WO2023189063A1

WO2023189063A1 - 成形体の製造方法

Info

Publication number: WO2023189063A1
Application number: PCT/JP2023/006655
Authority: WO
Inventors: 璃奈近藤; 真子宇佐見
Original assignee: 愛三工業株式会社
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2023-02-24
Publication date: 2023-10-05
Also published as: JP2023146089A

Abstract

粉体を含むペレット（５２）の製造方法は、先ず、粉体と液体を混錬して混錬物（５０）を作成する。混錬物（５０）を押出して混錬物（５０）よりも細い棒状のフィラメント（５１）を作成する。フィラメント（５１）の少なくとも表面を固化する。固化したフィラメント（５１）をその先端から所定の長さで切断する。

Description

成形体の製造方法

　本明細書に開示の技術は、成形体の製造方法に関する。

　例えば自動車等の車両の蒸発燃料処理装置には、蒸発燃料を吸着して脱離するための吸着器が設けられる。吸着器には、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する多孔質の吸着材が充填される。吸着材に吸着された蒸発燃料は、車両の走行時、すなわち内燃機関の稼働時にパージ通路へと脱離され、内燃機関へ通じる吸気通路に供給される。

　多孔質の吸着材は、例えばＭＯＦ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｍｅｗоｒｋｓ）等の有機無機物、ゼオライト等の無機物、活性炭等の有機物の粉末を材料に含む。多孔質の吸着材は、粉末をバインダと溶媒と共に混錬し、混錬物を押出成形することで、例えば円柱状等の所定形状のペレットに形成される。吸着器の吸着性能を十分に得るためには、ペレットを吸着器内に好適な配置で充填する必要がある。そのためペレットは、例えば円柱状の軸の真直度や断面の真円度等を精度良く形成されることが好ましい。

　特公平７－６４６４６号公報には、セラミックスの粉体と液体のバインダを混錬し、混錬物を押出成形機で成形し、その後に成形体を加熱（脱脂）してバインダを除去する成形体の製造方法が記載されている。したがって成形体は、加熱前でバインダを含んだ柔らかい状態で切断されてペレットに成形される。そのためペレットが切断時に変形し、切断後の形状にばらつきが生じるおそれがある。

　特開平８－２６６２３８号公報には、穀類等の粉体と水（溶媒）を混錬し、混錬物を加熱して水を除去した後に、乾燥した混錬物を押出成形する成形体の製造方法が記載されている。したがって混錬物は、押出成形前に水が除去されるため、粘度が増加して切断時の変形が抑制される。しかしながら押出成形前の混錬物の比表面積が小さいため、混錬物から効率良く水を除去することが難しい。しかも混錬物の粘度の増加によって、押出成形に必要なエネルギーが増大する場合や、高圧成形になるため押出成形が困難になる場合がある。

　本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、粉体を含む成形体を製造する際に製造コストを低減しながら加工後の形状のばらつきを抑制することにある。

　上記課題を解決するために、本明細書に開示の技術は以下の手段をとる。

　本開示の一つの態様は、粉体を含む成形体の製造方法である。粉体と液体を混錬して混錬物を作成する。混錬物を押出して混錬物よりも細い棒状のフィラメントを作成する。フィラメントの少なくとも表面を固化する。固化したフィラメントをその先端から所定の長さで切断する。

　したがって液体を含んでいて粘度が低い状態の混錬物を押出成形する。これにより押出成形を低圧（低エネルギー）で容易に行うことができる。また、押出成形用の治具の摩耗等を抑制できる。そのため成形体の製造コストを低減させることができる。しかも混錬物を細い棒状のフィラメントに押出成形することにより、フィラメントの比表面積を大きくすることができる。そのためフィラメントの表面を短時間で固化させることができる。これによりフィラメントの先端を切断する際にフィラメントの変形を抑制でき、切断後の成形体の形状のばらつきを抑制できる。

第１実施形態に係る成形体製造装置の概略図である。フィラメントの先端を切断して得られるペレットの斜視図である。切断面と平行な面におけるフィラメントの断面図である。第１実施形態に係る成形体の製造フローを示すフローチャートである。第２実施形態に係る成形体製造装置の概略図である。第２実施形態に係る成形体の製造フローを示すフローチャートである。

　本開示の好ましい第１の実施形態を、図１～４に基づいて説明する。説明中の同じ参照番号は、重複する説明をしないが、同じ機能を有する同じ要素を意味する。図１は成形体製造装置を示す概略図、図２は成形体であるペレットの斜視図、図３は切断面と平行な面におけるフィラメントの断面図、図４は成形体の製造フローを示すフローチャートである。各図において、上下方向は重力の作用する方向を下方として規定する。

　図１に示すように成形体製造装置１０は、投入された混錬物５０からペレット５２を成形体として成形する。混錬物５０は、粉体を主な構成要素として、粉体を結合させるバインダと、粉体およびバインダを混錬させる溶媒を含む。粉体は、例えばＭＯＦ、ゼオライト、活性炭等の多孔質材、木粉、カーボン、あるいはそれらの複数種類を組み合わせた混合物である。すなわち粉体は、有機無機物、無機物、有機物のいずれも含む。バインダは、例えばセルロース、ポリビニルアルコール等の樹脂材料、あるいはそれらの複数種類を組み合わせた混合物である。一般的に粉末状のバインダが用いられるが、液体のバインダを用いても良い。溶媒は液体であり、例えば水、アルコール、あるいはそれらの複数種類を組み合わせた混合物である。混錬物における重量割合は、粉体の方がバインダよりも多い。ペレット５２は、例えば車両の蒸発燃料処理装置において、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する多孔質の吸着材として用いられる。

　図１に示すように成形体製造装置１０は、上方から順に混錬部１２と押出成形部２０と固化部３０とペレット成形部４０を有する。混錬部１２は、粉体とバインダと溶媒を混錬させて混錬物５０を生成する。押出成形部２０は、混錬物５０を押出成形して棒状のフィラメント５１を形成する。固化部３０は、フィラメント５１の少なくとも表面を固化させる。ペレット成形部４０は、フィラメント５１の先端を切断し、円柱状のペレット５２を成形する。

　図１に示すように混錬部１２は、円筒状のスクリューケース１３と、スクリューケース１３の内部で回転可能に支持されるスクリュー１４を有する。スクリューケース１３の上部には、粉体とバインダと溶媒の各材料を投入するための投入口１３ａが設けられる。投入口１３ａからは、先ずバインダと溶媒が投入されて混錬され、その後に粉体がさらに投入されて混錬される。スクリュー１４は、上下方向に延出する回転軸回りに回転する。スクリュー１４が回転することで粉体とバインダと溶媒が混錬されて混錬物５０が生成される。スクリュー１４は、混錬物５０を混錬しながら下方の押出成形部２０に向けて送る。

　図１に示すように押出成形部２０は、押出羽根２１とダイス２２を有する。押出羽根２１は、スクリュー１４の下端に装着されてスクリュー１４と一体で回転可能である。ダイス２２は、押出羽根２１の下方に設けられる。ダイス２２は、上下方向に貫通する複数の円柱状のダイス孔２２ａを有する。ダイス２２は、スクリューケース１３の下端に装着されたダイスホルダ２３によって支持される。押出羽根２１が回転することで、混錬物５０がダイス２２のダイス孔２２ａから下方へ押し出される。これにより混錬物５０は、押出前よりも細い棒状のフィラメント５１に押出成形される。

　図１に示すように固化部３０は、上下方向に延出する円筒状の乾燥室３１を有する。乾燥室３１の下端は、後述するフィラメントホルダ４１によって封止される。乾燥室３１は、外気に対して概ね密閉されている。固化部３０は、乾燥室３１の室内上部にヒータ３２を有する。ヒータ３２は、ダイス２２の下方において、複数のダイス孔２２ａから下方へ押し出される複数のフィラメント５１を外側から囲むように配置される。ヒータ３２は、フィラメント５１を加熱して混錬された液体（溶媒）を揮発させる。ヒータ３２の加熱温度は、粉体の性質が変質しない温度以下で設定される。ここで粉体の変質とは、例えば粉体の成分の分解、炭化、酸化等の化学的変質や、粉体の構造の分裂、融解等の物理的変質が含まれる。

　図１に示すように乾燥室３１の側面には、液体回収口３４が設けられる。液体回収口３４は、ヒータ３２の下端近傍に設けられる。液体回収口３４は、パイプを介してバキューム装置３３に連結される。バキューム装置３３によって乾燥室３１内で揮発した液体を含む空気が吸引される。バキューム装置３３で吸気が冷却され、凝結した液体が回収される。

　図１に示すようにペレット成形部４０は、フィラメント５１の下部を支持するフィラメントホルダ４１と、フィラメント５１の下端を切断する刃具４２を有する。フィラメントホルダ４１には、フィラメント５１と略同径のフィラメント支持孔４１ａが設けられる。フィラメント５１の下端は、フィラメント支持孔４１ａから下方へ送られる。乾燥室３１の下端外側には、例えば３枚の羽根を具備するプロペラ４２ａが支持される。プロペラ４２ａは、上下方向に延出する回転軸回りに回転する。プロペラ４２ａの各羽根の回転方向前面には、刃具４２が設けられる。プロペラ４２ａが回転することで、刃具４２がフィラメント５１の下端を水平方向に切断する。

　図２に示すようにフィラメント５１は、上下方向に延出する中心軸５１ａを中心としかつ径５１ｂの断面円形の棒状に形成される。フィラメント５１は、重力方向に沿って下方へ押出成形されるため、中心軸５１ａの真直度が高い。さらにフィラメント５１は、中心軸５１ａの真直度が高いため、中心軸５１ａを中心とする真円度が高い。断面円形ペレット５２は、フィラメント５１の下端から所定の長さ５２ｂで切断されて形成される。ペレット５２は、切断面５２ａを上端と下端に有する円柱状である。長さ５２ｂは、フィラメント５１を押出成形する送り量と、プロペラ４２ａ（図１参照）の回転速度に基づいて変更できる。

　図３に示すようにフィラメント５１は、ヒータ３２（図１参照）によって加熱されることで表面５１ｃから所定量の液体が揮発する。これにより表面５１ｃから境界面５１ｄまでの厚さ５１ｅの領域は、乾燥して固化した層として形成される。フィラメント５１の表面５１ｃが乾燥した指標として、例えばフィラメント５１を切断する直前における液体の揮発量が、押出成形された直後の液体の含有量に対して５重量％以上であることが好ましく、例えば５重量％であることがより好ましい。

　図１に示すように刃具４２によって成形されたペレット５２は、落下して回収ケース４３に収容される。ペレット５２は、回収ケース４３から整粒機４４に送られる。整粒機４４は、ペレット５２の端面を整形する等してペレット５２の軸の真直度や真円度をさらに高くする。

　図１，４に基づいて成形体であるペレット５２を成形するフローを説明する。まず粉体とバインダと液体（溶媒）をスクリューケース１３に投入する（ステップ（以下、ＳＴとする）１）。スクリュー１４は、投入された粉体とバインダと液体を混錬して混錬物５０を生成する（ＳＴ２）。押出羽根２１は、混錬物５０をダイス２２に向けて下方へ押し出す。これにより断面円形の棒状のフィラメント５１が形成される（ＳＴ３）。ヒータ３２は、乾燥室３１内においてフィラメント５１を周囲から加熱してフィラメント５１の表面から液体を例えば５重量％揮発させる（ＳＴ４）。

　刃具４２は、乾燥室３１から下方へ出てきたフィラメント５１の先端を所定長さで切断する。これにより円柱状のペレット５２が形成される（ＳＴ５）。バキューム装置３３は、乾燥室３１内で揮発した液体を、液体回収口３４を介して回収する（ＳＴ６）。整粒機４４は、切断で形成されたペレット５２の端面等を整形する（ＳＴ７）。かくして形状のばらつきが小さいペレット５２を整形することができ、かつ回収した液体を再利用できる。

　上述するように粉体を含むペレット（成形体）５２の製造方法は、先ず、図１に示すように粉体と液体を混錬して混錬物５０を作成する。混錬物５０を押出して混錬物５０よりも細い棒状のフィラメント５１を作成する。フィラメント５１の少なくとも表面を固化する。固化したフィラメント５１をその先端から所定の長さで切断する。

　したがって液体を含んでいて粘度が低い状態の混錬物５０を押出成形する。これにより押出成形を低圧で容易に行うことができる。また、押出羽根２１やダイス２２の摩耗等を抑制できる。そのためペレット５２の製造コストを低減させることができる。しかも混錬物５０を細い棒状のフィラメント５１に押出成形することにより、フィラメント５１の比表面積を大きくすることができる。そのためフィラメント５１の表面を短時間で固化させることができる。これによりフィラメント５１の先端を切断する際にフィラメント５１の変形を抑制でき、切断後のペレット５２の形状のばらつきを抑制できる。

　図３に示すように、フィラメント５１の少なくとも表面５１ｃから液体を揮発することでフィラメント５１の少なくとも表面５１ｃを固化する。したがって比表面積の大きいフィラメント５１の表面５１ｃから短時間でかつ少ないエネルギーで液体を揮発させることができる。また、フィラメント５１の表面５１ｃを周方向全周に亘って固化させることができる。

　図１に示すように、フィラメント５１から揮発させた液体を回収する。したがって回収した液体を繰り返し利用できる。また、フィラメント５１の周囲から揮発した液体を除去することにより液体の揮発を促進できる。

　図１に示すように、混錬物５０を下方に向けて押出してフィラメント５１を成形する。したがってフィラメント５１に対する重力の影響を最小限にできる。そのため成形したフィラメント５１の曲がりを抑制でき、フィラメント５１を上下方向に真っ直ぐに延出させることができる。これにより切断後のペレット５２の形状のばらつきをさらに抑制できる。また、フィラメント５１同士が成形後に再度結合してしまうことを抑制できる。

　次に、本開示の第２実施形態を図５，６に基づいて説明する。第２実施形態の成形体製造装置６０は、図１に示す成形体製造装置１の固化部３０に代えて、固化部６２を有する。固化部６２は、上下方向に延出する円筒状の乾燥室６３を有する。乾燥室６３の下端は、フィラメントホルダ４１によって封止される。乾燥室６３は、外気に対して概ね密閉されている。固化部６２は、乾燥室６３の室内上部に冷却機６４を有する。冷却機６４は、ダイス２２の下方において、複数のダイス孔２２ａから下方へ押し出される複数のフィラメント５１を外側から囲むように配置される。冷却機６４は、フィラメント５１を冷却してフィラメント５１に混錬された液体（溶媒）を凝固させる。冷却機６４の冷却温度は、液体の凝固点以下であれば良く、粉体の化学的性質および物理的性質が変質しない温度以上で設定される。

　図５に示すように乾燥室６３の側面には、開口６６が設けられる。開口６６は、冷却機６４の下端近傍に設けられる。開口６６は、パイプを介して減圧ポンプ６５に連結される。減圧ポンプ６５を起動させることで乾燥室６３内が減圧される。フィラメント５１に混錬された溶媒は、減圧によってフィラメント５１の表面から揮発または昇華する。フィラメント５１の表面５１ｃが乾燥した指標として、溶媒の揮発量が、押出成形された直後の液体の含有量に対して５重量％以上であることが好ましく、例えば５重量％であることがより好ましい。

　図５に示すように乾燥室６３の側面には、液体回収口６８が設けられる。液体回収口６８は、開口６６の下方に設けられる。液体回収口６８は、パイプを介してバキューム装置６７に連結される。バキューム装置６７によって乾燥室６３内で揮発した溶媒を含む空気が吸引される。バキューム装置６７で吸気が冷却され、凝結した液体が回収される。

　図５，６に基づいて成形体であるペレット５２を成形するフローを説明する。まず粉体とバインダと液体（溶媒）をスクリューケース１３に投入する（ＳＴ１１）。スクリュー１４は、投入された粉体とバインダと液体を混錬して混錬物５０を生成する（ＳＴ１２）。押出羽根２１は、混錬物５０をダイス２２に向けて下方へ押し出す。これにより断面円形の棒状のフィラメント５１が形成される（ＳＴ１３）。冷却機６４は、乾燥室６３を冷却してフィラメント５１の少なくとも表面に混錬された液体を凝固させる（ＳＴ１４）。減圧ポンプ６５は、乾燥室６３内を減圧してフィラメント５１の表面から液体を例えば５重量％揮発させる（ＳＴ１５）。

　刃具４２は、乾燥室６３から下方へ出てきたフィラメント５１の先端を所定長さで切断する。これにより円柱状のペレット５２が形成される（ＳＴ１６）。バキューム装置６７は、乾燥室６３内で揮発した液体を、液体回収口６８を介して回収する（ＳＴ１７）。整粒機４４は、切断で形成されたペレット５２の端面等を整形する（ＳＴ１８）。かくして形状のばらつきが小さいペレット５２を整形することができ、かつ回収した液体を再利用できる。

　上述するように粉体を含むペレット（成形体）５２の製造方法は、図５に示すようにフィラメント５１を冷却することでフィラメント５１の少なくとも表面を固化する。したがって、例えば加熱によって変質する可能性がある粉体を利用する場合でも、フィラメント５１の表面を短時間で固化させることができる。

　図５に示すように、冷却することでフィラメント５１の少なくとも表面を固化した後、フィラメント５１から液体を揮発させる。したがってフィラメント５１の表面は、冷却によって一時的に固化し、さらに液体を揮発させることで長時間固化した状態を維持する。そのため切断時におけるフィラメント５１の変形をさらに抑制できる。

　以上、具体的な実施形態について説明したが、本願で開示する技術はその他各種変更を加えた形態でも実施可能なものである。実施形態では、粉体とバインダと液体（溶媒）を混錬させて混錬物５０を生成する方法を例示した。これに代えて、例えばバインダを含まず粉体と液体のみを混錬して混錬物５０を生成しても良い。円柱状のペレット５２を形成する方法を例示したが、ペレット５２の形状はこれに限らず、例えば角柱状、軸心部分が中空になっている円筒状等であっても良い。

　スクリューケース１３内で回転するスクリュー１４によって混錬物５０を生成する方法を例示した。これに代えて、例えば乳鉢と乳棒によって混錬物５０を生成しても良い。押出羽根２１によって混錬物５０をダイス２２に向けて押し出す押出成形部２０を例示した。これに代えて、例えばピストンによって混錬物をダイス２２に向けて押し出す方法であっても良い。

　フィラメント５１の表面を固化させるためにヒータ３２または冷却機６４を設ける構成を例示した。これに代えて、例えばフィラメント５１の加熱または冷却を行わず、乾燥室内の減圧のみでフィラメント５１に混錬された液体を揮発させる構成であっても良い。ヒータ３２に代えて、例えば温めた気体を乾燥室３１内で循環させる構成であっても良い。冷却機６４に代えて、例えば冷却した気体を乾燥室３１内で循環させる構成であっても良い。液体回収口３４，６８は、ヒータ３２や冷却機６４のすぐ下側に配置される構成が好ましいが、配置箇所はこれに限定されず適宜変更して良い。減圧ポンプ６５とバキューム装置６７それぞれが設けられる成形体製造装置６０を例示した。これに代えて、例えば減圧ポンプ６５を起動させることにより、乾燥室６３内を減圧しかつ揮発した液体を含む空気を同時に回収しても良い。

　本開示の他の態様によると、フィラメントの少なくとも表面から液体を揮発することでフィラメントの少なくとも表面を固化する。したがって比表面積の大きいフィラメントの表面から短時間でかつ少ないエネルギーで液体を揮発させることができる。また、フィラメントの表面を周方向全周に亘って固化させることができる。

　本開示の他の態様によると、フィラメントを冷却することでフィラメントの少なくとも表面を固化する。したがって、例えば加熱によって変質する可能性がある粉体を利用する場合でも、フィラメントの表面を短時間で固化させることができる。

　本開示の他の態様によると、冷却することでフィラメントの少なくとも表面を固化した後、フィラメントから液体を揮発させる。したがってフィラメントの表面は、冷却によって一時的に固化し、さらに液体を揮発させることで長時間固化した状態を維持する。そのため切断時におけるフィラメントの変形をさらに抑制できる。

　本開示の他の態様によると、フィラメントから揮発させた液体を回収する。したがって回収した液体を繰り返し利用できる。また、フィラメントの周囲から揮発した液体を除去することにより液体の揮発を促進できる。

　本開示の他の態様によると、混錬物を下方に向けて押出してフィラメントを成形する。したがってフィラメントに対する重力の影響を最小限にできる。そのため成形したフィラメントの曲がりを抑制でき、フィラメントを上下方向に真っ直ぐに延出させることができる。これにより切断後の成形体の形状のばらつきをさらに抑制できる。また、フィラメント同士が成形後に再度結合してしまうことを抑制できる。

　添付の図面を参照して詳細に上述した種々の実施例は、本発明の代表例であって本発明を限定するものではありません。詳細な説明は、本教示の様々な態様を作成、使用および／または実施するために、当業者に教示するものであって、本発明の範囲を限定するものではありません。更に、上述した各付加的な特徴および教示は、改良された成形体の製造方法および／またはその使用方法を提供するため、別々にまたは他の特徴および教示と一緒に適用および／または使用され得るものです。

Claims

　粉体を含む成形体の製造方法であって、
　前記粉体と液体を混錬して混錬物を作成し、
　前記混錬物を押出して前記混錬物よりも細い棒状のフィラメントを作成し、
　前記フィラメントの少なくとも表面を固化し、
　固化した前記フィラメントをその先端から所定の長さで切断する、成形体の製造方法。
　請求項１に記載の成形体の製造方法であって、
　前記フィラメントの少なくとも前記表面から前記液体を揮発することで前記フィラメントの少なくとも前記表面を固化する、成形体の製造方法。
　請求項１に記載の成形体の製造方法であって、
　前記フィラメントを冷却することで前記フィラメントの少なくとも前記表面を固化する、成形体の製造方法。
　請求項３に記載の成形体の製造方法であって、
　前記フィラメントの少なくとも前記表面を固化した後、前記フィラメントから前記液体を揮発させる、成形体の製造方法。
　請求項２または４に記載の成形体の製造方法であって、
　前記フィラメントから揮発させた前記液体を回収する、成形体の製造方法。
　請求項１～５のいずれか１つに記載の成形体の製造方法であって、
　前記混錬物を下方に向けて押出して前記フィラメントを成形する、成形体の製造方法。