　この円錐型二軸押出機１は、ケーシング２を有する。このケーシング２の後端に後端壁１１が設けられている。ケーシング２の後部側の上面部に、含水原料を供給するための原料投入口３が設けられ、先端部に、脱水された原料を押し出すための吐出口４が設けられている。

　ケーシング２内に、前記投入口３から投入された含水原料を搬送しつつ圧搾する２本のスクリュー７が水平方向に隣接して収容されている。各スクリュー７は、ロータ軸５と、該ロータ軸５の外周から起立する螺旋状のフライト６とを有する。

　２本のロータ軸５は、投入口３側から吐出口４側に至るに従って軸間距離が漸次狭くなるように配置されている。ロータ軸５の外径及びフライト６の外径は、投入口３側から吐出口４側に至るに従って小さくなるよう形成されている。

　２本のスクリュー７のロータ軸５は、その軸線のなす角度が１０～４０度の範囲になるよう配置されている。２本のスクリュー７は、前記フライト６が噛合状態となるよう配置されている。

　各スクリュー７のロータ軸５は、その大径側がケーシング２の後端壁１１に片持ち支持され、駆動装置８が連結されている。

　駆動装置８は、２本のロータ軸５を互いに反対方向に回転させるものである。ロータ軸５の回転方向は、投入口３から投入された原料を２本のスクリュー７，７の間に食い込ませる方向とされている。

　この実施の形態では、一方のロータ軸５は駆動装置８によって直接に駆動され、他方のロータ軸５は傘歯車９により連動連結されて反対方向に回転駆動されるよう構成されているが、このような駆動方式に限定されるものではない。

　後端壁１１に、原料から圧搾されて生じた水を、ケーシング２外へ排出する排水口１０が設けられている。排水口１０の最下端は、後端壁１１の最下端よりも上位に設けられている。

　この排水口１０は、一部の原料が通過してもよい大きさの開口よりなる。この実施の形態では、この排水口１０に、スクリーン等の固液分離手段を設けなくてもよい。フライト６の外周とケーシング２の内面との間隔が、ほとんどの原料の直径より狭くなるようにすることが好ましい。これによってほとんどの原料は投入口３側から吐出口４側へ運搬される。仮にフライト６間の間隙を原料が通過して、排水口１０近傍のケーシング２下面に堆積したとしても、回転するフライト６によって原料が掻き揚げられ吐出口へ向かう。そのため、投入口３からの原料供給量に対してスクリュー７の回転数を適切に保つことによって、排水口１０から原料が漏れ出ることが抑制される。これは原料の比重が水の比重より大きい為である。

　フライト６の外周とケーシング２内面との間隔は、５ｍｍ以内であることが好ましく、１ｍｍ以内であることがより好ましく、０．５ｍｍ以内であることがさらに好ましい。これにより、投入口３から排水口１０側へ原料が移動することが防止され、スクリュー７によって吐出口４へと運搬される。

　従来の円錐型二軸押出機では、排水口に、例えば、ウエッジワイヤスクリーン、パンチングプレート、メッシュ又は布等の網状物などが設けられていたが、この実施の形態ではこのような固液分離手段を設置しないことが好ましい。

　ケーシング２の内面のうち下面部は、後端壁１１から吐出口４に向って上り勾配となっている。

　このように構成された円錐型二軸押出機にあっては、含水原料は投入口３から投入され、スクリュー７によって圧搾されつつ、吐出口４に向って搬送される。ケーシング２内の後部の下面に堆積した原料は、回転している円錐型スクリュー７のフライト６によってかきあげられ、ケーシング２の前方に移送され圧搾される。圧搾された水は、ケーシング２の下面部の勾配に従って後方に流れ、後端壁１１の排水口１０から排出される。このように、圧搾により生じた水と前記原料との流れを逆方向にすることで効率的に脱水できる。

　この実施の形態においては、後端壁１１の最下端（後端壁１１の内面とケーシング２の内面の最後部かつ最下部とが交わる部分）よりも上位に排水口１０を設ける。排水口１０の最下端が後端壁１１の最下端より上位に位置する。好ましくは、該後端壁１１の最下端より５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上、更に好ましくは１５ｍｍ以上上位、かつ、特に限定されないが、好ましくは２００ｍｍ以下より好ましくは１００ｍｍ以下の範囲に排水口１０の最下端が位置するよう排水口１０を設ける。これにより、原料は水（圧搾水）より比重が大きい為、圧搾水に沈み、選択的に圧搾水のみが排水口から排出される。なお、ケーシング後端壁１１の最下端に排水口を設けると、該原料によって排水口が閉塞し易くなり、圧搾水が排出されにくくなる。

　排水口１０の高さが高すぎると、ケーシング２内に溜った圧搾水の水面レベルが、前記吐出口４の下縁に到達し、前記吐出口４から原料とともに水が吐出されるところから、排水口１０の開口下縁のレベルは、吐出口４の下縁のレベルよりも低位とすることが好ましい。

　排水口１０の好ましい配置高さは、ケーシング２の大きさに依存するものであり、ケーシング２が大きい場合にはより高い位置が好ましく、ケーシング２が小さい場合や原料径が小さい場合にはより低い位置が好ましい。

　この実施の形態の円錐型二軸押出機は、スクリュー径（後端部の直径）が１００ｍｍから５００ｍｍの大きさのものに好適に用いることができる。

　この実施の形態では、前記排水口１０に固液分離手段を設けないことにより、原料が前記排水口１０に到達しても、排水口１０の閉塞が生じることが防止される。

　この実施の形態では、原料投入口３は後端壁１１から離隔して所定距離前方の位置にあることが好ましい。このように投入口３が後端壁１１より前方に位置し、かつ、排水口１０が後端壁１１にあることにより、圧搾されて生じた水との流れと原料の流れとを分けることができる。

　また、投入口３が後端壁１１から離れていることにより、投入口３からケーシング２内に投入された原料が直接に排水口１０に到達することが防止され、効率よく原料を脱水することができる。

　投入口３の後端と後端壁１１との間の距離は、１０ｍｍ以上特に１５ｍｍ以上とりわけ２０ｍｍ以上が好ましい。この長さの上限は特に限定されないが、前記原料がスクリュー７とケーシング２との間で圧搾される領域を確保することが必要であるところから、スクリュー径が２００ｍｍの円錐型二軸押出機であれば、１０００ｍｍ以下が好ましい。

　投入口３の後端と後端壁１１との間の好ましい距離は、ケーシング２の大きさに依存するものであり、ケーシング２が大きい場合にはより長い方が好ましく、ケーシング２が小さい場合等にはより短い方が好ましい。

　第１発明の一態様では、投入口３の後端と後端壁１１との間の距離は、Ｎ条の条数を有するフライト６に対して、投入口３の後端から後端壁１１までの間に、３６０／Ｎ°のスクリューフライトが存在できるだけの距離とされる。これにより、原料が前記排水口に到達するまでに、原料がスクリューフライトに接触し、吐出口３まで運搬されるようになる。なお、Ｎ条の条数とは、スクリューフライトを構成する螺旋がＮ組あることである。

　図１，２の実施の形態では、排水口１０は後端壁１１に設けられているが、ケーシング２に設けられてもよい。その一例に係る円錐型二軸押出機１’を図２ｂ，２ｃに示す。

　この円錐型二軸押出機１’では、ケーシング２の後部の下面部において、ケーシング２の最下部よりも若干上位の箇所に排水口１０’，１０’が設けられている。ケーシング２の内面における排水口１０’の後縁と後端壁１１内面との距離は、１ｍｍ以上、特に３ｍｍ以上であり、また投入口３後縁よりも後方であることが好ましい。投入口３の下方に排水口を存在させないことで、原料投入時に原料が直接排水口に流れ込み排水口を閉塞させる問題を防止することができる。なお、原料はケーシング２の下面に集まり後方へ移動するため、本発明では、たとえケーシング２の最下端ではないにしてもケーシング２の下面には排水口は設けない。

　この実施の形態においても、後端壁１１の最下端（後端壁１１の内面とケーシング２の内面の最後部かつ最下部とが交わる部分）より好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上、更に好ましくは１５ｍｍ以上上位、かつ、特に限定されないが、好ましくは２００ｍｍ以下より好ましくは１００ｍｍ以下の範囲に排水口１０の最下端（ケーシング２の内面における排水口１０’の最下端）が位置するよう排水口１０を設ける。これにより、原料は水（圧搾水）より比重が大きい為、圧搾水に沈み、選択的に圧搾水のみが排水口から排出される。

　この円錐型二軸押出機１’のその他の構成は円錐型二軸押出機１と同じであり、図２ｂ，２ｃのその他の符号は図１，２ａと同一部分を示している。

　なお、図２ｂは図１と同様部分の縦断面図、図２ｃは図２ａと同様部分の水平断面図である。図２ｂ，２ｃでは、排水口１０’を明示するために、スクリュー６，７は、基端側の一部を切り欠いた状態にて示されているが、実際のスクリュー６，７にはかかる切り欠きは存在しない。スクリュー６，７の実際の形状は図１，２ａのスクリュー６，７と同じである。

　図３は、第１発明の別の実施の形態に係る円錐型二軸押出機１Ａの縦断面図である。

　この実施の形態では、投入口３の後端から後端壁１１までの区間に存在するスクリュー７にシールリング１２を設けている。図３の円錐型二軸押出機１Ａのその他の構成は、上記円錐型二軸押出機１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

　この円錐型二軸押出機１Ａにあっては、投入された原料が排水口１０に到達することなく、スクリュー７によって吐出口３まで運搬され、効率よく前記原料を脱水することができる。

　シールリング１２は、ケーシング２の内部空間を、スクリュー７の軸線またはケーシング２下面に対して４５°～１３５°の角度をつけた断面で仮想的に切った場合に生じる面を塞ぐものである。シールリング１２は、スクリュー７の軸線に対して垂直な断面で仮想的に切った場合に生じる面を塞ぐものであることが好ましい。

　シールリング１２の外周とケーシング２内面との間隔は、１０ｍｍ以内であることが好ましく、５ｍｍ以内であることがより好ましく、１ｍｍ以内であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以内であることが特に好ましい。これにより、原料がシールリング１２よりも後方へ移動することが防止され、スクリュー７によって吐出口４へと運搬される。

　シールリング１２の外周とケーシング２内面との間隔の好ましい範囲は、円錐型二軸押出機１Ａの大きさに依存するものであり、円錐型二軸押出機１Ａが大きい場合や原料径が大きい場合にはより広い方が好ましく、円錐型二軸押出機１Ａが小さい場合や原料径が小さい場合にはより狭い方が好ましい。この実施の形態の場合、円錐型二軸押出機１Ａは、スクリュー径が１００ｍｍから５００ｍｍの大きさであることが好ましい。

＜参考例１＞
　イーエム技研の円錐型二軸押出機であるＣＦ－１Ｖを用いて、テストを行った。ＣＦ－１Ｖのスクリュー径は１６０ｍｍである。

　この円錐型二軸押出機の、後端壁の最下端に幅９ｍｍの間隙を設けて、それを排水口として脱水試験を行った。吐出量２５ｋｇ／ｈから９０ｋｇ／ｈまで、回転数１５ｒｐｍから４５ｒｐｍまでの条件で試験を行った。用いた原料は３０％含水率のゴム組成物である。このゴム組成物は乳化重合ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とカーボンブラックが主な成分である。この原料は直径１ｍｍから５０ｍｍまでの直径の球状であり、比重はおよそ１．１である。

　この試験の結果、最も含水率が低減された条件において、含水率が約４％に達した。しかし、試験中、原料が排水口を度々閉塞し、排水口に詰まった原料を人力で除去し、閉塞を解消する必要があった。

　また、同設備を用いて同条件で、異なる原料に対して試験を行った。用いた原料は５０％以上の含水率を有するゴム組成物である。このゴム組成物は天然ゴムとカーボンブラックが主な成分であり、その他の成分としてシリカ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、セルロース、セルロースナノファイバー等のうち、いずれか１種類または複数種類を含む。この原料は直径０．５ｍｍ以下の球状である。一般的に粒径の小さなゴム組成物は含水率が高く、圧搾され辛いため、脱水が困難である。この試験の結果、原料であるゴム組成物は排水口に閉塞し、圧搾されず脱水されなかった。

［第２の発明の実施の形態］
　第２発明では、図４の円錐型二軸押出機１Ｂのように、スクリュー７のフライト６が欠損部分１３を有する。欠損部分とは、スクリューフライトに穴が開いていたり、切欠き部分があったり、それらが組み合わされていることである。図４の円錐型二軸押出機１Ｂのその他の構成は図１，２の円錐型二軸押出機１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

　この円錐型二軸押出機１Ｂにあっては、欠損部分が存在しないスクリューフライトに比べ、原料をより均一に脱水することができる。即ち、原料が投入口３から吐出口４へ向かう際、ロータ軸５に近い所を通過する原料や、ロータ軸５から遠くケーシング２内面に近い所を通過する原料も存在する。ロータ軸５に近い所を通過する原料は圧搾され生じた水の行き場が無く排水され難い。また、ケーシング２内面に近い所を通過する原料は、ケーシング２下面とフライト６との間隙を通りやすく、水が排水口１０へと導かれ、排水されやすい。フライト６に穴や切欠き等の欠損部分を設けることによって、ロータ軸５に近い所を通過する原料から脱水された水を効果的に排水口へ導くことができる。

　なお、原料自体も穴や切欠き等の欠損部分１２を通りうるが、そのような場合、原料が投入口３から入り、吐出口４から出るまでの滞留時間が増加することとなり、原料が圧搾される時間が増加することとなるため、原料からの水の排出効率が向上する。

　欠損部分１２が穴よりなる場合、穴の直径は０．５ｍｍより大きく直径３０ｍｍより小さいことが好ましく、穴の位置はロータ軸５に近い位置が好ましい。

　欠損部分１２が図５，６に示すように切欠き１３ａ又は１３ｂよりなる場合、切欠きの深さは０．１ｍｍより大きいことが好ましく、切欠きの幅は０．１ｍｍより大きく３０ｍｍより小さいことが好ましい。切欠きの深さの上限は無く、図５のようにロータ軸５に到達するまで深い切欠き１３ａであってもよい。

　第２発明の一態様では、図７の円錐型二軸押出機１Ｃの通り、ケーシング２とフライト６の間隙が、投入口３付近より吐出口４の方が狭くなっている。この実施の形態では、この間隙は、投入口３から吐出口４に向かうに従って狭くなっている。図７のその他の構成は図４と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

　この実施の形態は、スクリューフライトに穴や切欠き等の欠損部分１２を有する場合には特に有効であり、特にスクリュー軸に近い領域に存在する原料からの脱水が良好となる。特に、処理能力の大きな、大型の円錐型二軸押出機においては、脱水の効果が顕著であり、部分的に欠損したスクリューフライトとの組み合わせが、効率的な脱水には非常に有効である。即ち、フライト６の原料の噛み込みが良好になるとともに、高い圧力で原料を圧搾し脱水することができる。

　この円錐型二軸押出機１Ｃでは、投入口３の前端位置における、スクリュー軸に対して垂直な面における、ケーシング２内面からフライト６先端（外周端）までの距離をＡとし、スクリュー７先端位置における、スクリュー軸に対して垂直な面における、ケーシング２内面からフライト６先端までの距離をＢとした場合、Ａ／Ｂが１．０１以上となることが好ましく、１．０５以上となることがより好ましい。なお、ケーシング２とフライト６との間隙が広すぎる場合には、原料の圧搾が弱くなり、脱水効率が低下するところから、Ａ／Ｂは１．５以下であることが好ましい。

＜参考例２＞
　イーエム技研の円錐型二軸押出機であるＣＦ－１Ｖを用いて、テストを行った。ＣＦ－１Ｖのスクリュー径は１６０ｍｍである。このスクリューは欠損部分を有さず、スクリューとケーシングの間隙は投入口から吐出口に至るまで一定である。

　この円錐型二軸押出機の、後端壁の最下端に幅９ｍｍの間隙を設けて、それを排水口として脱水試験を行った。吐出量２５ｋｇ／ｈから９０ｋｇ／ｈまで、回転数１５ｒｐｍから４５ｒｐｍまでの条件で試験を行った。用いた原料は３０％含水率のゴム組成物である。このゴム組成物は乳化重合ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とカーボンブラックが主な成分である。この原料は直径１ｍｍから５０ｍｍまでの直径の球状であり、比重はおよそ１．１である

　この試験後、スクリューに残留付着した原料に関して、スクリュー軸に近い原料とスクリュー軸から遠い原料の含水率を比較した。その結果、スクリューに近い原料の方が含水率が高いことが認められた。

　更に、同設備を用いて同条件で、異なる原料に対して試験を行った。用いた原料は５０％以上の含水率を有するゴム組成物である。このゴム組成物は天然ゴムとカーボンブラックが主な成分であり、その他の成分としてシリカ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、セルロース、セルロースナノファイバー等のうち、いずれか１種類または複数種類を含む。この原料は直径０．５ｍｍ以下の球状である。一般的に粒径の小さなゴム組成物は含水率が高く、圧搾され辛いため、脱水が困難である。この試験の結果、原料であるゴム組成物は排水口に閉塞し、圧搾されず脱水されなかった。

［第３の発明の実施の形態］
　図８は第３発明の実施の形態に係る平行二軸押出機１Ｄの縦断面図である。

　この実施の形態では、２本の平行なスクリュー７Ｄがケーシング２Ｄ内に収められている。ケーシング２Ｄ内部の高さ及び幅は、それぞれケーシング２Ｄの全長にわたって同じとなっている。スクリュー７Ｄの長手方向の全体にわたって、ロータ軸５Ｄは等径であり、フライト６Ｄの直径も均一である。ただし、フライト６Ｄの直径は、後述の通り、吐出口４側ほど大きくなるものであってもよい。この円錐型二軸押出機１Ｄのその他の構成は図１，２の円錐型二軸押出機１と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

　この平行二軸押出機１Ｄにあっては、投入口３と吐出口４との間には水排出用の開口が設けられていない。なお、水排出用開口には脱水口と排水口とがある。脱水口と排水口は、何れもケーシング２内から水を排出する開口であるが、脱水口からは、含水原料が圧搾されるのとほぼ同時に装置外へ水が排出される。そのため、圧搾され生じた水と、圧搾されたまたは圧搾されていない原料は、脱水口に接触する位置を通る。脱水口に原料が接触することにより、脱水口から原料が漏れ出し、脱水口を閉塞させることがある。排水口は、水をケーシング２外へ排出するための開口であるが、原料は排水口に接触する位置を通らない。

　従来の平行二軸押出機は、脱水を目的の一部とするため、通常、原料投入口と吐出口の間に脱水口を設ける。また、脱水口から原料の漏出を防止するため、脱水口にスリット、メッシュ、パンチングメタル等の固液分離手段を設置する。しかし、固液分離手段を設置しても、原料が平行二軸押出機内に充満し圧力が高くなると、脱水口から原料が漏れ出る。前記のスリット、メッシュ、パンチングメタルの構造や、スクリューの形状を工夫しても、流動性を有する原料が圧力の高い所から低い所へ向かうことを防止することは非常に難しい。

　第３発明の平行二軸押出機にあっては、原料が存在する領域、すなわち、投入口３と吐出口４との間に水排出用開口を設けないことによって、原料の漏出が防止される。原料はスクリュー７Ｄによって投入口３から吐出口４へと移送され、その間に圧力が高まることにより圧搾される。圧搾された水は、原料に比べて遥かに粘度が低いので、圧力が低い方向、すなわち吐出口４から投入口３へ向う方向に容易に移動する。

　第３発明では、好ましくは平行二軸押出機１Ｄの後端壁１１又は後端壁１１から投入口３までの間のケーシング２Ｄ下面に排水口１０を設ける。これにより排水口１０から原料の漏出なく、水を効率よく排出することができる。

　第３発明では、好ましくは後端壁１１の垂直方向最下部又は最下部より上位、より好ましくは、最下部より上位でかつ最下部から３０ｍｍ以内の範囲に排水口１０を設ける。

　第３発明の平行二軸押出機の排水口には、従来の平行二軸押出機の脱水口に設けられるような、例えば、ウエッジワイヤスクリーン、パンチングプレート、メッシュ又は布等の網状物などの固液分離手段をもたない。

　第３発明では、平行二軸押出機１Ｄの投入口３から吐出口４までの間において、フライト６Ｄの直径を吐出口４側ほど大きくすることにより、フライト６Ｄ先端とケーシング２Ｄ内面の間隔を、投入口３から吐出口４側に向けて小さくしてもよい。これにより、原料から圧搾され生じた水が後方へ効率よく流れるため、圧搾されて生じた水が効率よく排水口１０から排出される。

　第３発明では、平行二軸押出機１Ｄの投入口３から吐出口４までの間で、かつケーシング２の最下面に真空引きベントを設置してもよい。この真空引きベントから真空引きすることにより、押出物中の含水率を更に低下させることができる。

　原料から圧搾されて生じた水は、重力の作用によってケーシング２内で下部に移動するので、ケーシング２内の混練物は下位ほど水を多く含むようになる。そのため、ケーシング２の最上面側から真空引きするよりも、ケーシング２の最下面側からの真空引きを行うことにより、水が効率よく排出される。

　また、投入口３から吐出口４まで、よく混練された混練物が一体性を成して移送される。混練物と一体化しにくい不純物成分、例えば焼けて変質した樹脂や異物は、重力によって下方に移動し、最下面の真空引きベントから排出され易くなる。

　真空引きベントに、スリットやメッシュやパンチングメタル等の固液分離手段を設けると、原料が堆積し閉塞するおそれがあるので、このような固液分離手段を設けないことが好ましい。一般的に平行二軸押出機の垂直方向の最上端の真空引きベントにおいてベントアップしない条件での運転であれば、最下面側からの真空引きベントにおいても原料は漏出しない。

　平行二軸押出機は、スクリュー軸心線方向が水平となるように設置されることが多いが、スクリュー軸心線方向が傾斜方向となるように設置されても良い。スクリュー軸心線方向を傾斜方向とする場合、好ましくは、吐出口側に比べ後端壁側が低くなるように設置する。これにより、原料から圧搾されて生じた水が、ケーシングの傾斜に従って排水口へ流れやすくなる。

　押出物中の含水率は、要求性能にもよるが、好ましくは、５重量％以下、より好ましくは１重量％以下、更に好ましくは０．１重量％以下である。

　従来の平行二軸押出機を用いてゴム組成物を脱水しようとする場合、ゴム組成物の含水率が５０％を超える場合には、脱水が非常に困難であった。これに対し、第３発明の平行二軸押出機を用いることにより、ゴム組成物の含水率が５０％を超える場合でも、脱水が十分に行われ、含水率１％以下まで低減させることができる。（平行２軸だけでこうなるんでしょうか）

　また、従来の平行二軸押出機を用いてゴム組成物を脱水しようとする場合、ゴム組成物の含水率が１０～５０％の場合には、脱水されるものの、含水率は１％まで下がらない。そのため、含水率１％以下まで脱水させる必要のあるゴム組成物の場合、乾燥機等を用いて乾燥させる必要があるが、乾燥機による乾燥は多大なエネルギーと時間を要するため、高コストである。第３発明の平行二軸押出機を用いることにより、ゴム組成物の含水率が１０～５０％の場合でも、十分に脱水が行われ、含水率１％以下まで低減させることができる。

［原料］
　本発明に用いられる原料としては、圧搾して脱水すべき含水原料であれば特に限定されないが、熱可塑性エラストマー及びゴム等のゴム成分並びに樹脂などの含水原料が挙げられる。ゴム成分が好適に用いられる。ゴム成分としては特に限定されないが例えば、溶液重合ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）や乳化重合ＳＢＲ、天然ゴム等があげられる。含水原料としては、ゴム成分のみならず、ゴム成分、カーボンブラック、老化防止剤、油脂類、その他の成分の組成物が好適に用いられる。その他の成分としては、特に限定されないがシリカ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、セルロース、セルロースナノファイバー等があげられる。原料の比重は１．０を超過することが好ましく、１．０５以上がより好ましく、１．１以上が更に好ましい。水（圧搾水）との分離が容易になるからである。含水原料の大きさは特に限定されないが、通常、直径１～５０ｍｍの球状である。

　脱水された原料を連続的に成形するための設備として、平行二軸押出機の吐出口に管状の口金を設け、口金の一部にカッター刃を取り付けることが好ましい。これにより、吐出口から出てきた原料はシート状に成形される。

＜第１～３発明の組合せ＞
　なお、前記第１、第２及び第３の発明は各々任意に組合せることができる。これらを組み合わせることにより、一連の脱水混練成形プロセスとなる。

　この一連の脱水混練成形プロセスを用いることにより、形状、粘度、流動性などの特徴が異なる原料に対して、連続的に脱水できるだけでなく、脱水口が存在せず、排水口の閉塞がほとんど生じなくなるため、歩留まりの向上や運転停止回数の減少や掃除回数の減少などの利点が得られる。

　例えば本発明の円錐型二軸脱水機と本発明の平行二軸脱水機を直列に組み合わせることにより、含水率６０～７０％の原料を円錐形二軸脱水機で含水率20～30%まで下げて、平行二軸脱水機で含水率５％以下まで下げることができる。また同組み合わせで含水率３０～５０％の原料を円錐形二軸脱水機で含水率５～１０％まで下げて、平行二軸脱水機で含水率1％以下まで下げることができる。

＜実施例１＞
　日本製鋼所の平行二軸押出機であるＴＥＸ４４αを用いて、試験を行った。この平行二軸押出機は、後端壁に排水口を設けてあり、原料投入口から吐出口までの間に脱水口を有していない。吐出量１５ｋｇ／ｈから７０ｋｇ／ｈまで、回転数３０ｒｐｍから８０ｒｐｍまでの条件で試験を行った。用いた原料は３０％含水率のゴム組成物である。このゴム組成物は乳化重合ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とカーボンブラックが主な成分である。この原料は直径１ｍｍから５０ｍｍまでの球状であり、比重はおよそ１．１である。

　この試験の結果、どの条件においても、原料であるゴム組成物は排水口において確認されなかった。また、最も含水率が低減された条件において含水率０．５７％まで達した。

　更に、同設備を用いて同条件で、異なる原料に対して試験を行った。用いた原料は５０％以上の含水率を有するゴム組成物である。このゴム組成物は天然ゴムとカーボンブラックが主な成分であり、その他の成分としてシリカ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、セルロース、セルロースナノファイバー等のうち、いずれか１種類または複数種類を含む。この原料は直径０．５ｍｍ以下の球状である。一般的に粒径の小さなゴム組成物は含水率が高く、圧搾され辛いため、脱水が困難である。

しかし、この試験の結果、原料であるゴム組成物は脱水できたと共に、排水口において確認されず、微小なゴム組成物粒子が圧搾水とともに排水口から排出された。排出された微小なゴム組成物粒子は、容易に水と分離でき、回収できた。排水口に固液分離手段が存在しない為、設備に閉塞を生じさせない。また、原料回収も容易であることから、この設備を用いて連続運転を行うにあたり、メンテナンス頻度を低く保ち連続運転時間を長く確保できることがわかる。排水口には固液分離手段が存在しないが、排水口から排出される原料は微量であり、回収して再度原料として設備に投入できる。

<実施例２>
　ＥＭ技研のコニカルフィーダーＣＦ－２Ｖを改造し、円錐型二軸脱水機として用いて試験を行った。ＣＦ－２Ｖは先に述べたＣＦ－１Ｖの大型機種であり、基本構造は同じで、スクリュー径が２００ｍｍである。このＣＦ－２Ｖは改造前において、一般的なコニカルフィーダーと同様に、吐出口以外に原料や水分が排出される開口は無く、投入口は後端壁からケーシング先端側に離隔してもいない。また、このコニカルフィーダーはシールリングも有していない。このＣＦ－２Ｖを改造し、ケーシング内の最下端よりも上位に排水口の最下端が来るように、排水口を設けた。更に投入口を後端壁からケーシング先端側に離隔させた。また、シールリングも設けた。

　吐出量３ｋｇ／ｈから１００ｋｇ／ｈまで回転数５ｒｐｍから３０ｒｐｍまでの条件で試験を行った。用いた原料は３０％含水率のゴム組成物である。このゴム組成物は乳化重合ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）とカーボンブラックが主な成分である。この原料は直径１ｍｍから５０ｍｍまでの球状であり、比重はおよそ１．１である。この試験の結果、どの条件においても、原料であるゴム組成物は排水口において確認されず、６時間の試験で排水口は閉塞しなかった。また、最も含水率が低減された条件において含水率4.1％まで達した。

　更に、同設備を用いて同条件で、異なる原料に対して試験を行った。用いた原料は６５％以上の含水率を有するゴム組成物である。このゴム組成物は天然ゴムとカーボンブラックが主な成分であり、その他の成分としてシリカ、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェン、セルロース、セルロースナノファイバー等のうち、いずれか１種類または複数種類を含む。この原料は直径０．５ｍｍ以下の球状である。一般的に粒径の小さなゴム組成物は含水率が高く、圧搾され辛いため、脱水が困難である。しかし、この試験の結果、原料であるゴム組成物は、最も脱水できた条件で24.5%まで脱水された。また原料であるゴム組成物は排水口において確認されなかった。

＜比較例（実施例２に対応する比較例）＞
　実施例２で述べた排水口、シールリングについては着脱可能であり、元の状態に戻すことができる装置となっている。また、実施例２で述べた離隔させた投入口については、元の位置に戻すことができる装置となっている。そのため、それぞれの効果をそれぞれ単独の状態で機能するか、についても確認した。

　まず、排水口をケーシング内の最下端に設け、シールリングを付けずに、投入口も後端壁から離隔されていない状態で実施例２と同条件同原料を用いて試験を実施した。結果として、試験開始数分でケーシング内最下端にある排水口が原料で閉塞し、圧搾されて生じた水の行き場がなくなり、脱水効果が得られなかった。

　また、排水口をケーシング内の最下端よりも上位に排水口の最下端が来るように設け、シールリングを付けず、投入口が後端壁から離隔されていない状態で、実施例２と同条件同原料を用いて試験を実施した。結果として、試験数分で排水口が閉塞し、脱水効果が得られなかった。これは投入された原料がスクリューで前方へ送られる前に、多量の原料が後方に存在するタイミングが生じるため、その状態で後方にある原料がスクリューによって掻き上げられた時に排水口を閉塞させているのである。

　次に、排水口をケーシング内の最下端よりも上位に排水口の最下端が来るように設け、シールリングを付けて、投入口が後端壁から離隔されていない状態で、実施例２と同条件同原料を用いて試験を実施した。結果として、試験数分で排水口が閉塞し、脱水効果が得られなかった。シールリングがついていたとしても、投入口が後端壁から離隔されていない状態だと、投入時に全ての原料がシールリングよりも前方に入らず、一部がシールリングよりも後方に入り、それがスクリューで掻き上げられた際に、排水口を閉塞させているのである。

　また、排水口をケーシング内の最下端に設け、シールリングを付けて、投入口が後端壁から離隔された状態で、実施例２と同条件同原料を用いて試験を実施した。結果として、試験数分で排水口は閉塞し、脱水効果が得られなかった。シールリングが付いていて、投入口が後端壁から離隔されていても、排水口がケーシング内の最下端に存在する場合、少量の原料が後方へ送られた場合に、排水口へ入り、徐々に閉塞される。

　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。

　本発明は、熱可塑性エラストマー、ゴム、樹脂の製造装置、加工装置に利用できる。

　本出願は、２０１９年３月２０日付で出願された日本特許出願２０１９－０５３１３６に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims

　先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、
　該ケーシング内に設置された２本のスクリューと
を備え、
　該ケーシングに排水口が設けられている、含水原料の圧搾用の二軸押出機において、
　該排水口は、その最下端が該ケーシング内の最下端よりも上位となるように設けられていることを特徴とする円錐型二軸押出機。
　前記排水口は前記ケーシングの後端に設けられた後端壁に設けられていることを特徴とする請求項１の円錐型二軸押出機。
　前記排水口は、その最下端が前記後端壁の内面とケーシングの内面の最後部かつ最下部とが交わる部分から５～２００ｍｍ上位の範囲に位置することを特徴とする請求項２の円錐型二軸押出機。
　前記排水口は、前記ケーシングの後部の下面部に設けられていることを特徴とする請求項１の円錐型二軸押出機。
　前記ケーシングの後端に後端壁が設けられており、
　ケーシングの内面における排水口の後縁と前記後端壁の内面との距離が１ｍｍ以上であり、前記投入口の後縁より後方に該排水口の後縁が位置することを特徴とする請求項４の円錐型二軸押出機。
　前記ケーシングの内面における排水口の後縁は、前記後端壁の内面とケーシングの内面の最後部かつ最下部とが交わる部分から５～２００ｍｍ上位の範囲に位置することを口請求項４の円錐型二軸押出機、
　前記排水口には固液分離手段が設けられていないことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の二軸押出機。
　前記投入口は、前記ケーシングの前記後端壁からケーシング先端側に離隔していることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の二軸押出機。
　前記スクリューに、前記投入口の後端位置よりも後方にシールリングが設けられていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の二軸押出機。
　先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、
　該ケーシング内に設置された２本の円錐型スクリューと
を備えた、含水原料の圧搾用の二軸押出機において、
　前記スクリューのフライトのうち、前記投入口の前端よりも先端側の一部に欠損部分が設けられていることを特徴とする二軸押出機。
　前記欠損部分は、前記フライトの外縁からスクリュー軸心側に向って欠損した形状であることを特徴とする請求項５に記載の二軸押出機。
　前記ケーシングと前記スクリューのフライトとの間隙が、前記投入口から吐出口に向かうに従って狭くなっていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の二軸押出機。
　先端に混練物の吐出口を有し、後部に原料の投入口を有するケーシングと、
　該ケーシング内に設置された２本の平行なスクリューとを備えた、含水原料の圧搾用の平行二軸押出機において、
　前記投入口と前記吐出口との間に水排出用開口が設けられていないことを特徴とする平行二軸押出機。
　前記ケーシングの後端壁又は後端壁と前記投入口との間に排水口を有することを特徴とする請求項１３に記載の平行二軸押出機。
　請求項１～１４のいずれか１項に記載の二軸押出機を用いたゴム組成物の圧搾脱水方法。