(57)【要約】      （修正有）【課題】被混練物の分散サイズを迅速かつ容易に微小化することができる混練装置およびそれを用いた樹脂製造方法を提供する。【解決手段】混練装置１は、軸状のスクリュー部本体と、スクリュー部本体の外周に設けられたスクリュー３ｂと、スクリュー部本体のスクリュー部本体先端面３ｄに形成された開口３ｇからスクリュー部本体側面３ａに形成された開口３ｈまで貫通するように設けられた軸方向孔３ｆおよび径方向孔３ｅとを有するスクリュー部３Ａ、３Ｂと、スクリュー部３Ａ、３Ｂを回転させる回転駆動部４Ａ、４Ｂと、スクリュー部３Ａ、３Ｂの各側面の一部およびスクリュー部本体先端面３ｄを囲繞するとともに、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面が隣接されるように収容するシリンダ部２と、を備える。【選択図】図３
2011213050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状のスクリュー部本体と、該スクリュー部本体の外周に設けられたスクリューと、前記スクリュー部本体の先端に形成された先端開口から前記スクリュー部本体の側面に形成された側面開口まで貫通するように設けられた内部流路とを有する複数本のスクリュー部と、
前記複数本のスクリュー部の各側面の一部および各先端を囲繞するとともに、前記複数本のスクリュー部のそれぞれが、前記複数本のスクリュー部のうちの他のいずれかのスクリュー部の側面に隣接されるように収容するシリンダ部と、
前記複数本のスクリュー部を回転させ、前記シリンダ部内に投入された被混練物を前記スクリューに沿って前記スクリュー部の先端側に送る回転駆動部と、を備えることを特徴とする混練装置。
【請求項２】
互いに隣接する前記スクリュー部にそれぞれ形成された前記側面開口は、前記回転駆動部によって回転されたときに、少なくとも一部分が対向可能な位置関係に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の混練装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の混練装置を用いて、樹脂を含む被混練物の混練を行って混練樹脂を製造する樹脂製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被混練物を循環させて混練を行う混練装置およびそれを用いた樹脂製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２種以上の樹脂の溶融混練、もしくは樹脂と粉末との溶融混練において、分散サイズがナノレベルとなるような高分散を達成するために、内部帰還型スクリューを有する混練装置が用いられている。
このような混練装置として、例えば、特許文献１には、スクリューによって高分子ブレンド試料を溶融状態で混練する際のスクリュー回転数を５０ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲で任意に設定可能であり、スクリューを内部帰還型スクリューの採用により、混練の度合いを任意に制御可能にするとともに、混練の度合いを、押し出し先端部とスクリューとのギャップ、ならびに内部帰還型スクリューの空洞部内径により任意に設定可能にするようにしたことを特徴とする微量型高剪断成形加工機が記載されている。この微量型高剪断成形加工機のスクリューは単軸である。
また、混練装置には、スクリューを囲繞するシリンダ側に帰還管路を設けた外部帰還型の装置も知られている。このような外部帰還型の混練装置として、特許文献２には、シリンダを構成するハウジング内に２本の螺旋スクリューが配され、螺旋スクリューにより上流側から混練されつつ搬送された被混練物を下流側から上流側に帰還させる帰還管路がハウジングに設けられたミキサーが記載されている。このミキサーでは、帰還管路にセンサが配置され、このセンサによって混練におけるレオロジー的な品質を測定しながら混練を行うことができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【特許文献２】米国特許第６１２９４５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の混練装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、それぞれ平面からなる押し出し先端部とスクリューの先端とのギャップ、およびスクリューの空洞部内径を調整することで、これらギャップ部およびスクリューの空洞部を流れる被混練物に高せん断がかかるようにすることで、分散サイズが小さい高分散の混練が達成できるとしているが、近年、高分子材料の機能向上の要求が高まっているため、より混練しにくい材料同士をナノレベルの分散サイズとなるように混練することが求められている。
このような混練しにくい材料に対して、特許文献１に記載の技術では、必要なギャップ部の寸法や空洞部の内径を小さくすることで対応するため、流路が狭くなって混練可能な量が低下し混練に長時間を要する。そのため、被混練物に長時間の熱負荷がかかり、被混練物の機械特性の劣化や変色などを来すおそれがあるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、ハウジング内の帰還管路に配置されたセンサによって混練におけるレオロジー的な品質を測定しながら混練を行うため、被混練物が劣化しないように混練を行うことができる。しかしながら、帰還管路をハウジングに設けたり、螺旋スクリューを２軸設けたりすることによって、従来、充分小さな分散サイズに混練できなかった材料がより小さな分散サイズに混練できるようになるわけではないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被混練物の分散サイズを迅速かつ容易に微小化することができる混練装置およびそれを用いた樹脂製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の混練装置は、軸状のスクリュー部本体と、該スクリュー部本体の外周に設けられたスクリューと、前記スクリュー部本体の先端に形成された先端開口から前記スクリュー部本体の側面に形成された側面開口まで貫通するように設けられた内部流路とを有する複数本のスクリュー部と、該複数本のスクリュー部を回転させる回転駆動部と、前記複数本のスクリュー部の各側面の一部および各先端を囲繞するとともに、前記複数本のスクリュー部のそれぞれが、前記複数本のスクリュー部のうちの他のいずれかのスクリュー部の側面に隣接されるように収容するシリンダ部と、を備える構成とする。
【０００７】
本発明の混練装置では、互いに隣接する前記スクリュー部にそれぞれ形成された前記側面開口は、前記回転駆動部によって回転されたときに、少なくとも一部分が対向可能な位置関係に設けられたことが好ましい。
【０００８】
本発明の樹脂製造方法は、本発明の混練装置を用いて、樹脂を含む被混練物の混練を行って混練樹脂を製造する方法とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の混練装置によれば、シリンダ部内に投入された被混練物がスクリュー部の側面に沿って先端側に送られ、先端開口から内部流路を通って側面開口に帰還することによって、隣接するスクリュー部の間における被混練物の圧力が高まるため、被混練物の分散サイズを迅速かつ容易に微小化することができるという効果を奏する。
本発明の樹脂製造方法によれば、本発明の混練装置を用いて分散サイズが小さい樹脂混練物を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る混練装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の混練装置に用いるスクリュー部の正面図、そのＣ−Ｃ断面図、およびそのＤ視の側面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図３におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る混練装置の動作を説明する動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態の第１変形例に係る混練装置の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態の第２変形例に係る混練装置の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では本発明の実施形態に係る混練装置について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る混練装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態の混練装置に用いるスクリュー部の正面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるＤ視の側面図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図５は、図３におけるＥ−Ｅ断面図である。
なお、各図面は模式図であり、各部材の形状や寸法は見易さのために誇張されている（以下の図面も同様）。
【００１２】
本実施形態の混練装置１は、図１に示すように、２種以上の熱可塑性樹脂、もしくは１種以上の熱可塑性樹脂に分散させる粉末粒子や添加物などから構成される被混練物Ｍを、後述する分散サイズがナノメートルオーダーの微小サイズになるように混練して、混練樹脂ｍを製造するための装置である。
混練装置１の概略構成は、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、シリンダ部２、および回転駆動部４Ａ、４Ｂからなる。
【００１３】
被混練物Ｍの熱可塑性樹脂としては熱可塑性樹脂であれば特に種類は限定されない。例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、プタジェン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、およびその共重合体などが挙げられる。
【００１４】
また、混練する粉末粒子としては、熱可塑性樹脂と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素・カーボンナノチューブ・フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではフッ素樹脂粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを用いてもよい。無機粒子と有機粒子の混合粒子であっても構わない。また、上記粉末粒子の添加量についても、熱可塑性樹脂と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。なお、使用する粉末粒子は単独であっても、二種以上の混合であってもよい。
また、熱可塑性樹脂に加える添加物としては、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を挙げることができる。
【００１５】
スクリュー部３Ａ、３Ｂは、図１に示すように、軸方向が平行に揃えられて主要部がシリンダ部２の内部に収容された軸状部材であり、本実施形態では、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにそれぞれ同様な形状を有する。
スクリュー部３Ａ（３Ｂ）は、略円柱軸状のスクリュー部本体３ｃの一方の端部（図２（ａ）の図示左側）には、スクリュー部本体３ｃの中心軸に直交する平面からなるスクリュー部本体先端面３ｄ（スクリュー部の先端）が設けられ、他方の端部には、スクリュー部本体３ｃと同軸とされ、スクリュー部本体３ｃに回転駆動部４Ａ（４Ｂ）からの回転駆動力を伝達する回転軸３ｉが設けられている。
スクリュー部本体３ｃの径方向の側面には、スクリュー部本体先端面３ｄ側から軸方向のやや回転軸３ｉ寄りの中間部に向かって、外径が漸減してわずかに縮径され、回転軸３ｉ側に向かって拡径された鼓状のスクリュー部本体側面３ａ（スクリュー部の側面）と、このスクリュー部本体側面３ａから径方向外方に螺旋状に突出されたスクリュー３ｂ（スクリュー部の側面）とが形成されている。
スクリュー３ｂは、径方向の先端が直径ＤＳの円筒面に整列されている。スクリュー３ｂの直径ＤＳは、後述するシリンダ筒部２ａのシリンダ内側面２ｂの円筒面の内径よりわずかに小さく設定されている
また、スクリュー３ｂの旋回方向は、図示では一例として、スクリュー部３Ａ（３Ｂ）を回転軸３ｉ側から見たとき時計回りに回転するにつれてスクリュー部３Ａ（３Ｂ）の先端側に向かう方向に設定されている。
【００１６】
スクリュー部本体３ｃの内部には、図２（ｂ）に示すように、スクリュー部本体側面３ａが最小径となる位置の近傍で、径方向に貫通する直径Ｄ１の径方向孔３ｅと、スクリュー部本体先端面３ｄの中心からスクリュー部本体３ｃの中心軸に沿って延ばされ、径方向孔３ｅの一方の側面に貫通された直径Ｄ２の軸方向孔３ｆとが設けられている。
これら径方向孔３ｅと軸方向孔３ｆとによって、スクリュー部本体３ｃ内でＴ字状の流路が形成されている。そして、スクリュー部本体側面３ａには、径方向孔３ｅの両端部が交差して開口３ｈ（側面開口）が形成され、スクリュー部本体先端面３ｄには、軸方向孔３ｆの端部が交差して開口３ｇ（先端開口）が形成されている。
このため、径方向孔３ｅおよび軸方向孔３ｆは、スクリュー部本体の先端に形成された先端開口からスクリュー部本体の側面に形成された側面開口まで貫通するように設けられた内部流路を構成している。
【００１７】
シリンダ部２は、図３、４、５に示すように、スクリュー部３Ａ、３Ｂを、各スクリュー部本体先端面３ｄの位置を揃えて平行に並べ、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面が互いに隣接するように収容する部材であり、外形が直方体状のシリンダ筒部２ａと、シリンダ筒部２ａの一方の端部を覆うシリンダ蓋部２ｃとからなる。
【００１８】
シリンダ筒部２ａの内部には、スクリュー３ｂの外径ＤＳよりわずかに大きい直径ＤＣの円筒穴が交わってできるメガネ状の断面がスクリュー部本体３ｃの長さ以上に延ばされたシリンダ内側面２ｂを有する穴部が形成されている（図５参照）。
シリンダ内側面２ｂの一方の端部側は、シリンダ蓋部２ｃによって密閉されている。これにより、シリンダ内側面２ｂの一方の端部は、シリンダ内側面２ｂの延設方向に直交する平面であるシリンダ内底面２ｄによって閉じられている。
【００１９】
また、シリンダ内側面２ｂの他方の端部側には、スクリュー部３Ａ、３Ｂの回転軸３ｉを回転可能に支持する２つの軸受５を取り付ける軸受取付部２ｆが設けられている。
シリンダ筒部２ａの側面には、被混練物Ｍを構成する材料を装置外部から投入し、シリンダ筒部２ａ内に導入するホッパ６が設けられている（図１、４参照）。
ホッパ６の位置は、シリンダ部２の内部に配置されたスクリュー部３Ａ、３Ｂが隣接する位置であって、スクリュー部３Ａ、３Ｂのスクリュー部本体側面３ａが最小径となる位置の近傍に設けられている。
【００２０】
またシリンダ蓋部２ｃには、シリンダ蓋部２ｃをシリンダ筒部２ａと固定した状態で混練が完了した混練樹脂ｍを装置外部に排出するため、シリンダ内底面２ｄと装置外部とを連通可能とする排出流路２ｅが設けられている。
排出流路２ｅには、不図示の逆止弁機構が設けられており、混練中はシリンダ内底面２ｄの開口を閉止することができるようになっている。
【００２１】
また、特に図示しないが、シリンダ部２のシリンダ筒部２ａには、シリンダ部２の温度を予め設定された混練機温度Ｔに温度制御する温度制御機構が設けられていてもよい。このような温度制御機構としては、例えば、水冷管路および加熱ヒータが、シリンダ筒部２ａの内部に埋め込まれた構成を採用することができる。
【００２２】
回転駆動部４Ａ（４Ｂ）は、適宜のモータおよび伝動機構からなり、スクリュー部３Ａ（３Ｂ）の回転軸３ｉに回転駆動力を伝達するものである。回転駆動部４Ａ（４Ｂ）の回転速度は、被混練物Ｍの種類に応じて、例えば、５０ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程度の範囲に設定できることが好ましい。
【００２３】
スクリュー部３Ａ、３Ｂは、それぞれ、各スクリュー部本体３ｃをシリンダ内側面２ｂのそれぞれの円筒面と同軸に内挿し、各スクリュー部本体先端面３ｄがシリンダ内底面２ｄから距離ｄ２だけ離間して対向した状態にアライメント調整されてから、混練中にこの位置を保持しつつ回転軸３ｉ回りに回転できるように、軸受５を介してシリンダ筒部２ａに固定されている。
【００２４】
このため、スクリュー部本体側面３ａおよびスクリュー３ｂからなるスクリュー部３の側面の一部は、それぞれシリンダ内側面２ｂによって囲繞されている。このため、シリンダ内側面２ｂとの間にホッパ（試料投入部）６から投入された被混練物Ｍが軸方向の先端に向かって移動可能な流路Ｐ１が形成されている。
スクリュー３ｂの外径ＤＳは、スクリュー部本体側面３ａの外径より大きく、シリンダ内側面２ｂの円筒部の内径ＤＣよりわずかに小さい寸法とされているため、スクリュー３ｂの外径を乗り越えて軸方向に向かう流れは発生しにくくなっている。
【００２５】
一方、シリンダ内側面２ｂにおいて、各円筒面が交差する位置では、図５に示すように、スクリュー部３Ａ、３Ｂの配列方向（軸方向に直交する方向）に開口する開口２ｇが円筒面の軸方向にわたって形成されている。このため、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面は、開口２ｇの範囲において、互いに隣接されている。
このため、開口２ｇでは、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面同士の間に被混練物Ｍが軸方向の先端に向かって移動可能な流路Ｐ３が形成されている。
【００２６】
また、各スクリュー部本体先端面３ｄとシリンダ内底面２ｄとの間には、流路Ｐ１、Ｐ３を通って先端に搬送された被混練物Ｍが隙間ｄ２を通して各開口３ｇに向かう流路Ｐ２が形成されている。
【００２７】
次に、本実施形態の樹脂製造方法を混練装置１の動作とともに説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る混練装置の動作を説明する動作説明図である。
【００２８】
まず、シリンダ部２を一定の混練機温度Ｔに加熱しておき、ホッパ６に一定量の被混練物Ｍを順次投入していく。
そして、回転駆動部４Ａ、４Ｂによって、スクリュー部３Ａ、３Ｂを図３、５の矢印方向に回転させる。すなわち、回転軸３ｉ側から見たときに、スクリュー部３Ａは反時計回りに、またスクリュー部３Ｂは時計回りに回転させる。これにより、被混練物Ｍは、スクリュー３ｂによってスクリュー部３の先端側に螺旋状に押し出されていき、せん断や摩擦によって発生する熱によって溶融され、流路Ｐ１内で混練されつつ、スクリュー部３の先端側に搬送されていく。
流路Ｐ１は、先端側に向かうにつれて徐々に流路断面積が低下するため、被混練物Ｍにかかるせん断力も徐々に増大していく。
また、流路Ｐ３でも同様に、被混練物Ｍが先端側に搬送されていく。
【００２９】
被混練物Ｍがスクリュー部３Ａ、３Ｂの先端に到達すると、シリンダ内底面２ｄに沿って径方向内側に流動方向が変化し、シリンダ内底面２ｄと各スクリュー部本体先端面３ｄとの間の流路Ｐ２内に押し出される。
このとき、スクリュー部３Ａ、３Ｂは回転し続けているので、被混練物Ｍは、回転方向にせん断力を受けつつ各開口３ｇに向かう螺旋渦状に搬送されていく。
【００３０】
各開口３ｇに到達した被混練物Ｍは、各軸方向孔３ｆに流入してそれぞれ径方向孔３ｅ側に流れ、各径方向孔３ｅに到達すると、各径方向孔３ｅの流路に沿って径方向の両外側に分岐され、各開口３ｈから径方向外側に高速で噴出され、流路Ｐ１、Ｐ３に流入する。そして、上記と同様の混練が繰り返される。
このようにして一定時間混練を行うことにより、被混練物Ｍの分散サイズが均一化される。このようにして混練が終了した混練樹脂ｍは排出流路２ｅから装置外部に取り出す。
【００３１】
このような混練の工程において、各開口３ｈからスクリュー部３Ａ、３Ｂの側面に噴出される被混練物Ｍは、流路Ｐ１では、滑らかな円筒面であるシリンダ内側面２ｂに向かって一方的に噴出される。
これに対して、流路Ｐ３では、スクリュー部３Ａ、３Ｂの両方の開口３ｈから噴出を受けるため、開口３ｈの通過する範囲では、流路Ｐ１に比べて被混練物Ｍの圧力分布が平均的に高くなる。このため、流路Ｐ１に比べて効率よくせん断される。
この結果、効率よく混練を行うことができる。したがって、混練しにくい材料同士であっても、被混練物Ｍの分散サイズを低減することができる。
また、従来混練可能な材料であれば、より短時間で混練を完了することができ、混練時の発熱などによる被混練物Ｍの劣化を抑制することができる。
【００３２】
また、流路Ｐ３では、スクリュー部３Ａ（３Ｂ）の開口３ｈからはスクリュー部３Ｂ（３Ａ）の回転するスクリュー３ｂに向かって噴出される。このため、噴出された被混練物Ｍは２つのスクリュー３ｂの相対運動によっても流路Ｐ１に比べてより激しいせん断を受ける。
【００３３】
また、本実施形態では、スクリュー部３Ａ、３Ｂの各開口３ｈの軸方向の位置が揃えられており、図６に示すように、スクリュー部３Ａ、３Ｂの回転中に、流路Ｐ３において、各開口３ｈ同士が対向するタイミングが周期的に現れる。このような各開口３ｈが対向するタイミングでは、開口３ｈ付近において被混練物Ｍの圧力分布がより高くなり、より効率的なせん断が起こる。
【００３４】
以上に説明したように、本実施形態の混練装置１および混練装置１を用いた樹脂製造方法では、シリンダ部２内に投入された被混練物Ｍがスクリュー部３Ａ、３Ｂの側面に沿って先端側に送られ、開口３ｇから内部流路を通って開口３ｈに帰還することによって、隣接するスクリュー部３Ａ、３Ｂの間の流路Ｐ３における被混練物Ｍの圧力が高まるため、被混練物Ｍの分散サイズを迅速かつ容易に微小化することができる。
【００３５】
次に、混練装置１による混練時間の短縮および分散サイズ低減の効果について、具体的な実施例１および比較例１〜４に基づいて説明する。
被混練物Ｍは、実施例１、比較例１〜４に共通で、ポリカーボネート（ＰＣ）（ＭＦＲ＝６０ｇ／１０ｍｉｎ（３００℃））と環状ポリオレフィン系樹脂（ＣＯＰ）（ＭＦＲ＝２５ｇ／１０ｍｉｎ（２８０℃））を質量比８０対２０の割合で混合したものを採用した。ここで、ＭＦＲは、メルトマスフローレイトを意味し、ＪＩＳ  Ｋ  ７２１０によって測定される量である。
これらの樹脂は混練することが難しい樹脂として知られている。ＰＣとＣＯＰとは、単品ではいずれも透明であるが、充分小さな分散サイズまで混練されないと透明性が失われてしまい、光学用途には使用できなくなってしまう。
混練装置１において、スクリュー３ｂの外径ＤＳは２８ｍｍ、スクリュー部本体先端面３ｄの径は２５．５ｍｍ、シリンダ部２の混練機温度Ｔは２８０℃、スクリュー部３Ａ、３Ｂの回転速度は３０００ｒｐｍ、回転方向は異方向とした。
軸方向孔３ｆの内径Ｄ２は２．５ｍｍ、径方向孔３ｅの内径Ｄ１は５ｍｍとした。
【００３６】
一方、比較例１、２に用いた混練装置は、スクリュー部が単軸、かつ、帰還経路がスクリュー部の内部に設けられた内部帰還型の装置を用いた。具体的には、円筒状のシリンダ部に、実施例と同外径を有し、実施例と同様の内部流路を帰還経路として有するスクリュー部３Ａを１本収容した混練装置である。
また、比較例３、４に用いた混練装置は、スクリュー部が２軸、かつ、帰還経路がシリンダ部の内部に設けられた外部帰還型の装置を用いた。具体的には、混練装置１のスクリュー部３Ａ、３Ｂからそれぞれ径方向孔３ｅ、軸方向孔３ｆを削除した２本のスクリュー部を備え、シリンダ部２の内部に、先端側の流路Ｐ２と、流路Ｐ１の回転軸側とを連通させる流路を帰還経路として設けた混練装置である。
【００３７】
混練時間は、実施例１、比較例１、３では、２０ｓｅｃとし、比較例２、４では、６０ｓｅｃとした。
【００３８】
評価としては、それぞれ混練が終了した被混練物Ｍの分散サイズの評価と、被混練物Ｍの透明性を目視評価した。
分散サイズの測定は以下のようにして行った。
まず、混練が終了した被混練物Ｍから押出機によって１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍのシートを作成した。作成されたシートから１０ｍｍ×１０ｍｍのサンプルを切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて分散状態を確認した。
二成分以上の材料のブレンド系では、マトリックスと呼ばれる基本相とドメインと呼ばれる分散相に分かれており、本評価においては分散相のサイズを計測した。
分散相の粒径の最大の部分を分散相粒径とし、分散相粒径の平均値μ、標準偏差σを画像解析により抽出し、分散相粒径の平均値μを分散サイズとした。
【００３９】
実施例１、比較例１〜５の評価結果を下記の表１に示す。総合評価は、光学用途に用いることができるかどうかを判定し、○は合格、×は不合格を示す。
【００４０】
【表１】
2011213050.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、実施例１では、分散サイズは３０ｎｍ〜８０ｎｍであった。また、得られた樹脂は透明であった。したがって、きわめて良好に混練されていることが分かる。総合評価としては合格であった。
このように混練装置１によれば、混練しにくいＰＣとＣＯＰとを短時間で混練することができる。また特に実施例を挙げないが、他の質量比でも同様にして透明樹脂が得られる。このため、例えば、屈折率などの光学特性がＰＣおよびＣＯＰのいずれとも異なる透明樹脂を容易に製造することができる。
【００４２】
一方、単軸かつ内部帰還型の混練装置を用いた比較例１、２では、混練時間が２０ｓｅｃでも３倍の６０ｓｅｃでも、分散サイズは変わらず１４０ｎｍであり、実施例１の分散サイズに比べて格段に大きかった。また得られた樹脂は目視で容易に白色不透明と判定できるものであった。このため総合評価としても不合格であった。
このように、比較例１、２に用いた混練装置では、混練時間を増しても、実施例１のような微小な分散サイズまで混練することはできなかった。
したがって、実施例１では、混練装置のスクリュー部を隣接させることによって、混練効率が格段に向上していることが分かる。
【００４３】
また、２軸かつ外部帰還型の混練装置を用いた比較例３、４では、混練時間が２０ｓｅｃでも３倍の６０ｓｅｃでも、分散サイズは変わらず５００ｎｍ〜７００ｎｍであり、比較例１、２の３．６倍〜５倍も大きく、このため、得られた樹脂は白色不透明であった。このため総合評価としても不合格であった。
このように、比較例３、４に用いた混練装置では、混練時間を増しても、実施例１のような微小な分散サイズまで混練することはできず、比較例１、２に比べても劣る結果になった。
比較例３、４と実施例１との差は、混練装置が外部帰還型か内部帰還型かの差である。したがって、外部帰還型の混練装置では、スクリュー部を隣接させても、単軸の内部帰還型の混練装置にも劣る混練しか行えないことが分かる。
【００４４】
［第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図７は、本発明の実施形態の第１変形例に係る混練装置の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【００４５】
本実施形態の第１変形例の混練装置１０は、図７に主要部の断面を示すように、上記第１の実施形態のスクリュー部３Ａ、３Ｂと同様の構成を有し、不図示の回転駆動部によって回転されるスクリュー部３Ｃを追加した３軸構成とし、これに合わせて、上記第１の実施形態のシリンダ部２に代えて、これら３本のスクリュー部の中心軸が正三角形をなすように収容するシリンダ部１１を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
シリンダ部１１のシリンダ内側面１１ａは、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの側面の略３分の２を覆う円筒面状に形成される。
【００４６】
このような構成によれば、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面の隣接箇所と、スクリュー部３Ｂ、３Ｃの側面の隣接箇所と、スクリュー部３Ｃ、３Ａの側面の隣接箇所との３箇所に、上記第１の実施形態と同様な流路Ｐ３が形成される。また、シリンダ部１１の中心部には、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの各側面で囲まれた流路Ｐ４が形成される。
【００４７】
本変形例によれば、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃを同方向に回転させて混練を行うことによって、上記第１の実施形態と同様に流路Ｐ３において被混練物Ｍが高せん断を受ける。このため上記第１の実施形態の流路Ｐ３の３倍の箇所で被混練物Ｍが高せん断を受けるため、混練の効率をさらに向上することができる。
【００４８】
［第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図８は、本発明の実施形態の第２変形例に係る混練装置の主要部の構成を模式的に示す断面図である。
【００４９】
本実施形態の第２変形例の混練装置１２は、図８に主要部の断面を示すように、上記第１の実施形態のスクリュー部３Ａ、３Ｂと同余の構成を有し、不図示の回転駆動部によって回転されるスクリュー部３Ｃ、３Ｄ追加した４軸構成とし、これに合わせて、上記第１の実施形態のシリンダ部２に代えて、これら４本のスクリュー部の中心軸が正方形をなすように収容するシリンダ部１３を備えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
シリンダ部１３のシリンダ内側面１３ａは、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの側面の略４分の３を覆う円筒面状に形成される。
【００５０】
このような構成によれば、スクリュー部３Ａ、３Ｂの側面の隣接箇所と、スクリュー部３Ｂ、３Ｃの側面の隣接箇所と、スクリュー部３Ｃ、３Ｄの側面の隣接箇所と、スクリュー部３Ｄ、３Ａの側面の隣接箇所との４箇所に、上記第１の実施形態と同様な流路Ｐ３が形成される。また、シリンダ部１３の中心部には、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの各側面で囲まれた流路Ｐ５が形成される。
流路Ｐ５は、対角方向にそれぞれ隣接して配置されたスクリュー部３Ａおよびスクリュー部３Ｃと、スクリュー部３Ｂおよびスクリュー部３Ｄとが、それぞれ対向する領域となっており、回転時に、それぞれの対向方向において各開口３ｈが向かい合う流路になっている。このため、流路Ｐ３よりも対向間隔が離れているものの、やはり開口３ｈから噴出される被混練物Ｍの圧力を高めるとともに、被混練物Ｍが衝突し合う流路となっている。
本変形例は、複数本のスクリュー部が、それぞれの側面をすべて互いに隣接させている場合の例になっている。
【００５１】
本変形例によれば、スクリュー部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを同方向に回転させて混練を行うことによって、上記第１の実施形態と同様に流路Ｐ３において被混練物Ｍが高せん断を受ける。このため上記第１の実施形態の流路Ｐ３の４倍の箇所で被混練物Ｍが高せん断を受けるため、混練の効率をさらに向上することができる。
また、本変形例では、流路Ｐ５において、対角方向に隣接するスクリュー部同士の間でも被混練物Ｍの衝突が起こるため、被混練物Ｍは高せん断を受ける領域がさらに増大する。
【００５２】
［第３変形例］
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
本実施形態の第３変形例の混練装置１４は、図８に主要部を模式的に示すように、上記第２変形例のシリンダ部１３に代えて、シリンダ部１３の中心部に仕切部１３ｂを設けたシリンダ部１３Ａを備える。以下、上記第２変形例と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
仕切部１３ｂは、上記第２変形例に流路Ｐ５を除去するために設ける部材であり、対角方向に隣接するスクリュー部３Ａおよびスクリュー部３Ｃの側面と、スクリュー部３Ｂおよびスクリュー部３Ｃとの側面とが対向しないように、各側面を覆う部材からなる。本変形例では、内側に凹んだ円筒面を４面有する柱状部材からなる。
【００５４】
このような構成によれば、各流路Ｐ３は、上記第１の実施形態の流路Ｐ３のように、軸方向に延びる矩形状の開口によって仕切られている。このため、各スクリュー部は、隣り合う他の２つのスクリュー部に対して、それぞれ上記第１の実施形態と同様に隣接されている。このため、被混練物Ｍが各流路Ｐ３に集中して、略一定の高せん断を受けるため、効率的に混練を行うことができる。
本変形例は、複数本のスクリュー部が、他のすべてのスクリュー部の側面には隣接していない場合の例になっている。
【００５５】
また、上記の実施形態の説明では、各スクリュー部の回転方向は異方向として説明したが、同方向に変えてもよい。
また、上記第１変形例、第２変形例の説明では、各スクリュー部の回転方向は同方向として説明したが、スクリューの旋回方向を変えることによって、隣接し合うスクリュー部の回転方向を変えてもよい。
【００５６】
なお、上記実施形態および各変形例の説明では、複数本のスクリュー部の形状が同一であって、かつ先端の位置を揃えて並列させた例で説明したため、各側面開口は、回転時に全開口が対向可能な位置関係に配置されている。この場合、対向する側面開口から噴射される被混練物の全体が衝突するため、最も効率的であるが、側面開口からの被混練物は広がりつつ噴出されるため、側面開口の一部が対向可能であってもよい。
また、効率はやや低下するが、隣接する側面開口同士は、軸方向に近接しているだけでもよい。
【００５７】
また、上記実施形態および各変形例の説明では、各スクリュー部の内部流路が、Ｔ字状に形成され、１つの先端開口から２つの側面開口から噴出される場合の例で説明したが、内部流路の形状はＴ字状には限定されず、例えば、Ｙ字状や適宜の湾曲された流路などを採用してもよい。
また、側面開口も２つには限定されず、スクリュー部の側面において、周方向に間隔をあけて３以上が設けられていてもよい。また、軸方向に間隔をあけて複数設けられていてもよい。
また、上記実施形態および各変形例の説明では、各スクリュー部本体は中間部の外形が縮径された形状である場合の例で説明したが、スクリューの形状はこれに限定されず、例えば、くびれの無いスクリュー部本体を採用してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態および各変形例の説明では、各スクリュー部を平行に並列した場合の例で説明したが、スクリュー部を捩れの位置関係に配置することによって、スクリュー部の側面を隣接させ、この隣接領域に側面開口を位置させてもよい。
高せん断が作用するのは、側面開口の近傍であるため、隣接領域を効率的に利用することができる。例えば、１つのスクリュー部の軸方向に複数の側面開口を設け、それぞれの側面開口の位置で捩れの位置関係に交差するように、他のスクリュー部を並列配置することによって、狭い空間であっても、側面の全体を隣接させる場合に比べてより多くのスクリュー部を隣接させることが可能となる。
また、上記実施形態および各変形例の説明では、ホッパを用いて材料を投入する場合の例で説明したが、材料の投入方法はこれに限定されない。例えば、ホッパの無い押し出し成形機や射出成形機に本発明を適用することもできる。
【００５９】
また、上記の実施形態、各変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、１０、１２、１４  混練装置
２、１１、１３、１３Ａ  シリンダ部
２ａ  シリンダ筒部
２ｂ、１１ｂ、１３ａ  シリンダ内側面
２ｄ  シリンダ内底面
２ｇ  開口
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  スクリュー部
３ａ  スクリュー部本体側面（スクリュー部の側面）
３ｂ  スクリュー（スクリュー部の側面）
３ｃ  スクリュー部本体
３ｄ  スクリュー部本体先端面（スクリュー部の先端）
３ｅ  径方向孔（内部流路）
３ｆ  軸方向孔（内部流路）
３ｇ  開口（先端開口）
３ｈ  開口（側面開口）
４Ａ、４Ｂ  回転駆動部
Ｍ  被混練物
ｍ  混練樹脂
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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