JP4217127B2

JP4217127B2 - 混練体の製造方法、及びそれに用いる装置

Info

Publication number: JP4217127B2
Application number: JP2003289123A
Authority: JP
Inventors: 勇夫大岩; 拓三岩田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: JP2005053190A

Description

本発明は、ゴムと薬品とを均一に分散させた混練体を連続的に効率よく製造しうる混練体の混練体の製造方法、及びそれに用いる装置に関する。

素練りされたゴムと、例えば加硫剤や加硫促進剤などの薬品とを混練する装置として、例えばバンバリミキサ等の密閉式混合機、及び一軸或いは二軸のスクリュー式ゴム押出機などが知られている。

このうち、密閉式混合機は、閉じた系のなかで混練りが行われるため、混練体全体に亘り薬品の分散を均一に行うことができ、高品質の混練体を形成しうるという利点がある。しかし密閉式混合機では、一度に多量のゴムを混練するため発熱量が大きく、加硫温度が低い配合のゴム組成物では、混練中に焼けが生じる恐れを招く。又混練が終了するまでの間、次の工程、例えば最終のゴム製品成形用の押出機（便宜上製品押出機という）に投入するための材料とするために前記密閉式混合機からの塊状の混練体を長尺帯状のストリップ或いはペレットに形成する工程を停止して待機させる必要があるなど、生産効率の低下を招く。又同配合の混練体が一度に多量に形成されるため、特に多品種少量生産の傾向が強いタイヤの製造においては、材料ストックが過大になるという問題も生じる。

そのために、近年、スクリュー式ゴム押出機を用い、混練体を連続的に形成することが提案されている。しかしこのものは、一本のシリンダ内で連続的に押し出されながら混練りするものであるため、シリンダの断面方向には薬品がある程度均一に分散されるものの、押出方向に対して配合割合に粗密が現れるなど分配の均一性に劣り、密閉式混合機に比して混練体の品質を損ねるという問題がある。なおゴムと薬品とは、スクリュー軸による搬送効率が相違するため、均一な分配比率で薬品を連続的に投入した場合にも、出口では分配比率の変動を招く。

特開昭６０−１５１１０号公報

そこで本発明は、一軸スクリュ式の第１のゴム押出機により一次混練した後、二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機により二次混練するとともに、このテーパースクリュ軸の螺旋ピッチＰを特定することを基本として、薬品の分散性と分配性とを高めることができ、均一性に優れた混練体を連続的に効率よく製造しうる混練体の混練体の製造方法、及びそれに用いる装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、ゴムと薬品との混練体を製造する混練体の製造方法であって、
ゴム供給手段から定量的に送られるゴムと、薬品供給手段から定量的に送られる薬品とを、一軸スクリュ式の第１のゴム押出機に同時に投入して混練し、一次混練ゴムとして第１のゴム押出機から連続的に押し出す一次混練ステップと、
この一次混練ゴムを二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機に投入し、該一次混練ゴムをさらに混練して第２のゴム押出機から混練体を押し出す二次混練ステップとを少なくとも具えるとともに、
前記第２のゴム押出し機は、前端に向かって互いに近づくように、交差配列するテーパースクリュ軸を具え、
かつテーパースクリュ軸のテーパ状の基軸部廻りに形成される羽根の螺旋の向き、および回転方向を、テーパースクリュ軸間で互いに相違させるとともに、
前記第２のゴム押出機は、そのテーパースクリュ軸の螺旋ピッチＰを、このテーパースクリュ軸の大径側の直径ｄの１．１〜１．５倍としたことを特徴としている。

又請求項２の発明は、ゴムと薬品との混練体を製造する混練体の製造装置であって、
前記ゴムを定量的に供給するゴム供給手段と、
前記薬品を定量的に供給する薬品供給手段と、
前記ゴム供給手段、薬品供給手段から同時に供給されるゴム、薬品を混練し、一次混練ゴムとして連続して押し出す一軸スクリュ式の第１のゴム押出機と、
前記一次混練ゴムをさらに混練して混練体を押し出す二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機とを具えるとともに、
前記第２のゴム押出し機は、前端に向かって互いに近づくように、交差配列するテーパースクリュ軸を具え、
かつテーパースクリュ軸のテーパ状の基軸部廻りに形成される羽根の螺旋の向き、および回転方向を、テーパースクリュ軸間で互いに相違させるとともに、
前記第２のゴム押出機は、そのテーパースクリュ軸の螺旋ピッチＰを、このテーパースクリュ軸の大径側の直径ｄの１．１〜１．５倍としたことを特徴としている。

本発明は叙上の如く構成しているため、薬品の分散性と分配性とを高めることができ、均一性に優れた混練体を連続的に効率よく製造することができる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。
図１は、本発明の混練体の製造方法を実施するための製造装置を示す側面図である。
図１において、混練体の製造装置１は、ゴムＧを定量的に供給するゴム供給手段２と、薬品Ｃを定量的に供給する薬品供給手段３と、前記ゴムＧ及び薬品Ｃを混練して一次混練ゴムＧ１として連続して押し出す第１のゴム押出機４と、この一次混練ゴムＧ１をさらに混練して混練体Ｇ０として連続的に押し出す第２のゴム押出機５とを少なくとも具えて構成される。

ここで、前記ゴムＧは、周知の如く密閉式混合機によって素練りされた可塑性の原料ゴムであって、本例では、巾及び厚さを一定とした長尺帯状のストリップＧｓが使用される。このストリップＧｓは、密閉式混合機等からの原料ゴムを、例えばシーティングロール等でシート化しかつスリッタ等により一定巾にカットする、或いはストリップ形成用の押出機で押出成形することにより形成できる。なお、前記巾及び厚さにバラツキがある場合には、ゴムＧの供給量が変動するため、薬品Ｃの配合割合自体が不安定となり、高品質の混練体Ｇ０が得られ難くなる。

又薬品Ｃとしては、粉末状、顆粒状、ペレット状のものが使用できるが、特に薬品にゴムを適度にブレンドした所謂ゴムマスターバッチのペレットは、薬品供給手段３の表面への付着が少なく、又薬品同士の密着凝集も少ないことから好ましく使用しうる。なおゴムマスターバッチのペレットとしては、０．０１ｇ〜１．０ｇのものが好適である。

次に、製造装置１の前記ゴム供給手段２は、本例では、前記ストリップＧｓのロール体Ｒを保持するロールスタンド６と、このロール体Ｒから巻き戻されるストリップＧｓを下流側に搬送する搬送コンベヤ７と、搬送されるストリップＧｓの基準長さ単位の重量を測定する測定手段８と、重量測定されたストリップＧｓを第１のゴム押出機４に供給する供給コンベヤ９とを具える。

そしてゴム供給手段２は、本例では、一定断面形状を有して長さ方向に連続する前記ストリップＧｓを一定速度で送ることにより、このストリップＧｓを第１のゴム押出機４に定量的に供給しうる。なお前記ストリップＧｓを基準長さ単位で切断し、この切断片を単位とした定量で間欠的に供給することもできる。

又前記測定手段８は、コンベヤ付きの周知の重量計を有し、この重量計上を移動するストリップＧｓの基準長さ単位の重量を測定し、制御手段１０に出力する。なお本例の如く、連続するストリップＧｓを測定する場合には、前記重量計に加え、ストリップＧｓの移動速度を計測する速度計例えばロータリエンコーダ等を具え、この移動速度と前記基準長さ単位の重量とを制御手段１０に出力し、定量的に供給するゴムの実質的な供給量を算出する。

次に、前記薬品供給手段３は、本例では、薬品Ｃを貯蔵する例えば容量５０リットル程度の貯蔵ホッパ１１と、該貯蔵ホッパ１１から搬送管１２を介して搬送される薬品Ｃを受ける例えば容量０．３リットル程度の計量ホッパ１３と、該計量ホッパ１３に送られる薬品Ｃの重量を測定する測定手段１４と、重量測定された薬品Ｃを第１のゴム押出機４に供給する供給管１５とを具える。なお前記貯蔵ホッパ１１には、収容する薬品の貯蔵量を計測する測定手段１６が付設され、貯蔵量をその上限値と下限値の間で管理する。なお測定手段１６は、重量計であっても又薬品上面のレベル高さを測定するレベル計であっても良い。

又前記搬送管１２には、電磁振動式及びスクリュー式等のフィーダーが配設され、貯蔵ホッパ１１内の薬品Ｃを徐々に計量ホッパ１３に移送する。

又前記測定手段１４は、重量計であって、前記計量ホッパ１３に移送される薬品Ｃの重量を測定し、前記制御手段１０に出力する。そして、制御手段１０は、前記計量ホッパ１３内の薬品重量が、前記測定手段８によって測定されたゴム供給量に対応する供給量に達するまで、前記フィーダーを作動させる。なおゴム供給量に対応する薬品供給量は、予め設定される混練体のゴムと薬品との配合比率から算出される。

又前記供給管１５には、前記搬送管１２と同様、電磁振動式及びスクリュー式等のフィーダーが配設され、ゴム供給量に応じた重量の薬品Ｃを、前記ゴム供給手段２からのゴムＧと同時に、第１のゴム押出機４に供給する。このとき、薬品Ｃをより均一に分配して供給し、混練体の均一性を高めるために、前記薬品Ｃの供給サイクルを１〜１０秒の範囲とするのが好ましい。

次に、前記第１のゴム押出機４は、所謂一軸スクリュ式の押出機であって、ゴムＧと薬品Ｃとが同時に投入される投入口１２ａを設けたシリンダ２１内に、スクリュー軸２２を収納した周知構造をなす。そして電動機による前記スクリュー軸２２の回転により、投入されたゴムＧと薬品Ｃとを混練しながら押進し、前端の吐出口２３から一次混練ゴムＧ１として連続的に吐出する（一次混練ステップ）。

ここで、第１のゴム押出機４は、定量的に同時投入されたゴムＧと薬品Ｃとが前記基準長さ単位において確実にセットされるように混練りすることを主目的とするもので、特に高い混合性能は要求されない。従って、本例の如く、スクリュー軸２２の外径Ｄと長さＬとの比Ｌ／Ｄを１０より大とした汎用のゴム押出機を使用する以外にも、図３、４に示すように前記比Ｌ／Ｄを４〜１０、さらには４〜８とした短いゴム押出機を使用することもできる。

次に、前記第２のゴム押出機５は、所謂二軸テーパースクリュ式の押出機であり、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ケーシング３０と、このケーシング３０内に回動可能に水平支持される２本のテーパースクリュ軸３１とを有する。そして、電動機による前記テーパースクリュ軸３１の回転により、投入口３０ａから供給される前記一次混練ゴムＧ１をさらに混練し、前端の吐出口３０ｂから混練体Ｇ０として連続的に吐出する（二次混練ステップ）。

このとき、前記一次混練ゴムＧ１の投入は、各押出機４、５を直結せずに前記吐出口２３と投入口３０ａとを離間せしめ、吐出口２３からの一次混練ゴムＧ１を、本例の如く、自然落下的に投入する、或いは図３に示すように、いったん搬送コンベヤ３２を介して移送した後、自然落下的に投入することが好ましい。これによって、一次混練ゴムＧ１のうち、先に吐出された部分と後に吐出された部分とが混ざり合う機会が増す、すなわち混練りの時間軸方向の前後で混ざり合う機会が増すため、分配性を高めうる。なお一次混練ゴムＧ１は、連続するストリップの状態で第２のゴム押出機５に投入することもできるが、前記吐出口２３で順次切断しペレットの状態で投入するのが、分配性をさらに高める上で好ましい。なおペレットの場合の直径は、１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。

又前記第２のゴム押出機５では、前記テーパースクリュ軸３１は、各軸心が前端に向かって互いに近づくように、水平面内で交差配列する。またテーパースクリュ軸３１のテーパ状をなす基軸部３１ａ廻りに形成される羽根３１ｂの螺旋の向き、および回転方向を、テーパースクリュ軸３１、３１間で互いに相違させている。

そして、この第２のゴム押出機５において特に重要なことは、前記羽根３１ｂの螺旋ピッチＰを、このテーパースクリュ軸３１の大径側の直径ｄの１．１〜１．５倍の範囲とすることである。

ここで、一軸スクリュ式の第１のゴム押出機４では、スクリュー軸２２の羽根の間にゴムを巻き込み、この羽根の間のゴムのねじれ回転と、スクリュー軸２２に対する大きな回転とによって練りが進行するため、混練りの時間軸方向の前後で混ざり合う範囲が非常に少なく、分配性に劣る。

これに対し、二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機５では、羽根の間のゴムは、この羽根に巻き込まれて順次前方に送られるよりも、テーパースクリュ軸３１の回転によって半径方向外側に移動させられ、他方側のテーパースクリュ軸３１に取り込まれて練られるなど、テーパースクリュ軸３１、３１間での相互の移動が繰り返されながら練りが進行する。従って、この移動により、混ざり合う範囲が大きく広がり、分散性だけでなく分配性を大巾に高めることができるのである。

しかし、前記螺旋ピッチＰと直径ｄとの比Ｐ／ｄが１．１未満では、ゴムが羽根に巻き込まれやすくなり、テーパースクリュ軸３１、３１間の移動が抑えられるため、分配性の向上効果が見込めない。又比Ｐ／ｄが１．５を越えると、前方へ移動することが少なく、必要な押出量を確保することができなくなる。

なお前記第２のゴム押出機５からの混練体Ｇ０は、製品押出機に投入するための材料とするため、連続するストリップの状態で吐出するか、又はペレットの状態に順次切断しながら吐出することができる。なおストリップの場合には、通常、巻取装置によりリールに巻き取っていったん保管するが、巻き取らずにそのまま製品押出機に投入しても良い。

又前記製造装置１では、前記混練体Ｇ０の均一性をさらに高めるために、図３、４に示すように、第２のゴム押出機５の下流側に、第３のゴム押出機３３を配設することができる。この第３のゴム押出機３３は、本例では第１のゴム押出機４と同様の一軸スクリュ式であって、合計三台の押出機を使用する場合には、第１、第３のゴム押出機４、３３として、スクリュー軸の前記比Ｌ／Ｄを４〜１０、さらには４〜８とした短軸のものを採用することができる。なお第３のゴム押出機３３への混練体Ｇ０の投入も、各押出機５、３３を直結せず、搬送コンベヤ３２を介して或いは介さずに自然落下的に投入するのが好ましく、又第３のゴム押出機３３からの混練体Ｇ０も、ストリップの状態或いはペレットの状態とすることができる。

なお、要求により第３のゴム押出機３３として、第２のゴム押出機５と同様の二軸テーパースクリュ式のものを採用することもできる。又特に薬品の配合比率が高い混練体を形成する場合、より高品質の混練体を形成する場合、或いは薬品の配合比率が低い混練体を形成する場合などにおいては、第２のゴム押出機５の下流側に、第１、第２のゴム押出機４、５を順次連設することもできる。

次に、前記ゴム供給手段２として、前述の如く、前記ストリップＧｓを基準長さ単位で切断し、この切断片を単位とした定量で第１のゴム押出機４に間欠的に供給することもできる。係る場合には、ストリップＧｓを基準長さ単位で切断する切断手段と、切断長さを決定するための側長計例えばロータリエンコーダ等とを設ける。又前記測定手段８では、切断片１個の重量を測定する。

又切断片を使用する場合には、この切断片と薬品供給手段３からの定量の薬品とを確実にセットするために、先に第１のゴム押出機４のホッパに同時投入された切断片と薬品とがシリンダ２１内に移送され、ホッパ内に見えなくなってから次の切断片と薬品とを投入するのが好ましい。なお切断片の長さは、１００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲が好ましい。

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。

本発明の混練体の製造方法を実施するための製造装置の一実施例を示す側面図である。（Ａ）、（Ｂ）は第２のゴム押出機の主要部を説明する平面図、及び断面図である。製造装置の他の実施例を示す側面図である。製造装置のさらに他の実施例を示す側面図である。

２ゴム供給手段
３薬品供給手段
４第１のゴム押出機
５第２のゴム押出機
３１テーパースクリュ軸
Ｇゴム
Ｇ０混練体
Ｇ１一次混練ゴム
Ｃ薬品

Claims

ゴムと薬品との混練体を製造する混練体の製造方法であって、
ゴム供給手段から定量的に送られるゴムと、薬品供給手段から定量的に送られる薬品とを、一軸スクリュ式の第１のゴム押出機に同時に投入して混練し、一次混練ゴムとして第１のゴム押出機から連続的に押し出す一次混練ステップと、
この一次混練ゴムを二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機に投入し、該一次混練ゴムをさらに混練して第２のゴム押出機から混練体を押し出す二次混練ステップとを少なくとも具えるとともに、
前記第２のゴム押出し機は、前端に向かって互いに近づくように、交差配列するテーパースクリュ軸を具え、
かつテーパースクリュ軸のテーパ状の基軸部廻りに形成される羽根の螺旋の向き、および回転方向を、テーパースクリュ軸間で互いに相違させるとともに、
前記第２のゴム押出機は、そのテーパースクリュ軸の螺旋ピッチＰを、このテーパースクリュ軸の大径側の直径ｄの１．１〜１．５倍としたことを特徴とする混練体の製造方法。
ゴムと薬品との混練体を製造する混練体の製造装置であって、
前記ゴムを定量的に供給するゴム供給手段と、
前記薬品を定量的に供給する薬品供給手段と、
前記ゴム供給手段、薬品供給手段から同時に供給されるゴム、薬品を混練し、一次混練ゴムとして連続して押し出す一軸スクリュ式の第１のゴム押出機と、
前記一次混練ゴムをさらに混練して混練体を押し出す二軸テーパースクリュ式の第２のゴム押出機とを具えるとともに、
前記第２のゴム押出し機は、前端に向かって互いに近づくように、交差配列するテーパースクリュ軸を具え、
かつテーパースクリュ軸のテーパ状の基軸部廻りに形成される羽根の螺旋の向き、および回転方向を、テーパースクリュ軸間で互いに相違させるとともに、
前記第２のゴム押出機は、そのテーパースクリュ軸の螺旋ピッチＰを、このテーパースクリュ軸の大径側の直径ｄの１．１〜１．５倍としたことを特徴とする混練体の製造装置。