JP4068692B2 - 二軸押出機および二軸押出機の圧力制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを、溶融、混練して、ペレット状に成形する二軸押出機および二軸押出機の圧力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、ポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを溶融、混練して、ペレット状に成形し、そのペレットを各種成形品を製造するためのプラスチック材料とする際に、二軸押出機がよく用いられている。
【０００３】
図７に示したように、この二軸押出機１０１は、樹脂パウダーを樹脂供給口１０２から、押出機１０１のシリンダー本体１０３内に供給し、その樹脂パウダーは、シリンダー本体１０３内に軸方向に相互に回転可能に配設されたフルフライトと呼ばれる二軸のスクリュー１０４、１０４の間に入り、まず供給部１０５において、樹脂パウダーの送りと余熱が行われる。そして、供給部１０５から送られた樹脂パウダーは、混練部１０６にて、圧縮されてそのせん断熱によって発熱し、溶融、混練される。この際、混練部１０６の下流側には、混練部での樹脂の混練度を調整するために、混練部での充満度を調整する開度調整可能なゲート部１０７が設けられている。混練部１０６で溶融、混練された溶融樹脂は、ゲート部１０７を通過して、搬送部１０８にて前方へ搬送されて、シリンダー本体１０３の側部に設けられた排出口１０９へ送られる。さらに、排出口１０９に接続された搬送部１１０を通り、ギアポンプ１１１にて下流側に圧送される。ギアポンプ１１１にて圧送された溶融樹脂は、スクリーン１１２にて、異物などが除去された後、ダイ１１６を水中に置き、ダイ面に設けられた回転刃１１３にてカットするいわゆるアンダーウォーターカット方式のペレタイザー１１４にて、ペレット状に成形され、その後ペレットの分離搬出装置（図示せず）にて外部へと搬出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような二軸押出機１０１では、樹脂粉末材料の分子量、スクリューの回転数、樹脂粉末のフィード量などに起因して、シリンダー本体１０３内の混練部１０６近傍の圧力が上昇または下降することがある。この場合、特に、搬送部１０８のシリンダー本体１０３内の圧力が外部の圧力より低下した場合には、ゲート部１０７のシール部分を介して、外部の空気、特に酸素が、シリンダー本体１０３内に侵入することがある。
【０００５】
このように、外部から酸素が侵入した場合には、例えば、ポリプロピレンの場合では、樹脂分解が発生し、ポリエチレンの場合では、樹脂分解または架橋が生じ、物性が変化してしまう。すなわち、樹脂分解が起こった場合には、生成した低分子量物が、臭いや変色の原因となり、一方、架橋が生じた場合には、高分子量のゲル状物が生成し、いわゆる「フィッシュアイ」と呼ばれ、フィルム状に成形した場合に小さな凹凸部として観察される異物が生じてしまい商品価値が低下する。
【０００６】
このため、図示しないが、従来より、ゲート部１０７のシール部分やラビリンスシール部分に一定量の窒素ガスをパージして、酸素の侵入を防止している。
しかしながら、このような方法では、シリンダー本体１０３内の圧力が大きく変動して低下した場合には、パージした窒素ガスだけでなく、酸素も外部より侵入して、前述と同様な問題が生じるおそれがある。また、このように一定量の窒素ガスをパージするだけでは、シリンダー本体１０３内の圧力変動を抑えることができないので、樹脂のフィード量に変化が生じ、ペレタイザー１１４への溶融樹脂の供給量に変動が生じて、ペレットの寸法が不揃いとなっていた。
【０００７】
一方、従来より、このようなシリンダー本体１０３内における樹脂圧力を制御するために、図７に示したように、ギアポンプ１１１の上流側近傍に圧力センサー１１５を配置して、溶融樹脂のサクション圧力を測定し、サクション圧力が低下した場合には、ギアポンプ１１１の回転数を上昇して送り量を増加し、シリンダー本体１０３内の圧力を低下させる一方、サクション圧力が増加した場合には、ギアポンプ１１１の回転数を減少して送り量を低下し、シリンダー本体１０３内の圧力を増加させ、常に一定量の溶融樹脂をフィードするように制御する方法が採用されている。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、樹脂の圧力を制御しているので、圧力変動が非常に大きく、また、混練部１０６近傍とギアポンプ１１１近傍との間に圧力差があるため、独立に制御することができず、シリンダー本体１０３内の圧力変動を綿密に制御することは困難である。
【０００９】
従って、この場合にも、シリンダー本体１０３内の圧力変動を抑えることができないので、樹脂のフィード量に変化が生じ、ペレタイザー１１４への溶融樹脂の供給量に変動が生じて、ペレットの寸法が不揃いとなっていた。
【００１０】
本発明は、このような実情を考慮して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することがなく、しかも、シリンダー本体内の圧力変動を抑えることができ、樹脂のフィード量が一定であり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法のばらつきが生じることのない二軸押出機および二軸押出機の圧力制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の二軸押出機は、樹脂パウダーを押出機のシリンダー本体内に供給するための樹脂供給口と、
前記樹脂供給口より供給された樹脂パウダーを溶融、混練するために、押出機のシリンダー本体内に軸方向に相互に回転可能に配設された二軸のスクリューと、前記スクリューにて溶融、混練された溶融樹脂をペレット状に成形するために、前記スクリューの下流側に配設されたペレタイザーとを備え、
前記シリンダー本体が、樹脂パウダーの送りと余熱を行う供給部と、
前記供給部より送られた樹脂パウダーを溶融、混練する混練部と、
前記混練部の下流側に配設され、該混練部での樹脂の混練度を調整するために、前記混練部から前記ペレタイザーへの送り量を調整する絞り手段と、
前記スクリューの混練部と前記ペレタイザーとの間に配置され、前記混練部で溶融、混練された溶融樹脂を、ペレタイザーへ圧送するための圧送手段とを備えた二軸押出機において、
前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するとともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の二軸押出機の圧力制御方法は、前述したような構造の二軸押出機において、前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するととともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出することを特徴とする。
【００１５】
このように構成することによって、シリンダー本体内の圧力が外部の圧力よりも低下した場合には、窒素ガスを導入してシリンダー本体内の圧力を一定圧力に維持できるとともに、シリンダー本体内に供給される樹脂粉末材料に同伴する窒素ガスなどのガスによってシリンダー圧力が一定圧力よりも増加した場合には、シリンダー本体内から窒素ガスを排出して、シリンダー本体内の圧力を一定圧力に維持できる。
【００１６】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流近傍に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することがなく、しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定となり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法のばらつきが生じることがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（実施例）について説明する。図１は、本発明の二軸押出機の押出機本体の第１の実施例の縦断面図、図２は、本発明の二軸押出機の第１の実施例のペレット製造機本体の縦断面図、図３は、本発明の第１の実施例の二軸押出機全体の概略平面図である。
【００１８】
図１および図２において、１は全体で本発明の二軸押出機を示している。この二軸押出機１は、図１に示したような、押出機本体２と、図２に示したように、押出機本体２の下流側に、図３に示したように、平面でＬ字形状に接続されたペレット製造機本体３とを備えている。
【００１９】
押出機本体２は、シリンダー本体４を備えており、シリンダー本体４には、図２に示したように、二つの略円筒形状のシリンダ室５、６が形成されている。これらのシリンダー室５、６にはそれぞれ、フルフライトと呼ばれる二軸のスクリュー７、８が、シリンダー本体４内に軸受ベアリング９を介して回転可能に配設されている。なお、これらのスクリュー７、８は、図示しないモータによって駆動され、スクリュー７、８に設けられ、噛合する歯車１０によって、矢印で示したように相互に反対方向に回転駆動されるようになっている。
【００２０】
また、シリンダー本体４には、例えば、重合装置で製造したポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを、ホッパー１１で受け入れ、その後、押出機１のシリンダー本体４内に供給するための樹脂供給口１２ 'が設けられている。
【００２１】
シリンダー本体４内には、樹脂供給口１２ 'より供給された樹脂パウダーをスクリュー７、８の回転によって下流側へ送るとともに、図示しないシリンダー本体に設けられたヒーターによって余熱が行われる供給部１２が設けられている。
【００２２】
そして、この供給部１２ａの下流側には、スクリュー７、８の溝深さを減じて、両スクリュー７、８の間で、供給部１２ａから送られた樹脂を、圧縮してそのせん断熱によって発熱させ、溶融、混練するための混練部１３が設けられている。また、混練部１３の下流側には、混練部１３での樹脂の混練度を調整するために、混練部１３での充満度を調整する開度調整可能なゲート部１４が設けられている。
【００２３】
さらに、この混練部１３の下流側には、混練部１３で溶融、混練され、ゲート部１４を通過した溶融樹脂を、下流側に搬送する搬送部１５が形成されている。この搬送部１５のシリンダー本体４の下方に排出口１６が設けられ、排出口１６には、搬送管１７が接続されており、排出口１６を介して排出された溶融樹脂が、搬送管１７に接続されたギアポンプ１８に送られるようになっている。
【００２４】
ギアポンプ１８は、相互に反対方向に回転するギア部材１９、２０によって、搬送管１７にて搬送されてきた溶融樹脂を、ギアポンプ１８の下流側に圧送するように構成されている。そして、ギアポンプ１８にて圧送された溶融樹脂は、メッシュなどで構成されたスクリーン２１にて、異物などが除去された後、ペレタイザー２２に供給されるようになっている。
【００２５】
このペレタイザーは、ダイ２３を水中に置き、モータ２５で駆動される回転刃２４にて、水中にてダイ面で、樹脂をカットするいわゆるアンダーウォーターカット方式のペレタイザーであり、これによって、ペレット状に成形されるようになっている。ペレタイザー２２によって、ペレット状に成形された合成樹脂は、分離搬出装置（図示せず）にて外部へと搬出されるようになっている。
【００２６】
ところで、このような二軸押出機１では、樹脂粉末材料の分子量等の性状、スクリューの回転数、樹脂粉末のフィード量などに起因して、シリンダー本体４内の混練部１３近傍の圧力が上昇または下降することがあり、この場合、前述したように、特に、シリンダー本体４内の圧力が外部の圧力より低下した場合には、ゲート部１４のシール部分を介して、外部の空気、特に酸素が、シリンダー本体４内に侵入して、樹脂分解または架橋が生じ、物性に変化が起こる。
【００２７】
そのため、本発明の押出機１では、ガス給排制御手段４０が設けられている。すなわち、シリンダー本体４の搬送部１５に、開口部２６を設けて、開口部２６に開口ボックス２７を形成し、この開口ボックス２７にガス給排ライン２８が接続されている。ガス給排ライン２８は、分岐ライン２９を介して、窒素ガス導入制御バルブ３０によって窒素ガス供給源３１に接続されている。一方、ガス給排ライン２８の他端は、ガス排出制御バルブ３２を介して、外部に開放されている。
【００２８】
また、開口ボックス２７の内部には、圧力センサー３３が配設されており、圧力センサー３３に接続された圧力計３４によって、搬送部１５のシリンダー４内の圧力が検知されるようになっている。そして、圧力計３４によって検知された圧力値は、圧力制御部３５に入力されるようになっている。
【００２９】
一方、圧力制御部３５から、ライン３６、３７を介して、それぞれ、窒素ガス導入制御バルブ３０、ガス排出制御バルブ３２の開閉を制御する信号が送られるよになっている。
【００３０】
具体的には、この圧力制御部３５では、図４に示したように、圧力制御がなされるようになっている。
先ず、ステップＳ１で、供給される樹脂パウダーの種類、供給量、スクリュー７、８の回転数、およびギアポンプ１８の回転数が入力される。
【００３１】
ステップＳ２にて、これらの入力値に基づいて、予め、圧力制御部３５のメモリーに蓄積されたデータベースから、樹脂パウダーの種類、供給量、スクリュー７、８の回転数およびギアポンプ１８の回転数に応じて、予め記憶された搬送部１５での最適圧力値Ｐが読み出される。なお、この最適圧力値は、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が外部の圧力よりも、高くなるような所定圧力に設定されている。
【００３２】
そして、ステップＳ３にて、圧力計３４によって、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が測定され、実測圧力値ｐを得る。
ステップＳ４にて、この実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値か否か、許容範囲内か否かが比較される。実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値でない場合又は許容範囲からはずれる場合には、ステップＳ５へと進む。一方、実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値ある場合には又は許容範囲内である場合には、圧力制御の必要がないので、終了する。
【００３３】
ステップＳ５では、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも大きいか否か判別されるようになっている。
すなわち、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも大きい場合には、ステップＳ６へと進み、ステップＳ６において、窒素ガス導入制御バルブ３０を閉止して、窒素ガス供給源３１から、搬送部１５のシリンダー本体４内への窒素ガスの導入が停止されるとともに、ガス排出制御バルブ３２を開放して、搬送部１５のシリンダー本体４内から窒素ガス等のシリンダー本体内に存在するガスを外部に排出して、シリンダー本体４内の圧力を低下するように制御されるようになっている。
【００３４】
逆に、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも小さい場合には、ステップＳ７へと進み、ステップＳ７において、ガス排出制御バルブ３２を閉止するとともに、窒素ガス導入制御バルブ３０を開放して、窒素ガス供給源３１から、搬送部１５のシリンダー本体４内へ窒素ガスが導入され、シリンダー本体４内の圧力を上昇するように制御されるようになっている。
【００３５】
そして、これらのステップＳ６、Ｓ７の後、再びステップＳ３へ戻り、これらのステップＳ３〜Ｓ６が繰り返し行われるようになっている。なお、この場合、ステップＳ３は、連続的に実施することも、予め設定されたタイミングにて実施することも可能である。
【００３６】
このように、本発明の押出機１では、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が所定圧力になるように、シリンダー本体内の圧力が所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、所定圧力を超えた場合に、シリンダー本体内から窒素ガス等のガスを外部に排出するように制御されるようになっている。
【００３７】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流近傍に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することが防止できる。
【００３８】
しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定であり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法や生産量のばらつきが生じることが防止できる。
【００３９】
なお、この場合、このような制御とともに、従来のように、ゲート部１４のシール部分やラビリンスシール部分に一定量の窒素ガスをパージして、酸素の侵入を防止する方法を併用することも勿論可能である。また、ギアポンプ１８の上流側近傍に圧力センサーを配置して、溶融樹脂のサクション圧力を測定して、サクション圧力が低下した場合には、ギアポンプ１８の回転数を上昇して送り量を増加して、シリンダー本体４内の圧力を低下させる一方、サクション圧力が増加した場合には、ギアポンプ１８の回転数を減少して送り量を低下して、シリンダー本体４内の圧力を増加させて、一定量の溶融樹脂をフィードするように制御する方法を併用することも勿論可能である。
【００４０】
また、本実施例では、ゲート部１４にて、混練部１３での充満度を調整するようにしたが、ゲート部１４の代わりに、オリフィスとすることも可能である。
さらに、搬送部１５のシリンダー本体に、開口部２６を設けて、開口部２６に開口ボックス２７を形成したが、従来の押出機に設けられているベントボックスを利用して、ガス給排ライン２８を接続するようにすれば、別途開口ボックス２７を形成する必要がないので、製造コストなどが低減できる。
【００４１】
また、第１の実施例では、図３に示したように、押出機本体２と、押出機本体２の下流側に、平面でＬ字形状に接続されたペレット製造機本体３とを備えるように構成したが、図５に示したように、押出機本体２と、ペレット製造機本体３とを直線的に接続した押出機１に適用することも勿論可能である。
【００４２】
さらに、図６に示したように、押出機本体２の下流側に、ギアポンプの代わりに、押出機１８’にて溶融樹脂をペレタイザー２２に供給するタイプの押出機に適用することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、搬送部のシリンダー本体内の圧力が所定圧力になるように、シリンダー本体内の圧力が所定圧力を下回った場合には、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、所定圧力を超えた場合に、シリンダー本体内から窒素ガス等のガスを外部に排出するように制御されるようになっている。
【００４４】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部近傍の、シール部分などから空気が侵入して、樹脂が分解したり架橋を生じて、樹脂の物性が変化することを防ぐことができる。
【００４５】
しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定となり、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法や生産量のばらつきを生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の二軸押出機の押出機本体の第１の実施例の縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の二軸押出機の第１の実施例のペレット製造機本体の縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例の二軸押出機全体の概略平面図である。
【図４】図４は、本発明のガス給排制御手段の制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の二軸押出機の別の実施例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の二軸押出機の別の実施例を示す概略図である。
【図７】図７は、従来の二軸押出機の概略図である。
【符号の説明】
１・・・・二軸押出機
２・・・・押出機本体
３・・・・ペレット製造機本体
７、８・・・スクリュー
１２・・・・供給部
１２ ' ・・・樹脂供給口
１３・・・・混練部
１４・・・・ゲート部
１５・・・・搬送部
１６・・・・排出口
１８・・・・ギアポンプ
２２・・・・ペレタイザー
２７・・・・開口ボックス
２８・・・・ガス給排ライン
３０・・・・窒素ガス導入制御バルブ
３１・・・・窒素ガス供給源
３２・・・・ガス排出制御バルブ
３４・・・・圧力計
３５・・・・圧力制御部
４０・・・・ガス給排制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを、溶融、混練して、ペレット状に成形する二軸押出機および二軸押出機の圧力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、ポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを溶融、混練して、ペレット状に成形し、そのペレットを各種成形品を製造するためのプラスチック材料とする際に、二軸押出機がよく用いられている。
【０００３】
図７に示したように、この二軸押出機１０１は、樹脂パウダーを樹脂供給口１０２から、押出機１０１のシリンダー本体１０３内に供給し、その樹脂パウダーは、シリンダー本体１０３内に軸方向に相互に回転可能に配設されたフルフライトと呼ばれる二軸のスクリュー１０４、１０４の間に入り、まず供給部１０５において、樹脂パウダーの送りと余熱が行われる。そして、供給部１０５から送られた樹脂パウダーは、混練部１０６にて、圧縮されてそのせん断熱によって発熱し、溶融、混練される。この際、混練部１０６の下流側には、混練部での樹脂の混練度を調整するために、混練部での充満度を調整する開度調整可能なゲート部１０７が設けられている。混練部１０６で溶融、混練された溶融樹脂は、ゲート部１０７を通過して、搬送部１０８にて前方へ搬送されて、シリンダー本体１０３の側部に設けられた排出口１０９へ送られる。さらに、排出口１０９に接続された搬送部１１０を通り、ギアポンプ１１１にて下流側に圧送される。ギアポンプ１１１にて圧送された溶融樹脂は、スクリーン１１２にて、異物などが除去された後、ダイ１１６を水中に置き、ダイ面に設けられた回転刃１１３にてカットするいわゆるアンダーウォーターカット方式のペレタイザー１１４にて、ペレット状に成形され、その後ペレットの分離搬出装置（図示せず）にて外部へと搬出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような二軸押出機１０１では、樹脂粉末材料の分子量、スクリューの回転数、樹脂粉末のフィード量などに起因して、シリンダー本体１０３内の混練部１０６近傍の圧力が上昇または下降することがある。この場合、特に、搬送部１０８のシリンダー本体１０３内の圧力が外部の圧力より低下した場合には、ゲート部１０７のシール部分を介して、外部の空気、特に酸素が、シリンダー本体１０３内に侵入することがある。
【０００５】
このように、外部から酸素が侵入した場合には、例えば、ポリプロピレンの場合では、樹脂分解が発生し、ポリエチレンの場合では、樹脂分解または架橋が生じ、物性が変化してしまう。すなわち、樹脂分解が起こった場合には、生成した低分子量物が、臭いや変色の原因となり、一方、架橋が生じた場合には、高分子量のゲル状物が生成し、いわゆる「フィッシュアイ」と呼ばれ、フィルム状に成形した場合に小さな凹凸部として観察される異物が生じてしまい商品価値が低下する。
【０００６】
このため、図示しないが、従来より、ゲート部１０７のシール部分やラビリンスシール部分に一定量の窒素ガスをパージして、酸素の侵入を防止している。
しかしながら、このような方法では、シリンダー本体１０３内の圧力が大きく変動して低下した場合には、パージした窒素ガスだけでなく、酸素も外部より侵入して、前述と同様な問題が生じるおそれがある。また、このように一定量の窒素ガスをパージするだけでは、シリンダー本体１０３内の圧力変動を抑えることができないので、樹脂のフィード量に変化が生じ、ペレタイザー１１４への溶融樹脂の供給量に変動が生じて、ペレットの寸法が不揃いとなっていた。
【０００７】
一方、従来より、このようなシリンダー本体１０３内における樹脂圧力を制御するために、図７に示したように、ギアポンプ１１１の上流側近傍に圧力センサー１１５を配置して、溶融樹脂のサクション圧力を測定し、サクション圧力が低下した場合には、ギアポンプ１１１の回転数を上昇して送り量を増加し、シリンダー本体１０３内の圧力を低下させる一方、サクション圧力が増加した場合には、ギアポンプ１１１の回転数を減少して送り量を低下し、シリンダー本体１０３内の圧力を増加させ、常に一定量の溶融樹脂をフィードするように制御する方法が採用されている。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、樹脂の圧力を制御しているので、圧力変動が非常に大きく、また、混練部１０６近傍とギアポンプ１１１近傍との間に圧力差があるため、独立に制御することができず、シリンダー本体１０３内の圧力変動を綿密に制御することは困難である。
【０００９】
従って、この場合にも、シリンダー本体１０３内の圧力変動を抑えることができないので、樹脂のフィード量に変化が生じ、ペレタイザー１１４への溶融樹脂の供給量に変動が生じて、ペレットの寸法が不揃いとなっていた。
【００１０】
本発明は、このような実情を考慮して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することがなく、しかも、シリンダー本体内の圧力変動を抑えることができ、樹脂のフィード量が一定であり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法のばらつきが生じることのない二軸押出機および二軸押出機の圧力制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の二軸押出機は、樹脂パウダーを押出機のシリンダー本体内に供給するための樹脂供給口と、
前記樹脂供給口より供給された樹脂パウダーを溶融、混練するために、押出機のシリンダー本体内に軸方向に相互に回転可能に配設された二軸のスクリューと、前記スクリューにて溶融、混練された溶融樹脂をペレット状に成形するために、前記スクリューの下流側に配設されたペレタイザーとを備え、
前記シリンダー本体が、樹脂パウダーの送りと余熱を行う供給部と、
前記供給部より送られた樹脂パウダーを溶融、混練する混練部と、
前記混練部の下流側に配設され、該混練部での樹脂の混練度を調整するために、前記混練部から前記ペレタイザーへの送り量を調整する絞り手段と、
前記スクリューの混練部と前記ペレタイザーとの間に配置され、前記混練部で溶融、混練された溶融樹脂を、ペレタイザーへ圧送するための圧送手段とを備えた二軸押出機において、
前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するとともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の二軸押出機の圧力制御方法は、前述したような構造の二軸押出機において、前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するととともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出することを特徴とする。
【００１５】
このように構成することによって、シリンダー本体内の圧力が外部の圧力よりも低下した場合には、窒素ガスを導入してシリンダー本体内の圧力を一定圧力に維持できるとともに、シリンダー本体内に供給される樹脂粉末材料に同伴する窒素ガスなどのガスによってシリンダー圧力が一定圧力よりも増加した場合には、シリンダー本体内から窒素ガスを排出して、シリンダー本体内の圧力を一定圧力に維持できる。
【００１６】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流近傍に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することがなく、しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定となり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法のばらつきが生じることがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（実施例）について説明する。図１は、本発明の二軸押出機の押出機本体の第１の実施例の縦断面図、図２は、本発明の二軸押出機の第１の実施例のペレット製造機本体の縦断面図、図３は、本発明の第１の実施例の二軸押出機全体の概略平面図である。
【００１８】
図１および図２において、１は全体で本発明の二軸押出機を示している。この二軸押出機１は、図１に示したような、押出機本体２と、図２に示したように、押出機本体２の下流側に、図３に示したように、平面でＬ字形状に接続されたペレット製造機本体３とを備えている。
【００１９】
押出機本体２は、シリンダー本体４を備えており、シリンダー本体４には、図２に示したように、二つの略円筒形状のシリンダ室５、６が形成されている。これらのシリンダー室５、６にはそれぞれ、フルフライトと呼ばれる二軸のスクリュー７、８が、シリンダー本体４内に軸受ベアリング９を介して回転可能に配設されている。なお、これらのスクリュー７、８は、図示しないモータによって駆動され、スクリュー７、８に設けられ、噛合する歯車１０によって、矢印で示したように相互に反対方向に回転駆動されるようになっている。
【００２０】
また、シリンダー本体４には、例えば、重合装置で製造したポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどの合成樹脂パウダーを、ホッパー１１で受け入れ、その後、押出機１のシリンダー本体４内に供給するための樹脂供給口１２ 'が設けられている。
【００２１】
シリンダー本体４内には、樹脂供給口１２ 'より供給された樹脂パウダーをスクリュー７、８の回転によって下流側へ送るとともに、図示しないシリンダー本体に設けられたヒーターによって余熱が行われる供給部１２が設けられている。
【００２２】
そして、この供給部１２ａの下流側には、スクリュー７、８の溝深さを減じて、両スクリュー７、８の間で、供給部１２ａから送られた樹脂を、圧縮してそのせん断熱によって発熱させ、溶融、混練するための混練部１３が設けられている。また、混練部１３の下流側には、混練部１３での樹脂の混練度を調整するために、混練部１３での充満度を調整する開度調整可能なゲート部１４が設けられている。
【００２３】
さらに、この混練部１３の下流側には、混練部１３で溶融、混練され、ゲート部１４を通過した溶融樹脂を、下流側に搬送する搬送部１５が形成されている。この搬送部１５のシリンダー本体４の下方に排出口１６が設けられ、排出口１６には、搬送管１７が接続されており、排出口１６を介して排出された溶融樹脂が、搬送管１７に接続されたギアポンプ１８に送られるようになっている。
【００２４】
ギアポンプ１８は、相互に反対方向に回転するギア部材１９、２０によって、搬送管１７にて搬送されてきた溶融樹脂を、ギアポンプ１８の下流側に圧送するように構成されている。そして、ギアポンプ１８にて圧送された溶融樹脂は、メッシュなどで構成されたスクリーン２１にて、異物などが除去された後、ペレタイザー２２に供給されるようになっている。
【００２５】
このペレタイザーは、ダイ２３を水中に置き、モータ２５で駆動される回転刃２４にて、水中にてダイ面で、樹脂をカットするいわゆるアンダーウォーターカット方式のペレタイザーであり、これによって、ペレット状に成形されるようになっている。ペレタイザー２２によって、ペレット状に成形された合成樹脂は、分離搬出装置（図示せず）にて外部へと搬出されるようになっている。
【００２６】
ところで、このような二軸押出機１では、樹脂粉末材料の分子量等の性状、スクリューの回転数、樹脂粉末のフィード量などに起因して、シリンダー本体４内の混練部１３近傍の圧力が上昇または下降することがあり、この場合、前述したように、特に、シリンダー本体４内の圧力が外部の圧力より低下した場合には、ゲート部１４のシール部分を介して、外部の空気、特に酸素が、シリンダー本体４内に侵入して、樹脂分解または架橋が生じ、物性に変化が起こる。
【００２７】
そのため、本発明の押出機１では、ガス給排制御手段４０が設けられている。すなわち、シリンダー本体４の搬送部１５に、開口部２６を設けて、開口部２６に開口ボックス２７を形成し、この開口ボックス２７にガス給排ライン２８が接続されている。ガス給排ライン２８は、分岐ライン２９を介して、窒素ガス導入制御バルブ３０によって窒素ガス供給源３１に接続されている。一方、ガス給排ライン２８の他端は、ガス排出制御バルブ３２を介して、外部に開放されている。
【００２８】
また、開口ボックス２７の内部には、圧力センサー３３が配設されており、圧力センサー３３に接続された圧力計３４によって、搬送部１５のシリンダー４内の圧力が検知されるようになっている。そして、圧力計３４によって検知された圧力値は、圧力制御部３５に入力されるようになっている。
【００２９】
一方、圧力制御部３５から、ライン３６、３７を介して、それぞれ、窒素ガス導入制御バルブ３０、ガス排出制御バルブ３２の開閉を制御する信号が送られるよになっている。
【００３０】
具体的には、この圧力制御部３５では、図４に示したように、圧力制御がなされるようになっている。
先ず、ステップＳ１で、供給される樹脂パウダーの種類、供給量、スクリュー７、８の回転数、およびギアポンプ１８の回転数が入力される。
【００３１】
ステップＳ２にて、これらの入力値に基づいて、予め、圧力制御部３５のメモリーに蓄積されたデータベースから、樹脂パウダーの種類、供給量、スクリュー７、８の回転数およびギアポンプ１８の回転数に応じて、予め記憶された搬送部１５での最適圧力値Ｐが読み出される。なお、この最適圧力値は、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が外部の圧力よりも、高くなるような所定圧力に設定されている。
【００３２】
そして、ステップＳ３にて、圧力計３４によって、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が測定され、実測圧力値ｐを得る。
ステップＳ４にて、この実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値か否か、許容範囲内か否かが比較される。実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値でない場合又は許容範囲からはずれる場合には、ステップＳ５へと進む。一方、実測圧力値ｐと最適圧力値Ｐが同じ値ある場合には又は許容範囲内である場合には、圧力制御の必要がないので、終了する。
【００３３】
ステップＳ５では、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも大きいか否か判別されるようになっている。
すなわち、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも大きい場合には、ステップＳ６へと進み、ステップＳ６において、窒素ガス導入制御バルブ３０を閉止して、窒素ガス供給源３１から、搬送部１５のシリンダー本体４内への窒素ガスの導入が停止されるとともに、ガス排出制御バルブ３２を開放して、搬送部１５のシリンダー本体４内から窒素ガス等のシリンダー本体内に存在するガスを外部に排出して、シリンダー本体４内の圧力を低下するように制御されるようになっている。
【００３４】
逆に、実測圧力値ｐが最適圧力値Ｐよりも小さい場合には、ステップＳ７へと進み、ステップＳ７において、ガス排出制御バルブ３２を閉止するとともに、窒素ガス導入制御バルブ３０を開放して、窒素ガス供給源３１から、搬送部１５のシリンダー本体４内へ窒素ガスが導入され、シリンダー本体４内の圧力を上昇するように制御されるようになっている。
【００３５】
そして、これらのステップＳ６、Ｓ７の後、再びステップＳ３へ戻り、これらのステップＳ３〜Ｓ６が繰り返し行われるようになっている。なお、この場合、ステップＳ３は、連続的に実施することも、予め設定されたタイミングにて実施することも可能である。
【００３６】
このように、本発明の押出機１では、搬送部１５のシリンダー本体４内の圧力が所定圧力になるように、シリンダー本体内の圧力が所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、所定圧力を超えた場合に、シリンダー本体内から窒素ガス等のガスを外部に排出するように制御されるようになっている。
【００３７】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部下流近傍に、シール部分などから空気が侵入して、樹脂分解や架橋を生じて樹脂の物性が変化することが防止できる。
【００３８】
しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定であり、その結果、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法や生産量のばらつきが生じることが防止できる。
【００３９】
なお、この場合、このような制御とともに、従来のように、ゲート部１４のシール部分やラビリンスシール部分に一定量の窒素ガスをパージして、酸素の侵入を防止する方法を併用することも勿論可能である。また、ギアポンプ１８の上流側近傍に圧力センサーを配置して、溶融樹脂のサクション圧力を測定して、サクション圧力が低下した場合には、ギアポンプ１８の回転数を上昇して送り量を増加して、シリンダー本体４内の圧力を低下させる一方、サクション圧力が増加した場合には、ギアポンプ１８の回転数を減少して送り量を低下して、シリンダー本体４内の圧力を増加させて、一定量の溶融樹脂をフィードするように制御する方法を併用することも勿論可能である。
【００４０】
また、本実施例では、ゲート部１４にて、混練部１３での充満度を調整するようにしたが、ゲート部１４の代わりに、オリフィスとすることも可能である。
さらに、搬送部１５のシリンダー本体に、開口部２６を設けて、開口部２６に開口ボックス２７を形成したが、従来の押出機に設けられているベントボックスを利用して、ガス給排ライン２８を接続するようにすれば、別途開口ボックス２７を形成する必要がないので、製造コストなどが低減できる。
【００４１】
また、第１の実施例では、図３に示したように、押出機本体２と、押出機本体２の下流側に、平面でＬ字形状に接続されたペレット製造機本体３とを備えるように構成したが、図５に示したように、押出機本体２と、ペレット製造機本体３とを直線的に接続した押出機１に適用することも勿論可能である。
【００４２】
さらに、図６に示したように、押出機本体２の下流側に、ギアポンプの代わりに、押出機１８’にて溶融樹脂をペレタイザー２２に供給するタイプの押出機に適用することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、搬送部のシリンダー本体内の圧力が所定圧力になるように、シリンダー本体内の圧力が所定圧力を下回った場合には、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、所定圧力を超えた場合に、シリンダー本体内から窒素ガス等のガスを外部に排出するように制御されるようになっている。
【００４４】
従って、シリンダー本体内の圧力変動を抑えて一定圧力に維持できるので、シリンダー本体内の圧力が低下して、二軸押出機のシリンダー本体内のゲート部近傍の、シール部分などから空気が侵入して、樹脂が分解したり架橋を生じて、樹脂の物性が変化することを防ぐことができる。
【００４５】
しかも、シリンダー本体内の圧力の変動を抑えることができるので、樹脂のフィード量が一定となり、ペレタイザーへ溶融樹脂を一定の供給量で安定して供給することができ、ペレットの寸法や生産量のばらつきを生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の二軸押出機の押出機本体の第１の実施例の縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の二軸押出機の第１の実施例のペレット製造機本体の縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例の二軸押出機全体の概略平面図である。
【図４】図４は、本発明のガス給排制御手段の制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の二軸押出機の別の実施例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の二軸押出機の別の実施例を示す概略図である。
【図７】図７は、従来の二軸押出機の概略図である。
【符号の説明】
１・・・・二軸押出機
２・・・・押出機本体
３・・・・ペレット製造機本体
７、８・・・スクリュー
１２・・・・供給部
１２ ' ・・・樹脂供給口
１３・・・・混練部
１４・・・・ゲート部
１５・・・・搬送部
１６・・・・排出口
１８・・・・ギアポンプ
２２・・・・ペレタイザー
２７・・・・開口ボックス
２８・・・・ガス給排ライン
３０・・・・窒素ガス導入制御バルブ
３１・・・・窒素ガス供給源
３２・・・・ガス排出制御バルブ
３４・・・・圧力計
３５・・・・圧力制御部
４０・・・・ガス給排制御手段
Claims (2)
- 樹脂パウダーを押出機のシリンダー本体内に供給するための樹脂供給口と、
前記樹脂供給口より供給された樹脂パウダーを溶融、混練するために、押出機のシリンダー本体内に軸方向に相互に回転可能に配設された二軸のスクリューと、前記スクリューにて溶融、混練された溶融樹脂をペレット状に成形するために、前記スクリューの下流側に配設されたペレタイザーとを備え、
前記シリンダー本体が、樹脂パウダーの送りと余熱を行う供給部と、
前記供給部より送られた樹脂パウダーを溶融、混練する混練部と、
前記混練部の下流側に配設され、該混練部での樹脂の混練度を調整するために、前記混練部から前記ペレタイザーへの送り量を調整する絞り手段と、
前記スクリューの混練部と前記ペレタイザーとの間に配置され、前記混練部で溶融、混練された溶融樹脂を、ペレタイザーへ圧送するための圧送手段とを備えた二軸押出機において、
前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するとともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出するように構成されていることを特徴とする二軸押出機。 - 樹脂パウダーを押出機のシリンダー本体内に供給するための樹脂供給口と、
前記樹脂供給口より供給された樹脂パウダーを溶融、混練するために、押出機のシリンダー本体内に軸方向に相互に回転可能に配設された二軸のスクリューと、
前記スクリューにて溶融、混練された溶融樹脂をペレット状に成形するために、前記スクリューの下流側に配設されたペレタイザーとを備え、
前記シリンダー本体が、樹脂パウダーの送りと余熱を行う供給部と、
前記供給部より送られた樹脂パウダーを溶融、混練する混練部と、
前記混練部の下流側に配設され、該混練部での樹脂の混練度を調整するために、前記混練部から前記ペレタイザーへの送り量を調整する絞り手段と、
前記スクリューの混練部と前記ペレタイザーとの間に配置され、前記混練部で溶融、混練された溶融樹脂を、ペレタイザーへ圧送するための圧送手段とを備えた二軸押出機の圧力制御方法であって、
前記シリンダー本体の前記絞り手段の下流側に、窒素ガスをシリンダー本体内に供給しまたはシリンダー本体内から余分のガスを排出して、前記シリンダー本体内の圧力を一定圧力に制御するためのガス給排制御手段を接続するとともに、
前記ガス給排制御手段は、前記シリンダー本体内の圧力を検知する圧力検知手段を備えており、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を下回った場合に、窒素ガス供給源から窒素ガスをシリンダー本体内に供給するとともに、
前記圧力検知手段で検知された圧力が、所定圧力を超えた場合に、前記シリンダー本体内から余分のガスを外部に排出することを特徴とする二軸押出機の圧力制御方法。
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