(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ（２）と、
前記スクリュ（２）の下流側に配置された、前記スクリュ（２）の軸周りのディスク相互間のずれ角度である位相角度Ｅが０°＜Ｅ＜９０°で配列された複数のディスク（３０）からなるスクリュピース（２０）を備えた混練部（９）と、を有する、樹脂原料を混練により可塑化する混練スクリュにおいて、
前記スクリュ（２）の下流端にて前記スクリュ（２）に隣接する前記スクリュピース（２０ａ）を構成する前記複数のディスク（３０）のうち、前記スクリュピース（２０ａ）の最上流側に位置するディスク（３０ａ1）は、前記ディスク（３０）の先端部であるチップ部（３２）における前記ディスク（３０）の前面側の頂部（ａ）と該ディスク（３０）の後面側の頂部（ｂ）との間の角度である螺旋角度θが、前記スクリュ（２）の軸を法線とする前記ディスク（３０）の断面を軸先端方向に見て前記スクリュ（２）の反回転方向に０°＜θ＜９０°の範囲内にあるツイストニーディングディスクであり、
前記スクリュ（２）の下流端にて前記スクリュ（２）に隣接する前記スクリュピース（２０ａ）を構成する前記複数のディスク（３０）のうち最下流側に位置するディスク（３０ａ5）、及び前記スクリュピース（２０ａ）の下流側にて該スクリュピース（２０ａ）に隣接する前記スクリュピース（２０ｂ）を構成する前記複数のディスク（３０）のうち最上流側に位置するディスク（３０ｂ1）は、前記ツイストニーディングディスクであり、
前記スクリュ（２）の下流端にて前記スクリュ（２）に隣接する前記スクリュピース（２０ａ）を構成する前記複数のディスク（３０）のうち、前記ディスク（３０ａ1）と前記ディスク（３０ａ5）とに挟まれたディスク（３０ａ2、３０ａ3、３０ａ4）は、前記螺旋角度θが０°のニーディングディスクであることを特徴とする、混練スクリュ。
【請求項２】
前記スクリュピース（２０ｂ）の最上流側に位置する前記ディスク（３０ｂ1）より下流側に配置されている前記ディスク（３０）は、前記螺旋角度θが０°のニーディングディスクである請求項１に記載の混練スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出機において、主に樹脂材料の混練を行う混練スクリュに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、合成樹脂原料は、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を行い、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、図４に示すような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。
【０００３】
スクリュ式混練押出機１００は、長尺筒状のシリンダ１０１と、このシリンダ１０１の内孔へ回転駆動可能に挿入された１本あるいは２本のスクリュ１０２と、樹脂原料を溶融混練する混練部１０３、シリンダ１０１内に原料が供給される原料供給口１０４と、原料から発生した不要な揮発成分を除去するベント１０５とを有する。
【０００４】
２本のスクリュ１０２及び混練部１０３は各部の機能に応じた形状のスクリュピースを組み合わせて構成される。その主要部である混練部１０３を構成する混練用スクリュピースとして、混練機能に優れたＫＤ（Ｋｎｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｃ：ニーディングディスク）から構成されるスクリュピースが必要に応じて組込まれている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
図５に、従来の混練部１０３の一例の一部拡大図を示す。
【０００６】
混練部１０３は、３つのスクリュピース１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにより構成されている。スクリュピース１２０ａは混練部１０３の上流側に配置され、スクリュ１０２に隣接して配置されている。すなわち、フルフライトスクリュであるスクリュ１０２の最下流の端面にスクリュピース１２０ａの最上流のＫＤが隣接して配置されている。スクリュピース１２０ｃは混練部１０３の下流側に配置され、スクリュピース１２０ｂはスクリュピース１２０ａとスクリュピース１２０ｃとの間に配置されている。これら各スクリュピース１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、それぞれ５枚のディスクで構成されるＫＤからなる。スクリュ１０２の軸周りの各ディスク相互間のずれ角度は４５°である。
【０００７】
スクリュピース１２０ａの最下流のＫＤとスクリュピース１２０ｂの最上流のＫＤ、及びスクリュピース１２０ｂの最下流のＫＤとスクリュピース１２０ｃの最上流のＫＤはそれぞれ同じ位相の端面で組み合わされている。
【０００８】
なお、上記混練部１０３は、スクリュピースがＫＤで構成された例を示したが、ＴＫＤ（Ｔｗｉｓｔ  Ｋｎｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｃ：ツイストニーディングディスク）でスクリュピースを構成したものもある（例えば、特許文献２、３）。
【０００９】
ＫＤで構成されたスクリュピースは、ＴＫＤに比べ、原料に対し高いせん断力を与える能力を有する。一方、ＴＫＤはＫＤに比べて、原料の送り能力が高いという特性を有する。
【特許文献１】特開２００１−２６０２０８号公報
【特許文献２】特開２００５−０３５２１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３７６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のＫＤで構成されたスクリュピースは、原料に対し充分なせん断を与える能力を有するが、原料によっては局所的に内部圧力が高くなってしまうという場合があった。内部圧力が高くなると、機械的負荷の増大、原料樹脂の部分的な物性変化（劣化）あるいは添加物質の凝集などによる製品品質への悪影響を及ぼすおそれがある。
【００１１】
これに対し、ＴＫＤで構成された従来のスクリュピースでは、溶融時の内部圧力は低減できるものの、従来のＫＤで構成されたスクリュピースと比べ混練度合いが変わり、必要な混練度合いが維持できず充分な品質が得られない場合があった。
【００１２】
通常、内部圧力が最も高くなるのは、フルフライトスクリュなどの輸送用スクリュとＫＤの境界である（図５中、αで示す位置）。これは、ＫＤの上流側に配置されたスクリュとＫＤの送り能力に差が出ることによる。すなわち、スクリュによって輸送されてきた原料は、その下流側のＫＤ部への移行部で輸送能力が急激に低下することで、その部位の内部圧力が高くなる。
【００１３】
一方、ＴＫＤは山頂部（チップ部）が捩れており１枚１枚のディスク自身が送り能力を持つため、通常のＫＤよりも送り能力が高くなり、上流側スクリュとの送り能力差が小さくなるため圧力の急激な上昇は回避しやすい。しかし逆に、送り能力が高くなるということは、十分なせん断が与えられないため、混練度合いが低下（変化）してしまう要因にもなってしまう。
【００１４】
混練度合いが高ければ高いほど良品質とは一概に言えないが、原料樹脂によっては高い混練度が要求されるものもある。また従来はこのような構成でも問題視はされていなかったが、近年原料構成が複雑になり、高い品質の要求、加えて高吐出力による高い機械安定性（信頼性）が必要となっている。
【００１５】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能な混練スクリュを提供することを第１の目的とする。さらには本発明は、混練特性を低減させることのない混練スクリュを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため本発明の混練スクリュは、スクリュと、スクリュの下流側に配置された、スクリュの軸周りのディスク相互間のずれ角度である位相角度Ｅが０°＜Ｅ＜９０°で配列された複数のディスクからなるスクリュピースを備えた混練部とを有する、樹脂原料を混練により可塑化する混練スクリュにおいて、スクリュの下流端にてスクリュに隣接するスクリュピース（２０ａ）を構成する複数のディスクのうち、スクリュピース（２０ａ）の最上流側に位置するディスク（３０ａ1）は、ディスクの先端部であるチップ部におけるディスクの前面側の頂部と該ディスクの後面側の頂部との間の角度である螺旋角度θが、スクリュの軸を法線とするディスクの断面を軸先端方向に見てスクリュの反回転方向に０°＜θ＜９０°の範囲内にあるツイストニーディングディスクであり、スクリュピース（２０ａ）を構成する複数のディスクのうち最下流側に位置するディスク（３０ａ5）、及びスクリュピース（２０ａ）の下流側にてスクリュピース（２０ａ）に隣接するスクリュピース（２０ｂ）を構成する複数のディスクのうち最上流側に位置するディスク（３０ｂ1）は、ツイストニーディングディスクであり、スクリュピース（２０ａ）を構成する複数のディスクのうちディスク（３０ａ1）とディスク（３０ａ5）とに挟まれたディスクは、螺旋角度θが０°のニーディングディスクであることを特徴とする。
【００１７】
スクリュと、その下流側に配置されたニーディングディスクとの境界では、通常、内部圧力が最も高くなるが、上記のとおり、本願発明の混練スクリュは、この境界部分において、ニーディングディスクよりも送り能力の高いツイストニーディングを配置させている。このため、本願発明によれば、上記境界部分での樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の混練スクリュは、スクリュピース（２０ｂ）の最上流側に位置するディスク（３０ｂ1）より下流側に配置されているディスクは螺旋角度θが０°のニーディングディスクであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明によれば樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能な混練スクリュを提供することができる。また、本発明は、混練特性を低減させることのない混練スクリュを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に本実施形態のプラスチック可塑化混練押出機の一例を示す。
【００２３】
加熱冷却可能なシリンダ１内に、スクリュ２が２本装備されている。スクリュ２は、減速機４と連結し、減速機４に連結されているモータ３にて同方向回転に駆動している。２本のスクリュ２は、お互い噛み合っている。シリンダ１は、上流から供給口５、ベント６ａ、排出口７、が設置されている。スクリュ２は、上流から固体輸送部８、混練部９、溶融体輸送部１０で構成されている。
【００２４】
供給口５より供給された固体プラスチック原料は、スクリュ２により混練部９へ輸送される。混練部９は、図２に示スクリュピースで構成され、短時間で固体プラスチック原料を溶融混練する。混練部９で溶融したプラスチック原料は、溶融体輸送部１０のベント６ａでプラスチック原料中に含まれる不要な揮発成分が除去されながら排出口７へ輸送され、排出口７を通してシリンダ１外にストランド状で排出される。ストランド状で排出された溶融プラスチック原料は、不図示のカッタにより、ペレット形状となる。カッタは、排出口７の出口に直接、または間隔を開けて設置されている。溶融したプラスチック原料は、排出口７前に装備されたスクリーン１９により、プラスチック原料中に含まれる不要な固体不純物をろ過される場合もある。
【００２５】
図２に本実施形態の混練部を構成するスクリュピースを示す。また、図３（ａ）にスクリュピースの側面図、図３（ｂ）にスクリュ２の軸を法線とするディスクの断面を軸先端方向に見た図を示す。なお、図３に示すスクリュピースは、図２におけるスクリュピース２０ａである。
【００２６】
混練部９は、３つのスクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより構成されている。スクリュピース２０ａはこれらスクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうち最上流側に配置され、スクリュ２に続けて配置されている。スクリュピース２０ｃは最下流側に配置され、スクリュピース２０ｂはスクリュピース２０ａとスクリュピース２０ｃとの間に配置されている。
【００２７】
まず、各スクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃの構成について説明する。各スクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ５枚のディスクで構成される点では同じであるが、用いられるディスク及びその配列が異なる。なお、以下の説明において、ディスク３０の添字は、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」はそれぞれスクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃのディスクであることを意味する。また、添字「１」〜「５」は、「１」が最上流側、「５」が最下流側を意味する。
【００２８】
スクリュピース２０ａは、スクリュ２の下流端にてスクリュ２に隣接するスクリュピースであり、ＴＫＤとＫＤとを有する。スクリュピース２０ａは、最上流側のディスク３０ａ1及び最下流側のディスク３０ａ5がＴＫＤであり、これらディスク３０ａ1、ディスク３０ａ5の間に挟まれた３枚のディスク３０ａ2〜３０ａ4はＫＤである。
【００２９】
ここで、ＴＫＤの構成について図３を参照しながら説明する。ＴＫＤは、ディスク３０の先端部であるチップ部３２における、前面側の頂部ａと後面側の頂部ｂとの間の角度である螺旋角度θが、スクリュ２の軸を法線とするディスク３０の断面Ａ−Ａを軸先端方向にみてスクリュ２の反回転方向に約１１°で傾斜している。なお、螺旋角度θは、スクリュ２の軸を法線とするディスク３０の断面を軸先端方向に見てスクリュ２の反回転方向に０°＜θ＜９０°の範囲内で適宜選択可能である。一方、ＫＤは、螺旋角度θが０°となる。
【００３０】
また、スクリュ２の軸周りの各ディスク３０相互間のずれ角度である位相角度Ｅは４５°である。また、位相角度Ｅも、０°＜Ｅ＜９０°の範囲内で適宜選択可能であり、ディスク３０の枚数も、例えば、６枚以上１５枚以下としてもよい。なお、ディスク３０の枚数はこれらに限定されるものではない。また、ここでは、混練部９は、３つのスクリュピースからなる例を示したが、４つ以上のスクリュピースからなるものであってもよい。
【００３１】
スクリュピース２０ｂは、スクリュピース２０ａの下流側にてスクリュピース２０ａに隣接するスクリュピースである。このスクリュピース２０ｂは、最上流側のディスク３０ｂ1のみがＴＫＤであり、これより下流側のディスク３０ｂ2〜ディスク３０ｂ5は全てＫＤである。
【００３２】
スクリュピース２０ｃは、ディスク３０ｃ1〜ディスク３０ｃ5の全てがＫＤである。
【００３３】
次に、スクリュ２及び３つのスクリュピース２０ａ、２０ｂ、２０ｃの配列及び作用について説明する。
【００３４】
図２に示すように、スクリュ２とスクリュピース２０ａとは隣接して配置されている。境界αは、フルフライトスクリュに隣接してＫＤを配置した従来技術の場合、送り能力に大きな差が発生し、通常最も内部圧力が大きくなる部位であった。しかしながら、本実施形態の場合、境界αにおいて、原料の輸送能力の高いフルフライトスクリュから、ＫＤよりも輸送能力の高いＴＫＤに接続されていることになる。このため、境界αにおける内部圧力の上昇を、従来の構成に比べて低減させることができる。そして、スクリュピース２０ａは、ＴＫＤであるディスク３０ａ1に続けてＴＫＤよりも混練能力の高い３枚のディスク３０ａ2〜３０ａ4が配置されている。つまり、スクリュピース２０ａは、境界αにおける局所的な内部圧力の上昇を伴わずに原料を混練させることができる。
【００３５】
スクリュピース２０ａとスクリュピース２０ｂとの間では、ＴＫＤであるディスク３０ａ5とディスク３０ｂ1とが連続して配置されていることになる（図２中境界βの前後）。また、ディスク３０ａ5とディスク３０ｂ1とは、図２に示すように同じ位相の端面で組み合わされている。
【００３６】
通常、スクリュピースの合わせ面は同じ位相面同士で組み合わされる。通常のＫＤで構成されるスクリュピースにおいても同じ位相面同士で組み合わされる（例えば図５参照）。これはスクリュピース同士を同じ位相面で合わせないと、スクリュピースの組み間違いが発生する可能性があるためである。このため組み込み時の作業を容易にするためにも、また間違いを避けるためにもスクリュピースの合わせ面は、通常同じ位相面同士で組み合わされる。しかし、図５からも分るように、境界βの前後では同じ位相のディスクが重なっており、見掛け上２枚分の厚さを持ったディスクが配置されていることになる。すなわち送り能力の弱い部位が通常の２倍の距離存在することになり、局所的に大きな内部圧力が発生する部位となっていた。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、上述したようにスクリュピース２０ａの最下流に位置するディスク３０ａ5をＴＫＤとし、さらにスクリュピース２０ｂの最上流側のディスクディスク３０ｂ1をＴＫＤとしている。これにより、同じ位相面同士で組み合して見掛け上２枚分の厚さのディスクとなっても、送り能力を有した部位となっているため、境界βにおける局所的な内部圧力の上昇を抑制することができる。
【００３８】
スクリュピース２０ｂは、ディスク３０ｂ2〜３０ｂ5の全てＫＤであり、スクリュピース２０ｃのディスク３０ｃ1〜３０ｃ5の全てＫＤである。すなわち、ディスク３０ｂ2においては、原料に十分な剪断力を与えることが可能である。
【００３９】
以上のように、本発明は、スクリュピースのうち、内部圧力が高くなる部分にＴＫＤを配置し、その他の部分は従来のＫＤを配置したものである。
【００４０】
ＴＫＤは内部圧力を下げるよう作用して、ＫＤは従来の混練度合いを保持する。すなわちＴＫＤは、ディスク自身が送り能力を持つため、通常のＫＤよりも送り能力が高くなり、送り能力差が小さくなるため、内部圧力の急激な上昇を抑制することができる。これとともに、ＫＤは送り能力が低い分だけ原料の滞留時間を長くなり、スクリュチップでのせん断回数が増え、混練度合いが高くなるので混練度合いを維持することができる。
【００４１】
以上、本実施形態の押出機によれば、混練特性を低減させることなく、樹脂の可塑化時に発生する局所的な内部圧力の上昇を抑制することが可能となる。
【実施例】
【００４２】
上述した図２に示すスクリュピースを備えた本発明の押出機と、図５に示すスクリュピースを備えた従来の押出機とにおいて、シリンダ内の圧力を測定した結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0004955612.tif 000002
【００４４】
本発明の押出機と従来の押出機はいずれも処理能力は７００ｋｇ／ｈである。しかしながら、従来のスクリュピースを用いた場合、内部圧力が４０ＭＰａまで上昇したのに対して本発明のスクリュピースを用いた場合、３２ＭＰａまで低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のスクリュ式二軸混練押出機の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の混練部におけるスクリュピースの構成を示す一部拡大図である。
【図３】本発明のスクリュピースの一例の側面図及びスクリュの軸を法線とするディスクの断面を軸先端方向に見た図である。
【図４】従来のスクリュ式二軸混練押出機の構成を示す概略図である。
【図５】従来の混練部におけるスクリュピースの一例の構成を示す一部拡大図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    シリンダ
２    スクリュ
３    モータ
４    減速機
５    供給口
６ａ    ベント
７    排出口
８    固体輸送部
９    混練部
１０    溶融体輸送部
１９    スクリーン
２０ａ〜２０ｃ    スクリュピース
３０    ディスク
３２    チップ部
ａ、ｂ    頂部
Ｅ    位相角度
α、β    境界
θ    螺旋角度
【図１】
0004955612.tif 000003
【図２】
0004955612.tif 000004
【図３】
0004955612.tif 000005
【図４】
0004955612.tif 000006
【図５】
0004955612.tif 000007