WO2013089097A1 - 混練用セグメント - Google Patents

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WO2013089097A1
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barrel
rotor segment
rotor
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紗矢香 山田
和久 福谷
山口　和郎
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a kneading segment used in an extruder or a continuous kneader, and more particularly to a kneading segment effective for dispersion kneading.
  • kneading equipment such as an extruder and a continuous kneader
  • materials such as polymer resin pellets and powder additives are supplied into a barrel.
  • the supplied material is sent to the downstream side while being kneaded by a pair of kneading screws inserted into the barrel.
  • the kneading screw includes a plurality of various types of segments, and each segment is fixed to a spline shaft that passes through the center of the segment. For example, by combining a screw segment with a kneading segment such as a rotor segment or a kneading disk segment, various materials can be kneaded according to the product application.
  • Patent Document 1 discloses a screw of a twin screw extruder for satisfying the above-described requirements.
  • This twin-screw extruder screw is a co-meshing twin-screw extruder screw composed of a feed section, a kneading section, and then a pumping section from the base to the tip.
  • the ratio d 0 / d i of the screw outer diameter d 0 and screw root diameter d i is from 1.65 to 1.85 and A kneading screw of 1.45 to 1.63 is combined.
  • Patent Document 1 describes that such a co-meshing twin-screw extruder screw ensures a self-cleaning action and enables kneading and extrusion at an appropriate temperature without local heat generation.
  • kneading includes dispersion mixing (dispersion kneading) and distribution mixing (distribution kneading).
  • Dispersion kneading refers to kneading that crushes agglomerates of fillers
  • distributed kneading refers to kneading that makes the material uniform.
  • the extension flow is superior to the shear flow of the material. Therefore, it can be said that the dispersion kneading can be more effectively performed in the barrel as the fluid volume ratio with a strong extension flow is higher.
  • an object of the present invention is to provide a kneading segment that increases a flow with a high degree of elongation.
  • the kneading segment of the present invention employs the following technical means.
  • the kneading segment of the present invention is provided in each of a pair of kneading screws (kneading rotors) rotatably accommodated in a barrel having a cavity inside, and rotates in the same direction together with the kneading screws.
  • an outer surface connecting the kneading flights is composed of a convex surface and a concave surface from one kneading flight side to the other kneading flight side, and the convex surface faces the rotation direction of the kneading segment. It is good to be.
  • the kneading flight is formed continuously in a spiral shape along the axial direction of the kneading screw, and the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the kneading screw is constant.
  • the convex surface and concave surface of the outer surface connecting the kneading flights are continuous.
  • (A) is the schematic of the twin-screw extruder by 1st Embodiment of this invention
  • (b) is sectional drawing of the barrel in the axial perpendicular direction of a twin-screw extruder. It is sectional drawing which shows the structure of the segment for kneading
  • a twin-screw extruder 1 of the present invention includes a barrel 2 having a hollow inside, and a kneading rotor (kneading screw) accommodated in the hollow inside the barrel 2. 3).
  • a hollow is formed in the barrel 2 by drilling two circular holes 4 that can accommodate the kneading rotor 3 in parallel.
  • this extruder is a biaxial extruder having two kneading rotors 3 in total.
  • the left side of the paper surface of FIG. 1A is referred to as an upstream side when the twin-screw extruder 1 is described, and the right side of the paper surface is referred to as a downstream side.
  • the left-right direction of the paper surface of Fig.1 (a) is called the axial direction at the time of describing the twin-screw extruder 1, and the direction perpendicular
  • the barrel 2 is formed in a long cylindrical shape along the axial direction. Inside the barrel 2, as described above, the two circular holes 4, 4 are formed in parallel from the upstream toward the downstream.
  • a hopper 5 for supplying material into the barrel 2 is provided on the upstream side in the axial direction of the barrel 2.
  • the barrel 2 is provided with a heating device (not shown) using an electric heater or heated oil.
  • the circular hole 4 is a substantially cylindrical side hole obtained by hollowing out the inside of the barrel 2 in the axial direction.
  • the cross section when the barrel 2 is cut in the direction perpendicular to the axis has openings corresponding to the through holes 4 and 4.
  • a pair of circular holes 4 are provided horizontally and parallel to the axial direction in the direction perpendicular to the plane of FIG. 1B, and some of the inner wall surfaces overlap each other. Therefore, the cross-sectional shape when the barrel 2 is cut in the direction perpendicular to the axis is a so-called “glass hole shape”, and the material can be distributed between the circular holes 4 and 4. Yes.
  • the inter-axis distance L between the central axes of the two circular holes 4 and 4 is smaller than the inner diameter R of the circular hole 4.
  • the distance L between the axes is set to be smaller than the inner diameter R of the through hole 4, so that the inner wall surface from the center axis of the through hole 4 is about 60 ° up and down.
  • the inner wall surfaces overlap each other in the range of.
  • the inter-axis distance L is set so that the inner wall surfaces overlap each other in a range of about 60 ° in the vertical direction.
  • a pair of kneading rotors 3 is provided in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1B so as to pass through each of the circular holes 4.
  • the pair of kneading rotors 3, 3 includes a spline shaft 6 disposed along the axial direction, and a plurality of segments are fixed in a skewered manner by the spline shaft 6.
  • the twin-screw extruder 1 shown in the figure the pair of kneading rotors 3 and 3 are rotated in the same rotation direction in the respective circular holes 4 (in the example shown in FIG. This is a co-rotating twin-screw extruder that rotates in the rotation direction.
  • the kneading rotor 3 is configured by combining various types of segments in the axial direction, and is divided into a plurality of parts according to the types of segments to be combined.
  • the illustrated kneading rotor 3 is composed of three parts in the axial direction: a feed unit 8, a kneading unit 7, and an extrusion unit 9.
  • the kneading part 7 is a part for kneading materials.
  • the feeding unit 8 is a part that is arranged upstream of the kneading unit 7 and feeds the material to the kneading unit 7.
  • the extruding unit 9 is a part that is arranged downstream of the kneading unit 7 and sends the material kneaded by the kneading unit 7 to a downstream pelletizer or the like.
  • the kneading part 7 is a part located at the center of the kneading rotor 3, and is composed of a plurality of kneading segments 10A arranged continuously in the axial direction.
  • the kneading segment 10A is a rotor segment, and the kneading section 7 is configured by arranging, for example, six rotor segments 10A arranged side by side in the axial direction.
  • the kneading segment 10A has a substantially elliptical cross section when cut in the direction perpendicular to the axis, and has two kneading flights 11A on both end sides along the major axis of the ellipse.
  • the kneading rotor 3 rotates, the kneading flights 11A and 11A rotate so that the top surface (tip) of the kneading flight 11A grazes the inner peripheral surface of the through hole 4 of the barrel 2.
  • the kneading flights 11A and 11A scrape off the material adhering to the barrel 2 and knead the material.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing adjacent rotor segments 10A and 10A provided in the pair of kneading rotors 3 and 3.
  • the cross-sectional view of FIG. 2 shows a cross section when the barrel 2 and adjacent rotor segments 10A, 10A are cut in the direction perpendicular to the axis, as in FIG. For convenience of explanation, hatching is omitted. As shown in FIG.
  • the rotor segment 10 ⁇ / b> A is a columnar member, and in a state of being fixed to the spline shaft 6, the cross section when cut in the direction perpendicular to the axis is a substantially elliptical shape (a rugby ball shape (prolate spheroid) cross section). Shape). Therefore, the external shape of the rotor segment 10A is constituted by a convex surface.
  • An insertion hole (not shown) through which the spline shaft 6 can be inserted is formed in the center of the cross section of the rotor segment 10A along the axial direction.
  • half of the major axis when the major axis of the substantially elliptical shape is the major axis is represented by symbol c and is called the outer diameter of the rotor segment 10A.
  • half of the minor axis of the substantially elliptical shape is the minor axis
  • half of the minor axis is represented by the symbol a and is called the valley diameter of the rotor segment 10A.
  • the intersection of the major axis and the minor axis is represented by the symbol d, and is the axis of the rotor segment 10A and the axis of the spline shaft 6.
  • the distance when the valley diameter a of the rotor segment 10A is extended to the inner wall surface of the circular hole 4 of the barrel 2, that is, from the surface of the rotor segment 10A on the extended line of the valley diameter a to the inner wall surface of the circular hole 4 The distance is represented by the symbol b.
  • the radius (curvature radius) of the circular hole 4 of the barrel 2 is represented by the symbol r
  • the radius r of the circular hole 4 of the barrel 2 is slightly larger than the outer diameter c of the rotor segment 10A, and the relationship (r> c) is established.
  • the difference (rc) between the radius r and the outer diameter c is the clearance between the barrel 2 and the kneading flight 11A.
  • the inter-axis distance L between the central axes of the two through-holes 4 and 4 is slightly larger than the sum of the valley diameter a and the outer diameter c of the rotor segment 10A, and the relationship (L> a + c) is established.
  • the difference between the inter-axis distance L and the sum of the valley diameter a and the outer diameter c (a + c) is the clearance between segments.
  • the rotor segment 10A has at least two kneading flights 11A protruding outward in the radial direction along the outer diameter direction. Since the rotor segment 10A is a columnar member having the above-described cross-sectional shape, the cross-section when cut in the direction perpendicular to the axis at any position along the axial direction has the same shape as the cross-section described above. However, two kneading flights 11A and 11A are formed in a spiral shape on the surface of the rotor segment 10A like a drill blade.
  • the rotor segment 10A has an external shape like a drill blade.
  • the kneading flight 11A formed on the surface of one rotor segment 10A does not twist, for example, 360 ° or 720 ° about the axis d along the axial direction.
  • the twist of the kneading flight 11A is, for example, about 0 ° to 180 °.
  • the ratio (a / r) of the valley diameter a to the curvature radius r of the circular hole 4 that is the cavity of the barrel 2 is 0.6 or less (a / r ⁇ 0.6).
  • the outer diameter c of the rotor segment 10A is shorter than the radius r of the circular hole 4 by the clearance of the barrel 2 and the kneading flight 11A, but this clearance is very small with respect to the radius r.
  • the rotor segment 10A has a cross-sectional shape as described above, and the ratio (a / c) of the valley diameter a to the outer diameter c is 0.6 or less (a / It can be said that c ⁇ 0.6).
  • the valley diameter a of the rotor segment 10A needs to satisfy the relationship a> D. Therefore, the ratio of the valley diameter a to the curvature radius r of the circular hole 4 is (a / r)> (D / r).
  • the radius of curvature r of the circular hole 4 of the barrel 2 and the size of the valley diameter a with respect to the outer diameter c of the rotor segment 10A are defined to be a predetermined value or less.
  • the ratio of the valley diameter a to the radius r and the outer diameter c is smaller than a predetermined size, a space between the barrel 2 and the valley portion of the rotor segment 10A can be increased. This can increase the flow with a high degree of elongation in the material to be kneaded.
  • the kneading portion 7 of the kneading rotor 3 is configured by arranging, for example, six rotor segments 10A having the above-described configuration continuously in the axial direction of the spline shaft 6.
  • the six rotor segments 10A are attached to the spline shaft 6 while changing the attachment angle around the shaft center, and the respective spiral kneading flights 11A, 11A are connected to the downstream rotor segment 10A from the upstream rotor segment 10A. It has become continuous over time.
  • a kneading flight 11A twisted, for example, 360 ° or 720 ° around the axis center d like a drill blade is formed from the upstream rotor segment 10A to the downstream rotor segment 10A. It is formed.
  • each of the kneading portions 7 and 7 of the pair of kneading rotors 3 and 3 has a major axis in each cross section of the rotor segments 10A and 10A when cut in the direction perpendicular to the axis. It is meshed so that it becomes vertical.
  • the major axes of the rotor segments 10A and 10A are always substantially perpendicular to each other.
  • FIG. 4 is a graph showing “FN> 0.7 volume ratio (%)” with respect to the ratio (a / r) of the valley diameter a to the radius r of the circular hole 4 of the barrel 2.
  • “FN> 0.7 volume ratio (%)” is a value indicating the volume ratio in the total material of a material that causes an elongational flow such that FN (flow number) exceeds 0.7.
  • FN (flow number) is an index indicating the degree of expansion of the flow field, and is defined by the following equation (1).
  • FN (
  • FN 0 is pure rotation
  • FN 1 is pure elongation
  • FN 0.5 is pure shear. Therefore, it can be said that a high volume ratio of FN> 0.7 indicates that a flow having a high degree of elongation occurs in all materials.
  • the circle M1 indicates experimental data when the conventional rotor segment (a / r> 0.6) is used.
  • this conventional rotor segment (a / r ⁇ 0.638) is used, “FN> 0.7 volume ratio (%)” is about 8.00%.
  • FN> 0.7 volume ratio (%) is only about 8.00%. It is shown that.
  • FIG. 4 shows experimental data when the rotor segment 10A (a / r ⁇ 0.567) according to the present embodiment is used as a white circle M2.
  • “FN> 0.7 volume ratio (%)” indicates a value exceeding 8.50%, which is higher than the conventional rotor segment, “FN> 0.7 volume ratio (%)”.
  • “FN> 0.7 volume ratio (%)” indicates a value exceeding 8.50%, which is higher than the conventional rotor segment, “FN> 0.7 volume ratio (%)”.
  • FIG. 4 shows experimental data when the rotor segment 10A of (a / r ⁇ 0.537) according to the present embodiment is used by a white circle M3.
  • “FN> 0.7 volume ratio (%)” indicates a value exceeding 9.00%. Therefore, it is shown that when the rotor segment 10A (a / r ⁇ 0.537) according to the present embodiment is used, a flow with a higher degree of elongation can be caused.
  • the rotor segment 10A according to the present embodiment satisfying the condition (a / r ⁇ 0.6) and the condition (a / c ⁇ 0.6) is used, the degree of elongation in the kneaded material as compared with the conventional example. The high flow can be increased.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing adjacent rotor segments 10B and 10B provided in the pair of kneading rotors 3 and 3.
  • the cross-sectional view of FIG. 3 shows a cross section when the barrel 2 and adjacent rotor segments 10B and 10B are cut in the direction perpendicular to the axis, similarly to FIG. 2 in the first embodiment.
  • hatching is omitted.
  • the rotor segment 10 ⁇ / b> B is a columnar member formed so that a cross section when cut in the direction perpendicular to the axis is substantially S-shaped in a state of being fixed to the spline shaft 6.
  • the cross section of the rotor segment 10B shown in FIG. 3 has a shape in which a part of the cross section of the substantially elliptical rotor segment 10A shown in FIG. 2 is cut out, and has a major axis and a short axis in a substantially elliptical shape. It has become. Similar to the kneading segment 10A according to the first embodiment, the kneading segment 10B according to the present embodiment has two kneading flights 11B and 11B on both end sides along the major axis.
  • the cross-sectional shape of the rotor segment 10B shown in FIG. That is, the cross-sectional shape has two identical contours symmetrically with respect to the spline shaft 6.
  • Each contour is composed of a convex portion and a concave portion.
  • the rotor segment 10B rotates clockwise toward the plane of FIG. 3 so that the convex portion faces the rotational direction and the concave portion faces the counter-rotating direction.
  • the convex portion and the concave portion are smoothly continuous, and are not discontinuous due to a step or the like at the transition from the convex portion to the concave portion.
  • the contour composed of the convex curve forming the convex portion and the concave curve forming the concave portion has an inflection point.
  • the convex portion constitutes a convex surface
  • the concave portion constitutes a concave surface.
  • the kneading flight 11B has a convex surface on the rotational direction side and a concave surface on the anti-rotational direction side.
  • the outer surface connecting the two kneading flights 11B and 11B is formed of a convex surface and a concave surface from the one kneading flight 11B side toward the other kneading flight 11B side.
  • An insertion hole (not shown) through which the spline shaft 6 can be inserted is formed in the center of the cross section of the rotor segment 10B along the axial direction.
  • half of the long diameter when the length of the long axis is taken as the long diameter is represented by symbol c and is called the outer diameter of the rotor segment 10B.
  • half of the minor axis when the minor axis is the minor axis is represented by the symbol a and is called the valley diameter of the rotor segment 10B.
  • the intersection of the major axis and the minor axis is represented by the symbol d, and is the axis of the rotor segment 10B and the axis of the spline shaft 6.
  • the radius r of the circular hole 4 of the barrel 2 is slightly larger than the outer diameter c of the rotor segment 10B, and the relationship (r> c) is established.
  • the difference (rc) between the radius r and the outer diameter c is the clearance between the barrel 2 and the kneading flight 11B.
  • the inter-axis distance L between the central axes of the two through holes 4 and 4 is slightly larger than the sum of the valley diameter a and the outer diameter c of the rotor segment 10B, and the relationship of (L> a + c) is established.
  • the difference between the inter-axis distance L and the sum of the valley diameter a and the outer diameter c (a + c) is the inter-segment clearance.
  • the rotor segment 10B has at least two kneading flights 11B protruding outward in the radial direction along the outer diameter direction. Since the rotor segment 10B is a columnar member having the above-described cross-sectional shape, the cross-section cut in the direction perpendicular to the axis at any position along the axial direction is also substantially S-shaped, similar to the cross-section described above. . However, two kneading flights 11B and 11B are formed in a spiral shape on the surface of the rotor segment 10B like a drill blade.
  • the rotor segment 10B has an external shape like a drill blade.
  • the kneading flight 11B formed on the surface of one rotor segment 10B does not twist, for example, 360 ° or 720 ° about the axis d along the axial direction.
  • the twist of the kneading flight 11B is, for example, about 0 ° to 180 °.
  • the ratio (a / r) of the valley diameter a to the curvature radius r of the circular hole 4 that is the cavity of the barrel 2 is 0.6 or less (a / r ⁇ 0.6).
  • the rotor segment 10B has the ratio of the valley diameter a to the outer diameter c (a / c) in the cross-sectional shape as described above. Is 0.6 or less (a / c ⁇ 0.6).
  • the valley diameter a of the rotor segment 10B needs to satisfy the relationship of a> D. Therefore, the ratio of the valley diameter a to the curvature radius r of the circular hole 4 is (a / r)> (D / r).
  • the rotor segment 10B is characterized in that the radius of curvature r of the circular hole 4 of the barrel 2 and the size of the valley diameter a with respect to the outer diameter c of the rotor segment 10B are defined. It is said. Further, in addition to this feature, the outer diameter shape of the rotor segment 10B is configured by the smoothly continuous convex surface and concave surface, so that the rotational direction side of the kneading flight 11B is configured as a convex surface, and the counter rotational direction side is a concave surface. It is characterized by comprising.
  • a large space can be secured between the barrel 2 and the rotor segment 10B on the counter-rotation direction side of the kneading flight 11B, and a large amount of kneading material is included in the space. Can do.
  • the valley diameter “a” with respect to the radius “r” and the outer diameter “c” smaller than a predetermined size, it is possible to include more kneading material in the space. Thereby, the kneading time can be increased, and the probability that the fluid passes through the portion with a high degree of elongation can be increased.
  • FIG. 4 is a graph showing “FN> 0.7 volume ratio (%)” as described in the first embodiment.
  • FIG. 4 shows three experimental data when using the rotor segment 10B (a / r ⁇ 0.567) according to the present embodiment by three rhombus squares M4. These three square marks M4 show the results of experiments conducted by changing the clearance between the barrel 2 and the kneading flight 11B in three ways. In any square mark M4, “FN> 0.7 volume ratio (%)” is around 9.00%.
  • FIG. 4 shows three experimental data when using the rotor segment 10B (a / r ⁇ 0.537) according to the present embodiment by three rhombus squares M5.
  • These three square marks M5 also show the results of experiments conducted by changing the clearance between the barrel 2 and the kneading flight 11B in three ways.
  • “FN> 0.7 volume ratio (%)” is around 9.00% to 9.50%, and it is shown that a flow having a higher degree of elongation can be caused.
  • embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points.
  • matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
  • the cross-sectional shapes of the rotor segment 10A according to the first embodiment and the rotor segment 10B according to the second embodiment are symmetrical vertically and horizontally, or rotationally symmetric.
  • the cross-sectional shape is not necessarily limited to a symmetrical shape, and the two kneading flights may be formed to have different shapes.
  • the concave surfaces of the two kneading flights 11B of the rotor segment 10B according to the second embodiment may be formed to have different curvatures.
  • the pair of rotor segments 10A and the rotor segment 10B are configured to be completely meshed so that the clearance between the segments is constant.
  • the clearance between the segments may be changed to a desired size by arbitrarily changing the curvature and valley diameter of the convex surfaces of the rotor segment 10A and the rotor segment 10B. That is, the pair of rotor segments 10A and the rotor segment 10B do not necessarily need to be completely meshed.

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Abstract

　本発明にかかる混練用セグメント１Ａは、内部に空洞を有するバレル２に回転自在に収容される一対の混練スクリュのそれぞれに設けられて、混練スクリュとともに同方向に回転してバレル２内に供給される材料を混練するものであって、径方向外側に向かって突出する混練フライト１１Ａを少なくとも２つ有し、バレル２の空洞の曲率半径に対する谷径の比が０．６以下である。本発明によれば、伸長度合いの高い流れを増大させる混練用セグメントが得られる。

Description

混練用セグメント
　本発明は、押出機や連続混練機などに用いられる混練用セグメントに関し、特に、分散混練に効果的な混練用セグメントに関する。
　一般に、押出機や連続混練機などの混練設備においては、バレル内に高分子樹脂のペレットや粉状の添加物などの材料が供給される。供給された材料は、バレル内に挿通された一対の混練スクリュによって混練されながら下流側へ送られる。
　混練スクリュは様々な種類のセグメントを複数備えており、各セグメントは、セグメントの中心を貫通するスプライン軸に固定されている。例えばロータセグメントやニーディングディスクセグメントなどの混練用セグメントにスクリュセグメントを組み合わせることにより、製品用途に合わせて様々な材料を混練できるようになっている。
　ところで、近年、混練される材料の種類が多くなるとともに、混練機で製造される製品の種類も増加している。それに伴って、複数の材料がどの程度均等に混練されるかといった製品の均質性に対する要求も益々高くなっている。
　特許文献１には、上述の要求を満たすための二軸押出機のスクリュが開示されている。この二軸押出機スクリュは、基部から先端にかけてフィード部、混練部、次いでポンピング部で構成される同方向噛合型二軸押出機スクリュである。ここでは、スクリュ谷径と相手スクリュの外径との噛合い隙間ΔＳが一定のとき、スクリュ外径ｄ０とスクリュ谷径ｄｉの比ｄ０／ｄｉが１．６５～１．８５および１．４５～１．６３の混練用スクリュが組み合わせられている。
　特許文献１には、このような同方向噛合型二軸押出機スクリュによれば、セルフクリーニング作用が確保され、局部発熱のない適正な温度での混練押出が可能となると記載されている。
日本国特開２００４－２８４１９５号公報
　一般に、混練としては、分散混合（分散混練）と分配混合（分配混練）とがあるとされている。分散混練はフィラの凝集塊などをつぶす混練を指し、分配混練は材料を均一化する混練を指す。このうち分散混練では材料のせん断流れよりも伸長流れの方が優位であるので、バレル内において、伸長流れが強い流体体積割合が高いほど効果的に分散混練を行うことができると言える。
　ところで、特許文献１に開示の同方向噛合型二軸押出機スクリュは、上述の分散混練や分配混練の別を、特には意識していない。しかし、各セグメントは、相手スクリュの付着樹脂を掻き落とすセルフクリーニング作用の能力（セルフクリーニング性）を得るために、セグメント間のクリアランス（＝軸間－（セグメント外径＋セグメント谷径））が一定となるように形成されている。
　しかし、セグメント間のクリアランスを一定としなければならないのなら、バレルとセグメントとの間の空間を確保して流体体積割合を高めることは困難である。そのため、伸長流れを効果的に促進させつつ分散混練を行うことも困難となる。
　そこで本発明は、上記問題点に鑑み、伸長度合いの高い流れを増大させる混練用セグメントを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の混練用セグメントは以下の技術的手段を講じている。
　本発明の混練用セグメントは、内部に空洞を有するバレルに回転自在に収容される一対の混練スクリュ（混練ロータ）のそれぞれに設けられて、前記混練スクリュとともに同方向に回転して前記バレルの前記空洞内に供給される材料を混練する混練用セグメントであって、径方向外側に向かって突出する混練フライトを少なくとも２つ有し、前記バレルの前記空洞の曲率半径に対する谷径の比が、０．６以下であることを特徴とする。
　好ましくは、前記混練フライト間を接続する外表面が、一方の混練フライト側から他方の混練フライト側に向かって凸面と凹面とで構成され、前記凸面が、前記混練用セグメントの回転方向を向いているとよい。
　また、好ましくは、前記混練フライトは、前記混練スクリュの軸方向に沿って連続的に螺旋状に形成され、前記混練スクリュの軸方向に垂直な断面の形状が一定であるとよい。
　さらに、好ましくは、前記混練スクリュの軸方向に垂直な断面において、前記混練フライト間を接続する外表面の凸面と凹面とが連続しているとよい。
　本発明によれば、伸長度合いの高い流れを増大させる混練用セグメントを提供することができる。
（ａ）は、本発明の第１実施形態による２軸押出機の概略図であり、（ｂ）は、２軸押出機の軸垂直方向におけるバレルの断面図である。 本発明の第１実施形態による混練用セグメントの構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による混練用セグメントの構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態及び第２実施形態による混練用セグメントについて、バレル半径に対する谷径の比とＦＮ＞０．７体積割合との関係を表すグラフを示す図である。
（第１実施形態）
　以下、本発明の第１実施形態による混練用セグメント１０Ａ及び２軸押出機１を、図面に基づき詳しく説明する。
　図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明の２軸押出機１は、内部が空洞となったバレル２と、バレル２内部の空洞に収容される混練ロータ（混練スクリュ）３と、を有している。バレル２の内部には、混練ロータ３を収容可能な円通孔４が平行に２つ並んで穿孔されることにより、空洞が形成されている。２つの円通孔４，４の内壁面は互いに部分的に重なり合うようになっており、一方の円通孔４から他方の円通孔４に材料が移動可能となっている。これら２つの円通孔４，４のそれぞれには混練ロータ３が挿通されている。このように、この押出機は、混練ロータ３を合計で２軸有する２軸押出機となっている。
　次に、本実施形態による２軸押出機１の構成を詳しく説明する。
　なお、以下の説明において、図１（ａ）の紙面の左側を２軸押出機１を説明する際の上流側と呼び、紙面の右側を下流側と呼ぶ。また、図１（ａ）の紙面の左右方向を、２軸押出機１を説明する際の軸方向と呼び、さらに、軸方向に対して垂直な方向を軸垂直方向と呼ぶ。
　図１（ａ）に示すように、バレル２は、軸方向に沿って長い筒状に形成されている。バレル２の内部には、上述したように２つの円通孔４，４が平行に並んで上流から下流に向かって形成されている。バレル２の軸方向の上流側には、バレル２内に材料を供給するホッパ５が設けられている。またバレル２の内部には、電気ヒーターや加熱した油を用いた加熱装置（図示略）が備えられている。
　図１（ｂ）に示すように、円通孔４は、バレル２の内部を軸方向に向かって水平にくり抜いて得られる略円筒状の横穴である。バレル２を軸垂直方向に切断したときの断面は、円通孔４，４に対応する開口を有する。円通孔４は、軸方向に水平且つ平行に並んで図１（ｂ）の紙面垂直方向に一対設けられており、その内壁面の一部が互いに重なり合っている。それ故、バレル２を軸垂直方向に切断したときの断面形状は、いわゆる「めがね孔状」となっており、両円通孔４，４の間で材料の流通（往来）が可能となっている。
　よって、２つの円通孔４，４の中心軸同士の軸間距離Ｌは、円通孔４の内径Ｒよりも小さくなっている。図１（ｂ）にあるように、この軸間距離Ｌが円通孔４の内径Ｒよりも小さく設定されることで、円通孔４の中心軸から内壁面を見て上下に６０°程度の範囲において内壁面同士が重なり合っている。逆に言えば、上下６０°程度の範囲で内壁面同士が重なるように、軸間距離Ｌが設定されている。
　混練ロータ３は円通孔４のそれぞれを挿通するように、図１（ｂ）の紙面垂直方向に一対設けられている。一対の混練ロータ３，３は、軸方向に沿って配置されたスプライン軸６を内部に備えており、このスプライン軸６により複数のセグメントが串刺し状に固定されている。なお、図例の２軸押出機１は、一対の混練ロータ３，３がそれぞれの円通孔４の中で互いに同じ回転方向（図１（ｂ）の例では、いずれも紙面に向かって時計回り方向）に回転する同方向回転型２軸押出機である。
　図１（ａ）に示すように、混練ロータ３は、さまざまな種類のセグメントを軸方向に組み合わせて構成されており、組み合わせるセグメントの種類に応じて複数のパートに分かれている。図例の混練ロータ３は、軸方向に送り部８、混練部７、及び押出部９の３つのパートで構成されている。混練部７は、材料を混練するパートである。送り部８は、混練部７より上流側に配備されてこの混練部７に材料を送るパートである。押出部９は、混練部７より下流側に配備されて混練部７で混練された材料を下流側のペレタイザなどに送るパートである。
　３つのパートのうち混練部７は、混練ロータ３の中央に位置するパートであり、軸方向に連続して配備された複数の混練用セグメント１０Ａで構成されている。本実施形態では、混練用セグメント１０Ａはロータセグメントであり、このロータセグメント１０Ａを軸方向に連続して、例えば６個並べて配備することで混練部７が構成されている。混練用セグメント１０Ａは、軸垂直方向に切断したときに略楕円形状の断面を有し、楕円の長径に沿った両端側に２つの混練フライト１１Ａを有している。混練ロータ３が回転すると、これらの混練フライト１１Ａ，１１Ａは、混練フライト１１Ａの頂面（先端）がバレル２の円通孔４の内周面をかすめるように回転する。これにより、混練フライト１１Ａ，１１Ａは、バレル２に付着した材料を残さず掻き取って材料を混練するようになっている。
　図２を参照しながら、本実施形態に係るロータセグメント１０Ａの構成について説明する。図２は、一対の混練ロータ３，３に備えられた、隣り合うロータセグメント１０Ａ，１０Ａを示す断面図である。図２の断面図は、図１（ｂ）と同様に、バレル２及び隣り合うロータセグメント１０Ａ，１０Ａを軸垂直方向に切断したときの断面を示している。尚、説明の便宜上、ハッチングは省略する。
　図２に示すように、ロータセグメント１０Ａは柱状の部材であり、スプライン軸６に固定された状態において、軸垂直方向に切断したときの断面が略楕円形状（ラグビーボール形状（prolate spheroid）の断面形状）となるように形成されている。よってロータセグメント１０Ａの外観形状は、凸面によって構成されている。
　ロータセグメント１０Ａの当該断面における中央にはスプライン軸６を挿通可能な挿通孔（図示せず）が軸方向に沿って形成されている。
　図２に示す略楕円形状の断面において、略楕円形状の長軸の長さを長径としたときの長径の半分は符号ｃで表され、ロータセグメント１０Ａの外径と呼ぶ。また、略楕円形状の短軸の長さを短径としたときの短径の半分は符号ａで表され、ロータセグメント１０Ａの谷径と呼ぶ。長軸と短軸の交点は符号ｄで表されており、ロータセグメント１０Ａの軸心であると共に、スプライン軸６の軸心でもある。ロータセグメント１０Ａの谷径ａを、バレル２の円通孔４の内壁面まで延長したときの距離、すなわち、谷径ａの延長線上におけるロータセグメント１０Ａの表面から円通孔４の内壁面までの距離は符号ｂで表される。バレル２の円通孔４の半径（曲率半径）を符号ｒで表すと、半径ｒは、谷径ａと距離ｂの和（ｒ＝ａ＋ｂ）で表される。
　ここで、バレル２の円通孔４の半径ｒはロータセグメント１０Ａの外径ｃより若干大きく、（ｒ＞ｃ）の関係が成立する。このとき、半径ｒと外径ｃとの差（ｒ－ｃ）は、バレル２と混練フライト１１Ａのクリアランスである。また、２つの円通孔４，４の中心軸同士の軸間距離Ｌは、ロータセグメント１０Ａの谷径ａと外径ｃの和よりも若干大きく、（Ｌ＞ａ＋ｃ）の関係が成立する。このとき、軸間距離Ｌと、谷径ａ及び外径ｃの和（ａ＋ｃ）との差は、セグメント間のクリアランスである。
　このような形状によって、ロータセグメント１０Ａは、外径方向に沿って径外側に向かって突出する混練フライト１１Ａを少なくとも２つ有する。
　ロータセグメント１０Ａは、上述の断面形状を有する柱状の部材であるので、軸方向に沿ったいずれの位置において軸垂直方向に切断したときの断面も、上で説明した断面と同様の形状である。しかし、ロータセグメント１０Ａの表面には、２つの混練フライト１１Ａ，１１Ａがドリルの刃のように螺旋状に形成されている。つまり、２つの混練フライト１１Ａ，１１Ａは軸方向に沿って連続的にねじれて螺旋状に形成されているため、ロータセグメント１０Ａは、ドリルの刃のような外観形状を有している。ただし、一つのロータセグメント１０Ａの表面に形成された混練フライト１１Ａは、ドリルの刃とは異なり、軸方向に沿って軸心ｄを中心に例えば３６０°や７２０°もねじれるものではない。混練フライト１１Ａのねじれは、例えば、０°～１８０°程度である。
　本実施形態によるロータセグメント１０Ａは、上述のような断面形状において、バレル２の空洞である円通孔４の曲率半径ｒに対する谷径ａの比（ａ／ｒ）が０．６以下（ａ／ｒ≦０．６）であることを特徴とする。
　ここで、ロータセグメント１０Ａの外径ｃは、バレル２と混練フライト１１Ａのクリアランス分だけ、円通孔４の半径ｒよりも短いが、このクリアランスは、半径ｒに対して非常に小さい。よって、外径ｃが半径ｒにほぼ等しいとすれば、ロータセグメント１０Ａは、上述のような断面形状において、外径ｃに対する谷径ａの比（ａ／ｃ）が０．６以下（ａ／ｃ≦０．６）であることを特徴とするともいえる。
　尚、ロータセグメント１０Ａを挿通するスプライン軸６の半径をＤとしたとき、ロータセグメント１０Ａの谷径ａは、ａ＞Ｄの関係を満たす必要がある。したがって、円通孔４の曲率半径ｒに対する谷径ａの比は、（ａ／ｒ）＞（Ｄ／ｒ）である。
　このように、本実施形態によるロータセグメント１０Ａは、バレル２の円通孔４の曲率半径ｒ及びロータセグメント１０Ａの外径ｃに対する谷径ａの大きさが所定値以下に規定されていることを特徴の一つとしている。半径ｒや外径ｃに対する谷径ａの割合が所定の大きさよりも小さいことにより、バレル２とロータセグメント１０Ａの谷部との間の空間を大きくとることができる。これによって、混練される材料において伸長度合いの高い流れを増大させることができる。
　本実施形態では、上述のような構成のロータセグメント１０Ａを、スプライン軸６の軸方向に連続して例えば６個並べることで混練ロータ３の混練部７が構成されている。６個のロータセグメント１０Ａは、軸心周りの取り付け角度を変えながらスプライン軸６に取り付けられており、それぞれの螺旋状の混練フライト１１Ａ，１１Ａが上流側のロータセグメント１０Ａから下流側のロータセグメント１０Ａにかけて連続するようになっている。これによって、上流側のロータセグメント１０Ａから下流側のロータセグメント１０Ａにかけて、ドリルの刃のように軸心ｄを中心に例えば、３６０°や７２０°ねじれた混練フライト１１Ａが形成され、混練部７が形成される。
　この混練部７を有する一対の混練ロータ３，３を円通孔４，４のそれぞれに挿通する際には、一対の混練ロータ３，３が互いに接触しないように、送り部８、混練部７、及び押出部９を噛み合わせなくてはならない。
　図２に示すように、一対の混練ロータ３，３の混練部７，７のそれぞれは、軸垂直方向に切断したときのロータセグメント１０Ａ，１０Ａのそれぞれの断面における各長径が、互いに対して略垂直となるように噛み合わされる。これによって、一対の混練ロータ３，３が時計回りに同じ速度で回転する限り、ロータセグメント１０Ａ，１０Ａの各長径は常に互いに対して略垂直となる。
　図４を参照して、本実施形態によるロータセグメント１０Ａを用いた場合の効果を説明する。図４は、バレル２の円通孔４の半径ｒに対する谷径ａの比（ａ／ｒ）に対する「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」を表すグラフである。
　ここで、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」は、ＦＮ（フローナンバー）が０．７を超えるような伸長流れを起こす材料の、全材料中における体積割合を示す値である。なお、ＦＮ（フローナンバー）は、流れ場の伸長度合いを示す指標であり、次の式（１）で定義される。
ＦＮ＝（｜相当ひずみ速度｜）／（｜相当ひずみ速度｜＋｜渦度｜）・・・（１）
　式（１）の定義によって、ＦＮ＝０は純回転、ＦＮ＝１は純伸長、ＦＮ＝０．５は純せん断であることを示すことができる。よって、ＦＮ＞０．７の体積割合が高いということは、全材料中において伸長度合いの高い流れが起きていることを示しているといえる。
　ここで、図４に戻って、丸印Ｍ１は、（ａ／ｒ＞０．６）である従来型ロータセグメントを用いたときの実験データを示している。この従来型ロータセグメント（ａ／ｒ≒０．６３８）を用いたときの「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」は、約８．００％である。また、図４は、白い丸印によれば、（ａ／ｒ≒０．６５）前後のロータセグメントでは、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が約８．００％程度にしかならないことを示している。
　このような従来型ロータセグメントによる「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」（約８．００％）を基準にして、本実施形態によるラグビーボール形状のロータセグメント１０Ａの実験データを参照する。
　図４は、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５６７）のロータセグメント１０Ａを用いたときの実験データを、白い丸印Ｍ２で示している。丸印Ｍ２によれば、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が８．５０％を超える値を示しており、従来型ロータセグメントよりも高い「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」を得ている。よって、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５６７）のロータセグメント１０Ａを用いると、従来型ロータセグメントよりも伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
　さらに、図４は、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５３７）のロータセグメント１０Ａを用いたときの実験データを、白い丸印Ｍ３で示している。白い丸印Ｍ３によれば、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が９．００％を超える値を示している。よって、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５３７）のロータセグメント１０Ａを用いると、さらに伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
　以上のように、条件（ａ／ｒ≦０．６）や条件（ａ／ｃ≦０．６）を満たす本実施形態のロータセグメント１０Ａを用いれば、従来と比べて、混練材料中に伸長度合いの高い流れを増大させることができる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、混練用セグメント１０Ａとは異なる構成の混練用セグメント１０Ｂを用いる点で、第１実施形態とは異なる。本実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。以下、本実施形態による混練用セグメント１０Ｂの構成について説明する。
　図３は、一対の混練ロータ３，３に備えられた、隣り合うロータセグメント１０Ｂ，１０Ｂを示す断面図である。図３の断面図は、第１実施形態における図２と同様に、バレル２及び隣り合うロータセグメント１０Ｂ，１０Ｂを軸垂直方向に切断したときの断面を示している。尚、説明の便宜上、ハッチングは省略する。
　図３に示すように、ロータセグメント１０Ｂは、スプライン軸６に固定された状態において、軸垂直方向に切断したときの断面が略Ｓ字状となるように形成された柱状の部材である。図３に示すロータセグメント１０Ｂの断面は、図２に示す略楕円形状のロータセグメント１０Ａの断面の一部を切り欠いた形状を有しており、略楕円形状における長軸及び短軸を有する形状となっている。本実施形態による混練用セグメント１０Ｂは、第１実施形態による混練用セグメント１０Ａと同様に、長軸に沿った両端側に２つの混練フライト１１Ｂ，１１Ｂを有している。
　図３に示すロータセグメント１０Ｂの断面形状は、スプライン軸６に関して対称な輪郭を有していると言える。つまり、当該断面形状は、スプライン軸６に関して対称に２つの同じ形状の輪郭を有している。各輪郭は、凸部と凹部で構成されている。ロータセグメント１０Ｂは、図３の紙面に向かって時計回りに回転し、凸部が回転方向側を向き、且つ凹部が反回転方向側を向くようになっている。ここで、凸部と凹部は滑らかに連続しており、凸部から凹部への変わり目で段差などにより不連続とならないようになっている。言い換えれば、凸部を形成する凸状曲線と凹部を形成する凹状曲線とからなる当該輪郭は、変曲点を有しているといえる。
　ロータセグメント１０Ｂの外観形状において、このような凸部は凸面を構成し、凹部は凹面を構成する。このことを踏まえて、図３を再び参照すると、混練フライト１１Ｂの回転方向側は凸面で構成され、反回転方向側は凹面で構成されているといえる。つまり、２つの混練フライト１１Ｂ，１１Ｂ間を結ぶ外表面が、一方の混練フライト１１Ｂ側から他方の混練フライト１１Ｂ側に向かって凸面と凹面で構成されているともいえる。
　なお、ロータセグメント１０Ｂの当該断面における中央にはスプライン軸６を挿通可能な挿通孔（図示せず）が軸方向に沿って形成されている。
　図３に示すロータセグメント１０Ｂの断面において、長軸の長さを長径としたときの長径の半分は符号ｃで表わされ、ロータセグメント１０Ｂの外径と呼ぶ。また、短軸の長さを短径としたときの短径の半分は符号ａで表わされ、ロータセグメント１０Ｂの谷径と呼ぶ。長軸と短軸の交点は符号ｄで表されており、ロータセグメント１０Ｂの軸心であると共に、スプライン軸６の軸心でもある。ロータセグメント１０Ｂの谷径ａをバレル２の円通孔４の内壁面まで延長したときの距離、すなわち、谷径ａの延長線上におけるロータセグメント１０Ｂの表面から円通孔４の内壁面までの距離は符号ｂで表わされ、バレル２の円通孔４の半径（曲率半径）は符号ｒで表わされる。このとき、半径ｒは、谷径ａと距離ｂの和（ｒ＝ａ＋ｂ）で表される。
　ここで、バレル２の円通孔４の半径ｒは、ロータセグメント１０Ｂの外径ｃより若干大きく、（ｒ＞ｃ）の関係が成立する。このとき、半径ｒと外径ｃとの差（ｒ－ｃ）は、バレル２と混練フライト１１Ｂのクリアランスである。また、２つの円通孔４，４の中心軸同士の軸間距離Ｌは、ロータセグメント１０Ｂの谷径ａと外径ｃの和よりも若干大きく、（Ｌ＞ａ＋ｃ）の関係が成立する。このとき、軸間距離Ｌと、谷径ａ及び外径ｃの和（ａ＋ｃ）との差は、セグメント間クリアランスである。
　このような形状によって、ロータセグメント１０Ｂは、外径方向に沿って径外側に向かって突出する混練フライト１１Ｂを少なくとも２つ有する。
　ロータセグメント１０Ｂは、上述の断面形状を有する柱状の部材であるので、軸方向に沿ったいずれの位置において軸垂直方向に切断した断面も、上で説明した断面と同様の略Ｓ字状となる。しかし、ロータセグメント１０Ｂの表面には、２つの混練フライト１１Ｂ，１１Ｂがドリルの刃のように螺旋状に形成されている。つまり、２つの混練フライト１１Ｂ，１１Ｂが軸方向に沿って連続的にねじれて螺旋状に形成されているため、ロータセグメント１０Ｂは、ドリルの刃のような外観形状を有している。ただし、一つのロータセグメント１０Ｂの表面に形成された混練フライト１１Ｂは、ドリルの刃とは異なり、軸方向に沿って軸心ｄを中心に例えば、３６０°や７２０°ねじれるものではない。混練フライト１１Ｂのねじれは、例えば、０°～１８０°程度である。
　本実施形態によるロータセグメント１０Ｂは、上述のような断面形状において、バレル２の空洞である円通孔４の曲率半径ｒに対する谷径ａの比（ａ／ｒ）が０．６以下（ａ／ｒ≦０．６）であることを特徴とする。
　ここで、第１実施形態と同様に外径ｃが半径ｒにほぼ等しいとすれば、ロータセグメント１０Ｂは、上述のような断面形状において、外径ｃに対する谷径ａの比（ａ／ｃ）が０．６以下（ａ／ｃ≦０．６）であることを特徴とするともいえる。
　尚、ロータセグメント１０Ｂを挿通するスプライン軸６の半径をＤとしたとき、ロータセグメント１０Ｂの谷径ａは、ａ＞Ｄの関係を満たす必要がある。したがって、円通孔４の曲率半径ｒに対する谷径ａの比は、（ａ／ｒ）＞（Ｄ／ｒ）である。
　このように、本実施形態によるロータセグメント１０Ｂは、バレル２の円通孔４の曲率半径ｒ及びロータセグメント１０Ｂの外径ｃに対する谷径ａの大きさが規定されていることを特徴の一つとしている。また、この特徴に加えて、滑らかに連続する凸面と凹面とでロータセグメント１０Ｂの外径形状を構成することで、混練フライト１１Ｂの回転方向側を凸面で構成し、反回転方向側を凹面で構成することを特徴としている。
　反回転方向側を凹面で構成することによって、混練フライト１１Ｂの反回転方向側においてバレル２とロータセグメント１０Ｂとの間に大きな空間を確保することができ、多くの混練材料を当該空間に含むことができる。これに加えて、半径ｒや外径ｃに対する谷径ａを所定の大きさよりも小さくすることで、当該空間にさらに多くの混練材料を含むことができる。これによって混練時間を増大させることができ、流体が、伸長度合いの高い部分を通る確率を増大させることができる。
　図４を参照して、本実施形態によるロータセグメント１０Ｂを用いた場合の効果を説明する。図４は、第１実施形態で説明したように「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」を表すグラフである。
　図４は、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５６７）のロータセグメント１０Ｂを用いたときの３つの実験データを、３つの菱形の角印Ｍ４で示している。これら３つの角印Ｍ４は、バレル２と混練フライト１１Ｂのクリアランスを３通りに変化させて実験した結果を示している。いずれの角印Ｍ４においても、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が９．００％前後である。従来型ロータセグメント（ａ／ｒ＝０．６５０）に関して菱形の角印で示された実験データにおいては、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が約８．００％であり、本実施形態の「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」の方が高い。よって、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５６７）のロータセグメント１０Ｂを用いると、従来型ロータセグメントよりも伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
　さらに、図４は、本実施形態による（ａ／ｒ≒０．５３７）のロータセグメント１０Ｂを用いたときの３つの実験データを、３つの菱形の角印Ｍ５で示している。これら３つの角印Ｍ５も、バレル２と混練フライト１１Ｂのクリアランスを３通りに変化させて実験した結果を示している。いずれの角印Ｍ５も、「ＦＮ＞０．７体積割合（％）」が９．００％～９．５０％前後であり、さらに伸長度合いの高い流れを起こせることが示されている。
　以上のように、（ａ／ｒ≦０．６）や（ａ／ｃ≦０．６）を満たすと共に、凸面と凹面で構成された混練フライト１１Ｂを有する本実施形態のロータセグメント１０Ｂを用いれば、従来と比べて、混練材料中に伸長度合いの高い流れを大幅に増大させることができる。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば容易に想定することが可能な値が採用されている。
　例えば、第１実施形態によるロータセグメント１０Ａ及び第２実施形態ロータセグメント１０Ｂの断面形状は、上下左右に対称、又は回転対称であった。しかし、断面形状は、必ずしも対称形状に限定されず、２つの混練フライトが互いに異なる形状となるように形成されてもよい。特に、第２実施形態によるロータセグメント１０Ｂの２つの混練フライト１１Ｂにおける各凹面は、互いに異なる曲率となるように形成されても構わない。
　また、第１実施形態及び第２実施形態において、一対のロータセグメント１０Ａ及びロータセグメント１０Ｂは、セグメント間のクリアランスが一定となる完全噛合となるように構成されている。しかしながら、ロータセグメント１０Ａ及びロータセグメント１０Ｂの凸面の曲率や谷径を任意に変化させることによって、セグメント間のクリアランスが所望の大きさとなるように変化するものであってもよい。つまり、一対のロータセグメント１０Ａ及びロータセグメント１０Ｂは、必ずしも完全噛合である必要はない。
　以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能である。本出願は２０１１年１２月１４日出願の日本特許出願（特願２０１１－２７３４８８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　１　２軸押出機
　２　バレル
　３　混練ロータ
　４　円通孔
　５　ホッパ
　６　スプライン軸
　７　混練部
　８　送り部
　９　押出部
　１０Ａ，１０Ｂ　混練用セグメント
　１１Ａ，１１Ｂ　混練フライト

Claims (4)

  1. 　内部に空洞を有するバレルに回転自在に収容される一対の混練スクリュのそれぞれに設けられて、前記混練スクリュとともに同方向に回転して前記バレルの前記空洞内に供給される材料を混練する混練用セグメントであって、
    　径方向外側に向かって突出する混練フライトを少なくとも２つ有し、前記バレルの前記空洞の曲率半径に対する谷径の比が、０．６以下であることを特徴とする混練用セグメント。
  2. 　前記混練フライト間を接続する外表面が、一方の混練フライト側から他方の混練フライト側に向かって凸面と凹面とで構成され、
    　前記凸面が、前記混練用セグメントの回転方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の混練用セグメント。
  3. 　前記混練フライトは、前記混練スクリュの軸方向に沿って連続的に螺旋状に形成され、
    　前記混練スクリュの軸方向に垂直な断面の形状が一定であることを特徴とする請求項１に記載の混練用セグメント。
  4. 　前記混練スクリュの軸方向に垂直な断面において、前記混練フライト間を接続する外表面の凸面と凹面とが連続していることを特徴とする請求項１に記載の混練用セグメント。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3037233A4 (en) * 2013-08-23 2016-09-14 Japan Steel Works Ltd DOUBLE SCREEN EXTRUDERS FOR USE IN THE MANUFACTURE OF A FIBER-REINFORCED RESIN COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING A FIBER-REINFORCED RESIN COMPOSITION
CN105980121A (zh) * 2014-02-13 2016-09-28 株式会社神户制钢所 连续混炼装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6308907B2 (ja) * 2013-08-13 2018-04-11 株式会社神戸製鋼所 連続混練機
JP6550253B2 (ja) 2014-04-24 2019-07-24 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6527742B2 (ja) 2014-04-24 2019-06-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6639798B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6639800B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6639799B2 (ja) 2014-05-08 2020-02-05 東芝機械株式会社 混練装置および混練方法
JP6464025B2 (ja) 2015-04-28 2019-02-06 東芝機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
JP6746278B2 (ja) 2015-04-28 2020-08-26 芝浦機械株式会社 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法
US20220371254A1 (en) * 2019-10-16 2022-11-24 Zuiko Corporation Rotary extruder

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0550425A (ja) * 1991-08-28 1993-03-02 Kobe Steel Ltd 連続混練機の混練度制御装置
JP2004284195A (ja) 2003-03-24 2004-10-14 Toshiba Mach Co Ltd 二軸押出機のスクリュ
JP2007007864A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Toshiba Mach Co Ltd オンラインブレンド射出成形機の可塑化装置
JP2011088343A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Kobe Steel Ltd 混練装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6136246A (en) * 1997-11-07 2000-10-24 Rauwendaal Extrusion Engineering Screw extruder with improved dispersive mixing elements
DE10207145B4 (de) * 2002-02-20 2004-07-15 Blach, Josef A. Vorrichtung zum Dispergieren und Aufschmelzen fließfähiger Stoffe
US7188992B2 (en) * 2003-07-30 2007-03-13 Americhem, Inc. Kneading element and related articles
BRPI0823108A2 (pt) * 2008-09-29 2015-06-16 Steer Engineering Private Ltd Metodo de operacao de extrusor
CN201950743U (zh) * 2011-01-14 2011-08-31 杨艺林 一种双转子连续混炼装置
DE202013009015U1 (de) * 2013-10-11 2014-01-27 Extricom Gmbh SideFeeder mit Rückwärtsentlüftung und Schneckensteigung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0550425A (ja) * 1991-08-28 1993-03-02 Kobe Steel Ltd 連続混練機の混練度制御装置
JP2004284195A (ja) 2003-03-24 2004-10-14 Toshiba Mach Co Ltd 二軸押出機のスクリュ
JP2007007864A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Toshiba Mach Co Ltd オンラインブレンド射出成形機の可塑化装置
JP2011088343A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Kobe Steel Ltd 混練装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2792462A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3037233A4 (en) * 2013-08-23 2016-09-14 Japan Steel Works Ltd DOUBLE SCREEN EXTRUDERS FOR USE IN THE MANUFACTURE OF A FIBER-REINFORCED RESIN COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING A FIBER-REINFORCED RESIN COMPOSITION
US10427325B2 (en) 2013-08-23 2019-10-01 The Japan Steel Works, Ltd. Twin screw extruder for use in manufacturing fiber-reinforced resin composition and process for manufacturing fiber-reinforced resin composition
CN105980121A (zh) * 2014-02-13 2016-09-28 株式会社神户制钢所 连续混炼装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2792462A4 (en) 2015-08-19
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EP2792462A1 (en) 2014-10-22
JP2013123841A (ja) 2013-06-24
JP5631296B2 (ja) 2014-11-26
CN103987503A (zh) 2014-08-13

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