JP2021109314A - 押出し機 - Google Patents

Abstract

【課題】 可塑性のエラストマーを押し出す際のヘッド部内での流速の均一化を図り、押出し成形後のカール等の変形を抑える。【解決手段】 押出し機１は、押出し機本体２とヘッド部３と口金４とを具える。ヘッド部３は、シリンダ５に接続される流入口８、口金４に接続される流出口９、及び流入口８と流出口９との間を継ぐ流路１０を具える。流出口９は、流入口８よりも巾が大かつ高さが小な偏平をなし、流路１０は、巾方向の中央側に、巾方向の外側に比して流路高さＨを減じた絞り部１１を具える。【選択図】図２

Description

本発明は、可塑性のエラストマーを偏平な平板状に押し出す際のカール等の変形の発生を抑制しうる押出し機に関する。

下記の特許文献１には、例えばタイヤトレッド等の平板状のゴム部材を押出し成形するのに好適な押出し成形装置が開示されている。

この押出し成形装置は、シリンダ内にスクリューが配された押出し機本体と、前記押出し機本体の前端に連結されたヘッド部と、前記ヘッド部の前端に連結された口金とを具える。ヘッド部には、シリンダに接続される円形状の流入口と、口金に接続される偏平な流出口との間を継ぐ流路が配される(特許文献１の図１、２参照）。

流出口は、流入口の直径よりも大な巾と直径よりも小な高さとを有し、流路の断面形状は、流入口から流出口に向かって滑らかに変化する。

特開２０１６−１９６０８９号公報

この種の装置では、ゴムと流路の壁面との摩擦等に起因して、ヘッド部内において、巾方向中央側のゴムの流速が、巾方向外端側のゴムの流速に比して早くなる。その結果、ゴムの内部応力が不均一となり、図６に示すように、押出し成形後、ゴムＧの巾方向の外端側に、カール等の変形が生じるという問題がある。

そこで本発明は、ヘッド部内での流速の均一化を図り、押出し成形後のカール等の変形を抑えうる押出し機を提供することを課題としている。

本発明は、押出し機本体とヘッド部口金とを具える押出し機であって、
前記ヘッド部は、前記押出し機本体に接続される流入口、前記口金に接続される流出口、及び前記流入口と前記流出口との間を継ぐ流路を具え、
前記流出口は、前記流入口よりも巾が大かつ高さが小な偏平をなし、
前記流路は、巾方向の中央側に、巾方向の外側に比して流路高さを減じた絞り部を具える。

本発明に係る押出し機では、前記流入口は円形をなし、前記流出口は前記流入口の直径よりも巾が大かつ高さが小であるのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
前記流路の壁面の高さ方向一方側の第１輪郭線は、前記第１輪郭線が前記流入口に交わる上流側端点Ｐ１と前記流出口に交わる下流側端点Ｑ１とを直線で結ぶ第１基準線Ｘ１から内側に突出する突出部分を含み、
前記絞り部が前記突出部分により形成されるのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
前記流路の壁面の高さ方向他方側の第２輪郭線は、前記第２輪郭線が前記流入口に交わる上流側端点Ｐ２と前記流出口に交わる下流側端点Ｑ２とを直線で結ぶ第２基準線Ｘ２上を通るのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
前記第１輪郭線の前記突出部分は、前記下流側端点Ｑ１から押出し方向上流側に延びる主部と、前記主部から第１基準線Ｘ１まで延びる副部とを含むのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
前記主部は直線状に延びるのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
前記流路は、前記主部の押出し方向下流側端における流路高さＨｂと、押出し方向上流側端における流路高さＨａとの比Ｈａ／Ｈｂが、０．５〜２．５の範囲であるのが好ましい。

本発明に係る押出し機では、前記絞り部は、前記主部を有する第１面部を含み、かつ前記第１面部が三角形状の平面からなるのが好ましい。

本発明において、ヘッド部内の流路は、巾方向の中央側に、巾方向の外側に比して流路高さを減じた絞り部を具える。そのため、可塑性のエラストマーを押し出す際、絞り部が流れの抵抗となり、巾方向の中央側での流速を減じることができる。即ち、流路内において流速の均一化を図ることができ、押出し成形後のカール等の変形を抑えることが可能となる。

本発明の押出し機の一実施形態を示す側面図である。 流路の斜視図である。 流路の巾中心を通る高さ方向断面図である。 流路を上方側から見た概念図である。 流路の他の例を示す斜視図である。 本発明の問題点を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の押出し機１は、押出し機本体２と、押出し機本体２に連結されたヘッド部３と、ヘッド部３に連結された口金４とを具える。

押出し機本体２は、投入口５Ａが設けられたシリンダ５と、シリンダ５内に回転可能に収納されたスクリュー６とを含む。スクリュー６は、電動機Ｍにより回転駆動され、投入口５Ａから投入される例えば未加硫ゴム等の可塑性のエラストマーＧを、混練しながらシリンダ５前端の吐出口５Ｂから押し出す。吐出口５Ｂは、シリンダ５の内腔５Ｃと同径な断面円形状に形成されている。

ヘッド部３は、押出し機本体２に接続される円形状の流入口８、口金４に接続される流出口９、及び流入口８と流出口９との間を継ぐ流路１０を具える。本例では、流入口８がシリンダ５の吐出口５Ｂに接続される場合が示されるが、押出し機本体２としては、シリンダ５の前端にギヤーポンプを具えたものでも良い。この場合、流入口８は、ギヤーポンプの吐出口に接続される。

図２は、流路１０の斜視図である。図２に示すように、本例では、流入口８は円形をなし、特には、前記吐出口５Ｂと同径に形成されている。これに対し、流出口９は、その巾ｗが流入口８の直径ｄよりも大であり、かつ高さｈが流入口８の直径ｄよりも小な偏平巾広の開口形状を有する。本例では、タイヤのトレッドゴムを押出し成形する場合が示されており、巾ｗと直径ｄとの比ｗ／ｄが１．０〜３．２５の範囲、かつ高さｈと直径ｄとの比ｈ／ｄが０．０５〜０．１７５の範囲である場合が示される。流出口９において、その高さ方向一方側（本例では上側）の辺９Ａ 及び他方側（本例では下方側）の辺９Ｂは、互いに平行な直線状に形成されている。なお流入口８は、楕円、長円等の非円形であってもよく、この場合にも、流出口９は流入口８よりも巾が大かつ高さが小な偏平巾広に形成される。

口金４は、本例では前記流出口９と同形状の成形口４Ｂ（図３、４に示す）を具える。

流路１０は、巾方向の中央側に、巾方向の外側に比して流路高さＨを減じた絞り部１１を具える。この絞り部１１は、流路１０の壁面の一部が内側に突出することによって形成される。

巾方向の中央側に絞り部１１を具える流路１０では、絞り部１１がエラストマーＧの流れの抵抗となる。その結果、巾方向の中央側でのエラストマーＧの流速を、巾方向の外側でのエラストマーＧの流速に近づけることができ、流速の均一化を図ることができる。

図３は流路１０の巾中心を通る高さ方向断面である。図３に示すように、流路１０の巾中心を通る高さ方向断面において、本例では、流路１０の壁面の高さ方向一方側（本例では上側）の第１輪郭線１１Ａは、第１基準線Ｘ１よりも内側に突出する突出部分１２を含む。これに対し、前記高さ方向断面において、流路１０の壁面の高さ方向他方側（本例では下側）の第２輪郭線１１Ｂは、第２基準線Ｘ２上を通る。

第１基準線Ｘ１は、第１輪郭線１１Ａが流入口８に交わる上流側端点Ｐ１と流出口９に交わる下流側端点Ｑ１とを結ぶ直線として定義される。又第２基準線Ｘ２は、第２輪郭線１１Ｂが流入口８に交わる上流側端点Ｐ２と流出口９に交わる下流側端点Ｑ２とを結ぶ直線として定義される。

突出部分１２は、前記高さ方向断面において、下流側端点Ｑ１から押出し方向上流側に延びる主部１２Ａと、主部１２Ａから第１基準線Ｘ１まで延びる副部１２Ｂとを含む。副部１２Ｂは、本例の如く、第２基準線Ｘ２に対して傾斜して延びるのが、エラストマーＧの流れを円滑化する上で好ましい。しかし、副部１２Ｂは、第２基準線Ｘ２に対して直角方向に延びても良い。

前記高さ方向断面において、主部１２Ａの押出し方向下流側端Ｅｂにおける流路高さＨｂ（高さｈに相当する。）と、押出し方向上流側端Ｅａにおける流路高さＨａとの比Ｈａ／Ｈｂは０．５〜２．５の範囲であるのが好ましい。

本発明者の研究の結果、絞り部１１によって流速を減じる効果は、高粘度のエラストマーＧの方が大きいことが判明した。従って、比Ｈａ／Ｈｂの範囲は、エラストマーＧの粘度によって違えることが好まし。即ち、例えばムーニー粘度が５３前後の通常の粘度のエラストマーＧにおいて巾方向の中央側と外側とで流速が均一化されたヘッド部３を用い、例えばムーニー粘度が１１２前後の高粘度のエラストマーＧの押出成形した場合、逆に、中央側の流速が外側の流速よりも小さくなってしまい、カールの発生が抑制されない恐れが生じる。

従って、高粘度のエラストマーＧに対しては、流路高さＨａを、通常の粘度のエラストマーＧに対する流路高さＨａよりも相対的に大きく設定し、流速を減じる効果を小さくすることが好ましい。

そのため、特にはムーニー粘度ML(1+4)100℃が９０以上の高粘度のエラストマーＧに対しては、比Ｈａ／Ｈｂが１．５〜２．５の範囲であるのが好ましい。又ムーニー粘度ML(1+4)100℃が６５以下の通常の粘度のエラストマーＧに対しては、比Ｈａ／Ｈｂが０．５〜１．０の範囲であるのがましい。又ムーニー粘度ML(1+4)100℃が６５より大かつ９０より小のエラストマーＧに対しては、比Ｈａ／Ｈｂが０．８〜１．５の範囲であるのが好ましい。

図２に示すように、本例の絞り部１１は、主部１２Ａを有する第１面部Ｓ１を有する。この第１面部Ｓ１は三角形状の平面であり、本例では、押出し方向下流側を底辺とする２等三角形状に形成される。このような絞り部１１は、特にエラストマーＧの流れを円滑化でき、流れの安定化及び流速の均一化により貢献しうる。本例では、第１面部Ｓ１の下流側端Ｅｂにおける巾ｗｂが、流出口９における前記巾ｗと等しい場合が示される。しかし、巾ｗｂは巾ｗより小であっても良く、この場合、比ｗｂ／ｗは０．５以上、さらには０．７以上であるのが好ましい。

本例の絞り部１１は、前記第１面部Ｓ１と、この第１面部Ｓ１の斜辺から立ち上がる側面状の第２面部Ｓ２、Ｓ２とを含む。第２面部Ｓ２、Ｓ２が交わる交線が前記副部１２Ｂとして形成される。このような絞り部１１は、第１面部Ｓ１と第２面部Ｓ２とで囲まれる略三角錐状に形成されている。

図５に、絞り部１１の他の例が示される。この例では、絞り部１１は、第２面部Ｓ２、Ｓ２間に、副部１２Ｂを有する背面状の第３面部Ｓ３を具える。この第３面部Ｓ３は、略菱形状の平面として形成されている。このような絞り部１１は、第３面部Ｓ３により、流入口８からのエラストマーＧを巾方向両側により均等に分配しうるという点で好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図２に示す流路を有するヘッド部を用い、ムーニー粘度ML(1+4)100℃が５３の通常の粘度のエラストマーにより偏平板状のトレッドゴムを押し出し成形した。そして流路内における巾方向の中央部での流速Ｖｃ、及び巾方向両側の外端部での流速Ｖｅ１、Ｖｅ２をそれぞれ測定し、互いに比較した。

実施例及び比較例では、流路内における絞り部の有無、及び絞り部における流路高さＨａのみ相違し、その他の条件は全て同等である。

共通仕様は通りである。
・スクリューの回転数：１０ｒｐｍ
・流入口及び吐出口の直径ｄ：１５０mm
・流入口の巾ｗ：４００mm
・流入口の高さｈ：２０mm

表１に示されるように、実施例１〜５では、流路の巾方向の中央側に絞り部を具えるため、巾方向の中央部での流速Ｖｃと巾方向の外端部での流速Ｖｅ１、Ｖｅ２との差が減じられるのが確認できる。特に、比Ｈａ／Ｈｂが減じるにつれ、中央部での流速Ｖｃが減じるとともに、外端部での流速Ｖｅ１、Ｖｅ２が増加する。そして、ムーニー粘度ML(1+4)100℃が５３の通常の粘度のエラストマーに対しては、実施例１〜５のうちでは、実施例２（Ｈｂ／Ｈａ＝０．８）が差（Ｖｃ−Ｖｅ)が少なく、より好ましいのが確認できる。

又、同じヘッド部を用い、ムーニー粘度ML(1+4)100℃が１１２の高粘度のゴムにより偏平板状のトレッドゴムを押し出し成形し。巾方向の中央部での流速Ｖｃ、及び巾方向の外端部での流速Ｖｅ１、Ｖｅ２をそれぞれ測定し比較した。

表２に示されるように、絞り部によりエラストマーの流速を減じる効果は、高粘度のエラストマーの方が大きくなるのが確認できる。そして、特にムーニー粘度ML(1+4)100℃が１１２の高粘度のエラストマーに対しては、実施例１〜５のうちでは、実施例４（Ｈｂ／Ｈａ＝２．０）が差（Ｖｃ−Ｖｅ)が少なく、より好ましいのが確認できる。

１ 押出し機
２ 押出し機本体
３ ヘッド部
４ 口金
５ シリンダ
６ スクリュー
８ 流入口
９ 流出口
１０ 流路
１１ 絞り部
１１Ａ 第１輪郭線
１１Ｂ 第２輪郭線
１２ 突出部分
１２Ａ 主部
１２Ｂ 副部
Ｓ１ 第１面部

Claims (8)

1. 押出し機本体とヘッド部と口金とを具える押出し機であって、
   前記ヘッド部は、前記押出し機本体に接続される流入口、前記口金に接続される流出口、及び前記流入口と前記流出口との間を継ぐ流路を具え、
   前記流出口は、前記流入口よりも巾が大かつ高さが小な偏平をなし、
   前記流路は、巾方向の中央側に、巾方向の外側に比して流路高さを減じた絞り部を具えた、押出し機。
2. 前記流入口は円形をなし、前記流出口は前記流入口の直径よりも巾が大かつ高さが小である、請求項１記載の押出し機。
3. 前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
   前記流路の壁面の高さ方向一方側の第１輪郭線は、前記第１輪郭線が前記流入口に交わる上流側端点Ｐ１と前記流出口に交わる下流側端点Ｑ１とを直線で結ぶ第１基準線Ｘ１から内側に突出する突出部分を含み、
   前記絞り部が前記突出部分により形成される、請求項１又は２記載の押出し機。
4. 前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
   前記流路の壁面の高さ方向他方側の第２輪郭線は、前記第２輪郭線が前記流入口に交わる上流側端点Ｐ２と前記流出口に交わる下流側端点Ｑ２とを直線で結ぶ第２基準線Ｘ２上を通る、請求項１〜３の何れかに記載の押出し機。
5. 前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
   前記第１輪郭線の前記突出部分は、前記下流側端点Ｑ１から押出し方向上流側に延びる主部と、前記主部から第１基準線Ｘ１まで延びる副部とを含む、請求項３又は４記載の押出し機。
6. 前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
   前記主部は直線状に延びる、請求項５記載の押出し機。
7. 前記流路の巾中心を通る高さ方向断面において、
   前記流路は、前記主部の押出し方向下流側端における流路高さＨｂと、押出し方向上流側端における流路高さＨａとの比Ｈａ／Ｈｂが、０．５〜２．５の範囲である、請求項５又は６記載の押出し機。
8. 前記絞り部は、前記主部を有する第１面部を含み、かつ前記第１面部が三角形状の平面からなる、請求項５〜７の何れかに記載の押出し機。

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