JP2006001198A - ゴムシート形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一定幅のゴムシートを安定して連続供給する。
【解決手段】 ゴムを押し出すゴム押出機と、前記ゴム押出機から押し出されたゴムを圧延する上下一対の圧延ロールを含むカレンダーロール機と、前記圧延ロールにより圧延されたゴムシートを引き取りかつ下流側へと送る引取装置とを含むゴムシート形成装置であって、前記カレンダーロール機と前記引取装置との間のゴムシートの幅を測定する幅測定装置と、前記幅測定装置により測定されたゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との偏差に基づいて、前記ゴム押出機の運転速度及び圧延ロールの回転速度をＰＩ又はＰＩＤ制御するとともに、前記引取装置のゴムシート引取速度を、前記圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に制御するコントローラとが設けられたことを特徴とするゴムシート形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一定幅のゴムシートを安定して連続供給しうるゴムシート形成装置に関する。

図８には、従来のゴムシート形成装置の一例が示される。ゴムシート形成装置は、未加硫のゴムを押し出す例えばスクリュ式のゴム押出機ａと、このゴム押出機ａから押し出されたゴムを一対の圧延ロールｒ１、ｒ２でより薄く圧延してシート状にするカレンダーロール機ｂと、このカレンダーロール機ｂから送り出されたゴムシートｇを引き取って下流側に搬送するコンベヤ状の引取装置ｃとを含む。ゴム押出機ａ、カレンダーロール機ｂ及び引取装置ｃは、それぞれ駆動モータＭ１、Ｍ２及びＭ３で駆動され、これらは図示しないコントローラによって制御される。

また、この例では、ゴムシート形成装置が、タイヤ用ゴム部材の製造ラインに組み入れられた態様が示される。即ち、引取装置ｃの下流側には、円筒状のタイヤ成形ドラムｆが配される。引取装置ｃにより移送されたゴムシートｇは、タイヤ成形ドラムｆの外周面に螺旋状に巻き付けられ、これにより所定の断面形状をなす環状のタイヤ用ゴム部材（例えばトレッドゴムやサイドウォールゴム）が形成される。これらの技術に関し、先行する文献には次のものがある。

特開平７−１４８７５７号公報

タイヤ用のゴム部材をはじめとして、ゴムシートで各種の成形品を精度良く作る場合、図９（Ａ）に示されるように、ゴムシートｇの幅Ｗ及び厚さＤを一定とすることが望まれる。従来のゴムシート形成装置では、カレンダーロール機ｂにより圧延されたゴムシートｇの幅が検出され、前記コントローラがこの検出値に基づいてＰＩＤ制御によりゴム押出機ａの駆動モータＭ１を制御していた（前記特許文献１の「０００５」）。しかし、ゴム押出機ａの駆動モータＭ１をＰＩＤ制御しただけでは、一定の幅で安定してゴムシートｇを形成するまでには多くの時間を必要とする。

また従来のゴムシート形成装置では、カレンダーロール機ｂと引取装置ｃとの間において、カレンダーロール機ｂからのゴムシートの送り出し速度と、引取装置ｃのゴムシート引取速度とが関連づけられていない。このため、カレンダーロール機ｂと引取装置ｃとの間で、ゴムシートｇに不均一な張力が作用することがある。これは、図９（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、ゴムシートｇの幅及び厚さを局部的に変化させる。このように、従来のゴムシート形成装置は、ゴムシートｇの供給を安定化するためにさらなる改善の余地があった。

本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、ゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との偏差に基づいて、ゴム押出機の運転速度及び圧延ロールの回転速度をＰＩ制御又はＰＩＤ制御するとともに、引取装置のゴムシート引取速度を、前記圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に制御するコントローラを設けることを基本として、安定して一定幅のゴムシートを供給しうるゴムシート形成装置を提供することを目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、ゴムを押し出すゴム押出機と、前記ゴム押出機から押し出されたゴムを圧延する上下一対の圧延ロールを含むカレンダーロール機と、前記圧延ロールにより圧延されたゴムシートを引き取りかつ下流側へと送る引取装置とを含むゴムシート形成装置であって、前記カレンダーロール機と前記引取装置との間のゴムシートの幅を測定する幅測定装置と、前記幅測定装置により測定されたゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との偏差に基づいて、前記ゴム押出機の運転速度及び圧延ロールの回転速度をＰＩ制御又はＰＩＤ制御するとともに、前記引取装置のゴムシート引取速度を、前記圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に制御するコントローラとが設けられたことを特徴としている。

また請求項２記載の発明は、前記コントローラは、前記ゴム押出機の運転速度の変更操作が行われた場合、前記ＰＩ制御又はＰＩＤ制御から、予め定めた設定に従いゴム押出機の運転速度に応じて圧延ロールの回転速度を制御する速度変更時制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のゴムシート形成装置である。

本発明では、ゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との偏差に基づいて、ゴム押出機の運転速度及び圧延ロールの回転速度がＰＩ制御又はＰＩＤ制御される。従って、例えば外乱等によりゴム押出量に変動が生じて前記偏差が大きくなったような場合でも、圧延ロールの回転速度を速やかにこれに追随させ、短時間でゴムシートの幅を安定させ得る。また引取装置のゴムシート引取速度が、カレンダーロール機の圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に制御されることにより、圧延ロールと引取装置との間でゴムシートに不均一な張力が作用するのを防止できる。これらの相乗作用により、一定幅のゴムシートを安定して供給しうる。

また、ゴム押出機の運転速度の変更に伴なってゴム押出量の大きな変動が生じるため、ゴムシートの幅を検出してからＰＩ制御又はＰＩＤ制御していたのでは間に合わないことが多い。請求項２記載の発明では、このような場合、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御から、予め定めた設定に従いゴム押出機の運転速度に応じて圧延ロールの回転速度を制御する速度変更時制御に切り替えることにより、ゴムシートの幅の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１には、本実施形態のゴムシート形成装置１の全体側面図が例示される。ゴムシート形成装置１は、ゴムシート形成工程の上流側から下流側に向かって順次配されたゴム押出機２、カレンダーロール機３及び引取装置４を含んで構成される。また本実施形態では、引取装置４の下流側には、タイヤ用ゴム部材を成形するためのゴム部材成形部７が設けられ、全体としてタイヤ用ゴム部材の製造ラインが構成される。

前記ゴム押出機２は、本体２Ａと、該本体２Ａから片持ち状に支持されたシリンダ筒２Ｂとを含む。シリンダ筒２Ｂの上流側にはゴム材料の投入口２Ｃが、下流側にはゴムの吐出口２Ｄがそれぞれ設けられる。また、シリンダ筒２Ｂの内部には、駆動モータＭ１により回転駆動されるスクリュ軸２Ｅが配される。投入口２Ｃから投入されたゴム材料は、シリンダ筒２Ｂ内で回転するスクリュ軸２Ｅにより混練されながら下流側へと押進し、吐出口２Ｄに設けた口金等から連続して押し出される。図２に仮想線で示されるように、この例では、ゴム押出機２の吐出口２Ｄから押し出されるゴムシートＧ１の断面形状はほぼ横長矩形状である。

前記カレンダロール機３は、本実施形態では、スタンド状の本体３Ａと、この本体３Ａに両端部を回動自在に支持された上下一対の圧延ロール３Ｂ、３Ｂとを含む。圧延ロール３Ｂ、３Ｂは、駆動モータＭ２により駆動され、ともに実質的同一の速度でかつ逆向きに回転する。また圧延ロール３Ｂ、３Ｂの間には小隙間が設けられ、ゴム押出機２から押し出されたゴムをさらに薄く圧延する。図２には、圧延ロール３Ｂ、３Ｂで圧延されたゴムシートＧ２の断面形状の一例が示される。特に限定はされないが、トレッドゴム、サイドウォールゴム又はインナーライナゴム等のタイヤ用ゴム部材を形成する場合、前記ゴムシートＧ２の幅Ｗは、例えば８〜５０mm、厚さＤは０．５〜２．０mmが望ましい。

前記引取装置４は、本実施形態では上面にゴムシートＧ２を載せて下流側へと搬送しうるベルトコンベヤ状のものが用いられている。引取装置４は、駆動モータＭ３によって、所定のゴムシート引取速度でゴムシートＧ２を水平方向に移動させ得る。なおコンベヤとしては、ベルト式以外にも、ローラ式、ボール式、さらにはこれらを適宜組み合わせたものなど、種々のものが採用できる。

前記ゴム部材成形部７は、例えば円筒状をなすタイヤ成形ドラム７Ａと、このタイヤ成形ドラム７ＡにゴムシートＧ２を送り出しかつ軸方向へと適宜移動可能な巻き付け具７Ｂと、ゴムシートＧ２を切断しうる切断具７Ｃとを含む。従って、本実施形態のタイヤ用ゴム部材の製造ラインでは、圧延ロール３Ｂ、３Ｂで圧延されたゴムシートＧ２は、途中でロール状に巻き取られることなく、引取装置４を経てタイヤ成形ドラム７Ａへと供給され使用される。なお引取装置４とゴム部材成形部７との間には、適宜アキュムレータ部８などが設けられる。

またカレンダーロール機３と引取装置４との間には、ゴムシートＧ２の幅Ｗを測定する幅測定装置５が設けられる。幅測定装置５は、例えばゴムシートＧ２を上下から挟む位置に配された一対の投光部及び受光部からなる公知のイメージセンサないしラインセンサや、撮像装置と画像処理ソフトウエアとを組み合わせたもの等、種々の構成が採用できる。なお言うまでもないが、「幅Ｗを測定する」とは、幅Ｗに対応した信号を得ることで足りる。そして幅測定装置５によって得られたゴムシートＧ２の幅に対応した信号は、コントローラ６へと入力される。

図３に示されるように、前記コントローラ６には、ゴムシートＧ２の目標幅、ゴムシートＧ２の測定幅、ゴム押出機の目標運転速度、ゴム押出機の運転速度、圧延ロールの回転速度及び引取装置のゴムシート引取速度にそれぞれ対応した電気信号が入力される。またコントローラ６は、前記各駆動モータＭ１、Ｍ２及びＭ３を制御する制御信号を出力する。コントローラ６は、例えばコンピュータやプログラマブルシーケンサなどの公知の制御デバイスが用いられる。ゴムシートの目標幅やゴム押出機の目標運転速度などは、作業者によって適宜操作され、コントローラ６内の記憶部等に記憶される。またこれらのパラメータは、ゴムシート形成装置１の運転途中にも適宜作業者によって変更できる。

図４には、コントローラ６の制御手順の一例が示されている。また図５には、ゴム押出機２の運転速度及び圧延ロール３Ｂの回転速度と、時間との関係を示すグラフが示されている。本実施形態では、先ずゴムシート形成装置１の運転が開始されると、速度変更時制御が行われる（ステップＳ１）。ここでは、ゴム押出機２の運転速度を零からＶｅ１まで増加させるものとする。

先ず初期の速度変更時制御Ｓ１は、図５に領域Ａで示される区間で行われる。コントローラ６は、ゴムシートの目標幅と、ゴム押出機２の目標速度とを変数として、これに対応したカレンダーロール機の圧延ロールの目標回転速度Ｖｃ１を決定する。これを決定する計算式は予めコントローラ６に記憶されている。

またコントローラ６は、ゴム押出機の運転速度を監視しながら、その運転速度を零からほぼリニアに上昇させ、目標の運転速度Ｖｅ１で一定となるように速度制御を行う。また、コントローラ６は、圧延ロール３Ｂの回転速度を、零からＶｃ１までは増加させるように駆動モータＭ２の速度制御を平行して行う。

本実施形態の圧延ロール３Ｂの回転速度は、初期の領域Ａ１、中間の領域Ａ２及び末期の領域Ａ３の３つの領域で異なる加速度で速度制御される。各領域では、いずれもリニアに速度上昇しており、その加速度は初期の領域Ａ１及び末期の領域Ａ３を小さくし、中間の領域Ａ２を相対的に大としている。発明者らの種々の研究の結果、ゴム押出機２の運転速度がリニアに上昇しているときのゴム押出量は、該速度曲線のようにリニアに上昇するものではなく、図５に示される圧延ロール３Ｂの回転速度の変化曲線のように時間的な遅れを伴ったものになる。従って、本実施形態では、運転初期において、圧延ロール３Ｂの回転速度がゴム押出機２のゴム押出量の変化曲線と近似したものになるため、該運転初期においても比較的安定した幅のゴムシートを形成させ得る。このとき、引取装置のゴムシート引取速度は、圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に等しくなるように制御される。

また、コントローラ６は、ゴム押出機の運転速度が目標速度Ｖｃ１に安定したか否かを判断し（ステップＳ２）、安定したと判断された場合（ステップＳ２でＹ）、ＰＩＤ制御が行われる（ステップＳ３）。なおゴム押出機の運転速度が目標速度Ｖｃ１に安定したか否かは、遅れを持って制御される圧延ロールが目標回転速度Ｖｃ１で定常状態になるまでの時間を考慮して判断される。

ＰＩＤ制御では、ゴムシートＧ２の目標幅と、前記幅測定装置５から得たゴムシートＧの測定幅との偏差に基づき、ゴム押出機２の駆動モータＭ１、カレンダーロール機３の駆動モータＭ２及び引取装置４の駆動モータＭ３がそれぞれコントローラ６によって制御される。図６には前記コントローラ６の制御ブロックが、図７にはその制御（ＰＩＤ制御）フローチャートがそれぞれ示される。図６に示されるように、コントローラ６は、ハードウエア又はソフトウエアとして、ゴム押出機２の駆動モータＭ１を制御する制御信号ｙ１を出力するゴム押出機制御部６Ａと、カレンダーロール機３の駆動モータＭ２を制御する制御信号ｙ２を出力するカレンダーロール機制御部６Ｂと、引取装置４の駆動モータＭ３を制御する制御信号ｙ３を出力する引取装置制御部６Ｃとを含んでいる。

先ず、コントローラ６は、図７のステップＳ３１〜Ｓ３４に示されるように、各種の変数を計算用のメモリ等に読み込む。読み込まれる変数としては、ゴムシートＧの目標幅、ゴムシートＧの測定幅、カレンダーロール機３における圧延ロール３Ｂの回転速度及び引取装置４におけるゴムシートＧの引取速度にそれぞれ対応する信号を含む。

次に、コントローラ６は、偏差を計算する（ステップＳ３５）。偏差の一つは、ゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との差である第１の偏差である。もう一つは、引取装置４のゴムシート引取速度と、圧延ロール３Ｂのゴムシート送り出し速度（これは圧延ロール３Ｂの回転速度から計算しうるロール表面の周速度に等しい。）との差である第２の偏差である。

そして、コントローラ６は、先ず第１の偏差に基づいて、ゴム押出機２の運転速度（この例では、スクリュ軸２Ｅの回転速度である。）及び圧延ロール３Ｂの回転速度をＰＩＤ制御する（ステップＳ３６、Ｓ３７）。ＰＩＤ制御は、偏差ｅに比例した操作量、偏差を時間積分した操作量及び偏差を微分した操作量の和を含む制御信号ｙ１により制御対象を制御する。このようなＰＩＤ制御は、偏差の積分量を加味することで比例動作において生じがちなオフセットを低減させるとともに、偏差の微分量を加味することで制御応答性を向上しうる。従って、例えば外乱などによりゴム押出機２のゴム押出量に変動が生じた場合でも、圧延ロール３Ｂの回転速度をこれに追随させて最適な速度へと迅速に制御できる。したがって、短時間でゴムシートの幅を目標幅に安定させて出力できる。なお、ゴム押出機２の運転速度は、目標速度Ｖｃ１付近で安定させることができる。

また本実施形態のＰＩＤ制御では、ゴムシートの測定幅が目標幅よりも小さい場合、前記制御信号ｙ１、ｙ２は、ゴム押出機２の運転速度と圧延ロール３Ｂの回転速度とを共に増加させるとともに、ゴムシートの測定幅が目標幅よりも大きい場合、前記制御信号ｙ１、ｙ２は、ゴム押出機２の運転速度と圧延ロール３Ｂの回転速度とを共に低下させるように、それぞれフィードバックゲインが定められる。なおこの実施形態ではＰＩＤ制御としているが、そこから偏差の微分量を除いたＰＩ制御でも十分に制御応答性を挙げることができる。

またコントローラ６は、前記第２の偏差に基づいて、引取装置４のゴムシート引取速度を、圧延ロール３Ｂから送り出されるゴムシート送り出し速度に同期するように制御する（ステップＳ３８）。ゴムシートＧの表面は、粘着性があるため引取装置４との間に滑りが生じにくく、圧延ロール３Ｂと引取装置４との速度差が大きくなると、両者の間でゴムシートに不均一な張力が作用しやすいが、上述のように引取装置４の引取速度を圧延ロール３Ｂのゴムシート送り出し速度に同期させることにより、ゴムシートに不均一な張力が作用するのを防止し、幅及び厚さが安定したゴムシートを連続供給しうる。

また、コントローラ６は、ＰＩＤ制御を行っているときにゴム押出機２の運転速度の変更操作が行われた場合（ステップＳ４）、ＰＩＤ制御から、前記速度変更時制御に切り替えて、各駆動モータＭ１、Ｍ２及びＭ３を速度制御する（ステップＳ５）。例えば、ゴムシートを増産するためにゴム押出機２の運転速度を上げることがあるが、ゴム押出機２から実際に押し出されてくるゴム吐出量は、運転初期と同様にすぐに増加するものではなく一定の時間的なずれを伴う。ゴム押出機２の運転速度を下げる場合についても同様である。従って、図４のステップＳ４で示されるように、ゴム押出機２の運転速度の変更指示があった場合には、ＰＩＤ制御から上述の速度変更時制御を行うことが望ましい。なお速度変更時制御の内容については上述の通りであり、図５では領域Ｂにおいて、そのゴム押出機２の運転速度をＶｅ１からＶｅ２に増加させた例が示される。そして、ゴム押出機２の運転速度がＶｅ２で安定すると再びＰＩＤ制御に切り替わる（ステップＳ６）。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本実施形態のゴムシート形成装置を概念的に示す全体略図である。 ゴムシートの断面形状を示す断面図である。 コントローラのブロック図である。 ゴムシート形成装置の運転制御図である。 ゴム押出機の運転速度、圧延ロールの回転速度及び時間の関係を示すグラフである。 ＰＩＤ制御のブロック図である。 ＰＩＤ制御の処理手順を示すフローチャートである。 従来のゴムシート形成装置の全体略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、形成されるゴムシートの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ゴムシート形成装置
２ ゴム押出機
３ カレンダロール機
４ 引取装置
５ 幅測定装置
６ コントローラ
Ｇ１ ゴムシート

Claims (2)

1. ゴムを押し出すゴム押出機と、
   前記ゴム押出機から押し出されたゴムを圧延する上下一対の圧延ロールを含むカレンダーロール機と、
   前記圧延ロールにより圧延されたゴムシートを引き取りかつ下流側へと送る引取装置とを含むゴムシート形成装置であって、
   前記カレンダーロール機と前記引取装置との間のゴムシートの幅を測定する幅測定装置と、
   前記幅測定装置により測定されたゴムシートの測定幅と予め設定されたゴムシートの目標幅との偏差に基づいて、前記ゴム押出機の運転速度及び圧延ロールの回転速度をＰＩ制御又はＰＩＤ制御するとともに、
   前記引取装置のゴムシート引取速度を、前記圧延ロールから送り出されるゴムシート送り出し速度に制御するコントローラとが設けられたことを特徴とするゴムシート形成装置。
2. 前記コントローラは、前記ゴム押出機の運転速度の変更操作が行われた場合、前記ＰＩ制御又はＰＩＤ制御から、予め定めた設定に従いゴム押出機の運転速度に応じて圧延ロールの回転速度を制御する速度変更時制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のゴムシート形成装置。

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