JP2016196105A - ギアポンプ式押出機 - Google Patents

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Abstract

【課題】連通流路の容積を変更することで、ゴム材料の押出量を調整し、常に熱入れが過剰とならないギアポンプ式押出機を供する。
【解決手段】 スクリュー送給装置(10)と、スクリュー送給装置(10)の出口側に設けられるギアポンプ(20)と、ギアポンプ(20)の出口側に設けられる口金(30)とを備えてゴム材料を押し出すギアポンプ式押出機において、スクリュー送給装置(10)とギアポンプ(20)とを連通する連通流路(S)に突出することにより連通流路(S)の容積(V)を変更することができる突出部材(p)と、突出部材(p)を連通流路(S)内に突出させる駆動手段(45)と、駆動手段(45)を制御する制御手段(50)とを、備え、制御手段(50)は、連通流路(S)内の圧力をゴム材料の押出量に応じた所定圧力にすべく駆動手段(45)を制御して突出部材(p)を突出させ連通流路(S)の容積を変更するギアポンプ式押出機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギアポンプを備えた押出機であるギアポンプ式押出機に関する。
ギアポンプ式押出機は、スクリューが回転してゴム材料を混練しながら送給するスクリュー送給装置と、スクリュー送給装置の出口側に設けられ一対のギアがゴム材料を定量送り出すギアポンプと、ギアポンプの出口側に設けられゴム材料を成形しながら吐出する口金とを備え、ゴム材料を所定の形状に成形しながら押し出すものである。
ギアポンプ式押出機の口金からのゴム押出量は、ゴム材料を定量送り出すギアポンプのギアポンプ押出効率により決まり、ギアポンプ押出効率は、ゴム材料の材質が影響するとともにギアポンプの入口側圧力（スクリュー送給装置とギアポンプとを連通する連通流路内圧力）によって変化することが知られている。
したがって、ゴム押出量が変更されると、変更されたゴム押出量を得るギアポンプ押出効率に設定すべく、ギアポンプの入口側圧力を調整することが行われている。
スクリュー送給装置のスクリューの回転速度を上げれば、ギアポンプの入口側圧力が上昇するので、ギアポンプの入口側圧力を調整するために、スクリュー送給装置のスクリューの回転速度を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１７８３９２号公報
特許文献１に開示されたギアポンプ式押出機は、ゴム押出量に対応するギアポンプの目標入口圧を予め設定しておき、ギアポンプの入口側に配置した圧力センサの検出した圧力をフィードバックして、この目標入口圧になるようにスクリューの回転速度を制御することが行われている。
スクリュー送給装置は、スクリューの回転により粘性材料を混練しながら送給するので、スクリューの回転に伴い粘性材料にせん断応力が働き、材料が発熱し、可塑化（熱入れ）により加工性良化が期待できるのであるが、スクリュー送給装置の長尺の筒状ケーシング内全体で発熱があるため、熱入れが過剰となり易い。
前記したように、ゴム押出量を変更するのに、スクリュー送給装置のスクリューの回転速度を制御する場合、特にスクリューの回転を加速するときに、熱入れがより過剰となり、未加硫のゴム材料においては、加硫が進行しすぎて、品質低下を引き起こすおそれが多分にある。
本願発明者は、スクリュー送給装置とギアポンプとを連通する連通流路の容積を変えることで、連通流路内の圧力すなわちギアポンプ装置の入口側圧力を変えることができることに着目して、熱入れが過剰となり易いスクリューの回転速度の制御に代わって、連通流路の容積を制御することで、ギアポンプの入口側圧力を変え、ゴム材料の押出量を調整するようにしたものである。
したがって、本発明の目的とする処は、連通流路の容積を変更することで、ゴム材料の押出量を調整し、常に熱入れが過剰とならないギアポンプ式押出機を供する点にある。
上記目的を達成するために、本発明に係るギアポンプ式押出機は、
筒状ケーシング内をスクリューが回転してゴム材料を混練しながら送給するスクリュー送給装置と、前記スクリュー送給装置の出口側に設けられ一対のギアがゴム材料を定量送り出すギアポンプと、前記ギアポンプの出口側に設けられゴム材料を成形しながら吐出する口金とを備えてゴム材料を押し出すギアポンプ式押出機において、
前記スクリュー送給装置と前記ギアポンプとを連通する連通流路に突出することにより前記連通流路の容積を変更することができる突出部材と、
前記突出部材を連通流路内に突出させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段とを、備え、
前記制御手段は、前記連通流路内の圧力をゴム材料の押出量に応じた所定圧力にすべく前記駆動手段を制御して前記突出部材を突出させ前記連通流路の容積を変更することを特徴とする。
この構成によれば、突出部材が連通流路に突出されて連通流路の容積が変更されると、連通流路内の圧力が変わるので、駆動手段による突出部材の突出を制御することで、スクリュー装置のスクリューの回転速度を制御することなく、連通流路内の圧力を変えてゴム材料の押出量を調整することができ、生産性の向上を図るとともに、ゴム材料への過剰な熱入れを避けて押出し部材の品質を高く維持することができる。
突出部材の連通流路内への突出による限定された連通流路内で生じる発熱により、適度な熱入れが期待でき、押出し部材の品質の向上に寄与する。
前記構成において、
前記突出部材は、前記連通流路の外周壁を外側から内側に貫通して突出する複数の棒状部材からなるようにしてもよい。
この構成によれば、複数の棒状部材を連通流路の外周壁の外側から内側に貫通して突出させるので、駆動手段により棒状部材を直線的に移動させればよく、駆動機構を簡素化することができる。
前記構成において、
前記棒状部材が、円柱状をなすようにしてもよい。
この構成によれば、棒状部材が円柱状をなすので、連通流路を流動するゴム部材が棒状部材により流れが部分的に滞ることなく円滑に流れることができるとともに、連通流路の外周壁を貫通する孔も円孔でよく、棒状部材および外周壁の加工製造が容易である。
前記構成において、
前記棒状部材は、前記連通流路の外周壁の周方向に均等に配置されるようにしてもよい。
この構成によれば、棒状部材が連通流路の外周壁の周方向に均等に配置されるので、ゴム部材が連通流路を偏って流動して流れが乱れることを避け、円滑に流れるようにすることができる。
前記構成において、
前記棒状部材は、小径の細長いピンであり、
前記ピンが複数本平行に配列されたピン群が、前記連通流路の外周壁の周方向に均等に配置され、
前記駆動手段により前記ピン群ごとに一体に作動されるようにしてもよい。
この構成によれば、棒状部材である小径の細長いピンが複数平行に配列されたピン群ごとに、一体に作動されるので、駆動手段によるピンを作動する機構を簡素化して、コストの低減を図ることができる。
また、ギアポンプのギアのギア歯によりゴム部材が噛み込まれていく部位のゴム部材の量は、複数本平行に配列されたピンの突出量が変化してもあまり変わらないので、連通流路内の圧力を制御するだけでゴム材料の押出量を精度良く調整することができる。
本発明は、駆動手段を制御して突出部材の連通流路への突出量を制御することで、スクリュー装置のスクリューの回転速度を制御することによるゴム材料への過剰な熱入れを回避して、連通流路内の圧力を変えてゴム材料の押出量を調整することができる。
本発明の一実施の形態に係るギアポンプ式押出機の模式図である。 図１の同ギアポンプ式押出機のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 同ギアポンプ式押出機の別の状態の矢視断面図である。 連通流路の容積の変化に対する連通流路内の圧力変化を示すグラフである。 連通流路の容積の変化に対するギアポンプ押出効率の変化を示すグラフである。
以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施の形態に係るギアポンプ式押出機１は、タイヤ構成部材を製造するための小巾帯状のリボンストリップを押出し成形するものである。
図１は、本ギアポンプ式押出機１の全体の模式図であり、図２は、図１におけるギアポンプ式押出機１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
図１を参照して、ギアポンプ式押出機１は、ゴム材料の流れの順に、スクリュー送給装置10、ギアポンプ20、口金であるダイ30が連続的に構成されている。
スクリュー送給装置10は、長尺の筒状ケーシング11内を長尺のスクリュー12が回転してゴム材料を混練しながら送給してギアポンプ20に供給する。
スクリュー送給装置10の筒状ケーシング11の上流側には、ゴム材料を筒状ケーシング11内に投入する投入口11ｈが設けられている。
ギアポンプ20は、ギアポンプケース21内に互いに噛み合った上下一対のギア22ａ，22ｂが嵌挿されたもので、ギアポンプ20の入口側がスクリュー送給装置10の出口側に臨んで、スクリュー送給装置10から供給されたゴム材料を、上下一対のギア22ａ，22ｂの互いに反対方向の回転がギアポンプケース21の上下内周面に沿ってギア歯が一定量ずつ噛み込んで送り、ギアポンプ20の出口側に設けられたダイ30に定量送り出す。
ギアポンプ20の出口側に設けられたダイ30は、ギアポンプ20により定量送り出されたゴム材料を所定断面形状に成形して吐出するものである。
本ギアポンプ式押出機１のダイ30より押し出されて吐出した押出し部材は、小巾帯状のリボンストリップである。
スクリュー送給装置10とギアポンプ20とを連通する連通流路Ｓ（図１において散点模様を施した空間）の一部を構成する外周壁15の内周面は若干先細にテーパした円錐面15ｔが形成されている。
この外周壁15には、上下左右のそれぞれにおいて、小径円柱状の細長いピンｐが複数本平行に配列されたピン群Ｇが、外周壁15を外側から内側に貫通して突出している。
各ピン群Ｇの複数本のピンｐは外周壁15の外側に突出した基端部を共通の摺動部材41に植設されて一体に移動するように構成されている。
摺動部材41は、矩形の筒体42内を摺動して平行移動し、複数本のピンｐを一斉に連通流路Ｓ内に伸縮させることができる。
この摺動部材41に複数本のピンｐが植設されて移動する機構は、外周壁15の上下左右の周方向４か所で周方向均等位置に配置されて、各摺動部材41は、上下左右の放射方向に摺動する。
各摺動部材41は、それぞれ油圧シリンダ45のシリンダロッド45ｒの先端に固着されており、油圧シリンダ45の駆動によりシリンダロッド45ｒが摺動部材41を放射方向に摺動する。
したがって、油圧シリンダ45の駆動により摺動部材41が放射方向に摺動すると、各摺動部材41に植設された複数本のピンｐが連通流路Ｓ内に突出して伸縮する。
油圧シリンダ35を駆動制御してシリンダロッド35ｒの伸縮を制御することで、ピン群Ｇの複数のピンｐの連通流路Ｓ内への突出量を変更することができる。
ピンｐが連通流路Ｓ内に突出すると、連通流路Ｓの容積Ｖはピンｐの連通流路Ｓ内に突出した量だけ減少するので、４つのピン群Ｇのピンｐが突出したときは、各ピン群Ｇのピンｐの連通流路Ｓ内への突出量の合計突出量だけ連通流路Ｓの容積Ｖは減少する。
すなわち、４つのピン群Ｇのピンｐの連通流路Ｓ内への突出量によって連通流路Ｓの容積Ｖが変化する。
連通流路Ｓの容積Ｖが一定であれば、ギアポンプ式押出機１が定常運転されてスクリュー送給装置10のスクリュー12の回転速度とギアポンプ20のギア22ａ，22ｂの回転速度がそれぞれ一定であると、ゴム材料が流動する連通流路Ｓ内の圧力は、ゴム材料の材質に応じて決まった圧力となる。
そこで、ギアポンプ式押出機１が定常運転されているときに、４つのピン群Ｇのピンｐの連通流路Ｓ内への突出量が変更され、連通流路Ｓの容積Ｖが変化すると、連通流路Ｓ内の圧力も変化することになる。
図４は、ある材質のゴム材料をスクリュー送給装置10のスクリュー12の回転速度とギアポンプ20のギア22ａ，22ｂの回転速度をそれぞれ所定速度で回転しているときに、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出させ、連通流路Ｓの容積Ｖを変化させたときの連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓの変化を示したグラフである。
横軸が連通流路Ｓの容積Ｖであり、縦軸が連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓである。
ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量が大きくなるに従い、横軸に示す連通流路Ｓの容積Ｖは減少していき、図４に示されるように、連通流路Ｓの容積Ｖが減少するに従い、連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓは上昇している。
連通流路Ｓ内の圧力は、ギアポンプ20の入口側圧力でもあるので、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量を制御して連通流路Ｓの容積Ｖを変化させることで、ギアポンプ20の入口側圧力を変化させ、そのためギアポンプ押出効率Ｅｐを変更して、ギアポンプ式押出機１のダイ30からのゴム押出量を調整することができる。
図５は、連通流路Ｓの容積Ｖを変化させたときのギアポンプ押出効率Ｅｐの変化を示したグラフである。
横軸が連通流路Ｓの容積Ｖであり、縦軸がギアポンプ押出効率Ｅｐである。
ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量が大きくなり、連通流路Ｓの容積Ｖが減少するに従い、連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓが上昇することから、ギアポンプ押出効率Ｅｐは上昇している。
したがって、連通流路Ｓの容積Ｖが小さくなると、連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓが上昇してギアポンプ押出効率Ｅｐが高くなり、ゴム押出量が増加する。
図１を参照して、４つの油圧シリンダ45は、シリンダ駆動機構55により駆動され、シリンダ駆動機構55は制御装置50により制御される。
スクリュー送給装置10とギアポンプ20とを連通する連通流路Ｓ内には圧力センサ46が挿入されており、圧力センサ46が検出した連通流路Ｓ内の圧力の検出信号は、制御装置50に入力される。
制御装置50は、連通流路Ｓ内の圧力とゴム押出量との対応関係を予め測定した結果データを記憶するメモリー51を備えている。
ギアポンプ式押出機１が組み込まれるラインの速度などからギアポンプ式押出機１のゴム押出量が決まると、メモリー51に予め記憶されたデータから決まったゴム押出量に対応する連通流路Ｓ内の圧力を抽出して目標圧力とする。
制御装置50は、シリンダ駆動機構55を制御して４つの油圧シリンダ45を駆動し、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量を調整して、連通流路Ｓ内の圧力が目標圧力になるように制御する。
すなわち、制御装置50は、圧力センサ46が検出した連通流路Ｓ内の検出圧力を入力して、検出圧力と目標圧力とを比較して、目標圧力に近づけるように、シリンダ駆動機構55に対してフィードバック制御してピンｐの連通流路Ｓ内への突出量すなわち連通流路Ｓの容積Ｖを調整する。
図２は、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量が小さいときの状態を示しており、上下左右のピン群Ｇのピンｐが、先端を僅かに連通流路Ｓ内に突出して、中央が大きく開いている。
よって、連通流路Ｓの容積Ｖは大きい。
この状態から上下左右のピン群Ｇのピンｐを突出させて連通流路Ｓ内への突出量を大きくしたときの状態を、図３が示している。
上下のピン群Ｇのピンｐと左右のピン群Ｇのピンｐとの干渉を避けるため、左右のピン群Ｇのピンｐは両者の間を適当に開けた状態で停止し、その空いた空間に上下のピン群Ｇのピンｐが入り込んでいる。
よって、連通流路Ｓの容積Ｖは小さくなっている。
このように、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出量を制御して、連通流路Ｓの容積Ｖを変えることで、連通流路Ｓ内の圧力すなわちギアポンプ20の入口側圧力（連通流路Ｓ内の圧力Ｐｓ）を変え、ギアポンプ式押出機１のゴム押出量を変更するので、ゴム材料への熱入れが過剰になることはなく、押出し部材の品質を高く維持することができる。
なお、ピンｐの連通流路Ｓ内への突出による連通流路Ｓ内の圧力変化でゴム練りが促進されることから、限定された連通流路Ｓ内での発熱により、適度な熱入れが期待でき、押出し部材の品質の向上に寄与する。
以上、詳細に説明した本発明に係るギアポンプ式押出機１の一実施の形態では、以下に記す効果を奏する。
ピンｐが連通流路Ｓに突出されて連通流路Ｓの容積Ｖが変更されると、連通流路Ｓ内の圧力が変わるので、シリンダ駆動機構55を制御してピンｐの連通流路Ｓ内への突出を制御することで、スクリュー送給装置10のスクリュー12の回転速度を制御することなく、連通流路Ｓ内の圧力を変えてゴム材料の押出量を調整することができ、生産性の向上を図るとともに、ゴム材料への過剰な熱入れを避けて押出し部材の品質を高く維持することができる。
ピンｐの連通流路Ｓ内への突出による限定された連通流路Ｓ内で生じる発熱により、適度な熱入れが期待でき、押出し部材の品質の向上に寄与する。
複数のピンｐを連通流路Ｓの外周壁15の外側から内側に貫通して突出させているので、油圧シリンダ45によりピンｐを直線的に移動させればよく、駆動機構を簡素化することができる。
ピンｐが円柱状をなすので、連通流路Ｓを流動するゴム部材がピンｐにより流れが部分的に滞ることなく円滑に流れることができるとともに、連通流路Ｓの外周壁15を貫通する孔も円孔でよく、ピンｐおよび外周壁15の加工製造が容易である。
複数本のピンｐのピン群Ｇが連通流路Ｓの外周壁15の周方向に均等に配置されるので、ゴム部材が連通流路Ｓを偏って流動して流れが乱れることを避け、円滑に流れるようにすることができる。
小径の細長いピンｐが複数平行に配列されたピン群Ｇごとに、一体に作動されるので、油圧シリンダ45によるピンｐを作動する機構を簡素化して、コストの低減を図ることができる。
また、ギアポンプ20のギア22ａ，22ｂのギア歯によりゴム部材が噛み込まれていく部位のゴム部材の量は、複数本平行に配列されたピンの突出量が変化してもあまり変わらないので、連通流路Ｓ内の圧力を制御するだけでゴム材料の押出量を精度良く調整することができる。
以上、本発明に係る一実施の形態に係るギアポンプ式押出機について説明したが、本発明の態様は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲で、多様な態様で実施されるものを含むものである。
例えば、本実施の形態では、連通流路Ｓにピンｐを突出させる量を制御することで、連通流路Ｓの容積Ｖを変更していたが、連通流路Ｓに突出させるピンｐの本数を制御することで、連通流路Ｓの容積Ｖを変更するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、小径の細長いピンｐと複数本平行に配列したピン群Ｇを構成したが、より径の大きい円柱状あるいは角柱状の棒状部材として、同棒状部材を複数本連通流路の外周壁に周方向に均等に配置して連通流路内に突出するようにしてもよい。
また、ピンｐ等の突出部材を作動するのに、油圧シリンダを使用したが、油圧シリンダ以外の電磁シリンダなどのシリンダや電動モータなどを使用してもよい。
１…ギアポンプ式押出機、
10…スクリュー送給装置、11…筒状ケーシング、11ｈ…投入口、12…スクリュー、
15…外周壁、Ｓ…連通流路、ｐ…ピン、Ｇ…ピン群、
20…ギアポンプ、21…ギアポンプケース、22ａ，22ｂ…ギア、30…ダイ、
41…摺動部材、45…油圧シリンダ、46…圧力センサ、
50…制御装置、51…メモリー、55…シリンダ駆動機構。

Claims (5)

  1. 筒状ケーシング内をスクリューが回転してゴム材料を混練しながら送給するスクリュー送給装置と、前記スクリュー送給装置の出口側に設けられ一対のギアがゴム材料を定量送り出すギアポンプと、前記ギアポンプの出口側に設けられゴム材料を成形しながら吐出する口金とを備えてゴム材料を押し出すギアポンプ式押出機において、
    前記スクリュー送給装置と前記ギアポンプとを連通する連通流路に突出することにより前記連通流路の容積を変更することができる突出部材と、
    前記突出部材を連通流路内に突出させる駆動手段と、
    前記駆動手段を制御する制御手段とを、備え、
    前記制御手段は、前記連通流路内の圧力をゴム材料の押出量に応じた所定圧力にすべく前記駆動手段を制御して前記突出部材を突出させ前記連通流路の容積を変更することを特徴とするギアポンプ式押出機。
  2. 前記突出部材は、前記連通流路の外周壁を外側から内側に貫通して突出する複数の棒状部材からなることを特徴とする請求項１記載のギアポンプ式押出機。
  3. 前記棒状部材は、円柱状をなすことを特徴とする請求項２記載のギアポンプ式押出機。
  4. 前記棒状部材は、前記連通流路の外周壁の周方向に均等に配置されることを特徴とする請求項３記載のギアポンプ式押出機。
  5. 前記棒状部材は、小径の細長いピンであり、
    前記ピンが複数本平行に配列されたピン群が、前記連通流路の外周壁の周方向に均等に配置され、
    前記駆動手段により前記ピン群ごとに一体に作動されることを特徴とする請求項３記載のギアポンプ式押出機。
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