JP2004009714A - 押出装置およびそれに用いられる被押出材状態調整部 - Google Patents
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Abstract
【課題】被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な押出装置、およびそれに用いられるブレーカプレートを提供する。
【解決手段】押出機１は、供給された被押出材をスクリュー２０によって押出すシリンダ１０と、シリンダ１０の先端に設けられ、シリンダ１０から押出された被押出材が通過するヘッド部３５と、ヘッド部３５の先端に設けられるブレーカプレート８０とを有し、ブレーカプレート８０は、ヘッド部３５を通過した被押出材が通過するストレーナ５０と、ストレーナ５０を通過した被押出材を冷却する冷却材が通過する冷却通路８１とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】押出機１は、供給された被押出材をスクリュー２０によって押出すシリンダ１０と、シリンダ１０の先端に設けられ、シリンダ１０から押出された被押出材が通過するヘッド部３５と、ヘッド部３５の先端に設けられるブレーカプレート８０とを有し、ブレーカプレート８０は、ヘッド部３５を通過した被押出材が通過するストレーナ５０と、ストレーナ５０を通過した被押出材を冷却する冷却材が通過する冷却通路８１とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴム製品の材料となるゴム材料を連続的に押出す押出装置に関する。より詳細には、本発明は、ゴム材料中の異物を除去し材料の流れを均一にするためのストレーナを係止するブレーカプレートを有する押出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被押出材を連続的に押出す押出装置としての押出機は、例えばゴム製品の製造工程において用いられる。
図８（ａ）は、ゴム製品の製造工程の一部の一例を示すフロー図である。
例えばラテックス等のゴム材料は、ニーダーやバンバリーと呼ばれる混練機によって、充填剤等の薬品と混練される（混練工程）。
【０００３】
混練工程において製造されたゴム材料のコンパウンドは、押出機によって、ストレーナと呼ばれるメッシュ状になった金網を通過するように押出される（ストレーナ工程）。
ストレーナ工程は、ストレーナによって、コンパウンド中に含まれる小石や木片などの異物を除去し、材料が押出される方向と直交する断面方向の密度や流速等の材料の流れの状態を均一にするために行なわれる。
ストレーナを通過したゴム材料は正確に計量され再びコンパウンドにされる。所定の重量毎のコンパウンドは、再びニーダーやバンバリーによって架橋剤や促進剤等の薬品と混練される（促入工程）。
【０００４】
架橋剤や促進剤を促入れされたゴム材料のコンパウンドは、ストレーナ工程で用いられた押出機ＰＩとは別の、ゴム材料を所定形状に成形可能な押出機ＰＩＩによって、所定形状に成形される（成形工程）。
所定のゴム製品の形状に成形されたゴム材料は、加熱機によって加熱され、架橋により弾性が出るようにされる（加硫工程）。
【０００５】
図８（ｂ）に、ストレーナ工程において用いられる押出機ＰＩの部分断面概略構成図を示す。
押出機ＰＩは、ホッパ１５からシリンダ１０内に供給されるゴム材料を、シリンダ１０内に挿入されているスクリュー２０を例えばモーター等の駆動手段を備える駆動部３０の駆動力によって回転させることにより、シリンダ１０の先端部まで搬送する。
【０００６】
シリンダ１０の先端には、押出圧力やゴム材料の吐出量を規定するための所定形状の内部空間を有するヘッド部３５が設置されている。
ヘッド部３５の前方、即ちゴム材料の押出方向側には、ブレーカプレート４０が設置されている。ブレーカプレート４０はブレーカプレート本体４０ａと押止プレート４０ｂを用いて構成され、これらの間にストレーナ５０を挟み込んで係止する。ゴム材料は、スクリュー２０の回転により、ブレーカプレート４０において挟んでいるストレーナの前後の部分に形成された通過孔ＯＰを通過して押出機ＰＩの外部に押出される。ブレーカプレート４０は、被押出材の温度や粘度、流速や押出される向き等の状態を調整する被押出材状態調整部としても機能する。
【０００７】
ストレーナを係止するブレーカプレートを有する押出機としては、特開平１０−１６６３５７号公報、特開平９−２３９８１１号公報に開示されているものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなストレーナ５０のメッシュの目は非常に細かく、またブレーカプレート４０に形成されている通過孔ＯＰの断面積もヘッド部３５の出口の断面積に較べて小さいため、ブレーカプレート４０の前後では圧力損失が生じる。ゴム材料等の被押出材はこの圧力損失に打ち勝つような力を与えられて押出されるため、摩擦やスクリュー２０によるせん断応力により、ブレーカプレート４０およびヘッド部３５において被押出材に熱が生じる。
【０００９】
被押出材の温度が高くなると粘度も低下し、吐出量が減少する。
また、ブレーカプレート４０およびヘッド部３５における熱履歴が大きいと、被押出材の一部が焼けて化学変化を起こすスコーチが生じることがある。
スコーチが発生すると、後工程の成形条件に悪影響を及ぼす可能性があり、成形不良を多発させる要因となる可能性もある。また、スコーチした部分が異物となって、ストレーナ５０の破れや、ブレーカプレート４０の詰まり、それによるさらなる発熱や吐出量の減少といった多くの不利益が生じる可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような課題を鑑み、それらを解決するためになされたものである。その目的は、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な押出装置を提供することである。
また、押出装置に用いられ、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な被押出材状態調整部を提供することも本発明の目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するための本発明に係る押出装置は、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部と、前記先端部の先端に設けられる被押出材状態調整部とを有し、前記被押出材状態調整部は、前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部とを有する押出装置である。
【００１２】
本発明に係る被押出材状態調整部は、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部とを有する押出装置の当該先端部の先端に設けられ、前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部とを有する被押出材状態調整部である。
【００１３】
本発明に係る押出装置においては、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダの先端に先端部が設けられる。被押出材状態調整部はこの先端部の先端に設置される。被押出材状態調整部は、その内側において、先端部から押出された被押出材を通過させるようにストレーナを係止する。また、被押出材状態調整部は、被押出材の温度や粘度、流速や押出される向き等の状態を調整する。ストレーナは、被押出材中の異物を濾しとって除去し、被押出材が押出される方向と直交する断面方向の密度や流速等の被押出材の流れを均一にする。
【００１４】
被押出材は、被押出材状態調整部のストレーナへの流入側に設けられている流入側通過孔を通過する際に、この流入側通過孔の被押出材の流入側から吐出側に向かって狭くなるように設けられているテーパにより、大きな圧力損失を生じさせることなく押出される。
被押出材状態調整部の被押出材の吐出側には、ストレーナから押出された被押出材が通過する吐出側通過孔が設けられる。被押出材は、この吐出側通過孔と直行する方向に被押出材状態調整部の内部に設けられた冷却材通路を通過する冷却材によって、ストレーナから押出された時点で冷却される。これにより、被押出材の熱履歴を抑制し、スコーチを防止する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
図１は、本発明に係る押出装置としての押出機の一実施形態を示す部分断面概略構成図である。
図１に示す押出機１は、シリンダ１０と、スクリュー２０と、駆動部３０と、ヘッド部３５と、ストレーナ５０と、ブレーカプレート８０とを有する。
シリンダ１０、スクリュー２０、駆動部３０、ヘッド部３５については、その構成および機能は図８（ｂ）に示す従来の押出機ＰＩの場合と同じであるので、詳細な説明は省略する。
なお、ヘッド部３５が本発明における先端部の一実施態様に相当し、ブレーカプレート８０が被押出材状態調整部の一実施態様に相当する。また、スクリュー２０と駆動部３０を用いて本発明における押出手段の一実施態様が構成される。
【００１６】
本実施形態におけるブレーカプレート８０は、ブレーカプレート本体８０ａと、押止プレート８０ｂとを有する。
図２は押止プレート８０ｂを示す図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）における正面図の断面Ｉ−Ｉ’から見た断面図を表わしている。
また、図３はブレーカプレート本体８０ａを示す図であり、図３（ａ）がその側面図を、図３（ｂ）が正面図をそれぞれ表わしている。
【００１７】
図２に示すように、押止プレート８０ｂは円板状であり、被押出材が通過する通過孔６０ｂが所定の個数形成されている。この通過孔６０ｂが、本発明における流入側通過孔の一実施態様に相当する。
本実施形態においては、通過孔６０ｂは、一例として、テーパ部６１と連続形成孔６２とから構成される。
テーパ部６１は、押止プレート８０ｂの被押出材の流入面ＩＳから、押止プレート８０ｂの所定の厚さまで形成されており、流入面ＩＳ側が広く、奥の被押出材の吐出側に行くほど狭くなっている。
連続形成孔６２は、このテーパ部６１から連続して、流入面ＩＳの反対側である押止面ＡＳ１まで形成されており、本実施形態においてはその断面は円形である。
【００１８】
図３に示すように、ブレーカプレート本体８０ａは、押止プレート８０ｂを係合できるような押止プレート８０ｂよりも大きい板状である。ブレーカプレート本体８０ａには、被押出材が通過する通過孔６０ａが、被押出材が流入してくる押止面ＡＳ２からその反対側の流出面ＯＳまで、ブレーカプレート本体８０ａを貫通するように形成されている。この通過孔６０ａが、本発明における吐出側通過孔の一実施態様に相当する。
本実施形態においては、押止プレート８０ｂの通過孔６０ｂと同じ数の、断面円形の通過孔６０ａが、通過孔６０ｂの連続形成孔６２と同軸上に配置可能なように形成される。
本実施形態においては、連続形成孔６２の内径と通過孔６０ａの内径は等しい。
【００１９】
また、ブレーカプレート本体８０ａ内には、通過孔６０ａ間に、断面円形の冷却通路８１が、図３（ｂ）の行方向において通過孔６０ａと直交するようにブレーカプレート本体８０ａを貫通して形成されている。
この冷却通路８１内を冷却材が流れることによって、通過孔６０ａを通過する被押出材を冷却することができる。冷却材としては、例えば水を利用することができる。
なお、図３（ｂ）においてブレーカプレート本体８０ａの上下両端部にブレーカプレート本体８０ａの厚さ方向に貫通して形成されている係止孔８２は、例えばボルトによってブレーカプレート８０をヘッド部３５に取り付けるためのものである。
【００２０】
ブレーカプレート本体８０ａの押止面ＡＳ２と、押止プレート８０ｂの押止面ＡＳ１との間にストレーナ５０を挟み込み、連続形成孔６２と通過孔６０ａが同軸になるように押止プレート８０ｂをブレーカプレート本体８０ａに係合させることによってブレーカプレート８０が組立てられ、ストレーナ５０が係止される。
図４はストレーナ５０を係止した状態のブレーカプレート８０を示した図であり、図４（ａ）は流出面ＯＳ側から見た正面図を表わし、図４（ｂ）は図４（ａ）における断面Ａ−Ａ’から見た断面図を表わし、図４（ｃ）は流入面ＩＳ側から見た背面図を表わしている。
【００２１】
ストレーナ５０は、例えば薄い金網により細かいメッシュ状に構成され、被押出材の断面方向の密度や流速等の流れの状態を均一にし、異物除去力を向上させ破れを防止するために、通常、メッシュの種類を変えて２，３枚重ねて使用される。
このようなストレーナを係止したブレーカプレート８０は、例えば係止孔８２を貫通するボルトによりヘッド部３５に締結されて、図１に示すように、ヘッド部３５を介してシリンダ１０の先端部に設置される。
被押出材は、ブレーカプレート８０の流入面ＩＳ側から流出面ＯＳ側に押出されることになる。
【００２２】
冷却材として例えば押出機１が設置される工場で用いられる水を用いる場合には、ブレーカプレート本体８０ａの冷却通路８１には、工場水用の配管９０から分岐された冷却水供給管９２が連結される。
ポンプ９４により、配管９０の上流側から採取された水ＣＷはブレーカプレート本体８０ａに入り、冷却通路８１を通過して再びブレーカプレート本体８０ａから出てくる。
これにより、被押出材は、ストレーナ５０から押出された直後の、吐出側、即ちブレーカプレート本体８０ａの通過孔６０ａにおいて冷却されることになる。
冷却に用いられた後の水ＨＷは、配管９０の下流側に戻される。これにより、十分な冷却能力を有する水ＣＷをブレーカプレート８０に供給することが可能である。
【００２３】
ブレーカプレート本体８０ａおよび押止プレート８０ｂの通過孔６０ａ，６０ｂの数や、その内径ｄ、ならびにテーパ部６１の角度ｒ等の数値については、実施の状況に応じて適宜定めればよいが、その一例については後ほど実施例において詳述する。
【００２４】
ここで、図５を参照して、押出機１の、ブレーカプレート８０を含めたヘッド部における圧力損失と熱履歴について述べる。
押出機１のようなスクリュー型の押出機においては、スクリュー２０によって、製品の材料である被押出材を押出すための圧力を確保する。
スクリューによる押出機からの材料の吐出量は下記式で与えられることが知られている。
【００２５】
【数１】
Ｑ２＝Ｑ１−ΔＰ／η×（β＋γ）
Ｑ１：開放吐出量，Ｑ２：実質吐出量
β：背圧流恒数，γ：漏洩流恒数
ΔＰ：圧力損失，η：材料粘度
【００２６】
上式から、材料粘度ηが高いほど実質吐出量Ｑ２は増えることが分かる。
一般的には、温度が低いほど材料粘度ηは高くなる。
従って、通常は吐出量を確保するため、シリンダ１０およびヘッド部３５を含め、ストレーナ５０までの押出機全体の温度ＴＥＸは、例えば冷却水の循環する冷却管を押出機１の外側に設けることなどにより、一例として約４０［℃］と、ある程度低い一定の温度になるように設定されている。
【００２７】
しかしながら、材料粘度が高いままだと押出されにくいので、ストレーナ５０やブレーカプレート８０において圧力損失ΔＰが大きくなり、吐出量Ｑ２は理論値よりも減少する。そしてその吐出量の減少分の材料は、シリンダ１０のスクリュー２０が収容されるスクリューフライト１０ａ内に充填され、充填部Ｂを形成することになる。この充填部Ｂは、圧力損失ΔＰとフライト部１０ａ内に充填された材料からの圧力ＰＥＸが等しくなるまで広がる。
【００２８】
材料を押出すためには上述のような充填部Ｂが必要となるが、この充填部Ｂにおける材料はスクリュー２０の進行率とかみ合わなくなるため絶えずせん断力を受け、攪拌されることになる。それ故に、充填部Ｂにおいて材料の発熱が生じると考えられている。
【００２９】
充填部Ｂにおける材料の発熱は、上述のように押出機全体の温度を低く保つことにより最小限に抑えることができ、充填部Ｂにおける材料のスコーチを防止することは可能である。しかし、これにより粘度の高いままの材料が押出されると、ストレーナ５０およびブレーカプレート８０の通過時においても熱が発生し、材料の熱履歴が大きくなる。
従来のように押出機のみの温調ではこの押出時における発熱を抑制することはできず、材料の粘度によっては、押出時にブレーカプレート８０においてスコーチが進行する可能性があった。
押出時に熱が生じると、結果的に材料の粘度が低下し、吐出量の減少にもつながる。
【００３０】
しかしながら、本実施形態においては、材料が流入し易いように、ブレーカプレート８０の被押出材の流入面ＩＳにテーパ部６１が設けてあるため、被押出材のストレーナ５０への流入時の圧力損失を低減することが可能である。
また、ブレーカプレート本体８０ａの通過孔６０ａにおいて、ストレーナ５０から押出された被押出材を冷却することができるため、被押出材の押出時の熱履歴を抑制可能である。その結果、材料粘度の低下を抑え吐出量を確保することができ、スコーチも防止することができる。
【００３１】
本実施形態においては、ストレーナを係止するブレーカプレートに冷却部を設けているため、被押出材の冷却に際して冷却手段を新たに設置する必要がなく、押出機の寸法の増大を抑制することができる。
また、ストレーナの直後に冷却部を設置しているため、流れが均一になっている被押出材に対して冷却を行なうことができ、均一かつ効果的に冷却することができる。
【００３２】
その他にも、これまでは押出機によるストレーナ工程の後で架橋剤や促進剤と混練する促入工程を行なっていたが、本実施形態によれば押出時の発熱を抑えることができるため、促入後の材料に対してストレーナを通すことが可能になり、ストレーナ工程の配置の自由度が上がる。また、促入後の異物除去が可能となるため、異物混入や成形不良等の品質不具合を低減することができる。製品製造工程全体の工程数低減も可能である。
押出時のスコーチの防止も、後工程の成形条件への悪影響や成形不良の要因の除去に効果的である。また、スコーチによるストレーナ破れやブレーカプレート詰まりに対する処置工程を低減可能であり、コスト低下にもつながる。ストレーナが破れにくくなると、ストレーナの材質選択の幅が広くなり、ブレーカプレート等の型寿命を延長させることも可能になる。
【００３３】
テーパ部により被押出材が流入し易くなると、小さい圧力で吐出量を増加させることができるため、従来発熱等の問題がなかった材料については、スクリュー回転数を上げて、テーパ部により余裕ができた押出圧力の分だけ吐出量を増加させることもできる。
このように、本実施形態によれば様々な派生効果も発生する。
【００３４】
実施例
以下では、本発明に係るブレーカプレート８０と押出機１を用いて、ブレーカプレート８０を冷却しながら押出作業を行なう場合の一実施例について述べる。まず、図２〜４に示すブレーカプレート本体８０ａおよび押止プレート８０ｂの設計例について述べる。
表１に、ブレーカプレート８０の連続形成孔６２および通過孔６０ａの内径ｄ、その配列数Ｎ１、個数Ｎ２、その開口部ののべ面積ＡＲ１、被押出材料とブレーカプレート（ＢＰ）本体８０ａとの接触面積ＡＲ２、冷却通路８１の内径ｄｒの各パラメータの２水準の値を示す。
なお、ブレーカプレートの外形Ｗ×Ｈ＝２５５［ｍｍ］×２７０［ｍｍ］、および被押出材流路径Ｌ＝φ１５０［ｍｍ］は２つのブレーカプレートで共通であり、テーパ部６１のテーパ角ｒは、どちらのブレーカプレートにおいてもテーパ部の場所により７４〜８０［°］の範囲で適宜選択される。
【００３５】
【表１】
ブレーカプレートのパラメータ
【００３６】
このように、本実施例においては、内径ｄの違いに起因して開口部面積ＡＲ１および材料−ＢＰ接触面積ＡＲ２が異なる場合にも、通過孔６０ａの厚さＴＣを一定にし、冷却通路８１の内径ｄｒと配列数Ｎを適宜規定することにより冷却水−ＢＰ接触面積ＡＲ３も一定にしてある。これにより、冷却水の流量と温度を計測することによって、容易に熱収支を比較することができる。
【００３７】
表１に示したブレーカプレートのうち、内径ｄ＝φ９［ｍｍ］、通過孔６０ａの個数Ｎ２＝７２［個］のブレーカプレート８０を用いて、被押出材を冷却しながら押出した押出実験の結果について述べる。
このときの各実験条件は以下の通りである。
・押出機１全体の温度：ＴＥＸ＝８０［℃］
・スクリュー２０の回転数：１５［ｍｉｎ−１］
・ストレーナ５０のメッシュ数：φ１５０［ｍｍ］あたり１２０
・冷却材：工場水を使用。流量ＱＷ＝２２．８［ｌ／ｍｉｎ］
・被押出材：ニトリルゴム（ＮＢＲ）。ムーニー粘度Ｍ＝８５．７［Ｍ］（１００［℃］時）。架橋剤は未添加。
【００３８】
また、測定対象は以下の通りである。
・スクリュー２０の出口圧力Ｐ［ＭＰａ］：押出機１の圧力センサにより自動計測。
・被押出材の吐出時温度ＴＯｉ［℃］（ｉ＝１〜４）：図４（ａ）に示す４つの通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４から吐出した被押出材に直接熱電対を差して計測。
・吐出量Ｑ２［ｋｇ／ｈ］：通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４から一定時間に吐出した被押出材の吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４を３回計測した合計値を基に算出。
【００３９】
以上の条件のもとで、ブレーカプレート８０に流入する水ＣＷの温度を９０［℃］と６０［℃］の２通りに調節した場合の結果を表２および図６に示す。
図６は、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４のそれぞれから押出される被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４を示すグラフである。
【００４０】
【表２】
実験結果
【００４１】
なお、表２における平均温度ＴＡＶ［℃］は、吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４［ｋｇ／ｈ］と吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４［℃］に対して、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４をそれぞれ含む同心のリング状部に含まれる通過孔６０ａの数を重み付けして算出したものである。図７を参照して、平均温度ＴＡＶの算出方法をさらに詳述する。
まず、図４（ａ）に示す通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４からの被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４と、流出面ＯＳの中心からの通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４のそれぞれの中心までの半径方向の距離との関係に基づいて、図７（ａ）に示すように、流出面ＯＳにおける半径方向の温度分布を近似的に求める。図７（ａ）に示すグラフにおいて、横軸は流出面ＯＳの中心からの半径方向の距離Ｒ［ｍｍ］であり、縦軸は、近似の結果の、被押出材の吐出時温度Ｔ［℃］である。本実施例において実際に求まった半径方向の温度分布が図６に示すグラフである。
【００４２】
求まった温度分布に対し、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４からの吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４と通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４をそれぞれ含む同心のリング状部に含まれる通過孔６０ａの数とから算出した吐出量を重み付けする。これにより、温度分布を、図７（ｂ）に示すように、半径方向に異なる高さを有する円柱状に展開する。
【００４３】
図７（ｂ）のように求まった半径方向に異なる高さを有する円柱を、それと等しい体積と直径を有し、図７（ｃ）に示すように一様な断面を有する円柱に変形する。図７（ｃ）における円柱の高さが、平均温度ＴＡＶとなる。
【００４４】
表２および図６から、水ＣＷの温度が９０［℃］の場合に、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４における被押出材の温度を、冷却しない場合に較べて約２５［℃］下げられたことが分かる。また、平均温度においても吐出時温度が約２５［℃］低下している。
このとき、吐出量Ｑ２は約３［ｋｇ／ｈ］（２．３［％］）しか低下していない。これは、被押出材の冷却多過に伴い被押出材のムーニー粘度Ｍが高くなって押出されにくくなることにより生じるブレーカプレート８０における被押出材の目詰まりが、ほとんど発生していないことを意味する。
【００４５】
水ＣＷの温度が６０［℃］の場合には、被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４、およびおよび平均温度ＴＡＶを、冷却しない場合に較べて約３０［℃］下げることができた。
この場合にも、被押出材の目詰まりによる吐出量Ｑ２の低下はほとんどなかった。
なお、スクリュー２０の出口圧力Ｐは、被押出材のムーニー粘度Ｍが冷却により高くなるため、被押出材を冷却しない場合に較べてどちらの場合にもやや高くなっている。
【００４６】
以上のように、本実施例によれば、被押出材を効果的に冷却できたことが分かる。
特に、水ＣＷの温度が６０［℃］の場合のように、被押出材の吐出時の平均温度ＴＡＶが１２０［℃］以下となる場合には、被押出材の種類によってはスコーチが進行せず、実際に架橋剤を添加しての押出作業が可能になる。
【００４７】
なお、これまで述べてきた実施形態、ならびに実施例は本発明を説明するための例であり、本発明は特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態においては、テーパ部６１から連続して連続形成孔６２が形成されているとしたが、連続形成孔６２を形成せず、テーパ部６１のみにしてもよい。また、テーパ部６１の深さも適宜変更可能である。
さらには、連続形成孔６２および通過孔６０ａ，６０ｂ、ならびに冷却通路８１の断面形状も円形に限らず、通過孔および冷却通路８１の配列状態についても適宜変更可能である。
冷却材についても、水に限らず、油や市販の冷却材でもよい。要は、ストレーナから被押出材が押出された時点で冷却されるようになっていればよい。
また、冷却効果を調節するために、ストレーナとブレーカプレートとの間に断熱材を設けてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な押出装置を提供することができる。
また、本発明によれば、押出装置に用いられ、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な被押出材状態調整部を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る押出装置の一実施形態を示す部分断面概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す実施形態において用いられる押止プレートを示す図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）における正面図の断面Ｉ−Ｉ’から見た断面図を表わしている。
【図３】図３は、図１に示す実施形態において用いられるブレーカプレート本体を示す図であり、図３（ａ）がその側面図を、図３（ｂ）が正面図をそれぞれ表わしている。
【図４】図４は、図１に示す実施形態において、ストレーナを係止した状態のブレーカプレートを示した図であり、図４（ａ）は流出面側から見た正面図を表わし、図４（ｂ）は図４（ａ）における断面Ａ−Ａ’から見た断面図を表わし、図４（ｃ）は流入面側から見た背面図を表わしている。
【図５】図５は、押出装置のヘッド部における圧力損失と熱履歴を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明に係る一実施例において得られる、ブレーカプレートの通過孔に対応した被押出材の吐出時の温度を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明に係る一実施例において用いる平均温度の算出方法を説明するための図であり、図７（ａ）は半径方向の温度分布を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の温度分布に吐出量を重み付けして円柱状に展開した様子を示し、図７（ｃ）は図７（ｂ）の円柱を平均化した様子を示している。
【図８】図８は、従来の押出装置を説明するための図であり、図８（ａ）はゴム製品の製造工程の一部の一例を示すフロー図、図８（ｂ）は図８（ａ）のストレーナ工程において用いられる押出機の部分断面概略構成図である。
【符号の説明】
１…押出機、１０…シリンダ、１５…ホッパ、２０…スクリュー、３０…駆動部、３５…ヘッド部、４０，８０…ブレーカプレート（被押出材状態調整部）、４０ａ，８０ａ…ブレーカプレート本体、４０ｂ，８０ｂ…押止プレート、５０…ストレーナ、６０ａ…吐出側通過孔、６０ｂ…流入側通過孔、６１…テーパ部、６２…連続形成孔、８１…冷却通路、ＩＳ…流入面、ＯＳ…流出面
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴム製品の材料となるゴム材料を連続的に押出す押出装置に関する。より詳細には、本発明は、ゴム材料中の異物を除去し材料の流れを均一にするためのストレーナを係止するブレーカプレートを有する押出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被押出材を連続的に押出す押出装置としての押出機は、例えばゴム製品の製造工程において用いられる。
図８（ａ）は、ゴム製品の製造工程の一部の一例を示すフロー図である。
例えばラテックス等のゴム材料は、ニーダーやバンバリーと呼ばれる混練機によって、充填剤等の薬品と混練される（混練工程）。
【０００３】
混練工程において製造されたゴム材料のコンパウンドは、押出機によって、ストレーナと呼ばれるメッシュ状になった金網を通過するように押出される（ストレーナ工程）。
ストレーナ工程は、ストレーナによって、コンパウンド中に含まれる小石や木片などの異物を除去し、材料が押出される方向と直交する断面方向の密度や流速等の材料の流れの状態を均一にするために行なわれる。
ストレーナを通過したゴム材料は正確に計量され再びコンパウンドにされる。所定の重量毎のコンパウンドは、再びニーダーやバンバリーによって架橋剤や促進剤等の薬品と混練される（促入工程）。
【０００４】
架橋剤や促進剤を促入れされたゴム材料のコンパウンドは、ストレーナ工程で用いられた押出機ＰＩとは別の、ゴム材料を所定形状に成形可能な押出機ＰＩＩによって、所定形状に成形される（成形工程）。
所定のゴム製品の形状に成形されたゴム材料は、加熱機によって加熱され、架橋により弾性が出るようにされる（加硫工程）。
【０００５】
図８（ｂ）に、ストレーナ工程において用いられる押出機ＰＩの部分断面概略構成図を示す。
押出機ＰＩは、ホッパ１５からシリンダ１０内に供給されるゴム材料を、シリンダ１０内に挿入されているスクリュー２０を例えばモーター等の駆動手段を備える駆動部３０の駆動力によって回転させることにより、シリンダ１０の先端部まで搬送する。
【０００６】
シリンダ１０の先端には、押出圧力やゴム材料の吐出量を規定するための所定形状の内部空間を有するヘッド部３５が設置されている。
ヘッド部３５の前方、即ちゴム材料の押出方向側には、ブレーカプレート４０が設置されている。ブレーカプレート４０はブレーカプレート本体４０ａと押止プレート４０ｂを用いて構成され、これらの間にストレーナ５０を挟み込んで係止する。ゴム材料は、スクリュー２０の回転により、ブレーカプレート４０において挟んでいるストレーナの前後の部分に形成された通過孔ＯＰを通過して押出機ＰＩの外部に押出される。ブレーカプレート４０は、被押出材の温度や粘度、流速や押出される向き等の状態を調整する被押出材状態調整部としても機能する。
【０００７】
ストレーナを係止するブレーカプレートを有する押出機としては、特開平１０−１６６３５７号公報、特開平９−２３９８１１号公報に開示されているものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなストレーナ５０のメッシュの目は非常に細かく、またブレーカプレート４０に形成されている通過孔ＯＰの断面積もヘッド部３５の出口の断面積に較べて小さいため、ブレーカプレート４０の前後では圧力損失が生じる。ゴム材料等の被押出材はこの圧力損失に打ち勝つような力を与えられて押出されるため、摩擦やスクリュー２０によるせん断応力により、ブレーカプレート４０およびヘッド部３５において被押出材に熱が生じる。
【０００９】
被押出材の温度が高くなると粘度も低下し、吐出量が減少する。
また、ブレーカプレート４０およびヘッド部３５における熱履歴が大きいと、被押出材の一部が焼けて化学変化を起こすスコーチが生じることがある。
スコーチが発生すると、後工程の成形条件に悪影響を及ぼす可能性があり、成形不良を多発させる要因となる可能性もある。また、スコーチした部分が異物となって、ストレーナ５０の破れや、ブレーカプレート４０の詰まり、それによるさらなる発熱や吐出量の減少といった多くの不利益が生じる可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような課題を鑑み、それらを解決するためになされたものである。その目的は、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な押出装置を提供することである。
また、押出装置に用いられ、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な被押出材状態調整部を提供することも本発明の目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するための本発明に係る押出装置は、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部と、前記先端部の先端に設けられる被押出材状態調整部とを有し、前記被押出材状態調整部は、前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部とを有する押出装置である。
【００１２】
本発明に係る被押出材状態調整部は、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部とを有する押出装置の当該先端部の先端に設けられ、前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部とを有する被押出材状態調整部である。
【００１３】
本発明に係る押出装置においては、供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダの先端に先端部が設けられる。被押出材状態調整部はこの先端部の先端に設置される。被押出材状態調整部は、その内側において、先端部から押出された被押出材を通過させるようにストレーナを係止する。また、被押出材状態調整部は、被押出材の温度や粘度、流速や押出される向き等の状態を調整する。ストレーナは、被押出材中の異物を濾しとって除去し、被押出材が押出される方向と直交する断面方向の密度や流速等の被押出材の流れを均一にする。
【００１４】
被押出材は、被押出材状態調整部のストレーナへの流入側に設けられている流入側通過孔を通過する際に、この流入側通過孔の被押出材の流入側から吐出側に向かって狭くなるように設けられているテーパにより、大きな圧力損失を生じさせることなく押出される。
被押出材状態調整部の被押出材の吐出側には、ストレーナから押出された被押出材が通過する吐出側通過孔が設けられる。被押出材は、この吐出側通過孔と直行する方向に被押出材状態調整部の内部に設けられた冷却材通路を通過する冷却材によって、ストレーナから押出された時点で冷却される。これにより、被押出材の熱履歴を抑制し、スコーチを防止する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。
図１は、本発明に係る押出装置としての押出機の一実施形態を示す部分断面概略構成図である。
図１に示す押出機１は、シリンダ１０と、スクリュー２０と、駆動部３０と、ヘッド部３５と、ストレーナ５０と、ブレーカプレート８０とを有する。
シリンダ１０、スクリュー２０、駆動部３０、ヘッド部３５については、その構成および機能は図８（ｂ）に示す従来の押出機ＰＩの場合と同じであるので、詳細な説明は省略する。
なお、ヘッド部３５が本発明における先端部の一実施態様に相当し、ブレーカプレート８０が被押出材状態調整部の一実施態様に相当する。また、スクリュー２０と駆動部３０を用いて本発明における押出手段の一実施態様が構成される。
【００１６】
本実施形態におけるブレーカプレート８０は、ブレーカプレート本体８０ａと、押止プレート８０ｂとを有する。
図２は押止プレート８０ｂを示す図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）における正面図の断面Ｉ−Ｉ’から見た断面図を表わしている。
また、図３はブレーカプレート本体８０ａを示す図であり、図３（ａ）がその側面図を、図３（ｂ）が正面図をそれぞれ表わしている。
【００１７】
図２に示すように、押止プレート８０ｂは円板状であり、被押出材が通過する通過孔６０ｂが所定の個数形成されている。この通過孔６０ｂが、本発明における流入側通過孔の一実施態様に相当する。
本実施形態においては、通過孔６０ｂは、一例として、テーパ部６１と連続形成孔６２とから構成される。
テーパ部６１は、押止プレート８０ｂの被押出材の流入面ＩＳから、押止プレート８０ｂの所定の厚さまで形成されており、流入面ＩＳ側が広く、奥の被押出材の吐出側に行くほど狭くなっている。
連続形成孔６２は、このテーパ部６１から連続して、流入面ＩＳの反対側である押止面ＡＳ１まで形成されており、本実施形態においてはその断面は円形である。
【００１８】
図３に示すように、ブレーカプレート本体８０ａは、押止プレート８０ｂを係合できるような押止プレート８０ｂよりも大きい板状である。ブレーカプレート本体８０ａには、被押出材が通過する通過孔６０ａが、被押出材が流入してくる押止面ＡＳ２からその反対側の流出面ＯＳまで、ブレーカプレート本体８０ａを貫通するように形成されている。この通過孔６０ａが、本発明における吐出側通過孔の一実施態様に相当する。
本実施形態においては、押止プレート８０ｂの通過孔６０ｂと同じ数の、断面円形の通過孔６０ａが、通過孔６０ｂの連続形成孔６２と同軸上に配置可能なように形成される。
本実施形態においては、連続形成孔６２の内径と通過孔６０ａの内径は等しい。
【００１９】
また、ブレーカプレート本体８０ａ内には、通過孔６０ａ間に、断面円形の冷却通路８１が、図３（ｂ）の行方向において通過孔６０ａと直交するようにブレーカプレート本体８０ａを貫通して形成されている。
この冷却通路８１内を冷却材が流れることによって、通過孔６０ａを通過する被押出材を冷却することができる。冷却材としては、例えば水を利用することができる。
なお、図３（ｂ）においてブレーカプレート本体８０ａの上下両端部にブレーカプレート本体８０ａの厚さ方向に貫通して形成されている係止孔８２は、例えばボルトによってブレーカプレート８０をヘッド部３５に取り付けるためのものである。
【００２０】
ブレーカプレート本体８０ａの押止面ＡＳ２と、押止プレート８０ｂの押止面ＡＳ１との間にストレーナ５０を挟み込み、連続形成孔６２と通過孔６０ａが同軸になるように押止プレート８０ｂをブレーカプレート本体８０ａに係合させることによってブレーカプレート８０が組立てられ、ストレーナ５０が係止される。
図４はストレーナ５０を係止した状態のブレーカプレート８０を示した図であり、図４（ａ）は流出面ＯＳ側から見た正面図を表わし、図４（ｂ）は図４（ａ）における断面Ａ−Ａ’から見た断面図を表わし、図４（ｃ）は流入面ＩＳ側から見た背面図を表わしている。
【００２１】
ストレーナ５０は、例えば薄い金網により細かいメッシュ状に構成され、被押出材の断面方向の密度や流速等の流れの状態を均一にし、異物除去力を向上させ破れを防止するために、通常、メッシュの種類を変えて２，３枚重ねて使用される。
このようなストレーナを係止したブレーカプレート８０は、例えば係止孔８２を貫通するボルトによりヘッド部３５に締結されて、図１に示すように、ヘッド部３５を介してシリンダ１０の先端部に設置される。
被押出材は、ブレーカプレート８０の流入面ＩＳ側から流出面ＯＳ側に押出されることになる。
【００２２】
冷却材として例えば押出機１が設置される工場で用いられる水を用いる場合には、ブレーカプレート本体８０ａの冷却通路８１には、工場水用の配管９０から分岐された冷却水供給管９２が連結される。
ポンプ９４により、配管９０の上流側から採取された水ＣＷはブレーカプレート本体８０ａに入り、冷却通路８１を通過して再びブレーカプレート本体８０ａから出てくる。
これにより、被押出材は、ストレーナ５０から押出された直後の、吐出側、即ちブレーカプレート本体８０ａの通過孔６０ａにおいて冷却されることになる。
冷却に用いられた後の水ＨＷは、配管９０の下流側に戻される。これにより、十分な冷却能力を有する水ＣＷをブレーカプレート８０に供給することが可能である。
【００２３】
ブレーカプレート本体８０ａおよび押止プレート８０ｂの通過孔６０ａ，６０ｂの数や、その内径ｄ、ならびにテーパ部６１の角度ｒ等の数値については、実施の状況に応じて適宜定めればよいが、その一例については後ほど実施例において詳述する。
【００２４】
ここで、図５を参照して、押出機１の、ブレーカプレート８０を含めたヘッド部における圧力損失と熱履歴について述べる。
押出機１のようなスクリュー型の押出機においては、スクリュー２０によって、製品の材料である被押出材を押出すための圧力を確保する。
スクリューによる押出機からの材料の吐出量は下記式で与えられることが知られている。
【００２５】
【数１】
Ｑ２＝Ｑ１−ΔＰ／η×（β＋γ）
Ｑ１：開放吐出量，Ｑ２：実質吐出量
β：背圧流恒数，γ：漏洩流恒数
ΔＰ：圧力損失，η：材料粘度
【００２６】
上式から、材料粘度ηが高いほど実質吐出量Ｑ２は増えることが分かる。
一般的には、温度が低いほど材料粘度ηは高くなる。
従って、通常は吐出量を確保するため、シリンダ１０およびヘッド部３５を含め、ストレーナ５０までの押出機全体の温度ＴＥＸは、例えば冷却水の循環する冷却管を押出機１の外側に設けることなどにより、一例として約４０［℃］と、ある程度低い一定の温度になるように設定されている。
【００２７】
しかしながら、材料粘度が高いままだと押出されにくいので、ストレーナ５０やブレーカプレート８０において圧力損失ΔＰが大きくなり、吐出量Ｑ２は理論値よりも減少する。そしてその吐出量の減少分の材料は、シリンダ１０のスクリュー２０が収容されるスクリューフライト１０ａ内に充填され、充填部Ｂを形成することになる。この充填部Ｂは、圧力損失ΔＰとフライト部１０ａ内に充填された材料からの圧力ＰＥＸが等しくなるまで広がる。
【００２８】
材料を押出すためには上述のような充填部Ｂが必要となるが、この充填部Ｂにおける材料はスクリュー２０の進行率とかみ合わなくなるため絶えずせん断力を受け、攪拌されることになる。それ故に、充填部Ｂにおいて材料の発熱が生じると考えられている。
【００２９】
充填部Ｂにおける材料の発熱は、上述のように押出機全体の温度を低く保つことにより最小限に抑えることができ、充填部Ｂにおける材料のスコーチを防止することは可能である。しかし、これにより粘度の高いままの材料が押出されると、ストレーナ５０およびブレーカプレート８０の通過時においても熱が発生し、材料の熱履歴が大きくなる。
従来のように押出機のみの温調ではこの押出時における発熱を抑制することはできず、材料の粘度によっては、押出時にブレーカプレート８０においてスコーチが進行する可能性があった。
押出時に熱が生じると、結果的に材料の粘度が低下し、吐出量の減少にもつながる。
【００３０】
しかしながら、本実施形態においては、材料が流入し易いように、ブレーカプレート８０の被押出材の流入面ＩＳにテーパ部６１が設けてあるため、被押出材のストレーナ５０への流入時の圧力損失を低減することが可能である。
また、ブレーカプレート本体８０ａの通過孔６０ａにおいて、ストレーナ５０から押出された被押出材を冷却することができるため、被押出材の押出時の熱履歴を抑制可能である。その結果、材料粘度の低下を抑え吐出量を確保することができ、スコーチも防止することができる。
【００３１】
本実施形態においては、ストレーナを係止するブレーカプレートに冷却部を設けているため、被押出材の冷却に際して冷却手段を新たに設置する必要がなく、押出機の寸法の増大を抑制することができる。
また、ストレーナの直後に冷却部を設置しているため、流れが均一になっている被押出材に対して冷却を行なうことができ、均一かつ効果的に冷却することができる。
【００３２】
その他にも、これまでは押出機によるストレーナ工程の後で架橋剤や促進剤と混練する促入工程を行なっていたが、本実施形態によれば押出時の発熱を抑えることができるため、促入後の材料に対してストレーナを通すことが可能になり、ストレーナ工程の配置の自由度が上がる。また、促入後の異物除去が可能となるため、異物混入や成形不良等の品質不具合を低減することができる。製品製造工程全体の工程数低減も可能である。
押出時のスコーチの防止も、後工程の成形条件への悪影響や成形不良の要因の除去に効果的である。また、スコーチによるストレーナ破れやブレーカプレート詰まりに対する処置工程を低減可能であり、コスト低下にもつながる。ストレーナが破れにくくなると、ストレーナの材質選択の幅が広くなり、ブレーカプレート等の型寿命を延長させることも可能になる。
【００３３】
テーパ部により被押出材が流入し易くなると、小さい圧力で吐出量を増加させることができるため、従来発熱等の問題がなかった材料については、スクリュー回転数を上げて、テーパ部により余裕ができた押出圧力の分だけ吐出量を増加させることもできる。
このように、本実施形態によれば様々な派生効果も発生する。
【００３４】
実施例
以下では、本発明に係るブレーカプレート８０と押出機１を用いて、ブレーカプレート８０を冷却しながら押出作業を行なう場合の一実施例について述べる。まず、図２〜４に示すブレーカプレート本体８０ａおよび押止プレート８０ｂの設計例について述べる。
表１に、ブレーカプレート８０の連続形成孔６２および通過孔６０ａの内径ｄ、その配列数Ｎ１、個数Ｎ２、その開口部ののべ面積ＡＲ１、被押出材料とブレーカプレート（ＢＰ）本体８０ａとの接触面積ＡＲ２、冷却通路８１の内径ｄｒの各パラメータの２水準の値を示す。
なお、ブレーカプレートの外形Ｗ×Ｈ＝２５５［ｍｍ］×２７０［ｍｍ］、および被押出材流路径Ｌ＝φ１５０［ｍｍ］は２つのブレーカプレートで共通であり、テーパ部６１のテーパ角ｒは、どちらのブレーカプレートにおいてもテーパ部の場所により７４〜８０［°］の範囲で適宜選択される。
【００３５】
【表１】
ブレーカプレートのパラメータ
このように、本実施例においては、内径ｄの違いに起因して開口部面積ＡＲ１および材料−ＢＰ接触面積ＡＲ２が異なる場合にも、通過孔６０ａの厚さＴＣを一定にし、冷却通路８１の内径ｄｒと配列数Ｎを適宜規定することにより冷却水−ＢＰ接触面積ＡＲ３も一定にしてある。これにより、冷却水の流量と温度を計測することによって、容易に熱収支を比較することができる。
【００３７】
表１に示したブレーカプレートのうち、内径ｄ＝φ９［ｍｍ］、通過孔６０ａの個数Ｎ２＝７２［個］のブレーカプレート８０を用いて、被押出材を冷却しながら押出した押出実験の結果について述べる。
このときの各実験条件は以下の通りである。
・押出機１全体の温度：ＴＥＸ＝８０［℃］
・スクリュー２０の回転数：１５［ｍｉｎ−１］
・ストレーナ５０のメッシュ数：φ１５０［ｍｍ］あたり１２０
・冷却材：工場水を使用。流量ＱＷ＝２２．８［ｌ／ｍｉｎ］
・被押出材：ニトリルゴム（ＮＢＲ）。ムーニー粘度Ｍ＝８５．７［Ｍ］（１００［℃］時）。架橋剤は未添加。
【００３８】
また、測定対象は以下の通りである。
・スクリュー２０の出口圧力Ｐ［ＭＰａ］：押出機１の圧力センサにより自動計測。
・被押出材の吐出時温度ＴＯｉ［℃］（ｉ＝１〜４）：図４（ａ）に示す４つの通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４から吐出した被押出材に直接熱電対を差して計測。
・吐出量Ｑ２［ｋｇ／ｈ］：通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４から一定時間に吐出した被押出材の吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４を３回計測した合計値を基に算出。
【００３９】
以上の条件のもとで、ブレーカプレート８０に流入する水ＣＷの温度を９０［℃］と６０［℃］の２通りに調節した場合の結果を表２および図６に示す。
図６は、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４のそれぞれから押出される被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４を示すグラフである。
【００４０】
【表２】
実験結果
なお、表２における平均温度ＴＡＶ［℃］は、吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４［ｋｇ／ｈ］と吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４［℃］に対して、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４をそれぞれ含む同心のリング状部に含まれる通過孔６０ａの数を重み付けして算出したものである。図７を参照して、平均温度ＴＡＶの算出方法をさらに詳述する。
まず、図４（ａ）に示す通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４からの被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４と、流出面ＯＳの中心からの通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４のそれぞれの中心までの半径方向の距離との関係に基づいて、図７（ａ）に示すように、流出面ＯＳにおける半径方向の温度分布を近似的に求める。図７（ａ）に示すグラフにおいて、横軸は流出面ＯＳの中心からの半径方向の距離Ｒ［ｍｍ］であり、縦軸は、近似の結果の、被押出材の吐出時温度Ｔ［℃］である。本実施例において実際に求まった半径方向の温度分布が図６に示すグラフである。
【００４２】
求まった温度分布に対し、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４からの吐出量ＱＴＬ１〜ＱＴＬ４と通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４をそれぞれ含む同心のリング状部に含まれる通過孔６０ａの数とから算出した吐出量を重み付けする。これにより、温度分布を、図７（ｂ）に示すように、半径方向に異なる高さを有する円柱状に展開する。
【００４３】
図７（ｂ）のように求まった半径方向に異なる高さを有する円柱を、それと等しい体積と直径を有し、図７（ｃ）に示すように一様な断面を有する円柱に変形する。図７（ｃ）における円柱の高さが、平均温度ＴＡＶとなる。
【００４４】
表２および図６から、水ＣＷの温度が９０［℃］の場合に、通過孔ＴＬ１〜ＴＬ４における被押出材の温度を、冷却しない場合に較べて約２５［℃］下げられたことが分かる。また、平均温度においても吐出時温度が約２５［℃］低下している。
このとき、吐出量Ｑ２は約３［ｋｇ／ｈ］（２．３［％］）しか低下していない。これは、被押出材の冷却多過に伴い被押出材のムーニー粘度Ｍが高くなって押出されにくくなることにより生じるブレーカプレート８０における被押出材の目詰まりが、ほとんど発生していないことを意味する。
【００４５】
水ＣＷの温度が６０［℃］の場合には、被押出材の吐出時温度ＴＯ１〜ＴＯ４、およびおよび平均温度ＴＡＶを、冷却しない場合に較べて約３０［℃］下げることができた。
この場合にも、被押出材の目詰まりによる吐出量Ｑ２の低下はほとんどなかった。
なお、スクリュー２０の出口圧力Ｐは、被押出材のムーニー粘度Ｍが冷却により高くなるため、被押出材を冷却しない場合に較べてどちらの場合にもやや高くなっている。
【００４６】
以上のように、本実施例によれば、被押出材を効果的に冷却できたことが分かる。
特に、水ＣＷの温度が６０［℃］の場合のように、被押出材の吐出時の平均温度ＴＡＶが１２０［℃］以下となる場合には、被押出材の種類によってはスコーチが進行せず、実際に架橋剤を添加しての押出作業が可能になる。
【００４７】
なお、これまで述べてきた実施形態、ならびに実施例は本発明を説明するための例であり、本発明は特許請求の範囲内で適宜変更が可能である。
例えば、上述の実施形態においては、テーパ部６１から連続して連続形成孔６２が形成されているとしたが、連続形成孔６２を形成せず、テーパ部６１のみにしてもよい。また、テーパ部６１の深さも適宜変更可能である。
さらには、連続形成孔６２および通過孔６０ａ，６０ｂ、ならびに冷却通路８１の断面形状も円形に限らず、通過孔および冷却通路８１の配列状態についても適宜変更可能である。
冷却材についても、水に限らず、油や市販の冷却材でもよい。要は、ストレーナから被押出材が押出された時点で冷却されるようになっていればよい。
また、冷却効果を調節するために、ストレーナとブレーカプレートとの間に断熱材を設けてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な押出装置を提供することができる。
また、本発明によれば、押出装置に用いられ、被押出材の流出の際の圧力損失を低減し、被押出材の熱履歴を抑制可能な被押出材状態調整部を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る押出装置の一実施形態を示す部分断面概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す実施形態において用いられる押止プレートを示す図であり、図２（ａ）は、図２（ｂ）における正面図の断面Ｉ−Ｉ’から見た断面図を表わしている。
【図３】図３は、図１に示す実施形態において用いられるブレーカプレート本体を示す図であり、図３（ａ）がその側面図を、図３（ｂ）が正面図をそれぞれ表わしている。
【図４】図４は、図１に示す実施形態において、ストレーナを係止した状態のブレーカプレートを示した図であり、図４（ａ）は流出面側から見た正面図を表わし、図４（ｂ）は図４（ａ）における断面Ａ−Ａ’から見た断面図を表わし、図４（ｃ）は流入面側から見た背面図を表わしている。
【図５】図５は、押出装置のヘッド部における圧力損失と熱履歴を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明に係る一実施例において得られる、ブレーカプレートの通過孔に対応した被押出材の吐出時の温度を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明に係る一実施例において用いる平均温度の算出方法を説明するための図であり、図７（ａ）は半径方向の温度分布を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の温度分布に吐出量を重み付けして円柱状に展開した様子を示し、図７（ｃ）は図７（ｂ）の円柱を平均化した様子を示している。
【図８】図８は、従来の押出装置を説明するための図であり、図８（ａ）はゴム製品の製造工程の一部の一例を示すフロー図、図８（ｂ）は図８（ａ）のストレーナ工程において用いられる押出機の部分断面概略構成図である。
【符号の説明】
１…押出機、１０…シリンダ、１５…ホッパ、２０…スクリュー、３０…駆動部、３５…ヘッド部、４０，８０…ブレーカプレート（被押出材状態調整部）、４０ａ，８０ａ…ブレーカプレート本体、４０ｂ，８０ｂ…押止プレート、５０…ストレーナ、６０ａ…吐出側通過孔、６０ｂ…流入側通過孔、６１…テーパ部、６２…連続形成孔、８１…冷却通路、ＩＳ…流入面、ＯＳ…流出面
Claims (6)
- 供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部と、
前記先端部の先端に設けられる被押出材状態調整部と
を有し、
前記被押出材状態調整部は、
前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、
前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部と
を有する
押出装置。 - 前記被押出材状態調整部において、前記ストレーナの後方の被押出材の流入側には、前記ストレーナへ流入する被押出材が通過する複数の流入側通過孔が設けられ、
前記流入側通過孔には、被押出材の流入側から吐出側に向かって狭くなっているテーパが設けられている
請求項１に記載の押出装置。 - 前記被押出材状態調整部において、前記ストレーナの前方の被押出材の吐出側には、前記ストレーナから押出された被押出材が通過する複数の吐出側通過孔が設けられ、
前記冷却部は、前記吐出側通過孔の間に当該吐出側通過孔と直行する方向に設けられ、冷却材が通過する複数の冷却材通路を有する
請求項１または２に記載の押出装置。 - 供給された被押出材を押出手段によって押出すシリンダと、
前記シリンダの先端に設けられ、当該シリンダから押出された被押出材が通過する先端部と
を有する押出装置の前記先端部の先端に設けられ、
前記先端部を通過した被押出材が通過するストレーナと、
前記ストレーナを通過した被押出材を冷却する冷却部と
を有する
被押出材状態調整部。 - 前記ストレーナの後方の被押出材の流入側には、前記ストレーナへ流入する被押出材が通過する複数の流入側通過孔が設けられ、
前記流入側通過孔には、被押出材の流入側から吐出側に向かって狭くなっているテーパが設けられている
請求項４に記載の被押出材状態調整部。 - 前記ストレーナの前方の被押出材の吐出側には、前記ストレーナから押出された被押出材が通過する複数の吐出側通過孔が設けられ、
前記冷却部は、前記吐出側通過孔の間に当該吐出側通過孔と直行する方向に設けられ、冷却材が通過する複数の冷却材通路を有する
請求項４または５に記載の被押出材状態調整部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170546A JP2004009714A (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 押出装置およびそれに用いられる被押出材状態調整部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170546A JP2004009714A (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 押出装置およびそれに用いられる被押出材状態調整部 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004009714A true JP2004009714A (ja) | 2004-01-15 |
Family
ID=30436770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004009714A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101206897B1 (ko) * | 2009-08-12 | 2012-11-30 | 이강진 | 폐에어클리너의 폐필터지를 이용한 펠릿 제조장치 |
| JP2015145113A (ja) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | Nok株式会社 | 押出機用ストレーナ |
-
2002
- 2002-06-11 JP JP2002170546A patent/JP2004009714A/ja active Pending
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| JP2015145113A (ja) * | 2014-02-04 | 2015-08-13 | Nok株式会社 | 押出機用ストレーナ |
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