JP4338668B2 - ゴム押出機 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム材料と薬品とを均一に分散させた混練体を連続的に製造しうるゴム押出機に関する。

ゴム材料と、加硫剤や加硫促進剤などの薬品とを混練する装置として、例えばバンバリミキサ等の密閉式混合機、及びスクリュー式のゴム押出機などが知られている。

このうち、密閉式混合機は、閉じた系のなかで混練りが行われるため、混練体全体に亘り薬品を均一に分散させることができ、高品質の混練体を形成しうるという利点がある。しかし密閉式混合機では、一度に多量のゴムを混練するため発熱量が大きく、加硫温度が低い配合のゴム組成物では、混練中に焼けが生じる恐れを招く。又最終のゴム製品成形用の押出機（便宜上製品押出機という）に投入するために、前記密閉式混合機からの塊状の混練体を、長尺帯状のストリップ或いはペレットに形成する装置が別途必要になるなど、設備コスト及び設備スペースの低減の妨げとなる。

そのために、近年、スクリュー式のゴム押出機を用い、混練体を連続的に形成することが提案されている。しかしこのものは、一本のシリンダ内で連続的に押進しながら混練りするものであるため、シリンダの横断面方向には薬品がある程度均一に分散されるものの、押進方向に対して配合割合に粗密が現れるなど分配の均一性に劣り、密閉式混合機に比して混練体の品質を損ねるという問題がある。なおシリンダに混合ピンを突出させたピン型ゴム押出機は、スクリュー溝内を通るゴム材料が混合ピンに当たって分断を繰り返すため、薬品の分散性と分配性とをある程度高めうるが、十分満足しうるレベルには至っていない。

そこで本発明は、２重螺旋状にのびる２つのスクリュー羽根の一方に、途切れ部を複数形成しかつ各途切れ部に、他方のスクリュー羽根と平行な複数列の副スクリュー羽根片を設けることを基本として、薬品の分散性と分配性とを大幅に高めることができ、均一性に優れた混練体を連続的に効率よく製造しうるゴム押出機を提供することを目的としている。

特開２００５−１２３１号公報

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、後端側に投入口を有しかつ前端側に押出口を有するとともに中心孔を具えるシリンダと、該中心孔内に回転可能に配され前記投入口から投入されるゴム材料を混練りしながら前記押出口から押し出すスクリュー軸とを具えるゴム押出機であって、
前記スクリュー軸は、前記中心孔と同心な基軸と、該基軸の外周で前端側に向かって２重螺旋状に２列でのびる２つのスクリュー羽根とを有し、
かつ一方のスクリュー羽根は、１本の螺旋軌跡上に配される複数のスクリュー羽根片と、このスクリュー羽根片間の間隙部からなる途切れ部とから構成されるとともに、
前記途切れ部に、前記他方のスクリュー羽根と平行にのびる複数列の副スクリュー羽根片を設けることにより、
他方のスクリュー羽根間の巾領域Ｇにおいて、両側の該他方のスクリュー羽根と、その中央に配される前記一方のスクリュー羽根のスクリュー羽根片との間で形成される２条の主スクリュー溝、及び両側のスクリュー羽根と、前記複数列（ｎ列）の副スクリュー羽根片との間のｎ＋１条の副スクリュー溝を形成したことを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記副スクリュー羽根片は、偶数列で配されることを特徴としている。
又請求項３の発明では、前記副スクリュー羽根片は、２列で配されることを特徴としている。
又請求項４の発明では、前記シリンダは、前記中心孔に複数の混合ピンが突設されるとともに、前記各スクリュー羽根は、前記混合ピンが通過するスリットが形成されることを特徴としている。
又請求項５の発明では、前記一方のスクリュー羽根は、この一方のスクリュー羽根と前記副スクリュー羽根片との間に、前記スリットが形成されることを特徴としている。
又請求項６の発明では、前記２つのスクリュー羽根は、螺旋のリードＬが前記スクリュー軸の直径Ｄの１．０〜１．４倍、かつ一定としたことを特徴としている。
又請求項４の発明では、

本発明は、基軸の周囲に２重螺旋状にのびる２つのスクリュー羽根を配することにより、２条の主スクリュー溝を形成している。又一方のスクリュー羽根には、複数の途切れ部を設け、各途切れ部に複数（ｎ）列の副スクリュー羽根片を配することにより、前記途切れ部の位置に、ｎ＋１条の副スクリュー溝を形成している。

即ちスクリュー軸では、２条の主スクリュー溝と、ｎ＋１条の副スクリュー溝とが交互に繰り返して形成される。従って、各主スクリュー溝内を捻れながら押進するゴム材料の主流は、副スクリュー羽根片によって複数に分断され、分流となって副スクリュー溝内を捻れながら押進する。しかる後、各分流が合流し、２つの主流となって各主スクリュー溝内を捻れながら押進する。このように２つの主流が、分流／合体を繰り返すとともに、各分流もそれぞれ副スクリュー溝内で捻れながら押進する。しかも分流／合体の際、一方の主流の一部が、他方の主流の一部と互いに入れ替えされる。その結果、薬品の分散性と分配性とを大幅に高めることができる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は、ゴム押出機の側面図、図２、３は、その主要部を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態のゴム押出機１は、後端側に投入口２を有しかつ前端側に押出口３を有するシリンダ４と、このシリンダ４の中心孔４Ｈ内に回転可能に配されるスクリュー軸５とを具える。前記シリンダ４及びスクリュー軸５は、その後端部が駆動装置６に支持され、この駆動装置６に設ける電動機や変速ギア手段などを介して前記スクリュー軸５が回転駆動される。そして前記投入口２から計量供給されるゴム材料と薬品とが、前記スクリュー軸５の回転により混練りされながら押進し、混練体となって前記押出口３から連続的に押し出される。なおゴム材料と薬品とを総称して、ゴム材料等と呼ぶ場合がある。

前記スクリュー軸５は、前記投入口２からのゴム材料等を的確に噛み込んで下流側に引き込む引込み域５Ａと、引き込まれたゴム材料等を混練する混練域５Ｂと、混練されたゴム材料等を安定的に下流側に押進し均等な押出量で押出口３から排出させる排出域５Ｃとから構成される。

そして前記スクリュー軸５は、図２，３に示すように、前記中心孔４Ｈと同心な基軸７と、該基軸７の外周で前端側に向かって２重螺旋状に２列でのびる２つのスクリュー羽根８、９とを具える。このスクリュー羽根８、９は、少なくとも前記混練域５Ｂを含む領域範囲に形成され、本例では、前記スクリュー羽根８、９が、引込み域５Ａから排出域５Ｃに至るほぼ全域に形成された好ましい場合が例示される。

なお前記引込み域５Ａのうちの投入口２下部分では、前記スクリュー羽根８、９は、その羽根部１０を幅広とするとともに、該羽根部１０に、前記スクリュー羽根８、９のリード角よりも大な角度で羽根部１０を横切る複数の傾斜溝部１０ａを周方向に隔設している。これにより、前記投入されたゴム材料等への噛込み性能を高めている。又前記引込み域５Ａ及び排出域５Ｃにおいては、搬送力を高めかつゴム材料等の引込み、押出しを安定化させるために、前記スクリュー羽根８、９の螺旋のリードＬを、前記スクリュー軸５の直径Ｄの１．０〜１．４倍の範囲としている。１．０倍未満ではゴム材料等の引込み、押出しが不充分となり、又１．４倍を超えると、搬送力が過大となって押出量が不安定化する。又特に本例では、内圧をより均一化させるために、前記スクリュー軸５の全長に亘り、前記スクリュー羽根８、９の螺旋のリードＬを一定とした好ましいものを例示している。

次に図４，５は、スクリュー軸５の外周を平面Ｓに展開した展開図であって、理解を容易とするために、図５の一部に、前記平面Ｓのうちの中心線Ｎよりも下の半分領域ＳＬを、上の半分領域ＳＵの上方側にも一点鎖線で描いている。この図５に示すように、前記スクリュー軸５は、一方のスクリュー羽根８に、この一方のスクリュー羽根８の螺旋が途切れる途切れ部１１を複数形成している。即ち、前記一方のスクリュー羽根８は、１本の螺旋軌跡上に配される複数のスクリュー羽根片１２と、このスクリュー羽根片１２、１２間の間隙部からなる途切れ部１１とから構成される。なお途切れ部１１は、前記混練域５Ｂに形成される。

そして各途切れ部１１には、前記他方のスクリュー羽根９と平行にのびる複数列の副スクリュー羽根片１３が形成される。ここで、前記スクリュー羽根片１２の、螺旋に沿った長さＫ１は、１リードＬの螺旋に沿った長さＫ０以下、好ましくは、前記長さＫ０の０．４〜０．６倍の範囲に設定される。又前記途切れ部１１の前記螺旋に沿った長さＫ２は、好ましくは前記長さＫ０以下かつ前記長さＫ１以上に設定される。

又前記副スクリュー羽根片１３は、好ましくは偶数列、本例では２列で配列し、前記スクリュー羽根９、９間の巾領域Ｇを等区分している。なお一つの途切れ部１１に配される複数の副スクリュー羽根片１３の螺旋に沿った各長さＫ３は、本例では互いに等しく、かつ螺旋方向の前後に位置ずれしている。即ち、スクリュー羽根片１２の先端１２ｅと、各副スクリュー羽根片１３の先端１３ｅとの間には隙間Ｊが形成されるとともに、各隙間Ｊの螺旋に沿った長さＷｊを、互いに相違させている。

このように、２重螺旋状にのびる２つのスクリュー羽根８，９のうちの一方のスクリュー羽根８に、複数の途切れ部１１を設けるとともに、各途切れ部１１に、他方のスクリュー羽根９と平行な複数列の副スクリュー羽根片１３を形成している。従って、図６にスクリュー羽根９，９間の巾領域Ｇを螺旋に沿って展開して示すように、前記巾領域Ｇにおいては、両側のスクリュー羽根９と、その中央に配されるスクリュー羽根片１２（スクリュー羽根８に相当）との間で形成される２つ（２条）の主スクリュー溝２０、及び両側のスクリュー羽根９と、複数列（ｎ列）の副スクリュー羽根片１３との間で形成されるｎ＋１条の副スクリュー溝２１が、交互に繰り返される構造となる。

次に、前記スクリュー軸５による作用効果を、ｎ＝２である場合を代表して、図６を用いて説明する。まずゴム材料等は、各主スクリュー溝２０内を主流２２となって流下する。そして、一方の主流２２Ａは、副スクリュー羽根片１３Ａによって２つ分流２３Ａａ、２３Ａｃに分断され、側の副スクリュー溝２１Ａ内、及び中央の副スクリュー溝２１Ｃ内をそれぞれ流下する。又他方の主流２２Ｂも同様に、副スクリュー羽根片１３Ｂによって２つ分流２３Ｂｂ、２３Ｂｃに分断され、側の副スクリュー溝２１Ｂ内、及び中央の副スクリュー溝２１Ｃ内をそれぞれ流下する。このとき、中央の副スクリュー溝２１Ｃでは、２つの分流２３Ａｃ、２３Ｂｃが合流し、前記主流２２Ａ、２２Ｂのゴム材料等の一部が互いに混ざり合う混合流２３Ｃとなって流下する。

しかる後、この混合流２３Ｃは、スクリュー羽根片１２によって２つの分流２３Ｃａ、２３Ｃｂに分断され、一方の分流２３Ｃａは、前記側の副スクリュー溝２１Ａ内を流下した分流２３Ａａと合流し、新たな主流２２Ａとなって一方の主スクリュー溝２０Ａを流下する。又他方の分流２３Ｃｂも、前記側の副スクリュー溝２１Ｂ内を流下した分流２３Ａｂと合流し、新たな主流２２Ｂとなって他方の主スクリュー溝２０Ｂを流下する。

このように、前記スクリュー軸５では、各主流２２が分流／合流を繰り返し、かつ各分流２３Ａａ、２３Ｂｂ及び混合流２３Ｃが、副スクリュー溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを流下する際にも、捻れによって混練が行われる。しかも前記中央の副スクリュー溝２１Ｃにおいては、前記分流２３Ａｃ、２３Ｂｃが合流して混合流２３Ｃとなった後、この混合流２３Ｃが分流２３Ｃａ、２３Ｃｂに分断されることから、一方の主流２２Ａのゴム材料等の一部と、他方の主流２２Ｂのゴム材料等の一部との入れ替えも行われる。言い換えると、スクリュー軸５は、ゴム材料等の一部を順次入れ替えながら、分断、混合、混練を繰り返す。その結果、ゴム材料と薬品との分散性、分配性を大幅に高めることができ、均一性を向上しうる。

特に本例では、上流側で向き合う前記スクリュー羽根片１２の先端１２ｅと、各副スクリュー羽根片１３の先端１３ｅとの隙間Ｊの長さＷｊ１、Ｗｊ２、及び下流側で向き合う前記スクリュー羽根片１２の先端１２ｅと、各副スクリュー羽根片１３の先端１３ｅとの隙間Ｊの長さＷｊ３、Ｗｊ４を、それぞれ相違（Ｗｊ１≠Ｗｊ２、Ｗｊ３≠Ｗｊ４）させている。そのため、分流の時期及び合流の時期に順次時間的ずれが発生し、分配性をより高めることができる。

なお前記長さＷｊは、大きすぎるとゴム材料等が動きにくく送りの抵抗となり、又小さすぎると分散性、分配性に不利となる。従って、長さＷｊは４０〜９０ｍｍが好ましい。又スクリュー羽根片１２の前記長さＫ１、及び途切れ部１１の前記長さＫ２が、それぞれ前記長さＫ０より大では、分流／合流の頻度が減じる。

次に、本実施形態のゴム押出機１では、分散性、分配性をさらに高めるため、図３に示すように、前記混練域５Ｂにおけるシリンダ４の中心孔４Ｈに、複数の混合ピン１５を突設することができる。この混合ピン１５は、シリンダ４の軸心方向に所定間隔で隔たる各位置Ｑに配される。なお各位置Ｑには、図７に示すように、複数本（本例では６本）の混合ピン１５が、等角度ピッチで半径方向に突出している。

又前記各スクリュー羽根８，９には、前記混合ピン１５が通過するためにスリット１６が形成される。ここで前記スクリュー羽根８は、前記途切れ部１１の形成により複数のスクリュー羽根片１２に区分されているため、新たなスリット１６の形成は、スクリュー羽根片１２の強度を損ね耐久性を低下させる。そこで、前記スクリュー羽根片１２の先端１２ｅと、副スクリュー羽根片１３の先端１３ｅとの間の前記隙間Ｊを、混合ピン１５が通過するスリット１６として構成している。これにより耐久性を確保している。

なおゴム押出機１では、分流／合流が多数回繰り返されるため、ゴム材料等の圧力、温度が変化しやすい傾向があり、従って少なくとも前記混練域５Ｂに、シリンダ４内の内圧及び温度を測定する圧力計及び温度計を配することが好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１の構造を有しかつ表１の仕様のゴム押出機を用い、ゴム材料と薬品とを混練した混練体を連続して形成するとともに、その均一性を評価した。

ゴム材料として、ブタジエンゴム（５５ｐｈｒ）、天然ゴム（４５ｐｈｒ）、カーボンブラック（５０ｐｈｒ）、オイル（５ｐｈｒ）、及びゴム添加剤（１１ｐｈｒ）を混練したものを使用した。薬品として、加硫剤（１．５ｐｈｒ）と加硫促進剤（０．７ｐｈｒ）とを使用した。又前記ゴム材料と薬品とは、ホッパ装置により計量されつつ連続供給した。なお押出機は、スクリュ径（スクリュー軸の直径）９０ｍｍ、スクリュー長１４４０ｍｍ、回転数２０ｒｐｍで同一であり、スクリュー羽根のみ相違している。

（１）均一性：
上記ゴム材料と薬品とを混練し、押出された混練体を長さ方向に６０区分した各位置からサンプルを採取し、各サンプルの物性、具体的にはＪＩＳ Ｋ６３００に準拠して、キュラストメーターを用いて測定した２００℃におけるＭａｘトルク値を測定し、そのばらつき（標準偏差σ）を比較した。標準偏差σが小なほどばらつきが少なく均一性が高い。なお測定は２回のロットで行った。

実施例では、ばらつきが少なく、薬品の分散性、分配性が大幅に高められているのが確認できる。

本発明のゴム押出機の一実施例を示す側面図である。 スクリュ軸の引込み域を拡大して示す縦断面図である。 スクリュ軸の混練域及び排出域を拡大して示す縦断面図である。 引込み域におけるスクリュ軸の外周を平面に展開した図面である。 混練域におけるスクリュ軸の外周を平面に展開した図面である。 前記スクリュー羽根間の巾領域を、螺旋に沿って展開した図面である。 混合ピンの配列状態を示すシリンダの横断面図である。

符号の説明

２ 投入口
３ 押出口
４ シリンダ
４Ｈ 中心孔
５ スクリュー軸
７ 基軸
８，９ スクリュー羽根
１１ 途切れ部
１３ 副スクリュー羽根片
１５ 混合ピン
１６ スリット

Claims (6)

1. 後端側に投入口を有しかつ前端側に押出口を有するとともに中心孔を具えるシリンダと、該中心孔内に回転可能に配され前記投入口から投入されるゴム材料を混練りしながら前記押出口から押し出すスクリュー軸とを具えるゴム押出機であって、
   前記スクリュー軸は、前記中心孔と同心な基軸と、該基軸の外周で前端側に向かって２重螺旋状に２列でのびる２つのスクリュー羽根とを有し、
   かつ一方のスクリュー羽根は、１本の螺旋軌跡上に配される複数のスクリュー羽根片と、このスクリュー羽根片間の間隙部からなる途切れ部とから構成されるとともに、
   前記途切れ部に、前記他方のスクリュー羽根と平行にのびる複数列の副スクリュー羽根片を設けることにより、
   他方のスクリュー羽根間の巾領域Ｇにおいて、両側の該他方のスクリュー羽根と、その中央に配される前記一方のスクリュー羽根のスクリュー羽根片との間で形成される２条の主スクリュー溝、及び両側のスクリュー羽根と、前記複数列（ｎ列）の副スクリュー羽根片との間のｎ＋１条の副スクリュー溝を形成したことを特徴とするゴム押出機。
2. 前記副スクリュー羽根片は、偶数列で配されることを特徴とする請求項１記載のゴム押出機。
3. 前記副スクリュー羽根片は、２列で配されることを特徴とする請求項２記載のゴム押出機。
4. 前記シリンダは、前記中心孔に複数の混合ピンが突設されるとともに、前記各スクリュー羽根は、前記混合ピンが通過するスリットが形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のゴム押出機。
5. 前記一方のスクリュー羽根は、前記スリットが、該一方のスクリュー羽根の前記スクリュー羽根片の先端と、前記副スクリュー羽根片の先端との間に設けた間隙により構成されることを特徴とするゴム押出機。
6. 前記２つのスクリュー羽根は、螺旋のリードＬが前記スクリュー軸の直径Ｄの１．０〜１．４倍、かつ一定としたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のゴム押出機。

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