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WO2019031350A1 - ロール付スクリュ押出機 - Google Patents

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WO2019031350A1
WO2019031350A1 PCT/JP2018/028847 JP2018028847W WO2019031350A1 WO 2019031350 A1 WO2019031350 A1 WO 2019031350A1 JP 2018028847 W JP2018028847 W JP 2018028847W WO 2019031350 A1 WO2019031350 A1 WO 2019031350A1
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WO
WIPO (PCT)
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roll
screw extruder
thickness
sheet
rolls
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/028847
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝祐 東
和久 福谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to KR1020207006388A priority Critical patent/KR20200035113A/ko
Priority to EP18844591.0A priority patent/EP3650195A4/en
Priority to BR112020002684-0A priority patent/BR112020002684A2/pt
Priority to US16/635,493 priority patent/US20200368958A1/en
Priority to CN201880051571.4A priority patent/CN111032309A/zh
Publication of WO2019031350A1 publication Critical patent/WO2019031350A1/ja
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    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/52Screws with an outer diameter varying along the longitudinal axis, e.g. for obtaining different thread clearance
    • B29C48/525Conical screws

Definitions

  • the present invention relates to a roll screw extruder for extruding a material into a sheet.
  • An extruder is used in the manufacturing process of an automobile tire.
  • the said extrusion molding machine is installed under the kneading machine which knead
  • sheet forming apparatuses described in Patent Documents 1 and 2 below are known.
  • the sheet forming apparatus described in Patent Document 1 includes a conical twin-screw extruder and a pair of upper and lower rolling rolls disposed close to the tip opening of the twin-screw extruder.
  • the diameter of the lower rolling roll of the pair of rolling rolls is larger than the diameter of the upper rolling roll.
  • a material supply unit that extrudes and supplies a material
  • a material storage unit that temporarily stores the extruded material
  • a material press that applies a pressing force to the stored material.
  • a material rolling unit that forms and discharges the stored material into a sheet.
  • the above-described material supply unit includes a biaxial tapered screw, and the above-described material rolling unit includes a pair of upper and lower rolls.
  • the shape of the cross section orthogonal to the axial direction is a circle.
  • the screw which comprises the sheet forming apparatus (extrusion molding machine) of patent documents 1 and 2 has only a function which extrudes material, and a roll has only a function which rolls material. That is, since neither the screw and the roll that constitute the sheet forming apparatus described in Patent Documents 1 and 2 have a kneading function of the material, in the sheet forming apparatus described in Patent Documents 1 and 2, the material is dispersed and mixed. I can not improve my sex.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a roll screw extruder having a kneading function of a material in addition to a sheet forming function of forming the material into a sheet. .
  • the roller screw extruder according to the present invention is for extruding a material into a sheet.
  • the roll screw extruder includes a screw for extruding the material, a casing containing the screw, and a casing provided with an inlet for the material, disposed in front of the casing, the material extruded by the screw And a pair of upper and lower rolls formed into a sheet.
  • One of the upper roll and the lower roll has axial end portions and a main body portion between the both end portions, and a cross section orthogonal to the axial direction of the main body portion has , Has an oval shape.
  • FIG. 5 WHEREIN: It is a graph which shows the relationship between the cumulative rotation speed of a roll, and the average pressure of a bank part.
  • the screw extruder with a roll shown in FIG. 5 WHEREIN It is a graph which shows the relationship between the rotation phase of a roll, and the clearance gap dimension of a roll.
  • the screw extruder with a roll shown in FIG. 5 WHEREIN It is a graph which shows the relationship between the fluctuation
  • the screw extruder with a roll which concerns on this embodiment is a machine which extrusion-molds the kneaded material (material) of polymeric materials, such as rubber
  • molding object of the screw extruder with a roll of this invention is not limited to rubber
  • the screw extruder 2 with a roll according to the present embodiment accommodates the screws 2 and 3 for extruding the material, and the screws 2 and 3, and a casing 4 provided with the material inlet 12. And a pair of upper rolls 5 and lower rolls 6 which are disposed in front of the casing 4 and form the material extruded by the screws 2 and 3 into a sheet, and a controller 20. Between the casing 4 and the pair of rolls 5 and 6, a bank part 7 (material storage part) in which the material pushed out by the screws 2 and 3 is accumulated is provided. In the present embodiment, the direction from the screws 2 and 3 toward the pair of rolls 5 and 6 (for example, the left side in FIG. 1) is taken as the front.
  • the screw extruder with a roll of the present invention may include only a single screw for extruding a material, but the screw extruder with a roll 1 according to the present embodiment includes a pair of left and right screws 2 and 3 .
  • the screws 2 and 3 each have a shaft portion 10 and a spiral flight portion 11 provided on the outer peripheral surface of the shaft portion 10.
  • the screw 2 and the screw 3 have the same shape and the same dimensions except that the directions of the spirals of the flight portion 11 are opposite to each other.
  • the screws 2 and 3 are connected to rotate in opposite directions to each other, and are configured to rotate at the same number of rotations by one driving means (not shown).
  • the screws 2 and 3 may be configured to rotate individually by separate drive means.
  • the casing 4 has a tapered shape, and the top of the casing 4 is provided with a material inlet 12.
  • the material for example, a mixture of rubber and silica supplied to the inlet 12 from above is pushed out to the bank 7 by the screws 2 and 3 rotating in opposite directions, and then between the rolls 5 and 6 It is formed into a sheet by passing through.
  • the material extruded by the screws 2 and 3 temporarily accumulates in the bank 7 (material reservoir) before reaching the pair of rolls 5 and 6.
  • the pair of rolls 5 and 6 are connected to rotate in opposite directions to each other, and are configured to rotate, for example, at the same number of rotations, by one driving means (not shown).
  • the rolls 5 and 6 may be configured to be separately rotated by separate drive means.
  • the rolls 5 and 6 are for rolling the material into a sheet (sheet 50) and may be called a roller die.
  • the upper roll 5 is supported by a support member (a member constituting a part of the roll screw extruder 1), which is not shown, so as to be rotatable about a rotation axis.
  • the lower roll 6 is supported by the support member so as to be rotatable about the rotation axis.
  • the upper roll 5 and the lower roll 6 are supported by the support member such that the axial direction of the rotation axis of the upper roll 5 and the axial direction of the rotation axis of the lower roll 6 are parallel.
  • the upper roll 5 and the lower roll 6 are spaced apart in a direction (radial direction) perpendicular to the axial direction.
  • the upper roll 5 has a main body portion 5a, both end portions 5b, and a pair of shaft portions 5c.
  • the lower roll 6 has a body portion 6a, both ends 6b, and a pair of shaft portions 6c.
  • the main body portion 5a of the upper roll 5 and the main body portion 6a of the lower roll 6 each have an outer peripheral surface (main outer peripheral surface) facing each other at an interval in the radial direction. These main body outer peripheral surfaces are portions for rolling the material extruded by the screws 2 and 3 into a sheet shape.
  • Both ends 5b of the upper roll 5 are constituted by a first end 5b and a second end 5b which are located on both outer sides in the axial direction with respect to the main body portion 5a of the upper roll 5.
  • Both end portions 6b of the lower roll 6 are constituted by a first end 6b and a second end 6b which are located on both outer sides in the axial direction with respect to the main body portion 6a of the lower roll 6.
  • the first end 5 b of the upper roll 5 and the first end 6 b of the lower roll 6 each have an outer peripheral surface (end outer peripheral surface) facing each other at an interval in the radial direction.
  • the second end 5 b of the upper roll 5 and the second end 6 b of the lower roll 6 each have an outer peripheral surface (end outer peripheral surface) opposed to each other at an interval in the radial direction.
  • the pair of end outer peripheral surfaces of the upper roll 5 are portions where the arc surfaces 13a of the pair of side guards 13 described later face in the radial direction, and the pair of end outer peripheral surfaces of the lower roll 6 will be described later
  • the arc surfaces 13b of the pair of side guards 13 are portions facing in the radial direction (see FIGS. 1 and 4).
  • the pair of shaft portions 5c of the upper roll 5 is a portion supported by the support member such that the upper roll 5 can rotate. As shown in FIG. 1, the pair of shaft portions 5c is located on the outer side in the axial direction with respect to the first end portion 5b and the outer side in the axial direction with respect to the second end portion 5b. And a second shaft portion 5c located at In the upper roll 5, the outer diameter of the pair of shaft portions 5c is smaller than the outer diameter of the both end portions 5b. Similarly, the pair of shaft portions 6c of the lower roll 6 is a portion supported by the support member so that the lower roll 6 can rotate.
  • the pair of shaft portions 6c is a first shaft portion 6c located outside in the axial direction with respect to the first end 6b, and a second shaft portion located outside in the axial direction with respect to the second end 6b. 6c.
  • the outer diameter of the pair of shaft portions 6c is smaller than the outer diameter of the both ends 6b.
  • a cross section orthogonal to the axial direction at least in the body portion has an oval shape. This configuration is the main feature of the present invention.
  • the cross section orthogonal to the axial direction of the main body portion 5a of the upper roll 5 and the cross section orthogonal to the axial direction of the main body portion 6a of the lower roll 6 have an oval shape. More specifically, in the cross section of the main body portion 5a of the upper roll 5, the portion (peripheral portion) corresponding to the outer peripheral surface of the main body portion 5a has an oval shape, and the cross section of the main body portion 6a of the lower roll 6 In the above, the portion (outer peripheral portion) corresponding to the outer peripheral surface of the main body portion 6a has an oval shape.
  • the main body portion 5a of the upper roll 5 is configured by the cross section having the oval shape being continuous in the axial direction.
  • the main body portion 6a of the lower roll 6 is configured by the cross section having the oval shape being continuous in the axial direction.
  • the cross section of the main body portion may have an oval shape. Therefore, only the cross section of the main body portion 5 a of the upper roll 5 may have an oval shape, and the cross section of the main body portion 6 a of the lower roll 6 may have a circular shape, for example. Alternatively, only the cross section of the main body portion 6 a of the lower roll 6 may have an oval shape, and the cross section of the main body portion 5 a of the upper roll 5 may have a circular shape, for example.
  • the oval shape includes an egg shape, an oval shape, and an oval shape.
  • the cross section of the body portions 5a and 6a of the rolls 5 and 6 has an oval shape among oval shapes, but may have an oval shape or an oval shape.
  • an egg shape the shape as shown in FIG. 14 can be illustrated.
  • the egg shape includes shapes such as a shape obtained by connecting an arc and an elliptic arc, and a shape obtained by connecting two elliptic arcs having different eccentricities.
  • the oval shape is a shape similar to the track of the athletic field, as shown in FIG.
  • each of the egg shape and the oval shape has a major axis LA and a minor axis SA.
  • the cross section orthogonal to the axial direction has an oval shape, so the upper roll 5 and the lower roll
  • the volume of the bank part 7 material storage part
  • the flow of the material extruded from the casing 4 to the bank portion 7 becomes more complicated than before, and as a result, the material is given a kneading action.
  • the bank portion 7 a flow of material in the direction from the screws 2 and 3 to the rolls 5 and 6 is generated, but the volume of the bank portion 7 fluctuates.
  • the material flow (back flow) towards 3 is induced in the bank section 7.
  • the flow of the material extruded from the casing 4 to the bank portion 7 becomes more complicated than in the past.
  • the relative phase difference between the upper roll 5 and the lower roll 6 with respect to the rotation of the rolls 5 and 6 is not particularly limited, but the upper roll 5 and the lower roll 6 have a relative phase difference of 90 °. It is preferable to rotate. That is, it is preferable that the upper roll 5 and the lower roll 6 rotate at the same rotation speed so that the phase difference is maintained at 90 °. 3 and 4 show a state in which the phase difference between the upper roll 5 and the lower roll 6 is 90 °.
  • the upper roll 5 and the lower roll 6 rotate with a phase difference of 90 °, the variation in the dimension of the gap (roll gap dimension) between the roll 5 and the roll 6 is minimized, and as a result, the thickness of the sheet 50 Fluctuation is reduced. As a result, the thickness of the sheet 50 extruded from between the rolls 5 and 6 can be further stabilized (fixed).
  • the phase difference is, as shown in FIG. 4, the major axis of the oval shape (elliptical in FIG. 4) of the cross section orthogonal to the axial direction in the main body portion 5 a of the upper roll 5 and the main body portion of the lower roll 6 It is defined by an angle formed by the major axis of the oval shape (elliptic in FIG. 4) of the cross section orthogonal to the axial direction in 6a.
  • both ends 5b, 6b of the rolls 5, 6 have a circular shape. More specifically, in the cross section of the both ends 5 b of the upper roll 5, the portion (peripheral part) corresponding to the outer peripheral surface of the both ends 5 b has a circular shape, and the above in the both ends 6 b of the lower roll 6 Of the cross section, the portion (peripheral portion) corresponding to the outer peripheral surface of the both end portions 6 b has a circular shape.
  • the cross section of the main body portion 5a, 6a between the end portions 5b, 6b has an oval shape (elliptical shape in the present embodiment) as described above.
  • the cross-sectional shape of both ends 5 b and 6 b of the upper roll 5 and the lower roll 6 is a circle, and at least one of the upper roll 5 and the lower roll 6 (in the present embodiment, both rolls 5 , 6), the cross-sectional shape of the main body portions 5a, 6a is preferably oval.
  • the roll screw extruder 1 includes a pair of side guards 13.
  • the pair of side guards 13 are provided to prevent the material stored in the bank portion 7 from leaking to the outside in the axial direction more than the main body portions 5 a and 6 a of the rolls 5 and 6.
  • the pair of side guards 13 are arranged at intervals in the axial direction.
  • the pair of side guards 13 is disposed between the casing 4 and the pair of rolls 5 and 6.
  • each of the pair of side guards 13 has a proximal end (rear end) connected to the casing 4 and a distal end (front end) opposite to the pair of rolls 5 and 6 And.
  • the front end of one side guard 13 is an arc surface 13 a facing the first end 5 b of the both ends 5 b of the upper roll 5 and a first end 6 b of the both ends 6 b of the lower roll 6. And an opposite arc surface 13b.
  • the tip end of the other side guard 13 is an arc surface 13 a facing the second end 5 b of the both ends 5 b of the upper roll 5 and a second end 6 b of the both ends 6 b of the lower roll 6. And an opposite arc surface 13b.
  • each of the pair of side guards 13 has a plate-like shape orthogonal to the axial direction, but the material stored in the bank 7 is more than the body portions 5 a, 6 a of the rolls 5, 6.
  • the shape of the side guard 13 is not limited to a plate-like shape, as long as it can prevent leakage to the outside in the axial direction.
  • the inner wall surface of one side guard 13 and the inner wall surface of the other side guard 13 face each other at an interval in the axial direction, and constitute a part of the inner wall surface that divides the bank portion 7.
  • both ends 5b, 6b of the rolls 5, 6 are circular, in other words, when the both ends 5b, 6b of the rolls 5, 6 are cylindrical, when the rolls 5, 6 are rotated.
  • the gap between the both ends 5b, 6b and the arc surface 13a, 13b (see FIGS. 3 and 4) of the side guard 13 can be maintained at a constant gap size (constant small gap size). As a result, the leakage of the material from the bank portion 7 as described above can be prevented.
  • the screw extruder with a roll 1 of this embodiment includes a pressure sensor 8 for measuring the pressure of the bank 7 (the material in the bank 7), a pair of rolls 5, And a thickness sensor 9 for measuring the thickness of the sheet-like material (sheet 50) extruded from between six.
  • the pressure sensor 8 and the thickness sensor 9 are used for control to reduce the variation of the thickness of the sheet 50 (details will be described later).
  • at least one of the pressure sensor 8 and the thickness sensor 9 is preferably provided, but the pressure sensor 8 and the thickness sensor 9 are not essential in the roll screw extruder 1, It can be omitted.
  • the controller 20 includes a central processing unit (CPU), a ROM that stores various control programs, and a RAM that is used as a work area of the CPU. As shown in FIG. 2, the controller 20 has a screw control unit 20a, a roll control unit 20b, a storage unit 20c, and a determination unit 20d as functions.
  • CPU central processing unit
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • the screw control unit 20 a controls the number of rotations of the screws 2 and 3.
  • the roll control unit 20 b controls the number of rotations of the rolls 5 and 6.
  • the storage unit 20 c stores information on the pressure measured by the pressure sensor 8.
  • the storage unit 20 c also stores information on the sheet thickness measured by the thickness sensor 9.
  • the determination unit 20 d compares a value related to the pressure measured by the pressure sensor 8 with a threshold related to the pressure set in advance, and determines whether these satisfy the predetermined condition. Further, the determination unit 20 d compares the value regarding the sheet thickness measured by the thickness sensor 9 with the threshold value regarding the sheet thickness set in advance, and determines whether or not these meet the predetermined condition.
  • FIG. 5 shows another embodiment of a pair of rolls 5, 6.
  • the lower roll 6 is slightly larger than the upper roll 5.
  • the cross sections of the main body portions 5a and 6a of the upper roll 5 and the lower roll 6 have the same shape and oval shape (the same circumferential length) In the embodiment, it has an elliptical shape). That is, the upper roll 5 and the lower roll 6 have exactly the same shape and dimensions. According to this configuration, there is an advantage that control of the number of rotations of the rolls 5 and 6 becomes easy.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in average bank portion pressure due to roll rotation in the roll screw extruder 102 shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the cumulative number of revolutions of the roll, and the vertical axis is the average pressure in the bank portion 7.
  • the data of the "conventional shape" shown in FIG. 6 are data in the case where the cross sections of the upper and lower rolls are both circular. Further, rubber was used as the material to be molded (the same applies to FIGS. 8 and 11 described later for the material to be molded).
  • the extrusion amount of the material from the screws 2 and 3 and the outflow amount of the material from between the rolls are substantially the same.
  • the cross section of the main body portions 5a and 6a of at least one of the upper roll 5 and the lower roll 6 has an oval shape (e.g., an oval shape)
  • the balance between the extrusion amount and the outflow amount Break down Specifically, when the amount of outflow is smaller than the amount of extrusion, backflow of material occurs in the bank portion 7.
  • the outflow amount is larger than the extrusion amount, the forward flow of material (flow in the direction from the screws 2 and 3 to the rolls 5 and 6) in the bank portion 7 becomes strong. As a result, the flow of material in the bank section 7 becomes more complicated than before.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the roll rotational phase and the roll gap dimension in the roll screw extruder 102 shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 7 is the rotational phase of the roll, and indicates the progress stage while the rolls 5 and 6 make one rotation (360 ° rotation).
  • the vertical axis in FIG. 7 indicates the dimension of the gap between the opposing rolls 5 and 6.
  • the analysis conditions for obtaining the results shown in the graph of FIG. 7 are as follows. That is, in the analysis, the length of the minor axis SA (see FIG.
  • Variations in roll gap dimensions affect the thickness of the sheet-like material (sheet 50) extruded from between the rolls 5,6. That is, in the present embodiment, the cross-sectional shape of the main portion of at least one of the upper roll 5 and the lower roll 6 is oval (oval), so that the flow of material in the bank 7 becomes complicated. The effect of kneading can be imparted to the material in the bank portion 7. On the other hand, in the present embodiment, the thickness of the sheet-like material (sheet 50) extruded from between the rolls 5 and 6 is more likely to be changed as compared to the case where the cross-sectional shapes of both rolls are circular. Therefore, the inventors of the present invention, as described below, the cross section of the roll (for suppressing the sheet thickness fluctuation) for reducing the thickness fluctuation of the sheet 50 extruded from between the rolls 5 and 6 We also examined the shape.
  • FIG. 8 shows the variation of the thickness of the sheet 50 extruded from the gap between the rolls 5 and 6 and the length of an elliptical shape which is the shape of the cross section of the rolls 5 and 6 in the screw extruder with roll 102 shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between the length b of the axis LA and the length a of the short axis SA.
  • the horizontal axis in FIG. 8 indicates the length b (mm) of the major axis LA of the ellipse which is the sectional shape of the rolls 5 and 6, and the vertical axis indicates the length a (mm) of the minor axis SA of the ellipse. ing.
  • the variation be as small as possible in consideration of the influence on the downstream process. Specifically, it is preferable that the thickness variation is within ⁇ 10% of the average thickness. In addition, it is more preferable that the thickness variation is within about 5% of the average thickness.
  • the relationship between the length a (mm) of the minor axis SA and the length b (mm) of the major axis LA is a condition represented by the inequality “0.939 b ⁇ 4.14 ⁇ a ⁇ b”.
  • sheet thickness variation can be suppressed to within ⁇ 10%.
  • the relationship between the length a (mm) of the minor axis SA and the length b (mm) of the major axis LA satisfies the condition represented by the inequality expression “0.957 b ⁇ 2.95 ⁇ a ⁇ b”
  • sheet thickness fluctuation can be suppressed to within ⁇ 5%.
  • the relationship between the length a of the minor axis SA and the length b of the major axis LA is an inequality expression “0.939b ⁇ 4.14 ⁇ a ⁇ b”. It is preferable to satisfy the condition indicated by Furthermore, it is more preferable that the relationship between the length a of the minor axis SA and the length b of the major axis LA satisfy the condition represented by the inequality “0.957b ⁇ 2.95 ⁇ a ⁇ b”.
  • FIG. 9 shows yet another embodiment of a pair of rolls 5, 6.
  • the cross sections of the upper roll 5 and the lower roll 6 have an oval shape (elliptical shape) of the same shape.
  • the cross sections of the upper roll 5 and the lower roll 6 both have an oval shape (elliptical shape).
  • the oval shapes (elliptical shapes) are different from each other. That is, in the screw extruder with roll 103 shown in FIG. 9, the ratio of the short axis SA to the long axis LA of the upper roll 5 and the ratio of the short axis SA to the long axis LA of the lower roll 6 are different.
  • the rolls 5 and 6 of the screw extruder with a roll 102 shown in FIG. 5 and the rolls 5 and 6 of the screw extruder with a roll 103 shown in FIG. Have. It is the perimeter of the ellipse.
  • the circumferential length L of the main body portion 5a of the upper roll 5 and the main body portion 6a of the lower roll 6 as in the case of the screw extruder with roll 102 shown in FIG. The perimeter L is the same.
  • FIG. 10 shows still another embodiment of a pair of rolls 5 and 6.
  • the cross-sections of the main body portions 5a and 6a of both the upper and lower rolls 5 and 6 have an oval shape (elliptical shape).
  • the cross section of the main body portion 5a of the upper roll 5 has an oval shape (elliptical shape), but the cross section of the main body portion 6a of the lower roll 6 is circular Have.
  • the length L is made different.
  • the rotational speed of each of the upper roll 5 and the lower roll 6 is controlled to be different.
  • the rotation speed of the lower roll 6 is constant, but the rotation speed of the upper roll 5 is relatively low when the lower roll 6 and the upper roll 5 are close to each other, and is relatively high speed otherwise. It is assumed.
  • the opposing portion (pressure-boosting portion) between the rolls 5 and 6 changes due to the rotation of the rolls.
  • the circumferential length L of the main body portion 5 a of the upper roll 5 and the circumferential length L of the main body portion 6 a of the lower roll 6 may be the same.
  • FIG. 11 shows the variation of the thickness of the sheet 50 extruded from the gap between the rolls 5 and 6 and the major axis length of the oval shape in the roll cross section of the upper roll 5 in the roll screw extruder 104 shown in FIG. And a graph showing the relationship with the minor axis length.
  • the horizontal axis of FIG. 11 indicates the length b (mm) of the major axis LA of the ellipse which is the sectional shape of the upper roll 5, and the vertical axis indicates the length a (mm) of the minor axis SA of the ellipse.
  • the thickness variation of the sheet thickness is within ⁇ 10% of the average thickness, considering the influence on the downstream process.
  • the relationship between the length a of the minor axis SA of the ellipse and the length b of the major axis LA is It is preferable to satisfy the condition represented by the inequality “b ⁇ 0.952 ⁇ a ⁇ b”. Furthermore, the relationship between the length a of the minor axis SA and the length b of the major axis LA more preferably satisfies the condition represented by the inequality “b ⁇ 0.488 ⁇ a ⁇ b”.
  • FIG. 12 is a flow chart showing an example of a control method of the screw extruder with a roll 1 for stabilizing the sheet thickness.
  • the pressure of the bank unit 7 is used as a determination reference.
  • step S1 when the material is put into the casing 4 (step S1), the screw control unit 20a of the controller 20 controls the driving means to rotate the screws 2 and 3 (step S2). Thus, the material is sent to the bank section 7.
  • the determination unit 20d of the controller 20 determines whether or not the measurement value of the pressure sensor 8 is equal to or greater than a predetermined value P1 (a preset threshold) (step S3). When the pressure in the bank 7 measured by the pressure sensor 8 is less than the predetermined value P1, it means that the bank 7 is not sufficiently filled with the material.
  • P1 a preset threshold
  • the screw control unit 20a controls the drive unit to increase the number of rotations of the screws 2 and 3 (step S4).
  • the roll control unit 20b of the controller 20 controls the driving unit to perform the roll. 5. Rotate 5 and 6 (step S5). As the rolls 5 and 6 rotate, the sheet-like material (sheet 50) is sequentially extruded from the gap between the rolls 5 and 6.
  • the controller 20 controls the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin within a predetermined time measured by the pressure sensor 8.
  • the number of rotations of the screws 2 and 3 is controlled so that the difference .DELTA.P of the difference .DELTA.P becomes equal to or less than a predetermined value .DELTA.P1 (preset threshold).
  • the predetermined time may be set to, for example, the time for which the rolls 5 and 6 make one rotation, but is not limited thereto.
  • the pressure in the bank 7 (the pressure of the material in the bank 7) correlates with the thickness of the sheet 50. By including the fluctuation range of the pressure in the bank portion 7 (the above ⁇ P) within a predetermined range, the fluctuation of the thickness of the sheet 50 is reduced (the fluctuation of the sheet thickness is suppressed).
  • the storage unit 20c of the controller 20 stores, for example, the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin measured by the pressure sensor 8 while the rolls 5 and 6 make one revolution (step S6). Then, the determination unit 20d determines whether the difference ⁇ P between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin is larger than the predetermined value ⁇ P1 (step S7). If the difference ⁇ P is larger than the predetermined value ⁇ P1 (YES in step S7), the screw control unit 20a controls the drive unit to reduce the number of rotations of the screws 2 and 3 (step S8). This makes it possible to include the fluctuation range of the pressure in the bank portion 7 within a predetermined range, thereby reducing the fluctuation of the thickness of the sheet 50 (suppressing the fluctuation of the sheet thickness). it can.
  • the controller 20 makes the difference ⁇ P between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin within the predetermined time measured by the pressure sensor 8 be less than or equal to a predetermined value ⁇ P2 (preset threshold). Control the number of revolutions of the rolls 5 and 6 in the same manner.
  • the predetermined value ⁇ P2 is set to a value smaller than the predetermined value ⁇ P1.
  • the said predetermined time can be set to the time which the rolls 5 and 6 make 1 rotation, for example, it is not restricted to this.
  • the determination unit 20d determines the maximum pressure measured by the pressure sensor 8 while the rolls 5 and 6 make one revolution. It is determined whether the difference ⁇ P between Pmax and the minimum pressure Pmin is larger than the predetermined value ⁇ P2 (step S9). If the difference ⁇ P is larger than the predetermined value ⁇ P2 (YES in step S9), the roll control unit 20b controls the driving unit to reduce the number of rotations of the rolls 5 and 6 (step S10). When the number of revolutions of the rolls 5 and 6 decreases, the material in the bank 7 is filled, and the pressure fluctuation in the bank 7 is reduced. Thereby, the variation of the thickness of the sheet 50 can be reduced (the variation of the sheet thickness can be suppressed).
  • the storage unit 20c stores the maximum pressure Pmax per one roll rotation and the minimum pressure Pmin (step S11), and the determination unit 20d performs the determination of step S9 again.
  • the difference ⁇ P is equal to or less than the predetermined value ⁇ P2 (NO in step S9) and the measurement value of the pressure sensor 8 is less than the predetermined value P2 (YES in step S12)
  • the material supply to the bank portion 7 Since the amount is reduced, the controller 20 returns to the process of step S4, and the screw control unit 20a controls the drive means again to increase the number of rotations of the screws 2 and 3.
  • the controller 20 performs the process of step S5 again.
  • FIG. 13 is a flow chart showing an example of a control method of the screw extruder with a roll 1 for stabilizing the sheet thickness.
  • the thickness of the material (sheet 50) formed into a sheet shape by being pushed out from the gap between the rolls 5 and 6 is used as a determination reference.
  • the steps S1 to S5 shown in FIG. 13 are the same as the steps S1 to S5 shown in FIG.
  • the controller 20 measures the thickness sensor 9 in steps S6 to S8 in order to reduce variations in the thickness of the sheet 50 extruded from the gap between the rolls 5 and 6.
  • the number of rotations of the screws 2 and 3 is controlled such that the difference ⁇ T between the maximum sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin within a predetermined time is equal to or less than a predetermined value ⁇ T1 (preset threshold).
  • the predetermined time may be set to, for example, the time for which the rolls 5 and 6 make one rotation, but is not limited thereto.
  • the correlation between the control and the sheet thickness is high. Therefore, the variation of the thickness of the sheet 50 can be further reduced (the variation of the sheet thickness can be further suppressed).
  • the storage unit 20c stores, for example, the maximum sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin measured by the thickness sensor 9 while the rolls 5 and 6 make one rotation (step S6). Then, the determination unit 20d determines whether the difference ⁇ T between the maximum sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin is larger than the predetermined value ⁇ T1 (step S7). If the difference ⁇ T is larger than the predetermined value ⁇ T1 (YES in step S7), the screw control unit 20a controls the driving means to reduce the number of rotations of the screws 2 and 3 (step S8). As a result, the difference ⁇ T in the sheet thickness can be reduced, and the variation in the thickness of the sheet 50 can be reduced (the variation in the sheet thickness can be suppressed).
  • the controller 20 sets the difference ⁇ T between the maximum sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin within a predetermined time measured by the thickness sensor 9 to a predetermined value ⁇ T2.
  • the number of rotations of the rolls 5 and 6 is controlled so as to be equal to or less than (a preset threshold).
  • the predetermined value ⁇ T2 is set to a value smaller than the predetermined value ⁇ T1.
  • the said predetermined time can be set to the time which the rolls 5 and 6 make 1 rotation, for example, it is not restricted to this.
  • the determination unit 20d determines the maximum measured by the thickness sensor 9 while the rolls 5 and 6 make one revolution. It is determined whether the difference ⁇ T between the sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin is larger than the predetermined value ⁇ T2 (step S9). If the difference ⁇ T is larger than the predetermined value ⁇ T2 (YES in step S9), the roll control unit 20b controls the driving means to reduce the number of rotations of the rolls 5 and 6 (step S10). When the number of revolutions of the rolls 5 and 6 decreases, the material in the bank 7 is filled, and the pressure fluctuation in the bank 7 is reduced. Thereby, the variation of the thickness of the sheet 50 can be reduced (the variation of the sheet thickness can be suppressed).
  • the storage unit 20c stores the maximum sheet thickness Tmax and the minimum sheet thickness Tmin per roll rotation (step S11), and the determination unit 20d performs the determination of step S9 again.
  • the difference ⁇ T is equal to or less than the predetermined value ⁇ T2 (NO in step S9) and the measurement value of the pressure sensor 8 is less than the predetermined value P2 (YES in step S12)
  • the material supply to the bank portion 7 Since the amount is reduced, the controller 20 returns to the process of step S4, and the screw control unit 20a controls the drive means again to increase the number of rotations of the screws 2 and 3.
  • the controller 20 performs the process of step S5 again.
  • the screw extruder with a roll which has the kneading function of material is provided.
  • the provided roll screw extruder is for extruding the material into a sheet.
  • the roll screw extruder includes a screw for extruding the material, a casing containing the screw, and a casing provided with an inlet for the material, disposed in front of the casing, the material extruded by the screw And a pair of upper and lower rolls formed into a sheet.
  • One of the upper and lower rolls has its axial ends and a body portion between the ends.
  • the cross section perpendicular to the axial direction in the body portion has an oval shape.
  • the cross section orthogonal to the axial direction has an oval shape, so that the upper roll and the lower side
  • the volume of the material reservoir provided between the rolls and the casing fluctuates.
  • the flow of material extruded from the casing into the material reservoir becomes more complicated than in the past, and as a result, a kneading action is imparted to the material. That is, the said screw extruder with a roll has a kneading function of material in addition to the sheet forming function which forms material in a sheet form.
  • the oval shape may be elliptical.
  • the other roll of the upper roll and the lower roll has both axial end portions and a main body portion between the both end portions, and the other roll
  • the cross section orthogonal to the axial direction in the main body portion may have an oval shape having the same shape and the same circumferential length as the cross section in the main body portion of the one roll.
  • the flow state of the material in the material reservoir can be adjusted by adjusting the phase difference between the one roll and the other roll. Can be adjusted. That is, in this aspect, the range in which the flow state of the material in the material storage portion can be adjusted is larger than in the case where the cross section in one roll is oval and the cross section in the other roll is circular.
  • the upper roll and the lower roll have a phase difference of 90 ° between the upper roll and the lower roll. It is preferable to be configured to rotate in the following condition. In this aspect, the variation in the dimension of the gap (roll gap dimension) between one roll and the other is minimized, and as a result, the variation in the thickness of the sheet is reduced. This can further stabilize the thickness of the sheet extruded from between the upper roll and the lower roll.
  • the oval shape is an ellipse
  • the length a (mm) of the minor axis of the ellipse and the length b (mm) of the major axis of the ellipse satisfy the relationship of 0.939b-4.14 ⁇ a ⁇ b.
  • This aspect allows the variation of the thickness of the sheet to the average thickness of the sheet to be included within the range of ⁇ 10%.
  • the length a of the minor axis and the length b of the major axis satisfy the relationship of 0.957b-2.95 ⁇ a ⁇ b. This aspect allows the variation of the thickness of the sheet to the average thickness of the sheet to be included within the range of ⁇ 5%.
  • the other roll of the upper roll and the lower roll has both axial end portions and a main body portion between the both end portions, and the other roll
  • the cross section orthogonal to the axial direction in the main body portion may have a circular shape.
  • the circumferential length of the main body portion of the upper roll and the circumferential length of the main body portion of the lower roll may be different.
  • the oval shape is an ellipse
  • the minor axis length a (mm) of the ellipse preferably satisfies the following relationship: b ⁇ 0.952 ⁇ a ⁇ b.
  • This aspect allows the variation of the thickness of the sheet to the average thickness of the sheet to be included within the range of ⁇ 10%.
  • the length a of the minor axis and the length b of the major axis satisfy the relationship of b ⁇ 0.488 ⁇ a ⁇ b.
  • This aspect allows the variation of the thickness of the sheet to the average thickness of the sheet to be included within the range of ⁇ 5%.
  • the cross section orthogonal to the axial direction at the both end portions of the one roll has a circular shape
  • the other roll of the upper roll and the lower roll has an axis thereof
  • a cross section perpendicular to the axial direction of the other end of the other roll has a circular shape, having both end portions in the direction and a main body portion between the both ends.
  • a material storage portion is formed between the casing and the pair of upper and lower rolls, in which the material extruded by the screw is collected, and the roll screw extruder is And a pressure sensor for measuring the pressure of the material reservoir, and a difference between a maximum pressure and a minimum pressure within a predetermined time measured by the pressure sensor is equal to or less than a preset threshold value. It is preferable to further have a screw control unit that controls This aspect makes it possible to reduce sheet thickness variations.
  • a material storage portion is formed between the casing and the pair of upper and lower rolls, in which the material extruded by the screw is collected, and the roll screw extruder is A pressure sensor for measuring the pressure in the material storage section, and the number of revolutions of the roll so that the difference between the maximum pressure and the minimum pressure within a predetermined time measured by the pressure sensor is equal to or less than a preset threshold. It is preferable to further have a roll control unit to control. This aspect makes it possible to reduce sheet thickness variations.
  • the roll screw extruder has a thickness sensor for measuring the thickness of a sheet-like material extruded from between the pair of upper and lower rolls, and a maximum within a predetermined time measured by the thickness sensor. It is preferable to further include a screw control unit that controls the number of rotations of the screw such that the difference between the thickness and the minimum thickness is equal to or less than a preset threshold value. This aspect makes it possible to reduce sheet thickness variations.
  • the roll screw extruder has a thickness sensor for measuring the thickness of a sheet-like material extruded from between the pair of upper and lower rolls, and a maximum within a predetermined time measured by the thickness sensor. It is preferable to further include a roll control unit that controls the number of rotations of the roll such that the difference between the thickness and the minimum thickness is equal to or less than a preset threshold value. This aspect makes it possible to reduce sheet thickness variations.

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Abstract

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、を備え、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、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。

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。
 近年、低燃費タイヤの需要が増加している。低燃費タイヤの原料であるゴムにはシリカが高い割合で配合されることが多い。シリカを高い割合で配合したゴム(材料)は、押出成形機においてシート状に成形しにくいという問題がある。そのため、上流側プロセスの混練機においてだけでなく、押出成形機においてもゴム(材料)の分散混合性を高めることが望まれる。すなわち、材料をシート状に形成するシート成形機能に加えて、材料の練り機能を押出成形機に付加することが望まれる。
 しかしながら、特許文献1、2に記載のシート成形装置(押出成形機)を構成するスクリュは、材料を押し出す機能のみを有し、且つ、ロールは、材料を圧延する機能のみを有する。すなわち、特許文献1、2に記載のシート成形装置を構成するスクリュおよびロールは、いずれも材料の練り機能を有さないため、特許文献1、2に記載のシート成形装置では、材料の分散混合性を高めることができない。
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、材料をシート状に形成するシート成形機能に加えて、材料の練り機能を有す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、オーバル形状を有する。
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。 本発明の他の実施形態に係るロール付スクリュ押出機を側方から見た模式図である。 図5に示すロール付スクリュ押出機において、ロールの累積回転数と、バンク部の平均圧力との関係を示すグラフである。 図5に示すロール付スクリュ押出機において、ロールの回転位相と、ロールの隙間寸法との関係を示すグラフである。 図5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。 本発明のさらに他の実施形態に係るロール付スクリュ押出機を側方から見た模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るロール付スクリュ押出機を側方から見た模式図である。 図10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。
 まず、図1、2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の基本構成、および本発明の主要な特徴について説明する。本実施形態に係るロール付スクリュ押出機1は、図1、2に示すように、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。この構成が本発明の主要な特徴である。
 本実施形態では、上側ロール5の本体部分5aにおける前記軸方向に直交する断面、および下側ロール6の本体部分6a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。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)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)がオーバル形状を有する。
 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。同様に、下側ロール6の本体部分6a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。
 ただし、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、前記本体部分の前記断面がオーバル形状を有していればよい。したがって、上側ロール5の本体部分5aにおける前記断面のみがオーバル形状を有し、下側ロール6の本体部分6aにおける前記断面が例えば円形を有していてもよい。また、下側ロール6の本体部分6aにおける前記断面のみがオーバル形状を有し、上側ロール5の本体部分5aにおける前記断面が例えば円形を有していてもよい。
 ここで、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、ロール5、6の前記本体部分5a,6a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14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15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14および図15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。
 本実施形態では、上側ロール5および下側ロール6のうちの少なくとも一方のロールにおける前記本体部分において、前記軸方向に直交する断面がオーバル形状を有しているので、上側ロール5および下側ロール6が回転したときに、これらのロール5、6とケーシング4との間のバンク部7(材料貯留部)の容積が変動する。バンク部7の容積が変動すると、ケーシング4からバンク部7へ押し出された材料の流動が、従来よりも複雑なものとなり、その結果、材料に対して練り作用が付与される。バンク部7においては、スクリュ2、3からロール5、6への方向の材料の流れが生じるが、バンク部7の容積が変動することで、この流れに加えて、ロール5、6からスクリュ2、3へ向かう材料の流れ(バック流れ)がバンク部7において誘起される。その結果、ケーシング4からバンク部7へ押し出された材料の流動が、従来よりも複雑なものとなる。
 ロール5、6の回転に関し、上側ロール5と下側ロール6との相互の位相差は特に限定されないが、上側ロール5と下側ロール6とは、互いの位相差が90°となる状態で回転することが好ましい。すなわち、上側ロール5と下側ロール6とは、位相差が90°に維持されるように同じ回転速度で回転することが好ましい。図3および図4は、上側ロール5と下側ロール6の位相差が90°である状態を示している。上側ロール5と下側ロール6とが、位相差90°で回転すると、ロール5とロール6との間の隙間の寸法(ロール隙間寸法)の変動が最も小さくなり、その結果、シート50の厚さの変動が小さくなる。これにより、ロール5、6の間から押し出されるシート50の厚さをより安定化(一定化)させることができる。
 なお、前記位相差は、図4に示すように、上側ロール5の本体部分5aにおける前記軸方向に直交する断面のオーバル形状(図4では楕円)の長軸と、下側ロール6の本体部分6aにおける前記軸方向に直交する断面のオーバル形状(図4では楕円)の長軸とのなす角度によって規定される。
 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、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。そして、この両端部5b、6bの間の本体部分5a、6aの断面は、上述したようにオーバル形状(本実施形態では楕円形状)を有する。このように、上側ロール5および下側ロール6の両端部5b、6bの断面形状が円であり、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(本実施形態では両方のロール5,6)では、本体部分5a、6aの断面形状がオーバル形状であることが好ましい。
 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の厚さの変動を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。
 図5は、一対のロール5、6の別の実施形態を示す。図1、2に示すロール付スクリュ押出機1では、下側ロール6の方が、上側ロール5よりも少し大きい。これに対して、図5に示すロール付スクリュ押出機102では、上側ロール5および下側ロール6の本体部分5a、6aの断面は、相互に同一形状で、且つ同一周長のオーバル形状(本実施形態では楕円形状)を有する。すなわち、上側ロール5および下側ロール6は、全く同一の形状および寸法を有する。この構成によると、ロール5、6の回転数の制御が容易となるというメリットがある。例えば、ロール5,6が異なる形状を有する場合には、各々のロールの上流側の材料の流入量と、下流側の材料の流出量とが時系列的に大きく変化する事象が生じ、均一的な材料の流入と流出を実現するための制御が複雑になる。ロール5、6が同一形状を有する場合には、上記したような事象を回避しやすく、制御も容易となる。
 ここで、図6は、図5に示すロール付スクリュ押出機102における、バンク部平均圧力のロール回転による変化を示すグラフである。図6の横軸は、ロールの累積回転数であり、縦軸は、バンク部7における平均圧力である。なお、図6中に示す「従来形状」のデータは、上側ロールおよび下側ロールの断面がともに円形状である場合のデータである。また、成形対象の材料としては、ゴムが用いられた(成形対象の材料について、後述する、図8、図11においても同様)。
 図6からわかるように、上側ロールおよび下側ロールの断面がともに従来形状(円形状)を有する場合、バンク部7の圧力は変動しない。これに対して、図5に示す実施形態のように上側ロール5及び下側ロール6の本体部分5a、6aにおける断面が楕円形状を有する場合、バンク部7の圧力は変動する。
 従来形状の場合、スクリュ2、3からの材料の押出量と、ロール間からの材料の流出量とは、概ね同じである。一方、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5a、6aにおける断面がオーバル形状(例えば楕円形状)を有する場合には、上記押出量と、上記流出量とのバランスが崩れる。具体的には、上記押出量よりも上記流出量の方が少ない場合には、バンク部7内において材料の逆流が生じる。一方、上記押出量よりも上記流出量の方が多い場合には、バンク部7内において材料の順方向流れ(スクリュ2、3からロール5、6への方向の流れ)が強くなる。その結果、バンク部7における材料の流動が、従来よりも複雑になる。
 図7は、図5に示すロール付スクリュ押出機102における、ロール回転位相と、ロール隙間寸法との関係を示すグラフである。図7の横軸は、ロールの回転位相であり、ロール5,6が1回転する間(360°回転する間)の進行段階を示している。図7の縦軸は、対向するロール5,6の間の隙間の寸法を示している。なお、図7のグラフに示される結果を得るための解析条件は、次の通りである。すなわち、当該解析では、ロール5、6の本体部分5a,6aにおける軸方向に直交する断面形状である楕円の短軸SA(図5参照)の長さを90mmとし、長軸LA(図5参照)の長さを100mmとし、上側ロール5と下側ロール6とを位相差90°で回転させたことを条件とした。図7からわかるように、上側ロール5および下側ロール6の本体部分5a、6aにおける断面形状が楕円(オーバル形状)である場合には、ロール5,6を回転させると、ロール隙間寸法が変動する。
 ロール隙間寸法の変動は、ロール5、6の間から押し出されるシート状の材料(シート50)の厚さに影響を与える。すなわち、本実施形態では、上側ロール5および下側ロール6のうちの少なくとも一方のロールの本体部分における断面形状が楕円(オーバル形状)であることで、バンク部7において材料の流動が複雑になり、当該バンク部7において材料に対して練りの作用を付与できる。その一方で、本実施形態では、ロール5、6の間から押し出されるシート状の材料(シート50)の厚さが、両方のロールの断面形状が円である場合に比べて変動しやすくなる。そのため、本発明者らは、以下に示すように、ロール5、6の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の(シート厚さの変動を抑制するための)ロールの断面形状についても検討した。
 図8は、図5に示すロール付スクリュ押出機102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、ロール5,6の断面の形状である楕円形状の長軸LAの長さbおよび短軸SAの長さaとの関係を示すグラフである。図8の横軸は、ロール5、6の断面形状である楕円の長軸LAの長さb(mm)を示し、縦軸は、当該楕円の短軸SAの長さa(mm)を示している。
 図8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8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8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5,6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5,6の断面の形状が円となり、練り機能を有さないロールとなるので、「a=b」の場合は除外される。
 図9は、一対のロール5、6のさらに他の実施形態を示す。図3および図5に示すロール付スクリュ押出機1、102では、上側ロール5と下側ロール6の断面は、同じ形状のオーバル形状(楕円形状)を有する。これに対して、図9に示すロール付スクリュ押出機103では、上側ロール5と下側ロール6の断面は、いずれもオーバル形状(楕円形状)を有するが、上側ロール5と下側ロール6のオーバル形状(楕円形状)は互いに異なっている。すなわち、図9に示すロール付スクリュ押出機103では、上側ロール5の短軸SAと長軸LAの比と、下側ロール6の短軸SAと長軸LAの比とが異なる。
 ここで、図5に示すロール付スクリュ押出機102のロール5、6と、図9に示すロール付スクリュ押出機103のロール5、6とは、断面形状が楕円ということ以外にも共通点を有する。それは、楕円の周長である。図9に示すロール付スクリュ押出機103では、図5に示すロール付スクリュ押出機102の場合と同様に、上側ロール5の本体部分5aの周長Lと、下側ロール6の本体部分6aの周長Lとが同じである。上側ロール5および下側ロール6の本体部分5a、6aの断面形状が、相互に同一周長のオーバル形状(本実施形態では楕円形状)である場合、ロール5、6の回転数制御が容易となるというメリットがある。
 次に、図10は、一対のロール5、6のさらに他の実施形態を示す。前記した実施形態では、いずれの実施形態においても、上側ロール5および下側ロール6の両方のロールの本体部分5a、6aの断面がオーバル形状(楕円形状)を有する。これに対して、図10に示すロール付スクリュ押出機104では、上側ロール5の本体部分5aの断面はオーバル形状(楕円形状)を有するが、下側ロール6の本体部分6aの断面は円形状を有する。
 図10に示すように、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の本体部分の断面形状がオーバル形状であり、他方のロールの本体部分の断面形状が円である場合には、次のような作用効果が得られる。この構成では、バンク部7の容積変化が大きくなり、その結果、材料の混練が促進され、ロール付スクリュ押出機の混練性能がさらに向上する。また、断面形状が円である下側ロール6において偏在化した昇圧部位が当該下側ロール6上で分散して発生するので、ロールの局所的な摩耗を抑制することもできる。
 ここで、図10に示すロール付スクリュ押出機104では、ロールの局部的な摩耗を抑制するために、上側ロール5の本体部分5aの周長Lと、下側ロール6の本体部分6aの周長Lとが異なるようにされている。なお、この場合、上側ロール5と下側ロール6の各々の回転数は異なるように制御される。下側ロール6の回転数は一定であるが、上側ロール5の回転数は、下側ロール6と上側ロール5が近接する状態においては比較的低速とされ、それ以外の状態においては比較的高速とされる。上側ロールの周長Lと、下側ロールの周長Lとが異なると、それぞれのロール5、6において、ロール5、6同士の対向部位(昇圧部)が、ロールの回転により変わっていく。その結果、ロール5、6に対して材料から作用する力が分散するので、ロールの局部的な摩耗が抑制される。なお、上側ロール5の本体部分5aの周長Lと、下側ロール6の本体部分6aの周長Lとが同一であってもよい。
 図11は、図10に示すロール付スクリュ押出機104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のロール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。図11の横軸は、上側ロール5の断面形状である楕円の長軸LAの長さb(mm)を示し、縦軸は、当該楕円の短軸SAの長さa(mm)を示している。
 図11中の式「a=b-0.952」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、式「a=b-0.488」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。なお、図11において、式「a=b-0.952」で示される直線と、式「a=b-0.488」で示される直線とは非常に近接している。
 前記したように、例えば材料がゴムの場合、そのシート厚さの関しては、下流工程への影響を考慮すると、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く、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11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「b-0.952≦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「b-0.488≦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、一方のロールの断面の形状が楕円であり、他方のロールの断面の形状が円である場合、その楕円の短軸SAの長さaと長軸LAの長さbとの関係が、不等式「b-0.952≦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「b-0.488≦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(上側ロール5の断面)の形状が円となり、練り機能を有さないロールの組合せ(両方のロールが円形の断面を有するというロールの組み合わせ)となるので、「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の厚さの変動を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12を参照して第1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、バンク部7の圧力が判定基準として用いられる。
 図12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の厚さの変動が小さくなる(シート厚さの変動が抑制される)。
 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13を参照して第2の制御例について説明する。図13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13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12に示す制御フローの一部と、図13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13に示す制御フローのうち、図12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12に示すステップと異なるステップについて説明する。
 図13に示すステップS1~ステップS5については、図12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13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。
 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、材料をシート状に形成するシート成形機能に加えて、材料の練り機能を有す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。
 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のうちの少なくとも一方のロールの本体部分において、軸方向に直交する断面がオーバル形状を有していることにより、上側ロールおよび下側ロールが回転すると、これらロールとケーシングとの間に設けられた材料貯留部の容積が変動する。材料貯留部の容積が変動すると、ケーシングから材料貯留部へ押し出される材料の流動が、従来よりも複雑になり、その結果、材料に対して練り作用が付与される。すなわち、当該ロール付スクリュ押出機は、材料をシート状に形成するシート成形機能に加えて、材料の練り機能を有する。
 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。
 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、前記一方のロールの前記本体部分における前記断面と同一形状で且つ同一周長のオーバル形状を有していてもよい。この態様では、一方のロールにおける前記断面及び他方のロールにおける前記断面がともにオーバル形状であるので、一方のロールと他方のロールの位相差を調節することにより、前記材料貯留部における材料の流動状態を調節することができる。すなわち、この態様では、一方のロールにおける前記断面がオーバル形状で他方のロールにおける前記断面が円形状である場合に比べて、前記材料貯留部における材料の流動状態を調節可能な範囲が大きくなる。
 また、一方のロールにおける前記断面及び他方のロールにおける前記断面がともにオーバル形状である場合には、前記上側ロールと前記下側ロールは、前記上側ロールと前記下側ロールの位相差が90°となる状態で回転するように構成されているのが好ましい。この態様では、一方のロールと他方のロールとの間の隙間の寸法(ロール隙間寸法)の変動が最も小さくなり、その結果、シートの厚さの変動が小さくなる。これにより、上側ロールと下側ロールの間から押し出されるシートの厚さをより安定化させることができる。
 また、一方のロールにおける前記断面及び他方のロールにおける前記断面がともにオーバル形状であり、かつ、上側ロールと下側ロールが位相差90°で回転する場合には、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。この態様では、前記材料貯留部の容積の変動が大きくなり、その結果、材料の混練が促進される。
 前記ロール付スクリュ押出機において、前記上側ロールの前記本体部分の周長と前記下側ロールの前記本体部分の周長とが異なっていてもよい。
 また、一方のロールにおける前記断面がオーバル形状であり、他方のロールにおける前記断面が円形状である場合には、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、b-0.952≦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、b-0.488≦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、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。

 

Claims (15)

  1.  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、オーバル形状を有する、ロール付スクリュ押出機。
  2.  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。
  3.  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、前記一方のロールの前記本体部分における前記断面と同一形状で且つ同一周長のオーバル形状を有する、ロール付スクリュ押出機。
  4.  請求項3に記載のロール付スクリュ押出機において、
     前記上側ロールと前記下側ロールは、前記上側ロールと前記下側ロールの位相差が90°となる状態で回転するように構成されている、ロール付スクリュ押出機。
  5.  請求項4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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  請求項7に記載のロール付スクリュ押出機において、
     前記上側ロールの前記本体部分の周長と前記下側ロールの前記本体部分の周長とが異なる、ロール付スクリュ押出機。
  9.  請求項7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、b-0.952≦a<bの関係を満たす、ロール付スクリュ押出機。
  10.  請求項9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、b-0.488≦a<bの関係を満たす、ロール付スクリュ押出機。
  11.  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。
  12.  請求項1~11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。
  13.  請求項1~11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。
  14.  請求項1~11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。
  15.  請求項1~11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。

     
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