JPH0475126B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 ゴム又はゴム状材料（たとえば熱可塑性プラス
チツクなど）の押出し、なかでもタイヤの成形に
用いるゴム部材とくにトレツド、サイドウオー
ル、ゴムチエーフアーおよびインナーライナーな
どの、円筒状貼合わせの如き成形に際して必要
な、ゴム又はゴム状材料ストリツプの連続的な押
出し成形方法の改良に関連してこの明細書で述べ
る技術内容は、押出成形ストリツプの性状改善就
中、正確な押出し形状を、ひずみの内蔵なしに安
定かつ簡便に確保することについての開発成果を
提案しようとするものである。 一般にゴム又はゴム状材料の押出しには、口金
から吐出した押出し成形ストリツプの断面形状が
口金の直後にてその断面形状に対して拡大する、
通常スエル（膨脹）と呼ばれる現象が発生する。
スウエル現象はそれに伴つて押出し方向さらには
これに直交する幅方向での収縮を起す不利も加わ
ることから、口金の設定形状に対して精度よく、
しかもひずみを残さぬ、よい性状で押出しを行う
ことがゴム押出しに関する技術分野での長年の夢
であつた。 従来の技術 従来、この種の分野で広く用いられ来たスクリ
ユー押出し方式は、スクリユー加圧機の先端に押
出しヘツドを設けてその出口部分に口金を取付け
て使用に供されるところ、上記のスウエルが著し
くときには、側端部にて鋸歯状の破れを生じ易い
ことから、口金の設計に難渋していたのである。 また２本の平行ロールを用い、その片側ロール
胴に、他側ロールとの間で所定の押出し断面輪郭
（コンター）に対応する切込みを設ける、プロフ
イルカレンダー方式もよく知られているが、諸文
献にあまた紹介されているようにやはりスウエル
が発生する上に、ゲージの異なる部分にてそれぞ
れ回転半径が異なるため速度差を生じて押出し後
に変形を生じるほか、ロールの加圧コストも嵩
み、ロール交換にも手間がかかるなどの不利があ
つた。 以上の諸点について米国特許第3871810号明細
書によると、上掲スクリユー押出機の先端にシン
グルローラーダイを組合わて、ダイ出口部におけ
る圧力のさらなる上昇を図ることが提案され、そ
の改良効果に言及されてはいるけれどもなお欠点
は残しまだ不十分である。すなわち、 (1) スウエルが依然として著しく発生し、そのた
め口金形状の設計は試行錯誤によらざるを得な
いこと。 (2) 押出し速度およびゴム質の変更によつて押出
し部材の性状が変化すること。 (3) スクリユー押出し機側の押出し量変動（脈
動）の影響を受けて押出し成形ストリツプのゲ
ージ狂いが生じること。 (4) 押出し部材が局部的な収縮や湾曲を起して成
形作業で支障を来すこと。 (5) ダイヘツド部内でゴム焦げなどのトラブルを
起こし易いこと。 (6) ゴム質切換時に、ヘツド内のゴムを除去する
作業工数がかさむこと。 などであり、とくに(2)、(4)の対処のため、押出し
工程に引続くコンベアラインにおける押出しトレ
ーンについて多段化や長距離化の下のライン速度
を複雑に設定し、強制的に身長、収縮をさせるよ
うな設備の付設を要する。 発明が解決しようとする問題点 この発明は、口金形状と押出し形状との差（す
なわちスウエル現象）を極く小さくし、また押出
し速度のゴム質への影響をなくすことにより、口
金形状の設定に際して必要であつた修正作業を不
要とし、また押出し成形ストリツプの局部的な収
縮を生じる原因を封じて該ストリツプの曲がりや
はね上りなどをなくし、長さ並びに幅の収縮も殆
ど起こらぬ、押出し成形ストリツプの円滑な流出
を可能にして、押出し加工後の成形作業での支障
をなくし、さらに押出しトレーンでの多段、長距
離にわたるコンベアラインをもつてするひずみの
開放の如きを不要にし、そこでの複雑な条件設定
を省くことができるように工夫した回転ロール式
ゴム押出し成形方法を提案することを目的とする
ものである。 課題点を解決するための手段 この発明は、円筒状胴周面を有する回転駆動ロ
ールを、その軸心方向に間隔をおいて該胴周面と
接する一対の側壁間にわたり該胴周面との間で未
狭まりをなす谷形くぼみをへだてて該回転駆動ロ
ールと向い合う静止の凹円弧状表面により該凹円
弧状表面と回転駆動ロールとの間で大気に開放し
て形成した、ゴム溜り区画室をそなえるハウジン
グと組合わせ、該ゴム溜り区画室の末狭まり出側
にて回転駆動ロールとの間に限定された所定の押
出し成形すき間を形成する脱着・交換可能な口金
をハウジングに固定して成る回転ロール式押出し
機を用い、ゴム溜り区画室に、その口金とは反対
の入側における大気圧の作用下に、該口金を通し
て排出されるゴム又はゴム状材料の押出し量に見
合うゴム又はゴム状材料の混練物を回転駆動ロー
ルの円筒胴周面に沿う帯状として供給しつつ、ゴ
ム溜り区画室内を占める上記混練物の、口金レベ
ルから測つた高さ(H)に調整を加えて、口金の成形
すき間ゲージ（mm）の常用対数Ｘと該ゲージに応
じる口金部圧力勾配（Kgｆ／cm²）の常用対数ｙと
をとつた直角座標上にて、次式(1)、(2) ｙ＝0.2x²−1.1x＋2.2 (1) ｙ＝−0.02x²−0.7x＋1.85 (2) であらわされる２曲線ｌ，ｍによつて挟まれた領
域内を占めることになる関係にて口金ゲージに応
じた口金部圧力勾配を、ゴム又はゴム状材料中に
生起させることにより、口金を通して排出される
押出し成形ストリツプのスウエル現象を軽減させ
ることを特徴とするものである。 発明者らは、ゴム又はゴム状材料の押出し成形
に関し口金形状と押出し形状とに差を生じていた
原因、押出し成形ストリツプにおける局部的な収
縮や曲がりを起す原因について、ゴム流動の挙動
解析と多様な実験を含め、詳細な調査検討を加え
て、上記構成によつてはじめて従来技術における
上掲した不具合の一切を解消した押出し成形が可
能なことを見出した。 すなわち第１図、第２図に示したこの発明に用
いる回転ロール式押出し機を試作して以下に示す
実験を行つた。 図中１は回転駆動ロール、２はハウジング、３
は口金、そして４は回転駆動ロール１とハウジン
グ２間のゴム溜り区画室、５はゴム溜り区画室４
内に供給されたゴム材料の溜り、５′は押出し成
形ストリツプであり、６はその引離しローラ、７
は送り出しコンベアライン、また８はフイードロ
ール、９はロールバンクである。 回転駆動ロール１はその回転によりゴム溜り区
画室４内のゴム又はゴム材料の溜り５を、その粘
性による摩擦力によつて口金３のコンターを通し
て押出す平滑な円筒状胴周面１０を有し、好まし
くは可変速度モータＭによつて駆動する。胴周面
１０は押出し成形ストリツプ５′の必要とする断
面形状の如何により、図に示した真円筒のほかに
いわゆるロールクラウンを付した、たる形正クラ
ウン、又はつづみ形負クラウン或いはわずかなテ
ーパーになるものとしてもよい。 ハウジング２は回転駆動ロール１の軸心方向に
間隔をおいて回転駆動ロール１のほぼ四半円周程
度にわたる回転表面域１１で胴周面１０と緊密に
封止接触する一対の側壁１２（第２図参照）を有
し、この側壁１２，１２間にわたつて胴周面１０
との間で末狭なりをなす谷形くぼみをへだてて回
転駆動ロールの回転表面域１１と向い合う静止の
凹円弧表面１３をそなえて、該回転表面域１１と
側壁１２および凹円弧表面１３とによつて囲わ
れ、とくに図のように上方で大気に開放するゴム
溜り区画室４を形成する。 ゴム溜り区画室４の末狭まり出側すなわち下方
端を口金３によつて閉ざし、またこの口金３は押
出しコンタ１４（第２図、第６図参照）の種別に
応じる交換使用の便宜のため、ボルト１５により
ハウジング２に対して着脱可能とする。なお図中
１６は側壁１２の取付けボルトである。 実験は、回転駆動ロール１の回転表面域１１と
ハウジング２の凹円弧表面１３とで形成されたゴ
ム溜り区画室４に遂次に供給されるムーニー粘度
（ML₁₊₄、130℃）、50の標準ゴム材料の溜り５に、
回転表面域１１との摩擦力により生じる内部圧力
分布を、ゴム溜り区画室形状、口金コンターを多
様に変化させて、回転駆動ロール表面上に設けた
圧力センサーにて計測し、解析した。 その結果の一例を第４図に示したように、口金
３の押出しコンタ１４を通る押出しゲージ（以下
口金ゲージと呼ぶ）が薄いほど、口金３の出口近
傍における最大圧力が高く（図中太線）、逆に厚
い程最大圧力が低く（図中細線）なり、また出口
における圧力勾配−∂P／∂Xの絶対値も前者において 後者に比しはるかに大きい。 そこでこの圧力勾配−∂P／∂X〔Kg^f／cm³〕を縦軸 にとり、また口金ゲージ（この実験では一様のス
リツプ幅とした：（mm））を横軸にあらわした第５
図の両対数目減グラフにて、40ｍ／minの押出し
速度の場合、１〜７mmにわたる口金ゲージの下に
押出し成形ストリツプ５′のコンターの性状に及
ぼされる影響を種々な条件の下で整理した。 ここで、図の太線の右上の領域Ａにおいては材
料の流量が増し、押出し成形ストリツプ５′を回
転駆動ロール１と等速で引出したときに過大なス
ウエルが生じ、これを抑えるために引出し速度を
上げる対策は可能であつても押出し成形ストリツ
プ５′が引伸ばされて幅変化を来し、またコンベ
アライン７上で収縮を起こして成形工程で寸法の
ばらつきが増すおそれがある。 これに反して図の細線よりも左下の領域Ｃでは
材料の流出量の不足のため、それに応じて押出し
成形ストリツプ５′の引出し速度を遅くし流量バ
ランスをとるとスウエルは生じないが、押出成形
ストリツプ５′の波打ちを生じ易い不安定を避け
難い。 ところが太線と細線とで囲われた領域Ｂ内にあ
れば、押出し成形ストリツプ５′を回転駆動ロー
ル１と等速下に引出したとき、口金ゲージと、押
出し成形ストリツプ５′のゲージとの比がほぼ0.9
〜1.1の範囲内に納まり、スウエルは事実上無視
し得る程度に軽減されて、長さの収縮や幅変化も
起らず、また押出成形ストリツプ５′のはね上り
や湾曲もみられない、「口金ゲージ−圧力勾配」
関係の適合域と云えることが明らかになつたので
ある。 この適合域については、これを実験式で示す
と、ｘ＝log₁₀（口金ゲージ（mm））、ｙ＝log₁₀（口
金部圧力勾配（Kg^f／cm³）としとき、ｙ＝0.2x²−
1.1x＋2.2と、ｙ＝−0.02X²−0.7x＋1.85の２曲線
ｌ，ｍで囲まれた領域となる。 ちなみに第４図の仮想線は、ゴム溜り区画室４
をスクリユー式押出機に連結した場合における圧
力挙動を示し、このとき第５図のＡ領域に含まれ
て不適合な結果しか得られない。 実操業において口金ゲージは一般押出コンタ１
４に従つて口金の幅方向に異なり（第２図参照）、
またその幅方向にわたるゲージ分布も多様なとこ
ろ、この口金ゲージの分布の違いにより第５図の
Ｂ領域から逸脱して、たとえばＡ〜Ｂ又はＢ〜Ｃ
両領域にまたがつているような部分においては、
押出し速度差が生じるたため、引出しの際の伸ば
され方が変つて送り出しコンベアライン７上にお
ける収縮量が変わることになり、押出し成形スト
リツプ５′に変形を生じる。 従つて押出し条件が口金コンタ１４の各部分に
おける口金ゲージを通して第５図の領域Ｂ内に納
まることが、スウエルや変形を封じるために重要
である。 領域Ｂは、口金ゲージが薄いとき圧力勾配の許
容範囲が広いのに対し口金ゲージが厚くなるに従
つて値は小さくなりかつ適合範囲も一層狭くなつ
ていることが第５図に明らかである。 この領域Ｂは、ゴム溜り区画室４内に供給され
る材料の変更や、回転駆動ロール１の回転速度に
依存する押出し速度の変化によつて、やや異なる
にしても、たとえばゴム粘度が10％高くなると、
すべてのゲージに対してほぼ10％だけ第５図の縦
軸に沿うレベルアツプを来すだけであり、それと
いうのは、ゴム又はゴム状材料を指数法則流体と
して取扱う場合に構造粘性指数がほとんどのゴム
につきほぼ一定の値になつていることのためであ
る。又押出し速度の変更についても同様に一定比
率だけ変化しこの比率は40ｍ／minに対する速度
比（例えば20ｍ／minならば0.5）をｒとしてrⁿ
（ｎ＝0.1〜0.3）のようなログリニアな関係にな
つている。 ゴム溜り区画室４の作用はもとより、回転駆動
ロール１の回転により、ゴム溜り区画室４内に供
給されたゴム又はゴム状材料の溜り５に内部流動
を起こさせ、口金３の直前にて第４図に示す最大
圧力に達する押出し圧力を生起するのに役立つ。 この圧力調整機能は、口金３の押出しコンタ１
４、とくにその口金ゲージに依存するのは明らか
であるが、ゴム溜り区画室４内におけるゴム又は
ゴム状材料の溜り５の口金レベルから計つた溜り
５の高さＨ（第１図参照）に左右される。 なおゴム溜り区画室４における流動断面を回転
駆動ロール１の回転の向きにそわせて漸減させた
図示の場合のほか、口金３の向う中間に断面拡大
部を形成させるような調圧手段を設けることもで
きる。 作 用 この発明において上記の高さＨは、すでに述べ
たように第５図の領域Ｂの押出し条件を実現する
ための制御要因として適合している、従つてこの
高さＨをゴム溜り区画室４への初期充てん量につ
いて設定し、その後バンク９からのフイードロー
ル８による供給量を押出し流量に合致させるよう
に供給量を調節すれば、高さＨは一定に保たれ
る。 結局高さＨの調整により第５図の圧力勾配を、
同一材料の同一速度の押出し条件において口金ゲ
ージが相異なる各シートの押出しに基いて生起さ
れるべき適切な圧力勾配に容易に納めることがで
き、ここに一例として１mmゲージと５mmゲージに
て生起される圧力勾配の比は４〜10の範囲内とな
る。 口金部の圧力勾配ｉは口金近傍における最大圧
力P_naxと対応しその関係は、P_nax∝i^a（ここに
（ａ＝0.5〜0.8）のような、ログリニアな関係と
なり、従つて上記と同様に１mmゲージと５mmゲー
ジの各シートの押出に基いて生起される最大圧力
の比は2.0〜6.8の範囲内となり、それ故領域Ｂ内
に納まるべき適合条件につき、上記圧力勾配の代
りに口金近傍における最大圧力を検出し、これを
目標とする上記高さＨの調整を行つてもよい。 実施例 さて第３図に示したように、外径10インチ（ほ
ぼ254mm）の回転駆動ロール１に対し半径150mmの
４半円よりなる凹円弧状表面１３を偏心位置にて
向い合わせ、口金３に向けてゴム溜り区画室４の
断面積が漸減するようにハウジング２を対設した
第１図、第２図の押出し機につき、ゴム溜り区画
室４内高さＨの調整にて、下記Ａゴムを用いその
１mmゲージと５mmゲージの各シートの押出しに基
いてそれぞれ生起する口金圧力勾配を適正域に設
定し（このときの圧力勾配の比は6.5最大圧力の
比は3.8）、次表に示す二種類のＢゴムおよびＣゴ
ムをもＡゴムとともに５ｍ／minから30ｍ／min
の範囲の押出し速度にて第６図に示すコンタ１４
をもつて実験操業を行い第７図ａ，ｂ，ｃに示し
た断面の押出物が得られた。

【表】 第７図ａ，ｂおよびｃにゴムＡ、ＢおよびＣの
押出し成形ストリツプ５′の断面形状を示したが、
上記範囲の各押出速度においてほぼ同様の結果が
得られた。 また第８図に口金ゲージと、押出し成形ストリ
ツプ５′のゲージとの関係を示したように、この
図から明らかに両者はほとんど１：１の対応を示
し、配合、押出し速度などに依存せずして、すう
エルを事実上なくすことができることがわかる。 次に第９図には、口金３を１〜８mmにて種々な
一様ゲージの押出しコンタ１４のものに交換適用
し同一の押出し条件にて得られた押出し成形スト
リツプ５′の幅の、口金幅に対する比を、各ゲー
ジに対してプロツトした結果を示しているが、押
出し幅比の変動は、せいぜい２〜５％程度に抑制
され得た。 またこのとき押出物の長さ収縮は第１０図に示
すように、各ゲージを通して僅か10％程度で、各
ゲージにつき一定し、とくに押出直後数秒以内に
ほぼ完了した。 この実験結果に従い、ゴムの種類や押出し速度
に関係なく、口金３の押出しコンタの実質的に一
致した押出し成形ストリツプが得られるので、口
金形状の設定は、数％以内の幅広りを考慮するだ
けで極めて簡単に行え、ゴムの種類や、押出し速
度の影響がないため、操業にも至便な上、押出し
直後に10％程度で収斂する、ほぼ一様な長さ収縮
を生じるのみなので、コンベアラインの送出し速
度を回転駆動ロールの周速に対し90％程度とする
ことにより、長さのばらつきや、はね上がり湾曲
などの変形はなく、成形工程で何らの問題を生じ
ないことがわかる。 発明の効果 この発明によれば事実上スウエルがくまた内部
ひずみを含むことのないゴム押出しが安定かつ簡
便に可能となり、押出し口金のコンタの設定が至
極簡便化されるのみならず、押出し成形ストリツ
プの変形が僅少に抑制されるので、押出物を用い
る成形工程およびそれに至る送り出し取扱いに従
来不可欠とした面倒な調整を何ら必要とせず、作
業能率の著しい改善を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は断面図、第２図は前面図、第３図はゴ
ム溜り区画室のみの断面図、第４図は圧力分布
図、第５図は口金ゲージに依存した押出適合領域
を示すグラフ、第６図は実験に用いた口金の押出
しコンタの前面図、第７図ａ，ｂ，ｃは押出し成
形ストリツプの断面図、第８図は口金ゲージと押
出成形ストリツプのゲージとの対応関係を示すグ
ラフ、第９図、第１０図は口金ゲージが押出し幅
比および長さ収縮比に及ぼす影響を示すグラフで
ある。 １……回転駆動ロール、２……ハウジング、３
……口金、４……ゴム溜り区画室、５……ゴム又
はゴム状材料の溜り、１０……回転駆動ロールの
円筒胴周面、１１……回転表面域、１２……側
壁、１３……凹円弧状表面。

【特許請求の範囲】

１ 予め押出機の加熱温度を定常値よりやや高め
に設定しておき、この設定温度信号により押出機
内の樹脂温度を急激に上昇させると同時に、スク
リユーの回転数を押出体の引取速度の上昇率より
速やかに定常値まで上昇させつつ押出を続け、前
記スクリユーの回転数が定常値に達したら直ちに
前記押出機の設定温度を定常値に戻して樹脂温度
を適正値に保持することを特徴とする押出機の立
ち上がり制御方法。

Claims (1)

1. ｙ＝0.2x²−1.1x＋2.2 (1) ｙ＝−0.02x²−0.7x＋1.85 (2) であらわされる２曲線ｌ，ｍによつて挟まれた領
   域内を占めることになる関係にて口金ゲージに応
   じた口金部圧力勾配を、ゴム又はゴム状材料中に
   生起させることにより、口金を通して排出される
   押出し成形ストリツプのスウエル現象を軽減させ
   ることを特徴とする、ゴム押出し成形方法。