(57)【要約】      （修正有）【課題】高温の溶融樹脂の温度を赤外線温度センサーによって精度よく且つタイムリーに測定して、最適な高せん断加工を行える温度測定機構を提供する。【解決手段】高せん断加工装置の、加熱筒の先端部２ａに設けた貫通孔２１に赤外線温度センサー２２を嵌合させ、ギャップ部１２に先端を露出させる。赤外線温度センサー２２は、溶融樹脂から放射される赤外線を誘導する光ファイバー２３と、温度の測定器２４を備えた。光ファイバー２３の外周面の保護筐体２５とその外側の筒状筐体２７との間に冷却流路２８を設けた。冷却流路２８にはエアー等の冷却媒体を流す。冷却流路２８の先端近傍を貫通孔２１との間に形成した排出流路３０に連通し、冷却媒体を大気に排出する。【選択図】図２
0003174632.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
内部に材料を導入する加熱筒と、該加熱筒内に回転可能に配設されていて前記加熱筒との間に間隙を設けると共に内部に帰還穴を連通させた内部帰還型スクリューと、を備えていて、前記内部帰還型スクリューの回転によって投入された材料にせん断応力を付与しつつ混練することで材料を分散及び混合する高せん断加工装置であって、
前記加熱筒に設けられていて前記間隙内の材料の温度を測定する赤外線温度センサーと、冷却媒体によって前記赤外線温度センサーを冷却する冷却手段と、を備えたことを特徴とする高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項２】
前記赤外線温度センサーは、前記内部帰還型スクリューの前面と前記加熱筒の先端部との間の前記間隙に設けられていることを特徴とする請求項１に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項３】
前記赤外線温度センサーは、せん断加工された前記材料から放射された赤外線が走行する光ファイバーと、該光ファイバー内を走行した赤外線を検知して温度測定する測定器とを備えた請求項１または２に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項４】
前記冷却手段は、せん断加工された前記材料から放射された赤外線が走行する光ファイバーの外側に設けられた筒状筐体と、前記光ファイバーと筒状筐体との間に設けられていて冷却媒体を流動させる冷却流路と、を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項５】
前記冷却手段は、少なくとも前記加熱筒の先端部における前記赤外線センサーが装着された領域に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項６】
前記冷却流路は、該冷却流路内の冷却媒体を加熱筒の外へ排出する排出流路に連通している請求項４または５に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項７】
前記冷却媒体は、エアー、水または油である請求項１乃至６のいずれか１項に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【請求項８】
前記材料は、高分子材料からなる溶融樹脂である請求項１乃至７のいずれか１項に記載された高せん断加工装置の温度測定機構。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、高分子材料等の各種材料をせん断加工することによって、高分子材料等の各種材料をナノレベルで分散・混合するための高せん断加工装置の温度測定機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静置場では相互に溶け合わない（非相溶性）ブレンド系の材料において、相溶化剤等の余分な添加物を加えることなく、例えば数十ナノメーターサイズの分散相を有する高分子ブレンド押出し物を製造するための高せん断加工機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１や特許文献２に記載された高せん断加工機は、内部帰還型の高せん断スクリューを回転可能に収容して支持した加熱筒を有している。そして、高せん断スクリューの外周面と加熱筒内周面とのクリアランスからなる流路内に溶融状態の高分子微量材料を供給して、高せん断スクリューを例えば５００〜５０００ｍｉｎ−１の回転数で高速回転させて数分間混練する。
混練に際して、溶融した高分子材料は流路内を前進して高せん断スクリュー先端面に設けた加熱筒内面との間のギャップ部からこのスクリューの内空部を通って後方に帰還してスクリュー外周面の流路に戻されて循環移動させられることでせん断され、ナノ分散化されて耐熱性、機械的特性、寸法安定性等に優れた高分子ブレンド押出し物を製造するようにしている。
【０００４】
ところで、高せん断加工機による高せん断加工では、高分子材料を溶融状態で循環移動させるために加熱筒をヒーターで加熱している。一方で、せん断発熱温度を低下させて高分子材料の高せん断加工を促進するために、冷却流路を加熱筒のブロック内に配設して高分子材料の温度上昇を抑制させて、せん断力を確保している。また、高せん断スクリューを加熱筒内で高速回転させるために、高せん断スクリューに連結されたスピンドルの軸受が高温になるため、この軸受のブロック内にも冷却流路を配設して軸受の過熱を防止している。
【０００５】
このような高せん断加工機として、例えば図５に示すものが知られている。この高せん断加工機１００では、略円筒状の加熱筒１０１内に高速回転する高せん断スクリュー１０２が同軸に配設され、高せん断スクリュー１０２と加熱筒１０１との外周側のクリアランス１０３と先端側のギャップ部１０４と高せん断スクリュー１０２内の中心軸に沿って延びてギャップ部１０４とクリアランス１０３とを連結する帰還穴１０５とで溶融樹脂の循環流路を形成している。
そして、加熱筒１０１の先端部には溶融樹脂の温度を直接測定する温度センサーとして熱電対１０７が装着され、熱電対１０７の先端がギャップ部１０４に露出している。更に、加熱筒や支持脚部等にもそれぞれ温度センサーが配設されていて加熱筒１０１の温度を測定することになっている。
特に、加熱筒１０１の先端部に装着した熱電対１０７は、ギャップ部１０４内の溶融樹脂の温度を直接測定している。
【０００６】
また、加熱筒１０１の外周面に設けたヒータ１０８による加熱と加熱筒１０１及び支持脚部に設けた冷却流路１０９による冷却との関係を調整することで、せん断加工に用いる溶融樹脂の温度が最適値になるようコンピュータ制御によって調整している。
しかしながら、熱電対１０７によってギャップ部１０４で高分子材料からなる溶融樹脂の温度測定を行う場合、測定値にタイムラグがあるためせん断加工中の溶融樹脂の温度測定をタイムリーに測定できず、しかも樹脂温度の測定データに測定誤差があるため、溶融樹脂の温度をせん断加工に最適な温度に調整してせん断加工することが困難であった。
高せん断加工時における、熱電対による溶融樹脂の測定データの誤差や時間的なズレは、溶融樹脂の高せん断加工の精度を低下させるものであり、高精度な高せん断加工製品を継続して製造することが困難であった。
一方、特許文献３及び４に示すような従来の射出成型機では、射出成型機の金型内の樹脂温度を赤外線方式の温度センサーを用いて測定することが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０８９９９７号
【特許文献３】特開２００８−１３７３１５号公報
【特許文献４】特開２００９−１３７０７４号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、高せん断加工装置内に充填した溶融樹脂の温度センサーとして、熱電対に代えて、上述した射出成型機に用いられている赤外線方式の温度センサーを採用することも考えられるが、赤外線方式の温度センサーは赤外線温度センサーを配設した筐体の使用温度範囲が金型の温度（約１５０℃）以下に限られていた。そのため、１５０度をはるかに越える高温環境下で溶融樹脂の温度を測定したい高せん断加工装置には使用することができなかった。
【０００９】
本考案は、このような実情に鑑みて、高温環境下で材料の温度を赤外線温度センサーによって精度よく且つタイムリーに測定して、最適な高せん断加工を行えるようにした高せん断加工装置の温度測定機構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】
【００１０】
本考案に係る高せん断加工装置の温度測定機構は、内部に材料を導入する加熱筒と、加熱筒内に回転可能に配設されていて加熱筒との間に間隙を設けると共に内部に帰還穴を連通させた内部帰還型スクリューと、を備えていて、内部帰還型スクリューの回転によって投入された材料にせん断応力を付与しつつ混練することで材料を分散及び混合する高せん断加工装置であって、加熱筒に設けられていて間隙内の材料の温度を測定する赤外線温度センサーと、冷却媒体によって赤外線温度センサーを冷却する冷却手段と、を備えたことを特徴とする。
本考案による高せん断加工装置の温度測定機構では、加熱筒と内部帰還型スクリューとの間の間隙を、可塑化された溶融樹脂等の材料が流れると共に、この材料の温度を測定するための赤外線温度センサーが加熱筒と内部帰還型スクリューとの間の間隙に設けられており、赤外線温度センサーは冷却手段内を流動する冷却媒体によって冷却されて温度の上昇を抑制されるため、高せん断加工装置の温度が高温に上昇する高温環境下でも赤外線温度センサーの温度上昇を抑制できて、間隙内の材料の温度をタイムリーに精度よく測定できる。
【００１１】
また、赤外線温度センサーは、内部帰還型スクリューの前面と加熱筒の先端部との間の間隙に設けられていることが好ましい。
加熱筒の内周面と内部帰還型スクリューの外周面との間隙でスクリュー羽根によって材料のせん断加工が行われ、内部帰還型スクリューの前面と加熱筒の先端部との間のギャップ部に相当する間隙内でせん断加工中の材料の温度を測定できる。
【００１２】
また、赤外線温度センサーは、せん断加工された高温の材料から放射された赤外線が走行する光ファイバーと、該光ファイバー内を走行した赤外線を検知して温度測定する測定器とを備えている。
本発明によれば、加熱筒の先端部と内部帰還型スクリューの前面との間のギャップ部である間隙に流動するせん断加工中の高温の材料から発せられる赤外線を光ファイバーを通して測定器において受光して赤外線から温度を測定する。
【００１３】
また、冷却手段は、せん断加工された材料から放射された赤外線が走行する赤外線温度センサーの光ファイバーの外側に設けられた筒状筐体と、光ファイバーと筒状筐体との間に設けられていて冷却媒体を流動させる冷却流路と、を備えていてもよい。
赤外線を走行させる光ファイバーとその外側の筒状筐体との間に冷却媒体を供給する冷却流路を設けたから、赤外線温度センサーが加熱筒内に組み込まれているために筒状筐体に加熱筒の温度が伝達されて高温に上昇したとしても、冷却流路を流動する冷却媒体によって光ファイバーに温度が伝達することを抑制して内側の温度上昇を抑制できるため、光ファイバーを含む赤外線温度センサーは加熱筒による高温環境下であってもその影響を受けずに材料の温度を精度良く測定できる。
【００１４】
冷却手段は、少なくとも加熱筒の先端部における赤外線温度センサーが装着された領域に設けられていることが好ましい。
高せん断加工装置の加熱筒が高温になったとしても、少なくとも赤外線温度センサーが装着された領域に冷却手段が設けられているから、赤外線温度センサーが高温になるのを抑制されて材料の温度を測定できる。
また、冷却流路は、冷却流路内の冷却媒体を加熱筒の外へ排出する排出流路に連通していてもよい。
冷却流路を流れる冷却媒体によって赤外線温度センサーの光ファイバーに加熱筒から熱が伝達することを抑制して、この冷却媒体を排出流路によって加熱筒の外部へ排出できる。
【００１５】
また、冷却媒体は、エアー、水または油であってもよい。
冷却媒体としてエアー、水または油を冷却流路内に供給して流通させることで、加熱筒内で筒状筐体に伝達される加熱筒の熱を効率的に冷却できる。
また、材料は、高分子材料からなる溶融樹脂であることが好ましい。
【考案の効果】
【００１６】
本考案による高せん断加工装置の温度測定機構によれば、加熱筒と内部帰還型スクリューとの間の間隙を流動する材料の温度を赤外線温度センサーによって測定できると共に、赤外線温度センサーが高せん断加工装置に装着されていても、冷却手段によって赤外線温度センサーの温度上昇を抑制できる。そのため、高せん断加工装置の温度が高温であっても赤外線温度センサーに熱が伝達されて赤外線温度センサーの温度が上昇することを抑制して、精度よく且つタイムリーに高温の材料の温度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本考案の実施の形態による高せん断加工装置の温度測定機構の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す温度測定機構の要部拡大断面図である。
【図３】高せん断加工装置における実施例の温度測定機構と比較例の温度測定機構を用いて測定した溶融樹脂の温度測定タイミングを示すグラフである。
【図４】高せん断加工装置における実施例の温度測定機構と比較例の温度測定機構を用いて測定した溶融樹脂のピーク温度測定データを示すグラフである。
【図５】熱電対による温度測定機構を備えた従来の高せん断加工装置の概略構成を示す縦断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
以下、本考案の実施形態による高せん断加工装置とその温度測定機構について、図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示す本考案の実施形態による高せん断加工装置１は、例えば高分子材料を溶融状態にして高せん断応力を与えつつ混練することで、樹脂の内部構造をナノレベルまで分散させて混合するものである。
本実施形態による高せん断加工装置１は、例えばペレット形状をなす固体状の高分子ブレンド系の樹脂を図示しない可塑化ユニットに投入して可塑化し、可塑化された溶融樹脂を可塑化ユニットの射出ノズルによって注入口４から加熱筒２内に注入して溶融樹脂をナノ分散化させるようにしている。
【００１９】
高せん断加工装置１で使用される高分子材料として、例えば非相溶性ポリマーブレンド系、ポリマー／フィラー系、ポリマーブレンド／フィラー系の樹脂材料等のブレンド材料が挙げられる。非相溶性ポリマーブレンド系として、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とポリアミド１１（ＰＡ１１）の組み合わせや、ポリカーボネート（ＰＣ）とポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の組み合わせがある。ポリマー／フィラー系としては、例えばポリ乳酸とカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の組み合わせがあり、ポリマーブレンド／フィラー系として、例えばＰＶＤＦとポリアミド６とＣＮＴとの組み合わせなどがある。
なお、本考案では高分子系材料として高分子ブレンド材料に限定されることなく、他のブレンド材料や、ブレンドしない単一の分子材料等に高せん断応力をかけてナノ分散化することができる。
【００２０】
図１において、高せん断加工装置１は、有底で略中空円筒形状の加熱筒２と、この加熱筒２内に同軸に挿通された状態で中心軸線Ｏ回りに回転可能な略円柱形状の内部帰還型スクリュー３とを有している。内部帰還型スクリュー３の基端部側には軸受５を介して図示しないスピンドルと例えばサーボモータからなる駆動モータとが同軸に連結されている。
【００２１】
次に高せん断加工装置１の加熱筒２について説明する。
加熱筒２は、略円筒状に形成され且つ先端部には円筒状の開口を閉塞する肉厚の先端部２ａが配設されている。加熱筒２は、例えば長手方向を略水平方向に向けた状態で保持され、外周面がヒーター７によって覆われている。ヒーター７を温度制御することで加熱筒２は温度調節可能となっている。加熱筒２の先端部２ａには図示しない排出口が設けられ、高せん断加工された溶融樹脂を排出する。
【００２２】
次に、内部帰還型スクリュー３について説明する。
内部帰還型スクリュー３は、加熱筒２内に略同軸に挿通された状態で回転可能に設けられ、その基端部がスピンドルと同軸に連結され、駆動モータの回転力が伝達されている。内部帰還型スクリュー３は、駆動モータの駆動力によって、例えば５００〜５０００ｍｉｎ−１の回転数で高速回転させられて溶融樹脂を混練しつつ高せん断加工をすることができる。
内部帰還型スクリュー３は略円柱状に形成され、その外周面には螺旋状にスクリュー羽根８が突出して形成されている。そして、加熱筒２の内周面と内部帰還型スクリュー３の外周面との間の略円筒状をなす空間はクリアランス１０であり、可塑化ユニットの射出ノズルから溶融樹脂を注入口４を通して加熱筒２内のクリアランス１０に流入させることができる。    
【００２３】
そして、内部帰還型スクリュー３において、外周面のスクリュー羽根８の間の溝面１１がスクリュー３の中心軸線Ｏに平行となる構成、すなわちクリアランス１０は中心軸線Ｏ方向にわたって略一定の間隔Ｓ１となっている。内部帰還型スクリュー３の先端面３ａと加熱筒２の先端部２ａとのギャップ１２は間隙Ｓ２とされている。そのため、高せん断領域Ｋは間隙Ｓ１と間隙Ｓ２とで形成されている。
内部帰還型スクリュー３が高速回転することで間隙Ｓ１の溶融樹脂をスクリュー羽根８で高速せん断しつつスクリュー羽根８間の溝面１１に保持して前方に移送するようになっている。
【００２４】
内部帰還型スクリュー３の内部には、先端面３ａの流入口１４ａからその回転中心である中心軸線Ｏに沿って後方に向かって帰還穴１４が穿孔されており、そして帰還穴１４は溶融樹脂の注入路４よりも後側また略同一位置において中心軸線Ｏから径方向外側に延びて外周面の吐出口１４ｂでクリアランス１０に連通している。即ち、帰還穴１４は内部帰還型スクリュー３の中心軸線Ｏ上を流入口１４ａから後方に延びて吐出口１４ｂ近傍の位置で中心軸線Ｏから外れて外周面に向けて略径方向外側に延びて吐出口１４ｂに連通する流路を形成している。
これにより、帰還穴１４は流入口１４ａと吐出口１４ｂとで高せん断領域Ｋに連通している。
【００２５】
この帰還穴１４において、流入口１４ａが高せん断加工中に帰還穴１４内を流れる溶融樹脂の上流側となり、吐出口１４ｂが下流側となる。つまり、高せん断領域Ｋに注入された溶融樹脂は、内部帰還型スクリュー３の回転とともにスクリュー羽根８によって先端側に送られ、先端面３ａと加熱筒２の先端部２ａとのギャップ部１２において流入口１４ａより帰還穴１４内に流入して後方へ流れて吐出口１４ｂよりクリアランス１０に吐出され、再び内部帰還型スクリュー３の回転とともに先端側へ送られる循環流動がなされる。
また、注入路４の位置は、内部帰還型スクリュー３の後端寄りに設けられている帰還穴１４の吐出口１４ｂよりも先端側または略同一の位置となっていることが好ましい。  
【００２６】
そのため、内部帰還型スクリュー３は加熱筒２との間で、混練に必要な溶融樹脂の循環がスムーズとなり、高せん断効率を高めることができる。
また、図１において、内部帰還型スクリュー３の基端部は、スクリュー羽根８が形成されていない高せん断領域Ｋの範囲外の位置に設けられていて、スクリュー羽根８と同等またはそれより大径に形成された円柱状領域を有する。この基端部は加熱筒２の内面に対して液密に摺動可能となっている。
【００２７】
また、加熱筒２及び先端部２ａには適宜な位置に温度センサー１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）が設けられており、加熱筒２及び先端部２ａの温度が図示しない制御手段に入力されて管理され、ヒーター７で温度調整できるようになっている。温度センサー１６は一般的に熱電対で構成される。
さらに、加熱筒２内には、それぞれ冷却流路１７、１８が埋設されている。加熱筒２の冷却流路１７、１８は加熱筒２のブロック内に埋設されていて温度調整を行うものである。また、軸受５の支持部１９にも冷却流路２０が埋設されている。そのため、温度が高すぎる場合には冷却流路１７，１８、２０に水や空気、油等の冷却媒体を供給して加熱筒２等の温度を低下させて調整する。
【００２８】
次に、赤外線方式の温度測定機構１３について図１及び図２により説明する。
図１において、加熱筒２の先端部２ａにはギャップ部１２と外壁１５とを貫通する段付きの貫通孔２１が形成されている。この先端部２ａの貫通孔２１内に赤外線温度センサー２２の先端側部分が埋設されており、その先端部２２ａは内部帰還型スクリュー３の先端面３ａと加熱筒２の先端部２ａとで仕切るギャップ部１２に露出している。
【００２９】
赤外線温度センサー２２は、図１及び図２に示すように、ギャップ部１２内の溶融樹脂から放射される赤外線を受光して走行させる光ファイバー２３と、この光ファイバー２３の基端部に設けられたアンプや赤外線検知手段等を含む測定器２４と、光ファイバー２３の外周をその全長に亘って覆って保護する保護筐体２５とを備えている。
また、この赤外線温度センサー２２には、少なくとも加熱筒２の先端部２ａに埋設された部分の保護筐体２５の外周面に冷却手段２６が設けられている。図１及び図２に示す例では、冷却手段２６はその長さの１／２程度が加熱筒２の先端部２ａ内の貫通孔２１に埋設されている。
【００３０】
冷却手段２６は赤外線温度センサー２２の先端側領域を囲う筒状筐体２７が設けられ、光ファイバー２３を覆う保護筐体２５と筒状筐体２７との間の空間流路はエアー、水、或いは油等の冷却媒体Ｒが流通する冷却流路２８とされている。冷却流路２８は加熱筒２の先端部２ａから適宜距離離れた位置に冷却媒体Ｒの流入口２８ａが設けられ、ギャップ部１２近傍の位置に流出口２８ｂが形成されている。
筒状筐体２７の外周側には、加熱筒２の先端部２ａの貫通孔２１に赤外線温度センサー２２の先端側領域を嵌合させることで、筒状筐体２７の外周面と貫通孔２１の内壁との間に略環状の排出流路３０が形成されている。この排出流路３０は、その先端閉鎖部３０ａ近傍で冷却流路２８の流出口２８ｂと連通しており、更に筒状筐体２７の外周面に沿って光ファイバー２３の基端側に向けて先端部２ａの外壁１５まで延びて開口３０ｂとして開口する構成を有している。冷却流路２８と排出流路３０は、その長手方向に直交する断面視で、光ファイバー２３を中心にしてそれぞれ同軸のリング状に形成されている。
【００３１】
また、赤外線温度センサー２２の先端部にはこのセンサー２２を加熱筒２の先端部２ａに固定するセンサー固定部３１が接合され、センサー固定部３１は加熱筒２の先端部２ａの貫通孔２１の小径段部２１ａに液密に嵌合されている。更に冷却流路２８の先端と後端にはシール部材３２、３３がそれぞれ装着されてシールされている。
また、筒状筐体２７の後端側には、先端部２ａの外壁１５の更に外側に冷却流路２８の流入口２８ａが設けられており、この流入口２８ａには冷却媒体供給源から冷却媒体Ｒを供給するための冷却媒体供給管３４が連結されている。
【００３２】
本実施形態による高せん断装置１の温度測定機構１３は上述の構成を備えており、次にこの高せん断装置１によって高せん断加工される溶融樹脂の温度測定方法について説明する。
高せん断加工装置１によって高せん断加工される材料として、例えば高分子ブレンド系の樹脂を用いるものとし、一例として非相溶性ポリマーブレンド系、ポリマー／フィラー系、ポリマーブレンド／フィラー系の固体状樹脂材料等を用いるものとするが、他の高分子材料やその他の材料を用いてもよい。
【００３３】
図１に示す高せん断加工装置１において、例えば高分子材料を図示しない可塑化ユニットで可塑化させ、溶融された樹脂を注入口４の注入バルブを開いて加熱筒２内に注入する。
高せん断加工装置１では、加熱筒２内の内部帰還型スクリュー３を例えば５００ｍｉｎ−１以下の低速回転で回転させて、加熱筒２内の空の高せん断領域Ｋに溶融樹脂を注入することで、加熱筒２内のクリアランス１０、ギャップ部１２、そして帰還穴１４内が溶融樹脂で満たされる。
そして、溶融樹脂の注入完了を検知すると注入口４と排出口を閉じて、高せん断加工が行われる。
【００３４】
高せん断加工に際し、高せん断加工装置１では加熱筒２内の内部帰還型スクリュー３を高速回転させるが、回転数は投入される樹脂材料によって決定される。本実施形態では、上述した低速回転より高速回転である例えば５００〜５０００ｍｉｎ−１の範囲で回転させ、高せん断領域Ｋ中の溶融樹脂に対して所定の設定時間だけ高せん断加工を行う。
このとき、加熱筒２と内部帰還型スクリュー３との間のクリアランス１０内に満たされた溶融樹脂は、内部帰還型スクリュー３の高速回転によってスクリュー羽根８によって高せん断加工されると共にクリアランス１０内の主に溝面１１で先端側へ送られる。
【００３５】
そして、内部帰還型スクリュー３で高せん断された溶融樹脂は、高速回転する内部帰還型スクリュー３の先端面３ａと先端部２ａとの間のギャップ部１２内に移送されて流入口１４ａより帰還穴１４内を後方へ流れ、遠心力で吐出口１４ｂより内部帰還型スクリュー３の外周面に流出してクリアランス１０に帰還し、再び先端側に送られるといった高速の循環流動を所定時間繰り返す。
これによって、溶融樹脂が混練されると共に高せん断応力が付与される。この循環により溶融樹脂はナノ分散化され、高分子材料の内部構造がナノレベルで分散及び混合される。
【００３６】
そして、加熱筒２内のクリアランス１０、ギャップ部１２、そして帰還穴１４からなる流路を循環されつつ内部帰還型スクリュー３のスクリュー羽根８によって高せん断加工される溶融樹脂は、その温度を比較的低い値に制御することで高いせん断力を付与される。
クリアランス１０で高せん断加工されている溶融樹脂は、内部帰還型スクリュー３の回転によってギャップ部１２内に搬送され、赤外線温度センサー２２によって溶融樹脂の温度が測定される。即ち、ギャップ部１２内を流動する溶融樹脂から放射される赤外線は赤外線温度センサー２２の光ファイバー２３内を走行し、測定器２４で検知されてその温度が測定される。
【００３７】
その際、赤外線温度センサー２２は冷却手段２６を備えた先端側領域が加熱筒２の先端部２ａの貫通孔２１内に嵌合されているために、ヒーター７の熱やせん断加工によって加熱された溶融樹脂の熱伝達を受けて加熱筒２及びその先端部２ａが高温となる。そのため、冷却媒体供給源から冷却媒体供給管３４を通して、冷却媒体Ｒが光ファイバー２３を囲う保護筐体２５とその外側の筒状筐体２７との間に設けられた冷却流路２８の流入口２８ａから供給され、冷却流路２８を通って赤外線温度センサー２２の先端側に供給されて赤外線温度センサー２２を冷却する。
この冷却流路２８によって、加熱筒２の先端部２ａの高温の熱が貫通孔２１の内壁を通して赤外線温度センサー２２に伝達されることを抑制し、赤外線温度センサー２２が例えば１５０℃を越える高温になることを防止する。
【００３８】
そして、冷却流路２８を流動して光ファイバー２３及び保護筐体２５を冷却した冷却媒体Ｒは先端近傍で流出口２８ｂから外周側の排出流路３０に流れ込み、更に排出流路３０を外側に流れて先端部２ａの外壁１５に設けた開口３０ｂから大気に放出される。
そのため、ヒーター７の熱やせん断加工によって加熱された溶融樹脂の熱伝達を受けて加熱筒２及びその先端部２ａが高温となっても、赤外線温度センサー２２がその熱伝達を受けて高温になることを防止できるので、高せん断加工された加熱筒２内の溶融樹脂の温度を赤外線温度センサー２２によってタイムリーに且つ精度よく測定できる。そして、ヒータ７及び冷却管路１７、１８で調整される溶融樹脂の温度をせん断加工に好適な温度範囲に制御できる。
【００３９】
上述のように、本実施形態による高せん断加工装置１の温度測定機構１３によれば、高せん断加工装置１が高温環境下で稼働されていても、加熱筒２の先端部２ａの貫通孔２１と赤外線温度センサー２２との間に設けた冷却手段２６によって、赤外線温度センサー２２に高温が伝達されるのを抑制できて好適な温度測定を行える。
そのため、従来は、赤外線温度センサーを直接装置内に組み込んで温度測定を行うため装置温度の影響を直接受けてしまい使用温度範囲が制限されていたが、本実施形態による高せん断加工装置１によれば、高温環境下であっても赤外線方式の赤外線温度センサー２２を用いて加熱筒２内の溶融樹脂の温度をタイムリーに且つ精度よく測定できる。
【００４０】
（試験例）
次に、本実施形態による赤外線温度センサー２２を用いた高せん断加工装置１と、従来の熱電対を用いた高せん断加工装置とによる溶融樹脂の温度測定試験を行った。
溶融樹脂の温度測定機構１３として赤外線温度センサー２２を用いた本実施形態による高せん断加工装置１を実施例とし、従来の熱電対１０７を用いた高せん断加工装置１を比較例とした。
【００４１】
試験１として、高せん断加工装置１における内部帰還型スクリュー３の回転数を４００ｍｉｎ−１〜２０００ｍｉｎ−１の範囲で変化させて溶融樹脂の高せん断加工を行った。実施例と比較例とにおける溶融樹脂温度の測定位置を図１及び図２、図５に示すようにギャップ部１２とした。
実施例と比較例で、内部帰還型スクリュー３の回転数を４００ｍｉｎ−１の低速回転から２０００ｍｉｎ−１の高速回転まで上昇させ、２０００ｍｉｎ−１のピーク高速回転数を１０秒間維持して５００ｍｉｎ−１の低速回転に戻すことによって高せん断加工を行った。
【００４２】
試験１の結果を図３に示す。図３に示す試験結果において、実施例では、内部帰還型スクリュー３の回転数のピーク到達時間と赤外線温度センサー２２で測定した溶融樹脂のピーク温度到達時間とがほぼ一致し、タイムラグがなく温度を測定できた。
これに対し、比較例では、熱電対１０７で測定したので、内部帰還型スクリュー３の回転数のピーク到達時間と溶融樹脂のピーク温度到達時間とに４秒程度のタイムラグがあった。
【００４３】
次に、試験２として、高せん断加工装置１における内部帰還型スクリュー３の回転数を４００ｍｉｎ−１〜２０００ｍｉｎ−１の範囲で変化させて高せん断加工中の溶融樹脂の温度を測定した。実施例と比較例とにおける溶融樹脂の温度の測定位置を図１及び図２、図５に示すようにギャップ部１２とした。
実施例と比較例で、内部帰還型スクリュー３の回転数を４００ｍｉｎ−１の低速回転から２０００ｍｉｎ−１の高速回転まで上昇させ、２０００ｍｉｎ−１のピーク高速回転数を１０秒間維持して５００ｍｉｎ−１の低速回転に戻す高せん断加工を行った。
【００４４】
試験２の結果を図４に示す。図４に示す試験結果において、実施例では、内部帰還型スクリュー３の回転数２０００ｍｉｎ−１のピークで高せん断加工して、赤外線温度センサー２２で測定した加工中の溶融樹脂の温度変化の連続波形を描画すると、ピーク温度は約３６０℃であった。
これに対し、比較例では、内部帰還型スクリュー３の回転数２０００ｍｉｎ−１のピークで高せん断加工して、熱電対１０７で測定した加工中の溶融樹脂の温度変化の連続波形を描画すると、ピーク温度は約２６０℃であった。
そのため、実施例と比較例とで溶融樹脂のピーク温度に約１００℃の差が見られた。これの測定結果から、比較例の熱電対による温度測定では、溶融樹脂加工中のせん断発熱による温度上昇があまり反映されていないと考えられる。そのため、実施例のほうが温度測定精度が高いことを認識できた。
【００４５】
以上、本実施形態による高せん断加工装置１の温度測定機構１３について説明したが、本考案は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である
例えば、本実施の形態による高せん断加工装置１では、高せん断加工できる材料として高分子材料の溶融樹脂を採用しているが、その性状は粉体、流体、粒子からなる材料であってもよい。また、使用対象となる材料系としては、非相溶性ポリマーブレンド系、ポリマー／フィラー系、さらにはポリマーブレンド／フィラー系の材料が挙げられるが、それ以外の材料、そして高分子材料以外の他の種類の材料であってもかまわない。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、赤外線温度センサー２２の設置位置をギャップ部１２としたが、この位置に限定されるものではなく、クリアランス１０の位置でもよい。
【００４７】
また、本実施の形態では可塑化ユニットの射出ノズルによって加熱筒２の注入口４内に溶融樹脂を注入するようにしたが、このような形態に限定されることはない。固体状樹脂や他の材料を適宜な性状にして加熱筒２内の高せん断領域Ｋに供給できればよい。
また、高せん断加工装置１の先端部２ａを含む加熱筒２、内部帰還型スクリュー３の形状、寸法などの構成は本実施の形態に限定されることはなく、任意に設定することができる。
さらに、高せん断加工装置１の注入口４、各温度センサー１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ、冷却管路１７、１８，２０、ヒーター７などの位置、数量などについても任意に設定することができる。
【００４８】
なお、冷却手段２６は、せん断加工された溶融樹脂から放射された赤外線が走行する光ファイバー２３の外側に設けられた筒状筐体２７と、光ファイバー２３と筒状筐体２７との間に設けられた冷却媒体を流動させる冷却流路２８とで構成されていてもよく、保護筐体２５を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  高せん断加工装置
２  加熱筒
２ａ  加熱筒の先端部
３  内部帰還型スクリュー
３ａ  内部帰還型スクリューの先端面
７  ヒーター
８  スクリュー羽根
１０  クリアランス
１２  ギャップ部
１３  温度測定機構
１４  帰還穴
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  温度センサー
１７，１８、２０  冷却管路
２１  貫通孔
２２  赤外線温度センサー
２３  光ファイバー
２４  測定器
２５  保護筐体
２６  冷却手段
２７  筒状筐体
２８  冷却流路
３０  排出流路
３１  センサー固定部
Ｋ  高せん断領域
Ｓ１、Ｓ２  間隙
【図１】
0003174632.tif 000003
【図２】
0003174632.tif 000004
【図３】
0003174632.tif 000005
【図４】
0003174632.tif 000006
【図５】
0003174632.tif 000007