JP2009090544A - 圧縮スクリュー押出機及び未加硫ゴムの圧縮押出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未加硫ゴムの押出機において、ギヤポンプを設けることなく、ゴムを定量ずつダイス（口金）に供給して安定した品質のタイヤを提供する。
【解決手段】圧縮スクリュー押出機１は、シリンダ１２と、シリンダ１２の内部に回転自在に支持されたスクリュー１１と、シリンダ１２の先端（図中右端）に取り付けられたダイス（口金）１４とを備えている。スクリュー１１とシリンダ１２内周壁で形成される未加硫ゴムの移送空間容積が、スクリュー１１の後端側から先端側に向かって減少しており、移送される未加硫ゴムにバックフロー（逆流）を生じさせる。このバックフローによる反力で、ダイス１４に移送する未加硫ゴムにかかる圧力を、未加硫ゴムをダイス１４に定量ずつ供給できる所望の圧力まで上昇させると共に、このバックフロー自体が昇圧されたフィードゴムの圧力をシール（封止）する作用をし、昇圧された圧力が確実に維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギヤポンプを用いることなく未加硫ゴムに対する押出圧力を上昇させ、未加硫ゴムを安定して吐出できる圧縮スクリュー押出機及び未加硫ゴムの圧縮押出方法に関する。

一般に、タイヤは、複数のタイヤ用のゴム部材から構成されており、例えばインナーライナー、トレッド部、サイドウォール部等の各部が、各々要求される特性に応じた未加硫ゴムによって形成されている。これらタイヤの各部を構成するゴム部材は、それぞれのゴム部材の断面形状に応じた口金（ダイス）を備えた押出機から未加硫ゴムを押し出して、例えばその押し出した未加硫ゴムを所定の長さにカットしたり、タイヤ成型ドラム上に巻き付けたりして形成される。

このようなゴム押出機において、未加硫ゴム（以下、単にゴムという）を押し出す際の圧力が不足して押出量が変動すると、それに伴って成型したゴムゲージ（厚み）などが変動して均一な形状のゴム部材を形成することができないため、ゴムを押し出す圧力、即ちゴムの押出量を一定にする必要がある。
この問題の解決策として、押出装置の口金の手前にギヤポンプを設けてゴムを必要な圧力に昇圧し、このギヤポンプによりゴムを一定量ずつ押し出すようにした押出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は特許文献１に記載された従来のゴム押出装置の断面図である。
このゴム押出装置１００は、混練する材料と共にゴムを投入するホッパー１１３と、このホッパー１１３に投入されたゴムを混練しながら移送するスクリュー１１１と、シリンダ１１２と、２つの歯車１２２ａとそれらの軸受け１２２ｂとから成るギヤポンプ１２２と、押し出すゴムを所望の断面形状に形成するダイヘッド１２４とから成っている。

このゴム押出装置において、ホッパー１１３から投入されたゴムは、回転するスクリュー１１１で移送されてゴム滞留部１１５に吐出され、ゴム滞留部１１５に一端滞留したゴムは、ギヤポンプ１２２によって定量ずつダイヘッド１２４から所定の形状に押し出される。

ところで、このゴム押出装置では、回転部に給油するなどの日常のメンテナンスに加え、シリンダ１１２から吐出される高圧のゴムがギヤポンプ１２２の歯車１２２ａと軸受け１２２ｂの隙間に侵入して軸受け故障を起こすことがあり、軸受けが故障した場合には、その修理のために大きなメンテナンス負担がかかるという問題がある。
特開２００１−１５０５１５号公報

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、未加硫ゴムの押出機において、従来のようにギヤポンプを設けることなく、しかも従来と同様にゴムを定量ずつダイス（口金）に供給して安定した品質のタイヤを得ることである。

請求項１の発明は、一端側に未加硫ゴムを投入するための投入口と、他端側に未加硫ゴムの吐出口を有し、前記投入口から投入された未加硫ゴムを混練して移送するスクリューと、前記スクリューを収容するシリンダと、該シリンダに直結し前記吐出口から吐出された未加硫ゴムを押出成型するダイスを備えた圧縮スクリュー押出機であって、前記スクリューと前記シリンダ内周壁で形成される前記未加硫ゴムの移送用空間の容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させ、未加硫ゴムを前記吐出口から前記ダイスに定量供給可能な所定の圧力に昇圧することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された圧縮スクリュー押出機において、前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって段階的に減少させたことを特徴とする。
請求項３の発明は、シリンダの一端側の投入口から投入された未加硫ゴムを、前記スクリューとシリンダ内周壁で形成される前記未加硫ゴムの移送用空間を通して他端側吐出口まで移送する工程と、吐出口から吐出された未加硫ゴムをダイスに供給して押出成型する工程とを有する未加硫ゴムの圧縮押出方法であって、前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させて、未加硫ゴムを前記ダイスに定量供給可能な所定の圧力に昇圧する加圧工程を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載された未加硫ゴムの圧縮押出方法において、前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させて未加硫ゴムを加圧する工程は、前記移送用空間容積を段階的に減少させることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３又は４に記載された未加硫ゴムの圧縮押出方法において、前記未加硫ゴムの移送用空間内で未加硫ゴムのバックフローを発生させて前記加圧された未加硫ゴムの圧力をシールする工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、未加硫ゴムの押出機において、従来のようにギヤポンプを用いないため、押出機のメンテナンス作業を大幅に軽減することができるだけではなく、設備コストを削減することができる。また、ギヤポンプを設けなくとも従来と同様に安定した品質のタイヤを得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る圧縮スクリュー押出機について、添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る圧縮スクリュー押出機の概略断面図である。
圧縮スクリュー押出機１は、シリンダ１２と、シリンダ１２の内部に回転自在に支持されたスクリュー１１と、シリンダ１２の先端（図中右端）に取り付けられたダイス（口金）１４と、シリンダ１１の後部（図中左方）の上側に設けられたホッパー１３と、スクリュー１１を回転させるモータ等の回転駆動装置１６とを備えている。

シリンダ１２は、スクリュー１１と回転駆動装置１６を内部に収容すると共に、その内面はスクリュー１１の後述する翼部２１の径に対応した径を有する円筒状を成している。シリンダ１２の後部の上側にはホッパー１３に投入されたフィードゴムをシリンダ１２内部に取り入れる供給口１２ａが形成されている。

シリンダ１２は、スクリュー１１が移送するフィードゴムの温度を調節するための温度調節手段１５を備えている。この温度調節手段１５は、図示しないヒータや冷却装置から成り、シリンダ１２のスクリュー収容部分に、スクリュー１１を囲むように配置されており、シリンダ１２自体の温度を調節することで、その内部に設けられたスクリュー１１の周りのゴムを加熱・冷却する。

ホッパー１３は、投入されたフィードゴムをシリンダ１２の供給口１２ａに案内するため、上部から徐々にその幅が狭くなって供給口１２ａと接続されている。
ダイス１４はシリンダ１２の先端部に図示しないねじ等の固定手段で固着されており、シリンダ１２と着脱可能に構成されている。

スクリュー１１は、スクリュー軸２０と、このスクリュー軸２０の外周に設けた螺旋状の翼部２１とから構成され、その後端部が図１に示した回転駆動装置１６の出力軸に連結している。回転駆動装置１６はスクリュー軸２０を回転して、ホッパー１３から投入されたフィードゴムをダイス１４の方向へ移送する。この移送の際に、フィードゴムは翼部２１との摩擦による熱入れで昇温されると共に混練される。

スクリュー軸２０の径は一様であり、ダイス１４側の先端部は円錐状を成している。スクリュー軸２０の軸内には、移送するゴムの温度を調節するための温水を循環させるための、上記温度調節手段１５とは別の温度調節手段が備えられている。
螺旋状の翼部２１の径はシリンダ１２の内径とほぼ同一にして、翼部２１の外周面とシリンダ１２の内面との隙間に未加硫ゴムが侵入しないようにしている。

図２は、図１に示すスクリュー１１の拡大図である。
スクリュー１１は、スクリュー１１による単位時間当たりのフィードゴムの移送空間の容積（ここではスクリュー１１一周当たりの空間容積をいう）がそれぞれ異なる５段のスクリュー、即ち、後端部（図中左端部）から第１段スクリュー１１ａ、第２段スクリュー１１ｂ、第３段スクリュー１１ｃ、第４段スクリュー１１ｄ、第５段スクリュー１１ｅの計５段のスクリューから構成されている。

各段のスクリュー１１ａ〜１１ｅの翼部２１ａ〜２１ｅのスクリュー中心軸に直交する方向に対する角度（以下、スクリュー角という）及びピッチは各々異なり、図示のように、各スクリュー１１ａ〜１１ｅのスクリュー角及びピッチは、ダイス１４に向かって徐々に小さくなるように構成されている。

図３は本実施形態に係るスクリュー１１のスクリュー長に対するスクリュー角の変化を表す図（グラフ）である。
この図では、縦軸をスクリュー角θ（θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５）、横軸をスクリュー長Ｌ（Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、Ｌ_５）として、両者の関係を示している。
図示のように、各段におけるスクリュー角θはそれぞれ一定であるが、ダイス１４に向かって段階的に減少している。

また、スクリュー角θの減少に伴って各段における翼部２１ａ〜２１ｅのピッチが小さくなっており、第１段スクリュー１１ａから後段のスクリューになるにつれて、それぞれスクリュー軸２０ａ〜２０ｅの外周面と翼部２１ａ〜２１ｅ、及び図１に示したシリンダ１２の内周壁で囲まれた、フィードゴムの移送空間の容積を減少させている。

図４は本実施形態に係るフィードゴムの移送空間の容積の変化を示す図（グラフ）である。
この図は、縦軸に移送空間の容積Ｖ、横軸に移送路長さｌを採って、その両者の関係を示している。なお、図中各段のスクリュー１１ａ〜１１ｅの移送路長さを、それぞれｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、ｌ_４、ｌ_５で表す。
図示のように、本実施形態の移送空間の容積Ｖは、各段のスクリュー毎に段階的に減少しており、これによって、フィードゴムの移送空間の容積を段階的に減少させ、フィードゴムをダイス１４に向かって給送しながら、その圧力を段階的に高めて行くように構成されている。

図５は、各段のスクリュー１１ａ〜１１ｅが移送するゴムのスクリュー１回転当たりの体積移動量（移送量）を示す図である。
本実施形態では、スクリュー１１ａを除く各段のスクリュー１１ｂ〜１１ｅのスクリュー１回転当たりのゴムの移送量が、前段のスクリューの７０％程度になるように設計されている。

つまり、本実施形態では、スクリュー１１ａを除く各段のスクリュー１１ａ〜１１ｅにおいて３０％程度のバックフロー（逆流）を生じるように設計されている。即ち、ホッパー１３へのフィードゴムの投入量を１００としたときの第５段スクリュー１１ｅの吐出量は理論上、２４（１００×０．７×０．７×０．７×０．７）程度となる。
このバックフローによる反力で、ダイス１４に移送するフィードゴムにかかる圧力を、フィードゴムをダイス１４に定量ずつ供給できる所望の圧力まで上昇させると共に、このバックフロー自体が昇圧されたフィードゴムの圧力をシール（封止）する作用をするので、昇圧された圧力が確実に維持される。

以上の構成を有する圧縮スクリュー押出機１において、フィードゴムを押し出す方法を、図１及び図２を参照して説明する。
まず、圧縮スクリュー押出機１に電源を入れ、図１に示した回転駆動装置１６でスクリュー１１を定速回転させるとともに、温度調節手段１５を駆動させる。

次に、ホッパー１３からフィードゴムを投入し、図２に示した第１段〜第５段スクリュー１１ａ〜１１ｅでフィードゴム給送しつつ混練、熱入れ、昇温を行う。それとともに、第１段スクリュー１１ａから第５段スクリュー１１ｅまで、その移送空間の容積を段階的に減少させることによって、移送されるゴムを徐々に昇圧し、第５段スクリュー１１ｅにおいて所定の吐出圧力まで昇圧する。
第５段スクリュー１１ｅから吐出されたゴムは、ダイス１４で成型されて機外に出て、後段の加硫工程にて加硫される。

なお、各段のスクリューで移送されているフィードゴムは、適宜温度調節手段１５によって温度が調節され、第５段スクリュー１１ｅから吐出された段階では約９０°Ｃ、圧力は４０ＭＰａ（メガパスカル）程度にまで昇圧されていることが望ましい。

以上で説明したように、本実施形態では、後段のスクリューになるにつれ、各段のスクリュー１１ａ〜１１ｅの移送空間の容積が段階的に減少する構成としたことでフィードゴムの量のバックフローが生じ、このバックフローの反力によって、フィードゴムの圧力を上昇させるとともにスクリュー１１を定速回転させることで、フィードゴムにかかる圧力を高圧に保つことができ、フィードゴムを定量ずつ吐出することができる。

本実施形態の圧縮スクリュー押出機１は、前述したギヤポンプが不要であるため、設備コストを低減することができるだけではなく、当然のことながら従来必要であったギヤポンプのメンテナンスの必要がない。また、ギヤポンプを用いたときの前述のゴム滞留部も不要であるため、圧縮スクリュー押出機1で押し出す未加硫ゴムの種類を変更する際には、スクリュー１１を逆転させることで、シリンダ１２内のゴムをほぼ全量取り出すことができ、ゴム種の切り替えを容易かつ迅速に行うことができる。

また、ギヤポンプを使用しないため、シリンダ１２のヘッド部分のゴム移送路を従来のギヤポンプを使用した場合より短くすることができ、小型化に加え圧力損失が少ないという利点がある。
ゴムに加わる圧力は、スクリュー１１の段数及び回転数の増加によって上昇させることができるため、容易に圧力を調節することができる。また、圧縮スクリュー押出機１の長期に渡る使用により、スクリュー１１及びシリンダ１２に摩耗が生じ圧力が低下するのは免れないが、多段圧縮手段によりその圧力低下が補正されるので、摩耗による影響は従来のゴム押出装置に比して少ない。

なお、ゴムの押出圧力を所定の圧力まで昇圧させ、押出量を一定にするためには、本実施形態のように、段階的にゴムの移送空間の容積を減少させる形状にするのが設計或いは製作上容易であるが、スクリュー１１の後端側から先端側にかけて連続的にゴムの移送空間の容積を減少させる形状、即ち、スクリュー１１の翼部２１のスクリュー角を連続的に減少させる形状であってもよい。

また、以上の実施形態では、スクリューのピッチを段階的に変更することで、スクリューとシリンダで構成される移送ゴム用の空間容積（１周当たりの空間容積）を変更しているが、必ずしもピッチを変更する必要はなく、例えば、図６に示すように、スクリューの螺旋溝の深さを変更することによっても上記空間容積を変更することができる。

本実施形態に係る圧縮スクリュー押出機の概略断面図である。 スクリューの拡大図である。 スクリューのスクリュー長に対するスクリュー角の変化を表す図である。 フィードゴムの移送空間の容積の変化を示す図である。 各段のスクリューが移送するゴムのスクリュー１回転当たりの体積移動量（移送量）を示す図である。 他の実施形態に係る圧縮スクリュー押出機の概略断面図である。 特許文献１に記載されたゴム押出装置の断面図である。

符号の説明

１・・・圧縮スクリュー押出機、１１，１１１・・・スクリュー、１１ａ・・・第１段スクリュー、１１ｂ・・・第２段スクリュー、１１ｃ・・・第３段スクリュー、１１ｄ・・・第４段スクリュー、１１ｅ・・・第５段スクリュー、１２・・・シリンダ、１３，１１３・・・ホッパー、１４，１２４・・・ダイス、１５・・・温度調節手段、１６・・・回転駆動装置、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ・・・スクリュー軸、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，・・・翼部、１００・・・ゴム押出装置、１１５・・・ゴム滞留部、１２２・・・ギヤポンプ、１２２ａ・・・歯車、１２２ｂ・・・軸受け。

Claims (5)

1. 一端側に未加硫ゴムを投入するための投入口と、他端側に未加硫ゴムの吐出口を有し、前記投入口から投入された未加硫ゴムを混練して移送するスクリューと、前記スクリューを収容するシリンダと、該シリンダに直結し前記吐出口から吐出された未加硫ゴムを押出成型するダイスを備えた圧縮スクリュー押出機であって、
   前記スクリューと前記シリンダ内周壁で形成される前記未加硫ゴムの移送用空間の容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させ、未加硫ゴムを前記吐出口から前記ダイスに定量供給可能な所定の圧力に昇圧することを特徴とする圧縮スクリュー押出機。
2. 請求項１に記載された圧縮スクリュー押出機において、
   前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって段階的に減少させたことを特徴とする圧縮スクリュー押出機。
3. シリンダの一端側の投入口から投入された未加硫ゴムを、前記スクリューとシリンダ内周壁で形成される前記未加硫ゴムの移送用空間を通して他端側吐出口まで移送する工程と、吐出口から吐出された未加硫ゴムをダイスに供給して押出成型する工程とを有する未加硫ゴムの圧縮押出方法であって、
   前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させて、未加硫ゴムを前記ダイスに定量供給可能な所定の圧力に昇圧する加圧工程を有することを特徴とする未加硫ゴムの圧縮押出方法。
4. 請求項３に記載された未加硫ゴムの圧縮押出方法において、
   前記移送用空間容積を前記投入口側から前記吐出口側に向かって減少させて未加硫ゴムを加圧する工程は、前記移送用空間容積を段階的に減少させることを特徴とする未加硫ゴムの圧縮押出方法。
5. 請求項３又は４に記載された未加硫ゴムの圧縮押出方法において、
   前記未加硫ゴムの移送用空間内で未加硫ゴムのバックフローを発生させて前記加圧された未加硫ゴムの圧力をシールする工程と、を有することを特徴とする未加硫ゴムの圧縮押出方法。

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