JP6687367B2 - 押出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形機に関する。詳しくは、セメントを主成分とする成形材料を押出成形するために用いられる押出成形機に関する。

従来、セメントを主成分とする成形材料の硬化物が建材等として使用されている。成形材料は、セメントと、パルプや合成繊維などの補強繊維と、硅石粉や硅砂やフライアッシュ等のシリカ成分と、水とを混練して調製される。このような成形材料は押出成形機により押出成形されて板状などの所望の形状に成形される。

特許文献１には、第１ケーシング内に配設された第１スクリューと、真空脱気可能に形成された第２ケーシング内に配設された第２スクリューとを備える押出成形機が記載されている。第１ケーシングと第２ケーシングとは筒状に形成された連通管で連通されている。そして、第１ケーシング内で第１スクリューにより成形材料が混練された後、この成形材料が連通管を通じて第２ケーシング内に供給され、第２スクリューにより第２ケーシングから口金に供給される。口金は第２ケーシングに取り付けられており、口金に供給された成形材料が口金の押出口から押し出されて所望の形状に成形される。

特開２０１５−４４４０２号公報

上記の押出成形機は真空押出成形を行うものである。すなわち、第２ケーシング内は真空脱気可能に形成されており、第２ケーシング内に供給された成形材料に含まれている気泡を脱気するようにしている。脱気を行なう理由としては、成形材料内に必要以上に気泡が含まれていることにより、硬化物の比重低下や強度低下を招いたり、養生硬化時に膨れが発生する原因となることなどを抑制するためである。このため、成形材料が第２ケーシングから口金に供給されているときには、連通管が成形材料で充満された状態にし、空気が連通管を通じて第１ケーシングから第２ケーシングへ引き込まれるのを防止する必要がある。従って、第１ケーシングから連通管への成形材料の供給が途切れないようにスムーズに行われる必要がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、連通管への成形材料の供給をスムーズに行うことができる押出成形機を提供することを目的とするものである。

本発明に係る押出成形機は、第１ケーシング内に配設された第１スクリューと、連通管を介して前記第１ケーシングと連通する真空脱気可能に構成された第２ケーシングと、前記第２ケーシング内に配設された第２スクリューと、を備え、前記第１ケーシング内には前記第１スクリューで混練された成形材料を前記連通管に誘導するための誘導手段が設けられ、前記第１スクリューの軸線上には、該第１スクリュー側から順に、前記誘導手段と、前記成形材料を前記誘導手段側に押し戻すための押し戻し手段と、を備え、前記誘導手段は、一対の並列する回転軸と、該各回転軸の外周面に設けられた誘導羽根と、を備え、該誘導羽根は、前記押し戻し手段から押し戻された成形材料を受けるように前記押し戻し手段に向かう傾斜面を有している、ことを特徴とする。

前記第１スクリューの先端部に前記成形材料を擦り潰すための擦り潰し機構を備えていることが好ましい。

前記第２ケーシングは、前記第１ケーシングの下側に設けられ、前記誘導羽根の押し戻し手段側の先端が回転時において前記連通管の中心線の上方に位置するのが好ましい。

本発明は、第１ケーシング内で混練された成形材料を誘導手段により連通管に誘導することができ、連通管への成形材料の供給がスムーズに行うことができる。

図１Ａは本発明の実施の形態の押出成形機を前後方向に広がる鉛直面で切った概略の断面図、図１Ｂは本発明の実施の形態の押出成形機を左右方向に広がる鉛直面で切った概略の断面図である。 図２は本発明の実施の形態の押出成形機の第１ケーシングを水平面で切った断面図である。 図３は本発明の実施の形態の押出成形機の誘導手段周辺部を前後方向に広がる鉛直面で切った断面図である。 図４Ａは本発明の実施の形態の外管を示す正面図、図４Ｂは本発明の実施の形態の外管をその筒中心を通る水平面で切った断面図である。 図５は本発明の実施の形態の連通管を示す底面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に本実施形態の押出成形機１の一例を示す。以降、図１Ａを基準として、図１Ａにおける奥行き方向を「前後」、図１Ａにおける横方向を「左右」、図１Ａにおける縦方向を「上下」として説明する。押出成形機１は、前後方向に延伸する第１ケーシング２１と、この第１ケーシング２１内に設置された第１スクリュー３１と、第１ケーシング２１の下側に設置されて左右方向に延伸する第２ケーシング２２と、この第２ケーシング２２内に設置された第２スクリュー３２とを備える。第１ケーシング２１と第２ケーシング２２とは上下に延びる連通管６を介して連通している。

第１ケーシング２１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、左右幅が上下幅よりも大きな筒状をなしており、図２及び図３に示すように、その後端から前後方向中央部に亘って左右に並ぶ平行な一対の上記第１スクリュー３１，３１が収容され、また、後端の上面に供給口４（ホッパー）を有し、前端中央寄りの下面に第１開口部７１を有する。また、第１ケーシング２１の内周面は、円滑面となっている。供給口４から成形材料を第１ケーシング２１内に供給することができる。なお、本実施形態では、第１ケーシング２１の内周面が上述の如く円滑面となっているが、該内周面に上記第１スクリュー３１，３１と平行に延びる溝を周方向に複数形成することにより、成形材料を前方に向かって効率良く搬送できるようにしてもよい。

上記各第１スクリュー３１は、回転駆動装置（図示省略）によりそれぞれ回転駆動されるように構成されている。左に位置する第１スクリュー３１を時計回り、右に位置する第１スクリュー３１を反時計回りとして、これら一対の第１スクリュー３１を回転させることによって、供給口４から供給された成形材料を混練しながら、第１ケーシング２１の後端側（上流側）から前端側（下流側）に送ることができる。なお、上流及び下流という用語は、成形材料が移動する向きに基づいて使用している。

各第１スクリュー３１は推進部３１０とテーパー部３１１とを備えている。また第１ケーシング２１内の第１スクリュー３１の軸線上には、第１スクリュー３１側から即ち後側から順に、第１スクリュー３１で混練された成形材料を連通管６に誘導するための誘導手段３１２と、この誘導手段３１２を越えて前側に押し出された成形材料を誘導手段３１２側に押し戻すための押し戻し手段３１３とを備えている。

推進部３１０は円棒状の軸部３１４と軸部３１４の外周に螺旋状に設けられた前進羽根３１５とで構成されている。テーパー部３１１は軸部３１４の先端に設けられている。テーパー部３１１はその後端から先端に向かって徐々に外径が大きくなるようにテーパー状に形成されている。

誘導手段３１２はテーパー部３１１よりも前側に設けられている。誘導手段３１２は上記第１スクリュー３１の軸部３１４と一体の円棒状の一対の回転軸３１６と、各回転軸３１６の外周に周方向に１８０°間隔で設けられた一対の誘導羽根３１７とで構成されている。

これら一対の回転軸３１６は、誘導羽根３１７の突出寸法よりもやや大きい間隔をあけて配設されており、一方の回転軸３１６の一対の誘導羽根３１７と他方の回転軸３１６の一対の誘導羽根３１７とは、これら一対の回転軸３１６が同軸上に配置され且つ軸線上から見た場合に周方向に９０°ずれるように設けられている。上記一対の回転軸３１６は、上述のような間隔で配設され且つ同一速度で回転するため、一方の回転軸３１６の誘導羽根３１７と他方の回転軸３１６の誘導羽根３１７とが干渉する虞があるものの、上述の如く９０°ずれるように設けられているため、これら誘導羽根３１７は互いに干渉することがない。

また、各回転軸３１６に設けられた一対の誘導羽根３１７は回転軸３１６の軸方向に対して傾斜して設けられている。具体的には、仮に一方の回転軸３１６と他方の回転軸３１６とを上記の如く９０°ずれないように回転した場合に、一方の回転軸３１６の誘導羽根３１７と他方の回転軸３１６の誘導羽根３１７とが平面視で前側に開く「ハ」の字を描くように配置されている。そして、各誘導羽根３１７は、押し戻し手段３１３から後方に押し戻された成形材料を受けるように押し戻し手段３１３に向かう傾斜面３１７ａを有している。さらに、上記誘導羽根３１７の前端（押し戻し手段３１３側の先端）は、回転軸３１６の回転時において後述の連通管６の中心線の上方に位置している（図３の一点鎖線を参照）。

押し戻し手段３１３は誘導手段３１２の前側に設けられている。押し戻し手段３１３は第１スクリュー３１の推進部３１０の軸線上に設けられている。押し戻し手段３１３は上記第１スクリュー３１の軸部３１４及び誘導手段３１２の回転軸３１６と一体の円棒状の軸部３１８と軸部３１８の外周に螺旋に設けられた後進羽根３１９とで形成されている。同軸線上に配される前進羽根３１５と後進羽根３１９とは旋回方向が逆向きになっている。

また押出成形機１は擦り潰し機構１１を備えている。擦り潰し機構１１は第１スクリュー３１のテーパー部３１１と外管１１１とで形成されている。図４Ａのように、外管１１１は断面略８の字に形成されている。また図４Ｂのように、外管１１１は前後方向の略中央部から後端側に向かって内径が広がるように形成されている。また外管１１１の内面は複数の突条１１２と複数の溝部１１３とを交互に設けて凹凸面に形成されている。外管１１１は第１ケーシング内に設けられており、外管１１１内にテーパー部３１１が配置されている。テーパー部３１１の最大径の外面と外管１１１の内面との隙間は１．５〜５ｍｍに形成されている。

第１ケーシング２１の下部に第２ケーシング２２が設けられている。第２ケーシング２２は、真空脱気室８と収容室９とで構成されている。収容室９は、左右方向に細長い筒状に形成されている。真空脱気室８は、収容室９の左端の上部に設けられ、収容室９の右端には口金部１０が設けられている。

真空脱気室８は上面に第２開口部７２を有し、第２開口部７２には連通管６が設けられている。連通管６は、第２開口部７２の内周から真空脱気室８側に突出するように、円筒状等の筒状に形成されている。第２開口部７２の位置は、第１ケーシング２１の第１開口部７１の位置と合致し、第１ケーシング２１と第２ケーシング２２とが連通管６で連通されている。口金部１０は排出口（押出口）５を有する。第２ケーシング２２の真空脱気室８は、真空ポンプ（図示省略）により真空脱気可能に形成されている。このように、第２ケーシング２２は、排出口５を有し、真空脱気可能に形成されている。真空脱気室８内は、成形材料中の気泡を除去することができる程度の真空度に到達することができればよい。

連通管６の第１ケーシング２１側の開口６１ｃ付近の内面６ａは、図３に示すように上側に向かって、即ち第１ケーシング２１側に向かって拡径するテーパー面状に形成されていることが好ましい。これにより、第１スクリュー３１で混練された後の成形材料を連通管６内に引き込みやすくなる。

連通管６の第２ケーシング２２側の開口６３ｃが第１ケーシング２１側の開口６１ｃよりも狭いことが好ましい。例えば、図５に示すように、連通管６の第２ケーシング２２側の開口６３ｃ付近において、この開口６３ｃを塞ぐ方向に、即ち連通管６の筒中心線に向かう方向に突出する４つの突起６ｂを周方向に９０°間隔で設けて開口６３ｃを細くすることができる。このようにして連通管６の第２ケーシング２２側の開口６３ｃを第１ケーシング２１側の開口６１ｃよりも狭くすることができる。上記の突起６ｂは連通管６の第２ケーシング２２側の開口６３ｃ付近の内周面の全部に設けてもよいし、図５のように一部に設けてもよい。このように突起６ｂが設けられていると、連通管６内の成形材料が真空脱気室８側に引き寄せられる際に、上記の突起６ｂによって、成形材料の真空脱気室８側の先端部が剪断されやすくなり、この先端部だけが真空脱気室８内に抜け落ちやすくなる。これにより、連通管６内の成形材料の全部が一度に第２ケーシング２２の真空脱気室８内に抜け落ちることを抑制することができ、閉空間が形成されやすくなる。連通管６が円筒状であれば内径は１０〜１５０ｍｍである。この内径の箇所は、テーパー面状に形成されておらず、かつ突起６ｂが設けられていない箇所である。なお、上記突起６ｂは、１〜３つ又は５つ以上設けられていてもよい。

第２スクリュー３２（オーガスクリュー）は、第２ケーシング２２の収容室９内に前後方向に平行に並んで一対配設されている。各第２スクリュー３２は、平面視で上記第１スクリュー３１と直交するように左右方向に延びるように設けられている。各第２スクリュー３２は、回転駆動装置（図示省略）により回転駆動されるように構成されている。第２スクリュー３２を回転させることによって、第２ケーシング２２内の成形材料をさらに混練しながら、第２ケーシング２２の左端側（上流側）の真空脱気室８から、収容室９を経て、右端側（下流側）の口金部１０に送ることができる。なお、図１では第２スクリュー３２を二軸異方向回転のものとして図示しているが、これ以外のスクリューを用いてもよい。

次に本実施形態の押出成形機１を用いて押出成形を行って成形品を製造する方法について説明する。

まずセメントを主成分とする成形材料の原料を材料混練ミキサー（図示省略）で混練する。成形材料としては、例えば、セメントを主成分とし、これに、ケイ酸質原料、パルプ、ポリプロピレン繊維やビニロン繊維等の有機繊維、ガラス繊維等の無機繊維、珪砂、珪石粉、フライアッシュ等のシリカ成分、マイカ、軽量化骨材などを適宜選択して加え、さらに水を混合して得ることができる。成形材料の硬さは、粘度硬度計（日本碍子株式会社製「CRAY HARDNESS TESTER」）で評価することができる。軟らかい成形材料は、粘度硬度計での針進入値が０以上３未満程度であり、硬い成形材料は、粘度硬度計での針進入値が３以上６以下程度であるが、成形材料としては、硬いものでも軟らかいものでも用いることができる。

次に、この成形材料を押出成形機１の供給口４から第１ケーシング２１内に供給する。第１ケーシング２１内では、回転駆動装置により第１スクリュー３１が回転駆動され、この第１スクリュー３１によって、成形材料が均一に混練されながら、第１ケーシング２１の後端側から前端側に送られる。一対の第１スクリュー３１は互いに逆方向に回転駆動されている。各第１スクリュー３１の回転方向を矢印Ｘで示す。

第１ケーシング２１内に供給された成形材料は、推進部３１０により第１ケーシング２１内を前進し、擦り潰し機構１１にまで送られる。擦り潰し機構１１に達した成形材料は、テーパー部３１１と外管１１１との隙間を通過するが、このときに成形材料に含まれている原料のうち大きい物がテーパー部３１１の外面と外管１１１の内面とで挟まれてすり潰される。これにより、排出口５付近での詰まりを抑制することができる。成形材料の進行方向を矢印Ｙで示す。

擦り潰し機構１１を通過した成形材料は、順に第１開口部７１、第２開口部７２、連通管６に進入し、連通管６内に充填される。上述のように、連通管６の第１ケーシング２１側の開口６１ｃ付近の内面６ａがテーパー面状に形成されていると、成形材料を連通管６内に引き込みやすくなる。また擦り潰し機構１１を通過した成形材料は、誘導手段３１２の誘導羽根３１７で下方に押し込まれて第１開口部７１及び第２開口部７２を通じて連通管６に誘導される。第２ケーシング２２の真空脱気室８の内部は、真空ポンプにより排気されて減圧状態となっている。そのため、連通管６内の成形材料が第１スクリュー３１による送りと真空脱気室８の減圧により真空脱気室８側に引き寄せられ、少しずつ真空脱気室８内に抜け落ちる。連通管６は筒状に形成されているので、連通管６内の成形材料は、軟らかいものであっても、連通管６の内面の摩擦抵抗を受けやすく、連通管６内の成形材料の全部が一度に真空脱気室８内には抜け落ちにくい。このように、成形材料が少しずつ安定して真空脱気室８内に供給されることで、第１スクリュー３１及び第２スクリュー３２の回転速度の調整が容易となる。

そして、連通管６が用いられている場合、連通管６から真空脱気室８に成形材料が抜け落ちても、引き続き第１ケーシング２１から成形材料が連通管６に進入するので、連通管６内はほぼ常に成形材料で塞がれていることとなる。そのため連通管６を塞いでいる成形材料によって、第１ケーシング２１内の空気が真空脱気室８内に流入しにくくなり、真空脱気室８内の減圧状態を保持することができる。このように減圧状態が保持されることで、真空脱気室８内に送られた成形材料中の気泡を十分に除去することができる。

第１ケーシング内に供給された成形材料の一部は第１開口部７１に入り込まず、誘導手段３１２を越えてその前方に進行しようとすることがあるが、誘導手段３１２よりも前方の押し戻し手段３１３によって誘導手段３１２側に押し戻される。具体的には、成形材料は第１スクリュー３１の回転駆動により第１開口部７１の方に進行されている（矢印Ｙ参照）。このとき、押し戻し手段３１３は第１スクリュー３１及び誘導手段３１２と同じ回転方向（矢印Ｘの方向）に回転駆動しているが、この押し戻し手段３１３の後進羽根３１９により誘導手段３１２よりも前方に進行しようとする成形材料を後進させ（矢印Ｚ参照）、第１開口部７１、第２開口部７２及び連通管６の方に押し戻すことができる。

押し戻し手段３１３によって押し戻された成形材料は、誘導手段３１２の誘導羽根３１７の傾斜面３１７ａに受け止められる。このとき、誘導羽根３１７は、上述の如く平面視で前側に開く「ハ」の字を描くように設けられているので、成形材料は傾斜面３１７ａに効率良く受け止められる。その結果、押し戻された成形材料を連通管６に効率良く誘導することができる。

真空脱気室８に供給された成形材料は第２ケーシング２２の収容室９に落下する。収容室９内では、回転駆動装置により第２スクリュー３２が回転駆動されている。上記のように真空脱気室８内で気泡が除去された成形材料は、その後、第２スクリュー３２によって、さらに均一に混練されながら、収容室９の一端側から他端側に送られる。第２スクリュー３２と収容室９との隙間はほぼ常に成形材料で塞がれているので、収容室９又は口金部１０を介して外部の空気が真空脱気室８内に流入しにくくなり、真空脱気室８内の減圧状態を保持することができる。

収容室９の他（右）端側に送られた成形材料は、口金部１０の排出口５からグリーンシートとして連続的に押し出されて成形される。このようにして押出成形されたグリーンシートは切断装置（図示省略）により所定の長さに切断された後、養生硬化することによって、成形品として例えば無機質板等の建築部材を得ることができる。真空脱気室８内の減圧状態が保持されているので、成形材料中の気泡が十分に除去されることとなり、グリーンシートの比重を調整することができると共に、養生時に破裂による割れの発生を抑制することができる。なお、建築部材としては、例えば、外壁材、床材、天井材、屋根材、内装材、レンガブロック等を挙げることができる。

本実施の形態では、第１ケーシング２１内には第１スクリュー３１で混練された成形材料を連通管６に誘導するための誘導手段３１２が設けられているので、成形材料を誘導手段３１２で連通管６に誘導することができ、連通管６への成形材料の供給をスムーズに行うことができる。

また本実施の形態では、第１スクリュー３１の先端部に成形材料の原料を擦り潰すための擦り潰し機構１１を備えているので、成形材料中の原料のうち粒径等が大きな物を擦り潰し機構１１で擦り潰すことができ、成形材料の目詰りを低減することができる。また、この狭小の擦り潰し機構１１に成形材料が充填されることによって第１スクリュー３１の先端部がシールされ、供給口４からの空気が該第１スクリュー３１の前側のスペースに流入するのを抑制することができる。

また本実施の形態では、第１スクリュー３１の軸線上には、第１スクリュー３１側から順に、誘導手段３１２と、成形材料を誘導手段３１２側に押し戻すための押し戻し手段３１３と、を備えているので、押し戻し手段３１３により成形材料を誘導手段３１２の方に押し戻すことができ、連通管６に供給されない成形材料を少なくすることができる。

また本実施の形態では、誘導羽根３１７は、押し戻し手段３１３から押し戻された成形材料を受けるように押し戻し手段３１３に向かう傾斜面３１７ａを有しているので、誘導羽根３１７により成形材料を誘導しやすくなって、連通管６への成形材料の供給をスムーズに行うことができる。

また本実施の形態では、誘導羽根３１７の先端が回転時において連通管６の中心線の上方に位置するので、誘導羽根３１７により成形材料を連通管６に誘導しやすくなって、連通管６への成形材料の供給をスムーズに行うことができる。

なお、上記実施形態では、誘導手段３１２及び押し戻し手段３１３が第１スクリュー３１と一体に設けられているが、これに限定されず、これら誘導手段３１２及び押し戻し手段３１３が第１スクリュー３１とは別に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、誘導羽根３１７が回転軸３１６の軸線に対して傾斜するように該回転軸３１６に設けられているが、これに限定されず、傾斜面３１７ａが押し戻し手段３１３によって押し戻された成形材料を効率良く受け止められればよく、例えば断面楔形の誘導羽根３１７が回転軸３１６の軸線と平行に設けられていてもよい。

１ 押出成形機
６ 連通管
１１ 擦り潰し機構
２１ 第１ケーシング
２２ 第２ケーシング
３１ 第１スクリュー
３２ 第２スクリュー
３１２ 誘導手段
３１３ 押し戻し手段
３１７ 誘導羽根
３１７ａ 傾斜面

Claims (3)

1. 第１ケーシング内に配設された第１スクリューと、
   連通管を介して前記第１ケーシングと連通する真空脱気可能に構成された第２ケーシングと、
   前記第２ケーシング内に配設された第２スクリューと、を備え、
   前記第１ケーシング内には前記第１スクリューで混練された成形材料を前記連通管に誘導するための誘導手段が設けられ、
   前記第１スクリューの軸線上には、該第１スクリュー側から順に、前記誘導手段と、前記成形材料を前記誘導手段側に押し戻すための押し戻し手段と、を備え、
   前記誘導手段は、一対の並列する回転軸と、該各回転軸の外周面に設けられた誘導羽根と、を備え、該誘導羽根は、前記押し戻し手段から押し戻された成形材料を受けるように前記押し戻し手段に向かう傾斜面を有している、
   ことを特徴とする押出成形機。
2. 前記第１スクリューの先端部に前記成形材料を擦り潰すための擦り潰し機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の押出成形機。
3. 前記第２ケーシングは、前記第１ケーシングの下側に設けられ、前記誘導羽根の前記押し戻し手段側の先端が回転時において前記連通管の中心線の上方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の押出成形機。

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