JP2021084294A - 粉体溶融混練機 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融した原材料が投入口に付着せず、原材料が投入口からバレルの中に適正に供給される粉体溶融混練機を提供すること。【解決手段】熱可塑性樹脂の粉体が投入される投入口１６と、混合及び溶融混練された熱可塑性樹脂が排出される排出口１７と、投入口１６と排出口１７との間に配置され、内部に混入した気体を外部に排出するベント口１８とを有する筒状のバレル１０と、バレル１０の中で回転し、熱可塑性樹脂を投入口１６から排出口１７に送り出すスクリュー２６と、を有し、バレル１０は、複数のブロック１１，１２，１３で構成され、複数のブロック１１，１２，１３のうち、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度をＴ１とし、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度をＴ３とし、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体溶融混練機に関する。

従来、投入口から投入される原材料（粉体）が溶融混練され、混練物として排出口から排出される混練機（粉体溶融混練機）が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の粉体溶融混練機は、原材料を加熱するバレルが３ゾーン以上に分割され、投入口が設けられ原材料が投入されるゾーンと、原材料が溶融混練されるゾーンと、排出口が設けられ混練物が排出されるゾーンとを有している。さらに、混練物が排出されるゾーンと、原材料が溶融混練されるゾーンと、原材料が投入されるゾーンとの順に、ゾーンの温度が高くなっている。
さらに、原材料が投入されるゾーンでは、原材料である粉体が、加熱され、溶融状態になる。

特開２００２−６５４６号公報

ところが、特許文献１に記載の粉体溶融混練機では、投入口付近の温度が高く、原材料が投入口付近で溶融するため、溶融した原材料が投入口に付着し、原材料が投入口からバレルの中に適正に供給されなくなるおそれがあった。

粉体溶融混練機は、熱可塑性樹脂の粉体が投入される投入口と、混合及び溶融混練された前記熱可塑性樹脂が排出される排出口と、前記投入口と前記排出口との間に配置され、内部に混入した気体を外部に排出するベント口とを有する筒状のバレルと、前記バレルの中で回転し、前記熱可塑性樹脂を前記投入口から前記排出口に送り出すスクリューと、を有し、前記投入口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ１とし、前記排出口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ３とし、前記Ｔ１の温度の前記バレルと前記Ｔ３の温度の前記バレルとの間の前記バレルの温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされることを特徴とする。

粉体溶融混練機では、前記バレルは、複数のブロックで構成され、前記複数のブロックのうち、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ１とし、前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ３とし、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックと前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックとの間に設けられた前記ブロックの温度を前記Ｔ２としていることが好ましい。

粉体溶融混練機では、前記複数のブロックのそれぞれには、前記ブロックを加熱する加熱部と前記ブロックを冷却する冷却部とが設けられ、前記ブロックが設定温度に維持されることが好ましい。

粉体溶融混練機では、前記Ｔ１は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いことが好ましい。

粉体溶融混練機では、前記Ｔ２は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上であって、前記軟化温度の３倍以下であることが好ましい。

実施形態１に係る粉体溶融混練機の概略構成を示す側面図。 バレル内に収容されるスクリューの状態を示す平面図。 実施形態２に係る粉体溶融混練機の概略構成を示す側面図。

１．実施形態１
図１は、実施形態１に係る粉体溶融混練機１の概略構成を示す側面図である。図２は、バレル１０内に収容されるスクリュー２６の状態を示す平面図である。図２では、バレル１０の投入口１６から見たスクリュー２６の状態が図示されている。
本実施形態に係る粉体溶融混練機１は、熱可塑性樹脂の粉体（以降、粉体材料と称す）を混合及び溶融混練し、可塑性を有する熱可塑性樹脂の混練物として送り出す２軸のスクリュー式溶融混練機である。
以降の説明では、粉体溶融混練機１内において粉体材料が搬送される方向を搬送方向Ｘとする。

図１に示すように、粉体溶融混練機１は、搬送方向Ｘに沿って延在する筒状のバレル１０を備えている。バレル１０は、粉体材料が混合及び溶融混練される内部空間Ｓを有する。バレル１０の搬送方向Ｘにおける上流側の上面には、粉体材料（熱可塑性樹脂の粉体）が投入される投入口１６が設けられている。バレル１０の搬送方向Ｘの下流側の端面には、熱可塑性樹脂の混練物（混合及び溶融混練された熱可塑性樹脂）が排出される排出口１７が設けられている。投入口１６と排出口１７との間のバレル１０の上面には、内部空間Ｓに混入した気体をバレル１０の外に排出するベント口１８が設けられている。
このように、バレル１０は、粉体材料（熱可塑性樹脂の粉体）が投入される投入口１６と、混合及び溶融混練された熱可塑性樹脂が排出される排出口１７と、投入口１６と排出口１７との間に配置され、内部に混入した気体を外部に排出するベント口１８とを有する。

排出口１７にはダイ（射出成形加工用の型）を取り付けることができる。排出口１７にダイを取り付けることによって、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂を所定の形状に成形することができる。
投入口１６と排出口１７とベント口１８とは、それぞれ内部空間Ｓに連通されている。

バレル１０は、複数のブロック１１，１２，１３で構成されている。詳しくは、バレル１０は、搬送方向Ｘの上流側から順に配置される第１ブロック１１と第２ブロック１２と第３ブロック１３とで構成される。
詳細は後述するが、バレル１０を構成する複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれには、加熱部３０ａと冷却部３０ｂとを有する温度調節部３０が取り付けられている。複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれは、温度調節部３０によって設定温度に維持される。温度調節部３０によって設定温度に維持されるバレル１０の構成単位が、ブロック１１，１２，１３である。

粉体材料が投入される投入口１６は、第１ブロック１１に形成されている。気体が排出されるベント口１８は、第２ブロック１２に形成されている。熱可塑性樹脂の混練物が排出される排出口１７は、第３ブロック１３に形成されている。
なお、第１ブロック１１は、本願における、複数のブロックのうち、投入口が設けられた側に配置されたブロックの一例である。第３ブロック１３は、本願における、複数のブロックのうち、排出口が設けられた側に配置されたブロックの一例である。第２ブロック１２は、本願における、複数のブロックのうち、投入口が設けられた側に配置されたブロックと排出口が設けられた側に配置されたブロックとの間に設けられたブロックの一例である。

粉体溶融混練機１は、搬送方向Ｘの上流側の上方に、投入された粉体材料が貯留されるホッパー２０を備える。ホッパー２０の下端部２０ａが投入口１６に挿通されることによって、ホッパー２０が第１ブロック１１に取り付けられ、粉体材料がホッパー２０と投入口１６とを介して、バレル１０の内部空間Ｓに供給可能になる。

バレル１０の内部空間Ｓには、バレル１０の長手方向に沿って延びる一対のスクリュー２６が回動可能に収納されている。各スクリュー２６は、それぞれバレル１０の内壁との間に所定の間隔を空けて配置されている。
各スクリュー２６は、それぞれスクリュー軸２７を備えている。スクリュー軸２７の外周面には、長手方向の全体に亘ってスパイラル状の羽根２８が設けられている。また、各スクリュー軸２７において、羽根２８同士の間に位置する箇所は、スクリュー溝２９（図２参照）となる。
スクリュー２６の構成材料は、金属である。

図２に示すように、各スクリュー２６は、搬送方向Ｘと交差する方向に隣り合って配置されている。各スクリュー２６のそれぞれの羽根２８は、他方のスクリュー２６のスクリュー溝２９に交互に入り込むように配置されている。
スクリュー２６が回転すると、ホッパー２０に貯留される粉体材料が、投入口１６から内部空間Ｓに継続して供給される。さらに、スクリュー２６が回転すると、内部空間Ｓに供給された粉体材料が、スクリュー溝２９に沿って搬送方向Ｘに送り出される。スクリュー溝２９に沿って粉体材料が送り出される過程において、粉体材料は、バレル１０の中で混合及び溶融混練され、可塑性を有する熱可塑性樹脂の混練物として、排出口１７から排出される。
このように、スクリュー２６は、バレル１０の中で回転し、熱可塑性樹脂を投入口１６から排出口１７に送り出す。

図１に戻って、バレル１０の上流側の端部には、動力機構である駆動モーター５０と、動力伝達機構６０とが設けられる。駆動モーター５０は、動力伝達機構６０を介して各スクリュー２６に接続される。駆動モーター５０は、動力伝達機構６０を介して、所定の減速比で各スクリュー２６を回転駆動させる。各スクリュー２６は、同一の回転方向に回転するようになっている。

粉体材料は熱可塑性樹脂の粉の集合体であり、熱可塑性樹脂の粉の集合体の隙間に気体が存在するので、粉体材料は熱可塑性樹脂の粉と気体とを含む。スクリュー２６が回転し、投入口１６から粉体材料が内部空間Ｓに継続して供給されると、熱可塑性樹脂の粉と気体とが内部空間Ｓに継続して供給され、内部空間Ｓに気体が継続して混入する。内部空間Ｓに混入する気体はベント口１８から排出され、熱可塑性樹脂の粉の溶融体が排出口１７に向けて流動する。
仮に、気体が排出されるベント口１８が設けられない場合、内部空間Ｓに気体が継続して混入し、内部空間Ｓに気体が蓄積される。すると、内部空間Ｓに蓄積される気体によって、熱可塑性樹脂の粉の溶融体が排出口１７に向けて流動しにくくなり、加えて、投入口１６から粉体材料が内部空間Ｓに継続して供給されにくくなる。
気体が排出されるベント口１８を設けることによって、内部空間Ｓに気体が蓄積されにくくなり、熱可塑性樹脂の粉の溶融体が排出口１７に向けて流動するようになり、加えて、投入口１６から粉体材料が内部空間Ｓに継続して供給されるようになる。

粉体溶融混練機１は、バレル１０の外周面に取り付けられた温度調節部３０と、バレル１０の温度を検出する温度検出部（図示省略）と、制御装置４０とを有する。
温度検出部は、例えば熱電対であり、複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれに取り付けられている。制御装置４０は、温度検出部の信号から複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれの温度を検出する。さらに、制御装置４０は、温度調節部３０を制御し、複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれを設定温度に維持する。

温度調節部３０は、バレル１０を加熱する加熱部３０ａと、バレル１０を冷却する冷却部３０ｂとで構成される。
加熱部３０ａは、ヒーターであり、複数のブロック１１，１２，１３の外周面に取り付けられている。冷却部３０ｂは、冷却水が流動する配管であり、複数のブロック１１，１２，１３の外周面に取り付けられている。加熱部３０ａ（ヒーター）と冷却部３０ｂ（冷却水が流動する配管）とは、複数のブロック１１，１２，１３の外周面に巻き付けられ、搬送方向Ｘに沿って交互に配置される。
また、加熱部３０ａとしては、バンドヒーターや加熱ジャケットなどを使用することができる。冷却部３０ｂとしては、液冷ジャケットや液冷ヒートシンクや空冷ヒートシンクなどを使用することができる。
このように、複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれには、ブロック１１，１２，１３を加熱する加熱部３０ａとブロック１１，１２，１３を冷却する冷却部３０ｂとが設けられ、複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれが設定温度に維持されるようになっている。

制御装置４０は、温度調節部３０に電気的に接続され、加熱部３０ａに流れる電流を制御し、冷却部３０ｂに流れる冷却水の温度や流量を制御する。そして、制御装置４０は、加熱部３０ａに流れる電流を制御し、冷却部３０ｂに流れる冷媒の温度や流量を制御することによって、複数のブロック１１，１２，１３のそれぞれを設定温度に維持する。

温度調節部３０がバレル１０を加熱する加熱部３０ａだけを有する構成も可能である。
例えば、温度調節部３０がバレル１０を加熱する加熱部３０ａだけを有する構成の場合、バレル１０が設定温度よりも高くなると、バレル１０が冷却されにくいので、バレル１０の温度が設定温度よりも高くなるオーバーシュートが生じ、バレル１０が設定温度に維持されにくくなる。

温度調節部３０がバレル１０を加熱する加熱部３０ａとバレル１０を冷却する冷却部３０ｂと有する構成の場合、バレル１０の温度が設定温度よりも高くなると、冷却部３０ｂによってバレル１０が冷却されるので、バレル１０の温度が設定温度よりも高くなるオーバーシュートが生じにくくなり、バレル１０が設定温度に維持されるようになる。
このように、バレル１０を設定温度に維持するためには、温度調節部３０は、バレル１０を加熱する加熱部３０ａとバレル１０を冷却する冷却部３０ｂと有する構成が好ましい。

温度調節部３０は、第１温度調節部３１と、第２温度調節部３２と、第３温度調節部３３とを有している。
第１ブロック１１の外周面には第１温度調節部３１が取り付けられ、第２ブロック１２の外周面には第２温度調節部３２が取り付けられ、第３ブロック１３の外周面には第３温度調節部３３が取り付けられている。

制御装置４０は、第１制御装置４１と、第２制御装置４２と、第３制御装置４３とを有している。
第１制御装置４１は、第１温度調節部３１に電気的に接続され、第１温度調節部３１を制御する。第２制御装置４２は、第２温度調節部３２に電気的に接続され、第２温度調節部３２を制御する。第３制御装置４３は、第３温度調節部３３に電気的に接続され、第３温度調節部３３を制御する。
その結果、第１制御装置４１は第１ブロック１１の温度を制御し、第２制御装置４２は第２ブロック１２の温度を制御し、第３制御装置４３は第３ブロック１３の温度を制御する。

本実施形態の粉体材料は、微細なポリエステルの粉である。粉体材料の平均粒径は概略５．２μｍである。粉体材料の軟化温度は概略８７℃である。なお、粉体材料の軟化温度とは、粉体材料の非晶質部分が流動性を有するようになる温度であり、ガラス転移温度に相当する。
なお、軟化温度は、本願における熱可塑性樹脂の軟化温度であり、以降、熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍと称す。

さらに、本実施形態の粉体溶融混練機１では、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１が６０℃に維持され、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２が１３０℃に維持され、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３が１２０℃に維持されている。換言すれば、第１ブロック１１の設定温度は６０℃であり、第１ブロック１１の温度Ｔ１は設定温度（６０℃）に維持され、第２ブロック１２の設定温度は１３０℃であり、第２ブロック１２の温度Ｔ２は設定温度（１３０℃）に維持され、第３ブロック１３の設定温度は１２０℃であり、第３ブロック１３の温度Ｔ３は設定温度（１２０℃）に維持される。
すなわち、本実施形態の粉体溶融混練機１では、複数のブロック１１，１２，１３のうち、投入口１６が設けられた側に配置された第１ブロック１１の温度をＴ１とし、排出口１７が設けられた側に配置された第３ブロック１３の温度をＴ３とし、第１ブロック１１と第３ブロック１３との間に配置されベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされる。

また、本実施形態の粉体溶融混練機１では、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１は熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも低く、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２は、熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍ以上であって、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍以下となっている。
仮に、ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２が、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍よりも高いと、熱可塑性樹脂に不可逆的な変化（例えば、分解）が生じ、熱可塑性樹脂の性能が著しく低下するおそれがある。従って、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２は、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍以下であることが好ましい。

仮に、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１が熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも高い場合、投入口１６において粉体材料が軟化（溶融）し、溶融した粉体材料が投入口１６に付着し、例えば投入口１６が閉塞され、スクリュー２６が回転しても、粉体材料が投入口１６から内部空間Ｓに供給されにくくなる。
本実施形態では、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１は熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも低いので、投入口１６において粉体材料は軟化（溶融）せず、溶融した粉体材料が投入口１６に付着しない。すると、スクリュー２６が回転することによって、粉体材料が投入口１６から内部空間Ｓに安定して供給されようになる。

仮に、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２が低く、軟化した熱可塑性樹脂が高粘度流体である場合、例えば、加熱されて膨らんだ餅のようになり、内部に気体を含む高粘度流体（熱可塑性樹脂）がベント口１８から噴出するようになる。すなわち、気体と一緒に、軟化した熱可塑性樹脂（高粘度流体）がベント口１８から排出されるようになる。すると、ベント口１８に軟化した熱可塑性樹脂が付着し、気体がベント口１８から正常に排出されなくなる。
このため、粉体溶融混練機１を停止し、ベント口１８に付着した熱可塑性樹脂を取り除く作業が必要になり、粉体溶融混練機１の生産性が低下する。

本実施形態では、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２は、他のブロック１１，１３の温度（Ｔ１、Ｔ３）よりも高いので、軟化した熱可塑性樹脂は、低粘度流体となり、流動しやすくなる。すると、高粘度流体で想定される不具合、すなわち、気体と一緒に高粘度流体がベント口１８から排出され、粉体溶融混練機１の生産性が低下するという不具合が生じにくくなる。
すなわち、軟化した熱可塑性樹脂が低粘度流体である場合、ベント口１８から気体だけが排出されやすくなり、ベント口１８に低粘度流体が付着しにくくなるので、ベント口１８に付着した熱可塑性樹脂を取り除く作業が不要になり、粉体溶融混練機１の生産性が低下しない。
さらに、ベント口１８から気体が正常に排出されるので、スクリュー２６が回転すると、粉体材料が投入口１６から内部空間Ｓに安定して供給され、熱可塑性樹脂の粉の溶融体（軟化した熱可塑性樹脂）が排出口１７に向けて安定して流動するようになる。

仮に、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３が高く、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂が低粘度流体である場合、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂は、排出口１７から垂れ下がり、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂を所定の形状に成形することが難しくなる。
例えば、排出口１７にダイを取り付けても、熱可塑性樹脂が所定の形状に成形されなくなる。

本実施形態では、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３は、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２よりも低いので、排出口１７が設けられた第３ブロック１３内の熱可塑性樹脂は、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２内の熱可塑性樹脂と比べて、粘度が高くなる。排出口１７から排出される熱可塑性樹脂の粘度が高くいので、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂を所定の形状に成形することができるようになる。

仮に、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３が、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１よりも低いと、排出口１７が設けられた第３ブロック１３内の熱可塑性樹脂の流動性が悪くなりすぎ、熱可塑性樹脂は排出口１７から適正に排出されにくくなる。本実施形態では、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３は、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１よりも高いので、排出口１７が設けられた第３ブロック１３内の熱可塑性樹脂は、適正な流動性（粘度）を有するようになり、排出口１７から適正に排出されやすくなる。
このように、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３は、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１よりも高く、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２よりも低いことが好ましい。

２．実施形態２
図３は、実施形態２に係る粉体溶融混練機１Ａの概略構成を示す側面図である。
本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａは、４つのブロック１１，１４，１２，１３と２つの投入口１６，１９とを有している。実施形態１に係る粉体溶融混練機１は、３つのブロック１１，１２，１３と１つの投入口１６とを有している。この点が、本実施形態と実施形態１との主な相違点である。
以下、図３を参照し、本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａの概要を、実施形態１に係る粉体溶融混練機１との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａでは、投入口１６が設けられた第１ブロック１１と、投入口１９が設けられた第４ブロック１４と、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２と、排出口１７が設けられた第３ブロック１３とが、搬送方向Ｘに沿って順に配置されている。
一方、実施形態１に係る粉体溶融混練機１では、投入口１６が設けられた第１ブロック１１と、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２と、排出口１７が設けられた第３ブロック１３とが、搬送方向Ｘに沿って順に配置されている。
すなわち、本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａでは、投入口１６が設けられた第１ブロック１１と、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２との間に、投入口１９が設けられた第４ブロック１４が新たに設けられている。すなわち、粉体材料が投入される投入口１６と気体が排出されるベント口１８との間に、新たな粉体材料が投入される別の投入口１９が設けられている。
なお、第１ブロック１１及び第４ブロック１４は、本願における、複数のブロックのうち、投入口が設けられた側に配置されたブロックの一例である。

粉体溶融混練機１Ａは、ホッパー２０（投入口１６）とベント口１８との間に、新たな粉体材料が貯留される別のホッパー２１を備える。ホッパー２１の下端部２１ａが投入口１９に挿通されることによって、ホッパー２１が第４ブロック１４に取り付けられ、新たな粉体材料がホッパー２１と投入口１９とを介して、バレル１０Ａの内部空間Ｓに供給可能になる。
バレル１０Ａは、投入口１６が設けられた第１ブロック１１と、投入口１９が設けられた第４ブロック１４と、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２と、排出口１７が設けられた第３ブロック１３とで構成される。すなわち、バレル１０Ａは、４つのブロック１１，１４，１２，１３で構成される。

本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａでは、スクリュー２６が回転すると、ホッパー２０に貯留される粉体材料が投入口１６から内部空間Ｓに継続して供給されることに加えて、ホッパー２１に貯留される新たな粉体材料が投入口１９から内部空間Ｓに継続して供給される。さらに、スクリュー２６が回転すると、粉体材料と新たな粉体材料とは、バレル１０Ａの中で混合及び溶融混練され、可塑性を有する熱可塑性樹脂の混練物となり、排出口１７から排出される。

温度調節部３０Ａは、第１温度調節部３１と第２温度調節部３２と第３温度調節部３３とに加えて、新たに第４温度調節部３４を有している。第１温度調節部３１は第１ブロック１１の外周面に取り付けられ、第２温度調節部３２は第２ブロック１２の外周面に取り付けられ、第３温度調節部３３は第３ブロック１３の外周面に取り付けられ、第４温度調節部３４は第４ブロック１４の外周面に取り付けられている。
制御装置４０Ａは、第１制御装置４１と第２制御装置４２と第３制御装置４３とに加えて、新たに第４制御装置４４を有している。第１制御装置４１は第１温度調節部３１に電気的に接続され、第２制御装置４２は第２温度調節部３２に電気的に接続され、第３制御装置４３は第３温度調節部３３に電気的に接続され、第４制御装置４４は第４温度調節部３４に電気的に接続されている。
第４温度調節部３４は、温度調節部３１，３２，３３と同じ構成であり、バレル１０Ａを加熱する加熱部３０ａと、バレル１０Ａを冷却する冷却部３０ｂとを有している。第４制御装置４４は第４ブロック１４の温度を制御する。

ホッパー２１に貯留される新たな粉体材料はポリエステルの粉末であり、新たな粉体材料の平均粒径は概略８６μｍである。ホッパー２０に貯留される粉体材料（実施形態１の粉体材料）は微細なポリエステルの粉末であり、粉体材料の平均粒径は概略５．２μｍである。ホッパー２１に貯留される新たな粉体材料の軟化温度は概略８７℃であり、ホッパー２０に貯留される粉体材料の軟化温度と同じである。
このように、本実施形態に係る粉体溶融混練機１Ａでは、ホッパー２０に貯留される粉体材料に加えて、ホッパー２１に貯留される新たな粉体材料がバレル１０Ａの中に投入される。
粉体材料の軟化温度及び新たな粉体材料の軟化温度は、本願における熱可塑性樹脂の軟化温度であり、以降、熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍと称す。

本実施形態の粉体溶融混練機１Ａでは、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度Ｔ１が６０℃に維持され、投入口１９が設けられた第４ブロック１４の温度Ｔ１が６０℃に維持され、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度Ｔ２が１３０℃に維持され、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度Ｔ３が１２０℃に維持されている。換言すれば、第１ブロック１１の設定温度は６０℃であり、第１ブロック１１の温度Ｔ１は設定温度（６０℃）に維持され、第４ブロック１４の設定温度は６０℃であり、第４ブロック１４の温度Ｔ１は設定温度（６０℃）に維持され、第２ブロック１２の設定温度は１３０℃であり、第２ブロック１２の温度Ｔ２は設定温度（１３０℃）に維持され、第３ブロック１３の設定温度は１２０℃であり、第３ブロック１３の温度Ｔ３は設定温度（１２０℃）に維持される。
すなわち、本実施形態の粉体溶融混練機１Ａでは、複数のブロック１１，１４，１２，１３のうち、投入口１６，１９が設けられた側に配置されたブロック１１，１４の温度をＴ１とし、排出口１７が設けられた側に配置された第３ブロック１３の温度をＴ３とし、ブロック１１，１４と第３ブロック１３との間に配置されベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされる。
また、本実施形態の粉体溶融混練機１Ａでは、投入口１６，１９が設けられたブロック１１，１４の温度Ｔ１は熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも低くなっている。

仮に、投入口１９が設けられた第４ブロック１４の温度Ｔ１が熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも高い場合、投入口１９において粉体材料が軟化（溶融）し、溶融した粉体材料が投入口１９に付着し、例えば投入口１９が閉塞され、スクリュー２６が回転しても、粉体材料が投入口１９から内部空間Ｓに供給されにくくなる。
本実施形態では、投入口１９が設けられた第４ブロック１４の温度Ｔ１は熱可塑性樹脂の軟化温度Ｔｍよりも低いので、投入口１９において粉体材料は軟化（溶融）せず、溶融した粉体材料が投入口１９に付着しない。すると、スクリュー２６が回転することによって、粉体材料が投入口１９から内部空間Ｓに安定して供給されようになる。すなわち、投入口１９が設けられた第４ブロック１４は、実施形態１における投入口１６が設けられた第１ブロック１１と同じ効果を得ることができる。
さらに、第１ブロック１１と第２ブロック１２と第３ブロック１３とは、本実施形態と実施形態１とで同じ構成を有し、本実施形態と実施形態１とで同じ温度で使用されているので、実施形態１と同じ効果を得ることができる。

本実施形態の粉体溶融混練機１Ａは、粉体材料が投入される投入口１６，１９が２つ設けられているので、２種類の樹脂をバレル１０Ａの中でまぜて、２種類の樹脂をアロイ化し、双方の特性を補う新たな特性を有する新たな樹脂を作り出すことができる。

例えば、投入口１６から第１粉体材料が投入され、投入口１９から第２粉体材料が投入され、第１粉体材料の軟化温度がＴｍ１であり、第２粉体材料の軟化温度がＴｍ２である場合、投入口１６が設けられた第１ブロック１１の温度は第１粉体材料の軟化温度Ｔｍ１よりも低いことが好ましく、投入口１９が設けられた第４ブロック１４の温度は第２粉体材料の軟化温度Ｔｍ２よりも低いことが好ましい。さらに、ベント口１８が設けられた第２ブロック１２の温度は排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度よりも高く、排出口１７が設けられた第３ブロック１３の温度は投入口１６，１９が設けられたブロック１１，１４の温度よりも高いことが好ましい。

また、本実施形態の粉体溶融混練機１Ａでは、一方の投入口から粉体材料を投入し、他方の投入口から新たな機能材料を投入すると、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂に、色、香り、難燃などの機能を付加することができる。例えば、一方の投入口から粉体材料を投入し、他方の投入口から顔料を投入すると、排出口１７から排出される熱可塑性樹脂の色を調整することができる。

３．変形例１
実施形態１では、バレル１０が３つのブロック１１，１２，１３で構成され、実施形態２では、バレル１０Ａが４つのブロック１１，１４，１２，１３で構成されていた。バレルを構成するブロックの数は３つまたは４つに限定されず、４つより多くてもよい。
バレルを構成するブロックの数が４つよりも多い場合、ベント口が設けられたブロックの温度は、排出口が設けられたブロックの温度よりも高く、排出口が設けられたブロックの温度は、投入口が設けられたブロックの温度よりも高いことが好ましい。さらに、投入口が設けられたブロックの温度は、投入口から投入される熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いことが好ましい。

さらに、バレルを構成するブロックの数は３つよりも少なくてもよい。
例えば、バレルは、複数のブロックに分割されるのでなく、一体となった構成であってもよい。バレルが一体となった構成である場合、バレルの投入口が設けられた部分（投入口が設けられた側のバレル）とバレルのベント口が設けられた部分とバレルの排出口が設けられた部分（排出口が設けられた側のバレル）とのそれぞれに温度調節部３０を設け、バレルの投入口が設けられた部分（投入口が設けられた側のバレル）とバレルのベント口が設けられた部分とバレルの排出口が設けられた部分（排出口が設けられた側のバレル）とのそれぞれが最適温度に維持されることが好ましい。
この場合、投入口が設けられた側のバレルの温度をＴ１とし、排出口が設けられた側のバレルの温度をＴ３とし、Ｔ１の温度のバレルとＴ３の温度のバレルとの間のバレルの温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされことが好ましい。加えて、投入口が設けられたバレルの温度Ｔ１は、投入口から投入される熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いことが好ましい。

４．変形例２
上述した実施形態では、バレル１０，１０Ａの中に２つのスクリュー２６が収納されていた。バレル１０，１０Ａの中に収容されるスクリュー２６の数は１つであってもよく、２つよりも多くてもよい。すなわち、本実施形態に係る粉体溶融混練機は、単軸のスクリュー式溶融混練機であってもよく、多軸のスクリュー式溶融混練機であってもよい。
さらに、バレル１０，１０Ａの数は単数であってもよく、複数であってもよい。

５．変形例３
投入口から投入される粉体材料は、ポリエステルに限定されず、熱可塑性樹脂であればよい。例えば、投入口から投入される粉体材料は、ポリエチレンやポリプロピレンであってもよい。

以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。

粉体溶融混練機は、熱可塑性樹脂の粉体が投入される投入口と、混合及び溶融混練された前記熱可塑性樹脂が排出される排出口と、前記投入口と前記排出口との間に配置され、内部に混入した気体を外部に排出するベント口とを有する筒状のバレルと、前記バレルの中で回転し、前記熱可塑性樹脂を前記投入口から前記排出口に送り出すスクリューと、を有し、前記投入口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ１とし、前記排出口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ３とし、前記Ｔ１の温度の前記バレルと前記Ｔ３の温度の前記バレルとの間の前記バレルの温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされることを特徴とする。

粉体溶融混練機では、投入口から投入される粉体が、バレルの中で混合及び溶融混練され、熱可塑性樹脂の混練物として排出口から排出される。バレルは、投入口が設けられた部分（投入口が設けられた側のバレル）と、ベント口が設けられた部分（投入口が設けられた側のバレルと排出口が設けられた側のバレルとの間のバレル）と、排出口が設けられた部分（排出口が設けられた側のバレル）とを有する。さらに、バレルの投入口が設けられた部分の温度Ｔ１、バレルの排出口が設けられた部分の温度Ｔ３、バレルのベント口が設けられた部分の温度Ｔ２の順に、温度が高くなっている。
バレルの投入口が設けられた部分の温度Ｔ１が最も低いので、投入口から投入される粉体は溶融しにくく、粉体の溶融物が投入口に付着しにくい。従って、粉体の溶融物が投入口に付着し、粉体が投入口からバレルの中に適正に供給されなくなるという不具合が生じにくい。

粉体溶融混練機では、前記バレルは、複数のブロックで構成され、前記複数のブロックのうち、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ１とし、前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ３とし、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックと前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックとの間に設けられた前記ブロックの温度を前記Ｔ２としていることが好ましい。

粉体溶融混練機では、投入口から投入される粉体が、バレルの中で混合及び溶融混練され、熱可塑性樹脂の混練物として排出口から排出される。バレルは、投入口が設けられたブロックと、ベント口が設けられたブロックと、排出口が設けられたブロックとに分割されている。さらに、投入口が設けられたブロックの温度Ｔ１、排出口が設けられたブロックの温度Ｔ３、ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２の順に、温度が高くなっている。
投入口が設けられたブロックの温度Ｔ１が最も低いので、投入口から投入される粉体は溶融しにくく、粉体の溶融物が投入口に付着しにくい。従って、粉体の溶融物が投入口に付着し、粉体が投入口からバレルの中に適正に供給されなくなるという不具合が生じにくい。

粉体は、熱可塑性樹脂の粉の集合体であり、熱可塑性樹脂の粉と気体とを含む。このため、粉体が投入口からバレルの中に投入されると、粉体に含まれる気体がバレルの中に混入し、混入した気体がバレルの中に蓄積されると、粉体の溶融物が投入口から排出口に向けて移動しにくくなり、加えて、粉体がバレルの中に適正に供給されなくなる。
このため、粉体溶融混練機では、バレルの中に混入する気体を排出するベント口が、バレルに設けられている。

仮に、ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２が低い場合、粉体の溶融物の粘度が高くなり、粉体の溶融物が流動しにくくなるので、例えば加熱されて膨らんだ餅のように、気体と一緒に粉体の溶融物がベント口から排出され、粉体の溶融物がベント口に付着する。すると、ベント口から気体が適正に排出されなくなるので、ベント口に付着した粉体の溶融物を取り除く必要があり、粉体溶融混練機の生産性が低下する。
ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２は最も高いので、粉体の溶融物の粘度が低くなり、粉体の溶融物が流動しやすくなる。すると、加熱されて膨らんだ餅のように、気体と一緒に粉体の溶融物がベント口から排出されるという不具合が生じにくくなる。

粉体溶融混練機では、前記複数のブロックのそれぞれには、前記ブロックを加熱する加熱部と前記ブロックを冷却する冷却部とが設けられ、前記ブロックが設定温度に維持されることが好ましい。

仮に、加熱部だけによってブロックを設定温度に維持する場合、ブロックの温度が設定温度よりも高くなると、ブロックが冷却されにくいので、ブロックの温度が設定温度よりも高くなるオーバーシュートが生じ、ブロックが設定温度に維持されにくくなる。
加熱部及び冷却部によってブロックを設定温度に維持する場合、ブロックの温度が設定温度よりも高くなると、冷却部によってブロックを冷却することができるので、ブロックの温度が設定温度よりも高くなるオーバーシュートが生じにくくなり、ブロックが設定温度に維持されやすくなる。

粉体溶融混練機では、前記Ｔ１は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いことが好ましい。

投入口が設けられたブロックの温度Ｔ１が熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いと、投入口から投入される粉体は溶融せず、粉体が溶融物として投入口に付着しなくなる。従って、粉体の溶融物が投入口に付着し、粉体が投入口からバレルの中に適正に供給されなくなるという不具合が生じにくい。

粉体溶融混練機では、前記Ｔ２は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上であって、前記軟化温度の３倍以下であることが好ましい。

ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２が、熱可塑性樹脂の軟化温度以上であって、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍以下であると、粉体の溶融物の粘度が低くなり、粉体の溶融物が流動しやすくなり、加熱されて膨らんだ餅のように、気体と一緒に粉体の溶融物がベント口から排出されるという不具合が生じにくくなる。
さらに、ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２が、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍よりも高いと、熱可塑性樹脂の不可逆的な変化（例えば、分解）が生じ、熱可塑性樹脂の性能が著しく低下するおそれがある。従って、ベント口が設けられたブロックの温度Ｔ２は、熱可塑性樹脂の軟化温度の３倍以下であることが好ましい。

１…粉体溶融混練機、１０…バレル、１１…第１ブロック、１２…第２ブロック、１３…第３ブロック、１４…第４ブロック、１６，１９…投入口、１７…排出口、１８…ベント口、２０，２１…ホッパー、２６…スクリュー、２７…スクリュー軸、２８…羽根、２９…スクリュー溝、３０…温度調節部、３０ａ…加熱部、３０ｂ…冷却部、３１…第１温度調節部、３２…第２温度調節部、３３…第３温度調節部、３４…第４温度調節部、４０…制御装置、４１…第１制御装置、４２…第２制御装置、４３…第３制御装置、４４…第４制御装置、５０…駆動モーター、６０…動力伝達機構。

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂の粉体が投入される投入口と、
   混合及び溶融混練された前記熱可塑性樹脂が排出される排出口と、
   前記投入口と前記排出口との間に配置され、内部に混入した気体を外部に排出するベント口とを有する筒状のバレルと、
   前記バレルの中で回転し、前記熱可塑性樹脂を前記投入口から前記排出口に送り出すスクリューと、
   を有し、
   前記投入口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ１とし、前記排出口が設けられた側の前記バレルの温度をＴ３とし、前記Ｔ１の温度の前記バレルと前記Ｔ３の温度の前記バレルとの間の前記バレルの温度をＴ２とした場合に、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１の関係が満たされることを特徴とする粉体溶融混練機。
2. 前記バレルは、複数のブロックで構成され、
   前記複数のブロックのうち、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ１とし、前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックの温度を前記Ｔ３とし、前記投入口が設けられた側に配置された前記ブロックと前記排出口が設けられた側に配置された前記ブロックとの間に設けられた前記ブロックの温度を前記Ｔ２としていることを特徴とする請求項１に記載の粉体溶融混練機。
3. 前記複数のブロックのそれぞれには、前記ブロックを加熱する加熱部と前記ブロックを冷却する冷却部とが設けられ、前記ブロックが設定温度に維持されることを特徴とする請求項２に記載の粉体溶融混練機。
4. 前記Ｔ１は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉体溶融混練機。
5. 前記Ｔ２は、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上であって、前記軟化温度の３倍以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粉体溶融混練機。

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