JP2015168181A - Temperature measurement method for rubber extruded object and temperature measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゴム押出物の温度測定方法および温度測定装置に関し、さらに詳しくは、押出機から押し出されてダイスを通過しているゴム押出物の内部温度を高精度で測定することができるとともに、製造ラインの次工程に影響を与えることなく測定可能にしたゴム押出物の温度測定方法および温度測定装置に関するものである。 The present invention relates to a temperature measurement method and a temperature measurement device for a rubber extrudate, and more specifically, can measure the internal temperature of a rubber extrudate extruded from an extruder and passing through a die with high accuracy, The present invention relates to a temperature measurement method and a temperature measurement device for a rubber extrudate that can be measured without affecting the next process of a production line.
タイヤ等のゴム製品を製造する際には、押出機によって未加硫ゴムを押出す押出し工程がある。このような押出し工程では、未加硫ゴムは押出機に取り付けられたダイスの押出口から押し出されることにより、所定形状に型付けされたゴム押出物となる。ここで例えば、シリカ配合の未加硫ゴムを押出す場合、可塑化による温度上昇によってゴム押出物内部が発泡するなど、ゴム押出物の内部温度がゴム押出物の安定性に与える影響は大きい。押出機のスクリューによって可塑化される際に発生したゴム押出物の局部的な変形は、ゴム押出物の内部温度分布に現れるため、正確にゴム押出物の内部温度を把握することが重要である。 When manufacturing rubber products such as tires, there is an extrusion process in which unvulcanized rubber is extruded by an extruder. In such an extrusion process, the unvulcanized rubber is extruded from an extrusion port of a die attached to the extruder, thereby forming a rubber extrudate molded into a predetermined shape. Here, for example, when unvulcanized rubber compounded with silica is extruded, the internal temperature of the rubber extrudate has a great influence on the stability of the rubber extrudate, for example, the inside of the rubber extrudate foams due to a temperature rise due to plasticization. It is important to accurately grasp the internal temperature of the rubber extrudate because local deformation of the rubber extrudate generated when plasticized by the screw of the extruder appears in the internal temperature distribution of the rubber extrudate. .
ゴム押出物の内部温度を測定する方法は種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1で提案されている測定方法では、ゴム押出物の表面温度を少なくとも2箇所で測定し、この測定値とゴム押出物の厚みとに基づいてゴム押出物の内部温度を決定する。しかしながら、この方法では実際にゴム押出物の内部温度を測定しているわけではなく、予測しているので測定精度を高めるには限界がある。 Various methods for measuring the internal temperature of the rubber extrudate have been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the measuring method proposed in Patent Document 1, the surface temperature of the rubber extrudate is measured at at least two locations, and the internal temperature of the rubber extrudate is determined based on the measured value and the thickness of the rubber extrudate. However, this method does not actually measure the internal temperature of the rubber extrudate, but predicts it, so there is a limit to increasing the measurement accuracy.
押出直後のゴム押出物に温度計のプローブを突き刺して直接的に内部温度を測定する方法では、プローブの温度が測定温度に影響するため、測定精度を高めるにはプローブをゴム押出物と同等の温度まで加温する等の対策が必要になる。或いは、押出直後のゴム押出物を刃物等の切断具によって切開し、その切開面を赤外線温度計等で測定することも考えられる。しかしながら、刃物等の切断具はゴム押出物との接触面積が大きい(接触時間が長い)ので、ゴム押出物と切断具との温度差が測定温度に影響して切開面の温度が変化する。それ故、ゴム押出物の内部温度(切開面の温度)を精度よく測定することができないという問題がある。また、ゴム押出物を使用する製造ラインでは、切断具によって切開したゴム押出物は、そのままの状態では次工程で使用できなくなるという問題もある。 In the method of directly measuring the internal temperature by inserting a thermometer probe directly into a rubber extrudate immediately after extrusion, the probe temperature affects the measurement temperature. It is necessary to take measures such as heating up to the temperature. Alternatively, it is also conceivable that the rubber extrudate immediately after extrusion is cut with a cutting tool such as a blade and the cut surface is measured with an infrared thermometer or the like. However, since the cutting tool such as a blade has a large contact area with the rubber extrudate (the contact time is long), the temperature difference between the rubber extrudate and the cutting tool affects the measurement temperature, and the temperature of the cut surface changes. Therefore, there is a problem that the internal temperature of the rubber extrudate (the temperature of the cut surface) cannot be accurately measured. Further, in a production line using a rubber extrudate, there is a problem that the rubber extrudate cut by the cutting tool cannot be used in the next process as it is.
本発明の目的は、押出機から押し出されてダイスを通過しているゴム押出物の内部温度を高精度で測定することができるとともに、製造ラインの次工程に影響を与えることなく測定可能にしたゴム押出物の温度測定方法および温度測定装置を提供することにある。 The object of the present invention is to measure the internal temperature of a rubber extrudate extruded from an extruder and passing through a die with high accuracy and enable measurement without affecting the next process of the production line. An object of the present invention is to provide a temperature measurement method and a temperature measurement device for rubber extrudates.
上記目的を達成するため本発明のゴム押出物の温度測定方法は、押出機に設置されたダイスの内部に、熱電対を内設した線径0.2mm以上0.5mm以下の金属線を固定して、このダイスの押出口の周面と周面との間に緊張し、前記押出口から未加硫のゴム押出物を押出して、このゴム押出物を前記金属線により一時的に切開しつつ、この切開直後でゴム押出物の切開面どうしが接合する前に、前記切開した部位の温度を前記熱電対により測定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for measuring the temperature of a rubber extrudate according to the present invention fixes a metal wire having a wire diameter of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less having a thermocouple inside a die installed in an extruder. Then, a tension is applied between the peripheral surface of the extrusion port of the die, an unvulcanized rubber extrudate is extruded from the extrusion port, and the rubber extrudate is temporarily cut by the metal wire. However, immediately after the incision and before the incised surfaces of the rubber extrudates are joined, the temperature of the incised portion is measured by the thermocouple.
本発明のゴム押出物の温度測定装置は、押出機に設置されたダイスの押出口の周面と周面との間に張設される線径0.2mm以上0.5mm以下の金属線と、この金属線を前記ダイスの内部に固定して緊張させる固定部材と、前記金属線に内設される熱電対とを備え、前記押出口から押し出されるゴム押出物が前記金属線により一時的に切開されて、この切開直後でゴム押出物の切開面どうしが接合する前に、前記切開された部位の温度を前記熱電対により測定する構成にしたことを特徴とする。 The rubber extrudate temperature measuring device of the present invention comprises a metal wire having a wire diameter of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less that is stretched between the peripheral surface of the extrusion port of a die installed in an extruder. A fixing member for fixing and tensioning the metal wire inside the die, and a thermocouple provided in the metal wire, and a rubber extrudate extruded from the extrusion port is temporarily provided by the metal wire. After the incision, the temperature of the incised portion is measured by the thermocouple immediately before the incision surfaces of the rubber extrudates are joined.
本発明によれば、押出機に設置されたダイスの内部に線径0.2mm以上0.5mm以下の金属線を固定して、このダイスの押出口の周面と周面との間に緊張し、押出機から押出されてダイスを通過しているゴム押出物をこの金属線によって一時的に切開するので、ゴム押出物と金属線との接触面積は非常に小さくなり、これに伴い、接触時間も非常に短くなる。細径の金属線なので、ゴム押出物が接触してもゴム押出物の温度はほとんど変化しない。これにより、金属線の温度の影響を最小限にして押出直前のゴム押出物の内部を切開面として露出させることができる。そして、この切開直後でゴム押出物の切開面どうしが接合する前に、切開された部位の温度を熱電対により測定するので、高精度の測定が可能になる。 According to the present invention, a metal wire having a wire diameter of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less is fixed inside a die installed in an extruder, and tension is applied between the peripheral surface of the extrusion port of the die. Since the rubber extrudate extruded from the extruder and passing through the die is temporarily cut by this metal wire, the contact area between the rubber extrudate and the metal wire becomes very small. Time is also very short. Since it is a thin metal wire, the temperature of the rubber extrudate hardly changes even when the rubber extrudate comes into contact. Thereby, the influence of the temperature of a metal wire can be minimized and the inside of the rubber extrudate immediately before extrusion can be exposed as a cut surface. And since the temperature of the incised part is measured by the thermocouple immediately after the incision and before the incised surfaces of the rubber extrudates are joined, measurement with high accuracy becomes possible.
また、ゴム押出物が一時的に切開されるのはダイスを通過している段階なので、ダイスを通過した後、直ちに切開面どうしが接合して一体化する。それ故、温度測定したゴム押出物はそのまま製造ラインの次工程に送って使用することができる。即ち、本発明ではゴム押出物を一時的に切開するだけなので、ゴム押出物を使用する製造ラインの次工程に影響を与えることなくゴム押出物の内部温度を測定することができる。 Further, since the rubber extrudate is temporarily cut through the die, the cut surfaces are immediately joined and integrated after passing through the die. Therefore, the temperature-measured rubber extrudate can be used as it is sent to the next step of the production line. That is, in the present invention, since the rubber extrudate is only temporarily cut, the internal temperature of the rubber extrudate can be measured without affecting the next process of the production line using the rubber extrudate.
以下、本発明のゴム押出物の温度測定方法および装置を、図に示した実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the method and apparatus for measuring the temperature of a rubber extrudate according to the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
図1〜4に例示する本発明のゴム押出物の温度測定装置1の実施形態は、線径0.2mm以上0.5mm以下の金属線2と、この金属線2を押出機9に取り付けられたダイス4の内部に固定して緊張させる固定部材3と、金属線2に内設される熱電対8とを備えている。押出機9は、周知の一軸や二軸等の押出機であり、スクリューが内設されている。ダイス4に形成された押出口7の前方には引き取りコンベヤ10が配置されている。尚、図2ではわかり易くするため、金属線2を誇張して大きく記載している。
In the embodiment of the temperature measurement device 1 for rubber extrudates of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 4, a
この実施形態の固定部材3は、金属線2を間隔をあけた位置で保持する一対の固定部材3になっている。それぞれの固定部材3は、楔形状に形成された部分を有し、2つの部材をビス3a等の連結材により連結して一体化した構造になっている。そして、2つの部材の互いの対向面に金属線2を挟んで連結することにより、固定部材3は金属線2を保持する。この実施形態の固定部材3は、正面視で2つの楔形状を互いの細い側で接合したような形態になっている。
The
ダイス4は2つの分割体4A、4Bにより構成されている。一方の分割体4A(大型分割体4A)は他方の分割体4B(小型分割体4B)よりもサイズが大きくなっている。小型分割体4Bが大型分割体4Aの前面に形成された取付け凹部5に嵌め込んで取り付けられて、両者が一体化する構造になっている。それぞれの分割体4A、4Bには同じ大きさおよび形状の押出口7が形成されている。
The die 4 is composed of two divided
大型分割体4Aの取付け凹部5には、取付け凹部5よりも更に凹ませた2つの嵌合部6が形成されている。それぞれの嵌合部6は、押出口7の上側の周面7aおよび下側の周面7aに相当する位置に形成されている。それぞれの固定部材3は、ダイス4に形成された嵌合部6に嵌合して取り付けられる。嵌合部6は正面視で2つの楔形状を互いの細い側で接合したような形状であり、固定部材3と対応する形状になっている。それぞれの固定部材3はダイス4(嵌合部6)に対して着脱自在である。
Two
金属線2を保持した一対の固定部材3をそれぞれ、対応する嵌合部6に嵌合することにより、金属線2はダイス4の内部に固定される。これにより、金属線2は、押出口7の周面7aと周面7aとの間に押出口7を縦断するように緊張される。固定部材3は実施形態で例示した構造に限らず、金属線2をダイス4の内部に固定して、押出口7の周面7aと周面7aとの間に緊張させるものであればよい。また、金属線2を押出口7を横断するように緊張させることもできる。
By fitting the pair of
押出口7の形状は一般的に、幅方向寸法が厚さ方向寸法よりも大きくなっている。この実施形態では、金属線2は押出口7の厚さ方向(図3では上下方向)に延ばして緊張されている。金属線2としては、例えば、図5、図6に例示するような複数の金属製のフィラメント2aを撚って構成された金属ワイヤ等が使用される。
As for the shape of the
図5、図6に例示するように熱電対8は温度検知部8aと、温度検知部8aから延びるリード線8bとにより構成されていて、撚り構造の金属線2に内設されている。この実施形態では、熱電対8(温度検知部8a)をコアにして複数のフィラメント2aが撚られて金属線2が構成されている。リード線8bは、金属線2の長手方向中途の位置から金属線2の外側に突出して延長されている。延長されたリード線8bはデータ処理機11に接続されている。尚、筒状の金属線2を用いて、この金属線2に熱電対8を内挿した構造にすることもできる。
As illustrated in FIGS. 5 and 6, the
金属線2の外周面のうち、固定部材3およびダイス4に相当する位置にある部分はフィルム状の断熱材2bにより被覆され、押出口7に相当する位置にある部分の大半は断熱材2bにより被覆されていない。即ち、金属線2の外周面と、固定部材3およびダイス4とは直接接触せずに断熱材2bが介在する構造になっている。断熱材2bとしては、例えば20℃時の熱伝導率が0.17W/(m・K)以下の樹脂等を用いる。断熱材2bの厚さは例えば0.1mm以下であり、金属線2の線径に比して非常に小さくなっている。
Of the outer peripheral surface of the
次に、押出機9から押し出されてダイス4を通過しているゴム押出物Rの内部温度を測定する本発明の測定方法の手順を説明する。
Next, the procedure of the measurement method of the present invention for measuring the internal temperature of the rubber extrudate R extruded from the
まず、所定量の未加硫ゴムおよび配合剤を押出機9に投入する。これらは押出機9により混合、混練される。混合、混練された未加硫ゴムは、ある程度柔らかくなって(可塑化されて)押出口7から押出口7の形状に型付けされて、未加硫のゴム押出物Rとしてシート状に押し出される。押出口7の周面7aと周面7aとの間には金属線2が緊張されているので、ゴム押出物Rの幅方向中央部は、金属線2によって左右に切開される。
First, a predetermined amount of unvulcanized rubber and compounding agent are charged into the
金属線2は熱電対8を内設しながらも線径0.2mm以上0.5mm以下の細径なので、押出機9から押出したゴム押出物Rを切開する際のゴム押出物Rとの接触面積は非常に小さくなり、これに伴い、接触時間も非常に短くなる。それ故、ゴム押出物Rが金属線2に接触してもゴム押出物Rの温度はほとんど変化しない。また、細径の金属線2は、押し出されたゴム押出物2の温度と直ぐに同じ温度になる。
The
金属線2によって切開されたゴム押出物Rは、押し出された流れのなかで、切開された後ですぐに切開面Rfどうしが自然に接合して一体化する。即ち、金属線2によって切断された未加硫ゴムのスウェル(広がろうとする性質)によって、ゴム押出物Rの切開面Rfどうしが自動的に接合する。
The rubber extrudate R incised by the
ここで、金属線2に内設された熱電対8(温度検知部8a)は、ゴム押出物Rの切開直後でゴム押出物Rの切開面Rfどうしが接合する前に、切開された部位(切開面Rf)の温度を測定する。温度検知部8aにより測定された温度データはリード線8bを通じてデータ処理機11に入力される。切開直後のゴム押出物Rの切開面Rfの温度は、即ち、ダイス4を通過しているゴム押出物Rの内部温度であり、押出直後のゴム押出物Rの内部温度とほぼ等しいとみなせる。金属線2の外周面は断熱材2bにより被覆されて固定部材3およびダイス4には直接接触していないので、金属線2に伝わる固定部材3やダイス4の熱は僅かである。それ故、温度検知部8aは固定部材3やダイス4の温度の影響を排除して、ゴム押出物Rの内部温度をリアルタイムで精度よく測定することができる。
Here, the thermocouple 8 (
このようにして、ゴム押出物Rの切開面Rfの温度を、切開直後に熱電対8により測定することで、切開面Rfの温度に外部環境等による影響が生じることを抑制できる。そのため、本発明によれば、従来に比して高精度でゴム押出物Rの内部温度を測定することが可能になっている。本発明の温度測定装置1は、既存の押出機9にも適用することができるので高い汎用性を有している。
In this way, by measuring the temperature of the cut surface Rf of the rubber extrudate R with the
ゴム押出物Rは金属線2により一時的に切開された後、切開面Rfどうしが接合することにより切開面Rfは消滅し、引き取りコンベヤ10によって次工程に搬送される。それ故、温度測定したゴム押出物Rはそのまま製造ラインの次工程に送って使用することができる。特に、本発明ではダイス4を通過しているゴム押出物Rを一時的に切開するだけなので、ゴム押出物Rを使用する製造ラインの次工程に影響を与えることなくゴム押出物Rの内部温度を測定することができる。
After the rubber extrudate R is temporarily incised by the
図5に例示する金属線2には熱電対8(温度検知部8a)が外部に露出することなく内設されているが、図7に例示するように温度検知部8aが金属線2の外部に露出した状態でセットすることもできる。図7に例示する金属線2は、フィラメント2aどうしが隙間をあけて撚られている。この撚り構造によって、フィラメント2aどうしの隙間から温度検知部8aが金属線2の外部に露出した状態になっている。この構造の金属線2を用いると、ゴム押出物Rに温度検知部8aを直接的に接触させることができるので、測定精度を向上させるには益々有利になる。
Although the thermocouple 8 (
尚、金属線2の線径が0.2mm未満であると、ゴム押出物2による押圧によって切断し易くなり、また、ゴム押出物Rに押圧された際の金属線2の振れが大きくなる。一方、金属線2の線径が0.5mm超になると、ゴム押出物Rとの接触面積が大きくなり、これに伴って、接触時間も長くなる。これにより、金属線2の温度が切開面Rfの温度に影響を及ぼし、ゴム押出物Rの内部温度を精度よく測定するには不利になる。
In addition, when the wire diameter of the
金属線2はゴム押出物Rに押圧され続けるので、伸びが生じたり、緊張が緩むことがある。このような場合、ゴム押出物Rを所定位置で安定して切開することができなくなる。ところが、この実施形態では、一対の固定部材3がそれぞれ、嵌合部6に嵌合した状態では押出口7の周面7aからダイス4の外周面4aに向かって狭くなる楔形状を有している。そのため図8に例示するように、押出口7を通過するゴム押出物Rの圧力により、それぞれの固定部材3はダイス4の外周面4a側に向かって押圧される。この押圧によって、それぞれの固定部材3の嵌合部6に対する固定強力が増大するとともに、金属線2の緊張張力が増大する。それ故、ゴム押出物Rを押出すことにより自動的に金属線2を強く緊張させることができる。
Since the
ゴム押出物Rが10cm/sec未満の押出速度で押出される場合は、金属線2に対する負荷がそれ程大きくないが、10cm/sec以上の押出速度で押出す場合は、金属線2に対する負荷が過大になる。そこで、ゴム押出物Rの押出速度が10cm/sec以上に設定される場合は、図3に例示するように、金属線2を押出口7の厚さ方向に延ばして緊張することが好ましい。尚、金属線2の緊張方向を押出口7の幅方向に対して直交(交差角度90°)させることもできるが、図3に例示するように押出口7の幅方向に対してある程度傾けて交差(例えば交差角度45°〜80°)させると、金属線2により一時的に切開された切開面Rfどうしを接合させ易くなる。
When the rubber extrudate R is extruded at an extrusion speed of less than 10 cm / sec, the load on the
本発明により得られたゴム押出物Rの内部温度データは、押出機9でゴム押出物Rを押出す際の最適な条件設定を決定する際などに有効に利用することができる。また、ゴム押出物Rの内部の温度分布を把握できるので、ゴム押出物Rの高温部分をより集中的に冷却してヤケ防止や部材の安定化対策に利用することができる。ヤケを防止してゴム押出物Rの歩留まりを向上させることもできるので、省エネルギに寄与し、また、エコロジー対策にもなる。
The internal temperature data of the rubber extrudate R obtained by the present invention can be used effectively when determining the optimum condition setting when the rubber extrudate R is extruded by the
同じ押出機により同条件下で同じスペック(幅約180mm厚さ約15mm)の未加硫のゴム押出物を押出した際に、押出直後のゴム押出物の表面温度をサーモグラフィ装置で測定し(比較例)、また、ダイスを通過しているゴム押出物の幅方向一方端から幅寸法の約1/4の位置を金属線により一時的に左右に切開した際の切開面の温度を金属線に内設した熱電対で測定した(実施例)。切開面の温度測定には、図1〜6に例示した温度測定装置と同様の設備を用いて、線径0.4mmの金属線を押出口の周面と周面との間に押出口を縦断するように緊張した。測定結果を模式的に図9に示した。破線が比較例を示し、実線が実施例を示している。 When an unvulcanized rubber extrudate with the same specifications (width: about 180 mm, thickness: about 15 mm) was extruded under the same conditions using the same extruder, the surface temperature of the rubber extrudate immediately after extrusion was measured with a thermography device (comparison) Example) In addition, the temperature of the cut surface when a metal wire temporarily cuts the position of about 1/4 of the width dimension from the one end in the width direction of the rubber extrudate passing through the die to the left and right with the metal wire. It measured with the thermocouple installed internally (Example). For measuring the temperature of the cut surface, using the same equipment as the temperature measuring device illustrated in FIGS. 1 to 6, a metal wire having a wire diameter of 0.4 mm is inserted between the peripheral surface of the extrusion port. I was nervous to run through. The measurement results are schematically shown in FIG. A broken line indicates a comparative example, and a solid line indicates an example.
図9の結果から実施例は、比較例よりも全般的に測定温度が高く、実質的に押出直後のゴム押出物の内部温度を精度よく把握できていることが分かる。また、実施例では、金属線により切開したゴム押出物の切開面がダイスを通過した後、直ちに接合した。 From the results of FIG. 9, it can be seen that the measurement temperature of the example is generally higher than that of the comparative example, and the internal temperature of the rubber extrudate immediately after extrusion can be grasped with high accuracy. Moreover, in the Example, it joined immediately after the cut surface of the rubber extrudate cut | disconnected with the metal wire passed the die | dye.
1 温度測定装置
2 金属線
2a フィラメント
2b 断熱材
3 固定部材
4 ダイス
4A、4B 分割体
4a 外周面
5 取付け凹部
6 嵌合部
7 押出口
7a 周面
8 熱電対
8a 温度検知部
8b リード線
9 押出機
10 引取りコンベヤ
11 データ処理部
R ゴム押出物
Rf 切開面
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