JP4929129B2

JP4929129B2 - 土練機

Info

Publication number: JP4929129B2
Application number: JP2007290948A
Authority: JP
Inventors: 伸之柏木; 裕丈山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: JP2009113422A

Description

本発明は、成形用原料を混練して成形用の坏土を得るために使用される土練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。

一般に、このような成形体の成形に用いられる坏土は、図１４に示すような従来の土練機２１を用いて得られる。この土練機２１は、内部に一次スクリュー４を備えた一次ドラム２と、内部に二次スクリュー５を備えた二次ドラム３とを有し、一次ドラム２と二次ドラム３とは、複数の流路（貫通孔）が形成された多孔板６を介して内部的に連通した構造となっており、一次スクリュー４及び二次スクリュー５には、その回転軸の全体に渡って螺旋状の羽根１５、１６が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

原料投入口７より一次ドラム２内に導入された成形用原料は、まず、この一次ドラム２内において一次スクリュー４の回転によりせん断力を付与されながら混練された後、多孔板６に設けられた複数の流路を通過して二次ドラム３内に移動し、二次ドラム３内において真空引きされるとともに、二次スクリュー５の回転により再びせん断力を付与されながら更に混練され、出口である二次ドラム３先端の開口部８より成形用の坏土として押し出される。

ところで、従来の土練機においては二次ドラム３内のスクリュー先端部９付近でスクリューの回転の前と後とで押し出された坏土が結合するが、この結合した坏土の境界面が特に坏土の中心付近に残ってキレ目を生じさせ、この坏土を用いてハニカム成形体やハニカムセグメント等の成形体を押し出しすると、成形体中心付近に成型不良が生じやすくなる。また、スクリューの羽根が回転対称に２条設けられている場合には特にこの問題が顕著である。

また、このような従来の土練機において、開口部８から押し出された坏土の断面を調べると、坏土の中心付近が外周付近と比較して密度が低下する問題が生じていた。これは、スクリューによる坏土を押し出す推力が中心付近と比較して外周付近において大きいことに起因するものであり、この坏土を用いてハニカム成形体やハニカムセグメント等の成形体を押し出しすると、成形体中心付近に成型不良が生じやすくなる。
特開２００５−６６９４６号公報

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、中心付近でのキレ目や密度低下がほとんど無く、均一な密度を持った坏土を得ることが可能で部品交換等の保守作業が容易な土練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、以下の土練機が提供される。

［１］ドラム内部にスクリューを備え、前記ドラム内部に導入された成形用原料を前記スクリューで混練し、前記ドラム先端の開口部より成形用の坏土として押し出す土練機であって、前記スクリューの先端部に少なくとも攪拌治具を備え、前記攪拌治具が前記スクリューの回転軸中心線から偏心した位置に設けられ、前記攪拌治具の前記開口部側に、その先端が平坦に形成された突起部が設けられ、前記突起部が前記スクリューの回転軸中心線から偏心した位置に設けられ、前記攪拌治具は、前記スクリューの回転に伴って坏土の中心領域を攪拌する土練機。

［２］前記攪拌治具は円盤形状または楕円盤形状である前記［１］に記載の土練機。

［３］前記突起部が開口部側に向かって次第に細くなるテーパー形状である前記［１］または［２］に記載の土練機。

［４］前記突起部に一つまたは複数の二次突起部を設けた前記［１］〜［３］のいずれかに記載の土練機。

本発明の土練機によれば、中心付近でのキレ目や密度低下がほとんど無く、均一な密度を持った坏土を得ることが可能である。そして、本発明の土練機により得られた均一な密度を持った坏土にてハニカム成形体やハニカムセグメント等の成形を行えば、成型不良等の欠陥が生じにくく、土練機のスクリュー先端部分の部品交換等の保守作業が容易でメンテナンス性が高い。

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、本発明に係る土練機の構造の一例を示す概略断面図である。この土練機１は、内部に一次スクリュー４を備えた一次ドラム２と、内部に二次スクリュー５を備えた二次ドラム３とを有し、一次ドラム２と二次ドラム３とは、複数の流路（貫通孔）が形成された多孔板６を介して内部的に連通した構造となっている。更に、この土練機１は、本発明の特徴的な構成として、二次ドラム３先端の開口部８付近で坏土の中心領域を攪拌するために、二次スクリュー５のスクリュー先端部９に取り付けられた攪拌治具１０を備える。またこの攪拌治具１０は取り外しが可能で部品交換や保守点検の作業が容易である。

また図２に本発明の土練機１の一実施形態における二次ドラム３の開口部８付近を拡大したスクリュー先端部９の模式的断面図を示す。図３〜１１は、先端部９と攪拌治具１０の構造の各実施例を示す説明図である。この攪拌治具１０は、二次スクリュー５の先端部に取り外し可能な状態で取り付けられており、二次スクリュー５と共に回転するようになっている。図１２は、従来の土練機２１におけるスクリュー先端部９を示す模式的説明図である。図５〜図１１は攪拌治具１０が突起部１１を備えた場合を示し、図１０および図１１は突起部１１が更に二次突起部１２を備える場合、すなわち攪拌治具１０が複数の突起を備えた場合を示す。図２中のスクリュー回転軸中心線１３の延長線上右方向、すなわち二次ドラムの開口部８が設けられた方向を押出方向１７とし、図５〜図１２中における上方向は坏土が押出される押出方向１７を示すものとする。

図２に示すように本発明の土練機１は、スクリュー先端部９に円盤状の攪拌治具１０を備える。図３に示すように、この攪拌治具１０は、スクリュー回転軸中心線１３の延長線上を少なくとも覆うようにして設けることができ、スクリュー５の回転に伴って回転し、坏土を押出す際に坏土中心付近を攪拌するものである。またこの攪拌治具１０は、図４に示すようにスクリュー回転軸中心線１３の延長線上に対して偏心した位置に設けることで攪拌を効率よく行うことができる。

またこの攪拌治具１０は、図５に示すように押出方向１７の表面に突起部１１を備えることもでき、坏土中心領域を攪拌する効率を高めることができる。図５に示すように、突起部１１は押出方向１７へ向かって次第に細くなるテーパー状の形状であることが坏土の攪拌に適しており好ましい。また攪拌治具１０は押出方向１７から見て円形に見えるような円盤形状または楕円盤形状であることがスクリュー５の回転に伴って回転するため好ましい。突起部１１は、図６に示すようにスクリュー回転軸中心線１３の延長線上に対して偏心した位置に設けることで攪拌を効率よく行うことができる。

図１３に攪拌治具１０の各部寸法範囲を示す模式的説明図を示す。図１３中の上図に攪拌治具平面図、下図に攪拌治具側面図を示す。図１３の攪拌治具側面図において、突起部１１は攪拌治具１０の押出方向の上面に設けられている。また図１３の攪拌治具平面図において、突起部１１の中点をＸ、攪拌治具１０の中点すなわちスクリュー回転中心線１３を通る中点をＹとするとＸはＹに対して距離ａだけ偏心している。図１３に示すように突起部１１は押出方向１７（攪拌治具側面図中の上方向）へ向かって次第に細くなるテーパー状の形状であり、テーパー形状の図１３中の上面の直径をｂ、下面の直径をｃ、高さをｄとする。また、攪拌治具１０の直径をｆ、高さをｅとする。表１にこれらの寸法範囲の好ましい値を示す。

更に突起部１１は、例えば図１０に示すように突起部１１のテーパー状の側面等に更に二次突起部１２を備えることが好ましい。またこの二次突起部１２は、図１１に示すように複数設けても良い。

図１に示すように、原料投入口７より一次ドラム２内に導入された成形用原料は、まず、この一次ドラム２内において一次スクリュー４の回転によりせん断力を付与されながら混練された後、多孔板６に設けられた複数の流路を通過して二次ドラム３内に移動し、二次ドラム３内において真空引きされるとともに、二次スクリュー５の回転により再びせん断力を付与されながら更に混練され、二次ドラム３先端の開口部８より坏土として押し出されて、坏土中央付近の領域からキレ目や同心円状の密度のバラツキを消失させ、密度の均一な坏土とすることができる。

なお、本発明の土練機１においては、攪拌治具１０とそれが取り付けられる二次スクリュー５の先端部以外の構造は、特に特殊な構造とする必要はなく、従来の土練機の構造をそのまま採用することができる。

また、上記実施形態は、スクリューを内部に備えたドラムを２個有する土練機の例を示しているが、本発明の土練機は、スクリューを内部に備えたドラムを１個のみ有するものであっても良いし、３個以上有するものであっても良い。ただし、何れの場合においても、先端部に攪拌治具が取り付けられるのは、坏土の最終的な出口となる開口部を有するドラム内に備えられたスクリューである。

本発明の土練機により得られる坏土の用途は特に限定されるものではないが、例えば、セルを仕切る隔壁が肉薄で、坏土の密度の不均一である場合に成形体に変形が生じやすいハニカム成形体の押出成形などに好適に使用できる。

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）
各実施形態の評価方法：成形原料として、セラミックス粉末、分散媒、バインダ等の混合物を用いる。これを図１に示すような土練機１であって、二次スクリュー５のスクリュー先端部９に、図３〜１１に示すような攪拌治具を装着したものに投入して混練し、攪拌治具１０の出口側開口部８より５００ｋｇ／ｈの押出量で断面直径が３０ｃｍの円柱状の坏土として押し出した。こうして押し出された坏土を用いて成形機にてハニカムセグメントを押し出し、乾燥、焼成を実施した。評価方法として、前記ハニカムセグメントを焼成して得られたハニカムセグメント焼成体（ハニカム構造体）に対して、レーザースモーク（微粒子をハニカム構造体へ導入し、ハニカム構造体の近傍を通過するように指向性の強いシート状の光を、ハニカム構造体から排出される微粒子に照射して微粒子を可視化する）を用いた欠陥を検出する検査方法により検知し、当該箇所の長さが５０μｍ以上のキレ目を欠陥であると定義した。比較例および各実施例においてハニカム構造体５０個ずつ検査を行い、ハニカム構造体の不良率を表２〜４にそれぞれ示す。

（比較例１）
二次スクリュー５の先端部９（図１２参照）に攪拌治具１０が取り付けられていない以外は実施例で用いた土練機１と同様の構造を有する図１４に示すような従来構造の土練機２１に、実施例と同じ成形原料を投入して混練し、二次ドラム３の開口部８より５００ｋｇ／ｈの押出量で断面直径が３０ｃｍの円柱状の坏土として押し出した。こうして押し出された坏土について、実施例と同様にキレ不良個数のカウントを行ったところ、表２の比較例１に示すように坏土中心領域のキレ目等の不良が明瞭に見られた。

（比較例２〜４）
上述の実施形態において、図３、図４、図５に示す攪拌治具１０の各実施形態を用いて評価を行った結果をそれぞれ表２中の比較例２（図３参照）、比較例３（図４参照）、比較例４（図５参照）に示す。比較例２は攪拌治具１０の中点とスクリュー回転軸中心線１３とが同一線上にあるように先端部９に配置した。比較例３は攪拌治具１０の中点と、スクリュー回転軸中心線１３とが偏心して先端部９に配置した。比較例４は攪拌治具１０の押出方向の面にテーパー形状の突起部１１を、その中点がスクリュー回転軸中心線１３と同一線上となるように先端部９に配置した。攪拌治具を偏心して配置した比較例３は、他の比較例に比べて不良率が減少しており、成型不良低減の効果が示された。

（実施例１，２）
上述の実施形態において、攪拌治具１０が突起部１１を一つ備えた場合を実施例１（図６参照）、攪拌治具１０が複数の突起物を備えた場合すなわち突起部１１に加えて二次突起部１２を備えた場合を実施例２（図１０参照）として評価を行う。表２にその概要を示すが、具体的な条件は次に示す各実施形態の条件下で評価を行った。

（実施例１−１、１−２、１−３）
実施例１について攪拌治具１０の図１３に示す各部寸法（図中のａ〜ｆ）の範囲内で数値を変化させた条件で評価を行った。図７〜図９に攪拌治具１０の各実施形態の説明図を示す。図７〜図９において、攪拌治具１０の中点は全てスクリュー回転軸中心線１３上と重なるように位置決めされた。評価結果を表３に示す。各条件は次に示す通りである。
（実施例１−１）：図７参照、ａが２．５ｍｍ、ｂが３５ｍｍ、ｃが４５ｍｍ、ｄが１０ｍｍ、ｅが８ｍｍ、ｆが５０ｍｍ。
（実施例１−２）：図８参照、ａが１０ｍｍ、ｂが２０ｍｍ、ｃが３０ｍｍ、ｄが１０ｍｍ、ｅが８ｍｍ、ｆが５０ｍｍ。
（実施例１−３）：図９参照、ａが１５ｍｍ、ｂが１０ｍｍ、ｃが２０ｍｍ、ｄが１０ｍｍ、ｅが８ｍｍ、ｆが５０ｍｍ。
比較例の結果に対して、各実施例１−１、１−２、１−３において不良率が減少しており、成型不良低減の効果が示された。

（実施例２−１、２−２）
実施例２について突起物を複数設け、その数を変化させた条件で評価を行った。結果を表４に示す。各条件は次に示す通りである。
（実施例２−１）：図１０参照、突起部１１が１個、二次突起部１２が１個。突起物の合計数が２個。
（実施例２−２）：図１１参照、突起部１１が１個、二次突起部１２が２個。突起物の合計数が３個。
比較例の結果に対して、各実施例２−１、２−２において不良率が減少しており、成型不良低減の効果が示された。

本発明を、ハニカム成形体などの成形に使用する坏土を得るための土練機として使用した場合、成型不良等の欠陥が生じにくく、スクリュー先端部分の部品交換等の保守作業が容易でメンテナンス性が高いため、産業上の利用可能性が高い。

本発明に係る土練機の構造の一例を示す概略断面図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部付近の構造の一例を示す模式的断面図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の構造の一例を示す模式的説明図である。従来の土練機においてスクリュー先端部の構造の一例を示す模式的説明図である。本発明に係る土練機においてスクリュー先端部に取り付けて使用される攪拌治具の寸法範囲を示す模式的説明図である。従来の土練機の構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１：土練機、２：一次ドラム、３：二次ドラム、４：一次スクリュー、５：二次スクリュー、６：多孔板、７：原料投入口、８：開口部、９：スクリュー先端部、１０：攪拌治具、１１：突起部、１２：二次突起部、１３：スクリュー回転軸中心線、１４：攪拌治具中心線、１５：羽根、１６：羽根、１７：押出方向、２１：土練機。

Claims

ドラム内部にスクリューを備え、前記ドラム内部に導入された成形用原料を前記スクリューで混練し、前記ドラム先端の開口部より成形用の坏土として押し出す土練機であって、
前記スクリューの先端部に少なくとも攪拌治具を備え、
前記攪拌治具が前記スクリューの回転軸中心線から偏心した位置に設けられ、
前記攪拌治具の前記開口部側に、その先端が平坦に形成された突起部が設けられ、
前記突起部が前記スクリューの回転軸中心線から偏心した位置に設けられ、
前記攪拌治具は、前記スクリューの回転に伴って坏土の中心領域を攪拌する土練機。
前記攪拌治具は円盤形状または楕円盤形状である請求項１に記載の土練機。
前記突起部が前記開口部側に向かって次第に細くなるテーパー形状である請求項１または２に記載の土練機。
前記突起部に一つまたは複数の二次突起部を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の土練機。