JP2005161808A - 押出し成形機及び押出し成形方法及びゴムローラ - Google Patents

Abstract

【課題】ベント式押出し成形機において、押出し初期から揮発分の除去されたゴム組成物を得ることができるようにする。
【解決手段】ゴム組成物が投入されるシリンダー１と、シリンダー内に配置されゴム組成物を押出す機能を有すると共に、ゴム組成物を薄く引き伸ばし、脱気しやすい状態にするダム部３を備えるスクリュー２と、スクリューにより押出されたゴム組成物を吐出する吐出口７を開閉する開閉装置１１０と、シリンダーの内部を減圧する減圧装置８とを具備し、シリンダーに投入されたゴム組成物が、スクリューのダム部に到達する前に、開閉装置により吐出口を閉鎖すると共に、減圧装置によりシリンダーの内部を減圧する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ゴムの押出し成形技術に関するものである。

ゴム製品は、ポリマーと各種材料を混練りすることで未加硫ゴム組成物を製造し、その未加硫ゴム組成物を成形に合わせた形状に予備成形し、加熱加硫することによって製造される。上記の予備成形は、金型による成形の場合、短冊型や丸型等、製造する製品形状や仕込む金型などによって決められ、最終的には金型によって形状を形成される。一方、自動車用窓枠やホース等のように常圧で加硫するものでは、予備成形の形状がそのまま製品形状となる場合が多い。

上記のように、予備成形の形状がそのまま製品形状となる場合、予備成形時の形状や表面肌がそのまま製品に反映されるため、予備成形の状態が非常に重要となってくる。また、金型によるプレス成形のように加圧しない場合が多く、その場合は、ゴム組成物中に含まれる水分等の揮発分が発泡して形状を変えてしまうという不具合がある。また、１００μｍ程度の比較的小さなボイドであっても、ローラ等で研削することで形状を形成するゴム製品においては、加硫時のボイドは研削表面へ現れることになり、不良となってしまうという不具合がある。そうした不具合を解決するため、押出し成形機にはベント式押出し成形機を用い、押出し中に揮発分を取り除くことが行われている。
特開２００２−１４４４０５号公報

ベント式押出し成形機は、図４に示すように、押出し成形機のシリンダー１の途中に設けられた脱気口５から真空ポンプ８により内部を減圧して揮発分を取り除く機能を持った押出し成形機である。投入口４から投入されたゴム組成物は、スクリュー２の溝を通り、前方へ進んでいき、シリンダー先端にあるブレーカプレート６により一旦圧縮されたあと、吐出口７より押し出される。

ベント式押出し成形機ではスクリュー２の中にゴム組成物が充満されることは無く、スクリュー２の溝ピッチや溝深さによってゴム組成物の送りが調整され、シリンダー内に空間が設けられる構造となっており、その空間を減圧することによって揮発分を取り除いている。

また、スクリュー２にはゴム組成物を薄く引き伸ばし、より脱気しやすい状態にするダム部３が設けられている。脱気するために減圧される場所はダム部３からブレーカプレート６で圧縮されているゴム組成物までの間である。

実際にシリンダー内の空間を減圧するには、ゴム組成物によってその空間が閉鎖されていなければならないため、ある程度ゴム組成物を押出した後、真空ポンプ８を起動させる必要があった。通常は、ブレーカプレート６までゴムが達すると投入側と吐出側の空間が閉鎖されるため、そこで真空ポンプ８を起動させる。ブレーカプレート６までゴム組成物が達しているかどうかは、シリンダー先端に設けられた圧力検出器９で圧力を検知することによって判断する。

従って、真空ポンプ８を起動させる前の吐出口７から吐出される初期のゴムは脱気されていないため、揮発分を含んだものになり、そのまま加硫を行った場合、発泡などの不具合を引き起こしてしまう。よって、押出し初期のゴム組成物は、材料ロス分として廃棄しており、廃棄物の増加や歩留りの低下につながるという問題があった。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベント式押出し成形機において、押出し初期から揮発分の除去されたゴム組成物を得ることができるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる押出し成形機は、ゴム組成物が投入されるシリンダーと、該シリンダー内に配置され前記ゴム組成物を押出す機能を有すると共に、ゴム組成物を薄く引き伸ばし、脱気しやすい状態にするダム部を備えるスクリューと、該スクリューにより押出されたゴム組成物を吐出する吐出口を開閉する開閉手段と、前記シリンダーの内部を減圧する減圧手段とを具備し、前記シリンダーに投入されたゴム組成物が、前記スクリューの前記ダム部に到達する前に、前記開閉手段により前記吐出口を閉鎖すると共に、前記減圧手段により前記シリンダーの内部を減圧することを特徴とする。

また、この発明に係わる押出し成形機において、前記開閉手段は、板状の部材により前記吐出口を閉じることを特徴とする。

また、この発明に係わる押出し成形機において、前記シリンダーの内部の圧力を検出する圧力センサーをさらに具備し、前記開閉手段は前記圧力センサーの検出値が予め決められた値に達したときに前記吐出口を開放することを特徴とする。

また、この発明に係わるゴムローラは、上記の押出し成形機により成形された後、研削により形状を形成されたことを特徴とする。

また、本発明に係わる押出し成形方法は、ゴム組成物が投入されるシリンダーと、該シリンダー内に配置され前記ゴム組成物を押出す機能を有すると共に、ゴム組成物を薄く引き伸ばし、脱気しやすい状態にするダム部を備えるスクリューと、該スクリューにより押出されたゴム組成物を吐出する吐出口を開閉する開閉手段と、前記シリンダーの内部を減圧する減圧手段とを具備する押出し成形機を用いた押出し成形方法であって、前記シリンダーに投入されたゴム組成物が、前記スクリューの前記ダム部に到達する前に、前記開閉手段により前記吐出口を閉鎖すると共に、前記減圧手段により前記シリンダーの内部を減圧することを特徴とする。

また、本発明に係わるゴムローラは、上記の押出し成形方法により成形された後、研削により形状を形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、ベント式押出し成形機において、押出し初期から揮発分の除去されたゴム組成物を得ることが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる押出し成形機の構成を示す側断面図である。

図１において、押出し成形機１００は、ベント式の押出し成形機であり、押出し成形機の本体を構成するシリンダ１と、シリンダ１内に配置されゴム材料を押出すためのスクリュー２と、シリンダ１内にゴム材料（ゴム組成物）を投入するための投入口４と、シリンダ１の途中に設けられた脱気口５と、脱気口５を介してシリンダ１内を減圧するための真空ポンプ８と、スクリュー２により前方に送られたゴム材料を圧縮するためのブレーカプレート６と、シリンダー１の先端部に設けられシリンダー１内の圧力を検出する圧力センサー９と、シリンダー１の先端に取り付けられたヘッド部１５と、ヘッド部１５の先端に位置し、スクリュー２により前方に送られたゴム材料を吐出するための吐出口７とを備えている。また、スクリュー２の途中には、ゴム材料を薄く引き伸ばして、より脱気しやすい状態にするためのダム部３が設けられている。

ここまでの構成は、図４に示した従来の押出し成形機と同様であり、各部の機能も図４に示したものと同様である。

本実施形態の押出し成形機は、上記の構成の他に、本実施形態の特徴的な構成である吐出口７を開閉するための開閉機構１１０を備えている。この開閉機構１１０は、図１を左側から見た図である図２にも示すように、吐出口７を開閉するための開閉板１１と、開閉板１１を図２における上下方向に移動させるためのリンク機構１３と、リンク機構１３を駆動するための駆動部１４とを備えている。シリンダー１の先端位置には、既に述べたようにシリンダー１内の圧力を検出するための圧力センサー９が配置されており、また押出し成形機のヘッド部１５には、このヘッド部１５内の圧力を検出する圧力センサー１０が配置されている。これらの圧力センサー９，１０の出力は、開閉機構１１０の動作を制御する制御装置１２に接続されており、制御装置１２は、圧力センサー９，１０の検出結果に基づいて駆動部１４に指令を出し、開閉板１１の開閉動作を制御する。なお、ここでは、２つの圧力センサー９，１０を配置するようにしているが、どちらか一方の圧力センサーだけでもよい。

なお、本実施形態に使用される押出し成形機は、ベント式押出し成形機であれば、スクリュー形状やヘッドの形状は問わず、いかなる物でも使用できる。また、ゴム組成物を脱気する方法がベント式押出し成形機と同様であれば、ギヤポンプ式のような押出し成形機であっても差し支えない。

また、本実施形態では、従来では押出し開始時から開口していたヘッド部１５の吐出口７を予め密閉しておくことにより、押出し開始時から真空ポンプ８を動作させ、押出し成形機内を減圧状態にすることで、従来では減圧出来ないがために脱気されなかった押出し初期の材料も脱気するようにしている。

また、上記の説明ではヘッド部１５の吐出口７を開閉するようにしているが、ヘッドの吐出口、クロスヘッドにおける芯金供給口等の所謂開口部を開閉するようにしてもよい。ヘッドの開口部を予め閉鎖、密閉しておくことで、ゴム組成物がスクリューのダム部を通過する前までに、シリンダー１の中を減圧することが可能となる。

また、開口部の開閉は、開口部が密閉（シール）されるならどのような方法を用いても差し支えない。図１のように平板状のものでシールする方法やプラグ状のものを押し込む方法等がある。その中でも平板状のものは、シャッターのように開閉できるため、開閉操作を自動化しやすく、より好ましい。また、必要に応じてＯリングや高真空用のシリコンオイルを併用すると、より確実にシールを行える。図１に示した開閉板１１は、平板状のシールであり、リンク機構１３によりシール及びその解除を行うものである。

また、開口部７のシールは、手動、自動どちらで行っても差し支えない。自動の場合は、圧力センサー９，１０又はそのどちらか一方により圧力を検知し、圧力値が予め決められた値になったときに制御装置１２によりリンク機構１３を作動させる。これにより、作業員は自ら開口部の開閉を行うことが無くなり、ゴム組成物を投入した直後に真空ポンプを起動させるだけで押出し準備を終えることが出来る。

また、圧力センサーの位置は、圧力センサー１０のようにヘッド１５側に配置されていても、圧力センサー９のようにシリンダー１側に配置されていても差し支えないが、クロスヘッド等のように構造の複雑なヘッドの場合は、ゴム組成物がヘッド内で空気を抱きこむことを防ぐことが出来るという点から、ヘッド１５側に圧力センサーを取付けたほうがより好ましい。

減圧にはヘッド側だけでなく投入口側のシールも必要であるが、投入口側のシールは投入材料で行う。従って、減圧のタイミングは、ゴム組成物がスクリュー２のダム部３を通過する前であれば、ゴム組成物の投入前でも投入後でも差し支えない。ダム部通過後に減圧した場合、脱気の効果が低減する。また、シリンダー１の先端部のブレーカプレート６付近にゴム組成物が圧縮されはじめてから減圧した場合は本実施形態の効果は得られ無い。

ゴム組成物がブレーカプレート６付近に圧縮され始めてからは、押出すゴム組成物によって吐出口側もシールされるため、ヘッド部のシール部分（開閉板１１）は取り外す（開く）ことが出来る。但し、ゴム組成物が吐出されるまでシールを続けても差し支えない。

本実施形態の押出し成形方法、押出し成形機によって製造される製品は特に限定されるものではない。その中でも、研磨によって表面の形状や粗さを調整している製品は、研磨によってボイドが凹部となって表面に現れるため、ボイドによる影響を受けやすく、本実施形態をより好ましく使用できる。具体的には、帯電ローラ、転写ローラ等のＯＡ用ローラが挙げられる。

＜実施例＞
以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。

混練りしたゴム組成物を、各条件で内径５．０ｍｍ、外径１２ｍｍのチューブ状に押出し、吐出口からゴムが押出された直後（押出し初期）、押出されて始めてから１０分後、１５分後、２０分後のゴムをそれぞれ採取し、電気炉を用いて常圧下、１８０℃で３０分間加硫を行った。得られた加硫チューブを２５０ｍｍに切断した後直径６．０ｍｍの芯金を挿入し、外径１１ｍｍのローラになるよう研磨機で研磨を行い、その研磨表面を拡大観察し、製品として不具合の発生する可能性のある２０μｍ以上のボイドを以下のように評価した。

[ボイドの評価]
ボイドの評価は得られたローラ１０本について行い、次のように評価した。
Ａ：全てのローラの表面においてボイドが確認できない。
Ｂ：１００μｍを超える大きさのボイドが無く、且つ１００μm以下のボイドの存在するローラが１本から４本であり、且つ１本につき１０個未満である。
Ｃ：１００μｍを超える大きさのボイドが無く、且つ１００μm以下のボイドの存在するローラが５本から９本であり、且つ１本につき１０個未満である。
Ｄ：１００μｍを超える大きさのボイドが無く、１００μm以下のボイドが全てのローラに存在する。
Ｅ：１００μm以上のボイドが存在するか、あるいは１００μｍ以下であっても各ローラに１０個以上存在する。

ボイドの数や大きさは、製品性能や目的によって違うが、押出し最初からレベルが安定していることが望ましい。

[ゴム組成物の作成]
以下の資材を用い、各材料をバンバリーミキサーで混練りした。加硫系薬品については、オープンロールを用いて混練りした。

（配合１）
ＥＰＤＭ（ＥＰＴ４０２１ 三井化学株式会社製） １００質量部
ステアリン酸（ステアリン酸Ｓ 花王株式会社製） １質量部
酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製） ５質量部
ＦＥＦカーボンブラック（旭＃５１ 旭カーボン株式会社製） ４０質量部
パラフィンオイル（ＰＷ−９０ 出光興産株式会社製） １０質量部
加硫促進剤１（ノクセラーＤＭ 大内新興化学株式会社製） １質量部
加硫促進剤２（ノクセラーＴＳ 大内新興化学株式会社製） ２質量部
加硫剤（サルファックス２００Ｓ 鶴見化学株式会社製） １質量部
（配合２）
ＮＢＲ（ニポールＤＮ−４０１Ｌ 日本ゼオン株式会社製） １００質量部
ステアリン酸（ステアリン酸Ｓ 花王株式会社製） １質量部
酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製） ５質量部
ＦＥＦカーボンブラック（旭＃５１ 旭カーボン株式会社製） ４０質量部
可塑剤（ＲＳ−７０１ 旭電化工業株式会社製） １０質量部
加硫促進剤１（ノクセラーＤＭ 大内新興化学株式会社製） １質量部
加硫促進剤２（ノクセラーＴＳ 大内新興化学株式会社製） ２質量部
加硫剤（サルファックス２００Ｓ 鶴見化学株式会社製） １質量部
（実施例１）
配合１のゴム組成物を用い、ストレートヘッドを装着した図１に示すシリンダー径７０ｍｍの押出し成形機を用い、押出し温度６０℃、スクリュー回転数１５ｒｐｍで押出しを行った。開口部の開放は、シリンダー１側の圧力センサー９を用いることで行った。なお、シリンダー１内の真空ポンプ８による減圧は、ゴム組成物のシリンダー１への投入時点から行った。

（実施例２）
ゴム組成物の投入から２０秒後に真空ポンプ８を起動させて減圧を行った以外は、実施例１と同様に行った。

（実施例３）
配合２のゴム組成物を用いた他は、実施例１と同様に行った。

（比較例１）
ブレーカプレート６に材料が到達してから減圧を行った。材料が到達したか否かは、ブレーカプレート手前にある圧力センサー９の圧力値が上昇することで判断した。

以上の実施例１〜３及び比較例１についての結果を図３に示す。

実施例１乃至実施例３、及び比較例１より、本実施形態による押出し方法は、押出し初期であってもボイドの発生が無く、その後も安定していることがわかる。比較例１では押出し開始から１５分後のゴム材料で初めてボイドが無くなった。

実施例１および実施例２より、減圧のタイミングは、ゴム組成物がスクリューのダム部を超えるまでであれば、いつ行っても効果は変わらないことがわかる。

以上説明したように、上記の実施形態によれば、ベント式押出し成形機による押出し工程において、ゴム組成物が押出し成形機に装着されているスクリューのダム部に到達する前に押出し成形機内を減圧することによって、ゴム組成物がダム部を通過するより前にダム部以降の空間を真空状態にすることができ、押出し初期の材料ロスが無く、歩留りが高くなる押出し成形方法とベント式押出し成形機を提供することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係わる押出し成形機の構成を示す側断面図である。 図１を左側から見た図である。 実施例１乃至３と比較例１の結果を示す図である。 従来の押出し成形機を示す図である。

Claims (6)

1. ゴム組成物が投入されるシリンダーと、
   該シリンダー内に配置され前記ゴム組成物を押出す機能を有すると共に、ゴム組成物を薄く引き伸ばし、脱気しやすい状態にするダム部を備えるスクリューと、
   該スクリューにより押出されたゴム組成物を吐出する吐出口を開閉する開閉手段と、
   前記シリンダーの内部を減圧する減圧手段とを具備し、
   前記シリンダーに投入されたゴム組成物が、前記スクリューの前記ダム部に到達する前に、前記開閉手段により前記吐出口を閉鎖すると共に、前記減圧手段により前記シリンダーの内部を減圧することを特徴とする押出し成形機。
2. 前記開閉手段は、板状の部材により前記吐出口を閉じることを特徴とする請求項１に記載の押出し成形機。
3. 前記シリンダーの内部の圧力を検出する圧力センサーをさらに具備し、前記開閉手段は前記圧力センサーの検出値が予め決められた値に達したときに前記吐出口を開放することを特徴とする請求項１に記載の押出し成形機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の押出し成形機により成形された後、研削により形状を形成されたことを特徴とするゴムローラ。
5. ゴム組成物が投入されるシリンダーと、該シリンダー内に配置され前記ゴム組成物を押出す機能を有すると共に、ゴム組成物を薄く引き伸ばし、脱気しやすい状態にするダム部を備えるスクリューと、該スクリューにより押出されたゴム組成物を吐出する吐出口を開閉する開閉手段と、前記シリンダーの内部を減圧する減圧手段とを具備する押出し成形機を用いた押出し成形方法であって、
   前記シリンダーに投入されたゴム組成物が、前記スクリューの前記ダム部に到達する前に、前記開閉手段により前記吐出口を閉鎖すると共に、前記減圧手段により前記シリンダーの内部を減圧することを特徴とする押出し成形方法。
6. 請求項５に記載の押出し成形方法により成形された後、研削により形状を形成されたことを特徴とするゴムローラ。

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