WO2019031351A1

WO2019031351A1 - ロール付スクリュ押出機

Info

Publication number: WO2019031351A1
Application number: PCT/JP2018/028848
Authority: WO
Inventors: 孝祐東; 和久福谷
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2019-02-14
Also published as: JP2019034442A; TW201919847A; WO2019031350A1

Abstract

ロール付スクリュ押出機（１）における上側ロール（５）および下側ロール（６）のうちの一方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、オーバル形状を有し、前記本体部分は、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸（ＬＡ）の位置が前記本体部分の周方向の一方の方向に変位するような形状を有し、前記本体部分の外周面を含む前記本体部分の表層部の展開図において、前記長軸（ＬＡ）と前記外周面との交点を連続的に結んだ線（５Ｌ）と前記軸方向とのなす角度θは、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる。

Description

ロール付スクリュ押出機

　本発明は、材料をシート状に押出成形するロール付スクリュ押出機に関する。

　自動車用タイヤの製造プロセスにおいて、押出成形機が用いられる。当該押出成型機は、タイヤの原料であるゴムを混練する混練機の下に設置され、当該混練機から投入されたゴム（材料）を連続的に押出しながらシート状に成形する。この種の押出成形機に関する技術として、例えば下記の特許文献１、２に記載のシート成形装置が知られている。

　特許文献１に記載のシート成形装置は、円錐形の２軸スクリュ押出機と、この二軸スクリュ押出機の先端開口部に近接して配設された上下一対の圧延ロールとを備えている。一対の圧延ロールのうちの下側圧延ロールの径は、上側圧延ロールの径よりも大きい。

　特許文献２に記載のシート成形装置は、材料を押出し供給する材料供給部と、押出し供給された材料を一時的に貯留する材料貯留部と、貯留されている材料に押圧力を印加する材料押圧部と、貯留されている材料をシート状に成形して払い出す材料圧延部とを備えている。上記の材料供給部は、２軸のテーパースクリュを備え、上記の材料圧延部は、上下一対のロールを備えている。

　ここで、特許文献１、２に記載のシート成形装置を構成する一対のロールにおいて、その軸方向に直交する断面の形状はいずれも円である。

　特許文献１、２に記載のような装置において成形されたシートは、積み重ねられた状態で、フォークリフトなどの搬送機械により下流側プロセスの装置がある場所へ輸送される。このとき、シートの厚さにばらつきがあると、積み重ねられたシートが輸送中に転倒してしまうことがある。搬送機械へのシートの積載量を減少させることにより、シートの転倒を防止することができる。しかし、搬送機械への積載量を減少させると、生産性が低下する。したがって、シートの厚さのばらつきは小さい方が良い。

　特許文献１、２に記載のように断面の形状がいずれも円である一対のロールを備えるシート成形装置は、上記の問題を有する。

特開平６－６４０２０号公報特開２０１１－７３４２８号公報

　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形されるシートの厚さのばらつきを抑えることができるロール付スクリュ押出機を提供することである。

　本発明に係るロール付スクリュ押出機は、材料をシート状に押出成形するためのものである。前記ロール付スクリュ押出機は、前記材料を押し出すスクリュと、前記スクリュを収容し、前記材料の投入口が設けられたケーシングと、前記ケーシングの前方に配置され、前記スクリュにより押し出された前記材料をシート状に成形する一対の上側ロールおよび下側ロールと、を備える。前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの一方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有する。前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、オーバル形状を有する。前記本体部分は、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸の位置が前記本体部分の周方向の一方の方向に変位するような形状を有する。前記本体部分の外周面を含む前記本体部分の表層部の展開図において、前記長軸と前記外周面との交点を連続的に結んだ線と前記軸方向とのなす角度θは、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係るロール付スクリュ押出機の断面図であり、当該ロール付スクリュ押出機を上から見た図である。図１に示すロール付スクリュ押出機が備えるコントローラの機能的構成を示すブロック図である。図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。図３のＩＶ部分を拡大した図である。図１～図４における上側ロールを示す平面図である。図１～図４における上側ロールの本体部分を示す展開図である。ロール隙間圧力に関して解析した結果を示すグラフである。捻れ角度とロール隙間圧力の標準偏差との関係を示すグラフである。図３に示すロール付スクリュ押出機の模式図である。図１～図４に示すロール付スクリュ押出機において、シート厚さの変動と、ロールの断面における楕円形状の長軸長さおよび短軸長さとの関係を示すグラフである。シート厚さを安定化するためのロール付スクリュ押出機の制御方法の一例を示すフローチャートである。シート厚さを安定化するためのロール付スクリュ押出機の制御方法の他の例を示すフローチャートである。前記実施形態に係るロール付スクリュ押出機におけるロールの断面形状の一例を示す概略図である。前記実施形態に係るロール付スクリュ押出機におけるロールの断面形状の他の例を示す概略図である。

　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係るロール付スクリュ押出機は、ゴムなどの高分子材料の混練物（材料）をシート状に押出成形する機械である。なお、本発明のロール付スクリュ押出機の成形対象は、ゴムに限られず、例えば、食品材料などの他の材料も含む。

　図１～図８を参照しつつ、本実施形態に係るロール付スクリュ押出機１の構成について説明する。

　ロール付スクリュ押出機１は、材料を押し出すスクリュ２、３と、スクリュ２、３を収容し、材料の投入口１２が設けられたケーシング４と、ケーシング４の前方に配置され、スクリュ２，３により押し出された材料をシート状に成形する一対の上側ロール５および下側ロール６と、コントローラ２０と、を備えている。ケーシング４と一対のロール５、６との間には、スクリュ２，３により押し出された材料が溜まるバンク部７（材料貯留部）が設けられている。本実施形態では、スクリュ２，３から一対のロール５，６に向かう方向（例えば図１では、左方）を前方とする。

　本発明のロール付スクリュ押出機は、材料を押し出す単一のスクリュのみを備えていてもよいが、本実施形態に係るロール付スクリュ押出機１は、左右一対のスクリュ２、３を備えている。スクリュ２、３は、それぞれ、軸部１０と、軸部１０の外周面に設けられた螺旋状のフライト部１１とを有する。スクリュ２とスクリュ３とは、フライト部１１の螺旋の方向が互いに逆であることを除いて同じ形状を有し、同じ寸法を有する。スクリュ２、３は、互いに逆方向に回転するように連結され、図示を省略する１つの駆動手段により同一の回転数で回転するように構成されている。なお、スクリュ２、３は、別々の駆動手段で、個別に回転するように構成されていてもよい。

　ケーシング４は、先細りの形状を有し、当該ケーシング４の上部には、材料の投入口１２が設けられている。投入口１２にその上方から供給された材料（例えば、ゴムとシリカとの混練物）は、互いに逆方向に回転するスクリュ２、３によりバンク部７へ押し出され、その後、ロール５、６の間を通ることでシート状に成形される。

　スクリュ２、３により押出された材料は、一対のロール５，６に到達する前に、バンク部７（材料貯留部）に一旦溜まる。

　一対のロール５、６は、互いに逆方向に回転するように連結されており、図示を省略する１つの駆動手段により、例えば同一の回転数で回転するように構成されている。なお、ロール５、６は、別々の駆動手段で、個別に回転するように構成されていてもよい。ロール５、６は、材料を圧延してシート状（シート５０）に成形するためのものであり、ローラダイと呼ばれることもある。

　上側ロール５は、回転軸回りに回転可能に図略の支持部材（ロール付スクリュ押出機１の一部を構成する部材）によって支持されている。下側ロール６は、回転軸回りに回転可能に前記支持部材によって支持されている。上側ロール５および下側ロール６は、上側ロール５の前記回転軸の軸方向と下側ロール６の前記回転軸の軸方向とが平行となる姿勢で前記支持部材によって支持されている。上側ロール５および下側ロール６は、軸方向に直交する方向（径方向）に間隔をおいて配置されている。上側ロール５は、本体部分５ａと、両端部５ｂと、一対のシャフト部５ｃとを有する。同様に、下側ロール６は、本体部分６ａと、両端部６ｂと、一対のシャフト部６ｃとを有する。

　上側ロール５の本体部分５ａおよび下側ロール６の本体部分６ａは、前記径方向に間隔をおいて互いに対向する外周面（本体外周面）をそれぞれ有する。これらの本体外周面は、スクリュ２，３によって押し出された材料を圧延してシート状に成形する部分である。

　上側ロール５の両端部５ｂは、上側ロール５の本体部分５ａに対して前記軸方向の両方の外側に位置する第１端部５ｂおよび第２端部５ｂによって構成される。下側ロール６の両端部６ｂは、下側ロール６の本体部分６ａに対して前記軸方向の両方の外側に位置する第１端部６ｂおよび第２端部６ｂによって構成される。

　上側ロール５の第１端部５ｂおよび下側ロール６の第１端部６ｂは、前記径方向に間隔をおいて互いに対向する外周面（端部外周面）をそれぞれ有する。同様に、上側ロール５の第２端部５ｂおよび下側ロール６の第２端部６ｂは、前記径方向に間隔をおいて互いに対向する外周面（端部外周面）をそれぞれ有する。上側ロール５が有する一対の端部外周面は、後述する一対のサイドガード１３の円弧面１３ａが前記径方向に対向する部分であり、下側ロール６の一対の端部外周面は、後述する一対のサイドガード１３の円弧面１３ｂが前記径方向に対向する部分である（図１および図４参照）。

　上側ロール５の一対のシャフト部５ｃは、上側ロール５が回転可能な状態で前記支持部材に支持される部分である。図１に示すように、一対のシャフト部５ｃは、第１端部５ｂに対して前記軸方向の外側に位置する第１シャフト部５ｃと、第２端部５ｂに対して前記軸方向の外側に位置する第２シャフト部５ｃとによって構成される。上側ロール５において、一対のシャフト部５ｃの外径は、両端部５ｂの外径よりも小さい。同様に、下側ロール６の一対のシャフト部６ｃは、下側ロール６が回転可能な状態で前記支持部材に支持される部分である。一対のシャフト部６ｃは、第１端部６ｂに対して前記軸方向の外側に位置する第１シャフト部６ｃと、第２端部６ｂに対して前記軸方向の外側に位置する第２シャフト部６ｃとによって構成される。下側ロール６において、一対のシャフト部６ｃの外径は、両端部６ｂの外径よりも小さい。

　上側ロール５および下側ロール６のうちの少なくとも一方のロールにおいて、少なくとも前記本体部分における軸方向に直交する断面は、オーバル形状を有する。より具体的には、上側ロール５の本体部分５ａにおける前記断面において、本体部分５ａの外周面に対応する部位（外周部）はオーバル形状を有し、下側ロール６の本体部分６ａにおける前記断面において、本体部分６ａの外周面に対応する部位（外周部）は円形状を有する。

　上側ロール５の本体部分５ａは、前記オーバル形状を有する前記断面が前記軸方向に連続することにより構成されている。下側ロール６の本体部分６ａは、前記円形状を有する前記断面が前記軸方向に連続することにより構成されている。

　図５および図６に示すように、断面がオーバル形状を有する本体部分５ａは、軸方向において、０°＜θ≦７５°の不等式で示される範囲内の角度θで軸心まわりに断面が捻られた形状を有する。前記本体部分５ａは、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸ＬＡ（図９参照）の位置が前記本体部分５ａの周方向の一方の方向に変位するような形状を有する。言い換えると、前記本体部分５ａは、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸ＬＡがロール５の回転軸回りに前記周方向の一方の方向に回って変位するような形状を有する。図６は、前記本体部分５ａの外周面を含む前記本体部分５ａの表層部の展開図である。図６に示す前記展開図において、前記長軸ＬＡと前記外周面との交点を連続的に結んだ線５Ｌと前記軸方向とのなす角度θは、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる。

　本実施形態では、図６に示す展開図において、前記長軸ＬＡと前記外周面との交点を連続的に結んだ線５Ｌは、直線であるが、これに限られない。前記線５Ｌは、曲線であってもよく、直線と曲線との組み合わせであってもよい。前記線５Ｌが曲線を含む場合には、当該曲線における前記角度θは、当該曲線における接線と前記軸方向とのなす角度である。

　材料をバンク部７へ押し出すためにスクリュ２、３が回転すると、スクリュ２、３のフライト部１１の回転方向の位置（位相）が変化し、これにより、上下のロールの間の隙間において、ロールの軸方向に圧力変化が生じる。一対のロールの間の前記隙間は、材料がシート状に成形される部分である。一対のロールにおける断面の形状がいずれも円である場合には、上記の軸方向の圧力変化が大きくなり、ロールの間の隙間において成形されるシートの厚さのばらつきが大きくなることがあった。

　これに対して、本実施形態に係るロール付スクリュ押出機１では、上側ロール５と下側ロール６の間の隙間において、材料の一部は、上記のような特徴を有するロール５，６の回転に伴ってロール５、６の軸方向へ流される。これにより、ロール５、６の間の隙間に生じる前記軸方向の圧力変化が抑えられる。言い換えると、ロール５、６の間の隙間における前記軸方向の圧力分布が均等化される。すなわち、ロール５，６が回転するのに伴って一対のロール５，６の間の隙間の狭い部分が軸方向に移動し、この移動に伴って材料が軸方向に移動するため、ロール５，６の間の前記隙間における圧力（ロール隙間圧力）が軸方向において局所的に高くなるのを抑制できる。

　図７は、上側ロールと下側ロールとの間の隙間における軸方向の圧力分布を解析した結果を示すグラフである。具体的には、図７に示すグラフは、ロールのうちの軸方向の半分の領域における前記圧力分布を示している。図７に示すグラフの横軸は、ロールの軸方向における位置を示す座標である。当該横軸の原点Ｏは、スクリュ２の先端とスクリュ３の先端との間の中央に対応する位置である。当該原点Ｏは、バンク部７における前記軸方向の中心（バンク部７における前記軸方向の中央）に対応する位置である。当該横軸の目盛り「１」に対応する位置は、サイドガード１３の内壁面に対応する位置である。図７に示すグラフの縦軸は、上側ロール５と下側ロール６との間の前記隙間における圧力（静圧）を示している。

　図７における破線、一点鎖線および実線は、ロール隙間圧力の前記軸方向における分布をそれぞれ示している。具体的には、図７における破線は、上側ロール５および下側ロール６の断面がいずれも円形状を有する比較例における圧力分布を示す。図７における一点鎖線および実線は、本実施形態に係るロール付スクリュ押出機１の上側ロール５と下側ロール６との間の隙間における圧力分布を示す。本実施形態では、上述したように、上側ロール５および下側ロール６のうちの少なくとも一方のロールの本体部分における断面がオーバル形状を有し、当該本体部分が図６に示す特徴を有する。より具体的には、一方のロールは、本体部分の断面が楕円形状を有し、他方のロールは、本体部分の断面が円形状を有する。

　図７において一点鎖線によって示される実施形態では、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間が、これらのロール５、６の回転により、±０．５ｍｍの範囲で変化するように、上側ロール５および下側ロール６が構成されている。図７において実線によって示される実施形態では、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間が、これらのロール５、６の回転により、±１．０ｍｍの範囲で変化するように、上側ロール５および下側ロール６が構成されている。図７において破線によって示される比較例では、上述したように、上側ロールおよび下側ロールの断面が円形状を有するので、上側ロールと下側ロールとの間の隙間は、これらのロールが回転しても変化しない。したがって、図７において、破線によって示される比較例は、「±０ｍｍ」と表記されている。

　図７において一点鎖線および実線によって示される実施形態では、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間において生じる前記軸方向の圧力変化は、図７において破線によって示される比較例に比べて小さい。言い換えると、実施形態では、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間における前記軸方向の圧力分布が、比較例に比べてより均等化されている。その結果、実施形態における上側ロール５および下側ロール６によって成形されるシート５０の厚さのばらつきは、比較例に比べて小さくなる。

　本実施形態では、上側ロール５および下側ロール６のうち、上側ロール５の本体部分５ａにおける断面がオーバル形状を有し、下側ロール６の本体部分６ａにおける断面が円形状を有する。このように一方のロールの断面がオーバル形状を有し、他方のロールの断面が円形状を有する構成は、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間の寸法を、前記軸方向において連続的に変化させることを可能にする。そのため、成形されるシート５０の厚さのばらつきをさらに容易に抑えることができる。

　なお、本発明では、上側ロール５および下側ロール６のうちの少なくとも一方のロールにおいて、前記本体部分の断面がオーバル形状を有していればよい。したがって、例えば、下側ロール６の本体部分６ａにおける断面がオーバル形状を有し、上側ロール５の本体部分５ａにおける断面が円形状を有していてもよい。また、上側ロール５および下側ロール６の両方の本体部分５ａ、６ａの断面がオーバル形状を有していてもよい。

　また、オーバル形状には、卵形状、長円形状、および楕円形状が含まれる。本実施形態では、上側ロール５の前記本体部分５ａにおける前記断面は、オーバル形状のうちの楕円形状を有しているが、卵形状または長円形状を有していてもよい。卵形状としては、図１３に示すような形状を例示できる。卵形状は、円弧と楕円弧とを接続することにより得られる形状、離心率が互いに異なる２つの楕円弧を接続することにより得られる形状などの形状を含む。長円形状は、図１４に示すように陸上競技場のトラックに似た形状であり、２つの円弧（又は楕円弧）と、これらの円弧（又は楕円弧）を接続する２つの等しい長さの平行線とからなる形状である。図１３および図１４に示すように、卵形状および長円形状のそれぞれは、長軸ＬＡと短軸ＳＡとを有する。

　図５および図６に示すように、本実施形態では、上側ロール５の本体部分５ａは、軸方向に直交する断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸ＬＡの位置が本体部分５ａの周方向の一方の方向に変位するような形状を有する。図６に示す展開図において、角度θは、前記長軸ＬＡと本体部分５ａの外周面との交点を連続的に結んだ線５Ｌと前記軸方向とのなす角度である。以下では、角度θを捻れ角度と呼ぶことがある。

　図８は、前記捻れ角度と前記ロール隙間圧力の標準偏差との関係を示すグラフである。図８からわかるように、角度θ（捻れ角度）が、９０°に近い大きな値である場合には、上側ロール５と下側ロール６との間の隙間における前記軸方向の圧力分布を均等化する効果は望めない。これに対して、角度θが、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる場合には、前記圧力分布を均等化する効果が得られる。さらに、角度θが、５３°≦θ≦６８°の不等式で表される範囲に含まれる場合には、従来のロール形状の場合に比べて、前記ロール隙間圧力の標準偏差が１割以上小さくなり、圧力分布を均等化する高い効果が得られる。

　図３および図４に示すように、本実施形態では、バンク部７に貯留された材料がロール５，６の本体部分５ａ，６ａよりも前記軸方向の外側に漏れるのを防止するために、ロール５、６の両端部５ｂ、６ｂの断面は、いずれも円形状を有する。より具体的には、上側ロール５の両端部５ｂにおける前記断面のうち、両端部５ｂの外周面に対応する部位（外周部）が円形状を有し、下側ロール６の両端部６ｂにおける前記断面のうち、両端部６ｂの外周面に対応する部位（外周部）が円形状を有する。

　図１、図３および図４に示すように、ロール付スクリュ押出機１は、一対のサイドガード１３を備える。一対のサイドガード１３は、バンク部７に貯留された材料がロール５、６の本体部分５ａ、６ａよりも前記軸方向の外側に漏れるのを防止するために設けられている。図１に示すように、一対のサイドガード１３は、前記軸方向に間隔をおいて配置されている。図１および図３に示すように、一対のサイドガード１３は、ケーシング４と、一対のロール５，６との間に配置されている。

　図４の拡大図に示すように、一対のサイドガード１３のそれぞれは、ケーシング４に接続された基端部（後端部）と、一対のロール５，６に対向する先端部（前端部）と、を有する。一方のサイドガード１３の先端部は、上側ロール５の両端部５ｂのうちの第１端部５ｂに対向する円弧面１３ａと、下側ロール６の両端部６ｂのうちの第１端部６ｂに対向する円弧面１３ｂと、を有する。他方のサイドガード１３の先端部は、上側ロール５の両端部５ｂのうちの第２端部５ｂに対向する円弧面１３ａと、下側ロール６の両端部６ｂのうちの第２端部６ｂに対向する円弧面１３ｂと、を有する。

　本実施形態では、一対のサイドガード１３のそれぞれは、前記軸方向に直交する板状の形状を有するが、バンク部７に貯留された材料がロール５、６の本体部分５ａ、６ａよりも前記軸方向の外側に漏れるのを防止することができるものであればよいので、サイドガード１３の形状は板状の形状に限られない。一方のサイドガード１３の内壁面と他方のサイドガード１３の内壁面は、前記軸方向に間隔をおいて対向しており、バンク部７を区画する内壁面の一部を構成している。

　ロール５、６の両端部５ｂ、６ｂの断面形状が円である場合、換言すれば、ロール５、６の両端部５ｂ、６ｂが円柱状である場合、ロール５、６を回転させたときに、この両端部５ｂ、６ｂと、サイドガード１３の円弧面１３ａ、１３ｂ（図３および図４参照）との隙間を、常に一定の隙間寸法（一定の小さな隙間寸法）に維持することができる。その結果、上述したようなバンク部７からの材料の漏れを防止することができる。

　図３および図４に示すように、本実施形態のロール付スクリュ押出機１は、バンク部７（バンク部７内の材料）の圧力を測定するための圧力センサ８と、一対のロール５、６の間から押し出されたシート状の材料（シート５０）の厚さを測定するための厚さセンサ９とをさらに備える。圧力センサ８および厚さセンサ９は、シート５０の厚さのばらつきをより小さくするための制御に利用される（詳しくは後述する）。ロール付スクリュ押出機１において、圧力センサ８および厚さセンサ９の少なくとも一方が設けられることは好ましいが、圧力センサ８および厚さセンサ９は、ロール付スクリュ押出機１において必須のものではなく、省略することもできる。

　コントローラ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、種々の制御プログラムを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭなどから構成される。図２に示すように、コントローラ２０は、スクリュ制御部２０ａと、ロール制御部２０ｂと、記憶部２０ｃと、判定部２０ｄと、を機能として備える。

　スクリュ制御部２０ａは、スクリュ２，３の回転数を制御する。ロール制御部２０ｂは、ロール５，６の回転数を制御する。記憶部２０ｃは、圧力センサ８により測定された圧力に関する情報を記憶する。また、記憶部２０ｃは、厚さセンサ９により測定されたシート厚さに関する情報を記憶する。判定部２０ｄは、圧力センサ８により測定された圧力に関する値と、予め設定された圧力に関する閾値とを比較し、これらが所定の条件を満たすか否かを判定する。また、判定部２０ｄは、厚さセンサ９により測定されたシート厚さに関する値と、予め設定されたシート厚さに関する閾値とを比較し、これらが所定の条件を満たすか否かを判定する。

　本発明者らは、以下に示すように、シート５０の厚さのばらつきをより小さくするために、オーバル形状が楕円である場合において、ロールの断面のより好ましい形状についても検討した。図１０は、図１～図６に示すロール付スクリュ押出機１において、ロール５、６の間の隙間から押し出されるシート５０の厚さの変動と、上側ロール５の本体部分５ａにおける断面の形状である楕円の長軸ＬＡ（図９参照）の長さｂおよび短軸ＳＡ（図９参照）の長さａとの関係を示すグラフである。図１０の横軸は、長軸ＬＡの長さｂ（ｍｍ）を示し、縦軸は、短軸ＳＡの長さａ（ｍｍ）を示している。

　図１０において、式「ａ＝０．９３９ｂ－４．１４」で示される直線は、シート５０の平均厚さに対し、シート５０の厚さの変動が±１０％の範囲内に含まれる場合の長軸ＬＡの長さｂ（ｍｍ）と短軸ＳＡの長さａ（ｍｍ）との関係を示す直線である。また、図１０において、式「ａ＝０．９５７ｂ－２．９５」で示される直線は、シート５０の平均厚さに対し、シート５０の厚さの変動が±５％の範囲内に含まれる場合の長軸ＬＡの長さｂ（ｍｍ）と短軸ＳＡの長さａ（ｍｍ）との関係を示す直線である。

　ここで、例えば材料がゴムの場合、そのシート厚さに関しては、下流工程への影響を考慮すると、変動が少ない方がよい。具体的に、平均厚さに対し、厚さ変動が±１０％程度に収まっていることが好ましい。また、平均厚さに対し、厚さ変動が±５％程度に収まっていることがより好ましい。

　図１０より、短軸ＳＡの長さａ（ｍｍ）と、長軸ＬＡの長さｂ（ｍｍ）との関係が、不等式「０．９３９ｂ－４．１４≦ａ＜ｂ」で示される条件を満たす場合、シート厚さの変動を±１０％以内に抑えることができる。また、短軸ＳＡの長さａ（ｍｍ）と、長軸ＬＡの長さｂ（ｍｍ）との関係が、不等式「０．９５７ｂ－２．９５≦ａ＜ｂ」で示される条件を満たす場合、シート厚さの変動を±５％以内に抑えることができる。

　すなわち、ロール５の断面の形状が楕円である場合、短軸ＳＡの長さａと長軸ＬＡの長さｂとの関係が、不等式「０．９３９ｂ－４．１４≦ａ＜ｂ」で示される条件を満たすことが好ましい。さらには、短軸ＳＡの長さａと長軸ＬＡの長さｂとの関係が、不等式「０．９５７ｂ－２．９５≦ａ＜ｂ」で示される条件を満たすことがより好ましい。なお、「ａ＝ｂ」の場合は、ロールの断面が円形状を有し、オーバル形状を有さないので、「ａ＝ｂ」の場合は除外される。

　次に、本実施形態に係るロール付スクリュ押出機１において、ロール５、６の間の隙間から押し出されるシート５０の厚さのばらつきをより小さくするための制御方法（シート厚さの変動を抑制するための制御方法）について、２つの具体例を用いて説明する。

　まず、図１１を参照して第１の制御例について説明する。図１１は、シート厚さを安定化するためのロール付スクリュ押出機１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示す制御では、バンク部７の圧力が判定基準として用いられる。

　図１１に示すように、ケーシング４に材料が投入されると（ステップＳ１）、コントローラ２０のスクリュ制御部２０ａは、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３を回転させ（ステップＳ２）、これにより、バンク部７に材料が送られる。コントローラ２０の判定部２０ｄは、圧力センサ８の測定値が所定の値Ｐ１（予め設定された閾値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。圧力センサ８で測定されたバンク部７内の圧力が、前記所定の値Ｐ１未満であることは、バンク部７に材料が十分充填されていないということを意味する。したがって、圧力センサ８の測定値が前記所定の値Ｐ１未満である場合（ステップＳ３においてＮＯ）、スクリュ制御部２０ａは、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３の回転数を増加させる（ステップＳ４）。一方、圧力センサ８で測定されたバンク部７内の圧力が、前記所定の値Ｐ１以上である場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、コントローラ２０のロール制御部２０ｂは、前記駆動手段を制御してロール５、６を回転させる（ステップＳ５）。ロール５、６が回転することにより、ロール５、６の間の隙間からシート状に成形された材料（シート５０）が順次押し出される。

　ここで、ロール５、６の間の隙間から押し出されるシート５０の厚さの変動を小さくするために、コントローラ２０は、圧力センサ８で測定された所定時間内における最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差ΔＰが、所定の値ΔＰ１（予め設定された閾値）以下となるようにスクリュ２、３の回転数を制御する。前記所定時間は、例えば、ロール５，６が１回転する時間に設定することができるが、これに限られない。バンク部７内の圧力（バンク部７内の材料の圧力）は、シート５０の厚さと相関する。バンク部７内の圧力の変動幅（上記ΔＰ）が所定の範囲内に含まれることにより、シート５０の厚さの変動がより小さくなる（シート厚さの変動がより抑制される）。

　具体的には、コントローラ２０の記憶部２０ｃは、例えば、ロール５，６が１回転する間に、圧力センサ８で測定された最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎを記憶する（ステップＳ６）。そして、判定部２０ｄは、最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差ΔＰが前記所定の値ΔＰ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。前記差ΔＰが前記所定の値ΔＰ１よりも大きい場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、スクリュ制御部２０ａは、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３の回転数を減少させる（ステップＳ８）。このことは、バンク部７内の圧力の変動幅を所定の範囲内に含めることを可能にし、これにより、シート５０の厚さの変動をより小さくする（シート厚さの変動をより抑制する）ことができる。

　しばらく運転を継続すると、バンク部７内の材料の量が減少することで、バンク部７内に空洞ができ、バンク部７内の圧力の変動が再び大きくなることがある。この圧力の変動を抑えるため、コントローラ２０は、圧力センサ８で測定された所定時間内における最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差ΔＰが、所定の値ΔＰ２（予め設定された閾値）以下となるようにロール５、６の回転数を制御する。前記所定の値ΔＰ２は、前記所定の値ΔＰ１よりも小さい値に設定されている。また、前記所定時間は、例えば、ロール５，６が１回転する時間に設定することができるが、これに限られない。

　具体的には、前記差ΔＰが前記所定の値ΔＰ１以下である場合（ステップＳ７においてＮＯ）、判定部２０ｄは、ロール５，６が１回転する間に、圧力センサ８で測定された最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差ΔＰが前記所定の値ΔＰ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。前記差ΔＰが前記所定の値ΔＰ２よりも大きい場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）、ロール制御部２０ｂは、前記駆動手段を制御してロール５、６の回転数を減少させる（ステップＳ１０）。ロール５、６の回転数が減少すると、バンク部７内に材料が充満し、バンク部７内の圧力の変動が小さくなる。これにより、シート５０の厚さの変動をより小さくする（シート厚さの変動をより抑制する）ことができる。

　記憶部２０ｃは、ロール１回転当たりの最大圧力Ｐｍａｘおよび上記最小圧力Ｐｍｉｎを記憶し（ステップＳ１１）、判定部２０ｄは、再びステップＳ９の判定を行う。前記差ΔＰが前記所定の値ΔＰ２以下であり（ステップＳ９においてＮＯ）、かつ、圧力センサ８の測定値が所定の値Ｐ２未満である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、バンク部７への材料供給量が減少しているということなので、コントローラ２０はステップＳ４の処理に戻り、スクリュ制御部２０ａは、再度、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３の回転数を増加させる。一方、圧力センサ８の測定値が前記所定の値Ｐ２以上である場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、コントローラ２０は再びステップＳ５の処理を行う。

　次に、図１２を参照して第２の制御例について説明する。図１２は、シート厚さを安定化するためのロール付スクリュ押出機１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図１２に示す制御では、ロール５、６の間の隙間から押し出されることによりシート状に成形された材料（シート５０）の厚さが判定基準として用いられる。

　図１１に示す制御フローの一部と、図１２に示す制御フローの一部とは、共通している。このため、以下では、図１２に示す制御フローのうち、図１１に示すステップと同じステップについては説明を省略し、主に、図１１に示すステップと異なるステップについて説明する。

　図１２に示すステップＳ１～ステップＳ５については、図１１に示すステップＳ１～ステップＳ５と共通するので、その説明を省略する。図１２に示す制御では、ロール５、６の間の隙間から押し出されるシート５０の厚さの変動を小さくするために、ステップＳ６～ステップＳ８において、コントローラ２０は、厚さセンサ９で測定された所定時間内における最大シート厚さＴｍａｘと最小シート厚さＴｍｉｎとの差ΔＴが、所定の値ΔＴ１（予め設定された閾値）以下となるようにスクリュ２、３の回転数を制御する。前記所定時間は、例えば、ロール５，６が１回転する時間に設定することができるが、これに限られない。この第２の制御例では、シート５０の厚さを判定基準として用いるので、制御とシート厚さとの相関性が高い。そのため、シート５０の厚さの変動をさらに小さくする（シート厚さの変動をさらに抑制する）ことができる。

　具体的には、記憶部２０ｃは、例えば、ロール５，６が１回転する間に、厚さセンサ９で測定された最大シート厚さＴｍａｘと最小シート厚さＴｍｉｎを記憶する（ステップＳ６）。そして、判定部２０ｄは、最大シート厚さＴｍａｘと最小シート厚さＴｍｉｎとの差ΔＴが前記所定の値ΔＴ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。前記差ΔＴが前記所定の値ΔＴ１よりも大きい場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、スクリュ制御部２０ａは、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３の回転数を減少させる（ステップＳ８）。これにより、シート厚さの差ΔＴは小さくなり、シート５０の厚さの変動を小さくする（シート厚さの変動を抑制する）ことができる。

　しばらく運転を継続すると、バンク部７内の材料の量が減少することで、バンク部７内に空洞ができ、バンク部７内の圧力の変動が大きくなることがある。これが原因でシート厚さの変動が生じる。このシート厚さの変動を直接的に抑えるため、コントローラ２０は、厚さセンサ９で測定された所定時間内における最大シート厚さＴｍａｘと最小シート厚さＴｍｉｎとの差ΔＴが、所定の値ΔＴ２（予め設定された閾値）以下となるようにロール５、６の回転数を制御する。前記所定の値ΔＴ２は、前記所定の値ΔＴ１よりも小さい値に設定されている。また、前記所定時間は、例えば、ロール５，６が１回転する時間に設定することができるが、これに限られない。

　具体的には、前記差ΔＴが前記所定の値ΔＴ１以下である場合（ステップＳ７においてＮＯ）、判定部２０ｄは、ロール５，６が１回転する間に、厚さセンサ９で測定された最大シート厚さＴｍａｘと最小シート厚さＴｍｉｎとの差ΔＴが前記所定の値ΔＴ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９）。前記差ΔＴが前記所定の値ΔＴ２よりも大きい場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）、ロール制御部２０ｂは、前記駆動手段を制御してロール５、６の回転数を減少させる（ステップＳ１０）。ロール５、６の回転数が減少すると、バンク部７内に材料が充満し、バンク部７内の圧力の変動が小さくなる。これにより、シート５０の厚さの変動を小さくする（シート厚さの変動を抑制する）ことができる。

　記憶部２０ｃは、ロール１回転当たりの最大シート厚さＴｍａｘおよび上記最小シート厚さＴｍｉｎを記憶し（ステップＳ１１）、判定部２０ｄは、再びステップＳ９の判定を行う。前記差ΔＴが前記所定の値ΔＴ２以下であり（ステップＳ９においてＮＯ）、かつ、圧力センサ８の測定値が所定の値Ｐ２未満である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、バンク部７への材料供給量が減少しているということなので、コントローラ２０はステップＳ４の処理に戻り、スクリュ制御部２０ａは、再度、前記駆動手段を制御してスクリュ２、３の回転数を増加させる。一方、圧力センサ８の測定値が前記所定の値Ｐ２以上である場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、コントローラ２０は再びステップＳ５の処理を行う。

　以上説明したように、シートの厚さのばらつきを抑えることができるロール付スクリュ押出機が提供される。

　提供されるロール付スクリュ押出機は、材料をシート状に押出成形するためのものである。前記ロール付スクリュ押出機は、前記材料を押し出すスクリュと、前記スクリュを収容し、前記材料の投入口が設けられたケーシングと、前記ケーシングの前方に配置され、前記スクリュにより押し出された前記材料をシート状に成形する一対の上側ロールおよび下側ロールと、を備える。前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの一方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有する。前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、オーバル形状を有する。前記本体部分は、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸の位置が前記本体部分の周方向の一方の方向に変位するような形状を有する。前記本体部分の外周面を含む前記本体部分の表層部の展開図において、前記長軸と前記外周面との交点を連続的に結んだ線と前記軸方向とのなす角度θは、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる。

　このロール付スクリュ押出機によれば、上側ロールおよび下側ロールにおける軸方向に直交する断面がいずれも円形状を有する場合に比べて、上側ロールと下側ロールとの間の隙間における軸方向の圧力分布をより均等化することができる。当該隙間は、材料がシート状に成形される部分であるので、前記圧力分布が均等化されることにより、成形されるシートの厚さのばらつきを抑えることができる。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記オーバル形状が楕円であってもよい。このように前記オーバル形状が楕円である場合、前記角度θは、５３°≦θ≦６８°の不等式で表される範囲に含まれることが好ましい。この態様では、前記圧力分布を均等化する効果がより顕著に得られる。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの他方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、前記他方のロールの前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有していてもよい。この態様のように一方のロールの本体部分における断面がオーバル形状を有し、他方のロールの本体部分における断面が円形状を有する構成は、上側ロールと下側ロールとの間の隙間の寸法を、前記軸方向において連続的に変化させることを可能にする。このため、成形されるシートの厚さのばらつきをさらに容易に抑えることができる。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記オーバル形状が楕円であり、前記楕円の短軸の長さａ（ｍｍ）と、前記楕円の長軸の長さｂ（ｍｍ）とは、０．９３９ｂ－４．１４≦ａ＜ｂの関係を満たしているのが好ましい。この態様は、シートの平均厚さに対するシートの厚さの変動が±１０％の範囲内に含まれることを可能にする。さらに、前記短軸の長さａと前記長軸の長さｂとは、０．９５７ｂ－２．９５≦ａ＜ｂの関係を満たしているのがより好ましい。この態様は、シートの平均厚さに対するシートの厚さの変動が±５％の範囲内に含まれることを可能にする。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記一方のロールの前記両端部における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有し、前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの他方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、前記他方のロールの前記両端部における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有しているのが好ましい。この態様では、上側ロール及び下側ロールを回転させたときに、各ロールにおける両端部の外周面と、当該両端部に対して径方向に対向して配置されるサイドガードの円弧面との間の隙間が、常に一定の寸法（一定の小さな隙間寸法）に維持される。その結果、前記材料貯留部からの材料の漏れを防止することができる。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記ケーシングと前記一対の上側ロールおよび下側ロールとの間には、前記スクリュにより押し出された材料が溜まる材料貯留部が形成されており、前記ロール付スクリュ押出機は、前記材料貯留部の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサで測定された所定時間内における最大圧力と最小圧力との差が、予め設定された閾値以下となるように前記スクリュの回転数を制御するスクリュ制御部と、をさらに備えているのが好ましい。この態様は、シートの厚さの変動を小さくすることを可能にする。

　前記ロール付スクリュ押出機において、前記ケーシングと前記一対の上側ロールおよび下側ロールとの間には、前記スクリュにより押し出された材料が溜まる材料貯留部が形成されており、前記ロール付スクリュ押出機は、前記材料貯留部の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサで測定された所定時間内における最大圧力と最小圧力との差が、予め設定された閾値以下となるように前記ロールの回転数を制御するロール制御部と、をさらに備えているのが好ましい。この態様は、シートの厚さの変動を小さくすることを可能にする。

　前記ロール付スクリュ押出機は、前記一対の上側ロールおよび下側ロールの間から押し出されるシート状の材料の厚さを測定する厚さセンサと、前記厚さセンサで測定された所定時間内における最大厚さと最小厚さとの差が、予め設定された閾値以下となるように前記スクリュの回転数を制御するスクリュ制御部と、を備えているのが好ましい。この態様は、シートの厚さの変動を小さくすることを可能にする。

　前記ロール付スクリュ押出機は、前記一対の上側ロールおよび下側ロールの間から押し出されるシート状の材料の厚さを測定する厚さセンサと、前記厚さセンサで測定された所定時間内における最大厚さと最小厚さとの差が、予め設定された閾値以下となるように前記ロールの回転数を制御するロール制御部と、を備えているのが好ましい。この態様は、シートの厚さの変動を小さくすることを可能にする。

Claims

　材料をシート状に押出成形するロール付スクリュ押出機において、
　前記材料を押し出すスクリュと、
　前記スクリュを収容し、前記材料の投入口が設けられたケーシングと、
　前記ケーシングの前方に配置され、前記スクリュにより押し出された前記材料をシート状に成形する一対の上側ロールおよび下側ロールと、を備え、
　前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの一方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、
　前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、オーバル形状を有し、
　前記本体部分は、前記断面の位置が前記軸方向の一方の方向に変位するのに伴って前記オーバル形状の長軸の位置が前記本体部分の周方向の一方の方向に変位するような形状を有し、
　前記本体部分の外周面を含む前記本体部分の表層部の展開図において、前記長軸と前記外周面との交点を連続的に結んだ線と前記軸方向とのなす角度θは、０°＜θ≦７５°の不等式で表される範囲に含まれる、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記オーバル形状が楕円である、ロール付スクリュ押出機。
　請求項２に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記角度θが、５３°≦θ≦６８°の不等式で表される範囲に含まれる、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの他方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、
　前記他方のロールの前記本体部分における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有する、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記オーバル形状が楕円であり、
　前記楕円の短軸の長さａ（ｍｍ）と、前記楕円の長軸の長さｂ（ｍｍ）とは、０．９３９ｂ－４．１４≦ａ＜ｂの関係を満たす、ロール付スクリュ押出機。
　請求項５に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記短軸の長さａと前記長軸の長さｂとは、０．９５７ｂ－２．９５≦ａ＜ｂの関係を満たす、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記一方のロールの前記両端部における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有し、
　前記上側ロールおよび前記下側ロールのうちの他方のロールは、その軸方向の両端部と、前記両端部の間の本体部分と、を有し、
　前記他方のロールの前記両端部における前記軸方向に直交する断面は、円形状を有する、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１～７のいずれか１項に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記ケーシングと前記一対の上側ロールおよび下側ロールとの間には、前記スクリュにより押し出された材料が溜まる材料貯留部が形成されており、
　前記ロール付スクリュ押出機は、
　前記材料貯留部の圧力を測定する圧力センサと、
　前記圧力センサで測定された所定時間内における最大圧力と最小圧力との差が、予め設定された閾値以下となるように前記スクリュの回転数を制御するスクリュ制御部と、をさらに備えている、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１～７のいずれか１項に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記ケーシングと前記一対の上側ロールおよび下側ロールとの間には、前記スクリュにより押し出された材料が溜まる材料貯留部が形成されており、
　前記ロール付スクリュ押出機は、
　前記材料貯留部の圧力を測定する圧力センサと、
　前記圧力センサで測定された所定時間内における最大圧力と最小圧力との差が、予め設定された閾値以下となるように前記ロールの回転数を制御するロール制御部と、をさらに備えている、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１～７のいずれか１項に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記一対の上側ロールおよび下側ロールの間から押し出されるシート状の材料の厚さを測定する厚さセンサと、
　前記厚さセンサで測定された所定時間内における最大厚さと最小厚さとの差が、予め設定された閾値以下となるように前記スクリュの回転数を制御するスクリュ制御部と、をさらに備えている、ロール付スクリュ押出機。
　請求項１～７のいずれか１項に記載のロール付スクリュ押出機において、
　前記一対の上側ロールおよび下側ロールの間から押し出されるシート状の材料の厚さを測定する厚さセンサと、
　前記厚さセンサで測定された所定時間内における最大厚さと最小厚さとの差が、予め設定された閾値以下となるように前記ロールの回転数を制御するロール制御部と、をさらに備えている、ロール付スクリュ押出機。