(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１原料が供給される第１原料供給口と、液状の第２原料が供給される第２原料供給口と、第１原料と第２原料とが混練されて溶融状態とされた混練材料がその内部より押し出される押出口とを有するバレルと、
バレル内部に配置され、第１原料と第２原料とを混練して溶融状態の混練材料を形成するスクリューシャフトと、
スクリューシャフトを一定の速度にて連続的に回転駆動させるスクリュー駆動装置と、
バレルの押出口と連通され、バレルの押出口より押し出された加圧状態の混練材料が装置外部へ押し出される押出口を有するダイ部と、
バレルの押出口とダイ部の押出口との間において、バレルの押出口より押し出される混練材料の一部を排出する第１のギアポンプと、
バレルの押出口における混練材料の圧力を一定に保つように、第１のギアポンプの回転駆動量を調節して、第１のギアポンプによる混練材料の排出量を調整する第１の排出量調整手段と、
バレルの押出口とダイ部との間に配置され、一定の速度にて連続的に駆動されて混練材料を昇圧して、昇圧された混練材料をダイ部内へ供給する昇圧ポンプと、
ダイ部内に供給される混練材料の一部をダイ部内より排出する第２のギアポンプと、
ダイ部の押出口における混練材料の圧力を一定に保つように、第２のギアポンプの回転駆動量を調節して、第２のギアポンプによる混練材料の排出量を調整する第２の排出量調整手段と、
を備え
バレルにおいて、液状の第２原料が供給される第２原料供給口は、第１原料が供給される第１原料供給口よりも下流側に設置されている、混練押出装置。
【請求項２】
バレルの押出口と連通されたダイ部が複数台、並列して備えられ、それぞれのダイ部に個別に対応するように複数の昇圧ポンプが備えられている、請求項１に記載の混練押出装置。
【請求項３】
バレル内部に複数のスクリューシャフトが配置され、スクリュー駆動装置によりそれぞれのスクリューシャフトが一定の速度にて連続的に回転駆動される、請求項１または２に記載の混練押出装置。
【請求項４】
ダイ部は、押出口より混練材料を押し出して直接押出成形を行う、請求項１〜３のいずれか１つに記載の混練押出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリューシャフトの回転により、複数種類の材料を混練して溶融状態の混練材料を形成し、形成された混練材料を押し出す混練押出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数種類の原料を混練して混練材料を形成するとともに押し出す混練押出装置として、例えば、図５に示すような混練押出装置５０１が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すように、従来の混練押出装置５０１は、例えば、単軸あるいは２軸構成のスクリューシャフト５１１と、スクリューシャフトが回転駆動可能にその内部空間に配置されたバレル５１２と、バレル５１２とスクリューシャフト５１１との間の空間に原料を供給する原料フィーダ５１３と、バレル５１２における混練材料の出口であるバレル押出口５１４と連通されて、バレル５１２より供給される混練材料を装置外部に押し出すダイ部押出口５１５を有するダイ部５１６と、バレル５１２とダイ部５１６との間に設置され、バレル押出口５１４より供給される混練材料を昇圧してダイ部５１６へ供給する昇圧ポンプ５１７とを備えている。
【０００４】
バレル５１２に設けられた原料供給口５２２にはホッパ５１８が接続されており、原料フィーダ５１３より供給される原料が、ホッパ５１８を通して、バレル５１２内に供給される。さらに、原料フィーダ５１３は、回転数制御可能な駆動モータ５１３ａを備えており、駆動モータ５１３ａの回転数を制御することにより、所望量の原料が原料フィーダ５１３からホッパ５１８を通してバレル５１２内に供給される。
【０００５】
バレル５１２内に配置されたスクリューシャフト５１１（単軸あるいは２軸）は、スクリュー駆動装置５１９に接続されている。スクリュー駆動装置５１９は、回転数制御可能な駆動モータ５１９ａを備えており、駆動モータ５１９ａの回転数を制御することにより、所望の回転数にてスクリューシャフト５１１が回転駆動される。
【０００６】
昇圧ポンプ５１７としては、例えばギアポンプが用いられ、一定の速度にてギアポンプが駆動されることにより、混練材料を昇圧しながらダイ部５１６に定量供給することができる。なお、昇圧ポンプ５１７とダイ部５１６との間には、メッシュ状のフィルタ５２０が設けられており、ダイ部５１６内への異物等の混入が抑制されている。
【０００７】
このような構成を有する従来の混練押出装置５０１では、バレル押出口５１４における混練材料の圧力を圧力検出部５２１にて検出し、検出された混練材料の圧力に基づいて、原料フィーダ５１３の駆動モータ５１３ａの回転数と、スクリュー駆動装置５１９の駆動モータ５１９ａの回転数とが制御され、バレル押出口５１４における混練材料の圧力を一定に保つ制御が行われている。このような制御は、一般的にフィードバック制御方式と呼ばれている。
【０００８】
具体的には、バレル押出口５１４にて、圧力検出部５２１にて、設定圧力よりも高い圧力が検出された場合には、原料フィーダ５１３の駆動モータ５１３ａの回転数を低減させて、原料フィーダ５１３からバレル５１２内に供給される原料の量を減少させる。それとともに、スクリュー駆動装置５１９の駆動モータ５１９ａの回転数を低減させて、バレル５１２のバレル押出口５１４から押し出される混練材料の量を減少させる。これにより、バレル押出口５１４における混練材料の圧力を低減させることができる。
【０００９】
一方、バレル押出口５１４にて、圧力検出部５２１にて、設定圧力よりも低い圧力が検出された場合には、原料フィーダ５１３からバレル５１２内に供給される原料の量を増加させるとともに、スクリュー駆動装置５１９の回転駆動量を増加させて、バレル押出口５１４から押し出される混練材料の量を増加させる。これにより、バレル押出口５１４における混練材料の圧力を増加させることができる。
【００１０】
このように従来の混練押出装置５０１では、バレル押出口５１４における混練材料の圧力を一定に保つようなフィードバック制御を行うことで、バレル押出口５１４から昇圧ポンプ５１７を通してダイ部５１６に供給される混練材料の量を一定に保つことができる。
【００１１】
このような従来の混練押出装置５０１では、例えば、スクリューシャフト５１１が単軸構成の場合には、コンパウンド済みのペレットを原料として混練材料を押し出して、チューブやフィルムなどに成形する２次加工の用途として用いられている。近年、スクリューシャフト５１１を２軸構成として用い、チューブやフィルムなどを直接成形する用途として用いられる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公平６−５５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図５に示す従来の混練押出装置５０１では、バレル押出口５１４での混練材料の圧力を一定に保つように、原料フィーダ５１３からの原料の供給量を可変制御するとともに、スクリューシャフト５１１の駆動回転数を可変制御してバレル５１２内での混練材料の押出量（搬送量）を可変制御するような制御方式が採用されている。
【００１４】
スクリューシャフト５１１の駆動回転数が変化すると、混練材料に対する剪断速度が変化し、混練材料の混練性に影響が生じる。また、バレル５１２内での混練材料の滞留時間が変化することになり、混練材料に対する熱履歴が変化し、混練材料の混練性に影響が生じる。さらに、２種類以上の原料を混合するような場合にあっては、原料の供給量が変化すると混練材料の混合比率に影響が生じ、特にスクリューシャフトが多軸構成になる程、この影響が顕著となる。
【００１５】
また、バレル５１２内に供給された原料が、混練材料としてバレル押出口５１４から押し出されるまでにはタイムラグ（例えば数十秒程度の時間差）が存在するため、バレル押出口５１４での混練材料の圧力に基づいて原料フィーダ５１３による原料の供給量を制御するような方式では、瞬時変化する圧力に追随させることは困難である。また、複数種類の原料を異なる供給位置にてバレル５１２内に供給するような場合には、圧力変化に追随させることはさらに難しくなる。また、原料供給量の変動に加えて、さらにスクリューシャフト５１１の駆動回転数を可変させれば、混練条件で重要なスクリュー剪断速度を変えることになり、混練材料の物性の変化を避けることはできない。
【００１６】
したがって、このような従来の混練押出装置５０１では、ダイ部５１６から押し出される押出材料の物性が安定せず、供給される原料の組み合わせや最終製品の形態などによっては、成形状態が安定せず、製品の品質に影響が生じるおそれがある。特に、押出量が比較的少ない小型の混練押出装置を用いて成形を行うような場合には、このような影響がより顕著に生じるおそれがある。また、混練押出装置から押し出された押出材料を用いて直接成形を行って、フィルムやチューブなどを成形するような場合にあっては、押出材料の混練性が直接的に成形体の条件に影響するため、成形体の状態が不安定となる。さらに、比重の異なる２種類以上の原料を混合する場合には、さらに混練性を安定させることが困難となる。
【００１７】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、スクリューシャフトの回転により、複数種類の材料を混練して溶融状態の混練材料を形成するとともに、形成された混練材料を押し出す混練押出装置において、混練材料の定量押出および混練性の安定化を両立して実現できる混練押出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１９】
本発明の第１態様によれば、第１原料と液状の第２原料とが供給される原料供給口と、第１原料と第２原料とが混練されて溶融状態とされた混練材料がその内部より押し出される押出口とを有するバレルと、バレル内部に配置され、第１原料と第２原料とを混練して溶融状態の混練材料を形成するスクリューシャフトと、スクリューシャフトを一定の速度にて連続的に回転駆動させるスクリュー駆動装置と、バレルの押出口と連通され、バレルの押出口より押し出された加圧状態の混練材料が装置外部へ押し出される押出口を有するダイ部と、バレルの押出口とダイ部の押出口との間において、バレルの押出口より押し出される混練材料の一部を排出する排出装置と、バレルの押出口における混練材料の圧力を一定に保つように、排出装置による混練材料の排出量を調整する排出量調整手段とを備える、混練押出装置を提供する。
【００２０】
本発明の第２態様によれば、バレルの押出口とダイ部との間に、混練材料を昇圧する昇圧ポンプが備えられ、昇圧ポンプは一定の速度にて連続的に駆動される、第１態様に記載の混練押出装置を提供する。
【００２１】
本発明の第３態様によれば、バレルの押出口と連通されたダイ部が複数台、並列して備えられ、それぞれのダイ部に個別に対応するように複数の昇圧ポンプが備えられている、第２態様に記載の混練押出装置を提供する。
【００２２】
本発明の第４態様によれば、昇圧ポンプとバレルの押出口との間より、混練材料の一部が排出されるように、排出装置が設置されている、第２態様または第３態様に記載の混練押出装置を提供する。
【００２３】
本発明の第５態様によれば、排出装置はギアポンプであり、排出量調整手段はギアポンプの回転駆動量の可変手段である、第１態様〜第４態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２４】
本発明の第６態様によれば、排出装置は制御弁であり、排出量調整手段は制御弁の開度調節手段である、第１態様〜第４態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２５】
本発明の第７態様によれば、排出装置は回転駆動されることで混練材料の一部を排出するスクリューを有し、排出量調整手段はスクリューの回転駆動量の可変手段である、第１態様〜第４態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２６】
本発明の第８態様によれば、ダイ部の押出口の圧力を一定に保つように、ダイ部内に供給される混練材料の一部を排出する排出装置が備えられている、第１態様〜第７態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２７】
本発明の第９態様によれば、バレル内部に複数のスクリューシャフトが配置され、スクリュー駆動装置によりそれぞれのスクリューシャフトが一定の速度にて連続的に回転駆動される、第１態様〜第８態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２８】
本発明の第１０態様によれば、バレルにおいて、第１原料が供給される第１原料供給口と、液状の第２原料が供給される第２原料供給口とが、互いに異なる位置に設置されている、第１態様〜第９態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００２９】
本発明の第１１態様によれば、ダイ部は、押出口より混練材料を押し出して直接押出成形を行う、第１態様〜第１０態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【００３０】
本発明の第１２態様によれば、原料供給口を通してバレル内部に第１原料および第２原料を一定の量かつ比率にて連続的に供給する原料供給装置が備えられている、第１態様〜第１１態様のいずれか１つに記載の混練押出装置を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数種類の原料を混練する混練押出装置において、バレルの押出口とダイ部の押出口との間において、バレルの押出口より押し出される混練材料の一部を排出する排出装置が備えられ、排出装置が、バレルの押出口における混練材料の圧力を一定に保つように、混練材料の排出量を調整する排出量調整手段を備えた構成が採用されている。そのため、原料の供給量およびスクリューシャフトの回転駆動量を一定に保ちながら、混練材料の定量供給を行うことができる。よって、混練材料の定量押出および混練性の安定化を両立して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる混練押出装置の模式図
【図２】本発明の第２実施形態にかかる混練押出装置の模式図
【図３】本発明の第３実施形態にかかる混練押出装置の模式図
【図４】本発明の第４実施形態にかかる混練押出装置の模式図
【図５】従来の混練押出装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる混練押出装置１の主要な構成を示す模式図を図１に示す。図１に示すように、混練押出装置１は、例えば単軸構成のスクリューシャフト１１と、スクリューシャフト１１が回転駆動可能にその内部空間に配置されたバレル１２と、バレル１２とスクリューシャフト１１との間の空間に原料を供給する原料供給装置と、バレル１２における混練材料の出口であるバレル押出口１４と連通されて、バレル１２より供給される混練材料を装置外部に押し出すダイ部１６と、バレル１２とダイ部１６との間に設置され、バレル押出口１４より押し出される混練材料を昇圧してダイ部１６へ供給する昇圧ポンプ１７とを備えている。
【００３５】
バレル１２には、第１原料が供給される第１原料供給口２２と、第２原料が供給される第２原料供給口２３とが設けられている。第１原料と第２原料とは互いに異なる種類の原料であり、例えば、第１原料は固体状（あるいは粉体状）の原料であり、第２原料は液体状の原料である。
【００３６】
原料供給装置としては、固体状の第１原料を供給する第１原料フィーダ２４と、液体状の第２原料を供給する第２原料フィーダ２５とが備えられている。バレル１２の第１原料供給口２２にはホッパ１８が接続されており、第１原料フィーダ２４からホッパ１８を通してバレル１２内に第１原料が供給される。第２原料フィーダ２５はバレル１２の第２原料供給口２３に接続されており、第２原料フィーダ２５から第２原料供給口２３を通してバレル１２内に第２原料が供給される。なお、第１原料フィーダ２４および第２原料フィーダ２５には、それぞれ駆動モータ２４ａ、２５ａが備えられており、それぞれの駆動モータ２４ａ、２５ａが一定の回転数にて駆動されることにより、第１原料フィーダ２４および第２原料フィーダ２５からバレル１２内に一定の供給量および混合比率にて第１原料および第２原料が供給される。
【００３７】
スクリューシャフト１１は回転駆動されることで、バレル１２内に供給された第１原料および第２原料を混練して溶融状態の混練材料を形成する機能を有しており、様々な条数のスクリューを適用することができる。また、スクリューシャフト１１は、スクリュー駆動装置１９に接続されている。スクリュー駆動装置１９は駆動モータ１９ａを備えており、駆動モータ１９ａが一定の回転数にて駆動されることにより、スクリューシャフト１１が一定の速度にて回転駆動される。
【００３８】
昇圧ポンプ１７としては、例えば定量供給性および昇圧機能に優れたギアポンプが用いられ、一定の速度にてギアポンプが駆動されることにより、混練材料を昇圧しながらダイ部１６に定量供給することができる。なお、昇圧ポンプ１７とダイ部１６との間には、例えばメッシュ状のフィルタ２０が設けられており、ダイ部１６内への異物等の混入が抑制される。
【００３９】
ダイ部１６内には昇圧ポンプ１７より昇圧された混練材料が供給され、供給された混練材料はダイ部１６の先端にて所定の形状に形成されたダイ部押出口１５より、混練押出装置１の外部に押し出される。ダイ部１６より押し出された混練材料を用いて、金型内に注入して射出成形を行う、あるいは直接的に押出成形を行う直接押出成形を行うことができる。
【００４０】
バレル押出口１４と昇圧ポンプ１７との間における管路には、管路を通して混練材料の一部を排出する排出ポンプ２６が備えられており、この排出ポンプ２６は、回転数を可変制御可能な駆動モータ２６ａを備えている。また、バレル押出口１４には、押し出される混練材料の圧力を検出する圧力検出部２７が設けられている。圧力検出部２７にて検出された混練材料の圧力が一定に保たれるように、排出ポンプ２６の駆動モータ２６ａの回転数の制御が行われ、バレル押出口１４から昇圧ポンプ１７に供給される混練材料の一部が排出ポンプ２６により排出されるとともに、その排出量の制御を行うことが可能となっている。
【００４１】
また、混練押出装置１には、このように圧力検出部２７にて検出された混練材料の圧力を、予め設定された設定圧力範囲と比較して、排出ポンプ２６の駆動モータ２６ａの回転数の制御を行う制御装置９が備えられている。具体的には、制御装置９は、圧力検出部２７にて検出された混練材料の圧力が、設定圧力範囲よりも高い場合には、駆動モータ２６ａの回転数を増大させて、排出ポンプ２６による混練材料の一部排出量を増加させる制御を行う。また、圧力検出部２７にて検出された混練材料の圧力が、設定圧力範囲よりも低い場合には、駆動モータ２６ａの回転数を減少させて、排出ポンプ２６による混練材料の一部排出量を減少させる制御を行う。なお、駆動モータ２６ａの回転数を低減させることにより、排出ポンプ２６の運転を停止させるような場合であっても良い。本第１実施形態では、このような排出ポンプ２６が排出装置の一例となっており、圧力検出部２７、駆動モータ２６ａおよび制御装置９が混練材料の排出量を調節する排出量調節手段の一例となっている。なお、排出ポンプ２６としては、回転数と排出量との相関性が比較的高い種類のポンプを適用することが望ましく、例えば、本第１実施形態ではギアポンプが採用されている。
【００４２】
次に、このような構成を有する本第１実施形態の混練押出装置１において、固体状の第１原料および液体状の第２原料を混練して溶融状態の混練材料を押し出す動作について、図１を用いて説明する。
【００４３】
まず、第１原料フィーダ２４からホッパ１８および第１原料供給口２２を通して、固体状の第１原料がバレル１２内に供給される。同様に、第２原料フィーダ２５から第２原料供給口２３を通して、液体状の第２原料がバレル１２内に供給される。この原料供給は、それぞれの駆動モータ２４ａ、２５ａが、一定の回転数にて連続的に駆動された状態で行われるため、第１原料および第２原料は、一定の供給量および一定の混合比率にてバレル１２内に連続的に供給される。なお、図１では、第１原料供給口２２と第２原料供給口２３とを異なる位置に設置した場合を例として示しているが、同じ位置に設置しても良い。
【００４４】
スクリュー駆動装置１９では、駆動モータ１９ａが一定の回転数にて回転駆動され、バレル１２の内部にて、スクリューシャフト１１が一定の回転数にて連続的駆動される。スクリューシャフト１１には、図示しないスクリューが設けられており、バレル１２の内面とスクリューとの間で、供給された第１原料および第２原料に対して、剪断作用が行われて、両原料の混練が行われる。それとともに、バレル１２では、図示しない加熱装置により原料の加熱が行われる。その結果、第１原料と第２原料とが、一定の混合比率にて混合されるとともに、溶融状態とされた混練材料が形成される。形成された混練材料は、スクリューシャフト１１の回転によりバレル内周面に沿ってバレル１２の先端側へと搬送され、バレル押出口１４を通して、一定量の混練材料が連続的に押し出される。
【００４５】
バレル押出口１４より押し出された混練材料は昇圧ポンプ１７に供給され、昇圧ポンプ１７にて所定の圧力に昇圧された混練材料が、フィルタ２０を通してダイ部１６に定量かつ連続的に供給される。
【００４６】
一方、バレル押出口１４より押し出される混練材料の圧力が圧力検出部２７にて検出されており、検出された圧力値が制御装置９に入力される。制御装置９では、混練材料の設定圧力範囲が予め設定されており、検出された圧力が設定圧力範囲を超過しているかどうかの判断が行われる。
【００４７】
検出された圧力が設定圧力範囲よりも低い場合には、制御装置９は、駆動モータ２６ａの回転数を減少させて、排出ポンプ２６による混練材料の排出量を低減させる。逆に、検出された圧力が設定圧力範囲よりも高い場合には、制御装置９は、駆動モータ２６ａの回転数を増加させて、排出ポンプ２６による混練材料の排出量を増加させる。このように制御することにより、バレル押出口１４における混練材料の圧力が設定圧力範囲内に保たれ、一定量の混練材料が連続的に昇圧ポンプ１７に供給される。なお、本第１実施形態の構成では、排出ポンプ２６にて排出された混練材料は、混練押出装置１に戻されることなく、例えば廃棄される。
【００４８】
昇圧ポンプ１７では、一定の圧力および量にて連続的に供給される混練材料をさらに昇圧して、フィルタ２０を通して、連続的にダイ部１６へと定量供給する。ダイ部１６では、供給された混練材料はダイ部押出口１５を通して、混練押出装置１の外部へと押し出される。押し出された混練材料（押出材料）を用いて、成形が行われることにより、成形品が製造される。
【００４９】
本第１実施形態の混練押出装置１によれば、スクリューシャフト１１が連続的に一定の速度にて回転駆動され、第１および第２原料フィーダ２４、２５により第１および第２原料が、一定の供給量および混合比率にて連続的に供給される。さらに、バレル押出口１４における混練材料の圧力を一定に保つために、混練材料の一部を排出ポンプ２６にて抜き出して装置外部に排出するような制御方式が採用されている。
【００５０】
そのため、混合する原料が一定の比率および量でかつ一定の剪断速度にて混練して、溶融状態の混練材料を形成することができる。また、バレル１２内における混練材料の滞留時間についても一定にすることができる。したがって、混練材料の定量供給を実現しながら、混練材料の混練性の安定化を実現することができる。
【００５１】
また、バレル押出口１４にて検出された圧力変化に応じて、バレル押出口１４の近傍から混練材料を排出する量を制御しているため、圧力変化の制御においてタイムラグを少なくすることができ、制御の応答性を良好にできる。
【００５２】
ここで、「混練性」とは、例えば多孔質（ポーラス）な成形体では、成形体の力学的性質（引張強さ、衝撃強さ、硬さなど）のほか、孔の均一性、孔数などの条件を含む混練材料の特性のことである。また、使用される原料と成形体の目的によって、混練性には、このような力学的性質などのほかに、導電性、難燃性、透過性、透明性、吸水性、耐候性などの機能的性質の条件を含む場合もある。
【００５３】
特に、比重差がある原料や流動性の異なる原料を混合する場合には、原料の供給量やスクリューシャフトの回転数を変化させると、バレルにおける原料の供給口が同一の場合であっても、バレル内への原料の充満量や内部滞留時間が変化して、混練材料の混練性を安定させることが困難となる。
【００５４】
本第１実施形態では、原料の供給量やスクリューシャフトの回転数を一定に保つ構成が採用されているため、原料の固液混合などのように比重差がある原料の混合などを行うような場合にあっても、原料の混合量および混合比率を一定に保ちながら、バレル１２内での混練状態を一定の状態に保つことができ、混練性を安定化することができる。
【００５５】
例えば、固体状の第１原料としてポリマー系原料を用い、液体状の第２原料としてオイル系原料を用いて、混練材料を形成し、成形品として、多孔質（ポーラス）な成形体などを直接成形するような用途に、本第１実施形態の混練押出装置を適用することができる。特に、多孔質な成形体の直接成形（直接押出成形）では、混練性として、成形体の力学的性質のほかに、形成される孔をより小さく均一に形成されることが求められ、さらに時間の経過とともにこれらの性質が変化することも許容されない、というように厳しい混練性の条件が求められる。したがって、成形体の混練性を連続的かつ均一に保つことが強く求められ、特に、昇圧ポンプに流入する時点で、混練材料は均一な混練性を有している必要がある。さらに、このような多孔質な成形体の成形では、液体状の第２原料の混合比率が５０％を超える場合が多いため、混練材料の混練状態の安定性および定量性が強く求められる。よって、このような多孔質な成形体の成形に対して、本第１実施形態の混練押出装置１を採用することが効果的である。
【００５６】
また、混練押出装置１において、例えば、ダイ部１６から押し出される材料の量を１００％とした場合に、第１および第２原料フィーダ２４、２５から相対的に１１０％の量の原料を供給して混練材料を形成し、排出ポンプ２６にて１０％の量の混練材料を排出するように運転することもできる。このように排出ポンプ２６にて、予めある程度の量を混練材料の排出を想定してポンプ仕様を選定することで、圧力検出に基づく排出ポンプ２６による排出量の制御性を良好にすることができ、バレル押出口１４における圧力の安定化制御を良好に行うことができる。なお、これらの材料の相対的な量は一例であり、第１および第２原料フィーダ２４、２５から１１０％以上の量の原料を供給しても良く、あるいは１１０％以下の量の原料を供給しても良い。
【００５７】
また、混練押出装置１において、例えば、ダイ部１６における押出量を少なくしたい場合には、排出ポンプ２６による排出量を増大させることにより、対応することができる。そのため、ダイ部からの押出量の等量を成形量として装置仕様を決定することなく、排出ポンプ２６による排出量を可変設定することで、ダイ部１６における押出量を所望の量に設定することが可能となる。したがって、成形量に応じて、大型装置から小型装置まで複数種類の装置を用意することなく、比較的大きな処理量の混練押出装置を用いて、少量の成形にも対応することができる。特に、従来の混練押出装置では対応することが困難であった、数グラム／ｈの超少量の直接成形についても、本第１実施形態の混練押出装置を小型化することで実現することができる。
【００５８】
また、仮に、本第１実施形態の混練押出装置１の比較例を考えた場合、バレル押出口における圧力を一定に保つために、アキュームレータに代表されるような圧力調節タンクを用いてタンク内の容積を可変させることで、バレル押出口における混練材料の圧力を一定に保つ方法が考えられる。しかしながら、混練材料は粉体状や液体状など様々な場合があり、さらに単一の流体でない場合も多く、圧力調節タンクを用いた方法では、タンク内部での滞留時間が異なり、粘度変化が生じることが考えられる。そのため、タンク内部から戻された混練材料の物性が、他の混練材料と相違して、定量供給状態に影響が生じる場合が想定され、混練材料の混練性の安定化および定量供給を両立することは困難である。
【００５９】
また、バレル押出口より押し出された混練材料の一部をバレル内部に戻すような構成を仮に採用した場合には、戻された混練材料の物性が変化するため、混練性の安定化を図ることが困難となる。
【００６０】
したがって、本第１実施形態の混練押出装置１のように連続成形を目的とした混練押出装置では、混練材料をバレル内に戻したり、圧力調節タンク内に一時的に貯蔵したりすることは、混練材料の混練性の安定化の観点から採用することができない。よって、本第１実施形態のように、混練材料の一部を排出装置にて排出する構成を採用して、混練材料の混練性の安定化および定量供給を両立することが効果的である。
【００６１】
（第２実施形態）
なお、本発明は上記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２実施形態にかかる混練押出装置１０１の主要な構成を示す模式図を図２に示す。なお、図２の混練押出装置１０１において、上記第１実施形態の混練押出装置１と同じ構成部分には、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
図２に示すように、本第２実施形態の混練押出装置１０１は、さらにダイ部１６においても混練材料の一部の排出する構成が追加的に採用された構成を有している点において、上記第１実施形態の構成とは異なる。以下、この異なる構成部分についてのみ説明する。
【００６３】
図２に示すように、ダイ部１６には、管路を介して排出ポンプ１２６が接続されている。排出ポンプ１２６は、回転数を可変制御可能な駆動モータ１２６ａを備えている。さらに、ダイ部１６内におけるダイ部押出口１５近傍の混練材料の圧力を検出する圧力検出部１２７が設けられている。
【００６４】
圧力検出部１２７により検出されたダイ部１６内における混練材料の圧力は、制御装置９に入力され、制御装置９にて、予め設定された設定圧力範囲に収まるように、駆動モータ１２６ａの回転数が制御されて、排出ポンプ１２６により混練材料の排出量が制御される。
【００６５】
このような制御を行うことにより、ダイ部１６における混練材料の圧力を一定に保つことができ、より安定した混練材料の押出を行うことができる。ダイ部１６にて混練材料の一部排出を行うような構成は、特に少量の成形に有効である。なお、図２に示すように、バレル押出口１４における混練材料の一部排出と、ダイ部１６における混練材料の一部排出とを共に行うような場合に代えて、ダイ部１６における混練材料の一部排出のみを行うような場合であっても良い。
【００６６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる混練押出装置２０１の主要な構成を示す模式図を図３に示す。なお、図３の混練押出装置２０１において、上記第１実施形態の混練押出装置１と同じ構成部分には、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
図３に示すように、本第３実施形態の混練押出装置２０１では、スクリューシャフト１１が２軸構成とされている点、原料供給装置としてさらに第３原料の供給装置が追加されている点、および昇圧ポンプ１７からダイ部１６への系統が複数系統化されている点において、上記第１実施形態の構成とは異なる。以下、この異なる構成部分についてのみ説明する。
【００６８】
図３に示すように、バレル２１２には、さらに第３原料供給口２２１が設けられており、第１および第２原料とは異なる種類の第３原料が、第３原料フィーダ２２６よりバレル２１２内に供給可能とされている。なお、第３原料フィーダ２２６は駆動モータ２２６ａを備えており、駆動モータ２２６ａは一定の回転数にて駆動されることにより、一定量の第３原料が、バレル２１２内に連続的に供給される。
【００６９】
また、バレル２１２内には、互いに噛み合い状態とされた２本のスクリューシャフト１１が配置されている。２本のスクリューシャフト１１は、スクリュー駆動装置１９により一定の回転速度にて回転駆動される。
【００７０】
さらに、バレル押出口１４に接続された管路が３つに分岐されており、分岐されたそれぞれの管路において、昇圧ポンプ１７、フィルタ２０、およびダイ部１６が設置されている。
【００７１】
このように本第３実施形態の混練押出装置２０１によれば、混合される原料の種類は、３種類以上であっても良く、また、スクリューシャフトについても、２軸あるいは３軸以上の多軸構成を適用することができる。
【００７２】
また、昇圧ポンプ１７およびダイ部１６についても、最終的な成形形態に応じて、複数の系統に分岐することも可能である。
【００７３】
したがって、混練押出装置２０１において、原料の種類、スクリューの軸構成、および最終的な成形形態など、様々な仕様に柔軟に対応しながら、混練材料の定量押出および混練性の安定化を両立することができる。
【００７４】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかる混練押出装置３０１の主要な構成を示す模式図を図４に示す。なお、図４の混練押出装置３０１において、上記第１実施形態および第３実施形態の混練押出装置１、２０１と同じ構成部分には、同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
図４に示すように、本第４実施形態にかかる混練押出装置３０１では、バレル押出口１４から押し出される混練材料の一部を排出する排出装置として、排出ポンプではなく、制御弁を用いている点において、上記第１実施形態および第３実施形態とは異なる構成を有している。以下、この異なる構成部分についてのみ説明する。
【００７６】
図４に示すように、混練押出装置３０１のバレル押出口１４とそれぞれの昇圧ポンプ１７とを接続する管路の途中には、混練材料の一部を排出するための管路を介して制御弁３２６が設けられている。制御弁３２６は外部信号が入力されることによりその開度が可変する機能を有しており、制御弁３２６の開度を変化させることにより、混練材料の排出量を制御することができる。
【００７７】
具体的には、バレル押出口１４における混練材料の圧力が、圧力検出部２７にて検出されて制御装置９に入力されると、制御装置９では、検出された圧力が設定圧力範囲内にあるかどうかを判断する。検出された圧力が設定圧力範囲よりも高い場合には、制御弁３２６の開度を増加させて、混練材料の排出量を増加させる。一方、検出された圧力が設定圧力範囲よりも低い場合には、制御弁３２６の開度を減少させて、混練材料の排出量を減少させる。
【００７８】
このように、混練材料の排出装置として、制御弁３２６を用いるような場合であっても、バレル押出口１４における混練材料の圧力を一定に保つことができ、混練材料の定量供給および混練性の安定化を両立することができる。
【００７９】
（変形例）
上述それぞれの実施形態における変形形態について、以下に説明する。
【００８０】
昇圧ポンプ１７が設置されている場合を例として説明したが、昇圧ポンプ１７が設置されていない構成を採用することもできる。
【００８１】
また、昇圧ポンプ１７の下流側にフィルタ２０が設置されている場合を例として説明したが、フィルタ２０を昇圧ポンプ１７の上流側に設置しても良く、また、フィルタ２０自体を設置しないような場合であっても良い。
【００８２】
ダイ部１６が１台のみ備えられている場合、３台備えられている場合のそれぞれについて説明したが、ダイ部１６の設置台数は、押出材料の成形形態や仕様などに応じて決定することができる。また、ダイ部１６を複数台設置する場合には、全て同じ大きさおよび仕様のダイ部１６を設置するような場合のみに限られず、異なる大きさあるいは仕様のダイ部１６を設置するような場合であっても良い。
【００８３】
また、ダイ部１６に個別に対応するように昇圧ポンプ１７を設置する場合を例として説明したが、ダイ部１６と昇圧ポンプ１７とは必ずしも個別に対応していないような構成を採用することもできる。
【００８４】
また、混練材料の一部を排出させる排出装置として、排出ポンプ２６や制御弁３２６を用いるような場合を例として説明したが、所望量の混練材料を可変的に排出させる機能を有する様々な装置を排出装置として適用できる。例えば、スクリューを用いて、スクリューの回転駆動量を可変制御できるスクリュー型の排出装置を採用することもできる。
【００８５】
また、排出装置において、さらにストランドダイス、冷却水槽、およびストランドカッタを設けて、排出される混練材料をペレット化して再利用するようにしても良い。
【００８６】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、固体状原料と液体状原料との混練を行って混練材料を押し出す混練押出成形に有用であり、特に、液体状原料の混合比率が高い場合においても、混練材料の定量供給および混練性の安定化を両立することができ、直接押出成形に適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  混練押出装置
９  制御装置
１１  スクリューシャフト
１２  バレル
１４  バレル押出口
１５  ダイ部押出口
１６  ダイ部
１７  昇圧ポンプ
１８  ホッパ
１９  スクリュー駆動装置
１９ａ  駆動モータ
２０  フィルタ
２２  第１原料供給口
２３  第２原料供給口
２４  第１原料フィーダ
２４ａ  駆動モータ
２５  第２原料フィーダ
２５ａ  駆動モータ
２６  排出ポンプ
２６ａ  駆動モータ
２７  圧力検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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