WO2015041361A1 - 押出し成形装置 - Google Patents

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cylinder
rubber
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優 伊東
賢明 横田
圭亮 八木
洋平 石澤
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株式会社ブリヂストン
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Definitions

  • the present invention relates to an extrusion molding apparatus, and more particularly to an extrusion molding apparatus capable of suppressing air entrapment inside a molded product after molding in extrusion molding of a rubber member or the like.
  • an extrusion molding apparatus kneads a rubber composition put into a cylinder by rotating a screw provided in the cylinder and having a shaft portion and a blade portion formed around the shaft portion. While gradually transferring to the molding head side attached to the end of the cylinder and extruding the rubber composition from a die provided on the molding head, for example, a rubber member having a desired shape such as a flat tire tread is obtained. be able to. Also, since the inside of the molding head attached to the end of the cylinder is narrowed from a continuous circular shape corresponding to the cylinder to a desired molding shape, friction between the rubber composition and the inner wall surface of the molding head causes the rubber to It is known that the composition is not extruded uniformly toward the die.
  • a roller is provided along the inner wall of the molding head, and the rubber composition is pressed in a direction away from the wall surface by rotation of the roller.
  • the movement of the rubber composition toward the die of the molding head is made uniform.
  • the screw is composed of a shaft portion that extends coaxially with the cylinder, and a blade portion that is formed around the shaft portion, and the blade portion is against the rubber composition that exists in the cylinder.
  • the rubber composition present in the section where the blade portion is formed is pushed along the inner wall surface of the cylinder and the inner wall surface of the molding head in order to give a pushing force in the direction of the die.
  • the present invention provides an extrusion molding apparatus that suppresses the occurrence of air accumulation in the molding head and prevents air from being contained inside the molded rubber member. The purpose is to do.
  • the extrusion molding apparatus has a configuration in which a cylinder having a charging portion into which a rubber composition can be charged on one end side and a rotatable rotation inside the cylinder are provided, and the rubber composition is kneaded.
  • the angle is 30 ° or more and 50 ° or less, and the flight is formed in a spiral shape on the outer periphery, so that air and residual rubber can be prevented from being included in the rubber composition, The occurrence of defects can be suppressed.
  • the protruding portion since the protruding portion enters the throttle portion, in addition to the above effects, the volume inside the molding head is reduced, so that the rubber composition extruded by the screw main body portion. The object can be smoothly transferred toward the molding port.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an extrusion molding apparatus according to the present invention.
  • the extrusion molding apparatus will be described with reference to FIG.
  • this embodiment demonstrates the molded object shape
  • the extrusion molding apparatus 1 includes a cylinder 11 and a screw 12 that rotates inside the cylinder 11.
  • the cylinder 11 is a cylindrical body having a heater (not shown) that heats the inner wall surface.
  • the cylinder 11 is provided with an insertion port communicating with the outside at one end in the longitudinal direction, and the hopper 13 is connected to the insertion port.
  • a molding head 14 is detachably attached to the other end side of the cylinder 11. As shown in FIG. 2A, the molding head 14 according to this embodiment has an internal space that is tapered by a smooth curved surface from a circular shape to a substantially rectangular shape so as to be continuous with the inner wall surface 11a of the cylinder 11. It is formed as a fishtail-shaped throttle part S.
  • a base 19 is attached to the tip of the molding head 14, and the base 19 is provided with a molding port 19a communicating with the throttle part S of the molding head 14, and the rubber composition that has passed through the throttle part S passes through the molding port 19a. Extruded outside.
  • the cross-sectional shape of the molding port 19a of the base 19 can be arbitrarily set according to the shape of the molding object.
  • the screw 12 extends along the longitudinal direction of the cylinder 11 in the cylinder 11, and on the side of the base 19 attached to the molding head 14 while kneading the rubber composition charged into the cylinder 11 via the hopper 13. Transport.
  • the screw 12 includes a screw main body 15 and a protrusion 16 that protrudes from the screw main body 15 toward the base 19. Since the outer diameter of the screw 12 is 200 mm or more, the thickness of the shaft portion of the screw main body portion is also increased, so that air accumulation tends to occur at the end of the screw, but the shaft portion of the screw main body portion protrudes as described later. By providing the part 16, an air pocket can be eliminated and a rubber composition can be smoothly extruded from a molding port.
  • the screw main body 15 includes a shaft portion 15A and a blade portion 15B formed around the shaft portion 15A.
  • the shaft portion 15 ⁇ / b> A is a columnar shaft body that serves as a base of the screw 12, and is connected to the driving means 10 provided at one end of the cylinder 11.
  • the blade portion 15B is a spiral body that extends along the longitudinal direction on the outer periphery of the shaft portion 15A, and the outer peripheral surface 12a that is the maximum outer diameter of the screw 12 has a gap of a predetermined distance from the inner wall surface 11a of the cylinder 11. It is set to be separated.
  • wing part 15B is comprised in the outer periphery of the axial part 15A from the two edge parts 21b;
  • wing part can be added, without affecting the transfer of a rubber composition.
  • the number of blades 15B increases, less pressure is applied to each blade, so the thickness of the blades is reduced to widen the flow path of the rubber material so that the rubber flows more smoothly. The thickness variation of the tread rubber pushed out from the base 19 can be further suppressed.
  • the protrusion 16 has an outer diameter smaller than the outer diameter D of the screw 12 (screw main body 15), and the end of the base 19 from the end of the screw main body 15 on the molding head 14 side. It protrudes in the direction with a length L longer than the outer diameter D of the screw body 15.
  • the length L of the protrusion 16 protruding from the end of the screw main body 15 in the direction of the base 19 is the length from the end (terminal part) on the base 19 side of the blade 15B to the apex 16A formed at an acute angle.
  • the projecting portion 16 may be formed integrally with the shaft portion 15A of the screw main body portion 15, or is formed as a separate body from the shaft portion 15A of the screw main body portion 15, and the end portion of the shaft portion 15A on the base 19 side. It may be fixed by fixing means not shown.
  • the projecting portion 16 has a base portion formed in a cylindrical shape having the same diameter as the shaft portion 15A, and is formed so as to be tapered from the base portion toward the base 19 side, and has an acute apex portion 16A. It is comprised from the cone part provided with 16F. Since the rubber composition extruded from the screw main body moves along the outer periphery of the protrusion and collects at the tip of the tip, it is possible to reliably prevent air accumulation at the end of the screw.
  • the top portion 16 ⁇ / b> A is set so as to be positioned on the axis of the shaft portion 15 ⁇ / b> A, and terminates in the narrowed portion S of the forming head 14.
  • the length L of the protruding portion is set to a length that allows the top portion 16 ⁇ / b> A to enter the narrowed portion S of the forming head 14.
  • the conical portion is set so that the generatrix 16z thereof is parallel to the inclined portion 14b having a large inclination angle in the diaphragm portion S.
  • the angle ⁇ of the top portion 16A that is the tip of the protruding portion 16 is set in a range of 30 ° or more and 50 ° or less.
  • the angle of the top portion 16A of the protruding portion 16 By setting the angle of the top portion 16A of the protruding portion 16 within a range of 50 ° or less, the horizontal component of the rubber flow when the rubber flow is decomposed into a vertical component and a horizontal component is compared with a rubber flow of 51 ° or more. As a result, the propulsive force to push out the rubber increases. Moreover, when the angle of the top portion 16A of the protrusion 16 is less than 30 °, the protrusion 16 extends in the direction of the base 19, and the flow of rubber may be hindered by the protrusion 16 and the inner wall of the molding head 14. There is a risk that the strength of the protruding portion 16 becomes weak.
  • a flight 16 ⁇ / b> F is provided as a blade member that extrudes the rubber composition.
  • the flight 16F is formed so as to rise from the outer wall of the protrusion 16 on the screw 12 side, spiral around the outer wall, and fall on the outer wall near the top 16A.
  • the flight 16F is formed independently of the blade portion 15B of the screw 12 described above, that is, intermittently without being continuous as a whole screw.
  • the rubber composition that passes through the blade portion 15B of the screw main body portion 15 and is transferred to the molding head 14 side is exposed to the surface 17 of the protruding portion 16 and the inner wall surface of the molding head 14.
  • 14a enters the molding head 14 side in a state along 14a, and is pushed out from the molding port 19a of the base 19, so that the air inside the cylinder 11 and the molding head 14 is transferred from the molding port 19a to the outside as the rubber composition is transferred. It is discharged and it can suppress that an air pool arises in the end by the side of mouthpiece 19 of screw main part 15.
  • the rubber composition can be smoothly pushed out from the molding port 19a of the base 19, and air is contained in the tread rubber molded into a predetermined shape through the molding port 19a. Therefore, the occurrence of defects in the extrusion molding of tread rubber can be prevented.
  • the surface 17 of the protrusion 16 is subjected to a surface treatment such as a mirror finish so as to reduce friction and adhesion with the rubber composition. Thereby, since the resistance of the surface of the projecting portion is reduced, the rubber composition moves more smoothly to the surface of the projecting portion, so that the extrusion can be efficiently performed while suppressing the occurrence of defects.
  • the rubber composition charged into the cylinder 11 via the hopper 13 is kneaded by the rotation of the screw 12 while being heated by the heater in the cylinder 11 and gradually transferred toward the molding head 14 and the base 19 side.
  • the rubber composition that has passed through the section where the blade portion 15B is formed by the rotation of the screw 12 is transferred to the base 19 side while being squeezed between the inner wall surface 14a of the molding head 14 and the surface 17 of the protruding portion 16.
  • the rubber composition in contact with the surface 17 of the protrusion 16 is transferred to the top 16A side along the flight 16F of the surface 17 while rotating the surface 17 of the protrusion 16 by the rotational force of the screw 12 and the flight 16F.
  • the top portion 16A becomes a lump toward the base 19 and is smoothly extruded from the molding port 19a of the base 19. Therefore, since most of the air inside the extrusion molding apparatus 1 is pushed out from the molding port 19a of the base 19 by the rubber composition, it is not included in the tread rubber after molding.
  • 3 (a) and 3 (b) show the embodiment of the screw 120 according to the comparative example in which the angle of the top portion 16A of the protruding portion 16 is changed in the same extrusion molding apparatus in order to verify the effect of the present invention. It is the schematic when providing the screw 12 which concerns. Both the screw 120 and the screw 12 have an outer diameter D of 254 mm (10 mm) in the blade portion 15B. As shown in FIG. 3A, in the screw 120, the length L of the projecting portion 160 from the end portion 21b located on the tip side to the top portion 160A among the end portions 21b; 22b of the blade portion 15B is 200 mm.
  • the top portion 160 ⁇ / b> A is set at an angle of 60 ° and is located on the inner side of the cylinder 11 from the end surface 11 b of the cylinder 11 in contact with the end surface of the molding head 14.
  • the top portion 160A does not include a flight.
  • the length L of the protruding portion 16 from the end 21b of the blade portion 15B to the tip is 330 mm, and 130 mm longer than the protruding portion 160 of the screw 120.
  • the long top 16A is set at an angle of 45.9 °
  • the flight 16F is formed in a spiral shape on the outer wall thereof, and protrudes 80 mm from the end face 11b of the cylinder 11 in contact with the end face of the forming head 14. It enters into the throttle part S.
  • 4 (a), 4 (b) and 5 (a), 5 (b) show the rubber inside the molding head 14 when it is actually extruded by the extrusion molding apparatus shown in FIGS. 3 (a), 3 (b).
  • 4 (a) and 4 (b) show the flow of the rubber composition in the cross section of the central portion along the axis of the molding head 14 of the rubber composition extruded by the screw 120, and the rubber composition in the cross section on the inner wall surface 14a side. Shows the flow.
  • 5A and 5B show the flow of the rubber composition in the cross section of the central portion along the axis of the molding head 14 of the rubber composition extruded by the screw 12, and the rubber in the cross section on the inner wall surface 14a side. It is a figure which shows the flow of a composition.
  • the rubber composition is extruded in a clean flow toward the base 19 near the inner wall surface in the inner space of the molding head 14.
  • a staying portion is generated in the vicinity of the top portion 160A of the projecting portion 160 in the central portion, and a large air pocket is generated in a portion indicated by a broken line in FIG.
  • the rubber composition in the internal space of the molding head 14, the rubber composition is set by setting the angle of the top portion 16A to 50 ° or less.
  • the rubber composition is pushed out by the inner wall surface 14a of the molding head 14 and the flight 16F of the projecting portion 16 in the center, and is pushed out in a laminar flow toward the molding port 19a.
  • the rubber composition pushed out by the flight 16F of the protrusion 16 is turbulent, and the volume of air accumulated at the tip can be reduced.
  • the angle of the top portion 16A of the projecting portion 16 is set to 50 ° or less, and a spiral flight is provided on the outer periphery of the projecting portion 16 to thereby form the molding head 14. Since the air pool in the throttle portion S is eliminated and the protrusion 16 rotates, a flow of the rubber composition is generated in the entire internal space of the throttle portion S of the molding head 14, and therefore the inner wall surface 14 a of the molding head 14. Is suppressed, and a smooth flow can be generated toward the base 19. As a result, the tread rubber extruded into a predetermined shape by the base 19 does not contain air, so that no molding failure occurs in the extrusion molding.
  • FIG. 6 is a diagram showing whether the change in the angle of the top portion 16A and the presence or absence of a flight affect the air generation rate and rubber retention of the rubber composition as follows. The incidence rate of entering air was cut in the front-rear direction of the rubber composition inside the head after filling, and it was judged whether or not there was air visually.
  • the rubber retention is evaluated by mixing colored rubber into the extruded rubber, moving the extruded rubber, taking out the rubber in the molding head after a certain period of time, cutting the removed rubber lump, and visually It was checked whether the colored rubber was dispersed. As a result, it was evaluated as ⁇ when the colored rubber was sufficiently dispersed, ⁇ when the colored rubber was slightly dispersed but insufficient, and x when not dispersed at all.
  • Example 1 In Example 1, the length L (mm) of the protrusion 16 / the outer diameter of the screw 12 was 300/254, the angle of the top portion 16A was 45.9 °, and the flight was formed on the outer wall of the protrusion 16. .
  • Example 2 the occurrence rate of air in the rubber composition after extrusion was 0%, and the rubber retention was sufficiently dispersed.
  • Example 2 the length L (mm) of the protrusion 16 / the outer diameter of the screw 12 was set to 330/254, the angle of the top portion 16A was set to 42.1 °, and the flight was formed on the outer wall of the protrusion 16.
  • the protruding portion according to Comparative Example 2 the occurrence rate of air in the rubber composition after extrusion was 0%, and the rubber retention was sufficiently dispersed.
  • Example 3 In Example 3, the length L (mm) of the protrusion 16 / the outer diameter of the screw 12 was 343/250, the angle of the top portion 16A was 40 °, and the flight was formed on the outer wall of the protrusion 16. According to the protruding part according to Example 1, the occurrence rate of air in the rubber composition after extrusion was 0%, and the rubber retention was sufficiently dispersed. (Comparative Example 1) In Comparative Example 1, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 200/254, and the top angle was set to 64.8 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. .
  • the air incidence rate of the rubber composition after extrusion was 33%, and the rubber retention was not disperse
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 225/254, and the top angle was set to 58.9 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. .
  • gum incidence rate of the rubber composition after extrusion was 12%, and the rubber retention was not disperse
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 254/254, and the top angle was set to 53.1 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. . According to the protruding portion according to Comparative Example 3, the rate of occurrence of air in the rubber composition after extrusion was 0%, but the rubber retention was insufficient although it was somewhat diffused. (Comparative Example 4) In Comparative Example 4, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 300/254, and the top angle was set to 45.9 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. .
  • the rate of occurrence of air in the rubber composition after extrusion was 0%, but the rubber retention was insufficient although it was somewhat diffused.
  • Comparative Example 5 In Comparative Example 5, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 330/254, and the top angle was set to 42.1 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. .
  • the rate of occurrence of air in the rubber composition after extrusion was 0%, but the rubber retention was insufficient although it was somewhat diffused.
  • Comparative Example 6 In Comparative Example 6, the length L (mm) of the protrusion / the outer diameter of the screw was set to 343/250 and the top angle was set to 40 °, but no flight was formed on the outer wall of the protrusion. According to the protruding portion according to Comparative Example 6, the rate of occurrence of air in the rubber composition after extrusion was 0%, but the rubber retention was insufficient although it was somewhat diffused. As described above, when the angle of the protrusion is set to 51 ° or more, when the rubber flow force is decomposed, the horizontal component is reduced, so that the extrusion driving force of the rubber composition is also reduced.
  • the air accumulated at the tip of the protruding portion is not extruded together with the rubber composition, and the air is included in the rubber composition, so that the defective occurrence rate of the molded product increases.
  • the remaining rubber previously filled is taken into the composition, thereby increasing the incidence of defective molded products.
  • the angle of the top of the protrusion to 50 ° or less and providing a spiral flight on the outer wall of the protrusion, the incidence of air entry is 0% and the rubber retention is sufficiently diffused. Is done. That is, according to the extrusion molding apparatus 1 according to Examples 1 to 3, it is possible to suppress the occurrence of defects in the molded product.

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Abstract

 押出し成形装置において、成形ヘッド内に空気溜まりを生じさせずに、成形後のゴム部材の内部に空気が内包することのない押出し成形装置を提供するために、一端側にゴム組成物を投入可能な投入部を有するシリンダと、前記シリンダの内部に回転自在に設けられ、前記ゴム組成物を混練しながら前記シリンダの他端側に向けて移送するスクリュー本体部を有するスクリューと、前記シリンダの他端側に設けられ、前記スクリュー本体部により移送された前記ゴム組成物を前記シリンダの断面積よりも小さい成形口から押し出す絞り部を有する成形ヘッドと、前記スクリュー本体部における前記成形ヘッド側の端部に設けられ、前記成形口側に突出する突出部とを備えた押出し成形装置の前記突出部は、前記成形口側に向かって先細り形状で、先端の角度が30°以上50°以下であり、外周にはフライトが螺旋状に設けられる構成とした。

Description

押出し成形装置
 本発明は、押出し成形装置に関し、特にゴム部材等の押出し成形において成形後の成形物内部への空気の内包を抑制できる押出し成形装置に関する。
 従来、押出し成形装置は、シリンダ内に設けられて、軸部と当該軸部の周囲に形成された羽根部とを有するスクリューを回転させることにより、シリンダ内に投入されたゴム組成物を混練しながらシリンダの端部に取り付けられた成形ヘッド側に徐々に移送し、成形ヘッドに設けられた口金からゴム組成物を押し出すことで、例えば、平板状のタイヤトレッドといった所望の形状のゴム部材を得ることができる。また、シリンダの端部に取り付けられる成形ヘッドの内部は、シリンダと対応して連続する円形形状から所望の成形形状に絞られるため、ゴム組成物と成形ヘッド内壁面との間の摩擦により、ゴム組成物が口金に向けて均一に押し出されないことが知られている。このような問題を解消するため、特許文献1に記載された押出し成形装置では、成形ヘッドの内壁に沿ってローラーを設け、ローラーの回転によりゴム組成物を壁面から離間する方向に圧流することで、成形ヘッドの口金に向かうゴム組成物の移動の均一化を図っている。
特開平7-237259号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された押出し成形装置では、成形ヘッドの内壁面との摩擦に起因するゴム組成物の移動の不均一さについては解消できるものの、成形不良を生じさせる要因となる空気溜まりを抑制できないという問題がある。
 すなわち、上述のとおりスクリューは、シリンダと同軸に延長する軸部と、当該軸部の周囲に形成された羽根部とにより構成されており、羽根部がシリンダ内に存在するゴム組成物に対して口金方向への押出力を付与するため、羽根部が形成された区間に存在するゴム組成物はシリンダの内壁面や成形ヘッドの内壁面に沿って押し出されることになるが、スクリューの羽根部を通り過ぎた時点でゴム組成物への直接的な押出力が喪失し、押出力が喪失したゴム組成物は成形ヘッドの内部においてスクリューの軸部先端の周囲を包囲しながら口金側に押し出されるため、当該軸部先端を包囲する過程において空気溜まりが生じ易いという欠点がある。そして、この空気溜まりは、成形ヘッドの内部において長時間滞留してしまい、この空気溜まりの空気が一部分離して、口金から押し出された成形物に内包されることになり、成形不良を生じさせるという問題があった。
 そこで本発明は、上記課題を解決するため、押出し成形装置において、成形ヘッド内に空気溜まりが生じることを抑制し、成形後のゴム部材の内部に空気が内包することのない押出し成形装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するための本発明に係る押出し成形装置の構成として、一端側にゴム組成物を投入可能な投入部を有するシリンダと、シリンダの内部に回転自在に設けられ、ゴム組成物を混練しながらシリンダの他端側に向けて移送するスクリュー本体部を有するスクリューと、シリンダの他端側に設けられ、スクリュー本体部により移送されたゴム組成物をシリンダの断面積よりも小さい成形口から押し出す絞り部を有する成形ヘッドと、スクリュー本体部における成形ヘッド側の端部に設けられ、成形口側に突出する突出部とを備え、突出部は、成形口側に向かって先細り形状で、先端の角度が30°以上50°以下であり、外周にフライトが螺旋状に形成されたので、ゴム組成物への空気及び残留ゴムの内包を防ぐことができ、成形物の不良の発生を抑制することができる。
 また、本発明に係る押出し成形装置の他の構成として、突出部が絞り部に進入するので、上記効果に加え、成形ヘッドの内部の容積が小さくなるため、スクリュー本体部によって押し出されたゴム組成物を成形口に向けて滑らかに移送することができる。
本発明に係る押出し成形装置の概略図である。 スクリューの先端側の部分拡大図である。 比較例及び実施形態に係るスクリューの先端側の部分拡大図である。 比較例に係るスクリューにより押し出されたゴム組成物の成形ヘッド内部の移動を示す図である。 実施形態に係るスクリューにより押し出されたゴム組成物の成形ヘッド内部の移動を示す図である。 突出部の長さ及びその頂部の角度と不良の発生率との関係を調べた図である。
 以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
 図1は、本発明に係る押出し成形装置の一実施形態を示す概略図である。以下、同図を用いて押出し成形装置について説明する。なお、本実施形態では、押出し成形装置1により成形される成形物をトレッドゴムとして説明するが、成形対象物はトレッドゴムに限定されない。
 押出し成形装置1は、シリンダ11と、シリンダ11の内部で回転するスクリュー12とを備える。
 シリンダ11は、内壁面を加熱する図外のヒーターを有する円筒体であって、長手方向の一端側に外部と連通する投入口が設けられ、当該投入口に対してホッパ13が接続される。シリンダ11の他端側には、成形ヘッド14が着脱自在に取り付けられる。
 本実施形態に係る成形ヘッド14は、図2(a)に示すように、シリンダ11の内壁面11aと連続するように、その内部空間が、円形から略矩形状へと滑らかな曲面により先細りとなる魚尾形状の絞り部Sとして形成されている。成形ヘッド14の先端部には、口金19が取り付けられ、この口金19には成形ヘッド14の絞り部Sと連通する成形口19aを備え、絞り部Sを通過したゴム組成物が成形口19aを通じて外部に押し出される。なお、口金19の成形口19aの断面形状は、成形対象物の形状に応じて任意に設定可能である。
 スクリュー12は、シリンダ11内においてシリンダ11の長手方向に沿って延在し、ホッパ13を介してシリンダ11内に投入されたゴム組成物を混練しながら成形ヘッド14に取り付けられた口金19側に移送する。スクリュー12は、スクリュー本体部15と、当該スクリュー本体部15より口金19側に突出する突出部16とを有する。スクリュー12の外径寸法は200mm以上であるので、スクリュー本体部の軸部の太さも太くなるため、スクリュー端部において空気溜まりが生じやすくなるが、後述のようにスクリュー本体部の軸部が突出部16を備えることにより、空気溜まりをなくして、ゴム組成物を成形口から滑らかに押出し成形することができる。スクリュー本体部15は、軸部15Aと、当該軸部15Aの周囲に形成された羽根部15Bとにより構成される。軸部15Aは、スクリュー12の基体となる円柱状の軸体であって、シリンダ11の一端部に設けられた駆動手段10と接続される。羽根部15Bは、軸部15Aの外周において長手方向に沿って延長する螺旋体であり、スクリュー12の最大外径となる外周面12aがシリンダ11の内壁面11aに対して所定距離の隙間を持って離間するように設定されている。なお、図1に示すように、羽根部15Bは軸部15Aの外周において2つの端部21b;22bから始端し、長手方向に延長する2条の螺旋体により構成される。このように、羽根部15Bを構成する螺旋体の条数を増加させる場合には、ゴム組成物の搬送方向(口金19側)に向かって徐々にその条数を増加させることが好ましい。これにより、ゴム組成物の移送に影響を与えることなく、羽根部を追加できる。また、羽根部15Bの条数が増えると各羽根部の1枚当たりにかかる圧力が少なくて済むので、羽根部の厚さを薄くしてゴム材の流路を広げてゴムの流れをより円滑にすることができ、口金19から押し出されるトレッドゴムの厚さ変動を更に抑制することができる。
 次に、図2(a),(b)を参照して、スクリュー本体部15より突出する突出部16について説明する。同図に示すとおり、突出部16は、その外径がスクリュー12(スクリュー本体部15)の外径寸法Dよりも小径であり、スクリュー本体部15における成形ヘッド14側の端部から口金19の方向に向かって、スクリュー本体部15の外径寸法Dよりも長い長さLを有して突出する。スクリュー本体部15の端部から口金19の方向に突き出る突出部16の長さLは、羽根部15Bにおける口金19側の端部(終端部)から、鋭角に形成された頂部16Aまでの長さで定義される。なお、突出部16は、スクリュー本体部15の軸部15Aと一体に形成しても良く、スクリュー本体部15の軸部15Aとは別体として形成し、軸部15Aの口金19側の端部に図外の固定手段により固定しても良い。
 突出部16は、軸部15Aと同径な円筒状に形成された基部と、当該基部より口金19側に向かって先細りとなるように形成され、鋭角な頂部16Aを有し、螺旋状のフライト16Fが設けられた円錐部から構成される。スクリュー本体部から押し出されたゴム組成物が突出部の外周に沿って移動し、先尖りの先端において集合するため、スクリューの端部における空気溜まりを確実に防止できる。頂部16Aは、軸部15Aの軸芯上に位置するように設定されており、成形ヘッド14の絞り部S内において終端している。つまり、突出部の長さLは、頂部16Aが成形ヘッド14の絞り部S内に侵入可能な長さに設定される。これにより、成形ヘッドの内部の容積が小さくなるため、スクリュー本体部によって押し出されたゴム組成物を成形口に向けて滑らかに移送することができる。また、円錐部は、その母線16zが絞り部Sにおける傾斜角度の大きい傾斜部14bと平行となるように設定されている。突出部16の先端である頂部16Aの角度θは、30°以上50°以下の範囲に設定されている。突出部16の頂部16Aの角度を50°以下の範囲に設定することにより、ゴムの流れを垂直成分と水平成分に分解した場合におけるゴムの流れの水平成分が、51°以上のゴム流れに比して大きくなり、ゴムを押し出す推進力が増加する。また、突出部16の頂部16Aの角度を30°未満とした場合、突出部16が口金19方面に延長することとなり、突出部16と成形ヘッド14の内壁でゴムの流れが阻害される恐れや、突出部16の強度が脆弱となる恐れが生じる。
 突出部16の外周には、ゴム組成物を押し出す羽根部材としてのフライト16Fが設けられている。このフライト16Fは、突出部16のスクリュー12側の外壁から立ち上がり、螺旋状に外壁を周回して頂部16A近傍の外壁にて立ち下がるように形成される。フライト16Fは、前述のスクリュー12の羽根部15Bとは独立して、すなわち、スクリュー全体として連続することなく断続的に形成される。フライト16Fを突出部16の外壁に螺旋状に形成することにより、突出部16の先端におけるゴムの流れが乱流になり、先端部に溜まるエアの体積が小さくすることが可能となる。したがって、押し出し機の可動初期状態で溜まったエアの体積が小さくなり、ゴム滞留領域も小さくなるため、稼働後早期のエアがゴムの中に吸収されてエア溜りが消滅するので、押出後の成形物に空気が内包されることを防止することができる。
 突出部16を上記のように構成することにより、スクリュー本体部15の羽根部15Bを通過して成形ヘッド14側に移送されるゴム組成物が突出部16の表面17及び成形ヘッド14の内壁面14aに沿った状態で成形ヘッド14側に進入し、口金19の成形口19aから押し出されるため、シリンダ11及び成形ヘッド14内部の空気は、ゴム組成物の移送にともなって成形口19aから外部に排出され、スクリュー本体部15の口金19側の端部に空気溜まりが生じることを抑制できる。そして、空気溜まりを抑制できることによりゴム組成物を滑らかに口金19の成形口19aから押し出すことができるとともに、成形口19aを通過して所定形状に成形されたトレッドゴムの内部に空気が内包されることが防止されるため、トレッドゴムの押出し成形における不良の発生を防ぐことができる。なお、突出部16の表面17は、ゴム組成物との摩擦や付着が少なくなるように、例えば鏡面加工等の表面処理が施されている。これにより、突出部の表面の抵抗が小さくなるため、突出部の表面にゴム組成物がより滑らかに移動するので、不良の発生を抑制しながら効率良く押出し成形することができる。
 以下、上記構成からなる押出し成形装置1の動作について説明する。
 ホッパ13を介してシリンダ11内に投入されたゴム組成物は、シリンダ11内のヒーターにより加熱されながらスクリュー12の回転により混練され、成形ヘッド14及び口金19側に向けて徐々に移送される。そして、スクリュー12の回転により羽根部15Bが形成された区間を通過したゴム組成物は、成形ヘッド14の内壁面14a及び突出部16の表面17との間で絞り込まれながら口金19側に移送される。またこのとき、突出部16の表面17と接するゴム組成物は、スクリュー12およびフライト16Fの回転力により突出部16の表面17を回転しながら、表面17のフライト16Fに沿って頂部16A側に移送され、頂部16Aにおいて口金19に向けて塊となった状態となり、口金19の成形口19aより滑らかに押し出されることになる。
 したがって、押出し成形装置1内部の空気は、ほとんどがゴム組成物により口金19の成形口19aから押し出されるので、成形後のトレッドゴムに内包されることがない。
 図3(a),(b)は、本発明の効果を検証するために、同一の押出し成形装置において、突出部16の頂部16Aの角度を変化させた比較例に係るスクリュー120と実施形態に係るスクリュー12とをそれぞれ設けたときの概略図である。スクリュー120、及びスクリュー12は、共に羽根部15Bにおける外径寸法Dが254mm(10吋)である。図3(a)に示すように、スクリュー120は、羽根部15Bの端部21b;22bのうち、先端側に位置する端部21bから頂部160Aまでの突出部160の長さLが、200mmで、頂部160Aが、60°の角度に設定され、成形ヘッド14の端面と接するシリンダ11の端面11bから50mmシリンダ11の内部側に位置している。なお、頂部160Aは、フライトを備えていない。
 これに対してスクリュー12は、図3(b)に示すように、羽根部15Bの端部21bから先端までの突出部16の長さLが330mmであり、スクリュー120の突出部160よりも130mm長く、頂部16Aが、45.9°の角度に設定され、その外壁にはフライト16Fが螺旋状に形成されるとともに、成形ヘッド14の端面と接するシリンダ11の端面11bから80mm突き出て成形ヘッド14の絞り部S内に進入している。
 図4(a),(b)及び図5(a),(b)は、図3(a),(b)で示した押出し成形装置により実際に押出し成形したときの成形ヘッド14内部におけるゴム組成物の様子を示す模式図である。図4(a),(b)は、スクリュー120により押し出されたゴム組成物の成形ヘッド14の軸線に沿った中央部断面におけるゴム組成物の流れ、及び内壁面14a側の断面におけるゴム組成物の流れを示す。また、図5(a),(b)は、スクリュー12により押し出されたゴム組成物の成形ヘッド14の軸線に沿った中央部断面におけるゴム組成物の流れ、及び内壁面14a側の断面におけるゴム組成物の流れを示す図である。
 図4(a),(b)に示すように、比較例に係るスクリュー120では、成形ヘッド14の内部空間において、内壁面近傍ではゴム組成物が口金19に向けてきれいな流れとなって押し出されているものの、中央部における突出部160の頂部160A近傍では滞留部分が生じ、図4(a)の破線で示す部分に大きな空気溜まりが生じている。
 一方、図5(a),(b)に示すように、実施形態に係る押出し成形装置1では、成形ヘッド14の内部空間において、頂部16Aの角度を50°以下に設定することによりゴム組成物を押し出す推進力が増加し、中央部でも成形ヘッド14の内壁面14a及び突出部16のフライト16Fによりゴム組成物が押し出され、成形口19aに向けて層状にきれいな流れとなって押し出されている。また、突出部16のフライト16Fにより押し出されるゴム組成物は乱流となっており、先端部に溜まるエアの体積を小さくすることが出来る。すなわち、押出し成形装置1の可動初期状態で溜まったエアが小さくなることで、ゴム滞留領域も小さくなり、稼働後早期の段階でエアがゴムの中に吸収されてエア溜りを消滅させることが出来る。
 すなわち、実施形態に係る押出し成形装置1のように、突出部16の頂部16Aの角度を50°以下に設定し、かつ、突出部16の外周に螺旋状のフライト設けたことにより、成形ヘッド14の絞り部Sにおける空気溜まりを解消するとともに、突出部16が回転することで、成形ヘッド14の絞り部Sの内部空間全体にゴム組成物の流れが生じるため、成形ヘッド14の内壁面14aへの付着も抑制され、口金19に向けて滑らかな流れを生じさせることができる。これにより、口金19により所定形状に押出し成形されたトレッドゴムには、空気が内包されないので、押出し成形における成形不良が生じない。
(実施例1~3及び比較例1~6)
 上述したスクリュー先端側における気泡溜まりは、特に突出部の頂部の角度の大小及びフライトの有無に影響されることを以下に説明する。
 図6は、頂部16Aの角度の変化及びフライトの有無が、ゴム組成物のエア入り発生率とゴム滞留に以下に影響を与えるかを示す図である。エア入り発生率は、充填後のヘッド内部のゴム組成物の前後方向に切断し、目視にてエアが入っているか否かを判断した。また、ゴム滞留の評価は、色のついたゴムを押出ゴムに混入し、押出ゴムを可動させ一定時間経過後に成形ヘッド内のゴムを取出し、取出したゴムの塊を切断して、目視にて色ゴムが分散しているかどうかをチェックした。その結果、色ゴムが十分に分散している場合には○で、多少分散しているが不十分な場合には△で、全く分散していない場合には×と評価した。
(実施例1)
 実施例1では、突出部16の長さL(mm)/スクリュー12の外径寸法を300/254とし、頂部16Aの角度を45.9°とするとともに突出部16の外壁にフライトを形成した。実施例1に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は、0%であり、ゴム滞留は十分に分散していた。
(実施例2)
 実施例2では、突出部16の長さL(mm)/スクリュー12の外径寸法を330/254とし、頂部16Aの角度を42.1°とするとともに突出部16の外壁にフライトを形成した。比較例2に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は、0%であり、ゴム滞留は十分に分散していた。
(実施例3)
 実施例3では、突出部16の長さL(mm)/スクリュー12の外径寸法を343/250とし、頂部16Aの角度を40°とするとともに突出部16の外壁にフライトを形成した。実施例1に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は、0%であり、ゴム滞留は十分に分散していた。
(比較例1)
 比較例1では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を200/254とし、頂部の角度を64.8°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例1に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は、33%であり、ゴム滞留は分散していなかった。
(比較例2)
 比較例2では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を225/254とし、頂部の角度を58.9°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例2に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は12%であり、ゴム滞留は分散していなかった。
(比較例3)
 比較例3では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を254/254とし、頂部の角度を53.1°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例3に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は0%であったが、ゴム滞留は多少拡散しているものの不十分であった。
(比較例4)
 比較例4では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を300/254とし、頂部の角度を45.9°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例4に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は0%であったが、ゴム滞留は多少拡散しているものの不十分であった。
(比較例5)
 比較例5では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を330/254とし、頂部の角度を42.1°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例5に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は0%であったが、ゴム滞留は多少拡散しているものの不十分であった。
(比較例6)
 比較例6では、突出部の長さL(mm)/スクリューの外径寸法を343/250とし、頂部の角度を40°に設定したが、突出部の外壁にフライトを形成していない。比較例6に係る突出部によれば、押出後のゴム組成物のエア入り発生率は0%であったが、ゴム滞留は多少拡散しているものの不十分であった。
 以上のように、突出部の角度が51°以上に設定された場合、ゴム流れ力を分解すると水平成分が小さくなるので、ゴム組成物の押出推進力も小さくなる。したがって、突出部の先端に溜まったエアがゴム組成物と一緒に押出されず、ゴム組成物にエアが包含され、成形物の不良発生率が上がる。また、突出部の外周に螺旋状のフライトを形成しない場合、前に充填されたゴム残りが組成物に取り込まれるので、成形物の不良の発生率が上がる。
 しかしながら、突出部の頂部の角度を50°以下に設定し、さらに、突出部の外壁に螺旋状のフライトを設けることで、エア入り発生率は0%になり、かつ、ゴム滞留が十分に拡散される。すなわち、実施例1~3に係る押出し成形装置1によれば、成形物の不良の発生を抑制することができる。
 以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
1 押出し成形装置、11 シリンダ、12 スクリュー、
14 成形ヘッド、15 スクリュー本体部、
16 突出部 16A 頂部、 16F フライト。

Claims (5)

  1.  一端側にゴム組成物を投入可能な投入部を有するシリンダと、
    前記シリンダの内部に回転自在に設けられ、前記ゴム組成物を混練しながら前記シリンダの他端側に向けて移送するスクリュー本体部を有するスクリューと、
    前記シリンダの他端側に設けられ、前記スクリュー本体部により移送された前記ゴム組成物を前記シリンダの断面積よりも小さい成形口から押し出す絞り部を有する成形ヘッドと、
    前記スクリュー本体部における前記成形ヘッド側の端部に設けられ、前記成形口側に突出する突出部とを備えた押出し成形装置であって、
    前記突出部は、前記成形口側に向かって先細り形状で、先端の角度が30°以上50°以下であり、外周にはフライトが螺旋状に設けられたことを特徴とする押出し成形装置。
  2.  前記突出部が、前記絞り部内に進入することを特徴とする請求項1記載の押出し成形装置。
  3.  前記突出部が、円錐形状であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の押出し成形装置。
  4.  前記スクリュー本体部の外径寸法が200mm以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか記載の押出し成形装置。
  5.  前記突出部の表面が、鏡面加工されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか記載の押出し成形装置。
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