JP3929340B2 - タンデム型押出成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンデム型押出成形装置、詳しくは、熱可塑性樹脂の発泡体を形成するためのタンデム型押出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱可塑性樹脂を押出成形機を用いて発泡成形する方法において、環境にやさしいクリーンな炭酸ガスや窒素などの不活性ガスを、発泡剤として用いる方法が、種々検討されている。
【０００３】
たとえば、特開平８−１１１９０号公報には、第１押出機と第２押出機とが接続されるタンデム型押出成形装置を用いて、これら第１押出機と第２押出機との接続部に、スタティックミキサーからなる混合部を設けて、第１押出機において、熱可塑性樹脂を溶融するとともに不活性ガスを混練し、所定の温度および圧力が制御された混合部において、溶融された熱可塑性樹脂に不活性ガスを溶解させ、次いで、第２押出機において、加圧状態を維持したまま、溶融された熱可塑性樹脂を冷却し、その後、核生成デバイスにおいて、急激に圧力を低下させて発泡させる方法が提案されている。そして、特開平８−１１１９０号公報には、このような方法によって、微細で多数のセルが均一に形成される熱可塑性樹脂の発泡体が得られることが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平８−１１１９０号公報では、第１押出機と第２押出機との間の混合部において、溶融された熱可塑性樹脂に不活性ガスを溶解させるので、連続押出成形で成形効率を向上させようとすると、溶解時間が短くなり、十分に溶解させることが困難となる。また、混合部を、十分な溶解を確保すべく、スタティックミキサーなどから構成する必要があり、装置構成が複雑となって、装置のコストの上昇を生じる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成によって、不活性流体を成形材料に十分に溶解させることのできる、タンデム型押出成形装置を提供することある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、第１押出機と第２押出機とが接続されるタンデム型押出成形装置において、前記第１押出機には、成形材料を供給するための材料供給部と、不活性流体を供給するための不活性流体供給部とを備え、前記第１押出機と前記第２押出機との接続部には、前記第１押出機から前記第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整するための調整手段が設けられており、前記調整手段よりも成形材料の押出方向上流側に設けられる圧力検知手段と、少なくとも前記調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて、前記調整手段の押出量を制御することを特徴としている。
【０００７】
このような構成によると、まず、第１押出機において、材料供給部から成形材料を供給するとともに、不活性流体供給部から不活性流体を供給して、成形材料を溶融しつつ、これら成形材料および不活性流体を混練する。そして、この混練において、調整手段によって、第１押出機から第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整すれば、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。すなわち、押出量が少なくなるように調整すれば、第１押出機内の圧力が上昇するとともに、第１押出機内に成形材料および不活性流体が滞留しやすくなるので、成形材料に不活性流体が溶解しやすくなり、また、押出量が多くなるように調整すれば、第１押出機内の圧力が低下するとともに、第１押出機内に成形材料および不活性流体が滞留しにくくなるので、成形材料に不活性流体が溶解しにくくなる。そのため、このような調整手段を設けるのみの簡易な構成によって、第１押出機内において、不活性流体を成形材料に効率良く溶解させることができる。その結果、微細で多数のセルが均一に形成される熱可塑性樹脂の発泡体を、生産効率よく製造することができる。
しかも、このような構成によると、制御手段が、調整手段の押出量を制御するので、簡易かつ確実に、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記調整手段が、前記接続部の流路に臨む絞りであり、前記絞りは、流路に対して進退自在に設けられ、その進退動作により流路の開閉および開度を調整して、前記第１押出機から前記第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整することを特徴としている。
このような構成によると、絞りによって、前記第１押出機から第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整することができるので、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１押出機が、多軸押出機であることを特徴としている。
このような構成によると、第１押出機が多軸押出機であるので、材料供給部から供給される成形材料と、不活性流体供給部から供給される不活性流体とを、より一層効率良く混練することができる。そのため、溶融される成形材料に、より一層、十分に不活性流体を溶解させることができる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記材料供給部には開閉ゲートが設けられ、前記不活性流体供給部には制御弁が設けられており、前記制御手段は、前記圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて、前記開閉ゲートを制御することにより成形材料の供給量を、前記制御弁を制御することにより不活性流体の供給量を制御することを特徴としている。
【００１１】
このような構成によると、制御手段が、圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて、開閉ゲートを制御することにより成形材料の供給量を、制御弁を制御することにより不活性流体の供給量を、調整手段を制御することにより、第１押出機から第２押出機に押し出される成形材料の押出量を、それぞれ制御するので、簡易かつ確実に、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
より具体的には、たとえば、成形材料により多く不活性流体を溶解する場合には、制御手段が、調整手段を、成形材料の押出量が少なくなるように制御するとともに、開閉ゲートまたは制御弁を、成形材料の供給量が少なくなるか、または、不活性流体の供給量が多くなるように制御する。また、たとえば、成形材料により少ない不活性流体を溶解する場合には、制御手段が、調整手段を、成形材料の押出量が多くなるように制御するとともに、開閉ゲートまたは制御弁を、成形材料の供給量が多くなるか、または、不活性流体の供給量が少なくなるように制御する。このような制御によって、連続押出成形における成形効率の向上を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のタンデム型押出成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。図１において、このタンデム型押出成形装置１は、第１押出機２、接続部３、第２押出機４および制御手段としてのＣＰＵ２４を備えている。
【００１３】
第１押出機２は、シリンダ５、および、そのシリンダ５内に２本のスクリュー６（図１では１本のスクリューのみが現われている。）を備える二軸押出機から構成されており、さらに、駆動モータ７、材料供給部８、不活性流体供給部としてのガス供給部９を備えている。
【００１４】
シリンダ５は、筒状部材からなり、そのシリンダ５内に内装される２本のスクリュー６の軸方向一端部（押出方向上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。また、このシリンダ５におけるスクリュー６の軸方向一端部には、後述するホッパ１０ａが接続される供給口５ａと、スクリュー６の軸方向他端部（押出方向上流側端部）には、成形材料を接続部３に向けて押し出すための押出口５ｂとが設けられている。また、このシリンダ５は、後述するＣＰＵ２４によって温度制御可能な耐圧構造として構成されている。
【００１５】
２本のスクリュー６は、シリンダ５内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー６の条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。
【００１６】
駆動モータ７は、シリンダ５の一端部において、図示しない減速機構などを介して、２本のスクリュー６の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。
【００１７】
材料供給部８は、ホッパ１０ａおよび貯蔵タンク１０ｂを備えている。ホッパ１０ａは、シリンダ５におけるスクリュー６の軸方向一端部の供給口５ａに接続されている。また、この貯蔵タンク１０ｂは、ホッパ１０ａの上方に設けられている。貯蔵タンク１０ｂには、成形材料として、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン共重合体（たとえば、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体など）、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、生分解性ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂が貯蔵されている。
【００１８】
また、貯蔵タンク１０ｂは、その下部に、開閉ゲート１０ｃを備えており、この開閉ゲート１０ｃは、後述するＣＰＵ２４の制御によって、開閉動作され、貯蔵タンク１０ｂからホッパ１０ａに供給する成形材料の供給量を制御するように構成されている。
【００１９】
ガス供給部９は、ガス供給ライン１１、ガスタンク１２、加圧ポンプ１３および制御弁１４を備えており、これらを順次接続するガス供給ライン１１が、シリンダ５におけるスクリュー６の軸方向途中、すなわち、ホッパ１０ａよりもスクリュー６の押出方向下流側であって、かつ、押出口５ｂよりも上流側に接続されている。なお、ガス供給ライン１１のシリンダ５に対する接続位置は、その目的および用途により、適宜決定すればよいが、スクリュー６において、そのガス供給ライン１１が接続される軸方向途中位置から、スクリュー６の軸方向他端部（押出方向下流側端部）までの間において、成形材料と次に述べる不活性ガスとを十分に混練および溶解できる軸方向距離が確保されるように接続される。
【００２０】
ガスタンク１２には、不活性流体として、たとえば、炭酸ガスや窒素ガスなどの不活性ガスが貯蔵されており、加圧ポンプ１３の駆動によって、ガスタンク１２からシリンダ５内に不活性ガスを供給するように構成されている。また、制御弁１４は、後述するＣＰＵ２４の制御によって開閉および開度が調整され、ガスタンク１２からシリンダ５内に供給する不活性ガスの供給量を制御するように構成されている。そして、このガス供給部９では、ガス供給ライン１１が全体的に調温および調圧可能に構成され、加圧ポンプ１３からの加圧によって、超臨界状態で不活性ガスをシリンダ５内に供給できるように構成されている。
【００２１】
接続部３は、第１押出機２の押出口５ｂに接続される出口部１５と、次に述べる第２押出機４のシリンダ２１の供給口２１ａに接続される入口部１６と、これら出口部１５と入口部１６とを接続する接続管１７と一体的に備える耐圧構造として構成されている。
【００２２】
出口部１５には、調整手段としての絞り１８が設けられている。この絞り１８は、出口部１５の流路１９に臨み、流路１９に対して矢印方向に進退自在に設けられている。そして、絞り１８は、進出により流路１９を閉鎖し、退避により流路１９を開放するように動作し、その進退動作により、流路１９の開閉および開度を調整して、第１押出機２から第２押出機４に押し出される成形材料の押出量を調整することができるように構成されている。
【００２３】
また、出口部１５における絞り１８よりも成形材料の押出方向上流側には、圧力検知手段としての圧力センサ２０が設けられている。この圧力センサ２０は、後述するＣＰＵ２４に接続され、検知圧力をＣＰＵ２４に入力するようにしている。
【００２４】
第２押出機４は、第１押出機２と同様の構成とされ、シリンダ２１、および、そのシリンダ２１内に２本のスクリュー２２（図１では１本のスクリューのみが現われている。）および駆動モータ２３を備える二軸押出機から構成されている。
【００２５】
シリンダ２１は、筒状部材からなり、そのシリンダ２１内に内装される２本のスクリュー２２の軸方向一端部（押出方向上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。また、このシリンダ２１におけるスクリュー２２の軸方向一端部には、接続部３の入口部１６が接続される供給口２１ａと、スクリュー２２の軸方向他端部（押出方向上流側端部）には、成形材料を押し出すための押出口２１ｂとが設けられている。また、このシリンダ２１は、後述するＣＰＵ２４によって温度制御可能な耐圧構造として構成されている。
【００２６】
２本のスクリュー２２は、シリンダ２１内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー２２の条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。
【００２７】
駆動モータ２３は、シリンダ２１の一端部において、図示しない減速機構などを介して、２本のスクリュー２２の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。
【００２８】
そして、このタンデム型押出成形装置１には、シリンダ５、駆動モータ７、開閉ゲート１０ｃ、加圧ポンプ１３、制御弁１４、絞り１８、圧力センサ２０、シリンダ２１、駆動モータ２３の各部が接続されるＣＰＵ２４を備えている。
【００２９】
そして、このＣＰＵ２４では、これら各部を制御するとともに、圧力センサ２０によって検知された圧力に基づいて、開閉ゲート１０ｃの開閉動作を制御することにより成形材料の供給量を、制御弁１４の開閉および開度を制御することにより不活性ガスの供給量を、絞り１８の開閉および開度を制御することにより、第１押出機２から第２押出機４に押し出される成形材料の押出量を、それぞれ制御するようにしている。
【００３０】
次に、このタンデム型押出成形装置１によって、成形材料を発泡成形する方法について説明する。
【００３１】
このタンデム型押出成形装置１において、まず、ＣＰＵ２４の制御による開閉ゲート１０ｃの開閉動作によって、所定量の成形材料が貯蔵タンク１０ｂからホッパ１０ａに供給されると、そのホッパ１０ａから所定量の成形材料が第１押出機２のシリンダ５内に供給される。そして、ＣＰＵ２４によって制御される駆動モータ７によって２本のスクリュー６が所定の回転速度で回転され、ＣＰＵ２４の制御によって成形材料の溶融温度以上に温度制御されているシリンダ５内において、供給された成形材料が溶融されながら押出方向下流側に移動する。なお、このシリンダ５内は、ＣＰＵ２４の制御による絞り１８の開度調整によって所定の圧力に調整されている。
【００３２】
また、ＣＰＵ２４の制御により加圧ポンプ１３が駆動されるとともに、制御弁１４の開度が調整され、超臨界状態の不活性ガスがガス供給ライン１１から、所定量でシリンダ５内に供給される。
【００３３】
そして、シリンダ５内を溶融されながら移動する成形材料が、ガス供給ライン１１の接続位置に到達すると、ガス供給ライン１１から供給される超臨界状態の不活性ガスと混練され、シリンダ５内の温度および圧力によって、成形材料に不活性ガスが溶解される。
【００３４】
そして、不活性ガスが溶解された成形材料が、押出口５ｂから押し出されると、出口部１５、接続管１７および入口部１６を介して、第２押出機４のシリンダ２１内に供給される。第２押出機４では、ＣＰＵ２４によって制御される駆動モータ２３によって２本のスクリュー２２が所定の回転速度で回転されており、また、ＣＰＵ２４の制御によって、シリンダ２１が第１押出機２のシリンダ５の温度よりも低く、かつ、溶融温度よりも高い温度であって、押出方向に沿って順次温度が低くなるように制御されている。そして、第２押出機４のシリンダ２１内に供給された成形材料は、２本のスクリュー２２の回転によって、シリンダ２１内を圧力が保持された状態で冷却されながら押出方向下流側に移動し、押出口２１ｂから押し出される。そして、押出口２１ｂから押し出された成形材料は、大気圧下において、急激に圧力が低下し、不活性ガスが過飽和状態となって、成形材料中に多数の気泡を発生させ、その結果、微細で多数のセルが均一に形成される成形材料の発泡体を成形することができる。
【００３５】
そして、このタンデム型押出成形装置１では、第１押出機２のシリンダ５内における成形材料と不活性ガスとの混練において、絞り１８によって、第１押出機２から第２押出機４に押し出される成形材料の押出量を調整することができるので、溶融される成形材料に不活性ガスを適切に溶解することができる。すなわち、絞り１８によって、押出量が少なくなるように調整すれば、シリンダ５内の圧力が上昇するとともに、シリンダ５内に成形材料および不活性ガスが滞留しやすくなるので、成形材料に不活性ガスが溶解しやすくなり、また、絞り１８によって、押出量が多くなるように調整すれば、シリンダ５内の圧力が低下するとともに、シリンダ５内に成形材料および不活性ガスが滞留しにくくなるので、成形材料に不活性ガスが溶解しにくくなる。そのため、このような絞り１８を設けるのみの簡易な構成によって、シリンダ５内において、不活性ガスを成形材料に効率良く溶解させることができる。その結果、微細で多数のセルが均一に形成される熱可塑性樹脂の発泡体を、生産効率よく製造することができる。
【００３６】
しかも、このタンデム型押出成形装置１では、ＣＰＵ２４が、圧力センサ２０によって検知された圧力に基づいて、開閉ゲート１０ｃの開閉動作を制御することにより成形材料の供給量を、制御弁１４の開閉および開度を制御することにより不活性ガスの供給量を、絞り１８の開閉および開度を制御することにより、第１押出機２から第２押出機４に押し出される成形材料の押出量を、それぞれ制御するので、簡易かつ確実に、溶融される成形材料に不活性ガスを適切に溶解することができる。
【００３７】
より具体的には、たとえば、成形材料により多く不活性ガスを溶解する場合には、ＣＰＵ２４が、絞り１８を、成形材料の押出量が少なくなるように制御するとともに、開閉ゲート１０ｃまたは制御弁１４を、成形材料の供給量が少なくなるか、または、不活性ガスの供給量が多くなるように制御する。また、たとえば、成形材料により少ない不活性ガスを溶解する場合には、ＣＰＵ２４が、絞り１８を、成形材料の押出量が多くなるように制御するとともに、開閉ゲート１０ｃまたは制御弁１４を、成形材料の供給量が多くなるか、または、不活性ガスの供給量が少なくなるように制御する。このような制御によって、連続押出成形における成形効率の向上を図ることができる。
【００３８】
さらに、このタンデム型押出成形装置１では、第１押出機２が、２本のスクリュー６を備える二軸押出機として構成されているので、ホッパ１０ａから供給される成形材料と、ガス供給ライン１１から供給される不活性ガスとを、より一層効率良く混練することができる。そのため、溶融される成形材料に、より一層、十分に不活性流体を溶解させることができる。
【００３９】
なお、以上の説明では、接続部３を、第１押出機２と第２押出機４とは別途設けたが、たとえば、接続部３を第１押出機２または第２押出機４と一体的に形成してもよい。
【００４０】
また、ＣＰＵ２４は、圧力センサ２０によって検知された圧力に基づいて、開閉ゲート１０ｃの開閉動作、制御弁１４の開閉および開度、および、絞り１８の開閉および開度を、それぞれ制御するようにしたが、たとえば、圧力センサ２０によって検知された圧力に基づいて、絞り１８の開閉および開度のみを制御するようにしてもよい。
【００４１】
また、上記の説明では、圧力センサ２０を出口部１５における絞り１８の押出方向上流側に設けたが、圧力センサ２０は、このタンデム型押出成形装置１において、絞り１８に対して、第１押出機２の成形材料の押出方向上流側であれば、適宜配置することができ、たとえば、第１押出機２のシリンダ５内における押出口５ｂの近傍に配置してもよい。
【００４２】
また、材料供給部８として、貯蔵タンク１０ｂを設けずに、ホッパ１０ｂのみを設けてもよい。
【００４３】
また、以上の説明では、本発明の調整手段として、絞り１８を例示したが、これに限定されることなく、ダンパや弁など、公知の調整手段を用いることができる。
【００４４】
また、以上の説明では、第２押出機４を二軸押出機として構成したが、第２押出機４は、１本のスクリュー２２を備える単軸押出機として構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に記載の発明によれば、調整手段を設けるのみの簡易な構成によって、第１押出機内において、不活性流体を成形材料に効率良く溶解させることができ、微細で多数のセルが均一に形成される熱可塑性樹脂の発泡体を、生産効率よく製造することができる。また、簡易かつ確実に、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
請求項３に記載の発明によれば、溶融される成形材料に、より一層、十分に不活性流体を溶解させることができる。
【００４７】
請求項４に記載の発明によれば、簡易かつ確実に、溶融される成形材料に不活性流体を適切に溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタンデム型押出成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。
【符号の説明】
１ タンデム型押出成形装置
２ 第１押出機
３ 接続部
４ 第２押出機
８ 材料供給部
９ 不活性ガス供給部
１８ 絞り
２０ 圧力センサ
２４ ＣＰＵ

Claims (4)

1. 第１押出機と第２押出機とが接続されるタンデム型押出成形装置において、
   前記第１押出機には、成形材料を供給するための材料供給部と、不活性流体を供給するための不活性流体供給部とを備え、
   前記第１押出機と前記第２押出機との接続部には、前記第１押出機から前記第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整するための調整手段が設けられており、
   前記調整手段よりも成形材料の押出方向上流側に設けられる圧力検知手段と、少なくとも前記調整手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて、前記調整手段の押出量を制御することを特徴とする、タンデム型押出成形装置。
2. 前記調整手段が、前記接続部の流路に臨む絞りであり、
   前記絞りは、流路に対して進退自在に設けられ、その進退動作により流路の開閉および開度を調整して、前記第１押出機から前記第２押出機に押し出される成形材料の押出量を調整することを特徴とする、請求項１に記載のタンデム型押出成形装置。
3. 前記第１押出機が、多軸押出機であることを特徴とする、請求項１または２に記載のタンデム型押出成形装置。
4. 前記材料供給部には開閉ゲートが設けられ、前記不活性流体供給部には制御弁が設けられており、
   前記制御手段は、前記圧力検知手段によって検知された圧力に基づいて、前記開閉ゲートを制御することにより成形材料の供給量を、前記制御弁を制御することにより不活性流体の供給量を制御することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のタンデム型押出成形装置。

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