KR101845096B1 - 혼련 압출 장치 - Google Patents

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Abstract

혼련 압출 장치가, 제1 원료와 액체 상태의 제2 원료의 혼련 재료가 그 내부로부터 압출되는 압출구를 갖춘 배럴과, 배럴 내부에 배치되어 제1 원료와 제2 원료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성하는 스크루 샤프트와, 스크루 샤프트를 일정의 속도로 연속적으로 회전 구동시키는 스크루 구동 장치와, 배럴의 압출구와 연통되어 배럴의 압출구로부터 압출된 가압상태의 혼련 재료가 장치 외부로 압출되는 압출구를 갖춘 다이부와, 배럴의 압출구와 다이부의 압출구 사이에 있어서 배럴의 압출구로부터 압출되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 장치를 구비하되, 배출 장치가 배럴의 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록, 혼련 재료의 배출량을 조정하는 배출량 조정 수단을 갖춘다.

Description

혼련 압출 장치 {KNEADING EXTRUSION DEVICE}
본 발명은, 스크루 샤프트의 회전에 의해 복수 종류의 재료를 혼련(混練)하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성하고, 형성된 혼련 재료를 압출하는 혼련 압출 장치에 관한 것이다.
종래, 복수 종류의 재료를 혼련하여 혼련 재료를 형성함과 더불어 압출하는 혼련 압출 장치로서, 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같은 혼련 압출 장치(501)가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
도 5에 나타낸 바와 같이, 종래의 혼련 압출 장치(501)는, 예를 들어 단축 또는 2축 구성의 스크루 샤프트(screw shaft; 511)와, 스크루 샤프트가 회전 구동 가능하게 그 내부 공간에 배치된 배럴(barrel; 512)과, 배럴(512)과 스크루 샤프트(511) 사이의 공간에 원료를 공급하는 원료 공급기(513)와, 배럴(512)에서의 혼련 재료의 출구인 배럴 압출구(514)와 연통되어 배럴(512)로부터 공급되는 혼련 재료를 장치 외부로 압출하는 다이부(die) 압출구(515)를 갖춘 다이부(516)와, 배럴(512)과 다이부(516) 사이에 설치되어 배럴 압출구(514)로부터 공급되는 혼련 재료를 승압하여 다이부(516)로 공급하는 승압 펌프(517)를 갖추고 있다.
배럴(512)에 설치된 원료 공급구(522)에는 호퍼(518)가 접속되어 있고, 원료 공급기(513)로부터 공급되는 원료가 호퍼(518)를 통해 배럴(512) 내로 공급된다. 더욱이, 원료 공급기(513)는 회전수 제어 가능한 구동 모터(513a)를 갖추고 있고, 구동 모터(513a)의 회전수를 제어함으로써 소망하는 양의 원료가 원료 공급기(513)로부터 호퍼(518)를 통해 배럴(512) 내로 공급된다.
배럴(512) 내에 배치된 스크루 샤프트(511)(단축 또는 2축)는, 스크루 구동 장치(519)에 접속되어 있다. 스크루 구동 장치(519)는 회전수 제어 가능한 구동 모터(519a)를 갖추고 있고, 구동 모터(519a)의 회전수를 제어함으로써 소망하는 회전수로 스크루 샤프트(511)가 회전 구동된다.
승압 펌프(517)로서는, 예를 들어 기어 펌프가 이용되고, 일정의 속도로 기어 펌프가 구동됨으로써, 혼련 재료를 승압하면서 다이부(516)에 정량 공급할 수 있다. 또한, 승압 펌프(517)와 다이부(516) 사이에는 메쉬 형상의 필터(520)가 설치되어 있어, 다이부(516) 내로의 이물질 등의 혼입이 억제되고 있다.
이러한 구성을 가진 종래의 혼련 압출 장치(501)에서는, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력을 압력 검출부(521)에서 검출하고 검출된 혼련 재료의 압력에 기초해서 원료 공급기(513)의 구동 모터(513a)의 회전수와 스크루 구동장치(519)의 구동 모터(519a)의 회전수가 제어되며, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하는 제어가 실행되고 있다. 이러한 제어는, 일반적으로 피드백 제어 방식이라 불리우고 있다.
구체적으로는, 배럴 압출구(514)에 있어서, 압력 검출부(521)에서 설정 압력보다 높은 압력이 검출된 경우에는, 원료 공급기(513)의 구동 모터(513a)의 회전수를 저감시켜 원료 공급기(513)로부터 배럴(512) 내로 공급되는 원료의 양을 감소시킨다. 그와 더불어, 스크루 구동 장치(519)의 구동 모터(519a)의 회전수를 저감시켜 배럴(512)의 배럴 압출구(514)로부터 압출되는 혼련 재료의 양을 감소시킨다. 그에 따라, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력을 저감시킬 수 있다.
한편, 배럴 압출구(514)에 있어서, 압력 검출부(521)에서 설정 압력보다 낮은 압력이 검출된 경우에는, 원료 공급기(513)로부터 배럴(512) 내로 공급되는 원료의 양을 증가시킴과 더불어, 스크루 구동 장치(519)의 회전 구동량을 증가시켜, 배럴 압출구(514)로부터 압출되는 혼련 재료의 양을 증가시킨다. 그에 따라, 배럴 압출구(514)의 혼련 재료의 압력을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 종래의 혼련 압출 장치(501)에서는, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하는 피드백 제어를 실행함으로써, 배럴 압출구(514)로부터 승압 펌프(517)를 통해 다이부(516)로 공급되는 혼련 재료의 양을 일정하게 유지할 수 있다.
이러한 종래의 혼련 압출 장치(501)에서는, 예를 들어 스크루 샤프트(511)가 단축 구성의 경우에는, 혼합해서 만든 펠렛을 원료로 해 혼련 재료를 압출하여 튜브나 필름 등에 성형하는 2차 가공의 용도로 사용되고 있다. 최근, 스크루 샤프트(511)를 2축 구성으로 사용하고, 튜브나 필름 등을 직접 성형하는 용도로 사용되는 경우도 있다.
특허문헌 1 : 일본 특공평 6-55415호 공보
그렇지만, 도 5에 나타낸 종래의 혼련 압출 장치(501)에서는, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록, 원료 공급기(513)로부터의 원료의 공급량을 가변 제어함과 더불어, 스크루 샤프트(511)의 구동 회전수를 가변 제어하여 배럴(512) 내에서의 혼련 재료의 압출량(반송량)을 가변 제어하는 제어 방식이 채용되고 있다.
스크루 샤프트(511)의 구동 회전수가 변화하면, 혼련 재료에 대한 전단(剪斷) 속도가 변화하고, 혼련 재료의 혼련성에 영향이 생긴다. 또, 배럴(512) 내에서의 혼련 재료의 체류시간이 변화함으로써, 혼련 재료에 대한 열 이력이 변화하고, 혼련 재료의 혼련성에 영향이 생긴다. 더욱이, 2종류 이상의 원료를 혼합하는 경우에 있어서는, 원료의 공급량이 변화하면 혼련 재료의 혼합 비율에 영향이 생기고, 특히 스크루 샤프트가 다축 구성으로 될수록 영향이 현저하게 된다.
또, 배럴(512) 내로 공급된 원료가 혼련 재료로서 배럴 압출구(514)로부터 압출되기까지에는 시간 지연(time lag, 예를 들어 수십 초 정도의 시간차)이 존재하기 때문에, 배럴 압출구(514)에서의 혼련 재료의 압력에 기초해서 원료 공급기(513)에 의한 원료의 공급량을 제어하는 방식에서는, 순시 변화하는 압력에 추수(追隨)시키는 것은 곤란하다. 또, 복수 종류의 원료를 다른 공급 위치에서 배럴(512) 내로 공급하는 경우에는, 압력 변화에 추수시키는 것은 더욱 어려워진다. 또, 원료 공급량의 변동에 더하여, 더욱이 스크루 샤프트(511)의 구동 회전수를 가변시키면, 혼련 조건에서 중요한 스크루 전단 속도를 변화시키는 것으로 되어, 혼련 재료의 물성의 변화를 피할 수 없다.
따라서, 이러한 종래의 혼련 압출 장치(501)에서는, 다이부(516)로부터 압출되는 압출 재료의 물성이 안정하지 않아, 공급되는 원료의 조합이나 최종 제품의 형태 등에 따라서는 성형 상태가 안정하지 않고 제품의 품질에 영향이 생길 우려가 있다. 특히, 압출량이 비교적 적은 소형의 혼련 압출 장치를 이용하여 성형을 실행하는 경우에는, 이러한 영향이 보다 현저하게 생길 우려가 있다. 또, 혼련 압출 장치로부터 압출된 압출 재료를 이용해 직접 성형을 실행하여 필름이나 튜브 등을 성형하는 경우에 있어서는, 압출 재료의 혼련성이 직접적으로 성형체의 조건에 영향을 주기 때문에, 성형체의 상태가 불안정하게 된다. 더욱이, 비중이 다른 2종류 이상의 원료를 혼합하는 경우에는, 혼련성을 안정시키는 것이 더 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결함에 있어, 스크루 샤프트의 회전에 의해, 복수 종류의 재료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성함과 더불어, 형성된 혼련 재료를 압출하는 혼련 압출 장치에 있어서, 혼련 재료의 정량 압출 및 혼련성 안정화를 양립(兩立)해서 실현할 수 있는 혼련 압출 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같이 구성한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 제1 원료와 액체 상태의 제2 원료가 공급되는 원료 공급구와, 제1 원료와 제2 원료가 혼련되어 용융 상태로 된 혼련 재료가 그 내부로부터 압출되는 압출구를 갖춘 배럴과, 배럴 내부에 배치되어 제1 원료와 제2 원료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성하는 스크루 샤프트와, 스크루 샤프트를 일정의 속도로 연속적으로 회전 구동시키는 스크루 구동 장치와, 배럴의 압출구와 연통되어 배럴의 압출구로부터 압출된 가압상태의 혼련 재료가 장치 외부로 압출되는 압출구를 갖춘 다이부와, 배럴의 압출구와 다이부의 압출구 사이에 있어서 배럴의 압출구로부터 압출되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 장치와, 배럴의 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록, 배출 장치에 의한 혼련 재료의 배출량을 조정하는 배출량 조정 수단을 구비하는 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 배럴의 압출구와 다이부 사이에, 혼련 재료를 승압하는 승압 펌프가 구비되고, 승압 펌프는 일정의 속도로 연속적으로 구동되는 제1 태양에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 배럴의 압출구와 연통된 다이부가 복수 대 병렬로 구비되고, 각각의 다이부에 개별로 대응하도록 복수의 승압 펌프가 구비되어 있는 제2 태양에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 승압 펌프와 배럴의 압출구 사이로부터 혼련 재료의 일부가 배출되도록 배출 장치가 설치되어 있는 제2 태양에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 배출 장치는 기어 펌프이고, 배출량 조정 수단은 기어 펌프의 회전 구동량의 가변 수단인 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 배출 장치는 제어 밸브이고, 배출량 조정 수단은 제어 밸브의 개도 조절 수단인 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제7 태양에 따르면, 배출 장치는 회전 구동됨으로써 혼련 재료의 일부를 배출하는 스크루를 갖추고, 배출량 조정 수단은 스크루의 회전 구동량 가변 수단인 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제8 태양에 따르면, 다이부의 압출구의 압력을 일정하게 유지하도록, 다이부 내로 공급되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 장치가 구비되어 있는 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제9 태양에 따르면, 배럴 내부에 복수의 스크루 샤프트가 배치되고, 스크루 구동 장치에 의해 각각의 스크루 샤프트가 일정의 속도로 연속적으로 회전 구동되는 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제10 태양에 따르면, 배럴에서, 제1 원료가 공급되는 제1 원료 공급구와, 액체 상태의 제2 원료가 공급되는 제2 원료 공급구가 서로 다른 위치에 설치되어 있는 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제11 태양에 따르면, 다이부는 압출구로부터 혼련 재료를 압출하여 직접 압출 성형을 실행하는 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명의 제12 태양에 따르면, 원료 공급구를 통해 배럴 내부로 제1 원료 및 제2 원료를 일정의 양과 비율로 연속적으로 공급하는 원료 공급기가 구비되어 있는 제1 태양∼제4 태양의 하나에 기재된 혼련 압출 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수 종류의 재료를 혼련하는 혼련 압출 장치에 있어서, 배럴의 압출구와 다이부의 압출구 사이에 있어서 배럴의 압출구로부터 압출되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 장치가 구비되고, 배출 장치가 배럴의 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록 혼련 재료의 배출량을 조정하는 배출량 조정 수단을 갖춘 구성이 채용되어 있다. 그 때문에, 원료의 공급량 및 스크루 샤프트의 회전 구동량을 일정하게 유지하면서 혼련 재료의 정량 공급을 실행할 수 있다. 따라서, 혼련 재료의 정량 압출 및 혼련성의 안정화를 양립해서 실현할 수 있다.
본 발명의 이들 태양과 특징은 첨부된 도면에 대한 바람직한 실시 형태에 관련한 다음의 설명으로부터 명확하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치의 모식도
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치의 모식도
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치의 모식도
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치의 모식도
도 5는 종래의 혼련 압출 장치의 모식도
본 발명의 기술(記述)을 계속하기 전에 첨부 도면에서 같은 부품에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고 있다.
이하에, 본 발명에 따른 실시 형태를 도면에 따라 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치(1)의 주요한 구성을 나타내는 모식도를 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 혼련 압출 장치(1)는 예를 들어 단축 구성의 스크루 샤프트(11)와, 스크루 샤프트(11)가 회전 구동 가능하게 그 내부 공간에 배치된 배럴(12), 배럴(12)과 스크루 샤프트(11) 사이의 공간에 원료를 공급하는 원료 공급 장치와, 배럴(12)에서의 혼련 재료의 출구인 배럴 압출구(14)와 연통되어 배럴(12)로부터 공급되는 혼련 재료를 장치 외부로 압출하는 다이부(16)와, 배럴(12)과 다이부(16) 사이에 설치되어 배럴 압출구(14)로부터 압출되는 혼련 재료를 승압하여 다이부(16)로 공급하는 승압 펌프(17)를 갖추고 있다.
배럴(12)에는, 제1 원료가 공급되는 제1 원료 공급구(22)와, 제2 원료가 공급되는 제2 원료 공급구(23)가 설치되어 있다. 제1 원료와 제2 원료는 서로 다른 종류의 원료로서, 예를 들어 제1 원료는 고체 상태(또는 분말 상태)의 원료이고, 제2 원료는 액체 상태의 원료이다.
원료 공급 장치로서는, 고체 상태의 제1 원료를 공급하는 제1 원료 공급기(24)와, 액체 상태의 제2 원료를 공급하는 제2 원료 공급기(25)가 구비되어 있다. 배럴(12)의 제1 원료 공급구(22)에는 호퍼(18)가 접속되어 있어, 제1 원료 공급기(24)로부터 호퍼(18)를 통해 배럴(12) 내로 제1 원료가 공급된다. 제2 원료 공급기(25)는 배럴(12)의 제2 원료 공급구(23)에 접속되어 있어, 제2 원료 공급기(25)로부터 제2 원료 공급구(23)를 통해 배럴(12) 내로 제2 원료가 공급된다. 또한, 제1 원료 공급기(24) 및 제2 원료 공급기(25)에는 각각 구동 모터(24a, 25a)가 구비되어 있고, 각각의 구동 모터(24a, 25a)가 일정의 회전수로 구동됨으로써, 제1 원료 공급기(24) 및 제2 원료 공급기(25)로부터 배럴(12) 내로 일정의 공급량 및 혼합 비율로 제1 원료 및 제2 원료가 공급된다.
스크루 샤프트(11)는 회전 구동됨으로써, 배럴(12) 내로 공급된 제1 원료 및 제2 원료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성하는 기능을 가지고 있으며, 다양한 줄 수의 스크루를 적용할 수 있다. 또, 스크루 샤프트(11)는 스크루 구동 장치(19)에 접속되어 있다. 스크루 구동 장치(19)는 구동 모터(19a)를 갖추고 있고, 구동 모터(19a)가 일정의 회전수로 구동됨으로써, 스크루 샤프트(11)가 일정의 속도로 회전 구동된다.
승압 펌프(17)로서는, 예를 들어 정량 공급성 및 온도 검출 기능이 우수한 기어 펌프가 사용되고, 일정의 속도로 기어 펌프가 구동됨으로써, 혼련 재료를 승압하면서 다이부(16)로 정량 공급할 수 있다. 또한, 승압 펌프(17)와 다이부(16) 사이에는 예를 들어 메쉬 형상의 필터(20)가 설치되어 있어, 다이부(16) 내로의 이물질 등의 혼입이 억제된다.
다이부(16) 내에는 승압 펌프(17)로부터 승압된 혼련 재료가 공급되고, 공급된 혼련 재료는 다이부(16)의 선단에서 소정의 형상으로 형성된 다이부의 압출구(15)로부터 혼련 압출 장치(1)의 외부로 압출된다. 다이부(16)로부터 압출된 혼련 재료를 이용하여, 금형 내로 주입해서 사출 성형을 실행하거나, 혹은 직접적으로 압출 성형을 실행하는 직접 압출 성형을 실행할 수 있다.
배럴 압출구(14)와 승압 펌프(17) 사이에서의 관로에는, 관로를 통해 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 펌프(26)가 구비되어 있고, 이 배출 펌프(26)는 회전수를 가변 제어 가능한 구동 모터(26a)를 갖추고 있다. 또, 배럴 압출구(14)에는, 압출되는 혼련 재료의 압력을 검출하는 압력 검출부(27)가 설치되어 있다. 압력 검출부(27)에서 검출된 혼련 재료의 압력이 일정하게 유지되도록, 배출 펌프(26)의 구동 모터(26a)의 회전수의 제어가 실행되고, 배럴 압출구(14)로부터 승압 펌프(17)로 공급되는 혼련 재료의 일부가 배출 펌프(26)에 의해 배출됨과 더불어, 그 배출량을 제어할 수 있게 되어 있다.
또, 혼련 압출 장치(1)에는, 이와 같이 압력 검출부(27)에서 검출된 혼련 재료의 압력을 미리 설정된 설정 압력 범위와 비교하여 배출 펌프(26)의 구동 모터(26a)의 회전수를 제어하는 제어 장치(9)가 구비되어 있다. 구체적으로는, 제어 장치(9)는 압력 검출부(27)에서 검출된 혼련 재료의 압력이 설정 압력 범위보다 높은 경우에는, 구동 모터(26a)의 회전수를 증대시켜 배출 펌프(26)에 의한 혼련 재료의 일부 배출량을 증가시키는 제어를 실행한다. 또, 압력 검출부(27)에서 검출된 혼련 재료의 압력이 설정 압력 범위보다 낮은 경우에는, 구동 모터(26a)의 회전수를 감소시켜 배출 펌프(26)에 의한 혼련 재료의 일부 배출량을 감소시키는 제어를 실행한다. 또한, 구동 모터(26a)의 회전수를 저감시킴으로써, 배출 펌프(26)의 운전을 정지시키는 경우이어도 좋다. 본 제1 실시 형태에서는, 이러한 배출 펌프(26)가 배출 장치의 일례로 되어 있고, 압력 검출부(27), 구동 모터(26a) 및 제어 장치(9)가 혼련 재료의 배출량을 조정하는 배출량 조정 수단의 일례로 되어 있다. 또한, 배출 펌프(26)로서는, 회전수와 배출량의 상관성이 비교적 높은 종류의 펌프를 적용하는 것이 바람직한바, 예를 들어 이 제1 실시 형태에서는 기어 펌프가 채용되고 있다.
다음에, 이러한 구성을 가진 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)에 있어서, 고체 상태의 제1 원료 및 액체 상태의 제2 원료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 압출하는 동작에 대해, 도 1을 이용하여 설명한다.
먼저, 제1 원료 공급기(24)로부터 호퍼(18) 및 제1 원료 공급구(22)를 통해 고체 상태의 제1 원료가 배럴(12) 내로 공급된다. 마찬가지로, 제2 원료 공급기(25)로부터 제2 원료 공급구(23)를 통해 액체 상태의 제2 원료가 배럴(12) 내로 공급된다. 이 원료 공급은, 각각의 구동 모터(24a, 25a)가 일정의 회전수로 연속적으로 구동된 상태에서 실행되기 때문에, 제1 원료 및 제2 원료는 일정의 공급량 및 일정의 혼합 비율로 배럴(12) 내로 연속적으로 공급된다. 도 1에서는, 제1 원료 공급구(22)와 제2 원료 공급구(23)를 다른 위치에 설치한 경우를 예로 나타내고 있지만, 같은 위치에 설치해도 좋다.
스크루 구동 장치(19)에서는, 구동 모터(19a)가 일정의 회전수로 회전 구동되고, 배럴(12) 내부에서 스크루 샤프트(11)가 일정의 회전수로 연속적으로 구동된다. 스크루 샤프트(11)에는 도시하지 않은 스크루가 설치되어 있고, 배럴(12)의 내면과 스크루 사이에서, 공급된 제1 원료 및 제2 원료에 대해 전단 작용이 실행되어, 두 성분의 혼련이 실행된다. 그와 더불어, 배럴(12)에서는 도시하지 않은 가열 장치에 의해 원료의 가열이 실행된다. 그 결과, 제1 원료와 제2 원료가 일정의 혼합 비율로 혼합됨과 더불어, 용융 상태로 된 혼련 재료가 형성된다. 형성된 혼련 재료는, 스크루 샤프트(11)의 회전에 의해 배럴 내주면을 따라 배럴(12)의 선단 측으로 반송되고, 배럴 압출구(14)를 통해 일정량의 혼련 재료가 연속적으로 압출된다.
배럴 압출구(14)로부터 압출된 혼련 재료는 승압 펌프(17)로 공급되고, 승압 펌프(17)에서 소정의 압력으로 승압된 혼련 재료가 필터(20)를 통해 다이부(16)로 정량으로 연속적으로 공급된다.
한편, 배럴 압출구(14)로부터 압출되는 혼련 재료의 압력이 압력 검출부(27)에서 검출되고 있고, 검출된 압력 값이 제어 장치(9)로 입력된다. 제어 장치(9)에서는, 혼련 재료의 설정 압력 범위가 미리 설정되어 있고, 검출된 압력이 설정 압력 범위를 초과하고 있는지 여부의 판단이 실행된다.
검출된 압력이 설정 압력 범위보다 낮은 경우에는, 제어 장치(9)는 구동 모터(26a)의 회전수를 감소시켜 배출 펌프(26)에 의한 혼련 재료의 배출량을 저감시킨다. 반대로, 검출된 압력이 설정 압력 범위보다 높은 경우에는, 제어 장치(9)는 구동 모터(26a)의 회전수를 증가시켜 배출 펌프(26)에 의한 혼련 재료의 배출량을 증가시킨다. 이와 같이 제어함으로써, 배럴 압출구(14)에서의 혼련 재료의 압력이 설정 압력 범위 내로 유지되고, 일정량의 혼련 재료가 연속적으로 승압 펌프(17)로 공급된다. 본 제1 실시 형태의 구성에서는, 배출 펌프(26)에서 배출된 혼련 재료는 혼련 압출 장치(1)로 되돌려 보내지는 일없이, 예를 들어 폐기된다.
승압 펌프(17)에서는, 일정의 압력 및 양으로 연속적으로 공급되는 혼련 재료를 더 승압하여 필터(20)을 통해 연속적으로 다이부(16)로 정량 공급한다. 다이부(16)에서는, 공급된 혼련 재료는 다이부 압출구(15)를 통해 혼련 압출 장치(1)의 외부로 압출된다. 압출된 혼련 재료(압출 재료)를 이용하여 성형이 실행됨으로써, 성형품이 제조된다.
본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)에 따르면, 스크루 샤프트(11)가 연속적으로 일정의 속도로 회전 구동되고, 제1 및 제2 원료 공급기(24, 25)에 의해 제1 및 제2 원료가 일정의 공급량 및 혼합 비율로 연속적으로 공급된다. 더욱이, 배럴 압출구(14)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하기 위해, 혼련 재료의 일부를 배출 펌프(26)에서 누출하여 장치 외부로 배출하는 제어 방식이 채용되고 있다.
그 때문에, 혼합하는 원료가 일정의 비율 및 양으로 또한 일정의 전단 속도로 혼련되어 용융 상태의 혼련 재료를 형성할 수 있다. 또, 배럴(12) 내에서의 혼련 재료의 체류시간에 대해서도 일정하게 할 수 있다. 따라서, 혼련 재료의 정량 공급을 실현하면서 혼련 재료의 혼련성의 안정화를 실현할 수 있다.
또, 배럴 압출구(14)에서 검출된 압력 변화에 따라, 배럴 압출구(14) 근방으로부터 혼련 재료를 배출하는 양을 제어하고 있기 때문에, 압력 변화의 제어에 있어서 시간 지연을 적게 할 수 있고, 제어의 응답성을 양호하게 할 수 있다.
여기서 「혼련성」이라고 하는 것은, 예를 들어 다공질(porous)의 성형체에서는, 성형체의 역학적 성질(인장 강도, 충격 강도, 경도 등) 외에, 구멍의 균일성, 구멍 수 등의 조건을 포함하는 혼련 재료의 특성이다. 또, 사용되는 원료와 성형체의 목적에 따라, 혼련성에는 이와 같은 역학적 성질 등 외에, 도전성, 난연성(難燃性), 투과성, 투명성, 흡수성, 내후성(耐候性) 등의 기능적 성질의 조건을 포함하는 경우도 있다.
특히, 비중차가 있는 원료나 유동성이 다른 원료를 혼합하는 경우에는, 원료의 공급량이나 스크루 샤프트의 회전수를 변화시키면, 배럴에서의 원료의 공급구가 동일한 경우이어도, 배럴 내로의 재료의 충만량이나 내부 체류시간이 변화하여, 혼련 재료의 혼련성을 안정시키는 것이 곤란하게 된다.
본 제1 실시 형태에서는, 원료의 공급량이나 스크루 샤프트의 회전수를 일정하게 유지하는 구성이 채용되어 있기 때문에, 원료의 고액(固液) 혼합 등과 같이 비중차가 있는 원료의 혼합 등을 실행하는 경우에 있어서도, 원료의 혼합량 및 혼합 비율을 일정하게 유지하면서, 배럴(12) 내에서의 혼련 상태를 일정의 상태로 유지할 수 있어, 혼련성을 안정화할 수 있다.
예를 들어, 고체 상태의 제1 원료로서 폴리머계 원료를 사용하고 액체 상태의 제2 원료로서 오일계 원료를 사용하여 혼련 재료를 형성하며, 성형품으로서 다공질(porous)의 성형체 등을 직접 성형하는 것과 같은 용도로, 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치를 적용할 수 있다. 특히, 다공질의 성형체의 직접 성형(직접 압출 성형)에서는, 혼련성으로서 성형체의 역학적 성질 외에 형성되는 구멍을 더 작게 균일하게 형성시키는 것이 요구되고, 더욱이 시간의 경과와 더불어 이들 성질이 변화하는 것도 허용되지 않는다고 하는 것과 같이 엄격한 혼련성의 조건이 요구된다. 따라서, 성형체의 혼련성을 연속적이면서 균일하게 유지하는 것이 강력하게 요구되고, 특히 승압 펌프로 유입되는 시점에서, 혼련 재료는 균일한 혼련성을 가지고 있을 필요가 있다. 더욱이, 이러한 다공질의 성형체의 성형에서는, 액체 상태의 제2 원료의 혼합 비율이 50%를 넘는 경우가 많기 때문에, 혼련 재료의 혼련 상태의 안정성 및 정량성이 강하게 요구된다. 따라서, 이러한 다공질의 성형체의 성형에 대해, 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)를 채용하는 것이 효과적이다.
또, 혼련 압출 장치(1)에 있어서, 예를 들어 다이부(16)로부터 압출되는 재료의 양을 100%로 한 경우에, 제1 및 제2 원료 공급기(24, 25)로부터 상대적으로 110%의 양의 원료를 공급하여 혼련 재료를 형성하고, 배출 펌프(26)에서 10%의 양의 혼련 재료를 배출하도록 운전할 수도 있다. 이렇게 배출 펌프(26)에서 미리 어느 정도의 양의 혼련 재료의 배출을 상정하여 펌프 사양을 선정함으로써, 압력 검출에 근거한 배출 펌프(26)에 의한 배출량의 제어성을 양호하게 할 수 있고, 배럴 압출구(14)에서의 압력의 안정화 제어를 양호하게 실행할 수 있다. 한편, 이들 재료의 상대적인 양은 일례이며, 제1 및 제2 원료 공급기(24, 25)로부터 110% 이상의 양의 원료를 공급해도 좋고, 또는 110% 이하의 양의 원료를 공급해도 좋다.
또, 혼련 압출 장치(1)에 있어서, 예를 들어 다이부(16)에서의 압출량을 적게 하고자 하는 경우에는, 배출 펌프(26)에 의한 배출량을 증대시킴으로써, 대응할 수 있다. 그 때문에, 다이부로부터의 압출량과 동등한 양을 성형량으로 하여 장치 사양을 결정하는 일없이 배출 펌프(26)에 의한 배출량을 가변 설정함으로써, 다이부(16)에서의 압출량을 소망하는 양으로 설정할 수 있게 된다. 따라서, 성형량에 따라, 대형 장치로부터 소형 장치까지 복수 종류의 장치를 준비하는 일없이, 비교적 큰 처리량의 혼련 압출 장치를 이용하여 소량의 성형에도 대응할 수 있다. 특히, 종래의 혼련 압출 장치에서는 대응하는 것이 곤란했던 수 그램/h의 초소량의 직접 성형에 대해서도, 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치를 소형화함으로써 실현할 수 있다.
또, 만일 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)의 비교 예를 생각한 경우, 배럴 압출구에서의 압력을 일정하게 유지하기 위해, 어큐뮬레이터로 대표되는 압력 조절 탱크를 이용하여 탱크 내의 용적을 가변시킴으로써, 배럴 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 혼련 재료는 분말 상태나 액체 상태 등 다양한 경우가 있고, 더욱이 단일의 유체가 아닌 경우도 많아, 압력 조절 탱크를 이용한 방법에서는 탱크 내부에서의 체류시간이 달라 점도(粘度) 변화가 생기는 것을 생각할 수 있다. 그 때문에, 탱크 내부로부터 되돌려 보내진 혼련 재료의 물성이 다른 혼련 재료와 상위하여 정량 공급 상태에 영향이 생기는 경우가 상정되어, 혼련 재료의 혼련성의 안정화 및 정량 공급을 양립하는 것은 곤란하다.
또, 배럴 압출구로부터 압출된 혼련 재료의 일부를 배럴 내부로 되돌려 보내는 것과 같은 구성을 임시로 채용한 경우에는, 되돌려 보내진 혼련 재료의 물성이 변화하기 때문에, 혼련성의 안정화를 도모하는 것이 곤란하게 된다.
따라서, 본 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)와 같이 연속 성형을 목적으로 한 혼련 압출 장치에서는, 혼련 재료를 배럴 내로 되돌려 보내거나, 압력 조절 탱크 내에 일시적으로 저장하거나 하는 것은, 혼련 재료의 혼련성의 안정화의 관점에서 채용할 수 없다. 따라서, 본 제1 실시 형태와 같이, 혼련 재료의 일부를 배출 장치로 배출하는 구성을 채용하여, 혼련 재료의 혼련성의 안정화 및 정량 공급을 양립하는 것이 효과적이다.
(제2 실시 형태)
또한, 본 발명은 상기 제1 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 밖에 다양한 태양으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치(101)의 주요한 구성을 나타내는 모식도를 도 2에 나타낸다. 도 2의 혼련 압출 장치(101)에 있어서, 상기 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)와 같은 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 제2 실시 형태의 혼련 압출 장치(101)는, 더욱이 다이부(16)에 있어서도 혼련 재료의 일부를 배출하는 구성이 추가적으로 채용된 구성을 가지고 있다는 점에서, 상기 제1 실시 형태의 구성과는 다르다. 이하, 이 다른 구성 부분에 대해서만 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 다이부(16)에는 관로(管路)를 매개로 배출 펌프(126)가 접속되어 있다. 배출 펌프(126)는 회전수를 가변 제어 가능한 구동 모터(126a)를 갖추고 있다. 더욱이, 다이부(16) 내에서의 다이부 압출구(15) 근방의 혼련 재료의 압력을 검출하는 압력 검출부(127)가 설치되어 있다.
압력 검출부(127)에 의해 검출된 다이부(16) 내에서의 혼련 재료의 압력은 제어 장치(9)로 입력되고, 제어 장치(9)에서는 미리 설정된 설정 압력 범위로 받아들여지도록 구동 모터(126a)의 회전수가 제어되어 배출 펌프(126)에 의해 혼련 재료의 배출량이 제어된다.
이러한 제어를 실행함으로써, 다이부(16)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 보다 안정된 혼련 재료의 압출을 실행할 수 있다. 다이부(16)에서 혼련 재료의 일부 배출을 실행하는 구성은, 특히 소량의 성형에 유효하다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 배럴 압출구(14)에서의 혼련 재료의 일부 배출과, 다이부(16)에서의 혼련 재료의 일부 배출을 함께 실행하는 경우 대신에, 다이부(16)에서의 혼련 재료의 일부 배출만을 실행하는 경우이어도 좋다.
(제3 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치(201)의 주요한 구성을 나타내는 모식도를 도 3에 나타낸다. 도 3의 혼련 압출 장치(201)에 있어서, 상기 제1 실시 형태의 혼련 압출 장치(1)와 같은 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 제3 실시 형태의 혼련 압출 장치(201)에서는, 스크루 샤프트(11)가 2축 구성으로 되어 있는 점, 원료 공급 장치로서 제3 원료의 공급장치가 더 추가되어 있는 점, 및 승압 펌프(17)로부터 다이부(16)로의 계통이 복수 계통화되어 있는 점에서, 상기 제1 실시 형태의 구성과는 다르다. 이하, 이 다른 구성 부분에 대해서만 설명한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 배럴(212)에는 더욱이 제3 원료 공급구(221)가 설치되어 있고, 제1 및 제2 원료와는 다른 종류의 제3 원료가 제3 원료 공급기(226)로부터 배럴(212) 내로 공급 가능하게 되어 있다. 또한, 제3 원료 공급기(226)는 구동 모터(226a)를 갖추고 있고, 구동 모터(226a)는 일정의 회전수로 구동됨으로써, 일정량의 제3 원료가 배럴(212) 내로 연속적으로 공급된다.
또, 배럴(212) 내에는 서로 맞물린 상태로 된 2개의 스크루 샤프트(11)가 배치되어 있다. 2개의 스크루 샤프트(11)는 스크루 구동 장치(19)에 의해 일정의 회전 속도로 회전 구동된다.
더욱이, 배럴 압출구(14)에 접속된 관로가 3개로 분기되어 있고, 분기된 각각의 관로에 있어서, 승압 펌프(17), 필터(20) 및 다이부(16)가 설치되어 있다.
이와 같이 제3 실시 형태의 혼련 압출 장치(201)에 따르면, 혼합되는 원료의 종류는 3종류 이상이어도 좋고, 또 스크루 샤프트에 대해서도 2축 또는 3축 이상의 다축 구성을 적용할 수 있다.
또, 승압 펌프(17) 및 다이부(16)에 대해서도, 최종적인 성형 형태에 따라, 복수의 계통으로 분기하는 것도 가능하다.
따라서, 혼련 압출 장치(201)에 있어서, 원료의 종류, 스크루의 축 구성 및 최종적인 성형 형태 등 다양한 사양에 유연하게 대응하면서, 혼련 재료의 정량 압출 및 혼련성의 안정화를 양립할 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치(301)의 주요한 구성을 나타내는 모식도를 도 4에 나타낸다. 도 4의 혼련 압출 장치(301)에 있어서, 상기 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태의 혼련 압출 장치(1, 201)와 같은 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 제4 실시 형태에 따른 혼련 압출 장치(301)에서는, 배럴 압출구(14)로부터 압출되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 배출 장치로서, 배출 펌프가 아니라 제어 밸브를 사용하고 있는 점에서, 상기 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태와는 다른 구성을 가지고 있다. 이하, 이 다른 구성 부분에 대해서만 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 혼련 압출 장치(301)의 배럴 압출구(14)와 각각의 승압 펌프(17)를 접속하는 관로의 도중에는, 혼련 재료의 일부를 배출하기 위한 관로를 매개로 제어 밸브(326)가 설치되어 있다. 제어 밸브(326)는 외부 신호가 입력됨으로써 그 개도가 가변되는 기능을 가지고 있는바, 제어 밸브(326)의 개도를 변화시킴으로써 혼련 재료의 배출량을 제어할 수 있다.
구체적으로는, 배럴 압출구(14)에서의 혼련 재료의 압력이 압력 검출부(27)에서 검출되어 제어 장치(9)로 입력되면, 제어 장치(9)에서는 검출된 압력이 설정 압력 범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 검출된 압력이 설정 압력 범위보다 높은 경우에는, 제어 밸브(326)의 개도를 증가시켜 혼련 재료의 배출량을 증가시킨다. 한편, 검출된 압력이 설정 압력 범위보다 낮은 경우에는, 제어 밸브(326)의 개도를 감소시켜 혼련 재료의 배출량을 감소시킨다.
이와 같이, 혼련 재료의 배출 장치로서, 제어 밸브(326)를 이용하는 경우이어도, 배럴 압출구(14)에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 혼련 재료의 정량 공급 및 혼련성의 안정화를 양립할 수 있다.
(변형례)
상술한 각각의 실시 형태에서의 변형 형태에 대해, 이하에 설명한다.
승압 펌프(17)가 설치되어 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 승압 펌프(17)가 설치되어 있지 않은 구성을 채용할 수도 있다.
또, 승압 펌프(17)의 하류 측에 필터(20)가 설치되어 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 필터(20)를 승압 펌프(17)의 상류 측에 설치해도 좋고, 또 필터(20) 자체를 설치하지 않는 경우이어도 좋다.
다이부(16)가 1대만 구비되어 있는 경우, 3대 구비되어 있는 경우의 각각에 대해 설명했지만, 다이부(16)의 설치 대수는 압출 재료의 성형 형태나 사양 등에 따라 결정할 수 있다. 또, 다이부(16)를 복수 대 설치하는 경우에는, 모두 같은 크기 및 사양의 다이부(16)를 설치하는 경우만에 한정되지 않고, 다른 크기나 사양의 다이부(16)를 설치하는 경우이어도 좋다.
또, 다이부(16)에 개별로 대응하도록 승압 펌프(17)를 설치하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 다이부(16)와 승압 펌프(17)가 반드시 개별로 대응하지 않는 구성을 채용할 수도 있다.
또, 혼련 재료의 일부를 배출시키는 배출 장치로서, 배출 펌프(26)나 제어 밸브(326)를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 소망하는 양의 혼련 재료를 가변적으로 배출시키는 기능을 가진 다양한 장치를 배출 장치로서 적용할 수 있다. 예를 들어, 스크루를 이용하여 스크루의 회전 구동량을 가변 제어할 수 있는 스크루형의 배출 장치를 채용할 수도 있다.
또, 배출 장치에 있어서, 스트랜드 다이스, 냉각 수조 및 스트랜드 커터를 더 설치하여, 배출되는 혼련 재료를 펠렛화해서 재이용하도록 해도 좋다.
또한, 상기 다양한 실시 형태 중의 임의의 실시 형태를 적절히 조합시킴으로써, 각각이 갖는 효과를 발휘하도록 할 수 있다.
본 발명은 고체 상태 원료와 액체 상태 원료의 혼련을 실행하여 혼련 재료를 압출하는 혼련 압출 성형에 유용하고, 특히 액체 상태 원료의 혼합 비율이 높은 경우에 있어서도, 혼련 재료의 정량 공급 및 혼련성의 안정화를 양립할 수 있으며, 직접 압출 성형에 적용할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 실시 형태에 관련하여 충분히 기재되어 있지만, 이 기술의 숙련된 사람들에게는 다양한 변형과 수정은 명백하다. 그러한 변형과 수정은 첨부된 특허청구범위에 의한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 그 안에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
2010년 5월 28일에 출원된 일본 특허출원 제2010-122848호의 명세서, 도면 및 특허청구범위의 개시 내용은 전체로서 참조되어 본 명세서에 취입되는 것이다.

Claims (12)

  1. 제1 원료가 공급되는 제1 원료 공급구와, 액체 상태의 제2 원료가 공급되는 제2 원료 공급구와, 제1 원료와 제2 원료가 혼련되어 용융 상태로 된 혼련 재료가 그 내부로부터 압출되는 압출구를 갖춘 배럴과,
    배럴 내부에 배치되어 제1 원료와 제2 원료를 혼련하여 용융 상태의 혼련 재료를 형성하는 스크루 샤프트와,
    스크루 샤프트를 일정의 속도로 연속적으로 회전 구동시키는 스크루 구동 장치와,
    배럴의 압출구와 연통되어 배럴의 압출구로부터 압출된 가압상태의 혼련 재료가 장치 외부로 압출되는 압출구를 갖춘 다이부와,
    배럴의 압출구와 다이부의 압출구 사이에 있어서, 배럴의 압출구로부터 압출되는 혼련 재료의 일부를 배출하는 제1 기어 펌프와,
    배럴의 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록, 제1 기어 펌프의 회전 구동량을 조절하여 제1 기어 펌프에 의한 혼련 재료의 배출량을 조정하는 제1의 배출량 조정 수단과,
    배럴의 압출구와 다이부 사이에 배치되어 일정의 속도로 연속적으로 구동되어 혼련 재료를 승압하여 승압된 혼련 재료를 다이부 내로 공급하는 승압 펌프와,
    다이부 내로 공급되는 혼련 재료의 일부를 다이부 내로부터 배출하는 제2 기어 펌프와,
    다이부의 압출구에서의 혼련 재료의 압력을 일정하게 유지하도록, 제2 기어 펌프의 회전 구동량을 조절하여 제2 기어 펌프에 의한 혼련 재료의 배출량을 조정하는 제2의 배출량 조정 수단을 구비하되,
    배럴에 있어서, 액체 상태의 제2 원료가 공급되는 제2 원료 공급구는, 제1 원료가 공급되는 제1 원료 공급구보다도 하류 측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 혼련 압출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 배럴의 압출구와 연통된 다이부가 복수 대 병렬로 구비되고, 각각의 다이부에 개별로 대응하도록 복수의 승압 펌프가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 혼련 압출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배럴 내부에 복수의 스크루 샤프트가 배치되고, 스크루 구동 장치에 의해 각각의 스크루 샤프트가 일정의 속도로 연속적으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 혼련 압출 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이부는 압출구로부터 혼련 재료를 압출하여 직접 압출 성형을 실행하는 것을 특징으로 하는 혼련 압출 장치.
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