JP2009006605A - ゴム押出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムの吐出量を一定にすることのできる、フィードロール付のギアポンプ式ゴム押出装置を提供する。
【解決手段】ギアポンプ１０に供給されるゴムＧの圧力を検出するゴム圧力検出手段４と、このゴム圧力検出手段４からの測定値に基づいて、前記フィードロール３０のロール３１、３２の回転数を制御するフィードロール制御手段とを具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、相互に噛合して回転する一対のギアよりなり、ゴムを押し出すギアポンプと、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のロールよりなり、ゴム材料を、前記隙間を通過させて前記ギアポンプに供給するフィードロールと、前記一対のギアを後段ギアとして、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギア、および、この前段ギアに隙間を挟んで対向し前段ギアと逆方向に回転するフラットロールよりなり、前記フィードロールによって供給された材料を、可塑化して前記ギアポンプに搬送する可塑化手段とを具えてなるゴム押出装置に関する。

ゴム部材を、既に形成済みのタイヤ構成部材の外側に貼り付けるに際し、一定の断面を有する連続したゴムリボンを複数回巻回して所定の断面形状に仕上げる方法が用いられており、また、このようなゴムリボンを連続して押し出すゴム押出装置としては、相互に噛合して回転する一対のギアよりなりギアポンプが知られている。

そして、このようなギアポンプへのゴムの供給に関しては、従来から、スクリューでゴムを可塑化しながら押し出す手段が用いられているが、このようなスクリューによる供給方法は、ゴム材料が変動したり温度が変動したりするとゴムの粘弾性特性が変化し、その結果、スクリューからギアポンプへ供給するゴムの量が変動してしまい、それに伴ってギアポンプから吐出されるゴムの吐出量が一定ではなくなってしまう。このことは、ギアポンプから押し出されるゴムリボンの断面が変化し均一な断面のゴム部材を形成することができなくなるという問題を招くことになる。

一方、フィードロールを用いてゴムを供給する方法も知られているが、フィードロールは、ゴムを可塑化する能力が低いため、フィードロールに供給するゴム材料の特性変動が直接影響してフィードロールからギアポンプへのゴムの供給量が変化し、この場合も、ギアポンプから吐出されるゴムの吐出量が一定ではなくなってしまう。

そこで、ギアポンプとフィードロールとの間に、前記ギアポンプのギアと噛合するギアとこれに対向して配置されたロールとよりなる可塑化装置を配置し、これによって可塑化を行うとともに、量の安定化を測った押出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−３３８４１１号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された装置を用いたとしても、フィードロールによってゴムを供給するという点においては、それまでの従来技術とは何ら変わるところはなく、フィードロールに供給するゴム材料の特性がわずかでも変化するとギアポンプへのゴム供給量が変化してしまい、ギアポンプのゴム吐出量を安定化することができなかった。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、ゴムの吐出量を一定にすることのできる、フィードロール付のギアポンプ式ゴム押出装置を提供することを目的とする。

＜１＞は、相互に噛合して回転する一対のギアよりなり、ゴムを押し出すギアポンプと、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のロールよりなり、ゴム材料を、前記隙間を通過させて前記ギアポンプに供給するフィードロールと、前記一対のギアを後段ギアとして、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギア、および、この前段ギアと隙間を挟んで対向し前記前段ギアと逆方向に回転するフラットロールを具えてなり、前記フィードロールによって供給された材料を、可塑化して前記ギアポンプに搬送する可塑化手段と、を具えてなるゴム押出装置において、
前記ギアポンプに供給されるゴムの圧力を検出するゴム圧力検出手段と、このゴム圧力検出手段からの測定値に基づいて、前記フィードロールのロールの回転数を制御するフィードロール制御手段とを具えてなるゴム押出装置である。

＜２＞は、＜１＞において、前記圧力検出手段を、前記ギアポンプと前記可塑化手段との間に配置してなるゴム押出装置である。

＜１＞によれば、前記ギアポンプに供給されるゴムの圧力を検出するゴム圧力検出手段と、このゴム圧力検出手段からの測定値に基づいて、前記フィードロールのロールの回転数を制御するフィードロール制御手段とを具えるので、ゴム圧力が下降すれば、フィードロールの回転数を増加させ、ゴム圧力が上昇すれば、フィードロールの回転数を低下させるよう制御することにより、ギアポンプに供給されるゴムの圧力を一定に保つことができ、その結果、ギアポンプの吐出量を一定にすることができる。

＜２＞によれば、前記圧力検出手段を、前記ギアポンプと前記可塑化手段との間に配置したので、ギアポンプに供給される直前のゴムの圧力を一定にすることができ、前記ゴム吐出量を一層正確に制御することができる。

図１は、この発明に係る実施形態のゴム押出装置を示す断面図、図２は、この装置を別の断面で示す断面図であり、ゴム押出装置１は、ゴムＧを吐出する押出ヘッド３と、相互に噛合して回転する一対の後段ギア１１、１２よりなり、ゴムＧを押出ヘッド３に吐出するギアポンプ１０と、隙間３３を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のロール３１、３２よりなり、ゴム材料Ｍを、隙間３３を通過させてギアポンプ１０に供給するフィードロール３０と、後段ギア１１、１２の一方のギア１１に噛合する前段ギア２１Ａ、この前段ギア２１Ａと隙間２３を挟んで対向し前段ギア２１Ａと逆方向に回転するフラットロール２２Ａ、他方のギア１２に噛合する前段ギア２１Ｂ、および、この前段ギア２１Ｂと隙間２３を挟んで対向し前段ギア２１Ｂと逆方向に回転するフラットロール２２Ｂよりなり、フィードロール３０によって供給された材料を可塑化してギアポンプ１０に搬送する可塑化手段２０とを具えて構成される。

ここで、後段ギア１１、１２、前段ギア２１Ａ、フラットロール２２Ａ、ロール３１、３２は、温調されたケーシング２内に配置される。

図３は、ギアポンプ１０を構成する後段ギア１１、１２を示す正面図（図１のＡ−Ａ矢視に対応）であり、これらのギア１１、１２はダブルヘリカルギア（山歯歯車）の歯形形状をなすのが好ましく、ヘリカルにすることによってゴムを連続的に吐出することができ、押出ヘッド３から吐出されるゴムリボンＲの、長さ方向の質量の脈動を抑え、また、歯をダブルにすることによってゴムを左右対称に流し、ゴムリボンＲの幅方向の均一性を保持させることができる。

図４は、可塑化手段２０を示す正面図（図１のＢ−Ｂ矢視に対応）であり、また、図５は、図１のＣ−Ｃ矢視に対応するギアの正面図であり、可塑化手段２０は一対の平行な軸２５、２６に後段ギア１１、１２の半分の幅で、ヘリカルギア（はす歯歯車）の歯形を有する前段ギア２１Ａ、２１Ｂと後段ギア１１、１２の半分の幅で、周面に歯が設けられていないフラットロール２２Ａ、２２Ｂとを取り付けてなり、軸２５には、前段ギア２１Ａとフラットロール２２Ｂが軸方向に並べて取り付けられ、軸２６には、前段ギア２１Ｂとフラットロール２１Ａとが、同様に軸方向に並べて取り付けられ、前段ギア２１Ａとフラットロール２２Ａとが対向し、前段ギア２１Ｂとフラットロール２２Ｂとが対向するよう配置され、また、前段ギア２１Ａは後段ギア１１に、前段ギア２１Ｂは後段ギア１２に、それぞれ噛合するよう配置される。

また、本発明の特徴として、ゴム圧力検出手段を構成する圧力センサ４が、フィードロール３０と、ギアポンプ１０との間の、ゴムが充填されている部分に配置されるとともに、圧力センサ４で検出した圧力に基づいて、この圧力が所定の範囲内に入るようフィードロール３０のロール３１、３２の回転数を制御する制御装置（図示せず）を具える。この場合、圧力センサ４を、可塑化手段２０とギアポンプ１０との間のゴム流路、例えば、第二チャンバ４４に配置するのが好ましい。
なお、図１は、図５のＤ−Ｄ矢視に対応する断面、そして、図２は、図５のＥ−Ｅ矢視に対応する断面を表す。

このように構成されたゴム押出装置１において、ゴムリボンＲを押し出すには、まず、ギアポンプ１０および可塑化手段２０を構成するそれぞれのギア１１、１２、２１Ａ、２１Ｂ、および、フラットロール２２Ｂ、２２Ａを所定の回転数で同期させて回転させ、一方、フィードロール３０を構成するロール３１、３２を前記ギア１１、１２、２１Ａ、２１Ｂとは独立した回転数で回転し、ゴム材料Ｍをフィードロール３０の入り口、すなわち、ロール３１、３２間に形成されたバンク４２に連続的に供給する。

バンク４２に供給されたゴム材料Ｍは、ロール３１、３２の回転によってこれらの間の隙間を通過して第一のチャンバ４３に移動する。そして、このゴム材料Ｍは可塑化手段２０の前段ギア２１Ａ、２１Ｂとフラットロール２２Ａ、２２Ｂとによって第二のチャンバ４４に搬送されるとともに可塑化されたゴムＧとなる。

そして、ギアポンプ１０を構成する後段ギア１１、１２は、図６に示すように、ギア１１、１２の噛合点１８の近傍を表す詳細図で示すように、第三のチャンバ４５内で相互の歯１５が接近し、これらの歯１５が噛み合う噛合点１８を過ぎたあと、第二のチャンバ４４内で相互の歯１５が離隔するよう回転するので、第二のチャンバ４４のゴムＧは、噛合点１８を過ぎて空になった、後段ギア１１、１２それぞれの相互に隣接する歯１５と歯１５との間の歯間空間１６に収容されてケーシング内面２ａに近づく方向に運ばれる。

しかし、ギア１１の、ギア２１Ａと噛合する半幅側の歯間空間１６に収容されたゴムＧは、ギア１１とギア２１Ａとの噛合点２８よりは先には進むことができず、同様に、ギア１２の、ギア２１Ｂと噛合する半幅側の歯間空間１６に収容されたゴムＧは、ギア１２のギア２１Ｂとの噛合点よりは先には進むことができず、これらのギア１１、１２の歯間空間１６に収容されたゴムＧのうち、これらのギア１１、１２の、フラットロール２２Ａ、２２Ｂに対向する半幅側（図１の、ギア１２のフラットロール２２Ａに対向する半幅側、および、図２の、ギア１１のフラットロール２２Ｂに対向する半幅側）に収容されたものだけが、ケーシング内面２ａとの間の空間３５、３６を通過して第三のチャンバ４５に搬送されることとなる。

このように、第二のチャンバ４４内でゴムＧは複雑な流れを形成するので可塑化され、また、一部のゴムＧは、フラットロール２２Ａ、２２Ｂとケーシング内面２ａとの間の空間をフラットロール２２Ａ、２２Ｂの回転に合わせて移動するが、このときケーシング内面２ａとの間の摩擦により可塑化される。可塑化手段２０は、このようにして、ゴム材料Ｍを可塑化するよう作用する。

ところで、以上にように構成されたゴム押出装置１において、フィードロール３０からの供給量がギアポンプ１０の吐出能力を上回ると、第二のチャンバ４４内の圧力が上昇し、ゴムの密度が高くなり、このことによって、ギア１１、１２を一定の回転数で回転しギアポンプ１０で吐出するゴムＧの単位時間当たりの容積を同じにしようとしても、単位時間当たりに吐出する質量が増加することになる。

しかし、ゴム密度を上げないようにすることは難しく、例えば、フィードロール３０の供給量を減らした場合には、その供給量のばらつきが、直接、ギアポンプ１０の吐出量との変化として現れてしまう。

この問題に対処するため、本発明においては、圧力センサ４を、好ましくは第二のチャンバ４４に、配置し、圧力センサ４で検出した圧力に基づいてフィードロール３０の回転数を制御し、第二のチャンバ４４内の圧力を一定に保持するものであり、その結果、ゴムＧのギアポンプ１０への供給を不連続にすることなく、かつ、ゴムＧの密度を一定に保ち、ギアポンプの吐出量を極めて均一なものにすることができる。

具体的には、予め実験を行い、第二チャンバ４４内の検出圧力に対して、前記ゴムＧの密度を一定にするのに最適なフィードロールの回転数を求め、この検出圧力と、フィードロール回転数とを対比したグラフ（実際にはデジタル的に表現できるテーブル）を作成しておく。そして、実際の制御にあたっては、ＲＯＭ等に記憶された前記テーブルをメモリ上に配置して、入力した圧力値に応じて、メモリ上の対応するフィードロール回転数の出力値をリアルタイムで読み出し、この出力値をフィードロール３０に出力し、その回転数でロール３１、３２を回転するようフィードロール３０に指令すればよい。この場合、フィードロール３０のロール３１、３２の駆動は、それらの回転数を可変に制御できるよう、サーボモータ等によって駆動する必要がある。

このとき、フィードロール３０のロール３１、３２を駆動するに際しての加減速特性も考慮することにより、より正確な制御を行うことができる。

図６は、このようにして設定した、入力値としての検出圧力Ｐ(MPa)と、出力値としてのフィードロール回転数Ｒ（rpm）との関係を例示する概念図であり、このように、リニアでない入出力の関係であっても容易に制御することができ、複雑な制御を可能にすることができる。

入力する検出圧力と出力するフィードロール回転数との関係を、グラフに代えて、関数式で保持することもでき、例えば、図７に示すような１次の関数を用いることにより、簡素な制御で済ませることもできる。

本発明は、このように、圧力センサ４を設けてゴムＧの圧力が一定になるようフィードロールの回転数を制御するので、ギアポンプ１０の吐出量を極めて均一に制御することができる。

本発明に係る実施形態のゴム押出装置の断面図である。 別の断面におけるゴム押出装置を示す部分断面図である。 前段ギアを示す正面図である。 後段ギアおよびフラットロールを示す正面図である。 図１のＣ−Ｃ矢視に対応する断面図である。 後段ギアの噛合点近傍を表す詳細図である。 検出圧力Ｐと、フィードロール回転数Ｒとの関係を例示する概念図である。 検出圧力Ｐと、フィードロール回転数Ｒとの関係を例示する他の概念図である。

符号の説明

１ ゴム押出装置
２ ケーシング
３ 押出ヘッド
４ 圧力センサ
１０ ギアポンプ
１１、１２ 後段ギア
１６ 歯間空間
１８ 後段ギア相互の噛合点
２０ 可塑化手段
２１Ａ、２１Ｂ 前段ギア
２２Ａ、２２Ｂ フラットロール
２３ 隙間
２５、２６ 可塑化手段の軸
２８、２９ 前段ギアと後段ギアとの噛合点
３０ フィードロール
３１、３２ ロール
３５、３６ ケーシング内面との間の空間
４２ バンク
４３ 第一のチャンバ
４４ 第二のチャンバ
４５ 第三のチャンバ
Ｇ ゴム
Ｍ ゴム材料
Ｒ ゴムリボン

Claims (2)

1. 相互に噛合して回転する一対のギアよりなり、ゴムを押し出すギアポンプと、
   隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のロールよりなり、ゴム材料を、前記隙間を通過させて前記ギアポンプに供給するフィードロールと、
   前記一対のギアを後段ギアとして、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギア、および、この前段ギアと隙間を挟んで対向し前記前段ギアと逆方向に回転するフラットロールを具えてなり、前記フィードロールによって供給された材料を、可塑化して前記ギアポンプに搬送する可塑化手段とを具えてなるゴム押出装置において、
   前記ギアポンプに供給されるゴムの圧力を検出するゴム圧力検出手段と、このゴム圧力検出手段からの測定値に基づいて、前記フィードロールのロールの回転数を制御するフィードロール制御手段とを具えてなるゴム押出装置。
2. 前記圧力検出手段を、前記ギアポンプと前記可塑化手段との間に配置してなる請求項１に記載のゴム押出装置。