JP5043547B2

JP5043547B2 - 押出成形装置

Info

Publication number: JP5043547B2
Application number: JP2007194021A
Authority: JP
Inventors: 雅博菅; 修山西; 和也土本
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP2009028971A

Description

本発明は、押出成形装置に関する。さらに詳しくは、粉末原料を、所定の断面形状を有する成形体に形成するために使用される押出成形装置に関する。

従来から、粉末原料に対し、加水、加熱等の前処理をして流動性を付与し、流動性が付与された材料（以下、成形材料という）を、シリンダ内を通して圧送し、シリンダの一端に設けられたダイスのダイス穴から押し出すことによって成形することが行われている。かかる成形作業には、押出成形機が使用されており、種々の成形機が開発されている。

押出成形機の一例として、スクリュー型押出成形機がある。かかるスクリュー型押出成形機では、成形材料をバレル内のスクリュー部に供給し、スクリューを回転させることによって、成形材料を加圧圧縮しながらスクリューの軸方向に圧縮する。すると、バレルにおけるスクリュー軸方向の端部に配置されたダイス穴から、成形材料を成形して排出することができるのである。

ところで、押出成形機では、成形材料が加圧圧縮されていることから、成形材料がダイス穴内で固まってダイス穴の詰まりが発生することがある。このダイス穴の詰まり対策として押し出し力を強くすることが行われており、押し出す力を強くする部材として、スクリュー先端に押し出し羽根を設けることが行われている（例えば、特許文献１）。

これらの押出し羽根を設けることによって成形材料をダイスから押し出す力が強くなるが、押し出す力が強くなるとダイスと押出し羽根との間の圧力が高くなり、成形材料が強く圧縮され、逆に成形材料の詰まりが発生しやすくなる可能性がある。

また、ダイス穴の詰まりを防ぐ上では、ダイス穴に供給されるまでの成形材料の流動状況を改善する対策も考えられる。
かかる成形材料の流動状況を制御する技術として、特許文献２には、ダイス内面に円錐体を設け、その円錐体基部の半径と成形材料が流れるシリンダの内径との関係を調整することによって、シリンダからダイス穴に向かう成形材料の流動を制御する技術が開示されている。

しかし、この技術は、あくまでもダイス穴から押出される成形体の反りや曲がりを防ぐための技術であり、ダイス穴の詰まりに対して有効であるかについては不明である。

特開２０００−６１３９号特開２０００−３１３００８号

本発明は上記事情に鑑み、ダイス穴における成形材料の詰まりを抑えることができる押出成形装置を提供することを目的とする。

第１発明の押出成形装置は、成形材料が通る搬送通路と、該搬送通路から成形材料が供給されるダイスと、該ダイスに向かって成形材料を搬送する搬送手段とを備え、前記ダイスに設けられた複数のダイス穴から成形材料を押し出して成形する装置であって、前記ダイスと前記搬送手段との間に、成形材料の流動方向と平行な軸回りに回転する回転部材を備えており、該回転部材は、前記ダイスに向かう成形材料を剪断し得る形状に形成されており、前記ダイス内面には、該内面から前記搬送通路内に成形材料の流動方向に突出した凸状部が形成されており、該凸状部は、その頂面が成形材料の流動方向と直交する平面に形成されており、その頂面から前記ダイス穴に向かって傾斜した傾斜面を有しており、前記頂面が前記回転部材の近傍に位置し、かつ、該頂面からダイス内面までの距離が前記回転部材による剪断効果が前記ダイスのダイス穴まで維持され得る長さに形成されていることを特徴とする。
第２発明の押出成形装置は、第１発明において、前記凸状部を囲む位置における前記搬送手段の内面が、前記ダイス穴に向かうに従って前記凸状部の傾斜面に接近するように傾斜した傾斜内面となっており、該搬送通路の傾斜内面は、成形材料の流動方向に対する傾きが、前記凸状部の傾斜面と同じ傾きとなるように形成されていることを特徴とする。
第３発明の押出成形装置は、第１または第２発明において、前記搬送通路は断面円形の通路であり、前記凸状部は、その中心軸が、前記搬送手段の中心軸と同軸となるように形成された截頭円錐であり、該凸状部の中心軸上に中心を有する円周上に前記ダイス穴が形成されていることを特徴とする。
第４発明の押出成形装置は、第１、第２または第３発明において、前記凸状部の高さを、該凸状部の中心軸から前記ダイス穴の中心までの距離によって除した値が、０．０４〜０．４以下であることを特徴とする。
第５発明の押出成形装置は、第１、第２、第３または第４発明において、前記凸状部の頂面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離を、前記ダイス内面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離で除した値が、１．１〜１．６であることを特徴とする。
第６発明の押出成形装置は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記ダイス内面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離を、前記ダイス穴の内径で除した値が、１〜２．６であることを特徴とする。

第１発明によれば、成形材料の移動方向と交差する方向から成形材料を剪断するように回転部材が回転するので、搬送されている成形材料の固化を抑制することができる。しかも、凸状部は、回転部材による成形材料の剪断効果がダイス穴の位置まで維持される程度の高さに形成されているので、成形材料がダイス穴に詰まることを防ぐことができる。しかも、凸状部の頂面が尖っている場合に比べて、回転部材による剪断後、この剪断効果をより確実にダイス穴まで維持させることができる。
第２発明によれば、傾斜面から傾斜内面に向かう方向において、ダイス穴を挟んでほぼ対称な流れを発生させることができるから、ダイス穴に成形材料をスムースに流入させることができる。そして、成形材料の流れが悪い領域が局所的に形成されることを防ぐことができるから、搬送通路内において成形材料が固化することを防ぐことができる。
第３発明によれば、全てのダイス穴に対してほぼ同じ流動状態の成形材料を供給できるので、全てのダイス穴からほぼ同じ状態で成形材料を排出することができる。また、搬送通路内に成形材料の流れを停滞させる領域がないので、搬送通路内において成形材料が固化することを防ぐことができる。
第４発明によれば、成形材料が凸状部の頂面からダイス穴まで移動するときにおいて、剪断効果を打ち消すことなく押し出すことができる。よって、成形材料の固化が発生することを防ぐことができ、ダイス穴の詰まりを防ぐことができる。
第５発明によれば、成形材料が凸状部の頂面からダイス穴まで移動するときにおいて、剪断効果を打ち消すことなく押し出すことができる。よって、成形材料の固化が発生することを防ぐことができ、ダイス穴の詰まりを防ぐことができる。
第６発明によれば、成形材料がダイス穴に流入するときにおいて、急激に成形材料が加圧圧縮されることを防ぐことができるから、ダイス穴内において成形材料の固化が発生することを防ぐことができ、ダイス穴の詰まりを防ぐことができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の押出成形装置は、粉末原料に対して、加水・加熱等の前処理を行って流動性を付与し、流動性が付与された材料（以下、成形材料という）を搬送手段により加圧搬送してダイスから押出して成形体を製造する装置であって、ダイス内面に凸状部を設けたこと、および、この凸状部における頂面近傍に回転部材を設けたことに特徴を有している。

まず、本発明の押出成形装置の概略を説明する。
なお、以下の例では、スクリュー方式の搬送手段を採用した押出成形装置を代表として説明するが、成形材料の搬送方式（押出し機構）は、回転部材を採用できるものであれば、とくに限定されない。

図１は本実施形態の押出成形装置１の概略説明図である。図２の（Ａ）は押出成形装置１のダイス３近傍の概略拡大断面図であり、（Ｂ）はダイス３の要部拡大断面図である。図１および図２において、符号２はスクリューケース等の搬送部を示している。この搬送部２は、内部に断面円形の中空な筒状の空間を有しており、その軸方向の一端（図１（Ａ）では左端）に、ダイス３が設けられている。
図１（Ｂ）に示すように、このダイス３には、前記搬送部２内の中空な筒状の空間が連通するように、その右端から凹んだ断面円形の空間が設けられている。このダイス３の左端には、凹んだ空間と外部とを連通する複数のダイス穴３ｈが、搬送部２の中空空間の中心軸とに中心を有する円上に並んで形成されている。そして、ダイス３の内面であって、前記ダイス穴３ｈの内側の部分には、前記凹んだ空間に向かって突出した凸状部３ｐが形成されている。
なお、搬送部２内の中空空間とダイス３の凹んだ空間とが、特許請求の範囲にいう搬送通路に相当する。以下では、両空間を合わせて搬送通路２ｈで示す。

図１および図２に示すように、前記搬送通路２ｈには、成形材料をダイス３に向けて搬送する搬送手段４のストレートスクリュー４ａが設けられている。このストレートスクリュー４ａは、その中心軸が搬送通路２ｈ内の空間の中心軸と一致するように配設されており、その基端は減速機４ｃを介してモータ等の駆動源４ｂに連結されている。

図１に示すように、ストレートスクリュー４ａの先端には、回転部材１０が設けられている。この回転部材１０は、ストレートスクリュー４ａの先端と、ダイス内面３ａに形成されている凸状部３ｐの頂面３ｆとの間、つまり、搬送手段４と凸状部３ｐの頂面３ｆとの間に配置されている（図２（Ａ））。
図１および図３に示すように、前記回転部材１０は、回転軸１１と、複数の腕状部１２とを備えており、その中心軸がストレートスクリュー４ａの中心軸と同軸となるように、その基端がストレートスクリュー４ａの先端に固定されている。言い換えれば、回転軸１１は、その中心軸が搬送通路２ｈの中心軸と同軸となるようにストレートスクリュー４ａの先端に固定されているのである。
この回転軸１１の先端には、複数の腕状部１２が設けられている。各腕状部１２は、ほぼ断面円形に形成された棒状の部材であり、その中心軸が回転軸１１の中心軸と直交するように、その基端が回転軸１１の外周面に連結されている。

また、図１に示すように、搬送部２には、成形材料を搬送通路２ｈ内に供給するホッパー２ａが設けられている。このホッパー２ａは、その内部の空間が搬送通路２ｈに連通されている。

以上のごとき構成であるから、ホッパー２ａを通して、流動性を有する成形材料を搬送通路２ｈ内に供給し、搬送手段４の駆動源４ｂを作動させれば、ストレートスクリュー４ａが回転し、成形材料は加圧されながらダイス３に向かって搬送される。
すると、成形材料は、ダイス穴３ｈと同一断面に成形されてダイス３の表面（図１（Ａ）では左側の面）から排出されるから、所定の断面形状を有する成形体を形成することができる。

しかも、ストレートスクリュー４ａが回転すれば、回転部材１０が回転してその各腕状部１２は成形材料をその移動方向と交差する方向から剪断するように回転するから、回転部材１０の位置からダイス３のダイス穴３ｈに到達するまでの間における成形材料の固化の進行を抑制することができる。

なお、上述した例では、ホッパー２ａを通して成形材料を搬送通路２ｈ内に供給する場合を説明したが、搬送通路２ｈ内に成形材料を供給する方法は特に限定されない。

さらになお、ダイス３の表面から所定の長さだけ排出された成形材料を切断手段によってダイス３の表面と平行な方向に沿って切断すれば、所定の長さ、所定の断面形状を有する粒状体を製造することも可能である。また、成形材料の粘性が低い場合には、所定の長さだけダイス３の表面から排出されたときに、成形材料は自重によって切断される場合がある。かかる場合には、切断手段を設けなくても、粒状体を成形することは可能である。

つぎに、本実施形態の押出成形装置１の特徴であるダイス３と回転部材１０を詳細に説明する。

まず、ダイス３を詳細に説明する。
図１（Ｂ）および図２に示すように、ダイス３の内面には、この内面から搬送通路２ｈ内に成形材料の流動方向に突出した凸状部３ｐが形成されている。この凸状部３ｐは、その頂面３ｆからダイス内面３ａまでの距離、つまり、凸状部３ｐの高さＨ１が回転部材１０による剪断効果がダイス３のダイス穴３ｈまで維持され得る長さに形成されている。
すると、成形材料は、回転部材１０による成形材料の剪断効果が維持された状態でダイス穴３ｈに流入するので、成形材料がダイス穴３ｈに詰まることを防ぐことができる。

しかも、図２に示すように、ダイス３の凸状部３ｐはその頂面３ｆが、成形材料の流動方向と直交する平面、言い換えれば搬送通路２ｈの軸方向と直交する平面に形成されている。つまり、凸状部３ｐは截頭円錐状となるように形成されているのである。
この場合、搬送通路２ｈの軸方向において、頂面３ｆが尖っている場合に比べて、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置における搬送通路２ｈの断面積が小さくなる。そして、搬送通路２ｈの断面積とダイス内面３ａの位置における搬送通路２ｈの断面積との差も小さくなる。
すると、凸状部３ｐが尖っている場合に比べて、回転部材１０による剪断後、この剪断効果をより確実にダイス穴３ｈまで維持させることができる。

また、凸状部３ｐは、その側面がダイス穴３ｈに向かって傾斜した傾斜面３ｓとなっており、凸状部３ｐの傾斜面３ｓを囲む位置における搬送通路２ｈの内面もダイス穴３ｈに向かって傾斜した傾斜内面２ｓとなっている。つまり、凸状部３ｐの傾斜面３ｓと搬送通路２ｈの傾斜内面２ｓとは、ダイス穴３ｈに向かうに従って互いに接近するように形成されている。
しかも、凸状部３ｐの傾斜面３ｓと搬送通路２ｈの傾斜内面２ｓは、搬送通路２ｈの軸方向に対する傾きが、同じ傾きとなるように形成されている。
すると、両面の間において、ダイス穴３ｈの中心軸を挟んでほぼ対称な成形材料の流れを発生させることができるから、ダイス穴３ｈの中心軸を搬送通路２ｈの半径方向に沿って横切る流れの発生を抑制することができ、ダイス穴３ｈに成形材料をスムースに流入させることができる。しかも、成形材料の流れが悪い領域、例えば、流動速度の遅い領域等が局所的に形成されることを防ぐことができるから、搬送通路２ｈ内において成形材料が固化することを防ぐことができる。

なお、図１および図２に示すように、搬送通路２ｈの断面形状および凸状部３ｐの断面形状が円形であり、かつ、搬送通路２ｈ、凸状部３ｐおよびダイス穴３ｈが並んでいる円周が全て同じ軸上（搬送通路２ｈの中心軸上）に中心を有するように形成されていれば、全てのダイス穴３ｈに対してほぼ同じ流動状態の成形材料を供給できる。すると、全てのダイス穴３ｈからほぼ同じ状態で成形材料を排出することができる。また、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置からダイス内面３ａの間の搬送通路２ｈ内では成形材料の流れを停滞させる領域が形成されないので、搬送通路２ｈ内において成形材料が固化することを防ぐことができ、固化した成形材料が存在することに起因するダイス穴３ｈの詰まりが発生することを防ぐことができる。

とくに、凸状部３ｐと搬送通路２ｈ、およびダイス穴３ｈを、以下のような関係となるように形成すれば、アルミナやチタニア、シリカ等のセラミックス、その他の無機材料のように固まりやすい材料を主材とする成形材料の固化防止に有効に機能させることができる。

まず、前記凸状部３ｐの高さＨ１を、この凸状部の中心軸からダイス穴３ｈの中心までの距離Ｒ１によって除した値Ｈ１／Ｒ１が、０．０４以上０．４以下であることが好ましい。
このＨ１／Ｒ１の値が、０．４よりも大きいと、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において回転部材１０による剪断効果が打ち消されるから、ダイス穴３ｈ内で成形材料の固化が発生する可能性が高くなる。一方、Ｈ１／Ｒ１の値が、０．０４よりも小さいと、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において成形材料を加圧する効果が低くなり押出し力が弱くなりすぎる可能性がある。
よって、Ｈ１／Ｒ１の値は、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において剪断効果を打ち消すことなく押し出すことができる範囲である、０．０４以上０．４以下であることが好ましく、さらに０．０８以上０．３６以下がより好ましく、０．２６〜０．２７程度がとくに好ましい。

凸状部３ｐの頂面３ｆの位置における傾斜面３ｓから搬送通路２ｈの傾斜内面２ｓまでの距離Ｒ２を、ダイス内面３ａの位置における凸状部３ｐの傾斜面３ｓから搬送通路２ｈの傾斜内面２ｓまでの距離Ｒ３で除した値Ｒ２／Ｒ３が、１．１以上１．６以下であることが好ましい。
Ｒ２／Ｒ３の値が、１．６よりも大きいと、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において回転部材１０による成形材料の剪断効果が打ち消されるから、ダイス穴３ｈ内で成形材料の固化が発生する可能性が高くなる。一方、Ｒ２／Ｒ３の値が、１．１よりも小さいと、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において成形材料を加圧する効果が低くなり押出し力が弱くなりすぎる可能性がある。
よって、Ｒ２／Ｒ３の値は、凸状部３ｐの頂面３ｆの位置とダイス内面３ａの位置との間において剪断効果を打ち消すことなく押し出すことができる範囲である、１．１以上１．６以下であることが好ましく、さらに１．１２以上１．５以下がより好ましく、１．３８程度がとくに好ましい。

ダイス内面３ａの位置における凸状部３ｐの傾斜面３ｓから搬送通路２ｈの傾斜内面２ｓまでの距離Ｒ３を、ダイス穴３ｈの内径Ｄで除した値Ｒ３／Ｄが、１以上２．６以下であることが好ましい。
このＲ３／Ｄの値が大きすぎると、成形材料がダイス穴３ｈに流入するときにおいて、急激に成形材料が加圧圧縮されてしまい、ダイス穴３ｈ近傍やダイス穴３ｈ内で成形材料が固化してダイス穴３ｈに詰まってしまう可能性がある。一方、Ｒ３／Ｄの値が１よりも小さくなると搬送通路２ｈからダイス穴３ｈに流入するときに成形材料の移動速度が低下して成形材料の固化が生じやすくなる。
よって、Ｒ３／Ｄの値は、１以上２．６以下であることが好ましく、さらに２．０以上２．５以下がより好ましく、２．３程度がとくに好ましい。

つぎに、回転部材１０について、図３に基づいて詳細に説明する。
まず、回転部材１０は、ストレートスクリュー４ａとともに回転し成形材料を剪断するのであるが、このときに成形材料から加わる抵抗によってその形状が変化せず、その形状を維持できる程度の強度を有する材料、例えば、ステンレス等によって形成されている。
なお、成形材料中に腐食性を有する物質が含まれている場合には、成形材料と接触したときに変質したり腐食したりしない性質を有する材料で形成することがより好ましい。

上述したように、回転部材１０は、回転軸１１と、複数の腕状部１２とを備えており、この回転軸１１は、その中心軸がストレートスクリュー４ａの中心軸と同軸となるように、その基端がストレートスクリュー４ａの先端に固定されている。

この回転軸１１の各腕状部１２は、ほぼ断面円形に形成された棒状の部材であり、その中心軸が回転軸１１の中心軸と直交するように、その基端が回転軸１１の外周面に連結されている。また、複数の腕状部１２は、回転軸１１を中心として回転対称となる位置に配設されている。
そして、複数の腕状部１２は、回転軸１１の基端をストレートスクリュー４ａの先端に固定すると、ストレートスクリュー４ａの先端から離間するように回転軸１１の先端に連結されている。つまり、回転部材１０の複数の腕状部１２は、回転部材１０をストレートスクリュー４ａの先端に取り付けると、ダイス内面３ａに形成されている凸状部３ｐの頂面３ｆとストレートスクリュー４ａの先端との間であって両者から離間した位置に配設されるように設けられているのである。

以上のごとき構成であるので、ストレートスクリュー４ａが回転すると、ストレートスクリュー４ａとともに回転部材１０も回転する。このとき、回転部材１０の回転軸１１がストレートスクリュー４ａの中心軸と同軸であるので、回転部材１０の腕状部１２は、回転軸１１の中心軸まわり、つまり、搬送通路２ｈの中心軸まわりに回転する。

ここで、搬送通路２ｈ内では、加圧搬送されてきた成形材料は、搬送通路２ｈ内の中心軸と平行に流動する。つまり、成形材料は、回転部材１０の回転軸１１の中心軸と平行な方向に流動するのであるが、回転部材１０の各腕状部１２は、凸状部３ｐの頂面３ｆとストレートスクリュー４ａの先端との間であって両者から離間した位置に配設されているので、回転部材１０が回転すると、回転部材１０の各腕状部１２は成形材料をその移動方向と交差する方向から剪断するように回転する。すると、回転部材１０の位置からダイス３のダイス穴３ｈに到達するまでの間に、成形材料の固化が進行することを抑制することができるから、成形材料がダイス穴３ｈに詰まることを防ぐことができる。

また、腕状部１２は、成形材料の流動方向と直交する方向に移動している。言い換えれば、腕状部１２は、ダイス３の内面とほぼ平行に移動している。そして、腕状部１２の断面はほぼ円形であり、回転部材１０の中心軸および回転方向に対して傾いた状態で回転する面の面積が小さい。このため、成形材料の流動方向では、腕状部１２から成形材料に対してほとんど力が加わらないので、成形材料を押し出す力が必要以上に高くなることも防ぐことができ、成形材料を加圧する力の上昇による詰まりの発生も防ぐことができる。

とくに、アルミナやチタニア、シリカ等のセラミックス、その他の無機材料のように固まりやすい材料を主材とする成形材料の場合には、回転部材１０は成形材料の固化の防止に有効に機能する。

なお、腕状部１２は、回転部材１０が回転したときに成形材料をその移動方向と交差する方向から剪断することができるように形成されていればよい。また、腕状部１２の断面は円形断面に限られず、腕状部１２の中心軸は必ずしも回転軸１１の中心軸と直交していなくてもよい。そして、腕状部１２は、回転部材１０の中心軸および回転方向に対して傾いた状態で回転する面の面積が小さくなるように設けられていれば、成形材料を押し出す力が必要以上に高くなることも防ぐことができる。

さらになお、図３では腕状部１２を４本設けている場合を示しているが、腕状部１２の数は３本以下でもよいし、５本以上設けてもよい。
さらになお、腕状部１２の長さは特に限定されないが、その最大長Ｌ（図３（Ｂ）参照）を、ダイス３の凸状部３ｐにおける頂面３ｆの位置における搬送通路２ｈの半径Ｒ４（図２（Ｂ）参照）の８／１０程度とするのが好ましい。かかる長さとしておけば、頂面３ｆの位置における搬送通路２ｈの断面の大部分を腕状部１２が通過する。すると、頂面３ｆの位置とダイス内面３ａとの間の搬送通路２ｈに流入する成形材料が局所的に固化することを有効に防止することができる。
さらになお、複数本の腕状部１２は回転対称となる位置に設けなくてもよいが、回転対称となる位置に設けておけば、回転部材１０が回転したときに、回転軸１１に対してその中心軸と交差する方向に偏った力が加わることを抑えることができるという利点がある。

また、回転部材は、回転したときに、ダイス３に向かって移動する成形材料を剪断することができる形状に形成されていればよく、例えば図４に示すような形状としてもよい。

図４は他の回転部材１５の概略説明図である。図４に示すように、他の回転部材１５は、回転軸１６の先端に、板状部材１７を備えている。この板状部材１７の先端部は、回転軸１６の中心軸を含む面に対して両側部分が分離されており、一対の屈曲部17A，17Bが形成されている。
この一対の屈曲部17A，17Bは、その表面（図４では17a，17b）が曲面となるように、互いに逆方向に屈曲されている。そして、一対の屈曲部17A，17Bは、いずれもその先端の表面17a，17bが、板状部材１７において屈曲されていない部分の表面と直交する程度にまで屈曲されている。言い換えれば、回転部材１５をストレートスクリュー４ａに取り付けたときに、一対の屈曲部17A，17Bにおける先端表面17a，17bはダイス内面３ａとほぼ平行になる。

以上のごとき構造であるから、回転部材１５が回転すれば、その板状部材１７は成形材料をその移動方向と交差する方向から剪断するように回転するから、ダイス内面３ａとストレートスクリュー４ａの先端との間に位置する成形材料の固化を抑制することができ、成形材料がダイス穴３ｈに詰まることを防ぐことができる。

また、一対の屈曲部17A，17Bは、回転部材１５の回転の中心軸および回転方向に対して傾いた状態で回転する面が回転中心軸近傍に位置しており、その面積も小さい。すると、回転部材１５が回転したときに、成形材料を流動方向に加圧する力をほとんど発生させないか、また、成形材料を流動方向に加圧する力が発生しても、その力を非常に弱いものとすることができる。よって、成形材料を押し出す力が必要以上に高くなることも防ぐことができ、成形材料を加圧する力の上昇による詰まりの発生も防ぐことができる。

なお、回転部材１５が回転したときに、その板状部材１７が成形材料を押し出す力を小さくするには、回転部材１５の回転の中心軸および回転方向に対して傾いた状態で回転する面が小さくなるように形成されていればよく、その一対の屈曲部17A，17Bにおいて屈曲している部分の曲率や、板状部材１７および一対の屈曲部17A，17Bの形状はとくに制限されない。そして、板状部材１７は、その先端部に一対の屈曲部17A，17Bを設けなくてもよい。

本発明の押出成形装置によって無機材料を成形した場合におけるダイスの詰まりの発生状況を、凸状部の高さを変化させてその影響を確認した。

実験は、ニーダー（宮崎鉄工（株）製、ＭＰ−３０）にて混練した成形材料を、強度試験機（ミネビア社製、ＴＣＭ−1000）（図５参照）にて、押出し速度1mm／minでダイスから押出して直径1.5mmの円柱状の成形体を成形し、押出し開始から１０分後における詰まり穴数をカウントした。図５に示すように、この装置ではピストンによって成形材料を加圧する構成となっている。なお、上述した押出し速度とは、図５のピストンの下降速度である。

本実施例では、ダイスには、内径ＤＤＩが４０ｍｍ、その中心から11.35mmの位置に等間隔で直径1.5mmのダイス穴が２４個形成されたものを使用した。このダイス内面３ａには凸状部を設けており、この凸状部は、その傾斜面とダイス内面との交線の内径が１９．２ｍｍであり、ダイスの中心軸ＣＬに対する傾斜面の傾斜角度θは１２．５２度であり、ダイスの中心軸ＣＬに対する傾斜内面の傾斜角度も１２．５２度である。そして、ダイス内面の位置における傾斜面から傾斜内面までの距離は３．５ｍｍである。
そして、今回の実験では、凸状部の高さを、０，１．５，３，６，１２ｍｍと変化させて穴詰まりの状況を確認した。

また、本実施例では、図５に示すように、実験機に、図４の回転部材と同等の形状を有する回転部材を設けている。この回転部材は、その先端とダイスの凸状部の頂面との間の距離ＤＬが1.5mmとなるように配設している。使用した回転部材は、その回転軸の直径が６mm、図４におけるＬが３０mm、Ｈが１５mm、Ｗが５mmとなるように形成しており、回転部材の回転数は３０r/minとした。

使用した成形材料の組成は、Ａｌ_２Ｏ３：６７重量部、ＴｉＯ_２：３３重量部、バインダー１５重量部、水20.8重量部であり、バインダーには水溶性高分子化合物を使用した。

なお、本実験では、実験時間を短縮するために、ダイスから押出された成形材料に対して、ドライヤーから、乾燥温度150℃、風速3.7m/secの風を当てて乾燥している。

図６に示すように、凸状部の高さが６ｍｍ、１２ｍｍでは、ダイス穴の詰まりが発生しているのに対し、１．５ｍｍ，３ｍｍではダイス穴の詰まりは発生しなかった。一方、凸状部の高さを０ｍｍとすると９箇所の穴詰まりが発生し、凸状部の高さが６ｍｍの場合よりも詰まりが発生する穴の数が増加している。
以上のことから、凸状部を設けることはダイス穴の詰まり抑制に効果的であり、しかも、凸状部の高さを適切に設定することが必要であることが確認できた。

本発明の押出成形装置は、アルミナやチタニア、シリカ等のセラミックス、その他の無機材料などの固化しやすい材料の成形に適している。

本実施形態の押出成形装置１の概略説明図である。（Ａ）は押出成形装置１のダイス３近傍の概略拡大断面図であり、（Ｂ）はダイス３の要部拡大断面図である。回転部材１０の概略説明図である。他の回転部材１５の概略説明図である。実施例の実験装置の概略説明図である。実施例の実験結果を示した図である。

符号の説明

１押出成形装置
２搬送部
２ｈ搬送通路
２ｓ傾斜内面
３ダイス
３ａダイス内面
３ｈダイス穴
３ｐ凸状部
３ｆ頂面
３ｓ傾斜面
４搬送手段
１０回転部材
１５回転部材

Claims

成形材料が通る搬送通路と、該搬送通路から成形材料が供給されるダイスと、該ダイスに向かって成形材料を搬送する搬送手段とを備え、前記ダイスに設けられた複数のダイス穴から成形材料を押し出して成形する装置であって、
前記ダイスと前記搬送手段との間に、成形材料の流動方向と平行な軸回りに回転する回転部材を備えており、
該回転部材は、前記ダイスに向かう成形材料を剪断し得る形状に形成されており、
前記ダイス内面には、該内面から前記搬送通路内に成形材料の流動方向に突出した凸状部が形成されており、
該凸状部は、
その頂面が成形材料の流動方向と直交する平面に形成されており、
その頂面から前記ダイス穴に向かって傾斜した傾斜面を有しており、
前記頂面が前記回転部材の近傍に位置し、かつ、該頂面からダイス内面までの距離が前記回転部材による剪断効果が前記ダイスのダイス穴まで維持され得る長さに形成されている
ことを特徴とする押出成形装置。
前記凸状部を囲む位置における前記搬送手段の内面が、前記ダイス穴に向かうに従って前記凸状部の傾斜面に接近するように傾斜した傾斜内面となっており、
該搬送通路の傾斜内面は、
成形材料の流動方向に対する傾きが、前記凸状部の傾斜面と同じ傾きとなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の押出成形装置。
前記搬送通路は断面円形の通路であり、
前記凸状部は、その中心軸が、前記搬送手段の中心軸と同軸となるように形成された截頭円錐であり、
該凸状部の中心軸上に中心を有する円周上に前記ダイス穴が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の押出成形装置。
前記凸状部の高さを、該凸状部の中心軸から前記ダイス穴の中心までの距離によって除した値が、０．０４〜０．４である
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の押出成形装置。
前記凸状部の頂面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離を、前記ダイス内面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離で除した値が、１．１〜１．６である
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の押出成形装置。
前記ダイス内面の位置における前記凸状部の傾斜面から前記搬送通路の傾斜内面までの距離を、前記ダイス穴の内径で除した値が、１〜２．６である
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の押出成形装置。