(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練対象物を混合および分散させて所望の混練状態の混練物とする２軸押出機に互いに噛合い同方向に回転するように備えられる一対のスクリューセットのロータセグメントとして組み込まれる混練用ロータにおいて、
少なくとも周方向に異なるチップクリアランスを出現させる２つの混練翼を備え、
前記スクリューセットの軸方向に見て、前記混練翼の頂部を除いて断面形状が前記スクリューセットの他のセグメントとして組み込まれる２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材の断面形状と同一であることを特徴とする混練用ロータ。
【請求項２】
前記ロータセグメントとして組み込まれたときに、該ロータセグメントの軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させることを特徴とする請求項１記載の混練用ロータ。
【請求項３】
前記混練翼が、軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させていることを特徴とする請求項１記載の混練用ロータ。
【請求項４】
前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に右回りに捩じられた前進型と、前記混練翼が軸方向に対して平行な中立型と、前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に左回りに捩じられた後退型との３種類からなり、これら３種類のうちの少なくとも１種を組み合わせることにより前記ロータセグメントとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の混練用ロータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の混練用ロータが２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材と共に組込まれたスクリューセット。
【請求項６】
請求項５記載のスクリューセットを備えた２軸押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムやプラスチック等の混練材料を混練する２軸押出機に使用される混練用ロータ、スクリューセット及び２軸押出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、２軸押出機は、一方側から他方側に連通されたバレル内に混練用ロータやニーディングディスクからなる混練セグメントとスクリューセグメントとを組み合わせた一対のスクリューセットを備えた構成にされている。そして、一方側の投入口からゴムやプラスチック等の混練材料を投入してスクリューセットの回転により他方側に搬送しながら混練セグメントにおいて混練することによって、所望の混練状態の混練物を形成し、押出機の先端から外部に押し出すという一連の動作により連続的に混練物を製造するようになっている（図１（ａ）・（ｂ）参照）。
【０００３】
従来、上記の混練用ロータは、ニーディングディスクよりもチップクリアランスが大きいため、混練材料や混練物等の混練対象物を低温で混練することができるという長所を有しているが、大きなチップクリアランスにより混練対象物がバレルの内壁面に付着することによって、混練対象物の滞留による劣化や混練用ロータへの偏荷重によるスクリューセットの破損等を発生させ易いという欠点がある。
【０００４】
そこで、近年においては、図１１に示すように、特定の混練翼５１ａで形成されるチップクリアランスを小さくすると共に、スクリューセットを左右一対に配置したときに、混練用ロータ５１・５１同士を完全に噛合させる壁面形状となるように各混練翼５１ａ・５１ｂを形成した構成が提案されている（特開平１０−２６４１４８号公報）。そして、この構成によれば、噛合状態にされた混練用ロータ５１・５１同士が互いに混練対象物の付着を防止すると共に、大きなチップクリアランスの混練翼５１ａで混練対象物を良好に混練および分散して過剰な温度上昇を防止するという長所を維持しながら、小さなチップクリアランスの混練翼５１ａでバレル５２の内壁面に付着した混練対象物を掻き落とすことが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、混練用ロータ５１・５１同士を完全に噛合させるように混練翼５１ａ・５１ｂを形成しているため、混練用ロータ５１の断面形状がニーディングディスクやスクリューの断面形状と一致していない。従って、混練用ロータ５１を連続して組み合わせたり、混練用ロータ５１にニーディングディスクやスクリューを接続して各セグメントからなるスクリューセットを組み上げる場合には、隣接するセグメント間の干渉等を防止するため、接続部にスペーサを挿入する必要がある。この結果、セグメント間にスペーサによる隙間が発生し、この隙間に混練対象物が滞留して劣化するため、混練対象物の劣化による混練物の品質低下を十分に防止することができないという問題がある。また、ロータセグメントに加わる偏荷重を軽減するために、ロータセグメントのチップクリアランスを軸方向に狭い間隔で変化させる場合には、軸方向長さが小さなロータセグメントを準備する必要があり、セグメントの製作費が嵩み且つ組み込みの手間がかかるという問題もある。
【０００６】
従って、本発明は、混練対象物が滞留することによる混練物の品質低下を十分に防止し、且つロータセグメントの軸方向におけるチップクリアランスを容易に変化させ、ロータセグメントに加わる偏荷重を軽減してロータセグメントの破損を防止できる混練用ロータを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、混練対象物を混合および分散させて所望の混練状態の混練物とする２軸押出機に互いに噛合い同方向に回転するように備えられる一対のスクリューセットのロータセグメントとして組み込まれる混練用ロータにおいて、少なくとも周方向に異なるチップクリアランスを出現させる２つの混練翼を備え、前記スクリューセットの軸方向に見て、前記混練翼の頂部を除いて断面形状が前記スクリューセットの他のセグメントとして組み込まれる２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材の断面形状と同一であることを特徴としている。上記の構成によれば、スクリューセットに組み込まれるセグメント部材と混練用ロータとが混練翼の頂部を除いて同一の断面形状にされているため、スクリューセットを左右一対に配置し、混練用ロータとセグメント部材とを直結した状態で十分に噛合させた場合であっても、隣接するセグメント部材同士等で干渉し合うことがない。これにより、混練用ロータとセグメント部材との間にスペーサ等による隙間が発生しないため、この隙間に混練対象物が入り込んで滞留することによる混練物の変質や焼け等の品質低下を十分に防止することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の混練用ロータであって、前記ロータセグメントとして組み込まれたときに、該ロータセグメントの軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させることを特徴としている。上記の構成によれば、ロータセグメントの軸方向に複数のチップクリアランスが出現するため、ロータセグメントに作用する偏荷重を軽減させることができると共に、混練対象物の分散および混合をより促進することができる。また、スクリューセットの軸方向に見たときに、ロータセグメントの断面形状がチップ部を除いて一定のため、１個のロータセグメントの中で軸方向におけるチップクリアランスを自由に変化させることができ、ロータセグメントに加わる偏荷重を容易に軽減できるという効果がある。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１記載の混練用ロータであって、前記混練翼が、軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の混練用ロータであって、前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に右回りに捩じられた前進型と、前記混練翼が軸方向に対して平行な中立型と、前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に左回りに捩じられた後退型との３種類からなり、これら３種類のうちの少なくとも１種を組み合わせることにより前記ロータセグメントとすることを特徴としている。上記の構成によれば、混練翼の捻じり方向により混練対象物の流動状態を変化させることができるため、これら捻じり方向の異なる３種類の混練用ロータを用いてロータセグメントを形成すれば、ロータセグメントにおける混練対象物の充填状態を任意の状態に設定することができる。これにより、混練対象物の内容に最適な混合性能および分散性能あるいは混練する材料の輸送性能を有するようにロータセグメントを形成することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の混練用ロータが２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材と共に組込まれたスクリューセットである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５記載のスクリューセットを備えた２軸押出機である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の形態を図１ないし図１０に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る２軸押出機は、図１（ａ）・（ｂ）に示すように、一対のスクリューセット１・１と、これらのスクリューセット１・１を回転自在に支持するバレル３とを有している。バレル３の外面壁には、バレル３を介して混練物を冷却するように図示しない冷却配管が接合されている。一方、バレル３の内部には、一方側（図中左側）から他方側（図中右側）にかけて連通されたチャンバ４が形成されている。そして、バレル３の一方側には、ゴムやプラスチック等の混練材料をチャンバ４に供給するように、チャンバ４に連通された投入口３ａが形成されている。
【００１４】
上記のチャンバ４は、図２に示すように、縦断面がまゆ型形状に形成されており、一対の第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂと、これらの混練室４ａ・４ｂを連通させる連通部４ｃとからなっている。第１および第２混練室４ａ・４ｂには、図１（ａ）・（ｂ）に示すように、上述のスクリューセット１・１がそれぞれ貫挿されている。
【００１５】
両スクリューセット１・１は、軸心同士が平行となるように配置されており、バレル３の外部において図示しない駆動機構に連結され、この駆動機構により同方向に回転駆動される。駆動機構による両スクリューセット１・１の回転中心Ｏ（軸心）は、バレル３のチャンバ中心に一致されている。尚、チャンバ中心とは、図２に示すように、チャンバ４の混練室４ａ・４ｂにそれぞれ存在しており、断面円弧形状の各混練室４ａ・４ｂの壁面から等距離に位置した中心点のことである。
【００１６】
また、図１（ａ）に示すように、各スクリューセット１・１は、混練材料を他方側へ押し出す２翼型のスクリューセグメント１１と、混練材料を混合および分散する２翼型のロータセグメント１２と、混練材料を主に混合する２翼型のニーディングディスクセグメント１３とを有している。スクリューセグメント１１は、スクリューセット１の上流位置と中流位置と下流位置とに配置されており、上流および中流のスクリューセグメント１１・１１間には、第１段目のロータセグメント１２が配置されていると共に、ロータセグメント１２を挟んでニーディングディスクセグメント１３・１３が配置されている。また、中流および下流のスクリューセグメント１１・１１間には、第２段目のロータセグメント１２が配置されていると共に、このスクリューセグメント１１の下流側にスクリュー１１ａとニーディングディスクセグメント１３とがこの順に配置されている。
【００１７】
上記のスクリューセグメント１１は、複数のスクリュー１１ａからなっている。各スクリュー１１ａは、スクリューセット１の軸方向に見たときに、翼部が回転中心Ｏを挟んで１８０°対立するように配置された断面形状を有し、これらの翼部が軸方向に螺旋状に捩じられた外壁面を有するように形成されている。そして、各スクリュー１１ａは、翼部同士が一致するように連結されることによって、翼部間の溝部で混練物を送出するスクリューセグメント１１を構成している。
【００１８】
また、ニーディングディスクセグメント１３は、平板状の複数のニーディングディスク１３ａからなっている。各ニーディングディスク１３ａは、スクリューセット１の軸方向に見たときに、翼部が回転中心Ｏを挟んで１８０°対立するように配置された上述のスクリュー１１ａと同一の断面形状を有している。そして、ニーディングディスク１３ａは、隣接するディスク１３ａ・１３ａの翼部同士が６０°ずれた位相となるように連結されることによって、各翼頂部とチャンバ４の内壁面とのチップクリアランスで混練物を混練するニーディングディスクセグメント１３を構成している。
【００１９】
また、ロータセグメント１２は、前進型および後退型の混練用ロータ１４・１６の組み合わせからなっている。尚、ロータセグメント１２は、図３（ｂ）の中立型の混練用ロータ１５が組み合わされていても良い。これらの混練用ロータ１４〜１６は、図２に示すように、混練翼１４ａ〜１６ａが回転中心Ｏを挟んで１８０°対立するように配置されており、スクリューセット１の軸方向に見たときに、混練翼１４ａ〜１６ａの頂部を除いて上述のスクリュー１１ａやニーディングディスク１３ａと同一の断面形状を有している。
【００２０】
前進型の混練用ロータ１４は、図３（ａ）に示すように、混練物を流動方向に対して前進させるように、混練翼１４ａが軸方向に対して螺旋状に右回りに捩じられており、混練物を前進させて生産能力を高めるように機能する。また、図３（ｂ）に示すように、中立型の混練用ロータ１５は、混練物の前進および後退の何れも促進させないように、混練翼１５ａが軸方向に対して平行にされており、ロータセグメント１２における混練物の充填度および混練度を増加するように機能する。また、図３（ｃ）に示すように、後退型の混練用ロータ１６は、混練物を流動方向に対して後退させるように、混練翼１６ａが軸方向に対して螺旋状に左回りに捩じられており、混練物を後退させてロータセグメント１２における混練物の充填度および混練度を高めるように機能する。
【００２１】
さらに、各混練用ロータ１４〜１６は、混練翼１４ａ〜１６ａの頂部が高位チップ部１４ｂ〜１６ｂと低位チップ部１４ｃ〜１６ｃとに軸方向に区分されている。また、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂと低位チップ部１４ｃ〜１６ｃとは、混練用ロータ１４〜１６の周方向に両チップ部１４ｂ〜１６ｂ・１４ｃ〜１６ｃが存在するように、回転中心Ｏ（軸心）を挟んで１８０°対立して配置されている。
【００２２】
上記の高位チップ部１４ｂ〜１６ｂは、図２に示すように、混練用ロータ１４がバレル３に装着されたときに、バレル３内におけるチャンバ４の内壁面との間に小さなチップクリアランスを出現させるように形成されている。そして、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂは、混練用ロータ１４〜１６が回転したときに、一部の混練対象物を通過させて大きな剪断力をその混練対象物に付与すると共に、チャンバ４の内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落として冷却効率を向上させるように機能する。さらに、この高位チップ部１４ｂ〜１６ｂは、前進側に位置する混練対象物の大部分を軸方向に流動させることにより軸方向の流動を促進すると共に、第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂ間における流動も促進させることによって、混練効率および分散効率を向上させるように機能する。尚、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂのチップクリアランスは、ニーディングディスクあるいはスクリューセグメントのチップクリアランスと等しくするか広くすることができる。
【００２３】
一方、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃは、チャンバ４の内壁面との間に高位チップ部１４ｂ〜１６ｂと比べて大きなチップクリアランスを出現させるように形成されている。そして、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃは、混練用ロータ１４〜１６が回転したときに、チップクリアランスにおける混練対象物に小さな剪断力を加えて混練対象物の通過量を増加させ、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練対象物の流動を促進すると共に、局部的な大きな剪断力の付与を防止して混練対象物の過剰な昇温を抑制するように機能する。
【００２４】
尚、上記の混練用ロータ１４〜１６は、一般に低粘度の材料や微細なフィラー、顔料等の混練対象物を分散して混練物とする場合、各混練翼１４ａ〜１６ａが全体的に小さなチップクリアランスを出現させるように設定されることが望ましく、高粘度の混練対象物を分散して混練物とする場合には、各混練翼１４ａ〜１６ａが全体的に大きなチップクリアランスを出現させるように設定されることが望ましい。
【００２５】
上記の構成において、２軸押出機の動作について説明する。先ず、スクリューセット１の軸方向に見たときに、スクリュー１１ａおよびニーディングディスク１３ａと同一の２翼型の断面形状を有した混練用ロータ１４〜１６を作成する。そして、混練翼１４ａ〜１６ａの頂部を凸湾曲状または水平に切削することによって、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂと低位チップ部１４ｃ〜１６ｃとを形成する。
【００２６】
この後、図３（ａ）・（ｂ）に示すように、各型の混練用ロータ１４・１６を組み合わせてロータセグメント１２を形成した後、図１（ａ）に示すように、このロータセグメント１２とスクリューセグメント１１とニーディングディスクセグメント１３とを連結することによりスクリューセット１を組み立てる。そして、組み立てた２本のスクリューセット１・１をバレル３に装着して十分に噛合させる。この際、スクリューセット１の軸方向に見たときに、各セグメント１１〜１３がロータセグメント１２の頂部を除いて同一の断面形状に形成されているため、全セグメント１１〜１３をスペーサを介さずに直結した場合でも、隣接するセグメント１１〜１３間で干渉し合うことはない。
【００２７】
次に、スクリューセット１・１を同方向に回転させながら、ゴムやプラスチック、充填剤等の混練材料を投入口３ａからチャンバ４内に連続的に供給する。また、この供給に前後してバレル３の外壁面に接合された冷却配管に冷却水等の冷却媒体を流動させ、バレル３を介してチャンバ４内の混練材料を冷却する。尚、フィラー入りの場合のように混練材料の構成や種類によっては、混練材料を加熱させるため、冷却配管に熱水や蒸気等の熱媒体を流動させる場合あるいは電気ヒータにて加熱する場合もある。
【００２８】
チャンバ４内に投入された混練材料は、スクリューセグメント１１の回転に伴って下流側のニーディングディスク１３方向に進行する。そして、ニーディングディスク１３で混練された後、第１段目のロータセグメント１２に到達すると、図２に示すように、ロータセグメント１２における各混練用ロータ１４・１６の混練翼１４ａ・１６ａにより混練が開始される。
【００２９】
即ち、図４（ａ）・（ｃ）に示すように、各型の混練用ロータ１４・１６の高位チップ部１４ｂ・１６ｂにおいては、小さなチップクリアランスであるため、混練材料および混練物からなる混練対象物のチップクリアランスの通過量が小さなものになっている。従って、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂの回転方向前側に存在する混練対象物は、軸方向に大量に流動することによって、大部分が軸方向に隣接する低位チップ部１４ｃ・１６ｃに移動し、一部がチップクリアランスを通過する。そして、この一部の混練対象物は、小さなチップクリアランスによる大きな剪断力が付与されて分散される。この際、大きな剪断力が付与された混練対象物は、分散と同時に急激に昇温することになるが、大部分の混練対象物が軸方向に流動するため、混練対象物の全体としては昇温が抑制されたものになる。従って、混練対象物の許容温度が低くても、大きな剪断力による分散を継続することができる。
【００３０】
また、高位チップ部１４ｂ・１６ｂは、チャンバ４の内壁面に近接した位置で移動するため、チャンバ４の内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすことになる。これにより、チャンバ４の内壁面に混練対象物が付着することによる混練物の劣化やロータセグメント１２への偏荷重によるスクリューの振れを防止することができると共に、冷却配管による混練対象物の冷却効率が向上し、混練対象物の高温化を一層抑制することができる。さらに、高位チップ部１４ｂ・１６ｂが連通部４ｃを移動するとき、混練対象物を一方の第１または第２混練室４ａ・４ｂから他方の第２または第１混練室４ｂ・４ａに大きな押圧力で押し出すため、第１および第２混練室４ａ・４ｂ間における混練対象物の流動も促進することができる。
【００３１】
一方、低位チップ部１４ｃ・１６ｃにおいては、大きなチップクリアランスであるため、混練対象物のチップクリアランスの通過量が大きなものになっている。従って、低位チップ部１４ｃ・１６ｃの回転方向前側に存在する混練対象物は、大部分がチップクリアランスを通過して周方向に隣接する高位チップ部１４ｂ・１６ｂに移動し、一部が軸方向に流動する。また、混練対象物を押し出す押圧力が小さなものであるため、連通部４ｃを移動する際の他方側の第１および第２混練室４ａ・４ｂへの流動を抑制する。従って、低位チップ部１４ｃ・１６ｃにおいては、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練対象物の流動を促進していると共に、この流動時に大きなチップクリアランスが混練対象物への剪断力を低減しているため、混練対象物の過剰な昇温を抑制することができる。
【００３２】
尚、図４（ｂ）に示すように、一方の混練用ロータ１４・１６の低位チップ部１４ｃ・１６ｃが他方の混練用ロータ１４・１６の表面近傍を通過する際には、図４（ａ）の高位チップ部１４ｂ・１６ｂが通過する場合よりも大きな隙間が生じることによって、混練用ロータ１４・１６同士の噛合状態が若干弛んだ状態になる。しかしながら、この隙間においては、両混練用ロータ１４・１６の表面が互いに逆方向に移動し、混練対象物を隙間から弾き出すように作用するため、混練対象物の隙間を通過する量が少ないものになる。この結果、隙間を形成する表面に対する混練対象物の付着性が低いため、混練用ロータ１４・１６同士の噛合状態が若干弛んだ状態になっても、確実に混練対象物を掻き落とすことができる。これにより、混練物の滞留による劣化を防ぐことができ、また、混練物の一部がロータ間の隙間を通過して漏れる場合には、混練物の混合度が改善される。
【００３３】
さらに、図１（ａ）に示すように、第１段目のロータセグメント１２の入口側においては、前進型の混練用ロータ１４が混練対象物を流動方向に対して前進させるように機能している一方、後退型の混練用ロータ１６が混練対象物を流動方向に対して後退させるように機能している。これにより、ロータセグメント１２は、混練対象物を所定の充填状態で流動させることにより所定の混合状態および分散状態にした混練物として後段に送り出す。そして、ロータセグメント１２から流動した混練物は、ロータセグメント１２に対して後段のニーディングディスクセグメント１３がスペーサを介さずに直結されているため、全量がこのセグメント１３に流動され、このセグメント１３でさらに十分に分散された後、中流位置のスクリューセグメント１１に送り出される。この後、スクリューセグメント１１により第２段目のロータセグメント１２に流動され、このセグメント１２において上述と同様の動作によりさらに分散された後、下流位置のスクリューセグメント１１を介して外部に排出される。
【００３４】
次に、本実施形態の混練用ロータ１４〜１６を備えたスクリューセット１により実際に混練物を作成したときの混練物の状態を調査した。
【００３５】
即ち、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、径を５８ｍｍ、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂによる小さなチップクリアランスを０．５ｍｍ、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃによる大きなチップクリアランスを３．０ｍｍに設定した混練用ロータ１４〜１６を準備した。尚、各混練用ロータ１４〜１６の混練翼１４ａ〜１６ａの旋回角度は、前進型が軸方向に対して３０°、中立型が軸方向に対して０°、後退型が軸方向に対して−３０°に設定した。そして、図５に示すように、前進型、中立型、前進型、中立型および後退型の混練用ロータ１４〜１６を流動方向に対してこの順に配置することによって、セグメント長が５０ｍｍのロータセグメント１２を作成した。
【００３６】
この後、ロータセグメント１２と同一のセグメント長（５０ｍｍ）を有したニーディングディスクセグメント１３を作成し、各セグメント１１〜１３を連結することによりスクリューセット１を完成した。そして、スクリューセット１を押出機にセットし、所定の回転速度で回転させながらＡＢＳ難燃コンパウンドを混練したときの状態を調査した。
【００３７】
この結果、スクリューセット１を５２０（ｍｉｎ-1）の回転速度で回転させながらＡＢＳ難燃コンパウンドを混練した場合には、１時間当たりの生産量が７００ｋｇ／ｈであり、熱劣化を生じさせる品質保証温度（２４０℃）未満の低温度（２３０℃以下）で生産できることが確認された。また、生産された混練物に変色が見られなかったため、チャンバ４の内壁面等にＡＢＳ難燃コンパウンドが付着することによる滞留が生じていないことも間接的に確認された。
【００３８】
次に、上記の調査結果を比較するため、スクリューセット１のロータセグメント１２を、このロータセグメント１２と同じ長さで且つ前進型、中立型、後退型としたニーディングディスクセグメントに置き換えたスクリューセットでＡＢＳ難燃コンパウンドを混練したときの混練物の状態を調査した。この場合には、混練物を品質保証温度（２４０℃）未満の温度で生産しようとすると、スクリューセットの回転速度を４００（ｍｉｎ-1）の回転速度以下で回転させることが必要となり、１時間当たりの生産量が４００ｋｇ／ｈに減少することが確認された。
【００３９】
以上のように、本実施形態の混練用ロータ１４〜１６は、図１（ａ）に示すように、混練対象物を混合および分散させて所望の混練状態の混練物とする２軸押出機のスクリューセット１のロータセグメント１２として組み込まれるものであり、少なくとも周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させる２翼（複数）の混練翼１４ａ〜１６ａを備え、スクリューセット１の軸方向に見たときに、これら混練翼１４ａ〜１６ａの頂部を除いてスクリューセット１の他のセグメント（スクリューセグメント１１、ニーディングディスクセグメント１３）として組み込まれるセグメント部材（スクリュー１１ａ、ニーディングディスク１３ａ）と同一の断面形状を有した構成にされている。
【００４０】
尚、本実施形態においては、セグメント部材がスクリュー１１ａおよびニーディングディスク１３ａである場合について説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、セグメント部材は、スクリュー１１ａおよびニーディングディスク１３ａの何れか一方であっても良いし、これらスクリュー１１ａおよびニーディングディスク１３ａ以外の部材であっても良い。
【００４１】
また、本実施形態においては、図２に示すように、混練翼１４ａ〜１６ａの翼数が２翼である場合について説明しているが、混練翼１４ａ〜１６ａの翼数が３翼、或いはそれ以上であっても良い。但し、混練翼１４ａ〜１６ａの翼数が２翼の場合には、チャンバ４内に形成される混練対象物の流路断面積が拡大するため、生産能力を高めることができると共に、２条ネジを基本とするスクリュー１１ａやニーディングディスク１３ａとの組み合わせが可能になるため、多様なスクリューセット１を容易に得ることができる。
【００４２】
一方、混練翼１４ａ〜１６ａの翼数が３翼である場合には、流路断面積が減少することになるが、ロータセグメント１２に加わる偏荷重を３方向に分散して軽減することができると共に、チップクリアランスを通過する量が増加するため、高い分散性能を得ることができる。さらに、周方向や軸方向のチップクリアランスを大、中、小の３種類の中から任意に選択することができるため、ロータセグメント１２の分散性能および混合性能を極めて細かく設定することができる。
【００４３】
上記の構成によれば、スクリューセット１の軸方向に見たときに、スクリューセット１に組み込まれるセグメント部材と混練用ロータ１４〜１６とが混練翼１４ａ〜１６ａの頂部を除いて同一の断面形状にされているため、スクリューセット１を左右一対に配置し、混練用ロータ１４〜１６とセグメント部材とを直結した状態で十分に噛合させた場合であっても、隣接するセグメント部材同士等で干渉し合うことがない。これにより、混練用ロータ１４〜１６とセグメント部材との間にスペーサ等による隙間が発生しないため、この隙間に混練対象物が入り込んで滞留することによる混練物の変質や焼け等の品質低下を十分に防止することができる。
【００４４】
さらに、混練用ロータ１４〜１６同士や混練用ロータ１４〜１６とセグメント部材との端面同士を直結することができるため、様々なセグメントからなるスクリューセット１を形成することが可能になる。例えば図５に示すように、ロータセグメント１２とニーディングディスクセグメント１３とをスクリューセグメント１１を介して連結した構成のスクリューセット１としたり、例えば図６に示すように、スクリューセグメント１１とロータセグメント１２とを交互に配置した構成のスクリューセット１とすることができる。また、例えば図７に示すように、３つのロータセグメント１２を混練用ロータ１４・１４・１６でそれぞれ形成し、各ロータセグメント１２間にニーディングディスクセグメント１３を介在させた構成のスクリューセット１とすることができる。
【００４５】
また、本願実施形態において、混練用ロータ１４〜１６は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ロータセグメント１２として組み込まれたときに、ロータセグメント１２の軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させるように構成されている。尚、軸方向に異なるチップクリアランスは、図８に示すように、高位チップ部１５ｂ'と低位チップ部１５ｃ'とが軸方向に一体的に形成された一つの混練用ロータ１５'により形成されていても良いし、図９に示すように、高位チップ部１５ｂ''と低位チップ部１５ｃ''とが軸方向に１個づつ形成された複数の混練用ロータ１５''を組み合わせることにより形成されていても良い。
【００４６】
そして、この構成によれば、ロータセグメント１２の軸方向に複数のチップクリアランスが出現するため、ロータセグメント１２に作用する偏荷重を軽減させることができると共に、混練対象物の分散および混合をより促進することができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、混練翼１４ａ〜１６ａが軸方向に対して螺旋状に右回りに捩じられた前進型と、混練翼１４ａ〜１６ａが軸方向に対して平行な中立型と、混練翼１４ａ〜１６ａが軸方向に対して螺旋状に左回りに捩じられた後退型との３種類からなり、これら３種類のうちの少なくとも１種を組み合わせることによりロータセグメント１２とする構成にされている。これにより、ロータセグメント１２における混練対象物の充填状態を組み合わせの変更により任意に設定することができるため、混練対象物の内容に最適な混合性能および分散性能を有したロータセグメント１２を容易に得ることができる。
【００４８】
尚、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、前進型および後退型の混練用ロータ１４・１６が混練物の流動方向に対してこの順に配置された組み合わせでロータセグメント１２を構成しているが、この組み合わせに限定されるものではない。即ち、ロータセグメント１２は、図５に示すように、前進型、中立型、前進型、中立型および後退型の混練用ロータ１４〜１６が混練物の流動方向に対してこの順に配置された組み合わせであっても良いし、図６に示すように、前進型、前進型、中立型および後退型の混練用ロータ１４〜１６が混練物の流動方向に対してこの順に配置された組み合わせであっても良い。
【００４９】
さらに、ロータセグメント１２は、図１０に示すように、前進型の混練用ロータ１４を連続させた組み合わせで形成されていても良く、この組み合わせあれば、特にスクリューセット１の回転速度が１０００（ｍｉｎ-1）以上の高速化された２軸押出機に好適に使用することができる。尚、このような組み合わせのロータセグメント１２であっても混練物を作成できる理由は、低位チップ部１４ｃのチップクリアランスが大きいため、混練物の通過量が多く、チップクリアランスを通過する際に受ける剪断仕事によって、ポリマーの可塑化および溶融が進み易く、混練材料がバレル３の内壁面でスリップすることを防止できるからである。
【００５０】
さらに、上記の混練用ロータ１４〜１６の組み合わせの他、各ロータ１４〜１６のチップクリアランスの組み合わせを変更しても良い。即ち、ロータセグメント１２の高位チップ部１４ｂ〜１６ｂによる小さなチップクリアランスと、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃによる大きなチップクリアランスとがスクリューセット１の全体にわたって一定の値にされていても良いし、ロータセグメント１２毎に異なる値にされていても良い。さらには、高位チップ部１４ｂ〜１６ｂおよび低位チップ部１４ｃ〜１６ｃの何れか一方のチップ部によるチップクリアランスがスクリューセット１の全体にわたって一定の値とされ、他方のチッブ部によるチップクリアランスがロータセグメント１２毎に異なる値にされていても良い。
【００５１】
具体的には、例えば図１（ａ）に示すように、スクリュー径が５９ｍｍのスクリューセット１において、第１段目のスクリューセグメント１１の高位チップ部１４ｂ〜１６ｂおよび低位チップ部１４ｃ〜１６ｃのチップクリアランスが０．５ｍｍおよび３．０ｍｍにそれぞれ設定され、第２段目のスクリューセグメント１１の高位チップ部１４ｂ〜１６ｂおよび低位チップ部１４ｃ〜１６ｃのチップクリアランスが０．２ｍｍおよび１．０ｍｍにそれぞれ設定されていても良い。そして、この場合には、フィラーやポリマーゲルの分散効果を高めることができる。
【００５２】
また、本願実施形態の混練用ロータ１４〜１６は、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃによるチップクリアランスを拡大することによって、スクリューセット１の回転速度が１０００（ｍｉｎ-1）以上の高速化された２軸押出機にとって極めて好適なものにすることができる。
【００５３】
これは、周方向に同一のチップクリアランスを有した通常の混練用ロータが組み込まれたスクリューセット１を高速回転させて生産性を高めようとすると、混練物が過剰に発熱しないように、周方向の全てのチップクリアランスを拡大する必要があったが、この場合には、バレル３の内壁面に混練物が付着して滞留するという不具合が発生する。これに対し、本実施形態の混練用ロータ１４〜１６において、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃによるチップクリアランスを拡大すると、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃの大きなチップクリアランスにより発熱を抑制しながら混練することができる一方、バレル３の内壁面に付着した混練物を高位チップ部１４ｂ〜１６ｂで掻き落とすことができるからである。即ち、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃによるチップクリアランスを拡大すると、低位チップ部１４ｃ〜１６ｃを有した混練翼１４ａ〜１６ａによる発熱作用が減少し、２翼型であれば１翼や１．５翼、３翼型であれば２翼や２．５翼等のロータで混練した場合の発熱温度に抑制しながら、バレル３の内壁面に付着した混練物を高位チップ部１４ｂ〜１６ｂで掻き落とすことができるからである。
【００５４】
尚、周方向に異なるチップクリアランスを有した混練用ロータ１４〜１６を高速回転させると、振動が生じ易いものになるが、ロータセグメント１２全体として見た場合には、チップクリアランスが周方向と軸方向とに変化されているため、隣接するチップ部同士が互いに振動を打ち消し合うことによって、破損を引き起こすような過大な振動にはいたらない。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、混練対象物を混合および分散させて所望の混練状態の混練物とする２軸押出機に互いに噛合い同方向に回転するように備えられる一対のスクリューセットのロータセグメントとして組み込まれる混練用ロータにおいて、少なくとも周方向に異なるチップクリアランスを出現させる２つの混練翼を備え、前記スクリューセットの軸方向に見て、前記混練翼の頂部を除いて断面形状が前記スクリューセットの他のセグメントとして組み込まれる２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材の断面形状と同一である構成である。上記の構成によれば、スクリューセットの軸方向に見たときに、スクリューセットに組み込まれるセグメント部材と混練用ロータとが混練翼の頂部を除いて同一の断面形状にされているため、スクリューセットを左右一対に配置し、混練用ロータとセグメント部材とを直結した状態で十分に噛合させた場合であっても、隣接するセグメント部材同士等で干渉し合うことがない。これにより、混練用ロータとセグメント部材との間にスペーサ等による隙間が発生しないため、この隙間に混練対象物が入り込んで滞留することによる混練物の変質や焼け等の品質低下を十分に防止することができる。
【００５６】
請求項２の発明は、請求項１記載の混練用ロータであって、前記ロータセグメントとして組み込まれたときに、該ロータセグメントの軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させる構成である。上記の構成によれば、ロータセグメントの軸方向に複数のチップクリアランスが出現するため、ロータセグメントに作用する偏荷重を軽減させることができると共に、混練対象物の分散および混合をより促進することができる。
【００５７】
請求項３の発明は、請求項１記載の混練用ロータであって、前記混練翼が、軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させている構成である。
【００５８】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の混練用ロータであって、前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に右回りに捩じられた前進型と、前記混練翼が軸方向に対して平行な中立型と、前記混練翼が軸方向に対して螺旋状に左回りに捩じられた後退型との３種類からなり、これら３種類のうちの少なくとも１種を組み合わせることにより前記ロータセグメントとする構成である。上記の構成によれば、混練翼の捻じり方向により混練対象物の流動状態を変化させることができるため、これら捻じり方向の異なる３種類の混練用ロータを用いてロータセグメントを形成すれば、ロータセグメントにおける混練対象物の充填状態を任意の状態に設定することができる。これにより、混練対象物の内容に最適な混合性能および分散性能を有するようにロータセグメントを形成することができる。
【００５９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の混練用ロータが２条ネジのスクリューセグメントを少なくとも含むセグメント部材と共に組込まれたスクリューセットである。
【００６０】
請求項６の発明は、請求項５記載のスクリューセットを備えた２軸押出機である。
【図面の簡単な説明】
【図１】２軸押出機の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は正面視した状態、（ｂ）はＡ−Ａ'線矢視断面の状態である。
【図２】混練用ロータのチャンバ内における状態を示す説明図である。
【図３】混練用ロータの斜視図であり、（ａ）は前進型の混練用ロータ、（ｂ）は中立型の混練用ロータ、（ｃ）は後退型の混練用ロータである。
【図４】混練用ロータと混練対象物とのチャンバ内における状態を示す説明図であり、（ａ）は高位チップ部と混練用ロータの壁面との関係、（ｂ）は低位チップ部と混練用ロータの壁面との関係、（ｃ）は低位チップ部が混練用ロータから離隔する状態を示す。
【図５】スクリューセットの各セグメントの組み合わせの状態を示す説明図である。
【図６】スクリューセットの各セグメントの組み合わせの状態を示す説明図である。
【図７】スクリューセットの各セグメントの組み合わせの状態を示す説明図である。
【図８】混練用ロータの斜視図である。
【図９】混練用ロータの斜視図である。
【図１０】スクリューセットの各セグメントの組み合わせの状態を示す説明図である。
【図１１】従来の混練用ロータの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  スクリューセット
２  排出部材
３  バレル
４  チャンバ
１１  スクリューセグメント
１１ａ  スクリュー
１２  ロータセグメント
１３  ニーディングディスクセグメント
１３ａ  ニーディングディスク
１４〜１６  混練用ロータ
１４ａ〜１６ａ  混練翼
１４ｂ〜１６ｂ  高位チップ部
１４ｃ〜１６ｃ  低位チップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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