混練機、成形装置及び被混練物の流動体の製造方法
【課題】一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる混練機、成形装置、及び被混練物の流動体の製造方法を提供すること。
【解決手段】被混練物Ｗを混練する混練部１０と、混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１が貯留されるバッファー部２０と、流動体Ｗ１をバッファー部２０の外部に排出する排出部３０と、を備え、混練部１０は、軸状の混練スクリュー１２と、混練スクリュー１２を軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部１４と、混練スクリュー１４を囲繞して混練スクリュー１２との間に被混練物Ｗを混練する混練空間Ｑ１を形成するとともに混練空間Ｑ１で混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１を排出する混練部排出口１１ｂが設けられた混練シリンダー部１１ａと、混練部排出口１１ｂを開閉する混練部開閉機構と、混練空間Ｑ１内で被混練物Ｗを循環させる循環流路１３と、を有し、バッファー部２０は、流動体Ｗ１を攪拌する攪拌部２５を有する。
【解決手段】被混練物Ｗを混練する混練部１０と、混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１が貯留されるバッファー部２０と、流動体Ｗ１をバッファー部２０の外部に排出する排出部３０と、を備え、混練部１０は、軸状の混練スクリュー１２と、混練スクリュー１２を軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部１４と、混練スクリュー１４を囲繞して混練スクリュー１２との間に被混練物Ｗを混練する混練空間Ｑ１を形成するとともに混練空間Ｑ１で混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１を排出する混練部排出口１１ｂが設けられた混練シリンダー部１１ａと、混練部排出口１１ｂを開閉する混練部開閉機構と、混練空間Ｑ１内で被混練物Ｗを循環させる循環流路１３と、を有し、バッファー部２０は、流動体Ｗ１を攪拌する攪拌部２５を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機、成形装置及び被混練物の流動体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用材料や医療用材料の特性を向上させるために、複数のポリマー同士、もしくはポリマーと有機粉末や無機粉末といった被混練物を混練する様々な装置が検討されている。そのような装置の１つとして、特許文献１に示すように、スクリュー（混練スクリュー）にその先端面と基端側の側面とを連結する貫通孔(循環流路)を形成して内部帰還形のスクリューとした混練機が知られている。
この混練機によれば、スクリューを高速で回転させることにより、投入された被混練物を循環させながら被混練物に強い剪断力を与えて溶融させ、被混練物の分散相サイズを数十ナノメータ程度まで小さくなるように分散させた押出し成形品が製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の混練機では、一定量の被混練物を循環させ流動体にして混練するので、混練された被混練物を排出してから次の混練を行う必要がある。このため、混練された被混練物を一定量以上の流動体として一度に取出すことができず、混練機から排出された流動体で押出し成形を行う場合には一定量以上を必要とする押出し成形品を製造することができなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる混練機、成形装置、及び被混練物の流動体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の混練機は、被混練物を混練する混練部と、該混練部によって混練された被混練物の流動体が貯留されるバッファー部と、前記流動体を前記バッファー部の外部に排出する排出部と、を備えてなり、前記混練部は、軸状の混練スクリューと、該混練スクリューを軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部と、前記混練スクリューを囲繞して該混練スクリューとの間に前記被混練物を混練する混練空間を形成するとともに該混練空間で混練された前記被混練物の流動体を排出する混練部排出口が設けられた混練シリンダー部と、前記混練部排出口を開閉する混練部開閉機構と、前記混練空間内で前記被混練物を循環させる循環流路と、を有し、前記バッファー部は、前記流動体を攪拌する攪拌部を有することを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、混練部では混練スクリュー駆動部により混練スクリューを回転させ、混練スクリューと混練シリンダー部との間の混練空間で循環流路を通じて被混練物を循環させて被混練物を一定量ずつ混練することができる。そして、混練部開閉機構によって混練部排出口を開くことで混練部排出口から被混練物を流動体として排出することができる。これらを順に繰返すことにより、混練部から混練が終了した一定量以上の流動体をバッファー部に貯留することができる。そして、バッファー部に貯留された流動体は、攪拌部によって攪拌された後に排出部によって装置外部に排出される。
このように、バッファー部に一定量以上の流動体を貯留してから排出できるので、流動体を排出するタイミングを調整することが可能となり、混練部で一度に混練される一定量以上の被混練物の流動体をまとめて排出することができる。このとき、攪拌部によって流動体が攪拌されることで、混練部において被混練物を混練する過程で流動体の内部に混入した気泡が好適に除去され、さらに装置外部に排出される直前の流動体が均一に混合されるので、流動体の品質を安定させることができる。
【０００８】
また、本発明の混練機は、前記攪拌部は、前記バッファー部の内部に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸と、該攪拌軸を前記中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部と、前記攪拌軸に固定されたプロペラ部と、を有することが好ましい。
この場合、プロペラ部が被混練物の流動体に接触することによって流動体が攪拌される。このとき、プロペラ部は流動体の内部の気泡を流動体の表面に掻き出すように移動させることができるので、流動体の内部の気泡の除去を素早く行うことができる。
【０００９】
また、本発明の混練機は、前記バッファー部は前記攪拌部を複数備えることが好ましい。
この場合、攪拌部が複数あるため、流動体の攪拌に要する時間が短縮でき、混練部において一定量の被混練物を混練するのにかかる所定の時間内でバッファー部の内部の流動体を十分に攪拌することができる。
【００１０】
また、本発明の混練機は、前記混練部と前記バッファー部との間に、互いに噛み合う一対のギアを有し前記流動体を前記バッファー部へ搬送するギアポンプが介在されていることが好ましい。
この場合、ギアポンプによって流動体をバッファー部へ搬送することができる。従って、搬送に伴って混練部の内部の流動体が減少して混練空間内の圧力が低下している場合にも、混練部の内部に残された被混練物の流動体を安定してバッファー部へと搬送することができる。
【００１１】
また、本発明の混練機は、前記バッファー部はその内部を減圧するための減圧機構を有することが好ましい。
この場合、バッファー部の内部が減圧されているので、攪拌部によって流動体の表面に移動された気泡は速やかに崩壊する。従って、流動体の内部の気泡の除去が速やかに行われる。
【００１２】
本発明の成形装置は、上述の混練機と、該混練機によって混練され前記排出部から排出された前記流動体を所定の形状に成形する成形部と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、混練機によって一定量以上の被混練物の流動体が攪拌部によって均一に混合された状態で排出部から連続的に排出される。排出部から排出された流動体は成形部に供給され、流動体が所定の形状に成形される。従って、混練部で一度に混練可能な一定量以上の流動体を要する成形品を製造することができる。
【００１３】
また、本発明の被混練物の流動体の製造方法は、被混練物を混練して被混練物の流動体にする混練工程と、該混練工程に続いて前記流動体を貯留可能なバッファー部に前記流動体を搬送する搬送工程と、前記バッファー部の内部で前記流動体を攪拌する攪拌工程と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、混練工程に続いて搬送工程によって流動体がバッファー部に貯留され、続いて攪拌工程によってバッファー部の内部の流動体が均一に攪拌され、さらに内部の気泡が除去される。このため、気泡が好適に除去された均質な流動体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の混練機によれば、混練部で混練された被混練物の流動体がバッファー部の内部に貯留され、攪拌部で攪拌されながら外部へ排出されるので、一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる。さらに、被混練物の粘度が高い場合にも、攪拌部によって被混練物の流動体がバッファー部内で攪拌されるので、好適に気泡の除去が行われる。
また、本発明の成形装置によれば、排出部から一定量以上の被混練物の流動体が連続的に排出されて成形部へと供給されるので、一定量以上の流動体を要する押出し成形品等の製品を製造することができる。
また、本発明の被混練物の流動体の製造方法によれば、攪拌工程によってバッファー部に搬送された流動体が均一に混合されるとともに流動体の内部の気泡が好適に除去されるので、均質な流動体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１実施形態の混練機を示す斜視図である。
【図２】同混練機を一部断面で示す斜視図である。
【図３】同混練機を一部断面で示す側面図である。
【図４】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図５】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図６】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図７】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す斜視図である。
【図８】同混練機のバッファー部への被混練物の流動体の供給過程を示すグラフである。
【図９】同混練機の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の１実施形態の混練機、成形装置、及び被混練物の流動体の製造方法について図１から図９を参照して説明する。まず、図１から図３を参照して本実施形態の混練機の構成について詳述する。図１は、本実施形態の混練機を示す斜視図である。
混練機１は、一定量の被混練物Ｗを混練する混練部１０と、混練部１０によって混練された被混練物Ｗの流動体が貯留されるバッファー部２０と、流動体をバッファー部の外部に排出する排出部３０と、を備える。本実施形態では、被混練物Ｗは高分子材料と粉末材料とからなる２種類の材料で構成されている。
【００１７】
高分子材料の被混練物Ｗとしては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、ブタジエン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、及びその共重合体などを用いることができる。
【００１８】
また、粉末粒子の被混練物Ｗとしては、分子材料と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、たとえば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではポリ４フッ化エチレン粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを添加してもよい。無機物と有機物との複合粒子であっても構わない。また、上記無機粒子の添加量についても、高分子材料と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。無機粒子の複合化に際して、使用する無機粒子は単独であっても、二種類以上の複合であっても良い。
【００１９】
また、被混練物Ｗにおいて樹脂混合物に分散させる成分として常用の各種添加成分、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を用いても良い。
【００２０】
図２は、混練機１を一部破断して示す斜視図である。図１及び図２に示すように、混練部１０は、略円柱状の混練スクリュー１２と、混練スクリュー１２を回転させる混練スクリュー駆動部１４と、混練スクリュー１２を囲繞して混練スクリュー１２との間に被混練物Ｗを混練する混練空間Ｑ１を形成するとともに混練空間Ｑ１で混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１を排出する混練部排出口１１ｂが設けられた混練シリンダー部１１ａと、混練部排出口１１ｂを開閉する混練部開閉機構１８と、混練空間Ｑ１内で被混練物Ｗを循環させる循環流路１３と、を有する。
【００２１】
本実施形態の混練シリンダー部１１ａは、混練部本体１１の内部に円柱状の穴部として水平方向に延びて形成されている。また、混練スクリュー１２は外周部に螺旋状のスクリュー１２ａが形成され、混練シリンダー部１１ａの内部に混練シリンダー部１１ａと同軸に配置されている。これにより、混練スクリュー１２は混練空間Ｑ１内で混練部排出口１１ｂの方向に被混練物Ｗを搬送できるようになっている。
また、混練部排出口１１ｂは、混練シリンダー部１１ａの軸線方向に沿って形成されている（図３参照）。
また、本実施形態の循環流路１３は、混練スクリュー１２の内部に形成されている。すなわち、循環流路１３は、混練スクリュー１２の先端側である混練部排出口１１ｂ側の端部に形成された先端側開口１３ａから混練スクリュー１２の基端側において混練スクリュー１２の外周面に形成された基端側開口１３ｂまで延びて設けられている。基端側開口１３ｂは、混練スクリュー１２の径方向に対向する外周面の二箇所に開口されている。
【００２２】
混練スクリュー駆動部１４は、混練スクリュー１２の基端側で混練部本体１１の外面に取付けられ、混練スクリュー１２を例えば２段階に速度を変えて回転させることが可能になっている。
【００２３】
図３は、混練機１を一部断面で示す側面図である。図３に示すように、混練部開閉機構１８は、混練部排出口１１ｂの軸線に直交する方向に進退動作して流路を塞ぐことが可能な板状の混練シャッター１８ａと、混練シャッター１８ａを進退動作させる混練シャッター開閉部１８ｂと、を有する。
【００２４】
混練部本体１１には、上面から鉛直下方に延びて混練シリンダー部１１ａの内部に連通する材料投入口１５ａが形成され、この材料投入口１５ａには被混練物Ｗ（図１参照）を貯留し材料投入口１５ａに供給するホッパー１５が取付けられている。
また、図３に示すように、混練部１０とバッファー部２０との間には、互いに噛み合う一対のギア４２、４３を有し流動体Ｗ１をバッファー部２０へ搬送するギアポンプ４０が介在されている。ギア４２、４３は図示しないポンプモーターによってケース４１の内部で回転動作し、これによりギア４２、４３とケース４１との間に生じる空間に沿って流動体Ｗ１をバッファー部２０側へ搬送することができる。
【００２５】
バッファー部２０には、混練部排出口１１ｂに連通するバッファー部開口２４が形成されており、これに連通して被混練物の流動体Ｗ１が貯留されるバッファー空間Ｑ２が形成されている。バッファー空間Ｑ２は、円柱状の孔部が二つ隣接する形状で、径方向断面視で繭型の輪郭を有するように形成されている。バッファー空間Ｑ２は、排出部３０のカバー３４（図１参照）によって密閉された空間になっている。
【００２６】
バッファー空間Ｑ２の容積は、混練空間Ｑ１の容積よりも大きいことが好ましく、例えばバッファー空間Ｑ２の容積は混練空間Ｑ１の容積の４〜５倍程度に設定されていてもよい。これは、混練部１０において被混練物Ｗを混練している最中にバッファー部２０から流動体Ｗ１を途切れることなく排出させるためであるとともに、バッファー部２０から流動体Ｗ１が完全に排出される前に混練部１０で混練された後続の流動体Ｗ１の全量をバッファー空間Ｑ２に充填可能にするためである。
【００２７】
また、バッファー部２０には、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１を攪拌する攪拌部２５が設けられている。攪拌部２５は、バッファー空間Ｑ２に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸２１と、攪拌軸２１を中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部２３（図２参照）と、攪拌軸２１に固定されたプロペラ部２２と、を有する。
【００２８】
本実施形態では、バッファー部２０は攪拌部２５を複数備える。すなわち、攪拌軸２１はバッファー空間Ｑ２における上記の孔部のそれぞれにおいて、孔部のそれぞれの中心線に沿って一本ずつ配置され、それぞれの攪拌軸２１に対してプロペラ部２２が固定されている。
【００２９】
図２に戻って、攪拌軸２１はバッファー部２０の壁部に形成された貫通孔２０ａに回転自在に挿通され、バッファー部２０の外部に突出されている。バッファー部２０の外部に突出された攪拌軸の端部は攪拌軸駆動部２３に連結されている。攪拌軸駆動部２３の詳細は図示していないが、攪拌軸駆動部２３は、回転動作可能なモーター等の動力源と、動力源の動力を減速あるいは加速して攪拌軸に伝達するギア等の動力伝達手段とを好適に組み合わせて構成することができる。
【００３０】
図３に示すように、プロペラ部２２は、二つの長尺なブレード２２ａが直交して組み合わされている。ブレード２２ａの長手方向の長さは、バッファー空間Ｑ２の内壁に接触しないように適宜のクリアランスを有し、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１が少量であってもプロペラ部２２が流動体Ｗ１に接触可能な長さに設定されている。
【００３１】
バッファー部２０は、バッファー空間Ｑ２の内部を減圧するための減圧機構２７を有する。本実施形態では、減圧機構２７はバッファー空間Ｑ２の上部からバッファー部２０の外面に連通する大気流路２６を通じてバッファー空間Ｑ２の内部の大気を吸引する吸引ポンプである。
【００３２】
図１及び図２に示すように、排出部３０は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２を密閉するカバー３４と、カバー３４から突出し、バッファー空間Ｑ２に連通する排出流路が形成された排出パイプ３１と、排出パイプ３１の内部で回転自在に配置された排出スクリュー３３と、排出スクリュー３３を軸回りに回転動作させる排出スクリュー駆動部３２とを備える。
排出スクリュー３３は、一端がバッファー空間Ｑ２の内部に挿入されており、バッファー部２０の内部の後端面２０ｂまで延びている。また、排出スクリュー３３はバッファー空間Ｑ２の内部にある流動体Ｗ１に接触可能である。また、排出パイプ３１はバッファー部２０の外部に排出部開口３１ａを有し、流動体Ｗ１をバッファー部２０の外部に排出するための排出口になっている。
【００３３】
排出部開口３１ａは、流動体Ｗ１を所定の形状に形成する図示しない成形部に接続可能であり、公知の押出し成形機等の成形部を適宜採用して接続できるようになっている。混練機１と成形部とを組み合わせることによって被混練物Ｗの流動体Ｗ１から押出し成形品を成形する成形装置を構成することができる。
【００３４】
以上に説明する構成の、本実施形態の混練機及び成形装置の使用時の動作、及び被混練物の流動体の製造方法について、図４から図８を参照しながら説明を行う。
図４は、混練機１の使用時の動作を示す側面図である。混練機１は、初期状態では混練シャッター１８ａによって混練部排出口１１ｂは閉鎖されており、混練空間Ｑ１は材料投入口１５ａが外部に開口されている。
【００３５】
使用者は混練スクリュー駆動部１４を駆動して混練スクリュー１２を軸回りに回転させる。このとき、混練スクリューの２段階の回転速度のうち速い方の第２の回転速度で回転させる。そして、ホッパー１５に貯留された被混練物Ｗのうち一度に混練部１０で混練される一定量を、材料投入口１５ａを通して混練シリンダー部１１ａの内部に投入する。
【００３６】
すると、図４に示すように、混練シリンダー部１１ａ内に投入された被混練物Ｗは、混練スクリュー１２のスクリュー１２ａの回転により混練空間Ｑ１を通って混練スクリュー１２の先端側へ移動されてゆく。
この間、被混練物Ｗは混練空間Ｑ１において混練スクリュー１２から剪断力を受けて発熱、溶融し、被混練物Ｗが流動体Ｗ１となって混練されてゆく。そして、混練スクリュー１２の先端に到達した流動体Ｗ１は、混練スクリュー１２と混練シリンダー部１１ａとの間で大きな剪断力を受けつつ先端側開口１３ａ（図２参照）から循環流路１３（図２参照）に流入し、基端側開口１３ｂ（図２参照）から再び混練スクリュー１２の外周面へと排出されて混練空間Ｑ１内を通じて混練スクリュー１２の先端側に押出される。こうして、一定量の被混練物Ｗは流動体Ｗ１として、混練空間Ｑ１及び循環流路１３内を循環しながら繰返し混練されてゆく（混練工程Ｓ１）。
【００３７】
このようにして、被混練物Ｗが一定時間混練されて一回目の混練が終了すると、図５に示すように、混練部開閉機構１８によって混練シャッター１８ａが開放されて混練部排出口１１ｂから流動体Ｗ１が排出される。このとき、混練スクリュー駆動部１４は、上述の第２の回転速度よりも低速な第１の回転速度で混練スクリュー１２を回転させ、混練空間にある流動体Ｗ１が順次混練部排出口１１ｂへと搬送される。混練部排出口１１ｂに搬送された流動体Ｗ１はギアポンプ４０によってバッファー部２０側へと搬送され、流動体Ｗ１はバッファー部２０のバッファー空間Ｑ２に充填される（搬送工程Ｓ２）。
【００３８】
図６に示すように、バッファー部２０において攪拌軸２１が軸回りに回転されており、攪拌軸２１に固定されたプロペラ部２２が流動体Ｗ１を攪拌する（攪拌工程Ｓ３）。これにより、流動体Ｗ１はバッファー部開口２４近傍からバッファー空間Ｑ２の全体に均等に押し広げられる。
【００３９】
混練空間Ｑ１において混練された流動体Ｗ１がすべてバッファー部２０へと搬送されたら、ギアポンプ４０を停止させ、さらに混練部開閉機構１８を動作させて混練シャッター１８ａによって混練部排出口１１ｂを閉鎖させ、上述と同様に被混練物Ｗを混練空間Ｑ１及び循環流路１３内で混練して後続の流動体Ｗ１を製造する。
【００４０】
バッファー部２０では、攪拌部２５のプロペラ部２２によって流動体Ｗ１が攪拌され、必要に応じて減圧機構２７が駆動されてバッファー空間Ｑ２の内部の大気がバッファー部２０の外部に排出される。これにより、攪拌によって流動体Ｗ１の内部から表面に移動された気泡が流動体Ｗ１の表面で崩壊し、流動体Ｗ１の内部の気泡が除去される。
混練部１０における混練工程Ｓ１は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２に所定量の流動体Ｗ１が貯留されるまで繰り返され、その間、バッファー部２０に貯留された流動体Ｗ１は攪拌工程Ｓ３が継続されている。
【００４１】
バッファー部２０に所定量の流動体Ｗ１が貯留されたら、排出スクリュー駆動部３２が駆動され、排出スクリュー３３が軸回りに回転動作される。すると、図７に示すように、バッファー空間Ｑ２の内部で攪拌されていた流動体Ｗ１は排出スクリュー３３と排出パイプ３１とによって生じる空間へと押圧移動され、排出部開口３１ａから押出される。
排出部開口３１ａから押出された流動体Ｗ１は、上述した成形部等によって所定の形状に成形され、押出し成形品となる。
【００４２】
以下では、混練部１０からバッファー部２０への流動体Ｗ１の搬送と、バッファー部２０からの流動体Ｗ１の排出の関係について図８を参照して説明する。図８は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量を経時的に示すグラフである。縦軸には流動体Ｗ１の量を示し、横軸には時間を示している。
【００４３】
図８に示すように、初期状態（時間Ｔ０）では、バッファー空間Ｑ２に貯留される流動体の残量はＶ０（まったく貯留されていない）である。時間Ｔ０から時間Ｔ１の間では、混練部１０において一回目の混練工程Ｓ１が行われている。
時間Ｔ１から時間Ｔ２の間では搬送工程Ｓ２が行われ、バッファー部２０へ流動体Ｗ１が搬送される。このとき、バッファー空間Ｑ２の内部では流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ０から残量Ｖ２まで増加する。残量Ｖ２はバッファー空間Ｑ２の容積以下の量であり、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ２を超えた後に排出部３０の動作が開始される。なお、一回の混練工程で残量Ｖ０からＶ２まで増加させるだけの混練ができない場合には混練工程Ｓ１と搬送工程Ｓ２とを繰り返して流動体Ｗ１を製造する。
【００４４】
排出部３０では、時間Ｔ２以降は連続的に排出スクリュー３３が動作され、排出スクリュー３３の動作によって流動体Ｗ１が連続的に排出されている。このとき、混練部１０においては時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間に後続の被混練物Ｗを混練する混練工程Ｓ１が行われている。
時間Ｔ３では、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量は残量Ｖ１になっている。残量Ｖ１は、バッファー空間Ｑ２から排出部３０へと流動体Ｗ１を搬送する際に流動体Ｗ１が途切れずに供給できる量として設定されている。流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ１を下回った際には、混練部１０で二回目に混練された被混練物Ｗの流動体（便宜的に「後続の流動体Ｗ２」と称する）が上述と同様に搬送工程Ｓ２によってバッファー部２０へと搬送され、攪拌工程Ｓ３によって攪拌される。
【００４５】
このとき、攪拌工程Ｓ３によって、先行して製造された流動体Ｗ１と後続の流動体Ｗ２とが攪拌部２５によって攪拌され、均質な混合物となる。このように、流動体Ｗ１と後続の流動体Ｗ２が均一に混合され、バッファー空間Ｑ２における残量は再び残量Ｖ２まで増加する。
このように、時間Ｔ２以降はバッファー空間Ｑ２には少なくとも残量Ｖ１以上の流動体Ｗ１が残っているので、排出部３０が連続的に駆動されてもバッファー部２０の内部の流動体Ｗ１が枯渇することが抑制されている。従って、排出部３０から一定量以上の流動体を排出することができ、一定量以上の流動体を要する成形品を成形することができる。
【００４６】
上述したように、本実施形態の混練機、成形装置、被混練物の流動体の製造方法によれば、混練部排出口１１ｂからバッファー部２０へと排出された流動体Ｗ１は、攪拌部２５によって攪拌され、バッファー空間Ｑ２に均等に押し広げられる。従って、混練部において一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる。
【００４７】
また、排出部から一定量以上の被混練物の流動体が連続的に排出されて成形部へと供給されるので、一定量以上の流動体を要する押出し成形品等の製品を製造することができる。
さらに、攪拌部２５に設けられたプロペラ部２２によって流動体Ｗ１の内部に残留する気泡を流動体Ｗ１の表面まで移動させることができるので、被混練物の粘度が高い場合にも、攪拌部によって被混練物の流動体がバッファー部内で攪拌されるので、好適に気泡の除去が行われ、均質な流動体を製造することができる。これにより、流動体を用いて押出し成形品を製造した際の寸法精度を向上させることができる。
【００４８】
また、バッファー部２０に減圧機構２７が設けられているので、バッファー部２０の内部において流動体Ｗ１の表面にある気泡の消失を促進することができ、気泡の除去を迅速に行うことができる。
【００４９】
以下では、本実施形態の混練機１の変形例について図９を参照して説明する。図９は混練機１におけるバッファー部２０を示す断面図である。
図９に示すように、本変形例では、プロペラ部２２に代えて、一つの攪拌軸２１に対して複数のプロペラ部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅが設けられている。また、排出部３０の排出スクリュー３３に代えて、排出スクリュー２３３が設けられている。排出スクリュー２３３は、バッファー空間Ｑ２への挿入深さが排出スクリュー３３よりも浅く設定されている。
このような構成であってもプロペラ部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅによってバッファー部２０の内部で流動体Ｗ１を攪拌し、排出スクリュー２３３によって流動体Ｗ１を排出することができる。このとき、攪拌軸一つあたり複数のプロペラ部を設けたことでバッファー空間Ｑ２の異なる箇所で同時に攪拌が行われ、攪拌工程に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態ではプロペラ部２２のブレード２２ａの形状は長尺な形状としたが、ブレード２２ａがねじりや折り曲げ等の形状を有し、プロペラ部２２の回転によって流動体Ｗ１を攪拌軸２１の軸線方向に押圧移動可能な構成とすることもできる。この場合、バッファー空間Ｑ２の内部で所定の位置に流動体Ｗ１を移動させることができ、排出スクリュー３３のバッファー空間Ｑ２への挿入深さが浅い場合でも、攪拌された流動体Ｗ１を好適に排出部まで搬送することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 混練機
１０ 混練部
１１ａ 混練シリンダー部
１２ 混練スクリュー
１３ 循環流路
１４ 混練スクリュー駆動部
１８ 混練部開閉機構
２０ バッファー部
２１ 攪拌軸
２２ プロペラ部
２３ 攪拌軸駆動部
２５ 攪拌部
２７ 減圧機構
３０ 排出部
４０ ギアポンプ
Ｓ１ 混練工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｓ３ 攪拌工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機、成形装置及び被混練物の流動体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用材料や医療用材料の特性を向上させるために、複数のポリマー同士、もしくはポリマーと有機粉末や無機粉末といった被混練物を混練する様々な装置が検討されている。そのような装置の１つとして、特許文献１に示すように、スクリュー（混練スクリュー）にその先端面と基端側の側面とを連結する貫通孔(循環流路)を形成して内部帰還形のスクリューとした混練機が知られている。
この混練機によれば、スクリューを高速で回転させることにより、投入された被混練物を循環させながら被混練物に強い剪断力を与えて溶融させ、被混練物の分散相サイズを数十ナノメータ程度まで小さくなるように分散させた押出し成形品が製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の混練機では、一定量の被混練物を循環させ流動体にして混練するので、混練された被混練物を排出してから次の混練を行う必要がある。このため、混練された被混練物を一定量以上の流動体として一度に取出すことができず、混練機から排出された流動体で押出し成形を行う場合には一定量以上を必要とする押出し成形品を製造することができなかった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる混練機、成形装置、及び被混練物の流動体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の混練機は、被混練物を混練する混練部と、該混練部によって混練された被混練物の流動体が貯留されるバッファー部と、前記流動体を前記バッファー部の外部に排出する排出部と、を備えてなり、前記混練部は、軸状の混練スクリューと、該混練スクリューを軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部と、前記混練スクリューを囲繞して該混練スクリューとの間に前記被混練物を混練する混練空間を形成するとともに該混練空間で混練された前記被混練物の流動体を排出する混練部排出口が設けられた混練シリンダー部と、前記混練部排出口を開閉する混練部開閉機構と、前記混練空間内で前記被混練物を循環させる循環流路と、を有し、前記バッファー部は、前記流動体を攪拌する攪拌部を有することを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、混練部では混練スクリュー駆動部により混練スクリューを回転させ、混練スクリューと混練シリンダー部との間の混練空間で循環流路を通じて被混練物を循環させて被混練物を一定量ずつ混練することができる。そして、混練部開閉機構によって混練部排出口を開くことで混練部排出口から被混練物を流動体として排出することができる。これらを順に繰返すことにより、混練部から混練が終了した一定量以上の流動体をバッファー部に貯留することができる。そして、バッファー部に貯留された流動体は、攪拌部によって攪拌された後に排出部によって装置外部に排出される。
このように、バッファー部に一定量以上の流動体を貯留してから排出できるので、流動体を排出するタイミングを調整することが可能となり、混練部で一度に混練される一定量以上の被混練物の流動体をまとめて排出することができる。このとき、攪拌部によって流動体が攪拌されることで、混練部において被混練物を混練する過程で流動体の内部に混入した気泡が好適に除去され、さらに装置外部に排出される直前の流動体が均一に混合されるので、流動体の品質を安定させることができる。
【０００８】
また、本発明の混練機は、前記攪拌部は、前記バッファー部の内部に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸と、該攪拌軸を前記中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部と、前記攪拌軸に固定されたプロペラ部と、を有することが好ましい。
この場合、プロペラ部が被混練物の流動体に接触することによって流動体が攪拌される。このとき、プロペラ部は流動体の内部の気泡を流動体の表面に掻き出すように移動させることができるので、流動体の内部の気泡の除去を素早く行うことができる。
【０００９】
また、本発明の混練機は、前記バッファー部は前記攪拌部を複数備えることが好ましい。
この場合、攪拌部が複数あるため、流動体の攪拌に要する時間が短縮でき、混練部において一定量の被混練物を混練するのにかかる所定の時間内でバッファー部の内部の流動体を十分に攪拌することができる。
【００１０】
また、本発明の混練機は、前記混練部と前記バッファー部との間に、互いに噛み合う一対のギアを有し前記流動体を前記バッファー部へ搬送するギアポンプが介在されていることが好ましい。
この場合、ギアポンプによって流動体をバッファー部へ搬送することができる。従って、搬送に伴って混練部の内部の流動体が減少して混練空間内の圧力が低下している場合にも、混練部の内部に残された被混練物の流動体を安定してバッファー部へと搬送することができる。
【００１１】
また、本発明の混練機は、前記バッファー部はその内部を減圧するための減圧機構を有することが好ましい。
この場合、バッファー部の内部が減圧されているので、攪拌部によって流動体の表面に移動された気泡は速やかに崩壊する。従って、流動体の内部の気泡の除去が速やかに行われる。
【００１２】
本発明の成形装置は、上述の混練機と、該混練機によって混練され前記排出部から排出された前記流動体を所定の形状に成形する成形部と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、混練機によって一定量以上の被混練物の流動体が攪拌部によって均一に混合された状態で排出部から連続的に排出される。排出部から排出された流動体は成形部に供給され、流動体が所定の形状に成形される。従って、混練部で一度に混練可能な一定量以上の流動体を要する成形品を製造することができる。
【００１３】
また、本発明の被混練物の流動体の製造方法は、被混練物を混練して被混練物の流動体にする混練工程と、該混練工程に続いて前記流動体を貯留可能なバッファー部に前記流動体を搬送する搬送工程と、前記バッファー部の内部で前記流動体を攪拌する攪拌工程と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、混練工程に続いて搬送工程によって流動体がバッファー部に貯留され、続いて攪拌工程によってバッファー部の内部の流動体が均一に攪拌され、さらに内部の気泡が除去される。このため、気泡が好適に除去された均質な流動体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の混練機によれば、混練部で混練された被混練物の流動体がバッファー部の内部に貯留され、攪拌部で攪拌されながら外部へ排出されるので、一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる。さらに、被混練物の粘度が高い場合にも、攪拌部によって被混練物の流動体がバッファー部内で攪拌されるので、好適に気泡の除去が行われる。
また、本発明の成形装置によれば、排出部から一定量以上の被混練物の流動体が連続的に排出されて成形部へと供給されるので、一定量以上の流動体を要する押出し成形品等の製品を製造することができる。
また、本発明の被混練物の流動体の製造方法によれば、攪拌工程によってバッファー部に搬送された流動体が均一に混合されるとともに流動体の内部の気泡が好適に除去されるので、均質な流動体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１実施形態の混練機を示す斜視図である。
【図２】同混練機を一部断面で示す斜視図である。
【図３】同混練機を一部断面で示す側面図である。
【図４】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図５】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図６】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す側面図である。
【図７】同混練機の使用時の動作を一部断面で示す斜視図である。
【図８】同混練機のバッファー部への被混練物の流動体の供給過程を示すグラフである。
【図９】同混練機の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の１実施形態の混練機、成形装置、及び被混練物の流動体の製造方法について図１から図９を参照して説明する。まず、図１から図３を参照して本実施形態の混練機の構成について詳述する。図１は、本実施形態の混練機を示す斜視図である。
混練機１は、一定量の被混練物Ｗを混練する混練部１０と、混練部１０によって混練された被混練物Ｗの流動体が貯留されるバッファー部２０と、流動体をバッファー部の外部に排出する排出部３０と、を備える。本実施形態では、被混練物Ｗは高分子材料と粉末材料とからなる２種類の材料で構成されている。
【００１７】
高分子材料の被混練物Ｗとしては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン（低密度・高密度・直鎖状低密度・超高分子量）、アイオノマー樹脂（例えばエチレン−メタクリル酸コポリマーアイオノマー樹脂等）、ポリプロピレン（ホモ・ランダム・ブロック・アタクチック・シンジオタクチック）、超高分子量ポリプロピレン、ポリブテン、４−メチルペンテン−１ポリマー、環状ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、ブタジエン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂など）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、酢酸セルロース、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート等）、ポリアミド系樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、及びその共重合体などを用いることができる。
【００１８】
また、粉末粒子の被混練物Ｗとしては、分子材料と複合化できる材料であれば特に限定されるものではなく、たとえば無機物では硫酸バリウム・炭酸カルシウムなどの金属無機塩、アルミナなどの金属酸化物、窒化ホウ素などの窒素化合物、粉末炭素・針状炭素、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの単一物もしくは複合物、有機物ではポリ４フッ化エチレン粉末・超高分子量粉末・ポリイミド粉末などを添加してもよい。無機物と有機物との複合粒子であっても構わない。また、上記無機粒子の添加量についても、高分子材料と複合化できる量であれば特に限定されるものではない。無機粒子の複合化に際して、使用する無機粒子は単独であっても、二種類以上の複合であっても良い。
【００１９】
また、被混練物Ｗにおいて樹脂混合物に分散させる成分として常用の各種添加成分、例えば、相溶化剤、結晶核剤、着色防止剤、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、熱安定剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤などの添加剤を用いても良い。
【００２０】
図２は、混練機１を一部破断して示す斜視図である。図１及び図２に示すように、混練部１０は、略円柱状の混練スクリュー１２と、混練スクリュー１２を回転させる混練スクリュー駆動部１４と、混練スクリュー１２を囲繞して混練スクリュー１２との間に被混練物Ｗを混練する混練空間Ｑ１を形成するとともに混練空間Ｑ１で混練された被混練物Ｗの流動体Ｗ１を排出する混練部排出口１１ｂが設けられた混練シリンダー部１１ａと、混練部排出口１１ｂを開閉する混練部開閉機構１８と、混練空間Ｑ１内で被混練物Ｗを循環させる循環流路１３と、を有する。
【００２１】
本実施形態の混練シリンダー部１１ａは、混練部本体１１の内部に円柱状の穴部として水平方向に延びて形成されている。また、混練スクリュー１２は外周部に螺旋状のスクリュー１２ａが形成され、混練シリンダー部１１ａの内部に混練シリンダー部１１ａと同軸に配置されている。これにより、混練スクリュー１２は混練空間Ｑ１内で混練部排出口１１ｂの方向に被混練物Ｗを搬送できるようになっている。
また、混練部排出口１１ｂは、混練シリンダー部１１ａの軸線方向に沿って形成されている（図３参照）。
また、本実施形態の循環流路１３は、混練スクリュー１２の内部に形成されている。すなわち、循環流路１３は、混練スクリュー１２の先端側である混練部排出口１１ｂ側の端部に形成された先端側開口１３ａから混練スクリュー１２の基端側において混練スクリュー１２の外周面に形成された基端側開口１３ｂまで延びて設けられている。基端側開口１３ｂは、混練スクリュー１２の径方向に対向する外周面の二箇所に開口されている。
【００２２】
混練スクリュー駆動部１４は、混練スクリュー１２の基端側で混練部本体１１の外面に取付けられ、混練スクリュー１２を例えば２段階に速度を変えて回転させることが可能になっている。
【００２３】
図３は、混練機１を一部断面で示す側面図である。図３に示すように、混練部開閉機構１８は、混練部排出口１１ｂの軸線に直交する方向に進退動作して流路を塞ぐことが可能な板状の混練シャッター１８ａと、混練シャッター１８ａを進退動作させる混練シャッター開閉部１８ｂと、を有する。
【００２４】
混練部本体１１には、上面から鉛直下方に延びて混練シリンダー部１１ａの内部に連通する材料投入口１５ａが形成され、この材料投入口１５ａには被混練物Ｗ（図１参照）を貯留し材料投入口１５ａに供給するホッパー１５が取付けられている。
また、図３に示すように、混練部１０とバッファー部２０との間には、互いに噛み合う一対のギア４２、４３を有し流動体Ｗ１をバッファー部２０へ搬送するギアポンプ４０が介在されている。ギア４２、４３は図示しないポンプモーターによってケース４１の内部で回転動作し、これによりギア４２、４３とケース４１との間に生じる空間に沿って流動体Ｗ１をバッファー部２０側へ搬送することができる。
【００２５】
バッファー部２０には、混練部排出口１１ｂに連通するバッファー部開口２４が形成されており、これに連通して被混練物の流動体Ｗ１が貯留されるバッファー空間Ｑ２が形成されている。バッファー空間Ｑ２は、円柱状の孔部が二つ隣接する形状で、径方向断面視で繭型の輪郭を有するように形成されている。バッファー空間Ｑ２は、排出部３０のカバー３４（図１参照）によって密閉された空間になっている。
【００２６】
バッファー空間Ｑ２の容積は、混練空間Ｑ１の容積よりも大きいことが好ましく、例えばバッファー空間Ｑ２の容積は混練空間Ｑ１の容積の４〜５倍程度に設定されていてもよい。これは、混練部１０において被混練物Ｗを混練している最中にバッファー部２０から流動体Ｗ１を途切れることなく排出させるためであるとともに、バッファー部２０から流動体Ｗ１が完全に排出される前に混練部１０で混練された後続の流動体Ｗ１の全量をバッファー空間Ｑ２に充填可能にするためである。
【００２７】
また、バッファー部２０には、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１を攪拌する攪拌部２５が設けられている。攪拌部２５は、バッファー空間Ｑ２に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸２１と、攪拌軸２１を中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部２３（図２参照）と、攪拌軸２１に固定されたプロペラ部２２と、を有する。
【００２８】
本実施形態では、バッファー部２０は攪拌部２５を複数備える。すなわち、攪拌軸２１はバッファー空間Ｑ２における上記の孔部のそれぞれにおいて、孔部のそれぞれの中心線に沿って一本ずつ配置され、それぞれの攪拌軸２１に対してプロペラ部２２が固定されている。
【００２９】
図２に戻って、攪拌軸２１はバッファー部２０の壁部に形成された貫通孔２０ａに回転自在に挿通され、バッファー部２０の外部に突出されている。バッファー部２０の外部に突出された攪拌軸の端部は攪拌軸駆動部２３に連結されている。攪拌軸駆動部２３の詳細は図示していないが、攪拌軸駆動部２３は、回転動作可能なモーター等の動力源と、動力源の動力を減速あるいは加速して攪拌軸に伝達するギア等の動力伝達手段とを好適に組み合わせて構成することができる。
【００３０】
図３に示すように、プロペラ部２２は、二つの長尺なブレード２２ａが直交して組み合わされている。ブレード２２ａの長手方向の長さは、バッファー空間Ｑ２の内壁に接触しないように適宜のクリアランスを有し、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１が少量であってもプロペラ部２２が流動体Ｗ１に接触可能な長さに設定されている。
【００３１】
バッファー部２０は、バッファー空間Ｑ２の内部を減圧するための減圧機構２７を有する。本実施形態では、減圧機構２７はバッファー空間Ｑ２の上部からバッファー部２０の外面に連通する大気流路２６を通じてバッファー空間Ｑ２の内部の大気を吸引する吸引ポンプである。
【００３２】
図１及び図２に示すように、排出部３０は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２を密閉するカバー３４と、カバー３４から突出し、バッファー空間Ｑ２に連通する排出流路が形成された排出パイプ３１と、排出パイプ３１の内部で回転自在に配置された排出スクリュー３３と、排出スクリュー３３を軸回りに回転動作させる排出スクリュー駆動部３２とを備える。
排出スクリュー３３は、一端がバッファー空間Ｑ２の内部に挿入されており、バッファー部２０の内部の後端面２０ｂまで延びている。また、排出スクリュー３３はバッファー空間Ｑ２の内部にある流動体Ｗ１に接触可能である。また、排出パイプ３１はバッファー部２０の外部に排出部開口３１ａを有し、流動体Ｗ１をバッファー部２０の外部に排出するための排出口になっている。
【００３３】
排出部開口３１ａは、流動体Ｗ１を所定の形状に形成する図示しない成形部に接続可能であり、公知の押出し成形機等の成形部を適宜採用して接続できるようになっている。混練機１と成形部とを組み合わせることによって被混練物Ｗの流動体Ｗ１から押出し成形品を成形する成形装置を構成することができる。
【００３４】
以上に説明する構成の、本実施形態の混練機及び成形装置の使用時の動作、及び被混練物の流動体の製造方法について、図４から図８を参照しながら説明を行う。
図４は、混練機１の使用時の動作を示す側面図である。混練機１は、初期状態では混練シャッター１８ａによって混練部排出口１１ｂは閉鎖されており、混練空間Ｑ１は材料投入口１５ａが外部に開口されている。
【００３５】
使用者は混練スクリュー駆動部１４を駆動して混練スクリュー１２を軸回りに回転させる。このとき、混練スクリューの２段階の回転速度のうち速い方の第２の回転速度で回転させる。そして、ホッパー１５に貯留された被混練物Ｗのうち一度に混練部１０で混練される一定量を、材料投入口１５ａを通して混練シリンダー部１１ａの内部に投入する。
【００３６】
すると、図４に示すように、混練シリンダー部１１ａ内に投入された被混練物Ｗは、混練スクリュー１２のスクリュー１２ａの回転により混練空間Ｑ１を通って混練スクリュー１２の先端側へ移動されてゆく。
この間、被混練物Ｗは混練空間Ｑ１において混練スクリュー１２から剪断力を受けて発熱、溶融し、被混練物Ｗが流動体Ｗ１となって混練されてゆく。そして、混練スクリュー１２の先端に到達した流動体Ｗ１は、混練スクリュー１２と混練シリンダー部１１ａとの間で大きな剪断力を受けつつ先端側開口１３ａ（図２参照）から循環流路１３（図２参照）に流入し、基端側開口１３ｂ（図２参照）から再び混練スクリュー１２の外周面へと排出されて混練空間Ｑ１内を通じて混練スクリュー１２の先端側に押出される。こうして、一定量の被混練物Ｗは流動体Ｗ１として、混練空間Ｑ１及び循環流路１３内を循環しながら繰返し混練されてゆく（混練工程Ｓ１）。
【００３７】
このようにして、被混練物Ｗが一定時間混練されて一回目の混練が終了すると、図５に示すように、混練部開閉機構１８によって混練シャッター１８ａが開放されて混練部排出口１１ｂから流動体Ｗ１が排出される。このとき、混練スクリュー駆動部１４は、上述の第２の回転速度よりも低速な第１の回転速度で混練スクリュー１２を回転させ、混練空間にある流動体Ｗ１が順次混練部排出口１１ｂへと搬送される。混練部排出口１１ｂに搬送された流動体Ｗ１はギアポンプ４０によってバッファー部２０側へと搬送され、流動体Ｗ１はバッファー部２０のバッファー空間Ｑ２に充填される（搬送工程Ｓ２）。
【００３８】
図６に示すように、バッファー部２０において攪拌軸２１が軸回りに回転されており、攪拌軸２１に固定されたプロペラ部２２が流動体Ｗ１を攪拌する（攪拌工程Ｓ３）。これにより、流動体Ｗ１はバッファー部開口２４近傍からバッファー空間Ｑ２の全体に均等に押し広げられる。
【００３９】
混練空間Ｑ１において混練された流動体Ｗ１がすべてバッファー部２０へと搬送されたら、ギアポンプ４０を停止させ、さらに混練部開閉機構１８を動作させて混練シャッター１８ａによって混練部排出口１１ｂを閉鎖させ、上述と同様に被混練物Ｗを混練空間Ｑ１及び循環流路１３内で混練して後続の流動体Ｗ１を製造する。
【００４０】
バッファー部２０では、攪拌部２５のプロペラ部２２によって流動体Ｗ１が攪拌され、必要に応じて減圧機構２７が駆動されてバッファー空間Ｑ２の内部の大気がバッファー部２０の外部に排出される。これにより、攪拌によって流動体Ｗ１の内部から表面に移動された気泡が流動体Ｗ１の表面で崩壊し、流動体Ｗ１の内部の気泡が除去される。
混練部１０における混練工程Ｓ１は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２に所定量の流動体Ｗ１が貯留されるまで繰り返され、その間、バッファー部２０に貯留された流動体Ｗ１は攪拌工程Ｓ３が継続されている。
【００４１】
バッファー部２０に所定量の流動体Ｗ１が貯留されたら、排出スクリュー駆動部３２が駆動され、排出スクリュー３３が軸回りに回転動作される。すると、図７に示すように、バッファー空間Ｑ２の内部で攪拌されていた流動体Ｗ１は排出スクリュー３３と排出パイプ３１とによって生じる空間へと押圧移動され、排出部開口３１ａから押出される。
排出部開口３１ａから押出された流動体Ｗ１は、上述した成形部等によって所定の形状に成形され、押出し成形品となる。
【００４２】
以下では、混練部１０からバッファー部２０への流動体Ｗ１の搬送と、バッファー部２０からの流動体Ｗ１の排出の関係について図８を参照して説明する。図８は、バッファー部２０のバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量を経時的に示すグラフである。縦軸には流動体Ｗ１の量を示し、横軸には時間を示している。
【００４３】
図８に示すように、初期状態（時間Ｔ０）では、バッファー空間Ｑ２に貯留される流動体の残量はＶ０（まったく貯留されていない）である。時間Ｔ０から時間Ｔ１の間では、混練部１０において一回目の混練工程Ｓ１が行われている。
時間Ｔ１から時間Ｔ２の間では搬送工程Ｓ２が行われ、バッファー部２０へ流動体Ｗ１が搬送される。このとき、バッファー空間Ｑ２の内部では流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ０から残量Ｖ２まで増加する。残量Ｖ２はバッファー空間Ｑ２の容積以下の量であり、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ２を超えた後に排出部３０の動作が開始される。なお、一回の混練工程で残量Ｖ０からＶ２まで増加させるだけの混練ができない場合には混練工程Ｓ１と搬送工程Ｓ２とを繰り返して流動体Ｗ１を製造する。
【００４４】
排出部３０では、時間Ｔ２以降は連続的に排出スクリュー３３が動作され、排出スクリュー３３の動作によって流動体Ｗ１が連続的に排出されている。このとき、混練部１０においては時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間に後続の被混練物Ｗを混練する混練工程Ｓ１が行われている。
時間Ｔ３では、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の残量は残量Ｖ１になっている。残量Ｖ１は、バッファー空間Ｑ２から排出部３０へと流動体Ｗ１を搬送する際に流動体Ｗ１が途切れずに供給できる量として設定されている。流動体Ｗ１の残量が残量Ｖ１を下回った際には、混練部１０で二回目に混練された被混練物Ｗの流動体（便宜的に「後続の流動体Ｗ２」と称する）が上述と同様に搬送工程Ｓ２によってバッファー部２０へと搬送され、攪拌工程Ｓ３によって攪拌される。
【００４５】
このとき、攪拌工程Ｓ３によって、先行して製造された流動体Ｗ１と後続の流動体Ｗ２とが攪拌部２５によって攪拌され、均質な混合物となる。このように、流動体Ｗ１と後続の流動体Ｗ２が均一に混合され、バッファー空間Ｑ２における残量は再び残量Ｖ２まで増加する。
このように、時間Ｔ２以降はバッファー空間Ｑ２には少なくとも残量Ｖ１以上の流動体Ｗ１が残っているので、排出部３０が連続的に駆動されてもバッファー部２０の内部の流動体Ｗ１が枯渇することが抑制されている。従って、排出部３０から一定量以上の流動体を排出することができ、一定量以上の流動体を要する成形品を成形することができる。
【００４６】
上述したように、本実施形態の混練機、成形装置、被混練物の流動体の製造方法によれば、混練部排出口１１ｂからバッファー部２０へと排出された流動体Ｗ１は、攪拌部２５によって攪拌され、バッファー空間Ｑ２に均等に押し広げられる。従って、混練部において一度に混練される一定量以上の被混練物を排出することができる。
【００４７】
また、排出部から一定量以上の被混練物の流動体が連続的に排出されて成形部へと供給されるので、一定量以上の流動体を要する押出し成形品等の製品を製造することができる。
さらに、攪拌部２５に設けられたプロペラ部２２によって流動体Ｗ１の内部に残留する気泡を流動体Ｗ１の表面まで移動させることができるので、被混練物の粘度が高い場合にも、攪拌部によって被混練物の流動体がバッファー部内で攪拌されるので、好適に気泡の除去が行われ、均質な流動体を製造することができる。これにより、流動体を用いて押出し成形品を製造した際の寸法精度を向上させることができる。
【００４８】
また、バッファー部２０に減圧機構２７が設けられているので、バッファー部２０の内部において流動体Ｗ１の表面にある気泡の消失を促進することができ、気泡の除去を迅速に行うことができる。
【００４９】
以下では、本実施形態の混練機１の変形例について図９を参照して説明する。図９は混練機１におけるバッファー部２０を示す断面図である。
図９に示すように、本変形例では、プロペラ部２２に代えて、一つの攪拌軸２１に対して複数のプロペラ部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅが設けられている。また、排出部３０の排出スクリュー３３に代えて、排出スクリュー２３３が設けられている。排出スクリュー２３３は、バッファー空間Ｑ２への挿入深さが排出スクリュー３３よりも浅く設定されている。
このような構成であってもプロペラ部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２２ｅによってバッファー部２０の内部で流動体Ｗ１を攪拌し、排出スクリュー２３３によって流動体Ｗ１を排出することができる。このとき、攪拌軸一つあたり複数のプロペラ部を設けたことでバッファー空間Ｑ２の異なる箇所で同時に攪拌が行われ、攪拌工程に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態ではプロペラ部２２のブレード２２ａの形状は長尺な形状としたが、ブレード２２ａがねじりや折り曲げ等の形状を有し、プロペラ部２２の回転によって流動体Ｗ１を攪拌軸２１の軸線方向に押圧移動可能な構成とすることもできる。この場合、バッファー空間Ｑ２の内部で所定の位置に流動体Ｗ１を移動させることができ、排出スクリュー３３のバッファー空間Ｑ２への挿入深さが浅い場合でも、攪拌された流動体Ｗ１を好適に排出部まで搬送することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 混練機
１０ 混練部
１１ａ 混練シリンダー部
１２ 混練スクリュー
１３ 循環流路
１４ 混練スクリュー駆動部
１８ 混練部開閉機構
２０ バッファー部
２１ 攪拌軸
２２ プロペラ部
２３ 攪拌軸駆動部
２５ 攪拌部
２７ 減圧機構
３０ 排出部
４０ ギアポンプ
Ｓ１ 混練工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｓ３ 攪拌工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被混練物を混練する混練部と、
該混練部によって混練された被混練物の流動体が貯留されるバッファー部と、
前記流動体を前記バッファー部の外部に排出する排出部と、
を備えてなり、
前記混練部は、
軸状の混練スクリューと、
該混練スクリューを軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部と、
前記混練スクリューを囲繞して該混練スクリューとの間に前記被混練物を混練する混練空間を形成するとともに該混練空間で混練された前記被混練物の流動体を排出する混練部排出口が設けられた混練シリンダー部と、
前記混練部排出口を開閉する混練部開閉機構と、
前記混練空間内で前記被混練物を循環させる循環流路と、
を有し、
前記バッファー部は、
前記流動体を攪拌する攪拌部を有することを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記攪拌部は、
前記バッファー部の内部に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸と、
該攪拌軸を前記中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部と、
前記攪拌軸に固定されたプロペラ部と、
を有する請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記バッファー部は、前記攪拌部を複数備える請求項１または２に記載の混練機。
【請求項４】
前記混練部と前記バッファー部との間に、
互いに噛み合う一対のギアを有し前記流動体を前記バッファー部へ搬送するギアポンプが介在されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の混練機。
【請求項５】
前記バッファー部は、その内部を減圧するための減圧機構を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の混練機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の混練機と、
該混練機によって混練され前記排出部から排出された前記流動体を所定の形状に成形する成形部と、
を備えることを特徴とする成形装置。
【請求項７】
被混練物を混練して被混練物の流動体にする混練工程と、
該混練工程に続いて前記流動体を貯留可能なバッファー部に前記流動体を搬送する搬送工程と、
前記バッファー部の内部で前記流動体を攪拌する攪拌工程と、
を備える被混練物の流動体の製造方法。
【請求項１】
被混練物を混練する混練部と、
該混練部によって混練された被混練物の流動体が貯留されるバッファー部と、
前記流動体を前記バッファー部の外部に排出する排出部と、
を備えてなり、
前記混練部は、
軸状の混練スクリューと、
該混練スクリューを軸回りに回転させる混練スクリュー駆動部と、
前記混練スクリューを囲繞して該混練スクリューとの間に前記被混練物を混練する混練空間を形成するとともに該混練空間で混練された前記被混練物の流動体を排出する混練部排出口が設けられた混練シリンダー部と、
前記混練部排出口を開閉する混練部開閉機構と、
前記混練空間内で前記被混練物を循環させる循環流路と、
を有し、
前記バッファー部は、
前記流動体を攪拌する攪拌部を有することを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記攪拌部は、
前記バッファー部の内部に中心軸線回りに回転自在に配置された攪拌軸と、
該攪拌軸を前記中心軸線回りに回転動作させる攪拌軸駆動部と、
前記攪拌軸に固定されたプロペラ部と、
を有する請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記バッファー部は、前記攪拌部を複数備える請求項１または２に記載の混練機。
【請求項４】
前記混練部と前記バッファー部との間に、
互いに噛み合う一対のギアを有し前記流動体を前記バッファー部へ搬送するギアポンプが介在されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の混練機。
【請求項５】
前記バッファー部は、その内部を減圧するための減圧機構を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の混練機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の混練機と、
該混練機によって混練され前記排出部から排出された前記流動体を所定の形状に成形する成形部と、
を備えることを特徴とする成形装置。
【請求項７】
被混練物を混練して被混練物の流動体にする混練工程と、
該混練工程に続いて前記流動体を貯留可能なバッファー部に前記流動体を搬送する搬送工程と、
前記バッファー部の内部で前記流動体を攪拌する攪拌工程と、
を備える被混練物の流動体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０３４１（Ｐ２０１１−２０３４１Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７１０４（Ｐ２００９−１６７１０４）
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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