Extruder with gear pump

本発明は、ゴムもしくはプラスチックよりなる材料を所定量計量して押し出すギアポンプ付押出機に関し、特に、コンパクトに構成されたものに関する。

従来から、ゴムもしくはプラスチック材料を一定量押し出すため、押出機の下流側に、押出機とは独立に駆動されるギアポンプを配置した装置が用いられる。 しかしながら、このような組み合わせの装置は、装置に要するスペースが大きくなってしまうため、スクリューの駆動軸を用いてギアポンプを駆動するギアポンプ付押出機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１は、このギアポンプ付押出機を、スクリュー回転軸を通る平面において示す部分断面図、図２は、図１のII−II矢視に対応する部分断面図であり、ギアポンプ付押出機８０は、バレル８３内に設けられたスクリュー８２の回転により、ゴムもしくはプラスチックよりなる材料Ｇを軸方向に押し出す押出機８１と、スクリュー８２を回転させる回転力により駆動され、押出された前記材料をギアの噛み合いにより定量だけ吐出するギアポンプ９１とを具える。 ギアポンプ９１は、バレル８３に取り付けられたケーシング９３、その半径方向内側に固定されたリングギア９４、および、スクリュー８２に取り付けられた回転壁体８５で構成される。

回転壁体８５は、回転軸と直交する二枚のサイドプレート８５ａ、８５ｂと、これらのサイドプレート８５ａ、８５ｂの間を周方向に区画して、図においては４組のチェンバー８７を形成する隔壁８５ｃとで構成され、これらのチャンバー８７には、スクリュー回転軸と平行な軸の周りに回転する遊星ピニオン８６がそれぞれ設けられ、これらの遊星ピニオン８６は、チャンバーを吸入室８７ａと吐出室８７ｂとに仕切るよう配置されるとともに、リングギア９４と噛合して設けられる。 そして、スクリュー８２が回転すると、回転壁体８５は回転し、遊星ピニオン８６は公転するが、このとき、遊星ピニオン８６は、リングギア９４と噛合しているので公転方向と反対の方向に自転する。

また、両サイドプレート８５ａ、８５ｂのうち、スクリュー８２に近い側に位置する吸入側サイドプレート８５ａには、吸入室８７ａに通じる吸入口８８ａが、スクリュー８２から遠い側に位置する吐出入側サイドプレート８５ｂには、吐出室８７ｂに通じる吐出口８８ｂが、それぞれ開口される。

このギアポンプ付押出機８０において、スクリュー８２の回転により押出された材料Ｇは、吸入側サイドプレート８５ａに設けられた吸入口８８ａを通って吸入室８７ａの半径方向外側部分に導かれて、遊星ピニオン８６の、歯と歯の間の谷間部分に押し込まれる。 そして、この材料Ｇは、遊星ピニオン８６の自転により、前記谷間部分に入ったまま、吸入室８７ａの半径方向内側、吐出室８７ｂの半径方向内側、吐出室８７ｂの中で半径方向外側へとこの順に移動され、吐出室８７ｂの半径方向最外側の、遊星ピニオン８６がリングギア９４に噛合する部分に到達したとき、その噛み合いにより、吐出室８７ｂに放出される。 放出された材料Ｇは、吐出口８８ｂを通って軸方向先端側に吐出され、一方、材料Ｇを放出し空になった遊星ピニオン８６のギアの谷間部分は吸入室８７ａへ移動し、そこで新しい材料Ｇを吸入することができる。

このようにして、遊星ピニオン８６のギアが１ピッチ進む間に吐出できる量は、歯型の寸法により決まるので、スクリュー８２の回転数を一定に保つことにより、ゴム材料Ｇの吐出量を一定にすることができる。

国際公開第０３／０１１５６１号パンフレット

しかしながら、このギアポンプ付押出機８０は、その基本機能を満足させることはできるものの、以下のような問題点をもっている。 第一は、ギアポンプ付押出機８０においては、回転壁体８５や遊星ピニオン８６がスクリュー８２とともに回転するので、回転物の慣性が大きくなり、押出機を起動停止する際、あるいは、スクリューの回転数を連続的に変えて材料Ｇの押出し量をリアルタイムで制御する場合には、その応答性が悪く、用途が限定されてしまうという問題である。

第二の問題は、ギアポンプ付押出機８０は、遊星ギア８６をリングギア９４と噛合させて公転させることにより、材料Ｇを搬送する自転力を得るよう構成されているが、リングギア９４は、高精度の内歯を具える必要があるため非常に高価なものであり、その結果装置全体のコストが高くなってしまうという点である。

第三は、ギアポンプ付押出機８０においては、遊星ギアの回転数を上げて吐出量を増やすためにはリングギアを大きくする必要があり、そのため、ギアポンプ部の外形が大きくなってしまいコスト高になり、さらには、材料Ｇを吸入するギア噛み合い部がギアポンプの半径方向外側に位置するため、スクリュー８２からの材料Ｇを半径方向外側に導く必要があり、スクリュー８２の先端から吸入口８８ａまで滑らかに材料Ｇを移動させるためには、実際には、スクリューの先端部の径を膨らませなければならず、そのため、スクリュー８２の加工コストも高くなってしまうという問題である。

第四の問題は、ギアポンプ９１内で発熱する材料Ｇを冷却するのがむつかしいという点であり、冷却ができなくなると、ゴムやけ等を起こさないよう吐出量を抑制しなければならない。 材料Ｇの発熱は主に材料Ｇと壁面とが摩擦することによって発生するが、ギアポンプ付押出機８０においては、この摩擦は、チャンバー８７の半径方向内側で発生し、これを冷却するには、回転壁体８５に冷却ジャケットを設け冷却水通す等を行う必要があるが、回転壁体８５は回転するため、その管路の構成が極めて難しいものになってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、回転時の応答性に優れ、装置のコストが低く、さらには、材料を冷却することのできるギアポンプ付押出機を提供することを目的とするものである。

（１）本発明は、バレル内に設けられたスクリューの回転により、バレル内でゴムもしくはプラスチックよりなる材料を軸方向に押し出す押出機と、スクリューを回転させる回転力により駆動され、押出された前記材料をギアの噛み合いにより、定量だけ吐出するギアポンプとを具えたギアポンプ付押出機において、
ギアポンプは、スクリューと同心に配置され、スクリューの先端に固定された駆動ピニオンと、駆動ピニオンに噛合して駆動され、スクリュー回転軸と平行な軸の周りを回転する一以上の従動ピニオンと、バレルに固定して設けられ、これらのピニオンを収容するギアケースとを具え、
ギアケースは、それらのピニオンの軸方向両側に微小隙間を介して配置され、スクリュー回転軸に直交して延在するそれぞれのサイドプレートと、これらのサイドプレートの間に設けられピニオンの半径方向外側の空間を閉止するケーシングとよりなり、
前記従動ピニオンの回転軸は、サイドプレートに固定して設けられ、
前記サイドプレートのうち、スクリューに近い側に位置する吸入側サイドプレートには、駆動ピニオンとそれぞれの従動ピニオンとの噛合部の、互いの歯が離隔する側に対応する位置に、ゴム吸入口が設けられ、スクリューから遠い側に位置する吐出側サイドプレートには、駆動ピニオンとそれぞれの従動ピニオンとの噛合部の、互いの歯が接近する側に対応する位置に、ゴム吐出口が設けられ、前記ゴム吸入口とゴム吐出口とはピニオンにより軸方向の連通を遮断されてなるギアポンプ付押出機である。

（２）本発明は、（１）において、前記駆動ピニオンおよび従動ピニオンのギアはハス歯に形成されてなるギアポンプ付押出機。

（３）本発明は、（１）もしくは（２）において、ゴム吸入口およびゴム吐出口の、駆動ピニオンと各従動ピニオンとの噛合部に近い側の、吸入側サイドプレート上および吐出側サイドプレート上に、それぞれ、材料噛み込み防止用凹部を設けてなるギアポンプ付押出機である。

（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記ケーシングに冷却ジャケットを設けてなるギアポンプ付押出機である。

（１）の発明において、スクリューの先端から軸方向に押出された材料は、駆動ピニオンと従動ピニオンとの噛み合い部付近で、従動ピニオンの歯と歯の間の谷間部分に入ったまま、駆動ピニオン中心軸心から一旦遠ざかったあと駆動ピニオン中心軸心に再接近し、駆動ピニオンと従動ピニオンとの噛み合い部付近で吐出され、この発明によれば、
第一に、スクリューに取り付けられて回転する部分は、駆動ピニオンだけでありそのため回転部分の慣性が小さいので、回転応答性に優れ、
第二に、内歯を有するリングギアは不要であるため、コストを低減することができ、
第三に、材料を吸入する部分は、駆動ピニオンの駆動ピニオンとの噛み合い部の近く、少なくとも、従動ピニオンの回転中心より駆動ピニオン側に位置するので、スクリューの先端径を大きくする必要がなく、コストをさらに低減することができ、
第四に、発熱の要因となる摩擦は、材料とケーシングとの間で発生するので、固定したケーシングに冷却ジャケットを設け、材料を冷却してゴムやけ等を容易に防止することができる。

（２）の発明によれば、駆動ピニオンおよび従動ピニオンのギアはハス歯に形成されるので、それらの回転に際して、材料を軸方向先端側に向かわせる成分の力を発生させることができ、材料の吸入および吐出を効率よく行うことができる。

（３）の発明によれば、それぞれのサイドプレートに材料噛み込み防止用凹部を設けたので、材料が噛合部に漏洩してそれぞれのピニオンの無理な変形を防止でき、また、材料の吸入側から吐出側への漏れを防いで、材料計量精度を高めることができる。

（４）の発明によれば、ケーシングに冷却ジャケットを設けたので、材料の異常温度上昇を防止して、ゴムやけ等、材料の変質を抑えることができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。 図３は、この実施形態のギアポンプ付押出機を、スクリュー回転軸線を通る断面で示す部分断面図、図４は、図３のＡ−Ａ断面図、図５は、ピニオン部分を示す斜視図、図６は、それぞれのサイドプレートを示す斜視図、図７は、ケーシングを示す斜視図、図８は、サイドプレート上に設けられた開口部、凹部の位置を、ピニオンに対応させて示す斜視図である。 なお、以下の説明において、押出す材料をゴムとして説明するが、これがプラスチックであっても説明はそのまま適用することができる。

ギアポンプ付押出機１は、バレル２２内に設けられたスクリュー２１の回転により、バレル２２内でゴムＧを軸方向に押し出す押出機２と、スクリュー２１を回転させる回転力により駆動され、押出されたゴムＧをギアの噛み合いにより定量だけ吐出するギアポンプ３とを具える。

ギアポンプ３は、スクリュー２１と同心に配置されスクリュー２１の先端に固定された駆動ピニオン４と、駆動ピニオン４に噛合して駆動され、スクリュー回転軸線Ｌと平行な軸の周りを回転する一以上の従動ピニオン５と、バレル２２に固定して設けられ、これらのピニオン４、５を収容するギアケース１１とを具える。

そして、ギアケース１１は、それらのピニオン４、５の軸方向両側に微小隙間を介して配置されスクリュー回転軸線Ｌに直交して延在するそれぞれのサイドプレート１２、１３と、これらのサイドプレート１２，１３の間に設けられピニオン４，５の半径方向外側の空間を閉止するケーシング１４とよりなり、前記従動ピニオン４の回転軸１５は、サイドプレート１２，１３に固定して設けられ、前記サイドプレート１２，１３のうち、スクリュー２１に近い側に位置する吸入側サイドプレート１２には、駆動ピニオン４とそれぞれの従動ピニオン５との噛合部の、互いの歯が離隔する側に対応する位置に、ゴム吸入口１２ａが設けられ、スクリュー２１から遠い側に位置する吐出側サイドプレート１３には、駆動ピニオン４とそれぞれの従動ピニオン５との噛合部の、互いの歯が接近する側に対応する位置に、ゴム吐出口１３ａが設けられ、前記ゴム吸入口１２ａとゴム吐出口１３ａとはピニオン４、５により軸方向の連通を遮断されて構成される。

また、吐出側サイドプレート１３の、スクリュー２１から遠い側には、口金開口部２５を有するヘッド２４が取り付けられ、吐出側サイドプレート１３との間に、ゴム製流室２６を形成する。

以上のように構成されたギアポンプ付押出機１において、スクリュー２１の回転により軸方向先端側に押出されたゴムＧは、吸入側サイドプレート１２の吸入口１２ａを通ってギアケース１１内に入り、従動ピニオン５の歯と歯の間の谷間部分に押し込まれる。 谷間部分に押し込まれたゴムＧは、従動ピニオン５の自転に伴って、一旦、駆動ピニオン４から離隔する方向に運ばれ、ギアケース１１の半径方向最外側を通って折り返したあと、駆動ピニオン４に接近し、従動ピニオン５が、駆動ピニオン４と噛合し始める位置に達すると、噛み合いの作用により、ゴムＧは谷間部分から掻き出され、掻き出されたゴムＧは吐出口１３ａを通ってギアケース１１から出てゴム製流室２６に入り、口金開口部２５を通って所定の断面形状で押出される。

ここで、それぞれのサイドプレート１２、１３に設けられた吸入口１２ａおよび吐出口１２ｂに対向する位置にゴムＧをスムースに通過させるための切欠が、ケーシング１４に設けられ、図７の符号１４ａはこの切欠を表す。 また、図８（ａ）は吸入側サイドプレート１２に設けられた吸入口１２ａおよび噛み込み防止用凹部の位置を、ピニオンに対応させて示す斜視図であり、図中、１２ａ１は、吸入口１２ａに対応する部分、１２ｂ１は噛み込み防止用凹部に対応する部分を示す。 同様にして、図８（ｂ）は、吐出側サイドプレート１３に設けられた吐出口１３ａおよび噛み込み防止用凹部の位置を、ピニオンに対応させて示す斜視図であり、図中、１３ａ１は、吐出口１３ａに対応する部分、１２ｂ１は噛み込み防止用凹部に対応する部分を示す。

このように構成されたギアポンプ付押出機１は、次のような特長を有する。 第一に、ギアポンプ１１において、スクリュー２１の回転軸上を回転するのは駆動ピニオン４だけであり、回転に対する慣性が小さいので回転応答性を向上させることができ、第二に、ゴムＧを吸入側から吐出側に運搬する従動ピニオン５は、駆動ピニオン４に直接噛合して駆動されるので高価なリングギアを必要とせず、第三に、吸入口１２ａは、駆動ピニオン４のすぐ外側に位置しているので、スクリュー先端部を大径にする必要がなく、第四に、ゴムと摩擦する部分は、バレル２２に固定されたケーシング１４であり、ゴムＧの発熱を抑制したい場合には、図７に示すように、容易に冷却ジャケット１６を設けることができる。

また、駆動ピニオン４および従動ピニオンの歯はハス歯とするのがよく、このことにより、効率よくゴムＧを吸入および吐出することができる。

従来のギアポンプ付押出機を、スクリュー回転軸線を通る平面において示す部分断面図である。

図１のII−II矢視に対応する部分断面図である。

本発明に係る実施形態のギアポンプ付押出機を、スクリュー回転軸線を通る平面において示す部分断面図である。

図３のＡ−Ａ矢視に対応する部分断面図である。

ピニオン部分を示す斜視図である。

それぞれのサイドプレートを示す斜視図である。

ケーシングを示す斜視図である。

サイドプレート上に設けられた開口部、凹部の位置を、ピニオンに対応させて示す斜視図である。

符号の説明

１ ギアポンプ付押出機 ２ 押出機 ３ ギアポンプ ４ 駆動ピニオン ５ 従動ピニオン １１ ギアケース １２ 吸入側サイドプレート １２ａ 吸入口 １２ａ１ 吸入口に対応するピニオン部分 １２ｂ１ 噛み込み防止凹部に対応するピニオン部分 １３ 吐出側サイドプレート １３ａ 吐出口 １３ａ１ 吐出口に対応するピニオン部分 １３ｂ１ 噛み込み防止凹部に対応するピニオン部分 １４ ケーシング １４ａ ケーシング上の切欠 １５ 従動ピニオンの回転軸 １６ 冷却ジャケット ２１ スクリュー ２２ バレル ２４ ヘッド ２５ 口金開口部 ２６ ゴム製流室