JP2014000722A - 環状ゴム部材の成形方法および環状ゴム部材の成形設備 - Google Patents

Abstract

【課題】巻き付け数を低減することで寸法精度のバラつきやエア入りを抑制しつつ、設備の負担を軽減することができる環状ゴム部材の成形方法および環状ゴム部材の成形設備を提供する。
【解決手段】押出機１の先端側に設けた口金２を介してシート状ゴムＳＲを連続的に押し出すとともに、その押し出したシート状ゴムＳＲを回転支持体３に巻き付けることで、複数の層が厚み方向に重なった積層体を形成する工程を有し、相対的に内周側に位置する層５１を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層５２を形成する段階へ移行する際に、口金２の開口幅を変化させて、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねる。
【選択図】図９

Description

本発明は、押出成形したゴムを回転支持体に巻き付けて積層体を形成する工程を含む環状ゴム部材の成形方法と、それに使用される成形設備に関する。

従来、タイヤ製造に用いられるトレッドゴム（環状ゴム部材の一例）は、その断面形状に対応する開口が形成された口金を介してゴムを押し出し、該ゴムを回転支持体に巻き付けてタイヤ周長に相当する長さで切断し、端部同士をジョイントすることで成形される（例えば、特許文献１）。しかし、この方法では、種々のサイズに対応した口金を準備する必要があり、段取り替えの作業が増して生産性が低下するうえ、端部同士の重なりによる大きな段差がジョイント部に形成されて、ユニフォミティが悪化するという問題があった。

これに対し、細幅のリボン状ゴムを押出成形して回転支持体に巻き付け、そのリボン状ゴムの積層体により環状ゴム部材を成形する方法が公知である（例えば、特許文献２）。これによれば、口金の種類や段取り替えの作業が少なくて済むうえ、ユニフォミティを向上できる。しかし、この方法では、断面の小さいリボン状ゴムを幾重にも巻き付けることから、寸法精度のバラつきやエア入りを生じる恐れがあった。また、口金の開口が小さいために内部圧力が高くなり、設備の負担が増す傾向にあった。

特開平０６−０７１５８７号公報 特開２００２−１７８４１５号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、巻き付け数を低減することで寸法精度のバラつきやエア入りを抑制しつつ、設備の負担を軽減することができる環状ゴム部材の成形方法および環状ゴム部材の成形設備を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係る環状ゴム部材の成形方法は、押出機の先端側に設けた口金を介してシート状ゴムを連続的に押し出すとともに、その押し出したシート状ゴムを回転支持体に巻き付けることで、複数の層が厚み方向に重なった積層体を形成する工程を有し、相対的に内周側に位置する層を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層を形成する段階へ移行する際に、前記口金の開口幅を変化させて、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねるものである。

この方法では、シート状ゴムを巻き付けている途中で口金の開口幅を変化させ、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねることから、例えば図５（Ｂ）のような積層体からなる環状ゴム部材の成形に資する。のみならず、リボン状ゴムを巻き付ける従来工法に比べて、巻き付け数が低減されるとともに、口金の出口開口が比較的大きいものになる。それ故、寸法精度のバラつきやエア入りを抑制できるとともに、内部圧力が高くならずに設備の負担を軽減できる。

本発明に係る環状ゴム部材の成形方法では、前記口金の開口幅を狭めることで、相対的に外周側に位置する層を、相対的に内周側に位置する層よりも幅狭に形成することが好ましい。これにより、図５に例示したような外周側に向かって幅狭となる形状の環状ゴム部材を適切に成形できる。

本発明に係る環状ゴム部材の成形方法では、最も内周側に位置する層が、前記積層体よりなる環状ゴム部材の内周面全体を構成し、最も外周側に位置する層が、前記積層体よりなる環状ゴム部材の外周面全体を構成することが好ましい。この場合にはシート状ゴムの断面が相応に大きいことから、巻き付け数が大幅に低減されるとともに、口金の出口開口も大きくなる。その結果、寸法精度のバラつきやエア入りを良好に抑制できるとともに、設備の負担を効果的に軽減できる。

本発明に係る環状ゴム部材の成形方法では、前記口金の開口端部を厚み方向に対して傾斜させ、前記積層体を構成する複数の層の側面を傾斜させるとともに、前記積層体の側面を全体として平坦に形成するものでもよい。これによって、環状ゴム部材をより精度良く成形できる。

本発明に係る環状ゴム部材の成形方法では、前記積層体を形成する工程が、前記口金を前記回転支持体に近接させ、押し出したシート状ゴムの先端部を前記回転支持体に貼り付けたうえで巻き付けを開始し、前記口金と前記回転支持体との間隔を拡げながらゴム押出量を徐々に増加させた後、前記間隔を保持してシート状ゴムを巻き付け、最も内周側に位置する層を形成する段階と、巻き付け開始位置の外周側でゴム押出量を徐々に減少させて巻き付けを終了し、最も外周側に位置する層を形成する段階とを含むことが好ましい。

かかる方法によれば、最も内周側に位置する層を形成するに際し、シート状ゴムの巻き付け開始位置でゴムの厚みを徐々に大きくできる。それでいて、最も外周側に位置する層を形成するに際し、巻き付け開始位置の外周側でゴムの厚みを徐々に小さくでき、そこが巻き付け終了位置となる。その結果、積層体の厚みが均一となり、環状ゴム部材を精度良く成形できる。

また、本発明に係る環状ゴム部材の成形設備は、ゴムを連続的に送り出す押出機と、前記押出機の先端側に設けられた口金と、前記口金を介して押し出されたゴムが巻き付けられる回転支持体と、前記押出機や前記回転支持体の動作を制御する制御装置とを備える環状ゴム部材の成形設備において、前記口金を介してシート状ゴムが押し出され、そのシート状ゴムを前記回転支持体に巻き付けることで、複数の層が厚み方向に重なった積層体を形成可能に構成され、前記口金に内蔵された可動片の動作が前記制御装置により制御されるとともに、その可動片の変位に応じて前記口金の開口幅が変化し、相対的に内周側に位置する層を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層を形成する段階へ移行する際に、前記口金の開口幅を変化させて、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねるように制御されるものである。

この設備では、シート状ゴムを巻き付けている途中で口金の開口幅を変化させ、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねることから、例えば図５（Ｂ）のような積層体からなる環状ゴム部材の成形に資する。のみならず、リボン状ゴムを巻き付ける従来工法に比べて、巻き付け数が低減されるとともに、口金の出口開口が比較的大きいものになる。それ故、寸法精度のバラつきやエア入りを抑制できるとともに、内部圧力が高くならずに設備の負担を軽減できる。

環状ゴム部材の成形設備の一例を示す概略構成図 押出機の構成を模式的に示す断面図 口金の斜視図 上側本体を取り外した口金の斜視図 （Ａ）トレッドゴムの断面図と（Ｂ）該トレッドゴムを構成する積層体の断面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 シート状ゴムを巻き付ける様子を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）側面図 巻き付け開始位置におけるトレッドゴムの周方向に沿った断面図 別実施形態における（Ａ）可動片の斜視図と（Ｂ）トレッドゴムの断面図

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示す成形設備は、ゴムを連続的に送り出す押出機１と、押出機１の先端側に設けられた口金２と、口金２を介して押し出されたゴムが巻き付けられる回転支持体３と、押出機１や回転支持体３の動作を制御する制御装置４とを備える。押出機１は、図２のように、筒状のバレル１１と、バレル１１の供給口に接続されたホッパー１２と、ゴムを混練して先端側に送り出すスクリュー１３と、スクリュー１３を回転駆動させるモータ１４と、ゴムを口金２へと送り込む定容量式ポンプとしてのギアポンプ１５とを有する。

ギアポンプ１５は、不図示のモータにより回転駆動される一組のギア１６を有する。スクリュー１３やギア１６の回転数は、インバータを搭載した制御装置４により連動して制御され、ゴム押出量の不要な変動が抑えられる。本実施形態のギアポンプ１５は、バレル１１の先端に取り付けられる外付け式であるが、バレル１１の内部に組み込まれる内蔵式でも構わない。図２では、図示の便宜上、一組のギア１６を上下に並べて描いているが、実際には平面方向（ギア１６の回転軸が図２の上下となる方向）に並べられる。

図３，４のように、口金２は、下側本体２１と、それに載置される上側本体２２とを有し、それらの間にゴム流路２３が形成されている。押出機１よりギアポンプ１５を介して送り出されたゴムは、ゴム流路２３を経由して扁平な出口開口を通過し、開口幅Ｗに対応した幅寸法を有するシート状ゴムとして押し出される。口金２は、出口開口の幅方向両側に配置された一対の可動片２４を内蔵し、シート状ゴムを押出成形する最中においても、その可動片２４の変位に応じて開口幅Ｗを変化可能に構成されている。

可動片２４は、送りネジやモータなどで構成される不図示の移動機構により幅方向ＷＤへ変位自在に設けられ、その動作（具体的には移動する方向や距離、速度）は制御装置４によって制御される。可動片２４は口金２の先端面から突出せず、本実施形態では先端面に対して面一であることから、後述のように口金２を回転支持体３に近接させるうえで都合がよい。可動片２４は、幅方向ＷＤに延びたガイド溝２５に嵌入されており、上側本体２２を載置した状態（図３参照）でも取り外して簡単に交換できる。

回転支持体３は、軸３１を中心としてＲ方向に回転可能な成形ドラムにより構成され、これを回転駆動させる不図示のモータを備えている。また、回転支持体３は、押出機１に対して押出方向ＥＤの前後に相対的に移動可能に構成されている。本実施形態では、押出機移動装置１７により押出機１を移動させる例を示すが、これに代えてまたは加えて回転支持体３を移動させ、それにより押出機１を回転支持体３に近付けたり遠ざけたりしてもよい。押出機１の移動や回転支持体３の回転数は、制御装置４により制御される。

次に、上記の成形設備を用いて環状ゴム部材を成形する方法について説明する。本実施形態では、押出成形したシート状ゴムを回転支持体３に直接供給して巻き付け、図５（Ａ）に示すような断面台形状のトレッドゴム５（環状ゴム部材の一例）を成形する例を示す。尚、本発明により成形される環状ゴム部材は、トレッドゴムに限られるものではなく、他のタイヤ構成部材としての環状ゴム部材や、タイヤ構成部材ではない環状ゴム部材にも適用することが可能である。

詳しくは後述するが、この方法は、押出機１の先端側に設けた口金２を介してシート状ゴムを連続的に押し出すとともに、その押し出したシート状ゴムを回転支持体３に螺旋状に巻き付けることで、図５（Ｂ）に示すような複数（本実施形態では４つ）の層５１〜５４が厚み方向に重なった積層体を形成する工程を有する。層５１〜５４は、一枚のシート状ゴムを巻き付けることで内周側（図５の下側）から順次に形成され、この積層体によってトレッドゴム５が成形される。

また、積層体を形成する工程では、相対的に内周側に位置する層を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層を形成する段階へ移行する際に、口金２の開口幅Ｗを変化させる。即ち、層５１の形成段階から層５２の形成段階への移行、層５２の形成段階から層５３の形成段階への移行、層５３の形成段階から層５４の形成段階への移行に際し、可動片２４を変位させて開口幅Ｗを変化させる。これにより、幅寸法が相違する層が厚み方向に重ねられる。

以下、図６〜１１を参照しながら、トレッドゴム５を成形する具体的な手順について説明する。この図６〜１１では、説明の便宜上、平面図における口金２に対し、ゴム流路２３と一対の可動片２４を描いている。

まずは、図６のように押出機１を押出方向ＥＤの前方へ移動させ、口金２を回転支持体３に近接させる。口金２と回転支持体３との間隔Ｄ１は、押し出したシート状ゴムの先端部が回転支持体３に貼り付くように設定され、好ましくは０．１ｍｍ以下である。間隔Ｄ１が０．１ｍｍ以下であれば、巻き付け開始時のゴムの厚みを０．５ｍｍ以下にできるため有益である。口金２は、その出口開口からゴムが押し出され始めるまでに間隔Ｄ１が設定されるようなタイミングで回転支持体３に近付けられる。

この段階において、一対の可動片２４は比較的に幅方向外側に配置され、層５１の幅寸法に対応した開口幅Ｗ１が設定される。口金２に充填されているゴムＲは、ホッパー１２に投入されたゴム材料がスクリュー１３で混練され、ギアポンプ１５により口金２へと送り出されたものである。ゴム材料としては、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの汎用のゴム原料に、配合材料を常法にて混練し、加熱架橋を可能に調製したものが例示される。

続いて、図７に示すように、口金２からシート状ゴムＳＲを押し出し、その先端部が回転支持体３の外表面に貼り付いたら、回転支持体３を回転させて巻き付けを開始する。そして、回転支持体３の回転と略同時に押出機１を後退させ、口金２と回転支持体３との間隔を拡げながらゴム押出量を徐々に増加させる。かかるゴム押出量の増加は、スクリュー１３やギア１６の回転数を制御することで円滑に実行される。その後、間隔Ｄ２を保持してシート状ゴムＳＲを一定の厚みで巻き付け、最も内周側に位置する層５１を形成する。

このように、シート状ゴムＳＲを回転支持体３の外表面に擦り付けるようにして巻き付けを開始することで、層５１を形成するに際し、その巻き付け開始位置でのゴムの厚みを徐々に大きくできる。口金２と回転支持体３との間隔Ｄ２は、間隔Ｄ１よりも大きく、層５１の厚みに対応した寸法に設定される。回転支持体３が一回転する間のゴム押出量は、シート状ゴムＳＲの厚みや幅、周長により求められる層５１のボリュームが得られるように調整される。

次に、相対的に内周側に位置する層５１を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層５２を形成する段階へ移行するに際して、つまりは図８のように回転支持体３が一回転して口金２が巻き付け開始位置に差し掛かるに際して、一対の可動片２４を変位させることで口金２の開口幅を狭め、層５２の幅寸法に対応した開口幅Ｗ２を設定する。これにより、相対的に外周側に位置する層５２を、相対的に内周側に位置する層５１よりも幅狭に形成する。

図９に示すように、二周目の巻き付けにより層５２を形成する際には、巻き付け開始位置の外周側において押出機１を更に後退させる。口金２と回転支持体３との間隔Ｄ３は、間隔Ｄ２よりも大きく、層５１に層５２を加えた厚みに対応した寸法に設定される。また、一周目の巻き付けと同様に、二周目の巻き付けにおいても、回転支持体３が一回転する間のゴム押出量は、シート状ゴムＳＲの厚みや幅、周長により求められる層５２のボリュームが得られるように調整される。

上記と同様に、三周目の巻き付けでは、図１０のように、層５２の外周に、それよりも幅狭の層５３が形成される。口金２には層５３の幅寸法に対応した開口幅Ｗ３が設定され、これは、層５２を形成する段階から層５３を形成する段階へ移行するに際して、開口幅Ｗ２を狭めたものである。口金２と回転支持体３との間隔Ｄ４は、間隔Ｄ３よりも大きく、層５１に層５２と層５３を加えた厚みに対応した寸法に設定されている。

上記と同様に、最終となる四周目の巻き付けでは、図１１のように、層５３の外周に、それよりも幅狭の層５４が形成される。口金２には層５４の幅寸法に対応した開口幅Ｗ４が設定され、これは、層５３を形成する段階から層５４を形成する段階へ移行するに際して、開口幅Ｗ３を狭めたものである。口金２と回転支持体３との間隔Ｄ５は、間隔Ｄ４よりも大きく、層５１に層５２と層５３と層５４を加えた厚みに対応した寸法に設定されている。

最終周の巻き付けでは、口金２と回転支持体３との間隔Ｄ５を維持しつつ、巻き付け開始位置の外周側（巻き付け終了位置）でゴム押出量を徐々に減少させて巻き付けを終了し、最も外周側に位置する層５４を形成する。かかるゴム押出量の減少は、スクリュー１３やギア１６の回転数を制御することで円滑に実行される。このように、シート状ゴムＳＲを擦り切るようにして巻き付けを終了することで、層５４を形成するに際しては、その巻き付け終了位置でのゴムの厚みを徐々に小さくできる。その結果、図１２のように積層体の厚みが均一となり、ユニフォミティの向上や剥離の防止といった効果が得られる。

本実施形態では、最終周の巻き付けにおいて、巻き付け終了位置で口金２と回転支持体３との間隔Ｄ５を維持する例を説明したが、シート状ゴムＳＲの巻き付けを終了する直前に押出機１を回転支持体３に僅かに近付け、口金２を積層体に軽く押し当てるようにしても構わない。

層５１〜５４を形成し終えると、図５（Ｂ）の如き積層体からなるトレッドゴム５が成形される。その後、押出機１を後退させて回転支持体３から口金２を遠ざけ、成形したトレッドゴム５を回収する。そして、その外表面が露出した回転支持体３に対して、あるいは別の回転支持体に対して、図６の如く口金２を近接させることにより、引き続きトレッドゴム５を成形することができる。

本実施形態では、図３，４のように可動片２４の先端形状を斜めに設定しており、口金２の開口端部を厚み方向に対して傾斜させている。それ故、出口開口は台形状に形成され、積層体を構成する複数の層５１〜５４の側面が傾斜する。そして、図５（Ｂ）の如き断面形状を得るべく、側面を揃えるようにして層５１〜５４を重ねており、その結果、積層体の側面が全体として平坦に形成されている。

一方、可動片２４の先端形状は、図１３（Ａ）のように厚み方向に平行であっても構わない。この場合、口金２の出口開口は矩形状に形成され、それに対応した断面形状でシート状ゴムが押出成形されるため、図１３（Ｂ）のような形状で積層体が形成される。一対の可動片２４の先端形状は互いに違っていてもよく、例えば片方を厚み方向に対して傾斜させ（図３，４参照）、他方を厚み方向と平行（図１３参照）にしてもよい。

本実施形態では、口金２の開口幅を変化させるために、一対の可動片２４の両方を変位させているが、片方だけ変位させる態様でもよい。可動片を口金２の出口開口の幅方向一方側だけに設け、他方側では省略することも可能である。したがって、例えば図５に示した積層体において、片方の側面が厚み方向に平行であっても構わない。また、本実施形態では、１つの積層体によって環状ゴム部材を完成させる例を示したが、幅方向に連ねた複数の積層体により環状ゴム部材を成形することも可能である。

口金２を介して押し出されるシート状ゴムＳＲは厚みよりも幅が大きく、最も内周側に位置する層５１を形成する段階で、そのシート状ゴムＳＲの幅は、例えば厚みの５０倍以上に設定される。また、シート状ゴムの厚みは、例えば１〜３ｍｍに設定される。環状ゴム部材を精度良く成形するうえで、積層体を構成する層の数は３以上が好ましく、４以上がより好ましい。

本実施形態では口金２の開口幅を周回ごとに変化させる例を示したが、これに限定されず、積層体の断面形状やシート状ゴムの厚みなどに応じて、口金の開口幅を変化させることなくシート状ゴムを複数周巻き付ける部分を含めても構わない。また、本実施形態では、相対的に外周側に位置する層の両端を、その内周側に位置する層の両端の間に配置する例を示したが、これに限られるものではない。

本実施形態では、最も内周側に位置する層５１が、積層体よりなるトレッドゴム５の内周面全体を構成し、最も外周側に位置する層５４が、その積層体よりなるトレッドゴム５の外周面全体を構成している。トレッドゴム５は外周側に向かって幅狭となる形状であり、層５１の幅はトレッドゴム５の幅に相当する。本実施形態では、トレッドゴム５の底面において、最も内周側に位置する層５１が、そのトレッドゴム５の幅の１００％を占めており、この割合は少なくとも５０％であることが好ましい。

前述の実施形態では、口金を回転支持体に近接させてシート状ゴムを巻き付け始め、その後で徐々に遠ざける方式であったが、当初より口金を回転支持体から遠ざけた状態で巻き付けるようにしてもよい。かかる場合には、シート状ゴムを回転支持体に向けて押し付けるための圧着ローラを設けることが好適である。

前述の実施形態では、押出機に対して回転支持体を軸方向に相対移動させずに積層体を形成する例を示したが、必要であれば、シート状ゴムを巻き付ける過程で回転支持体を軸方向に相対移動させて、所望の断面形状を有する積層体が得られるようにしても構わない。但し、装置の機構や制御を簡略にするうえでは、前述の実施形態のように回転支持体の軸方向への相対移動を行わないで済ませることが好ましい。

１ 押出機
２ 口金
３ 回転支持体
４ 制御装置
５ トレッドゴム（環状ゴム部材の一例）
１７ 押出機移動装置
２１ 下側本体
２２ 上側本体
２３ ゴム流路
２４ 可動片
５１ 層
５２ 層
５３ 層
５４ 層

Claims (6)

1. 押出機の先端側に設けた口金を介してシート状ゴムを連続的に押し出すとともに、その押し出したシート状ゴムを回転支持体に巻き付けることで、複数の層が厚み方向に重なった積層体を形成する工程を有し、
   相対的に内周側に位置する層を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層を形成する段階へ移行する際に、前記口金の開口幅を変化させて、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねる環状ゴム部材の成形方法。
2. 前記口金の開口幅を狭めることで、相対的に外周側に位置する層を、相対的に内周側に位置する層よりも幅狭に形成する請求項１に記載の環状ゴム部材の成形方法。
3. 最も内周側に位置する層が、前記積層体よりなる環状ゴム部材の内周面全体を構成し、最も外周側に位置する層が、前記積層体よりなる環状ゴム部材の外周面全体を構成する請求項１または２に記載の環状ゴム部材の成形方法。
4. 前記口金の開口端部を厚み方向に対して傾斜させ、前記積層体を構成する複数の層の側面を傾斜させるとともに、前記積層体の側面を全体として平坦に形成する請求項１〜３いずれか１項に記載の環状ゴム部材の成形方法。
5. 前記積層体を形成する工程が、
   前記口金を前記回転支持体に近接させ、押し出したシート状ゴムの先端部を前記回転支持体に貼り付けたうえで巻き付けを開始し、前記口金と前記回転支持体との間隔を拡げながらゴム押出量を徐々に増加させた後、前記間隔を保持してシート状ゴムを巻き付け、最も内周側に位置する層を形成する段階と、
   巻き付け開始位置の外周側でゴム押出量を徐々に減少させて巻き付けを終了し、最も外周側に位置する層を形成する段階とを含む請求項１〜４いずれか１項に記載の環状ゴム部材の成形方法。
6. ゴムを連続的に送り出す押出機と、前記押出機の先端側に設けられた口金と、前記口金を介して押し出されたゴムが巻き付けられる回転支持体と、前記押出機や前記回転支持体の動作を制御する制御装置とを備える環状ゴム部材の成形設備において、
   前記口金を介してシート状ゴムが押し出され、そのシート状ゴムを前記回転支持体に巻き付けることで、複数の層が厚み方向に重なった積層体を形成可能に構成され、
   前記口金に内蔵された可動片の動作が前記制御装置により制御されるとともに、その可動片の変位に応じて前記口金の開口幅が変化し、
   相対的に内周側に位置する層を形成する段階から、相対的に外周側に位置する層を形成する段階へ移行する際に、前記口金の開口幅を変化させて、幅寸法が相違する層を厚み方向に重ねるように制御されることを特徴とする環状ゴム部材の成形設備。

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