JPH029616A - 冷間給送ゴム押出機の均質化性能改良装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は冷間給送ゴム押出機の均質化能力改善に関する
。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕冷間給
送ゴム押出機は一般に供給口と圧縮セクション、可塑化
セクション、押出ヘッドを備えておりゴム産業界におい
ては熱間給送ゴム押出機に代わって用いられつつある。

主に可塑化セクションの設計の進歩により押出機で処理
するゴムコンパウンドの範囲は、高粘度（ムーニー値）
、腰の強さ（天然ゴムコンパウンド）や硬度が大きい、
或いは発熱量が多い等のために従来押出が困難とされて
いたものを含むようになってきている。しかし、特定の
大きさの押出機で見ればもつと押出困難なコンパウンド
に対しては処理量が大きく減少するし、押出物の均質性
を得ることが難しく、更に、ある種のコンパウンドにつ
いては均質化ができない状態である。上記の均質性は、
押出物の横断方向及び長さ方向における単位長当りの重
量や寸法安定性又は温度分布によって測定される。

試料グループの均質性の測定は統計的手法で行われ、例
えば、平均値に対する標準偏差は、高品質であるために
は１％以下でなければならず、又、最大限界値と最小限
界値について定義される加工能力指数ＣＰＫは１以上で
大きい程良好である。上記の、異なった指数は均質性の
異なった側面を表わしている。この場合、Ｃ□の最大値
と最小値は平均値よりそれぞれわずか１％上下する程度
であり、冷間給送用押出機の製品評価に応用した場合に
は２％以上になることは稀である。

上記要求を満たすため、冷間給送押出機の長さを長くす
ることが試みられているが、押出し温度の上昇により処
理量が制限されてしまい、限られた成果した得られてい
ない。

製品が不均一になる原因については試験及び経験から、
基本的には、押出機の供給口と圧縮セクションで条件が
大きく変動するためであることが判っており、以下の両
極端の状況が生じ得ることが判明している。

即ち、一方では１条若しくは数条の帯条又は−様断面の
シートで原料を供給してすら原料の供給不足が生じ、こ
れにより押出スクリューが原料で満たされるべき圧縮セ
クションの全長にわたり原料が一定位置を保つことがで
きない状態が生じることがある。このため圧縮セクショ
ン内では、圧力上昇が始まる基準点が定まらないことに
なる。

これはゴムがまだ可塑化しておらず異なった大きさの塊
となって動き回るような状態において特に顕著である。

また他方では、ラム式供給装置のように（規則的若しく
は不規則に）原料を加圧して供給する供給装置か、これ
より多少圧力変動があるが原料供給を制御するような方
法、例えば間隔を大きく開いた２本のロールミルを押出
機の原料供給箱上に設置して背圧で速度を制御するよう
な原料供給装置を使用する場合がある。

上記のような加圧供給装置は圧縮セクションの人口で押
出スクリューを原料で満たすことはできるが、原料の下
記に述べるスコッシ二バックを防止することはできない
。そのため上記のような加圧供給装置を使用した場合は
、押出スクリューに原料を圧入することによる不均一性
と、可塑化していない原料塊と部分的に可塑化して流動
可能な原料とが常に変動する比率で混在するスコツシュ
バック状態が生じることによる不均一性との両方を生じ
させ、圧力の均一な上昇を阻害してしまう。

また、冷間押出機業界では標準的に用いられる、供給箱
内にスクリューとギヤで連結されたフィートローラを設
けて、原料の外観上安定している回転バンクを形成して
原料を供給する方法も、年々厳しくなる製品の均質性基
準に対する要求を満足させるに至っていない。特に、最
近では計測の精度が増すと共に統計手法的に改良された
加工能力指数を用いて評価することにより表面的には安
定した運転条件と見えた状態においても、許容できない
非均質性が存在することが判明したため上記の均質性基
準の向上に対する要求は強くなっている。これらの要求
は特に、ムーニー粘度が大きく、硬度が高く　（増量剤
によるところも大きい）、又は靭性の大きいく例えば天
然ゴムコンパウンドの腰の強さ等）コンパウンドに対し
て強い。

上述の非均質性はまた、圧縮セクションに入る際の原料
組成の変動、例えば、全く、若しくはほとんど可塑化し
ていない多数塊の間の空間を可塑化した原料が満たして
いるスコッシュバック状態にも関係していると思われる
。

上記の均質性をもたらす条件として下記を仮定し、該仮
定条件の実証のために実験が行われている。即ち上記の
均質性をもたらす条件とは：ａ、押出しスクリューが原
料で満たされ、圧力上昇が開始される基準点が固定され
ていること。

ｂ、押出スクリューの前記基準点において、新規供給原
料と部分的に可塑化して流動可能なスコッシュバック状
態になっている原料とが一定の比率になっていること。

である。

上記目的のため使用した押出機はロールや他の供給装置
を使用せず、代わりに押出スクリューの軸心に垂直な平
面に対して４５度の角度で一定間隔に配置したスクリュ
ーの切欠を有し、押出スクリュー自体が、供給される帯
状原料を取り込むようにされている。更に、上記のスク
リューカッタと共にフィードポケットと３６０度の螺旋
状溝（米国特許第４．４６２．６９２号）が圧縮領域に
備えられており、二重になった溝とスクリューとの間で
切断及び前可塑化処理を積極的に行うようになっている
。また、上記スクリューの吐出端と押出ヘッドとの間に
は調節可能な絞りが設けられている。更に、重要な点と
して、供給口は、スクリュー直径（Ｄ）と略等しい長さ
（ＩＤ）であり、幅は約１７３Ｄであり０．８Ｄの距離
の部分で供給口を横断して設けられ、直下の押出スクリ
ューの方向へ延設された隔壁により区切られている、ま
た上記隔壁下端は前記押出スクリューを部分的に囲うよ
うな形にされている。原料は通常の帯状で供給口外部で
たるまぬように注意して供給される。圧縮セクション入
口に続＜　０．２　Ｄの長さの部分はスコッシュバック
を防止するため開放したままにされる。

前記絞りを、所望の押出条件になるようにセットした場
合上述の構成により、他の押出機の処理量の１％程度の
低回転から、他の押出機の３０％以上の処理量までの条
件変化の下で、スコッシュバック量が変化するのを防ぐ
と共に、どの指数を用いて評価した場合でも製品の秀れ
た均質性を得ることができた。

しかし、スコッシュバックの一部をなくすことは、未処
理の原料を（多分冷却工程後に）再混入することで可能
ではあるが、実際的ではない。上記の構成により機構的
に複雑になるだけでなく、原料中に粘度レベルの異なる
物質を混入する結果になるからである。

従い、本発明の目的は、コンパウンド全般、特に高ムー
ニー粘度或いは高硬度（増量剤によるものも含む）、高
靭性（例えば天然ゴムコンパウンドの腰の強さ）のため
、又はこれらが組合さっているために押出しが困難であ
ったコンパウンドに対して、（統計的手法を用いて厳し
い規準を用いて計測した）高水準の均質性を冷間給送押
出機において実現することである。

また、本発明のもう１つの目的は、現実に、押出物の処
理能力や温度限界値を損うことなく、これらに関して押
出機構造、即ち主に可塑化セクションにより決定される
条件を越えて上記の均質性を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によれば、フィード
ポケットを有する原料供給口と、圧縮セクションと、可
塑化セクションと上記部品から成る吐出セクションと、
前記原料供給口の一部を成す供給ローラとを備えたバレ
ルに回転可能に取着されたスクリューを備える冷間給送
押出機において、 前記スクリューには、少くとも前記原料供給口部分の長
さにわたり、前記スクリューのリード角より大きなリー
ド角を有する切欠きがスクリ５−の刃に設けられており
、供給された原料を積極的に取り込み、前方へ移送する
ようにされており、また、所定の可塑化の程度を達成す
ると共に前記スクリユーから前記原料供給口へ送られる
部分的に可塑化した原料のスコツシュバックを調節する
ための絞り手段を備え、 前記原料供給口内の前記ローラーは独立した可変速駆動
装置を備えると共に内部に温度調用液体のための空洞部
を持ち、原料供給を制御しており、以上の組合せにより
、前記スクリューはその人口から圧縮領域まで原料で満
たされた状態で回転し、前記スクリューを満たす原料の
うち、新規に供給された原料成分と前記原料供給ローラ
部の回転バンクからのスコツシュバックは一定に保たれ
ている冷間給送押出機が提供される。

好適な実施例においては前記切欠は、前記スクリューが
圧縮セクションに入る部分にまで設けられており、前記
切欠の深さは圧縮セクション内で前記スクリューの長さ
方向に沿って減少すると共に、前記圧縮セクション部分
のバレル内面には、前記原料供給口のフィードポケット
部から螺旋状の溝が延設され、該螺旋状溝はその断面積
が連続的に減少しながら前記バレルの内面の少くとも全
周の１部にまで延設されている。

また、別の好適な実施例では前記原料供給口は、供給原
料を前記フィードローラの方に向けて、前記スクリュー
から遠ざかる方向に案内する形状に形成されている。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例につき添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図には押出スフ！Ｊ、−１及び原料供給口のケーシ
ング２の断面、及び圧縮セクション断面、押出バレル３
の断面が示されてふり、上記ケーシングにはそれぞれ加
熱及び冷却用流体通路４及び５が示されている。前記ス
フ１７．−に隣接する部品はスリーブから成っており、
吐出端には単純円筒形状スリーブ６が設けられている。

また、押出機の可塑化／混合セクションにはトランスフ
ァミクス型スリーブ７　（米国特許第４．１３６．９６
９号及び第４．１８４．７７２号）が備えられておりス
クリューのトランスファミクス部分８と協働している。

また、圧縮機セクションにはスリーブ９が、そして原料
供給口下部にはスリーブ１０が設けられており、該スリ
ーブ１０のフィードポケット１１は原料供給口の下に延
設され、前記スクリューがバレル内に入るスリーブ９で
溝１２に接続しており、該溝１２は米国特許第４．４６
２．６９２号に示すように連続的にその幅を減じながら
前記スクリューの周囲を３６０°回って前記圧縮セクシ
ョン終端部の直前で終わっている。

第２図に示すように供給口１３は差し込み部品２０及び
２１で形成され、供給ローラ１４が備えられている。該
供給ローラ１４には図示したように温度調節のための流
体用空洞が備えられ、ケーシング１５内に取着されてい
る。上記供給ローラは歯車１６と１７を介して可変速駆
動機、スペースを考慮した場合好ましくは油圧モータ（
図示せず）、により独立に駆動されている。

ケーシング１５は、人口ケーシング２の下部にボルト止
めされた底板１９に蝶番１８により取着されている。こ
のため、例えばローラのスクレーバナイフ２０を調節す
る際等には供給ローラのケーシング１５をスクリューか
ら蝶番１８により開放することができる。

前記バレル吐出端には、温度調節用流体通路２５と、ピ
ン２３から成る絞りを備えた絞りフランジ２２がボルト
止めされている。上記絞りはフシーム上に取着した油圧
駆動若しくは電動の適宜な機構２４により上下動して調
整可能である。図において前記絞りフランジ２２にボル
ト止めする押出ヘッドはそのフランジ２６のみを示して
いる。

少くとも前記供給口１３の長さ以上に、図示の例では圧
縮セクションに入った部分までの前記押出スクリューの
刃には、間隔を置いた切欠２７が設けられており、該切
欠の角度は通常のスクリューのリード角２０度から２５
度よりは相当大きく取られており好ましくは４５度のリ
ード角となっている。上記切欠きの深さは最初の部分で
はスクリューの刃の高さの半分以上あるが１．特に圧縮
セクションでは徐々に減少してついには消滅する。

前記アンダーカットによる分と共に、これによってスク
リュー長さ方向に沿って圧縮セクションの体積は減少す
ることになる。実用上は、例えばスクリューの刃に沿っ
た長さが２０から３０ｍ１の切欠きを等間隔に並べるの
が効果的であることが判っている。本発明による前記切
欠の主な機能は供給原料を取り込む刃面を備えることに
よりスクリュー回転数に正確に比例した量の原料を取り
込むようにすることである。

更に、上記切欠は前記溝と協働することにより靭性の大
きな、或いは硬度の高いコンパウンドでは特に重要な前
可塑化処理を行い、それによりスコッシニバックを形成
する連続質量体を生成して可塑化していない固体間を満
たす作用をしている。

第４図及び第５図にそれぞれ第２図、第１図と同様な図
を示し、同じ参照番号は同様の部品を示している。同図
においてボルト上の差込部品２８と２９は異なる供給口
の形状を示している。上記の供給口形状は帯状若しくは
シート状の原料を供給ローラに更に多く供給し、スクリ
ューに対するローラ速度を調節することによりスクリュ
ーへの原料供給に対するローラの影響力を増大するため
に用いられる。更に、ローラ側の差込部２９には供給口
１３を横切る部分隔壁３０が取着されており供給された
原料をスクリュー背面部のみに保持する役割を果してい
る。これは供給された原料が供給口の中でねじれたり曲
ったすして供給口の前部に移動してスクリューの溝の底
部を移動してスクリ、−の背面部に現れるために外観上
安定した−様な回転バンクの形成が阻害される現象を防
止するためである。上述のマルチカットトランスファミ
クス（ＭＣＴ）型の可塑化セクション（米国特許第４．
１３６．９６９号及び第４．１８４．７７２号）は１つ
の例として説明したにすぎないことが理解されると思わ
れるが、他のタイプの可塑化用のスクリューとバレルの
組合せ、例えば通常のバレルとプラスティック型スクリ
ュー（米国特許第３．３７５．５４９号）や、バレル内
にビンを設はスクリューにそれに対応する円周溝を設け
た“ビン型”可塑化セクション（米国特許第４．１７８
．１０４号）等又は他の可塑化装置も使用可能である。

上述のスクリューやバレルは全て前記マルチカットトラ
ンスファミクス型スクリュー／バレルより長さＬ／Ｄ　
（全長／直径）比を有しており、そのための高い温度限
界値から絞りと共に使用するのには適しておらず、事実
、現時点では絞りと共に使われた例は知られていない。

前記フランジ２２とビン２３から形成される絞りに関し
て説明すると、該絞りは、全閉状態にされた場合、両側
の部材とビンの下部により形成される流路面積は全開時
の５％になり、この状態では非常に大きな絞り効果を付
与するようになっている。

上記のように、前記ビン２３を最下部若しくは最下部付
近まで押込んで大きな絞り効果を与えることが靭性の大
きい、若しくは硬度の高いコンパウンドを所定の程度に
可塑化するために必要であることが判明している。

本実施例においては、作動方式が明瞭であるため、上記
の実際に使用されている形式の絞りについて図示、説明
をしたものであり、他のタイプで押出機長さを延長する
必要のない絞りも用いられている。その１つの例として
は、バレル内周面に半径方向に設けられ、スクリューの
刃に円周方向に設けた切欠きに合致する一連の円錐形状
のビンを有するものがある。上記ビンは可塑化セクショ
ンの直後のスリーブ６の始まる位置に設けられており、
全開時にはビンは全部バレル内面に引き込まれている。

また、閉鎖時には前記ビンはスクリューの刃に設けた前
記円周方向切欠きの底部直上まで伸びて、その円錐基部
は互いに接触しそうになるほど近接して所要の度合の絞
りを形成するようになっている。

主な可塑化作用が、スクリューの刃の高さが最大からゼ
ロまで減少する領域で行われる前記マルチカットトラン
スファミクス型の可塑化セクションに用いる場合、絞り
装置は、前記スクリューの刃の高さがゼロになる部分に
対応する場所で最大高さになるバレル内面の螺旋内に配
置することができる。

運転中、絞りは、押出加工するコンパウンドに所定の可
塑性を与えるよう調整されるが、押出物はいずれの場合
も押出物の最終成形が行われるダイの抵抗により影響を
受ける。従って特定の範囲のフンパウンドに対して非常
に絞りの大きいダイを用いた場合には絞りを不要とする
こともできる。

即ち、軟い押出容易なフンバウンドについては可塑化の
点からすれば絞りは全開として良いが、処理量や押出温
度を許容範囲内に保持しながら、スコッシコパックの調
整のためだけに多少の絞りをかけることも可能である。

運転中、スクリューと供給ローラの間の入口部分底部に
は、スクリューと供給ローラに平行な軸を有する回転バ
ンクが形成されるが、特に低速運転の場合には前記スク
リュー軸と軸心が交差する円盤状の回転バンクが形成さ
れることが多い。

従って、押出物の加工能力指数（Ｃｒｔ）を高くするよ
うな供給口での状態を達成するためには、特定のコンパ
ウンドと押出ダイについて絞りの設定及びスクリュー速
度を主要変数として、一般に常温で運転される供給ロー
ラの速度に関して実験を行わねばならない。上記の状態
は、前記回転バンクへのスコッシニパックの供給とスク
リューへの原料供給との間の動的平衡の極めて特殊な状
態であり、供給口内での相対運動によっても影響を受け
る。

上記効果を得るための供給ローラの速度設定範囲は非常
に狭いことが判っており、例えばあるコンパウンドを押
出スクリューの速度３６ｒｐｍで処理している場合供給
ローラの速度１９ｒｐｍではＣ□値は許容不可の０．８
であるが、供給ローラ速度を２１ｒｐｍとした場合Ｃ□
値は許容できる１、２５になる。

また、押出機を異なる速度で運転した場合、押出スクリ
ューの速度が異なれば供給ローラを異なる速度比に変更
する必要がある。更に、コンパウンドの種類が異なれば
スクリュー速度も変更する必要があり、例えば他のコン
パウンドに対するスクリュー速度よりはるかに低い速度
であったりまた、他のコンパウンドに対するスクリュー
速度よりはるかに高い速度になったりする。あるコンパ
ウンドに対しては供給ローラの速度は、低速ではスクリ
ュー速度より高く、高速ではスクリュー速度より低く、
その中間ではスクリュー速度と等しくなる。

上記の点から、押出機は電子制御装置で制御して特定の
コンパウンドと特定のダイに対して、通常の温度調整に
加えて、特定のスクリュー速度（処理量）について所定
の絞りと供給ローラ速度を設定するようにプログラムす
るのが有利である。

全長の短いマルチ力ットトランスファミクス型の押出機
に関しては、全長の長い押出機に見られるような異なる
バレル領域が存在しないため温度調節は押出ヘッド以外
はスクリューと原料供給部、そしてバレルのみで行われ
る。

押出機に計器を取付けて計測した結果、好適な加工能力
指数Ｃ２ｗは、例えば押出ヘッド内で圧力が一定になり
周期的変動が少なくなった場合に得られることが判った
。精密なプロセス制御装置を用いれば、上記の供給ロー
ラ速度の最適値を決めるためにサンプルの採取、切断、
重量計測等の複雑な作業を必要とするＣＰＩ測定の代わ
りに、上記の実測値が使用可能である。実際問題として
、異なる独立変数の組に対して従属変数の組を持つよう
にプログラムする代わりに、スクリューの速度が連続的
に変化するときに圧力測定器からのフィードバックルー
プにより供給ローラの速度を制御するコンピュータプロ
グラムを考案することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例であるゴム押出機の断面図
、第２図は第１図の原料供給口を通るＢＢ線に沿った断
面図で、特にスクリユーとは独立して駆動される供給ロ
ーラを示している。第３図は第１図のＣＣ線に沿った絞
り部の断面図、第４図は第２図と同じ部分の、別の形状
の原料供給口を示す部分図、第５図は第４図に対応する
第１図の部分図で前記側の形状の原料供給口の断面を示
している。 １・・・押出スクリユ−３・・・バレル、６・・・スリ
ーブ、　　　　　１３・・・原料供給口、１４・・・供
給ローラ、　　２０．２１・・・差込み部品、２２・・
・絞りフランジ、　　２３・・・ピン。 伎 ２回 第４ 艷 ′；５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィードポケットを有する原料供給口と、圧縮セク
   ションと、可塑化セクションと、上記部品から成る吐出
   セクションと、前記原料供給口の一部を成す供給ローラ
   とを備えたバレルに回転可能に取着されたスクリューを
   備える冷間給送押出機において、 前記スクリューには、少くとも前記原料供給口部分の長
   さにわたり、前記スクリューのリード角より大きなリー
   ド角を有する切欠きがスクリューの刃に設けられており
   、供給された原料を積極的に取り込み、前方へ移送する
   ようにされており、また、所定の可塑化の程度を達成す
   ると共に前記スクリューから前記原料供給口へ送られる
   部分的に可塑化した原料のスコッシュバックを調節する
   ための絞り手段を備え、 前記原料供給口内の前記ローラーは独立した可変速駆動
   装置を備えると共に内部に温度調用液体のための空洞部
   を持ち、原料供給を制御しており、以上の組合せにより
   、前記スクリューはその入口から圧縮領域まで原料で満
   たされた状態で回転し、前記スクリューを満たす原料の
   うち、新規に供給された原料成分と前記原料供給ローラ
   部の回転バンクからのスコッシュバックは一定に保たれ
   ている冷間給送押出機。 ２、前記切欠は、前記スクリューが圧縮セクションに入
   る部分にまで設けられており、前記切欠の深さは圧縮セ
   クション内で前記スクリューの長さ方向に沿って減少す
   ると共に、前記圧縮セクション部分のバレル内面には、
   前記原料供給口のフィードポケット部から螺旋状の溝が
   延設され、該螺旋状溝はその断面積が連続的に減少しな
   がら前記バレルの内面の少くとも全周の１部にまで延設
   されている請求項１に記載の押出機。 ３、前記原料供給口は、供給原料を前記フィードローラ
   の方に向けて、前記スクリューから遠ざかる方向に案内
   する形状に形成されている請求項１又は２に記載の押出
   機。 ４、前記供給口の形状は交換可能な差し込み部品により
   形成されている請求項３に記載の押出機。 ５、前記差し込み部品には、前記原料供給口を横切って
   延設され、前記原料供給口の両側の側壁には接触してい
   ない横板が取着されており、供給した原料を前記スクリ
   ュー背面部に保持する請求項３に記載の押出機。