JP3218613U - 連続式超臨界発泡混練押出機 - Google Patents

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Abstract

【課題】押出のプロセスにおける高温によって成形材料から発生する水蒸気が材料投入口から流出することを防止することができる連続式超臨界発泡混練押出機を提供する。
【解決手段】溶融状態の成形材料を押出成形する連続式超臨界発泡混練押出機であって、第１の管体１１と、所定の第１の回転方向で回転可能に配置され、該成形材料を推進する第１のスクリュー１３及び第１の回転方向と逆になっている第２の回転方向で且つ第１のスクリュー１３の回転速度の２倍以上の回転速度で回転して該第１のスクリュー１３と共に該成形材料を移送する補助スクリュー１４を有する第１の混練ユニット１と、第１の混練ユニット１に連結された第１の気体導入ユニット３と、第１の混練ユニット１の下流側に配置され、該成形材料を押出する押出ユニット６とを備えた。
【選択図】図２

Description

本考案は押出機に関し、特に超臨界流体を溶融状態の成形材料と共に混練して、押出機から押出することができる連続式超臨界発泡混練押出機に関する。
図１に示されているように、従来の押出機９は、材料投入口９１１を有する混練管９１と、混練管９１の内に回転可能に配置されるスクリュー９２と、気体導入管９３と、押出ダイ９４とを備えている。押出のプロセスを行う場合、溶融状態の成形材料を材料投入口９１１から混練管９１の内に投入し、スクリュー９２の回転によって該成形材料を推進させることができる。気体導入管９３によって、二酸化炭素、窒素などの超臨界流体が混練管９１の内に注入される。そして、超臨界流体と混練した成形材料は押出ダイ９４によって押出される。
しかしながら、押出のプロセスにおいて使用された成形材料には水分が含まれているため、押出のプロセスにおいて発生した高温により成形材料の水分が水蒸気化される。該水蒸気は、材料投入口９１１から流出するので、該材料投入口９１１において成形材料が投入される方向の反対方向に沿う抵抗が発生する恐れがある。特に、成形材料が連続的に投入される場合、材料投入口９１１に投入される成形材料が水蒸気の流出に阻まれ、成形材料の投入が順調に行えなくなってしまう。このため、従来の押出機９は、高含水率の成形材料に対して押出のプロセスを実行することが困難であり、主に含水率が２０％以下の成形材料が使用されている。よって、上記のような従来の押出機９は、成形材料の種類が限られている。
上記のように、従来の押出機は、押出のプロセスにおける高温により成形材料の水分が水蒸気化され、該水蒸気が材料投入口から流出することで抵抗が発生し、成形材料の投入が困難になってしまう。
よって、本考案は上記問題点に鑑みて、上記欠点を解決できる連続式超臨界発泡混練押出機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための手段として、本考案は、以下の連続式超臨界発泡混練押出機の提供を目的とする。即ち、溶融状態の成形材料を超臨界状態の流体と混合して連続的に押出成形する連続式超臨界発泡混練押出機であって、成形材料を所定の移送方向Ｔに沿って移送可能に構成された第１の管体１１と、移送方向Ｔに沿って延伸し、第１の管体１１の内にその延伸方向を回転軸とする所定の第１の回転方向で回転可能に配置され、該成形材料を推進するように構成された第１のスクリュー１３及び第１のスクリュー１３の隣において該第１のスクリュー１３と並列し、その延伸方向を回転軸として第１の回転方向と逆になっている第２の回転方向で且つ第１のスクリュー１３の回転速度の２倍以上の回転速度で回転して該第１のスクリュー１３と共に該成形材料を移送方向Ｔに移送するように構成された補助スクリュー１４を有する第１の混練ユニット１と、第１の管体１１の内に気体を注入可能に第１の混練ユニット１に連結された第１の気体導入ユニット３と、第１の混練ユニット１の下流側に配置され、該成形材料を押し出すように構成された押出ユニット６とを備えたことを特徴とする連続式超臨界発泡混練押出機を提供する。
本考案によれば、第１のスクリュー１３に並列に配置された補助スクリュー１４は、該第１のスクリュー１３と共に第１のスクリュー１３の回転速度の２倍以上の回転速度で作動されるため、該成形材料に対する攪拌と推進などの効率を向上させることができる。そのため、押出のプロセスにおける高温によって成形材料から発生した水蒸気が材料投入口から流出することを防止することができ、押出のプロセスを順調に実行することができる。
従来の押出機が示される模式図である。 本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第１の実施形態が示される模式図である。 図２の部分拡大図である。 本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第２の実施形態が示される模式図である。 本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第３の実施形態が示される模式図である。
図２及び図３に示されるように、本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第１の実施形態は、溶融状態の成形材料を押出成形する連続式超臨界発泡混練押出機である。該連続式超臨界発泡混練押出機は、第１の混練ユニット１と、第２の混練ユニット２と、第１の気体導入ユニット３と、第２の気体導入ユニット４と、冷却ユニット５と、押出ユニット６とを備えている。
第１の混練ユニット１は、成形材料を所定の移送方向Ｔに沿って移送可能に構成された第１の管体１１と、該成形材料を第１の管体１１に投入する材料投入ホッパー１２と、移送方向Ｔに沿って延伸し、第１の管体１１の内にその延伸方向を回転軸とする所定の第１の回転方向で回転可能に配置され、該成形材料を推進するように構成された第１のスクリュー１３と、第１のスクリュー１３の隣において該第１のスクリュー１３と並列する補助スクリュー１４と、第１のスクリュー１３の回転を駆動する第１の動力源１５と、補助スクリュー１４の回転を駆動する第２の動力源１６と、を備えている。
第１の管体１１は、中空状で移送方向Ｔに沿って延伸し、材料投入ホッパー１２と連通する材料投入口１１１を有している。補助スクリュー１４は第１の管体１１内の材料投入口１１１のある箇所に配置される。第１のスクリュー１３は、補助スクリュー１４の側にある第１のスクリューセクション１３１と、第１のスクリューセクション１３１の補助スクリュー１４から離れた側の一端と連続する第２のスクリューセクション１３２に区分されている。
該第１のスクリューセクション１３１は、連続的な第１のネジ１３３が形成されており、該第１のネジ１３３は、第１のネジ部１３５及び該第１のネジ部１３５と連続する第２のネジ部１３６を有し、第２のネジ部１３６のネジピッチＳ２が第１のネジ部１３５のネジピッチＳ１より狭くなっている。
該第２のスクリューセクション１３２は、移送方向Ｔに沿って非連続的に並べられた複数の第２のネジ１３４と、隣り合う２つの第２のネジ１３４の間に配置された複数の第１の切り込み１３７と、が形成されている。
補助スクリュー１４は、上述の通り材料投入口１１１のある箇所に配置され、且つ連続的なネジが形成されている。該補助スクリュー１４は、移送方向Ｔに沿って延伸し、該第１のスクリュー１３と共に該成形材料を移送方向Ｔに移送するように構成されている。この実施形態において、該補助スクリュー１４の長さは、第１のスクリュー１３の長さより短くなっている。
また、補助スクリュー１４は、第１のスクリュー１３の延伸方向を回転軸とする第１の回転方向と逆になっている第２の回転方向で、且つ第１のスクリュー１３の回転速度の２倍以上の回転速度で回転する。なお、第１のスクリュー１３及び補助スクリュー１４の回転を駆動する該第１の動力源１５及び該第２の動力源１６としては、例えばモーターを用いることができる。
第２の混練ユニット２は、第１の混練ユニット１及び押出ユニット６の間に介在し、且つ、成形材料を移送方向Ｔに沿って移送可能に構成された第２の管体２１と、移送方向Ｔに沿って第２の管体２１の内に回転可能に配置され、該成形材料を押出ユニット６に移送するように構成された第２のスクリュー２２と、第２のスクリュー２２の回転を駆動する第３の動力源２３と、第１の管体１１及び第２の管体２１の間に連結された連結管２４とを備えている。
第２の管体２１は、中空状に形成され、移送方向Ｔに沿って延伸している。第２のスクリュー２２は、移送方向Ｔに沿って延伸し、非連続的に並べられた複数の第３のネジ２２１と、隣り合う２つの第３のネジ２２１の間に配置された複数の第２の切り込み２２２が形成されている。
本実施形態の連結管２４は、移送方向Ｔと平行しない方向に沿って延伸して第１の管体１１及び第２の管体２１の間に連結される。図２に示されるように、該連結管２４によって、第１の管体１１及び第２の管体２１の間に連結されることで、本実施形態において連続式超臨界発泡混練押出機は屈曲状の構成となる。
第１の気体導入ユニット３は、第１の管体１１の内に気体を注入可能に第１の混練ユニット１に連結される。該第１の気体導入ユニット３は、例えば気体導入路、バルブなどの部品（図示せず）を有している。更に、第１の管体１１の内に注入される気体は、例えば二酸化炭素、窒素を用いることができるが、本考案では超臨界流体の状態で第１の管体１１の内に注入される。
第２の気体導入ユニット４は、連結管２４に連結され、連結管２４の内に気体を注入するように構成されており、且つ、該気体が連結管２４の管内を経由して第２の管体２１の管内に注入されるように構成されている。該第２の気体導入ユニット４は、例えば気体導入路、バルブなどの部品（図示せず）を有している。更に、連結管２４の内に注入される気体は、例えば二酸化炭素、窒素であり、且つ超臨界流体の状態である。
冷却ユニット５は、第１の混練ユニット１及び押出ユニット６の間に介在し、成形材料を冷却するように構成されている。本実施形態では、冷却ユニット５は、第２の混練ユニット２の下流側に配置され、冷却ユニット５にある温度制御システムによって冷却温度を制御することができる。
押出ユニット６は、第１の混練ユニット１の下流側または第２の混練ユニット２の下流側に配置され、該成形材料を押し出すように構成されている。本実施形態では、押出ユニット６は、第２の管体２１の下流側に配置され、複数のギア（図示せず）を有するギアセット６１と、ギアセット６１の下流側に配置される押出ダイ６２とを具えている。
該ギアセット６１は、互いに噛合する複数のギアの回転によるギアポンプであって、第２の混練ユニット２から移送されてきた成形材料を押出ダイ６２に推進する。そして、該押出ダイ６２は、所定の形状の完成品を押出する。押出ダイ６２が押出する完成品としては、例えばペレット、パイプ、ロッド、プロファイルが挙げられる。
本実施形態では、材料投入ホッパー１２を通して溶融状態の成形材料が第１の管体１１に注入され、第１の気体導入ユニット３を通して気体が第１の管体１１に注入される。該延伸方向を回転軸とする所定の第１の回転方向で回転する第１のスクリュー１３が該延伸方向を回転軸として前記第１の回転方向と逆になっている第２の回転方向で回転する補助スクリュー１４と共に成形材料を攪拌し、そして該成形材料の推進を加速させて、該成形材料を第１の管体１１に注入された気体と混練させることができる。
また、補助スクリュー１４の回転速度を第１のスクリュー１３の回転速度より２倍以上にすることによって、第１の管体１１の内における成形材料をより効率的に攪拌、推進することができる。更に、第１のスクリュー１３及び補助スクリュー１４の回転によって移送方向Ｔに沿った推進力を向上させ、且つ良好な成形材料が移送方向Ｔに反して押し戻されることを防ぐバリア性を提供することができる。従って、第１の管体１１の内において、押出プロセスでの高温により発生した水蒸気が成形材料を材料投入口１１１の方向に押し戻すことを防止することができる。
なお、この実施形態において、第１のスクリュー１３の第１のネジ１３３は、第２のネジ部１３６のネジピッチＳ２が第１のネジ部１３５のネジピッチＳ１より狭くなるように形成されているため、第２のネジ部１３６の密集した配列により、成形材料を移送する推進力を高くすることができると共に、充分に攪拌させて均一に混練させることもできる。ちなみに、本考案としては第１のネジ１３３のネジピッチは、全て同一に構成することもできる。
また、第２のスクリューセクション１３２においては、移送方向Ｔに沿って非連続的に並べられた複数の第２のネジ１３４と、隣り合う２つの第２のネジ１３４の間に配置された複数の第１の切り込み１３７との構成によって、一部の移送方向Ｔに沿って移送された成形材料を第１の切り込み１３７を通して送り返すことができる。
そのため、第２のスクリューセクション１３２においては、推進された成形材料及び送り返された成形材料が互いに押し合い、また第１の気体導入ユニット３が第２のスクリューセクション１３２に位置するため、該成形材料と注入された気体を効率的に混練させることができる。
前述した第１の切り込み１３７を通した成形材料の送り返しは、主に第２のスクリューセクション１３２で発生し、且つ、送り返される成形材料の量が推進される成形材料の量より少ないため、該成形材料は移送方向Ｔに沿って順調に推進することができる。
なお、本考案では、非連続的な第２のネジ１３４を設ける必要はなく、即ち、第１のスクリュー１３上のネジは全て連続的に形成することも可能である。
成形材料は、第１の混練ユニット１より第２の混練ユニットに移送される間に、移送方向Ｔと平行しない方向に沿って延伸して第１の管体１１及び第２の管体２１の間に連結された連結管２４において第２の気体導入ユニット４で気体が注入されるので、該連続式超臨界発泡混練押出機において充分な気体量を確保することができ、該成形材料と注入された気体とをより一層混練させることができる。
そして、該成形材料は、その延伸方向を回転軸として回転する第２のスクリュー２２によって第２の混練ユニットの第２の管体２１の内を移送方向Ｔに沿って推進される。該第２のスクリュー２２には、第１の混練ユニット１の第２のスクリューセクション１３２にある第２のネジ１３４及び第１の切り込み１３７のような非連続的な第３のネジ２２１及び第２の切り込み２２２が形成されている。該第３のネジ２２１及び第２の切り込み２２２の機能は第２のネジ１３４及び第１の切り込み１３７と同じである。
そのため、第２の管体２１においては、該第３のネジ２２１及び第２の切り込み２２２によって一部の移送方向Ｔに沿って進む成形材料が第２の切り込み２２２を通して送り返されるため、推進された成形材料及び送り返された成形材料が互いに押し合って、該成形材料と注入された気体を充分に混練させることができる。
混練された成形材料は、冷却ユニット５で所定の温度に冷却され、そして押出ユニット６に推進され、押出ユニット６の押出ダイ６２を通して所定の形状で押出する。
本考案の第１の実施形態では、第１の混練ユニット１及び第２の混練ユニットにおける加工温度が６０℃〜３００℃であり、圧力が１０Ｂａｒ以上である。また、第１のスクリュー１３及び第２のスクリュー２２それぞれの長さと直径との比が６：１〜５８：１の範囲内にあり、補助スクリュー１４の長さと直径との比が６：１〜３２：１の範囲内にある。各スクリューの形状を上述の範囲内にすることにより、より良好な推進効果を得ることができるが、具体的には成形材料の押出量や成形品の断面面積などを考慮して適宜調製されればよい。更に、第１の管体１１及び第２の管体２１において、該成形材料の流速が１秒当たり５グラムであり、気体の流速が１秒当たり０．５グラムであり、このように成形材料の流速及び気体の流速を適当な値にすることによって該成形材料と気体とを充分に混練させることができる。以上の加工条件は、成形材料または注入された気体の形態によって変更することができる。
上記実施形態のように、本考案は以上の構成によって、第１のスクリュー１３と共に回転する補助スクリュー１４が配置され、且つ補助スクリュー１４が第１のスクリュー１３の回転速度の２倍以上の回転速度で回転するため、該成形材料を移送方向Ｔに沿って効率的に攪拌・推進することができ、そして注入された気体と該成形材料を均等に混合することができる。そのため、混練の効果が良く、押出された完成品の品質が良くなる。
更に、補助スクリュー１４を配置するため、本考案に係る第１の管体１１の内にある第１のスクリュー１３の推進力が強くなり、材料投入口１１１の周りにある該成形材料がより強い推進力で移送方向Ｔに沿って推進されることができる。そのため、押出のプロセスの高温によって発生した水蒸気が材料投入口１１１に流出することを防止することができる。
よって、本考案の連続式超臨界発泡混練押出機は、高含水率の成形材料に対して押出のプロセスを実行することが可能であり、例えば含水率７０％の成形材料でも使用できる。
図４に示されるように、本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第２の実施形態は、連結管２４の長さ方向が移送方向Ｔと平行される。即ち、第１の管体１１、連結管２４、第２の管体２１が全て移送方向Ｔと平行に延伸するよう構成される。また、第２の実施形態において第２の気体導入ユニット４は、該第２の管体２１に連結され、第２の管体２１の内に気体を注入することができる。
図５に示されるように、本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機の第３の実施形態では、第２の混練ユニット２と第２の気体導入ユニット４と連結管２４が省かれている。
第３の実施形態に係る押出ユニット６及び冷却ユニット５は、第１の混練ユニット１の下流側に配置される。第１の気体導入ユニット３から注入された気体と成形材料の混練加工が完了すると、冷却ユニット５が該成形材料を冷却し、そして押出ユニット６で押出成形する。第３の実施形態でも、第１の混練ユニット１を通して良好な混練効果が得られる。
上記各実施形態のように、本考案は、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記のように記載された構成によって、本考案に係る連続式超臨界発泡混練押出機は、補助スクリュー１４が第１のスクリュー１３に並列に配置され、且つ第１のスクリュー１３と共に作動され、推進力を向上させるため、成形材料をより効率的に推進することができる。更に、プロセスの高温による水蒸気が材料投入口から流出することを防止することができ、高含水率の成形材料に対して押出のプロセスを実行することが可能である。そのため、産業上の利用可能性がある。
９ 従来の押出機
９１ 混練管
９１１ 材料投入口
９２ スクリュー
９３ 気体導入管
９４ 押出ダイ
１ 第１の混練ユニット
１１ 第１の管体
１１１ 材料投入口
１２ 材料投入ホッパー
１３ 第１のスクリュー
１３１ 第１のスクリューセクション
１３２ 第２のスクリューセクション
１３３ 第１のネジ
１３４ 第２のネジ
１３５ 第１のネジ部
１３６ 第２のネジ部
１３７ 第１の切り込み
１４ 補助スクリュー
１５ 第１の動力源
１６ 第２の動力源
２ 第２の混練ユニット
２１ 第２の管体
２２ 第２のスクリュー
２２１ 第３のネジ
２２２ 第２の切り込み
２３ 第３の動力源
２４ 連結管
３ 第１の気体導入ユニット
４ 第２の気体導入ユニット
５ 冷却ユニット
６ 押出ユニット
６１ ギアセット
６２ 押出ダイ
Ｓ１ ネジピッチ
Ｓ２ ネジピッチ
Ｔ 移送方向

Claims (8)

  1. 溶融状態の成形材料を超臨界状態の流体と混合して連続的に押出成形する連続式超臨界発泡混練押出機であって、
    成形材料を所定の移送方向に沿って移送可能に構成された第１の管体と、前記移送方向に沿って延伸し、前記第１の管体の内に、その延伸方向を回転軸とする所定の第１の回転方向で回転可能に配置され、該成形材料を推進するように構成された第１のスクリュー及び前記第１のスクリューの隣において該第１のスクリューと並列し、その延伸方向を回転軸として前記第１の回転方向と逆になっている第２の回転方向で且つ前記第１のスクリューの回転速度の２倍以上の回転速度で回転して該第１のスクリューと共に該成形材料を前記移送方向に移送するように構成された補助スクリューを有する第１の混練ユニットと、
    前記第１の管体の内に気体を注入可能に前記第１の混練ユニットに連結された第１の気体導入ユニットと、
    前記第１の混練ユニットの下流側に配置され、該成形材料を押出するように構成された押出ユニットとを備えたことを特徴とする連続式超臨界発泡混練押出機。
  2. 前記第１のスクリューは、前記補助スクリューの側にある第１のスクリューセクションと、前記第１のスクリューセクションの一端と連続する第２のスクリューセクションに区分され、
    前記第１のスクリューセクションは、連続的な第１のネジが形成されており、前記第２のスクリューセクションは、前記移送方向に沿って非連続的に並べられた複数の第２のネジと、隣り合う２つの前記第２のネジの間に配置された複数の第１の切り込みと、が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  3. 前記第１の混練ユニット及び前記押出ユニットの間に介在し、且つ、成形材料を前記移送方向に沿って移送可能に構成された第２の管体と、移送方向に沿って前記第２の管体の内に回転可能に配置され、該成形材料を前記押出ユニットに移送するように構成された第２のスクリューとを有する第２の混練ユニットを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  4. 前記第２の混練ユニットは、前記移送方向と平行しない方向に沿って延伸して前記第１の管体及び前記第２の管体の間に連結された連結管を更に具え、
    該連続式超臨界発泡混練押出機は、前記連結管に連結され、前記連結管の内に気体を注入するように構成された第２の気体導入ユニットを更に備えていることを特徴とする請求項３に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  5. 前記第２の管体の内に気体を注入するように構成された第２の気体導入ユニットを更に備えていることを特徴とする請求項３に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  6. 前記第２のスクリューは、前記移送方向に沿って非連続的に並べられた複数の第３のネジと、隣り合う２つの前記第３のネジの間に配置された複数の第２の切り込みが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  7. 前記第１のスクリューには、第１のネジ部及び該第１のネジ部と連続する第２のネジ部とからなる第１のネジが形成されており、前記第２のネジ部のネジピッチが前記第１のネジ部のネジピッチより狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
  8. 前記第１のスクリューの長さと直径との比が６：１〜５８：１の範囲内にあり、前記補助スクリューの長さと直径との比が６：１〜３２：１の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の連続式超臨界発泡混練押出機。
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