JP7380007B2 - 搬送装置、及び混練機 - Google Patents

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Description

本発明は、搬送装置、及び混練機に関する。
従来、ホッパーと、このホッパーの下方に配置されたスクリューと、このスクリューを回転可能に収めるケーシングを備え、ホッパーに投入された粉体材料をスクリューにより混練する混練機が知られる。
このような混練機では、粉体材料が含む空気は、粉体材料と共にケーシングの内部に送られて滞留し、粉体材料をスクリューで送り込むときに抵抗となる場合がある。このような場合では、投入された粉体材料がスクリューに供給されずに混練されなくなる。
このため、上記のような混練機では、圧縮機が設けられ、ケーシング内に投入される前の粉体材料をこの圧縮機で圧縮して、粉体材料が含む空気を除去することで、空気がケーシング内に滞留することを抑制するものがある。
また、上記のような混練機では、ケーシングに真空ポンプ等を備えた脱気用のベント口が設けられ、この真空ポンプでケーシングの内部の空気を抜き出すことで、空気がケーシング内に滞留することを抑制するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３－９８７３３号公報
しかしながら、従来の構成では、圧縮機や真空ポンプ等を設けることで、混練機が大型化する場合があり、また、小型の混練機には、適用が困難となる場合がある。
上記課題を解決する一態様は、粉体材料が投入されるホッパーと、前記ホッパーの下方に配置され、前記ホッパーの底部に形成された供給口から露出するスクリューと、前記供給口において前記スクリューに接する転動体と、を有し、前記転動体は、前記供給口の端部と前記スクリューの溝との間で構成される空間よりも大きい、搬送装置である。
上記搬送装置において、前記転動体の径方向の最小長が前記供給口の端部と前記スクリューの溝との間の距離より長い構成であってもよい。
上記搬送装置において、前記転動体の最大長が前記スクリューのピッチより短い構成であってもよい。
上記搬送装置において、前記転動体の最大長が前記供給口の開口幅の最大長よりも短い構成であってもよい。
上記搬送装置において、前記スクリューを内部に収めるケーシングを備え、前記ケーシングは、前記供給口により前記ホッパーに連通しており、前記転動体の径方向の最小長が前記ケーシングの内壁と前記スクリューの溝との間の距離よりも長い構成であってもよい。
上記搬送装置において、前記転動体の表面が前記スクリューの表面より軟らかい構成であってもよい。
上記搬送装置において、前記転動体は、前記粉体材料で形成される構成であってもよい。
上記課題を解決する一態様は、搬送装置により粉体材料を搬送して混練する混練機であって、前記搬送装置は、前記粉体材料が投入されるホッパーと、前記ホッパーの下方に配置され、前記ホッパーの底部に開口する供給口に露出するスクリューと、前記供給口において前記スクリューに接する転動体と、を有し、前記転動体は、前記供給口の端部と前記スクリューの溝との間で構成される空間よりも大きい、混練機である。
上記混練機において、前記粉体材料を加熱溶融させて混練する構成であってもよい。
上記混練機において、前記転動体は、熱可塑性樹脂であり、前記転動体の軟化温度は、前記粉体材料の軟化温度以上である構成であってもよい。
本発明の実施形態に係る混練機の概略構成を示す側面図。 ホッパーの下端部をホッパー内部の上方から視た図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図。 図２のＩＶ－ＩＶ断面図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態においては、搬送装置を適用した混練機について説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る混練機１の概略構成を示す側面図であり、図２は、ホッパー２０の底部をホッパー２０の内部の上方から視た図である。また、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図であり、図４は、図２のＩＶ－ＩＶ断面図である。なお、図１では、ケーシング３０のみ断面を示している。
本実施形態の混練機１は、搬送装置に加熱手段が設けられたものであり、混練機１は、供給された粉体材料Ｍを加熱したうえで混練し、可塑性を有した塊状にまとめて送り出す２軸混練機である。
図１において、混練機１が粉体材料Ｍを搬送する方向を搬送方向Ｘとする。また、本実施形態の粉体材料Ｍは、所定の温度で溶融する熱可塑性を有した微細なポリエステルの粉末である。
混練機１は、搬送方向Ｘに沿って延在するケーシング３０を備える。ケーシング３０は、長手方向全体に亘って、粉体材料Ｍが混練される内部空間が形成される。ケーシング３０の搬送方向Ｘにおける上流側の上面には、内部空間に連通する上面開口３２が設けられ、ケーシング３０の搬送方向Ｘの下流側に位置する端面には、内部空間に連通する排出口３４が設けられる。
混練機１は、搬送方向Ｘの上流側の上方に、投入された粉体材料Ｍを貯留するホッパー２０を備える。ホッパー２０は、上面開口３２にホッパー２０の下端部２４が挿通されることでケーシング３０に取り付けられる。ホッパー２０は、上面に投入口２２が設けられており、また、図２に示すように、ホッパー２０は、下端部２４の底部に供給口２８が設けられる。ホッパー２０の内部空間とケーシング３０の内部空間とは、この供給口２８によって連通される。
本実施形態の供給口２８は、平面視で矩形状に形成されており、供給口２８は、長辺８２と、短辺８４とを備える。長辺８２は、搬送方向Ｘに沿うように配置される。
ケーシング３０の内部空間には、いずれもケーシング３０の長手方向に沿って延びる一対のスクリュー４０が回動可能に収められる。各スクリュー４０は、ケーシング３０の内壁との間に所定の間隔を空けて配置される。
各スクリュー４０は、スクリュー軸４２を備え、これらのスクリュー軸４２の外周面には、いずれも長手方向の全体に亘ってスパイラル状の羽根４４が設けられる。また、各スクリュー軸４２において、羽根４４同士の間に位置する箇所は、スクリュー溝４６となる。
各スクリュー４０は、水平方向に隣り合って配置されており、図２に示すように、各スクリュー４０のそれぞれの羽根４４は、他方のスクリュー４０のスクリュー溝４６に交互に入り込むように配置される。
また、各スクリュー４０は、供給口２８からホッパー２０に露出する。
本実施形態の一対のスクリュー４０は、いずれも金属材で形成される。
ケーシング３０の上流側の端部には、動力機構である駆動モーター５０と、動力伝達機構６０とが設けられる。駆動モーター５０は、動力伝達機構６０を介して各スクリュー４０に接続される。
駆動モーター５０は、動力伝達機構６０を介して、所定の減速比で各スクリュー４０を回転駆動させる。本実施形態では、図４に示すように、各スクリュー４０は、同一の回転方向Ｒに回転する。
ケーシング３０の外周面には、ケーシング３０の内部空間で混練される粉体材料Ｍを加熱する複数の加熱装置９０が設けられる。これらの加熱装置９０には、例えば、バンドヒーターや電気式加熱ブロック、加熱ジャケット等が用いられる。加熱装置９０によって、ケーシング３０の内部空間の温度は、粉体材料Ｍの軟化温度程度に保たれる。
ホッパー２０の内部には、転動体７０が転動可能に収められる。本実施形態の転動体７０は、粉体材料Ｍを略球体状に固めて成形したものであり、この転動体７０の軟化温度は、粉体材料Ｍの軟化温度以上となっている。このため、転動体７０は、混練機１が作動した場合であっても、軟化することが抑制される。
転動体７０の最大長、及び径方向における最小長である直径Ｄは、図３に示すように、各スクリュー４０の各羽根４４同士の間隔、すなわち、スクリュー溝４６の幅寸法であるピッチＷより短い。
また、直径Ｄは、図３に示すように、供給口２８の短辺８４の下方側に位置する端部８６と、スクリュー溝４６の上面との距離Ｌ１よりも長い。同様に、直径Ｄは、図４に示すように、スクリュー４０の長辺８２の下方側に位置する端部８８と、スクリュー溝４６の上面との距離Ｌ２よりも長い。
さらに、直径Ｄは、一対のスクリュー４０同士の間に位置する間隙の幅寸法よりも長い。
転動体７０は、ホッパー２０の内部において、投入される粉体材料Ｍの流れと、各スクリュー４０の回転駆動によって、供給口２８と各スクリュー４０との間で構成される空間Ｖに位置し、各スクリュー４０の上で転動しつつ、搬送方向Ｘに搬送される。転動体７０の直径Ｄは、ピッチＷよりも短いため、転動体７０は、スクリュー溝４６に収められた状態で搬送方向Ｘに搬送される。
転動体７０の直径Ｄは、距離Ｌ１、Ｌ２よりも長いため、スクリュー４０と供給口２８との間に入り込まない。このため、搬送された転動体７０は、供給口２８の搬送方向Ｘの下流側に位置する短辺８４の端部８６と、及び各スクリュー４０の上面側から視て回転方向Ｒの前方側に位置する供給口２８の長辺８２の端部８８とのそれぞれに突き当たる。
供給口２８の各辺に突き当たった転動体７０は、図２に示すように、ホッパー２０の底部の上面視で、短辺８４と長辺８２とで形成される供給口２８の角部付近の空間Ｖに留まり続ける。
上述の通り、転動体７０の表面は、各スクリュー４０の表面よりも柔らかい材料で形成される。このため、転動体７０が各スクリュー４０を摩耗させることを抑制できる。
また、転動体７０は、スクリュー４０、あるいは供給口２８の各端部８６、８８に接触しながら転動するため、摩耗し、分解する場合がある。このような場合であっても、転動体７０は、粉体材料Ｍと同一の材料から形成されるため、ケーシング３０の内部空間、あるいは混練機１の生成物から転動体７０を除去する作業が不要となる。
次に、本実施形態の作用について説明する。
粉体材料Ｍは、ホッパー２０に投入されると、供給口２８を介してケーシング３０の内部空間に供給され、回転する各スクリュー４０によって排出口３４まで搬送される。このとき、粉体材料Ｍは、加熱装置９０によって加熱されながら、混練される。
投入される粉体材料Ｍは、空気を含んでいるため、従来の混練機では、粉体材料Ｍが搬送されるにつれて、粉体材料Ｍと共に流入した空気がケーシング３０の内部空間に滞留する。これによって、粉体材料Ｍがケーシング３０の内部空間に入り込めず、底部に滞留し、搬送が進まないことがあった。
このような場合において、粉体材料Ｍは、供給口２８の搬送方向Ｘの下流側に位置する短辺８４と、各スクリュー４０の上面側における回転方向Ｒの前方側に位置する長辺８２とで形成される供給口２８の角部付近から堆積することが認められた。
上述した通り、本実施形態の混練機１では、スクリュー４０と供給口２８の端部８６、８８との間で構成される空間Ｖで、転動体７０が転動しながら搬送される。転動体７０は、スクリュー溝４６に収められた状態で転動しながら搬送された後、各端部８６、８８に突き当たることでこのスクリュー溝４６に収まり転動を続ける。
供給口２８から空間Ｖに投入された粉体材料Ｍは、スクリュー溝４６に収められた転動体７０の転動と、スクリュー４０の回転とにつられて、所謂くさび効果によって、これら転動体７０とスクリュー溝４６との間に引き込まれる。このとき、粉体材料Ｍは、転動体７０と、スクリュー溝４６の上面及びこのスクリュー溝４６の両側に位置する羽根４４の各側面との間で押圧される。そして、このように粉体材料Ｍが押圧されることで、この粉体材料Ｍが含む空気がホッパー２０の内部側に放出される。
これによって、ケーシング３０の内部空間には、空気が放出された粉体材料Ｍが供給され、ケーシング３０の内部空間に空気が流入することが抑制される。
このため、ポンプや圧縮機等といった機構を用いることなく、ケーシング３０の内部空間に空気が入り込み、滞留することを抑制できる。また、混練機１の規模に関わらず、ケーシング３０の内部空間に空気が滞留することを抑制できる。
また、本実施形態の転動体７０は、上述の通り、空間Ｖよりも大きく形成されるため、スクリュー溝４６の上を転動しながら空間Ｖに留まり続ける。これによって、空気が放出された粉体材料Ｍが連続して各スクリュー４０によって、ケーシング３０の内部空間に送り出される。このため、ホッパー２０に投入された粉体材料Ｍから常に空気を放出させることができ、連続して粉体材料Ｍを投入することができる。
上述した実施形態によれば、次のような効果を奏する。
混練機１は、粉体材料Ｍが投入されるホッパー２０と、ホッパー２０の下方に配置され、ホッパー２０の底部に形成された供給口２８から露出するスクリュー４０と、供給口２８においてスクリュー４０に接する転動体７０とを有する混練機１を備える。そして、転動体７０は、供給口２８の各端部８６、８８と、スクリュー４０のスクリュー溝４６との間で構成される空間Ｖよりも大きい構成とした。
これによって、転動体７０は、スクリュー溝４６の上面を転動しながら空間Ｖに留まり続け、転動体７０とスクリュー溝４６との間に入り込んだ粉体材料Ｍを押圧し、粉体材料Ｍが含む空気をホッパー２０の内部側に放出させる。このため、混練機１は、ベント口やポンプ、圧縮機等といった機構を用いることなく、粉体材料Ｍに含まれる空気を排気し、ケーシング３０の内部空間に空気が入り込んで滞留することを抑制できる。
また、転動体７０の直径Ｄは、距離Ｌ１、Ｌ２よりも長い構成とした。これによって、転動体７０は、端部８６と端部８８とに突き当たり、ケーシング３０の内部空間に送り出されずに、スクリュー溝４６の上を転動しながら空間Ｖに留まり続けることができる。
また、転動体７０の直径Ｄは、ピッチＷより短い構成とした。これによって、転動体７０は、スクリュー溝４６に収められ、転動体７０とスクリュー溝４６との間に入り込んだ粉体材料Ｍをより効果的に押圧し、効率良く粉体材料Ｍに含まれる空気を放出させることができる。
また、転動体７０の直径Ｄは、供給口２８の開口幅よりも小さい構成とした。これによって、転動体７０は、供給口２８を閉塞することなく、スクリュー４０との間で粉体材料Ｍを押圧して粉体材料Ｍに含まれる空気を排気することができる。
また、転動体７０の表面は、前記スクリュー４０の表面より軟らかい構成とした。これによって、転動体７０が各スクリュー４０を摩耗させることを抑制できる。
また、転動体７０は、粉体材料Ｍで形成される構成とした。これによって、転動体７０が摩耗し、分解した場合であっても、ケーシング３０の内部空間、あるいは混練機１の生成物から転動体７０を除去する作業を省略することができる。
また、混練機１は、粉体材料Ｍを加熱溶融させて混練し、転動体７０は、熱可塑性樹脂であり、この転動体７０の軟化温度は、粉体材料Ｍの軟化温度以上である構成とした。これによって、混練機１が作動し、加熱装置９０によってケーシング３０の内部空間が加熱された場合であっても、転動体７０が軟化することが抑制される。
上述した実施形態は、本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
上述した実施形態では、転動体７０は、略球体状としたが、これに限らず、楕円球形状や卵形状、あるいは表面に凹凸を有した略球形状等、スクリュー４０の上で転動可能であればどのような形状であってもよい。
このような転動体７０は、径方向の最小長が距離Ｌ１、Ｌ２よりも長く形成される。これによって、上述した形状の転動体７０であっても、空間Ｖに留まり続けることができると共に、スクリュー４０のスクリュー溝４６との間で粉体材料Ｍが押圧され、粉体材料Ｍに含まれる空気を排気することができる。
また、上述した実施形態では、転動体７０の大きさは、スクリュー溝４６に収められる大きさとした。しかしながらこれに限らず、転動体７０は、最大長が供給口２８の開口幅より小さく、供給口２８の全体を閉塞しない程度の大きさであれば、ピッチＷより大きく形成されてもよい。このような場合においても、転動体７０とスクリュー溝４６との間に入り込んだ粉体材料Ｍが転動体７０に押圧され、粉体材料Ｍに含まれる空気を放出させることができる。
同様に、転動体７０は、供給口２８の全体を閉塞しない程度の数であれば、複数が底部に収められてもよい。
また、上述した実施形態では、ホッパー２０は、下端部２４が上面開口３２に挿通されるとした。しかしながらこれに限らず、ホッパー２０は、ケーシング３０の上面に載置され、下端部２４が上面開口３２に接続され、供給口２８の下方に上面開口３２が設けられていてもよい。
この場合、転動体７０は、上面開口３２と各スクリュー４０との間の空間で、各スクリュー４０の上を転動する。そして、転動体７０の直径Ｄは、ケーシング３０の内壁と、スクリュー４０のスクリュー溝４６との間の距離よりも長くなるように構成される。これによって、転動体７０は、上面開口３２の端部に突き当たり、ケーシング３０の内部空間に送り出されずに、スクリュー溝４６の上を転動しながら上面開口３２と各スクリュー４０との間の空間に留まり続けることができる。
本実施形態の転動体７０は、粉体材料Ｍと同一の材料で形成されるとしたが、これに限らず、少なくとも表面を構成する材料が各スクリュー４０よりも柔らかい材料であれば、転動体７０は、どのような材料で形成されてもよい。例えば、スクリュー４０よりも柔らかく、且つポリエステル樹脂よりも高い耐久性を備える窒化ケイ素で形成されてもよい。窒化ケイ素を用いることによって、転動体７０の摩耗を抑制することができる。
なお、上述した実施形態では、本発明を適用した混練機１について説明したが、これに限らず、本発明を射出成型機に適用してもよい。
また、上述した実施形態では、２軸混練機について説明したが、これに限らず、１軸や、３軸以上の多軸混練機であってもよい。
１…混練機（搬送装置）、２０…ホッパー、２８…供給口、３０…ケーシング、４０…スクリュー、４６…スクリュー溝（溝）、７０…転動体、８６、８８…端部、Ｄ…直径（最小長、最大長）、Ｌ１、Ｌ２…距離、Ｍ…粉体材料、Ｖ…空間、Ｗ…ピッチ。

Claims (7)

  1. 粉体材料が投入されるホッパーと、
    前記ホッパーの下方に配置され、前記ホッパーの底部に形成された供給口から露出する
    スクリューと、
    前記供給口において前記スクリューに接する前記粉体材料で形成される転動体と、を有
    し、
    前記粉体材料で形成される前記転動体の直径は、前記供給口の端部と前記スクリューの
    溝との間で構成される距離よりも長い、搬送装置。
  2. 前記粉体材料で形成される前記転動体の径方向の最小長が前記供給口の端部と前記スク
    リューの溝との間の距離より長い、請求項１に記載の搬送装置。
  3. 前記粉体材料で形成される前記転動体の最大長が前記スクリューのピッチより短い、請
    求項１または２のいずれかに記載の搬送装置。
  4. 前記粉体材料で形成される前記転動体の最大長が前記供給口の開口幅の最大長よりも短
    い、請求項１から３のいずれかに記載の搬送装置。
  5. 前記スクリューを内部に収めるケーシングを備え、
    前記ケーシングは、前記供給口により前記ホッパーに連通しており、
    前記粉体材料で形成される前記転動体の径方向の最小長が前記ケーシングの内壁と前記
    スクリューの溝との間の距離よりも長い、請求項１から４のいずれかに記載の搬送装置。
  6. 前記粉体材料で形成される前記転動体の表面が前記スクリューの表面より軟らかい、請
    求項１から５のいずれかに記載の搬送装置。
  7. 搬送装置により粉体材料を搬送して混練する混練機であって、
    前記搬送装置は、前記粉体材料が投入されるホッパーと、
    前記ホッパーの下方に配置され、前記ホッパーの底部に開口する供給口に露出するスク
    リューと、
    前記供給口において前記スクリューに接する前記粉体材料で形成される転動体と、を有
    し、
    前記粉体材料で形成される前記転動体の直径は、前記供給口の端部と前記スクリューの
    溝との間で構成される距離よりも長い、混練機。
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