特許 7532705 押出機並びに押出機のベント装置及び押出機のベント方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-02

(45)【発行日】2024-08-13

(54)【発明の名称】押出機並びに押出機のベント装置及び押出機のベント方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 7/48 20060101AFI20240805BHJP

【ＦＩ】

B29B7/48

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024532384

(86)(22)【出願日】2022-08-05

(86)【国際出願番号】 JP2022030087

(87)【国際公開番号】W WO2024029068

(87)【国際公開日】2024-02-08

【審査請求日】2024-05-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513238408

【氏名又は名称】大野 孝

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 孝

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１９１５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１９４９２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０００－２１０９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７０５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６８０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５８３６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２８Ｂ ７／００ － １１／１４

Ｂ２９Ｃ ４８／００ － ４８／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融混錬体が一方向に押し出されるバレル孔の内周面に開口する貫通孔に一端が外部接続する筒状体と、
前記貫通孔に位置付けられ、螺旋状の溝が外周面に形成され、前記筒状体の内側において軸回転する螺旋体と、
前記螺旋体を通過して前記バレル孔から前記筒状体の内部空間に流入したガスを大気側に排出する配管と、
前記筒状体に設けられ、その内部空間の内圧を計測する圧力計と、
前記配管に設けられ、前記大気側に外部放出される前記ガスの排出量を調整する絞り弁と、
を備える押出機のベント装置。

【請求項2】

請求項１に記載の押出機のベント装置において、
前記螺旋体を先端に固定するシャフトを回転自在に支持し、前記筒状体の他端に接続する軸受け部と、
前記シャフトを回転させるモータ及び前記軸受け部を支持するフレームと、を備える押出機のベント装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の押出機のベント装置において、
前記溶融混錬体が押し出される方向に沿って複数の前記ベント装置が設けられている押出機。

【請求項4】

溶融混錬体が一方向に押し出されるバレル孔の内周面に開口する貫通孔に筒状体の一端を外部接続するステップと、
螺旋状の溝が外周面に形成された螺旋体を前記貫通孔に位置付けるステップと、
前記筒状体の内側において前記螺旋体を軸回転させるステップと、
前記螺旋体を通過して前記バレル孔から前記筒状体の内部空間に流入したガスを配管で大気側に排出するステップと、
前記筒状体に設けられる圧力計で、前記内部空間の内圧を計測するステップと、
前記配管に設けられる絞り弁で、前記大気側に外部放出される前記ガスの排出量を調整するステップと、を含む押出機のベント方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の実現に貢献する樹脂複合材料の製造に適した押出機のベント技術に関する。

【背景技術】

【0002】

液媒又は過剰な水分を持つ充填材を、合成樹脂に、分散・複合化させる樹脂複合材料の開発が進められている。そして、これらの樹脂複合材料に適した押出機の開発が進められている。混練温度における飽和蒸気圧よりも低くかつ大気圧よりも高い設定圧力でバイオマス由来の過剰水分を脱水する手段を押出機に設け、脱水時におけるバイオマスの凝集を抑制し、樹脂複合材料を製造する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【0003】

また、シリンダの開口部に支持層で支持されたフィルタを有するベント装置を押出機に設け、水分排出の性能向上とベントアップの抑制効果の向上とを両立させ、樹脂複合材料を製造する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。さらに、合成樹脂の連続相に、水と水素結合する吸水性物質の充填材が分散し、樹脂複合材料の熱流動温度における水分率が１％である樹脂複合材料を製造する技術が開示されている（例えば、特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４６６０５２８号公報

【文献】特許第５４６７７９６号公報

【文献】特許第７０６１２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、フィルタ等で構成されるベント装置においては、安定した脱水を実現するために、混練条件を高温かつ高圧に設定する必要があった。また、そのようなフィルタは目詰まりしやすく、脱水能力の低下を回避するために、頻繁にメンテナンスする必要があった。このために、樹脂複合材料の溶融混錬体の水分率を低下させるに当り、上述した事情が、製造の効率化を妨げる要因となっている。

【0006】

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、混練条件の制限無く安定的に脱水でき、メンテナンスも特に必要とせず、ＳＤＧｓの実現に貢献する樹脂複合材料を効率的に製造する押出機のベント技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る押出機のベント装置において、溶融混錬体が一方向に押し出されるバレル孔の内周面に開口する貫通孔に一端が外部接続する筒状体と、前記貫通孔に位置付けられ、螺旋状の溝が外周面に形成され、前記筒状体の内側において軸回転する螺旋体と、前記螺旋体を通過して前記バレル孔から前記筒状体の内部空間に流入したガスを大気側に排出する配管と、前記筒状体に設けられその内部空間の内圧を計測する圧力計と、前記配管に設けられ前記大気側に外部放出される前記ガスの排出量を調整する絞り弁と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、混練条件の制限無く安定的に脱水でき、メンテナンスも特に必要とせず、ＳＤＧｓの実現に貢献する樹脂複合材料を効率的に製造する押出機のベント技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態において押出機に装着されたベント装置の断面図。

【図2】実施形態に係るベント装置の分解断面図。

【図3】本発明の実施形態においてベント装置が装着された押出機の上面透視図。

【図4】本発明の実施形態においてベント装置が装着された押出機の側面透視図。

【図5】本発明の実施形態に係る押出機のベント方法を説明するフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態において押出機３０に装着されたベント装置１０のＸ－Ｙ断面図（後述する図３のＡ－Ａ断面図）である。図２は実施形態に係るベント装置１０の分解断面図である。

【0011】

このように、ベント装置１０は、溶融混錬体が一方向（Ｚ軸方向）に押し出されるバレル孔３２の内周面に開口する貫通孔３６に一端が外部接続する筒状体１１と、この貫通孔３６に位置付けられ螺旋状の溝１５が外周面に形成され筒状体１１の内側において軸回転する螺旋体１２と、この螺旋体１２を通過してバレル孔３２から筒状体１１の内部空間１６に流入したガス又はドレン液を外部に排出する配管１７と、を備えている。

【0012】

図２に示すように螺旋体１２の外周面には、一条の螺旋状の溝１５が形成されているが、二条以上の複数の螺旋状の溝１５が形成される場合もある。このような螺旋体１２は、筒状体１１の内側に同軸配置されることで、筒状体１１の内周面との隙間及び螺旋状の溝１５を介して、シリンダ３５のバレル孔３２と筒状体１１の内部空間１６とを連通させる。

【0013】

貫通孔３６は、筒状体１１の中心軸がスクリュー３１と直交する方向を向くように、バレル孔３２の側面に開口している。そして筒状体１１は、貫通孔３６の外側にその一端が接続し、シャフト２１をベアリング２２で回転自在に支持する軸受け部２０にその他端が接続する。なお、図示において筒状体１１と軸受け部２０とは直接接続されているが、スペーサ（図示略）を介して両者が接続する場合もある。このスペーサ（図示略）の長さを調整することで、貫通孔３６における螺旋体１２の位置を調整できる。

【0014】

そして、螺旋体１２が固定された先端とは反対のシャフト２１の基端には、軸継手２７を介してモータ２５が接続されている。このモータ２５が回転することにより、先端の螺旋体１２とともにシャフト２１は、筒状体１１の中心軸に対し同軸回転する。なお、螺旋体１２のシャフト２１にモータ２５の回転軸が直結する態様を示しているが、モータ２５は各種ギアを介してシャフト２１に接続することで任意にレイアウトできる。

【0015】

このように、貫通孔３６において螺旋体１２が回転することで、溶融混錬体がバレル孔３２からベントアップするのを抑制する。さらに、バレル孔３２に留まる溶融混錬体から分離した水分やガスを、螺旋体１２が配置する貫通孔３６に通過させ、筒状体１１の内部空間１６に案内する。これら水分やガスは、螺旋状の溝１５を伝う以外に、筒状体１１の内周面と螺旋体１２の隙間も伝って、バレル孔３２から内部空間１６に移動する。

【0016】

配管１７は、筒状体１１の内部空間１６に流入したガス又はドレン液を外部に排出する。この配管１７に設けられた絞り弁１８は、必須の構成要素ではないが、開度を任意に設定することで筒状体１１の内部空間１６から外部への又はドレン液の排出量を調整する。なお、図示される配管１７は、筒状体１１の上側に基端が接続し、主にガスを排出する機能を持つが、筒状体１１の下側に基端が接続される配管（図示略）により、主にドレン液を排出する機能を持たせる場合もある。

【0017】

絞り弁１８は、内部空間１６から大気側に外部放出される気体（水蒸気）に流動抵抗を可変して付与する。これにより、絞り弁１８は、圧力計１９で計測される内部空間１６の内圧Ｐを、溶融混錬体の設定温度における飽和蒸気圧Ｐ_zから大気圧Ｐ₀までの間で任意に設定できる。つまり、絞り弁１８を完全に閉塞すれば内部空間１６の内圧は、この飽和蒸気圧Ｐ_zに設定され、絞り弁１８を完全に開放すればから大気圧Ｐ₀に設定されることになる。さらに配管１７の先端に減圧機器を接続することで、内部空間１６の内圧を大気圧Ｐ₀以下に設定することができ、溶融混錬体の脱水を促進する。

【0018】

フレーム２６は、モータ２５及び軸受け部２０を支持するとともに、基礎４０に載置された架台４１に固定されている。図２に示すように、ベント装置１０の要素部品が構成されていることにより、メンテナンス時において、押出機３０に対するベント装置１０の取り付け・取り外し、並びに分解・再組立てを簡便に行える。

【0019】

図３は本発明の実施形態においてベント装置１０が装着された押出機３０の上面透視図である。図４は同・側面透視図である。押出機３０は、投入部３７と、駆動部３８と、シリンダ３５と、ベント装置１０と、から構成されている。シリンダ３５の内部には、駆動部３８の駆動力で回転するスクリュー３１が設けられている。なお図３においてスクリュー３１は、二軸で構成されているが、押出機３０は、このような二軸のものに限定されるものではなく、単軸もしくは三軸以上の多軸で構成される場合もある。

【0020】

投入部３７は、合成樹脂及びその他配合物の混合物を密閉容器であるシリンダ３５の内部に投入する。そしてシリンダ３５は、合成樹脂が溶融する温度に設定されている為、スクリュー３１の回転により、混合物を加熱混錬して溶融混錬体にする。

【0021】

ベント装置１０は、密閉容器であるシリンダ３５を開放し、溶融混錬体に含まれる水分を外部に排出させる。ベント装置１０において脱水処理された溶融混錬体は、シリンダ３５の最下流から吐出される。そして吐出された溶融混錬体は、ペレットに成形されるか、所定のバルク製品やフィルム製品に成形される。

【0022】

図３に示す押出機３０は、溶融混錬体の押し出し方向（Ｚ軸方向）に沿って、ベント装置１０（１０ａ，１０ｂ）が二段に設置されているが、設置段数に特に制限はない。そして溶融混錬体に含まれる水分は、絞り弁１８（１８ａ，１８ｂ）の絞り量が調整されたベント装置１０（１０ａ，１０ｂ）から順次排出される。なお、図示を省略するが、配管１７の先端に減圧ポンプを設けたベント装置を最下流に設けることができる。

【0023】

それぞれに設けられている絞り弁１８（１８ａ，１８ｂ）の開度を調整して、ベント装置１０（１０ａ，１０ｂ）の内圧（圧力計１９の値）が、上流からＰ_a＞Ｐ_b＝Ｐ₀と傾斜するように設定する。この場合、内圧Ｐ_bを設定するための絞り弁１８の設定は全開となる。また、配管１７の先端に減圧ポンプを設けた場合も、この場合の圧力計１９の値Ｐ_cが大気圧Ｐ₀よりも小さくなるように（Ｐ₀＞Ｐ_c）、絞り弁１８を設定する。このように大気圧Ｐ₀よりも高圧の内圧Ｐ_aで最初に脱水し、段階的に内圧Ｐ_b、Ｐ_cを下げて設定することで、溶融混練体に含有する水分量が多い場合であっても、水分の過激な気化を防止し、安定的な脱水を実現できる。

【0024】

図５のフローチャートに基づいて本発明の実施形態に係る押出機３０のベント方法を説明する（適宜、図３参照）。まず、押出機３０にベント装置１０を外部接続し、筒状体１１とバレル孔３２を連通させる（Ｓ１１）。そして、投入部３７に原料を投入し、スクリュー３１を軸回転させ、上流から下流に向けて押し出しながら、加熱しせん断応力を与え、原料を溶融混錬体にする（Ｓ１２）。

【0025】

次に、ベント装置１０の螺旋体１２を軸回転させる（Ｓ１３）。すると、貫通孔３６の開口位置まで押し出された溶融混錬体は、圧力が低下し含有する水分が一気に気化・膨張する。この気化・膨張した水分（水蒸気）は、溶融混錬体の固形成分も巻き込んで、貫通孔３６の外に飛び出そうとする。しかし、この固形成分は、軸回転する螺旋体１２に押し返されて、貫通孔３６を通過できず、バレル孔３２のさらに下流に押し出されることになる。

【0026】

一方において、溶融混錬体から気化・膨張した水分（水蒸気）は、バレル孔３２から螺旋体１２をすり抜け貫通孔３６を通過して、内圧Ｐ_aに設定されたベント装置１０ａにトラップされる（Ｓ１４）。そして、このトラップされた水蒸気（ガス成分）又はこの水蒸気が凝縮したドレン液は、配管１７を介して外部に排出される（Ｓ１５）。

【0027】

一方において、バレル孔３２の上流側のベント装置１０ａを通過した溶融混錬体は、内圧Ｐ_b（＜Ｐ_a）に設定された下流側のベント装置１０ｂにおいて、さらに水分がトラップされ外部排出される（Ｓ１６ Ｙｅｓ，Ｓ１４、Ｓ１５）。そして、ベント装置１０（１０ａ，１０ｂ）において脱水処理された溶融混錬体は、押出機３０の最下流から吐出され、ペレットに成形されるか、所定のバルク製品やフィルム製品に成形される（Ｓ１６ Ｎｏ、Ｓ１７、ＥＮＤ）。

【符号の説明】

【0028】

１０…ベント装置、１１…筒状体、１２…螺旋体、１５…螺旋状の溝、１６…内部空間、１７…配管、１８…絞り弁、１９…圧力計、２０…軸受け部、２１…シャフト、２１…ベアリング、２５…モータ、２６…フレーム、２７…軸継手、３０…押出機、３１…スクリュー、３２…バレル孔、３５…シリンダ、３６…貫通孔、３７…投入部、３８…駆動部、４０…基礎、４１…架台、Ｐ（Ｐ_a，Ｐ_b）…内圧、Ｐ₀…大気圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】