JP2017149035A - ゴム押出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な操作を回避しつつ、所望の品質のゴム押出物を得ることができるゴム押出装置および方法を提供する。【解決手段】シリンダ２に内設されたスクリュー４を回転させることにより、シリンダ４に充填されている未加硫のゴム材料Ｒ１を、シリンダ２前方の押出口６に向かって前進させつつ混練して、押出口６からゴム押出物Ｒ２として押し出す際に、シリンダ２の内部に突出するピン７を、ピン軸心を中心にして回転させることにより、ピン７のシリンダ２の内部に突出している突出部分７ａのシリンダ前後方向投影面積Ａを変化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム押出装置および方法に関し、さらに詳しくは、煩雑な操作を回避しつつ、所望の品質のゴム押出物を得ることができるゴム押出装置および方法に関するものである。

タイヤ等のゴム製品を製造する際には、ゴム押出装置によって未加硫のゴム材料を押出す押出し工程がある。ゴム押出装置のシリンダ内部では、回転するスクリューによって未加硫のゴム材料がシリンダ前方に向かって送られつつ混練されることになる。このゴム材料は、シリンダの前方に取り付けられたダイスの押出口から押し出されることにより、所定形状に型付けされたゴム押出物となる。ゴム押出装置では、安定して所望の品質(混練り状態)のゴム押出物を得るために、シリンダの内圧や押出口でのゴム押出物の温度等をコントロールしている。

ゴム押出装置として、シリンダ内部にピンを突出させたピン付き仕様の装置が知られている。この装置では、スクリューとシリンダの内壁との間で練られた未加硫のゴム材料がピンによってさらに混合、分散されるので練り効率が向上する。

ピン付き仕様のゴム押出装置を用いて、所望の品質のゴム押出物を得るために、シリンダに対するピンの挿入深さを変化させる方法が提案されている（特許文献１参照）。シリンダに対するピンの挿入長さを変化させると、シリンダ内部を前進する未加硫ゴムのピンから受ける抵抗力が変化する。即ち、ピンの挿入長さを増大させる程、この抵抗力が増加するので、混練り状態を調整することができる。しかしながら、ピンの挿入深さを変化させるとシリンダの収容容積が変化する。これ伴ってシリンダの内圧（ヘッドの内圧）等も変化する。それ故、安定した品質のゴム押出物を得るには不利になる。換言すると、安定した品質のゴム押出物を得るには、ピンの挿入深さの変化に起因するシリンダの収容容積変化を相殺させるための別の制御が必要になり、操作が煩雑になる。

特開平９−２７７３５３号公報

本発明の目的は、複雑な操作を回避しつつ、所望の品質のゴム押出物を得ることができるゴム押出装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のゴム押出装置は、筒状のシリンダと、このシリンダに内設されているスクリューと、前記シリンダの内部に突出するピンとを備えたゴム押出装置において、前記ピンがピン軸心を中心にして回転可能に前記シリンダに設置されていて、前記ピンの前記シリンダの内部に突出している突出部分の横断面形状を、前記ピン軸心を中心に回転させると前記突出部分の前記シリンダ前後方向投影面積が変化する形状にしたことを特徴とする。

本発明のゴム押出方法は、内部にピンが突出するシリンダに内設されたスクリューを回転させることにより、前記シリンダに充填された未加硫のゴム材料を、前記シリンダ前方の押出口に向かって送りつつ混練して、前記押出口からゴム押出物として押し出すゴム押出方法において、前記ピンをピン軸心を中心にして回転させることにより、前記ピンの前記シリンダの内部に突出している突出部分の前記シリンダ前後方向投影面積を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、ピン軸心を中心にしてピンを回転させることにより、ピンのシリンダの内部に突出している突出部分のシリンダ前後方向投影面積が変化する。これに伴い、シリンダ内部を押出口に向かって送られる未加硫のゴム材料がピンから受ける抵抗力を調整することができる。そのため、この抵抗力の大きさを未加硫のゴム材料の配合等に応じて調整することで、適切な混練り状態にすることが容易になる。また、ピン軸心を中心にしてピンを回転させるだけであれば、シリンダの収容容積は変化しない。即ち、ピンの回転に伴ってシリンダの内圧は変化しない。それ故、煩雑な操作をしなくてもシリンダの内圧を安定に維持するには有利になり、所望の品質のゴム押出物を得易くなる。

本発明のゴム押出装置を平面視で例示する説明図である。 図１のゴム押出装置を側面視で例示する説明図である。 図１のシリンダの内部を側面視で例示する説明図である。 図３のピンの突出部分のシリンダ前後方向投影面積の変化を例示する説明図である。 ピンの横断面形状の変形例を示す説明図である。

以下、本発明のゴム押出装置および方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示する本発明のゴム押出装置１は、筒状のシリンダ２と、シリンダ２に内設されているスクリュー４と、シリンダ２の内部に突出するピン７とを備えている。シリンダ２の先端にはヘッド３、後端上部にはホッパ部１２が設置されている。ヘッド３にはダイス５が取り付けられている。ダイス５には押出口６が形成されている。スクリュー４は、シリンダ２の内部に突出するピン７の突出部分７ａと干渉しないように、スクリュー軸方向にすき間をあけて配置された複数の螺旋状のスクリュー刃４ａを有している。このゴム押出装置１は一軸タイプであるが、複数本のスクリュー４を設けて二軸タイプ等にすることもできる。

この実施形態では、さらに、温度センサ１０と圧力センサ１１とを備えている。温度センサ１０と圧力センサ１１の少なくとも一方を設けるとよい。温度センサ１０はヘッド３に取り付けられている。温度センサ１０は取り付けられた位置での温度を逐次検知する。圧力センサ１１は、シリンダ２およびヘッド３に取り付けられていて、取り付けられた位置でのシリンダ２、ヘッド３の内圧を逐次検知する。温度センサ１０および圧力センサ１１の設置数、位置は特に限定されず、適宜決定することができる。例えば、温度センサ１０および圧力センサ１１をそれぞれ、シリンダ２の前後方向に間隔をあけて複数設ける。

ピン７はシリンダ２の外部から内部に貫通して、ピン軸心Ｃを中心にして回転可能にシリンダ２に設置されている。ピン７のシリンダ２の内部に突出している突出部分７ａの長さＬは不変（一定）になっている。突出部分７ａの長さＬはシリンダ２の大きさ等によって異なるが、例えば、シリンダ２の直径の５０％以下である。この実施形態では、複数本のピン７がシリンダ２の前後方向に間隔をあけて配置されている。また、シリンダ２の前後方向に間隔をあけたそれぞれの位置において、複数本のピン７がシリンダ２の周方向に間隔をあけて配置されている。ピン７は例えば周方向に等間隔で４本〜１２本設置される。

それぞれのピン７には、ピン７をピン軸心Ｃを中心にして回転させる回転駆動部９が連結されている。温度センサ１０および圧力センサ１１による検知データは制御部８に入力される。制御部８は、入力された検知データに基づいて回転駆動部９を制御してピン７を回転させる。

これにより、それぞれのピン７は独立して回転可能になっている。複数本のピン７を同期させて回転させる回転駆動部９を採用することもできる。例えば、シリンダ２の前後方向の同じ位置で周方向に間隔をあけて配置されているピン７どうしを同期させて回転させることもできる。

それぞれのピン７の突出部分７ａの横断面形状は、ピン軸心Ｃを中心に回転させて、図４（Ａ）に例示する状態から図４（Ｂ）に例示する状態にすると、突出部分７ａのシリンダ前後方向投影面積Ａ（＝幅Ｄ×突出部分７ａの長さＬ）が変化する形状になっている。即ち、ピン軸心Ｃを中心に回転することにより、突出部分７ａのシリンダ前後方向投影幅Ｄが変化するので、これに伴ってシリンダ前後方向投影面積Ａ（以下、面積Ａという）が変化する。図４（Ｂ）では図４（Ａ）の状態に対してピン７（突出部分７ａ）をピン軸心Ｃを中心にして９０°回転させている。

突出部分７ａの横断面形状が単純な円形であると、ピン軸心Ｃを中心に回転させても面積Ａは変化しない。それ故、突出部分７ａの横断面形状として、図４に例示する長方形状、図５（Ａ）に例示する楕円形状、図５（Ｂ）に例示する二等辺三角形状やこれらに類似した形状を採用する。突出部分７ａだけをこのような横断面形状にすることもできるが、ピン７の全長に渡ってこのような横断面形状にすることもできる。

次に、このゴム押出装置１を用いてゴム押出物Ｒ２を押し出す手順を説明する。

原料ゴムに非加硫系配合剤等を含有している未加硫のゴム材料Ｒ１が、ホッパ部１２を通じてシリンダ２の内部に投入される。シリンダ２の内部に充填されたゴム材料Ｒ１は、回転するスクリュー４によって、シリンダ２の内部をヘッド３（押出口６）に向って送られつつ混練される。ヘッド３に送られたゴム材料Ｒ１は未加硫のゴム押出物Ｒ２として押出口６から所定形状に型付けされて押し出される。

ここで、ピン軸心Ｃを中心にしてピン７を回転させることにより、突出部分７ａの面積Ａを変化させる。これに伴い、シリンダ２の内部を押出口６に向かって前進するゴム材料Ｒ１がピン７から受ける抵抗力の大きさを調整することができる。この抵抗力の大きさによってゴム材料Ｒ１の混練状態も変化する。したがって、この抵抗力の大きさを
ゴム材料Ｒ１の配合等に応じて調整することで、適切な混練り状態にすることが容易になる。

ピン軸心Ｃを中心にしてピン７を回転させるだけであれば、シリンダ２の収容容積は変化しない。即ち、ピン７の回転に伴ってシリンダ２の内圧は変化しないので、ピン７を回転させたとしても、シリンダ２の内圧を安定に維持するために、スクリュー４の回転速度を詳細に調整する等の煩雑な操作をする必要がない。そのため、所望の品質のゴム押出物Ｒ２を得るには有利になる。

ピン７を回転させることによる面積Ａの調整は、押出工程の当初に行うことも、押出工程の途中で行うこともできる。この実施形態では、温度センサ１０および圧力センサ１１の検知データに基づいて、ピン軸心Ｃを中心にしてピン７を回転させて面積Ａを調整する。面積Ａが変化することで、ゴム材料Ｒ１がピン７から受ける抵抗力の大きさが変化するので、ゴム材料Ｒ１の温度や、シリンダ２の内圧、ヘッド３の内圧が変化する。

制御部８には、温度センサ１０および圧力センサ１１による検知データが逐次、入力される。温度センサ１０はヘッド３でのゴム材料Ｒ１（実質的にはゴム押出物Ｒ２）の温度を検知する。圧力センサ１１は、シリンダ２の内圧、ヘッド３の内圧を検知する。

制御部８にはゴム材料Ｒ１の配合等に応じて、押出工程において目標値となるゴム材料Ｒ１の温度（目標温度範囲）、シリンダ２の内圧やヘッド３の内圧（目標圧力範囲）が記憶されている。そこで、制御部８は、入力された検知データ（温度データ、圧力データ）と目標値（目標温度範囲、目標圧力範囲）とを比較する。比較の結果、両者に差異がある場合は、検知データが目標範囲に入るように、回転駆動部９を作動させて必要なピン７をピン軸心Ｃを中心にして回転させる。即ち、ピン７の回転角度を制御して突出部分７ａの面積Ａを変化させる。

前進するゴム材料Ｒ１のより上流側でピン７から受ける抵抗力の大きさを変えると、ゴム材料Ｒ１の混練り状態を変化させ易くなる。それ故、ピン７は少なくともシリンダ２の前後方向中心よりも後側に設置されている構成にするよい。例えば、シリンダ２の前後方向中心よりも後側のみにピン７が設置されている構成にすることもできる。

また、ゴム材料Ｒ１の混練り状態を変化させ易くするには、突出部分７ａの横断面形状を、ピン軸心Ｃを中心にして回転させることによる面積Ａの最大変化率が１００％以上になる形状にすることが好ましい。即ち、ピン７を回転させることにより変化する面積Ａの最大値が最小値の２倍以上になる横断面形状にすることが好ましい。具体的には、長軸が短軸の２倍以上の長さを有する楕円形やこれに類する形状、長辺が短辺の２倍以上の長さを有する長方形状やこれに類する形状等を例示できる。尚、ピン７を回転させることによる面積Ａの最大変化率の上限は例えば４００％程度にする。面積Ａの最大変化率が過大になると、突出部分７ａの横断面形状のバランスが悪くなる。

突出部分７ａの長さＬは不変であることが好ましいが、長さＬの変化が僅かであればシリンダ２の収容容積の変化も僅かであるのでシリンダ２の内圧等にはほとんど影響しない。それ故、ピン７をシリンダ２に対して軸方向に移動可能に設けて、突出部分７ａの長さＬを限定的に変更可能にすることもできる。例えば、突出部分７ａの長さＬを２％程度変化させることもできる。

図１に例示した同じ仕様のゴム押出装置を用いて、同じ未加硫のゴム材料を押し出してゴム押出物を得た。この押出工程では、ピンの回転角度を変えて上述した面積Ａのみを異ならせた２つの条件（条件１、２）で行い、ヘッドの内圧およびヘッドでの未加硫のゴム材料の表面温度を測定し、ゴム押出物の混練り状態を確認した。条件２は条件１に対して面積Ａを２倍にした。

その結果、条件２は条件１に比して、ヘッドの内圧が３％程度上昇し、ヘッドでの未加硫ゴムの表面温度が５％程度上昇した。そして、条件２で得られたゴム押出物は、条件１で得られたゴム押出物に比して、より混練されていることが確認できた。

１ 押出装置
２ シリンダ
３ ヘッド
４ スクリュー
４ａ スクリュー刃
５ ダイス
６ 押出口
７ ピン
７ａ 突出部分
８ 制御部
９ 回転駆動部
１０ 圧力センサ
１１ 温度センサ
１２ ホッパ部
Ｒ１ 未加硫のゴム材料
Ｒ２ ゴム押出物

Claims (6)

1. 筒状のシリンダと、このシリンダに内設されているスクリューと、前記シリンダの内部に突出するピンとを備えたゴム押出装置において、
   前記ピンがピン軸心を中心にして回転可能に前記シリンダに設置されていて、前記ピンの前記シリンダの内部に突出している突出部分の横断面形状を、前記ピン軸心を中心に回転させると前記突出部分の前記シリンダ前後方向投影面積が変化する形状にしたことを特徴とするゴム押出装置。
2. 前記突出部分の長さが不変である請求項１に記載のゴム押出装置。
3. 前記シリンダ内部の未加硫のゴム材料または前記シリンダ先端の押出口から押し出されたゴム押出物の温度を検知する温度センサと、前記シリンダ内部の圧力を検知する圧力センサとの少なくとも一方を有し、前記センサによる検知データに基づいて、前記ピン軸心を中心にして前記ピンを回転させる制御部を備えた請求項１または２に記載のゴム押出装置。
4. 前記ピンが複数本、前記シリンダの前後方向に間隔をあけて設置されている請求項１〜３のいずれかに記載のゴム押出装置。
5. 前記ピンが少なくとも前記シリンダの前後方向中心よりも後側に設置されている請求項１〜４のいずれかに記載のゴム押出装置。
6. 内部にピンが突出するシリンダに内設されたスクリューを回転させることにより、前記シリンダに充填された未加硫のゴム材料を、前記シリンダ前方の押出口に向かって送りつつ混練して、前記押出口からゴム押出物として押し出すゴム押出方法において、
   前記ピンをピン軸心を中心にして回転させることにより、前記ピンの前記シリンダの内部に突出している突出部分の前記シリンダ前後方向投影面積を変化させることを特徴とするゴム押出方法。

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