(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料が押し出される押出孔を有するダイと、前記ダイにおける前記押出孔の開口を有する表面に対して略平行に張りわたされた線材を有し、前記線材を前記開口を横切らせることにより、押し出された成形材料を切断するための切断装置を備え、
前記ダイにおける前記押出孔の開口を有する表面は、前記開口を含む第１の領域と、前記第１の領域に隣接する領域であって、前記第１の領域に対して前記線材の進行方向前方に配置された第２の領域とを有し、
前記第２の領域における表面の高さが、前記第１の領域における表面の高さよりも低い、押出成形装置。
【請求項２】
前記第１の領域の表面積Ｓ１と前記第２の領域の表面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．９以下である、請求項１に記載の押出成形装置。
【請求項３】
前記第１の領域における表面の高さと前記第２の領域における表面の高さとの差が０．１ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の押出成形装置。
【請求項４】
前記ダイは、前記押出孔を複数有し、
前記ダイにおける前記押出孔の開口を有する表面において、前記線材の進行方向に沿って前記第１の領域と前記第２の領域とが交互に配置される、請求項１〜３のいずれかに記載の押出成形装置。
【請求項５】
前記複数の押出孔は同心円上に配置されており、
前記切断装置は、前記同心円の中心を回転軸として前記線材を回転させることにより、前記複数の押出孔から押し出された成形材料を切断する、請求項４に記載の押出成形装置。
【請求項６】
前記押出孔から押し出される成形材料は筒型形状を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の押出成形装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の押出成形装置を用いて、前記押出孔から押し出された成形材料を前記切断装置で切断する成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形装置およびこれを用いた成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒、触媒担体、吸着材、乾燥材、調湿材等は、たとえば直径１〜１０ｍｍ、長さ１〜２０ｍｍ程度の柱状または筒状等に成形され、充填器や反応器などに充填されて種々の化学反応プロセスなどに使用されている。このような触媒等の成形体を製造するために、従来から押出成形法が採用されている。押出成形法は、用途等に応じて調製された成形材料をダイから押し出し、押し出された成形材料を所定の長さに切断して成形体を製造する方法である。
【０００３】
特許文献１〜３には、成形品が連続的に押し出される押出孔を有するダイと、２点間に張りわたされた線材を有し、成形品の押出方向と直交する方向に回転または往復動して線材を押出孔の前面を横切らせ押出直後の成形品を切断する切断装置とを備える、連続的に押出成形品を製造することができる押出成形装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１３００７号公報
【特許文献２】特開２００２−６７０２０号公報
【特許文献３】特開２００２−７９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
押し出された成形材料を張りわたされた線材によって切断することにより成形体を製造する方法においては、線材が成形体の切断面端部に引っ掛かり、移動する線材に切断された成形体が追従し、成形体の切断面がダイ表面で引きずられ、その結果、成形体の切断面が変形したり、筒型成形体の場合には、中空部やその開口が閉塞する場合があった。このような閉塞部を有する筒型成形体を、たとえば反応器に充填して化学反応プロセスに適用すると、圧力損失の増加を招き、化学反応プロセスに支障をきたす。
【０００６】
そこで本発明は、切断面の変形、中空部やその開口の閉塞を生じさせることなく、成形体を製造できる押出成形装置およびこれを用いた成形体の製造方法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】
本発明は、成形材料が押し出される押出孔を有するダイと、該ダイにおける押出孔の開口を有する表面に対して略平行に張りわたされた線材を有し、該線材を、押出孔の開口を横切らせることにより、押し出された成形材料を切断するための切断装置を備える押出成形装置に関する。本発明の押出成形装置は、ダイにおける押出孔の開口を有する表面が、該開口を含む第１の領域と、該第１の領域に隣接する領域であって、第１の領域に対して線材の進行方向前方に配置された第２の領域とを有し、第２の領域における表面の高さが、第１の領域における表面の高さよりも低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の押出成形装置において、第１の領域の表面積Ｓ１と第２の領域の表面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、好ましくは０．９以下である。また、第１の領域における表面の高さと第２の領域における表面の高さとの差は、好ましくは０．１ｍｍ以上である。
【０００９】
本発明の押出成形装置において、ダイは押出孔を複数有していてもよい。この場合、前記第１の領域と前記第２の領域とは、ダイにおける押出孔の開口を有する表面において、線材の進行方向に沿って交互に配置される。
【００１０】
また、ダイが複数の押出孔を有する場合において、当該複数の押出孔は同心円上に配置され、かつ、切断装置は、該同心円の中心を回転軸として線材を回転させることにより、複数の押出孔から押し出された成形材料を切断する装置であることが好ましい。
【００１１】
押出孔から押し出される成形材料は筒型形状を有することが好ましい。すなわち、本発明の押出成形装置は、筒型形状の成形体を製造する装置として好適である。
【００１２】
また本発明は、上記押出成形装置を用いて、押出孔から押し出された成形材料を切断装置で切断する成形体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、切断面の変形、中空部やその開口の閉塞を生じさせることなく、成形体を連続的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の押出成形装置に用いられるダイにおける押出孔の開口を有する表面の一例を模式的に示す上面図である。
【図２】図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である押出成形装置を示す概略断面図である。
【図４】図３に示される押出成形装置が備えるダイを示す概略上面図である。
【図５】図４に示されるＶ−Ｖ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の押出成形装置は、成形材料が押し出される押出孔を有するダイと、該ダイにおける押出孔の開口を有する表面に対して略平行に張りわたされた線材を有し、該線材を、押出孔の開口を横切らせることにより、押し出された成形材料を切断するための切断装置とを備えるものであり、ダイにおける押出孔の開口を有する表面が、該開口を含む第１の領域と、該第１の領域に隣接する領域であって、第１の領域に対して線材の進行方向前方に配置された第２の領域とを有し、第２の領域における表面の高さが、第１の領域における表面の高さよりも低いことを特徴とする。以下、本発明の押出成形装置に用いられるダイの特徴について図面を参照して具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の押出成形装置に用いられるダイにおける押出孔の開口を有する表面の一例を模式的に示す上面図であり、図２は、図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図１は、ダイにおける押出孔の開口を有する側の表面（成形材料から押し出される側の表面であり、切断装置が備える線材が配置される側の表面である。以下、この表面をダイの「前面」ともいう。）の一部を上から見た図である。
【００１７】
図１および２に示されるダイ１００の前面は、成形材料が押し出される押出孔１０３の開口１０４を含む領域である第１の領域１０１と、第１の領域１０１に隣接する領域であって、ダイ１００の前面に対して略平行に張りわたされた、切断装置が備える線材１０５の成形材料切断時の進行方向に関し、第１の領域１０１に対して前方に配置された第２の領域１０２とを有する。より具体的には、第１の領域１０１と第２の領域１０２とは、ダイ１００の前面において、線材１０５の成形材料切断時の進行方向に沿って交互に配置されている。また、図２に示されるように、第２の領域１０２における表面の高さは、第１の領域１０１における表面の高さよりも低くなるように設定されている。すなわち、本発明の押出成形装置に用いられるダイは、押出孔の開口が存在する第１の領域の線材進行方向前方に、第１の領域に隣接して、開口が位置する表面の高さより低い表面高さを有する第２の領域を備えるものであり、さらに換言すれば、線材の進行方向に沿ってダイの前面に凸部と凹部とを連続して設け、該凸部に押出孔を配した（該凸部表面に押出孔の開口を配した）構造ともいえる。
【００１８】
上記のような構造を有するダイを備える本発明の押出成形装置によれば、押出孔１０３の開口１０４を横切ることにより、押出孔１０３から押し出された成形材料を切断した線材１０５は、すぐさまダイ前面と接触しない第２の領域１０２上を通過することになるため、移動する線材１０５に切断された成形体が追従し、成形体の切断面がダイ前面で引きずられることがなくなるか、もしくは引きずられる距離が極端に短くなるため、成形体の切断面の変形を効果的に抑制または防止することができる。特に、筒型成形体を製造する場合においては、切断面の変形により、中空部やその開口の閉塞が生じるおそれがあるが、本発明の押出成形装置によれば、このような閉塞を効果的に抑制または防止することができるため、極めて有利である。
【００１９】
以下、実施の形態を示して本発明をさらに詳細に説明する。図３〜５は、本発明の一実施形態である押出成形装置を示す概略図であり、図３は断面図、図４は用いられているダイの上面図（ダイ前面を上から見た図）、図５は図４に示されるＶ−Ｖ線における断面図である。
【００２０】
本実施形態の押出成形装置は、押出装置４００と、押出装置４００の前面に取り付けられ、成形材料が連続的に押し出される押出孔３０３を有するダイ３００と、ダイ３００の前面側にダイ３００に対向するように設置され、線材５０５を有する切断装置５００とを備える。また、押出装置４００の内部空間からダイ３００の押出孔の開口３０４まで延びるピン４０１が各押出孔内に設けられており、これにより、押出孔３０３から押し出された成形材料は中空の筒型形状となる。該成形材料を線材５０５により切断して得られる成形体６００もまた筒型形状である。
【００２１】
切断装置５００は、２つのガイドローラ５０１，５０１間に張りわたされた線材５０５を有している。線材５０５は、ダイ３００の前面（押出孔の開口３０４が位置する表面）に対して略平行に、かつ、ダイ３００前面における押出孔の開口３０４が位置する表面に接触可能な位置に張りわたされている。また、切断装置５００は、成形材料の押出方向に対して平行に配置された回転軸５０２と、この回転軸５０２に直交して一体に取り付けられた円板形の取付け板５０３と、回転軸５０２を回転させるモーター５０４とを備えており、この取付け板５０３に２つのガイドローラ５０１，５０１が備え付けられている。すなわち、切断装置５００は、回転軸５０２をモーター５０４にて回転させることにより、取付け板５０３および線材５０５を成形材料の押出方向に直交する面内（ダイ３００の前面に平行な面内）で回転させ、押出孔の開口３０４が位置する表面（後述する凸部３１０の頂面）に接触しながら開口３０４を横切って、各押出孔３０３から押し出された成形材料を連続的に切断できるように構成されている。
【００２２】
図４および５に示されるように、ダイ３００は円板形状を有しており、その前面には、押出孔３０３の開口３０４を含む領域である第１の領域３０１と、第１の領域３０１の線材５０５進行方向前方であって、第１の領域３０１に隣接して設けられた、開口３０４が位置する表面の高さより低い表面高さを有する第２の領域３０２とが同心円上に交互に配置されている。すなわち、第１の領域３０１において、ダイ３００前面は凸部３１０から構成されており、凸部３１０の頂面に押出孔３０３の開口３０４が位置している。一方、第２の領域３０２は、凸部３１０，３１０間に形成された凹部３２０から構成されており、その底面は、凸部３１０の頂面より低い位置にある。第１の領域３０１および第２の領域３０２が配置される同心円の中心は、切断装置５００の回転軸５０２と同軸上にあり、したがって、線材５０５の進行方向に沿って、第１の領域３０１と第２の領域３０２とが交互に配置されている。
【００２３】
切断装置５００の回転軸５０２を回転させて線材５０５を回転させることにより、線材５０５がそれぞれの凸部３１０の頂面（したがって、開口３０４）を接触しながら順次通過して、それぞれの押出孔３０３から押し出された成形材料を順次切断する。これにより、筒型形状の成形体６００が連続的に製造される。
【００２４】
本実施形態の押出成形装置によれば、第１の領域３０１を構成する凸部３１０の頂面を横切ることにより、押出孔３０３から押し出された成形材料を切断した線材５０５は、すぐさまダイ前面と接触しない第２の領域３０２を構成する凹部３２０上を通過することになるため、移動する線材５０５に切断された成形体６００が追従し、成形体６００の切断面がダイ前面で引きずられることがなくなるか、もしくは引きずられる距離が極端に短くなるため、成形体６００の中空部やその開口の閉塞を効果的に抑制または防止することができる。
【００２５】
ここで、第１の領域３０１の表面積Ｓ１（より具体的には、凸部３１０の頂面の面積である）と第２の領域の表面積Ｓ２（より具体的には、凹部３２０の底面の面積である）との比Ｓ１／Ｓ２は、０．９以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましく、また、好ましくは０．１以上である。これにより、成形体の切断面の変形および筒型成形体の中空部やその開口の閉塞をより効果的に抑制または防止することができる。
【００２６】
また、第１の領域３０１における表面の高さ（より具体的には、凸部３１０の頂面の高さである）と第２の領域３０２における表面の高さ（より具体的には、凹部３２０の底面の高さである）との差は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、成形体の切断面の変形および筒型成形体の中空部やその開口の閉塞をより効果的に抑制または防止することができる。
【００２７】
本実施形態の押出成形装置に用いることができる押出装置４００としては、たとえばプランジャー式押出装置、スクリュー式押出装置等が挙げられる。押出装置４００は、単軸（１軸）または２軸のいずれであってもよい。成形材料は、押出装置４００の内部空間から押出孔３０３へ圧送され、押出孔３０３の開口３０４から押し出される。押出圧は特に限定されないが、通常１〜１０ＭＰａ、好ましくは２〜４ＭＰａである。
【００２８】
上述のように、各押出孔３０３には、押出装置４００の内部空間から押出孔３０３の開口３０４まで延びる、成形材料を筒型成形体に成形するためのピン４０１が設けられている。ピン４０１の直径は、所望する筒型成形体の形状（中空部の直径）に応じて適宜選択することができ、たとえば０．１〜９ｍｍであり、好ましくは１〜５ｍｍである。また、押出孔３０３の直径（開口３０４の直径）も、所望する筒型成形体の形状に応じて適宜選択することができ、たとえば約１〜１０ｍｍであり、好ましくは３〜６ｍｍである。
【００２９】
切断装置５００が備える線材５０５としては、ピアノ線等の金属線、プラスチック材料からなる線材、繊維材料からなる線材などを挙げることができるが、なかでもピアノ線が好ましい。
【００３０】
成形体６００の原料となる成形材料の種類や組成は、特に限定されず、得られる成形体６００の用途に応じて適宜選択することができる。たとえば、成形体６００を触媒として用いる場合には、アルミナ、シリカ、チタニア等の金属酸化物、モリブテン、コバルト、ビスマス等を主成分とする複合金属酸化物のほか、モリブテン、バナジウム、リン等からなるヘテロポリ酸などを主原料として用いることができる。成形体６００を触媒担体として用いる場合には、コージエライト、ムライト、擬ベーマイト、シリカ、アルミナ、チタン酸アルミナ、ゼオライト、スメクタイト、アパタイト、珪藻類などを主原料として用いることができる。また、種々のプラスチック材料などを成形材料の主原料として用いてもよい。
【００３１】
成形材料は、上記主原料のほか、得られる成形体の強度を向上させるための補強繊維や、バインダー材、溶媒などの従来公知の添加剤を含むことができる。補強繊維としては、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維等の無機繊維；ポリエステル繊維、ポリアミド繊維（ナイロン繊維等）、ポリイミド繊維等の合成繊維などを挙げることができる。補強繊維の繊維長は、成形体の大きさ等によって決定されるため、特に限定されるものではないが、平均繊維長は、たとえば０．０１〜１ｍｍ程度とすることができ、好ましくは０．１〜０．８ｍｍである。また、補強繊維の平均繊維径は、たとえば１〜１０μｍ程度とすることができ、好ましくは１．５〜５μｍである。補強繊維の含有量は、主原料１００質量部（乾燥質量）に対して、通常１〜３０質量部、好ましくは２〜２０質量部である。
【００３２】
バインダー材としては、たとえば、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム等の無機塩；セルロース、ポリビニルアルコール、ピリジン、ポリアクリルアミド、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の有機化合物が挙げられる。成形材料中のバインダー材の含有量は、主原料および補強繊維の合計量１００質量部（乾燥質量）に対して、通常１〜２０質量部、好ましくは１〜１０質量部である。
【００３３】
溶媒としては、たとえば、水；メタノール、エタノール、プロピルアルコール等の炭素数１〜４のアルコール；ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素；流動パラフィン、大豆油、白絞油、軽油、灯油等のパラフィン類などが挙げられる。成形材料中の溶媒の含有量は、主原料および補強繊維の合計量１００質量部（乾燥質量）に対して、通常１〜４０質量部、好ましくは１〜２０質量部である。
【００３４】
ピン４０１を各押出孔３０３に備える本実施形態の押出成形装置により製造される成形体６００は、筒型形状を有するものであり、より具体的には、円筒形状である。成形体６００のサイズは特に限定されないが、たとえば、直径が１〜１０ｍｍ、長さが１〜２０ｍｍ、内径が０．１〜９ｍｍである。成形体６００は、たとえば、触媒、触媒担体、吸着剤、乾燥材、調湿材などとして好適に用いることができる。
【００３５】
なお、本実施形態の押出成形装置は、種々の変形を施すことが可能である。たとえば、ダイ３００が備える押出孔３０３の数は８個に限定されるものではなく、ダイ３００の外径や押出孔３０３の内径等を考慮して、たとえば、２個、４個、１６個、３２個などとすることができる。また、押出孔３０３の数は１個であってもよい。
【００３６】
押出孔３０３が有するピン４０１の数は１個に限定されるものではなく、押出孔１個あたり複数のピン４０１が設けられてもよい。これにより、たとえばハニカム形状の成形体を得ることができる。また、ピン４０１を有しない構成とすれば、柱状の成形体を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態において、第１の領域３０１および第２の領域３０２（凸部３１０および凹部３２０）は、同心円上に配置されているが、このような構成に限定されるものではなく、たとえば図１に示す例のように、第１の領域と第２の領域とを列状に配置してもよい。この場合、取付け板５０３を回転させるのではなく、成形材料の押出方向に直交する面内（ダイ３００の前面に平行な面内）で往復動させることにより、連続的に成形材料の切断を行なうことができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００３９】
＜実施例１＞
モリブデン酸アンモニウム［（ＮＨ4）6Ｍｏ7Ｏ24・４Ｈ2Ｏ］１３２４１ｇを温水１５０００ｇに溶解し、これをＡ液とした。一方、硝酸鉄（ＩＩＩ）［Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ］６０６０ｇ、硝酸コバルト［Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ］１３０９６ｇおよび硝酸セシウム［ＣｓＮＯ3］５８５ｇを温水６０００ｇに溶解し、次いで硝酸ビスマス［Ｂｉ（ＮＯ3）3・５Ｈ2Ｏ］２９１０ｇを溶解し、これをＢ液とした。Ａ液中に、攪拌しながらＢ液を添加してスラリーを得、次いでこのスラリーを気流乾燥機にて乾燥し、触媒前駆体を得た。この触媒前駆体１００質量部に対し、シリカアルミナファイバー（サンゴバン・ティーエム製、ＲＦＣ４００−ＳＬ）９質量部、純水３２質量部、メチルセルロース４質量部および三酸化アンチモン２．５質量部を加え、混練機で混練することにより、ペースト状の成形材料を得た。
【００４０】
次に、図３〜５に示される押出成形装置（押出孔３０３の直径：６．４ｍｍ、ピン４０１の直径：２．３ｍｍ、凸部３１０の頂面の高さと凹部３２０の底面の高さとの差：１．５ｍｍ、凸部３１０の頂面の面積Ｓ１と凹部３２０の底面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２：０．５、線材：ピアノ線）を用いて押出成形を行ない、外径６．４ｍｍ、内径２．３ｍｍ、長さ６．５ｍｍの円筒型成形体を連続的に製造した。
【００４１】
＜比較例１＞
第２の領域３０２を有しない、すなわち、凸部３１０，３１０間に凹部３２０を有する構造ではなく、図４および５における凹部３２０に相当するダイ表面の高さが押出孔の開口３０４が位置する表面と同じ高さであるダイを備える押出成形装置（押出孔の直径、ピンの直径、線材の材質などその他の構造は実施例１と同じである）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、外径６．４ｍｍ、内径２．３ｍｍ、長さ６．５ｍｍの円筒型成形体を連続的に製造した。
【００４２】
（円筒型成形体の形状評価）
実施例１および比較例１で得られた円筒型成形体約７００ｇ（約２３００個に相当）中に含まれる正常品と不良品との割合を質量比で算出した。「正常品」とは、中空部またはその開口に閉塞がなく、所望の円筒形状を保持しているものであり、「不良品」とは、中空部またはその開口に閉塞が認められる成形体である。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0005493212.tif 000002
【００４４】
表１に示されるとおり、実施例１の押出成形装置を用いることにより、不良品の割合が大きく低減されることがわかった。
【００４５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
１００，３００  ダイ、１０１，３０１  第１の領域、１０２，３０２  第２の領域、１０３，３０３  押出孔、１０４，３０４  押出孔の開口、１０５，５０５  線材、３１０  凸部、３２０  凹部、４００  押出装置、４０１  ピン、５００  切断装置、５０１  ガイドローラ、５０２  回転軸、５０３  取付け板、５０４  モーター、６００  成形体。
【図１】
0005493212.tif 000003
【図２】
0005493212.tif 000004
【図３】
0005493212.tif 000005
【図４】
0005493212.tif 000006
【図５】
0005493212.tif 000007