JP3258685B2 - ゴムおよび熱可塑性合成物質の加工および製造をするための押出機 - Google Patents

ゴムおよび熱可塑性合成物質の加工および製造をするための押出機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よる、ゴムおよび熱可塑性合成物質の加工および製造を
するための押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融および均質化押出機として、過去に
おいては専ら、例えば本出願人のドイツ連邦共和国公開
特許第２２ ３５ ７８４号或いは第３０ ０３ ６１
５号公報により公知であるような、いわゆるピンシリン
ダ押出機が使用されてきた。この構造様式の押出機にあ
っては、金属ピンが、半径方向で押出機バレルを経て、
押出機の加工領域内に突出しており、その際押出機スク
リューが、この帯域において中断されているスクリュー
ウエッブを備えている。
【０００３】この押出機の特徴としている点は、非常に
高い生産率と、加工される材料に対する良好な均質化作
用が達せられることと、更に等しいスクリューの回転数
にあって、剪断部分スクリューを有する従来の冷間供給
押出機に比して単位時間当たりの増強された材料処理量
を可能にすることである。
【０００４】この利点により、ピンシリンダ押出機が、
ここ１５年の間ゴム加工産業において最も頻繁に使用さ
れる押出機となった。
【０００５】このこととは無関係に、トランスファー混
練部分として知られている（ドイツ連邦共和国特許出願
第１１ ４２ ８３９号明細書参照）押出機混練部分が
開発された。この混練部分は、押出機スクリューも押出
機バレルの内壁も、一定の長さにわたって溝とウエッブ
とを備えており、この場合、押出機バレルの長手方向に
おいて、バレル溝の溝深さが増大し、再び減少するのに
応じて、押出機スクリューの溝深さが、一様な寸法で零
にまで減少し、引続き再び増大することを本質的に特徴
とする。押出機スクリューおよび押出機バレルのこの構
成により、スクリュー溝とバレル溝との間の押出物質の
完全な交代が可能となり、これにより良好な混練作用が
達せられる。
【０００６】トランスファー混練押出機は、特に押出機
の構造長さを短くすべき場合に、ピンシリンダ押出機に
比して、ある程度のマーケット・シェアを占めている。
【０００７】更に、米国特許第３，６１３，１６０号公
報から、押出機内の押出物質の送りを可変に外から制御
することが可能である絞り構造部分を有する、押出機が
公知である。加えてこの公報によれば、押出機スクリュ
ーのスクリューシャフト上に、スクリューと共に回転
し、下流側で加工領域を完全に閉鎖する、ほぼ円筒形の
構造部分が設けられている。この円筒形の構造部分の領
域内においては、軸方向に整向された、押出機バレルの
内壁内へと入り込むように形成されているそれぞれ一つ
の溢流路内へと、二つの絞りピンが押出機バレルを経て
外から半径方向で案内されている。
【０００８】絞りピンが引戻される際は、円筒形の構造
部分の上流側に存在している押出物質の一部分が、この
溢流路を経て下流側の押出機部分に達する。絞りピンを
異なる深さでこの溢流路内に挿入することにより、この
押出物質の流れを制限することができる。
【０００９】最後に、ドイツ連邦共和国特許第２７ ３
１ ４３８号公報から、トランスファー混練領域におけ
る、バレル内のウエッブの数とスクリュー上のウエッブ
の数とが、スクリュー溝の横断面積が増大するにつれ減
少し、スクリュー溝の横断面積が減少するにつれ増大す
るトランスファー混練押出機が公知である。この場合、
大きな横断面積を有するスクリュー溝は、小さい横断面
積を有するスクリュー溝よりも大きな幅を有している。
【００１０】過去においてこのような混練部分に関して
なされた色々な試みは、これらの混練部分により比較的
良好な混練品質が達成可能であること、これらの混練部
分が完全に自己洗浄性を有していることを確かに示す。
しかし、ここに提案されている構造様式が比較的高い製
造経費を要し、従って押出機の製造費が高く付くと言う
欠点を有している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】この混練押出機の技術
は、細部の改良は別として、ここ１５年間少しも変わっ
ていない点を考慮して、本発明の根底をなす課題は、公
知の装置に比して、低減された設備投資で、少なくとも
同様に良好な混練作用で、高い生産率を可能にし、混練
および均質化押出機の、著しく短い構造長並びに従来の
使用領域の拡張を可能にする混練および均質化押出機を
提供することである。最後に、この押出機によって達成
可能な可塑化作業は、押出物質の特性に依存して調整可
能であるべきである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
り二つの公知の混練構造様式を組合わせることによっ
て、従来技術による混練および均質化押出機に対し著し
い利点を有する、請求項１に記載の特徴を有する押出機
によって解決される。
【００１３】ピンシリンダ領域と、付加的なピンを有す
るトランスファー混練領域とを有する押出機により、等
しい混練品質と等しいスクリュー回転数の下において、
押出機の駆動機構効率を５０％以下に低減させることが
でき、６０％までの物質処理量を１００％まで増大でき
ることが分かった。
【００１４】更にこの優れた結果は、駆動機構回転モー
メントの５０％の低減をもたらし、これは押出機の製造
にあって伝動機構に要する費用を著しく低減する。これ
に加えて、ピンシリンダとトランスファー混練部分技術
とを組合わせることにより、等しい混練品質に必要な混
練領域の構造長さを、ピンシリンダ原理だけにより作動
する押出機に比して、約５０％だけ低減させることがで
きる。
【００１５】バレル溝がほぼその最大の溝容積を備えて
いる押出機バレルのトランスファー混練領域の部分内で
半径方向に突出していて、かつ半径方向で調節可能な絞
りピンを設けることにより、本発明による押出機を、色
々なゴム混練物の加工に適合させることが可能となる。
従って押出機のバレル溝および加工領域内への絞りピン
の侵入深さで、押出物質の可塑化効率もしくはトランス
ファー混練部分内で変換される摩擦エネルギーを、任意
にかつ混練状態に即応して予め選択することができる。
これにより、従来公知のこの様式の押出機に比較して、
スクリュー回転数および加工部分温度の外に、他の自由
に選択可能なプロセスパラメータを取入れることが可能
である。
【００１６】最後に、トランスファー混練領域内におけ
る押出機スクリューとバレルブッシュの構成は、溝数、
即ち溝横断面積のウエッブ数に関係なく、押出機の自己
洗浄性と混練品質の維持の下に、安価な押出機の製造を
可能にする。
【００１７】以下に添付した図面に図示した実施例につ
き本発明を詳しく説明する。
【００１８】
【実施例】図１には、トランスファー混練構造部分８内
に絞りピン１７を備えたピントランスファー混練押出機
１が示されている。この押出機の充填領域９は、この実
施例では通常の冷間供給押出機に相当し、スクリュー直
径Ｄに対するスクリュー長さの比率３を有している。
【００１９】供給口３を有するこの充填領域９の後方に
は、全体で６Ｄの長さの押出機部分が設けられており、
この部分には、その加工領域１４と、相前後して設けら
れている押出機ピン１１とを有する二つのピン面を備え
たピンシリンダ領域７が存在している。このピンシリン
ダ領域７内においてスクリューウエッブ１２は、ピン１
１との衝突を回避するために、公知の様式でピンの面内
で中断されている。ピンシリンダ領域７の下流には、約
２Ｄの長さのトランスファー混練領域８と、約１．５Ｄ
の長さの圧力増大領域１０が設けられている。完全に混
合され、かつ均質化された材料は、押出機１を、流出口
４を経て去る。
【００２０】押出機バレル２の調温は、公知の様式でバ
レル壁２内の調温孔１９によって行われる。押出機バレ
ルのトランスファー混練部分は、この実施例にあっては
バレルブッシュ２０としてバレル２内に固定されてい
る。
【００２１】押出機スクリュー６もしくはトランスファ
ー混練部分−ブッシュ２０の溝１５，１６の勾配は、ス
クリュー６のウエッブ１８とブッシュ２０のウエッブ１
３との間に、１０５°と等しいか或いは１０５°よりも
大きな角度が形成されるように選択されている。これに
より有利に、押出物質が、このトランスファー混練部分
８を通過する際、但しスクリュー回転毎に、スクリュー
ウエッブ１８とブッシュウエッブ１３との間で、上記の
通過により生じる多数の交切点によって条件ずけられは
するが、激しい剪断作用を受ける。
【００２２】スクリュー溝１５とは異なり、トランスフ
ァー混練部分８内のブッシュ溝１６は中断されていな
い。むしろブッシュ溝は、連続的で途切れることなく、
トランスファー混練部分８の流入帯域からその流出帯域
まで、増大もしくは減少するように押出機の仮想縦軸線
Ｌを中心にして螺旋状に経過している。
【００２３】トランスファー混練部分８の最初の３分の
１の領域において、スクリューのコアの直径は、最大の
溝深さから外径にまで増大している。即ちスクリュー６
の溝容積は、流入領域における最大値から零にまで減少
する。バレルブッシュ２０の溝容積は反対の傾向を有し
ている。従って押出物質にとって効果がある処理容量
は、軸方向および半径方向の送り方向において一定に保
たれる。このような状態に基いて必然的に１００％の押
出物質の交代が、スクリュー６とバレルブッシュ２０と
の間で行われる。
【００２４】図１によるトランスファー混練部分８の流
出領域の長さが約１．４Ｄである場合、スクリュー６の
溝容積は連続して増大し、バレルブッシュ２０にあって
は連続して減少する。この場合もまた、押出物質のため
にあるスクリューとブッシュの全溝容積は一定に維持さ
れる。
【００２５】この実施例の場合は、トランスファー混練
領域８の流入領域と流出領域内の溝数は一定であり、こ
れによりスクリューウエッブとバレルブッシュウエッブ
の数は、スクリュー溝横断面積とバレル溝横断面積に左
右されない。
【００２６】幅広い研究により、特に高粘度の天然ゴム
混合物を加工する際、トランスファー混練領域における
激しい可塑化作業の前の低い剪断勾配でのピン領域にお
ける押出物質の予備可塑化が、処理率を増大させるよう
に作用し、また機械の脈動挙動に対しても有利に作用す
ることが分かった。
【００２７】スクリュー回転数および加工部分温度以外
には、自由に選択可能であり、かつ大きな板幅の種々の
ゴム混合物の加工性に関して押出機の汎用性を拡げる他
のパラメータを、この押出機は任意に使用できる。
【００２８】トランスファー混練領域８の最初の３分の
１の領域の端部において、この実施例にあっては、絞り
要素が設けられており、この絞り要素は、トランスファ
ー混練構造部分の周面に対称に配分されたピン１７を備
えており、これらのピンは、トランスファー混練部分ブ
ッシュ２０の中断していない溝内へと半径方向に侵入
し、この領域内におけるブッシュ２０の溝容積を最大値
から零へと減少させることができる。
【００２９】外から手動又は液圧により装置２１を介し
て調節可能なこれらの絞りピン１７により、可塑化効
率、もしくはトランスファー混練部分内において変換さ
れる押出物質のための摩擦エネルギーを任意に設定する
ことができる。
【００３０】これらの絞りピン１７にとって特に言える
ことは、従来冷間供給押出によっても、また特別に最適
化されたピンシリンダ押出機の使用によっても、充分な
均質化でもって加工し得なかったゴム混合物の品質を、
ピントランスファー混練押出機により始めて達成された
ということである。それは、例えばトラック用タイヤお
よび土工機械用タイヤと同じベースポリマーを有する戦
車のキャタピラのスパイクおよび走行条片混合物を製造
するための天然ゴム品質にとって重要である。
【００３１】従来ＧＥ１５０ＳＴ×９Ｄの構造様式の押
出機で達成されたテスト結果を総合すると、ピンシリン
ダ押出機に比較して５５〜６０ＭＬ１＋４（１００℃）
の粘度以下の低粘度の合成ゴム混合物の加工にあって
は、２０％までの比エネルギーの低減の下に２５％〜５
０％の処理率の向上を達成できることが確かめられた。
【００３２】高粘度の加工しにくい９０〜１２０ＭＬ１
＋４（１００℃）の粘度の天然ゴム品質にあっては、こ
の利点が更に有意であった。何故なら、既に述べたよう
に、ピンシリンダ押出機にあっては押出物質均質化限界
が、約８００〜１０００ｋｇ／ｈの処理率で達成され、
従って個々の場合ピントランスファー混練押出機におけ
る効率倍増が可能となるからである。
【００３３】図２、図３および図４は実験結果をグラフ
に示したものであり、これらの実験結果は、従来の技術
による押出機による結果（鎖線）と、実験室におけるピ
ントランスファー混練押出機による結果（実線）とを比
較し得る値が得られたことを示している。押出物質とし
ては、ＮＫ９０〜９５ＭＬ１＋４（１００℃）の粘度の
天然ゴム混合物を使用した。この天然ゴム混合物は高粘
度であり、特に加工しにくいことで知られている。三つ
のグラフの全てにおいては斜線を付した垂直の線で、従
来の押出機が、許容可能な品質でもって、このようなゴ
ム混合物の処理をすることができるまでの、２５回転／
分の回転数を示した。
【００３４】図２には、スクリュー回転数に依存したゴ
ム処理率が記入されているが、図３には押出物質Ｋｇ当
たりの比エネルギー消費量が、図４には物質温度が、そ
れぞれスクリューの回転数の関数として示されている。
これら三つのグラフを総合すると、本発明により提案さ
れている押出機コンセプトにより、優れた混練および均
質化作用にあって、許容可能な押出物質温度と著しく低
減されたエネルギー消費量の下に、高い押出物質処理率
を達成できることがわかる。
【００３５】加えて、ピンシリンダ押出機において既に
低い効率領域において生じるプロフイルにおける製品の
多孔性に関する問題は、このピントランスファー混練押
出機にあっては全く確認できなかった。
【００３６】図５には、トランスファー混練領域８内に
おける押出機スクリュー６の実施例が示されている。根
本的に公知の、流入領域と流出領域内におけるスクリュ
ー溝横断面積の増減は、この実施例にあってはスクリュ
ーのコアの断面、即ち溝深さを円錐形に変化させること
によってのみ行われる。流入領域と流出領域内における
溝数は互いに異なるが、それぞれの領域内にあっては一
定である。この結果ウエッブの数は溝横断面積２２に無
関係となる。
【００３７】図５から更に他の実施例、即ち、トランス
ファー混練スクリューが、バレル溝に押出物質を最大に
引渡す領域、即ちほぼ絞りピン１７の領域において、ス
クリューのコア内に溝２３を有する実施例を読み取るこ
とができる。これらの溝２３は、流入領域と流出領域内
におけるスクリュー溝を互いに結合するが、約１ｍｍの
僅かなその溝深さと、約１０ｍｍの僅かなその溝幅であ
るために、これらの溝を経る押出物質の送りは不可能で
ある。むしろこれらの溝によりトランスファー混練領域
における混練効率を、加工が困難な押出物質でも改善す
ることができる。これは本質的に、これらの溝により付
加的な剪断縁部が形成されることにより行われる。
【００３８】図６には、図５によるトランスファー混練
スクリューと協働するトランスファー混練バレルブッシ
ュ２０を通る概略縦断面図が示されている。この実施例
にあっても、バレル溝数が、それぞれ流入領域と流出領
域内において一定であり、従ってバレルウエッブの数が
バレル溝横断面積に左右されないでいることが明らかで
ある。
【００３９】この構造様式により、一方では極めて良好
な自己洗浄作用の傍ら優れた混練品質が保証され、他方
では特に図５と６によるブッシュ構造部分の構成との組
合わせにより、バレル溝（とスクリュー溝）の幅が同じ
であるにもかかわらず製造費が著しく低減されることが
明らかである。
【００４０】
【発明の効果】 本発明により、公知の装置に比して、
低減された設備投資で、少なくとも同様に良好な混練作
用で、高い生産率を可能にし、混練および均質化押出機
の、著しく短い構造長並びに従来の使用領域の拡張を可
能にする混練および均質化押出機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスファー混練部分内に絞りピンを備えて
いる単スクリュー押出機の縦断面図である。
【図２】従来のピンシリンダ押出機と比較した本発明に
よる構造様式の押出機によって得られた実験結果を示し
たグラフである。
【図３】従来のピンシリンダ押出機と比較した本発明に
よる構造様式の押出機によって得られた実験結果を示し
たグラフである。
【図４】従来のピンシリンダ押出機と比較した本発明に
よる構造様式の押出機によって得られた実験結果を示し
たグラフである。
【図５】トランスファー混練スクリュー部分の概略側面
図である。
【図６】トランスファー混練ブッシュ構造部分を切断し
て示した概略側面図である。
【図７】図６によるブッシュ部分を展開して示した図で
ある。
【符号の説明】
１ 押出機 ２ 押出機バレル ３ 流入口 ４ 流出口 ５ 駆動ユニット ６ 押出機スクリュー ７ ピンシリンダ領域 ８ トランスファー混練領域 ９ 供給領域 １０ 圧力増大領域 １１ 押出機ピン １２ スクリューウエッブ １３ バレルウエッブ １４ 加工領域 １５ スクリュー溝 １６ バレル溝 １７ 絞りピン １８ スクリューウエッブ １９ 調温路 ２０ トランスファー混練部分−バレルブッシュ ２１ 調節装置 ２２ 溝横断面積 ２３ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−10169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−126143（ＪＰ，Ａ) 米国特許3613160（ＵＳ，Ａ) 米国特許3164375（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給口（３）および排出口（４）を備え
    ている押出機バレル（２）と、バレル（２）の加工領域
    （１４）内でその縦軸線を中心にして回転可能に設けら
    れている押出機スクリュー（６）のための駆動機構
    （５）とから成る、ゴムおよび熱可塑性合成物質の加工
    および製造をするための押出機において、押出機（１）
    が、相前後して設けられている混練および均質化領域
    （７，８）を備えていること、 一方の領域が、バレル（２）の加工領域（１４）内へと
    半径方向に突出するピン（１１）と、このピン（１１）
    の領域内で中断されているスクリューウエッブ（１２）
    とを備えたピンシリンダ領域（７）として形成されてい
    ること、 他方の領域がトランスファー混練領域（８）として形成
    されており、このトランスファー混練領域内において
    は、押出機スクリュー（６）が、供給領域から排出領域
    へと、その溝容積を徐々に零に達するまで低減させる部
    分と、次いで最大値に達するまでその溝容積を増大させ
    る部分とを備え、またこのトランスファー混練領域内に
    おいては、押出機バレル（２）が、中断していないバレ
    ル溝（１６）を有しており、このバレル溝（１６）が、
    トランスファー混練部分の供給領域から排出領域へと、
    その容積を零から最大値へと増大させ、引続き再びその
    溝容積を零へと低減させるように形成されており、そし
    てこのトランスファー混練領域内においては、バレル溝
    （１６）が、ほぼ螺旋状に、仮想の押出機縦軸線（Ｌ）
    を中心にして形成されていること、 バレル溝（１６）の最大溝容積の領域内において、半径
    方向に調節可能な絞りピン（１７）が、バレル（２）を
    経てバレル溝（１６）並びに加工領域（１４）内へと突
    出可能に設けられていること、 トランスファー混練領域（８）の供給領域および排出領
    域内において、溝数、即ちスクリューウエッブ（１８）
    とバレルウエッブ（１３）の数が、バレル溝横断面積お
    よびスクリュー溝横断面積（２２）に関係なくそれぞれ
    一定であること、を特徴とするゴムおよび熱可塑性合成
    物質の加工および製造をするための押出機。
  2. 【請求項２】 ピンシリンダ領域（７）が、上流側で、
    トランスファー混練領域（８）の手前に設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の押出機。
  3. 【請求項３】 押出機が、混練および均質化領域（７，
    ８）の上流側に、供給領域（９）を、また下流側に、押
    出物質が必要な処理圧力で押出可能である領域（１０）
    を備えていることを特徴とする請求項１に記載の押出
    機。
  4. 【請求項４】 押出機の長さが、特に１０倍のスクリュ
    ー直径（Ｄ）である場合は、供給領域（９）が３Ｄ、ピ
    ンシリンダ領域（７）が１．５〜２Ｄ、トランスファー
    混練領域（８）が２．５Ｄ以下、そして圧力増大領域
    （１０）が約３Ｄの長さであることを特徴とする請求項
    ３に記載の押出機。
  5. 【請求項５】 ピンシリンダ領域（７）内に、特に１〜
    ５列のピン（１１）が設けられていることを特徴とする
    請求項１から４までのいずれか一つに記載の押出機。
  6. 【請求項６】 押出機のトランスファー混練領域（８）
    が、押出機スクリュー（６）のウエッブ（１２）と、押
    出機バレル（２）のウエッブ（３）との間の角度が、１
    ０５°より大きいか或いは１０５°であり、補完しあっ
    て９０°の角度を形成しないことを特徴とする請求項１
    から４までのいずれか一つに記載の押出機。
  7. 【請求項７】 調節可能な絞りピン（１７）が、押出機
    （１）の下流側端部に設けられていることを特徴とする
    請求項１から６までのいずれか一つに記載の押出機。
  8. 【請求項８】 絞りピン（１７）が、機械的に、或いは
    空気圧により、或いは液圧により操作可能な調節装置
    （２１）を介して運動可能であるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１或いは７に記載の押出機。
  9. 【請求項９】 押出機スクリュー（６）が、トランスフ
    ァー混練領域（８）内において浅く狭い溝（２３）を有
    しており、この溝が、供給側のスクリュー溝（１５）と
    排出側のスクリュー溝（１５）とを互いに結合している
    ことを特徴とする請求項１から８項までのいずれか一つ
    に記載の押出機。
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