JP5048638B2 - 圧縮押出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、木屑、古紙、廃プラスチック、建築系廃材、都市ゴミ等の固形廃棄物、特に熱可塑性プラスチック成分を含む固形廃棄物の減容・再資源化処理に好適な圧縮押出成形装置に関する。

近年、危機に瀕する地球環境の保全・回復のために、人間社会から大量に発生する各種廃棄物について、環境負荷をできるだけ少なくし、更に再資源化してリサイクルすることが強く求められている。従来、このような要望に対処する手段の一つとして、木屑や廃プラスチック等を含む固形廃棄物について、予めチップ状等に破砕したものを二軸押出方式の圧縮押出成形装置の処理槽内に投入し、相互に噛み合うスクリュー軸の回転によって減容圧縮すると共に、該処理槽前端の押出ノズルより連続的に押し出して棒状等に固形化した押出成形物とする方法が知られている（特許文献１，２）。なお、通常では廃棄物に含まれる熱可塑性プラスチックの如き熱融性成分は圧縮混練に伴う摩擦熱で溶融して成形物のバインダーとして機能するが、その溶融のために積極的に加熱する場合もある（特許文献３）。

そして、このような圧縮押出成形装置によって得られる押出成形物は、高密度で元の固形廃棄物に比較して格段に減容しているため、そのまま廃棄する場合でも所要スペースが非常に少なくて済む上、廃棄物が木材や紙、プラスチックのような可燃物を主体とする場合は取扱い性のよい固形燃料として非常に有用である。
特開平０９−２５４１５４号公報 特開２００１−２９３４６１号公報 特開２０００−２７３４６０号公報

ところで、このような固形廃棄物の圧縮押出成形では、一般的に処理対象とする廃棄物の種類と組み合わせ、性状、サイズ、水分含有率、熱融性成分の種類と含有率等によって押出成形性が変動し、とりわけ熱融性成分による影響が大きく表れる。すなわち、熱可塑性プラスチックの如き熱融性成分が溶融して非溶融材料の粒子間に混ざり込むことにより、減容圧縮物全体が塑性化して良好な押出成形性が得られると共に、製出する押出成形物は該溶融物の冷却硬化によって全体が強固に一体化したものとなる。

しかるに、積極的な加熱手段を持たない従来汎用の圧縮押出成形装置では、被処理材料中の熱融性成分の含有量が少なかったり、逆に多過ぎたり、熱融性成分としての熱可塑性プラスチックの融点が比較的に高い場合等で、熱融性成分の溶融が充分に進まないまま、減容圧縮物が押出ノズルから排出されてしまい、そのために押出成形物が一体化せずにばらばらに分解したり、脆くて取扱い中に崩れ易い状態になることが多々あった。一方、加熱手段を持つ圧縮押出成形装置では、積極的な加熱によって熱融性成分を充分に溶融させることができるが、その熱エネルギー消費によって処理コストが嵩むため、固形廃棄物の処理に適用する場合は、よほど付加価値の高い再生品を製出しない限り、コスト的に見合わなくなる。

本発明は、上述の情況に鑑み、二軸押出方式によって固形廃棄物の減容・再資源化を図る際、被処理材料中の熱融性成分の多少や融点の高低があっても、格別な加熱手段を用いることなく該熱融性成分を充分に溶融させ、もって減容圧縮物の良好な押出成形性を確保して、材料全体が強固に一体化した良質の押出成形物を製出し得る圧縮押出成形装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、互いの螺旋歯２１ａ，２１ｂを噛み合わせて回転する一対の押出スクリュー軸２Ａ，２Ｂが配置した処理槽１内に、固形の被処理材料を投入して該押出スクリュー軸２Ａ，２Ｂの回転によって減容圧縮し、この圧縮物を処理槽１前端の押出ノズル（ノズル孔３０）より連続的に押し出すように構成された圧縮押出成形装置Ｍ１において、処理槽１の前端内面側に押出方向に凹陥した材料溜まり４が形成され、この材料溜まり４の底面に前記押出ノズルの入口側が開口している圧縮押出成形装置であって、前記処理槽１の前端板１１に内外に透通するノズル取付開口部１１ａ，１１ｂが形成され、前記押出ノズルが複数本のノズル孔３０を設けたノズルブロック３Ａ，３Ｂからなり、このノズルブロック３Ａ，３Ｂが前記ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂに外側から嵌合して前記処理槽１の前端板１１に外側から着脱自在にねじ止めされると共に、前記ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの前後長さに対してノズルブロック３Ａ，３Ｂの嵌合深さを短く設定することによって、ノズルブロック３Ａ，３Ｂの内端面側に前記材料溜まり４が形成され、該ノズルブロック３Ａ，３Ｂの内端面が前記材料溜まり４の底面をなすことを特徴とする。

請求項２の発明は、上記請求項１の圧縮押出成形装置において、材料溜まり４の凹陥深さが１０〜５０ｍｍの範囲にあるものとしている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る圧縮押出成形装置では、処理槽１の前端内面側に材料溜まり４が存在し、この材料溜まり４の底面に押出ノズルの入口側が開口しているから、押出スクリュー軸２Ａ，２Ｂの回転によって減容圧縮されつつ処理槽１内の前端部まで送られてきた材料は、圧縮混練に伴う摩擦熱を保持した状態で該材料溜まり４に入り、ある程度の滞留を経てから押出ノズルより押し出される。したがって、被処理材料が処理槽１に投入されてから押し出されるまでの滞留時間が長くなり、しかも材料溜まり４では材料が摩擦熱の蓄熱で最も高温状態になった段階で滞留することになるから、該材料中に含まれる熱融性成分が確実に溶融し、その溶融物が非溶融材料の粒子間に介在することにより、材料溜まり４内の減容圧縮物全体が均質に塑性化した状態になって良好な押出成形性が得られる上、押し出し後には該溶融物の冷却硬化によって材料全体が強固に一体化し、形崩れしにくい良質の押出成形物となる。
また、本発明によれば、前記処理槽１の前端板１１に内外に透通するノズル取付開口部１１ａ，１１ｂが形成され、前記押出ノズルが複数本のノズル孔３０を設けたノズルブロック３Ａ，３Ｂからなり、このノズルブロック３Ａ，３Ｂが前記ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂに外側から嵌合して前記処理槽１の前端板１１に外側から着脱自在にねじ止めされると共に、前記ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの前後長さに対してノズルブロック３Ａ，３Ｂの嵌合深さを短く設定することによって、ノズルブロック３Ａ，３Ｂの内端面側に前記材料溜まり４が形成され、該ノズルブロック３Ａ，３Ｂの内端面が前記材料溜まり４の底面を構成するから、ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの前後長さに対してノズルブロック３Ａ，３Ｂの嵌合深さを短く設定するだけで、該材料溜まり４を簡単に形成することができる。
さらにまた、ノズルブロック３Ａ，３Ｂはズル取付開口部１１ａ，１１ｂに外側から嵌合してねじ止めする構造であるから、該ノズルブロック３Ａ，３Ｂの摩耗や傷損による新品との交換作業を容易に行えると共に、被処理材料の種類や押出成形物の用途に応じてノズル孔３０の数や口径、形状等が異なるノズルブロックと着脱交換することも可能である。

請求項２の発明によれば、材料溜まり４の凹陥深さが特定範囲にあるから、前記滞留による溶融促進及び均質化の作用が確実に発揮されると共に、材料の無駄が少なくなる。

以下、本発明に係る圧縮押出成形装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は第１実施形態の圧縮押出成形装置全体の斜視図、図２は同成形装置の押出出口側の斜視図、図３は同成形装置の要部の横断平面図、図４は同要部の縦断側面図である。

図１に示すように、第１実施形態の圧縮押出成形装置Ｍ１は、架台１０の前部側に上方に開く材料投入口１ａを有する矩形箱型の処理槽１とギアボックス６とが設置されると共に、同後部側に減速機７及び駆動モーター８が設置されており、処理槽１内には前後方向に沿う一対のスクリュー軸２Ａ，２Ｂが平行に水平配置している。また、図２でも示すように、該処理槽１の厚板状の前端板１１の前面には、同一寸法形状の正面視湾曲状に形成された４個のノズルブロック３Ａが菱形の各辺に各々長手方向を沿わせる配置で取り付けられると共に、その菱形の縦対角線方向に沿う配置で正面視長形のノズルブロック３Ｂが取り付けられている。なお、両スクリュー軸２Ａ，２Ｂの各軸心は、ノズルブロック３Ｂと２個のノズルブロック３Ａとで構成される左右の各三角形の中央部に臨んでいる。

ノズルブロック３Ａ，３Ｂは、前後方向に透通する複数本（図ではノズルブロック３Ａが１３本、同３Ｂが１０本）のノズル孔３０が穿設されたブロック本体３１の全周に、フランジ部３２を一体形成した構造であり、処理槽１の前端板１１に設けた前後方向に透通するノズル取付開口部１１ａ，１１ｂに、ブロック本体３１のフランジ部３２よりも後部３１ａ側を嵌合し、該フランジ部３２に設けた複数個のボルト挿通孔３２ａを通して、外側から各々取付ボルト３３をワッシャー３４を介して前端板１１の各ねじ孔１１ｃに螺合することにより、当該前端板１１に着脱自在にねじ止めされている。なお、ブロック本体３１のフランジ部３２よりも前部３１ｂ側は、螺入緊締した取付ボルト３３の頭部よりも少し前方へ突出している。

しかして、ノズルブロック３Ａ，３Ｂにおけるブロック本体３１のフランジ部３２よりも後部３１ａ側は、その前後長さが処理槽１の前端板１１におけるノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの前後長さよりも短く設定されている。これにより、図３及び図４に示すように、処理槽１の前端板１１にノズルブロック３Ａ，３Ｂを取り付けた状態で、ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの内端側にノズルブロック３Ａ，３Ｂの内端面３ａを底面として押出方向へ凹陥した材料溜まり４が形成されるようになっている。なお、この材料溜まり４の凹陥深さｗは１０〜５０ｍｍ程度に設定される。

なお、図３に示すように、一方のスクリュー軸２Ａの支軸２０ａは駆動モーター８（図１参照）によって回転駆動する駆動軸９に連結し、この一方の支軸２０ａに対して他方のスクリュー軸２Ｂの支軸２０ｂがギヤボックス６内においてギヤ２２ａ，２２ｂで噛合しており、これによって両スクリュー軸２Ａ，２Ｂが同期して互いの対向側で下動する形で逆方向に回転すると共に、両スクリュー軸２Ａ，２Ｂの３条型の螺旋歯２１ａ，２１ｂが相互に噛み合うように構成されている。なお、両支軸２０ａ，２０ｂは軸受２３〜２５を介してギヤボックス６に回転自在に保持されている。

上記構成の圧縮押出成形装置Ｍ１により、熱融性成分を含む固形廃棄物等の被処理材料の減容圧縮処理を行う場合、駆動モーター８の作動によって両スクリュー軸２Ａ，２Ｂを回転駆動させながら、処理槽１内に該被処理材料を投入すればよい。しかして、投入された被処理材料は、スクリュー軸２Ａ，２Ｂの螺旋歯２１ａ，２１ｂ間で細かく破砕されつつ圧縮混練され、次第に減容しながら処理槽１内の前端側へ送られてゆき、該前端側で処理槽１の前端板１の内面とスクリュー軸２Ａ，２Ｂの前端２ａとの間隙を通って材料溜まり４に入り込み、この材料溜まり４内でのある程度の滞留を経てからノズルブロック３Ａ，３Ｂのノズル孔３０より連続的に押し出され、棒状の押出成形物となる。

しかして、被処理材料に含まれる熱融性成分は、スクリュー軸２Ａ，２Ｂの回転によって減容しつつ処理槽１内の前端側へ移動する過程で、本来は圧縮混練に伴って発生する摩擦熱によって溶融し、その溶融物が非溶融材料の粒子間に介在することで減容圧縮物全体を塑性化する機能を果たすが、その含有量が少なかったり、逆に多過ぎたり、該熱融性成分としての熱可塑性プラスチック成分の融点が比較的に高い場合等で、処理槽１内の前端側へ移動するまでに溶融が充分に進まないことが多々ある。したがって、そのまま押し出されてしまうと、既述のように、押出成形物が一体化せずにばらばらに分解したり、脆くて取扱い中に崩れ易い状態になる。

しかるに、この圧縮押出成形装置Ｍ１では、処理槽１内の前端部まで送られてきた材料は、熱融性成分の溶融が充分に進んでいなくとも、圧縮混練に伴う摩擦熱を保持した状態で該材料溜まり４に入り、ある程度の滞留を経てから押出ノズルより押し出されるから、処理槽１に投入されてから押し出されるまでの滞留時間が長くなることに加え、材料溜まり４では材料が摩擦熱の蓄熱で最も高温状態になった段階で滞留するから、熱融性成分が確実に溶融し、材料溜まり４内の減容圧縮物全体が均質に塑性化した状態になり、良好な押出成形性が得られ、押し出し後には該溶融物の冷却硬化によって材料全体が強固に一体化するため、ばらばらに分解するような懸念がなく、以降の取扱い中にも形崩れしにくい良質の押出成形物が製出する。

しかも、各材料溜まり４では蓄熱で高温状態になった材料が更新しつつかなりの量で滞留するから、その内部全体が常時安定した高温状態に維持されると共に、滞留した材料自体も均質な状態になる上、この均質な減容圧縮物が複数本のノズル孔３０に分配して押し出されるから、性状的に均一な押出成形物が安定的に得られる。なお、この押出成形物は高圧縮によって固形化した状態であるため、ノズル孔３０の出口側に旋回式カッター等の適当な切断機（図示省略）を設置することにより、数ｃｍから数十ｃｍ程度の長さに切断して回収できる。

減容圧縮処理に供する固形の被処理材料としては、特に制約はなく、例えば木屑、古紙、廃プラスチック、建築系廃材、可燃ゴミ、不燃ゴミ等が挙げられるが、少なくとも混合形態で熱融性成分を含む必要があり、特にポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性プラスチックを含むものが望ましい。また、被処理材料して粗大なものを含むと処理効率が悪くなるため、予め破砕処理等でチップ状、断片状、粒状等にある程度細かくした形で用いるのがよい。なお、混合形態の被処理材料における材料種の組み合わせと配合比率は、押出成形物の用途や廃棄手段に応じて必要な性状が得られるように適宜設定すればよい。更に被処理材料には、必要に応じて、金属材の切削や切断加工で生じる鉄粉の如き切粉、おが粉、カーボン粉等の粉末物質を混合することもできる。また、被処理材料にはある程度の水分を含んでいてもよい。

しかして、この第１実施形態の圧縮押出成形装置Ｍ１にあっては、処理槽１の前端板１１のノズル取付開口部１１ａ，１１ｂにノズルブロック３Ａ，３Ｂを嵌合し、その内端面３ａで材料溜まり４の底面を構成するから、ノズル取付開口部１１ａ，１１ｂの前後長さに対してノズルブロック３Ａ，３Ｂの嵌合深さを短く設定するだけで、該材料溜まり４を簡単に形成できる。また、ノズルブロック３Ａ，３Ｂはズル取付開口部１１ａ，１１ｂに外側から嵌合してねじ止めする構造であるから、該ノズルブロック３Ａ，３Ｂの摩耗や傷損による新品との交換作業を容易に行えると共に、被処理材料の種類や押出成形物の用途に応じてノズル孔３０の数や口径、形状等が異なるノズルブロックと着脱交換することも可能である。更に、これらノズルブロックの一部をノズル孔のない封鎖ブロックに置き換えることにより、残るノズルブロックに押出圧力を集中させて押出成形物の圧縮率を高めることも可能である。

なお、本発明の圧縮押出成形装置では、押出スクリュー軸による圧縮混練に伴う摩擦熱によって被処理材料に含まれる熱融性成分を溶融させるため、本質的には積極的な加熱手段を要しないが、操業開始から暫くは処理槽内の温度が上がらないため、処理槽の前端部にヒーター等の加熱手段を付設して、スタートアップ時に作動させて材料溜まり及び押出ノズル部を昇温させるようにしてもよい。また、本発明においては、第１実施形態のような処理槽の前端板に取り付けるノズルブロックの数及び形状と配置構成、ノズル孔の口径と断面形状、一対の押出スクリュー軸の形状と連動機構等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明の第１実施形態に係る圧縮押出成形装置全体の斜視図である。 同圧縮押出成形装置の押出出口側を一部分解状態で示す斜視図である。 同圧縮押出成形装置の要部の横断平面図である。 同圧縮押出成形装置の要部の縦断側面図である。

１ 処理槽
１ａ 材料投入口
１１ 前端板
１１ａ，１１ｂ ノズル取付開口部
２Ａ，２Ｂ 押出スクリュー軸
２１ａ，２１ｂ 螺旋歯
３Ａ，３Ｂ ノズルブロック
３ａ 内端面
３０ ノズル孔
３３ 取付ボルト
４ 材料溜まり
８ 駆動モーター
Ｍ１ 圧縮押出成形装置

Claims (2)

1. 互いの螺旋歯を噛み合わせて回転する一対の押出スクリュー軸が配置した処理槽内に、熱融性成分を含む固形の被処理材料を投入して前記押出スクリュー軸の回転によって減容圧縮し、この圧縮物を処理槽前端の押出ノズルより連続的に押し出すように構成された圧縮押出成形装置において、
   前記処理槽の前端内面側に押出方向へ凹陥した材料溜まりが形成され、この材料溜まりの底面に前記押出ノズルの入口側が開口している圧縮押出成形装置であって、
   前記処理槽の前端板に内外に透通するノズル取付開口部が形成され、前記押出ノズルが複数本のノズル孔を設けたノズルブロックからなり、このノズルブロックが前記ノズル取付開口部に外側から嵌合して前記処理槽の前端板に外側から着脱自在にねじ止めされると共に、前記ノズル取付開口部の前後長さに対してノズルブロックの嵌合深さを短く設定することによって、ノズルブロックの内端面側に前記材料溜まりが形成され、該ノズルブロックの内端面が前記材料溜まりの底面をなすことを特徴とする圧縮押出成形装置。
2. 前記材料溜まりの凹陥深さが１０〜５０ｍｍの範囲にある請求項１に記載の圧縮押出成形装置。

Images