(57)【要約】      （修正有）【課題】一方のスクリュのみを延長して単軸スクリュ領域を形成し、副原料組成物単体の破砕状態を最適として押出すことを目的とする二軸スクリュ押出機の提供。【解決手段】二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置であって、シリンダ1の内孔1bの断面形状は、長手方向Aに沿う途中位置Bから狭くなる狭い内孔20となり、この狭い内孔20内には単軸の第１スクリュ1Aのみが案内され、前記途中位置Bのシリンダ壁21は断面形状でテーパ壁面22が設けられている構成である。【選択図】図２
2010184372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２スクリュ(1A,1B)を内設したシリンダ(1)を有する二軸スクリュ押出機(30)により樹脂原料(2)と副原料(5)を混練し、ダイス(16)から混練製品(15)を製造するようにした二軸スクリュ押出機の混練方法において、
前記シリンダ(1)の内孔(1b)の断面形状は、前記シリンダ(1)の長手方向(A)に沿う途中位置(B)から狭くなる狭い内孔(20)となり、前記狭い内孔(20)内には１本のスクリュからなる前記第１スクリュ(1A)が内設され、前記狭い内孔(20)が始まる前記途中位置(B)のシリンダ壁(21)は断面形状でテーパ壁面(22)が設けられていることを特徴とする二軸スクリュ押出機を使用する混練方法。
【請求項２】
前記第１スクリュ(1A)は、前記第２スクリュ(1B)よりは長く形成され、前記第１スクリュ(1A)の第１スクリュ先端(1Aa)は、前記シリンダ(1)の前記狭い内孔(20)を貫通してダイス(16)に臨み、前記第２スクリュ(1B)の第２スクリュ先端(1Ba)は、前記テーパ壁面(22)に直接臨んでいることを特徴とする請求項１記載の二軸スクリュ押出機を使用する混練方法。
【請求項３】
前記シリンダ(1)の上流位置には前記樹脂原料(2)を供給するためのホッパ(3)が設けられ、前記ホッパ(3)の下流位置には第１ベント(4)及び副原料供給箇所が設けられ、前記副原料供給箇所にはサイドフィーダ(6)又はサイドフィーダ(6)がない場合、サイドフィーダ(6)が配備される位置に第１ベント(4)とは違う上部が開口したシリンダ(1)の上部開口部が配備され、前記副原料(5)が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の二軸スクリュ押出機を使用する混練方法。
【請求項４】
前記シリンダ(1)の下流位置には、真空ベント(7)が設けら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スクリュ押出機を使用する混練方法。
【請求項５】
第１、第２スクリュ(1A,1B)を内設したシリンダ(1)を有する二軸スクリュ押出機(30)により樹脂原料(2)と副原料(5)を混練し、ダイス(16)から混練製品(15)を製造するようにした二軸スクリュ押出機の混練装置において、
前記シリンダ(1)の内孔(1b)の断面形状は、前記シリンダ(1)の長手方向(A)に沿う途中位置(B)から狭くなる狭い内孔(20)となり、前記狭い内孔(20)内には１本のスクリュからなる前記第１スクリュ(1A)が内設され、前記狭い内孔(20)が始まる途中位置(B)のシリンダ壁(21)は断面形状でテーパ壁面(22)が設けられていることを特徴とする二軸スクリュ押出機の混練装置。
【請求項６】
前記第１スクリュ(1A)は、前記第２スクリュ(1B)よりは長く形成され、前記第１スクリュ(1A)の第１スクリュ先端(1Aa)は、前記シリンダ(1)の前記狭い内孔(20)を貫通してダイス(16)に臨み、前記第２スクリュ(1B)の第２スクリュ先端(1Ba)は、前記テーパ壁面(22)に直接臨んでいることを特徴とする請求項５記載の二軸スクリュ押出機の混練装置。
【請求項７】
前記シリンダ(1)の上流位置には前記樹脂原料(2)を供給するためのホッパ(3)が設けられ、前記ホッパ(3)の下流位置には第１ベント(4)及び副原料供給箇所が設けられ、前記副原料供給箇所にはサイドフィーダ(6)又はサイドフィーダ(6)がない場合、サイドフィーダ(6)が配備される位置に第１ベント(4)とは違う上部が開口したシリンダ(1)の上部開口部が配備され、前記副原料(5)が供給されることを特徴とする請求項５又は６記載の二軸スクリュ押出機の混練装置。
【請求項８】
前記シリンダ(1)の下流位置には、真空ベント(7)が設けられていることを特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の二軸スクリュ押出機の混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噛み合い同方向回転二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置に関し、特に、一方のスクリュのみを延長して単軸スクリュ領域を形成し、副原料組成物単体の破砕状態を最適として押し出すための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種の二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置としては、一般に、図３及び図４で示される従来構成及び後述の特許文献１に開示された構成を挙げることができる。
すなわち、合成反応により生産された合成樹脂材料は、材料の改質及び均質化、後工程の成形装置における取扱いを容易にする目的で、スクリュ式混練押出機及びその先端に直接接続または間接的に配備された造粒装置を用いてペレット化されている。
【０００３】
前記スクリュ式混練押出機としては種々あるが、ここでは、図３及び図４で示される噛み合い同方向回転二軸スクリュ押出機について述べる。
図３及び図４において、符号１で示されるものは長手形状よりなり二軸の第１、第２スクリュ１Ａ、１Ｂが内設された複数のシリンダブロック（図３に示す）よりなるシリンダであり、このシリンダ１の最上流位置には樹脂原料２を供給するためのホッパ３が設けられている。
【０００４】
前記シリンダ１のほぼ中央位置には、第１ベント４と、副原料５を供給するためのサイドフィーダ６とが設けられ、このシリンダ１の下流位置には第２ベント７が設けられている。
前記シリンダ１は、その上流側から下流側へ向けて、図４で示されるように、第１輸送部１０、可塑化部１１、第２輸送部１２、混練部１３及び搬送部１４とからなり、この搬送部１４の下流にストランド状の混練製品１５を押し出すためのダイス１６が設けられている。
【０００５】
前述の従来構成において、混練溶融する場合について述べる。
まず、樹脂原料２はホッパ３を介してシリンダ１内に供給され、第１輸送部１０により可塑化部１１へ供給される。
前記可塑化部１１で溶融・混練された溶融樹脂中の水分及び揮発分などの不純な揮発成分は第１ベント４で除去された後、副原料５がサイドフィーダ６又はサイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の上部開口部から、供給される。
【０００６】
前記副原料５が混入された溶融樹脂は、第２輸送部１２によって混練部１３に送られ、この混練部１３にて溶融樹脂と副原料の混練・混合が行われ、第２ベント７にて更に不純な揮発成分が除去されると共に、搬送部１４を介してシリンダ１の先端（最下流）のダイス１６からストランド状の混練製品１５として、後工程の直接接続または間接的に配備された造粒装置（図示せず）へ送られ、ペレット化される。
【０００７】
また、他の従来構成として、後述の特許文献１に開示された連続混練押出装置を挙げることができ、この連続混練押出装置においては、図示していないが、二軸スクリュシリンダの下流側に一軸スクリュシリンダを接続し、二軸スクリュシリンダと一軸スクリュシリンダとの接続連通部分に流量調節機構を設け、装置全体を小型化し、樹脂の混練度を自在に調整する構成である。
また、第１軸３と第２軸４スクリュは噛み合っておらず、第１軸３と第２軸４スクリュの回転は異なっていることが、図から明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３，１１３，８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置は、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、前述の図３及び図４で示される従来の製造方法において、副原料がその組成物単体が細く長い形状をした物の場合、この副原料を供給しているサイドフィーダ又はシリンダ上部開口部以降のシリンダ内で、この副原料が大きく破壊され、副原料自体の組成物単体が破砕されすぎ、混練製品の機械的な強度が得られないと云う問題があった。
そのため、本出願人は、図４の下流側の混練部を除去し、混練機能が低い搬送用スクリュのみの搬送部によって混練製品の製造を実施したが、副原料の組成物単体の破壊は抑制することができず、混練製品の副原料が均一に混在することにより発揮される機械的な強度を得ることは不可能であった。
【００１０】
また、本出願人は、混練機能が低い単軸押出機で前述と同じ原料を用いて混練製品の製造を実施したが、混練部を有するスクリュでは、前記副原料の組成物単体が破砕されすぎ、前述と同様に混練製品の副原料が均一に混在することにより発揮される機械的な強度を得られなかった。
そこで、本出願人は、搬送用スクリュのみで構成されたスクリュのみで同原料の混練製品の製造を実施したが、細く長い形状をした単体物の供給を容易にするため、収束剤などを使用して収束させている副原料が単体に解けず、混練製品の副原料が均一に混在することにより発揮される機械的な強度を得ることは不可能であった。
【００１１】
また、前述の単軸押出機では、二軸スクリュ押出機に比べて搬送スクリュの混練搬送能力が低いため、副原料の供給量が増えると、搬送スクリュ上で、溶融樹脂と副原料が混練されることなく別々に搬送され、互いに摩擦抵抗が異なる溶融樹脂と副原料ではこの副原料のみが滑り、搬送押出が不安定となり、混練製品の副原料の配合量が不安定となる問題も発生した。
【００１２】
また、前述の特許文献１に開示された連続混練押出装置においては、本発明と類似の二軸押出機と単軸押出機を組み合わせているが、二軸部分は非噛み合い異方向回転であり、スクリュ同士によるセルフクリーニング性が低いため、溶融樹脂と副原料の混練時間が長くなり、かつ混練時間の分布も広くなるため、副原料の破砕が促進される構造である。また、二軸と単軸との間に流量調整機構を設けて流量調整しているため、構造が複雑であり、流量調整機構があるために、本副原料の破砕が大きく進行され、混練製品の副原料が均一に混在することにより発揮される機械的な強度を得られないことが予測される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用する混練方法は、第１、第２スクリュを内設したシリンダを有する二軸スクリュ押出機により樹脂原料と副原料を混練し、ダイスから混練製品を製造するようにした二軸スクリュ押出機の混練方法において、前記シリンダの内孔の断面形状は、前記シリンダの長手方向に沿う途中位置から狭くなる狭い内孔となり、前記狭い内孔内には１本の前記第１スクリュが内設され、前記狭い内孔が始まる前記途中位置のシリンダ壁は断面形状でテーパ壁面が設けられている方法であり、また、前記第１スクリュは、前記第２スクリュよりは長く形成され、前記第１スクリュの第１スクリュ先端は、前記シリンダの前記狭い内孔を貫通してダイスに臨み、前記第２スクリュの第２スクリュ先端は、前記テーパ壁面に直接臨んでいる方法であり、また、前記シリンダの上流位置には前記樹脂原料を供給するためのホッパが設けられ、前記ホッパの下流位置には第１ベント及び副原料供給箇所が設けられ、前記副原料供給箇所にはサイドフィーダ又はサイドフィーダがない場合、サイドフィーダが配備される位置に第１ベントとは違う上部が開口したシリンダが配備され、前記副原料は、サイドフィーダ又はサイドフィーダがない場合、サイドフィーダが設置される位置に第１ベントとは違う上部が開口したシリンダの上部開口部から供給される方法であり、また、前記シリンダの下流位置には、真空ベントが設けられている方法である。
また、本発明による二軸スクリュ押出機の混練装置は、第１、第２スクリュを内設したシリンダを有する二軸スクリュ押出機により樹脂原料と副原料を混練し、ダイスから混練製品を製造するようにした二軸スクリュ押出機の混練装置において、前記シリンダの内孔の断面形状は、前記シリンダの長手方向に沿う途中位置から狭くなる狭い内孔となり、前記狭い内孔内には１本の前記第１スクリュが内設され、前記狭い内孔が始まる前記途中位置のシリンダ壁は断面形状でテーパ壁面が設けられている構成であり、また、前記第１スクリュは、前記第２スクリュよりは長く形成され、前記第１スクリュの第１スクリュ先端は、前記シリンダの前記狭い内孔を貫通してダイスに臨み、前記第２スクリュの第２スクリュ先端は、前記テーパ壁面に直接臨んでいる構成であり、また、前記シリンダの上流位置には前記樹脂原料を供給するためのホッパが設けられ、前記ホッパの下流位置には第１ベント及び副原料供給箇所が設けられ、前記副原料供給箇所にはサイドフィーダ又はサイドフィーダがない場合、サイドフィーダが配備される位置に第１ベントとは違う上部が開口したシリンダが配備され、前記副原料は、サイドフィーダ又はサイドフィーダがない場合、サイドフィーダが設置される位置に第１ベントとは違う上部が開口したシリンダの上部開口部から、供給される構成であり、また、前記シリンダの下流位置には、真空ベントが設けられている構成である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置は、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、第１、第２スクリュを内設したシリンダを有する二軸スクリュ押出機により樹脂原料と副原料を混練し、ダイスから混練製品を製造するようにした二軸スクリュ押出機の混練方法及び装置において、前記シリンダの内孔の断面形状は、前記シリンダの長手方向に沿う途中位置から狭くなる狭い内孔となり、前記狭い内孔内には単軸のみからなる前記第１スクリュが内設され、前記狭い内孔が始まる前記途中位置のシリンダ壁は断面形状でテーパ壁面が設けられていることにより、二軸スクリュ押出機の高い混練搬送能力と単軸押出機の搬送スクリュによる低い破砕能力を兼ね備え、二軸スクリュで可塑化・混練された溶融樹脂に対して副原料を供給し、二軸スクリュで副原料の組成物を単体に解し溶融樹脂中に混合し、副原料単体の破砕を抑えて、溶解樹脂中に解された副原料単体を均一に分散させた状態で、単軸の第１スクリュで押出すことができる。
また、前記第１スクリュは、前記第２スクリュよりは長く形成され、前記第１スクリュの第１スクリュ先端は、前記シリンダの前記狭い内孔を貫通してダイスに臨み、前記第２スクリュの第２スクリュ先端は、前記テーパ壁面に直接臨んでいることにより、二軸スクリュで混練した状態のままの溶融樹脂を一軸スクリュ側に送り出すことができる。
また、前記シリンダの上流位置には前記樹脂原料を供給するためのホッパが設けられ、前記ホッパの下流位置には第１ベント及び副原料供給箇所が設けられ、前記副原料供給箇所にはサイドフィーダ又はサイドフィーダがない場合、サイドフィーダが配備される位置に第１ベントとは違う上部が開口したシリンダが配備され、前記副原料が供給される構成であり、供給された副原料は、二軸スクリュの後段で混練を受け、副原料の組成物が最良の長さに保持され、集結している副原料が各単体物に解れ、均一に分散する状態とすることができる。
また、前記シリンダの下流位置には、真空ベントが設けられていることにより、不純な揮発成分を除去することができる。
また、副原料を供給する位置から単軸スクリュが始まるまでの位置（二軸スクリュから単軸スクリュに切り替わる）までのスクリュ長や、単軸スクリュ自体の長さを調整することにより、混練製品中の副原料の細長さを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による二軸スクリュ押出機を使用する混練方法に適用する装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の概略断面図である。
【図３】従来の二軸スクリュ押出機の混練装置を示す概略構成図である。
【図４】図３の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、一方のスクリュのみを延長して単軸スクリュ領域を形成し、副原料組成物単体の破砕状態を最適として押出すようにした二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１７】
以下、図面と共に本発明による二軸スクリュ押出機を使用する混練方法及び装置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。
図１及び図２において符号１で示されるものは長手形状よりなり二軸の第１、第２スクリュ１Ａ、１Ｂが内設された複数のシリンダブロック（図１に示す）よりなるシリンダであり、このシリンダ１の最上流位置には、樹脂原料２を供給するためのホッパ３が設けられている。
【００１８】
前記シリンダ１のほぼ中央位置には、ベント部上部開口を有する第１ベント４及び副原料５を供給するためのサイドフィーダ６が設けられ、このサイドフィーダ６の下流側には真空ベントとしての第２ベント７及びダイス１６が設けられていると共に、このダイス１６からはストランド状の混練製品１５が吐出されるように構成されている。
【００１９】
前記シリンダ１は、その上流側から下流側へ向けて、図２で示されるように、前記第１、第２スクリュ１Ａ、１Ｂからなる二軸で形成された第１輸送スクリュ１０、可塑化部１１、第２輸送スクリュ１２、前記第１スクリュ１Ａのみの単軸からなる搬送部１４、最下流の押出機先端１ａに取り付けられストランド状の混練製品１５を吐出するためのダイス１６によって構成されている。
【００２０】
前記シリンダ１の内孔１ｂの縦断面形状は、図２で示されるように、シリンダ１の長手方向Ａに沿う途中位置Ｂ（ほぼ中央位置）からその上流よりも狭くなる狭い内孔２０となり、この狭い内孔２０内には１本の第１スクリュ１Ａからなる単軸のみの搬送部１４のみとなり、この狭い内孔２０が始まる前記途中位置Ｂのシリンダ壁２１は、縦断面形状でテーパ状をなすテーパ壁面２２で形成されている。
【００２１】
前記第１スクリュ１Ａは前記第２スクリュ１Ｂよりは長く一体に形成され、第１スクリュ１Ａの第１スクリュ先端１Ａａは内孔１ｂを貫通してダイス１６に臨み、第２スクリュ１Ｂの第２スクリュ先端１Ｂａは、前記テーパ壁面２２に直接臨んで対面配設されている。
【００２２】
図１に示されるサイドフィーダ６又はサイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の図示しない上部開口部から供給された副原料５は、第１、第２スクリュ１Ａ、１Ｂの最下流の第２輸送スクリュ１２で、上流から搬送されてきた溶融樹脂と共に混練された後に、単軸で前記二軸よりも弱い混練作用しかない狭い内孔２０内に送られて下流へ搬送されるように構成されている。
【００２３】
次に、動作について述べる。樹脂原料２はホッパ３からシリンダ１内に供給され、第１輸送スクリュ１０により可塑化部１１へ供給されて溶融・混練される。
この溶融樹脂は、第１ベント４にて樹脂中の水分、揮発分など不純な揮発性物質がシリンダ１外へ除去される。
【００２４】
その後、サイドフィーダ６又はサイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の上部開口部から前記樹脂原料２とは別異の副原料を供給すると、この副原料５はシリンダ１内の第２輸送スクリュ１２の後段で混練されて下流のテーパ壁面２２を介して狭い内孔２０内へ搬送される。
【００２５】
前記狭い内孔２０内の第１スクリュ１Ａのみによる単軸の搬送部１４によって搬送される際に、この単軸部分は混練度（作用）が二軸部分に比べると弱いため、副原料５の細く長い形状をした組成物単体の場合、従来のように粉々になるのではなく、最良の長さに保持され、収束されている単体物が解れ、溶融樹脂と均一に分散し、ダイス１６から吐出されて混練製品１５となる。
【００２６】
尚、前記溶融樹脂に副原料５が供給される第２輸送スクリュ１２は、混練機能が低い構成でもよいし、一部、溶融樹脂と副原料５を混練するための混練翼（図示せず）が組込まれてもよい。
また、前記第２輸送スクリュ１２の長さは、混練製品１５中の副原料５の組成物単体の破砕される長さに合わせて調整することができる。
【００２７】
また、前記狭い内孔２０内の単軸の第１スクリュ１Ａの溝深さは、副原料５の破砕を抑制するため、二軸スクリュと同じに設定する方が好ましいが、混練製品１５の副原料５の破砕状態を調整するため、溝深さが浅くなってもよい。また、この単軸部分の長さは、混練製品１５の副原料組成物単体の破砕状態に合わせて調整することができる。
【００２８】
前記サイドフィーダ６又はサイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の上部開口部から副原料５が供給される二軸スクリュの第２輸送スクリュ１２は、搬送スクリュのみでもよいし、一部、溶融樹脂と副原料５の混練や、集結した副原料の組成物を単体に解すための混練翼が組込まれてもよい。
【００２９】
また、サイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の図示しない上部開口部から副原料５が供給される場合、この上部開口部の軸方向長さを長くし、副原料５の供給位置をこの上部開口部の上流側や下流側に移動させることで、混練製品１５の副原料５の破砕状態を調整できる。
従って、シリンダ１内の二軸スクリュ１Ａ、１Ｂが存在する部分に設けられたサイドフィーダ６又はサイドフィーダ６がない場合、サイドフィーダ６が設置される位置に第１ベント４とは違う上部が開口したシリンダ１の上部開口部から副原料５を供給し、二軸による高い混練搬送能力により、集結している副原料５の組成物が単体に解れ、溶融樹脂との均一分散と混練製品１５への配合量の安定化を計ることができる。
【００３０】
また、二軸スクリュ押出機３０の一方の第１スクリュ１Ａの先端スクリュを狭い内孔２０内に延長させて単軸押出機能を持たせることで、単軸押出機能の搬送スクリュによる低い破砕能力によって副原料５の破壊を抑えて押し出し、混練製品の副原料が均一に混在することにより発揮される機械的な強度を得ることができる。
尚、前記副原料５としては、単体物が真球状以外の形状（例えば、糸状、針状、燐片状など）をした形状に適応することができる。また、集結した副原料５組成物の形状が、小さく分裂した形状や、紐状に繋がった形状の原料にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、二軸スクリュ押出機における混練方法及び装置に限ることなく、食品機械の混練等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    シリンダ
１Ａ、１Ｂ    第１、第２スクリュ
Ａ    長手方向
Ｂ    途中位置
１ａ    押出機先端
１ｂ    内孔
１Ａａ    第１スクリュ先端
１Ｂａ    第２スクリュ先端
２    樹脂原料
３    ホッパ
４    第１ベント
５    副原料
６    サイドフィーダ
７    第２ベント（真空ベント）
１０    第１輸送スクリュ
１１    可塑化部
１２    第２輸送スクリュ
１４    搬送部
１５    混練製品
１６    ダイス
２０    狭い内孔
２１    シリンダ壁
２２    テーパ壁面
３０    二軸スクリュ押出機
【図１】
2010184372.tif 000003
【図２】
2010184372.tif 000004
【図３】
2010184372.tif 000005
【図４】
2010184372.tif 000006