JP6352784B2 - スクリュ押出機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュ押出機に関するものである。

従来、スクリュ押出機として、シール端部からノーズコーン端部に延びるコアの外周面に、らせん状パターンでフライトを形成し、互いに隣接するフライトの間に形成される通路内に、複数の細長突起を形成したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、前記従来のスクリュ押出機では、突起が通路の底面に形成されているため、供給したゴム材料に対して作用させる力が不十分となる。特に、低燃費タイヤに使用されるシリカは硬度が高いため、スムーズな搬送、供給が望めない。このため、ゴム材料の詰まり等が発生し、その量が減少した領域で温度上昇により熱収縮し、形状不良を発生する。そして、この形状不良が原因で、ゴム材料のユニフォーミティ（重量バランスや剛性バランスの均一性）が損なわれる。またゴム材料の搬送速度が低下する原因ともなる。

特開２０１１−１８９７３７号公報

本発明は、ゴム材料を高速度、しかも安定した状態で搬送することにより、ユニフォーミティを向上させることができるスクリュ押出機を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
円筒状のバレル内に、回転軸の外周面に螺旋状の羽根を備えたスクリュを収容してなり、前記バレルの入口から供給したゴム材料を、前記スクリュを回転させることにより出口側へと搬送するスクリュ押出機であって、
前記スクリュは、少なくとも前記入口を含む領域に位置する羽根の搬送面に、前記入口から前記出口に向かってゴム材料に対して作用させる力を軽減するように複数の突出部を備えたことを特徴とするスクリュ押出機を提供する。

この構成により、スクリュの回転によって搬送されるゴム材料に対して突出部が作用し、ゴム材料の混練を促進する。このため、ゴム材料の種類（硬度の高いもの）、幅寸法、厚み寸法等の違いに拘わらず、ゴム材料の混練状態を良好なものとすることができる。したがって、スクリュの回転によってゴム材料の詰まり等を発生させることなくスムーズに搬送し、安定した状態で供給することができる。

前記突出部は、前記入口から前記出口に向かって数を少なくするのが好ましい。

前記突出部は、前記入口から前記出口に向かってサイズを小さくしてもよい。

前記突出部は、前記入口から前記出口に向かって形状が丸みを帯びさせてもよい。

これらの構成により、入口側から出口７側に向かってゴム材料の混練が進むに連れて突出部による混練度合いを抑制することができる。したがって、ゴム材料が必要以上に高温となって劣化することを防止することが可能となる。

前記突出部は、三角錐形状の突起であるのが好ましい。

前記突出部は、搬送方向の複数の領域毎に、数、サイズ、又は、形状が相違するのが好ましい。

前記突出部は、前記羽根の螺旋方向に連なった突条であってもよい。

本発明によれば、スクリュの羽根の搬送面に複数の突出部を形成するようにしたので、搬送するゴム材料を効果的に混練することができ、詰まり等を抑制してスムーズに搬送し、供給することが可能となる。

本実施形態に係るスクリュ押出機の一部を示す概略断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１のスクリュ押出機で形成するトレッド部の断面図である。 他の実施形態に係る突出部の例を示す平面図及び正面図である。 他の実施形態に係るスクリュ押出機の部分拡大図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

図１は、本実施形態に係るスクリュ押出機を示す。このスクリュ押出機は、円筒状のバレル１と、このバレル１内に収容されるスクリュ２とを備える。

バレル１は、軸心が水平方向に向かうように配置され、一端側上面に形成された開口（入口３）にはホッパー４が接続されている。ホッパー４は上方に向かうに従って徐々に断面積が大きくなるテーパ状に形成され、このホッパー４を介してゴム材料が供給されるようになっている。供給されるゴム材料は帯状で、シリカが配合された硬質なものである。またバレル１の一端部にはスクリュ２を回転駆動するためのモータ５が設けられている。一方バレルの他端部にはダイ６が設けられている。ダイ６にはバレル１の他端開口（出口７）から徐々に断面積を縮小する案内通路８が形成されている。ダイ６の先端には口金９が設けられている。口金９にはダイ６の案内通路８の先端開口と合致した矩形孔が形成されている。口金９の先端開口はシャッター１０によって開閉可能となっている。またバレル１には、図示しないヒータが設けられ、搬送するゴム材料を温調できるようになっている。

スクリュ２は、回転軸１１の外周面に羽根１２を形成したものである。回転軸１１の一端部はモータ５の回転軸１１に連結され、他端部は先端に向かうに従って徐々に断面積を小さくする円錐状に形成されている。回転軸１１は、モータ５の駆動により、図１中、右側から見て時計回り方向に回転する。羽根１２は、所定のリード角を有する螺旋状で、図１中、右側から左側に向かって、右側面から見て回転方向と同じ時計回り方向に延びている。

図２に示すように、羽根１２の間の溝部底面（回転軸１１の外周面）には凸部１３が形成されている。凸部１３は、搬送するゴム材料の混練を促進するためのものである。また羽根１２には、搬送方向に面する搬送面１４（図２中、左側面から目視可能な面）には複数の突出部１５が形成されている。

突出部１５は、先端に向かうに従って徐々に断面積が小さくなる円錐状の突起で構成されている。ここでは、突出部１５は、直径と高さの比が１：２となるように構成されている。また突出部１５は、その軸線が羽根１２の搬送面１４に直角となるように一体化されている。突出部１５の加工方法としては、例えば、機械加工による削出しや放電加工等が挙げられる。また突出部１５は、バレル１の入口３に対応する領域から搬送方向側に向かって羽根１２の外縁に沿う位置、詳しくは羽根１２の外縁と回転軸１１の外周面の中央位置に形成されている。突出部１５を設ける間隔は、入口３側から搬送方向側に向かうに従って徐々に広がっている。つまり、単位面積当たりの突出部１５の数は、ゴム材料が供給される入口３側から離れるに従って少なくなっている。このため、搬送するゴム部材に作用する突出部１５の数が減少する。これにより、入口３からバレル１内に投入されたばかりのゴム材料であれば、多くの突起が接触して早期に良好な混練状態を得ることができる。そして、搬送方向下流側に向かうに従って作用する突出部１５の数が少なくなり、必要以上に温度上昇してしまうことを防止することができる。なお、突出部１５を形成するのは、少なくともバレル１の入口３に対応する領域であればよい。具体的には、バレル１の入口側３の端部から約１ｍの範囲である。

前記構成のスクリュ押出機は、例えば、タイヤのトレッド部を形成する場合、４台設置して使用する。各スクリュ押出機は、図３に示すように、トレッド部１６を構成する、ベース１７と、その上面のキャップ１８と、これらの両側のストリップ１９、２０とにそれぞれ対応している。そして、ベース１７とキャップ１８に使用されるゴム材料にはシリカが含有され、ストリップに比べて硬度が高くなっている。このため、スクリュ２の羽根１２に突出部１５を形成したスクリュ押出機は、ベース１７とキャップ１８に使用されるゴム材料を押し出すものに使用する。各スクリュ押出機から押し出されたゴム材料がダイ６で一体化された後、口金９から排出される。

次に、前記構成のスクリュ押出機の動作について説明する。
ホッパー４を介して供給されたゴム材料は、モータ５を駆動することにより回転するスクリュ２によって出口７側へと温調されながら搬送される。通常、スクリュ２の回転速度に対する出口９からのゴム材料の吐出量は比例している。しかしながら、バレル１の入口３から供給されるゴム材料にシリカが含有されていたり、ゴム材料の供給形態が肉厚や幅広のものであったりした場合、混練がスムーズに行われず、詰まり等が発生し、吐出量が減少する。またゴム材料が詰まった部分の前後でその量にバラツキが生じ、温度の上昇度合いが相違する。

前記構成のスクリュ押出機であれば、ゴム材料は、入口近傍では、スクリュ２の回転により羽根１２の搬送面１４に形成した多数の突出部１５がゴム材料に作用し、早期に良好な混練状態となる。また、溝底に設けた凸部１３によってもゴム材料の混練が促進される。このため、ゴム材料を、スクリュ２の回転により詰まり等を発生させることなくスムーズに搬送することができる。そして、ゴム材料が出口７側に向かって搬送されるに従って、作用する突出部１５の数が減少する。このため、ゴム材料が必要以上に混練されて粘度や温度を上昇させることがなく、ゴム材料の劣化を防止することができる。バレル１の出口７でのゴム材料の温度は１１０〜１２０℃となる。

このようにして混練されたゴム材料はダイ６に至り、所定の厚み及び幅寸法へと圧縮されて、口金９を介して帯状となって排出される。排出された帯状のゴム材料は、タイヤの材料として次の工程へと搬送されて使用される。前述のように、得られたゴム材料は、スクリュ２による搬送時に十分に混練されると共に必要以上に加熱されることもなく良好な（ユニフォーミティに優れた）状態となっている。したがって、形成されたタイヤでは、振動等が発生しにくく、良品となる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、バレル１の入口３から出口７側に向かうに従って羽根１２に形成する突出部１５の間隔を広げるようにしたが、次のように構成することもできる。
図４（ａ）では、突出部１５は三角錐形状に形成されている。ここでは、底面が正三角形に形成され、その１辺と高さの比が１：２となるように構成されている。突出部１５を三角錐形状とすることで、ゴム材料に対して鋭角に切り込むことができ、硬質なゴム材料であっても容易に混練させることができる。但し、四角錐等で構成することもできる。
図４（ｂ）では、突出部１５は円柱状に形成されており、その先端部分は半球状に形成されている。この突出部１５は、直径と高さの比が１：２とされている。
図４（ｃ）では、突出部１５は円柱状に形成されており、その先端部分は円錐状に形成されている。
但し、これらの形状に限らず、四角柱等、種々の形状とすることができる。また、一定の長さを有する突条に形成することもできる。突条とする場合、羽根１２が延びる螺旋方向に沿って形成してもよいし、この螺旋方向に交差するように形成してもよい。

前記実施形態では、突出部１５を羽根１２が延びる方向に沿って螺旋状に１列で配置するようにしたが、２列以上で配置することもできる（図５では、２列の例を図示）。この場合も、前記同様、バレル１の出口７側に向かうに従って突出部１５の数が少なくなるように構成すればよい。また途中で列数が減少するようにしてもよい。

前記実施形態では、バレル１の入口３から出口７側に向かって突出部１５の数を変化させるようにしたが、次のように構成することもできる。
例えば、バレル１の入口３から出口７側に向かって突出部１５のサイズを小さくするようにしてもよい。突出部１５のサイズを小さくする方法としては、突出寸法を小さくするだけでもよく、要は羽根１２の螺旋方向に直交する断面積が小さくなるように構成できればよい。

また、バレル１の入口３から出口７側に向かって突出部１５の形状を変化させるようにしてもよい。例えば、入口３側では円錐状とし、出口７側に向かうに従って徐々に丸みを帯びた形状とすればよい。具体的に、突出部１５の形状を、図４（ａ）の三角錐となったもの、図４（ｃ）の円柱の先端部分が円錐状となったもの、図４（ｂ）の円柱の先端部分が半球状となったものの順で形状を変化させるようにすればよい。但し、変化させる形状はこれらのものに限らず、徐々に形状が丸みを帯びてゴム材料に対して作用させる力を軽減できる形状変化であればよい。これにより、ゴム材料が過度に混練されて温度上昇するといった不具合の発生を防止することができる。

前記実施形態では、バレル１の入口３から出口７側に向かって突出部１５の数等を一様に変化させるようにしたが、複数の領域に分割して各領域で突出部１５の数等を変更することもできる。例えば、入口側領域、出口側領域、及び、それらの間の中間領域からなる３領域に分割し、入口側領域、中間領域及び出口側領域の順で段階的に突出部１５の数等を変更するようにすればよい。具体的に、数を変更する場合、入口側領域、中間領域及び出口側領域での単位面積当たりの突出部１５の数は、６：３：１とすればよい。

前記実施形態では、突出部１５を搬送面１４に対して直交する方向に突出させるように形成したが、傾斜角度を設けることも可能である。

前記実施形態では、突出部１５のみをバレル１の出口７側に向かって数を減らす等によりゴム材料への影響を抑制するようにしたが、突出部１５と同様に、凸部１３も同様に、数、サイズ、形状を変更するようにしても構わない。

本発明は、タイヤ等に使用するゴム材料を混練して温調するのに適したスクリュ押出機である。

１…バレル
２…スクリュ
３…入口
４…ホッパー
５…モータ
６…ダイ
７…出口
８…案内通路
９…口金
１０…シャッター
１１…回転軸
１２…羽根
１３…凸部
１４…搬送面
１５…突出部
１６…トレッド部
１７…ベース
１８…キャップ
１９、２０…ストリップ

Claims (7)

1. 円筒状のバレル内に、回転軸の外周面に螺旋状の羽根を備えたスクリュを収容してなり、前記バレルの入口から供給したゴム材料を、前記スクリュを回転させることにより出口側へと搬送するスクリュ押出機であって、
   前記スクリュは、少なくとも前記入口を含む領域に位置する羽根の搬送面に、前記入口から前記出口に向かってゴム材料に対して作用させる力を軽減するように複数の突出部を備えたことを特徴とするスクリュ押出機。
2. 前記突出部は、前記入口から前記出口に向かって数が少なくなることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ押出機。
3. 前記突出部は、前記入口から前記出口に向かってサイズが小さくなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュ押出機。
4. 前記突出部は、前記入口から前記出口に向かって形状が丸みを帯びることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスクリュ押出機。
5. 前記突出部は、三角錐形状の突起であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスクリュ押出機。
6. 前記突出部は、搬送方向の複数の領域毎に、数、サイズ、又は、形状が相違することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスクリュ押出機。
7. 前記突出部は、前記羽根の螺旋方向に連なった突条であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスクリュ押出機。

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