(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機本体（１）内のゴム材料（Ｒ）を可塑化させる材料加熱部（３）と、前記押出機本体（１）から押し出されたゴム生地（Ｒ’）を冷却する生地冷却部（４）との間に、
前記材料加熱部（３）へ冷媒の凝縮による潜熱を放出する凝縮器（５１）と、前記生地冷却部（４）から冷媒の気化による潜熱を吸収する蒸発器（５２）と、
前記蒸発器（５２）から前記凝縮器（５１）への冷媒循環経路（Ｌａ）に配置された圧縮機（５３）と、
前記凝縮器（５１）から前記蒸発器（５２）への冷媒循環経路（Ｌｂ）に配置された膨張弁（５４）と、
からなるヒートポンプ（５）を介在させたことを特徴とするゴム生地押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム生地を連続して押し出すゴム生地押出機において、押出機内のゴム材料を加熱・可塑化させ、かつ前記押出機から押し出されたゴム生地を冷却するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム製品の加硫成形に用いられるゴム生地は、スクリュ式の押出機によってシート状等の連続した形状に押し出される。この種の押出機においては、ゴム材料を容易に変形させて押し出しやすいように、所定の高温状態に加熱して可塑化させる必要があり、また、押し出されたゴム生地は、長時間高温状態にあるとゴムの加硫が始まってスコーチしてしまい、しかも、押し出し先でゴム生地同士が粘着して次工程での作業性を悪化させる恐れがあるため、押し出し後は速やかに冷却する必要がある。
【０００３】
従来、押出機内部のゴム材料を可塑化させるための加熱は、図３（Ａ）に示すように、ヒータ１０１で加熱した熱媒体としての温水ＨＷを、ポンプ１０２を用いて押出機の加熱部位１０３に循環供給する加熱装置によって行われている。この加熱装置において、参照符号１０４は給水管、１０５は配水管、１０６は温水ＨＷの量を確認するためのサイトグラス、１０７は水中の異物等を除去するストレーナ、１０８は温水ＨＷが異常高温・高圧になったような場合に開放してこれを放出する安全弁、１０９〜１１２は各種弁装置である。
【０００４】
また、押し出されたゴム生地の冷却には、従来から、水道水を冷却媒体として用いているが、夏期と冬期での水道水の温度変化によって冷却能力が不安定になるのを防止するため、図３（Ｂ）に示すように、チラーユニット（Chiller unit）２０１により一定の低温にした冷却水ＣＷを、ポンプ２０２により生地冷却槽２０３に循環供給し、押出機から押し出された高温のゴム生地をこの生地冷却槽２０３に通している。前記チラーユニット２０１は、閉じた循環回路内で冷媒を循環させる過程で、前記冷媒を繰り返し相変化（蒸発及び凝縮）させるのに伴う潜熱の授受を利用して、水道水から熱を吸収し冷却するものである。このチラーユニット２０１においては、水道水から冷媒の蒸発潜熱として吸収した熱は、冷媒の凝縮潜熱として大気中に放出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、ゴム材料を可塑化させるための加熱手段と、ゴム生地を急冷するための冷却手段が、それぞれ互いに独立した装置であるため、ヒータ１０１に電気エネルギを投入することにより加熱・可塑化させて押し出した高温のゴム生地を、再度電気エネルギを用いてチラーユニット２０１で冷却することになる。このためエネルギの無駄が発生するといった問題が指摘され、それだけ消費電力も大きなものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、押出機内のゴム材料の加熱及び押し出されたゴム生地の冷却における省エネルギを図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係るゴム生地押出機は、押出機本体内のゴム材料を可塑化させる材料加熱部と、前記押出機本体から押し出されたゴム生地を冷却する生地冷却部との間に、前記材料加熱部へ冷媒の凝縮に伴う潜熱を放出する凝縮器と、前記生地冷却部から冷媒の気化に伴う潜熱を吸収する蒸発器と、この蒸発器から前記凝縮器への冷媒循環経路に配置された圧縮機と、前記凝縮器から前記蒸発器への冷媒循環経路に配置された膨張弁と、からなるヒートポンプを介在させたものである。
【０００８】
すなわち上記構成において、ヒートポンプは、前記生地冷却部を通過するゴム生地の熱を、蒸発器における冷媒の蒸発の際の潜熱として回収し、この回収された熱エネルギを、凝縮器における冷媒の液化の際の潜熱として材料加熱部に供給し、これによって押出機本体内のゴム材料を加熱・可塑化するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るゴム生地押出機の好ましい一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１はゴム生地押出機の全体を示すものであり、また図２はこの実施形態における要部の概略構成を示すものである。
【００１０】
これらの図において、参照符号１はスクリュ式の押出機本体、２は前記押出機本体１の先端に取り付けられたダイ、３は前記押出機本体１のシリンダ内のゴム材料（図示省略）を加熱する材料加熱部、４はゴム生地Ｒ’を冷却する生地冷却部、５は前記材料加熱部３と生地冷却部４との間に構成されたヒートポンプである。
【００１１】
押出機本体１は既知の構造を有するもので、すなわち基本的には先端にダイ２が接続され外周が材料加熱部３の温水ジャケット３１で包囲されたシリンダ１１と、このシリンダ１１の内周に配置されたスクリュ１２と、シリンダ１１のダイ接続部とは反対側の端部近傍に設けられた材料投入部１３と、スクリュ１２を回転させる駆動部１４等を備える。
【００１２】
材料加熱部３は、温水ジャケット３１とその外部に設置した水加熱槽３２を配管３３，３４を介して接続し、加熱媒体としての温水ＨＷを、前記配管３３の途中に配置したウォータポンプ３５によって前記温水ジャケット３１と水加熱槽３２との間で循環させるように構成されている。前記シリンダ１１内をスクリュ１２の回転によって混練されながらダイ２側へ送られるゴム材料Ｒは、前記温水ジャケット３１内に循環供給される温水ＨＷによって、可塑化に必要な所定の温度に加熱される。
【００１３】
一方、生地冷却部４は押出機本体１とは独立して設けられた構造体であって、ダイ２から連続して押し出された高温のゴム生地Ｒ’が通る生地冷却槽４１と、これとは別に設置した水冷却槽４２とを配管４３，４４を介して接続し、冷却媒体としての低温の水道水（以下、冷却水という）ＣＷを、前記配管４３の途中に設置したウォータポンプ４５によって前記生地冷却槽４１と水冷却槽４２との間で循環させるように構成されている。
【００１４】
生地冷却部４における生地冷却槽４１は、ダイ２からのゴム生地Ｒ’の押し出し位置に配置される基台６上に設けられ、前記生地冷却部４における水冷却槽４２及び材料加熱部３における水加熱槽３２は、例えば前記基台６内に設置されている。また、前記生地冷却槽４１の上縁における長手方向両端部には、送りローラ４５，４６が設けられている。
【００１５】
すなわち、押出機本体１からダイ２を通して連続的に押し出された高温のゴム生地Ｒ’は、送りローラ４６を介して生地冷却槽４１内へ送られ、この生地冷却槽４１内の冷却水ＣＷ中を通過する過程で急冷され、他方の送りローラ４７を介して次工程へ送られるようになっている。なお、基台６は、キャスタ６ａによって移動可能となっている。
【００１６】
ヒートポンプ５は、基本パーツとしては、材料加熱部３における水加熱槽３２内に設置された凝縮器５１と、生地冷却部４における水冷却槽４２内に設置された蒸発器５２と、この蒸発器５２から凝縮器５１への冷媒循環経路Ｌａと、前記凝縮器５１から蒸発器５２への冷媒循環経路Ｌｂと、前記冷媒循環経路Ｌａに配置された圧縮機５３と、前記冷媒循環経路Ｌｂに配置された膨張弁５４と、設定温度に基づいて前記圧縮機５３の駆動を制御する制御装置（図示省略）等を備え、これらは例えば基台６内に搭載されている。
【００１７】
すなわちこのヒートポンプ５は、原理的には従来のチラーユニット等において放出されていた熱をゴム生地Ｒの加熱のためのエネルギとして用いるようににしたものであり、生地冷却部４と材料加熱部３との間で循環される冷媒が、その循環過程で繰り返し相変化（蒸発及び凝縮）されることに伴う潜熱の授受を利用して、生地冷却部４から材料加熱部３へ熱を移送するものである。前記冷媒としては、典型的にはフロンや二酸化炭素等が用いられる。
【００１８】
以上の構成において、押出機本体１からダイ２を通過して連続的に押し出された高温のゴム生地Ｒ’は、生地冷却部４の生地冷却槽４１内を通過する過程で冷却水ＣＷと熱交換される。このため、前記ゴム生地Ｒ’は、高温状態での加硫進行によるスコーチや粘着が発生しない温度まで冷却された状態で、次工程へ送られる。一方、生地冷却槽４１内で前記ゴム生地Ｒ’からの熱を受け取ることによって昇温した冷却水ＣＷは、ウォータポンプ４５により配管４３を介して水冷却槽４２へ送られ、すなわちゴム生地Ｒ’から回収された熱は、冷却水ＣＷと共に水冷却槽４２内へ運ばれる。
【００１９】
冷却水ＣＷと共に水冷却槽４２内へ運ばれた熱は、この水冷却槽４２に配置された蒸発器５２内を通る冷媒の蒸発に伴う潜熱として吸収される。すなわち、ヒートポンプ５の圧縮機５３を駆動させることによって、冷媒循環経路Ｌａ，Ｌｂ内で冷媒を循環させると、蒸発器５２では、膨張弁５４を通過する際に断熱膨張されることによって内部エネルギの一部が膨張エネルギとして消費され低温・低圧の霧状となった冷媒液ＦＬが、蒸発器５２を構成する吸熱面積の大きい蛇管の内面に接触することによって、冷却水ＣＷの有する熱を潜熱として吸収しながら盛んに蒸発し、冷媒ガスＦＧとなって圧縮機５３へ吸入される。そして、前記蒸発器５２での吸熱作用によって冷却された水冷却槽４２内の冷却水ＣＷは、配管４４を介して再び生地冷却槽４１へ送られ、ゴム生地Ｒ’との熱交換（ゴム生地Ｒ’の冷却）を行う。
【００２０】
蒸発器５２から冷媒循環経路Ｌａ内を圧縮機５３に送られた冷媒ガスＦＧは、この圧縮機５３で断熱的に圧縮仕事を受けることによってエネルギを供給され、高温・高圧となって、材料加熱部３の水加熱槽３２に配置された凝縮器５１へ送られる。高温・高圧に圧縮された冷媒ガスＦＧは冷却によって液化しやすいため、前記凝縮器５１を構成する放熱面積の大きな蛇管を通る過程で、前記水加熱槽３２内の相対的に低温の温水ＨＷへ盛んに潜熱を放出しながら凝縮し、液化する。前記水加熱槽３２内で冷媒からの熱を受け取って高温となった温水ＨＷは、配管３４を介して温水ジャケット３１へ送られ、押出機本体１のシリンダ１１内をダイ２へ送られるゴム材料Ｒの加熱に供される。
【００２１】
温水ジャケット３１内を通る高温の温水ＨＷとの熱交換によって加熱され可塑化したゴム材料Ｒは、押出機本体１のスクリュ１２の回転によってシリンダ１１からダイ２を通って押し出され、連続形状の高温のゴム生地Ｒ’となって、生地冷却部４の生地冷却槽４１に送られる。一方、凝縮器５１で冷媒ガスＦＧが凝縮され液化した冷媒液ＦＬは、冷媒循環経路Ｌｂを蒸発器５２側へ送られ、先に説明した一連のヒートポンプサイクルを繰り返す。
【００２２】
すなわち上記実施形態によれば、押出機本体１からダイ２を通って押し出された高温のゴム生地Ｒ’からの熱は、生地冷却部４で冷却水ＣＷを介してヒートポンプ５に冷媒の潜熱として回収され、材料加熱部３へ移送されて温水ＨＷを介してゴム材料Ｒに与えられるといった熱のサイクルが形成される。したがって、従来技術において必要とされて来たヒータ等による加熱装置は、基本的には不要である。
【００２３】
また、ヒートポンプ５における圧縮機５３の駆動は材料加熱部３あるいは生地冷却部４の設定温度及び温度検出手段による検出温度等に基づいて制御される。すなわち、例えば押出機本体１内のゴム材料Ｒの加熱温度を上昇させるには、圧縮機５３の吐出容量を増大させ、断熱圧縮により冷媒ガスＦＧに与えるエネルギを増大させることによって、凝縮器５１において材料加熱部３へ供給される熱量が増大し、その結果、ゴム生地Ｒ’と共に生地冷却部４へ運ばれて蒸発器５２で回収される熱量も、比例して増大することになる。したがってゴム材料Ｒの加熱及びゴム生地Ｒ’の冷却のために消費されるエネルギの効率を著しく向上することができる。
【００２４】
なお本発明においては、上述のように、基本的にはヒータ等の加熱手段は不要であるが、外気温の変化等によって、材料加熱部３の供給熱量と生地冷却部４からの回収熱量との熱バランスが損なわれるような場合には、補助熱源を用いるようにしても良い。この場合の補助熱源としては、前記材料加熱部３における水加熱槽３２内に電気ヒータを設置すること等が考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るゴム生地押出機によれば、押出機本体からダイを通って押し出された高温のゴム生地の熱を、生地冷却部で回収してヒートポンプによって冷媒の潜熱として材料加熱部へ移送し、前記押出機本体内のゴム材料の加熱に用いるため、従来技術において必要とされていたヒータ等による加熱装置は、基本的には不要になり、したがって、ゴム材料を加熱・可塑化させるためのエネルギを、押し出したゴム生地を冷却するためのエネルギと別個に用いる場合に比較して、エネルギ消費量を著しく減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るゴム生地押出機を示す説明図である。
【図２】上記実施形態の要部を示す概略構成説明図である。
【図３】従来のゴム生地押出機における材料加熱部及び生地冷却部を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１  押出機本体
１１  シリンダ
１２  スクリュ
１３  材料投入部
１４  駆動部
２  ダイ
３  材料加熱部
３１  温水ジャケット
３２  水加熱槽
３３，３４，４３，４４  配管
３５，４５  ウォータポンプ
４  生地冷却部
４１  生地冷却槽
４２  水冷却槽
４６，４７  送りローラ
５  ヒートポンプ
５１  凝縮器
５２  蒸発器
５３  圧縮機
５４  膨張弁
６  基台
６ａ  キャスタ
ＣＷ  冷却水
ＦＧ  冷媒ガス
ＦＬ  冷媒液
ＨＷ  温水
Ｌａ，Ｌｂ  冷媒循環経路
Ｒ  ゴム材料
Ｒ’  ゴム生地
【図１】
0003702936.tif 000002
【図２】
0003702936.tif 000003
【図３】
0003702936.tif 000004