JP6754018B1 - スクリュー、押出機及び押出方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 品質と生産性との両立可能なエラストマーの適用範囲を向上し得るスクリュー、押出機及び押出方法を提供する。【解決手段】 可塑性のエラストマーＧを混練しながら押し出すための螺旋翼５を有するスクリュー２である。押出方向Ａ下流側に配された第１領域６を有している。第１領域６には、押出方向Ａで隣り合う螺旋翼５の間を、スクリュー軸方向に対して傾斜して延びるバリア９が形成されている。バリア９の長手方向の長さｗは、第１領域６における螺旋翼５のリード長さＬ１の１．５〜３．０倍である。【選択図】 図１

Description

本発明は、可塑性のエラストマーを混練しながら押し出すための螺旋翼を有するスクリュー、このスクリューを含む押出機及び押出方法に関する。
従来、可塑性のエラストマーを混練しながら押し出すための螺旋翼を有するスクリューが種々知られている。例えば、下記特許文献１は、混練促進領域を設けることで、可塑性のエラストマーの良好な品質を維持しつつ、その生産性を向上させ得るスクリューを提案している。
特開２０１９−０４３０４３号公報
しかしながら、特許文献１のスクリューは、バリアがスクリュー軸方向に沿っており、シリカが配合されたエラストマー等、混練されるエラストマーの種類によっては、生産性が低下することがあった。このため、特許文献１のスクリューにおいても、品質と生産性との両立に対し、更なる改善が望まれていた。
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、品質と生産性との両立可能なエラストマーの適用範囲を向上し得るスクリュー、押出機及び押出方法を提供することを主たる目的としている。
本発明は、可塑性のエラストマーを混練しながら押し出すための螺旋翼を有するスクリューであって、押出方向下流側に配された第１領域を有し、前記第１領域には、押出方向で隣り合う前記螺旋翼の間を、スクリュー軸方向に対して傾斜して延びるバリアが形成され、前記バリアの長手方向の長さは、前記第１領域における前記螺旋翼のリード長さの１．５〜３．０倍であることを特徴とする。
本発明のスクリューにおいて、前記第１領域には、１〜４枚の前記バリアが形成されているのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記バリアの高さは、前記螺旋翼の高さよりも小さく、かつ、前記螺旋翼の高さと前記バリアの高さとの差が２〜１０mmであるのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記バリアの厚さは、前記螺旋翼の高さと前記バリアの高さとの差の０．９〜３．０倍であるのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記第１領域の押出方向上流側に配された第２領域を有し、前記第２領域には、前記螺旋翼にピン通過用の切欠部が形成されているのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記第２領域の押出方向上流側に配された第３領域を有し、前記第３領域は、前記螺旋翼の少なくとも一部が１条ねじで形成されているのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記第３領域は、全ねじ長の２０％〜４０％の範囲であるのが望ましい。
本発明のスクリューにおいて、前記第３領域の押出方向上流側の一部は、多条ねじで形成されているのが望ましい。
本発明は、上述のスクリューと、前記スクリューを内部に配するバレルとを含む押出機であって、前記バレルは、前記第２領域の前記螺旋翼に形成された前記切欠部に挿入される複数のピンを含むことを特徴とする。
本発明は、上述のスクリューと、前記スクリューを内部に配するバレルとを含む、押出機であることを特徴とする。
本発明は、上述の押出機を用いて、５０ｐｈｒ以上のシリカを配合した前記エラストマーを押し出すための押出方法であって、前記バレルの内部に、前記エラストマーを投入する投入工程と、前記エラストマーを混練しながら押し出す押出工程とを含み、前記押出工程は、前記バリアにより、前記エラストマーを薄膜状に変形させる変形工程を含むことを特徴とする。
本発明のスクリューにおいて、第１領域には、押出方向で隣り合う螺旋翼の間を、スクリュー軸方向に対して傾斜して延びるバリアが形成され、前記バリアの長手方向の長さは、前記第１領域における前記螺旋翼のリード長さの１．５〜３．０倍である。このようなスクリューは、特定の長さで傾斜するバリアによりエラストマーを順に薄膜状に変形させつつ、エラストマーの通過量を確保することができる。このため、本発明のスクリューは、品質と生産性との両立可能なエラストマーの適用範囲を向上させることができる。
本発明の押出機の一実施形態を示す側面図である。 第１領域の部分側面図である。 図２のＡ−Ａ線の部分断面図である。 押出方法のフローチャートである。 押出工程のフローチャートである。 他の実施形態の押出機の側面図である。
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき詳細に説明される。
図１は、本実施形態の押出機１を示す側面図である。図１に示されるように、本実施形態の押出機１は、可塑性のエラストマーＧを混練しながら押出方向Ａに押し出すためのスクリュー２と、スクリュー２を内部に配するバレル３とを含んでいる。
可塑性のエラストマーＧとしては、例えば、未加硫ゴム、熱可塑性エラストマー等が挙げられる。エラストマーＧは、特に限定されるものではないが、例えば、タイヤ用のゴムであれば、近年の低燃費化の要請により、シリカが、好ましくは、５０ｐｈｒ以上、より好ましくは、１００ｐｈｒ以上が配合されたハイシリカ配合であるのが望ましい。
本実施形態のスクリュー２は、スクリュー軸４と、スクリュー軸４からスクリュー２の径方向外側に突出する螺旋翼５とを有している。本実施形態の螺旋翼５は、可塑性のエラストマーＧを混練しながら押し出すためのものである。
本実施形態のスクリュー２は、押出方向Ａ下流側に配された第１領域６と、第１領域６の押出方向Ａ上流側に配された第２領域７と、第２領域７の押出方向Ａ上流側に配された第３領域８とを有している。第１領域６、第２領域７及び第３領域８は、例えば、押出方向Ａに連続して設けられている。
図２は、第１領域６の部分側面図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態の第１領域６には、押出方向Ａで隣り合う螺旋翼５の間を、スクリュー軸方向に対して傾斜して延びるバリア９が形成されている。バリア９の長手方向の長さｗは、好ましくは、第１領域６における螺旋翼５のリード長さＬ１の１．５〜３．０倍である。ここで、バリア９がスクリュー軸方向に対して傾斜して延びるとは、バリア９の長手方向がスクリュー軸方向に対して、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度θを有することを意味する。
このようなバリア９は、特定の長さで傾斜しているので、エラストマーＧを順に薄膜状に変形させつつ、エラストマーＧの通過量を確保することができる。このため、本実施形態のスクリュー２は、エラストマーＧの過度な発熱を抑制しつつ、エラストマーＧの吐出量を確保することができる。また、このようなバリア９は、ハイシリカ配合のエラストマーＧであっても、その内部に気泡を発生させることなく、効率よく搬送及び変形させることができるので、エラストマーＧの表面状態を向上させることができる。このため、本実施形態のスクリュー２は、品質と生産性との両立可能なエラストマーＧの適用範囲を向上することができる。
バリア９の長手方向の長さｗは、より好ましくは、第１領域６における螺旋翼５のリード長さＬ１の２．０倍以上である。また、バリア９の長手方向の長さｗは、より好ましくは、第１領域６における螺旋翼５のリード長さＬ１の２．５倍以下である。このようなバリア９は、ハイシリカ配合のエラストマーＧを、効率よく搬送及び変形させることに好適であり、エラストマーＧの品質と生産性とを両立させることに役立つ。
バリア９のスクリュー軸方向に対する角度θは、好ましくは、１０°以上、より好ましくは、２０°以上であり、好ましくは８０°以下、より好ましくは、７０°以下である。このようなバリア９は、ハイシリカ配合のエラストマーＧを、効率よく搬送及び変形させることに好適であり、エラストマーＧの品質と生産性とを両立させることに役立つ。
本実施形態の第１領域６は、螺旋翼５が２条ねじで形成されている。第１領域６の螺旋翼５は、２条ねじに限定されるものではなく、例えば、１条ねじであってもよく、３条以上の多条ねじであってもよい。また、第１領域６は、例えば、部分的に条数の異なるねじで形成されていてもよい。
ここで、１条ねじとは、スクリュー軸４の軸方向の同一部分において、１つの螺旋翼５を有する態様である。また、２条ねじとは、スクリュー軸４の軸方向の同一部分において、２つの螺旋翼５を有する態様である。さらに、多条ねじとは、スクリュー軸４の軸方向の同一部分において、２つ以上の螺旋翼５を有する態様である。２条ねじは、多条ねじの一態様である。
第１領域６には、好ましくは、１〜４枚のバリア９が形成されている。本実施形態では、第１領域６に１枚のバリア９が形成されたものが例示されている。このような第１領域６は、バリア９によりエラストマーＧを薄膜状に変形させて押出方向Ａ下流側に流すことができるので、エラストマーＧの分子を一様に細かく切断することができる。このため、本実施形態の押出機１は、押し出されたエラストマーＧの膨張率を低減させるとともに、エラストマーＧの表面状態を向上させることができる。このため、本実施形態の押出機１は、押し出し後のエラストマーＧの形状の安定化を図りつつ、エラストマーＧの表面状態を向上させることができるので、高品質なエラストマーＧを押し出すことができる。
図３は、図２のＡ−Ａ線の部分断面図である。図３に示されるように、本実施形態のバリア９の高さｈは、螺旋翼５の高さＨよりも小さい。螺旋翼５の高さＨとバリア９の高さｈとの差（Ｈ−ｈ）は、好ましくは、２〜１０mmである。差（Ｈ−ｈ）が２mm以上であることで、エラストマーＧの過度な発熱を抑制しつつ、エラストマーＧの吐出量を確保することができ、品質と生産性とを両立させることができる。差（Ｈ−ｈ）が１０mm以下であることで、エラストマーＧの変形を促進することができ、品質を向上させることができる。
バリア９の厚さｔは、好ましくは、螺旋翼５の高さＨとバリア９の高さｈとの差（Ｈ−ｈ）の０．９〜３．０倍である。厚さｔが差（Ｈ−ｈ）の０．９倍以上であることで、エラストマーＧの変形を促進することができ、品質を向上させることができる。厚さｔが差（Ｈ−ｈ）の３．０倍以下であることで、エラストマーＧの過度な発熱を抑制しつつ、エラストマーＧの吐出量を確保することができ、品質と生産性とを両立させることができる。
図１に示されるように、本実施形態の第２領域７は、螺旋翼５が２条ねじで形成されている。第２領域７の螺旋翼５は、２条ねじに限定されるものではなく、例えば、１条ねじであってもよく、３条以上の多条ねじであってもよい。また、第２領域７は、例えば、部分的に条数の異なるねじで形成されていてもよい。
本実施形態の第２領域７には、螺旋翼５にピン通過用の切欠部１０が形成されている。バレル３は、第２領域７の螺旋翼５に形成された切欠部１０に挿入される複数のピン１１を含むのが望ましい。このような第２領域７は、ピン１１によりスクリュー２とバレル３との間で混練されるエラストマーＧをせん断してエラストマーＧの混合分散効果を高め、エラストマーＧの品質を向上させることができる。
ピン１１は、スクリュー軸４の軸方向に、複数列、例えば、２〜５列設けられている。本実施形態では、スクリュー軸４の軸方向にピン１１が３列設けられたものが例示されている。ピン１１は、スクリュー軸４の軸方向の同一部分に対して、複数個、例えば、４〜８個設けられている。このようなピン１１は、エラストマーＧの混合分散効果を高めて、エラストマーＧの品質を向上させることに役立つ。
複数のピン１１は、バレル３の内部への突出量を、それぞれ、変更可能に構成されるのが望ましい。このようなピン１１は、混練されるエラストマーＧに応じて、突出量を個別に調整することができる。
本実施形態の第３領域８は、螺旋翼５の少なくとも一部が１条ねじで形成されている。このような第３領域８は、投入されたエラストマーＧの搬送性が良好であり、エラストマーＧを効率よく第２領域７側へ送り出すことができるので、生産性を向上させることができる。
第３領域８は、好ましくは、全ねじ長Ｌ０の２０％〜４０％の範囲である。第３領域８が全ねじ長Ｌ０の２０％以上であることで、エラストマーＧを効率よく搬送することができ、生産性を向上させることができる。第３領域８が全ねじ長Ｌ０の４０％以下であることで、相対的に第１領域６及び第２領域７の範囲を広げることができ、エラストマーＧの品質を向上させることに役立つ。
本実施形態のバレル３は、エラストマーＧを投入する投入口１２と、混練されたエラストマーＧを吐出する吐出口１３とを含んでいる。投入口１２は、スクリュー２の第３領域８に対応する部分に設けられるのが望ましい。吐出口１３は、スクリュー２の第１領域６の押出方向Ａ下流側に設けられるのが望ましい。このようなバレル３は、投入口１２から吐出口１３までの距離を大きくすることができ、エラストマーＧの品質を向上させることに役立つ。
スクリュー２は、バレル３の押出方向Ａ上流側に配された駆動部１４により、一方向に回転するのが望ましい。スクリュー２の回転速度は、駆動部１４により、適宜調整され得る。このようなスクリュー２は、押出機１の運転状況に合わせて、回転速度を容易に変更することができる。
次に、図１ないし図３を参酌しつつ、本実施形態の押出方法が説明される。
図４は、本実施形態の押出方法のフローチャートである。図４に示されるように、本実施形態の押出方法は、押出機１を用いて、好ましくは、５０ｐｈｒ以上、より好ましくは、１００ｐｈｒ以上のシリカを配合したハイシリカ配合のエラストマーＧを押し出すのに好適である。
本実施形態の押出方法は、まず、バレル３の内部に、エラストマーＧを投入する投入工程Ｓ１が行われる。投入工程Ｓ１は、例えば、エラストマーＧが連続して投入される。エラストマーＧの投入速度は、押出機１の運転状況に合わせて、適宜調整されるのが望ましい。このような投入工程Ｓ１は、ハイシリカ配合のエラストマーＧであっても、バレル３の内部に適切な量のエラストマーＧを投入することができる。
本実施形態の押出方法は、投入工程Ｓ１の次に、エラストマーＧを混練しながら押し出す押出工程Ｓ２が行われる。押出工程Ｓ２は、スクリュー２を回転させることで、押出方向Ａに向けてエラストマーＧを順次押し出すのが望ましい。このような押出工程Ｓ２は、ハイシリカ配合のエラストマーＧの品質と生産性とを両立させるように、押し出すことができる。
図５は、押出工程Ｓ２のフローチャートである。図５に示されるように、本実施形態の押出工程Ｓ２は、まず、投入されたエラストマーＧを押出方向Ａ下流側に搬送する搬送工程Ｓ２１が行われる。搬送工程Ｓ２１は、スクリュー２の第３領域８で行われるのが望ましい。このような搬送工程Ｓ２１は、ハイシリカ配合のエラストマーＧを効率よく搬送することができ、生産性を向上させることができる。
本実施形態の押出工程Ｓ２は、搬送工程Ｓ２１の次に、ピン１１により、スクリュー２とバレル３との間で混練されるエラストマーＧをせん断するせん断工程Ｓ２２が行われる。せん断工程Ｓ２２は、スクリュー２の第２領域７で行われるのが望ましい。このようなせん断工程Ｓ２２は、ハイシリカ配合のエラストマーＧの混合分散効果を高めて、品質を向上させることができる。
本実施形態の押出工程Ｓ２は、せん断工程Ｓ２２の次に、バリア９により、エラストマーＧを薄膜状に変形させる変形工程Ｓ２３が行われる。変形工程Ｓ２３は、スクリュー２の第１領域６で行われるのが望ましい。このような変形工程Ｓ２３は、エラストマーＧの過度な発熱を抑制しつつ、エラストマーＧの吐出量を確保することができ、品質と生産性とを両立させることができる。
図６は、他の実施形態の押出機２０の側面図である。上述の実施形態と同一の機能を有する要素は、同一の符号が付され、その説明が省略される。図６に示されるように、この実施形態の押出機２０は、可塑性のエラストマーＧを混練しながら押出方向Ａに押し出すためのスクリュー２１と、スクリュー２１を内部に配するバレル２２とを含んでいる。
この実施形態のスクリュー２１は、スクリュー軸４と、スクリュー軸４からスクリュー２１の径方向外側に突出する螺旋翼２３とを有している。スクリュー２１は、上述のスクリュー２と同様に、押出方向Ａ下流側に配された第１領域６と、第１領域６の押出方向Ａ上流側に配された第２領域７と、第２領域７の押出方向Ａ上流側に配された第３領域８とを有するのが望ましい。
この実施形態では、第１領域６に３枚のバリア９が形成されたものが例示されている。このような第１領域６は、バリア９によりエラストマーＧの分子をより細かく切断し、エラストマーＧの品質をより向上させることができる。
この実施形態では、第２領域７のスクリュー軸４の軸方向にピン１１が４列設けられたものが例示されている。このようなピン１１は、エラストマーＧの混合分散効果をより高め、エラストマーＧの品質をより向上させることができる。
この実施形態の第３領域８の押出方向Ａ上流側の一部は、多条ねじで形成されている。この実施形態では、第３領域８の押出方向Ａ上流側の一部が２条ねじと６条ねじとで形成されるものが例示されている。このような第３領域８は、投入口１２から投入されたエラストマーＧの噛み込み性を維持しつつ混合分散を促進し、エラストマーＧの品質と生産性とを両立させることに役立つ。
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、上述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され得る。
図１ないし図３及び図６に示される実施例のスクリューが、表１及び表２の仕様に基づき試作された。比較例として、第３領域が２条ねじで形成されかつバリアが設けられていない比較例１のスクリューと、第３領域が１条ねじで形成されかつバリアがスクリュー軸の軸方向に延びる比較例２のスクリューとが試作された。試作されたスクリューを含む押出機を用いて、図４及び図５に示される押出方法でエラストマーを押し出す試験が行われ、押し出されたエラストマーの品質と生産性とが評価された。試験の共通事項及び試験方法は、以下のとおりである。
＜共通事項＞
エラストマー ： シリカが１００ｐｈｒ配合された未加硫ゴム
第１領域 ： ２条ねじ
第２領域 ： ２条ねじ
＜品質試験＞
押し出されたエラストマーの表面状態が、算術平均高さで求められる表面粗さとして測定された。結果は、表面粗さの逆数が比較例１を１００とする指数で示され、数値が大きいほど、表面状態が良好であり、品質に優れていることを示す。
＜生産性試験＞
押し出されたエラストマーの吐出量が測定された。結果は、比較例１を１００とする指数で示され、数値が大きいほど、吐出量が大きく、生産性に優れていることを示す。
試験の結果が表１及び表２に示される。
Figure 0006754018
Figure 0006754018
試験の結果、実施例の押出機は、比較例の押出機に対して、品質試験及び生産性試験の評価の合計値が向上しており、ハイシリカ配合の未加硫ゴムに対しても品質と生産性とを両立していることが確認された。
２ スクリュー
５ 螺旋翼
６ 第１領域
９ バリア

Claims (8)

  1. シリカが１００ｐｈｒ以上配合されたハイシリカ配合の可塑性のエラストマーを混練しながら押し出すための螺旋翼を有するスクリューであって、
    最も押出方向下流側に配された第１領域を有し、
    前記第１領域には、押出方向で隣り合う前記螺旋翼の間を、スクリュー軸方向に対して傾斜して延びるバリアが形成され、
    前記バリアの長手方向の長さは、前記第１領域における前記螺旋翼のリード長さの１．５〜３．０倍であり、
    前記バリアの高さは、前記螺旋翼の高さよりも小さく、かつ、前記螺旋翼の高さと前記バリアの高さとの差が２〜１０mmであり、
    前記バリアの厚さは、前記螺旋翼の高さと前記バリアの高さとの差の０．９〜３．０倍である、
    スクリュー。
  2. 前記第１領域には、１〜４枚の前記バリアが形成されている、請求項１に記載のスクリュー。
  3. 前記第１領域の押出方向上流側に配された第２領域を有し、
    前記第２領域には、前記螺旋翼にピン通過用の切欠部が形成されている、請求項１又は２に記載のスクリュー。
  4. 前記第２領域の押出方向上流側に前記第２領域に連続して配された第３領域を有し、
    前記第３領域は、前記螺旋翼の少なくとも一部が１条ねじで形成されている、請求項３に記載のスクリュー。
  5. 前記第３領域の最も押出方向上流側の一部は、多条ねじで形成されている、請求項４に記載のスクリュー。
  6. 請求項３ないし５のいずれか１項に記載のスクリューと、前記スクリューを内部に配するバレルとを含む押出機であって、
    前記バレルは、前記第２領域の前記螺旋翼に形成された前記切欠部に挿入される複数のピンを含む、
    押出機。
  7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスクリューと、前記スクリューを内部に配するバレルとを含む、
    押出機。
  8. 請求項６又は７に記載の押出機を用いて、前記エラストマーを押し出すための押出方法であって、
    前記バレルの内部に、前記エラストマーを投入する投入工程と、
    前記エラストマーを混練しながら押し出す押出工程とを含み、
    前記押出工程は、前記バリアにより、前記エラストマーを薄膜状に変形させる変形工程を含む、
    押出方法。
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