(57)【要約】【課題】全方向で強度が高い成形品を得ることができ、しかも発熱が生じにくく、動力源の小型化が可能な押出成形装置を提供する。【解決手段】成形材料を搬送する搬送通路２と、搬送通路２に設けられたダイス３と、ダイス３に形成された押出孔４に向けて成形材料を押し出すスクリュー７とを備えており、スクリュー７の主軸の先端に攪拌手段１０を取付けている。攪拌手段１０は、２本の攪拌ピン１２，１３からなり、押出孔４の軸方向にほぼ沿って延び、かつ互いに交差している。補強繊維入りの成形材料がスクリュー７でダイス３の押出孔４へ押し込まれると、同時に２本の攪拌ピン１２，１３によって回転方向の力が加えられ、攪拌効果が生じる。このため、成形材料内に混入されている補強繊維ｆも成形品Ｃ内で螺旋状にあるいはランダム存在することとなり、成形品Ｃの軸方向だけでなく半径方向にも補強効果が生じ、全方向で割れにくい成形品Ｃが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維を混入した成形材料を押し出し成形するダイスと、該ダイスに形成された押出孔に向けて成形材料を押し出す搬送手段とを備えた押出成形装置であって、
前記搬送手段の主軸の先端に、攪拌手段を取付けており、
該攪拌手段は前記押出孔の内部に位置しており、
前記攪拌手段は、２本の攪拌ピンからなり、該２本の攪拌ピンが前記押出孔の軸方向にほぼ沿って延び、かつ互いに交差している
ことを特徴とする押出成形装置。
【請求項２】
前記２本の攪拌ピンが、いずれも、その基端が前記搬送手段の主軸の先端に取付けられ、その先端が前記押出口の出側に向けられており、かつ互いの中間部で交差している
ことを特徴とする請求項１記載の押出成形装置。
【請求項３】
前記２本の攪拌ピンが、いずれも、その基端が前記搬送手段の主軸の先端に取付けられ、その先端が前記押出口の出側に向けられており、かつ互いの基端部で交差している
ことを特徴とする請求項１記載の押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形装置に関する。さらに詳しくは、補強繊維を混入した成形材料を、円柱状または円筒状の成形品に形成するために使用される押出成形装置に関する。
【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１〜２０ｍｍ、長さ１〜２０ｍｍ程度の円柱状または円筒形の成形品に成形され、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、従来から押出成形装置が用いられている。
【０００３】
上記の成形品は、たとえばアルミナ等の軟質な粘土状材料を用い、これをダイから連続的に押し出して棒状品に成形し、さらに小さく切断して円柱状または円筒状に成形している。
【０００４】
ところで、上記成形品が主材料の粘土状材料のみであると強度が弱く割れやすいため、成形材料に補強繊維を混ぜ込み、強度を向上させることが行われている。ところが、押出成形により製造した成形品は、たとえ補強繊維が分散されていても、床に落すなどの衝撃を加えた場合、簡単に割れてしまうという問題があった。とくに円筒形の成形品では、その軸方向に割れやすかった。なぜならば、図５（Ｂ）に示すように、押出成形された成形品Ｃに含まれる補強繊維ｆは、成形品Ｃと同様に押出し方向に向けて揃えられるため、補強繊維が半径方向の強度向上には寄与しなかったからである。
【０００５】
特許文献１には、そのような成形品における補強繊維の配向方向を変化させることを考慮した押出成形装置が開示されている。この装置では、スクリュー軸に攪拌手段を取付け、この攪拌手段をダイに形成した押出孔の内部で回転させるように構成している。攪拌手段としては、押出孔内で軸方向に延びる１本のピンと、このピンに対し半径方向に延びる突起を取付けたものが用いられている。この従来技術によれば、押出時に成形材料内の補強繊維がランダムに分散し、機械的強度が向上するとされている。
【０００６】
しかしながら上記従来技術では、押出孔内で半径方向に延びる突起が回転するが、その突起は成形材料の押出し方向に対し直角方向に存在するので、押出し抵抗が大きく、大きな押出し動力を必要としていた。また、突起が押出し材料の流動を妨げやすいので、発熱量が大きく押出し不良が生じやすかった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２７２９６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、全方向で強度が高い成形品を得ることができ、しかも発熱が生じにくく、動力源の小型化が可能な押出成形装置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】
【０００９】
第１発明の押出成形装置は、補強繊維を混入した成形材料を押し出し成形するダイスと、該ダイスに形成された押出孔に向けて成形材料を押し出す搬送手段とを備えた押出成形装置であって、前記搬送手段の主軸の先端に、攪拌手段を取付けており、該攪拌手段は前記押出孔の内部に位置しており、前記攪拌手段は、２本の攪拌ピンからなり、該２本の攪拌ピンが前記押出孔の軸方向にほぼ沿って延び、かつ互いに交差していることを特徴とする。
第２発明の押出成形装置は、第１発明において、前記２本の攪拌ピンが、いずれも、その基端が前記搬送手段の主軸の先端に取付けられ、その先端が前記押出口の出側に向けられており、かつ互いの中間部で交差していることを特徴とする。
第３発明の押出成形装置は、第１発明において、前記２本の攪拌ピンが、いずれも、その基端が前記搬送手段の主軸の先端に取付けられ、その先端が前記押出口の出側に向けられており、かつ互いの基端部で交差していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、補強繊維入りの成形材料が搬送手段でダイスの押出孔へ押し込まれると、同時に攪拌手段である２本の攪拌ピンの回転によって攪拌される。しかも、２本の攪拌ピンが交差していると、押出孔内における軸方向の長い領域で攪拌効果が生じるので、成形材料は回転方向の力を受けながら、押出孔から押し出される。このため、成形材料内に混入されている補強繊維も成形品内で螺旋状にあるいはランダム存在することとなり、成形品の軸方向だけでなく半径方向にも補強効果が生じ、全方向で割れにくい成形品が得られる。また、攪拌ピンは押出孔内で、同軸方向に沿って延びているので、成形材料が押出孔内を通過するときの抵抗が小さくなる。このため、発熱による成形不良が生じにくく、押出駆動源も小型化できる。
第２発明によれば、２本の攪拌ピンが互いの中間部で交差しているので、２本の攪拌ピンにおける基端同士の間隔を広くとれ、攪拌抵抗に対する抗力が大きくなる。しかも、押出孔の流路断面内での中心位置から押出孔内周に至る全半径領域で攪拌効果を生じさせることができるため、補強繊維の螺旋状あるいはランダムな配向を行いやすい。また、２本の攪拌ピンは押出孔内を押し出される成形材料の流れに沿っているので、流動抵抗が小さくなる。このため、成形材料の発熱も少なくなり、成形不良が生じにくく、押出駆動源を小型化できる。
第３発明によれば、２本の攪拌ピンが互いの基端部で交差しているので、２本の攪拌ピンにおける先端同士の間隔を広くとれ、大きく攪拌することができる。しかも、押出孔の流路断面内での中心位置から押出孔内周に至る全半径領域で攪拌効果を生じさせることができるため、補強繊維の螺旋状あるいはランダムな配向を行いやすい。また、２本の攪拌ピンは押出孔内を押し出される成形材料の流れに沿っているので、流動抵抗が小さくなる。このため、成形材料の発熱も少なくなり、成形不良が生じにくく、押出駆動源を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の押出成形装置は、粘土状材料に補強繊維を混入した成形材料を搬送手段により加圧搬送してダイスから押出して成形品を製造する装置である。以下の例では、搬送手段がスクリュー方式の場合を代表として説明するが、成形材料の搬送方式（押出し機構）は、とくに限定されない。
【００１２】
また、本発明の押出成形装置が成形する成形材料は補強繊維を混入したものであり、混入する補強繊維としては、アルミナ、シリカアルミナ、石英、ガラス、炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニウムなどで、繊維径が0.1〜２０μｍ、繊維長が１〜1000μｍの公知のものを例示できるが、これに限るものではない。
【００１３】
本発明の押出成形装置の概略を、図１に基づき説明する。
同図において、符号２はスクリューケース等の搬送通路を示している。この搬送通路２内には、中空な筒状の空間が形成されており、この搬送通路２の軸方向の一端にダイス３が設けられている。また、ダイス３の中心には押出孔４が形成されている。
【００１４】
前記搬送通路２には、成形材料を搬送通路２内に供給するホッパー５が設けられている。なお、この例では、ホッパー５を通して成形材料を搬送通路２内に供給しているが、搬送通路２内に成形材料を供給する方法は特に限定されない。
【００１５】
前記搬送通路２内の空間には、搬送手段としてのスクリュー７が配設され、このスクリュー７の基端は、減速機８を介してモータ等の駆動源９に連結されている。
このスクリュー７は主軸７ａと羽根７ｂから構成されたものであり、主軸７ａはダイス３に形成された押出孔４と同心に配置されている。
そして、主軸７ａの先端には、本発明に係る攪拌手段１０が取付けられているが、その詳細は後述する。
【００１６】
以上のごとき構成であるから、ホッパー５を通して、補強繊維入りの成形材料を搬送通路２内に供給し、スクリュー７を回転させれば、成形材料は加圧されながらダイス３に向かって搬送される。
そして、成形材料は、ダイス３の押出孔４から押出されて、補強繊維入りの円柱状の成形品となって出ていき、円柱状の成形品は所定の長さに切断される。
【００１７】
ところで、上記補強繊維を成形品中で螺旋状あるいはランダムに配向する手段として、本発明では、スクリュー７の主軸７ａに取付けられる攪拌手段１０を採用している。
つぎに、その攪拌手段１０を、図２〜図５に基づき説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図２の（Ａ）図は本発明の第１実施形態に係る攪拌手段１０とダイス３を示す断面図、（Ｂ）図は攪拌手段１０の拡大側面図、（Ｃ）図は同正面図である。
第１実施形態の攪拌手段１０は、ボス部１１と２本の攪拌ピン１２，１３とからなる。ボス部１１はスクリュー７の主軸７ａとほぼ同じ直径の部材であり、その後端にネジ部11aを備えている。このネジ部11aは主軸７ａに攪拌手段１０を取付けるための部材である。
【００１９】
そして、２本の攪拌ピン１２，１３は、その基端が前記ボス部１１に植設その他の手段で取付けられている。また、２本の攪拌手段１２，１３とも、押出孔４の出側に向けて、ほぼ軸方向に沿って延びている。この２本の攪拌ピン１２，１３は、押出孔４の全長にわたって存在する必要はなく、押出孔４の入側から入り途中までの長さでよい。各攪拌ピン１２，１３の長さは、長いほど攪拌効果が高いが、どの程度の長さにするか、また押出孔４の出側端と攪拌ピン１２，１３との間の長さをどの程度にするかは、成形材料の性質や補強繊維の混入量などに合わせて選択すればよい。
【００２０】
前記２本の攪拌ピン１２，１３は互いの中間部で交差している。換言すれば、側面視でＸ字状となっている。
図示の実施形態において、各攪拌ピン１２，１３の軸線に対する交差角θは８°であるが、これより小さくてもよく、大きくてもよい。要は、押出孔４内に挿入でき、成形材料とそれに含まれる補強繊維を攪拌できればよい。
【００２１】
本実施形態における２本の攪拌ピン１２，１３は、互いの中間部で交差しているので、２本の攪拌ピン１２，１３における基端同士の間隔を広くとれる。換言すれば、先端同士の間隔は狭くなるのであるが、各攪拌ピン１２，１３の基端にかかる曲げモーメントは小さくなるので、攪拌抵抗に対する抗力が大きいと云える。そして、押出孔４の流路断面内で各攪拌ピン１２，１３を見てみると、押出孔４の中心位置から押出孔４内周に至る全半径領域で攪拌ピン１２，１３が存在しているので、これが回転したときの攪拌効果は大きなものとなる。このため、図５（Ａ）に示すように、成形品Ｃ内における補強繊維ｆの向きを、螺旋状あるいはランダムに配向することができる。
【００２２】
また、本実施形態において、２本の攪拌ピン１２，１３は押出孔４内を押し出される成形材料の流れに沿っているので、流動抵抗が小さくなる。このため、成形材料の発熱も少なくなり、成形不良が生じにくく、押出駆動源を小型化できる。
【００２３】
（第２実施形態）
図３の（Ａ）図は本発明の第２実施形態に係る攪拌手段１０とダイス３を示す断面図、（Ｂ）図は攪拌手段１０の拡大側面図、（Ｃ）図は同正面図である。
第２実施形態の攪拌手段１０も、ボス部１１と２本の攪拌ピン１２，１３からなる基本構成は、図２の攪拌手段１０と同様である。また、本実施形態の攪拌ピン１２，１３は、その基端が前記ボス部１１に植説その他の手段で取付けられている。また、２本の攪拌手段１２，１３とも、押出孔４の出側に向けて、ほぼ軸方向に沿って延びている。この２本の攪拌ピン１２，１３も、押出孔４の全長にわたって存在する必要はなく、押出孔４の入側から入り途中までの長さでよい。各攪拌ピン１２，１３の長さは、長いほど攪拌効果が高いが、どの程度の長さにするか、また押出孔４の出側端と攪拌ピン１２，１３との間の長さをどの程度にするかは、成形材料の性質や補強繊維の混入量などに合わせて選択すればよい。
【００２４】
前記２本の攪拌ピン１２，１３は互いの基端部で交差している。換言すれば、側面視で横向きのＶ字状となっている。
図示の実施形態において、各攪拌ピン１２，１３の軸線に対する交差角θは６°であるが、これより小さくてもよく、大きくてもよい。要は、押出孔４内に挿入でき、成形材料とそれに含まれる補強繊維を攪拌できればよい。
【００２５】
本実施形態における２本の攪拌ピン１２，１３は、互いの基端部で交差しているので、２本の攪拌ピン１２，１３における先端同士の間隔を広くとれ、大きく攪拌することができる。そして、押出孔４の流路断面内で各攪拌ピン１２，１３を見てみると、押出孔４の中心位置から押出孔４内周に至る全半径領域で攪拌ピン１２，１３が存在しているので、これが回転したときの攪拌効果は大きなものとなる。図５（Ａ）に示すように、成形品Ｃ内における補強繊維ｆの向きを、螺旋状あるいはランダムに配向することができる。
【００２６】
また、本実施形態においても、２本の攪拌ピン１２，１３は押出孔４内を押し出される成形材料の流れに沿っているので、流動抵抗が小さくなる。このため、成形材料の発熱も少なくなり、成形不良が生じにくく、押出駆動源を小型化できる。
【００２７】
（第３実施形態）
図４の（Ａ）図は本発明の第３実施形態に係る押出成形装置の要部を示す断面図、（Ｂ）図は同正面図である。
本実施形態は複数個の押出孔４を有する押出成形装置である。同図に示すように、主搬送手段２７を内蔵する主搬送通路２２の先端にはダイス３が設けられている。このダイス３には、複数個の搬送通路２が形成されており、各搬送通路２は正面視で見て円周上に等間隔に配置されていて、各搬送通路２は主搬送通路２２に連通している。また、押出孔４が各搬送通路２の先端に形成されている。
【００２８】
前記各搬送通路２内には、それぞれ搬送手段であるスクリュー７が配置され、このスクリュー７の主軸先端には前記第１実施形態または第２実施形態の攪拌手段１０が取付けられている。
この実施形態では、それぞれの押出孔４でスクリュー７の回転数をそれぞれ異なるように調整して、押出孔４から押出される円柱状または円筒状成形品の長さを異ならせることができる。
【００２９】
また、前記図示の各実施形態では、攪拌手段１０はスクリュー７の主軸７ａに固定的に取付けたものであったが、図４に示すように、主軸７ａとは別の軸で個別に回転するようにしてもよい。
この場合、主軸７ａの内部に同心状に攪拌手段１０用の駆動軸10aを回転自在に挿入し、この駆動軸10aの先端を主軸７ａから突出させて攪拌手段１０を取付け、駆動軸10aの基端をモータ等の駆動源に連結することで、スクリュー７とは別に回転させることができる。
【００３０】
この実施形態であると、スクリュー７の主軸７ａに溝数の異なる攪拌手段１０を適宜付け替えて、溝数に適合した回転数で攪拌手段１０を回転させることができる。このため、補強繊維や成形材料の性質に合わせた運転が可能となる。また、それぞれの押出孔４から押出される円柱状または円筒状成形品に最適の攪拌を加えるため、攪拌手段１０の回転数をスクリュー７の回転数と同じにしたり、あるいは異なるように変えることが可能となる。
【００３１】
つぎに、本発明の他の実施形態を説明する。
前記第１、第２、第３実施形態では、攪拌手段１０は２本の攪拌ピン１２，１３をＸ字状や横向きＶ字状にしたものであったが、これら以外にも、２本の攪拌ピン１２，１３の交差部分をより基端側へ近づけたものや、より先端側へ近づけたものも、本発明に含まれる。これらの実施形態においても、前記各実施形態とほぼ同様の攪拌効果を奏するものである。
【００３２】
前記各実施形態では、攪拌手段１０はボス部１１に２本の攪拌ピン１２，１３を取付けたものであったが、さらにボス部１１に円筒成形用のピンを１本取付けてもよい。このピンは前記攪拌ピン１２，１３よりも長く、中心軸に沿って取付けられる。この実施形態であると、押出し成形時に成形材料が前記ピンのまわりに沿って流れるので、円筒状の成形品を成形しやすくなる。
【００３３】
本発明における上記いずれの実施形態においても、攪拌手段１０は押出孔４内でほぼ同軸方向に延びているので、成形材料が押出孔４内を通過するときの抵抗は小さい。このため、成形材料の発熱量が少ないので発熱による成形不良が生じにくい。また、成形材料の流動抵抗が小さいことから、低回転数または低攪拌動力で回転方向の力を加えることができ攪拌手段１０の動力源を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の押出成形装置の概略断面図である。
【図２】（Ａ）図は本発明の第１実施形態に係る攪拌手段１０とダイス３を示す断面図、（Ｂ）図は攪拌手段１０の拡大側面図、（Ｃ）図は同正面図である。
【図３】（Ａ）図は本発明の第２実施形態に係る攪拌手段１０とダイス３を示す断面図、（Ｂ）図は攪拌手段１０の拡大側面図、（Ｃ）図は同正面図である。
【図４】（Ａ）図は本発明の第３実施形態に係る押出成形装置の要部を示す断面図、（Ｂ）図は同正面図である。
【図５】（Ａ）図は本発明の押出成形装置で成形した成形品の説明図、（Ｂ）図は従来装置で成形した成形品の説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１          押出成形装置
２          搬送通路
３          ダイス
４          押出孔
７          スクリュー
１０          攪拌手段
１２，１３    攪拌ピン
【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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