(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を混練しつつ搬送する押出機用スクリュであって、
前記原料の搬送方向に沿う直線状の軸線を有し、当該軸線を中心に回転するスクリュ本体と、
前記スクリュ本体の周方向に沿う外周面に設けられ、前記スクリュ本体の回転時に前記原料を前記スクリュ本体の軸方向に搬送する螺旋状に捩れたフライトと、
前記スクリュ本体に設けられ、前記フライトにより搬送された前記原料が流入する第１の通路要素と、前記第１の通路要素から流入した前記原料が流れる第２の通路要素と、前記第２の通路要素を流れた前記原料が前記スクリュ本体の前記外周面に帰還する第３の通路要素と、を含む通路と、を具備し、
前記スクリュ本体は、前記軸線と同軸状に設けられた回転軸と、当該回転軸に追従して回転するように前記回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸の軸方向に配列された複数の筒体と、を有し、
前記フライトの少なくとも一部が前記回転軸上で隣り合う前記筒体の外周面に形成され、前記通路が隣り合う前記筒体の間に跨るように前記筒体の内部に形成された押出機用スクリュ。
【請求項２】
前記回転軸上で隣り合う前記筒体は、互いに密着された端面を有し、
前記通路の前記第２の通路要素は、隣り合う前記筒体のうちの一方の筒体の内部に形成された第１の部分と、隣り合う前記筒体のうちの他方の筒体の内部に形成された第２の部分と、を含み、前記第１の部分および前記第２の部分は、夫々が対応する前記筒体の軸方向に延びているとともに前記筒体の前記端面に開口された開口端を有し、当該開口端が互いに連通された請求項１に記載の押出機用スクリュ。
【請求項３】
前記回転軸上で隣り合う前記筒体は、夫々前記端面の反対側に位置された端壁を有し、前記第１の部分の前記開口端とは反対側の端部が一方の前記筒体の前記端壁で閉塞され、前記第２の部分の前記開口端とは反対側の端部が他方の前記筒体の前記端壁で閉塞された請求項２に記載の押出機用スクリュ。
【請求項４】
前記第２の通路要素の前記第１の部分は、前記一方の筒体の前記端面の側から前記一方の筒体に機械加工を施すことにより形成され、前記第２の通路要素の前記第２の部分は、前記他方の筒体の前記端面の側から前記他方の筒体に機械加工を施すことにより形成された請求項３に記載の押出機用スクリュ。
【請求項５】
前記通路の前記第１の通路要素は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記第２の通路要素に連通され、前記通路の前記第３の通路要素は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記第２の通路要素に連通された請求項１に記載の押出機用スクリュ。
【請求項６】
前記通路の前記第１の通路要素および前記第３の通路要素は、夫々前記筒体の前記外周面の側から前記筒体に機械加工を施すことにより形成された請求項５に記載の押出機用スクリュ。
【請求項７】
前記スクリュ本体は、前記フライトによる原料の流動を制限することで原料の圧力を高める障壁部をさらに備え、前記第１の通路要素が前記障壁部と隣り合う位置に設けられた請求項１に記載の押出機用スクリュ。
【請求項８】
前記回転軸は、ストッパ部を有する第１の軸部と、前記ストッパ部の端面から同軸状に延出され、前記筒体が挿入される第２の軸部と、を含み、前記第２の軸部の前記ストッパ部とは反対側の端面に締結具を介して端板が固定され、当該端板と前記ストッパ部との間で複数の前記筒体が前記第２の軸部の軸方向に締め付けられた請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の押出機用スクリュ。
【請求項９】
前記第２の通路要素の口径が前記第１の通路要素の口径よりも小さい請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の押出機用スクリュ。
【請求項１０】
前記通路は、前記スクリュ本体の軸線を外れた位置に設けられ、前記筒体が前記回転軸に追従して回転した時に、前記通路が前記軸線の回りを公転するように構成された請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の押出機用スクリュ。
【請求項１１】
原料を混練しつつ搬送する押出機用スクリュであって、
前記原料の搬送方向に沿う直線状の軸線を有し、当該軸線を中心に回転するスクリュ本体と、
前記スクリュ本体の周方向に沿う外周面に設けられ、前記スクリュ本体の回転時に前記原料を前記スクリュ本体の軸方向に搬送する螺旋状に捩れたフライトと、
前記スクリュ本体に設けられ、前記フライトにより搬送された前記原料が流入する入口と、前記入口から流入した前記原料が流れる通路本体と、前記通路本体を流れた前記原料が前記スクリュ本体の前記外周面に帰還する出口と、を含む通路と、を具備し、
前記スクリュ本体は、前記軸線と同軸状に設けられた回転軸と、当該回転軸に追従して回転するように前記回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸の軸方向に配列された複数の筒体と、を有し、
前記フライトの少なくとも一部が少なくとも一つの前記筒体の外周面に形成され、前記通路が少なくとも一つの前記筒体の内部に形成された押出機用スクリュ。
【請求項１２】
前記通路の前記入口は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記通路本体に連通され、前記通路の前記出口は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記通路本体に連通された請求項１１に押出機用スクリュ。
【請求項１３】
前記通路の前記入口および前記出口は、夫々前記筒体の外周面の側から前記筒体に機械加工を施すことにより形成された請求項１２に記載の押出機用スクリュ。
【請求項１４】
前記通路は、前記スクリュ本体の軸線を外れた位置に設けられ、前記筒体が前記回転軸に追従して回転した時に、前記通路が前記軸線の回りを公転するように構成された請求項１１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の押出機用スクリュ。
【請求項１５】
回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸と一体に回転することで押出機用スクリュを構成するとともに、前記回転軸よりも全長が短い筒状のスクリュエレメントであって、
原料を搬送する螺旋状に捩れたフライトが設けられた外周面を有し、当該外周面のうち前記フライトから外れた箇所に、前記原料が流入する入口および前記原料が帰還する出口の少なくともいずれか一方が設けられ、内部に前記入口および前記出口の少なくともいずれか一方に連通するとともに前記原料が流通する通路が設けられたスクリュエレメント。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載されたスクリュを備え、当該スクリュを用いて原料を混練することで混練物を生成する押出機であって、
前記スクリュが回転可能に収容されたバレルと、
前記バレルに設けられ、前記スクリュに原料を供給する供給口と、
前記バレルに設けられ、前記混練物が押し出される吐出口と、
を備えた押出機。
【請求項１７】
バレルの内部で回転する請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載されたスクリュに原料を供給するとともに、当該原料を前記スクリュを用いて前記スクリュの軸方向に連続的に搬送し、
前記スクリュの回転時に、原料を前記スクリュの前記通路に導くとともに、前記通路を通して前記スクリュの外周面に帰還させるようにした押出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレンドされた原料にせん断作用および伸長作用を付加しつつ、当該原料を混練する押出機用スクリュおよび押出機用スクリュに用いるスクリュエレメントに関する。さらに、本発明は、前記押出機用スクリュを用いて混練物を生成する押出機ならびに押出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、スクリュの回転数が３００rpm程度に設定された押出機で複数の非相溶性の樹脂をブレンドした原料を混練する場合、ブレンド成分の一方又は両方と親和性もしくは接着性を有する相溶化剤を添加する必要がある。しかしながら、相溶化剤を用いたとしても、ブレンド成分が分子レベルで相互に溶解していないために、押出機によって生成される混練物の性能や機能を高める上で自ずと限界がある。
【０００３】
このような問題を解消するため、従来、相溶化剤のような添加剤を一切加えることなしに、原料がナノレベルで混練された混練物を生成し得るようにしたバッチ式の高せん断成形装置が開発されている。
【０００４】
特許文献１に開示されたバッチ式の高せん断成形装置は、シリンダ内に収容されたフィードバック型のスクリュを備えている。スクリュは、非相溶性の樹脂をブレンドした原料をスクリュの内部で十分に混練させる構造を有している。
【０００５】
具体的には、スクリュは、原料の搬送方向に沿う直線状の軸線を有し、当該軸線を中心にシリンダの内部で回転するように構成されている。スクリュの外周面には、螺旋状に捩じれたフライトが形成されている。フライトは、スクリュの基端に供給された原料をスクリュの先端に向けて搬送する。フライトによって搬送された原料は、スクリュの先端面とシリンダの開口端を閉塞したシール部材との間の隙間に閉じ込められる。
【０００６】
さらに、スクリュは、その略中心部に内径が１mmから５mm程度の孔を有している。孔は、スクリュの軸線方向に延びている。孔の上流端は、スクリュの先端面で前記隙間に開口されている。孔の下流端は、二股状に分岐されてスクリュの基端の外周面に開口されている。
【０００７】
隙間に閉じ込められた原料は、スクリュの回転に伴って孔の上流端から孔内に流入するとともに、孔の下流端からスクリュの基端の外周面に帰還される。帰還された原料は、再びフライトにより隙間に向けて搬送される。
【０００８】
このようにスクリュをフィードバック型とすることで、スクリュに供給された原料は、フライトによって搬送される過程でせん断作用を受けるとともに、孔内を通過する過程で伸長作用を受ける。この結果、原料は、せん断流動および伸長流動を伴った状態でシリンダの内部の閉ざされた空間を循環し、この原料の循環に要する時間に応じて原料の高分子成分がナノ分散化される。
【０００９】
一方、特許文献１には、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）と、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）とを、前記フィードバック型のスクリュを用いて混練させた時に得られた混練物についての記載がある。
【００１０】
具体的には、スクリュを１８００ｒｐｍで回転させつつシリンダの内部の閉ざされた空間で原料を２分間循環させた場合は、透明な混練物が得られ、スクリュの回転数を１８００ｒｐｍから３００ｒｐｍに変更した場合には、混練物は透明ではなく白濁した様相を呈すると記載されている。
【００１１】
さらに、特許文献１に開示されたバッチ式の高せん断成形装置では、スクリュの回転数と原料の循環時間との関係が原料の混練度合いを決定する上で重要な要素となる。すなわち、スクリュの回転数が６００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの時は、原料の循環時間を５秒〜６０分に設定し、スクリュの回転数を１２００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍとした時は、原料の循環時間を５秒〜４分に設定することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０６１８７２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
混練物の生産性を高めるためには、シリンダから混練物を連続的に吐出させることが必須となる。しかしながら、特許文献１に開示された高せん断成形装置では、シリンダの内部の閉ざされた空間を原料が循環している間は、シリンダから混練物を吐出させることができない。このため、シリンダから混練物を途切れることなく連続して取り出すことができず、混練物の生産性を高めたいという要求を満たすことが困難となる。
【００１４】
さらに、バッチ式の高せん断成形装置によると、閉ざされた空間を原料が循環する間に、原料に伸長作用とせん断作用とが交互に繰り返し付与される。原料の混練度合いは、原料の循環時間だけで決まるものではなく、スクリュの回転数と原料の循環時間との関係が原料の混練度合いに大きな影響を及ぼす。
【００１５】
このため、原料の混練度合いを調整するには、スクリュの回転数と原料の循環時間とを関連付けることが必要であり、その分、調整範囲が狭くなったり、調整条件が限定されるのを避けられない。
【００１６】
加えて、原料に付加されるせん断作用および伸長作用の強弱は、フライトの形状、孔の内径および長さによって定まる。特許文献１に開示された高せん断成形装置では、スクリュが一体構造物であり、ソリッドな一本の軸部材にフライトおよび孔が形成されている。
【００１７】
このような構成によると、スクリュ毎にフライトの形状、孔の内径および長さが固定的に定まるので、原料に付加されるせん断作用と伸長作用の配分を変更するに当たっては、その都度フライトの形状、孔の内径および長さが異なるスクリュを準備する必要があるとともに、スクリュ全体を交換するといった面倒で手間のかかる作業を強いられる。
【００１８】
さらに、スクリュの長さが変わると、バレルおよびヒータ等の付属物も変更せざるを得なくなり、原料の混練度合いを調整する作業に多大な労力を要することになる。
【００１９】
さらに、スクリュの全長が長くなる程、フライトおよび孔の成形に手間がかかるとともに、スクリュの構成が複雑となるのを否めない。したがって、スクリュの製造性、メンテナンスおよび管理等が容易でないといった問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、原料に付加されるせん断作用あるいは伸長作用を容易に変更したり調節することができ、しかも、構造がシンプルで製造性、メンテナンスおよび管理が容易な押出機用スクリュを得ることにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、構造がシンプルで原料に伸長作用を付加する通路を容易に形成できるスクリュエレメントを得ることにある。
【００２２】
本発明のさらに他の目的は、原料に付加されるせん断作用あるいは伸長作用を容易に変更したり調節することができ、原料が適切に混練された混練物を成形できる押出機および押出方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る押出機用スクリュは、原料の搬送方向に沿う直線状の軸線を中心に回転するスクリュ本体と、前記スクリュ本体の周方向に沿う外周面に設けられ、前記スクリュ本体の回転時に前記原料を前記スクリュ本体の軸方向に搬送する螺旋状に捩れたフライトと、前記スクリュ本体に設けられた通路と、を具備している。前記通路は、前記フライトにより搬送された前記原料が流入する第１の通路要素と、前記第１の通路要素から流入した前記原料が流れる第２の通路要素と、前記第２の通路要素を流れた前記原料が前記スクリュ本体の前記外周面に帰還する第３の通路要素と、を含む。
【００２４】
前記スクリュ本体は、前記軸線と同軸状に設けられた回転軸と、当該回転軸に追従して回転するように前記回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸の軸方向に配列された複数の筒体と、を有している。前記フライトの少なくとも一部が前記回転軸上で隣り合う前記筒体の外周面に形成され、前記通路が隣り合う前記筒体の間に跨るように前記筒体の内部に形成されている。
【００２５】
本発明の好ましい形態によると、前記回転軸上で隣り合う前記筒体は、互いに密着された端面を有している。前記通路の前記第２の通路要素は、隣り合う前記筒体のうちの一方の筒体の内部に形成された第１の部分と、隣り合う前記筒体のうちの他方の筒体の内部に形成された第２の部分と、を含んでいる。前記第１の部分および前記第２の部分は、夫々が対応する前記筒体の軸方向に延びているとともに前記筒体の前記端面に開口された開口端を有し、当該開口端が互いに連通されている。
【００２６】
本発明の好ましい形態によると、前記回転軸上で隣り合う前記筒体は、夫々前記端面の反対側に位置された端壁を有し、前記第１の部分の前記開口端とは反対側の端部が一方の前記筒体の前記端壁で閉塞され、前記第２の部分の前記開口端とは反対側の端部が他方の前記筒体の前記端壁で閉塞されている。
【００２７】
本発明の好ましい形態によると、前記第２の通路要素の前記第１の部分は、前記一方の筒体の前記端面の側から前記一方の筒体に機械加工を施すことにより形成されている。同様に、前記第２の通路要素の前記第２の部分は、前記他方の筒体の前記端面の側から前記他方の筒体に機械加工を施すことにより形成されている。
【００２８】
本発明の好ましい形態によると、前記通路の前記第１の通路要素は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記第２の通路要素に連通され、前記通路の前記第３の通路要素は、前記筒体の前記外周面に開口されているとともに前記筒体の内部で前記第２の通路要素に連通されている。
【００２９】
本発明の好ましい形態によると、前記通路の前記第１の通路要素および前記第３の通路要素は、夫々前記筒体の前記外周面の側から前記筒体に機械加工を施すことにより形成されている。
【００３０】
本発明の好ましい形態によると、前記スクリュ本体は、前記フライトによる原料の流動を制限することで原料の圧力を高める障壁部をさらに備え、前記第１の通路要素は、前記障壁部と隣り合う位置に設けられている。
【００３１】
本発明の好ましい形態によると、前記回転軸は、ストッパ部を有する第１の軸部と、前記ストッパ部の端面から同軸状に延出され、前記筒体が挿入される第２の軸部と、を含み、前記第２の軸部の前記ストッパ部とは反対側の端面に締結具を介して端板が固定されている。複数の前記筒体は、前記端板と前記ストッパ部との間で前記第２の軸部の軸方向に締め付けられている。
【００３２】
本発明の好ましい形態によると、前記第２の通路要素の内径が前記第１の通路要素の内径よりも小さく設定されている。
【００３３】
本発明の好ましい形態によると、前記通路は、前記スクリュ本体の軸線を外れた位置に設けられ、前記筒体が前記回転軸に追従して回転した時に、前記通路が前記軸線の回りを公転するように構成されている。
【００３４】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る押出機用スクリュは、
原料の搬送方向に沿う直線状の軸線を有し、当該軸線を中心に回転するスクリュ本体と、前記スクリュ本体の周方向に沿う外周面に設けられ、前記スクリュ本体の回転時に前記原料を前記スクリュ本体の軸方向に搬送する螺旋状に捩れたフライトと、前記スクリュ本体に設けられた通路と、具備している。前記通路は、前記フライトにより搬送された前記原料が流入する入口と、前記入口から流入した前記原料が流れる通路本体と、前記通路本体を流れた前記原料が前記スクリュ本体の前記外周面に帰還する出口と、を含む。
【００３５】
前記スクリュ本体は、前記軸線と同軸状に設けられた回転軸と、当該回転軸に追従して回転するように前記回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸の軸方向に配列された複数の筒体と、を有する。前記フライトの少なくとも一部が少なくとも一つの前記筒体の外周面に形成され、前記通路が少なくとも一つの前記筒体の内部に形成されている。
【００３６】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るスクリュエレメントは、回転軸の外周面に同軸状に取り外し可能に挿入され、前記回転軸と一体に回転することで押出機用スクリュを構成するとともに、前記回転軸よりも全長が短い筒状の要素である。
【００３７】
前記スクリュエレメントは、原料を搬送する螺旋状に捩れたフライトが設けられた外周面を有し、当該外周面のうち前記フライトから外れた箇所に、前記原料が流入する入口および前記原料が帰還する出口の少なくともいずれか一方が設けられ、内部に前記入口および前記出口の少なくともいずれか一方に連通するとともに前記原料が流通する通路が設けられている。
【００３８】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る押出機は、前記スクリュを用いて原料を混練することで混練物を生成する押出機であって、前記スクリュが回転可能に収容されたバレルと、前記バレルに設けられ、前記スクリュに原料を供給する供給口と、前記バレルに設けられ、前記混練物が押し出される吐出口と、を備えている。
【００３９】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る押出方法は、バレルの内部で回転する前記スクリュに原料を供給するとともに、当該原料を前記スクリュを用いて前記スクリュの軸方向に連続的に搬送し、前記スクリュの回転時に、原料を前記スクリュの前記通路に導くとともに、前記通路を通して前記スクリュの外周面に帰還させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、複数の筒体を選択して回転軸上に挿入したり、複数の筒体を回転軸の上で自由に組み替えることができる。このため、スクリュ本体の軸方向に沿うフライトの位置および通路の位置を、例えば原料の混練度合いに応じて自由に設定することができ、フライトによって原料に付加されるせん断作用あるいは通路を通過する原料に付加される伸長作用を容易に変更したり調節することができる。よって、原料が適切に混練された所望の混練物を成形することができる。
【００４１】
さらに、スクリュ本体に通路を形成するに際しては、通路の全長に比べて長さが短い個々の筒体に加工を施すことで対応できる。そのため、通路を精度よく容易に形成することが可能となり、構造がシンプルで加工性に優れた押出機用スクリュを得ることができる
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る連続式高せん断加工装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態で用いる第１の押出機の断面図である。
【図３】第１の実施形態において、第１の押出機の二本のスクリュが互いに噛み合った状態を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態で用いる第３の押出機の断面図である。
【図５】第１の実施形態で用いる第２の押出機の断面図である。
【図６】第１の実施形態において、バレルおよびスクリュを共に断面で示す第２の押出機の断面図である。
【図７】第１の実施形態で用いるスクリュの側面図である。
【図８】図６のＦ８−Ｆ８線に沿う断面図である。
【図９】第１の実施形態において、回転軸上で隣り合う二つの筒体の間に跨って通路が形成された状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を示すスクリュの側面図である。
【図１１】第１の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を概略的に示す第２の押出機の断面図である。
【図１２】第１の実施形態において、スクリュ本体の変形例１を概略的に示す断面図である。
【図１３】第１の実施形態において、スクリュ本体の変形例２を概略的に示す断面図である。
【図１４】（Ａ）は、図１３のＦ１４Ａの箇所を拡大して示す断面図である。（Ｂ）は、図１４ＡのＦ１４Ｂ−Ｆ１４Ｂ線に沿う断面図である。
【図１５】（Ａ）は、図１３のＦ１５Ａの箇所を拡大して示す断面図である。（Ｂ）は、図１５ＡのＦ１５Ｂ−Ｆ１５Ｂ線に沿う断面図である。
【図１６】第１の実施形態において、スクリュ本体の変形例３を概略的に示す断面図である。
【図１７】第１の実施形態において、スクリュ本体の変形例４を概略的に示す断面図である。
【図１８】第１の実施形態において、スクリュ本体の変形例５を概略的に示す断面図である。
【図１９】第２の実施形態で用いる第２の押出機の断面図である。
【図２０】第２の実施形態において、バレルおよびスクリュを共に断面で示す第２の押出機の断面図である。
【図２１】図２０のＦ２１−Ｆ２１線に沿う断面図である。
【図２２】第２の実施形態で用いる筒体の斜視図である。
【図２３】第２の実施形態において、スクリュ本体の内部に形成された通路の構造を拡大して示す断面図である。
【図２４】第２の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を示すスクリュの側面図である。
【図２５】第２の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を概略的に示す第２の押出機の断面図である。
【図２６】第３の実施形態で用いる第２の押出機の断面図である。
【図２７】第３の実施形態において、バレルおよびスクリュを共に断面で示す第２の押出機の断面図である。
【図２８】第３の実施形態で用いるスクリュの側面図である。
【図２９】図２７のＦ２９−Ｆ２９線に沿う断面図である。
【図３０】図２７のＦ３０−Ｆ３０線に沿う断面図である。
【図３１】第３の実施形態において、回転軸上で隣り合う三つの筒体の間に跨って通路が形成された状態を拡大して示す第２の押出機の断面図である。
【図３２】第３の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を示すスクリュの側面図である。
【図３３】第３の実施形態において、スクリュが回転した時の原料の流動方向を概略的に示す第２の押出機の断面図である。
【図３４】第３の実施形態の変形例を概略的に示す第２の押出機の断面図である。
【図３５】第３の実施形態の変形例において、筒体を組み替えた状態を概略的に示す第２の押出機の断面図である。
【図３６】第４の実施形態で用いる第２の押出機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
[第１の実施形態]
以下、第１の実施形態について、図１ないし図１１を参照して説明する。
【００４４】
図１は、第１の実施形態に係る連続式高せん断加工装置１の構成を概略的に示している。高せん断加工装置１は、第１の押出機２、第２の押出機３および第３の押出機４を備えている。第１の押出機２、第２の押出機３および第３の押出機４は、互いに直列に接続されている。
【００４５】
第１の押出機２は、例えば二種類の非相溶性の樹脂を予備的に混練するための要素である。ブレンドされる樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなメタクリレート系樹脂およびポリカーボネート樹脂（ＰＣ）を使用している。ブレンドされる二種類の樹脂は、例えばペレットの状態で第１の押出機２に供給される。
【００４６】
本実施形態では、樹脂の混練・溶融の度合いを強化するため、第１の押出機２として同方向回転型の二軸混練機を用いている。図２および図３は、二軸混練機の一例を開示している。二軸混練機は、バレル６と、バレル６の内部に収容された二本のスクリュ７ａ，７ｂと、を備えている。バレル６は、二つの円筒を組み合わせた形状を有するシリンダ部８を含んでいる。前記樹脂は、バレル６の一端部に設けた供給口９からシリンダ部８に連続的に供給される。さらに、バレル６は、シリンダ部８を加熱するためのヒータを備えている。
【００４７】
スクリュ７ａ，７ｂは、互いに噛み合った状態でシリンダ部８に収容されている。スクリュ７ａ，７ｂは、図示しないモータから伝わるトルクを受けて互いに同方向に回転される。図３に示すように、スクリュ７ａ，７ｂは、夫々フィード部１１、混練部１２およびポンピング部１３を備えている。フィード部１１、混練部１２およびポンピング部１３は、スクリュ７ａ，７ｂの軸方向に沿って一列に並んでいる。
【００４８】
フィード部１１は、螺旋状に捩じれたフライト１４を有している。スクリュ７ａ，７ｂのフライト１４は、互いに噛み合った状態で回転するとともに、供給口９から供給された二種類の樹脂を混練部１２に向けて搬送する。
【００４９】
混練部１２は、スクリュ７ａ，７ｂの軸方向に並んだ複数のディスク１５を有している。スクリュ７ａ，７ｂのディスク１５は、互いに向かい合った状態で回転するとともに、フィード部１１から送られた樹脂を予備的に混練する。混練された樹脂は、スクリュ７ａ，７ｂの回転によりポンピング部１３に送り込まれる。
【００５０】
ポンピング部１３は、螺旋状に捩じれたフライト１６を有している。スクリュ７ａ，７ｂのフライト１６は、互いに噛み合った状態で回転するとともに、予備的に混練された樹脂をバレル６の吐出端から押し出す。
【００５１】
このような二軸混練機によると、スクリュ７ａ，７ｂのフィード部１１に供給された樹脂は、スクリュ７ａ，７ｂの回転に伴うせん断発熱およびヒータの熱を受けて溶融する。二軸混練機での予備的な混練により溶融された樹脂は、ブレンドされた原料を構成する。原料は、図１に矢印Ａで示すようにバレル６の吐出端から第２の押出機３に連続的に供給される。
【００５２】
原料が第２の押出機３に供給される時点では、原料は第１の押出機２での予備的な混練により溶融されて流動性を有している。したがって、原料を本格的に混練する第２の押出機３の負担を軽減することができる。
【００５３】
第２の押出機３は、原料の高分子成分がナノ分散化された微視的な分散構造を有する混練物を生成するための要素である。本実施形態では、第２の押出機３として単軸押出機を用いている。単軸押出機は、バレル２０と、一本のスクリュ２１と、を備えている。スクリュ２１は、溶融された原料にせん断作用および伸長作用を繰り返し付加する機能を有している。スクリュ２１を含む第２の押出機３の構成に関しては、後で詳細に説明する。
【００５４】
第３の押出機４は、第２の押出機３から押し出された混練物に含まれるガス成分を除去するための要素である。本実施形態では、第３の押出機４として単軸押出機を用いている。図４に示すように、単軸押出機は、バレル２２と、バレル２２に収容された一本のベントスクリュ２３と、を備えている。バレル２２は、真っ直ぐな円筒状のシリンダ部２４を含んでいる。第２の押出機３から押し出された混練物は、シリンダ部２４の軸方向に沿う一端部からシリンダ部２４に連続的に供給される。
【００５５】
バレル２２は、ベント口２５を有している。ベント口２５は、シリンダ部２４の軸方向に沿う中間部に開口されているとともに、真空ポンプ２６に接続されている。さらに、バレル２２のシリンダ部２４の他端部は、ヘッド部２７で閉塞されている。ヘッド部２７は、混練物を吐出させる吐出口２８を有している。
【００５６】
ベントスクリュ２３は、シリンダ部２４に収容されている。ベントスクリュ２３は、図示しないモータから伝わるトルクを受けて一方向に回転される。ベントスクリュ２３は、螺旋状に捩じれたフライト２９を有している。フライト２９は、ベントスクリュ２３と一体的に回転するとともに、シリンダ部２４に供給された混練物をヘッド部２７に向けて連続的に搬送する。
【００５７】
混練物は、ベント口２５に対応する位置に搬送された時に、真空ポンプ２６のバキューム圧を受ける。これにより、混練物に含まれるガス状物質やその他の揮発成分が混練物から連続的に除去される。ガス状物質やその他の揮発成分が取り除かれた混練物は、ヘッド部２７の吐出口２８から高せん断加工装置１の外に連続的に吐出される。
【００５８】
次に、第２の押出機３について詳細に説明する。
【００５９】
図５および図６に示すように、第２の押出機３のバレル２０は、真っ直ぐな筒状であって、水平に配置されている。バレル２０は、複数のバレルエレメント３１に分割されている。
【００６０】
各バレルエレメント３１は、円筒状の貫通孔３２を有している。バレルエレメント３１は、夫々の貫通孔３２が同軸状に連続するように一体的に結合されている。バレルエレメント３１の貫通孔３２は、互いに協働してバレル２０の内部に円筒状のシリンダ部３３を規定している。シリンダ部３３は、バレル２０の軸方向に延びている。
【００６１】
供給口３４がバレル２０の軸方向に沿う一端部に形成されている。供給口３４は、シリンダ部３３に連通するとともに、当該供給口３４に第１の押出機２でブレンドされた原料が連続的に供給される。
【００６２】
バレル２０は、図示しないヒータを備えている。ヒータは、バレル２０の温度が原料の混練に最適な値となるようにバレル２０の温度を調整する。さらに、バレル２０は、例えば水あるいは油のような冷媒が流れる冷媒通路３５を備えている。冷媒通路３５は、シリンダ部３３を取り囲むように配置されている。冷媒は、バレル２０の温度が予め決められた上限値を超えた時に冷媒通路３５に沿って流れ、バレル２０を強制的に冷却する。
【００６３】
バレル２０の軸方向に沿う他端部は、ヘッド部３６で閉塞されている。ヘッド部３６は、吐出口３６ａを有している。吐出口３６ａは、供給口３４に対しバレル２０の軸方向に沿う反対側に位置されているとともに、第３の押出機４に接続されている。
【００６４】
図５ないし図７に示すように、スクリュ２１は、スクリュ本体３７を備えている。本実施形態のスクリュ本体３７は、一本の回転軸３８と、複数の円筒状の筒体３９と、で構成されている。
【００６５】
回転軸３８は、第１の軸部４０および第２の軸部４１を備えている。第１の軸部４０は、バレル２０の一端部の側である回転軸３８の基端に位置されている。第１の軸部４０は、継手部４２およびストッパ部４３を含んでいる。継手部４２は、図示しないカップリングを介してモータのような駆動源に連結される。ストッパ部４３は、継手部４２に同軸状に設けられている。ストッパ部４３は、継手部４２よりも径が大きい。
【００６６】
第２の軸部４１は、第１の軸部４０のストッパ部４３の端面から同軸状に延びている。第２の軸部４１は、バレル２０の略全長に亘る長さを有するとともに、ヘッド部３６と向かい合う先端を有している。第１の軸部４０および第２の軸部４１を同軸状に貫通する真っ直ぐな軸線Ｏ１は、回転軸３８の軸方向に水平に延びている。したがって、スクリュ本体３７は、軸線Ｏ１に対し同軸状に設けられている。
【００６７】
第２の軸部４１は、ストッパ部４３よりも径が小さいソリッドな円柱状である。図８に示すように、第２の軸部４１の外周面に一対のキー４５ａ，４５ｂが取り付けられている。キー４５ａ，４５ｂは、第２の軸部４１の周方向に１８０°ずれた位置で第２の軸部４１の軸方向に延びている。
【００６８】
図６ないし図９に示すように、筒体３９は、スクリュ本体３７の外径を規定する要素であって、第２の軸部４１の上に同軸状に挿入されている。本実施形態によると、全ての筒体３９の外径Ｄ１は、互いに同一に設定されている。
【００６９】
さらに、筒体３９は、その軸方向に沿う両端に端面３９ａを有している。端面３９ａは、軸線Ｏ１と直交する方向に沿うフラットな面である。一対のキー溝４７ａ，４７ｂが筒体３９の内周面に形成されている。キー溝４７ａ，４７ｂは、筒体３９の周方向に１８０°ずれた位置で筒体３９の軸方向に延びているとともに、筒体３９の両方の端面３９ａに開口されている。
【００７０】
筒体３９は、キー溝４７ａ，４７ｂを第２の軸部４１のキー４５ａ，４５ｂに合わせた状態で第２の軸部４１の先端の方向から第２の軸部４１の上に挿入される。本実施形態では、第２の軸部４１の上に最初に挿入された筒体３９と第１の軸部４０のストッパ部４３の端面との間に第１のカラー４８が介在されている。さらに、全ての筒体３９を第２の軸部４１に挿入した後、第２の軸部４１の先端面に固定ねじ４９を介して第２のカラー５０が固定されている。
【００７１】
固定ねじ４９は、締結具の一例であり、第２のカラー５０は端板の一例である。第２のカラー５０を第２の軸部４１の先端面に固定することで、全ての筒体３９が第１のカラー４８と第２のカラー５０との間で第２の軸部４１の軸方向に締め付けられ、隣り合う筒体３９の端面３９ａが隙間なく密着されている。
【００７２】
この結果、全ての筒体３９が第２の軸部４１の上で同軸状に結合され、外径が一定のセグメント式のスクリュ本体３７が構成される。それとともに、回転軸３８と筒体３９とが一体構造物として組み立てられ、筒体３９が回転軸３８に追従して軸線Ｏ１を中心に回転するようになっている。
【００７３】
本実施形態において、筒体３９は、キー４５ａ，４５ｂにより回転軸３８に固定されることに限定されるものではない。例えば、キー４５ａ，４５ｂの代わりに、図２に示すようなスプラインを用いて筒体３９を回転軸３８に固定してもよい。
【００７４】
スクリュ２１は、バレル２０のシリンダ部３３に収容されている。スクリュ２１のスクリュ本体３７は、シリンダ部３３に対し同軸状に位置されており、当該スクリュ本体３７の外周面とシリンダ部３３の内周面との間に搬送路５１が形成されている。図８に示すように、搬送路５１は、シリンダ部３３の径方向に沿う断面形状が円環形であり、シリンダ部３３の軸方向に延びている。さらに、回転軸３８の継手部４２およびストッパ部４３は、バレル２０の一端部からバレル２０の外に突出されている。
【００７５】
本実施形態では、スクリュ２１を回転軸３８の基端の方向から見た時に、スクリュ２１は、駆動源からのトルクを受けて図５に矢印で示すように反時計回り方向に左回転する。スクリュ２１の回転数は、６００rpm〜３０００rpmとすることが好ましい。
【００７６】
図５ないし図７に示すように、スクリュ本体３７は、原料を搬送する複数の搬送部５２と、原料の流動を制限する複数の障壁部５３と、原料を一時的に循環させる複数の循環部５４と、を有している。搬送部５２、障壁部５３および循環部５４は、スクリュ本体３７の軸方向に並べて配置されている。スクリュ本体３７の軸方向は、スクリュ本体３７の長手方向と言い換えることができる。
【００７７】
各搬送部５２は、螺旋状に捩じれたフライト５５を有している。フライト５５は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。フライト５５は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト５５は、フライト５５の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【００７８】
本実施形態では、スクリュ本体３７の基端および先端に夫々複数の搬送部５２が連続して配置されている。バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端において一つの搬送部５２の軸方向に沿う中間部と向かい合っている。
【００７９】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う搬送部５２の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。さらに、搬送部５２とは、少なくとも筒体３９の外周面にフライト５５が形成された領域のことであるが、フライト５５の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。
【００８０】
言い換えると、筒体３９の外周面のうちフライト５５から外れた領域も搬送部５２とみなされることがある。それとともに、フライト５５を有する筒体３９と隣り合う位置に円筒状のスペーサあるいは円筒状のカラーが配置された場合、当該スペーサやカラーも搬送部５２に含まれることがあり得る。
【００８１】
障壁部５３は、スクリュ本体３７の基端と先端との間の中間部においてスクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。障壁部５３は、螺旋状に捩じれたフライト５６を有している。フライト５６は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。
【００８２】
フライト５６は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の先端から基端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト５６は、フライト５６の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれている。障壁部５３のフライト５６のピッチは、搬送部５２のフライト５５のピッチと同じか、フライト５５のピッチよりも小さい。
【００８３】
さらに、スクリュ本体３７の軸方向に沿う障壁部５３の全長は、搬送部５２の全長よりも短い。加えて、フライト５６の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスは、フライト５５の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスよりも若干小さい。
【００８４】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う障壁部５３の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。障壁部５３は、搬送部５２により送られる原料の流動を堰き止めるように機能する。すなわち、障壁部５３は、原料の搬送方向の下流側で搬送部５２と隣り合うとともに、搬送部５２によって送られる原料がフライト５６の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを通過するのを妨げるように構成されている。
【００８５】
循環部５４は、障壁部５３に対し回転軸３８の基端の方向から隣り合っている。各循環部５４は、螺旋状に捩じれた第１ないし第３のフライト５８，５９，６０を有している。本実施形態では、障壁部５３からスクリュ本体３７の基端に向けて第１のフライト５８、第２のフライト５９および第３のフライト６０の順に並んでいる。
【００８６】
第１ないし第３のフライト５８，５９，６０は、夫々筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。特に第１のフライト５８は、回転軸３８の上で隣り合う二つの筒体３９の間に跨って形成されている。図９に示すように、第１のフライト５８が形成された筒体３９は、回転軸３８の軸方向に沿う長さＬが互いに均等である。
【００８７】
第１ないし第３のフライト５８，５９，６０は、スクリュ本体３７の軸方向に連続して配置されているとともに、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、第１ないし第３のフライト５８，５９，６０は、個々の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【００８８】
第１のフライト５８のピッチは、隣り合う障壁部５３のフライト５６のピッチと同じか、フライト５６のピッチよりも大きい。第２のフライト５９のピッチは、第１のフライト５８のピッチよりも小さい。第３のフライト６０のピッチは、第２のフライト５９のピッチよりも大きい。第１ないし第３のフライト５８，５９，６０の頂部とシリンダ部３３の内周面との間には、僅かなクリアランスが確保されている。
【００８９】
本実施形態のスクリュ２１によると、各種のフライト５５，５６，５８，５９，６０は、全て外径Ｄ１が等しい複数の筒体３９の外周面から搬送路５１に向けて張り出している。このため、筒体３９の外周面は、スクリュ２１の谷径を規定している。スクリュ２１の谷径は、スクリュ２１の全長に亘って一定値に保たれている。
【００９０】
図５ないし図９に示すように、スクリュ本体３７は、スクリュ本体３７の軸方向に延びた複数の通路６２を有している。通路６２は、循環部５４の第１のフライト５８に対応する位置に設けられているとともに、スクリュ本体３７の軸方向に互いに間隔を存して配列されている。
【００９１】
各通路６２は、第１のフライト５８が形成された二つの筒体３９の間に跨るように、これら二つの筒体３９の内部に形成されている。具体的に述べると、図６および図９に示すように、各通路６２は、第１ないし第３の通路要素６３，６４，６５で規定されている。
【００９２】
第１の通路要素６３は、通路６２の入口と言い換えることができる。第１の通路要素６３は、隣り合う二つの筒体３９のうち障壁部５３と隣り合う一方の筒体３９の外周面に開口されている。第１の通路要素６３の開口端は、第１のフライト５８から外れているとともに、隣り合う障壁部５３の直前に位置されている。
【００９３】
さらに、第１の通路要素６３は、一方の筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第１の通路要素６３は、円形の断面形状を有する穴であり、軸線Ｏ１と直交するように一方の筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第１の通路要素６３の底６３ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【００９４】
第２の通路要素６４は、原料が流通する通路本体と言い換えることができる。図９に示すように、第２の通路要素６４は、隣り合う二つの筒体３９の間に跨るように、スクリュ本体３７の軸線Ｏ１と平行に延びている。したがって、第２の通路要素６４は、途中で分岐することなくスクリュ本体３７の軸方向に一直線状に設けられているとともに、予め決められた全長を有している。
【００９５】
図９に最もよく示されるように、第２の通路要素６４は、一方の筒体３９の内部に形成された第１の部分６６ａと、他方の筒体３９の内部に形成された第２の部分６６ｂと、を備えている。第２の通路要素６４の第１の部分６６ａは、一方の筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、一方の筒体３９のうち他方の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第１の部分６６ａの開口端とは反対側の端部は、一方の筒体３９の端壁３９ｂで閉塞されている。端壁３９ｂは、第１の部分６６ａの開口端の反対側に位置されている。
【００９６】
本実施形態によると、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａは、一方の筒体３９の端面３９ａの側から一方の筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第１の部分６６ａは、円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【００９７】
第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂは、他方の筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、他方の筒体３９のうち一方の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第２の部分６６ｂの開口端とは反対側の端部は、他方の筒体３９の端壁３９ｂで閉塞されている。端壁３９ｂは、第２の部分６６ｂの開口端の反対側に位置されている。
【００９８】
本実施形態によると、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂは、他方の筒体３９の端面３９ａの側から他方の筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第２の部分６６ｂは、第１の部分６６ａと同様に円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【００９９】
さらに、第１の部分６６ａの開口端と、第２の部分６６ｂの開口端とは、隣り合う二つの筒体３９を回転軸３８の軸方向に締め付けた時に、互いに連通するように同軸状に突き合わされている。
【０１００】
第３の通路要素６５は、通路６２の出口と言い換えることができる。第３の通路要素６５は、隣り合う二つの筒体３９のうちの他方の筒体３９の外周面に開口されている。第３の通路要素６５の開口端は、第１のフライト５８から外れているとともに、循環部５４の第２のフライト５９の直前に位置されている。したがって、第１の通路要素６３および第３の通路要素６５は、スクリュ本体３７の軸方向に互いに離れている。
【０１０１】
本実施形態では、第３の通路要素６５は、他方の筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第３の通路要素６５は、円形の断面形状を有する穴であり、他方の筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第３の通路要素６５の底６５ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【０１０２】
図９に示すように、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの開口端とは反対側の端部は、一方の筒体３９の内部で第１の通路要素６３に接続されている。第１の通路要素６３および第２の通路要素６４の第１の部分６６ａは、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａは、第１の通路要素６３の円錐状の底６３ａを外れた位置で第１の通路要素６３に接続されている。
【０１０３】
このため、第１の通路要素６３は、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第１の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０１０４】
第１の通路要素６３は、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの端部よりも第１の部分６６ａの開口端の側にずれた位置で第２の通路要素６４に連通させてもよい。この場合は、図９に二点鎖線で示すように、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの端部が第１の通路要素６３を横切って筒体３９の端壁３９ｂに向けて突出された形態となる。
【０１０５】
第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの開口端とは反対側の端部は、他方の筒体３９の内部で第３の通路要素６５に接続されている。第３の通路要素６５および第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの端部は、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂは、第３の通路要素６５の円錐状の底６５ａを外れた位置で第３の通路要素６５に接続されている。
【０１０６】
このため、第３の通路要素６５は、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第２の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０１０７】
第３の通路要素６５は、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの端部よりも第２の部分６６ｂの開口端の側にずれた位置で第２の通路要素６４に連通させてもよい。この場合は、図９に二点鎖線で示すように、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの端部が第３の通路要素６５を横切って筒体３９の端壁３９ｂに向けて突出された形態となる。
【０１０８】
加えて、筒体３９の内部に通路６２を設けたことで、当該通路６２は、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心している。このため、通路６２は、軸線Ｏ１から外れており、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０１０９】
第２の通路要素６４を構成する穴の内径は、例えば１mm以上、６mm未満、好ましくは１mm以上、５mm以下に設定するとよい。さらに、第２の通路要素６４の内径は、入口となる第１の通路要素６３の内径よりも小さい。それとともに、第２の通路要素６４の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも遥かに小さく設定されている。
【０１１０】
本実施形態によると、筒体３９は、第１ないし第３の通路要素６３，６４，６５を構成する穴の形状を定める円筒状の壁面６７を有している。壁面６７は、第１ないし第３の通路要素６３，６４，６５を周方向に連続して取り囲んでいる。言い換えると、壁面６７で囲まれた第１ないし第３の通路要素６３，６４，６５は、原料の流通のみを許容する中空の空間であって、当該空間内にスクリュ本体３７を構成する要素は存在しない。さらに、壁面６７は、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０１１１】
第１の通路要素６３を構成する円筒状の壁面６７は、第１の通路要素６３と筒体３９の外周面との接続箇所に円形の開口を規定している。同様に、第３の通路要素６５を構成する円筒状の壁面６７は、第３の通路要素６５と筒体３９の外周面との接続箇所に円形の開口を規定している。
【０１１２】
さらに、第１のフライト５８が形成された複数の筒体３９を回転軸３８から取り外してスクリュ２１を分解した際に、第１の通路要素６３および第３の通路要素６５の少なくともいずれか一方が設けられ、内部に第２の通路要素６４が設けられた筒体３９は、スクリュエレメントと言い換えることができる。同様に、他のフライト５５，５６，５９，６０が形成された複数の筒体３９にしても、回転軸３８から取り外した状態ではスクリュエレメントと言い換えることができる。
【０１１３】
このような連続式高せん断加工装置１によると、第１の押出機２でブレンドされた流動性を有する原料は、第２の押出機３の供給口３４から搬送路５１に連続的に供給される。第２の押出機３に供給された原料は、図１０に矢印Ｂで示すように、スクリュ本体３７の基端に位置された一つの搬送部５２の外周面に投入される。
【０１１４】
スクリュ２１は、回転軸３８の基端の方向から見た時に反時計回り方向に左回転するので、搬送部５２のフライト５５は、供給口３４から投入された原料を隣り合う循環部５４に向けて搬送する。循環部５４の第１ないし第３のフライト５８，５９，６０は、図１０および図１１に実線の矢印で示すように、引き続き原料をスクリュ本体３７の先端の方向に搬送する。
【０１１５】
この際、搬送路５１内で旋回するフライト５５，５８，５９，６０とシリンダ部３３の内周面との間の速度差によって生じるせん断作用が原料に付加されるとともに、フライト５５，５８，５９，６０の微妙な捩じれ具合により原料が攪拌される。この結果、原料が本格的に混練され、原料の高分子成分の分散化が進行する。
【０１１６】
せん断作用を受けた原料は、搬送路５１に沿って循環部５４と障壁部５３との間の境界に達する。障壁部５３のフライト５６は、スクリュ２１が左回転した時に、原料をスクリュ本体３７の先端から基端に向けて搬送するので、第１のフライト５８によって送り込まれる原料をフライト５６が堰き止める。
【０１１７】
すなわち、障壁部５３のフライト５６は、スクリュ２１が左回転した時に、第１のフライト５８によって送り込まれる原料の流動を制限するとともに、原料が障壁部５３とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを伝って通り抜けるのを妨げる。
【０１１８】
この結果、循環部５４と障壁部５３との間の境界で原料の圧力が高まる。具体的に述べると、図１１は、搬送路５１のうち通路６２に対応した箇所の原料の充満率をグラデーションで表しており、色調が濃くなる程に原料の充満率が高くなっている。図１１から明らかなように、搬送路５１では、循環部５４の第２のフライト５９から障壁部５３に近づくに従い原料の充満率が高まっており、障壁部５３の直前では、原料の充満率が１００％となっている。
【０１１９】
このため、障壁部５３の直前に原料の充満率が１００％の原料溜まりＲが形成される。原料溜まりＲでは、原料の流動が堰き止められたことにより原料の圧力が上昇している。圧力が上昇した原料は、図１０および図１１に破線の矢印で示すように、通路６２の入口となる第１の通路要素６３から第２の通路要素６４に流入する。第２の通路要素６４に流入した原料は、スクリュ本体３７の先端から基端に向けて第２の通路要素６４内を流通する。第２の通路要素６４内での原料の流れ方向は、フライト５５，５８，５９，６０によって送られる原料の流れ方向に対し逆向きとなる。
【０１２０】
第２の通路要素６４の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも小さい。言い換えると、第２の通路要素６４の内径は、スクリュ本体３７の外径よりも遥かに小さいので、原料が第２の通路要素６４を通過する際に原料が急激に絞られて、当該原料に伸長作用が付加される。
【０１２１】
加えて、第２の通路要素６４の断面積が搬送路５１の断面積よりも十分に小さいために、原料溜まりＲに溜まった原料が第１の通路要素６３に流入するにも拘らず、障壁部５３の直前の原料溜まりＲが消滅することはない。このため、第１のフライト５８によって障壁部５３に向けて送り込まれる原料の流量に多少のばらつきが生じたとしても、流量のばらつき分を原料溜まりＲに溜まった原料で吸収できる。よって、原料は、常に安定した状態で通路６２に供給される。
【０１２２】
第２の通路要素６４を通過した原料は、出口としての第３の通路要素６５を通じて循環部５４を構成する筒体３９の外周面の上に帰還される。帰還された原料は、第１のフライト５８によりスクリュ本体３７の先端の方向に位置された障壁部５３に向けて搬送され、この搬送の過程で再びせん断作用を受ける。
【０１２３】
障壁部５３に向けて搬送された原料の一部は、再び第１の通路要素６３から第２の通路要素６４に導かれ、循環部５４の箇所で一時的に循環を繰り返す。障壁部５３に向けて搬送された残りの原料は、障壁部５３のフライト５６の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを通過して隣り合う循環部５４に流入する。
【０１２４】
本実施形態のスクリュ２１によると、複数の障壁部５３および複数の循環部５４がスクリュ本体３７の軸方向に交互に並んでいる。それとともに、複数の通路６２が複数の循環部５４の第１のフライト５８に対応した位置でスクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。
【０１２５】
このため、供給口３４からスクリュ本体３７に投入された原料は、せん断作用および伸長作用を交互に繰り返し受けながらスクリュ本体３７の基端から先端の方向に途切れることなく連続的に搬送される。よって、原料の混練の度合いが強化され、原料の高分子成分の分散化が促進される。
【０１２６】
本実施形態では、複数の通路６２の第２の通路要素６４は、個々に第１の通路要素６３および第３の通路要素６５を介してスクリュ本体３７の外周面に開口されている。このため、各通路６２において、第１の通路要素６３から第２の通路要素６４に流入した原料は、必ず第３の通路要素６５を通ってスクリュ本体３７の外周面に帰還し、複数の通路６２の間で原料が混じり合うことはない。
【０１２７】
よって、原料の混練度が過剰となるのを回避することができ、所望する混練度合いに見合った適切な混練が可能となる。
【０１２８】
スクリュ本体３７の先端に達した原料は、十分に混練された混練物となってシリンダ部３３とヘッド部３６との間の隙間に導かれる。さらに、混練物は、ヘッド部３６の吐出口３６ａから第３の押出機４に連続的に供給される。
【０１２９】
第３の押出機４では、既に述べたように、混練物に含まれるガス状物質やその他の揮発成分が混練物から連続的に除去される。ガス状物質やその他の揮発成分が取り除かれた混練物は、ヘッド部２７の吐出口２８から高せん断加工装置１の外に途切れることなく連続的に吐出される。吐出された混練物は、水槽内に蓄えられた冷却水に浸漬される。これにより、混練物が強制的に冷却されて、所望の樹脂成形品が得られる。
【０１３０】
原料に伸長作用を付加する通路６２は、スクリュ本体３７の回転中心となる軸線Ｏ１に対し偏心した位置でスクリュ本体３７の軸方向に延びているので、通路６２は軸線Ｏ１の回りを公転する。すなわち、通路６２を規定する円筒状の壁面６７は、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０１３１】
したがって、原料が通路６２を通過する際に、原料は遠心力を受けるものの当該原料に壁面６７の自転に伴うせん断力が働くことはない。よって、通路６２を通過して循環部５４の筒体３９の外周面に帰還する原料が受けるのは主に伸長作用となる。この結果、原料にせん断作用を付加する箇所および原料に伸長作用を付加する箇所が明確に定まり、原料の混練度合いを精度よく制御することが可能となる。
【０１３２】
それとともに、軸線Ｏ１に対し偏心した複数の通路６２は一直線状に配列されているので、複数の通路６２を通過する原料に均等に伸長作用を付加することができる。すなわち、複数の通路６２の間で混練の条件のばらつきを解消することができ、均一な混練を行なうことができる。
【０１３３】
第１の実施形態によると、スクリュ２１のスクリュ本体３７は、回転軸３８の外周面の上に外径Ｄ１が等しい複数の筒体３９を順次挿入することで構成される。複数の筒体３９は、原料にせん断作用を付加する各種のフライト５５，５６，５８，５９，６０を有し、第１のフライト５８が形成された隣り合う二つの筒体３９にあっては、原料に伸長作用を付加する通路６２を有している。
【０１３４】
このため、例えば原料の混練の度合いに応じて回転軸３８の上に挿入すべき筒体３９を自由に選択したり入れ換えることが可能となり、スクリュ本体３７の長さの範囲内で搬送部５２、障壁部５３および循環部５４の位置を任意に変更できる。さらに、筒体３９を入れ替えるだけの作業でフライト５５，５６，５８，５９，６０の形状を容易に変更することもできる。
【０１３５】
加えて、例えば第１のフライト５８に局所的に摩耗が生じて原料の搬送あるいは物性に悪影響が生じた場合には、摩耗した第１のフライト５８を有する筒体３９を新規な第１のフライト５８を有する予備の筒体３９、すなわちスクリュエレメントと交換すればよい。したがって、スクリュ本体３７のその他の筒体３９および回転軸３８は繰り返し使用することができ、スクリュ本体３７の全てを新品と交換する必要はない。
【０１３６】
よって、経済的であるとともに、スクリュ本体３７の部分的な補修で対応が可能であることから、高せん断加工装置１の運転を停止させる時間を必要最小限に止めることができる。
【０１３７】
さらに、原料に伸長作用を付加する通路６２は、第１のフライト５８が設けられた二つの筒体３９の間に跨って形成されている。このため、二つの筒体３９のいずれにおいても、第１のフライト５８と通路６２との間の相対的な位置関係がスクリュ本体３７の軸方向および周方向の双方において固定的に定まっている。よって、スクリュ本体３７に通路６２を設けたにも拘らず、第１のフライト５８と通路６２との間の格別な位置合わせ作業が不要となる。
【０１３８】
その上、スクリュ本体３７の循環部５４は、夫々スクリュエレメントとしての複数の筒体３９を組み合わすことで構成されている。このため、単に筒体３９を規則正しく回転軸３８の第２の軸部４１の上に挿入するだけの作業で、循環部５４の所定の位置に通路６２を形成することができる。
【０１３９】
第１の実施形態によると、複数の筒体３９を第２の軸部４１の軸方向に締め付けることで、隣り合う二つの筒体３９の間に跨る通路６２が形成される。すなわち、スクリュ本体３７に通路６２を形成するに当たっては、スクリュ本体３７の全長に比べて長さが大幅に短い二つの筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施せばよいことになる。よって、通路６２を形成する際の作業性および被加工物の取扱いが容易となる。
【０１４０】
通路６２の第２の通路要素６４は、必ずしもスクリュ本体３７の軸線Ｏ１と平行に形成する必要はない。例えば、図９および図１１に二点鎖線で示すように、第２の通路要素６４を軸線Ｏ１に対し筒体３９の径方向に傾斜させ、第２の通路要素６４の第１の通路要素６３とは反対側の端部を筒体３９の外周面に直接開口させるようにしてもよい。
【０１４１】
この構成によれば、原料の出口となる第３の通路要素６５を省略することができ、通路６２の形状を簡素化することができる。
【０１４２】
[第１の実施形態の変形例１]
図１２は、第１の実施形態と関連性を有する変形例１を示している。
【０１４３】
図１２に示す変形例１では、第１のフライト５８が形成された二つの筒体３９の長さが互いに異なっている。具体的に述べると、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａが形成された一方の筒体３９の全長Ｌ１が、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂが形成された他方の筒体３９の全長Ｌ２よりも長く設定されている。
【０１４４】
変形例１によれば、原料が流通する通路６２は、第１のフライト５８が設けられた二つの筒体３９の間に跨って形成されている。このため、二つの筒体３９のいずれにおいても、第１のフライト５８と通路６２との間の相対的な位置関係がスクリュ本体３７の軸方向および周方向の双方において固定的に定まっている。
【０１４５】
したがって、隣り合う二つの筒体３９の全長Ｌ１，Ｌ２が互いに異なっていても、通路６２を形成する上では何等問題はなく、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
さらに、第１のフライト５８が形成された二つの筒体３９の他に、回転軸３８の軸方向に沿う長さＬ３が異なる二つの他の筒体３９を用意すれば、第１のフライト５８を有する二つの筒体３９の長さを三段階に亘って調節することができる。具体的に述べると、全長Ｌ１の筒体３９と全長Ｌ２の筒体３９との組み合わせ、全長Ｌ１の筒体３９と全長Ｌ３の筒体３９との組み合わせ、および全長Ｌ２の筒体３９と全長Ｌ３の筒体３９との組み合わせが可能となる。よって、通路６２の全長を容易に変更することができる。
【０１４７】
[第１の実施形態の変形例２]
図１３ないし図１５は、第１の実施形態と関連性を有する変形例２を示している。
【０１４８】
図１３および図１４に示すように、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの開口端とは反対側の端部は、第１の通路要素６３と直交するように第１の通路要素６３の円錐状の底６３ａに接続されている。第１の通路要素６３の底６３ａは、第２の通路要素６４に連通された円形の開口６４ａを有している。開口６４ａは、スクリュ本体３７の外周面に向けて拡開するように傾斜された底６３ａの他の部分と向かい合っている。
【０１４９】
第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの開口端とは反対側の端部は、第３の通路要素６５と直交するように第３の通路要素６５の円錐状の底６５ａに接続されている。第３の通路要素６５の底６５ａは、第２の通路要素６４に連通された円形の開口６４ｂを有している。開口６４ｂは、スクリュ本体３７の外周面に向けて拡開するように傾斜された底６５ａの他の部分と向かい合っている。
【０１５０】
変形例２によると、第１の通路要素６３に流れ込んだ原料は、図１４（Ａ）に矢印で示すように、第１の通路要素６３の底６３ａに達した時点で底６３ａの傾斜に沿って開口６４ａの方向に案内される。このため、原料は、第１の通路要素６３の底６３ａに滞留することなく円滑に第２の通路要素６４に流入する。
【０１５１】
第２の通路要素６４を通過した原料は、開口６４ｂから第３の通路要素６５の底６５ａに流入する。開口６４ｂが向かい合う底６５ａは、スクリュ本体３７の外周面に向けて傾斜されているので、第３の通路要素６５に流入した原料は、図１５（Ａ）に矢印で示すように、底６５ａの傾斜に沿ってスクリュ本体３７の外周面の方向に案内される。このため、原料は、第３の通路要素６５の底６５ａに滞留することなく円滑にスクリュ本体３７の外周面に帰還する。
【０１５２】
したがって、通路６２内に局所的な滞留が発生するのを回避でき、通路６２を通過する原料に所望の伸長作用を付加することができる。
【０１５３】
変形例２において、第１の通路要素６３の底６３ａおよび第３の通路要素６５の底６５ａの形状は円錐に特定されるものではない。例えば、第１および第３の通路要素６３，６５の底６３ａ，６５ａに切削加工を施すことで、底６３ａ，６５ａを球面状に形成してもよい。
【０１５４】
[第１の実施形態の変形例３]
図１６は、第１の実施形態と関連性を有する変形例３を示している。
【０１５５】
変形例３は、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂの構成が第１の実施形態と相違している。図１６に示すように、第２の部分６６ｂは、ストレート部６６ｃおよびテーパ部６６ｄを有している。ストレート部６６ｃおよびテーパ部６６ｄは、筒体３９の端面３９ａの側から当該筒体３９に切削加工を施すことにより形成されている。
【０１５６】
ストレート部６６ｃは、第３の通路要素６５に接続されている。ストレート部６６ｃの内径は、第２の通路要素６４の第１の部分６６ａの内径よりも小さい。テーパ部６６ｄは、他方の筒体３９の端面３９ａに開口されているとともに、ストレート部６６ｃに同軸状に連通されている。テーパ部６６ｄは、他方の筒体３９の端面３９ａからストレート部６６ｃの方向に進むに従い内径が連続的に減少している。このため、原料に伸長作用を付加する主要な要素である第２の通路要素６４は、原料の流れ方向に沿う中間部で内径が変化している。
【０１５７】
テーパ部６６ｄは、他方の筒体３９の端面３９ａに下孔を形成した後、テーパリーマを用いて下孔の内周面を切削することにより形成される。下孔は、ストレート部６６ｃを兼ねている。
【０１５８】
変形例３によると、第２の通路要素６４の第２の部分６６ｂは、ストレート部６６ｃの上流にテーパ部６６ｄを有し、当該テーパ部６６ｄが第２の通路要素６４の中間部に位置されている。このため、第２の通路要素６４は、その中間部で内径が次第に減じられており、原料が第２の通路要素６４をスムーズに通過するとともに、原料に付加される伸長作用を強化することができる。
【０１５９】
[第１の実施形態の変形例４]
図１７は、第１の実施形態と関連性を有する変形例４を示している。
【０１６０】
図１７に示す変形例４では、一つの筒体３９の内部に通路６２が形成されている。通路６２の第２の通路要素６４は、例えば筒体３９の一方の端面３９ａの側から筒体３９にドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。
【０１６１】
これにより、筒体３９の内部に筒体３９を軸方向に貫通する円形の断面形状を有する貫通孔６８が形成され、当該貫通孔６８は筒体３９の両方の端面３９ａに開口されている。貫通孔６８は、筒体３９の内部で第１の通路要素６３および第３の通路要素６５と交差している。
【０１６２】
さらに、貫通孔６８の二つの開口端は、個々に栓体６９ａ，６９ｂで液密に閉塞されている。これにより、一つの筒体３９の内部に第１の通路要素６３と第３の通路要素６５との間を結ぶ第２の通路要素６４が規定されている。
【０１６３】
このような構成によれば、一つの筒体３９の一方の端面３９ａの側から筒体３９にドリルを用いた孔開け加工を施すことで、一つの筒体３９の内部に通路６２を形成することができる。このため、スクリュ本体３７に通路６２を形成するに当たって、筒体を二分割する必要はなく、筒体３９の個数を少なく抑えることができる。
【０１６４】
筒体３９に貫通孔６８を形成するに際して、貫通孔６８の先端を筒体３９の他方の端面３９ａに開口させずに筒体３９の端壁３９ｂで閉塞するようにしてもよい。こうすることで、栓体６９ｂを不要とすることができ、通路６２を構成する要素の数を減らすことができる。
【０１６５】
[第１の実施形態の変形例５]
図１８は、変形例４をさらに発展させた変形例５を示している。
【０１６６】
図１８に示すように、一つの筒体３９を貫通する貫通孔６８は、上流部６８ａ、下流部６８ｂおよび中間部６８ｃを有している。上流部６８ａ、下流部６８ｂおよび中間部６８ｃは、筒体３９の軸方向に沿って同軸状に一列に並んでいる。上流部６８ａは、筒体３９の内部で第１の通路要素６３と交差するとともに、筒体３９の一方の端面３９ａに開口されている。上流部６８ａの開口端は、栓体６９ａで液密に閉塞されている。
【０１６７】
下流部６８ｂは、上流部６８ａよりも内径が小さく形成されている。下流部６８ｂは、筒体３９の内部で第３の通路要素６５と交差するとともに、筒体３９の他方の端面３９ａに開口されている。下流部６８ｃの開口端は、栓体６９ｂで液密に閉塞されている。
【０１６８】
中間部６８ｃは、上流部６８ａと下流部６８ｂとの間に位置されている。中間部６８ｃは、上流部６８ａから下流部６８ｂの方向に進むに従い内径が連続的に減少している。このため、原料に伸長作用を付加する主要な要素である第２の通路要素６４は、原料の流れ方向に沿う中間部で内径が変化している。
【０１６９】
変形例５によると、通路６２の第２の通路要素６４は、その中間部６８ｃの内径が上流から下流に向けて次第に減じられている。そのため、原料が第２の通路要素６４をスムーズに通過するとともに、原料に付加される伸長作用を強化することができる。
【０１７０】
[第２の実施形態]
図１９ないし図２５は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、スクリュ本体３７に関する事項が第１の実施形態と相違している。それ以外の第２の押出機３の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１７１】
図１９および図２０に示すように、スクリュ本体３７を構成する複数の筒体３９は、第１の実施形態と同様に第１のカラー４８と第２のカラー５０との間で第２の軸部４１の軸方向に締め付けられ、隣り合う筒体３９の端面３９ａが隙間なく密着されている。
【０１７２】
スクリュ本体３７は、原料を搬送する複数の搬送部７１と、原料の流動を制限する複数の障壁部７２と、を有している。搬送部７１および障壁部７２は、スクリュ本体３７の軸方向に交互に並べて配置されている。
【０１７３】
図２０および図２２に示すように、各搬送部７１は、螺旋状にねじれたフライト７３を有している。フライト７３は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。フライト７３は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト７３は、フライト７３の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【０１７４】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う搬送部７１の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。さらに、搬送部７１とは、少なくとも筒体３９の外周面にフライト７３が形成された領域のことであるが、フライト７３の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。
【０１７５】
言い換えると、筒体３９の外周面のうちフライト７３から外れた領域も搬送部７１とみなされることがある。それとともに、フライト７３を有する筒体３９と隣り合う位置に円筒状のスペーサあるいは円筒状のカラーが配置された場合、当該スペーサやカラーも搬送部７１に含まれることがあり得る。
【０１７６】
各障壁部７２は、螺旋状に捩じれたフライト７４を有している。フライト７４は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。フライト７４は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の先端から基端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト７４は、フライト７４の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれている。
【０１７７】
障壁部７２のフライト７４のピッチは、搬送部７１のフライト７３のピッチと同じか、フライト７３のピッチよりも小さい。さらに、フライト７３，７４の頂部とシリンダ部３３の内周面との間には、僅かなクリアランスが確保されている。
【０１７８】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う障壁部７２の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。障壁部７２は、搬送部７１により送られる原料の流動を堰き止めるように機能する。すなわち、障壁部７２は、原料の搬送方向の下流側で搬送部７１と隣り合うとともに、搬送部７１によって送られる原料がフライト７４の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを通過するのを妨げるように構成されている。
【０１７９】
本実施形態によると、スクリュ本体３７の基端では、複数の搬送部７１がスクリュ本体３７の軸方向に連続して配列されている。バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端において一つの搬送部７１の軸方向に沿う中間部と向かい合っている。同様に、スクリュ本体３７の先端では、複数の搬送部７１がスクリュ本体３７の軸方向に連続して配列されている。
【０１８０】
図２０および図２２に示すように、スクリュ本体３７の中間部では、搬送部７１を構成するフライト７３および障壁部７２を構成するフライト７４が共通する筒体３９の周方向に沿う外周面に連続して形成されている。すなわち、一つの筒体３９の外周面に機能が異なる二種類のフライト７３，７４が軸方向に連続して形成されている。障壁部７２を構成するフライト７４は、搬送部７１を構成するフライト７３に対しスクリュ本体３７の先端の側に位置されている。
【０１８１】
図１９ないし図２４に示すように、スクリュ本体３７は、スクリュ本体３７の軸方向に延びる複数の通路７６を有している。各通路７６は、二種類のフライト７３，７４が形成された二つの筒体３９の間に跨るように、当該筒体３９の内部に形成されている。具体的に述べると、各通路７６は、第１ないし第３の通路要素７７，７８，７９で規定されている。
【０１８２】
第１の通路要素７７は、通路７６の入口と言い換えることができる。第１の通路要素７７は、隣り合う二つの筒体３９のうちの一方の筒体３９の外周面に開口されている。第１の通路要素７７の開口端は、搬送部７１と障壁部７２との境界に位置されているとともに、搬送部７１のフライト７３および障壁部７２のフライト７４から外れている。
【０１８３】
さらに、本実施形態では、第１の通路要素７７は、一方の筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第１の通路要素７７は、円形の断面形状を有する穴であり、軸線Ｏ１と直交するように一方の筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第１の通路要素７７の底７７ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【０１８４】
第２の通路要素７８は、原料が流通する通路本体と言い換えることができる。第２の通路要素７８は、隣り合う二つの筒体３９の間に跨るように、スクリュ本体３７の軸方向に沿って軸線Ｏ１と平行に延びている。したがって、第２の通路要素７８は、途中で分岐することなく一直線状に設けられているとともに、予め決められた全長を有している。
【０１８５】
図２３に最もよく示されるように、第２の通路要素７８は、一方の筒体３９の内部に形成された第１の部分８１ａと、他方の筒体３９の内部に形成された第２の部分８１ｂと、を備えている。
【０１８６】
第２の通路要素７８の第１の部分８１ａは、一方の筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、一方の筒体３９のうち他方の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第１の部分８１ａの開口端とは反対側の端部は、一方の筒体３９の軸方向に沿う中間部で閉塞されている。本実施形態によると、第２の通路要素７８の第１の部分８１ａは、一方の筒体３９の端面３９ａの側から一方の筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第１の部分８１ａは、円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【０１８７】
第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂは、他方の筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、他方の筒体３９のうち一方の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第２の部分８１ｂの開口端とは反対側の端部は、他方の筒体３９の内部で閉塞されている。
【０１８８】
本実施形態によると、第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂは、他方の筒体３９の端面３９ａの側から他方の筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第２の部分８１ｂは、第１の部分８１ａと同様に円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【０１８９】
図２０および図２３に最もよく示されるように、第１の部分８１ａの開口端と、第２の部分８１ｂの開口端とは、隣り合う二つの筒体３９を回転軸３８の第２の軸部４１の軸方向に締め付けた時に、互いに連通するように同軸状に突き合わされている。
【０１９０】
第３の通路要素７９は、通路７６の出口と言い換えることができる。第３の通路要素７９は、隣り合う二つの筒体３９のうちの他方の筒体３９の外周面に開口されている。第３の通路要素７９の開口端は、搬送部７１の上流端に位置されるとともに、当該搬送部７１が有するフライト７３から外れている。この結果、第１の通路要素７７の開口端と第３の通路要素７９の開口端とは、障壁部７２を間に挟んでスクリュ本体３７の軸方向に互いに離れている。
【０１９１】
さらに、本実施形態では、第３の通路要素７９は、他方の筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第３の通路要素７９は、円形の断面形状を有する穴であり、他方の筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第３の通路要素７９の底７９ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【０１９２】
図２３に示すように、第２の通路要素７８の第１の部分８１ａの開口端とは反対側の端部は、一方の筒体３９の内部で第１の通路要素７７に接続されている。第１の通路要素７７および第２の通路要素７８の第１の部分８１ａは、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素７８の第１の部分８１ａは、第１の通路要素７７の円錐状の底７７ａを外れた位置で第１の通路要素７７に接続されている。第２の通路要素７８の第１の部分８１ａは、第１の通路要素７７の円錐状の底７７ａに連通させてもよい。
【０１９３】
このため、第１の通路要素７７は、第２の通路要素７８の第１の部分８１ａの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第１の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０１９４】
第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂの開口端とは反対側の端部は、他方の筒体３９の内部で第３の通路要素７９に接続されている。第３の通路要素７９および第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂは、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂは、第３の通路要素７９の円錐状の底７９ａを外れた位置で第３の通路要素７９に接続されている。第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂは、第３の通路要素７９の円錐状の底７９ａに接続してもよい。
【０１９５】
このため、第３の通路要素７９は、第２の通路要素７８の第２の部分８１ｂの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第２の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０１９６】
加えて、筒体３９の内部に通路７６を設けたことで、当該通路７６は、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心している。このため、通路７６は、軸線Ｏ１から外れており、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１の回りを公転するようになっている。
【０１９７】
第２の通路要素７８を構成する穴の内径は、例えば１mm以上、６mm未満、好ましくは１mm以上、５mm以下に設定することが好ましい。さらに、第２の通路要素７８の内径は、入口となる第１の通路要素７７の内径よりも小さい。それとともに、第２の通路要素７８の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも遥かに小さく設定されている。
【０１９８】
本実施形態によると、筒体３９は、第１ないし第３の通路要素７７，７８，７９を構成する穴の形状を定める円筒状の壁面８３を有している。壁面８３は、第１ないし第３の通路要素７７，７８，７９を周方向に連続して取り囲んでいる。
【０１９９】
言い換えると、壁面８３で囲まれた第１ないし第３の通路要素７７，７８，７９は、原料の流通のみを許容する中空の空間であって、当該空間内にスクリュ本体３７を構成する要素は存在しない。さらに、壁面８３は、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０２００】
さらに、本実施形態では、フライト７３，７４が形成された複数の筒体３９を回転軸３８から取り外した際に、第１の通路要素７７および第３の通路要素７９の少なくともいずれか一方が設けられ、内部に第２の通路要素７８が設けられた筒体３９は、スクリュエレメントと言い換えることができる。
【０２０１】
このような構成によると、第１の押出機２でブレンドされた流動性を有する原料は、第２の押出機３の供給口３４から搬送路５１に連続的に供給される。第２の押出機３に供給された原料は、図２４に矢印Ｃで示すように、スクリュ本体３７の基端に位置された一つの搬送部７１の外周面に投入される。スクリュ２１は、回転軸３８の基端の方向から見た時に反時計回り方向に左回転するので、搬送部７１のフライト７３は、図２４および図２５に実線の矢印で示すように、供給口３４から投入された原料をスクリュ本体３７の先端に向けて搬送する。
【０２０２】
この際、搬送路５１内で旋回するフライト７３とシリンダ部３３の内周面との間の速度差によって生じるせん断作用が原料に付加されるとともに、フライト７３の微妙な捩じれ具合により原料が攪拌される。この結果、原料が本格的に混練され、原料の高分子成分の分散化が進行する。
【０２０３】
せん断作用を受けた原料は、搬送路５１に沿って搬送部７１と障壁部７２との間の境界に達する。障壁部７２のフライト７４は、スクリュ２１が左回転した時に、原料をスクリュ本体３７の先端から基端に向けて搬送するので、フライト７３によって送り込まれる原料をフライト７４が堰き止める。
【０２０４】
すなわち、障壁部７２のフライト７４は、スクリュ２１が左回転した時に、搬送部７１のフライト７３によって送り込まれる原料の流動を制限するとともに、原料が障壁部７１とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを伝って通り抜けるのを妨げる。
【０２０５】
この結果、搬送部７１と障壁部７２との間の境界で原料の圧力が高まる。具体的に述べると、図２５は、搬送路５１のうち通路７６に対応した箇所の原料の充満率をグラデーションで表しており、色調が濃くなる程に原料の充満率が高くなっている。図２５から明らかなように、搬送路５１では、障壁部７２に近づくに従い原料の充満率が高まっており、障壁部７２の直前では、原料の充満率が１００％となっている。
【０２０６】
このため、障壁部７２の直前に原料の充満率が１００％の原料溜まりＲが形成される。原料溜まりＲでは、原料の流動が堰き止められたことにより原料の圧力が上昇している。圧力が上昇した原料は、図２４および図２５に破線の矢印で示すように、搬送部７１と障壁部７２との間の境界に開口された通路７６の第１の通路要素７７から第２の通路要素７８に流入する。第２の通路要素７８に流入した原料は、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて第２の通路要素７８を流通する。
【０２０７】
第２の通路要素７８の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも小さい。言い換えると、第２の通路要素７８の内径は、スクリュ本体３７の外径よりも遥かに小さいので、原料が第２の通路要素７８を通過する際に原料が急激に絞られて、当該原料に伸長作用が付加される。
【０２０８】
加えて、第２の通路要素７８の断面積が搬送路５１の断面積よりも十分に小さいために、原料溜まりＲに溜まった原料が第１の通路要素７７に流入するにも拘らず、障壁部７２の直前の原料溜まりＲが消滅することはない。このため、搬送部７１のフライト７３によって障壁部７２に送り込まれる原料の流量に多少のばらつきが生じたとしても、流量のばらつき分を原料溜まりＲに溜まった原料で吸収できる。よって、原料は、常に安定した状態で通路７６に供給される。
【０２０９】
図２５に破線の矢印で示すように、通路７６の第２の通路要素７８を通過した原料は、第３の通路要素７９から隣り合う他の筒体３９の外周面に帰還される。帰還された原料は、他の筒体３９のフライト７３によってスクリュ本体３７の先端の方向に搬送され、この搬送の過程で再びせん断作用を受ける。せん断作用を受けた原料は、次の通路７６の第１の通路要素７７から第２の通路要素７８に流入するとともに、第２の通路要素７８を通過する過程で再び伸長作用を受ける。
【０２１０】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う中間部では、複数の搬送部７１および複数の障壁部７２がスクリュ本体３７の軸方向に交互に並んでいるとともに、複数の通路７６がスクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。このため、供給口３４からスクリュ本体３７に投入された原料は、せん断作用および伸長作用を交互に繰り返し受けながらスクリュ本体３７の基端から先端の方向に途切れることなく連続的に搬送される。よって、原料の混練の度合いが強化され、原料の高分子成分の分散化が促進される。
【０２１１】
本実施形態では、複数の通路７６の第２の通路要素７８は、個々に第１の通路要素７７および第３の通路要素７９を介してスクリュ本体３７の外周面に開口されている。このため、各通路７６において、第１の通路要素７７から第２の通路要素７８に流入した原料は、必ず第３の通路要素７９を通ってスクリュ本体３７の外周面に帰還し、複数の通路７６の間で原料が混じり合うことはない。
【０２１２】
よって、原料の混練度が過剰となるのを回避することができ、所望する混練度合いに見合った適切な混練が可能となる。
【０２１３】
原料に伸長作用を付加する通路７６は、スクリュ本体３７の回転中心となる軸線Ｏ１から偏心した位置でスクリュ本体３７の軸方向に延びているので、通路７６は、軸線Ｏ１の回りを公転する。すなわち、通路７６を規定する壁面８３は、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０２１４】
このため、原料が通路７６を通過する際に、原料は遠心力を受けるものの当該原料に壁面８３の自転に伴うせん断力が働くことはない。よって、通路７６を通過して筒体３９の外周面に帰還する原料が受けるのは主に伸長作用となる。この結果、原料にせん断作用を付加する箇所および原料に伸長作用を付加する箇所が明確に定まり、原料の混練の度合いを精度よく制御することが可能となる。
【０２１５】
このような第２の実施形態においても、例えば原料の混練度合いに応じて回転軸３８の上に挿入すべき筒体３９を自由に選択して入れ換えることができ、スクリュ本体３７の長さの範囲内で搬送部７１および障壁部７２の位置を任意に変更できる。
【０２１６】
さらに、例えばフライト７３に局所的に摩耗が生じて原料の搬送あるいは物性に悪影響が生じた場合には、摩耗したフライト７３を有する筒体３９を新規なフライト７３を有する予備の筒体３９、すなわちスクリュエレメントと交換すればよい。したがって、スクリュ本体３７のその他の筒体３９及び回転軸３８は繰り返し使用することができ、スクリュ本体３７の全てを新品と交換する必要はない。
【０２１７】
よって、経済的であるとともに、スクリュ本体３７の部分的な補修で対応が可能であることから、高せん断加工装置１の運転を停止させる時間を必要最小限に止めることができる。
【０２１８】
さらに、原料に伸長作用を付加する通路７６は、二種類のフライト７３，７４が形成された二つの筒体３９の間に跨って形成されている。このため、二つの筒体３９のいずれにおいても、二種類のフライト７３，７４と通路７６との間の相対的な位置関係がスクリュ本体３７の軸方向および周方向の双方において固定的に定まっている。よって、二種類のフライト７３，７４と通路７６との間の格別な位置合わせ作業が不要となる。
【０２１９】
第２の実施形態によると、複数の筒体３９を第２の軸部４１の軸方向に締め付けることで、隣り合う二つの筒体３９の間に跨る通路７６が形成される。
【０２２０】
すなわち、スクリュ本体３７に通路７６を形成するに当たっては、スクリュ本体３７の全長に比べて長さが大幅に短い筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施せばよいことになる。よって、通路７６を形成する際の作業性および被加工物の取扱いが容易となる。
【０２２１】
[第３の実施形態]
図２６ないし図３５は、第３の実施形態を開示している。第３の実施形態は、スクリュ本体３７に関する事項が第１の実施形態と相違している。それ以外の第２の押出機３の構成は、基本的に第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０２２２】
図２６および図２７に示すように、スクリュ本体３７を構成する複数の円筒状の筒体３９は、第１の実施形態と同様に第１のカラー４８と第２のカラー５０との間で第２の軸部４１の軸方向に締め付けられ、隣り合う筒体３９の端面３９ａが隙間なく密着されている。
【０２２３】
図２８に示すように、スクリュ本体３７は、原料を搬送するための複数の搬送部９１と、原料の流動を制限するための複数の障壁部９２と、を有している。搬送部９１および障壁部９２は、スクリュ本体３７の軸方向に交互に並べて配置されている。
【０２２４】
各搬送部９１は、螺旋状に捩じれたフライト９３を有している。フライト９３は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。フライト９３は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の先端から基端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト９３は、フライト９３の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれている。
【０２２５】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う搬送部９１の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。さらに、搬送部９１とは、少なくとも筒体３９の外周面にフライト９３が形成された領域のことであるが、フライト９３の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。
【０２２６】
すなわち、筒体３９の外周面のうちフライト９３から外れた領域も搬送部９１とみなされることがあるし、フライト９３を有する筒体３９と隣り合う位置に円筒状のスペーサあるいは円筒状のカラーが配置された場合、当該スペーサやカラーも搬送部９１に含まれることがあり得る。
【０２２７】
各障壁部９２は、螺旋状に捩じれたフライト９４を有している。フライト９４は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５１に向けて張り出している。フライト９４は、スクリュ２１が左回転した時に、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて原料を搬送するように捩じれている。言い換えると、フライト９４は、フライト９４の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【０２２８】
フライト９４のピッチは、フライト９３のピッチと同じか、フライト９３のピッチよりも小さい。さらに、フライト９３，９４の頂部とシリンダ部３３の内周面との間には、僅かなクリアランスが確保されている。
【０２２９】
スクリュ本体３７の軸方向に沿う障壁部９２の長さは、例えば原料の種類、原料の混練度合い、単位時間当たりの混練物の生産量等に応じて適宜設定される。障壁部９２は、搬送部９１により送られる原料の流動を堰き止めるように機能する。すなわち、障壁部９２は、原料の搬送方向の下流側で搬送部９１と隣り合うとともに、搬送部９１によって送られる原料がフライト９４の頂部とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを通過するのを妨げるように構成されている。
【０２３０】
本実施形態では、バレル２０の一端部に対応するスクリュ本体３７の基端に障壁部９２が位置され、バレル２０の他端部に対応するスクリュ本体３７の先端部には、吐出用フライト９０が設けられている。吐出用フライト９０は、スクリュ本体３７の先端部に位置された筒体３９の外周面に形成されて、搬送路５１に張り出している。吐出用フライト９０は、スクリュ本体３７の基端から先端の方向に原料を搬送するように捩じれている。バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端に最も近い一つの搬送部９１の軸方向に沿う中間部と向かい合っている。
【０２３１】
図２６ないし図３１に示すように、スクリュ本体３７は、スクリュ本体３７の軸方向に延びる複数の通路９５を有している。通路９５は、スクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。さらに、スクリュ本体３７の軸方向に沿う中間部では、図３０に示すように、スクリュ本体３７の軸方向に延びる四つの通路９５がスクリュ本体３７の周方向に９０°の間隔を存して並んでいる。
【０２３２】
図２７および図３１に示すように、各通路９５は、一つの障壁部９２と、当該障壁部９２を挟んだ二つの搬送部９１を一つのユニットとした時に、これら搬送部９１および障壁部９２に対応する三つの筒体３９の間に跨って形成されている。
【０２３３】
具体的に述べると、各通路９５は、第１ないし第３の通路要素９６，９７，９８で規定されている。第１の通路要素９６は、通路９５の入口と言い換えることができる。第１の通路要素９６は、前記一つのユニット毎に障壁部９２よりもスクリュ本体３７の基端の側に位置された搬送部９１に対応する筒体３９の外周面に開口されている。第１の通路要素９６の開口端は、搬送部９１に対応する筒体３９の外周面上において、当該搬送部９１よりもスクリュ本体３７の基端の側で隣り合う障壁部９２との境界付近に位置されている。さらに、第１の通路要素９６の開口端は、フライト９３から外れている。
【０２３４】
本実施形態では、第１の通路要素９６は、筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第１の通路要素９６は、円形の断面形状を有する穴であり、軸線Ｏ１と直交するように筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第１の通路要素９６の底９６ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【０２３５】
第２の通路要素９７は、原料が流通する通路本体と言い換えることができる。第２の通路要素９７は、搬送部９１および障壁部９２に対応する三つの筒体３９の間に跨るように、スクリュ本体３７の軸線Ｏ１と平行に延びている。したがって、第２の通路要素９７は、途中で分岐することなくスクリュ本体３７の軸方向に一直線状に設けられているとともに、予め決められた全長を有している。
【０２３６】
第２の通路要素９７は、前記三つの筒体３９のうちスクリュ本体３７の基端の側の筒体３９の内部に形成された第１の部分９９ａと、前記三つの筒体３９のうち中間の筒体３９の内部に形成された第２の部分９９ｂと、前記三つの筒体３９のうちスクリュ本体３７の先端の側の筒体３９の内部に形成された第３の部分９９ｃと、で構成されている。第１の部分９９ａ、第２の部分９９ｂおよび第３の部分９９ｃは、スクリュ本体３７の軸方向に沿って同軸状に配列されている。
【０２３７】
第２の通路要素９７の第１の部分９９ａは、筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、当該筒体３９のうち隣り合う中間の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第１の部分９９ａの開口端とは反対側の端部は、筒体３９の端壁３９ｂで閉塞されている。本実施形態によると、第２の通路要素９７の第１の部分９９ａは、筒体３９の端面３９ａに例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第１の部分９９ａは、円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【０２３８】
第２の通路要素９７の第２の部分９９ｂは、中間の筒体３９の端面３９ａに例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。第２の部分９９ｂは、中間の筒体３９を軸方向に貫通するとともに、中間の筒体３９の両方の端面３９ａに開口されている。そのため、第２の部分９９ｂは、円形の断面形状を有する貫通孔で規定されている。
【０２３９】
第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃは、筒体３９の軸方向に直線状に延びているとともに、当該筒体３９のうち隣り合う中間の筒体３９の側の端面３９ａに開口されている。第３の部分９９ｃの開口端とは反対側の端部は、筒体３９の端壁３９ｂで閉塞されている。本実施形態によると、第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃは、筒体３９の端面３９ａに例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。このため、第３の部分９９ｃは、円形の断面形状を有する穴で規定されている。
【０２４０】
図２７および図３１に最もよく示されるように、第１の部分９９ａの開口端、第２の部分９９ｂの開口端および第３の部分９９ｃの開口端は、隣り合う三つの筒体３９を回転軸３８の第２の軸部４１の軸方向に締め付けた時に、互いに連通するように同軸状に突き合わされている。
【０２４１】
第３の通路要素９８は、通路９５の出口と言い換えることができる。第３の通路要素９８は、前記一つのユニット毎に障壁部９２よりもスクリュ本体３７の先端の側に位置された搬送部９１に対応する筒体３９の外周面に開口されている。第３の通路要素９８の開口端は、搬送部９１に対応する筒体３９の外周面上において、当該搬送部９１よりもスクリュ本体３７の先端の側で隣り合う障壁部９２との境界付近に位置されている。さらに、第３の通路要素９８の開口端は、フライト９３から外れている。
【０２４２】
さらに、本実施形態では、第３の通路要素９８は、筒体３９の外周面に例えばドリルを用いた機械加工を施すことにより形成されている。そのため、第３の通路要素９８は、円形の断面形状を有する穴であり、筒体３９の外周面から筒体３９の径方向に延びている。第３の通路要素９８の底９８ａは、ドリルの先端で円錐状に削り取られた傾斜面となっている。
【０２４３】
第１の通路要素９６の開口端と、第３の通路要素９８の開口端とは、二つの搬送部９１および一つの障壁部９２を間に挟んでスクリュ本体３７の軸方向に互いに離れている。言い換えると、第１の通路要素９６の開口端と第３の通路要素９８の開口端との間でスクリュ本体３７の表面の形態が変化している。
【０２４４】
図３１に示すように、第２の通路要素９７の第１の部分９９ａの開口端とは反対側の端部は、筒体３９の内部で第１の通路要素９６に接続されている。第１の通路要素９６および第２の通路要素９７の第１の部分９９ａは、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素９７の第１の部分９９ａの端部は、第１の通路要素９６の底９６ａを外れた位置で第１の通路要素９６に接続されている。第２の通路要素９７の第１の部分９９ａは、第１の通路要素９６の円錐状の底９６ａに連通させてもよい。
【０２４５】
このため、第１の通路要素９６は、第２の通路要素９７の第１の部分９９ａの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第１の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０２４６】
第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃの開口端とは反対側の端部は、筒体３９の内部で第３の通路要素９８に接続されている。第３の通路要素９８および第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃは、共に円形の断面形状を維持したまま互いに連通されている。さらに、第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃの端部は、第３の通路要素９８の底９８ａを外れた位置で第３の通路要素９８に接続されている。第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃは、第３の通路要素９８の円錐状の底９８ａに連通させてもよい。
【０２４７】
このため、第３の通路要素９８は、第２の通路要素９７の第３の部分９９ｃの端部から筒体３９の径方向に立ち上げられて、スクリュ本体３７の外周面に開口された第２の立ち上がり部と言い換えることができる。
【０２４８】
加えて、筒体３９の内部に通路９５を設けたことで、当該通路９５は、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心している。このため、通路９５は、軸線Ｏ１から外れており、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１の回りを公転するようになっている。
【０２４９】
第２の通路要素９７を構成する穴の内径は、例えば１mm以上、６mm未満、好ましくは１mm以上、５mm以下に設定することが好ましい。さらに、第２の通路要素９７の内径は、入口となる第１の通路要素９６の内径よりも小さい。それとともに、第２の通路要素９７の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも遥かに小さく設定されている。
【０２５０】
本実施形態によると、筒体３９は、第１ないし第３の通路要素９６，９７，９８を構成する穴の形状を定める円筒状の壁面１００を有している。壁面１００は、第１ないし第３の通路要素９６，９７，９８を周方向に連続して取り囲んでいる。言い換えると、壁面１００で囲まれた第１ないし第３の通路要素９６，９７，９８は、原料の流通のみを許容する中空の空間であって、当該空間内にスクリュ本体３７を構成する要素は存在しない。さらに、壁面１００は、スクリュ本体３７が回転した時に、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０２５１】
このような構成によると、第１の押出機２でブレンドされた流動性を有する原料は、第２の押出機３の供給口３４から搬送路５１に連続的に供給される。第２の押出機３に供給された原料は、図３２に矢印Ｄで示すように、スクリュ本体３７の基端に最も近い搬送部９１の外周面に投入される。
【０２５２】
スクリュ２１は、回転軸３８の基端の方向から見た時に反時計回り方向に左回転するので、搬送部９１のフライト９３は、図３２に実線の矢印で示すように、供給口３４から投入された原料をスクリュ本体３７の基端の側で隣り合う障壁部９２に向けて搬送する。すなわち、フライト９３は、供給口３４から投入された原料をスクリュ本体３７の基端に向けて逆送りする。
【０２５３】
この際、搬送路５１内で旋回するフライト９３とシリンダ部３３の内周面との間の速度差によって生じるせん断作用が原料に付加されるとともに、フライト９３の微妙な捩じれ具合により原料が攪拌される。この結果、原料が本格的に混練され、原料の高分子成分の分散化が進行する。
【０２５４】
せん断作用を受けた原料は、搬送路５１に沿って搬送部９１と障壁部９２との間の境界に達する。障壁部９２のフライト９４は、スクリュ２１が左回転した時に、原料をスクリュ本体３７の基端から先端に向けて搬送するように右方向に捩じれているので、フライト９３によって送り込まれる原料をフライト９４が堰き止める。言い換えると、障壁部９２のフライト９４は、スクリュ２１が左回転した時に、フライト９３によって送り込まれる原料の流動を制限するとともに、原料が障壁部９２とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを伝って通り抜けるのを妨げる。
【０２５５】
この結果、搬送部９１と障壁部９２との間の境界で原料の圧力が高まる。具体的に述べると、図３３は、搬送路５１のうちスクリュ本体３７の搬送部９１に対応した箇所の原料の充満率をグラデーションで表しており、色調が濃くなる程に原料の充満率が高くなっている。図３３から明らかなように、搬送部９１では、障壁部９２に近づくに従い原料の充満率が高まっており、障壁部９２の直前では、原料の充満率が１００％となっている。
【０２５６】
このため、障壁部９２の直前に原料の充満率が１００％の原料溜まりＲが形成される。原料溜まりＲでは、原料の流動が堰き止められたことにより原料の圧力が上昇している。圧力が上昇した原料は、図３２および図３３に破線の矢印で示すように、通路９５の入口となる第１の通路要素９６から第２の通路要素９７に流入する。
【０２５７】
第２の通路要素９７の径方向に沿う断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５１の断面積よりも小さい。言い換えると、第２の通路要素９７の内径は、スクリュ本体３７の外径よりも遥かに小さいので、原料が第２の通路要素９７を通過する際に原料が急激に絞られて、当該原料に伸長作用が付加される。
【０２５８】
加えて、第２の通路要素９７の断面積が搬送路５１の断面積よりも十分に小さいために、原料溜まりＲに溜まった原料が第１の通路要素９６に流入するにも拘らず、障壁部９２の直前の原料溜まりＲが消滅することはない。このため、フライト９３によって障壁部９２に送り込まれる原料の流量に多少のばらつきが生じたとしても、流量のばらつき分を原料溜まりＲに溜まった原料で吸収できる。よって、原料は、常に安定した状態で通路９５に供給される。
【０２５９】
第２の通路要素９７を流通した原料は、図３３に実線の矢印で示すように、第３の通路要素９８を通じてスクリュ本体３７の先端の側で隣り合う搬送部９１の外周面の上に帰還される。帰還された原料は、搬送部９１のフライト９３によりスクリュ本体３７の基端に向けて搬送され、この搬送の過程で再びせん断作用を受ける。せん断作用を受けた原料は、通路９５の第１の通路要素９６から第２の通路要素９７に流入するとともに、当該第２の通路要素９７を流通する過程で再び伸長作用を受ける。
【０２６０】
本実施形態では、複数の搬送部９１および複数の障壁部９２がスクリュ本体３７の軸方向に交互に並んでいるとともに、複数の通路９５がスクリュ本体３７の軸方向に間隔を存して並んでいる。このため、供給口３４からスクリュ本体３７に投入された原料は、図３２および図３３に矢印で示すように、せん断作用および伸長作用を交互に繰り返し受けながらスクリュ本体３７の基端から先端の方向に連続的に搬送される。よって、原料の混練の度合いが強化され、原料の高分子成分の分散化が促進される。
【０２６１】
複数の通路９５の第２の通路要素９７は、個々に第１の通路要素９６および第３の通路要素９８を介してスクリュ本体３７の外周面に開口されている。このため、各通路９５において、第１の通路要素９６から第２の通路要素９７に流入した原料は、必ず第３の通路要素９８を通ってスクリュ本体３７の外周面に帰還し、通路９５の間で原料が混じり合うことはない。
【０２６２】
よって、原料の混練度が過剰となるのを回避することができ、所望する混練度に見合った適切な混練が可能となる。
【０２６３】
原料に伸長作用を付加する通路９５は、スクリュ本体３７の回転中心となる軸線Ｏ１から偏心した位置でスクリュ本体３７の軸方向に延びているので、通路９５は、軸線Ｏ１の回りを公転する。すなわち、通路９５を規定する円筒状の壁面１００は、軸線Ｏ１を中心に自転することなく軸線Ｏ１の回りを公転する。
【０２６４】
このため、原料が通路９５を通過する際に、原料は遠心力を受けるものの当該原料に壁面１００の自転に伴うせん断力が働くことはない。よって、通路９５を通過してスクリュ本体３７の外周面に帰還する原料が受けるのは主に伸長作用となる。したがって、原料にせん断作用を付加する箇所および原料に伸長作用を付加する箇所が明確に定まり、原料の混練の度合いを精度よく制御することが可能となる。
【０２６５】
このような第３の実施形態においても、例えば原料の混練度合いに応じて回転軸３８の上に挿入すべき筒体３９を自由に選択して入れ換えることができ、スクリュ本体３７の長さの範囲内で搬送部９１および障壁部９２の位置を変更できる。
【０２６６】
さらに、例えばフライト９３に局所的に摩耗が生じて原料の搬送あるいは物性に悪影響が生じた場合には、摩耗したフライト９３を有する筒体３９を新規なフライト９３を有する予備の筒体３９と交換すればよい。したがって、スクリュ本体３７のその他の筒体３９及び回転軸３８は繰り返し使用することができ、スクリュ本体３７の全てを新品と交換する必要はない。
【０２６７】
このため、経済的であるとともに、スクリュ本体３７の部分的な補修で対応が可能であることから、高せん断加工装置１の運転を停止させる時間を必要最小限に止めることができる。
【０２６８】
さらに、原料に伸長作用を付加する通路９５は、搬送部９１を構成する二つの筒体３９と、障壁部９２を構成する筒体３９との間に跨って形成されている。このため、三つの筒体３９のいずれにおいてもフライト９３又は９４と通路９５との間の相対的な位置関係がスクリュ本体３７の軸方向および周方向の双方において固定的に定まっている。よって、フライト９３，９４と通路９５との間の格別な位置合わせ作業が不要となる。
【０２６９】
第３の実施形態によると、隣り合う三つの筒体３９の端面３９ａを互いに密着させることで、三つの筒体３９の間に跨って通路９５が形成される。すなわち、スクリュ本体３７に通路９５を形成するに当たっては、スクリュ本体３７の全長に比べて長さが大幅に短い筒体３９に例えばドリルを用いた機械加工を施せばよいことになる。よって、通路９５を形成する際の作業性および被加工物の取扱いが容易となる。
【０２７０】
加えて、第３の実施形態においては、原料に伸長作用を付加する通路９５は、一つの障壁部９２と、当該障壁部９２を挟んだ二つの搬送部９１との境界で三分割されている。このため、第２の通路要素９７の第１の部分９９ａおよび第３の部分９９ｃは、搬送部９１を構成する筒体３９の内部に形成され、第２の通路要素９７の第２の部分９９ｂは、障壁部９２を構成する筒体３９の内部に形成されている。
【０２７１】
この構成によれば、通路９５が二つの搬送部９１と一つの障壁部９２との間に跨っている場合に、通路９５の第１ないし第３の部分９９ａ，９９ｂ，９９ｃを形成する三つの筒体３９を、フライト９３，９４毎に区分けすることができる。この結果、通路９５の第１ないし第３の部分９９ａ，９９ｂ，９９ｃを有する個々の筒体３９の製作、選択および管理を容易に行なうことができる。
【０２７２】
[第３の実施形態の変形例]
図３４および図３５は、第３の実施形態と関連性を有する変形例を開示している。
【０２７３】
図３４に示す変形例では、第２の通路要素９７の第２の部分９９ｂが形成される筒体３９の外周面に、障壁部９２を構成する全てのフライト９４と搬送部９１を構成する一部のフライト９３とが連続して形成されている。すなわち、二種類のフライト９３，９４が形成された筒体３９の内部に第２の通路要素９７の第２の部分９９ｂが形成されている。
【０２７４】
このような構成の場合、第２の通路要素９７の第２の部分９９ｂが形成される筒体３９として、図３５に示されるような外周面の全ての領域に障壁部９２用のフライト９４が形成された専用の筒体１１０を準備すれば、当該筒体１１０を二種類のフライト９３，９４が形成された前記筒体３９と入れ換えることが可能となる。
【０２７５】
これにより、通路９５を形成する三つの筒体３９，１１０の長さの範囲内で搬送部９１用のフライト９３が占める領域と障壁部９２用のフライト９４が占める領域との割合を、例えば原料の混練の度合いに応じて変更することができる。
【０２７６】
[第４の実施形態]
図３６は、第４の実施形態を開示している。第４の実施形態は、回転軸３８に関する事項が第３の実施形態と相違している。それ以外のスクリュ２１の構成は、基本的に第３の実施形態と同様である。そのため、第４の実施形態において、第３の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２７７】
図３６に示すように、冷媒通路２００が回転軸３８の内部に形成されている。冷媒通路２００は、回転軸３８の軸線Ｏ１に沿って同軸状に延びている。冷媒通路２００の一端は、継手部４２の箇所でロータリジョイント２０１を介して出口配管２０２に接続されている。冷媒通路２００の他端は、回転軸３８の先端で液密に塞がれている。
【０２７８】
冷媒導入管２０３が冷媒通路２００の内部に同軸状に挿入されている。冷媒導入管２０３の一端は、ロータリジョイント２０１を介して入口配管２０４に接続されている。冷媒導入管２０３の他端は、冷媒通路２００の他端付近で冷媒通路２００内に開口されている。
【０２７９】
第４の実施形態では、水又は油等の冷媒が入口配管２０４からロータリジョイント２０１および冷媒導入管２０３を介して冷媒通路２００に送り込まれる。冷媒通路２００に送り込まれた冷媒は、冷媒通路２００の内周面と冷媒導入管２０３の外周面との間の隙間を通って回転軸３８の継手部４２に帰還するとともに、ロータリジョイント２０１を介して出口配管２０２に戻される。
【０２８０】
第４の実施形態によると、冷媒が回転軸３８の軸方向に沿って循環するので、当該冷媒を利用してスクリュ本体３７を冷却することができる。このため、原料に接するスクリュ本体３７の温度を適正に調節することができ、原料の温度上昇に基づく樹脂の劣化および粘度の変化等を未然に防止することができる。
【０２８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【０２８２】
例えば、原料を本格的に混練するスクリュ本体は、第１の実施形態に開示された通路を有する筒体と、第２の実施形態に開示された通路を有する筒体と、第３の実施形態に開示された通路を有する筒体と、を一本の回転軸の上に選択的に組み合わせて挿入することで構成してもよい。
【０２８３】
原料に伸長作用を付加する通路は、断面形状が円形の孔に限らない。当該通路は、例えば断面形状が楕円形や多角形の孔で構成してもよく、通路の断面形状に特に制約はない。
【０２８４】
加えて、前記第１の実施形態では、スクリュ本体を回転軸の基端の方向から見た時に、スクリュが反時計回り方向に左回転する場合を例に掲げて説明したが、本発明はこれに制約されるものではない。例えば、スクリュは、時計回り方向に右回転させてもよい。
【０２８５】
さらに、スクリュ本体の障壁部は、螺旋状に捩じれたフライトで構成されることに制約されない。例えば、障壁部は、スクリュ本体の周方向に連続する外周面を有する円環状の大径部で構成してもよい。大径部は、スクリュ本体の軸方向に沿う幅を有するとともに、その外周面に凹みや切欠き等が存在しない滑らかな円環状とすることが望ましい。
【０２８６】
それとともに、第２の押出機から押し出された混練物に含まれるガス成分を除去する第３の押出機は、単軸押出機に特定されるものではなく、二軸押出機を用いてもよい。
【０２８７】
本発明に係る連続式高せん断加工装置は、少なくとも原料を予備的に混練する第１の押出機および原料を本格的に混練する第２の押出機を備えていればよく、ガス状物質や揮発成分を除去する第３の押出機は省略してもよい。第３の押出機を省略する場合、第２の押出機の中間部に混練過程にある原料からガス状物質や揮発成分を取り除く少なくとも一つのベント口を設けるとよい。
【符号の説明】
【０２８８】
３…押出機（第２の押出機）、２０…バレル、２１…スクリュ、２８…吐出口、３４…供給口、３７…スクリュ本体、３８…回転軸、３９…筒体、５８，７３，９３…フライト、６２，７６，９５…通路、６３，７７，９６…第１の通路要素(入口)、６４，７８，９７…第２の通路要素(通路本体)、６５，７９，９８…第３の通路要素(出口)。
【図１】
0006446234.tif 000002
【図２】
0006446234.tif 000003
【図３】
0006446234.tif 000004
【図４】
0006446234.tif 000005
【図５】
0006446234.tif 000006
【図６】
0006446234.tif 000007
【図７】
0006446234.tif 000008
【図８】
0006446234.tif 000009
【図９】
0006446234.tif 000010
【図１０】
0006446234.tif 000011
【図１１】
0006446234.tif 000012
【図１２】
0006446234.tif 000013
【図１３】
0006446234.tif 000014
【図１４】
0006446234.tif 000015
【図１５】
0006446234.tif 000016
【図１６】
0006446234.tif 000017
【図１７】
0006446234.tif 000018
【図１８】
0006446234.tif 000019
【図１９】
0006446234.tif 000020
【図２０】
0006446234.tif 000021
【図２１】
0006446234.tif 000022
【図２２】
0006446234.tif 000023
【図２３】
0006446234.tif 000024
【図２４】
0006446234.tif 000025
【図２５】
0006446234.tif 000026
【図２６】
0006446234.tif 000027
【図２７】
0006446234.tif 000028
【図２８】
0006446234.tif 000029
【図２９】
0006446234.tif 000030
【図３０】
0006446234.tif 000031
【図３１】
0006446234.tif 000032
【図３２】
0006446234.tif 000033
【図３３】
0006446234.tif 000034
【図３４】
0006446234.tif 000035
【図３５】
0006446234.tif 000036
【図３６】
0006446234.tif 000037