(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤状態の原材料をスクリューケース内で回転するスクリューにより加圧、圧縮しながら、前記スクリューの終端部に設けられたエクストラクタまで強制的に送り込み、前記エクストラクタの摺動作用と押出圧力によって、前記スクリューケースの終端部の側面に取り付けられたスクリーンからエクストラクタの法線方向に押出成形する横押出式スクリュー型押出造粒機において、前記スクリーンを断面形状を半円とした半円環状としたことを特徴とする横押出式スクリュー型押出造粒機。
【請求項２】
前記スクリーンは、パンチングされた成形用材料を絞り加工して成ることを特徴とする請求項１記載の横押出式スクリュー型押出造粒機。
【請求項３】
前記エクストラクタは、前記スクリーンの半円環部内面に沿うように形成された材料押付駒を有することを特徴とする請求項１または２記載の横押出式スクリュー型押出造粒機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は押出式スクリュー型押出造粒機に関するものであって、更に詳細には医薬品、食品、農業、化学工業薬品、肥料、飼料等を取り扱う分野において、湿潤状態の原材料を押出造粒するために広く使用される小粒径用横押出式スクリュー型押出造粒機に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
医薬品、食品等の湿潤状態の原材料から、径がおよそ１ｍｍ以下の造粒物を得る方法には、攪拌造粒法、流動層造粒法、転動造粒法、押出造粒法等がある。これらの方法のうち、造粒物の大きさが均一で歩留りの高い点では、押出造粒法が最も優れており、この押出造粒法を採用した小粒径用の押出造粒機には、バスケット式、前押出式スクリュー型、横押出式スクリュー型等がある。
【０００３】
これらの押出造粒機の造粒原理は、押出成形孔を多数有するスクリーンの内側に、押出羽根またはエクストラクトスクリュー等の押出部材を配し、スクリーンと押出部材との間に送り込まれた原材料を押出成形孔から押し出して造粒するというものである。
【０００４】
従って造粒能力を向上させるには、スクリーン面積を増やして押出成形孔の数を多くすればよいから、現状の各種押出造粒機においてもこのような設計傾向となっている。しかしながら、このような設計傾向にある既存のスクリーン形状においては、別途次のような問題が指摘されている。
【０００５】
まずバスケット式押出造粒機では、スクリーンは垂直に固定された円筒状であり、円筒の半径を大きくしてスクリーン面積の増大を図ると強度が低下してしまい、しかも押出圧力が低いため、一台で大量に造粒物を生産することは困難である。
【０００６】
また前押出式スクリュー型押出造粒機では、押出圧力を高く取れるが、小粒径用の平板状スクリーンを形成するパンチングプレートの製作上、または押出抵抗を低減するためにも、パンチングプレートの板厚が押出成形孔の径以下であることが望ましい。このため、スクリーン面積の増大を図るとスクリーン強度が低下し、造粒中、スクリーンが変形するなどの問題が生じてしまう。
【０００７】
そこでこのような前押出式スクリュー型造粒機におけるスクリーン面積増大に伴う問題を解決するために特公平６−２２６６９号「前押出式スクリュー型押出し造粒機」に開示されるような球状スクリーンが提案されている。しかし球状スクリーンの強度は、球の直径が大きくなると低下するため、直径を大きくしてスクリーン面積を増しても実際には造粒能力を上げることができず、ある限度径以上にスケールアップができない。
【０００８】
また図７（ａ）に示すようにパンチングされた円形板から絞り加工により球状スクリーンを成形する場合、球面頂部では押出成形孔は若干大きくなり、球面周辺部では円形板であったときの半径方向で長く、周方向で短い長円形となってしまう。このような押出成形孔の変形を防止すべく、その原因となる成形歪みを小さくする方法として、図７（ｂ）に示すように切り欠き部を設けた成形用材料を絞り加工して成形後に切り欠き部を溶接で接合する方法、成形用材料の切り欠き部を溶接可能とするよう、一定幅でパンチングをしていない部分を設ける方法、成形歪みをあらかじめ考慮し、パンチングする際に孔の形状を変える方法がある。これらの方法は、いずれも球状スクリーンの製作に手間のかかる工程をとる必要があり、結果としてその製作費用は高いものになってしまっていた。
【０００９】
【開発を試みた技術的課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、多数の押出成形孔を有する薄いパンチングプレートを、断面形状を半円とした半円環状に成形し、半円環状スクリーンとすることで、スクリーン面積を増やし、且つスクリーン強度を保ち、大量の小粒径造粒物を安価に生産することを可能にした新規な横押出式スクリュー型押出造粒機の開発を試みたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の横押出式スクリュー型押出造粒機は、湿潤状態の原材料をスクリューケース内で回転するスクリューにより加圧、圧縮しながら、前記スクリューの終端部に設けられたエクストラクタまで強制的に送り込み、前記エクストラクタの摺動作用と押出圧力によって、前記スクリューケースの終端部の側面に取り付けられたスクリーンからエクストラクタの法線方向に押出成形する横押出式スクリュー型押出造粒機において、前記スクリーンを断面形状を半円とした半円環状としたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、断面形状を半円とした半円環状スクリーンを採用したので、図２、３に示すように断面形状の半円部の半径をｒとし、半円環部の半径をＲとすると、半円環部の半径Ｒを増加させても、半円部の半径ｒを大きくしなければスクリーン強度を低下させることなく、スクリーン面積を増やすことができる。従って造粒能力を向上させることが可能である。
【００１１】
また請求項２記載の横押出式スクリュー型押出造粒機は、前記要件に加え、前記スクリーンは、パンチングされた成形用材料を絞り加工して成ることを特徴として成るものである。
この発明によれば、スクリーンの断面形状を半円とした半円環状に絞り加工するため、パンチングされた円形板から球状スクリーンを絞り加工する場合に比べ、成形歪みによる押出成形孔の変形を小さくできる。従って球状スクリーンを製作する際に成形歪みの対策としていた成形用材料に切り欠き部を設け、成形後に溶接したり、成形歪みをあらかじめ考慮し、パンチングの孔形状を変えたりするなどの手間のかかる工程をとる必要がなくなるので、安価に半円環状スクリーンを製作できる。
【００１２】
更にまた請求項３記載の横押出式スクリュー型押出造粒機は、前記要件に加え、前記エクストラクタは、前記スクリーンの半円環部内面に沿うように形成された材料押付駒を有することを特徴として成るものである。
この発明によれば、断面形状が半円である半円環状スクリーンに対し、半円環状スクリーンの内面に沿うようにエクストラクタの材料押付駒を形成したため、原材料をスクリュー終端部で軸方向から周方向へ輸送しながら半円環状スクリーンに押し付けて押出成形孔から押し出して効率良く押出成形することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の横押出式スクリュー型押出造粒機１を図示の実施の形態に基づき説明する。横押出式スクリュー型押出造粒機１は、図１、２に示すように横押出式スクリュー型押出造粒機１を移動可能に固定している架台２と、スクリュー４０を駆動するための駆動部３と、投入された原材料Ａを搬送する搬送部４と、実質的に造粒作用を行う造粒部５により主に構成されている。
【００１４】
以下前記主要構成部について詳細に説明する。まず駆動部３では、減速機３０、カップリング３１、軸受箱３２、スクリュー駆動軸３３を介してモータＭの駆動をスクリュー４０へと伝達している。
【００１５】
次に搬送部４について説明する。搬送部４は、架台２から立ち上げられた板等により支えられている円筒状のスクリューケース４１と、スクリューケース４１内に具えられたスクリュー４０と、スクリュー４０の基端上部に設けられるホッパ４２とを具えて成る。なお本実施の形態では、スクリュー４０を単軸としたが、多軸であってももちろんかまわない。
【００１６】
次に造粒部５について説明する。造粒部５は、スクリューケース４１の終端にボルト、ネジ等で固定される半円環状スクリーン５０と、半円環状スクリーン５０の内側に設けられ、スクリュー４０の終端に固定されるエクストラクタ５１とを具えて成る。
【００１７】
半円環状スクリーン５０は、請求項２で定義し図２、３に示すように、一例としてパンチングされた成形用材料を絞り加工して成るものであり、断面形状を半円とした半円環状であり、外周縁全域に対してフランジ５０ｂを具えて成る。更に半円環状の部分に対しては、全面に直径が１ｍｍ以下の押出成形孔５０ａを開孔比約２０％で多数穿設して成る。
【００１８】
ここで半円環状スクリーン５０の断面形状の半円部の半径をｒ、半円環部の半径をＲと定義し、以下それぞれの半径について説明すると、図２、３に示すように、半円環部の半径Ｒは半円環状スクリーン５０の幅中央断面における半円の半径であり、半円部の半径ｒは半円環状スクリーン５０の幅中央断面に直交する断面における半円の半径である。本発明の特徴たる半円環状スクリーン５０は、半円環部の半径Ｒを大きくすることで半円環状スクリーン５０の面積を増やすことができ、このとき実質的に半円環状スクリーン５０の強度を決定する半円部の半径ｒを大きくしなければ半円環状スクリーン５０の強度は低下しない。こうして造粒能力を向上させることが可能となる。
【００１９】
次にエクストラクタ５１について説明する。エクストラクタ５１は、一例として半径を半円環状スクリーン５０の半円環部の半径Ｒよりも４ｍｍ程度小さくした円柱状の金属片を削り加工等して成る円盤状の部材である。
【００２０】
このエクストラクタ５１は、更にスクリュー４０側に小円柱状で軸方向に沿うキー溝加工等がなされたスクリュー取付部５１ａが形成される。なお本実施の形態では、スクリュー取付部５１ａはエクストラクタ５１と一体で削り加工等されているが、エクストラクタ５１と別部材で形成し、溶接等で固定することも可能である。
【００２１】
そしてエクストラクタ５１の本体の周縁部全域にわたっては、断面形状を半円とする丸みを付ける加工が施されている。この丸みの半径は半円環状スクリーン５０における半円部の半径ｒよりも４ｍｍ程度小さくした値とする。また前記スクリュー４０に臨む面の中心付近から、もう一方の先端側の面の外周よりやや内側にかけての部分を傾斜させて溝状に削り込んで放射状に四本の材料輸送溝５１ｂを構成する。なお具体的な加工は削り加工あるいは鋳造加工等により行われる。
【００２２】
更にまたエクストラクタ５１の周縁部には、前記放射状に形成された四本の材料輸送溝５１ｂ相互間に軸方向に平行で、一定幅且つ一定深さの押付駒嵌込溝５１ｃを形成する。そしてこの押付駒嵌込溝５１ｃには別体の材料押付駒５１ｄを取り付ける。この材料押付駒５１ｄは、概ね押付駒嵌込溝５１ｃと同形状で、その外周上面は軸方向と軸に対して垂直方向にそれぞれ異なった丸みを有する曲面で形成されているが、頂部は嵌め込んだときの高さが半円環状スクリーン５０の内面に接するように成された部材である。このような構成により材料押付駒５１ｄはその頂部が半円環状スクリーン５０の半円環部内面にほぼ密に沿う状態に構成される。なお本実施の形態では、材料輸送溝５１ｂ、押付駒嵌込溝５１ｃ、材料押付駒５１ｄをそれぞれ四カ所に設けるが、造粒条件に応じて変更可能である。また材料押付駒５１ｄはエクストラクタ５１と別部材で形成されているが、一体で形成されていてももちろんかまわない。
【００２３】
次にパンチングされた成形材料を本実施の形態の半円環状スクリーン５０に絞り加工する際の成形歪みを球状スクリーン５０′に絞り加工する場合と比較して説明する。図４（ａ）は半円環状スクリーン５０の半円環部の半径Ｒをｍ方向とし、断面形状の半円部の半径ｒをｎ方向として図示している。そして図４（ｂ）のグラフはｎ方向断面において０列〜８０列までに分けたポイントでの押出成形孔５０ａをｍ、ｎの二方向で測定した結果を表示している。
一方、図５（ａ）は、球状スクリーン５０′の絞り加工される前の円形板において周方向をｘ方向とし、半径方向をｙ方向として図示している。そして図５（ｂ）のグラフは半径ｙ方向を中心から０列〜８０列までに分けたポイントでの押出成形孔５０ａ′をｘ、ｙの二方向で測定した結果を表示している。
【００２４】
この二つのグラフを比較してみると、半円環状スクリーン５０では絞り加工する前の押出成形孔５０ａは０．５５ｍｍで、球状スクリーン５０′では０．５ｍｍとなっており、成形前の孔の大きさが異なっている。しかし成形前の孔径に対する歪みの量を比べると、半円環状スクリーン５０の方が小さくなっていることがわかる。その結果、球状スクリーン５０′での歪み対策となっていた種々の複雑な手段をとる必要がないのである。
【００２５】
次に本発明の横押出式スクリュー型造粒機１を用いた造粒態様について説明する。図２に示すように前処理を施され、可塑性を有した原材料Ａをホッパ４２に投入する。投入された原材料Ａはスクリューケース４１内に入り、回転しているスクリュー４０によって徐々に加圧、圧縮されながら輸送される。そして強制的にスクリューケース４１内の終端まで送り込まれると圧力は最大となり、原材料Ａはエクストラクタ５１にまで到達する。そこではエクストラクタ５１がスクリュー４０と共に回転しており、エクストラクタ５１に形成されている材料輸送溝５１ｂも回転することにより傾斜面に沿うように軸方向から半円環状スクリーン５０の押出成形孔５０ａに向けて原材料Ａが押しやられる。ここに材料押付駒５１ｄが回転してくると、軸方向から押出成形孔５０ａに向けて押しやられた原材料Ａは半円環状スクリーン５０に押し付けられ、押出成形孔５０ａから外部、すなわちエクストラクタ５１の法線方向に押し出されて連続的に押出成形がなされる。
【００２６】
なお本実施の形態では、半円環状スクリーン５０はパンチングプレートから絞り加工しているが、孔を有していない板を半円環状に成形してからエッチング等により押出成形孔５０ａを開けることも可能である。
また図６に示すようにバスケット式押出造粒機のスクリーン５２を半円環状に形成することも可能であり、その場合には内側の押出羽根５３の先端部の形状もスクリーン５２内面に沿う半円形状とする。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１記載の横押出式スクリュー型押出造粒機によれば、断面形状を半円とした半円環状スクリーン５０を形成したため、半円環部の半径Ｒを増加させ、造粒面積を増やしても断面形状の半円部の半径ｒを大きくしなければ半円環状スクリーン５０の強度は下がらず、結果としてスクリーン面積を増してもスクリーン強度を保つことができ、造粒能力を向上させることが可能となる。
【００２８】
また請求項２記載の横押出式スクリュー型押出造粒機によれば、断面形状を半円とした半円環状スクリーン５０の形成を絞り加工で行うため、パンチングされた円形板から球状スクリーン５０′を絞り加工する場合に比べ成形歪みによる押出成形孔５０ａの変形を小さくできる。従って成形歪みの対策となっていた種々の複雑な工程をとる必要がなくなり、安価に半円環状スクリーン５０を製作できる。
【００２９】
更にまた請求項３記載の横押出式スクリュー型押出造粒機によれば、断面形状が半円である半円環状スクリーン５０に対応するように半円環状スクリーン５０の内面に沿った材料押付駒５１ｄを形成したため、スクリューケース４１の終端まで送り込まれた原材料Ａを軸方向から押出成形孔５０ａに向けて輸送すると同時に半円環状スクリーン５０の内面に押し付けて、押出成形孔５０ａより押し出して大量の小粒径造粒物を効率良く安価に生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明である横押出式スクリュー型押出造粒機を示す斜視図である。
【図２】  同上説明図である。
【図３】  断面形状を半円とした半円環状スクリーンの正面図並びに側面図である。
【図４】  半円環状スクリーンの押出成形孔の変形量を示す説明図である。
【図５】  球状スクリーンの押出成形孔の変形量を示す説明図である。
【図６】  バスケット式押出造粒機のスクリーンを半円環状に形成した実施の形態を示す断面図である。
【図７】  球状スクリーンの問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１      横押出式スクリュー型押出造粒機
２      架台
３      駆動部
４      搬送部
５      造粒部
３０    減速機
３１    カップリング
３２    軸受箱
３３    スクリュー駆動軸
４０    スクリュー
４１    スクリューケース
４２    ホッパ
５０    半円環状スクリーン
５０ａ  押出成形孔
５０ｂ  フランジ
５１    エクストラクタ
５１ａ  スクリュー取付部
５１ｂ  材料輸送溝
５１ｃ  押付駒嵌込溝
５１ｄ  材料押付駒
５２    バスケット式押出造粒機のスクリーン
５３    押出羽根
Ａ      原材料
Ｍ      モータ
【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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【図６】
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【図７】
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