JP2012183647A - ゴム押出機 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング内に投入されたゴム材料をスクリューの回転により混練しながら所定の形状に押し出す際、ゴム材料の劣化やゴムの練り不足を引き起こすこと無く、ゴムの吐出量を大幅に増加させる、新規なゴム押出機を提供する。
【解決手段】本発明のゴム押出機のスクリュー２は、シャフト２ａと、シャフト２ａの外表面に設けられるフライト２ｂを備え、フライト２ｂは、シャフトの先端部分に位置するフライト先端領域と、フライト先端領域からシャフト２ａの尾端にかけて位置するフライト尾端領域からなり、シャフトの外径ｄ及びフライトのＤが式（Ｉ）ｄ／Ｄ＝０．５±０．１を満たし、フライト先端領域におけるフライトの隣接間隔Ｌ₁及びフライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔Ｌ₂が式（ＩＩ）Ｌ₁＝０．５×Ｌ₂を満たし、フライト先端領域の寸法Ａが式（ＩＩＩ）Ａ＝０．５×Ｌ₁〜２×Ｌ₁を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーシング内に投入されたゴム材料をスクリューの回転により混練しながら送り出し、送り出されたゴム材料を所定の形状に押し出すゴムの押出機に関するものであり、混練、搬送の際に生じるゴム材料の劣化やゴムの練り不足を引き起こすこと無く、ゴムの吐出量を大幅に増加させようとするものである。

タイヤを製造するにあたっては、ゴム押出機によって押し出されるリボン状のゴムを、一部を重ね合わせながら螺旋状に巻きつけて所定のタイヤ形状とする方法が採用されているが、高精度なタイヤを製造するには、押し出されるゴムの量が変動することなく一定であることが必要であって、このような押出機としては、例えば特許文献１に開示されるようにゴム材料を送り出すスクリューの前方にギヤポンプを備えるギヤポンプ付き押出機が知られている。ところで上記従来のギヤポンプ付き押出機においては、特に大型のタイヤを製造する場合について、生産効率の改善を図るべくゴムの吐出量を大幅に増やすことが検討されているが、例えばスクリューの回転数を上げて単位時間当たりの送り出し量を増やそうとすると、ゴム材料の温度が上昇して許容温度を超えてしまうおそれがあり、所期のゴム特性を確保したまま吐出量を増やすことは困難であった。また特許文献２のように、スクリューに補助フライトを設けて、シリンダー内のゴムが吐出口前方から押し戻されるバックフロー現象を防止してゴムの吐出量を増やそうとするものもあるが、吐出口に十分な圧力をかけるためにケーシング及びスクリューの形状がゴムの投入口から吐出口にかけて先細りとなるテーパー形状となっており、吐出口に向かうにつれゴムの搬送量が減ってしまい、大幅に吐出量を増加させることは困難であった。

特開平５−１１６２００号公報 特開平６−２７０２３０号公報

本発明の課題は、ケーシング内に投入されたゴム材料をスクリューの回転により混練、搬送し、搬送されたゴム材料を所定の形状に押し出すゴムの押出機につき、特にスクリューの形状を最適化することで、ゴムの劣化やゴム材料の練り不足を防止するとともに、押し出されるゴムの吐出量を大幅に増加することを可能とする、新規なゴム押出機を提供することにある。

本発明は、一端にゴム材料の投入口を有し、他端に該ゴム材料の排出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内側に回転可能に配置されるとともに、前記投入口から排出口に向けて前記ゴム材料を送り出すスクリューと、前記ケーシングの排出口につながり、前記排出口から送り出されるゴム材料を吐出口から外部へ押し出す押出ヘッドを備えたゴム押出機において、
前記スクリューは、前記ケーシングの投入口から排出口にかけて延び、該投入口側の端を尾端とし、該排出口側の端を先端とするシャフトと、前記シャフトの外表面に設けられ、該シャフトの先端から尾端まで一定の外径でもって螺旋状に延在するフライトとを備え、前記フライトは、前記シャフトの先端部分に位置するフライト先端領域と、該フライト先端領域から該シャフトの尾端に至るまでの間に位置するフライト尾端領域からなり、
前記シャフトの外径をｄとし、前記フライトの外径をＤとする際に、該外径ｄ及びＤが下記式（Ｉ）を満たし、
前記フライト先端領域におけるフライトの隣接間隔をＬ₁とし、前記フライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔をＬ₂とする際に、該隣接間隔Ｌ₁及びＬ₂が下記式（ＩＩ）を満たし、
前記フライト先端領域の寸法をＡとする際に、該寸法Ａが下記式（ＩＩＩ）を満たすことを特徴とするものである。
記
ｄ／Ｄ＝０．５±０．１・・・（Ｉ）
Ｌ₁＝０．５×Ｌ₂・・・（ＩＩ）
Ａ＝０．５×Ｌ₁〜２×Ｌ₁（ただし寸法Ａの起点は前記シャフトの先端とする）・・（ＩＩＩ）

前記フライトの外径Ｄと前記フライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔Ｌ₂が、下記式（ＩＶ）を満たすことが望ましい。
記
０．７５＜Ｄ／Ｌ₂＜０．９５・・・（ＩＶ）

スクリューのフライトが、シャフトの先頭部分に位置するフライト先端領域と、このフライト先端領域からシャフトの尾端に至るフライト尾端領域からなるものとし、その際にシャフトの外径とフライトの外径が上記式（Ｉ）を満たし、フライト先端領域におけるフライトの隣接間隔とフライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔が上記式（ＩＩ）を満たし、フライト先端領域の寸法Ａが上記式（ＩＩＩ）を満たすようにしたため、温度上昇によるゴムの劣化や、ゴム材料の練り不足を引き起こすことなく、より多くのゴムを吐出させることができる。

フライトの外径Ｄと前記フライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔Ｌ₂が、上記式（ＩＶ）を満たすようにしたため、所望のゴム特性を確保したまま、ゴムの吐出量を大幅に増加させることが可能となる。

本発明にしたがうゴム押出機の実施の形態につき、投入口から排出口に向かう一部を省略して破断線で示すとともに、ケーシングと押出ヘッドを断面で示した側面図である。 本発明にしたがうゴム押出機の実施の形態につき、スクリューの一部を省略して示した図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。

図１は本発明にしたがうゴム押出機の全体を模式的に示した図であり、図１に示す１は、筒状のケーシングである。このケーシング１の一端にはケーシング１内にゴム材料を投入する投入口１ａが形成されており、他端にはゴム材料を排出する排出口１ｂが開口している。

２は、ケーシング１の内側に回転可能に配置され、ケーシング１に投入されたゴム材料を、混練しながら送り出すスクリューである。スクリュー２は、ケーシング１の投入口１ａ側に位置するシャフト端を尾端２ａ₁とし、排出口１ｂ側に位置するシャフト端を先端２ａ₂とする際に、尾端２ａ₁から先端２ａ₂にかけて延びる円筒状のシャフト２ａと、このシャフト２ａの外表面に一体的に設けられ、このシャフト２ａの先端２ａ₂から尾端２ａ₁まで螺旋状に延在するフライト２ｂとを備えている。フライト２ｂの外径（図２の記号Ｄ参照）は全域に亘って一定であり、ケーシング１の内面とフライト２ｂはわずかの隙間をもって配置されている。シャフト２ａは、図示しない駆動源とつながってスクリュー２を回転させる駆動軸２ａ₃と、尾端２ａ₁において一体となって結合している。図１においてはシャフト２ａと駆動軸２ａ₃は段差をもって結合しているが、同一外径であっても良い。

３は、ケーシング１を内側に収めて固定保持するケースである。ケース３は、投入口１ａと連通する投入孔３ａを有するとともに、ケーシング１の排出口１ｂを前方に突き出した状態で保持している。

４は、ケーシング１の排出口１ｂとつながり、ケース３に固定される押出ヘッドである。押出ヘッド４は、ケース３から突出するケーシング１の外壁を保持するとともに排出口１ｂからゴム材料を導入するベースブロック４ａと、このベースブロック４ａの内部で回転可能に保持された一対のギヤ４ｂと、ギヤ４ｂによって送り出されるゴム材料を、所定の断面となるリボン形状にて外部へ吐出する吐出口４ｃを備えている。押出ヘッド４は、ギヤ４ｂを図１で示す矢印方向に回転させて精密な量でもってゴム材料を押し出すことが可能であり、このようなものとして通常のギヤポンプを適用することができる。なお吐出口４ｃを含む先端部をベースブロック４ａとは別の部材で形成し、押し出すゴム材料の断面形状に応じて適宜交換できるようにしても良い。

図２はスクリュー２の詳細図である。スクリュー２のシャフト２ａの外径ｄと、フライト２ｂの外径Ｄは、互いの外径の差が大きいほうがゴム材料を多く送り出すことができるが、シャフト２ａの外径ｄが小さすぎるとスクリュー２の強度も低下し、スクリュー２が回転した際の振れも大きくなる。本発明の場合、シャフト２ａの外径ｄは１５ｍｍ〜６０ｍｍ程度であり、全長は２００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度である。またフライト２ｂの外径Ｄが大きすぎるとスクリュー２の重量が増加するとともに、装置全体の大きさも大きくなる。本発明においては、シャフト２ａの外径ｄとフライト２ｂの外径Ｄの関係を下記式（Ｉ）に適合させることで、装置の不具合を抑制して吐出量を増加させることが可能となる。
記
ｄ／Ｄ＝０．５±０．１・・・（Ｉ）

フライト２ｂは、隣り合うフライト２ｂ同士の隣接間隔が、シャフト２ａの先端部に延在する部位と、この先端部を除く部分に延在する部位とで異なっている。具体的には、シャフト２ａの先端を基点として寸法Ａで示されるフライト先端領域２ｂ₁においては、フライト２ｂの隣接間隔が狭く、このフライト先端領域２ｂ₁からシャフト２ａの尾端２ａ₁に至るフライト尾端領域２ｂ₂では広くなっている。図２の例では、シャフトの先端２ａ₂から尾端２ａ₁まで一定の隣接間隔で延在する一つのフライトと、このフライトの隣り合う中間に位置し、フライト先端領域２ｂ₁のみ延在するもう一つのフライトでフライト２ｂを構成する場合を示したが、フライト先端領域２ｂのみ隣接間隔を狭め、そこからシャフト２ａの尾端２ａ₁かけて隣接間隔を広げて連続してつながるフライトを採用しても良い。なおフライト２ｂの隣接間隔とは、隣り合うフライト２ｂの頂点間の寸法である。

フライト先端領域２ｂ₁の寸法Ａが大きくなると、隣り合うフライト２ｂの隣接間隔が狭い領域が増えていき、ケーシング１に投入されたゴム材料がより混練されて温度が上昇して、ゴム材料の許容温度を超えてゴムの劣化につながるおそれがある。また寸法Ａが小さくなると、フライト２ｂの隣接間隔が広い領域が増えていき、ゴム材料が十分に混練されずに外部に押し出される懸念がある。本発明においては、フライト先端領域２ｂ1の隣接間隔Ｌ₂が下記式（ＩＩ）を満たすとともに、フライト先端領域の寸法Ａが下記式（ＩＩＩ）を満たすことで、温度上昇によるゴムの劣化や、ゴム材料の練り不足を引き起こすことなく、より多くのゴムを吐出させることが可能となる。なお寸法Ａが０．５×Ｌ₁〜１×Ｌ₁の範囲である場合にはさらに多くのゴムを吐出させることが可能となる。
記
Ｌ₁＝０．５×Ｌ₂・・・（ＩＩ）
Ａ＝０．５×Ｌ₁〜２×Ｌ₁（ただし寸法Ａの起点はシャフト２ａの先端とする）・・（ＩＩＩ）

螺旋状のフライト２の傾きα（シャフト２ａの軸線とフライト２が延びる向きとの角度）が小さくなると、フライト２ｂの隣接間隔Ｌ₁、Ｌ₂が広がるので、スクリュー２の１回転あたりの送り出し量を増やす事が可能となるが、ゴム材料が十分に混練されずに押し出されるおそれがある。またフライト２の傾きαが大きくなると、フライト２ｂの隣接間隔Ｌ₁、Ｌ₂が狭くなり、ゴム材料の温度が上昇してゴムの劣化を引き起こすおそれがある。本発明においては、フライトの外径Ｄとフライト尾端領域２ｂ₂におけるフライト２ｂの隣接間隔Ｌ₂が、下記式（ＩＶ）を満たすことで、ゴム特性を損なうことなく、ゴムの吐出量を大幅に増加させることが可能となる。
記
０．７５＜Ｄ／Ｌ₂＜０．９５・・・（ＩＶ）

本発明にしたがうゴム押出機においては、上記の形状となるスクリュー２を、回転数１０〜１０００ｒｐｍ程度で回転させることが望ましい。

表１に示す組み合わせとなるスクリューを試作し、このスクリュー以外は共通とするゴム押出機においてゴムを押し出し、ゴムの特性及びゴムの吐出量について調査を行った。吐出量を比較するために、フライトの外径は同一とした。その結果を表１に併せて示す。

ゴムの特性は、押し出されたゴムを目視で検査し、異常がないか確認を行った。表中の○は、ゴム特性に異常が見られなかったことを示す。

ゴムの吐出量は、押し出されたゴムの体積を測定し、単位時間当たりの量で比較を行った。

その結果、フライトの隣接間隔をスクリュー全域にわたって同一とし、かつ狭めたスクリュー（比較例１）では吐出量が不足し、単位時間当たりの回転数を比較例１に対して増加させ、かつ比較例１と同一形状としたスクリュー（比較例２）ではゴムの温度上昇によるゴム焼けが発生し、フライトの隣接間隔をスクリュー全域にわたって同一とし、かつ広げたスクリュー（比較例３）ではゴム練りの不足が発生し、シャフトの外径を大きくし、かつフライトの傾きαを大きくしてフライトの隣接間隔を狭めたスクリュー(比較例４)では、ゴム焼けが発生し、シャフトの外径を小さくし、かつフライトの傾きαを小さくしてフライトの隣接間隔を広げたスクリュー(比較例５)では、ゴム練りの不足が発生して、いずれもゴムの特性とゴムの吐出量の増加の両方を満足することができない。

一方、シャフトとフライトが前記式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を満たすスクリュー（適合例１〜４）では、ゴムの特性を損なうことなく、ゴムの吐出量を大幅に増やすことが可能であり、前記式（Ｉ）〜（ＩＶ）全てを満たすスクリュー（適合例１〜３）では、より吐出量を増加させることが可能であることが確認された。特にフライト先端領域の寸法Ａを１×Ｌ₁よりも小さくしたスクリュー（適合例２）は吐出量をさらに増加することができることが確認された。

本発明によれば、温度上昇によるゴムの劣化やゴム材料の練り不足を引き起こすことなしに、ゴムの吐出量を大幅に増加させ得るゴム押出機を安定的に供給できる。

１ ケーシング
１ａ 投入口
１ｂ 排出口
２ スクリュー
２ａ シャフト
２ｂ フライト
３ ケース
４ 押し出しヘッド
４ａ ベースブロック
４ｂ ギヤ
４ｃ 吐出口

Claims (2)

1. 一端にゴム材料の投入口を有し、他端に該ゴム材料の排出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内側に回転可能に配置されるとともに、前記投入口から排出口に向けて前記ゴム材料を送り出すスクリューと、前記ケーシングの排出口につながり、前記排出口から送り出されるゴム材料を吐出口から外部へ押し出す押出ヘッドを備えたゴム押出機において、
   前記スクリューは、前記ケーシングの投入口から排出口にかけて延び、該投入口側の端を尾端とし、該排出口側の端を先端とするシャフトと、前記シャフトの外表面に設けられ、該シャフトの先端から尾端まで一定の外径でもって螺旋状に延在するフライトとを備え、前記フライトは、前記シャフトの先端部分に位置するフライト先端領域と、該フライト先端領域から該シャフトの尾端に至るまでの間に位置するフライト尾端領域からなり、
   前記シャフトの外径をｄとし、前記フライトの外径をＤとする際に、該外径ｄ及びＤが下記式（Ｉ）を満たし、
   前記フライト先端領域におけるフライトの隣接間隔をＬ₁とし、前記フライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔をＬ₂とする際に、該隣接間隔Ｌ₁及びＬ₂が下記式（ＩＩ）を満たし、
   前記フライト先端領域の寸法をＡとする際に、該寸法Ａが下記式（ＩＩＩ）を満たすことを特徴とする、ゴム押出機。
   記
   ｄ／Ｄ＝０．５±０．１・・・（Ｉ）
   Ｌ₁＝０．５×Ｌ₂・・・（ＩＩ）
   Ａ＝０．５×Ｌ₁〜２×Ｌ₁（ただし寸法Ａの起点は前記シャフトの先端とする）・・（ＩＩＩ）
2. 前記フライトの外径Ｄと前記フライト尾端領域におけるフライトの隣接間隔Ｌ₂が、下記式（ＩＶ）を満たすことを特徴とする、請求項１記載のゴム押出機。
   記
   ０．７５＜Ｄ／Ｌ₂＜０．９５・・・（ＩＶ）

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