JP2004130522A - ゴム材料の混練連続押出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペレット状のゴム材料と粉体状の配合剤とを混練して混合物を連続的に押出す際、ゴム材料の発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を改善したゴム材料の混練連続押出し装置を提供する。
【解決手段】ペレット状のゴム材料を供給するゴム供給手段３と粉体状の配合剤を供給する配合剤供給手段４ａ，４ｂとをシリンダー１２の後部側に設けた材料同一供給部１４に接続する。シリンダ１２にスクリュー軸１３を回転可能に内設したスクリュー式押出機１のスクリュー部１１を、材料同一供給部１４から供給されたゴム・配合剤を前方に送るフィード部１５と、このフィード部１５から送られたゴム・配合剤のゴムに配合剤を擦り込む合体部１６と、この合体部１６から送られたゴム・配合剤を混練する混練部１７とで構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴム材料の混練連続押出し装置に係わり、更に詳しくはペレット状のゴム材料と粉体状の配合剤とを混練して混合物を連続的に押出す際、ゴム材料の発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を改善したゴム材料の混練連続押出し装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤなどのゴム製品の製造工程において、タイヤのキャップトレッドやサイドトレッド等のゴム押出し成形品は、混練機を用いて原料ゴムに補強剤、充填剤、可塑剤などの添加剤を配合して混練する、所謂、ノンプロゴム混練を行ってシート状のゴム組成物を形成し、冷却後にこのシート状のゴム組成物を再び混練機に投入し、このゴム組成物に、加硫剤や加硫促進剤を添加して混練する、所謂、ファイナルゴム混練を行い、このファイナルゴム混練により得られたシート状のゴム組成物を押出機に供給して、所定形状に形成する方法が行われている。
【０００３】
然しながら、このような従来の方法は、ノンプロゴム混練工程、ファイナルゴム混練工程及び押出し工程をそれぞれ別工程で行っており、またファイナルゴム混練では、一度に大容量のゴム組成物に加硫剤や加硫促進剤を添加して混練を行っていたため、発熱量が大きくなり、かつ加硫剤やその他の薬品の均一分散が困難であり、また短時間または低温で加硫が始まる配合のゴム組成物の場合には、混練時に所謂、焼けが生じて混練が困難になることがあった。
【０００４】
更に、ゴム組成物の押出し工程は、上記のようにファイナルゴム混練とは分離した別工程において行われているため、ゴム組成物に経時変化が生じ、押出し物の物性が不安定になると言う問題があった。
【０００５】
そこで、従来ではかかる問題の対策として、ゴム組成物に加硫剤及び加硫促進剤を添加して混練するファイナルゴム混練及び押出しを連続して行うゴムの連続混練押出し装置の発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４３０３２号公報（第３〜４頁、図１）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上記のようなファイナルゴム混練及び押出しを連続して行うゴムの連続混練押出し装置では、ゴム組成物に対する加硫剤、加硫促進剤の配合比率が非常に小さいため、上述した装置で加硫剤等をゴム組成物中に均一に分散させるためには、より多くの混練が必要であり、その結果、混練時間が長くなるためゴムが発熱し、それにより低温で加硫が始まるようなゴムでは焼けが生じるという問題があった。それを回避するために混練時間を短くすると、加硫剤等を均一に分散させることが困難になり、分散不良を招く。
【０００８】
この発明はかかる従来の問題点に着目し、ペレット状のゴム材料と粉体状の配合剤との混合物の、各成分の局在化を防止すると共に、混合物の配合比率の時系列均一性を維持しながら、混合物の配合比率の均一性を向上し、混合物の発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を向上させることが出来るゴム材料の混練連続押出し装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するため、スクリュー式押出機のシリンダーに接続する材料同一供給部に、ペレット状のゴム材料を供給するゴム供給手段と粉体状の配合剤を供給する配合剤供給手段とを接続し、前記シリンダーにスクリュー軸を回転可能に内設し、このスクリュー軸のスクリュー部を、前記材料同一供給部から供給されたゴム・配合剤を前方に送るフィード部と、該フィード部から送られたゴム・配合剤のゴムに配合剤を擦り込む合体部と、該合体部から送られたゴム・配合剤の混合物を混練する混練部とで構成したことを要旨とするものである。
【００１０】
前記フィード部は、スクリュー軸の外周面に所定の間隔で螺旋状に連続的に配置した第１スクリュー羽根を有し、前記混練部は、前記スクリュー軸の外周面に所定の間隔で螺旋状に間欠的に配置した第２スクリュー羽根を備え、該第２スクリュー羽根の間欠部に前記シリンダの内周面から突設したピンにより前記第２スクリュー羽根間を前方に送られるゴム・配合剤を混練可能にし、前記合体部は、前記第１，第２スクリュー羽根間のスクリュー軸の外周面に突設された堰止め部を有し、該堰止め部と前記シリンダの内周面との間に形成された間隙を介して前記ゴム・配合剤から成る混合物を前記混練部に押し出すようにして送り出すものである。
【００１１】
また前記堰止め部は、堰止め部とシリンダの内周面との間に形成され、かつ前記間隙に連接する空間部の容積が、前記混練部側に向けて減少するように構成し、更に前記空間部の容積を次第に減少させる。
【００１２】
更に、前記ゴム供給手段が前記ゴムのペレットを定量供給可能に構成され、前記配合剤供給手段が前記配合剤の粉体を定量供給可能である。
【００１３】
上述した構成によれば、材料同一供給部において、ゴム供給手段から供給されたペレット状のゴム材料に配合剤供給手段から供給された粉体状の配合剤をまぶして、均一的に付着させ、それを更に合体部でゴムに配合剤を擦り込んだ後に混練部で混練することができるので、ペレット状のゴム材料と粉体状の配合剤との混合物の、各成分の局在化を防止すると共に、混合物の配合比率の時系列均一性を維持しながら、混合物の配合比率の均一性を向上し、混合物の発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を改善することが出来るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１及び図２は、この発明の混練連続押出し装置の一実施形態を示し、１は供給されたゴム・配合剤を混練して押し出すスクリュー式押出機、３はペレット状の定量のゴム材料をスクリュー式押出機１に供給するゴム供給手段、４ａ，４ｂは粉体状の配合剤（この実施形態では、定量の補強剤、充填剤、可塑剤等の他、加硫剤や加硫促進剤を言う）をスクリュー式押出機１に供給する各々の配合剤供給手段である。
【００１６】
前記スクリュー式押出機１は、ベースＢの上方に横設支持されたシリンダー１２内に図３に示すようなスクリュー部１１を備えたスクリュー軸１３が回転可能に内装されている。
【００１７】
シリンダー１２の後部側には、ゴム・配合剤の混合物をスクリュー式押出機１に供給するための材料同一供給部１４が設けられている。この材料同一供給部１４では、例えば、１００：１の割合で、ゴム供給手段３から供給されたペレット状のゴム材料に配合剤供給手段４ａ，４ｂから供給された上記粉体状の配合剤を振りかけて均一に配合できるように所謂、まぶした状態にする。
【００１８】
スクリュー軸１３の後部には、駆動モータ等の駆動部１０が連結され、この駆動部１０の作動によりスクリュー１３が所定の回転速度で回転駆動するようになっている。
【００１９】
スクリュー部１１は、図３に示すように、材料同一供給部１４から供給されたゴム・配合剤を前方に送るフィード部１５と、このフィード部１５から送られてきたゴム材料に配合剤を擦り込む合体部１６と、この合体部１６から送られてきたゴム・配合剤を混練する混練部１７とから構成されている。
【００２０】
フィード部１５は、材料同一供給部１４の下方に位置し、図１及び図２に示すように、スクリュー軸１３の外周面に所定の間隔で螺旋状に連続的に配置した複数（図では８乗）の第１スクリュー羽根１９を有している。
【００２１】
この第１スクリュー羽根１９は、スクリュー軸長手方向に対する螺旋傾斜角度が、混練部１７の後述する第２スクリュー羽根２０のそれよりも小さくなっており、スクリュー軸１３の回転により材料同一供給部１４から供給された混合物を滞留なく速やかに合体部１６に送り込めるようにしている。
【００２２】
フィード部１５に続く合体部１６は、第１，第２スクリュー羽根１９，２０間のスクリュー軸１３の外周面に突設された堰止め部２１を有している。堰止め部２１は、図４に示すように、スクリュー軸１３の外周面に周方向に沿って所定の間隔で配置した、スクリュー軸長手方向に延びる第１突起壁２２を４箇所に備えている。隣接する第１突起壁２２の先端と後端との間には第２突起壁２３が設けられている。
【００２３】
図５に示すように、第１突起壁２２は、シリンダ１２の内周面１２ａとの間に所定の狭い間隙Ｘを有するように突設され、この間隙Ｘを介してゴム・配合剤の混合組成物を混練部１７側に押し出すようにして送り出す。第２突起壁２３は、内周面１２ａまで延在し、ゴム・配合剤の通過を阻止するようになっている。
【００２４】
第１スクリュー羽根１９側に開口する第１，第２突起壁２２，２３間の空間部Ｙは、図６に示すように、外周面部分２４が混練部１７に向かって除々に競り上がるように形成して容積が次第に減少するように形成されており、空間部Ｙは前記間隙Ｘが連接している。
【００２５】
従って、混練されたゴム・配合剤の混合組成物は、混練されながら空間部Ｙ及び傾斜する外周面部分２４を混練部１７に向かって進み、狭い間隙Ｘを乗り越えて混練部１７側に押し出されるようになっている。
【００２６】
前記合体部１６に続く混練部１７は、スクリュー軸１３の外周面に所定の間隔で螺旋状に間欠的に配置した複数（図では２乗）の第２スクリュー羽根２０を備えている。この第２スクリュー羽根２０の間欠部２０ａは、各第２スクリュー羽根２０の複数箇所に形成され、対応する間欠部２０ａが周方向に沿って直線状となる位置に配置されている。シリンダ１２の内周面１２ａには、間欠部２０ａに対応する位置にピン１８が複数突設され、これらのピン１８により、第２スクリュー羽根２０間を前方に向けて送られるゴム・配合剤を混練可能にしてある。
【００２７】
ベースＢ上に立設された架台５，６Ａ，６Ｂ上に上記ゴム供給手段３と配合剤供給手段４ａ，４ｂが設けられている。ゴム供給手段３は、後部の駆動部１０の上方に配設された架台５上に設置され、ペレット状のゴム材料を収容するホッパー３１を有している。このホッパー３１は、スクリュー式押出機１の材料同一供給部１４に配管３２を介して接続され、混練に使用される所定量のペレット状のゴム材料がホッパー３１から材料同一供給部１４に定量供給されるようになっている。
【００２８】
配合剤供給手段４ａ，４ｂは、ゴム供給手段３の前側に配設された左右の架台６Ａ，６Ｂ上にそれぞれ設置され、配合剤の粉体を収容するホッパー４１を備えている。両ホッパー４１も配管４２を介して材料同一供給部１４に接続してあり、混練に要する所定量の配合剤の粉体をホッパー４１から材料同一供給部１４に定量供給できるようにしてある。図中、３３，４３はホッパー３１，４１の蓋である。
【００２９】
上述したこの発明の混練連続押出し装置では、ゴム供給手段３からペレット状のゴム材料が材料同一供給部１４に定量供給されると同時に、配合剤供給手段４ａ，４ｂから予め配合比率を一定に設定した粉体状の配合剤が順次材料同一供給部１４に定量供給される。その際に、定量供給されたペレット状のゴム材料に対して粉体状の配合剤がまぶされ、ゴム表面に均一的に付着する。
【００３０】
次いで、材料同一供給部１４からフィード部１５に粉体をまぶしたペレット状の混合物が供給され、このゴム材料と配合剤とから成る混合組成物は、スクリュー１３の回転により、第１スクリュー羽根１９間を移動して合体部１６に送られる。
【００３１】
合体部１６では、混合物が空間部Ｙを通って間隙Ｘから混練部１７側に押し出されるようにして送り出されるが、その際に、次第に押し潰されるペレット状のゴム材料に配合剤の粉体が擦り込まれ、間隙Ｘを介して混練部１７側に送り出される時にはゴムと配合剤とが合体した状態となる。
【００３２】
ゴムに配合剤が擦り込まれたゴム・配合剤の混合物は、次いで、混練部１７で第２スクリュー羽根２０間を送られながらピン１８により混練される。混練が終了すると、ゴム・配合剤の混合物が、スクリュー部１１の先端から押し出され、シリンダー１２の先端に、例えば、所定形状の押出しダイスを装着しておけば、所望形態の押出し成形物を押出すことも可能である。
【００３３】
上述したこの発明の実施形態によれば、ゴム供給手段３からペレット状のゴム材料と、配合剤供給手段４ａ，４ｂから粉体状の配合剤とを材料同一供給部１４に供給するようにしたので、ペレット状のゴム材料に粉体状の配合剤をまぶすことができ、それによりゴム材料のの表面に配合剤を均一的に付着させることができる。
【００３４】
そのようなゴム・配合剤を、更に合体部１６でゴムに配合剤を擦り込んだ後、混練部１７で混練するようにしたので、配合剤を従来よりも短時間で均一的に分散させることができる。従って、ゴムの発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を向上させることが可能になる。
【００３５】
また、空間部Ｙと間隙Ｘとを接続して送り出すので、合体部１６でペレット状のゴム材料に粉体状の配合剤をより効果的に擦り込むことができるので、配合剤をより短い時間で均一的に分散させることができる。
【００３６】
この発明において、上述したフィード部１５における第１スクリュー羽根１９は、等ピッチで２〜８条設けることができる。
【００３７】
合体部１６の第１突起壁２２は、等ピッチで２個以上〜１６箇所未満に設けるのがよい。図３，４に示す第１突起壁２２は、スクリュー軸長手方向に略沿って形成してあるが、スクリュー軸長手方向に対して傾斜させた構成であってよい。
【００３８】
混練部１７は、効率良く混練するため、上述したようにピン１８により混練するタイプのものを好ましく用いることができるが、それに限定されない。
【００３９】
なお、この発明で言うペレット状のゴム材料とは、スクリューの溝間を自由に動ける大きさ、例えば、溝幅の１／４程度が好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
この発明は、上記のようにスクリュー式押出機のシリンダーに接続する材料同一供給部に、ペレット状のゴム材料を供給するゴム供給手段と粉体状の配合剤を供給する配合剤供給手段とを接続し、前記シリンダーにスクリュー軸を回転可能に内設し、このスクリュー軸のスクリュー部を、前記材料同一供給部から供給されたゴム・配合剤を前方に送るフィード部と、該フィード部から送られたゴム・配合剤のゴムに配合剤を擦り込む合体部と、該合体部から送られたゴム・配合剤の混合物を混練する混練部とで構成したので、ペレット状のゴム材料と粉体状の配合剤との混合物の、各成分の局在化を防止すると共に、混合物の配合比率の時系列均一性を維持しながら、混合物の配合比率の均一性を向上し、混合物の発熱を抑制しながら配合剤の分散均一性を向上させることが出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のゴム材料の混練連続押出し装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】この発明の混練連続押出し装置におけるスクリュー軸の一例を示す正面図である。
【図４】図３のスクリュー軸の要部展開図である。
【図５】スクリュー軸と直交する方向に切断した合体部における図４のＡ−Ａ矢視部の要部拡大断面図である。
【図６】スクリュー軸長手方向に沿って切断した合体部の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１　スクリュー式押出機　　　　　　３　ゴム供給手段
４ａ，４ｂ　配合剤供給手段
１１　スクリュー部　　　　　　　　１２　シリンダ
１２ａ　内周面　　　　　　　　　　１３　スクリュー軸
１４　材料同一供給部　　　　　　　１５　フィード部
１６　合体部　　　　　　　　　　　１７　混練部
１９　第１スクリュー羽根　　　　　２０　第２スクリュー羽根
２０ａ　間欠部　　　　　　　　　　２１　関止め部
２２　第１突起壁　　　　　　　　　２３　第２突起壁
Ｘ　間隙　　　　　　　　　　　　　Ｙ　空間部
３１，４１　ホッパー

Claims (5)

1. スクリュー式押出機のシリンダーに接続する材料同一供給部に、ペレット状のゴム材料を供給するゴム供給手段と粉体状の配合剤を供給する配合剤供給手段とを接続し、前記シリンダーにスクリュー軸を回転可能に内設し、このスクリュー軸のスクリュー部を、前記材料同一供給部から供給されたゴム・配合剤を前方に送るフィード部と、該フィード部から送られたゴム・配合剤のゴムに配合剤を擦り込む合体部と、該合体部から送られたゴム・配合剤の混合物を混練する混練部とで構成して成る特徴とするゴム材料の混練連続押出し装置。
2. 前記フィード部は、スクリュー軸の外周面に所定の間隔で螺旋状に連続的に配置した第１スクリュー羽根を有し、前記混練部は、前記スクリュー軸の外周面に所定の間隔で螺旋状に間欠的に配置した第２スクリュー羽根を備え、該第２スクリュー羽根の間欠部に前記シリンダの内周面から突設したピンにより前記第２スクリュー羽根間を前方に送られるゴム・配合剤を混練可能に構成し、前記合体部は、前記第１，第２スクリュー羽根間のスクリュー軸の外周面に突設された堰止め部を有し、該堰止め部と前記シリンダの内周面との間に形成された間隙を介して前記ゴム・配合剤から成る混合物を前記混練部に押し出すようにして送り出す請求項１に記載のゴム材料の混練連続押出し装置。
3. 前記堰止め部は、前記間隙に連接する空間部の容積が前記混練部側に向けて減少するように構成した請求項２に記載のゴム材料の混練連続押出し装置。
4. 前記空間部の容積を次第に減少させる請求項３に記載のゴム材料の混練連続押出し装置。
5. 前記ゴム供給手段が前記ゴムのペレットを定量供給可能に構成され、前記配合剤供給手段が前記配合剤の粉体を定量供給可能である請求項１，２，３または４に記載のゴム材料の混練連続押出し装置。

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