JPH07266332A - プラスチックおよび重合材料の処理装置並びにスクリュー素子 - Google Patents

プラスチックおよび重合材料の処理装置並びにスクリュー素子

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JPH07266332A
JPH07266332A JP5122058A JP12205893A JPH07266332A JP H07266332 A JPH07266332 A JP H07266332A JP 5122058 A JP5122058 A JP 5122058A JP 12205893 A JP12205893 A JP 12205893A JP H07266332 A JPH07266332 A JP H07266332A
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flight
shear
scraping
barrel
screw
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JP5122058A
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Zehev Tadmor
ゼヘブ・タドモル
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のスクリュ−装置が有する利点を保障しつ
つ、良好な分散混合と広範囲混合とを行なうことができ
るスクリュ−装置を提供する。 【構成】処理装置は、剪断フライト９０と掻取りフライ
ト７５とを有するスクリュ−素子３２を備えている。ス
クリュ−が回転すると、剪断フライト９０はプラスチッ
ク材料８９を剪断し、掻取りフライト７５は材料８９を
剪断フライトへ案内する。スクリュ−は、スクリュ−の
一端から他端へ延びかつ複数の剪断フライトと掻取りフ
ライトを有する複数のねじ山を備えるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、剪断および掻取りフラ
イト(flight)を備えたスクリュ−素子(screwelement)
に関する。
【０００２】
【従来の技術】最も困難な混合および配合作業として、
流体重合物質のような粘性のあるマトリックスの固形分
を分散させる作業がある。例えば、タイヤその他の用途
においてゴムを配合する場合、カ−ボンブラックがゴム
マトリックスに分散される。同様に、無機および有機顔
料を多くの他の固体添加剤とともにプラスチックに分散
させることも、配合の分野において広く行なわれてい
る。
【０００３】配合を首尾よく行なうためには、一般に、
分散混合(dispersive mixing) と、広範囲混合(extensi
ve mixing)の双方が必要となる。分散混合を首尾よく行
なうための１つの方法として、固形分を含む流体要素を
高剪断応力に曝し、固形分を破断して破片にするものが
ある。現在利用されているミキサは、配合しようとする
材料をミキサの狭いギャップ領域に通して剪断速度を得
ることにより、かかる応力を得るようになっている。凝
集体のサイズを許容することができるレベルまで小さく
するためには、かかる材料を狭いギャップ領域に何回も
通すことが所望される。
【０００４】広範囲混合は、マトリックスの種々の部分
を互いに混合するために行なう混合である。かくして、
破壊された固形分粒子と、周囲のマトリックとを狭いギ
ャップ領域に通してから、マトリックスのこの部分を残
りのマトリックに戻して混合し、組成を均一にしなけれ
ばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】多くの商業的に入手す
ることができるミキサには、一般に、分散混合を行なう
ための狭いギャップ領域が配設されている。例えば、狭
いギャップ領域は、ロ−ルミルミキサのロ−ル間隙、バ
ンバリ−(Banbury) タイプのロ−タの先端と壁との間の
ギャップ、かみ合い二軸押出し機の混練素子の先端とバ
レルとの間のギャップ、および同時回転ディスクプロセ
ッサの混合ピンとディスクとの間のクリアランスに存在
する。これらの商業的なミキサは、分散混合においては
有効であるが、一軸押出し機に比較して著しく高価であ
るとともに、構造が複雑となっている。
【０００６】一軸押出し機のようなスクリュ−タイプの
処理装置は、プラスチックおよびゴムの最も一般的な連
続処理装置である。かかる押出し機は、簡素性、比較的
低コストであること、高出力性および多様性をはじめと
する数多くの所望の特性を備えている。しかしながら、
一軸押出し機その他の同様の処理装置を配合の分野に適
用するのは、むしろ限られたものとなっている。一軸押
出し機は良好な広範囲混合を行なうことができるように
構成されているが、良好な分散混合を行なうようには一
般に適合されていない。処理された材料の極くわずかな
部分だけが、狭いギャップ領域即ちスクリュ−のフライ
ト(flight)とバレル(barrel)との間のフライトクリアラ
ンスにおいて高応力を受けるだけである。無視し得る量
の材料が、かかるクリアランスを繰り返し通るだけであ
る。フライトクリアランスのサイズまたはフライトとバ
レルとの間の半径方向の距離を大きくして、フライトク
リアランスの通過回数を多くしても、材料の混合または
交換がない場合には、フライトクリアランスを通るとき
に同じ材料がバレルに近接して留まるようになる。即
ち、同じ材料がフライトクリアランス即ちギャップを繰
り返し通ることになり、従って、大量の残りの材料はフ
ライトクリアランスを通過する機会を全くもたないこと
になる。その結果、出力のロス、不十分な熱除去、不十
分な溶融、その他の有害な作用を受けることになる。
【０００７】従って、本発明の完成前は、一軸押出し機
その他の同様の装置のようなスクリュ−タイプの処理装
置であって、かかる装置の一般に所望される特性と改良
された分散混合性とを合わせ持つ処理装置が切に待望さ
れていた。
【０００８】本発明は、かかる要望を満たすためになさ
れたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一の観点によれ
ば、バレル室を画定し、内面および外面を有し、しかも
第１と第２の端部および該端部間を延びる長手方向の軸
線を有することにより前記軸線に沿った軸線方向、前記
軸線と交差する半径方向および前記軸線を中心とする周
方向を画定する中空バレルと、材料を前記バレル室に導
入する入口手段と、前記長手方向の軸線に沿って延びか
つ前記長手方向の軸線を中心に周回転方向に回転自在に
配置され、前記バレルの前記第１の端部に隣接した第１
の端部および前記バレルの前記第２の端部に隣接した第
２の端部を有し、しかも前記バレルの前記内面との間に
ある材料を剪断するように前記バレルの前記内面から所
定の距離離隔して延びる少なくとも１つの剪断フライト
(shearing flight) および前記バレルの前記内面から材
料を除去するように前記バレルの前記内面に隣接した位
置まで半径方向に延びる少なくとも１つの掻取りフライ
ト(scraping flight) を有するスクリュ−とを備え、前
記フライトは前記スクリュ−が前記回転方向へ回転した
ときに前記材料を集めて前記剪断フライトまで案内する
ように構成配置されていることを特徴とする固体で粘性
のあるプラスチックおよび重合材料の処理装置が提供さ
れている。
【００１０】更に、本発明のこの観点によれば、バレル
室を画定し、内面および外面を有し、しかも第１と第２
の端部および該端部間を延びる長手方向の軸線を有する
ことにより前記軸線に沿った軸線方向、前記軸線と交差
する半径方向および前記軸線を中心とする回転方向を画
定する中空バレルと、材料を前記バレル室に導入する入
口手段と、前記長手方向の軸線に沿って延び、しかも前
記バレルの前記第１の端部に隣接する第１の端部および
前記バレルの前記第２の端部に隣接する第２の端部を有
するシャフトと、該シャフトに配設され、周方向に回転
することができ、しかも前記バレルの前記内面から前記
材料を除去する掻取りフライトまたは前記バレルの前記
内面から離隔した距離の位置まで半径方向に延びる剪断
フライトを有する複数のスクリュ−セグメントとを備
え、前記フライトは、前記掻取りフライトが材料を前記
剪断フライトへ案内することにより前記スクリュ−セグ
メントが回転すると前記掻取りフライトが前記材料を集
めて少なくとも１つの前記スクリュ−セグメントの前記
剪断フライトへ案内するように構成配置され、前記材料
は、前記剪断フライトと前記バレルの前記内面との間で
剪断されることを特徴とする固体で粘性のあるプラスチ
ックおよび重合材料の処理装置が提供されている。
【００１１】本発明の別の観点によれば、上流側端部と
下流側端部、該端部間を延びる長手方向の軸線並びに該
長手方向の軸線を中心とする前方および後方周方向を画
定する本体と、互いに離隔して配設された複数のフライ
トと、該フライト間に画定される複数のチャンネルとを
備え、前記フライトは前記軸線から掻取り半径の位置に
峰を有する少なくとも１つの掻取りフライトと、前記軸
線から剪断半径の位置に峰を有する少なくとも１つの剪
断フライトとを有し、前記剪断半径は前記掻取り半径よ
りも小さく、前記フライトは前記スクリュ−がバレル内
で前記前方周方向に回転したときに前記掻取りフライト
がバレル内の材料を集めて前記剪断フライトへ案内する
ようになっていることを特徴とする材料を処理しかつ混
合するスクリュ−素子が提供されている。
【００１２】
【作用】上記のように、本発明の処理装置においては、
バレルは、内面と、外面と、第１の端部と、第２の端部
とを有するとともに、バレル内には該端部間を延びる長
手方向の軸線が画定されている。更に、該バレルには、
軸線に沿った軸線方向と、軸線と交差する半径方向と、
軸線を中心とする周方向が画定されている。本発明にお
いてはまた、材料をバレル室に導入する入口手段と、長
手方向の軸線に沿って延びかつ長手方向の軸線を中心に
周回転方向に回転自在となっているスクリュ−とを備え
ている。スクリュ−は、バレルの第１の端部に隣接した
第１の端部と、バレルの第２の端部に隣接した第２の端
部とを有している。
【００１３】スクリュ−は、バレルの内面から離隔した
距離の位置まで延びる剪断フライトを備え、該フライト
は剪断フライトとバレルの内面との間で材料を剪断する
作用を行なう。スクリュ−はまた、バレルの内面と隣接
した位置まで半径方向に延びる掻取りフライトを備え、
掻取りフライトは材料をバレルの内面から除去する作用
を行なう。フライトは、スクリュ−が回転方向に回転す
ると、掻取りフライトは材料を集めて剪断フライトへ案
内する。
【００１４】望ましくは、剪断フライトと掻取りフライ
トは、スクリュ−に螺旋状に配設される。スクリュ−
は、長手方向の軸線を中心に延びる螺旋状のねじ山を備
えることができ、該ねじ山は該ねじ山の一部に剪断フラ
イトを有するとともに、ねじ山の他の部分に掻取りフラ
イトを有する。複数のかかるねじ山を装置に設けること
ができる。更に、各ねじ山は、剪断フライトに各ねじ山
に沿って掻取りフライトが連続して交互に続くように複
数の剪断フライトと掻取りフライトを備えることができ
る。
【００１５】好ましくは、１つのねじ山の剪断フライト
には回転方向に別のねじ山の剪断フライトが続く。ある
いは、１つのねじ山の剪断フライトには、回転方向に、
別のねじ山の掻取りフライトが続くように構成すること
ができる。更にまた、１つのねじ山の剪断フライトに
は、回転方向に、別のねじ山の掻取りフライトと剪断フ
ライトとが続くように構成することができる。
【００１６】１つのねじ山は、シャフトの第１の端部か
らの第１の離隔距離のところから、シャフトの第２の端
部からの第２の離隔距離のところまで連続して延び、別
のねじ山は、シャフトの第１の端部からの別の第１の離
隔距離のところからシャフトの第２の端部からの別の第
２の離隔距離のところまで連続して延びることができ
る。
【００１７】スクリュ−に沿った各軸線方向の位置にお
いては、剪断距離が最小の離隔距離に到達するまで、剪
断フライトとバレルの内面との間の離隔距離が回転方向
とは反対の方向へ徐々に減少するのが好ましい。この最
小離隔距離は、剪断フライトの先端であり、該剪断フラ
イト先端は丸く形成することができる。また、バレルの
内面に最も接近した掻取りフライトの部分は、掻取りフ
ライトの先端であり、この掻取りフライトの先端は、バ
レルの内面に隣接して掻取り隅部を有するように形成す
ることができる。掻取りフライトの先端は、実質上矩形
とすることができる。
【００１８】本発明の装置はまた、第２の長手方向の軸
線を有する第２のバレル室と、該第２の長手方向の軸線
に沿って延びる第２のシャフトとを備えることにより、
第１のバレル室は開口を介して前記第２のバレル室と連
通するように構成することができる。
【００１９】望ましくは、掻取りフライトはスクリュ−
からバレルの内面へ半径方向に延びている。あるいは、
掻取りフライトはバレルの内面から離隔したトレランス
距離の位置まで半径方向へ延び、剪断フライトとバレル
の内面との間の離隔距離はトレランス距離よりも大きい
剪断距離であるとすることができる。剪断距離はトレラ
ンス距離の１０倍よりも大きくすることができる。好ま
しくは、トレランス距離は長手方向の軸線からバレルの
内面までの半径方向の距離の約０．２％である。
【００２０】全剪断距離が全ての剪断フライトの周期の
総計と等しく、しかも全掻取り距離が全ての掻取りフラ
イトの周期の総計と等しい場合には、全掻取りフライト
は全剪断長さよりも大きくすることができる。あるい
は、全掻取りフライトは全剪断長さよりも小さくするこ
とができる。更にまた、全掻取りフライトは全剪断長さ
と略等しくすることができる。
【００２１】好ましくは、ねじ山の数は４に等しく、ね
じ山の捩れ角は約１７ないし１８度である。
【００２２】望ましくは、スクリュ−は、ねじ山間に複
数のチャンネル部を画定し、該チャンネル部はそれぞれ
チャンネル面を有し、該チャンネル面はバレルの内面か
らチャンネルの深さだけ半径方向に離隔している。少な
くとも１つのチャンネル部は、後方が１つの掻取りフラ
イトに接するとともに、この接する掻取りフライトに隣
接して最大となりかつ掻取りフライトから前方へ離隔す
るにつれて減少するチャンネル深さを有する。更に、チ
ャンネル部は、前方が１つの剪断フライトに接するとと
もに、この接する剪断フライトに隣接して最大となり、
かつ、掻取りフライトから後方へ離隔するにつれて大き
くなるチャンネル深さを有するように構成することがで
きる。更にまた、チャンネル部は、接続点において前記
接する掻取りフライトに接続され、かつ、前記接する掻
取りフライトにすぐ隣接して大きくなるチャンネル深さ
を有する第２の剪断フライトに更に接しており、該第２
の剪断フライトは、上記接続点から離れる方向に位置す
るように構成することができる。
【００２３】好ましくは、各スクリュ−セグメントは少
なくとも１つの剪断フライトと少なくとも１つの掻取り
フライトを有する。
【００２４】本発明の別の観点に係る上記スクリュ−素
子においては、フライトは略螺旋状をなしているのが好
ましい。
【００２５】望ましくは、剪断フライトは１つのチャン
ネル内から剪断フライトの峰まで後方へ延びる入口面を
有している。該入口面はチャンネルから剪断フライトの
峰へ円滑に移行即ち遷移するように剪断フライトの峰へ
向けて後方周方向に半径方向外方へ傾斜している。
【００２６】更に、剪断フライトは剪断フライトの峰か
ら後方へ延びる出口面を有し、該出口面は剪断フライト
の峰からチャンネルへ円滑に移行即ち遷移するように峰
から離れる後方周方向に半径方向内方へ傾斜するように
構成することができる。
【００２７】スクリュ−素子はまた、剪断フライトが周
方向前方を向き、かつ、実質上半径方向外方へ延びる前
壁を有する剪断フライトを備えるように構成することが
できる。
【００２８】スクリュ−素子は更に、複数の剪断および
掻取りフライトを備えることができる。複数の掻取りお
よび剪断フライトは、第１の軸線方向の位置において本
体の周辺に交互に連続して配設するように構成すること
ができる。複数の掻取りおよび剪断フライトは、第１の
軸線方向の位置に配設された複数の掻取りフライトと、
第２の軸線方向の位置に配設された複数の剪断フライト
とを備えることができる。
【００２９】更にまた、スクリュ−素子のフライトは、
共通の遭遇面から軸線方向に沿って対向する方向へ延び
る第１の組をなすフライトと第２の組をなすフライトと
を備えるのが好ましく、第１の組をなすフライトと第２
の組をなすフライトは、遭遇面においてフライト間に不
連続部を画定するように遭遇面で周方向に互いに対して
偏位されている。
【００３０】好ましくは、本体は各本体部は前記フライ
トの少なくとも１つをそれぞれ支持する複数の略円筒状
の本体部と、該本体部を同軸をなして端部どうしで取着
する手段とを備えている。取着手段は本体部を複数の異
なる相対的位置において周方向へ互いに取着することに
より、本体部のフライトの相対的な周方向の位置を調整
することができるようすることができる。
【００３１】フライトはまた、上流側端部から下流側端
部に隣接する位置まで延びかつそれぞれ複数のフライト
を有する複数の実質上連続した略螺旋状のねじ山を構成
することができる。
【００３２】好ましくは、剪断半径は掻取り半径の約
０．２％乃至０．４％に等しい差だけ掻取り半径よりも
小さい。
【００３３】
【実施例】図１は、本発明に係る配合押出し機の一実施
例の全体的なレイアウトを示す。本実施例の押出し機
は、管状の略円筒形をなすバレル１０を備え、該バレル
には第１の端部即ち上流側端部３０に入口１２が設けら
れているとともに、バレルの他端即ち下流側端部２０に
は出口１４が配設されている。シャフト３４がバレルの
上流側端部３０から下流側端部２０へかけてバレル１０
の長手方向の軸線２４に沿って延びている。シャフト
は、バレル内において軸線２４を中心に回転するように
支持されている。シャフト３４は、上流側端部３０にお
いては、バレル１０の端部を越えて延び、回転駆動装置
４０に連結されている。回転駆動装置４０は、シャフト
を軸線２４を中心に所定の回転方向へ回転させるように
配設された通常のモ−タおよび歯車列（図示せず）を備
えている。
【００３４】説明を容易にするため、本明細書において
は、方向は長手方向の軸線に関して説明されている。か
くして、「軸線方向の」("axial") および「軸線方向
に」("axially") なる語は、長手方向の軸線と平行する
方向について云うものとし、一方、「半径方向の」("ra
dial")および「半径方向に」("radially")なる語は、こ
の軸線と交差する方向を云うものと理解されるべきであ
る。更に、「半径方向内方に」("radially inward") な
る語は、軸線へ向かう方向を云い、「半径方向外方」("
radially outward")なる語は軸線から離れる方向を云う
ものである。「周」("circumferential") または「回
転」("rotational")方向は、矢印４６で示されるよう
に、軸線２４を中心とする方向を云うものである。
【００３５】略筒状のスクリュ−素子３２がシャフト３
４と共軸をなして該シャフトに取着され、スクリュ−素
子３２の軸線がバレルの軸線２４と一致している。スク
リュ−素子３２は、バレルの上流側端部３０に配設され
た上流側端部３２ａと、バレルの下流側端部２０に配設
された下流側端部３２ｂとを有している。スクリュ−３
２は、本体３３と、４つの螺旋状ねじ山７１−７４を有
する混合部３９とを備えている。螺旋状ねじ山７１−７
４は、本体３３と一体をなして形成され、混合部３９の
上流側から下流側へ長手方向に本体を覆っている。スク
リュ−３２は更に、混合部３９の上流側に供給部３８
と、混合部の下流側に計量部３１とを有している。供給
部と計量部は、全体として、押出し機スクリュ−におい
て広く使用されているような通常の構成とすることがで
きる。例えば、供給部は横断面積が一定または徐々に減
少する１つ以上のねじ山と溝とを有することができ、一
方、計量部は装置を通る材料の流れを制限して計量する
ことができるように比較的小さな横断面積を有する１つ
以上のねじ山と溝とを一般に有するものとすることがで
きる。
【００３６】本明細書において使用されている「螺旋
状」("helical") なる語は、構造体が長手方向の軸線を
中心に完全な一回転を行なうことを必ずしも意味するも
のではない。「螺旋状」なる語はまた、円弧を回転方向
に画定するとともに、軸線方向に延びる構造をも云うも
のでもある。「前方」("forward") よび「後方」("rear
ward")なる語は、本明細書においては、軸線２４を中心
とする周方向または回転方向に対して使用されている。
これらの語は、このような意味で使用されるので、「前
方」方向とは、バレルの下流方向へ向けてスクリュ−の
ねじ山を移動させる回転方向と対応する方向となる。か
くして、図１および図２に示すような右スクリュ−の場
合には、スクリュ−の下流側端部２０から見た場合の時
計廻りの回転方向が前方方向であり、一方、スクリュ−
の下流側端部２０から見た場合の反時計廻り方向が後方
方向となる。左スクリュ−の場合には、これらの方向は
逆となる。
【００３７】回転方向の第２のポイントの「前」にある
と記載されている第１のポイントとは、第１のポイント
が第２のポイントから前方回転方向に配置されているこ
とを意味するものである。回転方向の第２のポイントに
「続く」("following") と記載されている第１のポイン
トとは、第１のポイントが前記第２のポイントの後方に
配置されていることを意味する。４つのねじ山７１、７
２、７３および７４と、バレル１０の内面１１と、スク
リュ−本体３３は協働して、螺旋状スペ−ス即ち「チャ
ンネル」("channel") ２６を画定している。スクリュ−
本体３３の表面とバレル１０の内面１１との間の距離
は、「チャンネルの深さ」("channnel depth")と云う。
【００３８】図２の横断面図に示すように、スクリュ−
素子３２は、シャフト３４を中心に同心をなして配設さ
れている。スクリュ−３２は、シャフト３４に対してキ
−３５を介して固定位置に保持される。シャフト３４と
一体をなすキ−３５は、シャフト３４から半径方向外方
へ延び、スクリュ−３２の受けスロット３７に嵌合され
ている。スロット３７は、キ−３５と略同じ形状をなし
ているので、シャフト３４が回転すると、スクリュ−３
２も同様に回転する。しかしながら、スクリュ−３２は
シャフト３４に対して固定した回転関係にあるが、キ−
３５は、スクリュ−３２がシャフト３４に沿って軸線方
向に動くのを妨げることはない。従って、スクリュ−３
２は、スクリュ−素子をシャフトに対して軸線方向に摺
動させることによりシャフト３４に対する取外しと再配
置とを行なうことができる。操作の際には、スクリュ−
３２の軸線方向の動きはストッパ（図示せず）により阻
止される。
【００３９】図２は、スクリュ−に沿った所定の軸線方
向の位置、即ち、スクリュ−の上流側端部３２ａから所
定の距離のところ、従って、バレル１０の上流側端部３
０から軸線方向に所定の距離のところに配設された４つ
のねじ山７１−７４の構成を示す。即ち、ねじ山７１の
部分７５が横断面として図示されており、ねじ山７２の
部分７６、ねじ山７３の部分７７およびねじ山７４の部
分７８も同様に構成されている。
【００４０】図２に示すねじ山７４の部分７８は、剪断
フライトとして構成されている。バレル内面１１に最も
接近した剪断フライトの部分は、剪断頂部即ち峰５０で
ある。入口面即ち剪断供給領域４８は溝２６において剪
断峰５０の前方で開始し、溝と剪断頂部即ち峰との間に
円滑な遷移領域(transition)を提供するように後方の周
方向に半径方向外方へ傾斜している。出口面４９、即
ち、掻取り供給領域は、剪断頂部即ち峰５０から次の溝
２６へ向けて後方へ延びている。出口面４９は、後方の
周方向に半径方向内方へ傾斜している。剪断先端即ち峰
５０は、剪断先端（入口即ち剪断供給面４８）直前の領
域から回転方向４６の剪断先端（出口即ち掻取り供給面
４９）直後の領域まで滑らかな遷移領域を提供するよう
に丸く形成されている。
【００４１】剪断フライトの頂部即ち峰５０は、軸線２
４から剪断半径Ｒshear のところに位置している。剪断
半径は、剪断先端即ち峰５０とバレルの内面１１との間
にギャップ５４が画定されるように、所定の剪断クリア
ランスＣshear だけバレル１０の半径Ｒbarrelよりも小
さい。剪断先端５０とバレル内面１１との間のこの狭い
ギャップは、ギャップを通過する材料に大きい剪断力を
与えるように十分に小さく形成されている。しかしなが
ら、狭いギャップ５４は、配合材料が剪断供給領域４８
から剪断先端のもう一方の側へ移動するのを防止するほ
どには小さくなっていない。スクリュ−面３３とバレル
の内面１１との間の距離は、剪断先端５０からの周方向
の距離の増大に伴って大きくなっている。即ち、剪断供
給領域４８においては、スクリュ−本体３３とバレル内
面１１との間の距離は、狭いギャップ５４にかけてテ−
パが形成されている。出口即ち掻取り供給領域４９にお
いては、スクリュ−本体３３の表面には同様にテ−パが
形成されている。ねじ山７２の部分７６も同様に、剪断
フライトとして形成されており、剪断フライト７８と同
じ横断面構造を有している。
【００４２】ねじ山７１および７３の部分７５と７７
は、剪断フライト７８および７６とは異なり、掻取りフ
ライトとして形成されている。掻取りフライト７５は、
剪断フライト７８および掻取り供給領域４９の方向へ前
方を向く前壁５８と、他方の剪断フライト７６の方向へ
後方を向く後壁５９とを備えている。掻取りフライトの
前壁および後壁は、スクリュ−本体３３の表面から掻取
りフライトの最外側の先端即ち峰６０へかけて略半径方
向外方へ延びている。実質上直接当接するバレルの内面
１１は、掻取りフライト７５の掻取り先端６０である。
掻取り先端６０は鋭いあるいは実質上鋭い隅部を形成
し、前壁５８は好ましくは直角をなしている。かくし
て、掻取り先端６０は、剪断フライトの剪断半径Ｒshea
r よりも大きい掻取り半径Ｒscrapeをもって配設され、
掻取り先端即ち峰６０はバレルの内面１１から著しく小
さいトレランス距離をもって配設されている。このトレ
ランス距離Ｄt （掻取り半径Ｒscrapeとバレルの内側半
径Ｒbarrelとの差）はできるだけ小さくすべきであり、
しかも配合材料が掻取りフライトとバレルとの間を通過
するのを実質上防止することができるように十分小さく
すべきである。好ましくは、トレランスは長手方向の軸
線２４からバレルの内面１１までの半径方向の距離の約
０．４％よりも小さく、より好ましくは約０．２％より
も小さい。スクリュ−素子３２の直径は、長手方向の軸
線２４から掻取りフライト７５の先端６０までの半径方
向の距離の２倍として画定されている。
【００４３】掻取りフライトは、非常に狭いフライトク
リアランス、即ち、掻取りフライトの先端とバレルの内
面との間の著しく小さい距離の領域を提供し、剪断フラ
イトはゆったりとしたフライトクリアランスを提供して
いる。即ち、剪断フライトの先端は、バレルの表面か
ら、掻取りフライトよりも比較的大きい離隔距離にあ
る。より詳細には、剪断ギャップクリアランスＣshear
はトレランス距離よりも実質上大きくなっている。剪断
ギャップクリアランスの最適値は、用途によって変わる
が、掻取り半径即ちバレルの半径の約２％乃至約７％、
より望ましくは掻取り半径即ちバレルの半径の約３％乃
至約６％に等しい剪断ギャップクリアランスを使用する
ことができる。剪断ギャップクリアランスは、剪断半径
の約４．５％であるのが特に望ましい。クリアランスの
好ましい長さは、スクリュ−の作動速度、材料の特性お
よびバレルのサイズをはじめとする数多くの可変因子に
より定めることができる。
【００４４】バレル１０は、軸方向へ延びる孔６４を有
しており、この孔６４を介して、水のような冷却媒体が
バレルおよび該バレルと接触する材料を冷却するように
供給される。
【００４５】図３は、剪断および掻取りフライトがねじ
山に沿って交互する態様を示す。図３は、ねじ山の概略
投影図であり、スクリュ−素子３２が平坦な面に沿って
一回転を完了し、ねじ山７１−７４がこの図に示される
マ−キングを残している状態にある。寸法４２により示
されるように、スクリュ−素子３２の完全な一回転によ
りカバ−される距離は、円周即ちスクリュ−３２の直径
Ｄにπを乗じた値に等しい。スクリュ−の軸線方向の長
さの一部だけが図示されているが、スクリュ−素子３２
は、図示のように端部２０および３０の方向へ継続す
る。
【００４６】混合部３９内において、各ねじ山は掻取り
フライトから剪断フライトへ全長に亘って軸線方向に交
互している。例えば、ねじ山７４は剪断フライト７８を
有し、次いで、軸線方向に掻取りフライト８０が続き、
次いで剪断フライト８１が続き、更に掻取りフライト８
２が続き、次いで剪断フライト８３が続くといったこと
が繰り返される。掻取りフライトは実線で図示され、一
方、剪断フライトは破線で図示されている。
【００４７】図２の好ましい実施例に示しかつ図３の好
ましい実施例の投影図で示すように、剪断および掻取り
フライトはまた、回転方向に交互している。即ち、ねじ
山７４の剪断フライト７８の次には、回転方向に沿って
ねじ山７１の掻取りフライト７５が続く。同様に、掻取
りフライト７５の次には、回転方向にねじ山７２の剪断
フライト７６が続き、次に、ねじ山７３の掻取りフライ
ト７７が続き、更にねじ山７１の剪断フライト７８が続
き、このようにしてサイクルが完成する。各剪断フライ
トおよび掻取りフライトの周期(period)は、回転方向４
６の各フライトの長さに対して測定され、フライトがい
ずれも等しい長さを有している場合には、周期は、（円
周）／（剪断および掻取りフライトの全数）と等しくな
る。従って、長さが等しい４つの剪断フライトと４つの
掻取りフライトがあるので、好ましい実施例の各剪断フ
ライトおよび掻取りフライトの周期は、Ｄｘπ／８とな
る。各２つのねじ山間の溝の幅８０は軸線方向４３のね
じ山間の距離に等しい。
【００４８】動作に際しては、配合されるべきポリマと
添加剤のような材料が入口１２を介して供給部３８に供
給される。供給部において、ポリマは（ポリマが熱可塑
性である場合には溶融によるようにして）流動状態また
は部分流動状態とされ、混合部３９に進められ、混合部
において、ポリマはスクリュ−のねじ山７１−７４と、
スクリュ−３２と、バレルの内面１１とにより画定され
るチャンネル２６に入る。回転駆動装置４０がシャフト
３４従ってスクリュ−素子３２を、長手方向の軸線２４
を中心に前方回転方向４６に回転させる。
【００４９】スクリュ−３２が回転すると、チャンネル
２６に存在する材料は、ねじ山の掻取りフライトおよび
剪断フライトと接触するようになる。例えば、図２に示
すように、材料９０が剪断供給領域４８にたまると、材
料の幾分かが、スクリュ−とバレルとの間の回転によ
り、剪断先端５０とバレルの内面１１との間の狭いギャ
ップ５４を介して押される。
【００５０】材料９０がクリアランス５４を通過する
と、材料は剪断頂部５０とバレル内面１１との間で高い
剪断応力を受ける。かかる高い剪断応力により固体粒子
は破断されて破片が形成されるとともに、この固体の破
片は周囲の流体ポリママトリックスと配合される。材料
９０が高応力のクリアランス５４を通過すると、掻取り
供給領域４９において掻取りフライト７５の前方にたま
る。
【００５１】掻取り先端６０とバレル内面１１との間の
フライトクリアランスは著しく狭いので、材料は掻取り
フライト７５を通過することはできず、壁５８に沿って
掻取り供給領域４９に集まる。
【００５２】そこからの材料の代表的な流れパタ−ン
が、図３において径路９２ａとして示されている。材料
は掻取りフライト７５を通過することができないので、
ねじ山７１の剪断フライト９０に遭遇するまでは、ねじ
山７１の掻取りフライト７５に沿ってバレルの回転方向
４７に移動される。材料は剪断スライト９０を通過し、
ここで材料は再び高応力に遭遇し、固形分の破断が生ず
る。材料が剪断フライト９０を通過すると、次のねじ山
７２の掻取りフライト９１により集められる。掻取りフ
ライト９１は、材料を同じねじ山の剪断フライト８９に
案内し、再び高い剪断応力に遭遇させる。径路９２ｂに
より示されるように、材料が剪断フライト８９を通過す
ると、材料は次のねじ山７３の掻取りフライト９３によ
り集められる。
【００５３】剪断、掻取り、剪断フライトへの案内およ
び剪断からなるこの処理は、材料がスクリュ−の長手方
向に沿って下流側へ順次移行するに従って、繰り返され
る。剪断の繰り返しにより、材料を極めて有効に配合す
ることができる。スクリュ−の螺旋特性と、スクリュ−
への材料の連続する流入と、スクリュ−の回転とが相俟
って、材料を上流側端部３０から下流側端部２０へ向け
て有効に付勢する。最終的には、材料は、計量部３１を
通過し、出口１４を介して押出し機１から出される。
【００５４】径路９２ａおよび９２ｂは１つの可能なル
−トではあるが、所定の粒子材料を配合機を介して取り
入れることができ、かかる材料のほとんどに有効である
と認められる径路を想定することは困難であると考えら
れる。例えば、剪断部の狭いギャップ５４のサイズは、
剪断供給領域４８の材料の全てがこのギャップ５４を通
るほど大きくないことが好ましい。むしろ、材料のほと
んどが径路９３と同様の径路を取り、この場合には溝９
４にある材料９３ａの部分がねじ山７２の剪断フライト
９５を通過し、材料９３ｂの残りの部分が溝９４を下方
へ流れ続けて、最終的に別の剪断フライトにより剪断さ
れる。
【００５５】更に、チャンネル９４を下方へ移行する材
料９３ｂは、剪断フライト９７を介してチャンネル９４
に入る。従って、剪断フライトと掻取りフライトが交互
して配置されるという本実施例の構成により、大きな高
剪断領域を確保することができるだけでなく、十分なラ
ンダム混合を行なわせることができる。所定の材料の流
れが出口１４を介して配合機１を最終的に出る前に、分
けられかつ他の材料の流れと再混合されるが、かかる分
流と再混合は何回も行なわれる。
【００５６】押出し機１は、上首尾の配合機の４つの重
要な作用を達成させるうえで特に有効である。先づ、押
出し機１は、狭いギャップ領域を介して材料を通すこと
により高剪断応力領域を提供する。第２に、押出し機は
高剪断領域を繰り返し通過させる流れパタ−ンを有す
る。
【００５７】第３に、押出し機は良好な広範囲混合を行
なうことができる。図３において径路９３および９６で
示すような代表的な流れ径路の場合には、材料の流れ
は、スクリュ−が回転するにつれて分けられかつ再混合
され、かくして、広範囲混合が行なわれる。
【００５８】第４に、押出し機は、剪断領域において良
好な温度制御を行なうことができる。一般に、剪断応力
は、粘度と剪断速度の積であり、温度が上昇すると、粘
度が低下して応力レベルが凝集体を破断させるには不十
分となる。押出し機１は、冷却チュ−ブ６４、掻取りフ
ライト７５および剪断フライト５８により、温度が許容
することができないレベルを越えるのを防止する。バレ
ル１０の内面１１は、水のような冷却媒体をチュ−ブ６
４に通すことにより冷却される。掻取りフライト５２
は、材料をバレル１０の内面１１から除去することによ
り、材料がバレルの内面の固定層として蓄積するのを防
止するとともに、材料の残りが熱伝導から遮断されるの
を防止している。かくして、掻取りフライト５２は、バ
レル１０の内面１１の熱伝導係数を比較的高く保持する
作用を行なう。従って、材料が剪断頂部５０とバレルの
内面１１との間の狭いギャップを通過するときに、材料
は比較的低温に保持され、分散を有効に行なわせるのに
必要な高い応力レベルを確保する。
【００５９】スクリュ−および押出し機は、上記したよ
うに、多くの流体または半流体材料に対して分散、相接
触および／または熱伝導を行なわせるのに使用すること
ができる。上記したように、所定の好ましい適用は、例
えば、顔料、安定剤、難燃剤抗微生物剤および充填材の
ような添加材をポリマに組み込む場合のように１つまた
は双方の相が重合材料である分散体を形成することに対
して行なわれる。しかしながら、スクリュ−および押出
し機はまた、双方の相がポリマである系に関しても使用
することができる。本発明の配合押出し機は、通常の配
合以外に、ブレンドおよび合金を製造する際に、不相溶
性のポリマを分散させることができる。応力付加と混合
の繰返しにより、非相溶プラスチックがスクリュ−を出
た後に分離するのを防止することができる。
【００６０】一方のチャンネルから他方のチャンネルへ
の材料の漏れにより、押出し機およびスクリュ−が、上
記したように、高応力の速度とは独立して、広範囲混合
を提供する。押出し機およびスクリュ−はまた、２つの
分離する材料間で反応を行なわせるのに有用である。こ
れは、良好な反応には良好な混合が必要となるからであ
る。
【００６１】スクリュ−は、上記したように、溶融およ
び脱蔵（即ち、残留溶媒モノマなどのような低分子量揮
発性成分の除去）にも有効に適用することができる。こ
れらの操作は、加工機において行なわれる重要なユニッ
ト操作である。溶融処理の場合には、材料が部分的に溶
融した時点で、部分溶融した材料の剪断および掻取りの
繰返しにより、溶融処理が有効に達成され、材料の均質
な溶融体が形成される。溶融エネルギ−源は、高剪断領
域における機械的エネルギの熱ヘの変換である。これ
は、「放散−混合−溶融」("dissipative-mix-meltin
g") と呼ばれる。脱蔵の場合には、一部充填された装置
の溶融材料は高真空に曝される。揮発性物質は露出面を
介して蒸気空間に拡散する。材料に対する剪断と掻取り
の繰返しにより、全ての材料が高真空蒸気空間に繰返し
曝されるように材料を有効に脱蔵させる。
【００６２】本発明においては、種々の選択を行なうこ
とができ、かかる選択の多くはスクリュ−を通る材料の
典型的な流れ径路、従って、分散挙動に直接影響を与え
るものとすることができる。
【００６３】剪断および掻取りフライトは、種々の形態
で構成することができる。例えば、図３において、スク
リュ−に沿った所定の位置においては、剪断および掻取
りフライトは回転方向４６に交互して配置されている。
図４に示す別の好ましい実施例においては、剪断および
掻取りフライトは回転方向に交互するようには配置され
ていない。そうではなく、回転方向１４６に、各剪断フ
ライトには別の剪断フライトが続いており、各掻取りフ
ライトには別の掻取りフライトが続いている。例えば、
ねじ山１１１の剪断フライト１２１には、回転方向１４
６に、ねじ山１１２の剪断フライト１２２が続いてい
る。同様に、剪断フライト１２２には、回転方向にねじ
山１１３の剪断フライト１２３が続いており、剪断フラ
イト１２３には回転方向にねじ山１１４の剪断フライト
１２４が続き、剪断フライト１２４には回転方向にねじ
山１１１の剪断フライト１２１が続き、このようにして
サイクルが完成する。
【００６４】図４にはまた、掻取りおよび剪断フライト
の周期の変形例が示されている。この変形例では、剪断
および掻取りフライト１３１、１３２、１３３および１
３４で示されるように、１つのねじ山の１回転に沿って
４つの掻取りおよび剪断フライトが設けられているの
で、各剪断および掻取りフライトの周期はＤｘπ／４で
ある。
【００６５】本発明は、何らの動作理論によっても制限
を受けるものではないが、図４の好ましい実施例は、図
３の好ましい実施例とは異なる流路即ち径路を提供する
ように構成されている。剪断フライトは（周期が）より
大きくかつ回転方向に互いに直ちに従うように構成され
ているので、配合しようとする材料は、図３の実施例よ
り多い回数のパス(pass)を受ける。径路４０は、材料の
所定の部分が径路４０ａ、４０ｂ、４０ｃまたは４０ｄ
に沿って偏向される前で、かつ、チャンネル４１、４
２、４３または４４にそれぞれ流れ込む前に著しく少数
の剪断フライトを通ることができるように構成されてい
る。図３の好ましい実施例と比較して、より多くの材料
が剪断フライトを通過し、次いでチャンネルを下流側へ
流れるので、図４において各チャンネルを介して流れる
材料の速度は小さくなり、従って、スクリュ−全体にお
ける流速も小さくなる。
【００６６】図５は、更に別の好ましい実施例を示し、
この実施例においては、掻取りおよび剪断フライトの周
期は可変となっており、しかも掻取りフライト２１０の
一部には回転方向へ剪断フライト２１１が続いており、
掻取りフライト２１０の他の部分には回転方向に別の掻
取りフライト２１２が続いている。各フライトの周期お
よび各フライトの他のフライトに対する軸線方向の位置
を変えることにより、所定の粒子材料に関する剪断パス
の平均回数、剪断パスを受ける材料の割合、材料の流
量、異なる流れの混合の程度などといった種々のパラメ
−タの重要性を選択することができる。例えば、掻取り
フライトの周期と数が剪断フライトの周期と数よりも実
質上大きい場合には、材料のより多くの部分が、高応力
領域を通過することなくかつ他の流れと混合することな
く、同じチャンネルを下流側へ移行する傾向が生ずる。
同様に、剪断フライトの周期および数が掻取りフライト
の周期および数よりの実質上大きい場合には、材料は応
力を繰返し受けるとともに、他の流れとの広範囲な混合
を受けるが、チャンネルを下流側へ迅速には流れず、配
合機の全流量は減少するものとなる。
【００６７】図４および図５はいずれも、４つのねじを
有する(four-flighted) スクリュ−、即ち、４つのねじ
山を有するスクリュ−に関するが、ねじ山の全数を増減
させることが可能である。
【００６８】更に、配合機を通る材料の流れに影響を及
ぼすようにねじ山の角度を変えることができる。例え
ば、図３乃至図５はいずれも、捩れ角(helix angle) が
１７−１８度で、４つのねじを有する平方ピッチ(squar
e-pitched)スクリュ−を示す。捩れ角は、配合されるべ
き材料の必要性に応じて増減させることができる。捩れ
角が大きいと、良好な圧送性能が得られるが、この圧送
性能は剪断フライトでの材料の洩れを補償することか
ら、大きな捩れ角は本発明の配合機においては特に有利
である。更に、捩れ角はスクリュ−端部の一方からの軸
線方向の距離の増加に伴って変えることができる。
【００６９】変えることができる更に別のパラメ−タと
して、チャンネルの深さがある。図７は、流れ径路に影
響を及ぼすようにチャンネルの深さを変える態様を示
す。ハッシュマ−ク(hash mark) ４１０−４２７の長さ
は、その位置でのチャンネルの深さを示し、より長いハ
ッシュマ−クは深さがより大きい（以下、「深い」とい
う）ことを示し、短いハッシュマ−クは、深さが小さい
（以下、「浅い」という）ことを示す。即ち、チャンネ
ル４００はハッシュマ−ク４１１、４２３で「深く」、
チャンネル４１０はハッシュマ−ク４２４および４２６
で深い。チャンネル４００はハッシュマ−ク４１５−４
２２で「浅く」、ハッシュマ−ク４１０、４１２および
４１４において「中程度」("medium")となっている。チ
ャンネル４１０もまた、ハッシュマ−ク４２３、４２５
および４２７で中程度となっている。
【００７０】径路４９０は、チャンネル４００を通る材
料の一般的な径路を示すものである。これは、材料が剪
断フライト４５０を通過するときに、チャンネルのより
深い部分、即ち、ハッシュマ−ク４１１に近接し、か
つ、掻取りフライト４５１に隣接し、しかもチャンネル
の一層浅い部分（ハッシュマ−ク４２０−４２２）から
離れた部分で蓄積するように構成されている。スクリュ
−が回転し、材料をチャンネルの下流側へ付勢するにつ
れて、掻取りフライト４５１に隣接するチャンネルの深
さはハッシュマ−ク４１２に向けて減少し、材料のより
多くの部分をチャンネルの中間部へ向けて付勢する。従
って、チャンネル４００は（ハッシュマ−ク４１７−４
２０で示すように）剪断フライト付近で浅いにも拘ら
ず、材料の幾分か４８０ａが剪断クリアランスを通り、
チャンネル４１０に移行する。
【００７１】しかしながら、材料のほとんど４９０ｂ
は、チャンネルが浅いので剪断フライト４５５から離れ
るように付勢され、ハッシュマ−ク４１３に接近したチ
ャンネルの一層深い部分に入る。ここで、材料４９０ａ
は剪断フライト４５２を通過する材料４９１と混合され
る。混合された材料からなる混合物は次に、チャンネル
４００の下流への流れを継続する。従って、剪断フライ
トを通過する材料の量は、剪断フライトの周期および掻
取りフライトに対する剪断フライトの位置を変えるだけ
でなく、ねじ山間のチャンネルの深さを変えることによ
り規制することができるようになっている。
【００７２】これらの系を所定の必要性に合わせるよう
に構成する場合に、使用者に最大の融通性を提供するこ
とができるようにするためには、シャフトに対する配置
を考慮した場合、スクリュ−素子を異なるセグメントに
分けるのが好ましい。図６に示すように、３つのスクリ
ュ−セグメント３３１−３３３がシャフト３３４に共軸
をなして配設され、スクリュ−セグメントは互いに端部
どうしが接続されるようにしている。各スクリュ−セグ
メントは、キ−３３５を受けるためのスロット３３７を
備え、キ−３３５はシャフト３３４と一体となってい
る。かくして、セグメントはいずれも、シャフトに固定
された関係でシャフトと回転を行なうようになってい
る。
【００７３】セグメント３３１は、掻取りフライト３３
７および３７５を備えるとともに、掻取りフライト３７
８および他の掻取りフライト（図示せず）も備えてい
る。同様に、スクリュ−セグメント３３２は、掻取りフ
ライト３８０（および図示しない掻取りフライト）と、
剪断フライト３８１および３８２とを備え、スクリュ−
素子３３３は、掻取りフライト３９０および３９３と、
剪断フライト３９２（および図示しない他の剪断フライ
ト）とを備えている。フライトは、掻取りおよび剪断の
双方とも、セグメント間の共通の遭遇面で連続すること
はない。共通の遭遇面においては、フライトは周方向に
互いに対して偏位するように形成されている。かくし
て、掻取りフライト３８０の一端は、掻取りフライト３
７７と剪断フライト３７８との間のチャンネル３４８に
隣接したセグメント３３２の縁部で終端している。同様
に、掻取りフライト３８０の他端は、掻取りフライト３
９３と剪断フライト３９２との間のチャンネル内で終端
している。各周方向の偏位および連続するねじ山の欠如
により、材料を一層ランダムでかつ広範囲に混合するこ
とができる。
【００７４】このように、使用者は、別体をなすセグメ
ントを使用することにより、配合されるべき材料に適合
するように必要に応じてスクリュ−を組み立てることが
できる。例えば、セグメントがシャフト３４の長手方向
と交差した連続するねじ山を形成するのが好ましい場合
には、セグメントをシャフトに対して回転させて連続す
るねじ山を形成することができる。図６に示すように、
キ−３３５はスロット３３７ではなくスロット３３９に
配置して、セグメント３３１および３３２から連続する
ねじ山を形成することができ、ねじ山は掻取りフライト
３７７および掻取りフライトイ３８０から構成すること
ができる。
【００７５】キ−３３５を更に別のスロット（図示せ
ず）に配置する場合には、連続するねじ山は、セグメン
ト３３１に沿った剪断フライト３７８とセグメント３３
２に沿った掻取りフライト３８０を有することができ
る。従って、図３の好ましい実施例は、剪断および掻取
りフライトが回転方向および軸線方向の双方に交互に配
置されている図６のセグメントで構成することができ
る。
【００７６】上記したキ−とスロットは、このように、
周方向の複数の異なる相対的な位置において、スクリュ
−素子のセグメントを互いに対してかつシャフトに対し
て取着するように配設されている。セグメントを互いに
固着する他の機械的構成を使用して、同じ作用を行なわ
せることができる。単なる一例として、シャフトとセグ
メントには、対応するスプラインを設けることができ
る。あるいは、シャフトをなくして、セグメントをボル
ト、ピンその他の適宜の固定装置により互いに連結させ
ることができる。所望の場合には、スクリュ−に内部加
熱および／または冷却装置を設けることができる。
【００７７】更に別の好ましい実施例においては、各ス
クリュ−セグメントは、全ての剪断フライトまたは掻取
りフライトを有することができる。かかるセグメントと
することにより、異なるセグメントの全てのフライトが
シャフトの長手方向と交差する連続したねじ山を形成す
るように配列される場合には、図４の好ましい実施例を
構成することができる。セグメントはまた、スクリュ−
の外面に対して非円筒形の回転面を形成するように使用
することができる。例えば、スクリュ−の外面の直径
は、スクリュ−の峰およびチャンネルの深さのいずれか
を基準とすることにより、端部からの軸線方向の距離の
変化に伴って大きくなったりあるいは小さくなったりす
る。このように、本実施例は、セグメントを使用するこ
とにより、組み合わせを無限に行なうことができるとと
もに、最大の融通性を提供することができる。
【００７８】上記した本明細書における教示を参酌する
とともに、本発明が特定の寸法およびパラメ−タに限定
されないことを考慮すれば、好ましい実施例において
は、２５度の捩れ角を有する６つのフライトのスクリュ
−を９０ＲＰＭで作動させると、汎用ポリスチレンを４
５３ｋｇ／時（１０００ポンド／時）の供給量で圧送す
ることができる。掻取りフライトおよび剪断フライトは
図３と同様に配設され、従って、この場合には、掻取り
フライトと剪断フライトはスクリュ−の長手方向に沿っ
た任意の位置において回転方向に交互するように配置さ
れる。各剪断フライトと各掻取りフライトの周期は（Ｄ
ｘπ）／１２に等しく、従って、１つのねじ山が１回転
すると、６つの掻取りフライトと６つの剪断フライトに
遭遇する。スクリュ−の直径は１５．２４ｃｍ（６イン
チ）であり、軸線方向のリ−ドは２２．３ｃｍ（８．７
９インチ）である。チャンネルの平均深さは０．５０−
０．７５ｃｍ（０．２−０．３インチ）である。狭いギ
ャップ距離を約１．４ｍｍ（５６ミル）とすると、５０
０ｓ-1の剪断速度が得られる。流体力学論および上記構
成によれば、剪断部の流量はチャンネルでの正味の流量
の半分に等しくすべきである。従って、各チャンネルに
おける流量は、全チャンネルの平均流量の７５％乃至１
２５％の範囲において変わるようにすることができる。
一般的な粒子材料の平均パス回数は、３である。スクリ
ュ−にある材料の１．５％が０乃至６回のパスを経験
し、９．４％が１乃至５回のパスを経験し、２３．５％
が２乃至４回のパスを経験し、３１．３％が３回のパス
を経験するような回数とすることができる。
【００７９】本発明に係るスクリュ−は、２つ以上のス
クリュ−からなる構成体において使用することができ
る。剪断および掻取りフライトを有するスクリュ−素子
は、例えば、限定されない例として、二軸押出し機（か
み合いまたは非かみ合い、同時回転または逆回転）およ
び多軸装置をはじめとする、スクリュ−を使用したほと
んどの処理装置、配合機またはミキサにおいて使用する
ことができる。本発明に係るスクリュ−は、スクリュ−
射出成形機およびスクリュ−吹込み成形機においても使
用することができる。本発明のスクリュ−は、これらの
装置におけるスクリュ−に取って代わることができる。
実際に、本発明の利点と融通性は、分散混合が所望され
るほとんどの用途において発揮される。
【００８０】図８は、シャフト５３４および５３５に配
置された２つのスクリュ−素子５３２および５３３を含
む非かみ合い二軸スクリュ−５００の横断面図である。
スクリュ−素子５３２および５３３は、これまでに詳し
く説明してきた剪断および掻取りフライトを有してい
る。スクリュ−素子５３２およびシャフト５３４はバレ
ル室５１０内に配置され、スクリュ−素子５３３および
シャフト５３５はバレル室５１１内に配置されている。
バレル室５１０は、バレル室５１１と開口５５０を介し
て連通している。二軸スクリュ−配合機５００の動作
は、上記した動作と同様であるが、一方のバレル室から
他方のバレル室への材料の交換が更に行なわれる。
【００８１】上記した構成に関するこれらのあるいは他
の変更と組合わせを、特許請求の範囲に記載の本発明か
ら逸脱することなく利用することができるので、好まし
い実施例の上記説明は特許請求の範囲に記載の本発明を
限定するのではなく、例示するものであると解釈される
べきである。
【００８２】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、従来のスクリュ−装置が有する利点を十分に保障
し、かつ、製造コストの上昇と構造の複雑化を実質上阻
止しながら、良好な分散混合と広範囲混合とを行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る配合機の概略部分断面
正面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】本発明の一の好ましい実施例に係るスクリュ−
のねじ山の投影図である。
【図４】本発明の別の好ましい実施例に係るスクリュ−
のねじ山の投影図である。
【図５】本発明の別の好ましい実施例に係るスクリュ−
のねじ山の投影図である。
【図６】本発明の更に別の実施例に係るシャフトの所定
の位置に配置したスクリュ−セグメントの斜視図であ
る。
【図７】本発明の別の好ましい実施例を示す概略図であ
る。
【図８】本発明の更に別の好ましい実施例を示す横断面
図である。
【符号の説明】
１ 押出し機 １０ バレル １１ バレル内面 １２ 入口 １４ 出口 ２０ 下流側端部 ２４ 長手方向の軸線 ２６ チャンネル ３０ 上流側端部 ３１ 計量部 ３２ スクリュ−素子 ３２ａ 上流側端部 ３２ｂ 下流側端部 ３３ スクリュ−本体 ３４ シャフト ３５ キ− ４６ 回転方向 ４７ 回転方向 ４８ 剪断供給領域 ４９ 掻取り供給領域 ５０ 剪断フライト先端 ５４ ギャップ ５８ 前壁 ５９ 後壁 ６４ 孔 ７１ ねじ山 ７２ ねじ山 ７３ ねじ山 ７４ ねじ山 ７５ 掻取りフライト ７６ 剪断フライト ７７ 掻取りフライト ７８ 剪断フライト ８０ 掻取りフライト ８１ 剪断フライト ８２ 掻取りフライト ８３ 剪断フライト ９２ａ 径路 ９２ｂ 径路 １１１ ねじ山 １１２ ねじ山 １２１ 剪断フライト １４６ 回転方向 ２１０ 掻取りフライト ２１２ 掻取りフライト ２１１ 剪断フライト ３３１ スクリュ−セグメント ３３２ スクリュ−セグメント ３３３ スクリュ−セグメント ３３４ シャフト ３７５ ねじ山 ３７７ ねじ山 ３７８ 剪断フライト ３８１ 剪断フライト ３８２ 剪断フライト ３９０ 掻取りフライト ３９３ 掻取りフライト ４００ チャンネル部 ４５１ 掻取りフライト ４５２ 剪断フライト ４５５ 剪断フライト ５１０ バレル室 ５１１ バレル室 ５３５ シャフト ５５０ 開口

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バレル室を画定し、内面および外面を有
    し、しかも第１と第２の端部および該端部間を延びる長
    手方向の軸線を有することにより前記軸線に沿った軸線
    方向、前記軸線と交差する半径方向および前記軸線を中
    心とする周方向を画定する中空バレルと、 材料を前記バレル室に導入する入口手段と、 前記長手方向の軸線に沿って延びかつ前記長手方向の軸
    線を中心に周回転方向に回転自在に配置され、前記バレ
    ルの前記第１の端部に隣接した第１の端部および前記バ
    レルの前記第２の端部に隣接した第２の端部を有し、し
    かも前記バレルの前記内面との間にある材料を剪断する
    ように前記バレルの前記内面から所定の距離離隔して延
    びる少なくとも１つの剪断フライトおよび前記バレルの
    前記内面から材料を除去するように前記バレルの前記内
    面に隣接した位置まで半径方向に延びる少なくとも１つ
    の掻取りフライトを有するスクリュ−とを備え、 前記フライトは前記スクリュ−が前記回転方向へ回転し
    たときに前記材料を集めて前記剪断フライトまで案内す
    るように構成配置されていることを特徴とする固体で粘
    性のあるプラスチックおよび重合材料の処理装置。
  2. 【請求項２】 前記各剪断フライトおよび前記各掻取り
    フライトは、前記スクリュ−に螺旋状に配設されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
  3. 【請求項３】 前記スクリュ−は前記長手方向の軸線を
    中心に延びる少なくとも１つの螺旋状のねじ山を備え、
    該ねじ山の一部は少なくとも１つの前記剪断フライトか
    らなり、前記ねじ山の別の部分は少なくとも１つの前記
    掻取りフライトからなることを特徴とする請求項２に記
    載の処理装置。
  4. 【請求項４】 前記スクリュ−は複数の前記ねじ山から
    なることを特徴とする請求項３に記載の処理装置。
  5. 【請求項５】 各ねじ山は複数の前記剪断フライトと複
    数の前記掻取りフライトとを備え、前記剪断フライトに
    は前記ねじ山に沿って前記掻取りフライトが連続して交
    互に続くことを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の端部から離隔した距離の位置
    にある前記スクリュ−の部分において、１つの前記ねじ
    山の前記剪断フライトには回転方向に別の前記ねじ山の
    剪断フライトが続くことを特徴とする請求項５に記載の
    処理装置。
  7. 【請求項７】 前記第１の端部から離隔した距離の位置
    にある前記スクリュ−の部分において、１つの前記ねじ
    山の前記剪断フライトには、回転方向に別の前記ねじ山
    の掻取りフライトが続くことを特徴とする請求項５に記
    載の処理装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の端部から離隔した距離の位置
    にある前記スクリュ−の部分において、１つの前記ねじ
    山の前記剪断フライトには回転方向に別の前記ねじ山の
    掻取りフライトおよび剪断フライトが続くことを特徴と
    する請求項５に記載の処理装置。
  9. 【請求項９】 前記複数のねじ山はそれぞれ前記バレル
    の前記第１の端部からの第１の離隔距離の位置から、前
    記バレルの前記第２の端部からの第２の離隔距離の位置
    まで連続して延び、前記複数のねじ山の少なくとも２つ
    は異なる第１の離隔距離を有し、前記複数のねじ山の少
    なくとも２つは異なる第２の離隔距離を有することを特
    徴とする請求項４に記載の処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記スクリュ−に沿った各軸線方向の
    位置には、前記剪断距離が最小の離隔距離に到達するま
    で、前記剪断フライトと前記バレルの前記内面との間の
    離隔距離が回転方向とは反対の方向へ徐々に減少するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記最小離隔距離にある前記剪断フラ
    イトの部分は剪断フライトの先端であり、該剪断フライ
    ト先端は丸く形成されていることを特徴とする請求項１
    ０に記載の処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記バレルの前記内面に最も接近した
    前記掻取りフライトの部分は掻取りフライトの先端であ
    り、該掻取りフライトの先端は前記バレルの前記内面に
    隣接して掻取り隅部を有することを特徴とする請求項１
    １に記載の処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記掻取りフライトの先端は実質上矩
    形であることを特徴とする請求項１２に記載の処理装
    置。
  14. 【請求項１４】 第２の長手方向の軸線を有する第２の
    バレル室と、前記第２の長手方向の軸線に沿って延びる
    第２のシャフトとを更に備え、前記第１のバレル室は開
    口を介して前記第２のバレル室と連通していることを特
    徴とする請求項１に記載の処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記掻取りフライトは前記スクリュ−
    から前記バレルの前記内面へ半径方向に延びることを特
    徴とする請求項１に記載の処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記掻取りフライトは前記バレルの前
    記内面から離隔したトレランス距離の位置まで半径方向
    へ延び、前記剪断フライトと前記バレルの前記内面との
    間の前記離隔距離は前記トレランス距離よりも大きい剪
    断距離であることを特徴とする請求項１に記載の処理装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記剪断距離は前記トレランス距離の
    １０倍よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載
    の処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記トレランス距離は前記長手方向の
    軸線から前記バレルの前記内面までの前記半径方向の距
    離の約０．２％であることを特徴とする請求項１７に記
    載の処理装置。
  19. 【請求項１９】 全剪断距離は前記全ての剪断フライト
    の周期の総計と等しく、しかも全掻取り距離は前記全て
    の掻取りフライトの周期の総計と等しくかつ全剪断長さ
    よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の処理装
    置。
  20. 【請求項２０】 全剪断距離は前記全ての剪断フライト
    の周期の総計と等しく、しかも全掻取り距離は前記全て
    の掻取りフライトの周期の総計と等しくかつ全剪断長さ
    よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の処理装
    置。
  21. 【請求項２１】 全剪断距離は前記全ての剪断フライト
    の周期の総計と等しく、しかも全掻取り距離は前記全て
    の掻取りフライトの周期の総計と等しくかつ全剪断長さ
    と略等しいことを特徴とする請求項３に記載の処理装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記複数のねじ山の数は４に等しく、
    前記ねじ山の捩れ角は約１７ないし１８度であることを
    特徴とする請求項４に記載の処理装置。
  23. 【請求項２３】 前記スクリュ−は前記ねじ山間に複数
    のチャンネル部を画定し、該チャンネル部はそれぞれチ
    ャンネル面を有し、該チャンネル面はバレルの前記内面
    からチャンネルの深さだけ半径方向に離隔しており、少
    なくとも１つの前記チャンネル部は後方が１つの前記掻
    取りフライトに接するとともに、この接する掻取りフラ
    イトに隣接して最大となりかつ前記掻取りフライトから
    前方へ離隔するにつれて減少するチャンネル深さを有す
    ることを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
  24. 【請求項２４】 前記少なくとも１つのチャンネル部は
    前方が１つの前記剪断フライトに接するとともに、この
    接する剪断フライトに隣接して最大となりかつ前記剪断
    フライトから後方へ離隔するにつれて大きくなるチャン
    ネル深さを有することを特徴とする請求項２３に記載の
    処理装置。
  25. 【請求項２５】 前記少なくとも１つのチャンネル部は
    接続点において前記接する掻取りフライトに接続されか
    つ前記接する掻取りフライトにすぐ隣接して大きくなる
    チャンネル深さを有する第２の剪断フライトに更に接し
    ており、該第２の剪断フライトは前記接続点から離れる
    方向にあることを特徴とする請求項２３に記載の処理装
    置。
  26. 【請求項２６】 バレル室を画定し、内面および外面を
    有し、しかも第１と第２の端部および該端部間を延びる
    長手方向の軸線を有することにより前記軸線に沿った軸
    線方向、前記軸線と交差する半径方向および前記軸線を
    中心とする回転方向を画定する中空バレルと、 材料を前記バレル室に導入する入口手段と、 前記長手方向の軸線に沿って延び、しかも前記バレルの
    前記第１の端部に隣接する第１の端部および前記バレル
    の前記第２の端部に隣接する第２の端部を有するシャフ
    トと、 該シャフトに配設され、周方向に回転することができ、
    しかも前記バレルの前記内面から前記材料を除去する掻
    取りフライトまたは前記バレルの前記内面から離隔した
    距離の位置まで半径方向に延びる剪断フライトを有する
    複数のスクリュ−セグメントとを備え、 前記フライトは前記掻取りフライトが材料を前記剪断フ
    ライトへ案内することにより前記スクリュ−セグメント
    が回転すると前記掻取りフライトが前記材料を集めて少
    なくとも１つの前記スクリュ−セグメントの前記剪断フ
    ライトへ案内するように構成配置され、前記材料は前記
    剪断フライトと前記バレルの前記内面との間で剪断され
    ることを特徴とする固体で粘性のあるプラスチックおよ
    び重合材料の処理装置。
  27. 【請求項２７】 前記各スクリュ−セグメントは少なく
    とも１つの前記剪断フライトと少なくとも１つの前記掻
    取りフライトを有することを特徴とする請求項２６に記
    載の処理装置。
  28. 【請求項２８】 上流側端部と下流側端部、該端部間を
    延びる長手方向の軸線並びに該長手方向の軸線を中心と
    する前方および後方周方向を画定する本体と、 互いに離隔して配設された複数のフライトと、 該フライト間に画定される複数のチャンネルとを備え、 前記フライトは前記軸線から掻取り半径の位置に峰を有
    する少なくとも１つの掻取りフライトと、前記軸線から
    剪断半径の位置に峰を有する少なくとも１つの剪断フラ
    イトとを有し、 前記剪断半径は前記掻取り半径よりも小さく、 前記フライトは前記スクリュ−がバレル内で前記前方周
    方向に回転したときに前記掻取りフライトがバレル内の
    材料を集めて前記剪断フライトへ案内することを特徴と
    する材料を処理しかつ混合するスクリュ−素子。
  29. 【請求項２９】 前記フライトは略螺旋状をなしている
    ことを特徴とする請求項２８に記載のスクリュ−素子。
  30. 【請求項３０】 前記剪断フライトは１つの前記チャン
    ネル内から剪断フライトの峰まで後方へ延びる入口面を
    有しており、該入口面は前記チャンネルから前記剪断フ
    ライトの前記峰へ円滑に遷移するように前記剪断フライ
    トの前記峰へ向けて前記後方周方向に半径方向外方へ傾
    斜していることを特徴とする請求項２９に記載のスクリ
    ュ−素子。
  31. 【請求項３１】 前記剪断フライトは剪断フライトの峰
    から後方へ延びる出口面を有し、該出口面は前記剪断フ
    ライトの前記峰からチャンネルへ円滑に遷移するように
    前記峰から離れる前記後方周方向に半径方向内方へ傾斜
    していることを特徴とする請求項３０に記載のスクリュ
    −素子。
  32. 【請求項３２】 前記剪断フライトは前記周方向前方を
    向き、かつ、実質上半径方向外方へ延びる前壁を有する
    ことを特徴とする請求項３０に記載のスクリュ−素子。
  33. 【請求項３３】 前記複数のフライトは前記したような
    複数の剪断フライトと前記したような複数の掻取りフラ
    イトを有することを特徴とする請求項２９に記載のスク
    リュ−素子。
  34. 【請求項３４】 前記フライトは第１の軸線方向の位置
    において本体の周辺に交互に連続して配設された掻取り
    フライトと剪断フライトを有することを特徴とする請求
    項３３に記載のスクリュ−素子。
  35. 【請求項３５】 前記フライトは第１の軸線方向の位置
    に配設された複数の掻取りフライトと第２の軸線方向の
    位置に配設された複数の剪断フライトを有することを特
    徴とする請求項３３に記載のスクリュ−素子。
  36. 【請求項３６】 前記フライトは共通の遭遇面から軸線
    方向に沿って対向する方向へ延びる第１の組をなすフラ
    イトと第２の組をなすフライトとを備え、前記第１と第
    ２の組をなす前記フライトは前記遭遇面においてフライ
    ト間に不連続部を画定するように前記遭遇面で周方向に
    互いに対して偏位されていることを特徴とする請求項３
    ３に記載のスクリュ−素子。
  37. 【請求項３７】 前記本体は各本体部は前記フライトの
    少なくとも１つをそれぞれ支持する複数の略円筒状の本
    体部と、該本体部を同軸をなして端部どうしで取着する
    手段とを備えることを特徴とする請求項３３に記載のス
    クリュ−素子。
  38. 【請求項３８】 前記取着手段は前記本体部を複数の異
    なる相対的位置において前記周方向へ互いに取着するこ
    とにより、前記本体部のフライトの相対的な周方向の位
    置を調整することができるようになっていることを特徴
    とする請求項３７に記載のスクリュ−素子。
  39. 【請求項３９】 前記複数のフライトは前記上流側端部
    から前記下流側端部に隣接する位置まで延びかつそれぞ
    れ複数の前記フライトを有する複数の実質上連続した略
    螺旋状のねじ山を構成することを特徴とする請求項３３
    に記載のスクリュ−素子。
  40. 【請求項４０】 前記剪断半径は前記掻取り半径の約
    ０．２％乃至０．４％に等しい差だけ前記掻取り半径よ
    りも小さいことを特徴とする請求項３８に記載のスクリ
    ュ−素子。
JP5122058A 1993-04-07 1993-04-27 プラスチックおよび重合材料の処理装置並びにスクリュー素子 Pending JPH07266332A (ja)

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US08/043742 1993-04-07

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