(57)【要約】【課題】  植物系原料の爆砕処理と、植物系原料の減容固化処理とを実現する２軸スクリュー押出し機を提供する。【解決手段】  押出しスクリュー４はスクリュー軸411,412,421に巻回した螺旋羽根413,422からなる送り込み部41及び圧縮部42と、同じくスクリュー軸431に巻回した逆螺旋羽根432からなる高圧縮部43とを投入口２から放出口３に向けて順に有してなり、両押出しスクリュー４,４は回転方向が鏡面対称で、互いの螺旋羽根413,422及び逆螺旋羽根432を噛み合う位置関係に配し、シリンダ１の投入口２は両押出しスクリュー４,４の送り込み部41,41を構成する螺旋羽根413,413の噛み合い範囲で両押出しスクリュー４,４の延在直交方向に開口し、シリンダ１の放出口３は両押出しスクリュー４,４の高圧縮部43,43を構成する逆螺旋羽根432,432の噛み合い範囲で両押出しスクリュー４,４の延在方向に開口した２軸スクリュー押出し機である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入口及び放出口を設けたシリンダ内に、前記投入口及び放出口を結ぶ方向に延びる一対の押出しスクリューを収めた２軸スクリュー押出し機であって、各押出しスクリューはスクリュー軸に巻回した螺旋羽根からなる送り込み部及び圧縮部と、同じくスクリュー軸に巻回した逆螺旋羽根からなる高圧縮部とを投入口から放出口に向けて順に有してなり、両押出しスクリューは回転方向が鏡面対称で、互いの螺旋羽根及び逆螺旋羽根を噛み合う位置関係に配し、シリンダの投入口は両押出しスクリューの送り込み部を構成する螺旋羽根の噛み合い範囲で両押出しスクリューの延在直交方向に開口し、シリンダの放出口は両押出しスクリューの高圧縮部を構成する逆螺旋羽根の噛み合い範囲で両押出しスクリューの延在方向に開口してなる２軸スクリュー押出し機。
【請求項２】
押出しスクリューは、送り込み部のスクリュー軸に対して圧縮部のスクリュー軸を大径にすることにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現してなる請求項１記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項３】
押出しスクリューは、送り込み部の螺旋羽根に対して圧縮部の螺旋羽根の枚数を増やすことにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現してなる請求項１記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項４】
押出しスクリューは、送り込み部の螺旋羽根に対して圧縮部の螺旋羽根のピッチを狭くすることにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現してなる請求項１記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項５】
押出しスクリューは、高圧縮部を交換自在にしてなり、該高圧縮部に代えて圧縮部の螺旋羽根に連続する補助螺旋羽根を巻回した延長部を取り付けてなる請求項１〜４いずれか記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項６】
シリンダの放出口は、両押出しスクリューのスクリュー軸の中心を結ぶ線より高圧縮部を構成する逆螺旋羽根が噛み合う側に開口してなる請求項１記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項７】
シリンダの放出口は、開閉自在な遮蔽板により開口面積が増減自在にしてなる請求項１又は６いずれか記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項８】
遮蔽板は、放出口に対して一方向に変位して該放出口を開閉してなる請求項７記載の２軸スクリュー押出し機。
【請求項９】
遮蔽板は、放出口の閉鎖方向に凸な周縁を有してなる請求項８記載の２軸スクリュー押出し機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物系原料を水蒸気爆発により爆砕処理する２軸スクリュー押出し機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば廃木材、藁、剪定枝、サトウキビの搾りかす等の植物系原料は、過剰に圧縮することで水蒸気爆発を誘引して、爆砕処理を施すことで解繊し、成分の抽出や発酵を促進させる。また、植物系原料は、圧縮の程度を抑えることで押し固めるに留め、減容固化処理を図ることができる。
【０００３】
植物系原料の爆砕処理は、例えば特許文献１に見られるように、耐圧容器中で飽和水蒸気又は加熱水蒸気により加圧下で加熱処理し、急激に低圧雰囲気中に解放することで実現する、いわゆるバッチ処理方式である。また、植物系原料の減容固化処理は、押出しスクリューによる連続処理方式が用いられていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭61-053331号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したところから分かるように、植物系原料の爆砕処理はバッチ処理が通例であり、植物系原料の処理量が増加すると処理が間に合わなくなる問題がある。また、植物系原料の爆砕処理と減容固化処理とは、圧縮程度に差があるだけにもかかわらず、従来は別の装置構成を用いていたため、両者を必要とする場合、それぞれ別の装置を設置しなければならない問題がある。
【０００６】
理屈的には、長尺な押出しスクリューを用意し、水分を含ませた植物系原料を順次圧縮していく途中で排出して減容固化処理を図り、最後まで圧縮して大気中に解放することで水蒸気爆発を招いて爆砕処理を図ることも考えられる。しかし、こうした押出しスクリューは、植物系原料の圧縮を図る螺旋羽根の設定が難しいばかりでなく、爆砕処理を実現するためには非常に長い押出しスクリューが必要になり、装置単体としても大型化を招く問題があり、現実的ではない。
【０００７】
そこで、第１に押出しスクリューを利用して水蒸気爆発による植物系原料の爆砕処理を実現しながら、第２に必要に応じて前記押出しスクリューを用いて植物系原料の減容固化処理をも実現できる装置構成について検討することにした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
検討の結果開発したものが、投入口及び放出口を設けたシリンダ内に、前記投入口及び放出口を結ぶ方向に延びる一対の押出しスクリューを収めた２軸スクリュー押出し機であって、各押出しスクリューはスクリュー軸に巻回した螺旋羽根からなる送り込み部及び圧縮部と、同じくスクリュー軸に巻回した逆螺旋羽根からなる高圧縮部とを投入口から放出口に向けて順に有してなり、両押出しスクリューは回転方向が鏡面対称で、互いの螺旋羽根及び逆螺旋羽根を噛み合う位置関係に配し、シリンダの投入口は両押出しスクリューの送り込み部を構成する螺旋羽根の噛み合い範囲で両押出しスクリューの延在直交方向に開口し、シリンダの放出口は両押出しスクリューの高圧縮部を構成する逆螺旋羽根の噛み合い範囲で両押出しスクリューの延在方向に開口した２軸スクリュー押出し機である。
【０００９】
本発明の２軸スクリュー押出し機は、一対の押出しスクリューの各螺旋羽根からなる送り込み部及び圧縮部の噛み合いにより、連続的かつ円滑に植物系原料を擂り潰しながら圧縮し、この圧縮に伴って昇温させながら減容する。そして、こうして減容された植物系原料を、更に高圧縮部により擂り潰し、水蒸気爆発が可能な程度に圧縮して放出口から放出することで、水蒸気爆発による植物系原料の爆砕処理を実現する。高圧縮部は、圧縮部から移送されてきた植物系原料を押し戻すことにより、順次移送されてくる植物系原料と押し合わせ、長尺の圧縮部で実現できる高圧縮を短い距離で可能にする。ここで、「移送」とは、押出しスクリューの回転に従って投入口から放出口へと向かう植物原料の移動を意味する。
【００１０】
短い高圧縮部による植物系原料の高圧縮を実現するには、この高圧縮部に繋がる圧縮部、更には圧縮部に繋がる送り込み部での連続的かつ円滑に植物系原料をある程度圧縮しておくことが好ましい。これから、押出しスクリューは、送り込み部のスクリュー軸に対して圧縮部のスクリュー軸を大径にすることにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現するとよい。このほか、送り込み部の螺旋羽根に対して圧縮部の螺旋羽根の枚数を増やすことにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現する押出しスクリューや、送り込み部の螺旋羽根に対して圧縮部の螺旋羽根のピッチを狭くすることにより、送り込み部で相対的低圧縮の移送、圧縮部で相対的高圧縮の移送を実現する押出しスクリューでもよく、これらを組み合わせた押出しスクリューにしてもよい。
【００１１】
既述したように、本発明の押出しスクリューは、送り込み部から圧縮部に至る過程で、植物系原料を圧縮して減容している。これから、例えば高圧縮部を取り外して圧縮部を経て直接放出口から植物系原料を排出すると、植物系原料の減容固化処理が実現できる。しかし、装置構成として、シリンダは各押出しスクリューの高圧縮部を含めた大きさで構成されている。そこで、押出しスクリューは、高圧縮部を交換自在にし、この高圧縮部に代えて圧縮部の螺旋羽根に連続する補助螺旋羽根を巻回した延長部を取り付ける構成とし、高圧縮部のない押出しスクリューを構成するとよい。高圧縮部に代わる延長部は、実質圧縮部の延長となるから、植物系原料はなお圧縮を受けるが、圧縮部の螺旋羽根に連続する補助螺旋羽根により移送され、減容固化処理された植物原料を排出させる。ここで、植物原料の減容固化処理では前記植物原料を特定形状に減容固化処理されることが望まれるため、爆砕処理に際して用いた排出口を、減容固化処理に適した排出口にするとよい。例えば植物原料を円柱形ペレットに減容固化処理する場合、元の排出口に円筒を付加したり、元の排出口を別途円筒付き排出口に交換することが考えられる。
【００１２】
高圧縮部による植物系原料の圧縮は、シリンダの放出口の位置、開口形状又は開口面積によっても左右される。まず、前記放出口は、両押出しスクリューのスクリュー軸の中心を結ぶ線より高圧縮部を構成する逆螺旋羽根が噛み合う側に開口させるとよい。ここで、「高圧縮部を構成する逆螺旋羽根が噛み合う側」とは、例えば放出口から見て左側の押出しスクリューが時計回り、右側の押出しスクリューが反時計回りの場合、両押出しスクリューのスクリュー軸の中心を結ぶ線より上側となる。つまり、高圧縮部により最も圧縮された植物系原料が放出される位置に、放出口を設けるわけである。
【００１３】
植物系原料は、放出口から放出しにくいほど高圧縮できるが、植物系原料の種類によって要求される圧縮程度は異なる。そこで、この放出口は、開閉自在な遮蔽板により開口面積が増減自在にするとよい。これから、放出口は、要求される圧縮程度の低い植物系原料に合わせた開口形状又は開口面積とし、必要に応じて遮蔽板を閉じていくことで、放出口の開口形状を変えたり、開口面積を小さくすることで、圧縮程度を高めていくとよい。
【００１４】
遮蔽板は複数枚とし、放出口に対して多方向から閉じていくことも考えられるが、この場合、放出口の開口形状が複雑になり、圧縮程度の加減調整に必ずしも適さない。これから、遮蔽板は、放出口に対して一方向に変位してこの放出口を開閉する構成にするとよい。ここで、遮蔽板は高圧縮部から移送されてくる植物系原料の負荷を受けるため、開閉機構が前記負荷を受けてがたつかないことが望まれる。これから、放出口に対して一方向に変位してこの放出口を開閉する遮蔽板では、ボールネジによる開閉機構が望ましい。ボールネジによる開閉機構は、ボールネジの自転量に比べて遮蔽板の開閉量が小さくでき、放出口の開閉を細かく調整できる利点がある。
【００１５】
また、放出口に対して可動部位となる遮蔽板は、構造強度を高くする必要があるが、固定部位である放出口ほどに構造強度を高めることは難しい。そこで、移送されてくる植物系原料による負荷の集中を避けるため、遮蔽板は放出口の閉鎖方向に凸な周縁を有する構造にするとよい。遮蔽板の凸な周縁に加わる植物系原料の負荷は、この凸な周縁に沿って両脇に分散され、遮蔽板と放出口とが交わる付近で放出口により受け止められる。これにより、遮蔽板が植物系原料による負荷の集中を受けずに済む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、螺旋羽根からなる送り込み部及び圧縮部と、逆螺旋羽根からなる高圧縮部とを有する押出しスクリューを一対備えた装置構成により、植物系原料の圧縮を容易にし、そして植物系原料の爆砕処理を実現している。具体的には、各押出しスクリューの送り込み部に対して圧縮部のスクリュー軸を大径にしたり、螺旋羽根の枚数を増やしたり、又は螺旋羽根のピッチを狭めることで、続く高圧縮部で植物系原料の高圧縮が可能な程度に、連続的かつ円滑に植物系原料を圧縮する。そして、逆螺旋羽根からなる高圧縮部と位置、開口形状又は開口面積を特定した排出口との組み合わせにより、植物系原料を水蒸気爆発可能な程度に圧縮する。このように、本発明は押出しスクリューを利用して水蒸気爆発による植物系原料の爆砕処理を実現する第１の課題を解決する効果を有する。
【００１７】
植物系原料の爆砕処理が可能な程度の圧縮は、上述した通り、高圧縮部と位置、開口形状又は開口面積を特定した排出口との組み合わせに負うところが大きく、高圧縮部を延長部に交換すれば植物系原料を減容固化処理でき、更に排出口に円筒又は角筒等の所定断面形状の筒を付加すれば、前記所定断面形状にペレット化した植物系原料を取り出すことができる。すなわち、高圧縮部と延長部との交換可能にすることで、本発明は必要に応じて植物系原料の減容固化処理をも実現できる装置構成を得る第２の課題を解決する効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明を適用した２軸スクリュー押出し機の一例を側方から見た軸方向断面図、図２は２軸スクリュー押出し機を放出口３側から見た正面図、図３は２軸スクリュー押出し機を上方から見た軸方向断面図、図４は２軸スクリュー押出し機の軸直行方向断面図であり、図５は高圧縮部43に代えて延長部44を取り付けた２軸スクリュー押出し機を表す図１相当軸方向断面図である。本例は、スクリュー軸411,412,421,431の外径が約140〜150mm、螺旋羽根413,422又は逆螺旋羽根432の外径が約200mm、そしてスクリュー軸411,412,421,431全体の長さが１ｍ強である押出しスクリュー４,４を一対用いた中型の２軸スクリュー押出し機の例である。この中型の２軸スクリュー押出し機の場合、植物系原料の爆砕処理は２〜８ｍ3/ｈ、廃棄プラスチックの減容固化処理は0.5〜1.5ｍ3/ｈの処理能力が見込まれる。
【００１９】
本例の２軸スクリュー押出し機は、図１〜図４に見られるように、投入口２及び放出口３を設けたシリンダ１内に、前記投入口２及び放出口３を結ぶ方向に延びる一対の押出しスクリュー４,４を収めた構成である。本例のシリンダ１は、各押出しスクリュー４に同心の断面円形を一部重ね合わせ、前記円形を接線で結んだ断面まゆ形である。このシリンダ１は、各押出しスクリュー４との間に各押出しスクリュー４の螺旋羽根413,422又は逆螺旋羽根432に倣うライナー11,11を左右一対で介装している。各ライナー11は、両押出しスクリュー４,４の噛みあい部分の上下で接合フランジ111,111を突き合わせ、両接合フランジ111,111を内ブロック12及び外ブロック13で挟持してボルト締めにより一体化する。内ブロック12は、押出しスクリュー４の螺旋羽根413,422又は逆螺旋羽根432に倣うライナー11に連続する断面略三角形のブロックである。外ブロック13は、接合フランジ111とシリンダ１との隙間を満たす断面略四角形のブロックである。
【００２０】
シリンダ１の投入口２は、両押出しスクリュー４,４の送り込み部41,41を構成する螺旋羽根413の噛み合い範囲で両押出しスクリュー４,４の延在直交方向、本例では上方に向けて、押出しスクリュー４の約半分の長さ、かつ両押出しスクリュー４,４の送り込み部41,41のスクリュー軸411,411を含む幅で開口している。本例では、この投入口２に、平面視長方形状、かつ正面視扇状のホッパ21を接続している。このホッパ21は植物系原料又は廃棄プラスチックを一時的に堆積させておく機能を有し、ホッパ21に堆積させた大量の植物系原料を少しずつ投入口２からシリンダ１内へと送り込めるようにしている。本例のホッパ21は、対向して傾斜する側面を利用し、一対の押出しスクリュー４,４間へうまく植物系原料を送り込む働きを有している。
【００２１】
シリンダ１の放出口３は、両押出しスクリュー４,４の高圧縮部43,43を構成する逆螺旋羽根432,432の噛み合い範囲で、シリンダ端面を塞ぐ閉塞板31に、両押出しスクリュー４,４の延在方向に開口している。本例の放出口３は、両押出しスクリュー４,４のスクリュー軸431,431の中心を結ぶ線より高圧縮部43を構成する逆螺旋羽根432,432が噛み合う側、すなわち両押出しスクリュー４,４のスクリュー軸431,431の中心を結ぶ線とライナー11,11の接合フランジ111,111との間に、下方に向けて凸な円弧周縁を有する長孔として開口している。また、本例の放出口３は、シリンダ１上部で旋回する昇降ハンドル32で操作されるボールネジ33により昇降する遮蔽板34により、開口面積を増減できる。前記遮蔽板34は、放出口３を閉鎖する方向、すなわち下方に向けて凸な円弧周縁を有する、放出口３に相似な長方形板である。本例では、放出口３における抵抗を避けるため、遮蔽板34の側縁と噛みあう凸条又は凹溝を放出口３内周に設けていない。遮蔽板34は、閉塞板31に固着して架け渡した規制板341により放出口３からの脱落が規制され、内部からの圧力によって前記規制板341に押し付けられることにより、放出口３に沿って遮蔽板34は昇降する。このように、放出口３及び遮蔽板34を噛みあい関係もなく、全くの同一形状にすることで、遮蔽板34により放出口３を全閉できる。
【００２２】
本例の２軸スクリュー押出し機は、上記放出口３のほか、シリンダ端面を塞ぐ閉塞板31に排出孔35,35を開口している。この排出孔35は、シリンダ１内に蓄積する水、その他廃液の排出口であり、必要に応じてシリンダ１内の圧力を逃がすもので、通常は閉鎖しておく。本例の排出孔35,35は、両押出しスクリュー４,４のスクリュー軸431,431の中心を結ぶ線より高圧縮部43を構成する逆螺旋羽根432が離れる側、すなわち両押出しスクリュー４,４のスクリュー軸431,431の中心を結ぶ線より下方に、左右一対開口している。この排出孔35,35は、シリンダ側部で旋回する進退ハンドル36で操作されるボールネジ37により閉鎖板38が後退（右へ移動）すると、この閉鎖板38の連通孔39,39と一致して内外に連通し、前記閉鎖板38が進出（左へ移動）すると、この閉鎖板38の連通孔39,39からずれて閉鎖される。
【００２３】
各押出しスクリュー４は、スクリュー軸411,412,421に巻回した螺旋羽根413,422からなる送り込み部41及び圧縮部42と、同じくスクリュー軸431に巻回した逆螺旋羽根432からなる高圧縮部43とを投入口２から放出口３に向けて順に有する。本例の押出しスクリュー４,４は鏡面対称な回転方向を有し、放出口３から見て左側の押出しスクリュー４が時計回り、右側の押出しスクリュー４が反時計回りに同期して回転する。このとき、両押出しスクリュー４,４は、螺旋羽根413,422及び逆螺旋羽根432の位相を45度ずらしているので、互いに相手の螺旋羽根413,422及び逆螺旋羽根432を自身の螺旋羽根413,422又は逆螺旋羽根432の間に入り込ませる噛み合い関係になっている。これにより、本発明の２軸スクリュー押出し機は、両押出しスクリュー４,４間で交錯する螺旋羽根413,422又は逆螺旋羽根432により、植物系原料を粉砕し、擂り潰すことができる。
【００２４】
ここで、上記両押出しスクリュー４,４の噛み合い関係を保つには、両押出しスクリュー４,４の回転が同期していることが必要となる。これから、各押出しスクリュー４別に設けた一対の駆動源を厳密に制御することも考えられるが、例えば同一駆動源（電動機又はディーゼルエンジン等）からの１軸入力を、減速するギアボックスで２軸出力に変えて、鏡面対称の回転方向で同期した回転動力を各押出しスクリュー４に伝達する構成が、簡易かつ確実である。本例では、前記ギアボックスからの回転動力を送り込み部41側から受けて、各押出しスクリュー４を回転させる。
【００２５】
本例の送り込み部41は、押出しスクリュー４全体に対して約60％を占める長さである。これは、送り込み部41がスクリュー軸411,412の約50％に相当する範囲で開口する投入口２に繋がっているためであり、押出しスクリュー４全体に対して大半を占める送り込み部41が、大量に投入された植物系原料を円滑に圧縮部42へ送り込む。本例の送り込み部41は、２枚の螺旋羽根413それぞれを350mmピッチで、また２枚の螺旋羽根413相互を約180mmピッチでスクリュー軸411,412に巻回している。
【００２６】
また、本例の送り込み部41は、製造及び組立を簡便にするため、スクリュー軸411,412の延在方向に３分割された送り込み単位414,415から構成している。そして、圧縮部42に繋がる送り込み単位415はスクリュー軸412を徐変に拡径しており、投入口２付近における送り込み単位414のスクリュー軸411が約140mm径であるのに対して圧縮部42のスクリュー軸421を約150mm径と大径にしている。これにより、送り込み部41は、植物系原料を円滑に圧縮部42に送り込みながら、徐々に圧縮、減容していくことができる。
【００２７】
本例の圧縮部42は、押出しスクリュー４全体に対して約20％を占める長さである。この圧縮部42が、植物系原料を擂り潰しながら圧縮し、この圧縮に伴って昇温させながら、減容する。このため、本例の圧縮部42は、上述したようにスクリュー軸421を送り込み部41より大径にしてスクリュー軸421とライナー11との空間を狭くしているほか、螺旋羽根422を４枚に増やし、各螺旋羽根422のピッチを約180mm、各螺旋羽根422相互のピッチを約90mmにしている。ここで、送り込み部41から圧縮部42へ円滑に植物系原料を送り込むため、圧縮部42で増数した螺旋羽根422のうち、１つおきの２枚の螺旋羽根422の始端を送り込み部41の螺旋羽根413の終端に一致させ、両螺旋羽根413,422を連続させている。
【００２８】
上記圧縮部42の構成、すなわちスクリュー軸421の大径化、螺旋羽根422の増数、そして螺旋羽根422の狭ピッチ化は、それぞれが個別に植物系原料の擂り潰し、圧縮、そして減容の働きを強める要素である。本例は、前記３種類の要素を兼ね備えることで、それぞれの働きを相乗させ、押出しスクリュー４全体に占める割合が短い圧縮部42でも、効率よく植物系原料を擂り潰しながら圧縮し、減容できるようにしている。また、本発明の２軸スクリュー押出し機では、圧縮部42に続く高圧縮部43によって、植物系原料を更に擂り潰しながら圧縮するため、圧縮部42を本例のように短くできる。
【００２９】
本例の高圧縮部43は、押出しスクリュー４全体に対して約10％を占める長さである。この高圧縮部43は、圧縮部42に向けて植物系原料を押し返す逆螺旋羽根432をスクリュー軸431に巻回しており、圧縮部42同様、植物系原料を擂り潰しながら圧縮し、減容するが、特に圧縮の働きが強い。これは、圧縮部42から移送されてくる植物系原料を逆螺旋羽根432で押し返すことによる効果である。これから、高圧縮部43での植物系原料の移送、そして放出口３からの放出は、圧縮部42から移送されてくる植物系原料が押す力（以下、移送力と呼ぶ）のみによって実現される。
【００３０】
ここで、本例の高圧縮部43は、スクリュー軸431とライナー11との空間の大きさや逆螺旋羽根432の枚数を圧縮部42と同じにしながら、各逆螺旋羽根432のピッチを約350mmに、各逆螺旋羽根432相互のピッチを約180mmとし、圧縮部42の螺旋羽根422に比べて逆螺旋羽根432のピッチを緩やかにしている。上述のように、高圧縮部43は逆螺旋羽根432により植物系原料を押し返すため、放出口３に向けて植物系原料を移送するには、圧縮部42による植物系原料の移送力のみに頼ることになる。圧縮部42の螺旋羽根422に比べて高圧縮部43の逆螺旋羽根432のピッチを緩やかにした理由は、逆螺旋羽根432により植物系原料が押し戻す力（以下、戻し力と呼ぶ）より、圧縮部42による植物系原料の移送力を強くして、前記移送力及び戻し力の対抗により植物系原料を圧縮しながらも、前記移送力及び戻し力の差分により植物系原料を放出口３に向けて移送するためである。これから、高圧縮部43の逆螺旋羽根432の枚数は圧縮部42の螺旋羽根422以下、また前記逆螺旋羽根432のピッチは螺旋羽根422のピッチ以下にすることが好ましいとわかる。
【００３１】
これから、高圧縮部43において上記戻し力以外に植物系原料の移送を妨げる要因があると、植物系原料の擂り潰し、圧縮及び減容は促進されるが、放出口３から植物系原料が放出されにくくなる問題が生ずる。このため、本例の高圧縮部43は、逆螺旋羽根432の始端を圧縮部42の螺旋羽根422の終端に一致させ、螺旋羽根422と逆螺旋羽根432とを連続させて、圧縮部42から高圧縮部43への植物系原料の受け渡しを円滑にすると共に、戻し力以外に植物系原料の移送を妨げないようにしている。
【００３２】
本例の２軸スクリュー押出し機は、次のように植物系原料を爆砕処理する。まず、投入口２から投入された植物系原料は、回転する押出しスクリュー４における送り込み部41のスクリュー軸411,412又は螺旋羽根413に巻き込まれ、左右の押出しスクリュー４,４の両送り込み部41,41間に引き込まれる。これにより、植物系原料が粉砕又は擂り潰しされる。そして、植物系原料は、送り込み部41の螺旋羽根413、ライナー11、そして前後のスクリュー軸411,412に囲まれた空間に閉じこめられた状態で、回転する螺旋羽根413に従って圧縮部42に向けて移送される。
【００３３】
上記送り込み部41による植物系原料の移送は間断なく続けられるため、送り込み部41においても、少なからず植物系原料は圧縮される。そして、送り込み部41の最終段を構成する送り込み単位415では、スクリュー軸412が徐変に拡径しているため、スクリュー軸411、ライナー11、そして前後の螺旋羽根413に囲まれた空間も徐々に狭くなっており、前記空間に閉じこめられて移送される植物系原料を更に圧縮して、圧縮部42へ受け渡す。
【００３４】
圧縮部42における植物系原料も、圧縮部42のスクリュー軸421、ライナー11、そして前後の螺旋羽根422に囲まれた空間に閉じこめられた状態で、回転する螺旋羽根422に従って移送される。ここで、圧縮部42の前記空間は小さく、また既に植物系原料は圧縮を受けているため、植物系原料は左右の押出しスクリュー４,４の両圧縮部42,42間で粉砕及び圧縮が進められるほか、擂り潰される。そして、更にライナー11と螺旋羽根422との間に植物系原料が潜り込み、擂り潰される。
【００３５】
上記ライナー11と螺旋羽根422との間での植物系原料の擂り潰しは、圧縮部42だけでなく、前段の送り込み部41又は後段の高圧縮部43でも生じる。また、前記擂り潰しが、植物系原料の微細化をもたらし、減容の促進、そして水蒸気爆発に必要な高圧縮を実現する。このため、本例では、ライナー11と螺旋羽根422との間での植物系原料の擂り潰しがより効率的に発揮されるように、螺旋羽根413,422及び逆螺旋羽根432のライナー11に対する各周面に、植物系原料の擂り潰しを促進し、摩耗を防止する硬化肉盛り溶接部位416,423,433を形成している。
【００３６】
こうして圧縮部42で圧縮、減容された植物系原料は、高圧縮部43へ送り込まれる。ここで、既述したように、高圧縮部43は逆螺旋羽根432により植物系原料を押し戻すため、高圧縮部43における植物系原料の移送は、この高圧縮部43の戻し力と圧縮部42の移送力との差分に応じてゆっくりとした移送となる。このため、短い高圧縮部43であっても、植物系原料は左右の押出しスクリュー４,４の両高圧縮部43,43間での粉砕又は擂り潰しや、ライナー11と逆螺旋羽根432との間での擂り潰しが繰り返され、そして圧縮部42の移送力と高圧縮部43の戻し力との押しつぶしにより、水蒸気爆発が可能な程度に圧縮される。そして、こうして高圧縮された植物系原料が放出口３から放出されることで、水蒸気爆発を起こし、爆砕処理される。
【００３７】
爆砕処理した植物系原料の粉砕程度（粉砕された植物系原料の細やかさ程度）は、圧縮部42による移送力と高圧縮部43による戻し力との差分を、放出口３の開口面積で割った圧力（以下、放出圧力）によって決定される。これから、放出口３の開口面積を遮蔽板34により増減すれば、前記放出圧力が加減でき、結果として爆砕処理した植物系原料の粉砕程度を調整できる。例えば、圧縮部42による移送力と高圧縮部43による戻し力との差分は植物系原料によって異なるため、前記放出口３の開口面積の増減は、異なる植物系原料を用いた場合における各粉砕程度を均一化する働きも有する。
【００３８】
また、図５に見られるように、本例では高圧縮部を延長部44に交換することにより、圧縮部42に続く延長部44での植物系原料の圧縮の程度を抑えて、減容固化処理ができるようにしている。実際には、減容固化処理される植物系原料は、所定断面形状にペレット化することが望まれるため、図示を省略するが、更に放出口に所定断面形状の筒（円筒、角筒等）を付加したり、所定断面形状の筒付き放出口に交換したりする。こうして、本例の２軸スクリュー押出し機は、高圧縮部43を用いれば爆砕処理、逆に延長部44を用いれば減容固化処理と、目的に応じた使い分けができるようになる。
【００３９】
延長部44は、高圧縮部に代えて押出しスクリュー４を構成する要素なので高圧縮部と同長にしており、圧縮部42の螺旋羽根422に連続する補助螺旋羽根442をスクリュー軸441に巻回している。前記補助螺旋羽根442は、圧縮部42同様４枚あり、各補助螺旋羽根442のピッチを約180mm、各螺旋羽根442相互のピッチを約90mmと、圧縮部42に同じにしている。つまり、延長部44はあくまで圧縮部42の延長に過ぎず、戻し力を発生させないので、植物系原料は移送に伴う圧縮しかされない。裏返せば、爆砕処理を実現する高圧縮部は、圧縮部42の最終段における螺旋羽根を逆螺旋羽根に交換するものと言える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した２軸スクリュー押出し機の一例を側方から見た軸方向断面図である。
【図２】２軸スクリュー押出し機を放出口側から見た正面図である。
【図３】２軸スクリュー押出し機を上方から見た軸方向断面図である。
【図４】２軸スクリュー押出し機の軸直行方向断面図である。
【図５】高圧縮部に代えて延長部を取り付けた２軸スクリュー押出し機を表す図１相当軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  シリンダ
11  ライナー
２  投入口
21  ホッパ
３  放出口
31  閉塞板
34  遮蔽板
341  規制板
４  押出しスクリュー
41  送り込み部
411  スクリュー軸
412  徐変に拡径したスクリュー軸
413  螺旋羽根
42  圧縮部
421  スクリュー軸
422  螺旋羽根
43  高圧縮部
431  スクリュー軸
432  逆螺旋羽根
44  延長部
441  スクリュー軸
442  補助螺旋羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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