JP5112002B2 - 粘弾性材料を均質化して濾過する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック又は粘弾性材料の押出し分野に関し、特に、ゴム状材料の押出し分野に関する。

これら材料の工業的用途では、これら材料を射出成形により又はこれら材料をダイに通すことにより付形する前に、これら材料を最終製品の機械的性質を管理下に置くように温度と粘度の両面においてできるだけ十分に均質化することが必要である。

これらの機能を保証する従来の押出し方法は、フライトの形状が流れをばらばらにしたり再び結合したりしながら材料を循環させるよう成形されたスクリューを用いる。かかる押出し方法は、望ましくない異物を除去するよう流れの下流側に位置決めされたフィルタスクリーンパックを用いる場合がある。これら方法は、一般に、押出し手段により引き起こされる大きな圧力降下のために押出し手段の流量及び温度性能の面で非常に不利である。この不利は、フィルタシステムが追加されるとますます悪くなる。というのは、物質の集積によりフィルタが詰まる場合があり、それにより作動がより困難になるからである。

先行技術においては、同一本体内に互いに同軸状且つ同心状に位置決めされた２本又は３本以上の混練及び運搬スクリューを有する粘弾性材料の押出し装置であって、大径スクリューのフライトトラフが、大径スクリューのフライトによって掃過される空間をすぐ隣りの小径スクリューのフライトによって掃過される空間に連通させることができるオリフィスを有する押出し装置が、既に知られている。この種の装置は、例えば仏国特許第１，２７０，３１４号明細書又は仏国特許第２，００８，６５６号明細書に記載されている。

かかる装置は、或るレベルの均質化を達成することができるが材料が大径スクリューのフライトにより掃過される空間からすぐ隣りの小径スクリューのフライトにより掃過される空間内に直接移るのでこの作用効果が制限される。さらに、この種のレイアウトのために、スクリューは、材料を移送するのに必要な仕事をもたらすには互いに異なる速度で回転しなければならない。これにより、特に３本以上の同心スクリューを有する装置を製造することが望ましい場合、機械的なレイアウトが複雑になる。

また、米国特許第２，９４８，９２２号明細書又はソビエト連邦国特許第１，４９８，６２３号明細書から、固定状態の円筒形管が、この円筒形管の壁を貫通した孔を有し、固定円筒形管が、小径スクリューのフライトによって掃過される空間と大径スクリューのフライトトラフに設けられたオリフィスの開口先の空間との間に挿入される装置及び方法が知られており、２本のスクリューはそれ自体、本体内に互いに対して同軸状且つ同心状に位置決めされている装置及び方法が知られている。

仏国特許第１，２７０，３１４号明細書 仏国特許第２，００８，６５６号明細書 米国特許第２，９４８，９２２号明細書 ソビエト連邦国特許第１，４９８，６２３号明細書

しかしながら、これら装置は、フィルタを空にして詰まりを除く作業を実施するためにかかる装置の作動を停止させる必要なく円筒形管に設けられているオリフィスよりもサイズの大きな物質を除去するのが容易に可能であるというわけではないという欠点を有している。

粘弾性材料を押し出して濾過するようになった本発明の装置は、この欠点を解決するよう設計されている。この装置は、本体内に同軸状且つ同心状に位置決めされた２本又は数本の混練及び運搬スクリューを有する粘弾性材料の押出し装置であって、大径スクリューのフライトトラフが、大径スクリューのフライトによって掃過される空間をすぐ隣りの小径スクリューのフライトによって掃過される空間に連通させることができるオリフィスを有する。

固定状態の円筒形管が、固定円筒形管の壁を貫通した孔を有し、固定円筒形管は、小径スクリューのフライトによって掃過される空間とオリフィスの開口先の空間との間に挿入される。大径スクリューのフライトによって掃過される空間は、壁によって閉鎖されていて、押出し装置の作動中、粘弾性材料がオリフィスの中に押し込められ、次に孔の中に押し込められるようになっている。壁は、取り外し可能な閉塞手段によって閉鎖された吐き口と連通状態にあるオリフィスを有する。

円筒形管は、フィルタプレートとして働き、その孔のサイズは、濾過により除去されるべき材料の粒子のサイズを設定するように較正される必要がある。

このように作用することにより、オリフィスのサイズよりも大きな直径を持つ物質を大径スクリューのフライトにより掃過され、吐き口と連通した空間の端部のところに集中させることができる。この場合、必要なことは、吐き口を開いて端部領域を空にすると共に望ましくない粒子を追い出すことができるようにすることだけであり、この場合、機械の作動を中断させる必要はない。

また、このようにすることにより、材料の均質化を向上させることができる。これは、流れがオリフィスを通る際にまず最初に流れが分割され、次に、流れが円筒形管に設けられている孔に入る際に２度目に分割され、その後、小径スクリューのフライトによって運ばれるからである。

加うるに、材料は、これが種々のコンポーネント相互間を通過する際にこれらコンポーネントの互いに対する相対運動のためにかなり大きな剪断作用を受ける。

また、均質化、機械的仕事及び濾過のためのこの能力は、材料が上流側に得られる圧力の作用下のみで押し退けられる受動的距離（passive distance）と呼ばれている距離の大きさが低いので比較的限定された圧力降下で得られる。この受動的距離は、第１近似として、大径スクリューのフライトトラフを貫通するオリフィスの長さ及び円筒形管の厚さによって形成される。この少量の圧力降下は、材料の温度増加を制限するという作用効果を有する。

最後に、円筒形管が回転駆動されないということを念頭に置き、円筒形管は、押出し機の本体の内壁としての役目を果たす。したがって、スクリューを同一回転速度で回転させることができ、それにより、これらコンポーネントを互いに固定することができ、しかも、共通の機械的装置を用いて駆動することができる。したがって、かかるシステムをレイアウト及び構成は、公知のシステムのレイアウト及び構成と比較して、上述のことによって大幅に単純化される。

以下の説明は、本発明に従って構成され、図１によって裏付けされた均質化して濾過する方法及び装置の他の利点を明らかにするであろう。

図１に示す装置は、シャーシ（図示せず）に取り付けられた押出し機本体１を有している。フライト（flight）２１を有するスクリュー２は、駆動組立体（図示せず）によって回転駆動される。上流側に位置決めされた供給システム（図示せず）が、粘弾性材料を装置内に導入する。この場合概略的に示されているフライト２１の形状は、当業者に知られている方法を用いて、装置の出口のところで得られるべき流量及び温度に合わせて自由に定められる。

装置の作動中、材料の流れは、スクリュー２のフライト２１により掃過され、押出し機の本体１の内壁とスクリュー２のフライトトラフとの間に位置する空間内で矢印Ｆの方向に流れる。この空間は、下流側の端が壁４３によって閉鎖され、この壁は、材料の流れを大径スクリューのフライトトラフに設けられたオリフィス内に押し込むことができる手段を構成する。壁４３は、本体１に固定されるような仕方で取り付けられている。

スクリュー２の下流側部分に位置したフライトトラフ２１は、このスクリューのフライトにより掃過される空間をスクリュー２のコア内に形成された内部空間に連通させることができるオリフィス２２を有している。

この結果、流れＦは、圧力の影響を受けてオリフィス２２を通ってスクリュー２のコアの内部空間に向かって押しやられる。

この内部空間は、第２のスクリュー３を有し、この回転軸線は、大径スクリュー２の回転軸線に一致している。大径スクリューに設けられたオリフィスのところでは、小径スクリュー３のフライト（flight）３１により掃過される空間の直径は、大径スクリュー２のコア内に形成された空間の内径よりも小さい。

この装置は、本体１に固定されると共にこの装置の下流側部分に位置したヘッド５を備えている。

固定状態の円筒形管４が、小径スクリュー３のフライト３１により掃過される空間とオリフィス２２の開口先の空間との間に挿入されている。この円筒形管は、この円筒形管の壁を貫通した孔４１を有し、流れＦが、孔４１を通ってオリフィス２２から差し向けられてこの流れを小径スクリュー３のフライト３１によって取り上げることができるようになっており、これらフライトは、材料をもう１度混合してこれを装置の出口の方へ差し向ける。

上述したように、これら多数の細分化は、材料をそれほど加熱させないで、均質化効果を向上させるという作用効果を有する。材料を大径スクリューにより生じる圧力の作用のみを受けて推進される空間としての受動的経路と呼ばれている経路は、極めて短く、１〜１０ｍｍの場合がある円筒形管の厚さまで減少させることができる。

また、作動停止段階前に装置を空にするのを容易にするために円筒形管４の厚さを最小限に抑えて装置内に残る材料の量を最小限に抑える技術的労力が実施されることになろう。

円筒形管に設けられた孔４１は、単に材料を均質化するのが望ましいか濾過するのが望ましいかに応じて、極めて様々な寸法形状のものであって良い。

装置がホモジナイザとして用いられる場合、孔４１の形状は、大径スクリューのフライト２１を通る材料の流れをできるだけ効率的に分離するよう設計される。スロットの形状は、最善の効率をもたらすように思われ、スロットが円筒形管の母線の方向となす角度は、スクリューの回転速度に合うように加減される必要がある。スロットの全体的な方向は、円筒形管の母線の方向に対し０°〜９０°の角度に整列するのが良い。

孔４１のサイズを減少させることにより、装置は、この場合、フィルタとして働く。有利には円筒形の穴の形状を採用した孔のサイズは、注意を払って孔４１の数を増大させようとする場合にも、大きすぎる圧力降下を課すことにより装置を不利な状態にはしないように小さいのが良い。

フィルタ前後の圧力降下を減少させるため、孔４１の壁にラッパ形状を与えて孔の断面がフィルタを通って材料の進行する方向に増大するようにすることが可能である。かくして、望ましくない物質をフィルタの上流側で後ろに保持すると同時に材料が孔内に進むのを促進することが可能である。

この圧力降下は、図１に示すように、下流側移送領域のところの大径スクリュー２の直径を増大させることにより一段と減少させることができる。この手段により、フィルタの表面積全体を装置の流量に対して増大させることができる。

壁４３は、ダクト４２を備えており、このダクトは、ヘッド５の領域で出口５２の形態で続いており、この出口は、取り外し可能な閉塞要素６１により閉鎖された吐き出し部材６，６２を有している。

管４の孔４１を通ることができない粒子は、これらのサイズが孔４１を通過するのに足るほど小さくなるまで、円筒形管４周りの大径スクリュー２の内側部分の運動によって機械的に縮径される。粒子を縮径することができない場合、粒子を壁４３の方向で管の端部に向かって押し戻す。

この場合必要なことは、閉塞部材６１を取り外すことだけであり、その結果、これら汚染要因物が堆積した空間をダクト４２，５２，６２を介して空にすることができる。すると、これにより、円筒形管４に形成されている孔４１は、フィルタを交換し又はクリーニングするために装置の使用を中断させる必要なく、閉塞状態になるのが阻止される。

全てのコンポーネントを組み立てるのを容易にするために、壁４３は、円筒形管４に固定状態で作られている。かくして、円筒形管４は、単に押出しヘッド５を取り外すだけで装着したり取り外したりすることができる。

本発明の装置のもう１つの利点は、スクリューを同一の回転速度で回転させることができるということにある。これは、フライトが材料を固定壁に対して並進運動で駆動するからである。この効果は、本体１の内壁に関してはフライト２１により、同様に、円筒形管４の内壁に関してはフライト３１により得られる。

この場合、スクリューを互いに対して同心状且つ同軸状に位置決めすることによりスクリューを互いに固定するのが容易である。駆動部材に連結する必要があるのは大径スクリューだけであり、かくして、装置の製造が大幅に単純化される。

また、本体１のヘッド５を延長させると共にオリフィスをスクリュー３の下流側部分に形成してスクリュー３のフライト３１により掃過される空間をスクリュー３のコア内に形成され、小径スクリュー（図１には示さず）と協働する内部空間に連通させることができるようにすることにより幾つかの連続段階を有する組立体を製造することが可能である。

次々に連続的に協働するスクリューのこのカスケードも又、スクリューを同心状にすることにより非常にコンパクトな形態で製造できる。

この場合、大径管を濾過機能に充当すると共に小径管を均質化機能に充当することにより特定の機能を種々の円筒形管に割り当て、又は変形例として、漸減サイズの物質を濾過するような仕方でオリフィスを寸法決めすることが可能である。

同様に、種々のスクリューの直径を様々にし、又は変形例として、スクリューの形状を円錐形にすることが可能である。かくして、スクリュー３の直径は、この場合も又、このスクリューがスクリュー２と協働する装置の部分の下流側では増大するのが良いことは容易に理解できよう。

好ましい実施形態の例示である装置の略図である。

符号の説明

１ 押出し本体
２ 大径スクリュー
３ 小径スクリュー
４ 固定円筒形管
５ ヘッド
２１，３１ フライト
２２ オリフィス
４１ 孔
４３ 壁
５２ 出口
６１ 閉塞要素
６２ 吐き出し部材

Claims (9)

1. 本体（１）内に同軸状且つ同心状に位置決めされた２本（２，３）又は数本の混練及び運搬スクリューを有する粘弾性材料の押出し装置であって、大径スクリュー（２）のフライトトラフが、前記大径スクリュー（２）のフライト（２１）によって掃過される空間をすぐ隣りの小径スクリュー（３）のフライト（３１）によって掃過される空間に連通させることができるオリフィス（２２）を有し、固定状態の円筒形管（４）が、前記固定状態の円筒形管（４）の壁を貫通した孔（４１）を有し、前記固定状態の円筒形管（４）は、前記小径スクリュー（３）の前記フライト（３１）によって掃過される前記空間と前記オリフィス（２２）の開口先の空間との間に挿入され、前記大径スクリューの前記フライトによって掃過される前記空間は、壁（４３）によって閉鎖されていて、前記押出し装置の作動中、前記粘弾性材料が前記オリフィス（２２）の中に押し込められ、次に前記孔（４１）の中に押し込められるようになっている、押出し装置において、前記壁（４３）は、取り外し可能な閉塞手段（６１）によって閉鎖された吐き口（５２，６２）と連通状態にあるオリフィス（４２）を有する、押出し装置。
2. 前記壁（４３）は、前記円筒形管（４）に固定されている、請求項１記載の押出し装置。
3. 前記円筒形管（４）は、取り外し可能である、請求項１又は２記載の押出し装置。
4. 前記スクリュー（２，３）は、これらのそれぞれのコアを介して互いに固定されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の押出し装置。
5. 前記孔（４１）は、円筒形の穴である、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の押出し装置。
6. 前記孔（４１）は、前記円筒形管（４）の母線と所与の角度をなすスロットである、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の押出し装置。
7. 前記孔（４１）の壁は、前記孔の断面が、前記円筒形管（４）を通って前記材料の進行する方向に増大するようラッパ形状を有する、請求項５又は６記載の押出し装置。
8. 粘弾性材料を均質化して濾過する方法であって、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の押出し装置を用いる、方法において、前記押出し装置の作動を中断させないで閉塞要素（６１）を開くことにより孔（４１）よりもサイズの大きな物質を前記押出し装置から押し出す、均質化及び濾過方法。
9. スクリュー（２，３）を同一の速度で回転させる、請求項８記載の均質化及び濾過方法。

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