JP6527742B2 - 押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に供給される原料を混練することにより混練物を生成し、その混練物を連続的に押し出すための押出機用スクリュ並びに押出機および押出方法に関する。

原料を混練する技術として、特許文献１には、添加剤などを用いることなく、原料をナノレベルで分散化させて混練することが可能なバッチ式混練装置が示されている。バッチ式混練装置は、フィードバック型スクリュと、当該スクリュが回転可能に挿通されたシリンダと、を備えている。当該混練装置では、シリンダ内に供給された原料を、スクリュの後端から先端の間隙に送った後、当該間隙からスクリュの後端に戻すといった循環処理が繰り返される。

循環処理において、原料には、スクリュの後端から先端に送られる間、回転するスクリュとシリンダ内面との間の速度差によって生じる「せん断作用」が付与されるとともに、スクリュ先端の間隙からスクリュの孔に沿って送られる間、広い箇所から狭い箇所を通過する際に生じる「伸長作用」が付与される。

このとき、シリンダ内において、原料は、せん断流動と伸長流動とが繰り返された状態となる。そして、せん断流動と伸長流動とが繰り返される時間、すなわち、循環時間に応じて、所定の混練物が生産されている。

国際公開第２０１０／０６１８７２号パンフレット

ところで、特許文献１の装置では、一定量の原料をシリンダ内で循環させて混練し、その混練物をシリンダから全て吐出させた後でなければ、次の混練を行うことができない。換言すると、シリンダ内の密閉された空間で原料を循環させている間は、当該シリンダから混練物を連続的に吐出させることができない。このため、混練物の生産性を向上させるには、一定の限界があった。

この場合、特許文献１の装置を複数台用意し、循環処理する時刻に差を与えることで、見かけ上、混練物を連続的に生産した場合と同量の混練物を得ることができる。しかし、複数台の装置の設備投資や設置スペース等の確保に要するコストが別途必要となり、結果的に、混練物の生産性を向上させることができない。

そこで、本発明の目的は、シリンダから混練物を連続的に吐出させることを可能にすることで、混練物の生産性を格段に向上させる押出技術を提供することにある。

さらに、ナノレベルに分散化した混練物を得るためには、原料の混練度合いを向上させる必要がある。かかる要求を実現するには、原料に対するせん断作用と伸長作用の付与回数を増やせばよい。当該付与回数を増やすには、例えば、せん断作用を付与する部分、伸長作用を付与する部分を、スクリュの軸方向に沿って複数設ければよい。しかし、このような構成では、スクリュが長尺化してしまう。

さらに、原料の混練度合いは、上記した付与回数に基づいて、あらかじめ設定することができる。しかし、特許文献１の装置では、シリンダ内で原料が循環する回数をカウントすることができないため、上記した付与回数をあらかじめ設定することができない。

そこで、本発明の他の目的は、原料に対するせん断作用と伸長作用の付与回数をあらかじめ設定することを可能にすることで、スクリュを長尺化させること無く、原料の混練度合いを格段に向上させる押出技術を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、原料を混練しつつ搬送する押出機用スクリュであって、原料の搬送方向に沿った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軸方向に沿って互いに間隔を存して設けられ、前記スクリュ本体の回転に伴って原料を、前記スクリュ本体の周方向に亘る外周面に沿って軸方向に搬送する複数の搬送部と、前記スクリュ本体に設けられ、前記搬送部と隣り合った位置で原料の搬送を制限する複数の障壁部と、前記スクリュ本体の内部に設けられ、入口および出口を有する複数の通路と、を備え、前記入口は、前記障壁部によって搬送が制限されることで圧力が高められた原料が流入するように、前記搬送部における前記スクリュ本体の外周面に開口され、前記各通路は、前記入口から流入した原料が、前記出口に向かって、前記搬送部による搬送方向と同方向に流通するとともに、前記出口は、前記入口が開口された前記搬送部を外れた位置で、前記スクリュ本体の外周面に開口されている。

本発明は、上記した押出機用スクリュを備え、当該スクリュで原料を混練し、その混練物を連続的に生成して押し出す押出機であって、前記スクリュが回転可能に挿通されたシリンダを有するバレルと、前記バレルに設けられ、前記シリンダ内に原料を供給する供給口と、前記バレルに設けられ、混練物が押し出される吐出口と、を備えている。

本発明は、上記した押出機用スクリュで原料を混練し、その混練物を連続的に生成して押し出す押出方法であって、原料を前記スクリュ本体の前記搬送部によって軸方向に搬送し、前記スクリュ本体の前記障壁部によって原料の搬送を制限することで、原料に加わる圧力を高め、前記圧力が高められた原料が、前記スクリュ本体の内部に設けられた前記通路に流入するとともに、当該通路内を前記搬送部による搬送方向と同方向に流通し、前記通路を通過した原料を、前記入口が開口された前記搬送部を外れた位置で、前記スクリュ本体の外周面に帰還させる。

本発明によれば、シリンダから混練物を連続的に吐出させることを可能にすることで、混練物の生産性を格段に向上させることができる。
本発明によれば、原料に対するせん断作用と伸長作用の付与回数をあらかじめ設定することを可能にすることで、スクリュを長尺化させること無く、原料の混練度合いを格段に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る連続式高せん断加工装置の全体の構成を概略的に示す斜視図。 第１の押出機の縦断面図。 第１の押出機に組み込まれた２本のスクリュの構成を概略的に示す斜視図。 第３の押出機の横断面図。 押出機用スクリュの外部構成が示された第２の押出機の横断面図。 押出機用スクリュの内部構成が示された第２の押出機の横断面図。 図６のＦ７−Ｆ７線に沿う断面図。 押出機用スクリュのスクリュエレメントの構成例を示す斜視図。 ２つの筒体に跨って形成された通路の構成を一部拡大して示す断面図。 押出機用スクリュによって生じる原料の流動状態を模式的に示す図。 第２の押出機のシリンダ内における原料の流動状態を一部拡大して示す断面図。 本発明の変形例に係る第２の押出機の構成を概略的に示す断面図。 本発明の変形例に係る押出機用スクリュの外部構成を示す断面図。 図１３に示された障壁用円環状体を一部拡大して示す斜視図。 本発明の変形例において、筒体の内周面に沿って通路が設けられた押出機用スクリュの構成を概略的に示す縦断面図。 本発明の変形例において、回転軸の外周面に沿って通路が設けられた押出機用スクリュの構成を概略的に示す縦断面図。 本発明の変形例において、キーの表面に沿って通路が設けられた押出機用スクリュの構成を概略的に示す縦断面図。 本発明の変形例において、スクリュ本体が１本の軸状部材で形成された押出機用スクリュの構成を概略的に示す縦断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の入口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図１９ＡのＦ１９Ｂ−Ｆ１９Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の出口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図２０ＡのＦ２０Ｂ−Ｆ２０Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の入口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図２１ＡのＦ２１Ｂ−Ｆ２１Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の出口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図２２ＡのＦ２２Ｂ−Ｆ２２Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の入口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図２３ＡのＦ２３Ｂ−Ｆ２３Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）は、本発明の変形例において、通路の出口部分の構成を拡大して示す断面図、（Ｂ）は、図２４ＡのＦ２４Ｂ−Ｆ２４Ｂ線に沿う断面図。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係る連続式高せん断加工装置１の構成が示されている。高せん断加工装置１は、第１の押出機２と、第２の押出機３と、第３の押出機４と、を直列に接続させて構成されている。なお、第３の押出機４は、必ずしも必要な装置ではなく、用途に応じて、連続式高せん断加工装置１に組み込まれる。

第１の押出機２は、材料５を予備的に混練することで溶融化させ、そのとき生成された溶融状態の材料５を原料として第２の押出機３に連続的に供給する。第２の押出機３は、第１の押出機２から連続的に供給された原料に、せん断作用と伸長作用とを付与し、その混練物を連続的に押し出す。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吸引・除去し、当該ガス成分が吸引・除去された混練物を機外に吐出する。

なお、第２の押出機３にて混練される原料としては、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）の溶融混合原料に限らず、溶融状態の熱可塑性樹脂に炭素繊維が含まれた原料など、種々の原料が適用される。

［第１の押出機２について］
図２に示すように、第１の押出機２は、同方向回転型の二軸混練機として構成され、互いに噛み合う２本のスクリュ６ａ,６ｂと、これら２本のスクリュ６ａ,６ｂを回転可能に収容したバレル７とを備えている。２本のスクリュ６ａ,６ｂは、平行かつ真っ直ぐに延出させて構成されており、互いに噛み合わせた状態で同方向に回転させることができる。バレル７は、互いに噛み合わせた状態の２本のスクリュ６ａ,６ｂを回転可能に収容する収容部８と、投入部９（図１参照）から収容部８に投入された材料５を加熱して溶融させるためのヒータ（図示しない）と、を備えている。

図３に示すように、２本のスクリュ６ａ,６ｂは、これらを互いに噛み合わせた状態で同方向に回転させることで、投入された材料５（図１参照）を搬送しつつ、当該材料５に対して予備的な混練を行うことができるようになっている。互いに噛み合わせた状態に係る２本のスクリュ６ａ,６ｂには、フィード部１０、混練部１１およびポンピング部１２が構成されている。

フィード部１０、混練部１１およびポンピング部１２は、その中央部に、スプライン孔１３が形成されている。スプライン孔１３には、例えばモータなどの回転装置（図示しない）に連結されたスプライン軸１４が挿入されている。スプライン軸１４を回転させることで、フィード部１０、混練部１１およびポンピング部１２を回転させることができる。図２には、スプライン孔１３の一例として、２本のスクリュ６ａ,６ｂのうち、混練部１１のディスク１９に形成されたスプライン孔１３が示されている。

このような構成によれば、２本のスクリュ６ａ,６ｂを同方向に回転させることで、投入部９から収容部８に投入された材料５は、フィード部１０によって搬送され、混練部１１で混練された後、ポンピング部１２によって搬送され、第２の押出機３に連続的に供給される。

フィード部１０において、２本のスクリュ６ａ,６ｂには、それぞれ、材料５の搬送方向に向かって、当該スクリュ６ａ,６ｂの回転方向とは逆方向に、螺旋状にねじれたフライト１５が設けられている。双方のフライト１５は、９０°位相がずれた状態で互いに噛み合っており、かかる状態で２本のスクリュ６ａ,６ｂを回転させることで、投入された材料５を混練部１１に搬送することができる。

ポンピング部１２において、２本のスクリュ６ａ,６ｂには、それぞれ、材料５の搬送方向に向かって、当該スクリュ６ａ,６ｂの回転方向とは逆方向に、螺旋状にねじれたフライト１６が設けられている。双方のフライト１６は、９０°位相がずれた状態で互いに噛み合っており、かかる状態で２本のスクリュ６ａ,６ｂを回転させることで、混練部１１によって混練された材料５を搬送することができる。

混練部１１において、２本のスクリュ６ａ,６ｂには、それぞれ、第１ディスク領域１１ａと、第２ディスク領域１１ｂ、第３ディスク領域１１ｃと、が備えられている。第１ディスク領域１１ａには、複数のディスク１７が備えられ、これらのディスク１７は、フィード部１０のフライト１５の螺旋方向に一致するように、隣り合うディスク１７に位相差を与えて構成されている。同様に、第３ディスク領域１１ｃには、複数のディスク１８が備えられ、これらのディスク１８は、ポンピング部１２のフライト１６の螺旋方向に一致するように、隣り合うディスク１８に位相差を与えて構成されている。これに対して、第２ディスク領域１１ｂには、複数のディスク１９が備えられ、これらのディスク１９は、隣り合うディスク１９を直交させて構成されている。

このような第１の押出機２によれば、投入部９から収容部８に投入された材料５を、加熱により溶融させつつ混合させることで、第２の押出機３での混練に適した流動性を有する原料として生成することができる。溶融混合化された原料は、当該第１の押出機２から連続的に押し出される。

［第２の押出機３について］
図１に示すように、第２の押出機３は、単軸押出機として構成され、１本の押出機用スクリュ２０と、このスクリュ２０が回転可能に挿通されたシリンダ２１ａ（図５、図６参照）を有するバレル２１と、を備えている。第１の押出機２から連続的に押し出された原料は、通路部２２を介して第２の押出機３に連続的に供給される。第２の押出機３において、原料にせん断作用と伸長作用とが付与されることで、混練物が連続的に生成される。生成された混練物は、通路部２３を介して第３の押出機４に連続的に供給される。なお、当該スクリュ２０を備えた第２の押出機３の具体的な構成については、後で詳細に説明する。

［第３の押出機４について］
図４に示すように、第３の押出機４は、単軸押出機として構成され、真っ直ぐに延出した１本のベントスクリュ２４と、このベントスクリュ２４を回転可能に収容する収容部２５ａを有するバレル２５と、収容部２５ａ内を負圧に引くための真空ポンプ２６と、を備えている。

ベントスクリュ２４には、第２の押出機３から供給された混練物を収容部２５ａに沿って搬送するためのフライト２７が螺旋状に設けられている。フライト２７は、ベントスクリュ２４の基端から先端に向かって、当該ベントスクリュ２４の回転方向とは逆方向にねじれている。ベントスクリュ２４は、例えばモータなどの回転装置（図示しない）に連結されている。これにより、第２の押出機３から供給された混練物は、ベントスクリュ２４の回転に伴って収容部２５ａを連続して搬送される。

さらに、バレル２５には、真空ポンプ２６が連結されたベント口（vent-port）２８が設けられ、ベント口２８は、当該バレル２５を貫通して収容部２５ａに連通した連通孔２５ｈに連結されている。さらに、バレル２５には、ベントスクリュ２４の先端に対向する位置に、収容部２５ａを閉塞するヘッド部２９が設けられ、ヘッド部２９は、脱泡済みの混練物を吐出させるための吐出口２９ａを有している。

このような第３の押出機４によれば、第２の押出機３から供給された混練物は、ベントスクリュ２４によって収容部２５ａ内をヘッド部２９に向けて搬送される間、ベント口２８に対向する位置で、真空ポンプ２６の真空圧を受ける。これにより、当該混練物に含まれるガス状物質やその他の揮発成分などが吸引・除去される。ガス抜きが施された混練物は、ヘッド部２９の吐出口２９ａから吐出された後、用途に応じた製品に加工される。

次に、本実施形態に係る第２の押出機３の具体的な構成について説明する。

［第２の押出機３の概要］
図５および図６に示すように、第２の押出機３において、バレル２１は、複数のバレルエレメント３０に分割されている。それぞれのバレルエレメント３０は、押出機用スクリュ２０が回転可能に挿通される円筒状の貫通孔３０ｈを有している。この場合、それぞれの貫通孔３０ｈが同軸状に連続するように、複数のバレルエレメント３０を一体的に結合させることで、一連のシリンダ２１ａを有するバレル２１が構成されている。なお、図面には一例として、隣り合うバレルエレメント３０を、ボルト３１によって相互に結合させたバレル２１が示されている。

バレル２１には、その一端に位置するバレルエレメント３０に、供給口３２が設けられている。供給口３２は、当該バレルエレメント３０を貫通してシリンダ２１ａに連通している。第１の押出機２から通路部２２を介して連続的に供給される原料は、供給口３２を介して連続的にシリンダ２１ａに供給される。

さらに、バレル２１には、その他端に位置するバレルエレメント３０に、吐出口３３が設けられている。吐出口３３は、当該他端のバレルエレメント３０の開口端を覆うように結合される蓋体３４に構成されている。これにより、シリンダ２１ａ内で混練された混練物は、吐出口３３を介して連続的に押し出される。

さらに、各バレルエレメント３０には、冷却水を流す冷却水通路３５、図示しないヒータおよび温度センサなどが設けられている。この場合、ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御することで、バレル２１を加熱して、あらかじめ設定した温度に制御することにより、シリンダ２１ａ内の原料を加熱することができる。このとき、バレル２１が設定温度を越えた場合、冷却水通路３５に冷却水を流してバレル２１を冷却して、あらかじめ設定した温度に調整することにより、シリンダ２１ａ内の原料を冷却することができる。

［押出機用スクリュ２０について］
図５ないし図８に示すように、押出機用スクリュ２０は、スクリュ本体２０ｐを備えている。スクリュ本体２０ｐは、複数の円筒状の筒体３６と、これらの筒体３６を支持する１本の回転軸３７と、から構成されている。なお、本明細書において、スクリュ本体２０ｐ（筒体３６）の外周面３６ｓとは、当該スクリュ本体２０ｐ（筒体３６）の長手方向の両端面を含まない周方向に沿った外周面を指す。

回転軸３７は、その基端から先端に亘って真っ直ぐに延出している。なお、押出機用スクリュ２０をバレル２１のシリンダ２１ａに回転可能に挿通させた状態において、回転軸３７の基端は、供給口３２が設けられたバレル２１の一端の側に位置付けられ、回転軸３７の先端は、吐出口３３が設けられたバレル２１の他端の側に位置付けられる。

別の捉え方をすると、押出機用スクリュ２０をバレル２１のシリンダ２１ａに回転可能に挿通させた状態において、当該押出機用スクリュ２０の基端は、供給口３２が設けられたバレル２１の一端の側に位置付けられ、押出機用スクリュ２０の先端は、吐出口３３が設けられたバレル２１の他端の側に位置付けられる。

回転軸３７の基端には、連結部３８およびストッパ部４０が互いに同軸状に設けられている。連結部３８は、図示しないカップリングを介して例えばモータなどの回転装置に連結可能に構成されている。ストッパ部４０は、連結部３８の外形輪郭よりも大きな外形輪郭を有して構成されている。

回転軸３７の先端からストッパ部４０の端面に亘る領域には、円柱形状を有する支持部３９（図６参照）が設けられている。支持部３９は、ストッパ部４０の外形輪郭よりも小さな外形輪郭を有して構成されている。支持部３９は、ストッパ部４０の端面から同軸状に延びており、その全長は、バレル２１のシリンダ２１ａの全長に対応した長さを有している。このような回転軸３７は、図示しない回転装置からの回転力が連結部３８に伝達されると、基端から先端に亘る直線状の軸線４１を中心に回転する。

また、複数の円筒状の筒体３６は、それぞれ、回転軸３７の支持部３９に支持されるように構成されている。かかる支持構造の一例として、支持部３９には、その外周面に一対のキー５１が設けられている。各キー５１は、支持部３９の外周面に沿って周方向に１８０°ずれた位置に形成された一対の溝部５０に嵌め込まれている。各溝部５０は、支持部３９の外周面を軸方向に沿って一部切り欠いて形成されている。

さらに、各筒体３６は、その内周面に沿って、支持部３９を同軸状に貫通させることができるように構成されている。各筒体３６の内周面には、周方向に沿って１８０°ずれた位置にキー溝５３が形成されている。これら一対のキー溝５３は、当該筒体３６の内周面を軸方向に沿って一部切り欠いて形成されている。

この場合、各キー５１と各キー溝５３とを位置合わせしつつ、全ての筒体３６の内周面に回転軸３７の支持部３９を貫通させる。その後、支持部３９の先端にカラー５４を介して固定ネジ５５をねじ込む。このとき、全ての筒体３６は、先端カラー５４とストッパ部４０の基端カラー５６との間で挟持され、その挟持力によって、互いに隙間なく密着された状態に保持される。

上記した支持構造によって、全ての筒体３６が支持部３９上で同軸状に結合されることで、当該各筒体３６と回転軸３７とが一体的に組み立てられる。各筒体３６と回転軸３７とが一体的に組み立てられることで、スクリュ本体２０ｐは、基端から先端に亘り軸方向（長手方向）に延出した棒状部材として構成される。

このとき、各筒体３６を回転軸３７とともに軸線４１を中心に回転させること、すなわち、スクリュ本体２０ｐを軸線４１を中心に回転させることが可能となる。さらに、スクリュ本体２０ｐの基端は、回転軸３７の基端と一致するとともに、スクリュ本体２０ｐの先端は、回転軸３７の先端と一致する。

このような状態において、各筒体３６は、スクリュ本体２０ｐの外径Ｄ１（図７参照）を規定する構成要素となる。すなわち、支持部３９に沿って同軸状に結合された各筒体３６は、その外径Ｄ１が互いに同一に設定されている。スクリュ本体２０ｐ（各筒体３６）の外径Ｄ１は、回転軸３７の回転中心である軸線４１を通って規定される直径である。

これにより、スクリュ本体２０ｐ（各筒体３６）の外径Ｄ１が一定値であるセグメント式のスクリュ２０が構成される。セグメント式のスクリュ２０は、回転軸３７（すなわち、支持部３９）に沿って、複数のスクリュエレメントを、自由な順番および組み合わせで保持させることができる。スクリュエレメントとしては、例えば、少なくとも後述するフライト４５,４６,４８の一部が形成された筒体３６を、１つのスクリュエレメントとして規定することができる。

このように、スクリュ２０をセグメント化することで、例えば、当該スクリュ２０の仕様の変更や調整、あるいは、保守やメンテナンスについて、その利便性を格段に向上させることができる。

なお、本実施形態において、複数の筒体３６と回転軸３７とを回り止め固定する構造としては、上記したようなキー５１とキー溝５３との組み合わせに係るものに限定されることはなく、これに代えて、例えば図２に示すようなスプライン構造を用いてもよい。

さらに、セグメント式のスクリュ２０は、バレル２１のシリンダ２１ａに同軸状に収容されている。具体的には、複数のスクリュエレメントが回転軸３７（支持部３９）に沿って保持されたスクリュ本体２０ｐが、シリンダ２１ａに回転可能に収容されている。この状態において、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓと、シリンダ２１ａの内面２１ｓとの間には、原料を搬送するための搬送路６３が形成されている。搬送路６３は、シリンダ２１ａの径方向に沿う断面形状が円環形であり、シリンダ２１ａに沿って軸方向に延びている。

本実施形態において、スクリュ本体２０ｐには、原料を搬送する複数の搬送部４２と、原料の流動を制限する複数の障壁部４３と、が設けられている。これらの搬送部４２および障壁部４３は、スクリュ本体２０ｐの軸方向（長手方向）に沿って交互に並べて配置されている。

すなわち、バレル２１の一端に対応するスクリュ本体２０ｐの基端には、搬送部４２が配置され、この搬送部４２からスクリュ本体２０ｐの先端に向かって、障壁部４３と搬送部４２とが交互に配置されている。また、バレル２１の他端に対応するスクリュ本体２０ｐの先端には、吐出用搬送部４４が配置されている。吐出用搬送部４４は、シリンダ２１ａ内で混練された混練物を、他の搬送部４２による搬送方向と同方向に搬送するように構成されている。

［押出機用スクリュ２０の基端から先端に向けて混練物を押し出す構成］
以下の説明において、スクリュ本体２０ｐの回転方向（左回転、右回転）とは、当該スクリュ本体２０ｐの基端の側から見た場合の回転方向（左回転、右回転）である。また、フライト４５,４６,４８のねじれ方向（時計回り、逆時計回り）とは、スクリュ本体２０ｐの基端の側から見た場合の当該フライト４５,４６,４８のねじれ方向（時計回り、逆時計回り）である。

各搬送部４２は、螺旋状にねじれたフライト４５を有している。フライト４５は、筒体３６の周方向に沿う外周面３６ｓから搬送路６３に向けて張り出している。フライト４５は、スクリュ本体２０ｐの回転方向とは逆方向にねじれている。さらに、吐出用搬送部４４は、螺旋状にねじれたフライト４６を有している。フライト４６は、筒体３６の周方向に沿う外周面３６ｓから搬送路６３に向けて張り出している。フライト４６は、スクリュ本体２０ｐの回転方向とは逆方向にねじれている。

ここで、スクリュ本体２０ｐを左回転させて原料を混練する場合、各搬送部４２のフライト４５は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４５のねじれ方向は、右ねじと同じように、時計回りに設定されている。

さらに、スクリュ本体２０ｐを左回転させて原料を混練する場合、吐出用搬送部４４のフライト４６は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４６のねじれ方向は、右ネジと同じように、時計回りに設定されている。

これに対して、スクリュ本体２０ｐを右回転させて原料を混練する場合、各搬送部４２のフライト４５は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４５のねじれ方向は、左ネジと同じように、逆時計回りに設定されている。

さらに、スクリュ本体２０ｐを右回転させて原料を混練する場合、吐出用搬送部４４のフライト４６は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４６のねじれ方向は、左ねじと同じように、逆時計回りに設定されている。

各障壁部４３は、螺旋状にねじれたフライト４８を有している。フライト４８は、筒体３６の周方向に沿う外周面３６ｓから搬送路６３に向けて張り出している。フライト４８は、スクリュ本体２０ｐの回転方向と同方向にねじれている。

ここで、スクリュ本体２０ｐを左回転させて原料を混練する場合、各障壁部４３のフライト４８は、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４８のねじれ方向は、左ねじと同じように、逆時計回りに設定されている。

これに対して、スクリュ本体２０ｐを右回転させて原料を混練する場合、各障壁部４３のフライト４８は、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向けて原料を搬送するように、ねじれている。すなわち、フライト４８のねじれ方向は、右ねじと同じように、時計回りに設定されている。

各障壁部４３において、フライト４８のねじれピッチは、上記した各搬送部４２,４４におけるフライト４５,４６のねじれピッチと同じか、それよりも小さく設定されている。さらに、フライト４５,４６,４８の頂部と、バレル２１のシリンダ２１ａの内面２１ｓとの間には、僅かなクリアランスが確保されている。

この場合、各障壁部４３の外径部４３ｓと、シリンダ２１ａの内面２１ｓとの隙間４７（図１１参照）は、０.１ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲に設定することが好ましい。さらに好ましくは、当該隙間４７を、０.１ｍｍ以上かつ０.７ｍｍ以下の範囲に設定する。これにより、原料が隙間４７を通過して搬送されるのを確実に制限することができる。

なお、各障壁部４３において、フライト４８を設ける代わりに、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに沿って周方向に連続した障壁用円環状体５７（図１３、図１４参照）を設けてもよい。障壁用円環状体５７は、軸線４１を中心に周方向に沿って同心円状に連続した円筒面５７ｓを有している。円筒面５７ｓは、筒体３９の周方向に沿う外周面３６ｓから搬送路６３に向けて張り出している。円筒面５７ｓと、シリンダ２１ａの内面２１ｓとの間隔は、上記した隙間４７の範囲に設定されている。

ところで、スクリュ本体２０ｐの軸方向に沿う搬送部４２,４４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などに応じて適宜設定される。搬送部４２,４４とは、少なくとも筒体３６の外周面３６ｓにフライト４５,４６が形成された領域のことであるが、フライト４５,４６の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。

すなわち、筒体３６の外周面３６ｓのうちフライト４５,４６から外れた領域も、搬送部４２,４４とみなされることがある。例えば、フライト４５,４６を有する筒体３６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４２,４４に含まれることがあり得る。

また、スクリュ本体２０ｐの軸方向に沿う障壁部４３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などに応じて適宜設定される。障壁部４３は、搬送部４２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４３は、原料の搬送方向の下流側で搬送部４２と隣り合うとともに、搬送部４２によって送られる原料がフライト４８の頂部（外径部４３ｓ）とシリンダ２１ａの内面２１ｓとの間の隙間４７を通過するのを妨げるように構成されている。

上記したスクリュ２０において、各フライト４５,４６,４８は、互いに同一の外径Ｄ１を有する複数の筒体３６の外周面３６ｓから搬送路６３に向けて張り出している。このため、各筒体３６の周方向に沿う外周面３６ｓは、当該スクリュ２０の谷径を規定する。スクリュ２０の谷径は、スクリュ２０の全長に亘って一定値に保たれている。

さらに、図５ないし図８に示すように、スクリュ本体２０ｐは、その内部に、軸方向に延びる複数の通路６４を有している。複数の通路６４は、スクリュ本体２０ｐの軸方向および周方向に沿って並んでいる。図面には一例として、スクリュ本体２０ｐの周方向に沿って等間隔に配置された２つの通路６４を、軸方向に沿って等間隔に並べた構成が示されている。

通路６４は、スクリュ２０の回転中心である軸線４１から偏心した位置に設けられている。すなわち、通路６４は、軸線４１から外れている。このため、通路６４は、スクリュ本体２０ｐの回転に伴って、軸線４１の回りを公転する。

通路６４の形状については、原料が流通可能であれば、その断面形状として、例えば、円形状、矩形状、楕円形状などに設定することができる。図面には一例として、断面が円形状の孔である通路６４が示されている。この場合、当該孔の内径（口径）は、１ｍｍ以上かつ６ｍｍ未満に設定することが好ましい。さらに好ましくは、当該孔の内径（口径）を、１ｍｍ以上かつ５ｍｍ未満に設定する。

スクリュ本体２０ｐの内部において、搬送部４２および障壁部４３の筒体３６は、孔である通路６４を規定する筒状の壁面５２を有している。すなわち、通路６４は、中空の空間のみから成る孔である。壁面５２は、中空の通路６４を周方向に連続して取り囲んでいる。これにより、通路６４は、原料の流通のみを許容する中空の空間として構成されている。換言すると、通路６４の内部には、スクリュ本体２０ｐを構成する他の要素は一切存在しない。この場合、壁面５２は、スクリュ本体２０ｐが回転した時に、軸線４１を中心に自転することなく軸線４１の回りを公転する。

このような通路６４によれば、各搬送部４２によって搬送路６３を搬送された原料が当該通路６４を流通する際、当該原料に対して、広い箇所（搬送路６３）から狭い箇所（通路６４）を通過する際に生じる「伸長作用」を有効に利かせることができる。

以下、上記した通路６４の具体的な構成について述べる。
図６および図９に示すように、本実施形態に係る押出機用スクリュ２０は、複数の搬送部４２と、複数の障壁部４３とが、軸方向（長手方向）に沿って交互に並んだスクリュ本体２０ｐの内部に、複数の通路６４が軸方向（長手方向）に沿って互いに間隔を存して設けられている。かかるスクリュ構造により、原料にせん断作用と伸長作用とを連続して付与する機能を有するスクリュ本体２０ｐを備えたスクリュ２０が実現される。

ここで、上記したスクリュ構造において、１つの障壁部４３と、当該障壁部４３の両側に隣接する２つの搬送部４２とに着目すると、１つの通路６４が、障壁部４３の筒体３６と、２つの搬送部４２の筒体３６とに跨って設けられている。かかる構成は、構造的にまとまった１つのユニットとして捉えることができる。

本実施形態に係るスクリュ本体２０ｐは、当該ユニットを軸方向（長手方向）に複数並べて構成されている。これにより、特定の原料の流れを追った場合、一度通ったところは二度と通らない一方通行型のスクリュ構造が実現される。

換言すると、上記した１つのユニットは、機能的にまとまった１つのモジュールとして捉えることができる。１つのモジュールの機能として、例えば、原料にせん断作用を付与する機能、原料に伸長作用を付与する機能、障壁部４３によって原料の搬送を堰き止める機能、障壁部４３によって圧力の高められた原料を通路６４へ導く機能、障壁部４３の直前で原料の充満率が１００％の原料溜まりＲを形成する機能などが想定される。

さらに、上記したスクリュ構造において、通路６４は、入口６５、出口６７、入口６５と出口６７との間を連通する通路本体６６を有している。入口６５および出口６７は、上記した１つのユニットにおいて、１つの障壁部４３の両側に設けられている。すなわち、入口６５は、通路本体６６の一方側（スクリュ本体２０ｐの基端寄りの部分）に設けられている。出口６７は、通路本体６６の他方側（スクリュ本体２０ｐの先端寄りの部分）に設けられている。

具体的には、当該障壁部４３に対してスクリュ本体２０ｐの基端の側から隣接した搬送部４２において、入口６５は、当該搬送部４２の外周面３６ｓに開口されている。一方、当該障壁部４３に対してスクリュ本体２０ｐの先端の側から隣接した搬送部４２において、出口６７は、当該搬送部４２の外周面３６ｓに開口されている。

この場合、入口６５および出口６７の形成位置は、当該搬送部４２の範囲内で自由に設定することができる。例えば、入口６５および出口６７の双方を、障壁部４３に接近させてもよいし、当該障壁部４３から離間させてもよい。さらに、入口６５および出口６７のいずれか一方を、障壁部４３に接近させてもよいし、当該障壁部４３から離間させてもよい。図面には一例として、入口６５を障壁部４３に接近させ、出口６７を障壁部４３から遠ざけた構成が示されている。

入口６５は、筒体３６（スクリュ本体２０ｐ）の外周面３６ｓから径方向に掘られた穴である。入口６５は、例えばドリルを用いた機械加工によって形成することができる。この結果、入口６５の底部６５ａは、ドリルの先端によって円錐状に削り取られた傾斜面となっている。換言すると、円錐状の底部６５ａは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状の傾斜面となっている。

出口６７は、筒体３６（スクリュ本体２０ｐ）の外周面３６ｓから径方向に掘られた穴である。出口６７は、例えばドリルを用いた機械加工によって形成することができる。この結果、出口６７の底部６７ａは、ドリルの先端によって円錐状に削り取られた傾斜面となっている。換言すると、円錐状の底部６７ａは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状の傾斜面となっている。

本実施形態において、１つの筒体３６の外周面３６ｓには、１つの搬送部４２と、１つの障壁部４３とが軸方向に配列されている（図８参照）。そして、当該筒体３６を軸方向に沿って並べることで、複数の搬送部４２と、複数の障壁部４３とが、軸方向（長手方向）に沿って交互に並んだスクリュ本体２０ｐが構成されている。

通路本体６６は、互いに隣接した２つの筒体３６に亘って形成されている。通路本体６６は、第１および第２の部分６６ａ,６６ｂから構成されている。第１の部分６６ａは、一方の筒体３６の内部に形成されている。第２の部分６６ｂは、他方の筒体３６の内部に形成されている。

一方の筒体３６において、第１の部分６６ａは、障壁部４３に対向した領域に沿って形成されている。第１の部分６６ａは、軸線４１に沿って平行に延びている。第１の部分６６ａの一端は、当該筒体３６の端面３６ａに開口されている。一方、第１の部分６６ａの他端は、当該筒体３６の内部で閉塞されている。さらに、第１の部分６６ａの他端は、上記した入口６５に連通して接続されている。

他方の筒体３６において、第２の部分６６ｂは、搬送部４２に対向した領域に沿って形成されている。第２の部分６６ｂは、軸線４１に沿って平行に延びている。第２の部分６６ｂの一端は、当該筒体３６の端面３６ａに開口されている。一方、第２の部分６６ｂの他端は、当該筒体３６の内部で閉塞されている。さらに、第２の部分６６ｂの他端は、上記した出口６７に連通して接続されている。

通路本体６６は、第１の部分６６ａが形成された筒体３６と、第２の部分６６ｂが形成された筒体３６とを軸方向に締め付けて、その端面３６ａ同士を相互に密着させることで形成することができる。この状態において、通路本体６６は、スクリュ本体２０ｐの軸方向に沿って、途中で分岐することなく、一直線状に連続して延びている。そして、当該通路本体６６の両側は、上記した入口６５および出口６７に連通して接続されている。

この場合、通路本体６６の口径は、入口６５および出口６７の口径よりも小さく設定してもよいし、同一の口径に設定してもよい。いずれの場合でも、当該通路本体６６の口径によって規定される通路断面積は、上記した円環形の搬送路６３の径方向に沿う円環断面積よりも遥かに小さく設定されている。

本実施形態において、フライト４５,４６,４８の少なくとも一部が形成された各筒体３６は、各搬送部４２,４４や障壁部４３に対応したスクリュエレメントとして捉えることができる。図８には、スクリュエレメントの一例として、１つの搬送部４２と、１つの障壁部４３とが外周面３６ｓに沿って並んだ筒体３６が示されている。

そうすると、スクリュ２０のスクリュ本体２０ｐは、回転軸３７（支持部３９）の外周上にスクリュエレメントとしての複数の筒体３６を順次配置することで構成することができる。このため、例えば原料の混練度合いに応じて、搬送部４２,４４や障壁部４３の交換および組み換えが可能であるとともに、交換および組み換え時の作業を容易に行うことができる。

さらに、スクリュエレメントとしての複数の筒体３６を軸方向に締め付けて、相互に密着させることで、各通路４９の通路本体６６が形成され、当該通路本体６６を介して通路６４の入口６５から出口６７までが一体的に連通される。このため、スクリュ本体２０ｐに通路６４を形成するに当たっては、スクリュ本体２０ｐの全長に比べて長さが十分に短い各筒体３６のそれぞれに、通路６４を設けるための加工を施せばよい。よって、通路６４を形成する際の加工および取扱いが容易となる。

次に、このような構成を有する押出機用スクリュ２０によって原料を混練する動作について説明する。この動作説明では、押出機用スクリュ２０を逆時計回りに左回転させながら、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向けて混練物を押し出す場合を想定する。この場合、押出機用スクリュ２０を備えた第２の押出機３には、第１の押出機２から原料が連続的に供給されている。当該原料は、第１の押出機２において、複数の材料を予備的に混練することで生成された溶融状態の原料である。

図１０および図１１に示すように、第２の押出機３に供給された原料は、バレル２１の供給口３２（図５および図６参照）からスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに連続的に供給される。供給された原料は、搬送部４２のフライト４５によって、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かってＳ１方向に搬送される。

Ｓ１方向に搬送される間、原料には、搬送路６３に沿って旋回する搬送部４２のフライト４５とシリンダ２１ａの内面２１ｓとの間の速度差によって生じる「せん断作用」が付与されるとともに、螺旋状のフライト４５自体の旋回に伴う撹拌作用が付与される。これにより、当該原料に対するナノ分散化が促進される。

Ｓ１方向に搬送された原料は、その搬送が障壁部４３により制限される。すなわち、障壁部４３のフライト４８は、原料を、Ｓ１方向とは逆方向に、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向かって搬送させるように作用する。この結果、当該原料は、障壁部４３によって、その流動が堰き止められる。

このとき、搬送部４２と障壁部４３との境界で原料の圧力が高まる。具体的に説明すると、図１１には、搬送路６３のうちスクリュ本体２０ｐの搬送部４２に対応した箇所の原料の充満率がグラデーションで表されている。すなわち、当該搬送路６３において、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、搬送部４２に対応した搬送路６３において、障壁部４３に近づくに従って原料の充満率が高まっている。障壁部４３の直前で、原料の充満率は１００％となっている。

このため、障壁部４３の直前で、原料の充満率が１００％となる「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で、当該原料の圧力が上昇している。圧力が上昇した原料は、搬送部４２（筒体３６）の外周面３６ｓに開口された入口６５から通路本体６６に連続的に流入し、当該通路本体６６内を、Ｓ１方向と同方向に、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かってＳ２方向に流通する。

上記したように、通路本体６６の口径によって規定される通路断面積は、シリンダ２１ａの径方向に沿う搬送路６３の円環断面積よりも遥かに小さい。別の捉え方をすると、通路本体６６の口径に基づく広がり領域は、円環形状の搬送路６３の広がり領域よりも遥かに小さい。このため、入口６５から通路本体６６に流入する際に、原料が急激に絞られることで、当該原料に「伸長作用」が付与される。

さらに、通路断面積が円環断面積よりも十分に小さいため、原料溜まりＲに溜まった原料が消滅することはない。すなわち、原料溜まりＲに溜まった原料は、その一部が連続的に入口６５に流入する。この間、新たな原料が、搬送部４２のフライト４５によって、障壁部４３に向けて送り込まれる。この結果、原料溜まりＲにおける障壁部４３の直前の充満率は、常に１００％に維持される。このとき、フライト４５による原料の搬送量に多少の変動が生じたとしても、その変動状態が、原料溜まりＲに残存した原料で吸収される。これにより、原料を、連続して安定的に通路本体６６に供給することができる。よって、当該通路本体６６において、原料に対し、途切れること無く連続的に伸長作用を付与することができる。

通路本体６６を通過した原料は、出口６７からスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに流出する。スクリュ本体２０ｐには、上記した搬送部４２と障壁部４３が軸方向に交互に並んでいるため、上記したような一連のせん断・伸長動作が繰り返されることで、シリンダ２１ａ内の原料は、せん断流動と伸長流動とが繰り返された状態で、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって連続的に搬送される。これにより、原料の混練の度合いが強化される。

スクリュ本体２０ｐの先端には、ナノレベルに混練された混練物が搬送される。搬送された混練物は、吐出用搬送部４４のフライト４６によってＳ１方向に搬送された後、吐出口３３（図５および図６参照）から連続的に押し出される。

第２の押出機３の吐出口３３から押し出された混練物は、第３の押出機４において、当該混練物に含まれるガス成分が吸引・除去された後、機外に吐出される。吐出された混練物は、例えば水槽内に蓄えられた冷却水に浸漬され、強制的に冷却される。かくして、所望の樹脂成型品が得られる。

ここで、上記したせん断・伸長動作によって原料を混練した場合について、その混練物に対する高分散確認試験の結果について述べる。
試験に際し、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、および、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）の二種類の材料５を第１の押出機２に供給し、予備的に混練することで溶融状態の材料５を生成した。そして、その溶融状態の材料５を、第２の押出機３の原料として、第１の押出機２から第２の押出機３に連続的に供給した。

当該試験において、押出機用スクリュ２０を、上記したせん断・伸長動作が８回繰り返されるように構成する。そして、押出機用スクリュ２０の仕様を次のように設定する。すなわち、スクリュ径を３６ｍｍ、スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）を１６.７、スクリュ回転数を２３００ｒｐｍ、原料供給量を１０.０ｋｇ／ｈ、バレル設定温度を２４０℃にそれぞれ設定する。
かかる試験によれば、目的とした透明な混練物を連続して得ることができた。

以上、本実施形態のスクリュ２０によれば、せん断作用領域と、伸長作用領域とを軸方向に交互に連続させたことで、原料に、せん断作用と伸長作用とを付与しつつ、混練物を連続的に生成することができる。この場合、第１の押出機２から第２の押出機３に、原料を、滞留させること無く、連続的に供給することができる。これにより、見かけ上の連続生産では無く、混練物の完全連続生産が可能となる。

この結果、第１の押出機２と第２の押出機３の運転条件を相互に関連付けながら、それぞれを最適な運転条件に設定することができる。例えば、第１の押出機２で樹脂を予備的に混練する場合には、スクリュ回転数を従来と同様に、１００ｒｐｍないし３００ｒｐｍに設定することができる。このため、樹脂の十分な加熱と溶融、並びに、予備的な混練が可能となる。このとき、第２の押出機３において、スクリュ２０を６００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの高速で回転させることができる。このため、樹脂に対して、せん断作用と伸長作用を交互に効果的に付与することができる。

さらに、本実施形態のスクリュ２０は、特定の原料の流れを追った場合、一度通ったところは二度と通らない一方通行型のスクリュ構造を有している。このため、スクリュ２０の構造を決める段階で、原料に対するせん断作用と伸長作用の付与回数を、あらかじめ設定することができる。これにより、当該スクリュ２０を長尺化させること無く、原料に対するせん断作用と伸長作用の付与回数および付与時間を増やすことができる。この結果、目的に応じた混練度合いで、原料を混練することができる。

さらに、本実施形態によれば、一度通ったところは二度と通らない一方通行型のスクリュ構造であるので、特定の原料の流れに対して、その前方または後方にある混練状態の異なる原料の流れが混入することは無い。このため、原料を均一に混練することができる。

さらに、本実施形態によれば、スクリュ本体２０ｐ（各筒体３６）の外径Ｄ１を一定値に設定、換言すると、スクリュ２０の谷径を、当該スクリュ２０の全長に亘って一定値に設定したことで、複数のスクリュエレメントを、自由な順番および組み合わせで保持させることが可能なセグメント式のスクリュ２０を実現することができる。スクリュ２０をセグメント化することで、例えば、当該スクリュ２０の仕様の変更や調整、あるいは、保守やメンテナンスについて、その利便性を格段に向上させることができる。

そして、スクリュ２０の谷径を、当該スクリュ２０の全長に亘って一定値に設定したことで、原料を搬送するための搬送路６３はスクリュ２０の全長に亘って一様な円環形の断面形状となり、原料にせん断作用と伸長作用を交互に付与する際は、順次スムーズに付与することができ、均一な混練を行うことができる。

さらに、本実施形態によれば、通路６４（通路本体６６）の断面積を、原料を搬送するための搬送路６３の断面積よりも遥かに小さく設定したことで、当該通路６４（通路本体６６）を通過する原料に対して、満遍無く安定してかつ効率良く伸長作用を付与することができる。

また、従来の単軸押出機のスクリュが備えている可塑化ゾーンを有することなく、搬送部４２と障壁部４３と通路６４を組合わせて配置したスクリュ２０としているので、第２の押出機３を容易に操作することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定されることはなく、以下のような変形例も、本発明の技術的範囲に含まれる。
「押出機用スクリュ２０の先端から基端に向けて混練物を押し出す構成」
以下の説明において、スクリュ本体２０ｐの回転方向（左回転、右回転）とは、当該スクリュ本体２０ｐの基端の側から見た場合の回転方向（左回転、右回転）である。また、フライト６０,６１,６２ａ,６２ｂのねじれ方向（時計回り、逆時計回り）とは、スクリュ本体２０ｐの基端の側から見た場合の当該フライト６０,６１,６２ａ,６２ｂのねじれ方向（時計回り、逆時計回り）である。

図１２には、本発明の変形例に係る第２の押出機３、並びに、当該第２の押出機３に適用される本発明の変形例に係る押出機用スクリュ２０の構成が示されている。
本変形例に係る第２の押出機３において、供給口３２は、バレル２１の他端の側に設けられ、吐出口３３は、バレル２１の一端の側に設けられている。また、押出機用スクリュ２０には、複数の搬送部５８と複数の障壁部５９ａ,５９ｂ,５９ｃとが、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向かって交互に配置されている。

なお、本変形例に係る押出機用スクリュ２０をバレル２１のシリンダ２１ａに回転可能に挿通させた状態において、押出機用スクリュ２０およびスクリュ本体２０ｐの基端は、吐出口３３が設けられたバレル２１の一端の側に位置付けられ、押出機用スクリュ２０およびスクリュ本体２０ｐの先端は、供給口３２が設けられたバレル２１の他端の側に位置付けられる。

この場合、各搬送部５８は、供給口３２から供給された原料を吐出口３３に向けてＳ１方向に搬送するように構成されている。基端障壁部５９ｂと先端障壁部５９ｃとの間に配置された各障壁部５９ａは、各搬送部５８による原料の搬送を制限するように構成されている。また、基端障壁部５９ｂは、スクリュ本体２０ｐの基端に設けられ、当該基端障壁部５９ｂに隣接する搬送部５８によって搬送された混練物を吐出口３３に向かうように制限する。一方、先端障壁部５９ｃは、スクリュ本体２０ｐの先端に設けられ、供給口３２から供給された原料を搬送方向Ｓ１に向かうように制限する。

各搬送部５８には、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに沿って螺旋状にねじれたフライト６０が設けられ、当該各フライト６０は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、当該スクリュ本体２０ｐの回転方向と同方向にねじれている。

図１２には、スクリュ本体２０ｐを左回転させて原料を混練する場合の構成が示されている。この場合、フライト６０のねじれ方向は、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向けて原料を搬送するように、左ねじと同じように、逆時計回りに設定されている。なお、スクリュ本体２０ｐを右回転させて原料を混練する場合には、フライト６０のねじれ方向を、上記左回転の場合とは逆向きに設定すればよい。

さらに、各障壁部５９ａ,５９ｂ,５９ｃにおいて、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに沿って周方向に連続した障壁用円環状体５７（図１３および図１４参照）を設けてもよいし、あるいは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに沿って螺旋状にねじれた障壁用フライト６１ａ,６１ｂ,６１ｃ（図１２参照）を設けてもよい。

障壁用フライト６１ａ,６１ｂ,６１ｃを設ける場合において、スクリュ本体２０ｐの基端に配置された基端障壁部５９ｂには、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、当該スクリュ本体２０ｐの回転方向とは逆方向にねじられた障壁用フライト６１ｂが設けられている。一方、スクリュ本体２０ｐの先端に配置された先端障壁部５９ｃには、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、当該スクリュ本体２０ｐの回転方向と同方向にねじられた障壁用フライト６１ｃが設けられている。さらに、これら２つの障壁部５９ｂ,５９ｃの間に設けられた各障壁部５９ａには、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、当該スクリュ本体２０ｐの回転方向とは逆方向にねじられた障壁用フライト６１ａが設けられている。

ここで、スクリュ本体２０ｐを左回転させて原料を混練する場合、先端障壁部５９ｃにおける障壁用フライト６１ｃのねじれ方向は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、左ねじと同じように、逆時計回りに設定される。一方、これ以外の各障壁部５９ａ,５９ｂの障壁用フライト６１ａ,６１ｂのねじれ方向は、スクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって、右ねじと同じように、時計回りに設定される。なお、スクリュ本体２０ｐを右回転させて原料を混練する場合には、各障壁用フライト６１ａ,６１ｂ,６１ｃのねじれ方向を、上記左回転の場合とは逆向きに設定すればよい。

なお、これ以外の構成（例えば、通路４９の構成）については、上記した「押出機用スクリュ２０の基端から先端に向けて混練物を押し出す構成」に基づいて設定することができるため、その説明は省略する。
次に、このような構成を有する押出機用スクリュ２０によって原料を混練する動作について説明する。この動作説明では、押出機用スクリュ２０を逆時計回りに左回転させながら、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向けて混練物を押し出す場合を想定する。

図１２に示すように、バレル２１の供給口３２からスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに連続的に供給された原料は、搬送部５８のフライト６０によって、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向かってＳ１方向に搬送される。

Ｓ１方向に搬送される間、原料には、搬送路６３に沿って旋回する搬送部５８のフライト６０とシリンダ２１ａの内面２１ｓとの間の速度差によって生じる「せん断作用」が付与されるとともに、螺旋状のフライト６０自体の旋回に伴う撹拌作用が付与される。これにより、当該原料に対するナノ分散化が促進される。

搬送路６３に沿ってＳ１方向に搬送された原料は、その搬送が障壁部５９ａにより制限される。すなわち、障壁部５９ａのフライト６１ａは、原料をＳ１方向とは逆方向にスクリュ本体２０ｐの基端から先端に向かって搬送させるように、ねじれている。この結果、当該原料は、障壁部５９ａによって、その流動が堰き止められる。

原料の流動が堰き止められることで、当該原料に加わる圧力が高められる。特に図示しないが、本変形例も上記した実施形態と同様に、障壁部５９ａの直前で、原料の充満率が１００％となっており、当該原料の圧力が上昇している。圧力上昇した原料は、入口６５から通路本体６６に連続的に流入し、当該通路本体６６内を、Ｓ１方向と同方向に、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向かってＳ２方向に流通する。Ｓ２方向に流通する間、原料には、上記した「伸長作用」が付与される。

通路本体６６を通過した原料は、出口６７からスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに流出する。スクリュ本体２０ｐには、上記した搬送部５８と障壁部５９ａが軸方向に交互に並んでいるため、上記したような一連のせん断・伸長動作が繰り返されることで、シリンダ２１ａ内の原料は、せん断流動と伸長流動とが繰り返された状態で、スクリュ本体２０ｐの先端から基端に向かって連続的に搬送される。これにより、原料の混練の度合いが強化される。

そして、基端障壁部５９ｂに隣接した搬送部５８の出口６７からは、ナノレベルに混練された混練物が流出する。流出した混練物は、当該搬送部５８のフライト６０によってＳ１方向に搬送された後、その搬送が基端障壁部５９ｂによって制限されつつ、吐出口３３から連続的に押し出される。

なお、本変形例に係る第２の押出機３、並びに、押出機用スクリュ２０の効果については、上記した一実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「その他の変形例」
上記した一実施形態では、通路６４（具体的には、通路本体６６）をスクリュ本体２０ｐ（筒体３６）の内部に構成した場合を想定したが、これに代えて、スクリュ本体２０ｐを構成する各筒体３６の内周面に沿って回転軸３７の支持部３９を貫通させたときに、各筒体３６と回転軸３７との境界部分に通路６４（通路本体６６）が構成されるようにしてもよい。なお、本変形例の構成として、図１５ないし図１８には、図７に対応した部分の構成が示されている。

図１５に示された通路６４は、筒体３６の内周面の一部を軸方向に沿って凹状に窪ませた壁面５２ａによって構成されている。この場合、筒体３６の内周面に回転軸３７（支持部３９）を貫通させることで、壁面５２ａと支持部３９の外周面とで囲まれた通路６４を規定することができる。

図１６に示された通路６４は、回転軸３７（支持部３９）の外周面の一部を軸方向に沿って凹状に窪ませた壁面５２ｂによって構成されている。この場合、筒体３６の内周面に回転軸３７（支持部３９）を貫通させることで、壁面５２ｂと筒体３６の内周面とで囲まれた通路６４を規定することができる。

図１７に示された通路６４は、キー５１の外周面の一部を軸方向に沿って凹状に窪ませた壁面５２ｃによって構成されている。この場合、筒体３６の内周面に回転軸３７（支持部３９）を貫通させることで、壁面５２ｃとキー溝５３の溝底面とで囲まれた通路６４を規定することができる。

いずれの通路６４においても、外部に露出した部分を凹状に加工するだけで、壁面５２ａ,５２ｂ,５２ｃを形成することができるため、形成作業を容易に行うことができる。この場合、凹状の壁面５２ａ,５２ｂ,５２ｃの形状として、例えば、半円形状、三角形状、楕円形状、矩形状など各種の形状を適用することができる。

また、上記した一実施形態では、スクリュ本体２０ｐを、複数の筒体３６と回転軸３７とによって構成したが、これに代えて、図１８に示すように、真っ直ぐな１本の軸状部材２０ｔによってスクリュ本体２０ｐを構成してもよい。この場合、当該ソリッドなスクリュ本体２０ｐの外周面に上記した搬送部や障壁部が設けられるとともに、当該スクリュ本体２０ｐの内部に上記した通路６４が設けられる。なお、図面には一例として、軸線４１に対して偏心した位置に設けられ、筒状の壁面５２ｄによって規定された一対の通路６４が示されているが、これにより各通路６４の配置が限定されるものではない。

また、上記した一実施形態では、両端が完全に閉塞された通路６４を想定したが、これに代えて、両端が開放可能な通路６４を適用してもよい。かかる通路６４は、次のような形成方法を適用することができる。すなわち、スクリュ本体２０ｐを軸方向に貫通させた通路構成部を予め形成する。次に、かかる一連の通路構成部に沿って、複数の閉塞体を互いに間隔を存して抜き出し可能に挿入する。これにより、隣り合う閉塞体によって両端が開放可能な通路構成部が形成される。そして、通路構成部の両側をスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに開口させることで、本変形例に係る通路６４を形成することができる。

上記した一実施形態では、第２の押出機３として、１本の押出機用スクリュ２０を搭載した単軸押出機を想定したが、これに代えて、第２の押出機３を、２本の押出機用スクリュ２０を搭載した２軸押出機として構成してもよい。

ところで、上記した一実施形態において、図６および図９には、通路本体６６の両側が、入口６５および出口６７の底部６５ａ,６７ａから外れた位置で、当該入口６５および出口６７に接続された通路６４が示されている。しかし、通路本体６６と、入口６５および出口６７との接続関係は、上記した一実施形態に限定されることは無く、以下のような接続関係も本発明の技術的範囲に含まれる。

図１９ないし図２４には一例として、通路本体６６の両側が、入口６５および出口６７の底部６５ａ,６７ａに接続された通路６４が示されている。具体的には、通路本体６６の一方側、すなわち、上記した第１の部分６６ａの他端が、入口６５の底部６５ａに接続されている。さらに、通路本体６６の他方側、すなわち、上記した第２の部分６６ｂの他端が、出口６７の底部６７ａに接続されている。

図１９（Ａ）,（Ｂ）および図２０（Ａ）,（Ｂ）には、第１変形例に係る通路６４が示されている。当該通路６４において、入口６５の底部６５ａには、通路本体６６の一方側（第１の部分６６ａの他端）の端面が接続されている。底部６５ａには、通路本体６６（第１の部分６６ａ）に連通した１つの開口６５ｂが形成されている。一方、出口６７の底部６７ａには、通路本体６６の他方側（第２の部分６６ｂの他端）の端面が接続されている。底部６７ａには、通路本体６６（第２の部分６６ｂ）に連通した１つの開口６７ｂが形成されている。

入口６５の１つの開口６５ｂは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状となった底部６５ａに対向した領域に形成されている。一方、出口６７の１つの開口６７ｂは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状となった底部６７ａに対向した領域に形成されている。

この場合、入口６５に流入した原料は、底部６５ａの傾斜に沿って開口６５ｂに向けて案内される。この結果、原料は、当該入口６５内で滞留すること無く、その全てが連続して円滑に通路本体６６に流入する。通路本体６６を通過した原料は、続いて、出口６７に流入する。出口６７に流入した原料は、底部６７ａの傾斜に沿ってスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向けて案内される。この結果、原料は、当該出口６７内で滞留すること無く、その全てが連続して円滑にスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに流出する。

これにより、通路６４内で原料が局所的に滞留するのを回避しつつ、当該通路６４を通過する原料に対して、漏れ無くかつ満遍無く連続的に伸長作用を付与することができる。

図２１（Ａ）,（Ｂ）および図２２（Ａ）,（Ｂ）には、第２変形例に係る通路６４が示されている。当該通路６４において、入口６５の底部６５ａには、通路本体６６の一方側（第１の部分６６ａの他端）の端面６６ｓ寄りの部分、すなわち、端面６６ｓの手前の部分が接続されている。底部６５ａには、通路本体６６（第１の部分６６ａ）に連通した２つの開口６５ｂが形成されている。一方、出口６７の底部６７ａには、通路本体６６の他方側（第２の部分６６ｂの他端）の端面６６ｓ寄りの部分、すなわち、端面６６ｓの手前の部分が接続されている。底部６７ａには、通路本体６６（第２の部分６６ｂ）に連通した２つの開口６７ｂが形成されている。

入口６５の２つの開口６５ｂは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状となった底部６５ａに対向した領域に形成されている。一方、出口６７の２つの開口６７ｂは、スクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓに向かって末広がり形状となった底部６７ａに対向した領域に形成されている。なお、第２変形例に係る通路６４の作用および効果は、上記した第１変形例に係る通路６４と同様であるため、その説明は省略する。

上記した一実施形態および変形例において、入口６５および出口６７の開口方向は、軸線４１に直交する方向を想定しているが、これに限定されることは無い。例えば、図２３（Ａ）,（Ｂ）および図２４（Ａ）,（Ｂ）に示すように、入口６５および出口６７の開口方向を、軸線４１を交差する方向（点線で示す方向）に設定してもよい。この場合、通路本体の両側から複数方向に開口し、これにより、複数の入口６５,６５−１および複数の出口６７,６７−１を設けるようにしてもよい。

さらに、入口６５については、これをスクリュ本体２０ｐの外周面３６ｓよりも窪ませて構成することが好ましい。これにより、さらに原料を入口６５に流入し易くすることができる。

さらに、上記した実施形態および変形例では、軸線４１に平行な通路本体６６を備えた通路６４を想定しているが、これに限定されることは無く、軸線４１と交差する通路本体６６を備えた通路６４も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、出口６７を無くすることで、一方側が入口６５に接続された通路本体６６の他方側を、直接、スクリュ本体２０ｐ（筒体３６）の外周面３６ｓに開口させる。この場合、一方側から他方側に向かって上り勾配を有する通路本体６６が構成される。

かかる構成によれば、入口６５から通路本体６６に流入した原料は、スクリュ本体２０ｐの回転時の遠心作用を受けることで、さらに円滑に通路本体６６を流通し、スクリュ本体２０ｐ（筒体３６）の外周面３６ｓに流出する。このとき、原料に対して、さらに効率よく連続的に伸長作用が付与される。この結果、原料の混練の度合いを、さらに強化させることができる。

２０…押出機用スクリュ、２０ｐ…スクリュ本体、３６…筒体、３７…回転軸、
３８…連結部、３９…支持部、４０…ストッパ部、４１…軸線、４２…搬送部、
４３…障壁部、４４…吐出用搬送部、４５…フライト、４６…フライト、４７…隙間、
４８…障壁用フライト、６４…通路、６５…入口、６６…通路本体、６７…出口。

Claims (12)

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、
   原料の搬送方向に沿った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軸方向に沿って互いに間隔を存して設けられ、前記スクリュ本体の回転に伴って原料を、前記スクリュ本体の周方向に亘る外周面に沿って軸方向に搬送する複数の搬送部と、
   前記スクリュ本体に設けられ、前記搬送部と隣り合った位置で原料の搬送を制限する複数の障壁部と、
   前記スクリュ本体の内部に設けられ、入口および出口を有する複数の通路と、を備え、
   前記入口は、前記障壁部によって搬送が制限されることで圧力が高められた原料が流入するように、前記搬送部における前記スクリュ本体の外周面に開口され、
   前記各通路は、前記入口から流入した原料が、前記出口に向かって、前記搬送部による搬送方向と同方向に流通するとともに、
   前記出口は、前記入口が開口された前記搬送部を外れた位置で、前記スクリュ本体の外周面に開口されている押出機用スクリュ。
2. 前記各通路の口径は、当該各通路における前記入口の口径と同一、あるいは、小さく設定されている請求項１に記載の押出機用スクリュ。
3. 前記各通路の口径は、１ｍｍ以上かつ６ｍｍ未満に設定されている請求項１に記載の押出機用スクリュ。
4. 前記スクリュ本体は、回転装置に連結される基端から先端に亘り軸方向に沿って延出しており、
   前記搬送部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って螺旋状にねじれたフライトが設けられ、
   前記フライトは、前記スクリュ本体の基端から先端に向かって、前記基端の側から見た場合の当該スクリュ本体の回転方向とは逆方向にねじれている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の押出機用スクリュ。
5. 前記スクリュ本体は、回転装置に連結される基端から先端に亘り軸方向に沿って延出しており、
   前記搬送部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って螺旋状にねじれたフライトが設けられ、
   前記フライトは、前記スクリュ本体の基端から先端に向かって、前記基端の側から見た場合の当該スクリュ本体の回転方向と同方向にねじれている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の押出機用スクリュ。
6. 前記各障壁部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って周方向に連続した障壁用円環状体が設けられ、
   前記障壁用円環状体は、軸線を中心に周方向に沿って同心円状に連続した円筒面を有して構成されている請求項４に記載の押出機用スクリュ。
7. 前記各障壁部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って螺旋状にねじれた障壁用フライトが設けられ、
   前記障壁用フライトは、前記スクリュ本体の基端から先端に向かって、前記基端の側から見た場合の当該スクリュ本体の回転方向と同方向にねじれている請求項４に記載の押出機用スクリュ。
8. 前記各障壁部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って周方向に連続した障壁用円環状体が設けられ、
   前記障壁用円環状体は、軸線を中心に周方向に沿って同心円状に連続した円筒面を有して構成されている請求項５に記載の押出機用スクリュ。
9. 前記各障壁部には、前記スクリュ本体の外周面に沿って螺旋状にねじれた障壁用フライトが設けられ、
   前記障壁用フライトは、前記スクリュ本体の基端から先端に向かって、前記基端の側から見た場合の当該スクリュ本体の回転方向とは逆方向にねじれている請求項５に記載の押出機用スクリュ。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の押出機用スクリュを備え、当該スクリュで原料を混練し、その混練物を連続的に生成して押し出す押出機であって、
    前記スクリュが回転可能に挿通されたシリンダを有するバレルと、
    前記バレルに設けられ、前記シリンダ内に原料を供給する供給口と、
    前記バレルに設けられ、混練物が押し出される吐出口と、を備えている押出機。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の押出機用スクリュで原料を混練し、その混練物を連続的に生成して押し出す押出方法であって、
    原料を前記スクリュ本体の前記搬送部によって軸方向に搬送し、
    前記スクリュ本体の前記障壁部によって原料の搬送を制限することで、原料に加わる圧力を高め、
    前記圧力が高められた原料が、前記スクリュ本体の内部に設けられた前記通路に流入するとともに、当該通路内を前記搬送部による搬送方向と同方向に流通し、
    前記通路を通過した原料を、前記入口が開口された前記搬送部を外れた位置で、前記スクリュ本体の外周面に帰還させる押出方法。
12. 原料を混練しつつ搬送する押出機用スクリュであって、
    原料の搬送方向に沿った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を有し、
    前記スクリュ本体には、原料を搬送する搬送部と、原料の搬送を制限する障壁部と、原料が流通する通路とが、複数の個所に亘って設けられ、
    そのうちの少なくとも１つの箇所において、
    前記通路は、前記スクリュ本体の内部に設けられ、入口および出口を有し、
    前記入口は、前記障壁部によって搬送が制限されることで圧力が高められた原料が流入するように、前記搬送部における前記スクリュ本体の外周面に開口され、
    前記通路は、前記入口から流入した原料が、前記出口に向かって、前記搬送部による搬送方向と同方向に流通するように構成されているとともに、
    前記出口は、前記入口が開口された前記搬送部を外れた位置で、前記スクリュ本体の外周面に開口されている押出機用スクリュ。

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