| 【発明の名称】 |
高粘度樹脂の混合装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】天野 研
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| 【要約】 |
【課題】高粘度の複数の液体を高速で均一混合できる高粘度樹脂の混合装置を提供する。
【構成】混合後の樹脂を排出する排出口７が設けられ内壁が円筒状の外筒１と、外筒１の内壁内で回転する螺旋状に形成されたネジ山５が接続される回転シャフト３と、回転シャフト３を軸受け支持し外筒１に固定された軸受け２と、軸受け２に設けられ２種類の高粘度樹脂が別々に供給される２つの注入口６と、ネジ山５に設けられ排出口７を閉じるための弁体８と、回転シャフト３を軸方向に移動する駆動装置とを備え、前記ネジ山５と外筒１の内壁とのギャップが外筒内径の０.５から１.５％以内に形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合後の樹脂を排出する排出口が設けられ内壁が円筒状の外筒と、該外筒の内壁内で回転する螺旋状のネジ山が接続される回転シャフトと、該回転シャフトを軸受け支持し前記外筒に固定された軸受けと、該軸受けに設けられ２種類の高粘度樹脂を別々に供給するための２つの注入口と、前記ネジ山に設けられ前記排出口を閉じるための弁体と、前記回転シャフトを軸方向に移動させる駆動装置を備え、前記ネジ山と外筒の内壁とのギャップが前記外筒内径の０.５から１.５％以内に形成されている高粘度樹脂の混合装置。
【請求項２】
前記駆動装置は、２種類の高粘度樹脂の混合動作時には前記弁体により排出口を閉じ、混合後の樹脂を排出する時は前記回転シャフトを引き抜いて前記排出口を開けるように制御される請求項１に記載の高粘度樹脂の混合装置。
【請求項３】
１回当たりの混合容積が１から３ｍｌであって、前記ネジ山が２である請求項１に記載の高粘度樹脂の混合装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成型機へ送られる高粘度樹脂を射出成型機の前段で攪拌混合するための高粘度樹脂の混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジニアリングプラスチックと呼ばれる高粘度の樹脂を射出成型して機械部品，光学部品，記録媒体として利用する例が見られる。しかし、例えば１０Ｐａｓ以上の２種類の高粘度の樹脂を均一に混合して射出成型機に送るような混合装置の製作はかなり難しいものがある。特に、２液の混合直後に硬化が始まるような速硬化性樹脂の場合には、数分以内に均一混合を達成して射出成型機に送る必要があり、高粘度の樹脂を高速で均一混合しなければならない。
【０００３】
又、速硬化性樹脂の場合には、射出成型機に送り込む分だけの樹脂を即時に調合混合することが必要で、大型の容器で作り貯めておくことができない。
【０００４】
工業的に用いられる高粘度の混合装置として、ＰＥＴやＰＢＴの高粘度重合器があるが、上述した問題点は解決できないものであった。すなわち、粘度が１０Ｐａｓ以上の高粘度流体では、粘性力が圧倒的に支配するから、いわゆる対流による攪拌混合は期待できない。このため通常の攪拌翼による液の混合性能は著しく低いものになる。このため高粘度流体の混合装置としては、例えば飴菓子の製造機のように機械的に引き伸ばしと折りたたみを繰り返すものが多い。ＰＥＴやＰＢＴの重合器も基本的にはこのような考えに基づくが、これを射出成型用混合装置に適用することは難しい。
【０００５】
〔特許文献１〕には、円筒状をしたシリンダ内にスクリュウを回転し、粉体，粒状体，液体等を混練したり、粘土状物体を送出する装置で、シリンダ，スクリュウの少なくとも一方をセラミック材で構成し、シリンダ内径が６０mm、隙間を６０μｍとすることが記載されている。
【０００６】
〔特許文献２〕には、混練撹拌羽根を固定した２本の回転軸を有する２連式連続混練装置のケース内に排出口を開閉するセキ板を回転軸心方向に進退自在に設け、このセキ板を進退させる油圧シリンダの圧力を検知する圧力検知器と、回転軸を駆動する電動機の負荷電流を検出することによりセキ板の開度を調節して滞留量を一定に保つことが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１４４６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２４２３３４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１〕に記載の従来の技術は、粉体，粒状体，液体等を混練したり、粘土状物体を送出する装置であるため、射出成型機に送り込む分だけの樹脂を即時に調合混合することについての配慮がなされていなものである。
【０００９】
又、〔特許文献１〕に記載の従来の技術は、セキ板を設けるものであるが、セキ板の開度を調節して滞留量を一定に保つものであり、同様に、射出成型機に送り込む分だけの樹脂を即時に調合混合することについての配慮がなされていなものである。
【００１０】
本発明の目的は、高粘度の複数の液体を高速で均一混合できる高粘度樹脂の混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の高粘度樹脂の混合装置は、
混合後の樹脂を排出する排出口が設けられ内壁が円筒状の外筒と、該外筒の内壁内で回転する螺旋状のネジ山が接続される回転シャフトと、該回転シャフトを軸受け支持し前記外筒に固定された軸受けと、該軸受けに設けられ２種類の高粘度樹脂を別々に供給するための２つの注入口と、前記ネジ山に設けられ前記排出口を閉じるための弁体と、前記回転シャフトを軸方向に移動させる駆動装置を備え、前記ネジ山と外筒の内壁とのギャップが前記外筒内径の０.５から１.５％以内に形成されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高粘度，速硬化性，小容量の樹脂を高速混合することができ、これを加工する射出成型機に好適な高粘度樹脂の混合装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施例を図１から図４により説明する。図１，図２は、本実施例の高粘度樹脂の混合装置を示す縦断面図、図３は、ネジ山部分を示す斜視図、図４は、混合性能を示す図である。
【００１４】
図１，図２に示すように、混合容器部分の内径が２５mmの場合を示しているが、円筒状の外筒１には、混合後の樹脂を排出する排出口７が設けられている。排出口７の口径は特に規定されない。排出口７は射出成型機９に接続されるが、射出成型機９の構造についてはとくに規定はない。外筒１の内側には、螺旋状に形成されたネジ山５が接続された回転シャフト３が内装され、回転シャフト３は、外筒１に結合ネジ４で固定された軸受け２で軸受け支持されている。
【００１５】
ネジ山５の先端部には円錐状の弁体８が設けられており、図示しない駆動装置によって軸方向に移動するようになっている。図１は、弁体８で排出口７が閉じられている状態を示しており、図２は、弁体８が０.５mm 移動して排出口７が開いた状態を示している。軸受け２には、２種類の高粘度樹脂Ａ，Ｂを別々に供給するため、２つの注入口６が設けられ、２つの注入口６は、ネジ山５と軸受け２との間に形成される空間に連通しており、高粘度樹脂を混合容器部分に導入するようになっている。注入口６の口径は特に規定されない。樹脂Ａと樹脂Ｂについても特に規定はないが、樹脂Ａ，樹脂Ｂともに１０Ｐａｓから数百Ｐａｓの高粘度であり、混合により直ちに硬化を始めるものを想定している。
【００１６】
本実施例の高粘度樹脂の混合装置は、１回当たりの混合容量が３から５ｍｌであり、図１、ネジ山５の形状を３次元的に示した図３の例では、ネジ山５部の最大径は２４.５mm であり、外筒１内壁とネジ山５とのギャップは、０.２５mm に形成され、ギャップ幅は、外筒内径の１％程度に設定されている。又、ネジ山５部のピッチを６mm、ネジ山５の溝の深さを５mm、ネジ山５部の軸方向長さを２ピッチ分１２mmとしている。これらの寸法は混合部容積を確保し、後述するように、高粘度の複数の液体を高速で均一混合するのに好適なものである。
【００１７】
なお、外筒１は、２つの半円状のものをボルトで結合して形成してもよく、このように構成することにより、分解して清掃が容易にできる。
【００１８】
このように構成された高粘度樹脂の混合装置の運転方法について説明する。
【００１９】
２つの樹脂Ａ，樹脂Ｂの混合動作時には、図１に示すように、排出口７は、ネジ山５部に設けられた突起状の弁体８で閉じられている。樹脂を下流側へ押し出す方向に回転シャフトを数十rpm で回転させる。このとき樹脂の押し込み流量と同じだけの逆流流量が生じるため樹脂は前後に混合され均一化される。
【００２０】
高粘度液体はパイプの中を移送することが極めて困難であるため、高粘度液体の移送機器として、パイプ内部でスクリュウを回転させて液体を押し出す一軸押出器が用いられる。一軸押出器では高粘度液が前後で逆流混合することなくピストン状に一様に押し出されるのが、理想であるが、高粘度流体を下流側へ押し出そうとすると、下流ほど流体圧力が著しく高くなるので逆流混合が生じ、下流側出口を閉塞した状態で押し込み動作を行うことにより、押し込み流量と同じだけの逆流流量(Backmixing Flow) が得られ、均一混合を得ることができる。
【００２１】
混合された樹脂を排出するときには、図２に示すように、シャフトを約０.５mm 引き抜いて排出口７を開き、回転シャフトを回転して混合樹脂を射出成型機９へ押し出す。このときは一軸押出器と同様に、樹脂はピストン状に射出成型機に押し出され、注入口より新しい樹脂が容器内に充填されるが、逆流流量はほとんどないため、混合樹脂と新しい樹脂が混ざり合うことはない。
【００２２】
図４は、本混合装置の混合性能を解析的に検討した結果を示す。
【００２３】
図４（ａ）は、粘度２００Ｐａｓの樹脂Ａ(２０)を９０％の割合で充填し、粘度２００Ｐａｓの樹脂Ｂ（２１）を１０％の割合で充填した初期状態である。
【００２４】
図４（ｂ）は、４０rpm の回転数で６０秒間攪拌した混合時の濃度分布を示している。図４（ｂ）に示されるように、ネジ山５のピッチ６mm，ギャップ幅０.２５mm の条件で
６０秒以内に均一な混合状態を形成できることがわかる。
【００２５】
一方、図４（ｃ）は、ギャップ幅を０.５mm に拡げた条件で６０秒間攪拌した混合時の結果であり、図４（ｂ）と同じく４０rpm の回転数で、ネジ山５のピッチ６mmであるが、ギャップ幅０.２５mm の条件よりも濃度ムラが大きく、混合性が悪い。
【００２６】
これはギャップ幅を拡げたために逆流流量が減り、前後の混合が悪くなったことによる。この傾向は回転数を増加させても同様であり、ギャップ幅は外筒内径の１％程度、好ましくは０.５ から１.５％以内、さらに好ましくは０.８ から１.２ 以内に留めるのがよい。
【００２７】
図４（ｄ）は、ギャップ幅は０.２５mm であるが、ネジ山のピッチを３mmとしてネジ山の数を２倍に増やした場合の混合性能を示す。ネジ山部の軸方向の全長は１２mmで変えていない。この結果から、ネジ山を増やすと濃度ムラが大きくなり混合性能は悪くなることが分かる。ネジ山の数は２が適切である。
【００２８】
本実施例では、１回当たりの混合容積が１から３ｍｌの小さな装置について説明したが、より大きい容量の混合装置は、流れの相似則に基づいてその設計寸法を決めることができる。すなわち、相似則を与える無次元数であるレイノルズ数を一致させることにより適正な装置を得ることができる。
【００２９】
たとえば、本実施例の混合装置の代表径をＤ1（ｍ）とし、代表回転数をＮ1（１／ｓ）、例えば４０rpm とする。混合容積が８倍の混合装置は、代表径Ｄ2＝Ｄ1×２の相似の装置とし、回転数をＮ2＝Ｎ1／４（例えば１０rpm ）とすれば、レイノルズ数は、数１となり、
【００３０】
【数１】
【００３１】
ここで、Ｒｅはレイノルズ数、νは樹脂の動粘性係数（ｍ2／ｓ）である。
【００３２】
流れは相似となるから本実施例と同様の混合性能を実現できる。ただし、均一な混合を得るのに要する時間は、本実施例が約６０秒であるのに対し４倍の約２４０秒となる。この場合、混合樹脂の硬化速度の観点から、より速い混合速度が必要であれば、回転数を本実施例と同じ程度まで増加させればよい。このときレイノルズ数Ｒｅ2は、Ｒｅ1よりも高くなるので、混合性能（樹脂の均一度）が本実施例を下回ることはない。
【００３３】
大型の混合装置についても、ギャップ幅を外筒径の１％程度、好ましくは０.５ から
１.５ ％以内、さらに好ましくは０.８から１.２以内に留め、混合時に排出口を閉じることの２つの要件を満たすことが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である高粘度樹脂の混合装置を示す縦断面図である。
【図２】本実施例の高粘度樹脂の混合装置を示す縦断面図である。
【図３】混合装置のネジ山部分を示す斜視図である。
【図４】混合装置の混合性能解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…外筒、２…軸受け、３…回転シャフト、４…外筒と軸受けの結合ネジ、５…回転シャフトのネジ山、６…注入口、７…排出口、８…弁体、９…射出成型機。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１８年８月２３日（２００６．８．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１００３１０
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
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| 【公開番号】 |
特開２００８−４９５０８（Ｐ２００８−４９５０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月６日（２００８．３．６） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２２６０１５（Ｐ２００６−２２６０１５） |
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