JP2019081287A - ゴム押出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望範囲の可塑度にした未加硫のゴム押出物をより精度よく安定して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】ゴム材料投入口２ａとシリンダ２の前端部との間のシリンダ２長手方向の区間にシリンダ２長手方向に間隔をあけてセンサ１０ａ、１０ｂを配置し、センサ１０ａ、１０ｂの間のシリンダ２長手方向の区間にピン７を配置して、ゴム材料投入口２ａからシリンダ２の内部に投入された未加硫のゴム材料Ｒ１を、スクリュー４を回転させてシリンダ２の前方に送りつつ混練して、センサ１０ａ、１０ｂによりゴム材料Ｒ１の圧力または温度の少なくとも一方を検知してそれぞれの検知データを制御部９に入力し、それぞれの検知データを予め制御部９に記憶されているそれぞれの目標値に近づけるように制御部９によってピン７のシリンダ２内部への突出長さを制御する。【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、所望範囲の可塑度にした未加硫のゴム押出物をより精度よく安定して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、ゴム押出装置を用いた押出し工程がある。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て、押出口から所定形状に型付けされた未加硫のゴム押出物が押し出される。ゴム押出装置では、所望の可塑度（粘度)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。このゴム押出装置では、スクリューとシリンダの内周面との間で練られた未加硫のゴム材料がピンによって分散、混合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、所望粘度のゴム押出物を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１で提案されている方法では、シリンダの前端部に配置したセンサによりシリンダ内部のゴム材料の粘度および温度を検知して、この検知データに基づいて、シリンダに対するピンの挿入深さを制御する（特許文献１参照）。この方法では、センサの検知データに基づいてピンの挿入深さを制御しても、既にシリンダの前端部に送られているゴム材料に対しては、十分に混練することができないため粘度の調整をすることが不可能である。それ故、所望粘度のゴム押出物を精度よく安定して得るには改善の余地がある。

特開平９−２７７３５３号公報

本発明の目的は、所望範囲の可塑度にした未加硫のゴム押出物をより精度よく安定して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してその突出長さが変更可能なピンとを備えたゴム押出装置において、前記シリンダのゴム材料投入口と前記シリンダの前端部との間のシリンダ長手方向の区間に、シリンダ長手方向に間隔をあけて配置されて前記シリンダの内部で混練されている未加硫のゴム材料の圧力または温度の少なくとも一方を検知するセンサと、それぞれの前記センサによる検知データが入力される制御部とを有し、それぞれの前記センサの間のシリンダ長手方向の区間に前記ピンが配置されて、前記制御部にはそれぞれの前記センサの前記検知データについての目標値が記憶されていて、それぞれの前記検知データをそれぞれの前記目標値に近づけるように、それぞれの前記検知データおよびそれぞれの前記目標値に基づいて前記制御部によって前記ピンの前記突出長さが制御される構成にしたことを特徴とする。

本発明のゴム押出方法は、ピンが内部に突出長さを可変にして突出する筒状の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、ゴム材料投入口から前記シリンダの内部に投入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、
前記ゴム材料投入口と前記シリンダの前端部との間のシリンダ長手方向の区間にシリンダ長手方向に間隔をあけてセンサを配置し、それぞれの前記センサの間のシリンダ長手方向の区間に前記ピンを配置して、それぞれの前記センサにより前記ゴム材料の圧力または温度の少なくとも一方を検知して、それぞれの前記センサによる検知データを制御部に入力し、前記制御部にはそれぞれの前記センサの前記検知データについての目標値を記憶しておき、それぞれの前記検知データをそれぞれの前記目標値に近づけるように、それぞれの前記検知データおよびそれぞれの前記目標値に基づいて前記制御部によって前記ピンの前記突出長さを制御することを特徴とする。

本発明によれば、シリンダの内部で混練されている未加硫のゴム材料の圧力または温度の少なくとも一方を、シリンダ長手方向に間隔をあけて配置されたそれぞれのセンサにより検知する。そして、それぞれのセンサによる検知データを、制御部に予め記憶されているそれぞれの検知データについての目標値に近づけるように、制御部によってピンのシリンダの内部への突出長さを制御するので、シリンダの前端部に配置したセンサの検知データだけを用いてピンの突出長さを制御する従来技術に比して、所望範囲の可塑度にした未加硫のゴム押出物をより精度よく安定して得ることが可能になる。

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拡大して側面視で例示する説明図である。 図１のそれぞれのセンサの検知データと、それぞれの検知データについての目標値との関係を例示するグラフ図である。 ゴム押出装置の別の実施形態を側面視で例示する説明図である。 図５のセンサとピンのユニットを模式的に例示する説明図である。 図５のそれぞれのセンサの検知データと、それぞれの検知データについての目標値との関係を例示するグラフ図である。

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、未加硫のゴム材料Ｒ１を混練して所望範囲の可塑度にしたゴム押出物Ｒ２を押し出す。ゴム材料Ｒ１の可塑度と、シリンダ２の内部でのゴム材料Ｒ１の圧力、温度とは相関関係がある。そこで本発明では、シリンダ２の内部でのゴム材料Ｒ１の圧力または温度の少なくとも一方の目標値を設定する。そして、シリンダ２の内部でのゴム材料Ｒ１の圧力または温度を目標値に近づけることによって所望範囲の可塑度にしたゴム押出物Ｒ２を得る。

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、センサ１０ａ、１０ｂと、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの検知データが逐次入力される制御部９とを備えている。シリンダ２の後端側の上部にはゴム材料投入口２ａが形成されている。ゴム材料投入口２ａを囲んでシリンダ２からホッパ部１１が突設されている。

シリンダ２の先端にはヘッド３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４ｂの軸方向（シリンダ２の長手方向）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。スクリュー４は、シリンダ２の後方に配置された駆動モータ４ｃによって回転駆動される。駆動モータ４ｃの回転動作（回転および回転停止、回転数）は制御部９により制御される。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。

一対のセンサ１０ａ、１０ｂは、シリンダ２のゴム材料投入口２ａとシリンダ２の前端部との間のシリンダ２の長手方向の区間に、シリンダ２の長手方向に間隔をあけて配置されている。シリンダ２の前端部とは例えば、シリンダ２の前端側のシリンダ２の全長の１０％の範囲である。

この実施形態では、一方のセンサ１０ａは、シリンダ２の最も後端側の所定位置に配置された複数のピン７のうちの１本のピン７に取り付けられている。他方のセンサ１０ｂは、シリンダ２の最も前端側の所定位置に配置された複数のピン７のうちの１本のピン７に取り付けられている。対になるセンサ１０ａ、１０ｂは、シリンダ２の長手方向にできるだけ間隔をあけて配置するとよい。それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂはピン７に取り付けずに、シリンダ２に直接取り付けることもできる。

それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂは、シリンダ２の内部で混練されている未加硫のゴム材料Ｒ１のそれぞれのセンサ１０ａ、１０ｂが配置された位置での圧力（シリンダ内圧）または温度の少なくとも一方を検知する。この実施形態では、ゴム材料Ｒ１の圧力を検知する一対のセンサ１０ａ、１０ｂが配置されているが、ゴム材料Ｒ１の温度を検知する一対のセンサ１０ａ、１０ｂ、或いは、ゴム材料Ｒ１の圧力および温度を検知する一対のセンサ１０ａ、１０ｂを設けることもできる。センサ１０ａ、１０ｂの配置数、位置は適宜決定することができる。

ピン７は、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの間のシリンダ２の長手方向の区間に配置されている。それぞれのピン７はシリンダ２の外部から内部に貫通して、ピン駆動部８によってシリンダ２の半径方向に移動可能になっている。したがって、ピン７のシリンダ２の内部に突出する突出部分７ａの突出長さＬ（Ｌ１、Ｌ２）は可変になっている。

この実施形態では、複数本の円柱状のピン７がシリンダ２の長手方向に間隔をあけて配置されている。また、シリンダ２の長手方向に間隔をあけたそれぞれの所定位置において、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。尚、この実施形態のように一方のセンサ１０ａを、シリンダ２の最も後端側の所定位置に配置された複数のピン７のうちの１本のピン７に取り付けるだけでなく、最も後端側の所定位置に配置された複数のピン７に取り付けることもできる。他方のセンサ１０ｂも、シリンダ２の最も前端側の所定位置に配置された複数のピン７のうちの１本のピン７に取り付けるだけでなく、最も前端側の所定位置に配置された複数のピン７に取り付けることもできる。

制御部９にはゴム材料Ｒ１の配合等に応じて、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの検知データ（それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの検知位置での検知データ）についての目標値が記憶されている。この目標値は、例えば事前にゴム押出装置１を用いたテストを行って把握しておく。

また、制御部９にはそれぞれのピン７の突出長さＬと、混練されているゴム材料Ｒ１の可塑度（圧力または温度）との相関関係データが記憶されている。即ち、それぞれのピン７の突出長さＬをどの程度変化させると、ゴム材料Ｒ１の可塑度（圧力または温度）がどの程度変化するかを示す相関関係データが制御部９に予め入力されている。この相関関係データも、例えば事前にゴム押出装置１を用いたテストを行って把握しておく。

制御部９としてはコンピュータ等を用いる。制御部９は、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの検知データおよびそれぞれの目標値に基づいて、ピン駆動部８を作動させてそれぞれのピン７の突出長さＬを制御する。それぞれのピン７毎に独立して突出長さＬを制御することも、シリンダ２の長手方向で同じ所定位置のピン７毎に突出長さＬを制御することもできる。センサ１０ａ、１０ｂが取り付けられたピン７は、基本的に突出長さＬを変化させずに一定の突出長さＬに維持する。

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。

図１、図２に例示するように、原料ゴムに非加硫系配合剤等が含有されている未加硫のゴム材料Ｒ１が、ホッパ部１１を通じてゴム材料投入口２ａからシリンダ２の内部に投入される。シリンダ２の内部に投入されたゴム材料Ｒ１は、所定の回転数で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。

この押出工程において図３に例示するように、それぞれのピン７の突出長さＬを調整しながらゴム材料Ｒ１を混練する。ピン７の突出長さＬを変化させることに伴い、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変化させることができる。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、ピン７の突出長さＬを適宜調整することで、適切な可塑度にすることが容易になる。

図４に例示するように、一方のセンサ１０ａは、シリンダ２の長手方向の所定位置Ｐ１でのゴム材料Ｒ１の圧力を逐次検知し、この検知データは制御部９に逐次入力される。他方のセンサ１０ｂは、シリンダ２の長手方向の所定位置Ｐ２でのゴム材料Ｒ１の圧力を逐次検知し、この検知データは制御部９に逐次入力される。図４ではそれぞれのセンサ１０ａ、１０ｂによる検知データが黒丸で示され、それぞれの目標値が白丸で示されている。

制御部９は、入力された検知データと目標値とを比較する。センサ１０ａを同じシリンダ長手方向位置に複数配置した場合は例えば、それぞれのセンサ１０ａの検知データの平均値を目標値と比較する。同様に、センサ１０ｂを同じシリンダ長手方向位置に複数配置した場合は例えば、それぞれのセンサ１０ｂの検知データの平均値を目標値と比較する。比較の結果、検知データと目標値に差異がある場合は、検知データを目標値に近づけるように、それぞれのピン７の突出長さＬと混練されているゴム材料Ｒ１の圧力との相関関係データに基づいて、ピン駆動部８を作動させて必要なピン７の突出長さＬを制御する。これにより、押出口６でのゴム押出物Ｒ２の可塑度を所望範囲にする。

ゴム材料Ｒ１の圧力をより大きく変化させる場合は、より多くのピン７に対して突出長さＬの制御を行い、また、突出長さＬをより大きくする制御を行う。ゴム材料Ｒ１の圧力をより小さくさせる場合は、例えば、より少ないピン７に対して突出長さＬの制御を行い、また、突出長さＬをより小さくする制御を行う。センサ１０ａ、１０ｂによりゴム材料Ｒ１の温度を検知する場合も同様に、ピン７の突出長さＬを制御することにより押出口６でのゴム押出物Ｒ２の可塑度を所望範囲にする。

本発明によれば、シリンダ２の長手方向に間隔をあけて配置されたそれぞれのセンサ１０ａ、１０ｂによる検知データを用いてピン７の突出長さＬを制御する。そのため、シリンダ２の内部に投入されるゴム材料Ｒ１の物性等のばらつきが大きい場合であっても、上流側のセンサ１０ａの検知データに基づいて、ピン７の突出長さＬを制御することでゴム材料Ｒ１の可塑度（圧力）をより早い段階から目標値に近づけるように是正できる。そして、上流側のセンサ１０ａおよび下流側のセンサ１０ｂの検知データに基づいて、ピン７の突出長さＬを制御することで、下流側の所定位置Ｐ２でのゴム材料Ｒ１の可塑度をより精度よく目標値に近づけることができる。したがって、シリンダの前端部に配置したセンサの検知データだけを用いてピンの突出長さを制御する従来技術に比して、所望範囲の可塑度にしたゴム押出物Ｒをより精度よく安定して得ることができる。

混練しているゴム材料Ｒ１の可塑度が小さい場合（可塑化が不十分な場合）、同じシリンダ長手方向位置では、シリンダ２の内周面近傍よりもスクリュー軸４ｂの外周面近傍の方が、検知データのばらつきが大きくなることを本願発明者は見出した。したがって、スクリュー軸４ｂの外周面近傍での経時的な検知データのばらつきが小さければ、ゴム材料Ｒ１が良好に可塑化されていると判断できる。そこで、センサ１０ａ、１０ｂが取り付けられたピン７の突出長さＬをなるべく大きくして、スクリュー軸４ｂの外周面近傍での検知データを取得するとよい。例えば、スクリュー軸４ｂの外周面とシリンダ２の内周面とのすき間のうちのスクリュー軸４ｂ側のこのすき間の大きさの１０％の区間にセンサ１０ａ、１０ｂを配置するとよい。

図５に例示するゴム押出装置１の別の実施形態は、先の実施形態に比して多くのセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがシリンダ２の長手方向に間隔をあけて、シリンダ２の長手方向の所定位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４にそれぞれ配置されている。制御部９にはゴム材料Ｒ１の配合等に応じて、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの検知データ（それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの検知位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４での検知データ）についての目標値が記憶されている。その他の構成は先の実施形態と実質的に同じであり、先の実施形態で説明した種々の仕様をこの実施形態に対しても適用できる。

この実施形態では図６に例示するように、センサ１０ａとセンサ１０ｂが一対になり、センサ１０ｂとセンサ１０ｃとが一対になり、センサ１０ｃとセンサ１０ｄとが一対になっている。そして、一対のセンサ１０ａ、１０ｂと、センサ１０ａ、１０ｂの間のシリンダ２の長手方向の区間に配置されたピン７とによりユニットＵ１が構成されている。同様に、一対のセンサ１０ｂ、１０ｃと、センサ１０ｂ、１０ｃの間のシリンダ２の長手方向の区間に配置されたピン７とによりユニットＵ２が構成されている。同様に、一対のセンサ１０ｃ、１０ｄと、センサ１０ｃ、１０ｄの間のシリンダ２の長手方向の区間に配置されたピン７とによりユニットＵ３が構成されている。即ち、先の実施形態は、一対のセンサ１０ａ、１０ｂと、センサ１０ａ、１０ｂの間のシリンダ２の長手方向の区間に配置されたピン７とで構成された１つのユニットのみを有していたが、この実施形態ではシリンダ２の長手方向に配列された複数のユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３を有している。

この実施形態では、シリンダ２の長手方向に隣接して配列されているユニットＵ１、Ｕ２どうしでは、それぞれのユニットＵ１、Ｕ２どうしの隣接位置に配置されているセンサ１０ｂが、それぞれのユニットＵ１、Ｕ２の構成部材として共用されている。同様に、それぞれのユニットＵ２、Ｕ３どうしの隣接位置に配置されているセンサ１０ｃがそれぞれのユニットＵ２、Ｕ３の構成部材として共用されている。

この実施形態では、１つのユニットＵ１においては、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂによりゴム材料Ｒ１の圧力または温度の少なくとも一方を逐次検知して、それぞれのセンサ１０ａ、１０ｂによる検知データを制御部９に逐次入力する。制御部９では、図７に例示するように、それぞれの検知データを、制御部９に予め記憶されているそれぞれのセンサ１０ａ、１０ｂの検知データについての目標値に近づけるように、それぞれの検知データおよびそれぞれの目標値に基づいてユニットＵ１のピン７の突出長さＬを制御する。他のユニットＵ２、Ｕ３もユニットＵ１と同様に、ユニット毎に、それぞれのユニットの区間での検知データを、それぞれの目標値に近づけるように、それぞれのユニットのピン７の突出長さＬを制御する。図７ではそれぞれのセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄによる検知データが黒丸で示され、それぞれの目標値が白丸で示されている。これにより、押出口６でのゴム押出物Ｒ２の可塑度を所望範囲にする。

この実施形態では、先の実施形態に比して、ピン７の突出長さＬを制御するシリンダ２の長手方向の区間が細分化されている。そのため、シリンダ２の全長に対しては、ゴム材料Ｒ１の可塑度をより精密に目標値に近づけ易くなる。これに伴い、所望範囲の可塑度にしたゴム押出物Ｒ２を精度よく安定して得るには益々有利になる。

１ 押出装置
２ シリンダ
２ａ ゴム材料投入口
３ ヘッド
４ スクリュー
４ａ スクリュー刃
４ｂ スクリュー軸
４ｃ 駆動モータ
５ ダイス
６ 押出口
７ ピン
７ａ 突出部分
８ ピン駆動部
９ 制御部
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ センサ
１１ ホッパ部
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３ ユニット
Ｒ１ 未加硫のゴム材料
Ｒ２ ゴム押出物

Claims (4)

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してその突出長さが変更可能なピンとを備えたゴム押出装置において、
   前記シリンダのゴム材料投入口と前記シリンダの前端部との間のシリンダ長手方向の区間に、シリンダ長手方向に間隔をあけて配置されて前記シリンダの内部で混練されている未加硫のゴム材料の圧力または温度の少なくとも一方を検知するセンサと、それぞれの前記センサによる検知データが入力される制御部とを有し、それぞれの前記センサの間のシリンダ長手方向の区間に前記ピンが配置されて、前記制御部にはそれぞれの前記センサの前記検知データについての目標値が記憶されていて、それぞれの前記検知データをそれぞれの前記目標値に近づけるように、それぞれの前記検知データおよびそれぞれの前記目標値に基づいて前記制御部によって前記ピンの前記突出長さが制御される構成にしたことを特徴とするゴム押出装置。
2. ぞれぞれの前記センサとそれぞれの前記センサの間のシリンダ長手方向の区間に配置される前記ピンで構成されるユニットが、シリンダ長手方向に複数配列されている請求項１に記載のゴム押出装置。
3. シリンダ長手方向に隣接して配列されている前記ユニットどうしでは、それぞれの前記ユニットどうしの隣接位置に配置されている前記センサが、それぞれの前記ユニットの構成部材として共用されている請求項２に記載のゴム押出装置。
4. ピンが内部に突出長さを可変にして突出する筒状の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、ゴム材料投入口から前記シリンダの内部に投入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、
   前記ゴム材料投入口と前記シリンダの前端部との間のシリンダ長手方向の区間にシリンダ長手方向に間隔をあけてセンサを配置し、それぞれの前記センサの間のシリンダ長手方向の区間に前記ピンを配置して、それぞれの前記センサにより前記ゴム材料の圧力または温度の少なくとも一方を検知して、それぞれの前記センサによる検知データを制御部に入力し、前記制御部にはそれぞれの前記センサの前記検知データについての目標値を記憶しておき、それぞれの前記検知データをそれぞれの前記目標値に近づけるように、それぞれの前記検知データおよびそれぞれの前記目標値に基づいて前記制御部によって前記ピンの前記突出長さを制御することを特徴とするゴム押出方法。

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