JP7075707B1 - A method that makes it possible to reduce the energy required when operating a melt-kneading extruder. - Google Patents

A method that makes it possible to reduce the energy required when operating a melt-kneading extruder. Download PDF

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Abstract

【課題】所望の混練度合いを具備する押出物を所望の吐出量で得るのに、溶融混練押出装置への投入コストを抑制しつつ、溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法を提供する。【解決手段】２軸同方向回転の溶融混練押出装置にあって、混練用スクリューエレメント２０Ｂは、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じであり、回転シャフト１８の回転中心と該混練用スクリューエレメント２０Ｂの中心とを偏心状とし、かつ、一対の該混練用スクリューエレメント間のクリアランスが、前記回転シャフトの回転中、一定の所定値に維持されるように、一対の該混練用スクリューエレメント間の周方向の相対的角度位置関係が設定され、溶融された固形材料Ｍを伸長混練する段階を有する、前記溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法。【選択図】図２PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the energy required for operating a melt-kneading extruder while suppressing the input cost to the melt-kneading extruder in order to obtain an extruder having a desired degree of kneading with a desired discharge amount. Provide a method of SOLUTION: In a melt kneading extruder that rotates in the same direction on two axes, the kneading screw element 20B has the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, and has the same outer peripheral edge shape as the rotation center of the rotating shaft 18 and the kneading. A pair of kneading screws so that the center of the kneading screw element 20B is eccentric and the clearance between the pair of kneading screw elements is maintained at a constant predetermined value during the rotation of the rotating shaft. A method in which a relative angular positional relationship in the circumferential direction between elements is set, and a step of stretching and kneading the melted solid material M is provided, and energy required for operating the melt kneading extruder can be reduced. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法に関し、より詳細には、所望の混練度合いを具備する押出物を所望の吐出量で得るのに、溶融混練押出装置への投入コストを抑制しつつ、溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法に関する。 The present invention relates to a method capable of reducing the energy required for operating a melt-kneading extruder, and more specifically, for obtaining an extruder having a desired degree of kneading at a desired discharge amount, melt-kneading. The present invention relates to a method capable of reducing the energy required for operating a melt-kneading extruder while suppressing the input cost to the extruder.

従来から、いわゆる２軸同方向回転の溶融混練押出装置が用いられている。
このような溶融混練押出装置は、２つの円筒シリンダを長手方向に平行に連結し、長手方向に直交する断面において、一対の円弧部が連なるまゆ形であるバレルと、それぞれ、対応する円筒シリンダ内で円筒シリンダと同心状に長手方向に延び、長手方向を中心に、同方向に回転可能な、互いに所定間隔を隔てた２軸の回転シャフトと、各々、２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントとを有し、一対のスクリューエレメントは、互いに同一であり、バレルの長手方向の同位置に設けられ、２軸の回転シャフト間で所定間隔を隔てて噛み合うように配置され、固形材料をバレル内に供給する供給部と、固形材料の融点またはそれ以上にまで固形材料を加熱する溶融混練部と、溶融された固形材料を混合する混合部とが設けられ、溶融混練部において、一対のスクリューエレメントは、溶融状態の固形材料を混練可能な既存の混練用スクリューエレメントである。
以上の構成によれば、駆動モーターにより、２軸の回転シャフトが同方向に回転し、回転シャフトに外嵌する混練用スクリューエレメントが、回転シャフトを中心に回転することにより、バレル内に投入された固形材料がバレルの下流方向に搬送されながら、溶融加熱、混練され、混練された固形材料が押し出されるようになっている。 Conventionally, a so-called two-screw co-rotating melt-kneading extruder has been used.
In such a melt-kneading extruder, two cylindrical cylinders are connected in parallel in the longitudinal direction, and in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, a barrel having a eyebrows in which a pair of arcs are connected and a barrel having a corresponding cylindrical cylinder, respectively. Two-axis rotating shafts that extend in the longitudinal direction concentrically with the cylindrical cylinder and can rotate in the same direction around the longitudinal direction, separated from each other by a predetermined distance, and outside each of the two-axis rotating shafts. It has a pair of screw elements to be fitted, and the pair of screw elements are identical to each other, are provided at the same position in the longitudinal direction of the barrel, and are arranged so as to mesh with each other at a predetermined interval between the two rotating shafts. A supply unit for supplying the solid material into the barrel, a melt-kneading unit for heating the solid material to the melting point of the solid material or higher, and a mixing unit for mixing the molten solid material are provided, and melt-kneading is provided. In the section, the pair of screw elements are existing kneading screw elements capable of kneading a solid material in a molten state.
According to the above configuration, the two-axis rotary shaft is rotated in the same direction by the drive motor, and the kneading screw element that is externally fitted to the rotary shaft is driven into the barrel by rotating around the rotary shaft. While the solid material is conveyed downstream of the barrel, it is melt-heated, kneaded, and the kneaded solid material is extruded.

しかしながら、以上の２軸同方向回転の溶融混練押出装置には、以下のような技術的問題点が存する。
すなわち、溶融混練押出装置を運転して、所望の混練度合いを具備する押出物を所望の吐出量で得るのに、固形材料を溶融混練押出する際に必要なエネルギーが多く、運転コストがかかる点である。
より詳細には、溶融混練押出装置は、バレル内面を伝熱面とする加熱ヒーターによりバレル内部の固形材料を溶融し、有用した固形材料を駆動モーターにより回転シャフト、すなわちスクリューエレメントを回転させることにより、固形材料を混練するところ、固形材料の種類、および態様に係わらず、駆動モーターにより回転シャフトを回転させることにより、バレル内の固形材料を混練するのに必要な電力、および加熱ヒーターにより固形材料を溶融状態まで加熱するのに必要な電力が多い。
この場合、固形材料の溶融加熱は、固形材料を混練するまでに行われる必要があり、加熱ヒーターによる固形材料の加熱が溶融状態まで達しなければ、下流の固形材料の混練が困難であったり、不能となったりする一方、ヒーターにより固形材料を溶融状態まで加熱したからといって、固形材料の混練が不十分であれば、異種固形材料の場合、押出しの際、均一に混練された押出物とならないし、混練時間を確保するために、回転シャフトの回転数を低減すると、押出物の時間当たりの吐出量が低減する。
このように、固形材料の時間当たりの搬送量が加熱時間および混練時間を決定するところ、固形材料の搬送量は、回転シャフトの回転数に依存することから、固形材料の溶融混練を行うのに、駆動モーターへ供給すべき電力と、ヒーターへ供給すべき電力とは、互いに影響し合っている。 However, the above-mentioned two-screw co-rotation melt-kneading extruder has the following technical problems.
That is, in order to operate the melt-kneading extruder to obtain an extruder having a desired degree of kneading at a desired discharge amount, a large amount of energy is required for melt-kneading and extruding a solid material, and operating costs are high. Is.
More specifically, the melt-kneading extruder melts the solid material inside the barrel by a heating heater having the inner surface of the barrel as a heat transfer surface, and the useful solid material is rotated by a rotary shaft, that is, a screw element by a drive motor. , Where the solid material is kneaded, regardless of the type and mode of the solid material, the power required to knead the solid material in the barrel by rotating the rotary shaft with a drive motor, and the solid material with a heater. Requires a lot of power to heat to a molten state.
In this case, the melt heating of the solid material must be performed before the solid material is kneaded, and if the heating of the solid material by the heating heater does not reach the molten state, it is difficult to knead the solid material downstream. On the other hand, if the solid material is heated to a molten state by a heater and the solid material is not sufficiently kneaded, in the case of a dissimilar solid material, the extruded product is uniformly kneaded during extrusion. However, if the number of rotations of the rotating shaft is reduced in order to secure the kneading time, the discharge amount of the extruded product per hour is reduced.
In this way, the amount of solid material transported per hour determines the heating time and kneading time. Since the amount of solid material transported depends on the number of rotations of the rotating shaft, it is necessary to perform melt-kneading of solid materials. , The electric power to be supplied to the drive motor and the electric power to be supplied to the heater affect each other.

特に、固形材料をせん断加熱により溶融し、せん断混練することにより、混練する場合には、以下のような問題がある。
ここに、せん断混練とは、混練対象固形材料が、２軸同方向溶融混練押出装置の各スクリューの回転により、バレルの内面とスクリューの外面との間のスぺ―スをスクリューの長手方向に螺旋状に搬送される際、一対のスクリュー間のクリアランスを境として、回転方向進み側スペースの溶融固形材料の圧力と、回転方向戻り側スペースの溶融固形材料の圧力との圧力差に起因して、固形材料が一対のスクリュー間のクリアランスを通過することにより、半径方向成分を主として含む溶融固形材料の引きちぎり（せん断）により、混練促進される混練を意味する。
従来、このようなせん断混練によれば、混練効率の確保は可能である反面、固形材料の過熱による品質劣化、セルフクリーニング、粘度差の異なる異種固形材料の混練、特に、分配および分散の両立は困難である。
加えて、このようなせん断混練によれば、混練対象固形材料が、バレルの内面とスクリューの外面との間のスぺ―スをスクリューの長手方向に螺旋状に搬送される際、半径方向成分を主として含む溶融固形材料の引きちぎり（せん断）であることから、スクリューを回転駆動する駆動モーターの消費電力が必要とされるとともに、混練対象固形材料のバレルの内面とスクリューの外面との間のスぺ―スにおける充満度がばらけることから、バレルの内面からの加熱エネルギーロスも大きく、総じて、所定の押出量のもとで所定の混練度合いを達成するのに要するエネルギー消費が高くなってしまう。 In particular, when the solid material is melted by shear heating and kneaded by shear kneading, there are the following problems.
Here, in shear kneading, the solid material to be kneaded has a space between the inner surface of the barrel and the outer surface of the screw in the longitudinal direction of the screw due to the rotation of each screw of the biaxial same-direction melt-kneading extruder. Due to the pressure difference between the pressure of the molten solid material in the space on the forward side of rotation and the pressure of the solid material in the space on the return side of rotation with the clearance between the pair of screws as the boundary when being transported in a spiral shape. It means kneading promoted by tearing (shearing) of the molten solid material mainly containing a radial component by passing the solid material through the clearance between the pair of screws.
Conventionally, such shear kneading can ensure kneading efficiency, but quality deterioration due to overheating of solid materials, self-cleaning, and kneading of dissimilar solid materials having different viscosity differences, particularly, both distribution and dispersion can be achieved at the same time. Have difficulty.
In addition, according to such shear kneading, the radial component when the solid material to be kneaded is spirally conveyed in the longitudinal direction of the screw in space between the inner surface of the barrel and the outer surface of the screw. Since it is the tearing (shearing) of the molten solid material containing mainly Since the filling degree in the space varies, the heating energy loss from the inner surface of the barrel is also large, and as a whole, the energy consumption required to achieve the predetermined kneading degree under the predetermined extrusion amount becomes high. It ends up.

本発明者は、このような原因が、固形材料の種類、態様に係わらず、混練用スクリューエレメントによる溶融混練メカニズムにある点を見出し、解決策を提案するものである。
本発明の目的は、均一に混合された押出物を所望の吐出量で得るのに、溶融混練押出装置への投入コストを抑制しつつ、溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法を提供することにある。 The present inventor finds that such a cause lies in the melt-kneading mechanism by the kneading screw element regardless of the type and mode of the solid material, and proposes a solution.
An object of the present invention is to reduce the energy required for operating the melt-kneading extruder while suppressing the input cost to the melt-kneading extruder in order to obtain a uniformly mixed extruder at a desired discharge amount. It is to provide a way to make it possible.

以上の課題を解決するために、本願発明の溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法は、２つの円筒シリンダを長手方向に平行に連結し、長手方向に直交する断面において、一対の円弧部が連なるまゆ形であるバレルと、
長手方向を中心に、同方向に回転可能な、互いに所定間隔を隔てた２軸の回転シャフトであって、各回転シャフトは、対応する円弧部の中心と同心状に配置され、対応する円筒シリンダ内で長手方向に延びる、２軸の回転シャフトと、
前記回転シャフトが前記回転シャフトの長手方向を中心として回転可能なように、前記回転シャフトに連結される駆動モーターと、
各々、前記２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントとを有し、
該一対のスクリューエレメントは、互いに同一であり、前記バレルの長手方向の同位置に設けられ、前記２軸の回転シャフト間で所定間隔を隔てて噛み合うように配置され、
固形材料を前記バレル内に供給する供給部と、前記バレル内を搬送される固形材料を融点またはそれ以上にまで加熱し、混練する溶融混練部と、溶融された固形材料を混合する混合部とが、長手方向にこの順に設けられ、
前記溶融混練部において、前記一対のスクリューエレメントは、前記一対のスクリューエレメント間のスペースを通じて、溶融状態の固形材料をせん断混練可能な既存の混練用スクリューエレメントである、溶融混練押出装置であって、
前記既存の混練用スクリューエレメントのみを混練用スクリューエレメントに交換する段階を有し、
該混練用スクリューエレメントは、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じであり、前記回転シャフトの回転中心と該混練用スクリューエレメントの中心とを所定偏心状とし、かつ、一対の該混練用スクリューエレメント間のクリアランスが、前記回転シャフトの回転中、一定の所定値に維持されるように、一対の該混練用スクリューエレメント間の周方向の相対的角度位置関係が設定され、
前記混練用スクリューエレメントの前記外周面と前記バレルの内面との間のスペースを通じて、溶融された固形材料を混練する段階を有する、
構成としている。 In order to solve the above problems, a method capable of reducing the energy required for operating the melt-kneading extruder of the present invention is to connect two cylindrical cylinders in parallel in the longitudinal direction and orthogonally in the longitudinal direction. In the cross section, a barrel that is a eyebrows in which a pair of arcs are connected, and
Biaxial rotating shafts that can rotate in the same direction around the longitudinal direction and are spaced apart from each other by a predetermined distance. A two-axis rotating shaft that extends in the longitudinal direction inside,
A drive motor connected to the rotary shaft so that the rotary shaft can rotate about the longitudinal direction of the rotary shaft.
Each has a pair of screw elements that are externally fitted to each of the two shafts.
The pair of screw elements are identical to each other, are provided at the same position in the longitudinal direction of the barrel, and are arranged so as to mesh with each other at a predetermined distance between the rotating shafts of the two axes.
A supply unit that supplies the solid material into the barrel, a melt-kneading unit that heats the solid material conveyed in the barrel to a melting point or higher and kneads it, and a mixing unit that mixes the molten solid material. Are provided in this order in the longitudinal direction,
In the melt-kneading portion, the pair of screw elements is a melt-kneading extruder, which is an existing screw element for kneading in which a solid material in a molten state can be shear-kneaded through a space between the pair of screw elements.
It has a step of replacing only the existing kneading screw element with a kneading screw element.
The kneading screw element has the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, the rotation center of the rotating shaft and the center of the kneading screw element have a predetermined eccentric shape, and a pair of the kneading screws elements. The relative angular positional relationship in the circumferential direction between the pair of kneading screw elements is set so that the clearance between the screw elements for kneading is maintained at a constant predetermined value during the rotation of the rotating shaft.
The kneading screw element has a step of kneading the melted solid material through a space between the outer peripheral surface and the inner surface of the barrel.
It is composed.

以上の構成を有する溶融混練押出装置の運転の際に必要なエネルギーを低減可能とする方法によれば、2軸同方向回転の溶融混練押出装置にあって、たとえば、従来の2条混練用スクリューエレメントのように、バレル中心と同心の回転シャフトの回転中心とスクリューエレメントの中心とが同心状である場合には、固形材料がバレル内を搬送される際、バレル内の一対の混練用スクリューエレメントにおいて、軸線方向に直交する断面におけるバレルとスクリューエレメントの外周縁との間のスペースが、スクリューエレメントのチップ先端とバレル内面、および一対のスクリューエレメント間のクリアランスにより区分されるところ、区分されるスぺ―ス間で、バレル内の固形材料の内圧の変動差が大きいことから、区分されるスペースに応じて固形材料の非充満部を場合により生じるような、バレル内の固形材料の流動の不均一性が引き起こされるとともに、特に、一対のスクリューエレメント間のクリアランスを介して固形材料が流動する際、スクリュー回転方向遅れ側の区分ゾーンは高圧であり、スクリュー回転方向進み側の区分ゾーンは低圧であることから、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料の高せん断が生じるところ、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じである混練用スクリューエレメントにあって、回転シャフトの回転中心とスクリューエレメントの中心とを所定偏心状とし、かつ、一対のスクリューエレメント間のクリアランスを、回転に係わらず、一定の所定値に維持することにより、バレル内の固形材料の不均一な流動を改善するとともに、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料の高せん断を減じる一方、固形材料の縮流を主として軸方向に発現することにより、均一に混合された押出物を所望の吐出量で得るのに、必要な消費エネルギーを大幅に低減することが可能となる。
特に、バレル内面を通じて固形材料を加熱することにより固形材料の溶融を行うのに、従来のせん断混練のもとでは、固形材料の流動の不均一性に起因する固形材料の加熱効率の低さゆえに、たとえば、スクリューエレメントとしてのニーディングディスクの追加や、回転数の増大による対処を行う必要があったが、このような混練用スクリューエレメントによれば、固形材料の粘度に係わらず、このような対処をすることなく、固形材料の溶融温度に加熱温度の設定が可能となり、混練用スクリューエレメントを回転させる駆動モーターの消費エネルギーおよび固形材料を加熱する加熱ヒーターの消費エネルギーのトータルで考えても、固形材料へのエネルギー伝達の効率性向上により、必要な消費エネルギーを大幅に低減することが可能となる。
ここに、偏心度は、回転シャフトの中心とスクリューエレメントの中心とのずれにより定義され、スクリューエレメントの中心は、円形断面の場合は、その中心、非円形断面の場合は、チップの構成面の中心を始点とし、構成面に直交する線分が反対側の外周縁に交差する終点までの長さの二分の一により定義される。 According to a method capable of reducing the energy required for operating the melt kneading extruder having the above configuration, in the melt kneading extruder rotating in the same direction with two axes, for example, a conventional double-row kneading screw When the center of rotation of the rotating shaft concentric with the center of the barrel and the center of the screw element are concentric, such as the element, a pair of screw elements for kneading in the barrel when the solid material is conveyed in the barrel. The space between the barrel and the outer peripheral edge of the screw element in the cross section orthogonal to the axial direction is divided by the clearance between the tip tip of the screw element and the inner surface of the barrel, and the clearance between the pair of screw elements. Due to the large variation in the internal pressure of the solid material in the barrel between the paces, the flow of the solid material in the barrel may be impaired, which may result in a non-filled portion of the solid material depending on the space to be partitioned. In addition to causing uniformity, especially when the solid material flows through the clearance between the pair of screw elements, the compartmentalized zone on the lagging side of the screw rotation direction is high pressure and the compartmentalized zone on the forward side in the screw rotation direction is low pressure. Therefore, where high shear of the solid material occurs between the clearances between the pair of screw elements, in the kneading screw element having the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, the rotation center of the rotating shaft. By making the center of the screw element and the center of the screw element eccentric, and maintaining the clearance between the pair of screw elements at a constant predetermined value regardless of rotation, the uneven flow of the solid material in the barrel is improved. And while reducing the high shear of the solid material between the clearances between the pair of screw elements, the contraction of the solid material is predominantly axially manifested to give a uniformly mixed extrusion at the desired discharge rate. However, it is possible to significantly reduce the required energy consumption.
In particular, the solid material is melted by heating the solid material through the inner surface of the barrel, but under the conventional shear kneading, the heating efficiency of the solid material is low due to the non-uniformity of the flow of the solid material. For example, it was necessary to add a kneading disk as a screw element or take measures by increasing the number of rotations. However, according to such a kneading screw element, such a method is performed regardless of the viscosity of the solid material. It is possible to set the heating temperature to the melting temperature of the solid material without taking any measures, and even if the total energy consumption of the drive motor that rotates the screw element for kneading and the energy consumption of the heating heater that heats the solid material are considered, By improving the efficiency of energy transfer to solid materials, it is possible to significantly reduce the required energy consumption.
Here, the degree of eccentricity is defined by the deviation between the center of the rotating shaft and the center of the screw element. It is defined by a half of the length from the center to the end point where the line segment orthogonal to the constituent plane intersects the outer peripheral edge on the opposite side.

以上の課題を解決するために、本願発明の溶融混練押出における消費エネルギーの低減方法は、
溶融混練ゾーン、および混合ゾーンを軸方向にこの順に設け、各々、２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントの回転により、固形材料を軸方向に搬送しつつ、溶融混練し、均一に混合された押出物を押し出す２軸式溶融混練押出方法であって、
少なくとも前記溶融混練ゾーンまたは前記混合ゾーンのいずれかにおいて、前記一対のスクリューエレメントの間のせん断混練方式を、前記一対のスクリューエレメント間外の伸長混練方式に切り替える段階を有する、構成としている。 In order to solve the above problems, the method for reducing energy consumption in melt-kneading extrusion according to the present invention is
The melt-kneading zone and the mixing zone are provided in this order in the axial direction, and the solid material is conveyed in the axial direction by the rotation of a pair of screw elements that are fitted to each of the two rotary shafts in this order. This is a twin-screw melt-kneading extrusion method that extrudes a uniformly mixed extrusion.
At least in either the melt-kneading zone or the mixing zone, the structure comprises a step of switching the shear kneading method between the pair of screw elements to the extension kneading method outside the pair of screw elements.

以上の構成を有する溶融混練押出における消費エネルギーの低減方法によれば、以下に示すメカニズムで、溶融混練押出における消費エネルギーの低減が可能である。
ここに、伸長混練とは、溶融混練ゾーンにおいて、一対のスクリューエレメントの回転による２軸押出方式を前提に、バレル内面とスクリューエレメントの外表面の間の溶融固形材料が、スクリューエレメントの長手方向を中心とする回転により、スクリューエレメントの長手方向に搬送されながら伸長され、それによる破断および液滴化を通じての縮流分散化により、溶融」固形材料を混練するものであり、混合ゾーンにおいて、異種材料を含む固形材料の分散または分配する準備となるものである。
このような伸長混練を行うのに、Do/Di、条数、回転シャフトに対するスクリューエレメントの偏心度、一対のスクリューエレメント間のクリアランスおよびバレル内面とスクリューエレメントの外表面のクリアランスというスクリューエレメントの諸元が重要なパラメータである。
以上の伸長混練においては、同じ溶融状態の固形材料に対して、所望の吐出量の均一な混合の押出物を確保するのに、一対のスクリューエレメント間のクリアランスの通過により溶融固形材料をせん断混練する場合に比べて、スクリューエレメントの長手方向を中心とする回転に要するエネルギーを省略化することが可能である。
混練対象である固形材料は、混練する際、溶融状態まで加熱される必要があるところ、回転シャフトの回転数がバレル内の固形材料の搬送速度を決定する一方、固形材料の加熱は、伝熱面積を構成するバレル内面との接触時間が加熱時間を構成することから、伸長混練によれば、バレル内の固形材料の不均一な流動を改善するとともに、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料の高せん断を減じるとともに、バレル内面とスクリューエレメントの外表面の間のスペース内の固形材料の充満度を上昇させてバレル内面との接触面積（伝熱面積）を増大することにより、回転シャフトの回転数を低減して加熱時間を長くすることなしに、押出効率を確保しつつ、加熱ヒーターに要するエネルギーを省略化することが可能である。
特に、溶融温度の異なる異種固形材料を混練する場合、溶融温度の高いほうの固形材料が溶融する温度まで異種固形材料全体を加熱せざるを得ないところ、接触面積（伝熱面積）の増大により、回転シャフトの回転数を低減して加熱時間を長くなるのを回避し、以て、押出効率の確保に加え、溶融温度の低いほうの固形材料の過熱、場合により、固形材料の品質劣化を抑制することにも資するか、または、溶融温度の低いほうの固形材料のバレル長手方向の投入位置の選択の柔軟性を向上することが可能である。 According to the method for reducing energy consumption in melt-kneading extrusion having the above configuration, it is possible to reduce energy consumption in melt-kneading extrusion by the mechanism shown below.
Here, the extension kneading is based on the premise of a biaxial extrusion method by rotating a pair of screw elements in the melt kneading zone, and the molten solid material between the inner surface of the barrel and the outer surface of the screw element moves in the longitudinal direction of the screw element. The rotation around the center causes the screw element to be elongated while being transported in the longitudinal direction, thereby kneading the melted solid material by condensing and dispersing through fracture and droplet formation, and dissimilar materials in the mixing zone. It prepares to disperse or distribute the solid material containing.
The specifications of the screw element, such as Do / Di, number of threads, eccentricity of the screw element with respect to the rotating shaft, clearance between the pair of screw elements, and clearance between the inner surface of the barrel and the outer surface of the screw element, are used to perform such expansion and kneading. Is an important parameter.
In the above extension kneading, the molten solid material is shear-kneaded by passing a clearance between a pair of screw elements in order to secure an extruded product having a uniform discharge amount desired for the solid material in the same molten state. It is possible to omit the energy required for rotation about the longitudinal direction of the screw element as compared with the case of the above.
When the solid material to be kneaded needs to be heated to a molten state when kneaded, the rotation speed of the rotating shaft determines the transport speed of the solid material in the barrel, while the heating of the solid material is heat transfer. Since the contact time with the inner surface of the barrel constituting the area constitutes the heating time, the extension kneading improves the non-uniform flow of the solid material in the barrel and solids between the clearances between the pair of screw elements. A rotating shaft by reducing the high shear of the material and increasing the filling of the solid material in the space between the inner surface of the barrel and the outer surface of the screw element to increase the contact area (heat transfer area) with the inner surface of the barrel. It is possible to omit the energy required for the heating heater while ensuring the extrusion efficiency without reducing the number of rotations of the heating device and lengthening the heating time.
In particular, when kneading dissimilar solid materials having different melting temperatures, the entire dissimilar solid material must be heated to the temperature at which the solid material having the higher melting temperature melts, but the contact area (heat transfer area) increases. In addition to ensuring extrusion efficiency, overheating of the solid material with the lower melting temperature and, in some cases, deterioration of the quality of the solid material can be avoided by reducing the number of rotations of the rotating shaft to avoid lengthening the heating time. It is also possible to contribute to suppression or to improve the flexibility of selecting the charging position of the solid material having the lower melting temperature in the longitudinal direction of the barrel.

さらに、前記溶融混練ゾーンおよび前記混合ゾーンにおいて、バレル内の回転シャフトに外嵌されたスクリューエレメントの回転により、固形材料を軸方向に搬送しつつ、前記溶融混練ゾーンにおいては、バレル加熱により、固形材料を溶融するのがよい。 Further, in the melt-kneading zone and the mixing zone, the solid material is conveyed in the axial direction by the rotation of the screw element externally fitted to the rotating shaft in the barrel, and in the melt-kneading zone, the solid is solidified by the barrel heating. It is better to melt the material.

以上の構成を有する混練用スクリューエレメントの設計方法によれば、
軸方向に直交する断面の外周形状が同じである混練用スクリューエレメントであって、
一対の円弧部が連なるまゆ形であり、円弧部各々において、同方向に回転する一対の混練用スクリューエレメントの一方を収容するバレルの軸線と、混練用スクリューエレメントが外嵌される回転シャフトの回転中心軸線とを一致させた状態で、所与のDo/Diのもとで、所要回転シャフトの回転中心軸線に対する混練用スクリューエレメントの中心の偏心度を設定する段階と、
設定された偏心度に基づいて、一対の混練用スクリューエレメントの回転中に一対の混練用スクリューエレメント間のクリアランスが一定に保持されるとともに、バレルの内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペース内の固形材料の充満度を確保可能なように、バレルの長手方向に直交する断面外形において、混練用スクリューエレメントの条数および周方向に隣接するチップ間の角度間隔を設定する段階と、
設定した条数に基づいて、各チップにおいて、チップの先端により仕切られるバレルの内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペースにおいて、回転方向遅れ側からバレルの内面とチップとのクリアランスを介しての進み側への固形材料の要求流れに応じて、チップアングルを設定する段階と、
一対の混練用スクリューエレメント間の相対的周方向位置関係を設定する段階と、を有し、
上記偏心度設定段階、上記条数設定段階、上記チップアングル設定段階および上記周方向位置関係設定段階を繰り返すことにより、バレルの長手方向に直交する断面外形の全体プロファイルを決定し、固形材料が一対の混練用スクリューエレメント間を通過することによるせん断混練の度合いを低減しつつ、バレルの内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペース内の固形材料がバレルの軸線方向に搬送されながら混練される度合いを高める、構成としている。 According to the method for designing a screw element for kneading having the above configuration,
A kneading screw element having the same outer peripheral shape in a cross section orthogonal to the axial direction.
It is an eyebrows in which a pair of arcs are connected, and in each of the arcs, the axis of the barrel accommodating one of the pair of kneading screw elements rotating in the same direction and the rotation of the rotating shaft to which the kneading screw element is fitted are externally fitted. At the stage of setting the eccentricity of the center of the kneading screw element with respect to the rotation center axis of the required rotation shaft under a given Do / Di with the center axis aligned,
Based on the set degree of eccentricity, the clearance between the pair of kneading screw elements is kept constant during the rotation of the pair of kneading screw elements, and between the inner surface of the barrel and the outer peripheral edge of the kneading screw elements. In order to ensure the filling of the solid material in the space, the number of threads of the kneading screw element and the angular clearance between the adjacent chips in the circumferential direction are set in the cross-sectional outer shape orthogonal to the longitudinal direction of the barrel. ,
Based on the set number of inserts, in the space between the inner surface of the barrel partitioned by the tip of the insert and the outer peripheral edge of the kneading screw element, the clearance between the inner surface of the barrel and the insert from the lazy side in the rotational direction is provided for each insert. The stage of setting the tip angle according to the required flow of solid material to the advancing side through, and
Has a step of setting the relative circumferential positional relationship between a pair of kneading screw elements,
By repeating the eccentricity setting step, the number setting step, the chip angle setting step, and the circumferential positional relationship setting step, the overall profile of the cross-sectional outer shape orthogonal to the longitudinal direction of the barrel is determined, and a pair of solid materials are formed. While reducing the degree of shear kneading by passing between the kneading screw elements, the solid material in the space between the inner surface of the barrel and the outer peripheral edge of the kneading screw element is kneaded while being conveyed in the axial direction of the barrel. It is structured to increase the degree of shearing.

また、２つの円筒シリンダを長手方向に平行に連結し、長手方向に直交する断面において、一対の円弧部が連なるまゆ形であるバレルと、
長手方向を中心に、同方向に回転可能な、互いに所定間隔を隔てた２軸の回転シャフトであって、各回転シャフトは、対応する円弧部の中心と同心状に配置され、対応する円筒シリンダ内で長手方向に延びる２軸の回転シャフトと、
前記回転シャフトが前記回転シャフトの長手方向を中心として回転可能なように、前記回転シャフトに連結される駆動モーターと、
各々、前記２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントとを有し、
該一対のスクリューエレメントは、互いに同一であり、前記バレルの長手方向の同位置に設けられ、前記２軸の回転シャフト間で所定間隔を隔てて噛み合うように配置され、
固形材料を前記バレル内に供給する供給部と、前記バレル内を搬送される固形材料を融点またはそれ以上にまで加熱し、混練する溶融混練部と、溶融された固形材料を混合する混合部とが設けられ、
前記溶融混練部において、前記一対のスクリューエレメントは、前記一対のスクリューエレメント間のスペースを通じて、溶融状態の固形材料をせん断混練可能な既存の混練用スクリューエレメントである、溶融混練押出装置であって、
該混練用スクリューエレメントは、その外周面と前記バレルの内面との間に所定クリアランスを保持し、前記バレルの長手方向に直交する断面外形を構成する前記外周閉曲線部は、非円形状、または、円形状であり
前記既存の混練用スクリューエレメントのみを、請求項４の設計方法により設計された混練用スクリューエレメントに交換する条件のもとで、前記混練用スクリューエレメントの前記外周面と前記バレルの内面との間のスペースを通じて、溶融された固形材料を伸長混練する段階を有する、のがよい。 Further, a barrel in which two cylindrical cylinders are connected in parallel in the longitudinal direction and a pair of arcs are connected in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, and a barrel.
Biaxial rotating shafts that can rotate in the same direction around the longitudinal direction and are spaced apart from each other by a predetermined distance. A two-axis rotating shaft that extends in the longitudinal direction inside,
A drive motor connected to the rotary shaft so that the rotary shaft can rotate about the longitudinal direction of the rotary shaft.
Each has a pair of screw elements that are externally fitted to each of the two shafts.
The pair of screw elements are identical to each other, are provided at the same position in the longitudinal direction of the barrel, and are arranged so as to mesh with each other at a predetermined distance between the rotating shafts of the two axes.
A supply unit that supplies the solid material into the barrel, a melt-kneading unit that heats the solid material conveyed in the barrel to a melting point or higher and kneads it, and a mixing unit that mixes the molten solid material. Is provided,
In the melt-kneading portion, the pair of screw elements is a melt-kneading extruder, which is an existing screw element for kneading in which a solid material in a molten state can be shear-kneaded through a space between the pair of screw elements.
The kneading screw element maintains a predetermined clearance between the outer peripheral surface thereof and the inner surface of the barrel, and the outer peripheral closed curved portion constituting the cross-sectional outer shape orthogonal to the longitudinal direction of the barrel is non-circular or has a non-circular shape. Under the condition that only the existing kneading screw element having a circular shape is replaced with the kneading screw element designed by the design method of claim 4, the outer peripheral surface of the kneading screw element and the barrel It is preferable to have a step of stretching and kneading the molten solid material through the space between the inner surface and the inner surface.

また、前記混練用スクリューエレメントの前記外周閉曲線部と前記円弧部との間に形成される領域が複数の部分領域に区分けされるように、前記混練用スクリューエレメントの外周面の形状が設定されているのがよい。
さらに、前記混練用スクリューエレメントは、前記回転シャフトが内嵌する円形開口を有し、周方向に３以上のチップを有するディスクが長手方向に積み重ねられ、長手方向に隣接するディスクの対応するチップは、周方向にずれている、長手方向に不連続タイプであり、前記バレルの中心に対して、前記円形開口の中心がオフセット配置されるのがよい。
さらにまた、前記混練用スクリューエレメントは、前記回転シャフトが内嵌する円形開口を有するモノリシック状であり、長手方向に離間する両端面それぞれにおいて、周方向に３以上のチップを有し、周側面には、両端面のチップに連なる螺旋状リードが設けられる、長手方向に連続タイプであり、前記バレルの中心に対して、前記円形開口の中心がオフセット配置されるのがよい。 Further, the shape of the outer peripheral surface of the kneading screw element is set so that the region formed between the outer peripheral closed curve portion and the arc portion of the kneading screw element is divided into a plurality of partial regions. It is good to be there.
Further, the kneading screw element has a circular opening into which the rotating shaft is fitted, disks having three or more chips in the circumferential direction are stacked in the longitudinal direction, and the corresponding chips of the adjacent disks in the longitudinal direction are It is a discontinuous type in the longitudinal direction that is offset in the circumferential direction, and it is preferable that the center of the circular opening is offset with respect to the center of the barrel.
Furthermore, the kneading screw element has a monolithic shape having a circular opening into which the rotary shaft is fitted, and has three or more chips in the circumferential direction on each of both end faces separated in the longitudinal direction, and has three or more chips in the circumferential direction on the peripheral side surface. Is a continuous type in the longitudinal direction in which spiral leads connected to the chips on both end faces are provided, and it is preferable that the center of the circular opening is offset from the center of the barrel.

加えて、前記チップの数は、３条ないし５条であるのがよい。
また、前記溶融混練部は、前記バレルの内面を介して、前記バレル内部において、前記バレルの下流側に搬送される固形材料を加熱するタイプであり、前記混練用スクリューエレメントにより、固形材料と前記バレルの内面との接触面積を増大するのがよい。
さらに、前記溶融混練部の上流側には、前記バレル内に供給される固形材料を下流側に搬送する搬送部が設けられ、該搬送部において、前記一対のスクリューエレメントは、前記溶融混練部の前記混練用スクリューエレメントと同じタイプのスクリューエレメントであるのがよい。
さらにまた、固形材料は、工業用固形材料、または天然物の単一または異種混合固形材料であり、バルク状、ペレット状、フレーク状片、粒状、粉状のいずれかであるのがよい。 In addition, the number of the chips is preferably 3 to 5.
Further, the melt-kneading portion is a type that heats a solid material conveyed to the downstream side of the barrel inside the barrel through the inner surface of the barrel, and the solid material and the solid material are described by the kneading screw element. It is preferable to increase the contact area with the inner surface of the barrel.
Further, on the upstream side of the melt-kneading section, a transport section for transporting the solid material supplied into the barrel to the downstream side is provided, and in the transport section, the pair of screw elements are the melt-kneading section of the melt-kneading section. It is preferable that the screw element is the same type as the kneading screw element.
Furthermore, the solid material is an industrial solid material or a single or heterogeneous mixed solid material of natural products, which may be bulk, pellet, flake-like, granular or powdery.

図面を参照しながら、本発明の溶融混練押出装置による消費エネルギーの低減方法を以下に詳細に説明する。
図１および図２に示すように、溶融混練押出装置１０は、固形材料Mをバレル１６内に供給する供給部２２と、供給部２２により供給される固形材料Mを混合する混合部２４と、混合部２４により混合されるまでに、固形材料Mの融点まで固形材料Mを加熱する溶融混練部２８と、固形材料Mを外部に押し出す押出部３３とから概略構成されている。 The method for reducing energy consumption by the melt-kneading extruder of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the melt-kneading extruder 10 includes a supply unit 22 that supplies the solid material M into the barrel 16, and a mixing unit 24 that mixes the solid material M supplied by the supply unit 22. It is roughly composed of a melt-kneading unit 28 that heats the solid material M to the melting point of the solid material M before being mixed by the mixing unit 24, and an extrusion unit 33 that pushes the solid material M to the outside.

より具体的には、内部に固形材料Mを搬送するバレル１６が設けられ、スタンド２５により支持された長手方向Ｘに延びるシリンダ１２が備えられ、シリンダ１２の一端には、供給部２２、シリンダ１２の他端には、押出部３３が設けられ、一端から他端に向かって長手方向Ｘに、混合部２４および溶融混練部２８が設けられ、供給部２２から供給された固形材料Mが、バレル１６内で長手方向Ｘの下流側に搬送されつつ、溶融混練され、混合されて、外部に押し出すようにしている。 More specifically, a barrel 16 for transporting the solid material M is provided inside, a cylinder 12 extending in the longitudinal direction X supported by the stand 25 is provided, and a supply unit 22 and a cylinder 12 are provided at one end of the cylinder 12. An extrusion portion 33 is provided at the other end of the cylinder, a mixing portion 24 and a melt kneading portion 28 are provided in the longitudinal direction X from one end toward the other end, and the solid material M supplied from the supply portion 22 is a barrel. While being transported to the downstream side in the longitudinal direction X within 16, the melt-kneaded, mixed, and extruded to the outside.

図４に示すように、バレル１６は、２つの円筒シリンダ１３を長手方向に平行に連結し、長手方向Ｘに直交する断面において、一対の円弧部１４が連なるまゆ形であり、それぞれ、対応する円筒シリンダ１３内で円筒シリンダ１３と同心状に長手方向Ｘに延び、長手方向Ｘを中心に回転可能な、互いに所定間隔を隔てた２軸の回転シャフト１８が設けられる。
各回転シャフト１８は、対応する円弧部１４の中心と同心にバレル１６内に配置され、通常どおり、長手方向Ｘを中心に回転可能なように、たとえば、軸受け（図示せず）により軸支され、各回転シャフト１８は、回転駆動モーター１９に回転伝達機構２１を介して、同じ方向に同期し回転するように連結されている。
２軸の回転シャフト１８それぞれにおいて、一対のスクリューエレメント２０（後に説明する搬送用スクリューエレメント２０Ａ、混練用スクリューエレメント２０Bを含む）が、回転シャフト１８の長手方向Ｘを中心に回転可能なように、たとえば、回転シャフト１８の外周面に対して外嵌され（たとえば、インボリュートまたはスプライン嵌合）、一対のスクリューエレメント２０は、金属製で、互いに同一であり、バレル１６の長手方向Ｘの同位置に設けられ、２軸の回転シャフト１８間で所定間隔Ｄ（図４参照）を隔てて噛み合うように配置される。 As shown in FIG. 4, the barrel 16 is a eyebrows shape in which two cylindrical cylinders 13 are connected in parallel in the longitudinal direction and a pair of arc portions 14 are connected in a cross section orthogonal to the longitudinal direction X, respectively. A biaxial rotating shaft 18 is provided in the cylindrical cylinder 13 which extends in the longitudinal direction X concentrically with the cylindrical cylinder 13 and is rotatable about the longitudinal direction X and is spaced apart from each other by a predetermined distance.
Each rotating shaft 18 is arranged concentrically with the center of the corresponding arc portion 14 in the barrel 16 and is pivotally supported, for example, by a bearing (not shown) so that it can rotate about the longitudinal direction X as usual. Each rotary shaft 18 is connected to a rotary drive motor 19 via a rotation transmission mechanism 21 so as to rotate synchronously in the same direction.
In each of the two-axis rotary shafts 18, the pair of screw elements 20 (including the transfer screw element 20A and the kneading screw element 20B described later) can rotate about the longitudinal direction X of the rotary shaft 18. For example, fitted externally to the outer peripheral surface of the rotary shaft 18 (eg, involut or spline fit), the pair of screw elements 20 are made of metal, identical to each other, and co-located in longitudinal direction X of the barrel 16. It is provided and is arranged so as to mesh between the two shafts 18 with a predetermined interval D (see FIG. 4).

シリンダ１２は、図２（C1からC1１）に示すように、内部に形成されるバレル１６（後に説明）とともに長手方向に分割され、各分割された部分の端面には、張り出しフランジ４１が設けられ、張り出しフランジ４１に設けられるねじ穴４３を介して、長手方向に隣接する分割部同士を液封状にねじ締結しており、各分割部は、押出し部３３を除き、搬送部を構成する。これにより、搬送部に対応したバレル１６内のスクリューエレメント２０を点検、交換等する場合に、有効である。 As shown in FIG. 2 (C1 to C11), the cylinder 12 is divided in the longitudinal direction together with the barrel 16 (described later) formed inside, and an overhanging flange 41 is provided on the end face of each divided portion. The divided portions adjacent to each other in the longitudinal direction are screwed together in a liquid-sealed manner via a screw hole 43 provided in the overhanging flange 41, and each divided portion constitutes a transport portion except for the extruded portion 33. This is effective when inspecting, replacing, or the like in the screw element 20 in the barrel 16 corresponding to the transport portion.

固形材料Mは、加熱により溶融する固形材料Mである限り、任意であり、樹脂製等工業用固形材料M、天然物、または食品残渣であり、態様は、バルク状、ペレット状、フレーク状片、粒状、粉状のいずれでもよい。
原料供給部１０は、ホッパー２３、いずれも従来既知の重量式/容量式フィーダー（図示せず）、シューター（図示せず）、強制フィーダー（図示せず）から構成され、シューターが、固形材料M供給口３１で接続されている。
ホッパー２３の下部のコンパクターは、ホッパー２３に投入された固形材料Mを、シューターに供給するものであり、シューターには、固形材料Mを強制フィードするために、押し込み能力とフィード能力を有する強制フィーダーが挿入され、時間当たりの固形材料Mのバレル１６内への供給量を設定可能としている。変形例として、シューターを介さず、固形材料M供給口３１にホッパー２３を直接接続するのでもよい。
なお、固形材料Mのバレル１６内部への供給について、重力による飢餓供給でも、固形材料Mの供給を駆動力による強制供給でも、固形材料Mのバレル１６内搬送中における充満度に影響のない限り、以下に説明する、本願発明における回転駆動モーター１９の必要電力、および加熱ヒーターの必要電力を低減することによる消費エネルギーの低減効果は同様に生じる。 The solid material M is arbitrary as long as it is a solid material M that melts by heating, and is an industrial solid material M such as a resin, a natural product, or a food residue, and the embodiment is bulk, pellet, or flake-like pieces. , Granular or powdery.
The raw material supply unit 10 is composed of a hopper 23, a conventionally known heavy / capacitive feeder (not shown), a shooter (not shown), and a forced feeder (not shown), and the shooter is a solid material M. It is connected by the supply port 31.
The compactor at the bottom of the hopper 23 supplies the solid material M charged into the hopper 23 to the shooter, and the shooter has a forced feeder having a pushing ability and a feeding ability in order to forcibly feed the solid material M to the shooter. Is inserted so that the amount of solid material M supplied into the barrel 16 per hour can be set. As a modification, the hopper 23 may be directly connected to the solid material M supply port 31 without using a shooter.
Regarding the supply of the solid material M to the inside of the barrel 16, whether the starvation supply by gravity or the forced supply of the solid material M by the driving force does not affect the filling degree of the solid material M during transportation in the barrel 16. The effect of reducing energy consumption by reducing the required power of the rotary drive motor 19 and the required power of the heater, which will be described below, is similarly produced.

溶融混練部２８は、従来既知のシリンダ１２の内部に設けられる加熱ヒーターにより、バレル１６内の固形材料Mをバレル１６の内面を介して、外部加熱するように構成され、固形材料Mが固形材料M供給口３１から供給された後に説明する混合部２４に到達するまでに、固形材料Mの融点またはそれ以上にまで固形材料Mが加熱されるようにしている。
これにより、固形材料Mが混合部２４に到達する時点において、混練可能なように溶融状態とされるとともに、固形材料Mが過熱されないようにすることにより、材質を確保する。以上のように、溶融混練部２８による加熱温度は、固形材料Mの種類に応じて、設定されるのが好ましい。
加熱ヒーターは、従来既知のタイプでよく、供給部２２より下流部位から押出し部３３までの各ゾーンごとに、バレル１６の内外面の間にバレル１６内部を覆うように設けられ、バレル１６内面を伝熱面として、バレル１６内部の固形材料Mを加熱したり、溶融させたり、溶融させた固形材料Mを溶融状態に維持するように保温するようにしている。
さらに、各ゾーンごとに、バレル１６内部の固形材料Mの温度を測定するセンサー（図示せず）が設けられ、センサーにより測定されたバレル１６内部の固形材料Mの温度に基づいて、加熱ヒーターの制御を行う温度制御手段（図示せず）に基づいて、各ゾーンごとに、バレル１６内部の固形材料Mの温度が目標温度、たとえば、固形材料Mの溶融温度に達していない場合、温度制御手段により加熱ヒーターの出力を上げるように制御し、逆に、バレル１６内部の固形材料Mの温度が目標温度、たとえば、固形材料Mの溶融温度を超えている場合、温度制御手段により加熱ヒーターの出力を下げるように制御するようにしている。
押出部３３は、従来、溶融混練押出装置に用いられているものと同様に、ダイス３５を設けて、混練済の固形材料Mを絞って外部に押し出すようにしている。 The melt-kneading portion 28 is configured to externally heat the solid material M in the barrel 16 through the inner surface of the barrel 16 by a heating heater provided inside the cylinder 12 previously known, and the solid material M is a solid material. The solid material M is heated to the melting point of the solid material M or higher by the time it reaches the mixing unit 24 described after being supplied from the M supply port 31.
As a result, when the solid material M reaches the mixing portion 24, the solid material M is brought into a molten state so that it can be kneaded, and the solid material M is prevented from being overheated to secure the material. As described above, the heating temperature by the melt-kneading portion 28 is preferably set according to the type of the solid material M.
The heating heater may be of a conventionally known type, and is provided so as to cover the inside of the barrel 16 between the inner and outer surfaces of the barrel 16 for each zone from the portion downstream from the supply portion 22 to the extrusion portion 33, and the inner surface of the barrel 16 is covered. As a heat transfer surface, the solid material M inside the barrel 16 is heated or melted, and the melted solid material M is kept warm so as to be maintained in a molten state.
Further, in each zone, a sensor (not shown) for measuring the temperature of the solid material M inside the barrel 16 is provided, and the heating heater is provided based on the temperature of the solid material M inside the barrel 16 measured by the sensor. Based on the temperature control means (not shown) for controlling, if the temperature of the solid material M inside the barrel 16 does not reach the target temperature, for example, the melting temperature of the solid material M, for each zone, the temperature control means. On the contrary, when the temperature of the solid material M inside the barrel 16 exceeds the target temperature, for example, the melting temperature of the solid material M, the output of the heater is controlled by the temperature control means. It is controlled to lower the temperature.
The extrusion unit 33 is provided with a die 35 in the same manner as that conventionally used in the melt-kneading extruder, so that the kneaded solid material M is squeezed and extruded to the outside.

以下、各スクリューエレメント２０が対応する回転シャフト１８に設けられる一対のスクリューエレメント２０は、互いに同一であるので、その一方について、説明する。
搬送部３０において、一対のスクリューエレメント２０は、各々固形材料Mをバレル１６の長手方向Ｘ下流側に搬送可能な搬送用スクリューエレメント２０Ａであり、搬送用スクリューエレメント２０Ａは、従来既知のフルフライトスクリューエレメントでよい。 Hereinafter, since the pair of screw elements 20 provided on the rotating shaft 18 to which each screw element 20 corresponds is the same as each other, one of them will be described below.
In the transport section 30, the pair of screw elements 20 are transport screw elements 20A capable of transporting the solid material M to the longitudinal direction X downstream side of the barrel 16, respectively, and the transport screw element 20A is a conventionally known full flight screw. It may be an element.

溶融混練部３２において、一対のスクリューエレメント２０は、各々固形材料Mを混練可能な混練用スクリューエレメント２０Bである。
図３に示すように、混練用スクリューエレメント２０Bは、回転シャフト１８が内嵌する円形開口４８を有し、周方向に２以上のチップ５０を有するディスク５２が長手方向Ｘに積み重ねられ（図３において、７枚）、長手方向Ｘに隣接するディスク５２の対応するチップ５０は、周方向にずれている、長手方向Ｘに不連続タイプであり、バレル１６の中心に対して、円形開口４８の中心がオフセット配置される。
混練用スクリューエレメント２０Ｂは、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じであり、回転シャフト１８の回転中心と混練用スクリューエレメント２０Ｂの中心とを所定偏心状とする。
さらに、一対の混練用スクリューエレメント２０Ｂ間のクリアランスが、回転シャフト１８の回転中、一定の所定値に維持されるように、一対の混練用スクリューエレメント２０Ｂ間の周方向の相対的角度位置関係が設定される。
より具体的には、各端部に設けられるディスク５２は、３条であり、両端部の間に設けられるディスク５２は、４条である。各ディスク５２には、当接面に凹凸を設け、長手方向に隣接するディスク５２が嵌合固定されるようにしている。
各ディスクの厚みｔは、後に説明するように、混練用スクリューエレメント２０Bの長手方向長さLにより、混練用スクリューエレメント２０Bの回転数との関係において、固形材料Mが混練用スクリューエレメント２０Bを通過する時間を調整する観点から定めるのがよい。
混練用スクリューエレメント２０Bは、搬送用スクリューエレメント２０Ａと同様に、回転シャフト１８の軸線方向を中心とする回転により、固形材料Mを長手方向Ｘの下流方向に搬送するように構成され、ディスク５２は、回転シャフト１８の軸方向に傾斜して設けられている（図面上、傾斜は図示省略）。 In the melt-kneading portion 32, the pair of screw elements 20 are kneading screw elements 20B capable of kneading the solid material M, respectively.
As shown in FIG. 3, the kneading screw element 20B has a circular opening 48 in which the rotary shaft 18 is fitted, and disks 52 having two or more tips 50 in the circumferential direction are stacked in the longitudinal direction X (FIG. 3). The corresponding chip 50 of the disk 52 adjacent to the longitudinal direction X is a discontinuous type in the longitudinal direction X, which is offset in the circumferential direction, and has a circular opening 48 with respect to the center of the barrel 16. The center is offset.
The kneading screw element 20B has the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, and the rotation center of the rotary shaft 18 and the center of the kneading screw element 20B have a predetermined eccentric shape.
Further, the relative angular positional relationship in the circumferential direction between the pair of kneading screw elements 20B is maintained so that the clearance between the pair of kneading screw elements 20B is maintained at a constant predetermined value during the rotation of the rotating shaft 18. Set.
More specifically, the disk 52 provided at each end has three threads, and the disk 52 provided between both ends has four threads. Each disk 52 is provided with irregularities on the contact surface so that the disks 52 adjacent to each other in the longitudinal direction are fitted and fixed.
As will be described later, the thickness t of each disc is such that the solid material M passes through the kneading screw element 20B in relation to the rotation speed of the kneading screw element 20B due to the longitudinal length L of the kneading screw element 20B. It is better to decide from the viewpoint of adjusting the time to do.
Similar to the transport screw element 20A, the kneading screw element 20B is configured to transport the solid material M in the downstream direction of the longitudinal direction X by rotation about the axial direction of the rotating shaft 18, and the disk 52 is configured. , The rotary shaft 18 is provided so as to be inclined in the axial direction (inclination is not shown in the drawing).

図６に示すように、4条のディスク５２それぞれは、外周縁は、円弧の組み合わせから構成され、４つのチップ５０は、周方向に所定間隔を隔てて配置され、１つは、チップアングルΘ１、１つは、Θ１より大きいチップアングルΘ２により構成され、他の２つは、チップアングルΘ１、Θ２より小さい角度で構成され、バレル１６の内面３６と混練用スクリューエレメント２０Bの外周縁３４との間に構成される流路断面積ＳＡは、3条のディスク５２と同様に、チップ５０により区分されている。
チップの周方向の配置、チップアングルは、偏心量dと同様に、固形材料Mに対する所望の混練度合いを達成する観点から定めればよい。
2組の混練用スクリューエレメント２０Bは、上流側の組の最下流側の３条ディスク５２と、下流側の組の最上流側の３条ディスク５２とが当接する態様で、回転シャフト１８にそれぞれ連結され、最下流側の３条ディスク５２と最上流側の３条ディスク５２とは、回転シャフト１８の周方向にずらして当接させるのでもよく、周方向にずらさずに当接させるのでもよい。一方、上流側の組の最上流側の３条ディスク５２、および下流側の組の最下流側の３条ディスク５２はそれぞれ、隣接する搬送用スクリューエレメント２０Ａの端面と当接する態様で、回転シャフト１８にそれぞれ連結されている。 As shown in FIG. 6, each of the four discs 52 has an outer peripheral edge composed of a combination of arcs, four chips 50 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and one is a chip angle Θ1. One is composed of a tip angle Θ2 larger than Θ1, and the other two is composed of an angle smaller than the tip angles Θ1 and Θ2. The flow path cross-sectional area SA configured between them is divided by the chip 50, similarly to the disk 52 of the third row.
The arrangement of the chips in the circumferential direction and the chip angle may be determined from the viewpoint of achieving the desired degree of kneading with respect to the solid material M, as in the case of the eccentricity d.
The two sets of kneading screw elements 20B each come into contact with the rotary shaft 18 in such a manner that the three-row disk 52 on the most downstream side of the upstream set and the three-row disk 52 on the most upstream side of the downstream set come into contact with each other. The three-row disc 52 on the most downstream side and the three-row disc 52 on the most upstream side, which are connected to each other, may be brought into contact with each other by shifting them in the circumferential direction of the rotary shaft 18, or may be brought into contact with each other without shifting in the circumferential direction. good. On the other hand, the three-row disk 52 on the most upstream side of the upstream set and the three-row disk 52 on the most downstream side of the downstream set are in contact with the end faces of the adjacent transfer screw elements 20A, respectively. Each of them is connected to 18.

以上、混練用スクリューエレメント２０Bの両端部の３条ディスク５２は、それぞれ、混練用スクリューエレメント２０Bの組付け性の観点から設けられており、所望の混練度合いが確保される限りにおいて、両端部の３条ディスク５２の一方、または両方は、中間部の４条ディスク５２と同様に、４条としてもよく、または、中間部の４条ディスク５２すべて、または一部を両端部の３条ディスク５２と同様に、３条としてもよい。 As described above, the three-row discs 52 at both ends of the kneading screw element 20B are provided from the viewpoint of the assembling property of the kneading screw element 20B, respectively, and as long as the desired degree of kneading is ensured, both ends are provided. One or both of the three-row discs 52 may be four-row discs in the same manner as the four-row discs 52 in the middle portion, or all or part of the four-row discs 52 in the middle portion may be the three-row discs 52 at both ends. Similarly, it may be Article 3.

図３に図示する７枚のディスクから構成される混練用スクリューエレメント２０Bについては、両端面側はいずれも、いわゆるおむすび形の３条であり、両端面の間の５枚のディスクは、いずれも４条であり、流路断面積は、両端面側に比べて、より小さく構成されており、両端面の間を通過する間に、固形材料Mは、半径方向を含め、より混練力が負荷されるようにしている。このように、各ディスクの条数を個別に設定することにより、上流側に隣接して配置される搬送用スクリューエレメントに対する流路断面積の狭まり方を調整し、それにより、固形材料Mの混練度合いを調整することが可能である。混練度合いは、下流側の混合ゾーンにおいて、溶融混練された固形材料Mの分散および/または分散による均一な混合を達成する観点から定められる。
一方において、各ディスクの厚みｔを個別に設定することにより、固形材料Mが混練用スクリューエレメント２０Bを通過する間の混練時間を調整し、それにより、同様に、混練度合いを調整することが可能である。
また、上述のように、混練用スクリューエレメント２０Bの隣接するディスク間において、チップの位置を周方向にずらすことにより、隣接するディスクすべて、チップの位置を周方向に整列する場合に比して、固形材料Mが、バレル１６の内面３６と混練用スクリューエレメント２０Bの外表面の間の流路を流れる際、固形材料Mの流れに対する抵抗となり、場合により乱流が引き起され、その分、混練度合いが向上する。よって、隣接するディスク間において、チップの位置を周方向にずらす角度は、このような観点から定めるのがよく、ずらす角度は、たとえば、隣接するディスク間の対応するチップ同士で、数度ないし数十度である。 Regarding the kneading screw element 20B composed of the seven discs shown in FIG. 3, both end faces are so-called rice ball-shaped three rows, and the five discs between the two end faces are all. There are four rows, and the cross-sectional area of the flow path is smaller than that on both end faces, and while passing between both end faces, the solid material M is loaded with more kneading force, including in the radial direction. I am trying to be done. In this way, by setting the number of rows of each disk individually, the narrowing of the cross-sectional area of the flow path with respect to the transport screw element arranged adjacent to the upstream side is adjusted, thereby kneading the solid material M. It is possible to adjust the degree. The degree of kneading is determined from the viewpoint of achieving uniform mixing by dispersion and / or dispersion of the melt-kneaded solid material M in the mixing zone on the downstream side.
On the other hand, by individually setting the thickness t of each disc, it is possible to adjust the kneading time while the solid material M passes through the kneading screw element 20B, thereby adjusting the kneading degree in the same manner. Is.
Further, as described above, by shifting the position of the chips in the circumferential direction between the adjacent disks of the kneading screw element 20B, the positions of all the adjacent disks and the chips are aligned in the circumferential direction, as compared with the case where the positions of the chips are aligned in the circumferential direction. When the solid material M flows through the flow path between the inner surface 36 of the barrel 16 and the outer surface of the kneading screw element 20B, it becomes a resistance to the flow of the solid material M, and in some cases turbulence is caused, and the kneading is performed accordingly. The degree improves. Therefore, the angle at which the chip position is shifted in the circumferential direction between adjacent disks is often determined from this point of view, and the shifting angle is, for example, several degrees or a number between the corresponding chips between adjacent disks. It is ten degrees.

図４に示すように、各混練用スクリューエレメント２０Bにおいて、バレル１６の長手方向Ｘに直交する断面外形を構成する外周閉曲線部４０は、混練用スクリューエレメント２０Bの回転シャフト１８を中心とする回転により外周閉曲線部４０と円弧部１４との間に所定間隔dを保持しつつ、外周閉曲線部４０と円弧部１４との間に形成される領域が複数の部分領域４２に区分けされ、いずれかの部分領域４２の面積が、混練用スクリューエレメント２０Bの回転シャフト１８を中心とする回転に応じて増減するように、外周閉曲線部４０は、非円形状で、対応する回転シャフト１８の回転軸線は、円弧部１４の中心と同心状である。
より詳細には、外周閉曲線部４０と円弧部１４との間に形成される領域は、部分領域４２として、SA１ないしSA５の５つの領域に区分され、図４（A）ないし図４（C）に示すように、回転シャフト１８の回転に応じて、SA１ないしSA５の面積はそれぞれ、増減している。
所定間隔dについて、バレル１６の内面３６に対して、チップ５０の先端が接触しない範囲で、なるべく小さいのが好ましく（たとえば、０．２ミリ以下）、それにより、流路断面積ＳＡ１ないしＳＡ５間が区分されることから、流路断面積ＳＡ１ないしＳＡ５の総面積が、長手方向上流側に隣接する搬送部における総面積より小さく設定する場合に、流路断面積ＳＡ１ないしＳＡ５それぞれにおける、固形材料Mの混練に有効である。
以上の点は、一対の混練用スクリューエレメント２０Bそれぞれにおいて、両端部の間に設けられる４条のディスク５２により形成される流路断面積ＳＡについても同様である。 As shown in FIG. 4, in each kneading screw element 20B, the outer peripheral closed curved portion 40 forming the cross-sectional area orthogonal to the longitudinal direction X of the barrel 16 is rotated around the rotating shaft 18 of the kneading screw element 20B. A region formed between the outer peripheral closed curve portion 40 and the arc portion 14 is divided into a plurality of partial regions 42 while maintaining a predetermined distance d between the outer peripheral closed curve portion 40 and the arc portion 14, and any portion thereof. The outer peripheral closed curved portion 40 has a non-circular shape, and the rotation axis of the corresponding rotation shaft 18 is an arc so that the area of the region 42 increases or decreases according to the rotation of the kneading screw element 20B about the rotation shaft 18. It is concentric with the center of the portion 14.
More specifically, the region formed between the outer peripheral closed curve portion 40 and the arc portion 14 is divided into five regions SA1 to SA5 as a partial region 42, and FIGS. 4A to 4C are shown. As shown in the above, the areas of SA1 to SA5 are increased or decreased according to the rotation of the rotating shaft 18.
It is preferable that the tip 50 is as small as possible (for example, 0.2 mm or less) within a range where the tip of the tip 50 does not contact the inner surface 36 of the barrel 16 at a predetermined interval d, whereby the cross-sectional area between SA1 and SA5 of the flow path is SA1 to SA5. Therefore, when the total area of the flow path cross-sectional areas SA1 to SA5 is set to be smaller than the total area of the transport portion adjacent to the upstream side in the longitudinal direction, the solid material in each of the flow path cross-sectional areas SA1 to SA5 is set. Effective for kneading M.
The above points are the same for the flow path cross-sectional area SA formed by the four discs 52 provided between both ends of each of the pair of kneading screw elements 20B.

混練用スクリューエレメント２０Bの外表面３４とバレル１６の内面３６との間に構成される固形材料Mの流路断面積ＳＡは、搬送用スクリューエレメント２０Ａの外表面３４Ａとバレル１６の内面３６との間に構成される固形材料Mの流路断面積ＳＡより小さく設定される。これにより、後に説明するように、溶融状態の固形材料Mが、搬送部３０から溶融混練部３２に搬送されることにより、混練される。固形材料Mの流路断面積ＳＡは、このような観点から定めるのがよい。 The flow path cross-sectional area SA of the solid material M formed between the outer surface 34 of the kneading screw element 20B and the inner surface 36 of the barrel 16 is the outer surface 34A of the transport screw element 20A and the inner surface 36 of the barrel 16. It is set smaller than the flow path cross-sectional area SA of the solid material M formed between them. As a result, as will be described later, the solid material M in the molten state is conveyed from the conveying section 30 to the melting and kneading section 32 to be kneaded. The channel cross-sectional area SA of the solid material M should be determined from such a viewpoint.

より詳細には、図４に図示するバレル１６の内面３６と、混練用スクリューエレメント２０Bの外表面３４Bとの間に形成される固形材料Mの流路断面の断面積SA（SA１ないしSA５の合計）は、図５に図示するバレル１６の内面３６と、搬送用スクリューエレメント２０Aの外表面３４Aとの間に形成される流路断面の断面積SAより小さく設定されており、それにより、搬送部３０において、バレル１６の長手方向上流側で隣接する搬送用スクリューエレメント２０Aの回転により搬送される固形材料Mは、溶融混練部３２に流入し、混練用スクリューエレメント２０Bの回転により、下流方向に搬送されつつ混練され、バレル１６の長手方向下流側に搬送されるように構成している。
以上より、溶融混練部３２における流路断面の狭め方は、混練度合いの調整の観点から定まればよい。なお、搬送用スクリューエレメント２０Aは、図５に示すように、２条のフルフライトスクリューエレメントだけでなく、溶融混練部３２における流路断面の狭め方に適合する限り、１条または３条のフルフライトスクリューエレメントでもよい。 More specifically, the cross-sectional area SA (total of SA1 to SA5) of the flow path cross section of the solid material M formed between the inner surface 36 of the barrel 16 shown in FIG. 4 and the outer surface 34B of the kneading screw element 20B. ) Is set to be smaller than the cross-sectional area SA of the flow path cross section formed between the inner surface 36 of the barrel 16 shown in FIG. 5 and the outer surface 34A of the transport screw element 20A, whereby the transport portion is set. In 30, the solid material M conveyed by the rotation of the adjacent transfer screw element 20A on the upstream side in the longitudinal direction of the barrel 16 flows into the melt-kneading portion 32 and is conveyed in the downstream direction by the rotation of the kneading screw element 20B. It is configured to be kneaded while being kneaded and transported to the downstream side in the longitudinal direction of the barrel 16.
From the above, the method of narrowing the cross section of the flow path in the melt-kneading portion 32 may be determined from the viewpoint of adjusting the degree of kneading. As shown in FIG. 5, the transport screw element 20A is not limited to the two full flight screw elements, but also has one or three full threads as long as it conforms to the narrowing of the cross section of the flow path in the melt kneading section 32. It may be a flight screw element.

変形例として、対応する回転シャフト１８の回転軸線は、円弧部１４の中心と同心状である限り、外周閉曲線部４０が、円形状でもよい。
混練用スクリューエレメント２０Bの外表面３４とバレル１６の内面３６との間に構成される固形材料Mの流路断面積ＳＡが所定面積となるように、混練用スクリューエレメント２０Bのバレル１６の長手方向Ｘに直交する横断面の外周縁形状が設定される。
流路断面積をどの程度小さく設定するかに応じて、バレル１６の固形材料Mの流量に依存して、溶融混練部における固形材料Mの混練度合いが調整される。 As a modification, the outer peripheral closed curve portion 40 may have a circular shape as long as the rotation axis of the corresponding rotary shaft 18 is concentric with the center of the arc portion 14.
The longitudinal direction of the barrel 16 of the kneading screw element 20B so that the flow path cross-sectional area SA of the solid material M formed between the outer surface 34 of the kneading screw element 20B and the inner surface 36 of the barrel 16 has a predetermined area. The outer peripheral edge shape of the cross section orthogonal to X is set.
The degree of kneading of the solid material M in the melt-kneading portion is adjusted depending on the flow rate of the solid material M of the barrel 16 depending on how small the cross-sectional area of the flow path is set.

混練用スクリューエレメント２０Bの軸方向長さＬ、混練用スクリューエレメント２０Bのバレル１６の内面３６に対向する側周面３４Bは、回転シャフト１８の所与回転数のもとで、固形材料Mが混練用スクリューエレメント２０Bの固形材料M搬送方向上流側端部４４から固形材料M搬送方向下流側端部４６を通過するまでの混練時間が所定時間確保可能なように形状設定される。たとえば、回転シャフト１８の所与回転数のもとで、軸方向長さＬが長いほど、固形材料Mが混練用スクリューエレメント２０Bを通過するのに時間を要し、混練時間が長く設定される。 The axial length L of the kneading screw element 20B and the side peripheral surface 34B facing the inner surface 36 of the barrel 16 of the kneading screw element 20B are kneaded with the solid material M under a given rotation speed of the rotating shaft 18. The shape of the screw element 20B is set so that the kneading time from the upstream end 44 in the solid material M transport direction to passing through the downstream end 46 in the solid material M transport direction can be secured for a predetermined time. For example, under a given rotation speed of the rotary shaft 18, the longer the axial length L, the longer it takes for the solid material M to pass through the kneading screw element 20B, and the longer the kneading time is set. ..

固形材料Mの種類、嵩比重、または粘度に応じて、スクリューエレメント２０の条数、所定チップ５０のチップアングル、偏心量、および所定間隔Ｄが選択される。
所定間隔Ｄについては、たとえば、０．２ミリ以下であり、そこにおいて、固形材料Mのせん断による過熱が発生せず、または、混練用スクリューエレメント２０Bのセルフクリーニングが可能となるように設定される。
変形例として、混練用スクリューエレメント２０Bにおいて、条数、偏心量のいずれかが異なる、異なる種類のスクリューエレメント２０が、バレル１６の長手方向Ｘに整列されるのでもよい。 The number of threads of the screw element 20, the tip angle of the predetermined tip 50, the amount of eccentricity, and the predetermined interval D are selected according to the type, bulk specific gravity, or viscosity of the solid material M.
The predetermined interval D is, for example, 0.2 mm or less, and is set so that overheating due to shearing of the solid material M does not occur or self-cleaning of the kneading screw element 20B is possible. ..
As a modification, in the kneading screw element 20B, different types of screw elements 20 having different numbers of rows and eccentricities may be aligned in the longitudinal direction X of the barrel 16.

たとえば、複数の混合部２４において、バレル１６の長手方向Ｘに下流側に位置する混合部２４ほど、混練用スクリューエレメント２０Bの条数が増大されているのでもよく、これにより、下流ほど混練度合いを高めることが可能となり、ディスク５２ごとに条数を変えるのでもよい。
混合部２４の特殊スクリューエレメントについても、上述の溶融混練用スクリューエレメントと同様であり、混合用特殊スクリューエレメント２０Ｂは、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じであり、回転シャフト１８の回転中心と混練用スクリューエレメント２０Ｂの中心とを所定偏心状とされ、さらに、一対の混合用特殊スクリューエレメント２０Ｂ間のクリアランスが、回転シャフト１８の回転中、一定の所定値に維持されるように、一対の混合用特殊スクリューエレメント２０Ｂ間の周方向の相対的角度位置関係が設定される。 For example, in the plurality of mixing portions 24, the number of rows of the kneading screw element 20B may be increased as the mixing portion 24 is located on the downstream side in the longitudinal direction X of the barrel 16, whereby the degree of kneading may be increased toward the downstream side. It is possible to increase the number of barrels, and the number of barrels may be changed for each disc 52.
The special screw element of the mixing portion 24 is the same as the screw element for melting and kneading described above, and the special screw element 20B for mixing has the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, and the rotary shaft 18 has the same outer peripheral edge shape. The center of rotation and the center of the kneading screw element 20B are arranged in a predetermined eccentric shape, and the clearance between the pair of special screw elements 20B for mixing is maintained at a constant predetermined value during the rotation of the rotating shaft 18. , The relative angular positional relationship in the circumferential direction between the pair of special screw elements 20B for mixing is set.

溶融ゾーン８４の直下流に、上面に排気口８２を有する排気ゾーン８０が設けられ、溶融ゾーン８４において、固形材料Mを加熱溶融する際に発生するガス等を排気口８２より外部に排気するようにしている。 An exhaust zone 80 having an exhaust port 82 on the upper surface is provided immediately downstream of the melting zone 84, and in the melting zone 84, gas or the like generated when the solid material M is heated and melted is exhausted to the outside from the exhaust port 82. I have to.

一方、サイドフィーダー３１が設けられるゾーンより下流、押出し部３３より直上流に、真空ベントゾーン８６が設けられ、バレル１６内を上流から搬送される溶融混練済の固形材料Mと、サイドフィーダー３１からバレル１６内に搬送される異種材料（たとえば、）とが、分散および/又は分配により混合される際に発生する溶融物中の水分等揮発性物質を、従来既知の真空ベント装置８８により、除去するようにしている。
真空ベントゾーン８６を減圧にする装置については、通常の減圧装置、真空装置などいずれであってもよく特に制限はない。例えば、排気ブロワ、水流式アスピレーターなどを使用することができる。さらに、発生ガス回収用のトラップを設けるようにしてもよい。 On the other hand, a vacuum vent zone 86 is provided downstream from the zone in which the side feeder 31 is provided and directly upstream from the extrusion portion 33, and the melt-kneaded solid material M conveyed from the upstream in the barrel 16 and the side feeder 31. Volatile substances such as water in the melt generated when dissimilar materials (for example) transported in the barrel 16 are mixed by dispersion and / or distribution are removed by a conventionally known vacuum vent device 88. I try to do it.
The device for reducing the pressure of the vacuum vent zone 86 may be any of a normal decompression device, a vacuum device, and the like, and there is no particular limitation. For example, an exhaust blower, a water flow type aspirator, or the like can be used. Further, a trap for recovering the generated gas may be provided.

サイドフィーダー３１は、端部がスタンド２９により支持され、バレル１６の側面に設けた流入開口（図示せず）に連通接続され、端部に材料供給開口を有するケーシング（図示せず）と、ケーシング内に設けられ、流入開口に向かって進む向きに回転するスクリューエレメント（図示せず）とが設けられ、材料供給開口を通じて、ケーシング内に供給される材料（たとえば、無機物の添加剤）は、スクリューエレメントの回転により流入開口に向かって搬送され、これにより、バレル１６内で、別途、溶融ゾーンにおいて加熱溶融、混練された樹脂製固形材料Mに混ぜられ、混合ゾーンにおいて、固形材料Mと分散および/または分配により均一に混合され、押し出されるようにしている。 The side feeder 31 has a casing (not shown) whose end is supported by a stand 29, which is communicated with an inflow opening (not shown) provided on the side surface of the barrel 16 and has a material supply opening at the end, and a casing. A screw element (not shown) that is provided inside and rotates in a direction toward the inflow opening is provided, and the material (for example, an inorganic additive) supplied into the casing through the material supply opening is a screw. It is transported toward the inflow opening by the rotation of the element, whereby it is separately heated and melted in the melting zone and mixed with the kneaded resin solid material M in the barrel 16 and dispersed and dispersed with the solid material M in the mixing zone. / Or it is evenly mixed and extruded by distribution.

上記の構成を有する軸方向に直交する任意断面の外周形状が同じである混練用スクリューエレメントの設計手順は、たとえば、以下の通りである。
一対の円弧部が連なるまゆ形であり、円弧部各々において、同方向に回転する一対の混練用スクリューエレメントの一方を収容するバレル１６の軸線と、混練用スクリューエレメントが外嵌される回転シャフト１８の回転中心軸線とを一致させた状態で、所与のDo/Diのもとで、所要回転シャフト１８の回転中心軸線に対する混練用スクリューエレメントの中心の偏心度を設定する。
次いで、設定された偏心度に基づいて、一対の混練用スクリューエレメントの回転中に一対の混練用スクリューエレメント間のクリアランスが一定に保持されるとともに、バレル１６の内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペース内の固形材料Mの充満度を確保可能なように、バレル１６の長手方向に直交する断面外形において、混練用スクリューエレメントの条数および周方向に隣接するチップ間の角度間隔を設定する。
次いで、設定した条数に基づいて、各チップにおいて、チップの先端により仕切られるバレル１６の内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペースにおいて、回転方向遅れ側からバレル１６の内面とチップとのクリアランスを介しての進み側への固形材料Mの要求流れに応じて、チップアングルを設定する。
次いで、一対の混練用スクリューエレメント間の相対的周方向位置関係を設定する。
上記偏心度設定段階、上記条数設定段階、上記チップアングル設定段階および上記周方向位置関係設定段階を繰り返すことにより、バレル１６の長手方向に直交する断面外形の全体プロファイルを決定し、固形材料Mが一対の混練用スクリューエレメント間を通過することによるせん断混練の度合いを低減しつつ、バレル１６の内面と混練用スクリューエレメントの外周縁との間のスペース内の固形材料Mがバレル１６の軸線方向に搬送されながら混練される度合いを高めることが可能である。 The design procedure of the kneading screw element having the above configuration and having the same outer peripheral shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction is as follows, for example.
It is an eyebrows in which a pair of arcs are connected, and in each of the arcs, the axis of the barrel 16 accommodating one of the pair of kneading screw elements rotating in the same direction and the rotating shaft 18 to which the kneading screw element is fitted are externally fitted. Under a given Do / Di, the degree of eccentricity of the center of the kneading screw element with respect to the rotation center axis of the required rotation shaft 18 is set in a state of being aligned with the rotation center axis of.
Then, based on the set degree of eccentricity, the clearance between the pair of kneading screw elements is kept constant during the rotation of the pair of kneading screw elements, and the inner surface of the barrel 16 and the outer peripheral edge of the kneading screw element are maintained. In order to ensure the filling degree of the solid material M in the space between the barrel 16 and the barrel 16, the number of threads of the kneading screw element and the angular spacing between the chips adjacent to each other in the circumferential direction are formed in the cross-sectional outline orthogonal to the longitudinal direction of the barrel 16. To set.
Then, based on the set number of threads, in the space between the inner surface of the barrel 16 partitioned by the tip of the tip and the outer peripheral edge of the kneading screw element, the inner surface of the barrel 16 and the tip are from the rotationally lagging side in each tip. The tip angle is set according to the required flow of the solid material M to the advancing side through the clearance with.
Next, the relative circumferential positional relationship between the pair of kneading screw elements is set.
By repeating the eccentricity setting step, the number of rows setting step, the chip angle setting step, and the circumferential positional relationship setting step, the overall profile of the cross-sectional outer shape orthogonal to the longitudinal direction of the barrel 16 is determined, and the solid material M is determined. The solid material M in the space between the inner surface of the barrel 16 and the outer peripheral edge of the kneading screw element is in the axial direction of the barrel 16 while reducing the degree of shear kneading due to passing between the pair of kneading screw elements. It is possible to increase the degree of kneading while being transported to.

以上の構成を有する溶融混練押出装置１０について、以下に、溶融混練押出方法を含め、その作用を説明する。
まず、既存の混練用スクリューエレメント、たとえば、せん断加熱およびせん断混練を主体とする混練用スクリューエレメントを有する溶融混練押出装置において、溶融混練押出装置全体を入れ替えるのではなく、混練用スクリューエレメントのみを上記構成を有する混練用スクリューエレメント２０Bに交換することにより、溶融混練押出の際の消費エネルギーの低減効果が得られるところ、このような交換手順について、説明する。
なお、スクリューエレメントの回転シャフト１８への嵌合タイプは、たとえば、インボリュート嵌合、スプライン嵌合は、交換前後で共通とする。

１：ギアボックス側シャフトとスクリューエレメントシャフトを連結固定しているカプラー９０を緩める。
２：スクリューエレメント先端のスクリューエレメントキャップ９４を外し、スクリューエレメント抜き治具（図示せず）を装着する。
３：スクリューエレメント抜き治具を介してスクリューエレメント２０を抜く。
４：スクリューエレメント抜き治具を外す。
５：スクリューエレメントヘッド９２を外す。
６：先端から順番にスクリューエレメント２０を外す。
７：溶融混練部までのスクリューエレメント２０を外し、混練スクリューエレメント２０Bを組み込み、混練スクリューエレメント２０Bのみを交換する。
８：他のスクリューエレメント２０を組み戻す。
９：スクリューエレメントヘッド９２を装着し仮締めする。
１０：スクリューエレメント２０を組み合わせた状態でバレル１６内に挿入する。
１１：ギアボックス側のシャフトと連結し、カプラー９０で固定する。
１２：スクリューエレメントヘッド９２を締める。
１３：スクリューエレメントキャップ９４をつける。
上記２から１３までの工程を、各回転シャフト１８について行う。
以上の工程により、混練用スクリューエレメントのみを交換することにより、以下に示すように、固形材料Mの溶融混練押出しの際の消費エネルギーの低減が可能である。 The operation of the melt-kneading extruder 10 having the above configuration, including the melt-kneading extrusion method, will be described below.
First, in an existing kneading screw element, for example, a melt kneading extruder having a kneading screw element mainly for shear heating and shear kneading, instead of replacing the entire melt kneading extruder, only the kneading screw element is described above. By replacing the screw element 20B for kneading having a structure, the effect of reducing energy consumption during melt-kneading extrusion can be obtained, and such a replacement procedure will be described.
As for the fitting type of the screw element to the rotating shaft 18, for example, the involute fitting and the spline fitting are common before and after the replacement.

1: Loosen the coupler 90 that connects and fixes the gearbox side shaft and the screw element shaft.
2: Remove the screw element cap 94 at the tip of the screw element, and attach a screw element removal jig (not shown).
3: Remove the screw element 20 via the screw element removal jig.
4: Remove the screw element removal jig.
5: Remove the screw element head 92.
6: Remove the screw element 20 in order from the tip.
7: The screw element 20 up to the melt-kneading portion is removed, the kneading screw element 20B is incorporated, and only the kneading screw element 20B is replaced.
8: Reassemble the other screw element 20.
9: Attach the screw element head 92 and temporarily tighten it.
10: The screw element 20 is inserted into the barrel 16 in a combined state.
11: Connect to the shaft on the gearbox side and fix it with the coupler 90.
12: Tighten the screw element head 92.
13: Attach the screw element cap 94.
The above steps 2 to 13 are performed for each rotating shaft 18.
By replacing only the kneading screw element by the above steps, it is possible to reduce the energy consumption during melt-kneading extrusion of the solid material M as shown below.

まず、固形材料Mの種類に応じて、溶融混練部２８により、混練されるまでに固形材料Mの融点まで固形材料Mが加熱されるように加熱温度を設定する。
次いで、供給部２２におけるフィーダーによる時間当たり固形材料Mの供給量、搬送部におけるスクリューエレメント２０の回転による時間当たりの固形材料Mの搬送量を設定する。
これにより、固形材料Mの順方向の搬送速度を調整することにより、バレル１６の内部である密閉空間内の固形材料Mの充満度を調整する。 First, depending on the type of the solid material M, the melt-kneading unit 28 sets the heating temperature so that the solid material M is heated to the melting point of the solid material M by the time it is kneaded.
Next, the supply amount of the solid material M per hour by the feeder in the supply unit 22 and the transfer amount of the solid material M per hour by the rotation of the screw element 20 in the transfer unit are set.
Thereby, by adjusting the forward transport speed of the solid material M, the filling degree of the solid material M in the closed space inside the barrel 16 is adjusted.

以上、バレル１６内に配置され、回転シャフト１８の軸線を中心として回転可能な回転シャフト１８に外嵌されるスクリューエレメント２０の回転により、固形材料Mを連続的に搬送する準備が完了する。
次いで、バレル１６内面が所定温度に保持され、フィーダーおよび駆動モーター１９により回転シャフト１８が回転した状態で、固形材料Mを連続的に供給する。
供給された固形材料Mは、バレル１６の長手方向下流に向かって、搬送され、その間に、固形材料Mの融点まで固形材料Mが加熱され、混練される。 As described above, the preparation for continuously transporting the solid material M is completed by the rotation of the screw element 20 which is arranged in the barrel 16 and is fitted onto the rotary shaft 18 which is rotatable about the axis of the rotary shaft 18.
Next, the solid material M is continuously supplied in a state where the inner surface of the barrel 16 is maintained at a predetermined temperature and the rotary shaft 18 is rotated by the feeder and the drive motor 19.
The supplied solid material M is transported toward the downstream side in the longitudinal direction of the barrel 16, during which the solid material M is heated to the melting point of the solid material M and kneaded.

より詳細には、溶融混練段階は、密閉空間内の延び方向下流側に向かって、固形材料Mを連続的に搬送しながら、密閉空間内の所定長さに亘って流路断面積が狭められた部分を通過させることにより、固形材料Mを所定の混練時間に亘って混練され、所定の混練度合いとなる。
その際、密閉空間の下流側に、流路断面積が狭められることにより、圧力障壁を形成することにより、圧力障壁上流側における密閉空間内の加熱された固形材料Mの充満度を高めつつ、固形材料Mを混練する。
以上、2軸同方向回転の溶融混練押出装置にあって、たとえば、従来の2条混練用スクリューエレメント２０Bのように、バレル１６中心と同心の回転シャフト１８の回転中心とスクリューエレメントの中心とが同心状である場合には、固形材料Mがバレル１６内を搬送される際、バレル１６内の一対の混練用スクリューエレメント２０Bにおいて、軸線方向に直交する断面におけるバレル１６とスクリューエレメントの外周縁との間のスペースが、スクリューエレメントのチップ先端とバレル１６内面、および一対のスクリューエレメント間のクリアランスにより区分されるところ、区分されるスぺ―ス間で、バレル１６内の固形材料Mの内圧の変動差が大きいことから、区分されるスペースに応じて固形材料Mの非充満部を場合により生じるような、バレル１６内の固形材料Mの流動の不均一性が引き起こされるとともに、特に、一対のスクリューエレメント間のクリアランスを介して固形材料Mが流動する際、スクリューエレメント回転方向遅れ側の区分ゾーンは高圧であり、スクリューエレメント回転方向進み側の区分ゾーンは低圧であることから、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料Mの高せん断が生じるところ、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が同じである混練用スクリューエレメント２０Bにあって、回転シャフト１８の回転中心とスクリューエレメントの中心とを偏心状とし、かつ、一対のスクリューエレメント間のクリアランスを、回転に係わらず、一定の所定値に維持することにより、バレル１６内の固形材料Mの不均一な流動を改善するとともに、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料Mの高せん断を減じる一方、固形材料Mの縮流を主として軸方向に発現することにより、固形材料Mの時間当たりの所定吐出量の固形材料Mを混練するに際し、同程度の固形材料Mの分散化を達成するのに、必要な消費エネルギーを大幅に低減することが可能となる。
特に、バレル１６内面を通じて固形材料Mを加熱することにより固形材料Mの溶融を行うのに、従来のせん断混練のもとでは、固形材料Mの流動の不均一性に起因する固形材料Mの加熱効率の低さゆえに、たとえば、スクリューエレメントとしてのニーディングディスクの追加や、回転数の増大による対処を行う必要があったが、このような混練用スクリューエレメント２０Bによれば、固形材料Mの粘度に係わらず、このような対処をすることなく、固形材料Mの溶融温度に加熱温度の設定が可能となり、混練用スクリューエレメント２０Bを回転させる駆動モーター１９の消費エネルギーおよび固形材料Mを加熱する加熱ヒーターの消費エネルギーのトータルで考えても、固形材料Mへのエネルギー伝達の効率性向上により、必要な消費エネルギーを大幅に低減することが可能となる。 More specifically, in the melt-kneading step, the cross-sectional area of the flow path is narrowed over a predetermined length in the closed space while continuously transporting the solid material M toward the downstream side in the extending direction in the closed space. By passing through the above-mentioned portions, the solid material M is kneaded for a predetermined kneading time to obtain a predetermined kneading degree.
At that time, by forming a pressure barrier by narrowing the cross-sectional area of the flow path on the downstream side of the closed space, the filling degree of the heated solid material M in the closed space on the upstream side of the pressure barrier is increased. Knead the solid material M.
As described above, in the melt kneading extruder that rotates in the same direction with two axes, the center of rotation of the rotating shaft 18 concentric with the center of the barrel 16 and the center of the screw element are located, for example, as in the conventional screw element 20B for two-row kneading. In the case of concentricity, when the solid material M is conveyed in the barrel 16, in the pair of kneading screw elements 20B in the barrel 16, the barrel 16 and the outer peripheral edge of the screw element in the cross section orthogonal to the axial direction are used. Where the space between is divided by the clearance between the tip of the screw element and the inner surface of the barrel 16 and between the pair of screw elements, between the divided spaces, the internal pressure of the solid material M in the barrel 16 The large variation difference causes non-uniformity in the flow of the solid material M in the barrel 16, which may result in a non-filled portion of the solid material M depending on the space being partitioned, and in particular a pair. When the solid material M flows through the clearance between the screw elements, the partition zone on the lagging side in the rotation direction of the screw element has a high pressure, and the partition zone on the advancing side in the rotation direction of the screw element has a low pressure. Where high shear of the solid material M occurs between the clearances, in the kneading screw element 20B having the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction, the rotation center of the rotary shaft 18 and the center of the screw element. And is eccentric, and the clearance between the pair of screw elements is maintained at a constant predetermined value regardless of rotation, thereby improving the non-uniform flow of the solid material M in the barrel 16 and pairing. While reducing the high shear of the solid material M between the clearances between the screw elements of the solid material M, the solid material M is kneaded with a predetermined discharge amount per hour by expressing the contraction of the solid material M mainly in the axial direction. In doing so, it is possible to significantly reduce the energy consumption required to achieve the same degree of dispersion of the solid material M.
In particular, although the solid material M is melted by heating the solid material M through the inner surface of the barrel 16, under the conventional shear kneading, the solid material M is heated due to the non-uniformity of the flow of the solid material M. Due to the low efficiency, for example, it was necessary to add a kneading disk as a screw element or take measures by increasing the number of rotations. However, according to such a kneading screw element 20B, the viscosity of the solid material M has been increased. Regardless of this, the heating temperature can be set to the melting temperature of the solid material M without taking such measures, and the energy consumption of the drive motor 19 for rotating the kneading screw element 20B and the heating for heating the solid material M are possible. Considering the total energy consumption of the heater, it is possible to significantly reduce the required energy consumption by improving the efficiency of energy transfer to the solid material M.

以上の構成を有する溶融混練押出における消費エネルギーの低減方法によれば、同じ溶融状態の固形材料Mに対して、所望の吐出量の均一な混合の押出物を確保するのに、一対のスクリューエレメント間のクリアランスの通過により溶融固形材料Mをせん断混練する場合に比べて、スクリューエレメントの長手方向を中心とする回転に要するエネルギーを省略化することが可能である。
混練対象である固形材料Mは、混練する際、溶融状態まで加熱される必要があるところ、回転シャフト１８の回転数がバレル１６内の固形材料Mの搬送速度を決定する一方、固形材料Mの加熱は、伝熱面積を構成するバレル１６内面との接触時間が加熱時間を構成することから、伸長混練によれば、バレル１６内の固形材料Mの不均一な流動を改善するとともに、一対のスクリューエレメント間のクリアランス間で固形材料Mの高せん断を減じるとともに、バレル１６内面とスクリューエレメントの外表面の間のスペース内の固形材料Mの充満度を上昇させてバレル１６内面との接触面積（伝熱面積）を増大することにより、回転シャフト１８の回転数を低減して加熱時間を長くすることなしに、押出効率を確保しつつ、加熱ヒーターに要するエネルギーを省略化することが可能である。
特に、溶融温度の異なる異種固形材料Mを混練する場合、溶融温度の高いほうの固形材料Mが溶融する温度まで異種固形材料M全体を加熱せざるを得ないところ、接触面積（伝熱面積）の増大により、回転シャフト１８の回転数を低減して加熱時間を長くなるのを回避し、以て、押出効率の確保に加え、溶融温度の低いほうの固形材料Mの過熱、場合により、固形材料Mの品質劣化を抑制することにも資するか、または、溶融温度の低いほうの固形材料Mのバレル１６長手方向の投入位置の選択の柔軟性を向上することが可能である。
この点、従来のスクリューエレメントの回転によるせん断を利用する固形材料Mの溶融混練および混合は、回転シャフト１８の回転数により大きく左右されることから、溶融混練および混合それぞれの最適化に合わせて回転数を設定することは困難であり、回転シャフト１８を回転する駆動モーター１９の必要電力が過度になっていた。
According to the method for reducing energy consumption in melt-kneading extrusion having the above configuration, a pair of screw elements is used to secure a uniformly mixed extrusion with a desired discharge amount for a solid material M in the same molten state. Compared with the case where the molten solid material M is shear-kneaded by passing through the clearance between them, it is possible to omit the energy required for rotation about the longitudinal direction of the screw element.
When the solid material M to be kneaded needs to be heated to a molten state when kneaded, the rotation speed of the rotary shaft 18 determines the transfer speed of the solid material M in the barrel 16, while the solid material M of the solid material M is kneaded. In heating, the contact time with the inner surface of the barrel 16 constituting the heat transfer area constitutes the heating time. Therefore, according to the extension kneading, the non-uniform flow of the solid material M in the barrel 16 is improved and a pair of heating is performed. The contact area with the inner surface of the barrel 16 (the contact area with the inner surface of the barrel 16) by reducing the high shear of the solid material M between the clearances between the screw elements and increasing the filling of the solid material M in the space between the inner surface of the barrel 16 and the outer surface of the screw element. By increasing the heat transfer area), it is possible to omit the energy required for the heating heater while ensuring the extrusion efficiency without reducing the rotation speed of the rotating shaft 18 and lengthening the heating time. ..
In particular, when kneading dissimilar solid materials M having different melting temperatures, the entire dissimilar solid material M must be heated to the temperature at which the solid material M having the higher melting temperature melts, and the contact area (heat transfer area) By increasing the number of rotations, the number of rotations of the rotating shaft 18 is reduced to avoid lengthening the heating time. Therefore, in addition to ensuring the extrusion efficiency, the solid material M having the lower melting temperature is overheated, and in some cases, solid. It is also possible to contribute to suppressing the deterioration of the quality of the material M, or to improve the flexibility of selecting the charging position of the solid material M having the lower melting temperature in the longitudinal direction of the barrel 16.
In this respect, the melt kneading and mixing of the solid material M utilizing the shearing caused by the rotation of the conventional screw element is greatly influenced by the rotation speed of the rotary shaft 18, and therefore, the rotation is adjusted according to the optimization of the melt kneading and the mixing. It was difficult to set the number, and the required power of the drive motor 19 for rotating the rotary shaft 18 was excessive.

以上の構成を有する溶融混練押出装置１０によれば、回転シャフト１８を回転駆動するモーターに対して、過剰トルクとならないように、バレル１６の内部空間内で長手方向に完全充満する形態で、加熱により溶融状態の固形材料Mを搬送することは回避しながら、固形材料Mを連続的に長手方向に搬送しつつ、溶融混練を可能としている。 According to the melt-kneading extruder 10 having the above configuration, the motor that rotationally drives the rotary shaft 18 is heated in a form that completely fills the internal space of the barrel 16 in the longitudinal direction so as not to cause an excessive torque. This enables melt-kneading while continuously transporting the solid material M in the longitudinal direction while avoiding transporting the solid material M in a molten state.

より詳細には、以上の溶融混練押出装置１０によれば、回転シャフト１８がその軸線を中心として回転することにより、各回転シャフト１８に外嵌される一対のスクリューエレメント２０が、同方向に回転し、それにより、バレル１６内に投入される固形材料Mは、バレル１６の長手方向Ｘ下流に搬送される。
その際、加熱溶融された固形材料Mについて、混練用スクリューエレメント２０Bの外表面３４とバレル１６の内面３６との間に構成される固形材料Mの流路断面積ＳＡは、搬送用スクリューエレメント２０Ａの外表面３４Ａとバレル１６の内面３６との間に構成される固形材料Mの流路断面積ＳＡより小さく設定されるので、固形材料Mは、溶融混練部３２において、流路断面積ＳＡ全体に充満することにより、流路断面積ＳＡ内で、固形材料Mは、混練用スクリューエレメント２０Bの固形材料Mの搬送方向上流側端部４４から固形材料M搬送方向下流側端部４６を通過するまで、混練され、バレル１６内で長手方向Ｘ下流側に搬送されるようにしている。
以上、固形材料Mは、混合部２４において、流路断面積ＳＡの狭まりにより所定の混練時間に亘って、混練され、所定の混練度合いとなる。 More specifically, according to the above-mentioned melt-kneading extruder 10, the rotary shaft 18 rotates about its axis, so that the pair of screw elements 20 externally fitted to each rotary shaft 18 rotate in the same direction. As a result, the solid material M charged into the barrel 16 is conveyed downstream of the barrel 16 in the longitudinal direction X.
At that time, with respect to the heat-melted solid material M, the flow path cross-sectional area SA of the solid material M formed between the outer surface 34 of the kneading screw element 20B and the inner surface 36 of the barrel 16 is the transport screw element 20A. Since the solid material M is set to be smaller than the flow path cross-sectional area SA of the solid material M formed between the outer surface 34A of the above surface and the inner surface 36 of the barrel 16, the solid material M is set to be smaller than the flow path cross-sectional area SA in the melt-kneading portion 32. In the flow path cross-sectional area SA, the solid material M passes from the upstream end 44 in the transport direction of the solid material M of the kneading screw element 20B to the downstream end 46 in the transport direction of the solid material M. It is kneaded until it is kneaded and transported in the barrel 16 to the downstream side in the longitudinal direction X.
As described above, the solid material M is kneaded in the mixing section 24 for a predetermined kneading time due to the narrowing of the cross-sectional area SA of the flow path, and has a predetermined kneading degree.

一方、本実施形態の混練方法によれば、固形材料Mを連続的に順方向に密閉空間内で密閉空間の延び方向に沿って搬送しながら、固形材料Mの融点まで加熱し、混練することにより、固形材料Mを混合可能な溶融状態とし、密閉空間の下流側に圧力障壁を形成することにより、圧力障壁上流側における密閉空間内の加熱された固形材料Mの充満度を高めることにより、固形材料Mの溶融混練を通じて、混練された固形材料Mの下流側における分散および/または分配による均一な混合を促進することが可能である。
次いで、加熱溶融され混練された固形材料Mは、混合部２４において、連続的に長手方向下流に搬送されながら、分散および/または分配により混合される。
以上を経て、固形材料Mは、所定の吐出量で均一な混合の押出物として、ダイス（図示せず）を介して外部に押し出される。 On the other hand, according to the kneading method of the present embodiment, the solid material M is continuously and forwardly conveyed in the closed space along the extending direction of the closed space while being heated to the melting point of the solid material M and kneaded. By forming a pressure barrier on the downstream side of the closed space to make the solid material M in a meltable state, the filling degree of the heated solid material M in the closed space on the upstream side of the pressure barrier is increased. Through melt-kneading of the solid material M, it is possible to promote uniform mixing by dispersion and / or distribution on the downstream side of the kneaded solid material M.
Next, the solid material M that has been heat-melted and kneaded is mixed by dispersion and / or distribution while being continuously conveyed downstream in the longitudinal direction in the mixing unit 24.
Through the above, the solid material M is extruded to the outside through a die (not shown) as an extruded product having a uniform mixture with a predetermined discharge amount.

以下に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様な構成要素については、同様な参照番号を付することによりその説明は省略し、以下では、本実施形態の特徴部分について、図７を参照しながら詳細に説明する。
本発明の第２実施形態の特徴は、溶融混練部に設ける混練用スクリューエレメント２０Bである。 The second embodiment of the present invention will be described below. In the following description, the same components as those in the first embodiment will be omitted by assigning similar reference numbers, and in the following, the feature portions of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 7. Explain to.
A feature of the second embodiment of the present invention is the kneading screw element 20B provided in the melt-kneading portion.

第１実施形態において、固形材料Mのバレル１６の軸方向への搬送および混練を兼ねるスクリューエレメント２０Bについて、複数の薄板状のものが、周方向にチップ５０の位置（尖点）が非連続にずれながら、軸方向に積み重ねたタイプのものとして説明したが、それに限定されることなく、スクリューエレメントの回転により、固形材料Mのバレル１６の軸方向への搬送が可能であるとともに、軸方向に固形材料Mの流路面積の絞りが形成され、それにより混練が可能である限り、複数の薄板状のものが積み重ねられるのではなく、モノリシック状のスクリューエレメントであって、外表面３４Bに周方向のチップ５０の位置が長手方向に連続的に連なるリード３０が形成されるものであってもよい。
より詳細には、図７に示すように、混練用スクリューエレメント２０Bは、４条であり、回転シャフト１８が内嵌する円形開口４８を有するモノリシック状であり、長手方向Ｘに離間する両端面４４、４６それぞれにおいて、周方向に２以上（４つ）のチップ５０を有し、周側面には、両端面４４、４６のチップ５０に連なる螺旋状リード５６が設けられる、長手方向Ｘに連続タイプであり、バレル１６の中心に対して、円形開口４８の中心がオフセット配置される。
螺旋状リード５６のピッチを調整することにより、混練用スクリューエレメント２０Bによる固形材料Mの搬送速度、すなわち、固形材料Mの混練時間を調整することが可能である。
複数の混合部２４を設ける場合において、ある混合部２４には、第１実施形態における、不連続タイプの混練用スクリューエレメント２０B、ある混合部２４には、本実施形態における、連続タイプの混練用スクリューエレメント２０Bを採用してもよい。
なお、図８ないし図１０を参照すれば、混練用スクリューエレメント２０Bの変形例として、図８に示すように、図７と類似の螺旋状リード５６を有するタイプ、図９および図１０に示すように、図３と類似の複数のディスクから構成されるタイプ、いずれも適用可能である。 In the first embodiment, regarding the screw element 20B that also transports and kneads the barrel 16 of the solid material M in the axial direction, a plurality of thin plates have discontinuous positions (cusps) of the chips 50 in the circumferential direction. Although it has been described as a type in which the barrel 16 is stacked in the axial direction while being displaced, the description is not limited to this, but the rotation of the screw element allows the barrel 16 of the solid material M to be conveyed in the axial direction and in the axial direction. As long as a narrowing of the flow path area of the solid material M is formed so that kneading is possible, a plurality of thin plates are not stacked, but are monolithic screw elements in the circumferential direction on the outer surface 34B. A lead 30 may be formed in which the positions of the chips 50 of the above are continuously connected in the longitudinal direction.
More specifically, as shown in FIG. 7, the kneading screw element 20B has four threads, is a monolithic shape having a circular opening 48 in which the rotating shaft 18 is fitted, and both end faces 44 separated in the longitudinal direction X. , 46 each has two or more (four) chips 50 in the circumferential direction, and a spiral lead 56 connected to the chips 50 on both end faces 44 and 46 is provided on the peripheral side surface, and is a continuous type in the longitudinal direction X. The center of the circular opening 48 is offset from the center of the barrel 16.
By adjusting the pitch of the spiral reed 56, it is possible to adjust the transport speed of the solid material M by the kneading screw element 20B, that is, the kneading time of the solid material M.
When a plurality of mixing portions 24 are provided, a certain mixing portion 24 is a discontinuous type kneading screw element 20B according to the first embodiment, and a certain mixing portion 24 is a continuous type kneading unit according to the present embodiment. A screw element 20B may be adopted.
In addition, referring to FIGS. 8 to 10, as a modification of the kneading screw element 20B, as shown in FIG. 8, a type having a spiral lead 56 similar to that of FIG. 7, as shown in FIGS. 9 and 10. In addition, any of the types composed of a plurality of disks similar to that in FIG. 3 can be applied.

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態において、溶融混練部において、固形材料Mの種類、態様に応じて、スクリューエレメント２０を選択する点を説明したが、スクリューエレメント２０の選択に際し、スクリューエレメント２０のリードを含む外周面形状、長手方向長さにより、溶融混練部における混練時間を調整したり、または、スクリューエレメント２０の条数を含む外周縁形状により、流路断面積を増減させて、溶融混練部における混練力を調整したり、または、溶融混練部における混練時間および混練力の両方を調整することにより、このようにして選択したスクリューエレメント２０、および固形材料Mの種類、態様に応じて、最適な回転シャフト１８の回転数を設定したうえで、混練効果を最適化すればよい。
たとえば、本実施形態において、溶融混練部において、固形材料Mの種類、態様に応じて、スクリューエレメント２０を選択する点、より詳細には、 スクリューエレメント２０の条数を含む外周縁形状により、流路断面積を増減させて、溶融混練部における混練度合いを調整したり、または、溶融混練部における混練時間および混練力の両方を調整する点を説明したが、上流側の搬送用スクリューエレメント２０Aによりバレル１６内を非充満状態で搬送される固形材料Mが、混練用スクリューエレメント２０Bを通過する際、バレル１６の内面３６と混練用スクリューエレメント２０Bの外周面３４との間に構成される流路における固形材料Mの充満度を上げることにより、所望の混練度合いが達成されるように、バレル１６の内面３６と混練用スクリューエレメント２０Bの外周面との間に構成される流路の容積を定めるのでもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art can make various modifications or changes within the scope of the present invention.
For example, in the present embodiment, the point that the screw element 20 is selected according to the type and mode of the solid material M in the melt-kneading portion has been described. However, when selecting the screw element 20, the outer circumference including the lead of the screw element 20 is included. The kneading time in the melt-kneading portion is adjusted by the surface shape and the length in the longitudinal direction, or the kneading force in the melt-kneading portion is increased or decreased by the outer peripheral edge shape including the number of threads of the screw element 20. The optimum rotary shaft depending on the type and mode of the screw element 20 and the solid material M thus selected by adjusting the kneading time and the kneading force in the melt-kneading portion. After setting the rotation speed of 18, the kneading effect may be optimized.
For example, in the present embodiment, in the melt-kneading portion, the screw element 20 is selected according to the type and mode of the solid material M, and more specifically, due to the outer peripheral edge shape including the number of threads of the screw element 20. It was explained that the degree of kneading in the melt-kneading section is adjusted by increasing or decreasing the road cross-sectional area, or both the kneading time and the kneading force in the melt-kneading section are adjusted. When the solid material M conveyed in the barrel 16 in an unfilled state passes through the kneading screw element 20B, a flow path formed between the inner surface 36 of the barrel 16 and the outer peripheral surface 34 of the kneading screw element 20B. The volume of the flow path formed between the inner surface 36 of the barrel 16 and the outer peripheral surface of the kneading screw element 20B is determined so that the desired kneading degree is achieved by increasing the filling degree of the solid material M in the above. May be.

本発明の第１実施形態に係る溶融混練押出装置１０の概略全体斜視断面図である。It is a schematic whole perspective sectional view of the melt kneading extrusion apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る溶融混練押出装置１０の概略部分断面図である。It is a schematic partial sectional view of the melt kneading extrusion apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る溶融混練押出装置１０の混合部２４のスクリューエレメント２０Ｂの側面図、端面図および斜視部図である。It is a side view, end view and perspective view of the screw element 20B of the mixing part 24 of the melt kneading extrusion apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る溶融混練押出装置１０の混合部２４のスクリューエレメント２０Ｂの回転に応じて（（A）から（C））、バレル１６内面とスクリューエレメント２０との間に形成される流路断面ＳＡの変化を示す概略断面図である。It is formed between the inner surface of the barrel 16 and the screw element 20 according to the rotation of the screw element 20B of the mixing portion 24 of the melt-kneading extruder 10 according to the first embodiment of the present invention ((A) to (C)). It is a schematic cross-sectional view which shows the change of the flow path cross section SA. 本発明の第１実施形態に係る溶融混練押出装置１０の搬送部３０のスクリューエレメント２０Aの図４と同様な図である。It is the same figure as FIG. 4 of the screw element 20A of the transport part 30 of the melt kneading extrusion apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る図３のスクリューエレメント２０Ｂにおいて、中間部の4条ディスク同士の図５と同様な図である。In the screw element 20B of FIG. 3 according to the first embodiment of the present invention, the figure is the same as that of FIG. 5 between the four discs in the middle portion. 本発明の第２実施形態に係る溶融混練押出装置１０のスクリューエレメント２０Ｂの斜視図である。It is a perspective view of the screw element 20B of the melt kneading extruder 10 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の溶融混練押出装置１０のスクリューエレメント２０Ｂの変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the screw element 20B of the melt kneading extruder 10 of this invention. 本発明の溶融混練押出装置１０のスクリューエレメント２０Ｂの変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the screw element 20B of the melt kneading extruder 10 of this invention. 本発明の溶融混練押出装置１０のスクリューエレメント２０Ｂの変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the screw element 20B of the melt kneading extruder 10 of this invention.

Ｘ 長手方向
Ｄ 所定間隔
Ｍ 固形材料M
ＳＡ 流路断面積
Ｌ スクリューエレメントの軸方向長さ
d 所定クリアランス
t ディスクの厚み
１０ 溶融混練押出装置
１２ シリンダ
１３ 円筒シリンダ
１４ 円弧部
１６ バレル
１７ 内部スペース
１８ 回転シャフト
１９ 駆動モーター
２０ スクリューエレメント
２０Ａ 搬送用スクリューエレメント
２０Ｂ 混練用スクリューエレメント
２１ 回転伝達機構
２２ 供給部
２３ ホッパー
２４ 混合部
２５ 支持スタンド
２７ 駆動モーター
２８ 溶融混練部
２９ 支持スタンド
３０ 搬送部
３１ 回転伝達機構
３３ 押出部
３４Ａ 搬送用スクリューエレメント２０Ａの外表面
３４B 混練用スクリューエレメント２０Bの外表面
３６ 内面
４０ 外周閉曲線部
４１ 張り出しフランジ
４２ 部分領域
４３ ねじ穴
４４ 固形材料M搬送方向上流側端部
４６ 固形材料M搬送方向下流側端部
４８ 円形開口
５０ チップ
５２ ディスク
５６ 螺旋状リード
８０ 排気ゾーン
８２ 排気口
８４ 溶融混練ゾーン
８６ 真空ゾーン
８８ 脱気装置
９０ カップラ―
９２ スクリューエレメントヘッド
９４ スクリューエレメントキャップ

X Longitudinal direction D Predetermined interval M Solid material M
SA flow path cross section L Axial length of screw element
d Prescribed clearance
t Disc thickness 10 Melt kneading extruder 12 Cylinder 13 Cylindrical cylinder 14 Arc part 16 Barrel 17 Internal space 18 Rotating shaft 19 Drive motor 20 Screw element 20A Transfer screw element 20B Kneading screw element 21 Rotation transmission mechanism 22 Supply part 23 Hopper 24 Mixing part 25 Support stand 27 Drive motor 28 Melting kneading part 29 Support stand 30 Transport part 31 Rotation transmission mechanism 33 Extruding part 34A Outer surface of transfer screw element 20A 34B Outer surface of kneading screw element 20B 36 Inner surface 40 Outer peripheral closed curved part 41 Overhanging flange 42 Partial area 43 Screw hole 44 Solid material M Transport direction upstream end 46 Solid material M Transport direction downstream end 48 Circular opening 50 Chip 52 Disc 56 Spiral lead 80 Exhaust zone 82 Exhaust port 84 Melt kneading zone 86 Vacuum Zone 88 Deaerator 90 Coupler
92 Screw element head 94 Screw element cap

Claims (6)

２つの円筒シリンダを長手方向に平行に連結し、長手方向に直交する断面において、一対の円弧部が連なるまゆ形であるバレルと、
長手方向を中心に、同方向に回転可能な、互いに所定間隔を隔てた２軸の回転シャフトであって、各回転シャフトは、対応する円弧部の中心と同心状に配置され、対応する円筒シリンダ内で長手方向に延びる、２軸の回転シャフトと、
前記回転シャフトが前記回転シャフトの長手方向を中心として回転可能なように、前記回転シャフトに連結される駆動モーターと、
各々、前記２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントとを有し、
該一対のスクリューエレメントは、互いに同一であり、前記バレルの長手方向の同位置に設けられ、前記２軸の回転シャフト間で所定間隔を隔てて噛み合うように配置され、
固形材料を前記バレル内に供給する供給部と、前記バレル内を搬送される固形材料を融点またはそれ以上に加熱し、混練する溶融混練部と、溶融された固形材料を混合する混合部とが、長手方向にこの順に設けられ、
前記溶融混練部において、前記バレルの内面を伝熱面とする外部加熱タイプであり、前記一対のスクリューエレメントは、前記一対のスクリューエレメント間のスペースを通じて、溶融状態の固形材料を混練可能な混練用スクリューエレメントである、溶融混練押出装置であって、
前記一対の混練用スクリューエレメントの各々の前記バレルの長手方向に直交する断面外形を構成する外周閉曲線部と前記円弧部との間に形成される領域が複数の部分領域に区分けされるように、前記混練用スクリューエレメントの外周面の形状が設定され、
前記部分領域における固形材料の非充満部を低減し、かつ、一対の前記混練用スクリューエレメント間の回転方向クリアランス前後における固形材料の内圧の変動差を低減可能なように、前記一対の混練用スクリューエレメントの各々は、軸方向に直交する任意断面の外周縁形状が軸方向に亘って同じであり、前記回転シャフトの回転中心と該混練用スクリューエレメントの中心とを所定偏心状とし、かつ、一対の該混練用スクリューエレメント間のクリアランスが、前記回転シャフトの回転中、一定の所定値に維持されるように、一対の該混練用スクリューエレメント間の周方向の相対的角度位置関係が設定される、ことを特徴とする溶融混練押出装置。 A barrel in which two cylindrical cylinders are connected in parallel in the longitudinal direction and a pair of arcs are connected in a cross section orthogonal to the longitudinal direction.
Biaxial rotating shafts that can rotate in the same direction around the longitudinal direction and are spaced apart from each other by a predetermined distance. A two-axis rotating shaft that extends in the longitudinal direction inside,
A drive motor connected to the rotary shaft so that the rotary shaft can rotate about the longitudinal direction of the rotary shaft.
Each has a pair of screw elements that are externally fitted to each of the two shafts.
The pair of screw elements are identical to each other, are provided at the same position in the longitudinal direction of the barrel, and are arranged so as to mesh with each other at a predetermined distance between the rotating shafts of the two axes.
A supply unit that supplies the solid material into the barrel, a melt-kneading unit that heats the solid material conveyed in the barrel to a melting point or higher and kneads it, and a mixing unit that mixes the molten solid material. , Provided in this order in the longitudinal direction,
In the melt-kneading portion, it is an external heating type in which the inner surface of the barrel is a heat transfer surface, and the pair of screw elements are for kneading in which a solid material in a molten state can be kneaded through a space between the pair of screw elements. A melt kneading extruder that is a screw element.
The region formed between the outer peripheral closed curve portion and the arc portion constituting the cross-sectional outer shape orthogonal to the longitudinal direction of each of the pair of kneading screw elements is divided into a plurality of partial regions. The shape of the outer peripheral surface of the kneading screw element is set,
The pair of kneading screws so as to reduce the non-filled portion of the solid material in the partial region and reduce the difference in the fluctuation of the internal pressure of the solid material before and after the rotational clearance between the pair of kneading screw elements. Each of the elements has the same outer peripheral edge shape of an arbitrary cross section orthogonal to the axial direction over the axial direction, and the rotation center of the rotary shaft and the center of the kneading screw element have a predetermined eccentric shape and a pair. The relative angular positional relationship in the circumferential direction between the pair of kneading screw elements is set so that the clearance between the kneading screw elements is maintained at a constant predetermined value during the rotation of the rotating shaft. , A melt kneading extruder characterized by that. 溶融混練ゾーン、および混合ゾーンを軸方向にこの順に設け、各々、２軸の回転シャフトそれぞれに対して外嵌する、一対のスクリューエレメントの回転により、固形材料を軸方向に搬送しつつ、溶融混練し、均一に混合された押出物を押し出す２軸式溶融混練押出方法であって、
前記混練段階における混練用スクリューエレメントの外周閉曲線部と前記バレルとの間に形成される領域が複数の部分領域に区分けされるように、前記混練用スクリューエレメントの外周面の形状を設定する段階と、
前記部分領域における固形材料の非充満部を低減し、かつ、一対の前記混練用スクリューエレメント間の回転方向クリアランス前後における固形材料の内圧の変動差を低減するように、前記混練用スクリューエレメントの中心を前記回転シャフトの中心に所定偏心配置とする段階と、
２軸を同方向に回転させることにより、バレル内の固形材料を軸方向に搬送しつつ、バレル内面を伝熱面として外部加熱により溶融し、溶融した固形材料を混練して、押出す段階と、
を有する、ことを特徴とする溶融混練押出方法。 The melt-kneading zone and the mixing zone are provided in this order in the axial direction, and the solid material is conveyed in the axial direction by the rotation of a pair of screw elements that are fitted to each of the two rotary shafts in this order. This is a twin-screw melt-kneading extrusion method that extrudes a uniformly mixed extrusion.
A step of setting the shape of the outer peripheral surface of the kneading screw element so that the region formed between the outer peripheral closed curve portion of the kneading screw element and the barrel in the kneading step is divided into a plurality of partial regions. ,
The center of the kneading screw element so as to reduce the non-filled portion of the solid material in the partial region and reduce the fluctuation difference in the internal pressure of the solid material before and after the rotational clearance between the pair of kneading screw elements. At the stage of arranging the predetermined eccentricity at the center of the rotating shaft,
By rotating the two shafts in the same direction, the solid material in the barrel is conveyed in the axial direction, melted by external heating with the inner surface of the barrel as the heat transfer surface, and the melted solid material is kneaded and extruded. ,
A melt-kneading extrusion method comprising. 前記混練用スクリューエレメントは、前記回転シャフトが内嵌する円形開口を有し、周方向に３以上のチップを有するディスクが長手方向に積み重ねられ、長手方向に隣接するディスクの対応するチップは、周方向にずれている、長手方向に不連続タイプであり、前記バレルの中心に対して、前記円形開口の中心がオフセット配置される、請求項２に記載の溶融混練押出方法。 The kneading screw element has a circular opening into which the rotating shaft is fitted, disks having three or more chips in the circumferential direction are stacked in the longitudinal direction, and the corresponding chips of adjacent disks in the longitudinal direction are circumferential. The melt-kneading extrusion method according to claim 2, wherein the center of the circular opening is offset from the center of the barrel, which is a discontinuous type in the longitudinal direction and is displaced in the direction. 前記混練用スクリューエレメントは、前記回転シャフトが内嵌する円形開口を有するモノリシック状であり、長手方向に離間する両端面それぞれにおいて、周方向に３以上のチップを有し、周側面には、両端面のチップに連なる螺旋状リードが設けられる、長手方向に連続タイプであり、前記バレルの中心に対して、前記円形開口の中心がオフセット配置される、請求項２に記載の溶融混練押出方法。 The kneading screw element has a monolithic shape having a circular opening into which the rotary shaft is fitted, and has three or more chips in the circumferential direction on each of both end faces separated in the longitudinal direction, and both ends on the peripheral side surface. The melt-kneading extrusion method according to claim 2, wherein a spiral lead connected to a surface chip is provided, which is a continuous type in the longitudinal direction, and the center of the circular opening is offset with respect to the center of the barrel. 固形材料は、工業用固形材料、または天然物の単一または異種混合固形材料であり、バルク状、ペレット状、フレーク状片、粒状、粉状のいずれかである、請求項２ないし請求項４いずれか１項に記載の溶融混練押出方法。 The solid material is an industrial solid material, or a single or heterogeneous mixed solid material of a natural product, which is either bulk, pellet, flake-like, granular, or powdery, claim 2 to 4. The melt-kneading extrusion method according to any one of the following items. 固形材料は、工業用固形材料、または天然物の単一または異種混合固形材料であり、バルク状、ペレット状、フレーク状片、粒状、粉状のいずれかである、請求項１に記載の溶融混練押出装置。
The melt according to claim 1, wherein the solid material is an industrial solid material, or a single or heterogeneous mixed solid material of a natural product, which is either bulk, pellet, flake, granular, or powdery. Kneading extruder.
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