JP5049839B2 - 押出機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブル部分乃至所謂おいて書き部分の構成を有する押出機に関する。

DE 1729395 B GB 1277150 DE 19516082 A1 DE 3220916 A1 the release of "The Japan Steel Works, Ltd., Plastic Processing Technology News Letter", De-Gassing-Cylinder "DGC"

このような押出機は、特許文献１（特許文献２に対応する）から知られている。この開示は、大量の空気を含んでいる、処理されるべきバルク材料を脱気するために、真空ハウジング部として従来型の焼結材料フィルター又はスクリーンを提供する。多孔性壁部は、平面であり、且つ、ハウジングにおける孔からかなり遠くに配置される。代わりの方法として、前記多孔性壁部は、孔壁部と位置合わせされて配置される。後者の場合、孔に面する多孔性壁部の壁がそこに付着する可塑化プラスチックによって詰まらせられ、それによって、所望の脱気効果が妨げられることが判明した。前者の場合、脱気は、ほとんど完全に阻止された。

別の押出機が特許文献３から知られている。この開示は、粉末状バルク材料の押出機への供給がかなり困難であるという基本的な問題に基づく。プラグスクリュー供給器（plug screw feeders）のような事前圧縮供給機器を不要にすることを可能にするために、入口区間又は固体搬送区間には開口がそれぞれに設けられ、当該開口の直径は大きく、当該開口によって、ガス及び固体が０〜５０％の範囲における低圧が加えられるときに放出されることを可能にする。この低圧供給の唯一の目的は、バルク材料のガス抜きである。その別の機能は、バルク材料の供給をやはりまた損なう、入口開口を介した逆方向のガス抜きを防止することである。さらに、これは、早ければ入口区間で発生する圧力上昇を許容する。別の想定される長所は、摩擦係数の増加がガス及び材料の放出に用いられる開口の近傍におけるハウジングで生じることである。しかしながら、短所は、一部の粉末状固体材料がガスと共に開口を通じて引抜かれることである。かくして、十分な運転安全性と効果とが保証されない。

一般的なタイプの押出機は、非特許文献１から知られており、当該押出機には、ガス透過性壁部として用いられるフィルターが装備され、当該ガス透過性壁部を通じて、空気だけでなくＡＢＳ内の水蒸気のような大量のプロセスガスや木粉が引抜かれる。ここでも、一部の固体材料がフィルター開口を通じて引抜かれる。これとは別に、フィルター開口が粉末状バルク材料によって詰まりかねないというリスクも存在する。

ローラギャップの前にスクリュータイプ押出機が直接配置される、個々のローラープレス（roller press）は、粉末状の又は微細な結晶バルク材料の圧縮ために特許文献４から知られており、そこでは、スクリュータイプ押出機は、多孔性体を有するスクリューハウジングを有し、当該多孔性体を用いて、吸い込み口が、ローラーギャップの前で粉末状バルク材料を圧縮することによって解放される空気のために形成される。ローラー前での直接的な空気の連続引抜きは、バルク材料の所望の高圧縮のための条件をローラーギャップに与える。したがって、スクリュータイプ押出機は、粉末を事前圧縮するために用いられ、一方で、ローラーギャップに加圧下で粉末を供給する。スクリュータイプ押出機は、完全にバルク材料で充填される。

本発明の目的は、粉末状、特に塵状のバルク材料（dusty bulk materials）を供給する場合に、部分的に充填され、したがって実質的に圧力の無い押出機の場合でさえ問題の無い運転を確実にする一方で、このような粉末状又は塵状バルク材料の、以前より到達可能な処理量を増加するような、一般的なタイプの押出機を構成することである。

この目的は、本発明にしたがって、一般的なタイプの押出機において請求項１の特徴記載部分の構成によって達成される。いかなる粉末状バルク材料をも抜き取ることなく低圧を適用することによって、ガス透過性多孔壁部上に均一な厚みの粉末状バルク材料層を作り出すという事実によって、バルク材料の望まれていない排出に起因する、バルク材料の再供給や気固分離のような更なる手順は全く要求されない。バルク材料の層は、著しく壁面摩擦を増加させ、これにより、バルク材料の移送又は搬送が著しく改良される。部分的に充填された入口区間で固体として移送されるバルク材料のガス抜きは、通常の方法で行われる。したがって、ガス透過性多孔壁部を通じて起こる大幅なガス抜きは存在しない。驚くべきことに、そこに付着する可塑化材料に起因する、孔に面する多孔壁部の壁の詰まりが存在しないことが見い出された。他方で、処理プロセス全体の間に多孔壁部を通る空気の積極的な引抜きは全く存在せず、かくして、事実上詰らない多孔壁部がもたらされる。これは、焼結材料を適応して選択することによって影響され得る。

有利な実施形態が従属請求項に提示される。

本発明の更なる特徴、詳細及び長所が、次の実施形態の記述から明らかになろう。

図面に示される押出システムは、押出機１を有する。概していくつかのハウジング部から構成される、そのハウジング２において、８の字型の形式で相互に重なり合い、平行軸５、６を有する孔３、４が形成される。二本のスクリュー７、８がハウジング孔３、４に配置される。当該スクリューは、同一方向に回転する密接噛合スクリュー７、８である。一方の端部（図１及び２において左手方向端部）には、供給ホッパー９が孔３、４に開口している。供給ホッパー９から始まり移送方向１０で見て、スクリュー７、８には、第一スクリュー搬送部１１、これに隣接する捏和ディスク部１２及び別の第二スクリュー搬送部１３とが設けられる。

第一スクリュー搬送部１１は、固体搬送区間としての役割を果たす入口区間１４にわたって延在する。この実施形態において、捏和ディスク部１２は、溶融区間１５を規定する。第二スクリュー搬送部１３は、圧力上昇区間１６を規定する。ハウジング２の端部で、放出ノズル１７が圧力上昇区間１６に隣接する。図からも見て取れるように、ハウジング２の入口区間１４の所定部分には、冷却ダクト１８が設けられる。

スクリュー７、８は、連結器２０を介して減速・配分ギア（reduction and distribution gear）２１に駆動可能に接続される電気モータ１９を用いて駆動される。他方で、スクリュー７、８が通常の方法でギア２１に連結される。

例えば重力計量スクリュー供給器（gravimetric metering screw feeder）である計量装置２２が、供給ホッパ９の上方に配置される。ハウジング２は、供給ホッパ９の後に短いが所定距離で配置される真空ハウジング部２３を有し、前記真空ハウジング部２３は、かくして、入口区間１４の部分領域にわたって延在する。真空ハウジング部２３は、孔３、４との境界を部分的に定め且つ焼結材料から成る内部多孔性壁部２４を有し、当該内部多孔性壁部２４において、ガスが多孔性壁部２４を通過することを可能にするダクト（図には示されない）が形成される。真空チャンバー２５が多孔性壁部２４の外側に隣接し、当該真空チャンバーは、（当然ながら）壁部２６を用いて外側に対してシールされている。真空ライン２７が前記壁部２６を貫通し、真空チャンバー２５に開口している。真空ライン２７は、液封ポンプ（liquid ring pump）などの真空源２８と接続される。

図１〜４にしたがって、このような真空ハウジング部２３は、頂部の方で水平方向に延在する孔３、４の境界を定め、これは、真空ハウジング部が軸５、６によって広がる面とおよそ平行に配置されることを意味する。かくして、図１〜４に記載の実施形態において、孔３、４の両方は、同時に、単独の上側多孔性壁部２４を介して真空によって作用される。

最後に、図５に記載の実施形態において、多孔性壁部２４’、２４”を備えて成る一つの真空ハウジング部２３’、２３”それぞれが、孔３又は４の一方の側面に、厳密に言えば左手側及び右手側にそれぞれ配置され、これは、多孔性壁部２４’及び２４”が軸５、６によって広がる面に配置されることを意味する。

図１〜４における比較可能な構成部分又は領域にそれぞれに対応する、図５に示される真空ハウジング部２３’、２３”の残りの構成部分は、同じ参照番号に一つの又は二つのアポストロフィ乃至カンマを後にそれぞれ付けられて示される。

真空制御バルブ３０が真空ライン２７に配置される。さらに、圧力測定機器３１が、真空源２８とバルブ３０との間に配置される。

さらに、各真空チャンバー２５は、圧力パージライン３２を介して圧力ガス源３３に接続され、そこで、パージバルブ３４がライン３２に取り付けられる。圧力測定機器３１は、ライン２７で測定されたそれぞれの圧力に対応する測定信号を、信号ライン３５を介して中央制御システム３６に送る。今度は、中央制御システム３６は、真空制御ライン３７を介して真空制御バルブ３０を操作する。さらに、制御システムは、ライン３８を介してパージバルブ３４を操作する。最後に、制御システムは、計量装置２２の駆動モータ３９、押出機１の駆動モータ１９及び真空源２８のモータ４０を操作する。

重要なことは、それぞれの孔３、４を規定するそれぞれの多孔性壁部２４又は２４’、２４”の多孔性内壁部４１、４１’、４１”は、Ｒ３＝Ｒ４＜Ｒ４１（又は、それぞれＲ４１’又はＲ４１”）であるように、部分的に環状の断面を有し、且つ、それぞれの孔壁４２又は４３に対して後退させられていることである。これに関して、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、孔３及び４の半径である一方で、Ｒ４１、Ｒ４１’及びＲ４１”は、それぞれ多孔性内壁部４１又は４１’又は４１”の半径であり、各半径は、それぞれ軸５、６から測定される。かくして、この実施形態では、それぞれの稜線（ridge）４５とそれぞれの孔壁部４２又は４３との間のクリアランス４６と比較して、拡大された間隙４４又は４４’又は４４”が、それぞれの内壁部４１又は４１’又は４２”に対して、スクリュー７又は８それぞれの稜線４５との間にそれぞれ作られることを可能にする。したがって、この間隙４４又は４４’又は４４”は、Ｄ＝Ｒ４１（又は、それぞれＲ４１’、Ｒ４１”）―Ｒ４（又はそれぞれＲ３）が当てはまる半径方向の一定厚さＤをそれぞれに有し、ここでは、２．０ｍｍ≦Ｄ≦３０ｍｍが当てはまる。Ｒ３又はＲ４がそれぞれに大きくなればなるほど、すなわち、押出機が大きくなればなるほど、Ｄは大きくなる。

図３〜５に見て取れるように、冷却ダクト４７が、それぞれの真空ハウジング部２３又は２３’、２３”に、厳密に言えば、それぞれの多孔性壁部２４又は２４’、２４”に形成され、当該冷却ダクトには、冷却剤供給ライン４８と冷却剤放出ライン４９とを介して冷却剤が供給される。

運転モードは、次の通りである。

粉末状の又は塵状のバルク材料が、計量装置２２を用いてそれぞれ供給される。前記粉末状バルク材料は、ポリマーだけでなく多軸押出機を用いて処理されるべき他のいかなるバルク材料でもありえる。運転の間、押出機１が部分的にだけ充填されることを確実にするように、粉末状バルク材料の供給は、スクリュー７、８の回転速度にマッチングさせられる。

真空ハウジング部２３は、この領域で粉末状バルク材料がスクリュー稜線４５と多孔壁部２４の内壁部４１との間のクリアランス４４に相当する厚さを有する層に保持され、かくして多孔壁部２４に付着するように、対応する低圧（この明細書で真空と称される）によって作用される。これは、移送されるべきバルク材料と内壁部４１との間の摩擦を増加させ、今度は、バルク材料の増加した移送をもたらす。多孔壁部２４に形成されるダクト（図面には示されない）が移送されるべきバルク材料の粒子サイズよりも小さいという事実によって、バルク材料は、多孔壁部２４に引き込まれず、これにより前記多孔壁部２４が詰まることが防止される。多孔壁部２４におけるダクトの幅は、概して、バルク材料の粒子サイズ分布の範囲内であるか又はそれ以下である。一般に、バルク材料の粒子サイズ分布は、細かい粒子サイズ以下の極度に細かい粒子サイズをカバーする特定の範囲にわたる。同様に、多孔壁部２４に形成されるダクトは、特定の範囲にわたる幅を有する。多孔壁部２４におけるダクトの直径又は幅範囲が、それぞれ、記述される粒子サイズ分布範囲内であるか又はそれ以下である場合に、これらダクトの詰まりが効果的に防止されることが見出された。例えば、１５〜９０μｍのダクト幅は、Ｄ１０＝３０μｍとＤ９０＝１６０μｍとの間の粒子サイズ分布に適している。小さい方の直径Ｄ１０は、粉末状バルク材料の最大１０％が示された直径、すなわち３０μｍと等しいか又はより小さい直径を有することを示す。Ｄ９０は、バルク材料における粒子の９０％が示された値の１６０μｍと等しいか又はより小さい直径を有することを意味する。この場合、Ｄ５０＝７５μｍが当てはまる。このような分布は、真空が加えられた場合に、十分に多数のバルク材料微粒子（粒子）がスクリュー側のダクト開口を押圧するので、ダクトがわずかな範囲だけに詰まるか、又は、全く詰まらないことを確実にする。

多孔性、すなわちガス透過性壁部２４によって、低圧を用いてバルク材料の既述の層を作り出すために要求される量のガス（すなわち概して空気又は窒素）だけが、引き抜かれることを可能にする。押出機１が定常状態にある場合に、バルク材料の緊密な又は圧縮された層が多孔壁部２４のそれぞれの内壁部４１に形成されるとすぐに、微量の空気又はガスだけが、所望の積極的移送効果をこれにより減少することなく引抜かれる。間隙４４における低圧は、粉末状材料をこの間隙に保つのに用いられるだけである。

内壁部４１又は４１’、４１”近傍におけるバルク材料の圧縮は、それぞれに、スクリューの谷底部５０近傍でバルク材料の密度の低下を生じさせる。粉末状バルク材料の追加的な圧縮が、例えば区間１５で、すなわち入口区間１４とは無関係に入口区間１４の外側で、起こり、それによって、材料が溶融させられるならば、固体搬送区間として用いられる部分的に充填された入口区間１４に存在する空気は、供給ホッパ９の方の方向へ逆流によって除去される。そのような圧縮が全く存在しないならば、そのまま残されたガスを移送方向１０でも放出しうる。

処理区間１５、１６及び必要に応じて入口区間１４の下流側に配置される追加的な処理区間は、溶融、混合、均質化、ボイリング、反応等のために用いられる区間となしうる。しかしながら、また、空間的に離された、追加のスクリュータイプ機械又は押出機をそれぞれ存在させてもよい。

入口区間１４で移送されるバルク材料が例えば粉末状のポリマーであるとしても、せん断の結果としてそこに定着する乃至集まる可塑化ポリマーに起因する、多孔性壁部２４又はその内壁部４１それぞれの望ましくない詰まりのリスクは全く存在しない。このようなポリマーが存在した場合、内壁部４１に低圧を作り出すことは不可能であろう。このリスクは排除される。驚いたことに見出されたことには、拡大した間隙４４は、可塑化ポリマーが真空ハウジング部２３の内壁部４１に付着することを効果的に防止する。これは、多孔性壁部２４の近傍での冷却に確実に影響する。

仮に、多孔壁部２４が塵状のバルク材料によって詰まらせられる場合が生じると、これは、圧力測定機器３１によって知らされ、当該圧力測定機器３１は、今度は、制御システム３６に真空制御バルブ３０を閉じさせ、パージバルブ３４を開けさせ、これにより、圧力パージライン３２を介して、圧力サージの形式で多孔壁部２４の圧力ガスパージをトリガーする。

上述の実施形態から見て取れるように、孔３、４のそれぞれの部分的な外周及び入口区間１４の狭い部分２３だけに真空を加えることで十分である。

この出願の範囲内で用いられる用語、真空は、物理的な意味における絶対真空のことを差すのではなく、例えば０．０２〜０．２バール（bar）の非常に低い圧力、すなわち９８％〜８０％の真空を差す。

押出機を備えて成る押出システムを貫いた、垂直縦断面図を示す。 図１に記載の押出機を貫いた、水平縦断面図を示す。 図１の拡大部分図を示す。 ガス透過壁部の実行可能な第一実施形態を備えて成る押出機を貫いた断面図を示す。 ガス透過壁部の実行可能な第二実施形態を備えて成る押出機を貫いた断面図を示す。

符号の説明

１ 押出機
２ ハウジング
３ 孔
４ 孔
７ スクリュー
８ スクリュー
９ 供給開口
１１ スクリュー搬送部
１４ 入口区間
１９ 駆動装置
２２ 計量装置
２３ 真空ハウジング部
２３’ 真空ハウジング部
２３” 真空ハウジング部
２４ ガス透過性多孔壁部
３２ 圧力パージライン
３３ 圧力ガス源
４１ 内壁部
４２ 孔壁部
４３ 孔壁部
４４ ギャップ
４４’ ギャップ
４４” ギャップ
４７ 冷却ダクト

Claims (7)

1. ハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）に形成され、孔壁部（４２、４３）を有する少なくとも一つの孔（３、４）と、
   前記ハウジング（２）の一方の端部に配置される粉末状バルク材料用供給開口（９）と、
   前記少なくとも一つの孔（３、４）に配置されるそれぞれ一本のスクリュー（７、８）と、
   粉末状バルク材料を供給するために前記供給開口（９）の上流側に配置される計量装置（２２）と、
   前記少なくとも一本のスクリュー（７、８）のための駆動装置（１９）と、
   を備えて成る粉末状バルク材料を処理するための押出機であって、前記スクリュー（７，８）が、入口区間（１４）を形成するように前記供給開口（９）の下流側にそれぞれ配置されるスクリュー搬送部（１１）と、バルク材料を処理するために前記スクリュー搬送部（１１）の下流側に配置される少なくとも一つの部分（１２）とを有し、前記計量装置（２２）が、運転の間、押出機の少なくとも前記入口区間（１４）を部分的にだけ充填することを確実にするように構成されており、前記入口区間（１４）での真空ハウジング部（２３）が、無数のダクトを有した焼結材料のガス透過性多孔壁部（２４）を有する、押出機において、
   前記ガス透過性多孔壁部（２４）が内壁部（４１）を有し、この内壁部が前記少なくとも一つの孔（３、４）を規定し、且つ前記孔壁部（４２、４３）に対して後退していて、それによって部分的な環状断面を備え、且つ２．０ｍｍ≦Ｄ≦３０ｍｍが適用される一定の厚さＤを有する間隙（４４、４４’、４４”）を形成すること、及び、
   前記ガス透過性多孔壁部（２４）が、圧力パージライン（３２）を用いて圧力ガス源（３３）に接続されていること、
   を特徴とする押出機。
2. 前記ガス透過性多孔壁部（２４）でのダクトが、少なくとも前記内壁部（４１）の近傍で、粉末状バルク材料の平均粒子サイズよりも小さいか又は等しい幅を有することを特徴とする請求項１に記載の押出機。
3. 前記真空ハウジング部（２３）には、冷却ダクト（４７）が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出機。
4. 前記真空ハウジング部（２３）が、前記少なくとも一つの孔（３、４）の上方に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の押出機。
5. 前記真空ハウジング部（２３’、２３”）が、前記少なくとも一つの孔（３、４）の側面に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の押出機。
6. 平行で、部分的に相互に重なり合う少なくとも２つの孔（３、４）が、前記ハウジング（２）に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の押出機。
7. 一つの真空ハウジング部（２３’、２３”）がそれぞれ、各孔（３、４）の側面に設けられることを特徴とする請求項６に記載の押出機。

Images