(57)【要約】  【課題】  成形体の切断長さのばらつきが小さくなり、寸法精度の高い成形品を得ることができる押出成形装置および成形方法を提供することである。  【解決手段】  本発明の押出成形装置は、成形品１１が連続的に押し出される押出孔３を有するダイ１と、前記押出孔３から押し出される成形品１１を切断するための切断装置２と、前記押出孔３の内方に設けられ押出孔３から押し出される成形体１１の押出し速度を制御するスクリューコンベヤ１７と、前記押出孔３から押し出される成形品１１の押出し速度を検出するためのセンサ１２と、このセンサ１２からの入力信号に基づいて前記スクリューコンベヤ１７の回転数を制御するための制御手段４０とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体を連続的に押し出す複数の押出孔を有するダイと、前記押出孔から押し出される成形体を切断する切断装置と、前記押出孔の内方に設けられ押出孔から押し出される成形体の押出し速度を制御するスクリューコンベヤと、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を検出するためのセンサと、このセンサからの入力信号に基づいて前記スクリューコンベヤの回転数を制御するための制御手段とを備えたことを特徴とする押出成形装置。
【請求項２】
前記制御手段が、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して、成形体の押出し速度を調整する請求項１記載の押出成形装置。
【請求項３】
前記制御手段が、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの設定値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して、成形体の押出し速度を調整する請求項１記載の押出成形装置。
【請求項４】
前記センサがスポット光源式のセンサであり、成形体が押出孔からこのセンサの測定点に到達するまでの時間を測定することによって成形体の押し出し速度を検出する請求項１〜３のいずれかに記載の押出成形装置。
【請求項５】
成形体が連続的に押し出される複数の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、前記成形体の押出方向と直交する方向に回転または往復動して、前記線材を押出孔の前面を横切らせ、押出直後の成形体を切断するための切断装置と、前記押出孔の内方に設けられ押出孔から押し出される成形体の押出し速度を制御するスクリューコンベヤと、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を検出するためのセンサと、このセンサからの入力信号に基づいて前記切断装置が回転または往復動する速度制御と前記スクリューコンベヤの回転数の制御とを行わせるための制御手段とを備えたことを特徴とする押出成形装置。
【請求項６】
前記制御手段は、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さの平均値が成形体の切断長さの設定値に近づくように、切断装置の回転または往復動する速度を制御すると共に、各押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して成形体の押出し速度を調整する請求項５記載の押出成形装置。
【請求項７】
ダイに設けた複数の押出孔から成形体を連続的に押し出しながら、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度をセンサで検出し、このセンサからの入力信号に基づいて、前記押出孔の内方に設けたスクリューコンベヤの回転数を制御して成形体の押出し速度を調整し、この成形体を切断装置により所定長さに順次切断することを特徴とする成形方法。
【請求項８】
ダイに設けた複数の押出孔から成形体を連続的に押し出しながら、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度をセンサで検出し、このセンサからの入力信号に基づいて、前記押出孔の前面を横切らせる２点間に張りわたされた線材の回転または往復動する速度を制御し、かつ前記押出孔の内方に設けたスクリューコンベヤの回転数を制御して、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を調整して、押出直後の成形体を所定長さに順次切断することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体の切断長さのばらつきを最小限に抑えることができる押出成形装置とこれを用いる成形方法に関する。
【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、直径１〜１０ｍｍ、長さ２〜２０ｍｍ程度の円柱形または円筒形に成形され、これを反応器に充填して種々の化学反応プロセスに使用される。このような触媒等の成形品を製造するために、従来から押出成形法が採用されている。すなわち、アルミナ等の軟質な粘土状材料をダイから連続的に押し出した成形体を小さく切断して成形体を製造する。
【０００３】
その際、成形体を刃物等で切断すると、成形体の切断された端部が変形して、反応器内に密に充填できなくなり、その結果、触媒等の充填量が少なくなって、化学反応プロセスに支障をきたすという問題が生じる。
【０００４】
そのため、特許文献１には、ダイから押し出された直後の軟質な成形体を、２点間に張りわたしたピアノ線で切断することが行われている。すなわち、ピアノ線を２点間に張りわたした支持板を用いて、この支持板を押出方向と直交する方向に回転または往復動させて、ピアノ線を一定の時間間隔でダイの押出孔前面を横切らせることにより、押出直後の成形体を切断している。
【０００５】
この場合、ピアノ線による切断速度は一定値に設定して成形体の切断を行うと、成形体の押出速度が成形材料の粘度変化などによってわずかでも変化した場合に、切断された成形品の切断長に大きなばらつきが生じ、前記したように成形品を反応器内に密に充填できなくなるなどの問題が発生する。そこで、特許文献１では、センサにて成形体の押出し速度を検出し、切断装置が回転または往復動する速度を制御している。
【０００６】
また、特許文献２では、成形体の押し出し速度が変化した場合に、センサからの入力信号に基づいて、押出孔の内方に設けられた流量制御弁の開閉操作を制御して成形体の押出し速度を調整し、これによって成形体の切断長さを調整することが記載されている。さらに、特許文献２には、流量制御弁の制御と共に、切断装置の制御をも行うのが成形体の切断長さのばらつきを小さくする上で好ましいと記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−６７０２０号公報
【特許文献２】特開２００２−７９５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載のように、流量制御弁の開閉操作で流量を制御する方法では、制御開始から押出流量が変化するまでの応答が遅いという問題がある。このため、たとえ流量制御弁の制御と切断装置の制御とを組み合わせたとしても、成形体の切断長さのばらつきを小さくすることが困難である。
従って、本発明の課題は、成形体の切断長さのばらつきを小さくすることができ、寸法精度の高い成形品が得られる押出成形装置とこれを用いる成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、押出孔の内方にスクリューコンベヤを設けると、このスクリューコンベヤの回転数変化に対して、押出孔から押し出される成形体の押出し量がよく追随する、すなわち応答性に優れているため、成形体を押出す流量制御が容易になり、成形体の切断長さのばらつきを小さくすることができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の押出成形装置は、以下の構成からなる。
（1）成形体を連続的に押し出す複数の押出孔を有するダイと、前記押出孔から押し出される成形体を切断する切断装置と、前記押出孔の内方に設けられ押出孔から押し出される成形体の押出し速度を制御するスクリューコンベヤと、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を検出するためのセンサと、このセンサからの入力信号に基づいて前記スクリューコンベヤの回転数を制御するための制御手段とを備えたことを特徴とする押出成形装置。
（2）前記制御手段が、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して、成形体の押出し速度を調整する（1）記載の押出成形装置。
（3）前記制御手段が、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの設定値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して、成形体の押出し速度を調整する（1）記載の押出成形装置。
（4）前記センサがスポット光源式のセンサであり、成形体が押出孔からこのセンサの測定点に到達するまでの時間を測定することによって成形体の押し出し速度を検出する（1）〜（3）のいずれかに記載の押出成形装置。
（5）成形体が連続的に押し出される複数の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、前記成形体の押出方向と直交する方向に回転または往復動して、前記線材を押出孔の前面を横切らせ、押出直後の成形体を切断するための切断装置と、前記押出孔の内方に設けられ押出孔から押し出される成形体の押出し速度を制御するスクリューコンベヤと、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を検出するためのセンサと、このセンサからの入力信号に基づいて前記切断装置が回転または往復動する速度制御と前記スクリューコンベヤの回転数の制御とを行わせるための制御手段とを備えたことを特徴とする押出成形装置。
（6）前記制御手段は、複数の押出孔から押し出された各成形体の切断長さの平均値が成形体の切断長さの設定値に近づくように、切断装置の回転または往復動する速度を制御すると共に、各押出孔から押し出された各成形体の切断長さが成形体の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとにスクリューコンベヤの回転数を制御して成形体の押出し速度を調整する請求項５記載の押出成形装置。
【００１１】
また、本発明にかかる成形方法は、以下の構成からなる。
（7）ダイに設けた複数の押出孔から成形体を連続的に押し出しながら、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度をセンサで検出し、このセンサからの入力信号に基づいて、前記押出孔の内方に設けたスクリューコンベヤの回転数を制御して成形体の押出し速度を調整し、この成形体を切断装置により所定長さに順次切断することを特徴とする成形方法。
（8）ダイに設けた複数の押出孔から成形体を連続的に押し出しながら、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度をセンサで検出し、このセンサからの入力信号に基づいて、前記押出孔の前面を横切らせる２点間に張りわたされた線材の回転または往復動する速度を制御し、かつ前記押出孔の内方に設けたスクリューコンベヤの回転数を制御して、前記押出孔から押し出される成形体の押出し速度を調整して、押出直後の成形体を所定長さに順次切断することを特徴とする成形方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、押出孔の内方に設けたスクリューコンベヤの回転数に成形体の押出し流量がよく追随するため、成形材料の粘度変化などによって成形体の押出速度が変化した場合でも、素早く成形体の押出し量を適正値に制御することができ、応答性に優れている。従って、成形体の切断長のばらつきが小さくなり、寸法精度が向上するという効果がある。特に、ダイが複数の押出孔を有し、各押出孔から成形体を押し出し成形する場合には、各押出孔ごとに迅速に流量制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図１ないし図５に示す。図１はこの実施形態にかかる押出成形装置の概略を示しており、ダイ１の前面には切断装置２が設けられている。
【００１４】
ダイ１は押出装置１０の前面に取り付けられ、成形体が連続的に押し出される複数の押出孔３を有する。また、切断装置２は、２つのガイド４，５間に張りわたされたピアノ線６（線材）を有する。このピアノ線６は、押出孔３を設けた膨出部１５の頂面に接触しながら押出孔３の前面を移動して、ダイ１から押し出された成形体１１を所定長さで切断して成形品７を得るものである。
【００１５】
すなわち、前記切断装置２は、押出方向に平行に配置された回転軸８に該回転軸８に直交して一体に取り付けられた円板形の取付け板９を備え、この取付け板９をダイ１の外面と離隔対向させると共に、回転軸８を回転駆動部１６（モーター）にて回転させることにより成形体１１の押出方向に直交する方向に回転させるように構成されている。
【００１６】
前記回転軸８は、円板形のダイ１の中心軸と同軸上に設けられる。そして、図２に示すようにダイ１には複数の押出孔３が同心円状に配設されているので、回転軸８を回転させて、取付け板９を回転させることにより、その前面に張設したピアノ線６が各押出孔３の前面を横切りながら通過する。また、図２に示すように、取付け板９には回転軸８を介して互いに反対方向に２つのピアノ線６，６が張設されており、それぞれのピアノ線６，６にて成形体の切断が行われる。なお、使用するピアノ線６の直径は、成形体の材料、直径等を考慮して決定すればよいが、通常３００μｍ以下が適当である。
【００１７】
一方、各押出孔３の内方には、それぞれスクリューコンベヤ１７が設けられる。このスクリューコンベヤ１７は、回転軸１７ａの先端部に羽根１７ｂを取り付けたものである。回転軸１７ａは、押出装置１０外に引出された後端に従動歯車３０が取り付けられ、この従動歯車３０に、モータ３１によって回転駆動する駆動歯車３２が歯合し、スクリューコンベヤ１７を回転させる。スクリューコンベヤ１７の羽根１７ｂの枚数は特に制限されるものでなく、１〜４枚程度であればよいが、図１に示すように羽根１７ｂの枚数が１枚（すなわち１ピッチ）であるのが、押出孔３に臨む室３３内にある成形物を均一に押し出すうえで好ましい。なお、羽根１７ｂの形状は特に限定されない。
【００１８】
また、押出孔３の前面から離隔した位置には、スポット光源式のセンサ１２が設けられる。このセンサ１２には、例えば光源にレーザー光や発光ダイオード等を用いて距離測定等の目的で使用されるセンサが挙げられ、とくにスポット光を対象物に照射する照射部と対象物から反射した光を受ける受光部とを備えた反射型センサ（例えば反射型レーザーセンサ）を使用するのが装置全体のコンパクト化を図る上で好ましい。
【００１９】
センサ１２の取付け位置は、ダイ１から離隔した側方で、ダイ１から押し出された成形体１１が通過する経路にスポット光を照射できる部位である。このセンサ１２を使用して、成形体１１が押出孔３からセンサ１２の測定点に到達するまでの時間を測定する。すなわち、１回目の切断直後は、センサ１２の測定点（つまり光照射点）には成形体１１は存在しないので、センサ１２は成形体１１を検知しないが、１回目の切断後、新たに押し出された成形体１１の先端が測定点に到達したとき、センサ１２は成形体１１を検知するので、１回目の検知から２回目の検知までの時間ｔ1がわかる。押出孔３からセンサ１２の測定点までの距離Ｌはあらかじめ設定されているので、式：Ｌ／ｔ1から成形体１１の押し出し速度Ｖが求められる。なお、押出孔３からセンサ１２の測定点までの距離Ｌは、押出孔３からの切断長さと等しいか、それよりも小さい距離である。
【００２０】
一方、切断装置２の回転速度を測定することによってピアノ線６が押出孔３の前面を１回目に通過してから２回目に通過するまでの時間ｔ2は計算から求められるので、式：Ｖ×ｔ2から成形体１１の切断長さＸが検出される。
【００２１】
センサ１２は、図３に示すように、全ての押出孔３について設置される。すなわち、センサ１２は、円盤形のダイ１に同心円状に配設された８つの押出孔３のそれぞれに設置される。
【００２２】
図３はこの実施形態における制御機構の詳細も示している。各センサ１２からの入力信号は入力切替装置１８を経て制御手段４０（シーケンサー）内の入力ユニット１９に送られる。一方、切断装置２の回転軸８の回転数(または回転速度)はロータリーエンコーダー２０にて検出され、ＣＰＵ２１（中央処理装置）に送られる。
【００２３】
ＣＰＵ２１では、図４に示すように、各押出孔３に配設したセンサ１２にて検出された各押出孔３での成形体１１の押出速度から切断長さＸnを求め、これから切断長さの平均値Ｘavが算出される。
そして、各押出孔３での切断長さＸnと切断長さの平均値Ｘavとが比較され、Ｘn＞Ｘavである場合にはスクリューコンベヤ１７の回転数(または回転速度)を落として流量を抑え、押出速度を低下させＸ＝Ｘavとなるように制御する。逆にＸ＜Ｘavである場合にはスクリューコンベヤ１７の回転数を上げて流量を増大させ、押出速度を上昇させ、Ｘ＝Ｘavとなるように制御する。Ｘ＝Ｘavの場合にはスクリューコンベヤ１７の回転数は不変である。
【００２４】
これらの制御信号は、Ｄ／Ａ変換ユニット２２からインバーター２３を経て、各スクリューコンベヤ１７に設けられたそれぞれの回転駆動部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，……３１ｈへ送られ、各押出孔３ごとに流量制御（従って押出速度の制御）が行われる。このため、各押出孔３間での押出速度のばらつきが低減され、平均値Ｘavを中心とする切断長さＸｎのばらつきを非常に小さくすることができる。なお、切断長さＸnは、平切断長さの平均値Ｘavに代えて、切断長さの設定値Ｘ0と比較してもよく、これにより各切断長さＸnの寸法精度が向上する。
【００２５】
また、切断装置2では、前記平均値Ｘavと切断長さの初期設定値Ｘ0とが比較され、Ｘav＞Ｘ0である場合には回転駆動部１６の回転数を低減し、逆にＸav＜Ｘ0である場合には回転駆動部１６の回転数を増大させ、Ｘ＝Ｘ0となるように制御される。Ｘ＝Ｘ0である場合には回転駆動部１６の回転数は不変である。
【００２６】
回転駆動部１６への出力信号はＤ／Ａ変換ユニット２２からインバーター２３を経て回転駆動部１６へ送られ、回転数（従って回転速度）の調整が行われる。この結果、切断長さを設定値Ｘ0により近づけることができるようになり、成形体１１を切断して得られる成形品７の寸法精度が向上する。
【００２７】
一方、出力ユニット２４からＤ／Ａ変換器２５を経て記録計２６にデータが記録される。また、パソコンリンクユニット２７から長さ表示器２８に切断長さのデータを送り、表示させることもできる。
【００２８】
次にこの実施形態で使用のダイ１について説明する。ダイ１における押出孔３の内径は、約１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは約３ｍｍ〜６ｍｍである。押出孔の孔数はダイの外径、押出孔の内径等を考慮して決定すればよく、例えば１ケ、２ケ、４ケ、８ケ、１６ケ、３２ケ、６４ケ、１２８ケ、２５６ケ、４００ケ等が挙げられる。押出孔の形状は円形の他、例えばリング、ハニカム、クローバー状等が挙げられる。
【００２９】
成形物の具体例としては、例えば触媒、触媒担体、吸着材、乾燥材、調湿材等が挙げられる。また、成形体の材料は無機材料に限定されるものではなく、種々のプラスチック材料等に対して本発明の押出成形装置は適用可能である。その際、使用する線材はピアノ線に限定されるものではなく、他の金属線であっても良く、プラスチック材、繊維材等から作られた線材であってもよいことは勿論である。さらに、上記実施形態では、取付け板９は回転するように構成されたが、成形体の押出方向に対して直交する方向に往復動させてもよく、この場合には往復動する速度を制御すればよい。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明の押出成形装置を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１〜図４に示す押出成形装置を用いて、粘土状のアルミナ触媒成形体を押出成形した。使用したダイ１は、表面がクロムメッキされたもので、押出孔３を同心円状に８個配設した円盤形状を有する。押出孔３は内径が５ｍｍである。切断装置２は、径が１５０μｍのピアノ線６を押出孔３が設けられた膨出部１５の頂面に接触させながら約９０回／秒で回転させた。これらのダイ１および切断装置２を用いて、押出速度約１３００ｍｍ／分で上記アルミナ触媒成形体の押出成形を行った。その結果、成形体１１の切断長さは平均６．３ｍｍ、標準偏差は０．４４ｍｍであった。
【００３１】
［比較例］
センサ１２を用いた制御を行わなかった他は、実施例１と同様にしてアルミナ触媒成形体の押出成形を行った。その結果、成形体１１の切断長さは平均６．３ｍｍ、標準偏差は１．０８ｍｍであった。
以上のように、実施例で得られた成形体は、比較例に比べての切断長さのばらつきが小さいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】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２】切断用の線材とダイの押出孔との関係を示す概略説明図である。
【図３】押出成形装置の制御機構を示す概略説明図である。
【図４】制御機構を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ダイ
２    切断装置
３    押出孔
６    ピアノ線（線材）
７    成形品
８    回転軸
１１    成形体
１２    センサ
１６    スクリューコンベヤ
４０    制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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