(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続混練機のバレルの基部側および中央部にそれぞれゴム供給口および添加剤供給口を開口し、ゴム供給口に定量ギヤーポンプを介して非加硫性ゴム組成物供給用のゴム供給装置を接続し、添加剤供給口に加硫剤および加硫促進剤の定量供給装置を接続し、上記バレルの吐出側端部に押出機または定量ギヤーポンプを介して加硫性ゴム組成物の押出し用ダイヘッドを接続し、上記ゴム供給装置から定量ギヤーポンプに送られる非加硫性ゴム組成物の圧力を一定に制御して上記連続混練機内の非加硫性ゴム組成物、加硫剤および加硫促進剤を大気圧下で混練するようにしてなり、上記の連続混練機が単軸のスクリュー式連続混練機であり、そのニーディングスクリューおよびバレルがそれぞれ温度調節機能を備え、ニーディングスクリューがスクリュー羽根の連続する送りスクリュー部とスクリュー羽根が切欠かれてセグメント化されたニーディング部とからなり、上記の送りスクリュー部が上記のゴム供給口および添加剤供給口の各直下に設けられ、このゴム供給口および添加剤供給口の各直下を除く部分に上記ニーディング部が設けられ、バレル内で一方向に回転しながら軸方向に１ピッチ相当距離を往復するものであり、上記ニーディング部を囲むバレル内面に剪断ピンが突設されて上記スクリュー羽根の間に入るようにしたことを特徴とするゴムの連続混練押出し装置。
【請求項２】
上記バレルの吐出側端部にスクリュー式押出機および定量ギヤーポンプが直列に接続され、この定量ギヤーポンプに押出し用ダイヘッドが接続されている請求項１記載のゴムの連続混練押出し装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴムの連続混練押出し装置に関し、非加硫性ゴム組成物（原料ゴムに加硫剤と加硫促進剤を除く他の配合剤、例えば補強剤、充填剤、可塑剤等を添加、混練して得られたゴム組成物）に加硫剤および加硫促進剤を添加、混練するファイナルゴム混練と、得られた加硫性ゴム組成物を所定の断面形状に押出し成形する押出し工程との連続化を可能にするものである。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤのトレッドや自動車のウェザーストリップ等、ゴムの押出し成形品は、バンバリーミキサー等の混練機を用いて原料ゴムに補強剤、充填剤、可塑剤等の添加剤（ただし、加硫剤および加硫促進剤を除く）を配合、混練（ノンプロゴム混練）してシート状にし、離型剤を付け、冷却して積み取り、次いで上記の非加硫性ゴム組成物からなるゴムシートを混練機に再投入し、加硫剤および加硫促進剤を添加、混練（ファイナルゴム混練）し、得られた加硫性ゴム組成物をシート状にし、離型剤を付け、冷却して積み取り、しかるのち押出機に供給して所望の形状に押出し、冷却し、所望の長さに切断し加硫して製造されていた。なお、ウェザーストリップ等の発泡成形品では、上記の加硫剤および加硫促進剤と共に発砲剤が添加される。
【０００３】
しかしながら、従来は、非加硫性ゴム組成物に加硫剤を添加して行う混練、いわゆるファイナルゴム混練をバンバリーミキサーやニーダーによるバッチ式で、一度に大容量で行っていたので、発熱量が大きくなり、かつ加硫剤その他の薬品の均一分散が困難であった。また、発熱を抑えることが困難であるため、特に短時間または低温で加硫が始まる配合の加硫性ゴム組成物（短時間加硫配合ゴム）では、混練時に焼けが生じて混練が困難になっていた。また、押出しには種々の押出機が使用されるが、ファイナルゴム混練工程から分離した別工程で行われるため、加硫性ゴム組成物に経時変化が生じ、物性が不安定になっていた。また、押出し品の形状を均一にするには、押出し圧力を高く設定する必要があり、そのため押出しヘッドおよびダイを通過する際の圧力損失が大きくなり、押出機先端部でバックフロー現象が発生し、温度上昇が一層増大するという問題があった。また、バッチ式混練の問題を解決するため、２軸スクリューを備えた樹脂用連続混練機を用いて上記のファイナルゴム混練を連続で行うことが試みられたが、この場合は剪断発熱が大きくなり、ゴム焼けが生じるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、非加硫性ゴム組成物に加硫剤および加硫促進剤を添加して混練するファイナルゴム混練および押出しを連続して行うことができ、混練に伴う発熱を抑え、短時間加硫配合ゴムであっても焼けを生じさせないで容易に短時間で混練し、かつ混練後の加硫性ゴムに経時変化させずに物性の安定した状態で押出し、寸法精度の良好な押出し品が得られるようにしたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るゴムの連続混練押出し装置は、連続混練機のバレルの基部側および中央部にそれぞれゴム供給口および添加剤供給口を開口し、ゴム供給口に定量ギヤーポンプを介して非加硫性ゴム組成物供給用のゴム供給装置を接続し、添加剤供給口に加硫剤および加硫促進剤の定量供給装置を接続し、上記バレルの吐出側端部に押出機または定量ギヤーポンプを介して加硫性ゴム組成物の押出し用ダイヘッドを接続し、上記ゴム供給装置から定量ギヤーポンプに送られる非加硫性ゴム組成物の圧力を一定に制御して上記連続混練機内の非加硫性ゴム組成物、加硫剤および加硫促進剤を大気圧下で混練するようにしてなり、上記の連続混練機が単軸のスクリュー式連続混練機であり、そのニーディングスクリューおよびバレルがそれぞれ温度調節機能を備え、ニーディングスクリューがスクリュー羽根の連続する送りスクリュー部とスクリュー羽根が切欠かれてセグメント化されたニーディング部とからなり、上記の送りスクリュー部が上記のゴム供給口および添加剤供給口の各直下に設けられ、このゴム供給口および添加剤供給口の各直下を除く部分に上記ニーディング部が設けられ、バレル内で一方向に回転しながら軸方向に１ピッチ相当距離を往復するものであり、上記ニーディング部を囲むバレル内面に剪断ピンが突設されて上記スクリュー羽根の間に入るようにしたことを特徴とする。
【０００６】
上記の構造において、非加硫性ゴム組成物は、ゴム供給装置から定量ギヤーポンプおよびゴム供給口を経て連続混練機に所定量ずつ供給され、この連続混練機内で混練されながら吐出側に送られる。上記の非加硫性ゴム組成物が添加剤供給口に到達すると、加硫剤および加硫促進剤がその定量供給装置から添加剤供給口を経て連続混練機内に供給され、上記の非加硫性ゴム組成物に添加され、この非加硫性ゴム組成物が加硫剤および加硫促進剤と混練されつつ更に吐出側に送られ、この吐出側端部から押出機および定量ギヤーポンプの一方または両者を介して押出し用ダイヘッドに送られ、所望の断面形状に成形されて吐出される。
【０００７】
上記の連続混練機に供給された非加硫性ゴム組成物は、連続混練機を通過する間に加硫剤および加硫促進剤が添加され、いわゆるファイナルゴム混練が行われるが、従来のバッチ式と異なり、ゴムが少量ずつ連続的に混練され、しかも連続混練機に供給されるゴム量を制御することにより、連続混練機のバレル内に加硫性ゴム組成物が充満するのを防ぎ、上記混練を大気圧下で行うことができるため、混練に伴う熱の発生が抑制され、焼けが発生しない。そして、混練で得られた加硫性ゴム組成物が直ちに押出機および定量ギヤーポンプの少なくとも一方を介してダイヘッドに送られるので、ゴム物性の経時変化が起きず、上記加硫性ゴムのムーニー粘度、スコーチが安定し、押出し品のプロファイル精度が向上する。なお、連続混練機とダイヘッド間に押出機および定量ギヤーポンプを順に配設し、押出機の吐出側のゴム圧力が一定になるように押出機の速度を制御することもでき、この場合は押出し精度が向上する。
【０００８】
上記の連続混練機としては、単軸のスクリュー式連続混練機が用いられ、バレルを開放でき、掃除が簡単で、ゴムの連続混練用として取扱いが容易な点で好ましい。また、当然ながら通常のとおり、ニーディングスクリューおよびバレルがそれぞれ温度調節機能を備えたものであればよいが、ニーディングスクリューがスクリュー羽根の連続する送りスクリュー部とスクリュー羽根が切欠かれてセグメント化されたニーディング部とからなり、バレル内で一方向に回転しながら軸方向に１ピッチ相当距離を往復するものであり、上記ニーディング部を囲むバレル内面に剪断ピンが突設されて上記スクリュー羽根の間に入るようにしたもの、例えばＢＵＳＳ社製「コニーダー」が好ましく、かかる混練機を用いることにより、ニーディング部の加硫性ゴム組成物が後戻りしたり、セグメント化されたスクリュー羽根の縁や剪断ピンで分断されたりして混練能率が向上する。なお、上記の送りスクリュー部は上記のゴム供給口および添加剤供給口の各直下に設けられ、このゴム供給口および添加剤供給口の各直下を除く部分に上記のニーディング部が設けられる。
【０００９】
また、ゴム供給装置は、非加硫性ゴム組成物を定量ギヤーポンプに連続的に供給し、その供給量を定量ギヤーポンプの供給側（入り口側）ゴム圧に応じて調整できるものであればよく、後記のスクリューフィーダーが好適であるが、これに限るものではない。また、上記非加硫性ゴム組成物の形態は、上記供給量の調整を容易にする点でリボン状またはシート状が好ましいが、バンバリーミキサーその他のバッチ式混練機で混練された直後の塊状の形態でもよく、この場合はゴム供給装置として、水平方向の２本のコーン形スクリューを小径側で交差させたコニカルフィーダーを用いることにより、塊状の非加硫性ゴム組成物を定量ギヤーポンプに送ることができ、シートやリボンの成形工程の省略が可能になる。
【００１０】
また、連続混練機の吐出側に接続される押出機または定量ギヤーポンプは、上記連続混練機から吐出される加硫性ゴム組成物の所定量をダイヘッドに連続して供給できるものであればよく、また押出機および定量ギヤーポンプを直列に接続して用いることもできる。そして、押出機は、１本または２本のスクリューを用いたスクリューフィーダーが好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１において、１０は公知のスクリュー式連続混練機（ＢＵＳＳ社製「コニーダー」）のニーディングスクリューであり、温度調節が可能なマンドレル１１の表面に薄板からなるフィン状のスクリュー羽根１２を突設して形成され、温度調節が可能な円筒状のバレル１３を貫通してスクリュー駆動装置１４に片持ち状に支持され、所定の速度で一方向に回転しながら軸方向にスクリュー羽根の１ピッチ相当距離を往復する。上記のニーディングスクリュー１０は、その軸方向の複数箇所（図示例では３箇所）に複数ピッチにまたがるスクリュー羽根１２の切欠き部１２ａを有し、この切欠き部１２ａではスクリュー羽根１２が図２に示すようにセグメント１２ｂを形成している。図２は、１ピッチ間のスクリュー羽根１２に３個の切欠き部１２ａを等間隔に設け、３枚のセグメント１２ｂを形成したものを示す。なお、隣接ピッチの切欠き部１２ａは、同じ位相に設けられる。
【００１２】
一方、上記バレル１３の上面には（図１参照）、基部側（スクリュー駆動装置１４側）および中央部にそれぞれゴム供給口１３ａおよび添加剤供給口１３ｂが設けられる。なお、この実施形態では、前記ニーディングスクリュー１０におけるスクリュー羽根１２の切欠き部１２ａは、ゴム供給口１３ａと添加剤供給口１３ｂとの間、添加剤供給口１３ｂの右方および先端部の３箇所にそれぞれ設けられ、ゴム供給口１３ａおよび添加剤供給口１３ｂの各直下、並びに添加剤供給口１３ｂおよび自由端の中間部直下のスクリュー羽根１２は、上記切欠き部１２ａの無い連続ねじ部となっている。そして、上記切欠き部１２ａの並ぶニーディング部のバレル１３の内面には、複数本の剪断ピン１３ｃが突設され、セグメント１２ｂの間に進入するようになっている。また、上記の連続ねじ部はニーディングスクリューの送りスクリュー部を、またスクリュー羽根の複数ピッチにまたがる切欠き部１２ａはニーディング部をそれぞれ構成するが、送りスクリュー部およびニーディング部の長さおよび個数は目的に応じて変更することができ、例えば送りスクリュー部はゴム供給口１３ａと添加剤供給口１３ｂの各直下のみに設け、残りは全てニーディング部１２ａとして混練効果を増大することができる。
【００１３】
上記ゴム供給口１３ａには、ゴム供給用のスクリューフィーダー１５が定量ギヤーポンプ１６を介して接続され、上記スクリューフィーダー１５の上部に前記非加硫性ゴム組成物からなるゴムリボンまたはゴムシート１７が連続的に供給される。１８は、ゴムシート１７の供給ローラであり、下方のキャリヤー１９からゴムシート１７を所定速度で引出す。２０はゴム供給圧制御装置であり、上記定量ギヤーポンプ１６の供給側のゴム圧を圧力センサー２１で検出し、その大きさに応じてスクリューフィーダー１５の駆動モーター１５Ａを変速し、上記ゴム圧を一定に維持する。
【００１４】
上記添加剤供給口１３ｂには、添加剤供給用のホッパー２２が接続され、その内側にモーター駆動で回転する押込みスクリュー２３が挿入される。そして、上記ホッパー２２の左側上方に架橋剤タンク２４および定量供給装置２５が上下に配設され、架橋剤タンク２４から落下する架橋剤を定量供給装置２５が受けて計量し、上記ホッパー２２に投下される架橋剤の単位時間当たり重量を一定に保ち、また反対の右側上方に促進剤タンク２６および定量供給装置２７が上下に配設され、促進剤タンク２６から落下する架橋促進剤を定量供給装置２７が受けて計量し、上記ホッパー２２に投下される架橋促進剤の単位時間当たり重量を一定に維持する。
【００１５】
前記スクリュー式連続混練機のバレル１３の右側開口端には、スクリュー式押出機２８の基部側が接続され、その吐出口に押出用の定量ギヤーポンプ２９を介してダイヘッド３０が接続される。そして、上記スクリュー式押出機２８の上端の駆動モーター２８Ａに吐出圧力制御装置３１が接続され、上記スクリュー式押出機２８の吐出端におけるゴム圧を圧力センサー３２で検出し、その大きさに応じて上記駆動モーター２８Ａを変速し、上記吐出端のゴム圧を一定に維持する。
【００１６】
上記の装置において、非加硫性ゴム組成物からなるゴムシート１７は、キャリヤー１９から供給ローラ１８で引上げられ、連続混練機の基部側上方に位置するスクリューフィーダー１５に供給され、練られながら下降し、定量ギヤーポンプ１６を介して連続混練機のバレル１３の基部側に供給される。このとき、定量ギヤーポンプ１６の供給側のゴム圧が前記のとおり一定に制御される。
【００１７】
連続混練機のバレル１３内に入った上記の非加硫性ゴム組成物は、ニーディングスクリュー１０の回転によって右方の吐出側端部に向かって送られ、その間に回転と同期して１ピッチ相当距離を往復し、スクリュー羽根１２のセグメント１２ｂの縁やバレル１３内面の剪断ピン１３ｃで切断されて剪断作用を受け、混練される。そして、非加硫性ゴム組成物が添加剤供給口１３ｂの下を通る際、上方の加硫剤タンク２４および促進剤タンク２６から吐出された加硫剤および加硫促進剤が定量供給装置２５、２７およびホッパー２２を経て押込みスクリュー２３でバレル１３内に定量ずつ連続的に供給され、上記バレル１３内を通る非加硫性ゴム組成物に添加される。したがって、この非加硫性ゴム組成物が加硫剤および加硫促進剤と共に更に吐出側に進み、その間に再び上記同様に往復したり、切断されたりしながら上記の加硫剤等と混練され、加硫性ゴム組成物となってバレル１３の吐出側端部に到達する。
【００１８】
次いで、上記の加硫性ゴム組成物は、スクリュー式押出機２８の上端に吐出され、このスクリュー式押出機２８で送られ、定量ギヤーポンプ２９を経てダイヘッド３０から押出し成形品３３として押出される。この場合、スクリュー式押出機２８の吐出側、すなわち定量ギヤーポンプ２９の供給側のゴム圧が前記のとおり一定に制御される。
【００１９】
しかして、連続混練機のバレル１３に対する非加硫性ゴム組成物の供給側定量ポンプ１６の供給側ゴム圧力が一定に制御されるので、バレル１３内に上記のゴム組成物を充満させずに、大気圧下で送りながら混練することができ、そのためニーディングスクリュー１０のスクリュー羽根１２に切欠き部１２ａやセグメント１２ｂを形成し、またバレル１３内面に剪断ピン１３ａを突設して混練能率を高め、しかも混練に伴う熱の発生を抑制することができる。したがって、加硫性ゴム組成物が連続混練機から直ちにスクリュー式押出機２８に送られることとあいまち、スクリュー式押出機２８に供給される加硫性ゴム組成物の物性が安定する。そして、上記の加硫性ゴム組成物がスクリュー式押出機２８および定量ギヤーポンプ２９を経てダイヘッド３０から押出され、その際にスクリュー式押出機２８の吐出側圧力が一定に制御されるため、押出し成形品３３の外形精度が向上する。
【００２０】
上記の実施形態において、ゴム供給装置としてのスクリューフィーダー１５およびこれに続く定量ギヤーポンプ１６の配置は、定量ギヤーポンプ１６から吐出された非加硫性ゴム組成物がバレル１３のゴム供給口１３ａに円滑に供給される形態であれば、鉛直方向、水平方向または傾斜方向のいずれでもよい。また、スクリュー式押出機２８は、鉛直、水平または斜めのいずれに配置してもよく、さらに水平方向のスクリュー式押出機２８を連続混練機のバレル１３の吐出端下方に位置させ、バレル１３の吐出端から加硫性ゴム組成物を落下させてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
上記のとおり、請求項１に記載した発明は、非加硫性ゴム組成物に加硫剤および加硫促進剤を添加して行うファイナルゴム混練および押出しを連続して行うことができ、その際に混練に伴う発熱を抑え、短時間加硫配合ゴムであっても焼けを生じさせないで短時間で容易に混練することができ、かつ混練後の加硫性ゴム組成物を該組成物に経時変化が生じない間に押出すことができ、寸法精度の良好な押出し品が得られ、かつスクリュー式連続混練機における混練時のゴム組成物に加わる剪断作用が増大し、混練能率が向上し、混練の所要時間が更に短縮される。特に、請求項２に記載した発明によれば、押出し成形品の外形精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の縦断面図である。
【図２】ニーディングスクリューの横断面図である。
【符号の説明】
１０：連続混練機のニーディングスクリュー
１１：連続混練機のマンドレル      １２：スクリュー羽根
１２ａ：切欠き部                  １２ｂ：セグメント
１３：バレル                      １３ａ：ゴム供給口
１３ｂ：添加剤供給口              １３ｃ：剪断ピン
１４：スクリュー駆動装置          １５：スクリューフィーダー
１５Ａ、２８Ａ：駆動モーター      １６、２９：定量ギヤーポンプ
１７：ゴムシート                  １８：供給ローラ
１９：キャリヤー                  ２０：ゴム供給圧制御装置
２１、３２：圧力センサー          ２２：ホッパー
２３：押込みスクリュー            ２４：架橋剤タンク
２５、２７：定量供給装置          ２６：促進剤タンク
２８：スクリュー式押出機          ３０：ダイヘッド
３１：吐出圧力制御装置            ３３：押出し成形品
【図１】
0004063412.tif 000002
【図２】
0004063412.tif 000003