(57)【要約】【課題】被押出材料と薬品が同じ比率で押出機内に供給されるとともに、均一なゴム配合物を得ることができる押出機を提供する。【解決手段】シリンダー内にスクリューを収納し、可塑化された被押出材料を押出し成形する押出機であって、前記スクリューの上流側に設置され、被押出材料を供給する材料供給手段と、前記スクリューにより搬送され、可塑化された被押出材料に薬品を供給する薬品供給手段と、前記スクリューの下流側において可塑化された被押出材料の搬送流量を調節する流量調節手段とからなり、前記材料供給手段が４軸ギアポンプを備えているとともに、前記薬品供給手段が前記流量調節手段よりスクリューの上流側に設けられるギアポンプおよび前記シリンダーに設けられる中空のピンを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー内にスクリューを収納し、可塑化された被押出材料を押出し成形する押出機であって、前記スクリューの上流側に設置され、被押出材料を供給する材料供給手段と、前記スクリューにより搬送され、可塑化された被押出材料に薬品を供給する薬品供給手段と、前記スクリューの下流側において可塑化された被押出材料の搬送流量を調節する流量調節手段とからなり、前記材料供給手段が４軸ギアポンプを備えているとともに、前記薬品供給手段が前記流量調節手段よりスクリューの上流側に設けられるギアポンプおよび前記シリンダーに設けられる中空のピンを備えてなる押出機。
【請求項２】
前記薬品供給手段が、前記ギアポンプと、該ギアポンプに薬品を送り込む薬品送出し手段とからなる請求項１記載の押出機。
【請求項３】
前記薬品供給手段におけるギアポンプが４軸ポンプにされてなる請求項１記載の押出機。
【請求項４】
前記薬品供給手段が、前記ギアポンプと、該ギアポンプに配管接続されるサージタンクとからなる請求項１記載の押出機。
【請求項５】
シリンダー内に、可塑化された被押出材料の搬送流量を調節する流量調節手段が形成されるスクリューを収納し、該可塑化された被押出材料を押出し成形する押出方法であって、前記被押出材料を４軸ギアポンプにより可塑化した状態で供給するとともに、前記流量調節手段よりスクリューの上流側に設けられるギアポンプから前記シリンダーに設けられる中空のピンを介して薬品を供給する押出方法。
【請求項６】
前記薬品にポリマーを予め混練して供給する請求項５記載の押出方法。
【請求項７】
前記薬品にオイルを混合し、液状にして供給する請求項５記載の押出方法。
【請求項８】
前記薬品を高級脂肪酸またはワックスに溶解または分散させて固形物として押し込み供給する請求項５記載の押出方法。
【請求項９】
前記薬品を供給するギアポンプが４軸ポンプである請求項５、６、７または８記載の押出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は押出機および押出方法に関する。さらに詳しくは、たとえばゴムと薬品からなる可塑化されたゴム混練物をスクリューで押出し成形するスクリュー押出機や、押し出しされるまでのあいだに、スクリュー溝内の圧力を開放するベント域を有するベント押出機などの押出機および押出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の押出機として、シリンダー内にスクリューを収納するスクリュー押出機に材料供給ホッパおよび薬品供給ホッパが設置され、ゴム供給工程、薬品供給工程、混練工程および圧縮（加圧）工程からなる押出成形を連続的に行なうことにより、予めポリマーに補強剤や充填剤などを混練した被押出材料（以下、ベースコンパウンドという）と加硫および加硫後の物性を維持するための加硫促進剤および油脂類などの薬品とを連続、かつ、定量的に混合させるものがある（特許文献１、２参照）。かかるゴム混練機では、スクリューの１回転当たりのゴムの搬送量を調節するために、ゴム供給工程におけるスクリューと薬品供給工程におけるスクリューのあいだに堰が設けられている。
【０００３】
かかる押出機における材料供給ホッパから供給されたベースコンパウンドは、スクリューが回転することでフライト（螺旋）から搬送力を受けて押し出されて行き、そして堰まで可塑化されながら進む。そして、堰から連続的に可塑化されたベースコンパウンドが一定量通過して行き、そこに常に一定量の薬品が連続的に供給される。さらにこれが混練工程でよく混ぜ合わされ、押出しに必要な圧縮工程に搬送され、先端から押し出（吐出）される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７１６１５号公報
【特許文献２】
特開２０００−５２３３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ベースコンパウンドと薬品の混合配合や温調条件により、これらの剪断抵抗の違いおよびシリンダーとスクリューへの摩擦力の差により、ベースコンパウンドと薬品が同じ比率で押出機内で均一に供給および混合されるとは限らないため、薬品の配合比が変動しやすいとともに、薬品の分散性がわるいという問題がある。
【０００６】
本発明は、叙上の事情に鑑み、ベースコンパウンドと薬品が同じ比率で押出機内に供給されるとともに、均一なゴム配合物を得ることができる押出機および押出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の押出機は、シリンダー内にスクリューを収納し、可塑化された被押出材料を押出し成形する押出機であって、前記スクリューの上流側に設置され、被押出材料を供給する材料供給手段と、前記スクリューにより搬送され、可塑化された被押出材料に薬品を供給する薬品供給手段と、前記スクリューの下流側において可塑化された被押出材料の搬送流量を調節する流量調節手段とからなり、前記材料供給手段が４軸ギアポンプを備えているとともに、前記薬品供給手段が前記流量調節手段よりスクリューの上流側に設けられるギアポンプおよび前記シリンダーに設けられる中空のピンを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の押出方法は、シリンダー内に、可塑化された被押出材料の搬送流量を調節する流量調節手段が形成されるスクリューを収納し、該可塑化された被押出材料を押出し成形する押出方法であって、前記被押出材料を４軸ギアポンプにより可塑化した状態で供給するとともに、前記流量調節手段よりスクリューの上流側に設けられるギアポンプから前記シリンダーに設けられる中空のピンを介して薬品を供給することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の押出機および押出方法を説明する。
【００１０】
図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる押出機は、シリンダー１、該シリンダー１内に収納されるスクリュー２、可塑化されたベースコンパウンドを供給する材料供給手段Ａ、前記スクリュー２により搬送され、可塑化されたベースコンパウンドに薬品を供給する薬品供給手段Ｂおよびスクリュー２の下流側に設けられ、可塑化されたコンパウンドの搬送流量を調節する流量調節手段Ｃとから構成されている。
【００１１】
前記スクリュー２は、単軸スクリューである。このスクリュー２の形状や寸法は適宜選定することができる。たとえば、スクリュー２の全長を最低３リードの短尺にすることができるが、本実施の形態では、スクリューの外径をＤとすると、スクリュー２の全長を１０Ｄ程度にされている。これにより、洗浄などのメンテナンスに応じて、容易にシリンダーを交換することができる。また、谷径が０．５２〜０．７８Ｄに設定されている。これは谷径が０．５２Ｄ未満であると、スクリュー２の捩じり強度が不足し、０．７８Ｄをこえると、搬送量が少なくなるからである。
【００１２】
前記材料供給手段Ａは、４軸ギアポンプ３を内蔵する供給ホッパー４から構成されており、スクリュー尾端２ａ側に設置されている。供給ホッパー４の投入口５から投入されたベースコンパウンドは、前記４軸ギアポンプ３のうち、入口側の最初の１組のギア３ａで圧壊されたのち、つぎの出口側の１組のギア３ｂで可塑化し、加圧されながら供給口６から押出機内のスクリュー溝に供給される。
【００１３】
前記薬品供給手段（仕上薬品の添加手段）Ｂは、前記流量調節手段Ｃよりスクリューの上流側に設けられ、一定量の仕上薬品をスクリュー２の溝に連続して注入することができるものであれば、本発明においては、とくに限定されるものではないが、本実施の形態では、ポリマーに薬品を添加した配合物（マスターバッチ）を押し出す配合物送出し手段７、たとえば垂直スクリューフィーダと、該配合物送出し手段７と前記シリンダー１に形成される薬品供給口８とのあいだに設置されるギアポンプ９とから構成されている。なお、図１において、１０は配合物送出し手段７に配合物を投入するための投入口である。
【００１４】
前記材料供給手段Ａと薬品供給手段Ｂは、ともにスクリュー２のスクリュー軸に対してほぼ直交して設置されており、その配列は、混練プロセスのコンパウンド特性により、適宜選定することができる。たとえばコンパウンド特性が両者とも容易に可塑化され、可塑度に混合を損ねる程の差がなく、かつ所定温度に到達している場合、両者の供給口６、８がスクリュー２に対して対称の位置（同一線上の位置）になるように設置する。また、コンパウンド特性が、ベースコンパウンドが比較的均一に可塑化され難い、または所定温度に到達するのにかなりのエネルギーを加える必要がある場合、図１に示されるように、ベースコンパウンドを先に押出機に供給し、そののち配合物を圧入するように、両者の供給口６、８がＬ１（０．５〜８Ｄ）の範囲で軸方向に前後する位置になるように設置する。また、これら材料供給手段Ａと薬品供給手段Ｂは、コンパウンドの特性により、スクリュー軸方向に複数個設置することもできる。
【００１５】
前記薬品は、コンパウンド特性により適宜選定することができるが、たとえばポリマーと加硫促進剤および油脂類などを混練したマスターバッチ、加硫促進剤および油脂類などにオイルを混合し、分散させて液状にしたもの、または加硫促進剤および油脂類などに高級脂肪酸（高級脂肪族油脂）もしくはワックスを溶解もしくは分散させた固形物（混合物）を用いることができる。前記薬品がマスターバッチである場合、薬品供給手段Ｂには、材料供給手段Ａと同様に４軸ギアポンプを用いるのが好ましい。また、前記薬品が液状にされたものである場合、図２に示されるように、薬品供給手段Ｂ１として、２軸ギヤポンプ２１を用いるとともに、２軸ギアポンプ２１に配管接続される調圧のためのサージタンク２２を配置させる。図２において、２３はモータおよび回転羽根からなる撹拌手段である。
【００１６】
本実施の形態では、可塑化されたベースコンパウンドの進行とともに、流量調節手段Ｃにより搬送量および圧力が一定値に収斂した位置へ仕上薬品をギアポンプにより一定量加圧注入することにより、スクリュー溝内では回転による前進方向の流れ（推進流）とフライトから押し返された逆方向の流れ（旋回流）が生じることから、混練が行なわれ、配合比の変動は、大幅に改善される。また、ギアポンプを使用することにより、薬品の温度上昇が少ない。また、薬品が充分可塑化されていなくても、一定量を一定圧力で供給できるので、ギアポンプおよび押出機の温度調節とともに、スクリュー２の回転数をコントロールすることにより、望ましいミキシング温度を自由に設定することができる。したがって、薬品送出し手段７による熱損失が少なくなり、低温度でのミキシングが可能となる。
【００１７】
前記流量調節手段Ｃとしては、フライトの外周に可塑化されたベースコンパウンドを通過させる複数の浅い溝を設けた堰を用いることができる。ベースコンパウンドがこの堰の細溝を通過する際、細分化され、剪断を受けるので、微細化されてよく分散させることができる。本実施の形態では、流量調節手段Ｃとして、２つのフライトの外周に溝がそれぞれ設けられた２段形状の堰を採用している。この堰は、ベースコンパウンドの堰通過量（搬送量）と圧力とが密接な関係があるので、常に一定圧力に保持できるように設けられている。この堰までの距離Ｌ２は、堰通過量を一定に保ちながら加圧するために、４Ｄ以上であるとともに、長すぎると発熱により効率が低下するため、１２Ｄ以下に設定する。堰の幅は、短いとニーダー効果が減少し、分散性が低下するとともに、長いと通過抵抗により、堰通過量が低下するため、５〜４０ｍｍであるのが好ましい。また、この堰の溝角は、スクリュー軸に対して５〜３５°傾斜している。これは溝角が５°未満であると、堰通過量のばらつき大きくなり配合比が変動し、３５°をこえると通過抵抗が増加し、堰通過量が低下するためである。また、堰の溝断面は、半円または楕円形状を呈しており、溝断面積は、１．５〜１２ｍｍ2である。これは溝断面積が１．５ｍｍ2未満でも分散性の向上はみられないとともに、堰通過量が急激に減少し、１２ｍｍ2をこえると分散性がわるくなるためである。さらに隣接する溝間の陸部の幅は、１．５〜３．５ｍｍである。これは１．５ｍｍ未満では分散性がわるくなり、３．５ｍｍをこえると堰通過量が低下するためである。
【００１８】
前記堰からスクリュー２の先端側に３〜５Ｄの先端スクリューを設けることにより、シート状または棒状などの形状のコンパウンドを取り出すことができる。また、少なくとも堰からの１リードが大気圧を保てる条件（口金からの吐出量＞堰通過量）であれば、堰より先に４〜１０Ｄのスクリューを設け、口金を取付けたフローチャンネル（スクリュー先端からダイに到るまでのコンパウンドの流路）と連結し、連続して混合された最終コンパウンドを直接押し出し、成型することができる。また、ベント押出機のベンド効果を発揮させるために、堰からスクリューの先端側のシリンダーに真空ポンプ手段を連結させることもできる。
【００１９】
なお、本発明においては、前記薬品供給手段からの薬品供給をシリンダーに設けられる、中空の、たとえば円筒形状の薬品供給ピンからスクリュー溝へ行なうようにすることもできる。この薬品供給ピンは、材料供給手段から堰まで１リードごとに４〜８箇所を放射状に配列する。また、前記薬品供給ピンとともに、薬品注入に使用されないピンを隣接して設けると、薬品供給ピンから薬品を注入した直後、隣接するピンでスクリュー溝中でのコンパウンドの練り返し作用により、マクロ的に添加物を分散させることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、ベースコンパウンドと薬品が同じ比率で押出機内に供給されるとともに、均一なゴム配合物を得ることができる。
【００２１】
また、可塑化されたベースコンパウンドを押出機内に供給するため、スクリューの長さが短くなり、押出機をコンパクトにすることができる。さらにベースコンパウンドの温度コントロールも容易になるため、押出速度を上げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の押出機にかかわる一実施の形態を示す側断面図である。
【図２】本発明における薬品供給手段の他の実施の形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１    シリンダー
２    スクリュー
２ａ  スクリュー尾端
３    ４軸ギアポンプ
３ａ、３ｂ  ギア
４    供給ポッパー
５、１０    投入口
６    供給口
７    配合物送出し手段
８    薬品供給口
９    ギアポンプ
２１    ２軸ギヤポンプ
２２    サージタンク
２３    撹拌手段
Ａ    材料供給手段
Ｂ    薬品供給手段
Ｃ    流量調節手段
【図１】
2004202750.tif 000003
【図２】
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