JP4909013B2

JP4909013B2 - 二軸押出機

Info

Publication number: JP4909013B2
Application number: JP2006297763A
Authority: JP
Inventors: 裕規山崎
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: US7594807B2; US20080102146A1; DE102007000610B4; JP2008114414A; DE102007000610A1

Description

本発明は、ハニカム成形体等の押出成形に使用される二軸押出機に関するものである。

自動車排ガスをはじめとした各種内燃機関排気ガスの浄化触媒用担体や脱臭用触媒担体、各種濾過機器用フィルタ、熱交換器ユニット、或いは燃料電池の改質触媒用担体等の化学反応機器用担体として、ハニカム状の構造体（ハニカム構造体）が広く使用されている。通常、このようなハニカム構造体は、セラミック原料等からなる坏土を押出成形して所定のハニカム構造を持った成形体（ハニカム成形体）を得、これを乾燥・焼成することにより製造される。

従来、坏土を押出成形してハニカム成形体を得るための装置として、図４に示すような構造の二軸押出機２１が広く使用されている。この二軸押出機２１は、平行に配された２本のスクリュー７を内部に有し、一端に開口部３を有するバレル２と、バレル２の開口部３側に整流板２２及び濾過網８を介して配された押出成形用の口金９とを備えたものである。図５Ａ及び図５Ｂは、整流板２２の正面図及び厚さ方向の断面図であり、これらの図に示すように、整流板２２には、バレル２の開口部３から押し出された坏土の流路となる１つの貫通孔２３が設けられている。この貫通孔２３は、通常直径が８〜３６ｍｍ程度の円孔である（なお、このような整流板構造に関する先行技術文献は特に見当たらない。）。濾過網（スクリーン）８は、坏土中の粗粒及び異物を除去するためのものであり、坏土の流れ方向において口金９の上流側に配置される。口金９には、得ようとするハニカム成形体の貫通孔や隔壁の寸法に対応したスリットが形成されている。

バレル２の内外を連通する原料投入口１０を通じてバレル２内部に導入された成形用原料は、モーターやギアボックスなどからなる駆動装置１１により回転する２本のスクリュー７によって、せん断力を付与されながら混練された後、バレル２の一端に設けられた開口部３より坏土としてバレル２外に連続的に押し出される。こうして押し出された坏土は、バレル２の開口部３に密接配置された整流板２２の貫通孔２３に流れ込み、貫通孔２３の出口側端部から整流板２２と濾過網８との間の空間１５に押し出され、当該空間１５内がほぼ坏土で満たされた後、濾過網８を通過して、濾過網８と口金９との間の空間１６に移動し、当該空間１６内がほぼ坏土で満たされた後、口金９の入口側端面から、口金９に形成されたスリットに押し込まれ、口金９の出口側端面から所定形状に成形されて押し出される。

ところで、このような従来の二軸押出機では、成形体の単位時間当たりの押出量（口金への坏土の供給量）が変動すると、成形体が変形しやすく、このため常に一定の押出量で、成形体の成形を行わなければならず、押出量を適宜柔軟に変動させて生産を行うということは困難であった。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成形体の単位時間当たりの押出量を変動させても、成形体が変形しにくい二軸押出機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、平行に配された２本のスクリューを内部に有し、一端に開口部を有するバレルと、前記バレルの前記開口部側に整流板及び濾過網を介して配された押出成形用の口金とを備えた二軸押出機であって、前記整流板が、第一の整流板と第二の整流板とから構成され、前記第一の整流板は、前記開口部の内周の寸法・形状と合致した寸法・形状の領域に複数の貫通孔が形成された孔形成領域を有するものであり、前記第二の整流板は、一方の開口端の内周の寸法・形状が前記孔形成領域の内周の寸法・形状と合致し、他方の開口端に至る過程で、断面積が一旦減少した後、テーパ状に拡大するような孔構造を持った１つの貫通孔を有するものである二軸押出機、が提供される。

本発明の二軸押出機を使用して成形体の押出成形を行えば、成形体の単位時間当たりの押出量を変動させても成形体が変形しにくく、押出量を適宜柔軟に変動させて生産を行うことが可能となる。

以下、本発明の代表的な実施形態について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１は、本発明に係る二軸押出機の構造の一例を示す概略断面図である。この二軸押出機１は、平行に配された２本のスクリュー７を内部に有し、一端に開口部３を有するバレル２と、バレル２の開口部３側に整流板４及び濾過網８を介して配された押出成形用の口金９とを備えたものであり、前記整流板４が、第一の整流板５と第二の整流板６とから構成されている。

図２Ａ及び図２Ｂは、第一の整流板５の正面図及び厚さ方向の断面図である。第一の整流板５は、バレル２の開口部３の内周の寸法・形状と合致した寸法・形状の領域に複数の貫通孔１３が形成された孔形成領域１２を有する。通常、二軸押出機におけるバレルの開口部の内周形状は、同径の２つの円をその一部が重なるように結合させた瓢箪形で、前記２つの円の中心がバレル内の２本のスクリューの軸心にそれぞれ合致する。前記のとおり、第一の整流板５における孔形成領域１２は、バレル２の開口部３の内周の寸法・形状と合致する寸法・形状を持った領域であり、第一の整流板５は、その一方の面の孔形成領域１２がバレル２の開口部３の内周と重なるように、バレル２の開口部３に密接配置されている。

図３Ａ及び図３Ｂは、第二の整流板６の正面図及び厚さ方向の断面図である。第二の整流板６は、１つの貫通孔１４を有しており、この貫通孔１４は、その一方の開口端の内周の寸法・形状が第一の整流板５の孔形成領域１２の寸法・形状と合致し、他方の開口端に至る過程で、断面積が一旦減少した後、テーパ状に拡大するような孔構造を持っている。第二の整流板６は、その貫通孔１４における前記一方の開口端が、第一の整流板５の孔形成領域（バレルの開口部に密接している面と反対側の面における孔形成領域）１２と重なるように、第一の整流板５に密接配置されている。

濾過網（スクリーン）８は、坏土の流れ方向において口金９の上流側に配置される。この濾過網８は、坏土中の粗粒や異物を除去するためのものであり、例えば、目開きが６５〜４２０μｍ程度のＳＵＳ３０４製の網などが好適に使用できる。口金９には、得ようとするハニカム成形体の貫通孔や隔壁の寸法に対応したスリットが形成されている。濾過網８は第二の整流板６からある程度間隔を置いて配置されることが好ましく、また、口金９は濾過網８からある程度間隔を置いて配置されることが好ましい。

バレル２の内外を連通する原料投入口１０を通じてバレル２内部に導入された成形用原料は、モーターやギアボックスなどからなる駆動装置１１により回転する２本のスクリュー７によって、せん断力を付与されながら混練された後、バレル２の一端に設けられた開口部３より坏土としてバレル２外に連続的に押し出される。こうしてバレル２の外部に押し出された坏土は、バレル２の開口部３に密接配置された第一の整流板５の多数の貫通孔１３に流れ込んで、ヌードル状に押し出されてから、第二の整流板６の１つの貫通孔１４に入り込み、１本の流れにまとめられて、第二の整流板６と濾過網８との間の空間１５に押し出され、当該空間１５内がほぼ坏土で満たされた後、濾過網８を通過して、濾過網８と口金９との間の空間１６に移動し、当該空間１６内がほぼ坏土で満たされた後、口金９の入口側端面から、口金９に形成されたスリットに押し込まれ、口金９の出口側端面から所定形状に成形されて押し出される。

本発明の二軸押出機１においては、このように整流板４の前段部分を構成する第一の整流板５にて、バレル２から押し出された坏土を、一旦ヌードル状の多数の流れに拡散させた後、整流板４の後段部分を構成する第二の整流板６にて、それを一様な１つの流れにまとめて絞り込み、濾過網８を経て口金９に供給するようになっており、このような整流板構造を採用することにより、成形体の押出量を変動させても、成形体に変形が生じにくくなっている。

第一の整流板５における貫通孔１３の孔径や配置ピッチは特に限定されるものではないが、孔径は５〜１０ｍｍ程度、配置ピッチは６〜１５ｍｍ程度とすることが好ましい。孔径が５ｍｍ未満では、坏土が貫通孔１３を通過する際の抵抗が大きくなって、押出量が抑制される場合があり、１０ｍｍを超えると、坏土に十分なせん断力を付与できない場合がある。

第二の整流板６における貫通孔１４は、その断面積が最も小さい部分における孔径が１２〜４０ｍｍ程度とすることが好ましい。この孔径が１２ｍｍ未満では、坏土が貫通孔１４を通過する際の抵抗が大きくなって、押出量が抑制される場合があり、４０ｍｍを超えると、第一の整流板５の貫通孔１３を通過し一旦ヌードル状の多数の流れに拡散させた流れを、十分に絞込んでまとめることができず、偏った流れとなる場合がある。

本発明の二軸押出機において、これら整流板以外の構造については、基本的に従来の二軸押出機の構造をそのまま採用することができる。本発明の二軸押出機は、バレル内の２本のスクリューが同方向に回転するものであっても、異方向に回転するものであってもよい。

本発明の二軸押出機によって成形される成形体の形状は、押出成形より得られる形状であれば特に限定はされないが、例えば、セルを仕切る隔壁が肉薄で変形が生じやすいハニカム成形体の成形に好適である。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような構造を有する本発明の二軸押出機を使用し、これに成形原料として、セラミックス原料（タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ）７０ｋｇと、水２１ｋｇと、バインダー５ｋｇとの混合物９６ｋｇを投入して、１３０ｋｇ／ｈ、２００ｋｇ／ｈ、２６０ｋｇ／ｈの各押出量にて円柱状のハニカム成形体（直径：１０２ｍｍ、長さ：１２０ｍｍ、隔壁厚さ：７５μｍ、セル形状：四角形、セル密度：６００セル／平方インチ）を押出成形した。なお、第一の整流板の貫通孔の孔径は５ｍｍとし、貫通孔の配置ピッチは６．５ｍｍとした。また、第二の整流板の貫通孔は、その断面積が最も小さい部分における孔径を１２ｍｍとした。各押出量にて成形されたハニカム成形体の一端面と他端面とで、それぞれ最大径と最小径を測定し、それらの差から各端面における真円度（＝最大径−最小径）を求めた。その結果を表１に示す。

（比較例）
図４に示すような構造を有する従来の二軸押出機を使用した以外は、前記実施例と同様にしてハニカム成形体を押出成形し、同様に真円度を求めた。その結果を表１に示す。なお、整流板の貫通孔の孔径は２４ｍｍとした。

表１に示すとおり、従来の二軸押出機を使用した比較例では、押出量の変動により、ハニカム成形体端面の真円度が大きく変化するとともに、一端面と他端面とで真円度の差が大きく、更に真円度の値自体も大きめであった。これに対し、本発明の二軸押出機を使用した実施例では、押出量が変動しても、ハニカム成形体端面の真円度はあまり変化せず、一端面と他端面との真円度の差や、真円度の値も比較例に比して小さなものであった。

本発明の二軸押出機は、ハニカム成形体等の押出成形により成形可能な成形体の成形に好適に利用することができる。

本発明に係る二軸押出機の構造一例を示す概略断面図である。第一の整流板の平面図である。第一の整流板の断面図である。第二の整流板の平面図である。第二の整流板の断面図である。従来の二軸押出機の構造を示す概略断面図である。整流板の平面図である。整流板の断面図である。

符号の説明

１：二軸押出機、２：バレル、３：開口部、４：整流板、５：第一の整流板、６：第二の整流板、７：スクリュー、８：濾過網、９：口金、１０：原料投入口、１１：駆動装置、１２：孔形成領域、１３：貫通孔、１４：貫通孔、１５：空間、１６：空間、２１：二軸押出機、２２：整流板、２３：貫通孔。

Claims

平行に配された２本のスクリューを内部に有し、一端に開口部を有するバレルと、前記バレルの前記開口部側に整流板及び濾過網を介して配された押出成形用の口金とを備えた二軸押出機であって、
前記整流板が、第一の整流板と第二の整流板とから構成され、前記第一の整流板は、前記開口部の内周の寸法・形状と合致した寸法・形状の領域に複数の貫通孔が形成された孔形成領域を有するものであり、前記第二の整流板は、一方の開口端の内周の寸法・形状が前記孔形成領域の内周の寸法・形状と合致し、他方の開口端に至る過程で、断面積が一旦減少した後、テーパ状に拡大するような孔構造を持った１つの貫通孔を有するものである二軸押出機。