JP4495510B2 - Multi-axis kneading apparatus and material kneading method - Google Patents
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Description
本発明は、複数本のスクリュー及び材料混練部材を有して材料の混練を行いかつ材料の押し出しも行う多軸混練装置及び材料混練方法に関する。 The present invention relates to a multi-axis kneading apparatus and a material kneading method that have a plurality of screws and a material kneading member to knead a material and also to extrude the material.
従来、少量の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の材料について、混練性等の処理可能性をテストする装置として、「Measuring Mixers」の名称のミキサー装置が存在する。該ミキサー装置は、材料を混ぜ合わすためのブレードを有するギアユニットを備え、少量の材料を長時間にわたり混練させることができる。(例えば、非特許文献1参照。)。
しかしながら、上記ミキサー装置には、混ぜ合わした材料を搬送する機構がなく、処理後の材料は、塊のまま上記ミキサー装置から取り出さねばならず、材料の取り扱いに問題がある。又、該ミキサー装置は、材料を単に混ぜ合わせるだけであるので、該ミキサー装置にて材料の混練性等を評価しても、スクリューによる搬送機能を有する押出機にスケールアップした場合、上記ミキサー装置と同様の評価を得るのは困難である。 However, the mixer device does not have a mechanism for transporting the mixed material, and the processed material must be taken out from the mixer device as a lump, and there is a problem in handling the material. In addition, since the mixer device simply mixes the materials, the mixer device described above is used when the mixer device is scaled up to an extruder having a conveying function using a screw even if the kneadability of the material is evaluated. It is difficult to obtain a similar evaluation.
上記材料の取扱性を良くするため、いわゆる押出機に備わるスクリュー構造を上記ミキサー装置に備えることで上記搬送機構を追加することも考えられる。しかしながら、スクリューとケーシングとの隙間を狭くしたスクリュー構造を有する搬送機構を設けた場合、経路内には材料の一方向への流れが発生するため、材料投入口に対して材料排出口が必要となる。短距離の搬送機構だけの追加では十分な溶融混練は得られないことから、装置に大きな負荷がかかるという問題を生じる。したがって、たとえ上記搬送機構を追加しても良好な材料混練性を得ることはできない。一方、上記搬送機構を長軸化すると、いわゆる押出機と同じ構造となり、大量の材料が必要となってしまう。 In order to improve the handleability of the material, it is conceivable to add the transport mechanism by providing the mixer apparatus with a screw structure provided in a so-called extruder. However, when a conveyance mechanism having a screw structure in which the gap between the screw and the casing is narrowed is provided, a flow in one direction of the material is generated in the path, so a material discharge port is required for the material input port. Become. If only a short-distance transport mechanism is added, sufficient melt-kneading cannot be obtained, which causes a problem that a large load is applied to the apparatus. Therefore, even if the transport mechanism is added, good material kneadability cannot be obtained. On the other hand, if the conveying mechanism has a long axis, the structure becomes the same as that of a so-called extruder, and a large amount of material is required.
又、上記スクリュー構造の代わりに、ニーディングと呼ばれる材料混練用部材を上記ミキサー装置に設けたとしても、材料混練用部材のみでは、装置内の一部の場所に材料を偏在させたり残存させたりする傾向が強く、装置が過負荷となったり、あるいは材料内に混在する気泡の除去が困難であることから良好な材料混練性を得ることができなくなったりする。 Further, even if a material kneading member called kneading is provided in the mixer device instead of the screw structure, the material may be unevenly distributed or remain in a part of the device only with the material kneading member. The device tends to be overloaded, or it may be difficult to remove air bubbles mixed in the material, making it impossible to obtain good material kneadability.
一方、押出機のみにて上記ミキサー装置と同様に材料混練性を増加させるためには、混練を行う部分を長くする、つまりスクリュー軸長を長くする必要がある。しかし、スクリュー軸長の増加により、上述したように投入する材料が多量になるという問題を生じる。例えば近年のいわゆるナノテクノロジー用の材料は、単価が非常に高価であり、必要量を超えて材料を用いることは経済的に困難である。又、超小型の押出機にて処理量を下げる方法も考えられるが、この場合でも数グラムオーダーの材料量にて処理を行うことは困難である。
又、短軸長の押出機を用い、混練され押出機より排出され一旦取り出した材料を再び材料供給部へ投入して繰り返し混練させる方法も考えられる。しかしながら該方法では、材料を押出機より取り出すことで、冷却、固化、再度の溶融、混練等の、当該材料に作用する熱履歴が変化し、材料の物性評価が正確に行えないという問題がある。
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、複数本のスクリューを備え、材料の搬送機能及び混練機能を有する多軸混練装置、及び該多軸混練装置にて実行される材料混練方法を提供することを目的とする。
On the other hand, in order to increase the material kneading property as in the mixer apparatus using only an extruder, it is necessary to lengthen the kneading part, that is, to increase the screw shaft length. However, an increase in the screw shaft length causes a problem that a large amount of material is charged as described above. For example, a material for nanotechnology in recent years has a very expensive unit price, and it is economically difficult to use a material exceeding a necessary amount. Although a method of lowering the processing amount with an ultra-small extruder can be considered, even in this case, it is difficult to perform the processing with a material amount on the order of several grams.
Another possible method is to use a short-shaft extruder and knead the material that has been kneaded, discharged from the extruder, and once taken out, into the material supply unit and repeatedly kneaded. However, in this method, there is a problem that by taking out the material from the extruder, the heat history acting on the material such as cooling, solidification, re-melting, and kneading changes, and the physical property evaluation of the material cannot be performed accurately. .
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a multi-axis kneading apparatus having a plurality of screws and having a material conveying function and a kneading function, and the multi-axis kneading apparatus. It is an object to provide a material kneading method.
上記目的を達成するため本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第1態様の多軸混練装置は、スクリュー状で互いに噛み合わせかつ互いに平行に配列した複数の第1搬送用部材、及び混練される材料の材料供給部を有し、上記第1搬送用部材の回転により該第1搬送用部材の軸方向に沿った搬送方向へ上記材料を搬送する材料供給搬送部と、
上記軸方向に沿って上記材料供給搬送部に連結され、上記材料供給搬送部にて搬送されてきた上記材料を混練する混練用部材を有する混練部と、
上記軸方向に沿って上記混練部に連結され、スクリュー状で互いに噛み合わせかつ互いに平行に配列した複数の第2搬送用部材を有し、上記混練部にて混練された材料を上記第2搬送用部材の回転により材料排出口へ搬送する排出用搬送部と、
上記材料排出口に連結され、該材料排出口から排出された材料を再度上記材料供給搬送部へ供給する材料戻し部と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the multi-axis kneading apparatus according to the first aspect of the present invention includes a plurality of first conveying members that are screw-shaped and meshed with each other and arranged in parallel to each other, and a material supply unit for the material to be kneaded, A material supply transport unit that transports the material in the transport direction along the axial direction of the first transport member by rotation of the first transport member;
A kneading unit having a kneading member connected to the material supply and conveyance unit along the axial direction and kneading the material conveyed by the material supply and conveyance unit;
A plurality of second conveying members that are coupled to the kneading part along the axial direction, meshed with each other and arranged in parallel with each other, and the material kneaded in the kneading part are conveyed to the second conveying part. A discharge transport unit that transports the material to the material discharge port by rotation of the member,
A material return unit connected to the material discharge port and supplying the material discharged from the material discharge port to the material supply and conveyance unit again;
It is provided with.
又、上記材料戻し部は、上記材料排出口から排出された材料を再度上記材料供給搬送部へ供給する材料戻し管を有し、該材料戻し管は、上記混練部の直前に設置されている上記第1搬送用部材におけるネジ山において少なくとも1山以上上記混練部より離れた戻し位置にて上記材料供給搬送部に接続するように構成することもできる。 The material return section has a material return pipe for supplying the material discharged from the material discharge port to the material supply / conveyance section again, and the material return pipe is installed immediately before the kneading section. It can also be configured to connect to the material supply / conveyance section at a return position separated from the kneading section by at least one or more threads in the first conveyance member.
又、上記材料戻し部は、上記材料戻し管において上記戻し位置の直前に設けられ上記材料戻し管を通して上記材料供給搬送部へ戻される上記材料を上記材料戻し管からサンプリングするサンプリング部をさらに有するように構成することもできる。 The material return section further includes a sampling section that is provided immediately before the return position in the material return pipe and samples the material returned to the material supply / conveyance section through the material return pipe from the material return pipe. It can also be configured.
又、上記材料戻し部は、上記材料戻し管に設けられ上記材料供給搬送部へ戻される上記材料の上記材料戻し管内における物理量を測定する測定器をさらに有するように構成することもできる。 In addition, the material return unit can be configured to further include a measuring instrument that measures a physical quantity in the material return pipe of the material that is provided in the material return pipe and is returned to the material supply / conveyance unit.
又、上記材料戻し部は、上記材料戻し管に設けられ当該材料戻し管に滞留する上記材料にて当該材料の試験片を作製する試験片作製用型部をさらに有するように構成することもできる。 In addition, the material return portion may be configured to further include a test piece preparation mold portion that is provided in the material return pipe and that makes a test piece of the material using the material staying in the material return pipe. .
又、上記材料排出口に設けられ、該材料排出口から排出される材料を上記材料戻し部及び材料を成形する口金のいずれか一方へ供給する切換部をさらに備えるように構成することもできる。 Moreover, it can also be comprised so that the switching part which is provided in the said material discharge port and supplies the material discharged | emitted from this material discharge port to any one of the said material return part and the nozzle | cap | die which shape | molds a material can also be provided.
又、上記材料の搬送及び混練中に上記材料の加熱及び冷却の少なくとも一方を行う温度調節装置をさらに備えるように構成することもできる。 Further, it may be configured to further include a temperature adjusting device that performs at least one of heating and cooling of the material during conveyance and kneading of the material.
又、上記排出用搬送部に設けられ、上記材料から気体を除去する気体除去部をさらに備えるように構成することもできる。 Moreover, it can also be comprised so that the gas removal part which is provided in the said discharge conveyance part and removes gas from the said material may be further provided.
又、上記材料供給搬送部及び上記排出用搬送部の少なくとも一方に設けられ、上記材料へ液体を供給する液体供給部をさらに備えるように構成することもできる。 Further, it may be configured to further include a liquid supply unit that is provided in at least one of the material supply conveyance unit and the discharge conveyance unit and supplies a liquid to the material.
又、上記材料供給搬送部に設けられ、上記材料へ気体を供給する気体供給部をさらに備えるように構成することもできる。 Moreover, it can also be comprised so that the gas supply part which is provided in the said material supply conveyance part and supplies gas to the said material may be further provided.
又、上記混練部と上記排出用搬送部との間に、上記第2搬送用部材に対して逆ネジ構造を有するスクリュー状のシール部材を有するシール部をさらに備えるように構成することもできる。 Moreover, it can also comprise so that the seal | sticker part which has a screw-shaped sealing member which has a reverse screw structure with respect to the said 2nd conveyance member between the said kneading | mixing part and the said discharge conveyance part can also be comprised.
さらに本発明の第2態様の材料混練方法は、供給した材料をスクリュー状の第1搬送用部材にて当該第1搬送用部材の軸方向に沿った搬送方向へ搬送し、
搬送されてきた上記材料を混練し、
混練された材料をスクリュー状の第2搬送用部材にて材料排出口へ搬送し、
上記材料排出口から排出された材料を、材料戻し管を通して再度上記第1搬送用部材へ戻して繰り返し材料の混練を行う、
ことを特徴とする。
Furthermore, in the material kneading method of the second aspect of the present invention, the supplied material is conveyed in the conveying direction along the axial direction of the first conveying member by the screw-shaped first conveying member,
Kneading the material that has been transported,
The kneaded material is conveyed to the material discharge port by the screw-shaped second conveying member,
The material discharged from the material discharge port is returned to the first conveying member again through the material return pipe and the material is kneaded repeatedly.
It is characterized by that.
又、上記材料混練方法において、上記材料戻し管による材料の戻しは、材料混練動作の直前に設置されている上記第1搬送用部材におけるネジ山において少なくとも1山以上上記材料混練動作より離れた戻し位置へ戻すようにしてもよい。 Further, in the material kneading method, the material returning by the material return pipe is a return that is separated from the material kneading operation by at least one or more threads in the first conveying member installed immediately before the material kneading operation. You may make it return to a position.
以上詳述したように本発明の第1態様の多軸混練装置、及び第2態様の材料混練方法によれば、混練部にて材料を繰り返し混練することができ、かつ材料供給搬送部及び排出用搬送部にて材料を移動させながら搬送することができ材料を特定場所に偏在させてしまうことはない。又、上記移動では、材料は、混ぜ合わされながら搬送されるので、材料内部に混在する可能性のある気泡を十分に取り除くことができ、従来の装置に比べて材料混練性を向上させることができる。さらに、材料戻し部を有することで、混練装置の長軸化が防止でき、材料搬送機能を備えた材料の混練動作を、少量の材料にて材料の物性を評価することが可能となる。したがって、本実施形態の多軸混練装置によれば、従来の装置に比べて、材料搬送機能を有しながら、材料を効率よくかつ十分に混練することができる。 As described above in detail, according to the multi-axis kneading apparatus of the first aspect of the present invention and the material kneading method of the second aspect, the material can be repeatedly kneaded in the kneading section, and the material supply / conveyance section and the discharge are discharged. The material can be conveyed while being moved by the conveying unit, and the material is not unevenly distributed at a specific place. In the above movement, since the material is conveyed while being mixed, bubbles that may be mixed inside the material can be sufficiently removed, and the material kneadability can be improved as compared with the conventional apparatus. . Further, by having the material return portion, it is possible to prevent the kneading apparatus from becoming longer, and the physical properties of the material can be evaluated with a small amount of material in the kneading operation of the material having the material transport function. Therefore, according to the multi-axis kneading apparatus of the present embodiment, the material can be efficiently and sufficiently kneaded while having a material conveying function as compared with the conventional apparatus.
さらに、切換部を設けたことで、混練された材料を装置外部へ取り出すことができ、さらに、口金を通すことで成形して取り出すことも可能である。 Furthermore, by providing the switching unit, the kneaded material can be taken out of the apparatus, and further, it can be molded and taken out by passing through a die.
本発明の実施形態である多軸混練装置、及び該多軸混練装置にて実行される材料混練方法について、図を参照しながら以下に詳しく説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
図1は、本実施形態における基本タイプの多軸混練装置101の縦断面図を示し、図2は図1の多軸混練装置101の横断面図を示している。
多軸混練装置101は、基本的には、いわゆる波形ネジを有し互いに噛み合わせかつ互いに平行に配列した複数のスクリューシャフト180を、駆動源であるモータ190にて周方向に沿ってそれぞれ同方向へ回転可能にして、バレル185内に挿入した押出機の構成を備え、特徴的な構成の一つとして、材料排出口から排出される材料を再び材料供給部付近へフィードバックする構成を備えている。よって、多軸混練装置101は、基本的構成部分として、材料供給搬送部110と、混練部120と、排出用搬送部130と、材料戻し部140とを備える。
尚、本多軸混練装置101では、2本のスクリューシャフト180を備えた場合であるが、2軸以上、例えば4軸等のスクリューシャフト180を備えることができる。
A multi-axis kneading apparatus which is an embodiment of the present invention and a material kneading method executed by the multi-axis kneading apparatus will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component in each figure.
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a basic type
The
In addition, although this
又、バレル185の外面には、バレル185内を搬送され混練される材料に対して、加熱及び冷却の少なくとも一方を行うための、プレートヒータ等を有する温度調節装置150を設けることもできる。
又、バレル185の先端である材料排出部分には、排出される材料を適宜な形状、例えば紐状や板状等の形状に成形し、上記材料を連続的に排出するための口金195を設置するのが好ましい。
又、本実施形態では、口金195を設けるバレル185の先端部分は、バレル185の本体部分とは別部材のバレルヘッド部185−1にて構成している。バレルヘッド部185−1は、バレル185の本体部分に対して着脱自在に締結可能である。尚、バレルヘッド部185−1のような別部材とせずに先端部分まで一つの部材でバレル185を形成することもできる。一つの部材でバレル185を形成した場合には、バレル185の耐圧力を上昇可能なことから、スクリューシャフト180の先端圧力の高い押出成形が可能となる。
尚、以下の説明では、バレル185の本体部分及びバレルヘッド部185−1をバレル185と総称する。
Further, on the outer surface of the
In addition, a material discharge portion at the tip of the
In this embodiment, the tip end portion of the
In the following description, the main body portion of the
上記材料供給搬送部110は、上記スクリューシャフト180の一部を構成するスクリュー状の第1搬送用部材111と、混練される材料を投入する材料供給部112と、第1搬送用部材111を回転可能に嵌合して装填しかつ材料供給部112を設置するためのケーシングとしてのバレル185とを有し、上記モータ190にて各第1搬送用部材111が回転することでスクリューシャフト180つまり第1搬送用部材111の軸方向180aに沿った搬送方向181へ、材料供給部112から投入された材料、例えば材料A及び材料Bを混ぜ合わせながらバレル185内を搬送する。
尚、供給される材料は、上述の2種類に限定されず、1種類以上の材料が供給される。又、供給される材料は、上記搬送中に、混ぜ合わされ溶融する。又、本実施形態では、材料供給部112は単に材料投入口であるが、強制的に材料を材料供給搬送部110へ供給する材料供給装置を設けることもできる。
又、図3に、材料排出口186の近傍におけるスクリューシャフト180の先端側から見た各スクリューシャフト180の回転方向182を示している。各スクリューシャフト180が回転方向182に回転することで、各第1搬送用部材111の谷部分に存在する材料は、矢印181aにて示す方向へ移動しながら、上記搬送方向181へ搬送されていく。
The material supply /
Note that the materials to be supplied are not limited to the above two types, and one or more types of materials are supplied. In addition, the supplied material is mixed and melted during the conveyance. In the present embodiment, the
FIG. 3 shows the
上記混練部120は、上記軸方向180aに沿って材料供給搬送部110に連結され、混練用部材121と、該混練用部材121を装填するためのケーシングとしてのバレル185とを有し、本実施形態では、混練部120と材料供給搬送部110とは一体的に形成されている。混練用部材121は、スクリューシャフト180の一部を構成し、材料供給搬送部110の第1搬送用部材111と一体的に形成され、第1搬送用部材111にて搬送されてきた上記材料を混練する。
尚、上記混練用部材121は、ニーディングとも呼ばれ、図4に示すように、木の葉形状のようなほぼ楕円状の複数の部材についてそれぞれ配置角度を変化させて配列した構成を有する。上記配置角度を変化させることにより、混練用部材121には、一般的に、回転方向182に回転したとき、搬送方向181へ材料を搬送可能なタイプ、搬送方向181とは逆方向へ材料を搬送可能なタイプ、及び材料の搬送機能を有しないタイプの3タイプが存在する。本実施形態では、上記搬送可能なタイプを使用しているが、上述の各タイプを使用することができる。
又、多軸混練装置101では、軸方向180aに沿って2つの混練用部材121を並設しているが、材料の混練具合の増減要求に応じて、混練用部材121の個数は、1以上の個数を設定することが可能である。例えば図8に示すように、3つの混練用部材121を並設することもできる。複数の混練用部材121を並設する場合、上記3つのタイプのいずれか1タイプのみを使用してもよいし、3つのタイプを組み合わせて使用してもよい。
The kneading
The kneading
In the
上記排出用搬送部130は、上記軸方向180aに沿って混練部120に連結され、第2搬送用部材131と、第1搬送用部材111を回転可能に嵌合し装填するためのケーシングとしてのバレル185とを有し、本実施形態では、排出用搬送部130と混練部120とは一体的に形成されている。上記第2搬送用部材131は、上述の第1搬送用部材111と同様にスクリュー状の部材であり、スクリューシャフト180の一部を構成し、上記混練用部材121と一体的に形成される。又、本実施形態では、第2搬送用部材131は、上述の第1搬送用部材111と同一の構造にてなる。このような第2搬送用部材131は、回転方向182に回転することで、混練用部材121にて混練された材料を材料排出口186へ搬送する。又、排出用搬送部130は、以下に説明する材料戻し部140の材料戻し管141内を通り上記材料を搬送するための昇圧部としても機能する。
The
又、本実施形態では、排出用搬送部130には、材料から気体を取り除くための気体除去部を構成するベント口132がバレル185に形成されており、該ベント口132には、真空装置133が接続され、常時、例えば約2.3kPa(約17Torr)の真空度にベント口132部分が減圧される。尚、このような減圧状態は、後述するシール部175を設けることで効果的に達成可能である。又、該ベント口132の設置の要否は、気体例えば空気が混じることで分散性が低下するような材料を処理する場合に設けることが望ましい。例えば、ナノカーボン等の材料を混練処理するときには、ベント口132及び真空装置133は必須の構成となる。
又、搬送されている材料から効率良く気体を除去するため、ベント口132は、上記軸方向180aに沿って第2搬送用部材131におけるネジ山で2つ分程度の長さに渡り延在するのが好ましい。
Further, in the present embodiment, a
Further, in order to efficiently remove gas from the material being conveyed, the
上記材料戻し部140は、上記材料排出口186に連結され、該材料排出口186から排出された材料を再度上記材料供給搬送部110へ供給する部分であり、材料排出口186から材料供給搬送部110へ至る材料戻し管141を有する。本実施形態では、材料戻し管141は、バレル185及び戻し用ブロック142に形成され、戻し用ブロック142は、バレル185に取り付けられている。
又、本実施形態では、材料排出口186の後段で材料排出口186の近傍に切換部143を設けている。該切換部143は、該材料排出口186から排出される材料を、材料戻し部140の材料戻し管141及び口金195のいずれか一方へ供給する部分であり、図5及び図6に示すように、駆動装置144にて流路が切り換えられるように構成している。本実施形態では、切換部143は、ボール弁構造を有し流路切換部分を駆動装置144にて回転されることで流路の切り換えを行う。尚、切換部143の構造は、上記ボール弁構造に限定されるものではなく、当業者が容易想到な構造を採ることができる。通常、図5に示すように切換部143は、材料排出口186を材料戻し管141に連結するように切り換えられており、材料排出口186から排出される材料の排出圧力にて、材料は、材料供給搬送部110へ搬送、供給される。尚、材料排出口186から排出された材料を強制的に材料供給搬送部110へ搬送、供給する材料搬送装置を材料戻し管141に設けるように構成することも可能である。
The
In the present embodiment, the
材料供給搬送部110における材料戻し管141の接続位置は、例えば図1に示すように、混練部120の直前に備わる第1搬送用部材111−Lに対応する位置であって、混練部120に至るまでに第1搬送用部材111−Lのネジ山が少なくとも1山存在するような戻し位置145である。このような戻し位置145に材料戻し管141を接続する理由は、材料戻し管141を通して戻された戻り材料が第1搬送用部材111−Lの回転により混練部120へ搬送可能とするためである。つまり、混練部120の直前に材料戻し管141を接続したのでは、第1搬送用部材111−Lのネジ山が存在せず、上記戻り材料は、混練部120へ供給困難又は供給不可となるからである。
尚、材料供給搬送部110における材料戻し管141の接続位置は、上記戻し位置145が最も好ましいが、上記ネジ山が1山存在する位置と、材料供給部112との間の位置を選択することもできる。
For example, as shown in FIG. 1, the connection position of the
The connection position of the
又、例えば図8に示すように混練用部材121の個数が変化することで、材料戻し管141の上記戻し位置145を変更する必要が生じる。このような位置変更に対応するため、例えば、それぞれの戻し位置145に対応した長さを有する材料戻し管141を形成したそれぞれの戻し用ブロック142を作製しておき、該戻し用ブロック142をバレル185に着脱可能な構造としたり、材料戻し管141を伸縮可能な構造とする等の工夫を施すのが好ましい。
Further, for example, as shown in FIG. 8, when the number of the kneading
本実施形態における多軸混練装置101における各部分の寸法の一例として、スクリュー状の第1搬送用部材111及び第2搬送用部材131の直径は15mmで、軸方向180aに沿った材料供給搬送部110の長さは約80mm、排出用搬送部130の長さは約40mm、及び混練部120の長さは約30mmである。
又、上述のように多軸混練装置101は、単に材料の混練のみを行う装置ではなく、混練した材料を装置外部へ押し出すこともでき、かつ材料混練のために装置系内で材料の循環を行うことができる。よって、本実施形態の多軸混練装置101は、多軸混練部付押出機、又は材料循環型多軸混練部付押出機と呼ぶこともできる。
As an example of the dimension of each part in the
Further, as described above, the
上述のような構成を有する多軸混練装置101は、以下のような変形例としての構成を採ることもできる。
図7に示す多軸混練装置102のように、材料供給搬送部110には、材料供給部112の後方に位置して、搬送される材料に気体を供給するための気体供給部を構成する気体供給口171、及び該気体供給口171に気体供給を行う気体供給装置172をさらに設けることができる。供給する気体の一例として、搬送される材料の酸化を防止するための窒素ガス等がある。
又、排出用搬送部130には、ベント口132の後方に位置して、排出される材料に液体を供給する液体供給部を構成する液体供給口173、及び該液体供給口173に液体供給を行う液体供給装置174をさらに設けることができる。供給する液体の一例として可塑剤又は滑剤がある。このような液体供給機能を備えることで、材料に液体を加えることで、材料の加工性を改善したり、流動性を向上させたりすることができる。
尚、液体供給口173及び液体供給装置174は、材料供給搬送部110における材料供給部112の後方の適宜な場所に設置することも可能である。
尚、多軸混練装置102におけるその他の構成は、上述の多軸混練装置101の構成と変わるところはない。
The
As in the
In addition, the
Note that the
The other configuration of the
さらに又、既に上述したが図8に示す多軸混練装置103のように、混練部120に備わる混練用部材121の個数を3個、又は3個以上若しくは1個とした構成を採ることもできる。尚、多軸混練装置103におけるその他の構成は、上述の多軸混練装置101の構成と変わるところはない。
Furthermore, as already described above, a configuration in which the number of kneading
さらに又、図9に示す多軸混練装置104のように、混練部120と排出用搬送部130との間にシール部175を設けることもできる。該シール部175は、排出用搬送部130の第2搬送用部材131に対して逆ネジ構造を有するスクリュー状のシール部材176と、該シール部材176を回転可能に嵌合し装填するケーシングとしてのバレルとを有する。該シール部材176は、上記スクリューシャフト180の一部となり、混練用部材121及び第2搬送用部材131と一体的に形成されている。尚、多軸混練装置104において、軸方向180aにおけるシール部材176の長さは、ネジの半山分の長さにてなるが、シール部材176の長さは、これに限定されるものではない。
Furthermore, a
このようなシール部175を設けることで、混練部120から排出用搬送部130への材料移動が抑制され、一方、材料供給搬送部110から混練部120には材料が供給されてくることから、混練部120における材料圧力を向上させることができる。即ち、シール部175を設けずにベント口132より真空減圧ベントを行ったとき、シール性が乏しいことからベント口132、混練部120、及び材料供給搬送部110における材料充満率が低くなり、場合によっては、ベント口132から材料が吸引されてしまうこともあり得る。一方、シール部175を設けることで、ベント口132より真空減圧ベントを行ったときでも、混練部120における材料圧力が高いことから、シール部175にてシール性が生じ、ベント口132における吸引力が材料供給搬送部110に作用することを防止することができる。よって、ベント口132における真空度を維持することができる。尚、投入される材料が少量である場合、装置内部における充満体積が小さいことから、混練用部材121のみでは真空を維持できない場合が多い。よって、少量の材料を処理する多軸混練装置では、シール部175を設けることが真空を維持のため有効な手段となる。
又、シール部175を設けることで、混練部120への材料供給が向上することから、混練部120における材料の混練性を向上させることも可能となる。
尚、多軸混練装置104におけるその他の構成は、上述の多軸混練装置101の構成と変わるところはない。
By providing such a
In addition, since the material supply to the
The other configuration of the
又、上述した各種の多軸混練装置101〜104における各構成を適宜組み合わせた構成を有する多軸混練装置を作製することも可能である。
It is also possible to produce a multi-axis kneader having a configuration in which the configurations of the various
以上のように構成される多軸混練装置における動作つまり材料混練方法について、以下に説明する。尚、多軸混練装置101を例に採り説明する。
モータ190を作動させ、第1搬送用部材111、混練用部材121、及び第2搬送用部材131を回転方向182に所定回転数にて回転させながら、材料供給部112へ例えば材料A及び材料Bを投入する。材料の一例として、樹脂材3グラム、フィラー材2グラムの計5グラムを投入する。上記回転により、上記材料は、第1搬送用部材111により矢印181aに沿って移動しながら搬送方向181へ搬送される。該搬送により材料は混ぜ合わされ、又、温度調節装置150による加熱又は冷却により溶融する場合もある。そして上記搬送により、材料は、混練部120へ供給されていく。
混練部120では、混練用部材121にて材料が混練され、混練後、次段の排出用搬送部130へ供給される。排出用搬送部130では、混練された材料は、第2搬送用部材131にて搬送方向181へ搬送される。そして、混練された材料は、排出される圧力にて、材料排出口186及び切換部143を通り、材料戻し管141へ供給され、材料戻し管141を通り、再び材料供給搬送部110へ供給される。
The operation in the multi-axis kneader configured as described above, that is, the material kneading method will be described below. The
The
In the
供給された材料の混練性等の評価が可能となるまで、材料は、繰り返し、材料排出口186から材料戻し管141を通り材料供給搬送部110へ供給される。
上記評価可能と判断されたときには、駆動装置144を作動させて、切換部143の流路を材料戻し管141側から口金195側へ切り換える。そして、十分に混練された材料を口金195にて、円筒状や平板状等の所望の形状に成形して排出する。
The material is repeatedly supplied from the
When it is determined that the evaluation is possible, the driving
このように本実施形態の多軸混練装置によれば、特に混練部120にて材料を繰り返し混練することができ、かつ材料供給搬送部110及び排出用搬送部130にて矢印181aに沿って材料を移動させながら搬送することができ、材料をある場所に偏在させたり残存させたりすることはない。又、上記矢印181aに沿った移動では、材料は、混ぜ合わされながら搬送されるので、材料内部に混在する可能性のある気泡を十分に取り除くことができ、従来の装置に比べて材料混練性を向上させることができる。したがって、本実施形態の多軸混練装置によれば、従来の装置に比べて、材料を効率よくかつ十分に混練することができる。
さらに、切換部143を設けたことで、混練された材料を装置外部へ取り出すことができ、さらに、口金195を通すことで材料を成形して取り出すことも可能である。
又、本実施形態の多軸混練装置によれば、材料戻し部140を有することで装置の長軸化が防止できることから、材料搬送機能を備えた材料の混練動作を、少量の材料、例えば5グラム程度の量の材料にて、材料の物性、例えば混練性等を評価することができる。又、材料戻し部140を有することで、1回の搬送、混練では材料の溶融、混練が不十分であるような場合でも、任意の回数や時間にて材料の混練度を調整できる。よって、従来の装置で問題となる過負荷や混練分散不良の問題は、本実施形態の多軸混練装置では生じない。
又、材料戻し部140を有することで、混練された材料を一旦装置外部へ取り出す必要がないことから、材料に作用する冷却、固化、再度の加熱溶融等の熱履歴における影響が少なく、材料の上記物性評価をより正確に行うことができる。
As described above, according to the multi-axis kneading apparatus of the present embodiment, the material can be repeatedly kneaded particularly in the
Furthermore, by providing the
Further, according to the multi-axis kneading apparatus of this embodiment, since the apparatus can be prevented from being elongated by having the
In addition, by having the
又、本実施形態では、バレル185の先端部分をバレルヘッド部185−1として着脱自在に構成したことで、バレル185を上下に分割せず、又、モータ190の駆動部分をバレル185に取り付けた状態で、スクリューシャフト180を前方から抜き出すことも可能である。よって、例えばバレル内の清掃を容易に行うことができる。又、後述するように材料戻し部140−1等に設けたサンプリング部146から材料のサンプリングを行い、サンプリングした材料の物性値等に基づいて、例えば、スクリューシャフト180の交換や、バレルの延長等を行う場合にも、これらの作業を容易に行うことが可能となる。
Further, in this embodiment, the
尚、上述した多軸混練装置101〜104は、少量の材料の搬送、混練に適すると説明したが、勿論、第1搬送用部材111の直径等、各部分をスケールアップすることで、材料戻し部140を有する大型の多軸混練装置を作製してもよい。この大型の多軸混練装置によれば、スクリューが1回転したときのスクリュー外周移動距離と、該スクリューの溝深さとの比率であるL/Dの値が小さい状態の押出機であって、長軸化した押出機の代用機とすることも可能である。
Although the above-described
上述では、樹脂材にフィラー材を同時に投入した場合を例に説明を行ったが、樹脂材のみを先に投入し、該樹脂材の溶融後、又はある程度の時間経過後にフィラー材を投入することもできる。例えば、ガラス繊維等の繊維系の材料を処理する場合、本多軸混練装置101〜104では繊維長を短くし易いため、材料の溶融前に混練を行うよりも溶融後に混練する方が繊維長を長く維持することができる。
In the above description, the case where the filler material is simultaneously added to the resin material has been described as an example. However, only the resin material is charged first, and the filler material is charged after the resin material is melted or after a certain amount of time has elapsed. You can also. For example, when processing a fiber-based material such as glass fiber, the fiber length is easily shortened in the
上述した材料戻し部140は、材料を単純に材料供給搬送部110へ戻す機能を有するものであり、例えば上記材料の戻り速度、戻り圧力、戻り量、温度等の材料戻し管141内における材料の物理量の測定が困難であり、材料供給搬送部110、混練部120、及び排出用搬送部130における例えば混練時間等の把握が困難である。そこで、上記材料戻し部140の変形例として以下のような材料戻し部を採用することができる。
The
一例として図10に示す材料戻し部140−1を上記材料戻し部140に代えて設けることができる。該材料戻し部140−1は、サンプリング部146を有する。材料戻し部140−1におけるその他の構成は材料戻し部140に同じである。サンプリング部146は、材料戻し管141において材料の搬送方向における上記戻し位置145の直前に設けられ、材料戻し管141を通して上記材料供給搬送部110へ戻される上記材料を材料戻し管141からサンプリング可能とする部分である。該サンプリング部146は、切換部143と同様に、本実施形態ではボール弁構造を有し上記材料の搬送を戻し位置145側又はサンプリング口1463側に切り換える流路切換部分1461と、該流路切換部分1461を回転させる駆動装置1462とを有する。材料戻し部140−1を用いて材料が材料供給搬送部110へ循環される状態と可能な限り同じ状態にて、循環している材料をサンプリングするため、流路切換部分1461の中心から戻し位置145までの経路1464と、流路切換部分1461の中心からサンプリング口1463までの経路1465とが同じ条件となるように、サンプリング部146は構成される。例えば、経路1464と経路1465とは、その長さ、経路断面形状、ルート形状等が同一である。
As an example, the material return part 140-1 shown in FIG. 10 can be provided in place of the
このような材料戻し部140−1を設けることで、当該材料戻し部140−1を通過させて材料を循環させている途中でも状況に応じて、駆動装置1462にて流路切換部分1461を回転させ、流路を戻し位置145側からサンプリング口1463側へ切り換えて、循環している材料を系外へ取り出すことができる。該取り出し動作により、循環している材料の物理量、例えば、材料戻し管141内における材料の単位時間当たりの排出量、戻り搬送速度、圧力、温度等を測定することができる。又、少なくともサンプリング口1463の断面を円形とすることで、サンプリング口1463から紐状にて上記材料を取り出すことができ、取り出した材料を一定長さに切断することで、ペレット化が可能であり2次加工に最適となる。
By providing such a material return portion 140-1, the flow
他の例として図11に示す材料戻し部140−2を上記材料戻し部140に代えて設けることができる。該材料戻し部140−2は、本実施形態では材料戻し部140−1の構成を有するとともに、循環されている材料の上記物理量を測定する測定器147を有する。測定器147として、本実施形態では、材料戻し管141において規定の測定距離MLをあけて2つの圧力検出器147−1、147−2を設けている。
従来の押出機では混練途中において材料の粘度を確認することはできなかったが、上述のように材料戻し部140−2にて圧力検出器147−1、147−2を設けることで、循環させている材料の経時変化、つまり混練による材料の粘度変化を2点間の圧力損失を測定することで求めることが可能となる。したがって、保持時間及と粘度変化との関係を得ることで、実機となる多軸押出機において連続成形を行う場合における適切な上記L/Dを推察することが可能となる。
又、上記測定器147として温度計や、材料の流動状態を目視可能な可視化用ガラス窓が取り付け可能である。
As another example, a material return portion 140-2 shown in FIG. 11 can be provided in place of the
In the conventional extruder, the viscosity of the material could not be confirmed during the kneading, but it was circulated by providing the pressure detectors 147-1 and 147-2 at the material return unit 140-2 as described above. It is possible to obtain the change with time of the material, that is, the change in viscosity of the material due to kneading by measuring the pressure loss between two points. Therefore, by obtaining the relationship between the retention time and the viscosity change, it is possible to infer an appropriate L / D when continuous molding is performed in a multi-screw extruder as an actual machine.
Further, a thermometer or a glass window for visualization that allows visual observation of the flow state of the material can be attached as the measuring
規定の循環回数にて材料の混練が終了した時点で、上述したように、切換部143にて口金195側に流路を切り換えることで、材料は口金195から外部へ排出される。一方、上述しているような材料戻し部140等を設けることで、切換部143にて口金195側に流路が切り換えられたときには、材料戻し部140等における材料戻し管141内に存在する材料には搬送力が作用しなくなり、材料戻し管141内に材料が滞留した状態になる。滞留した材料は、洗浄等により除去する必要があるが、材料戻し部140の別の例として図12に示す材料戻し部140−3は、材料の上記滞留を積極的に利用しようとするものである。
即ち、材料戻し部140−3は、上記材料戻し部140に代えて設けられ、材料戻し部140−1の構成を有するとともに、材料戻し管141内に滞留する上記材料にて当該材料の試験片を作製する試験片作製用型部148を有する。従来、押出機にてペレットを成形後、射出成形機にて試験片を成形しているが、材料戻し部140−3を設けることで、上述の従来工程を経ることなく試験片を作製することが可能となる。上記試験片作製用型部148は、JIS(日本工業規格) K 7113(2003年度版)に規定されるような、材料試験用の1〜4号形試験片を成形可能な形状を有する。尚、図12では、2号形試験片に相当する試験片を成形する試験片作製用型部148を図示し、後述の図13では4号形試験片に相当する試験片を成形する試験片作製用型部148を図示している。
When the kneading of the material is completed at the specified number of circulations, the material is discharged from the base 195 to the outside by switching the flow path to the base 195 side by the
That is, the material return portion 140-3 is provided in place of the
試験片作製用型部148を設けることで、混練のための材料の循環が終了し切換部143にて口金195側に流路が切り換えられたときには、材料戻し部140−3をバレル185から取り外し冷却して滞留している材料を固化させる。該動作により試験片作製用型部148にて自動的に試験片が成形、作製可能である。よって、効率的であり、又材料のロスも少なくすることができる。尚、図12及び図13では図示を省略しているが、試験片作製用型部148にて作製された試験片を材料戻し部140−3から取り出すため、当然ながら材料戻し部140−3には試験片取出用の開閉機構を設けている。
又、各種の試験片を作製するため、各形状の試験片作製用型部148に対応して複数の材料戻し部140−3を用意し、バレル185に付け替えることもできる。
又、試験片の作製は、混練のための材料の循環終了後でなくてもよく、混練の途中でも状況に応じて試験片作製用型部148にて試験片を作製することができる。尚、この場合、材料戻し部140−3の付け替えが必要である。
又、試験片作製用型部148を有する場合、他の材料戻し部140、140−1,140−2の場合に比べて、第1搬送用部材111へ投入する材料の量を、試験片に相当する分、多くする必要がある。
By providing the test piece
Further, in order to prepare various test pieces, a plurality of material return portions 140-3 can be prepared corresponding to the test piece
The test piece may not be prepared after the circulation of the material for kneading, and the test piece can be produced by the test piece producing
In addition, when the test piece
さらに又、別の例として図13に示す材料戻し部140−4を上記材料戻し部140に代えて設けることができる。該材料戻し部140−4は、上述した図11に示す材料戻し部140−2の構成と、図12に示す材料戻し部140−3の構成とを組み合わせ、測定器147と試験片作製用型部148とを備えた構成である。
このような材料戻し部140−4によれば、材料戻し部140−2の構成による効果と、図12に示す材料戻し部140−3の構成による効果との両方を奏することができる。特に、図13に示す材料戻し部140−4では、試験片作製用型部148の形状を、上記4号形試験片に相当する形状としていることから、図12に示すような2号形試験片の場合に比べて試験片作製用型部148における材料の圧力損失の影響が少ない。よって、試験片作製用型部148に加えて圧力検出器147−1、147−2を設けることができる。
Furthermore, as another example, a material return portion 140-4 shown in FIG. 13 can be provided in place of the
According to such a material return part 140-4, both the effect by the structure of the material return part 140-2 and the effect by the structure of the material return part 140-3 shown in FIG. 12 can be show | played. In particular, in the material return part 140-4 shown in FIG. 13, since the shape of the test piece
尚、上述の材料戻し部140−2、140−3、140−4では、材料戻し部140−1のサンプリング部146を並設した構造を有するが、該構成に限定するものではなく、サンプリング部146を有しない構成とすることもできる。
In addition, although the above-mentioned material return part 140-2, 140-3, 140-4 has the structure which arranged the
本発明は、複数本のスクリュー及び材料混練部材を有して材料の混練を行いかつ材料の押し出しも行う多軸混練装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a multi-axis kneading apparatus having a plurality of screws and a material kneading member for kneading materials and for extruding materials.
101〜104…多軸混練装置、
110…材料供給搬送部、111…第1搬送用部材、112…材料供給部、
120…混練部、121…混練用部材、130…排出用搬送部、
131…第2搬送用部材、140…材料戻し部、143…切換部、
146…サンプリング部、147…測定器、148…試験片作製用型部、
150…温度調節装置、173…液体供給口、174…液体供給装置、
175…シール部、176…シール部材、180a…軸方向、
181…搬送方向、186…材料排出口、195…口金。
101-104 ... multi-axis kneader,
110 ... Material supply / conveyance unit, 111 ... First conveyance member, 112 ... Material supply unit,
120 ... kneading section, 121 ... kneading member, 130 ... discharging transport section,
131: second conveying member, 140: material returning unit, 143: switching unit,
146 ... Sampling part, 147 ... Measuring instrument, 148 ... Mold part for specimen preparation,
150 ... Temperature control device, 173 ... Liquid supply port, 174 ... Liquid supply device,
175 ... Sealing part, 176 ... Sealing member, 180a ... Axial direction,
181... Transport direction, 186... Material discharge port, 195.
Claims (10)
上記軸方向に沿って上記材料供給搬送部に連結され、上記材料供給搬送部にて搬送されてきた上記材料を混練する混練用部材(121)を有する混練部(120)と、
上記軸方向に沿って上記混練部に連結され、スクリュー状で互いに噛み合わせかつ互いに平行に配列した複数の第2搬送用部材(131)を有し、上記混練部にて混練された材料を上記第2搬送用部材の回転により材料排出口(186)へ搬送する排出用搬送部(130)と、
上記材料排出口に連結され、該材料排出口から排出された材料を再度上記材料供給搬送部へ供給する材料戻し管(141)を有する材料戻し部(140)と、
上記材料排出口に設けられ、該材料排出口から排出される全ての材料を、上記材料戻し管及び材料を成形する口金(195)のいずれか一方へ供給する切換部(143)と、を備え、
上記材料戻し管は、上記混練部の直前に設置されている上記複数の第1搬送用部材のうちの1つの第1搬送用部材(111−L)におけるネジ山において少なくとも1山以上上記混練部より離れた位置に設けられた戻し位置(145)に接続されている、多軸混練装置。 A plurality of first conveying members (111) meshed with each other and arranged in parallel with each other, and a material supply section (112) for the material to be kneaded, and the first conveying member is rotated by the rotation of the first conveying member. A material supply transport unit (110) for transporting the material in the transport direction (181) along the axial direction (180a) of the one transport member;
A kneading part (120) having a kneading member (121) that is coupled to the material supply and conveyance part along the axial direction and kneads the material conveyed by the material supply and conveyance part;
A plurality of second conveying members (131) connected to the kneading part along the axial direction, meshed with each other and arranged in parallel with each other, and the material kneaded in the kneading part A discharge transport section (130) for transporting to the material discharge port (186) by rotation of the second transport member;
A material return unit (140) connected to the material discharge port and having a material return pipe (141) for supplying the material discharged from the material discharge port to the material supply and conveyance unit again;
A switching portion (143) provided at the material discharge port and configured to supply all the material discharged from the material discharge port to either the material return pipe or the die (195) for forming the material. ,
The material return pipe has at least one or more threads in the screw thread in one of the first transport members (111-L) among the plurality of first transport members installed immediately before the kneading section. A multi-axis kneading device connected to a return position (145) provided at a more distant position .
搬送されてきた上記材料を混練用部材(121)により混練し、
スクリュー状で互いに噛み合わせかつ互いに平行に配列した複数の第2搬送用部材(131)にて、材料排出口(186)へ混練された材料を搬送し、
上記複数の第1搬送用部材のうちの1つの第1搬送用部材(111−L)におけるネジ山において少なくとも1山以上上記混練用部材より離れた位置に設けられた戻し位置(145)に、上記材料排出口から排出された全ての材料を、材料戻し管(141)を通して再度戻して繰り返し材料の混練を行い、
その後、上記材料戻し管を通しての材料の戻し動作を停止して、上記材料排出口に接続された口金(195)より混練された材料を取り出す、材料混練方法。 A plurality of first conveying members (111) meshed with each other and arranged in parallel with each other in a screw shape, the material (A,) in the conveying direction (181) along the axial direction (180a) of the first conveying member. B)
Kneading the conveyed material with the kneading member (121),
The kneaded material is conveyed to the material discharge port (186) by a plurality of second conveying members (131) meshed with each other and arranged in parallel with each other,
At a return position (145) provided at a position separated from the kneading member by at least one thread in the thread of one first conveying member (111-L) among the plurality of first conveying members, All materials discharged from the material discharge port are returned again through the material return pipe (141), and the materials are kneaded repeatedly,
Thereafter, the material returning operation through the material return pipe is stopped, and the material kneaded is taken out from the base (195) connected to the material discharge port.
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