CN102099172A - 橡胶构件的成形装置以及成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种橡胶构件的成形装置以及成形方法。在将自口模挤出的橡胶压延后进行层压而成形橡胶构件时，防止在压延后的橡胶上发生宽度方向上的变动、起伏。利用辊头(30)将自挤出机(10)的口模(11)挤出的条带状橡胶(G)压延而使其伸长，然后利用下辊(31)向支承体(2)上层压条带状橡胶(G)而成形橡胶构件。将口模(11)的开口部形成为具有与压延后的条带状橡胶(G)的宽度相同的开口宽度，并具有用于挤出具有如下厚度的条带状橡胶(G)的开口形状：将条带状橡胶(G)在压延后的厚度乘以压延时的伸长率所得出的厚度。利用辊(30)将自该口模(11)的开口部挤出的条带状橡胶(G)维持宽度地进行压延而使其厚度发生变化，以该状态使条带状橡胶(G)伸长而将其层压在支承体(2)上。

Description

橡胶构件的成形装置以及成形方法
技术领域
本发明涉及通过将由挤出机挤出的橡胶进行压延并层压在支承体上来成形预定形状的橡胶构件的橡胶构件的成形装置以及成形方法。
背景技术
橡胶构件、例如充气轮胎是由包含帘线的胎体、作为橡胶构件的胎面、胎侧等多个轮胎构件构成，将这些构件进行组合而成形未硫化的生胎，并进行硫化成形而制造的。另外，作为这种生胎的成形装置，公知有一种轮胎成形装置，该装置将未硫化的橡胶条(strip)、带状橡胶卷绕在芯鼓(刚体芯)、成型鼓等的支承体上并进行层压，从而成形轮胎构成件(层压成形构件)(参照专利文献1)。
不过，在将条带状橡胶进行层压而成形橡胶构件的装置中，通常是自挤出机所具有的口模(mouthpiece)的开口部连续地挤出条带状橡胶，从而成形与其口模开口形状相对应的截面形状，并进行供应。接着，利用辊将该橡胶压延并使其伸长，从而形成向支承体上层压时所需的厚度，然后，通过在支承体的外表面侧局部叠合而在卷绕的同时进行粘贴，并层压成预定形状而成形橡胶构件。如此，与以往的通过将挤出的橡胶进一步压延来调整口模开口部的开口形状、高度的情况相比，能实现如下成形：易于调整进行层压的条带状橡胶的厚度，使条带状橡胶的厚度比通过自口模开口部挤出来能够成形的厚度更薄。
但是，在进行该压延时，如果只是单纯地将橡胶压延或者使其伸长，则不能使条带状橡胶适当地变形，例如有可能发生在宽度方向上的侧部附近橡胶过度不足等而导致橡胶发生宽度方向上的变动、起伏或者侧部的边缘局部性断开的裂边(边缘破裂)的情况。与之相随，由于压延后的橡胶在厚度、宽度上有可能会发生变动，因此在压延并层压橡胶时，需要应对上述情况，力图提高橡胶的压延、成形精度。
专利文献：日本特开：2006-335022号公报
发明内容
本发明是鉴于上述现有问题而做出的，其目的在于在将自口模挤出的橡胶压延后进行层压而成形橡胶构件时，防止在压延后的橡胶上发生宽度方向上的变动、起伏或者裂边，从而提高橡胶的压延、成形的精度。
本发明提供一种橡胶构件的成形装置，其包括：挤出机，其用于自口模的开口部挤出橡胶；压延部件，其用于压延被挤出的橡胶而使该被挤出的橡胶伸长；以及层压部件，其用于将压延后的橡胶层压在支承体上而成形橡胶构件；其特征在于，口模的开口部形成为具有与压延后的橡胶的宽度相同的开口宽度，该口模的开口部具有用于挤出具有如下厚度的橡胶的开口形状：将压延后的橡胶的厚度乘以压延时的橡胶的伸长率所得出的厚度。
另外，本发明提供一种橡胶构件的成形方法，该方法将挤出的橡胶压延并层压在支承体上，从而成形橡胶构件，其特征在于，所述橡胶构件的成形方法包括：将橡胶挤出的工序；将挤出的橡胶维持宽度地压延而使该挤出的橡胶伸长的工序；以及将压延后的橡胶层压在支承体上而成形橡胶构件的工序。
根据本发明，在将自口模挤出的橡胶压延后进行层压而成形橡胶构件时，能够防止在压延后的橡胶上发生宽度方向上的变动、起伏或者裂边的情况，从而能够提高橡胶的压延、成形的精度。
附图说明
图1是表示本实施方式的轮胎成形装置的简要结构的示意图；
图2是示意性地表示本实施方式的压延前后的条带状橡胶的各横截面形状的图；
图3是表示由本实施方式的轮胎成形装置所进行的橡胶构件的成形顺序的流程图；
图4是用于说明条带状橡胶的起伏、裂边的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的一实施方式。
本实施方式的橡胶构件的成形装置是用于将由挤出机挤出的条带(ribbon)状、条(stripe)状、或者带状等的橡胶(长条的挤出橡胶)压延并层压在支承体上而成形(制造)出橡胶构件的装置。在此，举例说明与上述的以往的轮胎装置相同地通过将条带状橡胶粘贴并层压在支承体上来形成作为橡胶构件的轮胎构成件(例如，胎面、胎侧部等)，从而成形生胎的轮胎成形装置。
图1是表示本实施方式的轮胎成形装置的简要结构的示意图，对于其主要部分用侧视图、框图表示。
如图所示，该轮胎成形装置1包括：能够绕轴线旋转的支承体2；作为条带状橡胶G的供应部件的挤出机10(图中仅示出其顶端部侧)；配置在支承体2和挤出机10之间的辊头30；以及用于控制装置整体的控制装置40。
支承体2是在成形生胎时支承被层压的条带状橡胶G、轮胎构成件的部件，例如是与成形的生胎的内表面形状相对应的外表面形状的刚体芯，或者是在生胎的成形工序中所使用的成型鼓、芯体，或者是由配置在上述部件上的轮胎构成件所构成的成形过程中的生胎。在此，使用刚体芯作为支承体2，在配置于其外表面侧的成形过程中的生胎(中间成形体)的外表面上粘贴并层压条带状橡胶G。另外，轮胎成形装置1包括由电动机、将电动机的旋转动力向支承体2传递的传递机构(例如多个啮合齿轮，或者传动带和带轮)等构成的旋转驱动部件(未图示)，由此以预定速度绕轴线旋转驱动(图中的箭头R)支承体2，从而在外表面(下层构件)上卷绕并层压条带状橡胶G。
挤出机10具有安装在橡胶排出口上的口模11，自口模11的开口部依次挤出加热、混炼后的未硫化橡胶，成形具有与口模的开口形状相对应的预定的截面形状的条带状橡胶G，从而以预定速度连续地向辊头30供应(图中的箭头K)。另外，挤出机10与辊头30一起具有沿支承体2的轴线方向上的外表面移动的部件(未图示)，由此，根据条带状橡胶G的供应速度、支承体2的旋转速度或者条带状橡胶G向支承体2层压的层压速度等而进行移动，从而将条带状橡胶G向旋转的支承体2上的预定位置处供应并进行层压。
辊头30是将被挤出机10挤出的条带状橡胶G在压延并成形为规定的剖面形状的同时使该条带状橡胶G以预定的伸长率进行伸长的压延部件，其具有以能够绕轴线旋转的方式被支承的一对辊31、32和其旋转驱动部件(未图示)。该辊头30的辊31、32呈大致圆筒状或圆盘状，该圆筒状或圆盘状具有与条带状橡胶G的压延形状相对应的外周面形状，大直径的下辊31在支承体2的外表面附近与支承体2相对配置。另一方面，小直径的上辊32在下辊31的上方，以在彼此的外周面之间隔开与条带状橡胶G的压延厚度相对应的预定间隔的方式与下辊31相对配置。以使这些辊31、32的轴线彼此大致平行的状态支承这些辊31、32，自口模11挤出的条带状橡胶G被引导并连续供应到辊31、32之间的一侧(图中为右侧)的橡胶入口侧，使条带状橡胶G通过辊31、32之间并压延变形。
另外，在该轮胎成形装置1中，辊头30是利用这些辊31、32来压延条带状橡胶G并且将压延后的条带状橡胶G粘贴并层压在旋转的支承体2上而形成预定形状的橡胶构件的层压部件。即，辊头30利用旋转驱动部件进行驱动，使辊31、32彼此沿相反方向同步旋转(图中的箭头S)，在辊31、32之间压延来自口模11的条带状橡胶G，从而成形与辊31、32的外周面形状、间隔等相对应的截面形状以及厚度。接着，辊头30将通过了辊31、32之间的条带状橡胶G保持在旋转的下辊31上并使其移动至向支承体2上粘贴的粘贴位置，从而按压到连动地进行旋转的支承体2的外表面上并压接条带状橡胶G。这样，辊头30将条带状橡胶G粘贴在支承体2的外表面或者下层的条带状橡胶G、配置完毕的轮胎构成件等上，并连续地卷绕并层压成螺旋状，从而将胎面等橡胶构件形成为预定形状。
此时，在该轮胎成形装置1中，如下设定预定的速度差：使得辊31、32的旋转周速度(压延、粘贴速度)相对于自口模11挤出(供应)橡胶的速度较快。该速度差是可根据条带状橡胶G的压延前后的截面面积差、伸长率等设定，以使得在使条带状橡胶G伸长而成形为期望的压延形状的同时，不会在条带状橡胶G的供应量和粘贴量上发生过度不足。由此，轮胎成形装置1使得在被供应的条带状橡胶G上作用有张力，同时以利用辊31、32来进行牵引的方式压延条带状橡胶G并使其伸长，使得压延后的条带状橡胶G的厚度、截面面积相对于压延前较小。
图2是示意性地表示该压延前后的条带状橡胶G的各横截面形状的图。另外，图2的A表示刚被从口模11挤出而未进行压延的条带状橡胶G的截面形状，口模11的开口部也形成为大致相同的形状。另一方面，图2的B是由辊头30压延后的条带状橡胶G的截面形状，表示粘贴到支承体2时所要求的最终的条带状橡胶G的截面形状(以下称为要求条带形状)。
如图所示，压延前后的条带状橡胶G呈宽度方向(图中为左右方向)上两侧的侧部依次变薄的截面大致梯形状，分别形成为预定宽度H1、H2以及预定厚度T1、T2。但是，该条带状橡胶G的压延后的厚度T2相对于压延前的厚度T1变薄，并且以其宽度H1、H2维持大致相同宽度的状态被压延，在压延前后进行对比，截面形状在厚度方向(图中为上下方向)上发生变化。
在此，条带状橡胶G的压延后的截面形状、尺寸由其挤出的形状、条件或者压延、伸长条件等确定，通过适当设定这些，能够进行将条带状橡胶G的宽度H1、H2维持在预定值的压延。在本实施方式中，尤其是根据条带状橡胶G的压延变形的形态来形成用于规定条带状橡胶G的挤出截面形状的、口模11的开口部的形状(开口形状)，结合要求条带状的宽度H2来设计口模11的开口宽度等，从而在使宽度H1、H2基本不发生变化的情况下压延条带状橡胶G。
具体地讲，在该轮胎成形装置1中，口模11的开口部(参照图2的A)形成为具有与由辊头30压延的条带状橡胶G的压延后的宽度(压延宽度)H2相同的开口宽度，并具有用于挤出如下条带状橡胶G的开口形状：该条带状橡胶G具有在通过压延进行伸长时主要在厚度上发生变化的预定截面形状。由此，自口模11的开口部挤出具有与要求条带形状的宽度H2相同的宽度H1的条带状橡胶G，利用辊头30在维持宽度的情况下进行压延，使其宽度在两辊31、32之间从T1变化为T2，从而使条带状橡胶G在长度方向上伸长。另外，在此，考虑到该压延时的条带状橡胶G的伸长率R，将口模11的开口部形成为具有用于挤出如下条带状橡胶G的开口形状：该条带状橡胶G具有将由辊头30压延后的条带状橡胶G的厚度(压延厚度)T2乘以伸长率R所得出的厚度(T2×R)。此外，在该口模11中，结合条带状橡胶G的截面形状，将与其厚度相对应的开口部的开口高度形成为：除倾斜的两侧部外，具有上述的乘法运算的厚度(T2×R)，并且将两侧部的突端部间的宽度形成为：具有与条带状橡胶G的压延宽度H2相同的宽度。
接下来，以将具有厚度T2为0.55mm、宽度H2为20mm的要求条带形状(参照图2的B)的条带状橡胶G压延成形的例子来说明该口模11的开口部的设定方法、顺序。首先，根据被设定的要求条带形状的厚度(量规)来确定辊头30的辊31、32之间的间隔(间隙)。此时，考虑到压延后的橡胶的膨胀(swell)，以比要求条带形状的厚度仅小与膨胀相对应的预定量的方式，将该间隙决定为例如0.5mm。另外，根据要求条带形状的宽度来决定口模11的开口宽度，在此将口模11的开口宽度决定为与其宽度H2相同的20mm。
接下来，根据用于构成条带状橡胶G的橡胶的物理属性来决定由辊头30压延时的伸长率R，并根据伸长率R来决定口模11的开口高度(量规)。具体地讲，例如，根据物理属性的调查结果，橡胶能够进行2.5倍(250％)的伸长，在使橡胶以其伸长率R进行伸长时，通过要求条带形状的厚度T2(0.5)乘以伸长率R(2.5)而将口模11的开口高度决定为1.4mm(≈0.55×2.5)。经过上述步骤，决定口模11的开口部的尺寸，以该开口形状形成口模11的开口部，以厚度T1为1.4mm、宽度H1为20mm的方式挤出条带状橡胶G，从而对其实施挤出评价。
轮胎成形装置1使用这样形成的口模11来挤出条带状橡胶G，将其宽度维持为大致相同地进行压延，并进行向支承体2上的卷绕和层压，从而在支承体2上形成胎面等橡胶构件。因此，轮胎成形装置1除上述的部件以外，根据例如欲形成的橡胶构件的种类、截面形状等还具有如下部件：使挤出机10、辊头30在沿支承体2的轴线方向上的外表面移动的同时联动地动作的部件；用于按压并滚压条带状橡胶G的辊等用于形成橡胶构件的其他部件(未图示)。另外，轮胎成形装置1的装置各部与控制装置40(参照图1)相连接，利用控制装置40来控制装置整体，从而执行与轮胎成形相关的各动作，该轮胎成形包括条带状橡胶G的挤出、压延以及橡胶构件的成形。
控制装置40由计算机构成，该计算机包括例如微处理器(MPU)41、用于存储各种程序的ROM(Read Only Memory)42、以及用于临时存储数据的RAM(Random Access Memory)43等，控制装置40借助接口与装置各部相连接。由此，控制装置40与装置各部进行包括控制信号在内的各种数据的发送和接收，例如，控制和调整由挤出机10进行挤出的条带状橡胶G的挤出速度、由辊头30进行压延的压延速度，从而如上述那样使条带状橡胶G维持宽度并以预定的伸长率R伸长变形。另外，控制装置40基于预定的程序使装置整体在预先设定的时刻、条件下关联动作，从而执行以下说明的橡胶构件的成形顺序、动作(工序)。
图3是表示由该轮胎成形装置1进行的橡胶构件的成形顺序的流程图。
如图所示，轮胎成形装置1首先驱动挤出机10，将具有宽度H1的条带状橡胶G自口模11的开口部挤出(S101)，该宽度H1与由辊头30进行压延的条带状橡胶G的压延宽度H2相对应。然后，由辊头30对该挤出的条带状橡胶G进行压延而使其维持宽度(S102)，主要是通过使其厚度发生变化来使其伸长。此时，在此，将具有厚度T1的条带状橡胶G挤出，并且将具有与条带状橡胶G的压延宽度H2相同宽度H1的条带状橡胶G挤出并压延，该厚度T1为将压延后的条带状橡胶G的厚度T2乘以压延时的条带状橡胶G的伸长率R(T2×R)而得出的。
接下来，由辊头30的下辊31将压延并伸长了的条带状橡胶G在支承体2上边粘贴边卷绕，进行1层或多层层压(S103)，连续地执行这些各动作，直至完成橡胶构件的成形为止(S104，NO)。这样，轮胎成形装置1将自口模11的开口部挤出的条带状橡胶G压延并使其伸长，然后层压在支承体2上，完成橡胶构件的成形(S104，YES)，从而结束成形动作。之后，轮胎成形装置1通过与以上相同的顺序，将作为橡胶构件的胎面、胎侧部等各轮胎构成件在支承体2上依次形成，进行与其他的橡胶构成件的组合等，从而成形生胎。另外，成形后的生胎被容纳到硫化装置的模具内而进行硫化成形，经过其他后续工序而被制造成产品轮胎。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，使口模11的开口部具有与条带状橡胶G的压延宽度H2相同的开口宽度，形成为具有用于挤出条带状橡胶G的开口形状，该条带状橡胶G具有将压延后的条带状橡胶G的厚度T2乘以压延时的伸长率R所得出的厚度(以下，称为乘法运算厚度(T2×R))。即，与要求条带形状的宽度H2对应地来设定口模11的开口宽度，自该口模11的开口部挤出具有与压延宽度H2大致相同的宽度H1的条带状橡胶G，然后由辊头30维持其宽度地进行压延，从而通过改变条带状橡胶G的厚度来使该条带状橡胶G伸长。
如此，在压延、伸长时，由于使条带状橡胶G的截面形状仅在大致厚度方向上发生变化，因此能够抑制发生宽度方向上的变动、侧部附近的橡胶过度不足等，从而能够使条带状橡胶G适当地压延变形，防止发生起伏、裂边。另外，由于预先与伸长率R对应地来形成挤出时的条带状橡胶G的厚度T1，因此能够正确地压延条带状橡胶G并使其伸长，从而能够提高其压延后的截面形状、厚度T2的精度，并且进一步抑制发生起伏、裂边。
图4是用于说明该条带状橡胶G的起伏、裂边的示意图，用俯视图来示出各条带状橡胶G的长度方向上的一部分。
条带状橡胶G在例如压延后的宽度H2(参照图2)比压延前的宽度H1宽时(H2＞H1)、压延前的条带状橡胶G的厚度T1比乘法运算厚度(T2×R)厚时(T1＞T2×R)，会使压延时的条带状橡胶G的宽度方向上的变动变大等而存在容易产生起伏(参照图4的A)的倾向。另外，与之相反，在例如压延后的宽度H2(参照图2)比压延前的宽度H1窄时(H2＜H1)、压延前的条带状橡胶G的厚度T1比乘法运算厚度(T2×R)薄时(T1＜T2×R)，会使得在压延时条带状橡胶G的宽度方向侧部的橡胶不足、或者使张力作用于该部分等，而存在容易产生裂边M(参照图4的B)的倾向。
对此，如该轮胎成形装置1那样，使条带状橡胶G维持宽度地进行压延，使其截面形状主要以厚度方向为中心发生变化，从而抑制当压延时条带状橡胶G在宽度方向上的变动(参照图4的C)，能够合理地进行适当的压延。因而，根据本实施方式，在将自口模11挤出的条带状橡胶G压延后进行层压而形成橡胶构件时，能够防止在压延后的条带状橡胶G上发生宽度方向上的变动、起伏或者裂边，从而能够提高条带状橡胶G的压延、成形的精度。与之相随，能够抑制压延后的条带状橡胶G的截面形状的变动而将其维持为大致恒定，从而能够正确地成形作为该层压体的橡胶构件，提高形状精度。另外，由于在考虑了压延时的伸长率R的情况下形成压延前的条带状橡胶G的厚度T1，因此对于起伏、裂边的抑制来说，能够获得更大的效果。
在此，将口模11的开口部的开口宽度形成为具有与由辊头30进行压延的条带状橡胶G的压延宽度H2相同宽度，在将具有与压延宽度H2相同宽度的条带状橡胶G挤出时，能够消除压延时的条带状橡胶G在宽度上的变化，更可靠地抑制宽度方向上的变动。但是，条带状橡胶G即使在压延时在宽度上产生一定程度的变化，由于以主要使厚度变化的方式压延并使其伸长，因此能够获得充分地抑制宽度方向上的变动、起伏或者裂边等的效果。因此，也可以如下设定条带状橡胶G的压延宽度H2：相对于口模11的开口宽度，压延宽度H2设定为与口模11的开口宽度、压延时的伸长率R等相对应的预定的容许范围内(例如，口模11的开口宽度±1.0mm左右)的宽度。因而，在本发明中，在说与压延后的橡胶的宽度相同的开口宽度、或者维持宽度地压延橡胶并使其伸长等时，除了分别相同宽度外，还包括能够获得这样的相同效果的容许范围内的宽度。另外，关于压延前后的条带状橡胶G的厚度的关系也同样如此，对于具有上述的乘法运算的厚度(T2×R)的橡胶，包括以预定的容许范围内的厚度形成的橡胶。
另一方面，在该轮胎成形装置1中，利用辊头30来进行条带状橡胶G的压延和层压，从而通过1个结构实现了条带状橡胶G的压延部件和层压部件，但也可以是将这些分开的其他结构。在此情况下，例如在辊头30与支承体2之间设置用于将条带状橡胶G在支承体2上卷绕并层压的一对层压辊，利用层压辊将由辊头30的辊31、32压延后的条带状橡胶G层压在支承体2上而成形橡胶构件。
另外，在本实施方式中，将条带状橡胶G层压而形成轮胎构成件(橡胶构件)，但也可以将条带状橡胶G直接层压在刚体芯、成形鼓或者卷绕在它们上的其他轮胎构成件上而形成该轮胎构成件。或者，也可以在将条带状橡胶G层压在成形鼓等的外表面上而形成预定形状后，从成形鼓上取下后将其粘接到刚体芯、其他成形鼓上的轮胎构成件的外表面等，从而形成轮胎构成件。
另外，在此，以用于成形生胎的轮胎成形装置1为例进行了说明，但本发明也可以应用于将条带状橡胶G层压在支承体2上而成形的其他橡胶构件的成形装置(方法)。因而，对于用于层压条带状橡胶G的支承体2，除上述的刚体芯、成形鼓之外，还包括例如翻新轮胎时的旧胎、被层压条带状橡胶G的其他鼓、或者形成在辊上的其他橡胶构件(成形过程中的橡胶构件)等在形成各种橡胶构件时所使用、被层压条带状橡胶G的其他支承体。而且，也可以与各种橡胶构件的成形相对应地将条带状橡胶G形成为截面大致梯形状之外的、例如截面大致矩形状、三角形状、弯曲形状等的形状。
橡胶挤出、压延试验
为了确认本发明的效果，而实际地如以上所说明的那样，形成口模11的开口部而使挤出机10以及轮胎成形装置1运转，从而实施了对条带状橡胶G的挤出、压延。根据结果可知，能够抑制压延后的条带状橡胶G在宽度方向上发生变动、起伏或者在侧部发生裂边。
附图标记说明
1.轮胎成形装置
2.支承体
10.挤出机
11.口模
30.辊头
31.下辊
32.上辊
40.控制装置
41.MPU
42.ROM
43.RAM
G.条带状橡胶

Claims (4)

1.一种橡胶构件的成形装置，包括：挤出机，其用于自口模的开口部挤出橡胶；压延部件，其用于压延被挤出的橡胶而使该被挤出的橡胶伸长；以及层压部件，其用于将压延后的橡胶层压在支承体上而成形橡胶构件；其特征在于，
口模的开口部形成为具有与压延后的橡胶的宽度相同的开口宽度，该口模的开口部具有用于挤出具有如下厚度的橡胶的开口形状：将压延后的橡胶的厚度乘以压延时的橡胶的伸长率所得出的厚度。
2.根据权利要求1所述的橡胶构件的成形装置，其特征在于，
压延部件是利用辊来压延橡胶的辊头。
3.一种橡胶构件的成形方法，将挤出的橡胶压延而层压在支承体上，从而成形橡胶构件，其特征在于，
所述橡胶构件的成形方法包括：将橡胶挤出的工序；将挤出的橡胶维持宽度地压延而使该挤出的橡胶伸长的工序；以及将压延后的橡胶层压在支承体上而成形橡胶构件的工序。
4.根据权利要求3所述的橡胶构件的成形方法，其特征在于，
在挤出橡胶的工序中挤出具有将压延后的橡胶的厚度乘以压延时的橡胶的伸长率所得出的厚度的橡胶。
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