(57)【要約】  【課題】シリンダ中でスクリューを回転させて混練する多軸押出機において内部の混練状態を良好に観察できかつ観察部分の温度、圧力データも採取できる観察窓付き多軸押出機、シリンダ内混練挙動解析方法を提供。  【解決手段】多軸押出機において、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有する観察窓付き多軸押出機。窓からの観察と実測温度及び又は圧力のデータとを合わせ解析することを特徴とするシリンダ内混練挙動解析方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸押出機において、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有することを特徴とする観察窓付き多軸押出機。
【請求項２】
窓材のスクリュー側の面が、切り欠いたシリンダ内面に相当する面よりも０．５〜２．０ｍｍ外側に位置することを特徴とする請求項１記載の観察窓付き多軸押出機。
【請求項３】
窓を通してシリンダ内部が見える位置にカメラが備えられ、シリンダ内部を照射する照明装置が付帯したことを特徴とする請求項１又は２に記載の観察窓付き多軸押出機。
【請求項４】
挿通されるスクリューの表面が灰黒色であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の観察窓付き多軸押出機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの請求項記載の観察窓付き多軸押出機により観察窓からシリンダ内の被混練材料が混練される状態を観察し、観察窓を有するシリンダブロック内における温度及び又は圧力のデータを合わせ解析することを特徴とするシリンダ内混練挙動解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部の混練状態を観察する観察窓付き多軸押出機及びシリンダ内混練挙動解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
押出機のシリンダ内部で溶融、混練する状態を観察し、解析するため内部の状態を直接観察する押出機のシリンダ側面に透明な観察窓を設置し外部から樹脂の溶融混練状態を観察する試みがなされている（特許文献１、２、３非特許文献１、２、３）。特許文献３の単軸押出機では窓が周方向の一部分と他部分とが交互に軸方向に位置がずれて配置されている。混練状態はスクリュー軸方向の位置により変化するためある軸方向の位置では一つの窓からしか観察できない。
【０００３】
押出機には、スクリューが１本の単軸押出機以外にも、スクリューが２本以上複数ある、二軸押出機、三軸押出機、四軸押出機、十二軸押出機等の多軸押出機がある。
多軸押出機は、特に２種類以上の材料、例えば樹脂と樹脂、樹脂と安定剤等の添加剤、樹脂と二酸化炭素等を均一に混練するのに好適に用いられる。
中でも二軸押出機は、樹脂とフィラー、液体又は気体（二酸化炭素）等を均一に混練するのに好適に用いられる。一般的には同方向回転のものが主流であるが、異方向回転の場合は硬質塩ビのような流動性と熱安定性の悪い材料を押出加工するのに適しているため、硬質塩ビパイプ・シート・板・異型製品の製造などに広く利用されている。
多軸押出機では、スクリュー間でも樹脂等の被混練物がせん断応力を受けるため、混練過程は単軸押出機に比較すると極めて複雑で、被混練材料の熱的性質、物理的性質、シリンダ内の温度、圧力、スクリュー形状、スクリューのフライトや、ニーディングディスク等のかみ合わせ、スクリュー軸とスクリュー軸のなす角度、それぞれのスクリューの回転方向、スクリューの回転数や回転トルク等により異なる挙動をとる。しかるにシリンダ内部の混練過程は押出物や射出物等を分析測定する方法でしか分からず不十分であり、混練過程を直接観察することが特に重要である。
このため、シリンダの一部が円筒状の透明材料にて全周が覆われた可視化バレルを用いた二軸押出機が提案されている。
【０００４】
しかしながら、透明材料にてなる可視化バレルでは、バレルのある軸方向の位置においてほぼ全周方向から内部を観察するのには適しているが、その透明材料にてなるシリンダ部分内の温度、圧力が不明であった。またヒーターの取り付けが難しく部分的温調が困難であった。また、当該シリンダ部分は全周が透明材料に囲まれているため、本来鋼製のシリンダ内面と被混練物との間の摩擦挙動とは異なるため相違が生じる虞もある。
【０００５】
このように、上記従来技術では、多軸押出機のシリンダ内部で起こる混練状態の解析が十分にできないという問題があった。
そこで、多軸押出機において内部の混練状態を、上記問題無く、観察でき、かつ窓部の温度及び又は圧力が測定できる観察窓付き多軸押出機及びシリンダ内混練挙動解析方法が要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２３５７１５号公報
【特許文献２】特開平９−３００４１９号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２８８５７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】中川他「単軸可塑化スクリュー解析と実験の比較と精度改善」日本製鋼所技報Ｎｏ．６３（２０１２．１０）ｐ．３４−ｐ．４０
【非特許文献２】安江他「可視化観察による成形不良現象の解明」日本製鋼所技報Ｎｏ．６４  （２０１３．１０）  ｐ．７５−ｐ．７８
【非特許文献３】辻村他「押出機内の発泡剤挙動の可視化」プラスチック成形加工学会第１３回(平成１４年度）年次大会予稿集「成形加工'０２」ｐ１０１−ｐ１０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダ中でスクリューを回転させて混練する多軸押出機において内部の混練状態を良好に観察でき観察部分の温度、圧力データも採取できる観察窓付き多軸押出機及びシリンダ内混練挙動解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の観察窓付き多軸押出機は、多軸押出機において、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有することを特徴とする観察窓付き多軸押出機である。
このため、あるスクリュー軸方向の位置においてスクリューが噛み合う位置における混練状態とその他の位置における混練状態がそれぞれの窓から観察できかつその位置における温度・圧力が同時に測定できる。混練状態はスクリュー軸方向に刻々変化するため、スクリューのフライトのピッチ内でスクリューの噛み合いが観察できる方向と、異なる方向の少なくとも２方向から観察できることが好ましいためである。
【００１０】
請求項２に記載の観察窓付き多軸押出機は、窓材のスクリュー側の面が、切り欠いたシリンダ内面に相当する面よりも０．５〜２．０ｍｍ外側に位置することを特徴とする請求項１記載の観察窓付き多軸押出機である。
窓材が圧力で破損せずかつ窓材とスクリュー間に余計な樹脂が滞留せず観察できる。  
【００１１】
請求項３に記載の観察窓付き多軸押出機は、窓を通してシリンダ内部が見える位置にカメラが備えられ、シリンダ内部を照射する照明装置が付帯したことを特徴とする請求項１又は２に記載の観察窓付き多軸押出機である。
適切位置によるカメラによる窓内の混練状態の撮影ができる。
【００１２】
請求項４記載の二軸押出機は、挿通されるスクリューの表面が灰黒色であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の観察窓付き多軸押出機である。
スクリュー面からの反射が少なく好適に混練状態が観察できる。
【００１３】
請求項５に記載のシリンダ内混練挙動解析方法は、請求項１乃至４記載の観察窓付き多軸押出機により観察窓からシリンダ内の被混練材料が混練される状態を観察し、観察窓を有するシリンダブロック内における温度及び又は圧力のデータを合わせ解析することを特徴とするシリンダ内混練挙動解析方法である。
混練状態の三次元的観察と、温度、圧力データを結び付けた高精度の解析ができる。
【００１４】
以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明における多軸押出機とは、多軸混練押出機ともいい、押出機にスクリューが２本以上挿通されたものをいう。
スクリューの軸が平行なものやコニカルタイプのスクリューで軸を斜交させたものもある。さらにスクリューフライトのかみ合い型と非かみ合い型、スクリュー回転方向が同方向のもの、異方向のものも含まれる。
【００１５】
本発明における多軸押出機は、筒状体のシリンダ（バレルと称する事もある）の内部に、軸に螺旋状のフライトや、ニーディングディスク等が付設されたスクリューが２本以上挿通されており、シリンダ内に、シリンダに設けた原料投入口から樹脂等の被混練材料を投入し、シリンダ内でスクリューを回転させて被混練材料を溶融混練する装置をいう。金型から溶融混練された材料を押出す押出機のまま用いても良いし、溶融された樹脂を更に射出する射出成型機の前段装置として用いても良い。押出機中で生じる混練、溶融や反応、成形等の過程を詳細に解析するにはシリンダ内の温度や、圧力をより詳細に測定するとともに樹脂等の温度、圧力の精密な制御ができることが必要である。
【００１６】
被混練材料とは熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、反応性樹脂、金属粉、食品等やその添加剤、等を言う。多くは特に２種類以上の材料、例えば樹脂と樹脂、樹脂と安定剤等の添加剤、樹脂と二酸化炭素等であって、これらを均一に混練するのに好適に用いられる。被混練材料は投入時には固体であっても液体であってもかまわない。
【００１７】
本発明の多軸押出機は、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有する。
噛み合う２本のスクリューが見える窓が必要であるのは、スクリュー間での混練状態の観察が特に重要だからである。
しかしこの方向だけでは流動観察は噛合い部以降の流動状態の把握が不十分なため、更に他の方向の流動混練状態の観察することが必要であり、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向からの観察用の窓を設けることが必要である。
噛合い部及び噛合い部以外の流動状態の観察を行うことにより、これらを通過する材料の流線を把握することが可能である。
【００１８】
他にも周方向に更に窓を設けてもよいが、窓部分が多くなりすぎると、窓材内面と通常の鋼製シリンダの内面との摩擦における相違等が大きくなるため、又、温度・圧力センサの配置や、ヒーターの配置が制約されるため窓は周方向に２乃至３か所程度であることが好ましい。
【００１９】
窓の方向は噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と別異の方向との周方向のなす角度は任意の角度であってもよい。１００°以下であれば周方向で互いに接近していることから、上記一方の視認窓と他方の視認窓とを順次通してハウジングの内部を視認することが容易かつ円滑にできる。よって、ハウジングの内部における樹脂の各種状態についての視覚的な知覚が、より精度よくできる。
【００２０】
窓を有するシリンダブロックは、シリンダにおいて混練工程の解析に特に有効な位置に一又は複数個設けられる。混練は時間経過を伴ってシリンダ中の位置を変えて内部被混練材の様相が変化するので窓を有するシリンダブロックはシリンダに複数個設けることが好ましい。窓部は大きい方が混練状態が全体的に把握しやすいため好ましく、内視鏡を取り付けて得られる視野よりも広い視覚情報が得られる大きさであることが好ましい。
【００２１】
シリンダの材料は強度、耐熱性、耐腐食性から金属製であることが好ましく、特に鋼製であることが好ましい。シリンダは単筒であっても筒が幅方向に合わされたものであってもよいが、シリンダブロックがスクリュー軸方向に組み合わされて連結されてなる物が観察目的に応じ窓の位置等の構成を組みかえることができるため好ましい。本発明の二軸押出機のシリンダには、少なくとも一以上の窓を有するシリンダブロックが含まれる。
【００２２】
シリンダには内部の被混練材料を加熱するため、その外側にヒーター等が付帯されていてもよい。また誘導加熱装置や熱媒加熱装置等が付帯されていてもよく、カートリッジヒーター等が挿通されていてもよい。
【００２３】
シリンダブロックに窓を設けるためには、本来のシリンダブロックの筒状部を切り欠いてもよいし、窓部以外の筒状体の残余を合わせて接合して窓部を形成してもよい。
【００２４】
本発明における多軸押出機は、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と別異の方向との少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有する。
噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向、例えば２本のスクリュー軸を含む平面に垂直又はそれに近い方向から観察することにより、多軸押出機に特有のスクリュー間に巻き込まれつつある等の樹脂の状態がスクリュー軸方向のどの位置で起こっているかまた溶融がどの程度進行しているか等の混練状態の解析に重要な物理的状態が観察できるためである。  
ただし、この方向からのみの観察では２本のスクリューの合わせ目の近傍の流動が分かるが、奥行き方向の流動状態については分からない。このため本発明では更に他の方向、例えば２本のスクリュー軸を含む平面方向、に設けた窓からも観察できることにより、上記樹脂の混練状態が三次元立体的に把握できる。
【００２５】
ここで観察とは、人間が肉眼で行ってもよいが、カメラで撮影し画像処理することにより、より上質の情報が得られるので好ましい。特に現象を精密に解析するために高速カメラで撮影することが好ましい。一つの窓につきカメラを複数個視野角をずらして配置し画像情報処理してもよい。更に、サーモグラフィにより窓を通じて内部の温度を観察すると温度分布がより精密に行うことができ好適である。
【００２６】
シリンダ内部を可視光で観察するためには外部照明により光が均一に照射されていることが好ましく、窓部毎に照明装置が付帯されていることが好ましい。照明器具の光源の種類は限定されず、白熱灯、蛍光灯、ＬＥＤ灯、ＥＬ灯、ＬＤ等が上げられるが、コスト、コンパクト性、長寿命性からＬＥＤ灯が好ましい。
照明器具の発光体の形状は限定されないが棒状、円状、円環状が好ましく、特に、円環状に発光するものが窓内を均一に照射し、カメラへの反射光が邪魔されず直接観察できるため好ましい。
発光体の個数は複数であってもかまわない。照明器具の位置は照明光や窓で反射した光が直接カメラの撮像に写りこまない位置が好ましい。窓を通してシリンダ内部が見える位置にカメラが備えられるので、カメラのレンズの鏡胴の周縁に付帯されていることが、光学上も混練作業上も邪魔にならず好ましい。円環状の発光体の場合は、カメラのレンズの光軸に、円環状の発光体の回転対称中心軸が重なる様に配置されることが好ましい。
【００２７】
窓材の材質は赤外線、可視光、紫外線を通すものであればよいが、特に可視光の透過率が高く、しかも内部屈折や光散乱のないものが好ましく、耐熱性が高く、屈折率が均一で、機械強度が強いものが好ましい。石英や、パイレックス（登録商標）等の強化ガラス、サファイア中でも可視領域で吸収のないカラーレスサファイアが例示される。石英は比較的安価で１０００℃までの高温に耐えるが、外部からの機械的刺激により内部が濁ることがある。パイレックス（登録商標）は強度が高いが、使用温度は常用温度としては２６０℃以下、最高温度で２９０℃以下が好ましい。サーモビュアーで窓から内部の温度状態を観察する場合は、石英やサファイアが好ましい。数百℃までの赤外線に対応する波長域に吸収がないため窓を介した内部の温度観察が可能だからである。しかしパイレックス（登録商標）等の強化ガラスは赤外線の透過画像が判然としないためサーモビュアー観察には適さない。サファイアは価格が高い。このため窓材は使用目的に応じて適宜選択される。
【００２８】
窓部の外形は特に限られないが、観察に好適で強度も高い円形、シリンダの中心軸に平行な方向に横長な小判型や多角形等が好ましい。シリンダの中心軸に平行な方向に横長なのはスクリュー軸方向の変化を観察しやすいためである。
【００２９】
窓部を構成する窓材は内部からの樹脂等からの圧力に耐えられる強度を有する肉厚の透明材料にてなる。窓材の外部側、すなわち外部から観察する側の面は、平面状又はシリンダの中心軸を中心とする円筒の側面の一部形状が好ましく、当該窓部が設けられるシリンダの当該部分の半径よりも大きい曲率半径の円筒の側面を有することが好ましい。光学的に歪みが少なく、スクリューのフライトの先端が当たったり、樹脂等が間隙にたまりにくく、窓材に圧力がかかり破損したりするのを防ぐためである。
【００３０】
噛み合う２本のスクリューが見える窓に用いられる窓材のスクリュー側の面は、窓が無い場合のシリンダ内面、すなわちシリンダ想定面、に相当する面よりも０．５〜２．０ｍｍスクリュー軸から遠い外側に位置することが好ましい。スクリューはシリンダの内部で回転するため、シリンダ内側面は円柱又は僅かに傾斜した円錐の側面の一部の形状を為す。したがってシリンダ想定面とは、窓材が設けられるシリンダの半径の円柱側面または円錐台の側面の一部に相当する。すなわち窓材のスクリュー側の面は想定されるシリンダ面から間隙（ｄ）を保って、観察側（外側）にある。換言すれば当該窓部の設けられている箇所の想定シリンダ内壁から間隙（ｄ）だけ外側に窓材の表面が離れて位置することが好ましい。
【００３１】
噛み合う２本のスクリューが見える窓以外の窓材のスクリュー側の面においても、窓が無い場合のシリンダ内面すなわちシリンダ想定面、に相当する面よりも０．５〜２．０ｍｍスクリュー軸から遠い外側に位置することが好ましい。
【００３２】
このように間隙（ｄ）は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。間隙（ｄ）が０．５ｍｍよりも小さいと被混練材からの圧力変動で窓材が破損しやすくなる。窓材が破損すると観察に不具合が生じる。更に、砕けた窓材の破片がスクリューやシリンダ内壁を傷つけるおそれがある。また、小さい傷でも放置していれば、窓の大きな破損につながるおそれがある。小さな傷がつく毎に高価な窓材を交換するのは不経済であるためである。
間隙（ｄ）が２．０ｍｍよりも大きいと混練機を樹脂の流動観察に用いる場合に樹脂のペレットが窓材との間隙内に入り込み動かなくなり、内部の観察に邪魔になる。因みにペレットとは、樹脂を、加工しやすいように３〜５ｍｍ程度の粒状にした加工用原料をいう。
【００３３】
適正な間隙（ｄ）は、被混練材料によっても異なるが、その窓が取り付けられている位置にも関係する。窓位置がフィーダーに近く混練初期過程におけるものと、窓位置が先端に近く、混練が十分進展したものの場合では特に（ｄ）の上限値について定める要因が異なる。
運転条件により、樹脂が溶融した状態で窓が位置する場合は間隙（ｄ）が１．０ｍｍよりも大きいと樹脂等の流動が、本来の樹脂の流れ方とは違う流れをするようになり、つまり間隙に樹脂が入り込んで流れるような特異な樹脂流動を示す場合がある。
【００３４】
窓材のスクリュー側の面と、切り欠いたシリンダ内面に相当する面との間隙に樹脂が流入することでリークを起こし部分的に圧力が下がったり混練が変わり、押出量が変化することがあり、更に樹脂等が間隙に滞留したり、運転条件によれば、焦げやすい樹脂等の材質の場合には焦げ付くこともあって、内部観察に邪魔になる場合がある。
一方運転条件により、樹脂が未溶融の状態で窓が位置する場合は間隙（ｄ）が２．０ｍｍよりも大きくなると未溶融ペレットが窓材のスクリュー側の面と、切り欠いたシリンダ内面に相当する面との間隙、すなわち、スクリューの外端と窓の間の間隙を通じて入りこむこと等が起こり、本来の流動状態の観察が妨げられる。
したがって、主に樹脂を原料とする溶融混練状態を観察するためには、樹脂の熱、機械特性および運転条件を設定しその観察したい状態により、窓の所定の間隙（ｄ）を０．５〜２．０ｍｍの間に適宜設定することにより、混練過程を好的に観察することができる。
【００３５】
挿通されて用いられるスクリューの材質は限定されない。鋼やステンレスが多く用いられる。しかし表面は硬質クロムメッキ等の表面処理が施される場合が多く表面が研磨されているので、光を反射するため、スクリューからの反射光が混練状態の観察の邪魔になる。
したがって、本発明では、スクリューの表面は灰黒色であることが好ましい。多軸押出機の場合はスクリュー間の噛み合いにより、メッキ層はセルフクリーニング作用にて、剥げやすいため好ましくなく、灰黒色にするには、酸化、通常高温での酸化による、灰黒色化が好ましい。
【００３６】
本発明の多押出機は、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有する。
測温センサと圧力センサは被混練材料である樹脂等の温度と樹脂圧が正確に測ることができるように被混練材料の接するかまたは近傍に設置されることが好ましい。スペース制約上、窓を有するシリンダブロックの窓の無い面に穿った挿通孔に測温センサ機能と圧力センサ機能を兼ねる複合機能センサを挿通して温度、圧力を測定することが好ましい。このため窓を有するシリンダブロックにはスクリュー軸方向に複数の挿通孔が設けられている。
【００３７】
又、窓を有するシリンダブロックには筒状のカートリッジヒーターを挿通する挿通孔が複数個設けられ、それぞれのカートリッジヒーターを個別に適量発熱させて所定の温度に制御することが温度を均一に保つことができるため好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明による多軸押出機は噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有し、かつ測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有するため、内部の樹脂の流動軌跡の追跡を３次元的に行うことが可能となり、特にハイスピードカメラ等を使用して画像解析を行う場合には現象の把握が１つの可視化窓しかない場合に比べてより高度に実施することが可能になる。しかも前記シリンダブロック内の温度・圧力が直接測定できるので、観察画像と温度、圧力の情報を加味した高度な解析ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の二軸押出機のシリンダ及び光学系配置を示す模式的な斜視外観図である。
【図２】実施例１の二軸押出機の二方向窓付きシリンダブロックに温度センサ兼圧力センサが挿通され設置された状態を示す斜視図である。
【図３】実施例１の二軸押出機の二方向窓付きシリンダブロックの横方向窓６０２側から見た正面図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１の二軸押出機の二方向窓付きシリンダブロックの図３のＣ−Ｃ方向から見た断面図である。圧力および温度センサ５０１は長いため途中を省略している。右下隅の四角で囲った図４（ｂ）はスクリュー近傍の拡大模式図である。窓材のスクリュー側面と想定シリンダ内面との間隙（ｄ）を示す。
【図５】実施例１の二軸押出機の二方向窓付きシリンダブロックの窓の中央位置でスクリュー軸と垂直な方向における断面図と光学系の配置を示す図である。
【図６】予備実験１における窓付き単軸押出機の正面図である。
【図７】予備実験１における光学系配置模式図である
【図８】予備実験１における窓材の形状を示す図である。
【図９】予備実験１におけるシリンダに窓材を取り付けた部分のホッパー側から見た断面図である。
【図１０】予備実験１における窓材の破損の状態を示す写真である。
【図１１】予備実験１における窓材が破損している状態を表す拡大写真である。
【図１２】予備実験１におけるスクリュー回転数３０ｒｐｍと９０ｒｐｍにおける間隙（ｄ）と圧力変動値の関係を示すグラフである。比較例１のスクリューを用いた場合の窓からの観察写真である。
【図１３】予備実験２における硬質ブラッククロムメッキスクリューを用いた場合の窓からの観察写真である。
【図１４】予備実験２における比較例１の硬質クロムメッキ処理したスクリューを用いた場合の窓からの観察写真である。
【図１５】予備実験２における比較例２の硬質クロムメッキ処理後ショットブラストによるＲａ２．０μｍ処理したスクリューを用いた場合の窓からの観察写真である。
【図１６】実施例２における最初の二方向窓付きシリンダブロックの窓からの観察写真であり、（ａ）は上方向の窓、（ｂ）は側方の窓からの観察写真である。
【図１７】実施例２における解析結果出力の圧力の例である。
【図１８】実施例２における圧力の解析結果統括表である。
【図１９】図１９（ａ）は実施例３における抜いたスクリューの噛み合わせの見える方向から撮影した写真である。図１９（ｂ）は実施例３における抜いたスクリューの軸方向から撮影した写真である。図１９（ｃ）は実施例３におけるスクリューからとりはずした樹脂の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。
【実施例１】
【００４１】
図１に上面及び側面の２箇所に可視化窓を設置したシリンダブロックを備えた二軸押出機１０１のシリンダ２０１とカメラ、照明具等を示す。図１はシリンダ部の構成を理解しやすくするための模式的斜視図である。
Φ３１．１ｍｍのスクリュー４０１、４０１が水平に平行に配設され同方向に回転する二軸押出機である。Ｌ／Ｄ＝６０である。図示は省略しているが、シリンダを支える支持台、スクリューを回転させるモーターと変速機、樹脂を供給するため一時貯留するためのホッパー、定量的に供給するための定量フィーダー、シリンダを加熱するためのヒーター、制御装置等が付設されている。
【００４２】
シリンダ２０１は複数のシリンダブロック３００が連結されて構成されている。原料樹脂がホッパー（図示せず）から定量フィーダー（図示せず）を経由して上方に開口した最初のシリンダブロック３０１（図１の左下）に供給される。原料が投入される最初のシリンダブロック３０１の後、通常の、即ち窓の無い、シリンダブロック３０２が連結された先に、上方向に窓６０１、横方向に窓６０２が開設された上、横（「側方」ともいう。）方向に窓を有するシリンダブロック３０６が連結されている。ニーディングの観察を行う為である。上方向の窓６０１、横方向の窓６０２に対向して配置されたハイスピードカメラ７０１でシリンダ内での混練の状態が撮影される。シリンダブロック３０６に穿孔された孔に圧力及び温度のセンサ５０１が挿入され、圧力と温度が計測される。
【００４３】
その後、５個の通常の窓の無いシリンダブロック３０２の後に上方向に窓６０１、横方向に窓６０２が付設されたシリンダブロック３０６が連結されている。ニーディング位置の窓付きシリンダブロック３０６同様にハイスピードカメラ７０１で窓の内部が観察できるようにされている。シリンダ２０１の先端には金型１１０が連結されており、金型１１０から溶融した樹脂が押し出される。
【００４４】
上、横方向に窓を有するシリンダブロック３０６の斜視図を図２に示す。横方向窓６０２側から見たシリンダブロック３０６の正面図を図３に示す。図３のＣ−Ｃ方向からの断面図を図４に示す。図４（ａ）は実施例１の二軸押出機の二方向窓付きシリンダブロックの図３のＣ−Ｃ方向から見た断面図である。図４（ｂ）はスクリュー近傍の拡大図である。窓材のスクリユー側の面と仮想シリンダ内面との間隙（ｄ）を示す。
【００４５】
上、横方向に窓を有するシリンダブロック３０６は前後に隣接するシンリンダブロックとボルトで連結するための平板四角形状の厚板部３６６を有し、スクリュー４０１、４０１を挿通するための略８の字状の孔が貫通した略四角柱状の窓付きシリンダブロック本体３６１には上方用、側方用の二方向からの窓材が取り付けられる様に二方から窓材を挿入するための開口部が設けられ、上方用窓６０１には上方用窓材３６２が上方用窓材おさえ３６３にて、側方用窓６０２には側方用窓材３６４が側方用窓材おさえ３６５にて窓付きシリンダブロック本体３６１に取り付けられている。
【００４６】
二本のスクリュー軸が噛み合う方向からシリンダ内部を観察するため、この場合上方から内部を観察するための窓６０１に用いる上方用窓材３６２は、高耐圧の強化パイレックス（登録商標）製にてなる。
上方用窓材３６２は厚い小判様の形状の面取りしたシリンダ外から観察する方に位置する頭部と、スクリュー側に向けて挿入配設される厚い小判様の胴部にてなる一体物である。
【００４７】
上方用窓材３６２の胴部は断面図４に示す様に二本のスクリューが噛み合わさったそれぞれのスクリューの外縁の包絡線の曲率半径よりも大きい半径の円筒側面様の面にてなる底面を有する。即ち、上方用窓材３６２の底面は左右対称に両側から円筒側面状に削られた様な窪んだ形状をしている。窪んだ部分をスクリュー４０１、４０１のフライト等が回転して通過するためである。窪み部以外は必要に応じて面と面の交線は面とり又はＲが適宜付されている。上方用窓材３６２は、上方用窓材押さえ３６３により、窓付きシリンダブロック本体３６１に押しつけて取り付けられる。
【００４８】
上方用窓材３６２の頭部の上面は、上方用剤窓押さえ３６３により、ガスケットを介して押さえられている。又上方用窓材３６２の頭部の下面及び胴部の側面はガラスパッキンを介して窓付きシリンダブロック本体３６１にボルトで取り付けられている。  
【００４９】
上方用窓材３６２の胴部は二本のスクリューが噛み合わさったそれぞれのスクリューの外縁の包絡線よりも大きい半径の断面にてなる想定シリンダ内面に対し更に各軸の半径よりも１．４ｍｍ大きい半径にてなる断面が円弧状の底面を有する。すなわち窓材６０３の下部の底面は、窓を切り欠く前にあったと想定されるシリンダ内面から間隙（ｄ）を空けて設けられており、本実施例では間隙（ｄ）は１．４ｍｍになるように設置されている。
【００５０】
二本のスクリュー軸を含む平面方向からシリンダ内部を観察するため、この場合側方から内部を観察するための窓６０２に用いる側方用窓材３６４は、高耐圧の強化パイレックス（登録商標）製にてなる。
【００５１】
側方用窓材３６４は厚い小判様の形状の面取りしたシリンダ外から観察する方に位置する頭部と、スクリュー側に向けて配設される厚い小判様の胴部にてなる一体物である。
【００５２】
側方用窓材３６４の胴部は断面図４に示す様にスクリューの外縁の包絡面の半径よりも大きい半径の円弧状の底面を有する。即ち、側方用窓材３６４の底面は円筒側面状に窪んだ形状をしている。窪んだ部分をスクリュー４０１のフライト等が回転して通過するためである。窪み部以外は必要に応じて面と面の交線は面とり又はＲが適宜付されている。側方用窓材３６４は、側方用窓材押さえ３６５により、窓付きシリンダブロック本体３６１に押しつけて取り付けられている。
【００５３】
側方用窓材３６４の頭部の上面は、側方用窓材押さえ３６５により、ガスケットを介して押さえられている。又側方用窓材３６４の頭部の下面及び胴部の側面はガラスパッキンを介して窓付きシリンダブロック本体３６１にボルトで取り付けられている。  
【００５４】
側方用窓材３６４の胴部は窓を切り欠く前にあったと想定されるシリンダ内面から間隙（ｄ）を空けて設けられており、本実施例では間隙（ｄ）は１．４ｍｍになるように設置されている。
【００５５】
上方用窓材押さえ３６３、側方用窓材押さえ３６５にはそれぞれ、加温のためのカートリッジヒーター８０１を挿入する孔が複数穿孔されており、挿入されたカートリッジヒーター８０１のそれぞれは制御された電力を送られ、上方用窓材押さえ３６３、上方用窓材押さえ３６５の設定温度を保つように適宜加温するようにされている。
上方用窓材押さえ３６３、側方用窓材押さえ３６５には、窓押さえの温度を測定するための熱電対ホルダー５０２が取り付けられている。
【００５６】
窓付きシリンダブロック本体３６１には樹脂圧力及び温度を測定するためのセンサ５０１を挿入するための貫通孔が６箇所並んで穿孔されており、各孔にセンサが挿通されその先端が樹脂等に接する位置に設置されている。
【００５７】
更に窓付きシリンダブロック本体３６１の、側方に設けられている水平窓６０２のスクリューを介して反対側には、本体を加熱するためのカートリッジヒーター８０１を挿入する孔が設けられ、カートリッジヒーター８０１が挿通されている。
【００５８】
一方側方に設けられている水平窓６０２の側では、側方用窓材押さえ３６５を貫通しシリンダブロック本体３６１の内部までの孔が穿孔され、孔にボルト８０２が挿され締め付けられている。又、窓付きシリンダブロック本体３６１の温度を測定するための熱電対ホルダー５０２を挿通する孔がスクリュー孔近辺の途中内部まで穿孔されており、熱電対温度計にて窓付きシリンダブロック本体３６１の温度を測定しつつ適宜設定温度を保つように加温するようにされている。
【００５９】
通常の、窓の無い、シリンダブロック３０２は、前後に隣接するシンリンダブロックと連結するための平板四角形状の厚板部を両翼に有し中央部にスクリューと樹脂が通る断面略８の字状の孔が開けられたシリンダブロック本体にてなり、設置されるシリンダの位置において必要に応じて適宜ヒーター、温度測定センサ挿通、樹脂圧測定用センサ挿通、あるいは脱気のための貫通または半貫通孔が穿孔されており、温度や樹脂圧を計測しつつ、ヒーターを加熱して適宜所定条件になるよう、制御するようにされる。
【００６０】
図１、図５において照明光源７０３はハイスピードカメラ本体７０１にレンズ７０２を付したものの先端より前方に環状の白色ＬＥＤを付設したものを用いた。
【００６１】
ハイスピードカメラ本体７０１はオムロン株式会社製ＦＨ−ＳＣ０４を用い、レンズ７０２はオムロン株式会社製３Ｚ４Ｓ−ＬＥ  ＶＳ−５０１８Ｈ１（ＣＣＴＶレンズ 焦点距離５０ｍｍ 絞りＦ１．８―ＣｌｏｓｅＣマウント）を装着して用いた。照明光源７０３としてはシーシーエス株式会社製のＬＥＤリング照明ＨＰＲ２−１５０ＳＷを用いた。ＨＰＲ２−１５０ＳＷのＬＥＤ発光色は白色で寸法は外径φ１６６ｍｍ、内径φ１１６ｍｍ、高さ２６．４ｍｍである。
カメラのレンズの光軸に、円環状の発光体の回転対称中心軸が重なる様に配置している。発光体からの光の窓表面からの反射光がカメラに直接入らぬように照明器具の位置は適宜窓から離して設けることが好ましい。
【００６２】
得られた画像情報は独自の装置で別個に解析してもよいが、本実施例では二軸押出機１０１の制御装置にとりこみ、被混練材料の情報、押出機のシリンダ２０１や金型１１０等の設定温度、同実測値、圧力等設定値、同実測値、スクリュー回転数、回転トルク等の種々の混練条件と共に記憶され、解析される。ハイスピードカメラ以外にも本実験では肉眼観察及びデジタルビデオカメラ撮影を行った。尚、図において各種信号線は一部省略している。
【００６３】
［予備実験１］
窓材とスクリューとの間隙を求めるための単軸押出機による予備実験につき以下に記す。
【００６４】
図６は単軸押出機１の正面図である。押出機はφ４０ｍｍ単軸押出機を用いた。Ｌ／Ｄ＝２４のスクリューを用いた。
単軸押出機１の窓部６がシリンダ２の片側に、並んで、６個設けられ、それぞれの窓６に対向したハイスピードカメラ２０でシリンダ内での混練の状態を撮影する様になっている。      
照明光源２２はカメラ本体２０にレンズ２１を付したレンズ２１の先端より前方に環状の白色ＬＥＤを付設して用いた。光学系の模式図を７に示す。シリンダ２、スクリュー４、窓部６は断面図で示している。全体配置を示す目的のため、窓部の断面図では後述のパッキング等は省略している。
【００６５】
ハイスピードカメラ本体２０にはオムロン株式会社製ＦＨ−ＳＣ０４を用い、レンズ２１には、オムロン株式会社製３Ｚ４Ｓ−ＬＥ  ＶＳ−５０１８Ｈ１（ＣＣＴＶレンズ 焦点距離５０ｍｍ 絞りＦ１．８―ＣｌｏｓｅＣマウント）を装着して用いた。照明器具２２としてはシーシーエス株式会社製のＬＥＤリング照明ＨＰＲ２−１５０ＳＷを用いた。ＨＰＲ２−１５０ＳＷのＬＥＤ発光色は白色で寸法は外径φ１６６ｍｍ、内径φ１１６ｍｍ、高さ２６．４ｍｍである。
光学系の配置を図７に示す。円環状の発光体の場合は、カメラのレンズの光軸に、円環状の発光体の回転対称中心軸が重なる様に配置している。
【００６６】
本実験に用いた窓部は、ホッパー３の芯から３２５ｍｍ下流の位置に設けられたものを使った。
【００６７】
得られた画像情報は独自の装置で別個に解析してもよいが、本実施例では押出機１の制御装置にとりこみ、被混練材料の情報、押出機のシリンダ２や金型１１等の設定温度、同実測値、圧力等設定値、同実測値、スクリュー回転数、回転トルク等の種々の混練条件と共に記憶され、解析されるようにした。ハイスピードカメラ以外にも本実験では肉眼観察及びデジタルビデオカメラ撮影を行った。尚、図において各種信号線は省略している。
【００６８】
窓材３０は、高耐圧の強化パイレックス（登録商標）製にてなる。窓材３０の形状を図５に示す。図８は第三角法にて表した正面図、上面図、下面図、右側面図である。但しかくれ線は省略している。
９１．０ｍｍ長さ、５１．０ｍｍ幅、厚み３３．０ｍｍの厚い小判様の形状の面取りしたシリンダ外から観察する方に位置する頭部と、スクリューの軸側に向けて配設される６９．８ｍｍ長さ、２９．８ｍｍ幅、１１．０ｍｍ高さの胴部にてなる上下一体物である。
【００６９】
胴部は右側面図に表すように半径２１ｍｍの円筒側面状に窪んだ形状をしている。窪んだ部分をスクリュー４のフライトが回転して通過するためである。窪み部以外は必要に応じて面と面の交線は面とり又はＲが適宜付されている。尚、図８の正面図と右側面図には立体感を強調するためのグラデーションをあえて付している。製図的にはグラデーションはないものとして図形を読み取ればよい。窓材３０は、窓材３０の頭部と胴部が収まる僅かな隙間を設けたガラス窓押さえ３１により、シリンダ２に押しつけて取り付けられる。
【００７０】
図９は実施例１の押出機１のシリンダ２に窓材３０を取り付けた部分の断面図であり、ホッパー側から見た断面図である。
【００７１】
ドーナツ形状のシリンダの一部が切り欠かれ窓材３０が嵌められている。窓材３０は、開口したガラス窓押さえ３１により、シリンダ２に押しつけて取り付けられており、シリンダ２と窓材３０の鍔部とはメタルオーリング３２で封じられ、ガラス窓押さえ３１とシリンダの間にはパッキング３３が介在され、ガラス窓３０の裏面とガラス窓押さえ３１の間にはパッキング３４が介在されている。
【００７２】
窓材３０の胴部のスクリュー側の面は、ガラス窓３０の嵌めこまれるシリンダは既に切り欠かれて無いが、切り欠く前にあったと想定されるシリンダ内面から間隙（ｄ）を空けて設けられており、本実施例では間隙（ｄ）は０．５ｍｍになるように設置されている。
【００７３】
窒化鋼製のシリンダ２の外周には加熱用のヒーター７が取り付けられている。シリンダにはシリンダの中心軸に垂直に圧力測定センサが納められた挿通型圧力センサ８がシリンダ２を挿通して設けられており、同様にシリンダ２の中心軸に垂直に温度測定センサを挿通する孔９が空けられ温度測定センサがシリンダ２の途中の深さまで埋め込まれている。シリンダ２の中央部には中心軸を共通してスクリュー４が挿通されている。
尚、図では挿通型圧力センサ８は代表的なもののみに引き出し線と符号を付している。
【００７４】
上述のように圧力変動を測定するため、シリンダに直接孔を空け樹脂圧力センサ８を設置し、圧力変動データを採取した。サンプリング周期は５ｍｓで１分間採取し、安定領域における任意の１０秒での平均値を求めた。
【００７５】
スクリューはＳＣＭ４４０製で供給部、圧縮部、計量化部の３ゾーンに分かれるが、表面を黒化するため、硬質ブラッククロムメッキ、がメッキ厚５〜８μｍにて施されている。このため無光沢黒色である。
【００７６】
窓材の間隙（ｄ）に対する実験については、ＥＶＯＨ樹脂を用いた。ＥＶＯＨ樹脂はペレット形状である。成形温度  Ｃ１：１８０℃、Ｃ２〜Ｃ３、Ｈ、ＡＤ：２１０℃、スクリュー回転数  ３０ｒｐｍにして押出した。間隙（ｄ）を、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍと変えて行った。
【００７７】
間隙（ｄ）が０．３ｍｍのものの窓部の破損の状態の写真を図１０、図１１に示す。図１０は窓材をとりはずして裏側（シリンダ内部側）から写真撮影したものである。破損は窓材の片側に一列に並んで生じており、スクリューにより樹脂が窓部に押しつけられる出口側の角部に生じている。破損状態は表面が剥離したような欠け傷であった。図１１は破損している状態を表す拡大写真である。窓材の破損の有無と圧力変動値等につき表１及び図１２に示す。図１２にはスクリュー回転数を９０ｒｐｍにした実験の結果も合わせ収載している。
【００７８】
【表１】
2017149123.tif 000003
【００７９】
間隙（ｄ）が０．４ｍｍにおいては、窓材の破損の有無については破損無しであった。しかし圧力変動値が、間隙（ｄ）が０．４〜０．５ｍｍになる間で、図１２に示すように急激に変化することから、安全をみて適正間隙を０．５〜１．０ｍｍとした。尚  図１２は間隙（ｄ）を横軸に圧力変動値を縦軸にとり間隙（ｄ）に対する圧力変動値の変化を表したものである。図８中シム厚とは間隙（ｄ）を意味する。横軸は窓材の間隙（ｄ）、縦軸は圧力変動（ＭＰａ）である。したがって間隙（ｄ）は０．５〜２．０ｍｍが好ましいという結果であった。
［予備実験２］
【００８０】
スクリューからの反射光による内部観察のしにくさを比較するため以下の予備実験を行った。装置は予備実験１の単軸押出機を用いた。スクリューは硬質ブラッククロムメッキしたものを用いた。
【００８１】
スクリューからの反射光を観察する混練実験には混練材料として日本ポリエチレン株式会社のノバテック（登録商標）低密度ポリエチレン（ＬＦ４０５Ｍ）を用いた。ペレットは肉厚やや白味がかった半透明な碁石状であって直径が約３．５ｍｍ、厚さが約２ｍｍであった。因みにペレットとは、樹脂を、加工しやすいように３〜５ｍｍ程度の粒状にした加工用原料をいう。
【００８２】
押し出し条件としてスクリュー回転数とシリンダ温度をそれぞれ３０ｒｐｍ、１７０℃にて運転し条件安定後約１０分した第１窓部から内部を撮影した写真を図１３に示す。上記条件では第１窓部（ホッパーに最も近い窓）は供給部と溶融部の間に位置しており、溶融樹脂と未溶融樹脂（ペレット）が観察された。ここで透明部は溶融樹脂で、白色部は未溶融樹脂である。尚写真の左から右へ樹脂が送られている。このようにスクリューを硬質ブラッククロムメッキしたものではスクリューからの反射が少なく混練状態が十分観察できた。
（比較例１〜２）
【００８３】
スクリューの表面が、硬質クロムメッキ処理したスクリューを用いたものを比較例１とし、硬質クロムメッキの後ショットブラストによるＲａ２．０μｍ処理したスクリューを用いたものを比較例２とした。スクリューの表面被覆状態が異なるスクリューを用いた以外は実施例１のスクリューの反射を見る混練実験と同様に押出を行い観察した。  
【００８４】
硬質クロムメッキしたスクリューを用いた第１窓の観察写真を図１４に、硬質クロムメッキの後ショットブラストによるＲａ２．０μｍ処理したスクリューを用いた第１窓の観察写真を図１５に示す。
【００８５】
比較例１では図１４に表れているように反射光が白樹脂、透明樹脂部と全範囲にわたって見られる為、樹脂流の観察がし難いものであった。
比較例２では図１５に表れているようにスクリューのブラスト部で光が拡散し白い樹脂と同じ色に判定されるため観察に不適であった。
【実施例２】
【００８６】
実施例１の二軸押出機で混練材料として日本ポリエチレン株式会社のノバテック（登録商標）低密度ポリエチレン（ＬＦ４０５Ｍ）樹脂を用いて、混練した。
図１６は実施例２における最初の（３番目のシリンダブロック）、二方向窓付きシリンダブロックの窓からの観察写真であり、（ａ）は上方向の窓、（ｂ）は側方の窓からの観察写真である。ＬＦ４０５Ｍが当該シリンダブロック位置では完全に溶融しているため透明化しており、灰黒色のスクリューが透けてみえている。尚実施例２において当写真撮影時は光源として実験の都合上点状ＬＥＤランプを中央付近で用いたため一部窓材表面からの反射光が写っている。
【００８７】
解析には、押出機における流動性に係るデータと、窓からの内部観察画像データは入力モジュールを経てシーケンサに取り込まれ、シーケンサは映像データのキー（計測値に対応する映像番号）と共に計測値をサーバのＳＱＬデータベースに書き込む、収集されたデータを基に、それぞれの計測値を平均化し、特定のファイルに書き出し、この書き出されたデータをＣＡＥソフト側で読み込み流動解析を行うことを特徴とする解析システムを二軸用に改良したものを用いた。
【００８８】
混練材料であるＬＦ４０５Ｍの材料物性につき、非線形粘度モデルパラメータ、せん断粘度のひずみ速度依存性に関するパラメータ、熱物性を入力した。
次に成形条件につき、表２のようにシリンダ、金型等の温度を設定し、スクリュー回転数、押出量、スクリューヘッド圧等を入力した。
【００８９】
【表２】
2017149123.tif 000004
【００９０】
以上に基づき、スクリュー軸方向のシリンダ位置における、圧力、温度、流速、せん断ひずみ速度、せん断粘度、せん断応力の分布が得られた。解析結果の一例として圧力の出力の図を図１７に、統括表を図１８に示す。図１７では左上から右下にかけてスクリュー軸方向の形状に濃淡で圧力の高低が示さているが、左上から５分の１から５分の２までが圧力が高かった。
【００９１】
このように、解析ソフトを用いることにより計算値が算出されるため、実測値と比較することにより、各種パラメータや条件の適否が判断でき、適切な値に是正できる。
【実施例３】
【００９２】
混練材材料をリオクリン−Ｚ（登録商標）（洗浄剤）にし、運転条件を押出量１０ｋｇ／ｈ、回転数１００ｒｐｍ、成形温度１６０℃とした以外は実施例２と同様にして混練した。運転中樹脂の流れを両窓から観察した。樹脂はまず側面方向窓から上面方向窓方向に進み、側面窓からの観察では層流であるが、上部窓からの観察によれば二本のスクリューが噛み合うことにより前後左右に分散していた。一連の流れを観察し解析するには層流部と分散部を溝方向にトレースすることが重要である。側面と上面の二箇所に窓を配置することで層流部と分散部を溝方向にトレースすることができ、二軸押出機における複雑な混練を観察する上で大いに効果があった。
【００９３】
上記運転条件で運転中に押出機を急停止し、冷却後スクリューを引き抜いた。図１９に引き抜いた状態の写真示す。図１９（ａ）は抜いたスクリューの噛み合わせの見える方向から撮影した写真である。図１９（ｂ）は抜いたスクリューの軸方向から撮影した写真である。図１９（ｃ）はスクリューから剥がしとった樹脂の写真である。
上記運転中の窓から観察された混練における樹脂の流れが、抜き出したスクリュー及び剥がした樹脂の状態からも裏付けられた。
【００９４】
このように噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向から観察できる二方向窓付きシリンダブロックで温度・圧力を測定しつつ窓から内部の流動状態を観察することにより、炭酸ガス注入した場合には炭酸ガスの樹脂への溶解又はガス発泡が観察でき、その臨界条件から適切な工程圧力値が導きだされる。又ガラス繊維を樹脂と混練した場合には、開繊の様を観察することにより均一な開繊状態にするためのせん断速度やせん断応力が分かる。
【００９５】
すなわち噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向からの観察を行うことで多軸押出機に特有の複雑な混練状態が三次元的に把握され、かつ解析に有効に利用される。
特に均一になる条件が分かるため、多軸押出機で多用される二種以上の材料の混練において窓からの観察結果と上記流動解析とを関連付けることで、従来できなかった高度に複雑系のシリンダ内混練挙動解析を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明による多軸押出機によれば、噛み合う２本のスクリュー軸が見える方向と当該方向とは別異の方向の少なくとも２方向に透明材料にてなる窓を有しかつ、測温センサ、圧力センサの挿通孔を有するシリンダブロックを有するので、シリンダ内部の樹脂の流動軌跡の追跡を３次元的に行うことが可能となり、特にハイスピードカメラ等を使用して画像解析を行う場合には現象の把握が１つの可視化窓しかない場合に比べてより高度に実施することが可能になる。しかも前記シリンダブロック内の温度・圧力が直接測定できるので、観察画像と温度、圧力の情報を加味した高度な解析ができる。
また灰黒色のスクリューを用いれば混練の状態が反射光による妨害がなくよく観察でき、また、窓材の間隙（ｄ）を適切にすることにより窓材が割れず、窓材との間隙に被混練物が溜まることもないので、シリンダ内における混練状態が良好に観察できる。したがって可視化装置として押出機、射出機その他シリンダ内で混練を行う可視化混練装置に好適に使用することができる。このため、新規な樹脂の流動解析や設計、樹脂混練条件の検討、最適混練条件の検討をより精密に行うことができる。本発明のシリンダ内混練挙動解析方法によれば、窓からの観察と実測温度及び又は圧力のデータとを合わせ解析することができるため、シリンダ内の混練状態が良好に観察できかつ、樹脂温、樹脂圧のデータも合わせ解析できるので、プロセスの最適化、条件の検討等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  押出機
２  シリンダ
３  ホッパー
４  スクリュー
５  モーター
６  可視化窓
７  バンドヒーター
８  圧力サンサー
９  熱電対用孔
１１  金型
２０  ハイスピードカメラ
２１  レンズ
２２  照明器具
３０  窓材
３０−１窓材頭部
３０−２窓材胴部
３１  ガラス窓押さえ
３２  リング
３３  パッキング１
３４  パッキング２
３５  パッキング３
３６  カートリッジヒーター
ｄ  間隙
１０１  二軸押出機
１１０  金型
２０１  シリンダ
３００  シリンダブロック
３０１  原料投入用開口シリンダブロック
３０２  通常のシリンダブロック
３０６  二方向窓付きシリンダブロック
３６１  窓付きシリンダブロック本体
３６２  上方用窓材
３６３  上方用窓材おさえ
３６４  側方用窓材
３６５  側方用窓材おさえ
３６６  連結用厚板部
４０１  スクリュー
５０１  圧力及び温度センサ
５０２  熱電対ホルダー
６０１  上方向窓
６０２  横方向窓  
７０１  ハイスピードカメラ
７０２  レンズ
７０３  照明器具
８０１  カートリッジヒーター
８０２  ボルト
【図１】
2017149123.tif 000005
【図２】
2017149123.tif 000006
【図３】
2017149123.tif 000007
【図４】
2017149123.tif 000008
【図５】
2017149123.tif 000009
【図６】
2017149123.tif 000010
【図７】
2017149123.tif 000011
【図８】
2017149123.tif 000012
【図９】
2017149123.tif 000013
【図１０】
2017149123.tif 000014
【図１１】
2017149123.tif 000015
【図１２】
2017149123.tif 000016
【図１３】
2017149123.tif 000017
【図１４】
2017149123.tif 000018
【図１５】
2017149123.tif 000019
【図１６】
2017149123.tif 000020
【図１７】
2017149123.tif 000021
【図１８】
2017149123.tif 000022
【図１９】
2017149123.tif 000023