(57)【要約】【課題】ダイスを交換することなく様々な種類の樹脂やエラストマーの生産に適合し得る押出機を提供する。【解決手段】押出機は、原料エラストマーまたは原料樹脂である原料物質が供給されるシリンダと、シリンダ内を回転駆動され、シリンダとともに原料物質を処理するスクリュと、シリンダの出口部に設けられ、処理された原料物質を排出するダイス５と、を有している。ダイス５は、少なくとも１つの第１の貫通孔１３を備えた第１の平板１１と、少なくとも１つの第２の貫通孔１４を備えた第２の平板１２と、を有し、第１の平板１１と第２の平板１２はシリンダの長手軸Ｘ１に沿って互いに隣接配置され、第１の平板１１と第２の平板１２の少なくともいずれかは、第１の貫通孔１３と第２の貫通孔１４の重複部の面積を変化させることができるように、他方の平板に対して相対移動可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料エラストマーまたは原料樹脂である原料物質が供給されるシリンダと、
前記シリンダ内を回転駆動され、前記シリンダとともに前記原料物質を処理するスクリュと、
前記シリンダの出口部に設けられ、処理された前記原料物質を排出するダイスと、を有し、
前記ダイスは、少なくとも１つの第１の貫通孔を備えた第１の平板と、少なくとも１つの第２の貫通孔を備えた第２の平板と、を有し、前記第１の平板と前記第２の平板は前記シリンダの長手軸に沿って互いに隣接配置され、前記第１の平板と前記第２の平板の少なくともいずれかは、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔の重複部の面積を変化させることができるように、他方の前記平板に対して相対移動可能である、押出機。
【請求項２】
前記第１の平板と前記第２の平板の少なくともいずれかは、他方の前記平板に対する相対位置を連続的に変更可能である、請求項１に押出機。
【請求項３】
前記第１及び第２の平板は同軸の円板であり、前記第１の平板と前記第２の平板の少なくともいずれかは前記第１及び第２の平板の中心軸の周りを回転可能である、請求項１または２に記載の押出機。
【請求項４】
前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔は、前記第１及び第２の平板と同心で共に同一径の円上に配置されている、請求項３に記載の押出機。
【請求項５】
前記押出機はエクスパンジョン乾燥機である、請求項１から４のいずれか１項に記載の押出機。
【請求項６】
原料エラストマーまたは原料樹脂である原料物質が供給されるシリンダと、前記シリンダ内を回転駆動され、前記シリンダとともに前記原料物質を処理するスクリュと、を有する押出機の前記シリンダの出口部に設けられ、処理された前記原料物質を排出するダイスであって、
少なくとも１つの第１の貫通孔を備えた第１の平板と、少なくとも１つの第２の貫通孔を備えた第２の平板と、を有し、前記第１の平板と前記第２の平板は前記シリンダの長手軸に沿って互いに隣接配置され、前記第１の平板と前記第２の平板の少なくともいずれかは、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔の重複部の面積を変化させることができるように、他方の前記平板に対して相対移動可能である、ダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は押出機に関し、特に押出機に用いられるダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スクリュを備えたスクリュ押出機（以下、単に押出機という）では、樹脂やエラストマーを排出するための貫通孔を備えたダイスが用いられる。貫通孔の孔径や孔数は、押出機の運転条件や、ダイスから排出される樹脂やエラストマーの性状に合わせて選定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
押出機では様々な原料物質が取り扱われるため、貫通孔の孔径や孔数の変更が必要な場合は、その都度、適切な孔径及び孔数を備えたダイスに交換される。しかし、従来は様々な種類の樹脂やエラストマーごとに安定した吐出状態を得るために、ダイスの交換を繰り返し行い、ダイスから排出される樹脂やエラストマーに適した孔径及び孔数を備えたダイスを選択する必要がある。
【０００５】
本発明は、ダイスを交換することなく様々な種類の樹脂やエラストマーに適用可能な押出機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】
【０００６】
本発明の押出機は、原料エラストマーまたは原料樹脂である原料物質が供給されるシリンダと、シリンダ内を回転駆動され、シリンダとともに原料物質を処理するスクリュと、シリンダの出口部に設けられ、処理された原料物質を排出するダイスと、を有している。ダイスは、少なくとも１つの第１の貫通孔を備えた第１の平板と、少なくとも１つの第２の貫通孔を備えた第２の平板と、を有している。第１の平板と第２の平板はシリンダの長手軸に沿って互いに隣接配置されている。第１の平板と第２の平板の少なくともいずれかは、第１の貫通孔と第２の貫通孔の重複部の面積を変化させることができるように、他方の平板に対して相対移動可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、ダイスの開口（吐出孔）は第１の貫通孔と第２の貫通孔の重複部として形成される。第１の平板と第２の平板の少なくともいずれかは、重複部の面積を変化させることができるように他方の平板に対して相対移動可能である。従って、ダイスを交換することなく様々な種類の樹脂やエラストマーに適用可能な押出機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の押出機の側面図である。
【図２】ダイスの概念図である。
【図３】実施例における開口の開度に対する流路面積の関係を示すグラフである。
【図４】比較例における貫通孔の孔数に対する流路面積の関係を示すグラフである。
【図５】比較例における貫通孔の配置を示す図である。
【図６】流路面積に対する出口圧力の関係を示すグラフである。
【図７】流路面積に対する出口水分率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の押出機を実施形態によって詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を限定するものではない。実施形態は二軸押出機を対象とするが、本発明は一軸押出機、多軸押出機、一軸エクスパンション乾燥機、スクリュ式脱水機とエクスパンション乾燥機の複合機などにも適用することができる。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る二軸押出機１の側方図である。二軸押出機１はシリンダ２と、シリンダ２内を回転駆動される２本のスクリュ３とを有している。２本のスクリュ３はシリンダ２内をシリンダ２の長手軸Ｘ１と平行に延びている。シリンダ２の一端付近には原料エラストマーまたは原料樹脂（以下、原料物質という）が供給されるホッパー部４が形成されている。スクリュ３は原料物質を輸送しながら混錬する。シリンダ２の出口部には処理された原料物質を排出するダイス５が設けられている。ダイス５には原料物質を排出する開口６が設けられている。ダイス５によってシリンダ２の出口部での原料物質の圧力を調整することができる。シリンダ２の出口部の近傍の側壁には原料物質から発生したガスを抜くためのベント口７が設けられている。
【００１１】
図２はダイス５の概略構成を示している。図２（ａ）はダイスの断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ方向からみた側面図を示している。ダイス５は、シリンダ２と同軸でかつシリンダ２の長手軸Ｘ１に沿って互いに隣接配置された第１及び第２の平板１１，１２を有している。本実施形態では第１及び第２の平板１１，１２は共に同心の円板である。第１の平板１１はシリンダ２の内部空間に面しており、第２の平板１２はシリンダ２の外部に面している。第１の平板１１及び第２の平板１２は、原料物質の流動方向すなわちシリンダ２の長手軸Ｘに沿って互いに重ね合わられるように設置されている。
【００１２】
第１の平板１１は複数の第１の貫通孔１３を有している。第２の平板１２は複数の第２の貫通孔１４を有している。貫通孔１３，１４はダイスの開口６となる穴である。貫通孔１３，１４の断面形状は円形であるが、これに限定されず、四角形、六角形、楕円形などでもよい。第１の平板１１と第２の平板１２における貫通孔１３，１４の個数及び配置は同一である。より詳細には、第１の平板１１上のシリンダ２と同心の第１の円１５上に４つの第１の貫通孔１３が９０°間隔で設けられ、第２の平板１２上のシリンダ２と同心の第２の円１６上に４つの第２の貫通孔１４が９０°間隔で設けられている。第１の円１５と第２の円１６は同じ直径であり、図２（ａ）のＡ方向から見たときに完全に重なり合う。
【００１３】
第１の平板１１は不図示の回転駆動機構によりシリンダ２の長手軸Ｘ１の周りを回転することができ、第２の平板１２はシリンダ２に対して固定されている。他の実施形態では第１の平板１１はシリンダ２に対して固定されており、第２の平板１２は不図示の回転駆動機構によりシリンダ２の長手軸Ｘ１の周りを回転することができる。あるいは第１の平板１１と第２の平板１２の双方がシリンダ２の長手軸Ｘ１の周りを回転することができる構成でもよい。いずれの構成においても、第１の平板１１と第２の平板１２の少なくともいずれかが、シリンダ２の長手軸Ｘ１の周りを他方の円板に対して回転可能である。第１の平板１１と第２の平板１２の相対的な回転角度に応じて、第１の平板１１の第１の貫通孔１３と第２の平板１２の第２の貫通孔１４の重複部、すなわち開口６の面積が変化する。図２（ｃ）では第１の平板１１の第１の貫通孔１３と第２の平板１２の第２の貫通孔１４は重なっておらず、開口６の開度は０％である。図２（ｄ）では第１の平板１１の第１の貫通孔１３と第２の平板１２の第２の貫通孔１４が部分的に重なっており、開口６の開度は６０％である。図２（ｅ）では第１の平板１１の第１の貫通孔１３と第２の平板１２の第２の貫通孔１４がさらに重なっており、開口６の開度は９０％である。第１の平板１１と第２の平板１２の回転角度差を調整することで、開口６の開度を連続的に設定することができる。第１の平板１１または第２の平板１２の回転可能範囲は開口６の開度が０％（全閉）から１００％（全開）の範囲で調整できるように設定される。原料物質に加えられる最適な圧力は原料物質の種類により異なるため、流路面積ないし開口６の開度は最適な圧力が得られるように適宜調整される。
【００１４】
第１及び第２の平板１１，１２の形状は円板に限定されず、様々な形状の平板を用いることができる。円板の枚数も実施形態に示したような２枚に限定されない。貫通孔の大きさ、配置も上述の実施形態に限定されない。貫通孔は複数の同心円上に設けられてもよい。円板のスライド方向は直線方向であってもよく、第１の平板１１と第２の平板１２の相対移動により流路面積ないし開口６の開度が調整できればよい。貫通孔の個数も上述の実施形態に限定されず、第１の平板１１と第２の平板１２のそれぞれに少なくとも一つあればよい。
【００１５】
次に、実施例と比較例について開口の流路面積を比較する。実施例のダイスは図２に示すものと同様である。第１の平板１１、第２の平板１２ともφ１５ｍｍの貫通孔が４つ形成されており、開口の開度を連続的に調整できる。比較例のダイスは、φ４ｍｍの貫通孔が所望の流路面積に応じて必要個数設けられる。図３は実施例における開口の開度に対する流路面積の関係を示している。開口の開度は回転駆動機構の操作量であり、全閉時の操作量を０、全開時の操作量を１００として均等に割り振っている。流路面積は開口の開度に対して２次曲線的な変化を示す。図４は比較例における貫通孔の孔数に対する流路面積の関係を示している。流路面積は孔数に対して比例関係にある。実施例では開度を調整することにより所望の流路面積が得られるが、比較例では貫通孔の断面積の整数倍に等しい流路面積しか得られず、所望の値に近似した流路面積しか得られない場合がある。
【００１６】
シリンダ２の出口圧力（シリンダ２内のダイス５の貫通孔入口近傍の圧力）は正確に制御することが求められる。出口圧力が高い場合、スクリュ先端部からダイスにかけて充満率の高い領域を長く必要とする。このため、原料物質が充填率の高い領域を移送される間に原料物質の温度が上昇し、原料物質が劣化する可能性がある。充満率の高い領域が長い場合、シリンダ２のベント口７から系外に原料物質が漏れ出し、運転を停止せざるを得ない場合もある。一方、出口圧力が低すぎる場合、ダイスの開口からの原料物質の吐出が不安定となる。このため、吐出ムラが生じやすく、後続のペレット工程において樹脂の成形が不安定になることがある。本実施形態は、２つの平板のいずれかを連続的に回転させる構成のため、所望の流路面積と出口圧力を正確に設定することができる。また、比較例のように所望の流路面積を得るために孔数の異なるダイスに交換する必要もない。
【００１７】
さらに、本発明の押出機は、含水熱可塑性樹脂や含水エラストマーなどの水分を含む原料物質を脱水乾燥するエクスパンジョン脱水機にも好適に適用できる。水分を含む原料物質、例えば含水熱可塑性樹脂を脱水乾燥する場合、一般的な溶融樹脂とは異なり、蒸気圧による樹脂の流動性を考慮する必要がある。この場合、出口圧力の調整が難しくなる。例えば含水熱可塑性樹脂においては、スクリュ先端部からシリンダ２の出口部にかけての領域で樹脂温度が上昇すると水分が蒸発しやすくなる。蒸気を含む溶融状態の原料物質が蒸気圧により貫通孔から一気に噴出すると、シリンダ内部の原料物質の密度が低下する。その後、出口圧力が回復するまで原料物質がシリンダ内に蓄積され、加圧加熱された原料物質が再びダイスから噴出する。このように原料物質の噴出を間欠的に繰り返すプロセスでは、押出工程が非常に不安定となる。また、原料物質が保有していた水分も同時に噴出してしまうため、吐出される樹脂の温度が低下し、吐出後の樹脂が乾燥しにくくなる。原料物質に適したダイスが選定されている場合、これらの状態変化は安定的に行われる。しかし、原料物質に適したダイスを決定するには様々なダイスを試行錯誤する必要があり、様々な生産銘柄ごとに最適なダイスを決定することは非常に煩雑である。
【００１８】
本実施形態では開口６の開度が連続的に調整可能であるため、ダイスを通過する原料物質の性状に応じて、出口圧力を正確に調整することができる。このため、ダイスから吐出される含水樹脂或いは含水エラストマーを安定して押し出すことが可能となる。その結果、押出機から吐出される樹脂の残留水分率及び品質が安定する。また、原料物質がダイスから安定して吐出されるため、原料物質が保有している水分の蒸発と、これに伴う原料物質の冷却も安定して行われる。従って、樹脂の劣化が抑制できるとともに、冷却のためのエネルギーも削減できる。
【００１９】
次に、株式会社日本製鋼所製の二軸押出機ＴＥＸ６５αＩＩに実施例と比較例のダイスを取り付け、含水樹脂（水分率約５０重量％）の混錬を行った。実施例のダイスにおいて、開口の開度は５％（実施例１）及び１００％（実施例２）とした。比較例のダイスにおいて、貫通孔の孔数は２つ（比較例１）及び４９個（比較例２）とした。比較例１と比較例２の貫通孔２１の配置は図５（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。実施例１，２、比較例１，２において二軸押出機の運転条件は同じとした。表１に結果を示す。表中、出口水分率はダイスから吐出された樹脂の残留水分率である。図６に流路面積に対する出口圧力の関係を、図７に流路面積に対する出口水分率の関係を示す。出口圧力は流路面積が小さいほど増加する。これは流路面積が絞られることで、ダイスの上流側で高い圧力が保持されるためである。比較例１は実施例１と比べてダイスの上流側で含水樹脂の圧力が十分に保持されないため、ダイス内部の樹脂温度が低下しており、吐出された樹脂の残留水分も実施例１より多くなっている。ダイスから吐出される樹脂の残留水分を抑えたい場合は流路面積を高い精度で調整することが必要となるため、流路面積の微調整が可能な実施例のダイスを好適に使用することができる。
【００２０】
【表１】
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【符号の説明】
【００２１】
１  脱水機
２  シリンダ
３  スクリュ
４  ホッパー部
５  ダイス
７  開口
１１  第１の平板
１２  第２の平板
１３  第１の貫通孔
１４  第２の貫通孔
【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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