(57)【要約】【課題】本発明は、最も上流側の混練部に移動自在な壁面体を設けることにより、溶融粘度が高い合成樹脂原料に対して、溶融温度を低く、比エネルギーを小さく、また、溶融粘度が低い合成樹脂原料に対して、溶融温度を高く、比エネルギーを大きくして混練することを目的とする。【解決手段】本発明によるスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置は、供給部(A)、第１輸送部(B)、少なくとも２ケ所の混練部、ゲート部(D)、第２輸送部(E)および吐出部(F)により構成され、ゲート部(D)において混練度調整が行われるとともに、最も上流に位置する混練部(C)において、シリンダ(11)の貫通内孔(11a)の壁面体(13a)をスクリュ(12)の軸直角方向へ移動させることにより、シリンダ(11)の貫通内孔(11a)の壁面とスクリュ(12)の外周との間隔を変化させて可塑化調整を行う構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ(11)の貫通内孔(11a)に２本のスクリュ(12)が回転できるように挿入され、その長手方向に供給部(A)と、第１輸送部(B)と、第１混練部(C)と、ゲート部(D)と、第２輸送部(E)と第２混練部兼吐出部(F)とが形成され、前記ゲート部(D)において混練度調整が行われるとともに、最も上流に位置する前記第1混練部(C)において、前記シリンダ(11)の貫通内孔(11a)の壁面に移動自在に設けられた壁面体(13a)をスクリュ(12)の軸直角方向へ移動させることにより、前記シリンダ(11)の貫通内孔(11a)の壁面とスクリュ(12)の外周との間隔(G)を変化させて可塑化調整を行うことを特徴とするスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂原料を溶融混練するスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置に関し、特に、粘度特性が異なる広範囲の合成樹脂原料の溶融混練を可能にするための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、合成装置により生産された合成樹脂原料は、生産されたそのままの状態で合成樹脂製品加工用の原材料とされることはなく、通常、合成樹脂としての物性あるいは特性の均質化および改質、あるいは添加材料等を加えて新たな機能特性を付与するために、スクリュ式二軸混練押出機による加工処理が行われている。この際に使用されるスクリュ式二軸混練押出機は、貫通内孔を形成された長尺筒形状のシリンダ（通常、複数個に分割されたブロックシリンダを、連結し一体化して構成されている。）および２本のスクリュを主要部材として構成されている。すなわち、噛合いあるいは非噛合い状態で平行に配置される２本のスクリュが、水平に配置されたシリンダの内孔に挿入されるとともに同方向にあるいは異方向に回転駆動されるように構成されている。スクリュ式二軸混練押出機は、また、その長手方向の適宜に区分されるそれぞれの区間において、スクリュがその形式あるいは形状を適宜に選択して形成されることにより、供給部、輸送部、混練部、ゲート部、脱気部、吐出部等により構成されている。
【０００３】
前記スクリュ式二軸混練押出機には、加工処理された合成樹脂原料が所望の物性あるいは特性を確保されるように、通常、前記混練部における合成樹脂原料の混練度合を調整するための混練度調整装置が、その下流に位置する前記ゲート部に設けられている。このような混練度調整装置として、ロータリースロットバー式（特許文献１）及びゲートバルブ方式（特許文献２）がある。
【０００４】
図３の従来構成において、符号１０で示されるものはスクリュ式二軸混練押出機である。このスクリュ式二軸混練押出機１０は、貫通内孔１１ａが形成された長手筒形状のシリンダ１１（通常、長尺方向において前記の各部単位で分割された複数個のブロックシリンダを、連結し一体化して構成されている。）および２本のスクリュ１２を主要部材として構成されている。シリンダ１１の貫通内孔１１ａは、その軸直角断面が、平行に配置して回転駆動される２本のスクリュ１２を挿入できるように、２個の円を連ねたほぼメガネ状に形成されている。
【０００５】
前記スクリュ式二軸混練押出機１０は、前記シリンダ１１が、長手方向を水平にするとともに前記貫通内孔１１ａのほぼメガネ状断面を横向きにして配置され、２本の前記スクリュ１２が貫通内孔１１ａに挿入されている。スクリュ式二軸混練押出機１０は、また、一方すなわち上流側から他方すなわち下流側へ、加工処理の工程に対応して、供給部Ａ、第１輸送部Ｂ、第１混練部Ｃ、ゲート部Ｄ、第２輸送部Ｅおよび第２混練部兼吐出部Ｆにより構成されている。供給部Ａには供給口１１ｂが形成され、ゲート部Ｄには特許文献１に開示されたロータリースロットバー式の混練度調整装置が設けられ、第２混練部兼吐出部Ｆには下流端側に吐出口１１ｃが形成されている。スクリュ１２は、スクリュ式二軸混練押出機１０の各部において、その加工処理に適した形式あるいは形状により構成されている。スクリュ式二軸混練押出機１０の上流側端部および下流側端部には、それぞれのスクリュ１２の貫通部に上流端軸封部１０ａおよび下流端軸封部１０ｂが形成されている。２本のスクリュ１２は、スクリュ式二軸混練押出機１０の上流側端部から突出し、それぞれが軸継手２０を介して減速機３０へ連結され、この減速機３０が電動機４０へ連結されている。
【０００６】
以上のように構成されたスクリュ式二軸混練押出機１０において、合成樹脂原料の溶融混練および混練度調整が以下のように行われる。すなわち、運転できる状態に条件設定および調整をされたスクリュ式二軸混練押出機１０において、電動機４０が起動され、減速機３０および軸継手２０を介してスクリュ１２が所定回転数で回転駆動されている状態で、シリンダ１１の最上流部である供給部Ａの供給口１１ｂから貫通内孔１１ａへ合成樹脂原料が供給される。貫通内孔１１ａへ供給された合成樹脂原料は、スクリュ１２の輸送作用により順次下流方向へ輸送される。
【０００７】
まず、第１輸送部Ｂにおいて、シリンダ１１の高温内面により予熱される。次に、第１混練部Ｃにおいて、混練され、せん断作用が加えられ、可塑化溶融される。次に、ゲート部Ｄにおいて、フライトを形成されていない円柱状のスクリュ１２の外周とスクリュ１２の外周に沿うように形成されたロータリースロットバーの内周との隙間を通過する。次に、第２輸送部Ｅにおいて、下流へ溶融樹脂が輸送される。さらに、第２混練部兼吐出部Ｆにおいて、再度混練され、吐出口１１ｃから後工程の機器へ吐出される。
【０００８】
第２混練部兼吐出部Ｆにおける再度の混練は、第１混練部Ｃにおける不十分な混練を補うためのものである。第１混練部Ｃにおける混練が常時充分に行えるのであれば、第２混練部兼吐出部Ｆは混練部を構成されなくてもよい。合成樹脂原料は、供給部Ａへ所定割合で連続的に供給されることにより、定常な加工処理が行われ、第２混練部兼吐出部Ｆから連続的に吐出される。
【０００９】
ゲート部Ｄにおいて、フライトが形成されていない円柱状のスクリュ１２の外周とスクリュ１２の外周に沿うようにロータリースロットバーに形成された内周との間隔が調整される、すなわち、間隔が変化することにより、隙間を流動する合成樹脂原料の流動抵抗が変化する。隙間が広いと流動抵抗が小さくなり、合成樹脂原料が容易に流動し通過する。従って、その上流の第１混練部Ｃにおいて、流動抵抗に打勝つための輸送作用による溶融合成樹脂原料の圧力が低くて済み、滞留量が少なく、滞留時間が短く、スクリュ１２の混練作用を受ける時間が短くなり、その結果、溶融合成樹脂原料の温度すなわち溶融温度が低く、合成樹脂原料に加えられる溶融混練に必要なエネルギーすなわち比エネルギーが小さい。逆に、隙間が狭いと流動抵抗が大きくなり、通過し難くなる。従って、第１混練部Ｃにおいて、流動抵抗に打勝つための高い圧力が必要となり、滞留量が多くなり、滞留時間が長くなり、混練作用を受ける時間が長くなり、その結果、溶融温度が高くなり、比エネルギーが大きくなる。
【００１０】
従って、スクリュ式二軸混練押出機１０により加工処理される合成樹脂原料の加工処理前および加工処理後に要求される物性あるいは特性に対し、混練度調整装置は、スクリュ１２の外周とロータリースロットバーの内周との間隔が調整され、適宜の隙間に調整される。すなわち、高い混練度を必要とする合成樹脂原料の場合は隙間を狭く、低い混練度で充分な、あるいは、溶融温度が高くなると劣化するような合成樹脂原料の場合は隙間を広くするように、調整される。スクリュ式二軸混練押出機１０の運転中には、第１混練部Ｃの温度および圧力を計測し、混練度調整装置の微調整が行われる。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３０９０１８号公報
【特許文献２】実公平７−５６１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整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、従来の合成樹脂原料の混練度調整は、スクリュ式二軸混練押出機１０のゲート部Ｄに設けられた混練度調整装置により、溶融状態の合成樹脂原料が流動する隙間の間隔を調整することにより行われている。従って、合成樹脂原料が隙間の流動抵抗に打勝って流動するために必要な第１混練部Ｃにおける合成樹脂原料の圧力が調整されている。このような圧力が調整されることにより、合成樹脂原料の溶融温度あるいは比エネルギーが間接的に調整されている。
【００１３】
しかし、第１混練部Ｃにおける合成樹脂原料の圧力の調整により溶融温度あるいは比エネルギーを調整しようとするには、その調整範囲には限界があり、物性あるいは特性によっては、合成樹脂原料の加工処理の混練度調整ができない場合がある。すなわち、溶融粘度の高い合成樹脂原料は、通常、流動抵抗が大きくなり、溶融温度が高く、比エネルギーが大きくなる傾向にあるが、溶融粘度がＭＩ５＝０．３（メルトインデックス５キログラム荷重のＭＩ計計測における単位時間流量が０．３グラム）で加工処理後の所定の物性あるいは特性を得るために、比エネルギー０．２６０以下および溶融温度３００℃以下を要求される合成樹脂原料（例えば、ブロー成形用）がある。逆に、溶融粘度の低い合成樹脂原料は、流動抵抗が小さくなり、溶融温度が低く、比エネルギーが小さくなる傾向にあるが、溶融粘度がＭＩ５＝１で同様に、比エネルギー０．２４０以上および溶融温度２８０℃以上を要求される合成樹脂原料（例えば、フィルム成形用）がある。しかし、これらの合成樹脂原料の要求値を満足させる加工処理を行うことは非常に困難であり、特殊なスクリュ式二軸混練押出機１０が必要になる。
【００１４】
付加的な調整方法として、スクリュ１２の回転数を変更して運転する方法がある。しかし、この方法では、例えば、溶融粘度の高い合成樹脂原料の場合、回転数を下げれば比エネルギーあるいは溶融温度が下がるとともに加工処理能力が落ちる。従って、加工処理能力を維持しながら、比エネルギーあるいは溶融温度を低くすることはできない。また、スクリュ１２の各部を構成する形式あるいは形状を合成樹脂原料の物性あるいは特性に対応させて変更する方法がある。しかし、この方法では、加工処理する合成樹脂原料の物性あるいは特性が大きく変わる度に、スクリュ１２を変更する必要がある。そのためには、スクリュ式二軸混練押出機１０の運転を停止し、スクリュ１２を変更するための分解組立作業が必要となり、操業度を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置は、シリンダの貫通内孔に２本のスクリュが回転できるように挿入され、その長手方向に供給部と、第１輸送部と、第１混練部と、ゲート部と、第２輸送部と第２混練部兼吐出部とが形成され、前記ゲート部において混練度調整が行われるとともに、最も上流に位置する前記第１混練部において、前記シリンダの貫通内孔の壁面に移動自在に設けられた壁面体をスクリュの軸直角方向へ移動させることにより、前記壁面体とスクリュの外周との間隔を変化させて可塑化調整が行われる構成である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置は以上のように構成されていることにより、以下のような効果を得ることができる。
すなわち、スクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置が、最も上流に位置する混練部において、シリンダの貫通内孔の壁面をスクリュの軸直角方向へ移動させることにより、シリンダの貫通内孔の壁面とスクリュの外周との間隔を変化させて可塑化調整が行われる方法であることにより、従来のゲート部における混練度調整に加えて、合成樹脂原料の最初の混練部において、合成樹脂原料の可塑化溶融の程度を調整する、すなわち合成樹脂原料の溶融温度あるいは比エネルギーを直接的に調整することができる。
【００１７】
その結果、最初の混練部における可塑化調整、ゲート部における混練度調整および下流側の混練部における混練度の組合せにより、広範囲の混練度調整ができるようになり、物性あるいは特性が広範囲に異なる多種類の合成樹脂原料の加工処理、従来は困難であった溶融温度あるいは比エネルギーの要求値に、容易に応えることができる。従来の混練度調整方法、すなわち、最初の混練部において、要求される物性あるいは特性を満足する状態になるように、合成樹脂原料がほぼ完全に溶融される方法に対し、少なくとも２ケ所の混練部を設け、最初の混練部において不完全な溶融を行うとともにその可塑化溶融の程度を調整し、下流の混練部において完全な溶融を行い、ゲート部において混練度調整を行うことにより、混練度調整の条件が増加し、自由度の高い混練度調整ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面と共に本発明によるスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、従来例と、同一あるいは同等部分については同一符号を使用する。
図１において、符号１０で示されるものはスクリュ式二軸混練押出機である。このスクリュ式二軸混練押出機１０は、貫通内孔１１ａが形成された長手筒形状のシリンダ１１（通常、長尺方向において後述される各部単位で分割された複数個のブロックシリンダを、連結し一体化して構成されている。）および２本のスクリュ１２を主要部材として構成されている。このシリンダ１１の貫通内孔１１ａは、２本のスクリュ１２が挿入できるように（図２に示されるように）、２個の円を連ねたほぼメガネ状に形成されている。
【００１９】
前記スクリュ式二軸混練押出機１０は、前記シリンダ１１が、その長手方向を水平にするとともに前記貫通内孔１１ａのほぼメガネ状断面を横向きにして配置され、２本の前記スクリュ１２が貫通内孔１１ａに挿入されている。このスクリュ式二軸混練押出機１０は、また、一方すなわち上流側から他方すなわち下流側へ、加工処理の工程に対応して、供給部Ａと、第１輸送部Ｂと、第１混練部Ｃと、ゲート部Ｄと、第２輸送部Ｅと第２混練部兼吐出部Ｆとにより構成されている。
【００２０】
前記供給部Ａには供給口１１ｂが形成され、前記第１混練部Ｃすなわち最も上流に位置する混練部には可塑化調整装置１３が設けられ、前記ゲート部Ｄにはロータリースロットバー式の混練度調整装置が設けられ、前記第２混練部兼吐出部Ｆには下流端側に吐出口１１ｃが形成されている。前記スクリュ１２は、前記スクリュ式二軸混練押出機１０の各部において、その加工処理に適した形式あるいは形状により構成されている。スクリュ式二軸混練押出機１０の上流側端部および下流側端部には、それぞれのスクリュ１２の貫通部に上流端軸封部１０ａおよび下流端軸封部１０ｂが形成されている。２本のスクリュ１２は、スクリュ式二軸混練押出機１０の上流側端部から突出し、それぞれが軸継手２０を介して減速機３０へ連結され、この減速機３０が電動機４０へ連結されている。
【００２１】
また、図２においては、前記シリンダ１１は軸直角断面が横長の矩形形状に構成され、シリンダ１１には、横向きに配置されたほぼメガネ状の前記貫通内孔１１ａが軸方向（紙面に鉛直な方向）に形成されている。シリンダ１１には、さらに、貫通内孔１１ａ及び貫通案内孔１１ｄが長手方向に沿って形成されている。この貫通内孔１１ａには、横方向に並べて配置された２本の前記スクリュ１２が挿入され、２本のスクリュ１２が非噛合い状態で内回りの異方向回転をする場合が示されており、それぞれが回転方向矢印Ｒの方向へ回転する。
【００２２】
前記貫通案内孔１１ｄには、前記スクリュ１２に対面する内面が前記シリンダ１１の壁面と同一形状に形成された一対の壁面体１３ａが上方および下方から挿入されている。前記各壁面体１３ａには、図１に示すように、それぞれにアクチュエータからなる往復駆動機１３ｂが連結され、前記各壁面体１３ａおよび往復駆動機１３ｂにより前記可塑化調整装置１３が構成されている。前記各壁面体１３ａは、それぞれが往復駆動機１３ｂを作動させることによりスクリュ１２の長手方向に対して直交する方向に沿って矢印Ｙの方向へ往復移動する。
【００２３】
以上のように構成されたスクリュ式二軸混練押出機１０において、合成樹脂原料の溶融混練および混練度調整が以下のように行われる。すなわち、運転できる状態に条件設定および調整をされたスクリュ式二軸混練押出機１０において、電動機４０が起動され、減速機３０および軸継手２０を介してスクリュ１２が所定回転数で回転駆動され、シリンダ１１の最上流部である供給部Ａの供給口１１ｂから貫通内孔１１ａへ、合成樹脂原料が供給される。この貫通内孔１１ａへ供給された合成樹脂原料は、スクリュ１２の輸送作用により順次下流方向へ輸送される。
【００２４】
まず、第１輸送部Ｂにおいて、シリンダ１１の高温内面により予熱され、第１混練部Ｃにおいて、シリンダ１１の貫通内孔１１ａの壁面および調整ブロック１３ａの内面とスクリュ１２とにより形成される内孔空間で混練され、せん断作用が加えられ、未溶融の状態から可塑化溶融される。次に、ゲート部Ｄにおいて、フライトが形成されていない円柱状のスクリュ１２の外周とスクリュ１２の外周に沿うように形成されたロータリースロットバーの内周との隙間を通過し、第２輸送部Ｅにおいて、下流へ溶融樹脂が輸送される。第２混練部兼吐出部Ｆにおいて、再度混練され、吐出口１１ｃから後工程の機器へ吐出される。この合成樹脂原料は、供給部Ａへ所定割合で連続的に供給されることにより、定常な加工処理が行われ、第２混練部兼吐出部Ｆから連続的に吐出される。
【００２５】
前記第１混練部Ｃにおいて、シリンダ１１の貫通案内孔１１ｄに挿入された前記壁面体１３ａは、往復駆動機１３ｂを作動させることにより移動され、合成樹脂原料の可塑化調整が行われる。未溶融の合成樹脂原料は、静止状態のシリンダ１１の貫通内孔１１ａの壁面および壁面体１３ａの内面と回転するスクリュ１２の外周との狭い隙間Ｇにおいてせん断作用を加えられ、せん断力により発熱し可塑化溶融する。このせん断作用およびせん断力は、前記隙間Ｇの間隔が変化することにより大きさが変化する。
【００２６】
図２において、壁面体１３ａの内面がシリンダ１１の貫通内孔１１ａの壁面に一致した状態、すなわち可塑化位置Ｍにある場合、未溶融の合成樹脂原料は、従来のスクリュ式二軸混練押出機１０と同様に、大きなせん断作用が加えられて可塑化溶融される。壁面体１３ａの内面がシリンダ１１の貫通内孔１１ａの壁面から上下に大きく離れた状態、すなわち非可塑化位置Ｎにある場合は、壁面体１３ａの内面とスクリュ１２の外周との間隔が大きく、せん断作用が殆んど発生せず、可塑化溶融されなくなる。壁面体１３ａの内面が可塑化位置Ｍから非可塑化位置Ｎへ移動するにつれて、せん断作用が徐々に小さくなり、合成樹脂原料の可塑化される割合が徐々に小さくなり、未溶融の状態の割合が徐々に大きくなる。
【００２７】
一般に、合成樹脂原料は、加えられるせん断作用の大きさにより、可塑化される割合が変化するとともに、溶融温度および比ネルギーが変化する。すなわち、加えられるせん断作用が大きいと、溶融温度が高く、比エネルギーが大きくなり、せん断作用が小さいと、溶融温度が低く、比エネルギーが小さくなる。なお、図２において、シリンダ１１の貫通内孔１１ａの両横側部では、シリンダ１１の貫通内孔１１ａの壁面とスクリュ１２の外周との間隔が変化せず従来通りなので、可塑化調整と関係なく、従来通りの可塑化溶融が行われる。
【００２８】
ゲート部Ｄにおいて、フライトが形成されていない円柱状のスクリュ１２の外周とこのスクリュ１２の外周に沿うようにロータリースロットバーに形成された内周との間隔が調整される、すなわち、間隔が変化することにより、隙間を流動する合成樹脂原料の流動抵抗が変化する。隙間が広いと流動抵抗が小さくなり、合成樹脂原料が容易に流動し通過する。
【００２９】
前記第１混練部Ｃの可塑化調整装置１３およびゲート部Ｄの混練度調整装置の調整と第２混練部兼吐出部Ｆにおける混練とを適宜に組合せることにより、合成樹脂原料は第１混練部Ｃにおいて不完全な可塑化溶融が行われ、第２混練部兼吐出部Ｆにおいて最終的に完全な可塑化溶融が行われる。第１混練部Ｃにおける不完全な可塑化溶融の程度と第２混練部兼吐出部Ｆにおける完全な可塑化溶融とを適宜に組合せることにより、溶融温度および比エネルギーを広範囲に変化させることができる。従って、物性あるいは特性が広範囲に異なる多種類の合成樹脂原料の加工処理、従来は困難であった溶融温度あるいは比エネルギーの要求値に、容易に応えることができる。図１および図２に示されるスクリュ式二軸混練押出機１０および可塑化調整装置１３により、従来技術において加工処理が非常に困難であるとされた合成樹脂原料について、溶融粘度がＭＩ５＝０．３の合成樹脂原料で比エネルギー０．２４０および溶融温度２８０℃を、溶融粘度がＭＩ５＝１の合成樹脂原料で比エネルギー０．２６０および溶融温度３００℃を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置の部分断面を含む正面図である。
【図２】図１の要部の拡大断面図である。
【図３】従来のスクリュ式二軸混練押出機の混練度調整装置の部分断面を含む正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０      スクリュ式二軸混練押出機
１０ａ    上流端軸封部
１０ｂ    下流端軸封部
１１      シリンダ
１１ａ    貫通内孔
１１ｂ    供給口
１１ｃ    吐出口
１１ｄ    貫通案内孔
１２      スクリュ
１３      可塑化調整装置
１３ａ    壁面体
１３ｂ    往復駆動機
２０      軸継手
３０      減速機
４０      電動機
Ａ      供給部
Ｂ      第１輸送部
Ｃ      第１混練部（最も上流に位置する混練部）
Ｄ      ゲート部
Ｅ      第２輸送部
Ｆ      第２混練部兼吐出部
Ｍ      可塑化位置
Ｎ      非可塑化位置
【図１】
2008168459.tif 000003
【図２】
2008168459.tif 000004
【図３】
2008168459.tif 000005