JP2005001231A - ゴム連続混練押出機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゴムの混練を十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による温度上昇も抑制することができるゴム連続混練押出機を提供すること。
【解決手段】ゴム材料が供給されるゴム供給部2と、スクリュー5と、スクリュー5の外周に配置されるシリンダー4と、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機1であって、スクリュー5は、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメント50〜54を備え、スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンAを形成するための第1エレメント50,52と、混練ゾーンCを形成するための第2エレメント51,54と、冷却ゾーンDを形成するための第3エレメント53とから構成されており、スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンAと混練ゾーンCと冷却ゾーンDとを形成し、かつ、混練ゾーンCの押し出し下流側に冷却ゾーンDを形成した。
【選択図】 図1
【解決手段】ゴム材料が供給されるゴム供給部2と、スクリュー5と、スクリュー5の外周に配置されるシリンダー4と、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機1であって、スクリュー5は、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメント50〜54を備え、スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンAを形成するための第1エレメント50,52と、混練ゾーンCを形成するための第2エレメント51,54と、冷却ゾーンDを形成するための第3エレメント53とから構成されており、スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンAと混練ゾーンCと冷却ゾーンDとを形成し、かつ、混練ゾーンCの押し出し下流側に冷却ゾーンDを形成した。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ゴムの混練工程には、大きく分けてノンプロ練り(加硫剤以外の薬剤を用いた混練)、ファイナル練り(加硫剤を用いた混練)、再練りに分類することができる。ゴムの混練には、バンバリーミキサーやニーダー等のバッチ式が主流であったが、近年は単軸又は二軸の連続混練押出機による連続式も行われてきている。ゴムの混練においては、押出機のスクリューの回転に伴う剪断力によりゴムが発熱し温度が上昇する。この温度上昇により、ゴムの粘土が低下するため、混練が十分に行われないという問題がある。特にファイナル練りにおいては、薬剤として加硫剤を使用しているため、ゴムの温度が上昇してしまうと、ゴム焼け(スコーチ)の問題も発生する。従って、所定のゴム温度でゴムを押出機から排出させなければならず、均一なゴムと薬剤の混合状態を得ることが難しい。
【0003】
かかるゴムの発熱による温度上昇を抑制するために冷却をしながら混練を行う方法が従来から行われてきている。例えば、ニーダー等のバッチ式では、ゴム混練の際の冷却は、ローターやチャンバーに冷水を通す方法が一般的である。しかし、この冷却方法では、思ったほどの冷却効果が得られず、ゴムの発熱が支配的となる。従って、短時間でゴム温度が高温になってしまう。ゴムの温度が高温になると、混練を行っても剪断力がほとんど作用せず、きわめて効率が悪くなる。このような不十分な混練を補うためには、一旦ゴムを外部に排出させて冷却させた後、再度ゴムを混練する(再練り)必要がある。従って、混練工数が増えてしまい生産性も低下する。
【0004】
一方、単軸や二軸の連続混練押出機では、スクリューの軸方向に沿って搬送ゾーンと混練ゾーンを形成している。そして、ゴムを冷却する方法としては、スクリューの内部やシリンダー(バレル)内部に冷媒(水)を通すことで冷却を行う方法が一般的に行われている。その他に、下記特許文献1,2に開示されているような冷却方法もある。
【0005】
【特許文献1】
特開昭64−71708号公報
【特許文献2】
特開平6−238656号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、スクリュー内部やシリンダー内部に水を通す方法であっても、混練ゾーンにおいての混練作用によりゴムの温度が高温になると、やはり混練作用の効率が低下するために、まだ十分であるとはいえない。従って、混練ゾーンにおける混練によりゴムの温度が高くなり過ぎないように、単位時間あたりの処理量やスクリューの形状、スクリュー回転数、混練ゾーンの長さ等の種々の要素により混練作用を調整する必要がある。
【0007】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係るゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方(好ましくは両方)に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備え、
前記スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンを形成するための第1エレメントと、混練ゾーンを形成するための第2エレメントと、冷却ゾーンを形成するための第3エレメントとから構成されており、
スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとを形成し、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンを形成したことを特徴とするものである。
【0009】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。このスクリューエレメントには、種々の形状のものを予め準備しておくことができ、搬送ゾーンを形成するための第1エレメント、混練ゾーンを形成するための第2エレメント、冷却ゾーンを形成するための第3エレメントがスクリューエレメントとして準備される。もちろん、更に他の目的のゾーン(例えば、脱気ゾーン)を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【0010】
上記課題を解決するため本発明に係る別のゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方(好ましくは両方)に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューには、スクリューの軸方向に沿って、少なくとも、 搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとが形成され、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンが形成されることを特徴とするものである。
【0011】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、このスクリューは、先ほどのスクリューエレメントを用いる構成とは異なり、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造を有する。このスクリューは、スクリュー軸に沿って、搬送ゾーン、混練ゾーン、冷却ゾーンが少なくとも形成される。もちろん、更に他の目的のゾーン(例えば、脱気ゾーン)を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【0012】
なお、混練ゾーンが複数設けられる場合には、全ての混練ゾーンについてその下流側に冷却ゾーンを設けなくても良い。所定の温度以上にならないように冷却ゾーンを配置すればよい。
【0013】
本発明の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンでは、スクリュー羽根が少なくとも2条に形成されているものがあげられる。
【0014】
少なくとも2条とすれば、ゴムとスクリューエレメントとの接触面積を増やすことができる。そして、スクリューの内部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0015】
本発明の別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較してスクリュー羽根のピッチが短くなっているものがあげられる。
【0016】
スクリュー羽根のピッチを短くすることで、ゴムの冷却ゾーンでの滞留時間が長くなる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0017】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較して軸径が太くなっているものがあげられる。
【0018】
軸径を大きくすることで搬送ゴム塊がつぶされるので、ゴム塊の表面積が増える。従って、スクリュー内部及びシリンダー部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図1は、単軸の連続混練押出機1の内部構成を示す模式図である。
【0020】
押出機1は、ゴムのファイナル混練を行うために用いられるものであり、ゴムが供給されるゴム供給部2と、加硫剤を含む薬品が供給される薬剤供給部3とを備えている。ゴム供給部2からは非加硫性のペレット状ゴムが供給される。ゴムはシート状、ストランド状、リボン状、あるいはその他の形態で供給することができる。薬剤供給部3からは、スクリューフィーダにより薬剤が供給されるが、供給形態はほかの方法でもよい。薬剤供給部3は、ゴム供給部2の下流側に設けられている。
【0021】
ゴム供給部2から供給されたゴムは、図1の左側から右側へと移動し不図示のダイにより所定の断面形状で押し出しされるか、別の押出機へと供給される。押し出し方向に沿って、スクリュー5が設けられており、駆動装置6により回転および前進駆動される。スクリュー5の周囲には内面が円筒形に形成されたシリンダー4(バレル)が設けられている。この連続混練押出機は、公知のスクリュー式連続混練機(BUSS社製「コニーダー」)を用いることができる。
【0022】
スクリュー5は、スクリュー軸とこのスクリュー軸に挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。スクリューエレメントには、種々の形状のものが使用できる。このスクリュー軸の軸方向に沿って、各機能ゾーンが設定される。具体的には、ゴム供給部2の直下から順番に、搬送ゾーンA→可塑化ゾーンB→搬送ゾーンA→混練ゾーンC→冷却ゾーンD→混練ゾーンC→冷却ゾーンDが設定されている。なお、可塑化済ゴムの場合は、可塑化ゾーンを省略することができる。それぞれのゾーンに適したエレメントが使用される。混練ゾーンCは、薬剤供給部3のすぐ下流側から始まっており、混練ゾーンCの下流側には冷却ゾーンDが設定されている。最初の搬送ゾーンAには第1エレメント50が2つ、2番目の搬送ゾーンAには第1エレメント52が2つ、可塑化ゾーンBには第4エレメント51が1つ、最初の混練ゾーンCには第2エレメント51が1つ、2番目の混練ゾーンCには2種類の第2エレメント51,54が1つずつ、最初の冷却ゾーンDには第3エレメント53が2つ、2番目の冷却ゾーンDにも第3エレメントが2つ設けられている。なお、各エレメントの配置等は自由に変えることができるようになっている。
【0023】
搬送ゾーンAと混練ゾーンCとを比較すると、混練ゾーンCにおけるスクリュー羽根のピッチは搬送ゾーンAに比べて半分になっている。また混練ゾーンCにおけるスクリュー羽根は、円周方向に複数箇所の切り欠きが形成されている。このスクリュー羽根としては、例えば、本出願人による特開2000−43032号公報に開示されている。また、混練ゾーンCには、バレル内面に剪断ピン7が突出して設けられている。この剪断ピン7により剪断力を発生させて、混練効果を高めるようにしている。可塑化ゾーンBの構成は、混練ゾーンCと同じに設定している。
【0024】
次に冷却ゾーンDを構成するためのスクリューエレメントについて図2から図5により説明する。まず、図2は搬送ゾーンAに設けられるスクリューエレメントの構成を示す。このエレメントは、本体部60と羽根部60aとを備え、本体部60は内部に貫通穴が形成されており、スクリュー軸に挿入可能に構成されている。貫通穴の内壁面には係合歯部60bが形成されており、スクリュー軸にもこれと噛み合う係合歯部が形成されている。なお、混練ゾーンCに用いられるエレメントには切り欠きが形成されるが、その他のゾーンに設けられるエレメントには切り欠きはなく、羽根はつながった状態である。
【0025】
図3は、第1実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメント(第3エレメント)の構成を示す図である。このエレメントは、本体部61とスクリュー羽根61a,61bを供えている。スクリュー羽根61a,61bが2条になっている点が特徴である。後述するが、スクリュー5の内部には冷却部が設けられており、冷媒としての水が循環させられている。また、シリンダー4の内部にも同じように冷却部が設けられている。スクリュー羽根を2条(あるいは3条以上)とすることで、ゴムとスクリューとの接触面積を増やすことができる。従って、水との熱交換を効率よく行うことができる。これにより、ゴムの発熱による温度上昇を抑制することができる。本体部61にはスクリュー軸に取り付けるために係合歯部61cが設けられている。
【0026】
図4は、第2実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、本体部62とスクリュー羽根62aを備えているが、スクリュー羽根62aのピッチは、搬送ゾーンのエレメントに比べて2/3となっている。ピッチは2/3以下に設定してもよい。これにより、冷却ゾーンにおけるゴムの滞留時間を増やすことができる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却水との熱交換を効率よく行うことができる。本体部62の貫通穴の内壁面には、これまでと同様に係合歯部62bが設けられている。
【0027】
図5は、第3実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、搬送ゾーンのエレメントと比較して本体部63の外径Aが1.125倍と大きくなっている。スクリュー羽根63aは、図2と同じでもよい。外径Aを大きくすることで、本体部63の表面積を増やすことができる。また、搬送されるゴム塊がつぶされるのでゴムの表面積も増やすことができる。これにより、スクリュー内部の冷却水とゴムとの熱交換を効率よく行うことができる。なお、外径Aをどの程度大きくするかは適宜設定することができる。本体部63の貫通穴の内壁面には、係合歯部63bが設けられている。
【0028】
その他の構成例として、第1実施形態から第3実施形態までの構成を任意に組み合わせることもできる。例えば、外径を大きくし、かつ、スクリュー羽根を2条にしてもよい。
【0029】
図1〜図5では、各ゾーンを構成するために、夫々のゾーンに適した形状を有するスクリューエレメントをスクリュー軸に沿って挿入する構成を説明してきたが、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造のスクリューを用いても良い。
【0030】
次に、冷却部の構成を図6、図7により説明する。図6は従来構造を示し、図7は新規な構造を示す。なお、図6,7に示す構造は、冷却ゾーンに使用するスクリューエレメントの種類にかかわらず採用することができる。
【0031】
まず、図6において、シリンダー40,41の内側にバレル42,43が設けられている。バレル42,43は薄い円環状に形成されている。シリンダー40,41はその内面にバレル42,43が収容できる構造であればよい。また冷却部として冷却水通路40a,41aが設けられており、冷却水を通過させる。また、バレル43に剪断ピン7が取り付けられるようになっている。また、図6の右側にはスクリューの断面形状が示される。スクリュー軸21の内部には冷却部として、冷却水通路21b,21cが設けられている。外側が水を循環させるための往路を構成し、中心側が復路を構成する。スクリューエレメント20はスクリュー羽根20aと本体部20bと係合歯部20cとを備えている。この係合歯部20cは、スクリュー軸21の係合歯部21aと係合し、強固な係合状態を実現する。
【0032】
図7において、シリンダー40,41と冷却水通路40a,41aが設けられている点は図6と同じであるが、バレルに相当するものは設けられていない。剪断ピン7は、シリンダー41に対して取り付けられる。このようにバレルがない分だけ、冷却水通路40a,41aをゴムに対して接近させることができる。これにより、熱交換を効率よく行うことができる。また、スクリューの構造であるが、スクリュー軸23の内部に、冷却水通路23b,23cが設けられている点は同じである。また、スクリュー軸23とスクリュー羽根23aとが一体化されて構成されている。これにより、スクリュー表面に冷却部を近づけることができるので、熱交換を効率よく行うことができる。
【0033】
冷却ゾーンにおいては、熱交換効率を損なわないために、冷媒流量アップなどの措置をとることが好ましい。
【0034】
<別実施形態>
(1)冷却部に使用する冷媒は、冷却水以外の媒体を使用しても良い。
(2)ゾーンの設定は、図1に示す内容に限定されるものではない。本実施形態では、混練ゾーンと冷却ゾーンを2回繰り返して設定しているが、繰り返しなしの1回でもよいし、3回以上繰り返してもよい。
【0035】
(3)本実施形態では、ファイル練りについての構成を説明したが、ノンプロ練りや再練りの場合にも本発明は応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】連続混練押出機の内部構成を示す模式図
【図2】搬送ゾーンのスクリューエレメントを示す図
【図3】第1実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントを構成を示す図
【図4】第2実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図5】第3実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図6】冷却部の構成を示す図
【図7】好適な冷却部の構成を示す図
【符号の説明】
A 搬送ゾーン
B 可塑化ゾーン
C 混練ゾーン
D 冷却ゾーン
2 ゴム供給部
3 薬剤供給部
4 シリンダ
5 スクリュー
50,51,52,53,54 エレメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ゴムの混練工程には、大きく分けてノンプロ練り(加硫剤以外の薬剤を用いた混練)、ファイナル練り(加硫剤を用いた混練)、再練りに分類することができる。ゴムの混練には、バンバリーミキサーやニーダー等のバッチ式が主流であったが、近年は単軸又は二軸の連続混練押出機による連続式も行われてきている。ゴムの混練においては、押出機のスクリューの回転に伴う剪断力によりゴムが発熱し温度が上昇する。この温度上昇により、ゴムの粘土が低下するため、混練が十分に行われないという問題がある。特にファイナル練りにおいては、薬剤として加硫剤を使用しているため、ゴムの温度が上昇してしまうと、ゴム焼け(スコーチ)の問題も発生する。従って、所定のゴム温度でゴムを押出機から排出させなければならず、均一なゴムと薬剤の混合状態を得ることが難しい。
【0003】
かかるゴムの発熱による温度上昇を抑制するために冷却をしながら混練を行う方法が従来から行われてきている。例えば、ニーダー等のバッチ式では、ゴム混練の際の冷却は、ローターやチャンバーに冷水を通す方法が一般的である。しかし、この冷却方法では、思ったほどの冷却効果が得られず、ゴムの発熱が支配的となる。従って、短時間でゴム温度が高温になってしまう。ゴムの温度が高温になると、混練を行っても剪断力がほとんど作用せず、きわめて効率が悪くなる。このような不十分な混練を補うためには、一旦ゴムを外部に排出させて冷却させた後、再度ゴムを混練する(再練り)必要がある。従って、混練工数が増えてしまい生産性も低下する。
【0004】
一方、単軸や二軸の連続混練押出機では、スクリューの軸方向に沿って搬送ゾーンと混練ゾーンを形成している。そして、ゴムを冷却する方法としては、スクリューの内部やシリンダー(バレル)内部に冷媒(水)を通すことで冷却を行う方法が一般的に行われている。その他に、下記特許文献1,2に開示されているような冷却方法もある。
【0005】
【特許文献1】
特開昭64−71708号公報
【特許文献2】
特開平6−238656号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、スクリュー内部やシリンダー内部に水を通す方法であっても、混練ゾーンにおいての混練作用によりゴムの温度が高温になると、やはり混練作用の効率が低下するために、まだ十分であるとはいえない。従って、混練ゾーンにおける混練によりゴムの温度が高くなり過ぎないように、単位時間あたりの処理量やスクリューの形状、スクリュー回転数、混練ゾーンの長さ等の種々の要素により混練作用を調整する必要がある。
【0007】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係るゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方(好ましくは両方)に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備え、
前記スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンを形成するための第1エレメントと、混練ゾーンを形成するための第2エレメントと、冷却ゾーンを形成するための第3エレメントとから構成されており、
スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとを形成し、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンを形成したことを特徴とするものである。
【0009】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。このスクリューエレメントには、種々の形状のものを予め準備しておくことができ、搬送ゾーンを形成するための第1エレメント、混練ゾーンを形成するための第2エレメント、冷却ゾーンを形成するための第3エレメントがスクリューエレメントとして準備される。もちろん、更に他の目的のゾーン(例えば、脱気ゾーン)を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【0010】
上記課題を解決するため本発明に係る別のゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方(好ましくは両方)に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューには、スクリューの軸方向に沿って、少なくとも、 搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとが形成され、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンが形成されることを特徴とするものである。
【0011】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、このスクリューは、先ほどのスクリューエレメントを用いる構成とは異なり、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造を有する。このスクリューは、スクリュー軸に沿って、搬送ゾーン、混練ゾーン、冷却ゾーンが少なくとも形成される。もちろん、更に他の目的のゾーン(例えば、脱気ゾーン)を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び/又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【0012】
なお、混練ゾーンが複数設けられる場合には、全ての混練ゾーンについてその下流側に冷却ゾーンを設けなくても良い。所定の温度以上にならないように冷却ゾーンを配置すればよい。
【0013】
本発明の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンでは、スクリュー羽根が少なくとも2条に形成されているものがあげられる。
【0014】
少なくとも2条とすれば、ゴムとスクリューエレメントとの接触面積を増やすことができる。そして、スクリューの内部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0015】
本発明の別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較してスクリュー羽根のピッチが短くなっているものがあげられる。
【0016】
スクリュー羽根のピッチを短くすることで、ゴムの冷却ゾーンでの滞留時間が長くなる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0017】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較して軸径が太くなっているものがあげられる。
【0018】
軸径を大きくすることで搬送ゴム塊がつぶされるので、ゴム塊の表面積が増える。従って、スクリュー内部及びシリンダー部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図1は、単軸の連続混練押出機1の内部構成を示す模式図である。
【0020】
押出機1は、ゴムのファイナル混練を行うために用いられるものであり、ゴムが供給されるゴム供給部2と、加硫剤を含む薬品が供給される薬剤供給部3とを備えている。ゴム供給部2からは非加硫性のペレット状ゴムが供給される。ゴムはシート状、ストランド状、リボン状、あるいはその他の形態で供給することができる。薬剤供給部3からは、スクリューフィーダにより薬剤が供給されるが、供給形態はほかの方法でもよい。薬剤供給部3は、ゴム供給部2の下流側に設けられている。
【0021】
ゴム供給部2から供給されたゴムは、図1の左側から右側へと移動し不図示のダイにより所定の断面形状で押し出しされるか、別の押出機へと供給される。押し出し方向に沿って、スクリュー5が設けられており、駆動装置6により回転および前進駆動される。スクリュー5の周囲には内面が円筒形に形成されたシリンダー4(バレル)が設けられている。この連続混練押出機は、公知のスクリュー式連続混練機(BUSS社製「コニーダー」)を用いることができる。
【0022】
スクリュー5は、スクリュー軸とこのスクリュー軸に挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。スクリューエレメントには、種々の形状のものが使用できる。このスクリュー軸の軸方向に沿って、各機能ゾーンが設定される。具体的には、ゴム供給部2の直下から順番に、搬送ゾーンA→可塑化ゾーンB→搬送ゾーンA→混練ゾーンC→冷却ゾーンD→混練ゾーンC→冷却ゾーンDが設定されている。なお、可塑化済ゴムの場合は、可塑化ゾーンを省略することができる。それぞれのゾーンに適したエレメントが使用される。混練ゾーンCは、薬剤供給部3のすぐ下流側から始まっており、混練ゾーンCの下流側には冷却ゾーンDが設定されている。最初の搬送ゾーンAには第1エレメント50が2つ、2番目の搬送ゾーンAには第1エレメント52が2つ、可塑化ゾーンBには第4エレメント51が1つ、最初の混練ゾーンCには第2エレメント51が1つ、2番目の混練ゾーンCには2種類の第2エレメント51,54が1つずつ、最初の冷却ゾーンDには第3エレメント53が2つ、2番目の冷却ゾーンDにも第3エレメントが2つ設けられている。なお、各エレメントの配置等は自由に変えることができるようになっている。
【0023】
搬送ゾーンAと混練ゾーンCとを比較すると、混練ゾーンCにおけるスクリュー羽根のピッチは搬送ゾーンAに比べて半分になっている。また混練ゾーンCにおけるスクリュー羽根は、円周方向に複数箇所の切り欠きが形成されている。このスクリュー羽根としては、例えば、本出願人による特開2000−43032号公報に開示されている。また、混練ゾーンCには、バレル内面に剪断ピン7が突出して設けられている。この剪断ピン7により剪断力を発生させて、混練効果を高めるようにしている。可塑化ゾーンBの構成は、混練ゾーンCと同じに設定している。
【0024】
次に冷却ゾーンDを構成するためのスクリューエレメントについて図2から図5により説明する。まず、図2は搬送ゾーンAに設けられるスクリューエレメントの構成を示す。このエレメントは、本体部60と羽根部60aとを備え、本体部60は内部に貫通穴が形成されており、スクリュー軸に挿入可能に構成されている。貫通穴の内壁面には係合歯部60bが形成されており、スクリュー軸にもこれと噛み合う係合歯部が形成されている。なお、混練ゾーンCに用いられるエレメントには切り欠きが形成されるが、その他のゾーンに設けられるエレメントには切り欠きはなく、羽根はつながった状態である。
【0025】
図3は、第1実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメント(第3エレメント)の構成を示す図である。このエレメントは、本体部61とスクリュー羽根61a,61bを供えている。スクリュー羽根61a,61bが2条になっている点が特徴である。後述するが、スクリュー5の内部には冷却部が設けられており、冷媒としての水が循環させられている。また、シリンダー4の内部にも同じように冷却部が設けられている。スクリュー羽根を2条(あるいは3条以上)とすることで、ゴムとスクリューとの接触面積を増やすことができる。従って、水との熱交換を効率よく行うことができる。これにより、ゴムの発熱による温度上昇を抑制することができる。本体部61にはスクリュー軸に取り付けるために係合歯部61cが設けられている。
【0026】
図4は、第2実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、本体部62とスクリュー羽根62aを備えているが、スクリュー羽根62aのピッチは、搬送ゾーンのエレメントに比べて2/3となっている。ピッチは2/3以下に設定してもよい。これにより、冷却ゾーンにおけるゴムの滞留時間を増やすことができる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却水との熱交換を効率よく行うことができる。本体部62の貫通穴の内壁面には、これまでと同様に係合歯部62bが設けられている。
【0027】
図5は、第3実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、搬送ゾーンのエレメントと比較して本体部63の外径Aが1.125倍と大きくなっている。スクリュー羽根63aは、図2と同じでもよい。外径Aを大きくすることで、本体部63の表面積を増やすことができる。また、搬送されるゴム塊がつぶされるのでゴムの表面積も増やすことができる。これにより、スクリュー内部の冷却水とゴムとの熱交換を効率よく行うことができる。なお、外径Aをどの程度大きくするかは適宜設定することができる。本体部63の貫通穴の内壁面には、係合歯部63bが設けられている。
【0028】
その他の構成例として、第1実施形態から第3実施形態までの構成を任意に組み合わせることもできる。例えば、外径を大きくし、かつ、スクリュー羽根を2条にしてもよい。
【0029】
図1〜図5では、各ゾーンを構成するために、夫々のゾーンに適した形状を有するスクリューエレメントをスクリュー軸に沿って挿入する構成を説明してきたが、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造のスクリューを用いても良い。
【0030】
次に、冷却部の構成を図6、図7により説明する。図6は従来構造を示し、図7は新規な構造を示す。なお、図6,7に示す構造は、冷却ゾーンに使用するスクリューエレメントの種類にかかわらず採用することができる。
【0031】
まず、図6において、シリンダー40,41の内側にバレル42,43が設けられている。バレル42,43は薄い円環状に形成されている。シリンダー40,41はその内面にバレル42,43が収容できる構造であればよい。また冷却部として冷却水通路40a,41aが設けられており、冷却水を通過させる。また、バレル43に剪断ピン7が取り付けられるようになっている。また、図6の右側にはスクリューの断面形状が示される。スクリュー軸21の内部には冷却部として、冷却水通路21b,21cが設けられている。外側が水を循環させるための往路を構成し、中心側が復路を構成する。スクリューエレメント20はスクリュー羽根20aと本体部20bと係合歯部20cとを備えている。この係合歯部20cは、スクリュー軸21の係合歯部21aと係合し、強固な係合状態を実現する。
【0032】
図7において、シリンダー40,41と冷却水通路40a,41aが設けられている点は図6と同じであるが、バレルに相当するものは設けられていない。剪断ピン7は、シリンダー41に対して取り付けられる。このようにバレルがない分だけ、冷却水通路40a,41aをゴムに対して接近させることができる。これにより、熱交換を効率よく行うことができる。また、スクリューの構造であるが、スクリュー軸23の内部に、冷却水通路23b,23cが設けられている点は同じである。また、スクリュー軸23とスクリュー羽根23aとが一体化されて構成されている。これにより、スクリュー表面に冷却部を近づけることができるので、熱交換を効率よく行うことができる。
【0033】
冷却ゾーンにおいては、熱交換効率を損なわないために、冷媒流量アップなどの措置をとることが好ましい。
【0034】
<別実施形態>
(1)冷却部に使用する冷媒は、冷却水以外の媒体を使用しても良い。
(2)ゾーンの設定は、図1に示す内容に限定されるものではない。本実施形態では、混練ゾーンと冷却ゾーンを2回繰り返して設定しているが、繰り返しなしの1回でもよいし、3回以上繰り返してもよい。
【0035】
(3)本実施形態では、ファイル練りについての構成を説明したが、ノンプロ練りや再練りの場合にも本発明は応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】連続混練押出機の内部構成を示す模式図
【図2】搬送ゾーンのスクリューエレメントを示す図
【図3】第1実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントを構成を示す図
【図4】第2実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図5】第3実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図6】冷却部の構成を示す図
【図7】好適な冷却部の構成を示す図
【符号の説明】
A 搬送ゾーン
B 可塑化ゾーン
C 混練ゾーン
D 冷却ゾーン
2 ゴム供給部
3 薬剤供給部
4 シリンダ
5 スクリュー
50,51,52,53,54 エレメント
Claims (5)
- ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備え、
前記スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンを形成するための第1エレメントと、混練ゾーンを形成するための第2エレメントと、冷却ゾーンを形成するための第3エレメントとから構成されており、
スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとを形成し、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンを形成したことを特徴とするゴム連続混練押出機。 - ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューには、スクリューの軸方向に沿って、少なくとも、 搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとが形成され、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンが形成されることを特徴とするゴム連続混練押出機。 - 前記冷却ゾーンでは、スクリュー羽根が少なくとも2条に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴム連続混練押出機。
- 前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較してスクリュー羽根のピッチが短くなっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴム連続混練押出機。
- 前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較して軸径が太くなっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のゴム連続混練押出機。
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