JP2003236831A - 二軸混練押出機 - Google Patents

二軸混練押出機

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JP2003236831A JP2002040033A JP2002040033A JP2003236831A JP 2003236831 A JP2003236831 A JP 2003236831A JP 2002040033 A JP2002040033 A JP 2002040033A JP 2002040033 A JP2002040033 A JP 2002040033A JP 2003236831 A JP2003236831 A JP 2003236831A
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kneading
inner hole
screw
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Kiyoshi Handa
清 半田
Atsushi Kakizaki
淳 柿崎
Hiroaki Shintani
浩昭 新谷
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Japan Steel Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、シリンダ内孔の円弧状内孔によっ
て形成された接合部の先端部を除去して切欠部を形成
し、樹脂の逃げを確保して温度上昇を防止することを目
的とする。 【解決手段】 本発明による二軸混練押出機は、輸送部
(2b1、2b2)及び混練部(2c)のシリンダ内孔(2N)の軸直角
断面における2つの円弧状内孔(2H)によって形成された
接合部(2M)の先端部を除去し、軸直角の方向に沿って形
成された切欠部(50)を有する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二軸混練押出機に
関し、特に、シリンダのシリンダ内孔の上部と下部に形
成される接合部の先端部の一方又は両方を除去して切欠
部を形成し、この切欠部によって樹脂の逃げ場所を確保
して消費エネルギーの低下、樹脂温度の上昇を押さえた
製品化を可能とするための新規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種の二軸混練
押出機としては、図2から図11で示される特許第32
24931号公報の構成を挙げることができる。すなわ
ち、図2において、符号1で示されるものは二軸混練押
出機であり、この二軸混練押出機1のシリンダ2の内孔
2Hには、互いに噛み合う2本のスクリュ3a、3bが
回転可能に挿入され内蔵されている。この二軸混練押出
機1のシリンダ2は、混練材料Pが供給される上流端2
Aから下流端2Bへ順次材料供給部A、輸送部B1、B
2、混練部C、脱気部D及び吐出部Eで構成されてい
る。
【0003】シリンダ2は、前記二軸混練押出機1の構
成に対応して、供給口4が形成された材料供給シリンダ
2a、2個の輸送シリンダ2b1、2b2、混練シリン
ダ2c、脱気口5が形成された脱気シリンダ2d及び吐
出シリンダ2eの各ブロックシリンダを軸方向に接続し
て構成されている。各ブロックシリンダ2a〜2eに
は、図示しない加熱及び冷却装置が設けられており、混
練状況に適合する混練材料Pの温度制御を可能としてい
る。2本の前記スクリュ3a、3bは、前記二軸混練押
出機1の構成に対応して、材料供給部A、輸送部B1、
B2、脱気部D及び吐出部Eがフルフライトスクリュ3
F、混練部Cがニーディングディスク3Dで構成され、
前記材料供給シリンダ2aの端部に設けられた図示しな
い駆動装置により、同一回転速度で回転駆動される。図
2で示される場合は2本のスクリュ3a、3bが同方向
に回転駆動されるが、スクリュ3a、3bを適宜に組み
合わせることにより、異方向に回転駆動されてもよい。
また、2本のスクリュ3a、3bは、混練材料Pの混練
特性に対応して混練状態を変更可能なように、組み替え
可能な多数のスクリュピースを組み合わせて構成されて
いる。
【0004】以上のように構成された二軸混練押出機1
の2個の輸送部シリンダ2b1、2b2及び混練部シリ
ンダ2cは、第1従来例として、2本のスクリュ3a、
3bが同方向回転の場合は図3、異方向回転の場合は図
4に示されるように、軸直角断面において、内孔2Hの
2つの円弧部2Q、2Rにそれぞれ複数の溝2Mが軸方
向に連続して設けられている。すなわち、内孔2Hに沿
って回転流動する混練材料Pの流動方向に流路断面の拡
大部が溝2Mによって形成され、各溝2Mは、軸直角断
面における断面形状が溝底面とスクリュ3a、3bの回
転外周(フライト外周)との間隔をスクリュ3a、3b
の回転方向に徐々に狭くするように滑らかな曲線形状に
形成されている。図7に示されるものは、溝2Mの代表
的な断面形状であり、スクリュ3a、3bの回転方向に
小さい第1曲率半径R1の第1円弧2Mと第1曲率半
径Rより大きい第2曲率半径R2の第2円弧2Mとを
滑らかに接続して溝底面形状が形成されている。また、
この第1円弧2Mはスクリュ3a、3bの回転方向に
沿う手前側に位置し、第2円弧2Mはスクリュ3a、
3bの回転方向に沿う後側に位置している。なお、この
溝底面形状は各円弧2M、2Mを接続されたものに
限定されるものではなく、1つの曲線で、または2つ以
上の直線、直線と円弧を含む曲線あるいは曲線を滑らか
に接続されてもよい。
【0005】以上のように構成され、スクリュ3a、3
bが回転駆動されている二軸混練押出機1において、材
料供給シリンダ2aの供給口4から平均粒径10ミクロ
ンメートル以下の粉状の材料が数10パーセント以上混
合された粒状あるいは粉状の樹脂材料、あるいは全体が
前記粉状の樹脂材料の混練材料Pが供給されると、混練
材料Pはシリンダ2の内孔2Hの軸直角断面における2
つの円弧2Q、2Rに沿って回転しながら、スクリュ3
a、3bの輸送作用により下流方向(シリンダ2の先端
方向)へ充満状態で順次輸送される。この間、混練材料
Pはシリンダ2に設けられた加熱装置により外部から加
熱されると共に、シリンダ2の内孔2H面とスクリュ3
a、3bとの混練作用と混練材料P間の摩擦とにより樹
脂材料が温度上昇し溶融する。この樹脂材料の溶融現象
は前記輸送部B1、B2から混練部Cへの遷移領域で始
まり、その下流側では混練材料Pは溶融状態で混練され
る。溶融状態の樹脂材料すなわち混練材料Pは粘性の高
い流動性物質であり、その変形速度が低くなる。
【0006】それゆえ、溶融状態の混練材料Pは内孔2
Hに沿って流動する際に、溝2Mの開始部で図9に示さ
れるように、急激な流路断面の拡大に直ちに追従でき
ず、拡大開始部に空間Qが発生する。この空間Qは、各
溝2Mの開始部に沿って混練部シリンダ2cの下流端ま
で軸方向に連通して形成される。混練材料Pは粉状材料
の粒子間に介在して含まれている気体(多くの場合空
気)は容易に抜けず、混練材料Pに含まれたままシリン
ダ2内を下流方向へ輸送されるが、混練材料Pの温度上
昇により加熱された気体は体積を膨張させると共に圧力
が高くなる。圧力の高くなった気体は、流路断面の拡大
する溝2Mにおいて内部圧力が低下することにより混練
材料Pから容易に抜け出し、前記空間Qを経て低圧部で
ある下流側の脱気部シリンダ2dへ抜け、脱気口5から
シリンダ2の外部へ脱気される。すなわち、第1曲率半
径R1の第1円弧2Mで急激に体積が増加し、第2曲
率半径R2の第2円弧2Mで体積が徐々に小さくなる
ように構成されている。前記溝2Mは混練部シリンダ2
cの下流端まで形成され、脱気部シリンダ2dには形成
されていないが、混練部シリンダ2c内で回転駆動され
るスクリュ3a、3bがニーディングディスク3Dであ
り、回転するフライトの背面が負圧となって空間が形成
されるので、前記溝2Mに形成された空間Qを流れてき
た気体はニーディングディスク3Dの背面の空間を経て
脱気部シリンダ2dへ容易に流動する。
【0007】脱気部Dでは、混練材料Pがスクリュ3
a、3bの溝を完全に充満させずフルフライトスクリュ
3Fのフライトの背面に空間が形成されるので、混練部
Cから流動してきた空気はフライトの背面を経て脱気口
5へ容易に到達する。なお、前記溝2Mに空間部Qを除
いて充満した溶融状態の混練材料Pは、スクリュ3a、
3bの回転方向に滑らかに徐々に浅くなり本来の内孔2
Hに回復する溝底からスクリュ3a、3bと共に回転す
る隣接する混練材料Pに引きずられて容易に抜け出し、
溝2Mに滞留することはない。すなわち、混練材料P
は、スクリュ3a、3bによりシリンダ2の内孔2Hを
回転しながら下流側へ輸送される間に輸送部B1、B2
及び混練部Cにおいて繰り返し溝2Mを横断することに
より、混練材料P中に含まれる気体が分離されて脱気さ
れながら混練される。
【0008】次に、第2従来例として、2本のスクリュ
3a、3bが同方向回転する場合、図5に示されるよう
に輸送部シリンダ2b1、2b2及び混練部シリンダ2
cの軸直角断面において、内孔2Hの2つの円弧部2
Q、2Rの2箇所の接合部2Nにそれぞれ切り欠き2K
が軸方向に連続して設けられている。内孔2Hに沿って
回転流動する混練材料Pの流動方向に流路断面の拡大部
が切り欠き2Kによって形成され、各切り欠き2Kは、
軸直角断面における断面形状が切り欠き底面と一方のス
クリュ3aまたは3bの回転外周(フライト外周)との
間隔をスクリュ3aまたは3bの回転方向に徐々に狭く
する、すなわち、内孔2H空間部から接合部2Nに接近
し円弧に沿う方向に回転するスクリュ3aまたは3bの
回転外周に対し切り欠き2Kの底面との間隔を回転方向
に徐々に狭くするように滑らかな曲線状または直線状に
形成されている。図8に示されるものは切り欠き2Kの
代表的な断面形状であり、曲率半径R3の1つの円弧に
より切り欠き底面形状が形成されている。なお、切り欠
き底面形状は1つの円弧によるものに限定されるもので
はなく、直線あるいは2つ以上の曲線あるいは直線を滑
らかに接続して形成されてもよい。
【0009】以上のように構成され、スクリュ3a、3
bが同一方向に回転駆動される二軸混練押出機1におい
て、材料供給シリンダ2aの供給口4から供給された粉
状材料を含む混練材料Pは、前述の第1従来例の場合と
同様に溶融混練される。前記輸送部シリンダ2b1、2
b2及び混練部シリンダ2cにおいて、溶融状態の混練
材料Pは、内孔2Hに沿って流動する際に、内孔2Hの
円弧部2Q、2Rから接合部2Nの前記切り欠き2Kに
到達した時点で図10に示されるように、急激な流路断
面の拡大に直ちに追従できず、拡大開始部に空間Q’が
発生する。この空間Q’は、各切り欠き2Kの開始部に
沿って混練部シリンダ2cの下流端まで軸方向に連通し
て形成される。以下前述の第1実施例と同様に、混練材
料Pに含まれていた気体が前記空間Q’を経て脱気部シ
リンダ2dの脱気口5からシリンダ2の外部へ脱気され
る。前記切り欠き2Kに空間Q’を除いて充満した溶融
状態の混練材料Pについても第1従来例と同様に切り欠
き2Kから抜け出し、滞留することはない。すなわち、
混練材料Pは、スクリュ3a、3bによりシリンダ2の
内孔2Hを回転しながら下流側へ輸送される間に輸送部
B1、B2及び混練部Cにおいて繰り返し切り欠き2K
を横断することにより、混練材料P中に含まれる気体が
分離されて脱気されながら混練される。
【0010】さらに、図6に示されるものは第3実施例
であり、2本のスクリュ3a、3bが同方向回転する二
軸混練押出機1の輸送部シリンダ2b1、2b2及び混
練部シリンダ2cの軸直角断面において、前述の第1実
施例の複数の溝2Mと第2実施例の2箇所の切り欠き2
Kとを合わせて形成されている。以上のように構成され
た二軸混練押出機1においては、前述の第1従来例にお
ける溝2Mの作用と第2従来例における切り欠き2Kの
作用とがそれぞれの箇所において同様に起こる。
【0011】また、前述の従来例において、シリンダ2
の内孔2Hに軸方向に設けられた複数の溝2Mあるいは
2箇所の切り欠き2Kにより内孔2Hに沿って回転移動
する混練材料Pの流路断面の拡大縮小が繰り返され、混
練材料Pは、材料の位置交換が数多く行われることによ
り混練分散がより効果的に行われ、より均一に混練され
る。さらには、流路断面の拡大部で混練材料P中の剪断
力が弱まることにより温度上昇がにぶり、混練材料Pが
不必要な温度上昇が防止される。なお、前記材料供給シ
リンダ2aとその下流の輸送シリンダ2b1との境界部
及び混練シリンダ2cとその下流の脱気シリンダ2dと
の境界部には、それ等の内孔2Hの軸直角断面形状を円
弧状から前記溝2Mあるいは前記切り欠き2Kに滑らか
に変化させる断面形状の遷移領域が設けられている。こ
の内孔2Hの軸直角断面の変化部に断面形状の遷移領域
が設けられることにより、隅部が存在せず、混練材料P
は滞留することがない。
【0012】次に、動作について述べる。まず、スクリ
ュが回転駆動されているシリンダ内孔へ材料供給部の供
給口から供給された粉状材料を混合された混練材料は、
シリンダの内孔の軸直角断面における2つの円弧部に沿
って回転しながらスクリュの輸送作用により材料供給部
から輸送部、混練部、脱気部、吐出部へと順次輸送され
る。この間、混練材料は溶融混練され、混練材料に含ま
れる気体は分離されて脱気部の脱気口から排出され、均
質に混練された溶融樹脂が吐出部すなわちシリンダの先
端から押出される。溶融状態で粘性の大きい物質である
溶融樹脂は変形速度が比較的低く、溶融樹脂の流動方向
の流路断面が急激に増大する場合、その拡大開始部分で
は直ちに拡大形状に追従できず、拡大開始部の一部に空
間が発生する。シリンダ内孔の軸直角断面における2つ
の円弧部に設けられた溝は、2つの円弧部に沿って流動
する溶融樹脂に対して急激な流路断面の拡大となり、各
溝に空間が発生し、この空間は各溝において輸送部及び
混練部の軸方向に連通して形成される。輸送部及び混練
部において混練材料から分離された気体は、輸送部及び
混練部の各溝に沿って連通して形成された軸方向空間を
流路とし、混練部下流側の低圧の脱気部に連通して抜
け、脱気部の脱気口から排出される。溝は、スクリュの
回転方向に急激に拡大しその後徐々に狭くなる滑らかな
形状に形成されているので、流路断面の変化がより効果
的に行われると共に、溝に滞留しようとする混練材料は
溶融状態における高粘性の凝集性によりシリンダ内孔と
スクリュとの間に容易に引き込まれる。2本のスクリュ
が同方向回転するシリンダ内孔の軸直角断面における2
つの円弧部の接合部に設けられた切り欠きは、2つの円
弧部に沿って流動する溶融樹脂に対して急激な流路断面
の拡大となり、そこに空間が発生し、この空間は輸送部
及び混練部の軸方向に連通して形成される。輸送部及び
混練部において混練材料から分離された気体は、輸送部
及び混練部の切り欠きに沿って連通して形成された軸方
向空間を流路とし、混練部下流側の低圧の脱気部に連通
して抜け、脱気部の脱気口から排出される。切り欠き
は、一方のスクリュの回転外周との間隔がスクリュの回
転方向に徐々に狭くなる、すなわち、内孔空間部から接
合部に接近し円弧部に沿う方向に回転するスクリュに対
し切り欠き部の内孔壁面との間隔が回転方向に徐々に狭
くなるように形成されていることにより、同方向回転す
る他方のスクリュは、円弧部に沿って回転し切り欠き部
で内孔空間部に移行する際の流路断面の変化がより効果
的に行われる。また、切り欠きが一方のスクリュの回転
方向に徐々に狭くなることにより、切り欠き部に滞留し
ようとする混練材料は溶融状態における高粘性の凝集性
によりシリンダ内孔とスクリュとの間に容易に引き込ま
れる。2本のスクリュが同方向回転するシリンダ内孔の
軸直角断面における2つの円弧部に設けられた溝及び2
つの円弧部の接合部に設けられた切り欠きは、2つの円
弧部に沿って流動する溶融樹脂に対して急激な流路断面
の拡大となり、前述のそれぞれの作用がそれぞれの箇所
において同様に起きる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の二軸混練押出機
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、従来の二軸混練押出機にお
いては、基本的に図11で示されるように一対の円形状
シリンダの接合部の先端部が鋭角状にとがった形状で
上、下に形成されるため、左右のスクリュが回転する
時、上、下の前記各接合部において、互いのスクリュの
山頂部が前記接合部に位置した時に、樹脂の逃げる場所
が少なくなり、その時に、発生する樹脂圧力により樹脂
温度が上昇し、溶融が加速されることになる。そのた
め、必要以上に製品を生産するための消費エネルギー
(kw・hr/kg)の上昇により、樹脂温度が必要以
上に上昇していた。また、前述の従来構成のように、各
シリンダの内壁に溝や切り欠きを形成するには、多くの
加工時間を必要とすると共に、コスト上からも多大の負
担となっていた。
【0014】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、シリンダのシリンダ内孔の
上部と下部に形成される接合部の先端部の一方又は両方
を除去して切欠部を形成し、この切欠部によって樹脂の
逃げ場所を確保して消費エネルギーの低下、樹脂温度の
上昇を押さえた製品化を可能とした二軸混練押出機を提
供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による二軸混練押
出機は、シリンダのシリンダ内孔に2本の互いに噛み合
うスクリュを回転可能に内蔵し、材料供給部、輸送部、
混練部、脱気部及び吐出部で構成される二軸混練押出機
において、前記輸送部及び混練部のシリンダ内孔の軸直
角断面における2つの円弧状内孔によって形成された接
合部の先端部を除去し前記軸直角の方向に沿って形成さ
れた切欠部を有する構成であり、また、前記切欠部の位
置は、前記各シリンダのシリンダ内孔の前記接合部の端
部と前記シリンダ内孔の円中心との間の距離の1.2倍
以上とした構成であり、また、前記切欠部は平坦面より
なる構成であり、また、前記切欠部は前記シリンダの上
部と下部の何れか一方又は両方に形成されている構成で
ある。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による二
軸混練押出機の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用
いて説明すると共に、図2の従来構成として示した二軸
混練押出機1の断面構成については、本発明と同一であ
るため、図2の構成を援用し、その説明は重複を避ける
ために省略すると共に、従来と異なる部分についてのみ
説明するものとする。
【0017】図1において符号2Nで示されるものは、
シリンダ2内のシリンダ内孔であり、このシリンダ内孔
2Nは、図2のシリンダ2の輸送部2b1と2b2及び
混練部2cのシリンダセグメントの軸直角断面の上部の
一部を示している。すなわち、図1は上部のみである
が、シリンダ内孔2Nの下部にも同様の構造が存在する
がここでは省略している。
【0018】前記シリンダ内孔2N内には、図2で示さ
れる一対のスクリュ3a、3bが矢印で示す同方向に回
転するように設けられており、このシリンダ内孔2Nに
は各スクリュ3a、3b用として各スクリュ3a、3b
の回転軌跡に沿って形成された円に近い状態の一対の円
弧状内孔2Hが形成されている。
【0019】この各円弧状内孔2Hが従来のように互い
に接する接合部2MA(図1で一点鎖線で示す)は、シ
リンダ2の前記軸直角断面と同じ軸直角方向に沿ってこ
の接合部2MAの先端部を切断して除去して形成された
切欠部50が形成され、この切欠部50は平坦面(平坦
面でない例えば、凹凸又は段状の場合もある)によって
形成されている。
【0020】前記切欠部50の前記シリンダ内孔2N内
の位置は、前記円弧状内孔2Hの半径の円中心51から
の距離52であり、この距離52は、従来の図11で示
す前記接合部2MAの端部2Maと前記円中心51との
間の距離aの1.2倍である1.2a以上に設定されて
いる。
【0021】従って、前記各円弧状内孔2Hの接合部2
MAの先端部を除去してその切欠部50の分だけ従来よ
りも高さを高くしているため、溶融樹脂を輸送及び混練
する場合に樹脂圧力上昇を押さえ、消費エネルギーの上
昇を押さえるため、樹脂温度上昇を押さえた製品化を達
成することができる。尚、前述の図1ではシリンダ内孔
2Nの上部のみについて述べたが、上部又は下部又は両
方に切欠部50を形成することができる。
【0022】実施例 本出願人は本発明による二軸混練押出機を用いて次の実
験を行った。 実験装置 二軸混練押出機TEX65αII−35Pw−V スクリュ回転速度 60〜600rpm 主モータ容量 300kw 実験原料 ASペレット 実験結果は次の表1の第1表の通りであった。
【0023】
【表1】 すなわち、前述の第1表の実験結果によれば、従来構成
に比べて、本発明構成によるシリンダを用いた方が、樹
脂温度及び樹脂圧力とも低下していることが明らかであ
る。
【0024】
【発明の効果】本発明による二軸混練押出機は、以上の
ように構成されているため、次のような効果を得ること
ができる。すなわち、円弧状内孔の接合部すなわち先端
部が除去されて切欠部が形成されているため、この切欠
部だけ樹脂の逃げを確保することができ、かつ、樹脂の
圧力及び温度上昇を押さえることができ、樹脂温度上昇
を押さえた製品化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による二軸混練押出機の要部を示す断面
図である。
【図2】本発明及び従来の二軸混練押出機を示す縦断面
図である。
【図3】図2の内孔形状図である。
【図4】図2のシリンダに溝を設けた内孔形状図であ
る。
【図5】図2のシリンダに切り欠きを設けた内孔形状図
である。
【図6】図2の軸直角断面の内孔形状図である。
【図7】図2の軸直角断面の溝形状図である。
【図8】図2の軸直角断面の切り欠き形状図である。
【図9】従来の混練材料流動図である。
【図10】従来の混練材料流動図である。
【図11】従来のシリンダ内孔の要部を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
2 シリンダ 2N シリンダ内孔 2b1、2b2 輸送部 2c 混練部 2M 接合部 2H 円弧状内孔 3a、3b スクリュ 50 切欠部 51 円中心 52 距離
フロントページの続き (72)発明者 新谷 浩昭 広島県広島市安芸区船越南1丁目6番1号 株式会社日本製鋼所内 Fターム(参考) 4F201 AP12 BA01 BK13 BK27 BK33 BK34 BK75 BQ34 BQ60

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ(2)のシリンダ内孔(2N)に2本
    の互いに噛み合うスクリュ(3a、3b)を回転可能に内蔵
    し、材料供給部(2a)、輸送部(2b1、2b2)、混練部(2c)、
    脱気部(2d)及び吐出部(2e)で構成される二軸混練押出機
    において、 前記輸送部(2b1、2b2)及び混練部(2c)のシリンダ内孔(2
    N)の軸直角断面における2つの円弧状内孔(2H)によって
    形成された接合部(2MA)の先端部を除去し前記軸直角の
    方向に沿って形成された切欠部(50)を有することを特徴
    とする二軸混練押出機。
  2. 【請求項2】 前記切欠部(50)の位置は、前記各シリン
    ダ(2)のシリンダ内孔(2N)の前記接合部(2MA)の端部(2M
    a)と前記シリンダ内孔(2H)の円中心(51)との間の距離(5
    2)の1.2倍以上であることを特徴とする請求項1記載
    の二軸混練押出機。
  3. 【請求項3】 前記切欠部(50)は平坦面よりなることを
    特徴とする請求項1又は2記載の二軸混練押出機。
  4. 【請求項4】 前記切欠部(50)は前記シリンダ(2)の上
    部と下部の何れか一方又は両方に形成されていることを
    特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の二軸混練
    押出機。
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