(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記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、前記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品の押出し速度を制御する流量制御弁と、
前記押出孔から押し出される成形品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流量制御弁の開閉操作とを行わせるための制御手段とを備えた押出成形装置。
【請求項２】
成形品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、前記成形品の押出方向と直交する方向に回転または往復動して、前記線材を各押出孔の前面を横切らせ、押出直後の成形品を切断するための切断装置と、
各押出孔の内方に設けられ、押出孔から押し出される成形品の押出し速度を制御する流量制御弁と、
各押出孔から押し出される成形品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各流量制御弁の開閉操作とを行わせるための制御手段とを備えた押出成形装置。
【請求項３】
前記制御手段は、各押出孔から押し出された各成形品の切断長さの平均値が成形品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品の切断長さが成形品の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとに流量制御弁の開閉操作を行って、成形品の押出し速度を調整する請求項２記載の押出成形装置。
【請求項４】
ダイの押出孔から成形品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品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流量制御弁の開閉操作を行わせ、前記押出孔から押し出される成形品の押出し速度を制御して、押出直後の成形品を所定長さに順次切断することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項５】
ダイに設けた複数の押出孔から成形品を連続的に押し出しながら、前記各押出孔から押し出される成形品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、かつ前記各押出孔の内方に設けた流量制御弁の開閉操作を行わせ、各押出孔から押し出される成形品の押出し速度を制御して、押出直後の成形品を所定長さに順次切断することを特徴とする成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形品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体の製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
一般に、触媒、触媒担体、吸着材、乾燥材、調湿材等は、直径２〜１０ｍｍ、長さ２〜２０ｍｍ程度の円柱形または円筒形の成形体に成形され、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。
【０００３】
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品を小さく切断して成形体を製造する。その際、成形品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、従来より、ダイから押し出された直後の軟質な成形品を、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、押出直後の成形品を切断している。
【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、成形品の切断が行われる。ところが、成形品の押出速度は、成形材料の粘度変化などによって変化しやすいため、成形品の押出速度がわずかでも変化すると、切断された成形体の長さに大きなばらつきが生じ、前記したように成形体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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、成形品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体の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の押出成形装置は、成形品が連続的に押し出される押出孔を有するダイと、前記押出孔から押し出される成形品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品の押出し速度を制御する流量制御弁と、前記押出孔から押し出される成形品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流量制御弁の開閉操作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。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、センサにて成形品の押出し速度を検出しているので、成形品の押し出し速度が変化した場合には、センサからの入力信号に基づいて、制御手段が流量制御弁の開閉操作を行って成形品の押出し速度を制御し、これによって成形品の切断長さを調整するものである。
【０００９】
前記ダイは複数の押出孔を有するものであってもよい。この場合、押出成形装置は、成形品が連続的に押し出される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品を切断するための切断装置と、各押出孔の内方に設けられ各押出孔から押し出される成形品の押出し速度を制御する流量制御弁と、各押出孔から押し出される成形品の押出し速度を検出するためのセンサと、このセンサによって各押出孔ごとに検出された成形品の押出し速度に基づいて各流量制御弁の開閉操作を行わせるための制御手段とを備える。
【００１０】
前記センサはスポット光源式のセンサであるのが好ましく、成形品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品の押出し速度を検出する。これによって、成形品の押出し速度を高精度で検出することができ、成形品の切断長さをより均一なものにすることができる。
【００１１】
前記制御手段による制御は、具体的には、各押出孔から押し出された各成形品の切断長さが成形品の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとに流量制御弁の開閉操作を行って、成形品の押出し速度を調整するか、あるいは各押出孔から押し出された各成形品の切断長さが成形品の切断長さの設定値に近づくように、押出孔ごとに流量制御弁の開閉操作を行って、成形品の押出し速度を調整する。
【００１２】
また、本発明では、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品の切断長さのばらつきをより小さくする上で好ましい。すなわち、本発明の他の押出成形装置は、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前記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前記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品の押出し速度を制御する流量制御弁と、前記押出孔から押し出される成形品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流量制御弁の開閉操作とを行わせるための制御手段とを備える。
【００１３】
前記ダイは複数の押出孔を有するものであってもよい。この場合、本発明の押出成形装置は、成形品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品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各押出孔の前面を横切らせ押出直後の成形品を切断するための切断装置と、各押出孔の内方に設けられ押出孔から押し出される成形品の押出し速度を制御する流量制御弁と、各押出孔から押し出される成形品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各流量制御弁の開閉操作とを行わせるための制御手段とを備える。
【００１４】
具体的には、前記制御手段は、各押出孔から押し出された各成形品の切断長さの平均値が成形品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品の切断長さが成形品の切断長さの平均値に近づくように、押出孔ごとに流量制御弁の開閉操作を行って、成形品の押出し速度を調整するのが好ましい。これにより、切断長さのばらつきが小さく、寸法精度の高い成形品を得ることが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、前記した押出成形装置を用いて、ダイから連続的に押し出される成形品を切断装置で所定長さに順次切断することを特徴とする成形体の製造方法をも提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
ダイ１は、押出装置１０の前面に取り付けられ、成形品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つのガイドローラ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品１１を所定長さで切断して成形体７を得るものである。
【００１８】
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品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。
【００１９】
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にて成形品の切断が行われる。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。
【００２０】
一方、各押出孔３の内方には、それぞれ各押出孔３から押し出される成形品１１の押出し速度を制御するための流量制御弁１７が設けられる。この流量制御弁１７は、仕切り弁方式のゲートバルブであって、図１に示すように仕切り弁１８が押出装置１０の空隙１９内を出没自在に取付けられており、仕切り弁１８の空隙１９内への突出長さを調節することにより空隙１９内を通過する押出物の流量を制御することができる。仕切り弁１８の空隙１９内への出没には、例えば回転駆動部２０（モータ等)にてピニオンを回転させ、このピニオンと歯合したラックにて仕切り弁１８を移動させる、いわゆるラック・ピニオン方式等が採用可能である。
【００２１】
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１３と対象物から反射した光を受ける受光部１４とを備えた反射型センサ１２（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。
【００２２】
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品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、成形品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）には成形品１１は存在しないので、センサ１２は成形品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品１１の先端が測定点に到達したとき、センサ１２は成形品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から成形品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。
【００２３】
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から成形品１１の切断長さＸが検出される。
検出された切断長さＸは、センサ１２からの入力信号を受けた制御部１７にて設定値Ｘ0との比較が行われ、Ｘ＞Ｘ0である場合には弁棒１８を空隙１９内に進出させて流量を低減させ、逆にＸ＜Ｘ0である場合には弁棒１８を空隙１９内から退出させて、Ｘ＝Ｘ0となるように制御される。このとき、同時に、切断装置２の回転駆動部１６の制御も行うのが好ましい。すなわち、Ｘ＞Ｘ0の場合には回転駆動部１６の回転数を上げ、Ｘ＜Ｘ0の場合には回転駆動部１６の回転数を下げる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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での成形品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である場合には流量制御弁１７の仕切り弁１８を空隙１９内に進出させて流量を抑え、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である場合には仕切り弁１８を空隙１９内から退出させて流量を増大させ、押出速度を上昇させ、Ｘ＝Ｘavとなるように制御する。Ｘ＝Ｘavの場合には流量制御弁１７は不変である。
【００２７】
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、各流量制御弁１７に設けられたそれぞれの回転駆動部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，……２０ｈ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。
【００２８】
また、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。
【００２９】
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、成形品１１を切断して得られる成形体７の寸法精度が向上する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、成形品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。ピアノ線６はガイドローラー４、５間に固定されていてもよいが、連続的または断続的に巻き取られながらガイドローラー４、５間を移動させられることが好ましい。ピアノ線６を移動させることによってピアノ線の破断を防止し、成形体を連続して製造することができる。
【００３３】
本発明の他の実施形態を図５に基づいて説明する。図５に示す押出成形装置は、ゲート弁の一種であるバタフライ弁方式の流量制御弁３０を備えたものである。この流量制御弁３０は、ダイ１の各押出孔３の後方にそれぞれ設けられる。押出装置３１は、中央部にコーン３２が設けられ、押出物を各押出孔３に向かわせる（押出物の流れを矢印で示す）。
【００３４】
流量制御弁３０は、コーン３２とダイ１との間に介在した弁本体３２と、この弁本体３３と対向し押出物が通過する空隙１９内に位置する回転板３３と、この回転板３３を先端に保持し回転駆動部３５(モータ等)の駆動により歯車３６、３７を介して回転する弁棒３４とを備える。
【００３５】
回転駆動部３５は、制御手段からの信号を受けて、弁棒３４を介して回転板３３を回転させ、流量制御を行う。すなわち、回転板３３の板面が押出し方向に直交するとき流量は最小となり、逆に押出し方向と平行になると流量は最大となる。従って、回転板３３の向きを調節することにより流量制御が可能になる。その他は前述の実施形態と同じである。
【００３６】
本発明にかかる流量制御弁は、前記した仕切弁方式やバタフライ弁方式に限定されるものではなく、種々のゲート弁が採用可能である。例えば図６に示すようなスクリュー形式の流量制御弁３８等も採用可能である。このスクリュー形式の流量制御弁３８は押出孔３に対して前進または後退することにより流量制御を行うものである。
【００３７】
【実施例】
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。
【００３８】
実施例
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６．９８ｍｍ、標準偏差は０．４５ｍｍであった。
【００３９】
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７．０２ｍｍ、標準偏差は０．５８ｍｍであった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、成形品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体が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる流量制御弁を含む押出装置を示す概略断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態にかかる流量制御弁を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１    ダイ
２    切断装置
３    押出孔
６    ピアノ線（線材）
７    成形体
８    回転軸
１１    成形品
１２    センサ
１６    回転駆動部
１７    流量制御弁
３０    流量制御弁
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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【図５】
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【図６】
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