混練装置
【課題】ロータ部における被混練材料の混合性を向上することが可能な混練装置を提供する。
【解決手段】第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８が、各々の回転軸９と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部１２（６），１２（８）をそれぞれ有し、ロータ部１２（６），１２（８）は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部１２（６），１２（８）が収容された混練室４ａ，４ｂを形成するバレル４の内面に近接するように配置され、第１混練スクリュ６のロータ部１２（６）と第２混練スクリュ８のロータ部１２（８）とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置され、第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、互いに異なる内径を有する。
【解決手段】第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８が、各々の回転軸９と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部１２（６），１２（８）をそれぞれ有し、ロータ部１２（６），１２（８）は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部１２（６），１２（８）が収容された混練室４ａ，４ｂを形成するバレル４の内面に近接するように配置され、第１混練スクリュ６のロータ部１２（６）と第２混練スクリュ８のロータ部１２（８）とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置され、第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、互いに異なる内径を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂等の被混練材料を混練するための二軸押出し式の混練装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この混練装置は、バレルとそのバレル内に収容された一対の混練スクリュとを備えている。バレルの内部には、バレルの長手方向に延びる一対の混練室が設けられている。両混練室は、略円形断面を有するとともに互いに等しい内径を有するように形成されており、互いに径方向の一部において重なるように繋ぎ合わされている。各混練スクリュは、各混練室にそれぞれ収容されており、そのスクリュが収容された混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能となっている。各混練スクリュは、混練室に導入された被混練材料を混練するためのロータ部を有する。
【０００３】
ロータ部は、その回転軸に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向に長径となる断面形状を有しており、長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成するバレルの内面に近接するように配置されている。両混練スクリュのロータ部は、互いに等しい形状に形成されており、各々の長径方向が互いに垂直となる位相で相対的に配置されている。そして、この混練装置では、各混練スクリュをそれぞれの軸回りに同方向に回転させることによって、両ロータ部間及びロータ部の長径方向の外面とバレルの内面との間で被混練材料に剪断力が付与され、それによって被混練材料が混練される。
【０００４】
また、この混練装置では、各混練スクリュの回転に伴って、被混練材料が両ロータ部の周りを移動する。この際、被混練材料は、一方の混練スクリュのロータ部の短径方向における外面とバレルの内面との間のスペースから両混練スクリュのロータ部間のスペースを経て他方の混練スクリュのロータ部の短径方向における外面とバレルの内面との間のスペースへ移動する。この移動の過程で被混練材料が存在するスペースの形状及び容積が変化し、それによっても被混練材料の混練が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記のような混練装置において、被混練材料の混合性能の向上が求められており、特に混練スクリュのロータ部における被混練材料の混合性のさらなる向上が求められている。
【０００７】
この発明は、この課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することが可能な混練装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による混練装置は、略円形断面を有し、互いに平行に延びるとともに、径方向の一部において互いに重なるように繋げられた第１混練室及び第２混練室を内部に有するバレルと、前記第１混練室に収容され、当該第１混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第１混練部材と、前記第２混練室に収容され、当該第２混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第２混練部材とを備え、前記第１混練部材と前記第２混練部材を各々の回転軸回りに回転させることによって前記両混練室に導入された被混練材料を混練する混練装置であって、前記第１混練部材と前記第２混練部材は、各々の回転軸と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部をそれぞれ有し、前記ロータ部は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成する前記バレルの内面に近接するように配置され、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに交差するような位相で相対的に配置され、前記第１混練室と前記第２混練室は、互いに異なる内径を有する。
【０００９】
従来のように、一対の混練スクリュのロータ部の形状が等しく、かつ、一対の混練室が互いに等しい内径を有するように形成されている場合には、一方のロータ部の短径方向の外面とそのロータ部が収容された一方の混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積と、他方のロータ部の短径方向の外面とそのロータ部が収容された他方の混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積とが等しくなる。この場合には、両混練スクリュの回転に伴って被混練材料が両混練スクリュのロータ部の周りを移動しつつ両混練室の間を交互に移動する過程で、被混練材料の存在するスペースの容積が規則的に同じ値に変化することになる。これに対して、本発明の混練装置のように、第１混練部材のロータ部の形状と第２混練部材のロータ部の形状とが等しく、かつ、第１混練室と第２混練室が互いに異なる内径を有する場合には、第１混練部材のロータ部の短径方向の外面と第１混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積と第２混練部材のロータ部の短径方向の外面と第２混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積とが異なる。このため、本発明の混練装置では、両混練部材の回転に伴って被混練材料が両混練部材のロータ部の周りを移動しつつ両混練室の間を交互に移動する過程で、被混練材料の存在するスペースの容積の変化の規則性が崩れる。その結果、被混練材料の混合が促進される。従って、本発明の混練装置では、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することができる。
【００１０】
上記混練装置において、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、互いに噛み合うように配置されていることが好ましい。なお、この発明において、第１混練部材のロータ部と第２混練部材のロータ部とが互いに噛み合うとは、第１混練部材のロータ部の長径方向の外面の回転領域内に第２混練部材のロータ部の長径方向の外面が入り込んでいる状態のことを意味する。
【００１１】
本構成のように両混練部材のロータ部が互いに噛み合うように配置されている場合には、両ロータ部間で強い剪断力を被混練材料に加えることができるため、被混練材料の混合性をより向上することができる。
【００１２】
上記混練装置において、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記混練装置において、前記バレルは、前記両混練室に被混練材料を導入するための導入口と、その導入口が設けられた位置から前記両混練室の軸方向において離間した位置に配設され、前記両混練室から被混練材料を導出するための導出口とを有し、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部は、それぞれ収容された混練室において前記導入口と前記導出口との間の領域に配設され、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が前記導入口から前記導出口へ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、上記したロータ部による被混練材料の混合性の向上効果を得つつ、そのロータ部によって良好に混合された被混練材料を当該ロータ部によりバレルの導入口から導出口側へ向かって搬送することができる。このため、本構成では、被混練材料の混合性を向上可能な二軸押出式の混練装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の混練装置によれば、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による混練装置のバレルの軸方向に沿った断面図であり、当該混練装置の内部構造を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による混練装置の第１ロータ部及び第２ロータ部を構成するロータセグメントを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態による混練装置を構成するバレル及びロータ部の軸方向に垂直な断面図である。
【図４】図３の状態からロータ部が４５°回転した状態を示す図である。
【図５】図３の状態からロータ部が９０°回転した状態を示す図である。
【図６】図３の状態からロータ部が１３５°回転した状態を示す図である。
【図７】図３の状態からロータ部が１８０°回転した状態を示す図である。
【図８】図３の状態からロータ部が２２５°回転した状態を示す図である。
【図９】図３の状態からロータ部が２７０°回転した状態を示す図である。
【図１０】図３の状態からロータ部が３１５°回転した状態を示す図である。
【図１１】図３の状態からロータ部が３６０°回転した状態を示す図である。
【図１２】図３の状態からロータ部が４０５°回転した状態を示す図である。
【図１３】図３の状態からロータ部が４５０°回転した状態を示す図である。
【図１４】図３の状態からロータ部が４９５°回転した状態を示す図である。
【図１５】第１実施形態の混練装置においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径が同じである場合と異なる場合とにおける被混練材料の収容スペースの断面積がロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【図１６】バレル内の第１混練室と第２混練室の内径の比率を変えることによって被混練材料中の所定の成分の分散度合いがロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【図１７】第１混練スクリュと第２混練スクリュとを互いに異なる方向に回転させる本発明の第２実施形態の混練装置においてロータ部の回転位相が０°の状態を示すバレル及びロータ部の断面図である。
【図１８】図１７の状態からロータ部が４５°回転した状態を示す図である。
【図１９】図１７の状態からロータ部が９０°回転した状態を示す図である。
【図２０】図１７の状態からロータ部が１３５°回転した状態を示す図である。
【図２１】図１７の状態からロータ部が１８０°回転した状態を示す図である。
【図２２】図１７の状態からロータ部が２２５°回転した状態を示す図である。
【図２３】図１７の状態からロータ部が２７０°回転した状態を示す図である。
【図２４】図１７の状態からロータ部が３１５°回転した状態を示す図である。
【図２５】図１７の状態からロータ部が３６０°回転した状態を示す図である。
【図２６】図１７の状態からロータ部が４０５°回転した状態を示す図である。
【図２７】図１７の状態からロータ部が４５０°回転した状態を示す図である。
【図２８】図１７の状態からロータ部が４９５°回転した状態を示す図である。
【図２９】第２実施形態の混練装置においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径が同じである場合と異なる場合とにおける被混練材料の収容スペースの断面積がロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態による混練装置の構成について説明する。
【００１９】
この第１実施形態の混練装置は、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を各々の回転軸回りに回転させることによってバレル４内の混練室４ａ，４ｂに導入されたゴムや各種樹脂等の被混練材料を下流側へ送りながら混練する二軸押出し式の混練装置である。
【００２０】
具体的には、当該第１実施形態の混練装置は、図１に示すように、駆動部２と、バレル４と、第１混練スクリュ６と、第２混練スクリュ８（図２参照）とを備えている。
【００２１】
駆動部２は、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８の基端側に接続されており、各混練スクリュ６，８を各々の軸回りに回転させるものである。この駆動部２は、両混練スクリュ６，８を互いに干渉しないような位相差を保ちながら等しい回転速度で同方向に回転させる。
【００２２】
バレル４は、所定の方向に延びており、中空状に形成されている。このバレル４は、当該バレル４の長手方向に延びる第１混練室４ａと第２混練室４ｂを内部に有している。第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、図３に示すように略円形断面を有しており、バレル４の幅方向に並んで配置されているとともに互いに平行に延びている。第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、径方向の一部において互いに重なるように繋げられている。
【００２３】
そして、第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、互いに異なる内径を有する。本実施形態では、第２混練室４ｂの内径が第１混練室４ａの内径に比べて僅かに小さくなっている。詳細には、第２混練室４ｂの内径は、当該第２混練室４ｂに収容される第２混練スクリュ８の外面に当該第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面が接触しない程度に第１混練室４ａの内径よりも小さくなっている。このため、第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面と第２混練スクリュ８の外面との間のクリアランスは、第１混練室４ａを形成するバレル４の内面と第１混練スクリュ６の外面との間のクリアランスに比べて小さくなっている。
【００２４】
また、バレル４は、図１に示すように、導入口４ｄと、導出口４ｅと、開口部４ｆとを有している。
【００２５】
導入口４ｄは、前記両混練室４ａ，４ｂに被混練材料を導入するためのものである。この導入口４ｄは、バレル４の長手方向の一端部（駆動部２側の端部）の上部に設けられている。
【００２６】
導出口４ｅは、両混練室４ａ，４ｂから混練後の被混練材料を導出するためのものである。この導出口４ｅは、バレル４の長手方向の他端部（駆動部２と反対側の端部）に設けられている。すなわち、導出口４ｅは、バレル４のうち導入口４ｄが設けられた位置から両混練室４ａ，４ｂの軸方向（バレル４の長手方向）において離間した位置に配設されている。
【００２７】
開口部４ｆは、混練室４ａ，４ｂからの脱気や、混練室４ａ，４ｂ内の状況の観察等を行うためのものであり、バレル４のうち導入口４ｄと導出口４ｅの間で混練室４ａ，４ｂの軸方向に離間した複数個所に設けられている。
【００２８】
また、バレル４は、複数のバレルセグメント４ｈが連接されることによって構成されている。すなわち、各バレルセグメント４ｈが混練室４ａ，４ｂの軸方向の一部をそれぞれ形成している。
【００２９】
第１混練スクリュ６は、バレル４内の第１混練室４ａに収容されている。この第１混練スクリュ６は、本発明の第１混練部材の概念に含まれるものである。第１混練スクリュ６は、第１混練室４ａの軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられている。また、第２混練スクリュ８は、バレル４内の第２混練室４ｂに収容されている。この第２混練スクリュ８は、本発明の第２混練部材の概念に含まれるものである。第２混練スクリュ８は、第２混練室４ｂの軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられている。
【００３０】
両混練スクリュ６，８は、同様の構造を有している。具体的には、両混練スクリュ６，８は、シャフト９（図２参照）と、第１搬送部１０と、第１ロータ部１２と、第１搬送抵抗部１４と、第２搬送部１６と、第２ロータ部１８と、第２搬送抵抗部２０と、第３搬送部２２とをそれぞれ有している。第１搬送部１０、第１ロータ部１２、第１搬送抵抗部１４、第２搬送部１６、第２ロータ部１８、第２搬送抵抗部２０及び第３搬送部２２は、この順番で混練スクリュ６，８の基端側から先端側に向かって配設されている。
【００３１】
シャフト９は、第１混練室４ａと同軸となるように配置されている。このシャフト９は、駆動部２に接続されており、その駆動部２から駆動力が付与される。シャフト９は、駆動力が付与されることによって回転し、それによって、混練スクリュ６，８が各々の軸回りにそれぞれ回転する。
【００３２】
第１搬送部１０は、被混練材料を下流側へ送るための部分である。この第１搬送部１０は、シャフト９に外挿されて固定されたフルフライトスクリュによって構成されている。両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０は、両混練スクリュ６，８の回転に伴って各々の軸回りに同方向に回転し、それによって、導入口４ｄを通じて混練室４ａ，４ｂに導入された被混練材料を下流側へ送る。
【００３３】
第１ロータ部１２は、第１搬送部１０によって送られた被混練材料を混練しながら下流側へ送る部分である。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、そのロータ部が設けられた混練スクリュの回転軸に同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有している。第１ロータ部１２は、図３に示すように、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有している。第１ロータ部１２の長径方向の両側の外面部分は、それぞれ混練翼１２ａとなっている。第１ロータ部１２の短径方向の両側の外面は、前記長径方向の両側の外面同士を繋ぐとともに外向きに凸状に形成された曲面になっている。そして、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２は、長径方向の両側の外面（両混練翼１２ａ）が第１混練室４ａを形成するバレル４の内面に近接するように配置されており、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２は、長手方向の両側の外面（両混練翼１２ａ）が第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面に近接するように配置されている。
【００３４】
第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２と第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２は、それらの長径方向が互いに直交するような回転方向の位相で配置されている。そして、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、互いに噛み合うように配置されている。すなわち、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の長径方向の外面（混練翼１２ａ）の回転領域内に、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の長径方向の外面（混練翼１２ａ）が入り込むように両第１ロータ部１２が配置されている。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、互いに位相差を保ちながら回転するようになっており、その回転時に互いに干渉しないようになっている。
【００３５】
また、各混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が導入口４ｄから導出口４ｅへ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、軸方向に沿って一定の捩れ角で同じ向きに捩れている。また、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、図２に示すようなロータセグメント２６が軸方向に複数連接されることによって構成されている。各ロータセグメント２６は、シャフト９に外挿されて固定されている。各ロータセグメント２６は、それらの接合部分において回転方向にずれがないように重ね合わされており、それらの接合部分において混練翼１２ａが連続するように配置されている。
【００３６】
そして、各混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、回転することによってその混練翼１２ａとバレル４の内面との間及び両第１ロータ部１２間で被混練材料に剪断力を付与し、それによって被混練材料を混練する。また、被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴って両第１ロータ部１２の周りを移動する。この際、被混練材料が存在するスペースの形状及び容積が変化し、その形状及び容積の変化によっても被混練材料の混練が促進される。
【００３７】
第１搬送抵抗部１４（図１参照）は、第１ロータ部１２によって送られた被混練材料を混練しながらその被混練材料に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第１ロータ部１２による被混練材料の混練時間を長くし、その第１ロータ部１２による被混練材料の混練を十分に行わせる。この第１搬送抵抗部１４は、複数のニーディングディスクが軸方向に連接されることによって構成されている。各ニーディングディスクは、シャフト９に外挿されて固定されている。各ニーディングディスクは、第１ロータ部１２の断面形状と同様の断面形状を有する板状に形成されている。そして、軸方向に隣り合う各ニーディングディスクは、軸回りに所定角度ずつ位相をずらして配置されている。これにより、第１搬送抵抗部１４の軸方向に垂直な断面形状はその軸方向に沿って不連続に変化するように構成されている。
【００３８】
第２搬送部１６は、第１搬送抵抗部１４によって送られた被混練材料を下流側へ送る部分である。この第２搬送部１６は、第１搬送部１０と同様に構成されている。
【００３９】
第２ロータ部１８は、第２搬送部１６によって送られた被混練材料を混練しながら下流側へ送る部分であり、第１ロータ部１２と同様に構成されている。
【００４０】
第２搬送抵抗部２０は、第２ロータ部１８によって送られた被混練材料を混練しながらその被混練材料に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第２ロータ部１８による被混練材料の混練時間を長くし、その第２ロータ部１８による被混練材料の混練を十分に行わせる。この第２搬送抵抗部２０は、第１搬送抵抗部１４と同様に構成されている。
【００４１】
第３搬送部２２は、第２搬送抵抗部２０によって送られた被混練材料を下流側へ送り、バレル４の導出口４ｅを通じて混練後の被混練材料を送出する部分である。この第３搬送部２２は、第１搬送部１０と同様に構成されている。
【００４２】
次に、図１及び図３〜図１４を参照して、本実施形態の混練装置により被混練材料を混練する際の動作について説明する。
【００４３】
まず、駆動部２が駆動することにより第１混練スクリュ６及び第２混練スクリュ８が各々の軸回りに互いに等しい回転速度で同方向に回転する。その後、被混練材料がバレル４の導入口４ｄを通じて両混練室４ａ，４ｂのうち両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０に対応する領域に導入される。この導入された被混練材料は、回転する両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０によって下流側へ送られる。
【００４４】
そして、第１搬送部１０によって下流側へ送られた被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が図３〜図１４に示すように回転することによって混練される。この際、被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の間、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の混練翼１２ａと第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間及び第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の混練翼１２ａと第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間で剪断力が付与されて混練される。また、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が回転するのに伴って、被混練材料は混練室４ａ，４ｂ内で両第１ロータ部１２の周りを移動する。この際、両第１ロータ部１２の周りにおける被混練材料の収容スペースの形状及び容積が変化する。このように両第１ロータ部１２の周りで被混練材料が移動しながらその収容スペースの形状及び容積が変化することによっても、被混練材料の混練が促進される。
【００４５】
そして、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、上記のように被混練材料を混練しながらその材料を下流側へ送る。
【００４６】
そして、第１搬送抵抗部１４は、第１ロータ部１２から送られてきた被混練材料を混練しながら下流側へ送る。ただし、この第１搬送抵抗部１４は、被混練材料に大きな搬送抵抗を付加するため、この第１搬送抵抗部１４による被混練材料の送り速度は、第１ロータ部１２による被混練材料の送り速度よりも遅くなる。このため、当該第１搬送抵抗部１４の上流側に位置する第１ロータ部１２による混練時間が長くなり、その第１ロータ部１２によって被混練材料の混練が十分に行われる。
【００４７】
次に、両混練スクリュ６，８の第２搬送部１６は、第１搬送抵抗部１４によって送られた被混練材料を前記第１搬送部１０と同様にして下流側へ送る。
【００４８】
そして、両混練スクリュ６，８の第２ロータ部１８は、第２搬送部１６によって送られた被混練材料を前記第１ロータ部１２と同様にして混練するとともに下流側へ送る。
【００４９】
そして、両混練スクリュ６，８の第２搬送抵抗部２０は、第２ロータ部１８によって送られた被混練材料を前記第１搬送抵抗部１４と同様にして混練しながら下流側へ送る。この際、第２搬送抵抗部２０は、前記第１搬送抵抗部１４と同様、被混練材料に大きな搬送抵抗を付加し、上流側に位置する第２ロータ部１８による被混練材料の混練時間を長くすることによってその第２ロータ部１８による被混練材料の混練を十分に行わせる。
【００５０】
最後に、第３搬送部２２は、第２搬送抵抗部２０によって送られた被混練材料を前記第１搬送部１０と同様にして下流側へ送り、その被混練材料をバレル４の導出口４ｅを通じて送出する。以上のようにして、第１実施形態の混練装置による被混練材料の混練が行われる。
【００５１】
次に、この第１実施形態の混練装置による被混練材料の混合効果について調べるために行ったシミュレーションについて説明する。
【００５２】
まず、バレル４内の第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合と異なる場合とで両混練室４ａ，４ｂ内の所定の被混練材料の収容スペースの断面積が両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴ってどのように変化するかについてシミュレーションを行った。具体的には、このシミュレーションでは、図３に示した状態から両第１ロータ部１２の回転に伴って混練室４ａ，４ｂ内の所定の被混練材料Ｍが両第１ロータ部１２の周りを移動する際の図３〜図１４の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積を算出した。そのシミュレーションの結果が図１５に示されている。この図１５における回転位相０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°、４０５°、４５０°、４９５°の各状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図３〜図１４の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応しており、回転位相５４０°の状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図３の状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応している。なお、本実施形態の比較例として、第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合についても同様に前記各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積を算出し、その算出結果を図１５に示している。
【００５３】
図１５の結果から、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、第１ロータ部１２の回転に伴って周期的に変化することが判る。そして、第１ロータ部１２の回転位相が２２５°の状態（図８の状態）及び回転位相が４９５°の状態（図１４の状態）、すなわち、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の断面形状がバレル４の幅方向に互いに対称的に配置された状態でその両第１ロータ部１２とバレル４の内面とで囲まれた大きなスペースに被混練材料Ｍが収容された状態が、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が最も大きくなる状態であることが判る。一方、第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の状態（図４〜図６の状態）及び回転位相が３１５°〜４０５°の状態（図１０〜図１２の状態）、すなわち、両混練スクリュ６，８のいずれかの第１ロータ部１２の短径方向の外面とバレル４の内面との間のスペースに被混練材料Ｍが収容された状態が、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が小さくなる状態であることが判る。
【００５４】
そして、比較例のように第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合には、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の場合）と、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が３１５°〜４０５°の場合）とで被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が同じになることが判る。すなわち、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じである比較例の場合には、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴って被混練材料Ｍの収容スペースの容積が規則的に同じ小さい値に変化することが判る。
【００５５】
これに対して、本実施形態のように第１混練室４ａの内径よりも第２混練室４ｂの内径が小さい場合には、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の場合）に比べて、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が３１５°〜４０５°の場合）の方が被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が大きくなることが判る。従って、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる本実施形態の場合には、上記比較例の場合と異なり、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることが判明した。
【００５６】
次に、バレル４内の第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径の比率を変えることに起因して、第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料中の所定の成分の分散度合いの変動傾向がどのように変化するかについてシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、両混練室４ａ，４ｂの上半分（図３の状態における上半分）の領域に存在する被混練材料中の所定の成分の濃度が１であり、両混練室４ａ，４ｂの下半分（図３の状態における下半分）の領域に存在する被混練材料中の前記所定の成分の濃度が０であるような仮想的な状態から、この成分の混合を流動シミュレーションによって評価した。
【００５７】
具体的には、このシミュレーションでは、第１混練室４ａの内径を６１ｍｍで第２混練室４ｂの内径を５９ｍｍに設定した第１実施例と、第１混練室４ａの内径を６２ｍｍで第２混練室４ｂの内径を５８ｍｍに設定した第２実施例と、第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径を両方とも同じ６０ｍｍに設定した比較例とについて、第１ロータ部１２の回転に伴って前記所定の成分のＣＶ値がどのように変化するかを調べた。このシミュレーションの結果が図１６に示されている。図１６では、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が３６０°回転する毎に１回転したとして、その回転数が１〜５の場合について算出した前記所定の成分のＣＶ値を表している。なお、ＣＶ値は、被混練材料中における前記成分の分散度合いを表す指標となる値である。このＣＶ値が低いほど、前記成分の分散が進行していること、換言すれば、被混練材料の混合が促進されていることを意味する。このＣＶ値は、以下の式（１）で求められる。
【００５８】
ＣＶ＝ρ／Ｍ・・・（１）
【００５９】
当該式（１）において、Ｍは、バレル４内（両混練室４ａ，４ｂ内）に収容された被混練材料中における前記成分の平均分率である。また、ρは、バレル４内（両混練室４ａ，４ｂ内）に収容された被混練材料中における前記成分の分率の標準偏差である。
【００６０】
図１６に示す当該シミュレーションの結果から、第１ロータ部１２の回転数が増加するにつれて被混練材料の混合が進行し、第１実施例では比較例に比べて被混練材料の混合が促進され、第２実施例では第１実施例に比べて被混練材料の混合がさらに促進されることが判る。すなわち、この結果から、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合（第１実施例及び第２実施例）には、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じ場合（比較例）に比べて第１ロータ部１２による被混練材料の混合性を向上させることができ、さらに、その両混練室４ａ，４ｂの内径の差が大きい方が第１ロータ部１２による被混練材料の混合性をより向上させることができることが判明した。
【００６１】
なお、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合に両混練室４ａ，４ｂの内径が同じ場合に比べて第１ロータ部１２による被混練材料の混合性を向上できるのは、上記した両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることに起因すると考えられる。すなわち、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れる場合には、被混練材料の混合状態がいわゆるカオス混合に近い状態となり、被混練材料の混合が促進されるためであると考えられる。
【００６２】
なお、上記各シミュレーションは、第１ロータ部１２による被混練材料の混練について行ったが、第２ロータ部１８においても第１ロータ部１２と同様の混練作用が被混練材料に及ぼされるので、第２ロータ部１８でも同様に被混練材料の混合が促進される。
【００６３】
以上説明したように、この第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８の形状と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８の形状とが等しく、かつ、第１混練室４ａと第２混練室４ｂが互いに異なる内径を有するため、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースの容積と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースの容積とが異なる。このため、この第１実施形態では、両混練スクリュ６，８の回転に伴って被混練材料が両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８の周りを移動しつつ両混練室４ａ，４ｂの間を交互に移動する過程で被混練材料の収容スペースの容積の変化の規則性が崩れ、その結果、被混練材料の混合が促進される。従って、この第１実施形態は、両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８における被混練材料の混合性を向上することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ６のロータ部１２，１８が互いに噛み合うように配置されているため、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８との間で強い剪断力を被混練材料に加えることができる。このため、ロータ部１２，１８による被混練材料の混合性をより向上することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８は、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が導入口４ｄから導出口４ｅへ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている。このため、この第１実施形態では、上記したロータ部１２，１８による被混練材料の混合性の向上効果を得つつ、そのロータ部１２，１８によって良好に混合された被混練材料を当該ロータ部１２，１８によりバレル４の導入口４ｄから導出口４ｅ側へ向かって搬送することができる。このため、この第１実施形態では、被混練材料の混合性を向上可能な二軸押出式の混練装置を構成することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、図１７〜図２８を参照して、本発明の第２実施形態による混練装置について説明する。
【００６７】
この第２実施形態による混練装置は、上記第１実施形態と異なり、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を互いに異なる方向に回転させるように構成されている。
【００６８】
具体的には、この第２実施形態では、駆動部２が第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を互いに異なる方向に回転させる。このため、図１７〜図２８に示すように、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の回転方向に対して第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の回転方向が逆方向となっている。そして、この第２実施形態では、両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０のフルフライトスクリュ、第１ロータ部１２、第２搬送部１６のフルフライトスクリュ、第２ロータ部１８及び第３搬送部２２のフルフライトスクリュは、軸方向に沿って互いに逆向きに捩れており、両混練スクリュ６，８が互いに逆向きに回転するのに伴って互いに干渉しないように配置されている。
【００６９】
この第２実施形態の混練装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態の混練装置と同様である。
【００７０】
次に、この第２実施形態のように第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８が互いに異なる方向に回転する場合において、両混練室４ａ，４ｂ内の被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴ってどのように変化するかを調べるために上記第１実施形態と同様のシミュレーションを行った。このシミュレーションの結果が図２９に示されている。図２９における回転位相０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°、４０５°、４５０°、４９５°の各状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図１７〜図２８の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応しており、回転位相５４０°の状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図１７の状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応している。
【００７１】
図２９の結果から、この第２実施形態のように両混練スクリュ６，８が互いに異なる方向に回転する場合でも、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである状態（第１ロータ部１２の回転位相が４０５°〜４９５°の状態（図２６〜図２８の状態））に比べて、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである状態（第１ロータ部１２の回転位相が１３５°〜２２５°の状態（図２０〜図２２の場合））の方が被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が大きくなることが判る。従って、この第２実施形態のように両混練スクリュ６，８が互いに異なる方向に回転する場合でも、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合には、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じである比較例の場合と異なり、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることが判明した。従って、この第２実施形態でも、両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８による被混練材料の混合性を向上させることができる。
【００７２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７３】
例えば、バッチ式の混練機等の押出機以外の混練装置に本発明を適用してもよい。すなわち、バッチ式の混練機においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径を異ならせてもよい。この構成によれば、バッチ式の混練機においてロータ部による被混練材料の混合性を向上させることができる。
【００７４】
また、上記実施形態では、第２混練室の内径を第１混練室の内径に比べて小さくしたが、逆に第１混練室の内径を第２混練室の内径に比べて小さくしてもよい。
【００７５】
また、両混練スクリュのロータ部が噛み合っていない混練装置に本発明を適用してもよい。すなわち、第２混練スクリュのロータ部の長径方向の外面が第１混練スクリュのロータ部の長径方向の外面の回転領域の外側に位置するように両混練スクリュが配置された混練装置において、バレル内の第１混練室と第２混練室の内径を異ならせてもよい。
【００７６】
また、第１混練部材のロータ部と第２混練部材のロータ部とは、必ずしもそれらの長径方向が互いに直交するような位相で配置されていなくてもよい。すなわち、両混練部材のロータ部は、それらの長径方向が互いに交差していればよく、それらの長径方向が互いに９０°の関係でなくてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
４ バレル
４ａ 第１混練室
４ｂ 第２混練室
４ｄ 導入口
４ｅ 導出口
６ 第１混練スクリュ（第１混練部材）
８ 第２混練スクリュ（第２混練部材）
１２ 第１ロータ部（ロータ部）
１８ 第２ロータ部（ロータ部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂等の被混練材料を混練するための二軸押出し式の混練装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この混練装置は、バレルとそのバレル内に収容された一対の混練スクリュとを備えている。バレルの内部には、バレルの長手方向に延びる一対の混練室が設けられている。両混練室は、略円形断面を有するとともに互いに等しい内径を有するように形成されており、互いに径方向の一部において重なるように繋ぎ合わされている。各混練スクリュは、各混練室にそれぞれ収容されており、そのスクリュが収容された混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能となっている。各混練スクリュは、混練室に導入された被混練材料を混練するためのロータ部を有する。
【０００３】
ロータ部は、その回転軸に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向に長径となる断面形状を有しており、長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成するバレルの内面に近接するように配置されている。両混練スクリュのロータ部は、互いに等しい形状に形成されており、各々の長径方向が互いに垂直となる位相で相対的に配置されている。そして、この混練装置では、各混練スクリュをそれぞれの軸回りに同方向に回転させることによって、両ロータ部間及びロータ部の長径方向の外面とバレルの内面との間で被混練材料に剪断力が付与され、それによって被混練材料が混練される。
【０００４】
また、この混練装置では、各混練スクリュの回転に伴って、被混練材料が両ロータ部の周りを移動する。この際、被混練材料は、一方の混練スクリュのロータ部の短径方向における外面とバレルの内面との間のスペースから両混練スクリュのロータ部間のスペースを経て他方の混練スクリュのロータ部の短径方向における外面とバレルの内面との間のスペースへ移動する。この移動の過程で被混練材料が存在するスペースの形状及び容積が変化し、それによっても被混練材料の混練が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記のような混練装置において、被混練材料の混合性能の向上が求められており、特に混練スクリュのロータ部における被混練材料の混合性のさらなる向上が求められている。
【０００７】
この発明は、この課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することが可能な混練装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による混練装置は、略円形断面を有し、互いに平行に延びるとともに、径方向の一部において互いに重なるように繋げられた第１混練室及び第２混練室を内部に有するバレルと、前記第１混練室に収容され、当該第１混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第１混練部材と、前記第２混練室に収容され、当該第２混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第２混練部材とを備え、前記第１混練部材と前記第２混練部材を各々の回転軸回りに回転させることによって前記両混練室に導入された被混練材料を混練する混練装置であって、前記第１混練部材と前記第２混練部材は、各々の回転軸と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部をそれぞれ有し、前記ロータ部は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成する前記バレルの内面に近接するように配置され、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに交差するような位相で相対的に配置され、前記第１混練室と前記第２混練室は、互いに異なる内径を有する。
【０００９】
従来のように、一対の混練スクリュのロータ部の形状が等しく、かつ、一対の混練室が互いに等しい内径を有するように形成されている場合には、一方のロータ部の短径方向の外面とそのロータ部が収容された一方の混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積と、他方のロータ部の短径方向の外面とそのロータ部が収容された他方の混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積とが等しくなる。この場合には、両混練スクリュの回転に伴って被混練材料が両混練スクリュのロータ部の周りを移動しつつ両混練室の間を交互に移動する過程で、被混練材料の存在するスペースの容積が規則的に同じ値に変化することになる。これに対して、本発明の混練装置のように、第１混練部材のロータ部の形状と第２混練部材のロータ部の形状とが等しく、かつ、第１混練室と第２混練室が互いに異なる内径を有する場合には、第１混練部材のロータ部の短径方向の外面と第１混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積と第２混練部材のロータ部の短径方向の外面と第２混練室を形成するバレルの内面との間のスペースの容積とが異なる。このため、本発明の混練装置では、両混練部材の回転に伴って被混練材料が両混練部材のロータ部の周りを移動しつつ両混練室の間を交互に移動する過程で、被混練材料の存在するスペースの容積の変化の規則性が崩れる。その結果、被混練材料の混合が促進される。従って、本発明の混練装置では、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することができる。
【００１０】
上記混練装置において、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、互いに噛み合うように配置されていることが好ましい。なお、この発明において、第１混練部材のロータ部と第２混練部材のロータ部とが互いに噛み合うとは、第１混練部材のロータ部の長径方向の外面の回転領域内に第２混練部材のロータ部の長径方向の外面が入り込んでいる状態のことを意味する。
【００１１】
本構成のように両混練部材のロータ部が互いに噛み合うように配置されている場合には、両ロータ部間で強い剪断力を被混練材料に加えることができるため、被混練材料の混合性をより向上することができる。
【００１２】
上記混練装置において、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記混練装置において、前記バレルは、前記両混練室に被混練材料を導入するための導入口と、その導入口が設けられた位置から前記両混練室の軸方向において離間した位置に配設され、前記両混練室から被混練材料を導出するための導出口とを有し、前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部は、それぞれ収容された混練室において前記導入口と前記導出口との間の領域に配設され、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が前記導入口から前記導出口へ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、上記したロータ部による被混練材料の混合性の向上効果を得つつ、そのロータ部によって良好に混合された被混練材料を当該ロータ部によりバレルの導入口から導出口側へ向かって搬送することができる。このため、本構成では、被混練材料の混合性を向上可能な二軸押出式の混練装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の混練装置によれば、ロータ部における被混練材料の混合性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による混練装置のバレルの軸方向に沿った断面図であり、当該混練装置の内部構造を概略的に示す図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による混練装置の第１ロータ部及び第２ロータ部を構成するロータセグメントを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態による混練装置を構成するバレル及びロータ部の軸方向に垂直な断面図である。
【図４】図３の状態からロータ部が４５°回転した状態を示す図である。
【図５】図３の状態からロータ部が９０°回転した状態を示す図である。
【図６】図３の状態からロータ部が１３５°回転した状態を示す図である。
【図７】図３の状態からロータ部が１８０°回転した状態を示す図である。
【図８】図３の状態からロータ部が２２５°回転した状態を示す図である。
【図９】図３の状態からロータ部が２７０°回転した状態を示す図である。
【図１０】図３の状態からロータ部が３１５°回転した状態を示す図である。
【図１１】図３の状態からロータ部が３６０°回転した状態を示す図である。
【図１２】図３の状態からロータ部が４０５°回転した状態を示す図である。
【図１３】図３の状態からロータ部が４５０°回転した状態を示す図である。
【図１４】図３の状態からロータ部が４９５°回転した状態を示す図である。
【図１５】第１実施形態の混練装置においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径が同じである場合と異なる場合とにおける被混練材料の収容スペースの断面積がロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【図１６】バレル内の第１混練室と第２混練室の内径の比率を変えることによって被混練材料中の所定の成分の分散度合いがロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【図１７】第１混練スクリュと第２混練スクリュとを互いに異なる方向に回転させる本発明の第２実施形態の混練装置においてロータ部の回転位相が０°の状態を示すバレル及びロータ部の断面図である。
【図１８】図１７の状態からロータ部が４５°回転した状態を示す図である。
【図１９】図１７の状態からロータ部が９０°回転した状態を示す図である。
【図２０】図１７の状態からロータ部が１３５°回転した状態を示す図である。
【図２１】図１７の状態からロータ部が１８０°回転した状態を示す図である。
【図２２】図１７の状態からロータ部が２２５°回転した状態を示す図である。
【図２３】図１７の状態からロータ部が２７０°回転した状態を示す図である。
【図２４】図１７の状態からロータ部が３１５°回転した状態を示す図である。
【図２５】図１７の状態からロータ部が３６０°回転した状態を示す図である。
【図２６】図１７の状態からロータ部が４０５°回転した状態を示す図である。
【図２７】図１７の状態からロータ部が４５０°回転した状態を示す図である。
【図２８】図１７の状態からロータ部が４９５°回転した状態を示す図である。
【図２９】第２実施形態の混練装置においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径が同じである場合と異なる場合とにおける被混練材料の収容スペースの断面積がロータ部の回転に伴ってどのように変化するかを調べたシミュレーションの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態による混練装置の構成について説明する。
【００１９】
この第１実施形態の混練装置は、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を各々の回転軸回りに回転させることによってバレル４内の混練室４ａ，４ｂに導入されたゴムや各種樹脂等の被混練材料を下流側へ送りながら混練する二軸押出し式の混練装置である。
【００２０】
具体的には、当該第１実施形態の混練装置は、図１に示すように、駆動部２と、バレル４と、第１混練スクリュ６と、第２混練スクリュ８（図２参照）とを備えている。
【００２１】
駆動部２は、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８の基端側に接続されており、各混練スクリュ６，８を各々の軸回りに回転させるものである。この駆動部２は、両混練スクリュ６，８を互いに干渉しないような位相差を保ちながら等しい回転速度で同方向に回転させる。
【００２２】
バレル４は、所定の方向に延びており、中空状に形成されている。このバレル４は、当該バレル４の長手方向に延びる第１混練室４ａと第２混練室４ｂを内部に有している。第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、図３に示すように略円形断面を有しており、バレル４の幅方向に並んで配置されているとともに互いに平行に延びている。第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、径方向の一部において互いに重なるように繋げられている。
【００２３】
そして、第１混練室４ａと第２混練室４ｂは、互いに異なる内径を有する。本実施形態では、第２混練室４ｂの内径が第１混練室４ａの内径に比べて僅かに小さくなっている。詳細には、第２混練室４ｂの内径は、当該第２混練室４ｂに収容される第２混練スクリュ８の外面に当該第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面が接触しない程度に第１混練室４ａの内径よりも小さくなっている。このため、第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面と第２混練スクリュ８の外面との間のクリアランスは、第１混練室４ａを形成するバレル４の内面と第１混練スクリュ６の外面との間のクリアランスに比べて小さくなっている。
【００２４】
また、バレル４は、図１に示すように、導入口４ｄと、導出口４ｅと、開口部４ｆとを有している。
【００２５】
導入口４ｄは、前記両混練室４ａ，４ｂに被混練材料を導入するためのものである。この導入口４ｄは、バレル４の長手方向の一端部（駆動部２側の端部）の上部に設けられている。
【００２６】
導出口４ｅは、両混練室４ａ，４ｂから混練後の被混練材料を導出するためのものである。この導出口４ｅは、バレル４の長手方向の他端部（駆動部２と反対側の端部）に設けられている。すなわち、導出口４ｅは、バレル４のうち導入口４ｄが設けられた位置から両混練室４ａ，４ｂの軸方向（バレル４の長手方向）において離間した位置に配設されている。
【００２７】
開口部４ｆは、混練室４ａ，４ｂからの脱気や、混練室４ａ，４ｂ内の状況の観察等を行うためのものであり、バレル４のうち導入口４ｄと導出口４ｅの間で混練室４ａ，４ｂの軸方向に離間した複数個所に設けられている。
【００２８】
また、バレル４は、複数のバレルセグメント４ｈが連接されることによって構成されている。すなわち、各バレルセグメント４ｈが混練室４ａ，４ｂの軸方向の一部をそれぞれ形成している。
【００２９】
第１混練スクリュ６は、バレル４内の第１混練室４ａに収容されている。この第１混練スクリュ６は、本発明の第１混練部材の概念に含まれるものである。第１混練スクリュ６は、第１混練室４ａの軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられている。また、第２混練スクリュ８は、バレル４内の第２混練室４ｂに収容されている。この第２混練スクリュ８は、本発明の第２混練部材の概念に含まれるものである。第２混練スクリュ８は、第２混練室４ｂの軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられている。
【００３０】
両混練スクリュ６，８は、同様の構造を有している。具体的には、両混練スクリュ６，８は、シャフト９（図２参照）と、第１搬送部１０と、第１ロータ部１２と、第１搬送抵抗部１４と、第２搬送部１６と、第２ロータ部１８と、第２搬送抵抗部２０と、第３搬送部２２とをそれぞれ有している。第１搬送部１０、第１ロータ部１２、第１搬送抵抗部１４、第２搬送部１６、第２ロータ部１８、第２搬送抵抗部２０及び第３搬送部２２は、この順番で混練スクリュ６，８の基端側から先端側に向かって配設されている。
【００３１】
シャフト９は、第１混練室４ａと同軸となるように配置されている。このシャフト９は、駆動部２に接続されており、その駆動部２から駆動力が付与される。シャフト９は、駆動力が付与されることによって回転し、それによって、混練スクリュ６，８が各々の軸回りにそれぞれ回転する。
【００３２】
第１搬送部１０は、被混練材料を下流側へ送るための部分である。この第１搬送部１０は、シャフト９に外挿されて固定されたフルフライトスクリュによって構成されている。両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０は、両混練スクリュ６，８の回転に伴って各々の軸回りに同方向に回転し、それによって、導入口４ｄを通じて混練室４ａ，４ｂに導入された被混練材料を下流側へ送る。
【００３３】
第１ロータ部１２は、第１搬送部１０によって送られた被混練材料を混練しながら下流側へ送る部分である。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、そのロータ部が設けられた混練スクリュの回転軸に同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有している。第１ロータ部１２は、図３に示すように、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有している。第１ロータ部１２の長径方向の両側の外面部分は、それぞれ混練翼１２ａとなっている。第１ロータ部１２の短径方向の両側の外面は、前記長径方向の両側の外面同士を繋ぐとともに外向きに凸状に形成された曲面になっている。そして、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２は、長径方向の両側の外面（両混練翼１２ａ）が第１混練室４ａを形成するバレル４の内面に近接するように配置されており、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２は、長手方向の両側の外面（両混練翼１２ａ）が第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面に近接するように配置されている。
【００３４】
第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２と第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２は、それらの長径方向が互いに直交するような回転方向の位相で配置されている。そして、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、互いに噛み合うように配置されている。すなわち、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の長径方向の外面（混練翼１２ａ）の回転領域内に、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の長径方向の外面（混練翼１２ａ）が入り込むように両第１ロータ部１２が配置されている。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、互いに位相差を保ちながら回転するようになっており、その回転時に互いに干渉しないようになっている。
【００３５】
また、各混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が導入口４ｄから導出口４ｅへ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている。両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、軸方向に沿って一定の捩れ角で同じ向きに捩れている。また、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、図２に示すようなロータセグメント２６が軸方向に複数連接されることによって構成されている。各ロータセグメント２６は、シャフト９に外挿されて固定されている。各ロータセグメント２６は、それらの接合部分において回転方向にずれがないように重ね合わされており、それらの接合部分において混練翼１２ａが連続するように配置されている。
【００３６】
そして、各混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、回転することによってその混練翼１２ａとバレル４の内面との間及び両第１ロータ部１２間で被混練材料に剪断力を付与し、それによって被混練材料を混練する。また、被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴って両第１ロータ部１２の周りを移動する。この際、被混練材料が存在するスペースの形状及び容積が変化し、その形状及び容積の変化によっても被混練材料の混練が促進される。
【００３７】
第１搬送抵抗部１４（図１参照）は、第１ロータ部１２によって送られた被混練材料を混練しながらその被混練材料に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第１ロータ部１２による被混練材料の混練時間を長くし、その第１ロータ部１２による被混練材料の混練を十分に行わせる。この第１搬送抵抗部１４は、複数のニーディングディスクが軸方向に連接されることによって構成されている。各ニーディングディスクは、シャフト９に外挿されて固定されている。各ニーディングディスクは、第１ロータ部１２の断面形状と同様の断面形状を有する板状に形成されている。そして、軸方向に隣り合う各ニーディングディスクは、軸回りに所定角度ずつ位相をずらして配置されている。これにより、第１搬送抵抗部１４の軸方向に垂直な断面形状はその軸方向に沿って不連続に変化するように構成されている。
【００３８】
第２搬送部１６は、第１搬送抵抗部１４によって送られた被混練材料を下流側へ送る部分である。この第２搬送部１６は、第１搬送部１０と同様に構成されている。
【００３９】
第２ロータ部１８は、第２搬送部１６によって送られた被混練材料を混練しながら下流側へ送る部分であり、第１ロータ部１２と同様に構成されている。
【００４０】
第２搬送抵抗部２０は、第２ロータ部１８によって送られた被混練材料を混練しながらその被混練材料に対して搬送抵抗を付加することにより、上流側の第２ロータ部１８による被混練材料の混練時間を長くし、その第２ロータ部１８による被混練材料の混練を十分に行わせる。この第２搬送抵抗部２０は、第１搬送抵抗部１４と同様に構成されている。
【００４１】
第３搬送部２２は、第２搬送抵抗部２０によって送られた被混練材料を下流側へ送り、バレル４の導出口４ｅを通じて混練後の被混練材料を送出する部分である。この第３搬送部２２は、第１搬送部１０と同様に構成されている。
【００４２】
次に、図１及び図３〜図１４を参照して、本実施形態の混練装置により被混練材料を混練する際の動作について説明する。
【００４３】
まず、駆動部２が駆動することにより第１混練スクリュ６及び第２混練スクリュ８が各々の軸回りに互いに等しい回転速度で同方向に回転する。その後、被混練材料がバレル４の導入口４ｄを通じて両混練室４ａ，４ｂのうち両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０に対応する領域に導入される。この導入された被混練材料は、回転する両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０によって下流側へ送られる。
【００４４】
そして、第１搬送部１０によって下流側へ送られた被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が図３〜図１４に示すように回転することによって混練される。この際、被混練材料は、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の間、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の混練翼１２ａと第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間及び第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の混練翼１２ａと第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間で剪断力が付与されて混練される。また、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が回転するのに伴って、被混練材料は混練室４ａ，４ｂ内で両第１ロータ部１２の周りを移動する。この際、両第１ロータ部１２の周りにおける被混練材料の収容スペースの形状及び容積が変化する。このように両第１ロータ部１２の周りで被混練材料が移動しながらその収容スペースの形状及び容積が変化することによっても、被混練材料の混練が促進される。
【００４５】
そして、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２は、上記のように被混練材料を混練しながらその材料を下流側へ送る。
【００４６】
そして、第１搬送抵抗部１４は、第１ロータ部１２から送られてきた被混練材料を混練しながら下流側へ送る。ただし、この第１搬送抵抗部１４は、被混練材料に大きな搬送抵抗を付加するため、この第１搬送抵抗部１４による被混練材料の送り速度は、第１ロータ部１２による被混練材料の送り速度よりも遅くなる。このため、当該第１搬送抵抗部１４の上流側に位置する第１ロータ部１２による混練時間が長くなり、その第１ロータ部１２によって被混練材料の混練が十分に行われる。
【００４７】
次に、両混練スクリュ６，８の第２搬送部１６は、第１搬送抵抗部１４によって送られた被混練材料を前記第１搬送部１０と同様にして下流側へ送る。
【００４８】
そして、両混練スクリュ６，８の第２ロータ部１８は、第２搬送部１６によって送られた被混練材料を前記第１ロータ部１２と同様にして混練するとともに下流側へ送る。
【００４９】
そして、両混練スクリュ６，８の第２搬送抵抗部２０は、第２ロータ部１８によって送られた被混練材料を前記第１搬送抵抗部１４と同様にして混練しながら下流側へ送る。この際、第２搬送抵抗部２０は、前記第１搬送抵抗部１４と同様、被混練材料に大きな搬送抵抗を付加し、上流側に位置する第２ロータ部１８による被混練材料の混練時間を長くすることによってその第２ロータ部１８による被混練材料の混練を十分に行わせる。
【００５０】
最後に、第３搬送部２２は、第２搬送抵抗部２０によって送られた被混練材料を前記第１搬送部１０と同様にして下流側へ送り、その被混練材料をバレル４の導出口４ｅを通じて送出する。以上のようにして、第１実施形態の混練装置による被混練材料の混練が行われる。
【００５１】
次に、この第１実施形態の混練装置による被混練材料の混合効果について調べるために行ったシミュレーションについて説明する。
【００５２】
まず、バレル４内の第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合と異なる場合とで両混練室４ａ，４ｂ内の所定の被混練材料の収容スペースの断面積が両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴ってどのように変化するかについてシミュレーションを行った。具体的には、このシミュレーションでは、図３に示した状態から両第１ロータ部１２の回転に伴って混練室４ａ，４ｂ内の所定の被混練材料Ｍが両第１ロータ部１２の周りを移動する際の図３〜図１４の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積を算出した。そのシミュレーションの結果が図１５に示されている。この図１５における回転位相０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°、４０５°、４５０°、４９５°の各状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図３〜図１４の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応しており、回転位相５４０°の状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図３の状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応している。なお、本実施形態の比較例として、第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合についても同様に前記各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積を算出し、その算出結果を図１５に示している。
【００５３】
図１５の結果から、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、第１ロータ部１２の回転に伴って周期的に変化することが判る。そして、第１ロータ部１２の回転位相が２２５°の状態（図８の状態）及び回転位相が４９５°の状態（図１４の状態）、すなわち、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の断面形状がバレル４の幅方向に互いに対称的に配置された状態でその両第１ロータ部１２とバレル４の内面とで囲まれた大きなスペースに被混練材料Ｍが収容された状態が、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が最も大きくなる状態であることが判る。一方、第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の状態（図４〜図６の状態）及び回転位相が３１５°〜４０５°の状態（図１０〜図１２の状態）、すなわち、両混練スクリュ６，８のいずれかの第１ロータ部１２の短径方向の外面とバレル４の内面との間のスペースに被混練材料Ｍが収容された状態が、被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が小さくなる状態であることが判る。
【００５４】
そして、比較例のように第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径が同じである場合には、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の場合）と、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が３１５°〜４０５°の場合）とで被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が同じになることが判る。すなわち、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じである比較例の場合には、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴って被混練材料Ｍの収容スペースの容積が規則的に同じ小さい値に変化することが判る。
【００５５】
これに対して、本実施形態のように第１混練室４ａの内径よりも第２混練室４ｂの内径が小さい場合には、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が４５°〜１３５°の場合）に比べて、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである場合（第１ロータ部１２の回転位相が３１５°〜４０５°の場合）の方が被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が大きくなることが判る。従って、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる本実施形態の場合には、上記比較例の場合と異なり、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることが判明した。
【００５６】
次に、バレル４内の第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径の比率を変えることに起因して、第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料中の所定の成分の分散度合いの変動傾向がどのように変化するかについてシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、両混練室４ａ，４ｂの上半分（図３の状態における上半分）の領域に存在する被混練材料中の所定の成分の濃度が１であり、両混練室４ａ，４ｂの下半分（図３の状態における下半分）の領域に存在する被混練材料中の前記所定の成分の濃度が０であるような仮想的な状態から、この成分の混合を流動シミュレーションによって評価した。
【００５７】
具体的には、このシミュレーションでは、第１混練室４ａの内径を６１ｍｍで第２混練室４ｂの内径を５９ｍｍに設定した第１実施例と、第１混練室４ａの内径を６２ｍｍで第２混練室４ｂの内径を５８ｍｍに設定した第２実施例と、第１混練室４ａと第２混練室４ｂの内径を両方とも同じ６０ｍｍに設定した比較例とについて、第１ロータ部１２の回転に伴って前記所定の成分のＣＶ値がどのように変化するかを調べた。このシミュレーションの結果が図１６に示されている。図１６では、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２が３６０°回転する毎に１回転したとして、その回転数が１〜５の場合について算出した前記所定の成分のＣＶ値を表している。なお、ＣＶ値は、被混練材料中における前記成分の分散度合いを表す指標となる値である。このＣＶ値が低いほど、前記成分の分散が進行していること、換言すれば、被混練材料の混合が促進されていることを意味する。このＣＶ値は、以下の式（１）で求められる。
【００５８】
ＣＶ＝ρ／Ｍ・・・（１）
【００５９】
当該式（１）において、Ｍは、バレル４内（両混練室４ａ，４ｂ内）に収容された被混練材料中における前記成分の平均分率である。また、ρは、バレル４内（両混練室４ａ，４ｂ内）に収容された被混練材料中における前記成分の分率の標準偏差である。
【００６０】
図１６に示す当該シミュレーションの結果から、第１ロータ部１２の回転数が増加するにつれて被混練材料の混合が進行し、第１実施例では比較例に比べて被混練材料の混合が促進され、第２実施例では第１実施例に比べて被混練材料の混合がさらに促進されることが判る。すなわち、この結果から、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合（第１実施例及び第２実施例）には、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じ場合（比較例）に比べて第１ロータ部１２による被混練材料の混合性を向上させることができ、さらに、その両混練室４ａ，４ｂの内径の差が大きい方が第１ロータ部１２による被混練材料の混合性をより向上させることができることが判明した。
【００６１】
なお、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合に両混練室４ａ，４ｂの内径が同じ場合に比べて第１ロータ部１２による被混練材料の混合性を向上できるのは、上記した両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることに起因すると考えられる。すなわち、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れる場合には、被混練材料の混合状態がいわゆるカオス混合に近い状態となり、被混練材料の混合が促進されるためであると考えられる。
【００６２】
なお、上記各シミュレーションは、第１ロータ部１２による被混練材料の混練について行ったが、第２ロータ部１８においても第１ロータ部１２と同様の混練作用が被混練材料に及ぼされるので、第２ロータ部１８でも同様に被混練材料の混合が促進される。
【００６３】
以上説明したように、この第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８の形状と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８の形状とが等しく、かつ、第１混練室４ａと第２混練室４ｂが互いに異なる内径を有するため、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースの容積と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースの容積とが異なる。このため、この第１実施形態では、両混練スクリュ６，８の回転に伴って被混練材料が両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８の周りを移動しつつ両混練室４ａ，４ｂの間を交互に移動する過程で被混練材料の収容スペースの容積の変化の規則性が崩れ、その結果、被混練材料の混合が促進される。従って、この第１実施形態は、両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８における被混練材料の混合性を向上することができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ６のロータ部１２，１８が互いに噛み合うように配置されているため、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８との間で強い剪断力を被混練材料に加えることができる。このため、ロータ部１２，１８による被混練材料の混合性をより向上することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、第１混練スクリュ６のロータ部１２，１８と第２混練スクリュ８のロータ部１２，１８は、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が導入口４ｄから導出口４ｅへ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている。このため、この第１実施形態では、上記したロータ部１２，１８による被混練材料の混合性の向上効果を得つつ、そのロータ部１２，１８によって良好に混合された被混練材料を当該ロータ部１２，１８によりバレル４の導入口４ｄから導出口４ｅ側へ向かって搬送することができる。このため、この第１実施形態では、被混練材料の混合性を向上可能な二軸押出式の混練装置を構成することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、図１７〜図２８を参照して、本発明の第２実施形態による混練装置について説明する。
【００６７】
この第２実施形態による混練装置は、上記第１実施形態と異なり、第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を互いに異なる方向に回転させるように構成されている。
【００６８】
具体的には、この第２実施形態では、駆動部２が第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８を互いに異なる方向に回転させる。このため、図１７〜図２８に示すように、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の回転方向に対して第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の回転方向が逆方向となっている。そして、この第２実施形態では、両混練スクリュ６，８の第１搬送部１０のフルフライトスクリュ、第１ロータ部１２、第２搬送部１６のフルフライトスクリュ、第２ロータ部１８及び第３搬送部２２のフルフライトスクリュは、軸方向に沿って互いに逆向きに捩れており、両混練スクリュ６，８が互いに逆向きに回転するのに伴って互いに干渉しないように配置されている。
【００６９】
この第２実施形態の混練装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態の混練装置と同様である。
【００７０】
次に、この第２実施形態のように第１混練スクリュ６と第２混練スクリュ８が互いに異なる方向に回転する場合において、両混練室４ａ，４ｂ内の被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴ってどのように変化するかを調べるために上記第１実施形態と同様のシミュレーションを行った。このシミュレーションの結果が図２９に示されている。図２９における回転位相０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°、４０５°、４５０°、４９５°の各状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図１７〜図２８の各状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応しており、回転位相５４０°の状態での被混練材料Ｍの収容スペースの断面積は、図１７の状態における被混練材料Ｍの収容スペースの断面積に対応している。
【００７１】
図２９の結果から、この第２実施形態のように両混練スクリュ６，８が互いに異なる方向に回転する場合でも、第２混練スクリュ８の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第２混練室４ｂを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである状態（第１ロータ部１２の回転位相が４０５°〜４９５°の状態（図２６〜図２８の状態））に比べて、第１混練スクリュ６の第１ロータ部１２の短径方向の外面と第１混練室４ａを形成するバレル４の内面との間のスペースが被混練材料Ｍの収容スペースである状態（第１ロータ部１２の回転位相が１３５°〜２２５°の状態（図２０〜図２２の場合））の方が被混練材料Ｍの収容スペースの断面積が大きくなることが判る。従って、この第２実施形態のように両混練スクリュ６，８が互いに異なる方向に回転する場合でも、両混練室４ａ，４ｂの内径が異なる場合には、両混練室４ａ，４ｂの内径が同じである比較例の場合と異なり、両混練スクリュ６，８の第１ロータ部１２の回転に伴う被混練材料Ｍの収容スペースの容積の規則的な変化が崩れることが判明した。従って、この第２実施形態でも、両混練スクリュ６，８のロータ部１２，１８による被混練材料の混合性を向上させることができる。
【００７２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７３】
例えば、バッチ式の混練機等の押出機以外の混練装置に本発明を適用してもよい。すなわち、バッチ式の混練機においてバレル内の第１混練室と第２混練室の内径を異ならせてもよい。この構成によれば、バッチ式の混練機においてロータ部による被混練材料の混合性を向上させることができる。
【００７４】
また、上記実施形態では、第２混練室の内径を第１混練室の内径に比べて小さくしたが、逆に第１混練室の内径を第２混練室の内径に比べて小さくしてもよい。
【００７５】
また、両混練スクリュのロータ部が噛み合っていない混練装置に本発明を適用してもよい。すなわち、第２混練スクリュのロータ部の長径方向の外面が第１混練スクリュのロータ部の長径方向の外面の回転領域の外側に位置するように両混練スクリュが配置された混練装置において、バレル内の第１混練室と第２混練室の内径を異ならせてもよい。
【００７６】
また、第１混練部材のロータ部と第２混練部材のロータ部とは、必ずしもそれらの長径方向が互いに直交するような位相で配置されていなくてもよい。すなわち、両混練部材のロータ部は、それらの長径方向が互いに交差していればよく、それらの長径方向が互いに９０°の関係でなくてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
４ バレル
４ａ 第１混練室
４ｂ 第２混練室
４ｄ 導入口
４ｅ 導出口
６ 第１混練スクリュ（第１混練部材）
８ 第２混練スクリュ（第２混練部材）
１２ 第１ロータ部（ロータ部）
１８ 第２ロータ部（ロータ部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円形断面を有し、互いに平行に延びるとともに、径方向の一部において互いに重なるように繋げられた第１混練室及び第２混練室を内部に有するバレルと、前記第１混練室に収容され、当該第１混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第１混練部材と、前記第２混練室に収容され、当該第２混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第２混練部材とを備え、前記第１混練部材と前記第２混練部材を各々の回転軸回りに回転させることによって前記両混練室に導入された被混練材料を混練する混練装置であって、
前記第１混練部材と前記第２混練部材は、各々の回転軸と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部をそれぞれ有し、
前記ロータ部は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成する前記バレルの内面に近接するように配置され、
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに交差するような位相で相対的に配置され、
前記第１混練室と前記第２混練室は、互いに異なる内径を有する、混練装置。
【請求項２】
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、互いに噛み合うように配置されている、請求項１に記載の混練装置。
【請求項３】
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置されている、請求項１又は２に記載の混練装置。
【請求項４】
前記バレルは、前記両混練室に被混練材料を導入するための導入口と、その導入口が設けられた位置から前記両混練室の軸方向において離間した位置に配設され、前記両混練室から被混練材料を導出するための導出口とを有し、
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部は、それぞれ収容された混練室において前記導入口と前記導出口との間の領域に配設され、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が前記導入口から前記導出口へ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の混練装置。
【請求項１】
略円形断面を有し、互いに平行に延びるとともに、径方向の一部において互いに重なるように繋げられた第１混練室及び第２混練室を内部に有するバレルと、前記第１混練室に収容され、当該第１混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第１混練部材と、前記第２混練室に収容され、当該第２混練室の軸心と一致する回転軸を中心として回転可能に設けられた第２混練部材とを備え、前記第１混練部材と前記第２混練部材を各々の回転軸回りに回転させることによって前記両混練室に導入された被混練材料を混練する混練装置であって、
前記第１混練部材と前記第２混練部材は、各々の回転軸と同軸となるように配置され、互いに等しい形状を有するロータ部をそれぞれ有し、
前記ロータ部は、その軸心に垂直な断面において特定方向が短径となり、その短径方向と直交する方向が長径となる断面形状を有するとともに、その長径方向の外面が当該ロータ部が収容された混練室を形成する前記バレルの内面に近接するように配置され、
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに交差するような位相で相対的に配置され、
前記第１混練室と前記第２混練室は、互いに異なる内径を有する、混練装置。
【請求項２】
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、互いに噛み合うように配置されている、請求項１に記載の混練装置。
【請求項３】
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部とは、それらの長径方向が互いに直交するような位相で相対的に配置されている、請求項１又は２に記載の混練装置。
【請求項４】
前記バレルは、前記両混練室に被混練材料を導入するための導入口と、その導入口が設けられた位置から前記両混練室の軸方向において離間した位置に配設され、前記両混練室から被混練材料を導出するための導出口とを有し、
前記第１混練部材のロータ部と前記第２混練部材のロータ部は、それぞれ収容された混練室において前記導入口と前記導出口との間の領域に配設され、各々の軸回りに回転することによって被混練材料が前記導入口から前記導出口へ向かう方向に搬送されるような軸方向に沿って捩れた形状に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の混練装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１１−８８３４３（Ｐ２０１１−８８３４３Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４３０６２（Ｐ２００９−２４３０６２）
【出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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