二軸押出機を活用した溶融混練プロセス設計のポイント

はじめに ― 二軸押出機と溶融混練プロセスの重要性

日本のものづくりを支える現場において、原材料の複合化や機能付与に欠かせない装置として存在感を放つのが「二軸押出機」です。

この装置は、異なる樹脂や添加剤を効率よく混合する「溶融混練プロセス」の主役を担っています。

昭和の高度経済成長期から現代まで、着実に進化を続けてきた一方、業界にはアナログな商習慣や現場力の重視といった独自の文化が今も根強く残っています。

しかし、グローバル競争が激化し、持続可能性や高機能化が求められる昨今、もはや「勘」や「経験則」だけに頼る時代ではありません。

製造業の未来を切り開くためには、二軸押出機のポテンシャルを最大化し、溶融混練プロセス設計の考え方を体系的に再構築する必要があります。

この記事では、現場目線の実践的な視点と、バイヤー・サプライヤー双方に役立つ知見にフォーカスして、二軸押出機を活用した溶融混練プロセス設計のポイントを深掘りします。

二軸押出機とは何か？ 〜基本構造と業界における役割〜

二軸押出機の特徴

二軸押出機は、2本のスクリュー（ねじ）の回転によって樹脂原料を加熱・溶融し、混練、分散、成形などを同時に行う成形機です。

スクリューが同方向に回転する「同方向二軸押出機」と、逆方向に回転する「逆方向二軸押出機」に大別され、樹脂押出、コンパウンド、フィラー充填、リサイクルなど、さまざまな工程で活躍しています。

単軸押出機に比べて、混練性能・分散性能に優れ、難処理材料や新規材料の開発、生産の安定化に大きく貢献しています。

二軸押出機が求められる理由と現場での期待

近年、自動車・エレクトロニクス・医療など、あらゆる製造業で複合材料や高機能樹脂の採用が広がっています。

その中で、「原料の均一混合」「プロセスの安定」といった要求水準が上がり続けており、二軸押出機には従来以上の“高度なプロセスコントロール”が期待されています。

また、コスト低減やサステナビリティの追求を背景に、「リサイクル材の混練」「バイオマス樹脂の適用」など、社会課題への対応が至上命題となっています。

溶融混練プロセス設計のポイント

溶融混練とは、複数の材料を加熱状態で練り合わせ、樹脂内に分散させる工程です。

「混ぜる」だけでなく、「分散させる」「均一化する」「反応を誘起する」といった多彩な役割があり、その設計は製品特性を根本から左右します。

その設計のポイントを、現場で直面しがちな課題や成功事例を絡めてまとめます。

材料選定とプレミキシングの重要性

プロセス設計の出発点は、「材料の物性・相性」を正確に見極めることです。

フィラーの粒径や配合、それぞれの融点・熱履歴、吸湿性など、細やかな特性把握が不可欠です。

加えて、「どの順序でどの材料を投入し、どの工程で混錬を促進するか？」というプレミキシングの工夫も重要です。

例えば、ファインケミカル業界では、シリカなど難分散性フィラーの事前分散を徹底することで、ライン停止や歩留まり低下のトラブルを激減させたケースがあります。

スクリューデザインとプロセスウィンドウ

「押出機の心臓部はスクリューである」とはよく言われますが、まさにプロセス設計の要です。

混練効率、輸送能力、自己清掃性能——スクリューエレメント（ミキシング、カッティング、リダクションなど）の組み合わせ次第で、樹脂の流動性・分散性は劇的に変化します。

プロセス窓（プロセスウィンドウ）を広げる考え方として、現場では
・押出温度とスクリュー回転数の最適バランス
・背圧と材料供給量の調整
・樹脂の熱履歴・せん断履歴の管理
などの細やかなモニタリングが標準化されつつあります。

実際、スクリューデザインの工夫によって
・フィラー分散レベルの向上
・無駄なデグレード（材料劣化）の抑制
・割れやすい製品の不具合削減
につながった事例が増えてきています。

装置の維持管理と現場コミュニケーション

また、二軸押出機は高温・高せん断での運転が多いため、スクリュー摩耗やライン詰まりが避けられません。

日々の清掃・点検記録の蓄積による“予防保全”はもちろん、現場のオペレーターや技術者、調達バイヤーとの情報共有、設備サプライヤーとの相互理解が、トラブルゼロへの第一歩です。

たとえば、バイヤーが「設備投資のコスト」だけでなく「ランニングコスト」や「メンテ性」を重視した発注を行えば、ライン全体のライフサイクルが大幅に伸びることも珍しくありません。

昭和流アナログ現場からの脱却と新時代への対応

“勘と経験”から“見える化”への転換

製造現場では未だに、「ベテラン職人の勘」を重んじる傾向が根強いですが、それだけでは安定生産や品質保証が難しい時代に来ています。

IoTを活用したプロセスモニタリング、品質データベースの構築など、デジタル技術による“見える化”が注目されています。

実際、押出機に温度・圧力・トルクセンサーを組み込み、異常検知やトレンド分析を行うことで、トラブル発生率の大幅低下や“ナレッジの形式知化”につながった事例が各業界で生まれています。

サプライヤーとバイヤー、そして現場の三位一体改革

・サプライヤーは「納入して終わり」ではなく、「プロセス設計〜稼働〜保守」の全工程を共に創り上げる存在へ
・バイヤーは「値切り交渉」だけでなく、「将来を見据えたライン最適化」「新技術導入による競争力強化」を重視
・現場は「属人化から脱却」し「課題・改善のPDCAを継続」する

この三位一体の活動によって、ようやく“昭和の分厚い壁”を乗り越えるチャンスが訪れます。

成功事例の一つでは、設備メーカー・材料メーカー・現場・調達部署が定期的にクロスミーティングを重ね、材料組成の変更とスクリューデザイン改良を並行して進めることで、トラブル頻度が1/5に低減、製品物性の均一化にもつながりました。

今後の業界動向と未来志向のプロセス設計

カーボンニュートラル・サーキュラーエコノミーの波

国際的な環境規制が強化される中、バイオマス樹脂や再生原料のコンパウンド需要が高まっています。

しかし、これらは従来樹脂に比べて
・混練時の熱履歴管理がシビア
・物性バラツキが大きい
・分散剤や助剤への要求が変化する
など、プロセス設計がより難しくなります。

そこで「スクリューデザインの標準化」だけでなく、「パイロットラインでの事前シミュレーション」「デジタルツインによる最適設計」など、DXの活用は避けて通れません。

現場力＋デジタル融合で、新たな地平線へ

現場目線の気付きや改善策と、ITツールでのプロセス自動化・分析を掛け合わせることで
・材料ロスの削減
・異常検知の早期化
・新材料や微細材料への迅速な対応
が可能となります。

時代は「現場主導×デジタル・イノベーション」というハイブリッドに進化しています。

まとめ ― 現場目線が主役の“進化する二軸押出機”活用術

二軸押出機を活用した溶融混練プロセス設計は、材料・設備・現場スキルの三位一体で初めて最大限の力を発揮します。

・丁寧な材料選定と事前混合
・スクリュー設計のこだわりと継続的改善
・現場とバイヤー／サプライヤーの連携による全体最適
・“勘”から“見える化”へ、デジタルと現場力の融合

これらを実現すれば、“昭和的アナログ現場”を超え、サステナブルかつ競争力の高い生産現場が創出されます。

“ものづくりを進化させたい”と願う、すべての製造業従事者やバイヤー、サプライヤーの方々と一緒に、新しい時代の地平線を切り拓いていきましょう。