JPH03217223A

JPH03217223A - 材料の混合方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03217223A
Application number: JP2010375A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Furusawa; 古沢　俊宏; Atsushi Sato; 淳佐藤; Takashi Nakajima; 孝中島; Noriaki Matsugishi; 則彰松岸
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Seidensha Electronics Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Seidensha Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-09-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば、有機高分子材料生着色剤あるいは添
加剤等のように、２種以上の材料を混合する混合方法及
び混合装置に関する。

〔背景技術〕

従来、着色剤や添加剤を添加した有機高分子材料を押出
成形するような場合、押出速度を上げると、樹脂流路断
面上の樹脂温度分布が一様でなくなり、更に、着色剤や
添加剤等の分散度合も悪くなる。このため、成形品に色
むらや表面光沢不良を生じたり、添加剤が粒状で不均一
に分散する等、種々の問題が生じている。

そこで、溶融樹脂の温度の均一化と分散効果を高めるた
めに、それぞれの用途に合った補助ミキシング装置（静
的混合機）か実用化されている。

第５図には、従来の補助ミキシング装置の一例であるス
タティックミキサが示されている。

第５図において、スタティックミキサｌは、筒体２を備
え、この筒体２の内部に形成された流路３内には、複数
枚のエレメント４が固定されている。これらの各エレメ
ント４は、ほぼ長方形の板材を１８０度捩った形状とさ
れ、各エレメント４は、その端面の位相が９０度づつ異
なるように、前記筒体２内に順次直列配置されている。

このような構成において、筒体２内に２種以上の材料を
流入させると、この材料は、各エレメント４で１８０度
の捩り回転を与えられるとともに、各エレメント４の接
続位置で２分割される。これにより、材料は、攪拌され
、混合されることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のスタティックミキサｌは、捩れた
板状のエレメント４を内蔵しただけであり、その機構が
単純であるため、強力に混合することは不可能であった
。

特に、樹脂温度の均一化や分散効果を高めることを効率
よく、同時に行う装置については、いまだ実用化されて
いない。また、樹脂に限らず、その他の有機材料や無機
材料の混合についても同様である。

本発明の目的は、２種以上の材料の分散や混合を十分に
、かつ、効率よく行なえる材料の混合方法及びその装置
を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る混合方法は、材料の流入口、流路及び流出
口を有する流路部材に２種以上の材料を流通させる際、
前記流路部材に当該流路部材を共振させる振動を付与し
、流路部材を共振させつつ前記材料を流通させて混合す
る方法である。

本発明の混合方法において、前記流路部材中の材料の流
通は、流路部材を共振させる振動の伝達方向に対して交
差する方向になされるのが好ましい。

本発明に係る混合装置は、材料の流入口、流路及び流出
口を有する流路部材と、この流路部材に連結されるとと
もに流路部材に共振を発生させる振動を付与する振動発
生装置とを備え、前記流路部材の流路には、前記振動の
伝達方向に対し交差する方向に材料を流通させる交差流
路が設けられている装置である。

本発明の混合装置において、前記交差流路の形成位置は
、共振の腹部にほぼ一致する位置とされることが好まし
い。

〔作用〕

本発明においては、流路部材の共振により、材料も振動
し、混合が十分に、かつ、効率よくなされる。

また、振動の伝達方向に対して交差する方向に材料を流
通させるようにすれば、振動のエネルギかより良く材料
に与えられ、混合がより効率よくなされる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ここ
において、以下に述べる各実施例の同一もしくは相当構
成部分には、同一符号を付し、その説明を省略もしくは
簡略にする。

第１図には、本発明の混合方法を行うための混合装置の
一実施例が示されている。

図において、本実施例に係る混合装置ＩＯは、流路部材
２０を備えている。この流路部材２０は、角軸状の本体
２ｌの中央に、同じく角軸状の突出部２２が直交２方向
に一体に延長されて構成され、かつ、本体２１の中心部
には、その長手方向に沿って材料の流入口２３、流路２
４及び流出口２５が穿設されている。

前記流通部材２０の流入口２３には、筒状のアダプタ１
５を介して単軸または多軸の押出機ｌ６が連結され、一
方、流出口２５にはノズル１７が連結されている。この
ノズルｌ７の先端は、図示しない成形金型やダイス等に
連結される。

前記流通部材２０の一方の突出部２２の端面には、振動
発生装置３０の加振部３１がホルト等の連結部材３２に
より連結されている。振動発生装置３０には、発振器３
５が連結され、発振器３５からの信号により所定の周波
数の振動を発するようにされている。

前記発振器３５は、例えば、自動周波数追尾、自動電力
制御型とされ、流路部材２ｏによる混合時における、状
態の変化による共振周波数の変化に対して追随できるよ
うになっている。この際、流路部材２０の共振周波数は
、予め発振器３５の追尾可能な周波数に設計、製作され
ている。このため、発振器３５は、２種以上の材料を流
入口２３を介して流路２４に供給され、図示しないヒー
タで加熱されて流出口２５から流出されるまでの流路部
材２０に加わる負荷の刻々の変動に伴う、流路部材２０
の若干の共振周波数の変化に対し、常に追尾を行い、ま
た、必要電力の供給も刻々の変化に応じて必要量（最大
出力以下）を供給するように設定されている。

前記振動発生装置３０により流路部材２０に付与される
振動は、流路部材２０を共振させる周波数とされている
。また、流路部材２０を共振させる波長は、流路部材２
０の全長に対してｎ個（ｎｍ／２、ｍは正の整数）存在
するような波長とされ、これにより流路部材２０はいわ
ゆるｎ波長共振されている。ここで、ｎは、流路部材２
０での振動の損失を抑えるためには、３以下が好ましい
。

また、振動発生装置３０か連結される突出部２２には、
振動方向変換機構が具備されており、加振部３ｌから発
せられる振動の伝達方向と９０度変換された方向にも振
動が伝達されている。従って、流路部材２０の本体２１
における振動の伝達方向は、加振部３１から発せられる
振動の伝達方向と９０度変換された方向に伝達されてい
る。

なお、本実施例において、振動方向変換機構は、超音波
振動を用いた場合には、従来から使用されているＬ−Ｌ
変換体、Ｌ−Ｒ変換体、Ｌ−Ｌ−Ｌ変換体等を流路部材
２０に具備させることもできる。この際、振動方向変換
機構は、流路部材２０の突出部２２側に設けるものに限
らず、流路部材２０の形状によっては、他の位置に設け
てもよい。

すなわち、振動方向変換機構は、振動発生装置３０と流
路部材２０との連結位置と、必要とされる振動の伝達方
向との関係により、必要に応じて流路部材２０の所要箇
所に設けることができる。

第２図には、流路部材２０が１．５波長共振される場合
の変位波形Ｗが示されている。

図において、変位波形Ｗの交差する点は、振動していな
い点であり、共振の節部Ｐとされる。この共振の節部Ｐ
において、図示しない流路部材保持部が配置され、かつ
、アダプタ１５及びノズル１７がねじ等の取付手段で流
路部材２０に固定されている。これにより、保持部並び
にアダプタ１５及びノズル１７側への振動の伝達を最小
にするとともに、これらの取付部の振動疲労を極小にし
ている。

また、アダプタ１５やノズルＩ７への振動伝達を更に押
さえるためには、アダプタ１５及びノズルＩ７と流路部
材２０との接続部分に、例えは、チタン合金製の繊維等
のクッション材を組み入れるとよい。

更に、保持部と流通部材２０との接触は、できるだけ少
ない面積で行うのがよく、線接触が好ましい。線接触を
実現する手段としては、種々あるが、例えば、流通部材
２０に溝を形成する一方、保持部を溝より厚い板材とし
、かつ、この板材の溝に係合される端部を斜切して先細
りの端部とすれば、先細りの端部の斜面か溝の角部に当
接することより、線接触での保持が行なえる。

一方、振動発生装置３０て生じる振動を高い効率で、し
かも容易に流路部材２０に伝達するためには、振動発生
装置３０の加振部３１と流路部材２０との接触部を、共
振状態の流路部材２０か最も大きい振幅で振動する部分
、すなわち、共振の腹部Ｑと一致させることが好ましい
。

なお、共振の節部Ｐと腹部Ｑとの間は、第２図から明ら
かなように、１／４波長とされている。

前記振動発生装置３０における振動の発生方式としては
、特に限定するものではないが、例えば、超音波振動子
による超音波振動方式、カム・クランク式、アンバラン
スウェイト式等の機械的方式、動電型加振機等の電磁型
の電気的方式、あるいは電気油圧方式等を用いることが
できる。また、振動の周波数としては、数１０Ｈｚ〜数
１０ＭＨｚの範囲を用いることができる。この際、振動
の周波数は、短時間で振動の効果が得られ、材料の高速
での混合を行えるため、１　０　ＫＨｚ　−１００　Ｋ
Ｈｚの超音波が好ましい。

更に、混合装置ＩＯの流通部材２ｏを共振させるときの
振幅″は、流通部材２０の加熱温度、材質等によっても
制限を受けるが、材料を効率よく振動によって混合する
ためには、１０μｍ〜２　ｍｍとすることが好ましい。

また、振動モードとしては、縦振動以外、横振動、捩り
振動、径振動、たわみ振動等の公知の振動モードを用い
ることができる。

前記流路部材２０と振動発生装置３０との間には、振動
を伝達する振動伝達体を組み込むことも可能であり、振
動伝達体の形状を適当に選べば、振動発生装置３０で生
じた振動の振幅を容易に増減することが可能となる。こ
の際、流路部材２０に結合される振動発生装置３０もし
くはそれを介する振動伝達体の数は、特に限定されるも
のではないが、それらを複数結合する場合には、振動の
時期を調整し、流路部材２０の共振状態が乱れないよう
にする必要がある。

前記流路部材２０を形成する材料としては、従来用いら
れている金属材料を始め、セラミックス、グラファイト
等の種々の材料を用いることができる。しかし、本実施
例の混合装置ＩＯを成形装置に組み込む場合は、これら
の材料のうち、成形温度での振動の伝達損失が少なく、
また振動の振幅を大きくしても疲労が少ない材質、例え
ばジュラルミン、チタン合金、Ｋ−モネル、リン青銅、
グラファイト等を用いることが好ましい。

また、流路部材２０の流路２４等の表面には、必要に応
じて耐磨耗性や耐腐蝕性の向上、あるいは、成形材料と
の摩擦係数を低くする等のために、各種メッキや、コー
ティング処理、更にはしぼ加工等の処理を行ってもよい
。

更に、流路部材２０を加熱するにあたり、共振している
状態では、流路部材２０のほとんどの部分は振動するた
め、従来用いられてきた板状ヒーターを取付けると、板
状ヒーター内の配線が振動により切断される場合が生じ
る。従って、流路部材２０の加熱には、流路部材２０に
接触せずとも加熱できる遠赤外線式のヒーターを利用す
ることが好ましい。この場合には、共振状態の流路部材
２０において振動してない部分、すなわち、共振の節部
Ｐにのみヒーター等が接触するようにし、その節部Ｐで
ねじ等を用いて流路部材２０と遠赤外線式ヒーターとを
固定すればよい。

次に、以上のように構成された本実施例の作用を説明す
る。

材料として成形材料を用いて混合を行うにあたり、発振
器３５を駆動して振動発生装置３０から所定の振動を発
生させ、流路部材２０を共振周波数で励振し、流路部材
２０を第２図に示す共振状態にさせる。また、図示しな
いヒータにより流路部材２０を成形材料の溶融温度まで
加熱しておく。

この状態で押出機ｌ６を作動して２種以上の材料、例え
ばプラスチック素材、着色剤、添加剤等からなる成形材
料を流路部材２０の流入口２３から流路２４内に供給し
、流路２４内で材料の混合を行う。

混合にあたり、流路２４は、第２図に示されるように、
共振されているため、成形材料内での着色剤、添加剤等
の分散がきわめて均一に行われる。

混合後、成形材料は、流出口２５及びノズルｌ７を介し
て図示しない成形金型等に注入され、所定の成形品が得
られる。

前述のような本実施例によれば、次のような効果がある
。

すなわち、混合にあたり、振動発生装置３０の振動を、
流路部材２０へ共振として伝達するようにしたから、流
路部材２０への振動の伝達を効率よく行うことかできる
。また、振動発生装置３０の加振部３１と流路部材２０
との連結面に、共振の変位波形Ｗの腹部Ｑか位置するよ
う設定してあるから、振動発生装置３０の振動効果を最
大限に発揮せしめ、成形材料等の流動性の向上を図れる
。

更に、流路部材２０の流路２４内に供給された成形材料
は、従来の混合技術では困難であった着色剤、添加剤等
の分散性を向上できて、成形品の特性、例えは、色むら
の解消、表面光沢の向上をできる。しかも、溶融樹脂の
温度の不均一を解消でき、この点からも成形品の特性向
上を図れる。

また、流路部材２０に対する保持部（図示せず）の取付
位置、更には、流路部材２０とアダプタ１５及びノズル
１７との結合位置を、共振の変位波形Ｗの節部Ｐに設定
すれば、結合部の振動疲労による損傷を少なくできるば
かりでなく、振動の外部流出を減少させることができる
。

第３図には、本発明に使用される流路部材２０の一部を
変更した混合装置の他の実施例が示されている。

本実施例の混合装置４０における流路部材２０において
は、流路部材２０を４つの部分部材２０Ａ，２０Ｂ，２
０Ｃ，２０Ｄに分割したものである。これらの部分部材
２０Ａ〜２０Ｄは、図示しないねじ構造により互いに連
結されている。

また、左から２番目の部分部材２０Ｂは、十字状に形成
され、この十字状の部分部材２０Ｂの側端面に振動発生
装置３０の加振部３１が連結部材３２で連結されている
。

この際、この十字状の部分部材２０Ｂには、振動方向変
換機構か設けられ、振動発生装置３０の振動による変位
波形Ｗは、第４図に示されるようになっている。また、
加振部３１と部分部材２０Ｂとの連結面は、共振の腹部
Ｑとされ、振動の伝達が効率よくなされている。一方、
共振の節部Ｐにおいて、流路部材２０の保持並ひにアダ
プタ１５及びノズルｌ７の結合かなされるのは、前記実
施例と同様である。

前記各部分部材２０Ａ〜２０Ｄには、流路部材２０の長
手方向すなわち材料の流通方向に沿って、それそれ部分
流路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄか設けられている
。この際、左から３番目の部分部材２０Ｃの部分流路２
４Ｃは、平行な３本に分割される。

また、各部分部材２０Ａ〜２０Ｄの各接合面２７Ａ，２
７Ｂ，２７Ｃの部分あるいはその近傍には、流路部材２
０を共振させる振動の伝達方向、すなわち、本実施例で
は流路部材２０の長手方向に沿った各部分流路２４Ａ〜
２４Ｄの形成方向と交差する方向に延長された交差流路
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄが設けられている。こ
れらの交差流路２８Ａ〜２８Ｄは、互いにあるいは部分
流路２４Ａ〜２４Ｄを介して連通され、交差流路２８Ａ
〜２８Ｄ内に入った材料が、スムースに流通するように
なっている。

なお、混合装置１０で混合される成形材料の流動方向と
、伝達する振動方向については限定するものではないか
、振動による成形材料の分散や攪拌を強力に行う場合に
は、流動方向と振動方向とは垂直にすることが好ましい
。

また、本実施例において、交差流路２８Ａ〜２８Ｄは、
図示の形状に限定されるものではな《、振動の伝達方向
と成形材料の流通方向とのなす角度の絶対値が０度より
大きい流路を意味し、流路は交差流路のみで形成されて
いてもよい。本実施例においてより具体的には、振動の
伝達方向に沿って形成された部分流路２４Ａ〜２４Ｄに
対し、突出方向に形成された流路であれば足り、その突
出する形状は、棒状、面状、ループ状等どのような形状
でもよいが、その先端部から成形材料が部分流路２４Ａ
〜２４Ｄに環流することか好ましい。

更に、流路部材２０における各部分部材２０Ａ〜２０Ｄ
の各接合面２７Ａ〜２７Ｃの位置、換言すると交差流路
２８Ａ〜２８Ｄの位置にほぼ一致するように、共振の腹
部Ｑ、すなわち、変位波形〜Ｖの最も離れる部分で、一
番強く振動している点を設定することが好ましい。これ
により、交差流路２８Ａ〜２８Ｄ内において、着色剤や
添加剤等と樹脂との混合か十分行われ、着色剤等の充填
物の分散の均一化及び樹脂温度の均一化をさせることが
できる。また、各接合面２７Ａ〜２７Ｃは、振動の伝達
効率を向上させるため、可能な限り接触面積を広くする
のが好ましい。

なお、本実施例において、流路部材２ｏは、５個以上あ
るいは３個以下に分割することも可能であるが、その際
、分割面は振動発生装置３ｏによる振動の伝達を良くす
るために、可能な限り面接触にしたり、共振の腹部Ｑの
近くに位置させることが好ましい。また、流路部材２０
を複数の部材で構成する場合には、流路部材２０は同質
の材料を用いても、また異質の材料を用いてもよい。

このような本実施例においても、前記第１図の実施例に
おける流路部材２ｏとほぼ同様な作用、効果を奏するこ
とができる。

また、本実施例においては、流路部材２ｏを部分部材２
’ＯＡ〜２０Ｄに分割したから、各部分部材２０Ａ〜２
０Ｄの接合面２７Ａ〜２７ｃに、交差流路２８Ａ〜２８
Ｄを容易に設けることができ、これらの交差流路２８Ａ
〜２８Ｄによって材料の分散、混合をより良好に行うこ
とができる。また、部分部材２０Ａ〜２０Ｄとすること
で、各部分流路２４Ａ〜２４Ｄの長さが短くなり、加工
が容易となる効果も付加できる。

なお、本発明において、成形可能な成形材料としては、
プラスチック、ゴム、エラストマー　ピッチ等の有機材
料、無機高分子、セラミックス、金属、ガラス等の無機
材料、その他食料品及びそれらの混合材料等を挙げるこ
とができる。また、混合装置ｌＯへ流入されるときの材
料の状態は、溶融樹脂のような液体状のものに限らず、
パウダー状態等の固体でも、流動状態にあるものならよ
く、あるいは気体状態でもよい。

また、本発明における混合装置１０．４０が適用される
装置及び位置としては、射出成形機における射出成形機
のノズルと金型との間、各種押出機における押出機とダ
イスとの間、押出機と押出機との間、または、それらの
成形機へ材料を供給するホッパーと成形機との間等、成
形材料が通過する部分であれば、どこにでも設けること
ができる。

（実験例ｌ）以下、前記実施例の効果を確認するために行った実験の
結果を、比較例と比較しつつ説明する。

実験例１第１図に示す混合装置ＩＯを用い、成形材料の混合を行
った。

発振器３５としては、基本周波数１９．　１５ＫＨｚの
超音波発振器（精電舎電子工業（株製　ＳＯＮＯＰＥＴ
１２００−８）を用い、流路部材２０全体として、第２
図に示される振動の変位波長Ｗ、すなわち、１．５波長
共振体となるように共振させ、その振幅は５５μｍとし
た。

成形材料は、着色剤としての酸化鉄レッド（ＢＡＳＦ社
製　ＳＩＣＯＴＲＡＮＳ　ＲＥＤ　Ｋ２８１９　）をポ
リヵーボネート（ＰＣ．出光石油化学（株製　Ａ−２７
００）に５Ｗｔ％添加したものを用いた。

成形条件としては、流路部材温度を２７５℃、成形材料
供給速度を１．８　ｋｇ／ｈｒとした。また、振動モー
ドは縦振動とした。

前述の条件で、超音波により流路部材２０を共振させつ
つ混合を行い、その時の流出物をプレス成形した成形品
の外観を評価した。

実験例２第３図の混合装置４０を採用した以外は、実験例ｌと同
じ条件で実験を行った。

実験例ｌ及び２の結果を表−■に示す。

比較例１第５図に示す従来のスタティックミキサを用い、成形材
料、成形材料の供給速度、スタティックミキサの温度は
、実験例ｌと同じ条件で実験を行った。

前述の条件で混合を行い、実験例ｌと同様に、流出物を
プレス成形した成形品の外観を評価した。

比較例ｌの結果を表一ｌに示す。

（以下余白）表Ｉ前記実験例１，２によれば、流路部材２０に共振となる
振動を付与すれば、振動を加えない従来装置を用いた比
較例ｌに比べて、成形品の色むらか全く発生せず、光沢
度も著しく良好にできることが判る。これは、流路部材
２０の共振により、着色剤の分散か均一になされたため
である。

また、実験例２によれば、交差流路２８Ａ〜２８Ｄを設
けたことで、光沢度がより良好となることが判る。

〔発明の効果〕前述のように本発明によれば、２種以上の材料の混合を
する場合に、流路部材の共振により材料も振動し、材料
成分の分散を良好にでき、この結果、混合後の材料を用
いた製品の特性を改善できるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する混合装置の一実施例の
概略構成を示す要部を断面した正面図、第２図は第１図
における流路部材の共振時の変位波形及び波長を示す説
明図、第３図は本発明の方法を実施する混合装置の他の
実施例の概略構成を示す要部を断面した正面図、第４図
は第３図における流路部材共振時の変位波形及び波長を
示す説明図、第５図は従来例の装置を示す概略構成図で
ある。１０・・・混合装置、２０・・・流路部材、２０Ａ〜２
０Ｄ・・・部分部材、２３・・・流入口、２４・・・流
路、２４Ａ〜２４Ｄ・・・部分流路、２５・・・流出口
、２８Ａ〜２８Ｄ・・・交差流路、３０・・・振動発生
装置、３５・・・発振器、４０・・・混合装置、Ｗ・・
・変位波形、Ｐ・・・節部、Ｑ・・・腹部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）材料の流入口、流路及び流出口を有する流路部材
の流入口から２種以上の材料を流入させて流路を通過さ
せた後、流出口から流出させて前記材料の混合を行うに
あたり、前記流路部材を共振させつつ、前記材料を流通
させて混合することを特徴とする材料の混合方法。
（２）請求項１において、前記流路部材を共振させる振
動の伝達方向に対して交差する方向に前記流路部材中の
材料を流通させることを特徴とする材料の混合方法。
（３）材料の流入口、流路及び流出口を有する流路部材
と、この流路部材に連結されるとともに流路部材に共振
を発生させる振動を付与する振動発生装置とを備え、前
記流路部材の流路には、前記振動の伝達方向に対し交差
する方向に材料を流通させる交差流路が設けられている
ことを特徴とする材料の混合装置。
（４）請求項３において、前記交差流路の形成位置は、
共振の腹部にほぼ一致する位置とされたことを特徴とす
る材料の混合装置。