JP3996297B2

JP3996297B2 - 押出成形用ダイ、これを用いた押出成形装置および成形体の製造方法

Info

Publication number: JP3996297B2
Application number: JP12370099A
Authority: JP
Inventors: 和也土本; 修山西
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000313008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出成形用ダイ、これを用いた押出成形装置および成形体の製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
一般に、触媒、触媒担体、吸着材、乾燥材、調湿材等は、直径２〜１０ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍ程度の円柱形または円筒形の成形体に成形され、これを反応器に充填して種々の化学反応プロセスに使用される。このような触媒等の成形体を製造するために、従来から押出成形法が採用されている。
すなわち、アルミナ等の軟質な粘土状材料をダイから連続的に押し出した成形品を小さく切断して成形体を製造する。その際、成形体の長さが不均一であると該成形体を充填して得られた反応器に流体を通した時に偏流等が発生し、化学反応プロセスに支障をきたすという問題が生じる。
【０００３】
そのため、成形体には高い寸法精度が要求され、ダイの押出孔から押し出される成形品は一定の流れ速度で押し出されなければならない。また、同様の理由から、押出された成形体には曲がりや反りがあってはならない。
しかし、従来の押出成形では高い寸法精度でかつ変形することなく押出成形を行うことはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、寸法精度が改善された成形体が得られる押出成形用ダイ、これを用いる押出成形装置および成形体の製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の押出成形用ダイは、成形品が連続的に押し出される押出孔を有するものであって、前記押出孔が、押出方向に沿って大径孔から順次径が小さくなる断面略漏斗形で構成され、最小径での孔の長さが最小径部の径に対して１５〜２００％であることを特徴とする。
これにより、押出し流れの変動が防止されて押出し速度が一定になり、成形体の寸法精度が向上する。
【０００６】
本発明における前記ダイは、円筒形シリンダの先端に取り付けられた円板で構成され、かつ背部に軸心が前記円板の中心Ｃと一致する円錐体が突設される共に、前記円板の中心Ｃからシリンダ内面までの半径をＲ₁、円錐体の基部の半径をＲ₂としたとき、同じ中心Ｃから下記式(I)で表される半径ｒの位置に中心Ｄを有する複数の押出孔が同心円状に配設されているのがよい。
ｒ＝｛（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²）／２｝^0.5 （Ｉ）
これにより、ダイから押し出された成形体に反りや曲がりが発生するのを防止することができる。
【０００７】
本発明の押出成形装置は、前記した押出成形用ダイと、前記押出孔の前面を該押出孔の周縁に接触しながら横切って押出直後の成形品を切断する切断装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の成形体の製造方法は、前記した押出成形用ダイを用いて、このダイから連続的に押し出される成形品を切断装置で所定長さに順次切断することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図４に示す。図１はこの実施形態にかかる押出成形装置を示しており、押出成形用ダイ１の前面には切断装置２が設けられている。
ダイ１は成形品が連続的に押し出される押出孔３を有する。また、切断装置２は、２つのガイドローラ４，５間に張りわたされたピアノ線６（線材）を有する。このピアノ線６は、押出孔３を設けた断面台形の膨出部１５の頂面に接触しながら押出孔３の前面を移動して、ダイ１から押し出された成形品を所定長さで切断して成形体７を得る。
【０００９】
ダイ１の押出孔３は、図２に示すように、押出方向（矢印Ａで示す）に沿って大径孔１６から順次径が小さくなる断面略漏斗形で構成され、最小径１７での孔の長さｔ（以下、単に肉厚ｔという。）が最小径部１７の径に対して１５〜２００％、好ましくは２５〜１００％である。尚、最小径部１７の径は通常１〜１０ｍｍ、好ましくは３〜６ｍｍである。
肉厚ｔの具体例としては、最小径部１７の径が５ｍｍの場合、０．７５〜１０ｍｍ、好ましくは１．２５〜５ｍｍである。
【００１０】
このように略漏斗形の断面形状を有しかつ肉厚を薄くした押出孔３を使用することにより、押出し流れの変動が低減されて押出し速度が一定になり、成形体７の寸法精度が向上する。肉厚ｔが前記範囲より大きいときは、押出し速度が一定しないために、得られる成形体７の長さバラツキが大きくなる。一方、肉厚ｔが前記範囲より小さいときは、ダイ１自体の剛性が低下するため、得られる成形体の長さ、直径等の寸法精度が低下する。
【００１１】
次に押出孔３の位置に関して図３および図４に基づいて説明する。図３に示すように、ダイ１は円筒形シリンダ１８の先端に取り付けられた円板１９で構成され、この円板１９の中心Ｃから半径ｒの位置に中心Ｄを有する複数の押出孔３が同心円状に配設されている（図４を参照）。また、ダイ１の背部には軸心が前記円板の中心Ｃと一致する円錐体２０が突設されている。この円錐体２０は、押し出し材料が均等に各押出孔３に向かって流れるように構成されたものである。尚、図３では円錐体２０はダイ１と一体に形成されているが、別体であってもよい。
【００１２】
ここで、前記半径ｒは、円板１９の中心Ｃからシリンダ１８の内面までの半径をＲ₁、円錐体２０の基部の半径をＲ₂としたとき、同じ中心Ｃから前記式(I)で表される関係を有するのが、ダイから押し出された成形物に反りや曲がりが発生するのを防止するうえで好ましい。
式（Ｉ）は、半径Ｒ₁の円の面積Ａ１から半径Ｒ₂の円の面積Ａ２を除いたドーナツ状部分の面積を等分に分割する半径ｒの円の円周上に押出孔３を設けることを意味している。すなわち、式（Ｉ）は、式：
２×（πｒ²−πＲ₁ ²）＝πＲ₁ ²−πＲ₂ ²（ＩＩ）
から算出される。
【００１３】
前記半径ｒが式（Ｉ）で示される｛（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²）／２｝^0.5よりも大きいときは、ダイ１の半径方向を外向き（外周方向）に曲がる傾向にある。一方、半径ｒが｛（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²）／２｝^0.5よりも小さいときは、成形品はダイ１の半径方向を内向き（中心方向）に曲がる傾向にある。
【００１４】
なお、図１〜図４に示すダイ１は、円柱形の成形体７を成形するためのものであるが、図５に示すように、中子２１を設けたダイ１を用いて円筒形の成形体７’が得られるようにしてもよい。前記中子２１はピン２２と支持バー２３とからなっている。支持バー２３は両端がダイ１の大径孔１６に架設されており、該支持バー２３の中央にピン２２が遊動自在に取り付けられている。ピン２２が遊動することにより、該ピン２２は成形品の押出し流れによって常に成形品の流れ方向に対して中心部に位置することになり、中心部に空洞２６を有する円筒形の成形体７’を得ることができる。
前記中子２１の具体例としては、例えば図５に示すようにピン２２の外径より大きいピン挿入孔２４を中央に有する支持バー２３と後端に前記ピン挿入孔２４の周縁に係止する頭部２５を有するピン２２のほか、支持バーとピンとがボールジョイントにより接続されてなる中子（図示せず）等が挙げられる。
また、押出孔３の孔数はダイ１の外径、押出孔３の内径等を考慮して適宜決定すればよく、例えば２ケ、４ケ、８ケ、１６ケ、３２ケ等が挙げられる。
【００１５】
次にこの実施形態で使用の切断装置２について説明する。図１に示すように、切断装置２は、押出方向に平行に配置された回転軸８に該回転軸８に直交して一体に取り付けられた円板形の取付け板９を備え、この取付け板９をダイ１の外面と離隔対向させる共に、回転軸８を回転させることにより成形品の押出方向に直交する方向に回転させるように構成されている。
【００１６】
取付け板９のダイ１と対向した前面には、前記したガイドローラ４，５が立設されると共に、取付け板９の背面には繰り出しローラ１０および巻き取りローラ１１が取付けられている。
ピアノ線６は、あらかじめ繰り出しローラ１０に巻装されており、この繰り出しローラ１０からガイドローラ４および５を経て巻き取りローラ１１へと張りわたされている。取付け板９には、ピアノ線６を移動させるための開口部１３，１４が設けられる。
【００１７】
巻き取りローラ１１には、ピアノ線６を巻き取るためのモーター１２（回転駆動手段）が付設されており、このモーター１２を駆動させて巻き取りローラ１１で巻き取ることによりピアノ線６を連続的に移動させることができる。
一方、巻き取られるピアノ線６に所定の張力（テンション）を付与するために、繰り出しローラ１０とその支持板２０との間にはパーマヒストルクコントローラ（商品名、小倉クラッチ（株）製）、パーマトルク（商品名、（株）工進精工所製）等の回転抵抗手段（図示せず）が設けられている。この回転抵抗手段によってピアノ線６の張力を調整することができる。張力は通常０．１〜１ｋｇｆ、好ましくは０．２５〜０．５ｋｇｆ程度であるのがよい。
【００１８】
前記回転軸８は、その後部で図示しない回転駆動部によって軸心Ｂを中心に回転可能に支持され、円板形のダイ１の中心軸と同軸上に設けられる。そして、図６に示すようにダイ１には複数の押出孔３が同心円状に配設されているので、回転軸８を回転させて、取付け板９を回転させることにより、その前面に張設したピアノ線６が各押出孔３の前面を横切りながら通過する。また、図６に示すように、この実施形態では、取付け板９に回転軸８を介して互いに反対方向に２つのピアノ線６，６が張設されており、それぞれのピアノ線６，６にて成形品の切断が行われる。
【００１９】
使用するピアノ線６は、直径が２００μｍ以下のものを使用するのが好ましい。ピアノ線６の径が２００μｍより大きいと、得られる成形体が切断箇所で潰れてしまうおそれがある。また、ピアノ線の長さは約１５０〜１０ｍであるのが好ましい。ピアノ線の長さが１５０ｍを超えると、繰り出しローラ１０への巻き付け時にピアノ線６が折れ曲がるおそれがある。一方、ピアノ線の長さが１０ｍを下回ると、頻繁にピアノ線６を交換しなければならなくため、生産性が低下する。
ピアノ線６の巻き取り速度は、特に限定されるものではなく、ダイ１からの成形品の押出速度、ダイ１内の押出孔３の数等を考慮して適宜設定可能であり、通常１０〜１００ｍｍ／分であるのがよい。
【００２０】
この実施形態では、ピアノ線６は押出孔３を設けた断面台形の膨出部１５の頂面に接触しながら移動するが、上記のようにピアノ線６を連続的に巻き取りながら移動させているので、ピアノ線６が破断することがなくなる。従って、繰り出しローラ１０に巻装されたピアノ線６がほぼ全部巻き取られるまで、押出成形装置を連続運転することができるようになり、頻繁にピアノ線６を交換する手間が大幅に軽減され、生産性および作業性が向上すると共に、製品の歩留りも向上し、さらにピアノ線６の切断によって工程が止まるのを防止できるため、工程管理も容易になるという利点がある。
【００２１】
切断装置はピアノ線を用いる前記切断装置に限定されるものではなく、他の金属線又はプラスチック材若しくは繊維材等からなる線材を用いる切断装置であっても良い。また、本発明の効果を損なわない範囲において、刃物等を用いる切断装置にも適用可能である。
さらに、上記実施形態では、取付け板９は回転するように構成されたが、成形品の押出方向に対して直交する方向に往復動させてもよい。
【００２２】
成形体の具体例としては、例えば触媒、触媒担体、吸着材、乾燥材、調湿材等が挙げられる。また、成形体の材料は無機材料からなる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明の押出成形装置を説明する。
実施例および比較例
図１〜図６に示す押出成形装置を用いて、図２に示す肉厚ｔが異なる種々のダイ１にて粘土状のアルミナ触媒成形体を押出成形した。
使用したダイ１は、いずれも表面がクロムメッキされたもので、押出孔３を同心円状に８個配設した円板形状を有する。押出孔３は最小径部１７での径が５ｍｍで、シリンダ半径８０ｍｍに対して同じ中心から半径６０ｍｍに中心に有する。そして、使用した各ダイ１の肉厚ｔは、それぞれ１．５ｍｍ、３ｍｍ、６．２ｍｍおよび２０ｍｍである。尚、肉厚ｔが６．２ｍｍのダイは図５に示すような中子２１を有する、円筒形成形体７’を製造するためのダイである。
切断装置２は、径が１５０μｍ、長さ１００ｍのピアノ線６を用いて、張力０．５ｋｇｆ（成形開始時）〜０．２５ｋｇｆ（成形終了時）で巻き取り速度２５ｍｍ／分にてピアノ線６を連続的に移動させ、押出孔３が設けられた膨出部１５の頂面に接触しながら移動させた。
これらのダイ１および切断装置２を用いて、押出速度４０ｍｍ／分で上記アルミナ触媒成形体の押出成形を行った。その結果、ピアノ線６は切断することなく８時間５７分の連続運転が可能であった。
【００２４】
一方、ダイ１の肉厚ｔが成形体の寸法精度に及ぼす影響を、成形体の長さ変動係数にて評価した（試料数ｎ＝１０）。ここで、長さ変動係数（％）とは各試料の長さを測定し、式：（標準偏差／平均値）×１００から算出されるものであって、長さ変動係数が高いと寸法のバラツキが大きいことを示している。反応器に充填される成形体には、充填密度を一定にし流れを均一にする目的から、長さ変動係数が１０％以下であることが要求される。結果を図７に示す。
図７から明らかなように、長さ変動係数を１０％以下に低減するためには、ダイ１の肉厚ｔを１０ｍｍ以下にするのが望ましいことがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイの押出孔が、押出方向に沿って大径孔から順次径が小さくなる断面略漏斗形で構成され、最小径での孔の長さが最小径部の径に対して１５〜２００％であるため、押出し流れの変動が防止されて押出し速度が一定になり、成形体の寸法精度が向上するという効果がある。
また、本発明においては、ダイを円筒形シリンダの先端に取り付けられた円板で構成し、この円板の中心Ｃから前記式(I)で表される半径ｒの位置に中心Ｄを有する複数の押出孔を同心円状に配設することにより、ダイから押し出された成形体に反りや曲がりが発生するのを防止することができるという効果がある。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である押出成形装置を示す概略断面図である。
【図２】ダイの押出孔を示す概略断面図である。
【図３】ダイをシリンダに取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】図３に示すダイの概略平面図である。
【図５】円筒形成形体を製造するためのダイの押出孔を示す概略断面図である。
【図６】切断用の線材とダイの押出孔との関係を示す概略説明図である。
【図７】ダイの肉厚と長さ変動係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ダイ
２切断装置
３押出孔
６ピアノ線（線材）
７成形体
８回転軸
２０円錐体

Claims

成形品が連続的に押し出される押出孔を有する押出成形用ダイであって、
該ダイは、円筒形シリンダの先端に取り付けられた円板で構成され、かつ背部に軸心が前記円板の中心Ｃと一致する円錐体が突設される共に、前記円板の中心Ｃからシリンダ内面までの半径をＲ₁、円錐体の基部の半径をＲ₂としたとき、同じ中心Ｃから下記式(I)で表される半径ｒの位置に中心Ｄを有する複数の押出孔が同心円状に配設されており、
前記成形品が無機材料からなり、前記押出孔が、押出方向に沿って大径孔から順次径が小さくなる断面略漏斗形で構成され、最小径部の径が１〜１０ｍｍであり、かつ最小径での孔の長さが最小径部の径に対して１５〜１００％であることを特徴とする押出成形用ダイ。
ｒ＝｛（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²）／２｝^0.5 （Ｉ）
請求項１記載の押出成形用ダイと、このダイに設けられた押出孔の前面を該押出孔の周縁に接触しながら横切って押出直後の成形品を切断する切断装置とを備えたことを特徴とする押出成形装置。
請求項１記載の押出成形用ダイを用いて、このダイから連続的に押し出される成形品を切断装置で所定長さに順次切断することを特徴とする成形体の製造方法。