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、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とを有し、バッファー部２０は、流動体Ｗ１に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部５０を有する。
【解決手段】被混練物Ｗを混練する混練部１０と、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とを有し、バッファー部２０は、流動体Ｗ１に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部５０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。
【０００７】
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、前記流動体に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部を有することを特徴としている。
【０００８】
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、加圧部によって流動体にかかる圧力が一定になるように維持されているので、バッファー部の内部にある流動体の残量によらず流動体を排出部に送り出すことができる。このため、混練部からバッファー部へと断続的に継続して流動体を搬送する過程でも排出部から安定して流動体を排出させることができる。
【０００９】
また、本発明の混練機は、前記加圧部が、前記バッファー部の内部における前記流動体の圧力に応じて前記流動体にかける圧力を調整する圧力調整手段を有することが好ましい。
この場合、混練機によって混練された流動体をバッファー部へと搬送する際に生じるバッファー部内での圧力変動に追従してこの圧力変動を相殺するように圧力が調整される。その結果、排出部において流動体に対してかかる圧力が一定以上に保たれるので、排出部からの流動体の排出を安定して行うことができる。
【００１０】
また、本発明の混練機は、前記排出部が、前記バッファー部の鉛直下方に配置され互いに噛み合う一対のギアを有する第一のギアポンプを備えていることが好ましい。
この場合、排出部がバッファー部の鉛直下方にあることで、重力によって流動体を排出部へと移動させることができる。さらに、排出部において流動体を搬送する機構としてギアポンプが採用されているので、ギアの駆動に従って確実に流動体の搬送量を制御することができる。
【００１１】
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第二の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。さらに、加圧部によってバッファー部の内部の流動体が加圧された際にも第二のギアポンプが逆止弁として機能するため、流動体がバッファー部から混練部へ逆流することが抑制されている。
【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】
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加圧する加圧工程と、前記バッファー部から前記流動体を排出する排出工程と、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、続いて加圧工程によってバッファー部の内部の流動体が加圧されて排出部へと押圧移動される。このため、バッファー部に流動体を供給するタイミングによらず一定量以上の流動体を連続的に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、加圧部で加圧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、加圧部によって流動体にかかる圧力が一定になるように維持されているので、バッファー部の内部にある流動体の残量によらず流動体を排出部に送り出すことができ、このため、混練部からバッファー部へと断続的に継続して流動体を搬送する過程でも排出部から安定して流動体を排出させることができる。
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、加圧工程によってバッファー部の内部の流動体が加圧されて排出部へと押圧移動されるため、バッファー部に流動体を供給するタイミングによらず一定量以上の流動体を連続的に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】同混練機における圧力調整手段を示すブロック図である。
【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側面図である。
【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】同混練機におけるバッファー部の内圧の変化を示すグラフである。
【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。また、バッファー部２０には、詳細は後述する加圧部５０が固定されている。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へ搬送する第二のギアポンプ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、中心軸線が鉛直方向に向かう柱状の孔部として形成されている。本実施形態ではバッファー空間Ｑ２は円柱状の孔部として形成されている。
【００２６】
バッファー空間Ｑ２の最大容積は、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の最大容積は混練空間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、バッファー部には、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１を加圧する加圧部５０が設けられている。図２及び図３に示すように、加圧部５０は、バッファー空間Ｑ２の内壁面２０ｂに密着しながら摺動移動可能なピストン５１と、ピストン５１の中心からバッファー空間Ｑ２の軸線方向に延びるネジ部５２と、ネジ部５２をバッファー部筐体２１に対して回転させる回転駆動部５３とを備え、ネジ部５２は軸回りに回転するに従って中心軸線方向に進退動作可能である。ネジ部５２の進退動作と連動してピストン５１もバッファー空間Ｑ２の軸線方向に進退動作する。従って、バッファー空間Ｑ２の容積はピストン５１の位置によって変動する。
【００２８】
また、加圧部５０には、バッファー部２０の内部のバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力に応じて流動体Ｗ１にかける圧力を調整する圧力調整手段７０が設けられている。図４は圧力調整手段７０の構成を示すブロック図である。
圧力調整手段７０は、バッファー部２０の内壁面に配置されてバッファー空間Ｑ２における圧力を検知する圧力センサ７１を備え、圧力センサ７１によって検知された圧力の値に基づいて第二のギアポンプ４０と回転駆動部５３との動作を制御する制御信号を送信するものである。
【００２９】
排出部３０は、バッファー空間Ｑ２に連通する筒状に形成されており、バッファー部２０の鉛直下方に突出された排出パイプ３１を有する。さらに、排出部３０はバッファー部２０の鉛直下方に固定されたケース６１の内部に配置され互いに噛み合う一対のギア６２、６３を有する第一のギアポンプ６０を備えている。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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５から図９を参照しながら説明を行う。
図５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。
【００３２】
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。
【００３３】
すると、図５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）。
【００３４】
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６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）。
【００３５】
図６に示すように、バッファー部２０の内部に搬送された流動体Ｗ１は、重力に従ってバッファー空間Ｑ２の下から堆積してゆく。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。
【００３６】
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はバッファー空間Ｑ２に保持されている。
【００３７】
バッファー部２０に所定量の流動体Ｗ１が貯留されたら、加圧部５０において回転駆動部５３によってネジ部５２が回転動作され、ピストン５１が鉛直下方に摺動移動し、流動体Ｗ１を鉛直下方へと押圧する。このため、流動体Ｗ１にはピストン５１による一定の圧力が加えられている（加圧工程Ｓ３）。
【００３８】
加圧工程Ｓ３では、圧力調整手段７０は、圧力センサ７１からの圧力値に基づいて、流動体に好適な圧力がかかるように回転駆動部５３を制御して流動体Ｗ１にかかる圧力を所定圧力以上に維持するように調整している。なお、流動体Ｗ１に加えられる圧力の上限値は、バッファー部２０等の強度に応じた最大圧力を超えないように設定される。
続いて、第一のギアポンプ６０が駆動され、ギア６２、６３が軸回りに回転動作される。すると、図７に示すように、排出部３０の排出パイプ３１の排出部開口３１ａから流動体Ｗ１が排出される。（排出工程Ｓ４）
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。
【００３９】
以下では、混練部１０で混練可能な一定量以上の流動体Ｗ１を連続的に排出させる際の混練機１の動作について詳述する。
混練部１０で混練可能な一定量以上の流動体Ｗ１を排出させるためには、排出部３０から流動体Ｗ１を排出させる排出工程Ｓ４の間に断続的に搬送工程Ｓ２が介在する必要がある。このとき、混練部１０の混練部排出口１１ｂからバッファー部２０のバッファー部開口２４に至る流路が連通されているので、加圧部５０によって流動体Ｗ１にかかる圧力の一部が混練部１０側へかかる。従って、このとき排出部３０において流動体Ｗ１の圧力に変動が生じている。
【００４０】
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。
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。
【００４１】
排出部３０では、時間Ｔ２以降は連続的に第一のギアポンプ６０が動作され、第一のギアポンプ６０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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
また、図９は、排出工程Ｓ４の間に断続的に搬送工程Ｓ２が介在する際のバッファー空間Ｑ２内の圧力変動を模式的に示すグラフである。縦軸は圧力値を示しており、横軸は時間を示している。
図９において、Ｌ１は回転駆動部５３が動作されることによるピストン５１による加圧である。またＬ２は第二のギアポンプ４０が動作されることによる加圧である。なお、縦軸のＰ２は排出部３０から流動体Ｗ１を排出する際に好適な圧力値として設定された値である。
【００４４】
時間Ｔ１において一回目の混練工程Ｓ１が完了して搬送工程Ｓ２が開始されると、バッファー部２０の内部のバッファー空間Ｑ２には流動体Ｗ１が搬送され、第二のギアポンプ４０によって圧力Ｐ２を超える圧力Ｐ３までバッファー空間Ｑ２の流動体Ｗ１が加圧される。
【００４５】
時間Ｔ２において搬送工程Ｓ２が完了したら、第二のギアポンプ４０は停止され、これに変わって回転駆動部５３が駆動されてピストン５１による流動体Ｗ１の加圧が開始される。時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間では、ピストン５１によって流動体Ｗ１の圧力が圧力Ｐ２を超える圧力Ｐ３になるように調整されている。時間Ｔ２以降は排出部３０から流動体Ｗ１が連続的に排出されており、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力は漸次減少してゆくため、この減少を補償するようにピストン５１を漸次押し下げてゆく。
【００４６】
時間Ｔ３においてバッファー空間Ｑ２における流動体の残量がＶ１以下になった際には、混練空間Ｑ１からバッファー空間Ｑ２へ流動体Ｗ１を搬送するために混練空間Ｑ１とバッファー空間Ｑ２とが連通状態となるが、このとき、圧力調整手段７０は、ピストン５１による加圧を弱め、圧力Ｐ２付近を目標圧力とするように設定を変更する。同時に第二のギアポンプ４０を動作させて混練空間Ｑ１から後続の流動体Ｗ１を搬送させる。従って第二のギアポンプ４０による流動体Ｗ１の加圧によってバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力は圧力Ｐ２以上に上昇する。
【００４７】
時間Ｔ４において搬送工程Ｓ２が完了したら上述のように第二のギアポンプ４０による加圧から回転駆動部５３による加圧に切り替える。
【００４８】
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が残っており、さらに流動体Ｗ１の圧力が圧力Ｐ２を下回らないように調整されているので、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、かつ、流動体Ｗ１の残量が減少しても流動体Ｗ１の圧力は好適な圧力値を維持できる。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。
【００４９】
なお、図９に符号Ｌ２で示すように、第二のギアポンプ４０による加圧は、時間Ｔ２−Ｔ３間、時間Ｔ４−Ｔ５間においてもわずかに行われている。これは、第二のギアポンプ４０の内部において部品間の隙間から流動体Ｗ１が逆流する場合を想定した制御である。したがって、この逆流が無視できる程度であれば第二のギアポンプ４０を完全に停止して加圧をゼロにしても構わない。
【００５０】
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、加圧部５０によって加圧されながら排出部３０から排出される。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。
【００５１】
また、混練部１０からバッファー部２０に流動体Ｗ１を搬送する際、および排出部３０から流動体Ｗ１が排出される際の流動体Ｗ１の圧力変動を補償する圧力調整手段７０が備えられているので、流動体Ｗ１を断続的にバッファー部２０へ搬送しても、また排出部３０から流動体Ｗ１を排出しても、排出部３０において流動体Ｗ１にかかる圧力の変動を抑えることができる。これにより、押出し成形品の寸法精度を向上させることができる。
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。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
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
３０ 排出部
４０ 第二のギアポンプ
５０ 加圧部
６０ 第一のギアポンプ
７０ 圧力調整手段
Ｓ１ 混練工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｓ３ 加圧工程
Ｓ４ 排出工程
【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。
【０００７】
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、前記流動体に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部を有することを特徴としている。
【０００８】
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、加圧部によって流動体にかかる圧力が一定になるように維持されているので、バッファー部の内部にある流動体の残量によらず流動体を排出部に送り出すことができる。このため、混練部からバッファー部へと断続的に継続して流動体を搬送する過程でも排出部から安定して流動体を排出させることができる。
【０００９】
また、本発明の混練機は、前記加圧部が、前記バッファー部の内部における前記流動体の圧力に応じて前記流動体にかける圧力を調整する圧力調整手段を有することが好ましい。
この場合、混練機によって混練された流動体をバッファー部へと搬送する際に生じるバッファー部内での圧力変動に追従してこの圧力変動を相殺するように圧力が調整される。その結果、排出部において流動体に対してかかる圧力が一定以上に保たれるので、排出部からの流動体の排出を安定して行うことができる。
【００１０】
また、本発明の混練機は、前記排出部が、前記バッファー部の鉛直下方に配置され互いに噛み合う一対のギアを有する第一のギアポンプを備えていることが好ましい。
この場合、排出部がバッファー部の鉛直下方にあることで、重力によって流動体を排出部へと移動させることができる。さらに、排出部において流動体を搬送する機構としてギアポンプが採用されているので、ギアの駆動に従って確実に流動体の搬送量を制御することができる。
【００１１】
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第二の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。さらに、加圧部によってバッファー部の内部の流動体が加圧された際にも第二のギアポンプが逆止弁として機能するため、流動体がバッファー部から混練部へ逆流することが抑制されている。
【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】
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加圧する加圧工程と、前記バッファー部から前記流動体を排出する排出工程と、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、続いて加圧工程によってバッファー部の内部の流動体が加圧されて排出部へと押圧移動される。このため、バッファー部に流動体を供給するタイミングによらず一定量以上の流動体を連続的に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、加圧部で加圧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、加圧部によって流動体にかかる圧力が一定になるように維持されているので、バッファー部の内部にある流動体の残量によらず流動体を排出部に送り出すことができ、このため、混練部からバッファー部へと断続的に継続して流動体を搬送する過程でも排出部から安定して流動体を排出させることができる。
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、加圧工程によってバッファー部の内部の流動体が加圧されて排出部へと押圧移動されるため、バッファー部に流動体を供給するタイミングによらず一定量以上の流動体を連続的に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】同混練機における圧力調整手段を示すブロック図である。
【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側面図である。
【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】同混練機におけるバッファー部の内圧の変化を示すグラフである。
【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。また、バッファー部２０には、詳細は後述する加圧部５０が固定されている。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へ搬送する第二のギアポンプ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、中心軸線が鉛直方向に向かう柱状の孔部として形成されている。本実施形態ではバッファー空間Ｑ２は円柱状の孔部として形成されている。
【００２６】
バッファー空間Ｑ２の最大容積は、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の最大容積は混練空間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、バッファー部には、バッファー空間Ｑ２に貯留された流動体Ｗ１を加圧する加圧部５０が設けられている。図２及び図３に示すように、加圧部５０は、バッファー空間Ｑ２の内壁面２０ｂに密着しながら摺動移動可能なピストン５１と、ピストン５１の中心からバッファー空間Ｑ２の軸線方向に延びるネジ部５２と、ネジ部５２をバッファー部筐体２１に対して回転させる回転駆動部５３とを備え、ネジ部５２は軸回りに回転するに従って中心軸線方向に進退動作可能である。ネジ部５２の進退動作と連動してピストン５１もバッファー空間Ｑ２の軸線方向に進退動作する。従って、バッファー空間Ｑ２の容積はピストン５１の位置によって変動する。
【００２８】
また、加圧部５０には、バッファー部２０の内部のバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力に応じて流動体Ｗ１にかける圧力を調整する圧力調整手段７０が設けられている。図４は圧力調整手段７０の構成を示すブロック図である。
圧力調整手段７０は、バッファー部２０の内壁面に配置されてバッファー空間Ｑ２における圧力を検知する圧力センサ７１を備え、圧力センサ７１によって検知された圧力の値に基づいて第二のギアポンプ４０と回転駆動部５３との動作を制御する制御信号を送信するものである。
【００２９】
排出部３０は、バッファー空間Ｑ２に連通する筒状に形成されており、バッファー部２０の鉛直下方に突出された排出パイプ３１を有する。さらに、排出部３０はバッファー部２０の鉛直下方に固定されたケース６１の内部に配置され互いに噛み合う一対のギア６２、６３を有する第一のギアポンプ６０を備えている。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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５から図９を参照しながら説明を行う。
図５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。
【００３２】
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。
【００３３】
すると、図５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）。
【００３４】
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６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）。
【００３５】
図６に示すように、バッファー部２０の内部に搬送された流動体Ｗ１は、重力に従ってバッファー空間Ｑ２の下から堆積してゆく。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。
【００３６】
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はバッファー空間Ｑ２に保持されている。
【００３７】
バッファー部２０に所定量の流動体Ｗ１が貯留されたら、加圧部５０において回転駆動部５３によってネジ部５２が回転動作され、ピストン５１が鉛直下方に摺動移動し、流動体Ｗ１を鉛直下方へと押圧する。このため、流動体Ｗ１にはピストン５１による一定の圧力が加えられている（加圧工程Ｓ３）。
【００３８】
加圧工程Ｓ３では、圧力調整手段７０は、圧力センサ７１からの圧力値に基づいて、流動体に好適な圧力がかかるように回転駆動部５３を制御して流動体Ｗ１にかかる圧力を所定圧力以上に維持するように調整している。なお、流動体Ｗ１に加えられる圧力の上限値は、バッファー部２０等の強度に応じた最大圧力を超えないように設定される。
続いて、第一のギアポンプ６０が駆動され、ギア６２、６３が軸回りに回転動作される。すると、図７に示すように、排出部３０の排出パイプ３１の排出部開口３１ａから流動体Ｗ１が排出される。（排出工程Ｓ４）
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。
【００３９】
以下では、混練部１０で混練可能な一定量以上の流動体Ｗ１を連続的に排出させる際の混練機１の動作について詳述する。
混練部１０で混練可能な一定量以上の流動体Ｗ１を排出させるためには、排出部３０から流動体Ｗ１を排出させる排出工程Ｓ４の間に断続的に搬送工程Ｓ２が介在する必要がある。このとき、混練部１０の混練部排出口１１ｂからバッファー部２０のバッファー部開口２４に至る流路が連通されているので、加圧部５０によって流動体Ｗ１にかかる圧力の一部が混練部１０側へかかる。従って、このとき排出部３０において流動体Ｗ１の圧力に変動が生じている。
【００４０】
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。
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。
【００４１】
排出部３０では、時間Ｔ２以降は連続的に第一のギアポンプ６０が動作され、第一のギアポンプ６０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。
【００４２】
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、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。
【００４３】
また、図９は、排出工程Ｓ４の間に断続的に搬送工程Ｓ２が介在する際のバッファー空間Ｑ２内の圧力変動を模式的に示すグラフである。縦軸は圧力値を示しており、横軸は時間を示している。
図９において、Ｌ１は回転駆動部５３が動作されることによるピストン５１による加圧である。またＬ２は第二のギアポンプ４０が動作されることによる加圧である。なお、縦軸のＰ２は排出部３０から流動体Ｗ１を排出する際に好適な圧力値として設定された値である。
【００４４】
時間Ｔ１において一回目の混練工程Ｓ１が完了して搬送工程Ｓ２が開始されると、バッファー部２０の内部のバッファー空間Ｑ２には流動体Ｗ１が搬送され、第二のギアポンプ４０によって圧力Ｐ２を超える圧力Ｐ３までバッファー空間Ｑ２の流動体Ｗ１が加圧される。
【００４５】
時間Ｔ２において搬送工程Ｓ２が完了したら、第二のギアポンプ４０は停止され、これに変わって回転駆動部５３が駆動されてピストン５１による流動体Ｗ１の加圧が開始される。時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間では、ピストン５１によって流動体Ｗ１の圧力が圧力Ｐ２を超える圧力Ｐ３になるように調整されている。時間Ｔ２以降は排出部３０から流動体Ｗ１が連続的に排出されており、バッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力は漸次減少してゆくため、この減少を補償するようにピストン５１を漸次押し下げてゆく。
【００４６】
時間Ｔ３においてバッファー空間Ｑ２における流動体の残量がＶ１以下になった際には、混練空間Ｑ１からバッファー空間Ｑ２へ流動体Ｗ１を搬送するために混練空間Ｑ１とバッファー空間Ｑ２とが連通状態となるが、このとき、圧力調整手段７０は、ピストン５１による加圧を弱め、圧力Ｐ２付近を目標圧力とするように設定を変更する。同時に第二のギアポンプ４０を動作させて混練空間Ｑ１から後続の流動体Ｗ１を搬送させる。従って第二のギアポンプ４０による流動体Ｗ１の加圧によってバッファー空間Ｑ２における流動体Ｗ１の圧力は圧力Ｐ２以上に上昇する。
【００４７】
時間Ｔ４において搬送工程Ｓ２が完了したら上述のように第二のギアポンプ４０による加圧から回転駆動部５３による加圧に切り替える。
【００４８】
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が残っており、さらに流動体Ｗ１の圧力が圧力Ｐ２を下回らないように調整されているので、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、かつ、流動体Ｗ１の残量が減少しても流動体Ｗ１の圧力は好適な圧力値を維持できる。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。
【００４９】
なお、図９に符号Ｌ２で示すように、第二のギアポンプ４０による加圧は、時間Ｔ２−Ｔ３間、時間Ｔ４−Ｔ５間においてもわずかに行われている。これは、第二のギアポンプ４０の内部において部品間の隙間から流動体Ｗ１が逆流する場合を想定した制御である。したがって、この逆流が無視できる程度であれば第二のギアポンプ４０を完全に停止して加圧をゼロにしても構わない。
【００５０】
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、加圧部５０によって加圧されながら排出部３０から排出される。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。
【００５１】
また、混練部１０からバッファー部２０に流動体Ｗ１を搬送する際、および排出部３０から流動体Ｗ１が排出される際の流動体Ｗ１の圧力変動を補償する圧力調整手段７０が備えられているので、流動体Ｗ１を断続的にバッファー部２０へ搬送しても、また排出部３０から流動体Ｗ１を排出しても、排出部３０において流動体Ｗ１にかかる圧力の変動を抑えることができる。これにより、押出し成形品の寸法精度を向上させることができる。
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。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
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
３０ 排出部
４０ 第二のギアポンプ
５０ 加圧部
６０ 第一のギアポンプ
７０ 圧力調整手段
Ｓ１ 混練工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｓ３ 加圧工程
Ｓ４ 排出工程
【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、
前記流動体に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部を有することを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記加圧部は、
前記バッファー部の内部における前記流動体の圧力に応じて前記流動体にかける圧力を調整する圧力調整手段を有する請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記排出部は、前記バッファー部の鉛直下方に配置され互いに噛み合う一対のギアを有する第一のギアポンプを備えている請求項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第二の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】
請求項１〜４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６】
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加圧する加圧工程と、
前記バッファー部から前記流動体を排出する排出工程と、
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、
前記流動体に対して所定圧力以上の圧力を維持するように加圧する加圧部を有することを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記加圧部は、
前記バッファー部の内部における前記流動体の圧力に応じて前記流動体にかける圧力を調整する圧力調整手段を有する請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記排出部は、前記バッファー部の鉛直下方に配置され互いに噛み合う一対のギアを有する第一のギアポンプを備えている請求項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第二の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】
請求項１〜４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６】
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加圧する加圧工程と、
前記バッファー部から前記流動体を排出する排出工程と、
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２０１１−２０３４２（Ｐ２０１１−２０３４２Ａ）
【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２００９−１６７１０５（Ｐ２００９−１６７１０５）
【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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