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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】導電性複合材料の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29B 7/42 20060101AFI20231206BHJP
B29B 7/48 20060101ALI20231206BHJP
B29B 7/58 20060101ALI20231206BHJP
B29C 48/39 20190101ALI20231206BHJP
B29C 48/395 20190101ALI20231206BHJP
B29C 48/405 20190101ALI20231206BHJP
B29C 48/51 20190101ALI20231206BHJP
B29C 48/55 20190101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
B29B7/42
B29B7/48
B29B7/58
B29C48/39
B29C48/395
B29C48/405
B29C48/51
B29C48/55
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022178653
(22)【出願日】2022-11-08
(62)【分割の表示】P 2018093810の分割
【原出願日】2018-05-15
(65)【公開番号】P2023001253
(43)【公開日】2023-01-04
【審査請求日】2022-11-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000003458
【氏名又は名称】芝浦機械株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】514000059
【氏名又は名称】株式会社ＨＳＰテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100135183
【弁理士】
【氏名又は名称】大窪 克之
(74)【代理人】
【識別番号】100116241
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 一郎
(72)【発明者】
【氏名】鮫島 孝文
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 佳夫
(72)【発明者】
【氏名】長田 華穂
(72)【発明者】
【氏名】清水 博
【審査官】瀧口 博史
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－０１３３２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２７０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３１３６０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２７０５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２６６５７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ４８／００
Ｂ２９Ｂ ７／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
押出機において、スクリュによって原料を混練することで生成された混練物を連続的に吐出し、前記スクリュは、原料の搬送方向に沿った直線状の軸線を中心に回転するスクリュ本体を有し、
前記スクリュ本体の内部に、前記スクリュ本体の外周面に開口された入口から流入した前記原料が流通する通路が設けられており、
前記スクリュ本体の外周面に沿って搬送された前記原料は、当該スクリュ本体に設けられた前記原料の搬送を制限する障壁部によって前記原料を搬送する搬送部における搬送が制限されることで、前記障壁部の直前で前記原料の充満率が１００％となる原料溜まりを形成することにより圧力が高められ、当該圧力が高められた前記搬送部の前記原料を前記入口から前記通路に導入させ、
前記混練物を連続的に吐出する間に、前記押出機において、前記スクリュ本体の外周面に沿って搬送された前記原料は、前記通路を流通した後、前記スクリュ本体の外周面に設けられた出口を介して、前記搬送部に導く導電性複合材料の製造方法であって、
前記原料が導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含有し、
前記スクリュ本体の回転数が２００ｒｐｍから６００ｒｐｍであり、前記原料が前記混練物として吐出されるまでに前記通路内を通過する回数が４回以上１０回以下である、
導電性複合材料の製造方法。
【請求項2】
前記スクリュ本体の基端から先端に向かって、前記搬送部と前記障壁部とが軸方向に交互に並べて配置されており、前記障壁部を介して隣接する前記搬送部のうち、基端側の搬送部に前記入口が設けられ、先端側の搬送部に前記出口が設けられ、前記入口と前記出口とを連通する前記通路が前記障壁部を跨いで設けられている、
請求項１に記載の導電性複合材料の製造方法。
【請求項3】
前記入口、前記出口および前記通路は、円形の断面形状を有する孔であり、内径が、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である、請求項１に記載の導電性複合材料の製造方法。
【請求項4】
前記原料が、前記搬送部において前記スクリュ本体の基端から先端に向かって搬送され、
前記通路内において前記スクリュ本体の基端から先端に向かって流通する、
請求項１に記載の導電性複合材料の製造方法。
【請求項5】
前記導電性フィラーが、カーボンナノチューブおよび／またはカーボンブラックであり、前記熱可塑性エラストマーが、水添スチレン・ブタジエン系熱可塑性エラストマーである、
請求項１に記載の導電性複合材料の製造方法。
【請求項6】
前記導電性複合材料中における前記カーボンナノチューブの含有量が、０．１～３０重量％である、請求項５に記載の導電性複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、原料にせん断作用および伸長作用を付与しつつ混練する押出機を備えた混練装置を用いて、導電性フィラーおよび熱可塑性エラストマーを原料とする導電性複合材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、樹脂に導電性を付与するために、金属系、金属酸化物系、カーボン系など種々の導電性フィラーが用いられている。カーボン系の導電性フィラーの中でもカーボンナノチューブ（以下、適宜「ＣＮＴ」ともいう）は、ユニークな特性を備えており注目されている。例えば、特許文献１には、膨張黒鉛と、ＣＮＴと、高分子化合物とを含む導電性組成物が記載されている。同文献には、導電性組成物の製造方法として、高分子化合物を溶解した溶媒にカーボンナノチューブを分散させて、膨張化黒鉛と混合した後に溶媒を除去する方法が記載されているが、当該製造方法は生産性が低い。
【0003】
特許文献２には、高せん断流動状態を作り出すことにより、ＣＮＴを熱可塑性樹脂中にナノレベルで均一に分散させる溶融混練方法が記載されている。同文献に記載の方法は、特許文献１の製造方法よりも生産性が高いが樹脂組成物の連続生産に適していない。
【0004】
特許文献３には、溶融材料を原料とした混練処理において、処理対象物を連続的に搬送させることで、一定品質の混練物の連続生産を可能にした混練装置および混練方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－１３３０４２号公報
【文献】特開２００８－２６６５７７号公報
【文献】特開２０１５－２２７０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献３に記載の混練装置および混練方法によれば、樹脂組成物を連続して生産することができる。しかし、同文献において記載されているのは、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）とポリメタクリル酸樹脂（ＰＭＭＡ）の二種類の樹脂材料からなる溶融材料を混練して透明な混練物が得られたことであり、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを混練して導電性複合材料とする製造方法については記載されていない。
本発明の目的は、一定品質の混練物を連続して生産することが可能な混練装置を用いて、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含有する導電性複合材料の製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、一定品質の混練物を連続して生産することが可能な混練装置を用いて、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含有する導電性複合材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、押出機において、スクリュによって原料を混練することで生成された混練物を連続的に吐出し、前記スクリュは、原料の搬送方向に沿った直線状の軸線を中心に回転するスクリュ本体を有し、前記スクリュ本体の内部に、前記スクリュ本体の外周面に開口された入口から流入した前記原料が流通する通路が設けられており、前記スクリュ本体の外周面に沿って搬送された前記原料は、当該スクリュ本体に設けられた前記原料の搬送を制限する障壁部によって前記原料を搬送する搬送部における搬送が制限されることで、前記障壁部の直前で前記原料の充満率が１００％となる原料溜まりを形成することにより圧力が高められ、当該圧力が高められた前記搬送部の前記原料を前記入口から前記通路に導入させ、前記混練物を連続的に吐出する間に、前記押出機において、前記スクリュ本体の外周面に沿って搬送された前記原料は、前記通路を流通した後、前記スクリュ本体の外周面に設けられた出口を介して、前記搬送部に導く導電性複合材料の製造方法であって、前記原料が導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含有し、前記スクリュ本体の回転数が２００ｒｐｍから６００ｒｐｍであり、前記原料が前記混練物として吐出されるまでに前記通路内を通過する回数が４回以上１０回以下である導電性複合材料の製造方法である。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、スクリュによって原料を混練する混練処理において、当該処理対象物を停滞させること無く連続的に搬送させ、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含有する導電性の高い導電性複合材料を連続して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１の実施形態に係る連続式高せん断加工装置（混練装置）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10】第１の実施形態において、スクリュに対する原料の流動方向を示す側面図である。
【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２の実施形態で用いる第２の押出機の断面図である。
【図13】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14】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16】第３の実施形態で用いる筒体の斜視図である。
【図17】第３の実施形態において、スクリュに対する原料の流動方向を示す側面図である。
【図18】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19】第４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４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】第４の実施形態で用いるスクリュの側面図である。
【図23】第４の実施形態で用いる筒体の斜視図である。
【図25】第４の実施形態で用いる筒体の他の構成例を示す斜視図である。
【図26】第４の実施形態において、スクリュに対する原料の流動方向を示す側面図である。
【図27】第４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28】第５の実施形態に係る第１の押出機の断面図である。
【図29】スクリュの回転数および通路の通過回数が導電性複合材料の導電性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図30】通路の通過回数と導電性複合材料の導電率との関係を示すグラフである。
【図31】ＣＮＴ添加量と導電性複合材料の導電率との関係を示すグラフである。
【図32】通路の通過回数と導電性複合材料の引張強度との関係を示すグラフである。
【図33】連続式の混練装置における通路の構成の違いが、導電性複合材料の導電性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図34】連続式の混練装置における通路断面の円の直径が、導電性複合材料の導電性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図35】混練装置の違いが、導電性複合材料の導電性に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
【0011】
図１には、第１の実施形態に係る連続式高せん断加工装置（混練装置）１の構成が概略的に示されている。高せん断加工装置１は、第１の押出機（処理機）２、第２の押出機３および第３の押出機（脱泡機）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。
【0012】
第１の押出機２は、例えば二種類の非相溶性の材料を、予備的に混練し、溶融するための処理機である。ここでは、二種類の材料として、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーを適用する。これらの材料は、例えばペレットや粉末などの状態で第１の押出機２に供給される。
【0013】
本発明において用いられる導電性フィラーとして、カーボンブラック、グラファイト、ＣＮＴ等のカーボン系の導電性フィラーが挙げられる。また、熱可塑性エラストマー（Thermoplastic Elastomers, TPE）として、スチレン・ブタジエン系（ＳＢＳ）、水添スチレン・ブタジエン系（ＳＥＢＳ、ＳＢＢＳ）等のスチレン系ＴＰＥ、ウレタン系ＴＰＥ等が挙げられる。
【0014】
本実施形態では、導電性フィラー（以下、適宜「フィラー」ともいう）と熱可塑性エラストマー（以下、適宜「樹脂」ともいう）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、樹脂を溶融するためのヒータを内蔵している。
【0015】
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、それぞれ、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。
【0016】
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から供給されたフィラーと樹脂を含む材料を混練部１２に向けて搬送する。
【0017】
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から送られたフィラーと樹脂を含む材料を予備的に混練する。混練された材料は、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。
【0018】
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材料をバレル６の吐出端から押し出す。
【0019】
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に供給された材料中の樹脂は、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とフィラーは、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。
【0020】
さらに、第１の押出機２を二軸混練機として構成することで、樹脂を溶融させるだけでなく、当該樹脂およびフィラーにせん断作用を付与することができる。このため、原料が第２の押出機３に供給される時点で、当該原料は、第１の押出機２での予備的な混練により溶融されて最適な粘度に保たれる。また、第１の押出機２を二軸混練機として構成することで、第２の押出機３に連続して原料を供給する際、単位時間当たりに、所定量の原料を安定して供給することができる。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。
【0021】
第２の押出機３は、原料の樹脂成分中にフィラー成分が高分散した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与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。
【0022】
第３の押出機４は、第２の押出機３から吐出された混練物に含まれるガス成分を吸引・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。
【0023】
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。
【0024】
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。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。すなわち、真空ポンプによってシリンダ部２４内を負圧に引くことで、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吸引・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の外に導電性複合材料として連続的に吐出される。
【0025】
次に、第２の押出機３について詳細に説明する。
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。
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。
【0026】
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、それぞれの貫通孔３２が同軸状に連続するようにボルト締結により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。
【0027】
バレル２０の軸方向に沿う一端部に供給口３４が形成されている。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。
【0028】
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。
【0029】
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るとともに、第３の押出機４に接続されている。
【0030】
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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および図９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。
【0034】
図６ないし図９に示すように、各筒体３９は、第２の軸部４１が同軸状に貫通するように構成されている。筒体３９の内周面に一対のキー溝４９ａ，４９ｂが形成されている。キー溝４９ａ，４９ｂ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。
【0035】
筒体３９は、キー溝４９ａ，４９ｂ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４４が介在されている。さらに、全ての筒体３９を第２の軸部４１の上に挿入した後、第２の軸部４１の先端面に第２のカラー５１を介して固定ねじ５２がねじ込まれている。
【0036】
このねじ込みにより、全ての筒体３９が、第１のカラー４４と第２のカラー５１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の端面が隙間なく密着されている。
【0037】
このとき、全ての筒体３９が第２の軸部４１上で同軸状に結合されることで、当該各筒体３９と回転軸３８とが一体的に組み立てられた状態となる。これにより、各筒体３９を回転軸３８とともに軸線Ｏ１を中心に回転させること、すなわち、スクリュ本体３７を軸線Ｏ１を中心に回転させることが可能となる。
【0038】
かかる状態において、各筒体３９は、スクリュ本体３７の外径Ｄ１（図８参照）を規定する構成要素となる。すなわち、第２の軸部４１に沿って同軸状に結合された各筒体３９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３７（各筒体３９）の外径Ｄ１は、回転軸３８の回転中心である軸線Ｏ１を通って規定される直径である。
【0039】
これにより、スクリュ本体３７（各筒体３９）の外径Ｄ１が一定値であるセグメント式のスクリュ２１が構成される。セグメント式のスクリュ２１は、回転軸３８（すなわち、第２の軸部４１）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５６,５７,５８の一部が形成された筒体３９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。
【0040】
このように、スクリュ２１をセグメント化することで、例えば、当該スクリュ２１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。
【0041】
なお、本実施形態において、円筒状の筒体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。
【0042】
さらに、セグメント式のスクリュ２１は、バレル２０のシリンダ部３３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３８（第２の軸部４１）に沿って保持されたスクリュ本体３７が、シリンダ部３３に回転可能に収容されている。この状態において、回転軸３８の第１の軸部４０（継手部４２、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。
【0043】
さらに、この状態において、スクリュ本体３７の周方向に沿う外周面と、シリンダ部３３の内周面との間には、原料を搬送するための搬送路５３が形成されている。搬送路５３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に沿って軸方向に延びている。
【0044】
本実施形態において、スクリュ２１は、駆動源からのトルクを受けると、図５に矢印で示すように、当該スクリュ２１の基端の側から見て逆時計回りに左回転する。導電性の高い導電性複合材料を製造するために好適なスクリュ２１の回転数は、スクリュ２１の外径によって異なる。一般に、スクリュ２１の外径が小さくなるにしたがって、好適な回転数が大きくなる傾向にある。外径が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下のスクリュ２１を用いる場合、スクリュ２１の回転数は、１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍが好ましく、２００ｒｐｍから６００ｒｐｍがより好ましく、３００ｒｐｍから５００ｒｐｍがさらに好ましい。
【0045】
図５ないし図７に示すように、スクリュ本体３７は、原料を搬送するための複数の搬送部５４,５９と、原料の流動を制限するための複数の障壁部５５と、を有している。すなわち、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５５が配置され、バレル２０の他端部に対応するスクリュ本体３７の先端に吐出用の搬送部５９が配置されている。さらに、障壁部５５と搬送部５９との間において、スクリュ本体３７の基端から先端に向かって、搬送部５４と障壁部５５とが軸方向に交互に並べて配置されている。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部５４に向けて開口している。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部５４に向けて開口している。
【0046】
各搬送部５４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５３に向けて張り出している。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。すなわち、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。
【0047】
さらに、吐出用の搬送部５９は、螺旋状に捩じれたフライト５８を有している。フライト５８は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト５８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。すなわち、フライト５８は、当該フライト５８の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【0048】
各障壁部５５は、螺旋状に捩じれたフライト５７を有している。フライト５７は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト５７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。すなわち、フライト５７は、フライト５７の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【0049】
各障壁部５５のフライト５７の捩じれピッチは、搬送部５４,５９のフライト５６,５８の捩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５６,５７,５８の頂部とバレル２０のシリンダ部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。
【0050】
この場合、障壁部５５の外径部（フライト５７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、０.１ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは、当該クリアランスを、０.１ｍｍ以上かつ０.７ｍｍ以下の範囲に設定する。これにより、原料が当該クリアランス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。
【0051】
なお、スクリュ本体３７の軸方向は、スクリュ本体３７の長手方向、換言すると、スクリュ２１の長手方向と言い換えることができる。
ここで、スクリュ本体３７の軸方向に沿う搬送部５４,５９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５４,５９とは、少なくとも筒体３９の外周面にフライト５６,５８が形成された領域のことであるが、フライト５６,５８の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。
ここで、スクリュ本体３７の軸方向に沿う搬送部５４,５９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５４,５９とは、少なくとも筒体３９の外周面にフライト５６,５８が形成された領域のことであるが、フライト５６,５８の始点と終点との間の領域に特定されるものではない。
【0052】
すなわち、筒体３９の外周面のうちフライト５６,５８から外れた領域も、搬送部５４,５９とみなされることがある。例えば、フライト５６,５８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５４,５９に含まれることがあり得る。
【0053】
さらに、スクリュ本体３７の軸方向に沿う障壁部５５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５５は、搬送部５４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５５は、原料の搬送方向の下流側で搬送部５４と隣り合うとともに、搬送部５４によって送られる原料がフライト５７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。
【0054】
さらに、上記したスクリュ２１において、各フライト５６,５７,５８は、互いに同一の外径Ｄ１を有する複数の筒体３９の外周面から搬送路５３に向けて張り出している。このため、各筒体３９の周方向に沿う外周面は、当該スクリュ２１の谷径を規定する。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。
【0055】
図５ないし図７、図１０に示すように、スクリュ本体３７は、スクリュ本体３７の内部に、軸方向に延びる複数の通路６０を有している。通路６０は、一つの障壁部５５と、当該障壁部５５を挟んだ二つの搬送部５４とを一つのユニットとすると、これら一組の搬送部５４の筒体３９に各ユニットの障壁部５５を跨いで形成されている。
【0056】
この場合、通路６０は、スクリュ本体３７の軸方向に沿って、所定の間隔（例えば、等間隔）で並んでいる。そして、スクリュ本体３７の軸方向に沿う中間部分では、スクリュ本体３７の軸方向に延びる四つの通路６０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。
【0057】
さらに、通路６０は、筒体３９の内部において、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心した位置に設けられている。言い換えると、通路６０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。
【0058】
図８および図９に示すように、通路６０は、例えば円形の断面形状を有する孔である。フィラーと樹脂とを含有する原料を円滑に流通させる観点から、当該孔の内径は、例えば、２ｍｍ以上かつ８ｍｍ未満、好ましくは、３ｍｍ以上かつ５ｍｍ未満に設定されている。さらに、搬送部５４および障壁部５５の筒体３９は、孔を規定する筒状の壁面６１を有している。すなわち、通路６０は、中空の空間のみから成る孔であって、壁面６１は、中空の通路６０を周方向に連続して取り囲んでいる。これにより、通路６０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６０の内部には、スクリュ本体３７を構成する他の要素は一切存在しない。さらに、壁面６１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。
【0059】
図５、図６、図１１に示すように、各通路６０は、入口６２、出口６３、入口６２と出口６３との間を連通する通路本体６４を有している。入口６２および出口６３は、一つの障壁部５５の両側から離間して設けられている。具体的には、当該障壁部５５に対してスクリュ本体３７の基端の側から隣接した搬送部５４において、入口６２は、当該搬送部５４の下流端の付近の外周面に開口されている。また、当該障壁部５５に対してスクリュ本体３７の先端の側から隣接した搬送部５４において、出口６３は、当該搬送部５４の上流端の付近の外周面に開口されている。
【0060】
通路本体６４は、スクリュ本体３７の軸方向に沿って、途中で分岐することなく、一直線状に延びている。一例として図面には、通路本体６４が軸線Ｏ１と平行に延びている状態が示されている。通路本体６４の両側は、軸方向に閉塞されている。
【0061】
入口６２は、通路本体６４の一方側、すなわち、スクリュ本体３７の基端寄りの部分に設けられている。この場合、入口６２は、通路本体６４の一方側の端面からスクリュ本体３７の外周面に開口させるようにしてもよいし、あるいは、通路本体６４の一方側の端面寄りの部分、すなわち端面の手前の部分からスクリュ本体３７の外周面に開口させるようにしてもよい。なお、入口６２の開口方向は、軸線Ｏ１に直交する方向に限らず、軸線Ｏ１を交差する方向でもよい。この場合、通路本体６４の一方側から複数方向に開口し、これにより、複数の入口６２を設けるようにしてもよい。
【0062】
別の捉え方をすると、入口６２は、前記一つのユニット毎に、障壁部５５よりもスクリュ本体３７の基端の方向に離間した搬送部５４の外周面に開口されている。入口６２は、搬送部５４を構成する筒体３９に外周面上において、スクリュ本体３７の基端の方向に最も遠ざかった位置に設けることが望ましい。これにより、入口６２は、当該入口６２が開口された搬送部５４に対して、スクリュ本体３７の基端の方向で、隣り合う障壁部５５の直前に位置される。
【0063】
出口６３は、通路本体６４の他方側（一方側とは反対側）、すなわち、スクリュ本体３７の先端寄りの部分に設けられている。この場合、出口６３は、通路本体６４の他方側の端面からスクリュ本体３７の外周面に開口させるようにしてもよいし、あるいは、通路本体６４の他方側の端面寄りの部分、すなわち端面の手前の部分からスクリュ本体３７の外周面に開口させるようにしてもよい。なお、出口６３の開口方向は、軸線Ｏ１に直交する方向に限らず、軸線Ｏ１を交差する方向でもよい。この場合、通路本体６４の一方側から複数方向に開口し、これにより、複数の出口６３を設けるようにしてもよい。
【0064】
別の捉え方をすると、出口６３は、前記一つのユニット毎に、その障壁部５５よりもスクリュ本体３７の先端の方向に離間した搬送部５４の外周面に開口されている。出口６３は、搬送部５４を構成する筒体３９の外周面上において、スクリュ本体３７の先端の方向に最も遠ざかった位置に設けることが望ましい。これにより、出口６３は、当該出口６３が開口された搬送部５４に対して、スクリュ本体３７の先端の方向で、隣り合う障壁部５５の直前に位置される。
【0065】
これら入口６２と出口６３との間を結ぶ通路本体６４は、前記一つのユニット毎に障壁部５５を横切るとともに、当該障壁部５５を挟んだ二つの搬送部５４の間に跨る長さを有している。この場合、通路本体６４の口径は、入口６２および出口６３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６４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５３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。
【0066】
このような構成の連続式の高せん断加工装置１によると、第１の押出機２は、フィラーと樹脂を予備的に混練する。この混練により溶融されたフィラーと樹脂は、流動性を有する原料となって、当該第１の押出機２から第２の押出機３の供給口３４を介して、搬送路５３に連続的に供給される。
【0067】
第２の押出機３に供給された原料は、図１０の矢印Ｂで示すように、スクリュ本体３７の基端側に位置された搬送部５４の外周面に投入される。このとき、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転すると、搬送部５４のフライト５６は、当該原料を、図１０の実線の矢印で示すように、スクリュ本体３７の基端に隣り合った障壁部５５に向けて連続的に搬送する。
【0068】
このとき、搬送路５３に沿って旋回するフライト５６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与されるとともに、フライト５６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、原料の高分子成分である樹脂中におけるフィラーの分散化が進行する。
【0069】
せん断作用を受けた原料は、搬送路５３に沿って搬送部５４と障壁部５５との間の境界に達する。障壁部５５のフライト５７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右方向に捩じれている。この結果、当該フライト５７によって原料の搬送が堰き止められる。言い換えると、障壁部５５のフライト５７は、スクリュ２１が左回転した時に、フライト５６によって搬送される原料の流動を制限することで、原料が障壁部５５とシリンダ部３３の内周面との間のクリアランスを通り抜けるのを妨げる。
【0070】
このとき、搬送部５４と障壁部５５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５３のうちスクリュ本体３７の搬送部５４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５３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５４に対応した搬送路５３において、障壁部５５に近づくに従い原料の充満率が高まっており、障壁部５５の直前で、原料の充満率が１００％となっている。
【0071】
このため、障壁部５５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、図１０および図１１に破線の矢印で示すように、搬送部５４の外周面に開口された入口６２から通路本体６４に連続的に流入し、当該通路本体６４内を、スクリュ本体３７の基端から先端に向けて連続的に流通する。
【0072】
上記したように、通路本体６４の口径によって規定される通路断面積は、シリンダ部３３の径方向に沿う搬送路５３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６４の口径に基づく広がり領域は、円環形状の搬送路５３の広がり領域よりも遥かに小さい。このため、入口６２から通路本体６４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。
【0073】
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６２に流入する。この間、新たな原料が、フライト５６によって、障壁部５５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５５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５６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６０に供給することができる。よって、当該通路６０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。
【0074】
通路本体６４を通過した原料は、図１１に実線の矢印で示すように、出口６３から流出する。これにより、当該原料は、障壁部５５に対しスクリュ本体３７の先端の方向で隣り合う他の搬送部５４の上に連続的に導かれる。導かれた原料は、搬送部５４のフライト５６によってスクリュ本体３７の基端の方向に連続的に搬送され、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、入口６２から通路本体６４に連続的に流入するとともに、当該通路本体６４を流通する過程で再び伸長作用を受ける。
【0075】
本実施形態では、複数の搬送部５４および複数の障壁部５５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６０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１０および図１１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、原料の樹脂中におけるフィラーの分散化が促進される。
【0076】
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通路６０の出口６３から流出する。流出した混練物は、吐出用の搬送部５９のフライト５８によって、シリンダ部３３とヘッド部３６との間の隙間に連続的に搬送された後、吐出口３６ａから第３の押出機４に連続的に供給される。
【0077】
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、所望の導電性複合材料の樹脂成形品が得られる。
【0078】
以上、第１の実施形態によれば、第２の押出機３では、第１の押出機２から供給された原料がスクリュ本体３７の軸方向に複数回に亘って反転を繰り返しながら搬送され、この搬送の過程で原料にせん断作用および伸長作用が繰り返し付与される。言い換えると、原料がスクリュ本体３７の外周面上の同一の箇所で何回も循環することがないので、原料を第２の押出機３から第３の押出機４に間断なく供給することができる。
【0079】
これにより、十分に混練された混練物を連続的に成形することができ、バッチ式の押出機との比較において、混練物の生産効率を飛躍的に高めることができる。
【0080】
それとともに、本実施形態では、第１の押出機２で予備的に混練された樹脂が途切れることなく第２の押出機３に供給され続ける。このため、第１の押出機２の内部で樹脂の流れが一時的に滞ることはない。これにより、混練された樹脂が第１の押出機２の内部に滞ることで生じる樹脂の温度変化、粘度変化あるいは相変化を防止することができる。この結果、常に品質が均一の原料を、第１の押出機２から第２の押出機３に供給することができる。
【0081】
さらに、第１の実施形態によれば、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。すなわち、第１の押出機２から第２の押出機３および第３の押出機４に亘って、原料を絶え間なく連続的に搬送しながら、第２の押出機３において原料に対してせん断作用と伸長作用とを交互に付与することができる。かかる構成によれば、第１の押出機２から第２の押出機３には、溶融状態の原料が安定して供給される。
【0082】
さらに、第１の実施形態によれば、完全連続生産する上で、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際は、スクリュ回転数を従来の１００ｒｐｍから３００ｒｐｍで運転できる。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。一方、第２の押出機３は、スクリュ２１を１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍで回転させることが可能となる。このため、フィラーと樹脂に対して、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。
【0083】
これに伴い、第１の押出機２および第２の押出機３は、それぞれの役割ないし機能に応じたスクリュを備えればよい。すなわち、第１の押出機２の場合には、供給された材料を予備的に混練する役割ないし機能に応じたスクリュ７ａ,７ｂを備えればよい。一方、第２の押出機３の場合には、第１の押出機２から供給された溶融状態の原料にせん断作用と伸長作用を付与する役割ないし機能に応じたスクリュ２１を備えればよい。これにより、第１の押出機２および第２の押出機３の長尺化を防止することができる。
【0084】
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５４と障壁部５５と通路６０を組み合わせて配置したスクリュ２１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。
【0085】
そして、スクリュ２１の谷径を、当該スクリュ２１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５３はスクリュ２１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。
【0086】
第１の実施形態によると、原料に伸長作用を付与する通路６０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６０は、軸線Ｏ１の回りを公転する。言い換えると、通路６０を規定する筒状の壁面６１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。
【0087】
このため、原料が通路６０を通過する際に、原料は遠心力を受けるものの当該原料が通路６０の内部で活発に攪拌されることはない。よって、通路６０を通過する原料がせん断作用を受け難くなり、通路６０を通過して搬送部５４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。
【0088】
したがって、第１の実施形態のスクリュ２１によれば、原料にせん断作用を付与する箇所および原料に伸長作用を付与する箇所を明確に定めることができる。このことから、原料の混練の度合いを見極める上で有利な構成となるとともに、混練の度合いを精度よく制御することができる。この結果、原料の樹脂中にフィラーが高度に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ことが可能となる。
【0089】
加えて、複数の通路６０の全てが軸線Ｏ１に対し偏心しているので、複数の通路６０を通過する原料に均等に伸長作用を付与することができる。すなわち、複数の通路６０の間での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。
【0090】
［第２の実施形態］
図１２は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、回転軸３８に関する事項が第１の実施形態と相違している。それ以外のスクリュ２１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。
図１２は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、回転軸３８に関する事項が第１の実施形態と相違している。それ以外のスクリュ２１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。
【0091】
図１２に示すように、冷媒通路７１が回転軸３８の内部に形成されている。冷媒通路７１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７１の一端は、継手部４２の箇所でロータリジョイント７２を介して出口配管７３に接続されている。冷媒通路７１の他端は、回転軸３８の先端で液密に塞がれている。
【0092】
冷媒導入管７４が冷媒通路７１の内部に同軸状に挿入されている。冷媒導入管７４の一端は、ロータリジョイント７２を介して入口配管７５に接続されている。冷媒導入管７４の他端は、冷媒通路７１の他端付近で冷媒通路７１内に開口されている。
【0093】
第２の実施形態では、水又は油等の冷媒が入口配管７５からロータリジョイント７２および冷媒導入管７４を介して冷媒通路７１に送り込まれる。冷媒通路７１に送り込まれた冷媒は、冷媒通路７１の内周面と冷媒導入管７４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７２を介して出口配管７３に戻される。
【0094】
第２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。
【0095】
［第３の実施形態］
図１３ないし図１８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。それ以外のスクリュ２１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。
図１３ないし図１８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。それ以外のスクリュ２１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。
【0096】
図１３ないし図１６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８１と、原料の流動を制限するための複数の障壁部８２と、を有している。すなわち、バレル２０の一端部に対応するスクリュ本体３７の基端に複数の搬送部８１が配置され、バレル２０の他端部に対応するスクリュ本体３７の先端に複数の搬送部８１が配置されている。さらに、これら搬送部８１の間において、スクリュ本体３７の基端から先端に向かって、搬送部８１と障壁部８２とが軸方向に交互に並べて配置されている。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部８１に向けて開口している。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部８１に向けて開口している。
【0097】
各搬送部８１は、螺旋状に捩じれたフライト８４を有している。フライト８４は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト８４は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、当該スクリュ本体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。すなわち、フライト８４は、当該フライト８４の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【0098】
各障壁部８２は、螺旋状に捩じれたフライト８６を有している。フライト８６は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト８６は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、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。すなわち、フライト８６は、当該フライト８６の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれている。
【0099】
各障壁部８２のフライト８６の捩じれピッチは、搬送部８１のフライト８４の捩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８４,８６の頂部とバレル２０のシリンダ部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。
【0100】
図１３、図１４、図１７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８８を有している。通路８８は、一つの障壁部８２と、当該障壁部８２を挟んだ二つの搬送部８１とを一つのユニットとすると、双方の搬送部８１の筒体３９に各ユニットの障壁部５５を跨いで形成されている。この場合、通路８８は、スクリュ本体３７の軸方向に沿った同一の直線上において、所定の間隔（例えば、等間隔）で一列に整列されている。
【0101】
さらに、通路８８は、筒体３９の内部において、回転軸３８の軸線Ｏ１から偏心した位置に設けられている。言い換えると、通路８８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。
【0102】
図１５に示すように、通路８８は、例えば円形の断面形状を有する孔である。通路８８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。通路８８の壁面８９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。
【0103】
図１３、図１４、図１８に示すように、各通路８８は、入口９１、出口９２、入口９１と出口９２との間を連通する通路本体９３を有している。入口９１および出口９２は、一つの障壁部８２の両側に接近して設けられている。別の捉え方をすると、隣り合う二つの障壁部８２の間に隣接した一つの搬送部８１において、入口９１は、当該搬送部８１の下流端の付近の外周面に開口されているとともに、出口９２は、当該搬送部８１の上流端の付近の外周面に開口されている。一つの搬送部８１の外周面において開口されている入口９１と出口９２とは、通路本体９３によって連通されていない。入口９１は障壁部８２を介して隣り合う下流側の搬送部８１の出口９２と連通されており、出口９２は障壁部８２を介して隣り合う上流側の搬送部８１の入口９１と連通されている。
【0104】
第２の押出機３に供給された原料は、図１７に矢印Ｃで示すように、スクリュ本体３７の基端の側に位置された搬送部８１の外周面に投入される。このとき、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転すると、搬送部８１のフライト８４は、当該原料を、図１７に実線の矢印で示すように、スクリュ本体３７の先端に向けて連続的に搬送する。
【0105】
本実施形態では、複数の搬送部８１および複数の障壁部８２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８８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１７および図１８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、原料の熱可塑性エラストマー中で導電性フィラーの分散化が促進される。
【0106】
本実施形態では、図１７に示すように、実線の矢印で示した搬送部８１における原料の搬送方向と、破線の矢印で示した通路８８内における原料の流通方向とが同じである。また、通路８８の入口９１が搬送部８１における下流側（先端側、図１７に向かって左側）の端部近傍に設けられ、出口９２は障壁部８２を介して隣り合う下流側の搬送部８１の上流側の端部近傍に設けられている。このように、障壁部８２を跨ぐ通路８８の長さL２が短く構成されているから、原料が通路８８を通過する際の流動抵抗が低くなる。したがって、本実施形態は、粘度の高い原料を用いて樹脂を製造する方法に適している。一般に原料がフィラーを含有する場合、樹脂のみからなる原料と比較して、加熱溶融状態における粘度が高くなる傾向にある。このため、本実施形態は、導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとを含む原料を用いた導電性複合材料の製造方法に好適である。
【0107】
通路８８の長さＬ２は、当該通路８８が跨ぐ障壁部８２の長さＬ１よりも大きい必要があるが、原料が通路８８を通過する際の流動抵抗を低くする観点から、当該通路８８が跨いでいる障壁部８２の長さＬ１の２倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましく、１．３倍以下がさらに好ましい。
【0108】
そして、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、吐出口３６ａから第３の押出機４に連続的に供給され、当該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。
【0109】
［第４の実施形態］
図１９ないし図２７は、第４の実施形態を開示している。第４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。それ以外のスクリュ２１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４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。
図１９ないし図２７は、第４の実施形態を開示している。第４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。それ以外のスクリュ２１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４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。
【0110】
図１９ないし図２１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１０１と、原料の流動を制限するための複数の障壁部１０２と、原料を一時的に循環させる複数の循環部１０３と、を有している。すなわち、バレル２０の一端部に対応するスクリュ本体３７の基端に複数の搬送部１０１が配置され、バレル２０の他端部に対応するスクリュ本体３７の先端に複数の搬送部１０１が配置されている。さらに、これら搬送部１０１の間において、スクリュ本体３７の基端から先端に向かって、循環部１０３と障壁部１０２とが軸方向に交互に並べて配置されている。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部１０１に向けて開口している。
なお、バレル２０の供給口３４は、スクリュ本体３７の基端の側に配置された搬送部１０１に向けて開口している。
【0111】
各搬送部１０１は、螺旋状に捩じれたフライト１０５を有している。フライト１０５は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト１０５は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、当該スクリュ本体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。すなわち、フライト１０５は、当該フライト１０５の捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【0112】
各障壁部１０２は、螺旋状に捩じれたフライト１０７を有している。フライト１０７は、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。フライト１０７は、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、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。すなわち、フライト１０７は、当該フライト１０７の捩じれ方向が左ねじと同じように左に捩じれている。
【0113】
循環部１０３は、障壁部１０２に対して、回転軸３８の基端の側から隣接している。各循環部１０３は、螺旋状に捩じれた第１ないし第３のフライト１１０,１１１,１１２を有している。第１ないし第３のフライト１１０,１１１,１１２は、それぞれ、筒体３９の周方向に沿う外周面から搬送路５３に向けて張り出している。
【0114】
第１ないし第３のフライト１１０,１１１,１１２は、スクリュ本体３７の軸方向に沿って互いに隣接して配置されている。スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転した時に、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。すなわち、第１ないし第３のフライト１１０,１１１,１１２は、当該第１ないし第３のフライトの捩じれ方向が右ねじと同じように右に捩じれている。
【0115】
この場合、各障壁部１０２のフライト１０７の捩じれピッチは、搬送部１０１のフライト１０５および循環部１０３のフライト１１０,１１１,１１２の捩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、第２のフライト１１１の捩じれピッチは、第１および第３のフライト１１０,１１２の捩じれピッチよりも小さく設定されている。さらに、フライト１０５,１０７,１１０,１１１,１１２の頂部とバレル２０のシリンダ部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。
【0116】
さらに、第１ないし第３のフライト１１０，１１１，１１２において、第３のフライト１１２は搬送方向の上流側に配置され、第１のフライト１１０は搬送方向の下流側に配置されている。第２のフライト１１１は、第３のフライト１１２と第１のフライト１１０との間に配置されている。
【0117】
本実施形態において、各障壁部１０２は、当該各障壁部１０２を越えて原料が流動できるように設計されている。具体的には、各障壁部１０２は、スクリュ２１をバレル２０のシリンダ部３３に回転可能に挿通させた状態において、当該各障壁部１０２とシリンダ部３３との間を原料が通過できるように設計されている。この場合、各障壁部１０２の外径部（フライト１０７の頂部）と、シリンダ部３３の内周面とのクリアランスは、０.１ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは、当該クリアランスを０.１ｍｍ以上かつ１.５ｍｍ以下の範囲に設定する。
【0118】
図１９、図２０、図２７に示すように、各通路１１５は、入口１１７、出口１１８、入口１１７と出口１１８との間を連通する通路本体１１９を有している。入口１１７および出口１１８は、循環部１０３を構成する筒体３９の外周面に開口されている。図面には、通路１１５の一例が示されている。当該通路１１５において、通路本体１１９は、第１のフライト１１０が形成された筒体３９に設けられ、入口１１７および出口１１８は、当該筒体３９の外周面に開口されている。入口１１７および出口１１８の開口位置は、当該筒体３９の外周面の範囲内で自由に設定することができる。
【0119】
通路本体１１９は、スクリュ本体３７の軸方向に沿って、途中で分岐することなく、一直線状に延びている。一例として図面には、通路本体１１９が軸線Ｏ１と平行に延びている状態が示されている。通路本体１１９の両側は、軸方向に閉塞されている。
【0120】
入口１１７は、通路本体１１９の一方側、すなわち、スクリュ本体３７の先端寄りの部分に設けられている。
【0121】
出口１１８は、通路本体１１９の他方側（一方側とは反対側）、すなわち、スクリュ本体３７の基端寄りの部分に設けられている。
【0122】
図２２に示すように、通路１１５は、例えば円形の断面形状を有する孔である。通路１１５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。通路１１５の壁面１１６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。
【0123】
第２の押出機３に供給された原料は、図２６に矢印Ｄで示すように、スクリュ本体３７の基端の側に位置された搬送部１０１の外周面に投入される。このとき、スクリュ本体３７の基端から見てスクリュ２１が逆時計回りに左回転すると、搬送部１０１のフライト１０５は、当該原料を、図２６の実線の矢印で示すように、スクリュ本体３７の先端に向けて連続的に搬送する。
【0124】
本実施形態では、障壁部１０２に向けて搬送された原料の一部は、再び入口１１７から通路１１５に連続的に導かれ、循環部１０３の箇所で一時的に循環を繰り返す。障壁部１０２に向けて搬送された残りの原料は、障壁部１０２のフライト１０７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１０３に連続的に流入する。
【0125】
[第５の実施形態]
図２８は、第５の実施形態を開示している。上記した第１の実施形態では、第１の押出機（処理機）２を、二軸混練機として構成した場合について説明したが、これに代えて、第５の実施形態では、第１の押出機２を、単軸押出機として構成した場合を想定する。
図２８は、第５の実施形態を開示している。上記した第１の実施形態では、第１の押出機（処理機）２を、二軸混練機として構成した場合について説明したが、これに代えて、第５の実施形態では、第１の押出機２を、単軸押出機として構成した場合を想定する。
【0126】
図２８に示すように、第５の実施形態に係る第１の押出機２において、バレル６は、単軸のスクリュ７を回転可能に収容するシリンダ部８を備えている。バレル６には、上記した第１の実施形態と同様に、例えばペレット化された材料をシリンダ部８内に供給可能な供給口９と、当該樹脂を溶融するためのヒータ（図示しない）と、溶融された樹脂を吐出可能な吐出口６ａとが設けられている。
【0127】
スクリュ７は、軸線Ｏ２を中心に回転可能であって、その外周面には、螺旋状に捩じれたフライト１２２が形成されている。フライト１２２は、供給口９から供給された樹脂を吐出口６ａに向けて連続的に搬送するように構成されている。このため、フライト１２２は、供給口９の側から見た場合のスクリュ７の回転方向とは逆方向に捩じれている。図面には一例として、スクリュ７を左回転させて樹脂を搬送する場合のフライト１２２が示されている。この場合、フライト１２２の捩じれ方向は、右ねじと同じように、時計回りに設定されている。
【0128】
さらに、スクリュ７の外周面には、供給口９の側から吐出口６ａに向かって順に、供給部Ｐ１、圧縮部Ｐ２、搬送部Ｐ３、が連続的に構成されている。供給部Ｐ１は、円柱形状を有し、その外周面７－Ｐ１とシリンダ部８との隙間は、広く設定されている。搬送部Ｐ３は、円柱形状を有し、その外周面７－Ｐ３とシリンダ部８との隙間は、狭く設定されている。言い換えると、搬送部Ｐ３において、外周面７－Ｐ３とシリンダ部８との隙間を狭めることで、フライト１２２の高さが低く設定されている。これにより、吐出口６ａにおける吐出安定性の向上が図られている。圧縮部Ｐ２は、供給部Ｐ１から搬送部Ｐ３に向かって末広がり形状を有し、その外周面７－Ｐ２とシリンダ部８との隙間は、供給部Ｐ１から搬送部Ｐ３に向かって連続的に狭くなるように設定されている。
【0129】
ここで、スクリュ７を左回転させた状態において、供給口９からシリンダ部８に供給されたペレット状の樹脂は、フライト１２２によって、供給部Ｐ１から圧縮部Ｐ２、搬送部Ｐ３の順に搬送された後、吐出口６ａから吐出される。供給部Ｐ１において、樹脂は、その温度が低く固体の状態である。圧縮部Ｐ２において、樹脂は、主に、ヒータにより加熱されつつ、連続的に狭くなった隙間からの圧縮を受ける。搬送部Ｐ３において、樹脂は、溶融されて混合された原料を構成する。そして、バレル６の吐出口６ａから吐出した原料は、図１に矢印Ａで示すように、第２の押出機３に連続的に供給される。
【0130】
以上、第５の実施形態によれば、第１の押出機２を単軸押出機とした場合でも、上記した第１の実施形態に係る二軸混練機の場合と同様に、第２の押出機３による混練処理に最適な粘度の原料を生成することができる。これにより、第２の押出機３の負担を軽減することができる。
【0131】
例えば、既に予備的な混練がされた材料、すなわち、樹脂にフィラー（添加物）が練り込まれてペレット化された材料に対して、せん断作用と伸長作用とを交互に付与する場合を想定すると、単軸押出機を用いることで、添加物の物性劣化や繊維の切断を発生させること無く、当該材料を混練することができる。
【0132】
また、原料に添加剤を添加する場合、当該添加剤を第１の押出機２または第２の押出機３に投入すると、第２の押出機３での高速回転により、添加剤の物性劣化や分解が生じる可能性がある。この場合、第３の押出機４を二軸押出機とすることにより、脱気のみならず、添加剤の原料への練り込み（混練）も可能となる。
【実施例】
【0133】
［実施例１］
第１の実施形態に係る混練装置は、搬送部における原料の搬送方向と通路内における原料の流通方向とが逆であり、障壁部を跨ぐ通路の入口および出口が、この順に搬送部の基端側および隣接する搬送部の先端側に設けられている。このため、通路の長さが長くなり原料が通過する際の流動抵抗が高くなるから、高粘度の原料の場合、円滑に通路を通過させながら混練することが困難である。
そこで、本実施例では、搬送部における原料の搬送方向と通路内における原料の流通方向とが同じであり、障壁部を跨ぐ通路の入口および出口が、この順に搬送部の先端側および隣接する搬送部の基端側に設けられている第３の実施形態に係る混練装置を用いた。当該混練装置は、通路が短く流動抵抗が低いことから、高粘度の原料の混練に適している。
第１の実施形態に係る混練装置は、搬送部における原料の搬送方向と通路内における原料の流通方向とが逆であり、障壁部を跨ぐ通路の入口および出口が、この順に搬送部の基端側および隣接する搬送部の先端側に設けられている。このため、通路の長さが長くなり原料が通過する際の流動抵抗が高くなるから、高粘度の原料の場合、円滑に通路を通過させながら混練することが困難である。
そこで、本実施例では、搬送部における原料の搬送方向と通路内における原料の流通方向とが同じであり、障壁部を跨ぐ通路の入口および出口が、この順に搬送部の先端側および隣接する搬送部の基端側に設けられている第３の実施形態に係る混練装置を用いた。当該混練装置は、通路が短く流動抵抗が低いことから、高粘度の原料の混練に適している。
【0134】
第３の実施形態に係る混練装置を用いて、せん断作用と伸長作用を交互に付与して導電性フィラーと熱可塑性エラストマーとからなる原料を混練して導電性複合材料を製造した。
導電性複合材料の製造においては、スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）４８に対する混練部１２の有効長（Ｌ／Ｄ）を８に設定した第１の押出機２に、導電性フィラーとして多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）および、熱可塑性エラストマーとして水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）の二種類の材料を供給し、予備的に混練することで溶融状態の材料を生成した。そして、その溶融状態の材料を、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、導電性複合材料を製造した。
導電性複合材料の製造においては、スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）４８に対する混練部１２の有効長（Ｌ／Ｄ）を８に設定した第１の押出機２に、導電性フィラーとして多層カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）および、熱可塑性エラストマーとして水添スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）の二種類の材料を供給し、予備的に混練することで溶融状態の材料を生成した。そして、その溶融状態の材料を、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、導電性複合材料を製造した。
【0135】
当該第２の押出機３の備えるスクリュ２１等の仕様を次のように設定した。
スクリュ径（外径）：４８ｍｍ
スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：６．２５～１８．７５
スクリュ回転数：２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｒｐｍまたは１０００ｒｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間、
バレル設定温度：２５０℃
入口、出口および通路本体の断面形状：直径４ｍｍの円形
通路の通過回数（繰り返し回数）：２回、６回または１２回
原料中のＣＮＴ濃度：１重量％
スクリュ径（外径）：４８ｍｍ
スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：６．２５～１８．７５
スクリュ回転数：２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｒｐｍまたは１０００ｒｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間、
バレル設定温度：２５０℃
入口、出口および通路本体の断面形状：直径４ｍｍの円形
通路の通過回数（繰り返し回数）：２回、６回または１２回
原料中のＣＮＴ濃度：１重量％
【0136】
上記混練装置を用いて導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率をＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して測定した。結果を表１に示す。
導電率測定用の３個の試験片を以下の条件でホットプレス装置を用いて作製した。導電率は、低抵抗抵抗率計を用いて各試験片について５点測定した。１個の試験片から５個の抵抗率が算出されるので、１５個の抵抗率が算出される。この１５個の抵抗率を平均した値を導電率とした。
作製条件：温度２６０℃、プレス圧力４９ＭＰａ
試験片 ：長さ８０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ
導電率測定用の３個の試験片を以下の条件でホットプレス装置を用いて作製した。導電率は、低抵抗抵抗率計を用いて各試験片について５点測定した。１個の試験片から５個の抵抗率が算出されるので、１５個の抵抗率が算出される。この１５個の抵抗率を平均した値を導電率とした。
作製条件：温度２６０℃、プレス圧力４９ＭＰａ
試験片 ：長さ８０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ
【表1】
【0137】
表１および図２９のグラフに示すように、スクリュの回転数によらず導電率（導電性）の高い導電性複合材料を製造することができた。また、スクリュの回転数を１０００ｒｐｍ（回転／分）とした場合、原料が通路を通過する通過回数によらず導電率の高い導電性複合材料が得られた。このため、高い導電率（導電性）を有する導電性複合材料を製造するには、スクリュの回転数を１０００ｒｐｍ程度に設定することが好ましいといえる。しかし、１重量％のＣＮＴと９９重量％のＳＥＢＳとからなる原料を混練するスクリュの回転数を１０００ｒｐｍとすると、混練処理の際に原料温度が高くなりすぎて、導電性複合材料の強度の低下などを招く原因となる。このため、ＣＮＴとＳＥＢＳとを原料として用いる場合、原料を混練するスクリュの回転数を６００ｒｐｍ以下とすることが好ましい。
【0138】
上述したように、導電性複合材料の導電率はスクリュの回転数に影響されないことから、スクリュの回転数を６００ｒｐｍ以下としても高い導電率を有する導電性複合材料が得られる。しかし、スクリュの回転数を２００ｒｐｍから６００ｒｐｍ程度とすると、図２９に示すように、原料が通路を通過する回数によって、得られる導電性複合材料の導電率が異なることが明らかになった。すなわち、スクリュの回転数を２００ｒｐｍから６００ｒｐｍ程度とすると、導電性複合材料の導電率が通路の通過回数に影響されることが分った。
【0139】
本実施例において用いた、通路の入口、出口および通路本体が円形の断面形状を有する孔であり、内径が直径４ｍｍの円形に形成された混練装置は、溶融状態の原料が通路を円滑に通過可能であった。しかし、通路の入口、出口および通路本体の孔の内径が直径２ｍｍの円形に形成された混練装置は、原料が通路を円滑に通過できなかった。このため、通路の入口、出口および通路本体が円形の断面形状を円形とする場合、直径２ｍｍ以上が好ましく、直径３ｍｍ以上がより好ましく、直径４ｍｍ以上がさらに好ましい。
【0140】
［実施例２］
実施例１と同様の混練装置を用い、スクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数を４回、８回および１０回として、導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率を実施例１と同様にして測定した。
実施例１と同様の混練装置を用い、スクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数を４回、８回および１０回として、導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率を実施例１と同様にして測定した。
【表2】
【0141】
表２および図３０のグラフでは、実施例１と実施例２において得られた導電性複合材料の導電率の測定結果をまとめて示している。通路の通過回数を２回から４回に増やすことにより、得られる導電性複合材料の導電率が急激に高くなっている。これは、通路の通過回数を増やすことで、ＳＥＢＳ中のＣＮＴの分散性が高くなったことによると考えられる。この結果から、高い導電率を有する導電性複合材料を得るためには、通路の通過回数は２回以上が好ましく、３回以上がより好ましく、４回以上がさらに好ましいといえる。
【0142】
また、通路の通過回数を１０回から１２回に増やすことにより、得られる導電性複合材料の導電性が低下している。これは、通路の通過回数を増やすことが、ＳＥＢＳ中に分散したＣＮＴの導電性フィラーとしての機能低下を招いたためと考えられる。この結果から、導電率の高い導電性複合材料を得るためには、通路の通過回数を１６回以下とすることが好ましく、１１回以下とすることがより好ましく、１０回以下とすることがさらに好ましいといえる。
【0143】
以上のように、本発明の製造方法は、原料が通路を通過する回数が、ＣＮＴの分散性および導電性フィラーの導電機能に影響することが分った。ＣＮＴの導電性フィラーとしての機能を維持したままＳＥＢＳ中に高分散させて、導電率の高い導電性複合材料を製造するためには、通路の通過回数は３回以上１１回以下が好ましく、４回以上１０回以下がより好ましいといえる。
【0144】
［実施例３］
実施例１と同様の混練装置のスクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数および材料中のＣＮＴ濃度を以下のように変化させて、導電性複合材料を製造し、導電率を測定した。結果を表３に示す。
通路の通過回数：４回、６回、８回、１０回、１２回
材料中のＣＮＴ濃度：０．５０重量％、０．７５重量％、１．０重量％、１．２５重量％、１．５重量％、２．０重量％、３．０重量％
実施例１と同様の混練装置のスクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数および材料中のＣＮＴ濃度を以下のように変化させて、導電性複合材料を製造し、導電率を測定した。結果を表３に示す。
通路の通過回数：４回、６回、８回、１０回、１２回
材料中のＣＮＴ濃度：０．５０重量％、０．７５重量％、１．０重量％、１．２５重量％、１．５重量％、２．０重量％、３．０重量％
【表3】
【0145】
表３および図３１のグラフに示すように、材料中のＣＮＴ濃度を０．７５重量％以上とした場合、通路の通過回数を４回以上にすることで、導電率の高い導電性複合材料が得られた。ただし、材料中のＣＮＴ濃度を０．５０重量％とした場合、通路の通過回数が４回の導電性複合材料は６回のものよりも顕著に導電率が低くなった。この結果から、ＣＮＴ濃度が低い材料を用いて導電率の高い導電性複合材料を安定的に製造する観点から、通路の通過回数は５回以上が好ましく、６回以上がより好ましいといえる。
【0146】
［実施例４］
実施例１および実施例２の混練装置のスクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数：２回、４回、６回、８回、１０回および１２回として、得られた導電性複合材料の引張強度をＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して測定した。結果を表４に示す。
試験片形状に裁断するシートは、導電率試験片と同じ方法であるホットプレス装置を用いた方法で作製した。形状はダンベル状３号形とした。引張試験は、万能試験機（島津製作所(株)製オートグラフＡＧ－５０ｋＮ型）を用い、クロスヘッド速度を１００ｍｍ／分とし、試験片の破断まで荷重を負荷した。引張強度について以下の計算式から算出した。
Ｆ＝Ｐ／Ｗ×Ｄ
Ｆ：強度（ＭＰａ）
Ｐ：破壊荷重（ＭＰａ）
Ｗ：試験片の幅（ｍｍ）
Ｄ：試験片の厚さ（ｍｍ）
実施例１および実施例２の混練装置のスクリュ回転数を４００ｒｐｍに固定し、通路の通過回数：２回、４回、６回、８回、１０回および１２回として、得られた導電性複合材料の引張強度をＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して測定した。結果を表４に示す。
試験片形状に裁断するシートは、導電率試験片と同じ方法であるホットプレス装置を用いた方法で作製した。形状はダンベル状３号形とした。引張試験は、万能試験機（島津製作所(株)製オートグラフＡＧ－５０ｋＮ型）を用い、クロスヘッド速度を１００ｍｍ／分とし、試験片の破断まで荷重を負荷した。引張強度について以下の計算式から算出した。
Ｆ＝Ｐ／Ｗ×Ｄ
Ｆ：強度（ＭＰａ）
Ｐ：破壊荷重（ＭＰａ）
Ｗ：試験片の幅（ｍｍ）
Ｄ：試験片の厚さ（ｍｍ）
【表4】
【0147】
表４および図３２に示すように、通過回数６回、８回および１０回の導電性複合材料は引張強度がほぼ同程度であり、通過回数１２回の導電性複合材料で引張強度が低下した。この結果から、導電性複合材料の引張強度を高くする観点から、通過回数は１１回以下が好ましく、１０回以下がより好ましいといえる。
【0148】
［実施例５］
第３の実施形態に係る混練装置の代わりに第４の実施形態に係る混練装置を用いて原料を混練して導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率を測定した。第４の実施形態に係る混練装置を用いた実施例５の結果と、第３の実施形態に係る混練装置を用いた実施例１の結果とを表５に示す。
第２の押出機３の備えるスクリュ２１等の仕様を次のように設定した。
スクリュ径（外径）：３６ｍｍ
スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：１２．５
スクリュ回転数：４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間、
バレル設定温度：２５０℃
入口および出口の形状：直径４ｍｍの円形
通路の通過回数（繰り返し回数）：６回
原料中のＣＮＴ濃度：１重量％
第３の実施形態に係る混練装置の代わりに第４の実施形態に係る混練装置を用いて原料を混練して導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率を測定した。第４の実施形態に係る混練装置を用いた実施例５の結果と、第３の実施形態に係る混練装置を用いた実施例１の結果とを表５に示す。
第２の押出機３の備えるスクリュ２１等の仕様を次のように設定した。
スクリュ径（外径）：３６ｍｍ
スクリュ有効長（Ｌ／Ｄ）：１２．５
スクリュ回転数：４００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ、６００ｐｍ
原料供給量：１０ｋｇ／時間、
バレル設定温度：２５０℃
入口および出口の形状：直径４ｍｍの円形
通路の通過回数（繰り返し回数）：６回
原料中のＣＮＴ濃度：１重量％
【表5】
【0149】
図３３に、実施例１および実施例５の製造方法により得られた導電性複合材料の導電率を示す。同図および表５に示すように、第３の実施形態に係る混練装置を用いることにより、第４の実施形態に係る混練装置よりも、より導電率の高い導電性複合材料が得られた。この結果より、第３の実施形態に係る混練装置の構成、すなわち、障壁部を介して隣接する搬送部のうち、基端側の搬送部に入口が設けられ、先端側の搬送部に出口が設けられ、入口と出口とを連通する通路が障壁部を跨いて設けられており、原料が、搬送部においてスクリュ本体の基端から先端に向かって搬送され、通路内においてスクリュ本体の基端から先端に向かって流通させる構成を備えた混練装置を用いることが、高い導電性を備えた導電性複合材料を製造する観点から、好ましいといえる。
【0150】
［実施例６］
第２の押出機３が備えるスクリュ２１等の仕様のうち、入口、出口および通路本体の断面形状を直径（内径）２ｍｍの円形とした構成においてのみ、実施例１で用いた混練装置とは異なる混練装置を用いて、繰り返し回数を６回として導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率をＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して測定した。通路の断面形状を直径２ｍｍの円形とした実施例６の結果と、通路の断面形状を直径４ｍｍの円形とした実施例１の繰り返し回数６回結果と併せて表６に示す。
第２の押出機３が備えるスクリュ２１等の仕様のうち、入口、出口および通路本体の断面形状を直径（内径）２ｍｍの円形とした構成においてのみ、実施例１で用いた混練装置とは異なる混練装置を用いて、繰り返し回数を６回として導電性複合材料を製造し、得られた導電性複合材料の導電率をＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠して測定した。通路の断面形状を直径２ｍｍの円形とした実施例６の結果と、通路の断面形状を直径４ｍｍの円形とした実施例１の繰り返し回数６回結果と併せて表６に示す。
【表6】
【0151】
表６および図３４に示すように、実施例６は、実施例５同様、実施例１により得られた導電性複合材料よりもやや導電率が低い導電性材料が得られた。この結果は、スクリュ径４８ｍｍの混練装置では、通路断面の内径を２ｍｍとすると、スクリュ径に対する内径が狭いため、通路内に樹脂が入り辛くなる上、障壁部前に樹脂が多くたまり、圧力が上昇し溶融状態の樹脂原料が障壁部を乗り越えてしまったことによると考えられる。この結果から、スクリュ径が３０～５０ｍｍ程度の混練装置では、通路の入口、出口および通路本体の内径（断面円形の直径）は３ｍｍ以上５ｍｍ以下程度が好ましいといえる。
実施例５および実施例６の結果から、通路の入口と出口とが同じ搬送部に設けられた第４の実施形態に係る混練装置は、通路の入口と出口とが障壁部を介して隣接する異なる搬送部に設けられた第３の実施形態に係る混練装置よりも、製造された導電性材料の導電率が劣っていた。このことは、障壁部を乗り越える形でシリンダ部壁面との隙間に侵入した導電性フィラーに過度のせん断力が加えられて、導電性フィラーが繊維状に長くつながった状態を維持できなくなり、導電性を発現できなかったことによると考えられる。また、シリンダ部壁面との隙間に原料が浸入すると、原料中の樹脂（熱可塑性エラストマー）に過度のせん断力を与えられてせん断発熱し、樹脂自体が劣化する可能性もある。したがって、引張強度および導電率の良好な導電性材料を製造する観点から、原料が通路を通って搬送部間を移動する第３の実施形態に係る混練装置を用いることが好ましい。
実施例５および実施例６の結果から、通路の入口と出口とが同じ搬送部に設けられた第４の実施形態に係る混練装置は、通路の入口と出口とが障壁部を介して隣接する異なる搬送部に設けられた第３の実施形態に係る混練装置よりも、製造された導電性材料の導電率が劣っていた。このことは、障壁部を乗り越える形でシリンダ部壁面との隙間に侵入した導電性フィラーに過度のせん断力が加えられて、導電性フィラーが繊維状に長くつながった状態を維持できなくなり、導電性を発現できなかったことによると考えられる。また、シリンダ部壁面との隙間に原料が浸入すると、原料中の樹脂（熱可塑性エラストマー）に過度のせん断力を与えられてせん断発熱し、樹脂自体が劣化する可能性もある。したがって、引張強度および導電率の良好な導電性材料を製造する観点から、原料が通路を通って搬送部間を移動する第３の実施形態に係る混練装置を用いることが好ましい。
【0152】
［比較例１］
特許文献２（特開２００８－２６６５７７号公報）に記載されたバッチ式の混練装置を用いて、ＣＮＴ濃度が１．２５重量％、２．５重量％および５．０重量％のＣＮＴとＳＥＢＳとからなる材料から導電性複合材料を製造し、導電率を測定した。当該測定結果を実施例３の繰り返し数６回の結果と併せて表７に示す。
特許文献２（特開２００８－２６６５７７号公報）に記載されたバッチ式の混練装置を用いて、ＣＮＴ濃度が１．２５重量％、２．５重量％および５．０重量％のＣＮＴとＳＥＢＳとからなる材料から導電性複合材料を製造し、導電率を測定した。当該測定結果を実施例３の繰り返し数６回の結果と併せて表７に示す。
【表7】
【0153】
表７および図３５に示すように、比較例１の導電性複合材料は、ＣＮＴ濃度が同程度の実施例３の導電性複合材料よりも、導電率が低かった。本発明の製造方法によれば、導電率の高い導電性複合材料とするために必要なＣＮＴの配合量を低くすることが可能である。
【0154】
また、図３３および図３５のグラフから、スクリュ径３６ｍｍの混練装置を用いて製造した実施例５の導電性複合材料は、スクリュ径４８ｍｍの混練装置を用いて製造した実施例３の導電性複合材料よりもやや導電率が低いものの、比較例１のバッチ式の混練装置との比較では十分に高い導電率を備えていた。この結果から、混練装置のスクリュ径（外径）が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲であれば、同等の導電率を備える導電性複合材料が得られるといえる。
【符号の説明】
【0155】
２…第１の押出機（処理機）、３…第２の押出機、４…第３の押出機（脱泡機）、
２０…バレル、２１…スクリュ、３４…供給口、３６ａ…吐出口、
３７…スクリュ本体、５４,８１,１０１…搬送部、
５６,５７,５８,８４,８６,１０５,１０７,１１０,１１１,１１２,１２２…フライト、
６０,８８,１１５…通路、６２,９１,１１７…入口、６３,９２,１１８…出口、
６４,９３,１１９…通路本体、５５,８２,１０２…障壁部
Ｄ１…外径、Ｏ１,Ｏ２…軸線、Ｌ１…障壁部の長さ、Ｌ２…通路の長さ。
２０…バレル、２１…スクリュ、３４…供給口、３６ａ…吐出口、
３７…スクリュ本体、５４,８１,１０１…搬送部、
５６,５７,５８,８４,８６,１０５,１０７,１１０,１１１,１１２,１２２…フライト、
６０,８８,１１５…通路、６２,９１,１１７…入口、６３,９２,１１８…出口、
６４,９３,１１９…通路本体、５５,８２,１０２…障壁部
Ｄ１…外径、Ｏ１,Ｏ２…軸線、Ｌ１…障壁部の長さ、Ｌ２…通路の長さ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
