(57)【要約】【課題】ゴムの混練を十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による温度上昇も抑制することができるゴム連続混練押出機を提供すること。【解決手段】ゴム材料が供給されるゴム供給部２と、スクリュー５と、スクリュー５の外周に配置されるシリンダー４と、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機１であって、スクリュー５は、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメント５０〜５４を備え、スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンＡを形成するための第１エレメント５０，５２と、混練ゾーンＣを形成するための第２エレメント５１，５４と、冷却ゾーンＤを形成するための第３エレメント５３とから構成されており、スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンＡと混練ゾーンＣと冷却ゾーンＤとを形成し、かつ、混練ゾーンＣの押し出し下流側に冷却ゾーンＤを形成した。【選択図】      図１
2005001231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備え、
前記スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンを形成するための第１エレメントと、混練ゾーンを形成するための第２エレメントと、冷却ゾーンを形成するための第３エレメントとから構成されており、
スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとを形成し、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンを形成したことを特徴とするゴム連続混練押出機。
【請求項２】
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューには、スクリューの軸方向に沿って、少なくとも、  搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとが形成され、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンが形成されることを特徴とするゴム連続混練押出機。
【請求項３】
前記冷却ゾーンでは、スクリュー羽根が少なくとも２条に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム連続混練押出機。
【請求項４】
前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較してスクリュー羽根のピッチが短くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム連続混練押出機。
【請求項５】
前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較して軸径が太くなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴム連続混練押出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムの混練工程には、大きく分けてノンプロ練り（加硫剤以外の薬剤を用いた混練）、ファイナル練り（加硫剤を用いた混練）、再練りに分類することができる。ゴムの混練には、バンバリーミキサーやニーダー等のバッチ式が主流であったが、近年は単軸又は二軸の連続混練押出機による連続式も行われてきている。ゴムの混練においては、押出機のスクリューの回転に伴う剪断力によりゴムが発熱し温度が上昇する。この温度上昇により、ゴムの粘土が低下するため、混練が十分に行われないという問題がある。特にファイナル練りにおいては、薬剤として加硫剤を使用しているため、ゴムの温度が上昇してしまうと、ゴム焼け（スコーチ）の問題も発生する。従って、所定のゴム温度でゴムを押出機から排出させなければならず、均一なゴムと薬剤の混合状態を得ることが難しい。
【０００３】
かかるゴムの発熱による温度上昇を抑制するために冷却をしながら混練を行う方法が従来から行われてきている。例えば、ニーダー等のバッチ式では、ゴム混練の際の冷却は、ローターやチャンバーに冷水を通す方法が一般的である。しかし、この冷却方法では、思ったほどの冷却効果が得られず、ゴムの発熱が支配的となる。従って、短時間でゴム温度が高温になってしまう。ゴムの温度が高温になると、混練を行っても剪断力がほとんど作用せず、きわめて効率が悪くなる。このような不十分な混練を補うためには、一旦ゴムを外部に排出させて冷却させた後、再度ゴムを混練する（再練り）必要がある。従って、混練工数が増えてしまい生産性も低下する。
【０００４】
一方、単軸や二軸の連続混練押出機では、スクリューの軸方向に沿って搬送ゾーンと混練ゾーンを形成している。そして、ゴムを冷却する方法としては、スクリューの内部やシリンダー（バレル）内部に冷媒（水）を通すことで冷却を行う方法が一般的に行われている。その他に、下記特許文献１，２に開示されているような冷却方法もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６４−７１７０８号公報
【特許文献２】
特開平６−２３８６５６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、スクリュー内部やシリンダー内部に水を通す方法であっても、混練ゾーンにおいての混練作用によりゴムの温度が高温になると、やはり混練作用の効率が低下するために、まだ十分であるとはいえない。従って、混練ゾーンにおける混練によりゴムの温度が高くなり過ぎないように、単位時間あたりの処理量やスクリューの形状、スクリュー回転数、混練ゾーンの長さ等の種々の要素により混練作用を調整する必要がある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び／又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係るゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方（好ましくは両方）に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備え、
前記スクリューエレメントは、少なくとも、搬送ゾーンを形成するための第１エレメントと、混練ゾーンを形成するための第２エレメントと、冷却ゾーンを形成するための第３エレメントとから構成されており、
スクリューの軸方向に沿って、搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとを形成し、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンを形成したことを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、スクリューは、スクリュー軸と、このスクリュー軸に沿って挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。このスクリューエレメントには、種々の形状のものを予め準備しておくことができ、搬送ゾーンを形成するための第１エレメント、混練ゾーンを形成するための第２エレメント、冷却ゾーンを形成するための第３エレメントがスクリューエレメントとして準備される。もちろん、更に他の目的のゾーン（例えば、脱気ゾーン）を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び／又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【００１０】
上記課題を解決するため本発明に係る別のゴム連続混練押出機は、
ゴム材料が供給されるゴム供給部と、スクリューと、スクリューの外周に配置されるシリンダーと、シリンダー内部とスクリュー内部の少なくとも一方（好ましくは両方）に配置される冷却部とを備えたゴム連続混練押出機であって、
前記スクリューには、スクリューの軸方向に沿って、少なくとも、  搬送ゾーンと混練ゾーンと冷却ゾーンとが形成され、かつ、混練ゾーンの押し出し下流側に冷却ゾーンが形成されることを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によるゴム連続混練押出機の作用・効果は、以下の通りである。まず、このスクリューは、先ほどのスクリューエレメントを用いる構成とは異なり、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造を有する。このスクリューは、スクリュー軸に沿って、搬送ゾーン、混練ゾーン、冷却ゾーンが少なくとも形成される。もちろん、更に他の目的のゾーン（例えば、脱気ゾーン）を付加しても良い。そして、混練ゾーンの下流側に冷却ゾーンを設定する。従って、混練ゾーンにてゴムが混練され発熱すると、引き続き冷却ゾーンにて冷却作用を受ける。これにより、適切なゴム温度に調整することができる。また、冷却部としては、スクリュー内部とシリンダー内部の少なくとも一方、好ましくは両方に備えることができる。この冷却部の冷却機能と、スクリューによる冷却ゾーンにより、ゴムの発熱を効果的に抑制することができる。その結果、ゴムの混練を単一工程で十分に行うことができるとともに、ゴムの発熱による混練機内でのゴム温度上昇の抑制及び／又は排出ゴム温度低下効果を達成することができるゴム連続混練押出機を提供することができる。
【００１２】
なお、混練ゾーンが複数設けられる場合には、全ての混練ゾーンについてその下流側に冷却ゾーンを設けなくても良い。所定の温度以上にならないように冷却ゾーンを配置すればよい。
【００１３】
本発明の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンでは、スクリュー羽根が少なくとも２条に形成されているものがあげられる。
【００１４】
少なくとも２条とすれば、ゴムとスクリューエレメントとの接触面積を増やすことができる。そして、スクリューの内部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【００１５】
本発明の別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較してスクリュー羽根のピッチが短くなっているものがあげられる。
【００１６】
スクリュー羽根のピッチを短くすることで、ゴムの冷却ゾーンでの滞留時間が長くなる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【００１７】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記冷却ゾーンのスクリュー羽根は、前記搬送ゾーンと比較して軸径が太くなっているものがあげられる。
【００１８】
軸径を大きくすることで搬送ゴム塊がつぶされるので、ゴム塊の表面積が増える。従って、スクリュー内部及びシリンダー部に冷却部を構成することで、冷却部の冷媒と効率よく熱交換することができる。よって、冷却効果を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、単軸の連続混練押出機１の内部構成を示す模式図である。
【００２０】
押出機１は、ゴムのファイナル混練を行うために用いられるものであり、ゴムが供給されるゴム供給部２と、加硫剤を含む薬品が供給される薬剤供給部３とを備えている。ゴム供給部２からは非加硫性のペレット状ゴムが供給される。ゴムはシート状、ストランド状、リボン状、あるいはその他の形態で供給することができる。薬剤供給部３からは、スクリューフィーダにより薬剤が供給されるが、供給形態はほかの方法でもよい。薬剤供給部３は、ゴム供給部２の下流側に設けられている。
【００２１】
ゴム供給部２から供給されたゴムは、図１の左側から右側へと移動し不図示のダイにより所定の断面形状で押し出しされるか、別の押出機へと供給される。押し出し方向に沿って、スクリュー５が設けられており、駆動装置６により回転および前進駆動される。スクリュー５の周囲には内面が円筒形に形成されたシリンダー４（バレル）が設けられている。この連続混練押出機は、公知のスクリュー式連続混練機（ＢＵＳＳ社製「コニーダー」）を用いることができる。
【００２２】
スクリュー５は、スクリュー軸とこのスクリュー軸に挿入される多数のスクリューエレメントを備えている。スクリューエレメントには、種々の形状のものが使用できる。このスクリュー軸の軸方向に沿って、各機能ゾーンが設定される。具体的には、ゴム供給部２の直下から順番に、搬送ゾーンＡ→可塑化ゾーンＢ→搬送ゾーンＡ→混練ゾーンＣ→冷却ゾーンＤ→混練ゾーンＣ→冷却ゾーンＤが設定されている。なお、可塑化済ゴムの場合は、可塑化ゾーンを省略することができる。それぞれのゾーンに適したエレメントが使用される。混練ゾーンＣは、薬剤供給部３のすぐ下流側から始まっており、混練ゾーンＣの下流側には冷却ゾーンＤが設定されている。最初の搬送ゾーンＡには第１エレメント５０が２つ、２番目の搬送ゾーンＡには第１エレメント５２が２つ、可塑化ゾーンＢには第４エレメント５１が１つ、最初の混練ゾーンＣには第２エレメント５１が１つ、２番目の混練ゾーンＣには２種類の第２エレメント５１，５４が１つずつ、最初の冷却ゾーンＤには第３エレメント５３が２つ、２番目の冷却ゾーンＤにも第３エレメントが２つ設けられている。なお、各エレメントの配置等は自由に変えることができるようになっている。
【００２３】
搬送ゾーンＡと混練ゾーンＣとを比較すると、混練ゾーンＣにおけるスクリュー羽根のピッチは搬送ゾーンＡに比べて半分になっている。また混練ゾーンＣにおけるスクリュー羽根は、円周方向に複数箇所の切り欠きが形成されている。このスクリュー羽根としては、例えば、本出願人による特開２０００−４３０３２号公報に開示されている。また、混練ゾーンＣには、バレル内面に剪断ピン７が突出して設けられている。この剪断ピン７により剪断力を発生させて、混練効果を高めるようにしている。可塑化ゾーンＢの構成は、混練ゾーンＣと同じに設定している。
【００２４】
次に冷却ゾーンＤを構成するためのスクリューエレメントについて図２から図５により説明する。まず、図２は搬送ゾーンＡに設けられるスクリューエレメントの構成を示す。このエレメントは、本体部６０と羽根部６０ａとを備え、本体部６０は内部に貫通穴が形成されており、スクリュー軸に挿入可能に構成されている。貫通穴の内壁面には係合歯部６０ｂが形成されており、スクリュー軸にもこれと噛み合う係合歯部が形成されている。なお、混練ゾーンＣに用いられるエレメントには切り欠きが形成されるが、その他のゾーンに設けられるエレメントには切り欠きはなく、羽根はつながった状態である。
【００２５】
図３は、第１実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメント（第３エレメント）の構成を示す図である。このエレメントは、本体部６１とスクリュー羽根６１ａ，６１ｂを供えている。スクリュー羽根６１ａ，６１ｂが２条になっている点が特徴である。後述するが、スクリュー５の内部には冷却部が設けられており、冷媒としての水が循環させられている。また、シリンダー４の内部にも同じように冷却部が設けられている。スクリュー羽根を２条（あるいは３条以上）とすることで、ゴムとスクリューとの接触面積を増やすことができる。従って、水との熱交換を効率よく行うことができる。これにより、ゴムの発熱による温度上昇を抑制することができる。本体部６１にはスクリュー軸に取り付けるために係合歯部６１ｃが設けられている。
【００２６】
図４は、第２実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、本体部６２とスクリュー羽根６２ａを備えているが、スクリュー羽根６２ａのピッチは、搬送ゾーンのエレメントに比べて２／３となっている。ピッチは２／３以下に設定してもよい。これにより、冷却ゾーンにおけるゴムの滞留時間を増やすことができる。これにより、スクリュー内部やシリンダー内部の冷却水との熱交換を効率よく行うことができる。本体部６２の貫通穴の内壁面には、これまでと同様に係合歯部６２ｂが設けられている。
【００２７】
図５は、第３実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図である。このエレメントは、搬送ゾーンのエレメントと比較して本体部６３の外径Ａが１．１２５倍と大きくなっている。スクリュー羽根６３ａは、図２と同じでもよい。外径Ａを大きくすることで、本体部６３の表面積を増やすことができる。また、搬送されるゴム塊がつぶされるのでゴムの表面積も増やすことができる。これにより、スクリュー内部の冷却水とゴムとの熱交換を効率よく行うことができる。なお、外径Ａをどの程度大きくするかは適宜設定することができる。本体部６３の貫通穴の内壁面には、係合歯部６３ｂが設けられている。
【００２８】
その他の構成例として、第１実施形態から第３実施形態までの構成を任意に組み合わせることもできる。例えば、外径を大きくし、かつ、スクリュー羽根を２条にしてもよい。
【００２９】
図１〜図５では、各ゾーンを構成するために、夫々のゾーンに適した形状を有するスクリューエレメントをスクリュー軸に沿って挿入する構成を説明してきたが、スクリュー軸とスクリュー羽根とが一体化された構造のスクリューを用いても良い。
【００３０】
次に、冷却部の構成を図６、図７により説明する。図６は従来構造を示し、図７は新規な構造を示す。なお、図６，７に示す構造は、冷却ゾーンに使用するスクリューエレメントの種類にかかわらず採用することができる。
【００３１】
まず、図６において、シリンダー４０，４１の内側にバレル４２，４３が設けられている。バレル４２，４３は薄い円環状に形成されている。シリンダー４０，４１はその内面にバレル４２，４３が収容できる構造であればよい。また冷却部として冷却水通路４０ａ，４１ａが設けられており、冷却水を通過させる。また、バレル４３に剪断ピン７が取り付けられるようになっている。また、図６の右側にはスクリューの断面形状が示される。スクリュー軸２１の内部には冷却部として、冷却水通路２１ｂ，２１ｃが設けられている。外側が水を循環させるための往路を構成し、中心側が復路を構成する。スクリューエレメント２０はスクリュー羽根２０ａと本体部２０ｂと係合歯部２０ｃとを備えている。この係合歯部２０ｃは、スクリュー軸２１の係合歯部２１ａと係合し、強固な係合状態を実現する。
【００３２】
図７において、シリンダー４０，４１と冷却水通路４０ａ，４１ａが設けられている点は図６と同じであるが、バレルに相当するものは設けられていない。剪断ピン７は、シリンダー４１に対して取り付けられる。このようにバレルがない分だけ、冷却水通路４０ａ，４１ａをゴムに対して接近させることができる。これにより、熱交換を効率よく行うことができる。また、スクリューの構造であるが、スクリュー軸２３の内部に、冷却水通路２３ｂ，２３ｃが設けられている点は同じである。また、スクリュー軸２３とスクリュー羽根２３ａとが一体化されて構成されている。これにより、スクリュー表面に冷却部を近づけることができるので、熱交換を効率よく行うことができる。
【００３３】
冷却ゾーンにおいては、熱交換効率を損なわないために、冷媒流量アップなどの措置をとることが好ましい。
【００３４】
＜別実施形態＞
（１）冷却部に使用する冷媒は、冷却水以外の媒体を使用しても良い。
（２）ゾーンの設定は、図１に示す内容に限定されるものではない。本実施形態では、混練ゾーンと冷却ゾーンを２回繰り返して設定しているが、繰り返しなしの１回でもよいし、３回以上繰り返してもよい。
【００３５】
（３）本実施形態では、ファイル練りについての構成を説明したが、ノンプロ練りや再練りの場合にも本発明は応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続混練押出機の内部構成を示す模式図
【図２】搬送ゾーンのスクリューエレメントを示す図
【図３】第１実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントを構成を示す図
【図４】第２実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図５】第３実施形態にかかる冷却ゾーン用のエレメントの構成を示す図
【図６】冷却部の構成を示す図
【図７】好適な冷却部の構成を示す図
【符号の説明】
Ａ      搬送ゾーン
Ｂ      可塑化ゾーン
Ｃ      混練ゾーン
Ｄ      冷却ゾーン
２      ゴム供給部
３      薬剤供給部
４      シリンダ
５      スクリュー
５０，５１，５２，５３，５４      エレメント
【図１】
2005001231.tif 000003
【図２】
2005001231.tif 000004
【図３】
2005001231.tif 000005
【図４】
2005001231.tif 000006
【図５】
2005001231.tif 000007
【図６】
2005001231.tif 000008
【図７】
2005001231.tif 000009