JP2007168385A - ゴム成形装置及びゴム成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類のゴムを同時に押し出して一体成形する複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の精度を向上させる。
【解決手段】ゴム成形装置の先端に取り付けられた押出ヘッドの口金開口部の所定位置に、複数種類のゴムのそれぞれをインサート１で導いて供給し、口金開口部から同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形する。このインサート１の各ゴムを導く流路の口金側開口部２、３、４の所定位置を階段状に形成して、そこから押し出すゴムの一体成形後のゴム層の境界面に対応する部分を、境界面に対応した方向に延びる階段状に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置、及びゴム成形方法に関する。

ゴム複合体、例えば空気入りタイヤは、一般に、各部に要求される性能に応じて、異なる配合の複数種類のゴムやスチール、有機繊維等の複数の部材により構成されている。例えば、リムとの高い密着性を要求されるビード部には、剛直なスチールからなるビードワイヤが使用され、サイドウォールには、繰り返し変形や太陽光等による劣化に対する耐久性が高いゴムが使用されている。

一方、路面と接触するトレッドゴムには、路面とのグリップ力や湿潤路面でのブレーキ性の他に、振動等の吸収性、燃費に直結する転がり抵抗性、タイヤの寿命に影響する耐摩耗性や耐偏摩耗性等、使用環境や使用目的等に応じて多岐に渡る性能が要求される。従来、このような要求に対しては、トレッドゴムの配合組成を最適化して対応するのが一般的であるが、要求性能の中には背反関係にあるものもあり、単一のゴムで要求される各性能の全てを十分に満足するのは難しい。

そこで、近年では、トレッドゴムの各部に、それぞれに要求される性能に応じたゴムを配置し、トレッドゴムを複層構造にして全体としての性能の向上を図ることが提案されており、そのための装置として、押出ヘッドから複数種類の未加硫ゴムを同時に押し出して、複数のゴム層からなるトレッドゴムを一体成形する装置が知られている（特許文献１参照）。

図４は、特許文献に記載されたものではないが、このような従来のゴム成形装置の押出ヘッドの一例を示す要部拡大断面図である。
このゴム成形装置は、それぞれ異なる配合組成のゴムを供給する複数台のゴム押出機（図示せず）を備え、それら各押出機先端部のゴム吐出口を押出ヘッド６０に接続している。押出ヘッド６０は、図示のように、ゴムの押出先端部にダイホルダ６１と、ダイホルダ６１により着脱可能に固定・保持されたインサート６２、及びダイホルダ６１とインサート６２との間に配置された口金６３とを備えるとともに、押出機から供給される各ゴムをインサート６２の背面（ゴムの押出方向後方側の面）に導く流路（図示せず）を有する。また、インサート６２は、ダイホルダ６１の背面と接して配置された上方のトップインサート６２Ａと、下方のボトムインサート６２Ｃ及び、それらに挟まれて配置されたミドルインサート６２Ｂとから構成され、一体としてダイホルダ６１の背面との間に口金６３を挟んで固定・保持するようになっている。

更に、インサート６２には、押出ヘッド６０の各流路を通って流入するゴムのそれぞれを、口金６３の所定位置に導くための流路６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ、６５Ｄが形成されている。この各流路６５Ａ〜６５Ｄから押し出された各ゴムは、各流路６５Ａ〜６５Ｄの口金６３側の開口部に対応した断面形状に形成され、口金６３の開口部６３Ａから同時に押し出されて一体化し、複数のゴム層からなるトレッドゴムが成形される。

図５は、以上のようにして成形されるトレッドゴムの構造の一例を示す断面図であり、図６は、このトレッドゴムを成形するためのインサート６２の口金６３側の要部を模式的に示す正面図である。
このトレッドゴム５０は、図５に示すように、タイヤの表面側（接地面側）に配置されたグリップ力や耐カット性等に優れるキャップゴム５１と、キャップゴム５１に覆われて、その下層に配置された発熱耐久性等に優れたベースゴム５２と、トレッドゴム５０の両側面を覆いサイドウォールとの接着性等に優れるショルダーゴム５３とから構成されている。

このトレッドゴム５０の構造に対応して、インサート６２の口金６３側の面には、図６に示すように、各ゴム５１、５２、５３を押し出す前記各流路６５Ａ〜６５Ｄの開口部７０、７１、７２が所定位置に所定形状で形成されている。具体的には、上方位置にキャップゴム５１に対応してキャップゴム用開口部７０が、その下側にベースゴム５２に対応してベースゴム用開口部７１が、各開口部７０、７１の両側にショルダーゴム５３に対応してショルダーゴム用開口部７２が、それぞれ横長の矩形状に、かつトレッドゴム５０の断面における各ゴム５１、５２、５３の占める割合に応じた大きさに形成されている。ゴム成形装置は、このインサート６２により、口金開口部６３Ａの必要な位置に必要な量の矩形状ゴムを供給して、所定の断面構造のトレッドゴム５０を連続して成形する。

しかしながら、異なる配合のゴムは粘性を示すムーニー粘度が異なり、従って押し出しやすさも異なるため、このようなインサート６２を備える従来のゴム成形装置では、組み合わせるゴムの種類等によっては、いずれかのゴムの押出量が不足して、又は多くなりトレッドゴム５０の外形等の精度が悪化することがある。また、最も精度が要求される異種ゴムの境界面は、押し出しやすい方の低ムーニー粘度のゴムの押出量が多くなり、隣接する高ムーニー粘度のゴムを圧迫して、その方向に境界面が膨出して湾曲する傾向がある等、精度が悪化しやすく、かつ、その位置や角度等を修正するのが特に難しい。更に、口金開口部６３Ａから同時に押し出すときに、各矩形状ゴムを傾斜した境界面等に対応して大きく変形させる必要があり、傾斜角度等の境界面の必要な精度が得にくいという問題もある。

このような問題を是正する方法の一つとして、各押出機のゴムの押出圧力を調節してそのゴムの押出量を調整する、即ち、高ムーニー粘度のゴムの押出圧力を高くして押出量を多くし、又は、低ムーニー粘度のゴムの押出圧力を低くして押出量を少なくして、各ゴムの過不足を調整する方法が考えられる。しかしながら、押出機の能力等に起因して、このような方法で調整できるゴムの量には限界があり、外形寸法や境界面の位置等をある程度修正できるものの、大きく向上させることは難しい。また、押出圧力を低くした場合には、隣接するゴム同士の圧力差が小さくなって境界面の精度等は向上するものの、ゴムの押出量が少なくなってトレッドゴム５０の生産性が低下したり、又は、成形に必要なゴムの量が不足して全体の外形精度が悪化するという新たな問題が生じる恐れがある。

特開２００１−４７４９４号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、複数種類のゴムを同時に押し出して一体成形する複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の精度を向上させ、かつゴム部材の生産性の低下を抑制することである。

請求項１の発明は、押出ヘッドから複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、前記押出ヘッドは、口金と、インサートとを備え、該インサートは、前記ゴムのそれぞれを前記口金に導く複数の開口部を有し、該開口部の、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応する端部に傾斜段部を形成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、押出ヘッドから複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、前記押出ヘッドは、口金と、前記ゴムのそれぞれを前記口金に導くインサートと、前記口金と前記インサートの間に着脱可能に配置された金型とを備え、前記金型は、前記ゴムのそれぞれを通す複数の開口部を有し、該開口部の、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応する端部に傾斜段部を形成したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載されたゴム成形装置において、前記金型は、該金型の前記開口部ごとのブロックに分割されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載されたゴム成形装置において、前記傾斜段部は、垂直部分及び水平部分からなる階段状に形成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、複数種類のゴムを一体化して複数のゴム層からなるゴム部材を成形するゴム成形方法であって、前記複数種類のゴムを、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応した傾斜段部を備えた開口部を通して同時に押し出す工程と、前記押し出したゴムを一体化する工程と、を有することを特徴とする。

（作用）
複数種類のゴムを押出ヘッドの口金開口部から同時に押し出し、複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形する。このとき、口金開口部から押し出す各ゴムの成形後の境界面に対応する端部を、予め境界面に対応した階段状等の傾斜段部に形成して境界面の角度等の精度を向上させる。また、ゴムの傾斜段部は、口金開口部から押し出される際に作用する圧力で直線状に変形し、これにより境界面に向かう過剰な膨出を抑制し、更に、変形に対する剛性を高めて、境界面の他方のゴムから受ける圧力による変形を抑制する。これにより、ゴムの押出圧力を低下させることなく境界面の精度を向上させ、同時に、押出圧力の低下に伴うゴムの押出量不足を防止して成形に必要なゴムの量を確保し、かつ全体のゴムの押出量の低下に伴うゴム部材の生産性の低下を抑制する。

本発明によれば、複数種類のゴムを同時に押し出して一体成形する複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の精度を向上させることができ、かつゴム部材の生産性の低下を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のゴム成形装置は、上記した従来のゴム成形装置と同様に、複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形する装置であり、図４に示す前記従来の押出ヘッド６０と同様に、各ゴムのそれぞれを所定の断面形状に形成して口金の所定位置に導くインサートを有する。即ち、このゴム成形装置の押出ヘッド（図４参照）には、それぞれ異なる配合組成のゴムを混練して押し出す複数台のゴム押出機のゴム吐出口が接続されるとともに、ゴムの押出先端部に、ダイホルダと、ダイホルダにより着脱可能に固定・保持されたインサート、及びダイホルダとインサートとの間に固定・保持された口金とを備えている。また、押出ヘッドには、押出機から供給される各ゴムをインサートの背面に導く複数の流路が形成されている。

なお、本実施形態では、上記した図５の空気入りタイヤの複層構造のトレッドゴム５０、即ち、タイヤの表面側に配置されたキャップゴム５１と、キャップゴム５１に覆われて、その下層に配置されたベースゴム５２と、トレッドゴム５０の両側面を覆うショルダーゴム５３とから構成されるトレッドゴム５０を成形する場合を例に採り説明するが、本実施形態のゴム成形装置は、複数のゴム層からなる他のゴム部材の成形にも当然に適用できる。

図１は、本実施形態のゴム成形装置が備えるインサートの口金側の要部を模式的に示す正面図である。
このインサート１は、前記押出ヘッドの流路を通って流入する各ゴムのそれぞれを口金開口部の所定位置に導くための流路を有し、その口金側の面には、図示のように、各流路の開口部２、３、４が所定位置に所定形状で形成されている。即ち、図６に示す前記従来のインサート６２と同様に、トレッドゴム５０の構造（図５参照）に対応して、上方位置にキャップゴム５１に対応してキャップゴム用開口部２が、その下側にベースゴム５２に対応してベースゴム用開口部３が、各開口部２、３の両側にショルダーゴム５３に対応してショルダーゴム用開口部４が、トレッドゴム５０の断面における各ゴムの占める割合に応じた大きさに形成されており、そこから各ゴムを押し出して各開口部２、３、４と略同形の断面形状に形成し、口金開口部の必要な位置に必要な量のゴムを供給する。

しかしながら、このインサート１では、トレッドゴム５０における各ゴム５１、５２、５３の傾斜した境界面（図５参照）に対応して、各開口部２、３、４の境界面に対応する端部を階段状に、他の部分を横方向又は上下方向に延びる直線状に形成して、押し出すゴムの前記境界面に対応する端部を階段状に形成する点で、前記従来のインサート６２と相違する。なお、図１では、各流路の口金側の開口部２、３、４のみ示すが、これらに続く各流路の断面形状も同様に形成されている。

具体的には、キャップゴム５１と左右両ショルダーゴム５３の傾斜した境界面に対応して、キャップゴム用開口部２の左右両端部が、それぞれ横方向外側に向かって斜め上方に延びる階段状に形成されるとともに、両ショルダーゴム用開口部４の横方向内側端部が、キャップゴム用開口部２の階段状部分に対向して、横方向外側に向かって斜め上方に延びる階段状に形成されている。また、キャップゴム５１とベースゴム５２の傾斜した境界面に対応して、ベースゴム用開口部３の左右両端部が、それぞれ横方向内側に向かって斜め上方に延びる階段状に形成されている。

なお、キャップゴム用開口部２のキャップゴム５１とベースゴム５２の傾斜した境界面に対応する部分は、下面の両端部付近であり、その付近から押し出されたゴムが膨出して境界面を形成するため、後述するように、その部分は膨出しやすいように直線状に形成している。また、以上の各階段状部分は水平部分及び垂直部分からなり、略直角に屈曲しながら、全体として各ゴムの境界面の傾斜方向に対応した方向に傾斜するように複数段に形成されている。

本実施形態のゴム成形装置は、以上説明したインサート１を有し、複数台のゴム押出機から複数種類のゴムを押し出して押出ヘッドに供給し、押出ヘッド、及びインサート１の各流路を通して各ゴムのそれぞれを口金開口部の所定位置に導き、インサート１の各開口部２、３、４から押し出して階段状部分を含む所定の断面形状に成形する。その後、この階段状部分が形成された各ゴムを口金開口部から同時に押し出して一体化し、複数のゴム層からなるトレッドゴム５０を連続して成形する。

このとき、各ゴムのトレッドゴム５０におけるゴム層の境界面に対応する端部を境界面に対応した方向に延びる階段状に形成するため、口金開口部で大きく変形させる必要がなく、境界面の位置や角度等の精度を向上させることができる。また、各ゴムの階段状部分は、口金開口部から押し出される際に作用する圧力で直線状に変形するため、境界面に向かう圧力が小さくなり、過剰な膨出を抑制することができる。同時に、階段状部分は、接触する境界面の他方のゴムから受ける力を横方向及び上下方向に分散して受けるため、他方のゴムを支持する能力が高く、この力による変形を抑制することができ、ゴムの押出圧力を低下させることなく境界面の精度をより向上させることができる。更に、押出圧力の低下に伴うゴムの押出量不足を防止して成形に必要なゴムの量を確保できるため、トレッドゴム５０の外形の精度を向上させることができ、かつ、全体のゴムの押出量の低下に伴うトレッドゴム５０の生産性の低下を抑制することができる。

また、境界面の位置や角度等を修正する必要がある場合には、修正代を横方向と上下方向に分けて判断し、開口部２、３、４の階段状部分の横方向部分と上下方向部分を、それぞれ別個に修正すればよく、開口部２、３、４を矩形状等に形成した場合（図６参照）に比べて、より迅速に、かつ正確に修正することができる。従って、修正時のゴム成形装置を停止させる時間や、修正及び修正後の試運転の回数等を削減できるため、生産性の低下を抑制することができる。

ここで、インサート１の各流路の口金側の開口部２、３、４のみを本実施形態の形状に形成すれば、そこから押し出されるゴムに階段状部分を形成できるため、流路の他の部分は例えば矩形状や円形状等の他の形状に形成してもよい。同様に、インサート１の各流路及び開口部は矩形状等の形成しやすい他の形状にして、本実施形態の各開口部２、３、４と同形の開口部が形成された金型を、インサート１の口金側の面に着脱可能に装着するようにしてもよい。この場合には、階段状部分等の開口部の形状が異なる複数種類の金型を予め準備しておけば、修正は適する金型に交換するだけで行えるため、修正作業をより迅速化できる。また、金型を開口部ごとのブロックに分割して、ブロックごとに交換できるようにすれば、組み合わせの自由度が増加して修正をより適切に行え、かつ金型の数を減らすことができるため、より好ましい。

更に、口金開口部から押し出す前のゴムの所定位置に階段状部分を形成すれば上記と同様の効果が得られるため、このような金型等のゴムに階段状部分を形成する手段は、例えば口金のゴムの入り口側に設ける等、インサート１とは別個に押出ヘッドに設けてもよく、また、インサートを有さない押出ヘッドに用いることもできる。

なお、本実施形態では、階段状部分を略直角に屈曲させて形成したが、階段状部分には、例えば他の角度や斜めに傾斜した面等を組み合わせたジグザグ状や凹凸状に屈曲した形状等の、階段状以外の他の形状の傾斜段部に形成してもよい。また、本実施形態では、トレッドゴム５０の傾斜したゴム境界面に対応する各ゴムの両対向部分に階段状部分を形成したが、いずれか一方のゴムに階段状部分等を形成してもよく、更に、例えばキャップゴム５１とベースゴム５２の横方向に延びる境界面等の傾斜していないゴム境界面に対応する部分を階段状等に形成してもよい。

（トレッドゴム成形試験）
本発明の効果を確認するため、ゴム成形装置の押出ヘッドに以上説明したインサート１（図１参照）と、上記した矩形状の開口部を有する従来のインサート６２（図６参照）を取り付けて、実施例と比較例のトレッドゴム（以下、それぞれ実施品及び比較品という）を成形して断面のゴム分布を測定し、目標とする形状や境界面の位置等との差を比較した。

図２は実施品の断面のゴム分布を示すグラフであり、図３は比較品の断面のゴム分布を示すグラフであり、それぞれ実線で測定結果を、破線で目標とするトレッドゴムのゴム分布を示す。
比較品では、図３に示すように、ゴム境界面の位置や傾斜角度が目標から大きくずれるとともに、全体のゴムの量が不足して外形も目標よりも小さくなり、目標形状と最大で２．５ｍｍの差が生じた。これに対し、実施品では、図２に示すように、ゴム境界面の位置や傾斜角度の目標との差が極めて小さく、また、両端部の上方部分で僅かにゴムが不足したものの、外形も目標形状にほぼ一致して差も１．２ｍｍと小さく、極めて高い精度でトレッドゴムを成形できることが分かる。

以上の結果から、本発明により、複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の位置や角度等の精度を向上できることが証明された。

本実施形態のゴム成形装置が備えるインサートの口金側の要部を模式的に示す正面図である。 実施例のトレッドゴムの断面のゴム分布を示すグラフである。 比較例のトレッドゴムの断面のゴム分布を示すグラフである。 従来のゴム成形装置の押出ヘッドの一例を示す要部拡大断面図である。 複数のゴム層からなるトレッドゴムの構造の一例を示す断面図である。 図５に示すトレッドゴムを成形するための従来のインサートの口金側の要部を模式的に示す正面図である。

符号の説明

１・・・インサート、２・・・キャップゴム用開口部、３・・・ベースゴム用開口部、４・・・ショルダーゴム用開口部、５０・・・トレッドゴム、５１・・・キャップゴム、５２・・・ベースゴム、５３・・・ショルダーゴム、６０・・・押出ヘッド、６１・・・ダイホルダ、６２・・・インサート、６２Ａ・・・トップインサート、６２Ｂ・・・ミドルインサート、６２Ｃ・・・ボトムインサート、６３・・・口金、６３Ａ・・・開口部、６５Ａ・・・流路、６５Ｂ・・・流路、６５Ｃ・・・流路、６５Ｄ・・・流路、７０・・・キャップゴム用開口部、７１・・・ベースゴム用開口部、７２・・・ショルダーゴム用開口部。

Claims (5)

1. 押出ヘッドから複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、
   前記押出ヘッドは、口金と、インサートとを備え、
   該インサートは、前記ゴムのそれぞれを前記口金に導く複数の開口部を有し、
   該開口部の、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応する端部に傾斜段部を形成したことを特徴とするゴム成形装置。
2. 押出ヘッドから複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、
   前記押出ヘッドは、口金と、前記ゴムのそれぞれを前記口金に導くインサートと、前記口金と前記インサートの間に着脱可能に配置された金型とを備え、
   前記金型は、前記ゴムのそれぞれを通す複数の開口部を有し、
   該開口部の、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応する端部に傾斜段部を形成したことを特徴とするゴム成形装置。
3. 請求項２に記載されたゴム成形装置において、
   前記金型は、該金型の前記開口部ごとのブロックに分割されていることを特徴とするゴム成形装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたゴム成形装置において、
   前記傾斜段部は、垂直部分及び水平部分からなる階段状に形成されていることを特徴とするゴム成形装置。
5. 複数種類のゴムを一体化して複数のゴム層からなるゴム部材を成形するゴム成形方法であって、
   前記複数種類のゴムを、前記ゴム部材の各ゴム層の境界面に対応した傾斜段部を備えた開口部を通して同時に押し出す工程と、
   前記押し出したゴムを一体化する工程と、
   を有することを特徴とするゴム成形方法。

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