螺杆式挤出机的制作方法

本发明涉及进行混炼物的挤出的螺杆式挤出机，特别是涉及适合用于在挤出混炼物的同时形成为片状的螺杆式挤出机。

背景技术：

在机动车用轮胎的制造工艺中，使用设置于作为轮胎原料的橡胶的混炼机之下，将从混炼机投入的橡胶(混炼物)连续地挤出并成形为片状的挤出成形机。作为与这种挤出成形机相关的技术，例如有下述专利文献1所记载的技术。

专利文献1所记载的片材成形装置具备：材料供给部，其挤出并供给材料；材料贮存部，其将挤出并供给的材料暂时贮存；材料按压部，其对所贮存的材料施加按压力；材料压延部，其将所贮存的材料成形为片状并送出；以及控制部，其控制运转。上述材料供给部具备双轴锥形螺杆，双轴锥形螺杆收容于壳体。

根据专利文献1的图7等，上述锥形螺杆的螺旋状的螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙(空隙尺寸)从上游侧到下游侧为恒定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－73428号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

近年来，低油耗轮胎的需要不断增加。在作为低油耗轮胎的原料的橡胶中以高比例配混二氧化硅的情况较多。以高比例配混二氧化硅而成的橡胶(混炼物)存在在挤出成形机中难以成形为片状的问题。因此，不仅在上游侧工艺的混炼机中，在挤出成形机中也期望提高橡胶(混炼物)的分散混合性。

然而，在专利文献1所记载的片材成形装置中，如上所述，锥形螺杆的螺旋状的螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙(空隙尺寸)从上游侧到下游侧为恒定，因此在材料供给部中材料没有特别混炼。即，在专利文献1所记载的片材成形装置中，不能提高材料的分散混合性。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高材料的分散混合性的结构的螺杆式挤出机。

用于解决课题的方案

本发明的螺杆式挤出机具备：螺杆；以及壳体，其收容所述螺杆，在上游侧设置有材料的投入口的壳体，所述螺杆式挤出机进行混炼物的挤出。所述螺杆式挤出机的特征在于，所述螺杆具有轴部和设置于该轴部的外周面的螺旋状的螺棱部。关于所述螺棱部的顶部与所述壳体的内壁面之间的间隙，所述螺棱部的下游侧端处的所述间隙比所述投入口的下游侧端处的所述间隙大，且在所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间，不存在所述间隙从上游侧朝向下游侧而缩小的区域。

根据该结构，在材料的投入口的下游侧端与螺杆的螺棱部的下游侧端之间的下游侧，不仅能够输送材料，还能够进行混炼。即，根据本发明的螺杆式挤出机，能够提高材料的分散混合性。

在本发明中，优选的是，在所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间的上游部及下游部中的至少任一方存在所述间隙恒定的区域。

上述上游部是发挥材料的输送功能的部分，上述下游部是发挥混炼材料的混炼功能的部分。根据该结构，能够使材料的输送功能及/或混炼功能稳定。另外，在材料的投入口的下游侧端与螺杆的螺棱部的下游侧端之间，与间隙在全长上连续变化的情况相比，螺杆的螺棱部的制作或壳体的制作容易。

另外，在本发明中，优选的是，在所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间的、上游部及下游部分别存在所述间隙恒定的区域。

根据该结构，能够使材料的输送功能及混炼功能的双方稳定。另外，螺杆的螺棱部的制作或壳体的制作更容易。

进而，在本发明中，优选的是，在所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间，存在所述间隙从上游侧朝向下游侧而呈阶梯状扩大的间隙台阶部，且该间隙台阶部的上游侧及下游侧的所述间隙分别为恒定。

根据该结构，与间隙连续变化的情况相比，螺杆的螺棱部的制作或壳体的制作容易。

进而，在本发明中，优选的是，在所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间，存在所述间隙从上游侧朝向下游侧而呈直线性扩大的间隙扩大部，且该间隙扩大部的上游侧及下游侧的所述间隙分别为恒定。

根据该结构，能够防止材料在间隙变化的位置的滞留。

进而，在本发明中，优选的是，在设所述轴部的轴向上的所述螺棱部的下游侧端与所述投入口的下游侧端之间的距离为l、所述轴部的轴向上的所述螺棱部的下游侧端与所述间隙台阶部之间的距离为lm时，满足0.25＜lm/l。

根据该结构，通过间隙部的材料的量增加，能够促进材料的均匀混炼。

在上述本发明中，优选的是，满足0.25＜lm/l≤0.4。

根据该结构，能够将升压能力(输送能力)维持得较高，并且增加通过间隙部的材料的量，促进材料的均匀混炼。

进而，在本发明中，优选的是，在设所述轴部的轴向上的所述螺棱部的下游侧端与所述投入口的下游侧端之间的距离为l、所述轴部的轴向上的所述螺棱部的下游侧端与所述间隙扩大部的轴向中心位置之间的距离为lm时，满足0.25＜lm/l。

根据该结构，通过间隙部的材料的量增加，能够促进材料的均匀混炼。

在上述本发明中，优选的是，满足0.25＜lm/l≤0.4。

根据该结构，能够将升压能力(输送能力)维持得较高，并且增加通过间隙部的材料的量，促进材料的均匀混炼。

进而，在本发明中，优选的是，根据所述螺棱部的顶部的外径使所述间隙变化。

根据该结构，与根据壳体的形状、尺寸使间隙变化的情况相比，能够防止材料在间隙变化部的滞留。另外，根据螺棱部的顶部的外径使间隙变化时，螺杆式挤出机的制作容易。

进而，在本发明中，优选的是，具有压力传感器，所述压力传感器对所述投入口的下游侧端与所述螺棱部的下游侧端之间的靠下游侧的所述间隙恒定的区域的所述壳体的内部的压力进行测量，根据由所述压力传感器测量出的压力来控制所述螺杆的转速。

根据该结构，能够容易控制材料的混炼。

发明效果

根据本发明的螺杆式挤出机，能够在该螺杆式挤出机中提高所供给的材料的分散混合性。

附图说明

图1是作为本发明的螺杆式挤出机的一个实施方式的带辊模的挤出机的俯视剖视图。

图2是图1的a－a剖视图，是本发明的一个实施方式的带辊模的挤出机的纵剖视图。

图3是示意性地表示图1、图2所示的带辊模的挤出机的螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙的螺杆轴向的变化的图。

图4是表示在图1、图2所示的带辊模的挤出机中，通过流动解析调查螺棱部的混合部比率(大小的间隙的比率)与在间隙部分材料向相反方向泄漏的量的关系的结果的曲线图。

图5是表示在图1、图2所示的带辊模的挤出机中，通过流动解析调查螺棱部的混合部比率(大小的间隙的比率)与升压能力的关系的结果的曲线图。

图6是表示螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙的第二实施方式的与图3对应的图。

图7是表示螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙的第一变形例的与图3对应的图。

图8是表示螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙的第二变形例的与图3对应的图。

图9是表示螺棱部的顶部与壳体的内壁面之间的间隙的第三变形例的与图3对应的图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。以下的实施方式所示的螺杆式挤出机是将橡胶等高分子材料的混炼物以片状的形式挤出成形的带辊模的螺杆挤出机(以下称为“带辊模的挤出机”)。需要说明的是，本发明的螺杆式挤出机也可以用于将高分子材料的混炼物从具有许多圆形孔的模具挤出之后切断成形为圆筒状的颗粒的被称为造粒机的机械。

(第一实施方式)

参照图1～图3，对本发明的一个实施方式的带辊模的挤出机1进行说明。带辊模的挤出机1具有进行混炼物的挤出的左右一对共计两根螺杆2、3和收容螺杆2、3的壳体4。在壳体4的前方配置有上下一对共计两个辊8、9。壳体4与辊8、9之间的部分称为储备部10，通过螺杆2、3挤出的混炼物积存于该储备部10。辊8、9以彼此向相反方向旋转的方式连结，通过省略图示的一个驱动单元以相同的转速旋转。辊8、9用于将混炼物压延而成形为片状(片材50)，被称为辊模。

螺杆2、3分别具有轴部6和设置于轴部6的外周面的螺旋状的螺棱部7。螺杆2与螺杆3除了螺棱的扭转角度彼此相反以外，是相同形状、尺寸的螺杆。另外，螺杆2、3以彼此向相反方向旋转的方式连结，通过省略图示的一个驱动单元以相同的转速旋转。

壳体4是前端变细的形状，具有材料(混炼物)的投入口11设置于上部的壳体上游部13和周围被壁面包围的壳体下游部14。朝投入口11从其上方供给的橡胶等的混炼物通过彼此向相反方向旋转的螺杆2、3向储备部10挤出，然后，通过辊8、9之间而成形为片状。

如图2所示，在周围被壁面包围的壳体下游部14的底部安装有压力传感器5。通过压力传感器5测量壳体下游部14的内部的压力(混炼物的压力)。需要说明的是，为了不与旋转的螺杆2、3的螺棱部7接触，压力传感器5以其前端部(压力检测部)不从壳体4的内壁面突出的方式安装。

在此，在本发明中，为了以带辊模的挤出机1本身来提高材料的分散混合性，针对螺棱部7的顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙(空隙)，使螺棱部7的下游侧端的间隙c2比投入口11的下游侧端11a的间隙c1大，且在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间，不存在间隙从上游侧朝向下游侧而缩小的区域。

由此，在材料的投入口11的下游侧端11a与螺杆2、3的螺棱部7的下游侧端之间的下游侧，不仅能够输送(升压)材料，还能够进行混炼。

在图1～图3所示的实施方式中，在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间，设置有间隙从上游侧朝向下游侧呈阶梯状扩大的间隙台阶部21(参照图3)。而且，以该间隙台阶部21为边界，间隙台阶部21的上游侧的间隙为c1且为恒定，间隙台阶部21的下游侧的间隙为c2(c2＞c1)且为恒定。

需要说明的是，螺棱部7如上所述为螺旋状。因此，螺棱部7的顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙也成为螺旋状。图3是示意性地表示该间隙的螺杆轴向的变化的图，不是表示以剖面观察螺杆2、3及壳体4时的间隙的方式(对于图6～图9也同样)。以剖面观察螺杆2、3及壳体4时的间隙的方式如图1、图2所示。

在本实施方式中，上述间隙通过使螺棱部7的顶部12的外径变化而变化。与螺棱部7的顶部12对置的壳体4的内壁面在其剖视时呈直线。在间隙台阶部21中，使螺棱部7的顶部12的外径以间隙c2与间隙c1的差分呈阶梯状变化。

通过使螺棱部7的顶部12的外径变化，使该顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙变化，从而与根据壳体4的形状、尺寸使间隙变化的情况相比，挤出机的制作变得容易。另外，也能够防止间隙变化部的材料的滞留。

另外，上述压力传感器5测量投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间的靠下游侧的间隙为c2且恒定区域的壳体4内部的压力，控制构成带辊模的挤出机1，以使根据由压力传感器5测量的压力(混炼物的压力)来控制螺杆2、3的转速。例如，由压力传感器5测量的压力比规定的压力(pmin)低时，螺杆2、3的转速上升，比规定的压力(pmax)高时，螺杆2、3的转速降低。当压力在pmax与pmin之间时，此时的螺杆2、3的转速保持不变。间隙为c2(c2＞c1)，测量恒定区域的壳体4内部下游侧的压力，根据测量的压力来控制螺杆2、3的转速，从而能够容易地控制材料的混炼。

在设螺杆2、3(轴部6)的轴向上的螺棱部7的下游侧端与投入口11的下游侧端11a之间的距离为l，螺棱部7的下游侧端与间隙台阶部21之间的距离为lm时，若增大lm/l，则间隙大的区域变宽，在该部分材料向与材料的挤出方向相反的方向泄漏的量增加。当材料向与材料的挤出方向相反的方向泄漏的量增加时，促进材料的分配混合。即，间隙为c2的区域(轴向上为长度lm的区域)是促进材料的混合(分配混合)的区域。另一方面，当材料向与材料的挤出方向相反的方向泄漏的量增加时，材料的升压能力降低。需要说明的是，间隙为c1(c1＜c2)的区域是进行材料的挤出(升压)的区域。

本发明人等通过流动解析调查lm/l与材料的泄漏量的关系、以及lm/l与升压能力的关系。将解析条件和其结果示于表1。

[表1]

[表1]

在表1中，c是螺棱部7的下游侧端的间隙，d是壳体4的前端部的内径(参照图3)。关于条件1a～1c、2a～2c，表1中的c是图3中的c2。另外，q是在间隙部材料向与挤出方向相反的方向泄漏的量(流量)。δp是投入口11的下游侧端11a的壳体4内的压力与壳体4的前端部的壳体4内的压力的差(压力差)。另外，条件0是从壳体4的上游侧到下游端，间隙为c(＝c1(c1＜c2))且始终为恒定的基准的条件。q0是在条件0下的间隙部材料泄漏的量(流量)，δp0是条件0下的上述压力差。

q/q0是表示其值越大，材料的分散混合性越高。与此相对，关于δp/δp0，表示其值越小，升压能力越高。δp(压力差)小是指电阻小。以输送相同量的材料为共同的解析条件，以较小的电阻输送相同量的材料时升压能力高。即，关于δp/δp0，表示其值越小，升压能力越高。

将表1所示的解析结果曲线化的图为图4及图5所示的曲线图。由图4可知，通过设0.25＜lm/l，从而材料的分散混合性提高，能够促进材料的均匀混炼。另外，由图5可知，通过使lm/l≤0.4，从而能够将升压能力维持得较高。另外，根据图4及图5，通过使0.25＜lm/l≤0.4，从而能够将升压能力维持得较高，并且能够促进材料的均匀混炼。

(第二实施方式)

图6是表示螺棱部7的顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙的第二实施方式的与图3对应的图。

在本实施方式中，在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间，设置有间隙从上游侧朝向下游侧呈直线性扩大的间隙扩大部22(参照图6)。以该间隙扩大部22为边界，间隙扩大部22的上游侧的间隙为c1且为恒定，间隙扩大部22的下游侧的间隙为c2(c2＞c1)且为恒定。

根据该结构，与将间隙变化的部分作为上述间隙台阶部21的情况相比，能够防止材料在间隙变化的部分的滞留。

在本实施方式中，也与图3所示的第一实施方式的情况相同，lm/l优选为0.25＜lm/l，进一步优选为0.25＜lm/l≤0.4。需要说明的是，lm被定义为螺棱部7的下游侧端与间隙扩大部22的轴向中心位置之间的距离(参照图6)。

(变形例)

图7是表示螺棱部7的顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙的第一变形例的与图3对应的图。

在图6所示的实施方式中，形成间隙从上游侧朝向下游侧呈直线性扩大的间隙扩大部22。取而代之，如图7所示的间隙扩大部23那样，也可以形成间隙变化率从上游侧朝向下游侧变小且间隙扩大的间隙扩大部。

另外，如图8所示的间隙扩大部24那样，也可以形成间隙变化率从上游侧朝向下游侧变大且间隙扩大的间隙扩大部。

在上述的实施方式及变形例中，投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间的、上游部及下游部分别存在间隙恒定的区域。也可以仅在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间的、上游部及下游部中的任一方存在间隙恒定的区域。

在上述的实施方式及变形例中，在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间存在间隙恒定的区域。在图9所示的第三变形例中，在投入口11的下游侧端11a与螺棱部7的下游侧端之间不存在间隙恒定的区域，从投入口11的下游侧端11a到螺棱部7的下游侧端为止，间隙从上游侧朝向下游侧呈直线性扩大。需要说明的是，也可以从投入口11的下游侧端11a到螺棱部7的下游侧端为止，间隙变化率从上游侧朝向下游侧变小且间隙扩大，也可以间隙变化率从上游侧朝向下游侧变大且间隙扩大。

在上述的实施方式及变形例中，通过使螺棱部7的顶部12的外径变化，从而使该顶部12与壳体4的内壁面之间的间隙变化。取而代之，也可以根据壳体4的形状、尺寸来使间隙变化。

上述实施方式的左右一对螺杆2、3构成为通过一个驱动单元以相同的转速旋转。取而代之，左右一对螺杆2、3也可以构成为通过两个驱动单元分别独立地旋转。

也可以将测量壳体4(壳体下游部14)的内部的压力的压力传感器5安装于壳体4(壳体下游部14)的侧部或上部，而不是壳体4(壳体下游部14)的底部。

也可以不是左右一对螺杆2、3，而是仅具有一根螺杆的螺杆式挤出机。

此外，在本领域技术人员能够想到的范围内进行各种变更。

本申请为基于2017年1月31日申请的日本专利出愿(特愿2017－015304)的申请，在此引入其内容作为参照。

附图标记说明：

1：带辊模的挤出机(螺杆式挤出机)

2、3：螺杆

4：壳体

5：压力传感器

6：轴部

7：螺棱部

8、9：辊

11：投入口

11a：下游侧端

12：顶部

21：间隙台阶部

22：间隙扩大部

c1、c2：间隙。