JP2015150733A - 複層押出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】第１材料及び第２材料が合流する際の平均流速を同調させることができる複層押出成形機を提供する。【解決手段】複層成形体３を押出成形するための複層押出成形機に関する。第１入口４１と、第２入口４２と、出口４３とを有する金型４と、第１供給口５０１と、第１排出口５１１と、第１スクリュー５２１とを有する第１押出機５１と、第２供給口５０２と、第２排出口５１２と、第２スクリュー５２２とを有する第２押出機５２と、第１電磁流量計６１と、第２電磁流量計６２と、第１モーター５３１と、第２モーター５３２と、第１電磁流量計６１と、第２電磁流量計６２とのそれぞれと電気的に接続された制御装置７と、を備える。制御装置７は、第１材料１１の流量及び第２材料２２の流量に基づいて、出口４３における第１材料１１及び第２材料２２の平均流速を等しくするために、第１モーター５３１及び第２モーター５３２の回転数を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、芯材の表面に表層材が形成された複層成形体を押出成形するのに用いられる複層押出成形機に関する。

従来、押出成形品を製造する際にその引取速度を測定することが行われている。例えば、特許文献１に記載の押出成形品の引取速度測定方法では、押出成形されている成形品表面に所定の距離を開けて記号を印刷している。そして、この印刷記号の有無を検出する光電センサーからの検出信号に基づき押出成形品の印刷記号から次の印刷記号までの時間を算出し、前記算出時間と前記所定距離とから成形品の引取速度を測定するようにしている。このような方法によれば、押出成形品の表面色や表面性状に関係なく、正確に引取速度を測定できるというものである。

特開２００１−９９９６３号公報

特許文献１に記載の方法は、単一の材料を用いた単層押出成形により押出成形品を製造する場合には有効であると考えられる。

しかし、２種類の異なる材料を用いた複層押出成形により押出成形品を製造する場合には特許文献１に記載の方法は適用しにくい。

例えば、複層押出成形では、ある材料を用いて芯材を形成すると同時に他の材料を用いてこの芯材の表面に表層材を形成するようにしている。このように芯材が表層材で覆い隠されていると、光電センサーで表層材の材料の流速を測定することはできても、芯材の材料の流速を測定することは困難である。通常、芯材及び表層材の材料は比重など物性が異なるため、両者が合流する際の流速が同調しないと、芯材の表面に均一に表層材を形成できなくなるなど、押出成形品の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、芯材及び表層材の材料が合流する際の平均流速を同調させることができる複層押出成形機を提供することを目的とする。

本発明に係る複層押出成形機は、芯材の表面に表層材が形成された複層成形体を押出成形するための複層押出成形機であって、
前記芯材を形成する第１材料が流入する第１入口と、前記表層材を形成する第２材料が流入する第２入口と、前記複層成形体が押し出される出口とを有する金型と、
前記第１材料が供給される第１供給口と、前記第１材料が排出される第１排出口と、前記第１材料を前記第１供給口から前記第１排出口まで混練しながら送る第１スクリューとを有する第１押出機と、
前記第２材料が供給される第２供給口と、前記第２材料が排出される第２排出口と、前記第２材料を前記第２供給口から前記第２排出口まで混練しながら送る第２スクリューとを有する第２押出機と、
前記第１入口と前記第１排出口との間に設けられ、この間の第１材料の流量を測定する第１電磁流量計と、
前記第２入口と前記第２排出口との間に設けられ、この間の第２材料の流量を測定する第２電磁流量計と、
前記第１スクリューを回転駆動させる第１モーターと、前記第２スクリューを回転駆動させる第２モーターと、前記第１電磁流量計と、前記第２電磁流量計とのそれぞれと電気的に接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第１電磁流量計で測定された第１材料の流量及び前記第２電磁流量計で測定された第２材料の流量に基づいて、前記出口における前記第１材料及び前記第２材料の平均流速を等しくするために、前記第１モーター及び前記第２モーターの回転数を制御するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１材料及び第２材料が合流する際の平均流速を同調させることができる。

複層押出成形機の一例を示す概略平面図である。 （ａ）は複層押出成形機の一例の一部を示す概略断面図、（ｂ）は複層押出成形機の他の一例の一部を示す概略断面図である。 （ａ）は複層成形体の一例を示す概略斜視図、（ｂ）は複層成形体の他の一例を示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る複層押出成形機の一例を示す。この複層押出成形機は、複層成形体３を押出成形するためのものである。複層成形体３は、例えば図３（ａ）に示すように板状の芯材１の表面に表層材２が形成されたものである。図３（ｂ）に示すように複層成形体３の芯材１には中空孔１２が設けられていてもよい。

複層押出成形機は、図１に示すように、金型４と、第１押出機５１と、第２押出機５２と、第１電磁流量計６１と、第２電磁流量計６２と、制御装置７とを備えている。

金型４は、複層押出成形用の口金などであれば特に限定されず、第１入口４１と、第２入口４２と、出口４３とを有している。金型４は、その内部に第１入口４１から第１材料１１が流入するように構成されている。第１材料１１は、複層成形体３の芯材１を形成する材料である。また金型４は、その内部に第２入口４２から第２材料２２が流入するように構成されている。第２材料２２は、複層成形体３の表層材２を形成する材料である。また金型４は、出口４３で第１材料１１と第２材料２２とが合流して複層成形体３が外部に押し出されるように構成されている。出口４３は、第１出口４３１と第２出口４３２とで構成されている。第１出口４３１から第１材料１１が金型４の外部に押し出され、第２出口４３２から第２材料２２が金型４の外部に押し出される。金型４の内部には第１流路４０１及び第２流路４０２が形成されている。第１流路４０１は、第１材料１１が流れる流路であり、第１入口４１から第１出口４３１まで連通するように形成されている。第２流路４０２は、第２材料２２が流れる流路であり、第２入口４２から第２出口４３２まで連通するように形成されている。

第１押出機５１は、第１供給口５０１と、第１排出口５１１と、第１スクリュー５２１とを有している。特に限定されないが、第１押出機５１は、さらに第１上段ケーシング５４１と、第１下段ケーシング５５１とを有している。

第１スクリュー５２１には、単数のスクリューも複数のスクリューも含まれる。図１では第１スクリュー５２１は、後述の第１上段スクリュー５２０１（第１パグスクリュー）と、後述の第１下段スクリュー５２１１（第１オーガスクリュー）とを含んでいる。

第１スクリュー５２１は、第１モーター５３１により回転駆動されるように構成されている。第１スクリュー５２１が単数のスクリューからなるものであれば、第１モーター５３１も単数のモーターからなるものでよく、第１スクリュー５２１が複数のスクリューからなるものであれば、第１モーター５３１も複数のモーターからなるものでよい。図１では第１モーター５３１は、後述の第１上段スクリュー５２０１を回転駆動させる第１上段モーター５３０１（第１パグモーター）と、後述の第１下段スクリュー５２１１を回転駆動させる第１下段モーター５３１１（第１オーガモーター）とを含んでいる。

第１上段ケーシング５４１は、一端の上面に第１供給口５０１（第１ホッパー）を有し、他端の下面に第１開口５６１を有する。第１供給口５０１から第１材料１１を第１上段ケーシング５４１内に供給することができる。

第１上段スクリュー５２０１は、第１上段ケーシング５４１内に配設されている。第１上段スクリュー５２０１は、第１上段モーター５３０１により回転駆動される。第１上段スクリュー５２０１を回転させることによって、第１上段ケーシング５４１内の第１材料１１を混練しながら、第１上段ケーシング５４１の一端側（上流側）から他端側（下流側）の第１開口５６１まで送ることができる。

第１上段ケーシング５４１の下部に第１下段ケーシング５５１が設けられている。第１下段ケーシング５５１は、一端の上面で第１開口５６１により第１上段ケーシング５４１と連通している。これにより、第１上段ケーシング５４１内で混練された第１材料１１を第１開口５６１から第１下段ケーシング５５１内に供給することができる。第１下段ケーシング５５１は、他端の側面に第１排出口５１１を有する。第１下段ケーシング５５１は、真空ポンプ（図示省略）により真空脱気可能に形成されていてもよい。この場合、第１下段ケーシング５５１内の真空度は高いほど好ましいが、第１下段ケーシング５５１内は、第１材料１１中の気泡を除去することができる程度の真空度に到達することができればよい。

第１下段スクリュー５２１１は、第１下段ケーシング５５１内に配設されている。第１下段スクリュー５２１１は、第１下段モーター５３１１により回転駆動される。第１下段スクリュー５２１１を回転させることによって、第１下段ケーシング５５１内の第１材料１１をさらに混練しながら、第１下段スクリュー５２１１の一端側（上流側）から他端側（下流側）まで送って第１排出口５１１から排出することができる。

図１では第１上段スクリュー５２０１を二軸回転のもの、第１下段スクリュー５２１１を一軸回転のものとして図示しているが、これ以外のスクリューを用いてもよい。

第２押出機５２は、第２供給口５０２と、第２排出口５１２と、第２スクリュー５２２とを有している。特に限定されないが、第２押出機５２は、さらに第２上段ケーシング５４２と、第２下段ケーシング５５２とを有している。

第２スクリュー５２２には、単数のスクリューも複数のスクリューも含まれる。図１では第２スクリュー５２２は、後述の第２上段スクリュー５２０２（第２パグスクリュー）と、後述の第２下段スクリュー５２１２（第２オーガスクリュー）とを含んでいる。

第２スクリュー５２２は、第２モーター５３２により回転駆動されるように構成されている。第２スクリュー５２２が単数のスクリューからなるものであれば、第２モーター５３２も単数のモーターからなるものでよく、第２スクリュー５２２が複数のスクリューからなるものであれば、第２モーター５３２も複数のモーターからなるものでよい。図１では第２モーター５３２は、後述の第２上段スクリュー５２０２を回転駆動させる第２上段モーター５３０２（第２パグモーター）と、後述の第２下段スクリュー５２１２を回転駆動させる第２下段モーター５３１２（第２オーガモーター）とを含んでいる。

第２上段ケーシング５４２は、一端の上面に第２供給口５０２（第２ホッパー）を有し、他端の下面に第２開口５６２を有する。第２供給口５０２から第２材料２２を第２上段ケーシング５４２内に供給することができる。

第２上段スクリュー５２０２は、第２上段ケーシング５４２内に配設されている。第２上段スクリュー５２０２は、第２上段モーター５３０２により回転駆動される。第２上段スクリュー５２０２を回転させることによって、第２上段ケーシング５４２内の第２材料２２を混練しながら、第２上段ケーシング５４２の一端側（上流側）から他端側（下流側）の第２開口５６２まで送ることができる。

第２上段ケーシング５４２の下部に第２下段ケーシング５５２が設けられている。第２下段ケーシング５５２は、一端の上面で第２開口５６２により第２上段ケーシング５４２と連通している。これにより、第２上段ケーシング５４２内で混練された第２材料２２を第２開口５６２から第２下段ケーシング５５２内に供給することができる。第２下段ケーシング５５２は、他端の側面に第２排出口５１２を有する。第２下段ケーシング５５２は、真空ポンプ（図示省略）により真空脱気可能に形成されていてもよい。この場合、第２下段ケーシング５５２内の真空度は高いほど好ましいが、第２下段ケーシング５５２内は、第２材料２２中の気泡を除去することができる程度の真空度に到達することができればよい。

第２下段スクリュー５２１２は、第２下段ケーシング５５２内に配設されている。第２下段スクリュー５２１２は、第２下段モーター５３１２により回転駆動される。第２下段スクリュー５２１２を回転させることによって、第２下段ケーシング５５２内の第２材料２２をさらに混練しながら、第２下段スクリュー５２１２の一端側（上流側）から他端側（下流側）まで送って第２排出口５１２から排出することができる。

図１では第２上段スクリュー５２０２を二軸回転のもの、第２下段スクリュー５２１２を一軸回転のものとして図示しているが、これ以外のスクリューを用いてもよい。

なお、図１では、第１押出機５１において、第１上段ケーシング５４１の長手方向と第１下段ケーシング５５１の長手方向とを同じ方向とし、第２押出機５２において、第２上段ケーシング５４２の長手方向と第２下段ケーシング５５２の長手方向とを直交する方向としているが、これに限定されるものではない。

第１電磁流量計６１は、金型４の第１入口４１と第１押出機５１の第１排出口５１１との間に設けられている。この間を通過する第１材料１１の流量を第１電磁流量計６１によって測定することができる。一方、第２電磁流量計６２は、金型４の第２入口４２と第２押出機５２の第２排出口５１２との間に設けられている。この間を通過する第２材料２２の流量を第２電磁流量計６２によって測定することができる。第１電磁流量計６１及び第２電磁流量計６２としては、ノイズが少ない点で非接液電極式のものを用いることが好ましい。

図２（ａ）は第２電磁流量計６２が設けられる箇所の概略断面図を示す。第２電磁流量計６２の測定誤差を小さくするため、測定箇所の内径は２５〜１００ｍｍ、断面積は４９０．６〜７８５０ｍｍ^２であることが好ましい。図２（ｂ）も第２電磁流量計６２が設けられる箇所の概略断面図を示すが、この場合には第２電磁流量計６２と第２押出機５２の第２排出口５１２との間にブレーカープレート８（フィルター又はスクリーン）が設けられている。このブレーカープレート８によりエア溜まりの発生を抑制することができ、第２電磁流量計６２の測定誤差を小さくすることができる。なお、図示省略しているが、第１電磁流量計６１の場合も第２電磁流量計６２の場合と同様である。

制御装置７は、例えばＰＬＣ（programmable logiccontroller）等で形成することができ、第１モーター５３１と、第２モーター５３２と、第１電磁流量計６１と、第２電磁流量計６２とのそれぞれと電気的に接続されている。図１では第１モーター５３１は、第１上段モーター５３０１と、第１下段モーター５３１１とを含んでいるので、これらが制御装置７と電気的に接続されている。同様に図１では第２モーター５３２は、第２上段モーター５３０２と、第２下段モーター５３１２とを含んでいるので、これらが制御装置７と電気的に接続されている。

制御装置７の入力側には第１電磁流量計６１及び第２電磁流量計６２が接続され、制御装置７は、第１電磁流量計６１により測定された第１材料１１の流量のデータ、及び第２電磁流量計６２により測定された第２材料２２の流量のデータが入力されるように構成されている。

制御装置７の出力側には第１モーター５３１及び第２モーター５３２が接続され、制御装置７は、第１モーター５３１及び第２モーター５３２の回転数を周波数などにより調整してこれらの回転駆動を個別に制御できるように構成されている。

制御装置７は、ＰＩＤ制御（Proportional IntegralDerivative Controller）等のフィードバック制御を行うように構成されている。具体的な制御については後述する。

第１材料１１及び第２材料２２は、特に限定されないが、例えばセメントを主成分とする成形材料（例えば、セメントを主成分とし、これに、パルプ、ポリプロピレン繊維やビニロン繊維等の繊維、珪砂、珪石粉、フライアッシュ等のシリカ成分と水を混合した成形材料）を材料混練ミキサー（図示省略）で混練したものである。特に第１材料１１は、複層成形体３の芯材１を形成する材料であり、比重が低くて軟らかい。一方、第２材料２２は、複層成形体３の表層材２を形成する材料であり、比重が高くて硬い。例えば第１材料１１及び第２材料２２の硬さは、粘度硬度計（日本碍子株式会社製「CRAY HARDNESS TESTER」）で評価することができる。一般的には、軟らかい材料は、粘度硬度計での針進入値が０以上３未満程度であり、硬い材料は、粘度硬度計での針進入値が３以上６以下程度である。上述のように、第１材料１１の流量は第１電磁流量計６１で測定し、第２材料２２の流量は第２電磁流量計６２で測定するので、第１材料１１及び第２材料２２の導電率は、５μＳ／ｃｍ以上であることが好ましい。

図１に示す複層押出成形機を用いて、次のようにして複層成形体３を押出成形して製造することができる。

第１材料１１を第１押出機５１の第１供給口５０１から第１上段ケーシング５４１内に供給する。第１上段ケーシング５４１内では、第１上段モーター５３０１により第１上段スクリュー５２０１が回転駆動され、この第１上段スクリュー５２０１によって、第１材料１１が均一に混練されながら、第１上段ケーシング５４１の一端側から他端側の第１開口５６１に送られる。

引き続き、第１材料１１は、第１開口５６１から第１下段ケーシング５５１内に供給される。第１下段ケーシング５５１内では、第１下段モーター５３１１により第１下段スクリュー５２１１が回転駆動され、この第１下段スクリュー５２１１によって、第１材料１１がさらに均一に混練されながら、第１下段ケーシング５５１内の一端側から他端側の第１排出口５１１に送られる。このとき第１下段ケーシング５５１の内部が真空ポンプにより排気されて減圧状態となっていれば、第１材料１１中の気泡を除去することができる。

その後、第１材料１１は、第１排出口５１１から排出され、第１入口４１から金型４の内部に流入し、第１流路４０１を流れ、出口４３のうち第１出口４３１から金型４の外部に押し出される。この場合、第１材料１１が第１排出口５１１から第１入口４１まで通過する際の流量が第１電磁流量計６１によって測定される。

一方、第２材料２２を第２押出機５２の第２供給口５０２から第２上段ケーシング５４２内に供給する。第２上段ケーシング５４２内では、第２上段モーター５３０２により第２上段スクリュー５２０２が回転駆動され、この第２上段スクリュー５２０２によって、第２材料２２が均一に混練されながら、第２上段ケーシング５４２の一端側から他端側の第２開口５６２に送られる。

引き続き、第２材料２２は、第２開口５６２から第２下段ケーシング５５２内に供給される。第２下段ケーシング５５２内では、第２下段モーター５３１２により第２下段スクリュー５２１２が回転駆動され、この第２下段スクリュー５２１２によって、第２材料２２がさらに均一に混練されながら、第２下段ケーシング５５２内の一端側から他端側の第２排出口５１２に送られる。このとき第２下段ケーシング５５２の内部が真空ポンプにより排気されて減圧状態となっていれば、第２材料２２中の気泡を除去することができる。

その後、第２材料２２は、第２排出口５１２から排出され、第２入口４２から金型４の内部に流入し、第２流路４０２を流れ、出口４３のうち第２出口４３２から金型４の外部に押し出される。この場合、第２材料２２が第２排出口５１２から第２入口４２まで通過する際の流量が第２電磁流量計６２によって測定される。

そして、第１電磁流量計６１で測定された第１材料１１の流量のデータ、及び第２電磁流量計６２で測定された第２材料２２の流量のデータが制御装置７に入力される。制御装置７ではこれらのデータ、第１出口４３１及び第２出口４３２の開口面積などに基づいて、金型４の出口４３における第１材料１１及び第２材料２２の平均流速を計算する。その結果、両者の結果が等しければ、第１モーター５３１及び第２モーター５３２の回転駆動については現状を維持する。一方、両者の結果が等しくなければ、等しくするための命令を制御装置７が第１モーター５３１及び第２モーター５３２に出力し、この命令に従って第１モーター５３１及び第２モーター５３２の回転数が制御される。このような制御を制御装置７が行うことによって、第１材料１１及び第２材料２２が合流する際の平均流速を同調させることができる。なお、金型４の出口４３における第１材料１１及び第２材料２２の平均流速は厳密に等しくする必要はないが、両者の平均流速が同じであるか、又は第１材料１１の平均流速が第２材料２２の平均流速よりも１〜５％速いことが好ましい。これにより、第１材料１１と第２材料２２とが押圧し合って密着するので、両者の界面に隙間を生じにくくすることができる。第１材料１１の平均流速が第２材料の平均流速よりも５％を超えて速くなると、第１材料１１の表面において第２材料２２が押し広げられ、表層材２を所望の厚さとすることができないおそれがある。

したがって、第１材料１１及び第２材料２２は、金型４の出口４３から、上記のように同調された平均流速で外部に連続的に押し出されて、複層成形体３が成形される。このようにして押出成形された複層成形体３は切断装置（図示省略）により所定の長さに切断された後、養生硬化することによって、押出成形品として例えば無機質板等の建築部材を得ることができる。上記のように、第１材料１１及び第２材料２２が合流する際の平均流速が同調しているので、芯材１の表面に均一に表層材２を形成することができ、押出成形品の品質に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。なお、建築部材としては、例えば、外壁材、床材、天井材、屋根材、内装材、レンガブロック等を挙げることができる。

１ 芯材
２ 表層材
３ 複層成形体
４ 金型
７ 制御装置
１１ 第１材料
２２ 第２材料
４１ 第１入口
４２ 第２入口
４３ 出口
５１ 第１押出機
５２ 第２押出機
６１ 第１電磁流量計
６２ 第２電磁流量計
５０１ 第１供給口
５０２ 第２供給口
５１１ 第１排出口
５１２ 第２排出口
５２１ 第１スクリュー
５２２ 第２スクリュー
５３１ 第１モーター
５３２ 第２モーター

Claims (1)

1. 芯材の表面に表層材が形成された複層成形体を押出成形するための複層押出成形機であって、
   前記芯材を形成する第１材料が流入する第１入口と、前記表層材を形成する第２材料が流入する第２入口と、前記複層成形体が押し出される出口とを有する金型と、
   前記第１材料が供給される第１供給口と、前記第１材料が排出される第１排出口と、前記第１材料を前記第１供給口から前記第１排出口まで混練しながら送る第１スクリューとを有する第１押出機と、
   前記第２材料が供給される第２供給口と、前記第２材料が排出される第２排出口と、前記第２材料を前記第２供給口から前記第２排出口まで混練しながら送る第２スクリューとを有する第２押出機と、
   前記第１入口と前記第１排出口との間に設けられ、この間の第１材料の流量を測定する第１電磁流量計と、
   前記第２入口と前記第２排出口との間に設けられ、この間の第２材料の流量を測定する第２電磁流量計と、
   前記第１スクリューを回転駆動させる第１モーターと、前記第２スクリューを回転駆動させる第２モーターと、前記第１電磁流量計と、前記第２電磁流量計とのそれぞれと電気的に接続された制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記第１電磁流量計で測定された第１材料の流量及び前記第２電磁流量計で測定された第２材料の流量に基づいて、前記出口における前記第１材料及び前記第２材料の平均流速を等しくするために、前記第１モーター及び前記第２モーターの回転数を制御するように構成されていることを特徴とする
   複層押出成形機。

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