JP6227251B2 - 押出成型機及び押出成型方法 - Google Patents

Description

本発明は、投入された粘性体を押出部で口金を通して押し出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型機及び押出成型方法に関する。

投入された粘性体を脱気室で脱気した後、押出部で口金を通して押し出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型機が知られている（下記特許文献１参照）。脱気室では、脱気室内に投入される粘性体を小さな塊に切って脱気を行い、切られた粘性体は押出部のスクリュー上に落下した後、口金に向けて押し出される。

特開２００６−１３７１９９号公報

上記押出成型機では、スクリューによって押し出される粘性体の量にばらつきが生じ、押出部によって押出成型される成型体の密度が部位毎に一定しないことがある。
このような問題に鑑み本発明の課題は、押出部におけるスクリューの如き押出手段に向けて粘性体を圧送することにより、押出手段によって押し出される粘性体の量の変動を抑えて、押出部によって押し出される成型体の部位毎の密度の変化を抑制することにある。

本発明の第１発明は、投入された粘性体を押出部で口金を通して押し出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型機であって、前記押出部の押出手段に送られる粘性体の供給経路中に圧送手段を設け、該圧送手段では、前記押出手段の所定個所に粘性体に圧力を加えて供給することを特徴とする。
第１発明によれば、圧送手段により圧送された粘性体が押出手段の所定個所に供給されるため、押出部から押し出される粘性体の量の変動を抑えて、押し出される成型体の部位毎の密度の変化を抑制することができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記圧送手段は、回転軸が互いに平行に配置され、且つ互いに反対方向に回転される一対のスクリューを備えて成り、該一対のスクリューは、各スクリューの回転軸方向の両側で粘性体の送り方向が互いに向かい合うように螺旋状の羽根部が形成され、各スクリューの回転軸方向の両側から送られる粘性体が互いにぶつかり合い、その結果、両スクリュー間の粘性体の流出する部位が、押出手段に向かう粘性体の吐出口とされていることを特徴とする。
第２発明によれば、一対のスクリューを組み合わせたのみの簡単な構成で圧送手段を構成することができ、小型で故障の少ないものとすることができる。また、スクリューによる粘性体の送り方向を互いに向かい合うようにすることにより粘性体を圧送するので、粘性体の圧送のために粘性体が圧力を受けながら圧送手段内で留まることはなく、粘性体が圧送手段内で固まって摩擦音を発生させることを抑制することができる。更に、各スクリューは、送られる粘性体が互いにぶつかり合うように回転軸方向の両側から粘性体を圧送するため、圧送のためのスクリューの回転軸方向の反力は互いに打ち消される。そのため、粘性体を圧送するにも係らず、スクリューには軸方向に圧送のための大きな圧力が加わることはなく、スクリューの軸受を耐圧性能の低いものとすることができる。

本発明の第３発明は、上記第１又は第２発明において、前記圧送手段に粘性体を供給する供給側には、粘性体の収束手段が設けられ、該収束手段では、粘性体を収束して塊として前記圧送手段に供給することを特徴とする。
第３発明によれば、粘性体を収束して塊として圧送手段に供給するので、粘性体を圧送するために適する位置以外の部位に粘性体が供給されることを抑制することができ、圧送手段により圧送される粘性体の量の変動を抑制することができる。

本発明の第４発明は、押出手段に押出される粘性体を口金を通して押出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型方法であって、粘性体を口金に向けて押出す押出手段に供給される粘性体を、圧力を加えて押出手段の所定個所に供給することを特徴とする。
第４発明によれば、圧送された粘性体が押出手段の所定個所に供給されるため、口金に向けて押出手段によって押し出される粘性体の量の変動を抑えて、押し出される成型体の部位毎の密度の変化を抑制することができる。

本発明の一実施形態の部分断面正面図である。 上記実施形態の拡大側面図である。 上記実施形態の上部の部分断面拡大正面図である。 上記実施形態の上部の拡大平面図である。 上記実施形態の下部の主要部の部分断面拡大正面図である。 上記実施形態の粘土圧送部の拡大平面図である。 上記実施形態の粘土圧送部のスクリューの拡大正面図である。 上記実施形態の粘土収束部の断面拡大側面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 上記実施形態の粘土収束部から押出部までの粘土の流れを説明する正面説明図である。 図１０と同様に、粘土収束部から押出部までの粘土の流れを説明する側面説明図である。

本発明の一実施形態として、粘土（本発明の粘性体に相当）を押出成型して住宅の外壁材を形成する押出成型機について説明する。
図１、２は、一実施形態としての押出成型機の全体構成の概要を示す。この押出成型機は、図１の中央上部に示される粘土投入口（以下、投入口という）４１から投入された粘土を、図１の左下部に示される土溜部５１まで導き、その土溜部５１の先端部に設けられる口金（不図示）を通して粘土を押し出して所定形状の外壁材が成型される。
投入口４１から投入された粘土は、粘土送り部（以下、送り部という）４３を介して粘土収束部（以下、収束部という）１０に送られ、収束部１０では、ばらけていた粘土が棒状に長く連なった粘土の塊とされる。収束部１０からの粘土の塊は、粘土圧送部（以下、圧送部という）２０に送られ、ここで圧送手段（不図示）により粘土が圧力を加えられて押出部３０に送られる。押出部３０では、粘土が土溜部５１に押し出される。
なお、図１は、押出部３０のスクリュー３１が見えるように部分断面図として描かれている。

送り部４３、収束部１０、圧送部２０、及び押出部３０では、粘土を送る手段として、それぞれに特有の形状とされたスクリューが用いられている。送り部４３は後述のように左右一対のスクリューから成り、これらのスクリューはカップリング部４２及び減速機構部４４を介してプーリ部４５に連結され、図示しないモータによって回転駆動されている。減速機構部４４ではプーリ部４５からの回転をスクリューを回転するのに適する回転数まで減速し、カップリング部４２は、ここで送り部４３のスクリュー側と減速機構部４４側とを切り離し可能に連結している。従って、カップリング部４２において送り部４３のスクリュー側を減速機構部４４側から切り離してスクリューの点検、修理、交換ができるようにされている。
図２のように、収束部１０のスクリュー１１、１２（本発明の収束手段に相当）も、送り部４３のスクリューと同様に左右一対で構成され、送り部４３のスクリューとは別体とされているが、互いに一体に回転されるように連結されている。
図２のように、圧送部２０のスクリュー２１、２２（本発明の圧送手段に相当）は、収束部１０のスクリュー１１、１２の真下にあって、図１のように回転軸４６を介してプーリ部４９に連結され、モータ４８によって回転駆動されている。
図２のように、押出部３０のスクリュー３１（本発明の押出手段に相当）は、圧送部２０のスクリュー２１、２２の直下で、互いの回転軸方向を一致させて、一対のスクリュー２１、２２の間に配置されている。図１のようにスクリュー３１は回転軸４７を介してプーリ部４９に連結され、モータ４８によって回転駆動されている。
なお、図２では、スクリュー１１、１２、ホッパー２３、２４、スクリュー２１、２２、３１の押出成型機における配置が判り易くなるように記載している。実際には、これらの部品は、図２に示されるように押出成型機の外部には露出していない。

収束部１０のスクリュー１１、１２は、ケース１３内に収納されており、圧送部２０のスクリュー２１、２２も、ケース２５内に収納されている。ケース２５は、押出部３０のケース３２と結合されて、内部が互いに連通されている。また、ケース１３とケース２５との間も内部が互いに連通されており、ケース１３、２５、３２は全て連通されている。これらケース１３、２５、３２は、図示を省略した真空ポンプに接続され、内部が負圧環境とされている。つまり、これらケース１３、２５、３２は脱気室とされている。
ケース１３は、上下に分割可能に構成されており、図２に示されるように分割面に沿って設けられたヒンジ軸１９を中心として上部が開閉回動可能とされている。こうすることにより、スクリュー１１、１２などの点検、修理、交換を容易にしている。
図１、２において、５０は押出成型機を支持する基台であり、２３、２４はホッパーである。ホッパー２３、２４は、収束部１０のスクリュー１１、１２から圧送部２０のスクリュー２１、２２に送られる粘土が横にずれて余分なところへ流れることがないようにガイドしている。

図３、４は、押出成型機の上部の減速機構部４４から収束部１０までの間の詳細構成を示している。
上述のように送り部４３の一対のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃは、それぞれの回転軸が互いに平行になるように配置され、両スクリュー４３Ｂ、４３Ｃの羽根部により投入口４１から投入された粘土が収束部１０のスクリュー１１、１２に送られるようになっている。両スクリュー４３Ｂ、４３Ｃの回転方向は、両スクリュー４３Ｂ、４３Ｃの互いに対向する側の回転方向が共に下向きとなるように設定されている。なお、図４では、ケース１３、４３Ｄを除去した状態を示している。また、スクリュー４３Ｂ、４３Ｃのスクリューの形状を正確には記載していない。スクリュー４３Ｂ、４３Ｃの部分に記載された仮想線はスクリューの羽根部を簡略化して示している。更に、スクリュー１２も、その羽根部の記載を省略している。
送り部４３のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃを収納しているケース４３Ｄはカップリング部４２まで含むように形成されており、ケース４３Ｄの上半分がヒンジ軸４３Ａによって開閉回動可能とされている。従って、上述のように送り部４３の一対のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃを点検、修理、交換するときは、ケース４３Ｄの上半分を開放してスクリュー４３Ｂ、４３Ｃを送り部４３内から引き上げることができる。
この場合、スクリュー４３Ｂ、４３Ｃ、及び収束部１０のスクリュー１１、１２は、水冷構造とされており、各スクリュー１１、１２、４３Ｂ、４３Ｃの内部に冷却水配管が通されている。このように水冷構造を備えることにより、稼動中にスクリュー１１、１２、４３Ｂ、４３Ｃが異常発熱することを防止することができる。しかし、このような異常発熱の心配が不要な場合は、水冷構造を省略することができる。

スクリュー１１、１２の羽根部は、その回転軸方向の両側から内側に向けて粘土を送るように形成されている。即ち、スクリュー１１、１２の羽根部のうち、送り部４３のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃに近い側は、送り部４３のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃの羽根部と同じ方向に粘土を送るように形成され、送り部４３のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃから遠い側は、それとは反対方向に粘土を送るように形成されている。従って、投入口４１から投入された粘土は、送り部４３のスクリュー４３Ｂ、４３Ｃによって収束部１０のスクリュー１１、１２に送られ、そこでスクリュー１１、１２の回転軸方向の両側から内側に向けて粘土が集められて収束され、更に両スクリュー１１、１２の間から下方に押出される。
スクリュー１１、１２は、それぞれ筒状のスクリーン体１４、１５内に全体が挿入されており、上述のように両スクリュー１１、１２の間から下方に押出された粘土は、スクリーン体１４、１５の下部に設けられた複数の開口１８（図８、９参照）から押出される。
図８、９には、スクリーン体１４、１５の構成が示されている。スクリーン体１４、１５は、それぞれスクリュー１１、１２を受け入れる太さと長さを備える筒状に形成され、各スクリーン体１４、１５の下部には複数の開口１８が形成されている。スクリーン体１４、１５の下面には強度部材から成るバックアップ体１６、１７が設けられ、スクリーン体１４、１５の下部を補強している。

以上のように、一対のスクリュー１１、１２を組み合わせたのみの簡単な構成で粘土を集めて収束させることができ、小型で故障の少ない装置とすることができる。また、各スクリュー１１、１２による粘土の送り方向を各回転軸方向の両側から内側に向けて互いに向かい合うようにすることにより、粘土が圧力を受けながらスクリーン体１４、１５内で留まることはなく、粘土がスクリーン体１４、１５内で固まって摩擦音を発生させることを抑制することができる。更に、各スクリュー１１、１２は、送られる粘土が互いにぶつかり合うように回転軸方向の両側から粘土を押圧するため、粘土を送り出すためのスクリュー１１、１２の回転軸方向の反力は互いに打ち消される。そのため、粘土を送り出すにも係らず、スクリュー１１、１２には軸方向に粘土を送り出すための大きな圧力が加わることはなく、スクリュー１１、１２の軸受（不図示）を耐圧性能の低いものとすることができる。

図５、６は、押出成型機の下部の圧送部２０及び押出部３０の詳細構成を示している。また、図７は、圧送部２０のスクリュー２１の詳細構成を示している。なお、圧送部２０のスクリュー２２もスクリュー２１と同一構成である。
圧送部２０のスクリュー２１、２２は、筒体の表面上に羽根部２１Ａ、２１Ｂが形成されて成り、上述の収束部１０のスクリュー１１、１２と同様に構成されている。即ち、スクリュー２１、２２の羽根部のうち、回転軸４６に近い側の羽根部２１Ａ、２２Ａは、回転軸４６から離れる方向に粘土を送るように形成され、回転軸４６から遠い側の羽根部２１Ｂ、２２Ｂは、それとは反対方向に粘土を送るように形成されている。従って、収束部１０のスクリーン体１５、１６の開口１８から押出され、スクリュー２１、２２に供給された粘土は、スクリュー２１、２２の回転軸方向の両側から内側に向けて粘土が加圧されながら両スクリュー２１、２２の間から下方に押出される。
このように押出された粘土は、押出部３０のスクリュー３１の常時一定の位置に供給され、スクリュー３１の羽根部３１Ａによって土溜部５１に押出される。
なお、図５では、押出部３０を断面にて示しており、スクリュー３１のスクリューの形状を正確には記載していない。スクリュー３１の部分に記載された仮想線はスクリューの羽根部を簡略化して示している。また、図６において、１１Ａ、１２Ａは、スクリュー１１、１２の軸受（不図示）を受け入れる窪みであり、１１Ｂ、１２Ｂは、スクリュー１１、１２とスクリュー４３Ｂ、４３Ｃとの連結部の軸受（不図示）を受け入れる窪みである。

圧送部２０のスクリュー２１、２２は、収束部１０のスクリュー１１、１２と同様に、各スクリュー２１、２２の回転軸方向の両側から内側に向けて粘土を送ることにより、両スクリュー２１、２２の間から下方に粘土を押し出すようにしたため、収束部１０に関して上述したように、小型で故障の少ない装置とすることができ、摩擦音の発生を抑制することができ、更にスクリュー２１、２２の軸受（不図示）を耐圧性の低いものとすることができる。
また、収束部１０で収束され、圧送部２０で加圧されて押出される粘土が、押出部３０のスクリュー３１の一定の位置に供給されるため、押出部３０のスクリュー３１上には、部位毎に粗密が生じることなく一定の密度で粘土が供給される。そのため、押出部３０のスクリュー３１によって土溜部５１に押出される粘土も一定密度とされ、土溜部５１の先端の口金（不図示）から押出される成型体も部位毎に粘土の密度変化が抑制されたものとされる。

図１０、１１に基づいて、収束部１０で収束された粘土が、圧送部２０で圧力を加えられながら押出部３０のスクリュー３１に供給される様子を説明する。
上述のように収束部１０のスクリーン体１４、１５からは、その複数の開口１８（図８、９参照）を通して棒状の塊とされた粘土６０Ａが押出され、下方の圧送部２０の各スクリュー２１、２２の上に供給される。このとき粘土６０Ａは、ホッパー２３、２４に案内されながらその全てが各スクリュー２１、２２の上に供給され、各スクリュー２１、２２の上に万遍なく供給される。なお、粘土６０Ａがホッパー２３、２４と接しないように、ホッパー２３、２４の配置を変更することもできる。
そのように供給され、各スクリュー２１、２２の各羽根部２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂに挟まれた領域に載せられた粘土６０Ｂは、上述のように加圧されながら押出部３０のスクリュー３１上に供給され、スクリュー３１の羽根部３１Ａに挟まれた領域に載せられた粘土６０Ｃは、上述のように土溜部５１（図１、５参照）に向けて押出される。
以上のように、粘土は、収束部１０で棒状に収束され、その棒状の粘土が圧送部２０で加圧されながら押出部３０のスクリュー３１の一定位置に供給されるので、押出部３０から押し出される粘土の量の変動を抑えて、押し出される成型体の部位毎の密度の変化を抑制することができる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、
１．粘土送り部と粘土圧送部との間に設けられた粘土収束部は、省略することもできる。粘土収束部を省略した場合は、粘土送り部により送られる粘土が粘土圧送部に供給されて加圧されながら押出部３０に供給される。
２．圧送手段のスクリューにおける螺旋状に形成された羽根部は、螺旋方向に連続して形成されたものに限らず、断続的に形成されたものでも良い。
３．粘性体としては磁器製品を造るための粘土でも良い。

１０ 粘土収束部
１１、１２ スクリュー（収束手段）
１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ 窪み
１３ ケース
１４、１５ スクリーン体
１６、１７ バックアップ体
１８ 開口
１９ ヒンジ軸
２０ 粘土圧送部
２１、２２ スクリュー（圧送手段）
２１Ａ、２２Ａ 羽根部
２１Ｂ、２２Ｂ 羽根部
２３、２４ ホッパー
２５ ケース
３０ 押出部
３１ スクリュー（押圧手段）
３１Ａ 羽根部
３２ ケース
４１ 粘土投入口
４２ カップリング部
４３ 粘土送り部
４３Ａ ヒンジ軸
４３Ｂ、４３Ｃ スクリュー
４３Ｄ ケース
４４ 減速機構部
４５ プーリ部
４６、４７ 回転軸
４８ モータ
４９ プーリ部
５０ 基台
５１ 土溜部
６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ 粘土（粘性体）

Claims (4)

1. 投入された粘性体を押出部で口金を通して押し出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型機であって、
   前記押出部の押出手段に送られる粘性体の供給経路中に圧送手段を設け、該圧送手段では、前記押出手段の所定個所に粘性体に圧力を加えて供給し、
   前記圧送手段は、回転軸が互いに平行に配置され、且つ互いに反対方向に回転される一対のスクリューを備えて成り、
   該一対のスクリューは、各スクリューの回転軸方向の両側で粘性体の送り方向が互いに向かい合うように螺旋状の羽根部が形成され、
   各スクリューの回転軸方向の両側から送られる粘性体が互いにぶつかり合う部位で、且つ、各スクリュー間で各スクリューの回転方向に沿って粘性体が流出する部位が、押出手段に向かう粘性体の吐出口とされていることを特徴とする押出成型機。
2. 請求項１において、
   前記圧送手段に粘性体を供給する供給側には、粘性体の収束手段が設けられ、該収束手段では、粘性体を収束して塊として前記圧送手段に供給することを特徴とする押出成型機。
3. 請求項１において、
   前記圧送手段に粘性体を供給する供給側には、粘性体の収束手段が設けられ、
   該収束手段は、
   筒形状を成し、該筒形状が、その軸方向を前記圧送手段のスクリューの軸方向と平行に配置されて前記圧送手段に隣接配置されており、前記圧送手段に面して前記筒形状の側部に複数個の開口を形成されたスクリーン体と、
   該スクリーン体内で回転されて前記開口に向けて粘性体を送るスクリューとを備え、
   前記収束手段では、粘性体を収束して前記開口から複数の塊として前記圧送手段に供給することを特徴とする押出成型機。
4. 押出手段に押出される粘性体を口金を通して押出すことにより所定形状の成型体を押出成型する押出成型方法であって、
   粘性体を口金に向けて押出す押出手段に供給される粘性体を、圧送手段により圧力を加えて押出手段の所定個所に供給し、
   前記圧送手段は、回転軸が互いに平行に配置され、且つ互いに反対方向に回転される一対のスクリューを備えて成り、
   該一対のスクリューの各スクリューの回転により、その回転軸方向の両側から内側に向けて送られる粘性体が互いにぶつかり合い、そのぶつかり合いの結果、圧力が高められた粘性体が各スクリュー間から各スクリューの回転方向に沿って押出手段に向けて吐出されることを特徴とする押出成型方法。
   

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