JP2004284359A - 押出しヘッド用の取外し可能な分流器 - Google Patents

Abstract

【課題】 押出し機ヘッドを通る材料の流れを均衡させる改良された方法を提供する。
【解決手段】 押出し機ヘッド１２は、重合材料の少なくとも１つのストリップを形成する際に用いられる。押出し機ヘッド１２は、流れ入口端部１６と流れ出口端部１８とを有するフローチャネル１４を含んでいる。分流器４０、４２が、押出し機ヘッド１２のフローチャネル１４内に取外し可能に固定されている。分流器４０、４２は、固定機構４６によってフローチャネル１４内の所定の位置にしっかりと保持されており、フローチャネル１４の流れ出口端部１８において重合材料流の所望の速度プロファイルを実現する必要に応じて、取り外し、形状・外形の変更が容易に行われることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的には、重合材料のストリップを形成する押出し機ヘッドに関し、特に、押出し機ヘッドを通る重合材料の流れを誘導する押出し機ヘッドに用いられる分流器に関する。

押出し機は、たとえばゴムタイヤトレッドなどの重合材料のストリップを成形金型から押し出す技術分野では公知である。代表的な押出し機は、加熱されるバレルと、可塑化される材料にせん断エネルギーを与えるスクリューとを含んでいる。材料が加熱されると、材料は一般に、材料を押出し機ヘッド内に運ぶスクリューチップの端部で、固体ペレットまたはストリップ形態から、可塑化された材料に変わる。押出し機ヘッドは一般に、可塑化された材料を押出し機ヘッドを通して適切な所定の断面形状に形成する成形金型に送る、１つまたは２以上の流路で構成されたフローチャネルを有している。

押出し機システムは、２つまたは３つ以上の異なる材料を押し出すことができる複雑な特性を有することが少なくない。一例では、各々の材料が特にその用途向けに構成された上部キャップ材料と下部ベース材料とを有する二重タイヤトレッドを製造することができる。さらにずっと複雑な用途では、キャップ材料とベース材料が、各々の側端に、これらと同時に押し出されてこれらの要素に結合されるサイドウォール材料を有する、三重押出し機が用いられることができる。これらの材料はすべて、各材料が１つまたは２つ以上の固体単体部材として排出されるように各材料を組み立てて結合するフローチャネルに各材料を送る押出し機ヘッドに搬送される。

ゴム材料の流れが成形金型の横方向長さにわたって概ね一定の速度プロファイルを有するためには、フローチャネルが、押出し機ヘッドを均等に流れる材料の流れを形成することが重要である。そうでない場合、金型の一方の側の材料は反対側の材料よりも流速が速くなるため、その一方の側から材料が排出されて、比較的広い面積に広がっていく。同じく金型を横切る方向の質量と速度との不均衡に関する第２の問題は、真直ぐなストリップが得られず、「バナナ」状に湾曲したストリップが作られてしまうという、金型から排出された後の押出し物の望ましくない湾曲である。この問題は、材料がフローチャネルを通って流れるときの材料の速度分布にも多少関係している。もし、押出し物が金型から平坦なシートとして排出される状況を見ることができるとすれば、押し出された材料の一方の側がより遅い速度で動く他方の側へたわんだり曲がりやすくなったり、あるいは、より速く動く方の側は金型からより速く離れようとし、遅い方の側は金型の近くに留まろうとするなど、金型の横方向縁部に沿った材料は、異なる速度で動いているであろう。この結果、成形後の要素は「バナナ」状に湾曲する。要素が形成される際のこの湾曲は、たとえ成形要素の寸法特性が正確に見えたとしても、材料の速度が金型の一方の側と他方の側で異なっていることを示している。この一様でない速度の変化によって、要素は自然と湾曲する。この効果は、たとえばタイヤトレッドを作製する際、結果として得られるタイヤの品質に何がしかの悪影響を及ぼす可能性がある。その理由は、トレッドが未加硫のタイヤに取り付けられる際の精度が低下する恐れがあり、成型後のタイヤに、コニシティと呼ばれる非対称性が生じる可能性があるからである。

押出し機ヘッド内のこのような流速の変化を補償するために、フローチャネルを通る質量流量を変化させる１つまたは２つ以上の分流器がフローチャネル内に設けられている。分流器は、押出し機ヘッドの一部を形成するフローチャネルに機械加工によって形成される。フローチャネルは、通常スチールなどの金属で作られ押出し機ヘッドにボルト止めされた独立の取外し可能な要素でもよい。あるいは、フローチャネルと分流器が、押出し機ヘッドに直接機械加工で形成されて、それによって独立したフローチャネル要素を無くしてもよい。各分流器は、概ね三角形であり、フローチャネルの流れ入口端部の方に向けられた先端頂点を有している。各分流器は、ゴム流が成形金型の横方向長さにわたって概ね一定の速度プロファイルを有するように、特定の外形または形状と、フローチャネル内での特定の向きとを有している。

このため、工具製造業者は、ゴム流が金型に近づいたときの速度プロファイルができるだけ一様になることを確保するため、分流器の形状または外形を変更しなければならないことが少なくない。実際には、この作業は、成形金型を通る所望の流れバランスを実現するために、押出し機ヘッドまたは独立したフローチャネル要素の全体が取り外され、分流器が所望の形状に機械加工または手動で研削されることのできる場所に移送されることを必要とする。押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルは、材料のストリップの押し出しに使用するために戻された後も、フローチャネルを通る材料の適切な流れ特性を形成するための追加微調整のため、再び取り外されなければならないことが少なくない。このように、押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルを調整のために動かすことは、面倒であり、時間がかかり、押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルが微調整のために使用できない間に経費のかかる作業中止時間が生じる可能性がある。

したがって、材料流が押出しプロセス中に成形金型の横方向長さにわたって概ね一定の速度プロファイルを有するように、押出し機ヘッドを通る材料の流れを均衡させる改良された方法が必要である。

本発明は、従来の押出しシステムおよび方法の、上記のおよびその他の欠点・短所を克服するものである。本発明はある実施形態に関連して説明されるが、本発明がこれらの実施形態に限らないことを理解されたい。本発明は、これらに限定されることなく、本発明の要旨および範囲内に含めることのできるすべての代替実施形態、修正実施形態、および等価な実施形態を含む。

本発明の原理により、たとえば１つまたは２つ以上のゴムタイヤトレッドなど、重合材料の１つまたは２つ以上のストリップを形成する押出し機ヘッドが提供される。押出し機ヘッドは、押出し機ヘッドにボルト止めされるか、または押出し機ヘッドを機械加工して形成され、重合材料を、押出し機ヘッドを通って、フローチャネルの流れ入口端部と流れ出口端部との間を搬送するフローチャネルを含んでいる。フローチャネルは、押出し機からの重合材料を流れ入口端部から受け入れ、重合材料を、作製すべき重合材料の形状を形成する金型を通して、流れ出口端部から排出する。金型は、重合材料を適切な所定の断面形状を有する１つまたは２つ以上のストリップに形成するように構成された、１つまたは２つ以上の開口部を有している。

一実施態様では、フローチャネルを第１の流路と第２の流路とに分離するフローダムがフローチャネルに設けられている。フローダムは、各流路を通って搬送される材料の質量が概ね等しくなるように、第１および第２の流路の各々を通って流れる材料の質量を効果的に均衡させる。

各々が一方の流路内にフローチャネルの流れ出口端部に近接して配置された一対の分流器が、フローチャネル内に設けられている。各分流器は、概ね三角形であり、フローチャネルの流れ入口端部の方に向けられた先端頂点を有している。各分流器は、重合材料が成形金型の横方向長さにわたって概ね一定の速度プロファイルを有するように、特定の外形または形状と、それぞれの流路内での特定の向きとを有している。

本発明の原理によれば、分流器は、成形金型において重合材料流の所望の速度プロファイルを得るために必要であろう、分流器の取り外しや形状・外形の変更を容易にすることができるように、押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定されている。一実施態様では、分流器を貫通して形成された孔を通って延びるねじ付き留め具が設けられている。留め具のねじ付き端部は、分流器が押出し機ヘッドのフローチャネル内の所定の位置にしっかりと保持され、かつ、単に留め具を取り外すことによって必要に応じて容易に取り外されることができるように、押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルに形成されたねじ付き孔と噛み合っている。このようにして、例えば４．５４ｋｇ程度（約１０ポンド）の重量である各分流器は、成形金型における所望の速度プロファイルが実現されるように、押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルから取り外され、機械加工または手動の研削によってその形状または外形を調整できる任意の場所に移送されることができる。

このように分流器を調整のために取り外して輸送できることは、大形の一体型の押出し機ヘッドまたは取外し可能なフローチャネルが、機械加工または手動の研削のために取り外され、移送されなければならなかった従来の調整プロセスを大幅に簡略化する。分流器を押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定することにより、調整の際には比較的軽量の分流器を取り外して移送するだけでよいので、フローチャネルの流れ特性を調整するための相当の時間と費用が節約される。

添付の図面は本発明の実施形態を示しており、以下に示される発明を実施するための最良の形態の説明とともに、本発明の原理について説明する働きをする。

各図、特に図１を参照すると、例えば１つまたは２つ以上のゴムタイヤトレッドなど、重合材料の１つまたは２つ以上のストリップを形成するデュアルキャビティ押出し機ヘッド１２を有する、本発明の一実施形態による押出しシステム１０が示されている。一実施形態では、押出し機ヘッド１２は、スチールなどの金属で作られており、以下に詳しく説明するように、可塑化された材料やエラストマー材料を含む重合材料を、押出し機ヘッド１２を通って、フローチャネル１４の流れ入口端部１６と流れ出口端部１８との間を搬送するように、押出し機ヘッド１２の中に機械加工されて形成されたフローチャネル１４を有している。図１に示されているように、フローチャネル１４の流れ入口端部１６は、直径「Ａｉ」によって定まる所定の断面を有し、流れ出口端部１８は、「Ａｏ」その他の寸法によって定まる所定の断面積を有している。図示されていないが、当業者には、フローチャネルが、通常スチールで作られ押出し機ヘッド１２にボルト止めされた独立した取外し可能な要素を代わりに有していてもよいことが理解されよう。「フローチャネル」の用語は、今使われたように、押出し機ヘッド１２に機械加工によって形成されたフローチャネル１４と、押出し機ヘッド１２にボルト止めされた独立した取外し可能な要素であるフローチャネルの両方を含むものとする。

さらに図１を参照すると、当技術分野で公知の押出し機（図示せず）が、フローチャネル１４の流れ入口端部１６の近くで押出し機ヘッド１２に接続されている。押出し機（図示せず）は、押出し機バレル２４内に収められスクリューの排出端部上にスクリューチップ２２を有する押出し機スクリュー２０を含んでいる。フローチャネル１４は、押出し機（図示せず）からの重合材料を流れ入口端部１６で受け入れ、作製すべき重合ストリップの形状を形成する金型２６を通して、重合材料を流れ出口端部１８で排出する。金型２６は、一般に排出金型または成形金型と呼ばれており、重合材料を適切な所定の断面形状を有する１つまたは２つ以上のストリップに形成するように構成された、１つまたは２つ以上の開口部２８（図２参照）を有している。

図１の実施形態に示されているように、フローチャネル１４を第１の通路３２と第２の通路３４とに分離するフローダム３０が、フローチャネル１４内に設置されている。フローダム３０は、流れ入口端部１６の方に向けられた先端頂点３６と、流れ出口端部１８の方に向けられた後端頂点３８とを有している。一実施形態では、フローダム３０の先端頂点３６は、第１および第２の流路３２、３４における材料の質量が概ね等しくなるように第１および第２の流路３２、３４の各々を通って流れる材料の質量を効果的に均衡させるため、フローチャネル１４の流れ入口端部１６に対して対称形に向けられている。他の実施形態において、第１および第２の流路３２、３４を通って流れる材料の質量が効果的に均衡するように、第１および第２の流路３２、３４を通って流れる重合材料の質量を再分散させる追加の分流構造（図示せず）が、フローダム３０の先端頂点３６に設けられていてもよい。必須ではないが、フローダム３０は、フローチャネル１４の全長「Ｗ」にわたって延び、それによって、第１の流路３２をフローチャネル１４の出口端部１８の所で第２の流路３４から完全に分離するようにしてもよい。この場合、成形金型２６は、各流路３２、３４で一つずつ形成される一対の成形された重合ストリップを同時に作製する一対の開口部２８を含んでいてもよい。

さらに図１および２を参照すると、フローチャネル１４の少なくとも一方または両方の表面が、流れ入口端部１６から流れ出口端部１８に向かって、内側に先細りしていることが分かる。流路３２、３４は、重合材料流がフローチャネル１４の流れ出口端部１８に接近し押出し機成形金型２６に入る前に断面部分を平らにするように、さらに横方向に細長くなっている。

図１〜４に示されているように、各々が流路３２、３４のいずれか一つの中にフローチャネル１４の流れ出口端部１８に近接して配置され、スチールなどの金属で作られた一対の分流器４０、４２が、フローチャネル１４内に設けられている。各分流器４０、４２は概ね三角形であり、フローチャネル１４の流れ入口端部１６の方に向けられた先端頂点４４を含んでいる。各分流器４０、４２は、重合材料がフローチャネル１４の流れ出口端部１８で金型２６に入る際に、金型２６の横方向長さにわたって概ね一定のまたは所望の速度プロファイルを有するように、特定の外形または形状と、各流路３２、３４内での特定の向きとを有している。各分流器４０、４２の頂点４４は、それぞれの各流路３２、３４内を流れる重合材料の速度プロファイルに対して垂直に当たるように設けられるべきと考えられる。材料が分流器４０、４２に角度の付いた流れで当たる場合、分流器４０、４２は、フローチャネル１４内の最高流速点で当たるように非対称に設けられるべきと考えられる。各流路３２、３４内の重合流の速度プロファイルが先端頂点４４の上流で対称形となるようにフローチャネル１４が構成されている場合は、この構成では、各流路３２、３４の中点またはその近傍で最高流速になると推定されるため、分流器４０、４２は、フローチャネル１４内の流れ出口端部１８の近くに対称形で設けることができると考えられる。一実施形態では、図２に示されているように、各分流器４０、４２は、それらが設置された領域では、流路３２、３４の全深さの約４０％以上を占める。分流器４０、４２の高さは、動作条件や所望の出口速度プロファイルに応じて変えることができる。

上述のように、分流器４０、４２は、重合材料流がフローチャネル１４の流れ出口端部１８で金型２６に入るときに、金型２６の横方向長さにわたって概ね一定の速度プロファイルを有するように、形状または外形が形成されている。本発明の原理によれば、そして図１〜４に示されているように、分流器４０、４２は、フローチャネル１４の流れ出口端部１８における重合材料流の所望の速度プロファイルを実現するのに必要であろう、分流器４０、４２の取り外し、形状・外形の変更を容易に行うことができるように、押出し機ヘッド１２のフローチャネル１４内に取外し可能に固定されている。

一実施形態では、図１〜４に示されているように、分流器４０、４２を貫通して形成された孔５０（図３参照）を通って延びる、ねじ付き留め具４８などの固定機構４６が設けられている。留め具４８のねじ付き端部５２（図３参照）は、分流器４０、４２が、図４に示されているようにフローチャネル１４内の所定の位置にしっかりと保持され、図３に示されているように単に留め具４８を取り外すことによって、必要に応じて容易に取り外されることができるように、押出し機ヘッド１２に形成されたねじ付き孔５４（図３参照）と噛み合っている。このようにして、例えば４．５４ｋｇ程度（約１０ポンド）の重量である各分流器４０、４２は、フローチャネル１４の流れ出口端部１８における所望の速度プロファイルが実現されるように、押出し機ヘッド１２から取り外され、機械加工または手動の研削によってその形状または外形を調整できる任意の場所に移送されることができる。このように分流器４０、４２を調整のために取り外して移送できることは、重量が約４５４ｋｇ（約１０００ポンド）以上になる場合もある大形の一体型の押出し機ヘッドが機械加工または手動の研削のために取り外され移送されなければならなかった従来の調整プロセスを大幅に簡略化する。分流器４０、４２を押出し機ヘッド１２のフローチャネル１４内に取外し可能に固定することにより、調整の際には比較的軽量の分流器４０、４２を取り外して移送するだけでよいので、フローチャネル１４の流れ特性を調整するための相当の時間と費用が節約される。

押出し機ヘッド１２のフローチャネル１４内に分流器４０、４２を取外し可能に固定する留め具４８が示されているが、分流器４０、４２を押出し機ヘッド１２にしっかりと結合する働きをし、しかも分流器４０、４２が調整の必要に応じて容易に取り外されることができる他の機械的固定システムも、また可能であると考えられる。本発明は、当業者には理解されるであろうが、この所望の機能を実現する任意の固定機構を意図している。そのためには、固定機構は、ボルトや、ねじや、他の取外し可能に固定可能な任意の固定装置など、所望の固定機能を実現する分離した部材を有していてもよいと考えられる。あるいは、固定機構は、一体的な固定機構が押出し機ヘッド１２のフローチャネル１４内に分流器４０、４２をしっかりとかつ容易に取り外せる態様で取外し可能に固定するように、分流器４０、４２、押出し機ヘッド１２、またはその両方の上に一体的に形成されていてもよいと考えられる。

図示されていないが、分流器４０、４２は、取外し可能なフローチャネル（図示せず）などの要素が押出し機ヘッド１２と組み合わせて使用される場合、取外し可能なフローチャネルに、同様に取外し可能に結合されるようにしてもよいことが容易に理解されよう。この実施形態では、取外し可能なフローチャネル（図示せず）は、分流器４０、４２を取外し可能なフローチャネル（図示せず）に取外し可能に固定するため、留め具４８のねじ付き端部５２（図３）を受け入れるねじ付き孔（図示せず）を含んでいる。

次に図５〜８を参照すると、シングルキャビティ押出し機ヘッド１１２を有する本発明の他の実施形態による押出しシステム１１０が示されており、同様な参照番号は、図１〜４の押出しシステム１０と同様な部品を表している。この実施形態では、シングルキャビティ押出し機ヘッド１１２は、重合材料を、押出し機ヘッド１１２を通って、フローチャネル１１４の流れ入口端部１１６と流れ出口端部１１８との間を搬送する、機械加工により形成されたフローチャネル１１４を有している。

図６に示されているように、フローチャネル１１４の少なくとも一方または両方の表面は、重合材料流がフローチャネル１１４の流れ出口端部１１８に接近し押出し機成形金型１２６に入る前に断面部分を平らにするように、フローチャネル１１４の流れ入口端部１１６から流れ出口端部１８に向かって、内側に先細りしている。

この実施形態では、単一の分流器１４０が、フローチャネル１１４内のフローチャネル１１４の流れ出口端部１１８の近くに、取外し可能に固定されている。分流器１４０は、概ね三角形であり、フローチャネル１１４の流れ入口端部１１６の方へ向けられた先端頂点１４４を有している。デュアルキャビティ押出し機ヘッド１２の分流器４０、４２と同様に、分流器１４０は、重合材料がフローチャネル１１４の流れ出口端部１１８で金型１２６に入る際に、金型１２６の横方向長さにわたって概ね一定または所望の速度の速度プロファイルを有するような形状または外形を有している。

本発明の原理によれば、分流器１４０は、フローチャネル１１４の流れ出口端部１１８における重合材料流の所望の速度プロファイルを実現するのに必要な、分流器１４０の取り外し、形状・外形の変更を容易に行うことができるように、押出し機ヘッド１１２のフローチャネル１１４内に取外し可能に固定されている。

図１〜４のデュアルキャビティ押出し機ヘッド１２と同様に、シングルキャビティ押出し機ヘッド１１２は、分流器１４０を貫通して形成された孔１５０（図７参照）を通って延び、押出し機ヘッド１１２に形成されたねじ付き孔１５４（図７参照）と噛み合う、ねじ付き留め具１４８（図７参照）などの固定機構１４６（図７参照）を含んでいる。このように、分流器１４０は、図８に示されているようにフローチャネル１１４内の所定の位置にしっかりと保持されており、図７に示されているように単に留め具１４８を取り外すことによって、調整の必要に応じて容易に取り外されることができる。もちろん、分流器１４０を押出し機ヘッド１１２に取外し可能に固定する働きをする、上記に詳しく説明したような他の固定機構も考えられる。

図示されていないが、取外し可能なフローチャネル（図示せず）などの要素が押出し機ヘッド１１２と組み合わせて使用されるとき、分流器１４０が、取外し可能なフローチャネルに、同様に取外し可能に結合されるようにしてもよいことは容易に理解されよう。

本発明の一実施形態による押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定された一対の分流器を有するデュアルキャビティ押出し機ヘッドの平面図である。 図１の線２−２に沿った断面図である。 押出し機ヘッドのフローチャネルから切り離され取り外された分流器の１つを示す、図１のデュアルキャビティ押出し機ヘッドの斜視図である。 複数の留め具によって押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定された一対の分流器を示す、図３と同様の図である。 本発明の他の実施形態による押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定された分流器を有するシングルキャビティ押出し機ヘッドの平面図である。 図５の線６−６に沿った断面図である。 押出し機ヘッドのフローチャネルから切り離され取り外された分流器を示す、図５のシングルキャビティ押出し機ヘッドの斜視図である。 複数の留め具によって押出し機ヘッドのフローチャネル内に取外し可能に固定された分流器を示す、図７と同様の図である。

符号の説明

１０ 押出しシステム
１２ 押出し機ヘッド
１４ フローチャネル
１６ 流れ入口端部
１８ 流れ出口端部
２０ 押出し機スクリュー
２２ スクリューチップ
２４ 押出し機バレル
２６ 金型
２８ 開口部
３０ フローダム
３２ 第１の流路
３４ 第２の流路
３６ 先端頂点
３８ 後端頂点
４０、４２ 分流器
４４ 先端頂点
４６ 固定機構
４８ ねじ付き留め具
５０ 孔
５２ ねじ付き端部
１１０ 押出しシステム
１１２ 押出し機ヘッド
１１４ フローチャネル
１１６ 流れ入口端部
１１８ 流れ出口端部
１２６ 押出し機成形金型
１４０ 分流器
１４６ 固定機構
１４８ ねじ付き留め具
１５０ 孔
１５４ ねじ付き孔

Claims (3)

1. 重合材料の少なくとも１つのストリップの形成に用いられ、
   押出し機ヘッドと、
   該押出し機ヘッドと組み合わされ、流れ入口端部と流れ出口端部とを有するフローチャネルとを有する押出し機ヘッドにおいて、
   前記フローチャネル内に設けられ、少なくとも１つの孔が貫通して延びている分流器と、
   前記分流器の前記孔を通って延びて、前記分流器を前記押出し機ヘッドの前記フローチャネル内に取外し可能に固定する少なくとも１つの留め具と
   を有することを特徴とする押出し機ヘッド。
2. 重合材料の少なくとも１つのストリップの形成に用いられる押出し機ヘッドを製造する方法であって、
   流れ入口端部と流れ出口端部とを有するフローチャネルを前記押出し機ヘッドに組み合わせることと、
   分流器を、前記押出し機ヘッドの前記フローチャネル内に取外し可能に固定することとを有する方法。
3. 前記の固定ステップは、
   前記分流器を貫通する少なくとも１つの孔を形成することと、
   前記分流器を前記押出し機ヘッドの前記フローチャネル内に取外し可能に固定するように、固定機構を、前記分流器の前記孔を通って延ばすこととを含む、
   請求項２に記載の方法。
   
   

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