JP7107127B2 - ゴム押出方法および装置 - Google Patents

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本発明は、ゴム押出方法および装置に関し、さらに詳しくは、ゴム材料の押出を再開させた時の押出初期から安定した品質のゴム押出物を得ることができるゴム押出方法および装置に関するものである。
タイヤ等のゴム製品を製造する際には、押出機などの押出手段を用いた押出工程がある。押出工程では、未加硫のゴム材料が所望の可塑度(粘度)にされ、所定形状に型付けされたゴム押出物が押し出される。押出機のシリンダの内部では、回転するスクリューによって未加硫のゴム材料がシリンダの前方に向かって送られつつ練られて、押出口からゴム押出物として押し出される(例えば、特許文献1参照)。
押出工程では、設備の段替えや前工程や後工程の都合に起因して、ゴム材料の押出を一時的に停止させることある。ゴム材料の押出停止中には、シリンダの内部に残存しているゴム材料の温度が適正値から乖離して、押出を再開させた時にゴム押出物の温度を所定範囲に安定させるまでに時間を要する。所定範囲外の温度で押出されたゴム押出物は、意図しない形状に変形したり表面が粗くなる等、一定品質をクリアできない傾向がある。それ故、ゴム材料の押出を再開させた時の押出初期からゴム押出物の品質を安定させるには改善の余地がある。
特開2018-69666号公報
本発明の目的は、ゴム材料の押出を再開させた時の押出初期から安定した品質のゴム押出物を得ることができるゴム押出方法および装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明のゴム押出方法は、筒状のシリンダに内設されたスクリューを有する押出手段により、未加硫のゴム材料を前記スクリューにより練りつつ前記シリンダの先端部に設置されたヘッドに形成された押出流路を通じて前記ヘッドに取付けられたダイスの押出口から押出すゴム押出方法において、
前記押出流路の流路断面積を変化させる流量調整体を配置し、前記押出流路の前記流量調整体の上流側に前記ゴム材料の温度を検知する上流側温度センサを配置し、前記押出流路の前記流量調整体の下流側に前記ゴム材料の温度を検知する下流側温度センサおよび前記押出流路の内圧を検知する圧力センサを配置し、前記下流側温度センサおよび前記圧力センサと前記押出口との間に前記押出流路を開閉する開閉部を配置しておき、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を一時的に停止する停止期間中は、前記開閉部により前記押出流路を閉じた状態にして、前記圧力センサによる検知圧力を予め設定された目標圧力範囲に維持するように前記スクリューの回転を制御し、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する前には、前記上流側温度センサによる検知温度と、前記ゴム材料に対して予め設定された目標温度範囲とに基づいて、前記流量調整体により前記流路断面積を調整し、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する際には、前記開閉部により前記押出流路を開いた状態にして、前記スクリューを予め設定された定型回転に戻しつつ、前記下流側温度センサによる検知温度を予め設定された最終目標温度範囲に維持するとともに前記圧力センサによる検知圧力を予め設定された最終目標圧力範囲に維持するように、維持操作として前記流量調整体により前記流路断面積を調整することを特徴とする。
本発明のゴム押出装置は、筒状のシリンダに内設されたスクリューを有する押出手段と、前記シリンダの先端部に設置されるヘッドと、前記ヘッドに設置されるダイスと、前記スクリューの回転を制御する制御部とを備えて、未加硫のゴム材料が前記スクリューにより練られつつ前記ヘッドに形成された押出流路を通じて前記ダイスの押出口から押出される構成にしたゴム押出装置において、
前記押出流路の流路断面積を変化させる流量調整体と、前記押出流路の前記流量調整体の上流側に配置されて前記ゴム材料の温度を検知する上流側温度センサと、前記押出流路の前記流量調整体の下流側に配置されて、前記ゴム材料の温度を検知する下流側温度センサおよび前記押出流路の内圧を検知する圧力センサと、前記下流側温度センサおよび前記圧力センサと前記押出口との間で前記押出流路を開閉する開閉部と、それぞれの前記温度センサによる検知温度データおよび前記圧力センサによる検知圧力データが入力される演算部とを有し、前記流量調整体および前記開閉部の動きが前記制御部により制御され、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を一時的に停止する停止期間中は、前記開閉部により前記押出流路が閉じた状態にされて、前記検知圧力データに基づいて前記スクリューの回転が制御されることにより、前記押出流路の内圧が予め設定された目標圧力範囲に維持される構成にして、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する前には、前記上流側温度センサによる検知温度データと、前記ゴム材料に対して予め設定された目標温度範囲とに基づいて前記流量調整体が制御されて、前記ゴム材料の温度を前記目標温度範囲にさせるように前記流路断面積が調整される構成にして、
前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する際には、前記開閉部により前記押出流路が開いた状態にされて、前記スクリューが予め設定された定型回転に戻されつつ、維持操作として前記下流側温度センサによる検知温度データおよび前記圧力センサによる検知圧力データに基づいて前記流量調整体が制御されて、前記ゴム材料が予め設定された最終目標温度範囲に維持されるとともに前記押出流路の内圧が予め設定された最終目標圧力範囲に維持されるように前記流路断面積が調整される構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、ゴム材料の押出を一時的に停止する停止期間中は、開閉部により押出流路を閉じた状態にして、圧力センサによる検知圧力を予め設定された目標圧力範囲に維持するようにスクリューの回転を制御することで、シリンダの内部に残存しているゴム材料の温度が過剰に低下または上昇することを回避できる。そして、押出を再開する前には、ゴム材料の温度を目標範囲にするために流量調整体によって流路断面積を適切に調整しておき、押出を再開する際には、ゴム材料を最終目標温度範囲に維持するとともに押出流路の内圧を最終目標圧力範囲に維持するように、維持操作として流量調整体によって流路断面積を調整する。これにより、ゴム押出物の温度および圧力が、ゴム材料の押出の再開から短時間で安定するため、押出初期から、安定した品質のゴム押出物を得ることが可能になる。
本発明のゴム押出装置を、側面視で押出機の内部構造を示して例示する説明図である。 図1の押出機を平面視で例示する説明図である。 図1のダイスおよびヘッドを正面視で例示する説明図である。 図1のA-A断面図である。 図1のゴム押出装置によるゴム材料の押出を再開させる前の状態を例示する説明図である。 図5のゴム押出装置によるゴム材料の押出を再開させた状態を例示する説明図である。
以下、本発明のゴム押出方法および装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。
図1~図4に例示する本発明のゴム押出装置1は、筒状のシリンダ3に内設されたスクリュー4を有する押出機2と、シリンダ3の先端部に設置されるヘッド6と、ヘッド6に設置されるダイス13と、スクリュー4の回転を制御する制御部12とを備えている。シリンダ3の後端部にはスクリュー4を回転駆動する駆動モータ5が配置されている。シリンダ4の後端側上面には投入口3aが形成されていて、投入口3aを囲むようにホッパ3bが取付けられている。スクリュー4は、スクリュー軸の軸方向(シリンダ3の長手方向)に間隔をあけて配置された螺旋状のスクリュー刃を有している。ヘッド6には押出流路6aが形成されていて、ダイス13は押出流路6aに連通する押出口13aを有している。ヘッド6には所望形状の押出口13aを有するダイス13が着脱自在に設置される。
投入口3aを通じてシリンダ2の内部に投入された未加硫のゴム材料Rは、回転するスクリュー4により練られつつヘッド6に送られる。練られたゴム材料R1は、押出流路6aを通じて押出口13aからゴム押出物R2として押出される。図1~図4に例示するゴム押出装置1は、ゴム材料R1の押出を一時的に停止している状態である。
さらにゴム押出装置1は、流量調整体7a、7bと、押出流路6aの流量調整体7a、7bの上流側に配置される上流側温度センサ8aと、押出流路6aの流量調整体7a、7bの下流側に配置される下流側温度8bセンサおよび圧力センサ9と、下流側温度センサ8bおよび圧力センサ9と押出口13aとの間に配置された開閉部10と、演算部11とを有している。演算部11と制御部12とは通信可能に接続されている。この実施形態では演算部11と制御部12とを個別に設けているが、例えば、1台のコンピュータを演算部11および制御部12として用いることができる。
流量調整体7a、7bは、押出流路6aの流路断面積を変化させる。この実施形態では、板状の流量調整体7a、7bが使用されている。流量調整体7a、7bの一部が押出流路6aに挿入されていて、流体シリンダ等のロッドの進退移動によって押出流路6aに対する流量調整体7a、7bの挿入深さが可変になっている。この挿入深さを変えることにより、押出流路6aの流路断面積が変化する。流量調整体7a、7bの挿入深さを大きくすることで流路断面積が減少し、路調整体7a、7bの挿入深さを小さくすることで流路断面積が増加する。流量調整体7a、7bの押出流路6aに対する挿入深さを変える動きは制御部12により制御される。
この実施形態では、2つの流量調整体7a、7bが互いに対向する位置に配置されているが、その設置数は1個にすることも3個以上にすることもできる。また、流量調整体7a、7bの形状は四角形状に限らず、円形、楕円形、三角形やその他の多角形にすることもできる。
上流側温度センサ8a、下流側温度センサ8bは、それぞれ配置された位置でゴム材料R1の温度を逐次検知する。ゴム材料R1の温度を検知できれば、公知の種々の温度センサを用いることができる。上流側温度センサ8a、下流側温度センサ8bによる検知温度データは演算部11に逐次入力される。
圧力センサ9は、配置された位置で押出流路6aの内圧を逐次検知する。即ち、押出流路6aに充填されているゴム材料R1の圧力が圧力センサ9により検知される。押出流路6aの内圧を検知できれば、公知の種々の圧力センサを用いることができる。圧力センサ9による検知圧力データは演算部11に逐次入力される。
開閉部10は、下流側温度センサ8bおよび圧力センサ9と押出口13aとの間で押出流路6aを開閉する。この実施形態では、板状の開閉部10が使用されている。開閉部10の一部が押出流路6aに挿入されていて、流体シリンダ等のロッドの進退移動によって押出流路6aに対する開閉部10の挿入深さが可変になっている。この挿入深さを変えることにより、押出流路6aの開閉が行われる。開閉部10の押出流路6aに対する挿入深さを変える動きは制御部12により制御される。開閉部10は例示した構造に限らず、例えば公知の開閉弁の構造を採用することができる。
次に、本発明のゴム押出方法によりゴム押出物を製造する手順の一例を説明する。
押出機2にゴム材料Rを投入して、練られたゴム材料R1を押出口13aから押出して所望の断面形状のゴム押出物R2を製造していた時に、一時的にゴム材料R1の押出を停止することがある。ゴム材料R1の押出の停止期間中は、今まで開いていた押出流路6aを図1~図3に例示するように開閉部10によって閉じた状態(全閉状態)にする。この状態で、圧力センサ9による検知圧力を予め設定された目標圧力範囲P1に維持するようにスクリュー4の回転を制御する。即ち、押出口13aの前で押出流路6aを閉じた状態にして、検知圧力データに基づいてスクリュー4の回転を制御することにより、押出流路6aの内圧を予め設定された目標圧力範囲P1に維持する。スクリュー4を回転させると押出流路6aの内圧は上昇するので、目標圧力範囲P1に維持するように、スクリュー4を断続的または連続的に回転させる。
この操作によって、ゴム材料R1の押出が停止していても、シリンダ4の内部に残存しているゴム材料R1は回転するスクリュー4によってせん断力が付与されるので、適度に加熱される。これにより、押出の停止期間中は、シリンダ4の内部に残存しているゴム材料R1の温度が過剰に低下または上昇することを回避する。尚、押出流路6aを開閉部10によって閉じた状態にしてスクリュー4を回転させることで、前方のヘッド6に送られたゴム材料R1は後方に移動(流動)してシリンダ4の内部を循環する。
次いで、図5に例示するように、押出機2によるゴム材料R1の押出を再開する前には、上流側温度センサ8aによる検知温度と、ゴム材料R1に対して予め設定された目標温度範囲T1とに基づいて、流量調整体7a、7bにより流路断面積を調整する。流路断面積を小さくすると、より狭くなった押出流路6aを通過することでゴム材料R1にはより大きなせん断力が付与され、これに伴って加熱される。そのため、ゴム材料R1の温度は上昇する。そこで、上流側温度センサ8aによる検知温度データと目標温度範囲T1とが演算部11によって比較される。この比較結果に基づいて、上流側温度センサ8aによる検知温度データが目標温度範囲Tになるように、制御部12によって流量調整体7a、7bの挿入深さを制御して流路断面積が調整される。
この調整操作はゴム材料R1の押出を再開する直前にするとよい。尚、この時点でもゴム材料R1の押出を停止している停止期間中なので、圧力センサ9による検知圧力を予め設定された目標圧力範囲P1に維持するようにスクリュー4の回転を制御する。
次いで、図6に例示するように、押出機2によるゴム材料R1の押出を再開する際には、開閉部10により押出流路6aを開いた状態(全開状態)にして、スクリュー4を予め設定された定型回転に戻す。この定型回転とは、この押出装置1によってゴム押出物R2を製造している時のスクリュー4の回転状態であり、例えば、ゴム材料Rの仕様毎に定常の回転数が設定されている。
このようにスクリュー4を定型回転に戻しつつ、維持操作として、下流側温度センサ8bによる検知温度を予め設定された最終目標温度範囲Tfに維持するとともに圧力センサ9による検知圧力を予め設定された最終目標圧力範囲Pfに維持するように流量調整体7a、7bにより流路断面積を調整する。そこで、下流側温度センサ8bによる検知温度データと最終目標温度範囲Tfとが演算部11によって比較される。また、圧力センサ9による検知圧力データと最終目標圧力範囲Pfとが演算部11によって比較される。
これらの比較結果に基づいて、下流側温度センサ8bによる検知温度データが最終目標温度範囲Tfになり、かつ、圧力センサ9による検知圧力データが最終目標圧力範囲Pfになるように、制御部12によって流量調整体7a、7bの挿入深さを制御して流路断面積を調整する。この維持操作をすることで、シリンダ4の内部に残存していたゴム材料R1を順次、押出流路6aを通じて押出口13aから押出してゴム押出物R2の製造を再開させる。
本発明によれば、ゴム材料R1の押出の停止期間中は、上述したように、シリンダ4の内部に残存しているゴム材料R1の温度が過剰に低下または上昇することを回避できる。そして、ゴム材料R1の押出を再開する前には、流量調整体7a、7bにより押出流路6aの流路断面積を調整することで、予めゴム材料R1の温度を目標範囲T1にしておくので、ゴム材料R1の押出を再開すると、ゴム材料R1を迅速に最終目標温度範囲Tfにさせるとともに押出流路6aの内圧を最終目標圧力範囲Pfにさせ易い。この時、最終目標温度範囲Tfおよび最終目標圧力範囲Pfを維持するように、流量調整体7a、7bによって流路断面積を調整することで、ゴム押出物R2の温度(見かけの粘度)および圧力(吐出量)を、ゴム材料R1の押出の再開から短時間で安定させることができる。
即ち、ダイス13を通過した後の未加硫ゴム(ゴム押出物R2)のスエルがゴム材料R1の押出の再開から短時間で安定するので、ゴム押出物R2の意図しない形状変形や表面が粗くなる等の不具合の発生を抑制できる。そのため、押出初期から、安定した品質のゴム押出物R2を得ることが可能になり、ゴム押出物R2の歩留りが向上する。
維持操作は上述したように、流量調整体7a、7bにより流路断面積を調整することが主要な操作であるが、最終目標温度範囲Tfを維持するとともに最終目標圧力範囲Pfを維持することを、迅速に、或いは、高精度で実現できない場合もある。そこで、維持操作中に、スクリュー4の回転を制御することにより最終目標圧力範囲Pfを維持する微調整操作および流量調整体7a、7bを制御することにより最終目標温度範囲Tfを維持する微調整操作をそれぞれ行うこともできる。スクリュー4の回転数は予め設定された許容範囲内で変化させる。
目標温度範囲T1と最終目標温度範囲Tfとは、例えばT1の中心値をTfの中心値の±5%(Tfの中心値×0.95≦T1の中心値≦Tfの中心値×1.05)程度にして概ね近似した範囲に設定されるが、両者を同じ温度範囲に設定することもできる。同様に、目標圧力範囲P1と最終目標圧力範囲Pfとは、例えばP1の中心値をPfの中心値の±5%(Pfの中心値×0.95≦P1の中心値≦Pfの中心値×1.05)程度にして概ね近似した範囲に設定されるが、両者を同じ圧力範囲に設定することもできる。目標温度範囲T1、最終目標温度範囲Tf、目標圧力範囲P1、最終目標圧力範囲Pfは、例えばゴム材料Rの仕様毎に事前に試験押出を行って、一定品質のゴム押出物R2を確保できる適切な範囲を設定しておく。
上流側温度センサ8aおよび下流側温度センサ8bのシリンダ3に対する挿入深さを可変にした構成にすることもできる。この構成にした場合は、ゴム材料R1の温度を検知する時には、検知しない時に比して挿入深さを大きくするようにそれぞれの温度センサ8a、8bを移動させて押出流路6aの断面中央部で検知温度データを取得する。例えば、ゴム材料R1の温度を検知しない時は、それぞれの温度センサ8a、8bの挿入深さをゼロ、或いは、最小限にすることで、温度センサ8a、8bがゴム材料R1から不要が外力を受けないようにする。一方、押出流路6aの断面中央部でゴム材料R1の温度を検知することで、ばらつきの少ないより安定した検知温度データを取得できる。
ゴム材料R1の押出を一時的に停止させる停止期間の長さは例えば180秒以下である。この停止期間が180秒を超えると、シリンダ3の内部に残留しているゴム材料R1の物性の変化が過大になるため、安定した品質のゴム押出物R2を得ることが難しくなる。この停止期間はより好ましくは120秒以下にする。
この実施形態では、押出機2を押出手段として例示したが、本発明ではゴム射出機を押出手段として用いることもできる。本発明は、加硫系配合剤が含有されていないゴム材料Rを練って押出す場合にも、加硫系配合剤が含有されているゴム材料Rを練って押出す場合にも適用することができる。
1 押出装置
2 押出機(押出手段)
3 シリンダ
3a 投入口
3b ホッパ
4 スクリュー
5 駆動モータ
6 ヘッド
6a 押出流路
7a、7b 流量調整体
8a 上流側温度センサ
8b 下流側温度センサ
9 圧力センサ
10 開閉部
11 演算部
12 制御部
13 ダイス
13a 押出口
R 未加硫のゴム材料
R1 練られたゴム材料
R2 ゴム押出物

Claims (7)

  1. 筒状のシリンダに内設されたスクリューを有する押出手段により、未加硫のゴム材料を前記スクリューにより練りつつ前記シリンダの先端部に設置されたヘッドに形成された押出流路を通じて前記ヘッドに取付けられたダイスの押出口から押出すゴム押出方法において、
    前記押出流路の流路断面積を変化させる流量調整体を配置し、前記押出流路の前記流量調整体の上流側に前記ゴム材料の温度を検知する上流側温度センサを配置し、前記押出流路の前記流量調整体の下流側に前記ゴム材料の温度を検知する下流側温度センサおよび前記押出流路の内圧を検知する圧力センサを配置し、前記下流側温度センサおよび前記圧力センサと前記押出口との間に前記押出流路を開閉する開閉部を配置しておき、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を一時的に停止する停止期間中は、前記開閉部により前記押出流路を閉じた状態にして、前記圧力センサによる検知圧力を予め設定された目標圧力範囲に維持するように前記スクリューの回転を制御し、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する前には、前記上流側温度センサによる検知温度と、前記ゴム材料に対して予め設定された目標温度範囲とに基づいて、前記流量調整体により前記流路断面積を調整し、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する際には、前記開閉部により前記押出流路を開いた状態にして、前記スクリューを予め設定された定型回転に戻しつつ、前記下流側温度センサによる検知温度を予め設定された最終目標温度範囲に維持するとともに前記圧力センサによる検知圧力を予め設定された最終目標圧力範囲に維持するように、維持操作として前記流量調整体により前記流路断面積を調整することを特徴とするゴム押出方法。
  2. 前記維持操作中に、前記スクリューの回転を制御することにより前記最終目標圧力範囲を維持する微調整操作および前記流量調整体を制御することにより前記最終目標温度範囲を維持する微調整操作を行う請求項1に記載のゴム押出方法。
  3. 前記目標温度範囲と前記最終目標温度範囲とを同じ温度範囲に設定し、前記目標圧力範囲と前記最終目標圧力範囲とを同じ圧力範囲に設定する請求項1または2に記載のゴム押出方法。
  4. 前記上流側温度センサおよび前記下流側温度センサの前記シリンダに対する挿入深さを可変にして、前記ゴム材料の温度を検知する時には、前記温度を検知しない時に比して前記挿入深さを大きくするようにそれぞれの前記温度センサを移動させて前記押出流路の断面中央部で前記温度を検知する請求項1~3のいずれかに記載のゴム押出方法。
  5. 前記停止期間の長さが180秒以下である請求項1~4のいずれかに記載のゴム押出方法。
  6. 筒状のシリンダに内設されたスクリューを有する押出手段と、前記シリンダの先端部に設置されるヘッドと、前記ヘッドに設置されるダイスと、前記スクリューの回転を制御する制御部とを備えて、未加硫のゴム材料が前記スクリューにより練られつつ前記ヘッドに形成された押出流路を通じて前記ダイスの押出口から押出される構成にしたゴム押出装置において、
    前記押出流路の流路断面積を変化させる流量調整体と、前記押出流路の前記流量調整体の上流側に配置されて前記ゴム材料の温度を検知する上流側温度センサと、前記押出流路の前記流量調整体の下流側に配置されて、前記ゴム材料の温度を検知する下流側温度センサおよび前記押出流路の内圧を検知する圧力センサと、前記下流側温度センサおよび前記圧力センサと前記押出口との間で前記押出流路を開閉する開閉部と、それぞれの前記温度センサによる検知温度データおよび前記圧力センサによる検知圧力データが入力される演算部とを有し、前記流量調整体および前記開閉部の動きが前記制御部により制御され、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を一時的に停止する停止期間中は、前記開閉部により前記押出流路が閉じた状態にされて、前記検知圧力データに基づいて前記スクリューの回転が制御されることにより、前記押出流路の内圧が予め設定された目標圧力範囲に維持される構成にして、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する前には、前記上流側温度センサによる検知温度データと、前記ゴム材料に対して予め設定された目標温度範囲とに基づいて前記流量調整体が制御されて、前記ゴム材料の温度を前記目標温度範囲にさせるように前記流路断面積が調整される構成にして、
    前記押出手段による前記ゴム材料の押出を再開する際には、前記開閉部により前記押出流路が開いた状態にされて、前記スクリューが予め設定された定型回転に戻されつつ、維持操作として前記下流側温度センサによる検知温度データおよび前記圧力センサによる検知圧力データに基づいて前記流量調整体が制御されて、前記ゴム材料が予め設定された最終目標温度範囲に維持されるとともに前記押出流路の内圧が予め設定された最終目標圧力範囲に維持されるように前記流路断面積が調整される構成にしたことを特徴とするゴム押出装置。
  7. 前記維持操作中に、前記スクリューの回転が制御されることにより前記最終目標圧力範囲を維持する微調整操作および前記流量調整体が制御されることにより前記最終目標温度範囲を維持する微調整操作が行われる構成にした請求項6に記載のゴム押出装置。
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